KR101018141B1 - 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템및 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템및 방법 Download PDF

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Abstract

무선 네트워크(100)에서 토폴로지 제어(topology control)를 수행하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템 및 방법은 노드(102-1)가 이 노드(102-1) 및 다른 노드(102-2)에 의한 메시지 전송에 의해 영향받는 노드(102, 106, 107)의 수를 기반으로 노드 자체와 다른 노드(102-1) 사이의 링크의 링크 비용을 결정할 수 있도록 동작하는데, 노드(102, 106, 107)의 수는 노드(102-1)와 다른 노드(102-2)에 의한 메시지 수신에 의해 영향받는다. 노드(102-1) 및 다른 노드(102-2)에서 메시지 전송 및 메시지 수신에 의해 영향받는 노드(102, 106, 107)의 수는 노드(102-1) 및 다른 노드(102-2)에 의해 송신되는 제어 메시지의 전송 전력에 의해 영향받는다. 또한 노드(102-1)는 계산된 링크 비용을 기반으로 라우팅을 결정한다.
링크 비용, 라우팅, 메시지, 토폴로지, 송신 노드, 수신 노드

Description

무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING TOPOLOGY CONTROL IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것으로, 특히 링크 비용(link costs)을 계산하고, 계산된 링크 비용을 기반으로 전송전력 조정 및 라우팅(routing) 결정을 함으로써 무선네트워크에서 토폴로지 제어(topology control)를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근에 "애드혹(ad-hoc)" 네트워크로 알려진 이동 통신 네트워크 유형이 개발되어 왔다. 이러한 유형의 네트워크에서, 각 이동 노드는 다른 이동 노드를 위한 기지국 또는 라우터(router)로서 동작할 수 있으므로, 기지국의 고정 하부구조가 필요없다. 당업자들이 아는 바와 같이, 네트워크 노드는 제1 노드에서 단일 트랜시버(transceiver)가 그의 커버리지 영역에서 몇몇 다른 노드와 동시에 통신할 수 있게 해주는, TDMA(time-division multiple access) 포맷, CDMA(code-division multiple access) 포맷 또는 FDMA(frequency-division multiple access) 포맷과 같은 다중화 포맷으로 데이터 패킷을 전송 및 수신한다.
또한 보다 복잡한 애드혹 네트워크는 종래의 애드혹 통신 네트워크에서와 같이 이동 노드들이 서로 통신할 수 있게 할 뿐만 아니라, 이동 노드들이 고정 네트 워크를 액세스 할 수 있고, PSTN(Public switched telephone netwrok) 및 인터넷과 같은 다른 통신 네트워크에서와 같이 이동 노드와 같은 다른 이동 노드와 통신할 수 있도록 개발되고 있다. 애드혹 네트워크의 개선된 이들 유형에 대한 상세사항은 2001년 6월 29일에 출원된 "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks"라는 제목의 미국특허출원 시리얼 넘버 09/897,790, 2001년 3월 22일에 출원된 "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channel with Separate Reservation Channel"이라는 제목의 미국특허출원 시리얼 넘버 09/815,157이며 현 미국특허 제6,807,165호, 2001년 3월 22일 출원된 "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc,Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System"이라는 제목의 미국특허출원 시리얼 넘버 09/815,164이며 현 미국특허 제6,873,839호에 기술되어 있는데, 각각의 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 병합된다.
본 기술분야에서 알 수 있는 바와 같이, 노드가 통신을 최적할 수 있는 방식으로 패킷을 경로배정할 수 있도록 이웃노드를 선택하는 데 토폴로지 제어를 수행한다. 통상 토폴로지 제어는 바람직한 토폴로지를 생성하기 위하여 무선 멀티홉 네트워크(wireless multi-hop network)에서 노드의 전송 전력(transmit power)을 조정하는 동작을 포함한다. 대부분의 토폴로지 제어 방안에서, 각 노드는 예를 들면 이웃의 수(즉 "노드 디그리(node degree)")를 기반으로 그의 전송 전력을 조정함으로써 분산 방식으로 그의 전송 전력을 결정한다.
토폴로지 제어상의 제한은 통신 네트워크의 접속성을 해치지 않아야 한다는 것인데, 반면에 토폴로지 제어를 수행시의 이점은 두 부분이다. 첫번째, 토폴로지 제어는 무선네트워크에서의 각 노드가 그들의 전송 전력을 감소시킴으로써 에너지를 절약할 수 있게 한다. 두번째, 토폴로지 제어는 보다 적은 간섭을 가진 더 많은 동시 전송 가능성으로 네트워크의 네트워크 용량을 향상시킨다. 그러나 마지막 이점은 작은 전송 범위로 인해 더 많은 중간 홉(intermediate hop)이 단 대 단(end-to-end) 흐름에 요구될 수 있으므로 비용이 들 수 있다.
동일한 참조번호는 개별 도면을 통해 기능적으로 유사하거나 동일한 요소를 언급하며, 후술되는 상세한 설명과 함께 병합되어 명세서의 부분을 형성하는 첨부도면은 본 발명에 따라서 다양한 실시예를 도시하고 다양한 원리 및 이점을 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법을 사용하는 다수의 노드를 포함한 애드혹 무선 통신 네트워크의 예를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 네트워크에 사용되는 이동 노드의 예를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 토폴로지 제어 처리에 의해 수행되는 전송 전력 제어처리의 동작의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 도 1에 도시된 네트워크의 노드들 간의 통신의 예를 도시하는 네트워크 토폴로지를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 네트워크 토폴로지를 기반으로 한 트래픽 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라서 도 1에 도시된 네트워크의 노드들 간의 통신 흐름 경로의 예를 도시하는 네트워크 토폴로지를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라서 흐름의 처리량 값을 증가시키기 위하여 도 1에 도시된 네트워크의 노드들 간의 통신 흐름 경로의 예를 도시하는 네트워크 토폴로지를 도시한다.
당업자라면 도면의 요소가 단순성 및 명료성을 위해 도시되었고, 반드시 스케일에 맞게 도시되지는 않았다는 것을 알 것이다. 예를 들면 도면에서의 소정 요소의 치수는 본 발명 실시예의 이해를 향상시키기 위하여 다른 요소와 관련하여 과장될 수 있다.
본 발명에 따라 실시예를 상세히 기술하기에 앞서, 실시예는 주로, 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관련된 방법 단계 및 장치 구성요소의 결합에 있다는 것을 알아야 한다. 따라서 장치 구성요소 및 방법 단계는 본 기술분야의 당업자들이 쉽게 알 수 있는 상세사항으로 인해 명세서가 불분명해지지 않도록 본 발명의 실시예를 이해하기에 적절한 특정 상세사항만을 보여주는 도면에서 종래 기호에 의해 적절하게 표현되어 왔다.
본 문서에서, 제1 및 제2, 상부 및 하부 등과 같은 관련용어는 이러한 항목들 또는 동작들 간의 실제 이러한 임의 관계 또는 순서를 암시하거나 반드시 필요로 하지 않고 한 항목 또는 동작을 또 다른 항목 또는 동작으로부터 구분하기 위해서만 사용될 수 있다. 용어 "포함(comprises, comprising)" 또는 이의 임의 다른 변형은 배타적이지 않은 포함이므로, 요소 리스트를 포함하는 처리, 방법, 물품 또는 장치는 이들 요소뿐만 아니라 이러한 처리, 방법, 물품 또는 장치에 고유하거나 혹은 리스트되지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. "포함(comprises...a")에 의해 진행되는 요소는 더이상의 제약없이, 요소를 포함하는 처리, 방법, 물품 또는 장치에서 부가적인 동일 요소의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 하나 이상의 종래 프로세서, 그리고 본 명세서에 기술된 바와 같은 무선 네트워크에서 토톨로지 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법의 소정, 대부분 또는 모든 기능을 소정 비프로세서회로와 함께 구현하기 위하여 하나 이상의 프로세서를 제어하는 고유 저장 프로그램 인스트럭션으로 구성될 수 있다는 것을 알 것이다. 비프로세서 회로는 무선 수신기, 무선 송신기, 신호 구동기, 클럭회로, 전원회로, 그리고 사용자 입력장치를 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 이와 같이, 이들 기능은 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 방법의 단계로서 해석될 수 있다. 이 대신에, 소정 또는 모든 기능은 각 기능 또는 소정 기능들의 결합이 주문형 논리부로서 구현되는 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuit)에서, 혹은 저장된 프로그램 인스트럭션을 가진 상태 머신에 의해 구현될 수 있다. 물론 두 접근방안의 결합이 사용될 수 있다. 따라서 이들 기능을 위한 방법 및 수단이 본 명세서에 기술된다. 또한 당업자라면 예를 들면 사용가능 시간, 현 기술 및 경제적 고려사항에 의해 동기화되는 다수의 설계 선택 및 가능한 상당한 노력에도 불구하고 본 명세서에 개시된 개념 및 원리에 의해 가이드될 때에 최소 실험으로써 이러한 소프트웨어 인스트럭션 및 프로그램, IC를 쉽게 생성할 수 있을 것으로 기대된다.
보다 상세히 후술하는 바와 같이, 본 발명은 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템 및 방법은 한 노드가 네트워크에서 다수의 다른 노드로부터 정보를 수신할 수 있게 하고, 다른 노드로부터 상기 노드에 수신된 정보를 기반으로 다른 노드에 관계된 매개변수를 결정할 수 있도록 동작한다. 그 후, 노드는 매개변수를 기반으로 상기 노드 자체와 다른 노드 간의 링크의 링크 비용을 계산한다. 노드는 계산된 링크 비용을 근거로 라우팅을 결정한다.
본 발명은 또한, 무선 애드혹 멀티홉 네트워크(wireless ad-hoc multihopping network)과 같은 무선 네트워크에서 노드에 의해 전송되는 패킷의 전송 전력을 제어하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템 및 방법은 링크의 조건(즉 "링크 적응 값(link adaptation value)")을 기반으로 송신 노드와 수신 노드 사이의 링크 상으로 전송될 데이터 패킷의 전송 매개변수를 적응시키기 위한 송신 노드의 능력을 나타내는 값을 결정하는 동작을 수행한다. 예를 들면 시스템 및 방법은 노드가 이 노드 자체와 수신 노드 사이의 링크상으로 패킷을 전송중인지의 여부를 결정하기 위해 동작한다. 시스템 및 방법은 네트워크 토폴로지 문제를 고려함으로써 링크를 선택한다. 노드가 패킷을 전송중일 때, 시스템 및 방법은 패킷이 전송되는 대표적인 데이터율과 목표 데이터율을 기반으로 회선상으로 패킷을 전송하려 할시의 전송 전력을 조정하고, 노드가 패킷을 전송하지 않을 때, 시스템 및 방법은 링크의 조건을 기반으로 링크상으로 패킷을 전송하려 할시의 전송 전력을 조정한다.
또한 본 발명은 무선 애드혹 멀티호핑 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 노드로/로부터 경로(route)를 선택하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템 및 방법은 노드와 동일 이웃내에 있는 네트워크에서의 노드의 송신 및 수신 활동의 레벨을 결정하고, 노드에 의해 전송되는 제어 패킷을 수신하는 노드의 수를 결정하고, 노드들 사이의 링크의 측정된 경로 손실값과 제어 패킷의 각 전송 전력의 비교를 기반으로 노드에 수신되는 제어 패킷을 가진 노드의 수를 결정하는 동작을 수행한다. 그 후, 시스템 및 방법은 이들 결정의 결과를 기반으로 노드로/로부터의 경로를 선택하기 위해 동작한다.
이제 본 발명의 실시예를 상세히 기술할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예를 사용하는 애드혹 패킷교환 무선 통신 네트워크(100)의 예를 도시하는 블록도이다. 특히 네트워크(100)는 (통상 노드(102) 또는 이동 노드(102)로서 참조되는) 다수의 이동 무선 사용자 단자(102-1 내지 102-n)를 포함하고, 노드(102)에 고정 네트워크(104)로의 액세스를 제공하기 위하여 (통상 노드(106), 액세스점(APs)(106) 또는 지능적 액세스점(APs)(106)으로 참조되는) 다수의 지능적 액세스점(106-1, 106-2,..., 106-n)을 가진 고정 네트워크(104)를 포함할 수 있는데, 요구되지는 않는다. 고정 네트워크(104)는 예를 들면 코어 LAN(local access network) 또는 WAN(wide area network), 그리고 다른 애드혹 네 트워크, PSTN(public switched telephone network) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크로의 액세스를 네트워크 노드에 제공하기 위해 다수의 서버 및 게이트웨이 라우터를 포함할 수 있다. 네트워크(100)는 다른 노드들(102 또는 106 또는 107) 간에 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 (노드 107, 무선 라우터(WR)107 또는 고정 라우터 107로서 언급되는) 다수의 고정 라우터(107-1 내지 107-n)를 더 포함할 수 있다. 이를 설명하기 위하여, 전술한 노드는 "노드 102, 106 및 107" 또는 단순히 "노드"로서 집합적으로 언급될 수 있다는 점에 주목한다.
전술한 미국특허출원 시리얼 번호 09/897,790, 미국특허 제6,807,165호, 제6,873,839호에 기술된 바와 같이, 당업자라면 노드(102, 106, 107)가 노드들 간에 전송되는 패킷을 위한 라우터 또는 라우터들로서 동작하는 하나 이상의 다른 노드(102, 106 또는107)를 통해, 혹은 서로 직접적으로 통신할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 노드(102, 106, 107)는 모뎀(108) 또는 트랜시버를 포함하는데, 이 모뎀(108) 또는 트랜시버는 안테나(110)에 연결되어, 제어기(112)의 제어하에서 노드(102, 106 또는 107)로/로부터 패킷화된 신호와 같은 신호를 수신 및 송신할 수 있다. 패킷화된 데이터 신호는 예를 들면 음성, 데이터 또는 멀티미디어 정보, 그리고 노드 갱신정보를 포함한 패킷화된 제어신호를 포함할 수 있다.
각 노드(102, 106, 107)는 다른 것들중에서 네트워크(100)에서 상기 노드와 다른 노드에 관련된 라우팅 정보를 저장할 수 있는 RAM(random access memory)과 같은 메모리(114)를 더 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 소정 노드, 특히 이동 노드(102)는 노트북 컴퓨터 단자, 이동전화 유닛, 이동 데이터 유닛 또는 임의 다른 적당한 장치와 같은 임의 수의 장치로 구성될 수 있는 호스트(116)를 포함할 수 있다. 또한 각 노드(102, 106, 107)는 IP(Internet Protocol) 및 ARP(Address Resolution Protocol)를 수행하기 위해 적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는데, 당업자라면 이 목적을 쉽게 이해할 수 있다. TCP(transmission control protocol)와 UDP(user datagram protocol)을 수행하기 위한 적절한 하드웨어 및 소프트웨어가 또한 포함될 수 있다.
후속된 설명은 때때로 도 1에 도시된 이동 노드(102)를 참조한다는 데에 주목한다. 그러나 다음의 처리, 동작 등은 도 1에 도시된 임의 유형의 노드(102, 106 또는 107)에 의해 수행될 수 있고, 이에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예의 동작을 상세히 기술하기에 앞서, 이제 본 발명의 실시예가 사용되는 네트워크(100)와 노드(102, 106, 107)의 소정 특성을 설명할 것이다. 다음의 설명은 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 네트워크(100)와 노드(102, 106, 107)의 예시적인 특징이며, 당업자들이 쉽게 이해할 수 있는 임의 적당한 방식으로 구현될 수 있다는 점에 주목한다.
토폴로지 제어:
당업자들이 잘 아는 바와 같이, 토폴로지 제어는 증가하는 공간 재사용(spatial reuse)에 의해 네트워크 용량을 증가시키도록 수행된다. 증가된 공간 재사용은 제어 패킷 또는 프레임의 전송 전력을 낮추도록 노드(102, 106, 107)를 동작시킴으로써 가능해진다. 제어 프레임의 전송 전력을 낮춤으로써, 더 많은 노드(102, 106, 107)가 동시에 전송할 수 있으므로 네트워크(100)와 같은 애드혹 또는 멀티호핑 네트워크에서 공통으로 경험한 노출된 노드 문제를 부분적으로 해결한다. 본 기술분야에서 알 수 있는 바와 같이, 노드(예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 노드 102)가 우연히 다른 노드(102, 106 또는 107) 간의 패킷 전송을 수신하고 그 때 사실상 노드(102)가 전송을 수행할 수 있을 때에 패킷을 다른 노드(102, 106 또는 107)로 전송할 수 없다고 가정시에, 노출된 노드 문제가 발생된다. 또한 토폴로지 제어는 네트워크(100)의 전체 전송 전력을 감소시킬 수 있고, 따라서 데이터 패킷의 전송 전력을 낮춤으로써 가능한 바와 같이 간섭 및 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
추정:
제어 및 데이터 프레임의 전송 전력에만 영향을 주고, 전송을 스케줄링하지 않거나 혹은 전송 결정을 하지 않는 토폴로지 제어 알고리즘은 알고리즘이 동작하는 MAC(media access control)의 특성에 의해 제한될 수 있다. 이 때, 다음의 MAC 특성은 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예에 대해 참인 것으로 추정될 수 있다. 그러나 당업자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 여기에 기술된 본 발명의 실시예에 따른 기법을 수행하기 위하여 모든 또는 임의 이들 MAC 특성을 추정할 필요는 없다. 어느 쪽이든, 이 예를 위한 추정은 다음과 같다:
- 캐리어 감지가 존재하지 않는다. MAC는 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) 또는 가상 캐리어 감지를 기반으로 한 다.
- 노드(102, 106 또는 107)가 무방향 RTS(request to send) 메시지를 수신하는 경우, 노드(102, 106 또는 107)는 패킷 송신에서 제외되지 않는다.
- 노드(102, 106 또는 107)가 무방향 CTS(clear to send) 메시지를 수신하는 경우, 노드(102, 106 또는 107)는 패킷 수신에서 제외되지 않는다.
- 미디어에 대한 액세스는 반이중(half duplex)으로, 즉 트랜시버(108)는 동시에 송신 및 수신하지 않는다.
- 노드(102, 106 또는 107)에 의해 사용되는 단지 하나의 통신 채널이 있다. 다중채널 MAC인 경우, 일단 이웃에서 액티브 통신의 수가 사용가능 채널의 수를 초과하면 토폴로지 제어의 이점을 경험할 것이다.
토폴로지 제어에 대한 기초를 형성하는 MAC의 특징은 IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers) 표준 802.11 BSS(Basic Service Set)와 같은 종래 MAC로부터 크게 벗어나지 않는다. 오히려 본 발명의 실시예에 따라서, 토폴로지 제어는 전술한 특성을 가진 MAC로써 수행된다. 또한 토폴로지 제어 동작은 모토롤라사에 의해 제공되는 MEA(Mesh Enabled Architecture)와 같이, MA를 사용하여 동작하는 네트워크(100)의 용량을 증가시킬 수 있다.
토폴로지 제어 및 페어니스 ( Fairness ):
제어 패킷 전송 전력에서의 감소는 간섭(interference)을 견디고 충돌을 피하기 위한 MAC의 능력에 영향을 주지 않거나 혹은 적어도 중요한 영향을 미치지 않는 다는 것을 의미한다. 그러나 저 전송 전력에서 통신하는 노드(102, 106, 107) 는 보다 높은 전송 전력에서 통신하는 노드(102, 106 또는 107)처럼 채널을 자주 액세스할 수 없을 것이다. 또한 노드(102, 106, 107)의 모든 전송 전력이 동일할 때에 노드(102, 106, 107)가 채널을 완전히 액세스하기가 어려울 수 있고, 토폴로지 제어 처리는 당업자들이 이해할 수 있는 바와 같이 이 문제를 악화시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 보다 상세히 후술하는 바와 같이 노드(102, 106, 107)가 채널을 완전히 액세스할 수 있도록 하기 위한 기법을 사용한다.
이웃 크기의 감소:
당업자들이 알 수 있는 바와 같이, 토폴로지 제어 알고리즘은 통상적으로 보다 적은 이웃을 가진 노드(102, 106 또는 107)의 링크를 선호하므로, 각 노드(102, 106, 107)의 전체 전송 전력은 감소될 것이고, 따라서 각 이웃에 있는 액티브 이웃의 수를 제한할 가능성이 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예에 따라 토폴로지 제어 처리는 극히 밀집된 네트워크일지라도 공간 재사용을 발생시키기에 충분한 이웃 크기를 감소시키려고 한다.
네트워크 안정성:
토폴로지 제어 처리는 대부분 공간 재사용을 잠재적으로 막기 위하여 링크상에 패널티(penalty)를 적용함으로써 라우팅에 영향을 줄 수 있다. 그러나 노드(102, 106 또는 107)가 새 링크가 공간 재사용을 제한할 것인지의 여부를 결정하는 일은 어려울 수 있다 따라서, 토폴로지 제어 처리를 수행함으로써, 네트워크(100)가 불안정하게 될 것이고, 경로(routes)가 변하는 위험성이 종종 증가될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 토폴로지 제어 처리는 이러한 불안정이 발 생되지 않도록 라우팅 프로토콜에서 히스테리시스(hysteresis) 기법을 사용한다. 이러한 히스테리시스 기법의 예는 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합된, 2004년 10월 27일 출원된 "System and Method for Providing Routing Specification for a Wireless Communication System"이라는 제목의 공동계류중인 미국 가특허출원 시리얼 번호 60/622,168에 기술되어 있다.
토폴로지 제어 및 링크 적응:
당업자들이 알 수 있는 바와 같이, 각 링크는 전형적으로 링크의 품질을 최대화하도록 동작할 수 있는 링크 적응 알고리즘에 의해 유지관리되므로, 토폴로지 제어 처리는 통상적으로 링크 적응에 직접적인 영향을 주지 않는다. 또한 토폴로지 제어 처리는 통상적으로 노드가 송신 패킷일 때에 노드(102, 106 또는 107)의 트랜시버(108)의 전송 매개변수를 변경하지 않는다.
그러나, 다음의 환경에서 노드(102, 106 또는 107)에 의해 사용되는 전송 전력 및 데이터율에 간접적인 영향을 줄 수 있다:
- 토폴로지 제어 처리는 전형적으로, 노드(102, 106 또는 107)가 통신하는 이웃을 결정하고, 따라서 저전력 링크을 위하여 고전력 링크를 잠재적으로 제거한다.
- 토폴로지 제어 처리는 또한 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)의 전체 전송 전력에 간접적으로 영향을 줌으로써, 간섭을 감소시키고, 보다 높은 데이터율 및 저전력이 이웃에서 국부적으로 사용될 수 있게 한다.
이와 반대로, 제어 패킷 또는 데이터 패킷이 전송되는 전력 레벨은 예를 들 면 제어기(112) 및 관련 하드웨어 및 소프트웨어에 포함될 수 있는 토폴로지 제어 모듈에 의해 결정될 수 있고, MAC만이 잠재적 간섭 노드와 경쟁할 필요가 있도록 보장하고, 네트워크에서 증가된 공간 재사용을 허용한다. 이 점에서 상이한 적응 메카니즘은 후술된다.
데이터 패킷 링크 적응:
데이터 패킷을 위한 링크 적응은 예를 들면 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합된, 2005년 5월 24일에 출원된 "Method and System for Controlling the Transmission Power of at Least One Node in a Wireless Network"라는 제목의 공동계류중인 미국특허 출원 시리얼 번호 11/138,241에 기술된 바와 같은 링크 적응 알고리즘에 의해 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 링크 적응 값은 링크의 조건을 기반으로 송신 노드(102, 106 또는 107)와 수신 노드(102, 106 또는 107) 사이의 링크상으로 전송될 데이터 패킷의 전송 매개변수를 적응시키는 송신 노드의 능력을 나타낸다. 이 적응 값은 통상적으로 트래픽이 노드(102, 106 또는 107)로 송신중일 때에 결정될 수 있다. 그러나 목적지 노드(102, 106 또는 107)로 경로가 없거나 혹은, 경로를 유지관리하는 데 사용되는 트래픽과 다른, 목적지 노드(102, 106 또는 107)로 송신중인 트래픽이 없는 경우에, 전형적인 데이터 패킷 링크 적응 값 계산은 일반적으로 수행될 수 없다.
따라서 RTS 및 CTS는 데이터 패킷 전송 전력에 의존하므로, 후술되는 바와 같이 송신중인 트래픽이 없는 각 링크에 추정된 링크 적응 값을 제공할 필요가 있다.
RTS 링크 적응:
본 발명의 실시예에 따른 도 1에 도시된 토폴로지 제어 처리에서, 노드(예를 들면 도 1에 도시된 노드 102)에 의해 송신된 RTS의 전송 전력이 프리커서(precursors), 특히 목적지 노드(102, 106 및/또는 107)로의 넥스트 홉(next hop)인 모든 액티브 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)에 도달하기에 충분해야 한다. 이를 설명하기 위하여, 노드(102)가 RTS 메시지를 전송중이라고 가정할 것이다. 이 때, "프리커서"의 정의는 노드(102)로의 직접 경로를 가진 노드(102, 106 또는 107)이다. 양방향 링크의 경우, 모든 프리커서는 정의에 의해 노드(102)의 넥스트 홉 노드(102, 106 또는 107)이다.
RTS의 추정된 전송 전력은 측정된 경로 손실을 기반으로 한 추정된 경로 손실과 계산된 데이터 패킷 링크 적응 값의 결합을 사용하여 계산된다. 전형적으로 대량의 처리 이득을 가진 단(short) 패킷이므로, 추정된 경로 손실은 RTS가 대부분의 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)에 도달할 것을 보장한다. 채널 조건(예를 들면, 다중경로 및 노이즈)때문에, 예산되는 전송 전력은 주로 신뢰할만한 통신이 최상의 데이터율을 사용하여 발생될 수 있도록 보장하기에 충분할 정도로 높지는 않다. 따라서 링크가 능동적으로 사용될 때, RTS 전송 전력은 각 전송후에 모든 액티브 ATP(asynchronous transfer protocol)를 위해 계산된 데이터 패킷 전송 전력을 향해 수렴해야 한다.
RTS 전송 전력은 바람직하게도 수신된 모든 "헬로우(hello)" 패킷과 송신된 데이터 패킷의 모두에 대해 갱신된다. 도 3은 노드(예를 들면 도 1에 도시된 노드 102)의 RTS 전송 전력을 갱신하기 위한 처리의 예를 도시한다. 이들 동작뿐만 아니라 모든 다른 전력 조정, 토폴로지 제어 및 관련 동작은 노드(102)의 제어기(112), 그리고 그의 관련 하드웨어 및 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 이들 동작은 예시를 위하여 노드(102)에 관해 기술하였지만 임의 노드(102, 106 또는 107)에 의해 수행될 수 있다.
도 3에 도시된 처리는 데이터가 전송중일 때에, 제어 프레임에 대한 전송 전력 추정이 목표 데이터율을 기반으로 한 ATP 계산에 의해 거의 전적으로 좌우되도록 보장하려고 한다. 특히, 처리가 단계(300)에서 노드(예를 들면 도 1에 도시된 노드 102-1)에 의한 데이터 패킷 전송을 결정할 때, 처리는 단계(310)에서 평균 데이터율(예를 들면 대표 데이터율)을 결정할 수 있는 지를 확인한다. 평균 데이터율을 결정할 수 없다면, 처리는 예를 들어 또 다른 데이터 패킷 전송을 기다린다. 그러나 평균 데이터율을 결정할 수 있는 경우, 전송 전력은 목표 데이터율을 기반으로 갱신된다. 즉 단계(320)에서는 평균 데이터율을 목표 데이터율과 비교한다. 단계(320)에서 평균 데이터율이 목표 데이터율 보다 크지 않다고 결정되고, 단계(330)에서 전력이 최대 전력에 도달했다고 결정되면, 단계(340)에서 목표 데이터율을 재계산한다. 최대 전력에 도달하지 않은 경우, 단계(350)에서 목표 데이터율을 변경하지 않고, 단계(360)에서 전송 전력을 갱신한다(예를 들면 증가시킨다).
다른 한편으로, 단계(320)에서 평균 데이터율이 목표 데이터율 보다 높다고 결정되면, 단계(370)에서 목표 데이터율을 재계산한다.
처리가 단계(300)에서 전송중인 데이터 패킷이 없다고 결정하면, 제어 프레 임을 기반으로 전송 전력을 추정한다. 즉 단계(380)에서 노드(102-1)가 "헬로우" 메시지를 수신하면, 단계(390)에서 예를 들면 도 1에 관하여 기술한 임의 노드(102, 106 또는 107)일 수 있는 송신 및 수신 노드 사이의 링크의 경로 손실을 기반으로 노드(102-1)의 전송 전력을 갱신한다(예를 들면 증가시키거나 혹은 감소시킨다). 경로 손실(PL)은 다음의 수학식을 기반으로 결정된다:
Figure 112008040461085-pct00001
여기서 Txpower는 헬로우 메시지가 전송되었던 전력을 나타내고(이 정보는 헬로우 메시지를 전송한 노드(102, 106 또는 107)에 의해 헬로우 메시지에 포함될 수 있다), RSSI는 수신 신호 강도 표시자이다.
따라서 송신 노드(102-1)의 전송 전력(P)은 다음의 수학식을 기반으로 조정될 수 있다:
Figure 112008040461085-pct00002
여기서, PL은 경로 손실을 나타내고, λ는 망각 인자(forgetting factor)를 나타내고, Target Rxpower는 수신 노드(예를 들면, 노드 102, 106 또는 107)가 데이터 패킷을 수신해야 할 시의 전력을 나타낸다. 당업자들이 알 수 있는 바와 같이, 망각 인자 λ는 미리 설정한 전송 전력의 에이지(age)를 기반으로 결정된 범위 0≤λ≤1 내의 수이다. 환언하면 패킷을 위한 전송 전력 P가 초기에 설정될 때, λ의 값은 초기에 1로 설정된다. 이 초기 전송 전력 설정으로부터 시간의 길이가 증가함에 따라, λ의 값은 인자(PL-Target Rxpower)에 더 많은 가중치(weight)를 주도록 0을 향해 감소된다. 따라서 후속된 데이터 패킷이 노드(102-1)에 의해 전송될 시에 전송 전력은 많게는 경로 손실(PL)과 Target Rxpower, 적게는 초기 전력 설정 P를 기반으로 한다. 결국 λ의 값은 1이 되고, 전송 전력 P의 값은 주로, 경로 손실 값, 적게는 목표 수신 전력, 즉 PL-Target Rxpower의 값을 기반으로 결정된다. 따라서 전송 전력은 경로 손실을 기반으로 한 값으로 수렴한다.
전술한 바에 부가적으로, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예에 따른 토폴로지 제어 처리에 의해 다음의 다른 기준을 고려할 수 있다.
CTS 링크 적응:
노드(102, 106 또는 107)로부터 CTS의 전송 전력은 전술한 예에서 노드(102-1)인 RTS의 소스를 포함한 알려진 모든 액티브 이웃 노드(102, 104 및/또는 107)에 도달하는 데 충분해야 한다.
헬로우 패킷 링크 적응:
노드(102, 106, 107)는 전형적으로 최대 전력에서 "헬로우" 패킷을 전송한다. 상당한 고밀도 상황에서(즉, 액티브 이웃 노드 102, 106 및/또는 107의 수가 큰 경우), "헬로우" 패킷의 전송 구간(interval)은 대역폭을 보존하기 위해 감소되어야 한다.
토폴로지 비용:
노드(예를 들면 노드 102-1)가 그의 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)를 통 한 경로를 설정할 때, 노드(102-1)는 바람직하게, 보다 상세히 후술하는 바와 같이 각 링크의 토폴로지 비용을 계산하고, 이에 따라 실제 경로 메트릭을 결정한다.
이웃 비용 추정:
이웃 비용 추정은 바람직하게도 각 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)를 위한 매개변수 리스트를 유지관리하도록 노드(예를 들면 노드 102-1)를 동작시키고, 이웃 노드(102, 106 또는 107)로 특정 링크를 사용하기 위한 비용을 계산함으로써 수행된다. 이를 설명하기 위하여, 링크 비용은 통상 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)의 능력이 이 특정 링크의 사용을 선택한 노드(102-1)에 의해 영향받는 디그리(degree)로서 기술될 수 있다.
후술한 바와 같이, 매개변수는 예를 들면 헬로우 메시지에서 정보와 같은 이웃 노드(102, 106 및/또는 107)에 의해 노드(102-1)로 제공되거나 혹은 도출된다(즉 노드 102-1는 특정 매개변수값을 결정한다).
통지된 매개변수 - 각 노드(102, 106 및/또는 107)는 "헬로우" 메시지에서 다음 정보를 광고한다:
- (그들의 가장 먼 넥스트 홉으로의 경로 손실인) 그들의 RTS 메시지의 경로 손실/범위. 노드(102, 106 또는 107)가 능동적으로 전송중이 아닌 경우, 이 값은 실제 전송 전력값에 관계없이 0으로 설정된다.
- 노드(102, 106 또는 107)가 수신중인 패킷의 양을 표시하는 패킷 수신 활동(Packet receipt activity).
도출된 매개변수 - 각 노드(102, 106 및 107)는 이웃으로부터 헬로우 메시지를 수신시에 바람직하게 다음의 정보를 계산한다:
- 헬로우 메시지를 전송한 노드(102, 106 또는 107)로의 경로 손실. 이것은 헬로우 메시지의 수신 신호 세기를 기반으로 결정될 수 있고, 노드(102, 106 또는 107)가 액티브 이웃 또는 민감 이웃인지의 여부를 나타낼 수 있다.
- 헬로우 메시지를 전송한 노드(102, 106 또는 107)로의 추정된 전송 전력. 또한 이것은 헬로우 메시지의 수신 신호 세기를 기반으로 결정될 수 있다.
그 후, 이들 매개변수(즉 RTS 메시지의 경로 손실 및, 노드(102, 106, 107)로의 경로 손실)는 다음과 같은 링크 비용 계산에 사용된다.
링크 비용 계산 - 노드(예를 들면 "요청자(requester)"로서 언급되는 노드 102-1)로부터 이웃(예를 들면 "응답자(replier)"로서 언급되는 또 다른 노드 102-2)으로의 비용은 바람직하게 4 매개변수의 결합과 동일하다.
- CTx , req : 요청자 노드(102-1)의 RTS 경로 손실이 요청자 노드(102-1)로의 그들 각 경로 손실보다 클 시의 노드(102, 106 및/또는 107)의 수. 이 수는 요청의 소스(즉 소스 노드 102-1)와 요청의 목적지(예를 들면 노드 102-2)뿐만 아니라 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)로의 넥스트 홉을 제외한다. 따라서 이 변수는 링크상으로 응답자 노드(102-2)로 RTS 메시지를 송신하는 요청자 노드(102-1)에 의해 영향받는 통신을 가진 노드(102, 106 및/또는 107)의 수를 가리키고,
- CRx,req : 요청자 노드(102-1)와 응답자 노드(102-2) 간의 경로 손실은 요청자 노드(102-1)로의 그들 각 경로 손실보다 클 시의 액티브 수신기인 노드(102, 106 및/또는 107)의 수. 이 수는 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)뿐만 아니라 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)로의 넥스트 홉을 제외한다. 따라서 이 변수는 링크상으로 응답자 노드(102-2)와 통신하는 요청자 노드(102-1)에 의해 영향받는 통신을 가진 노드(102, 106 및/또는 107)의 수를 가리키고,
- CTx,rep : 응답자 노드(102-2)로부터의 RTS 경로 손실이 응답자 노드(102-2)로의 그들 각 경로 손실보다 클 시의 노드(102, 106 및/또는 107)의 수. 이 수는 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)뿐만 아니라 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)로의 넥스트 홉을 제외한다. 따라서 이 변수는 링크상으로 요청자 노드(102-1)로 RTS 메시지를 송신하는 응답자 노드(102-2)에 의해 영향받는 통신을 가진 노드(102, 106 및/또는 107)의 수를 가리키고,
- CRx,rep : 요청자 노드(102-1)와 응답자 노드(102-2) 간의 경로 손실이 응답자 노드(102-2)로의 그들 각 경로 손실보다 클 시의 액티브 수신기인 노드(102, 106 및/또는 107)의 수. 이 수는 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)뿐만 아니라 소스 및 목적지 노드(102-1, 102-2)로의 넥스트 홉을 제외한다. 따라서 이 변수는 링크상으로 요청자 노드(102-1)와 통신하는 응답자 노드(102-2)에 의해 영향받는 통신을 가진 노드(102, 106 및/또는 107)의 수를 가리킨다.
전술한 바와 같이, 링크 비용 계산을 안정되게 하기 위하여 4 변수 CTx , req, CRx,req, CTx , rep, CRx , rep의 값은 모두 바람직하게 다음을 제외한다:
- 요청 소스(즉, 요청자 노드 102-1),
- 요청 목적지(즉, 응답자 노드 102-2)
- 요청 소스로의 넥스트 홉(즉 노드 102-2로부터 노드 102-1로의 넥스트 홉)
- 요청 목적지로의 넥스트 홉(즉 노드 102-1로부터 노드 102-2로의 넥스트 홉)
링크의 토폴로지 비용(C)은 다음의 수학식에 의해 지시되는 바와 같이, 앞에서 결정된 CTx,req, CRx,req, CTx,rep, CRx,rep의 네개의 값의 최대값과 동일하다:
Figure 112008071969925-pct00016
총 토폴로지 비용:
따라서 네트워크의 "총 토폴로지 비용"은 설정된 경로를 가진 네트워크(예를 들면 도 1에 도시된 네트워크 100)에서 모든 링크 비용의 합이다. 이 예에서, 토폴로지 비용은 서로 경쟁하는 링크 수의 측정치이다. 토폴로지 비용이 낮아질 수록, 네트워크(100)에서 경쟁이 낮아지고, (물론, 경로 당 홉의 수가 증가할 때에 겪게 될 수 있는 부가적인 대기시간 및 혼잡을 고려하여) 성능이 높아진다.
전술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 토폴로지 비용은 최적 스케줄링으로 인해 네트워크(100)에서 발생될 수 있는 용량 손실을 나타낸다. 그러나 모든 링크 비용의 합은 용량 손실의 여분 뷰(redundant view)를 제공할 수 있다.
도 4는 각 노드의 전송 범위(400-1 내지 400-7)를 나타내는 이동 노드(102-1 내지 102-7) 주위의 대시선으로 된 원을 가진 이동 노드(102-1 내지 102-7) 간의 통신을 도시하는 토폴로지의 예를 도시한다. 노드(예를 들면 노드 102-1)가 단지 한 이웃(예를 들면 102-2)과 통신중이고, 트래픽 흐름이 트래픽 흐름 1로서 지명된다면, 한 노드로 충분할 지라도 노드(예를 들면 노드 102-1, 102-2)에서 트랜시버(108)가 모두 반이중으로 추정되므로, 두 노드(102-1, 102-2)는 또 다른 링크의 비용을 증가시킬 수 있다. 도 4에서, 노드(102-3, 102-4)의 각각은 노드(102-5)와 통신하고, 이들 통신은 각각 트래픽 흐름 2, 흐름 3으로 지명된다. 또한 노드(102-6, 102-7)는 트래픽 흐름 4에 의해 지명된 바와 같이 서로 통신한다.
도 5는 예를 들면 IEEE ICCCN(International Conference on Computer Communications and Networks) 2001에 발행된 X.Wu, C.Yuen, Y.Gao, H.Wu 및 B.Li에 의한 "Fair Scheduling with Bottleneck Consideration in Wireless Ad-hoc Networks"에 기술된 바와 같이 흐름들 간의 공간 경쟁 관계를 모델링하는 흐름 경쟁도를 도시한다. 이 도면에서, 원(1 내지 4)은 도 4에 도시된 흐름을 나타내고, 원을 연결하는 에지(500-1 내지 500-3)는 흐름이 경쟁으로 인해 적체될 수 있을 때를 가리킨다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 흐름 1은 흐름 2, 3, 4와 동시에 통신할 수 있는 반면에, 흐름 2, 3, 4는 서로 경쟁한다.
또한 총 토폴로지 비용은 본 발명의 실시예에 따라 서로 경쟁하는 링크의 수의 측정치로서 계산될 수 있다. 따라서 토폴로지 비용은 다음의 수학식에 따라 계산될 수 있다:
Figure 112010027037015-pct00017
이 공식에서 용어 "액티브 링크수"는 한 노드(102, 106 또는 107)(즉 프리커서 노드)로부터 패킷을 수신하고 이 패킷을 다른 노드(102, 106 또는 107)(즉 넥스트 홉 노드)로 보내는 중간 노드를 설명한다. 중간 노드(102, 106 또는 107)와 그의 프리커서 간의 흐름과 넥스트 홉 노드(102, 106 및/또는 107)는 서로 경쟁하여 "에지(edge)"를 형성할 지라도, 이것은 반이중 트랜시버 추정으로 인하여 이 에지는 토폴로지 비용으로서 카운트되지 않는다. 또한 이 토폴로지 비용은 멀티호핑으로 인한 비용 증가 또는 감소를 구별하지 않는다는 점에 주목해야 한다. 이를 위하여, 가중치 에지를 가진 도 5에 따른 그래프는 멀티호핑으로 인한 굿풋(goodput)에서의 변동을 고려하는 데 사용될 수 있다.
라우팅 메트릭에 대한 영향:
당업자들이 알 수 있는 바와 같이, 토폴로비 비용은 링크의 사용가능 용량에 영향을 준다. 예를 들면 토폴로지 비용이 널(null) 또는 0일 때, 링크는 그의 모든 사용가능 대역폭을 사용할 수 있다. 각 토폴로지 비용 유닛은 이웃에서 대역폭을 이용하는 노드를 나타낸다. 소정 노드가 다수 번 불필요하게 카운트될 수 있으므로, 토폴로지 비용과 대역폭 용량의 감소 간의 일 대 일 상관관계를 설정하기가 어렵다.
ARQ(automatic repeat request) 용량을 가진 통신 시스템의 경우, 홉 h에서 링크 지연은 다음의 수학식을 기반으로 본 발명의 실시예에 따라 계산될 수 있다:
Figure 112008040461085-pct00005
여기서 Td(h)는 홉 h에서 평균 지연
L(h)는 홉 h에서 기준(또는 평균) 패킷 크기
ts는 데이터율 및 패킷 크기의 함수로서, 오버헤드(overhead)를 포함한 총 전송 시간
te(h)는 홉 h에서 재전송에 필요한 여분 시간
tw(h)는 홉 h에서 제1 전송시에 대기 시간
R(h)는 홉 h에서 평균 데이터율
PCR(h)은 홉 h에서 패킷 완료
경로를 따라 태그된(tagged) 패킷의 경우, 총 평균 지연은
Figure 112008040461085-pct00006
이고, 여기서 H는 홉의 수이다.
각 홉에서 굿풋 G(h)은 G(h) = L(h)/Td(h)로서 계산될 수 있다. 이 때, 토폴로지 제어의 목적은 주어진 이웃에서 총 굿풋을 증가시키는 것이다. 예를 들어 토폴로지 비용(C)이 증가하면, G는 감소할 것이다. 토폴로지 제어는 트래픽 흐름에 대한 tw, te 및 H에 영향을 준다. 변수 te는 재전송 백오프 시간(retransmission backoff time)과, 이 때 전송할 수 있는 이웃 트래픽의 함수이다(즉 경쟁도). 변수 tw는 노드 큐에서 진행되는 패킷과, 그때 전송될 수 있는 이웃 트래픽의 함수이다. 토폴로지 제어의 목적은 H의 증가를 요구할 수 있는 경쟁 도를 감소시키는 것인데, 이는 전체 지연의 감소를 요구할 수 있다.
경로 메트릭이
Figure 112008040461085-pct00007
로서 선택된다면, 최적의 토폴로지를 선택하지 않은 경우에 tw와 te가 토폴로지 비용을 포함하므로, 1 보다 큰 토폴로지 비용을 가진 메트릭은 다음과 같이 기록될 수 있다:
Figure 112008040461085-pct00008
여기서, C(h)는 홉 "h"를 위한 토폴로지 비용이고, α는 임의 스케일링 인자이다.
경로 선택:
이제 본 발명의 실시예에 따라 경로를 선택하기 위한 상이한 기법을 기술할 것이다.
유니캐스트 ( unicast ) 기법:
(예를 들면 경로 요청을 유니캐스트함으로써) 경로 요청 메시지를 발생하거나 송신하는 요청 노드(102-1)는 전술한 변수 CTx , req와 CRx , req를 계산한다. 요청 노드(102-1)는 경로 요청에서 두 변수 CTx , req와 CRx , req의 최대치에 관련된 정보를 포함한다. 다음에는 수신 노드(102-2)가 전술한 바와 같이 변수 CTx , rep와 CRx , rep를 계산한다. 그 후, 요청 노드(102-1)는 CTx , req, CRx , req, CTx , rep, CRx , rep의 최대치로서 최종 링크 비용을 계산한다. 추가 링크를 위치시키기 위하여, 요청 노드(102-1)는 예를 들면 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합되는 2004년 11월 12일 출원된 "System and Method to Scout for Routes in a Wireless Network"라는 제목의 공동계류중인 미국특허출원 시리얼 넘버 10/986,698에 기술된 정찰(scouting) 절차를 더 사용할 수 있다. 요청 노드(102-1)가 선택할 다수 링크를 가진다고 가정하면, 요청 노드(102-1)는 최저 링크 비용을 가진 링크를 라우팅하기 위해 선택할 수 있다.
브로드캐스트 ( broadcast ) 기법:
본 발명의 실시예에 따라서, 노드(102-1)는 경로를 따른 링크 비용을 결정하기 위해 브로드캐스트 기법을 수행할 수 있다. 브로드캐스트 기법은 경로 요청의 수신자(즉 목적지 노드 102-2)로의 경로 손실이 변수 CRx , req 값을 결정하는 데 사용된다는 점을 제외하고는 전술한 유니캐스트 기법과 유사하다. 따라서 정찰 절차는 목적지 노드(102-2)로의 링크를 확인하는 데 사용된다. 목적지 노드(102-2)는 소스 노드(102-1)로의 다양한 경로를 통해 수신된 모든 요청에 응답한다. 그 후, 소스 노드(102-1)는 이 소스 노드가 수신한 경로 응답을 기반으로 목적지 노드(102-2)로 최상의 경로를 결정하고, 역경로의 적절한 설정을 보장하기 위하여 이 소스 노드(102-1)가 선택한 경로를 통해 그라튜어터스 경로 응답(gratuitous route reply)을 송신한다.
도 6 및 도 7에 도시된 예는 단순 네트워크에 토폴로지 제어를 적용하면 예를 들면 초당 0.9 메가비트 로부터 1.3 Mbps로 용량을 상당히 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 특히 도 6은 두 통신 흐름, 노드 A 및 B로서 각각 지명된 두 노드(예를 들면 노드 102-1와 102-2) 간의 한 흐름과, 노드 C 및 D로서 각각 지명된 두 노드(예를 들면 102-3과 102-4) 간의 다른 흐름인 두 통신 흐름을 도시한다. 노드(102-5)는 이 예에서 노드 E로서 표현된다. 노드 A와 B 간의 거리, 노드 B와 C 간의 거리, 노드 C와 D 간의 거리는 이 예에서 동일하거나 혹은 거이 동일하다. 노드 C와 E 간의 거리는 노드 C와 D 간의 거리보다 작고, 또한 노드 D와 E 간의 거리는 노드 C와 D 간의 거리보다 작다. 대시선으로 된 원(600-1 내지 600-4)은 노드(A 내지 D)의 각 전송 범위를 나타낸다. 노드 B 및 C에서 선택된 전송 전력은 각 다른 전송을 수신할 수 있을 정도이다. 그들이 다른 희생없이 매체를 차지해야 하므로 흐름이 최대 처리량을 성취하지 못하게 막는다. 이 예에서, 두 흐름의 개별 처리량 값의 합인 네트워크(100)에서 전체 용량은 약 0.9 Mbps일 수 있다.
도 7은 노드 C가 노드 E를 통해 노드 D와 통신한다는 것을 제외하고는 도 6에 도시된 바와 동일한 시나리오 및 동일한 통신 흐름을 보여준다. 도시된 바와 같이,노드 A와 B, B와 C, C와 D 간의 거리는 동일하고, 노드 C와 E 간의 거리는 노드 C와 D 간의 거리보다 작고, 노드 D와 E 간의 거리는 노드 C와 D 간의 거리보다 작다. 노드 C는 노드 D와 통신함으로써 그의 전송 전력을 노드 E와 성공적으로 통신하는 데 충분한 값으로 낮출 수 있다. 또한 노드 C와 E 간의 거리는 노드 C와 D 간의 거리보다 작고, 그들의 통신은 노드 A와 B 간의 통신화 간섭하지 않을 것이다. 이로써, 두 흐름은 공존하게 되어 보다 큰 시스템 용량, 예를 들면 1.3 Mbps가 된다.
전술한 설명에서는 본 발명의 특정 실시예를 기술하였다. 그러나 당업자라면 후술되는 청구항에서 설명된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서도 다양한 변형 및 변경을 할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서 명세서 및 도면은 제한하려기 보다는 설명을 위한 것으로 간주되고, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범주내에 포함된다. 임의 이득, 이점 또는 해결방안이 발생되게 하거나 혹은 더욱 결정될 수 있게 하는 이득, 이점, 문제 해결방안, 그리고 임의의 요소(들)은 임의 또는 모든 청구범위의 중요한, 필수적인 또는 본질적인 특징 또는 요소로서 해석되어서는 안된다. 본 발명은, 본 출원이 계류중인 동안에 행해지는 임의 보정과, 주장되는 청구범위의 모든 등가물을 포함한 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정의된다.

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  21. 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들(wireless ad hoc multihopping nodes)의 용량을 증가시키기 위한 방법으로서,
    상기 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 각 노드로 하여금,
    정보를 전송하는 상기 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들중 각각의 다른 노드와 효율적인 통신을 할 수 있도록 상기 노드내의 송신기의 전송 전력을 조정하고,
    상기 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들 중에서, 상기 노드가 적어도 부분적으로 전체 경로 메트릭에 기초하여 정보를 전송하는 하나 이상의 노드들을 선택 - 상기 전체 경로 메트릭은 하나 이상의 다른 노드들의 통신에 대한 상기 노드의 영향, 및 상기 노드의 통신에 대한 하나 이상의 다른 노드들의 영향을 이용하여 계산됨 - 하도록
    동작시키는 단계
    를 포함하는 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전송 전력을 조정하는 것은, 제어 프레임의 전송 전력을 조정하는 것과 데이터 프레임의 전송 전력을 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 각각의 다른 노드는 하나 이상의 프리커서(precursor) 노드들 및 목적지 노드를 포함하고,
    상기 전송 전력을 조정하는 것은, 각각이 상기 하나 이상의 프리커서 노드들 및 목적지 노드를 목적지로 하는(destined) 복수의 제어 프레임들의 전송 전력을, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 상기 하나 이상의 프리커서 노드들 및 목적지 노드의 각각에 도달할 수 있는 것과 동일한 전송 전력으로 조정하는 것을 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임들은 복수의 RTS(request to send) 메시지들을 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 각각의 다른 노드는 하나 이상의 액티브 이웃 노드들(active neighbor nodes)을 포함하고,
    상기 전송 전력을 조정하는 것은, 각각이 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들 중 하나를 목적지로 하는 복수의 제어 프레임들의 전송 전력을, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들의 각각에 도달할 수 있는 것과 동일한 전송 전력으로 조정하는 것을 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임들은, 복수의 CTS(clear to send) 메시지들을 포함하고, 또한, 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들은 RTS(request to send) 메시지의 소스를 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 데이터 프레임의 전송 전력을 조정하는 것은, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 목적지 노드에 도달할 수 있는 전송 전력으로 상기 전송 전력을 조정하는 것을 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 전체 경로 메트릭은 토폴로지 비용(topology cost)을 포함하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량의 증가는 상기 토폴로지 비용과 역 관계에 있는(inversely related to), 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 다른 노드들의 통신에 대한 상기 노드의 영향은, 상기 노드의 전송 범위에서 상기 하나 이상의 다른 노드들의 양에 비례하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  31. 제21항에 있어서,
    상기 노드의 통신에 대한 상기 하나 이상의 다른 노드들의 영향은, 상기 노드가 전송 범위내에 있는, 상기 하나 이상의 다른 노드들의 양에 비례하는, 한 세트의 무선 애드혹 멀티호핑 노드들의 용량을 증가시키기 위한 방법.
  32. 무선 애드혹 멀티호핑 노드로서,
    무선 애드혹 멀티호핑 네트워크내에서 하나 이상의 다른 노드들과 통신하기 위한 송신기; 및
    상기 송신기에 연결된 토폴로지 제어 모듈
    을 포함하고,
    상기 토폴로지 제어 모듈은,
    상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드가 정보를 전송하는 상기 하나 이상의 다른 노드들의 각각과 효율적인 통신을 할 수 있도록 상기 노드내의 송신기의 전송 전력을 조정하고,
    상기 하나 이상의 다른 노드들 중에서, 적어도 부분적으로 전체 경로 메트릭에 기초하여, 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드가 정보를 전송하는 하나 이상의 노드들을 선택 - 상기 전체 경로 메트릭은, 상기 하나 이상의 다른 노드들의 통신에 대한 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드의 영향, 및 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드의 통신에 대한 상기 하나 이상의 다른 노드들의 영향을 이용하여 계산됨 - 하도록
    동작하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 토폴로지 제어 모듈은 제어 프레임 및 데이터 프레임 중 적어도 하나의 전송 전력을 조정하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 하나 이상의 다른 노드들의 각각은 하나 이상의 프리커서(precursor) 노드들 및 목적지 노드를 포함하고,
    상기 토폴로지 제어 모듈은, 각각이 상기 하나 이상의 프리커서 노드들 및 목적지 노드를 목적지로 하는 복수의 제어 프레임들의 전송 전력을, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 상기 하나 이상의 프리커서 노드들 및 목적지 노드의 각각에 도달할 수 있는 것과 동일한 전송 전력으로 조정하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임들은 복수의 RTS(request to send) 메시지들을 포함하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 하나 이상의 다른 노드들의 각각은 하나 이상의 액티브 이웃 노드들을 포함하고,
    상기 토폴로지 제어 모듈은, 각각이 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들 중 하나를 목적지로 하는 복수의 제어 프레임들의 전송 전력을, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들의 각각에 도달할 수 있는 것과 동일한 전송 전력으로 조정하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임들은 복수의 CTS(clear to send) 메시지들을 포함하고, 또한, 상기 하나 이상의 액티브 이웃 노드들은 RTS(request to send) 메시지의 소스를 포함하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 토폴로지 제어 모듈은, 상기 복수의 제어 프레임들의 전송이 목적지 노드에 도달할 수 있는 전송 전력으로 상기 데이터 프레임의 전송 전력을 조정하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 전체 경로 메트릭은 토폴로지 비용을 포함하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  40. 제39항에 있어서,
    토폴로지 비용의 감소는, 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드들이 동작하는 무선 애드혹 멀티호핑 네트워크의 용량의 증가를 초래하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  41. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 다른 노드들의 통신에 대한 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드의 영향은, 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드의 전송 범위에서 상기 하나 이상의 다른 노드들의 양에 비례하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
  42. 제32항에 있어서,
    상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드의 통신에 대한 상기 하나 이상의 다른 노드들의 영향은, 상기 무선 애드혹 멀티호핑 노드가 전송 범위내에 있는, 상기 하나 이상의 다른 노드들의 양에 비례하는 무선 애드혹 멀티호핑 노드.
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