KR100929936B1 - 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에따른 전송 속도 선택 방법 - Google Patents

다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에따른 전송 속도 선택 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서의 채널 환경에 따른 전송 속도를 선택하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 데이터 패킷을 전송한 뒤, 전송된 데이터 패킷에 대한 응답 신호의 수신 여부를 통해 전송 성공 또는 전송 실패를 판단하는 동작을 반복적으로 수행하여, 전송 성공 횟수 또는 실패 횟수를 누적하고, 누적된 성공 횟수와 사전에 설정된 성공 횟수 임계값, 또는 누적된 실패 횟수와 사전에 설정된 실패 횟수 임계값의 비교 결과에 따라, 전송 속도를 상승 또는 하강시키는 채널 환경에 최적화된 전송 속도 선택 방법을 제공한다.
이를 통하여 본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 효율적인 채널 적응을 수행할 수 있어, 높은 데이터 처리율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070118295
전송 속도 적응, 다중 전송 속도, 802.11, FTRA, CARA, QA, EA, ARF, Link Adaptation

Description

다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 전송 속도 선택 방법{Method for Selecting an Adaptational Transmission Rate at Multi-Rate Wireless Communication System}
본 발명은 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서의 채널 환경에 따라 전송 속도를 선택하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러 전송 속도를 사용하는 통신 시스템에서 채널의 환경에 따라 적합한 전송 속도를 선택하여 더 높은 처리율을 얻도록 하는 전송 속도 선택 방법에 관한 것이다.
무선 통신 기술은 높은 처리율(Throughput)을 얻기 위해 계속 발전되어 왔다. 높은 처리율은 물리 계층에서 제공하는 높은 전송 속도로도 얻을 수 있지만, 채널의 환경에 민감한 무선 통신에서는 전송 속도 적응에 따라 처리율에 있어서, 큰 차이를 보인다.
무선 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 전송 속도 적응은 크게 두 가지 측면에서 이루어진다. 하나는 물리 계층(Physical Layer: PHY Layer, 이하 'PHY'라 칭함)에서의 전송 속도 적응 방법이며, 다른 하나는 맥 계층(Media Access Control Layer: MAC Layer, 이하 'MAC'라 칭함)에서의 전송 속도 적응 방법이다.
기존의 채널 적응 방식은 점진적인 전송 속도의 증감을 통해 수행되는 방식이었다. 아이트리플이(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 이하 'IEEE'라 칭함) 802.11a와 IEEE 802.11b의 경우, 각각 8개와 4개의 서로 다른 전송 속도를 정의하고 있다. 이와 같이 서로 다른 전송 속도가 정의됨에 따라, IEEE 802.11a와 IEEE 802.11b의 규격에 따른 무선 통신 시스템에서는 점진적인 전송 속도의 증감을 적절하게 이용할 수 있다. 그러나, 높은 처리율을 위해 새로 정의된 IEEE 802.11n의 PHY의 경우, 45개 이상의 전송 속도를 지원하는 총 76개의 전송 모드를 정의하고 있다.
이와 같이 다수의 전송 속도와 다수의 전송 모드가 지원됨에 따라, 무선 통신 시스템에서 채널 상태에 따라 좀 더 효율적으로 전송 속도를 조절하도록 하는 방법이 요구되고 있다.
IEEE802.11 무선랜 시스템에서 가장 많이 사용되는 전송 속도 적응 방식은 'Lucent Technologies' WaveLan-Ⅱ' 장치를 위해 개발된 ARF(Automatic Rate Fallback)이다. ARF는 데이터 전송 후 수신되는 응답(ACK) 프레임의 유무를 판단하여, 데이터 전송 속도를 조절하는 방식이다. 즉, ARF는 ACK를 확인한 결과, 연속된 두 개의 프레임 전송이 실패하였음을 확인하면 전송 속도를 한 단계 낮추고, 연속된 열 개의 프레임 전송이 성공하였음을 확인하면 전송 속도를 한 단계 높이는 방법이다. 이와 같은 ARF는 구현이 간단하므로, 현재 802.11 무선랜 장치에서 많이 사용되고 있다.
한편, 무선 통신 시스템에서 채널 오류와 충돌 오류를 구분할 수 있도록 하 기 위하여 CARA(Collision-Award Rate Adaptation)라는 알고리즘이 제안되었다. CARA는 채널 오류와 충돌 오류를 구분하기 위하여, RTS(Request-To-Send) 탐색 방법과 CCA(Clear Channel Assessment) 감지 방법을 사용한다.
CARA에서 사용되는 RTS 탐색 방법은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다.
스테이션은 데이터 전송에 따른 ACK의 응답 결과에 따라 성공 횟수와 실패 횟수를 산출한다. 그리고, 산출된 성공 횟수를 사전에 설정된 성공 임계값과 비교하여, 성공 임계값보다 크면 전송 속도를 한 단계 높인다. 반대로 스테이션은 산출된 실패 횟수를 사전에 설정된 RTS 탐색 임계값 및 실패 임계값과 비교한다.
만약 실패 횟수가 RTS 탐색 임계값보다 크면, 스테이션은 RTS 탐색을 수행한다. RTS 프레임을 전송한 후, CTS(Clear-To-Send) 프레임이 성공적으로 수신된 경우, 스테이션은 데이터 프레임을 전송한다. CTS를 성공적으로 받았다는 것은 전송 시간을 일정 시간 보장받았다는 것을 의미하므로, 데이터를 전송한 후 ACK가 수신되지 않으면, 채널 상태에 따른 오류가 발생하였음을 확인할 수 있다.
이와 같이 스테이션은 데이터를 전송한 후 ACK를 수신하지 못하면, 실패 횟수를 증가시킨다. 그리고, 실패 횟수가 실패 임계값을 초과하면, 전송 속도를 한 단계 낮춘다.
그러나, RTS를 탐색한 이후의 데이터 전송이 성공적으로 이루어졌다면, 스테이션은 이전에 발생된 오류를 충돌 오류로 간주하고, 현재의 전송 속도를 유지한다. 그리고, 실패 횟수의 값을 0으로 리셋한다. 이와 같은 방법을 통하여 CARA는 충돌 오류를 채널 오류로부터 분리할 수 있다.
또한, CARA는 충돌 오류의 감지를 위하여 CCA 감지 기법을 사용할 수 있다.
무선 통신 시스템에서의 데이터 전송에 있어서, 프레임 충돌이 발생되는 상황은 도 1과 같다.
도 1은 무선 통신 시스템에서의 프레임 충돌 상황을 나타낸 도면이다.
무선 통신 시스템에서의 프레임 충돌이 발생하는 상황은 도 1에 도시된 제1 상황, 제2 상황 및 제3 상황과 같다.
이와 같은 프레임 충돌 발생 상황 중에서, 제1 스테이션이 프레임 충돌을 느낄 수 있는 경우는 제2 상황으로서, 제1 스테이션에서 데이터 전송을 끝낸 직후, 다른 스테이션(제N 스테이션)에 의하여 채널이 점유중인 경우이다.
이와 같은 프레임 충돌 상황 확인에 따른 CCA 감지를 통하여, CARA 알고리즘에서는 충돌 오류를 감지할 수 있으며, 이에 따라 전송 속도를 한 단계씩 증가 또는 감속시키는 방법을 사용할 수 있다.
그러나, 이와 같은 CARA 알고리즘에서의 CCA 감지 기법은 다수의 전송 속도를 이용하는 무선 통신 시스템에서는 적합하지 않다. 예로써, 802.11n의 규격에 따른 통신 시스템에서는 76개 이상의 전송 방법이 정의되어 있고, 동시에 45개 이상의 전송 속도가 정의되어 있다. 이와 같은 다수의 전송 속도를 이용하는 무선 통신 시스템에서는 어떠한 조합 및 방법을 통하여 다수의 전송 모드와 전송 속도를 적용시킬 것인가 하는 것이 전체 처리율에 영향을 미치게 된다.
이에 따라, CARA 채널 환경에서의 전송 속도가 한 단계씩 변화되는 경우, 다수의 전송 속도를 사용하는 채널 환경에서 가장 적합한 전송 속도를 검색하기 위하 여, 중간 단계에 있는 전송 속도를 모두 거쳐야하는 문제점이 있으므로, 알고리즘에서의 CCA 감지 기법을 적용하는 것은 적합하지 않다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에 따라 빠른 전송 속도 적응을 통하여 높은 처리율을 얻는 전송 속도 선택 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전송 속도 선택 방법은 다중 전송 속도를 지원하는 통신 시스템의 스테이션이 채널 환경에 최적화된 전송 속도를 선택하는 방법으로서, (a) 이전 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간과, 사전에 설정된 소요 시간 임계값을 비교하여, 채널 적응 수행 방법을 결정하는 단계; (b) 데이터 패킷을 전송한 후, 채널 적응 수행 방법을 통해 전송된 데이터 패킷에 대한 응답 신호의 수신 여부를 확인하여, 전송 성공 또는 전송 실패를 판단하는 단계; (c) 일정 시간 단위로 (b) 단계를 반복적으로 수행하고, 데이터 전송에 대한 성공 횟수 또는 실패 횟수를 누적하여, 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수를 산출하는 단계; 및 (d) 산출된 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수에 따라, 전송 속도를 상승 또는 하강시키는 단계를 포함한다.
이와 같이 긴 시간을 이용하여 채널에 적응하는 빠른 조정 방식이나, 짧은 주기 동안 채널에 적응하는 지수 적응 방식을 이용하는 빠른 전송 속도 적응 방법을 통해, 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 전송 속도 적응을 수행함에 따라, 무선 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 효율적인 채널 적응을 수행함으로써, 높은 데이터 처리율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
높은 전송 속도를 얻기 위한 전송 속도 방법에는 크게 두 가지 방법이 존재한다. 제1 방법은 송신기로부터 전송된 신호를 수신한 수신기가, 수신된 신호로부터 채널 상태를 추측한 후, 자신의 전송 속도를 선택하는 방법이다. 그리고, 제2 방법은 송신기가 데이터를 전송한 후, 수신기로부터 데이터 전송에 대한 성공 여부를 알려주는 ACK 신호를 수신하면, 수신된 ACK 신호에 따라 전송 속도를 선택하는 방법이다. 여기서, 본 발명은 송신기가 수신기로부터 전달된 ACK 신호에 따라 전송 속도를 조절하는 제2의 방법을 대상으로 한다.
본 발명은 빠른 전송 속도 적응을 통하여 높은 처리율을 얻는 전송 속도 선택 방법으로서, 빠른 전송 속도 적응 방법(FTRA: Fast Transmission Rate Adaptation, 이하 'FTRA'라 칭함)을 제안하며, 본 발명의 실시예에 따른 FTRA로서 두 가지 방법이 사용될 수 있다.
하나는 긴 시간 동안에 이루어지는 데이터의 전송 시간 간격을 이용하여 채널 적응을 수행하는 빠른 조정 방식(QA: Quick Adjusting, 이하, 'QA'라 칭함)이며, 다른 하나는 짧은 주기 동안 이루어지는 데이터의 전송 성공 또는 실패 횟수를 이용하여 채널 적응을 수행하는 지수 적응 방식(EA: Exponential Adjusting, 이하, 'EA'라 칭함)이다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 QA나 EA를 사용하는 FTRA에서는 채널 오류를 충돌 오류로부터 분리하기 위하여 CARA 알고리즘을 적용한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 QA를 사용하는 전송 속도 적응 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따라 전송 시간 간격을 이용하여 채널 적응을 수행하는 QA에서 스테이션은 다음의 4 가지 상태 중 하나의 상태로 존재한다. 제1 상태는 초기 상태(Initial State)(110)로서 스테이션에서 어떠한 동작도 수행하지 않은 상태이며, 제2 상태는 MPDU(MAC Protocol Data Unit) 대기 상태(Wait for MPDU)(120)로서, 스테이션이 상위 계층으로부터 새로운 데이터의 수신을 기다리는 상태이다. 제3 상태는 데이터 전송 상태(Data TX)(130)로서, 데이터를 전송한 후, ACK의 수신을 기다리는 상태이며, 제4 상태는 RTS 전송 상태(RTS TX)(140)로서, 스테이션이 RTS 프레임을 전송한 후, CTS 프레임의 수신을 기다리는 상태이다.
초기 상태(110)의 스테이션은 데이터 송수신을 수행됨에 따라, MPDU 대기 상태(120)로 바뀐다. MPDU 대기 상태(120)의 스테이션의 연속 실패 횟수(n)가 사전에 설정된 RTS 탐색 임계값(Pth)보다 크면(n > Pth), 스테이션은 RTS 탐색을 수행하고 CTS(Clear-To-Send) 프레임의 수신을 대기하는 RTS 전송 상태(140)로 바뀐다.
RTS 전송 상태(140)의 스테이션은 CTS 프레임이 성공적으로 수신되면, 데이터 전송 상태(130)로 변화되며, 데이터 프레임을 전송한다. 이 때, 데이터 전송을 수행함에 있어서, 스테이션은 일련의 데이터 패킷들을 각각 전송한다. 스테이션에서 하나의 데이터 전송한 이후 많은 시간이 경과한 경우, 스테이션이 위치한 채널 환경의 계속적인 변화에 따라, 변화된 채널 환경에 최적화된 전송 속도도 바뀌게 된다. 따라서, 현재 채널 환경에 어떤 전송 속도가 적합한지를 탐색하는 과정이 필요하며, 이와 같은 채널 환경에 최적화된 전송 속도를 탐색하기 위하여, QA는 이진 탐색 방법을 사용한다.
데이터 전송 상태(130)의 스테이션은 데이터를 전송한 후, ACK를 기다린다. 사전에 설정된 특정 시간 내에 ACK 신호가 수신되면, 데이터 전송이 성공적으로 수행된 것으로 간주하여, 수학식 1과 같은 동작을 수행함으로써, 데이터의 전송 속도를 한 단계 상승시킨다.
Figure 112007083147958-pat00001
여기서, 수학식 1은 18 단계의 전송 속도를 갖는 무선 통신 시스템에서 사용되는 QA의 이진 탐색 방법이다. 여기서, m은 연속 성공 횟수, n은 연속 실패 횟수, Mth는 연속 성공 임계값, Nth는 연속 실패 임계값, Tth는 소요 시간 임계값(Elapsed Time Threshold), qstep은 전송 속도 상승 단계값, elapsed_time은 이전 프레임 전송 이후 소요된 시간, rdt는 전송 속도를 각각 의미한다.
즉, 스테이션은 데이터가 성공적으로 전송되면, 연속 실패 횟수(n)를 0으로 바꾸고, 연속 성공 횟수(m)를 1만큼 증가시킨다. 그리고, 증가된 연속 성공 횟수(m)와 사전에 설정된 연속 성공 임계값(Mth)의 크기를 비교한다. 연속 성공 횟수가 연속 성공 임계값(m > Mth)보다 크면, 전송 속도의 상승 정도를 나타내는 전송 속도 상승 단계값(qstep)을 결정한다.
전송 속도 상승 단계값(qstep)이 산출되면, 산출된 전송 속도 상승 단계값을 이용하여 전송 속도(rdt)를 상승시킨다.
반면, 데이터 전송 상태(130)의 스테이션은 데이터를 전송한 후, 사전에 설정된 특정 시간 내에 ACK 신호가 수신되지 않으면, 데이터 전송이 실패한 것으로 간주하여, 수학식 2와 같은 동작을 수행함으로써, 데이터의 전송 속도를 한 단계 하강시킨다.
Figure 112007083147958-pat00002
여기서, qstep은 전송 속도 하강 단계값이 된다.
즉, 스테이션은 데이터 전송이 실패하면, 연속 성공 횟수(m)를 0으로 바꾸고, 연속 실패 횟수(n)를 1만큼 증가시킨다. 그리고, 증가된 연속 실패 횟수(n)와 사전에 설정된 연속 실패 임계값(Nth)의 크기를 비교한다. 연속 실패 횟수가 연속 실패 임계값(n > Nth)보다 크면, 전송 속도의 하강 정도를 나타내는 전송 속도 하강 단계값(qstep)을 결정한다.
여기서, 전송 속도 상승/하강 단계값(qstep)의 산출 방법은 무선 통신 시스 템이나 스테이션 제조 업체에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 전송 속도가 상승 또는 하강되면, 스테이션은 데이터 전송 상태(130)에서 MPDU 대기 상태(120)로 변화되며, 조절된 전송 속도를 통해 데이터를 전송한 이후에는 다시 데이터 전송 상태(130)로 변화된다.
이와 같은 이진 탐색 방법에 의해 전송 속도를 조절하는 QA는, 사전에 정해진 횟수 이내에 적합한 전송 속도를 찾을 수 있다는 장점을 가진다. 예로서, N개의 전송 모드가 사용되는 무선 통신 시스템에서는 QA 방법을 사용함으로써, Log2N번 내에 채널 환경에 가장 적합한 전송 속도를 찾을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EA를 사용하는 전송 속도 적응 방법을 설명하기 위한 도면이다.
EA는 데이터의 연속적인 전송 성공 또는 연속적인 실패 횟수에 따라, 지수적으로 변환되는 전송 속도 상승/하강 단계값을 적용하는 채널 적응 수행 방법이다.
EA는 전송 속도의 상승/하강 단계값이 지수적으로 변화되는 기준값이 존재한다. 즉, 연속적인 데이터 전송 성공이 이루어지는 경우, 지수적인 전송 속도 증가를 위한 상향 임계값이 존재하며, 본 발명의 실시예에서는 제1 MTH(Mth1), 제2 MTH(Mth2) 및 제3 MTH(Mth3)의 3개의 상향 임계값이 존재한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따라 각 상향 임계값은 제1 MTH = 10, 제2 MTH = 20, 제3 MTH = 30으로 설정되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 EA에서는 데이터의 연속적인 전송 성공 횟수 가 제1 MTH, 제2 MTH 또는 제3 MTH와 같아지면, 각각 전송 속도를 1 단계, 2 단계 또는 3 단계만큼 상승시키도록 상승 단계값이 설정되어 있다.
이와 같은 설정에 따라, 데이터 전송 상태(130)의 스테이션은 데이터를 전송한 후, 사전에 설정된 특정 시간 내에 ACK 신호가 수신됨에 따라, 데이터 전송이 성공적으로 수행되면, 수학식 3과 같은 동작을 수행한다.
Figure 112007083147958-pat00003
예를 들어, 30번의 데이터를 연속적으로 전송 성공한 경우, ARF은 10번의 연속적인 데이터 전송 성공이 3번 이루어진 것으로 간주하여 3 단계의 전송 속도가 상승된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 EA에서는, 30번의 연속적인 전송 성공이 이루어진 경우, 총 6 단계의 전송 속도가 상승된다. 즉, 처음 10번의 데이터 전송 성공은 제1 MTH에 설정된 상승 단계값에 따라 1 단계의 전송 속도가 상승된다. 그리고, 다시 10번의 데이터 전송 성공이 이루어진 경우에는 총 20번의 데이터 전송 성공이 이루어졌으므로, 제2 MTH에 설정된 상승 단계값에 따라 2 단계의 전송 속도가 상승된다. 그리고, 다시 10번의 데이터 전송 성공이 이루어진 경우, 제3 MTH에 설정된 상승 단계값에 따라 3 단계의 전송 속도가 상승되어, 총 6단계의 전송 속도가 상승된다.
반대로, FTRA의 EA에서는 연속적인 데이터 전송 실패의 경우에도 지수적인 전송 속도 하강을 위한 하향 임계값이 존재하며, 본 발명의 실시예에서는 제1 NTH(Nth1), 제2 NTH(Nth2) 및 제3 NTH(Nth3)의 3개의 하향 임계값이 존재한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따라 제1 NTH = 2, 제2 NTH = 4, 제3 NTH = 6으로 설정되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라, 데이터의 연속적인 실패 횟수가 제1 NTH, 제2 NTH 또는 제3 NTH와 같아지면, 각각 전송 속도를 1 단계, 2 단계 또는 3 단계만큼 하강하도록 하강 단계값이 설정되어 있다.
이와 같은 설정에 따라, 데이터의 연속적인 전송 실패에 따른 전송 속도의 하강은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007083147958-pat00004
이에 따라, 6번의 데이터 전송이 연속적으로 실패한 경우, ARF에서는 3 단계의 전송 속도 감소가 발생되는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 EA에서는 6 단계의 전송 속도 감소가 발생된다.
ARF는 전송 속도를 감소시키는 것에 비하여 전송 속도를 증가시키는 동작을 매우 조심스럽게 실행한다. 반면, EA에서 전체 처리율의 증가는 전송 속도를 빠르게 증가시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 QA와 EA를 선택 방법 및 실행 절차를 설명하기 위한 순서도이다.
스테이션에서는 데이터 전송을 수행하기에 앞서, 이전 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간(elapsed_time)을 측정한다(S400). 그리고, 측정된 경과 시간이 사전에 설정된 소요 시간 임계값(Tth)과 비교한다. 경과 시간과 소요 시간 임계값의 비교 결과, 경과 시간이 소요 시간 임계값보다 길면 스테이션은 QA 수행 절차를 실행하고, 소요 시간 임계값이 경과 시간보다 짧으면 EA 수행 절차를 실행한 다(S410).
QA 수행 절차를 실행하기 위하여, 스테이션은 데이터 패킷을 전송한 후(S420), 전송된 데이터 패킷에 대한 ACK가 수신되는지 여부를 확인한다(S430).
스테이션은 ACK를 수신하면, 데이터 전송에 대한 연속 성공 횟수(m)를 1만큼 증가시키고(S440), 연속 실패 횟수(n)를 0으로 변경한다(S442).
그리고, 증가된 연속 성공 횟수(m)와 사전에 설정된 성공 횟수 임계값(Mth)을 비교하여, 연속 성공 횟수가 성공 횟수 임계값보다 크거나 같으면(m ≥ Mth)(S444), 전송 속도를 상승시킨다(S446). 그리고, 스테이션은 전송 속도의 상승과 동시에, 연속 성공 횟수를 다시 0으로 변경시키고, 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단계를 반복하여 수행한다(S448).
한편, S430 단계에서 사전에 설정된 시간 내에 스테이션에서 전송된 데이터 패킷에 대한 ACK가 수신되지 않은 경우, 데이터 전송의 실패로 간주하여, 연속 실패 횟수(n)를 1만큼 증가시키고(S450), 연속 성공 횟수(m)를 0으로 변경한다(S452).
그리고, 증가된 연속 실패 횟수(n)와 사전에 설정된 실패 횟수 임계값(Nth)을 비교하여, 연속 실패 횟수가 실패 횟수 임계값보다 크거나 같으면(n ≥ Nth)(S454), 전송 속도를 하강시킨다(S456).
그리고, 스테이션은 전송 속도의 하강과 동시에, 연속 실패 횟수를 다시 0으로 변경시키고, 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단 계를 반복하여 수행한다(S458).
여기서, S444 단계 또는 S454 단계에서, 연속 성공 횟수가 성공 횟수 임계값보다 작거나(m < Mth), 연속 실패 횟수가 실패 횟수 임계값보다 작으면(n < Nth), 데이터 패킷을 전송하고, ACK의 수신 여부를 확인하는 S420 이후의 단계를 반복하여 수행한다. 또는 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단계를 반복하여 수행할 수도 있다.
한편, S410 단계에서 스테이션에서 측정한 경과 시간이 사전에 설정된 소요 시간 임계값보다 짧으면, 스테이션은 EA 수행 절차를 실행한다. EA 수행 절차의 실행을 위하여, 스테이션은 데이터 패킷을 전송한 후(S450), 전송된 데이터 패킷에 대한 ACK가 수신되는지 여부를 확인한다(S460).
스테이션은 ACK를 수신하면, 데이터 전송에 대한 연속 성공 횟수(m)를 1만큼 증가시키고(S470), 연속 실패 횟수(n)를 0으로 변경한다(S472).
그리고, 증가된 연속 성공 횟수(m)와 사전에 설정된 상향 임계값(MTH)을 비교하여, 연속 성공 횟수가 사전에 설정된 특정 상향 임계값이 되면(S474), 해당되는 상향 임계값에 설정되어 있는 상승 단계값을 확인한다(S476).
그리고, 확인된 상승 단계값만큼 전송 속도를 상승시킨 뒤, 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단계를 반복하여 수행한다(S478).
한편, S460 단계에서 사전에 설정된 시간 내에 스테이션에서 전송된 데이터 패킷에 대한 ACK가 수신되지 않은 경우, 데이터 전송의 실패로 간주하여, 연속 실 패 횟수(n)를 1만큼 증가시키고(S480), 연속 성공 횟수(m)를 0으로 변경한다(S482).
그리고, 증가된 연속 실패 횟수(n)와 사전에 설정된 하향 임계값(NTH)을 비교하여, 연속 실패 횟수가 사전에 설정된 특정 하향 임계값이 되면(S484), 해당되는 하향 임계값에 설정되어 있는 하강 단계값을 확인한다(S486).
그리고, 확인된 하강 단계값만큼 전송 속도를 하강시킨 뒤, 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단계를 반복하여 수행한다(S488).
여기서, S474 단계에서 연속 성공 횟수가 사전에 설정된 특정 상향 임계값과 상이한 경우, 또는 S484 단계에서 연속 실패 횟수가 사전에 설정된 특정 하향 임계값과 상이한 경우에는 데이터 패킷을 전송하고 ACK의 수신 여부를 확인하는 S450 이후의 단계를 반복하여 수행하거나, 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간을 측정하는 S400 이후의 단계를 반복하여 수행한다.
이와 같은 절차에 따라, 스테이션은 다중 전송 속도를 이용하는 통신 시스템에서 채널 환경에 따른 전송 속도 적응을 수행함으로써 높은 처리율을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리와 전체 처리율과의 관계를 나타낸 도면이다.
여기서, 도 5는 IEEE 802.11n에서 PHY가 정의하고 있는 76개의 전송 모드를 각각 사용한 경우, 경쟁중인 스테이션의 개수, 채널 변화, 액세스 포인트(AP: Access Point)와의 거리, 전송 패턴 등을 고려하여 50초 동안 시뮬레이션을 수행한 결과로서 나타나는, AP로부터의 거리에 따른 전체 처리율을 나타낸 관계 그래프이다.
이 때, 각각의 전송 모드에서는 제로포싱(Zeroforcing) 방식을 이용하여 패킷 에러율(PER: Packet Error Rate)을 측정하였으며, 전송 전력은 20dBm, 백색 잡음의 전력은 -96dB로 설정하였다. 또한, 장거리 전력 손실(Long-distance Path-Loss) 모델과 실내 환경을 가정하기 위하여 4승 전력 손실(exponent 4 Path-Loss) 모델을 사용하였다. 채널 모델은 라이시안 페이딩 채널로서, 2.5㎧의 속도에 해당하는 20㎐의 도플러 주파수를 가지고 있으며, 각각의 데이터 패킷의 길이는 1500 옥텟(Octet)으로 고정하였다.
이와 같은 채널 환경에서 나타나는 시뮬레이션 결과값을 통하여, AP로부터의 거리와 전체 처리율과의 관계를 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, 특정 전송 모드에 대한 거리와 전체 처리율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
IEEE 802.11n에서 PHY가 정의하고 있는 76개의 전송 모드 중에서, 필수 8개의 모드(제0 모드 내지 제7 모드)와 추가의 10개 모드(제12모드, 제13 모드, 제14 모드, 제15 모드, 제21 모드, 제22 모드, 제23 모드, 제29 모드, 제30 모드 및 제31 모드)를 선택하고, 선택한 전송 모드를 각각 사용하여 시뮬레이션을 수행함에 따라 나타나는 거리에 따른 전체 처리율의 그래프는 도 6과 같이 나타난다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, AP와 스테이션 사이의 거리 변화와 처리율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
AP와 스테이션 사이에 일대일로 연결되어 있는 상태에서, AP와 스테이션 사이의 거리를 1m부터 70m까지 변화시키면서 측정한 처리율은 도 8과 같이 도시된다.
이와 같은 시뮬레이션 결과를 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 FTRA가 CARA보다 좋은 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 또한, FTRA와 CARA보다 ARF가 더 좋은 성능을 나타내는데. 이는 경쟁 스테이션이 없는 상황에서는 충돌을 방지하기 위하여 RTS/CTS를 교환하기 때문이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, FTRA 방식에서 경쟁 스테이션의 수가 증가함에 측정된 처리율을 도시한 그래프이다.
AP로부터 10m 거리만큼 떨어진 거리에 경쟁 스테이션의 수를 하나씩 증가시키면서 FTRA 방식의 성능을 측정하면, 도 8과 같이 도시된다.
이와 같은 시뮬레이션 결과를 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 FTRA가 CARA보다 좋은 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 또한, FTRA와 CARA가 ARF보다 더 좋은 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7을 통해서도 살펴보았듯이, 경쟁 스테이션의 수가 적으면 RTS/CTS 교환 과정에서 소비되는 시간으로 인하여, ARF가 FTRA나 CARA보다 더 좋은 성능을 보이게 되나, 경쟁 스테이션이 존재하는 경우에는 본 발명의 실시예에 따른 FTRA 가장 좋은 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.
이와 같은 도 7 및 도 8에 도시된 시뮬레이션 결과에 따라, 본 발명의 실시예에 따라 제안된 FTRA 방식은 CARA 방식보다 더 좋은 성능을 나타내며, 변화하는 채널에 더 잘 적응함을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, FTRA 방식에서 데이터 전송 패턴에 따라 측정된 처리율을 도시한 그래프이다.
무선 통신 시스템에서 모든 스테이션들이 5초 동안 데이터를 전송하고, 1초 동안 쉬는 과정을 50초 동안 반복하였다고 가정하여 시뮬레이션을 실행하면, FTRA 방식에서의 처리율은 도 9와 같이 도시된다.
여기서, FTRA1은 EA 만을 사용한 경우의 처리율을 나타낸 그래프이며, FTRA2는 QA와 EA를 모두 사용한 경우의 처리율을 나타낸 그래프이다. 이와 같은 그래프를 통하여 스테이션이 데이터 전송을 시작할 때에는 QA를 사용하는 것이 더욱 효율적이라는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, 데이터를 재전송하는 경우의 전송 속도 변화 패턴을 나타낸 위한 그래프이다.
도 10에는 하나의 스테이션이 데이터 전송을 멈추고 1초가 경과한 후, 데이터 전송을 다시 시작하는 경우의 전송 속도 변화 패턴이 도시되어 있다. 여기서, FTRA1은 EA만을 사용한 경우의 전송 속도 변화 그래프이며, FTRA2는 QA와 EA를 모두 사용한 경우의 전송 속도 변화 그래프이다.
이와 같은 전송 속도 변화 그래프를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 FTRA 방식이 CARA보다 더 빨리 채널 변화에 적응함을 확인할 수 있다. 또한, QA와 EA를 모두 사용하는 FTRA2가 EA만을 사용하는 FTRA1보다 더 빨리 채널 변화에 적응하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템에서의 프레임 충돌 상황을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 QA를 사용하는 전송 속도 적응 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EA를 사용하는 전송 속도 적응 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 QA와 EA를 선택 방법 및 실행 절차를 설명하기 위한 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리와 전체 처리율과의 관계를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, 특정 전송 모드에 대한 거리와 전체 처리율과의 관계를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, AP와 스테이션 사이의 거리 변화와 처리율과의 관계를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, FTRA 방식에서 경쟁 스테이션의 수가 증가함에 측정된 처리율을 도시한 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, FTRA 방식에서 데이터 전송 패턴에 따라 측정된 처리율을 도시한 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 시뮬레이션에 따라, 데이터를 재전송하는 경우의 전송 속도 변화 패턴을 나타낸 위한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 다중 전송 속도를 지원하는 통신 시스템의 스테이션이 채널 환경에 최적화된 전송 속도를 선택하는 방법에 있어서,
    (a) 이전 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간과, 사전에 설정된 소요 시간 임계값을 비교하여, 채널 적응 수행 방법을 결정하는 단계;
    (b) 데이터 패킷을 전송한 후, 상기 채널 적응 수행 방법을 통해 전송된 데이터 패킷에 대한 응답 신호의 수신 여부를 확인하여, 전송 성공 또는 전송 실패를 판단하는 단계;
    (c) 일정 시간 단위로 (b) 단계를 반복적으로 수행하고, 상기 데이터 전송에 대한 성공 횟수 또는 실패 횟수를 누적하여, 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수를 산출하는 단계; 및
    (d) 산출된 상기 연속 성공 횟수 또는 상기 연속 실패 횟수에 따라, 전송 속도를 상승 또는 하강시키는 단계
    를 포함하는 전송 속도 선택 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 단계 (b)는,
    (b1) 데이터 패킷을 전송하고, 전송된 데이터 패킷에 대한 응답 신호의 수신 여부를 확인하는 단계; 및
    (b2) 사전에 설정된 임계 시간 이내에 상기 응답 신호가 수신되면 전송 성공으로 판단하고, 상기 응답 신호가 수신되지 않으면 전송 실패로 판단하는 단계
    를 포함하는 전송 속도 선택 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이전 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간이 상기 소요 시간 임계값보다 길면, 긴 시간 동안 이루어지는 데이터의 전송 시간 간격을 이용하여 채널 적응을 수행하는 QA(Quick Adjusting) 방식의 채널 적응 수행 방법을 이용하고,
    상기 이전 데이터 전송 시점으로부터의 경과 시간이 상기 소요 시간 임계값보다 짧으면, 짧은 주기 동안 이루어지는 데이터 전송의 성공 횟수 또는 실패 횟수를 이용하여 채널 적응을 수행하는 EA(Exponential Adjusting) 방식의 채널 적응 수행 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전송 속도 선택 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 QA 방식의 채널 적응 수행 방법이 이용되는 경우, 상기 단계 (c)는,
    일정 시간 단위로 상기 (b) 단계를 반복적으로 수행하며, 상기 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수를 확인하는 것을 특징으로 하는 전송 속도 선택 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    (d1) 상기 연속 성공 횟수 또는 상기 연속 실패 횟수가 사전에 설정된 성공 횟수 임계값 또는 실패 횟수 임계값을 초과하였는지 여부를 확인하는 단계; 및
    (d2) 상기 연속 성공 횟수가 상기 성공 횟수 임계값을 초과하였음이 확인되면 사전에 설정된 단계만큼 상기 전송 속도를 상승시키고, 상기 연속 실패 횟수가 상기 실패 횟수 임계값을 초과하였음이 확인되면 사전에 설정된 단계만큼 상기 전송 속도를 하강시키는 단계
    를 포함하는 전송 속도 선택 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (d2) 단계 이후에,
    (e1) 상기 전송 속도의 상승시킨 이후 상기 연속 성공 횟수를 초기화하거나, 상기 전송 속도의 하강 이후 상기 연속 실패 횟수를 초기화하는 단계
    (e2) 상기 연속 성공 횟수 또는 상기 연속 실패 횟수가 초기화되면, 상기 (b) 단계 이후를 반복적으로 수행하는 단계
    를 추가로 포함하는 전송 속도 선택 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 EA 방식의 채널 적응 수행 방법의 이용되는 경우, 상기 단계 (c)는,
    일정 시간 단위로 상기 (b) 단계를 반복적으로 수행하며, 상기 연속 전송 성공 횟수 또는 연속적인 데이터 전송의 실패 횟수를 확인하는 것을 특징으로 하는 전송 속도 선택 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    (d1) 사전에 설정된 하나 이상의 상향 임계값-여기서, 상향 임계값은 상기 전송 속도의 상승을 위하여 설정된 연속 성공 횟수임- 또는 하나 이상의 하향 임계값-여기서, 하향 임계값은 상기 전송 속도의 하강을 위하여 설정된 연속 실패 횟수임-을 확인하는 단계;
    (d2) 상기 (c) 단계에서 확인된 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수가 상기 상향 임계값 또는 하향 임계값 중 하나와 일치하는지 여부를 확인하는 단계;
    (d3) 상기 연속 성공 횟수 또는 연속 실패 횟수가 상기 상향 임계값 또는 하향 임계값 중 하나와 일치하면, 상기 일치된 상향 임계값 또는 하향 임계값에 설정되어 있는 단계 변화 값을 확인하는 단계; 및
    (d4) 상기 확인된 단계 변화값만큼 상기 전송 속도를 상승 또는 하강하는 단계
    를 포함하는 전송 속도 선택 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    상기 단계 (b)를 통하여 상기 전송 성공이 판단되면 상기 연속 실패 횟수를 초기화하고, 상기 단계 (b)를 통하여 상기 전송 실패가 판단되면 상기 연속 성공 횟수를 초기화하는 단계
    를 추가로 포함하는 전송 속도 선택 방법.
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