Recently, researches in wireless communication systems using multihop links have been focused due to its capability to achieve extended coverage and high capacity. Thus, Wireless Local Area Network (WLAN) mesh networks and relay communication systems using multi-hop technique are focused in this thesis. Also, among Radio Resource Management(RRM) technique, we consider congestion control and resource allocation strategies for WLAN mesh networks and relay communication systems.
Recently, WLAN mesh networks are attracting significant attention. Since the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 Medium Access Control (MAC) protocol has been designed for single hop networks, the performance of WLAN mesh networks with multihops degrades due to congestion, and buffer overflow in intermediate Mesh Nodes (MNs). In this thesis, we propose a new congestion control scheme which applies Adaptive Modulation and Coding (AMC) scheme and effective buffer usage to enhance the performance. AMC scheme uses multiple fragmentation thresholds, modulation levels and coding rates for various data sizes according to Channel State Information(CSI). Because CSI can be used more effectively to squeeze more bits into the medium, the throughput is enhanced. Simulation results show that the proposed scheme achieves higher throughput than other congestion control schemes.
Next, we propose a novel resource allocation algorithm in relay communication networks. Many schemes improving the system performance have been researched in a multi-hop relay network. Especially, the resource allocation for relay networks is the most important issue to increase the coverage and the capacity efficiently with low power consumption. However, most existing algorithms have the high complexity with additional computation time because these algorithms assign a subcarrier to the lowest capacity hop one at a time. Thus, we propose sub-optimal joint subcarrier and power allocation algorithm with the low complexity and computation time in relay networks. The proposed algorithm divides whole subcarriers into the number of hops; divided sets of subcarriers are allocated to each hop in order to have the capacity of each hop equally, and power is appropriately allocated to each hop; then the water-filling algorithm is applied to maximize the capacity at each hop. Simulation results show that the proposed algorithm can reduce not only the complexity but also allocation time of subcarriers and power.
무선 통신 시스템은 많은 관심을 받으며 지난 몇 년 간 꾸준히 발전해 왔다. 유럽형 이동전화 시스템인 GSM 이후로 무선 통신 시스템은 사람들의 일상생활에 깊숙이 침투하여 큰 영향을 끼쳐왔다. 최근에는 멀티홉 링크 기술을 이용한 무선 통신시스템이 활발히 연구되고 있다. 멀티홉 링크 기술을 이용하면, 엑세스 포인트나 기지국의 추가적인 개설없이 시스템의 더 넓은 커버리지와 시스템 용량을 늘릴 수 있다. 본 연구에서는 멀티홉 기술을 이용한 무선랜 메쉬 네트워크(WLAN Mesh Network) 시스템과 셀룰러 시스템에서의 중계기(Relay)를 이용한 무선 통신 시스템에 대하여 다룰 것이다. 그 중에서도 우리는 무선랜 메쉬 네트워크 시스템과 중계기를 이용한 셀룰러 시스템에서의 새로운 무선 자원 관리 알고리즘 (Resource Allocation Algorithm)을 제안할 것이다. 우선적으로 우리는 무선랜 메쉬 네트워크에서의 혼잡 제어 알고리즘 (Congestion Control Algorithm)을 살펴보도록 하겠다.
최근 무선랜 메쉬 네트워크는 크나큰 관심을 받으며 널리 연구되고 있다. 802.11의 매체 접근 제어 계층 프로토콜은 싱글홉 네트워크을 위하여 설계되었기 때문에, 무선랜 메쉬 네트워크에서는 싱글홉에 비해 성능이 크게 저하되게 된다. 본 연구에서는 적응 변조 및 부호화 방법(AMC)과 버퍼 임계값에 따른 데이터 전송 속도를 조절하는 방법을 사용하여 보다 나은 혼잡 제어 알고리즘을 제안하였다. 적응 변조 및 부호화 방법에서는 채널 정보를 바탕으로 다양한 전송 속도에 따라 여러 개의 단편화 임계값 (Fragmentation)과 변조 및 부호화 방법을 사용하였다. 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 제안하는 알고리즘이 기존의 혼잡 제어 알고리즘보다 보다 나은 성능을 보임을 알 수 있었다.
다음으로, 우리는 중계기를 이용한 셀룰러 네트워크에서의 무선 자원 할당 알고리즘에 대해 다룰 것이다. 최근 멀티홉 중계기를 이용한 네트워크에서 시스템의 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 있다. 특히, 중계기를 이용한 셀룰러 네트워크에서의 무선 자원 할당 방법들이, 작은 소비 전력만으로 커버리지를 늘리고, 효율적으로 시스템 용량을 높일 수 있는 방법으로 주목을 받고 있다. 그러나, 기존의 무선 자원 할당 방식은 데이터를 보낼 때마다 가장 낮은 용량을 가지는 홉에 순차적으로 자원을 할당해 주기 때문에, 부가적인 시간 소요와 함께 복잡도가 높게 된다. 따라서, 우리는 복잡도와 자원 할당 시간을 줄인 새로운 자원 할당 방식을 제안하였다. 본 알고리즘은 전체 부채널 (Subcarriers)을 홉의 수에 따라 나눈 다음에 나눠진 부채널을 각 홉의 capacity가 같게 홉에 할당하는 방식이다. 그 다음에, 최적의 파워를 홉마다 할당한 후에, 홉 내에서 워터 필링 알고리즘 (Water Filling Algorithm)을 사용하여 홉의 용량을 최대화하는 것이다. 시뮬레이션 결과로 기존의 알고리즘 방식과 비슷한 성능을 발휘하지만, 보다 낮은 복잡도와 소요시간이 적게 걸리게 됨을 알 수 있다.
본 연구에서는 멀티홉 링크 시스템에서의 RRM 기술을 제안하였다. 향후 연구 과제로 무선랜 메쉬 네트워크에서는 노드 사이에 여러 개의 트랙픽 흐름을 고려한 혼잡 제어 알고리즘과 중계기를 이용한 셀룰러 네트워크에서는 멀티홉 라우팅을 고려한 무선 자원 할당 알고리즘에 대한 연구가 요구된다.