KR100901521B1 - Heuristic traffic load balanced HTLB channel sharing method and apparatus, medium accessing method using the channel sharing method, medium accessing network system using the channel sharing apparatus and recording medium storing program for performing the methods thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수동 스타 커플러를 이용한 파장 분할 다중 접속 네트워크에서 데이터 패킷 전송을 위해 사용되는 채널 공유 방법 및 장치와, 매체 접속 방법 및 매체 접속망 시스템을 개시한다. 특히, 본 발명의 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 채널 공유 방법은 스테이션들 각각으로부터의 트래픽 로드 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 프리-얼로케이션(pre-allocation) 기반의 매체 접속 프로토콜에 효율적이며, 기존의 서브-옵티멀(sub-optimal) 트래픽 로드 밸런스된 CSM, MULTIFIT CSM에 비하여 낮은 시간 컴플렉서티(complexity)를 갖는 매체 접속망 시스템의 구현이 가능하다.The present invention discloses a channel sharing method and apparatus used for data packet transmission in a wavelength division multiple access network using a passive star coupler, a medium access method and a medium access network system. In particular, the channel sharing method in the wavelength division multiple access network of the present invention comprises the steps of: receiving traffic load information from each of the stations; Generating a traffic load information matrix according to each transmitting station and receiving station using the received traffic load information; And determining a station group using at least some column vectors or row vectors selected from column vectors and row vectors constituting the traffic load information matrix. According to the present invention, it is efficient for a pre-allocation based media access protocol and has a lower time complexity compared to a conventional sub-optimal traffic load balanced CSM and MULTIFIT CSM. It is possible to implement a medium access network system having a.
WDMA, 채널 공유 방법, heuristic, 매체 접속 방법 WDMA, channel sharing method, heuristic, media access method
Description
본 발명은 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 방법과 장치, 상기 채널 공유 방법을 이용한 매체 접속 방법, 상기 채널 공유 장치를 이용한 매체 접속망 시스템 그리고 상기 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 기록 매체에 관한 것으로서, 특히 수동 스타 커플러를 이용한 파장 분할 다중 접속 네트워크상에서 효율적인 패킷 전송을 가능하게 하는 채널 공유 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a traffic load balanced channel sharing method and apparatus, a medium access method using the channel sharing method, a medium access network system using the channel sharing apparatus, and a recording medium on which a program for performing the method is recorded. A channel sharing method for enabling efficient packet transmission in a wavelength division multiple access network using a star coupler.
파장 분할 다중화(WDMA) 방식을 기반으로 하는 수동 스타 커플러(passive star coupler)를 이용한 파장 분할 다중 접속 네트워크는 도심 지역을 커버하고 ,매트로 갭을 효율적으로 해결할 수 있는 널리 알려진 광 네트워크 구조이다. 수동 스타 커플러 토폴로지와 함께 매트로 파장 분할 다중화(WDMA) 네트워크는 고속도의 백본(대규모의 전송 회선, 집합)을 연결하고, 그리고 네트워크를 연결하도록 적용될 수 있다.A wavelength division multiple access network using a passive star coupler based on wavelength division multiplexing (WDMA) is a widely known optical network structure that can cover urban areas and efficiently solve the gap with a macro. Macro-wavelength division multiplexing (WDMA) networks with passive star coupler topologies can be applied to connect high-speed backbones (large transmission lines, aggregations), and to connect networks.
매체 접속 제어 계층의 효율적인 패킷 전송을 위한 기존의 매체 접속 제어 방식들 중 매체 접속을 제어하는 프로토콜은 크게 프리-얼로케이션(pre-allocation), 예약(reservation), 경합(contention) 기반의 매체 접속 제어 프로토콜로 구분된다. 특히, 프리-얼로케이션 기반의 매체 접속 제어 프로토콜은 송신 스테이션과 수신(destination) 스테이션의 집합(SDP)과 특정한 파장을 송신-수신 스테이션 집합 도표를 기반으로 주기적으로 할당해주는 스케줄링 알고리즘을 바탕으로 수행되는데, 이는 다른 두 개의 프로토콜에 비하여 송신, 수신 또는 채널의 경쟁으로 발생하는 다양한 네트워크 충돌을 방지하는 장점이 있다. 또한, 프리-얼로케이션 기반의 매체 접속 제어 프로토콜은 적용하는 시스템의 하드웨어가 복잡하지 않고, 간단한 패킷 구조를 가지고 있으며, 높은 사용률(throughput)을 보장한다는 장점이 있다.Among the existing media access control schemes for efficient packet transmission of the media access control layer, a protocol for controlling media access is mainly based on pre-allocation, reservation, and contention based media access control. It is classified by protocol. In particular, the pre-location based media access control protocol is based on a scheduling algorithm that periodically assigns a set of transmitting and receiving stations (SDP) and a specific wavelength based on the transmit-receiving station set diagram. This has the advantage of preventing various network collisions caused by transmission, reception, or contention of channels over the other two protocols. In addition, the pre-location-based media access control protocol has the advantage that the hardware of the system to be applied is not complicated, has a simple packet structure, and guarantees high throughput.
수동 스타 커플러를 이용한 파장 분할 방식의 네트워크 시스템은 일반적으로 제한된 채널의 수로 인해 패킷 전송을 위하여 스테이션은 채널(예를 들어 파장)을 공유할 것이 요구된다. 더욱이, VoIP, VoD, IPTV 와 대화형 회의 등 다양한 어플리케이션들로 부터 방대한 양의 트래픽 들이 동시에 쏟아져 나오고 있음을 감안 할 때, 비대칭적인 멀티미디어 트래픽 로드를 밸런싱하는 효율적인 채널 공유 방법(CSM)이 필요하고, 또한 현존하는 매체 접속 알고리즘 특히 프리-얼로케이션 기 반 MAC은 수정될 필요가 있다.Wavelength division network systems using passive star couplers generally require stations to share channels (eg wavelength) for packet transmission due to the limited number of channels. Furthermore, given that massive amounts of traffic are pouring from various applications, such as VoIP, VoD, IPTV, and interactive conferencing at the same time, an efficient channel sharing method (CSM) is needed to balance the asymmetric multimedia traffic load. In addition, existing media access algorithms, particularly pre-allocation based MACs, need to be modified.
사전 고정된(pre-fixed) CSM의 경우 트래픽 로드 밸런싱에 대한 시도 없이 소스 그룹(동일한 채널을 공유하는 스테이션의 그룹)이 미리 결정되는 방식이다. 상기 방식과 달리 로드 밸런싱을 시도를 하는 종래의 CSM 방식으로는 E. G. Coffman 외 2 인이 제안한 MULTIFIT CSM 방식이 있다. In the case of a pre-fixed CSM, the source group (group of stations sharing the same channel) is predetermined without attempting traffic load balancing. Unlike the above scheme, a conventional CSM scheme for attempting load balancing is a MULTIFIT CSM scheme proposed by E. G. Coffman et al.
MULTIFIT CSM은 우선적으로 스테이션을 그룹핑함으로써 최소와 최대의 트래픽 로드의 합을 초기에 결정하고, 최소 트래픽 로드의 합이 최대 트래픽 로드의 합과 같아질 때 까지 그룹핑을 반복적으로 수행하는 방식이다. 또한, MULTIFIT CSM은 트래픽 로드 밸런싱을 수행하면서 모든 수신 스테이션에 해당하는 트래픽 로드를 고려하므로 시간 컴플렉서티와 트래픽 로드 밸런싱 측면에서 비효율적인데, 특히 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜에 대하여 비효율적인 문제가 있다. MULTIFIT CSM preferentially determines the sum of minimum and maximum traffic loads by grouping stations first, and repeats grouping until the sum of minimum traffic loads is equal to the sum of maximum traffic loads. In addition, MULTIFIT CSM considers the traffic loads of all receiving stations while performing traffic load balancing, which is inefficient in terms of time complexity and traffic load balancing, especially for pre-allocation based MAC protocols. have.
상술한 종래 기술을 고려하여, 본 발명은 타임 슬롯 당 미리 할당된 목적지 스테이션에 따라 트래픽 로드를 밸런싱함으로써, 프리-얼로케이션 기반의 매체 접속 프로토콜에 적합하고, 다양한 트래픽 로드 환경에서도 일관성 있는 트래픽 로드 밸런싱을 할 수 있는 신규의 채널 공유 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above-described prior art, the present invention is suitable for pre-allocation based media access protocols by balancing traffic loads according to pre-allocated destination stations per time slot, and consistent traffic load balancing in various traffic load environments. An object of the present invention is to provide a novel channel sharing method and apparatus capable of doing the same.
또한, 본 발명은 상기 채널 공유 방법을 이용한 매체 접속 방법, 상기 채널 공유 장치를 이용한 매체 접속망 시스템 그리고 상기 방법들을 수행하는 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a medium access method using the channel sharing method, a medium access network system using the channel sharing apparatus, and a recording medium on which a program for performing the methods is recorded.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 채널 공유 방법은 스테이션들 각각으로부터의 트래픽 로드 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a channel sharing method in a wavelength division multiple access network, comprising: receiving traffic load information from each station; Generating a traffic load information matrix according to each transmitting station and receiving station using the received traffic load information; And determining a station group using at least some column vectors or row vectors selected from column vectors and row vectors constituting the traffic load information matrix.
상술한 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 채널 공유 장치는 스테이션들에 따른 트래픽 로드 정보를 생성하는 트래픽 로드 정보 생성부; 및 상기 스테이션들 각각으로부터의 트래픽 로 드 정보를 수신하고, 상기 수신된 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬을 생성하며, 상기 생성된 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정하는 그룹 결정부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a channel sharing apparatus in a wavelength division multiple access network, including: a traffic load information generation unit configured to generate traffic load information according to stations; And receiving traffic load information from each of the stations, using the received traffic load information, generating a traffic load information matrix according to each transmitting station and a receiving station, and forming the generated traffic load information matrix. And a group determiner for determining a station group using at least some column vectors or row vectors selected from among the column vectors and the row vectors.
상술한 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 매체 접속 방법은, 각각의 스테이션들이 트래픽 로드 정보를 다른 스테이션들에게 동시에 송신하는 단계; 상기 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬을 생성하는 단계; 상기 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 스테이션 그룹에 포함되는 송신 스테이션이 전송하고자 하는 데이터를 상기 결정된 스테이션 그룹에 포함되는 수신 스테이션에 전송시키는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of accessing a medium in a wavelength division multiple access network, comprising: transmitting, by each station, traffic load information to other stations at the same time; Generating a traffic load information matrix corresponding to each transmitting station and a receiving station using the traffic load information; Determining a station group by using at least some column vectors or row vectors selected from among column vectors and row vectors constituting the traffic load information matrix; And transmitting data to be transmitted by a transmitting station included in the determined station group to a receiving station included in the determined station group.
상술한 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 매체 접속망 시스템은, 스테이션들부터의 데이터를 전송하기 위한 전송 매체; 상기 전송 매체를 통해 출입되는 신호를 결합하거나 분기하는 커플러; 상기 각각의 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보를 생성하는 트래픽 로드 정보 생성부; 및 상기 스테이션들 각각으로부터의 트래픽 로드 정보를 수신하고, 상기 수신된 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬을 생성하며, 상기 생성된 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정하는 그룹 결정부를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a medium access network system in a wavelength division multiple access network, comprising: a transmission medium for transmitting data from stations; A coupler for coupling or branching a signal entering and exiting through the transmission medium; A traffic load information generator for generating traffic load information according to each station; And receiving traffic load information from each of the stations, using the received traffic load information, generating a traffic load information matrix according to each transmitting station and a receiving station, and forming the generated traffic load information matrix. And a group determiner which determines a station group by using at least some column vectors or row vectors selected from among the vectors and the row vectors.
또한, 본 발명은 파장 분할 다중 접속 네트워크에서의 채널 공유 방법 및 매체 접속 방법을 컴퓨터상에서 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.The present invention also provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for performing a channel sharing method and a medium access method in a wavelength division multiple access network on a computer.
본 발명에 따르면 트래픽 로드 밸런싱을 위한 채널 공유 방법으로 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 방법(HTLB CSM)을 채택하고, 타임 슬롯 당 미리 할당된 목적지 스테이션에 따라 트래픽 로드를 밸런싱 함으로써, 프리-얼로케이션 기반의 매체 접속 프로토콜의 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 HTLB CSM은 기존의 서브-옵티말(sub-optimal) 트래픽 로드 밸런스된 CSM, MULTIFIT CSM에 비하여 낮은 시간 컴플렉서티를 갖는다. 또한, HTLB CSM은 다양한 트래픽 환경에도 불구하고, MULTIFIT 및 사전에 고정된 (pre-fixed) CSM에 비하여 높은 제인 지수(Jain Index)를 가지며, 따라서 다른 채널 공유 방법에 비하여 보다 일관성이 있는 트래픽 로드 밸런싱 성능을 발현할 수 있다. According to the present invention, a heuristic traffic load balanced channel sharing method (HTLB CSM) is adopted as a channel sharing method for traffic load balancing, and the traffic load is balanced according to a pre-allocated destination station per time slot, thereby pre-allocation based Can improve the transmission efficiency of the medium access protocol. In particular, the HTLB CSM of the present invention has a lower time complexity than the existing sub-optimal traffic load balanced CSM and MULTIFIT CSM. In addition, the HTLB CSM has a higher Jane Index compared to MULTIFIT and pre-fixed CSMs, despite a variety of traffic environments, and therefore more consistent traffic load balancing than other channel sharing methods. Performance can be expressed.
이하에서는 첨부된 도면과 실시 예를 참고하여 본 발명의 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 방법과 장치, 상기 채널 공유 방법을 이용한 매체 접속 방법, 상기 채널 공유 장치를 이용한 스테이션과 매체 접속망 시스템 그리고 상기 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 기록 매체에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and embodiments, heuristic traffic load balanced channel sharing method and apparatus of the present invention, a medium access method using the channel sharing method, a station and a medium access network system using the channel sharing apparatus and the method The recording medium on which the program to be executed is recorded will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 스타 커플링된(passive star coupled) 토폴로지를 갖는 매체 접속망 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 매체 접속망 시스템은 수동 스타 커플러(passive star coupler, 10), N개의 스테이션들(20, 스테이션 1~N) 및 전송 매체(30)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a medium access network system having a passive star coupled topology according to an embodiment of the present invention. The media access network system shown in FIG. 1 includes a
수동 스타 커플러(10)는 각각의 스테이션에서 발생한 데이터 패킷을 결합하거나 분기함으로써, 스테이션과 스테이션 간의 데이터 통신을 가능하게 하는 커플러이다. 수동 스타 커플러(10)는 N개의 스테이션들과 데이터 통신이 가능하도록 전송 매체(30)를 통해 연결된다. 본 실시 예와 달리 능동 스타 커플러를 이용한 매체 접속망 시스템의 구현도 용이하며, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 범주에 속함은 물론이다.The
스테이션 1~N(20) 각각은 데이터 패킷을 전송 매체에 실어 수동 스타 커플러를 통해 다른 스테이션에 전송하거나, 다른 스테이션으로 부터의 데이터 패킷을 전송받는다. 각각의 스테이션은 전송 매체(30)를 통해 수동 스타 커플러(10)와 연결된다. 일반적으로 스테이션의 개수 N은 사용 가능한 파장의 개수 C 보다 크기 때문에, 몇몇의 스테이션들은 불가피하게 동일한 채널을 공유하게 되며, 동일한 채널 즉 동일한 파장을 공유하는 스테이션을 그룹핑하는 것이 필요하다. 스테이션을 그룹핑하기 위한 방법인 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된(heuristic traffic load balanced : HTLB) 채널 공유 방법(channel sharing method : CSM)에 따른 알고리즘은 각각의 스테이션에서 수행되며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.Each of the
전송 매체(30)는 N개의 스테이션들과 커플러를 연결하는 매체이다. 전송 매 체의 종류에는 특별한 제한이 없으나, 대역폭이 넓고, 전송 속도가 빠른 광섬유(optic fiber)가 바람직하다.The
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 공유 장치를 포함하는 스테이션(20)을 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 스테이션은 프로세서(110), 제 1 송신부(120), 제 1 수신부(130), 제 2 송신부(140), 제 2 수신부(150) 및 버퍼부(160)를 포함한다. 상기 스테이션(20)은 다중 접속망 시스템 특히 파장 분할 다중 접속망의 송신 스테이션 또는 수신 스테이션으로 사용된다.2 is a block diagram illustrating a
프로세서(110)는 채널 공유 장치(112)와 MAC(medium access control) 프로토콜 프로세서(118)를 포함하며, 채널 공유 장치(112)는 트래픽 로드 정보 생성부(114)와 그룹 결정부(116)를 포함한다.The
트래픽 로드 정보 생성부(114)는 스테이션 각각에 따른 트래픽 로드 정보(traffic load information)를 생성한다. 트래픽 로드 정보는 데이터를 송신하는 송신 스테이션과 상기 송신된 데이터를 수신하는 수신 스테이션 간의 트래픽 로드의 정도를 나타내는 정보이다. 트래픽 로드 정보는 두개의 파라미터에 의하여 얻어질 수 있다. 하나는 트래픽 로드 패턴(TLPs)이고, 하나는 트래픽 분산 패턴(TDPs)이다. 특히, 트래픽 로드 정보(αij)는 하기 수학식1로 표현한다.The traffic
수학식1
αij = σi × pij α ij = σ i × p ij
여기에서, σi 는 스테이션 i로 흘러 들어가는 정규화된 트래픽 로드이고, pij는 스테이션 i가 스테이션 j로 패킷을 보낼 확률이며, αij는 송신 스테이션이 i이고 수신 스테이션이 j일 경우의 정규화된 트래픽 로드 값을 나타낸다. 즉, TLPs는 비대칭성(asymmetry)과 모든 스테이션들로 흘러 들어가는 트래픽 로드를 의미한다. TDP는 어떤 스테이션에서 다른 스테이션으로 부터의 트래픽 분산의 비균일성을 의미한다. 트래픽 로드 정보는 0 ≤αij≤ 1이 되도록 정규화 될 수 있으며, 트래픽 로드 정보는 특정 자리의 소수로 표현할 수 있다. 예를 들어, α45= 0.45는 스테이션4에서 스테이션5로의 트래픽 로드 정보가 0.45라는 것을 나타낸다. 이와 같이 소수점 이하 둘째 자리까지 트래픽 로드 정보를 표현할 경우, 각각의 숫자는 4비트로 표현할 수 있으므로 총8 비트가 필요하다. Where σ i is the normalized traffic load flowing into station i, p ij is the probability that station i sends a packet to station j, and α ij is normalized traffic when the transmitting station is i and the receiving station is j Indicates the load value. In other words, TLPs represent asymmetry and the traffic load flowing to all stations. TDP refers to the nonuniformity of traffic distribution from one station to another. The traffic load information may be normalized to be 0 ≦ α ij ≦ 1, and the traffic load information may be represented by a decimal number of specific positions. For example, α 45 = 0.45 indicates that the traffic load information from station 4 to station 5 is 0.45. When the traffic load information is represented to the second decimal place as described above, each number can be represented by 4 bits, so a total of 8 bits are required.
그룹 결정부(116)는 스테이션들 각각으로부터의 트래픽 로드 정보를 수신하고, 상기 수신된 트래픽 로드 정보를 이용하여 각각의 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보 행렬(도 4 참고)을 생성하며, 상기 생성된 트래픽 로드 정보 행렬을 이루는 열벡터들과 행벡터들 중에서 선택되는 적어도 일부의 열벡터들 또는 행벡터들을 이용하여 스테이션 그룹을 결정한다. 여기에서 스테이션 그룹은 데이터 송신을 위한 특정 파장을 함께 사용하는 그룹을 의미한다. The
특히, 그룹 결정부(116)는 수신 스테이션들 중 제 1 수신 스테이션에 따른 열벡터에서 최대의 트래픽 로드와 최소의 트래픽 로드를 탐색하고, 상기 탐색된 최대의 트래픽 로드와 최소의 트래픽 로드에 따른 송신 스테이션들을 제 1 그룹으로 결정하며, 상기 제 1 그룹으로 결정된 송신 스테이션들에 따른 트래픽 로드는 제외 한 상태에서 상기 수신된 스테이션들 중 제 2 수신 스테이션에 따른 열벡터에서 최대의 트래픽 로드와 최소의 트래픽 로드를 탐색하고, 상기 탐색된 최대의 트래픽 로드와 최소의 트래픽 로드에 따른 송신 스테이션들을 제 2 그룹으로 결정하며, 그룹이 미결정된 송신 스테이션이 없을 때 까지 상기 과정을 반복하도록 구성됨이 바람직하다.In particular, the
뿐만 아니라, 상기 그룹 결정부(116)는 상기 수신 스테이션들 중 적어도 일부의 수신 스테이션들에 따른 각각의 열벡터에서 최대의 트래픽 로드를 탐색하고, 상기 탐색된 최대의 트래픽 로드에 따른 송신 스테이션들을 각각 서로 다른 스테이션 그룹의 구성 원소로 결정하며, 상기 스테이션 그룹이 결정된 송신 스테이션들을 제외한 상태에서 상기 각각의 열벡터에서 최대의 트래픽 로드 또는 최소의 트래픽 로드를 탐색하고, 상기 탐색된 최대의 트래픽 로드 또는 최소의 트래픽 로드에 따른 송신 스테이션들의 스테이션 그룹을 결정하되, 각각의 스테이션 그룹을 구성하는 송신 스테이션들의 트래픽 로드의 합이 소정의 균일성을 갖도록 스테이션 그룹을 결정하며, 그룹이 미결정된 송신 스테이션이 없을 때 까지 상기 과정을 반복하도록 구성됨이 바람직하다.In addition, the
MAC(medium access control) 프로토콜 프로세서(118)는 전송 매체의 전송 능력을 공유하기 위해 전송 매체에 대한 접근을 제어하기 위한 신호처리를 수행한다. 특히, MAC 프로토콜 프로세서(118)는 프리-얼로케이션(pre-allocation)을 기반으로 매체 접근을 제어하는 것이 바람직하다.The medium access control (MAC)
송신을 위한 송신 스테이션 (source)과 수신 스테이션(destination) 쌍 들(pairs) 즉 SDPs의 주기적인 스케줄링에 따라, 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜은 일정한 비트율(CBR) 그리고 두드러지지 않는 버스트성(burstiness)의 정도를 갖는 트래픽 흐름을 제공하는 트래픽을 보내는 이점이 있다. 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜은 SDPs를 미리 할당하고, 소스-지정 맵(source-destination map)의 기초 하에 채널을 대응시킴으로써 실행된다. MAC 프로토콜은 WDMA와 TDMA의 하이브리드로서 의미를 갖는다. 다른 MAC 프로토콜과는 달리, 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜은 모든 스테이션의 동시적인 패킷 전송을 제공한다. 프리-얼로캐이션 기반의 MAC 프로토콜은 수동 스타 커플러를 이용한 WDMA 네트워크에서 “broadcast-and-select”측면에서 유리하다.In accordance with the periodic scheduling of source and destination station pairs, i.e., SDPs, for transmission, the pre-location based MAC protocol has a constant bit rate (CBR) and inconspicuous burstiness. Has the advantage of sending traffic that provides traffic flow with The pre-location based MAC protocol is implemented by pre-allocating SDPs and mapping channels on the basis of a source-destination map. The MAC protocol is meant as a hybrid of WDMA and TDMA. Unlike other MAC protocols, the pre-location based MAC protocol provides simultaneous packet transmission of all stations. The pre-allocation-based MAC protocol is advantageous in terms of “broadcast-and-select” in WDMA networks using passive star couplers.
다른 MAC 프로토콜과 비교할 때, 모든 스테이션들의 패킷 전송은 시그널링의 제어 없이 동시적으로 구현되고, 간략화된 MAC 알고리즘과 심플한 토폴로지컬 임베딩을 갖기 때문에 하드웨어 복잡성을 간략화 시킨다. 특히, 예약 기반의 MAC 프로토콜과 비교할 때, 하나 이상의 채널이 패킷 전송에 사용될 수 있다. 더욱이, SDPs의 사전 할당은 어떤 경합이나 충돌 없이 패킷 전송을 가능하게 한다. 그러나 이러한 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜의 경우에도 몇 가지 문제가 있다. 예를 들면, 트래픽 로드가 가벼운 환경에서, 특정의 SDP에 대한 유휴 타임 슬롯의 발생은 채널의 낮은 사용을 발생시키고, 또한 연속적으로 낮은 전송율의 결과를 낳는다. 또한, 다양한 멀티미디어 어플리케이션에 대하여 적용되기 위해 다양한 트래픽 타입에 적합할 것이 필요한데, 본 발명은 다양한 환경의 입력 트래픽 조건에서도 전송 특성을 향상시킬 수 있는 채널 공유 방법에 대한 것이다.Compared with other MAC protocols, packet transmissions of all stations are implemented simultaneously without control of signaling, simplifying hardware complexity since they have a simplified MAC algorithm and simple topological embedding. In particular, when compared to reservation based MAC protocol, more than one channel can be used for packet transmission. Moreover, pre-allocation of SDPs allows packet transmission without any contention or conflict. However, there are some problems with the pre-location based MAC protocol. For example, in an environment with light traffic load, the generation of idle time slots for a particular SDP results in low usage of the channel, and also results in continuously lower data rates. In addition, in order to be applied to various multimedia applications, it is necessary to be suitable for various traffic types, the present invention relates to a channel sharing method that can improve the transmission characteristics even under the input traffic conditions of various environments.
제 1 송신부(120)는 도 2의 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보를 다른 스테이션들에게 전달한다. 또한, 제 1 송신부(120)는 수신 스테이션이 데이터를 전송 받을 수 있도록 수신 스테이션을 준비하게 하는 제어 신호를 송신한다. 즉, 제 1 송신부는 스테이션에 패킷이 도착하면, 제어 채널을 통하여 타입 슬롯에 사전 예약을 시도하는 제어 신호를 송신한다. 제 1 송신부(120)는 트래픽 로드 정보와 제어 신호를 송신하기 때문에 송신 파장이 고정되는 고정 파장 송신기(fixed-wavelength transmitter)로 구현됨이 바람직하다.The
제 1 수신부(130)는 다른 스테이션들로 부터의 트래픽 로드 정보를 수신한다. 또한, 제 1 수신부(130)는 수신 스테이션으로 부터의 승인 신호 즉 ACK 신호를 수신한다. 즉, 매 타임 슬롯 마다 예약한 결과에 따라 각 수신 스테이션으로 부터의 예약 성공 여부를 수신한다. 제 1 수신부(130)는 승인 신호를 수신하므로 파장을 변환할 필요가 없기 때문에 수신 파장이 고정되는 고정 파장 수신기(fixed-wavelength receiver)로 구현됨이 바람직하다. The
제 2 송신부(140)는 제 1 송신부(120)와 제 2 수신부(130)의 제어 사이클, ACK 사이클 이후의 데이터 사이클에서 전송 매체를 통해 데이터를 송신한다. 제 2 송신부(140)는 제 1 송신부와 마찬가지로 고정 파장 송신기로 구현됨이 바람직하다. The
제 2 수신부(150)는 다른 스테이션으로 부터의 데이터를 수신한다. 스테이션 간에 사용하는 파장은 서로 상이하므로, 제 2 수신부는 파장 변환이 가능한 가변 파장 수신기(turnable-wavelength receiver)가 바람직하다.The
버퍼부(160)는 전송 매체를 통해 수신되는 데이터, 다른 스테이션으로 전송될 데이터를 일시적으로 저장한다.The
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된(heuristic traffic load balanced : HTLB) 채널 공유 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 도시된 방법은 채널 공유 장치(112)에서 시계열적으로 수행되는 하기의 단계들을 포함한다.3 is a flowchart illustrating a method of sharing a heuristic traffic load balanced (HTLB) channel according to an embodiment of the present invention. The method shown in FIG. 3 includes the following steps performed in time series at the
210단계에서 스테이션(i)은 모든 스테이션들로 부터 트래픽 로드 정보를 수신한다. 트래픽 로드 정보(traffic load information)는 데이터를 송신하는 송신 스테이션(i)과 상기 송신된 데이터를 수신하는 수신 스테이션(j) 간의 트래픽 로드의 정도를 나타내는 정보(αij)이다. In
220단계에서 스테이션(i)는 트래픽 로드 정보 행렬(M)을 생성한다. In
도 4는 본 실시 예에서 생성되는 트래픽 로드 정보 행렬(M)의 예를 나타내는 참고도이다. 도 4에 도시된 행렬M에서 행은 송신 스테이션이 동일한 경우 임의의 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보(row vector)를 나타내고, 열은 수신 스테이션이 동일한 경우 임의의 송신 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보(column vector)를 나타낸다.4 is a reference diagram illustrating an example of a traffic load information matrix M generated in this embodiment. In the matrix M shown in Fig. 4, a row indicates traffic load information according to any receiving station when the transmitting stations are the same, and a column shows traffic load information according to any transmitting station when the receiving stations are the same. ).
230단계에서 스테이션(i)는 트래픽 로드 정보 행렬을 이용하여 스테이션 그룹을 결정한다. 스테이션 그룹c(1≤c≥C)는 모든 스테이션에 따른 트래픽 로드 정보를 기반으로 결정된다. 모든 스테이션(1~N)들은 자신들의 트래픽 로드 정보를 다 른 스테이션에 전달한다. 여기에서 스테이션을 특정하기 위한 i를 표현하기 위해 k 비트가 사용가능한 경우, 스테이션의 총 개수 N은 2k가 된다. 트래픽 로드 정보를 소수점 이하 둘째 자리까지 표현할 경우 필요한 비트수는 8이고, 총 N개의 스테이션이 존재하므로 필요한 총 비트수는 k+8N이다.In
도 4에 도시된 트래픽 로드 정보 행렬(M)은 모든 단일 타임 슬롯 마다 갱신된다. 특히, 트래픽 로드 정보 행렬의 열 벡터(column vector)는 특정의 수신 스테이션(j)가 다른 스테이션으로부터 패킷을 수신할 수 있는 정규화된 트래픽 로드에 대한 정보이다. 열 벡터는 프리-얼로케이션 기반의 MAC 프로토콜에서의 타임 슬롯에서 미리 할당된 목적지(수신 스테이션)에 대응하는 것으로서, 본 실시 예에 상기 열 벡터는 트래픽 로드를 밸런싱하면서 스테이션 그룹을 결정하는데 사용된다.The traffic load information matrix M shown in FIG. 4 is updated every single time slot. In particular, the column vector of the traffic load information matrix is information about the normalized traffic load at which a particular receiving station j can receive packets from another station. The column vector corresponds to a pre-assigned destination (receiving station) in a time slot in a pre-allocation based MAC protocol. In this embodiment, the column vector is used to determine a group of stations while balancing traffic load.
도 5는 도 4의 230단계에서 스테이션 그룹을 결정하는 알고리즘(LB-I CSM)의 일예를 나타낸 것이다. LB-I CSM 알고리즘은 사전에 할당된 목적지 스테이션에 따른 열벡터에서, 트래픽 로드의 밸런싱을 위하여 최대의 트래픽 로드와 최소의 트래픽 로드를 갖는 스테이션을 하나의 스테이션 그룹으로 결정하는 방식이다. FIG. 5 shows an example of an algorithm (LB-I CSM) for determining a station group in
LB-I CSM은 트래픽 로드 정보 행렬(M)에 기반하며, 로드 밸런싱은 스테이션 그룹c의 오름차순으로 수행된다. 우선, 하나의 열벡터에 대하여, LB-I CSM 알고리즘은 N/C(도 5에서 s에 대응됨)에 해당하는 스테이션들을 하나의 그룹을 이루는 스테이션들로 선택한다. 선택되는 스테이션들 중의 절반 즉 s/2는 열벡터에서 최대의 트래픽 로드를 갖는 스테이션이고, 나머지 절반은 최소의 트래픽 로드를 갖는 스테 이션이다. 다음, 또 하나의 열벡터에 따른 스테이션의 그룹핑에서는 이미 그룹핑된 스테이션은 제외되며, 앞선 열벡터에서 수행된 방식과 동일한 방식으로 스테이션을 선택한다. The LB-I CSM is based on the traffic load information matrix M, and load balancing is performed in ascending order of the station group c. First, for one column vector, the LB-I CSM algorithm selects stations corresponding to N / C (corresponding to s in FIG. 5) as stations forming one group. Half of the stations selected, s / 2, are the stations with the highest traffic load in the column vector, and the other half are the stations with the least traffic load. Next, the grouping of the station according to another column vector excludes the already grouped station, and selects the station in the same manner as the previous column vector.
도 6은 도 5의 알고리즘(LB-I CSM)의 개념을 설명하기 위한 참고도이다. 도 6에 도시된 예는 N=8이고, C=4인 경우이다. 행 방향은 송신 스테이션(1~8)이고, 열 방향은 목적지 스테이션(1~8)을 차례대로 나타낸 것이다. 여기에서 목적지 즉 수신 스테이션 1, 2, 3, 4는 현재의 타임 슬롯에서 미리 할당된 것으로 가정한다. 그러므로 그룹 결정부는 트래픽 로드 정보 행렬(M)에서 1번째, 2번째, 3번째, 4번째의 열벡터들만을 고려하여 스테이션의 그룹을 결정한다. N/C가 2이므로, 각각의 열벡터에서 2개의 스테이션이 선택되는데, 하나는 최대의 트래픽 로드를 갖는 스테이션이고, 나머지 하나는 최소의 트래픽 로드를 갖는 스테이션이다. FIG. 6 is a reference diagram for explaining a concept of the algorithm (LB-I CSM) of FIG. 5. The example shown in FIG. 6 is the case where N = 8 and C = 4. The row direction is the transmission stations 1-8, and the column direction shows the destination stations 1-8 in order. Here, it is assumed that the destinations, that is, the receiving
첫 번째 열벡터(240)에서 최대의 트래픽 로드 0.35를 갖는 스테이션은 스테이션 4(241)이고, 최소의 트래픽 로드 0.06을 갖는 스테이션은 스테이션 6(242)이므로 스테이션 4와 6이 제1 그룹으로 편성된다. 즉 S1 = {4, 6}, R' = {1, 2, 3, 5, 7, 8}이 된다. 다음, 두 번째 열벡터(250)에서 최대의 트래픽 로드를 갖는 스테이션은 스테이션8(252)이고, 최소의 트래픽 로드를 갖는 스테이션은 2(251)이므로, 스테이션8과 2가 제 2 그룹으로 편성된다. 즉, S2 = {2, 8}, R' = {1, 3, 5, 7}이 된다. 세 번째 열벡터(260)에 대하여도 스테이션1(261)과 스테이션5(262)를 제3 그룹의 스테이션으로 선택할 수 있으며, 네 번째 열벡터(270)에 대하여도 스테이션 3(271), 스테이션7(272)을 제4 그룹의 스테이션으로 선택할 수 있다. Stations 4 and 6 are organized into a first group because the station with the highest traffic load 0.35 in the
도 7은 도 4의 230단계에서 스테이션 그룹을 결정하는 알고리즘(LB-II CSM)의 또 다른 일예를 나타낸 것이다. LB-II CSM 알고리즘에 따르면, 그룹 결정부는 각각의 열 벡터에 따른 최고의 트래픽 로드를 갖는 스테이션 각각을 서로 다른 그룹으로 결정하고, 각 그룹에 속하는 트래픽 로드의 합(Lsumc)을 계산한다. 목적 스테이션들에 대한 최초의 로드 밸런싱에서, 그룹 결정부는 각 열벡터에서 최대의 트래픽 로드를 갖는 스테이션을 선택한다. 선택된 스테이션들은 c(스테이션 그룹 번호)의 오름차순에 따라 그룹이 편성되며, 이미 그룹핑된 스테이션들은 이후의 그룹핑에는 제외된다. 본 그룹핑이 수행된 이후, 그룹 결정부는 트래픽 로드의 합을 계산한다. 다음, 트래픽 로드의 합의 내림차순에 따라 스테이션 선택을 한다. 이러한 과정은 모든 스테이션이 그룹핑 될 때 까지 반복된다. FIG. 7 illustrates another example of an algorithm for determining a station group (LB-II CSM) in
LB-II CSM의 경우 트래픽 로드의 합을 계산하기 때문에 LB-I CSM에 비하여 타임 컴플렉서티(time complexity)가 높다. 즉, 본 발명의 HTLB CSM의 타임 컴플렉서티는 O(s× C) = O(N)이지만, MULTIFIT CSM은 O{N log(CN)}로서 시간 복잡성 측면에서 HTLB CSM이 더 우수함을 알 수 있다. 본 발명의 스테이션 그룹은 전체적인 트래픽 로드 합이 잘 균형 잡힌 것을 확인할 수 있다.The LB-II CSM has a higher time complexity than the LB-I CSM because it calculates the sum of traffic loads. That is, although the time complexity of the HTLB CSM of the present invention is O (s × C) = O (N), the MULTIFIT CSM is O {N log (CN)}, which shows that the HTLB CSM is better in terms of time complexity. have. The station group of the present invention can confirm that the overall traffic load sum is well balanced.
도 8은 도 7의 알고리즘(LB-II CSM)의 개념을 설명하기 위한 참고도이다. 도 8의 경우도 도 6과 마찬가지로 N = 8, C = 4 이다. 현재의 타임 슬롯에서 미리 할당된 목적 스테이션은 1, 2, 3, 4로 가정한다. 그룹 결정부는 각각의 열벡터에서 최대의 트래픽 로드를 갖는 하나의 스테이션들을 하나의 그룹으로 선택할 수 있다. 여기에서 그룹 번호(c)는 오름차순에 따라 결정되며, 이미 그룹핑된 스테이션은 제외된다. 즉, 제 1 열벡터(310)에서의 최대 트래픽 로드를 갖는 스테이션은 스테이션4(311)이고, 제 2 열벡터(320)에서 최대 트래픽 로드를 갖는 스테이션은 스테이션8(321)이며, 제 3 열벡터(330)의 경우는 스테이션5(331)이고, 제 4 열벡터(340)의 경우는 스테이션 1(341)이다. FIG. 8 is a reference diagram for explaining a concept of the algorithm (LB-II CSM) of FIG. 7. In the case of FIG. 8, N = 8 and C = 4 similarly to FIG. The destination stations pre-allocated in the current time slot are assumed to be 1, 2, 3, 4. The group determiner may select one station having the maximum traffic load in each column vector as one group. Here, the group number (c) is determined in ascending order, except for already grouped stations. That is, the station with the maximum traffic load in the
또한, 그룹 결정부는 각각의 그룹에 따른 트래픽 로드의 합을 계산한다 즉, 스테이션 그룹1(S1)의 합은 Lsum1이고, 스테이션 그룹2(S2)의 합은 Lsum2이며, 스테이션 그룹3(S3)의 합은 Lsum3이고, 스테이션 그룹4(S4)의 합은 Lsum4이다. 즉, Lsum1 = 0.35, Lsum2 = 0.60, Lsum3 = 0.62, Lsum4 = 0.48이다. 트래픽 로드의 합의 결과를 이용하여, 그룹 결정부는 그룹핑 순서를 다시 결정한다. 즉, S1 -> S4 -> S2 -> S3으로 그룹핑 순서를 결정한다. 다음, 그룹 결정부는 S1에 대응되는 제 1 열벡터에서 최대의 트래픽 로드를 갖는 스테이션2(312)를 선택하고, 이후 위의 순서 즉 S4 -> S2-> S3의 순서에 따라 그룹을 결정한다.Further, the group determining unit calculates the sum of traffic loads according to each group, that is, the sum of the station group 1 (S 1 ) is Lsum 1 , the sum of the station group 2 (S 2 ) is Lsum 2 , and the
본 발명에서 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 방법(HTLM CSM)은 상술한 LB-I CSM과 LB-II CSM을 모두 포함하는 개념이며, 협의로는 LB-II CSM를 의미한다.In the present invention, the heuristic traffic load balanced channel sharing method (HTLM CSM) is a concept including both the above-described LB-I CSM and LB-II CSM, and means LB-II CSM.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크의 매체 접속 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 9에 도시된 매체 접속 방법은 파장 분할 다중 접속 네트워크를 구성하는 스테이션(20)에서 시계열적으로 수행되는 하기의 단계들을 포함한다.9 is a flowchart illustrating a medium access method of a wavelength division multiple access network according to an embodiment of the present invention. The media access method shown in FIG. 9 includes the following steps performed in time series at a
411단계에서 스테이션(20)은 트래픽 로드 정보를 모든 스테이션에 동시에 전송(broadcast)한다. 트래픽 로드 정보는 수학식1에 따른 정보로서, 송신 스테이션과 수신 스테이션에 따른 트래픽 로드의 정도를 정규화 하여 나타낸 값이다. 데이터 프레임의 관점에서 본 단계는 트래픽 사이클이 수행되는 단계이다.In
421단계에서 임의의 스테이션(i)는 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 알고리즘에 따라 자신이 속하는 스테이션 그룹을 결정한다. 데이터 프레임의 관점에서 본 단계는 트래픽 사이클이 수행되는 단계이다. 스테이션(i)이 스테이션 그룹핑을 수행하는 앞서 설명한 바 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. In
431단계에서 스테이션(i)는 자신이 속한 그룹(c)에서 스테이션(i)가 데이터 패킷을 전송할 우선권이 있는지 여부를 판단한다. In
우선권이 있는 것으로 판단된 경우, 432단계에서 스테이션(i)는 현재 전송하고자하는 데이터 패킷을 갖고 있는지 여부를 판단한다. 우선권이 없는 것으로 판단된 경우, 433단계에서 그룹(c)에 속하는 스테이션들 중 스테이션(i)를 제외한 스테이션들은 현재 전송할 데이터 패킷이 없는지 여부를 판단한다.If it is determined that there is a priority, in
432단계에서 전송할 데이터 패킷이 있는 것으로 판단된 경우, 434단계에서 스테이션(i)은 제어 패킷을 스테이션(j)로 전송한다. 도9에 도시되지는 않았지만, 본 단계에 앞서 전송 트래픽 우선권을 체크하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하 다.If it is determined in
432단계에서 전송할 데이터 패킷이 없는 것으로 판단된 경우, 435단계에서 스테이션(i)는 스테이션(j)에 대하여 전송할 데이터 패킷이 있는지 여부를 판단한다. 435단계에서 전송할 데이터 패킷이 있는 것으로 판단된 경우, 451단계가 수행된다. If it is determined in
만약, 432단계에서 전송할 데이터 패킷이 있는 것으로 판단된 경우, 스테이션(i)는 ACK 사이클을 대기한다.If it is determined in
상술한 431단계 내지 436단계는 데이터 프레임의 관점에서 제어 사이클에 해당한다.
451단계에서 스테이션(j)는 제어 패킷을 오로지 스테이션(i)로 부터 수신하였는지 여부를 판단한다. In
451단계에서 오로지 스테이션(i)로 부터 제어 패킷이 수신된 경우, 452단계에서 스테이션(j)는 ACK 패킷을 스테이션(i)에 전달한다. 이에 따라 그룹(c)로 부터 스테이션(j)로의 데이터 패킷 전송이 수행된다(461단계).If only the control packet is received from the station i in
451단계에서 스테이션(i) 이외의 스테이션으로 부터 제어 패킷이 수신된 경우, 453단계에서 스테이션(j)는 스테이션(i)가 데이터 패킷을 전송할 우선권이 있는지 여부를 판단한다. If a control packet is received from a station other than the station i in
453단계에서 우선권이 있는 것으로 판단된 경우 452단계가 수행되며, 우선권이 없는 것으로 판단된 경우 454단계에서 스테이션(j)는 ACK 패킷을 그룹(cc1)에 속하는 스테이션(ii1)에 전달한다. 이에 따라 그룹(cc1)으로 부터 스테이션(j)으로 의 데이터 패킷 전송이 수행된다(462단계).If it is determined in
436단계에 이어, 455단계에서 스테이션(j)는 자신이 유휴 그룹들 중에서 가장 우선하는 스테이션인지 여부를 체크한다.In
456단계에서 스테이션(j)는 최소의 h를 갖는 스테이션(ii2)를 선택한다. 여기에서 h는 조기 전송(early transmission)을 통해 앞으로 쉬프트 되는 타임 슬롯의 수를 의미한다.In
457단계에서 스테이션(j)는 그룹(cc2)의 스테이션(ii2)에게 ACK 패킷을 전송한다. In
463단계에서 스테이션(ii2)는 스테이션(j)로 전송할 데이터 패킷이 현재 있는지 여부를 판단한다. 전송할 데이터 패킷이 있는 경우 그룹(cc2)에서 스테이션(j)로의 데이터 패킷 전송이 수행된다(464단계). 전송할 데이터 패킷이 없는 경우 어떠한 데이터 패킷의 전송도 수행되지 않는다(465).In
도 10은 타임 슬롯에 따른 송신 스테이션 그룹과 수신 스테이션의 맵을 나타낸 참고도이다.10 is a reference diagram illustrating a map of a transmitting station group and a receiving station according to time slots.
세로축의 그룹1 내지 그룹C는 서로 다른 파장을 사용하고 있는 스테이션 그룹들을 나타낸 것이고, 가로축의 타임 슬롯1 내지 타임 슬롯N은 1주기 타임 슬롯들에 속하는 N개의 타임 슬롯들을 나타낸 것이다. 그리고 도 10에 도시된 값들은 송신하는 스테이션 그룹과 타임 슬롯에 따라 할당되는 목적 스테이션 즉 수신 스테이션을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유를 이용한 매체 접속을 위한 프레임 구조도이다. 11 is a frame structure diagram for media access using heuristic traffic load balanced channel sharing according to the present invention.
도 11은 변형 가속된 프리-얼로케이션(modified accelerative pre-allocation : MAP) WDMA, 특히 확장 MAP-WDMA에 대한 시간 영역에서의 데이터 흐름을 나타내는 구조도(510)이다. 미리 고정된 타입의 CSM과 결합된 확장 MAP-WDMA의 경우, 제어 사이클, ACK 사이클 및 데이터 사이클을 갖는다. 그러나 본 발명에 따라 트래픽 로드 밸런싱된(load-balanced) 타입의 CSM은 점선 처리된 두 개의 사이클들을 더 포함한다. 즉, 트래픽 사이클과 CSM 사이클을 더 포함한다.FIG. 11 is a structural diagram 510 illustrating the flow of data in the time domain for modified accelerative pre-allocation (MAP) WDMA, particularly extended MAP-WDMA. Extended MAP-WDMA combined with a fixed type of CSM has a control cycle, an ACK cycle, and a data cycle. However, according to the present invention, the CSM of the traffic load-balanced type further includes two cycles of dotted lines. That is, it further includes a traffic cycle and a CSM cycle.
또한, 확장 MAP-WDMA는 타입 슬롯(511)으로 명명된 슬롯된 타임(slotted time)하에서 수행되고, 모든 스테이션들은 하나의 타임 슬롯 동안에 상기 사이클들을 수행한다. 사전에 고정된(pre-fixed) 타입의 CSM에 대한 1 타임 슬롯은 제어 사이클, ACK 사이클, 데이터 사이클, 튜닝 지연, 전파 지연을 갖는다. 그러나 도 11에 도시된 바와 같이, 트래픽 로드 밸런싱된 타입의 CSM에서 1 타임 슬롯은 트래픽 사이클(521), 주어진 로드 밸런싱된 타입의 CSM에 의존하는 CSM 사이클(522), 제어 사이클(523), ACK 사이클(524), 데이터 사이클(525)를 포함한다. 도 11에 도시되지는 않았지만, 제어 사이클과 ACK 사이클 사이에는 튜닝 지연을 가지며, ACK 사이클과 데이터 사이클 사이에는 튜닝 지연과 전파 지연을 갖는다. 도 11에서 526은 스테이션1에 대한 트래픽 사이클이고, 527은 스테이션1에 대한 제어 사이클이며, 528은 스테이션N에 대한 ACK 사이클이다. In addition, extended MAP-WDMA is performed under a slotted time named
도 12a와 12b는 본 발명에 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된(heuristic traffic load balanced : HTLB) 채널 공유 방법(channel sharing method : CSM) 중 에서 LB-II CSM을 이용한 매체 접속 방식에 따른 제인 지수(Jain Index)를 나타낸 참고도이다.12A and 12B illustrate a Jane Index according to a medium access method using an LB-II CSM among a heuristic traffic load balanced (HTLB) channel sharing method (CSM) according to the present invention. ) Is a reference diagram.
제인 지수(Jain Index)는 모든 스테이션 그룹들의 트래픽 로드들이 잘 균형 잡혔는지 여부를 판단하는 기준으로 사용된다. 본 실험 예에서는 HTLB CSM의 제인 지수를 계산하고, 제인 지수를 다른 CSM과 비교하였다. 제인 지수는 하기 수학식2로 정의된다.The Jane Index is used as a criterion to determine whether the traffic loads of all station groups are well balanced. In this experimental example, the zein index of HTLB CSM was calculated and the zein index was compared with other CSM. The zein index is defined by
수학식2
여기에서, 이다. 본 실험 예에서 대조예로 사용되는 CSM은 3개의 사전 할당된 CSM을 포함한다. 사전 할당된 CSM은 N-CSM(neighboring-CSM), I-CSM(interleaved-CSM) 및 EON-CSM(even-odd neighboring CSM)이다. N-CSM의 스테이션 그룹(c)는 이론적으로 로 정의되어 사용되었고, I-CSM의 경우는 로 정의되어 사용되었다. EON-CSM의 경우 기수의 경우 이고, 우수의 경우 로 정의되어 사용되었다.From here, to be. The CSM used as a control in this experimental example includes three pre-assigned CSMs. Pre-assigned CSMs are neighboring-CSM (N-CSM), interleaved-CSM (I-CSM) and even-odd neighboring CSM (EON-CSM). Station group (c) of N-CSM is theoretically Defined and used for I-CSM Defined and used. For EON-CSM For Radix , For rain Defined and used.
본 실험 예에서 트래픽 로드 밸런싱의 영향을 조사하기 위하여 여러 가지 TLP들을 고려하였다. 우선, 트래픽 로드 밸런싱에 TLP 불균형의 영향을 조사하기 위하여 3개의 TLP(U1, U2, U3I)들을 적용하였다. 상기 세 개의 TLP 들 모두로 흘러 들어가는 트래픽 로드는 일반적으로 U1 = U2 = U3I = {a, (1-a), a, (1-a), a, (1-a)..., a, (1-a)}로 주어진다. 여기에서, a는 0≤a≤1이다. 3개의 TLP들은 동일한 TLP 구성을 가지며, 평균 0.5의 값을 갖도록 모델링된다. 그러나 δU1 = 0.05, δU2 = 0.1, δU1 = 0.2가 되도록 표준편차 값은 서로 다른 값을 갖도록 하였다. a의 값은 분산과 N 값에 의하여 결정된다. 다음, 본 실험 예에서는 다른 타입의 TLP들을 사용할 경우의 결과를 확인하기 위하여, 하기 수학식3의 U3I, U3II,U3III로 정의되는 트래픽 로드를 사용하였다.In this experiment, various TLPs were considered to investigate the effect of traffic load balancing. First, three TLPs (U 1 , U 2 , U 3I ) were applied to investigate the effects of TLP imbalance on traffic load balancing. The traffic load flowing into all three TLPs is typically U 1. = U 2 = U 3I = {a, (1-a), a, (1-a), a, (1-a) ..., a, (1-a)}. Here, a is 0≤a≤1. Three TLPs have the same TLP configuration and are modeled to have an average value of 0.5. But δU 1 = 0.05, δU 2 = 0.1, δU 1 = 0.2 so that the standard deviation value is different from each other. The value of a is determined by the variance and the N value. In the following, the present experimental example, and the product was used for the traffic load, defined as in Equation 3 3I U, U 3II, 3III U to confirm the results of using the different types of TLP.
수학식3
여기에서, U3I, U3II,U3III TLP들은 동일한 평균값 0.5, 동일한 분산값 0.2를 가지지만, 서로 다른 트래픽 로드들의 조합을 갖는다. 또한, 본 실험 예에서는 pij가 1/N-1 (i ≠ j) 또는 0 (i = j) 인 경우 트래픽 로드 밸런싱에 미치는 TLP의 효과를 조사한다. Here, U 3I, U 3II, U 3III The TLPs have the same average value of 0.5 and the same variance of 0.2, but with different combinations of traffic loads. In addition, this experimental example examines the effect of TLP on traffic load balancing when p ij is 1 / N-1 (i ≠ j) or 0 (i = j).
도 12a, 12b는 HTLB CSM의 제인 지수와 다른 CSM에 따른 제인 지수를 나타낸 그래프이다. HTLB CSM의 제인 지수는 사전에 할당된 CSM에 비하여 더 높게 나왔으며, 심지어 MULTIFIT CSM에 비하여도 더 높게 나왔다. 이로부터 HTLB CSM은 TLP의 불균형이 심각할 때에도 균등한 트래픽 로드 밸런싱을 보장할 수 있음을 확인할 수 있다. 도 12a에서는 N-CSM이 사전 할당된 CSM 보다 높은 제인 지수를 갖는 것으로 관측되지만, N-CSM은 도 12b에서 N-CSM의 제인 지수는 입력 트래픽 조건에 따라 동요됨을 알 수 있다. 또한, 도 12b에서 TLP가 달라졌지만, HTLB CSM은 여전히 사전-할당된 CSM 보다 우수한 제인 지수를 가진 것으로 나타났으며, 또한 MULTIFIT CSM과 균등한 트래픽 로드 밸런싱을 수행할 수 있음을 확인할 수 있다. 도 12a, 12b를 통하여 HTLM CSM이 입력 트래픽 조건에 관계없이 꾸준한 트래픽 로드 밸런싱을 수행함을 확인하였다. 12A and 12B are graphs showing zein indices according to different CSMs and zein indices of HTLB CSMs. The Janet Index of HTLB CSM was higher than the pre-allocated CSM, even higher than the MULTIFIT CSM. From this, it can be seen that the HTLB CSM can guarantee even traffic load balancing even when the TLP imbalance is severe. In FIG. 12A, the N-CSM is observed to have a higher zein index than the pre-assigned CSM. However, the N-CSM can be seen that the zein index of the N-CSM in FIG. 12B fluctuates depending on the input traffic conditions. In addition, although the TLP is changed in FIG. 12B, the HTLB CSM still appears to have a better Jane index than the pre-allocated CSM, and it can also be seen that the traffic load balancing can be performed equally with the MULTIFIT CSM. 12A and 12B, it was confirmed that the HTLM CSM performs steady traffic load balancing regardless of the input traffic condition.
한편 본 발명의 채널 공유 방법과, 매체 접속 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the channel sharing method and the medium access method of the present invention can be embodied in computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. And functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발 명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown not in the above description but in the claims, and all differences within the scope should be construed as being included in the present invention.
본 발명의 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유 방법, 이를 이용한 매체 접속 방법은 수동 스타 커플러를 이용한 파장 분할 다중 접속망에 사용되기에 적합하다. 특히, 본 발명은 타임 컴플렉서티가 낮고, 다양한 트래픽 환경에서도 일관성 있는 트래픽 로드 밸런싱이 가능하기 때문에, 트래픽 양이 많은 어플리케이션 예를 들어, VoIP, IPTV, VoD 및 화상 회의 등과 같은 다양한 멀티미디어 어플리케이션에 적용되기에 적합하다.The heuristic traffic load balanced channel sharing method of the present invention and a medium access method using the same are suitable for use in a wavelength division multiple access network using a passive star coupler. In particular, the present invention is low in time complexity, and can be consistently loaded in various traffic environments, and thus can be applied to a variety of multimedia applications such as VoIP, IPTV, VoD, and video conferencing. It is suitable to be.
도 1은 본 발명의 일 실시 예 따른 수동 스타 커플링된(passive star coupled) 토폴로지를 갖는 매체 접속망 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a medium access network system having a passive star coupled topology according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예 따른 채널 공유 장치를 포함하는 스테이션을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a station including a channel sharing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된(heuristic traffic load balanced : HTLB) 채널 공유 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of sharing a heuristic traffic load balanced (HTLB) channel according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 실시 예 생성되는 트래픽 로드 정보 행렬(M)의 예를 나타내는 참고도이다.4 is a reference diagram illustrating an example of a traffic load information matrix M generated in this embodiment.
도 5는 도 4의 230단계에서 스테이션 그룹을 결정하는 알고리즘(LB-I CSM)의 일예를 나타낸 것이다.FIG. 5 shows an example of an algorithm (LB-I CSM) for determining a station group in
도 6은 도 5의 알고리즘(LB-I CSM)의 개념을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 6 is a reference diagram for explaining a concept of the algorithm (LB-I CSM) of FIG. 5.
도 7은 도 4의 230단계에서 스테이션 그룹을 결정하는 알고리즘(LB-II CSM)의 또 다른 일예를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates another example of an algorithm for determining a station group (LB-II CSM) in
도 8은 도 7의 알고리즘(LB-II CSM)의 개념을 설명하기 위한 참고도이다. FIG. 8 is a reference diagram for explaining a concept of the algorithm (LB-II CSM) of FIG. 7.
도 9는 본 발명의 일 실시 예 따른 파장 분할 다중 접속 네트워크의 매체 접속 방법을 나타내는 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a medium access method of a wavelength division multiple access network according to an embodiment of the present invention.
도 10은 타임 슬롯에 따른 송신 스테이션 그룹과 수신 스테이션의 맵을 나타낸 참고도이다. 10 is a reference diagram illustrating a map of a transmitting station group and a receiving station according to time slots.
도 11은 본 발명에 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된 채널 공유를 이용한 매체 접속을 위한 프레임 구조도이다. 11 is a frame structure diagram for media access using heuristic traffic load balanced channel sharing according to the present invention.
도 12a와 12b는 본 발명에 따른 휴리스틱 트래픽 로드 밸런스된(heuristic traffic load balanced : HTLB) 채널 공유 방법을 이용한 매체 접속 방식에 따른 제인 지수(Jain Index)를 나타낸 참고도이다.12A and 12B are reference diagrams illustrating a Jane index according to a media access method using a heuristic traffic load balanced (HTLB) channel sharing method according to the present invention.
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