KR100937314B1 - 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 송신측에서 하나의 패킷을 여러 개의 부 패킷(sub-packets)들로 나누어 전송하면, 수신측에서는 하나의 에러패킷(erroneous packet)중 에러가 있는 부패킷에 대해서만 송신측에 재전송을 요구함으로써 불필요한 재전송을 줄일 수 있게 하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은, 수신측 에이알큐(ARQ: Automatic Repeat reQuest) 방식의 데이터통신시스템에 적용되는 공격적 패킷 합성 방법에 있어서, 송신측으로부터 전송된 패킷을 수신하여, 상기 수신된 패킷 전체에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 존재하면 부 패킷 별로 에러 검사를 수행하여 에러가 있는 부 패킷에 대해서 상기 송신측으로 재전송을 요구하되, 에러가 있는 부 패킷들에 대해 「다수 논리에 의한 패킷 합성 방식」과 「신뢰성 없는 비트들에 대한 비트패턴 대체를 이용한 부패킷 합성 방식」을 순차적으로 적용하여 에러 정정이 이루어진 부 패킷은 상기 재전송 요구의 대상에서 제외하는 제2 단계; 및 상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 없으면, 상기 수신패킷을 저장하고 송신측에 전송성공(ACK) 신호로 응답하는 제 3 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 데이터 통신에서 에러 제어 등에 이용됨.

에러 제어, ARQ, 패킷 분할, 부 패킷, 공격적 패킷 합성, 재전송, 부분적 재전송.

Description

에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법{AGGRESSIVE PACKET COMBINING METHOD USING THE PACKET DIVISION IN DATA TELECOMMUNICATIONS WITH ARQ}

도 1 은 본 발명에 따른 송신측에서의 패킷분할을 이용한 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 설명도.

도 2 는 본 발명에 따른 수신측에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법에 대한 일실시예 흐름도.

도 3 은 본 발명에 적용되는 패킷 포맷의 일실시예 구성도.

도 4 는 본 발명에 적용되는 재전송되는 패킷의 일실시예 구성도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 수신측의 ACK 및 NAK 응답 신호의 일실시예 설명도.

도 6a 및 도 6b 는 ARQ 프로토콜을 사용하여 시뮬레이션한 경우 본 발명과 종래기술과의 성능에 대한 비교설명도.

도 7a 및 도 7b 는 혼합형 ARQ 프로토콜을 사용하여 시뮬레이션한 경우 본 발명과 종래기술의 성능에 대한 비교설명도.

본 발명은 데이터 통신에서 에러 제어(Error Control) 방법에 관한 것으로서, 특히 송신측에서 하나의 패킷을 여러 개의 부 패킷(sub-packets)들로 나누어 전송하면, 수신측에서는 하나의 에러패킷 중 에러가 있는 부패킷에 대해서만 송신측에 재전송을 요구함으로써 불필요한 재전송을 줄일 수 있게 하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법에 관한 것이다.

무선 데이터 통신에서 패킷전송도중 에러가 발생하면 에러가 발생한 패킷 (erroneous packet)은 버리고, 에러가 발생하지 않을 때까지 그 패킷을 재전송하게 된다. 이것을 에이알큐(ARQ: Automatic Repeat reQuest) 기술이라 부른다. ARQ 기술에서는 패킷전송도중 에러가 발생하면 에러가 존재하는 패킷(erroneous packet)은 버리고 에러가 발생하지 않을 때까지 그 패킷을 재전송하게 된다.

그러나, 에러가 있는 패킷들을 버리지 않고 적절한 방법으로 합성하여 에러가 없는 패킷을 만들어 낼 수 있다면 패킷의 재전송을 줄일 수 있고, 패킷 재전송으로 인한 지연시간 (delay time)과 무선 대역폭(bandwidth)의 소모를 줄여 시스템의 성능(performance)을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 에러가 있는 패킷(erroneous packet)들을 가지고 에러가 없는 패킷을 생성시키는 기술을 패킷합성(packet combining) 기술이라 부르는데, 다음과 같은 간단한 예로서 설명할 수 있다.

어떤 특정한 한 패킷의 전송에 있어서 처음 전송된 패킷에서는 패킷의 앞부분에 에러가 존재하며, 다시 재전송된 패킷에서는 패킷의 뒷부분에 에러가 존재한다고 가정하자. 이때 패킷합성 기술은 그 패킷의 재전송을 요구하지 않고, 이 두 에러패킷을 적절히 합성하여(첫째 패킷의 뒷부분과 재전송된 패킷의 앞부분을 합함) 에러 없는 패킷을 생성하고, 이 새로 생성된 패킷에 에러가 존재하는지를 검사한다(error detection). 에러가 존재하지 않으면 패킷합성이 성공적으로 이루어 진 것이다. 만일 에러가 여전히 존재하면 그 패킷의 재전송을 요구하게 된다.

이러한 패킷합성 기술로서 많은 방법들이 제안되고 있는데, 그 중에서 가장 많이 사용되는 방법이 '다수 논리에 의한 패킷합성(majority logic-based packet combining) 방법'이다.

'다수 논리에 의한 패킷합성 방법'에서는 패킷의 각 비트 위치(bit position)에서 다수결에 의한 결정을 하게 된다. 예를 들면, 어떤 패킷이 3번 전송되는 동안 계속 에러가 존재한다고 가정하자. 이 패킷의 k 번째 비트에서의 결정은 3번 전송된 각각의 에러패킷의 k 번째 비트를 조사하여 다수결에 따라 결정한다. 즉, 모두 "0"이면 "0", 하나가 "0"이고 둘이 "1"이면 "1", 둘이 "0"이고 하나가 "1"이면 "0", 그리고 모두 "1"이면 "1"이 된다. 모든 비트 위치에서 이러한 다수결의 원리에 따라 새로운 패킷을 합성한 후, 에러검사(error detection)를 한다. 에러 검사결과, 만약 에러가 존재하지 않으면 패킷합성이 성공적으로 이루어 진 것이고, 만약 에러가 여전히 존재하면 그 패킷의 재전송을 요구하게 된다.

상기와 같은 '다수 논리에 의한 패킷합성 방법'을 개선하기 위하여 제안된 방법이 '공격적 패킷합성(Aggressive Packet Combining) 방법'인데, 이는 비록 '다수 논리에 의한 패킷합성 방법'이 실패하더라도 재전송을 요구하지 않고, 에러가 존재하는 패킷들로부터 가용한 정보를 이용하여 올바른 비트 패턴(bit pattern)을 찾아 다시 패킷합성을 시도한다는 점에서 '다수 논리에 의한 패킷합성 방법'과 구별되며, 일반적으로 다른 방법들에 비하여 성능(performance)이 우수하다는 장점이 있다.

그러나, '공격적 패킷합성 방법'은 패킷합성을 위하여 많은 비트 패턴을 탐색(search)하고 올바른 비트 패턴을 찾아내는데 소요되는 시간과 부하(load)가 지나치게 크며, 특히 무선 채널에 잡음이 많고 불안정할 때에는 패킷합성을 위해 지나치게 많은 시간을 소비한 후 결국 재전송을 요구하게 됨으로써 '다수 논리에 의한 패킷합성 방법'보다 시스템 성능의 향상은 적고 오히려 지연시간(delay time)만 증가시킨다는 문제점이 있었다.

요컨대, '공격적 패킷합성'기술이나 그 외 다른 종래의 패킷합성 기술들(예를 들면, 다수 논리에 의한 패킷합성 기술)에서는 패킷의 일부분에만 에러가 존재해도 전 패킷을 다시 전송해야만 하기 때문에 불필요한 정보의 재전송이 있으며, 또한 이로 인하여 귀중한 무선 대역폭(bandwidth)을 소비하고 전송효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 송신측에서 하나의 패킷을 여러 개의 부 패킷(sub-packets)들로 나누어 전송하면, 수신측에서는 하나의 에러패킷(erroneous packet)중 에러가 있는 부패킷에 대해서만 송신측에 재전송을 요구함으로써 불필요한 재전송을 줄일 수 있게 하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 패킷 전송 및 공격적 패킷 합성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수신측 에이알큐(ARQ: Automatic Repeat reQuest) 방식의 데이터통신시스템에 적용되는 공격적 패킷 합성 방법에 있어서, 송신측으로부터 전송된 패킷을 수신하여, 상기 수신된 패킷 전체에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 존재하면 부 패킷 별로 에러 검사를 수행하여 에러가 있는 부 패킷에 대해서 상기 송신측으로 재전송을 요구하되, 에러가 있는 부 패킷들에 대해「다수 논리에 의한 패킷 합성 방식」과 「신뢰성 없는 비트들에 대한 비트 패턴 대체를 이용한 부패킷 합성 방식」을 순차적으로 적용하여 에러 정정이 이루어진 부 패킷은 상기 재전송 요구의 대상에서 제외하는 제2 단계; 및 상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 없으면, 상기 수신패킷을 저장하고 송신측에 전송성공(ACK) 신호로 응답하는 제 3 단계를 포함한다.

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본 발명은 무선 데이터 통신에서 에러제어(Error Control)를 위해 사용되는 ARQ(Automatic Repeat reQuest) 프로토콜 또는 혼합형 ARQ (Hybrid ARQ) 프로토콜에서 불필요한 재전송을 줄이기 위해 사용되는 패킷합성(Packet Combining) 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 공격적 패킷합성(Aggressive Packet Combining) 기술을 개선하는 기술로서, 개선 방법을 개괄적으로 설명하면 다음과 같다.

첫째, 하나의 패킷을 여러 개의 부 패킷(sub-packets)들로 나누고, 각각의 부 패킷에 공격적 패킷합성 기술을 적용한다. 다수의 부 패킷들로 나누는 이유는 각각의 부 패킷에 존재하는 에러의 수가 전체 패킷에 존재하는 에러의 수보다 훨씬 적기 때문이다. 이는 자명한 것이며, 특히 한 패킷에 존재하는 에러들이 균등하게 패킷에 분포되어 있을 때 더 효율적이다. 대부분의 통신 시스템은 채널 인터리빙 (channel interleaving) 기술을 사용하며, 이 채널 인터리빙에 의해 에러들이 패킷에 균등하게 분포되어 있다고 가정하는 것은 일반적이다. 본 발명에서 비록 이 가정이 반드시 필요한 것은 아니지만 "한 패킷을 다수의 부 패킷들로 나눈다"는 아이 디어의 우수성을 수학적으로 보이기 위해 이 가정을 사용한다.

우선, 한 패킷이 K 개의 부 패킷들로 나누어지고, 한 패킷에서 검색(search)되어야 할 비트들의 수(number of bits)가 Z 라고 가정하자.

그러면, 한 부 패킷에서 검색되어야 할 비트들의 수는 Z/K이다. 이 경우 한 패킷 전체에 '공격적 패킷합성' 기술을 적용할 때 검색되어야 할 총 비트 패턴의 수(number of bit patterns)는

이고, 한 부 패킷에 '공격적 패킷합성' 기술을 적용할 때 검색되어야 할 총 비트 패턴의 수는

이다. 따라서 한 패킷을 K 개의 부 패킷들로 나누었을 경우(아래 (수학식 1)의 좌변 항)와 그렇지 않을 경우(아래 (수학식 1)의 우변 항)에 검색되어야 할 총 비트 패턴의 수는 다음의 (수학식 1)과 같이 표현되고 비교될 수 있다.

[수학식 1]

상기 (수학식 1)에서 보는 바와 같이 한 패킷을 다수의 부 패킷들로 나누면 검색하여야 할 비트 패턴의 수가 다수의 부 패킷들로 나누지 않은 경우보다 훨씬 줄어든다. 이것은 Z 와 K 에 특정한 값을 대입해 보면 알 수 있다.

처음부터 패킷 크기를 부 패킷 크기로 줄이지 않고, 한 패킷을 다수의 부 패 킷으로 나누는 이유는, 패킷 크기를 줄이는 것과 한 패킷을 다수의 부 패킷으로 나누는 것과는 완전히 다르며 시스템 성능도 달라지기 때문이다. 이를 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 패킷 크기를 줄이면 한 패킷당 오버헤드(overhead)가 증가한다. 모든 패킷은 헤더(header)와 데이터 부분으로 구성되는데, 헤더는 사용자(end-user)가 전송하고자 하는 실제 데이터가 아니므로 오버헤드가 된다. 패킷 크기가 작더라도 모두 같은 크기의 헤더가 필요하므로 패킷의 크기를 줄이면 자연적으로 데이터 부분에 비하여 헤더 크기의 비율이 커지므로 오버헤드가 증가된다. 그러나 한 패킷을 다수의 부 패킷으로 나누는 것은 패킷의 헤더는 하나이고 하나의 패킷이 논리적(logical)으로 나누어지는 것이지 물리적(physical)으로 나누어지는 것이 아니다. 따라서 한 패킷을 다수의 부 패킷으로 나누는 본 발명은 헤더로 인한 오버헤드가 작기 때문에 단순히 패킷의 크기를 줄이는 방법보다 시스템의 전송효율과 같은 성능의 면에서 우수하다.

또한, 통신 시스템에서 패킷의 크기는 정해져 있고 통신 시스템의 여러 부분에 걸쳐 관련되기 때문에 패킷의 크기를 줄이는 것은 본 발명의 기술적 범위인 에러제어(error control)를 위한 패킷합성 기술뿐만 아니라 통신 시스템의 다른 부분까지 영향을 주어 다른 부분의 수정이 필요하다. 그러나, 한 패킷을 다수의 부 패킷으로 나누는 것은 패킷의 크기를 물리적(physical)으로 나누는 것이 아니기 때문에 통신 시스템의 다른 부분에 영향을 주지 않으며, 논리적(logical)으로 나누어지는 부 패킷들의 위치를 표시해 주기만 하면 된다. 이것들은 헤드에서 간단히 나타 낼 수 있다.

둘째는, '부분적 재전송(partial retransmission)' 방법을 사용하는 것이다. 한 패킷에 에러가 존재할 때 보통 그 에러는 그 패킷의 일부분에만 존재한다. 그러나, ARQ나 혼합형 ARQ 기술에서 일반적으로 재전송은 전체 패킷을 재전송하며, 공격적 패킷합성 방법에서도 비록 패킷의 일부분에만 에러가 존재하더라도 전체 패킷을 재전송한다. 그 이유는 에러검사(error detection)에서 비록 에러가 검사되었다 하더라도, 그 에러의 위치를 모르기 때문이다. 그러나, 본 발명과 같이, 한 패킷을 다수의 부 패킷들로 나누면, 각각의 부 패킷에 에러검사를 하여 에러가 있는 부 패킷들과 에러가 없는 부 패킷들로 구분할 수 있다. 따라서 에러가 있는 부 패킷들만 재전송을 요구함으로써 불필요한 데이터의 전송을 줄여 시스템의 전송효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

ARQ 또는 혼합형 ARQ에는 Stop-and-Wait 방식, Go-back-N 방식, 및 Selective-Repeat 방식이라는 3가지 방식이 있다.

본 발명에서의 ARQ 또는 혼합형 ARQ에서는 어느 방식이든지 사용할 수 있으나, 여기서는 Stop-and-Wait 방식을 사용하여 설명하기로 한다. 또한, 기존의 통신방식에서는 패킷 전체 데이터의 에러 검사를 위해 보통 32비트의 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 데이터부분에 포함되어 있지만, 본 발명에서는 각 부 패킷들의 에러 검사를 위해 16비트의 CRC가 각 부 패킷에 포함된다. 본 발명에서 16비트 의 CRC를 사용하는 이유는 각 부 패킷의 크기가 전체 패킷의 크기보다 훨씬 작기 때문에 16비트의 CRC로도 충분히 에러 검사가 가능하기 때문이다.

도 1 은 본 발명에 따른 송신측에서의 패킷분할을 이용한 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 송신측에서 i번째 패킷을 전송하기 위한 방법을 나타낸다.

기존 통신방식에서와 같이 버퍼(송신측)(100)에 있는 데이터를 패킷(i번째 패킷)으로 구성한 후에(101) 전송한다(102).

이후, 수신측으로부터의 응답을 받아 그 응답신호를 확인하여(103), 만약 그 수신 응답이 ACK(Acknowledgement) 신호이면 i번째 패킷이 성공적으로 전송되었음을 의미하므로 버퍼로부터 i+1번째 패킷 구성을 위한 과정으로 이동하여 i+1번째 패킷을 구성하여 수신측으로 전송하고(104), 만약 수신측으로부터 받은 응답이 NAK(Not Acknowledgment) 신호이면 NAK 신호에 표시된 에러가 존재하는 부패킷들로 구성된 패킷을 구성하여(105) 재전송한다(102). 이러한 과정을 수신측으로부터 ACK 신호를 수신할 때까지 계속한다.

구체적으로 설명하면, 다음과 같다.

송신측에서의 패킷 전송방법에 있어서, 본 발명과 기존 통신방식과의 차이는 도 1 에서 굵은선(101, 105)으로 표시되어 있다.

먼저, 패킷을 구성할 때, 부 패킷들의 수와 부 패킷들의 위치를 알려주는 정보가 헤더에 포함되어야 한다. 본 발명은 어떤 통신방식에서도, 어떤 종류의 패킷타입에서도 이용할 수 있으나, 편의상 IP 헤더를 가지고 설명하기로 한다. 또한, 부 패킷의 수는 최대가 8이며 부 패킷의 수는 2의 지수승으로 나타내고 (1, 2, 4, 8), 데이터부분은 526 바이트로 구성된다고 가정한다.

도 3 에서 굵은 선으로 표시된 부분(300)을 제외하고는 일반적으로 사용되는 IP헤더 및 데이터부분을 나타낸다. 도 3 의 예에서는 부 패킷의 수가 최대로 8이므로 이를 나타내기 위해서는 2비트가 필요하다.

이러한 예를 구현하기 위하여 본 발명에서의 방식은 총 10 비트가 필요한데, 첫 2비트는 부 패킷의 수를 나타내기 위함이고, 나머지 8비트는 이 패킷에 포함되는 부 패킷들을 나타내기 위함이다. 첫 2비트가 "00"이면 부 패킷이 1개임을 나타내고, "01"이면 부패킷이 2개이고, "10"이면 부패킷이 4개임을 나타내고, "11"이면 부패킷의 수가 8개임을 나타낸다.

한편, 나머지 8비트는 순서대로 8개의 부 패킷들이 패킷에 포함되는지 여부를 나타낸다. 특정 비트가 "0"이면 그 비트에 해당하는 부 패킷은 포함되지 않음을, "1"이면 포함됨을 의미한다. 예를 들어, 이 8비트의 상태가 11111111이면 8개의 부 패킷들이 전부 포함됨을 나타내고, 만일 10101010이면 총 4개의 부 패킷이 포함되는데 그 부 패킷들은 홀수번호의 부 패킷들이고, 만일 11000000이면 첫째와 둘째 부 패킷만이 포함됨을 의미한다.

각 부 패킷들의 위치는 데이터부분의 크기(예에서는 526바이트)와 부 패킷의 수로 자동적으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 도 3 에서와 같이 총 10 비트가 11111111로 표시되면, 앞의 2비트에 의해 부 패킷의 수는 8이며, 8개의 부 패킷 전부가 이 패킷에 포함되어 있음을 알 수 있다. 526 바이트는 526 * 8 = 4208 비트이 고, 이것을 총 부 패킷의 수로 나누면 4208/8 = 526 이므로 각 부 패킷의 크기는 526비트이다. 따라서, 데이터부분의 첫 526비트는 첫 부 패킷에 해당하며, 다음 526비트는 둘째 부 패킷에 해당하고, 나머지 부 패킷들도 쉽게 그 위치가 계산되어 구분된다.

송신측에서, 본 발명과 기존 통신방식의 두 번째 차이점은 수신측으로부터 NAK응답을 받았을 때, 재전송하기 위한 패킷을 구성하는 방법이다. 기존의 통신방식에서는 NAK 응답을 수신하면, 앞서 전송한 동일한 패킷을 재전송한다. 그러나, 본 발명에서는 수신측에서 NAK응답을 할 때, 에러가 존재하는 부 패킷들을 NAK응답에 표시함으로써 송신측에서는 이러한 에러가 존재하는 부 패킷들로만 패킷을 구성하여 재전송한다.

도 5a 및 도 5b 는 수신측의 ACK응답과 NAK응답 신호의 일실시예를 나타낸다. 일반적으로 ACK와 NAK는 패킷의 헤더로만 구성된다. 본 발명에서는 패킷의 헤더에 부 패킷들의 수와 부 패킷들의 위치를 나타내기 위해 약간의 추가 비트들이 필요한데, 앞서 설명한 최대 부 패킷들의 수가 8인 예를 사용하면 10비트가 추가로 필요하고 각 비트들의 의미는 앞에서 설명한 바와 같다. 따라서, 도 5b 의 NAK응답은 총 부 패킷의 수가 8인데 3번, 5번, 및 6번의 부 패킷에 에러가 존재한다는 응답으로 해석된다. 그러면 송신측에서는 그 에러가 존재하는 3개의 부 패킷으로 구성된 패킷을 재전송하게 된다. 이때 재전송되는 패킷은 도 4 와 같게 된다.

도 2 는 본 발명에 따른 수신측에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

도 2 를 설명하기 전에 본 발명에 대한 설명의 일반성을 유지하고 수학적으로 표현하기 위해 몇 가지 개념을 정의하고, 본 발명에 사용되는 몇 가지 가정들을 설명한다.

먼저, 한 패킷의 크기를 N 비트(bits)라 하고, 이 패킷은 K 개의 부 패킷들로 나누어진다(논리적 나눔)고 가정한다. 각 부 패킷은 에러검사(error detection)를 할 수 있거나 또는 에러정정(error correction)까지 할 수 있다. 에러검사만을 할 경우는 에러제어를 위하여 ARQ 기술을 사용하는 것이고, 에러정정까지 할 수 있는 경우는 혼합형 ARQ 기술을 사용하는 것에 해당하나, 본 발명에서는 어느 경우나 적용될 수 있다.

수신단에서는 2개의 버퍼(buffers)가 필요한데, 첫째 버퍼(제 1 저장부)는 올바르게 전송된 부 패킷을 저장하기 위한 것으로 크기는 N비트(bits)이며, 두 번째 버퍼는 각 각의 부 패킷에 대하여 가장 최근에 수신된 M 개의 에러가 존재하는 부 패킷들을 저장하기 위한 것으로 크기는 M*N비트가 된다. 가장 최근에 수신된 M 개의 부 패킷들만 저장하는 것은 이 M 개의 부 패킷들만 가지고 패킷합성을 한다는 것이다. 수신된 에러가 있는 부 패킷들을 모두 저장하지 않는 이유는 어떤 특정 부 패킷이 계속적으로 재전송이 요구될 때 크기가 무한대인 버퍼가 요구되는데 이런 무한대 크기의 버퍼사용은 현실적으로 불가능하기 때문이다.

한편, 설명의 편의상 2가지의 개념, 즉 신뢰성 있는 비트(reliable bits)와 신뢰성 없는 비트(unreliable bits)를 정의한다. 어떤 한 비트 위치(bit position)에서 모든 재전송된 부 패킷들의 비트 값이 동일하면 그 비트 위치는 '신뢰성 있는 비트'이고, 만일 최소한 하나의 재전송된 부 패킷에서 다른 비트값을 가지면 그 비트 위치는 '신뢰성 없는 비트'로 정의한다.

본 발명에서는 알고리즘의 일반화를 위하여 다음과 같은 몇 개의 표기(notation)를 정의한다.

n_i,j,0 는 i 번째 부 패킷의 j 번째 비트위치에서의 비트값이 "0"인 부 패킷의 수를 나타내고, n_i,j,1 은 i 번째 부 패킷의 j 번째 비트위치에서의 비트 값이 "1"인 부 패킷의 수를 나타낸다. 그리고, n_i,j = max{n_i,j,0 , n_i,j,1 }, n_i = {n_i,1 , n_i,2, ..., n_i,N/K }이다. 그리고, c_i,j 는 합성된 i 번째 부 패킷의 j 번째 비트를 나타내고, U_i는 합성된 i 번째 부 패킷의 '신뢰성 없는 비트'들의 집합으로서 m 을 재전송된 에러있는 부 패킷들의 수라 정의하면 Ui = { c_i,j ｜ n_i,j < m }으로 표시된다. 그리고, u_i 는 합성된 i 번째 부 패킷의 '신뢰성 없는 비트'들의 수를 나타낸다.

본 발명에 해당하는 '개선된 공격적 패킷 합성' 방법, 즉 패킷 분할을 이용한 공격적 패킷합성 방법은 크게 4개의 단계로 구분된다.

송신측으로부터 송신된 i 번째 패킷을 수신하여(200), 그 수신된 패킷 전체에 대하여 에러 검사를 수행하여(202, 204), 만약 에러가 없으면 첫번째 버퍼에 저장한 후 i번째 패킷에 대한 ACK 응답을 송신측으로 보내고(206) "200"으로 돌아가 다음 패킷(i+1 번째 패킷)을 수신하고, 만약 에러가 있으면 "208" 과정 중에서 제 1 단계를 수행하게 된다.

제 1 단계는 에러가 존재하는 한 부 패킷에 대하여 그 동안 전송되어 두 번째 버퍼에 저장되어 있는 것들과 함께 '다수 논리에 의한 패킷합성(majoritylogic- based packet combining)' 방법을 적용하는 단계인데, 이는 다음의 (수학식 1)과 같이 나타낼 수 있다

c_i,j = 1 if n_i,j,0 ≤n_i,j,1

c_i,j = 0 if n_i,j,0 > n_i,j,1

이하, 제 1 단계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

수신 패킷 전체에 대한 에러 검사 결과(202, 204), 에러가 있으면, 합성된 부 패킷(즉, i 번째 패킷의 j 번째 부패킷)에 대하여 에러검사(error detection)를 한다(210).

에러 검사(212) 결과, 만약 에러가 없으면, 합성된 부 패킷은 올바른 부 패킷으로서 첫째 버퍼(제 1 저장부)에 저장하고(214) 다음 차례의 부 패킷의 에러검사를 수행하고(216), 만약 에러가 존재한다면 합성된 부 패킷에 '다수논리에 의한 패킷 합성 기술을 적용하여(218) 에러 검사를 수행한다(220).

에러 검사(222) 결과, 만약 에러가 없으면 첫째 버퍼(제 1 저장부)에 저장하고(214), 만약 에러가 있으면 가장 신뢰성이 없는 B 비트들의 위치를 조사한다(224)(제 2 단계).즉, n_i 의 원소들(elements)중에서 가장 값이 작은 B 개 의 원소를 찾음으로써 합성된 i 번째 부 패킷에서 가장 신뢰성이 없는 B 개의 비트 위치를 찾는다.

이하, 제 3 단계를 설명한다. 제 2 단계에서 찾은 B 개의 비트 위치를 2^B - 1 개의 서로 다른 비트 패턴으로 대체하여(226), 각각의 비트 패턴으로 합성된 부 패킷에 에러검사를 한다(228). 즉, 가장 신뢰성이 없는 B비트들의 올바른 비트 패턴을 검색한 후(226), 그 검색된 올바른 비트 패턴으로 합성된 부 패킷에 대하여 에러를 검사한다 (228).

에러 검사결과, 만약 한 특정한 비트 패턴으로 합성된 부 패킷에 에러가 없으면 그 합성된 부 패킷은 올바른 부 패킷으로서 첫째 버퍼(제 1 저장부)에 저장하며(230, 238) 검색을 중단하고 다음의 제 4 단계(240 이후)로 이동하고, 만약 에러가 존재한다면 다음 비트 패턴에 대하여 동일한 에러 검사를 계속하여(232, 234) 2^B - 1 개의 비트 패턴을 모두 검색하였으나 전부 에러가 검출되었으면 송신측에게 그 부 패킷의 재전송을 요구하기 위해 그 부 패킷을 둘째 버퍼(제 2 저장부)에 저장하고(236), 다음 차례의 부 패킷의 에러검사를 위해 "216"으로 돌아가서, 제 1 단계부터 수행한다.

이하, 제 4 단계를 설명한다. 모든 부 패킷들이 첫째 버퍼(제 1 저장부)에 저장되어 있는 지를 조사하여(240), 만약 모든 부 패킷들이 저장되어 있으면 하나의 패킷이 완전히 성공적으로 전송된 것이므로 ACK응답(도 5a 참조)을 송신측에 보내고(242), 만약 그렇지 않으면 마지막 부 패킷까지 전부 검사되었는지를 확인한다(244).

확인 결과(244), 만약 마지막 부 패킷까지 검사되었으면 둘째 버퍼(제 2 저장부)에 저장된 부 패킷들의 재전송을 요구하기 위해 재전송이 요구되는 부 패킷들에 해당하는 비트를 1로 표시하여 NAK응답(도 5b 참조)을 송신측에 보내고(246), 만약 아직 검사되지 않은 부 패킷이 존재하면 아직 성공적으로 합성되지 못한 다른 부 패킷의 합성을 위하여 다음 부 패킷에 대한 에러를 검사하기 위하여 "216"으로 돌아가 이후, 제 1 단계부터 수행한다.

상기 제 2 단계에서, 일반적으로, 합성된 부 패킷에서의 신뢰성 없는 비트의 수는 합성된 전체 패킷에서의 신뢰성 없는 비트의 수보다 훨씬 적다. 또한, 한 부 패킷에서의 신뢰성 없는 비트의 수는 실제적으로 어떤 특정한 값(B)보다 작을 때가 대부분이다. 따라서 제 3 단계에서 B 비트에 대한 올바른 비트 패턴을 찾기 위한 시간은 많이 소요되지 않는다.

도 3 은 본 발명에 적용되는 패킷 포맷의 일실시예 구성도이다. 무선 인터넷에서 사용하는 IP헤더를 예로 나타냈으며, 총 부 패킷의 수는 8이고, 8개의 부 패킷이 포함되어 있음을 나타낸다.

도 4 는 본 발명에 적용되는 재전송되는 패킷의 일실시예 구성도이다. 도 3 에서와 같이, 무선 인터넷에서 사용하는 IP헤더를 예로 나타냈으며, 총 부 패킷의 수가 8이고, 3번, 5번, 및 6번째 부 패킷이 재전송되는 데이터임을 나타낸다.

도 5a 및 도 5c는 본 발명에 적용되는 수신측의 ACK 및 NAK 응답 신호의 일실시예 설명도이다. 도 5a 는 수신측의 ACK 응답 신호의 예로서, 총 부 패킷의 수 는 8이며, 전 부 패킷들이 성공적으로 수신측으로 전송되었음을 나타내고, 도 5b 는 수신측의 NAK 응답 신호의 예로서, 총 부 패킷의 수는 8이고, 3번, 5번, 및 6번째 부 패킷의 재전송을 요구하고 있음을 나타낸다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 하나의 패킷을 여러 개의 부 패킷들(sub-packets)로 나누어 전송함으로써 패킷내에서 찾아야 할 비트 패턴(bit patterns)의 수와 소요되는 처리시간을 현저히 줄일 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, '부분적 재전송(partial retransmission)' 방법을 사용함으로써 하나의 에러패킷(erroneous packet)중 에러가 있는 부 패킷만 재전송하고 에러가 없는 부 패킷은 재전송하지 않음으로써 불필요한 데이터의 재전송을 줄여 시스템의 전송효율을 향상시킬 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 무선 채널상의 데이터 통신에서 효율적으로 에러를 제어할 수 있으며, 특히 잡음(noise)이 심하고 불안정한 무선 채널에서 더욱 효과적이라는 효과가 있다.

이하, 본 발명이 다른 패킷합성 방법보다 성능이 우수함을 보이기 위해 수학적인 계산과 시뮬레이션(simulation)의 결과를 구체적으로 비교설명한다.

먼저, 본 발명이 종래의 '공격적 패킷합성' 방법보다 처리시간 (processing time)이 훨씬 짧다는 것을 보이기 위해 상기 (수학식 1)을 사용한다. 이때, N=1000, K=5, Z=10, '공격적 패킷합성'에서 에러검사를 위해 사용하는 CRC(Cyclic Redundancy Check)의 차수(degree) = 32, 본 발명에서는 부 패킷단위로 에러검사를 하기 때문에 차수가 16이면 족하며, CRC 하드웨어는 클락레이트(clock rate)가 200 MHz로 동작한다고 가정한다.

'공격적 패킷합성'에서 하나의 비트 패턴에 대하여 에러검사를 하는데 소요 되는 시간은 아래의 (수학식 2)과 같으며, 본 발명에서 하나의 에러패턴에 대하여 한 부 패킷.의 에러검사에 소요되는 시간은 아래의 (수학식 3)과 같으며, 하나의 패킷에 대해서는 K ×1.08 = 5.4 μs 가 소요된다.

따라서, 상기 (수학식 1)에 따라 계산된 전체 비트 패턴의 에러검사를 하는데 소요되는 시간은 '공격적 패킷합성'의 경우 5.16 ×(2¹⁰ - 1) = 5.28 μs가 소요되고, 본 발명에 따르면 K ×1.08 ×(2² - 1) = 16.2 μs 가 소요된다. 즉, 본 발명에 의할 때 소요되는 시간은 종래의 '공격적 패킷합성' 방법에서 소요되는 시간의 0.31% 밖에 되지 않는다. 이것은 엄청난 처리시간(processing time)의 단축인 것이다.

다음은, 시뮬레이션을 실시하여 본 발명이 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있음을 증명한다. 시스템의 성능 측정을 위하여 시스템 처리율(throughput)과 시스템에서 소요되는 평균 소비에너지(mean energy)를 측정한다.

도 6a 및 도 6b 는 ARQ 프로토콜을 사용하여 시뮬레이션한 경우 본 발명과 종래기술과의 성능에 대한 비교설명도로서, 무선 채널을 2-상태 마코프체인(2-state Markov chain)으로 모델링하고 에러 제어를 위해 ARQ 기술을 사용하여 시스템의 처리율 (throughput)과 평균 소비에너지(mean energy)를 측정한 결과를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 종래의 '다수 논리에 의한 패킷합성'과 종래의 '공격적 패킷합성'보다 시스템 처리율을 높이고 반면에 소비되는 에너지를 줄임으로써 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있음을 나타낸다.

도 7a 및 도 7b 는 혼합형 ARQ 프로토콜을 사용하여 시뮬레이션한 경우 본 발명과 종래기술의 성능에 대한 비교설명도로서, 무선 채널을 Rayleigh 페이딩(fading) 채널로 모델링하고 에러 제어를 위하여 혼합형 ARQ 기술을 사용하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 종래의 '다수 논리에 의한 패킷합성'과 종래의 '공격적 패킷합성'보다 시스템 처리율을 높이고 반면에 소비되는 에너지를 줄임으로써 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있음을 나타낸다.

앞에서 본 바와 같이, 수학적 계산에 의한 처리시간 계산과 시뮬레이션에 의한 시스템 성능 측정은 본 발명이 종래의 '공격적 패킷합성'방법보다 훨씬 짧은 처리시간(processing time)과 보다 향상된 시스템 성능을 가짐을 증명하고 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 수신측 에이알큐(ARQ: Automatic Repeat reQuest) 방식의 데이터통신시스템에 적용되는 공격적 패킷 합성 방법에 있어서,

   송신측으로부터 전송된 패킷을 수신하여, 상기 수신된 패킷 전체에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 존재하면 부 패킷 별로 에러 검사를 수행하여 에러가 있는 부 패킷에 대해서 상기 송신측으로 재전송을 요구하되, 에러가 있는 부 패킷들에 대해「다수 논리에 의한 패킷 합성 방식」과 「신뢰성 없는 비트들에 대한 비트 패턴 대체를 이용한 부패킷 합성 방식」을 순차적으로 적용하여 에러 정정이 이루어진 부 패킷은 상기 재전송 요구의 대상에서 제외하는 제2 단계; 및

   상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 없으면, 상기 수신패킷을 저장하고 송신측에 전송성공(ACK) 신호로 응답하는 제 3 단계

   를 포함하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 단계는,

   상기 제 1 단계의 에러 검사 결과, 상기 수신 패킷에 대하여 에러가 있으면, 상기 수신 패킷의 임의의 한 부 패킷에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 4 단계;

   상기 제 4 단계의 에러 검사 결과, 에러가 없으면 상기 부 패킷을 제 1 저장수단에 저장한 후 상기 제 4 단계로 돌아가 상기 부 패킷 다음의 부패킷에 대하여 에러 검사를 수행하고, 에러가 있으면 '다수 논리에 의한 패킷합성(majority logic-based packet combining)' 기술을 적용하여 에러 검사를 수행하는 제 5 단계;

   상기 제 5 단계의 에러 검사 결과, 에러가 없으면 상기 부 패킷을 상기 제 1 저장 수단에 저장한 후 상기 제 4 단계로 돌아가 상기 부 패킷 다음의 부패킷에 대하여 에러 검사를 수행하고, 에러가 있으면 소정의 개수의 가장 신뢰성이 없는 비트들의 위치를 조사하여 상기 조사된 신뢰성이 없는 비트의 올바른 비트 패턴(bit pattern)을 검색한 후, 상기 검색된 비트 패턴으로 합성된 부 패킷에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 6 단계;

   상기 제 6 단계의 에러 검사 결과, 에러가 있으면, 상기 에러가 있는 부 패킷을 제 2 의 저장 수단에 저장한 후, 상기 제 4 단계로 돌아가 상기 부 패킷 다음의 부패킷에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 7 단계;

   상기 제 6 단계의 에러 검사 결과, 에러가 없으면, 상기 제 1 저장 수단에 저장한 후, 상기 수신 패킷에 대한 모든 부 패킷이 상기 제 1 저장 수단에 저장되어 있는지를 확인하는 제 8 단계; 및

   상기 제 8 단계의 확인 결과, 모든 부 패킷이 상기 제 1 저장수단에 저장되어 있으면 상송신측에 ACK 신호로 응답하고, 모든 부 패킷이 상기 제 1 저장수단에 저장되어 있지 않으면 상기 부 패킷이 마지막 부 패킷인지를 확인하여, 마지막 부패킷이면 송신측에 상기 제 2 저장 수단에 저장되어 있는 부 패킷에 대한 정보를 포함하는 NAK 신호로 응답하고 마지막 부 패킷이 아니면 상기 제 4 단계로 돌아가 상기 부 패킷 다음의 부패킷에 대하여 에러 검사를 수행하는 제 9 단계

   를 포함하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 6 단계의 비트 패턴(bit pattern)에 대한 에러 검사는,

   상기 검색된 모든 비트 패턴으로 합성된 부 패킷에 대하여 에러없는 합성된 부 패킷이 나올 때까지 순차적으로 에러 검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 에이알큐 방식의 데이터통신에서의 패킷분할을 이용한 공격적 패킷 합성 방법.
5. 삭제
6. 삭제

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