KR101085287B1 - 전송 충돌 회피 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

공유 전송 매체에서 데이터 전송 충돌을 줄이는 시스템 및 방법이 설명된다. 일 실시예에서, 전송 우선권은 우선권-한정 전송에 의해 설정된다. 다른 실시예에서, 통계적으로 균등한 액세스는 고유의 전송 개시 시간 슬롯 쌍에 의해 보장되고, 쌍을 이룬 개시 시간 슬롯은 중심 개시 시간 슬롯으로부터 시간적으로 실질적으로 균등하게 공간을 차지한다. 또 다른 실시예에서, 데이터 전송 트래픽 분석은 고유의 전송 개시 시간 슬롯을 설정하거나 또는 전송되는 데이터의 등급과 관련된 개시 시간 슬롯의 풀로부터 선택하는데 사용되고, 따라서 상대적인 선취 우선권을 설정한다. 또 다른 실시예에서, 전송은 전송 개시 시간 슬롯의 이용가능한 어레이의 서브셋인 정적으로 배당된 개시 시간 슬롯에서 시작한다.

Description

전송 충돌 회피 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMISSION COLLISION AVOIDANCE}
본 발명은 디지털 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 통신 전송 매체 충돌 회피 및 선취 제어에 관한 것이다.
현존하는 디지털 무선 통신 시스템은 IEEE-802.11-1999 표준을 따르는 액세스 포인트(APs) 및 클라이언트(또한 "노드"로 불리움)를 포함하는 트랜스시버에 의해 예시되는 것과 같이, 단일 RF 채널 상에서 통신한다. 단 하나의 장치가 파괴성 간섭없이 언제든지 전송 매체(현존하는 예에서, 단일 RF 통신 채널)를 이용할 수 있기 때문에, 충돌을 감소시키는 좌표 메카니즘(동시에 전송하는 2개의 실체)은 상기에서 참조된 표준의 섹션 9.2.4에 요약된다. IEEE 802.11 MAC의 기초 액세스 방법은 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance : 충돌회피를 갖는 반송파 검지 다중 액세스)로서 알려진 DCF(Distributed Coordination Function : 분산 조정함수)이다. 이러한 액세스 방법을 사용하는 장치는 통신 매체를 감청하고 전송 이전의 비활동 주기를 검출한다.
이 표준에서 교시하는 접근 방법은 이용가능한 전송 개시 시간 슬롯을 생성하는 것이고, 비지 상태에서 빈 채널 상태로의 전이를 검출하면, 어레이로부터 선택된 랜덤 선택 슬롯에서 시작하면서 전송 실체가 전송 또는 재전송하게 한다. 충돌이 수회 발생한다면, 어레이 크기는 최대값에 도달될 때까지 배가된다. 이러한 시스템의 행동은 무겁게 로딩된 시스템에 대해 안정되고 적정한(동등한 전송 매체 액세스를 제공하는) 것으로 표준은 설명한다.
가정용 무선 랜(WLANs : wireless local area networks)에서 많은 성장이 있어왔다. 이러한 국지화된 시스템은 상기에서 참조된 IEEE-802.11 명세서의 §9.2.4에 의해 제공된 구제를 이제까지 필요로 하지 않았을 것 같다. 실제로, 여기에서 설명된 메카니즘은 의도하지 않은 충돌의 기회를 생성함으로써 이러한 시스템상에 알맞은 페널티를 가할 것이고, 그 충돌은 처리량을 감소시키는 방식으로 해소되어야 한다.
예컨대 VoIP(Voice over IP) 적용에서와 같이, 상기에서 참조된 IEEE-802.11 명세서의 §9.2.4에 의해 정의된 평등 기술(egalitarian technique)에 의해 제공되는 것보다 동등하지 않고 더 높은 우선권이 제공되어야 하는 보증된 비트 스트림 전송이 필요한 상황이 또한 존재한다.
따라서 상기에서 참조된 IEEE-802.11 명세서의 §9.2.4의 의도를 갖는 기본적인 "공평함"을 유지하는 방식으로 현존하는 무선 데이터 통신 시스템에서 쓸모없는 충돌 해법을 피하는 방법 및 시스템에 대한 기술이 필요하다. 추가로, 상기에서 참조된 IEEE-802.11 명세서에 의해 역점을 두어 다루어지지 않은 앞선 우선권을 갖는 전송 우선권 및 특징를 선택적으로 설정할 필요가 존재한다.
이용가능한 종래기술의 상기 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 전송 개시 시간 슬롯의 서브셋을 공동으로 장착된(cooperatively equipped) 트랜스시버에 할당함으로써 공유 통신 매체(예컨대, RF 채널) 상의 전송 충돌을 피하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 더 높은 우선권 트래스시버에 의해 결정적인 선취(preamption)를 허용하는 방식으로 고정된 전송 개시 시간의 장점을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 충돌하지 않는 동등한 액세스 우선권을 복수의 공동으로 장착된 트랜스시버에 의해 전송 매체에 시행하게 하는 방식으로 고정된 전송 시간 슬롯의 장점을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따른 상기 목적 및 다른 장점들은 강화된 트랜스시버에 제공함으로써 이루어지며, 각각은 이용가능한 전송 시간 슬롯의 하나 이상의 서브셋을 포함하는 미리-배당된 전송 개시 시간 슬롯의 어레이를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 각각 액세스 포인트와 연결된 공동으로 장착된 클라이언트가 유사하게 공동으로 장착된 클라이언트로부터 간섭없이 전송을 시작할 수 있는 시간 슬롯의 리스트를 생성할 수 있는 강화된 액세스 포인트를 제공한다. 개시 시간 슬롯은 첫번째로 도달한, 첫번째로 동작된 바이어스 상에서 배당된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이들 목적은 각 클라이언트와 연결된 우선권 값을 제공함으로써 이루어진다. 우선권 값은 액세스 포인트로 송신되고, 액세스 포인트에서 낮은-우선권 트래픽 보다 먼저 높은-우선권 트래픽의 전송을 허용하는 개시 시간 슬롯 리스트를 순서대로 생성한다. RF 채널에 신호의 존재하면 그 신호는 임의의 다른 에미터에 대하여 채널이 전송 이전에 비어 있게 될 때까지 대기하도록 하기 때문에, 이는 높은-우선권 전송기가 낮은 우선권 스테이션에 의한 전송을 효과적으로 선취하게 하는 효과를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이들 목적은 전송 개시 시간 슬롯의 "풀(pool)"을 생성함으로써 이루어진다. "풀"은 전송되는 트래픽(데이터)의 등급에 따라 미리-배당되거나 또는 동적으로 배당될 수 있다. 이러한 접근에 있어서, 유사한 트래픽은 상대적으로 동일한 우선권의 풀로부터 전송 개시 시간 슬롯이 배당될 수 있다. 장치는 특별히 전송가능한 데이터 패킷에 의해 다루어지는 트래픽의 등급에 따른 복수의 풀로부터 개시 시간 슬롯을 추가로 선택할 수 있다. 슬롯의 풀은 또한 유리하게 AP 트래픽 및 노드 트래픽에 배당되고, 따라서 노드 카운트가 노드 풀의 슬롯의 개수를 초과하는 경우에서 조차도, AP와 그 노드 사이의 충돌이 없는 것을 보장한다. 이 경우에, 충돌은 유사하게-풀링된(pooled) 노드들 사이에서 단지 발생할 수 있다. 하나 이상의 AP 슬롯의 풀은 물리적인 접근에서 다른 기본적인 서비스 셋(BSSs : basic service sets)에서 동작하는 AP들 사이의 상호-채널 간섭을 줄이는 추가 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이들 목적은 이른 전송 슬롯 및 느린 전송 슬롯 양자를 포함하는 클라이언트에 대한 개시 시간 슬롯 리스트를 생성함으로써 얻어진다. 시간적으로 더 일찍 발생하는 슬롯은 더 많은 전송을 선취할 것이고 따라서 더 늦은 슬롯보다 우선권이 더 높다. 이들 전송 개시 시간 슬롯은 시간축상의 중심의 주변에 균등하게 분포될 수 있다. 이르거나("H" 고 우선권 브랜치) 또는 늦은("L" 낮은 우선권 브랜치) 시간 슬롯 사이에서 랜덤하게 선택함으로써, 충돌없는 균등한 우선권 채널 액세스가 이루어진다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 공동으로 장착된 통신 장치가 현존하는 표준을 따르는 장치와 상호 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 네트워크(110)와 연결되고 클라이언트(130 및 140)와 통신하는 액세스 포인트(120)를 나타내는 디지털 통신 시스템의 블록도,
도 2는 충돌 이후 재전송(210)에 대한 종래 기술의, 표준을 따르는 시간 슬롯의 어레이를 나타내고,
도 3은 공동으로 장착된 클라이언트 사이에서 할당을 위해 적합한 고유의, 충돌없는 시간 슬롯의 어레이를 나타내며,
도 4는 시간 중심을 나타내는 다수의 공동으로 장착된 클라이언트 사이에서의 할당을 위해 적합한 고유의, 충돌없는 시간 슬롯의 쌍의 어레이를 나타내고,
도 5는 본 발명에 따른 무선 액세스 포인트의 블록도이며,
도 6은 본 발명에 따른 무선 클라이언트의 블록도를 나타낸다.
도 1은 고정 네트워크(110)와 연결되고 클라이언트(130 및 140)와 무선으로 연결된 액세스 포인트(120)을 도시한다. 액세스 포인트(120)와 클라이언트(130 및 140)가 공동으로 장착된 장비라면, 최상의 이익이 본 발명으로부터 파생될 것이다. 각각의 무선 장치(120, 130 또는 140)는 상기에서 참조된 IEEE-802.11-1999 표준에서 설명된 것과 같은 기능을 가질 수 있다.
도 2는 상기에서 참조된 IEEE-802.11 표준의 §9.2.4에 의해 이전에 설명된 랜덤하게 선택된 전송 개시 시간 슬롯(210)의 이용가능한 조합을 도시한다. 표준은 아래의 방정식에 의해 설명된 어레이의 슬롯들 사이에서 랜덤한 슬롯 선택을 미리 설명한다.
"Backoff Time = Random０x aSlotTime."
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시하고, 전송 개시 시간 슬롯(310, 312,...318)의 어레이는 첫번째로 도달한, 첫번째로 동작된 순서로 액세스 포인트에 의해 배당된다. 이는 다양한 전송 우선권을 클라이언트에 임의로 배당하는 효과를 갖는다. 선택적인 실시예에서, 모든 다른 전송기는 전송을 시작하기 위해 이후에- 발생하는 시간을 대기할 것이기 때문에, 시간 슬롯(310)은 가장 높은-우선권 전송기에 배당된다. 슬롯(310)이 사용된다면, 모든 다른 전송기는 전송 시간이 발생하고 채널이 활동하지 않는 때까지 전송 매체 상에서 활동을 감지하고 전송을 연기할 것이다. 우선권은 우선권 값을 액세스 포인트에 보고하는 클라이언트에 의해 설정된다. 또 다른 실시예에 있어서, 액세스 포인트는 전송 개시 시간의 제 1 고정 서브셋에 배당되고 클라이언트는 전송 개시 시간의 제 2 고정 서브셋에 배당된다. 일 실시예에서, 전송 개시 시간의 제 1 및 제 2 고정 서브셋은 제각각으로되어 있다. 다른 실시예에서, 전송 개시 시간의 서브셋은 사용자 인터페이스에 의해 조절될 수 있다. 추가 실시예에서, 개시 시간 슬롯은 트래픽의 등급(즉, VoIP)이 제공된 우선권을 반영하는 고정되거나 또는 배당된 슬롯의 풀(pool)로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 풀은 생성될 수 있고, 하나의 풀은 AP 사용을 위해 예약되며, 다른 하나는 노드의 사용을 위해 예약된다. AP 풀은 모든 짝수 번호 슬롯에 배당될 수 있고 노드 풀은 모든 홀수 번호 슬롯에 배당된다.
주목할 것은, 풀에 존재하는 노드 슬롯보다 더 많은 노드가 존재할 수 있다. 이 경우에, 충돌은 노드들 사이에서 발생하는 것에 제한되고 AP와는 아니다.
도 4는 다른 바람직한 실시예를 도시하고, 고(H) 및 저(L) 우선권 슬롯의 쌍은 클라이언트에 할당되어, 개시 시간 슬롯(420, 430)의 각 쌍은 중심 슬롯(410) 주위에 시간적으로 실질적으로 균등하게 할당된다. 이 구성에서, 슬롯 쌍(420)에 할당된 클라이언트는 각각 H(422)와 L(424) 브랜치 사이에서 랜덤하게 선택되는 것을 필요로 한다. 제 2 클라이언트는 H 및 L 슬롯 쌍(432 및 434)이 유사하게 할당될 수 있다.
이 구성은 채널 동작이 전송을 방지하도록 동작하기 때문에 균등한 선취를 확실히하는 장점을 갖는다. 개시 시간 슬롯의 임의의 쌍에 대해, 구성원(양쪽 슬롯)이 중심 슬롯으로부터 시간적으로 가장 먼 쌍은 다른 전송이 준비된 엔티티(entity)에 대해 항상 이기거나 또는 항상 패하는 50%의 기회를 가질 것이다. 이 구성은 공유 통신 매체에 대해 통계적으로 균등한 액세스를 보장한다.
도 5는 본 발명에 따른 액세스 포인트의 블록도이다. 수신기(510)는 전송/수신 스위치(T/R)(504)로부터 신호를 수신하고, 클라이언트 요청 센서(530)에 연결된다. 요청 센서(530)는 연결 프로세서(540)에 연결된다. 일부 실시예에서 연결 프로세서(540)는 무선 LAN에 대한 IEEE-802.11-1999 명세서의 §11.3에 특정된 목적을 제공한다. 연결 요청은 예컨대 액세스 포인트와의 개방 통신을 추구하는 클라이언트에 의해 이루어진다. 연결 프로세서(540) 및 슬롯 리스트 생성기(560) 기능은 제어기(550)에 의해 제어되거나 또는 수정될 수 있다. 일부의 실시예에서, 제어기(550)는 소프트웨어로서 표시된다. 공동으로 장착된 클라이언트의 존재는 슬롯 리스트 생성기(560)와 통신된다. 슬롯 리스트 생성기(560)는 임의의 선착순으로, 통신 우선권에 따라 우선권이 부여된, 트래픽 분석기(570)에 응답하여 우선권이 부여된, 전송 등급 또는 상기에서 참조된 슬롯-쌍 균등 선취 방법과 연관된 슬롯의 풀로부터 선택된, 임의의 선착순에 따라, 슬롯 리스트를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 슬롯 리스트 프로세서는 소프트웨어로서 나타난다. 일부 실시예에서, 전송 등급은 정적으로 설정된다. 다른 실시예에서, 트래픽 분석기(570)는 전송 등급을 나타날 수 있다. 이러한 소프트웨어의 생성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식인의 이해의 범위 내에 적합하다.
도 6은 본 발명에 따른 클라이언트의 블록도를 도시한다. 전송기(620)는 전송/수신 스위치(T/R)(604)를 통해 연결 요청을 액세스 포인트로 송신한다. 일부 실시예에서 연결 요청은 무선 LAN에 관한 IEEE-802.11-1999 명세서의 §11.3에 관한 것이다. 일 실시예에서, 연결 요청은 고정 우선권 설정(640)에 의해 제공된 고정 우선권 데이터를 운반할 수 있다. 수신기(610)는 개시 시간 슬롯 테이블(650)에 저장되는 개시 시간 슬롯 리스트를 수신한다. 개시 시간 슬롯 테이블(650)은 랜덤 값 생성기(660)에 어드레스가 제공될 수 있다. 랜덤 값 생성기(660)에 의해 색인된 것과 같이, 개시 시간 슬롯 테이블(650)의 출력은 전송기가 테이블(650)로부터 수신된 개시 시간 슬롯 동안에만 활성화되게 하는 전송 게이트(630)와 연결된다.
본 발명의 목적은 현존하는 표준을 따르는 장치와 상호 동작하는 것이다. 이러한 장치는 상기에서 참조된 IEEE-802.11-1999 표준의 §9.2.4에 의해 제한 없이 그리고 실시예의 방법으로 한정된 환경에서 동작하는 것을 기대한다. 충돌이 주로 공동으로 장착된 클라이언트 및 액세스 포인트로 형성된 WLAN 내에서 레가시 동작(legacy operation)의 결과로서 발생하는 경우, 시간 슬롯 테이블은 배가될 수 있다(기설정된 최대값까지). 일부 실시예에서, 각각의 공동으로 장착된 장치는, 리가시 장치를 제외한 모든 것과 유사한 충돌없는 상호작용을 보장하면서, 시간 슬롯 테이블을 실질적으로 복제함으로서 현존하는 시간 슬롯 테이블을 확장할 수 있다. 다른 실시예에서, 슬롯의 개수가 배가될 수 있는 슬롯에 유사하게 우선권이 부여된 풀은 배가될 수 있으나, 각 풀은 본래의 슬롯의 전체 개수에 대한 본래의 비율에 상대적으로 비례하여 증가될 수 있다. 다른 실시예에서, 현존하는 시간 슬롯 테이블의 확장은 감지된 클라이언트의 카운트에 응답하여 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 클라이언트는 AP로부터의 명령에 응답하는 시간 슬롯 테이블을 확장할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 공동으로 장착된 클라이언트는 그들의 시간 슬롯 테이블을 자율적으로 확장할 수 있다.
공동으로 장착된 트랜스시버의 개수가 충분히 크게 되고 고유의 전송 시간 슬롯 테이블 배당이 이루어질 수 없거나 또는 고정된 시간 슬롯 배당이 고유하지 않는 경우라면, 유사한 위치는 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우, 전송 시간 슬롯 테이블은 크기가 배가되고(기설정된 최대값까지) 및 전송 시간 슬롯 테이블의 콘텐츠는 상기에서 설명한 것과 같이 확장된다.
본 발명은 바람직한 실시예와 연결하여 상기에서 설명되었다. 그러나, 이는 예시적인 것만을 목적으로 행해진 것이며, 본 발명의 이에 제한되지 않는다. 실제로, 본 발명의 변형은 기술분야의 통상의 지식인에게 기꺼이 명백할 것이고 또한 본 발명의 기술적 사상 내에 존재한다.

Claims (38)

  1. 액세스 포인트를 사용하여 CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 방법에 있어서,
    상기 액세스 포인트와 통신을 원하는 클라이언트의 존재를 감지하는 단계와,
    상기 클라이언트가 전송을 시작하는 하나 이상의 고유의 개시 시간 슬롯을 갖는 개시 시간 슬롯 리스트를 할당하는 단계와,
    상기 개시 시간 슬롯 리스트를 상기 클라이언트로 전송하는 단계와,
    상기 클라이언트로부터의 전송을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 클라이언트로부터의 전송은 상기 개시 시간 슬롯 리스트에 의해 표시되는 상기 개시 시간 슬롯(들) 동안에만 시작하고,
    상기 할당하는 단계는 중앙 개시 시간 슬롯으로부터 시간적으로 실질적으로 균등하게 옮겨지는 저-우선권 개시 시간 슬롯 및 고-우선권 개시 시간 슬롯의 하나 이상의 쌍을 상기 개시 시간 슬롯 리스트에서 배당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 방법.
  2. 액세스 포인트를 사용하여 CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 방법에 있어서,
    상기 액세스 포인트와 통신을 원하는 클라이언트의 존재를 감지하는 단계와,
    상기 클라이언트가 전송을 시작하는 하나 이상의 고유의 개시 시간 슬롯을 갖는 개시 시간 슬롯 리스트를 할당하는 단계와,
    상기 개시 시간 슬롯 리스트를 상기 클라이언트로 전송하는 단계와,
    상기 클라이언트로부터의 전송을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 클라이언트로부터의 전송은 상기 개시 시간 슬롯 리스트에 의해 표시되는 상기 개시 시간 슬롯(들) 동안에만 시작하고,
    상기 개시 시간 슬롯 리스트는 중앙 개시 시간 슬롯으로부터 시간적으로 실질적으로 균등하게 옮겨지는 저-우선권 개시 시간 슬롯 및 고-우선권 개시 시간 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 방법.
  3. 제 2 항의 개시 시간 슬롯 리스트를 수신할 수 있는 클라이언트에 있어서,
    상기 클라이언트는 무작위 함수에 기초하여 고-우선권 개시 시간 슬롯 및 저-우선권 개시 시간 슬롯을 선택하는 것을 특징으로 하는 클라이언트.
  4. CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 액세스 포인트에 있어서,
    상기 액세스 포인트와 통신을 원하는 클라이언트의 존재를 검출하는 클라이언트 센서,
    클라이언트가 전송을 시작하는 하나 이상의 고유의 개시 시간 슬롯을 갖는 개시 시간 슬롯 리스트를 할당하는 개시 시간 슬롯 할당기,
    상기 개시 시간 슬롯 리스트를 클라이언트 수신기로 전송하는 액세스 포인트 전송기, 및
    상기 클라이언트로부터 전송을 수신하는 액세스 포인트 수신기를 포함하고,
    상기 전송은 상기 개시 시간 슬롯 리스트에 의해 표시되는 상기 개시 시간 슬롯(들) 동안에만 수신되고,
    상기 개시 시간 슬롯 할당기는 중앙 개시 시간 슬롯으로부터 시간적으로 실질적으로 균등하게 옮겨지는 고-우선권 개시 시간 슬롯 및 저-우선권 개시 시간 슬롯의 하나 이상의 쌍을 상기 개시 시간 슬롯 리스트에 생성하는 개시 시간 슬롯 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 무선 데이터 통신 시스템에서의 충돌들을 최소화하는 액세스 포인트.
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