KR100976733B1 - 멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 자동 재전송 요구 장치 및 방법 - Google Patents

멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 자동 재전송 요구 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 장치 및 방법에 관한 것으로서, 기지국이, 단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하는 과정과, 상기 기지국이, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 중계국 혹은 상기 단말로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송하고, 상기 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 기지국이, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신되고, 상기 중계국 혹은 단말로부터 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 과정을 포함하여, 성능(throughput) 측면과 MAC 효율(efficiency) 측면에서 우수한 성능을 얻을 수 있고, 단말의 중계국 간 핸드오버 시 발생할 수 있는 하향링크 패킷 손실 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
멀티 홉 릴레이, ARQ, 자동 재전송 요구, 핸드오버

Description

멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 자동 재전송 요구 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING EFFECTIVE AUTOMATIC REPEAT REQUEST IN A MULTI-HOP RELAY SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 단말에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 발생하는 버퍼 오버플로우 현상을 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 버퍼 오버플로우 발생시 Hold 요청(request) 동작의 신호 흐름을 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 버퍼 오버플로우 발생시 Hold 요청(request) 동작 절차를 도시한 흐름도,
도 11은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 중계국의 버퍼에 오버 플로우가 발생할 시 데이터의 전송을 보류하기 위한 절차를 도시한 흐름도,
도 12는 종래 기술과 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법의 성능(throughput)을 비교 도시한 그래프, 및
도 13은 종래 기술과 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법의 MAC 효율(efficiency)을 비교 도시한 그래프.
본 발명은 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ)에 관한 것으로, 특히, 멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 자동 재전송 요구 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 이동통신 망에서는 기존의 기지국을 기반으로 하는 셀룰러(cellular) 망과는 달리 기지국과 단말을 연계해주는 릴레이(Relay)를 도입함으로써 시스템의 용량을 증대시키고 커버리지를 넓힐 수 있다. 상기 릴레이는 현재 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access : 이하 'CDMA'라 칭함) 망에서 사용되는 무선 주파수(Radio Frequency : RF) 중계기와는 달리 기지국으로 받은 신호를 해석하여 단말에게 재구성된 신호를 전송해주는 디코드 및 포워드(Decode & Forward) 방식을 사용하며, 필요에 따라서는 직접 스케줄링(Scheduling)을 수행하여 자원을 할당하도록 구현될 수 있다.
상기 릴레이를 도입한 멀티 홉 릴레이(Multi-Hop Relay) 망에서 데이터의 안정적인 전송을 위해서는 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : 이하 'ARQ'라 칭함) 전송 방식의 사용이 필수적이다. 일반적으로 상기 ARQ 방식은 소스(Source)와 목적지(Destination) 사이에 동작하여 ARQ 블럭(block)이 전송 중에 손실되었을 때 상기 손실된 ARQ 블럭을 재전송해주는 방식이다. 상기 멀티 홉 릴레이 망에서는 ARQ 블럭을 소스와 목적지 이외에 중계국(Relay)도 전송할 수 있으므로 효율적인 전송을 고려해 ARQ 전송 방식에 변화를 가져올 수 있다.
상기 멀티 홉 릴레이 망에서의 ARQ 방식이 고려해야 할 사항은 크게 세 가지가 있다. 첫 번째 고려 사항은 성능(throughput)이다. 소스에서 목적지까지의 각 홉들은 채널 상황이 다를 뿐만 아니라 각 홉의 자원 할당량 역시 여러 가지 요인에 의해 차이가 발생한다. 예를 들어, 기지국과 중계국 사이에는 평균 한 프레임에 10 개의 ARQ 블럭을 전송할 수 있는 데 반해, 중계국과 단말 사이에는 평균 2개의 ARQ 블럭을 전송할 수 있다고 가정하면 각 홉의 전송 능력의 차이가 매우 크게 된다. 또한, 채널 상황이나 자원 할당량은 시간에 따라 계속 변하게 된다. 일정 시간이 지나면 상황이 바뀌어서 기지국과 중계국 사이의 전송능력이 1 ARQ 블럭이 되고 중계국과 단말 사이의 전송능력이 8 ARQ 블럭이 될 수도 있다. 이런 각 홉 상황의 시변성 때문에 적응적으로 동작하는 ARQ 방식이 높은 성능(throughput)을 얻을 수 있다. 두 번째 고려 사항은 MAC 효율(efficiency)이다. 상기 MAC 효율(efficiency)은 얼마나 많은 부가적인 제어 정보가 전송되어야 하는지를 나타낸다. 다시 말해, 얼마나 ACK 메시지가 자주 전송되느냐의 문제가 ARQ의 효율성을 나타내는 일반적인 기준이 된다. 세 번째 고려사항은 핸드오버이다. 멀티 홉 상황에서는 셀룰러(cellular) 망과는 달리 중계국 간의 핸드오버가 존재하며, 이는 기지국간 핸드오버보다 더 자주 발생한다. ARQ의 소스와 목적지는 기지국 혹은 단말이기 때문에 중계국 간 핸드오버가 발생하게 되면 이는 곧 ARQ 블럭이 전송되는 경로의 변경을 의미한다. 따라서, 이런 상황에서도 문제없이 동작할 수 있는 ARQ 방식만이 멀티 홉 릴레이 망에서 사용될 수 있다.
IST(Information Society Technology) 프로젝트의 하나인 위너(WINNER)에서는 상기 멀티 홉 릴레이 망에서의 ARQ 방식으로 크게 종단간(End-to-end : 이하 'E2E'라 칭함) ARQ 방식, 홉-대-홉(Hop-by-hop) ARQ 방식, 릴레이 ARQ 방식을 제시하고 있다.
먼저, 상기 E2E ARQ 방식은 기존의 ARQ 방식을 그대로 멀티 홉 릴레이 망에 적용하는 방식이다. 상기 방식에서 중계국에 해당되는 노드들은 상기 ARQ에 관련된 동작을 수행하지 않고, 수신된 패킷을 다음 노드에게 연이어 전달해주는 역할만 수행한다. 따라서, 상기 E2E ARQ 방식에서는 상기 ARQ 동작이 기지국과 단말 사이에서만 동작하여 기존의 셀룰러 망과 동일한 동작을 수행하게 된다.
상기 E2E ARQ 방식은 소스와 목적지 사이에서 동작하기 때문에 특정한 홉의 채널 상황이 좋지 않거나 자원 할당량이 작은 경우, 이를 반영하지 못하므로 전체 구간의 성능(throughput)이 감소하게 된다. 또한, 하나의 홉에서라도 에러가 발생하면 소스로부터 목적지까지 전체 홉에 걸쳐 해당 패킷을 재전송해야 하기 때문에 불필요한 재전송이 빈번하게 발생할 수 있다. 결과적으로, 상기 E2E ARQ 방식은 멀티 홉 릴레이 망에서 사용될 경우 성능(throughput) 측면에서 매우 좋지 않은 단점이 있다.
상기 홉-대-홉 ARQ 방식은 멀티 홉 릴레이 망에서 각 홉간에 ARQ를 독립적으로 동작시키는 방식이다. 예를 들어, 기지국과 단말이 하나의 중계국을 통해 연결된 경우, 상기 홉-대-홉 ARQ 방식은 기지국-중계국 혹은 중계국-단말 사이에 각각 독립적으로 ARQ를 사용하여 홉 내에서 재전송을 수행하며, 기지국과 단말이 두 개 이상의 중계국을 거쳐 연결된 경우, 각 중계국 간에도 ARQ를 수행하여 재전송을 수행한다. 이와 같이 상기 홉-대-홉 ARQ 방식은 ARQ 윈도우(window)가 각 홉 별로 별도로 관리되기 때문에 각 홉의 특성을 잘 반영할 수 있다는 장점이 있다.
상기 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용하면 각 홉의 채널 특성을 반영할 수 있어 성능(throughput)을 높일 수 있을 뿐만 아니라 재전송이 각 홉 별로 독립적으로 수행 되므로 상기 E2E ARQ 방식처럼 불필요한 재전송이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 하지만, 상기 ARQ 방식을 이용한 통신 도중에 단말이 중계국 간 핸드오버를 수행하는 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 기지국이 단말에게 전송하고자 하는 ARQ 블럭 1~7 중 ARQ 블럭 1, 2는 중계국을 거쳐 단말로 성공적으로 전송되었고, ARQ 블럭 3, 4는 중계국으로는 성공적으로 전송되었지만 아직 단말로는 성공적으로 전송되지 못하였으며, ARQ 블럭 5~7은 아직 중계국으로도 성공적으로 전송되지 못한 상태일 시, 상기 기지국은 상기 중계국으로 성공적으로 전달된 ARQ 블럭 3,4를 자신의 큐(queue)에서 폐기한다. 이런 상황에서 단말이 다른 중계국으로 핸드오버를 수행하면, ARQ 블럭 3,4에 대한 손실(loss)이 발생한다. 이러한 손실(loss)을 막기 위해서는 상기 ARQ 블럭 3, 4를 성공적으로 수신한 중계국이 상기 ARQ 블럭 3, 4를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 기지국이 이를 수신하여 상기 단말이 새로이 핸드오버를 수행한 중계국으로 전송하는 포워딩(forwarding)이 필요하다. 하지만, 무선구간을 통한 포워딩(forwarding)은 자원의 낭비를 야기할 뿐만 아니라 단말의 수신상태를 기지국이 피드백(feedback) 받아야 하기 때문에 많은 오버헤드(overhead)가 발생하는 문제점이 있다.
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마지막으로, 상기 릴레이 ARQ 방식은 소스가 전송한 ARQ 블럭을 중계국이 정상적으로 수신하였으나 목적지까지 도달하지 못한 경우에 대해서 중계국이 재전송을 직접 수행하는 방식이다. 이 경우, 상기 중계국은 성공적으로 수신한 ARQ 블럭에 대해 소스로 RACK(Relay ACK)를 전송함으로써 소스의 ARQ 블럭 재전송을 막고 상기 중계국이 직접 목적지에게 재전송을 수행한다. 상기 릴레이 ARQ 방식의 전체적인 ARQ의 동작은 상기 E2E ARQ 방식을 기반으로 하고 있지만, 중계국 이후의 홉에 대해서는 에러 발생시 상기 중계국 이후의 홉이 이를 인지하여 상기 중계국으로 통보해줌으로써, 소스와 중계국 간의 불필요한 재전송을 막고 전송 효율을 높이며, 성능(throughput)을 높여주는 장점이 있다. 하지만, 상기 릴레이 ARQ 방식은 기본적으로 상기 E2E ARQ 방식을 기반으로 하기 때문에 상기 E2E ARQ 방식이 갖고 있는 성능(throughput) 측면의 단점을 그대로 가지게 된다. 또한, 상기 릴레이 ARQ 방식은 중계국 이후의 홉에서 에러가 발생하였음을 나타내는 RACK를 중계국이 소스로 피드백(feedback) 해주기 위해 ACK의 비트 수가 2 비트로 증가되고 ACK 메시지의 변경이 필요한 단점이 있다.
따라서, 상기 멀티 홉 릴레이 망에 적용할 수 있는 효율적인 ARQ 방식의 제안이 필요하다.
본 발명의 목적은 멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 ARQ 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 멀티 홉 릴레이 시스템의 상향링크 및 하향링크 상황에서 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용하여 각 홉별로 독립적인 ARQ를 수행하고, 다만 상기 하향링크 상황에서 단말이 핸드오버 영역에 진입할 시 부가적으로 E2E ARQ 방식을 사용하는 ARQ 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 전송해야할 데이터에 대한 버퍼 오버 플로우가 발생할 시, 전송해야할 데이터의 수신을 보류하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법은, 기지국이, 단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하는 과정과, 상기 기지국이, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 중계국 혹은 상기 단말로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송하고, 상기 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 기지국이, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신되고, 상기 중계국 혹은 단말로부터 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법은, 중계국이, 기지국으로부터 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 중계국이, 상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 과정과, 상기 중계국이, 상기 단말로부터 ACK가 수신될 시, 상기 기지국으로 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 멀티 홉 릴레이 시스템의 단말에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법은, 단말이, 기지국으로부터 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 단말이, 중계국으로부터 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 상기 중계국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 멀티 홉 릴레이 시스템의 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 장치는, 단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 중계국으로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지와 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한 후, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK와 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 기지국과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 기지국으로부터 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지와 상기 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송한 후, 상기 단말로부터 ACK가 수신될 시, 상기 기지국으로 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 상기 중계국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 멀티 홉 릴레이 시스템의 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 장치는, 단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 상기 단말로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송하고, 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한 후, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신되고, 상기 단말로부터 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 기지국과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며, 상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 상기 중계국과, 상기 기지국으로부터 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하고, 상기 중계국으로부터 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 상기 중계국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 상기 단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세 한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 멀티 홉 릴레이 시스템에서 효율적인 ARQ 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 ARQ 방식은 기지국(100)과 단말(120)의 연결을 위해 중계국(Relay)(110-1, …, 110-N)이 도입된 멀티 홉 릴레이 망에서 동작한다. 여기서, 상기 기지국(100)과 단말(120)은 ARQ의 양쪽 최 종단으로 동작하고, 상기 중계국(110-1, …, 110-N)은 기지국(100)과 단말(120) 사이에 1개 이상 존재할 수 있으며, 연결의 중간에서 ARQ 블럭을 전달해 주는 역할을 수행한다. 또한, 상기 중계국(110-1, …, 110-N)은 스스로 스케줄링(scheduling)을 수행하여 ARQ 블럭의 전송 여부를 결정할 수 있으며, 상기 ARQ 블럭을 위한 큐(queue)를 가지고 있어 재전송이 필요한 경우 기지국의 도움 없이도 다음 노드에게 해당 ARQ 블럭을 전달할 수 있다. 또한, 상기 중계국(110-1, …, 110-N)은 이전 노드로부터 수신한 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)를 그대로 사용하여 다음 노드에게 전달한다. 즉, ARQ 블럭을 다시 나누거나 결합하는 등의 재구성을 하지 않는다. 이로써, 구현의 복잡도를 낮출 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
여기서, 단말로부터 기지국에게 전달되는 경로를 상향링크(uplink)라고 정의하며, 기지국으로부터 단말에게 전달되는 경로를 하향링크(downlink)라고 정의한다. 상기 멀티 홉 릴레이 시스템의 상향링크 상황에서 본 발명에 따른 ARQ 동작은 종래의 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용한다. 즉, 각 홉 간에 ARQ를 독립적으로 동작시키고 홉 내에서 재전송을 수행한다. 상기 상향링크 상황의 경우 상기 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용하면, 종래 기술에서 문제점으로 언급한 바 있는 핸드오버시의 손실 가능성이 존재하지 않기 때문에 핸드오버 상황을 고려할 필요 없이 성능(throughput)과 MAC 효율(efficiency)만을 고려하여 최고의 성능을 얻을 수 있다.
상기 멀티 홉 릴레이 시스템의 하향링크 상황에서 본 발명에 따른 ARQ 동작은 크게 단말이 핸드오버 영역 밖에 존재하는 경우와 핸드오버 영역 내에 존재하는 경우의 동작으로 구분된다. 여기서, 상기 핸드오버는 같은 기지국 내에 존재하는 중계국 간의 핸드오버를 의미한다. 단말은 다른 중계국으로부터 수신한 파일럿(pilot) 신호 등을 이용하여 자신이 핸드오버 영역 내에 존재하는지에 대한 여부를 판단할 수 있으며, 상기 판단 결과를 기지국으로 전송하여 상기 기지국으로 하여금 상기 단말이 핸드오버 영역 내에 존재하는지 여부를 판단할 수 있도록 할 수 있다. 적용 시스템에 따라 단말이 핸드오버 영역 내에 존재하는지 여부를 판단하는 방법은 상이할 수 있지만 본 발명은 단말이 핸드오버 영역 내에 존재하는지에 대한 판단이 가능한 모든 시스템에 적용이 가능하다. 먼저, 단말이 핸드오버 영역 밖에 존재하는 일반적인 하향링크 상황에서 본 발명에 따른 ARQ 동작은 상기 상향링크 상황에서의 ARQ 동작과 마찬가지로 종래의 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용한다.
상기 도 2의 2a를 참조하여 먼저 상향링크 상황에서 ARQ 동작을 살펴보면, 단말은 중계국으로 데이터, 즉 ARQ 블럭을 전송하고, 해당 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한다. 이후, 상기 중계국이 상기 ARQ 블럭을 성공적으로 수신하면, 상기 중계국은 해당 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한 후 상기 단말에게 ACK를 전달하고 해당 블럭을 다음 노드(기지국)에게 전송한다. 이때, 상기 중계국으로부터 ACK를 수신한 상기 단말은 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하고 TX 윈도우(window)를 적절히 이동시킨다. 이후, 상기 기지국이 상기 중계국으로부터 ARQ 블럭을 성공적으로 수신하면, 상기 기지국은 ACK를 상기 중계국에게 전달한다. 마찬가지로, 상기 기지국으로부터 ACK를 수신한 상기 중계국은 해당 ARQ 블럭을 자신의 큐(queue)에서 폐기하고 TX 윈도우(window)를 적절히 이동시킨다. 여기서, 상기 단말의 TX 윈도우(window)와 중계국의 TX 윈도우(window)는 별개로 동작하게 되며, 상기 ACK는 바로 이전 노드에게만 전달되고 그 이상으로는 포워드(forward)되지 않는다.
한편, 특정 ARQ 블럭을 전송한 후 ARQ 타이머(timer)가 타임 아웃(timeout)될 때까지 해당 블럭에 대한 ACK가 수신되지 않으면, 상기 ARQ 블럭을 전송한 단말 혹은 중계국은 해당 ARQ 블럭에 전송 에러가 발생하였음을 판단하고, 자신의 큐(queue)에서 해당 ARQ 블럭을 추출하여 재전송한다. 이때, 상기 재전송은 각 홉별로 발생한다. 예를 들어, 중계국과 기지국 사이의 전송에 에러(201)가 발생한 경우, 상기 중계국은 해당 블럭을 직접 재전송(203)하며, 이때, 단말은 상기 에러와 상관없이 동작한다.
상기 도 2의 2b를 참조하여 일반적인 하향링크 상황에서 ARQ 동작을 살펴보면, 상기 상향링크 상황에서의 ARQ 동작과 마찬가지로 각 홉별로 개별적인 ARQ를 수행하고, ACK는 바로 이전 노드에게만 전달되며 그 이상으로는 포워드(forward)되지 않는다. 또한, 다음 노드로의 ARQ 블럭 전송에 실패한 이전 노드는 자신의 큐(queue)에서 해당 ARQ 블럭을 추출하여 다음 노드에게 재전송한다. 예를 들어, 중계국과 단말 사이의 전송에 에러(205)가 발생한 경우, 상기 중계국은 해당 블럭을 직접 재전송(207)하며, 이때, 기지국은 상기 에러와 상관없이 동작한다.
이와 같이, 단말이 핸드오버 영역 밖에 존재하는 일반적인 하향링크 상황에서는 종래의 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용하여 각 홉 간에 ARQ를 독립적으로 동작시키고 홉 내에서 재전송을 수행한다. 한편, 본 발명에 따른 실시 예에서 단말이 핸드오버 영역 내에 존재하는 하향링크 상황에서는 상기 종래의 홉-대-홉 ARQ 방식과 함께 부가적으로 E2E ARQ 방식을 사용한다. 여기서, 상기 E2E ARQ의 동작은 E2E ACK를 누가 생성하여 전송하느냐에 따라 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 도 3은 상기 E2E ARQ에 대한 E2E ACK를 목적지(단말) 바로 이전의 중계국이 생성하여 기지국으로 전송하는 방식을 도시하고 있고, 도 4는 상기 E2E ARQ에 대한 E2E ACK를 목적지(단말)가 직접 생성하여 기지국으로 전송하는 방식을 도시하고 있다. 이하 설명에서는 상기 홉-대-홉 ARQ 방식에 대한 언급은 생략하기로 하며, 상기 부가적인 E2E ARQ 방식에 대한 설명만 언급하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 기지국은 단말이 핸드오버 영역 내로 진입하는 순간 중계국으로 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(301)를 전송한다.
이후, 상기 기지국은 상기 중계국으로 상기 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭을 전송한다. 이때, 상기 ARQ 블럭을 성공적으로 수신한 중계국은 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 단말로 해당 블럭을 전송한다. 이때, 상기 ARQ 블럭을 성공적으로 수신한 단말은 상기 중계국으로 상기 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 ACK를 수신한 중계국은 E2E 전송의 성공을 판단하여 해당 블럭에 대한 E2E ACK(303)를 직접 생성한 후 상기 기지국으로 전송한다. 즉, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(301)는 상기 단말까지 전달되지 않고 단말 바로 이전의 중계국까지만 전달된다. 이와 같은 상기 기지국과 단말 사이의 E2E ARQ는 상기 단말이 핸드오버 영역 내에 위치하는 동안 계속 유지된다.
여기서, 상기 기지국은 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(301) 전송 이후에 전송하는 E2E 관련 ARQ 블럭들을 큐(queue)에 버퍼링하기 시작한다. 즉, 기지국은 다음 중계국에게 성공적으로 ARQ 블럭을 전송하였다 하더라도 상기 E2E ACK(303)를 수신하지 못했다면 해당 블럭을 폐기하지 않고 큐(queue)에 저장시킨다. 이후, 상기 ACK 뿐만 아니라 E2E ACK가 모두 수신되면, 상기 기지국은 해당 블럭의 성공적인 전송을 인지하고, 상기 큐(queue)에 버퍼링되어 있는 해당 ARQ 블럭을 폐기한 후, E2E ARQ의 윈도우(window) 이동을 수행한다. 여기서, 상기 기지국은 상기 TX 윈도우(window)를 이용해 전송할 블럭의 양을 조절할 수 있다. 또한, 상기 기지국은 각 블럭에 대해 ARQ 타이머(timer)를 동작시켜, E2E ACK를 수신하지 못하고 타임 아웃(timeout)된 ARQ 블럭에 대해 E2E 재전송을 수행한다. 이때, 상기 기지국은 이미 중계국으로의 전송에 성공한 ARQ 블럭을 다시 전송해야 한다. 이와 같은, 상기 E2E ARQ의 동작에 의해 종래 기술에서 문제점으로 언급한 바 있는 핸드오버 발생 시에도 기지국의 재전송이 발생하게 되어 결국 단말은 모든 블럭을 성공적으로 수신할 수 있게 된다.
이후, 상기 단말이 상기 핸드오버 영역 밖으로 이탈하게 되면, 상기 기지국은 E2E ACK까지 수신되었는지 여부를 판단한 후, 상기 E2E ACK까지 수신되었을 시, 상기 중계국으로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지(305)를 전송한다. 이때, 상기 기지국은 상기 E2E ARQ의 동작을 중단하고, 현재 버퍼링(buffering) 되어 있는 E2E 관련 ARQ 블럭들을 모두 폐기한다. 이때, 상기 중계국 역시 E2E ACK 전송 과정을 종료하고, 이전의 일반적인 상황으로 돌아가서 홉-대-홉 방식의 ARQ만 동작하게 된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 기지국은 단말이 핸드오버 영역 내로 진입하는 순간 단말로 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(401)를 전송한다.
이후, 상기 기지국은 상기 중계국으로 상기 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭을 전송한다. 이때, 상기 ARQ 블럭을 성공적으로 수신한 중계국은 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 단말로 해당 블럭을 전송한다. 이때, 상기 ARQ 블럭을 성공적으로 수신한 단말은 상기 중계국으로 상기 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 해당 블럭에 대한 E2E ACK(403)를 직접 생성하여 상기 기지국으로 전송한다. 이때, 상기 ACK를 수신한 상기 중계국은 상기 수신한 ACK를 상기 기지국으로 전달한다. 이 경우, 상기 단말이 직접 E2E ACK를 생성해야 하기 때문에 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(401)는 단말까지 전달되어야 한다. 이와 같은 상기 기지국과 단말 사이의 E2E ARQ는 상기 단말이 핸드오버 영역 내에 위치하는 동안 계속 유지된다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(401) 및 E2E ACK(403)는 본 발명에 따른 설명과 같이 상기 기지국 및 단말 간 직접 송수신도 가능하지만 중계국에 의해 중계될 수도 있다.
여기서, 상기 기지국은 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지(401) 전송 이후에 전송하는 E2E 관련 ARQ 블럭들을 큐(queue)에 버퍼링하기 시작한다. 즉, 기지국은 다음 중계국에게 성공적으로 ARQ 블럭을 전송하였다 하더라도 상기 E2E ACK(403)를 수신하지 못했다면 해당 블럭을 폐기하지 않고 큐(queue)에 저장시킨다. 이후, 상기 ACK 뿐만 아니라 E2E ACK가 모두 수신되면, 상기 기지국은 해당 블럭의 성공적인 전송을 인지하고, 상기 큐(queue)에 버퍼링되어 있는 해당 ARQ 블럭을 폐기한 후, E2E ARQ의 윈도우(window) 이동을 수행한다. 여기서, 상기 기지국은 상기 TX 윈도우(window)를 이용해 전송할 블럭의 양을 조절할 수 있다. 또한, 상기 기지국은 각 블럭에 대해 ARQ 타이머(timer)를 동작시켜, E2E ACK를 수신하지 못하고 타임 아웃(timeout)된 ARQ 블럭에 대해 E2E 재전송을 수행한다. 이때, 상기 기지국은 이미 중계국으로의 전송에 성공한 ARQ 블럭을 다시 전송해야 한다. 이와 같은, 상기 E2E ARQ의 동작에 의해 종래 기술에서 문제점으로 언급한 바 있는 핸드오버 발생 시에도 기지국의 재전송이 발생하게 되어 결국 단말은 모든 블럭을 성공적으로 수신할 수 있게 된다.
이후, 상기 단말이 상기 핸드오버 영역 밖으로 이탈하게 되면, 상기 기지국은 E2E ACK까지 수신되었는지 여부를 판단한 후, 상기 E2E ACK까지 수신되었을 시, 상기 단말로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지(405)를 전송한다. 이때, 상기 기지국은 상기 E2E ARQ의 동작을 중단하고, 현재 버퍼링(buffering) 되어 있는 E2E 관련 ARQ 블럭들을 모두 폐기한다. 이때, 상기 단말 역시 E2E ACK 전송 과정을 종료하고, 이전의 일반적인 상황으로 돌아가서 홉-대-홉 방식의 ARQ만 동작하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 기지국은 501단계에서 중계국으로 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭을 전송하고, 상기 중계국으로부터 해당 블럭에 대한 ACK를 수신한다.
이후, 상기 기지국은 503단계에서 상기 단말이 핸드오버 영역으로 진입하였는지 여부를 판단한다. 상기 단말이 핸드오버 영역으로 진입하였음이 판단되지 않을 시, 상기 기지국은 상기 501단계로 돌아가 상기 중계국으로 단말의 ARQ 블럭을 전송하고, 상기 중계국으로부터 해당 블럭에 대한 ACK를 수신한다. 반면, 상기 단말이 핸드오버 영역으로 진입하였음이 판단될 시, 상기 기지국은 505단계에서 상기 중계국 혹은 단말로 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지에는 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작할 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)가 포함된다. 이때, 상기 기지국은 상기 중계국 혹은 단말로부터 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 수신할 수 있다.
이후, 상기 기지국은 507단계에서 상기 중계국으로 단말의 ARQ 블럭을 전송하고, 해당 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한다. 또한, 상기 기지국은 상기 중계국으로부터 해당 블럭에 대한 ACK를 수신하고, 상기 중계국 혹은 단말로부터 해당 블럭에 대한 E2E 전송의 성공을 알리는 E2E ACK를 수신한다. 이때, 상기 기지국은 각 블럭에 대해 ARQ 타이머(timer)를 동작시키며, 상기 ARQ 타이머(timer)가 타임아웃(timeout) 될 때까지 해당 블럭에 대한 E2E ACK가 수신되지 않으면, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 추출하여 재전송한다. 반면, 상기 ARQ 타이머(timer)가 타임아웃(timeout) 되기 전에 상기 ACK와 E2E ACK가 모두 수신되면, 상기 기지국은 상기 큐(queue)에 버퍼링되어 있는 해당 ARQ 블럭을 폐기한 후, E2E ARQ의 윈도우(window) 이동을 수행한다.
이후, 상기 기지국은 509단계에서 상기 단말이 핸드오버 영역 밖으로 이탈하였는지 여부를 판단한다. 상기 단말이 핸드오버 영역 밖으로 이탈하였음이 판단되지 않을 시, 상기 기지국은 상기 507단계로 돌아가 상기 단말이 핸드오버 영역 밖으로 이탈할 때까지 이하 과정을 반복 수행한다. 반면, 상기 단말이 핸드오버 영역 밖으로 이탈하였음이 판단될 시, 상기 기지국은 511단계로 진행하여 E2E ACK까지 모두 수신한 후, 상기 중계국 혹은 단말로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지를 전송하고, 상기 E2E ARQ의 동작을 중단한 후, 상기 501단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 다시 말해, 이전의 일반적인 상황으로 돌아가서 홉-대-홉 방식의 ARQ 동작만 수행한다. 이때, 상기 기지국은 현재 상기 큐(queue)에 버퍼링(buffering) 되어 있는 E2E 관련 ARQ 블럭들을 모두 폐기하며, 상기 중계국 혹은 단말로부터 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 수신할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 중계국은 601단계에서 기지국으로부터 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭을 수신하고, 상기 기지국으로 성공적으로 수신한 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송한다.
이후, 상기 중계국은 603단계에서 상기 기지국으로부터 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지에는 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작할 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)가 포함된다. 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 중계국은 상기 601단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 반면, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신될 시, 상기 중계국은 605단계로 진행하여 상기 기지국으로부터 ARQ 블럭이 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신될 시, 상기 중계국은 상기 기지국으로 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지의 수신을 알리는 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 전송할 수도 있다.
상기 기지국으로부터 ARQ 블럭이 수신될 시, 상기 중계국은 607단계로 진행하여 상기 ARQ 블럭이 성공적으로 수신된 경우 상기 기지국으로 해당 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 단말로 해당 블럭을 전송한다. 이후, 상기 중계국은 609단계에서 상기 단말로부터 ACK가 수신되는지 여부를 검사하고, 상기 ACK가 수신될 시, 611단계에서 상기 블럭에 대한 E2E 전송의 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 상기 기지국으로 전송한다.
이후, 상기 중계국은 613단계에서 상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 중계국은 상기 601단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행하고, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 중계국은 상기 605단계로 돌아가 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 때까지 이하 단계를 반복 수행한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 중계국은 상기 기지국으로 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 전송할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 단말에서 핸드오버 영역 내에서의 하향링크 ARQ 동작 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 7을 참조하면, 단말은 701단계에서 중계국으로부터 데이터, 즉 ARQ 블럭을 수신하고, 상기 중계국으로 성공적으로 수신한 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송한다.
이후, 상기 단말은 703단계에서 상기 기지국으로부터 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ- Request) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지에는 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작할 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)가 포함된다. 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 단말은 상기 701단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 반면, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신될 시, 상기 단말은 705단계로 진행하여 상기 중계국으로부터 ARQ 블럭이 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신될 시, 상기 단말은 상기 기지국으로 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지의 수신을 알리는 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 전송할 수도 있다.
상기 중계국으로부터 ARQ 블럭이 수신될 시, 상기 단말은 707단계로 진행하여 상기 ARQ 블럭이 성공적으로 수신된 경우 상기 중계국으로 해당 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 블럭에 대한 E2E 전송의 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 상기 기지국으로 전송한다.
이후, 상기 단말은 709단계에서 상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 단말은 상기 701단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행하고, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 단말은 상기 705단계로 돌아가 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 때까지 이하 단계를 반복 수행한다. 여기서, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 단말은 상기 기지국으로 E2E ARQ 응답(E2E-ARQ-Response) 메시지를 전송할 수도 있다.
한편, 본 발명에서와 같이 ARQ를 각 홉 별로 독립적으로 사용하게 되면 특정 중계국에 ARQ 블럭이 지나치게 많이 쌓이는 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이, 기지국과 중계국 사이의 채널 상황은 양호한데 반해 중계국과 단말 사이의 채널 상황이 열악할 경우, 상기 기지국은 계속적으로 중계국에게 ARQ 블럭을 성공적으로 전송하지만 중계국은 상기 블럭들을 단말에게 전송하지 못하므로, 상기 중계국의 큐(queue)에 많은 수의 블럭이 쌓이게 되는 버퍼 오버플로우(buffer overflow)가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 HOLD 요청(request)이라는 새로운 명령을 제안하고, 상기 HOLD 요청(request)을 이용하여 중계국의 큐(queue) 레벨(level)이 일정 값 이상이 되는 경우 ARQ 블럭 전송을 보류시키는 방식을 제안한다. 이하 설명에서는 하향링크 상황에서 기지국으로부터 수신한 블럭에 대한 버퍼 오버 플로우를 예로 들어 설명할 것이나, 상향링크 상황에서 단말로부터 수신한 블럭에 대한 버퍼 오버 플로우에도 적용 가능함은 물론이다.
도 9는 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 버퍼 오버플로우 발생시 Hold 요청(request) 동작의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 중계국의 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상으로 증가한 경우, 상기 중계국은 이전 노드인 기지국으로 ACK와 함께 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지(901)를 전달하여 일시적으로 기지국의 전송을 보류시킨다. 그동안 상기 중계국은 계속하여 다음 노드인 단말로 블럭 전송을 수행하고, 상기 큐(queue)의 레벨이 임계치(threshold) 이하로 감소하게 되면, 상기 기지국으로 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지(903)를 전송하여 보류시켰던 전송을 재개한다. 여기서, 상기 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지와 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지는 단순한 ON/OFF 정보만을 전달한다. 이때, 상기 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지는 ACK 메시지에 포함되어 전달이 가능하지만 상기 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지는 ACK 메시지와 별도로 전달되어야 한다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 버퍼 오버플로우 발생시 Hold 요청(request) 동작 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 10을 참조하면, 중계국은 1001단계에서 기지국으로부터 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭이 수신되는지 여부를 검사한다. 상기 ARQ 블럭이 수신될 시, 상기 중계국은 1003단계에서 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상인지 여부를 검사한다. 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 일정 임계치(threshold)보다 작을 시, 상기 중계국은 1005단계에서 상기 기지국으로 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 1001단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 도시하지는 않았지만, 이때 상기 중계국은 상기 기지국으로부터 성공적으로 수신한 ARQ 블럭을 큐에 저장한 후 상기 단말로 전송하고, 상기 단말로부터 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK가 수신될 시, 상기 큐에서 해당 블럭을 폐기한다.
반면, 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상일 시, 상기 중계국은 1007단계에서 상기 기지국으로 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK와 함께 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지를 전송하여 일시적으로 기지국의 데이터 전송을 보류시킨다. 이후, 상기 중계국은 1009단계에서 상기 기지국으로부터 성공적으로 수신한 ARQ 블럭을 큐에 저장 및 상기 단말로 전송하고, 상기 단말로부터 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK를 수신될 시, 상기 큐에서 해당 블럭을 폐기한다.
이후, 상기 중계국은 1011단계에서 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 상기 임계치(threshold)보다 작은지 여부를 검사한다. 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 여전히 상기 임계치(threshold) 이상일 시, 상기 중계국은 상기 1009단계로 돌아가 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 상기 임계치(threshold)보다 작아질 때까지 상기 단말로 ARQ 블럭을 전송하고, 상기 단말로부터 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK를 수신한다. 반면, 상기 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 상기 임계치(threshold)보다 작을 시, 상기 중계국은 1013단계에서 상기 기지국으로 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지를 전송하여 보류시켰던 전송을 재개하고, 상기 1001단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다.
도 11은 본 발명에 따른 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 중계국의 버퍼에 오버 플로우가 발생할 시 데이터의 전송을 보류하기 위한 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 11을 참조하면, 기지국은 1101단계에서 중계국으로 단말의 데이터, 즉 ARQ 블럭을 전송한다.
이후, 상기 기지국은 1103단계에서 상기 중계국으로부터 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK와 함께 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 상기 ACK와 함께 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지가 수신될 시, 상기 기지국은 1107단계로 진행하여 상기 중계국으로의 데이터 전송을 일시 중지하고, 1109단계로 진행하여 상기 중계국으로부터 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 상기 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지가 수신될 시, 상기 기지국은 상기 1101단계로 돌아가 상기 중계국으로의 데이터 전송을 재개하여 이하 단계를 반복 수행한다.
반면, 상기 1103단계에서 상기 ACK와 함께 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 기지국은 상기 중계국으로부터 성공적으로 수신한 블럭에 대한 ACK를 수신하고, 상기 1101단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다.
도 12는 종래 기술과 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법의 성능(throughput)을 비교 도시한 그래프이다. 상기 그래프는 기지국-중계국-단말 하향링크(downlink) 상황에서 각 ARQ 방식별로 하나의 단말에 대한 프레임당 ARQ 블럭 전송 개수를 비교하여 성능(throughput) 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 도 12를 참조하면, 상기 기지국과 중계국 사이는 0에서 10까지의 정수를 균일하게 발생시킨 값을 전송 가능한 ARQ 블럭의 수로 사용하고, 상기 중계국과 단말 사이는 0에서 2× n 값의 정수를 균일하게 발생시킨 값을 사용하며, 상기 ARQ 블럭은 0.001의 확률로 에러로 전송 에러가 발생한다고 가정하였을 시, 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법이 가장 높은 성능(throughput)을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 상기 n은 중계국-단말간 전송 가능한 평균 ARQ 블록의 수를 의미한다.
도 13은 종래 기술과 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법의 MAC 효율(efficiency)을 비교 도시한 그래프이다. 상기 그래프는 하나의 ARQ 블럭을 전송하기 위해 필요한 ACK 메시지의 개수를 나타낸 그래프이며, 상기 하나의 ARQ 블럭을 전송하기 위해 필요한 ACK 메시지의 개수가 작을수록 상기 MAC 효율(efficiency)이 좋다고 판단할 수 있다.
상기 도 13을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 ARQ 방법이 가장 높은 MAC 효율(efficiency)을 가짐을 알 수 있다.
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한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 멀티 홉 릴레이 시스템의 상향링크 및 하향링크 상황에서 홉-대-홉 ARQ 방식을 사용하여 각 홉별로 독립적인 ARQ를 수행하고, 다만 상기 하향링크 상황에서 단말이 핸드오버 영역에 진입할 시 부가적으로 E2E ARQ 방식을 사용하는 ARQ 장치 및 방법을 제공함으로써, 멀티 홉 환경에서 각 홉의 특성을 잘 반영하여 성능(throughput)을 높일 수 있으며, ACK 메시지의 전송을 최소화하여 MAC 효율(efficiency)을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 단말이 핸드오버를 수행하여도 문제없이 동작할 수 있는 이점이 있으며, 단말의 중계국 간 핸드오버 시에 발생할 수 있는 잦은 하향링크 패킷 손실(downlink packet loss) 문제를 해결할 수 있어 효율적인 ARQ 서비스가 가능한 이점이 있다. 마지막으로, 중계국의 큐(queue)에 쌓인 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상일 시, 전송해야할 데이터의 수신을 보류함으로써, 중계국의 큐(queue)에 많은 수의 블럭이 쌓이게 되는 버퍼 오버플로우(buffer overflow)의 발생을 막을 수 있는 이점이 있다.

Claims (27)

  1. 멀티 홉 릴레이 시스템의 기지국에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법에 있어서,
    기지국이, 단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하는 과정과,
    상기 기지국이, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 중계국 혹은 상기 단말로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송하고, 상기 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며,
    상기 기지국이, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신되고, 상기 중계국 혹은 단말로부터 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단되지 않을 시, 상기 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장하는 과정과,
    상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말의 핸드오버 영역 이탈 여부를 판단하는 과정과,
    상기 단말의 핸드오버 영역 이탈이 판단될 시, 기 전송한 ARQ 블록에 대한 E2E ACK의 수신을 완료한 후, 상기 큐에 저장되어 있는 해당 ARQ 블록을 폐기하고, 상기 중계국 혹은 단말로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지를 전송하며, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입 이전과 동일한 과정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지는 상기 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작하는 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    해당 블럭에 대한 ARQ 타이머(timer)가 타임아웃(timeout) 될 때까지 상기 중계국 혹은 단말로부터 해당 블럭에 대한 E2E ACK가 수신되지 않을 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 추출하여 재전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계국으로부터 해당 ARQ 블럭에 대한 응답과 함께 ARQ 블럭 전송 일시 중지를 알리는 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지가 수신될 시, ARQ 블럭의 전송을 일시 중지하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중계국으로부터 전송 재개를 알리는 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지가 수신될 시, 상기 ARQ 블럭의 전송을 재개하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 멀티 홉 릴레이 시스템의 중계국에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법에 있어서,
    중계국이, 기지국으로부터 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며,
    상기 중계국이, 상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 과정과,
    상기 중계국이, 상기 단말로부터 ACK가 수신될 시, 상기 기지국으로 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭을 수신하고, 성공적으로 수신한 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하며, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지 수신 이전 과정과 동일한 과정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지는 상기 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작하는 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭이 수신될 시, 큐(queue)에 저장된 ARQ 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상인지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 ARQ 블럭의 수가 일정 임계치(threshold) 이상일 시, 상기 기지국으로 해당 블럭에 대한 응답 메시지와 함께 ARQ 블럭 전송 일시 중지를 알리는 HOLD 요청(HOLD-request) 메시지를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 ARQ 블럭의 수가 일정 임계치(threshold)보다 작아질 때까지 상기 단말로 상기 큐(queue)에 저장된 ARQ 블럭을 전송하고, 상기 ARQ 블럭의 수가 일정 임계치(threshold)보다 작아질 시, 상기 기지국으로 전송 재개를 알리는 HOLD 해제(HOLD-release) 메시지를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 멀티 홉 릴레이 시스템의 단말에서 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 방법에 있어서,
    단말이, 기지국으로부터 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하는 과정과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며,
    상기 단말이, 중계국으로부터 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 상기 중계국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 중계국으로부터 ARQ 블럭을 수신하고, 상기 중계국으로 성공적으로 수신한 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지 수신 이전 과정과 동일한 과정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지는 상기 E2E ARQ 방식을 적용하기 시작하는 ARQ 블럭의 시퀀스 넘버(sequence number)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 멀티 홉 릴레이 시스템의 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 장치에 있어서,
    단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 중계국으로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지와 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한 후, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK와 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 기지국과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며,
    상기 기지국으로부터 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지와 상기 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송한 후, 상기 단말로부터 ACK가 수신될 시, 상기 기지국으로 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 상기 중계국을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단되지 않을 시, 상기 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하고, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장하며, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말의 핸드오버 영역 이탈 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 이탈이 판단될 시, 기 전송한 ARQ 블록에 대한 E2E ACK의 수신을 완료하고, 상기 큐에 저장되어 있는 해당 ARQ 블록을 폐기하며, 상기 중계국으로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지를 전송한 후, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입 이전과 동일한 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 중계국은,
    상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지가 수신되지 않을 시, 상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭을 수신하고, 성공적으로 수신한 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하며, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 중계국은,
    상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사하여, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지 수신 이전 과정과 동일한 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 멀티 홉 릴레이 시스템의 자동 재전송 요구(Automatic Repeat reQuest : ARQ) 장치에 있어서,
    단말의 핸드오버 영역 진입 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입이 판단될 시, 상기 단말로 종단간(End-to-end : E2E) ARQ 방식의 적용 시작을 알리는 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 전송하고, 중계국으로 상기 단말의 ARQ 블럭을 전송하며, 상기 ARQ 블럭을 큐(queue)에 저장한 후, 상기 중계국으로부터 상기 블럭에 대한 ACK가 수신되고, 상기 단말로부터 상기 단말의 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK가 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 큐(queue)에서 폐기하는 기지국과, 여기서, 상기 E2E ARQ 방식은 기지국과 단말 간 ARQ 방식을 의미하며,
    상기 기지국으로부터 단말의 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 해당 ARQ 블럭을 상기 단말로 전송하고, 상기 기지국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하는 상기 중계국과,
    상기 기지국으로부터 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지를 수신하고, 상기 중계국으로부터 ARQ 블럭이 성공적으로 수신될 시, 상기 중계국으로 상기 ARQ 블럭에 대한 ACK를 전송하고, 상기 기지국으로 해당 ARQ 블럭 수신 성공을 알리는 E2E ACK를 생성하여 전송하는 상기 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말의 핸드오버 영역 이탈 여부를 판단하여, 상기 단말의 핸드오버 영역 이탈이 판단될 시, 기 전송한 ARQ 블록에 대한 E2E ACK의 수신을 완료하고, 상기 큐에 저장되어 있는 해당 ARQ 블록을 폐기하며, 상기 단말로 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지를 전송한 후, 상기 단말의 핸드오버 영역 진입 이전과 동일한 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 단말은,
    상기 기지국으로부터 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신되는지 여부를 검사하여, 상기 E2E ARQ 해제(E2E-ARQ-Release) 메시지가 수신될 시, 상기 E2E ARQ 요청(E2E-ARQ-Request) 메시지 수신 이전 과정과 동일한 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
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