피코넷 상호 간섭이 PicoCast 데이터 전송량에 미치는 영향 분석

국문 초록 (Abstract)

피코넷 상호 간섭이 PicoCast 데이터 전송량에 미치는 영향 분석

PicoCast는 개별 사용자를 중심으로 한 반경 수십 미터 범위의 공간(“사용자 공간”)에서 저속 데이터 전송에서부터 고속 데이터 전송까지 동시에 지원하는 근거리 무선 네트워크(Wireless Personal Area Network: WPAN)의 한 종류로서 ISO/IEC 29257 국제표준으로 규격화되어 있다[1]. PicoCast는 비면허로 사용할 수 있는 2.4 GHz ISM(Industrial, Scientific, Medical) 주파수대에서 운용되는데, 이 주파수 대역은 이미 보편화 되어 있는 WPAN을 비롯하여 Bluetooth, Zigbee와 같은 다양한 근거리 무선 네트워크 (WPAN) 기기들이 공존하고 있는 매우 혼잡한 주파수 대역이다. 따라서 네트워크 장비 상호간 간섭으로 인하여 성능 열화가 발생할 가능성이 높으며, 동일한 공간 내에 새로운 무선 장비가 추가되는 경우 간섭으로 인한 성능 열화가 더욱 심화될 것이다. 이러한 상호 간섭은 다른 종류의 무선 네트워크뿐만 아니라 동일한 종류의 무선 네트워크 간에도 존재한다. 무선 장비 간의 상호 공존 문제는 매우 중요하여 비면허 대역에서 동작하는 새로운 무선통신 장비의 운용에 앞서 필수적으로 고려해야 할 과제이다. 사용자 중심의 융합 서비스 지원이 가능한 PicoCast는 사용자가 밀집한 환경에서도 동작할 수 있어야 한다. PicoCast 사용자 간의 간섭 및 타 시스템과의 간섭을 최소화하기 위한 기술 연구가 진행되고 있다[2-5].
Bluetooth의 경우 피코넷 상호 간섭의 영향을 분석한 결과가 보고되어 있다[6-11]. 상호 간섭에 의한 패킷 손실율, 데이터 전송율 등이 분석되어 있다. 또한 Bluetooth 기기 간 간섭을 최소화하기 위한 scatternet 형성 방법 및 피코넷 간 간섭 회피 방안이 각각 [14]과 [15]에 제안되어 있다.
PicoCast는 기기 제어, 방송과 통신 등의 다양한 분야에 응용이 가능하고, 그 응용에 따라서 피코넷을 구성하는 방법이 다양하게 존재한다. 따라서 피코넷을 구성하는 방식에 따라 다양한 결과를 도출할 수 있다. 사용자가 밀집한 환경에서는 여러 피코넷이 전파 전달 범위 내에 존재할 가능성이 높은데, 동시에 동작하는 피코넷의 개수에 따른 영향을 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 [6]에서 분석한 시나리오를 발전시켜 여러 개의 PicoCast 피코넷이 동시에 작동하는 환경을 고려하여 피코넷 상호 간섭이 데이터 전송량에 얼마나 영향을 미치는지 분석한다. 또한 [11-13]에서 제시한 토폴로지를 발전시켜 PicoCast 피코넷 당 슬레이브의 개수를 변화시키고 각 피코넷의 이격거리에 따른 결과에 대해 분석한다. 이 두 가지 측면으로 분석한 내용에 대해 동기가 맞추어진 환경과 동기가 맞추어지지 않은 환경에 대해서 비교 분석한 결과를 제시한다.
본 연구에서는 성능 분석 도구로서 OPNET[16] 시뮬레이터를 사용하였다. PicoCast 프로토콜 모듈을 구현하고, 여러 개의 PicoCast 피코넷이 동시에 작동하도록 시나리오를 구성하여 성능 열화의 정도를 분석하였다. 구체적으로, 원하는 PicoCast 피코넷이 동작하고 있는 환경에서 주변에 간섭원으로 작용하는 피코넷을 배치시키고, 간섭원과의 거리 및 간섭 피코넷의 개수에 따라 데이터 전송량 및 패킷 오율이 어떻게 영향을 받는지 측정하였다. 또한 피코넷을 구성하는 방법을 두 가지로 나누어 단일 슬레이브로 구성된 피코넷과 복수의 슬레이브로 구성된 피코넷으로 시나리오를 구성하여 측정하였다.
논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 PicoCast WPAN에 대한 간략한 소개와 함께 PicoCast 프로토콜의 주요 특성에 대해 설명하고, 3장에서는 OPNET 네트워크 시뮬레이터를 이용한 PicoCast 프로토콜의 구현에 대하여 기술한다. 4장에서는 간섭 분석을 위해 설계한 시나리오에 대해 기술하며, 5장에서 OPNET을 사용하여 간섭 영향 시뮬레이션을 수행한 결과를 제시하고, 6장에서 본 논문의 결론을 맺는다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 PicoCast 근거리 무선 통신 기술 4
• 2.1 PicoCast 기술의 출현 및 개요 4
• 2.2 PicoCast 기술의 MAC 특성 9
• 2.3 PicoCast 기술의 PHY 특성 20
• 제 3 장 OPNET을 이용한 PicoCast 구현 24
• 3.1 OPNET (Optimum Network performance) 24
• 3.1.1 State Transition Diagram (STD) 25
• 3.1.2 Pipeline Stage 27
• 3.2 PicoCast Protocol 구현 31
• 3.2.1 Traffic 생성 33
• 3.2.2 MAC Protocol 구현 36
• 3.2.3 PHY Protocol 구현 43
• 제 4 장 간섭 분석 시나리오 설계 50
• 4.1 동종망간의 간섭 분석을 위한 시나리오 설계 50
• 4.2 단일 슬레이브로 구성된 피코넷 51
• 4.2.1 동기가 맞추어진 환경 53
• 4.2.2 동기가 맞추어지지 않은 환경 54
• 4.3 복수의 슬레이브로 구성된 피코넷 55
• 4.3.1 피코넷 간 동기가 맞추어진 환경 58
• 4.3.2 피코넷 간 동기가 맞추어지지 않은 환경 59
• 제 5 장 성능분석 결과 60
• 5.1 단일 슬레이브로 구성된 피코넷 결과 60
• 5.1.1 동기 환경 결과 60
• 5.1.2 비동기 환경 결과 65
• 5.1.3 동기, 비동기 환경 비교 분석 결과 67
• 5.2 복수의 슬레이브로 구성된 피코넷 결과 69
• 5.2.1 피코넷 간 동기가 맞추어진 경우 69
• 5.2.2 피코넷 간 동기가 맞추어지지 않은 경우 72
• 제 6 장 결론 및 향후 연구 75
• 참고문헌 76