KR100934526B1

KR100934526B1 - Channel access control method in relay node of multi-hop network and repeater in multi-hop network system

Info

Publication number: KR100934526B1
Application number: KR1020070106079A
Authority: KR
Inventors: 임혁; 황재선; 정대원
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-12-29
Also published as: KR20090040628A

Abstract

본 발명의 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 각 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력에 따라 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하여 백오프 절차를 수행한다. 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력에 따라 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계와, 상기 업데이트된 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 백오프 절차를 수행하는 단계를 포함한다. 각 중계 노드에서 패킷 손실을 감소시킬 수 있고 패킷 중계를 원활히 함으로써 종단간 처리율(end-to-end throughput)을 향상시킬 수 있다.The channel access control method in the relay node of the multi-hop network of the present invention performs the backoff procedure by updating the minimum contention window value of the relay node according to the traffic forwarding capability of each relay node. The method of controlling channel access in a relay node of a multi-hop network may include updating the minimum contention window value of the relay node according to the traffic forwarding capability of the relay node at predetermined intervals, and updating the updated minimum contention window value. Calculating and performing a backoff procedure. Packet loss can be reduced at each relay node and end-to-end throughput can be improved by facilitating packet relaying.

멀티-홉 무선 네트워크, 채널 접근 제어, 중계, 최소 경쟁 윈도우, 트래픽 전달 능력 Multi-hop wireless network, channel access control, relay, minimum contention window, traffic forwarding capability

Description

Method of channel access control in relay node of multi-hop network and relay in multi-hop network system {Method of Channel Access Control Method in Multi-hop Network And Relay used in Multi-hop Network}

본 발명은 멀티-홉 네트워크 (Multi-hop Networks)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티홉 네트워크에서 채널 접근을 조절하여 네트워크 트래픽을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to multi-hop networks, and more particularly, to a method of controlling network traffic by controlling channel access in a multi-hop network.

네트워크를 이용하는 사용자들은 빠른 전송 속도를 요구함과 동시에 언제 어디서나 사용할 수 있는 이동성 서비스를 요구한다. 현재 사용하고 있는 무선 네트워크의 표준은 IEEE 802.11으로서, IEEE 802.11을 따르는 종래의 무선 네트워크 기술은 일정 범위-캐리어 센싱 범위(Carrier Sensing Range)-내에 있는 노드(node)들이 백오프 알고리즘(Backoff algorithm)을 사용하여 경쟁함으로써 하나의 노드가 채널에 접근할 수 있는 기회를 획득하고 패킷을 전송하는 방식이다.The users of the network demand a fast transfer speed and a mobility service that can be used anytime and anywhere. The wireless network standard currently in use is IEEE 802.11, and the conventional wireless network technology that conforms to IEEE 802.11 is that nodes within a range-carrier sensing range-are used to implement a backoff algorithm. By competing with each other, one node acquires an opportunity to access a channel and transmits a packet.

IEEE 802.11의 MAC 계층 프로토콜에서는 효율적인 매체를 사용하기 위한 매체 접근 방법으로 두가지 방식을 사용한다. 첫 번째는 노드간에 경쟁을 해서 전송권을 획득하는 분산 조정 함수(Distributed Coordination Function; 이하 DCF) 방 식, 두 번째는 폴링 방식을 이용한 포인트 조정 함수(Point Coordination Function; 이하 PCF)를 사용한다. 경쟁 방식인 DCF는 기존의 무선 LAN(Wireless LAN)에서 사용하는 반송파 검지 다중 액세스/충돌 검출(Carrier sense multiple access with collision detection; 이하 CSMA/CD) 방식을 변형한 방식으로 무선이라는 매체 특성상 충돌을 감지하기 어렵기 때문에 충돌을 회피하는 반송파 검지 다중 액세스/충돌 회피(Carrier sense multiple access with collision avoidance; 이하 CSMA/CA) 방식을 기본으로 사용한다. 폴링 방식을 사용하는 PCF는 실시간 데이터 전송이 필요한 노드에 대해서 충돌을 피하고 빠른 전송을 위한 방법으로 AP(Access Point)에서 폴링 테이블을 사용하여 라운드 로빈 방식으로 수행된다. PCF는 충돌이 발생되지 않는다는 장점은 있지만 중앙 집중 방식을 사용하므로 성능이 많이 떨어진다는 단점이 있다. The MAC layer protocol of IEEE 802.11 uses two methods as a medium approach to use an efficient medium. The first uses a distributed coordination function (DCF) method that acquires a transmission right by competing between nodes, and the second uses a point coordination function (PCF) using a polling method. The competitive DCF is a variation of the Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA / CD) scheme used in conventional wireless LANs. Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) scheme that avoids collision is used as a basic method because it is difficult to do so. The PCF using the polling method is performed in a round robin manner using a polling table at an access point (AP) as a method for avoiding collision and fast transmission for a node requiring real-time data transmission. PCF has the advantage of not crashing, but it has a disadvantage of poor performance due to the centralized method.

CSMA/CA 방식에서 데이터를 전송하고자하는 노드는 현재 위치하고 있는 서비스 영역에서 데이터를 전송하지 않는 상태에서 전송이 가능하다. 전송하고자 하는 노드는 경쟁 윈도우(Contention Window; 이하 CW)를 설정하게 되고, 경쟁 윈도우 내에서 임의의 타임 슬롯을 선택하며, 이를 백오프 타임(back off time)이라고 한다. 이 중에서 가장 짧은 백오프 타임을 가진 노드가 전송권을 획득하게 되고, 나머지 노드들은 남은 백오프 타임을 중지하고 전송하는 노드가 전송 완료될 때까지 대기한다. 전송이 완료된 후에는 각 노드들은 남은 백오프 타임을 가지고 경쟁을 하게 된다. A node that wants to transmit data in the CSMA / CA method can transmit data without transmitting data in a service area currently located. The node to be transmitted sets a contention window (hereinafter referred to as CW) and selects an arbitrary time slot within the contention window, which is called a back off time. Among them, the node with the shortest backoff time acquires the transmission right, and the remaining nodes stop the remaining backoff time and wait until the transmitting node completes the transmission. After the transmission is completed, each node will compete with the remaining backoff time.

IEEE 802.11에서의 DCF 방식에서는, 최소경쟁 윈도우(Minimum Contention Window; 이하 CWmin) 및 최대경쟁 윈도우(Maximum Contention Window; 이하 CWmax)와 같은 백오프 파라미터 값이 고정된 값을 가지며, 서로 다른 네트워크 분포, 서로 다른 네트워크 토폴로지 및 또는 서로 다른 네트워크 부하등과 같은 다양한 네트워크 시나리오 하에서 충분한 성능을 보장해주지 못한다. In the DCF scheme in IEEE 802.11, backoff parameter values such as a minimum contention window (CWmin) and a maximum contention window (CWmax) have fixed values, different network distributions, It does not guarantee sufficient performance under various network scenarios such as different network topologies and / or different network loads.

현재 표준화된 IEEE 802.11 프로토콜에서는 모든 트래픽에 대해서 같은 조건하에서 경쟁에 의해서 전송한다. 즉, 종래의 무선 네트워크에서의 IEEE 802.11 프로토콜에 따르는 채널 접근 제어 방법은 캐리어 센싱 범위 내의 노드들에게 채널 접근의 공평성을 제공할 수 있으나 네트워크 토폴로지에서 각 노드의 위치에 따라 경쟁하는 노드 갯수가 달라지므로 각 노드의 채널 경쟁 레벨이 달라져서 각 노드는 서로 다른 채널 접근 확률을 가지게 된다.In the current IEEE 802.11 protocol, all traffic is transmitted by contention under the same conditions. That is, the channel access control method according to the IEEE 802.11 protocol in the conventional wireless network can provide fairness of channel access to nodes within the carrier sensing range, but the number of nodes competing varies according to the position of each node in the network topology. Since the channel contention level of each node is different, each node has a different channel access probability.

종래의 무선 네트워크에서의 IEEE 802.11 프로토콜에 따르는 채널 접근 제어 방법에서는 채널 접근이 낮은 노드는 이전 노드가 보내온 패킷을 원활하게 중계하지 못하게 되어 패킷 손실이 발생하고 결과적으로 비효율적인 채널 사용에 의해 종단간 성능이 낮아지게 된다. 더욱이 병목지점에 위치한 노드는 주위 노드보다 채널 접근 기회가 많지 않으면 패킷 손실이 더욱 심각해져서 네트워크 트래픽의 낭비를 초래한다. In the conventional wireless network channel access control method according to the IEEE 802.11 protocol, a node with low channel access cannot relay the packets sent by the previous node smoothly, resulting in packet loss and consequently end-to-end performance due to inefficient channel usage. Will be lowered. Moreover, a node located at the bottleneck point becomes more serious packet loss unless there are more channel access opportunities than neighboring nodes, which wastes network traffic.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 네트워크 트래픽의 낭비를 줄이고 받은 데이터를 최대한 전달하기 위한 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법에 관한 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a method for controlling channel access at a relay node of a multi-hop network for reducing waste of network traffic and maximally delivering received data.

또한, 본 발명의 제2 목적은 네트워크 트래픽의 낭비를 줄이고 받은 데이터를 최대한 전달하기 위한 멀티-홉 네트워크 시스템에서의 중계기를 제공하는 것이다.It is also a second object of the present invention to provide a repeater in a multi-hop network system for reducing the waste of network traffic and delivering the received data as much as possible.

상기한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력에 따라 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계와, 상기 업데이트된 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 백오프 절차를 수행하는 단계를 포함한다. 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력에 따라 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계는 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드에 수신된 제1 패킷의 양 및 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드에서 전송한 제2 패킷의 양을 측정하는 단계와, 상기 측정된 제1 패킷의 양 및 상기 제2 패킷의 양에 기초하여 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 측정된 제1 패킷 개수 및 상기 제2 패킷 개수에 기초하여 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계는 상기 측정된 제1 패킷 개수 및 상기 제2 패킷 개수에 기초하여 상기 소정 주기 간격으로 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우의 변동 값을 산출하는 단계와, 상기 산출된 최소 경쟁 윈도우의 변동 값에 기초하여 상기 중계 노드에서의 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산출된 최소 경쟁 윈도우의 변동 값에 기초하여 상기 중계 노드에서의 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 백오프 절차를 수행하는 단계는 상기 중계 노드의 이전 주기에 산출된 최소 경쟁 윈도우 값에 상기 최소 경쟁 윈도우의 변동 값을 더하여 현재 주기에서의 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 상기 백오프 절차를 수행할 수 있다. 상기 최소 경쟁 윈도우 값은 하기의 수학식Channel access control method in a relay node of a multi-hop network according to an aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention is the relay node according to the traffic transmission capability in the relay node at predetermined intervals And updating the minimum contention window value of C, and calculating the updated minimum contention window value to perform a backoff procedure. The updating of the minimum contention window value of the relay node according to the traffic forwarding capability of the relay node at the predetermined periodic interval may be performed by the amount of the first packet received at the relay node at the predetermined periodic interval and at the predetermined periodic interval. Measuring an amount of a second packet transmitted from the relay node, and updating a minimum contention window value of the relay node at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet It may include the step. The updating of the minimum contention window value of the relay node at the predetermined periodic interval based on the measured number of first packets and the number of second packets may be based on the measured number of first packets and the number of second packets. Calculating a variation value of the minimum contention window of the relay node at the predetermined periodic interval, and calculating a minimum contention window value at the relay node based on the calculated variation value of the minimum contention window. have. Calculating a minimum contention window value at the relay node based on the calculated change value of the minimum contention window and performing a backoff procedure may include: the minimum contention window at a minimum contention window value calculated in a previous period of the relay node; The backoff procedure may be performed by adding a change value of to calculate a minimum contention window value in the current period. The minimum contention window value is represented by the following equation

(여기서 CWmini는 복수의 중계 노드 중 i(i는 자연수)번째 중계 노드에서의 최소 경쟁 윈도우 값,

는 CWmini값을 업데이트하기 위한 스텝 사이즈(step size), T는 CWmini값을 업데이트하는 주기,

은 상기 i번째 중계 노드에서 성공적으로 수신된 패킷의 개수,

은 상기 i번째 중계 노드에서 전송된 패킷의 개수,

(0<<

<1)는 목표 트래픽 전달 능력임)에 따라 계산될 수 있다. 상기 트래픽 전달 능력은 상기 중계 노드에서 성공적으로 수신된 패킷의 양에 대한 상기 중계 노드에서 전송된 패킷의 양의 비율이 될 수 있다. Where CWmini is the minimum contention window value at the i (i is a natural number) relay node among the plurality of relay nodes,

Is the step size for updating the CWmini value, T is the period for updating the CWmini value,

Is the number of packets successfully received at the i th relay node,

Is the number of packets transmitted from the i th relay node,

(0 <<

<1) is a target traffic forwarding capability). The traffic forwarding capability may be a ratio of the amount of packets transmitted at the relay node to the amount of packets successfully received at the relay node.

또한, 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 멀티-홉 네트워크의 N 개(N은 자연수)의 중계 노드 중 하나인 i(i는 1 이상 N 이하의 자연수)번째 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 소정 주기 간격으로 상기 i번째 중계 노드에서의 송수신되는 트래픽 양의 비율에 따라 상기 i번째 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하는 단계와, 상기 업데이트된 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 백오프 절차를 수행하는 단계를 포함한다. In addition, i (i is a natural number of 1 or more than N) of one of N (N is a natural number) relay nodes of a multi-hop network according to another aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention. The method for controlling channel access at a node includes updating a minimum contention window value of the i-th relay node according to a ratio of the amount of traffic transmitted and received at the i-th relay node at predetermined intervals, and updating the updated minimum contention window value. Calculating and performing the backoff procedure.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 멀티-홉 네트워크 시스템에서의 중계기는 소정 주기 간격으로 트래픽 전달 능력에 따라 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하고, 상기 업데이트된 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 백오프 절차를 수행한다. 상기 중계기는 상기 소정 주기 간격으로 수신된 제1 패킷의 양 및 상기 소정 주기 간격으로 전송한 제2 패킷의 양을 측정하고, 상기 측정된 제1 패킷의 양 및 상기 제2 패킷의 양에 기초하여 상기 소정 주기 간격으로 상기 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트할 수 있다. 상기 중계기는 상기 측정된 제1 패킷 개수 및 상기 제2 패킷 개수에 기초하여 상기 소정 주기 간격으로 상기 최소 경쟁 윈도우의 변동 값을 산출하고, 상기 산출된 최소 경쟁 윈도우의 변동 값에 기초하여 상기 최소 경쟁 윈도우 값을 산출할 수 있다. 상기 중계기는 이전 주기에 산출된 최소 경쟁 윈도우 값에 상기 최소 경쟁 윈도우의 변동 값을 더하여 현재 주기에서의 최소 경쟁 윈도우 값을 산출하여 상기 백오프 절차를 수행할 수 있다. In addition, a repeater in a multi-hop network system according to an aspect of the present invention for achieving the second object of the present invention updates the minimum contention window value according to the traffic delivery capability at predetermined intervals, and the updated minimum contention The backoff procedure is performed by calculating the window value. The repeater measures the amount of the first packet received in the predetermined period intervals and the amount of the second packet transmitted in the predetermined period intervals, and based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet The minimum contention window value may be updated at the predetermined period interval. The repeater calculates a variation value of the minimum contention window at the predetermined periodic interval based on the measured number of first packets and the number of second packets, and the minimum contention based on the calculated variation value of the minimum contention window. The window value can be calculated. The repeater may perform the backoff procedure by calculating a minimum contention window value in a current period by adding a change value of the minimum contention window to a minimum contention window value calculated in a previous period.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법에 따르면, 각 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력에 따라 상기 중계 노드의 최소 경쟁 윈도우 값을 업데이트하여 백오프 절차를 수행함으로써 전체 네트워크 쓰루풋 성능을 높일 수 있다. As described above, according to the channel access control method in the relay node of the multi-hop network of the present invention, a backoff procedure is performed by updating the minimum contention window value of the relay node according to the traffic forwarding capability of each relay node. This can increase overall network throughput performance.

따라서, 각 중계 노드에서 패킷 손실을 감소시킬 수 있고 패킷 중계를 원활히 함으로써 종단간 처리율(end-to-end throughput)을 향상시킬 수 있다. Therefore, packet loss can be reduced at each relay node, and end-to-end throughput can be improved by smoothing packet relay.

또한, 각각의 중계 노드에서의 네트워크 트래픽의 변화에 따라서 적응적으로 채널 접근 제어가 이루어질 수 있다. In addition, channel access control may be adaptively performed according to changes in network traffic at each relay node.

또한, 네트워크 트래픽이 증가하거나 많은 트래픽이 흐르는 혼잡 노드가 있을 경우에 있어서 좀더 많은 패킷 등의 트래픽이 전달될 수 있고 전체 네트워크 쓰루풋 성능을 높일 수 있다.In addition, when there is an increase in network traffic or when there is a congested node with a lot of traffic, more packets and the like can be delivered and overall network throughput performance can be improved.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.

IEEE 802.11에서의 백오프 알고리즘에 따르면, 백오프(back off) 타임은 [0, CWmin-1](CW: 경쟁 윈도우 사이즈(Contention Window size)) 사이의 값 중 랜덤하게 하나를 골라서 사용하며, CW 값은 초기에는 최소값인 최소경쟁윈도우(CWmin)로 설정되며 충돌이 발생할 때마다 2배씩(2 CWmin)으로 증가된다.According to the backoff algorithm in IEEE 802.11, the backoff time is randomly selected from a value between [0, CWmin-1] (CW: Contention Window size), and CW The value is initially set to the minimum contention window (CWmin), which is the minimum value, and is increased by 2 times (2 CWmin) each time a collision occurs.

각각의 중계 노드(relay node)는 서로 다른 간섭 레벨에 노출되어 있으므로 서로 다른 트래픽 전달 능력(traffic forwarding capability)을 가지고 있다. Each relay node is exposed to different interference levels and thus has different traffic forwarding capabilities.

도 1은 i번째 중계 노드(relay node, 101)에서의 패킷 트래픽 제어를 설명하기 위한 개념도이다. 여기서, 중계 노드는 멀티-홉 네트워크의 N (N은 자연수)개의 중계 노드중의 i번째 중계 노드(i는 1 이상 N 이하의 자연수)를 나타낸다. 1 is a conceptual diagram illustrating packet traffic control in an i-th relay node 101. Here, the relay node represents an i-th relay node (i is a natural number of 1 or more and N or less) among N relay nodes of the multi-hop network.

도 1을 참조하면, i번째 중계 노드(101)는 이웃하는 노드로부터 데이터를 수신하여 이웃하는 노드로 패킷을 전달한다. 여기서, 데이터는 패킷 데이터 또는 음성 데이터를 모두 포함하는 개념이며, 이하에서는 패킷 데이터의 경우를 예로 들어 설명한다. Referring to FIG. 1, the i-th relay node 101 receives data from a neighboring node and transmits a packet to the neighboring node. Here, data is a concept including both packet data or voice data. Hereinafter, the case of packet data will be described as an example.

i번째 중계 노드(relay node)에서의 트래픽 전달 능력 (traffic forwarding capability)

는 수신된 패킷의 양에 대한 전송된 패킷의 양의 비율을 나타낸다. Traffic forwarding capability at the i-th relay node

Denotes the ratio of the amount of transmitted packets to the amount of received packets.

중계 노드로 수신된 패킷이 동일한 크기를 가지는 패킷 데이터인 경우 하기 수학식 1에 나타난 바와 같이 수신된 패킷의 개수(

)에 대한 전송된 패킷의 개수(

)의 비율로 구해질 수 있다.When the packet received by the relay node is packet data having the same size, the number of received packets as shown in Equation 1 below (

Number of packets sent for

Can be calculated as

만약, i번째 중계 노드가 수신된 모든 패킷을 인접 노드로 패킷 손실없이 전달한다면 트래픽 전달 능력

는 1이고, 반면에 i번째 중계 노드가 다수의 패킷을 수신하여 수신된 수신율(rate)로 전송할 수 없는 경우에는 트래픽 전달 능력

는 0이다. If the i th relay node forwards all received packets to the neighbor node without packet loss, traffic forwarding capability

Is 1, on the other hand, if the i th relay node cannot receive multiple packets and transmit at the received rate, the traffic forwarding capability

Is 0.

중계 노드로 수신된 패킷이 서로 다른 크기를 가지는 패킷 데이터인 경우에는 트래픽 전달 능력

는 수신된 패킷의 양에 대한 전송된 패킷의 양의 비율로 나타낼 수 있다.Traffic forwarding capability when the packet received by the relay node is packet data with different size

May be expressed as the ratio of the amount of transmitted packets to the amount of received packets.

일반적으로 수신된 패킷의 양이 전달하는 패킷의 양 보다 많으므로

는 1보다 작은 값을 가지는데

값을 조절함으로써 다음 홉으로 전달되는 트래픽의 양을 결정할 수 있다. In general, the amount of packets received is greater than the amount of packets delivered.

Has a value less than 1

By adjusting the value, you can determine the amount of traffic to the next hop.

목표 트래픽 전달 능력(target traffic forwarding capability)

(0<<

<1)는 각각의 중계 노드가 안정 상태(steady state)에 도달한 경우 가지는 값이며, 처리율(throughput)을 최대로 높이기 위해서는

은 1에 가까운 값을 가져야한다. i번째 중계 노드에서의 트래픽 전달 능력

가 목표 트래픽 전달 능력

보다 작은 경우는 i번째 중계 노드에서의 현재 중계되는 트래픽 전송율(rate)이 i번째 중계 노드에서의 전송하기로 목표된 트래픽 전송율보다 작음을 나타낸다.Target traffic forwarding capability

(0 <<

<1) is a value when each relay node reaches a steady state, and in order to maximize throughput,

Should have a value close to 1. Traffic forwarding capability at i-th relay node

Target traffic forwarding capability

The smaller case indicates that the traffic rate currently relayed at the i-th relay node is smaller than the traffic rate targeted for transmission at the i-th relay node.

채널 접근 확률을 노드별로 다르게 하기 위해서 본발명의 일실시예에에 따른 멀티-홉 무선 네트워크에서 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 각각의 중계 노드에서의 트래픽 전송 능력에 따라서 경쟁 윈도우 사이즈(CW)를 조절한다. 구체적으로, 본발명의 일실시예에에 따른 멀티-홉 무선 네트워크에서 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 최소 경쟁 윈도우(CWmin)값을 주기적으로 업데이트하여 채널 접근 확률을 조절할 수 있다.In the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention, a channel access control method in a relay node according to an embodiment of the present invention provides a contention window size (CW) according to a traffic transmission capability of each relay node. Adjust Specifically, the channel access control method in the relay node in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention may adjust the channel access probability by periodically updating the minimum contention window (CWmin) value.

i번째 중계 노드(relay node)에서의 채널 접근 확률

는 하기 수학식 2에 의해서 조절할 수 있다.Channel access probability at the i relay node

Can be adjusted by Equation 2 below.

수학식 2와 같이 i번째 노드의 채널 접근 확률

는 최소 경쟁 윈도우(CWmini)를 변경함으로써 조절 가능하다. CWmini이 낮으면 백오프 알고리즘에 의해 패킷을 전송할 수 있는 기회, 즉 채널 접근 확률이 높아지고 반대의 경우 채널 접근 확률이 낮아진다. Channel access probability of the i th node as shown in Equation 2

Is adjustable by changing the minimum contention window CWmini. Lower CWmini increases the chance of packet transmission by the backoff algorithm, that is, channel access probability and vice versa.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법은 네트워크 트래픽 상태를 파악하여 각 중계 노드에 대해 성공적으로 수신된 패킷의 양과 전송된 패킷의 양의 비율에 따라 CWmin을 변경한다. Therefore, the channel access control method in the relay node of the multi-hop network according to an embodiment of the present invention is to determine the network traffic state to the ratio of the amount of packets successfully received and the amount of packets transmitted for each relay node. Change CWmin accordingly.

네트워크 트래픽의 변동을 적응성 있게 조절하기 위하여 주기적으로 각 중계 노드에서의 수신 또는 전송되는 패킷 개수를 가지고 하기 수학식 3과 같이 CWmini을 업데이트한다. 여기서는 중계 노드에 수신되는 패킷의 크기가 모두 동일하다는 가정하에서 패킷의 양을 패킷의 개수를 이용하여 측정하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 수신되는 패킷의 크기가 서로 다른 경우에는 패킷의 양을 측정한다.In order to adaptively adjust the fluctuation of network traffic, CWmini is updated as shown in Equation 3 with the number of packets received or transmitted at each relay node periodically. Herein, a case in which the amount of packets is measured using the number of packets under the assumption that all the packets received by the relay node are the same will be described as an example. However, when the sizes of the received packets are different, the amount of packets is measured. .

여기서,

은 i번째 중계 노드에서 성공적으로 수신된 패킷의 개수이고,

은 i번째 중계 노드에서 전송된 패킷의 개수이다. here,

Is the number of packets successfully received at the i relay node,

Is the number of packets transmitted from the i th relay node.

(0<<

<1)는 각각의 중계 노드가 안정 상태(steady state)에 도달한 경우 가지는 값으로서, i번째 중계 노드에서 수신한 패킷 중에 얼마만큼 전송할 것인지에 대한 목표치이며, 네트워크 트래픽을 제어하는 역할을 한다.

는 1보다 작은 값으로서 소정의 목표치로 미리 설정된다. 정상상태에서

는

값을 가진다. 예를 들어,

는 0.99로 설정될 수 있다.

(0 <<

<1) is a value obtained when each relay node reaches a steady state, and is a target value for how many packets received from the i-th relay node to transmit, and controls network traffic.

Is a value smaller than 1 and is preset to a predetermined target value. In steady state

Is

Has a value. E.g,

May be set to 0.99.

T는 CWmini값을 업데이트하는 주기를 나타내며, 예를 들어 T는 1의 값을 가질 수 있다.

는 업데이트하기 위한 스텝 사이즈(step size)를 나타내며, CWmini값을 얼마나 빠르게 업데이트하는지와 관련이 있으며, 트래픽의 변동을 얼마만큼 적응성 있게 조절하는지를 결정한다.

값이 클수록 CWmini이 빠르게 안정 상태로 된다. 예를 들어,

는 0.20이 될 수 있다.T represents a period of updating the CWmini value, for example, T may have a value of 1.

Denotes a step size for updating, which is related to how fast the CWmini value is updated and determines how adaptively the fluctuation of traffic is adjusted.

The larger the value, the faster the CWmini will stabilize. E.g,

May be 0.20.

각 중계 노드에서의 수신 또는 전송되는 패킷 개수에 따라 CWmini을 조절하면 각 중계 노드에서의 채널 접근 확률이 달라지게 되어 패킷 중계를 원활하게 함 으로써 종단간 처리율(throughput) 성능을 향상시킬 수 있다. If the CWmini is adjusted according to the number of packets received or transmitted at each relay node, the channel access probability at each relay node is changed, thereby facilitating packet relaying, thereby improving end-to-end throughput performance.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-홉 네트워크의 각 중계 노드에서의 수신 또는 전달되는 패킷양의 비율에 따른 채널 접근 제어 방법을 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a channel access control method according to a ratio of packet amounts received or forwarded at each relay node of a multi-hop network according to an embodiment of the present invention.

네트워크 토폴로지에 따라 i번째 중계 노드에 대한

값을 설정한 후 수학식 3에 따라 CWmini값을 조절하면 i번째 중계 노드에서의 채널 접근 확률

이 변화된다.For the i relay node, depending on the network topology

After setting the value, adjust the CWmini value according to Equation 3 and then the channel access probability at the i th relay node.

Is changed.

도 2를 참조하면, i번째 중계 노드에서 수신한 패킷 개수

가 전송하는 패킷 개수

보다 많으면 i번째 중계 노드에서 패킷 중계를 제대로 못하고 있는 것이므로 CWmini를 낮춰서 채널 접근 확률을 증가시킨다. 반대의 경우, 즉 전송하는 패킷 개수

가 수신한 패킷 개수

보다 많으면 CWmini을 높여서 채널 접근 확률을 감소시킴으로써 채널 접근이 필요한 다른 중계 노드에게 기회를 제공한다.2, the number of packets received by the i-th relay node

Of packets sent by

If more, the i-th relay node is not properly relaying packets, and the CWmini is increased to increase the channel access probability. Vice versa, that is, the number of packets sent

Of packets received by

If more, the CWmini is increased to reduce the channel access probability, thereby providing opportunities for other relay nodes that require channel access.

결과적으로, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-홉 네트워크의 중계 노드에서의 채널 접근 제어 방법에 따르면, 각 중계 노드에서 패킷 손실을 감소시킬 수 있고 패킷 중계를 원활히 함으로써 종단간 처리율(end-to-end throughput)을 향상시킬 수 있다. As a result, according to the channel access control method in the relay node of the multi-hop network according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the packet loss at each relay node and to facilitate the packet relay end-to-end throughput ( End-to-end throughput can be improved.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 멀티홉 무선 경로를 나타낸 개념도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크는 예를 들어 센서 네트워크가 될 수 있다.3 is a conceptual diagram illustrating a multi-hop wireless path in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. Multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention may be a sensor network, for example.

도 3을 참조하면, 소스 노드(300)는 패킷을 생성하고 최종 목적지인 목적지 노드(310)에 전달한다. 중간에 있는 노드는 패킷을 중계하는 중계 노드(301, 302, 303, 304, 305)이다. 여기서는 중계 노드의 개수가 5개인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 3, the source node 300 generates a packet and delivers the packet to the destination node 310 as the final destination. The nodes in the middle are relay nodes 301, 302, 303, 304, and 305 which relay packets. Here, the case where the number of relay nodes is 5 will be described as an example, but is not limited thereto.

예를 들어, 소스 노드(300) 주변에서 전송된 패킷 데이터는 목적지 노드(310)까지 한번에 전송되지 못하고 복수의 중계 노드(301, 302, 303, 304, 305)를 차례대로 거쳐서 전달된다. For example, the packet data transmitted around the source node 300 may not be transmitted to the destination node 310 at one time and may be transmitted through the plurality of relay nodes 301, 302, 303, 304, and 305 in order.

예를 들어, 각 노드들 사이의 거리(R)를 90m, 캐리어 센싱 범위를 220m 로 설정하면, 채널 접근 확률은 경쟁하는 노드의 개수에 따라 결정되며 소스 노드(300)의 경우 1/3, 중계 노드 301, 305의 경우 1/4, 중계 노드 302, 303, 304의 경우 1/5 이다. For example, if the distance R between each node is set to 90m and the carrier sensing range is set to 220m, the channel access probability is determined by the number of competing nodes, 1/3 in the case of the source node 300, and relaying. 1/4 for nodes 301 and 305, and 1/5 for relay nodes 302, 303 and 304.

소스 노드(300)와 중계 노드(301)를 비교해보면 소스 노드(300)가 1/3의 확률로 패킷을 전송하지만 중계 노드(301)는 1/4 확률로 전송받은 패킷을 중계한다. 중계 노드는 채널 접근 확률이 소스 노드(300) 보다 낮기 때문에 원활한 중계를 하지 못하게 되면서 패킷 손실이 발생하게 된다.When comparing the source node 300 and the relay node 301, the source node 300 transmits packets with a probability of 1/3, but the relay node 301 relays the received packets with a probability of 1/4. Since the relay node has a lower channel access probability than the source node 300, the relay node does not perform a smooth relay and packet loss occurs.

하지만, 본 발명의 수학식 2를 적용하면 중계 노드(301)는 수신된 패킷양이 많고 전달하는 패킷량이 적기 때문에 CWmin을 낮추게 되어 채널 접근하는 횟수가 더욱 증가하여 다음 중계 노드(302)에 전달되는 패킷이 많아지고 패킷 손실은 줄어든다. 마찬가지 방식으로 멀티홉 패킷 전달 경로에 있는 중계 노드는 CWmin을 적응적으로 조절하게 되어 목적 노드(310)에 도달하는 패킷 개수가 증가하게 된다. However, when applying Equation 2 of the present invention, since the relay node 301 has a large amount of received packets and a small amount of transmitted packets, the relay node 301 is lowered CWmin so that the number of channel accesses is further increased to be transmitted to the next relay node 302. More packets and less packet loss. In the same manner, the relay node in the multi-hop packet forwarding path adaptively adjusts CWmin to increase the number of packets reaching the destination node 310.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서 각 중계노드에서 트래픽 전달 능력에 따른 적응적인 채널 접근 제어 방법을 설명하기 위한 순서도를 나타낸다. 여기서는 중계 노드에 수신되는 패킷의 크기가 모두 동일하다는 가정하에서 패킷의 양을 패킷의 개수를 이용하여 측정하는 경우를 예로 들어 설명한다.4 is a flowchart illustrating an adaptive channel access control method according to traffic forwarding capability in each relay node in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. In the following description, the amount of packets is measured using the number of packets under the assumption that the sizes of the packets received by the relay node are the same.

먼저, 목표 트래픽 전달 능력

, 스텝 사이즈

, 업데이트 주기 T와 같은 초기값을 설정한다(단계 S410). 예를 들어, 목표 트래픽 전달 능력

은 0.99, 스텝 사이즈

=0.2, 업데이트 주기 T=1로 설정할 수 있다.First, target traffic forwarding ability

, Step size

, An initial value such as an update period T is set (step S410). For example, target traffic delivery

Is 0.99, step size

= 0.2, update period T = 1 can be set.

멀티홉 무선 네트워크에서 채널 접근을 조절하기 위하여 패킷을 중계하는 중계 노드는 일정 주기(T) 동안 중계 노드 자신이 성공적으로 수신한 패킷의 개수

와 다음 홉으로 전달하는 패킷 개수

을 측정한다(단계 S420). 여기서, 패킷을 생성하는 소스 노드와 패킷의 목적지 노드는 각각 수신된 패킷과 전달하는 패킷이 없으므로 패킷 개수를 측정하지 않으며 채널 접근 제어도 수행하지 않는다. 여기서, 수신된 패킷이 없더라도 중계 노드의 버퍼에 축적된 패킷들이 다음 홉으로 전달될 수 있으므로 버퍼 사이즈에 따라서 짧은 시간동안 전달하는 패킷 개 수

가 수신한 패킷의 개수

보다 클 수가 있으며, 이 경우에는 측정된 전달 패킷 개수

의 한계 값을 측정된 수신 패킷의 개수

로 제한한다.In a multi-hop wireless network, a relay node that relays packets to control channel access has the number of packets successfully received by the relay node itself for a predetermined period (T).

Packets forwarded to the next hop

Is measured (step S420). Here, the source node generating the packet and the destination node of the packet do not measure the number of packets and do not perform channel access control because there is no received packet and no transmitting packet. Here, the number of packets delivered for a short time according to the buffer size because packets accumulated in the buffer of the relay node can be delivered to the next hop even if there is no received packet

Of packets received by

Can be greater than, in this case, the number of forwarded packets measured

The limit value of the number of received packets measured

Limited to

측정된 수신 패킷 개수, 측정된 전달 패킷 개수와 미리 설정된

,

, T를 이용하여 수학식 3에 따라 CWmini의 변동폭을 구한다(단계 S430). 각 중계 노드에서 송수신되는 트래픽 양의 비율에 따라 CWmini의 변동 폭이 조절될 수 있다. Number of received packets measured, number of forwarded packets measured and preset

,

, T is used to find the fluctuation range of CWmini according to equation (3) (step S430). The fluctuation range of CWmini can be adjusted according to the ratio of the amount of traffic transmitted and received at each relay node.

현재 중계 노드가 사용하고 있는 CWmini을 앞서 계산한 CWmini의 변동 폭과 합하여 I번째 중계 노드에서의 최소 경쟁 윈도우 CWmini를 산출한다(단계 S440). 여기서, 802.11 표준과 마찬가지로 CWmini는 1보다 작을 수 없다. 트래픽 부하가 충분히 작은 경우에는 패킷 손실이 일어나지 않으며 CWmini 값은 커지게 된다. 반면에, CWmini가 최소값 1을 가지는 경우에는 중계 노드가 목표 트래픽 전달 능력에 도달하지 못하는 경우가 생길 수 있다. 상기 2가지 극단적인 경우를 고려하여 CWmini값이 소정의 최대 임계값 max과 최소 임계값 min을 넘지 않도록 한다. The minimum competing window CWmini at the I-th relay node is calculated by adding the CWmini currently used by the relay node with the fluctuation range of the CWmini previously calculated (step S440). Here, like the 802.11 standard, CWmini cannot be less than one. If the traffic load is small enough, no packet loss occurs and the CWmini value becomes large. On the other hand, if the CWmini has a minimum value of 1, the relay node may not reach the target traffic forwarding capability. In consideration of the two extreme cases, the CWmini value does not exceed a predetermined maximum threshold max and a minimum threshold min.

상기 구해진 CWmini를 이용하여 백오프 타임을 구한 후 백오프 알고리즘을 적용하여 채널 접근 제어를 수행한다(단계 S450). After calculating the backoff time using the obtained CWmini, channel access control is performed by applying a backoff algorithm (step S450).

일정 주기(T)마다, 단계 S410 내지 단계 S450을 반복하면서 각 중계 노드에서의 채널 접근 제어를 적응적으로 수행한다. At regular intervals T, channel access control at each relay node is adaptively performed while repeating steps S410 to S450.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서 각 중계노드에서 수신된 패킷의 개수와 전달하는 패킷의 개수에 따른 적응적인 채널 접근 제어 방법은 네트워크 트래픽의 변화에 민감하게 조절됨으로써 어떠한 네트워크 트래픽 변동이 생겨도 그 변화에 맞춰서 적용 가능하다. 따라서 네트워크 플로우 개수가 늘어나거나 많은 트래픽이 흐르는 혼잡 노드가 있을 경우에 있어서 좀 더 많은 패킷이 전달될 수 있고 전체 네트워크 쓰루풋 성능을 높일 수 있다. That is, in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention, the adaptive channel access control method according to the number of packets received at each relay node and the number of forwarding packets is sensitively adjusted to changes in network traffic, thereby preventing any network Even if the traffic fluctuates, it can be applied accordingly. As a result, when the number of network flows increases or there are congested nodes with a lot of traffic flowing, more packets can be delivered and overall network throughput performance can be improved.

본발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법의 종단간 쓰루풋 성능 향상을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 통해 현재 무선 네트워크에서 표준으로 사용되고 있는 IEEE 802.11의 DCF 방식과 성능을 비교하였다. 수행한 모든 시뮬레이션에서 인접 노드 사이의 거리는 90미터, 전송 범위(transmission range)는 100미터, 그리고 채널 감지 범위(carrier sense range)는 220미터의 설정 파라미터 값을 가지고 수행하였다. 패킷을 생성하는 소스 노드에서는 5 Mb/s의 속도로 데이터를 생성하고 이를 AODV(Ad-Hoc On-demand Display Vector 라우팅을 통하여 최종 목적지에 전달하는 시뮬레이션을 수행하였다. In order to verify the end-to-end throughput performance improvement of the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention, the performance is compared with the DCF scheme of IEEE 802.11, which is currently used as a standard in the wireless network. In all the simulations, the distance between adjacent nodes is 90 meters, the transmission range is 100 meters, and the channel sense range is set to 220 meters. The source node generating the packet generated data at 5 Mb / s and carried it to the final destination through AODV (Ad-Hoc On-demand Display Vector routing).

도 5는 도 3의 네트워크 토폴로지에서 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 각 홉 별로 쓰루풋을 측정한 그래프이고, 도 6은 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 각 중계 노드들의 채널 감지 범위를 140미터부터 300미터까지 변화시킨 경우 얻어진 종단간의 쓰루풋 그래프이고, 도 7은 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식 과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 소스 노드에서 생성하는 데이터양(offered load)을 변화시켜 가면서 얻어진 종단간의 쓰루풋을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph measuring throughput of each hop for the conventional DCF scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention in the network topology of FIG. The end-to-end throughput graph obtained when the channel detection range of each relay node is changed from 140 meters to 300 meters for the conventional IEEE 802.11 DCF scheme and the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. 7 is a terminal obtained by changing the amount of data (offered load) generated by the source node for the conventional DCF scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. This graph shows the results of measuring liver throughput.

도 5를 참조하면, 현재 표준으로 사용하고 있는 IEEE 802.11의 DCF 알고리즘 에서는 중계 노드(301)가 소스 노드(300)에서 보낸 패킷을 받은 만큼 다음 노드에 충분히 전달하지 못한다. 이는 중계 노드(301)의 채널 접근 확률이 낮아서 전송 기회를 충분히 갖지 못했기 때문이다. 반면에 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에서는 트래픽 상황을 파악한 후 전달받는 트래픽이 많은 중계 노드(301)노드에게 충분한 전송 기회를 줌으로써 중계 노드(301)는 소스 노드(300)로부터 패킷을 전달받은 만큼 다음 노드에게 보낼 수 있다. Referring to FIG. 5, in the DCF algorithm of IEEE 802.11, which is currently used as a standard, the relay node 301 does not sufficiently transfer the packet transmitted from the source node 300 to the next node. This is because the channel access probability of the relay node 301 is low, and thus the transmission node does not have a sufficient transmission opportunity. On the other hand, in the method of controlling channel access in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention, the relay node 301 provides a sufficient transmission opportunity to the relay node 301 node having a lot of received traffic after identifying the traffic situation. As long as the packet is received from the node 300, it can be sent to the next node.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 채널 접근 제어 방법을 멀티홉 네트워크에 적용하였을 경우에는, 모든 중계 노드들이 각기 다른 채널 접근의 기회를 가짐에 따라서, 트래픽의 양에 따라 채널 접근 확률을 조절함으로써 종단간의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 각 중계 노드들의 서로 다른 채널 접근 확률에 따른 효율적인 채널 사용이 가능해지므로 종단간의 쓰루풋을 향상 시킬 수 있다. That is, when the channel access control method according to an embodiment of the present invention is applied to a multi-hop network, as all relay nodes have different channel access opportunities, the channel access probability is adjusted according to the amount of traffic. End-to-end throughput can be improved. In other words, it becomes possible to use the channel efficiently according to the different channel access probability of each relay node can improve the end-to-end throughput.

무선 네트워크에서 채널 감지 범위는 공간이라는 무선 매체의 효율성을 결정하는 중요한 요소이다. 예를 들어, 낮은 채널 감지 범위의 사용은, 전체 네트워크에서 동시 전송의 수를 증가시키지만, 각각의 전송에 있어서는 많은 잡음을 일으키게 된다. 반면에 높은 채널 감지범위의 사용은, 다른 전송의 방해를 일으키는 잡음 을 방지하지만, 동시 전송의 수를 감소시켜 공간의 재활용성이 떨어지는 역할을 한다. 각 중계 노드 사이의 거리가 90m이므로 180m 와 270m을 기준으로 종단간의 쓰루풋의 변화를 관찰할 수 있었다. 도 6에 도시된 바와 같이 채널 감지 범위의 변화에 대해 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법은 IEEE 802.11의 DCF 방식과 비교하였을 때 모든 범위에서 23% 내지 51%의 쓰루풋 성능 향상을 보여준다. In a wireless network, channel sensing range is an important factor in determining the efficiency of a wireless medium called space. For example, the use of a low channel sensing range increases the number of simultaneous transmissions in the entire network, but generates a lot of noise in each transmission. On the other hand, the use of a high channel detection range prevents noise from interfering with other transmissions, but reduces the number of simultaneous transmissions, thereby reducing space recyclability. Since the distance between each relay node is 90m, we can observe the end-to-end throughput change based on 180m and 270m. As shown in FIG. 6, the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention is about 23% to 51% in all ranges when compared to the DCF scheme of IEEE 802.11. Shows throughput performance improvement.

도 7을 참조하면, 소스 노드(300)에서 전달하는 데이터의 양이 적을 때는, IEEE 802.11의 DCF 방식과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법사이에 성능 차이가 없다. 이는 이미 충분히 낮은 데이터양을 보냄에 따라, 멀티홉에서 패킷의 손실이 일어나지 않기 때문에 이러한 결과를 나타낸다. 그러나, 소스 노드(300)에서 생성하는 데이터의 양이 많아짐에 따라 각 중계 노드에서 전달해야 하는 데이터의 양이 많아지게 되고, 채널 접근 확률이 낮은 중계 노드에서 패킷을 전달하지 못하여 패킷의 손실이 발생하게 된다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에서는 수신된 패킷의 양 및 전달할 수 있는 패킷의 양에 따라서 동적으로 채널의 접근 확률을 조절하므로 채널의 효율적인 사용이 가능하므로 종래 IEEE 802.11의 DCF 방식과 비교하여 11% 내지 32%의 쓰루풋 성능 향상을 보여준다. Referring to FIG. 7, when the amount of data transmitted from the source node 300 is small, there is a difference in performance between the DCF scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. none. This results in this because there is no loss of packets in the multi-hop as already sending a sufficiently low amount of data. However, as the amount of data generated by the source node 300 increases, the amount of data to be transmitted from each relay node increases, and packet loss occurs because the relay node with low channel access probability fails to deliver the packet. Done. However, in the method of controlling channel access in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention, the channel's access probability is dynamically adjusted according to the amount of received packets and the amount of packets that can be delivered, thereby enabling efficient use of the channel. Therefore, the throughput is improved by 11% to 32% compared to the conventional IEEE 802.11 DCF scheme.

상기에서는 무선 센서 네트워크를 예를 들어 설명하였으나, 백오프 알고리즘을 통한 채널 접근 제어 방법을 적용할 수 있는 다른 네트워크 시스템-예를 들어 4G 이동통신 시스템의 셀룰러 네트워크, Wibro 중계기든-에도 적용이 가능하다. In the above description, the wireless sensor network has been described as an example. However, the present invention can be applied to other network systems, for example, a cellular network of a 4G mobile communication system or a Wibro repeater, to which a channel access control method using a backoff algorithm can be applied. .

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.

도 1은 i번째 중계 노드(relay node)에서의 패킷 트래픽 제어를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating packet traffic control in an i-th relay node.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 멀티홉 무선 경로를 나타낸 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a multi-hop wireless path in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서 각 중계노드에서 트래픽 전달 능력에 따른 적응적인 채널 접근 제어 방법을 설명하기 위한 순서도를 나타낸다. 4 is a flowchart illustrating an adaptive channel access control method according to traffic forwarding capability in each relay node in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 3의 네트워크 토폴로지에서 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식과 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 각 홉 별로 쓰루풋을 측정한 그래프이다. FIG. 5 is a graph measuring throughput for each hop of the conventional DCF scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention in the network topology of FIG. 3.

도 6은 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 각 중계 노드들의 채널 감지 범위를 140미터부터 300미터까지 변화시킨 경우 얻어진 종단간의 쓰루풋 그래프이다. 6 is a terminal obtained when the channel detection range of each relay node is changed from 140 meters to 300 meters in the conventional DC 802.11 scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in the multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. Throughput graph of the liver.

도 7은 종래의 IEEE 802.11의 DCF 방식과 본 발명의 일실시예에 따른 멀티홉 무선 네트워크에서의 채널 접근 제어 방법에 대해서 소스 노드에서 생성하는 데이 터양(offered load)을 변화시켜 가면서 얻어진 종단간의 쓰루풋을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 7 is an end-to-end throughput obtained by varying the amount of data (offered load) generated by the source node for the conventional DCF scheme of IEEE 802.11 and the channel access control method in a multi-hop wireless network according to an embodiment of the present invention. Is a graph showing the results of the measurement.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101, 301, 302, 303, 304, 305: 중계 노드101, 301, 302, 303, 304, 305: relay node

300: 소스 노드 310: 목적지 노드300: source node 310: destination node

Claims

A channel access control method in a relay node of a multi-hop network,

Measuring an amount of a first packet received at the relay node and an amount of a second packet transmitted at the relay node at predetermined intervals according to the traffic forwarding capability at the relay node;

Updating the minimum contention window value of the relay node at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet; And

And calculating the updated minimum contention window value to perform a backoff procedure.

delete

The method of claim 1, wherein updating the minimum contention window value of the relay node at the predetermined periodic intervals based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet comprises:

Calculating a variation value of the minimum contention window of the relay node at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet; And

And calculating a minimum contention window value at the relay node based on the calculated change value of the minimum contention window.

The method of claim 3, wherein the calculating of the minimum contention window value at the relay node based on the calculated variation value of the minimum contention window is performed.

And performing the backoff procedure by calculating the minimum contention window value in the current period by adding the change value of the minimum contention window to the minimum contention window value calculated in the previous period of the relay node. Channel access control method in relay node.

The method of claim 3, wherein the minimum contention window value is represented by the following equation.

Where CWmini is the minimum contention window value at the i (i is a natural number) relay node among the plurality of relay nodes,

Is the number of packets successfully received at the i th relay node,

Is the number of packets transmitted from the i th relay node,

(0 <<

<1) is the target traffic forwarding capability)

The channel access control method in the relay node of the multi-hop network, characterized in that calculated according to.

2. The channel of claim 1, wherein the traffic forwarding capability is a ratio of the amount of packets sent at the relay node to the amount of packets successfully received at the relay node. Access control method.

In the channel access control method in the i (i is a natural number of 1 or more than N) relay node, which is one of N relay nodes (N is a natural number) of the multi-hop network,

Measuring an amount of a first packet received at the i-th relay node and an amount of a second packet transmitted at the i-th relay node at predetermined intervals according to a ratio of the amount of traffic transmitted and received at the i-th relay node; ;

Updating the minimum contention window value of the i th relay node at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet; And

delete

8. The method of claim 7, wherein updating the minimum contention window value of the ith relay node at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet is

Calculating a variation value of the minimum contention window of the i th relay node at the predetermined periodic interval based on the measured first packet amount and the second packet amount; And

And calculating a minimum contention window value at the i-th relay node based on the calculated change value of the minimum contention window.

The method of claim 9, wherein the calculating of the minimum contention window value at the i th relay node based on the calculated variation value of the minimum contention window is performed.

And performing the backoff procedure by calculating a minimum contention window value in a current period by adding a change value of the minimum contention window to a minimum contention window value calculated in a previous period of the i th relay node. Channel access control method in relay node of network.

The method of claim 9, wherein the minimum contention window value is represented by the following equation.

Where CWmini is the minimum contention window value at the i th relay node,

Is the number of packets successfully received at the i th relay node,

Is the number of packets transmitted from the i th relay node,

(0 <<

<1) is the target traffic forwarding capability)

In a relay in a multi-hop network system,

Measure the amount of the first packet received and the amount of the second packet transmitted at predetermined intervals according to the traffic forwarding capability, and based on the measured amount of the first packet and the quantity of the second packet And updating the minimum contention window value and calculating the updated minimum contention window value to perform a backoff procedure.

delete

The method of claim 12, wherein the repeater

The change value of the minimum contention window is calculated at the predetermined periodic interval based on the measured amount of the first packet and the amount of the second packet, and the minimum contention window is based on the calculated value of the minimum contention window. A repeater in a multi-hop network system, characterized in that it calculates a value.

15. The apparatus of claim 14, wherein the repeater

And performing the backoff procedure by calculating a minimum contention window value in a current period by adding a change value of the minimum contention window to a minimum contention window value calculated in a previous period.

15. The method of claim 14, wherein the minimum contention window value is

Where CWmini is the minimum contention window value for the repeater,

Is the number of packets successfully received at the repeater,

Is the number of packets transmitted from the i-th repeater,

(0 <<

<1) is the target traffic forwarding capability)

Repeater in a multi-hop network system, characterized in that calculated according to.