이동 무선 네트워크의 전송 성능 향상을 위한 적응적 FEC 알고리즘

안종석,Ahn, Jong-Suk,John Heidmann 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.9 No.4

무선 이동 네트워크에서 대부분의 패킷 손실은 네트워크 체증(congestion)보다는 전송(propagation) 오류에 의해 발생된다. 이러한 전송 오류에 의한 패킷 손실을 방지하여 전송 효율을 향상하기 위해 무선 네트워크에서는 FEC(Forward Error Correction)알고리즘을 채택하고 있다. 그러나 정적인 FEC방식은 연속적으로 변화하는 무선 채널의 전송 오류율에 알맞은 정정 코드(check code)를 채택하지 못해 도리어 전송 효율이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해서는 채널의 상태에 따라 FEC를 동적으로 변경하는 것이 필요하다. 본 논문은 무선 채널 특성의 이론적 분석과 저 출력 라디오파를 이용하는 센서(sensor) 네트워크상에서의 실험적 측정을 통해서, 적응적 FEC 기법이 무선 네트워크의 전송 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 또한 전송 에러률이 $10^{-3}$ 정도로 상당히 오류가 많은 무선 네트워크에서 적용할 수 있는 적응적 FEC 기법, FECA(FEC-level Adaption)기법을 제안한다. 마지막으로 FEC 알고리즘의 성능 비교를 위해 패킷 시뮬레이션에서 비트 레벨(bit-level) 오류를 시뮬레이션할 수 있는 통합 시뮬레이션 기법을 소개한다. 통합 시뮬레이션을 통해 FECA는 정적 FEC에 비해서 지속적으로 무선 채널 오류률에 알맞는 FEC 정정 코드를 채택하여 성능을 향상시키는 것을 확인하였다. Wireless mobile networks tend to drop a large portion of packets due to propagation errors rather than congestion. To Improve reliability over noisy wireless channels, wireless networks can employ forward error correction (FEC) techniques. Static FEC algorithms, however, can degrade the performance by poorly matching their overhead to the degree of the underlying channel error, especially when the channel path loss rate fluctuates widely. This paper investigates the benefits of an adaptable FEC mechanism for wireless networks with severe packet loss by analytical analysis or measurements over a real wireless network called sensor network. We show that our adaptive FEC named FECA (FEC-level Adaptation) technique improves the performance by dynamically tuning FEC strength to the current amount of wireless channel loss. We quantify these benefits through a hybrid simulation integrating packet-level simulation with bit-level details and validate that FECA keeps selecting the appropriate FEC-level for a constantly changing wireless channel.

무선 센서 네트워크에서 전송 효율과 에너지 소비에 대한 블록 FEC 심볼 크기 영향 분석

안종석,윤종혁,이영수,Ahn, Jong-Suk,Yoon, Jong-Hyuk,Lee, Young-Su 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.7

본 논문에서는 저속의 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)에서 블록 FEC(Forward Error Correction) 알고리즘의 심볼 크기의 변화에 따른 802.11 MAC 프로토콜의 전송 효율과 전송 에너지를 해석적으로 분석한다. 블록 FEC 알고리즘은 심볼(symbol) 단위로 오류를 복원하므로, 주어진 무선 센서 채널에서 같은 FEC 체크 비트(check bit) 량을 사용하더라도 블록 FEC 알고리즘의 오류 패킷 복원률은 블록 FEC 심볼 크기에 의존적이다. 즉, 같은 양의 FEC 체크 비트를 사용하는 경우에, 연속된 군집 오류 길이는 작으면서 군집 오류가 자주 발생하는 채널에서는 작은 FEC 심볼이, 이에 반해 군집 오류의 길이는 크고 군집 오류 개수가 작은 군집적 분포를 보이는 채널에서 큰 FEC 심볼이 효율적이다. 심볼 크기의 영향을 평가하기 위해서 본 논문에서는 센서 노드 TIP50CM을 사용하는 WSN에서 수집한 패킷 트레이스를 기반으로 WSN 채널을 Gilbert 모델로 모델링하고, 심볼 크기가 다른 RS(Reed-Solomon) 코드를 생성하고 해석하기 위한 에너지를 측정하였다. 이러한 모델링된 채널과 각 RS 코드 생성과 해석 에너지를 이용하여 FEC 심볼 크기에 따른 RS FEC 코드를 채택한 802.11 MAC 프로토콜의 전송 효율과 전송 에너지를 계산하였다. 실제 측정 데이터와 해석적으로 계산한 데이터를 결합한 계산에 의하면 비슷한 FEC 체크 비트 량을 사용하더라도 FEC 심볼 크기에 따라 전송 효율은 최대 4.2%, 그리고 소요 에너지는 최대 35%의 차이가 발생한다. This paper analytically evaluates the FEC(Forward Error Correction) symbol size's effect on the performance and energy consumption of 802.11 protocol with the block FEC algorithm over WSN(Wireless Sensor Network). Since the basic recovery unit of block FEC algorithms is symbols not bits, the FEC symbol size affects the packet correction rate even with the same amount of FEC check bits over a given WSN channel. Precisely, when the same amount of FEC check bits are allocated, the small-size symbols are effective over channels with frequent short bursts of propagation errors while the large ones are good at remedying the long rare bursts. To estimate the effect of the FEC symbol site, the paper at first models the WSN channel with Gilbert model based on real packet traces collected over TIP50CM sensor nodes and measures the energy consumed for encoding and decoding the RS (Reed-Solomon) code with various symbol sizes. Based on the WSN channel model and each RS code's energy expenditure, it analytically calculates the transmission efficiency and power consumption of 802.11 equipped with RS code. The computational analysis combined with real experimental data shows that the RS symbol size makes a difference of up to 4.2% in the transmission efficiency and 35% in energy consumption even with the same amount of FEC check bits.

원격 조절 스마트 잠금장치

안종석(Ahn Jong-Suk),박민수(Park Min-Su),박종인(Park Jong-In) 한국정보과학회 2015 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2015 No.12

전파 오류가 높은 센서 네트워크를 위한 적응적 FEC 알고리즘

안종석(Jong Suk Ahn) 한국정보과학회 2003 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.30 No.6

전파(propagation) 오류가 빈번한 무선 이동 네트워크에서는 전송 성능을 향상하기 위해 FEC (Forward Error Correction) 알고리즘을 채택한다. 그러나 정적인 FEC방식은 연속적으로 변화하는 전파 오류율에 알맞은 정정 코드(check code)를 적용하지 못해 성능이 저하된다. 본 논문에서는 변화하는 무선 채널의 전파 오류율에 따라 FEC의 정정도를 알맞게 결정하는 링크 계층용 적응적 FEC 기법인 FECA(FEC-level Adaptation)를 제안한다. FECA는 오류율이 높고, 오류율이 천천히 변화하는 무선 환경에 알맞은 알고리즘이다. 일례로 전파 간섭이 있는 환경에서 센서(sensor) 네트워크는 평균 오류율이 10^(-6)이상이며 오류율이 평균 수백 밀리초 이상 지속되는 것으로 관찰되었다. FECA는 분석적인 무선채널 시뮬레이션과 패킷 트레이스 기반(trace-driven) 시뮬레이션에서 정적 FEC 알고리즘에 비해 최대 15% 이상 성능을 향상하였다. To improve performance over noisy wireless channels, mobile wireless networks employ forward error correction(FEC) techniques. The performance of static FEC algorithms, however, degrades by poorly matching the overhead of their correction code to the degree of the fluctuating underlying channel error. This paper proposes an adaptive FEC technique called FECA(FEC-level Adaptation), which dynamically tunes FEC strength to the currently estimated channel error rate at the data link layer. FECA is suitable for wireless networks whose error rate is high and slowly changing compared to the round-trip time between two communicating nodes. One such example network would be a sensor network in which the average bit error rate is higher than 10^(-6) and the detected error rate at one time lasts a few hundred milliseconds on average. Our experiments show that FECA performs 15% in simulations with theoretically modeled wireless channels and in trace-driven simulations based on the data collected from real sensor networks better than any other static FEC algorithms.

트레인 모델에 기반한 네트워크 시뮬레이션 기법

안종석(Jong Suk Ahn) 한국정보과학회 1997 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.24 No.9

본 논문은 대용량 초고속 네트워크를 기존의 패킷 시뮬레이터에 비해 최대 100배까지 빠르게 시뮬레이션할 수 있는 새로운 시뮬레이션 기법용 소개한다. 이 기법은 기존의 네트워크 시뮬레이터와 달리 네트워크 트랙픽을 패킷단위가 아닌 트레인(train) 단위로 처리한다. 트레인은 여러개 패킷들의 묶음을 지칭하는 것으로, 이 기법은 트레인에 포함하는 패킷의 수에 상관없이 해석적으로 트레인을 처리하여 주어진 네트워크를 빠르게 시뮬레이션할 수 있다. 이 기법은 트레인 움직임 시에 네트워크를 해석적으로 평가하기 때문에 각 패킷의 움직임 시마다 네트워크를 평가하는 기존 패킷 시뮬레이션과 다른 결과를 산출할 수 있다. 이 논문에서는 이 기법의 속도 증가와 정확도를 측정하기 위해서, 세가지 네트워크 현상- ATM 스위치의 버퍼 크기에 따른 패킷 손실률, 패킷 크기에 따른 ATM 네트워크 상에서 TCP의 성능 저하 평가, 랜덤 프로세스 부재시 패킷 네트워크 시뮬레이션에서 발생하는 페이즈 현상(phase effects)-을 재현하였다. 실험 결과에 따르면 시뮬레이션 타이밍 단위를 변화시키는 이 기법이 패킷 시뮬레이션에 비해 10배 정도의 속도를 향상시키면서도 같은 네트워크 현상들을 예측할 수 있었다. This paper introduces a new network simulation technique that can speedup simulation of high-speed networks by one to two order-of-magnitude. Speedup is achieved by modeling network traffic from packet-by-packet to train-by-train, where a train represents a cluster of closely spaced packets. The longer trains, the faster the technique since the cost of processing trains is independent of train size. Since the new technique evaluates behavior of trains, not every move of individual packets, this technique coarsens the timing granularity of simulation. Coarsening the timing granularity introduces, of course, a degree of approximation. We conducted three experiments to evaluate our coarse time-gram simulation technique in ATM networks carrying a mix of data and streaming traffic. In the three experiments, we measured the packet loss probability of an ATM switch as its buffer size changes, TCP performance degradation over ATM networks as the packet size increases, and finally phase effects due to the TCP´s deterministic behavior. The experiments showed that with our new simulation technique we can observe the same network phenomena while achieving some degree of speedup.

채널 모델링 방법에 따른 센서 네트워크 성능 변화

안종석(Jong Suk Ahn),한상섭(Sang Seob Han),김지훈(Ji Hoon Kim) 한국정보과학회 2004 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.31 No.4

최근에 사용 편이성으로 인해 다양한 무선 이동 네트워크들이 널리 보급되면서, 무선 네트워크 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 네트워크에서의 패킷 손실은 유선 네트워크의 혼잡이 아닌, 전파 오류로 인해 빈번히 발생되기 때문에, 시뮬레이션에서 무선 네트워크의 성능을 정확히 평가하기 위해서는 알맞은 무선 채널 모델을 채택해야 한다. 적합한 채널 모델은 사용 주파수 영역, 신호출력, 방해물 존재 유무, 평가하는 프로토콜의 비트 오류에 대한 민감성 등 여러 가지 변수를 고려하여 선택해야 한다. 본 논문에서는 센서(Sensor) 채널의 고 전파 오류 특성을 분석하고, 센서 채널에 알맞은 채널 모델을 결정한다. 또한 센서 네트워크에서 수집한 비트 오류 데이타와 다양한 이론적 무선 채널 모델링 방식을 이용하여 링크계층 FEC(Forward Error Correction) 알고리즘과 TCP 성능 변화를 평가한다. 10일간의 센서 채널 트레이스와의 비교 분석에 의하면, CM(Chaotic Map) 모델은 센서 채널의 BER 편차와 PER(Packet Error Rate) 값을 각각 3배와 10배 이내의 오차 범위에서, 다른 모델은 수십 배 이상 오차범위에서 예측한다. FEC 알고리즘과 세가지 TCP (Tahoe, Reno, 그리고 Vegas) 시뮬레이션 실험에서도 CM 모델은 트레이스와 유사한 성능 변화를, 다른 모델은 최대 10배 이상의 오차를 보인다. As wireless mobile networks have been widely adopted due to their convenience for deployment, the research for improving their performance has been actively conducted. Since their throughput is restrained by the packet corruption rate not by congestion as in wired networks, however, network simulations for performance evaluation need to select the appropriate wireless channel model representing the behavior of propagation errors for the evaluated channel. The selection of the right model should depend on various factors such as the adopted frequency band, the level of signal power, the existence of obstacles against signal propagation, the sensitivity of protocols to bit errors, and etc. This paper analyzes 10-day bit traces collected from real sensor channels exhibiting the high bit error rate to determine a suitable sensor channel model. For selection, it also evaluates the performance of two error recovery algorithms such as a link layer FEC algorithm and three TCPs (Tahoe, Reno, and Vegas) over several channel models. The comparison analysis shows that CM(Chaotic Map) model predicts 3-time less BER variance and 10-time larger PER(Packet Error Rate) than traces while these differences between the other models and traces are larger than 10-time. The simulation experiments, furthermore, prove that CM model evaluates the performance of these algorithms over sensor channels with the precision at least 10-time more accurate than any other models.

802.11에서의 GB-DCF 기법의 성능 향상을 위한 동적 그룹화 알고리즘

김종윤(Jong-Yun Kim),안종석(Jong-Suk Ahn) 한국통신학회 2007 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.11

고속 라우터를 위한 향상된 비트맵 룩업 알고리즘

이강우,안종석,Lee, Kang-woo,Ahn, Jong-suk 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지 A Vol.11 No.2

인터넷 회선의 고속화에 따라 패킷을 초당 기가비트 이상의 속도로 전송하는 라우터에 대한 연구가 활발하다. 본 논문에서는 라우터의 병목인 최장 프리픽스 검색(LPM : longest prefix matching)을 효율적으로 수행하기 위해 제안된 비트맵 트라이(Bitmap Trie) 알고리즘을 혁신적으로 향상시킨 방법을 제시한다. 이 방법은 검색시간을 단축하기 위하여 다음과 같은 세 가지 기법을 적용하였다. 첫째, 카운트 테이블을 추가하여 기존 알고리즘에서의 과도한 시프트 연산을 제거하여 프로세서 내의 처리시간을 단축했다. 두 번째는 트랜스퍼 테이블내의 중복된 포워딩 정보를 제거하여 메모리 효율을 증가시켰으며, 마지막으로, 포워딩 정보에 대한 접근빈도에 따라 검색범위를 다원화하여 데이터 접근을 최적화하였다. 또한, 신뢰도가 가장 놀은 실행-구동 시뮬레이션 방법을 채택함으로써 검색의 지연요소를 발생 원인별로 세분하여 알고리즘이 실행되는 과정을 면밀하게 분석할 수 있었다. 실험 결과는 실제 시스템으로부터 실측한 결과와 비교하는 검증과정을 거쳤으며, 그 결과 기존 알고리즘에 비해 검색 수행시간을 약 82% 단축한 알고리즘을 개발하였다. As the Internet gets faster, the demand for high-speed routers that are capable of forwarding more than giga bits of data per second keeps increasing. In the previous research, Bitmap Trie algorithm was developed to rapidly execute LPM(longest prefix matching) process which is Well known as the Severe performance bottleneck. In this paper, we introduce a novel algorithm that drastically enhanced the performance of Bitmap. Trie algorithm by applying three techniques. First, a new table called the Count Table was devised. Owing to this table, we successfully eliminated shift operations that was the main cause of performance degradation in Bitmap Trie algorithm. Second, memory utilization was improved by removing redundant forwarding information from the Transfer Table. Lastly. the range of prefix lookup was diversified to optimize data accesses. On the other hand, the processing delays were classified into three categories according to their causes. They were, then, measured through the execution-driven simulation that provides the higher quality of the results than any other simulation techniques. We tried to assure the reliability of the experimental results by comparing with those that collected from the real system. Finally the Enhanced Bitmap Trie algorithm reduced 82% of time spent in previous algorithm.

생혈구분석을 통한 He-Ne laser 정맥혈관내 조사의 효과

공민준,안종석,유호룡,김용진,배경일,김윤식,설인찬,Kong, Min-Joon,Ahn, Jong-Suk,Yoo, Ho-Ryong,Kim, Yong-Jin,Bae, Kyong-Il,Kim, Yoon-Sik,Seol, In-Chan 대한한방내과학회 2000 大韓韓方內科學會誌 Vol.21 No.5

Objectives : The purpose of this study was to investigate the effect of Intravascular Laser Irradiation of Blood(ILlB) by the live blood analysis. Methods : We had analysed the changing forms of the live blood samples with Ultra Darkfield Microscope before and after Intravascular Laser Irradiation of Blood. Results : 1. Somatid did not showed significant change. 2. In the rouleau of red blood cells was decreased significantly. 3. In the morphological change of red blood cells, Burr cell, Ovalocyte and Poikilocyte were decreased significantly, but Acanthocyte and Target cell were increased significantly. 4. In the abnormal matters in plasma, the Cholesterol cristal did not showed significant change, but the Aggregation of platelet, Lipids, Spicule, Leucocyte, Uric acid cristal did showed a little significant decrease. Conclusion : These findings suggest that live blood analysis is useful to judge the effect of treatment and diagnosis in oriental medicine, and with the effect of Intravascular Laser Irradiation of Blood, it had showed significant effect on rouleau of red blood cells, morphological change of red blood cells and abnormal matters in plasma.

두 개의 우선순위 큐를 적용한 IEEE 802.15.4 GTS 서비스 지연에 대한 분석적 모델

이강우,신연순,안종석,Lee, Kang-Woo,Shin, Youn-Soon,Ahn, Jong-Suk 한국정보처리학회 2008 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.15 No.5

IEEE 802.15.4에서는 실시간 전송을 위해 GTS 요청 패킷을 조정자에게 전송하여 전송 시간을 미리 예약한다. 본 논문에서는 GTS 예약 지연 시간을 감소하기 위해 802.11e와 같이 일반 데이터와 GTS 요청 패킷의 전송 우위를 차별화하기 위해 두 개의 전송 큐를 사용하는 GTS-FAT 방안을 소개한다. 즉 기존 방식은 이 두 종류의 패킷을 하나의 경쟁 윈도우에 의해 전송하였으나, GTS-FAT 방안은 두 종류의 패킷을 서로 다른 큐에 저장하고 서로 다른 경쟁 윈도우에 의해 전송한다. 또한 본 논문에서는 GTS-FAT의 서비스 지연시간을 분석하기 위해 기존의 802.15.4의 모델과 802.11e의 성능 모델을 결합한 수학적 모델을 제안한다. 제안된 모델의 수치 분석에 의하면 GTS-FAT 방안은 일반 데이터가 GTS 요청 패킷보다 4배 정도 많은 경우에 데이터 전송지연은 6.1%정도 증가하였으나 예약 요청 지연시간을 최대 50%까지 줄였다. IEEE 802.15.4 reserves transmission time to support real-time transport by sending GTS request packets to the PAN coordinator in advance. This paper introduces GTS-FAT technique to reduce the reservation time by giving a higher sending priority to GTS request packets than data packets. Differently from the conventional scheme where these two kinds of packets share a single transmission queue, GTS-FAT scheme allocates two queues with two different contention window sizes like IEEE 802.11e. This paper also proposes an analytical GTS delay model by combining the two legacy models for 802.15.4 and 802.11e to accurately predict the GTS-FAT delay over a given network topology. Our analysis shows that GTS-FAT reduces GTS service delay by up to 50% at the expense of the data delay by only up to 6.1% when GTS request packets four times outnumber data packets.