KR101339604B1 - 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법 - Google Patents

다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101339604B1
KR101339604B1 KR1020120025904A KR20120025904A KR101339604B1 KR 101339604 B1 KR101339604 B1 KR 101339604B1 KR 1020120025904 A KR1020120025904 A KR 1020120025904A KR 20120025904 A KR20120025904 A KR 20120025904A KR 101339604 B1 KR101339604 B1 KR 101339604B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gts
transmission
cap
cfp
terminal
Prior art date
Application number
KR1020120025904A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130104426A (ko
Inventor
이용환
방재석
김형신
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020120025904A priority Critical patent/KR101339604B1/ko
Publication of KR20130104426A publication Critical patent/KR20130104426A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101339604B1 publication Critical patent/KR101339604B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/02—Hybrid access techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/53—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on regulatory allocation policies
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

본 발명은 하나의 주 통신 기기(coordinator: 이하 코디네이터)와 다수의 단말기기들로 구성된 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 혼성 매체 접근 제어(hybrid medium access control: 이하 HMAC) 기반의 적응적 자원 관리 및 할당 방법에 관한 것이다. 상기 HMAC에서는 단말기기들이 경쟁 기반으로 데이터를 전송하는 경쟁 전송 구간(contention access period: 이하 CAP)과 자신에게 독립적으로 할당된 전용 시간 슬롯(guaranteed time slot: 이하 GTS)을 이용하여 데이터를 전송하는 무경쟁 전송 구간(contention free access period: 이하 CFP)을 혼합 사용하여 신호를 전송한다. 본 발명은 HMAC을 효율적으로 이용하기 위하여, 단말기기들이 전송 신호의 요구 및 특성에 따라 어느 전송 구간(즉, CAP 또는 CFP)을 사용할 지를 결정하고, 코디네이터는 데이터 전송 정보에 기반하여 CFP 자원을 관리함으로써 낮은 스케줄링 부담으로도 CFP 사용으로 인한 자원 낭비를 줄이고 CAP 자원을 많이 확보하여 전송 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법{A method for resource management in multi-user hybrid medium access control (HMAC)-based wireless networks}
본 발명은 혼성 매체 접근 제어 기반의 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 자원을 관리하고 할당하는 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(wireless sensor network: 이하 WSN)와 같이 저전력/저복잡도 구조의 단말기기들로 구성된 무선 통신 시스템은 구현 복잡도를 낮추면서 가용한 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 단말기기들이 경쟁에 기반하여 데이터를 전송하는 경쟁 전송 구간(CAP)과 각 단말기기에 독립된 자원을 할당하여 전송 신뢰도를 보장하는 무경쟁 전송 구간(CFP)을 제공하는 HMAC 기반의 전송 기법을 사용한다. 일례로 WSN MAC의 일종인 IEEE 802.15.4의 경우 CAP에서 경쟁 기반의 MAC 기술인 저전력 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(carrier sensing multiple access with collision avoidance: 이하 CSMA/CA) 방식을 사용하고, CFP에서 시 분할 다중 접속(time division multiple access: 이하 TDMA) 방식을 사용하여 데이터를 전송한다.
IEEE 802.15.4에서 단말기기는 CAP에서는 저전력 CSMA/CA를 사용하여 데이터를 전송하는 한편, CFP 자원이 필요한 경우에는 먼저 CAP방식으로 자신에게 필요한 GTS 단위 슬롯 수 정보를 포함한 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 전송한다. 상기 코디네이터는 상기 GTS 할당 요청 메시지를 수신한 뒤 선착순으로 GTS를 할당한다. IEEE 802.15.4는 상기 코디네이터가 GTS를 할당한 뒤 각 단말기기에 전송하는 GTS 할당 메시지를 간소화하기 위해 GTS 단위 슬롯 크기(즉, 전체 전송 구간의 1/16) 및 최대 GTS 사용 단말기기 수(즉, 7개)를 고정한다.
상기 IEEE 802.15.4는 단말기기가 데이터 전송 구간(즉, CAP/CFP)을 결정하는 방법을 제공하지 않으며, 상기 선착순 GTS 할당 방식은 데이터의 최대(peak) 발생량 및 전송 지연 제한 유무 같은 데이터의 전송 특성을 고려하지 못하므로 성능 열화가 발생할 수 있다. 또한 GTS 크기가 고정되어 있으므로 GTS를 할당 받은 단말기기가 GTS 크기에 비해 훨씬 적은 양의 데이터를 전송할 경우 심각한 자원 낭비를 야기한다.
상기 IEEE 802.15.4는 단말기기의 CAP/CFP 선택 기법을 제공하지 않으므로, 이를 보완하기 위해 단말기기가 실시간(real time: 이하 RT) 데이터를 전송할 경우에만 CFP를 전송 구간으로 선택하는 기법, 주기성을 가진 데이터가 발생할 경우에만 CFP를 전송 구간으로 선택하는 기법, 자신의 데이터 버퍼(buffer)에 일정량 이상의 데이터가 저장되어 있을 경우에만 CFP를 전송 구간으로 선택하는 기법 등이 제안되었다. 그러나 상기 RT 데이터를 전송할 경우에만 CFP를 전송 구간으로 선택하는 기법은 모든 RT 데이터를 전송할 때마다 GTS 할당 요청 메시지를 CAP에서 전송해야 하므로 CAP에서 과도한 경쟁을 유발하여 코디네이터에 전달되기 어렵다는 문제점이 있다. 상기 주기성을 가진 데이터가 발생할 경우에만 CFP를 전송 구간으로 선택하는 기법은 RT 데이터를 따로 취급하지 않으므로 RT 데이터의 전송 성능을 열화 시킬 수 있다. 한편, IEEE 802.15.4의 선착순 기반 GTS 할당 기법의 문제를 해결하기 위하여 다수의 중앙 집중형 GTS 할당 기법들이 제안되었다. 상기 중앙 집중형 GTS 할당 기법들은 먼저 단말기기가 자신에게 필요한 GTS 단위 슬롯 개수뿐만 아니라 데이터의 전송 지연 요구 조건 정보도 포함한 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 전송하고, 상기 코디네이터가 상기 GTS 할당 요청 메시지에 기록된 필요 GTS 단위 슬롯 개수와 데이터 전송 지연 요구 조건을 토대로 시스템의 전송 성능을 최대화할 수 있도록 단말기기에 GTS를 할당한다. 그러나 상기 중앙 집중 형 GTS 할당 기법들은 각 단말기기가 GTS 할당 요청 메시지에 많은 정보량이 요구되는 데이터 전송 요구 조건과 GTS 개수를 모두 포함해야 하므로 메시지 전송 부담(signaling overhead) 이 크며, 코디네이터가 GTS 할당을 최적화하는데 연산 복잡도 및 전력 소모가 클 뿐만 아니라 IEEE 802.15.4에서 사용하는 GTS 크기를 그대로 사용하므로 기존의 자원 낭비 문제를 해결하지 못한다.
본 발명은 이러한 기존 기법들의 문제점을 해결하여 HMAC 기반의 무선 통신 시스템에서 자원을 효율적으로 관리/할당하여 데이터 전송 성능을 향상시키기 위한 것이며, 기본 개념은 다음과 같다. 본 발명은 먼저 전송 지연 제한, 데이터 발생 주기 및 최대 데이터 발생량 등과 같은 데이터 특성 및 CAP 전송 실패율과 같은 단말기기 특성에 따라 단말기기가 CAP에서 데이터를 전송하는데 필요한 최대 전송 지연 시간을 계산하고, 상기 계산한 최대 전송 지연 시간이 신호의 최대 허용 전송 지연 제한 시간보다 길 경우 CFP를 데이터 전송 구간으로 선택한다. 본 발명에서 CFP를 데이터 전송 구간으로 선택한 단말기기는 전송 요구 사항을 만족할 수 있는 필요 GTS 단위 슬롯 수를 결정하고 상기 필요 GTS 단위 슬롯 수 정보 및 평균 대비 최대 데이터 발생률이 포함된 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 전송한다. 본 발명에서 CAP를 전송 구간으로 결정한 단말기기는 CAP에서 데이터를 전송하고, CFP를 전송 구간으로 결정한 단말기기는 상기 코디네이터로부터 할당 받은 GTS구간에서 데이터를 전송한다. 상기 코디네이터는 상기 GTS 할당 요청 메시지를 수신하여 GTS 자원 할당을 요청한 단말기기의 전송 특성에 따라 GTS 자원을 적응적으로 관리한다. 본 발명은 상기 데이터 전송 구간 결정 및 GTS 자원 할당을 통해 낮은 복잡도로도 CFP 전송 성능을 효율적으로 향상 시킬 수 있다. 또한 본 발명은 코디네이터가 CFP의 자원활용률에 따라 적응적으로 GTS 단위 슬롯 크기를 조절함으로써 CFP 자원 낭비를 현저히 감소시키는 한편, CAP 자원을 증가시켜 전송 성능을 향상 시킬 수 있다. 이를 통해 본 발명은 낮은 복잡도로 자원을 적응적으로 관리/할당함으로써 데이터 전송 성능을 향상시키면서도 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명은 코디네이터와 데이터 전송을 시도하는 다수의 단말기기로 구성되고, 경쟁 기반의 접속 구간인 사용하는 CAP과 시 분할 기반의 접속 구간인 CFP을 동시에 사용하는 HMAC 기반의 통신 시스템에서 단말기기의 전송 방식(즉, CAP 또는 CFP) 결정 기법, GTS 할당 우선 순위 기반의 자원 할당 기법 및 적응적 GTS 단위 슬롯 크기 변경 기법으로 이루어져 있다. 본 발명은 각 단말기기가 전송할 데이터의 특성에 따라 전송 구간을 스스로 결정하고, 상기 결정된 전송 구간에 따라 CAP 및 CFP에서 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 선택적으로 전송하고 데이터를 코디네이터에 전송한다. 코디네이터는 요청한 GTS 단위 슬롯 수가 크고 평균 대비 최대 데이터 발생량이 작은 단말기기에 우선적으로 GTS를 할당함과 동시에 네트워크의 상황에 따라 적응적으로 GTS 단위 슬롯 크기를 변경한다. 이를 통하여 본 발명은 낮은 복잡도로도 네트워크의 자원을 효율적으로 관리/할당 할 수 있으며, 데이터 전송 성능을 향상 시키면서도 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 코디네이터와 다수의 단말기기로 이루어진 시스템 모델의 예시도
도 2는 본 발명의 전체적인 구성도
도 3은 할당 받은 GTS가 없는 단말기기의 GTS 할당 요청 메시지 및 데이터 전송 과정
도 4는 할당 받은 GTS가 있는 단말기기의 GTS 할당 요청 메시지 및 데이터 전송 과정
도 5는 GTS 할당 우선 순위 기반의 GTS 요청 단말기기 순열을 구성하는 방법
도 6은 GTS 단위 슬롯 크기 결정 방법
도 7은 GTS 사용 우선 순위 기반의 자원 할당 방법
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 발명의 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 하기 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
기술의 편의를 위해 도 1과 같이 시스템을 관리하는 코디네이터(101)와
Figure 112012020478211-pat00001
개의 단말기기(102)로 구성된 성형 토폴로지(star topology) 구조의 무선 통신 시스템을 고려한다. 상기 시스템 내 단말기기들은 코디네이터와 통신을 수행할 수 있는 전송 가능 구간(active period)과 통신을 수행하지 않는 전송 휴지 구간(inactive period)으로 이루어진 주기적 슈퍼프레임(super-frame) 구조를 사용하여 송수신한다고 가정한다. 여기서 슈퍼프레임의 전체 길이
Figure 112012020478211-pat00002
와 전송 가능 구간 길이
Figure 112012020478211-pat00003
는 각각 <수학식 1> 및 <수학식 2>와 같이 정의한다.
Figure 112012020478211-pat00004
Figure 112012020478211-pat00005
여기서
Figure 112012020478211-pat00006
와
Figure 112012020478211-pat00007
는 각각 슈퍼프레임을 구성하는 심볼 수와 전송 가능 구간을 구성하는 심볼 수를 나타내며,
Figure 112012020478211-pat00008
은 심볼 시간을 의미한다. 또한, 전송 가능 구간은 경쟁 기반의 전송 구간인 CAP와 TDMA 기반의 전송 구간인 CFP로 이루어져 있다고 가정한다. 네트워크 시작 후
Figure 112012020478211-pat00009
번째 슈퍼프레임의 CFP에서 쓰이는 GTS 단위 슬롯이
Figure 112012020478211-pat00010
개의 심볼로 이루어져 있을 때 GTS 단위 슬롯 시간
Figure 112012020478211-pat00011
은 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있고, CFP 간격
Figure 112012020478211-pat00012
및 CAP 간격
Figure 112012020478211-pat00013
는 각각 <수학식 4> 및 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00014
Figure 112012020478211-pat00015
Figure 112012020478211-pat00016
여기서
Figure 112012020478211-pat00017
는 네트워크 시작 후
Figure 112012020478211-pat00018
번째 슈퍼프레임의 CFP 구간의 GTS 단위 슬롯 개수를 의미하며 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00019
여기서
Figure 112012020478211-pat00020
는 단말기기
Figure 112012020478211-pat00021
가
Figure 112012020478211-pat00022
번째 슈퍼프레임에서 코디네이터로부터 할당 받은 GTS 단위 슬롯 개수를 나타낸다.
상기 통신시스템은 GTS 할당 메시지 정보량을 간소화하기 위해
Figure 112012020478211-pat00023
를
Figure 112012020478211-pat00024
이하로 제한하고,
Figure 112012020478211-pat00025
번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말기기 수
Figure 112012020478211-pat00026
를
Figure 112012020478211-pat00027
이하로 제한한다 (일례로, IEEE 802.15.4에서
Figure 112012020478211-pat00028
이고
Figure 112012020478211-pat00029
). 또한 GTS단위 슬롯 크기
Figure 112012020478211-pat00030
표현에 필요한 비트 수를 줄이기 하기 위하여
Figure 112012020478211-pat00031
를
Figure 112012020478211-pat00032
단계로 제한하고, 사용 가능한 의 집합
Figure 112012020478211-pat00034
을 <수학식 7>과 같이 정의한다.
Figure 112012020478211-pat00035
여기서
Figure 112012020478211-pat00036
는
Figure 112012020478211-pat00037
의 최소값을 의미한다. 코디네이터는 매 슈퍼프레임이 시작할 때 동기 신호(일례로, 지그비는 비컨(beacon))를 전송하여 네트워크 내 단말기기들과 동기를 유지한다. 상기 동기 신호를 수신한 단말기기는 동기 신호에 기록되어 있는 정보를 통하여 CAP의 길이와 CFP의 자원 할당 정보를 코디네이터와 공유한다.
상기 통신 시스템 내의 단말기기
Figure 112012020478211-pat00038
는
Figure 112012020478211-pat00039
번째 슈퍼프레임에서
Figure 112012020478211-pat00040
번째 슈퍼프레임까지(여기서,
Figure 112012020478211-pat00041
) CAP에서 전송한 데이터의 전송 성공률
Figure 112012020478211-pat00042
를 <수학식 8>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00043
여기서
Figure 112012020478211-pat00044
과
Figure 112012020478211-pat00045
는 각각 단말기기
Figure 112012020478211-pat00046
가
Figure 112012020478211-pat00047
번째 슈퍼프레임의 CAP에서 전송 성공한 데이터 수 및 데이터를 전송 시도한 횟수를 의미한다. 상기 코디네이터는
Figure 112012020478211-pat00048
번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말기기
Figure 112012020478211-pat00049
(즉,
Figure 112012020478211-pat00050
)의
Figure 112012020478211-pat00051
번째 슈퍼프레임에서
Figure 112012020478211-pat00052
번째 슈퍼프레임까지(여기서,
Figure 112012020478211-pat00053
) 최대(peak) GTS 사용량
Figure 112012020478211-pat00054
를 <수학식 9>와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00055
여기서
Figure 112012020478211-pat00056
은
Figure 112012020478211-pat00057
번째 슈퍼프레임에서 단말기기
Figure 112012020478211-pat00058
가 GTS에서 보낸 데이터 심볼 수이다.
본 발명에 대한 전체적인 구성은 도 2와 같다. 먼저 코디네이터는 상기 도 2의 201단계에서 CFP 자원 할당 정보가 포함된 동기 신호를 전송하고, 각 단말기기는 상기 도 2의 202단계에서 상기 동기 신호를 수신하고 자신에게 할당된 GTS를 확인한다. 상기 단말기기는 상기 도 2의 203단계에서 먼저 발생된 데이터에 대하여 전송 지연 제한시간, 데이터의 최대 발생량 및 단말기기의 전송 성공률과 같은 데이터 전송 요구 특성에 따라 전송구간(즉, CAP 또는 CFP)를 선택하고, CAP 및 CFP 구간에서 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지를 전송한다. 상기 단말기기는 상기 203단계를 수행할 때 상기 202단계에서 수신한 GTS 할당 정보를 바탕으로, 할당 받은 GTS가 없으면 CAP에서 데이터를 전송하고 반대로 할당 받은 GTS가 있는 경우 CFP 구간에서 데이터를 전송한다. 상기 코디네이터는 상기 도 2의 204단계에서 CAP 및 CFP 구간에서 상기 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지를 수신한다. 상기 코디네이터는 상기 도 2의 205단계에서 전송 가능 구간이 끝나면(즉, 전송 휴지 구간이 시작되면) 먼저 다음 슈퍼프레임에서의 GTS 단위 슬롯 크기 및 GTS 할당 정보와 같은 CFP 관리 정보를 결정한 뒤 전송 휴지 상태로 들어가고, 전송 휴지 구간이 끝나면 상기 201단계로 돌아가서 다음 슈퍼프레임 동작을 시작한다. 한편 상기 단말기기는 상기 도 2의 206단계에서 전송 휴지 구간이 시작되면 전송 휴지 상태로 들어가고 전송 휴지 구간이 끝나면 상기 202단계로 돌아가서 다음 슈퍼프레임 동작을 시작한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 203단계에서 단말기기
Figure 112012020478211-pat00059
가 최대 전송 지연 제한 시간, 최대 데이터 발생량 및 단말기기의 CAP 전송 성공률과 같은 데이터 전송 요구 특성을 바탕으로 전송 구간을 결정하는 과정은 다음과 같다. 상기 단말기기
Figure 112012020478211-pat00060
가
Figure 112012020478211-pat00061
번째 슈퍼프레임에서 본 전송 구간 결정 과정을 진행한다고 가정할 때,
Figure 112012020478211-pat00062
를 단말기기
Figure 112012020478211-pat00063
의 최대 데이터 발생량 심볼 수,
Figure 112012020478211-pat00064
를 단말기기
Figure 112012020478211-pat00065
가
Figure 112012020478211-pat00066
를 유의미하게 처리하기 위해(즉, 타깃 응용 분야를 지원할 수 있게) 허용되는 최대 전송 지연,
Figure 112012020478211-pat00067
를 단말기기
Figure 112012020478211-pat00068
의 최근
Figure 112012020478211-pat00069
슈퍼프레임 동안 CAP 전송 성공률이라 하자.
Figure 112012020478211-pat00070
를
Figure 112012020478211-pat00071
보다 작거나 같은 정수 중 가장 큰 정수라 할 때, 단말기기
Figure 112012020478211-pat00072
가
Figure 112012020478211-pat00073
동안 전송을 시도할 수 있는 총 CAP 길이
Figure 112012020478211-pat00074
은 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00075
단말기기
Figure 112012020478211-pat00076
는 CAP에서 데이터를 전송할 경우 발생하는 최대(worst-case) 전송 지연
Figure 112012020478211-pat00077
를 <수학식 11>과 같이 계산하고,
Figure 112012020478211-pat00078
이면(즉, CAP에서 전송 요구 사항을 만족하면서 데이터 전송이 가능하면) CAP로, 그렇지 않으면 CFP로 전송 구간을 결정한다.
Figure 112012020478211-pat00079
여기서
Figure 112012020478211-pat00080
는
Figure 112012020478211-pat00081
보다 크거나 같은 정수 중 가장 작은 정수,
Figure 112012020478211-pat00082
는 CSMA/CA의 한 슬롯을 구성하는 심볼 수,
Figure 112012020478211-pat00083
는 한 패킷의 심볼 수 (즉,
Figure 112012020478211-pat00084
를 전송하기 위해
Figure 112012020478211-pat00085
개의 패킷이 필요),
Figure 112012020478211-pat00086
(
Figure 112012020478211-pat00087
)는 패킷 하나를 전송하는데 예상되는 재전송 횟수,
Figure 112012020478211-pat00088
는 최대 재전송 횟수,
Figure 112012020478211-pat00089
는 CSMA/CA의 최대 백오프(back-off) 횟수,
Figure 112012020478211-pat00090
는 최소 백오프 지수를 의미한다. 또한
Figure 112012020478211-pat00091
는 단말기기
Figure 112012020478211-pat00092
의 GTS 할당 요청 메시지 전송 빈도를 조절하기 위한 임계 값(threshold)이다 (즉,
Figure 112012020478211-pat00093
가 클수록 GTS 할당 요청 메시지 발생 빈도가 감소함). 상기 단말기기는 초기에
Figure 112012020478211-pat00094
를 1로 결정하며, CFP로 전송 구간을 결정하여 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 전송하였으나 GTS를 할당 받지 못한 경우
Figure 112012020478211-pat00095
를 증가시켜 반복적인 GTS 할당 요청 메시지 전송에 의한 메시지 부담 및 스케쥴링 부담을 줄인다. 상기 단말기기는 전송하려는 데이터의 특성(즉, 최대 전송 지연 제한 시간, 최대 데이터 발생량 및 평균 대비 최대 데이터 발생량)이 바뀌거나 네트워크의 GTS를 할당 받은 단말기기 수 또는 CFP의 길이가 감소한 경우
Figure 112012020478211-pat00096
를 다시 1로 초기화하여 GTS 할당 요청 메시지 전송 빈도를 높인다. 단말기기
Figure 112012020478211-pat00097
는 상기 전송 구간 선택 과정에서 전송 구간을 CFP로 결정한 경우
Figure 112012020478211-pat00098
이내에
Figure 112012020478211-pat00099
를 안정적으로 전송하기 위하여 CFP를 할당 받는데 필요한 1 슈퍼프레임 지연과 CFP에서의 재전송을 고려하여 필요한 GTS 단위 슬롯 수를 <수학식 12>와 같이 결정한다.
Figure 112012020478211-pat00100
본 발명은 상기 단말기기의 전송 구간 결정 과정을 통해 단말기기가 데이터의 최대 전송 지연 제한 시간, 최대 발생량 및 단말기기의 전송 실패율 등을 종합적으로 고려하면서도 간단한 방법으로 데이터 전송 구간을 스스로 선택할 수 있으며 상기 단말기기가 필요한 GTS 단위 슬롯 수 역시 스스로 계산하므로 코디네이터의 연산 부담을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 203단계의
Figure 112012020478211-pat00101
번째 슈퍼프레임에서 할당된 GTS가 없는 단말기기
Figure 112012020478211-pat00102
가 CAP 구간에서 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지를 전송하는 과정은 도 3과 같다. 상기 단말기기는 데이터 전송 구간으로 CAP을 선택한 경우 상기 도 3의 304단계에서 CAP에서 경쟁 기반의 데이터 전송을 시작한다. 반면 상기 단말기기는 데이터 전송 구간으로 CFP를 선택한 경우 상기 도 3의 302 단계에서 최근
Figure 112012020478211-pat00103
시간 이내에 GTS 할당 요청 메시지를 전송했는지 확인하고, 전송했으면 반복적인 GTS 할당 요청 메시지 전송에 의한 전송 성능 열화 방지를 위해 상기 304 단계에서 경쟁 기반의 데이터 전송을 시작하며, 반대로 GTS 할당 요청 메시지를 전송하지 않았으면 상기 도 3의 303단계로 넘어간다. 상기 303단계에서 상기 단말기기는 자신의 평균 대비 최대 데이터 발생량
Figure 112012020478211-pat00104
와 상기 <수학식 12>에서 계산한 필요 GTS 단위 슬롯 수
Figure 112012020478211-pat00105
을 포함한 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에 CAP구간에서 경쟁을 통하여 전송한 후, 상기 도 3의 304 단계에서 경쟁 기반의 데이터 전송을 시작한다. 본 발명은 데이터 특성 중 대부분을 단말기기가 전송 구간 선택 및 GTS 슬롯 수 계산하는 과정에서 미리 고려하므로, 상기 CAP에서 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지 전송 과정에서는 GTS 할당 요청 메시지에는 오직
Figure 112012020478211-pat00106
와
Figure 112012020478211-pat00107
만 포함시켜 전송함으로써 낮은 메시지 부담으로도 코디네이터에 상기 단말기기의 데이터의 특성을 알릴 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 203 단계의
Figure 112012020478211-pat00108
번째 슈퍼프레임에서 할당된 GTS가 있는 단말기기
Figure 112012020478211-pat00109
이 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지를 전송하는 과정은 도 4와 같다. 먼저 상기 도 4의 401단계에서 상기 단말기기가 CAP를 데이터 전송 구간으로 선택한 경우
Figure 112012020478211-pat00110
하고 상기 도 4의 404 단계로 넘어간다. 상기 단말기기가 상기 401단계에서 CFP를 데이터 전송 구간으로 선택한 경우 상기 도 4의 402단계에서 자신이 할당 받은 GTS 단위 슬롯 수와 필요한 GTS 단위 슬롯 수를 비교하여, 자신이 할당 받은 GTS 단위 슬롯 수가 부족한 경우 (즉,
Figure 112012020478211-pat00111
이면) 상기 404단계로 넘어가고, 반대로
Figure 112012020478211-pat00112
이면 상기 도 4의 403단계에서 할당 받은 GTS를 통해 데이터를 전송한다. 상기 404단계를 수행하는 단말기기는 할당 받은 GTS가 GTS 할당 요청 메시지와 데이터를 모두 전송하기에 부족할 수 있으므로, 할당 받은 GTS를 최대한 활용하면서도 데이터를 이번 슈퍼프레임 내에 모두 전송하기 위하여 할당 받은 GTS가 GTS 할당 요청 메시지와 데이터를 모두 전송하기에 부족한 경우 부족한 만큼의 데이터를 CAP에서 경쟁을 통해 전송하고, 상기 도 4의 405 단계에서 GTS를 통해
Figure 112012020478211-pat00113
와
Figure 112012020478211-pat00114
을 포함한 GTS 할당 요청 메시지를 전송한 후 남은 데이터를 전송한다. 본 발명은 상기 단말기기의 CFP 구간에서의 데이터 및 GTS 할당 요청 메시지 전송 과정을 통해 상기 단말기기가 필요한 GTS 단위 슬롯 수와 할당 받은 GTS 단위 슬롯 수를 비교하여 빠르게 GTS 할당 및 회수를 코디네이터에게 요구함으로써 자원을 효율적으로 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 코디네이터가 상기 205단계에서
Figure 112012020478211-pat00115
번째 슈퍼프레임의 전송 가능 구간 종료 후 다음
Figure 112012020478211-pat00116
번째 슈퍼프레임에서의 CFP 구간을 결정하는 과정(즉, GTS 회수, GTS 단위 슬롯 크기 조절 및 GTS 할당 과정)을 설명한다. 먼저 상기 코디네이터는 상기 205단계의 GTS를 회수하는 과정에서, 현재 GTS를 할당 받은 단말기기 중에서 GTS 할당 요청 메시지를 전송한 단말기기(즉, 전송구간을 CAP로 선택한 단말기기 및 현재 할당 받은 GTS가 부족한 단말기기)에 할당한 GTS를 회수한다.
코디네이터가 상기 205단계에서 GTS 단위 슬롯 크기를 조절하고 GTS를 할당하는 과정은 다음과 같다. 기술의 편의를 위해
Figure 112012020478211-pat00117
을
Figure 112012020478211-pat00118
번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당 받은 단말기기들 중 GTS 할당 요청 메시지를 전송하지 않은 단말기기들과
Figure 112012020478211-pat00119
번째 슈퍼프레임의 전송 가능 구간에서 필요 GTS 단위 슬롯 수가 0이 아닌 GTS 할당 요청 메시지를 보낸 단말기기들의 집합이라 정의하고,
Figure 112012020478211-pat00120
개의 단말기기가 상기
Figure 112012020478211-pat00121
에 속한다고 가정한다. 상기 코디네이터는 상기 집합
Figure 112012020478211-pat00122
을 GTS 할당 우선 순위가 높은 순서로 재정렬하여 도 5와 같이 GTS 요청 단말기기 순열
Figure 112012020478211-pat00123
를 결정한다. 먼저 상기 코디네이터는 상기 도 5의 501단계에서
Figure 112012020478211-pat00124
에 속하는 단말기기
Figure 112012020478211-pat00125
에 할당해야 할
Figure 112012020478211-pat00126
번째 슈퍼프레임에서의 필요 GTS 단위 슬롯 수
Figure 112012020478211-pat00127
를 <수학식 13>과 같이 결정한다.
Figure 112012020478211-pat00128
Figure 112012020478211-pat00129
이 크면서도
Figure 112012020478211-pat00130
이 작은 단말기기(즉, 많은 양의 데이터를 전송하면서도 GTS를 효율적으로 사용할 수 있는 단말기기)에 우선적으로 자원을 할당하기 위하여 상기 코디네이터가 단말기기
Figure 112012020478211-pat00131
의 GTS 할당 우선 순위
Figure 112012020478211-pat00132
를 <수학식 14>와 같이 결정한다.
Figure 112012020478211-pat00133
상기 코디네이터는 상기 도 5의 502단계에서
Figure 112012020478211-pat00134
,
Figure 112012020478211-pat00135
으로 초기 값을 설정하고, 상기 도 5의 503단계에서 <수학식 15>와 같이 상기 순열
Figure 112012020478211-pat00136
를 갱신한다.
Figure 112012020478211-pat00137
Figure 112012020478211-pat00138
를 순열
Figure 112012020478211-pat00139
의 원소 개수로 정의하면, 상기 도 5의 504단계에서
Figure 112012020478211-pat00140
이면
Figure 112012020478211-pat00141
하고 상기 503단계로 돌아가 동일한 과정을 수행하며, 반대로
Figure 112012020478211-pat00142
이면 과정을 중단하고 상기 도 5의 505단계에서 <수학식 16>과 같이 GTS 요청 단말기기 순열
Figure 112012020478211-pat00143
를 확정한다.
Figure 112012020478211-pat00144
코디네이터가 상기 205단계에서 GTS 단위 슬롯 크기 조절 과정을 수행하는 과정은 도 6과 같다. 단말기기
Figure 112012020478211-pat00145
중에서
Figure 112012020478211-pat00146
번째 슈퍼프레임의 GTS가 할당된(즉,
Figure 112012020478211-pat00147
) 단말기기가 상기 GTS를
Figure 112012020478211-pat00148
번째 슈퍼프레임에서 처음 할당 받았다고 가정하면, 상기 코디네이터는 상기 도 6의 601단계에서
Figure 112012020478211-pat00149
인 단말기기
Figure 112012020478211-pat00150
중
Figure 112012020478211-pat00151
인 단말기기가 하나라도 존재하면 (즉, 데이터의 표본이 부족하여 단말기기
Figure 112012020478211-pat00152
의 최대 GTS 사용량
Figure 112012020478211-pat00153
정보의 통계적 가치가 없는 경우), 상기 도 6의 604단계에서 GTS 단위 슬롯 크기의 변경 없이 상기 GTS 단위 슬롯 크기 변경 과정을 종료한다. 반면, 상기 601단계에서 단말기기
Figure 112012020478211-pat00154
중
Figure 112012020478211-pat00155
인 모든 단말기기에 대하여
Figure 112012020478211-pat00156
이면, 상기 도 6의 602단계에서 각 단말기기들의 최대 GTS 사용량 및 할당 요청한 GTS 단위 슬롯 수를 이용하여 GTS를 할당할 수 있는 단말기기 수를 최대화하면서도 시간 자원 낭비를 최소화하도록
Figure 112012020478211-pat00157
번째 슈퍼프레임에서의 GTS 단위 슬롯 크기
Figure 112012020478211-pat00158
을 <수학식 17>과 같이 최적화하고 상기 도 6의 603단계로 넘어간다.
Figure 112012020478211-pat00159
여기서
Figure 112012020478211-pat00160
은 최대한 많은 단말기기에 GTS를 할당 할 수 있도록 하는 최소의 GTS 단위 슬롯 크기이며, <수학식 18>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00161
여기서
Figure 112012020478211-pat00162
은
Figure 112012020478211-pat00163
번째 슈퍼프레임에서 단말기기
Figure 112012020478211-pat00164
에 할당해야 할 CFP의 심볼 수이고, <수학식 19>와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112012020478211-pat00165
상기 코디네이터는 상기 603단계에서
Figure 112012020478211-pat00166
번째 슈퍼프레임에서 각 단말기기
Figure 112012020478211-pat00167
에 할당해야 할 GTS 단위 슬롯 수
Figure 112012020478211-pat00168
을 <수학식 20>과 같이 계산하고 상기 604단계에서 상기 GTS 단위 슬롯 크기 조절 과정을 종료한다.
Figure 112012020478211-pat00169
본 발명은 상기 GTS 단위 슬롯 크기 조절 과정을 통해 최다의 단말기기들에게 GTS를 할당할 수 있으면서도 가장 작은 GTS 단위 슬롯 크기를 도출하여 CFP에서의 자원 낭비를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 CFP의 길이가 줄어든 결과 CAP 자원 역시 다량 확보함으로써 CAP에서의 전송 성능도 향상시킬 수 있다.
코디네이터가 상기 205단계에서 단말기기들에 GTS를 할당하는 과정은 도 7과 같다.
Figure 112012020478211-pat00170
번째 슈퍼프레임에서 GTS를 할당할 단말기기들의 순열을
Figure 112012020478211-pat00171
이라 정의한다. 먼저 상기 코디네이터는 상기 도 7의 701단계에서
Figure 112012020478211-pat00172
,
Figure 112012020478211-pat00173
및
Figure 112012020478211-pat00174
으로 초기 값을 설정하고, 상기 도 7의 702단계에서
Figure 112012020478211-pat00175
이고
Figure 112012020478211-pat00176
이면(즉, 단말기기
Figure 112012020478211-pat00177
에 GTS를 할당할 수 있으면), 상기 도 7의 703단계에서
Figure 112012020478211-pat00178
및
Figure 112012020478211-pat00179
함으로써 단말기기
Figure 112012020478211-pat00180
에게
Figure 112012020478211-pat00181
개의 GTS 단위 슬롯을 할당하고 상기 도 7의 704단계에서
Figure 112012020478211-pat00182
한 뒤 상기 702단계로 돌아간다. 반면, 상기 702단계
Figure 112012020478211-pat00183
이거나
Figure 112012020478211-pat00184
이면 (즉, 단말기기
Figure 112012020478211-pat00185
에 더 이상 GTS를 할당할 수 없으면), 상기 코디네이터는 GTS 사용 우선 순위 기반의 GTS 할당 과정을 종료한다. 본 발명은 상기 과정을 통해 GTS에서 많은 자원을 보내는 동시에 GTS를 효율적으로 사용할 단말기기들에 우선적으로 자원을 할당함으로써 자원 할당의 복잡도를 낮게 유지하면서도 GTS의 자원 낭비를 줄이는 동시에 CAP에서의 경쟁을 줄여 데이터 전송 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 다수의 단말기기가 하나의 주 통신 기기(coordinator: 이하 코디네이터)와 성형 토폴로지(star topology) 구조로 연결되어 각 단말기기가 CSMA/CA같은 경쟁 기반으로 신호를 전송하는 경쟁 전송 구간(contention access period: 이하 CAP)과 독립적으로 할당된 전용 구간(guaranteed time slot: 이하 GTS)을 이용하여 신호를 전송할 수 있는 무경쟁 전송 구간(contention free access period: 이하 CFP)으로 혼합 구성되는 신호 전송 프레임을 주기적으로 사용하여 신호를 전송하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 전송 자원(즉 CAP 및 CFP)을 사용자에게 할당하는 방법에 있어서,
    (A) 상기 단말기기가 전송할 신호의 발생 주기 및 최대 발생량과 전송 성공률을 고려하여 CAP에서 신호를 전송하는데 필요한 최대 전송 지연 시간을 계산하고, 상기 계산한 최대 전송 지연 시간이 신호의 최대 허용 전송 지연 제한 시간보다 큰 경우 CFP를, 그렇지 않을 경우 CAP를 신호 전송 구간으로써 선택하는 과정,
    (B) 상기 단말기기가 CFP를 신호 전송 구간으로 결정한 경우, 자신의 신호 전송 특성을 고려하여 전송 요구 사항을 만족할 수 있는 최소 GTS 크기를 결정하고, 상기 결정된 GTS 크기와 자신의 평균 대비 최대 신호 발생량을 포함하는 GTS 할당 요청 메시지를 코디네이터에게 전송하는 과정,
    (C) 상기 단말기기가 CAP를 신호 전송 구간으로 결정한 경우에는 CAP 구간에서 신호를 전송하고, CFP를 신호 전송 구간으로 결정한 경우 상기 코디네이터로부터 할당 받은 GTS 구간에서 신호를 전송하고, 만약 할당된 GTS 자원이 없는 경우 CAP 구간에서 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 전송 자원 할당 방법.
  2. 다수의 단말기기가 코디네이터와 성형 토폴로지 구조로 연결되어 각 단말기기가 CSMA/CA같은 경쟁 기반으로 신호를 전송하는 CAP와 독립적으로 할당된 GTS를 이용하여 신호를 전송할 수 있는 CFP로 혼합 구성되는 신호 전송 프레임을 주기적으로 사용하여 신호를 전송하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 전송 자원을 사용자에게 할당하는 방법에 있어서,
    (A) 상기 코디네이터가 GTS 자원 할당을 요청한 단말기기의 전송 특성에 따라 다음 전송 프레임에서 사용할 GTS 단위 슬롯의 크기와 상기 단말기기에게 할당할 GTS 크기를 결정하는 과정,
    (B) 상기 코디네이터가 GTS 자원 할당을 요청한 단말기기들 중 상기 결정된 GTS 크기가 크고 상기 단말기기들의 평균 대비 최대 신호 발생량이 작은 단말기기 순서로 사용 가능한 GTS 자원 크기 내에서 단말기기들을 선택하고, 상기 선택된 단말기기들에게 상기 결정된 GTS 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 무선 통신 시스템에서 전송 자원 할당 방법.
KR1020120025904A 2012-03-14 2012-03-14 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법 KR101339604B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120025904A KR101339604B1 (ko) 2012-03-14 2012-03-14 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120025904A KR101339604B1 (ko) 2012-03-14 2012-03-14 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130104426A KR20130104426A (ko) 2013-09-25
KR101339604B1 true KR101339604B1 (ko) 2013-12-10

Family

ID=49453266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120025904A KR101339604B1 (ko) 2012-03-14 2012-03-14 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101339604B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102407605B1 (ko) * 2014-11-14 2022-06-13 한국전자통신연구원 무선 통신 시스템에서의 랜덤 액세스 방법 및 그 장치
CN108702790B (zh) 2016-02-29 2020-09-29 华为技术有限公司 一种非授权频谱下的数据传输方法及系统、终端设备
KR101895481B1 (ko) 2016-12-28 2018-09-05 부산대학교 산학협력단 ＩｏＴ 환경에서의 대량 데이터 수집 효율 향상을 위한 데이터 슬롯 분할 장치 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100807529B1 (ko) 2007-02-13 2008-02-26 금오공과대학교 산학협력단 무선 필드버스를 이용한 실시간 전송 방법
JP2010068200A (ja) 2008-09-10 2010-03-25 National Institute Of Information & Communication Technology 無線パケット通信方法及びシステム
KR101091569B1 (ko) 2010-09-17 2011-12-13 성균관대학교산학협력단 Ｐａｎ 코디네이터가 ｇｔｓ를 할당하는 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100807529B1 (ko) 2007-02-13 2008-02-26 금오공과대학교 산학협력단 무선 필드버스를 이용한 실시간 전송 방법
JP2010068200A (ja) 2008-09-10 2010-03-25 National Institute Of Information & Communication Technology 無線パケット通信方法及びシステム
KR101091569B1 (ko) 2010-09-17 2011-12-13 성균관대학교산학협력단 Ｐａｎ 코디네이터가 ｇｔｓ를 할당하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130104426A (ko) 2013-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108174445B (zh) 一种上行信息处理的方法及装置
EP2826326B1 (en) Random access channel enhancements for lte devices
EP3038424B1 (en) Improved allocation of uplink resources in orthogonal frequency-division multiple access wireless networks
JP2020174372A (ja) アクセス方法及び装置
KR101243875B1 (ko) 무선 네트워크에서 스케줄링 요청을 트리거 또는 리포트하는 방법 및 장치
RU2019134380A (ru) Способы и системы для планирования ресурсов в телекоммуникационной системе
EP3322241B1 (en) Method for reducing resource conflicts, and ue
US20120051220A1 (en) Wireless device
JP2006166114A (ja) 無線ＬＡＮ基地局装置のＱｏＳ制御方法
US11683732B2 (en) Transmission opportunity control method and apparatus
Wang et al. Energy-aware adaptive restricted access window for IEEE 802.11 ah based smart grid networks
US11445503B2 (en) Data transmission method and device for multiple radio frequency systems, storage medium and terminal
US20160295612A1 (en) Information sending method and apparatus
JP6062286B2 (ja) 無線通信装置及びロギングシステム
KR101339604B1 (ko) 다중 사용자 혼성 매체 접근 제어 기반의 무선 자원 관리 방법
KR20040088381A (ko) 멀티미디어 전송을 위한 ｗｌａｎ 액세스 스케줄링
Misic et al. Avoiding the bottlenecks in the MAC layer in 802.15. 4 low rate WPAN
Wang et al. Energy-delay aware restricted access window with novel retransmission for IEEE 802.11 ah networks
Rajandekar et al. O-MAC: Opportunistic MAC protocol for M2M communication in WiFi white spaces
EP3316631B1 (en) Method and device for competitive transmission
CN102104517A (zh) 带有随机数声明的多址接入方法
CN102843775B (zh) 调度方法、装置及网络设备
JP2019087916A (ja) 無線通信装置および無線通信方法
EP3837910B1 (en) Shared resource configuration for bandwidth parts
US20190159252A1 (en) Uplink Transmission Method Based on Licensed-Assisted Access LAA System, and Apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161110

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191017

Year of fee payment: 7