KR101085774B1 - 하향 패킷 전송을 위한 수신 응답 방법 및 전송 프레임 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하향링크 데이터 전송 방법에서는 접속노드가 다수의 단말들을 목적지로 하는 패킷들로 구성되는 페이로드와 제어 정보로 구성되는 MAP을 포함하는 프레임을 전송하고 각 단말의 손실된 패킷에 대한 명시적 수신 응답 (NACK) 메시지를 접속노드로 전송한다. 접속 노드는 수신된 NACK 메시지에 의해 패킷 손실을 인지하고 이에 대응하는 패킷을 재전송한다. 본 발명에 따른 하향링크 데이터 전송 방법에서는 명시적 수신응답 메커니즘을 이용하기 때문에 수신 응답 횟수를 줄여 자원 효율성이 향상된다.

하향링크 맵 (DL MAP), 상향링크 맵 (UL MAP), 수신응답 (ACK/NACK), 백오프 카운트 (backoff count)

Description

하향 패킷 전송을 위한 수신 응답 방법 및 전송 프레임 구조{ACKNOWLEDGEMENT MECHANISM AND FRAME STRUCTURE FOR DOWNLINK PACKET TRANSMISSION}

도 1은 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 수신응답 메커니즘을 설명하기 위한 예시도;

도 2는 IEEE 802.16 MAC 프로토콜의 수신응답 메커니즘을 설명하기 위한 예시도;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 응답 방법을 구현하기 위한 하향 링크 프레임 구조를 보인 개략도;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 응답 방법을 설명하기 위한 예시도; 그리고

도 5는 재전송된 패킷이 손실된 경우의 처리 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명은 무선통신시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신 시스템의 하향링크에서 효율적인 패킷 전송을 위한 수신응답 방법 및 이를 위한 프레임 구조에 관한 것이다.

최근 무선 통신 기술의 발전과 이에 따른 무선 장비들의 보급과 더불어 무선링크를 통한 고속의 신뢰성 있는 데이터 전송에 대한 요구가 커지고 있다. 데이터 전송의 신뢰성을 확보하기 위한 기법의 하나로 수신응답 메커니즘(acknowledgement mechanism)이 널리 이용되고 있으며 대부분의 통신시스템에서 매체접속제어 계층이 이 기능을 담당한다.

무선랜(wireless local area network: WLAN)의 매체접속을 위한 표준인 IEEE 802.11의 MAC 프로토콜에서는 숨은 단말의 존재와 무선 링크 상에서의 높은 데이터 손실을 극복하기 위해 명시적 응답 (acknowledgment: ACK) 방식을 사용한다. 이와 같은 명시적 응답 방식에서는 접속 노드 (Access Point: AP)가 각 단말에게 데이터 패킷을 전송한 후 반드시 수신 응답을 받은 후에 다음 데이터 패킷을 전송한다. 만약 특정 단말이 AP가 전송한 데이터 패킷을 수신하지 못한 경우 수신 실패 정보를 보내지 않으며 AP는 일정시간 동안 해당 데이터 패킷에 대한 ACK 없으면 수신 실패로 간주하고 해당 데이터 패킷을 재전송 한다.

도 1은 IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 수신응답 메커니즘을 설명하기 위한 예시도 이다.

도 1의 예에서, AP (100)가 단말#1 (110), 단말#2(120), 단말#3(130), 및 단 말#4(140)에 각각의 데이터 패킷 (101, 102, 103, 104)을 전송한다고 가정한다. AP (100)는 먼저 목적지가 단말#1은 데이터 패킷(101)을 전송하고 단말#1로부터 ACK가 수신되기를 기다린다. 이때 AP(100)는 해당 패킷에 대한 카운터를 동작시켜 해당 카운터가 타임아웃 되면 해당 패킷이 손실되었다고 가정하고 해당 패킷에 대한 복사본을 재전송하고 카운터를 다시 동작시킨다. 상기 카운터가 타임아웃 되기 전에 단말로부터 ACK를 수신하면 AP (100) 는 동일한 방식으로 상기 단말#2(120), 단말#3(130), 단말#4(140)를 목적지로 하는 각각의 데이터 패킷들 (102, 103, 104)을 전송한다.

이와 같은 명시적 수신 응답 메커니즘은 간단하면서도 높은 신뢰성을 보장하지만 반복적인 패킷 전송으로 효율성을 떨어뜨린다.

한편, IEEE 802.16과 HyperLAN2 등의 MAC 프로토콜에서는 AP가 셀 내의 모든 단말에게 각 데이터 전송 시간 정보와 그에 따른 각 단말의 ACK 전송 시간 정보를 포함하는 MAP 메시지를 방송하고, 단말이 수신한 MAP 메시지에 포함되어 있는 시간 정보를 참조하여 데이터의 수신 여부를 명시적으로 전송하는 명시적 ACK/NACK 메커니즘을 이용한다. 상기 MAP 메시지는 셀 내의 모든 단말들이 수신할 수 있도록 기본 전송률로 방송되고 상기 MAP 메시지를 수신한 단말들은 데이터 수신 시점과 그에 따른 수신 응답 메시지 전송 시간을 사전에 인지하게 되고 패킷 수신 후 응답 메시지를 자신에게 할당된 시간에 전송한다.

도 2는 IEEE 802.16 MAC 프로토콜의 수신응답 메커니즘을 설명하기 위한 예시도 이다.

AP(200)는 단말#1(210), 단말#2(220), 단말#3(230), 및 단말#4(240)로 전송될 각각의 패킷(201, 202, 203, 204)을 MAP 메시지 (205)와 함께 전송한다. 상기 MAP 메시지와 함께 패킷을 받은 각 단말은 상기 MAP 메시지를 통해 자신에게 할당된 전송시간에 패킷의 수신 여부를 알리는 ACK 또는 NACK 메시지를 전송한다. 도 2에서 보는 바와 같이 상기 단말#1(210)이 자신에게 전송된 패킷 (201)을 받지 못하거나 받은 패킷이 손상된 경우, 단말#1(210)은 NACK를 AP로 전송하고 상기 NACK를 수신한 AP (200)는 해당 패킷을 재전송한다. 이와 같은 명시적 ACK/NACK 방식에서는 단말의 패킷 수신 여부에 관계없이 수신 응답을 해야 하므로 전체 시스템 성능에 영향을 준다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명은 패킷 수신을 하지 못하거나 손상된 패킷을 받은 단말만이 수신 응답을 함으로써 수신 응답 전송 회수를 줄일 수 있는 하향 패킷 전송을 위한 수신 응답 방법 및 이를 위한 전송 프레임 구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 명시적 NACK 메커니즘을 통해 단말들의 수신 응답 횟수를 줄임으로써 자원 효율성을 향상시킬 수 있는 수신 응답 방법 및 이를 위한 전송 프레임 구조를 제공한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서 제안하는 방법은, 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 데이터 전송 서비스를 제공하는 접속 노드로 구성되는 무선통신시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 단말들을 목적지로 하는 데이터들을 포함하는 페이로드로 구성되는 프레임을 전송하며, 상기 프레임에 대한 응답으로 상기 단말들 중에서 적어도 하나로부터 부정적 수신 응답 (negative acknowledgement: NACK)을 수신하면, 상기 NACK에 대한 데이터를 재전송하고, 상기 프레임에 대한 응답으로 미리 지정된 시간 동안 어떠한 수신 응답도 수신하지 않으면, 상기 프레임이 성공적으로 전송된 것으로 결정하여 다음 프레임을 전송한다.

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상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서 제안하는 다른 방법은, 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 데이터 전송 서비스를 제공하는 접속 노드로 구성되는 무선통신시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 단말들을 목적지로 하는 패킷들로 구성되는 페이로드와 제어 정보로 구성되는 MAP을 포함하는 프레임을 전송하며, 상기 프레임에 대한 응답으로 상기 단말들 중에서 적어도 하나로부터 미수신 패킷에 대한 부정적 수신 응답 (negative acknowledgement: NACK)을 수신하면, 상기 NACK에 대응하는 패킷을 재전송하고, 상기 프레임에 대한 응답으로 미리 지정된 시간 동안 어떠한 수신 응답도 수신하지 않으면, 상기 프레임이 성공적으로 전송된 것으로 결정하여 다음 프레임을 전송한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷 수신 응답 방법 및 이를 위한 전송 프레임 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는, 일반적으로 무선 통신 시스템은 패킷 손실률 10^-2 수준이 되도록 설계되기 되는 점에 착안하여, 패킷을 제대로 받지 못한 단말들만 수신 응답을 할 수 있도록 함으로써 종래의 수신 응답 방식에 비해 80% 이상의 수신 응답 메시지 전송을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 응답 방법을 구현하기 위한 하향 링크 프레임 구조를 보인 개략도 이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 하향링크 프레임은 하향링크의 각 데이터에 대한 전송 시간 정보를 포함하는 하향링크 MAP (D/L MAP) 메시지 (310) 와 상향링크로의 수신 응답 전송 기회 정보를 포함하는 상향링크 수신 응답 MAP (U/L ACK MAP) 메시지(320)를 포함한다.

상기 하향링크에 대한 각 데이터 전송 시간 정보는 수신 단말 ID (STA ID) (312), 전송 시간 (Tx Time)(314), 그리고 전송 기간 (Length) (316)을 나타내는 필드들로 이루어지며 상기 상향링크로의 수신 응답 전송 기회 정보는 응답 단말 ID (322)와 백오프 카운트 (324)를 포함하여 이루어진다.

AP는 전송해야 될 각 데이터들을 상기 MAP에 정해진 시간에 다라 전송하게 되며 수신 단말들은 정해진 시간에 데이터 수신을 기다리게 된다. 수신 단말의 입장에서 정해진 시간에 자신에게 데이터가 성공적으로 수신 되었을 경우 상향링크를 통해 명시적인 수신 응답을 하지 않아도 된다. 반면, 정해진 시간에 자신에게 전송 수신된 데이터가 없거나 수신된 데이터에 에러가 있을 경우 명시적인 수신 응답인 NACK를 AP로 전송한다.

하향링크를 통해 데이터 수신 구간이 끝나고 나면 NACK를 전송해야 할 수신 단말들은 CSMA/CA를 기반으로 MAP에서 지정한 백오프 카운트 값을 이용하여 전송을 시도하게 된다. 이와 같은 방법으로 자원 낭비나 충돌 없이 NACK 전송이 필요한 단말들만 전송 기회를 얻게 된다.

AP 입장에서 보면, 상향구간에서 백오프 카운트감소가 U/L ACK 카운트 값인 m만큼 행해지면 모든 단말들의 수신 응답이 이루어진 것으로 간주하고 이 기간 내에 아무런 응답을 하진 않은 단말은 전송한 패킷을 성공적으로 수신했다고 판단한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 응답 방법을 설명하기 위한 예시도 이다.

도 4에서, AP (400)가 단말#1(410), 단말#2(420), 단말#3(430), 및 단말#4(440)로 전송될 각각의 패킷(401, 402, 403, 404)을 전송하고 단말#2가 자신에게 전송된 패킷 (402)를 수신하지 못한 경우의 수신응답 과정의 예를 보여주고 있다.

AP(400)가 상기 패킷들(401, 402, 403, 404)을 전송하고 나서 각 단말은 전송을 시작하기 전에 DIFS (Distributed coordination function inter-frame space) 구간 동안 다른 단말에 의해 채널이 점유되고 있는지 채널을 감시하고 상기 DIFS가 끝나자마자 자신에게 할당된 백오프 카운트(backoff count)(450-1, 450-2, 450-3, 450-4)를 동작시킨다. 상기 백오프 카운트 (450) 값은 AP(400)로부터 수신 받은 MAP 메시지에 따라 설정된다. 본 실시예에서는 단말#1(401), 단말#2(402), 단말#3(403), 그리고 단말#4(404)의 백오프 카운트 (450-1 ~ 450-4) 값이 각각 0, 1, 2, 그리고 3으로 설정된다고 가정한다. 따라서, DIFS 구간 후에 단말#1이 전송 우선권을 갖게 된다. 하지만, 본 발명에서는 패킷을 정상적으로 받은 단말들은 수신 응답 메시지를 전송하지 않고 패킷을 받지 못한 단말이 미수신 응답을 하는 명시적 NACK 메커니즘을 사용하기 때문에 자신에게 전달될 패킷을 받지 못한 단말#2(420)이 NACK 메시지(407)를 전송하게 된다. 상기 단말들의 백오프 카운트들은 1씩 감소하게 되고, 에러 복구 구간에서 AP로부터 정해진 시간에 패킷을 받지 못한 단말들이 NACK 메시지를 전송하고, AP는 NACK 메시지를 전송한 단말에 대해 해당 패킷을 재전송한다.

상기 에러 복구 구간에서 NACK 메시지(407)을 수신하면, AP (400)는 미리 정해진 SIFS (Short Inter-frame Space) 구간이 지난 후에 손실된 패킷 (402)을 재전송한다. AP(400)는 상기 손실된 패킷 (402)를 재전송하고 가장 큰 값으로 세팅 된 단말#4(440)의 백오프 카운트가 타임아웃 되자마자 다음 프레임을 전송한다.

도 5는 재전송된 패킷이 손실된 경우의 처리 과정을 설명하기 위한 예시도로 재전송된 패킷 (402)이 미리 정해진 시구간에 수신되지 않으면 상기 단말#2(420)은 SIFS가 경과한 후 다시 NACK 메시지(407)를 전송하고 상기 손실된 패킷 (402)를 재전송한다. 상기 NACK 메시지를 수신하면 상기 AP(400)는 다시 SIFS 경과 후 손실된 패킷을 재전송한다. 이러한 반복된 패킷 재전송을 통해 단말#2가 해당 패킷을 수신하면 상기 에러 복구 구간이 끝나고 백오프 카운터가 감소하여 가장 큰 백오프 카운트가 타임아웃 되는 시점에서 AP (400)는 다음 프레임을 전송한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 하향 패킷 전송을 위한 수신 응답 방법에서는 패킷 수신을 하지 못하거나 손상된 패킷을 받은 단말만이 부정수신 응답(NACK)을 함으로써 긍정적 수신 응답 방식과 비교해 응답 메시지 전송 회수를 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 수신 응답 방법에서는 명시적 부정 수신 응답 메커니즘을 통해 단말들의 수신 응답 횟수를 줄임으로써 자원 효율성을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

1. 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 데이터 전송 서비스를 제공하는 접속 노드로 구성되는 무선통신시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,

   상기 단말들을 목적지로 하는 데이터들을 포함하는 페이로드로 구성되는 프레임을 전송하는 과정과,

   상기 프레임에 대한 응답으로 상기 단말들 중에서 적어도 하나로부터 부정적 수신 응답 (negative acknowledgement: NACK)을 수신하면, 상기 NACK에 대한 데이터를 재전송하는 과정과,

   상기 프레임에 대한 응답으로 미리 지정된 시간 동안 어떠한 수신 응답도 수신하지 않으면, 상기 프레임이 성공적으로 전송된 것으로 결정하여 다음 프레임을 전송하는 과정을 포함하는 데이터 전송 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프레임은

   상기 목적지가 다른 데이터들에 대한 전송시간 정보를 포함하는 하향링크 정보 메시지와 상향링크로의 수신 응답 전송 기회 정보를 포함하는 상향링크 수신 응답 정보 메시지를 포함하는 데이터 전송 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 하향링크 정보 메시지는

   상기 단말들을 구별하기 위한 수신 단말 ID, 각 단말의 전송시점을 표시하는 전송 시작 시간, 및 각 단말의 전송 시간의 길이를 나타내는 전송 기간을 포함하는 데이터 전송 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상향링크 수신 응답 정보 메시지는

   상기 단말들을 구별하기 위한 응답 단말 ID와 각 단말의 수신 응답 전송 우선 순위를 결정하기 위한 백오프 카운트 값을 포함하는 데이터 전송 방법.
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6. 제 2항에 있어서,

   상기 단말들 각각에서, 상기 상향링크 수신 응답 정보 메시지를 참조하여 백오프 카운트 값을 설정하는 과정과,

   상기 단말들 각각에서, 상기 하향링크 정보 메시지를 참조하여 상기 단말에게 전송된 데이터의 수신 여부를 판단하는 과정과,

   상기 판단 결과, 수신되지 않은 데이터가 존재하는 것으로 결정되면, 상기 수신되지 않은 데이터에 대응되는 NACK을 전송하는 과정과,

   상기 판단 결과, 상기 단말에 대한 데이터를 모두 수신한 것으로 결정되면, 상기 미리 지정된 시간 동안 상기 어떠한 수신 응답도 전송하지 않고, 상기 다음 프레임을 수신하는 과정을 더 포함하는 데이터 전송방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 NACK에 대한 데이터 재전송은

   상기 NACK 수신 후 미리 정해진 시간 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
8. 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 데이터 전송 서비스를 제공하는 접속 노드로 구성되는 무선통신시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,

   상기 단말들을 목적지로 하는 패킷들로 구성되는 페이로드와 제어 정보로 구성되는 MAP을 포함하는 프레임을 전송하는 과정과,

   상기 프레임에 대한 응답으로 상기 단말들 중에서 적어도 하나로부터 미수신 패킷에 대한 부정적 수신 응답 (negative acknowledgement: NACK)을 수신하면, 상기 NACK에 대응하는 패킷을 재전송하는 과정과,

   상기 프레임에 대한 응답으로 미리 지정된 시간 동안 어떠한 수신 응답도 수신하지 않으면, 상기 프레임이 성공적으로 전송된 것으로 결정하여 다음 프레임을 전송하는 과정을 포함하는 데이터 전송 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 MAP은

   상기 목적지가 다른 패킷들에 대한 전송시간 정보를 포함하는 하향링크 MAP 메시지와 상향링크로의 수신 응답 전송 기회 정보를 포함하는 상향링크 수신 응답 MAP 메시지를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 하향링크 MAP 메시지는

    상기 단말들을 구별하기 위한 수신 단말 ID, 각 단말의 전송시점을 표시하는 전송 시작 시간, 및 각 단말의 전송 시간의 길이를 나타내는 전송 기간을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 상향링크 수신 응답 MAP 메시지는

    상기 단말들을 구별하기 위한 응답 단말 ID와 각 단말의 수신 응답 전송 우선 순위를 결정하기 위한 백오프 카운트 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
12. 제 9항에 있어서, 상기 하향링크 MAP 메시지는 상기 단말들을 구별하기 위한 수신 단말 ID, 각 단말의 전송시점을 표시하는 전송 시작 시간, 그리고 각 단말의 전송 시간의 길이를 나타내는 전송 기간을 포함하고, 상기 상향링크 수신 응답 MAP 메시지는 상기 단말들을 구별하기 위한 응답 단말 ID와 각 단말의 수신 응답 전송 우선 순위를 결정하기 위한 백오프 카운트 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 단말들 각각에서, 상기 상향링크 수신 응답 MAP 메시지를 참조하여 백오프 카운트 값을 설정하는 과정과,

    상기 단말들 각각에서, 상기 하향링크 MAP 메시지를 참조하여 상기 단말에게 전송된 패킷의 수신 여부를 판단하는 과정과;

    상기 판단 결과, 수신되지 않은 패킷이 존재하는 것으로 결정되면, 접속 노드의 프레임 전송 시간 종료 시점에서 미리 정해진 시구간 후에 상기 수신되지 않은 패킷에 대응되는 NACK을 전송하는 과정과,

    상기 판단 결과, 상기 단말에 대한 패킷을 모두 수신한 것으로 결정되면, 상기 미리 지정된 시간 동안 상기 어떠한 수신 응답도 전송하지 않고, 상기 다음 프레임을 수신하는 과정을 더 포함하는 데이터 전송 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 시구간은

    채널 점유를 위한 분산 조율 기능 프레임 간격(Distributed coordination function interframe space: DIFS)인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
15. 제 13항에 있어서, 상기 패킷 재전송은

    미리 정해진 짧은 프레임 간격 (short interfarme space) 경과 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 재전송 패킷이 해당 단말에 의해 성공적으로 수신되면 상기 접속노드는 상기 단말들에 할당된 백오프 카운트 중 가장 큰 값을 가진 백오프 카운트가 타임아웃 되는 시점에서 다음 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.

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