대역 내 전이중 무선랜을 위한 동적 대역폭 채널 접속을 통한 충돌 해결 기법

Abstract

최근 무선 장치의 수가 급격하게 증가함에 따라 무선랜 트래픽 또한 증가하고 있다. 또한 대용량 데이터의 전송, 초고속화질 스트리밍 서비스 등의 트래픽 비중이 높아짐에 따라 더 높은 무선랜 처리량이 요구되는 상황이다. 이러한 무선랜 처리량 수요를 충족시키기 위한 차세대 기술 중 하나로 대역 내 전이중 통신(In-band full duplex communication)이 떠오르고 있다. 기존의 무선 통신 방식은 반이중 통신(Half-duplex communication)으로 동작한다. 이는 무선 채널에서는 노드(Node)의 송신 신호가 자신이 수신하는 신호에 간섭을 일으키는 자기 간섭이 발생하기 때문이다. 그러나 최근 자기 간섭 제거 기술의 발전으로 인해 하나의 채널에서 동시에 송/수신이 가능한 대역 내 전이중 통신이 가능하게 되었다. 전이중 통신은 이론적으로 반이중 통신에 비해 처리량을 최대 두 배까지 달성할 수 있다. 또한 자기 간섭 기술을 통해 네트워크 충돌을 감지할 수 있다. 전이중 통신은 노드의 수신부에서 자신의 송신 신호가 제거되므로 송신을 하는 동안에도 실시간으로 채널 감지가 가능하다. 따라서 송신 하는 도중에 다른 신호가 감지되면 현재 송신하는 프레임(frame)이 네트워크 충돌이 발생한다고 판단할 수 있다. 이러한 물리계층에서의 전이중 통신의 장점을 최대한 활용하기 위해서 이에 적절한 매체 액세스 제어(MAC) 프로토콜이 필요하다. 현재 IEEE 802.11 표준과 이와 관련된 무선랜 MAC 프로토콜은 반이중 통신 기반의 MAC 프로토콜이므로 전이중 통신을 최대한 활용하기 위한 전이중 MAC 프로토콜이 필요하다. 본 논문에서는 IEEE 802.11ac에서 도입된 채널 확장 기법인 DBO(Dynamic bandwidth operation)을 활용하여 전이중 통신에서 충돌을 해결하는 MAC 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 CSMA/CA를 기반으로 동작하며, 전이중 통신의 채널 감지 능력을 활용해 충돌을 실시간으로 감지하고 충돌을 해결하여 처리량을 향상시킨다. 또한 광대역 채널을 활용하여 충돌이 발생한 노드들이 동시에 전송 기회를 가질 수 있게 한다. 따라서 고밀도 네트워크 환경에서도 높은 처리량을 지원할 수 있다. 마르코프 체인 모델을 이용해 제안하는 MAC 프로토콜의 성능을 분석하고, 시뮬레이션을 통해 이를 검증하여 기존 전이중 통신 MAC 프로토콜 대비 향상된 처리량을 보임을 확인하였다.

Recently, as wireless devices have become popular and wireless traffic such as high-definition media streaming has soared, a higher throughput is required in wireless local area networks (WLANs). Full-duplex communication is emerging as one of the next-generation wireless technologies to meet the demand for WLAN throughput. In this thesis, we propose a novel medium access control scheme called CORE that resolves collision between two nodes using the self-interference cancellation techniques of full-duplex communication and the dynamic bandwidth operation of the 802.11 standard. The CORE gains higher throughput of WLAN because the collision nodes can perform full-duplex communication through extended channel bandwidth. We analyze the performance of the CORE through an analytical model and simulation. The simulation results represent that throughput of CORE better than the existing medium access control schemes.