KR101023441B1 - 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크을 위한 방법 - Google Patents

공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크을 위한 방법이 개시(disclose)된다. 이 방법은 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서, 소스 노드의 동작 방법에 있어서, (a) 패킷 충돌 확률이 반영된 전송률을 최대화하는 패킷 전송 주기를 설정하는 단계; 및 (b) 상기 설정된 패킷 전송 주기에 따라, 패킷을 송신하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 패킷 충돌 확률은 공간 재사용에 따라 서로 다른 노드에서 송신되는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 간격이 k-1(여기서, k는 공간 재사용 계수) 홉 이내이고, 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률이다. 따라서, 구현 복잡성 및 부가 시그널링이 없이, 높은 전송률을 가지는 공간 재사용 기반의 멀티 홉 네트워크를 제공할 수 있다.

Description

공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크을 위한 방법 {method for a multi-hop network using spatial reuse}
본 발명은 공간 재사용(spatial reuse)을 사용하는 멀티 홉 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하지만 제한됨이 없는(more particularly, but not exclusively), 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서, 구현 복잡성 및 별도의 시그널링이 없이, 높은 전송률을 얻기 위한 방법에 관한 것이다.
무선 멀티 홉 네트워크는, 복잡한 인프라 스트럭쳐 없이도, 비교적 넓은 범위에 걸친 통신을 제공할 수 있으며, 공간 재사용을 적용하면 전송률 향상을 얻을 수 있어, 센서 네트워크 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대되고 있다.
그러나, 공간 재사용을 이용할 경우라도, 적절한 패킷 전송 주기에 따라 소스 노드에서 패킷이 송신되지 않는 경우, 기대한 만큼의 전송률 향상을 얻을 수 없다. 이는, 패킷 전송 주기가 지나치게 작으면 잦은 패킷 충돌이 발생되어 실질적으로 전송률이 저하되며, 패킷 전송 주기가 지나치게 길 경우에는 그 자체만으로 전송률이 저하(예컨대, 공간 재사용 효과가 없게 됨)된다는 특성에서 기인된다.
따라서, 이러한 배경 하에, 구현 복잡성 및 부가 시그널링이 없이, 높은 전송률을 가지는 공간 재사용 기반의 멀티 홉 네트워크가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구현 복잡성 및 부가 시그널링이 없이, 높은 전송률을 가지는 공간 재사용 기반의 멀티 홉 네트워크를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 일 측면은 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서, 소스 노드의 동작 방법에 있어서, (a) 패킷 충돌 확률이 반영된 전송률을 최대화하는 패킷 전송 주기를 설정하는 단계; 및 (b) 상기 설정된 패킷 전송 주기에 따라, 패킷을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 패킷 충돌 확률은 공간 재사용에 따라 서로 다른 노드에서 송신되는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 간격이 k-1(여기서, k는 공간 재사용 계수) 홉 이내이고, 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률인 방법을 제공한다.
일실시예에 따라, 상기 (a) 단계는, 공간 재사용 계수, 백오프 단위 시간, 랜덤 백오프 지수의 최소값, 패킷당 패이로드 사이즈, 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수, 평균 원-홉 지연 시간, 패킷 듀레이션을 기초로, 패킷 전송 주기를 변수로 하는 전송률 함수를 구하는 단계; 및 상기 전송률 함수 값을 최대화하는 패킷 전송 주기를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 일실시예에 따라, 상기 (a) 단계는, 다음의 수학식
Figure 112009008621280-pat00001
(여기서, k는 공간 재사용 계수, UBP는 백오프 단위 시간, minBE는 랜덤 백오프 지수의 최소값, N은 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수,
Figure 112009008621280-pat00002
는 평균 원-홉 지연 시간, tdata는 패킷 듀레이션임)으로 결정되는 P*를 패킷 전송 주기로 결정하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따라, 상기 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법은 CSMA/CA 기법을 포함한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 다른 측면은 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 무선 멀티 홉 네트워크의 소스 노드에서 사용되는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법에 있어서, (a) 패킷 충돌 확률을 고려하여 전송률 함수 - 패킷 전송 주기를 변수로 함 - 를 구하는 단계; 및 (b) 상기 전송률 함수의 값을 최대화하는 패킷 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 패킷 충돌 확률은 공간 재사용에 따라 서로 다른 노드에서 송신되는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 간격이 k-1(여기서, k는 공간 재사용 계수) 홉 이내이고, 상 기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률인 방법을 제공한다.
일실시예에 따라, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수 - 패킷 전송 주기를 변수로 함 - 를 구하는 단계; 및 (a2) 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수를 기초로, 상기 전송률 함수를 구하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따라, 상기 (a1) 단계는, 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷 간의 간격이 k-1 홉 이내일 확률에 대한 함수와 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률에 대한 함수의 곱으로 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수를 구하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따라, 상기 (a2) 단계에서 구하여진 전송률 함수는,
Figure 112009008621280-pat00003
(여기서, ρ는 패킷 충돌 확률, Lpayload는 패킷당 패이로드 사이즈, P는 패킷 전송 주기임)이다.
다른 일실시예에 따라, 상기 (a) 단계는, 공간 재사용 계수, 백오프 단위 시간, 랜덤 백오프 지수의 최소값, 패킷당 패이로드 사이즈, 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수, 평균 원-홉 지연 시간, 패킷 듀레이션(packet duration)을 기초로, 상기 전송률 함수를 구하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따라, 상기 전송률 함수는,
Figure 112009008621280-pat00004
(여기서, k는 공간 재사용 계수, UBP는 백오프 단위 시간, minBE는 랜덤 백오프 지수의 최소값, Lpayload는 패킷당 패이로드 사이즈, N은 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수,
Figure 112009008621280-pat00005
는 평균 원-홉 지연 시간, tdata는 패킷 듀레이션, P는 패킷 전송 주기)이다.
일실시예에 따라, 상기 (b) 단계는, 상기 전송률 함수의 1차 미분 함수 값을 0이 되게 하는 패킷 전송 주기를 상기 최대화하는 패킷 전송 주기로 결정하는 단계를 포함한다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구현 복잡성 및 부가 시그널링이 없이, 높은 전송률을 가지는 공간 재사용 기반의 멀티 홉 네트워크를 제공할 수 있다. 따라서, 패킷당 패이로드 사이즈가 작으면서도 높은 전송률을 요구하는 멀티 홉 네트워크(예컨대, 모니터링 이미지 데이터를 전달하는 무선 센서 네트워크) 등을 구현하는데 유리한 점이 있다.
본 발명의 실시예들에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시가능 한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나 이상"을 의미하는 것으로, 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 및 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
본 발명에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법은 랜덤 백오프 기반의 경쟁(contention)을 통해 매체에 접근하는 기법으로서, 그 대표적인 예가 IEEE 802.11, IEEE802.15.4 등에 사용되는 CSMA/CA(carrier sensing multiple access with collision avoidance) 기법이다.
이러한 랜덤 백오프 기반의 매체 접근을 사용하는 경우, 원-홉(one-hop) 지연 시간 tOneHop은 수학식 1과 같이, 랜덤한 값과 그렇지 않은(deterministic) 값으로 나눌 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00006
수학식 1에서, tconst는 상수로 간주될 수 있는 시간으로서, 이에 포함되는 시간의 예로는, CCA(Clear Channel Assessment)를 위한 시간, RF에서의 송/수신 모드 간의 전환 시간, 패킷 듀레이션 tdata, 패킷에 응답하는 승낙(ACK) 메시지의 듀레이션, MAC 부분 계층에서 한 패킷을 처리하기 위한 IFS(Inter Frame Spacing) 기간 등을 들 수 있다.
수학식 1에서, tRB는 수학식 2로 표현되는 랜덤 백오프 자체를 위한 시간이다.
Figure 112009008621280-pat00007
수학식 2에서, n은 0 내지 2BE-1 범위의 값들 중 균일 분포(uniform distribution) 조건에서 랜덤 선택된 정수 값이다. 또한, UBP는 백오프 단위 시간이다. 또한, BE는 백오프 지수를 나타내며, 재전송 등의 이벤트 발생에 따라 최소 값 minBE과 최대값 maxBE 사이의 범위에서 증감이 이루어질 수 있다.
멀티 홉 네트워크에서, 소스(source) 노드와 목적(destination) 노드가 N 홉 간격으로 떨어져 있을 때, 소스 노드에서 송신된 패킷은 소스 노드와 목적 노드 사이에 있는 중간 노드들의 패킷 포워딩을 통해 목적 노드에 도달하게 된다. 공간 재사용을 사용하지 않는 멀티 홉 네트워크에서는, 선행 패킷(즉, 제1 패킷)이 N 홉을 거쳐 목적 노드에 도착한 다음에야, 소스 노드가 후행 패킷(즉, 제1 패킷의 다음에 해당하는 제2 패킷)을 송신한다. 반면에, 공간 재사용 계수(spatial reuse factor : 이하, SRF) k(<N)을 사용하는 멀티 홉 네트워크에 따르면, 선행 패킷이 목적 노드에 도착하기 전이라도, 소스 노드가 후행 패킷을 송신하여도, 후행 패킷과 선행 패킷 간의 간격이 k 이상이 되는 범위 내에서라면, 패킷 충돌 없이 정상적인 단대단 전송이 가능하다.
도 1은 k=4, N=11인 선형 네트워크에서 패킷 충돌에 대한 설명을 위한 도면이다. 도 1은 소스 노드(N1)가 목적 노드(N12)로 향하는 제1 패킷을 송신하고, 소정 시간 이후, 그 다음 패킷인 제2 패킷을 송신하는 경우, 중간에 있는 노드들(N2 내지 N11)이 해당 패킷을 포워딩하는 과정을 나타낸다. 도 1의 상단과 같이, 제1 패킷과 제2 패킷이 4 홉 이상 떨어진 경우, 두 노드(N7, N11)에서 동시에 패킷 송신이 이루어지더라도 제1 패킷과 제2 패킷은 각각 서로에 대한 영향 없이 정상적으로 해당 노드(N8, N12)에게 도달할 수 있다. 반면에, 도 1의 하단과 같이, 제1 패 킷과 제2 패킷이 3 홉 이내 떨어진 두 노드(N8, N11)에서 동시에 송신되는 경우, 패킷 충돌이 발생된다.
이러한 공간 재사용 계수 k는 인접 노드들로 인한 간섭, 정상적으로 패킷을 수신할 수 있는 SINR 레벨 등을 통하여 결정되며, k의 결정 방법은 공지된 여러 가지 방법이 있으므로, 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
도 2는 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 선형 네트워크에서, 패킷 전송 주기에 따른 단대단 전송률 및 단대단 패킷 드롭율의 특성을 예시한다. 보다 상세하게는, 도 2는 IEEE 802.15.4의 일반적인 네트워크 파라미터가 반영된 공간 재사용 기반의 멀티 홉 선형 네트워크의 특성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 패킷 드롭율은 패킷 전송 주기가 작아질수록 증가됨을 알 수 있는데, 이는 패킷 전송 주기가 작아질수록 작은 패킷 충돌이 발생하는 데서 기인한다. 또한, 도 2를 참조하면, 특정 값 이상인 패킷 전송 주기를 사용하는 경우, 패킷 드롭율이 0으로 일정하게 유지됨을 알 수 있는데, 이는, 설정된 공간 재사용 계수 조건에서 패킷 충돌을 발생시키지 않는 패킷 전송 주기보다 불필요하게 긴 패킷 전송 주기를 사용하는 데서 기인된다.
도 2를 참조하면, 단대단 전송률은 특정 값 이하에서는 패킷 전송 주기에 따라 대체로 증가하고, 특정 값 이상에서는 패킷 전송 주기에 따라 감소됨을 알 수 있다. 특정 값 이하에서 패킷 전송 주기에 따라 단대단 전송률이 증가되는 특성은 패킷 드롭율에 대한 설명과 마찬가지로, 패킷 충돌이 낮아져 재전송 발생이 적은데 서 기인되며, 특정 값 이상에서 패킷 전송 주기에 따라 단대단 전송률이 감소되는 특성은 설정된 공간 재사용 계수 조건에서 패킷 충돌을 발생시키지 않는 패킷 전송 주기보다 불필요하게 긴 패킷 전송 주기를 사용함으로써, 그만큼 시간당 패킷을 송신하는 빈도가 줄어드는 데서 기인한다.
공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 선형 네트워크에서 패킷 충돌을 고려한 단대단 전송률(이하, 전송률이라 칭함) Thr은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00008
수학식 3에서, Lpayload는 패킷에 포함된 패이로드 사이즈(예컨대, 비트 수)를 나타내며, P는 소스 노드의 패킷 전송 주기(sec/packet)이다.
또한, 수학식 3에서, ρ는 패킷 충돌 확률로서, 연속된 패킷들(즉, 선행 패킷과 후행 패킷) 간의 거리가 k-1 홉 이내이고, 선행 패킷과 후행 패킷이 동시에 송신될 확률을 나타낸다.
일반적으로, 선행 패킷과 후행 패킷 간의 거리가 k-1 홉 이내에 있는 제1 이벤트 및 선행 패킷과 후행 패킷이 동시에 송신되는 제2 이벤트는 서로 독립적이므로, 수학식 3의 ρ는 수학식 4로 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00009
여기서, ρoverlap 및 ρ(k-1)hop은 각각 제1 및 제2 이벤트가 발생할 확률이다.
제1 이벤트와 관련된 확률 즉, ρ(k-1)hop을 구하는 방법은 다음과 같이 설명될 수 있다. 제1 이벤트는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 거리가 k-1 홉 이내에 있다는 특성 상, N홉 동안 랜덤 백오프 시간차들을 누적시킨 값 tN,RBD가 한계 시간 tMTG 보다 크거나 같은 상황으로 정리될 수 있으므로, ρ(k-1)hop은 수학식 5와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00010
수학식 5에서, tMTG를 tMTG/N으로 대체할 경우, 수학식 5는 수학식 6으로 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00011
여기서, t1,RBD는 선행 패킷의 한 홉 당 랜덤 백오프 시간(X)과 후행 패킷의 한 홉당 랜덤 백오프 시간(Y) 간의 차이다. 선행 패킷의 한 홉 당 랜덤 백오프 시간 및 후행 패킷의 한 홉 당 랜덤 백오프 시간은 모두 0 내지 (2minBE-1)UBP 범위에 독 립적으로 균일 분포하므로, ρ(k-1)hop은 X-Y 직교 공간에서 X와 Y가 가질 수 있는 면적 중에서, X-Y≥tMTG/N인 면적이 차지하는 비율로 간단히 구할 수 있으며, 수학식 7로 정리된다.
Figure 112009008621280-pat00012
제2 이벤트와 관련된 확률 즉, ρoverlap을 구하는 방법은 다음과 같이 설명될 수 있다. N 홉 네트워크에는 평균 N/(k-1) 개의 겹칠 수 있는 잠재 그룹으로 나눌 수 있으며, 각 그룹에서, 겹칠 수 있는 시간 영역의 크기가 패킷 전송 주기 P 동안 2tdata이므로, ρoverlap은 수학식 8과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00013
수학식 4, 7, 8을 이용하여 수학식 1을 P의 함수로 나타내면 수학식 9로 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00014
수학식 9의 전송률 함수는 P를 제외하면 나머지는 상수이므로, 최적값(최대의 전송률을 얻게 하는 P값) P*은
Figure 112009008621280-pat00015
으로부터 구할 수 있으며, 수학식 10으로 정리될 수 있다.
Figure 112009008621280-pat00016
도 2에 적용된 네트워크 파라미터, 주파수 재사용 계수 및 수학식 10을 구한 패킷 전송 주기가 도 2에 도시된 단대단 전송률의 피크 지점에 해당하는 패킷 전송 주기와 동일함을 확인하는 등 수학식 10에 대한 정확도는 여러 실험을 통해 검증되었다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서 소스 노드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
편의상, 도 3의 모든 단계가 소스 노드에서 수행되는 것을 전제하여 설명하겠 지만, S300 내지 S330 단계는 네트워크 오퍼레이터의 별도의 장치(예컨대, 소스 노드와 별개로 존재하는 컴퓨터 등)에서 수행되고, 그 구해진 P값이 소스 노드에 입력/설정되어 소스 노드가 S340 단계를 수행하는 실시예도 가능함은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
도 3을 참조하면, S300 단계에서, 소스 노드는 공간 재사용 계수 및 네트워크 파라미터를 결정한다. 공간 재사용 계수는 선행 패킷과 후행 패킷이 동시 송신되더라도 정상적인 패킷 수신이 가능한 선행 패킷과 후행 패킷 간의 홉 간격 중 최소값으로 결정하면 충분하며, 결정 알고리즘 자체에 대해서는 특별한 제한을 두지 않는다. 네트워크 파라미터의 예로는, 상술한 바와 같이, ρoverlap, ρ(k-1)hop, 전송률 함수에 관여하는 각종 상수 값(예컨대, UBP, minBE, Lpayload, N, tdata 등)을 의미한다.
S310 단계에서, 소스 노드는 ρoverlap 및 ρ(k-1)hop을 구한다. 일실시예에 따라,수학식 7을 이용하여 ρ(k-1)hop을 구한다. 일실시예에 따라, 수학식 8을 이용하여 ρoverlap를 구한다.
S320 단계에서, 소스 노드는 패킷 전송 주기 P를 변수로 하는 전송률 함수를 구한다. 일실시예에 따라, 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 전송률 함수를 구한다. 다른 일실시예에 따라, 수학식 9를 이용하여 전송률 함수를 구한다.
S330 단계에서, 소스 노드는 전송률 함수를 최대화하는 P 값을 구한다. 일실시예에 따라, 전송률 함수를 미분하여 0이 되게 하는 P값을 구한다. 다른 일실시예에 따라, 수학식 10을 이용한다. 여기서, 수학식 10을 이용할 경우, S310 내지 S320 단계가 생략되는 실시예도 가능함은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
S340 단계에서, 소스 노드는 결정된 패킷 전송 주기 P마다, 패킷을 송신하며,이를 통하여, 최대의 단대단 전송률을 얻을 수 있게 된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 패킷이 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의 해 정해져야 할 것이다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구현 복잡성 및 부가 시그널링이 없이, 높은 전송률을 가지는 공간 재사용 기반의 멀티 홉 네트워크를 제공할 수 있다. 따라서, 패킷당 패이로드 사이즈가 작으면서도 높은 전송률을 요구하는 멀티 홉 네트워크(예컨대, 모니터링 이미지 데이터를 전달하는 무선 센서 네트워크) 등을 구현하는데 유리한 점이 있다.
도 1은 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 선형 네트워크에서 패킷 충돌에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 2는 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 선형 네트워크에서, 패킷 전송 주기에 따른 단대단 전송률 및 단대단 패킷 드롭율의 특성을 예시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 재사용을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서 소스 노드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (11)

  1. 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 멀티 홉 네트워크에서, 소스 노드의 동작 방법에 있어서,
    (a) 전송률 - 상기 전송률에는 패킷 충돌 확률이 반영됨 -을 최대화하는 패킷 전송 주기를 설정하는 단계; 및
    (b) 상기 설정된 패킷 전송 주기에 따라, 패킷을 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 패킷 충돌 확률은 공간 재사용에 따라 서로 다른 노드에서 송신되는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 간격이 k-1(여기서, k는 공간 재사용 계수) 홉 이내이고, 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률인 것을 특징으로 하는 소스 노드의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    공간 재사용 계수, 백오프 단위 시간, 랜덤 백오프 지수의 최소값, 패킷당 패이로드 사이즈, 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수, 평균 원-홉 지연 시간, 패킷 듀레이션(packet duration)을 기초로, 전송률 함수 - 상기 전송률 함수는 패킷 전송 주기를 변수로 함 - 를 구하는 단계; 및
    상기 전송률 함수 값을 최대화하는 패킷 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 노드의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는, 다음의 수학식
    Figure 112009008621280-pat00017
    (여기서, k는 공간 재사용 계수, UBP는 백오프 단위 시간, minBE는 랜덤 백오프 지수의 최소값, N은 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수,
    Figure 112009008621280-pat00018
    는 평균 원-홉 지연 시간, tdata는 패킷 듀레이션임)
    으로 결정되는 P*를 패킷 전송 주기로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 노드의 동작 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법은 CSMA/CA 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 노드의 동작 방법.
  5. 공간 재사용 및 랜덤 백오프 기반의 매체 접근 기법을 사용하는 무선 멀티 홉 네트워크의 소스 노드에서 사용되는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법에 있어서,
    (a) 패킷 충돌 확률을 고려하여 전송률 함수 - 패킷 전송 주기를 변수로 함 - 를 구하는 단계; 및
    (b) 상기 전송률 함수의 값을 최대화하는 패킷 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 패킷 충돌 확률은 공간 재사용에 따라 서로 다른 노드에서 송신되는 선행 패킷과 후행 패킷 간의 간격이 k-1(여기서, k는 공간 재사용 계수) 홉 이내이고, 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률인 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수 - 패킷 전송 주기를 변수로 함 - 를 구하는 단계; 및
    (a2) 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수를 기초로, 상기 전송률 함수를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (a1) 단계는,
    상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷 간의 간격이 k-1 홉 이내일 확률에 대한 함수와 상기 선행 패킷과 상기 후행 패킷이 동시에 송신될 확률에 대한 함수의 곱으로 상기 패킷 충돌 확률에 대한 함수를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 (a2) 단계에서 구하여진 전송률 함수는,
    Figure 112009008621280-pat00019
    (여기서, ρ는 패킷 충돌 확률, Lpayload는 패킷당 패이로드 사이즈, P는 패킷 전송 주기임)인 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    공간 재사용 계수, 백오프 단위 시간, 랜덤 백오프 지수의 최소값, 패킷당 패이로드 사이즈, 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수, 평균 원-홉 지연 시간, 패킷 듀레이션(packet duration)을 기초로, 상기 전송률 함수를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 전송률 함수는,
    Figure 112009008621280-pat00020
    (여기서, k는 공간 재사용 계수, UBP는 백오프 단위 시간, minBE는 랜덤 백오프 지수의 최소값, Lpayload는 패킷당 패이로드 사이즈, N은 소스 노드와 목적 노드 간의 홉수,
    Figure 112009008621280-pat00021
    는 평균 원-홉 지연 시간, tdata는 패킷 듀레이션, P는 패킷 전 송 주기)
    인 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 전송률 함수의 1차 미분 함수 값을 0이 되게 하는 패킷 전송 주기를 상기 최대화하는 패킷 전송 주기로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 전송 주기를 결정하는 방법.
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