KR101291445B1 - 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법 - Google Patents

가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법 Download PDF

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장영민
최선웅
부반현
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Abstract

본 발명은 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터로 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망) 시스템에 적용되며, 상기 다수개의 장치에서 포아송과정(Poisson process)을 따르며 발생하는 데이터 패킷이 한번의 슈퍼프레임 기간 동안
Figure 112013025133350-pat00249
내지
Figure 112013025133350-pat00250
(
Figure 112013025133350-pat00266
은 1 이상의 자연수) 사이의 우선순위(
Figure 112013025133350-pat00251
)중 어느 한 가지를 가질 때, 상기 코디네이터가
Figure 112013025133350-pat00252
(Number of Backoff, 백오프 횟수),
Figure 112013025133350-pat00253
(Backoff Exponent, 백오프 지수) 및
Figure 112013025133350-pat00254
(Contention Window, 컨텐션 윈도우)를 변수로 하여, 백오프 기간을 결정하고, 1이상의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법에 관한 것이다.

Description

가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법{A method for implementation Priority MAC based on multi-parameter in visible light communication network}
본 발명은 가시광 통신 네트워크에서의 우선순위 맥 구현방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터를 포함하여 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망) 시스템에 적용되고, 상기 다수개의 장치에서 발생하는 데이터 패킷이 한번의 슈퍼프레임 기간 동안
Figure 112011105438939-pat00001
내지
Figure 112011105438939-pat00002
사이의 우선순위(
Figure 112011105438939-pat00003
)중 어느 한 가지를 가질 때 상기 코디네이터가 다변수에 기반하여 가시광 통신 네트워크에서의 우선순위 맥을 구현하는 방법을 제공한다.
가시광 통신은 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode) 등의 광학 소자를 이용한 근거리 광학 무선 통신이다. 인체에 무해하고, 보안성, 전송속도 등이 뛰어나 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
IEEE 802.15.7는 가시광 통신에 관한 표준을 제시하고 있으며, IEEE802.15.7 VPAN(Visible Light Communication Personal Area Network)은 피어 투 피어(Peer to peer), 스타(Star), 브로드캐스트(Broadcast) 등 3가지 토폴로지(Topology)를 지원한다. 또한 채널 액서스(Channel access) 방식으로는 비콘(Beacon) 가능형과 비콘 불능형을 규정하고 있다. 피어 투 피어 토폴로지의 경우 그 통신 범위 내의 임의의 장치가 코디네이터로서의 역할을 하며, 통신범위 내의 장치들은 서로 통신이 가능하다. 스타 토폴로지의 경우 중앙 통제 장치가 코디네이터로서의 역할을 하면서 다른 장치가 네트워크에 접근하도록 허용할 것인지를 결정한다. 한편, 브로드캐스트 토폴로지의 경우 통신 범위 내의 장치들이 네트워크를 구성하지 않고 상호 통신을 하는 것을 특징으로 한다.
IEEE802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망)에 있어서 코디네이터는 아래의 [참고도 1]에 도시된 것과 같은 슈퍼프레임 구조를 사용한다.
[참고도 1]
Figure 112011105438939-pat00004

[참고도 1]을 살펴보면 슈퍼프레임 구조는 활성부와 비활성부를 포함하며, 상기 활성부는 균일한 간격의 슬롯들로 나누어져 있음을 확인할 수 있다. 상기 슬롯들을 백오프(Backoff) 구간이라고 한다. 비활성부의 길이는 BI(Beacon Interval, 비콘 간격)과 SD(Superframe Duration, 슈퍼프레임 길이)에 의하여 결정된다. 또한 BI는 맥비콘오더(macBeaconOrder)값에 의하여 결정되고, SD는 맥슈퍼프레임오더(macSuperframeOrder)값에 의해 결정된다.
상기 슈퍼프레임 구조에서 비콘은 슬롯 0의 시작과 함께 전송이 된다. 상기 비콘 후에 CAP 구간이 시작되고, CFP가 존재하지 않을 경우 CAP 구간의 종료로 슈퍼프레임의 활성부가 끝나게 된다. 그러나 CFP가 존재할 경우 CAP 구간 이후 CFP가 이러진 후 슈퍼프레임의 활성부가 종료된다.
IEEE 802.15.7의 슬롯기반 CSMA-CA에서 각 장치들은
Figure 112011105438939-pat00005
(Number of Backoff, 백오프 횟수)와
Figure 112011105438939-pat00006
(Backoff Exponent, 백오프 지수)라는 두 가지 변수를 가지고 데이터 전송 시도를 관리한다.
Figure 112011105438939-pat00007
란 채널이 사용되고 있을 때 백오프를 시도하는 횟수를 의미하고,
Figure 112011105438939-pat00008
는 채널접속을 위해 얼마나 많은 백오프 시도를 기다려야 하는 지를 나타내는 지수이다. 기존의 IEEE 802.15.7의 슬롯기반 CSMA-CA의 경우 백오프 과정에서 CCA(Clear Channel Assessment)를 한 번 수행하도록 되어 있어
Figure 112011105438939-pat00009
(Contention Window, 컨텐션 윈도우)는 독자적인 변수가 되지 못하였다. 따라서 효율적인 우선순위 맥(MAC) 구현에는 다소 어려움이 있었다.
본 발명은 IEEE 802.15.7 가시광 통신에 있어서의 우선순위 맥(MAC)을 구현함에 있어서 CCA(Clear Channel Assessment)를 한 번만 수행하는 기존의 백오프(Backoff)과정과 달리 1이상의 CCA를 수행함으로써
Figure 112011105438939-pat00010
(Number of Backoff, 백오프 횟수),
Figure 112011105438939-pat00011
(Backoff Exponent, 백오프 지수) 외에
Figure 112011105438939-pat00012
(Contention Window, 컨텐션 윈도우)까지 변수로 하여 수행되는 백오프 과정을 수행하여 데이터 패킷의 전송속도를 향상시키고 지연시간을 감소시키되, 데이터 패킷의 우선순위가 높을수록 전송속도가 커지고 지연시간이 줄어들게 해주는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
전술한 과제의 해결을 위하여 본 발명은, 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터로 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망) 시스템에 적용되며, 상기 다수개의 장치에서 포아송과정(Poisson process)을 따르며 발생하는 데이터 패킷이 한번의 슈퍼프레임 기간 동안
Figure 112013025133350-pat00013
내지
Figure 112013025133350-pat00014
(
Figure 112013025133350-pat00257
은 1 이상의 자연수) 사이의 우선순위(
Figure 112013025133350-pat00015
)중 어느 한 가지를 가질 때, 상기 코디네이터가
Figure 112013025133350-pat00016
(Number of Backoff, 백오프 횟수),
Figure 112013025133350-pat00017
(Backoff Exponent, 백오프 지수) 및
Figure 112013025133350-pat00018
(Contention Window, 컨텐션 윈도우)를 변수로 하여, 백오프 기간을 결정하고, 1이상의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법을 제공한다.
구체적으로 본 발명은, (a) 상기 코디네이터에 데이터 패킷이 도착하면,
Figure 112011105438939-pat00019
및
Figure 112011105438939-pat00020
를 0으로 설정하고, 상기 데이터 패킷의 우선순위(
Figure 112011105438939-pat00021
)에 따라
Figure 112011105438939-pat00022
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00023
인 경우의
Figure 112011105438939-pat00024
값),
Figure 112011105438939-pat00025
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00026
경우의
Figure 112011105438939-pat00027
최대값) 및
Figure 112011105438939-pat00028
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00029
인 경우의
Figure 112011105438939-pat00030
설정값)을 결정하는 단계; (b) 백오프 경계를 실행하는 단계; (c)
Figure 112011105438939-pat00031
이하의 범위에서 결정된 백오프 기간만큼 지연하는 단계; (d) 상기 백오프 기간 경계에서 CCA를 수행하는 단계; 및 (e) 채널이 사용중인지 파악하여 채널이 유휴상태인 경우
Figure 112011105438939-pat00032
로 설정한 후
Figure 112011105438939-pat00033
인지를 판단하여
Figure 112011105438939-pat00034
이 아닌 경우 상기 (d)단계로 돌아가고,
Figure 112011105438939-pat00035
인 경우 상기 데이터 패킷 전송을 실행하며, 채널이 사용중인 경우
Figure 112011105438939-pat00036
,
Figure 112011105438939-pat00037
,
Figure 112011105438939-pat00038
로 설정한 후
Figure 112011105438939-pat00039
가
Figure 112011105438939-pat00040
이하인 경우 상기 (b)단계로 돌아가고,
Figure 112011105438939-pat00041
가
Figure 112011105438939-pat00042
를 초과한 경우에는 전송실패로 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법이 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터로 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망) 시스템에 적용될 경우, 데이터 패킷의 전송속도가 향상되고 지연시간이 감소되되, 데이터 패킷의 우선순위가 높을수록 전송속도가 커지고 지연시간이 줄어들게 된다.
1. [도 1]은 본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법의 순서도이다.
2. [도 2]는 본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법의 일실시예의 마코프 체인 모델이다.
본 발명은 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법으로서, 구체적으로는 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터로 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망)에 있어서, 상기 다수개의 장치들에서 발생하는 데이터 패킷이 한번의 슈퍼프레임 기간 동안
Figure 112013025133350-pat00043
내지
Figure 112013025133350-pat00044
(
Figure 112013025133350-pat00258
은 1 이상의 자연수) 사이의 우선순위(
Figure 112013025133350-pat00045
)중 어느 한 가지를 가질 때 상기 코디네이터가 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥을 구현하는 방법에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법의 순서도이다.
[도 1]에서의 데이터 패킷은 상기 다수개의 장치들에서 발생하는 데이터 패킷이다. 상기 데이터 패킷은
Figure 112011105438939-pat00046
의 발생률을 가지는 Poisson 과정으로 발생하며, 한번의 슈퍼프레임 기간 동안 중
Figure 112011105438939-pat00047
내지
Figure 112011105438939-pat00048
사이의 우선순위
Figure 112011105438939-pat00049
중 어느 한 가지를 가진다.
그 숫자가 작을수록 높은 우선순위를 가지는 것으로 할 때, 우선 순위의 순서는
Figure 112011105438939-pat00050
이 된다.
먼저 [도 1]을 전체적으로 살펴보면 상기 코디네이터는 데이터 패킷이 도착할 경우
Figure 112011105438939-pat00051
(Number of Backoff, 백오프 횟수),
Figure 112011105438939-pat00052
(Backoff Exponent, 백오프 지수) 및
Figure 112011105438939-pat00053
(Contention Window, 컨텐션 윈도우)를 변수로 하여, 백오프 기간을 결정하고, 1이상의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행한다.
구체적으로 살펴보면 우선, 상기 코디네이터는 데이터 패킷이 도착하면,
Figure 112011105438939-pat00054
및
Figure 112011105438939-pat00055
를
Figure 112011105438939-pat00056
으로 설정하고, 상기 데이터 패킷의 우선순위(
Figure 112011105438939-pat00057
)에 따라
Figure 112011105438939-pat00058
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00059
인 경우의
Figure 112011105438939-pat00060
값),
Figure 112011105438939-pat00061
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00062
인 경우의
Figure 112011105438939-pat00063
최대값) 및
Figure 112011105438939-pat00064
(우선순위
Figure 112011105438939-pat00065
인 경우의
Figure 112011105438939-pat00066
설정값)를 결정한다.
우선순위에 따라 상기
Figure 112011105438939-pat00067
,
Figure 112011105438939-pat00068
및 의
Figure 112011105438939-pat00069
값은 아래의 (식 1) 내지 (식 3)과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112011105438939-pat00070
(식 1)
Figure 112011105438939-pat00071
(식 2)
Figure 112011105438939-pat00072
(식 3)
우선순위(
Figure 112011105438939-pat00073
)가 높을수록
Figure 112011105438939-pat00074
값은 커지게 된다(식 1). 채널이 사용중인 경우에 있어서
Figure 112011105438939-pat00075
값이 클수록 더 많은 백오프 시기를 더 많이 실행하게 되고 결과적으로 데이터 전송의 성공확률이 높아기지 때문이다.
Figure 112011105438939-pat00076
값의 경우
Figure 112011105438939-pat00077
과 반대의 경향을 가진다(식 2).
Figure 112011105438939-pat00078
값이 작은 경우 더 큰
Figure 112011105438939-pat00079
값보다 백오프 카운터가 0이 되는 경우가 더 빠르기 때문이다.
Figure 112011105438939-pat00080
값도
Figure 112011105438939-pat00081
값과 같은 경향을 가지는데, 우선순위(l)가 높을수록
Figure 112011105438939-pat00082
값이 작아지게 된다(식 3). 이는 낮은 우선순위를 가지는 데이터 패킷이 CCA과정에 있을 때 높은 우선순위를 가지는 데이터 패킷은 채널을 통해 전송될 수 있음을 의미한다.
위와 같이 변수들을 설정한 후, 상기 코디네이터는 백오프 경계를 실행한다. 그 다음으로 상기 코디네이터는
Figure 112011105438939-pat00083
이하의 범위에서 결정된 백오프 기간만큼 지연하며, 지연 후 상기 백오프 경계에서 CCA를 수행한다. 다음으로 채널이 사용중인지 파악하여 채널이 유휴상태인 경우
Figure 112011105438939-pat00084
로 설정한 후
Figure 112011105438939-pat00085
인지를 판단하여
Figure 112011105438939-pat00086
이 아닌 경우 상기 백오프 경계에서 CCA를 수행하는 단계로 돌아가고,
Figure 112011105438939-pat00087
인 경우 상기 데이터 패킷 전송을 실행하며, 채널이 사용중인 경우 채널이 사용중인 경우
Figure 112011105438939-pat00088
,
Figure 112011105438939-pat00089
,
Figure 112011105438939-pat00090
로 설정한 후
Figure 112011105438939-pat00091
가
Figure 112011105438939-pat00092
이하인 경우 백오프 경계를 실행하는 단계로 돌아가고,
Figure 112011105438939-pat00093
가
Figure 112011105438939-pat00094
를 초과한 경우에는 전송실패로 처리한다.
[도 2]는 본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법의 일실시예를 마코프 체인 모델로 도시한 것이다.
[도 2]의 마코프 체인 모델은 비콘 가능형 슬롯 기반 CSMA-CA 방식의 VPAN에
Figure 112011105438939-pat00095
에서
Figure 112011105438939-pat00096
사이의 우선순위()를 가지는 장치가
Figure 112011105438939-pat00098
개 있으며, 우선순위
Figure 112011105438939-pat00099
을 가지는 장치의 개수는
Figure 112011105438939-pat00100
개라는 가정하에 전개된 것이다.
[도 2]에 나타난 변수들은 우선순위
Figure 112011105438939-pat00101
일 때
Figure 112011105438939-pat00102
,
Figure 112011105438939-pat00103
,
Figure 112011105438939-pat00104
,
Figure 112011105438939-pat00105
로 정의된 것이고,
Figure 112011105438939-pat00106
은 네트워크 내 어떤 장치에 전송이 필요한 데이터가 없는 상태를 의미한다. 장치가
Figure 112011105438939-pat00107
상태에 있을 때 채널 접속을 위한 CSMA-CA 알고리즘이 수행된다. 또한 δ가 단위 백오프 기간의 길이이고,
Figure 112011105438939-pat00108
가
Figure 112011105438939-pat00109
동안의 데이터 패킷 발생수라고 할 때, 이 기간 동안 데이터 패킷이 발생할 확률은 아래의 (식 4)와 같다.
Figure 112011105438939-pat00110
(식 4)
이와 같은 가정하에서의 상황전개 확률은 아래의 (식 5) 내지 (식 11)과 같다.
Figure 112011105438939-pat00111
(식 5)
Figure 112011105438939-pat00112
,
Figure 112011105438939-pat00113
(식 6)
Figure 112011105438939-pat00114
,
Figure 112011105438939-pat00115
,
Figure 112011105438939-pat00116
(식 7)
Figure 112011105438939-pat00117
,
Figure 112011105438939-pat00118
,
Figure 112011105438939-pat00119
(식 8)
Figure 112011105438939-pat00120
,
Figure 112011105438939-pat00121
,
Figure 112011105438939-pat00122
,
Figure 112011105438939-pat00123
(식 9)
Figure 112011105438939-pat00124
,
Figure 112011105438939-pat00125
,
Figure 112011105438939-pat00126
(식 10)
Figure 112011105438939-pat00127
,
Figure 112011105438939-pat00128
(식 11)
(식 5)는 직전에 데이터 패킷이 없던 경우 다음에도 데이터 패킷이 발생하지 않을 확률이고, (식 6)은 유휴상태(idle)에서 첫번째 백오프 단계로 넘어갈 확률이다. (식 7)은 백오프 카운터의 감소확률이고, (식 8)은
Figure 112011105438939-pat00129
단계에서 채널이 유휴상태(idle)일 확률이다. (식 9)와 (식 10)은 채널이 점유된 상태에서 백오프 단계로 넘어갈 확률이고, (식 11)은 데이터 패킷 전송 후 다음으로 전송할 데이터 패킷이 없을 확률이다.
Figure 112011105438939-pat00130
는 확률과정에서의
Figure 112011105438939-pat00131
값이고,
Figure 112011105438939-pat00132
는 확률과정에서의 백오프 카운터값 또는 채널 센싱 상태값이며,
Figure 112011105438939-pat00133
,
Figure 112011105438939-pat00134
이라고 할 때, 마코프 체인의 정상분포 모델은
Figure 112011105438939-pat00135
,
Figure 112011105438939-pat00136
이 된다.
정규화된 조건에서는 아래의 (식 12)가 성립한다.
Figure 112011105438939-pat00137
(식 12)
또한 아래의 (식 13) 및 (식 14)와 같은 관계가 성립한다.
Figure 112011105438939-pat00138
(식 13)
Figure 112011105438939-pat00139
(식 14)
여기서
Figure 112011105438939-pat00140
라고 하면 결국
Figure 112011105438939-pat00141
의 관계가 성립하게 되고, 이를 토대로 일반화시키면
Figure 112011105438939-pat00142
이 된다. 또한 마코프 체인에서,
Figure 112011105438939-pat00143
및
Figure 112011105438939-pat00144
이 된다.
결국 우선순위
Figure 112011105438939-pat00145
을 가지는 장치가 단위 백오프 기간동안 데이터 패킷 전송을 시도할 확률은 아래의 (식 15)와 같아진다.
Figure 112011105438939-pat00146
(식 15)
본 발명에 따른 다변수 이용 가시광 통신 네트워크 우선순위 맥 구현방법의 효과는 데이터 패킷 전송속도와 지연시간 두가지 측면에서 살펴볼 수 있다.
먼저, 본 발명이 적용된 네트워크 상에서의 정규화된 데이터 패킷 전송속도를 살펴본다.
Figure 112011105438939-pat00147
을 우선순위 l을 가지는 네트워크 상의 장치로부터 데이터 패킷의 전송이 성공적으로 이루어져 채널이 센싱될 확률,
Figure 112011105438939-pat00148
를 모든 우선순위에서 데이터 패킷의 전송이 성공적으로 이루어져 채널이 센싱될 확률,
Figure 112011105438939-pat00149
를 단위 백오프 기간 동안 모든 우선순위에서 채널이 점유된 것으로 나타날 확률,
Figure 112011105438939-pat00150
를 모든 우선순위에서 채널이 유휴상태(idle)인 것으로 나타날 확률이라고 할 때, 아래의 (식 16) 내지 (식 19)와 같은 관계가 성립한다.
Figure 112011105438939-pat00151
(식 16)
Figure 112011105438939-pat00152
(식 17)
Figure 112011105438939-pat00153
(식 18)
Figure 112011105438939-pat00154
(식 19)
따라서 모든 우선순위에서 충돌을 일으킬 확률을
Figure 112011105438939-pat00155
라고 하면
Figure 112011105438939-pat00156
는 아래의 (식 20)과 같아진다.
Figure 112011105438939-pat00157
(식 20)
한편, 데이터 패킷 페이로드 전송시간을
Figure 112011105438939-pat00158
라고 하고, 데이터 패킷의 길
Figure 112011105438939-pat00159
이를 , 채널의 비트율의 길이를
Figure 112011105438939-pat00160
이라고 하면
Figure 112011105438939-pat00161
는 (식 21)과 같다.
Figure 112011105438939-pat00162
(식 21)
또한 데이터 전송 성공 상태를 보이는 시간의 평균을
Figure 112011105438939-pat00163
, 데이터 충돌 상태를 보이는 시간의 평균을
Figure 112011105438939-pat00164
라고 하고,
Figure 112011105438939-pat00165
,
Figure 112011105438939-pat00166
,
Figure 112011105438939-pat00167
,
Figure 112011105438939-pat00168
및
Figure 112011105438939-pat00169
를 각각 데이터 헤더 평균 전송시간, 데이터 패킷의 평균 전송시간, 전송 성공응답 대기시간, 전송 실패응답 대기시간 및 수신확인 응답대기 시간이라고 할 때 아래의 (식 22) 및 (식 23)과 같은 관계가 성립한다.
Figure 112011105438939-pat00170
(식 22)
Figure 112011105438939-pat00171
(식 23)
따라서
Figure 112011105438939-pat00172
을
Figure 112011105438939-pat00173
부터
Figure 112011105438939-pat00174
사이의 우선순위
Figure 112011105438939-pat00175
을 가지는 네트워크 상의 장치의 데이터 패킷 전송속도라고 하면 이는 아래의 (식 24)와 같다.
Figure 112011105438939-pat00176
(식 24)
본 발명에 따른 다변수 이용 가시광 통신 네트워크 우선순위 맥 구현방법이 적용된 네트워크의 전송률을 측정하기 위하여 VPAN 시뮬레이션 프로그램인 NS2 버전 2.35을 가지고 시뮬레이션을 실시하되, 우선순위는
Figure 112011105438939-pat00177
,
Figure 112011105438939-pat00178
,
Figure 112011105438939-pat00179
으로 구분하고, 각 위험순위를 가지는 장치의 수는 모두 같다고 가정하고, 변수의 설정을 우선순위
Figure 112011105438939-pat00180
,
Figure 112011105438939-pat00181
,
Figure 112011105438939-pat00182
각각에 대하여
Figure 112011105438939-pat00183
;
Figure 112011105438939-pat00184
;
Figure 112011105438939-pat00185
으로 하고, 우선순위가 주어지지 않는 경우에는
Figure 112011105438939-pat00186
,
Figure 112011105438939-pat00187
,
Figure 112011105438939-pat00188
로 설정하여 전송률을 측정하였다.
전송률을 측정하기 위한 시뮬레이션의 결과는 아래의 [그래프 1] 및 [그래프 2]에 나타나 있다.
[그래프 1]
Figure 112011105438939-pat00189

[그래프 2]
Figure 112011105438939-pat00190

[그래프 1] 및 [그래프 2]를 살펴보면
Figure 112011105438939-pat00191
,
Figure 112011105438939-pat00192
,
Figure 112011105438939-pat00193
등의 다변수를 이용하여 우선순위 맥이 효율적으로 구현됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 효과와 관련하여 다음으로 지연시간을 살펴본다.
지연시간은 데이터 패킷의 발생에서부터 성공적인 수신 또는 실패까지 걸린 시간이라고 정의된다. 지연시간을
Figure 112011105438939-pat00194
라고 할 때, 이는 우선순위
Figure 112011105438939-pat00195
에 따라 변하는 값이다. 또한
Figure 112011105438939-pat00196
을 우선순위
Figure 112011105438939-pat00197
을 가지는 데이터 패킷이 전송 전에 충돌을 일으키는 횟수라고 하고,
Figure 112011105438939-pat00198
을 백오프 지연과 CCA 지연 사이의 평균 간격이라고 하면 다음의 (식 25) 내지 (식 27)이 성립한다.
Figure 112011105438939-pat00199
(식 25)
Figure 112011105438939-pat00200
(식 26)
Figure 112011105438939-pat00201
(식 27)
본 발명에 따른 다변수 이용 가시광 통신 네트워크 우선순위 맥 구현방법이 적용된 네트워크의 지연시간을 측정하기 위하여 위의 전송률 측정 방식과 마찬가지로 VPAN 시뮬레이션 프로그램인 NS2 버전 2.35을 가지고 시뮬레이션을 실시하되, 우선순위는
Figure 112011105438939-pat00202
,
Figure 112011105438939-pat00203
,
Figure 112011105438939-pat00204
으로 구분하고, 각 위험순위를 가지는 장치의 수는 모두 같다고 가정하고, 변수의 설정을 우선순위
Figure 112011105438939-pat00205
,
Figure 112011105438939-pat00206
,
Figure 112011105438939-pat00207
각각에 대하여
Figure 112011105438939-pat00208
;
Figure 112011105438939-pat00209
;
Figure 112011105438939-pat00210
으로 하고, 우선순위가 주어지지 않는 경우에는
Figure 112011105438939-pat00211
,
Figure 112011105438939-pat00212
,
Figure 112011105438939-pat00213
로 설정하고 지연시간을 측정하였다.
지연시간 측정을 위한 시뮬레이션의 결과는 아래의 [그래프 3] 및 [그래프 4]에 나타나 있다.
[그래프 3]
Figure 112011105438939-pat00214

[그래프 4]
Figure 112011105438939-pat00215

[그래프 3] 및 [그래프 4]를 살펴보면 [그래프 1] 및 [그래프 2]에서 확인한 바와 마찬가지로
Figure 112011105438939-pat00216
,
Figure 112011105438939-pat00217
,
Figure 112011105438939-pat00218
등의 다변수를 이용하여 우선순위 맥이 효율적으로 구현됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법에 관해 구체적인 실시예를 가지고 설명하였다. 그러나 본 발명의 청구범위는 상기 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다고 할 것이다.
없음

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 다수개의 장치 및 상기 다수개의 장치를 제어하기 위한 코디네이터로 구성된 스타(Star) 토폴로지 형태의 비콘 가능형 슬롯기반 CSMA-CA 방식의 IEEE 802.15.7 VPAN(Visible light communication Personal Area Network, 가시광 개인 통신망) 시스템에 적용되며,
    상기 다수개의 장치에서 포아송과정(Poisson process)을 따르며 발생하는 데이터 패킷이 한번의 슈퍼프레임 기간 동안
    Figure 112013025133350-pat00259
    내지
    Figure 112013025133350-pat00260
    (
    Figure 112013025133350-pat00261
    은 1 이상의 자연수) 사이의 우선순위(
    Figure 112013025133350-pat00262
    )중 어느 한 가지를 가질 때,
    상기 코디네이터가
    Figure 112013025133350-pat00263
    (Number of Backoff, 백오프 횟수),
    Figure 112013025133350-pat00264
    (Backoff Exponent, 백오프 지수) 및
    Figure 112013025133350-pat00265
    (Contention Window, 컨텐션 윈도우)를 변수로 하여,
    백오프 기간을 결정하고, 1이상의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법으로서,
    (a) 상기 코디네이터에 데이터 패킷이 도착하면,
    Figure 112013025133350-pat00225
    및
    Figure 112013025133350-pat00226
    를 0으로 설정하고, 상기 데이터 패킷의 우선순위(
    Figure 112013025133350-pat00227
    )에 따라
    Figure 112013025133350-pat00228
    (우선순위
    Figure 112013025133350-pat00229
    인 경우의
    Figure 112013025133350-pat00230
    값),
    Figure 112013025133350-pat00231
    (우선순위
    Figure 112013025133350-pat00232
    경우의
    Figure 112013025133350-pat00233
    최대값) 및
    Figure 112013025133350-pat00234
    (우선순위
    Figure 112013025133350-pat00235
    인 경우의
    Figure 112013025133350-pat00236
    설정값)을 결정하는 단계;
    (b) 백오프 경계를 실행하는 단계;
    (c)
    Figure 112013025133350-pat00237
    이하의 범위에서 결정된 백오프 기간만큼 지연하는 단계;
    (d) 상기 백오프 기간 경계에서 CCA를 수행하는 단계; 및
    (e) 채널이 사용중인지 파악하여 채널이 유휴상태인 경우
    Figure 112013025133350-pat00238
    로 설정한 후
    Figure 112013025133350-pat00239
    인지를 판단하여
    Figure 112013025133350-pat00240
    이 아닌 경우 상기 (d)단계로 돌아가고,
    Figure 112013025133350-pat00241
    인 경우 상기 데이터 패킷 전송을 실행하며, 채널이 사용중인 경우
    Figure 112013025133350-pat00242
    ,
    Figure 112013025133350-pat00243
    ,
    Figure 112013025133350-pat00244
    로 설정한 후
    Figure 112013025133350-pat00245
    가
    Figure 112013025133350-pat00246
    이하인 경우 상기 (b)단계로 돌아가고,
    Figure 112013025133350-pat00247
    가
    Figure 112013025133350-pat00248
    를 초과한 경우에는 전송실패로 처리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 네트워크에서의 다변수 기반 우선순위 맥 구현 방법.
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