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.

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 802.15.4와 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.

IEEE 802.11ah와 IEEE 802.11af의 표준화 및 기술 동향

유희정 에스케이텔레콤 (주) 2013 Telecommunications Review Vol.23 No.4

본 논문에서는 IEEE 802.11에서 최근 가장 많은 관심을 받으면서 표준화가 진행되고 있는 IEEE 802.11ah와 IEEE 802.11af의 표준화 및 기술 동향에 대해서 논하고자 한다. 두 표준은 모두 1GHz 이하 대역에서 비면허 통신 장비들이 동작하는 무선랜을 정의하고 있으며, 전송률 보다는 커버리지 확장을 목표로 하고 있다. IEEE 802.11ah에서는 전송 거리 확장을 위한 기술, 다수의 STA를 지원하며 효율적으로 채널에 접속할 수 있는 기술, 간단한 제어 프레임들 등을 정의하고 있다. 그리고 IEEE 802.11af에서는 TV 채널 대역폭에 맞는 물리계층 변화와 TV white space (TVWS) 데이터베이스를 활용한 링크 형성 그리고 이동성 및 시간에 따른 TVWS의 변화에 대응하는 방식 등을 주요 기술로 논하고 있다. 이와 같은 표준들은 무선랜에서의 새로운 변화를 추구하고 있는 분야로서 시장적 측면이나 기술적 측면에서 큰 의미를 갖고 있다.

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 802.11 무선랜에서의 PMK Caching과 결합된 효율적인 세션 키 도출 알고리즘

박창섭,우사무엘 보안공학연구지원센터(JSE) 2010 보안공학연구논문지 Vol.7 No.3

최근 들어 320Mbps의 속도를 지원하는 IEEE 802.11n표준의 등장으로 인해 기업의 사무실, 대학캠퍼스, 산업용 창고 등 다양한 분야에서 광범위하게 IEEE 802.11 기반의 무선랜 사용이 증가하고 있다. 그러나 IEEE 802.11에서 제안하고 있는 사용자 인증과 세션 키 도출 방식은 사용자의 이동이 빈번한 무선랜 환경에서 안전하고 빠른 핸드오프를 지원하기에는 많은 문제점을 내포하고 있다. 본 논문은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 난수집합과 PMK Caching기능을 이용한 4-Way 핸드쉐이크 프로토콜보다 안전하고 효율적인 2-Way 핸드쉐이크 프로토콜을 제안한다. Recently, with an advent of IEEE 802.11n standard to support maximum speed of 320Mbps, use of WLAN based on IEEE 802.11 is increasing in the various fields including offices of the enterprise, campus of the colleges and warehouse for industry. However, both user authentication and session key derivation method presented in IEEE 802.11 have many problems in supporting secure and fast handoff in the WLAN environment where users move frequently. In this paper, that a new 2-Way Handshake protocol in proposed which is more secure and efficient than the 4-Way Handshake protocol using a random number set and PMK Caching in the IEEE 802.11i to solve the security problems.

IEEE 802.11e 무선 LAN 시스템에서 서비스 처리율 증대를 위한 패킷 스케줄링 기법

장재신,전형익,Jang Jae-Shin,Jeon Hyung-Ik 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.4A

With the appearance of various types of traffic services in communication networks, a study on QoS(Quality of Service) packet scheduling mechanisms which can support differentiated service to each traffic service becomes very important. To meet this requirement, IEEE 802.11 Working Group established the IEEE 802.11e MAC protocol which categorizes every traffic services into 4 access categories(AC) and provides the differentiated service to each AC. In addition, the physical layer of IEEE 802.11a/g standards provide up to 54 Mbps transmission rate per one wireless LAN terminal. However, since the radio resource is hardly limited in wireless channel, it is necessary to find an efficient packet scheduling scheme to maximize the transmission efficiency. Therefore, in this paper, we proposed a new packet scheduling scheme that can enhance the total throughput by setting different contention windows(CW) of CSMA-CA channel access scheme to each wireless LAN terminal according its current channel states. Numerical results derived from using NS-2 network simulator have shown that our proposed packet scheduling scheme can enhance the performance of IEEE 802.11e more and more. 다양한 형태의 트래픽이 등장하면서 각 트래픽이 요구하는 서비스 품질을 모두 만족시키기 위한 패킷 스케줄링 연구에 대한 중요성이 커지고 있다. IEEE 802.11 위원회에서는 이러한 요구에 부응하기 위해 IEEE 802.11e 규격을 제정하여 모든 트래픽을 4가지로 분류한 뒤 각 트래픽 별로 차등화된 서비스를 제공하고 있다. 그리고 IEEE 802.11a/g규격에서는 물리계층에서의 전송속도를 무선 단말기 당 최대 54 Mbps까지 지원하고 있다. 하지만 무선 채널환경에서는 전체 대역폭이 제한되어 있기 때문에 주어진 대역폭 내에서 전송효율을 최대화시키는 문제는 항상 풀어야 하는 과제이다. 따라서 본 연구에서는 전송오류가 발생하는 무선통신 환경 하에서 동작하는 무선 LAN 단말기가 패킷 전송을 위해 CSMA-CA 기반으로 동작함에 있어서 CW(Contention Window) 값을 현재 무선채널 상태에 따라 달리 설정함으로써 서비스 처리량(Throughput)을 더욱 극대화할 수 있는 패킷 스케줄링 기법을 제안하였다. 제안된 알고리즘을 NS-2 네트워크 시뮬레이터를 이용하여 성능평가를 수행하였고, 수치 결과를 통해 제안한 알고리즘이 기존 IEEE 802.11e의 성능을 더욱 향상시킬 수 있음을 보였다.

IEEE 802.11e EDCA에서 효율적인 대역폭 측정을 통한 Cross-Layer 기반의 비디오 전송 기법

신필규(Pilgyu Shin),이선헌(Sunhun Lee),정광수(Kwangsue Chung) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.35 No.3

최근 무선 환경에서 스트리밍 서비스의 서비스 품질을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고있다. 무선 환경의 채널상태 불안정은 높은 전송 지연과 손실을 발생시키게 되고, 결과적으로 사용자 측면에서의 서비스 품질을 저하시키는 문제점을 가진다. 이러한 무선 환경에서의 서비스 품질을 향상시키기 위해 IEEE 802.11 Working Group에서는 IEEE 802.11e를 제안하였고, 이를 기반으로 하는 여러 기법들이 제안되었지만 네트워크 상태에 적응적이지 못한 기존 연구들은 전송큐의 오버플로우와 데이타 손실이 발생하여 전송하는 영상의 품질을 저하시키게 된다. 본 논문에서는 IEEE 802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 모델을 기반으로 무선환경에서의 멀티미디어 스트리밍 서비스 품질의 향상을 위한 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 MPEG-4 영상의 각 프레임의 중요도에 따라 차별적으로 IEEE 802.11e EDCA 모델의 전송 방식을 적용하고, 수신측의 AC(Access Category)를 고려한 효율적인 대역폭 측정을 기반으로 한 송신측의 프레임 폐기를 통해 현재 네트워크 상태에 적응적인 전송율 조절을 한다. 실험 결과를 통해 제안한 기법이 무선 환경의 스트리밍 서비스의 종단간 서비스 품질을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. Promoting quality of streaming service in wireless networks has attracted intensive research over the years. Instable wireless channel condition causes high transmission delay and packet loss, due to fading and interference. Therefore, they lead to degrade quality of video streaming service. The IEEE 802.11 Working Group is currently working on a new standard called IEEE 802.11e to support quality of service in WLANs. And several schemes were proposed in order to guarantee QoS. However, they are not adaptable to network condition. Accordingly, they suffered video qualitydegradation, due to buffer overflow or packet loss. In this paper, to promote quality of video streaming service in WLANs, we propose a cross-layer architecture based on IEEE 802.11e EDCA model. Our cross-layer architecture provides differentiated transmission mechanism of IEEE 802.11e EDCA based on priority of MPEG-4 video frames and adaptively controls the transmission rate by dropping video frames through the efficient bandwidth estimation based on distinction of each AC. Through the simulation, proposed scheme is shown to be able to improve end-to-end quality for video streaming service in WLANs.

Frame Aggregation 기법을 적용한 IEEE 802.11n 시스템 성능 분석

이윤호(Yun-Ho Lee),김주석(Joo-Seok Kim),김경석(Kyung-Seok Kim) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회논문지 Vol.9 No.12

IEEE 802.11n은 MAC 계층에서 100Mb/s이상의 데이터 처리량을 달성하므로 초고속 데이터 통신을 지원하는 차세대 무선랜의 표준으로 각광받고 있다. IEEE 802.11n의 연구 동향은 크게 두 가지로 MAC 계층에서 패킷 간의 결합을 통하여 데이터 처리량을 높인 부분과 PHY 계층에서 다중 안테나 기법을 적용하여 데이터 전송속도를 높인 부분으로 정리된다. 그러나 전자는 무선 채널을 고려하지 않음으로 현실성이 결여되어 있었고, 후자는 패킷 간의 결합을 간과함으로 현실적인 처리량 결과를 얻을 수 없었다. 그래서 본 논문에서는 IEEE 802.11n 시스템에서 MAC 계층과 PHY 계층의 연동을 고려하여 성능을 분석한다. 또한, MAC 계층에서는 멀티 서비스를 고려한 A-MPDU, A-MSDU기법을 적용하고, PHY 계층에서는 WLAN MIMO TGn 채널 모델 사용과 함께 SVD 기법을 적용함으로 다중 안테나 기법과 무선 채널을 모두 고려하면서 IEEE 802.11n 시스템의 현실적인 데이터 처리량을 분석한다. 시뮬레이터는 전 계층을 고려하여 Ns-2를 사용하기로 한다. IEEE 802.11n is an ongoing next-generation WLAN(Wireless Local Area Network) standard that supports a very high-speed connection with more than 100Mb/s data throughput measured at the MAC(Medium Access Control) layer. Study trends of IEEE 802.11n show two aspects, enhanced data throughput using aggregation among packets in MAC layer, and better data rates adapting MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) in PHY(Physical) layer. But, the former doesn't consider wireless channel and the latter doesn't consider aggregation among packets for reality. Therefore, this paper analyzes data throughput for IEEE 802.11n considering MAC and PHY connection. A-MPDU(Aggregation-MAC Protocol Data Unit) and A-MSDU(Aggregation -MAC Service Unit) is adapted considering multi-service in MAC layer, WLAN MIMO TGn channel using SVD(Singular Value Decomposition) is adapted considering MIMO and wireless channel in PHY layer. Consequently, Simulation results shows throughput between A-MPDU and A-MSDU. Also, We use Ns-2(Network simulator-2) for reality.