OFDMA 기반 Relay 시스템에서 Relay의 스케줄링 Capability와 적용 기법에 따른 VoIP 성능 분석
Effect of Relay Scheduling Capability and Schemes on VoIP Performance in OFDMA based Relay Systems
- 주제(키워드) Relay , OFDMA , VoIP , scheduling
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 홍대형
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044933
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 OFDMA 기반 relay 시스템에서 relay station (RS)의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 VoIP 성능을 분석하였다. RS가 스케줄링을 수행할 수 없는 mid-capability (MC) relay가 적용된 시스템의 경우, mobile station (MS) 들의 수신 signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR), 발생 traffic양 등의 정보를 base station (BS)에서 수집하여 BS 가 단독으로 스케줄링을 수행한다. 반면, RS가 스케줄링을 수행할 수 있는 high-capability (HC) relay가 적용된 시스템의 경우, BS 뿐만 아니라 RS도 자신에게 연결된 MS들에 대해서 직접 스케줄링을 수행한다. 그러나 HC relay가 적용된 시스템의 경우 BS의 MS 정보 수집 및 RS로의 스케줄링 정보 전달을 위한 control overhead는 줄지만, 각 RS가 분산적으로 스케줄링을 수행하기 위해서는 MS들의 요구 정보량과 무관하게 각 RS에게 자원이 미리 할당되어 있어야 한다. 이로 인해 RS에게 유동적으로 자원을 할당할 수 있는 MC relay가 적용된 시스템에 비해 자원 사용 효율이 낮아지게 된다. 따라서 본 연구에서는 HC relay가 적용된 시스템에 사용할 수 있는 semi-distributed scheduling 기법을 제안하고, 기존의 distributed scheduling 기법과 비교한다. 이는 BS가 수집한 각 RS의 자원 요구량 정보를 이용하여 각 RS에게 유동적으로 자원을 할당해 주고, 각 RS는 그 자원을 이용하여 분산적으로 스케줄링을 수행하는 기법이다. 모의 실험을 통해 VoIP 서비스를 제공하는 relay 시스템에서 RS의 스케줄링capability와 적용 기법에 따른 평균 packet delay, good packet ratio, cell goodput을 도출하였다. 또한 자원 사용 효율 및 스케줄링 overhead 비교 지표를 통해 결과를 비교 분석하였다. 선정한 성능 지표에 의하면, semi-distributed scheduling 기법을 사용하는 HC relay가 적용된 시스템, MC relay가 적용된 시스템, distributed scheduling 기법을 사용하는 HC relay가 적용된 시스템 순으로 성능이 우수한 것을 확인하였다.
more초록/요약
In this paper, we evaluate the performance of VoIP in OFDMA-based relay systems with various capabilities of relays and scheduling schemes. We classify relays according to the scheduling capability as mid-capability (MC) and high-capability (HC) relays. In system with MC relays, only base station (BS) performs scheduling using the information reported by MS such as the received signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) of mobile station (MS), the amount of MS traffic and etc. In system with HC relays, on the other hand, not only BS but also each RS performs scheduling at its own. In system with HC relays, the control overhead of BS (such as collecting the MS information, transmitting the scheduling information to each RS and etc) is smaller than that of system with MC relays. Before each RS performs scheduling, however, the amount of resources allocated to each RS is determined. This can lead to inefficient use of resources in comparison with the system with MC relays. Therefore, we propose the semi-distributed scheduling scheme can be applied to the system with HC relays, and compare it with conventional distributed scheduling scheme. This scheme works as follows: BS adaptively allocates resources to each RS using the amount of required resources reported by each RS, and then each RS performs distributed scheduling using the allocated resources. We derived the “average packet delay,” “good packet ratio,” and “cell goodput” in relay systems with various capabilities of relays and scheduling schemes. We make an analysis of the simulation results using the “utilization ratio,” and “a ratio between overhead channel and used channels”. The simulation results demonstrate that the best system, in order of the VoIP performance, is the system with HC relays applied to the semi-distributed scheduling scheme, the system with MC relays, and the system with HC relays applied to the distributed scheduling scheme.
more목차
I. 서론 = 1
II. Relay의 스케줄링 Capability관련 연구 현황 및 연구의 필요성 = 4
2.1 Relay의 스케줄링 Capability 관련 기존 연구 현황 = 4
2.1.1 IEEE 802.16j 시스템에서 Transparent mode와 Non-transparent mode = 4
2.1.2 Relay 시스템에서 Transparent RS와 Non-transparent RS 관련 연구 = 7
2.1.3 Non-transparent relay 시스템에서 Relay의 스케줄링 Capability 관련 연구 = 9
2.2 Relay의 스케줄링 Capability 에 따른 성능 분석 연구의 필요성 = 9
III. Relay 시스템의 성능 분석 모델 = 11
3.1 스케줄링 Capability에 따른 Relay의 구분 = 11
3.1.1 Relay의 기능 및 종류에 따른 분류 = 11
3.1.2 스케줄링 Capability에 따른 Relay의 구분 및 그 차이 = 13
3.2 HC relay가 적용된 시스템에 적용할 수 있는 Semi-distributed scheduling 기법 = 16
3.2.1 HC relay가 적용된 시스템에서 기존의 Distributed scheduling 기법의 문제점 = 16
3.2.2 제안하는 Semi-distributed scheduling 기법 = 18
IV. 모의실험 환경 및 수행 모델 = 35
4.1 모의실험 적용 모델 = 35
4.1.1 Cell layout 및 BS, RS, MS 배치 모델 = 35
4.1.2 전자파 전파 모델 = 36
4.1.3 간섭 모델 = 41
4.1.4 안테나 패턴 모델 = 43
4.1.5 전송률 제어 기법 및 모델 = 44
4.1.6 Traffic 모델 = 45
4.2 모의실험 수행 모델 = 46
4.2.1 모의실험 수행 파라미터 = 46
4.2.2 모의실험 흐름도 = 48
4.3 성능 분석 지표 = 49
4.3.1 VoIP 성능 분석 지표 = 49
4.3.2 자원 사용 효율 및 스케줄링 Overhead 비교 지표 = 50
4.3.3 MS의 연결 상태 분석 지표 = 52
V. Relay의 스케줄링 Capability와 적용 기법에 따른 VoIP 성능 결과 및 분석 = 53
5.1 Relay의 스케줄링 Capability에 따른 VoIP 성능 결과 및 분석 = 54
5.1.1 Relay의 스케줄링 Capability에 따른 VoIP 성능 결과 = 54
5.1.2 Single-hop 시스템 대비 Relay 시스템의 성능 증대 원인 분석 = 57
5.1.3 HC relay가 적용된 시스템 대비 MC relay가 적용된 시스템의 성능 증대 원인 분석 = 59
5.2 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 VoIP 성능 결과 및 분석 = 61
5.2.1 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 성능 결과 = 61
5.2.2 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 성능 차이 원인 분석 = 65
5.3 MC relay가 적용된 시스템과 Semi-distributed scheduling 기법을 사용하는 HC relay가 적용된 시스템의 성능 비교 = 67
5.3.1 MC relay가 적용된 시스템과 Semi-distributed scheduling 기법을 사용하는 HC relay가 적용된 시스템의 성능 결과 = 67
5.3.2 MC relay가 적용된 시스템과 Semi-distributed scheduling 기법을 사용하는 HC relay가 적용된 시스템의 성능 차이 원인 분석 = 70
VI. 결론 = 72
參考文獻 = 75
그림목차
그림 1-1 Relay 시스템의 개념도 = 1
그림 2-1 Transparent mode의 개념도 = 5
그림 2-2 Non-transparent mode의 개념도 = 5
그림 2-3 Transparent mode frame structure = 6
그림 2-4 Non-transparent mode frame structure = 6
그림 3-1 RS의 capability에 따른 downlink frame structure의 차이 = 14
그림 3-2 제안하는 semi-distributed scheduling 기법의 동작도 = 18
그림 3-3 MS 연결 상태 결정 알고리즘의 pseudo code = 22
그림 3-4 BS-MS link와 RS-MS link가 다른 자원을 사용하고, 각 RS 간에 재사용을 하지 않는 경우의 채널 할당 개념도 = 30
그림 3-5 BS-MS link와 RS-MS link가 다른 자원을 사용하고, 모든 RS가 같은 자원을 재사용하는 경우의 채널 할당 개념도 = 31
그림 3-6 BS-MS link와 RS-MS link가 같은 자원을 재사용하고, 모든 RS가 같은 자원을 재사용하는 경우의 채널 할당 개념도 = 32
그림 3-7 제안하는 semi-distributed scheduling 기법 동작 flow chart = 33
그림 3-8 동적 자원 할당 알고리즘의 flow chart = 34
그림 4-1 Cell layout = 36
그림 4-2 Multi-path fading 발생을 위한 개념도 = 40
그림 4-3 ITU Ped. A 3km/h모델에서 selective fading 발생 예 = 40
그림 4-4 하향 링크 MCS level 별 SNR 대 FER = 45
그림 4-5 모의실험 flow chart = 48
그림 5-1 Relay의 스케줄링 capability에 따른 평균 packet delay = 56
그림 5-2 Relay의 스케줄링 capability에 따른 good packet ratio = 56
그림 5-3 Relay의 스케줄링 capability에 따른 goodput 성능 = 57
그림 5-4 MS의 preamble SINR의 CDF = 58
그림 5-5 Relay의 스케줄링 capability에 따른 전체 채널 대비 사용 채널, data 채널, overhead 채널의 비율 = 60
그림 5-6 Relay의 스케줄링 capability에 따른 사용 채널 중 data 채널, overhead 채널의 비율 = 60
그림 5-7 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 평균 packet delay = 63
그림 5-8 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 good packet ratio = 63
그림 5-9 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 goodput 성능 = 64
그림 5-10 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 전체 채널 대비 사용 채널, data 채널, overhead 채널의 비율 = 66
그림 5-11 HC relay가 적용된 시스템에서 스케줄링 기법에 따른 사용 채널 중 data 채널, overhead 채널의 비율 = 66
그림 5-12 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 평균 packet delay = 68
그림 5-13 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 good packet ratio = 69
그림 5-14 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 goodput 성능 = 69
그림 5-15 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 전체 채널 대비 사용 채널, data 채널, overhead 채널의 비율 = 71
그림 5-16 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 사용 채널 중 data 채널, overhead 채널의 비율 = 71
표목차
표 2-1 Transparent RS와 non-transparent RS의 구분 기준과 참고문헌에서의 명칭 = 8
표 3-1 구분 기준 별 RS의 종류 = 13
표 3-2 스케줄링 및 자원 할당 방식에 따른 relay 시스템의 구분 = 17
표 4-1 통신 link에 따른 shadowing의 표준편차 σ = 38
표 4-2 ITU Ped.-A multi-path power profile = 39
표 4-3 모의 실험에 적용한 채널 모델 = 39
표 4-4 사용 안테나 별 파라미터 정리 = 43
표 4-5 하향 링크 MCS level에서 1% FER을 만족하는 SNR 동작점 = 44
표 4-6 CBR VoIP 모델의 파라미터 = 46
표 4-7 시스템 파라미터 및 설정값 = 47
표 5-1 Relay의 스케줄링 capability와 적용 기법에 따른 relay 시스템의 구분과 각 절의 비교 시스템 = 53
표 5-2 Relay 시스템에서 MS의 service station연결 비율 = 58
