KR101137014B1 - 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템 및 이 통신 시스템에서의 데이터 패킷의 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템 및 이 통신 시스템에서의 데이터 패킷의 전송 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템은 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템으로서, 복수의 릴레이 장치 중에서 제1 릴레이 장치는 데이터 패킷 중에서 중요도가 낮은 데이터 패킷(상위 계층의 데이터 패킷)을 AF(Amplify and Forward) 방식으로 클라이언트 단말기로 재전송하고, 복수의 릴레이 장치 중에서 제2 릴레이 장치는 데이터 패킷 중에서 중요도가 높은 데이터 패킷을 DF(Decode and Forward) 방식으로 클라이언트 단말기로 재전송하도록 한다. 이 경우에, 네트워크 상황이나 단말기의 성능, 패킷 손실율 등을 고려하여, 릴레이 장치가 AF 방식 및/또는 DF 방식을 사용하여 재전송하도록 할 수도 있다.
릴레이, 계층 전송 결정, 데이터 패킷, 랩터 코드

Description

복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템 및 이 통신 시스템에서의 데이터 패킷의 전송 방법{Mobile telecommunication system including a plurality of relay stations and method of transmitting data packets for the mobile telecommunication system}
본 발명은 이동 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템과 이 이동 통신 시스템에서 데이터 패킷을 전송하는 방법에 관한 것이다.
릴레이 네트워크(relay network)는 무선 통신 분야에서 공간 다이버시티 이득(spatial diversity gain)을 얻기 위한 새로운 방식으로, 협력 이득(cooperative diversity or collaborative diversity)의 개념에 기반하는 협력 통신 방식이다. 이는 단일 안테나를 갖는 여러 단말들이 서로의 안테나를 공유하여 가상의 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output)을 지원하는 시스템으로, 추가적인 대역폭이나 전송 시간의 낭비 없이 공간 다이버시티 이득을 극대화할 있는 방법이다.
릴레이 네트워크에서 릴레이(Relay) 또는 릴레이 장치(Relay Station, RS)가 수신된 데이터를 재송신하는 방법은 AF(Amplify and Forward)법과 DF(Decode and Forward)법의 두 가지가 있다. 도 1에는 릴레이에서의 이러한 데이터 재전송 방법이 도시되어 있는데, 도 1의 (a)는 릴레이에서 AF법을 이용하는 경우이고, 도 1의 (b)는 릴레이에서 DF법을 이용하는 경우이다. 도 1에서 'S'는 소스(Source)를 나타내고, 'R'은 릴레이(Relay)를 나타내며, 'D'는 목표(Destination)를 나타낸다. AF법의 경우에 릴레이(R)는 소스(S)로부터 수신된 데이터를 단순히 증폭(Amplifier)하여 목표(D)로 전달하는 반면, DF법의 경우 릴레이(R)는 소스(S)로부터 수신된 데이터를 복호(Decode)한 다음 이를 다시 인코딩(Encode)하여 목표(D)로 전달한다. 도 1을 참조하면, 릴레이 네트워크에서 목표(D)는 소스(S)로부터 직접 데이터를 수신하거나 및/또는 릴레이(R)를 거쳐서 수신할 수도 있다.
만약 단일 계층이 아닌 데이터 패킷 별로 중요도가 다른 데이터를 전송하게 되면 중요한 데이터는 릴레이(R)가 랩터 코드(Raptor Code)와 같은 채널 코드를 사용하여 소스(S)로부터 받은 데이터를 복호하여 재인코딩한 후 목표(D)에게 송신하게 되면 다이버시티 효과는 더욱 증가할 수 있다. 하지만 제한된 전력을 이용하여 릴레이를 해주어야 하기 때문에, 채널 환경에 따라서 DF법을 사용하는 것과 AF법을 사용하는 것은 각각 장단점이 있다.
한편, 릴레이 네트워크에서 소스(S)와 릴레이(R)로부터 전송을 받게 되면, 네트워크 상에 중복 컨텐츠가 존재하여 목표(D)가 수신하는 데이터는 중복될 수 있 다. 예를 들어서, MANET(mobile ad hoc network )같은 무선망에서는 망 자체에서의 손실률이 크기 때문에, 중복 데이터에 대한 중요성이 크다. 그런데, MANET과 같은 무선망은 재전송과 같은 Point-to-Point 전송기술이 가능하지 않기 때문에, 사용자들의 행동을 예측할 수 없어서, 현재 연결되어 있는 링크가 언제 끊어질지 모르는 위험이 있다. 뿐만 아니라, 전송되는 데이터 패킷의 중요도에 따라서 패킷을 전송할 경로와 함께 소스의 다이버시티를 보장할 필요성이 있다.
한편, 각 기지국이 담당하는 셀 안에서 그 셀의 가장자리에 있는 피어(Peer)들에 대한 안정적인 수신 방법이 필요하다. 즉, 셀 안에 있는 각 피어들의 이동성과 기지국로부터 떨어진 거리 또는 높은 건물들에 대한 전파 장애 등으로 인해 미디어 수신율이 불안정적일 수 있는데, 이들 피어(클라이언트 단말기)들에게는 수신을 보다 안정적으로 만들어줄 장치가 필요하다. 통상적으로 셀 내에는 다수의 릴레이 장치가 존재할 수 있는데, 이러한 다수의 릴레이 장치를 효율적으로 이용하여 단말들이 안정적으로 미디어를 수신할 수 있고, 또한 사용자들의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 손실이 많이 발생하는 릴레이 네트워크에서 종단 노드 또는 목표 단말, 특히 셀의 가장자리에 위치하는 목표 단말에게 고화질의 멀티미디어 서비스를 안정적으로 제공할 수 있는 이동 통신 시스템 과 이 시스템에서 데이터 패킷을 전송하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템은 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템으로서, 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제1 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 낮은 데이터 패킷을 AF(Amplify and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하고, 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제2 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 높은 데이터 패킷을 DF(Decode and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송한다.
상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제1 릴레이 장치는 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치들의 그룹에서 채널 상황을 고려하여 선택된 하나의 릴레이 장치이고, 상기 제2 릴레이 장치는 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치들의 그룹에서 채널 상황을 고려하여 선택된 하나의 릴레이 장치일 수 있다.
이 경우에 상기 제1 릴레이 장치는 상기 기지국으로부터 상기 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부, 상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부, 상기 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 상기 수신된 데이터 패킷을 저장 한 후 디코딩하는 디코딩부, 상기 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부, 및 상기 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 상기 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 릴레이 장치는 상기 기지국으로부터 상기 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부, 상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대하여 전력을 증폭하여 출력하는 전력 증폭부, 및 상기 전력 증폭부에서 증폭된 데이터 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함할 수 있다.
상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 기지국은 제한된 대역폭에서 전송 경로의 네트워크 상황에 따라 상기 복수의 릴레이 장치들 중에서 어느 릴레이 그룹을 상기 클라이언트 단말기로 재전송하는 것에 참여시킬 것인지를 결정하는 계층별 재전송 결정부를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 계층별 재전송 결정부는 상기 클라이언트 단말기의 성능 정보, 가용 비트율 정보, 및 패킷 손실율 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 중요도에 따라서 재전송 방법을 결정할 수 있다. 그리고 상기 데이터 패킷은 SVC(Scalable Video Coding) 비디오 데이터를 포함하고, 상기 중요도가 높은 데이터 패킷은 상기 SVC 비디오 데이터 중에서 하위 계층의 데이터를 포함하고, 상기 중요도가 낮은 데이터 패킷은 상기 SVC 비디오 데이터 중에서 상위 계층의 데이터를 포함할 수 있다. 상기 계층별 재전송 결정부는 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 네트워크 상황이 좋을 시에는 모든 계층 을 AF 방식으로 전송하도록 하고, 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 네트워크 상황이 좋지 않을 시에는 상기 하위 계층을 DF 방식으로 재전송하도록 하고 상기 상위 계층을 AF 방식으로 재전송하도록 할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법은 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템에서의 데이터 패킷의 전송 방법으로서, 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제1 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 낮은 데이터 패킷을 AF(Amplify and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하고, 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제2 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 높은 데이터 패킷을 DF(Decode and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 통신과 같이 손실이 많이 발생하는 통신망에서 하나의 기지국으로 안정적인 서비스를 할 수 없는 위치의 종단 노드에게 고화질의 멀티미디어 서비스를 안정적으로 전송하고 효율적인 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래의 MBMS와 달리 최초의 멀티미디어 제공 서버에서 다수의 클라이언트 단말기들로 멀티캐스트되는 것과 함께 중간 릴레이의 중계를 통하여 데이터 패킷을 협력하여 수신할 수 있는 효과가 있다. 또 한, 전송하는 데이터 패킷이 중요도가 다양하게 존재하는 계층 데이터 패킷인 경우, 손실에 민감하고 중요도가 높은 데이터 패킷은 샘물 코드의 무율 특성을 이용하여 중계하는 릴레이가 새로운 패리티 패킷을 생성할 수 있으므로, 이를 통해 데이터 패킷 복원률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 반대로 손실에 덜 민감하고 중요도가 낮은 데이터 패킷은 손실보다는 지연을 줄이고 릴레이 측의 계산량으로 인한 부하를 줄일 수 있도록 AF방식을 이용하여 종단 클라이언트가 모든 계층을 수신할 수 있도록 한다.
또한, 멀티 미디어 제공 서버 측의 트래픽 부하를 릴레이 측으로 분산 시키는 효과가 있으며, 데이터 패킷의 중요도별 차별화된 방법으로 릴레이에서 재전송 해줄 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, SVC 비디오 전송의 경우에는 하위 계층과 상위 계층으로 중요도를 구분하고, 기지국과 종단 클라이언트 사이 존재하는 다수의 릴레이 중 최적의 릴레이 두 개를 선택하여 해당 계층에 맞는 적절한 방법으로 재전송하게 해주어 패킷 손실에 대한 차별화된 강인성을 제공할 수 있는 효과가 있으며, MBMS에서 사용되는 랩터 코드를 이용하여 모든 샘물 코드에 적용이 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음 에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법이 적용될 수 있는 이동 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 이동 통신 시스템은 클라이언트 단말기(110), 복수의 릴레이 장치(120a, 120b), 및 기지국(130)을 포함한다. 본 실시예에 따른 이동 통신 시스템은 기지국(130)이 커버하는 하나의 셀 내에는 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)가 배치되며, 이들 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)는 클라이언트 단말기(110)로 데이터 패킷을 전송하는데 함께 참여한다.
클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)과 연동하여 무선 통신으로 통상적인 음성 통화 및 데이터 통신을 수행하는 종단 노드(end node) 또는 목표 단말(destination terminal)이다. 클라이언트 단말기(110)는 무선 송수신 유 닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal) 또는 단말(Terminal), 스테이션(Station), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.
그리고 클라이언트 단말기(110)는 사용자의 키 조작에 따라 기지국(130) 및/또는 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)를 경유하여 각종 멀티미디어 데이터를 수신 및 재생할 수 있다. 이를 위하여, 클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)을 경유하여 멀티미디어 제공 서버에 접속하기 위한 웹 브라우저, 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비한다. 즉, 클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)을 통해 무선통신망의 멀티미디어 제공 서버와 서버-클라이언트 통신이 가능하다면 그 어떠한 단말기도 가능하며, 노트북 컴퓨터, 이동통신 단말기, PDA 등 여하한 통신 컴퓨팅 장치를 모두 포함하는 넓은 개념이다. 예를 들어, 클라이언트 단말기(110)는 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드헬드 PC(Hand-Held PC), CDMA-2000 폰, WCDMA 폰, PMP(Portable Multimedia Player), PSP(PlayStation Portable) 및 MBS(Mobile Broadband System)폰 등이 될 수 있다.
또한, 클라이언트 단말기(110)는 릴레이 장치(120a, 120b)로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하고, 확인 결과에 근거하여 소정의 알고리즘에 따라서 동작한다. 보다 구체적으로, 만일 릴레이 장 치(120a, 120b)로부터 수신된 데이터 패킷이 중복되거나 디코딩되지 않은 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩한다. 여기서 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공하면, 디코딩된 데이터 패킷을 이용하여 출력 또는 재생하는 기능을 수행한다. 그리고 클라이언트 단말기(110)는 릴레이 장치(120a, 120b)로부터 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 이미 성공한 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시되도록 한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩할 때 디코딩이 실패하면, 디코딩이 실패한 패킷을 대기하였다가 다시 수신하여 디코딩을 시도하는 기능을 수행한다. 뿐만 아니라, 클라이언트 단말기(110)는 최초의 전송 기지국(130)으로부터 데이터 패킷을 수신한 경우에, 수신의 성공 또는 실패 여부를 알려주는 단일 비트를 릴레이 장치(120a, 120b)와 기지국(130)으로 브로드캐스트하는 기능도 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 클라이언트 단말기(110)들이 하나의 기지국(130)으로부터 같은 데이터를 수신하는 통신의 경우, 기지국(130)이 커버할 수 있는 영역 범위 밖에 있는 클라이언트 단말기(110)들은 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷만으로는 디코딩에 성공할 수 있는 확률이 높지 않다. 이러한 경우에, 기지국(130)과 영역 범위 밖에 있는 클라이언트 단말기(110)들 사이에는 하나 또는 그 이상의 릴레이 장치(120a, 120b)가 효율적으로 이용될 수 있다. 하지만, 후술하는 본 발명의 실시예가 기지국(130)이 커버하는 셀의 영역 밖에 존재하는 클라이언트 단말기(110)들을 위해서만 적용될 수 있는 것으로 한정되는 것은 아니다. 여기서, 릴레이 장치(120a, 120b)란 RS(Relay Station)라고 표현할 수 있으며, 기 지국(Base Station, BS)(130)로부터 데이터 패킷을 수신하여, 수신된 데이터 패킷을 클라이언트 단말기(110)로 재송신하는 역할을 수행한다.
일반적으로 릴레이 장치(120a, 120b)가 데이터 패킷을 중계할 때, AF(Amplify and Forward) 방식과 DF(Decode and Forward) 방식으로 수신된 데이터 패킷을 재전송을 할 수 있다. 다만, 본 발명에 의하면, 하나의 셀 내에 포함되는 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)들 각각은 미리 결정되는 있는 하나의 방식(AF 방식 또는 DF 방식)을 이용하여 데이터 패킷을 클라이언트 단말기(110)로 재전송한다. 이 경우에, 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)들 중에서 적어도 하나의 릴레이 장치(120a)는 AF 방식을 이용하고, 또한 적어도 하나의 릴레이 장치(120b)는 DF 방식을 이용하도록 할 수 있다.
복수의 릴레이 장치(120a, 120b)들 중에서 각 릴레이 장치가 어떤 방식을 사용할 지는 기지국(130)에 의하여 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 기지국(130)은 복수의 릴레이 장치(120a, 120b)들을 두 개의 그룹으로 그룹핑하여, 제1 그룹에 포함되는 릴레이 장치(120a)는 AF 방식을 사용하도록 하고, 제2 그룹에 포함되는 릴레이 장치(120b)는 DF 방식을 사용하도록 할 수 있다. 이 경우에, 각 릴레이 장치(120a, 120b)가 어떤 그룹에 속하는지는 반드시 고정될 필요가 없으며, 네트워크 상황 등에 따라서 주기적으로 또는 임의로 변동될 수 있다. 또한, 릴레이 장치(120a, 120b)가 어떤 클라이언트 단말기(110)를 위해서 데이터 패킷을 재전송하는지에 따라서, 각 릴레이 장치(120a, 120b)가 속하는 그룹이 달라질 수도 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
계속해서 도 2를 참조하면, 릴레이 장치(120a, 120b)는 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 기능을 수행한다. 이 경우에, 릴레이 장치(120a, 120b)는 종단 클라이언트 단말기(110)로부터 수신된 단일 비트를 확인하여 어느 데이터 패킷을 중계 또는 재전송할 것인지 결정할 수 있다. 릴레이 장치(120a, 120b) 중에서 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치(예컨대, 120a)는 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인하고, 확인 결과에 근거하여 소정의 알고리즘에 따라서 동작한다. 보다 구체적으로, 수신된 데이터 패킷이 클라이언트 단말기(110)에서 디코딩되지 않은 경우, 릴레이 장치(120a)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩한다. 그리고 릴레이 장치(120a)는 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 디코딩된 데이터 패킷을 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성하며, 랩터 코드 패킷을 종단 노드인 수신 클라이언트 단말기에게 재전송하는 기능을 수행한다.
여기서, 랩터 코드는 DF(Decode and Forward)를 사용하는 채널 코드로서, 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)의 MBMS(Multimedia Broadcast/ Multicast Service) 표준에 포함된 패킷 손실 복원 코드이다. 3GPP는 1998년 12월 설립된 제휴 협정으로서, 조직상의 파트너라고 알려지는 다수의 원격통신 표준체를 모음이다. 3GPP의 원리의 범주는 진화된 이동 통신용 글로벌 시스템(GSM: Global Systems for Mobile communication) 코어 네트워크와 그것들이 지원하는 무선 접속 기술(즉, 주파수 분할 이중통신(FDD: Frequency Division Duplex)와 시분할 이중통신(TDD: Time Division Duplex) 모드 모두를 포함하는 포괄적인 지상파 무선 접 속(UTRA: Universal Terrestrial Radio Access))에 기초한 3세대 이동 모바일 시스템에 대한 글로벌하게 적용할 수 있는 기술 규격과 기술 보고서를 만들어내는 것이었다. 그 후 그 범주는 GSM 기술 규격의 유지 및 개발과, 진화된 무선 접속 기술을 포함하는 기술 보고서를 포함하도록 개정되었다(즉, 일반적인 패킷 무선 서비스(GPRS: General Packet Radio Service)와 GSM 진화를 위한 강화된 데이터 속도(EDGE)). 랩터 코드는 3GPP 멀티미디어 방송/멀티미디어 서비스(MBMS)를 위한 응용 층 순방향 에러 정정(FEC) 코드로서 채택된 코드이며, 랩터 코드를 디코딩하기 위해, 디코더는 통상 선형 수학식의 시스템을 구성하고, 그 수학식을 풀기 위해 가우스 소거법(Gaussian Elimination)이 사용된다. 하지만, 그 시스템이 풀 랭크(Full Rank)의 것이 아닐 때에는(즉, 수신된 소스와 패리티 패킷이 완전한 디코딩에는 적당하지 않는), 디코더가 보통 실패를 선언하고 수신된 소스 패킷만을 출력한다.
랩터 코드는 기 설정된 정보를 표현하는 k개의 심볼이 있을 때 인코딩 된 심볼 n개를 무한히 생성할 수 있다. 인코딩할 심볼의 수가 매우 크더라도 연산량은 선형적으로 증가한다. 즉, 랩터 코드는 다른 샘물 코드(fountain code)와 달리 k개 보다 조금 더 많은 심볼이 존재할 때 디코딩되지 않은 데이터 패킷을 모두 복원할 확률이 높아지는데, k개 이상의 심볼이 수신되었을 때의 복원 실패 확률은 수학식 1과 같다. 여기서 k는 기 설정된 정보를 표현하는 심볼 수, m은 수신된 심볼의 수이다.
Figure 112009081730428-pat00001
수학식 1에 따르면, m-k 값에 따른 전체 데이터 패킷 복원 실패 확률은 원래 데이터 패킷의 개수 k와는 상관없이 일정하다. 따라서, 원래의 데이터 패킷의 수가 더 많을수록 인코딩 효과는 높아지게 되며, k값보다 8개의 패킷을 더 받으면 즉, m-k = 8 이면 전체 데이터 패킷의 복원 확률이 99.9%가 될 수 있다.
또한, 랩터 코드는 각 패킷이 고유의 랜덤 패턴을 통하여 특정 정보들을 XOR 연산을 한다. 각 패킷은 고유 번호를 가지며 이를 통하여 수신 측에서 디코딩 성공 후 랩터 코드로 재인코딩 할 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 네트워크 상황이나 용도에 따라 n을 매우 크게 늘릴 수 있으며, RS(Reed Solomon) 코드와 달리 n이 증가함에 따라 연산양은 크게 늘지 않는다. 랩터 코드의 이러한 특징을 무율(Rateless)하다고 하며, P2P와 같은 분산된 정보의 전달시 중복된 정보 전달의 양을 줄일 수 있어 미디어 정보 전달에 있어 유용하다.
한편, 수신된 데이터 패킷은 모두 동일한 샘물 코드(Fountain Code) 인코딩 단위의 패킷이며, 인코딩 단위는 k개의 데이터 패킷을 이용하여 생성된 패리티 패킷과 수신된 데이터 패킷의 집합이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법을 위하여 다수의 릴레이 장치(R1, R2, R3, R4)를 AF법을 사용하는 것과 DF법을 사용하는 것으로 그룹핑하여, 소스(S)로부터 목표(D로 중요도가 다른 데이터 패킷을 전송하는 방법 을 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 3에 도시된 이동 통신 시스템은 시간 분할(Time Division, TD)을 사용하여 다중화된 시스템인데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 도 3에 도시된 이동 통신 시스템에서는 복수의 릴레이 장치들(R1, R2, R3, R4) 중에서, 제1 그룹의 릴레이 장치(R1, R2)는 DF법을 사용하고 또한 제2 그룹의 릴레이 장치(R3, R4)는 AF법을 사용하여 데이터 패킷을 중계한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제한된 대역폭에서 기지국(130)과 클라이언트 단말기(110) 사이에 존재하는 복수 개의 릴레이 장치들(120a, 120b) 중에서 선택된 두 개의 릴레이 장치(120a, 120b)만이 릴레이를 수행하도록 할 수 있다. 릴레이 장치(120a, 120b)와 클라이언트 단말기(110) 사이 혹은 기지국(130)과 릴레이 장치(120a, 120b) 사이의 네트워크 상황에 따라 AF 방식 또는 DF 방식을 사용하여 수행한다. 선택된 릴레이 장치 중의 하나(120a)는 중요도가 다른 수신된 랩터 코드 패킷 중에서 중요한 데이터 패킷을 DF 방식으로 패킷을 재생성하여 수신 클라이언트 단말기(110)에게 전송하는 기능을 수행한다. 그리고 선택된 릴레이 장치 중에서 다른 하나(120b)는 중요도가 낮은 데이터 패킷을 AF 방식으로 수신 클라이언트 단말기(110)가 안정적으로 수신할 수 있도록 재전송하는 기능을 수행한다. 릴레이 장치들(120a, 120b)은 수신 클라이언트 단말기(110)에 대한 단말기 성능 정보, 가용 비트율 정보, 및 패킷 손실율 정보 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 재송신할 상위 계층과 하위 계층 중 하나를 결정할 수 있으며, 결정된 계층을 랩터 코드로 재인코딩하거나 또는 전력을 증폭하여 수신 클라이언트 단말기(110)에게 송신할 수 있다. 여기서, 상위 계층은 클라이언트 단말기(110)에서 고화질의 영상을 수용하기 위해 구분한 계층이며, 하위 계층은 클라이언트 단말기(110)에서 고화질의 영상을 요구하지만 기지국(130)과의 네트워크 상황이 좋지 않은 경우 최소한의 영상이라도 서비스 받기 위하여 저화질의 영상을 수용하기 위해 구분한 계층을 가리킨다. 이하, 이러한 과정을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 제1 단계(Phase 1)에서 소스(S)는, 제1 그룹의 릴레이 장치들(R1, R2) 중에서 DF법을 사용하여 데이터 패킷을 목표(D)로 재전송할 것으로 선택된 릴레이 장치(R2)로 데이터 패킷을 전송하고, 또한 제2 그룹의 릴레이 장치들(R3, R4) 중에서 AF법을 사용하여 데이터 패킷을 목표(D)로 재전송할 것으로 선택된 릴레이 장치(R3)로 데이터 패킷을 전송한다. 그리고 제2 단계(Phase 2)에서 전자의 릴레이 장치(R2)는 중요도가 높은 데이터 패킷(하위 계층의 데이터 패킷)을 랩터 코드를 이용하여 다시 인코딩하여 목표(D)로 전송하며, 후자의 릴레이 장치(R3)는 중요도가 낮은 데이터 패킷(상위 계층의 데이터 패킷)을 단순히 전력만 증폭하여 목표(D)로 전송한다.
이러한 본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서는 이동성이 있는 클라이언트 단말기(110, 도 2 참조)를 목표(D)로 사용함으로써 단말기의 이동성과 전파 장애 등으로 인한 불안정한 수신율을 안정적으로 만들 수 있고, 기지국(130, 도 2 참조)을 소스(S)로 사용함으로써 기지국이 커버할 수 없는 영역까지 릴레이 장치(R2, R3)가 최종 클라이언트의 수신을 가능하게 한다. 이렇게 하나의 셀 안에서의 소스의 수가 늘어남으로써 데이터의 중요도에 따른 차별 전송을 할 수 있는 가능성이 더 커지는 것이다.
도 4는 데이터 패킷이 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding, SVC)으로 부호화된 비디오 데이터를 포함하는 경우에, 본 발명의 일 실시예를 적용하여 데이터 패킷을 재전송하는 방법을 도시적으로 보여 주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 릴레이 장치들(R2, R3)은, 소스(S)로부터 수신된 랩터 코드 패킷이 SVC 비디오 데이터를 포함하는 경우에, 손실에 강인하게 하기 위해 하나의 릴레이 장치(R2)에서 랩터 코드를 이용하여 하위 계층을 새로운 랩터 코드 패킷을 생성하여 종단 클라이언트 단말기(D)로 한번 더 송신해주고, 다른 릴레이 장치(R3)에서는 고화질의 영상을 서비스해주기 위해 상위 계층을 한번 더 송신해주는 기능을 수행한다.
도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 시스템은 다음과 같이 가정할 수 있다.
1. 멀티 미디어 제공 서버 또는 기지국(S)은 릴레이 장치들(R2, R3)과 종단 클라이언트(D)에게 유니캐스트 또는 멀티캐스트 방식으로 멀티미디어 서비스를 한다.
2. 릴레이 장치(R2)에서는 데이터 패킷 재인코딩을 하고, 종단 클라이언트(D)에서는 데이터 패킷 재인코딩을 하지 않는다.
3. 멀티미디어 데이터는 상위 계층과 하위 계층 두 개의 계층으로 이루어져 있다.
4. 클라이언트의 조건과 릴레이 장치의 조건은 서로 다르다. 단말기 또는 릴레이 장치의 성능, 가용한 비트율과 패킷 손실율, 사용자의 선택에서 차별화되며 이에 따라 수신하는 계층이 결정된다.
5. 릴레이 장치를 사용할 때, 협력 프로토콜 중 시간으로 나누는 TD(time-division)을 사용하고, 두 번의 단계를 거쳐 최종 수신 클라이언트 단말기로 데이터 패킷이 전송된다. 즉, 첫 번째 단계에서는 기지국이 릴레이 장치들과 수신 클라이언트로 멀티캐스트 전송을 하고, 두 번째 단계에서는 릴레이 장치들에서 수신 클라이언트로 수신된 데이터 패킷을 재인코딩하여 재전송한다.
계속해서 도 2를 참조하면, 릴레이 장치들(120a, 120b) 중에서 중요한 데이터 패킷을 재전송하는 릴레이 장치(예컨대, 120a)는 랩터 코드의 무율 특성을 이용하여 디코딩된 데이터를 데이터 패킷 복원률이 향상되도록 하는 패리티(Parity) 패킷인 랩터 코드 패킷을 생성하는 기능을 수행한다. 릴레이 장치(120a)는 수신된 데이터 패킷이 중복되는 경우, 중복된 데이터 패킷 중 하나를 삭제(폐기)하는 기능을 수행한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)에서 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 릴레이 장치(120a)는 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시하는 기능을 수행한다.
기지국(130)은 클라이언트 단말기(110)와 릴레이 장치(120a, 120b)와 무선으로 연결되어, 음성 통신 서비스, 무선 데이터 서비스, 무선 인터넷 서비스, 영상 통화 또는 메시지 서비스 등의 서비스를 수행하도록 하기 위한 제반 기능 등을 수행한다. 즉, 기지국(130)은 릴레이 장치(120a, 120b)와 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 데이터 패킷을 중계할 수 있도록 하는 제반 기능을 수행한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)와의 사이에 네트워크 상황을 추정하기 위하여, 데이터 패 킷을 전송하기 전에 단일 비트를 보내고 이에 대한 확인 신호를 클라이언트 단말기(110)로 받아서, 릴레이 장치(120a, 120b)에서의 재전송 여부를 릴레이 장치(120a, 120b)에게 알려주는 기능도 수행할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치(120a, 120b)의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도로서, 도 5a는 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치(120a)에 대한 것이며, 도 5b는 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치(120b)에 대한 것이다.
도 5a를 참조하면, 릴레이 장치(120a)는 데이터 패킷 통신부(121a), 디코딩 확인부(122a), 디코딩부(123a), 랩터 코드 인코딩부(124a), 및 데이터 패킷 재전송부(125a)를 포함한다. 이러한 릴레이 장치(120a)의 구성을 각 블록으로 구분하는 것은 단지 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명하기 위하여 논리적으로 구분한 것으로서, 실제로는 두 개 또는 그 이상의 구성요소가 하나의 기능 블록으로 통합되거나 또는 어느 하나의 구성요소가 두 개 또는 그 이상의 서브구성요소들로 분리될 수도 있다. 또한, 각각의 구성요소들은 물리적으로는 하나로 구현되거나 또는 각각 개별적으로 구현될 수 있다.
데이터 패킷 통신부(121a)는 기지국(130)을 경유하여 클라이언트 단말기(110)들과 연동하는 기능을 수행하는 통신 수단으로서, 각종 데이터를 송수신하는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 패킷 통신부(121a)는 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 통신부(121a)는 본 발명의 실시예에 따라서 기지국(130)으로부터 수신 된 데이터 패킷을 그 중요도에 따라서 클라이언트 단말기(110)로 재전송하는데 있어서 필요한 각종 정보(예컨대, 클라이언트 단말기(110)에서의 디코딩의 성공 여부를 지시하는 정보나 클라이언트 단말기(110)와 기지국(130) 사이의 채널 정보를 지시하는 정보 등)를 수신할 수 있다.
디코딩 확인부(122a)는 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인하는 기능을 수행한다. 그리고 디코딩 확인부(122a)는 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않도록 하는 기능을 수행한다.
디코딩부(123a)는 디코딩 확인부(122a)에서의 확인 결과에 기초하여, 필요한 경우에 기지국(130)으로부터 수신된 해당 데이터 패킷을 디코딩한다. 예를 들어, 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷이 디코딩되지 않은 데이터 패킷인 경우, 디코딩부(123a)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 기능을 수행할 수 있다.
랩터 코드 인코딩부(124a)는 디코딩부(123a)에서 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성하는 기능을 수행한다. 랩터 코드 인코딩부(124a)는 랩터 코드의 무율 특성을 이용하여 디코딩된 데이터를 데이터 패킷 복원률이 향상되도록 하는 패리티 패킷인 랩터 코드 패킷을 생성하는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 재전송부(125a)는 랩터 코드 인코딩부(124a)에서 생성된 랩터 코드 패킷을 종단 노드인 수신 클라이언트 단말기(110)에게 재전송하는 기능을 수행한다.
도 5b를 참조하면, 릴레이 장치(120b)는 데이터 패킷 통신부(121b), 전력 증폭부(126b), 및 데이터 패킷 재전송부(125b)를 포함한다. 이러한 릴레이 장치(120b)의 구성을 각 블록으로 구분하는 것은 단지 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명하기 위하여 논리적으로 구분한 것으로서, 실제로는 두 개 또는 그 이상의 구성요소가 하나의 기능 블록으로 통합되거나 또는 어느 하나의 구성요소가 두 개 또는 그 이상의 서브구성요소들로 분리될 수도 있다. 또한, 각각의 구성요소들은 물리적으로는 하나로 구현되거나 또는 각각 개별적으로 구현될 수 있다.
데이터 패킷 통신부(121b)는 기지국(130)을 경유하여 클라이언트 단말기(110)들과 연동하는 기능을 수행하는 통신 수단으로서, 각종 데이터를 송수신하는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 패킷 통신부(121b)는 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 통신부(121b)는 본 발명의 실시예에 따라서 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷을 그 중요도에 따라서 클라이언트 단말기(110)로 재전송하는데 있어서 필요한 각종 정보(예컨대, 클라이언트 단말기(110)에서의 디코딩의 성공 여부를 지시하는 정보나 클라이언트 단말기(110)와 기지국(130) 사이의 채널 정보를 지시하는 정보 등)를 수신할 수 있다.
전력 증폭부(126b)는 랩터 코드를 이용하여 디코딩된 상위 계층의 데이터 패킷을 종단 클라이언트 단말기(110)가 안정적으로 수신할 수 있도록 수신된 신호의 전력을 증폭시키는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 재전송부(125b)는 전력 증폭부(126b)에서 증폭된 랩터 코드 패킷을 종단 노드인 수신 클라이언트 단말기(110)에게 재전송하는 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체적인 데이터 패킷의 전송 방법을 설명하기 위한 블럭도이다. 도 6을 참조하면, 릴레이 장치는 AF 방식으로 수신 및 재전송하는 릴레이 장치들의 집합인 AF 또는 AaF(Amplify and Forward) 그룹과 DF 방식으로 수신 및 재전송하는 릴레이 장치들의 집합인 DF 또는 DaF(Decode and Forward) 그룹으로 나누어진다. 각 그룹에서는 기지국(Source)으로부터의 수신률이 가장 좋은 하나의 릴레이 장치(Relay)만이 릴레이를 수행할 수 있다. 그리고 수신 클라이언트 단말기(Destination)에서는 각 릴레이 장치로부터 수신된 데이터 패킷을 릴레이 방식을 구분하여 방식에 따라 다른 결합 방식으로 기지국(Source)과 릴레이 장치(Relay)로부터 받은 데이터 패킷을 결합하며, 결합된 모든 데이터 패킷을 랩터 디코더로 복호화한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치에서의 데이터 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 7a는 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이고, 도 7b는 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이다.
도 7a를 참조하면, AF 방식을 사용하는 릴레이 장치는 예컨대, 기본 계층을 이용하여 생성되는 응용 계층을 수신한 다음 이를 증폭하여 재전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 릴레이 장치는 기지국으로부터 데이터 패킷을 수신한다(210). 그리고 릴레이 장치는 수신 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인할 필요 없이, 수신된 신호를 전력만 증폭한다(212). 증폭된 패킷을 수신 클라이언트 단말기로 재 전송한다(214).
도 7b를 참조하면, DF 방식을 사용하는 릴레이 장치는 예컨대, 기본 계층을 수신한 다음 이를 증폭하여 재전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 릴레이 장치는 기지국으로부터 데이터 패킷을 수신한다(310). 그리고 릴레이 장치는 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인한다(312). 단계 312의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 이미 성공한 경우라면, 릴레이 장치는 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시한다(314). 반면, 단계 312의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공하지 않은 경우라면, 릴레이 장치는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩을 시도한다(316).
계속해서 릴레이 장치는 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공하였는지의 여부를 다시 확인한다(318). 그리고 단계 318의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 실패한 경우, 릴레이 장치는 디코딩이 실패한 데이터 패킷을 대기시켰다가 다시 단계 310을 수행하도록 제어한다. 반면, 단계 318의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공한 경우, 수신된 데이터 패킷을 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성한 다음, 이를 최종 수신 클라이언트 단말기에게 재전송한다(326).
도 7a 및 도 7b에서는 릴레이 장치가 단계 210 내지 단계 214 또는 단계 310 내지 326를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 릴레이 장치는 도 7a 및 도 7b에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 210 내지 단계 214 또는 단계 310 내지 326 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7a 및 도 7b는 반드시 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 도 7a 및 도 7b는 두 개의 릴레이 장치들(AF 방식을 사용하는 릴레이 장치와 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치) 각각의 내부동작을 설명하는 흐름도이다. 여기서, 수신된 패킷 단위로 도 7a 또는 도 7b의 과정이 시행되고, 다른 인코딩 단위 패킷들도 동시에 수신되어 병렬적으로 처리될 수 있다. 인코딩 단위를 다르게 처리할 경우 지연과 메모리 사용은 늘어나지만 디코딩 성공 기대치가 증가하며 지연이 줄어들게 된다. 도 7a 및 도 7b에서 데이터 패킷을 송신까지 수행하는 릴레이 장치들의 재전송 방법에 따라 재전송 흐름도의 차이가 많다. 전력만 증폭하여 재전송 하는 도 7a의 좌측 릴레이 장치는 랩터 디코딩과 재인코딩 과정을 모두 거치는 도 7b의 우측 릴레이 장치에 비해 계산 과정이 단순하여 수신하고 재전송하는 데까지 걸리는 시간이 짧다. 하지만 릴레이와 종단 클라이언트간에 발생하는 손실에는 영향을 받기 쉽다. 반면, 도 7b의 릴레이 장치는 수신과 재전송하는 데까지 여러 과정을 거쳐야 하기 때문에 걸리는 시간이 길지만, 릴레이와 종단 클라이언트 간에 발생하는 손실에는 더욱 강인하여, 종단 클라이언트의 수신률을 높일 수 있다.
본 발명 일 실시예에서는 멀티미디어의 구조에 따른 제약 없이 계층적 구조 를 릴레이 장치와 결합하여 계층화 비디오 전송의 최대 효과를 낼 수 있는 구조를 사용한다. 클라이언트 단말기의 기본 동작으로 기지국을 경유하여 멀티미디어 제공 서버로부터의 데이터 패킷의 수신하는 역할과 이를 다시 클라이언트 단말기로 송신하는 역할을 수행하며, 릴레이 장치들은 전력 증폭기와 샘물 코드의 무율한 특성, 멀티미디어 제공 서버와 동일한 패킷 재생성 특성을 이용하여 샘물 코드 패킷을 재생성하여 클라이언트 단말기에게 전달을 하게 된다.
여기서 '인코딩 단위'란 k개의 데이터 패킷을 이용하여 만들어진 패리티 패킷과 원래 데이터 패킷의 집합을 말한다. 그에 대한 일 실시예로 한 GOP(Group of Pictures)가 100개의 데이터 패킷이 있고, 이를 가지고 패리티 패킷들을 만든다면 100개의 데이터 패킷과 이에 관계된 패리티 패킷들의 집합이 하나의 '인코딩 단위'가 된다. RS[n,k] 코드의 개념으로 말하면 데이터 패킷과 패리티 패킷을 포함하는 n개의 패킷이 하나의 '인코딩 단위'가 된다. 만일 수신된 패킷의 수가 (n,k) 의 k 인 랩터 코드 인코딩을 수행한 원본 정보의 패킷수 이상이 된다면 즉, k보다 조금 더 패킷을 수신하면 디코딩을 시도하게 된다.
전술한 바와 같은 도 7a 및 도 7b에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 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 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라이언트 단말기(110, 도 2 참조)의 내부 수신 구조에 대한 예시도이다.
도 8을 참조하면, 계층 1(L1)은 계층화된 비디오의 중요도가 높은 계층에 해당하는 하위 계층을 말하고, 계층 2(L2)는 계층화된 비디오의 중요도가 낮은 계층에 해당하는 상위 계층을 말한다. 도 8에서의 종단 클라이언트는 다른 클라이언트로의 송신은 할 수 없고 기지국과 릴레이 장치로부터 수신만 가능한 클라이언트 단말기라고 가정한다. '(a)와 (b), (f)와 (g)'는 기지국으로부터 수신된 모든 계층의 데이터 패킷이고, '(c)와 (d)'는 릴레이 장치1(DF 방식을 사용하는 릴레이 장치)로부터 수신된 데이터 패킷이고, '(h)와 (i)'는 릴레이 장치2(AF 방식을 사용하는 릴레이 장치)로부터 수신된 데이터 패킷이다. '(e)'는 다른 곳으로부터 수신된 데이터 패킷을 결합시켜 모든 계층의 데이터 패킷을 디코딩한다. 릴레이 장치1에서 랩터 코드를 이용하는 경우, 상황에 따라 재생성된 랩터 코드 패킷의 수는 유동적으로 정할 수 있으며, 랩터 코드 인코딩을 수행한 경우 도 8의 클라이언트 단말기에 게 '(c), (d)'와 같이 다양한 패킷을 전송함으로써 수신 클라이언트 단말기가 수신한 패킷들이 중복될 확률을 낮추게 된다. 하지만, 수신한 데이터 패킷들이 중복될 경우에는 중복된 패킷 중 하나는 폐기된다. 릴레이 장치1과 마찬가지로 수신 클라이언트 단말기도 디코딩이 성공한다면 더 이상 랩터 코드 인코딩 단위의 패킷은 저장하지 않고 폐기한다. 릴레이 장치1과 다른 점은 수신만 가능한 수신 클라이언트 단말기에서는 재인코딩을 하거나 재전송을 하지 않는다는 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치와 종단 클라이언트 간의 SNR에 따른 종단 클라이언트에서의 패킷 손실률을 나타낸 예시도이다. 도 9에서는 릴레이 장치와 최종 수신 클라이언트 간에 SNR에 따라서 두 개의 릴레이 그룹에서 릴레이를 선택하는 것에 따른 최종 수신 클라이언트의 패킷 손실률을 나타내고 있다. 도 9를 참조하면, 릴레이를 사용하지 않고 오로지 기지국에만 의존한 경우보다 릴레이 그룹 중 AF 방식으로 재전송하는 릴레이 그룹에서 두 개의 릴레이로 전송하는 경우가 패킷 수신률이 높고, AF 그룹의 릴레이만을 사용하는 것보다 DF방식으로 재전송하는 릴레이를 사용하는 것이 패킷 손실률을 더욱 높일 수 있게 된다. 즉, 릴레이 장치와 종단 클라이언트 간의 네트워크 상황을 고려하지 않고 무조건 AF 방식의 릴레이 장치만을 이용하여 재전송한 것보다 릴레이 장치들과 종단 클라이언트 간의 네트워크 상황에 따라 다른 방식의 릴레이를 장치를 사용하는 것이 종단 클라이언트 입장에서는 패킷 손실률을 낮출 수 있는 방법이 된다. 릴레이 장치와 종단 클라이언트 간에 네트워크 상황이 좋지 못한 상황이라면 릴레이 장치가 DF방식으로 재전송을 하더라도 재전송하는 과정에서 손실이 많이 발생하기 때문에 릴 레이 장치가 복잡하게 패킷을 재생성한 효과는 적다. 반면에, 릴레이 장치와 종단 클라이언트 간에 네트워크 상황이 좋다면 릴레이 장치는 복잡도를 높이는 것을 감수하더라도 최고의 서비스를 위해 DF방식으로 패킷을 재생성하여 재전송하게 되면 종단 클라이언트에서 수신하는 패킷이 중복되거나 손실될 확률도 줄어들게 되어 만족할만한 서비스를 받을 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 클라이언트 단말기 간 멀티미디어 데이터를 전송하기 위한 데이터 패킷 전송 방법 및 릴레이 장치 분야에 적용될 수 있고 나아가 고정된 릴레이와 같이 기존의 인프라 환경의 도움 없이 이동성을 가진 노드들로 구성된 MANET에서도 활용될 수 있어 차후 유비쿼터스(Ubiquitous)환경에 대응될 핵심 네트워크 기술이 될 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 릴레이 장치에서의 데이터 패킷 전송 방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 4는 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding, SVC)으로 부호화된 비디오 데이터를 포함하는 경우에, 본 발명의 일 실시예를 적용하여 데이터 패킷을 재전송하는 방법을 도시적으로 보여 주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도로서, 도 5a는 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이며, 도 5b는 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체적인 데이터 패킷의 전송 방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치에서의 데이터 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 7a는 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이고, 도 7b는 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치에 대한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라이언트 단말기의 내부 수신 구조에 대한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치와 종단 클라이언트 간의 SNR에 따른 종단 클라이언트에서의 패킷 손실률을 나타낸 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 클라이언트 단말기 120: 릴레이 장치
130: 기지국

Claims (12)

  1. 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서,
    상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제1 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 낮은 데이터 패킷을 AF(Amplify and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하고,
    상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제2 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 높은 데이터 패킷을 DF(Decode and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하며,
    상기 제1 릴레이 장치는
    상기 기지국으로부터 상기 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부;
    상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부;
    상기 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 상기 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 디코딩부;
    상기 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부; 및
    상기 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 상기 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 릴레이 장치는 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 AF 방식을 사용하는 릴레이 장치들의 그룹에서 채널 상황을 고려하여 선택된 하나의 릴레이 장치이고,
    상기 제2 릴레이 장치는 상기 복수의 릴레이 장치 중에서 DF 방식을 사용하는 릴레이 장치들의 그룹에서 채널 상황을 고려하여 선택된 하나의 릴레이 장치인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 릴레이 장치는
    상기 기지국으로부터 상기 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부;
    상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대하여 전력을 증폭하여 출력하는 전력 증폭부; 및
    상기 전력 증폭부에서 증폭된 데이터 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 제한된 대역폭에서 전송 경로의 네트워크 상황에 따라 상기 복수의 릴레이 장치들 중에서 어느 릴레이 그룹을 상기 클라이언트 단말기로 재전송하는 것에 참여시킬 것인지를 결정하는 계층별 재전송 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계층별 재전송 결정부는 상기 클라이언트 단말기의 성능 정보, 가용 비트율 정보, 및 패킷 손실율 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 중요도에 따라서 재전송 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 패킷은 SVC(Scalable Video Coding) 비디오 데이터를 포함하고, 상기 중요도가 높은 데이터 패킷은 상기 SVC 비디오 데이터 중에서 하위 계층의 데이터를 포함하고, 상기 중요도가 낮은 데이터 패킷은 상기 SVC 비디오 데이터 중에서 상위 계층의 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계층별 재전송 결정부는 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 네트워크 상황이 좋을 시에는 모든 계층을 AF 방식으로 전송하도록 하고, 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 네트워크 상황이 좋지 않을 시에는 상기 하위 계층을 DF 방식으로 재전송하도록 하고 상기 상위 계층을 AF 방식으로 재전송하도록 하는 이동 통신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 랩터 코드 인코딩부는 랩터 코드의 무율(Rateless) 특성을 이용하여 패리티(Parity) 패킷인 상기 랩터 코드 패킷을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디코딩 확인부는 수신된 데이터 패킷이 이전에 수신된 데이터 패킷과 중복되는 경우에 중복된 데이터 패킷 중 하나를 삭제하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디코딩 확인부는 상기 수신된 데이터 패킷의 수신 이전에 이미 디코딩이 성공한 경우에 상기 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템.
  12. 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 복수의 릴레이 장치를 포함하는 이동 통신 시스템에서의 데이터 패킷의 전송 방법에 있어서,
    상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제1 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 낮은 데이터 패킷을 AF(Amplify and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하고,
    상기 복수의 릴레이 장치 중에서 제2 릴레이 장치는 상기 데이터 패킷 중에서 중요도가 높은 데이터 패킷을 DF(Decode and Forward) 방식으로 상기 클라이언트 단말기로 재전송하며,
    상기 제1 릴레이 장치는
    상기 기지국으로부터 상기 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부;
    상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부;
    상기 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 상기 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 디코딩부;
    상기 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부; 및
    상기 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 상기 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 패킷의 전송 방법.
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