이동 멀티-홉 릴레이 망의 분산 스케줄링을 위한 경로 선택방법 document_id A220623070860

근래 IEEE 802.16의 중계기 태스크 그룹(Relay Task Group)에서는 높은 속도와 저렴한 비용에서의 광대역 무선 접속을 위한 이동 멀티-홉 릴레이(MMR : Mobile multi-hop relay)에 관한 새로운 표준을 계발 중에 있다. IEEE 802.16j MMR 시스템은, 기존의 Wibro/Wimax 망과 같은 광대역 무선 접속 통신망에 있어서, 기지국의 서비스 영역(coverage)을 확장시키고 데이터 처리율(throughput) 향상과 통신 링크의 신뢰성을 확보하기 위한 것이다. 또한, 단말기가 기지국 보다 더 가까운 곳에 위치한 중계기와 연결 되면서 단말기의 파워 또한 절약될 수 있다. 한편 IEEE 802.16j 에 따르면, 중계기는 도입 목적에 따라 두 가지 모드로 정의 되어 있다. 하나는 투명 모드(transparent mode)로서, 단말기의 위치가 기지국 영역 내에 있지만 낮은 신호 품질 때문에 기지국이 방송(broadcast)한 UCD/DCD또는 DL-MAP/UL-MAP과 같은 제어정보만을 직접 수신할 수 있는 경우이다. 이 경우 중계기는 데이터 채널만을 단말에게 전달하며 기지국에서 직접 제어정보를 단말에게 전달한다. 다른 하나는 비투명 모드(non-transparent mode)라고 불리는데, 이는 기지국 영역 밖에 위치하여 서비스를 받지 못하는 단말기를 위한 경우이다. 제어 채널과 데이터 채널 모두 중계기에서 중계함으로써, 단말기와 기지국간의 통신이 가능하게 해주는 방식이다. 이 경우 초기 망 진입(network entry), 레인징(ranging)등의 과정을 중계기가 단말을 대신하여 수행한다. 새로운 중계기(New RS)가 기존의 통신망에 진입할 때나 이동형 중계기(mobile relay station)가 망으로 이동하여 진입할 때, 이 진입하는 중계기는 기존의 중계기나 기지국과 등록 절차를 수행해야 한다. 802.16e 규격에서는 기지국과 각 단말기의 접속은 CID에 의해 구별되어 수행된다. 한편 MMR망에서는 기지국과 단말기 사이에는 하나 또는 그 이상의 중계기들이 존재할 수 있기 때문에 RS들의 경로 설정이 필요하다. 중계기 경로 설정은 제한된 무선 자원을 고려하여 기지국까지의 가장 적합한 경로를 찾아 선택하는 것이 요구된다. 종래 MMR망에 대하여 알려져 있는 두 가지 경로 설정 방법은 중앙집중식 라우팅(centralized routing) 분산 라우팅(distributed routing) 방식이다. '분산 라우팅'에서는 각각의 중계기에서 경로 선택을 위한 정보들을 독립적으로 제공한다. '중앙집중식 라우팅'에서는 오직 기지국만이 MMR망의 토폴로지를 알고 있으며 경로 정보를 저장하고 있다. 이 경우 기지국은 소스 라우팅(source routing)을 사용할 수 있으며 각각의 중계기는 수신된 데이터로부터 주어진 경로를 따라서 단지 전달하는 역할만을 수행한다. MMR망 에서 중계기의 수가 증가함에 따라 '중앙집중식 라우팅'방식으로 전체 망을 관리 하는데 어려움을 갖게 된다. 또한'홉(hop)'수가 증가 할수록 단말과 기지국의 통신 지연이 커지게 되며 채널을 중계시 추가적인 무선 자원이 필요로 하게 된다. 따라서 경로 선택에 있어서 통신지연 감소와 효율적인 무선자원 사용을 위하여'분산 라우팅'에 기초한 분산 경로 선택 기술이 요구된다. 최근 802.16의 MMR에 관하여 다수의 논문에서 연구가 이루어지고 있다. 예컨대, 논문 Ohyun Jo, and Dong-Ho Cho "Traffic adaptive uplink scheduling scheme for relay station in IEEE 802.16 based multi-hop system", The IEEE 66th Vehicular Technology Conference, Sept. 30 2007-Oct. 3 2007.에서는 효율적인 대역폭 관리와 지연 성능을 높이기 위한 중계기의 업 링크 스케줄링 방식을 제안하였다. 그러나 Ohyun Jo, and Dong-Ho Cho의 논문에서는 단순히 기지국과 중계기의 스케줄링만을 고려하고 있을 뿐이고, 다수의 중계기로 구성된 MMR망에서 각각의 중계기가 어떠한 방식으로 경로를 선택할 것인지의 문제는 논의되어 있지 않다. 한편, 기존의 802.16 mesh를 기반으로 하여 노드의 경로 선택에 관한 연구로서 알려져 있는 것은, 예컨대 논문 Hung-yu Wei, Samrat Ganguly, Rauf Izmailov, and Zygmunt Haas, "Interference-Aware IEEE 802.16 WiMax Mesh Networks", The 61st IEEE Vehicular Technology Conference, May 2005과, 논문 Yang Cao, Zhimin Liu, and Yi Yang, "A Centralized Scheduling Algorithm based on Multi-path Routing in WiMAX Mesh Network", Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Sept. 2006, 및 논문 Nahle, S., Iannone, L., Donnet, B., and Malouch, N. "On the construction of wimax mesh tree", IEEE Communications Letters, December 2007 등에 의한 기술들이 있으나, 이들도 역시 중앙집중식 스케줄링 스킴(centralized scheduling scheme)을 전제로 하고 있을 뿐이어서, 여전히 다수의 중계기로 구성된 MMR망에서 각각의 중계기가 어떠한 방식으로 경로를 선택할 것인지에 대해서는 언급하고 있지 않다. 그러므로 다수의 중계기를 포함하는 멀티-홉 기반의 MMR망에서 각각의 중계기로 하여금 중앙집중식 라우팅 방식이 아니라 분산 스케줄링 방식으로 최적의 경로를 선택할 수 있게 하는 새로운 기술에 대한 요구가 절실히 존재한다.