• International Journal of Computer Science & Network Security
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• 제24권2호
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• pp.178-188
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• 2024

In the near future, it is expected that there will be billions of connected devices using fifth generation (5G) network services. The recently available base stations (BSs) need to mitigate their loads without changing and at the least monetary cost. The available spectrum resources are limited and need to be exploited in an efficient way to meet the ever-increasing demand for services. Device to Device communication (D2D) technology will likely help satisfy the rapidly increasing capacity and also effectively offload traffic from the BS by distributing the transmission between D2D users from one side and the cellular users and the BS from the other side. In this paper, we propose to apply D2D overlay communication with cognitive radio capability in 5G networks to exploit unused spectrum resources taking into account the dynamic spectrum access. The performance metrics; throughput and delay are formulated and analyzed for CSMA-based medium access control (MAC) protocol that utilizes a common control channel for device users to negotiate the data channel and address the contention between those users. Device users can exploit the cognitive radio to access the data channels concurrently in the common interference area. Estimating the achievable throughput and delay in D2D communication in 5G networks is not exploited in previous studies using cognitive radio with CSMA-based MAC protocol to address the contention. From performance analysis, applying cognitive radio capability in D2D communication and allocating a common control channel for device users effectively improve the total aggregated network throughput by more than 60% compared to the individual D2D throughput without adding harmful interference to cellular network users. This approach can also reduce the delay.

• 정보처리학회논문지C
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• 제12C권5호
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• pp.679-686
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• 2005

EPON 가입자 망은 매체를 공유하고, EPON 가입자의 5트래픽을 통합하여 전송하기 때문에 EPON 대역 할당에 대한 제어 방식이 중요하게 다루어지고 있으며, TDMA에 기반한 DBA 방식은 표준에 포함하지 않아서 다양한 알고리즘이 적용될 수 있다. 본 논문은 최선형 서비스와 지연 우선순위 큐 기반으로 높은 우선순위의 트래픽에 대하여 지연 QoS를 보장하는 DBA 방식에 관한 것으로, 제안된 DBA 방식은 전체 트래픽에 대하여 가상 스케줄링 방식을 사용하고 서비스 클래스의 우선순위에 따라 차례로 각 클래스의 트래픽에 적용하는 방식이며, 표준 규격에 명시된 MAC 메시지를 사용하며 DBA 기능 구성이 간단하면서도 각 클래스에 맞게 QoS를 보장할 수 있다. 모사시험을 통하여 폴링시간간격, 상향 및 하향 트래픽 부하 등에 따른 서비스 클래스 별 트래픽의 지연시간으로 성능을 평가하였으며, 가입자의 상향 트래픽 발생에 따른 실제 전달된 통합 트래픽의 양 등을 분석하였다. 제안된 방식과 같이 간단한 우선순위 적용으로도 지연 우선 순위가 높은 트래픽에 대하여 QoS 보장이 충분히 수행되는 것을 확인하였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제17권5호
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• pp.506-516
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• 2015

Wireless sensor networks (WSNs) are generally comprised of densely deployed sensor nodes, which results in highly redundant sensor data transmissions and energy waste. Since the sensor nodes depend on batteries for energy, previous studies have focused on designing energy-efficient medium access control (MAC) protocols to extend the network lifetime. However, the energy-efficient protocols induce an extra end-to-end delay, and therefore recent increase in focus on WSNs has led to timely and reliable communication protocols for mission-critical applications. In this paper, we propose an energy efficient and delay guaranteeing node scheduling scheme inspired by biological systems, which have gained considerable attention as a computing and problem solving technique.With the identification of analogies between cellular signaling systems and WSN systems, we formulate a new mathematical model that considers the networking challenges of WSNs. The proposed bio-inspired algorithm determines the state of the sensor node, as required by each application and as determined by the local environmental conditions and the states of the adjacent nodes. A control analysis shows that the proposed bio-inspired scheme guarantees the system stability by controlling the parameters of each node. Simulation results also indicate that the proposed scheme provides significant energy savings, as well as reliable delay guarantees by controlling the states of the sensor nodes.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.755-761
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• 2013

무선 센서 네트워크에서 다중접근제어(Medium Access Control: MAC) 프로토콜은 센서 노드들이 필요할 때만 on 상태에 머물게 함으로 에너지를 효율적으로 사용하도록 하게한다. 본 논문에서는 에너지 수확 무선 센서 네트워크에서 우선순위에 기반을 둔 에너지 효율적인 MAC 프로토콜(EEPB-MAC)을 제안한다. 제안된 EEPB-MAC은 기존의 IEEE 802.15.4의 비콘 프레임에 우선순위 비트, 전송 노드 주소, NAV 값을 가지는 필드를 추가하여 이를 통하여 우선순위 데이터 전송을 지원한다. 데이터 전송을 원하는 전송자로부터 비콘 프레임을 수신한 수신 노드는 수신된 비콘 프레임의 우선순위 비트에 기반으로 데이터를 전송할 전송자를 선택한다. 데이터의 특성에 따라 우선순위 전송을 지원할 뿐 만 아니라, 수신 노드의 잔여 에너지 레벨에 따라 전송 주기를 조절하는 등 데이터 전송에 참여하는 노드에서의 에너지 소모를 줄인다. EEPB-MAC 프로토콜은 기존에 제안된 다른 프로토콜에 비해 우선순위가 높은 데이터에 대한 전송지연을 줄이며, 각 노드에서의 에너지 소모를 개선시켰다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권7호
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• pp.1026-1031
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• 2022

인지무선 에드혹 네트워크 (CRAHN : Cognitive Radio Ad-Hoc Networks)는 무선 서비스의 증가에 따른 주파수 자원부족을 극복할 수 있는 네트워크 기술이다. CRANH에서 주 사용자에 대한 간섭을 회피하기 위해 유휴채널을 확인하는 채널센싱이 필요하며, 주 사용자 출현시 빠른 유휴 채널선택을 통해 핸드오버로 인한 시간지연을 최소화 해야한다. 본 연구에서는 강화학습을 이용하여 CRANH에서 부 사용자의 채널 센싱의 대상을 축소하고 유휴채널의 가능성이 높은 채널을 우선적으로 센싱하도록함으로써 전송효율을 개선하였다. 또한 주기적인 센싱을 수행하지 않고 데이터의 전송시점에 채널을 센싱함으로써 센싱시점과 데이터 전송시점간의 차이로 인한 주 사용자와의 충돌가능성을 최소화할 수 있는 멀티채널 매체접근제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜을 제안하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 분석하였다.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제35권4호
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• pp.337-344
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• 2008

음파를 이용한 수중 센서 네트워크는 지상에서의 무선 네트워크 환경과 다르게 긴 전파 지연과 낮은 전송 속도를 가진다. 따라서 기존의 선 네트워크에서 사용되는 프로토콜을 수중 센서 네트워크에 적용될 경우 매우 제한적이며 비효율적으로 사용될 수 있다. 본 논문에서는 수중 센서 네트워크에서 에너지 효율과 처리율 향상을 위한 MAC 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜은 슬롯 기반의 경쟁 기법을 사용하며 데이타 패킷을 전송하기 위해 사전에 슬롯을 예약하게 된다. 제안된 프로토콜에서는 경쟁방식에 의하여 노드간의 충돌이 발생할 수 있으나 예약방식에 의하여 인접 노드의 채널을 미리 인지함으로써 충돌을 최소화하고 노드의 불필요한 에너지 소모를 줄임과 동시에 처리율 향상을 가져온다. 제안된 프로토콜에 대한 성능을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행하며 소모된 에너지, 충돌횟수, 채널효율, 처리율과 전송지연시간에 대하여 평가한다. 또한 기존의 MAC 프로토콜과 비교함으로써 제안된 프로토콜이 기존의 프로토콜에 비해 성능이 우수함을 보인다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제8권4호
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• pp.35-42
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• 2008

DCF 성능 분석 모델에 사용되는 Bianchi의 2차원 Markov Chain 모델은 오류가 없는 이상적 채널에서 충돌 문제만을 다루므로 페이딩, 간섭, 잡음 등 실제 채널의 특성을 반영하지 못한다. 802.11 DCF는 전송실패가 충돌에 의한 것이든, 채널 전송오류에 의한 것이든 경쟁윈도우(CW) 크기를 두 배로 증가시키는 2진 지수후퇴 알고리즘을 작동시킨다. 이상적으로 경쟁윈도우 증가는 혼잡에 의한 충돌방지 때에만 사용되어져야 한다. 통신오류에 의한 경쟁윈도우 증가는 데이터 처리율을 떨어뜨리고 전송지연의 증가를 야기 시킨다. 오류 채널에서는 전송실패 증가가 과도한 이진 지수후퇴를 야기하므로 초기 경쟁윈도우(CW) 크기를 줄여줄 필요가 있다. 본 논문에서는 경쟁윈도우(CW), 타임슬롯에서 전송 확률(${\Im}$), 전송 실패 확률($p_f$) 등이 시스템 성능에 미치는 영향을 정량적, 정성적으로 분석을 하고 등가적으로 CW 값을 얼마큼 줄여야 할지를 제시한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2011년도 추계학술대회
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• pp.633-636
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• 2011

본 논문에서는 수중 센서 네트워크를 위한 경쟁 기반 매체 접근 제어 (MAC) 프로토콜들의 성능을 분석한다. 다양한 수중 네트워크 환경을 모사한 Qualnet 기반의 수중 네트워크 시뮬레이터를 이용하여, ALOHA, CSMA, CSMA-RTS-CTS 및 CSMA-RTS-CTS-ACK 프로토콜 등의 성능을 수신 패킷의 수와 종단간 전송 시간 측면에서 비교한다. 시뮬레이션 결과를 이용하여, 향후 수중 네트워크 개발 시 경쟁 기반 MAC 프로토콜을 선택하는데 참고할 수 있는 지표를 제시한다.

• Journal of applied mathematics & informatics
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• 제22권1_2호
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• pp.501-515
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• 2006

The IEEE 802.11 protocol is the most mature technology for WLANs(Wireless Local Area Networks). However, as the number of stations increases, the delay and throughput performance of IEEE 802.11 MAC(Medium Access Control) degrades severely. In this paper, we present the comprehensive performance analysis of IEEE 802.11 MAC protocol by investigating the MAC layer packet service time when arrival packet sizes have a general probability distribution. We obtain the discrete probability distribution of the MAC layer service time. By using this, we analyze the system throughput and the MAC layer packet service time of IEEE 802.11 MAC protocol in wireless LAN environment. We take some numerical examples for the system throughput and the mean packet service time for several special distributions of arrival packet sizes.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권2호
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• pp.764-784
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• 2017

Energy efficiency is an essential requirement in designing a MAC protocol for wireless sensor networks (WSNs) using battery-operated sensor nodes. We proposed a new receiver-initiated MAC protocol, RIX-MAC, based on the X-MAX protocol with asynchronous duty cycles. In this paper, we analyzed the performance of RIX-MAC protocol in terms of throughput, delay, and energy consumption using the model. For modeling the protocol, we used the Markov chain model, derived the transmission and state probabilities, and obtained the equations to solve the performance of throughput, delay, and energy consumption. Our proposed model and analysis are validated by comparing numerical results obtained from the model, with simulation results using NS-2.