IEEE 802.15.4g is a recent standard for Smart Utility Networks (SUN). SUN can be a house-to-house level candidate network in the Smart Grid network, which accommodates a large number of devices that include smart meters as well as other devices outside the home such as substations, re-closers, transformers, and generators. A variety of applications are being developed for Smart Grid and the SUN is required to accommodate them well.
In this paper, the performance of both IEEE 802.15.4g SUN based on two PHY systems of the standard : OFDM PHY and MR-O-QPSK PHY, and IEEE 802.15.4 CSMA/CA based MAC protocol is evaluated through a link-level simulation and a system-level simulation. In the link level simulation, packet error rate is evaluated for the two PHY systems, and in the system level simulation, throughput, collision probability, average packet transfer delay, and packet loss probability are evaluated in an environment where a large number of users access a single channel on the basis of the results from the link level simulation. Moreover, in order to improve the system performance, a multichannel CSMA/CA system based on OFDM PHY and MR-O-QPSK PHY are proposed and performance of these schemes in link level and system level are also evaluated and compared with that of the conventional single channel CSMA/CA system with those PHYs. The proposed frequency-division multi-channel CSMA/CA system based on OFDM PHY yeilds a 13 percent increase in the maximum acceptable packet arrival rate(PAR) per node, compared with the conventional system. On the other hand, the proposed code division multi-channel CSMA/CA system with MR-O-QPSK PHY yeilds worse supportable PAR performance than the conventional system.
IEEE 802.15.4g는 스마트 유틸리티 네트워크(Smart Utility Networks, SUN) 를 위해 진행중인 표준이다. SUN은 각 가구의 스마트 미터(Smart Meter) 뿐만 아니라, 변전소, 변압기, 발전소 등 많은 수의 기기를 연결하는 스마트 그리드(Smart Grid) 네트워크에서 가구와 가구간의 통신망을 위한 후보 네트워크이다. 현재 스마트 그리드를 위한 다양한 에플리케이션이 개발되고 있으며, SUN은 이를 모두 지원할 수 있어야 할 것이다.
본 논문에서는 링크 레벨 시뮬레이션과 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 IEEE 802.15.4g의 두 PHY 시스템인 OFDM PHY와 MR-O-QPSK PHY를 IEEE 802.15.4의 CSMA/CA 기반 MAC 프로토콜과 결합하여 그 성능을 평가한다. 링크 레벨 시뮬레이션에서는 두 PHY 시스템의 패킷 에러율을 계산하고, 이를 기반으로 시스템 레벨 시뮬레이션에서는 많은 수의 사용자가 단일 채널을 접속하는 환경에서 수율, 충돌확률, 평균 패킷 전달 지연, 패킷 손실 확률을 계산한다. 또한 시스템 성능을 개선하기 위해 IEEE 802.15.4g의 OFDM PHY와 MR-O-QPSK PHY 기반의 다중 채널 CSMA/CA를 제안하고, 링크 레벨과 시스템 레벨에서의 성능을 비교 평가한다. 제안된 OFDM PHY 기반의 주파수 분할 다중 채널 CSMA/CA 시스템은 기존 시스템에 비해 최대 지원 가능 노드 당 패킷 도착률(packet arrival rate, PAR)에서 13 퍼센트 증가를 보인다. 반면 제안된 MR-O-QPSK PHY 기반의 코드 분할 다중 채널 CSMA/CA 시스템은 기존 시스템에 비해 최대 지원 가능 노드 당 PAR에서 성능 저하가 발생한다.
