IEEE 802.16 Network is promising metropolitan wireless network technology for providing a variety of applications. The MAC of IEEE 802.16 Network supports five QoS (Quality of Service) classes to provide various types of services. In the IEEE 802.16 standard, each QoS class is allowed to adopt one or more bandwidth request mechanism and how to utilize them depending on the network environment is vendor dependent. Especially among these, the contention-based bandwidth request, which several SSs contend in the contention period, is allowed to ertPS, nrtPS, and BE services. However, if these services are contended equally, the ertPS servicing VoIP service, which is sensitive to the delay or jitter, causes the more bandwidth grant delay when terminating the silent period. Even with the multicast polling, it can not satisfy the bandwidth grant delay compared with the unicast polling.
Therefore, in this thesis, we propose enhanced contention-based bandwidth request (ECBR) mechanism to differentiate the contention manner of each QoS class for enhancing the bandwidth grant delay performance. Particularly, the mechanism is focused on the performance enhancement of the ertPS. The proposed mechanism allows the ertPS to adopt multicast polling basically and both multicast and broadcast polling when collision occurs. In addition, we argued about adjustment of internal backoff value of SSs when the multicast and broadcast polling exist in a frame. Simulation results show that the ertPS resolves the contention faster than the standard mechanism due to the highest successful bandwidth request probability and maintains acceptable level of the bandwidth grant delay with smaller variance than the standard mechanism. Moreover, the SS’s internal backoff value adjustment in the ECBR mechanism show better performance when the collided bandwidth request messages uses the adjusted internal backoff value during the broadcast polling period imme-diately.
최근 무선 액세스 사용자의 증가로 인한 요구 대역폭의 증가와 이동성 향상의 필요성은 매트로망까지 아우를 수 있는 광대역 무선망으로의 진화를 필요로 하고 있다. 이에 따라 IEEE 802.16 네트워크는 수 km에 이르는 넓은 무선 커버리지와 한 Base Station당 60Mbps 급의 대역폭 제공을 통해 새로운 무선망의 솔루션으로 각광 받고 있다. 그러나 무선망의 제한적인 특성상 늘어나는 사용자 요구 트래픽에 비해 유선망과 같은 서비스를 제공해주기는 힘든 게 사실이다.
따라서 IEEE 802.16 네트워크에서는 효율적인 대역폭 사용 및 사용자의 QoS를 제공하기 위해 스케쥴링 서비스 Type을 UGS, ertPS, rtPS, nrtPS, BE등 5가지로 나누어 정의하고 있다. IEEE 802.16 네트워크를 통해 제공되는 다양한 Application들은 각각의 QoS parameter에 따라 5가지 Type 중 하나로 분류되고 다양한 대역폭 요청 방식을 통해 대역폭을 할당 받는다. 이러한 대역폭 할당 방식에는 Unicast Polling과 Contention-based Polling이 존재한다. Unicast Polling은 SS 각각에게 대역폭을 요청하도록 BS가 대역폭 요청 메시지를 보내기 위한 대역폭을 할당하는 것 (이것을 Polling이라 한다.)이고 Contention-based Polling은 BS가 할당한 Contention 구간 동안 Contention-based Polling이 허용되는 SS들만이 임의의 경쟁을 통해 대역폭을 요청하고 할당 받게 되는 것이다. 따라서 Contention-based Polling은 Unicast Polling에 비해 다른 사용자와 경쟁하여 대역폭 요청을 해야 하므로 대역폭 요청 메시지간의 충돌이 일어날 수 있는 단점이 있는 반면, 대역폭 요청이 필요치 않은 비활성 상태의 사용자에 대해서도 주기적으로 polling을 해주어 불필요한 대역폭을 소비하게 되는 Unicast Polling보다 리소스 활용 측면에서는 유리하다고 볼 수 있다. 특히 silence period를 가지는 ertPS 서비스의 경우 silence period동안 Contention-based Polling을 이용하면 대역폭 낭비를 줄일 수 있다. 그러나 우선 순위가 높은 ertPS에 Contention-based Polling을 이용하면 nrtPS, BE와의 경쟁으로 인해 대역폭을 할당 받는데 지연이 발생 할 수 있다.
따라서 본 논문에서는 경쟁기반의 대역폭 요구방식이 허용되는 ertPS, nrtPS, BE 서비스간의 차별화된 경쟁기반의 대역폭 요구방식을 제시하여 이에 따른 성능을 측정한다. ertPS와 nrtPS에게 각각 다른 multicast polling group을 할당하여 서비스 별로 따로 경쟁을 통해 대역폭 요청을 하게 하고 특히 지연에 민감한 ertPS에 대해서는 대역폭 요청 과정에 충돌이 발생하였을 경우 다음 프레임에 충돌이 발생한 대역폭 요청 메시지는 Broadcast contention-based Polling을 허용하도록 설정한다. 그리하여 그 메시지는 multicast polling과 broadcast polling의 경쟁 구간 동안 성공적으로 전송될 확률을 높이기 위해 각각 한 번씩 임의로 전송을 한다. 즉 충돌이 일어난 대역폭 메시지에 한 해 두 번 전송 기회를 줌으로써 경쟁 해결이 빠르게 될 수 있도록 한다. 이렇게 하면 nrtPS는 다른 multicast polling group을 사용하므로 ertPS의 성능에 무관하지만 ertPS가 BE의 경쟁 구간에 참여 하게 되므로 BE의 성능이 저하될 수도 있다.
또한, 한 프레임에 여러 가지의 contention-based polling 방식을 할당 하였을 경우 발생할 수 있는 backoff parameter문제를 해결 하기 위해 각각의 contention-based polling 방식의 backoff parameter를 설정할 수 있는 기법을 제안하여 성능 저하를 막는다. 이를 통해, 본 논문에서 제안된 개선된 대역폭 요구방식이 ertPS 서비스의 지연과 대역폭 효율의 두 가지 측면에서 표준에서 기본으로 정의된 메커니즘 보다 성능이 향상되었음을 보인다.
