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서용 서문
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1 논문 한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용 성능분석 정회원이규환 *, 종신회원김재현 *, 조성현 ** A Performance Analysis of Random Linear Network Coding in Wireless Networks Kyu-Hwan Lee* Regular Member, Jae-Hyun Kim*, Sunghyun Cho** Lifelong Members 요 약 최근무선환경에서네트워크효율성증대를위하여네트워크코딩에대한연구들이많이진행되고있다. 본논문에서는무선환경에서 RLNC를적용하기위한고려사항들을분석해본다. 우선기존의멀티캐스트에서사용하는방식으로무선분산환경에 RLNC에적용가능한지살펴보았다. 시뮬레이션결과, 멀티캐스트에서사용하는방식대로적용한 RLNC에서는디코딩실패가발생하였고, X 구조에서인코딩과디코딩을모두수행하여디코딩실패를제거한 RLNC는전송이득이많지않았다. 또한본논문에서는 hidden 노드문제, 코딩기회분석, RLNC 오버헤드등의무선환경에서실제적인고려사항을분석해보았다. Key Words : RLNC, network coding, wireless LAN, Mesh Network ABSTRACT Recently, studies for the network coding in the wireless network to achieve improvement of the network capacity are conducted. In this paper, we analysis considerations to apply RLNC in the wireless network. First of all, we verify whether the RLNC method in multicast is applied to distributed wireless network. In simulation results, the decoding failure can occur in the original manner of multicast. In RLNC which conducts encoding and decoding in X topology to gets rid of the decoding failure, the RLNC gain is insignificant. In this paper we also discuss considerations such as the hidden node problem, the occurrence of coding opportunity, and the RLNC overhead which are practical issues in the wireless network. Ⅰ. 서론네트워크코딩은 2000년 Ahlswede의논문발표이후로유무선네트워크의연구에서많은관심을받고있다 [1-4]. 네트워크코딩은무선환경에서멀티캐스트뿐만아니라유니캐스트응용에도기존의라우팅방식을사용했을경우보다더나은네트워크처리량과 통신의신뢰성을제공할수있기때문에많은연구가이루어졌다 [4-11]. 특히 RLNC(Random Linear Network Coding) 는코드선택이유용하기때문에분산환경에서많이연구되고있다 [4]. 일반적으로네트워크코딩에서결정적코드구성알고리즘은전체네트워크를통제하는중앙집중설계가필요한데이러한코드구성알고리즘은네트워크가실시간으로변 이논문은 2011 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의기초연구사업지원을받아수행된것임 ( ) 이논문은 2011 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의기초연구사업지원을받아수행된것임 ( ) * 아주대학교전자공학과무선인터넷연구실 ({lovejiyoon7, jkim}@ajou.ac.kr) ** 경상대학교컴퓨터과학과및공학연구원 (dr.shcho@gnu.ac.kr), ( : 교신저자 ) 논문번호 :KICS , 접수일자 :2011 년 7 월 27 일, 최종논문접수일자 : 2011 년 10 월 5 일 830

2 논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 화하는구조에서는유용하지않다. 또한중앙집중설계는실제구현하기도어렵다. RLNC에서는모든코드의계수가패킷을인코딩하고전송하는노드에서랜덤하게선택되기때문에분산환경에서도쉽게구현이용이하다. 하지만대다수의 RLNC 연구에서는무선시스템의실제적인문제점과기존시스템과의호환성을고려하지않고이론적이고네트워크코딩만을위한시스템에대하여연구되었다. 그러므로실제적으로 RLNC를무선환경에적용하기위해서는다음과같은고려사항들이반영되어야한다. 을도출한다. 본논문의내용은다음과같다. (1) 본논문에서는멀티캐스트가아닌다수의유니캐스트전송이존재하는환경에서 RLNC를적용할수있는지살펴본다. (Global RLNC) (2) RLNC를적용했을경우네트워크부하량과전력소모량에대하여결과를분석한다. (Local RLNC) (3) 본논문의다양한결과를바탕으로 RLNC를무선환경에적용하기위하여필요한중요고려사항에대하여분석한다. 1) 무선매체 : 무선환경에서패킷들은유선이아닌무선매체를통하여전달된다. 그러므로무선환경에서각노드들은이러한브로트캐스트성질을이용하여네트워크코딩에활용할수있다. 만약노드들이자신의전송반경내노드들의모든전송을엿들을수있다면, 네트워크코딩과엿들음 (Overhearing) 을통하여 무임승차 (Free-riding) 전송이가능하다. 무임승차 전송이란라우팅만을사용할경우여러번패킷전송할것을네트워크코딩사용으로한번의패킷전송만으로여러정보를전송하는것을의미한다. 2) 코딩구조 : 네트워크코딩기회를얻기위해서는체인구조나 X 구조같은코딩구조가네트워크에존재해야된다. 이러한코딩구조에서 무임승차 전송은엿들은패킷에의해서가능하고, 네트워크에서는 무임승차 전송에의하여더향상된네트워크처리율을제공할수있다. 3) 코딩묶음단위 (coding batch set): RLNC의소스에서패킷들은코딩묶음단위로인코딩된다. 그러므로만약 RLNC를수행하는중간노드에서같은묶음단위의패킷을인코딩을하지않는다면목적노드에서는자신의패킷을복원할수가없다. 4) 응용 : RLNC는분산환경의멀티캐스트전송을위하여설계되었다. 그러므로 RLNC는멀티캐스트전송이나 intra-session 네트워크코딩에적합하다. intra-session 네트워크코딩은같은세션에속해있는패킷만인코딩하는방식이다. 하지만실제적인무선네트워크에서는멀티캐스트전송보다는유니캐스트가더많이사용된다. 본논문에서는 IEEE s와같은기존무선네트워크에서 RLNC를적용할수있는지분석한다. 또한본논문에서는다양한분석결과를바탕으로 RLNC를무선환경에적용하기위한필수고려사항 본논문의구성은다음과같다. 2장에서는관련연구에대하여살펴본다. 3장과 4장에서는무선환경에서 global RLNC와 local RLNC의적용가능성에대하여살펴본다. 5장에서는무선환경에서 RLNC를적용하기위한고려사항들을살펴보고 6장에서결론을맺는다. Ⅱ. 관련연구네트워크코딩은 Ahlswede의논문에의해처음소개되었다. Ahlswede의논문에서는멀티캐스트전송환경에서네트워크코딩을적용하면기존라우팅을사용했을경우보다네트워크용량이증가할수있고네트워크용량이최대 max-flow min-cut 영역에도달할수있다는것을보였다 [1]. Li의연구에서는코딩계수를계산된영역이상크기의유한필드에서선택하면네트워크코딩에선형코드를사용해도이론적으로최대네트워크용량에도달할수있다는것을보였다 [2]. Ho의논문에서는처음으로멀티캐스트에서 RLNC의개념에대하여제시하였다 [3]. RLNC를수행하는노드는수신한패킷들을랜덤하게선택된계수로선형결합하여전송패킷을생성한다. Ho의논문에서는주어진영역이상의크기를가진유한필드에서계수를선택했을경우목적노드에서디코딩확률을이론적으로계산하였고, 그확률이 1에가깝다는것을보였다. Inter-session 네트워크코딩에서는가능하다면서로다른세션의패킷들의인코딩을수행한다 [5,6]. 대표적인연구에는 Katti의논문이있다 [5]. Katti의논문에서는 XOR 네트워크코딩과무선매체의브로드캐스트성질을이용하여기회적인엿들음과코딩을수행한다. Inter-session 네트워크코딩이외에는 Intrasession 네트워크코딩이있다. Intra-session 네트워크코딩은같은세션에속한패킷만을인코딩한다 [7-9]. 대표적으로 chachulski의논문이있다 [8]. chachulski의 831

3 한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 논문에서는전송되는각각의패킷들이독자적인정보를가질수있게 RLNC를사용하는기회적인라우팅기술에대하여제안했다. 네트워크코딩은물리계층에도적용될수있다 [10,11]. Zhang의논문에서는원신호와결합된신호를전파신호레벨에서진폭과위상항으로구성된방정식으로나타내어수신하고자하는신호를복호하는방식을제안했다 [10]. 하지만이러한방식은패킷을전송하는두노드의전송동기가정확하게맞아야된다. Katti의연구에서는패킷레벨이아니라심볼단위로네트워크코딩을수행하는방식을제안하였다 [11]. 기존의연구에서는주로무선환경특성의고려나기존시스템과의호환보다는주로이론적인최대네트워크용량계산이나네트워크코딩만을위한시스템연구가진행되었다. 그러므로본논문에서는 RLNC를무선환경에적용하기위하여여러가지측면으로분석하고고려사항들을도출해본다. Ⅲ. Global RLNC 본장에서는멀티캐스트에맞게설계되어있는 RLNC를멀티캐스트가아닌다수의유니캐스트환경에적용할수있는지살펴본다. 무선환경에서는멀티캐스트보다는다수의유니캐스트가실제적이고적용가능한시나리오이다. 본논문에서는이방식을 global RLNC로명명한다. 그러므로본논문에서는목적노드에서 RLNC 멀티캐스트의인코딩방식을적용해도본래의데이터패킷을디코딩할수있다고가정하고본논문의가정사항이올바른지검증한다. 본논문에서는무선환경의멀티홉네트워크를고려한다. 본논문에서는 IEEE s를타깃시스템으로고려한다 [11-14]. IEEE s에서는라우팅프로토콜로 AODV와 proactive 라우팅프로토콜을정의하고있으므로본논문에서는 AODV를라우팅프로토콜로사용한다. 전력소모량모델은논문 [14] 을참조했다. 최대재전송횟수는 4이다. 모든 RLNC 기능은 IP와 MAC 계층사이의 NC(Network Coding) 계층에구현된다. 본논문에서사용하는용어들은표 1과같다. 3.1 동작설명 Global RLNC의동작은그림 1과같다. 네트워크코딩준비 : RLNC set( 교차, 브로드캐스트, 엿들음노드 ) 은라우팅패스에의해서결정된다. 선택하고자하는플로우들의모든엿들음노드가다른코딩플로우의브로드캐스트노드가전송하는패 표 1. 용어정의 용어 고유패킷 코딩패킷 수신패킷 전달패킷 브로드캐스트패킷 Batch set 순번 코딩플로우 교차노드 브로드캐스트노드 엿들음노드 Value 본래의데이터패킷 RLNC 에의해인코딩된패킷 목적노드에서수신한패킷중계노드에서라우팅에의해전달하는패킷 RLNC를위해브로드캐스트되는패킷 Batch set 순번은 batch set 이생성된순번을나타낸다. 그러므로 batch set 순번이같은패킷들만인코딩과디코딩이가능 Crossover 노드에서인코딩하는패킷의플로우 - 같은 batch set 에있는패킷들을인코딩수행 (Global RLNC) - 코딩플로우의패킷들을인코딩수행 (Local RLNC) crossover 노드의 1 홉이전노드로 crossover, overhearing 노드가모두패킷을수신할수있도록패킷을브로드캐스트함 crossover 노드의 1 홉이후노드로 crossover, broadcasting 노드의패킷을모두수신함 킷을엿들을수있어야 RLNC set으로선정될수있다. RLNC set이선정되면교차노드는선정된브로드캐스트, 엿들음노드에게제어메시지를전송한다. 네트워크코딩 : 교차노드와엿들음노드에서는코딩플로우와재전송버퍼에저장하고있는패킷들중에서같은 batch set 순번의패킷들을인코딩한다. 본논문에서목적노드는수신, 전달, 코딩, 브로드캐스트패킷을사용하여고유패킷을디코딩할수있다고가정한다. 브로드캐스팅노드의패킷을수신한교차노드는패킷버퍼링을수행한다. RLNC에서는같은 batch set 순번의패킷들만인코딩과디코딩이가능하기때문에패킷버퍼링이필수적이다. 모든노드에서는재전송을위해수신, 전달, 브로드캐스팅패킷을일정기간동안재전송버퍼에저장한다. 디코딩 & NACK전송 : 만약목적노드에서일정시간동안디코딩을수행하지못했다면이전노드에게 NACK 패킷을전송한다. 이전노드는해당하는 batch set 순번의패킷들을인코딩하여목적노드에게재전송한다. 832

논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 1. 패킷브로드케스트 브로드케스트노드 엿들음노드 제어패킷전송 제어패킷전송 교차노드 (a) 네트워크코딩준비 2. 패킷인코딩 정된 1500byte의패킷크기와 1초의패킷 inter-arrival 시간으로생성된다. batch set 순번은패킷이생성될때마다 1씩증가한다.

4 논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 1. 패킷브로드케스트 브로드케스트노드 엿들음노드 제어패킷전송 제어패킷전송 교차노드 (a) 네트워크코딩준비 2. 패킷인코딩 정된 1500byte의패킷크기와 1초의패킷 inter-arrival 시간으로생성된다. batch set 순번은패킷이생성될때마다 1씩증가한다. 노드의전송범위는 100미터이며시뮬레이션시간은 10분이다 간단한 X구조그림 2와 3은각각총네트워크부하량과전력소비량을나타낸다. 네트워크부하량 (Wireless LAN load) 은상위계층에서 MAC 계층으로전달되는초당비트수이다. 그림 2와 3의 Conv. 은 RLNC는각각라우팅프로토콜만을사용했을경우와네트워크에 RLNC를적용했을경우를나타낸다. 2개플로우가교차된 X구조에서네트워크코딩의네트워크부하량이득 ( ) 은약 25% 이고, 전력소비량이득 ( ) 은 7.47% 이였다. 네트워크부하량과전력소비량이득은다음과같이나타낼수있다. 3. 코딩패킷브로드케스트 (1) 4. 패킷인코딩 5. 패킷인코딩 (2) 목적노드 (b) 네트워크코딩 1. NACK 전송 3. 재전송 목적노드의이전노드 2. 패킷인코딩 4. 디코딩완료 (c) 디코딩 & NACK 전송그림 1. Global RLNC의동작과정 3.2 검증및성능분석본절에서는간단한 X 구조에서네트워크부하량과전력소비량에대하여성능분석을수행하고 Grid 구조의네트워크에서 global RLNC를검증한다. X구조는그림 1의 (a) 와같이두개의플로우가중계노드에서교차되어있는구조를나타내고 grid 구조는노드들이격자형태로배치되어있는것을의미한다. Grid 구조의네트워크에서는모든노드는 promiscuous 모드로동작하고 hidden 노드문제를해결하기위하여수정된 RTS/CTS를사용한다. 라우팅 metric으로는홉수를사용한다. 각각의플로우는 uniform 분포의서로다른시간에네트워크에들어오고트래픽은고 그림 2. X 구조에서네트워크부하량 (Global RLNC) 그림 3. X 구조에서전력소비량 (Global RLNC) 833

5 한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 은총네트워크부하량을의미하고 은총전력소모량을의미한다. X 구조에서는교차노드에서두개의패킷을인코딩하여한번만전송하기때문에라우팅만사용했을경우 (4번전송 ) 보다는 1번의전송을덜하게된다. 그러므로이론적인이득이 25% 가된다. 결과를통하여간단한 X구조에서는이론적인계산과마찬가지로 RLNC가이득이있음을알수있다 Grid 구조 Grid 구조네트워크에서는 5X5 grid 구조시나리오를고려한다. 각노드간가로, 세로사이는 50미터로배치했다. 네트워크의모든노드는소스노드로동작하며목적노드는랜덤하게선택하였다. 그림 4는총네트워크부하량을나타낸다. Grid 구조네트워크에서는 RLNC에서네트워크부하량이라우팅만사용했을경우보다더많은것을살펴볼수있다. 목적노드에서최대재전송횟수만큼재전송을수행해도디코딩조건을만족하지못하여 12% 의디코딩실패가발생했고 RLNC에서네트워크부하량이더증가하게되었다. 디코딩실패가발생하는원인은그림 5와같이플로우가서로다른방향을가지기때문에가정했던대로목적노드 (D3) 에서원하는만큼패킷을수신 그림 4. Grid 구조에서네트워크부하량 (Global RLNC) D3 S1 P1 D2 P1+P2 P1+P2+P3 S3 P2 P3 D1 Rcvd PKT D1 P3, P1+P2+P3 D2 P1, P1+P2, P1+P2+P3 D3 P1+P2 디코딩실패 S2 하지못하기때문이다 (D3에서는 P1과 P2가인코딩된패킷을두개이상수신해야디코딩이가능하지만그림 5에서 D3은 1개의패킷만수신가능하다.) 그림 5 에서 S와 D는각각소스와목적노드를의미하고, P는패킷을의미한다. Ⅳ. Local RLNC 본장에서는디코딩실패를없애기위하여 global RLNC 대신 local RLNC을사용하고, 성능을분석한다. global RLNC와 local RLNC의가장큰차이점은디코딩을목적노드가아닌엿들음노드에서수행한다는것이다. 또한, local RLNC에서는교차노드에서코딩플로우의패킷에대해서만인코딩을수행한다. 그러므로 local RLNC에서는디코딩실패가발생하지않는다. 4.1 동작설명 Local RLNC의동작은그림 6과같다. 네트워크코딩준비 : global RLNC와같은동작과정을거친다. 네트워크코딩 : 엿들음노드에서디코딩을수행하기위해서는교차노드에서코딩플로우의패킷중같은 batch set 순번을가진패킷들만인코딩을수행해야된다. 그러므로교차노드에서는수신한코딩플로우의패킷들을버퍼링하다가모든코딩플로우의패킷이도착하면인코딩을수행한다. 디코딩 & ACK전송 : 디코딩이가능한엿들음노드는즉시디코딩을수행하여자신의고유패킷을복원하고다음노드에게전달한다. 만약목적노드이면서엿들음노드이면복원한고유패킷은상위계층으로전달된다. 디코딩을완료한엿들음노드는 ACK 패킷을교차노드에게전송하여디코딩이완료됨을알린다. 만약일정시간동안엿들음노드에서 ACK 패킷을전송하지않으면교차노드는새롭게코딩패킷을생성하여재전송한다. 4.2 성능분석본절에서는 grid 구조의네트워크에서네트워크부하량과전력소모량에대하여성능분석을수행한다. global RLNC와마찬가지로 5X5 grid 구조네트워크를고려하였으며시뮬레이션환경은 global RLNC와동일하다. 그림 5. Global RLNC 에서디코딩실패원인 834

논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 1. 패킷브로드케스트 3. 코딩패킷브로드케스트 2. 패킷인코딩 1. 디코딩완료 (a) 네트워크코딩 3. ACK 전송 2. 패킷전달 (b) 디코딩 & ACK 전송 그림 6. Local RLNC 의동작과정 4.2.1 Grid 구조 그림 7 과 8 은각각총네트워크부하량과전력소 모량을나타낸다.

6 논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 1. 패킷브로드케스트 3. 코딩패킷브로드케스트 2. 패킷인코딩 1. 디코딩완료 (a) 네트워크코딩 3. ACK 전송 2. 패킷전달 (b) 디코딩 & ACK 전송 그림 6. Local RLNC 의동작과정 Grid 구조 그림 7 과 8 은각각총네트워크부하량과전력소 모량을나타낸다. 총네트워크부하량은기존라우팅 만을적용한시스템과비교하여 2.35% 감소하였다. 하지만이는매우적은이득이였다. 적은량의 RLNC 네트워크부하량이득과관련해서는다음장에서좀더살펴보기로한다. 그림 8의총전력소비량에서는 RLNC를적용한네트워크가더많은전력을소비하는것을살펴볼수있었다. RLNC에서는전송전력 그림 7. Grid 구조에서네트워크부하량 (Local RLNC) 그림 8. Grid 구조에서전력소비량 (Local RLNC) 소모는감소하였지만수신전력소모가급격히증가하여총전력소모량이기존라우팅만사용하는네트워크보다더많이소모됨을살펴볼수있다. 수신전력소모량이증가한이유는패킷을브로드캐스트할때노드의전송범위안에모든노드들이패킷을수신하기때문이다. 일반적으로무선랜에서는 RTS/CTS 를사용하면패킷을수신하지않는노드들은 sleeping 모드로동작하기때문에수신전력소모량이발생하지않는다. 하지만네트워크코딩을사용하는네트워크에서는모든패킷을수신하여네트워크코딩에활용해야하기때문에 RTS를수신해도 sleeping 모드로동작할수없다. 그러므로네트워크코딩은 무임승차 가아니다. 노드배치밀도에따라서전력소모증가량과네트워크부하량감소량간에이율배반적인관계를가지고있다. 다음장에서좀더자세히노드배치밀도와네트워크코딩이득에대하여분석할것이다. Ⅴ. RLNC를적용하기위한실제적인고려사항본장에서는 RLNC를무선환경에적용하기위한실제적인고려사항들에대하여살펴본다. 5.1 Hidden 노드문제분산네트워크내에있는노드들이데이터패킷전송시충돌을회피하기위하여캐리어센싱을하는데, 이는중앙집중방식이아닌분산방식으로각단말에서수행하기때문에 hidden 노드문제로패킷충돌이발생할수있다. 만약 B 노드의캐리어센싱범위에는 A와 C 노드가있지만 A와 C 노드는서로의캐리어센싱범위에벗어나있고 A와 C 노드가동시에 B노드에패킷을전송한다면패킷충돌이발생한다. 무선랜에서는 RTS/CTS 기법으로 hidden 노드문제를완화한다. 하지만 RTS/CTS 기법에서는데이터패킷을수신하는노드를제외한모든 RTS를수신한노드는 835

7 한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 sleeping 모드로전환되기때문에무선매체의브로트캐스트특성을이용할수가없기때문에무선분산네트워크에네트워크코딩을적용하기위해서는 RTS/CTS를사용할수가없다. 그러므로네트워크코딩을사용하는네트워크에서는 hidden 노드문제가다시야기될수있다. 네트워크코딩네트워크에서 hidden node 문제를해결하기위해서는 RTS/CTS 기법의수정이필요하다. 예를들어, RTS를수신한모든노드는패킷수신모드로동작하도록수정하면무선매채의브로드캐스트특성을이용하면서 hidden 노드문제를완화할수있다. 5.2 코딩기회발생무선에서네트워크코딩을수행하기위해서는 X구조와같은특정코딩구조가존재해야한다. 본논문에서는실제얼마나많은코딩기회가발생하는지분석했다. 시뮬레이션시나리오는노드를 grid로배치하고소스노드와목적노드를임의로선택하고네트워크의모든노드가소스노드로동작하는분산네트워크를구성하고고정된네트워크크기에노드수 ( 세션수 ) 를점차증가하면서네트워크코딩구조발생경향 ( 시나리오 1) 과고정된노드수 ( 세션수 ) 에네트워크크기를점차증가하면서네트워크코딩구조발생경향 ( 시나리오 2) 을분석하였다. 시뮬레이션환경은 4장과같다. 표 2와 3은각각시나리오 1과 2에서평균네트워크코딩수행노드발생수와네트워크의전체 path의평균홉수를나타낸다. 시나리오 1에서는네 트워크크기가고정되어있기때문에세션수가증가해도전체 path의평균홉수는거의동일하였다. 네트워크코딩구조수는세션수가증가함에따라같이증가하는것을살펴볼수있다. 시나리오 2에서는노드수는고정되어있지만네트워크크기가변화하기때문에네트워크크기가커짐에따라서평균홉수도증가하게된다. 네트워크코딩구조수는평균홉수가증가함에따라같이증가하는것을살펴볼수있다. 따라서네트워크에서 path의평균홉수와노드수 ( 세션수 ) 의증가가네트워크코딩수행노드발생에영향을미치는것을살펴볼수있다. 네트워크코딩을통하여얻을수있는순수이득을아래와같이계산해보면그림 9와 10과같이나타낼수있다. 은코딩구조의수를나타내고, 이는네트워크코딩에의해서감소할수있는전송횟수를의미한다. 은기존라우팅만사용했을경우패킷을소스노드에서목적노드까지전달하기위하여필요한전송횟수있다. (3) 표 2. 코딩구조발생경향분석 ( 네트워크크기고정 = 40000m 2 ) 노드수 코딩구조수 홉수 그림 9. 순수한네트워크코딩이득 ( 네트워크크기고정, 노드수변화 ) 표 3. 코딩구조발생경향분석 ( 노드수고정 = 49) 네트워크크기 코딩구조수 홉수 그림 10. 순수한네트워크코딩이득 ( 노드수고정, 네트워크크기변화 ) 836

8 논문 / 무선환경의네트워크에서랜덤선형네트워크코딩적용성능분석 그림 9의시나리오 1에서는네트워크코딩수행노드수의증가에따라최대 6%, 그림 10의시나리오 2 에서는최대 9% 정도네트워크코딩의순수이득이발생하는것을살펴볼수있다. 하지만실제네트워크코딩에의한전송이득은네트워크코딩오버헤드로인하여감소할것이다. 5.3 RLNC 오버헤드 RLNC를무선환경에적용하기위해서는추가적인제어패킷과패킷헤더에서추가적인오버헤드가필요하다. 제어패킷은코딩구조를구성하기위하여전송되고, 패킷의인코딩과디코딩을위하여계수가패킷헤더에포함되어전송되어야한다. 패킷헤더에추가적인오버헤드는데이터크기가헤더크기보다훨씬크기때문에무시할만한것같지만패킷은여러홉을거쳐서전송되기때문에네트워크전체측면에서볼때는영향을미칠수가있다. 4장에서의결과와같이 RLNC를포함한네트워크코딩을적용하기위해서는추가적인수신전력소비가발생할수있다. 그러므로네트워크코딩에서필요한노드만수신하도록하는방법개발이필요하다. Ⅵ. 결론본논문에서는 RLNC를무선환경에적용하기위하여여러가지측면으로분석해보았다. 첫번째로본논문에서는기존의 RLNC 방식을멀티캐스트방식이아닌유니캐스트방식을사용할때적용할수있는지분석했다 (Global RLNC). 분석결과기존방식대로적용하면디코딩실패가발생하고유니캐스트에적용하기위해서는교차노드에서코딩방식을수정해야된다는것을알수있었다. 두번째로본논문에서는디코딩실패를제거한 RLNC방식을네트워크에적용하고성능을분석했다 (Local RLNC). 분석결과 RLNC의네트워크부하량이득이크지않고전력소모량측면에서는수신전력소모때문에더많은전력을소모하는것을살펴볼수있었다. 마지막으로본논문에서는 RLNC를적용하기위하여필요한실제적인고려사항들에대하여분석해보았다. 결론적으로 RLNC를실제무선환경에적용하기위해서는적은코딩구조가발생하는문제 [15], 추가적인수신전력소모, 그리고무선에서발생하는 hidden 노드문제등을해결하기위한연구들이필요할것이다. 참고문헌 [1] R. Ahlswede, et al., Network information flow, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.46, pp , [2] S. Y. R. Li, et al., Linear network coding, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.49, pp , [3] T. Ho, et al., A Random Linear Network Coding Approach to Multicast, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.52, pp , [4] S. Y. R. Li, et al., Linear Network Coding: Theory and Algorithms, Proceedings of the IEEE, Vol.PP, pp.1-16, [5] S. Katti, et al., XORs in the Air: Practical Wireless Network Coding, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.16, pp , [6] L. Jilin, et al., How Many Packets Can We Encode? - An Analysis of Practical Wireless Network Coding, in Proc. IEEE INFOCOM, 2008, pp [7] Y. Wu, et al., Minimum-energy multicast in mobile ad hoc networks using network coding, IEEE Transactions on Communications, Vol.53, pp , [8] S. Chachulski, et al., Trading structure for randomness in wireless opportunistic routing, in Proc. ACM SIGCOMM, 2007, pp [9] C. Fragouli, et al., Wireless Network Coding: Opportunities & Challenges, in Proc. IEEE MILCOM, 2007, pp.1-8. [10] S. Zhang, et al., Physical-layer network coding, in Proc. ACM MobiCom, 2006, pp [11] S. Katti, et al., Symbol-level network coding for wireless mesh networks, in Proc. SIGCOMM, 2008, pp [12] IEEE Standard for Information Technology- Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 837

한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 IEEE Std 802.11-2007, pp.c1-1184, 2007.

9 한국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10 IEEE Std , pp.c1-1184, [13] IEEE Draft Standard for Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-local and metropolitan area networks-specific requirements-part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications-amendment 10: Mesh Networking, IEEE P802.11s/D12.0, May 2011, pp.1-391, [14] L. M. Feeney and M. Nilsson, Investigating the energy consumption of a wireless network interface in an ad hoc networking environment, in Proc. IEEE INFOCOM, 2001, pp [15] B. Guo, et al., Analysis of General Network Coding Conditions and Design of a Free- Ride-Oriented Routing Metric, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.60, pp , 이규환 (Kyu-Hwan Lee) 정회원 2007년아주대학교전자공학부졸업 2007년 ~ 현재아주대학교전자공학과석 / 박사통합과정 < 관심분야 > 네트워크코딩, WLAN, 무선망 QoS, Ad-hoc, Mesh network 등 김재현 (Jae-Hyun Kim) 종신회원 1987년 ~1996년한양대학교전산과학사및석 / 박사졸업 1997년 ~1998년미국 UCLA 전기전자과박사후연수 1998년 ~2003년 Bell Labs, Performance Modeling and QoS Management Group, 연구원 2003년 ~ 현재아주대학교전자공학부부교수 < 관심분야 > 무선인터넷, QoS, MAC 프로토콜, IEEE /15/16/20, 3GPP, 국방전술네트워크등조성현 (Sunghyun Cho) 종신회원 1995년 2월한양대학교컴퓨터공학과공학사 1997년 2월한양대학교컴퓨터공학과공학석사 2001년 8월한양대학교컴퓨터공학과공학박사 2009년 9월 ~ 현재경상대학교컴퓨터과학부조교수 2006년 10월 ~2008년 2월 Stanford University, Postdoctoral Visiting Scholar 2001년 9월 ~2006년 10월삼성종합기술원및삼성전자정보통신연구소전문연구원 < 관심분야 > 차세대이동통신시스템, 자동차통신 838

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DBPIA-NURIMEDIA 무선 센서 네트워크 환경에서 링크 품질에 기반한 라우팅에 대한 효과적인 싱크홀 공격 탐지 기법 901 무선 센서 네트워크 환경에서 링크 품질에 기반한 라우팅에 대한 효과적인 싱크홀 공격 탐지 기법 (A Effective Sinkhole Attack Detection Mechanism for LQI based Routing in WSN) 최병구 조응준 (Byung