분산형 기회 기반 스케줄링으로 구현하는 MIMO 애드혹 네트워크 고속 전송

본 논문은 무선 애드혹 네트워크에서 다중 안테나(MIMO) 기술을 활용한 분산형 기회 스케줄링(DOS) 프로토콜을 제안한다. 전통적인 CSMA와 같은 무작위 접근 방식은 채널 컨텐션에 성공하더라도 현재 채널 상태가 좋지 않을 경우 시스템 스루풋을 크게 저하시킨다. 이를 극복하기 위해 저자들은 ‘기회 기반’ 접근을 채택하여, 성공적인 컨텐션이 발생했을 때 해당 링크의 즉시 채널 상태를 평가하고, 사전에 정의된 임계값을 초과하는 경우에만 데이터를 전송하도록 설계하였다. 시스템 모델은 각 노드가 두 개의 안테나(M=2)를 보유하고, K개의 활성 S‑D 링크가 존재한다고 가정한다. 모든 링크는 무작위로 두 개의 그룹(Group 1, 2) 중 하나에 할당되며, 메타‑슬롯은 두 개의 미니‑슬롯으로 구성되어 각각의 그룹에 전용된다. 한 미니‑슬롯 내에서 하나의 링크만 전송을 시도하면 성공적인 컨텐션이 발생하고, 해당 링크는 목적지로부터 채널 상태 정보와 전송률 피드백을 받는다. 피드백 모델은 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 전송 측에 완전 CSI(CSIT)를 제공하는 TG‑CSIT 프로토콜이다. 여기서는 성공 링크가 자신의 채널 행렬 H와 단일·다중 링크 전송률 r(SL‑CSIT), r(TL‑CSIT)를 모두 획득한다. 단일 링크 전송 시에는 H의 고유값 λ₁, λ₂를 이용해 전송률 r = ∑₂ₘ₌₁ log(1+ρₛλₘ) 로 계산하고, 두 링크가 동시에 전송할 경우 간섭을 가우시안 잡음으로 근사하여 r = ∑₂ₘ₌₁ log(1+ρₛλₘ/(1+ρₙ)) 로 표현한다. 이러한 전송률의 확률밀도함수(PDF)와 누적분포함수(CDF)는 고유값의 공동 PDF(식 4)를 이용해 정확히 도출한다. 두 번째는 수신 측에만 CSI를 유지하고 전송 측에는 두 개의 실수형 전송률만 피드백하는 TG‑CSIR 프로토콜이다. 여기서는 각 링크가 하나의 데이터 스트림만 전송하도록 제한함으로써 피드백 양을 크게 감소시킨다. 단일 링크 상황에서는 수신 안테나에서 최적 결합을 적용해 SNR γ의 CDF를 식 20으로 얻고, 전송률 r = log(1+ρₛγ) 로 계산한다. 두 링크 동시 전송 시에는 최적 결합(OC) 기법을 적용해 SINR γ의 CDF를 식 24로 구하고, 전송률을 로그식으로 변환한다. 전송 여부 결정은 최적 정지 이론에 기반한다. 각 라운드에서 얻은 전송률 R은 복합 확률변수이며, 평균 수익률 x = E