The effects of hidden nodes in an omni-directional antenna based AP and in a multi-sector antenna based AP are analyzed, respectively. In an omni-directional antenna based AP network, the hidden nodes affect uplink traffic and the performance is degraded. In a multi-sector antenna based AP network, the hidden nodes affect downlink traffic and the performance is degraded. Hidden nodes may severely degrade the performance of wireless LANs. Focusing on the hidden node effect, we analyze goodput in a single cell WLAN environment with hidden nodes under a non-saturated condition. Uplink and downlink goodputs are analytically derived using an approximation technique and are compared with simulation results. We also propose a pseudo-TDD (Time Division Duplex) scheme to avoid downlink traffic collision in a multi-sector antenna based AP network. It improves downlink goodput performance.
본 박사학위 논문은 무선랜 (WLAN) 환경에서 발생 가능한 ``숨어있는 노드'가 미치는 영향에 대해서 다루고 있다. 무지향성 안테나를 갖는 접근점 (AP, Access Point) 기반 무선랜과 섹터 안테나를 갖는 접근점 기반 무선랜에서 각각 숨어있는 노드가 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 그리고, 섹터 안테나를 갖는 접근점 기반 무선랜 환경에서 성능을 개선할 수 있는 방식을 제안하였다.
일반적으로 많이 사용되는 무지향성 안테나가 설치된 접근점 기반의 무선랜 환경에서는 상향 링크로 전송하고자 하는 숨어있는 노드 간에 충돌이 발생한다. 이러한 충돌은 매우 낮은 트래픽 부하에서도 자주 발생하며, 성능 저하에 큰 영향을 준다. 본 논문에서는 균일하게 배치된 노드 간에 숨어있는 노드를 찾아서, 숨어있는 노드에 의한 충돌 확률을 구하여 그 성능을 수학적 해석을 통해 구하고 시뮬레이션과 비교하였다.
다음으로, 섹터 안테나를 갖는 무선랜 접근점을 제안하고 그 성능을 분석하였다. 한 접근점이 하향 링크로 보내는 트래픽이 있을 때, 이웃한 섹터의 숨어있는 노드가 전송하는 상향 링크 트래픽과 충돌하는 문제가 발생한다. 이 때, 이웃 섹터의 숨어있는 노드가 전송한는 트래픽은 성공적이지만, 하향 링크로 보내는 접근점의 트래픽은 실패한다. 본 논문에서는 이러한 충돌 확률을 구하여 그 성능을 수학적 해석을 통해 구하고 시뮬레이션과 비교하였다.
끝으로, 섹터 안테나를 갖는 무선랜 접근점에서 발생하는 하향 링크의 충돌 확률을 줄일 수 있는 방식을 제안하였다. 섹터 안테나를 사용하면, 서비스 영역이 넓어지고 전체 서비스 수율 (goodput)이 높아지는 장점이 있지만, 하향 링크 성능이 상향 링크 성능에 비해 낮은 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서 하향 링크 트래픽과 상향 링크 트래픽의 전송 시간을 분리하도록 한다. 이를 위해, 무선랜 접근점에서 하향 링크 전송 시간만큼 NAV (Network allocation vector)를 설정하여, NULL 패킷 또는 일반 패킷을 전송한다. 그리하여 무선랜 단말이 상향 링크 트래픽을 전송하지 못하게 한다. 이 방식은 IEEE 802.11 다중 매체 제어 (MAC) 프로토콜을 활용하기 때문에, 무선랜 단말에서는 특별한 변경이 불필요하다.
본 학위 논문 연구를 통하여, 무지향성 안테나를 갖는 접근점 기반 무선랜과 섹터 안테나를 갖는 접근점 기반 무선랜에 대해 각각 숨어있는 노드의 영향을 고찰하였다. 이 결과를 활용하면, 서비스 가능한 수율이나 최대 허용 가능 입력 트래픽 부하의 예측이 가능하다. 또한 섹터 안테나를 갖는 점근점 기반 무선랜에서 숨어있는 노드의 영향을 줄이는 방식을 활용하면 더 높은 수율을 얻을 수 있다.
