무선랜 간섭량을 고려한 블루투스 주파수 호핑 기법 :Wi-Fi interference aware bluetooth frequency hopping scheme

김윤성

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김윤성 (서강대학교, 서강대학교 대학원)

지도교수: 소재우

발행연도: 2016

저작권: 서강대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

무선랜 간섭량을 고려한 블루투스 주파수 호핑 기법

김윤성 전자공 2016.01 학위논문

2015

무선랜 간섭이 혼잡한 상황에서 블루투스 주파수 호핑 기법의 성능 평가

김윤성 , 소재우 , 신영종 외 2명 한국통신학회 학술대회논문집 2015.11 학술대회자료

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본 논문에서는 무선랜 간섭이 있는 환경에서 무선랜 간섭의 영향을 줄이기 위한 블루투스 주파수 호핑 기법을 제안한다. 무선랜과 블루투스는 2.4GHz 대역의 Industrial, Scientific and Medical (ISM) 밴드를 사용하고 있어 무선랜과 블루투스가 공존하는 환경에서는 상호 간섭을 미친다. 그 중 무선랜은 블루투스 대비 더 높은 송신 전력과 더 큰 대역폭을 사용하므로 무선랜이 블루투스에게 미치는 간섭의 영향이 더 크다고 볼 수 있다.
블루투스에서는 무선랜을 포함하여 동일 대역을 사용하는 다른 네트워크로부터 받는 간섭의 영향을 줄이기 위하여 주파수 호핑 기법을 사용한다. 블루투스는 매 슬롯마다 주파수 호핑을 하므로 초당 1600번의 주파수 호핑을 하며, 블루투스 표준에서는 두 가지의 주파수 호핑 기법을 제안하고 있다. 의사 랜덤 주파수 호핑 기법 (Pseudo-random frequency hopping scheme)은 주변 채널 상황을 고려하지 않고 블루투스 채널 전체를 랜덤하게 사용하는 기법이며, 적응적 주파수 호핑 기법 (AFH; Adaptive frequency hopping scheme)은 주기적인 블루투스 캐리어 센싱을 통해 블루투스 채널을 분류하고 좋은 채널만을 사용하는 기법이다. 하지만 적응적 주파수 호핑 기법은 무선랜 간섭이 혼잡한 상황에서 최적의 블루투스 성능을 보이지 못하는 문제점이 있다.
제안하는 주파수 호핑 기법은 블루투스 채널 그룹화 단계, 블루투스 채널 분류 단계, 호핑 패턴 결정 단계의 3단계로 구성된다. 블루투스 채널 그룹화를 통해 캐리어 센싱 시간을 증가시켜 무선랜의 존재 유무를 더 정확하게 파악할 수 있다. 그리고 블루투스 채널 분류 시 주변 채널 상황에 따라 문턱값을 결정하여 문턱값을 기준으로 채널을 분류한다. 블루투스 캐리어 센싱 결과를 이용하여 좋은 채널로 분류된 블루투스 채널들의 사용 확률을 결정하고 이를 이용하여 호핑 패턴을 결정한다. 모의 실험을 통해 제안하는 주파수 호핑 기법이 평균 패킷 오류율과 평균 수율 관점에서 종래 주파수 호핑 기법인 의사 랜덤 주파수 호핑 기법이나 적응적 주파수 호핑 기법 대비 더 좋은 성능을 가짐을 보였다.

This paper proposes the frequency hopping scheme to reduce the effect of interference from wireless local area networks (WLAN) when the Bluetooth can be affected by the interference of WLAN. When the Bluetooth coexists with the WLAN, the interference between the Bluetooth and the WLAN affect each other system because both the WLAN and Bluetooth use the same ISM band of 2.4 GHz. Especially, the interference from WLAN to Bluetooth is higher than the interference from Bluetooth to WLAN because the WLAN uses the higher transmit power and wider bandwidth compared with the Bluetooth.
The Bluetooth uses the frequency hopping scheme to reduce the interference from other networks that use the same band like WLAN. The Bluetooth hops 1,600 times per second because the Bluetooth hops every slots. The Bluetooth standard proposes the two type of frequency hopping schemes. The Pseudo-random frequency hopping scheme uses the all channel of the Bluetooth without considering the neighbor channel environment and the adaptive frequency hopping scheme uses the good channel among separated channel by using the periodic carrier sensing of neighbor channel. Therefore, the adaptive frequency hopping scheme can decrease the interference from WLAN. However, in the WLAN congestion environment, the adaptive frequency hopping scheme cannot optimize the average packet error ratio and the throughput.
The proposed frequency hopping scheme consists of three steps. 1. Channel grouping step, 2. Channel separation step, 3. Hopping pattern decision step. The channel grouping step can increase the detection probability accuracy of WLAN because decreasing number of channel for carrier sensing by the grouped channels can increase the carrier sensing time. The channel separation step classifies channel groups as the good channel or bad channel by using the channel threshold decided by the neighbor channel environment. The hopping pattern decision step decides the usage probability of each Bluetooth channels by using the results of carrier sensing. The simulation results show that the proposed frequency hopping scheme decreases the average packet error ratio and increases the average throughput compared with the pseudo-random frequency hopping scheme and the adaptive frequency hopping scheme, respectively.

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