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dc.contributor.advisor박경준-
dc.contributor.authorSunghwa Son-
dc.contributor.other손성화-
dc.contributor.other김종현-
dc.contributor.otherKyung-Joon Park-
dc.date.accessioned2020-06-22T16:03:53Z-
dc.date.available2020-06-22T16:03:53Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttp://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000283183en_US
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.11750/12024-
dc.descriptionWireless network, network design, safety-critical applications, quality of service-
dc.description.abstractRecent advances in wireless communication technology have enabled large and small wireless nodes to communicate with each other even when they are not physically connected and have mobility. To take advantage of these advantages, wireless communication technologies applied in various fields, including safety-critical networks. In safety-critical environments, catastrophic consequences can be occurred including equipment damage and life-threatening, such as death or injury, when the system fails to operate normally. From the network perspective, problems can arise if they fail to meet the special requirements of safety-critical applications, thus the problems can be solved or prevented by guaranteeing quality of service (QoS). However, it is hard to meet the requirements with commercial networks, thus a suitable network design is need that can reflect the environment of the safety-critical network. This dissertation proposes a network design to guarantee service quality in three areas of safety-critical environment: 1) medical network, 2) vehicle network, and 3) tactical network. The problems of each environment and the proposed solution can be summarized as follows. In medical environments, various medical and non-medical data are transmitted through wireless channels, and the quality of service requirements and the importance of each traffic are different. Since important medical data are directly related to the patient's life, transmission opportunity should be differentially provided based on their priorities. Therefore, we propose an algorithm that adjusts channel access probability of low priority traffic to guarantee medical-grade quality of service and improve overall network performance. In addition, we performed admission control by deriving a model that can calculate real-time traffic capacity to avoid network saturation. For driving safety, all vehicles in the vehicle network periodically broadcast their state information such as location, speed, acceleration, brakes, etc., with beacon signals. However, in a real-time changing vehicle network environment, channel congestion can be occurred without proper action on the periodically broadcast beacons and it makes hard to receive beacons, which result in a potential threat to drivers such as traffic accidents. To provide safety in vehicle network environment with beacon reception guarantee, we propose a congestion control algorithm based on beacon inter-reception time. Simulation results obtained through OMNeT ++ show that the performance of the proposed algorithm outperforms the conventional schemes. As a representative safety-critical network, sensor information, command and control (C2) information, and situational awareness information transmitted through the tactical network can adversely affect to soldier survivability and military operational success rate if not delivered in time or lost. In addition, a tactical network have a poor environment due to lack of infrastructure, frequent node mobility, and crowded environment and require a reliable network system that can fulfill the requirements of tactical traffic. As a solution of such a tactical network, we propose a situational backoff reset algorithm based on channel preemption to prioritize tactical traffic in consideration of importance and urgency according to the mission and satisfy the requirements.-
dc.description.statementofresponsibilityprohibition-
dc.description.tableofcontentsAbstract List of contents List of tables List of algorithm List of figures Ⅰ. INTRODUCTION 1.1 Background 1.1.1 IEEE 802.11 WLAN 1.1.2 IEEE 802.11e for QoS 1.1.1 IEEE 802.11p for V2X 1.2 Research problems and solution approaches 1.2.1 Healthcare applications 1.2.2 Vehicle-to-vehicle safety beacon in VANET 1.2.3 Tactical network traffic 1.3 Dissertation organization Ⅱ. ROBUST NETWORK DESIGN FOR HEALTHCARE 2.1 Introduction 2.2 Motivation 2.2.1 Background of IEEE 802.11e 2.2.2 Problem statement via preliminary simulation 2.3 Related work 2.4 Proposed algorithm 2.4.1 Adaptive AIFS scheme 2.4.2 Admission control with network capacity analysis 2.5 Performance evaluation 2.5.1 Simulation configuration and performance indices 2.5.2 Performance comparison 2.5.3 Effect of admission control 2.6 Conclusion Ⅲ. ROBUST NETWORK DESIGN FOR V2V COMMUNICATIONS 3.1 Introduction 3.2 Conventional Congestion Control Algorithms 3.3 Beacon Inter-Reception Time Ensured Adaptive Transmission (BEAT) 3.4 Performance of BEAT 3.4 Conclusions Ⅳ. ROBUST NETWORK DESIGN FOR TACTICAL APPLICATIONS 4.1 Introduction 4.2 Related work 4.3 Proposed algorithm 4.3.1 Situational backoff reset algorithm 4.3.2 Branch node based routing algorithm 4.4 Performance evaluation 4.5 Conclusion Ⅴ. CONCLUSION AND FUTURE WORK REFERENCES SUMMARY (Korean)-
dc.format.extent104-
dc.languageeng-
dc.publisherDGIST-
dc.titleRobust Wireless Network Design for Safety-Critical Applications-
dc.typeThesis-
dc.identifier.doi10.22677/Theses.200000283183-
dc.description.alternativeAbstract최근 무선 통신 기술의 발전으로 크고 작은 무선 노드들은 물리적으로 연결되어 있지 않더라도 서로 소통할 수 있게 되었고 이동성을 가지게 되었다. 이러한 이점을 활용하기 위해 무선 통신 기술은 다양한 분야에서 적용되고 있는데 safety-critical 네트워크도 그 중의 하나이다. safety-critical 시스템은 고장이나 오작동 등의 이유로 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 때 장비의 손실과 더불어 사망이나 부상 등 생명에 위협을 끼치는 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 네트워크 측면에서는 safety-critical 시스템의 특수한 요구조건을 충족시키지 못할 경우 문제가 발생하기 때문에 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 보장을 통해 문제를 해결하거나 방지할 수 있다. 하지만 일반 상업 네트워크로는 요구사항을 충족시키기 어렵기 때문에 safety-critical 네트워크가 처해있는 환경에 걸맞은 네트워크 디자인이 필요하다. 본 학위논문에서는 1) 의료 네트워크, 2) 차량 네트워크, 3) 전술 네트워크라는 세 분야의 safety-critical 환경에서 서비스 품질 보장을 위한 네트워크 디자인을 제안한다. 각 환경의 문제점과 제안한 솔루션은 아래와 같이 요약할 수 있다. 의료 환경에서 무선 채널을 통해 다양한 의료/비 의료 데이터가 전송되는데 트래픽 마다 요구하는 서비스 품질과 중요도가 다르다. 중요한 의료 데이터는 환자의 생명과 직접적으로 연관되기 때문에 우선순위에 기반을 두어 전송 기회를 차등 제공하여야 한다. 이에 우리는 의료 등급 서비스 품질을 보장하고 전반적인 네트워크 성능 향상을 위해 낮은 우선순위 트래픽의 채널 접근 확률을 조절하는 알고리즘을 제안한다. 또한 네트워크의 과부하 방지를 위해 실시간 트래픽 용량을 계산할 수 있는 모델을 유도하여 수락 제어를 수행하였다. 주행 안전을 위해 차량 네트워크에 속한 모든 차량들은 자신의 위치, 속도, 가속, 브레이크 등의 상태정보를 비콘 신호에 담아 주기적으로 전파한다. 하지만 실시간으로 변화하는 차량 네트워크 환경에서는 주기적으로 전송되는 비콘에 적절한 조치를 취하지 않으면 채널 혼잡으로 인해 비콘을 수신하기 어려워지고 이는 교통사고 등 운전자에게 잠재적인 위협이 된다. 이에 우리는 비콘 수신 보장을 통해 안전한 차량 네트워크 환경을 도모하는 비콘 수신 간격 기반의 혼잡 제어 알고리즘을 제안한다. OMNeT++을 통해 얻은 시뮬레이션 결과는 제안한 알고리즘의 성능이 기존의 기법들보다 뛰어남을 보여주었다. 전술 네트워크는 대표적인 safety-critical 네트워크로서 전술 네트워크를 통해 전달되는 센서 정보, 지휘 정보, 상황 인식 정보들은 적시에 전달되지 않거나 소실될 경우 병사의 생존성과 작전 성공률에 악영향을 미칠 수 있다. 또한 인프라의 부재와 잦은 노드의 이동성, 혼잡한 환경 등으로 인해 열악한 환경을 가지는 전술 네트워크에서는 무엇보다도 전술 트래픽의 요구사항을 충족시킬 수 있는 신뢰성 있는 네트워크 시스템이 요구된다. 이러한 전술 네트워크의 솔루션으로 우리는 전술 트래픽에 임무에 따라 중요도와 긴급성을 고려하여 우선순위를 부여하고 요구사항을 만족할 수 있도록 채널 선점 기반의 상황 인지 backoff 재설정 알고리즘을 제안하였다.-
dc.description.degreeDoctor-
dc.contributor.departmentInformation and Communication Engineering-
dc.contributor.localauthorSon, Sunghwa-
dc.contributor.localauthorKim, Jonghyun-
dc.contributor.localauthorPark, Kyung-Joon-
dc.contributor.coadvisorJonghyun Kim-
dc.date.awarded2020-02-
dc.publisher.locationDaegu-
dc.description.databasedCollection-
dc.citationXT.ID 손54 202002-
dc.date.accepted2020-01-20-
dc.contributor.alternativeDepartment정보통신융합전공-
dc.embargo.liftdate2022-12-31-


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