With growing demand for higher bandwidth multimedia services in the wireless domain over the past few years, wireless ATM has emerged as a fine solution. Wireless ATM provides mobility support for mobile ATM users as they move among base stations. One of the key issues to support user mobility is the handoff. For a relatively smaller cell environment in wireless ATM, a handoff scheme should exhibit low handoff delay. Efficient usage of network resources is also required. In this thesis, we propose a fast rerouting scheme for wireless ATM referred to as a Path Reservation scheme. For localized handoffs, we adopt a wireless cell clustering method. Cell grouping and path reservation technique are proposed to achieve fast handoffs. This thesis presents an analysis of the proposed schem and simulation results of several handoff schemes compared with the proposed scheme. From the simulation results, our Path Reservation scheme achieves low handoff delay and efficient usage of network resources such as buffer and bandwidth requirements.
Another issue dealt with in this thesis is MAC scheduling for Bluetooth network topologies: piconet and scatternet. A scheduling scheme considering the poll interval, which is a QoS parameter defined in the specification of Bluetooth system, is proposed. Few works dealing with the parameter have been presented for Bluetooth piconets. Due to the timing constraints of the poll interval, a Bluetooth scheduling problem with QoS requirements is identified with a distance constraint(DC) scheduling problem with non-preemptive tasks, which has been proved to be NP-complete. The proposed scheduling scheme, referred to as a distance constrained QoS scheduling (DCQS) scheme, mainly consists of two parts: the longest processing time with a reservation(LPTR) algorithm and a time slot utilization based schedule selection(TSS) process. The LPTR algorithm, which is a sort of multiprocessor scheduling scheme, finds candidate schedules that satisfy as many of the original QoS requirements as possible. The TSS process chooses the schedule with the highest time slot utilization of them as a final schedule. Consequently, we obtain the schedule with QoS support and high time slot utilization through the proposed scheme. The presented work is applicable to telecommunication systems providing multimedia services in which QoS should be strictly fulfilled.
Every bridge node participating in multiple piconets and forming a scatternet should schedule the inter-piconet traffics in an efficient manner. Frequent piconet switching due to short poll intervals for the links of a bridge node leads to considerable time slots loss caused by the guard time and power consumption for transceiving and processing. On the other hand, restrained piconet switching may result in failures of fulfilling QoS(Quality of Service) requirements for some links. Consequently, the problem that the cost incurred by the piconet switching events should be reduced without jeopardizing the QoS needs to be addressed. In this thesis, we present an inter-piconet scheduling scheme minimizing the piconet switching events within guaranteed QoS requirements. According to simulation results, the proposed scheme is confirmed to have great improvement in throughput gain and the number of switching events over the credit scheme as current inter-piconet scheduling scheme for the scatter mode.
무선 ATM은 ATM기술을 기반으로 하는 멀티미디어 서비스 망의 확장과 이동통신서비스들에 대한 요구가 증대하면서 광대역 통신망을 무선 영역까지 확장하고자 하는 노력의 일환으로 출현하였다. 5, 17, 60 GHz등의 고주파 대역을 이용하여 무선 영역에서도 궁극적으로 155Mbps의 데이터 전송률을 제공하면서 ATM통신망 서비스를 지원하는 것이 무선ATM에서 추구하는 목표이다. 한편, 최근 각광 받고 있는 블루투스는 근거리 무선 인터페이스를 통하여 음성 및 데이터 전송서비스를 지원하는 통신 프로토콜이다. 그리고 블루투스는 10m이내(옵션 100m)의 좁은 활동 반경을 갖는 저 전력무선 통신 시스템으로서 2.4Ghz의 ISM대역을 사용하여 최대 1Mbps로 데이터를 전송할 수 있다고 정의한다.
본 논문에서는 무선 ATM과 블루투스 시스템에서 서비스의 QoS를 지원하는 효율적인 자원관리기법을 제시하고자 한다. 자원관리기법은 호수락제어, 파워컨트롤, 위치관리 등 많은 분야가 있지만, 본 논문에서 관심을 가지는 분야는 서비스의 매끄러운 연결 지원을 위한 무선 ATM에서의 효과적인 경로 설정 기법, 그리고 블루투스의 피코넷(piconet)과 스캐터넷(scatternet)에서 협상된 Quality of Service(QoS) 를 보장할 수 있는 스케쥴링 기법에 관한 연구이다.
무선 ATM은 이동 멀티미디어 단말에게 광대역 서비스를 제공할 수 있는 차세대 기술이다. 무선통신시스템에서 주파수의 효율적인 사용과 이와 동시에 고속의 전송율을 지원하기 위해서는 셀의 반경이 작아질 수 밖에 없다. 아울러 셀 반경의 감소는 셀의 중첩지역, 즉 핸드오프 수행 영역의 감소를 초래한다. 이는 무선 ATM에서 이동 중인 단말기에게 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 보다 신속한 핸드오프 과정이 필요함을 뜻한다. 이를 지원하기 위해서 , 고정된 ATM프로토콜은 이동 관리 능력이 증대되어야 한다. 이동 관리의 중요한 요소중의 하나는 존재하는 연결을 네트워크의 다른 부분으로 매끄럽게 경로 재설정 해주는 네트워크의 능력이다. 지금까지, 이 분야에 대한 많은 기법들이 광대역 무선 네트워크를 위해 제안되었다. 하지만. 그들 중 낮은 핸드오프 대기시간을 가지는 기법들은 일반적으로 네트워크 리소스가 비효율적으로 사용되는 특징을 가진다. 본 논문의 2장에서는 무선 ATM을 위해서 경로예약 기법이라는 고속경로재설정 방법을 제안한다. 제안된 기법은 셀 클러스터링과 그룹화 기법을 활용하였다. 경로예약 기법은 일종의 복합 핸드오프 기법이다. 클러스터 내부에서는 경로확장 기법이 사용되고, 클러스터 사이의 핸드오프를 위해서는 동적경로재설정 기법이 사용된다. 셀의 클러스터링은 경로가 과도하게 길어지는 것을 방지해서 네트워크의 대역폭이 절감되게 한다. 클러스터 내부 셀의 그룹화는 핸드오프 예상 셀로의 경로를 예약하는데 사용된다. 경로의 예약은 크로스오버 스위치 탐색 시간을 줄이고 따라서 고속의 핸드오프를 가능하게 한다.
블루투스 시스템에서 최근 많은 연구가 진행되고 있는 분야는 스케줄링이다. 블루투스에서는 마스터로부터 패킷을 받은 슬레이브만이 전송할 수 있는 권한을 부여 받는다. 현재 블루투스 피고넷을 위해 채택된 기본 스케쥴링 기법은 round-robin방식이다. 이 방식은 전송에 참여하고 있는 모든 링크들에 대하여 동일한 전송 기회를 부여하기 때문에 형평성 측면에서 매우 우수한 기법이지만. 마스터가 데이터가 없는 패킷(POLL packet)을 보내거나 슬레이브가 마스터에게 데이터가 없는 패킷(NULL packet)을 보내는 경우가 많을 경우, 시스템의 수율과 자원의 효용성이 낮아지는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 그 동안 많은 연구가 이루어져 왔는데 마스터와 슬레이브의 큐 상태를 안다는 가정하에 개발된 기법들(Master-slave Queue-State-Dependent Packet Scheduling schemes)과 round-robin방식의 변형 기법들(RR-like schemes)두 가지 부류로 나누어질 수 있다. 하지만, 블루투스 표준에서 지원하는 연속적인 전송 사이의 최대 시간 등의 QoS를 만족시키는 스케쥴링 기법에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 논문의 3 장에서는 블루투스 시스템에서 피코넷을 위해 지원하는 QoS파라미터를 고려한 스케쥴링 기법을 제안한다. QoS파라미터가 가지는 timing constrain 때문에 해결하고자 하는 블루투스에서의 스케쥴링 문제는 non-preemptive task를 가지는 distance constraint 스케쥴링 문제와 동일해지는데 이것은 NP-Hard문제로 알려져 있다. 본 논문에서 제안하는 Distance Constrained QoS Scheduling(DCQS)기법은 주 파트로 나뉜다. 하나는 QoS조건을 만족시키는 후보 스케쥴을 최재한 많이 찾아내는 일종의 멀티 프로세서 스케쥴링 기법인 Longest Time Processing Time with a Reservation(LPTR)알고리즘과 찾아낸 후보들 중 가장 타임슬롯의 효율성이 좋은 스케쥴을 선택하는 Time slot utilization based Schedule Selection(TSS)과정이다. 제안된 기법은 QoS요구사항이 엄격하게 지켜져야 하는 멀티미디어 서비스 시스템에 보편적으로 적용 가능하다.
블루투스는 여러 개의 피코넷을 연결하여 멀티 홉 형태의 네트워크인 스캐터넷의 형성을 지원한다. 다수의 피코넷으로 구성되는 스캐터넷을 관장하는 연결 노드(bridge node)는 피코넷 간의 트래픽을 효율적으로 스케쥴해야 한다. 잦은 피코넷 전환은 가드 타임으로 인한 상당한 타임 슬롯 자원의 장비뿐만 아니라 동기화에 따른 에너지 손실을 초래한다. 반면 너무 절제된 전환은 각 링크의 QoS요구 사항을 만족시키지 못 할 수 있다. 본 논문의 4장에서는 QoS가 만족되는 범위 내에서 피코넷의 전환을 최소화 시키는 스케쥴링 기법을 제안한다. 시뮬레이션 결과에 따르면 현재의 스캐터넷의 스케쥴링 기법인 크레딧 기법보다 QoS의 만족에서 더 좋은 효과를 나타내였으며, 전환의 횟수가 줄어듦으로 인한 수율(throughput)의 획득에서도 뛰어남을 보여주었다.
