KR101222647B1 - 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법 - Google Patents

기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법은 메시지 전송 노드들이 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계, 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하는 순위 결정 단계 및 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 상기 순위 결정 단계에서 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 메시지 전송 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들 간의 매체 접근을 제어하는 과정에서 소모되는 시간 오버헤드가 감소하여 매체 사용 효율과 메시지 전송률이 높아지는 효과가 있다.

Description

기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법{RANKING-BASED MEDIA ACCESS CONTROL METHOD AND SYSTEM FOR INFRA-STRUCTURE BASED WIRELESS NETWORK}
본 발명은 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들 간의 매체 접근을 제어하는 과정에서 소모되는 시간 오버헤드를 줄여 매체 사용 효율을 높임으로써 메시지 전송률을 높일 수 있는 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 직교주파수를 이용한 전송기법인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 통신 효율을 높이기 위한 안테나 기술인 MIMI(Multiple-Input Multiple-Output)의 개발로 무선 통신이 고속화되어 가고 있다.
이러한 고속 무선 네트워크의 성능은 특히, 매체 접근 제어(MEDIA ACCESS CONTROL, MAC)에 소모되는 시간 오버헤드(overhead)에 크게 영향을 받는다. 고속 네트워크의 성능 향상을 위해 매체 접근 제어 오버헤드를 크게 줄인 802.11n과 같은 프로토콜이 제안되었으나, 현재까지 알려진 기술에 따르면, 매체 접근 제어와 관련하여 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인한 시간 낭비 등으로 인하여 높은 시간 오버헤드가 발생하여 매체 사용 효율 및 메시지 전송률이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들 간의 매체 접근을 제어하는 과정에서 소모되는 시간 오버헤드를 줄여 매체 사용 효율을 높임으로써 메시지 전송률을 높이는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법은 메시지 전송 노드들이 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계, 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하는 순위 결정 단계 및 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 상기 순위 결정 단계에서 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 메시지 전송 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 있어서, 상기 순위 결정 단계에서, 상기 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드는 전체 시간 슬롯 중에서 비콘 신호가 발생하지 않은 시간 슬롯에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 자신의 ID로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 있어서, 상기 순위 결정 단계에서, 상기 전체 시간 슬롯 중에서 사용되지 않는 비사용 시간 슬롯으로 인한 비사용 낭비 시간과 신규로 매체 접근 제어에 참여하는 2개 이상의 메시지 전송 노드들이 동일한 ID를 선택하여 메시지를 전송하는 경우에 발생하는 메시지 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인한 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간을 하기 수학식 1을 통해 획득하여, 상기 전체 낭비 시간이 최소인 ID 필드 길이를 찾아 ID 필드 길이를 최적화하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112011020531401-pat00001
상기 수학식 1에서, tW는 전체 낭비 시간이고, Nunused는 비사용 시간 슬롯의 수이고, tS는 1개의 시간 슬롯이 점유하는 시간이고, tX는 단위 메시지 전송 시간이고, E[tie]는 순위 경쟁에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 있어서, 상기 순위 결정 단계에서, 상기 수학식 1에서 E[tie]는 하기 수학식 2 내지 수학식 4를 통해 획득하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112011020531401-pat00002
[수학식 3]
Figure 112011020531401-pat00003
[수학식 4]
Figure 112011020531401-pat00004
상기 수학식 2 내지 4에서, P[Nnew=k]는 신규로 순위 경쟁에 참여하는 노드의 수가 k개일 확률이고, Nnew는 반복구간 내에서 신규로 ID를 선택하는 노드의 수이고, λ는 신규로 ID를 선택하는 노드의 발생 속도이고, Ek ,m[tie]는 m개의 ID가 비사용중이고 k개의 신규 경쟁 참여 노드가 있는 경우 하나의 시간 슬롯에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 있어서, 상기 메시지 전송 단계 후, 상기 메시지 전송 노드들 중 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드가 자신의 ID를 삭제하는 전송종료노드 ID 삭제 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템은 무선 통신을 매개하기 위한 기반 시설 장비 및 상기 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 시간을 동기화하는 메시지 전송 노드들로 이루어지고, 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하고, 상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 있어서, 상기 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드는 전체 시간 슬롯 중에서 비콘 신호가 발생하지 않은 시간 슬롯에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 자신의 ID로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 있어서, 상기 전체 시간 슬롯 중에서 사용되지 않는 비사용 시간 슬롯으로 인한 비사용 낭비 시간과 신규로 매체 접근 제어에 참여하는 2개 이상의 메시지 전송 노드들이 동일한 ID를 선택하여 메시지를 전송하는 경우에 발생하는 메시지 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인한 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간을 하기 수학식 1을 통해 획득하여, 상기 전체 낭비 시간이 최소인 ID 필드 길이를 찾아 ID 필드 길이를 최적화하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112011020531401-pat00005
상기 수학식 1에서, tW는 전체 낭비 시간이고, Nunused는 비사용 시간 슬롯의 수이고, tS는 1개의 시간 슬롯이 점유하는 시간이고, tX는 단위 메시지 전송 시간이고, E[tie]는 순위 경쟁에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 있어서, 상기 수학식 1에서 E[tie]는 하기 수학식 2 내지 수학식 4를 통해 획득하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112011020531401-pat00006
[수학식 3]
Figure 112011020531401-pat00007
[수학식 4]
Figure 112011020531401-pat00008
상기 수학식 2 내지 4에서, P[Nnew=k]는 신규로 순위 경쟁에 참여하는 노드의 수가 k개일 확률이고, Nnew는 반복구간 내에서 신규로 ID를 선택하는 노드의 수이고, λ는 신규로 ID를 선택하는 노드의 발생 속도이고, Ek ,m[tie]는 m개의 ID가 비사용중이고 k개의 신규 경쟁 참여 노드가 있는 경우 하나의 시간 슬롯에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 있어서, 상기 메시지를 전송한 후, 상기 메시지 전송 노드들 중 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드는 자신의 ID를 삭제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들 간의 매체 접근을 제어하는 과정에서 소모되는 시간 오버헤드가 감소하여 매체 사용 효율과 메시지 전송률이 높아지는 효과가 있다.
또한, 오버헤드가 낮은 한 번의 매체 접근 제어 과정을 통해 모든 메시지 전송 노드의 매체 접근을 제어함으로써 반복적인 매체 접근 제어로 인해 발생하는 높은 시간 오버헤드를 피할 수 있어 메시지 전송률이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서 적용되는 시간 동기화 구간과 순위 결정 구간 및 전송 구간으로 이루어진 하나의 전체 시간 슬롯을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법의 동작의 예를 설명하기 위한 도면으로서, 메시지 전송에 노드 A, B, C, D가 참여하다가, 노드 D가 전송을 종료하고 노드 E가 신규로 전송에 참여하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 경우의 제어 흐름을 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 ID 필드 길이를 최적화하는 예를 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면으로서, 노드 A, B, C가 3 비트의 ID를 2 비트의 ID로 변경하는 경우의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 ID 필드 길이를 최적화하는 예를 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면으로서, 노드 A, B, C가 2 비트의 ID를 3 비트의 ID로 변경하는 경우의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서 적용되는 시간 동기화 구간과 순위 결정 구간 및 전송 구간으로 이루어진 하나의 전체 시간 슬롯을 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법은 시간 동기화 단계(S10), 순위 결정 단계(S20), 메시지 전송 단계(S30) 및 전송종료노드 ID 삭제 단계(S40)를 포함하여 구성된다.
기반 시설을 가진 무선 네트워크는 무선 네트워크를 구성하는 단말 간의 무선 통신이 기반 시설 장비에 의해 매개되는 네트워크이다. 이러한 네트워크의 예로서, 무선 LAN(Local Area Network)이 있다. 이하에서는 기반 시설을 가진 무선 네트워크가 무선 LAN인 경우를 예로 들어, 본 실시 예를 설명한다. 이 경우, 후술하는 기반 시설 장비는 무선 AP(Access Point)가 된다.
<시간 동기화 단계(S10)>
시간 동기화 단계(S10)에서는, 메시지 전송 노드들이 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
<순위 결정 단계(S20)>
순위 결정 단계(S20)는 단계 S210 내지 단계 S250으로 구성된다.
단계 S210에서는, 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정이 수행된다.
단계 S220에서는, 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하는 과정이 수행된다.
단계 S230에서의 판단 결과, 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드가 있는 경우에는 단계 S240으로 전환되고, 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드가 없는 경우에는 단계 S250으로 전환된다.
단계 S240에서는, 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 비콘 신호가 발생하지 않은 시간 슬롯 즉, 비어있는 시간 슬롯에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 이후의 전송 과정에서 자신의 ID로 사용한다.
단계 S250에서는, 기반 시설 장비가 비사용 낭비 시간과 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간이 최소가 되는 ID 필드 길이를 찾아 ID 필드 길이를 최적화하는 과정이 수행된다. 비사용 낭비 시간은 전체 시간 슬롯 중에서 사용되지 않는 비사용 시간 슬롯으로 인해 발생하는 낭비 시간이고, 충돌 낭비 시간은 신규로 매체 접근 제어에 참여하는 2개 이상의 메시지 전송 노드들이 동일한 ID를 선택하여 메시지를 전송하는 경우에 발생하는 메시지 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인해 발생하는 낭비 시간이다. 단계 S250에서는, 비사용 낭비 시간과 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간을 하기 수학식 1 내지 수학식 4를 통해 획득한다.
[수학식 1]
Figure 112011020531401-pat00009
상기 수학식 1에서, tW는 전체 낭비 시간이고, Nunused는 비사용 시간 슬롯의 수이고, tS는 1개의 시간 슬롯이 점유하는 시간이고, tX는 단위 메시지 전송 시간이고, E[tie]는 순위 경쟁에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수이다.
[수학식 2]
Figure 112011020531401-pat00010
[수학식 3]
Figure 112011020531401-pat00011
[수학식 4]
Figure 112011020531401-pat00012
상기 수학식 2 내지 4에서, P[Nnew=k]는 신규로 순위 경쟁에 참여하는 노드의 수가 k개일 확률이고, Nnew는 반복구간 내에서 신규로 ID를 선택하는 노드의 수이고, λ는 신규로 ID를 선택하는 노드의 발생 속도이고, Ek ,m[tie]는 m개의 ID가 비사용중이고 k개의 신규 경쟁 참여 노드가 있는 경우 하나의 시간 슬롯에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수이다.
<메시지 전송 단계(S30)>
메시지 전송 단계(S30)에서는, 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 순위 결정 단계(S20)에서 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 과정이 수행된다.
<전송종료노드 ID 삭제 단계(S40)>
전송종료노드 ID 삭제 단계(S40)는 단계 S410과 단계 S420으로 구성된다.
단계 S410에서의 판단 결과, 메시지 전송 노드들 중 바로 전의 메시지 전송을 마지막으로 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드가 있는 경우 단계 S420으로 전환되고, 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드가 없는 경우 단계 S10으로 전환되어 시간을 동기화하는 과정을 다시 수행한다.
단계 S420에서는, 메시지 전송 단계(S30)를 수행한 이후, 메시지 전송 노드들 중 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드가 자신의 ID를 삭제하는 과정이 수행된다.
이하에서는 도 3과 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크의 구체적인 동작의 예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법의 동작의 예를 설명하기 위한 도면으로서, 메시지 전송에 노드 A, B, C, D가 참여하다가, 노드 D가 전송을 종료하고 노드 E가 신규로 전송에 참여하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 경우의 제어 흐름을 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면이다.
<상태 1>
도 3과 도 4를 참조하면, 상태 1에서는, 현재 메시지 전송에 참여중인 노드가 A, B, C, D이며, 이들 중에서 노드 D는 현재의 메시지 전송을 마지막으로 메시지 전송을 종료하려는 노드이고, 노드 E는 다음 메시지 전송에 참여하려는 노드이며, 노드 A의 ID는 101이고 순위는 3번이고, 노드 B의 ID는 001이고 순위는 2번이고, 노드 C의 ID는 000이고 순위는 1번이고, 노드 D의 ID는 110이고 순위는 4번이고, 노드 E의 ID와 순위는 없다.
상태 1에서는 먼저, 노드 A, B, C, D가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 5번 시간 슬롯(slot 5)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 D가 6번 시간 슬롯(slot 6)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다.
노드 A, B, C, D가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C, D는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
또한 신규로 메시지 전송에 참여하려는 노드 E는 노드 A, B, C, D가 비콘 신호를 전송하지 않는 시간 슬롯들 즉, 비어있는 시간 슬롯들(slot 2, slot 3, slot 4, slot 7)에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 이후의 전송 과정에서 자신의 ID로 사용한다. 이 경우, 노드 E가 7번 시간 슬롯(slot 7)에 해당하는 111을 자신으로 ID로 선택한다.
다음으로, 노드 A, B, C, D는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 A가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 D가 메시지를 전송한다.
노드 D가 메시지를 전송한 후, 현재의 메시지 전송을 마지막으로 메시지 전송을 종료하려는 노드 D는 자신의 ID인 110을 삭제한다.
이상의 과정을 거쳐, 상태 1에 따른 제어 흐름이 종료되고, 이후부터는 후술하는 상태 2에 따른 제어 흐름이 개시된다.
<상태 2>
도 3과 도 4를 참조하면, 상태 2에서는, 현재 메시지 전송에 참여중인 노드가 A, B, C, E이며, 노드 A의 ID는 101이고 순위는 3번이고, 노드 B의 ID는 001이고 순위는 2번이고, 노드 C의 ID는 000이고 순위는 1번이고, 노드 E의 ID는 111이고 순위는 4번이다.
상태 2에서도 먼저, 노드 A, B, C, E가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 5번 시간 슬롯(slot 5)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 신규로 메시지 전송에 참여하는 노드 E가 7번 시간 슬롯(slot 7)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다.
노드 A, B, C, E가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C, E는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
다음으로, 노드 A, B, C, E는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 A가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 E가 메시지를 전송한다.
이상의 과정을 거쳐, 상태 2에 따른 제어 흐름이 종료된다.
도 5는 ID 필드 길이를 최적화하는 예를 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면으로서, 노드 A, B, C가 3 비트의 ID를 2 비트의 ID로 변경하는 경우의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 노드 A, B, C가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 5번 시간 슬롯(slot 5)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다. 이 경우, 노드 A, B, C가 3 비트의 ID를 갖기 때문에, 전체 시간 슬롯은 0번 시간 슬롯(slot 0) 내지 7번 시간 슬롯(slot 7)의 8개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 7)으로 구성된다.
노드 A, B, C가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
다음으로, 노드 A, B, C는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 A가 메시지를 전송한다.
다음으로, 기반 시설 장비(AP)가 ID 비트 줄임 신호를 노드 A, B, C로 전송한다. 이에 따라, 노드 A, B, C는 자신의 ID를 2 비트로 변환한다. 즉, 노드 A의 ID는 101에서 10으로 변환되고, 노드 B의 ID는 001에서 01로 변환되고, 노드 C의 ID는 000에서 00으로 변환된다. 이에 따라, 전체 시간 슬롯은 기존의 8개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 7)에서 0번 시간 슬롯(slot 0) 내지 3번 시간 슬롯(slot 3)의 4개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 3)으로 변경된다.
다음으로, 노드 A, B, C가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 다시 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 2번 시간 슬롯(slot 2)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다.
노드 A, B, C가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
다음으로, 노드 A, B, C는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 A가 메시지를 전송한다.
도 6은 ID 필드 길이를 최적화하는 예를 구체적인 시간 슬롯에 대응시켜 설명하기 위한 도면으로서, 노드 A, B, C가 2 비트의 ID를 3 비트의 ID로 변경하는 경우의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 노드 A, B, C가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 3번 시간 슬롯(slot 3)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다. 이 경우, 노드 A, B, C가 2 비트의 ID를 갖기 때문에, 전체 시간 슬롯은 0번 시간 슬롯(slot 0) 내지 3번 시간 슬롯(slot 3)의 4개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 3)으로 구성된다.
노드 A, B, C가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
다음으로, 노드 A, B, C는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 A가 메시지를 전송한다.
다음으로, 기반 시설 장비(AP)가 ID 비트 늘림 신호를 노드 A, B, C로 전송한다. 이에 따라, 노드 A, B, C는 자신의 ID를 3 비트로 변환한다. 즉, 노드 A의 ID는 11에서 010으로 변환되고, 노드 B의 ID는 01에서 001로 변환되고, 노드 C의 ID는 00에서 000으로 변환된다. 이에 따라, 전체 시간 슬롯은 기존의 4개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 3)에서 0번 시간 슬롯(slot 0) 내지 7번 시간 슬롯(slot 7)의 8개의 시간 슬롯(slot 0 - slot 7)으로 변경된다.
다음으로, 노드 A, B, C가 기반 시설 장비(AP)가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 맞춰 다시 시간을 동기화하는 과정이 수행된다.
다음으로, 노드 C가 0번 시간 슬롯(slot 0)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 B가 1번 시간 슬롯(slot 1)에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 노드 A가 2번 시간 슬롯(slot 2)에서 자신의 비콘 신호를 전송한다.
노드 A, B, C가 자신의 비콘 신호를 전송하는 과정에서, 노드 A, B, C는 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정한다.
다음으로, 노드 A, B, C는 자신의 순위에 따라 메시지를 전송한다. 이 경우, 노드 C가 가장 먼저 메시지를 전송하고, 다음으로 노드 B가 메시지를 전송하고, 마지막으로 노드 A가 메시지를 전송한다.
본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템은 앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법과 카테고리를 달리하는 발명으로서 실질적 내용은 동일하므로, 본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 대한 상세한 설명은 본 발명에 따른 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 대한 설명으로 대체한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들 간의 매체 접근을 제어하는 과정에서 소모되는 시간 오버헤드가 감소하여 매체 사용 효율과 메시지 전송률이 높아지는 효과가 있다.
또한, 오버헤드가 낮은 한 번의 매체 접근 제어 과정을 통해 모든 메시지 전송 노드의 매체 접근을 제어함으로써 반복적인 매체 접근 제어로 인해 발생하는 높은 시간 오버헤드를 피할 수 있어 메시지 전송률이 높아지는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서 메시지를 전송하고자 하는 노드들이 고유 ID를 획득하고, 이를 기반으로 노드들 간에 순위를 정하여 그 순위에 따라 매체에 접근하게 하는 매체 접근 프로토콜로, 매우 낮은 매체 접근 제어 오버헤드를 소모하여 매체 사용률을 크게 증가시키고 메시지 전송률을 크게 개선시키는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
S10: 시간 동기화 단계
S20: 순위 결정 단계
S30: 메시지 전송 단계
S40: 전송종료노드 ID 삭제 단계

Claims (10)

  1. 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법에 있어서,
    메시지 전송 노드들이 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계;
    상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하는 순위 결정 단계; 및
    상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 상기 순위 결정 단계에서 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 메시지 전송 단계를 포함하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 순위 결정 단계에서,
    상기 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드는 전체 시간 슬롯 중에서 비콘 신호가 발생하지 않은 시간 슬롯에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 자신의 ID로 사용하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 순위 결정 단계에서,
    상기 전체 시간 슬롯 중에서 사용되지 않는 비사용 시간 슬롯으로 인한 비사용 낭비 시간과 신규로 매체 접근 제어에 참여하는 2개 이상의 메시지 전송 노드들이 동일한 ID를 선택하여 메시지를 전송하는 경우에 발생하는 메시지 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인한 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간을 하기 수학식 1
    [수학식 1]
    Figure 112012062979796-pat00013

    (상기 수학식 1에서, tW는 전체 낭비 시간이고, Nunused는 비사용 시간 슬롯의 수이고, tS는 1개의 시간 슬롯이 점유하는 시간이고, tX는 단위 메시지 전송 시간이고, E[tie]는 순위 경쟁에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임)
    을 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 순위 결정 단계에서,
    상기 수학식 1에서 E[tie]는 하기 수학식 2 내지 수학식 4
    [수학식 2]
    Figure 112011020531401-pat00014

    [수학식 3]
    Figure 112011020531401-pat00015

    [수학식 4]
    Figure 112011020531401-pat00016

    (상기 수학식 2 내지 4에서, P[Nnew=k]는 신규로 순위 경쟁에 참여하는 노드의 수가 k개일 확률이고, Nnew는 반복구간 내에서 신규로 ID를 선택하는 노드의 수이고, λ는 신규로 ID를 선택하는 노드의 발생 속도이고, Ek ,m[tie]는 m개의 ID가 비사용중이고 k개의 신규 경쟁 참여 노드가 있는 경우 하나의 시간 슬롯에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임)
    를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 메시지 전송 단계 후, 상기 메시지 전송 노드들 중 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드가 자신의 ID를 삭제하는 전송종료노드 ID 삭제 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어방법.
  6. 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템에 있어서,
    무선 통신을 매개하기 위한 기반 시설 장비; 및
    상기 기반 시설 장비가 전송하는 시간 동기화 비콘 신호가 종료되는 시점에 시간을 동기화하는 메시지 전송 노드들로 이루어지고,
    상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 전체 시간 슬롯 중에서 자신의 ID에 해당하는 시간 슬롯에서 자신의 비콘 신호를 전송하고, 자신의 비콘 신호 이전의 비콘 신호의 수를 카운트하여 자신의 순위를 결정하고,
    상기 메시지 전송 노드들에 포함된 각각의 메시지 전송 노드가 결정된 순위에 따라 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 메시지 전송 노드들 중 신규로 메시지 전송에 참여하는 메시지 전송 노드는 전체 시간 슬롯 중에서 비콘 신호가 발생하지 않은 시간 슬롯에 해당하는 ID들 중 하나를 선택하여 자신의 ID로 사용하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 전체 시간 슬롯 중에서 사용되지 않는 비사용 시간 슬롯으로 인한 비사용 낭비 시간과 신규로 매체 접근 제어에 참여하는 2개 이상의 메시지 전송 노드들이 동일한 ID를 선택하여 메시지를 전송하는 경우에 발생하는 메시지 전송 노드들 간의 전송 충돌로 인한 충돌 낭비 시간의 합인 전체 낭비 시간을 하기 수학식 1
    [수학식 1]
    Figure 112012062979796-pat00017

    (상기 수학식 1에서, tW는 전체 낭비 시간이고, Nunused는 비사용 시간 슬롯의 수이고, tS는 1개의 시간 슬롯이 점유하는 시간이고, tX는 단위 메시지 전송 시간이고, E[tie]는 순위 경쟁에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수임)
    을 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 수학식 1에서 E[tie]는 하기 수학식 2 내지 수학식 4
    [수학식 2]
    Figure 112011020531401-pat00018

    [수학식 3]
    Figure 112011020531401-pat00019

    [수학식 4]
    Figure 112011020531401-pat00020

    (상기 수학식 2 내지 4에서, P[Nnew=k]는 신규로 순위 경쟁에 참여하는 노드의 수가 k개일 확률이고, Nnew는 반복구간 내에서 신규로 ID를 선택하는 노드의 수이고, λ는 신규로 ID를 선택하는 노드의 발생 속도이고, Ek ,m[tie]는 m개의 ID가 비사용중이고 k개의 신규 경쟁 참여 노드가 있는 경우 하나의 시간 슬롯에서 평균적으로 발생하는 충돌 노드의 수)
    를 통해 획득하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 메시지를 전송한 후, 상기 메시지 전송 노드들 중 메시지 전송을 종료하는 메시지 전송 노드는 자신의 ID를 삭제하는 것을 특징으로 하는, 기반 시설을 가진 무선 네트워크에서의 순위기반 매체 접근 제어시스템.
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