펨토셀 환경에서 채널별 전송전력의 적응적 제어 기법

이호석(Ho-Seog Lee),조호신(Ho-Shin Cho) 대한전자공학회 2011 대한전자공학회 학술대회 Vol.2011 No.12

본 논문은 펨토셀 환경에서 시스템 용량 향상 및 호손율을 위해 펨토 기지국이 자기 최적화 기법을 이용하여 채널별 전송전력을 적응적으로 제어하는 방법을 제안한다. 펨토셀 관련 국제표준에서는 요구사항으로 펨토셀 밀집 배치에 따라 성능 열화가 없어야 한다는 점을 들고 있다. 제안방식에서는 각 펨토 기지국이 펨토 게이트웨이를 통해 전달받은 이웃 기지국의 채널별 전송전력 정보와 주기적 스펙트럼 감지를 통해 측정한 이웃 펨토셀로 부터의 채널별 수신 전력을 바탕으로 자신의 채널별 전송전력을 결정하게 된다. 또한 각 채널별로 펨토 사용자 단말(Femto Mobile Station: FMS)의 이동에 따라 적응적으로 전송전력을 제어함으로써, 핸드오버 감소 및 펨토셀간 균등한 서비스 기회를 가지도록 한다. 이를 통해 펨토셀 밀집 배치에 따른 성능 열화를 방지할 뿐만 아니라, 펨토셀이 밀집할수록 시스템 용량이 향상되고 호손율이 낮아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한 채널별 전송전력을 독립적으로 제어함으로써 커버리지 홀을 줄일 수 있으며, 시스템 내에 존재하는 펨토셀의 개수와 상관없이 항상 일정 수준 이상의 커버리지와 호손율을 유지할 수 있다. 컴퓨터 모의실험을 통해 시스템 용량과 호손율 측면에서 기존 방식과 비교 분석하였으며 그 결과 제안한 방식이 기존 방식보다 우수함을 볼 수 있었다.

수중센서 네트워크에서 자기 조직화 기법을 이용한 네트워크 토폴로지 구성법

김경택,조호신,Kim, Kyung-Taek,Cho, Ho-Shin 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.8

본 논문에서는 수중센서 네트워크에서 자기 조직화 기법을 활용하여 네트워크 토폴로지를 적응적으로 제어하고 노드 간 통신에 소요되는 에너지를 최소화하는 해법을 제안한다. 제안 기법은 네트워크 전체의 중앙제어 기능 없이 국지적으로 노드들 간의 시그널링을 통해 각 노드의 배터리 잔여량 정보를 공유하고 이를 바탕으로 클러스터의 헤더를 선출하거나 필요한 경우 네트워크 토폴로지를 지역적으로 조정함으로써 네트워크 전체의 수명을 연장할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 수중센서 네트워크에서의 대표적 토폴로지 구성법인 LEACH 기법과 제안 기법을 비교 분석한다. 이를 위한 성능 파라미터로서 네트워크 구성 일정 시간 후 배터리를 모두 소진하지 않은 생존 노드 개수, 배터리 잔여량 편차, 네트워크 구성을 위한 초기화 단계 및 구조 조정 단계에서의 에너지 소모량을 사용한다. In this paper, an adaptive scheme for network topology configuration is proposed to save the overall energy consumption in underwater acoustic sensor network. The proposed scheme employs a self-organized networking methodology where network topology is locally optimized by exchanging the energy-related information between neighboring nodes such as the remaining energy of each node, in a way that the network life time can be augmented without any centralized control function. Computer simulation is used to evaluate the proposed scheme comparing with LEACH in terms of the number of alive nodes after a given time, the deviation of individual nodes' residual energy and the energy consumption at the initialization and coordination stages.

OFDMA 시스템에서 실시간 트래픽 전송을 위한 효율적 스케쥴링 기법

박정식,조호신,Park, Jeong-Sik,Cho, Ho-Shin 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.1A

본 논문에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 실시간 트래픽 전송을 위한 효율적 패킷 스케줄링 기법을 제안한다. 본 방식은 패킷의 시간 지연 구속을 우선 만족시키면서 데이터 전송률도 향상시키는 기법으로 TEDC(Throughput Enhancement Under Delay-Constraint)라 불리운다. 사용자별 트래픽 특성에 따른 허용 지연 시간(Tolerable Delay Time TDT)을 정의하여 다양한 시간 지연 요구 조건을 차별화 하여 관리함으로써 무선 자원의 사용 효율을 향상시킨다. 논문에서 제안하는 TEDC 방식은 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계에서는, 실시간 서비스를 위해 요구되는 시간 지연 구속을 만족하기 위해 잔여 허용 시간이 남지 않은 긴급한 사용자들에게 우선적으로 무선자원을 할당한다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 할당하고 남은 잉여 무선 자원에 대해서 자원의 활용도를 최대화하여 전체 데이터 전송률(Throughput)을 향상시킨다. 제안된 TEDC 방식의 성능은 기존의 자원할당 방식인 Round robin, M-LWDF, EXP 방식과 패킷 손실률, 데이터 전송률, 채널 활용도 측면에서 비교, 분석된다. 시뮬레이션 결과, TEDC 방식이 패킷 손실률, 데이터 전송률, 채널 활용도 측면에서 다른 자원 할당 방식보다 모두 우수한 성능을 보였다. In this paper, a packet scheduling scheme that supports real-time traffic having multi-level delay constraints in OFDMA systems is proposed. The proposed scheme pursues to satisfy the delay constraint first, and then manage the residual radio resource in order to enhance the overall throughput. A parameters named tolerable delay time (TDT) is newly defined to deal with the differentiated behaviors of packet scheduling according to the delay constraint level. Assuming that the packets violating the delay constraint are discarded, the proposed scheme is evaluated in terms of the packet loss probability, throughput, channel utilization. It is then compared with existing schemes for real-time traffic support such as the Exponential Scheduling (EXP) scheme, the Modified Largest Weighted Delay First (M-LWDF) scheme, and the Round robin scheme. The numerical results show that the proposed scheduling scheme performs much better than the aforementioned scheduling schemes in terms of the packet loss probability, while slightly better in terms of throughput and channel utilization.

저수지 실험을 통한 수중 음향 코드 분할 다중 접속 방식의 다이버시티 수신 성능 검증

서보민,조호신,Seo, Bo-Min,Cho, Ho-Shin 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.1

코드 분할 다중 접속 기법은 주파수 선택적 페이딩에 강인할 뿐만 아니라 주파수 재사용 효율이 좋으므로 열악한 수중 환경에서의 유망한 매체 접속 제어 기법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 다이버시티 기법을 적용한 수중 코드 분할 다중 접속 기법의 순방향 및 역방향 링크 트랜스시버를 설계한다. 사용자 데이터는 월시 부호를 사용하여 다중화되며, 유사 잡음 부호 획득 과정을 통해 위상 오류 정정 및 유사 잡음 부호 역확산을 수행한다. 수중 음향 채널의 다중 경로 페이딩에 의한 트랜스시버 성능 감소를 최소화하기 위해 동일 이득 합성 및 최대비 합성의 다이버시티 기법을 적용한다. 다이버시티 기법으로 인한 트랜스시버의 성능 개선을 확인하기 위해 평균 수심 40 m의 문경시 경천호에서 두 개의 송신기와 두 개의 수신기를 활용하여 460 m 거리에서 저수지 실험을 수행하였으며, 결과적으로 순방향 및 역방향 링크 모두 사용자 데이터가 오류 없이 복원되었다. CDMA (Code Division Multiple Access) is promising medium access control schemes for underwater acoustic sensor networks because of its robustness against frequency-selective fading and high frequency-reuse efficiency. In this paper, we design diversity schemes of underwater CDMA transceiver for the forward and reverse links. User data are multiplexed by Walsh code and a pseudo random noise code acquisition process is added for phase error correction before decoding the user data at the receiver. Then, the diversity reception using equal gain combining and maximal ratio combining is performed in order to minimize performance degradation caused by rich multipath fading of underwater acoustic channel. We evaluated the performance of diversity transceiver through lake experiment, which was performed at Lake Kyungcheon, Mungyeong city using two transmitters and two receivers placed 460 m apart at an average depth of 40 m. The lake experiment results show that user data are recovered with error-free in both of the forward and reverse links.

수중 센서 네트워크에서 노드 그룹화를 통한 전송전력 절약 방안

황성호,조호신,Hwang, Sung-Ho,Cho, Ho-Shin 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.8

본 논문은 수중 센서 네트워크에서 송수신 노드간 거리가 증가함에 따라 통신을 위한 전송전력이 급격하게 증가하는 단점을 효과적으로 극복하여 보다 낮은 전송 전력으로 통신할 수 있도록 하기 위한 방안을 제안한다. 제안한 방식은 각 노드들을 싱크노드로부터의 거리에 따라 몇 개의 그룹으로 나누고, 해당 그룹에 지정된 대역을 활용하게 한다. 즉, 멀리 떨어져 있어 주파수 증가에 따른 감쇠가 큰 노드들은 저주파수를, 가까운 거리에 있어 주파수 증가에 따른 감쇠가 적은 노드들은 고주파수를 활용하여 전체 노드가 일정 수준 이상의 신호 대 잡음비를 유지함으로써 전송전력을 줄일 수 있게 된다. 각 센서노드들의 거리에 따른 주파수 별 신호 감쇠 특징을 활용하여 그룹의 크기에 따라 가변되는 전송전력을 최소화하는 최적 그룹의 크기를 찾고 그룹의 크기에 비례하여 그룹 별 대역을 할당하는 알고리즘을 제안한다. 제안한 방식은 기존의 그룹을 나누지 않는 방식에 비해 10 dB이상 감소된 전송 전력을 보였다. This paper proposes a transmitted power saving method for underwater acoustic sensors considering the acoustic wave propagation characteristic that propagation loss increases more rapidly in higher frequency band. In the proposed scheme, sensor nodes are divided into a few groups based on the distance between sink node and the sensor node, and each group uses its own frequency band. The node group with longer distance uses lower frequency and the node group with shorter distance uses higher frequency. By means of such a distance-dependent frequency allocation, all sensor nodes are able to maintain a certain target signal-to-noise ratio (SNR), but also save transmitted power. In addition, the optimum size of node group is obtained, and also a frequency allocation algorithm is proposed accordingly. Numerical results show that the proposed scheme saves transmitted power by more 10 dB comparing non-grouping methods.

싱글 홉 수중 센서 네트워크를 위한 매체접속제어 프로토콜 설계

백승권,조호신,장윤선,Baek, Seung-Kwon,Cho, Ho-Shin,Jang, Youn-Seon 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.6

수중 통신망의 매체접속제어 (MAC: Medium Access Control) 프로토콜 설계 시 반드시 고려되어야할 사항은 초음파의 느린 속도로 인한 긴 전파 지 연, 동기화의 어려움, 그리고 수중 환경에서 배터리 충전의 어려움으로 인한 전력 소비 문제 등이다. 본 논문에서는 TDMA 기반의 매체접속제어 프로토콜이 가지는 동기화 문제, 채널 효율 문제를 해결하고, 경쟁기반 프로토콜이 가지는 충돌율로 인한 전송 효율 저하 문제를 보완하는 매체접속 제어 프로토콜을 제안하였다. 슬립 모드를 도입하여 효율적인 전력 사용으로 에너지 소비를 줄였고, 채널 효율 증가 및 충돌율 감소를 통해 전송 효율을 증가시켰다. Main design issues for MAC (Medium Access Control) protocol in underwater sensor networks are long propagation delay caused by the low speed of sound, difficult synchronization, and energy-limited node's life. We aimed to mitigate the problems of strict synchronization and channel inefficiency of TDMA and also the throughput degradation induced by unavoidable collisions in contention based MAC protocols. This proposed protocol improved not only the energy efficiency by adopting a sleep-mode, but also the throughput by reducing collisions and increasing channel efficiency.

무선 멀티 미디어 서비스를 위한 하이브리드 호 접속 제어 알고리듬의 제안 및 평가

김정호,조호신,Kim, Jeong-Ho,Cho, Ho-Shin 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.9A

본 논문에서는 멀티 미디어 호의 QoS 를 개선하기 위한 하이브라드 방법의 호 정속 제어 알고리듬을 제안하고 채널 당 최대 할당 가능한 전력으로 채널할당여부를 결정하는 채널기반 알고리듬과의 성능을 비교 분석하고자 한다. 3세대의 멀티 미디어 서비스 네트워크의 초기단계에서는 서비스 커어리지가 작고 무선 링크의 용량이 제한되어 있다. 기지국과 같은 네트워크 요소를 초기에 대규모로 구축하는 곳은 사용자가 많은 지역에 한정되고 나머지 영역은 척은 수의 기지국으로 서비스를 제공하기 때문에 우선 채널 지원이 제한되어 있는 커버리지 네트워크를 이루게 된다. 서비스 영역의 전체에서 사용자가 증가하게 될 때 보다 많은 사용자를 수용하기 위해서는 대규모 네트워크 요소의 추가적인 구축이 요구되므로 정진적인 네트워크 인프라 구축을 위해 기존의 구축된 우선 네트워크 자원의 효율척인 사용이 요구된다. 이 같은 상황 하에서 제안된 하이브리드 방법은 인접 기지국의 우선 채널 자원을 효율적으로 사용함으로써 용량 네트워크로 이행하는 단계에서 멀티 마디어 서비스의 QoS 의 열화를 완화 시킬 수 있다. The call admission control algorithm of hybrid scheme is proposed to enhance the QoS(quality of service) of attempted multimedia calls. In the initial stage of 3rd generation multimedia services networks, the major limitations include the small sefyice coverage and the limited radio link capacity. Because the initial massive deployment of network elements such as base stations, base station controllers, and mobile switching centers is restricted to populated areas and the other areas should be covered with the fewer network elements, the radio channel resources are hmited and coverage network is supposed to be established. Therefore the QoS of multimedia services is expected to be severely degraded when tentative traffic hot spot occurs frequently. Thus, the blocking probability of attempted calls mcreases when relatively large number of users try to place multimedia calls in a hot spot area of the wireless networks. In this situation, the proposed hybrid scheme can mitigate the degradation of the QoS of multimedia services by using the available radio channels of the neighboring cells.

노후화된 RC 라멘조 APT의 화재시 구조거동에 관한 해석적 연구

신이철(Shin, Yi-Chul),조호신(Cho, Ho-Shin),박승환(Park, Seung-Hwan),서정호(Seo, Jung-Ho),윤성호(Yoon, Seong-Ho),권영진(Kwon, Young-Jin) 한국화재소방학회 2007 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2007 No.춘계

펨토셀 환경에서의 셀 간 간섭 회피를 위한 자기 조직화된 자원 할당 기법

이호석(Ho-seog Lee),남지희(Ji-hee Nam),황성호(Sungho Hwang),조호신(Ho-shin Cho) 한국통신학회 2011 韓國通信學會論文誌 Vol.36 No.1

본 논문은 펨토셀 환경에서의 셀 간 간섭 회피를 위한 자기 조직화된 자원 할당 기법을 제안하고 컴퓨터 모의실험을 통해 성능을 평가한다. 두 단계로 이루어진 제안 기법은 선(先) 생성된 펨토셀의 기(旣) 사용 주파수를 후(後) 생성된 펨토셀에게 양보 가능하다는 개념을 도입함으로써 펨토셀 등록 실패율을 줄이고 간섭을 회피하는 주파수 할당이 가능하도록 한다. 첫 번째 “초기 주파수 할당” 단계에서 각 펨토셀은 생성과 동시에 스캐닝을 통해 인접 펨토셀 정보를 수집하고 이 정보를 기반으로 이웃 펨토셀과 간섭이 없는 주파수를 사용 주파수로 선택한다. 첫 번째 단계에서 사용 주파수를 획득하지 못한 경우, 생성된 펨토셀은 두 번째 “주파수 조정” 단계를 통해 이웃 펨토셀이 사용하는 주파수를 조정함으로써 자신이 사용할 주파수를 획득한다. 컴퓨터 모의실험 결과는 등록 실패율 측면에서 제안한 방식이 기존 방식보다 우수함을 보여준다. In this paper, we propose a self-organized frequency allocation scheme for femto-cell deployment to avoid intercell interference, thereby reducing cell-registration failure. The proposed scheme follows two steps which if necessary manipulate frequency-band reallocation of existing femto-cells to accomodate newly incoming femto-cells. In the first step named "initial frequency allocation", each femto-cell collects neighboring femto-cells' frequency usage state by listening the broadcasting channels, and then selects one of interference-free frequency-bands. If no inference-free band is available, the second step named "frequency adjustment" starts, where frequency-band reallocation is properly performed from the aspect of overall performance improvement. Numerical results shows that the proposed scheme outperforms the best SINR scheme, which has been practically applied to femto-cell deployment, in terms of cell-registration failure probability and system overhead.

수중 센서 네트워크에서 코드 분할 다중 접속 방식을 사용하는 네트워크 코딩 기법

서보민,조호신,Seo, Bo-Min,Cho, Ho-Shin 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.1

본 논문에서는 높은 비트 오류율을 가지는 수중 환경에 적용 가능한 네트워크 코딩 기법을 제안한다. 제안하는 네트워크 코딩 기법의 매체 접속 방식으로 코드 분할 다중 접속 방식을 사용한다. 또한 제안하는 기법은 다수의 소스 노드와 중계 노드, 하나의 싱크 노드로 이루어진 구조에 적용된다. 성능 분석 파라미터로서 소스 노드가 전송한 전체 패킷의 수에 대한 싱크 노드에 성공적으로 도달한 패킷의 수의 비율인 패킷 전달률을 사용하였고 모의실험 결과 50%에 가까운 패킷 오류율 환경에서도 95% 이상의 패킷 전달률을 나타내었다. In this paper, we propose a network coding scheme that is one of the most promising techniques for overcoming transmission errors in underwater acoustic communications. It is assumed that the proposed scheme operates in a Code Division Multiple Access (CDMA) network where multiple sensor nodes share the underwater acoustic channel in both the frequency and the time domains by means of orthogonal codes. The network topology deploys multi-hop transmission with relaying between multiple source nodes and one destination node via multiple relay nodes. The proposed scheme is evaluated in terms of the successful packet delivery ratio of end-to-end transactions under varying packet loss rates. A computer simulation shows that the successful delivery ratio is maintained at over 95% even when the packet loss rate reaches 50%.