IEEE 802.15.4에서 대역폭 사용 효율 향상을 위한 적응적 GTS 할당 기법

Abstract

저속 WPAN을 위한 국제 표준인 IEEE 802.15.4의 슈퍼프레임 구조는 경쟁 기반의 액세스 구간인 CAP(Contention access period)와 QoS를 지원하기 위해 경쟁 없이 일정 대역폭을 할당하는 CFP(Contention free period) 구간으로 나누어진다. 그 중 CFP를 구성하는 GTS (Guaranteed time slot)는 최대 7개까지만 할당할 수 있어 QoS를 지원할 수 있는 장치의 개수도 제한될 수밖에 없다. 또한 슬롯 단위로 대역폭을 할당하므로, BO(Beacon order) 또는 SO(Superframe order) 값이 증가하여 각 타임 슬롯의 크기가 커질 경우 정밀한 대역폭 할당이 어려워지므로 대역폭 사용 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 본 논문에서 제안한 방안은 BO 또는 SO 값이 증가할수록 CFP 구간의 타임 슬롯 크기를 줄임으로써 CFP 구간에서의 대역폭 낭비를 최소화하고, 기존 프로토콜을 수정하여 최대 127개의 GTS 할당이 가능하도록 하였다 성능분석 결과 제안 방안이 기존 IEEE 802.15.4 표준 규격에 비해 CFP 구간에서의 대역폭 사용 효율을 크게 증가시킴을 확인할 수 있었다. The superframe structure of IEEE 802.15.4, an international standard for low rate WPAN, is composed of CAP(Contention access period) and CFP(Contention free period). CAP is the contention-based access period, while CFP is contention-free access period for supporting QoS by allocating fixed bandwidth. The standard can support QoS for only a few devices, because the maximum number of GTSs is 7. Furthermore, as the value of BO (Beacon order) or SO (Superframe order) increases, the size of a time slot increases. This makes it difficult to precisely allocate bandwidth for any device, because the bandwidth is allocated by the unit of GTS. The proposed scheme of this paper can reduce the waste of BW in CFP by adaptively reducing the size of a time slot in CFP as the value of BO or SO increases and increase the number of GTSs to 127 by modifying the standard. The performance analysis shows that the proposed scheme can dramatically increase the bandwidth utilization during the CFP when comparing with IEEE 802.15.4.