KR101091569B1 - Ｐａｎ 코디네이터가 ｇｔｓ를 할당하는 방법 - Google Patents

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KR101091569B1
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조형욱
배성재
정민영
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

개시된 기술은 PAN 코디네이터가 GTS를 할당하는 방법에 관한 것이다. 실시예들 중에서, PAN(Personal Area Network) 코디네이터가 i번째 슈퍼프레임에서 비 경합 구간(Contention Free Period: CFP)의 GTS(Guaranteed Time Slot)를 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들에게 할당 하는 방법은, i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말의 GTS 사용률을 계산하는 단계; 상기 GTS 사용률을 기초로 상기 GTS를 할당 받은 단말의 우선순위 값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 우선순위 값을 기초로 상기 GTS를 요청한 단말들에게 GTS를 할당하는 단계를 포함한다.

Description

ＰＡＮ 코디네이터가 ＧＴＳ를 할당하는 방법{METHOD FOR ALLOCATING GUARANTEED TIME SLOT}
개시된 기술은 PAN 코디네이터가 GTS를 할당하는 방법에 관한 것이다.
IEEE 802.15.4 표준은 저속의 무선 개인 영역 네트워크(Personal Area Network: 이하, PAN)의 물리 계층(Physical Layer)과 매체접근제어(Medium Access Control : MAC) 부계층을 규정한다. 매체접근제어 부계층의 동작방식은 PAN 코디네이터의 주기적인 비콘프레임 전송유무에 따라 비콘 사용 모드와 비콘 비사용 모드로 분류된다. PAN을 관리하는 PAN 코디네이터는 통신을 위해 비콘 사용 모드와 비콘 비사용 모드 중 하나의 모드를 선택하여 사용한다. 비콘 사용 모드에서는 슈퍼프레임 구조가 사용된다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 PAN 코디네이터가 GTS를 효율적으로 할당하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술은 PAN(Personal Area Network) 코디네이터가 i번째 슈퍼프레임에서 비 경합 구간(Contention Free Period: CFP)의 GTS(Guaranteed Time Slot)를 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들에게 할당 하는 방법에 있어서, i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말의 GTS 사용률을 계산하는 단계; 상기 GTS 사용률을 기초로 상기 GTS를 할당 받은 단말의 우선순위 값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 우선순위 값을 기초로 상기 GTS를 요청한 단말들에게 GTS를 할당하는 단계를 포함하는 GTS 할당 방법을 제공한다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술에 따르면, 비경합접근 구간의 이용효율이 향상된다. 개시된 기술의 일 실시예에 따르면, GTS를 보다 효율적으로 사용하는 단말에게 우선적으로 GTS를 할당한다. 따라서 각각의 GTS의 이용효율이 증가할 뿐만 아니라 전체 비경합접근 구간의 이용효율도 증가한다.
또한, 개시된 기술에 따르면, 안정성이 향상된다. 기존 GTS 관리 방식을 따를 경우 GTS를 사용해야 할 단말이 많을수록 각 단말에 대한 GTS 할당 가능성이 낮아지고 GTS를 할당 받지 못한 단말의 프레임이 버려질 가능성이 증가한다. 개시된 기술의 일 실시예에 따르면, 높은 패킷 전송률을 가지는 단말(즉, GTS를 할당 받지 못할 경우 많은 패킷 손실이 발생될 것으로 예상되는 단말)에게 우선적으로 GTS를 할당함으로써 안정성을 높이는 효과가 발생한다. 즉, 비경합접근 구간의 이용효율이 증가되므로, 버려지는 프레임의 수가 줄어들어, 네트워크의 안정성이 높아진다.
또한, 개시된 기술에 따른 GTS 할당 방법은 호환성이 우수하다. 개시된 기술에 따른 동작 방식은 PAN 코디네이터의 GTS 할당 관리 방법만을 수정하기 때문에 PAN 코디네이터를 제외한 다른 단말의 수정을 필요로 하지 않는다. 따라서 기존 단말도 추가적인 수정 없이 사용할 수 있기 때문에 호환성이 높다는 장점이 있다.
따라서, 개시된 기술에 따른 GTS 할당 방법은 PAN 또는 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)에서 보다 효율적이고 효과적인 통신을 제공할 수 있다.
도 1은 IEEE 802.15.4에서의 슈퍼프레임을 예시하고 있는 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 GTS 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 GTS 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP에서 PAN 코디네이터가 각 단말의 상태를 관리하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP에서 PAN 코디네이터가 각 단말의 상태를 관리하는 과정을 예를 들고 있는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따라 단말을 보통 우선순위 버퍼 또는 높은 우선순위 버퍼에 정렬하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 버퍼에 정렬된 단말에게 GTS를 할당하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 개시된 기술에 따른 GTS 할당 방법의 향상된 성능을 나타내는 그래프이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
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.
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, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 IEEE 802.15.4에서의 슈퍼프레임을 예시하고 있는 도면이다. 슈퍼프레임 구조는 단말의 매체접근 구간과 방법을 규정한다. 이하, 도 1을 참조하여 슈퍼프레임 구조를 설명한다. 슈퍼프레임은 활성화 구간과 비활성화 구간으로 구분된다. 비활성화 구간 동안 PAN에 참여하는 단말은 저전력 모드로 동작한다. PAN 코디네이터와 단말이 통신하는 활성화구간은 경합접근 구간(Contention Access Period; 이하 CAP)과 비경합접근 구간(Contention Free Period ; 이하 CFP)으로 구분된다. 각 구간의 길이는 PAN 코디네이터가 결정하며 이에 대한 정보는 슈퍼프레임의 시작마다 브로드캐스트 되는 비콘프레임을 통해 PAN 내의 모든 단말들에게 전달된다. 슈퍼프레임의 CAP에서 단말은 매체접근을 위하여 다른 단말과 경쟁을 하며, 이를 위해 반송파감지 다중접속/충돌 회피(Slotted Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: Slotted CSMA/CA) 방식이 사용된다. 반면 CFP에서 단말은 다른 단말과 경쟁을 하지 않고 슈퍼프레임 내에서 정의되는 일정 자원(Guaranteed time slot; 이하, GTS)을 할당 받아 PAN 코디네이터와 통신 한다.
CFP에서 단말의 매체접근 방식은 다음과 같다. i번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받기 위해 단말은 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP동안 GTS 할당 요청 메시지를 PAN 코디네이터에게 전송한다. 이를 수신한 PAN 코디네이터는 i번째 슈퍼프레임에 대해 추가적인 GTS를 할당할 자원이 충분한가를 판단하고 해당 단말에 대한 GTS의 할당 여부를 결정한다. 예컨대, PAN 코디네이터는 하나의 슈퍼프레임 내에서 할당한 GTS의 개수가 최대 할당 가능한 개수(예를 들어, IEEE 802.15.4 경우 7개)를 넘지 않고, CAP의 최소한의 길이가 보장되는 경우, GTS를 할당할 자원이 충분하다고 판단한다. PAN 코디네이터는 이와 같이 FCFS(First Come, First Serve) 방법을 적용하여 GTS를 할당여부를 결정하고, 비콘프레임의 GTS 디스크립터(descriptor) 필드를 사용해서 단말에게 GTS 할당 여부를 알린다. 비콘프레임을 수신하여 GTS가 할당된 것을 확인한 단말은 해당 GTS를 통해서 PAN 코디네이터와 통신할 수 있다.
한편, PAN 코디네이터는 다음 두 가지 조건 중 하나가 충족되면 단말에게 할당한 GTS를 해제한다. 첫 번째 조건은 GTS를 할당 받은 단말이 GTS 해제 요청 메시지를 전송하는 경우이다. GTS 해제 요청 메시지를 수신한 PAN 코디네이터는 해당 단말에게 할당한 GTS를 해제한다. 두 번째 조건은 PAN 코디네이터가 할당한 GTS를 통해서 연속하는 2n번의 슈퍼프레임 동안 해당 단말로부터 어떠한 프레임도 전송 받지 못하는 경우이다. 이러한 경우 PAN 코디네이터는 GTS를 할당 받은 단말이 더 이상 해당 GTS를 사용하지 않는다고 판단하고 할당한 GTS를 해제한다. 이때, n은 수학식 1과 같이, 슈퍼프레임의 길이를 결정하는 값인 BO(BeaconOrder) 값에 따라서 달라진다.
Figure 112010060800559-pat00001
PAN 코디네이터는 할당한 GTS를 해제하는 경우, 이를 비콘프레임을 통해 단말에게 알린다.
IEEE 802.15.4 표준에서는 상술한 바와 같이, FCFS 방식을 통해 GTS를 할당하는 한편, 최대 GTS 할당 개수를 제한하고 있다. 따라서 GTS 요청 메시지를 먼저 전송한 단말이 GTS를 선점하게 되고, 다른 단말은 GTS를 할당 받을 기회를 얻지 못한다. 할당된 GTS는 단말이 GTS 해제 요청을 하거나, 특정 횟수 이상의 연속하는 슈퍼프레임동안 사용되지 않아야만 해제되기 때문에 GTS를 선점한 단말이 GTS를 효율적으로 사용하지 않더라도 해당 단말에게 할당된 GTS는 계속 유지된다.
상술한 바와 같이, IEEE 802.15.4의 비경합구간은 낮은 이용효율을 가지는 문제가 있다. 개시된 기술은 이러한 문제점을 해결하고, GTS를 효율적으로 할당하는 방법을 제안한다. 개시된 기술은 GTS를 할당하기 위한 우선순위 값을 새롭게 정의하고, 그 우선순위 값에 따라 GTS를 할당하여 CFP 구간의 이용효율을 증가시킨다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 GTS 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2의 순서도는 PAN 코디네이터가 i번째 슈퍼프레임에서 비 경합 구간의 GTS를 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들에게 할당 하는 방법을 나타낸다. 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들이란, i-1번째 슈퍼프레임 및 그 이전의 슈퍼프레임들에서 GTS를 요청한 적이 있는 단말들로, GTS 요청 상태가 해제되지 않은 단말을 의미한다. 일례로, PAN 코디네이터는 단말로부터 GTS 요청 메시지를 받으면, 해당 단말을 테이블에 기록하여 GTS를 요청한 단말로 관리하고, 특정 사유로 GTS 요청 상태가 해제되면 해당 단말을 테이블에서 삭제하여 이하의 과정이 수행되지 않도록 할 수 있다. GTS 요청 상태가 해제되는 경우로는, 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말로부터 만료 기간(Expiration Time)이 경과할 동안 데이터를 수신하지 않은 경우, 또는 GTS 해제 요청 메시지를 수신한 경우 등이 있을 수 있다. 만료 기간은 예컨대, 연속하는 2n번의 슈퍼프레임이 경과할 동안일 수 있으며, 이때 n은 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
S210 단계에서, PAN 코디네이터는 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들 중 어느 하나를 선택하여, 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받았는지 확인한다. 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받았다고 판단된 경우, S220 단계에서, PAN 코디네이터는 선택된 단말의 GTS 사용률을 계산한다. 예컨대, PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임의 CFP 동안 단말에게 할당한 GTS를 통해서 받은 데이터의 양을 기록하고, 이를 이용하여 단말 별 GTS 사용률을 계산할 수 있다. 이때, GTS 사용률은 할당한 GTS를 통해서 수신 할 수 있는 총 데이터의 양 대비 실제로 수신한 데이터의 양의 비율을 의미한다. i-1번째 슈퍼프레임에서 단말 k의 GTS 사용률은 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112010060800559-pat00002
여기서, Uk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 GTS 사용률, Rk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에게 할당된 GTS를 통하여 수신한 데이터의 양, Rk MAX[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에게 할당된 GTS를 통하여 수신할 수 있는 최대 데이터의 양이다.
S230 단계에서, PAN 코디네이터는 GTS 사용률을 기초로 단말들의 우선순위 값을 결정한다. 일 실시예에 따른 우선순위 값은 과거의 우선순위 값을 반영하여 결정될 수 있도록 i-1번째 슈퍼프레임에서의 GTS 사용률에 가중치(α)를 적용한 지수평균으로서 구할 수 있다. 단말 k의 i-1번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값은 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112010060800559-pat00003
여기서, Pk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 우선순위 값, Uk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 GTS 사용률, Pk[i-2]는 i-2번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에의 우선순위 값, α는 가중치로 0 에서 1 사이의 실수이다.
한편, 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 않은 경우에는, i-1번째 슈퍼프레임에서의 GTS 사용률을 계산할 수 없기 때문에, 다음과 같은 방법으로 우선순위를 결정한다. 우선, 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 않았다고 판단된 경우, PAN 코디네이터는 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 새롭게 요청하였는지 여부를 판단한다(S240). 선택된 단말이 GTS를 새로이 요청한 것이 아니라고 판단된 경우, PAN 코디네이터는 선택된 단말(즉, i-1번째 슈퍼프레임 이전에 GTS를 요청하였지만 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 못한 단말)의 우선순위 값을 i-2번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값으로 결정한다(S250). 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 새롭게 요청한 것이라고 판단된 경우에는, PAN 코디네이터는 선택된 단말의 우선순위를 최대 우선순위 값 PMAX로 결정한다(S260). PMAX는 새로이 GTS를 요청한 단말에게 GTS를 우선적으로 할당할 수 있도록 설정된다. 예컨대, PMAX는 다른 우선순위 값 중 최대값보다 높거나 같은 값, 1 이상의 실수 등으로 설정될 수 있다.
S270 단계에서, PAN 코디네이터는 S230, S250 또는 S260 단계에서 결정된 우선순위 값을 기초로 GTS를 요청한 단말들에게 GTS를 할당한다. PAN 코디네이터는 할당 가능한 GTS의 수를 넘지 않는 범위에서, 결정된 우선순위가 높은 단말부터 순서대로 GTS를 할당한다. 일 실시예에 따른 PAN 코디네이터는 S270단계에서의 GTS 할당 결과를 다음 비콘 프레임을 통하여 각 단말에게 알릴 수 있다.
도 3은 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 GTS 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3의 GTS 할당 방법은 PAN 코디네이터가 PAN 상의 단말들을 GTS_점유, GTS_요구 및 GTS_불요 상태 중 어느 하나의 상태로 분류하는 단계를 더 포함한다. 즉, S310 단계에서, PAN 코디네이터는 단말의 상태를 분류한다. PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말은 GTS_점유 상태로 분류하고, 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청하였지만 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 못한 단말은 GTS_요구 상태로 분류하고, 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청하지 않은 단말(즉, GTS를 사용할 의사가 없는 단말)은 GTS_불요 상태로 분류한다. 이하, PAN 코디네이터가 단말의 상태를 관리하는 방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP에서 PAN 코디네이터가 각 단말의 상태를 관리하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 단말의 상태 관리를 위해 PAN 코디네이터가 PAN에 포함된 모든 단말의 정보를 기록하는 상태 테이블을 새롭게 정의한다. 상태 테이블은 각 단말의 주소, 상태 또는 우선순위 값 등을 포함할 수 있다. PAN 코디네이터는 각 슈퍼프레임이 종료된 시점에서 GTS_요구 상태나 GTS_점유 상태의 단말로부터 소정의 슈퍼프레임(Expiration Time, 만료 기간) 동안 프레임을 전송 받지 못한 경우 해당 단말은 GTS 사용을 종료한 것으로 판단한다. 만료 기간은 예를 들어 2n(n은 수학식 1과 같이 결정됨)만큼의 연속된 슈퍼프레임 기간일 수 있다. PAN 코디네이터는 GTS_요구 상태나 GTS_점유 상태의 단말이 GTS 해제 요청 메시지를 전송한 경우에도, 해당 단말이 GTS 사용을 종료한 것으로 판단한다. PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임이 시작되면 GTS의 사용을 종료한 것으로 판단되는 단말이 존재하는지 여부를 판단한다(S410). GTS의 사용을 종료한 것으로 판단되는 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말의 상태를 GTS_불요 상태로 변경한다(S415). PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임이 시작되면 새롭게 GTS를 할당한 단말이 존재하는지 판단한다(S420). GTS를 새로이 할당 받은 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말의 상태를 GTS_점유상태로 변경한다(S425). 또한 PAN 코디네이터는 새롭게 GTS 할당을 해제한 단말이 존재하는지 판단한다(S430). GTS 할당을 새로이 해제한 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말의 상태를 GTS_요구 상태로 변경한다(S435). PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP동안 새롭게 PAN에 참여한 단말이 존재하는지 판단한다(S440). 새롭게 PAN에 참여한 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말에 대한 상태 테이블을 생성하고 테이블의 상태정보를 GTS_불요 상태로 초기화한다(S450) PAN 코디네이터는 GTS 할당요청 메시지를 전송한 단말이 존재하는지 판단한다(S450). GTS 할당요청 메시지를 전송한 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말의 상태를 GTS_요구 상태로 변경한다(S455).
도 5는 i-1번째 슈퍼프레임의 CAP에서 PAN 코디네이터가 각 단말의 상태를 관리하는 과정을 예를 들고 있는 도면이다. PAN 코디네이터는 i-1번째 슈퍼프레임이 시작되면 i-1번째 비콘 프레임을 주변의 단말들에게 전송하고, i-1번째 슈퍼프레임에서 새롭게 GTS를 할당, 해제 또는 사용 종료한 단말의 상태를 갱신한다. 새롭게 PAN에 참여한 단말(단말 1)이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 상태 테이블에 새로이 참여한 단말(단말 1)을 추가하고, 상태정보를 GTS_불요 상태로 초기화한다. GTS 할당요청 메시지를 전송한 단말(단말 2)이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 상태 테이블의 해당 단말의 상태정보를 GTS_요구 상태로 변경한다.
다시 도 3을 참조하면, 선택된 단말이 GTS_불요 상태의 단말인 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말에 대한 절차를 종료하고, 다음 단말을 선택하여 단말의 상태를 판단한다. 선택된 단말이 GTS_점유 상태의 단말인 경우, S320 단계에서, PAN 코디네이터는 선택된 단말의 GTS 사용률을 계산한다. 예컨대, PAN 코디네이터는 수학식 2와 같이 GTS 사용률을 계산할 수 있다. S330 단계에서, PAN 코디네이터는 GTS 사용률을 기초로 선택된 단말의 우선순위 값을 결정한다. 예컨대, PAN 코디네이터는 수학식 3과 같이 우선순위 값을 결정할 수 있다.
선택된 단말이 GTS_요구 상태의 단말인 경우, S340 단계에서, PAN 코디네이터는 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 새로이 요청하였는지 여부를 판단한다. 선택된 단말이 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 새로이 요청한 것이 아니라고 판단된 경우, PAN 코디네이터는 선택된 단말의 우선순위 값을 i-2번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값으로 결정한다(S350).
PAN 코디네이터는 PAN 영역 내의 단말들에 대하여 상술한 과정을 반복하여 GTS_요구 또는 GTS_점유 상태의 단말들의 우선순위 값을 결정한다(S360). S370 단계에서, PAN 코디네이터는 S330 또는 S350 단계에서 결정된 우선순위 값을 기초로 GTS를 할당한다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따라 도 3의 S370 단계에서 GTS를 할당하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시예에 따른 PAN 코디네이터는 높은 우선순위 버퍼와 보통 우선순위 버퍼 두 개의 버퍼를 사용하여 단말들에게 GTS를 할당한다. 높은 우선순위 버퍼에 존재하는 단말은 보통 우선순위 버퍼에 속한 단말보다 높은 GTS 할당 우선순위를 가지며 버퍼의 앞부분에 위치하는 단말부터 GTS가 할당 된다. 도 6은 PAN 코디네이터가 단말을 보통 우선순위 버퍼 또는 높은 우선순위 버퍼에 정렬하는 과정을 설명하며, 도 7은 버퍼에 정렬된 단말에게 GTS를 할당하는 방법을 설명한다. 도 6을 참조하면, PAN 코디네이터는 PAN 내에서 하나의 단말을 선택한 후(S610), 해당 단말의 상태를 판단한다(S620). 단말이 GTS_불요 상태라면 PAN 코디네이터는 PAN 내에서 다른 단말을 선택한다. 단말이 GTS_요구 상태라면 PAN 코디네이터는 기존에 계산된 우선순위 값을 가지는지 판단한다(S630). 해당 단말이 우선순위 값을 가지지 않는다면, 즉 새로이 GTS_요구 상태가 된 단말이라면, PAN 코디네이터는 단말을 높은 우선순위 버퍼에 위치시킨다(S640). 새로이 GTS_요구 상태가 된 단말은 이후, GTS 사용률을 이용한 단말의 우선순위 값을 생성할 수 있도록 높은 우선순위 버퍼에 위치하여, 다른 단말에 우선하여 GTS를 할당 받을 수 있도록 한다. 반대로, 해당 단말이 우선순위 값을 가지고 있다면 PAN 코디네이터는 단말을 보통우선순위 버퍼에 우선순위 값에 따라 정렬하여 위치시킨다(S650). 마지막으로 단말이 GTS_점유 상태라면 S650 단계와 마찬가지로, PAN 코디네이터는 단말을 보통 우선순위 버퍼에 우선순위 값에 따라 정렬하여 위치시킨다. PAN 코디네이터는 PAN에 참여하는 모든 단말에 대해 S610 내지 S650 단계를 반복한다(S660).
즉, PAN 코디네이터는 GTS를 새로이 요청한 단말(GTS_요구 상태의 단말 중 우선순위 값을 가지지 않는 단말)을 높은 우선순위 버퍼에 넣고(S640), 나머지 GTS를 요청한 단말(GTS_요구 상태의 단말 중 우선순위 값을 가지는 단말 및 GTS_점유 상태의 단말)을 보통우선순위 버퍼에 우선순위 값에 따라 정렬하여 넣는다(S650). PAN 코디네이터는 높은 우선순위 버퍼에 할당된 단말에 보통우선순위 버퍼에 할당된 단말보다 우선하여 GTS를 할당한다.
도 6에서와 같이 PAN 코디네이터가 단말들을 보통 우선순위 버퍼 또는 높은 우선순위 버퍼에 정렬하면, PAN 코디네이터는 버퍼에 정렬된 순서대로 각 단말에 GTS를 할당한다. 도 7을 참조하면, PAN 코디네이터는 GTS 할당수를 0으로 초기화하고(S710) 높은 우선순위 버퍼에 단말이 존재하는지를 판단한다(S720). 높은 우선순위 버퍼에 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 해당 단말에게 GTS를 할당하고 GTS 할당수를 하나 증가시킨다(S730). 높은 우선순위 버퍼에 단말이 존재하지 않는 경우, PAN 코디네이터는 보통 우선순위 버퍼에 단말이 존재하는지를 판단한다(S740). 단말이 존재하는 경우, PAN 코디네이터는 보통 우선순위 버퍼에서 가장 우선순위 값이 가장 큰 단말에게 GTS를 할당하고 GTS 할당수를 하나 증가시킨다(S730). PAN 코디네이터는 GTS 할당수가 최대 할당 가능 수를 넘지 않는 동안 S720 내지 S740 단계를 반복 하여 단말들에게 GTS를 할당한다(S750).
도 8 및 도 9는 개시된 기술에 따른 GTS 할당 방법의 향상된 성능을 나타내는 그래프이다. 개시된 기술에 따른 GTS 할당 방법의 성능 평가를 위해서, N대의 단말이 GTS를 할당 받기 위해서 CAP에서 slotted CSMA/CA를 통해 GTS 요청 메시지를 전송하고, 할당 받은 GTS를 사용해서 단말이 PAN 코디네이터로 데이터를 전송하는 환경을 가정하였다. 시뮬레이션은 2000번의 슈퍼프레임에 해당하는 시간 동안 실시하였다. 각 단말에서 GTS를 사용하려는 서비스는 초당 0.1개의 평균을 가지는 포아송 프로세스에 따라 발생하고, 시작된 서비스 지속시간은 평균 100초의 지수 분포를 가정하였다. BeaconOrder는 6, SuperframeOrder는 3, 전송 속도는 250Kbps, 버퍼 크기는 100 Byte, 가중치 α는 0.7로 하였다. 도 8은 디바이스에서 생성되는 패킷의 크기를 바꿔가면서 채널의 수율을 측정한 결과 그래프이다. 도 9는 GTS를 사용하는 단말의 수를 변경하면서 평균 MAC 전송지연 시간을 측정한 결과 그래프이다. 여기서 MAC 전송지연은 해당 프레임이 MAC의 버퍼에 도착한 시점부터 해당 프레임의 전송에 대한 ACK 프레임을 수령할 때까지의 시간을 나타낸다. 도 8 및 도 9를 살펴보면, 개시된 기술에 따른 방법(proposed)이 기존의 방법(standard)보다 높은 수율 및 낮은 MAC 지연을 가짐을 확인 할 수 있다. 시뮬레이션을 통해, CFP 구간을 효율적으로 사용하기 위해서 GTS의 사용률을 고려하는 것이 기존의 표준의 방법보다 채널 사용률과 프레임 전송 지연의 측면에서 좋은 성능을 가지는 것이 확인되었다.
이러한 개시된 기술인 시스템 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. PAN(Personal Area Network) 코디네이터가 i번째 슈퍼프레임에서 비 경합 구간(Contention Free Period: CFP)의 GTS(Guaranteed Time Slot)를 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청한 단말들에게 할당 하는 방법에 있어서,
    i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말의 GTS 사용률을 계산하는 단계;
    상기 GTS 사용률을 기초로 상기 GTS를 할당 받은 단말의 우선순위 값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 우선순위 값을 기초로 상기 GTS를 요청한 단말들에게 GTS를 할당하는 단계를 포함하는 GTS 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청하였지만 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 못한 단말의 우선순위를 i-2번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값으로 결정하는 단계를 포함하는 GTS 할당방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 새로이 요청한 단말의 우선순위를 최대 우선순위 값 PMAX로 결정하는 단계를 포함하는 GTS 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 GTS 사용률은,
    Uk[i-1]=Rk[i-1]/Rk MAX[i-1](여기서, Uk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 GTS 사용률, Rk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에게 할당된 GTS를 통하여 수신한 데이터의 양, Rk MAX[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에게 할당된 GTS를 통하여 수신할 수 있는 최대 데이터의 양)에 따라 계산되는 GTS 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 우선순위 값은,
    Pk[i-1]=αUk[i-1]+(1-α)Pk[i-2](여기서, Pk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 우선순위 값, Uk[i-1]는 i-1번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말의 GTS 사용률, Pk[i-2]는 i-2번째 슈퍼프레임에서 k번째 단말에의 우선순위 값, α는 가중치로 0 에서 1 사이의 실수)에 따라 결정되는 GTS 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 할당하는 단계는,
    할당된 GTS의 수가 최대 할당 가능한 GTS의 수를 넘지 않는 범위에서 상기 결정된 우선순위 값이 높은 단말 순서대로 반복하여 GTS를 할당하는 GTS 할당방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 할당하는 단계는,
    상기 GTS 할당 결과를 다음 비콘 프레임을 통하여 각 단말에게 알리는 단계를 포함하는 GTS 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 GTS를 요청한 단말들 중 적어도 하나의 단말로부터 만료 기간(Expiration Time)이 경과하는 동안 데이터를 수신하지 않은 경우 상기 적어도 하나의 단말의 GTS 요청 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 GTS 할당방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 만료 기간은 연속하는 2n번의 슈퍼프레임이 경과할 동안이며, 상기 n은,
    Figure 112010060800559-pat00004
    (여기서, BO는 BeaconOrder 값)으로 결정되는 GTS 할당 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 계산하는 단계 전에,
    PAN에 연결된 단말들을 GTS_점유, GTS_요구 및 GTS_불요 상태 중 어느 하나의 상태로 분류하는 단계를 더 포함하는 GTS 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분류하는 단계는,
    i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말은 GTS_점유 상태로 분류하고, 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청하였지만 i-1번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받지 못한 단말은 GTS_요구 상태로 분류하고, 이전의 슈퍼프레임에서 GTS를 요청하지 않은 단말은 GTS_불요 상태로 분류하는 GTS 할당 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 GTS_점유 상태의 단말의 경우, 상기 GTS 사용률을 기초로 상기 단말의 우선순위 값을 결정하고,
    상기 GTS_요구 상태의 단말의 경우, i-2번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값으로 상기 단말 우선순위 값을 결정하는 GTS 할당 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 GTS_요구 상태의 단말 중 i-1번째 슈퍼프레임에서 새로이 GTS를 요청한 단말의 경우, 최대 우선순위 값 PMAX로 상기 단말의 우선순위 값을 결정하고,
    상기 GTS_요구 상태의 단말 중 상기 i-1번째 슈퍼프레임에서 새로이 GTS를 요청한 단말을 제외한 단말의 경우, i-2번째 슈퍼프레임에서의 우선순위 값으로 상기 단말 우선순위 값을 결정하는 GTS 할당 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 할당하는 단계는,
    상기 GTS_요구 상태의 단말 중 상기 i-1번째 슈퍼프레임에서 새로이 GTS를 요청한 단말을 높은 우선순위 버퍼에 넣고, 나머지 GTS_요구 상태의 단말 및 상기 GTS_점유 상태의 단말을 보통우선순위 버퍼에 넣고, 높은 우선순위 버퍼에 할당된 단말을 보통우선순위 버퍼에 할당된 단말보다 우선하여 GTS를 할당하는 GTS 할당 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 GTS_점유 또는 상기 GTS_요구 상태로 분류된 적어도 하나의 단말로부터 만료 기간(Expiration Time)이 경과하는 동안 데이터를 수신하지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 단말의 상태를 GTS_불요로 변경하는 단계를 더 포함하는 GTS 할당방법.
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