KR101175813B1 - 무선 메시 네트워크에서의 혼잡 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 메시 네트워크에서의 혼잡 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 메시 네트워크에서 송신 문의(Request-to-Send: RTS) 및 송신 가능(Clear-to-Send: CTS)을 이용한 혼잡 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 혼잡 상태인 리시버는 혼잡 제어 듀레이션 필드 값을 CTS프레임에 설정하고 CTS 프레임을 센더로 전송한다. 이에 대응하여, 센더는 데이터를 송신하지 않는 대신 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS 재전송 대기 시간동안 대기 한 후, RTS 프레임을 리시버로 재전송한다. 또한, 혼잡 상황은 주변 노드에게 브로드캐스트 된다. 따라서 CTS 프레임을 이용한 혼잡 제어 시스템은 혼잡 제어를 위한 별도의 혼잡 프레임을 사용하지 않는다. 그럼에도 모든 주변 노드들이 혼잡 제어에 참여할 수 있다. 또한 네트워크의 효율성을 높이는 효과도 있다.
혼잡 제어, 송신 문의(RTS), 송신 가능(CTS), 듀레이션 필드, 제어 필드, 서브타입

Description

무선 메시 네트워크에서의 혼잡 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONGESTION CONTROL IN WIRELESS MESH NETWORKS}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 센더로부터 리시버로 데이터를 전송하는 과정을 나타내는 예시도;
도2a는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 구조를 나타내는 예시도;
도2b는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 나타내는 예시도;
도2c는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 듀레이션 필드 값을 나타내는 예시도;
도2d는 본 발명에 따른 음수로 설정한 CTS 프레임의 듀레이션 필드 값을 나타내는 예시도;
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 듀레이션 필드 값을 음수 값으로 설정함을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도;
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 NCTS를 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도;
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 듀레이션 필드 값을 0으로 설정함을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도; 및
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 CTS 프레임을 전송하지 않음을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도.
본 발명은 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Networks)에서의 혼잡 제어(Congestion Control) 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 메시 네트워크(또는 에드-혹 네트워크)에서 송신 문의(Request-to-Send: RTS) 및 송신 가능(Clear-to-Send: CTS)을 이용한 혼잡 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 무선 네트워크는 점대점(Point-to-Point), 점대다점(Point-to-Multipoint)의 스타(Star)형 토폴로지(Topology) 구조를 가진다. 하지만 최근 들어 유선망과 같은 다점대다점(Multipoint-to-Multipoint)의 메시형 구조를 가지는 무선망에 대한 관심이 높아지고 있다.
무선 네트워크는 패킷의 수신 비율(Incoming Rate)이 송신 비율(Outgoing Rate)보다 높은 노드에 혼잡(Congestion)이 발생할 수 있다. 물론 기존의 원 홉(One-Hop) 또는 피어 투 피어(Peer-to-Peer) 네트워크에서는 혼잡이 크게 문제되지 않는다. 하지만, 멀티 홉 메시 네트워크는 혼잡으로 인해 심각한 문제가 발생한다.
이하에서는 이 혼잡 문제를 해결하기 위한 종래의 방법들을 설명한다. 첫 번째 종래 방법은 명시적인 제어 컨트롤 메시지(Explicit Congestion Control Message)를 이용한다. 이 방법에 따르면 각 노드는 자신의 효율적인 매체 접근 제어를 위한 송신 비율 및 수신 비율에 따른 경로를 유지한다. 그리고 각 노드는 송신 비율과 수신 비율의 차이인 백프레셔(Backpressure)를 감시한다. 여기에서 비율 제어의 목적은 로컬 노드에 0에 가까운 백프레셔를 유지하게 하는 것이다. 백프레셔가 0보다 크면 혼잡이 발생하기 시작하기 때문이다. 다운스트림 노드(Downstream Node)(또는 리시버)는 혼잡이 발생하면 업스트림 노드(Upstream Node)(또는 센더)로 혼잡 상황임을 알리는 혼잡 제어 요구(Congestion Control Request)에 대한 메시지를 송신한다. 이 때 센더가 이 메시지를 수신하면 혼잡 제어 반응(Congestion Control Response)에 대한 메시지를 리시버에 송신하고, 센더의 주변 노드(Neighboring Node)는 로컬 비율 제어(Local Rate Control)를 채택하여 리시버의 혼잡 상태를 경감시킨다. 하지만 이 종래의 방법은 이미 혼잡한 상황이 발생한 노드(리시버)에 추가적인 제어 메시지를 주입함으로써 더 혼잡을 야기시킬 수 있다. 또한 추가된 2 개의 새로운 프레임은 네트워크의 효율성을 떨어뜨린다.
두 번째 종래 방법은 제어 통지(Congestion Notifications)로써의 응답문자(Acknowledge Character: ACK)를 이용한다. 이 방법에 따르면 리시버는 혼잡이 일어나면 ACK 프레임을 이용하여 센더에 제어 통지 정보(Congestion Notification Information)를 송신한다. 그러면 센더는 패킷 전송률(Packet Transmission Rate)을 조정한다. 하지만 이 종래의 방법에서 ACK 프레임은 오직 전송한 데이터가 있는 노드에만 송신된다. 따라서 전송한 데이터가 없는 다른 노드들은 ACK 프레임을 받을 수 없다. 이에 따라, 리시버는 혼잡 상태임에도 불구하고 ACK를 받지 못한 노드 들로부터 데이터를 받을 수도 있으므로 혼잡 상태가 더 악화될 수도 있다.
세 번째 종래 방법은 비콘 프레임(Beacon Frame)을 이용하여 혼잡을 표시한다. 이 방법에 따르면 노드는 자신의 혼잡 수준(Congestion Level)을 선택된 비콘 프레임을 이용하여 다른 노드로 알린다. 그리고 노드의 주변 노드들 또한 자신의 상태를 선택된 비콘을 이용하여 알린다. 각 노드들은 혼잡 수준에 대한 알림을 받으면 그 전송률을 조절한다. 하지만 이 종래 방법은 비콘 프레임이 주기적으로 보내지기 때문에 시간적 공백이 존재하는 문제점이 크다. 혼잡이 발생한 경우, 혼잡 노드는 다음 비콘이 알려질 때까지 기다려야 하기 때문이다. 이는 혼잡 상황을 비콘을 보낼 주기가 도래할 때까지 더 방치하는 결과를 낳는다. 또한, 이는 주기가 도래한 후에 혼잡이 제거되었음에도 비콘 프레임을 전송함으로써 네트워크 처리량(throughput)을 비효율적으로 만든다. 더 나아가, 싱글 홉(Single-Hop) 네트워크와 달리 메시 네트워크 시스템은 더욱 복잡한 스케줄링(Scheduling)이 필요하다.
전술한 바와 같이 종래의 명시적인 제어 컨트롤 메시지를 이용하는 방법은 혼잡 노드에 추가적인 제어 메시지를 주입한다. 따라서 더 많은 혼잡이 야기된다. 그리고 제어 통지로써의 응답문자를 이용하는 방법은 모든 노드들로부터 혼잡 제어를 받지 못한다. 따라서 이는 혼잡 상황을 더 악화 시킬 수 있다. 그리고 혼잡 표시에 대한 비콘 프레임을 이용하는 방법은 혼잡 상황에 즉각 대응할 수 없음은 물론 스케줄링이 매우 복잡한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 네트워크의 효율성을 높이고, 모든 노드들로부터 혼잡 제어를 받을 수 있으며, 혼잡 상황을 즉각 대응할 수 있는 메시 네트워크를 위한 혼잡 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서의 혼잡 제어 시스템(Congestion Control System)에 있어서, 혼잡 제어 듀레이션 필드(Duration Field) 값을 CTS(Clear-to-Send) 프레임에 설정하고 상기 CTS프레임을 센더로 송신하는 리시버, 및 상기 리시버로부터 상기 CTS 프레임을 수신하고, 상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS(Request-to-Send) 프레임 재전송 대기시간 동안 대기한 후, 상기 리시버로 RTS 프레임을 재전송하는 센더를 포함하는 혼잡 제어 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 리시버의 혼잡 제어 방법(Congestion Control Method)에 있어서, 센더로부터 RTS(Request-To-Send) 프레임을 수신하는 RTS 수신 단계, 혼잡 상태에서 상기 RTS 프레임을 수신할 경우 혼잡 제어 듀레이션 필드 값을 설정하고, 혼잡하지 않은 상태에서 상기 RTS 프레임을 수신할 경우 데이터 송신이 가능함을 지시하도록 CTS 프레임을 설정하는 설정 단계, 및 상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값이 설정된 상기 CTS 프레임을 상기 센더로 송신하는 CTS 송신 단계를 포함하는 혼잡 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서의 센더의 혼잡 제어 방법(Congestion Control Method)에 있어서, RTS 프레임을 리시버로 송신하는RTS 송신 단계, CTS 프레임을 상기 리시버로부터 수신하는 CTS 수신 단계, 상기 CTS 프레임이 RTS 재전송을 지시할 경우 상기CTS 프레임의 혼잡 제어 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS 재전송 대기시간 후에 상기 RTS 프레임을 재전송하는 RTS 프레임 재전송 단계, 및 상기 CTS 프레임이 데이터 송신을 지시할 경우 데이터를 상기 리시버로 송신하는 데이터 송신 단계를 포함하는 혼잡 제어 방법을 제공한다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저 본 발명을 전체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Networks)에서의 혼잡 제어(Congestion Control) 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 메시 네트워크(또는 에드-혹 네트워크)에서 송신 문의(Request-to-send: RTS) 및 송신 가능(Clear-to-send: CTS)을 이용한 혼잡 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 여기에서 본 발명은 혼잡 제어 듀레이션 필드(Duration Field) 값을 CTS 프레임에 설정한다. 그리고, 리시버는 이 CTS 프레임을 센더로 송신한다. 이에 대응하여 센더는 이 CTS프레임을 수신한다. 그리고 이 CTS 프레임을 검사함으로써 센더는 데이터를 송신하지 않는다. 그 대신 센더는 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS 재전송 대기 시간동안 대기한다. 그 후, 센더는 RTS 프레임을 리시버로 재전송한다. 따라서 본 발명은 센더로부터 혼잡 노드인 리시버로 실질적인 데이터가 아닌 RTS 프레임을 재전송하므로 혼잡을 제어하는 기능을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 간략히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에서 리시버는 듀레이션 필드에 음수 값을 설정한다. 그리고 센더는 이 CTS 프레임을 센더로 송신함으로써 RTS를 거절한다. 여기에서 RTS를 거절하는 것은 리시버에 혼잡이 발생하였으므로 실질적인 데이터를 수신하지 않겠다는 말과 같다. 그리고 본 발명의 제2실시예에서 리시버는 다음 RTS 프레임 전송 시간을 지시하는 송신 금지(Negative Clear-To-Send) 프레임(이하 "NCTS 프레임"이라 한다)을 설정한다. 그리고 리시버는 이 NCTS프레임을 센더로 송신함으로써 RTS를 거절한다. 그리고 본 발명의 제3실시예에서 리시버는 듀레이션 필드 값을 0으로 설정한다. 그리고 리시버는 CTS 프레임을 센더로 송신함으로써 RTS를 거절한다. 본 발명의 제4실시예에서 리시버는 CTS 프레임을 송신하지 않음으로써 RTS를 거절한다.
이하에서는 도 1을 참조하여 무선 메시 네트워크에서 데이터의 전송을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 센더로부터 리시버로 데이터를 전송하는 과정을 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 최초 센더(업스트림 노드)(100)는 리시버(다운스트림 노드)(150)로 RTS 프레임을 송신하면 이에 응답하여 리시버(150)는 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 이때 이웃 노드들은 NAV(Network Allocation Vector)를 통해 미디엄의 컨텐션(Contention)을 조절한다. 그리고 센더(100)는 CTS프레임을 수신하 여 혼잡상황이 아니면, 리시버(150)로 데이터를 전송한다. 그러면 이에 응답하여 리시버(150)는 센더(100)로 ACK(Acknowledge Character: ACK)를 전송한다.
하지만 리시버(150)에 패킷이 들어오는 비율이 나가는 비율보다 높을 경우 혼잡 상황이 발생할 수 있다. 이 경우 리시버(150)는 데이터를 수신하면 혼잡이 더욱 악화될 수 있다. 왜냐하면 혼잡이 발생한 상태에서 데이터를 더 수신하면 리시버(150)에 파일이 쌓인다. 그러면 리시버(150)는 버퍼가 오버플로우(Overflow)되고, 네트워크는 과도한 지연(Excess Delay)이 생기게 된다.
이러한 혼잡 상황을 제어하기 위해 본 발명은 혼잡 제어 듀레이션 필드 값을 설정한다. 그리고 리시버(150)는 이 듀레이션 필드 값이 설정된 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 이에 대응하여 센더(100)는 그 CTS 프레임을 수신하여 데이터 전송을 미루고, 프레임을 재전송한다. 아울러 혼잡 상황은 리시버가 보낸 상기 CTS 프레임에 의해 주변 노드에게 브로드캐스트 된다. 이를 통해 주변 노드들은 리시버(150)가 혼잡 상황임을 인지하고 리시버(150)의 혼잡 상황 극복을 도울 수 있게 된다.
이하에서는 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 CTS 프레임의 구성을 설명한다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에서 사용되는 CTS 프레임(200), 프레임 컨트롤 필드(210), 듀레이션 필드(220), 서브타입(230)에 대한 포맷을 나타낸다. 이들의 구체적인 동작 및 설명은 도3 내지 도 6에서 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 구조를 나타내는 예시도이다. CTS 프레임(200)은 크게 프레임 컨트롤 필드(Frame Control Field)(210), 듀레이션 필드(Duration Field)(220), RA 필드 및 프레임 검사 순서(Frame Check Sequence: FCS) 필드를 포함한다. CTS 프레임(200)은 리시버(150)로부터 센더(100)로 송신된다. 여기에서 이 CTS 프레임에는 리시버의 혼잡 상황이 표시된다. 그리고 프레임 컨트롤 필드(210)는 그 필드 내의 서브타입(Subtype)(230)을 포함하고 있다. 이 서브타입의 값에 따라 듀레이션 필드(220) 값을 해석하는 방식이 달라진다. 그리고 듀레이션 필드(220)는 RTS 재전송 대기 시간을 설정하는데 사용된다.
도 2b는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 나타내는 예시도이다. 본 발명의 제2실시예에서 리시버(150)는 서브타입(230)에 "1100", "1101" , "1110" 또는 "1111" 값을 설정하여 센더(100)로 CTS 프레임을 송신한다. 그러면, 센더(100)는 듀레이션 필드(220) 값에 해당하는 마이크로 초 시간동안 RTS 재전송을 대기한다.
도 2c는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 듀레이션 필드(220) 값을 보여주는 예시도이다. 본 발명의 제1실시예에서 리시버(150)는 듀레이션 필드(220) 값을 CTS 프레임에 음수로 설정하여 CTS 프레임을 센더로 송신한다. 그러면, 센더(100)는 설정된 듀레이션 필드(220) 값의 절대 값에 해당하는 마이크로 초 시간동안 RTS 재전송을 대기한다. 본 발명의 제2실시예에서 리시버(150)는 서브타입(230) 값을 기존에 이미 사용되고 있지 않는 값, 예를 들면 1100(또는 1101, 1110, 1111)으로 설정하고, CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 이에 대응하여, 센더(100)는 듀레이션 필드(220) 값에 해당하는 마이크로 초 시간동안 RTS 프레임의 재전송을 대기한다. 이는 서브타입(230) 값을 다르게 설정함으로써 종래와는 다르게 듀레이션 필드(220) 값이 해석되는 경우이다. 본 발명의 제3실시예에서 리시버(150)는 듀레이션 필드(220) 값을 0으로 설정하고, CTS 프레임을 리시버(150)로 송신한다. 이에 대응하여, 센더(100)는 일정시간을 대기한 후 RTS 프레임을 재전송하거나 또는 dot11ShortRetryLimit에 도달할 때까지 RTS 프레임을 재전송한다.
도 2d는 본 발명에 따른 CTS 프레임의 듀레이션 필드 값을 음수로 설정했을 경우의 예시도이다. 리시버(150)는 듀레이션 필드(220)의 14비트 내지 0비트 부분에 1 내지16384 값을 설정하여 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 그러면 센더(100)는 기존과 동일하게 듀레이션 필드(220)를 해석한다. 반면에 본 발명의 제3실시예와 같이 리시버(150)는 듀레이션 필드(220) 값을 16384 내지 -1 로 설정하여 CTS 프레임을 전송하면, 센더(100)는 이를 혼잡 제어의 목적을 위해 사용한다.
<제1실시예>
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선 메시 네트워크를 위한 혼잡 제어 시스템 및 방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 제1실시예에서 리시버(150)는 듀레이션 필드(220)에 음수 값을 설정한다. 그리고 리시버(150)는 이 듀레이션 필드 값을 CTS 프레임에 설정하여 CTS 프레임을 센더(100)로 송신함으로써 RTS를 거절한다. 이를 위해 본 발명은 기존의 듀레이션 필드(220)값의 범위(Range)를 음수 값이 허용되도록 수정한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 듀레이션 필드(220) 값은 2진수 15개로 구성된다. 이 듀레이션 필드 값은 -16384 내지 16384까지 표현될 수 있다. 혼잡 제어를 위해 리시버(150)는 듀레이션 필드(220)에 16384내지 -1까지의 값을 설정한다. 그리고 리시버(150)는 이 듀레이션 필드 값이 설정된 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 그러면 센더(100)는 CTS 프레임을 수신한 후 그 절대 값에 해당하는 마이크로 초 시간동안 RTS 프레임의 재전송을 대기한다. 물론 여기에서 절대 값 마이크로 초는 혼잡 제어에 부합하는 대기 시간에 대한 사이즈로 다르게 설정될 수도 있다. 센더(100)는 음수로 설정된 듀레이션 필드(220) 값을 수신하면 이를 혼잡 상황으로 인식한다. 그리고 브로드캐스트된 상기 CTS 프레임을 수신한 주변 노드들은 NAV를 업데이트 하여 리시버(150)의 혼잡을 경감시킨다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 듀레이션 필드(220) 값을 음수 값으로 설정함을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도이다. 센더(100)는 310단계에서 송신할 데이터가 발생하면 320단계에서 리시버(150)로RTS 프레임을 송신한다. 리시버(150)는 이 RTS 프레임을 수신하고 330단계에서 혼잡 상태인지를 판단한다. 그리고 리시버(150)는 혼잡 상태인 경우에만 340단계에서 CTS 프레임의 듀레이션 필드(220) 값에 RTS 프레임을 재전송 받을 시간 값 t를 -｜t｜로 설정한다. 350단계에서 리시버(150)는 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 센더(100)는 CTS 프레임을 수신하여 360단계에서 CTS 프레임의 듀레이션 값이 음수인지를 판단한다. 그리고 음수인 경우에만 370단계에서 센더(100)는｜t｜동안 대기한 후 RTS 프레임을 리시버(150)로 재전송한다. 듀레이션 필드(220) 값이 음수가 아닌 경우 380단계에서 센더(100)는 리시버(150)로 데이터를 송신한다. 그리고 이에 대응하여 390단계에서 리시버(150)는 ACK를 센더(100)로 송신한다.
제1실시예에서 리시버(150)는 CTS 프레임의 듀레이션 값에 음수 값을 설정한다. 이 경우 센더(100)는 CTS 프레임을 수신한 후, 듀레이션 필드(220)값의 절대 값에 대응하는 시간동안 RTS의 재전송을 대기한다. 여기에서 대표적인 대응 시간은 절대 값 마이크로 초로 설정될 수 있다. 한편, RTS의 재전송은 리시버(150)에서 송신 준비가 되지 않았음을 뜻한다. 따라서, 상기 CTS를 수신한 주변 노드들은 리시버(150)가 현재 패킷을 수신할 수 없는 상태임을 알게 된다.
제1실시예에 따르면, 첫 번째로 듀레이션 필드(220)에 정확한 시간 값을 기재할 수 있다. 두 번째로 CTS 프레임을 이용하므로 비콘 프레임과 같이 주기적으로 결정된 시간에만 혼잡을 제어할 수 있었던 문제가 해소되었다. 세 번째로 ACK는 리시버(150)에서 센더(100)로만 보내는 것인데 반하여 혼잡을 나타내는 CTS 프레임은 브로드캐스트 되므로, 주변 노드들은 모두 혼잡제어에 참여할 수 있게 된다. 네 번째로는 혼잡 제어에 필요한 부가적 제어 프레임을 사용하지 않으므로 혼잡 제어를 위한 부담이 줄어든다. 즉, 혼잡 제어를 위해 CTS 프레임만 사용하면 되므로 데이터 전송의 효율성을 좋게 한다.
<제2실시예>
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 무선 메시 네트워크를 위한 혼잡 제어 시스템 및 방법을 도 4를 참조하여 설명한다.
제2실시예에서 리시버(150)는 송신 금지(Negative Clear-To-Send) 프레임(이하 "NCTS 프레임"이라 한다)을 센더(100)로 송신함으로써 RTS 프레임을 거절한다. 상세히 말하면 리시버(150)는 CTS 프레임(200)의 컨트롤 필드(210)의 서브타입(Subtype)(230) 값을 다르게 설정한다. 상기 서브타입(230) 값은 센더(100)에서 듀레이션 필드(220)를 해석할 때RTS 재전송 대기 시간으로 해석되도록 설정된다. 센더(100)는 상기 서브타입(230) 값이 설정된 CTS 프레임을 수신하고, 듀레이션 필드(220) 값에 대응하는 시간동안 RTS 재전송을 대기한다. 여기에서 서브타입(230) 값은 4자리수의 2진수로 표현된다. 사용될 수 있는 서브타입(230) 값은 기존에 이미 사용되고 있지 않는 값, 예를 들면 1100, 1101, 1110 또는 1111 이 있다. 이 중에 어느 하나로 설정된 경우 CTS 프레임은 NCTS 프레임의 기능을 수행한다. 즉, 센더(100)가 송신 준비가 되지 않았다는 송신 금지를 리시버(150)에게 알리는 기능을 수행한다. 리시버(150)는 NCTS 프레임을 센더(100)로 송신하면, 센더(100)는 서브타입(230) 값을 검사하여 NCTS 프레임을 확인한다. 이에 따라 센더(100)는 듀레이션 필드(220) 값에 대응하는 시간동안 대기한 후 RTS를 리시버(150)로 재전송하게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 NCTS를 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도이다. 센더(100)는 410단계에서 송신할 데이터가 발생하면 420단계에서 RTS 프레임을 리시버(150)로 송신한다. 이에 응답하여 리시버(150)는 430단계에서 혼잡 상태인가를 판단하여 혼잡 상태인 경우에만 440단계에서 CTS 프레임(200)의 프레임 컨트롤 필드(210)의 서브타입(230)값에 2진수 1100(또는 1101또는 1110 또는 1111)을 설정한다. 여기에서 서브타입(230) 값이 1100으로 설정됨에 따라 CTS 프레임의 용도가 달라진다. 즉, CTS 프레임은 송신 가능이 아닌 송신 금지에 대한 정보를 전달하기 위해 사용된다. 리시버(150)는 450단계에서 CTS 프레임을 센더(100)로 전송한다. 460단계에서 센더(100)는 수신한 CTS 프레임(200)의 프레임 컨트롤 필드(210)의 서브타입(230) 값을 검사하여 서브타입(230) 값이 1100인지를 판단한다. 그리고 센더(100)는 서브타입(230) 값이 1100인 경우에만 470단계에서 듀레이션 필드(220) 값에 대응하는 시간만큼 대기한다. 대응 시간의 대표적인 예를 들면, 듀레이션 필드(220) 값은 0~32767 의 값을 나타낼 수 있는데 이 값을 t라고 할 경우 t 마이크로 초를 나타낸다. 이 후, 리시버(150)는 RTS 프레임을 재전송하고, 리시버(150) 및 센더(100)는 전 과정을 반복 수행한다. 반면에 센더(100)는 서브타입(230) 값이 1100이 아닌 경우 480단계에서 데이터를 송신한다. 그리고 이에 대응하여 리시버(150)는 490단계에서 ACK를 센더(100)로 송신한다.
제2실시예에서는 서브타입(230) 값이 1100, 1101, 1110 또는 1111로 기록된다. 리시버(150)는 이 서브타입(230) 값을 설정하고, 센더(100)로 NCTS 프레임을 송신하면, 센더(100)는 듀레이션 필드(220)값에 대응하는 시간동안 RTS의 재전송을 대기한다. 한편, 상기 NCTS를 수신한 주변 노드들은 리시버(150)가 현재 패킷을 수신할 수 없는 상태임을 알게 된다.
제2실시예에 따르면 첫 번째로 듀레이션 필드(220)에 정확한 값을 기재할 수 있고, NCTS 프레임만을 이용하여 혼잡을 제어할 수 있다. 두 번째로, NCTS 프레임을 이용하므로 비콘 프레임과 같이 주기적으로 결정된 시간에만 혼잡을 제어할 수 있었던 문제가 해소되었다. 세 번째로 혼잡을 나타내는 NCTS 프레임은 브로드캐스트 되므로 주변 노드들이 모두 혼잡 제어에 참여할 수 있게 된다.　
<제3실시예>
이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 무선 메시 네트워크를 위한 혼잡 제어 시스템을 도 5를 참조하여 설명한다.
제3실시예에서 리시버(150)는 듀레이션 필드(220) 값을 0으로 설정하고, CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 듀레이션 필드(220) 값이 0인 경우의 동작은 아직 표준에 정의되지 않았다. 따라서 센더(100)는 듀레이션 필드(220) 값이 0으로 설정된 CTS 프레임을 수신하면, 데이터를 전송하지 않고 다시 RTS를 재전송하게 된다. 이에 따라 리시버(150)의 혼잡 상황은 제어될 수 있다. 왜냐하면 리시버(150)에서 실질적인 데이터를 수신하지 않고 RTS 프레임을 재수신하기 때문이다. 상세히 설명하면, 센더(100)는 듀레이션 필드(220) 값이 0인 경우, 이 값이 명시적으로 해석이 안되면 dot11ShortRetryLimit 와 RTS 전송횟수가 같은지를 판단한다. 그리고 같지 않은 경우에는 RTS를 재전송한다. 반대로 같은 경우에는 실질적인 데이터를 송신한다.
한편으로 듀레이션 필드(220) 값이 0인 경우에 대해 RTS 재전송을 일정시간 동안 대기하게 정의할 수도 있다. 그러면 센더(100)는 일정시간을 대기한 후 RTS 프레임을 리시버(150)로 재전송한다. 여기에서 일정시간은 첫 번째로 상수로 정할 수 있고, 두 번째로 랜덤하게 정할 수도 있으며, 세 번째로 주변 상황이 고려된 변수로 정할 수도 있다. 이 경우, 센더(100)는 리시버(150)로부터 CTS 프레임을 수신하고, 일정시간을 대기한 후 RTS 프레임을 리시버(150)로 재전송한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 듀레이션 필드(220) 값을 0으로 설정함을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도이다. 센더(100)는 510단계에서 송신할 데이터가 발생하면 520단계에서 RTS 프레임을 리시버(150)로 송신한다. 리시버(150)는 RTS 프레임을 수신하고, 530단계에서 혼잡 상태인가를 판단한다. 그리고 리시버(150)는 혼잡 상태인 경우에만 540단계에서 CTS 프레임(200)의 듀레이션 필드(220)값을 0으로 기록한다. 550단계에서 리시버(150)는CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 센더(100)는 CTS 프레임을 수신하고, 560단계에서 CTS 프레임(200)의 듀레이션 필드(220) 값이 0인지를 판단한다. 그리고 듀레이션 필드(220)값이 0인 경우에는 일정 시간을 대기한다. 여기에서 듀레이션 필드(220) 값이 0인 경우 백오프 절차를 일정시간 대기로 설정하면, 센더(100)는 일정 시간을 대기한 후 RTS 프레임을 재전송한다. 반면에 센더(100)는 듀레이션 필드(220)값이 0이 아닌 경우 580단계에서 데이터를 송신한다. 그리고 이에 대응하여 590단계에서 리시버(150)는 ACK를 센더(100)로 송신한다.
제3실시예에서 리시버(150)는 듀레이션 필드(220) 값을 0으로 설정한다. 그리고 리시버(150)는 듀레이션 필드(220)가 0으로 설정된 CTS 프레임을 센더(100)로 송신한다. 그러면 센더(100)는 데이터를 송신하지 않고 RTS 프레임을 재전송한다. 이는 혼잡을 제어하는 것과 같다. 제3실시예에 따르면 첫 번째로 듀레이션 필드(220) 값이 0 인 경우 RTS 프레임을 재전송하기 전에 대기하는 일정시간은 상수 값, 랜덤한 값, 변수 값 등으로 설정할 수 있게 된다. 두 번째로, CTS 프레임을 이용하므로 비콘 프레임과 같이 주기적으로 결정된 시간에만 혼잡을 제어할 수 있었던 문제가 해소되었다. 세 번째로 혼잡을 나타내는 CTS 프레임은 브로드캐스트되므로 주변 노드들이 모두 혼잡제어에 참여할 수 있게 된다. 네 번째로는 혼잡 제어에 필요한 부가적 제어 프레임을 사용하지 않으므로 혼잡 제어를 위한 부담이 줄어든다.
<제4실시예>
이하에서는 본 발명의 제4실시예에 따른 무선 메시 네트워크를 위한 혼잡 제 어 시스템을 도6를 참조하여 설명한다.
제4실시예에서 리시버(150)는 CTS 프레임을 송신하지 않음으로써 RTS 프레임을 거절한다. 이 경우 리시버(150)는 CTS 프레임을 송신하지 않는다. 센더(100)는 리시버(150)가 분주(Busy)하거나 또는 CTS/RTS 프레임이 로스트(Lost)됐다고 판단한다. 따라서, 센더(100)는RTS 프레임의 전송 횟수가 dot11ShortRetryLimit 값과 같아질 때까지 RTS 프레임을 재전송하게 된다. 그리고 센더(100)의 주변 노드들은 그들의 NAV를 RTS에 따라 업데이트 한다. 이를 통해 리시버(150)가CTS 프레임을 송신하지 않는 경우도 혼잡 제어를 위해 이용될 수 있다. 이하에서는 제4실시예에 따른 흐름도를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 CTS 프레임을 전송하지 않음을 이용한 혼잡 제어 시스템의 흐름도이다. 센더(100)는 610단계에서 송신할 데이터가 발생하면 620단계에서 RTS 프레임을 리시버(150)로 송신한다. 리시버(150)는 RTS 프레임을 수신하고, 630단계에서 혼잡 상태인가를 판단한다. 그리고 리시버(150)는 혼잡상태가 아닌 경우에만 640단계에서 CTS 프레임(200)을 센더(100)로 송신한다. 650단계에서 센더(100)는 리시버(150)로부터 CTS 프레임(200)이 수신되었는지를 판단하여　 CTS 프레임(200)을 수신하지 못했을 경우, 660단계에서 dot11ShortRetryLimit 값과 RTS 프레임 전송횟수가 같은지를 판단한다.
그리고 센더(100)는 670단계에서 백오프 절차를 수행한다. 센더(100)는 백오프 절차를 통해 랜덤한 시간동안 RTS 프레임을 재송신하지 않게 할 수 있다. 반면에 CTS 프레임(200)을 수신받은 경우에는 680단계에서 센더(100)는 리시버(150)로 데이터를 송신한다. 이에 대응하여 690단계에서 리시버(150)는 ACK를 센더(100)로 전송한다.
제4실시예에서 리시버(150)는 CTS 프레임(200)을 센더(100)로 송신하지 않는다. 그러면 센더(100)는 리시버(150)로 데이터를 송신하지 않고 RTS 프레임을 재전송하게 되므로 혼잡을 제어하는 기능을 수행한다.
제4실시예에 따르면 첫 번째로 리시버(150)는 CTS 프레임(200)을 송신하지 않으면 데이터가 아닌 RTS 프레임을 재전송받게 되므로 혼잡을 극복할 수 있다. 두 번째로 혼잡 제어에 필요한 부가적 제어 프레임을 사용하지 않으므로 혼잡 제어를 위한 부담이 줄어든다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형될 수 있음은 물론이다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예를 적용하는 경우를 예시적으로 보여준 것이며, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따르면 혼잡 제어 듀레이션 필드를 이용함으로써, 리시버에서 데이터를 수신하지 않고 RTS를 수신하므로 혼잡을 제어하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 CTS프레임을 이용하여 혼잡 제어를 가능하게 함으로써, 네트워크의 효율성을 높이고, 모든 노드들로부터 혼잡 제어를 받을 수 있으며, 혼잡 상황을 즉각 대응할 수 있는 혼잡 제어 효과도 있다.

Claims (27)

  1. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 리시버의 혼잡 제어(Congestion Control) 방법에 있어서,
    상기 리시버가 혼잡 상태인지 결정하는 과정과,
    상기 리시버가 혼잡 상태에 머무르는 기간을 나타내는 듀레이션 필드 값이 설정된 프레임을 이웃 노드들에게 송신하는 과정을 포함하는 리시버의 혼잡 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 이웃 노드들 중 하나가 상기 듀레이션 필드 값에 상응하는 시간 동안 대기한 후에 상기 리시버로 데이터를 송신하는 것을 나타냄을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 CTS(Clear-to-Send) 프레임을 포함하며, 상기 CTS 프레임은 센더로부터 수신되는 RTS(Request-to-Send) 프레임에 대한 응답으로 송신됨을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프레임의 컨트롤 필드(Control Field)의 서브타입(Subtype) 값은 1100, 1101, 1110 및 1111 중 어느 하나임을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.
  5. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 혼잡 제어(Congestion Control) 시스템에 있어서,
    센더와,
    리시버를 포함하며,
    상기 리시버는 자신이 혼잡 상태인지 결정하고, 상기 리시버가 혼잡 상태에 머무르는 기간을 나타내는 듀레이션 필드 값이 설정된 프레임을 이웃 노드들에게 송신함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리시버로부터 상기 프레임이 수신될 시, 상기 센더는 상기 듀레이션 필드 값에 상응하는 시간 동안 대기한 후에 상기 리시버로 데이터를 송신함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프레임은 CTS(Clear-to-Send) 프레임을 포함하며, 상기 CTS 프레임은 상기 센더로부터 수신되는 RTS(Request-to-Send) 프레임에 대한 응답으로 송신됨을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프레임의 컨트롤 필드(Control Field)의 서브타입(Subtype) 값은 1100, 1101, 1110 및 1111 중 어느 하나임을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  9. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 센더의 혼잡 제어(Congestion Control) 방법에 있어서,
    리시버로부터 상기 센더가 혼잡 상태에 머무르는 기간을 나타내는 듀레이션 필드 값이 설정된 프레임을 수신하는 과정과,
    데이터 전송이 결정될 시, 상기 듀레이션 필드 값에 상응하는 시간 동안 대기한 후에 상기 리시버로 데이터를 송신하는 과정을 포함하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프레임은 CTS(Clear-to-Send) 프레임을 포함하며, 상기 CTS 프레임은 상기 센더에 의해 송신되는 RTS(Request-to-Send) 프레임에 대한 응답으로 수신됨을 특징으로 하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프레임의 컨트롤 필드(Control Field)의 서브타입(Subtype) 값은 1100, 1101, 1110 및 1111 중 어느 하나임을 특징으로 하는 혼잡 제어 방법.
  12. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 혼잡 제어(Congestion Control) 시스템에 있어서,
    센더와,
    리시버를 포함하며,
    상기 센더는 리시버로부터 상기 리시버가 혼잡 상태에 머무르는 기간을 나타내는 듀레이션 필드 값이 설정된 프레임을 수신하고, 데이터 전송이 결정될 시, 상기 듀레이션 필드 값에 상응하는 시간 동안 대기한 후에 상기 리시버로 데이터를 송신함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프레임은 CTS(Clear-to-Send) 프레임을 포함하며, 상기 CTS 프레임은 상기 센더에 의해 송신되는 RTS(Request-to-Send) 프레임에 대한 응답으로 수신됨을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프레임의 컨트롤 필드(Control Field)의 서브타입(Subtype) 값은 1100, 1101, 1110 및 1111 중 어느 하나임을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  15. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서의 혼잡 제어 시스템(Congestion Control System)에 있어서,
    혼잡 제어 듀레이션 필드(Duration Field) 값을 CTS(Clear-to-Send) 프레임에 설정하고 상기 CTS프레임을 센더로 송신하는 리시버; 및
    상기 리시버로부터 상기 CTS 프레임을 수신하고, 상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS(Request-to-Send) 프레임 재전송 대기시간 동안 대기한 후, 상기 리시버로 RTS 프레임을 재전송하는 센더를 포함하는 혼잡 제어 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 리시버는 상기 듀레이션 필드 값을 음수로 상기 CTS 프레임에 설정하고, 상기 CTS 프레임을 상기 센더로 송신함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 센더는 상기 CTS 프레임을 상기 리시버로부터 수신하고, 음수로 설정된 상기 듀레이션 필드 값의 절대값에 해당하는 마이크로 초 시간 동안 대기한 후 상기 RTS 프레임을 상기 리시버로 재전송함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 리시버는 상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값을 0으로 상기 CTS 프레임에 설정하고 상기 CTS 프레임을 상기 센더로 송신함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 센더는 상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값이 0으로 설정된 CTS 프레임을 수신하고, 미리 결정된 시간만큼 대기한 후 상기 RTS 프레임을 상기 리시버로 재전송함을 특징으로 하는 혼잡 제어 시스템.
  20. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서의 센더의 혼잡 제어 방법(Congestion Control Method)에 있어서,
    RTS 프레임을 리시버로 송신하는RTS 송신 단계;
    CTS 프레임을 상기 리시버로부터 수신하는 CTS 수신 단계;
    상기 CTS 프레임이 RTS 재전송을 지시할 경우 상기CTS 프레임의 혼잡 제어 듀레이션 필드 값에 대응하는 RTS 재전송 대기시간 후에 상기 RTS 프레임을 재전송하는 RTS 프레임 재전송 단계; 및
    상기 CTS 프레임이 데이터 송신을 지시할 경우 데이터를 상기 리시버로 송신하는 데이터 송신 단계를 포함하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 RTS 프레임을 재전송할 시 주변 노드들에게 상기 리시버가 혼잡 상태임을 알리는 CTS 프레임을 브로드케스팅(Broadcasting)을 하는 혼잡 브로드케스팅 단계를 더 포함하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 RTS 프레임 재전송 단계 이후, 상기 RTS 송신 단계, 상기 CTS 수신 단계, 상기 RTS 프레임 재전송 단계 및 상기 데이터 송신 단계를 반복 수행함을 특징으로 하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값이 0 인 경우 미리 결정된 시간 동안 대기한 후 상기 RTS 프레임을 재전송함을 특징으로 하는 센더의 혼잡 제어 방법.
  24. 무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network)에서 리시버의 혼잡 제어 방법(Congestion Control Method)에 있어서,
    센더로부터 RTS(Request-To-Send) 프레임을 수신하는 RTS 수신 단계;
    혼잡 상태에서 상기 RTS 프레임을 수신할 경우 혼잡 제어 듀레이션 필드 값을 설정하고, 혼잡하지 않은 상태에서 상기 RTS 프레임을 수신할 경우 데이터 송신이 가능함을 지시하도록 CTS 프레임을 설정하는 설정 단계; 및
    상기 혼잡 제어 듀레이션 필드 값이 설정된 상기 CTS 프레임을 상기 센더로 송신하는 CTS 송신 단계를 포함하는 리시버의 혼잡 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 CTS 송신 단계 후 재전송된 RTS 프레임을 수신할 시, 상기 RTS 수신 단계, 상기 설정 단계 및 상기 CTS 송신 단계를 반복 수행함을 특징으로 하는 리시버의 혼잡 제어 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 CTS 송신 단계 후 실질적인 데이터를 수신하는 데이터 수신 단계; 및
    상기 데이터를 수신을 확인하는 ACK(Acknowledge Character)를 상기 센더로 송신하는 ACK 송신 단계를 더 포함하는 리시버의 혼잡 제어 방법.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 리시버의 혼잡 제어 방법은 상기 CTS 프레임을 상기 센더로 송신하지 않는 것임을 특징으로 하는 리시버의 혼잡 제어 방법.
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