KR101165544B1 - Optimization method for wireless multicast service with cooperative harq, system using the same and recording medium for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 본 발명의 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법, 시스템 및 이를 위한 기록매체에 관한 것으로, 특히 신뢰성을 높이기 위한 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법, 이를 이용하는 시스템 및 이를 위한 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for optimizing a wireless multicast service system using a cooperative HARQ of the present invention, and a recording medium therefor. In particular, the present invention relates to a method for optimizing a wireless multicast service system using a cooperative HARQ to improve reliability. The present invention relates to a system and a recording medium for the same.
멀티캐스트 서비스(multicast service)는 동일한 데이터를 둘 이상의 다른 수신 노드로 동시에 전송하는 방식이다. 이는 특정한 하나의 수신 노드로만 데이터 패킷을 전송하는 방식인 유니캐스트(unicast)와 대응되는 것으로, 유니캐스트와 브로드캐스트(broadcast)의 중간 형태로 볼 수 있다. 유니캐스트 방식이 수신 노드의 수만큼 데이터 패킷을 반복해서 보내야 하기 때문에 통신망의 효율을 저하시키고, 송신 노드의 전송 부담도 큰 데 반해 멀티캐스트는 그룹 주소(Group Address)를 가지고 연속적인 데이터를 1 : 복수, 복수 : 복수에 효율적으로 전송하는 방식이므로 데이터 중복 전송으로 인한 네트워크 자원 낭비를 막을 수 있다. 또한 지정한 주소로 패킷을 한 번만 전달하면 멀티캐스트 그룹에 속한 모든 호스트에 전달되기 때문에 효율성이 훨씬 높고 서버의 부하도 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.A multicast service is a method of simultaneously transmitting the same data to two or more different receiving nodes. This corresponds to unicast, which is a method of transmitting a data packet to only one specific receiving node, and can be viewed as an intermediate form between unicast and broadcast. Since the unicast method has to send data packets as many times as the number of receiving nodes, the efficiency of the communication network is reduced, and the transmission burden of the transmitting node is also great. However, multicast has a group address and transmits continuous data. Plurality, Plurality: As it is a method of efficiently transmitting to plural, it is possible to prevent network resource waste due to redundant data transmission. In addition, if the packet is forwarded only once to the specified address, it is delivered to all hosts in the multicast group, so the efficiency is much higher and the load on the server can be greatly reduced.
기존의 무선 멀티캐스트 서비스는 용량을 증대하기 위하여 하이브리드 자동 재전송(Hybrid Automatic Repeat reQuest, 이하 : HARQ)을 적용하였다.In the existing wireless multicast service, hybrid automatic repeat reQuest (HARQ) is applied to increase capacity.
HARQ는 데이터 전송 시스템에서 전송오류를 제어하는 기법 중 하나로서 오류 발생에 따른 재전송의 횟수를 줄이기 위해 먼저 전송된 데이터와 재전송된 데이터를 결합하여 디코딩하는 개선된 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 기법이다. HARQ는 다시 추적 결합 기법(Chase Combinding scheme)의 HARQ와 증가 리던던시 기법(incremental redundancy scheme)의 HARQ로 구분된다. 추적 결합 기법은 수신된 데이터에 오류가 있으면, 수신된 데이터를 폐기하는 것이 아니라, 이후 재전송되는 데이터와 결합하여 신호 전력을 높여주는 효과를 얻는 기법이다. 그리고 증가 리던던시 기법은 초기 전송 시에 불필요하게 높은 리던던시 부호를 전송하는 것을 방지하기 위하여 초기 전송 시에는 높은 부호율의 부호를 사용하고, 재전송이 발생하는 경우에 추가적인 패리티(parity)를 전송하는 기법이다.HARQ is a technique for controlling transmission errors in a data transmission system. An improved automatic retransmission request (ARQ) that combines and decodes transmitted data and retransmitted data first to reduce the number of retransmissions caused by an error. Technique. HARQ is again divided into HARQ of Chase Combinding scheme and HARQ of incremental redundancy scheme. The tracking combining technique is a method of increasing the signal power by combining with data that is subsequently retransmitted, rather than discarding the received data if there is an error in the received data. In order to prevent unnecessary high redundancy codes during initial transmission, the incremental redundancy technique uses a high code rate code during initial transmission and transmits additional parity when retransmission occurs. .
그러나 무선 환경에서 소스 노드로부터 수신 노드까지 데이터를 전달하는 것은, 유선 환경과 달리 제한된 무선 스펙트럼 자원을 이용하여 제한된 배터리 전력 용량 하에서 이루어진다. 그러므로 제한된 자원을 효율적으로 사용하는 것이 매우 중요하다.However, in a wireless environment, data transfer from a source node to a receiving node is performed under limited battery power capacity using limited radio spectrum resources, unlike a wired environment. Therefore, it is very important to use limited resources efficiently.
특히 무선 멀티캐스트 서비스가 군사용과 같은 다양한 용도로 사용될 경우에는 극한의 상황을 고려해야하며, 극한의 상황에서는 기존의 HARQ를 적용하는 것만으로는 제한된 자원을 효율적으로 사용하면서 높은 신뢰도를 갖는 무선 멀티캐스트 서비스를 제공하기 어렵다.
In particular, when the wireless multicast service is used for various purposes such as military use, the extreme situation should be considered, and in the extreme situation, the wireless multicast service with high reliability while efficiently using limited resources only by applying the existing HARQ is required. Is difficult to provide.
본 발명의 목적은 신뢰도를 높이고, 시스템 최적화를 수행 할 수 있는 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method of optimizing a wireless multicast service using cooperative HARQ that can increase reliability and perform system optimization.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 무선 멀티캐스트 서비스 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a wireless multicast service system for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법은 송신 노드와 K(K는 자연수)개의 수신 노드를 구비하여 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에 있어서, 제n(n은 자연수) 시간 구간까지의 수신 신호를 최대비 결합 기법을 이용하여 조합한 후 복호할 경우의 제k(k는 자연수) 수신 노드의 수신 신호대 잡음비가 계산되는 단계, 상기 수신 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률이 계산되는 단계, 상기 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 이용하여, 상기 제n 시간 구간까지 K개의 수신 노드 모두에 대해 전송이 성공하여 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률이 계산되는 단계, 상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 이용하여 평균 최소 전송량이 계산되는 단계, 상기 평균 최소 전송량을 최대화 시키는 최적 전송량이 계산되는 단계를 구비한다.A method of optimizing a wireless multicast service system for achieving the above object is a wireless multicast service system using a cooperative HARQ including a transmitting node and K (K is a natural number) receiving nodes, wherein n is the natural number. K (k is a natural number) in the case of combining the received signals up to the time interval using a maximum ratio combining scheme and then decoding the k (k is a natural number) calculating the received signal-to-noise ratio of the receiving node, using the received signal-to-noise ratio for the nth time Calculating a probability that the transmission for one receiving node succeeds until the interval, and using the probability of transmission for the one receiving node succeeding, the transmission succeeds for all K receiving nodes up to the nth time interval, Calculating a probability of terminating the multicast transmission, and using the probability of terminating the wireless multicast transmission, the average minimum transmission. This step is calculated, and a step in which an optimal transmission rate calculation to maximize the average of the minimum transmission rate.
상기 목적을 달성하기 위한 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법은 송신 노드와 K(K는 자연수)개의 수신 노드를 구비하여 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스에 있어서, 제n(n은 자연수) 시간 구간까지의 수신 신호를 최대비 결합 기법을 이용하여 조합한 후 복호할 경우에 제k(k는 자연수) 수신 노드의 수신 신호대 잡음비가 계산되는 단계, 상기 수신 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률이 계산되는 단계;In order to achieve the above object, an optimization method of a wireless multicast service system includes a transmitting node and K (K is a natural number) receiving nodes in a wireless multicast service using cooperative HARQ, where n is the natural number. Calculating the received signal-to-noise ratio of the k-th reception node (k is a natural number) when combining and decoding the received signals up to the interval using a maximum ratio combining scheme; and using the received signal-to-noise ratio, the nth time interval Calculating a probability that the transmission for one receiving node is successful;
상기 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 이용하여, 상기 제n 시간 구간까지 K개의 수신 노드 모두에 대해 전송이 성공하여 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률이 계산되는 단계, 상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 이용하여 시스템 불능 제한 값이 계산되는 단계, 상기 시스템 불능 제한 값을 만족 시키는 최적 전송량이 계산되는 단계를 구비한다.Using the probability that the transmission to the one receiving node succeeds, calculating a probability that the transmission succeeds for all K receiving nodes until the nth time interval and terminates the radio multicast transmission, the wireless multicast transmission Computing the system disable limit value using the probability of ending the step, and calculating the optimal amount of transmission that satisfies the system disable limit value.
따라서, 본 발명의 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법, 시스템 및 이를 위한 기록매체는 송신 노드와 수신 노드들 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일하고, 수신 노드들 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일한 경우와 송신 노드와 수신 노드들 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다르고, 수신 노드들 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다른 경우 모두에 대해 시스템 불능 제한값을 지정된 값 이내로 만족시키면서, 동시에 평균 최소 전송량을 최대화하는 최적의 전송량을 계산할 수 있도록 하므로, 시스템의 신뢰도를 향상 시킬 뿐만 아니라 효율을 높일 수 있다.Therefore, the optimization method, system, and recording medium for the wireless multicast service system using the cooperative HARQ of the present invention has the same average signal-to-noise ratio between the transmitting node and the receiving node, the average signal-to-noise ratio between the receiving nodes Maximizing the average minimum transmission while simultaneously satisfying the system dead limit within a specified value for both the same case and the average signal-to-noise ratio between the transmitting and receiving nodes are different, and the average signal-to-noise ratio between the receiving nodes is different. Since the optimal transmission amount can be calculated, not only can the reliability of the system be improved, but also the efficiency can be increased.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 개념에 따른 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일예에 따른 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 적용하여, 전송량에 따른 평균 최소 전송량을 시뮬레이션한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 각각 도 3은 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 적용하여, 수신노드의 수 K를 1명에서 50명으로 변화시키면서 평균 최소 용량을 시뮬레이션한 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating an example of a wireless multicast service system using cooperative HARQ according to the concept of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a wireless multicast service method using cooperative HARQ according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an average minimum transmission amount according to a transmission amount by applying the optimization method of the wireless multicast service of the present invention.
4 to 6 are diagrams illustrating the average minimum capacity while changing the number of receiving nodes K from 1 to 50 by applying the method of optimizing the wireless multicast service of FIG. 3, respectively.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as " including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 개념에 따른 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating an example of a wireless multicast service system using cooperative HARQ according to the concept of the present invention.
본 발명의 일예에 따른 통신 프로토콜을 도식화 하면 도 1a 내지 도 1c와 같다. 도 1a 내지 도 1c에서는 송신 노드(BS)가 4개의 수신 노드(RND1 ~ RND4)로 데이터를 멀티캐스트하는 시스템을 가정하였다. 도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스는 송신 노드(TND1)가 최초 제1 시간 구간에 그룹 내의 모든 수신 노드(RND1 ~ RND4)로 동일한 데이터를 멀티캐스트한다.A communication protocol according to an example of the present invention is illustrated in FIGS. 1A to 1C. 1A to 1C, it is assumed that the transmitting node BS multicasts data to four receiving nodes RND1 to RND4. As shown in FIG. 1A, in the wireless multicast service of the present invention, the transmitting node TND1 multicasts the same data to all receiving nodes RND1 to RND4 in the group in the first first time interval.
그룹 내에서 제1 수신 노드(RND1)와 제3 수신 노드(RND3)는 수신된 데이터를 정상적으로 복호를 하였고, 제2 수신 노드(RND1)와 제4 수신 노드(RND3)는 데이터를 정상적으로 복호하지 못하였다고 가정할 때, 시스템의 신뢰도를 높이기 위하여 송신 노드(BS)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 데이터를 HARQ 기법을 이용하여 제2 시간 구간에 재전송 한다. 그러나 제1 수신 노드(RND1)와 제3 수신 노드(RND3)가 데이터를 제대로 복호하였을 경우에 송신 노드가 송신하는 정보는 필요가 없다. 따라서 본 발명에 따른 무선 멀티캐스트 서비스 시스템은 제2 시간 구간에 데이터를 정상적으로 복호한 제1 수신 노드(RND1)와 제3 수신 노드(RND3)가 송신 노드(BS)와 함께 협력하여 신호를 재전송한다. 즉 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 멀티캐스트 서비스 시스템은 제2 시간 구간에 송신 노드(BS)가 정상적으로 데이터를 복호하지 못한 수신 노드(여기서는 제2 및 제4 수신 노드(RND2, RND4))로 데이터를 재전송할 뿐만 아니라, 제1 시간 구간에 정상적으로 데이터를 수신하여 복호한 수신 노드(여기서는 제1 및 제3 수신 노드(RND1, RND3))도 제2 및 제4 수신 노드(RND2, RND4)로 데이터를 전송한다. 이로 인하여 제2 및 제4 수신 노드(RND2, RND4)는 제1 시간 구간에 대비하여 높은 신호대 잡음비(Signal to Noise Rate : SNR)를 가지게 되므로, 높은 복호 이득을 가질 수 있다.In the group, the first receiving node RND1 and the third receiving node RND3 decode the received data normally, and the second receiving node RND1 and the fourth receiving node RND3 cannot decode the data normally. Assuming that the transmission node BS increases the reliability of the system, as illustrated in FIG. 1B, the transmitting node BS retransmits data in a second time interval using a HARQ scheme. However, when the first receiving node RND1 and the third receiving node RND3 correctly decode the data, the information transmitted by the transmitting node is not necessary. Accordingly, in the wireless multicast service system according to the present invention, the first receiving node RND1 and the third receiving node RND3, which have normally decoded data in the second time interval, cooperate with the transmitting node BS to retransmit the signal. . That is, as shown in Figure 1b, the wireless multicast service system according to the present invention is a receiving node (in this case, the second and fourth receiving node (RND2, RND4)), as well as receiving nodes (in this case, the first and third receiving nodes RND1 and RND3) that have normally received and decoded data in the first time interval, also receive the second and fourth receiving nodes RND2. , RND4). As a result, the second and fourth receiving nodes RND2 and RND4 have a high signal-to-noise ratio (SNR) relative to the first time interval, and thus may have a high decoding gain.
그리고 제2 시간 구간에서 제2 수신 노드(RND2)는 데이터를 정상적로 복호하였으나, 제4 수신 노드(RND4)는 여전히 데이터를 정상적으로 복호하지 못하였다면, HARQ 기법을 이용하여 제3 시간 구간에 데이터를 재전송 한다. 그러나 제2 시간 구간까지 제1 내지 제3 수신 노드(RND1 ~ RND3)가 데이터를 정상적으로 복호하였으므로, 그룹 내에서 데이터를 정상적으로 복호하지 못한 수신 노드는 제4 수신 노드(RND4) 뿐이다. 따라서 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스 시스템은 제3 시간 구간에 송신 노드(BS)와 제1 내지 제3 수신 노드(RND1 ~ RND3)가 모두 제4 수신 노드(RND4)로 동일한 데이터를 전송한다.If the second receiving node RND2 normally decodes the data in the second time interval, but the fourth receiving node RND4 still fails to decode the data normally, the second receiving node RND2 decodes the data in the third time interval using the HARQ technique. Resend. However, since the first to third receiving nodes RND1 to RND3 normally decode the data until the second time interval, only the fourth receiving node RND4 is the receiving node that does not normally decode the data in the group. Accordingly, in the wireless multicast service system of the present invention, both the transmitting node BS and the first to third receiving nodes RND1 to RND3 transmit the same data to the fourth receiving node RND4 in the third time interval.
도 2는 본 발명의 일예에 따른 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a wireless multicast service method using cooperative HARQ according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에서 수신 노드의 개수를 K(K는 자연수)개로 확장하여 설명한다. 도 1을 참조하여 도 2의 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스 방법을 설명하면, 먼저 송신 노드가 K개의 수신 노드로 데이터를 송신한다(S110). 그러면 K개의 수신 노드 각각은 송신 노드에서 송신된 데이터를 수신하여 복호한다. 모든 수신 노드가 정상적으로 데이터를 복호하였는지 판별하여(S130), 모든 수신 노드가 정상적으로 데이터를 복호하였으면, 서비스를 종료한다. 그러나 정상적으로 데이터를 복호하지 못한 수신 노드가 있으면, 동일 데이터에 대한 전송 횟수가 지정된 최대 전송 횟수에 도달하였는지 확인한다(S140). 동일 데이터에 대한 전송 횟수가 지정된 최대 전송 횟수에 도달하였으면, 무선 멀티캐스트 서비스를 종료한다.In FIG. 2, the number of receiving nodes is extended to K (K is a natural number) in a wireless multicast service system using cooperative HARQ. Referring to FIG. 1, a wireless multicast service method using the cooperative HARQ of FIG. 2 will be described. First, a transmitting node transmits data to K receiving nodes (S110). Each of the K receiving nodes then receives and decodes the data transmitted from the transmitting node. It is determined whether all of the receiving nodes have successfully decoded the data (S130). If all of the receiving nodes have successfully decoded the data, the service is terminated. However, if there is a receiving node that does not normally decode the data, it is checked whether the number of transmissions for the same data reaches a specified maximum number of transmissions (S140). If the number of transmissions for the same data reaches a specified maximum number of transmissions, the wireless multicast service ends.
그러나 전송 횟수가 지정된 최대 전송 횟수보다 작으면, 송신 노드뿐만 아니라 정상적으로 데이터를 복호한 수신 노드가 송신 노드와 함께 정상적으로 데이터를 복호하지 못한 수신 노드로 데이터를 송신한다(S150). 즉 본 발명에 따른 무선 멀티캐스트 서비스는 모든 수신 노드가 데이터를 수신하거나, 전송 횟수가 최대 전송 횟수에 도달할 때 까지, 송신 노드 및 정상적으로 데이터를 복호한 수신 노드가 데이터를 복호하지 못한 수신 노드로 협력적으로 데이터를 전송한다.However, if the number of transmissions is smaller than the specified maximum number of transmissions, not only the transmitting node but also the receiving node which normally decodes the data transmits the data to the receiving node which did not normally decode the data together with the transmitting node (S150). That is, in the wireless multicast service according to the present invention, until all the receiving nodes receive data or until the maximum number of transmissions reaches the maximum number of transmissions, the transmission node and the receiving node that has normally decoded the data are destined for the receiving node. Send data collaboratively.
HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스가 협력적으로 데이터를 전송 할 경우 협력 프로토콜에 따라 전체 시스템의 성능 이득이 달라진다. 즉 이전 시간 구간에서 정상적으로 데이터를 복호한 수신 노드가 다음 시간 구간에서는 송신 노드로서의 역할을 수행하는 일종의 릴레이 노드(relay node)로서 역할을 수행하므로, 각 시간 구간에 따라 송신 노드와 수신 노드의 개수가 달라 질수 있고, 결과적으로 전체 시스템의 성능 이득이 시간 구간에 따라 달라진다.When the wireless multicast service using HARQ cooperatively transmits data, the performance gain of the entire system varies according to the cooperative protocol. That is, since a receiving node that has normally decoded data in the previous time interval acts as a kind of relay node that plays a role as a transmitting node in the next time interval, the number of transmitting nodes and receiving nodes is increased according to each time interval. As a result, the performance gain of the overall system varies over time.
본 발명에서는 설명의 편의와 시스템의 복잡도 및 송신 노드와 수신 노드간의 신호 오버 헤드(signaling overhead)를 줄이기 위하여 가장 간단한 단순 신호 재전송 프로토콜을 이용하는 것으로 가정한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 송신 노드와 수신 노드 사이에 분산 시공간 부호화(distributed space-time block coding) 기반 협력 기법 및 분산 빔포밍(distributed beamforming) 기반 협력 기법과 같은 프로토콜을 사용할 수도 있다.
In the present invention, it is assumed that the simplest simple signal retransmission protocol is used to reduce the convenience of description, system complexity, and signaling overhead between a transmitting node and a receiving node. However, the present invention is not limited thereto, and a protocol such as a distributed space-time block coding based cooperative technique and a distributed beamforming based cooperative technique may be used between a transmitting node and a receiving node.
이하, 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 설명한다. 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화는 최소의 전송 횟수로, 전송 오류를 사용자가 원하는 값 이하로 제어하면서 데이터를 전송할 수 있는 최적의 전송량을 계산하여 달성할 수 있다.Hereinafter, a method of optimizing the wireless multicast service of the present invention will be described. Optimization of the wireless multicast service can be achieved by calculating the optimal amount of data that can be transmitted with a minimum number of transmissions while controlling transmission errors to a value less than a user desired value.
본 발명에서는 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화를 위하여 평균 최소 전송량(Expected Minimum Throughput)과 시스템 불능 제한값(Sytem Outage Constraint)을 분석한다. 평균 최소 전송량은 오류 없이 수신되는 패킷의 전송률의 합으로 정의되며, 시스템 불능 제한값은 적어도 하나의 수신 노드가 최대 전송 횟수 동안 패킷을 정상적으로 디코딩하지 못할 확률로 정의 된다.In the present invention, an average minimum throughput and a system outage constraint are analyzed to optimize a wireless multicast service. The average minimum transmission amount is defined as the sum of the transmission rates of the packets received without error, and the system disable limit is defined as the probability that at least one receiving node cannot decode the packet normally for the maximum number of transmissions.
그리고 본 발명에서는 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화를 위해서 평균 최소 전송량을 최대화하는 최적의 전송량을 계산하는 방법과 분석된 시스템 불능 제한값을 지정된 값 이내로 만족시키는 최적 전송량을 계산하는 방법의 2가지 방법을 제시한다.In addition, the present invention proposes two methods of calculating the optimal transmission amount maximizing the average minimum transmission amount for optimizing the wireless multicast service, and calculating the optimal transmission amount that satisfies the analyzed system impossible limit within a specified value. .
평균 최소 전송량과 시스템 불능 제한값을 계산하기 위해서는 먼저 각 시간 구간에 대한 수신 노드들의 신호대 잡음비(SNR)를 산출해야 한다.In order to calculate the average minimum transmission rate and the system unavailable limit, the signal-to-noise ratio (SNR) of the receiving nodes for each time interval must be calculated first.
제n-1 시간 구간에서 정상적으로 신호를 복호한 수신 노드의 세트(set)를 Kn-1 이라고 할 경우 제n 시간 구간에서 제k(k 는 자연수) 수신 노드로 수신되는 수신 신호(yk(n))는 수학식 1과 같이 정의된다.When the set of receiving nodes that decode the signal normally in the n-th time interval is K n-1 , the received signal (y k ) received by the k-th (k is a natural number) receiving node in the n- th time interval n)) is defined as in
여기서, 
그리고 
here,
And
삭제delete
제n 시간 구간까지의 수신 신호를 최대비 결합(maximum ratio combining : MRC) 기법을 이용하여 조합한 후 복호할 경우에 제k 수신 노드의 수신 신호대 잡음비(
상기한 바와 같이 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화를 위해서는 평균 최소 전송량과 시스템 불능 제한값을 분석해야한다.As described above, in order to optimize the wireless multicast service, it is necessary to analyze the average minimum transmission amount and the system unavailable limit value.
송신 노드의 초기 송신량을 R로 정의하고, 최대 전송 횟수를 
그리고 평균 최소 전송량(
즉 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화하기 위한 제1 방안에 따른 제1 최적 전송량(
그리고 사용자가 지정하는 시스템 불능 제한값(
이하 본 발명에서는 이상적인 채널 상태와 일반적인 채널 상태의 두 가지 채널 상태를 가정하고, 각각의 채널 상태에 따른 제1 및 제2 최적 전송량(
먼저 이상적인 채널 상태는 모든 채널의 상태가 동일한 조건을 갖는 경우를 나타낸다. 그리고 동일 조건의 채널 상태는 송신 노드와 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 ρ로 동일하고, K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 로 동일한 경우인 것으로 설명한다.First, an ideal channel state represents a case where all channel states have the same condition. The channel condition under the same condition is described as the case where the average signal-to-noise ratio between the transmitting node and the K receiving nodes is equal to ρ and the average signal-to-noise ratio between the K receiving nodes is equal to.
상기한 이상적인 채널 상태는 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.The ideal channel state may be expressed as shown in Equation 7.
그리고 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 (
여기서, 
here,
수학식 8을 참조하면, 제n 시간 구간에 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
Referring to Equation 8, the probability that the transmission of one receiving node succeeds in the nth time interval (
그리고 수학식 9를 참조하면, 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
그리고 "A. Bletsas, H. Shin, Mand. Z. Win, ""Cooperative communications with outage-optimal opportunistic relaying,"" IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 6, pp. 3450??-3460, Sep. 2007."에서 유추되는 지수 분포(exponential distribution)의 합에 대한 누적 밀도 함수(cumulative density function)를 적용하면, 불능 확률(
여기서 
here
여기서 
here
그리고 대각 원소(
수학식 12의 불능 확률(
그리고, 대각 원소가 모두 동일한 경우()에 불능 확률(
수학식 13의 불능 확률(
그러면, 수학식 3의 제n 시간 구간(
수학식 14에서 멀티캐스트 전송이 종료될 확률(
In Equation 14, the probability that the multicast transmission is terminated (
그리고 수학식 14에서 도출되는 데이터 복호를 성공할 확률(
즉 모든 채널의 상태가 동일한 조건을 갖는 이상적인 채널 상태에서의 무선 멀티캐스트 서비스 시스템을 최적화 할 수 있다.
That is, it is possible to optimize a wireless multicast service system in an ideal channel state where all channel states have the same condition.
이하, 일반적인 채널 상태에 따른 제1 및 제2 최적 전송량(
일반적인 채널 상태는 각 채널의 상태가 다른 조건을 갖는 경우를 나타내며, 송신 노드와 K개의 수신 노드 사이 및 K개의 수신 노드 사이의 신호대 잡음비가 서로 다르다. 즉 송신 노드와 K개의 수신 노드 사이의 신호대 잡음비(
일반적인 채널 상태에 따른 제1 및 제2 최적 전송량(
그러면 평균 신호대 잡음비(
수학식 10 및 12의 신호대 잡음비(
수학식 16에서 멀티캐스트 전송이 종료될 확률(
그리고 상기한 이상적인 채널 상태와 마찬가지로, 수학식 16의 데이터 복호를 성공할 확률(
Like the ideal channel state described above, the probability of success in data decoding of
도 3은 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 적용하여, 전송량에 따른 평균 최소 전송량을 시뮬레이션한 도면으로, 도3 에서는 본 발명의 협력적 HARQ를 이용하는 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법과 HARQ를 이용하지만 수신 노드들이 협력적으로 데이터를 전송하지 않는 기존의 무선 멀티 캐스트 서비스를 비교하여 도시하였다.FIG. 3 is a diagram illustrating an average minimum transmission rate according to a transmission amount by applying an optimization method of a wireless multicast service of the present invention. FIG. 3 illustrates an optimization method and a HARQ of a wireless multicast service using a cooperative HARQ of the present invention. In comparison with the conventional wireless multicast service, the receiving nodes do not cooperatively transmit data.
그리고 도 3에서는 수신 노드가 3개(K=3)이고 송신 노드로부터 3개의 수신 노드까지의 신호대 잡음비가 10dB이고 수신 노드들 사이의 신호대 잡음비가 20dB인 경우에 전송량(
도3 에 도시된 바와 같이 재전송이 없는 경우(
도 4 내지 도 6은 각각 도 3은 본 발명의 무선 멀티캐스트 서비스의 최적화 방법을 적용하여, 수신노드의 수 K를 1명에서 50명으로 변화시키면서 평균 최소 전송량을 시뮬레이션 하였다. 그리고 HARQ 재전송 횟수(
도 4에서는 송신 노드와 수신 노드 사이의 신호대 잡음비가 10dB이고 수신 노드간의 신호대 잡음비가 0dB인 경우 수신 노드 수에 따른 평균 최소 용량을 나타내었다. 본 발명의 무선 멀티 캐스트 서비스는 HARQ 재전송을 하지 않을 경우 (
In FIG. 4, when the signal-to-noise ratio between the transmitting node and the receiving node is 10 dB and the signal-to-noise ratio between the receiving nodes is 0 dB, the average minimum capacity according to the number of receiving nodes is shown. The wireless multicast service of the present invention does not perform HARQ retransmission (
도 5는 수신 노드간의 신호대 잡음비가 10dB인 경우의 결과이다. 도 5를 도 4에 비교 해 보면 송신 노드와 수신 노드간의 신호대 잡음비는 10dB로 동일하기 때문에 
5 shows the result when the signal-to-noise ratio between the receiving nodes is 10 dB. Comparing FIG. 5 to FIG. 4, the signal-to-noise ratio between the transmitting node and the receiving node is equal to 10 dB.
도 6은 송신 노드로부터 신호대 잡음비가 10dB이고 수신 노드간의 신호대 잡음비가 20dB인 경우의 결과를 나타내고 이는 송신 노드로 부터의 신호대 잡음비 보다 수신 노드간의 신호대 잡음비가 높은 경우의 결과이다. 본 발명의 무선 멀티 캐스트 서비스는 
FIG. 6 shows the result when the signal-to-noise ratio is 10 dB from the transmitting node and the signal-to-noise ratio between the receiving nodes is 20 dB, which is the result when the signal-to-noise ratio between the receiving nodes is higher than the signal-to-noise ratio from the transmitting node. The wireless multicast service of the present invention
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (24)
상기 송신 노드가 제n(n은 자연수) 시간 구간까지의 수신 신호를 최대비 결합 기법을 이용하여 조합한 후 복호할 경우의 상기 제k개의 수신 노드의 수신 신호대 잡음비를 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 수신 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신노드에 대한 전송이 성공할 확률을 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 이용하여, 상기 제n 시간 구간까지 상기 K개의 수신 노드 모두에 대해 전송이 성공하여 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 이용하여 평균 최소 전송량을 계산하는 단계; 및
상기 송신 노드가 상기 평균 최소 전송량을 최대화시키는 최적 전송량을 계산하는 단계를 구비하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.In a wireless multicast service system using a cooperative HARQ having a transmitting node and K (K is a natural number) receiving nodes,
Calculating received signal-to-noise ratios of the kth receiving nodes when the transmitting node combines and decodes the received signals up to n th (n is a natural number) time intervals using a maximum ratio combining scheme;
Calculating, by the transmitting node, a probability that transmission for one receiving node succeeds to the nth time interval using the received signal-to-noise ratio;
Calculating, by the transmitting node, a probability that the transmission succeeds for all the K receiving nodes by the nth time interval and terminates the wireless multicast transmission by using the probability that the transmission to the one receiving node is successful;
Calculating an average minimum amount of transmission by the transmitting node using a probability of terminating the wireless multicast transmission; And
And calculating, by the transmitting node, an optimal transmission amount that maximizes the average minimum transmission amount.
상기 제n 시간 구간에서 제k 수신 노드로 수신되는 수신 신호(
(
상기 제k 수신 노드의 수신 신호대 잡음비(
(여기서,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.2. The method of claim 1, wherein calculating a received signal to noise ratio of the kth receive nodes
Received signal received to the k-th receiving node in the n-th time interval (
(
The received signal-to-noise ratio of the k-th receiving node (
(here,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에서 상기 송신 노드와 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일하고, 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일하며,
상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
(여기서,
로 계산하고,
n≥2 이면,
(여기서, 확률(
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.The method of claim 1, wherein the calculating of the probability that the transmission for the one receiving node is successful
In the wireless multicast service system, the average signal-to-noise ratio between the transmitting node and the K receiving nodes is the same, and the average signal-to-noise ratio between the K receiving nodes is the same,
Probability of successful transmission to one receiving node until the nth time interval (
(here,
And calculate
if n≥2,
Where the probability (
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을
n=1 이면,
n≥2 이면,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.4. The method of claim 3, wherein calculating the probability of terminating the wireless multicast transmission comprises:
The probability of ending the wireless multicast transmission.
if n = 1,
if n≥2,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 평균 최소 전송량(
The average minimum throughput (
상기 최적 전송량(
Said optimal transmission amount (
상기 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에서 상기 송신 노드와 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다르고, 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다르며,
상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
(여기서,
로 계산하고,
n≥2 이면,
(여기서, 확률(
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.The method of claim 1, wherein the calculating of the probability that the transmission for the one receiving node is successful
In the wireless multicast service system, the average signal-to-noise ratio is different between the transmitting node and the K receiving nodes, the average signal-to-noise ratio is different between the K receiving nodes,
Probability of successful transmission to one receiving node until the nth time interval (
(here,
And calculate
if n≥2,
Where the probability (
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을
n=1 이면,
n≥2 이면,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.8. The method of claim 7, wherein calculating the probability of terminating the wireless multicast transmission comprises:
The probability of ending the wireless multicast transmission.
if n = 1,
if n≥2,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 평균 최소 전송량(
The average minimum throughput (
상기 최적 전송량(
Said optimal transmission amount (
상기 송신 노드가 제n(n은 자연수) 시간 구간까지의 수신 신호를 최대비 결합 기법을 이용하여 조합한 후 복호할 경우에 상기 제k 수신 노드의 수신 신호대 잡음비를 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 수신 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률을 이용하여, 상기 제n 시간 구간까지 상기 K개의 수신 노드 모두에 대해 전송이 성공하여 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 계산하는 단계;
상기 송신 노드가 상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을 이용하여 시스템 불능 제한 값을 계산하는 단계; 및
상기 송신 노드가 상기 시스템 불능 제한 값을 만족시키는 최적 전송량을 계산하는 단계를 구비하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.In the wireless multicast service using a cooperative HARQ having a transmitting node and K (K is a natural number) receiving nodes,
Calculating a received signal-to-noise ratio of the kth receiving node when the transmitting node combines and decodes the received signal up to an nth (n is a natural number) time interval using a maximum ratio combining scheme;
Calculating, by the transmitting node, a probability that transmission for one receiving node is successful up to the nth time interval using the received signal-to-noise ratio;
Calculating, by the transmitting node, a probability that the transmission succeeds for all the K receiving nodes by the nth time interval and terminates the wireless multicast transmission by using the probability that the transmission to the one receiving node is successful;
Calculating a system unavailable limit value using a probability that the transmitting node terminates the wireless multicast transmission; And
And calculating, by the transmitting node, an optimal amount of transmission that satisfies the system unavailable limit value.
상기 제n 시간 구간에서 제k 수신 노드로 수신되는 수신 신호(
(
상기 제k 수신 노드의 수신 신호대 잡음비(
(여기서,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.15. The method of claim 13, wherein calculating the received signal to noise ratio of the kth receiving node comprises:
Received signal received to the k-th receiving node in the n-th time interval (
(
The received signal-to-noise ratio of the k-th receiving node (
(here,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에서 상기 송신 노드와 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일하고, 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 동일하며,
상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
(여기서,
로 계산하고,
n≥2 이면,
(여기서, 확률(
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.15. The method of claim 13, wherein calculating a probability that the transmission for the one receiving node is successful
In the wireless multicast service system, the average signal-to-noise ratio between the transmitting node and the K receiving nodes is the same, and the average signal-to-noise ratio between the K receiving nodes is the same,
Probability of successful transmission to one receiving node until the nth time interval (
(here,
And calculate
if n≥2,
Where the probability (
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 무선 멀티캐스트 전송을 종료할 확률을
n=1 이면,
n≥2 이면,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.16. The method of claim 15, wherein calculating the probability of terminating the wireless multicast transmission comprises:
The probability of ending the wireless multicast transmission.
if n = 1,
if n≥2,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 시스템 불능 제한값(
The system outage limit (
상기 시스템 불능 제한값(
The system outage limit (
상기 무선 멀티캐스트 서비스 시스템에서 상기 송신 노드와 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다르고, 상기 K개의 수신 노드 사이의 평균 신호대 잡음비가 서로 다르며,
상기 제n 시간 구간까지 하나의 수신 노드에 대한 전송이 성공할 확률(
(여기서,
로 계산하고,
n≥2 이면,
(여기서, 확률(
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.15. The method of claim 13, wherein calculating a probability that the transmission for the one receiving node is successful
In the wireless multicast service system, the average signal-to-noise ratio is different between the transmitting node and the K receiving nodes, the average signal-to-noise ratio is different between the K receiving nodes,
Probability of successful transmission to one receiving node until the nth time interval (
(here,
And calculate
if n≥2,
Where the probability (
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
n=1 이면,
n≥2 이면,
로 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 멀티캐스트 서비스 시스템의 최적화 방법.20. The method of claim 19, wherein the probability of terminating the wireless multicast transmission is
if n = 1,
if n≥2,
Computing a wireless multicast service system, characterized in that it comprises a step of calculating.
상기 시스템 불능 제한값(
The system outage limit (
상기 시스템 불능 제한값(
The system outage limit (
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100131808A KR101165544B1 (en) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | Optimization method for wireless multicast service with cooperative harq, system using the same and recording medium for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100131808A KR101165544B1 (en) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | Optimization method for wireless multicast service with cooperative harq, system using the same and recording medium for the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR101165544B1 true KR101165544B1 (en) | 2012-07-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100131808A KR101165544B1 (en) | 2010-12-21 | 2010-12-21 | Optimization method for wireless multicast service with cooperative harq, system using the same and recording medium for the same |
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|---|---|
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