KR100212190B1 - 전송매체의 전송프레임 분할 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공유되는 전송매체의 다중 액세스 방법에 관한 것으로, 특히, 무선 데이터 통신에서, 데이터를 전송할 스테이션의 수가 많아져 통신 부하가 클 경우에도 효율적인 데이터 통신을 할 수 있도록 한, 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 관한 것이다.

종래의 전송매체의 전송프레임 분할 방법은 스테이션의 수가 증가하면, 슬롯을 점유하기 위한 경쟁이 치열하게 되어, 채널의 이용률이 떨어지게 되고, 데이터의 전송에 충돌이 자주 발생하여 비효율적인 문제점이 있다.

본 발명은 프레임을 분할하여 서브프레임을 만든 후, 각 서브프레임의 슬롯을 사용할 수 있는 스테이션을 제한함으로써, 각 서브프레임에서 패킷을 전송할 수 있는 스테이션 수를 줄여, 스테이션간의 슬롯확보를 위한 경쟁을 줄임과 동시에 채널의 이용률이 증가된다.

Description

전송매체의 전송프레임 분할 방법

본 발명은 공유되는 전송매체의 다중 액세스 방법에 관한 것으로, 특히, 무선 데이터 통신에서, 데이터를 전송할 스테이션의 수가 많아져 통신 부하가 클 경우에도 효율적인 데이터 통신을 할 수 있도록 한, 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신에서 데이터의 전송매체는 여러 스테이션이 공유하고 있다. 따라서 한 번에 두개 이상의 여러 스테이션이 통신 매체를 동시에 사용하는 경우, 무선 신호의 상호 간섭이 발생하여 통신할 수 없게 된다. 그러므로 전송매체를 한 번에 하나의 스테이션이 사용할 수 있도록 전송매체를 제어하는 바, 무선 통신 분야에서 시분할 다중 액세스와 주파수 분할 다중 액세스 또는 코드 분할 다중 액세스 등의 방법으로 전송매체의 이용을 효율적으로 하는 방법들이 사용되고 있다.

일반적인 무선 데이터 통신에서 통신 채널은 같은 크기의 슬롯으로 나누어져 있으며, 전송할 데이터를 가진 스테이션은 슬롯의 사용을 위해 경쟁한다. 따라서, 데이터를 전송할 스테이션은 데이터를 패킷으로 나누어 해당 슬롯을 통해 전송하는 바,첨부된 도면 도1에 도시된 바와 같이, 반복되는 여러 슬롯의 집합을 프레임이라 하며, 각 스테이션은 데이터를 전송하기 위한 슬롯을 확보하기 위해 경쟁을 하거나 예약을 함으로써 데이터를 전송한다. 경쟁방식에 의하면 전송할 데이터를 가진 여러 스테이션은 일단 데이터를 전송하고 데이터의 성공적인 수신을 확인하지 못하면 다시 데이터를 전송한다. 스테이션은 서로의 상태를 알 수 없으므로 둘 이상의 스테이션에서 동시에 데이터를 전송한 경우에 무선 신호의 충돌이 발생하여 전송시 오류가 발생한다. 그러므로 데이터를 전송헐 스테이션 수가 많아질수록, 즉, 통신 부하가 커질수록 충돌하는 횟수가 잦아지고 그만큼 효율도 떨어진다. 또하나의 방법중에서 예약에 의한 방식은 한 프레임의 특정 위치의 슬롯을 한 스테이션이 사용하도록 하는 방식이다. 이 경우에 프레임의 특정위치는 한 스테이션 만이 사용할 수 있으므로 해당 스테이션이 전송할 데이터가 없을 경우에도 다른 스테이션이 사용하지 못하므로, 성능 저하를 야기한다. 따라서, 종래에는 전송할 데이터를 가진 모든 스테이션이 슬롯의 사용을 경쟁하는 방법을 사용하는 바, 첨부된 도면 도2에 도시된 바와 같이, 6개의 스테이션중에서 4개의 스테이션이 전송할 데이터를 갖는 경우, 4개의 스테이션은 데이터를 전송하기 위하여 경쟁을 통해 슬롯을 사용한다. 이 때, 슬롯1은 스테이션6이 사용하고, 슬롯2를 스테이션2이 사용하며, 슬롯4를 스테이션3과 스테이션5가 동시에 데이터의 전송에 사용할 경우에 슬롯1과 슬롯2는 하나의 스테이션에서 사용하였으므로 올바른 전송이 일어난 반면, 슬롯4에서는 스테이션3과 스테이션5와 같이 두 개의 스테이션이 동시에 데이터를 전송하였으므로 충돌이 발생한다. 따라서, 각 스테이션은 데이터의 충돌이 발생하지 않도록 첨부된 도면 도3의 순서도에 따라 동작하게 된다. 예를들어, 스테이션3은 타임슬롯의 경계인지를 검사하는데, 슬롯3과 슬롯4의 경계이므로 전송할 패킷이 있는지를 검사하는 바, 전송할 데이터를 패킷으로 변환하여 슬롯4를 통해 패킷을 전송하고 전송할 패킷이 없으면 현재 슬롯에서 아무런 동작을 수행하지 않는다. 이후에, 스테이션3은 전송한 패킷이 충돌없이 전송되었는지 검사하여 충돌이 없을 경우에 전송이 성공적으로 수행되었으므로 절차를 종료하고, 다른 스테이션이 동일하게 동시에 패킷을 전송하여 충돌이 발생하면, 즉, 스테이션5가 슬롯4에서 스테이션3과 동시에 데이터를 전송하여 충돌이 발생하면, 스테이션3은 몇 개의 슬롯동안 패킷을 전송하지 않고 대기한다. 상기 스텝 S3으로 귀환한다. 만약, 이러한 대기 시간을 갖지 않으면 충돌을 야기한 스테이션이 다음 슬롯에 또다시 패킷을 전송하므로 매번 충돌이 발생할 수 있다.

한편, 모든 스테이션이 데이터의 발생 확률이 같다고 하면, 한 슬롯에 한 스테이션만이 팻킷을 전송할 확률을 계산할 수 있다. 여기서 한 슬롯에 한 스테이션만이 패킷을 전송하는 경우에만 성공적인 전송이 수행된 경우이므로 이 확률은 채널의 평균이용률을 나타낸다. N개의 스테이션이 동일한 확률p로 패킷의 전송에 한 슬롯을 사용한다고 하면 한 스테이션이 패킷을 전송하지 않을 확률은 1-p이다. 첫 번째 스테이션만이 이 슬롯을 사용할 확률은 첫 번째 스테이션이 패킷을 전송하고 동시에 다른 N-1개의 스테이션이 패킷을 전송하지 않을 확률이므로 그 값은 다음과 같다.

따라서 N개의 스테이션 중에서 하나의 스테이션 만이 패킷을 전송하는 경우의 확률, 즉, 패킷이 성공적으로 전송될 확률은,

이다. 예를 들어 두 개의 스테이션이 있을 때, 즉, N=2일 때, 패킷의 전송이 충돌없이 수행되는 경우는 2p(1-p)이다. 따라서, 한 슬롯으로 패킷을 전송할 확률p의 변함에 따른 채널의 이용률변화는 p의 값이 0에 가까울수록 충돌은 줄어들지만 패킷을 전송하는 경우도 줄어들도, p의 값이 1에 가까울수록 두 스테이션이 패킷의 전송을 시도할 가능성이 커져 충돌이 중가하여 전송의 성공 가능성이 줄어든다. 따라서 p의 값이 0.5일 경우에 채널 이용율은 최대가 된다. 결론적으로, N개의 모든 스테이션에서 한 슬롯을 통해 패킷을 전송할 확률 p가 같다고 하면, Np=1일 때, 채널의 이용률이 최대가 된다. 그러나 스테이션의 수, 즉, N의 값이 커짐에 따른 채널 이용률은 첨부된 도면 도4에서 알 수 있는 바와 같이 40%를 넘지 못한다.

전술한 바와 같은, 종래의 전송매체의 전송프레임 분할 방법은 스테이션의 수가 증가하면, 슬롯을 점유하기 위한 경쟁이 치열하게 되어, 채널의 이용률이 떨어지게 되고, 데이터의 전송에 충돌이 자주 발생하여 비효율적인 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 각 스테이션의 전송 데이터 양에 따라 전송 프레임을 분할함으로써, 슬롯의 확보를 위해 잦은 경쟁에 기인한 충돌확률을 줄일 수 있는 전송매체의 전송프레임 분할 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 있어서, 스테이션은 타임슬롯의 경계인지를 검사하는 제1과정과; 상기 제1과정에서, 타임슬롯의 경계이면, 해당 타임슬롯이 속해 있는 타임슬롯 그룹이 패킷을 전송하고자 하는 스테이션이 속해 있는 스테이션 그룹이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹인지를 검사하여 사용할 수 없는 타임슬롯그룹이면 동작을 종료하는 제2과정과; 상기 제2과정에서, 해당 스테이션이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹이면, 전송할 패킷이 있는지를 검사하여 전송할 패킷이 없으면 동작을 종료하는 제3과정과; 상기 제3과정에서, 전송할 패킷이 있으면, 해당 타임슬롯을 통해 데이터를 전송하는 제4과정과; 상기 제4과정이후, 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했는지를 검사하여 충돌이 발생하지 않았으면 동작을 종료하는 제5과정과; 상기 제5과정에서, 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했으면, 소정의 타임슬롯동안 대기한 후, 상기 제4과정으로 귀환하는 제6과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 전송매체에서 분할된 프레임 포맷.

도 2는 종래의 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 따른 스테이션의 데이터 전송 예시도.

도 3은 종래의 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 따른 스테이션의 데이터 전송 동작 순서도.

도 4는 종래의 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 따른 스테이션의 데이터 전송시스테이션의 수에 따른 채널이용률의 관계 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송매체에서 분할된 프레임 포맷.

도 6은 본 발명에 따른 전송매체의 전송프레임 분할 방법에서 스테이션의 데이터 전송 동작 순서도.

도 7은 본 발명에 따른 전송매체의 전송프레임 분할 방법에서 스테이션의 데이터 전송시 스테이션의 수에 따른 채널이용률의 관계 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S1∼S6 : 스테이션

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따라, N개의 스테이션이 데이터를 전송하기 위한 전송매체의 타임슬롯은 한 프레임을 구성하는 슬롯을 M개의 그룹으로 나누어 각 그룹의 슬롯을 해당 그룹에 속하는 스테이션만이 경쟁하도록 한다. 따라서 프레임의 구성은 첨부된 도면 도5에서 알수 있는 바와 같이, N/M개의 슬롯이 하나의 서브프레임을 구성한다. 따라서 한 프레임은 M개의 서브프레임으로 구성되어 M개의 그룹으로 나누어진 스테이션이 해당 그룹의 서브프레임내에 있는 슬롯만을 사용해 패킷을 전송한다. 즉, N개의 스테이션을 M개의 그룹으로 분할할 경우, 한 그룹에는 N/M개의 스테이션으로 구성된다. 따라서, 한 슬롯을 통해 패킷을 전송하기 위해 N/M개의 스테이션 만이 경쟁하도록 함으로써 데이터의 전송시 충돌의 가능성을 줄일 수 있다. 여기에서, N개의 스테이션을 N개의 그룹으로 분할 할 경우, 한 그룹은 하나의 스테이션 만으로 구성되어 한 슬롯은 한 스테이션만이 사용할 수 있다. 그러나 이 경우 기존의 예약에 의한 채널 액세스 방식과 동일해진다.

전술한 바와 같은 전송매체에서 본 발명의 동작을 첨부된 도면6의 순서도에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스테이션은 타임슬롯의 경계인지를 검사하여(스텝 S10), 타임슬롯의 경계이면, 해당 타임슬롯이 속해 있는 타임슬롯 그룹이 패킷을 전송하고자 하는 스테이션이 속해 있는 스테이션 그룹이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹인지를 검사하는 바(스텝 S20), 예를들면, 첨부된 도면 도5에서 도시된 바와 같이 프레임이 분할되었을 경우, 그룹1에 속하는 스테이션이 패킷을 전송하려는 시점이 한 프레임의 첫 번째나 두 번째 타임슬롯이면 전송이 가능하고, 한 프레임의 세 번째 이후의 타임슬롯이면 전송할 수 없다. 따라서, 해당 스테이션이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹이면, 전송할 패킷이 있는지를 검사한다(스텝 S30). 이후에, 전송할 패킷이 있으면, 해당 타임슬롯을 통해 데이터를 전송한 후(스텝 S40), 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했는지를 검사하는 바(스텝 S50), 충돌이 발생하지 않았으면 동작을 종료하고, 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했으면, 소정의 타임슬롯동안 대기한 후(스텝 S60), 상기 스텝 S40으로 귀환한다.

한편, 분할하는 그룹의 수를 M이라 하면 M의 크기에 따른 채널의 이용률은 첨부된 도면 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, M=1인 경우, 분할된 그룹의 수가 1이므로 본 발명에 의한 채널의 이용률은 종래의 완전경쟁에 의한 다중 엑세스의 채널이용률과 같고, M의 크기가 2,4,8등으로 커짐에 따라 채널의 평균이용률은 향상됨을 알 수 있다. 하지만 M의 값이 스테이션 수 N과 같아지면 종래의 예약에 의한 다중액세스의 단점이 그대로 나타난다. 따라서, M의 값을 1보다 크고, N보다 작은 값중에서 통신 데이터의 특성에 따라 선택되어야 한다. 즉, 프레임을 분할하는 그룹의 수 M의 값은 지속적으로 데이터를 전송해야 하는 음성 데이터의 특성이 많을 경우에 N에 가까운 값, 그리고 짧은 데이터가 임의로 발생하는 경우에 1에 가까운 값을 갖도록 하므로써, 데이터의 전송효율이 증가되고, 충돌의 가능성이 적어진다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 프레임을 분할하여 서브프레임을 만든 후, 각 서브프레임의 슬롯을 사용할 수 있는 스테이션을 제한함으로써, 각 서브프레임에서 패킷을 전송할 수 있는 스테이션 수를 줄여, 스테이션간의 슬롯확보를 위한 경쟁을 줄임과 동시에 채널의 이용률이 증가된다.

Claims (1)

1. 전송매체의 전송프레임 분할 방법에 있어서, 스테이션은 타임슬롯의 경계인지를 검사하는 제1과정과; 상기 제1과정에서, 타임슬롯의 경계이면, 해당 타임슬롯이 속해 있는 타임슬롯 그룹이 패킷을 전송하고자 하는 스테이션이 속해 있는 스테이션 그룹이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹인지를 검사하여 사용할 수 없는 타임슬롯그룹이면 동작을 종료하는 제2과정과; 상기 제2과정에서, 해당 스테이션이 사용할 수 있는 타임슬롯그룹이면, 전송할 패킷이 있는지를 검사하여 전송할 패킷이 없으면 동작을 종료하는 제3과정과; 상기 제3과정에서, 전송할 패킷이 있으면, 해당 타임슬롯을 통해 데이터를 전송하는 제4과정과; 상기 제4과정이후, 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했는지를 검사하여 충돌이 발생하지 않았으면 동작을 종료하는 제5과정과; 상기 제5과정에서, 전송한 패킷이 다른 스테이션으로 부터 전송된 패킷과 충돌이 발생했으면, 소정의 타임슬롯동안 대기한 후, 상기 제4과정으로 귀환하는 제6과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송매체의 전송프레임 분할방법.

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