수중 다중매체 통신에서 U-DTN을 이용한 흐름 제어 기법 :Flow Control Technique using U-DTN in Underwater Multimedia Communication

임동현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임동현 (강릉원주대학교, 강릉원주대학교 강릉원주대학원)

지도교수: 김창화

발행연도: 2023

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2023

수중 다중매체 통신에서 U-DTN을 이용한 흐름 제어 기법과 성능 평가

임동현 , 김창화 멀티미디어학회논문지 2023.10 학술저널

수중 다중매체 통신에서 U-DTN을 이용한 흐름 제어 기법

임동현 컴퓨터공학과 2023.01 학위논문

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본 연구는 수중 다중매체 통신 네트워크에서 서로 다른 통신매체를 사용하여 한 홉 이상의 통신을 하게 되는 경우 중간 노드가 통신매체 간의 전송속도 차이로 인해 메시지가 누적되어 유실되는 것을 막는 U-DTN (Underwater Delay/Disruption Tolerant Network)을 이용한 흐름제어 기법을 제안한다. 제안한 기법은 중간 노드가 통신매체간 전송속도 차이로 인해 메시지가 누적되어 메인 메모리의 한계에 도달하여 메시지 유실이 예측되는 경우 메시지를 보조 기억장치에 저장한다. 보조 기억장치 또한 가득 차게 되면 이웃 노드에 전송 요청 중단 메시지를 보내며, 이미 수신한 메시지들을 처리하여 더 이상 메시지 유실 위험이 없을 것으로 판단되면 다시 이웃 노드에 재전송 요청 메시지를 보내 메시지 전송을 재개할 수 있도록 한다.
이를 위해 U-DTN을 이용한 흐름 제어 기법의 시스템 아키텍처, 프레임워크를 제안하며 메시지 송수신 큐 관리 알고리즘을 통해 메인 메모리와 보조 기억장치를 함께 관리할 수 있는 메시지 송수신 큐 관리 기법을 제안한다.
또한, 제안한 기법으로 얻는 이점을 살펴보기 위해 수학적 모델을 제안하여 U-DTN을 통한 흐름제어 기법을 수중 다중매체 통신 네트워크에 적용함으로써 얻을 수 있는 이점들을 살펴본다. U-DTN을 적용함으로써 증가하는 메시지 유실 없이 통신할 수 있는 이득시간과 이 이득시간 동안 유실을 방지한 메시지량을 계산한다. 또한 수신한 메시지 중 유실을 방지한 메시지의 비율, 즉 메시지 유실 방지율도 확인한다.
그 결과, 제안한 기법은 전송속도 차이가 클 수록, 많은 양의 메시지 유실을 방지할 수 있으며, 장착된 보조 기억장치의 크기에 비례하여 더 오랜 시간 동안 중간 노드가 메시지 유실 없이 통신을 유지할 수 있으며, 마찬가지로 보조 기억장치의 크기에 비례하여 많은 양의 메시지 유실을 방지할 수 있음을 확인되었다.

This dissertation proposes an Underwater Delay/Disruption Tolerant Network (U-DTN) that prevents intermediate nodes from accumulating and losing messages due to the speed gap differences between for transmit and receive communication media when they communicate more than one hop using communication media in an underwater multimedia communication network. U-DTN stores messages in auxiliary memory when an intermediate node accumulates messages due to the speed gap difference in transmission speed between communication media and reaches the limit of the main memory and predicts message loss. When the auxiliary memory is full, intermediate node sends abort request (STOP message) to its neighbor nodes, and when it processes the already-received messages. When it determines that there is no longer a risk of message loss, it sends a retransmission request (RESTART message) to its neighbors so that it can resume sending messages.
In order to design the above functionality, we propose a system architecture, a framework for U-DTN, and message queue management technique that can manage main memory and auxiliary memory.
In addition, in order to investigate the benefits of the proposed technique, we propose mathematical models to examine the message loss rate and the corresponding increasement in receiving message amount in the case that U-DTN is not applied. Moreover, we compare the memory-full time in U-DTN applied case with U-DTN not-applied case to see how much longer (i.e., benefit time) U-DTN applied case can receive messages with auxiliary memory.
The results show that U-DTN applied case can prevent a large amount of message loss when the difference in speed gap is large, and that intermediate nodes can maintain communication without losing messages for a longer period of time, which is proportional to the size of the equipped auxiliary memory, and similarly, increasing the size of the auxiliary memory can prevent the loss of the larger amounts of messages.

#수중 다중매체 통신 수중 통신 #U-DTN #흐름제어 #메시지 송수신 큐 관리 기법

Abstract ⅰ
목 차 ⅲ
그 림 목 차 ⅳ
표 목 차 ⅴ
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 관련 연구 3
Ⅲ. 전송속도 차이로 인한 문제점과 해결방안 4
Ⅳ. 흐름 제어 시스템 아키텍처 4
1. 수중 다중매체 통신 네트워크 아키텍처 5
2. 중계 계층 6
Ⅴ. 흐름 제어 프레임워크 9
1. 개 요 9
2. 지연 상태 표시자구조와 흐름 제어 상태 천이 11
3. 메시지 송수신 큐 자료구조 13
4. 보조기억장치 할당 맵 14
5. STOP/RESTART 메시지 처리 방법 16
Ⅵ. 메시지 송수신 큐 관리 방법 18
1. 메시지 송수신 큐 관리 개요 18
2. 메시지 송수신 큐 Enqueue 및 Dequeue 알고리즘 20
1) Enqueue 알고리즘 20
2) Dequeue 알고리즘 22
Ⅶ. 성능모델과 결과 분석 24
1. 성능측정 개요 24
2. 성능평가 모델 25
3. 성능측정 결과 및 분석 34
참고문헌 37
감사의 글 40

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