KR100384820B1 - 디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템의 전송확률 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템의 수율을 유지하면서 전송 단말간의 공평성을 보장할 수 있는 DS-CDMA 기반 S-ALOHA 시스템에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 기지국에서 다음 슬롯에 전송할 사용자에 대하여 전송 확률을 결정하여 순방향 제어 채널을 통해서 모든 단말에 알려 주고, 이때 전송 확률은 단말의 상태를 고려하여 초기 전송 확률과 재전송 확률을 구분하여 설정함으로써 시스템 수율의 큰 저하 없이 단말간의 공평성을 보장할 수 있도록 한다.

또한, 다음 슬롯에서 각 단말의 재전송 확률 및 초기 전송 확률을 기지국에서 현재 슬롯의 정보를 이용하여 동시 전송(Broadcast)하는 방법을 사용함으로써, 채널의 트래픽 부하에 관계없이 단말간의 공평한 전송을 보장할 수 있다.

Description

디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템의 전송 확률 제어 방법 및 그 장치{Apparatus and method for controlling transmission probability of slotted-ALOHA system based DS/CDMA}

본 발명은 디에스/시디엠에이(Direct Sequence/Code Division Multiple Access ; 이하 "DS/CDMA"라 약칭한다) 기반 슬롯티드-알로하(Slotted-Additive Links On-line Hawaii Area)를 위한 랜덤 액세스 방식에서 단말간의 공평성을 개선하는 새로운 전송 확률 제어 방법을 사용한 패킷 데이터 전송 확률 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 기지국에서 다음 슬롯에 전송할 사용자에 대하여 전송 확률을 결정하여 순방향 제어 채널을 통해서 모든 단말에 알려 주고, 이때 전송 확률은 단말의 상태를 고려하여 초기 전송 확률과 재전송 확률을 구분하여 설정함으로써 시스템 수율의 큰 저하 없이 단말간의 공평성을 보장할 수 있도록 하며, 또한 다음 슬롯에서 각 단말의 재전송 확률 및 초기 전송 확률을 기지국에서 현재 슬롯의 정보를 이용하여 동시 전송(Broadcast)하는 방법을 사용함으로써, 채널의 트래픽 부하에 관계없이 단말간의 공평한 전송을 보장할 수 있도록한 것이다.

현재 대부분의 이동 통신 시스템에서는 이동단말로부터 기지국으로의 데이터 전송을 위해 랜덤 액세스 채널(다중 액세스 채널)을 이용하고 있다.

이와 같은 랜덤 액세스 채널은 전용 채널 요구를 위한 신호 메시지뿐만 아니라, 단문전송, 패킷 데이터 전송 등 전용채널 점유를 통한 전송이 비효율적인 많은 경우에 사용되고 있다.

이러한 형태의 데이터 전송 필요성은 향후 서비스가 다양화되어짐에 따라 더욱 늘어날 것이며, 랜덤 액세스 채널로의 데이터 전송량(부하)으로 증가할 것으로 전망한다.

그러나 랜덤 액세스 채널을 통한 데이터 전송의 문제점은 그 채널이 전용채널이 아니라 여러 이동단말기가 함께 사용하는 공유 채널이기 때문에 두개 이상의 단말기가 랜덤 액세스 채널을 통해 데이터를 전송하면 충돌이 발생하게 되고, 이로 인해 기지국은 데이터를 성공적으로 수신할 수 없다.

이렇게 충돌이 발생하게 되는 경우, 이동 단말기는 특정 기간 내에 기지국으로부터 원하는 응답을 받지 못하게 되어 채널이 액세스 될 때까지 같은 데이터는 반복적으로 재전송 하게 되어, 충돌에 의한 재전송의 반복에 따라 채널을 액세스하기까지의 지연시간(Delay)이 길어지게 될 뿐만 아니라, 순수부하에 큰 재전송 부하가 추가하게 되어 랜덤 액세스 채널의 순수 처리율(Throughput)을 전체적으로 저하시키는 결과를 초래하게 되므로, 이러한 문제를 해결하도록 랜덤 액세스 제어는 각 이동단말기의 랜덤 액세스 시점을 충돌이 최소화 되도록 적절히 조절하여 신속한 전송과 높은 처리율을 제공하는데 초점을 맞추고 있다.

랜덤 액세스 제어 방법에 관한 종래의 일 예로서는 알로하(Aloha) 방법이 알려져 있으며, 이 알로하 방법은 각 이용자가 전송할 데이터가 있는 경우, 즉시 공유 채널을 액세스하여 전송하고, 충돌이 발생할 경우는 다시 임의의 시간 후에 재 전송하는 방법으로 공유 채널로의 전체 입력 부하가 작을 때는 충돌 가능성이 낮아 첫 번째 시도에서 성공적으로 전송될 가능성이 높기 때문에 지정된 시간도 대기한 후 전송을 개시하는 방법에 비하여 보다 신속한 전송을 제공할 수 있다.

또 하나의 종래의 다른 예로서는 상기 알로하 방법을 좀 더 개선한 방법인 슬롯티드-알로하(이하 "S-ALOHA"라 약칭한다 - 단말국이 송출한 접속 메시지가 충돌한 경우, 단말국은 접속 메시지의 충돌 확인 후 임의의 시간동안 대기한 후 기지국으로 다시 접속 메시지를 재송출한다. 이와 같이 각 단말국이 각기 다른 임의의 시간동안 대기하여 충돌한 메시지를 재송출하는 접속 방법을 말한다) 방법이 있다.

이 슬롯티드-알로하 방법은 공용 채널을 몇 개의 슬롯으로 나누고 슬롯의 시작점에서만 랜덤 액세스를 허용하는 방법으로서, 임의의 시간에 랜덤 액세스를 허용하는 알로하 방법에 비해 충돌 확률을 줄일 수 있어 비교적 높은 입력 부하까지도 안정적 성능을 제공할 수 있고 처리율도 알로하 방법보다는 우수하다.

도 1은 종래 기술에 따른 슬롯티드-알로하 방식의 액세스 슬롯 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이는 현재 표준화 중인 IS-95C의 슬롯티드-알로하 방식의 액세스 슬롯 구조를 나타낸 것으로, 역방향 공통 채널을 시간 단위의 액세스 슬롯(1)으로 나누고, 전송할 데이터가 있는 이동국은 액세스 슬롯의 시작 시간에 전송을 시작한다.

이 때, 단위 액세스 슬롯(1)의 크기는 액세스 슬롯 데이터 패킷(4)의 최대데이터 패킷 크기(Max_Packet_Length)와 같게 결정되며, 최대로 전송 가능한 메시지의 크기는 메시지 캡슐(2)의 크기에 의해 제한된다. 여기서, 메시지 캡슐(2)의 크기는 기지국의 방송 메시지에 의해 지정된다.

이동국은 항상 데이터를 전송할 때 동기를 취하기 위한 일정 길이(N x 1.24ms)의 액세스 프리앰블(Access Preamble)(3)를 먼저 전송한 후 데이터를 전송한다.

따라서, 셀(Cell) 내의 모든 이동국은 같은 크기로 나누어진 슬롯의 시작 시간에만 전송을 시작하므로, 슬롯의 시작 시간에 2개 이상의 이동국이 동시 전송을 시작하지만 않는다면 충돌이 일어나지 않는다.

다시 말하자면, 슬롯티드-알로하 방식은 이동국의 송출 요구가 발생된 후에 기지국에서의 동기 신호등에 포함되는 동기 정보에 따라 데이터 패킷의 송출 개시 시각을 동기화하여 무선 채널에 송출하게 되므로, 데이터 패킷이 충돌할 때는 전부가 겹치게 되고, 충돌하지 않을 때는 전부가 살아남게 된다.

이와 같은 슬롯티드-알로하 방식은 주로 짧고 간단한 데이터 전송시에 사용되며, 전송할 데이터 패킷이 액세스 슬롯의 크기보다 작은 경우에는, 이동국이 전송에 사용되고 남은 액세스 슬롯이 있어도 이를 다른 이동국에 사용할 수 없으므로, 액세스 슬롯의 많은 부분을 낭비하게 된다는 문제점이 있다.

또 하나의 종래의 다른 예로서는 충돌의 문제를 보다 궁극적으로 해결하기 위한 라운드-로빈(Round-Robin) 방법이 있다.

이 라운드-로빈 방법은 각 사용자가 공유 채널을 액세스하여 데이터를 전송할 수 있는 시점을 미리 결정해두고, 라운드-로빈 방식으로 번갈아 가며 전송하는 방법으로, 바꾸어 말하면 공유 채널을 몇 개의 슬롯으로 나누고 각 이용자가 사용할 수 있는 슬롯을 미리 결정하여 그 슬롯만 사용하게 함으로써 입력부하가 큰 경우에 지연시간을 대폭적으로 경감시키고 순수 처리율은 대폭적으로 증가하도록 하고 있다.

그러나, 상술한 알로하 방법은 공유 채널로의 전체 입력부하가 높아짐에 따라 충돌 가능성이 매우 높아지고 결국 많은 재전송을 유발하게 되며, 이것에 의해 전송시간이 현저하게 길어지며 순수 처리율도 급격히 감소하게 된다.

연구논문 "Telecommunication Network : Protocols, Modeling and Analysis, Mischa Schwartz, Addison Wesley Press"에 의하면 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 부하가 0.18 이상만 되더라도 지연시간이 급격히 증가해 사용이 어려울 뿐만 아니라 도 3에 도시된 바와 같이, 입력 부하가 0.18 이상으로 증가하면 충돌이 매우 빈번하게 발생하여 순순 처리율이 급격히 떨어지며 알로하 방법에서 지원하는 최대 처리율이 0.18에 머물게 되는 문제점이 있었다.

그리고 상술한 슬롯티드-알로하 방법은 슬롯의 시작점까지 기다린 후 전송을 개시하여야 하기 때문에 매우 낮은 입력 부하에서도 일정한 초기 지연시간을 감소하여야 하며 이로 인해 도 2에 도시된 바와 같이, 낮은 부하에서는 알로하 방법보다 지연시간이 크게 될 뿐만 아니라, 이 슬롯티드-알로하 방법에서도 기본적으로 각 이용자가 데이터를 전송하는 시점을 랜덤하게 결정하므로 입력부하가 더 커지게 되면 충돌 문제를 궁극적으로 극복하지 못하게 되며 결국 지연시간이 급격히 증가하고 순순 처리율이 현저히 낮아지는 현상이 발생하게 되어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 이 슬롯티드-알로하 방법을 사용하더라도 입력부하가 2개 이상 되는 경우에는 안정적 성능을 보장할 수 없다는 문제점이 있었다.

또한 현재, GSM(Global System for Mobile communication ; 이동 통신 세계화 시스템)이나 CDMA(Code Division Multiple Access ; 코드 분할 다중 접속) 등의 많은 이동 통신 시스템에서는 랜덤 액세스 제어 방법으로 슬롯티드-알로하 방법을 이용하고 있고, 이들 시스템에서는 전술한 바와 같이 슬롯티드-알로하가 예를 들어 0.37의 특정 입력 부하 이상에서 폭주되어 거의 데이터 전송을 할 수 없게 되는 상황을 막기 위해 각 이동단말기에 액세스 클래스(Access Class)를 부여하고 일정한 수의 이러한 액세스 허용/금지에 근거한 폭주 제어는 서비스의 질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 공용 채널의 가용한 용량의 상당 부분을 낭비하는 비효율성으로 되는 문제점이 있었다.

그리고, 상술한 라운드-로빈 방법은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 입력부하가 높은 경우에는 충돌을 효과적으로 피할 수 있기 때문에 충돌에 의한 재전송 부하가 생기는 것을 막고 이것에 의해 채널용량의 포화점까지 입력부하가 짧은 지연시간과 높은 처리율을 제공하여 주는 장점은 있으나, 입력 부하가 낮은 상황하에서도 자신의 차례를 기다린 후 전송하여야 하기 때문에 즉, 낮은 입력 부하에서도 자신의 슬롯을 기다려 전송을 개시하여야 하므로 낮은 입력 부하에서는 알로하나 슬롯티드-알로하 방법보다도 훨씬 큰 지연시간이 필요하게 된다는 문제점이 있었다.

또한 IMT-2000에서는 상술한 슬롯티드-알로하만을 이용할 경우, 과부하시 긴급한 신호 메시지(Signaling Message)가 오랫동안 지연시간을 겪는 문제를 해소하기 위하여 FAUSCH 채널을 별도로 두고 예약에 기반한 액세스 제어 방법으로 신호 메시지들만을 별도로 전송하는 방안이 "Tdoc SMC₂UTMS-L23 182/98 "Performance comparison of RACH and FAUSCH for rare signalling events", phillips"에 개시된 바 있으나, 이러한 방법은 별도의 채널(FAUSCH) 구현을 위한 하드웨어가 지원되어야 하며, 또한 메시지 전송만을 위한 해결책이므로 랜덤 액세스 채널로의 데이터 전송에 대한 궁극적인 해결책이 될 수 없다는 문제점이 있다.

일반적으로, CDMA 기반의 매체 접근 제어는 코드의 할당 방식에 따라 크게 차이가 있다. 공유 코드 방식은 동일한 코드로 동일 슬롯에 접근할 경우에 발생하는 코드 충돌에 의하여 시스템의 성능이 좌우되는 반면에, 전용 코드 방식은 동시에 전송하는 사용자 수에 의해서 시스템의 성능이 좌우된다. 즉, 동시에 전송하는 사용자의 수가 일정 수준 이하일 경우에는 오류 없이 전송이 이루어지는 반면, 동시에 전송하는 사용자의 수가 증가할 경우에는 비트 오류가 급격히 증가하는 특징이 있다.

또한, S-ALOHA 방식에서는 전송을 시도하는 사용자의 수를 적정 수준으로 유지하기 위하여 전송에 실패한 단말의 전송 확률을 지속적으로 감소시키고, 전송에 성공할 경우 전송 확률을 "1"로 설정함으로써 동시에 전송되는 사용자의 수를 제어하였다.

이러한 방식은 패킷의 성공적 전송 여부에 따라서 각 단말이 전송 확률을 조정하기 때문에, 채널의 트래픽 부하가 높아질 경우에 패킷 전송에 성공하지 못한 특정 단말이 전송 확률을 지속적으로 감소시킴으로써 단말간의 공평성이 보장되지 못하였다. 즉, 단말의 전송 확률이 지나치게 낮아짐으로 인해 공평한 전송이 불가능하게 된다.

이러한 종래 DS/CDMA 기반 S-ALOHA 시스템에서의 전송 확률 제어 방법들은 높은 수율을 보장할 수 있는 반면, 특정 단말의 전송 확률을 지나치게 억제함으로 인하여 특정 단말이 전송을 제대로 시도하지 못하였다. 즉, 트래픽 폭주시 채널을 특정 단말이 독점함으로써, 시스템 전체의 수율이 높아지는 경향이 있는 반면에 공평성은 크게 저하되는 문제점을 가진다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은 기지국에서 다음 슬롯에 전송할 사용자에 대하여 전송 확률을 결정하여 순방향 제어 채널을 통해서 모든 단말에 알려 주도록 하고, 이때 전송 확률은 단말의 상태를 고려하여 초기 전송 확률과 재전송 확률을 구분하여 설정함으로써, 시스템 수율의 큰 저하 없이 단말간의 공평성을 보장할 수 있도록 한 DS/CDMA 기반 S-ALOHA 시스템에서 전송 확률 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 DS/CDMA 기반 S-ALOHA 시스템에서 전송 확률 제어 방법은,

CDMA 시스템에서의 오류율은 랜덤 잡음뿐만 아니라 다른 사용자로부터의 다중 접속 간섭에 의해 많은 영향을 받게 된다. 따라서, CDMA 채널 환경에서 비트 오류율은 동시에 전송되는 사용자의 수를 고려하여 다음과 같은 <수학식 1>과 같이 가정한다.

여기서, SNIR은 신호대 간섭비이고, N은 확산 이득을 나타내며, k는 동시에 전송하는 사용자 수이며, Eb/No는 신호대 잡음비를, 알파()는 레이지드 코사인(raised cosine) 필터의 롤오프 팩터(roll-off factor)를 나타낸다.

잡음은 전체 주파수에 걸쳐서 균등하게 분포되는 것으로 가정하며, 인접 셀로부터의 다중 접속 간섭은 무시하고 동일권 내의 간섭만을 고려한다.

그리고 신호는 기지국에서 이상적인 전력 제어를 통해 동일한 전력으로 기지국에 수신되는 것으로 가정한다.

상기 <수학식 1>에 나타낸 바와 같이 오류율(P_b(k))은 동시에 전송하는 사용자 수(k)와 확산 이득(N)에 많은 영향을 받게 된다. 상기 확산 이득(N)이 클 경우 오류율(P_b(k))이 개선되지만 대역폭이 증가하는 단점이 있다. 따라서, 적정오류율(P_b(k))을 유지하기 위해서는 동시 전송자 수(k)를 적절하게 제어해야만 한다.

또한, 데이터를 패킷 단위로 전송할 경우 패킷 내의 모든 비트에 오류가 없을 경우에만 그 패킷이 성공적으로 전송되는 것으로 가정한다. 1개의 패킷이 동시에 전송되었을 경우에 패킷이 성공적으로 전송될 확률 Qs(l)는 아래의 <수학식 2>와 같다.

여기서, L은 한 패킷의 길이를 비트 단위로 나타낸다. 상기 <수학식 2>를 이용하여 1개의 패킷이 동시에 전송되었을 때 성공적으로 수신되는 패킷 수 Esp(l)은 아래의 <수학식 3>과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 슬롯티드-알로하 방식의 액세스 슬롯 구조를 나타낸 도면,

도 2는 종래의 각 다중 액세스 제어 방법에서 입력 부하에 대한 지연 시간을 나타낸 그래프,

도 3은 종래의 각 다중 액세스 제어 방법에서 입력 부하에 대한 순수 처리율을 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에서 동시에 전송하는 사용자 수와 성공적으로 전송되는 사용자 수의 관계를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 전송 확률 제어 장치의 구조를 보인 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 전송 확률 제어 방법을 이용한 패킷 전송의 흐름을 보인 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 .... 기지국

200 .... 버퍼부

210, 220, 230 .... 무한 버퍼

300 .... CDMA 채널부

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 DS/CDMA 기반 S-ALOHA 시스템에서 패킷 데이터 전송 확률 제어 방법 및 그 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에서 동시에 전송하는 사용자 수와 성공적으로 전송되는 사용자 수의 관계를 나타낸 그래프이다.

먼저, 한 패킷의 길이를 1000비트, 알파()를 0.5, 확산 이득(N)을 64, Eb/No를 15dB로 가정하였을 때 상기 <수학식 3>을 이용하여 동시에 전송하는 사용자 수와 성공적으로 전송되는 사용자 수의 관계를 나타낸 것이다.

이에 도시된 바와 같이, CDMA 시스템에서는 동시에 전송하는 사용자 수(k)를 적절히 제어하지 못하면 과도한 간섭에 의해 급격한 성능의 저하가 발생하게 되며, 이를 적절히 제어함으로써 최대의 수율을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전송 확률 제어 장치의 구조를 보인 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 피드백 루프를 통해서 ACK 및 NAK 신호의 형태로 데이터를 출력하는 기지국(100)과, 상기 피드백 루프를 통해서 전달되는 ACK 및 NAK 신호에 따라 입력 데이터를 처리하는 각 무한 버퍼(210 ~ 230)와, 상기 각 무한 버퍼(210 ~ 230)로부터 출력되는 데이터를 입력받아 상기 기지국(100)으로 전송해주는 CDMA 채널부(300)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 전송 확률 제어 장치의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모든 단말은 무한 버퍼(Infinite Buffer ; 210 ~ 230)를 갖고 있는 것으로 가정하며, 이로 인해 버퍼의 범람에 의한 패킷 손실은 없는 것으로 간주한다. 그리고, 버퍼부(200)에 저장된 패킷들은 FIFO 방식으로 서비스 받게 되며, 패킷의 전송은 전송 확률(P)에 의해서 결정된다.

도시된 바와 같이, 일단 전송된 패킷의 성공적 전송 여부는 기지국(100)에서피드백 루프(Feedback Loop)를 통해서 ACK(ACKnowledgement ; 확인 응답 - 데이터 통신에 있어서, 데이터를 정상으로 수신했음을 통지하기 위하여 수신측의 네트워크 디바이스로부터 송신 측의 네트워크 디바이스에 보내어지는 제어 정보) 및 NAK(Negative Acknowledgement ; 부정 응답 - 두 국 사이에서 데이터 링크를 확립하기 위하여, 송신측으로부터 데이터 전송 요구에 대하여 수신국이 데이터를 받을 준비가 되어 있지 않아 송신국이 데이터를 송출하지 않도록 하거나, 수신된 데이터에 오류가 있어 다시 데이터를 받을 필요가 있는 경우, 수신국에서 송신국에 보내는 전송 제어 신호 부호) 신호의 형태로 단말로 통보된다. 이때 피드백 루프를 통해서 전달되는 ACK 및 NAK 신호는 에러와 지연 없이 전달되는 것으로 가정하며, NAK를 수신한 단말은 바로 다음 슬롯에서 재전송을 시도하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 전송 확률 제어 방법을 이용한 패킷 전송의 흐름을 보인 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 패킷의 초기 전송 확률(P)을 "1"로 설정하는 단계(ST11)와, 상기 전송 확률 설정 후, 버퍼 상태를 체크하는 단계(ST12)와, 상기 버퍼 체크 결과 버퍼가 비어 있지 않으면, 상기 전송 확률(P) 값을 산출하는 단계(ST13)와, 상기 전송 확률(P) 산출 후, 패킷 데이터를 전송해주는 단계(ST14)와, 상기 전송된 패킷 데이터에 대한 확인 응답 여부를 체크하는 단계(ST15)와, 상기 체크 결과 응답이 없으면, 재전송 확률(rtx_prob) 방식을 적용하는 단계(ST16)와, 상기 체크 결과 확인 응답이 있으면 초기 전송 확률(ntx_prob) 방식을 적용하는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 전송 확률 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기존의 방식에서는 전송에 실패한 사용자의 재전송 확률을 이전 슬롯의 전송 확률의 절반으로 감소시키며 전송에 성공한 단말의 경우 다음 패킷의 초기 전송 확률을 "1"로 설정하게 된다.

그러나, 본 발명에서 제안한 방식에서는 기지국에서 r번째 슬롯의 정보를 이용하여(t+1)번째 슬롯에서의 초기 전송 확률(ntx_prob)과 재전송 확률(rtx_prob)을 각각 다음과 같이 산출한다.

ntx_prob_t+1= 1, if RTX_PKT_t+1< TH

ntx_prob_t+1= 0, otherwise

rtx_prob_t+1= 1, if RTX_PKT_t+1< TH

rtx_prob_t+1= TH/RTX_PKT_t+1, otherwise

여기서, TH는 시스템 수율이 최대가 되게 하는 동시 전송 사용자의 수이며, RTX_PKT_t+1은 (t+1)번째 슬롯에서 재전송할 패킷을 가지고 있는 사용자 수를 나타낸다.

이 값은 r번째 슬롯에서 성공적으로 전송되지 못한 패킷과 r번째 슬롯에서 전송을 시도하지 않은 사용자 수의 합과 같으므로 다음과 같이 구할 수 있다.

RTX_PKT_t+1= ERR_PKT_t+ (RTX_PKT_t- TOT_PKT_t)

상기 <수학식 6>에서 TOT_PKTt 와 ERR_PXTt 는 각각 r번째 슬롯에서 패킷을 전송한 사용자 수와 패킷을 전송한 사용자 패킷 전송에 실패한 사용자 수를 나타낸다.

상기 <수학식 4>와 <수학식 5>에 나타낸 바와 같이 다음 슬롯에서 재전송 할 패킷이 있는 사용자의 수(RTX_PKT_t+1)가 시스템 수율이 최대가 되는 동시 전송자 수(TH)보다 많을 경우 ntx_prob를 "0"으로 설정하여 초기 전송을 억제하는 반면 패킷의 rtx_prob는 다음 슬롯에서의 재전송을 시도하는 사용자의 수(RTX_PKT_t+1)가 시스템 수율이 최대가 되는 동시 전송자 수(TH)와 같도록 설정한다.

그리고 다음 슬롯에서 재전송 사용자의 수가 시스템 수율이 최대가 되는 동시 전송자 수보다 적을 경우 ntx_prob 와 rtx_prob를 모두 "1"로 설정하여 모든 패킷의 전송과 재전송이 이루어지게 되며 이 경우 RTX_PKT는 TOT_PKTt와 같아지게 되어서 RTX_PKTt+1은 간단하게 ERR_PXTt이 된다.

본 발명에서는 시뮬레이션을 위하여 50개의 단말이 존재하는 하나의 셀 환경을 고려하였으며, 모든 단말에서 패킷은 프와송 발생(Poisson Origination ; 발생 간격이 서로 독립적이고 동일한 지수 분포를 따르는 발생 양상. 이것은 고객의 도착이 시간적으로 보아서 완전히 랜덤일 때 나타난다.)을 일으키며, 한 패킷의 길이는 1000비트로 가정하였다. 확산 이득(N)은 64, 알파()는 0.5, Eb/No는 15dB로 가정하였기 때문에, 첨부된 도면 도 1에서 알 수 있듯이 시스템 수율이 최대가 되는 동시 전송자 수인 TH는 "8"이 된다. 기존 방식과 제안된 방식의 성능을 시뮬레이션을 통하여 수율, 지연, 공평성의 관점에서 비교하였으며, 이를 위하여 다음과 같은 정의를 사용하였다.

수율은 한 슬롯 동안 성공적으로 전송된 패킷 수[packets/slot]이고,

지연은 패킷이 발생하여 기지국으로부터 ACK를 받을 때까지의 시간[slots]이며,

공평성 지수는 아래의 <수학식 7>과 같이 정의한다.

여기서, Yi는 단말 i의 측정 수율, Zi는 단말 i가 보장받아야 하는 이상적인 수율, N은 전체 단말의 수를 나타낸다. 여기서, Zi는 모든 단말에 대해서 동일한 것으로 가정하였다.

이상에서 상술한 본 발명 "디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템에서 전송 확률 제어 방법 및 그 장치"에 따르면, DS/CDMA 기반 S-ALOHA를 위한 랜덤 액세스 방식에서 단말간의 공평성을 개선하는 새로운 전송 확률 제어 기법을 제안함으로써, 기지국에서는 다음 슬롯에서의 재전송자 수가 최대 수율을 얻을 수 있는 사용자의 수 보다 적은 경우 재전송 확률과 초기 전송 확률을 모두 "1"로 설정하여 모든 패킷의 전송을 허락하고, 그렇지 않을 경우 패킷의 초기 전송은 억제하는 반면 다음 슬롯에서의 재전송자의 수가 최대 수율을 얻을 수 있는 사용자의 수가 되도록 재전송 확률을 모든 단말에게 순방향 동시 전송(Broadcast) 채널을 통해 알려 줌으로써, 패킷 데이터 전송 확률을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템의 전송 확률 제어 장치에 있어서,

   피드백 루프를 통해서 전송된 데이터의 결과를 나타내는 응답신호(ACK, NAK)를 이동국으로 출력해주는 기지국과;

   상기 피드백 루프를 통해서 전달되는 응답신호에 따라 입력 데이터의 재전송 여부를 결정하고, 그 결정에 따라 데이터 재전송을 수행하는 각 이동국내 구비된 무한 버퍼와;

   상기 각 무한 버퍼로부터 출력되는 데이터를 입력받아 상기 기지국으로 전송해주는 CDMA 채널부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템에서 전송 확률 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, NAK 응답신호를 수신한 단말은, 바로 다음 슬롯에서 재전송을 시도하는 것을 특징으로 하는 전송 확률 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국은, 각 단말의 재전송 확률 및 초기 전송 확률을 상기 기지국에서 현재 슬롯의 정보를 이용하여 동시전송함으로써 채널의 트래픽 부하에 관계없이 단말간의 공평한 전송을 보장할 수 있는 전송 확률 제어 장치.
4. 디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템의 전송 확률 제어 방법에 있어서,

   패킷의 초기 전송 확률(P)을 설정하고, 버퍼 상태를 체크하는 단계와;

   상기 버퍼 체크 결과 버퍼가 비어 있지 않으면 상기 전송 확률(P) 값을 산출하는 단계와;

   상기 전송 확률(P) 산출 후 패킷 데이터를 전송해주는 단계와;

   상기 전송된 패킷 데이터에 대한 확인 응답 여부를 체크하는 단계와;

   상기 체크 결과 응답이 없으면 재전송 확률(rtx_prob)을 산출한 후 상기 전송 확률(P) 값을 산출하는 단계로 리턴하는 단계와;

   상기 체크 결과 확인 응답이 있으면 초기 전송 확률(ntx_prob)을 산출한 후 상기 버퍼 상태를 체크하는 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 기반 슬롯티드-알로하 시스템에서 전송 확률 제어 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 초기 전송 확률(ntx_prob)은 다음의 <수학식 1>로 산출되는 것을 특징으로 하는 전송 확률 제어 방법.

   <수학식 1>

   ntx_prob_t+1= 1, if RTX_PKT_t+1< TH

   ntx_prob_t+1= 0, otherwise

   상기 TH는 시스템 수율이 최대가 되게 하는 동시 전송 사용자의 수를 나타내며, RTX_PKT_t+1은 (t+1)번째 슬롯에서 재전송할 패킷을 가지고 있는 사용자 수를 나타낸다.
6. 제 4 항에 있어서, 재전송 확률(rtx_prob)은 다음의 <수학식 2>로 산출되는 것을 특징으로 하는 전송 확률 제어 방법.

   <수학식 2>

   rtx_prob_t+1= 1, if RTX_PKT_t+1< TH

   rtx_prob_t+1= TH/RTX_PKT_t+1, otherwise
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 TH의 값은 r번째 슬롯에서 성공적으로 전송되지 못한 패킷과 r번째 슬롯에서 전송을 시도하지 않은 사용자 수의 합과 동일하므로 다음의 <수학식 3>과 같이 산출할 수 있는 것을 특징으로 하는 전송 확률 제어 방법.

   <수학식 3>

   RTX_PKT_t+1= ERR_PKT_t+ (RTX_PKT_t- TOT_PKT_t)

   상기 TOT_PKTt와 ERR_PXTt는 각각 t번째 슬롯에서 패킷을 전송한 사용자 수와 패킷을 전송한 사용자 패킷 전송에 실패한 사용자 수를 나타낸다.