IEEE 802.16 SS에서의 효과적인 Uplink Scheduling을 위한 알고리즘 제안 및 성능 분석

백주영(Joo-Young Baek),김우재(Woo-Jae Kim),서영주(Young-Joo Suh),박정훈(Jeong-Hoon Park) 한국정보과학회 2005 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.32 No.1

IEEE 802.16은 BWA (Broadband Wireless Access) 시스템의 표준으로 현재 많은 연구와 함께 상용 제품에 대한 연구가 진행중인 분야이다. IEEE 802.16에서는 QoS를 제공하기 위하여 BS (Base Station)와 SS (Subscriber Station)간의 QoS 협상 과정을 정의하고 있으며, BS 및 SS에서의 효율적인 QoS 보장을 위해 4가지의 서비스 클래스를 정의하고 있다. 이러한 서비스 클래스는 UGS, rtPS, nrtPS, 그리고 BE 이다. 하지만 표준에서는 이러한 서비스 클래스를 어떻게 이용할 것인지에 대한 언급이 없으며, 이에 따라 효율적인 packet scheduling에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 기존 연구에서는 주로 BS에서의 효율적인 scheduling에 초점을 맞추어 연구가 진행되었으며, SS에서의 scheduling에 대한 연구는 거의 되어 있지 않다. 하지만 BS에서 SS에게 대역폭을 할당할 때 GPSS (Grants per subscriber station) mode로 대역폭을 할당한다면 SS에서는 할당 받은 대역폭을 효율적으로 사용하기 위하여 scheduling이 필요하다. 본 논문에서는 SS에서 효율적인 대역폭 사용을 가능하도록 하기 위한 scheduling 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안하는 알고리즘은 SS의 상황에 맞추어서 주어진 대역폭을 보다 더 효과적으로 이용하는데 초점을 맞추고 있다. 성능평가를 통하여 제안하는 알고리즘이 기존 알고리즘에 비해서 보다 더 효율적으로 대역폭을 사용함을 알 수 있다.

차세대 무선 네트워크를 위한 핸드오버 기능 구조 제안

백주영(Joo-Young Baek),김동욱(Dong-Wook Kim),김현진(Hyun-Jin Kim),최윤희(Yoon-Hee Choi),김덕진(Duk-Jin Kim),김우재(Woo-Jae Kim),서영주(Young-Joo Suh),강숙양(Suk-Yang Kang),김경숙(Kyung-Suk Kim),신경철(Kyung-Chul Shin) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.2D

차세대 무선 네트워크 (4G)는 새로운 무선 접속 기술의 개발과 함께 많은 연구가 필요한 분야이다. 그 중에서 특히 단말의 끊김없는 이동성을 제공해 주기 위한 핸드오버 기술이 가장 중요하다고 할 수 있다. 차세대 무선 네트워크는 새로운 무선 접속 기술과 함께 기존의 무선랜이나 이동통신망 등과 같이 사용될 것으로 예상되며, 네트워크 계층에서의 이동성 지원을 위하여 Mobile IPv6를 사용할 것으로 예상되는 네트워크이다. 이러한 네트워크에서 끊김없는 이동성을 제공해 주기 위해서는 현재까지 연구된 핸드오버 기능 및 구조에 대한 연구와 함께 보다 다양해진 네트워크 환경과 QoS 등을 고려한 종합적인 핸드오버 기능에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 차세대 무선 네트워크에서 단말의 끊김없는 핸드오버를 제공해 주기 위하여 필요한 기능들을 도출하고, 이들간의 유기적인 연관관계를 정의하여 다양한 네트워크 환경과 사용자의 우선순위, 어플리케이션의 QoS 요구 조건 등을 고려한 종합적인 핸드오버 기능 구조를 제안하고자 한다. 제안하는 핸드오버 구조는 Monitoring, Triggering, Handover의 세 가지 module로 나뉘어져 있으며, 각각은 필요에 따라 sub-module로 다시 세분화된다. 제안하는 핸드오버 구조의 가장 큰 특징은 핸드오버를 유발시킬 수 있는 여러 가지 요소를 종합적으로 고려하며 이들간의 수평적인 비교가 아닌 다단계 비교를 수행하여 보다 정확한 triggering이 가능하도록 한다. 또한 단말의 QoS 요구 사항을 보장하고 네트워크의 혼잡도(congestion) 및 부하 조절 (load balancing)을 위한 기능을 핸드오버 기능에 추가하여 효율적인 네트워크의 자원 사용이 가능하도록 설계하였다.

IEEE 802.16e 시스템에서의 동적 주기 기반의 CQICH 관리 기법

백주영(Joo-Young Baek),이정윤(Jeong-Yoon Lee),권동희(Dong-Hee Kwon),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.3

IEEE 802.16은 BWA(Broadband Wireless Access) 시스템 표준으로 사용자들에게 높은 대역폭과 넓은 전송 영역의 서비스를 제공 해 주는 네트워크 기술이다. IEEE 802.16 시스템에서는 단말의 채널 상황에 맞는 효율적인 서비스 제공을 위해, 기지국에서 단말의 채널 상황 정보를 리포트 받는다. 표준에서는 채널 상황 리포트 방법으로 CQICH(channel quality information channel)를 통한 리포트 방법을 정의하고 있다. CQICH를 통한 채널 상황 리포트 방식은 상향링크 프레임영역 내의 자원을 CQICH 용도로 사용하며 이를 각각의 단말들에게 할당 해 주고, 단말들은 주기적으로 자신에게 할당된 CQICH를 통해서 측정한 하향링크 채널 상황을 기지국에게 리포트 하는 방식으로 동작한다. 하지만, 표준에서는 구체적인 CQICH를 관리하는 기법에 대해서는 명시하고 있지 않다. 따라서, 효율적으로 단말의 채널상황 정보를 획득하기 위해서는 기지국에서의 CQICH를 관리하는 기법이 필요하다. 본 논문에서는 IEEE 802.16e 시스템에서의 CQICH 관리 기법을 디자인 하였으며, 성능 측정을 통해서 제안하는 기법이 기지국에서의 단말의 채널 상황을 정확하게 전달 받으면서 성능향상을 높임을 확인하였다. IEEE 802.16 is a BWA (Broadband Wireless Access) system standard that provides a high data rate and wide transmission range to users. To provide the efficient service to users depending on users’ channel quality, base stations receive channel quality report from users. The IEEE 802.16 standard defines the CQICH (channel quality information channel) report scheme. In the CQICH report scheme, a base station allocates uplink resources which are used for CQICH to users. Then users report their channel quality periodically using the allocated CQICH to the base station. However, the IEEE 802.16 standard does not specify how to manage CQICH. Therefore, a CQICH management scheme is necessary to acquire accurate users’ channel quality efficiently. In this paper, we design a CQICH management scheme for IEEE 802.16 systems. The performance of the proposed scheme has been evaluated by simulations, and we have found that the base station obtains accurate channel quality for users and increases the capacity of IEEE 802.16e systems.

IEEE 802.16/WiBro 시스템에서의 셀간 간섭을 줄이기 위해 동적으로 채널환경을 고려한 존 변경 기법 연구

백주영(Joo-Young Baek),이정윤(Jeong-Yoon Lee),서영주(Young-Joo Suh) 한국통신학회 2008 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.7

IEEE 802.16/WiBro 시스템에서의 rtPS 클래스 지연을 고려한 두 단계 드롭 기법

백주영(Joo-Young Baek),윤종필(Jong-Pil Yoon),김석형(Sok-Hyoung Kim),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2008 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.35 No.1

IEEE 802.16 시스템의 효율적인 QoS 네트워크 관리 시스템

백주영(Joo-Young Baek),박진수(Jinsoo Park),김상진(Sang-Jin Kim),윤종필(Jong-Pil Yoon),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.2D

높은 데이터 전송률과 넓은 전송 대역을 제공할 수 있도록 표준화 된 시스템인 IEEE 802.16d[1]시스템에서는 여러 가지 서비스 클래스들을 이용하여 QoS를 보장해 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그러나, 효율적인 QoS를 제공하기 위해서는 스케줄링에 필요한 factor들을 적절하게 설정해야 하며, 시스템의 환경에 맞도록 변경해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 IEEE 802.16d 시스템을 simulator (NS-2) [2]에 구현하고, IEEE 802.16f [3]에서 표준화한 MIB과 QoS를 고려한 MIB (Q-MAN MIB)을 구현하여 IEEE 802.16d 시스템과 연동하도록 구축한 네트워크 관리 시스템인 Q-MAN을 소개한다. Q-MAN 네트워크 관리 시스템을 통해 IEEE 802.16d 시스템의 QoS 제공 상태에 대한 모니터링이 가능하고, 스케줄링에 필요한 설정 값을 동적으로 변경이 가능하기 때문에 IEEE 802.16d 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.

IEEE 802.16/WiBro 시스템에서의 UGS 클래스 대역폭 할당 주기 조정 알고리즘 (pp.370-374)

백주영(Joo-Young Baek),윤종필(Jong-Pil Yoon),이정윤(Jeong-Yoon Lee),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2009 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.15 No.5

본 논문에서는 IEEE 802.16 OFDMA 시스템에서 QoS를 제공해 주기 위해서 표준에서 정의해 놓은 서비스 클래스 별 대역폭 할당 기법 중에서 UGS 클래스의 대역폭 할당 기법에서의 문제점을 지적 하고 이를 해결하기 위한 알고리즘을 제시한다. 802.16 시스템에서는 다섯 가지 트래픽 클래스를 정의하고 이 중에서 UGS 클래스의 서비스 우선 순위를 가장 높게 처리하고 있다. 하지만, 기존의 UGS 클래스를 위한 대역폭 할당 방식에서는 다수개의 UGS 클래스가 존재할 때의 대역폭 할당 주기가 겹치는 문제에 대한 고려를 하고 있지 않다. 이로 인해서 오히려 UGS 클래스의 QoS 서비스를 제공해 줄 수 없는 상황이 발생 하게 된다. 본 논문에서는 이런 문제점의 발생을 성능측정을 통해서 보여 주고 이를 해결하기 위한 알고리즘을 제시한다. 또한, 성능 비교를 통해서 제안하는 알고리즘 적용 시에 성능 향상이 있음을 보여 주고자 한다. 본 알고리즘의 적용을 통해서 실제 시스템 적용 시에 발생할 수 있는 문제점을 해결함으로써 보다 안정적인 QoS 서비스를 제공할 수 있는 802.16 시스템이 되리라 기대한다. In this paper we propose an adjustment algorithm for bandwidth grant interval of UGS class flows the overload status of certain frames occurs due to the pre-defined grant interval mechanism of UGS class. In IEEE 802.16/WiBro systems, UGS class is the highest priority to guaranteed QoS parameters. However, existing grant interval mechanisms of UGS class do not consider the condition that the grant interval of multiple UGS class flows overlaps with certain frames, and thus it causes the overload status in the system. Therefore, the system cannot be guaranteed QoS for UGS class flows. In this paper, we show the occurrence of the problem through simulation studies and propose an adjustment algorithm to solve the problem. Our simulation results show that there is performance improvement in the proposed algorithm. We expect that the real system in which the proposed scheme is applied can provide more stable QoS services by reducing the delay problem that occurs due to the occurrence of the existing grant interval problem of UGS class.

IEEE 802.16/WiBro시스템에서의 rtPS 클래스의 지연을 고려한 두 단계 드롭 기법

백주영(Joo-Young Baek),윤종필(Jong-Pil Yoon),김석형(Sok-Hyong Kim),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2008 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.14 No.8

BWA(Broadband Wireless Access) 시스템 대표적인 시스템 중 하나인 IEEE 802.16/WiBro 시스템은 효율적인 QoS를 제공하기 위하여 기지국(BS)과 단말(SS)간의 QoS 협상 과정 및 서비스 클래스를 정의하고 있다. 정의 하고 있는 서비스 클래스는 UGS, ertPS, rtPS, nrtPS, 그리고 BE 이지만, 표준에서는 서비스 클래스에 어떻게 서비스를 제공할지에 대한 정확한 정의가 없다. 따라서, 효율적인 활용을 위해 기지국측의 전반적인 스케줄러 구조 제시에 초점을 맞추어서 많은 연구가 진행되어 왔으며, 세부적인 서비스 클래스에 관해서는 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘을 그대로 적용하는 방식으로 진행 되었다. 하지만, IEEE 802.16/WiBro 시스템의 대역폭 할당 방식이 각 서비스 클래스마다 다르기 때문에 세부적인 서비스 클래스의 QoS를 위해서는 스케줄링 알고리즘에서도 이 점이 고려되어야 한다. 특히, 폴링(polling)을 통해 서비스를 제공 받는 rtPS 클래스의 경우 스케줄링 시에 이 점을 고려할 필요가 있다. 따라서, 본 논문에서는 지금까지의 연구 결과인 스케줄러 구조를 기반으로 해서 지연에 민감한 특성을 가지고 있는 rtPS 클래스에 대한 두 단계 드롭 기법을 제시함으로써 효율적인 서비스 전송 및 대역폭의 낭비를 줄이고자 한다. IEEE 802.16/WiBro, one of the representative Broadband Wireless Access (BWA) systems, defines QoS negotiation between BS and SS and five service classes to guarantee QoS for flows. The five service classes are UGS, ertPS, rtPS, nrtPS, and BE, but the standard does not define how to provide services to flows according to the service classes. Existing research works have been studied about the scheduler architecture to effectively utilize the IEEE 802.16/WiBro systems. These works use the original packet scheduling algorithm for service classes. However, it is necessary to consider bandwidth allocation mechanisms in scheduling algorithms since bandwidth allocation mechanisms are different according to service classes. Especially, bandwidth allocation mechanisms should be considered for the scheduling of rtPS class since rtPS class uses the polling mechanism that takes time to allocate bandwidth and has the minimum latency constraint. Therefore, we propose two stage dropping scheme for rtPS class that is sensitive to latency, and thus it reduces the wasted resources and provides efficient service to rtPS class.

IEEE 802.16/WiBro 시스템에서의 UGS 클래스 대역폭 할당 주기 조정 알고리즘 (pp.225-226)

백주영(Joo-Young Baek),윤종필(Jong-Pil Yoon),이정윤(Jeong-Yoon Lee),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2008 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.35 No.1

파워 절약을 위한 IEEE 802.16 OFDMA 시스템의 효율적 상향링크 자원 할당 알고리즘

윤종필(Jong-Pil Yoon),김우재(Woo-Jae Kim),백주영(Joo-Young Baek),서영주(Young-Joo Suh) 한국정보과학회 2007 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.34 No.2D

본 논문에서는 IEEE 802.16 OFDMA 시스템에서 단말들의 에너지 절약을 위한 효율적인 상향 링크 자원 할당 알고리즘을 제시한다. 기지국은 각각의 단말들이 상향링크로 데이터를 전송할 수 있도록 상향링크 부프레임에 연속적인 형태의 자원을 할당해 줘야 한다. 이렇게 각 단말들의 에너지 소비를 고려하여 효율적으로 자원을 할당하는 방식은 최적화 문제의 형태로 접근할 수 있다. 본 논문에서는 전체 에너지 소비가 최소가 되는 자원 할당 문제를 Multiple Choice Knapsack 문제로 정의하고, 이를 효율적으로 풀 수 있는 준최적화 알고리즘을 제시한다. 준최적화 알고리즘은 전체 에너지 소비가 최소가 되는 각 단말들의 최적의 변조 및 부호화 기법을 찾는다. 그리고 성능평가를 통해 준최적화 알고리즘이 채널 상태만을 고려하여 변조 및 부호화 레벨을 결정하는 기법에 비해 최대 53%의 성능 이득을 보이는 것을 제시한다.