The conventional hierarchical cooperation (c-HC) scheme is known to exhibit linear
scaling from the viewpoint of information theory under the assumption of no control and
data frame overhead. However, if we consider the control and data frame overhead of the
c-HC scheme in a more practical ad-hoc network environment, the scaling law in the aggregate
throughput is expected to be far from linear scaling. In this thesis, we characterize
the effect of the control and data frame overhead of the c-HC scheme on the aggregate
throughput. From the results of performance evaluation, we find that control and data
frame overhead independently affect the performance of the system. The data frame overhead
only affects the degradation in the aggregate throughput in proportional to the data
frame overhead ratio in a time slot. Moreover, the control overhead affects the slope of
the aggregate throughput. The slope of the aggregate throughput converges to zero as
the total number of nodes, N, increases, and the aggregate throughput becomes saturated
for any number of stages, h. This significant performance degradation in the aggregate
throughput is inevitable due to the control and data frame overhead. Its performance is
too poor to utilize this hierarchical cooperation scheme in practical networks.
무선네트워크(wireless network)는기지국(base station : BS)나액세스포인트(access
point : AP)와같이제어장치(controller)가존재하는기반구조모드(infrastructure mode)로
동작할 수 있으며, 제어장치가 없는 경우에는 애드혹 모드(ad-hoc mode)로 동작할 수 있
다. 애드혹 모드로 동작하는 네트워크를 애드혹 네트워크(ad-hoc network) 혹은 멀티
홉(multi-hop) 네트워크라고 부른다. 애드혹 네트워크에서는 2-홉을 거쳐서 일어나는 통
신에 대해서도, 즉, 발신지-중계기-착신지(source-relay-destination)와 같은 아주 간단한
모델에 대해서도 Shannon’s 용량과 같은 정해진 용량(capacity) 공식이 존재하지 않는다.
하지만, 네트워크의 최적의 디자인과 최적의 동작을 예측 가능하게 하기 위하여, 애드혹
네트워크에서도 용량 관련 연구는 진행되어야 한다. 따라서, 애드혹 네트워크에서는 노
드수가 많아짐에 따라서 용량이 어떻게 변화하는지를 나타내는 용량 증대 법칙(capacity
scaling law)에 관한 연구가 진행되고 있다. 2000년도의 Guptar, Kumar의 연구[2]에 의
하면 애드혹 네트워크에서 멀티홉 전송 기법(multi-hop scheme : MH scheme)을 사용하
여 전송하면 네트워크에 속한 노드수의 제곱근에 비례하여 네트워크의 용량이 증대된다
고 알려져 있다. 2007년도의 Tse의 연구[3]는 멀티홉 전송 기법 대신에 계층적 협력 기
법(hierarchical cooperation scheme : HC scheme)을 사용하게 되면 네트워크에 속한 노드
수에 비례하여 네트워크의 용량이 선형적으로 증대될 수 있다고 말하고 있다. 기존의 계
층적 협력 (conventional hierarchical cooperation : c-HC) 기법은 제어 오버헤드(control
overhead)나 데이터 프레임 오버헤드(data frame overhead)가 고려되지 않은 정보이론적인 관점에서 선형(linear) 증대을 보여준다고 알려져 있다. 하지만 보다 실질적인 애드
혹 네트워크에서 c-HC 기법을 사용하여 데이터 통신을 하기 위해 필요한 제어 오버헤드
와 데이터 프레임 오버헤드를 함께 고려한다면, 성능 평가의 척도인 누적 수율(aggregate
throughput)은 노드수에 비례하여 선형적으로증가하지 않을 것으로 예상된다.
본 논문에서는 c-HC 기법을 애드혹 네트워크에 적용시키기 위하여, 제어 오버헤드
와 데이터 프레임 오버헤드를 고려한 TDMA 기반의 계층적 협력(proposed hierarchical
cooperation: p-HC) 기법을 제안하고, p-HC 기법을 이용하여 제어 오버헤드와 데이터 프
레임 오버헤드가 누적 수율에 미치는 영향에 대해서 알아본다.
본 논문의 공헌은 제어 및 데이터 프레임 오버헤드가 있는 경우에 계층적 협력 기법
의 성능 변화를 살펴보았다는 것이며, 제어 및 데이터 프레임 오버헤드를 함께 고려하였
을 때 계층적 협력 기법이 어떻게 동작해야 하는지 제안을 했다는 점이다.
본 논문의 나머지 부분은 다음과 같이 구성된다. 2장에서는 본 논문의 이해를 돕기
위해 필요한 관련 기술 및 연구를 소개한다. 3장에서는 제어 및 데이터 프레임 오버헤드
를 고려한 프레임 구조에서 동작하는 TDMA 기반의 계층적 협력 기법인 p-HC 기법에 대
하여 설명을 하고 있으며, p-HC 기법의 자세한 동작 방식을 서술한다. 4장에서는 p-HC
기법을 이용하였을 때 얻을 수 있는 누적 수율에 대한 수학적 분석을 진행하며, 수학적
분석 결과에 따라 p-HC 기법의 새로운 경향성을 입증한다. 마지막으로 5장에서는 본 논
문에서 논의된 내용을 다시 한 번 상기하며 결론을 짓는다.
