수중 네트워크에서 제안된 CSMA/CA 프로토콜의 평가

김락훈(Lack-Hoon Kim),심태보(Taebo Shim) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.46 No.1

본 논문은 기존의 CSMA/CA 프로토콜의 지연시간을 감소시키고 전송률을 증가시키기 위해 제안된 CSMA/CA 프로토콜에 관한 연구이다. 수중환경에서 긴 전파시간에 의해 충돌확률이 증가하고, 전송효율이 감소함에 따라 프로토콜의 성능은 저하된다.이러한 전파시간을 고려하여 본 논문에서는 기존의 CSMA/CA 프로토콜의 의 TimeOut 상황을 피하기 위해 CTS 패킷에 STANDBY 프레임을 삽입하여 전송하는 프로토콜을 제안한다. 모의실험 결과, 제안하는 프로토콜이 기존 프로토콜보다 처리율에서 약 20% 정도의 성능향상을 보였고, 전파지연 대 전송지얀 a의 값이 작을수록 성능이 우수함을 확인하였다. The purpose of this paper is to propose a CSMA/CA protocol to reduce the delay time and increase the throughout of the original CSMA/CA protocol. In underwater environments, the efficiency of the protocol is reduce due to the increase of the propagation delay time, which results in increase of the collision possibility causing lowering of the transmission efficieocy. Coosidering this propagation delay, this paper propose to insat the STANDBY frame in a CTS packet in order to avoid the TimeOut status of the CCSMA/CA protocol. According to the simulated test results, proposed protocol is increased abou 20% throughput than original CSMA/CA protocol. And the more value of propagation per transmission delay 'a' is low, the mre throughput of protocol is better.

CDASA-CSMA/CA: Contention Differentiated Adaptive Slot Allocation CSMA-CA for Heterogeneous Data in Wireless Body Area Networks

( Fasee Ullah ),( Abdul Hanan Abdullah ),( Gaddafi Abdul-Salaam ),( Marina Md Arshad ),( Farhan Masud ) 한국인터넷정보학회 2017 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.11 No.12

The implementation of IEEE 802.15.6 in Wireless Body Area Network (WBAN) is contention based. Meanwhile, IEEE 802.15.4 MAC provides limited 16 channels in the Superframe structure, making it unfit for N heterogeneous nature of patient’s data. Also, the Beacon-enabled Carrier-Sense Multiple Access/Collision-Avoidance (CSMA/CA) scheduling access scheme in WBAN, allocates Contention-free Period (CAP) channels to emergency and non-emergency Biomedical Sensors (BMSs) using contention mechanism, increasing repetition in rounds. This reduces performance of the MAC protocol causing higher data collisions and delay, low data reliability, BMSs packet retransmissions and increased energy consumption. Moreover, it has no traffic differentiation method. This paper proposes a Low-delay Traffic-Aware Medium Access Control (LTA-MAC) protocol to provide sufficient channels with a higher bandwidth, and allocates them individually to non-emergency and emergency data. Also, a Contention Differentiated Adaptive Slot Allocation CSMA-CA (CDASA-CSMA/CA) for scheduling access scheme is proposed to reduce repetition in rounds, and assists in channels allocation to BMSs. Furthermore, an On-demand (OD) slot in the LTA-MAC to resolve the patient’s data drops in the CSMA/CA scheme due to exceeding of threshold values in contentions is introduced. Simulation results demonstrate advantages of the proposed schemes over the IEEE 802.15.4 MAC and CSMA/CA scheme in terms of success rate, packet delivery delay, and energy consumption.

플래그를 이용한 항공 VHF 통신환경에서의 적응형 CSMA/CA 프로토콜

김용중,박용태,박효달 한국항행학회 2003 韓國航行學會論文誌 Vol.7 No.2

본 논문에선 플래그를 이용한 전송시의 충돌 완화 및 재전송 슬롯 선택 방식의 변형을 통하여 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access/Cdllision Avoidance) 프로토콜을 항공용 VHF 통신에 적합하게 변형시켰다. 일반적으로 CSMA/CA 프로세스는 경쟁 서비스에서 충돌이 일어났을 때 재전송 지연시간만큼 기다리게 되고 경쟁윈도우의 크기가 2배로 커진다. 이로 인해 부하가 증가하면 지연시간이 커지고 처리량이 감소한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 충돌 플래그를 이용하여 본래의 경쟁 윈도우의 크기 변화과정을 변형시켰으며 CSMA/CA 전체 상태 천이 과정에서 충돌시의 과정을 단축시켰다. 또한 패킷이 생성된 상태에서 충돌이 일어나면 플래그를 이용하여 초기에 증가된 경쟁윈도우를 갖고 Backoff 모드에 진입함으로써 재충돌 확률을 줄였다. 시뮬레이션을 수행한 결과 부하가 증가하여도 처리량 및 지연 시간에 대해 좋은 특성을 나타냈으며 제안된 프로토콜은 항공용 VHF 통신에 적합함을 확인하였다. In this paper, CSMA/CA protocol is modified for aeronautical VHF communication through collision alleviation and the change of retransmission slot selection method in flag used transmission. When collision occurred in the contention period of CSMA/CA process, it si generally waiting for retransmission delay and it has the double size of CW(Contention Window). To solve this problem, this paper modifies the change procedure of original contention window size and reduces the state transition in collision among the whole of it. Also, in this paper we reduces the second collision probability through the station has to enter Backoff mode with increase contention window in the first collision. In the result of simulation, it is verified that it has good property in throughput and delay, So the proposed protocol is suitable for aeronautical VHF communication

RawPEACH: Multiband CSMA/CA-Based Cognitive Radio Networks

Chong, Jo-Woon,Sung, Young-Chul,Sung, Dan-Keun The Korea Institute of Information and Commucation 2009 Journal of communications and networks Vol.11 No.2

A new medium access control (MAC) scheme embedding physical channels into multiband carrier sense multiple access/collision avoidance (CSMA/CA) networks is proposed to provide strict quality of service (QoS) guarantee to high priority users. In the proposed scheme, two priority classes of users, primary and secondary users, are supported. For primary users physical channels are provided to ensure strict QoS, whereas secondary users are provided with best-effort service using CSMA/CA modified for multiband operation. The performance of the proposed MAC scheme is investigated using a new multiband CSMA/CA Markov chain model capturing the primary user activity and the operation of secondary users in multiple bands. The throughput of secondary users is obtained as a function of the primary user activity and other CSMA/CA parameters. It is shown that the new MAC scheme yields larger throughput than the conventional single-band CSMA/CA when both schemes use the same bandwidth.

밀리미터파 대역에서 지향성 CSMA/CA의 성능 향상을 위한 알고리즘

김미정(Meejoung Kim),이우용(Wooyong Lee) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.1B

본 논문에서는 밀리미터파 대역을 사용하는 개인영역 무선통신 네트워크 표준의 하나인 IEEE 802.15.3c에서 지향성 CSMA/CA의 성능을 향상시킬 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 saturation 환경에서 No-ACK 모드를 고려하여 마코프 체인으로 모델링하여 분석하였다. 마코프 체인 모델에서는 공간을 재활용하는 지향성 안테나의 특성과 IEEE 802.15.3c의 특성이 고려되었다. 분석실험을 통하여 경쟁윈도우 크기의 최적값을 얻었다. 제안한 성능향상 지향성 CSMA/CA 알고리즘이 기존의 지향성 CSMA/CA에 비해 훨씬 좋은 성능을 보여주는 결과를 얻었으며 이는 시뮬레이션으로 검증되었다. 얻은 결과는 밀리미터파 대역 개인영역 무선통신 네트워크의 성능을 향상시키는 모수의 선택과 MAC 프로토콜의 개발에 지침을 제공할 것으로 보인다. In this paper, an algorithm that enhances the conventional directional CSMA/CA protocol in IEEE 802.15.3c is proposed under saturation environments. For the algorithm, a Markov chain model is presented and analyzed in no-ACK mode. The effects of directional antennas and the features of IEEE 802.15.3c MAC are considered in the model. The optimal sizes of contention window are derived from the numerical results. The numerical results show that the proposed directional CSMA/CA algorithm outperforms conventional one. The overall analysis is verified by simulation. The obtained results provide the criterion for selecting the optimal parameters and developing a MAC protocol that enhances the performance of mmWave WPANs.

비콘 기반 저속 WPAN에서의 적응적 백오프 알고리즘

박성우(Sung Woo Park) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.8

저속 WPAN은 저속, 저전력, 저비용의 단거리 무선 네트워킹 기술이다. 저속 WPAN에서는 경쟁 기반의 CSMA/CA 알고리즘을 사용하여 디바이스들의 무선 채널 접속을 제어하기 때문에 프레임 전송시 언제라도 충돌이 발생할 수 있으며 이로 인해 네트워크 성능이 심각하게 저하될 수 있다. 본 논문에서는 저속 WPAN의 CSMA/CA 과정에서 프레임 충돌율을 줄이기 위해 네트워크 상황에 따라 백오프 구간을 동적으로 변화시키는 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 수행 결과, CSMA/CA 과정에서 제안하는 동적 백오프 알고리즘은 백오프 구간을 정적으로 유지했을 경우에 비해 프레임 전달율과 지연 시간 측면에서 안정적이면서도 우수한 성능을 보이는 것을 확인하였다. The Low-Rate WPAN is a short range wireless networking technology characterized by low-rate, low-power, low complexity and low-cost. The LR-WPAN controls wireless channel access among network devices based on the contention-based CSMA/CA algorithm. Therefore, frame collisions may take place at any time, leading to the severe degradation of network performance. This paper proposes a new algorithm that changes back-off periods adaptively in the CSMA/CA process depending on network conditions, resulting in the reduction of frame collisions. Throughout extensive simulations, it turns out that varying the back-off periods dynamically shows better performance than maintaining the fixed back-off periods.

경쟁 기반 MAC에서의 반복적 톤 기반 경쟁 기법

안재현,윤정균,박세웅,Ahn, Jae-Hyun,Yun, Jeong-Kyun,Bahk, Sae-Woong 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.5A

IEEE 802.11의 DCF는 경쟁 기반 방식으로 폴링 기반 방식의 PCF에 비해 알고리즘이 단순하고 나쁘지 않은 성능을 보여주기 때문에 실질적으로 많이 쓰이고 있다. 하지만 DCF는 경쟁을 통하여 채널을 할당받기 때문에 데이터 전송 시에 다른 노드들과 충돌의 위험이 있다. 이러한 충돌을 줄이기 위해서 CSMA/CA의 충돌 회피 방식을 사용하지만 그 성능에는 한계가 있다. 본 논문에서는 이런 문제를 해결하기 위해 톤을 사용한 새로운 경쟁 기법 TAR(Tone-based Access scheme with Repetitive contention)를 제안한다. TAR에서는 데이터 전송 채널(data transmission channel)외에도 적은 구간의 경쟁 채널(contention channel)을 두어 데이터 전송과 경쟁을 병렬적으로 처리함으로써 기존의 CSMA/CA가 가지고 있는 충돌에 대한 문제를 줄이고자 하였다. 경쟁 기법의 큰 개념은 기존의 CSMA/CA 기법을 이용하지만 경쟁 채널이라는 개념을 도입하여 반복적인 경쟁을 통해 데이터 전송 채널에서의 충돌 확률을 크게 줄이는 장점이 있다. 제안한 TAR 기법은 모의실험을 통해 기존의 기법에 비해 크게 좋은 성능을 보임을 확인하였다. There are two coordination functions in IEEE 802.11 standard. One is PCF, polling based function, and the other is DCF, contention based function. DCF is simpler than PCF but the performance is similar with the latter. That's the reason why DCF is more popular than PCF. However, DCF has a risk of collision with other nodes in the network because the function is a distributed contention based one. CSMA/CA of DCF has collision avoidance algorithm in it, but the performance of avoidance algorithm has limitations. In this paper we proposed a new scheme called TAR(Tone-based Access scheme with Repetitive conention). In TAR, there is narrow contention-only channel other than original data transmitting channel, so that both a data transmission and the contention can be performed simultaneously. The TAR uses the same contention concept with the CSMA/CA, but it has the originality for the narrow contention channel and the repetitive contention scheme which greatly reduce the collision probability. We proved the performance of TAR by some simulations, and it showed good results.

항공이 동통신환경에서 항공교통량에 따른 우선순위 할당 알고리즘에 관한 연구

조윤현,김용균,김상욱,박효달 한국ITS학회 2010 한국ITS학회논문지 Vol.9 No.1

최근 항공교통량의 증가에 따라 보다 효율적인 항공교통흐름제어가 요구되고 있다. 이에 본 논문에서는 효율적인 항공교통흐름제어를 위한 알고리즘을 제안하였다. 항공통신 환경은 일반 통신 환경과는 다르게 스테이션(항공기) 사이에 직접적인 통신 기능이 필요하며, 안전성을 위한 메시지의 우선순위가 매우 엄격하게 요구된다. 게다가 넓은 서비스 지역은 높은 전파지연을 발생시킨다. 본 논문에서는 기존의 CSMA/CA 매체접속제어(MAC) 프로토콜을 사용하여 항공교통상황(혼잡 공항 지역, 접근관제구역, En route구역, 대양 항행)에 따라 메시지 우선순위를 설정하고, 이러한 우선순위가 높은 메시지가 보다 더 높은 접속 확률을 갖고 데이터를 전송하도록 하였다. 항공기 대수에 따른 시뮬레이션 결과, 교통량이 증가할수록 기존 방식보다 더 높은 채널 사용 효율 및 전송확률을 가짐을 확인하였다. According to the recent increase in air traffic a more efficient air traffic flow control is required. This paper proposes the algorithm for efficient air traffic flow control. Aeronautical communication environment is different from the common communication environment since it needs a direct communication between stations (or airplanes) and requires a strict priority for safety message. Moreover, the wide area for basic service causes high propagation delay. In this paper, by using existing CSMA/CA Media Access Control (MAC) protocol, we set the message priorities according to air traffic condition (congestion airport area, approach control area, En route area, and ocean area). This prioritization scheme enables the data transmission with higher access probability. Simulation results confirm that our protocol shows better performance in terms of channel efficiency and success probability compared to exisiting CSMA/CA protocol.

RawPEACH: Multiband CSMA/CA-Based Cognitive Radio Networks

정조운,성영철,Dan Keun Sung 한국통신학회 2009 Journal of communications and networks Vol.11 No.2

A new medium access control (MAC) scheme embedding physical channels into multiband carrier sense multiple access/ collision avoidance (CSMA/CA) networks is proposed to provide strict quality of service (QoS) guarantee to high priority users. In the proposed scheme, two priority classes of users, primary and secondary users, are supported. For primary users physical channels are provided to ensure strict QoS, whereas secondary users are provided with best-effort service using CSMA/CA modified for multiband operation. The performance of the proposed MAC scheme is investigated using a new multiband CSMA/CA Markov chain model capturing the primary user activity and the operation of secondary users in multiple bands. The throughput of secondary users is obtained as a function of the primary user activity and other CSMA/CA parameters. It is shown that the new MAC scheme yields larger throughput than the conventional single-band CSMA/CA when both schemes use the same bandwidth.

Towards the Saturation Throughput Disparity of Flows in Directional CSMA/CA Networks: An Analytical Model

( Jianrui Fan ),( Xinru Zhao ),( Wencan Wang ),( Shengsuo Cai ),( Lijuan Zhang ) 한국인터넷정보학회 2021 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.15 No.4

Using directional antennas in wireless Ad hoc networks has many superiorities, including reducing interference, extending transmission range, and increasing space division multiplexing. However, directional transmission introduces two problems: deafness and directional hidden terminals problems. We observe that these problems result in saturation throughput disparity among the competing flows in directional CSMA/CA based Ad hoc networks and bring challenges for modeling the saturation throughput of the flows. In this article, we concentrate on how to model and analyze the saturation throughput disparity of different flows in directional CSMA/CA based Ad hoc networks. We first divide the collisions occurring in the transmission process into directional instantaneous collisions and directional persistent collisions. Then we propose a four-dimensional Markov chain to analyze the transmission state for a specific node. Our model has three different kinds of processes, namely back-off process, transmission process and freezing process. Each process contains a certain amount of continuous time slots which is defined as the basic time unit of the directional CSMA/CA protocols and the time length of each slot is fixed. We characterize the collision probabilities of the node by the one-step transition probability matrix in our Markov chain model. Accordingly, we can finally deduce the saturation throughput for each directional data stream and evaluate saturation throughput disparity for a given network topology. Finally, we verify the accuracy of our model by comparing the deviation of analytical results and simulation results.