위성 TDMA 네트워크에서 분산 동기 및 타임 슬롯 할당 기법

Abstract

위성 통신에서 효율적으로 운용하기 위해 FDMA, TDMA, SS-TDMA, CDMA, MF-TDMA 등 다양한 접속 방식이 제안되어 연구가 이루어져왔다. 하지만 FDMA는 위성의 통신망 운용 및 구축비용이 상당히 고가이며 주파수 사용상의 비효율성과 broadcast가 지원되지 않는다는 점에서 데이터링크로의 사용은 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 위성 네트워크에서는 TDMA 방식을 주로 이용되어 왔고, TDMA방식은 환경에 따라 프레임 구조를 설계해 가변적으로 사용이 가능하여 운용 효율이 상당히 뛰어나다. TDMA는 하나의 주파수를 여러 사용자가 시간 축에 맞게 설계하여 작은 슬롯을 사용하는 방식으로 각자 사용자에게 할당된 슬롯 구간을 다른 사용자의 슬롯 구간과 겹치지 않도록 하는 다중 통신 방법이다. 그러므로 네트워크에 속한 여러 사용자들 중복되지 않도록 정확한 순간에 데이터를 전송하기 위해 정확한 시간 동기가 필수적이다. 코디네이터와 메시지 교환을 통한 현재 위성 네트워크는 중앙집권적인 시간 동기 획득 방안이 주로 사용 되며, 환경에 따라 분산 환경에서는 단말의 이동으로 인해 위치와 함께 전송 지연 시간의 오차가 생기게 되므로 지속적인 시간 동기를 단말이 단독적으로 추정하여 시간 동기를 획득하는데 어려움을 갖는다. 이에 따라 제한된 상황을 위한 정확한 시간 동기가 요구된다. 본 논문에서는 코디네이터가 존재하지 않는 분산 환경에서 단말이 정확한 동기 획득을 위해 각 단말을 클래스 별로 분류하여 가드 타임을 설정하고 전파 지연 차이에 따라 통신 반경 내에 존재하는 단말의 RTT정보를 활용하여 시간 오차를 수정하여 슬롯 할당 및 시간 동기 획득 방안을 제시한다. 제안하는 기법을 통해 위성 TDMA 네트워크 기반의 분산 환경에서는 오버히어링이 가능하다는 장점을 활용하여 빈 슬롯의 정보와 비콘 정보를 획득하여 시간 동기의 높은 효율성을 보장하였다. 모의실험은 제안하는 기법과 기존 분산 환경에서 적용 가능한 시간 동기 획득 기법과의 비교를 통해 MATLAB을 이용하여 성능을 검증하였다.