KR100930637B1 - 이동 애드호크 네트워크에서 소프트웨어 아키텍쳐프로토콜 스택의 인터넷 프로토콜 라우팅 계층 아래에내장된 라우팅 알고리즘 - Google Patents

이동 애드호크 네트워크에서 소프트웨어 아키텍쳐프로토콜 스택의 인터넷 프로토콜 라우팅 계층 아래에내장된 라우팅 알고리즘 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 멀티미디어(음성, 비디오 및 데이터) 서비스의 고품질 분배를 제공하기 위해 인터넷 프로토콜(IP) 라우팅 계층 아래에 라우팅 알고리즘이 내장되어 있는 신규의 소프트웨어 아키텍쳐 프로토콜 스택이 제공된다. 이 라우팅 알고리즘에는 논리 링크 제어, 적응 전송 프로토콜, 이웃 탐색, 트래픽 제어, 애드호크 라우팅, 흐름 처리, 지능형 접속 및 수락 제어가 포함될 수 있다. 이들 라우팅 알고리즘은 구현되면 서비스의 속도, 서비스의 신뢰성, 인프라 구성요소의 치명적인 고장의 경우의 자동 복구, 부하 분산 및 공간 재사용에 있어서의 이점도 추가로 제공한다.
애드호크, 라우팅, 라우터, 프로토콜, 알고리즘, 트래픽, 노드

Description

이동 애드호크 네트워크에서 소프트웨어 아키텍쳐 프로토콜 스택의 인터넷 프로토콜 라우팅 계층 아래에 내장된 라우팅 알고리즘{EMBEDDED ROUTING ALGORITHMS UNDER THE INTERNET PROTOCOL ROUTING LAYER OF A SOFTWARE ARCHITECTURE PROTOCOL STACK IN A MOBILE AD-HOC NETWORK}
본 발명은 애드호크 무선 통신 네트워크에 사용하기 위한 소프트웨어 아키텍쳐 프로토콜 스택에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이동 무선 애드호크 통신 네트워크에서 멀티미디어(음성, 비디오 및 데이터) 서비스의 고품질 분배를 제공하기 위한 것인 인터넷 프로토콜(IP) 라우팅 계층 아래에 라우팅 알고리즘이 내장되어 있는 프로토콜 스택에 관한 것이다.
관련 대상 기술은 2001년 6월 14일자로 출원된 미국 가특허출원 제60/297,769호에 개시되어 있는데, 그 전체 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
현재, 무선 셀룰러 전화 네트워크 등과 같은 많은 여러 가지 종류의 무선 통신 네트워크가 존재한다. 이러한 종류의 무선 네트워크는 일반적으로 예를 들면 인터넷, 공중 교환 전화 네트워크(PSTN), 그리고 기타 셀룰러 네트워크 등의 서비스에 대한 접속을 제공하는 무선 접속 장치와 직접 통신하는 기지국, 게이트웨이 등의 상당한 인프라를 이용한다. 이러한 종류의 네트워크의 일례로는 AMPS, TACS, NMT, GSM, IS-136 및 IS-95 등의 현행의 셀룰러 통신 네트워크가 있다.
게다가, 특정 셀룰러 회사에서는 음성 서비스만이 아니라 데이터 서비스도 제공할 수 있는 무선 접속 프로토콜(Wireless Access Protocol, WAP) 네트워크라는 네트워크를 개발하였다. 또한, 연구자들은 무선 매체를 통한 멀티미디어 콘텐츠의 전달에 애드호크 네트워크를 적용하는 것을 시험하기 시작하였다. 예를 들어, 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(Internet Engineering Task Force, IETF)의 무선 애드호크 네트워킹 그룹(Mobile Ad-Hoc Networking Group, MANET)에서, 연구자들은 인터넷 프로토콜(IP)의 상층에 애드호크 라우팅의 원리를 적용하고 있는 중이며, 이에 대해서는 Johnson 등의 "The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks(이동 애드호크 네트워크의 동적 소스 라우팅 프로토콜)"이라는 제하의 문헌, Jacquet 등의 "Optimized Link State Routing Protocol(최적화된 링크 상태 라우팅 프로토콜)"이라는 제하의 문헌, 그리고 Perkins 등의 "Ad Hoc On-Demand Distance Vector(AODV) Routing[애드호크 요구 기반 거리 벡터(AODV) 라우팅]"이라는 제하의 문헌에 기술되어 있으며, 이들 문헌의 전체 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
도 1은 대표적인 IETF-MANET 이동 애드호크 네트워킹 그룹의 프로토콜 스택(10)의 일례를 나타낸 개념도이다. 프로토콜 스택(10)은 5-계층 소프트웨어 스택으로 구현되어 있으며, 최하위 계층에서 최상위 계층까지 참조 번호가 매겨져 있다. 최하위 계층, 즉 물리 계층(12)은 채널 품질 정보를 생성하는 데 관여하는 RF 및 모뎀 회로, 예를 들면 일반적으로 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템과 관련 된 2.4GHz 무선 주파수(RF)를 갖는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 모뎀을 포함하고 있다. 물리 계층(12)은 네트워크 계층 또는 매체 접속 제어(MAC) 계층(14)과 설정 및 애플리케이션 데이터를 송수신하는 일을 맡고 있다.
일반적인 MANET 프로토콜 스택에서, MAC 계층(14)은 무선 LAN(Local Area Network)의 IEEE 802.11 표준에 규정되어 있으며, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피) 프로토콜을 이용한다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, CSMA/CA 프로토콜에서는 멀티미디어(음성, 비디오, 데이터) 메시지의 전송에 앞서 소스 노드와 목적지 노드 사이에서 교환되는 RTS(Request-to-Send, 송신 요구) 메시지와 그 다음에 오는 CTS(Clear-to-Send, 송신 가능) 메시지 또는 NCTS(Not-Clear-to-Send, 송신 불가) 메시지의 초기 핸드쉐이크(handshakes)가 필요할 수 있다. 그 후에, ACK(Acknowledgement, 긍정 확인 응답) 메시지 또는 NACK(Non-Acknowledgement, 부정 확인 응답) 메시지가 전송된 메시지의 수신을 알려주기 위해 목적지 노드로부터 소스 노드로 전송될 수 있다. MAC 계층(14) 상부에는 인터넷 제어 메시지 및 인터넷 그룹 관리 프로토콜 등의 다른 인터넷 프로토콜 방식을 포함하는 라우팅 인터넷 프로토콜(IP) 계층(16)이 있다.
IP 계층(16)과 통신하는 것은 통신 방법을 정하는 전송 계층(18)이다. 전송 계층의 공지된 일례로는 TCP 프로토콜과 UDP 프로토콜이 있다. 애플리케이션 계층(20)인 최상위 계층은 DSR(dynamic source routing, 동적 소스 라우팅) 또는 AODV(애드호크 요구 기반 거리 벡터 라우팅)(20a), RSVP(resource reservation protocol, 자원 예약 프로토콜)(20b), RTP(real time transport protocol, 실시간 전송 프로토콜)(20c), SNMP(simple network management protocol, 간이 네트워크 관리 프로토콜)(20d), DHCP(dynamic host configuration protocol, 동적 호스트 설정 프로토콜)(20e), AAA(anthentication authorization and accounting protocol, 승인, 권한 부여 및 계정 관리 프로토콜)(20f) 등의 애플리케이션 프로토콜을 제공한다.
도 1에 도시된 프로토콜 스택(10)은 네트워크가 음성, 비디오 및 데이터 서비스 등의 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있도록 하기에는 적합하지만, 이러한 형태의 프로토콜 구성은 메시지 전달 시간 및 신뢰성의 관점에서 보면 약간 복잡하고 시간 소비적일 수 있다. 따라서, 이러한 프로토콜 스택 구성은 상업적으로 적용하기에는 성능에 제한이 있다. 따라서, 무선 애드호크 통신 네트워크가 멀티미디어 콘텐츠를 상용 통신 네트워크에 사용하기에 적당한 충분한 속도와 신뢰성으로 전달할 수 있도록 해주는 개선된 프로토콜 스택 구성이 필요하다.
본 발명의 목적은 무선 이동 애드호크 통신 네트워크에서 사용되는 프로토콜 스택의 인터넷 프로토콜(IP) 라우팅 계층 아래에 라우팅 알고리즘이 내장된 프로토콜 스택을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동 무선 애드호크 네트워크가 음성, 비디오 및 데이터 등의 멀티미디어 콘텐츠를 최적의 속도와 신뢰성으로 전달할 수 있도록 하기 위해 그 네트워크에서 프로토콜 스택의 IP 라우팅 계층 아래에 내장된 라우팅 알고 리즘의 사용을 채용하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 무선 이동 애드호크 통신 네트워크에서 사용하기에 적합하게 되어 있는 프로토콜 스택을 제공함으로써 실질적으로 달성된다. 이 프로토콜 스택은 IP 라우팅 계층과, 프로토콜 스택에서 IP 라우팅 계층 아래에 내장되어 있고 또 그 네트워크의 노드들 사이에서의 멀티미디어 콘텐츠를 포함한 데이터 패킷의 라우팅을 제어하기에 적합하게 되어 있는 적어도 하나의 라우팅 알고리즘을 포함한다. 이 라우팅 알고리즘은 이하의 계층들, 즉 논리 링크 제어(LLC), 적응 전송 프로토콜(ATP), 이웃 탐색(NBR), 트래픽 제어(TC), 애드호크 라우팅(AHR), 흐름 처리(FP), 지능 접속(IA), 그리고 수락 제어(AC) 중 적어도 하나를 포함한다.
전술한 목적 및 기타의 다른 목적은 또한 무선 이동 애드호크 통신 네트워크에서 적어도 하나의 정보 패킷을 전송하는 데 사용하기에 적합하게 되어 있는 송신기를 제어하는 시스템 및 방법을 제공함으로써도 실질적으로 달성된다. 이 시스템 및 방법은 패킷과 관련된 서비스 품질(QoS)을 확인하는 확인 동작과, 상기 송신기가 상기 무선 이동 애드호크 통신 네트워크 내의 노드로 상기 패킷의 전송을 시도하도록 제어하는 제1 제어 동작과, 상기 노드로 상기 패킷을 전송하려는 상기 시도가 실패하였다고 판정될 때 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 기초하여 상기 전송의 시도로부터 적어도 하나의 기간에, 상기 송신기가 상기 무선 이동 애드호크 통신 네트워크 내의 상기 노드로 상기 패킷의 재전송을 시도하도록 제어하는 제2 제어 동작을 채용한다. 또한, 상기 제1 및 제2 제어 단계를 수행하기 전에, 상기 시스템 및 방법은 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 기초한 전송을 기다리기 위해 상기 패킷을 전송 큐 내의 한 위치에 배치할 수 있으며, 따라서 보다 높은 값의 관련 QoS를 갖는 데이터 패킷은 보다 낮은 값의 다른 관련 QoS를 갖는 다른 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치되도록 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 음성 데이터를 포함하는 데이터 패킷은 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치되고, 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷은 비음성 데이터 또는 비스트리밍 미디어 데이터를 포함하는 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치된다.
이들 및 다른 목적은 또한 무선 애드호크 통신 네트워크 내의 한 노드가 상기 네트워크 내의 다른 노드들의 존재를 확인하도록 제어하는 시스템 및 방법을 제공함으로써도 실질적으로 달성된다. 이 시스템 및 방법은 상기 노드가 자신의 브로드캐스트 범위 내의 다른 노드들 중의 어떤 노드들에 의해 수신될 적어도 하나의 메시지를 전송하도록 제어하는 동작과, 상기 노드가 상기 다른 노드들 중의 어떤 노드들에 의해 전송된 메시지 또는 메시지들에 대한 응답을 수신하도록 제어하는 동작과, 상기 응답에 기초하여 상기 노드에 대한 상기 다른 노드들 중의 어떤 노드들의 각자의 식별자와 상기 노드가 다른 네트워크와 통신하기 위한 적어도 하나의 경로를 결정하는 동작을 수행한다. 상기 결정하는 동작은 상기 노드가 상기 각자의 응답을 수신하는 각자의 전력 레벨에 기초하여 상기 다른 노드들 중의 어떤 노드들의 상기 각자의 식별자를 결정함은 물론 상기 각자의 응답에 기초하여 상기 다른 노드들 중의 어떤 노드들의 각자의 위치도 결정할 수 있다. 또한, 상기 노드에 의해 전송된 상기 메시지들 중 적어도 하나는 상기 노드의 위치에 관한 정보 및 상기 노드가 위치 기준으로서 기능하기에 적합한지의 표시를 포함한다.
게다가, 이들 및 다른 목적은 복수의 노드를 포함하는 이동 애드호크 라우팅 네트워크에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 데이터 패킷을 라우팅하는 시스템 및 방법을 제공함으로써도 실질적으로 달성된다. 이 시스템 및 방법은 상기 소스 노드가 상기 데이터 패킷을 전송하는 데 소모할 수 있게 허용된 에너지량, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 홉(hop)으로서 허용된 다른 노드의 수, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드를 포함하는 상기 네트워크의 영역 내에서의 데이터 혼잡 정도, 그리고 상기 소스 노드의 전원에 남아 있는 전력량에 기초하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이에 상기 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 라우팅 경로를 결정하는 동작을 수행한다. 이 시스템 및 방법은 또한 상기 소스 노드가 상기 데이터 패킷을 상기 결정된 라우팅 경로를 따라 상기 목적지 노드로 전송하도록 제어한다.
이들 및 다른 목적은 또한 복수의 노드를 포함하는 이동 애드호크 통신 네트워크에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에서 적어도 하나의 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 경로를 결정하는 시스템 및 방법을 제공함으로써도 실질적으로 달성된다. 이 시스템 및 방법은 상기 각자의 노드의 각자의 특성에 기초하여 상기 데이터 패킷을 상기 목적지 노드로 라우팅하기 위해 상기 소스 노드가 사용할 수 있는 상기 노드들 중의 어떤 노드들을 식별하는 동작과, 상기 노드들 중의 어떤 노드들을 가용 노드의 그룹에 포함시키는 동작과, 상기 데이터 패킷을 상기 소스 노드로부터 상기 목적지 노드로 라우팅하기 위해 상기 식별하는 단계에서 식별된 상기 가용 노드들 중 적어도 하나를 포함한 경로를 결정하는 동작을 수행한다. 이 시스템 및 방법은 또한 상기 노드들 중의 적어도 하나의 특성의 변화나 상기 소스 노드의 위치의 변화 또는 양자 모두에 기초하여, 상기 가용 노드의 그룹으로부터 상기 노드들 중 적어도 하나를 제거한다.
각자의 노드와 각각 관련된 각자의 특성 각각은 상기 각자의 노드가 이하의 유형의 노드들, 즉 상기 소스 노드에 다른 네트워크 또는 상기 네트워크의 다른 부분으로의 접속을 제공할 수 있는 접속 노드와, 상기 소스 노드의 이웃 노드와, 상기 소스 노드의 적어도 하나의 이웃 노드의 이웃과, 데이터 트래픽의 소스 또는 싱크로 기능하는 단말 노드와, 상기 소스 노드의 이웃 노드가 아닌 무선 라우터 중 적어도 하나인지에 관한 표시를 포함한다. 따라서, 이 시스템 및 방법은 이하의 우선 순위, 즉 접속 노드가 최상위 우선 순위를 가지고, 이어서 차례대로 이웃 노드, 상기 이웃 노드의 이웃, 단말 노드가 그 다음 우선 순위를 가지며, 무선 라우팅이 최하위 우선 순위를 갖는 것에 기초하여 가용 노드의 상기 그룹에 노드를 포함시킬 수 있다. 또한, 이 시스템 및 방법은 이하의 우선 순위, 즉 제거의 경우는 접속 노드가 최하위 우선 순위를 가지고, 이어서 차례대로 이웃 노드, 상기 이웃 노드의 이웃, 단말 노드가 그 다음 우선 순위를 가지며, 제거의 경우 무선 라우팅이 최상위 우선 순위를 갖는 것에 기초하여 상기 노드들 중 적어도 하나를 제거할 수 있다.
상기한 목적 및 다른 목적은 무선 애드호크 통신 네트워크 내의 노드가 접속 노드(이 접속 노드를 통해 상기 노드는 다른 네트워크 또는 상기 네트워크의 다른 부분에 접속할 수 있음)를 식별할 수 있게 해주는 시스템 및 방법을 제공함으로써도 실질적으로 달성될 수 있다. 이 시스템 및 방법은 상기 노드가 상기 네트워크 내의 다른 노드들에 상기 노드와 연관된 상기 접속 노드의 식별 요청을 포함하는 메시지를 전송하도록 제어하는 동작과, 상기 접속 노드로부터 상기 노드가 수신한 응답 메시지에 포함된 정보에 기초하여 어떤 접속 노드를 상기 노드와 관련된 것으로 식별하는 동작을 수행한다. 상기 노드는 상기 접속 노드로부터 상기 다른 노드 들 중 적어도 하나를 통해 라우팅된 상기 응답 메시지를 수신할 수 있다. 상기 노드는 적어도 하나의 데이터 패킷을 상기 다른 노드들 중 적어도 하나를 통해 예를 들면 유니캐스트 메시지로서 상기 접속 노드로 전송할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 이점과 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 읽으면 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 대표적인 IETF-MANET 이동 애드호크 네트워킹 그룹의 프로토콜 스택의 일례를 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토콜 스택을 채용하는 애드호크 무선 통신 네트워크의 일례의 블록도이며,
도 3은 도 2에 도시한 무선 노드의 일례의 블록도이고,
도 4는 도 2에 도시된 무선 애드호크 통신 네트워크에 사용하기에 적합하게 되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토콜 스택의 일례를 나타낸 개념도이 며,
도 5는 도 4에 도시한 프로토콜 스택의 ATP(Adaptive Transmission Protocol, 적응 전송 프로토콜)와 관련하여 수행되는 동작들의 일례를 나타낸 플로우차트이고,
도 6은 도 2에 도시한 통신 네트워크의 애드호크 라우팅 기능이 라우팅 경로를 적응적으로 변경하는 방식의 일례를 나타낸 개념도이며,
도 7은 도 6에 도시한 노드들 사이에 전송되는 메시지들의 일례를 나타낸 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 채용하는 무선 통신 네트워크(100)의 일례를 나타낸 개념 블록도이다. 구체적으로 설명하면, 이 통신 네트워크(100)는 복수의 이동 노드(mobile node)(102-1 내지 102-n)[일반적으로 노드(102) 또는 이동 노드(102)라고 함]와 고정 네트워크(fixed network)(104)를 포함하는 것으로서 이 고정 네트워크(104)가 자신과 이동 노드(102)와의 접속을 제공하기 위한 복수의 고정 노드(fixed node) 또는 액세스 포인트(access point)(106-1, 106-2,..., 106-n)[일반적으로 노드(106) 또는 고정 노드(106)라고 함]를 갖는 애드호크 패킷 교환 네트워크(ad-hoc packet switched network)일 수 있다. 노드(102)는 무선 전화, 무전기, 사용자 단말기 또는 임의의 다른 적당한 이동 무선 기기일 수 있다. 고정 네트워크(104)는 예를 들어 코어 LAN(local access network)과, 복수의 서버 및 게이트웨이 라우터를 포함함으로써, 이동 노드(102)에 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)와 인터넷 등의 다른 네트워크로의 접속을 제공한다. 이 네트워크는 복수의 무선 라우터(107-1, 107-2 내지 107-n)[일반적으로 노드(107)라고 함]를 더 포함하며, 이를 통해 데이터 패킷을 다른 노드(102, 106 또는 107)로 라우팅할 수 있게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이동 노드(102), 고정 노드(106) 또는 무선 라우터(107)는 각각 모뎀을 포함하며, 이 모뎀은 안테나(110)에 연결되어 제어기(112)의 제어 하에서 패킷화된 데이터 신호 등의 신호를 각각 전송 및 수신할 수 있는 송신기와 수신기(이를 합해 모뎀이라고 할 수 있음)를 포함하는 기본적으로 송수신기(108)이다. 상기 패킷화된 데이터 신호에는 예를 들어 음성, 데이터 또는 멀티미디어가 포함될 수 있다. 각 노드(102, 106, 107)는 메모리(114)를 더 포함하며, 이 메모리에는 노드(102, 106, 107)의 동작에 관한 정보를 저장하는 ROM(판독 전용 메모리)과 송수신기(108)에 의해 어느 데이터 패킷이 전송, 수신 및 라우팅되는가에 따라 라우팅 테이블 정보 등의 정보를 저장하는 RAM(랜덤 액세스 메모리) 등이 포함될 수 있다.
이동 노드(102), 고정 노드(106) 및 무선 라우터(107)는 각각 CSMA/CA 기술을 사용하여 복수의 데이터 채널은 물론 예약 채널(reservation channel)을 통해 통신할 수 있다. CSMA/CA 기술을 채용하는 네트워크의 일례가 미국 특허 출원 제09/705,588호에 기술되어 있으며, 여기에 인용함으로써 그 전체 내용을 본 명세서에 포함한다. 이러한 종류의 네트워크에서, 복수의 노드는 복수의 공유된 병렬 데이터 채널과 별도의 예약 채널을 사용하여 서로 통신한다. 용어 '노드'는 본 명 세서에서 사용되는 바와 같이 통신 기기들로 된 네트워크에서 동작하는 통신 기기를 말한다. 이 노드는 무선 전화[즉, 와이어리스(wireless) 전화] 등의 이동 통신 기기이거나 또는 특정 지점에 정지, 즉 고정되어 있을 수 있다. 또한, 용어 '채널'은 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 노드 사이의 통신 경로를 말하며, 서로 다른 채널이 각기 다른 채널 매체 상에 또는 공통의 채널 매체 상에 존재할 수 있으며, 그 개개의 채널은 시간, 주파수 또는 인코딩 등의 임의의 적당한 수단에 의해 분리되어 있다.
도 4는 도 2에 도시한 애드호크 통신 네트워크(100)에 채용되는 본 발명의 실시예에 따른 프로토콜 스택(200)의 개념도이다. 주의할 점은 도 1에 도시한 프로토콜 스택(100)에서 확인되는 것과 동일한 도 4의 참조 번호는 도 1에 도시된 것과 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타내기 위한 것이라는 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 프로토콜 스택(200)은 다음과 같은 프로토콜을 포함한다. 즉, LLC(Logical Link Control, 논리 링크 제어)(30), ATP(Adaptive Transmission Protocol, 적응 전송 프로토콜)(32), NBR(Neighbor Discovery, 이웃 탐색)(34), TC(Traffic Control, 트래픽 제어)(36), AHR(Ad-Hoc Routing, 애드호크 라우팅)(38), FP(Flow Processing, 흐름 처리)(40), IA(Intelligent Access, 지능 접속)(42), 그리고 AC(Admission Control, 수락 제어)(44)를 포함한다. 프로토콜 스택(200)은 또한 도 1에 도시한 프로토콜 스택(10)에 존재하는 계층(12, 14, 16, 18, 20)도 포함한다. 이하에 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 프로토콜 스택(200)은 상기 프로토콜과 라우팅 알고리즘을 IP 계층(16) 아래에 내장하고 있 다. 이들 프로토콜 알고리즘의 여러 가지 조합은 서비스의 속도, 서비스의 신뢰성, 인프라 구성요소의 치명적 고장의 경우의 자동 복구(self-healing), 부하 분산, 그리고 서비스/메시지의 무선 멀티미디어 전달에 적용될 때의 공간 재사용(geographic reuse)에 이점을 제공한다. 이들 내장된 라우팅 알고리즘은 상당한 인프라에 의해 지원되는 이동 멀티미디어 네트워크를 통해 멀티미디어(음성, 비디오, 데이터) 서비스의 고품질 분배를 제공한다. 이 인프라는 인터넷, 공중 교환 전화 네트워크(PSTN) 및 다른 셀룰러 네트워크 등의 서비스에 대한 접속을 제공한다. 내장된 라우팅은 또한 속도 및 서비스 품질(QoS)이 제품 공급에 대한 상업적 관심을 결정하는 곳인 광역 무선 네트워크를 통해 실시간 멀티미디어 서비스의 전달도 개선시킨다.
도 1에 도시한 프로토콜 스택(100)에서와 같이, 프로토콜 스택(200)에서의 최하위 계층은 물리 계층(12)으로서, 이 물리 계층은 전술한 바와 같이 CDMA 시스템과 일반적으로 관련된 2.4GHz 무선 주파수(RF)를 갖는 DSSS 모뎀 등 채널 품질 정보를 생성하는 데 관여하는 RF 및 모뎀 회로를 포함한다. 이 물리 계층(12)은 설정 및 애플리케이션 데이터를 네트워크 계층, 즉 MAC 계층(14)과 송수신하는 일을 맡고 있다. 상기한 바와 같이, 이들 계층(12, 14)에 대한 추가의 상세한 사항은 앞서 기술하였으며, 따라서 여기서는 더 이상 설명하지 않기로 한다.
프로토콜 스택(200)의 그 다음 계층은 LLC 계층이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LLC(30)는 링크 계층 큐(link layer queue), 랜덤 백오프 알고리즘(random backoff algorithm), 관련성 타이머(relevancy timer) 및 재전송 정책(retransmission policy)을 포함하며, 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 기술한다. 이들 요소는 DSSS 모뎀을 통한 신뢰성있는 적시의 패킷 전달을 보장하기 위해 조합된다. 큐잉 및 백오프 전략은 QoS를 고려하고 있다(QoS aware). 구체적으로 설명하면, 음성 패킷은 음성 세그먼트들이 관련성 없게(irrelevant) 되기 전에 재전송 시도가 완수되도록 선형 알고리즘에 따라 동작하는 단시간 백오프 타이머(short backoff timer)를 사용하여 전송된다.
음성에 대한 관련성 타이머는 그 애플리케이션의 지터 버퍼 기대값 내에서 음성 세그먼트가 성공적으로 전송되도록 또는 음성 세그먼트가 VoIP 애플리케이션의 현재의 재생(playback)과 관련성이 있는 연속한 음성 세그먼트의 전송에 유리하게 그 큐로부터 제거되도록 설정된다. 데이터그램에 대한 백오프 알고리즘은 데이터 세그먼트의 채널로의 유입 속도를 떨어뜨림으로서 혼잡을 축소하려고 시도하는 지수 알고리즘(exponential algorithm)에 기반하고 있다. 데이터그램에 대한 관련성 타이머는 TCP 재시도가 필요한 경우에만 행해지도록 TCP 재전송 타이머에 따라 설정된다. 데이터그램이 수신되지 않고 모든 링크 계층 시도가 성공하지 못하고 시도에 그쳤을 때는 항상 TCP가 개입하는 것이 효과적이다. LLC(30) 알고리즘의 최종적인 기능은 메시지를 공통의 목적지에 연결(concatenation)시키는 것이다. 이 연결은 한번의 채널 접속 시도를 사용하여 최대 10개의 메시지를 전송함으로써 메시지 전송의 효율성을 향상시킨다. LLC(30)는 이 연결을 지원함은 물론 큐의 앞쪽에 있는 패킷이 현재 사용중인 노드(busy node)로 어드레싱될 때 그 패킷을 현재 미사용인 노드(free node)로 전송하는 기능을 지원하기 위해 1을 초과하는 적은 수 의 패킷을 큐잉한다.
이제, LLC 계층(30)의 큐, 랜덤 백오프 알고리즘, 관련성 타이머 및 재전송 정책에 대해 보다 상세히 설명한다.
큐 - 링크 계층 큐잉 알고리즘은 우선 순위 지정된 FIFO(First-In-First-Out, 선입 선출) 알고리즘이다. 이 큐의 우선 순위 방식은 요구되는 QoS에 의존하고, 두번째로는 이미 완수된 전송 시도의 횟수에 의존하고 있다. QoS는 IPv4 또는 IPv6 헤더의 IP TOS 필드에 기초하고 있다. LLC 큐에 있는 패킷의 순서를 부여하는 데 이 필드 내의 서열(precedence)값이 사용된다. 서열값 중에서 전송 시도의 횟수에 따라 패킷의 순서가 부여되는데, 시도된 적이 있는 패킷들이 새로 도달한 패킷보다 먼저 큐로 보내진다. 이것은 마이크로소프트 넷미팅 등의 몇몇 애플리케이션에 유리한 것인 패킷들의 정확한 순서 부여를 증진시킨다. IP TOS 필드가 적절히 설정되어 있지 않은 경우, 네트워크(100)는 데이터그램을 발생했던 애플리케이션의 유형을 결정한다. 데이터그램은 네트워크 제어, 음성, 스트리밍 미디어 및 최소한의 데이터를 말한다.
랜덤 백오프 - 랜덤 백오프 알고리즘은 요구되는 QoS에 의존하고 있다. 네트워크(100)에서, 데이터그램은 IP TOS 필드가 적절히 설정되어 있지 않은 경우 그의 용도에 따라 표시된다. 음성 또는 스트리밍 비디오로서 표시되어 있는 데이터그램은 이하의 식에 따라 선형 랜덤 백오프 알고리즘을 이용한다.
RandomBackoff = MIN_BACKOFF + random(REAL_TIME_BACKOFF_INTERVAL)
MIN_BACKOFF의 값은 현재 5 밀리초로 설정되어 있다. REAL_TIME_BACKOFF_INTERVAL의 값은 현재 10 밀리초로 설정되어 있다. 이렇게 하면 균일 분포 랜덤 간격(uniformly distributed random interval)이 5 밀리초 내지 15 밀리초가 된다. 선형 백오프 알고리즘은 시간에 민감한 데이터그램(음성, 스트리밍 미디어)이 지수 백오프 알고리즘에 내재하는 혼잡 제어 함수에 영향을 받지 않게 보장한다. 즉, 시간에 민감한 데이터그램은 신속하게 전달되거나 아니면 전혀 전달되지 말아야 한다. 목적지 애플리케이션에 늦게 도착하는 시간에 민감한 데이터는 비디오나 오디오 코덱에 들어가지 못하고 파괴되며, 따라서 이들은 전송되지 않는 편이 더 낫다.
비실시간 데이터그램은 이하의 식에 따라 지수 백오프 알고리즘을 이용한다.
RandomBackoff = 20 + Random(100) * 2 (실패한 시도의 횟수) 밀리초
랜덤 백오프 알고리즘의 지수항은 데이터그램이 채널로부터 보유되는 시간량을 점진적으로 증가시킨다. 이 메카니즘은 예약 채널에서 혼잡이 감지된 것에 응답하여 이 노드의 그 문제점에 대한 기여를 떨어뜨린다. 더 긴 랜덤 백오프 간격을 겪는 데이터그램은 현재의 채널 상태에 관해 알기 위해 부가의 시간을 들이고 그의 전달 성공 가능성을 높이기 위해 적절한 조치를 취하게 된다.
관련성 타이머 - 링크 계층 큐잉 알고리즘은 데이터그램의 수명을 초과함으로써 낭비되는 데이터폭의 양을 줄이기 위해 그 데이터 그램의 관련성 타이머를 사용하여 확장되었다. 그의 관련성 타이머를 초과한 데이터그램은 폐기되고, 부가의 데이터그램이 논리 링크 제어 모듈에 의해 전송되는 것으로 간주될 수 있도록 트래 픽 제어 모듈에 통보된다. 관련성 타이머는 그의 데이터그램 유형에 따라 이하의 전형적인 값으로 설정되지만, 임의의 적당한 값이 선택될 수 있다.
음성 = 50 ms
스트리밍 미디어 = 100 ms
데이터 = 1 초
음성 및 스트리밍 미디어 타이머는 ITU의 권고 사항을 만족시키는 오디오 스트림을 전달하는 것과 관련되어 있다. 데이터 타이머는 TCP 프로토콜과 상호 연동하도록 1 초로 설정된다. TCP는 ACK(긍정 확인 응답)가 적절한 시간 내에 수신되지 않을 경우 세그먼트 재전송을 위한 타임아웃 메카니즘을 갖는다. 프로토콜 스택은 혼잡 시의 일시적 상태로 인해 데이터가 늦게 도착함으로써 야기되는 TCP 세그먼트의 중복 전달을 최소화하려고 한다.
재전송 정책 - 전송 시도의 횟수는 전달되는 데이터 유형에 의존하고 있다. 음성 및 스트리밍 미디어는 그의 관련성으로 인해 4번의 채널 접속 시도로 제한된다. 데이터그램은 링크 계층 신뢰성을 향상시키고 TCP 재전송을 최소화하기 위해 최대 6번의 채널 접속 시도가 허용된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 링크 애플리케이션 계층이라고 하는 프로토콜 스택(200)에서의 그 다음 계층은 ATP(적응 전송 프로토콜)를 포함한다. 도시되어 있는 ATP(32) 알고리즘은 LLC에서의 백오프 전략 및 DSSS 모뎀으로부터 추출된 신호 품질과 통합되어 있다. ATP(32) 알고리즘은 그 다음 데이터 레이트(현재 500 Kbps와 8 Mbps 사이에서 조정가능함) 및 그 다음 전력 레벨(현재 -10 Dbm과 +30 Dbm 사 이에서 조정가능함)을 최적으로 선택한다. 이 알고리즘은 메시지 전송이 성공할 가능성을 높게 유지하는 것에 필연적인 혼잡을 피하기 위해 최대 데이터 레이트가 사용되도록 전송 파라미터의 조정하려고 시도한다.
이하의 논의에서는, 소스 노드[예를 들면, 도 3의 노드(102, 106, 107)]는 전송의 소스인 것으로 정의되며, 반드시 패킷의 소스이어야 하는 것은 아니다. 마찬가지로, 목적지 노드[예를 들면 노드(102, 106, 107)]는 전송의 목적지인 것으로 정의되며, 반드시 그 패킷의 최종 목적지이어야 하는 것은 아니다. 목적지 노드는 소스 노드의 통신 범위 내에 있는 것으로 가정된다. 전송 파라미터에는 전송에 사용될 정보 레이트(information rate) 및 송신기 전력 레벨이 포함된다. ATP는 후속 패킷 전송에 대한 전송 파라미터를 최적화하기 위해 목적지 노드의 수신기에서 행해지는 측정을 이용한다. 메시지 패킷의 수신, 복조 및 디코딩 중에 채널 품질 측정이 행해진다.
채널 품질 통계에는 BER(bit-error rate, 비트 에러율) 추정값, 복조 중에 존재하는 다중경로 신호의 수, PDSQ(post-detection signal quality) 및 AGC(analog gain control, 아날로그 이득 제어) 출력이 포함된다. BER 추정값은 패킷 길이에 대한 비트 에러의 비에 근거한다. 비트 에러 카운트는 디코더 출력 심볼을 인코딩하고 이 시퀀스를 디코더의 입력 심볼에 행해진 하드 판정(hard decision)의 시퀀스와 비교함으로써 얻어진다. 이 에러 카운트는 이들 2개의 시퀀스에서 심볼 위치가 다르게 되어 있는 횟수이다. BER은 소스 노드와 목적지 노드 사이의 통신 링크에 영향을 주는 간섭 또는 경로 손실의 심각성을 추정하는 데 사 용된다. 다중 경로 신호의 수는 DSSS 모뎀 내의 레이크(RAKE) 프로세서에 의해 이용되는 탭의 수를 카운트함으로써 추정된다. 다중 경로 신호의 수는 링크 여유(link margin) 및 다중 경로의 심각성을 추정하는 데 사용된다. PDSQ는 복조 중에 상관기의 출력에서 얻어지며, 링크 여유와 다중 경로 간섭 또는 기타 간섭의 심각성을 추정하는 데 사용된다. AGC 시스템은 수신된 신호의 총 전력과 그 결과 얻어지는 링크 여유를 추정하는 데 사용된다.
이 일례에서, 네트워크 내의 각 노드는 각 이웃마다 하나씩의 테이블, 즉 ATP 테이블을 유지한다. ATP 테이블에서, 노드는 대응하는 이웃으로 메시지 패킷을 전송하는 데 사용될 정보 레이트 및 전력 정보를 저장한다. 이 예에서의 ATP 테이블은 대응하는 이웃에 대한 마지막 N번의 완료된 전송 시도에 대해 추적된 PDSQ, BER, AGC 및 다중 경로 신호의 수를 저장하는 4개의 어레이를 포함한다. 완료된 전송 시도는 소스 노드에 의해 ACK(긍정 확인 응답) 또는 NACK(부정 확인 응답)가 수신되었던 전송 시도이다. ATP 테이블은 또한 마지막 N번의 완료된 전송 시도에 대한 메시지 성공 상태 및 채널 품질 정보가 저장되는 시간도 유지한다.
ATP에 대한 상세한 사항의 일례가 도 5의 플로우차트에 설명되어 있다.
소스 노드가 전송할 패킷을 가지고 있는 경우, 단계 1000에서 소스 노드는 먼저 목적지 노드에 대한 그의 ATP 테이블로부터 정보 레이트와 전력 정보를 포함하는 RTS 패킷을 목적지 노드로 전송한다. 제안된 값은 N번의 이전의 완료된 전송 시도로부터 얻어지는 ACK와 NACK에 포함되어 있는 채널 품질 측정에 기초한다. 마지막 ACK 또는 NACK가 수신된 이후로 T초 이상이 경과한 경우, 이전의 전송 시도로 부터의 이용가능한 채널 품질 측정은 오래되어 쓸모없는 것으로 간주되어 폐기된다. 이용할 수 있는 채널 품질 정보가 없는 경우, 노드는 한 세트의 기본 파라미터(default parameter), 예를 들면 최대 전력 및 저속 정보 레이트(low information rate)를 제안한다. 또한, 즉각적인 혼잡 문제를 야기하지 않도록 다른 한 세트의 기본 파라미터가 선택될 수 있다.
ATP(32)는 마지막 패킷 전송이 있은 이후로 경로 손실 또는 간섭 상태에 상당한 변화가 있었던 경우에 목적지 노드가 송신기 전력 레벨을 정정을 할 수 있게 해준다. 목적지 노드가 RTS 패킷을 접수하면, 목적지 노드는 2개의 노드 사이의 통신 채널을 통해 패킷을 전송하는 데 사용될 전력 레벨을 제안하기 위해 RTS 채널 품질 측정, RTS 전송 전력 레벨 및 소스가 요구하는 정보 레이트를 이용한다. 목적지 노드가 제안하는 전력 레벨을 결정함에 있어서, 목적지 노드는 또한 예약 채널과 통신 채널 사이의 페이딩 및 간섭에 있어서 가능한 차이를 참작한다. 목적지 노드의 계산이, 제안된 정보 레이트와 최대 전송 전력의 경우, 메시지 패킷이 성공적으로 수신되지 않을 것임을 나타내는 경우, 단계 1010에서 소스 노드로 부정 CTS(NCTS) 패킷이 전송된다. NCTS가 소스 노드에 의해 수신되는 경우, 소스 노드는 대응하는 이웃에 대한 그의 ATP 테이블을 갱신하고 단계 1020에서 불충분한 링크 여유가 있는지를 판정한다. 불충분한 링크 여유가 있는 경우, 단계 1025에서 송신기 전력 레벨은 최대 전력으로 설정되고, 정보 레이트는 가능하다면 한 단계 감소된다. 즉, 설정이 이미 최소 정보 레이트로 되어 있는 경우 정보 레이트를 감소시킬 수 없다. 한편, 불충분한 링크 여유가 없는 경우, 송신기 전력 레벨과 정 보 레이트에는 어떤 변화도 일어나지 않는다.
그렇지만, 목적지 노드의 계산이 패킷을 보내는 데 문제가 없음을 나타내는 경우, 목적지 노드는 자신이 제안하는 전력 레벨을 포함하는 CTS 패킷을 소스 노드로 전송한다. 단계 1030에서, 소스 노드는 CTS 패킷이 수신되었는지를 확인한다. 수신되지 않은 경우, 프로세스는 단계 1040으로 진행하고, 송신기 전력 레벨이나 정보 레이트에 아무 변화도 일어나지 않는다. 구체적으로 설명하면, ATP 알고리즘은 RTS에 대한 응답이 없음을 기록해둔다. 처음에, ATP 알고리즘은 CTS 유실의 원인을 목적지 노드가 범위 밖으로 이동해 있기 때문이 아니라 목적지 노드가 데이터 채널 상에 있기 때문인 것으로 가정한다. 다수의 CTS가 유실된 후에, ATP 알고리즘은 목적지 노드가 분실된 것으로 선언하며, 이로 인해 라우팅 알고리즘은 최종 목적지로의 대체 경로를 결정하게 된다. 단계 1030에서 CTS를 수신하면, 소스 노드는 대응하는 이웃에 대한 ATP 테이블에 저장된 자신이 제안한 전력 레벨을 목적지가 제안한 전력 레벨과 비교한다. 목적지 노드가 소스 노드보다 낮은 전력 레벨을 제안하는 것이 가능하지만, 이 일례에서의 ATP는 목적지 노드가 송신기 전력 레벨을 증가시키는 것만을 허용한다. 전력 레벨을 감소시키는 결정은 통신 채널 상에서 측정된 보다 신뢰성있는 통계에만 근거하게 된다. 따라서, 메시지 패킷은 소스 노드가 제안한 전력과 목적지 노드가 제안한 전력 중 더 높은 전력으로 전송된다. 정보 레이트는 소스 노드에 의해 제안된 것으로 된다. 목적지 노드는 더 낮은 데이터 레이트를 요구하지 못하게 되어 있는데, 그 이유는 이렇게 하면 QoS 알고리즘의 기대에 위반될 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 목적지 노드는 더 높은 데이터 레이트를 요구하지 못하게 되어 있는데, 왜냐하면 더 높은 레이트는 신뢰성 요건을 충족하지 못하는 것으로 소스 노드가 판단할 수 있기 때문이다.
메시지 패킷을 수신하면, 목적지 노드는 PDSQ, BER, AGC, 그리고 복조 중에 존재하는 다중 경로 신호의 수를 측정한다. 패킷이 성공적으로 디코드되면, 목적지 노드는 채널 품질 정보를 ACK 패킷에 넣어 소스로 전송한다. 그 패킷이 성공적으로 디코드되지 않은 경우, 목적지 노드는 채널 품질 정보를 NACK 패킷에 넣어 소스 노드로 전송한다.
ACK 또는 NACK 패킷의 성공적인 디코딩 후에, 소스 노드는 채널 품질 정보의 값을 알게 된다. 이 채널 품질 정보와 그것이 수신되는 시간이 ATP 테이블에 저장된다. ACK가 수신되면, 그 메시지는 성공한 것으로 간주되고, 그렇지 않은 경우 그 메시지는 성공하지 못한 것으로 간주된다. 성공 상태도 또한 ATP 테이블에 기록된다. 이용가능한 채널 품질 이력과 결합된 각각의 채널 품질 측정은 한 세트의 임계값과 비교된다. 이들 임계값과 이전의 전송 파라미터에 근거하여, 소스 노드는 관심의 노드로의 그 다음 전송에 대한 전력 레벨 및 정보 레이트를 제안한다. 제안된 전송 파라미터는 그 목적지 노드로 어드레싱되는 그 다음 패킷을 전송하는 데 사용하기 위해 ATP 테이블에 저장된다.
즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 소스 노드가 단계 1060에서 ACK나 NACK가 수신되지 않았다고 판정한 경우, 그 동작은 단계 1070으로 진행하여 소스 노드는 이전의 ACK나 NACK가 수신되었는지를 판정한다. 수신된 경우, 단계 1080에 나타낸 바와 같이 아무런 변화도 일어나지 않는다. 그렇지만, 이전의 ACK나 NACK 가 수신되지 않은 경우, 프로세스는 단계 1090으로 진행하여 소스 노드에서의 송신기의 전력 레벨이 가능하다면 한 단계 증가된다. 이것이 가능하지 않은 경우는, 정보 레이트가 한 단계 감소된다.
그렇지만, 단계 1060에서 소스 노드가 ACK나 NACK가 수신된 것으로 판정하는 경우, 프로세스는 단계 1100으로 진행하여 소스 노드는 그 패킷이 정확한 것인지를 판정한다. 그 패킷이 정확하지 않은 경우, 프로세스는 단계 1110으로 진행하여 소스 노드는 BER(비트 에러율)이 특정 값 b2(r)보다 작은지 여부를 판정한다. 즉, 이제부터 설명하는 바와 같이, 프로세스는 일반적으로 현재 수신된 메시지의 BER이 약간 나쁘고 이전의 "m"개의 메시지의 BER이 좋았던 경우에는 전송 전력이나 정보 레이트를 변경하지 않는다는 원칙에 근거하여 동작한다. 값 "m"은 예를 들면 3 또는 임의의 다른 적당한 수일 수 있으며, 이는 프로세스가 이전의 메시지 중 단지 2개만이 근소한 차이로 허용될 수 없는 BER을 가지는 경우에 전송 전력이나 정보 레이트를 변경하지 않는다는 것을 의미한다. 그렇지만, 연속하여 수신된 3개의 메시지가 근소한 차이로 허용될 수 없는 BER을 갖는 경우, 이 알고리즘은 그 다음 전송이 행해지는 정보 레이트를 낮추거나 그 다음 전송이 행해지는 전력을 증가시킨다.
따라서, 메시지의 BER이 값 b2(r)보다 작은 경우, 프로세스는 단계 1120으로 진행하여 이전의 "m"개의 패킷이 정확하게 수신되었는지를 판정한다. 정확하게 수신된 경우, 단계 1130에 나타낸 바와 같이 전송 전력이나 정보 레이트에 어떠한 변 화도 일어나지 않는다. 그렇지만, 그 패킷들이 정확하게 수신되지 않은 경우, 프로세스는 단계 1140으로 진행하여 소스 노드는 링크 여유를 계산한다. 마찬가지로, 단계 1110에서 BER이 값 b2(r)보다 크거나 같은 것으로 판정된 경우, 프로세스는 단계 1140으로 진행하여 링크 여유가 계산된다.
단계 1150에서, 링크 여유(LM)는 점차 증가하는 에너지 링크 여유(L1)와 비교된다. LM이 L1보다 크거나 같은 경우, 프로세스는 단계 1160으로 진행하여 마지막 n3/m3 BER이 값 b2(r)보다 작은지 여부를 결정한다. 이들 2 단계에서, 본 알고리즘은 이것이 일시적인 상태인지 또는 더 길게 지속되는 상태인지를 결정한다. 링크 여유가 허용될 수 있는 것이었던 경우(>L1), 이 전송은 어떤 유형의 버스트 간섭으로 인해 실패하였으며, 이러한 버스트 간섭은 또 일어날 가능성이 없으며 또 현재의 상태를 나타내는 것이 아니다. 그렇지만, 이러한 상황이 마지막 m3번의 전송 중에 상당한 횟수(n3)만큼 발생한 경우, 이 상태는 본 알고리즘이 더 낮은 정보 레이트로 전송하거나 더 높은 전력으로 전송함으로써 신호 에너지를 증가시켜 극복하려고 시도하는 상태이다. 따라서, 단계 1160에서 마지막 m3개 중 n3개의 메시지가 성공적으로 수신된 것으로 판정된 경우, 즉 BER이 값 b2(r)보다 작은 경우, 단계 1170에 나타낸 바와 같이 아무런 변화도 없다. 그렇지 않은 경우, 단계 1180에서 소스 노드는 가능하다면 정보 레이트를 한 단계 감소시키고 가능하다면 전송 전력을 한 단계 증가시킨다.
그렇지만, 단계 1150에서 LM이 L1보다 작은 것으로 판정되는 경우, 프로세스는 단계 1190으로 진행하여 소스 노드는 레이크(DSSS) 수신기 내에서 결합된 전송 경로의 수가 값 K보다 작거나 같은지를 판정한다. 그러한 경우, 소스 노드는 신호 문제가 다중 경로와 관련된 것이 아니라고 생각하고 단계 1200에서 가능하다면 전송 전력을 (L1-LM)만큼 증가시키거나 정보 레이트를 (L1-LM-전력 증가분)만큼 감소시킨다. 구체적으로 설명하면, 본 알고리즘은 링크 여유의 부족분을 극복하기 위해 충분한 신호 에너지를 부가하려고 하며, 이는 전송 전력을 증가시키고 정보 레이트를 감소시킴으로써 행해질 수 있다. 이 경우, 본 알고리즘은 먼저 전송 전력을 사용하고, 그 다음으로 정보 레이트를 사용하여 그 부족분을 극복하려고 시도한다. 그렇지만, 본 알고리즘은 그 대신에 데이터 레이트를 먼저 감소시킨 다음에,두번째로 전송 전력을 증가시킨다. 따라서, 레이크(DSSS) 수신기 내에서 결합되는 전송 경로의 수가 값 K보다 작거나 같은 경우, 소스 노드는 다중 경로 상태가 존재하는 것으로 생각하며, 단계 1210에서 가능하다면 정보 레이트를 (L1-LM)만큼 감소시키거나 전송 전력을 (L1-LM-정보 레이트 감소분)만큼 증가시킨다.
또한 유의해야 할 점은 다중 경로 상태가 전력의 증가보다는 정보 레이트의 변화에 의해 야기되는 신호 에너지의 증가에 더 감응성이 좋다는 것이다. 전력의 증가는 단지 레이크 모뎀에서 사용되고 있는 신호 경로의 증가에 대한 다중 경로 간섭의 레벨을 증가시킨다. 전력 증가는 양호한 신호와 상쇄적 다중경로 사이의 비를 변화시키지 않는다. 한편, 정보 레이트의 감소는 종종 DSSS 모뎀 내의 레이 크 수신기에 의해 모니터링되는 양호한 신호로 결합될 수 있는 다중경로 간섭을 에너지로 변환시킨다.
플로우차트에 나타내고 이상에서 설명한 바와 같이, 단계 1110 내지 단계 1210는 소스 노드가 단계 1100에서 패킷이 정확하지 않다고 판정한 경우에 발생할 수 있다. 그렇지만, 패킷이 정확한 경우, 프로세스는 단계 1220으로 진행하여 소스 노드는 BER이 값 b1(r)보다 작은 지를 판정한다. 작지 않은 경우, 소스 노드는 단계 1230에서 링크 여유(LM)를 계산한다. 이제부터 설명하게 되는 바와 같이, 이러한 경우 패킷이 정확하게 수신되었지만, 링크 여유는 수신에 있어서의 문제점이 곧 발생할 가능성이 있는 것을 나타낸다. 이러한 일련의 단계들은 상기한 실패한 메시지 방법(failed message method)에 의한 문제점의 검출에 앞서 사전적 조치로 신호 레벨을 조정하려고 한다.
그 다음에 소스 노드는 단계 1240에서 LM이 L1보다 크거나 같은지를 판정한다. 크거나 같지 않은 경우, 단계 1250에서 소스 노드는 전송 경로의 수가 값 K보다 작은지를 판정한다. 작은 경우, 단계 1260에서 소스 노드는 가능하다면 전송 전력을 (L1-LM)만큼 증가시키거나 정보 레이트를 (L1-LM-전력 증가분)만큼 감소시킨다. 작지 않은 경우, 단계 1270에서 소스 노드는 가능하다면 정보 레이트를 (L1-LM)만큼 감소시키거나 전송 전력을 (L1-LM-정보 레이트 감소분)만큼 증가시킨다. 이들 동작은 상기한 대응하는 동작과 유사하다.
그렇지만, 단계 1240에서 소스 노드가 LM이 L1보다 큰 것으로 판정한 경우, 단계 1280에서 소스 노드는 마지막 n4/m4 BER이 값 b1(r)보다 작은지를 판정한다. 작은 경우, 단계 1290에 나타낸 바와 같이 아무런 변화가 없다. 작지 않은 경우, 단계 1300에서 소스 노드는 가능하다면 정보 레이트를 한 단계 감소시키며, 가능하다면 전송 전력을 한 단계 증가시킨다. 이러한 후자의 경우, 소스 노드는 링크 여유가 충분하지만 비트 에러율은 계속 근소하게 되고 그 결과 그 다음 몇 패킷 내에서 실패한 전송 시도가 있을 가능성이 있는 것으로 판정한다. 신호 에너지를 증가시키기 위한 사전조치적 단계가 신뢰성있는 링크를 유지하는 데 필요할 것 같다.
다시 단계 1220을 보면, 소스 노드가 BER이 값 b1(r)보다 작거나 같은 것으로 판정하는 경우, 프로세스는 단계 1310으로 진행하여 소스 노드는 이전의 m2개의 패킷이 정확한지를 판정한다. 정확하지 않은 경우, 단계 1320에 나타낸 바와 같이 아무런 변화가 없다. 그렇지만, 패킷이 정확한 경우, 소스 노드는 단계 1330에서 LM을 계산하고 단계 1340에서 LM이 값 L2보다 크거나 같은지를 판정한다. 크거나 같지 않은 경우, 단계 1350에 나타낸 바와 같이 아무런 변화가 없다. 그렇지만, 크거나 같은 경우, 단계 1360에서 소스 노드는 전송 경로의 수가 1보다 작거나 같은지를 판정한다. 경로의 수가 1보다 작거나 같은 경우, 단계 1370에서 소스 노드는 가능하다면 정보 레이트를 한 단계 증가시키거나 가능하다면 전송 전력을 한 단계 감소시킨다. 그렇지만, 경로의 수가 1보다 큰 경우, 소스 노드는 가능하다면 정보 레이트를 한 단계 증가시키거나 가능하다면 전력을 한 단계 감소시킨다. 이러한 일련의 단계에서, ATP 알고리즘은 링크가 신뢰성이 있고 또 전송 신호 에너지를 감소시키기 전의 몇개의 이전 전송에 대해 신뢰성이 있었던 것을 확인한다. 전송 신호 에너지를 감소시키는 것은 데이터그램을 보다 빠르게 전송하거나(지연 감소, 네트워크 처리율 증가) 보다 적은 전력을 사용하는(배터리 수명 연장 및 주파수의 공간 재사용 증가) 이점이 있다.
도 4에 추가로 도시되어 있는 바와 같이, ATP(32)를 포함하는 프로토콜 스택(200)의 계층은 또한 NBR(Neighbor Discovery, 이웃 탐색) 알고리즘(34)도 포함하고 있다. NBR(34)는 인프라의 고속 탐색과 이웃 크기 유지(neighborhood size maintenance)라는 2가지 목적에 사용된다. NBR 알고리즘(34)은 기기를 초기화하고 이를 인터넷, PSTN, 다른 셀룰러 네트워크 등과 같은 세상의 나머지와 연결시켜주는 인프라들을 탐색하기 위하여 요청 메시지(solicitation message)를 사용한다. NBR(34) 알고리즘은 또한 이웃을 탐색하기 위해 저속으로 비콘(beacon)을 송출한다. 알맞은 크기의 이웃을 유지함으로써, 최대한의 공간 재사용이 달성될 수 있다. NBR 알고리즘(34)은 주변의 어느 것도 서비스를 거절당하지 않도록 하기 위해 20개 미만의 노드로 이루어진 이웃을 유지하려고 시도한다. 좀 떨어져 있는 노드들은 넓은 지리적 영역을 블록으로 하는 고전력 전송을 피하기 위해 가능하다면 항상 애드호크 라우팅의 저장후 발송 기법(store and forward technique)을 사용할 것으로 예상된다.
게다가, NBR 알고리즘은 그의 정보의 대부분에 대해 수동 청취(passive listening)에 의존한다. 매체 접속 제어 알고리즘은 모든 수신된 RTS/CTS 교환을 수신된 신호 세기 표시자와 함께 NBR 알고리즘(34)으로 발송한다. NBR 알고리즘(34)은 이웃 식별자, 수신 전력, 목적지로의 데이터 레이트 및 제한된 연결 정보의 관점에서의 이웃에 관한 지식을 유지하는 데 수신된 전력을 사용한다. 연결 정보(connectivity information)는 목적지 주소 뿐만 아니라 소스 주소(전송을 한 노드)도 포함한다. 이웃이기도 한 목적지 주소는 바로 옆의 이웃을 구성한다. 현재 이웃이 아닌 목적지 주소는 이웃의 이웃 리스트의 요소이다. 이웃의 이웃 리스트는 이 노드의 이웃의 연결성을 측정하는 데 사용된다. 강 연결 네트워크(strongly connected network)는 2개의 홉에서 큰 이웃 리스트와 보다 작은 이웃 리스트를 가진다. 그와 반대로, 약 연결 네트워크(weakly connected network)는 2개의 홉에서의 노드 리스트에 비해 작은 이웃 리스트를 갖는다. 이 정보는 매체 접속 제어 알고리즘에 의한 전송 정책의 수정에 사용될 수 있다. 강 연결 네트워크는 약 연결 네트워크보다 원/근 CSMA 문제(near/far CSMA problem)를 보다 덜 나타낸다. 매체 접속 전송 정책은 채널 자원의 사용에 있어서 약 연결 네트워크보다 더 공격적일 수 있다.
그 밖에, 이웃 탐색 광고(neighbor discovery advertisement)는 그 노드의 위치 및 위치 기준으로서 기능하는 것에 대한 그의 적합성의 표시를 포함하도록 확장되었다. 무선 라우터(wireless router, WR)(107) 및 지능형 액세스 포인트(Intelligent Access Point, IAP)(106)(도 2 참조)가 일반적으로 위치 기준으로서 선호되는데, 왜냐하면 이들은 일반적으로 고정 장소에 설치되어 정확한 위 치가 주어지기 때문이다.
추가로 나타낸 바와 같이, 링크 애플리케이션 계층은 위치(location, LOC) 애플리케이션을 포함한다. 위치 애플리케이션은 매체 접속 제어 알고리즘에 범위 측정을 요구한다. 위치 애플리케이션은 기지의 위치를 갖는, 일반적으로 WR과 IAP인 노드의 리스트를 유지한다. 위치 애플리케이션은 최소 4개의 노드를 선택하고 범위 측정을 요구한다. 측정이 완료되면 그 측정치는 MAC에서 LOC로 전달된다. LOC가 예상된 측정치를 얻게 되면, 위치 결정 알고리즘은 이동 노드의 위치를 계산한다. 이 계산 결과는 호스트 컴퓨터가 이용가능하며 추적, 서비스의 장소(3성급의 가장 가까운 이태리 레스토랑), 또는 위치 종속적인 광고 등의 임의의 위치 관련 애플리케이션에서 이를 사용한다. LOC 애플리케이션에 의해 수행되는 동작의 일례가 2001년 10월 11일자로 Eric A. Whitehill에 의해 출원된 발명의 명칭이 "System and Method for Efficiently Performing Two-Way Ranging to Determine the Location of a Wireless Node in a Communication Network(통신 네트워크에서 무선 노드의 위치를 결정하기 위해 양방향 범위 설정을 효과적으로 수행하는 시스템 및 방법)"인 미국 특허 출원 제09/973,799호와, 2001년 11월 30일자로 John M. Belcea에 의해 출원된 발명의 명칭이 "A System and Method for Computing the Signal Propagation Time and the Clock Correction for Mobile Stations in a Wireless Network(무선 네트워크에서 이동국의 신호 전파 시간과 클록 보정을 계산하는 시스템 및 방법)"인 미국 특허 출원 제09/996,603호와, 2001년 11월 16일자로 John M. Belcea에 의해 출원된 발명의 명칭이 "A System and Method for Computing the Location of a Mobile Terminal in a Wireless Communications Network(무선 통신 네트워크에서 이동 단말의 위치를 계산하는 시스템 및 방법)"인 미국 특허 출원 제09/988,001호에 기술되어 있으며, 여기에 인용함으로써 이들 출원의 전체 내용은 본 명세서에 포함한다.
프로토콜 스택(200)에서 그 다음 계층은 트래픽 제어(TC) 계층(36)이다. TC(36) 프로세스는 서비스 품질 요청과 관련성에 따라 큐잉 알고리즘의 관점에서 볼 때 LLC(30)와 유사하게 동작한다. 이들 2가지 주제에 관한 LLC(30)에서의 모든 설명은 똑같이 TC(36)에도 적용될 수 있으며, 따라서 여기에서는 반복하지 않을 것이다. TC(36) 알고리즘은 전송 패킷이 LLC(36)에 의해 서비스될 준비가 될 때까지 그 대부분을 보유하고 있다. TC(36)는 그 패킷을 계속 보유함으로써 LLC(36)와 MAC 사이의 고속 상호 작용에 영향을 주지 않고 마지막 시간 구간에서 라우팅 결정이 행해지게 된다.
프로토콜 스택(200)에서의 그 다음 계층은 애드호크 라우팅(AHR) 계층(38)이다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, AHR(38) 전략은 최소비용형 라우팅 알고리즘(least cost type routing algorithm)으로서, 그 비용이 라우팅 메트릭(routing metric)인 에너지, 홉, 혼잡 및 배터리 수명을 포함하는 대수식이다. 이들 메트릭은 주어진 트래픽 유형의 QoS 요구 사항이 주어졌을 때 어느 경로가 최적인지를 결정하는 데 사용된다. 도 4에 도시한 본 발명의 일 실시예에서와 같이 IP 계층(16) 아래에 AHR 알고리즘을 내장함으로써 그 네트워크를 통과하는 트래픽의 실시간 특성을 보존한다. 이것은 도 1에 도시한 종래의 스택에서와 같이 IP 계층(16) 상부에서 라우팅 알고리즘을 실행하는 것과는 정반대로서, 모든 패킷이 그와 관련된 큐잉 지연과 처리 지연을 가지고서 IP 계층(16)을 통과해야만 한다. 이러한 성능에 있어서의 장해는 음성과 같은 트래픽의 실시간 요구 사항에 적합하게 되어 있지 않은 일반 프로토콜을 사용함으로써 생기게 된다. IP 계층(16) 아래에 요구되는 기능만을 내장시키고 또 실시간 운영 체제의 인터럽트 구조를 조정하게 되면 탁월한 성능이 얻어지게 된다.
또한 당업자라면 잘 이해할 수 있는 바와 같이, AHR 알고리즘(38)은 수정된 거리 벡터 알고리즘이다. 거리 벡터 알고리즘에 대한 수정으로는 하나의 주 경로와 2개의 백업 경로를 유지하는 것과, 에너지, 홉, 혼잡 및 배터리의 함수인 비용 메트릭(cost metric)과, 활성 트래픽 스트림에 링크 장애 또는 지역 복구(local repair)를 알려주는 요구 기반 요소(on-demand element)와, IAP 연관 알고리즘에 대한 우선적 핸드오버 지원(pre-emptive handover support)과, 라우팅 광고의 바이트 단위 크기를 감소시키는 선택적 제거(selective pruning)가 있다. 이 일례에서, 이 알고리즘은 각 목적지로의 현행 경로를 3개 유지한다. 경로들은 그 다음 홉 데이터 레이트/전력에 대한 적응 전송 프로토콜에 의해 유지된다. 배터리 및 전력 메트릭의 교환 이외에 라우팅 갱신은 한번의 전송으로 도달될 수 없는 목적지에 대해 사용된다.
또한 주의할 점은 제거 알고리즘이 이하의 규칙에 따라 라우팅 알고리즘에 노드를 부가할 수 있다는 것이다.
1. IAP
2. 이웃 노드(특히 무선 라우터)
3. 이웃의 이웃
4. 다른 단말 노드 - 일반적으로 이것은 트래픽의 소스 또는 싱크로 기능하는 노드를 포함한다.
5. 이웃이 아닌 무선 라우터 - 이웃이 아닌 WR은 이용가능한 공간이 있을 경우에 포함된다. WR은 애드호크 네트워크 내부로부터의 트래픽의 목적지가 아니다. 오히려, WR은 그 경로를 유지하는 IAP로부터의 네트워크 관리형 트래픽의 목적지일 뿐이다. 무선 라우터는 무선 라우터를 포함할지도 모를 경로를 갖는 카테고리 2 내의 노드에 의해 광고된 다른 목적지까지의 비용 메트릭을 검사함으로써 묵시적으로 포함된다.
게다가, 요구 기반 요소는 활성 트래픽 스트림에 링크 장애 또는 지역 복구를 알려주기 위해 사용된다. 이들 요소는 "IRU(Instant Routing Update, 즉석 라우팅 갱신)"라고 하는 유니캐스트 메시지를 사용하여 달성된다. 이들 메시지가 높은 우선 순위를 가지고 유니캐스트로 전송되기 때문에, 그 메시지는 신속하고 신뢰성있게 어떤 링크가 단절되었다는 것을 노드에 알려줄 수 있다. IRU가 최초 소스로 전송되기 때문에, 중계 노드는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 트래픽 흐름을 복구하기 위해 대체 전송 노드를 선택할 수 있다.
즉, 노드 Z가 경로 A-B-D를 따라 노드 D로 패킷을 전송하고 있고 노드 B와 노드 D 사이의 링크가 고장난 경우, 노드 A는 적응적으로 경로 A-C-D를 따라 그 패킷을 전송하기 시작할 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 노드 Z는 데이터그램 'n'을 노드 A로 전송하고, 노드 A는 데이터그램 'n'을 노드 B로 전송한다. 노드 B와 노드 D 사이의 링크가 고장난 경우, 노드 B는 즉석 라우팅 갱신을 노드 A에 제공하여 그 고장을 알린다. 노드 Z가 그 다음 데이터그램 "n+1"을 노드 A로 전송할 때, 노드 A는 그 데이터그램을 노드 C로 전송하고, 노드 C는 그 데이터그램을 노드 D로 전송한다. 노드 B와 노드 D 사이의 링크가 마침내 복구되면, 노드 B는 즉석 라우팅 갱신을 노드 A로 전송하여 그 경로가 다시 이용가능하게 되었음을 알려준다. 경로 A-B-D 대 경로 A-C-D를 따르는 경로의 조건에 근거하여, 노드 A는 경로 A-C-D를 따라 패킷을 계속 전송하려고 하거나 경로 A-B-D로 되돌아가려고 할 수 있다.
애드호크 라우팅 알고리즘은 또한 이웃 탐색 알고리즘의 수동 청취 특징에도 의존한다. 전술한 바와 같이, NBR 알고리즘(34)은 이웃과 이 이웃의 노드일 수도 아닐 수도 있는 다른 이웃 사이의 연결의 전력 및 데이터 레이트를 모든 수신된 RTS/CTS 메시지로부터 계속하여 추출한다. NBR 알고리즘(34)은 너무 오랜 시간 동안 청취되지 않았던 노드를 무효화시키는 기능을 가지고 있다. 이들 무효화는 더 이상 이용할 수 없는 노드가 라우팅 알고리즘 내의 포워딩 테이블에서 제거되도록 라우팅 알고리즘에 제공된다.
프로토콜 스택(200)에서의 그 다음 계층은 흐름 처리(FP) 계층(40)이다. FP 알고리즘(40)은 도 1에 도시한 IP 스택(10)내의 RSVP(20b) 프로토콜과 유사한 기능을 수행한다. FP(40) 해결안은 실시간 트래픽의 전달을 위해 속도와 신뢰성이 보다 높은 해결안을 내장하고 있다는 관점에서 동일한 이점을 갖는다. FP(40)는 소 스로부터 목적지로의 소스 라우팅 경로를 협상하는 동작을 하며, 중간 계층은 요구받은 FP(40) 요청에 대한 그의 대역폭의 일부분을 할당하기로 동의한다. 이와 같이, 목적지 뿐만 아니라 중계자도 트래픽 유형의 요구 사항(즉, 지연, 처리율 및 신뢰성) 내에서 그 메시지를 전달하기로 동의하는 계약에 효과적으로 서명한다. 이것은 중간 노드가 그 계약된 트래픽이 최선형 트래픽(best effort traffic)보다 먼저 서비스되도록 그 트래픽에 우선 순위를 부여할 수 있도록 허용함으로써 달성된다. 그 밖에도, 중간 중계자는 계약된 트래픽을 수신할 것으로 기대하고 있을 때는 하위 우선 순위의 데이터그램을 거부하는 기능도 가지고 있다.
프로토콜 스택(200)에서의 그 다음 계층은 지능 접속(IA) 모듈(42)이다. IA 모듈(42)은 가입자 기기와 지능형 액세스 포인트(IAP) 사이의 연관을 생성하는 내장 모듈이다. IAP는 무선 자산과 유선 자산 사이의 인터페이스를 제공한다. IAP는 무선 사용자가 인터넷, 공중 전화 네트워크 및 셀룰러 네트워크 등의 모든 유형의 서비스에 접속하는 것을 가능하게 해준다. IA(42) 모듈을 내장함으로써 사용자는 네트워크 내에서 그 자신을 신속하게 연관, 권한 부여 및 승인할 수 있다. 이들 프로세스가 완료되면, 사용자는 제공되는 모든 서비스에 대한 상시 접속권(full access)을 갖는다. 일반적인 셀룰러 기기는 이들 기능을 완수하기 위해 10초 이상을 필요로 하지만, 본 발명의 이러한 실시예를 사용하면 유사한 일련의 동작이 2초 이내에 달성될 수 있다. IA(42) 알고리즘은 또한 서로 다른 IAP 사이에서의 가입자 기기의 핸드오프를 지원한다. 사용자가 대도시 크기의 영역내에서 이동함에 따라, IA(42) 알고리즘은 애드호크 프로토콜의 다중-홉 특성에 의존하기 보다는 언제 새로운 연관을 생성하는 것이 적절한지를 결정한다. 일반적으로, IAP까지의 더 짧은 경로가 보다 양호하다.
스택(200)에서의 그 다음 계층은 수락 제어(AC) 계층(44)이다. AC(44) 프로세스는 몇가지 기능을 수행한다. 일반적으로, 애드호크 네트워크는 전역 브로드캐스트(global broadcast)를 피하려고 한다. 이러한 브로드캐스는 일반적으로 DHCP 등의 인터넷 프로토콜과 연관되어 있다. DHCP는 DHCP 서버의 위치를 알아내기 위해 브로드캐스트를 발송하며, 이 DHCP 서버로부터 IP 주소를 획득한다. 브로드캐스트가 애드호크 네트워크에서 플러딩(flooding) 방법을 통해 수행될 수 있지만, 이들 기법은 네트워크 내의 모든 노드에 도달하는 데 요구되는 대역폭의 관점에서 보면 아주 어려운 것이다. AC(44) 모듈은 DHCP 브로드캐스트를 트랩하여 요청들을 DHCP 서버가 존재하는 유선 매체를 통해 브로드캐스트를 수행하는 IAP로 터널링한다. 이와 같이, DHCP 요청은 기지의 개체들 사이의 유니캐스트 전송으로 전환된다. 유니캐스트 전송은 브로드캐스트 메카니즘보다 훨씬 더 신뢰성이 있고 효율적이다.
AC(44) 프로토콜의 또하나의 요소로서 데이터를 네트워크 내로 쓰로틀링(throttling)하는 것이 있다. AC(44) 모듈은 요구되는 서비스 품질을 결정하고 라우팅 프로토콜에 의해 결정되는 현재의 네트워크 상태에 기초하여 적절히 응답한다. 예를 들면, 음성 메시지는 지연 없이 프로토콜 스택 내로 들어갈 수 있는 반면, 데이터그램은 짧은 시간 동안 보유될 수 있다. 데이터그램을 효과적으로 지연시키면 TCP 프로토콜이 그의 네트워크 혼잡 추정치를 감소시키게 되고, TCP 프 로토콜은 트래픽을 보다 저속으로 네트워크 내로 들어가게 한다. 이러한 쓰로틀링 동작은 실시간 애플리케이션에 의해 요구되는 서비스 품질을 전달하기 위해 네트워크의 성능을 떨어뜨리지 않고 하부 네트워크가 신뢰성있게 데이터를 전달할 수 있게 해준다.
전술한 바와 같이, 서비스의 속도, 서비스의 신뢰성, 인프라 구성요소의 치명적 고장의 경우의 자동 복구(self-healing), 부하 분산 및 공간 재사용(geographic reuse)은 모두 상기한 본 발명의 실시예에 따라 프로토콜 스택(200)에 의해 개선된다. 서비스의 속도는 네트워크 동작에 관한 정보를 네트워크 내의 모든 노드에 분산하여 풀링(pooling)함으로써 제공된다. 흐름 처리 대역폭 보장 뿐만 아니라 애드호크 라우팅 갱신의 교환을 통해, 노드는 그의 서비스 요구 사항 품질을 최상으로 충족시키는 경로를 알게 된다. 음성의 경우, 서비스의 속도는 아주 중요하다. 여분의 경로를 사용함으로써, 음성 메시지는 충분한 신뢰성을 갖는 최단 지연을 나타내는 경로를 따라 그의 목적지로 전달된다. 이 실시예에 따라 최적 경로와 대역폭 예약을 결합시킴으로써 음성 트래픽은 ITU(International Telecommunications Union)의 150 ms 권고 사항 내에서 확실히 전달된다.
게다가, 애드호크 무선 네트워크를 거치는 IP 데이터그램의 신뢰성있는 전달을 통한 서비스의 신뢰성은 상기한 내장된 기술을 사용하여 개선되며, 이는 점대점(point-to-point) 및 종단간(end-to-end) 특성을 겸비하며, 이들이 합해져 요구되는 신뢰성을 제공한다. 802.11 네트워크 등의 일반적인 무선 네트워크는 전 송이 에러 상태에 있는 것을 발견한 경우 재전송을 수행하기 위해 링크 계층 프로토콜을 사용할 수 있다. 802.11의 경우, 전송 성공에 대한 ACK의 사용은 선택 사항이다. 상기한 본 발명의 실시예에 따른 전략에서는, 완전한 ACK를 사용하는 링크 계층 재전송 전략이 애드호크 라우팅 프로토콜에 의해 제공되는 자동 레벨 조정(self-leveling)과 대역폭 보장(bandwidth guarantee)과 결합된다.
완전한 ACK는 고속 재전송을 가능하게 해주며, 이는 서비스의 속도 및 신뢰성에 도움을 준다. 재전송 시도의 경우, 적응 전송 프로토콜(adaptive transmission protocol)은 이 ACK에 의해 되보내지는 신호 품질 정보를 이용하여 신호 대 잡음비를 향상시키고 신뢰성있는 전송을 보장하기 위해 전력 증대 및 데이터 레이트 감소 등의 적절한 조치를 취할 수 있다. 다른 네트워크에서의 신뢰성 상실의 한가지 일반적인 이유는 특정 라우터를 통한 트래픽의 과부하에 있다. 다른 라우터들은 과부하 상태로 되면, 그 라우터들의 큐가 과충전되기 때문에 패킷들을 폐기하게 된다. 상기한 본 발명의 실시예에 따른 애드호크 라우팅 기술은 자동 레벨 조정 특성을 통해 이 문제를 회피하게 된다. 라우팅 알고리즘 내에서, 상위 노드에 혼잡 상태를 알려주는 혼잡 메트릭이 배분되고, 상위 노드(upstream node)가 과부하 노드를 회피하는 대체 경로를 선택할 수 있게 된다. 또한, 내장된 소프트웨어 내에 제공된 대역폭 보장은 계약에 서명한 노드들로부터 과부하를 야기할 수 있는 트래픽이 음성과 같은 고품질 서비스를 제공하게 한다.
또한 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 애드호크 네트워크는 종래의 셀룰러 및 802.11 구현에 비해 이점을 제공하는 자연스런 특성을 갖는다. 셀룰러 네 트워크에서, 한 지역 내의 모든 트래픽을 수집하여 이를 정확한 종단점(endpoint)으로 전달하기 위해 기지국, 즉 피코셀이 사용된다. 인프라 구성요소의 치명적인 고장의 경우(낙뢰, 정전), 가입자는 타격을 입은 셀의 통달 범위 영역 내에서 자신의 통화를 완료할 수 없다. 애드호크 네트워크에서, 정전은 가입자가 알아차리게 되고 즉시 다른 무선-유선 전환점(wireless to wired transitions point)(본 발명의 지능형 액세스 포인트)으로 재라우팅하게 된다. 애드호크 네트워크에서는, 호가 누락되고 치명적인 고장이 발생한 후 통화를 하고자 하는 모든 가입자에게 서비스가 유지될 가능성이 적다. 셀룰러 네트워크에서, 장비 교체를 통해 그 고장이 수리되거나 또는 여분의 장치가 온라인에 연결될 때까지 호가 누락되고 서비스가 불가능하다. 셀룰러 해결법은 비용도 많이 들고 고객에 저급의 서비스를 제공하게 된다.
게다가, 셀룰러 네트워크에서는, 통화를 시도하는 고객의 과부하로 인해 서비스가 달성될 수 없는 상황을 설명하는 것이 비교적 쉽다. 이것의 전형적인 일례로는 공항에서의 비행기의 도착이나 또는 결항, 축구 경기의 중간 휴식 및 휴식 기간 중의 회견이 있다. 셀룰러 전화는 최근접 셀룰러 기지국과 접촉하였으나 그 기지국의 용량이 다 채워진 경우, 부가의 호는 거부된다. 애드호크 네트워크에서는, 라우팅 알고리즘이 어떤 호들을 사용자로부터 멀리 떨어져 있는 IAP로 라우팅함으로써 피크 수요를 분산시킨다. 축구 경기 일례에서, 호는 경기장의 지붕에 있는 무선 라우터에 의해 인접 빌딩내의 IAP로 보내질 수 있다. 그 호를 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 IAP로 리디렉션하는 데 필요한 다수의 홉은 허용가능한 지연에 요구되 는 지연 버짓(delay budget) 내에서 잘 달성된다. 부하 분산의 특성은 조밀 지역에 밀집된 훨씬 더 많은 사용자가 그의 트랜잭션을 완료할 수 있게 해준다. 부하 분산은 본 발명의 애드호크 라우팅 전략의 일부인 라우팅 메트릭과 대역폭 예약에 의해 점대점 방식으로 달성된다.
또한, 셀룰러 네트워크는 지정된 지역 구간에 걸치는 통달 범위를 제공한다. 모든 호는 사용자와 기지국, 즉 피코셀 사이에서 라우팅된다. 따라서, 중앙점(기지국/피코셀)은 통화량을 제한하는 병목이 된다. 본 발명의 해결책에서는, 모든 노드(가입자 기기, 무선 라우터 및 IAP)가 네트워크의 일부이며, 호를 중계/라우팅하는 데 사용될 수 있다. 애드호크 기법은 사용자의 밀도에 의존하는 주파수 재사용이 가능하도록 하기 위해 전력 제어의 공격적 사용으로 인해 더 넓은 공간 재사용을 가져온다. 그 지역이 더 조밀해짐에 따라, 알고리즘은 전송 전력을 감소시켜 작은 지역을 블록으로 한다. 더 적은 블록 영역을 생성함으로써, 다수의 전송이 병렬로 달성될 수 있다. 이것은 달성될 수 있는 통화량의 증가를 제공한다. 셀룰러 회사는 그의 피코셀 주변에서 고정된 전력 설정으로 제한된다. 피코셀/기지국에 의한 모든 전송은 필연적으로 전체 지역을 블록으로 한다. 최소 요구 전송 전력을 전송함으로써, 상기한 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 기법들은 다수의 동시 전송이 달성될 수 있게 해준다.
상기한 실시예의 다른 변형례는 또한 네트워크(100)에서도 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기한 라우팅 프로토콜은 현재는 거리 벡터법에 기초하고 있다. 다른 대안에서, 링크 상태 및 요구 기반법은 이 프로토콜 아키텍쳐 내에서 똑같이 허용 되며, 유사한 이점이 있다.
본 발명의 단지 몇개의 전형적인 실시예에 대해 이상에서 상세히 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 새로운 개시내용 및 이점을 실질적으로 벗어나지 않고 전형적인 실시예에 많은 변형이 이루어질 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형은 이하의 청구항들에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 보아야 한다.

Claims (26)

  1. 무선 이동 애드호크 통신 네트워크에서 적어도 하나의 정보 패킷을 전송하는 데 사용하게 되어 있는 송신기를 제어하는 방법으로서,
    상기 패킷과 관련된 서비스 품질(QoS)을 확인하는 확인 단계와;
    상기 송신기가 상기 무선 이동 애드호크 통신 네트워크 내의 노드로 상기 패킷의 전송을 시도하도록 제어하는 제어 단계와;
    상기 노드로 상기 패킷을 전송하려는 상기 시도가 실패하였다고 판정될 때 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 기초하여 상기 전송의 시도로부터 적어도 하나의 기간에, 상기 송신기가 상기 무선 이동 애드호크 통신 네트워크 내의 상기 노드로 상기 패킷의 재전송을 시도하도록 제어하는 제어 단계;를 포함하는 것인 송신기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 제어 단계를 수행하기 전에, 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 기초한 전송을 기다리기 위해 상기 패킷을 전송 큐 내의 한 위치에 배치하는 단계;를 더 포함하는 송신기 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    관련 QoS를 갖는 데이터 패킷은, 상기 데이터 패킷의 상기 관련 QoS보다 낮은 값의 다른 관련 QoS를 갖는 다른 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해, 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치되는 것인 송신기 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    음성 데이터를 포함하는 데이터 패킷은 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치되고, 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷은 비음성 데이터 또는 비스트리밍 미디어 데이터를 포함하는 데이터 패킷보다 앞서 전송하기 위해 상기 전송 큐 내의 한 위치에 배치되는 것인 송신기 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    관련 QoS를 갖는 데이터 패킷에 대한 상기 기간 사이의 길이는, 상기 데이터 패킷의 상기 관련 QoS보다 낮은 값의 다른 관련 QoS를 갖는 다른 데이터 패킷보다 짧은 것을 특징으로 하는 송신기 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전송 시도가 있을 때부터 시작하여 지속 기간을 모니터링하는 단계와;
    상기 기간에서의 상기 재전송 시도를 제어하는 상기 단계를 상기 지속 기간이 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 대한 원하는 지속 기간을 초과할 때까지 계속하는 단계를 더 포함하는 송신기 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지속 기간이 상기 패킷과 관련된 상기 QoS에 대한 상기 원하는 지속 기간을 초과할 때 상기 패킷을 폐기하는 단계;를 더 포함하는 송신기 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 지속 기간의 길이는 상기 패킷과 관련된 상기 QoS의 크기가 증가함에 따라 감소하는 것인 송신기 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    음성 데이터를 포함하는 데이터 패킷에 대한 상기 지속 기간의 길이는 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷에 대한 상기 지속 기간의 길이보다 작고, 스트리밍 미디어를 포함하는 데이터 패킷에 대한 상기 지속 기간의 길이는 비음성 데이터나 비스트리밍 미디어 데이터를 포함하는 데이터 패킷에 대한 상기 지속 기간의 길이보다 작은 것인 송신기 제어 방법.
  10. 무선 애드호크 통신 네트워크 내의 한 노드가 상기 네트워크 내의 다른 노드들의 존재를 확인하도록 제어하는 노드 제어 방법으로서,
    상기 노드가 자신의 브로드캐스트 범위 내의 다른 노드들 중 적어도 하나의 노드들에 의해 수신될 적어도 하나의 메시지를 전송하도록 제어하는 제어 단계와;
    상기 노드가 상기 다른 노드들 중 적어도 하나의 노드들에 의해 전송된 상기 적어도 하나의 메시지에 대한 응답을 수신하도록 제어하는 제어 단계와;
    상기 응답에 기초하여 상기 노드에 대한 상기 다른 노드들 중 적어도 하나의 노드들의 각자의 식별자와 상기 노드가 다른 네트워크와 통신하기 위한 적어도 하나의 경로를 결정하는 경로 결정 단계;를 포함하고,
    상기 다른 네트워크는 상기 노드를 포함하지 않는 외부의 무선 애드호크 통신 네트워크인 것을 특징으로 하는 노드 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 상기 노드가 상기 각자의 응답을 수신하는 각자의 전력 레벨에 기초하여 상기 다른 노드들 중 적어도 하나의 노드들의 상기 각자의 식별자를 결정하는 것인 노드 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 상기 각자의 응답에 기초하여 상기 다른 노드들 중 적어도 하나의 노드들의 각자의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 노드 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 노드에 의해 전송된 상기 메시지들 중 적어도 하나는 상기 노드의 위치에 관한 정보 및 상기 노드가 위치 기준으로서 기능하는지 여부의 표시를 포함하는 것인 노드 제어 방법.
  14. 복수의 노드를 포함하는 이동 애드호크 라우팅 네트워크에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 데이터 패킷을 라우팅하는 방법으로서,
    상기 소스 노드가 상기 데이터 패킷을 전송하는 데 소모할 수 있게 허용된 에너지량, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 홉으로서 허용된 다른 노드의 수, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드를 포함하는 상기 네트워크의 영역 내에서의 데이터 혼잡 정도, 그리고 상기 소스 노드의 전원에 남아 있는 전력량에 기초하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이에 상기 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 라우팅 경로를 결정하는 경로 결정 단계와;
    상기 소스 노드가 상기 데이터 패킷을 상기 결정된 라우팅 경로를 따라 상기 목적지 노드로 전송하도록 제어하는 제어 단계를 포함하는 것인 데이터 패킷 라우팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경로 결정 단계는 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이에서 상기 데이터 패킷을 라우팅하는 데 이용가능한 복수의 라우팅 경로를 결정하는 것인 데이터 패킷 라우팅 방법.
  16. 복수의 노드를 포함하는 이동 애드호크 통신 네트워크에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에서 적어도 하나의 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 적어도 하나의 경로를 결정하는 방법으로서,
    상기 각자의 노드의 각자의 특성에 기초하여 상기 데이터 패킷을 상기 목적지 노드로 라우팅하기 위해, 상기 노드들 중 상기 소스 노드가 사용할 수 있는 적어도 하나의 노드들을 식별하는 식별 단계와;
    상기 식별된 노드들을 가용 노드의 그룹에 포함시키는 포함 단계와;
    상기 데이터 패킷을 상기 소스 노드로부터 상기 목적지 노드로 라우팅하기 위해 상기 식별하는 단계에서 식별된 상기 가용 노드들 중 적어도 하나를 포함한 경로를 결정하는 경로 결정 단계;를 포함하고,
    상기 특성은 상기 각자의 노드가 상기 이동 애드호크 통신 네트워크에서 수행하는 기능인 것을 특징으로 하는 경로 결정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 노드들 중의 적어도 하나의 특성의 변화나 상기 소스 노드의 위치의 변화 또는 양자 모두에 기초하여, 상기 가용 노드의 그룹으로부터 상기 노드들 중 상기 적어도 하나를 제거하는 단계를 더 포함하는 경로 결정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 각자의 노드와 관련된 상기 각자의 특성은,
    상기 각자의 노드가 이하의 유형의 노드들, 즉
    상기 소스 노드에 다른 네트워크 또는 상기 네트워크의 다른 부분으로의 접속을 제공할 수 있는 접속 노드와;
    상기 소스 노드의 이웃 노드와;
    상기 소스 노드의 적어도 하나의 이웃 노드의 이웃과;
    데이터 트래픽의 소스 또는 싱크로 기능하는 단말 노드와;
    상기 소스 노드의 이웃 노드가 아닌 무선 라우터; 중 적어도 하나로써 수행하는 기능을 나타내고,
    상기 다른 네트워크는 상기 노드를 포함하지 않는 외부의 무선 애드호크 통신 네트워크인 것을 특징으로 하는 경로 결정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 포함 단계는 이하의 우선 순위, 즉 접속 노드가 최상위 우선 순위를 가지고, 이어서 차례대로 이웃 노드, 상기 이웃 노드의 이웃, 단말 노드가 그 다음 우선 순위를 가지며, 무선 라우팅이 최하위 우선 순위를 갖는 것에 기초하여 가용 노드의 상기 그룹에 노드를 포함시키는 것인 경로 결정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    이하의 우선 순위, 즉 제거의 경우는 접속 노드가 최하위 우선 순위를 가지고, 이어서 차례대로 이웃 노드, 상기 이웃 노드의 이웃, 단말 노드가 그 다음 우선 순위를 가지며, 제거의 경우 무선 라우팅이 최상위 우선 순위를 갖는 것에 기초하여 상기 노드들 중 적어도 하나를 제거하는 단계를 더 포함하는 경로 결정 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 각자의 노드로부터 상기 소스 노드가 수신한 적어도 하나의 메시지에 기초하여 상기 각자의 노드의 각자의 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는 경로 결정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 메시지는 상기 소스 노드에 이웃하는 노드와 다른 노드 사이의 연결의 전력 및 데이터 레이트에 관한 정보를 포함하는 것인 경로 결정 방법.
  23. 무선 애드호크 통신 네트워크 내의 노드가 상기 노드를 포함하지 않는 외부의 다른 무선 애드호크 통신 네트워크에 또는 상기 무선 애드호크 통신 네트워크의 다른 부분에 접속할 수 있도록 통로 기능을 하는 접속 노드를 식별할 수 있게 해주는 방법으로서,
    상기 노드가 상기 네트워크 내의 다른 노드들에 상기 노드와 연관된 상기 접속 노드의 식별 요청을 포함하는 메시지를 전송하도록 제어하는 단계와;
    상기 접속 노드로부터 상기 노드가 수신한 응답 메시지에 포함된 정보에 기초하여 상기 접속 노드를 상기 노드와 관련된 것으로 식별하는 단계;를 포함하는 접속 노드 식별 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 노드는 상기 접속 노드로부터 상기 다른 노드들 중 적어도 하나를 통해 라우팅된 상기 응답 메시지를 수신하는 것인 접속 노드 식별 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 노드가 적어도 하나의 데이터 패킷을 상기 다른 노드들 중 적어도 하나를 통해 상기 접속 노드로 전송하도록 제어하는 단계를 더 포함 하는 접속 노드 식별 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 노드가 적어도 하나의 데이터 패킷을 상기 접속 노드로 전송하도록 제어하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 데이터 패킷을 상기 접속 노드로 유니캐스트 메시지로서 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 접속 노드 식별 방법.
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