Nowadays, due to the rapid growing of IT technology, the age of ubiquitous is coming. For those rea-sons, we freely access to the network anytime and anywhere without any restrictions of electronic devices and network environments. In the concept of the previous network, network access was only possible on specific locations with particular electronic devices. However, in the age of ubiquitous, network connection is available through various workspaces and equipment. In other words, we could access to the network in real-time using many kinds of portable electronic devices (Smart Phone, Table PC, PDA, PMP, Net books, Notebooks, etc.) in anywhere. In order to build a ubiquitous computing environment, the evolution and convergence of wired network and wireless network are needed.
Especially, wireless communication system has been highlighted as a key element for establishing a ubiquitous computing environment. In contrast to conventional wired communication system, wireless com-munication system uses radio waves, so that gives more spatial degrees of freedom for accessing the network. Whereas, it may cause degradation of network efficiency; due to various network factors (noise, interference, shadowing, multi-path fading, etc.) depends on characteristics of wireless network environments. Further-more, each user in the network experiences different quality of services (QoS) that may bring the fairness issues among the users. In addition, previously commonly used heavy security techniques (Encryption, Authentication, IDS, etc.) in wired communication systems are not appropriate to apply in wireless communication systems literally, caused by constraints of portable devices’ limited battery consumption and limited computational power rely on CPU of mobile devices. For that reason, wireless communication system has many unsolved security issues, unlike wired communication systems.
Therefore, to construct robust ubiquitous computing environments, new technologies must be required that enable more efficient use of wireless resources considering the fairness among users and more secure data transmission than existing wireless communication techniques. Hence, in this dissertation, two major studies were conducted.
First, in this dissertation, an adjustable scheduling algorithm has been studied on downlink extended MIMO system, also known as multi-user MIMO system, to provide a trade-off solution between system throughput maximization and fair resource allocation among user in terms of system performance manage-ment. MIMO is one of the most attractive technologies for recent wireless communication network that could provide diversity gain and increase the reliability of wireless links by using multiple transmit antennas and receive antennas.
Secondly, in this dissertation, new secure multi-path routing scheme has been studied on WSN (Wire-less Sensor Network). Previously, most of multi-path routing schemes are only focused on security issues with fixed number of multi-path usages. For that reason, it causes heavy network bandwidth overhead and ineffi-ciency of data transmission. Furthermore, there was no attempt for flexible usage of multiple paths based on network situation or data characteristic. Therefore, in this dissertation, an adaptive multi-path routing scheme that find a trade-off solution between efficiency of data transmission and reliability of network regarding the network situations and data characteristics.
오늘날, 시간과 장소, 컴퓨터나 네트워크에 구애 받지 않고 언제 어디서나 자유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대가 다가오고 있다. 단지 사무실과 집이라는 제약되고 한정된 작업환경에서만 사용이 가능하고, 각각의 전자 기기들을 통해 기존에 정의되어 있는 제한된 업무만을 수행할 수 있었던 기존의 네트워크의 개념과는 달리, 언제 어디서나, 이동성을 보장 받는 다양한 업무 공간 및 스마트 폰, 태블릿 PC, PDA, PMP, 넷북, 노트북 등과 같은 다양한 휴대용 전자 매체를 통해 실시간으로 네트워크에 접속하여 기존의 업무뿐만 아니라, 다양한 기능을 수행 수 있는 시대로 점차 발전하고 있다. 이와 같은 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing) 환경으로의 도약적인 발전을 가능케 하기 위해서는 필수적으로 기존의 유선 통신 시스템에서의 무선 통신 시스템으로의 진화 및 융합의 과정이 필수적으로 수반된다.
이처럼 무선 통신 시스템은 유비쿼터스 시대를 구축하는 가장 큰 핵심 요소로 현재 각광받고 있다. 하지만 기존의 유선 통신 시스템과는 달리, 무선 통신 시스템의 경우, 전파를 이용한 통신으로, 다양한 통신 환경에 따라 발생할 수 있는 다양한 Noise 및 다중경로 fading 등으로 인한 통신 효율성 저하 및 각 사용자 간의 네트워크 서비스(QoS: Quality of Service) 제공 형평성(Fairness) 문제가 존재한다. 또한 기존의 유선 통신체계에서 사용되던, 암호화(Encryption) 및 인증(Authentication), IDS 등의 무거운 보안 기법을 무선 통신 시스템에 그대로 적용하기에, 휴대용 전자매체의 배터리 소모량 제약 및 CPU 성능에 따른 연산 처리 능력의 제약 등의 다양한 제약이 존재함으로써, 네트워크 통신 데이터 보안의 문제 등이 존재하고 있다.
따라서 본 논문에서는 크게 무선 통신 시스템의 사용자간 형평성을 고려한 통신 성능의 향상을 위한 연구와, 데이터 전송의 신뢰성 강화를 위한 연구를 수행하였다.
첫 번째로 다중 사용자 환경의 무선 셀룰러 통신 시스템에서 다중경로 전송 방식 중 하나인 MIMO (Multi Input Multi Output) 기술의 적절한 사용을 통한 사용자간의 형평성을 고려한 통신 성능 향상을 위한 연구를 수행하였다. . MIMO기술은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식과 더불어 4세대 통신 시스템을 위한 핵심 요소 기술로 각광받고 있다. 다중의 안테나를 사용한 통신을 통해 데이터 전송의 효율성 및 신뢰성을 제고할 수 있는 기술인 MIMO 시스템의 경우 다중 경로를 통한 데이터 전송을 통해, 통신 성능의 향상 및 사용자간의 형평성을 고려한 통신 채널의 할당이 가능하다. 본 연구에서는 통신 환경 및 사용자의 시스템 요구사항에 따라 사용자간의 형평성 제공 및 통신 효율성을 향상할 수 있는 스케줄링 알고리즘을 제안하였다.
두 번째로, 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network) 에서 다중 경로 방식을 통한 데이터 전송 신뢰성 강화에 대한 연구를 수행하였다. 무선 센서네트워크의 경우, 기지국과 무수히 많은 센서노드들로 구성되어, 각각의 센서노드들은 주변의 다양한 정보를 수집하고, 기지국은 각각의 센서노드들이 수집한 정보를 종합하는 형태로 구성되어 있다. 본 연구에서는 네트워크의 환경 및 통신 데이터의 종류에 따라, 다중 경로를 사용한 데이터 전송 방식 및 전송 경로를 조절 하여 데이터 전송의 신뢰성을 강화할 수 있는 적응형 다중경로 라우팅 방식을 제안하였다.
