In this thesis work, we design and implement the next-generation wireless local area network (WLAN) simulator using OPNET. We first describe trends of future WLAN development and many environmental usage scenarios like home networks, enterprise networks, and hotspots. The underlying medium access protocol of future WLANs will be the same distributed access protocol as used in the current WLANs called the carrier sense multiple access (CSMA) protocol.
Recently, many people use smart phones instead of the traditional feature phones. They can download a variety of contents through WLANs called Wi-Fi in real-time. In home networks, we require high speed video streaming via WLAN for watching high-definition broadcasting entertainment contents and video security surveillance without any complex cabling. So these recent user trends require higher data rates and high quality of services for next-generation WLANs.
To meet these requirements of multimedia services, we explain various technologies which can achieve much higher data rates than the latest WLAN standard IEEE 802.11n. In the physical layer, we adopt the multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) algorithm and expanded channel bandwidth. In the multiple access control (MAC) layer, the frame aggregation and implicit block acknowledgement are used in order to reduce MAC overheads.
There is few study about performance evaluation of next-generation WLAN technologies. We test them in the home-entertainment environment scenario. Based on the test results, we propose an implementation method to improve the throughput performance and MAC efficiency.
The simulation results with the WLAN simulator designed in this work show that effects of the two-level frame aggregation and implicit block acknowledgement. They also show that the MU-MIMO technology improves system total throughput as compared to SU-MIMO technology of IEEE 802.11n. We verify our next-generation WLAN simulator performance by comparing throughput and end-to-end delay results of the home networks scenario with a variety of applications like lightly-compressed video streaming, voice over internet protocol (VoIP), and large local file transfer with contribution documents from IEEE 802.11TGac. Our simulator can achieve sufficient MAC throughput and reduce the end-to-end delay more than 10times than required values of the contribution documents.
본 논문에서는 OPNET을 이용하여 차세대 무선랜 시뮬레이터를 설계하고 구현한다. 먼저 차세대 무선랜 시스템의 발전 배경과 경향을 살펴보고 홈 네트워크, 기업 네트워크, 핫스폿과 같이 차세대 무선랜 시스템이 운용되는 다양한 시나리오들에 대해 살펴본다. 차세대 무선랜 시스템에서 차용하는 기본적인 매체 접근 제어방식은 CSMA/CA로써 단말들이 미리 정해놓은 일정 기간 동안에 매질이 비어있는지 감지한 후 데이터를 전송하는 방식이다.
최근에 휴대폰 시장이 스마트폰 시장으로 급변하면서 많은 사람들이 무선 데이터 전송 시스템인 Wi-Fi를 통해 실시간으로 다양한 어플리케이션을 다운로드하는 경우가 많아졌다. 특히 홈 네트워크 환경에서는 고화질의 방송영상 및 영상감시서비스를 시청하기 위해 복잡하게 케이블 선을 설치하는 대신 설치가 편리한 무선랜 네트워크를 사용하여 높은 전송속도의 비디오 스트리밍이 요구된다. 따라서 요즘 사용자들은 차세대 무선랜 시스템에서 높은 데이터 전송속도와 높은 수준의 서비스를 요구하고 있다.
멀티미디어 서비스의 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해 가장 최근의 무선랜 표준화인 IEEE 802.11n보다 더 높은 데이터 전송속도를 지원하는데 사용되는 다양한 차세대 무선랜 기술을 소개하고자 한다. 물리계층에서는 MU-MIMO기술과 채널 대역폭 확장기술을 차용하며 MAC계층에서는 frame aggregation과 implicit BA기술이 MAC의 오버헤드를 줄이기 위해 사용된다.
하지만 현재까지 차세대 무선랜 기술의 성능평가에 대한 연구가 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 논문에서는 홈 네트워크 운용 시나리오를 구성하여 차세대 무선랜 기술의 성능을 평가하고자 한다. 또한 테스트한 결과를 바탕으로 throughput 및 MAC 효율성 증대를 위한 시뮬레이터 구현 방안도 제시한다.
본 논문에서 구현한 차세대 무선랜 시뮬레이터의 결과 그래프는 frame aggregation과 implicit BA 기술의 효과를 나타낸다. 그리고 IEEE 802.11n의 SU-MIMO 기술과의 비교를 통해 차세대 무선랜 주요기술인 MU-MIMO가 전체 네트워크 throughput을 증진시킴을 보여준다. 또한 본 시뮬레이터 결과가 IEEE 802.11TGac의 성능 테스트 문서 중 홈 네트워크 시나리오에서 요구하는 throughput과 end-to-end 지연 정도를 충분히 만족시킴으로써 차세대 무선랜 기능 테스트의 참조 모델을 제시한다.
