군 위성통신 저속링크의 접속 클래스 제어 적용 방안 연구

Abstract

위성통신은 광범위한 지역에 대한 서비스가 가능한 광역성과 지역과 관계없이 서비스가 가능한 동보성이라는 장점이 있는 반면에, 주파수 자원이 상대적으로 高價이므로 주파수를 효율적으로 사용하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 군 위성통신에서는 Random Access 채널의 접속 방식으로서 Slotted Aloha 방식을 사용하는데, 이보다 주파수 효율성이 높은 DSA 및 CRDSA 등을 위성통신에 사용하는 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 대량의 단말이 동시에 망 접속을 시도하는 링크 초기화 및 긴급 상황 등의 네트워크 혼잡 상태에서는 LTE에서 사용하는 접속 클래스 제어 방법인 Access Class Barring 방식과 같이, 클래스 별로 우선 순위를 부여하여 제한된 자원을 차등으로 할당하는 방식이 자원 활용 측면에서 더 유리하다. 본 논문에서는 군 위성통신-II 저속링크의 네트워크 혼잡 상황에서 단말의 우선 순위에 따라 우선 순위가 높은 단말의 위성 중심국 접속 확률을 높이는 접속 클래스 제어 방식 및 알고리즘을 제안한다. 기존 LTE의 접속 클래스 제어 방식은 클래스가 다르더라도 동일한 제어 채널 자원에 대해 모든 클래스가 접속하는 방식이지만, 제안하는 접속 클래스 제어 방식은 클래스 별로 제어 채널 자원을 분리하여 접속하게 함으로써, 우선 순위가 높은 접속 클래스에 대한 성능을 개선하는 알고리즘을 적용하였다. 또한, 상위 클래스에 속한 단말이 전송할 메시지가 없을 경우, 해당 클래스의 주파수 자원을 하위 클래스에서 사용하도록 하는 승계 규칙을 적용하였다. 본 논문에서는 제안된 방식의 검증을 위하여 네트워크 시뮬레이션 툴인 OPNET을 사용하였다. 시뮬레이션은 Access Barring을 하지 않고 Slotted Aloha만 적용한 경우, Access Barring을 적용한 경우, Access Class Barring을 적용한 경우, 마직막으로 본 논문에서 제안된 방식으로 Access Class Barring을 적용한 경우의 4가지에 대해 수행하였다. 성능 지표로는 클래스 별 전송 성공률, 지연 시간과 종료 시간을 선정하였고, 전체 단말의 평균 성공률, 지연 시간과 Throughput을 선택하였다. 또한 성공 단말 수, 충돌 횟수와 메시지 전송 횟수 결과도 도출하였다. 시뮬레이션 결과, 우선 순위가 높은 단말에 대해서 제안된 방법을 적용하였을 경우, 기존의 Access Barring 및 Access Class Barring을 적용한 경우보다 전송 성공률, 지연 시간 및 종료 시간에 대해 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 제안한 기법은 군 위성통신-II 저속링크의 혼잡상황에 대한 적용뿐 아니라, 제한된 자원 상황에서 우선 순위가 높은 클래스에 차별화된 서비스를 제공하기 위한 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.