WiFi 모델에서의 통신 가능 거리(5) - MAC Throughput(1)

WiFi 인터페이스를 사용하는 노드들간의 기본적인 통신 가능거리에 대해서는 "WiFi 모델에서의 통신 가능 거리"에서, 확산이득과 Reception threshold의 영향에 대해서는 "WiFi 모델에서의 통신 가능 거리(2)"에서, delay의 영향에 대해서서는 "WiFi 모델에서의 통신 가능 거리(3)"에서 살펴본 바 있다.
이러한 기존의 분석에서는 BER 기준으로 10^-4을 사용하였다. 그러면, BER이 10^-4만 만족하면 항상 통신이 잘 이루어지는 것일까? 그렇지는 않다. BER 10^-4은 분석을 위해 필자가 임의로 정한 기준이었을 뿐이며 실제로는 각 시험 환경에 따라 달라질 수 있다.
이번에는 MAC 사용자 계층을 기준으로 99.9%의 패킷 전달률을 유지할 수 있는 최대 거리는 어디까지인지를 살펴보기로 하자. 802.11b 11Mbps 환경에서 237Bytes 크기의 MAC 사용자 패킷을 100Kbps로 전송하는 경우를 가정하였으며, 명기한 항목외에는 Riverbed(OPNET) WLAN 노드 모델의 기본 설정을 그대로 사용였다. 또한, 지형모델(TMM)을 적용하지 않았으며, 아무런 interference 신호도 존재하지 않을 경우로 한정하였다.
Riverbed(OPNET) WiFi 모델에서 802.11b 11Mbps로 데이터 전송시 사용되는 모듈레이션 방식은 CCK11이며("WiFi MCS 레벨 (16.1 버전)" 및 "WiFi MCS 레벨 (17.5 PL6 버전)" 참조),Processing Gain은 0 이다("WiFi 변조 방식별 프로세싱 게인 (16.1 버전)" 및 "WiFi MCS 레벨 프로세싱 게인 (17.5 PL6 버전)" 참조). Riverbed(OPNET)에서 사용하는 CCK11 변조방식의 BER 커브는 다음 그림과 같다.

 

237Bytes의 MAC SDU 패킷을 전송할 때 송신 포트에서 내보내는 패킷의 크기는 237Bytes(MAC SDU 패킷) + 28Bytes(MAC 오버헤드) + 192usec * 11Mbps(PLCP 오버헤드) / 8 = 529Bytes(4,232bits)이다. (PLCP 오버헤드 계산에 대해서는 "WLAN PLCP 오버헤드 크기" 참조) MAC에서의 최대 전송 횟수는 기본값인 7이 적용된다.
이상의 정보로부터 BER별 MAC 사용자 패킷 전달률(Throughput)과 최대거리(distance)를 계산해보면 다음과 같이 예상할 수 있다.

  - BER이 8.1x10^-5 일 때: MAC 사용자 패킷 전달률 99.98%, 이 때의 SNR은 7.25dB이므로 최대 거리는 약 1,024M.
  - BER이 2.5x10^-4 일 때: MAC 사용자 패킷 전달률 94.94%, 이 때의 SNR은 6.75dB이므로 최대 거리는 약 1,084M.
  - BER이 4.4x10^-4 일 때: MAC 사용자 패킷 전달률 69.31%, 이 때의 SNR은 6.5dB이므로 최대 거리는 약 1,116M.
  - BER이 2.1x10^-3 일 때: MAC 사용자 패킷 전달률 0.10%, 이 때의 SNR은 5.75dB이므로 최대 거리는 약 1,217M.

 

이제 시뮬레이션을 통해 이 예측을 확인해 보자. 2대의 WLAN 터미널 스테이션 노드를 배치하고, Physical Characteristics은 "Direct Sequence"로, Data Rate (bps)는 "11Mbps"로 설정한다. 트래픽은 237Bytes 크기의 패킷을 1초마다 발생시켜 다른 WLAN 터미널 스테이션 노드로 전송하도록 설정하였다.
1,024M 거리에 두 노드를 배치하였을 때의 결과는 다음 그림과 같다. 앞의 예측(전달률 99.98%)과는 미세한 차이가 있는 결과(전달률 100%)이나, 오차범위 내로 볼 수 있다.

 

다음으로 1,084M 거리에 두 노드를 배치하였을 때의 결과는 다음 그림과 같다. 앞의 예측(전달률 94.94%)과는 미세한 차이가 있는 결과(전달률 약 95.50%)이나, 오차범위 내로 볼 수 있다.

 

다음으로 1,116M 거리에 두 노드를 배치하였을 때의 결과는 다음 그림과 같다. 앞의 예측(전달률 69.31%)과는 미세한 차이가 있는 결과(전달률 약 71.25%)이나, 오차범위 내로 볼 수 있다.

 

다음으로 1,217M 거리에 두 노드를 배치하였을 때의 결과는 다음 그림과 같다. 앞의 예측(전달률 0.10%)과는 미세한 차이가 있는 결과(전달률 약 0.25%)이나, 오차범위 내로 볼 수 있다.