IEEE 802.11ax WLAN의 스루풋 향상을 위한 동적 감도 제어 기법

국문 초록 (Abstract)

최근 스마트폰, 태블릿 PC 등의 보급이 증가함에 따라 모바일 서비스 시장의 급격히 성장하면서 무선랜(WLAN: Wireless Local Area Network, IEEE 802.11, Wi-Fi) 이용자가 급격히 증가하고 있다. 무선랜은 무선 인터넷 접속을 가능하게 해주는 기술로서 카페나 사무실 등에서 널리 사용되고 있다.
무선랜의 기본 구성에는 크게 동작과 역할에 따라 무선 중계 기지국의 역할을 하는 액세스 포인트(AP: Access Point)와 기지국을 통해 무선랜 서비스를 이용하고자 하는 단말(STA: station, 예: 스마트폰)로 나눌 수 있다. 따라서 우리는 AP를 통해 무선랜 서비스를 이용하고, 무선랜 통신은 비용을 지불하지 않는 비면허 주파수 대역(unlicensed frequency band)을 사용하여 동작한다.
헌데 비면허 주파수 대역은 국가별로 제정된 사용 규정만 준수하면 누구나 접속하여 사용할 수 있기 때문에 기기 간 간섭의 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위해 무선랜에서는 경쟁 기반의 매체 접근 제어(MAC: Medium Access Control)계층을 정의하여 AP와 STA의 채널 접근을 제어하고 있으나, 이러한 채널 접근은 MAC 메커니즘 상 동반되는 오버헤드(overhead)가 포함되어 데이터 전송률이 높아도 빠른 통신 속도를 보장할 수 없는 문제가 발생한다. 특히 AP와 STA가 밀집된 공간에서 네트워크의 전체적인 성능을 급격하게 떨어지는 원인이 되므로, 차기 무선 랜 표준인 802.11ax에서는 핵심 구현 목표 중 하나로 동적 감도 제어(DSC: Dynamic Sensitivity Control)를 지정하였다. DSC는 각 AP에 인접한 AP 및 STA로부터 수신된 신호의 세기와 인접 신호 간 거리를 이용하여 AP의 반송파 감지 임곗값(CST: Carrier Sensing Threshold)을 동적으로 조정하는 기법이며, 기존에 연구된 DSC 기법들은 주변 기기로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal strength indication) 정보만을 이용했다.
본 논문에서는 고밀도 AP/STA 환경에서 각 AP가 인접한 AP 및 STA로부터 수신된 신호의 세기와 인접 신호 간 거리를 이용하여 CST를 조정하는 동적 감도 제어 기법을 제안한다. 이 연구는 정적(static) 임곗값을 가지는 기존 방식, RSSI 정보만을 받아 CST를 조정하는 DSC 방식에 비해 성능 향상이 있음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, as the spread of smart phones and tablet PCs has increased, the number of wireless LAN users has increased sharply due to the rapid growth of the mobile service market. Wireless LAN is a technology that enables wireless Internet access and is widely used in cafes and offices.
The basic configuration of a wireless LAN is classified into an access point serving as a wireless relay base station and a station using a wireless LAN service using a base station according to its operation and role. wireless LAN communications operate using an unlicensed frequency band that does not cost.
However, this band can interfere with each other because it can be used by anyone if it meets the rules of use established for each country. To prevent this problem, the WLAN defines a contention - based Medium Access Control layer and controls the channel access of the AP and STA. But, this channel access involves the overhead associated with the MAC mechanism, so that even if the data transmission rate is high, the communication speed can not be guaranteed. In particular, since the overall performance of the network drops dramatically in the dense space of the AP and the STA, dynamic sensitivity control that dynamically adjusts the CST is being studied to solve this problem. Conventional DSC scheme only consider RSSI information of received signal.
In this paper, we propose a DSC scheme in which each AP adjusts its CST using the intensity of signal received from adjacent AP and STA and the distance between adjacent signals in a high density AP / STA environment. This study confirms the performance improvement over the conventional method with a static threshold value and the DSC method using only RSSI information.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 연구배경 3
• 2.1. IEEE 802.11 3
• 2.2. 매체 접근 제어 5
• 2.2.1 ALOHA 기법 6
• 2.2.2 CSMA 기법 7
• 2.2.3 CSMA/CD 기법 8
• 2.2.4 CSMA/CA 기법 9
• 2.3. 기존 무선랜 시스템에서 발생하는 문제점 13
• 2.3.1 CSMA/CA에 동반되는 과도한 오버헤드 13
• 2.3.2 Hidden Terminal Problem 15
• 2.3.3 Exposed Terminal Problem 17
• III. IEEE 802.11ax 동적 감도 제어 기법 19
• 3.1. 서론 19
• 3.2. IEEE 802.11ax에서 고려되고 있는 동적 감도 제어 기법 20
• 3.3. IEEE 802.11ax의 동적 감도 제어 기법에 대한 선행 연구 21
• 3.3.1 Station의 동적 감도 제어 21
• 3.3.2 AP의 동적 감도 제어 24
• 3.3.3 각 링크의 동적 감도 제어 29
• IV. 스루풋 향상을 위한 동적 감도 제어 알고리즘 34
• 4.1. 서론 34
• 4.2. 기존 IEEE 802.11ax DSC 알고리즘의 한계점 35
• 4.3. 제안하는 DSC 시스템 모델 37
• 4.4. 성능평가 46
• V. 결 론 50
• 참고문헌 51
• 영문초록(Abstract) 52
• 감사의 글 53