무선 데이터 망에서 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능 분석

박재성(Jaesung Park),임유진(Yujin Lim),안상현(Sanghyun Ahn) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.5

IEEE 802.11 표준은 무선랜, 애드 혹 망 및 차량간 통신 망 등 무선 데이터 망에 광범위하게 이용되고 있다. 이에 따라 망성능 최적화 및 효과적인 망 자원 관리 기법의 개발을 위해 IEEE 802.11의 성능 분석이 광범위하게 이루어져 왔으나 대부분의 성능 분석 연구들은 데이터 평면에서 유니캐스트 전송 기법의 성능에 관한 것들이었다. 그러나 무선 데이터 망에서는 망형상 관리, 노드 사이의 경로 관리 및 데이터 전송 방법으로 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법을 이용하고 있다. 따라서 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능에 대한 정확한 이해는 무선 데이터 망 설계를 위해 매우 중요하다. 이에 따라 본 논문에서는 노드의 전송 범위, 데이터 전송율, 최소 경합 윈도우의 크기와 같은 IEEE 802.11 시스템 파라미터 뿐만 아니라 노드의 수, 망의 부하, 전파 전송 환경과 같은 망 운용 환경을 모두 고려하여 IEEE 802.11 브로드캐스트 기법의 성능을 송신 노드와의 거리에 따른 브로드캐스트 프레임 수신 확률 측면에서 분석한다. 제안된 분석 프레임은 망 환경과 관련된 모든 파라미터들을 고려하기 때문에 동적인 무선 데이터 망 환경을 위한 적응성 있는 제어 기법 개발에 이용될 것으로 기대된다. The IEEE 802.11 standard has been used for wireless data networks such as wireless LAN, ad-hoc network, and vehicular ad-hoc network. Thus, the performance analysis of the IEEE 802.11 specification has been one of the hottest issues for network optimization and resource management. Most of the analysis studies were performed in a data plane of the IEEE 802.11 unicast. However, IEEE 802.11 broadcast is widely used for topology management, path management, and data dissemination. Thus, it is important to understand the performance of the broadcast scheme for the design of efficient wireless data network. In this context, we analyze the IEEE 802.11 broadcast scheme in terms of the broadcast frame reception probability according to the distance from a sending node. Unlike the other works, our analysis framework includes not only the system parameters of the IEEE 802.11 specification such as transmission range, data rate, minimum contention window but also the networking environments such as the number of nodes, network load, and the radio propagation environments. Therefore, our analysis framework is expected to be used for the development of protocols and algorithms in a dynamic wireless data network.

IEEE 802.15.4e 멀티 채널 QoS 스케줄링 알고리즘

우혁 ( Hyuk Wu ),김학규 ( Hak Kyu Kim ),이동준 ( Dong Jun Lee ),강호용 ( Ho Yong Kang ) 한국항행학회 2011 韓國航行學會論文誌 Vol.15 No.5

IEEE 802.15.4는 TDMA(time division multiple access) 방식으로 동작하는 LWPAN(low-rate wireless personal area networks)의 표준이다. 그러나 IEEE 802.15.4는 QoS(quality of service), 확장성, 신뢰성 등에 제약이 있다. 기존 IEEE 802.15.4에서는 QoS 지원을 위하여 GTS(guaranteed time slot)을 사용한다. 그러나 GTS는 멀티 홉 환경에서 다수의 장치들의 QoS를 만족시키기에 효과적인 방법이 아니며, 멀티 주파수 채널에 대한 고려도 없다. 이러한 제약 사항을 보완하기 위하여 IEEE 802.15.4의 MAC(medium access control) 부계층을 강화한 표준으로써 IEEE 802.15.4e가 개발 중이다. 본 논문에서는 IEEE 802.15.4e에서 멀티 채널, 멀티 홉 환경의 종단 장치간 전송 지연을 만족시키기 위한 스케줄링 방식을 제안하고, 시뮬레이터를 이용하여 성능 평가를 수행하였다. IEEE 802.15.4 is a standard for LWPAN based on TDMA. IEEE 802.15.4 has not been used widely because of restrictions on the QoS, scalability, and reliability. IEEE 802.15.4 utilizes GTS for one-hop QoS transmission. However GTS is not an effective method to satisfy QoS in multi-hop environments. Currently IEEE 802.15.4e, an extended version of IEEE 802.15.4 MAC sub-layer, is being developed to satisfy more diverse performance requirements than IEEE 802.15.4. IEEE 802.15.4e provides muti-hop QoS transmission functionality and uses multiple frequency channels. In this paper, a multi-channel TDMA scheduling scheme is proposed to satisfy end-to-end transmission delay in IEEE 802.15.4e. The performance of the proposed scheme is evaluated using simulation.

IEEE 802.15.4와 IEEE 802.11g/n의 중첩 채널 간 간섭에 관한연구

이성훈,박원재,권구인 한국차세대컴퓨팅학회 2011 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.7 No.1

USN(Ubiquitous Sensor Network)의 Phy/Mac layers 표준인 IEEE 802.15.4와 무선 랜(Wireless Lan)의 Phy/Mac layers 표준인 IEEE 802.11은 데이터 통신을 위해 같은 ISM 2.4GHz 대역을 사용한다. 따라서 데이터 전송 시 radio power 0 dBm의 IEEE 802.15.4가 radio power 16 dBm의 IEEE 802.11에 의해 간섭의 영향 클 것으로 예상된다. 본 논문은 IEEE 802.11의 최신 버전인 g와 n이 IEEE 802.15.4와 중첩된 채널을 동시에 사용 할 때 각각 어떠한 형태로 간섭의 영향을 미치는지 실험하였다. 그 결과 IEEE 802.11g/n 채널의 center frequency에 가까이 위치할수록 IEEE 802.15.4 채널들은 심한 간섭을 받았으며 IEEE 802.11의 전송속도가 증 가할수록 bit error가 발생한 packet의 비중이 감소하고 반대로 패킷 전체가 수신이 되지 않는 loss packet의 비중이 증가하는 현상을 살펴볼 수 있었다.

WiFi 트래픽의 간섭환경에서 IEEE 802.15.4 노드의 프레임 전송 및 채널변경 방법

송명렬 ( Myong Lyol Song ) 한국인터넷정보학회 2014 인터넷정보학회논문지 Vol.15 No.1

이 논문에서는 WiFi 트래픽으로 인해 IEEE 802.15.4 노드에서 프레임 전송에 장애가 발생할 때, IEEE 802.15.4 네트워크의 노드들을 새로운 채널에서 동작시키기 위한 프레임 전송방법과 특성에 연구되었다. WiFi 트래픽의 간섭에 대한 평가, 간섭이 적거나 없는 새로운 채널의 탐색 및 동작채널을 변경하기 위한 연구들에 대해 분석하였다. IEEE 802.11 네트워크와 중첩된 무선채널에서 IEEE 802.15.4 프레임의 전송지연과 CSMA-CA 알고리즘을 적용하지 않은 IEEE 802.15.4 프레임 전송시 프레임들의 충돌 및 IEEE 802.11 노드들의 동작에 대해 설명하였다. 충돌된 IEEE 802.15.4 프레임의 잔여부분을 사용하기 위해 프레임형식코드블럭들을 포함한 프레임의 전송방법이 제안되었다. 제안된 방법의 실험을 통해, 충돌시 프레임형식코드블럭들이 수신기에서 동기화되어 수신되는 현상을 관찰하고, IEEE 802.15.4 프레임에서 충돌을 겪는 위치, 프레임수신율에 대한 특성이 분석되었다. WiFi 트래픽의 간섭을 피하기 위해 IEEE 802.15.4 네트워크의 채널변경명령을 전송하고 응답을 얻기까지 걸리는 시간을 측정한 실험결과는 제안된 방법이 기존의 방법보다 개선된 성능을 나타낸다. In this paper, a frame transmission method to make IEEE 802.15.4 nodes run at a new channel and its characteristics are studied when they experience difficulties in transmission of frames due to WiFi traffic. The researches on evaluating the interference from WiFi traffic, searching for a new channel with little interference or not, and changing the operating channel are analyzed. In an wireless channel overlapped with IEEE 802.11 network, the transmission delay of IEEE 802.15.4 frames, the collision of frames in sending IEEE 802.15.4 frames without applying CSMA-CA algorithm, and the operation of IEEE 802.11 nodes are explained. A transmission method of frames including frame-formated code blocks in order to use the rest part of collided IEEE 802.15.4 frame is proposed. In the experiments of the proposed method, it is observed that frame-formated code blocks are synchronized and received by receivers in case of collision, and then the collided positions in IEEE 802.15.4 frame and the characteristics of frame reception rate are analyzed. The experimental results show that the performance of the proposed method is improved in comparison to an existing method when we measure the time taken to send a channel change command and get the response in order to avoid the interference from WiFi traffic.

WiFi 트래픽 간섭을 피하기 위한 IEEE 802.15.4 노드의 채널탐색방법

송명렬 ( Myong Lyol Song ) 한국인터넷정보학회 2014 인터넷정보학회논문지 Vol.15 No.2

이 논문에서는 IEEE 802.15.4 노드들이 WiFi 트래픽의 간섭을 피해 새로운 채널에서 동작하기 위해 다수의 IEEE 802.15.4 채널들에 대한 병렬적인 백오프지연과정과 WiFi 트래픽의 주파수 스펙트럼을 고려한 채널탐색방법에 연구되었다. WiFi 트래픽에 의해 점유되는 채널들을 탐색하기 위해, 인접한 채널들에 대한 전력을 동시에 측정하는 방법, 기준보다 큰 채널전력의 지속시간을 확인하는 방법, RSSI 샘플 데이터에 대한 신호처리로 비콘 프레임과 같은 주기성을 찾는 방법에 대해 분석되었다. IEEE 802.11 네트워크와 중첩된 무선 채널에서 IEEE 802.15.4 노드들의 CSMA-CA 알고리즘의 동작에 대해서 설명하였다. 하나의 IEEE 802.15.4 장치로 다수의 IEEE 802.15.4 채널에 대해 병렬적으로 백오프지연과정을 수행하는 방법을 그 알고리즘의 설명과 함께 제안하였다. 제안된 방법이 구현된 실험시스템으로 측정된 데이터를 분석할 때, WiFi 트래픽이 발생될 때 이와 연관된 다수의 인접한 IEEE 802.15.4 채널에서 매체접근지연시간이 동시에 증가하는 것으로 관찰되었다. IEEE 802.15.4의 채널에서 다른 트래픽에 의한 간섭을 판단하기 위한 채널평가함수를 정의하였다. WiFi에 의해 간섭을 받는 IEEE 802.15.4 채널들을 탐색하기 위해 인접채널들에 대한 채널평가를 함께 고려하는 채널탐색방법을 제시하였고 실험결과는 WiFi에 의해 간섭이 일어나는 채널들을 올바르게 찾는 특성을 보인다. In this paper, a parallel backoff delay procedure on multiple IEEE 802.15.4 channels and a channel searching method considering the frequency spectrum of WiFi traffic are studied for IEEE 802.15.4 nodes to avoid the interference from WiFi traffic. In order to search the channels being occupied by WiFi traffic, we analyzed the methods measuring the powers of adjacent channels simultaneously, checking the duration of measured power levels greater than a threshold, and finding the same periodicity of sampled RSSI data as the beacon frame by signal processing. In an wireless channel overlapped with IEEE 802.11 network, the operation of CSMA-CA algorithm for IEEE 802.15.4 nodes is explained. A method to execute a parallel backoff procedure on multiples IEEE 802.15.4 channels by an IEEE 802.15.4 device is proposed with the description of its algorithm. When we analyze the data measured by the experimental system implemented with the proposed method, it is observed that medium access delay times increase at the same time in the associated IEEE 802.15.4 channels that are adjacent each other during the generation of WiFi traffic. A channel evaluation function to decide the interference from other traffic on an IEEE 802.15.4 channel is defined. A channel searching method considering the channel evaluations on the adjacent channels together is proposed in order to search the IEEE 802.15.4 channels interfered by WiFi, and the experimental results show that it correctly finds the channels interfered by WiFi traffic.

무선 랜 기반 V2X 통신에서의 보조 수신기를 활용한 동작에 따른 영향

홍한슬 ( Hanseul Hong ),김용호 ( Ronny Yongho Kim ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.4

자율주행을 현실화하기 위해 각국에서는 관련 통신 표준을 기반으로 시스템을 구성하고 있으며, 그 중 무선랜 표준을 제정하는 IEEE에서는 IEEE 802.11p와 WAVE 계열 표준을 제정하여 차량 통신용 무선 통신을 지원하고 있다. 최근 저전력 동작이 부각됨에 따라 보조 수신기를 활용하는 표준인 IEEE 802.11ba이 진행 중이며, 그 사용 예시에는 V2P 동작을 포함하고 있다. 이 때, V2X 통신에 사용되는 무선 랜 표준인 IEEE 802.11p가 IEEE 802.11ba와 같이 사용 될 경우, 기존 IEEE 802.11ba에서의 추가적인 wake-up frame의 전송으로 인해 채널 용량이 지나치게 낮아져 지연 시간 요구사항을 맞추지 못할 수 있다. 본 논문에서는 차량용 무선랜 표준인 IEEE 802.11p 및 WAVE가 최근 개발되고 있는 저전력 표준인 IEEE 802.11ba 표준과 결합될 때의 시스템 구성 방법을 제시하고 성능 분석과 고찰을 통해 미래 자율주행 통신에서 IEEE 802.11ba를 이용한 저전력 V2P 동작을 효과적으로 사용하기 위한 고려사항 및 개선 방안을 제시하고자 한다. To realize the self-driving technology, there have been various system designs based on the related V2X standards, especially the IEEE 802.11p and WAVE standard supporting the WLAN V2X communication. On the other hand, the new standard IEEE 802.11ba defining supplementary wake-up radio operation is now under standardization targeting the low power operation, and it includes the V2P operation in use cases. However, if IEEE 802.11ba is used with the IEEE 802.11ba for V2X operation, the additional transmission procedure of wake-up frame in IEEE 802.11ba may cause the congestion problem and fails to meet the delay requirement. In this paper, the system structure of the combination of IEEE 802.11ba with the 802.11p is studied. In addition, based on the analysis and simulation, the considerations and improvements for effective low-power V2P communication in future self-driving technology using IEEE 802.11ba are proposed.

차세대 IEEE 802.11 무선 랜 기술

손위평,이옥환,최성현,신연철,김성원,서지훈 에스케이텔레콤 (주) 2013 Telecommunications Review Vol.23 No.4

최근 와이파이를 탑재한 기기들이 널리 보급되면서 실 생활에서 와이파이에 대한 사람들의 의존도는 더욱 높아지고 있다. 10여년 전부터 논의되어 오늘날에 이른 와이파이 기술은 IEEE 802.11n의 등장으로 이미 수백 Mbps의 고속 데이터 전송을 지원할 수 있게 되었다. 현재 논의 중인 차세대 IEEE 802.11무선랜 표준 기술은 진화 방향에 따라 HD 급 비디오의 무선 전송 서비스를 지원하기 위한 초고속 무선랜 IEEE 802.11ac와 IEEE 802.11ad, 1 GHz 이하 주파수 대역을 사용하여 광역 전송을 가능하게 하는 IEEE 802.11af와 IEEE 802.11ah, 사용자의 편의성을 위하여 초기 링크 구성 시간을 대폭 줄이기 위한 IEEE 802.11ai와 접속 전(pre-association) 단계의 service discovery를 위한 IEEE 802.11aq 등으로 나눌 수 있다. 본고에서는 기존 IEEE 802.11무선랜 기술의 발전 역사와 차세대 IEEE 802.11 무선랜 기술의 표준화 추진 현황 및 주요 연구 이슈들에 대해 기술하고자 한다.

IEEE 802.16j 멀티 홉 릴레이 네트워크에서의 핸드오버 성능 향상을 위한 이동성 지원 MAC 프로토콜

양현채(HyeonChae Yang),이미정(MeeJeong Lee) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.35 No.5

IEEE 802.16j MR networks introduce RSs (Relay Stations) within the IEEE 802.16 system in order to enhance the data throughput and extend the coverage. However, the current standardization defines that the BS (Base Station) controls MS’s (Mobile Station’s) handover, not only it induces the large signaling overhead but also handover latency could increase. In this paper, we propose a handover protocol in the MR networks where the high capability RSs that can process the MS’s control functions are deployed. First, we classify the handover scenarios for the MR networks with the high capability RSs. Then, we define the MAC handover procedure, corresponding MAC management messages and the transmission routes for the proposed messages so that an 802.16e MS can perform seamless handover without noticing it is attached to an MR network. The simulation results show that the proposed handover protocol not only reduces the MAC management message overhead transferred through the wireless links compared to IEEE 802.16j/D1, which is the current standard for MR networks, but also performs the rapider and more secure MS handover than IEEE 802.16e and IEEE 802.16j/D1. IEEE 802.16j MR 네트워크는 데이타 처리율 향상과 커버리지 확대를 목적으로 IEEE 802.16 시스템에 RS (Relay Station)를 도입하였다. 그런데 현재 표준은 BS (Base Station)가 MS (Mobile Station)의 핸드오버를 제어하는 구조만을 채택하고 있어 무선 링크에서의 시그널 오버헤드가 크고 MS의 빠른 핸드오버 수행이 어려울 수 있다. 본 논문에서는 이를 개선하기 위하여 MS 제어 기능을 가진 고성능 RS를 둔 MR 네트워크에서의 MS 핸드오버 프로토콜을 제안한다. 먼저 이와 같은 고성능 RS를 도입한 IEEE 802.16 시스템의 핸드오버 시나리오들을 체계적으로 분류하고, 802.16e MS가 이와 같은 MR 네트워크에서 끊김 없이 핸드오버를 수행할 수 있도록 하기 위한 MAC 계층 핸드오버 절차와 이에 관련된 관리 메시지를 정의하며 새로운 메시지의 전송 경로를 제안한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안하는 핸드오버 프로토콜은 현재 표준인 802.16j/D1에 비해 무선 링크에 전송되어야 하는 MAC 관리 메시지 오버헤드를 줄였으며 기존 802.16e 네트워크와 802.16j/D1 보다 신속하고 안정적으로 핸드오버를 수행할 수 있음을 알 수 있었다.

고속 처리량을 위한 NS-2 기반 IEEE 802.11n MAC/PHY 연동 기법 분석

김주석(Joo-Seok Kim),이윤호(Yun-Ho Lee),송재수(Jae-Su Song),김경석(Kyung-Seok Kim) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회논문지 Vol.9 No.7

최근 무선 인터넷 수요의 증가와 더불어 IEEE 802.11 WLAN의 표준화 작업도 활발히 진행 중이다. 고속처리량을 위한 IEEE 802.11n의 연구 동향은 크게 두 가지로 MAC 계층에서 패킷 간의 Aggregation을 통하여 시스템 처리량을 높인 결과와 PHY 계층에서 MIMO 시스템을 적용하여 데이터 전송속도를 높인 결과로 정리될 수 있다. 그러나 아직까지 MAC 계층과 PHY 계층의 연동을 고려하여 IEEE 802.11n의 성능 분석을 보인 결과는 발표되지 않았다. 본 논문에서는 IEEE 802.11n 시스템에서 MAC 계층과 PHY 계층의 연동을 고려하여 성능을 분석한다. MAC 계층에서의 A-MPDU 기법과 PHY 계층에서 MIMO 방식을 적용한다. 결과적으로 기존의 방식에 비해 데이터 전송속도의 증가와 처리량이 향상되었음을 보인다. 또한, MAC과 PHY의 연동을 고려하여 현실성 있는 시뮬레이터인 NS-2를 사용하기로 한다. IEEE 802.11 WLAN(Wireless Local Area Network) standard is currently developing with increased wireless internet demand. Study trends of IEEE 802.11n for high throughput show two aspects, enhanced system throughput using aggregation among packets in MAC(Medium Access Control) layer, and better data rates adapting MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) in PHY(Physical) layer. But, no one demonstrates IEEE 802.11n system performance results considering MAC and PHY connection. This paper adapts A-MPDU(Aggregation-MAC Protocol Data Unit) method in MAC layer and MIMO in PHY layer for IEEE 802.11n system. Consequently, Simulation results show enhanced throughput and data rates compared to existing system. Also, We use NS-2(Network Simulator-2) considering MAC and PHY connection for reality.

IEEE 802.15.4 기반 WBAN의 공존 문제 완화 기법

최종현 ( Jong-hyeon Choi ),김병선 ( Byoung-seon Kim ),조진성 ( Jin-sung Cho ) 한국인터넷정보학회 2015 인터넷정보학회논문지 Vol.16 No.3

인체를 중심으로 동작하는 WBAN(Wireless Body Area Network)은 의료 및 비의료 서비스를 동시에 제공하는 것을 목적으로 하며, 저전력, 다양한 전송률과 높은 데이터 신뢰성을 요구하는 근거리 통신 기술이다. 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 통신기술 표준 중 IEEE 802.15.4는 WBAN 운영에 높은 호환성을 제공할 수 있어 이를 통한 다양한 연구가 진행되고 있다. 한편, IEEE 802.15.4 기반 다수의 WBAN이 밀집될 경우 발생하는 신호 간섭과 충돌은 데이터의 신뢰성을 저하시키는 주요한 원인되고 있으며, IEEE 802.15.4 표준은 다수의 네트워크가 공존하는 상황을 고려하여 설계되지 않았기 때문에 이에 대한 개선이 필요하다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 사전 실험을 통해 IEEE 802.15.4 기반의 WBAN 간 공존 상황에서 발생할 수 있는 문제점들을 파악하였고, 실험 결과를 바탕으로 다수의 WBAN이 공존하는 상황에서의 신뢰성 저하를 완화하기 위한 기법을 제안한다. 제안하는 기법의 동작은 크게 두 단계로 구분될 수 있으며, 첫 번째 단계에서는 슈퍼 프레임의 CFP 구간에서의 데이터 전송 방법을 개선하여 WBAN 간 충돌을 회피하며, 두 번째 단계에서는 채널 접근 방식을 전환함으로써 충돌을 완화한다. 제안하는 기법은 표준 기반의 WBAN과 비교 실험을 수행하여 성능을 검증하였다. WBAN(Wireless Body Area Network) operating around the human body aims at medical and non-medical service at the same time. and it is the short-range communication technology requiring low-power, various data rate and high reliability. Various studies is performing for IEEE 802.15.4, because IEEE 802.15.4 can provide high compatibility for operate WBAN among communication standard satisfiable these requirements. Meanwhile, in the case of coexisting many IEEE 802.15.4-based WBAN, signal interference and collision are the main cause that is decreasing data reliability. but IEEE 802.15.4 Standard does not consider about coexistence of many networks. so it needs improvement. In this paper, To solve about this problem, identify coexistence problem of IEEE 802.15.4-based WBAN by preliminary experiments. and propose a scheme to mitigate the reliability decrease at multiple coexistence WBAN. The proposed scheme can be classified in two steps. The first step is avoidance to collision on the CFP through improving data transmission. The second step is mitigation collision through converting channel access method. Proposed scheme is verified the performance by performing comparison experiment with Standard-based WBAN.