협력 중계를 이용한 IEEE 802.16j 네트워크를 위한 상향 링크에서의 통합 대역 할당 및 경로 선택 기법

Abstract

본 논문에서는 요구되는 통신 거리가 길고 LOS 확보가 쉽지 않은 산악 지형이 보편적인 군 전술 통신 환경에서 커버리지 확장과 음영 지역 제거를 위한 협력 중계 기반의 IEEE 802.16j 네트워크를 고려한다. 이를 통해 IEEE 802.16j 네트워크의 상향 링크(UL)에서 협력 중계 전송을 위한 대역 할당과 경로 선택을 통합적으로 수행하는 기법을 제안한다. 이를 위해 OFDMA 프레임 구조에서 협력 중계에 의한 처리율 증가량과 UL 접속 구간 및 UL 중계 구간의 대역 제한폭을 고려하여 전체 시스템의 데이터 처리율을 최대화하는 최적화 문제를 정의하고, 다중 차원 다중 선택 배낭 문제(MMKP)로 변환 후, 전역 탐색 알고리즘을 이용하여 최적해를 구한다. 협력 중계를 이용하지 않는 경우에 대해서도 최적화 문제를 정의하고, MMKP 기반 기법을 제안한다. 성능 비교를 위해 링크 품질 기반 (LQB) 기법의 전체 시스템 처리율도 평가한다. 군 전술 통신 환경 중 LOS 확보가 쉽지 않은 산악 지형 환경에서 OPNET 기반 시뮬레이션을 통해 제안하는 기법들의 전체 시스템 처리율을 비교 분석하고, 제안하는 MMKP 기반 기법들이 LQB 기법들에 비해 좋은 성능을 나타냄을 보이고, 협력 중계를 사용하는 기법들이 그렇지 않은 기법들보다 더 높은 전체 시스템 처리율을 제공함을 보인다. In this paper, we propose a joint bandwidth allocation and path selection scheme for IEEE 802.16j networks in uplink with cooperative relaying, and we evaluate the performance of the proposed scheme by using OPNET based simulation in hilly terrain with heavy tree density. The proposed scheme maximizes the system throughput in uplink with cooperative relaying in IEEE 802.16j networks. Then, we transform the proposed scheme into multi-dimensional multiple choice knapsack problem (MMKP) based scheme. We also propose uplink throughput maximization scheme and MMKP based scheme without cooperative relaying. We show that the system throughput of the proposed MMKP based scheme is higher than that of link quality based scheme, and cooperative relaying provides higher system throughput than the conventional case without cooperative relaying in uplink.