Frequency Band Selection for WLAN Using Multiple Bands of 5 GHz/60 GHz
Tae Hun Jeong, Dong Geun Jeong · 한국통신학회논문지 · 2014
The multi-band wireless local area network (WLAN) using 60 GHz band and the lower band (typically 2.4 GHz/5 GHz band) can support the very high data rate in short-distance communication using 60 GHz band and the long-distance communication using the lower band. For heightening the efficiency of multi-band WLAN, an band selection scheme is a necessity. In this paper, we propose an effective frequency band selection scheme for multi-band WLANs. By using computer simulation with NS-3, we show the performance of the proposed schemes when the stations suffer from the human blockage and the log-normal shadowing. ※ 본 연구는 한국외국어대학교 교내학술연구비의 지원으로 수행되었습니다. ※ 본 연구의 일부 결과는 Joint Conference on Communications and Information (JCCI) 2014에서 발표되었습니다[14]. First Author : Hankuk University of Foreign Studies, Dept. of Electronics Engineering, [email protected], 학생회원 ° Corresponding Author : Hankuk University of Foreign Studies, Dept. of Electronics Engineering, [email protected], 정회원 논문번호:KICS2014-08-322, Received August 27, 2014; Revised October 28, 2014; Accepted November 18, 2014 I. 서 론 무선랜(WLAN: wireless local area network) 사용 이 일반화됨에 따라, WLAN을 통해 다양한 통신 및 방송 서비스를 제공받으려는 요구가 점증하고 있다. 그 중에서도 무압축 동영상 전송이나 무선 비디오 게 임 등의 서비스는 Gbps급의 고속 데이터 전송을 필요 로 한다. 고속 전송을 위해서는 넓은 대역폭이 필요한 데, 기존의 WLAN이 사용하던 2.4 GHz 또는 5 GHz 비면허 대역에서는 충분히 넓은 대역폭을 확보하기 논문 / 5 GHz/60 GHz 다중대역을 사용하는 WLAN을 위한 대역이동 결정 기법 719 어렵다. 이에 대한 유력한 대안 중 하나가 60 GHz 비 면허 대역을 이용하는 방안이다. 최근 60 GHz 비면허 대역에서 동작하는 WLAN과 WPAN(wireless personal area network)에 관한 표준으로 ECMA-387 , IEEE 802.15.3c, IEEE 802.11ad 등이 제정되어 왔다. 802.11ad 표준은 60 GHz 대역에서 2.16 GHz의 대역폭을 사용하여 최대 6.75 Gbps의 전송속도를 제 공하는 WLAN을 규정하고 있다. 잘 알려진 바와 같 이 60 GHz 대역 신호는 2.4 GHz 또는 5 GHz 대역의 신호에 비해 직진성이 강하고 경로손실이 심해 장애 물에 취약하고 사용가능 거리가 짧은 단점이 있다. 통 신 거리를 증가시키기 위해 대부분의 60 GHz 대역을 사용하는 WLAN(60 GHz WLAN)에서는 빔포밍 (beamforming) 기술을 사용하여 안테나 이득을 높인 다. 그럼에도 불구하고, 일반적으로 60 GHz WLAN 의 서비스 영역은 낮은 주파수 대역에서 동작하는 기 존 WLAN에 비해 여전히 작다. 결국 60 GHz 대역을 사용하면 전송속도를 높일 수 있으나 서비스 영역이 작고, 2.4 GHz 또는 5 GHz 대역을 사용하면 서비스 영역은 크지만 상대적으로 높은 전송속도를 제공할 수는 없다. 60 GHz 대역과 낮은 주파수 대역을 모두 사용하는 다중대역 WLAN을 이용하면 두 주파수 대역의 장점 을 모두 취할 수 있다. 이를테면 송수신 단말이 충분 히 가까우면 60 GHz 대역을 사용하여 Gbps 속도로 통신을 하고 단말 간의 거리가 멀면 낮은 주파수 대역 에서 동작하여, 어떠한 경우에도 최적의 전송속도를 제공할 수 있다. 다중대역 WLAN의 또 다른 장점으 로, 트래픽의 특성에 따라 적절한 대역을 선택하여 사 용함으로써 사용자에게 더 나은 서비스 품질(QoS: quality of service)을 제공할 수도 있다. 예를 들어, VoIP 서비스와 같이 저속이면서 지연시간에 민감한 서비스는 2.4 GHz 또는 5 GHz 대역을 사용하고, 고 화질 동영상 스트리밍 서비스와 같이 지속적인 고속 전송이 필요한 서비스는 60 GHz 대역을 사용하는 방 법이 있다. 시변 채널(time-varying channel) 환경에 서 이러한 다중대역 WLAN의 장점을 극대화하려면, 채널 상태의 변화에 따라 WLAN의 동작대역을 적절 히 변경하는 효율적인 대역이동 방안이 필수적이다. 셀룰러통신의 핸드오버에 비견되는 다중대역 WLAN 의 대역이동에서는 끊김 없는 이동이 무엇보다 중요 하다. 이를 지원하는 대역이동 방안에는 대역이동 시 기를 판단하는 대역이동 결정 기법과 신속한 대역이 동 절차(프로토콜)가 포함된다. 이 둘 중 통신 절차 또 는 프로토콜 자체는 표준화하는 것이 일반적이지만, 대역이동을 수행할지 결정하는 방법은 구현에 관한 문제이다. 본 논문은 효과적인 대역이동 결정 기법을 설계하고 그 성능을 평가하는데 초점을 둔다. 이와 더 불어 대역이동 메커니즘의 구현과 관련된 제어프레임 의 전송속도 선택 방법에 대해서도 함께 살펴본다. 본 논문의 구성은 아래와 같다. 제2 장에서는 다중대역 WLAN에 관한 기존 연구 를 개괄한다. 제3 장에서는 연구 대상 WLAN 모델을 소개하고, 본 논문에서 고려하는 통신 시나리오를 설 명한다. 제4 장에서는 제안하는 대역이동 결정 기법과 제어프레임의 전송속도 선택 방법을 설명한다. 제5 장 에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 기법의 성 능을 분석을 하고, 제6 장은 이 논문의 결론이다.