KR100645868B1 - A method of multimedia medium access control for high-speed powerline communication - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래의 HomePlug 1.0 및 본 발명에 따른 매체 접속 제어 방법이 수행되는 단계들을 개략적으로 도시하는 도면이다.1A is a diagram schematically illustrating steps of performing a conventional HomePlug 1.0 and a media access control method according to the present invention.
도 1b는 종래의 HomePlug 1.0 및 본 발명에 따른 매체 접속 제어 방법에서의 프레임간 스페이싱(interframe spacing)을 도시한 도면이다. FIG. 1B is a diagram illustrating interframe spacing in a conventional HomePlug 1.0 and a media access control method according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 매체 접속 제어 방법에 따른 음성 노드의 동작을 상세히 예시하는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating in detail the operation of the voice node according to the medium access control method according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 매체 접속 제어 방법에 따른 비디오 노드 및 데이터 노드의 동작을 상세히 예시하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating in detail the operation of a video node and a data node according to the method for controlling media access according to the present invention.
도 4는 종래의 HomePlug 1.0에서 사용하는 방법과 본 발명에 따른 방법의 처리율(throughput)을 비교한 시뮬레이션 그래프이다.4 is a simulation graph comparing the throughput of the method used in the conventional HomePlug 1.0 and the method according to the present invention.
도 5는 종래의 HomePlug 1.0에서 사용하는 방법과 본 발명에 따른 방법의 평균 지연시간(delay)을 비교한 시뮬레이션 그래프이다.5 is a simulation graph comparing the average delay of the method used in the conventional HomePlug 1.0 and the method according to the present invention.
도 6은 종래의 HomePlug 1.0에서 사용하는 방법과 본 발명에 따른 방법의 큐 오버플로우(queue overflow)를 비교한 시뮬레이션 그래프이다.6 is a simulation graph comparing the queue overflow of the method used in the conventional HomePlug 1.0 and the method according to the present invention.
본 발명은 매체 접속 제어(MAC; Medium Access Control) 방법에 관한 것으로, 특히 전력선 통신망 환경하에서 다수의 통신망 사용자들이 매체를 공유하여 정보를 주고 받게 되는 경우에 발생하게 되는 정보의 충돌 문제를 해결하는 매체 접속 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현재까지 매체 접속 제어 방법 및 프로토콜에 대해서는 많은 연구가 행해져 왔으며, 그 대표적인 것으로 주로 유선 근거리 통신망에서 사용되고 있는 충돌 검출용 캐리어 감지 다중 접속(CSMA/CD; Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식과 주로 무선 근거리 통신망에서 사용되고 있는 충돌 회피형 캐리어 감지 다중 접속(CSMA/CA; Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식을 들 수 있다. 이들 두가지 방식의 동작은 매체의 캐리어 신호를 감지하여 신호가 검출되지 않는 상황(즉, 어떠한 노드도 사용중이지 않는 경우)에만 전송을 시도하는 CSMA 방식을 기본적으로 사용한다. To date, a lot of researches have been conducted on the method and protocol of media access control, and representative examples are Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD) and mainly wireless. Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA), which is used in a local area network, may be used. These two methods of operation basically use the CSMA scheme, which detects the carrier signal of the medium and attempts transmission only when no signal is detected (ie, when no node is in use).
그러나, CSMA/CD 방식은 매체가 사용중이지 않으면 바로 전송을 시도하며, 전송 시도시 다른 노드와의 충돌 여부를 검사하여 충돌을 감지하는 즉시 전송을 취소하는 방식인 반면, 이와 달리 CSMA/CA 방식은 충분한 시간 동안 캐리어 신호가 검출되지 않아야만 전송을 시도하고, 또한 전송 전에 다시 짧은 요구/응답 제어신호를 수신 노드와 정상적으로 교환되는지를 확인하여 충돌을 회피한 후에야 전송하는 방식이다. 따라서, CSMA/CA 방식은 무선 통신이나 전력선 통신 환경과 같이 전 송 매체가 안정적이지 못한 환경에서 유용한 방식으로 알려져 있다.However, the CSMA / CD method attempts to transmit immediately if the medium is not in use, and checks whether there is a collision with another node when attempting the transmission, and cancels the transmission immediately after detecting the collision. When the carrier signal is not detected for a sufficient time, the transmission is attempted, and before the transmission, the short request / response control signal is checked to see if it is normally exchanged with the receiving node to avoid collision. Therefore, the CSMA / CA method is known to be useful in an environment where the transmission medium is not stable, such as in a wireless communication or power line communication environment.
한편, 전력선 통신 표준화 연구 단체인 HomePlug가 비교적 저속의 전력선 통신을 위해 개발한 HomePlug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜은 상기 CSMA/CA 방식을 변형시켜 사용하고 있으며, 이 프로토콜은 개략적으로 캐리어 감지 메커니즘, 우선 순위 결정 매커니즘(Priority Resolution mechanism) 및 백오프(backoff) 알고리즘을 포함하고 있다. On the other hand, HomePlug 1.0 medium access control protocol developed by HomePlug, a research group for powerline communication standardization, is used to modify the CSMA / CA scheme. It includes a Priority Resolution mechanism and a backoff algorithm.
Homeplug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜의 우선 순위 결정 메커니즘은 고도로 분산된 방식으로 매체에 대한 우선 접속을 제공한다. 이 메커니즘은 분산된 특성을 가지고 있기 때문에, 다른 네트워킹 기술에서의 경우와 같이 중앙 노드가 매체에 대한 접속을 조정할 필요가 없다. HomePlug 1.0은 4가지의 다른 우선 순위 클래스를 허용하며, 우선 순위 결정 메커니즘의 핵심은 우선순위 결정 슬롯(PRS; Priority Resolution Slot)들과 우선순위 결정 신호들이다. 각각의 전송이 끝난 후에, 2개의 슬롯들이 우선순위 결정에 할당되며, 우선순위 결정 신호들이 발생된다. 우선순위 결정 슬롯들 이후에는 네트워크내에서 가장 높은 우선 순위를 갖는 노드들 사이에만 경쟁이 존재한다. 예를 들면, 네트워크 내에 4개의 우선순위 클래스가 존재하는 경우, 우선순위 3 및 우선순위 2 노드들이 첫번째 우선순위 결정 슬롯인 PRS0에 우선순위 결정 신호를 전송(즉, 우선순위 3 및 우선순위 2의 노드들이 PRS0를 검증(assert))할 것이고, 우선순위 1 및 우선순위 0 노드들은 이 신호를 검출하여 우선순위가 높은 트래픽에 대해 보류(defer)된다. 우선순위 3 노드들이 PRS1내에 우선순위 결정 신호를 전송하면 우선순위 2 노드들에 의해 검출되어 우선순위 2 노드들이 보류된다. 따라서 우선순위 3 노드들 만이 경쟁 기간에 경쟁하게 된다.The prioritization mechanism of the Homeplug 1.0 media access control protocol provides preferential access to media in a highly distributed manner. Because this mechanism is distributed, there is no need for the central node to coordinate access to the media as in other networking technologies. HomePlug 1.0 allows four different priority classes, and the core of the prioritization mechanism is Priority Resolution Slots (PRS) and prioritization signals. After each transmission is finished, two slots are allocated for prioritization, and prioritization signals are generated. After prioritization slots, there is only contention between the nodes with the highest priority in the network. For example, if there are four priority classes in the network,
Homeplug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜의 백오프 알고리즘에 의하면, 다른 CSMA/CA 알고리즘들에서와 같이, 백오프 슬롯(backoff slot)이 0과 경쟁 윈도우(CW: Contention Window) 값 사이의 랜덤한 정수(random integer)가 되도록 선택되고, 매체가 계속해서 휴지상태인 한 이 백오프 값이 1씩 감소하다가 0이 되었을 때 자신의 프레임을 전송하게 되고, 0이 되기 전에 매체가 휴지 상태가 아니게 되면(즉, 자신보다 낮은 백오프 값을 갖는 노드가 프레임을 전송하게 되면) 자신의 프레임 전송 시도를 보류하게 된다. According to the backoff algorithm of the Homeplug 1.0 media access control protocol, as in other CSMA / CA algorithms, the random integer between the backoff slot is 0 and the contention window (CW) value. If the backoff value is decremented by 1 and then transmits its frame when it becomes 0, as long as the medium continues to be idle, the medium is not idle (i.e. itself When a node with a lower backoff value transmits a frame, it attempts to suspend its frame transmission attempt.
또다른 한편으로, HomePlug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜은 비교적 저속의 전력선 통신을 위해 개발된 방식인데 비해, HomePlug 단체에서는 200Mbps급 속도의 전력선 통신 환경에서 멀티미디어 트래픽을 원활하게 수용하기 위해 HomePlug A/V 사양을 현재 개발 중에 있으나 아직 발표되지는 않고 있는 실정이다.On the other hand, the HomePlug 1.0 media access control protocol was developed for relatively low-speed powerline communications, while the HomePlug organization has adopted the HomePlug A / V specification to seamlessly accommodate multimedia traffic in powerline communications at 200Mbps. Currently under development but not yet announced.
그러나, 상기 Homeplug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜에 의하면 멀티미디어 트래픽들을 우선 순위 클래스로 나누고, 우선 순위가 높은 트래픽이 먼저 전송되도록 하는 방식을 사용하고 있으며, 동일한 우선 순위 레벨에 있어서는 상기한 바와 같이 공개 경쟁을 통해 동일한 확률로써 전송 노드가 결정되고 있기 때문에, 융통성이 떨어지고 상황에 따라서는 지연시간이 증가하거나 대기 큐(queue)의 오버플로우가 발생되는 등의 멀티미디어 트래픽의 서비스 품질(QoS; Quality of Service)을 제대로 보장해주지 못한다는 문제점이 있다. However, according to the Homeplug 1.0 media access control protocol, the multimedia traffic is divided into a priority class and a high priority traffic is transmitted first. At the same priority level, the open competition is performed as described above. Since the transmission node is determined with the same probability, the quality of service (QoS) of the multimedia traffic is poor, such as flexibility and delay depending on the situation or overflow of a waiting queue. There is a problem that cannot be guaranteed.
즉, 종래의 Homeplug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜에 의하면, 예를 들어 다 수의 음성 노드들과 비디오 노드들이 전송을 시도하는 경우에 음성 트래픽이 비디오 트래픽에 비해 높은 우선순위 클래스에 속하므로 음성 노드들이 먼저 전송 기회를 가지게 되는데, 이 때 비디오 노드들은 음성 노드들의 전송이 끝날 때까지 대기해야 하므로 비디오 노드들의 대기 큐에는 많은 프레임이 쌓이게 된다. 음성 노드의 전송이 끝나고 비디오 노드의 전송이 시작되었을 때 대기 큐에 쌓여 있는 프레임의 수와는 상관없이 동일한 확률로써 공개 경쟁에 의하여 전송 노드가 결정 되므로 대기 큐가 긴 비디오 프레임의 지연 시간이 길어지게 되어 전체적으로 지연 시간이 증가된다는 문제점이 발생한다. 또한 전송 기회를 기다리는 동안 대기 큐가 가득 차서 오버플로우 현상이 발생되는 경우 프레임들을 버려야 하는 경우도 발생할 수 있다는 문제점이 발생한다. That is, according to the conventional Homeplug 1.0 media access control protocol, for example, when a plurality of voice nodes and video nodes attempt to transmit, the voice nodes transmit first because voice traffic belongs to a higher priority class than video traffic. There is a chance, because video nodes have to wait until the end of the transmission of the voice nodes, so that many frames are accumulated in the waiting queue of the video nodes. When the transmission of the voice node is finished and the transmission of the video node starts, the transmission node is determined by the open competition with the same probability regardless of the number of frames accumulated in the waiting queue. There arises a problem that the overall delay time is increased. In addition, when the waiting queue becomes full while waiting for a transmission opportunity and overflow occurs, there is a problem that frames may need to be discarded.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 비디오 노드일지라도 대기 프레임의 수가 많은 노드가 적은 노드보다 확률적으로 먼저 전송기회를 가질 수 있도록 함으로써 전체적인 지연시간을 줄일 수 있도록 하여 초고속 전력선 통신에 있어서 비디오나 데이터 노드의 버퍼 오버플로우 현상을 현저히 개선시키며 프레임 손실율을 낮게 하여 높은 성능을 갖는 매체 접속 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even in the same video node, a node having a large number of waiting frames can have a chance of transmission earlier than a node having a small number of waiting frames, thereby reducing the overall delay time, thereby making high-speed power line communication possible. It is an object of the present invention to provide a medium access control method having a high performance by significantly improving a buffer overflow phenomenon of a video or data node and lowering a frame loss rate.
또한 HomePlug 1.0 매체 접속 프로토콜에 의하면 한 노드가 전송기회를 가졌을 때 한 프레임만 전송하도록 하고 있으나, 본 발명은 한번에 전송할 수 있는 프레임의 개수를 우선순위 뿐만 아니라 대기 프레임의 수를 동시에 고려하여 결정함 으로써 보다 효율적인 전송 프레임 수를 결정할 수 있는 매체 접속 제어 방법이 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, according to the HomePlug 1.0 media access protocol, when a node has a transmission opportunity, only one frame is transmitted. However, the present invention determines the number of frames that can be transmitted at one time by considering not only the priority but also the number of waiting frames. It is an object of the present invention to provide a medium access control method capable of determining a more efficient number of transmission frames.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 멀티미디어 매체 접속 제어 방법은, 전송을 원하는 프레임을 가진 노드들 모두가 현재 전송 중인 노드의 전송이 끝난 후 매체상의 캐리어를 감지하는 제1단계; 소정의 시간(CIFS) 동안 매체상의 캐리어가 감지되지 않은 경우 상기 전송을 원하는 프레임의 우선순위를 결정하는 제2단계; 및 우선순위가 가장 높은 프레임을 가진 노드가 해당 프레임을 전송하되, 상기 우선 순위가 가장 높은 프레임을 가진 노드는 0과 경쟁 윈도우(CW) 값 사이에서 결정된 랜덤한 값인 백오프 카운터(BC)의 값에 따라 선택된 프레임을 전송하는 제3단계를 포함하여 이루어지며, 상기 경쟁 윈도우(CW) 값은 상기 노드들 각각의 대기 큐에 쌓여있는 대기 프레임의 수에 따라 개별적으로 정해지며, 바람직하게는 상기 경쟁 윈도우(CW) 값이 대기 프레임의 수가 많을수록 보다 작은 값이 되도록 정해지도록 하는 것을 특징으로 한다.In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a method for controlling access to a multimedia medium, comprising: a first step of detecting a carrier on a medium after all nodes having a frame desired to be transmitted are finished transmitting; Determining a priority of a frame to be transmitted if a carrier on the medium is not detected for a predetermined time (CIFS); And a node having the highest priority frame transmits the frame, and the node having the highest priority frame has a value of the backoff counter BC, which is a random value determined between 0 and the contention window value. And a third step of transmitting the selected frame according to the step, wherein the contention window (CW) value is individually determined according to the number of waiting frames accumulated in the waiting queue of each of the nodes, preferably the contention. The value of the window CW is determined to be smaller as the number of idle frames increases.
또한 본 발명의 멀티미디어 매체 접속 제어 방법에 의하면, 전송되는 프레임이 비디오나 데이터 트래픽에 관한 것일 때에는 하나 이상의 프레임이 연속하여 전송되며, 바람직하게는 상기 전송되는 프레임의 수가 그 프레임의 우선 순위 클래스와 해당 노드의 대기 큐에 쌓여 있는 대기 프레임의 수에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the multimedia media access control method of the present invention, when the transmitted frame is related to video or data traffic, one or more frames are continuously transmitted. Preferably, the number of the transmitted frames is a priority class of the frame, and It is determined by the number of waiting frames accumulated in the waiting queue of the node.
이하에서는 본 발명에 따른 전력선 통신에 있어서의 매체 접속 제어 방법이 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명된다. Hereinafter, a method of controlling a medium connection in power line communication according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 HomePlug 1.0 및 본 발명의 일 실시예에 따른 매체 접속 제어 방법의 단계별 기능을 도시한 블록도이고, 도 1b는 이 방법에서의 프레임간 스페이싱을 도시한 도면이다.FIG. 1A is a block diagram illustrating the step-by-step functionality of a HomePlug 1.0 and media access control method according to an embodiment of the invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating interframe spacing in this method.
본 발명의 일 실시예에 따른 매체 접속 제어 방법은, 단계 11에서 전송할 프레임을 가진 노드가 현재 전송 중인 노드의 전송이 끝난 후 채널을 계속 감지하게 되고, CSMA/CA 매체 접속 제어 방식에서 정의된 일정 시간(CIF; Coordination Inter Frame Space) 동안 매체에서 캐리어 신호가 감지되지 않는 경우, 즉 어떠한 노드도 전송하고 있지 않는 상태의 경우에는 단계 12인 PRP(Priority Resolution Period) 단계로 가서 우선 순위가 높은 노드가 먼저 전송을 하게 된다. 단계 12의 결과로써 전송을 기다리는 노드들 중에서 가장 높은 우선 순위를 가진 노드들은 단계 13인 백오프 과정을 통해 랜덤한 값을 결정하게 되며, 이 중에서 가장 낮은 랜덤 값을 가진 한 노드만이 프레임을 전송한 후에 응답을 기다리게 된다(단계 14 및 15). 전송을 하지 못한 나머지 노드들은 단계 11, 단계 12 및 단계 13에서 각각 다시 처음의 과정을 되풀이 하면서 전송 기회를 만들게 된다.In the media access control method according to an embodiment of the present invention, in
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티미디어 매체 접속 제어 방법의 음성노드의 동작을 상세히 예시하는 흐름도이며, 이는 단계 25를 제외하고는 Homeplug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜의 음성노드, 데이터 노드 및 비디오 노드를 포함하는 모든 노드의 동작 흐름도와 동일하다.2 is a flowchart illustrating in detail the operation of a voice node of a method for controlling a multimedia medium access according to an embodiment of the present invention, which is a voice node, a data node, and a video node of a Homeplug 1.0 medium access control protocol except for
도 3은 본 발명의 일실시예에 다른 매체 접속 제어 방법을 예시하는 흐름도 로서, 음성 노드를 제외한 비디오 노드와 데이터 노드는 도 3의 동작 흐름도를 따르게 된다. 3 is a flowchart illustrating a method for controlling access to a medium according to an embodiment of the present invention, in which a video node and a data node except a voice node follow the operation flowchart of FIG. 3.
이하에서는 도 2와 도 3의 동작 흐름도들을 함께 설명하며, 동일 또는 유사한 단계에 대해서는 동일한 도면부호를 사용함에 유의한다.Hereinafter, the operation flowcharts of FIGS. 2 and 3 will be described together, and the same reference numerals are used for the same or similar steps.
단계 21에서 이미 전송 중인 노드의 전송이 종료되어 채널이 휴지 상태임을 감지한 후에 단계 22에서 일정 시간(CIFS) 동안 채널이 사용되지 않고 있으면, 전송을 원하는 노드들 중 우선순위가 가장 높은 프레임을 가진 노드가 단계 23에서 PRS0 및 PRS1슬롯을 검증하여 자신의 프레임이 다른 노드의 프레임보다 우선순위가 높다는 점을 확인하게 된다. If in
그 후 단계 24에서 우선순위가 가장 높은 프레임을 가진 노드들의 백오프 카운터(BC; Backoff Counter)의 값을 체크하여 0인 경우에는 단계 25로 가서 각각 새로운 경쟁 윈도우(CW; Contention Window) 값을 할당함과 동시에 새로운 백오프 카운터(BC; Backoff Counter)를 정하게 되는데, 상기 백오프 카운터의 값은 0에서부터 상기 CW 값 사이의 임의의 랜덤한 값에 해당한다. CSMA/CA나 HomePoug 1.0 매체 접속 제어 프로토콜에서는 백오프 카운터의 최대값인 경쟁 윈도우 값을 모든 노드가 동일하게 적용하고 있으나, 본 발명의 일실시예에 의하면 각 노드의 전송 대기 큐에 쌓여 있는 프레임 수(대기 프레임 수)에 따라 이 경쟁 윈도우 값이 노드마다 다르게 적용하도록 하였다. 즉, 대기 프레임 수가 많은 노드는 그렇지 않은 노드보다 작은 경쟁 윈도우 값을 할당함으로써 0부터 CW 사이에 랜덤하게 결정되는 백오프 카운터의 수가 상대적으로 작은 값을 가지도록 하였다.Then, in
본 발명의 상기 실시예에 따르면, 우선, 백오프에 참여하는 모든 노드들은 자신의 우선순위 클래스에 따라 다르게 정의되어 있는 BC(Backoff Counter), DC(Deferral Counter) 그리고 BPE(Backoff Procedure Event) 파라미터를 사용하게 되는데, 이들은 초기값으로 0을 갖게 된다. 그리고, CW는 DC와 함께 한 노드 내에서의 BPE에 따라 다르게 정의된다. 여기서 BPE는 전송 오류에 의해서 또는 DC가 0이 되어서 새로운 BC를 세팅할 경우를 말하며, DC는 전송 보류의 정도를 나타내며 BPE의 값에 따라 적절한 값으로 선택된다. 예를 들어, BPE가 0인 경우 CW=7, DC=0으로, BPE가 1인 경우 CW=15, DC=1, BPE가 2인 경우 CW=15, DC=3, 그리고 BPE가 3이상인 경우에는 CW=31, DC=15와 같은 방식으로 우선순위 지원수준에 따라 사용자가 정의하는 것으로 하였다.According to the above embodiment of the present invention, first, all nodes participating in the backoff have a Backoff Counter (BC), a Deferral Counter (DC), and a Backoff Procedure Event (BPE) parameter defined differently according to their priority class. This will be used as the initial value of 0. And CW is defined differently according to BPE in a node with DC. Here, BPE refers to the case of setting a new BC due to a transmission error or when DC becomes 0. DC represents the degree of transmission hold and is selected as an appropriate value according to the value of BPE. For example, if BPE is 0, CW = 7, DC = 0, BPE is 1, CW = 15, DC = 1, BPE is 2, CW = 15, DC = 3, and BPE is 3 or more. In the same way, CW = 31 and DC = 15 are defined by the user according to the priority support level.
그후 전송 경쟁에 참여하는 동일 우선 순위의 노드들은 상기한 바와 같이 전송 대기 프레임 수에 기반을 둔 경쟁 윈도우 값을 이용해서 각각 랜덤한 BC 값을 하나씩 정한 후에, 일정 시간(슬롯 타임)마다 BC 값을 1씩 감소시키면서 매체가 사용중인지를 계속 체크해 나가게 된다(단계 26, 27 및 29). 이때 매체가 여전히 사용중이 아니고 BC 값이 0이 되었을 때 해당 노드는 단계 30에서 전송을 시작하게 되나, 0이 되기 전에 매체가 사용중인 것으로 감지되면 이미 자신보다 낮은 백오프 카운터를 가진 노드에 의한 전송이 시작된 것이므로 단계 28 등을 거쳐 전송을 중단하고 다시 처음 과정으로 되돌아간다. 처음 과정으로 되돌아간 노드들은 그때까지 감소된 백오프 카운터 값을 그대로 다음 단계에서의 백오프 카운터 값으로 사용하도록 하여 점차 우선적으로 전송할 기회를 가질 수 있도록 한다(단계 24 및 단계 24' 참조). Subsequently, nodes of the same priority participating in the transmission contention each set a random BC value using the contention window value based on the number of frames to be transmitted as described above, and then set the BC value at a predetermined time (slot time). Decrease by one and continue to check if the medium is in use (
한편, HomePlug 1.0 매체 접속 프로토콜에 의하면 한 노드가 전송기회를 가졌을 때 한 프레임만 전송하도록 하고 있으나, 본 발명의 일실시예에 의하면 음성과 같은 지연에 아주 민감한 트래픽이 아닌 비디오나 데이터를 전송하려는 경우 IEEE 802.11e 초고속 무선 통신 프로토콜에서 적용되는 개념(즉, 한 번에 전송할 수 있는 프레임의 개수를 우선순위에 따라 다르게 적용)을 기본으로 하되, 이와 아울러 한번에 전송할 수 있는 프레임의 개수를 대기 프레임의 수도 동시에 고려하여 결정하도록 한다. 즉, 전송을 시작하려는 노드는 대기 큐에 쌓여 있는 전송 대기 프레임의 수에 따라 한 번에 전송할 수 있는 프레임 수를 나타내는 TX_Counter 값을 다르게 할당받도록 한다. 예를 들면, 전송 대기 프레임의 수가 제1임계치 이하일 경우에는 한 프레임, 제1임계치 및 제2임계치 사이일때는 두 프레임, 제2임계치 이상일 때에는 세 프레임 등과 같이 한 번에 다수의 프레임을 전송할 수 있도록 적당한 TX_Counter 값을 할당받도록 한다(도 3의 단계 33).Meanwhile, according to the HomePlug 1.0 medium access protocol, when a node has a transmission opportunity, only one frame is transmitted. However, according to an embodiment of the present invention, when a video or data is to be transmitted rather than a traffic that is very sensitive to delay such as voice. Based on the concept applied in the IEEE 802.11e high-speed wireless communication protocol (that is, the number of frames that can be transmitted at one time depends on the priority), and the number of frames that can be transmitted at one time is the number of waiting frames. Consider it at the same time. That is, the node to start the transmission is allocated differently the TX_Counter value indicating the number of frames that can be transmitted at one time according to the number of transmission waiting frames accumulated in the waiting queue. For example, if the number of frames waiting to be transmitted is less than or equal to the first threshold, a plurality of frames can be transmitted at one time, such as one frame, two frames between the first and second thresholds, and three frames if the second threshold or more. An appropriate TX_Counter value is assigned (
다수의 프레임을 전송할 수 있는 노드는 도 3의 단계 30에서 한 프레임을 전송한 후 TX_Counter를 1만큼 감소시키고, 수신 노드에서의 응답을 기다려 오류 또는 충돌여부를 판단하고, 오류나 충돌이 있을 때에는 단계 32를 거쳐 다시 초기 단계로 돌아가게 되고 충돌이 없을 경우에는 단계 34를 거쳐 TX_Counter가 0이 될 때까지 PRP단계와 백오프 단계를 거치지 않고 계속해서 다수의 프레임을 전송하게 된다.After transmitting one frame in
도 4에서부터 도 6까지는 본 발명에서 제안하는 멀티미디어 매체 접속 제어 방식과 종래의 HomePlug 1.0 매체 접속 제어 방식을 시뮬레이션을 통해 성능을 분석한 결과 그래프를 보여주고 있다. 4 to 6 show the results of analyzing the performance of the multimedia media access control method proposed in the present invention and the conventional HomePlug 1.0 media access control method through simulation.
도 4에서는 상기 두가지 방식의 처리율을 비교하고 있다. 이 도면에서 X축은 트래픽을 발생시키고 있는 노드의 수를 나타내고 있는데, 노드 수가 3인 경우라 하면 데이터, 비디오 및 음성노드가 각각 3노드씩, 즉 9개의 노드가 존재하는 경우를 고려한 것이다. 도 4에서 알 수 있듯이 노드 수가 4보다 작은 경우에는 데이터 노드에 대해서는 본 발명에서 제안하는 방식의 처리율이 HomePlug 1.0 방식보다 훨씬 더 높게 나타나고 있으며, 음성과 비디오의 경우는 HomePlug 1.0 방식과 거의 유사한 결과를 보여주고 있다. 4 compares the throughputs of the two methods. In this figure, the X-axis shows the number of nodes generating traffic. In the case of 3 nodes, the data, video, and voice nodes each have 3 nodes, that is, 9 nodes are considered. As shown in FIG. 4, when the number of nodes is smaller than 4, the throughput of the scheme proposed by the present invention for the data nodes is much higher than that of the HomePlug 1.0 scheme. In the case of voice and video, the result is almost similar to that of the HomePlug 1.0 scheme. Is showing.
도 5에는 음성과 비디오 노드에 대해 평균 지연시간을 나타내고 있는데 본 발명에서 제안하는 방식과 HomePlug 1.0에서 사용하는 방식이 거의 유사한 결과를 보여주고 있다. In Figure 5, the average delay time for the voice and video nodes is shown, and the method proposed by the present invention and the method used in HomePlug 1.0 show almost similar results.
마지막으로 도 6에는 큐 오버플로우의 수를 나타내고 있는데, 데이터 노드의 경우는 본 발명에서 제안하는 방식이 HomePlug 1.0에서 사용하는 방식에 비해 월등히 낮은 값을 보여주고 있다. 이는 각 노드에서 제한된 크기의 대기 큐에 의해 버려지는 프레임이 적으므로 각 노드의 메모리 관리나 재전송 등에 따른 오버헤드를 현저히 줄일 수 있다는 것을 의미한다.Finally, FIG. 6 shows the number of queue overflows. In the case of the data node, the method proposed by the present invention is much lower than the method used in HomePlug 1.0. This means that the number of frames discarded by the limited queue queue at each node can significantly reduce the overhead of memory management or retransmission of each node.
비디오 노드의 경우는 노드 수가 증가하게 되는 경우 대체적으로 본 발명에서 제안하는 방식이 HomePlug 1.0에서 사용하는 방식보다 나은 성능을 보이고 있다.In the case of video nodes, when the number of nodes increases, the method proposed by the present invention generally shows better performance than the method used in HomePlug 1.0.
도 4 내지 도 6까지 비교 그레프를 종합적으로 살펴볼 때 본 발명에서 제안하는 방식은 가장 우선 순위가 높은 음성 노드에 대해서는 처리율이나 평균지연시간에 있어서 HomePlug 1.0에서 사용하는 방식과 비슷한 결과를 보여주고 있으나, 비디오 노드와 데이터 노드에 대해서는 더 높은 처리율과 더 낮은 오버플로우 발생율을 보이고 있음을 알 수 있다.4 to 6, the method proposed by the present invention shows a result similar to that used in HomePlug 1.0 in terms of throughput or average delay time for the voice node having the highest priority. For video and data nodes, we see higher throughput and lower overflow rates.
본 발명에 의하면, 동일한 우선 순위 노드들 간에는 대기 큐에 쌓여 있는 프레임의 수에 따라 전송기회를 융통적으로 적용함으로써 동일한 비디오 노드일지라도 대기 프레임의 수가 많은 노드가 적은 노드보다 확률적으로 먼저 전송기회를 가질 수 있도록 하여 전체적인 지연 시간을 줄일 수 있으며 아울러 제한된 대기 큐의 길이에 따른 오버플로우 현상을 현저히 줄일 수 있다. According to the present invention, the same priority nodes can flexibly apply the transmission opportunities according to the number of frames stacked in the waiting queue, so that even if the same video node has a higher number of waiting frames, the nodes having the higher number of waiting frames are more likely to receive the transmission opportunities. This can reduce overall latency and significantly reduce overflow due to limited wait queue lengths.
또한 본 발명에 의하면, 음성 트래픽보다 우선순위가 낮은 트래픽을 전송하려는 노드가 전송기회를 가졌을 때 전송할 수 있는 프레임의 수를 우선 순위 뿐만 아니라 대기 큐에 쌓여 있는 대기 프레임의 수를 동시에 고려하여 결정하도록 함으로써 한 프레임 이상을 효율적으로 전송할 수 있다. In addition, according to the present invention, when the node to transmit traffic having a lower priority than voice traffic has a transmission opportunity, the number of frames that can be transmitted can be determined in consideration of not only the priority but also the number of waiting frames accumulated in the waiting queue. This makes it possible to efficiently transmit more than one frame.
따라서, 본 발명은 멀티미디어 트래픽을 효율적으로 수용할 수 있는 융통성을 제공할 수 있어 향후 초고속 전력선 통신에서 멀티미디어 정보의 서비스 품질을 보장하는 새로운 매체 접속 제어방법으로 활용될 수 있다.Accordingly, the present invention can provide flexibility to efficiently accommodate multimedia traffic, and thus can be utilized as a new medium access control method for guaranteeing service quality of multimedia information in future high-speed power line communication.
Claims (3)
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2005
- 2005-10-05 KR KR1020050093241A patent/KR100645868B1/en not_active IP Right Cessation
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