Wi-Fi 간섭최소화를위한최적채널배치알고리즘 초록최근스마트기기의급격한보급과함께 Wi-Fi 통신망이빠르게구축되며그에따른 Wi-Fi 신호간간섭에의한문제가커지고있다. 본논문에서는Wi- Fi 신호의채널배치에따른통신성능을측정했다. 그결과동일채널간섭보다인접채널간섭에의한통신성능저하가크며다운로드성능저하가업로드성능저하에비해크다는점등의상관관계를밝혔다. 또한한정된대역폭에서신호가 2개, 3개, 4개존재하는상황에서의최적의 Wi-Fi 신호의채널배치를찾았다. 그리고이를바탕으로무선공유기의 Wi-Fi 신호의최적채널검색알고리즘과통신사 Wi-Fi신호의채널배치의개선방안등실제상황에서의적용방안을제안했다. 키워드 : Wi-Fi, 채널배치, 신호간간섭 Ⅰ. 서론 2009년아이폰의국내출시후스마트폰과태블릿 PC 등스마트기기가빠르게보급되었다. 스마트기기들의보급에따라무선통신을통한웹서핑, 동영상재생등이일반화되며무선데이터통신량이폭발적으로증가했고이를통신사들의기존무선통신망으로감당하기위해서는경제적인부담이매우컸다. 이에따라설치및유지비용이저렴할뿐만아니라통신성능이우수해데이터통신량증가를감당하기에유리한 Wi-Fi 통신의필요성이높아졌다.
이 용 80 70 60 65 71.3 67.8 67.4 경험 50 ( 40 단위 : 30 20 21.9 11.5 % ) 2010 년 2011 년 10 0 Wi-Fi 휴대폰무선인터넷 Wibro Figure 1 무선인터넷별이용경험 Figure 1에서확인할수있듯이사용자들역시통신성능이우수하고데이터통신요금이부가되지않는 Wi-Fi 통신을많이사용하고있다. 특히태블릿 PC와노트북과같이통신사의데이터통신망을이용할수없거나테더링기능사용에따른요금부담등의이유로이들기기들은 Wi-Fi를통해서만무선인터넷통신이가능하다. 실제조사에서도무선인터넷통신방법중 Wi-Fi사용경험비율이매우높았다. [1] Wi-Fi 통신사용이많아지며 Wi-Fi 통신망역시급속도로구축되고있다. 특히통신사는경쟁적으로주요거점에 Wi-Fi Zone을구축하고있으며카페나음식점등에서도고객을위한 Wi-Fi 통신망을구축한경우가많다. 그외에도스마트기기를사용하는회사와가정에서도 Wi-Fi 통신망을구축하고있다. 2012년 11월현재국내통신 3사가구축한 Wi-Fi Zone의수는모두 150만개이상으로추정되며전체 Wi-Fi 통신망의수는 300만개이상으로추정된다. [2]
불편 70 60 51.7 58.5 54.1 61.1 51.7 요인 50 40 43.2 ( 단위 : 30 20 2010 년 2011 년 % 10 ) 0 인터넷접속이불안정 인터넷접속속도가 이동장소의제약 느림 Figure 2 Wi-Fi 사용시불편요인 하지만 Wi-Fi 통신망이급속도로구축되며 Wi-Fi 신호간간섭에의한성능저하가문제가되고있다. 특히통신사의 Wi-Fi Zone은서로영역이겹치는경우가빈번하며주요거점의경우에는통신 3사의 Wi-Fi Zone이모두존재하는경우도다반사다. 여기에업소와회사, 가정등에서구축한 Wi-Fi 통신망까지고려하면한지점에영향을미치는 Wi-Fi 통신망의수가 10개가넘는경우도많다. Figure 2와같이 2010년과비교해 2011년에는 Wi-Fi 통신의불편요인중인터넷접속이불안정하며인터넷접속속도가느리다는항목은증가했다. 그에비해이동장소의제약에따른불편함은줄은것으로조사되었다. 새로구축되는 Wi-Fi 통신망의경우대부분성능이우수한규격인 802.11n 기반으로구축되기때문에 Wi-Fi신호간간섭이성능저하의원인의중요한요인으로생각된다. 이는 Wi-Fi 통신망이급속하게
구축되는과정에서신호간간섭을고려하지않아오히려통신성능은저하되었다는 것을보여준다. [1] 이처럼 Wi-Fi 신호간간섭으로인한문제가더욱커지는상황에서간섭문제를최소화하는방안에대한연구는매우부족한상황이다. 서로다른통신규격간의신호간간섭에대한연구는존재하며 [3] Wi-Fi 규격의기술적차원에서도많은연구가이루어져통신성능이개선된다양한 Wi-Fi 규격들이개발되었지만이는현재구축되어있는통신망의하드웨어또는펌웨어의근본적인업그레이드를필요로하며이를위한막대한비용과시간이필요하다. 그에비해현재의통신망의단순한요소를최적화하는, 즉채널배치를최적화해신호간간섭을최소화하는연구는현재까지거의이루어지지않았다. 다만 2개신호가존재하는경우에서채널간격에따른통신성능변화에관한연구가있었으나신호가 3개, 4개존재하는상황에서신호의채널배치에따른성능변화에관해서는아직까지연구된바없다. 따라서본논문에서는다양한환경에서의최적의 Wi-Fi 채널배치에대해연구했다. 신호의수가 2개, 3개, 4개인상황에서주어진대역폭을변화시켜가며 Wi-Fi 신호의채널배치에따른통신성능을측정해각각의상황에서의최적의채널배치를찾았다. 또한그결과를통해공유기에서최적채널배치및통신사의 Wi-Fi Zone의최적채널개선방안등실제상황에서의적용을통한개선방안을제시해실제상항에서 Wi-Fi 신호간간섭문제를최소화했다. Ⅱ. 이론적배경
Wi-Fi란 IEEE 802.11 기반의통신기술을뜻한다. 일반적으로 Wi-Fi 통신은인터넷에데이터를전달해주는기능을하는 AP와노트북이나스마트폰과같이사용자가서비스를받는단말기간의통신을일컫는다. 현재 Wi-Fi는 802.11, 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac 규격이존재한다. 이중널리쓰이고있는규격은 802.11b, 802.11g, 802.11n이다. 현재새로이구축되는 Wi-Fi 통신망은대부분 802.11n 기반이다. 802.11ac 규격의경우 2012년중반에첫신제품이공개되었다. 전세계적으로 Wi-Fi에는할당된대역폭이한정되어있기때문에대역폭을채널단위로나누어쓴다. 이부분은국가별규제에조금씩차이가있기때문에채널수가 1, 2개정도차이가있을수있다. 우리나라의경우 2.4Ghz 대역에서는 1채널의중심주파수 2.407Ghz부터 5Mhz씩증가하며 13개의채널이존재한다. 또한 802.11g, 802.11n, 802.11ac 규격은광대역통신을효율적으로수행하기위해 OFDM[Orthogonal Frequency Division Multiplexing] 규격을채택했다. Wi-Fi의신호간간섭은동일채널간섭 [Co-Channel Interference] 과인접채널간섭 [Adjacent Channel Interference] 로분류할수있다. 동일채널간섭은다수의신호가동일한채널을사용할때발생하며인접채널간섭은다수의신호가인접한채널을사용할때발생한다. 일반적으로 802.11n 규격의경우신호간간격이 3개채널이내일경우, 즉두신호사이에 3개채널이존재할때까지눈에띄는인접채널간섭이발생한다. 동일채널간섭과인접채널간섭이복합적으로일어날수도있다. [4]
Figure 3 IpTime N604V 와 Sens R70 Wi-Fi의신호간간섭과채널배치사이의관계를다룬연구는이루어지지않은것으로보인다. 하지만 Wi-Fi와 802.15.4의비교적유사한규격간의중첩채널간섭에대해다룬연구는존재했다. 이연구에서의무선통신성능측정방법등의실험설계를참고했다. [5] Ⅲ. 실험방법 Wi-Fi의통신성능을측정하는가장일반적인방법은무선인터넷속도측정이다. 즉 Wi-Fi 통신을통해무선인터넷에접속한후특정서버와의통신성능을측정하는것이다. 하지만이방법은측정서버와회선등다양한불안정요소가존재한다. 때문에본논문에서는 2개의기기사이의데이터전송속도를직접측정하는방식으로 Wi-Fi 통신성능을측정했다.
노트북 A1 노트북 B1 유선연결 유선연결 공유기 A 공유기 B 무선연결 무선연결 노트북 A2 노트북 B2 Figure 4 노트북과공유기의유, 무선연결구조 실험은 IpTime N604V 와 Sens R70 을사용해진행했다. IpTime N604V 의통신칩셋은 Realtek 사의 RTL8196 이다. Sens R70 의무선랜카드는 Intel 사의 4965AGN 이다. 실험은다음과같이이루어졌다. 하나의노트북을공유기의 LAN 포트에유선으로연결하고다른하나의노트북과공유기 Wi-Fi을통해연결했다. 그리고두노트북사이의데이터통신성능을측정했다. 이때간섭이없는경우두노트북사이의데이터통신성능은 50Mbps 이하였다. 그에비해두노트북모두 LAN 포트에유선으로연결했을
경우의데이터통신성능은 100Mbps 이상이었다. 즉두노트북사이의통신성능에유선 통신성능은제한요인이될수없으며무선통신성능이곧실제데이터통신성능을 의미한다는것이다. Figure 5 네트워크성능측정프로그램 JPerf 노트북간의데이터통신성능은 IPerf 기반의 JPerf를사용해측정했다. IPerf는 NLANR/DAST에서개발된네트워크성능측정프로그램이며 JPerf는 IPerf를기반으로그래픽유저인터페이스를구현한프로그램이다. Jperf을이용해 30초동안초당데이터전송성능을측정했다. 이때데이터는클라이언트에서서버로전송된다. 즉 Wi-Fi를통해연결된노트북이클라이언트일경우에는 Uplink, 서버일경우에는 Downlink 성능을측정하는것이다. 일반적으로 Downlink는다운로드, Uplink는업로드를의미한다.
Figure 6 Network Stumbler 를통한주위 Wi-Fi 신호확인 Network Stumbler는현재해당기기에서수신되는 Wi-Fi 신호의수와채널, 세기를보여준다. Figure 6에서와같이주위에는다른 Wi-Fi 신호가활성화되지않은상태에서진행했다. 실험도중계속해서주위의 Wi-Fi 신호의존재여부를점검했기때문에다른 Wi-Fi 신호와의간섭으로인한영향은없다. 물론 2.4Ghz 대역은 ISM Band이기때문에 Bluetooth 등의기기로인한간섭이있기때문에성능측정시예상치못하게통신성능이급격하게변할경우에는재실험을진행해다른기기에의한간섭으로인한영향을최소화했다. 저가통신칩셋의경우연속적으로부하가가해지면점차성능저하가발생할수 있기때문에 300 초동안연속적으로테스트를진행해보았다. Downlink 성능은평균 42485.0Kbps 였으며 Uplink 성능은 37879.0Kbps 였다. 이때모든항들의표준편차는
Downlink의경우 637.8Kbps로 1.5%, Uplink의경우 492.8Kbps로 1.3% 에불과했다. 측정시간동안 Downlink 및 Uplink 성능을연속적으로표시하는그래프상뚜렷한저하현상은관찰되지않았다. 즉 300초동안의부하로인한성능저하가없었으며실제실험은 30초단위로이루어졌고실험사이에데이터정리및채널변경등의과정을거쳤기때문에성능저하를유발할정도의부하는가해지지않았다. 실험은신호가 2개, 3개, 4개인경우로나누어진행했다. 즉노트북을 4개, 6개, 8개사용해 2개, 3개, 4개의쌍을이뤄성능을측정했다. 이때각각의쌍의채널배치에따라통신성능은부록에첨부했으며본문에는평균값만표시했다. 부록의데이터는오름차순으로정리했다. 모든데이터는소수첫째자리까지표시했다. 신호가 3개이상인경우의채널배치는단순히신호간채널간격으로표시하는것이불가능하다. 따라서앞으로신호의채널배치는다음과같이나타내려고한다. 이연구에서다루고자하는것은신호의상대적인채널배치에따른통신성능이기때문에절대적인채널은나타내지않을것이다. 13채널을사용하는신호 1개, 11채널을사용하는신호 2개인경우 : 1-0-2 13채널을사용하는신호 1개, 11채널을사용하는신호 1개, 9채널을사용하는신호 2개인경우 : 1-0-1-0-2 그리고이렇게표시한채널배치를할당대역폭, 즉사용한채널의폭으로분류했다. Ⅳ. 실험결과 1. Wi-Fi 신호수가 2 개인경우의통신성능
Table 1 신호가 2 개인경우 Downlink 성능 신호간채널간격 평균속도 ( 단위 : Kbps) 0 19276.5 1 529.0 2 703.0 3 3028.5 4 11667.0 5 12954.5 6 15241.0 7 15189.5 8 19276.5 9 21091.5 10 20972.0 11 25485.5 12 26645.0 단일신호 42485.0
45000 K b p s ) 다 40000 운 35000 로드 30000 25000 성능 20000 ( 15000 단 10000 위 5000 : 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 단일 신호 Figure 7 신호가 2 개인경우 Downlink 성능 단일신호항목의경우에는하나의신호를 13 채널에서 20Mhz 대역폭을갖도록 설정한상태에서의결과로신호간간섭이없는대조군이다. Downlink 성능측정결과에서가장중요한점은 2개신호가같은채널을사용할때성능저하가상대적으로적었다는것이다. 또한신호간채널간격이 1개또는 2개와같이가까운경우에성능저하가매우심각했다. 실제로측정도중통신불가능상태로측정되는경우가종종있었다. 즉동일채널간섭에비해인접채널간섭에의한성능저하가훨씬심각하다는것이다. 그리고신호간채널간격이 8개정도되었을때인접채널간섭에의한성능저하와동일채널간섭에의한성능저하가비슷해졌다. 채널간격이점점넓어지면서성능이회복되는경향을보였지만간섭이없는상태로의완전한회복은이루어지지않았다. 채널간격이 12개로가장많이떨어져있는경우의 Downlink 성능은대조군의 60% 에불과했다.
Table 2 신호가 2 개인경우 Uplink 성능 신호간채널간격 평균속도 ( 단위 : Kbps) 0 16715.0 1 14355.0 2 14236.5 3 14489.0 4 16706.0 5 18111.5 6 18851.5 7 20123.0 8 19647.0 9 19976.5 10 21580.5 11 19610.5 12 20168.5 단일신호 37879.0
K b p s 다운로드성능 40000 35000 30000 25000 20000 15000 ( 단위 : 10000 5000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 단일 신호 Figure 8 신호가 2 개인경우 Uplink 성능 Uplink 성능의경우특별한경향성을찾을수가없었다. Downlink 성능과는달리동일채널간섭과신호간채널이 1개, 2개인경우의인접채널간섭에의한성능저하정도가비슷했다. 또한채널간격이넓어짐에따른성능회복경향도적었다. 특히채널간격이 7개이상인경우에는눈에띄는성능회복이없었다. 신호간간섭으로인한 Uplink의성능저하는전체적으로 Downlink의성능저하보다작았다. 2. Wi-Fi 신호수가 3 개인경우의통신성능 Table 3 신호가 3 개인경우 Downlink 성능 할당된채널수 채널별신호배치 평균속도 ( 단위 : Kbps) 1 개채널 3 6348.7 2 개채널 2-1 43.0 3 개채널 2-0-1 456.7
1-1-1 54.3 2-0-0-0-1 5268.7 5 개채널 1-1-0-0-1 196.0 1-0-1-0-1 540.7 2-0-0-0-0-0-1 8865.3 7 개채널 1-1-0-0-0-0-1 587.8 1-0-1-0-0-0-1 1573.0 1-0-0-1-0-0-1 6805.7 2-0-0-0-0-0-0-0-1 9543.3 1-1-0-0-0-0-0-0-1 386.1 9 개채널 1-0-1-0-0-0-0-0-1 6348.7 1-0-0-1-0-0-0-0-1 43.0 1-0-0-0-1-0-0-0-1 456.7 할당된대역폭이 1개채널인경우, 즉한개의채널을 3개의신호가사용하는경우의신호간간섭에의한성능저하는상대적으로적었다. 할당된대역폭이 2개채널인경우오히려할당된대역폭이 1개채널인경우보다성능저하가심각했다. 인접채널간섭에의한 Downlink 성능저하가심각함을보여주는수치다. 할당된대역폭이 3개채널인경우의결과로부터신호간간섭이중복해서일어난경우의성능을짐작할수있다. 신호가 2개인경우중신호간간격이 2개인경우, 즉 1-0-1배치의평균 Downlink 성능은 703.0Kbps이다. 그리고 2-0-1 배치의평균 Downlink 성능은 456.7Kbps이다. 1-0-1 배치는채널간격 2개인경우인접채널간섭 2회와동일
채널간섭이 1호이루어졌다. 물론신호간간섭이더많은 2-0-1 배치의통신성능이더좋지않지만 1-0-1 배치와비교했을때그차이가그리크지는않다. 즉신호간간섭이여러차례이루어지는경우성능감소폭은크게작아진다는점을알수있다. 할당된대역폭이 5개, 7개채널인경우로부터도인접채널간섭의영향이동일채널간섭보다훨씬큼을알수있었다. 또한할당된대역폭이 5개, 7 개채널인경우의최고성능이각각 5268.7Kbps, 8865.3Kbps인것으로부터신호수가 3개일경우모든신호를한채널에배치하는것보다나은성능을발휘하기위해서는최소한 6개채널이확보되어야한다는것을알수있었다. 할당된대역폭이 9개채널인경우로부터방송통신위원회에서제공한 1,5,9,13채널을우선적으로사용하는가이드라인을간접적으로검증할수있다. [6] 방송통신위원회의가이드라인을축소해보면 3개신호가존재하고할당된대역폭이 9개채널인경우 1,5,9채널을우선적으로사용하는것이유리하다는것으로해석된다. 하지만실험결과 1,5,9채널배치를의미하는 1-0-0-0-1-0-0-0-1 배치보다 2-0-0-0-0-0-0-0-1 배치의성능이훨씬뛰어남을알수있었다. Table 4 신호가 3 개인경우 Uplink 성능 할당된채널수채널별신호배치평균속도 ( 단위 : Kbps) 1 개채널 3 14641.0 2 개채널 2-1 7123.7 3 개채널 5 개채널 2-0-1 7878.7 1-1-1 1886.7 2-0-0-0-1 5019.7 1-1-0-0-1 12836.0
1-0-1-0-1 9272.7 2-0-0-0-0-0-1 11621.0 7 개채널 1-1-0-0-0-0-1 1827.3 1-0-1-0-0-0-1 11330.3 1-0-0-1-0-0-1 7563.3 2-0-0-0-0-0-0-0-1 14406.3 1-1-0-0-0-0-0-0-1 10406.7 9 개채널 1-0-1-0-0-0-0-0-1 14641.0 1-0-0-1-0-0-0-0-1 8457.0 1-0-0-0-1-0-0-0-1 7878.7 2개의신호로실험을한경우 Uplink 성능은경향성이뚜렷하지않았다. 그때문인지 3개신호로실험을한경우에도 Downlink 성능과같이뚜렷한경향성을찾을수없었다. 3개신호를모두같은채널에배치한경우의 Uplink 성능은다른모든경우보다좋았다. 전체적인경향을살펴보면하나의채널에 2개신호를배치하고나머지하나의신호와의채널간격을최대한넓히는경우와 2개의신호를 2개의채널에나란히배치하고나머지하나의채널을최대한멀리배치하는경우가좋은성능을보여줬다. 방송통신위원회에서권고한채널배치와유사한 1-0-0-0-1-0-0-0-1 배치의성능은가장뛰어나지는않았다.
신호수가 3개인경우의 Downlink 성능과 Uplink 성능을종합적으로살펴보았을때가장성능저하가적인채널배치는 2-0-0-0-0-0-0-0-1였다. 1-0-0-1-0-0-0-0-1 배치와하나의채널에모든신호를배치한경우도성능이우수한편이었다. 그에비해방송통신위원회에서권고한채널배치와유사한 1-0-0-0-1-0-0-0-1 배치는성능이눈에띄게좋은편이아니었다. 3. Wi-Fi 신호수가 4 개인경우의통신성능 Table 5 신호가 4 개인경우 Downlink 성능 할당된채널수채널별신호배치평균속도 ( 단위 : Kbps) 1 개채널 4 3012.3 2 개채널 3-1 38.8 2-2 16.8 3-0-1 443.3 3 개채널 2-1-1 94.1 1-2-1 40.9 3-0-0-1 1207.2 4 개채널 2-1-0-1 31.7 1-2-0-1 105.5 1-1-1-1 53.9 3-0-0-0-1 1247.0 5 개채널 2-1-0-0-1 55.8 1-2-0-0-1 60.0 2-0-1-0-1 188.8
1-1-1-0-1 50.9 1-0-2-0-1 386.3 2-0-0-1-1 254.5 1-1-0-1-1 41.9 3-0-0-0-0-1 2681.8 2-1-0-0-0-1 61.3 1-2-0-0-0-1 226.3 2-0-1-0-0-1 270.3 1-1-1-0-0-1 122.9 6 개채널 1-0-2-0-0-1 116.0 2-0-0-1-0-1 2685.0 1-1-0-1-0-1 514.5 1-0-2-0-0-1 181.5 2-0-0-0-1-1 148.8 1-1-0-0-1-1 57.8 신호가 4개인경우의 Downlink 성능은대부분의경우에서성능저하가매우컸다. 성능이가장우수한경우는하나의채널에모든신호를배치한경우이다. 그리고 3-0-0-0-0-1 배치, 2-0-0-1-0-1 배치의성능도상당히좋았다. 특이한점이라면 2-0-0-1-0-1 배치의성능이좋다는점인데앞에서의실험에따르면인접채널간섭으로인해성능저하가커야한다. 이값은실험상의오류로생각된다.
Table 6 신호가 4 개인경우 Uplink 성능 할당된채널수채널별신호배치평균속도 ( 단위 : Kbps) 1 개채널 4 11446.3 2 개채널 3-1 3835.3 2-2 6037.0 3-0-1 3754.0 3 개채널 2-1-1 3630.8 1-2-1 5695.8 3-0-0-1 4149.8 4 개채널 2-1-0-1 4777.3 1-2-0-1 6208.5 1-1-1-1 1796.3 3-0-0-0-1 7881.0 2-1-0-0-1 7222.5 1-2-0-0-1 5913.5 5 개채널 2-0-1-0-1 5172.5 1-1-1-0-1 3002.3 1-0-2-0-1 5553.75 2-0-0-1-1 4952.5 1-1-0-1-1 3303.8 3-0-0-0-0-1 9060.0 6 개채널 2-1-0-0-0-1 2879.5 1-2-0-0-0-1 6863.5
2-0-1-0-0-1 4096.0 1-1-1-0-0-1 3334.0 1-0-2-0-0-1 7426.5 2-0-0-1-0-1 7265.0 1-1-0-1-0-1 5165.5 1-0-2-0-0-1 4990.3 2-0-0-0-1-1 5000.0 1-1-0-0-1-1 4216.3 Uplink 성능역시하나의채널에모든신호를배치했을때의성능이가장우수하다. 그외에 3-0-0-0-0-1 배치와 3-0-0-0-1 배치의성능이우수했다. 신호가 4 개있는경우, 모든신호를하나의신호에배치했을때의성능이가장 우수했다. 다만신호가 4 개있는경우에서는앞에서와는다르게특별한경향성을찾기가 조금어려운면이있었다. Ⅴ. 실제상황에의적용다양한환경에서신호배치에따른통신성능을측정한결과일반적으로알려져있는단순히신호간간격을최대한띄우는채널배치의최적화방법과방송통신위원회에서권고한 Wi-Fi 혼선최소화가이드라인보다효과적인채널배치를찾았다.
그에따라서현재시중에서판매되는무선공유기의최적채널검색알고리즘과 통신사 Wi-Fi 의채널배치의개선방안을제시했다. 1. 최적채널검색알고리즘개선방안 Figure 9 주변에구축한 Wi-Fi 신호환경 먼저현재시중에서판매되는공유기의최적채널검색알고리즘을파악하기위한실험을진행했다. 무선공유기를이용해주변에다양한환경을구축한후 IpTime과 Zio 공유기에서최적채널검색을시행했다. 두제품모두현재까지펌웨어지원이이루어지는제품으로양사의최신최적채널검색알고리즘이탑재되었다. Figure 9와같이주변에 1,3,5,7,9,11,13채널, 2,4,6,8,10,12채널, 1,5,9,13채널, 2,5,8,11채널등다양한신호배치환경을구축해놓은후공유기의최적채널검색을시행했다. 그결과검색시마다다른결과가나왔다. 여러번시도한결과 1, 5, 9, 13채널중하나를무작위로채택하는것으로보였다.
Figure 10 IpTime N604V 의자동채널선택알고리즘 직접정확한알고리즘을확인할수없어 2개회사에문의를했다. 하지만양측모두정확한답변을하지않고 주위신호를검색해최적의채널을찾는다. 라는등의모호한답변을해왔다. 특히 ZIO에서는자사의신호검색알고리즘에대해 자동채널설정이거의무의미한경우도생깁니다. 라고하기도했다. 이런점들로미루어보아 2 개회사는방송통신위원회에서권장하는 1,5,9,13 채널 중하나를임의로선택하는것으로보인다. 본논문에서의실험결과로부터제안하는최적채널검색알고리즘의순서도는 다음과같다.
Figure 11 최적채널검색알고리즘
정확한알고리즘을설계하기에충분히많은데이터를측정하지못했기때문에전체적인흐름을순서도로표현했다. 이알고리즘은주위에존재하는신호들의수와배치에따라최적의채널을결정한다. 다른신호와의간격이 1, 2개채널일때의인접채널간섭으로인한극단적인성능저하를피하고채널배치에따른인접채널간섭과동일채널간섭의경향성을고려해알고리즘을설계했다. 순서도원본파일은부록에첨부했다. 충분한데이터를측정하지못했고존재하는모든경우를정확하게분류하지못한 경우는향후연구에서보완할계획이다. 2. 지하철에서통신사 Wi-Fi 의채널배치개선방안 Table 7 5 개역에서의통신사 Wi-Fi 평균성능 올레 Wi-Fi T Wi-Fi Downlink Uplink Downlink Uplink 1.3 0.8 1.3 0.5 지하철에서 KT와 SKT의 Wi-Fi 성능을측정해보았다. 통신사가지하철에구축한 Wi- Fi는 Wibro 신호를 Wi-Fi 신호로변하는 EGG 기반이다. 하지만두 Wi-Fi의통신성능모두 EGG가일반적으로구현할수있는통신성능에비해매우떨어진다. 3.9세대이동통신인 Wibro 기반의 Strong EGG는 1Mbps 이상의성능을구현할수있으며지하철에구축된 Public EGG의경우그성능은더욱뛰어날것이다. 실험시점에서전동차내사람은거의없었기때문에다수의사용자로인한성능저하는거의없었다. 이런
상황에서도통신성능이좋지않은데출, 퇴근시간에는 Wi-Fi 통신이매우어려울 것이다. Figure 12 지하철에서수신되는통신사 Wi-Fi 신호목록 Figure 11은가산디지털단지역의플랫폼에서수신되는 Wi-Fi 신호를 NetWork Stumbler를통해확인한것이다. 무려 22개의 Wi-Fi 신호가존재하며모두통신 3사의것이다. 5개역에거쳐확인한결과전동차에서는평균 13.6개의신호가, 플랫폼에서는평균 18.2개의신호가검색되었다. 방송통신위원회의가이드라인을준수했다면상대적으로성능저하가적었겠지만일부 Wi-Fi신호가 6채널을사용해성능저하가심화된것으로보인다.
지하철에서는스마트폰기반의 Hot Spot 이나 EGG, Bridge 등과같은개인이구현할 수있는국소 AP 를제외하면플랫폼에는통신 3 사의 Wi-Fi 만존재하며전동차에는 KT 와 SKT 와의 AP 만존재한다. 사용할수있는대역폭이 9개채널인경우신호가 3개인경우 2-0-0-0-0-0-0-0-1 배치, 1-0-0-1-0-0-0-0-1 배치, 그리고하나의채널을 3개신호가사용하는경우의성능이우수했다. 또한신호간채널간격이 6개일때성능회복이어느정도이루어진다는점과채널간격이 1개, 2개인경우의인접채널간섭을최소화해야한다는점을고려하면지하철과같이할당대역폭이 13개채널인경우 1,13,13채널, 1,6,13채널또는 13,13,13채널배치의가장성능이뛰어날것으로예상된다. 만약상황이지하철과같은경우라면한가지더고려해야할점이있다. 전동차의플랫폼진입및진출시의안정적인데이터통신유지를위한 Hand-Off와각각의통신사인증과같은기술을구현하기위해서는같은채널을유지하고다른신호가해당채널을사용하지않는것이유리하기때문에 1,6,13채널배치가가장효과적일것이다. 따라서 KT 의모든 Wi-Fi 신호는 1 채널, SKT 의모든 Wi-Fi 신호는 13 채널을 사용하도록하고 LG U+ 의경우는 6 채널을사용하는것의최적의채널배치로보인다. Ⅵ. 결론신호가 2개, 3개, 4개인상황에서사용할수있는대역폭을변화시키며다양한채널배치에서의통신성능을측정한결과각각의경우에서의최적의채널배치뿐만아니라 Wi-Fi 신호간간섭의상관관계도파악할수있었다.
신호가 2개인경우의결과로부터인접채널간섭으로인한 Downlink 성능저하가매우큼을직접적으로확인할수있었다. 2개신호가같은채널을사용하는경우의성능이상당히우수했으며간격이 8개채널인경우의성능이이와비슷했다. 그리고점차회복되는경향을보여신호간간격이 12개채널인경우간섭이없는경우성능의 60% 까지회복되었다. Uplink 성능의경우 Downlink 성능과같이확실한경향성은찾을수없었다. 다만신호간간격이 7개채널인경우까지는성능이회복되는경향을보였다. 신호가 3개, 4개인경우의결과는앞에서찾은경향을뒷받침해주었다. 신호가 3개인경우의통신성능은 2-0-0-0-0-0-0-0-1 배치와 1-0-0-1-0-0-0-0-1 배치, 모든신호를하나의채널에배치한경우가우수했다. 주목할만한점이라면방송통신위원회에서권고한채널배치는눈에띄게좋은편이아니었다는점이다. 성능이가장우수했던 2-0-0-0-0-0-0-0-1 배치의경우에 80% 에불과했다. 신호가 4개인경우에는모든신호를하나의신호에배치한경우의성능이가장우수했다. 위와같은결과를바탕으로최적채널알고리즘을제안했다. 기존의최적채널알고리즘은방송통신위원회에서권고한최적채널중임의로하나의채널을선택하는것으로보였다. 실제실험값을바탕으로설계한알고리즘이기때문에기본알고리즘에비해간섭최소화능력이뛰어날것이다. 또한지하철에서의통신사 Wi-Fi 의최적채널배치도제안했다. 지하철전동차에는 KT 와 SKT, 플랫폼에는 KT, SKT, LG U+ 의 Wi-Fi 신호만이존재하며 Hand-Off 와사용자 인증등의기술을고려했다. 그결과 KT 의모든 Wi-Fi 신호는 1 채널, SKT 의모든 Wi-Fi
신호는 13 채널을사용하도록하고 LG U+ 의경우는 6 채널을사용하는것의최적의채널 배치이다. 아쉬운점은실험시 Bluetooth와같이 2.4Ghz 대역의다른신호의존재여부를확인하지못했고존재하는모든경우의수를적절히분류해각각에대해최적채널배치를구하지못했다는점이다. 또한실험상의오차로추정되는결과값도존재했다. 추후연구에서는이와같은문제점들을보완하고실제상황에직접적으로적용될수있는경우에서의최적의채널배치에대해심도있게연구할것이다.
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부록 채널배치에따라통신성능 _Microsoft Office Excel 신호간채널간격 Case 1 Case 2 평균 0 18668.0 19885.0 19276.5 1 488.0 570.0 529.0 2 131.0 1275.0 703.0 3 1909.0 4148.0 3028.5 4 10848.0 12486.0 11667.0 5 7313.0 18596.0 12954.5 6 10846.0 19636.0 15241.0 7 12714.0 17665.0 15189.5 8 18668.0 19885.0 19276.5 9 16324.0 25859.0 21091.5 10 19656.0 22288.0 20972.0 11 25466.0 25505.0 25485.5 12 26633.0 26657.0 26645.0 단일신호 42485.0 신호간채널간격 Case 1 Case 2 평균 0 16646.0 16784.0 16715.0 1 12326.0 16384.0 14355.0 2 12441.0 16032.0 14236.5 3 13790.0 15188.0 14489.0 4 14090.0 19322.0 16706.0 5 16712.0 19511.0 18111.5 6 18188.0 19515.0 18851.5 7 18567.0 21679.0 20123.0 8 19118.0 20176.0 19647.0 9 19858.0 20095.0 19976.5 10 18402.0 24759.0 21580.5 11 16906.0 22315.0 19610.5 12 16714.0 23623.0 20168.5 단일신호 37879.0 할당대역폭 신호배치 Case 1 Case 2 Case 3 평균 1 개채널 3 5867.0 6514.0 6665.0 6348.7 2 개채널 2-1 33.0 46.0 50.0 43.0 3 개채널 2-0-1 283.0 464.0 623.0 456.7 1-1-1 16.0 63.0 84.0 54.3 5 개채널 2-0-0-0-1 3028.0 4408.0 8370.0 5268.7 1-1-0-0-1 56.0 255.0 277.0 196.0
7 개채널 9 개채널 1-0-1-0-1 362.0 539.0 721.0 540.7 2-0-0-0-0-0-1 8408.0 8513.0 9675.0 8865.3 1-1-0-0-0-0-1 81.5 98.0 1584.0 587.8 1-0-1-0-0-0-1 1183.0 1202.0 2334.0 1573.0 1-0-0-1-0-0-1 6701.0 6736.0 6980.0 6805.7 2-0-0-0-0-0-0-0-1 5327.0 9593.0 13710.0 9543.3 1-1-0-0-0-0-0-0-1 64.5 77.9 1016.0 386.1 1-0-1-0-0-0-0-0-1 5867.0 6514.0 6665.0 6348.7 1-0-0-1-0-0-0-0-1 33.0 46.0 50.0 43.0 1-0-0-0-1-0-0-0-1 283.0 464.0 623.0 456.7 할당대역폭 신호배치 Case 1 Case 2 평균 1 개채널 3 14513.0 14668.0 14742.0 14641.0 2 개채널 2-1 4921.0 7102.0 9348.0 7123.7 3 개채널 2-0-1 4308.0 9151.0 10177.0 7878.7 1-1-1 1342.0 1987.0 2331.0 1886.7 2-0-0-0-1 4757.0 4987.0 5315.0 5019.7 5 개채널 1-1-0-0-1 9178.0 13182.0 16148.0 12836.0 1-0-1-0-1 7743.0 8920.0 11155.0 9272.7 2-0-0-0-0-0-1 1968.0 15373.0 17522.0 11621.0 7 개채널 1-1-0-0-0-0-1 329.0 2127.0 3026.0 1827.3 1-0-1-0-0-0-1 8600.0 12267.0 13124.0 11330.3 1-0-0-1-0-0-1 7019.0 7564.0 8107.0 7563.3 2-0-0-0-0-0-0-0-1 11702.0 15370.0 16147.0 14406.3 1-1-0-0-0-0-0-0-1 8346.0 10977.0 11897.0 10406.7 9 개채널 1-0-1-0-0-0-0-0-1 14513.0 14668.0 14742.0 14641.0 1-0-0-1-0-0-0-0-1 4921.0 9102.0 11348.0 8457.0 1-0-0-0-1-0-0-0-1 4308.0 9151.0 10177.0 7878.7 할당대역폭 채널배치 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 평균 1 개채널 4 2515.0 2703.0 3396.0 3435.0 3012.3 2 개채널 3-1 14.8 26.3 39.0 75.2 38.8 2-2 10.2 14.0 19.8 23.0 16.8 3-0-1 248.0 370.0 405.0 750.0 443.3 3 개채널 2-1-1 13.5 77.8 139.0 146.0 94.1 1-2-1 16.0 23.0 27.6 97.0 40.9 4 개채널 3-0-0-1 29.7 85.0 395.0 4319.0 1207.2
5 개채널 6 개채널 2-1-0-1 12.1 14.6 18.0 82.2 31.7 1-2-0-1 30.0 100.0 130.0 162.0 105.5 1-1-1-1 4.3 15.2 92.0 104.0 53.9 3-0-0-0-1 766.0 913.0 1433.0 1876.0 1247.0 2-1-0-0-1 39.0 39.2 43.1 102.0 55.8 1-2-0-0-1 27.0 46.3 79.5 87.0 60.0 2-0-1-0-1 104.0 112.0 192.0 347.0 188.8 1-1-1-0-1 35.7 49.0 56.0 63.0 50.9 1-0-2-0-1 247.0 258.0 398.0 642.0 386.3 2-0-0-1-1 54.0 281.0 295.0 388.0 254.5 1-1-0-1-1 24.0 34.5 35.0 74.1 41.9 3-0-0-0-0-1 1274.0 1452.0 1583.0 6418.0 2681.8 2-1-0-0-0-1 12.5 68.5 75.0 89.0 61.3 1-2-0-0-0-1 50.3 63.0 101.0 691.0 226.3 2-0-1-0-0-1 34.0 58.0 108.0 881.0 270.3 1-1-1-0-0-1 19.5 79.0 143.0 250.0 122.9 1-0-2-0-0-1 44.0 47.0 91.0 282.0 116.0 2-0-0-1-0-1 22.0 2180.0 3882.0 4656.0 2685.0 1-1-0-1-0-1 119.0 206.0 451.0 1282.0 514.5 1-0-2-0-0-1 11.0 79.0 208.0 428.0 181.5 2-0-0-0-1-1 101.0 126.0 146.0 222.0 148.8 1-1-0-0-1-1 27.0 33.0 46.0 125.0 57.8 할당대역폭 채널배치 Case 1 Case 2 Case 3 Case 1 평균 1 개채널 4 10107.0 10364.0 10423.0 14891.0 11446.3 2 개채널 3-1 713.0 4354.0 4822.0 5452.0 3835.3 2-2 3565.0 4593.0 6625.0 9365.0 6037.0 3-0-1 451.0 4784.0 4841.0 4940.0 3754.0 3 개채널 2-1-1 1697.0 2297.0 5095.0 5434.0 3630.8 1-2-1 1791.0 2605.0 7602.0 10785.0 5695.8 3-0-0-1 697.0 3900.0 4213.0 7789.0 4149.8 4 개채널 2-1-0-1 1414.0 3379.0 6665.0 7651.0 4777.3 1-2-0-1 1080.0 1641.0 8832.0 13281.0 6208.5 1-1-1-1 773.0 883.0 2573.0 2956.0 1796.3 3-0-0-0-1 2821.0 7579.0 9893.0 11231.0 7881.0 2-1-0-0-1 661.0 6243.0 10848.0 11138.0 7222.5 1-2-0-0-1 3848.0 4316.0 6453.0 9037.0 5913.5 5 개채널 2-0-1-0-1 3118.0 5128.0 5428.0 7016.0 5172.5 1-1-1-0-1 2482.0 2566.0 2903.0 4058.0 3002.3 1-0-2-0-1 4589.0 4605.0 5341.0 7680.0 5553.8 2-0-0-1-1 2334.0 4140.0 6563.0 6773.0 4952.5 1-1-0-1-1 2217.0 2431.0 3785.0 4782.0 3303.8 3-0-0-0-0-1 3725.0 10009.0 11207.0 11299.0 9060.0 2-1-0-0-0-1 751.0 2734.0 3847.0 4186.0 2879.5 6 개채널 1-2-0-0-0-1 2946.0 4445.0 8085.0 11978.0 6863.5 2-0-1-0-0-1 1203.0 3487.0 5668.0 6026.0 4096.0 1-1-1-0-0-1 2644.0 3054.0 3813.0 3825.0 3334.0
1-0-2-0-0-1 4182.0 4428.0 9590.0 11506.0 7426.5 2-0-0-1-0-1 2388.0 7090.0 8926.0 10656.0 7265.0 1-1-0-1-0-1 4850.0 4938.0 5311.0 5563.0 5165.5 1-0-2-0-0-1 4233.0 4428.0 5127.0 6173.0 4990.3 2-0-0-0-1-1 3027.0 3745.0 4544.0 8684.0 5000.0 1-1-0-0-1-1 1884.0 2225.0 4430.0 8326.0 4216.3 순서도원본 _Microsoft Office Visio
시작 주위에신호가있는가? 아니오 13 채널선택 끝 예 신호가 1 개인가? 존재하는 예 신호의 5 n<10? 예 n 채널선택 채널 =n 아니오 끝 아니오 존재하는신호와의채널간격이가장넓은채널선택 끝 존재하는신호와의채널간격이가장넓은채널선택 끝 아니오 신호가 2 개인가? 예 신호중하나의채널 =n 2 개신호간채널간격 =l l=0? 예 5 n 10? 예 n 채널선택 끝 아니오 아니오 1 l 4? 아니오 예 2 개신호중가까운신호와의채널간격이가장넓은채널선택 끝 n 채널선택 끝 신호가 3 개인가? 예 3 개신호가같은채널을사용하는가? 신호중 예 하나의 6 n 9? 예 n 채널선택 채널 =n 끝 아니오 아니오 최대한멀리떨어진채널선택 끝 아니오 3 개신호의채널간격 =k 1 k 5? 예 3 개신호중가까운신호와의채널간격이가장넓은채널선택 끝 아니오 3 개신호중다른신호와가장멀리떨어져있는신호의채널선택 끝 3 개신호중다른신호와가장멀리떨어져있는신호의채널선택 끝