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Multiple access protocol and location management strategy in third generation wireless networks = 제35세대 무선망에서의 다중 접속 규약과 위치 관리 기법에 관한 연구
서명 / 저자 Multiple access protocol and location management strategy in third generation wireless networks = 제35세대 무선망에서의 다중 접속 규약과 위치 관리 기법에 관한 연구 / Byung-Chul Kim.
저자명 Kim, Byung-Chul ; 김병철
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1996].
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초록정보

In this dissertation, we consider the following two control algorithms for a wireless network. One is related to the multiple access control algorithm for the future personal communication networks (PCNs) and the other is related to the location management strategy in broadband PCNs. First, we propose a new multiaccess protocol called the idle-signal casting multiple access with collision resolution (ICMA/CR) protocol and analyze it in both the infinite and finite population cases. The ICMA/CR protocol focuses on efficient collision resolution by adopting the binary-tree protocol and its variants which have been regarded as stable and effective collision resolution algorithms in the contention-based access protocols. In the proposed algorithm, mobile users can transmit their packets according to the feedback informations after a packet detection time and the user's counter value. It means that rescheduling delay can be dynamically controlled by arrival traffic load. We analyze the stationary throughput-delay performance in infinite user population by calculating the average collision resolution interval duration and the effective service rate. For consideration in practical environments, we also analyze the performance in finite user population when uplink channel is noisy. Using the collision resolution algorithm, we can reduce the back-off period of unsuccessful transmission and increase the throughput-delay performance, especially for a short packet detection time. Second, we obtain the capacity of wireless dynamic TDMA for packetized speech and investigate its stability characteristics depending upon the ratio between request slots and message slots. We analyze this system based on an imbedded Markov chain approximation and validate its performance by simulation. Also, efficient voice/data integrated access algorithms for future PCNs are proposed and analyzed based on an imbedded Markov chain approximation and an equilibrium point analysis (EPA) method. A practical wireless communication channel may be impaired by noise and multipath distortion, and thus it is advisable that corrupted packets have to recompete immediately in order to be transmitted within the stringent delay constraint. Also, real-time traffic users have to transmit their packets irrespective of the amount of non real-time data messages so that heavy non real-time traffic does not degrade quality of real-time traffic. In the proposed algorithm, slots are assigned to real-time traffic first and the remaining idle slots are assigned later to non real-time traffic by using the scheme of contention separation. These schemes can support different quality of service (QoS) imposed by different services efficiently and show good quality of real-time traffic, especially voice packets, no matter how heavy non real-time traffic is. Finally, we propose an efficient location management algorithm for broadband PCNs which reduces the complexity of network signaling and delay due to database access when locating a portable station. Previous works on updating and search algorithms for personal communications have concentrated on the access delay due to signaling network traffic only. But, with the advances in fiber optic technology, it will be possible to provide the capacity of signaling network on the order of several Mbps in broadband PCNs. Thus it may be more important to simplify the signaling procedure and reduce the number of database accesses for mobility management at the cost of some increase of signaling traffic. In the proposed algorithm, we first remove all visitor location registers in order to achieve the simplicity of signaling procedure. Thus, only home databases for mobility management are distributed in a global network, and each database keeps only the current locations of PSs initially registered in its management area. It can solve the problem of requiring an impractically large database in a centralized database structure by distributing home location registers while maintaining the simplicity of mobility management and reducing database loads. This algorithm has a simple signaling procedure, and reduces database operations when compared to hierarchical algorithms as network switching hierarchy increases or relocation and calling rate increase.

본 논문에서는 제 3 세대 무선망에서의 효과적인 망 접속 및 제어기법에 관한 연구를 수행하였다. 하나는 패킷 라디오 망에서의 효율적 충돌 해결 알고리즘과 음성/데이타 집적에 관한 규약의 개발이고 다른 하나는 광대역 하부구조망을 가지는 개인 휴대 통신망에서의 위치 관리에 관한 규약의 개발이다. 먼저, 우리는 현재 일본의 패킷 라디오 망에서 사용되고 있는 ICMA/CD라는 규약에 충돌 해결 알고리즘으로 binary-tree를 적용하여 성능 및 지연 시간을 줄이는 방안을 연구하였다. 기존의 충돌 해결 방법은 시스템의 부하에 상관없이 초기에 정해진 지수 함수 분포만큼의 지연 시간 후에 재전송이 이루어지는 방법이었다. 이에 반해 binary-tree 라는 충돌 해결 알고리즘을 사용할 경우 contention-based access 시스템을 안정적으로 운용하고 전송 자원을 효율적으로 사용할 수 있음이 알려져있다. 따라서 이 장에서는 ICMA/CD 규약에 binary-tree 기법을 적용해 평균 재전송 지연 시간이 현재 시스템의 트래픽 부하에 따라 동적으로 조정되도록 함으로써 전체 패킷 전송시간을 줄이고 채널 utilization을 향상 시킬수 있음을 보였다. 또한 실제 무선 환경을 고려하여 상향채널에 shadowing으로 인해 잡음이 발생하는 경우에서의 성능을 구하였고 modified binary-tree를 적용하여 더 큰 성능 향상이 이루어짐을 살펴보았다. 다음으로 패킷화 된 음성을 ALOHA-reservation 규약을 사용해 전송할 경우 용량 및 stability에 관해 연구하였고 음성과 데이타가 집적된 형태의 무선 접속 구조에서 효율적으로 음성에 우선순위를 부여하는 방안을 제시하였다. 지금까지 연구된 대부분의 음성/데이타 집적 접속 구조에서는 음성과 데이타의 contention 및 할당과정이 완전히 분리되지 않아 데이타의 트래픽 양이 많을 경우 음성의 품질에 나쁜 영향을 미치게 되어있다. 따라서 제안된 새로운 알고리즘에서는 음성이 contention과 할당을 모두 끝낸 이후에 데이타의 전송이 시작되도록 하여 음성으로 하여금 완전한 우선순위를 가지도록 하였고 이의 성능을 Markov chain approximation 및 시뮬레이션을 통해 분석하여 그 우수성을 보였다. 또한 채널의 상태가 열악하여 전송된 데이타가 자주 손상되는 환경에서 실시간 트래픽을 가지는 사용자들로 하여금 빠른 시간에 무선 채널의 사용을 다시 요구하여 할당받을 수 있도록 하는 규약을 고려하여 매 슬롯 단위의 짧은 채널 요구 슬롯을 가지는 무선 접속 구조를 제안하였고 이의 성능 분석을 equilibrium point analysis에 의해 하였다. 마지막으로 광섬유를 이용한 광대역 전송 기술과 초고속 패킷 교환 기술을 가지는 차세대 개인 휴대 통신망에서 실시간 위치 등록 및 검색을 할 수 있는 효율적인 위치 관리 알고리즘을 제안하였다. 광대역 및 고속화라는 추세를 감안해서 기존 위치 관리 알고리즘을 더 단순화 시키고 위치 검색 시간을 줄이기위하여 소프트웨어적으로 처리되는 데이타 베이스 처리횟수를 줄여갔다. 이를 위해 VLR을 모두 없애고 각 access 망에 그 지역의 초기 등록 가입자만을 관리하는 HLR을 분산 시켜 놓음으로써 위치 등록이나 검색 알고리즘을 단순화시키는 방법을 제시하였다. 실제 가입자의 이동성을 모델링하고 각 경우의 흐름도를 작성하며 간단한 인증과정을 제시하여 데이타 베이스 처리횟수가 줄어듬을 보였고 또한 위치 관리를 위한 시그널링 트래픽양을 추정해봄으로써 차후 망에서 사용 가능함을 보였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEE 96011
형태사항 v, 125 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김병철
지도교수의 영문표기 : Chong-Kwan Un
지도교수의 한글표기 : 은종관
학위논문 학위논문 (박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 Reference : p. 117-123
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