4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜

1. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.1 개요 • MAC 프로토콜은 무선과 같은 공유 매체의 효율적 사용을제공하는 • 규칙들 또는 프로시쥬어들의 집합이다. • 한정된 무선자원의 이용을 극대화하며, 서비스별 QoS를 보장할 목적으 • 로 사용자들의 데이터 전송을 관리하는 프로토콜 • 4.4.1 동기 MAC 프로토콜 • 동기 MAC 프로토콜에서, 모든 노드들은 동시에 동기 되어진다. • 이것은 정규 비컨을 방송하는 타이머 마스터에 의해 성취된다. MMLab. CU, Korea

2. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.1.2 비동기 MAC 프로토콜 • 채널 액세스를 조정하기 위하여 더 많은 분산 제어 메커니즘이 사용된다. • 감추어진 터미널 문제, p. 40, 그림 4.1 참조 • 4.2 에드 혹 채널 액세스에서 문제들 • 4.2.1 감추어진 터미널 문제 • ALOHA, 슬롯 ALOHA, CSMA, IEEE 802.11 등과 같은 경쟁 기반 프로토콜에 • 서 발견되는 잘 알려진 문제 • 두 개의 모드가 같은 수신 노드에게 정보 전송을 시도할 때 수신 노드에서 • 데이터 충돌이 발생한다. 두 노드들은 서로 감추어졌다고 한다. MMLab. CU, Korea

3. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 충돌을 피하기 위해, 수시자의 모든 이웃 노드들에게 그 채널이 사용될 것이라 • 는 것이 통지되어져야 할 필요가 있다. • 이것은 제어 메시지를 사용하여 그 채널을 예약함으로써 성취될 수 있다. • 데이터 전송을 원한다는 것을 표시하기 위하여 RTS (Request To Send) 메시지 • 가 어떤 노드에 의해 전송될 수 있다. • 수신 노드는 CTS(Clear To Send) 메시지를 사용하여 승낙을 전송함으로써 • 이 전송을 허용할 수 있다. • 그러한 메시지들의 방송 성질 때문에, 송신자와 수신자의 모든 이웃들은 그 • 매체가 사용 중일 것이라는 것을 알게 될 것이다. 그러므로 전송으로부터 • 그것들을 보호하고 충돌을 피한다. MMLab. CU, Korea

4. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 감추어진 노드 문제 해결을 위한 RTS-CTS 핸드쉐이크 사용 CTS CTS RTS B B C C A A ACK ACK Data B B C C A A MMLab. CU, Korea

5. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.2.2 RTS-CTS 해결책의 문제점 • RTS와 CTS 제어 메시지가 다른 노드에 의해 보내졌을 때 충돌이 발생한다. • RTS-CTS 방법의 불완전성 D A B C RTS Time RTS 충돌 RTS 재전송 RTS C에서 충돌을 알지 못하므로 데이터 전송 CTS A에서 B로의 패킷 전송 충돌 CTS MMLab. CU, Korea

6. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.2.3 노출된 노드 문제 • 이웃 노드들로부터 데이터 전송을 도청하는 것은 하나의 노드가 다른 노드들로 • 의 전송을 금지시킬 수 이다.  노출된 노드 문제 • 노출된 노드는 송신기의 범위내의 노드이나 수신자의 범위 밖에 있다. • 노출된 노드 문제 A B C D • C는 D에게 전송 중 • B는 이것을 도청하고, 블록 된다. • B는 A에게 전송을 원하나 C에 의해 블록 되어 있다. • 대역폭이 낭비된다. MMLab. CU, Korea

7. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 노출된 노드 문제에 대한 해결책은 분리된 제어와 채널의 사용 또는 지향성 • 안테나의 사용이다. • 노출된 노드 문제 해결을 위한 지향성 안테나 사용 D A B C MMLab. CU, Korea

8. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.3 수신자-주도형 MAC 프로토콜 • MAC 프로토콜은 동작으로 동기 또는 비동기로 분류할 수 있다. 그것은 • 통신 요청을 누가 시작하는가에 의해 역시 분류될 수 있다. • 수신자(노드 B)가 송신자 (노드 A)를 먼저 교신하고, 데이터 수신할 준 • 비가 되었다는 것을 송신자에게 알린다. RTR Data MMLab. CU, Korea

9. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.4 송신자-주도형 MAC 프로토콜 • 송신자-주도형 MAC 프로토콜은 송신자가 전송할 데이터를 가지고 있 • 다는 것을 수신자에게 알려 통신을 시작할 것을 요구한다. RTS RTS CTS CTS Data Data MMLab. CU, Korea

10. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.5 기존의 에드 혹 MAC 프로토콜 • 4.5.1 충돌 회피 다중 액세스(MACA) • MACA는 아마추어 패킷 무선망을 위하여 Phil Karn에 의해 원래 제안 • MACA는 three-way 핸드쉐이크, RTS-CTS-Data를 사용한다. • - 송신자는 채널을 예약하기 위하여 수신자에게 먼저 RTS를 전송한다. • - 이것은 전송으로부터 송신자의 이웃 노드들을 블록한다. • - 수신자는 전송을 승인하기 위하여 전송자에게 CTS를 전송한다. • - 이것은 전송으로부터 수신자의 이웃 노드들을 블록킹 한다. • - 송신자는 데이터 전송을 진행한다. • MACA는 통합된 전력 제어 특징을 가진다. MMLab. CU, Korea

11. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • - MACA의 핵심 특성은 CTS 패킷이 도청되었을 때 MACA는 송신기를 금지 • 한다. • - 채널의 지리적 재사용을 허용 • 예) 만일 노드 A가 노드 B에 데이터 패킷을 전송했다면, A는 B에 도달하기 위하여 • 얼마나 많은 전력이 필요한지 안다. 만일 노드 A가 다운스트림 노드 C로부터 어떤 • RTS에 대한 노드 B의 응답을 도청했다면, A는 이 시간 동안 완전히 휴지 상태로 있 • 을 필요가 없다. 노드 B에 도달하기 위하여 사용된 수준 보다 그것의 전송 전력을 • 낮춤으로써 노드 A는 더 낮은 전력으로 이 시간 동안에 다른 이웃 노드들과 통신 • 할 수 있다. • 두 개 이상의 모바일들이 동시에 RTS를 전송하면, 충돌이 일어난다. 그러한 • 모바일들은 무작위로 선택된 인터벌 동안 기다릴 것이고, 다시 시도하고, 매번 • 시도에 대해 평균 인터벌을 두 배로 한다. MMLab. CU, Korea

12. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • RTS-CTS 주기는 경쟁 주기(contention period)이고, 데이터 전송은 경쟁-자유 • (contention-free) 주기 중에 일어난다. • MACA에서 사용된 제어 핸드쉐이크의 예 RTS CTS Data Blocked from TX MMLab. CU, Korea

13. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.5.2 MACA-BI (By Invitation) • MACA-BI는 two-way 핸드쉐이크를 사용한다. • 여기서 RTS는 없다. 대신에, CTS 메시지는 RTS (Ready To Receive)로 개명 • 되었다. • MACA-BI에서, 노드가 수신자로부터 invitation을 받지 않는 한 데이터를 전송 • 할 수 없다. 수신 노드는 소스가 전송할 데이터를 가지고 있는지 알 필요가 없 • 다. 수신자는 노드가 수신자에게 전송할 데이터를 가지고 있는지를 예측해야 • 한다. Invitation의 적절성이 통신 성능에 영향을 준다. • Invitation의 전송을 조절하기 위하여 소스에서 패킷 큐와 패킷 도착율의 예측 • 을 제안 • CBR  MACA-BI은 효율성은 높다 • Bursty traffic  MACA-BI 성능은 MACA 보다 좋지 않다. MMLab. CU, Korea

14. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • MACA-BI 제어 핸드쉐이크의 예 Blocked from TX RTR Data Blocked from TX MMLab. CU, Korea

15. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • MACA와 MACA-BI 간의 차이 • (1) MACA CTS CTS CTS TX RX Time RTS Data RTS Data RTS Data (2) MACA-BI RTR RTR RTR TX RX Time Data Data Data MMLab. CU, Korea

16. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • MACA-BI는 하나의 제어 메시지를 사용하기 때문에 전송/수신 반환 • 시간을 감소시켰다. • 4.5.3 PAMAS (Power-Aware Multi-Access Protocol with Signaling) • 별개의 시그널링 채널을 추가로 갖는 MACA 프로토콜에 기초한 프로토콜이다. • PAMAS는 패킷을 활동적으로 송신하거나 수신하지 않는 노드들을 선택적으로 • 전력을 끊어서 배터리 전원을 보존한다. • 노드 A가 노드 B에게 데이터 전송을 원할 때, 그것은 RTS 메시지를 먼저 보내 • 고 wait-for-CTS 상태로 들어간다. 만일 CTS 메시지가 도착하지 않으면 노드 • A 는 binary exponential backoff 상태에 들어가고, 나중에 RTS 전송을 시도한 • 다. MMLab. CU, Korea

17. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 만일 CTS 메시지가 도착하였다면, 노드 A는 transmit-data 상태에 들어간다. • CTS 메시지를 전송한 수신 노드 B는 await-data 상태에 들어간다. 만일 데이 • 터가 실제 도착하기 시작하면, 노드 B는 시그널링 채널을 통하여 busy tone • 전송을 시작할 것이고 receive-data 상태에 들어간다. • 어떤 노드가 전력을 끊기는 것을 강요하는 조건 • - 만일 어떤 노드가 전송할 패킷이 없다면, 그것의 이웃 노드들 중 하나가 전송 • 중 이면 그것은 전원을 꺼야 한다. • - 만일 어떤 노드가 전송할 패킷을 가지고 있으나 이웃 노드들 중 최소한 하나 • 가 전송 중이고 다른 하나가 수신 중이면, 그것은 송수신기 전력을 끊어야 한 • 다. • PAMAS MAC 인터페이스와 전력-인식 로직, p. 51, 그림 4.12 참조 MMLab. CU, Korea

18. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.5.4 DBTMA(Dual Busy Tone Multiple Access) • Standford 대학의 F. Tobagi 교수는 감추어진 터미널 문제를 해결하기 위하여 • BTMA(Busy Tone Multiple Access)를 제안하였다. • BTMA는 어떤 집중화된 기지국이 다중 모바일 호스트들을 서비스하는 무선 랩 • 탑 망 구조에 의존한다. 기지국이 특정 모바일 호스트로부터 패킷을 수신하였 • 을 때, 그것은 그것의 무선 셀 내의 모든 다른 노드들에게 busy tone 신호를 보 • 낸다. • Cornell 대학의 Z. Haas 교수는 이 개념을 무선 에드 혹 망에 적합하게 하였다. • DBTMA에서, 두 개의 out-of-band busy tones가 어떤 출력 전송의 이웃 노드 • 들을 공지하는데 사용된다. 덧붙여, 하나의 공유 채널은 데이터 채널과 제어 채 • 널로 더 쪼개진다. MMLab. CU, Korea

19. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 하나의 busy tone은 transmit busy를 나타내고, 반면에 다른 하나는 • receive busy를 나타낸다. • DBTMA의 작동 원리 • - 전송을 원하는 에드 혹 노드는 먼저 RTS 메시지를 전송한다. 수신 노드가 이 • 메시지를 받았을 때 준비 되었는지를 결정하고 데이터를 수용할 것이고, 그 • 것은 CTS 메시지에 따르는 receive busy tone 메시지를 전송한다. • - Receive busy tone을 수신한 모든 이웃 노드들은 전송이 금지된다. • - CTS 메시지를 수신하면, 그 소스 노드는 데이터 전송 이전에 주변 노드들에 • 게 transmit busy tone 메시지를 전송한다. Transmit busy tone을 수신한 이 • 웃 노드들은 전송이 금지되고 어떤 전송이 수신되면 무시할 것이다. MMLab. CU, Korea

20. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • DBTMA의 원리 Node A (Source) Node B (Receiver) Transmit Bust Tone of Node A Receiver Bust Tone of Node B RTS CTS Data RTS CTS MMLab. CU, Korea

21. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.6 MARCH (Media Access with Reduced Handshake) • 무지향 안테나를 사용한 에드 혹 이동망과 관련된 도청 특징을 이용한 • 새로운 MAC 프로토콜, MARCH이 [21]에서 제안되었다. • MARCH는 제어 오버헤드 량을 감소시킴으로써 무선 다중 홉 망에서 통 • 신 성능을 향상시켰다. 다른 수신자-주도형 프로토콜과 달리, MARCH • 는 어떤 트래픽 예측에 의지하지 않고 동작한다. MARCH는 요구되는 • 핸드쉐이크 회수를 감소시키기 위하여 무지향 안테나의 방송 특성을 • 이용한다. MARCH에서, 어떤 노드는 CTS 패킷 도청으로 인해 그것의 • 이웃 노드들에서 데이터 패킷 도착의 긍정응답을 얻는다. 그것은 중계 • 되어질 데이터에 대한 invitation을 시작할 수 있다. • MARCH 프로토콜에서 사용되는 핸드쉐이크 메커니즘 MMLab. CU, Korea

22. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜    RTS1 CTS1 CTS1 Data CTS2 CTS2 Data Data CTS3 CTS3 Data Data MMLab. CU, Korea

23. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • RTS-CTS 핸드쉐이크는 첫 번째 홉 후에 하나의 CTS 핸드쉐이크로 • 감소된다. • l 홉스의 에드 혹 라우트에 대해, 소스에서 목적지까지 데이터 패킷을 • 보내는데 필요한 핸드쉐이크의 개수는 MACA에서 2l, MACA-BI에서 • l이나 MARCH에서는 (l +1)이다. • MARCH내의 RTS-CTS 메시지는 다음 정보를 포함한다. • - 송신자와 수신자의 MAC 주소 • - 라우트 식별 번호(RTID) • MAECH에서, MAC 계층은 그 노드가 관여하는 라우트들 뿐만 아니라 • 그러한 라우트들 내의 다운스트림과 업스트림 이웃들에 대한 정보를 • 유지하는 테이블을 액세스해야 한다. MMLab. CU, Korea

24. 4. 에드 혹 무선 매체 액세스 프로토콜 • 4.7 결 론 • MAC 프로토콜 논의 • MAC 프로토콜 설계에서 고려되어 할 문제 • 이동성 지원, 높은 성능이 필요 MMLab. CU, Korea