Machine-to-Machine (M2M) communications are expected to support an extremely
large number of devices per cell in the near future. For example, a large number of devices
generate small-sized traffic for smart metering applications in a smart grid environment.
Simultaneous network entries from a very large number of devices may lead to overhead
in control signaling traffic. Moreover, if a large amount of small-sized traffic shares the
same frame simultaneously, it can cause large signaling overhead due to the dedicated
description of MAP information elements. We propose a group based Machine-to-Machine
communication scheme in uplink IEEE 802.16 system. We propose an M2M grouping
mechanism for fixed-location, smart metering devices with their fixed modulation and
coding scheme (MCS) and a group based state transition scheme that can significantly
reduce both network random access collision probability and network entry completion
time of the M2M devices. In addition, we also propose a group based resource alloca
tion scheme using a new UL-MAP format and a group based MAP MCS selection scheme
for reducing the MAP overhead. The performance of the proposed group based resource
allocation scheme is compared with the conventional dynamic scheduling scheme in terms
of user capacity, MAP overhead and system throughput. The proposed group based
resource allocation scheme yields a 24%-47% increase in user capacity and a significantly
decrease in the size of MAP overhead, compared with those of the dynamic scheduling
scheme. The proposed group based resource allocation scheme yields better performance
in terms of system throughput than the dynamic scheduling scheme for accommodating
small-sized M2M traffic.
사물지능 통신은 가까운 미래에 극도로 많은 수의 단말을 수용할 것으로 예측된다. 특히 스마트 그리드 환경의 스마트 미터링 응용 사례에서는 많은 수의 단말들이 작은 크기의 트래픽을 발생한다. 극도로 많은 수의 단말들이 동시에 네트워크 접속 과정을 수행할 때 많은 제어 시그널링의 발생에 따른 오버헤드 문제가 발생한다. 게다가 많은 양의 작은 크기의 트래픽들이 하나의 프레임을 공유할 경우 사용자마다 지정된 MAP 정보 요소 할당을 위한 많은 양의 시그너링 오버헤드가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 상향링크 IEEE 802.16 시스템에서의 그룹 기반의 사물지능 통신 방식을 제안한다. 먼저 본 논문에서는 고정된 위치에 존재하는 스마트 미터링 단말의 특성에 의해 정해지는 MCS 레벨에 따라 스마트 미터링 단말들을 그룹화 하는 기법을 제안한다. 또한 그룹 기반의 상태 전이 방식의 제안을 통해 네트워크 접속 과정에서 발생하는 랜덤 액세스 충돌 확률과 네트워크 접속 완료 시간을 현저하게 줄인다. 더 나아가 본 논문에서는 새로운 UL-MAP 구조와 그룹 기반의 차등적 MAP 메세지 MCS 레벨 선택 기법을 이용한 그룹 기반의 자원 할당 방식을 제안한다. 제안하는 그룹 기반의 자원 할당 방식과 기존의 수시 자원 할당 방식을 사용자 용량, MAP 오버헤드, 그리고 시스템 처리량 측면에서 비교하였고, 그 결과 제안하는 그룹 기반의 자원 할당 방식이 기존 방식보다 24%~47% IEEE 802.16 시스템 사용자 용량을 증가시켰을 뿐 아니라 시스템 처리량과 MAP 오버헤드 측면에서도 눈에 띄는 성능 향샹을 보임을 시뮬레이션 결과를 통하여 확인하였다. 결론적으로 제안하는 그룹 기반의 사물지능 통신 방식은 많은 수의 단말이 작은 크기의 트래픽을 발생시키는 M2M 환경을 수용하는데 효과적임을 수학적인 분석과 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다.
