수중 음파 센서 네트워크에서 우선순위 기반의 PR-MAC 프로토콜

조희진 국민대학교 비즈니스IT전문대학원 2010 국내석사

Underwater acoustic sensor networks can be used disaster prevention and environmental monitoring systems in underwater environments. Because, the underwater environment is different from the ground, the long propagation delay, low transfer rates and limited bandwidth characteristics should be considered. In this, paper will propose the Priority Reservation MAC(PR-MAC) protocol that allocates time slot into each node according to priority policy through the period of contention-free slot reservation in underwater acoustic sensor networks in order to avoid collision and minimize energy consumption waste. We perform a simulation to evaluate the performance of the proposed protocol with regard to the number of collision, the channel utilization, the throughput and the energy consumption. We compare the proposed protocol with the conventional protocol, and the performance results show that the proposed protocol outperforms the conventional protocol.

무선 ATM망에서 멀티미디어를 위한 MAC프로토콜의 설계 및 평가

金鉉柱 명지대학교 1999 국내박사

본 논문은 무선 ATM 망에서 멀티미디어 접속을 위한 다중 매체접속제어(MAC) 프로토콜을 설계하고 성능 평가를 하였다. 일반적인 슬롯할당 알고리즘은 단말기에서 요구하는 서비스를 몇 개의 형태로 나누고 거기에 따른 평균대역폭을 기준으로 슬롯을 할당하는 방식을 사용하였다. 따라서 실시간 가변성 서비스의 경우 단말기에서 요구하는 서비스의 대역폭의 범위가 광범위함에도 불구하고 이러한 방식을 사용함으로써 슬롯의 낭비가 발생하게 되었다. 본 논문에서는 슬롯할당 알고리즘의 단점을 개선하기 위하여 한계셀수를 설정하여 슬롯할당을 가변적으로 함으로 서비스 품질을 향상시키고, 단말기에서 요구하는 서비스의 종류를 기지국에서 분석하여 기지국이 설정한 단계별로 가장 근접한 대역폭을 중심으로 슬롯을 할당하여 셀 손실율을 최소화 하였다. 설계된 프로토콜은 실시간-항등성, 실시간-가변성, 비실시간, 음성 서비스의 서버스 품질에 대해 채널 이용률, 셀 손실율, 지연시간의 항목으로 구분하여 성능평가를 하였다. 평균대역폭을 기준으로 한계셀수를 사용하는 것이 슬롯할당에서 미치는 영향 평가와 단말기에서 요청하는 서비스의 종류를 분석하여 최적의 슬롯을 할당하는 서브알고리즘을 사용하는 방식에 대해 성능평가를 하였다. 성능평가의 결과 평균대역폭을 중심으로 일정하게 슬롯을 할당하는 정적슬롯할당 알고리즘에 비해 한계셀수를 이용하여 동적으로 슬롯을 할당하는 방식이 우수한 결과를 얻었다. 이를 근거로 제안된 알고리즘의 성능평가를 실시한 결과 실시간-가변성 서비스를 위하여 제안된 동적슬롯할당 알고리즘은 정적슬롯할당 알고리즘과 비교할 때 동일한 단말수를 기준으로 정적슬롯할당 알고리즘에 비하여 14%의 지연시간을 줄일 수 있었다. 또한 셀손실율의 경우 허용치 1%를 만족하는 단말의 수는 정적슬롯할당 알고리즘에 비하여 동적슬롯할당 알고리즘이 48%나 개선되었다. 음성 슬롯 할당 알고리즘의 시뮬레이션 결과는 연결설정단계에서 음성 서비스가 사용할 수 있도록 할당된 슬롯수보다 약 28%(음성서비스에 할당된 슬롯이 32개라면 ADSA 프로토콜에서 허용 셀손실율 1%를 만족하는 단말수는 41대)까지의 단말을 더 지원할 수 있는 것을 보였다. 비실시간 서비스는 연결설정단계에서 별도로 할당된 슬롯이 없고 실시간 서비스가 사용하고 남은 슬롯을 이용하므로 채널이용율의 시뮬레이션의 결과 단말수 28대 까지는 셀전송율이 100%인 것을 확인하였다. This study is on the design and performance evaluation of a multi medium access control(MAC) protocol for multimedia access in the wireless ATM network. In general, MAC protocols for multimedia data transmission are classified into the fixed slot allocation algorithm that allocates base-station slots equally over terminals, and the dynamic slot allocation algorithm that with flexible penetration. The conventional slot allocation algorithms assign slots based on the average bandwidths required for various service types. Although the algorithms have a wide bandwidth for real-time -variant services, the slots are being wasted due to service types. To improve the slot waste problem, this thesis proposes a method that minimizes the waste by assigning variable slots based on the most appropriate bandwidth after a base-station analyzes the service type requested from terminals. The designed protocol has been evaluated by considering channel utilization rate, cell transmission loss rate and delay of real-time-constant, real-time variation, non-real- time and voice services. The effect of using the threshold of number of cell based on the average bandwidth to the slot allocation has been investigated, and the sub-algorithm method that allocates optimal slot number by the analysis results of required service types has been evaluated. It is found that the algorithm that allocates slot dynamically based on the threshold of cell number is better than the fixed slot allocation algorithm that allocates slots around the average bandwidth. The dynamic slot allocation algorithm proposed for various real-time variant services has achieved a 14% drop in the delay time compared to the fixed slot allocation algorithm for the same number of terminals. Also, the dynamic slot allocation algorithm has improved the number of terminals that meet the allowable cell transmission loss rate 1 % up to 48% compared to the fixed slot allocation algorithm. Simulation of the voice slot allocation algorithm has shown that about 28% more terminals can be supported in addition to the number of slots available for voice service during connection setup(If 32 slots are allocated for voice service, the number of terminals that meet the allowable cell transmission loss rate of 1 % is 41 terminals). The non-real-time service has no slot allocations in the connection setup step, but uses the rest of unused slots by the services in real-time. Hence, simulation of the channel occupation rate has proven that the cell transmission rate is 100% for up to first 28 terminals.

공정한 MAC프로토콜을 위한 순환 서비스 시스템을 적용한 평형 DQDB

류희삼 광운대학교 대학원 1993 국내박사

본 논문은 표준 DQDB에서 문제가 되고 있는 불공정성 문제를 개선할 새로운 MAC 프로토콜을 제안하고 분석하였다. DQDB MAC프로토콜은 처리율, 메시지 지연 등에서 불공정한 면이 있으며, 대역폭은 슬롯 재사용 혹은 화일의 긴 전송 동안 더욱 불균등하게 배분될 수 있다. 본 연구에서 제안된 새로운 프로토콜을 평형(balanced) DQDB 프로토콜이라 부르기로 하며, 이 새로운 엑세스 프로토콜은 이중 버스 네트워크 프로토콜의 한 비트를 이용하여 대역폭 분할에 공정성 보장 및 DQDB의 모든 특징을 유지한다. 제안한 평형 DQDB와 기존의 DQDB에 차이점은 각 노드의 CD 계수기가 0 보다 크거나 같을 때도 그 노드를 지나는 빈 슬롯에 세그먼트를 전송할 수 있으며, 세그먼트 전송을 마친 노드에서는 CD 계수기의 값을 RQ 계수기에 더한 수 유휴 상태로 전이하고, 다음에 도착하는 빈 슬롯의 P 비트를 0에서 1로 변환시킨다. 또한, 슬롯의 순차적 균등 배분을 해석하기 위하여 RP(Round Robin) 방식과 Wen Jing 들이 제시한 DQDB 분석 모델을 고려하였다. 즉, 마코프 체인을 사용하여 버스상에서 각 노드에 비지 비트의 발생 확률을 알기 위하여 VRQ CTR(Virtual Request CounTeR)값의 확률로서 그 노드에서의 빈 슬롯 사용 확률을 나타내었다. 여기서 VRQ_CTR값은 스테이션이 동작 상태일 때는 CD 계수기의 값을 갖지만, 유휴 상태일 때는 RQ 계수기의 값을 갖는다. 각 노드를 지나는 슬롯이 비지일 확률 αi가 선형적으로 증가하는 경우와 지수적으로 증가하는 경우를 가정하여 VRQ_CTR 값의 확률 분포를 추론하였고, 이 VRQ_CTR 값의 확률 분포를 통하여 비지 비트가 각 노드에서 일정하게 분포될 때 각 노드에서 빈 슬롯의 사용 기회가 균등하게 배분되어 전체 시스템이 평형을 이루는 결과를 확인하였다. 그리고, 시뮬레이션을 통하여 각 노드에서 RQ나 CD 계수기가 동적으로 변화하는 상태에서 제안한 평형 DQDB와 표준 DQDB, BWB 구조를 비교하였다. 여기서, 세그먼트의 우선 순위를 고려하지 않았으며, 리퀘스트 발생 노드의 순서는 불규칙하게 정한 후, 정상상태와 과부하상태에 대하여 노드 수, 과부하 정도 등의 변화에 따른 각 노드의 슬롯 사용율, 처리율 및 평균지연시간 등을 나타내었다. 그 결과, 평형 DQDB가 다른 DQDB 보다 상위 노드에서 처리율이 감소하지만, 노드 수 100개 및 과부하 10%이하인 상태에서 전체 노드 수의 약 70 - 80% 정도가 처리율 0.9 이상으로 각 노드에서의 빈 슬롯이 사용된 수가 표준 DQDB나 BWB 구조의 사용된 수 보다 높으며, 이러한 특징들은 수식적 분석 모델과 유사한 결과를 나타냄을 확인하였다. 따라서, 제안된 평형 DQDB 방법은 네트워크가 정상상태나 10% 이하의 과부하상태에서 DQDB로서 사용이 가능할 것이다. A new MAC protocol has been proposed and analysed to relieve the unfairness problems exhibited by the basic version of the DQDB standard. DQDB MAC protocol has the unfairness problems in throughputs, message delay and so on. And when the slots are reused or the file transmissions taken long, the unfairness problems in the system become worse. The new access protocol proposed here, which is called the Balanced DQDB, guarantees a fair bandwidth distribution by using one bit of the dual bus network protocol and keeps up all characteristics of DQDB. There appears to be the differences between the proposed Balanced DQDB and the conventional DQDB. Although the value of the CD counter of each node were greater than or zero equal to, the segments could be transmitted through the node to empty slots passing. On the transmitted segments, the node adds the value of the CD counter to that of the RQ counter and transfers to an idle state. And then the node take the P bit of the following empty slot changed from 0 to 1. Also, the RR(Round Robin) method and the DQDB analysis model introduced by Wen Jing, et al, were considered to analyse a sequential balance distribution of slots. And the probabilities of the empty slots in operation mode were represented as the functions of VRQ_CTR(Virtual ReQuest CounTeR), which have the values of the CD counter with active station and that of the RQ counter with idle station to determine the probabilities for busy bits to generate on each node of the bus using the Markov chain. It is confirmed that when busy bits have constant distribution on each node through the probability distribution of VCR_CTR values, the equal chance to use empty slots on each node results in the balance of system. Through the simulation, the performances of the proposed Balanced DQDB and that of the standard DQDB or the BWB mechanism were compared at the state that the values of the RQ or CD counter on each node varied dynamically. The simulations were not considered priorities of segments but the generation of the request orders were randomly selected. The rate of used slots, throughputs and average delay time on each node were represented for the steady states and the overload states. As the results, it is shown that the Balanced DQDB has the decrement of throughputs in upstream, but if the network had hundred nodes and overloads 10%, the numbers of the used empty slots at each node of the Balanced DQDB had more than that of the others because the Balanced DQDB has over 0.9 throughputs in the 70 - 80% nodes of total node and it has constant throughputs at each node. And there results were analogous to that of the analytical model. Therefore, the proposed Balanced DQDB protocol would be utilized for the networks of the steady states and overloads 10% states.

광 버스트 스위칭 기반의 링 망에서 다중 토큰 기반 MAC 프로토콜 설계 및 성능평가

김영철 全北大學校 2005 국내석사

With the explosion of data traffic due to tremendous user population on Internet, the need for a transmission medium with the bandwidth capabilities for handling vast amount of information in applications such as remote backup, database transfer and multimedia file sharing is highly important. Looking into the not-so-distant future, it is clear that IP data traffic will continue to scale at a quick pace. Ultimately, metro networks will be forced to scale to capacities beyond 1 Tb/s. Thus, a new architecture will be necessary to deliver greater than 1 Tb/s capacity while still allowing network operators to compete in the cost-sensitive market. Under these circumstances, Optical Burst Switching (OBS) has been proposed as today’s viable solution to close the gap between the vast bandwidth available in Wavelength Division Multiplexed (WDM) networks and the much smaller traffic load offered by individual end-users. In OBS, packets are electronically buffered at the aggregation nodes, assembled into bursts, and transmitted all-optically throughout the core network as a single burst. Generally, buffering of the burst at the intermediate nodes is not provided. The advantage of OBS is that it provides statistical multiplexing at the optical layer with relaxed switching constraints (when compared to packet switching). Compared with optical circuit switching, it provides efficiency and scalability by statistical multiplexing of bursts. Most OBS has been studied in wide area networks (WANs) with the mesh topology. But in the case of metropolitan area networks (MANs) which are serving as a backbone that interconnects a number of access networks, ring topologies are commonly chosen due to its simplified management, well-established protection mechanisms against network failure, and compatibility with existing metro infrastructures, such as Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy (SONET/SDH) rings. Recently, a use of OBS technology for ring networks has been proposed by Xu et al [3]. The present metro network has mainly formed with ring topology, and is migrating to the high-speed WDM network. In this paper, we present OBS WDM Ring architecture for supporting Metropolitan Area Networks (MAN). The OBS ring network consists of N OBS nodes connected by optical fiber, which support N data burst wavelengths and a separate control wavelength. There are a pair of tunable transmitter and tunable receiver (TT-TR) for data burst wavelengths and a pair of fixed transceiver for a control wavelength in each node. Under this architecture, we designed a MAC protocol to use resources efficiently. The designed MAC protocols are based on multi-token so as to reduce an excessive processing overhead while avoiding wavelength collision in OBS nodes. In order to implement this, we designed the CA(Collision Avoidance) protocol. Also, we designed the IR(Immediate Release) to improve performance of CA. The CA and IR make use of three algorithms, T-RR(Token-Round Robin), DR-EFT(Delay Reservation-Earliest Free Time) and TR-EFT(Token Release-Earliest Free Time). For performance evaluation of the proposed MAC protocol, simulations were performed in the view of burst loss rate, average packet delay, wavelength utilization and fairness. As the result of the simulations, CA shows resonable performance in terms of burst loss rate and throughput. And IR represents high channel utilization and low packet delay compared to CA. Additionally, we confirmed that T-RR and DR-EFT guarantee fairness in terms of throughput, packet delay.

IEEE 802.15.4 프로토콜에서 효율적 GTS 관리를 위한 새로운 MAC 프로토콜 구조에 관한 연구

가태웅 한밭大學校 情報通信專門大學院 2007 국내석사

IEEE 802.15.4 프로토콜은 저가, 저 전력, 저속의 특징을 갖는 단거리 무선통신 기술 중 하나이다. IEEE 802.15.4 프로토콜에서 제시하는 MAC 프로토콜의 다중 접근 방식은 동시 전송으로 인한 충돌을 피하기 위해 반송파 감지 다중 접근/충돌 회피 프로토콜을 사용한다. 무선 센서 네트워크에서 많은 수의 노드들이 조밀한 지역에 구성되면 트래픽이 증가하고, 결과적으로 슈퍼프레임에서 경합 접근 기간의 경쟁이 점점 치열해짐에 따라 경쟁구간의 채널 충돌이 발생된다. 또한 GTS를 사용하는 디바이스는 데이터 전송을 위해 timeslot을 사용하는데 전송주기 값이 크면 클수록 Idle timeslot을 많이 발생하게 된다. 본 논문은 Idle timeslot 발생을 줄이고 GTS를 효율적으로 사용하기 위해 CMP를 사용하는 새로운 구조의 슈퍼프레임을 제안한다. CMP를 사용해서 경합 접근 기간의 충돌을 줄이고 간헐적인 데이터의 지속적인 서비스를 보장하며 효율적인 GTS을 운영함으로써 시스템의 성능을 향상시킨다. IEEE 802.15.4 protocol is one of wireless personal area networks target low cost and low power consumption and low data rate. To suggest IEEE 802.15.4, Multi-Criteria Approach of MAC protocol use CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) to avoid collision of simultaneous transmission. It is composed of personal area in wireless sensor network, a lot of nodes traffic will be grows, finally CAP(Contention Access Period) becomes more competitive in superframe construction, idle timeslots will be happen for guaranteed data transmission. The paper suggests new superframe construction, used CMP(Contention Middle Period) for reducing of Idle timeslots and for using GTS effciently. For used CMP, it will be reduce collision of CAP and guarantee bursting data of guaranteed service and improve performance of system with effcient GTS operation.

Slotted Ring 분석도구를 이용한 Non-slotted Ring MAC 프로토콜의 성능분석

서효원 崇實大學校 産業大學院 1999 국내석사

무선 ATM MAC 프로토콜을 위한 멀티미디어 지원 PRMA 설계

姜龍雲 순천대학교 2000 국내석사

MAC(Medium Access Control) protocols in Wirelss ATM play an important role of bandwidth allocation for each terminal to satisfy various requirements of different service classes. In addition, MAC protocols have to increase and maintain the system throughput performance. To achieve these purposes, this paper proposes a multimedia-supported PRMA protocol. The proposed protocol consists of following two algorithms. First, slot reservation broadcasting(SRB) algorithm which indicates end of terminal service and supports varied traffice classes, is proposed. Second, horizontal buffering algorithm is proposed for Variable Bit Rate(VBR) and Available Bit Rate(ABR) services including bursty packets. Simulation results indicate that the proposed multimedia-supported PRMA is able to support varied traffic classes with no loss for using a dedicated slot.

IEEE 802.15.4 센서 네트워크를 위한 향상된 MAC 기법

김수봉 國民大學校 大學院 2005 국내석사

본 논문에서는 IEEE 802.15.4 센서 네트워크에서 효율적인 무선 자원 활용을 위해 MAC 프로토콜을 구조적으로 접근하여 향상된 MAC 기법을 제안한다. 현재 16개인 슬롯 개수를 Superframe Order 값에 따라 슬롯 개수를 가변 하는 ExtendSlot mode의 알고리즘을 제안하였다. 제안된 기법의 성능 평가를 위해 NS-2 시뮬레이터를 사용하여 기존 방식과 제안한 방식을 비교하였다. 또한 수치적인 해석을 통해 자원 효율에 대한 비교도 하였다. 비교 결과는 제안한 방식의 MAC 구조 및 알고리즘이 자원 활용, Throughput, 지연 측면에서 기존의 IEEE 802.15.4 보다 성능이 향상되었음을 확인하였다. This thesis proposes an enhanced MAC scheme for efficient utilization of radio resources in IEEE 802.15.4 sensor networks. We propose the ExtendSlot mode that modifies the number of slots according to Superframe Order. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, we compared the proposed scheme with traditional scheme by using NS-2 simulator. Simulation results show that our scheme outperforms IEEE 802.15.4 standard in terms of radio resources utilization, throughput and delay.

무선 센서 네트워크에서 웨이크 업 시간 예측방법을 이용한 비동기 MAC 알고리즘

윤정호 성균관대학교 일반대학원 2010 국내석사

제한된 용량의 전원을 사용하는 센서노드의 수명을 늘리기 위하여 센서 네트워크 MAC에서는 데이터 송수신 간 RF 송수신기를 효율적으로 사용하여 에너지 소비를 줄이는 저 전력 통신방식에 대한 연구가 진행되었다. 그 중 비동기화 MAC 프로토콜인 B-MAC의 LPL(Low Power Listening) 방식에서는 주기적으로 채널을 확인하는 방법을 이용하여 에너지 소모를 줄일 수 있었다. 그러나 LPL의 송신 노드에서 데이터 전송 전에 브로드 캐스팅하는 프리엠블 신호는 수신 범위 내 모든 센서 노드들에게 overhearing문제를 발생시킨다. LPL에서 수신 노드는 데이터가 전송되는 시점을 알지 못하기 때문에 송신 노드가 전송하는 프리엠블 신호를 수신한 시점부터 데이터 수신이 시작될 때까지 지속적으로 프리엠블을 수신해야 한다. 또한, LPL에서 하나 이상의 송신 노드가 하나의 수신 노드에게 데이터 전송을 위하여 경쟁할 경우에 채널을 점유하지 못한 송신 노드들은 수신 노드의 다음 채널 검사 주기까지 데이터 전송이 지연된다. 본 논문에서는 이와 같은 LPL 방식의 문제들을 보완하기 위하여 목적지 주소 및 예상 데이터 전송 시점을 이용하는 ELPL(Enhanced LPL) 방식을 제안한다. 제안한 ELPL과 LPL의 성능평가를 위하여 Chipcon의 CC2420 RF 송수신기 기반의 센서 노드들로 구성된 테스트베드를 구축하였다. 성능평가 결과 제안된 ELPL이 LPL 방식보다 에너지 효율 및 수율 측면에서 우수함을 확인하였다. In order to extend lifetime of sensor nodes, various low-power sensor Medium Access Control (MAC) protocols have been proposed. Among them, Berkeley-MAC (B-MAC) known as the most famous asynchronous sensor MAC protocol introduces Low Power Listening (LPL) scheme to reduce power consumption. However, because of preamble frame overhearing and unknown timing of data frame transmission, LPL causes unnecessary energy consumption. In addition, sensor nodes can experience data transmission delay because they always broadcast preambles before their data transmissions. To compensate these problems, we propose Enhanced LPL (ELPL) scheme. By utilizing destination address in the preamble frame and expecting data frame transmission timing, ELPL can enhance energy efficiency. For performance evaluation, we construct a testbed which consists of sensor nodes with CC2420 RF transceivers. From experiment results, ELPL reduces energy consumption of both transmitting and receiving sensor nodes than that of LPL.

무선 LAN에서 안정성과 공정성 향상을 위한 MAC 프로토콜

이탁 暻園大學校 2004 국내박사