KR100771228B1

KR100771228B1 - 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR100771228B1
Application number: KR1020060036392A
Authority: KR
Inventors: 윤창호; 이새움; 김기선
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-29
Also published as: KR20070104153A

Abstract

본 발명은 수동 스타 커플러 (PSC : Passive Star Coupler) 파장 분할 다중 접속 (WDMA: Wavelength Division Multiple Access)망을 위한 새로운 송수신 기지국 가속 할당 매체 접근 제어 (MAC : Media Access Control) 기법의 제안에 관한 것으로, 시간/파장 분할 다중 접속 (TDMA/ WDMA : Time Division Multiple Access/ Wavelength Division Multiple Access) 기반 매체 접속 제어 (MAC)의 단점인 데이터 트래픽 밀도가 낮을 때 발생하는 유휴 송수신 기지국 쌍의 증가를 방지하기 위해 송수신 기지국 가속 할당 시, 유휴 송수신 기지국들을 미리 파악하고 새로운 송수신 기지국 쌍을 충돌없이 재할당하는 조기 전송 (ET : Early Transmission) 단계를 통해 유휴 송수신 기지국 쌍의 수를 줄여 망 성능을 증대시키려는 과정을 포함한다.

매체 접속 제어, 수동 스타 커플러, 송수신 기지국 할당, 파장 분할 다중 접속망

Description

수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신 기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법 및 그 시스템{Media access control apparatus with accelerative pre-allocation for passive star coupled wavelength division multiple access networks and system thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망의 구조와 기지국 내부 블록 도표.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 분할 시간 슬롯 상의 예정 송수신 기지국 할당 도면.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 기지국 가속 할당 매체 접속 제어 기법 순서 흐름도.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 기지국 가속 할당 매체 접속 제어 기법의 조기 전송 단계 순서 흐름도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 기지국 가속 할당 매체 접속 제어 기법 시간 흐름도.

{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}

101 : 기지국 102 : 스타 커플러

103 : 제어/승인 송신기 104 : 제어/승인 수신기

105 : 데이터 송신기 106 : 데이터 수신기

107 : 송수신용 버퍼 108 : 매체 접속 제어 프로세서

본 발명은 수동 스타 커플러 (PSC) 파장 분할 다중 접속 (WDMA)망에서 망 성능을 개선시키기 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 (MAC) 기법 제안에 관한 것으로, 특히 시간/파장 분할 다중 접속 (TDMA/WDMA) 기반 매체 접속 제어 (MAC)에서 유휴 송수신 기지국의 정확한 수를 파악하고, 새로운 송수신 기지국 쌍을 충돌없이 재할당하는 조기 전송 (ET) 단계를 통해 유휴 송수신 기지국 쌍의 수를 낮추어 다양한 망 환경 하에서 망 성능을 향상시키는 매체 접속 제어(MAC)에 관한 기법이다.

종래의 기술은 수동 스타 커플러 (PSC) 파장 분할 다중 접속 (WDMA) 망을 이용하여 광 가입자 망에서 발생하는 광전자 병목 문제를 방지하고, 고속의 데이터 전송률을 제공하며, 한정된 망 자원들의 효과적인 할당과 관리를 위해 다양한 매체 접속 제어 (MAC) 기법을 제안하는 것이다. 이러한 수동 스타 커플러 (PSC) 파장 분 할 다중 접속 (WDMA)망을 위한 매체 접속 제어 (MAC) 기법에는 크게 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 할당 방식 (P-WDMA : Pre-allocation based WDMA)과 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 예약 방식 (R-WDMA : Reservation based WDMA)이 있다. 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 예약 방식 (R-WDMA)은 데이터 길이에 제한이 작은 버스트 (burst)하고 가변 비트율 (VBR : Variable Bit Rate) 데이터를 전송할 때 효과적이지만, 고정 속도형 서비스 (CBR : Constant Bit Rate)와 시간 지연에 민감한 데이터를 다룰 때에는 적합하지 않다. 한편, 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 할당 방식 (P-WDMA)은 한 시간 슬롯마다 송수신기지국 쌍을 미리 예정하여 모든 망 기지국들의 동시 데이터 전송을 가능하게 한다. 하지만, 데이터 트래픽의 밀도가 낮을 때, 미리 할당된 시간 슬롯 동안 송수신 기지국 쌍의 데이터 전송이 없는 유휴 시간 슬롯 때문에 채널 활용이 낮은 단점이 있다.

수동 스타 커플러 (PSC) 파장 분할 다중 접속 (WDMA) 망에서 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 할당 방식 (P-WDMA)과 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 예약 방식 (R-WDMA)의 단점을 해결하기 위해 가속 할당 파장 분할 다중 접속 (AP-WDMA : Accelerative Pre-allocation WDMA) 방식이 제안된다. 가속 할당 파장 분할 다중 접속 (AP-WDMA) 방식은 유휴 시간 슬롯을 활용하기 위해, 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 할당 방식 (P-WDMA)의 데이터 전송 방법을 사용하고, 파장 분할 다중 접속에 기반을 둔 예약 방식 (R-WDMA)의 조기 전송 (ET)에 해당하는 제어와 승인 사이클을 기반으로 하여 제안되었으나, 송신 기지국의 조기 전송 (ET) 단계에서 발생하는 송신 충돌이 문제가 되어, 채널 효율을 감소시키고 큰 채널 접속 지연을 초래 한다. 조기 전송 (ET) 단계에서 이러한 송신 충돌을 방지하기 위한 새로운 매체 접속 제어 (MAC) 방법이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로써, 그 목적은 가속 할당 파장 분할 다중 접속 (AP-WDMA) 매체 접속 제어 (MAC) 기법의 문제점인 조기 전송 (ET) 단계에서 새로운 송수신 기지국 쌍 결합에서 발생되는 송신 충돌을 완전히 제거하여 망 성능을 개선하기 위해 수정된 조기 전송 (ET) 단계를 통해 새로운 송수신 기지국 쌍을 결합 및 할당하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법은 복수개의 송신 기지국이 예정된 수신 기지국에게 전송할 데이터가 해당 송신 버퍼에 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 해당 송신 버퍼에 데이터가 존재하는 경우 상기 송신 기지국이 상기 예정된 수신 기지국에 제어신호를 전송하는 단계; 상기 제어신호를 전송받은 수신 기지국들이 승인신호를 전송하는 단계; 및 상기 승인신호를 수신한 송신 기지국이 해당 데이터를 상기 승인신호를 전송한 수신 기지국에 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 상기 제어신호를 전송받지 못한 해당 수신 기지국은 이미 결정 된 다른 송수신 기지국 쌍과 중첩이 되지 않는 범위에서 새로운 유휴 송신 기지국을 선택한 후, 상기 선택한 송신 기지국에게 승인 신호를 전송하는 단계; 상기 승인 신호를 전송받은 송신 기지국은 자신의 버퍼에 전송할 데이터가 존재하는지 여부를 판단하고, 데이터가 존재하면 상기 승인 신호를 전송한 해당 수신 기지국에 데이터를 전송하는 단계를 통하여 데이터를 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 승인 신호를 전송받은 송신 기지국은 자신의 버퍼에 전송할 데이터가 존재하지 않으면 새로운 송수신 기지국 쌍은 유휴상태로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 복수개의 송신 기지국은 오름차순으로 제어신호를 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 시스템은 적어도 하나 이상의 기지국과 상기 기지국을 연결하는 수동 커플러를 포함하고, 상기 각각의 기지국은 송신 기지국 또는 수신 기지국의 역할을 하며, 상기 각각의 기지국은 제어싸이클, 승인싸이클 및 데이터싸이클을 통하여 데이터를 전송한다.

본 발명에서 상기 기지국은 제어 및 승인 신호를 송신하는 송신기와 그 신호들을 수신하는 수신기, 데이터를 송신하는 송신기와 데이터를 수신하는 수신기, 데이터를 저장하는 다수 개의 송수신용 버퍼, 및 매체 접속 제어 프로세서를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제어 승인 신호 송신기와 수신기 및 데이터 송신기는 송수 신 파장이 고정되어 있고, 데이터 수신기의 수신 파장 대역은 망에 사용되는 파장 대역 전체를 포함할 수 있도록 파장이 가변적인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망의 구조와 기지국 내부 블록도이다.

상기 실시예에서, 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망은 다수개의 기지국(101)과 스타 커플러(102)를 포함하고, 상기 기지국은 제어/승인 송신기(103), 제어/승인 수신기(104), 데이터 송신기(105), 데이터 수신기(106), 송수신용 버퍼 및(107) 매체 접속 제어 프로세서(108)를 포함한다.

상기 실시예는 각각의 기지국이 연결되는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 다수 개의 기지국(101)들과 한 개의 수동 스타 커플러 (PSC)(102)로 이루어진다. 한 기지국 내부는 제어 및 승인 신호를 송신하는 송신기 (103)와 그 신호들을 수신하는 수신기(104), 데이터를 송신하는 송신기(105)와 데이터를 수신하는 수신기(106), 데이터를 저장하는 다수 개의 송수신용 버퍼 (107), 매체 접속 제어(MAC) 프로세서 (108)로 구성된다. 제어/승인 신호 송신기 (103)와 수신기(104) 및 데이터 송신기(105)는 송/수신 파장이 고정되어 있고, 데이터 수신기(106)의 수신 파장 대역은 망에 사용되는 파장 대역 전체를 포함할 수 있도록 파장이 가변적이다. 다수 개의 기지국(101)들은 주어진 매체 접속 제어를 이용하여 시간 분할된 시간 슬롯마다 동시에 데이터 전송을 시도하며, 수동 스타 커플러 (PSC)(102)는 각 기지국들로부터 전송된 데이터를 다른 기지국들로 방송 (broadcast)해 준다. 이때, 데이터를 보내는 기지국을 송신 기지국, 데이터를 받는 기지국을 수신 기지국이라 명명하고, 각 기지국들은 항상 송신 기지국인 동시에 수신 기지국이 된다.

이하 사용 용어는 다음과 같이 정의한다.

N 은 송수신 기지국들의 수, 또는 네트워크 채널의 수.

h 는 조기 전송(ET)으로 인해 재결합된 송수신 기지국 쌍의 송신 순서가 앞당겨져 전진한 시간 슬롯의 수.

t 는 한 시간 슬롯에서 발생한 유휴 송수신 기지국의 수.

λ₀는 한 기지국의 승인/제어 송수신기에 할당된 파장.

λ_i는 i번째 기지국 데이터 송신기에 할당된 파장.

도 2에서 보는 바와 같이, 송수신 기지국 가속 할당 매체 접속 제어(MAC) 기법에서 기본적인 송수신 기지국 쌍의 할당은 시간/파장 분할 다중 접속 (TDMA/ WDMA) 기반으로 이루어진다. 즉, 시간 분할된 시간 슬롯 (201) 동안에 각 송신 기지국은 자신에게 할당된 채널 (202)을 이용하여 송신이 예정된 수신 기지국에게 자신의 데이터를 전송하고, 이를 통해 한 시간 슬롯에 예정된 송수신 기지국 쌍 (203)이 정해진다. 한 송신 기지국에 예정된 수신 기지국은 주기적으로 다시 할당되어 지며, 그 주기는 도 2에서 보는 바와 같이 N-1시간 슬롯이 된다.

본 발명에 따른 매체 접속 방법은 시간/파장 분할 다중 접속 (TDMA/ WDMA) 기법에서 유휴 송수신 기지국 쌍을 파악하고 송수신 기지국 쌍을 충돌없이 재할당 하여 유휴 송수신 기지국 쌍의 개수를 줄이기 위한 조기 전송 (ET) 단계가 추가된 것이다. 이 방법은 모두 세 과정으로 구성되고, 이들을 각각 제어 사이클 (control cycle)(301), 승인 사이클 (ACK cycle : Acknowledgement cycle )(302), 데이터 사이클(data cycle)(303)로 표시하고, 조기 전송(ET)(304) 단계는 세 사이클을 통해서 실행된다. 또한, 한 시간 슬롯에서 각각의 기지국들은 한 번의 제어 사이클(control cycle)(401)와 한 번의 승인 사이클(ACK cycle)(402)을 갖고 모든 기지국들은 동시에 데이터 사이클(data cycle)(403)에서 데이터를 송수신한다.

따라서, 도 4에서 설명되었듯이 N개의 기지국과 N개의 채널로 망 환경이 구성된다면, 한 시간 슬롯은 N개의 제어 사이클(control cycle)(401)과 N개의 승인 사이클 (ACK cycle)(402) 그리고 1개의 데이터 사이클(data cycle)(403)로 이루어진다.

첫 번째 과정인 제어 사이클(control cycle)(301)은 송신 기지국이 예정된 수신 기지국에게 제어 신호를 보내는 과정이다. N개의 기지국은 오름차순으로 각자의 제어 사이클(control cycle)(301)을 실행한다. 송신 기지국이 예정된 수신 기지국에게 보낼 데이터가 있으면(305) 송신 기지국은 예정된 수신 기지국에게 제어 신호를 보낸다(306). 송신 기지국이 예정된 수신 기지국에게 보낼 데이터가 없으면 (305), 송신 기지국은 예정된 수신 기지국에게 제어 신호를 보내지 않고 승인 사이클(ACK cycle)을 기다린다(307). 제어 사이클 (control cycle)의 결과에 의해 유휴 송수신국의 개수 t가 결정되어 지고, 이 결과는 각각의 기지국들의 버퍼에 저장되어, 승인 사이클(ACK cycle)의 승인 신호를 송신할 때의 순서와 새로운 송수신 기지국 쌍의 할당에 참조가 된다.

두 번째 단계인 승인 사이클 (ACK cycle) (302)은 제어 신호를 받은 수신 기지국들이 해당하는 송신 기지국들에게 승인 신호를 보내거나, 제어신호를 받지 못한 수신 기지국의 경우는 새로운 송신 기지국에게 승인 신호를 보내는 과정이다.

따라서 승인 사이클 (ACK cycle)은 제어 신호를 받은 수신 기지국들의 경우와 제어 신호를 받지 못한 수신 기지국들의 경우로 분리하여 처리되고, 제어 신호를 받은 수신 기지국들은 우선적으로 승인신호를 송신한다. 제어 신호를 받은 수신 기지국들은 제어 사이클 (control cycle) (301)에서 같이 오름차순으로 제어 신호를 보낸 자신들에게 예정된 송신 기지국들에게 각각 승인 신호를 보낸다 (308). 각 수신 기지국들은 자신의 순서를 수동 스타 커플러 (PSC)에 의한 방송 (broadcast)된 제어 신호 및 승인 신호의 실시간 관측을 통해 알 수 있다. 즉, 제어 사이클 (control cycle) 이후, 각 수신 기지국들은 제어 신호를 받은 수신 기지국과 받지 못한 기지국을 제어 사이클 (control cycle)의 결과로 알게 되고, 자신의 승인 신호를 보내야할 순서를 알게 된다. 제어 신호를 받지 못한 수신 기지국의 순서는 신호를 받은 기지국 이후에 위치하며, 이들 역시 오름차순에 의해 승인 신호를 전송한다. 제어 신호를 받지 못한 수신 기지국이 새로운 송신 기지국을 선택하는 방법은 아래와 같다. 제어 신호를 받지 못한 수신 기지국은 자신의 순서가 올 때까지, 승인 신호를 받지 못한 유휴 송신 기지국들을 계속 관측하고 자신의 순서를 기다린다 (309). 자신의 차례가 왔을 때 h의 값이 가장 작고, 이미 결정된 다른 송수신 기지국 쌍과 중첩이 되지 않은 범위에서 새로운 유휴 송신 기지국을 선택한다 (310).

이때, h의 범위는 1≤h≤N-1 이다. 또한, 새로이 선택한 송신 기지국에게 승인 신호를 전송한다 (311).

세 번째 단계인 데이터 사이클 (data cycle) (303)은 송신 기지국들이 승인 사이클 (ACK cycle) (302)에서 수신한 승인 신호의 결과에 따라 동시에 데이터를 전송하는 사이클이다. 제어 사이클 (control cycle) (301)에서 자신에게 예정된 수신 기지국에게 제어 신호를 보내, 그 수신 기지국으로부터 승인 신호를 받은 송신 기지국은 그대로 데이터를 그 수신 기지국으로 전송한다 (312). 제어 사이클 (control cycle)에서 유휴한 송신 기지국의 경우, 승인 사이클 (ACK cycle)의 결과에 따라 승인 신호를 보낸 수신 기지국에게 자신의 데이터를 보낼 수 있다. 만약 새로운 송신 기지국이 그 수신 기지국에게 보낼 데이터가 있다면 (313), 새로운 송수신 기지국 쌍의 데이터 송수신이 실행된다 (314). 만약 새로운 송신 기지국의 버 퍼에 그 수신 기지국에 예정된 데이터가 없으면 (313) 데이터 송수신은 한 시간 슬롯동안 계속 유휴하게 된다 (315).

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 조기 전송 (ET) 단계를 통한 송수신 기지국 가속 할당 단계에서 유휴한 송수신 기지국 수를 파악하여, 송수신 기지국 재결합 시 충돌을 방지하는 동시에 유휴한 송수신 기지국 쌍의 수를 제거하여 수동 스타 커플러 (PSC) 파장 분할 다중 접속 (WDMA) 망에 송수신 기지국 가속 할당 (MAP-WDMA) 매체 접속 제어 (MAC) 기법을 적용할 때 망 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

복수개의 송신 기지국이 예정된 수신 기지국에게 전송할 데이터가 해당 송신 버퍼에 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 해당 송신 버퍼에 데이터가 존재하는 경우 상기 송신 기지국이 상기 예정된 수신 기지국에 제어신호를 전송하는 단계;

상기 제어신호를 전송받은 수신 기지국들이 승인신호를 전송하는 단계; 및

상기 승인신호를 수신한 송신 기지국이 해당 데이터를 상기 승인신호를 전송한 수신 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제어신호를 전송받지 못한 해당 수신 기지국은

이미 결정된 다른 송수신 기지국 쌍과 중첩이 되지 않는 범위에서 새로운 유휴 송신 기지국을 선택한 후, 상기 선택한 송신 기지국에게 승인 신호를 전송하는 단계;

상기 승인 신호를 전송받은 송신 기지국은 자신의 버퍼에 전송할 데이터가 존재하는지 여부를 판단하고, 데이터가 존재하면 상기 승인 신호를 전송한 해당 수신 기지국에 데이터를 전송하는 단계를 통하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법.
제 2항에 있어서, 상기 승인 신호를 전송받은 송신 기지국은 자신의 버퍼에 전송할 데이터가 존재하지 않으면 새로운 송수신 기지국 쌍은 유휴상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법.
제 1항에 있어서, 상기 복수개의 송신 기지국은 오름차순으로 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 방법.
복수 개의 기지국과 상기 기지국들을 연결하는 수동 커플러를 포함하고, 상기 각각의 기지국은 송신 기지국 또는 수신 기지국의 역할을 하며, 상기 각각의 기지국은 제어싸이클, 승인싸이클 및 데이터싸이클을 통하여 데이터를 전송하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 기지국은 제어 및 승인 신호를 송신하는 송신기와 그 신호들을 수신하는 수신기, 데이터를 송신하는 송신기와 데이터를 수신하는 수신기 , 데이터를 저장하는 다수 개의 송수신용 버퍼, 및 매체 접속 제어 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수 신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 시스템.
제 6항에 있어서, 상기 제어 승인 신호 송신기와 수신기 및 데이터 송신기는 송수신 파장이 고정되어 있고, 데이터 수신기의 수신 파장 대역은 망에 사용되는 파장 대역 전체를 포함할 수 있도록 파장이 가변적인 것을 특징으로 하는 수동 스타 커플러 파장 분할 다중 접속망을 위한 송수신기지국 가속 할당 매체 접속 제어 시스템.