KR101363712B1 - 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법 - Google Patents

분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법 Download PDF

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고현목
이지선
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

채널 사용 효율을 증가 시기키 위한 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법이 개시된다. 무선 단말이 채널 사용 요구 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송한 후, 적어도 하나의 다른 무선 단말들로부터 채널 사용 요구 정보를 포함한 비컨 프레임을 수신하고, 자신의 채널 사용 요구 정보와 다른 단말들로부터 수신한 채널 사용 요구 정보를 이용하여 비컨 방송 우선순위를 결정한 후, 결정한 우선순위에 따라 예약 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송한다. 따라서, 채널 사용 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법{METHOD FOR TRANSMITTING DATA OF DISTRIBUTED RESERVATION-BASED UWB WIMEDIA}
본 발명은 초광대역(Ultra wide band, UWB) 와이미디어(WiMedia) 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 자원의 이용 효율을 증가 시킬 수 있는 분산 예약 기반(distributed reservation-based) 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
무선 통신의 발달로 무선기기 사용량은 빠르게 증가하고 있다. 무선 통신은 그 무선기기의 전송 범위에 따라 크게 세 가지 그룹으로 나눌 수 있다. 무선 통신은 예를 들어, 가장 넓은 범위를 갖는 무선 광역 네트워크(Wireless wide area networks, WWANs), 중간 범위인 무선 근거리 네트워크(Wireless local area networks, WLANs)와 작은 범위를 갖는 무선 개인 영역 네트워크(Wireless personal area networks, WPANs)으로 구분될 수 있다. 소형화 된 무선기기들이 높은 데이터 전송 속도를 요구하면서, 이를 지원하는 개인 영역 네트워크에서의 통신방식이 각광받고 있다. 특히, 초광대역은 무선 개인 영역 네트워크에서 수 백 Mbps의 높은 속도를 제공한다. 초광대역은 500 MHz 대역폭 이상을 사용하거나 중심 주파수에서 20% 이상의 대역폭을 사용하는 통신 방법이다.
와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤(WiMedia Medium Access Control, WiMedia MAC)은 상술한 초광대역 무선 개인 영역 네트워크에 적용시키는 표준으로 특별히 멀티미디어 통신을 목적으로 제안되었다. 고속 데이터를 지원하는 초광대역 기반의 무선 개인 영역 네트워크를 위해서, 와이미디어 얼라이언스(WiMedia Alliance)는 표준 ECMA-368에 물리계층과 미디엄 억세스 컨트롤 계층을 표준화하였다. 이 표준에서, 와이미디어 얼라이언스는 와이미디어 맥(WiMedia MAC)이라 불리는 시간 분할 다중 접속(Time Division Multiple Access, TDMA) 미디엄 억세스 컨트롤을 정의했다. 와이미디어 맥은 공유 미디엄에 접근하기 위해, 경쟁 기반(contention-based)과 비경쟁 기반(contention-free)의 두 가지 방법을 지원한다.
경쟁 기반 방법은 우선순위 채널 억세스(prioritized channel access, PCA)로 부르며 IEEE 802.11e의 향상된 분산 채널 억세스(enhanced distributed channel access, EDCA)와 비슷하다. 우선순위 채널 억세스는 우선순위 반송파 다중 접속/충돌회피(prioritized carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA/CA)에 의한 차별 채널 억세스(differentiated channel access)를 제공한다. 경쟁 기반 방법은 동적 트래픽 요구상에서 자원을 공유할 때 유연하고 효율적이다. 그러나, 경쟁 기반 방법은 혼잡한 상황에서 효율이 나쁘며, 일정한 속도의 서비스를 지원하지 못한다.
비경쟁 기반 방법은 분산 예약 프로토콜(distributed reservation protocol, DRP)이라고 부른다. 분산 예약 프로토콜은 시간 분할 다중 접속 프로토콜이다. 분산 예약 프로토콜에서 대역 예약은 전송 전에 이루어지며, 예약된 타임 슬롯 동안에는 배타적인 전송권한을 가진다. 또한, 비경쟁 기반 방법은 일정한 속도의 데이터 전송 서비스를 지원하여 멀티미디어 서비스에 적합하다.
따라서, 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤은 경쟁 주기(contention period)와 비경쟁(예약) 주기(contention-free (reservation) period)를 두어서 한정적인 자원을 효율적으로 사용한다.
초광대역에서 종래의 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 프로토콜은 경쟁 기반과 비경쟁 기반으로 접근한다. 경쟁 기반의 접근은 예약으로 인한 채널 사용 비효율의 문제는 없다. 그러나, 경쟁 기반의 프로토콜은 현재 전송하려고 하는 데이터의 전송시간에 비해 잔여시간이 부족할 경우 전송이 실패하는데 이러한 특성으로 채널 사용이 비효율적이 되며, 멀티미디어 데이터의 서비스 품질(Quality of Service, QoS)을 보장하지 못한다.
한편, 비경쟁 기반의 접근은 멀티미디어 데이터 서비스의 품질을 보장하나 예약 방법이 비컨주기에서 비컨의 순서에 따라 예약을 수행되어 채널 자원의 사용에 있어 비효율적이다.
도 1은 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 표준에 정의되어있는 슈퍼프레임(Superframe) 구조를 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하여 종래의 분산 예약 기반 미디엄 억세스 컨트롤 프로토콜을 설명하면, 비컨주기에서 전송할 데이터가 존재하는 각각의 초광대역 무선 단말들은 비컨을 방송하고, 방송된 비컨의 순서에 따라 예약을 수행한다.
그리고, 무선 단말은 예약된 순서에 따라 데이터 특성을 고려하여 분산 예약 기반 프로토콜 데이터 전송주기의 예약 블록에 미디엄 억세스 슬롯(Medium Access Slot, MAS)을 할당하고 데이터를 전송한다. 그러나, 데이터의 특성이 반영되지 않은 비컨의 순서에 따라 예약이 수행되어 데이터를 전송하므로 채널 사용 효율이 떨어지고, 등시성(isochronous) 특성을 가지는 멀티미디어 데이터를 미디엄 억세스 슬롯에 할당할 때 사용되지 않고 남는 미디엄 억세스 슬롯이 발생하여 채널의 효율이 떨어지는 단점이 있다.
상술한 바와 같은 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 초광대역 와이미디어의 분산 예약 기반 미디엄 억세스 컨트롤 프로토콜에서 채널 자원 사용이 효율적으로 이루어질 수 있는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법은 채널 사용 요구 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계와 적어도 하나의 다른 무선 단말들로부터 상기 단말들의 채널 사용 요구 정보를 포함한 비컨 프레임을 수신하는 단계와, 상기 방송의 채널 사용 요구 정보와 다른 단말들로부터 수신한 채널 사용 요구 정보를 이용하여 비컨 방송 우선순위를 결정하는 단계 및 결정한 우선순위에 따라 예약 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 채널 사용 요구 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계는, 비컨주기-재정렬 정보 요소를 이용할 수 있고, 상기 비컨주기-재정렬 정보 요소는 요소 아이디, 길이, 비컨 슬롯 넘버, 상기 무선 단말 주소, 기 수신한 다른 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수, 상기 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 요소 아이디는 ECMA-368 표준에서 보류된 정보 요소 아이디 3을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 방송의 채널 사용 요구 정보와 다른 단말들로부터 수신한 채널 사용 요구 정보를 이용하여 비컨 방송 우선순위를 결정하는 단계는, 각 무선 단말들의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수의 크기에 따라 상기 무선 단말들의 비컨 방송 순위를 결정한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법은, 무선 단말에서 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수의 크기에 따라 예약순서가 결정된 후 수행되는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에 있어서, 등시성 데이터를 전송하기 위한 아이소존을 결정하는 단계, 상기 결정한 아이소존에 사용가능한 파편화된 슬롯의 존재 여부를 확인하는 단계, 상기 등시성 데이터 전송시 발생하는 잔여 슬롯을 계산하는 단계, 상기 파편화된 슬롯이 존재하고 상기 잔여 슬롯이 발생했을 경우, 상기 잔여 슬롯을 상기 파편화된 슬롯에 할당 가능 여부를 확인하는 단계 및 상기 결정한 아이소존의 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯을 할당 가능한 경우, 상기 잔여 슬롯을 할당한다.
여기서, 상기 아이소존을 결정하는 단계는, 상기 등시성 데이터가 요구하는 전송 데이터의 서비스 간격을 만족하는 아이소존을 계산하는 단계, 상기 아이소존에 전송 가능한 미디엄 억세스 슬롯 여부를 확인하는 단계 및 상기 아이소존에 전송 가능한 미디엄 억세스 슬롯의 여부에 따라 상기 아이소존 또는 상기 아이소존 보다 더 작은 서비스 간격을 제공하는 아이소존으로 결정한다.
여기서, 상기 잔여 슬롯을 계산하는 단계는 상기 등시성 데이터가 요구하는 전송 데이터에 상응하는 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수와 상기 결정된 아이소존의 존의 개수로 모듈로 연산을 한다.
여기서, 상기 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯 할당 가능 여부를 확인하는 단계는, 상기 파편화된 슬롯이 상기 등시성 데이터의 서비스 간격 요구를 만족 여부를 확인하는 단계 및 상기 파편화된 슬롯의 개수와 상기 잔여 슬롯의 개수의 크기를 비교하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 결정한 아이소존의 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯을 할당 가능한 경우, 상기 잔여 슬롯을 할당하는 단계는, 상기 파편화된 슬롯이 상기 등시성 데이터의 서비스 간격 요구를 만족하고, 상기 파편화된 슬롯의 개수가 상기 잔여 슬롯의 개수보다 크면, 상기 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯을 할당한다.
상술한 바와 같은 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에 따르면, 데이터의 특성에 따라 예약을 수행함으로써 채널 자원을 이용 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 데이터 전송량을 향상시킬 수 있다.
또한, 별도의 추가 제어 메시지를 사용하지 않음으로써 용이하게 구현할 수 있고, 시스템에 새로운 비용을 일으키지 않는다.
또한, 등시성 데이터를 미디엄 억세스 슬롯에 할당할 때, 사용되지 않고 남는 미디엄 억세스 슬롯을 사용함으로써 채널 자원의 사용 효율 및 데이터 전송량을 극대화할 수 있다.
도 1은 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 표준에 정의되어 있는 슈퍼프레임 구조를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에서 비컨주기-재정렬 정보 요소를 나타낸다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에서 비컨을 재정렬하는 방법에 대한 순서도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에서 무선 단말이 수행하는 비컨 재정렬 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 미디엄 억세스 슬롯의 할당을 보여주는 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 멀티미디어 데이터 전송에서 아이소존을 결정하기 위한 서비스 간격 및 존의 구성을 나타내는 테이블이다.
도 7에서는 본 발명의 일 실시예에서 등시성 데이터의 아이소존에 따른 전송 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 데이터가 아이소존에 할당되는 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
도 9는 본 발명이 제공하는 등시성 멀티미디어 데이터의 미디엄 억세스 슬롯에 압축 할당하는 방법의 의사코드이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 멀티미디어 데이터의 미디엄 억세스 슬롯을 압축 할당한 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
도 11은 모의실험을 통해 본 발명과 종래 기술의 차단 확률의 차이를 보여주는 예시도이다.
도 12는 모의실험을 통해 본 발명과 종래 기술의 채널 효율의 차이를 보여주는 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 채널 사용 효율을 증가시키기 위한 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법이다. 먼저, 데이터의 특성에 따른 예약 순서에 대한 일측면을 설명하면 다음과 같다.
분산 예약 기반 초광대역 와이미디어 환경에서 각각의 초광대역 무선 단말들은 전송하고자 하는 데이터가 있을 때 비컨주기에 비컨을 방송하여 예약을 시도한다.
본 발명에서는 예약을 시도하기 이전에 각각의 초광대역 무선 단말들은 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 정보를 포함하는 비컨주기-재정렬 정보 요소(BP-rearrange Information Element)를 비컨에 포함하여 방송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에서 비컨주기-재정렬 정보 요소를 나타낸다.
ECMA-368 표준에서 미디엄 억세스 컨트롤 계층에 정의된 정보 요소에 따르면 요소 아이디(Element ID) 3~7은 보류되어 사용되지 않는다. 따라서, 본 발명에서 비컨주기-재정렬 정보 요소에 아이디 3을 지정하여 사용하는 것은, 보류 되어 사용되지 않는 부분을 이용하는 것이어서 구현 요구 조건이 낮고 시스템에 부하를 주지 않는다.
비컨주기-재정렬 정보 요소에는 요소 아이디, 방송되는 요소의 길이, 방송되는 비컨 슬롯 넘버(Beacon Slot Number, BSN), 비컨을 방송하는 무선 단말의 주소, 비컨을 방송하기 전에 비컨 수신 순서에 따라 정렬된 다른 무선 단말들의 비컨에 포함된 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 정보들, 방송하는 무선 단말이 요구하는 미디엄 억세스 슬롯의 개수로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터의 특성에 따라 비컨을 재정렬하는 방법에 대한 순서도이며, 동일한 비컨주기를 가지는 무선 단말 4개를 예를 들어 설명한다.
제1 무선 단말은 비컨주기가 시작된 후, 비컨주기-재정렬 정보 요소에 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수, 예를 들어 3개를 포함한 비컨을 방송한다(S100).
동일한 비컨주기를 가지는 제2, 제3, 제4 무선 단말은 제1 무선 단말이 방송한 비컨을 수신하고, 비컨에 포함되어 있는 비컨주기-재정렬 정보 요소에 있는 제1 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수(3개)를 확인한다(S110).
제3 무선 단말은 요구 미디엄 억세스 슬롯 수, 예를 들어 7을 제1 무선 단말이 요구하는 미디엄 억세스 슬롯 개수, 3에 덧붙여 비컨주기-재정렬 정보 요소를 생성하여 비컨에 포함하여 방송한다(S120).
제1, 제2, 제4 무선 단말은 제3 무선 단말이 방송한 비컨을 수신하고, 비컨에 포함되어 있는 비컨주기-재정렬 정보 요소의 요구 미디엄 슬롯 개수들을, 예를 들어 제1 무선 단말의 요구 미디엄 슬롯 개수(3개)와 제3 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수(7개)를 확인한다(S130).
제2 무선 단말은 요구 미디엄 억세스 슬롯 수, 예를 들어 2를 제1 무선 단말이 요구하는 미디엄 억세스 슬롯 개수(3개)와 제3 무선 단말이 요구하는 미디엄 억세스 슬롯 개수(7개)에 덧붙여 비컨주기-재정렬 정보 요소를 생성하여 비컨에 포함하여 방송한다(S140).
제1, 제3, 제4 무선 단말은 제2 무선 단말이 방송한 비컨을 수신하고, 비컨에 포함되어 있는 비컨주기-재정렬 정보 요소의 요구 미디엄 슬롯 개수들을 확인한다(S150).
제4 무선 단말은 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수, 9를 제1 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수(3개)와 제3 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수(7개)와 제2 무선 단말이 요구하는 미디엄 억세스 슬롯 개수(2개)에 덧붙여 비컨주기-재정렬 정보 요소를 생성하여 비컨에 포함하여 방송한다(S160).
제1, 제2, 제3 무선 단말은 제4 무선 단말이 방송한 비컨을 수신하고, 비컨에 포함되어 있는 비컨주기-재정렬 정보 요소의 요구 미디엄 슬롯 개수들을 확인한다(S170).
비컨주기가 종료되면, 제1, 제2, 제3, 제4 무선 단말은 이전에 수신한 비컨주기-재정렬 정보 요소의 요구 미디엄 슬롯 개수, 즉 각각의 무선 단말이 전송하는 데이터의 특성인 크기 정보에 따라 각각의 무선 단말이 비컨을 전송할 순서를 결정한다(S180).
상술한 예의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 크기를 보면 제1 무선 단말은 3개, 제2 무선 단말은 2개, 제3 무선 단말은 7개, 제4 무선 단말은 9개이다. 이를 요구 슬롯의 크기 순서로 재정렬을 하여 비컨을 방송하면 다음과 같은 단계로 진행된다.
제4 무선 단말이 위의 예에서 4개의 무선 단말 중 가장 큰 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 9개를 가지므로, 예약 정보를 가진 비컨을 제일 먼저 방송한다(S190).
제3 무선 단말이 두 번째로 큰 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 7개이므로 예약 정보를 가진 비컨을 두 번째로 방송한다(S200).
제1 무선 단말이 세 번째로 큰 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 3개이므로 예약 정보를 가진 비컨을 세 번째로 방송한다(S210).
제2 무선 단말이 가장 작은 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 2개이므로 예약 정보를 가진 비컨을 마지막으로 방송한다(S220).
따라서, 본 발명이 제공한 방법을 통하여 제1, 제3, 제2, 제4 무선 단말의 순서로 방송되었던 비컨들이, 데이터의 특성, 즉 요구 미디엄 억세스 슬롯 개수에 따라 제4, 제3, 제1, 제2 무선 단말의 순서로 방송된다.
도 4는 각각의 무선 단말에서 비컨 재정렬을 위해 수행되는 절차를 나타내는 흐름도이다.
데이터 전송이 필요한 하나의 무선 단말은 데이터 전송 예약을 위해 비컨을 방송해야 하므로 비컨주기가 시작되면서 다음과 같은 단계를 진행한다.
상기 무선 단말은 비컨주기-재정렬 정보요소를 포함하는 비컨을 방송할 시점인지 판단하고(S400), 방송할 시점이면 단계 S410으로 진행한다.
상기 무선 단말은 다른 무선 단말로부터 비컨을 수신하였는지 판단하여(S410), 다른 무선 단말로부터 수신한 비컨이 존재하면 단계 S420으로 진행한다.
상기 무선 단말은 적어도 하나의 다른 무선 단말로부터 수신한 비컨의 비컨주기-재정렬 정보 요소에서 추출된 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 정보를 확인한다(S420).
상기 무선 단말은 다른 무선 단말로부터 수신한 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수에 상기 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수를 덧붙인 비컨주기-재정렬 정보 요소를 생성한다(S430).
상기 무선 단말은 생성된 비컨주기-재정렬 정보 요소를 포함하는 비컨을 방송하고(S440), 단계 S450으로 진행한다.
또한, 상기 무선 단말은 단계 S410에서 다른 무선 단말로부터 수신한 비컨이 없을 경우 상기 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 정보만을 포함한 비컨주기-재정렬 정보요소를 생성한다(S430).
상기 무선 단말은 생성된 비컨주기-재정렬 정보 요소를 포함하는 비컨을 방송하고(S440), 단계 S450으로 진행한다.
한편, 상기 무선 단말이 단계 S400에서 비컨을 방송할 시점이 아닌 것으로 판단하거나, 단계 S440에서 비컨을 방송할 시점으로 판단하여 비컨을 방송한 후, 단계 S450으로 진행한다.
상기 무선 단말은 다른 무선 단말로부터 비컨의 수신 여부를 판단(S450) 결과 비컨이 수신 되었을 경우, 수신 비컨에서 비컨주기-재정렬 정보 요소에서 다른 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수를 확인한다(S460).
상기 무선 단말은 비컨주기가 종료되었는지 판단하여(S470), 비컨의 주기가 종료되지 않았으면 상술한 단계 S400 내지 S470을 다시 수행한다.
상기 무선 단말은 비컨주기가 종료되었다고 판단되면(S470), 다른 무선 단말들로부터 수신된 비컨의 비컨주기-재정렬요소의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수와 상기 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수를 이용하여 상기 무선 단말의 비컨 방송 순서를 결정한다(S480).
상술한 바와 같이 비컨의 방송 순서를 데이터의 특성(요구된 전송데이터의 크기)에 따라, 비컨의 방송 순서를 재정렬함으로써 데이터 전송을 위한 채널 예약을 데이터의 크기에 따라 수행되도록 하여 채널 사용 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면인 데이터의 특성에 따라 예약 순서가 결정된 후, 등시성 데이터를 미디엄 억세스 슬롯에 할당할 때, 사용되지 않고 남는 미디엄 억세스 슬롯을 사용할 수 있는 방법을 설명하면 다음과 같다. 이 방법은 낭비되는 미디엄 억세스 슬롯을 사용하여 채널 자원 사용 효율을 증가시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 미디엄 억세스 슬롯의 할당을 보여주는 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
슈퍼프레임은 16개의 존(zone)으로 나눠지며, 각각의 존은 16개의 미디엄 억세스 슬롯(MAS)으로 구성되고, 각 열은 존을 나타내며, 각 행은 미디엄 억세스 슬롯의 순서를 표시한다.
아이소존 번호(Isozone number)는 일정한 데이터 전송간격을 제공하기 위해 정의된 아이소존에 해당하는 존을 표시하기 위해 사용되는 것이다.
아이소존 번호는 0부터 3까지의 값을 가지며, 아이소존 번호 크기가 클수록 짧은 서비스 간격을 제공할 수 있도록 일정한 간격의 존들로 구성된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 멀티미디어 데이터 전송에서 아이소존을 결정하기 위한 서비스 간격 및 존의 구성을 나타내는 테이블이다.
첫 번째 열은 아이소존 번호(Isozone Number)으로 0부터 3의 값을 가진다. 두 번째 열은 각 아이소존이 보장할 수 있는 서비스 간격(Service Interval)으로 아이소존 3은 8ms보다 큰 서비스 간격을 보장하며, 아이소존 2는 16ms, 아이소존 1은 32ms, 아이소존 0은 65ms 보다 큰 서비스 간격의 등시성 데이터의 품질을 보장한다. 세 번째 열은 각 아이소존에 할당되는 존 번호(Zone Number)로, 최고의 품질을 보장할 수 있는 아이소존 3에는 존 1, 존 3, 존 5, 존 7, 존 9, 존 11, 존 13, 존15가 아이소존 2에는 존 2, 존 6, 존 10, 존 14가, 아이소존 1에는 존 4, 존 12가 대칭적으로 할당되며, 마지막으로 아이소존 0에는 존 8이 할당된다.
등시성 특성을 필요로 하는 멀티미디어 데이터 전송을 위해서 아이소존은 데이터가 요구하는 서비스 간격에 따라 결정된다. 따라서 아이소존의 멤버의 존에서 같은 위치를 예약한다면 등시성 데이터의 전송을 보장할 수 있다.
예를 들어, 서비스 간격 31ms를 요구하는 등시성 데이터라면 서비스 간격 16ms 이상에서 품질을 보장할 수 있는 아이소존 2를 예약하면 문제없이 전송할 수 있으며, 만일 아이소존 2가 전부 사용되어 사용이 불가능하면, 아이소존 3을 사용하여 서비스 품질을 보장한다.
도 7에서는 본 발명의 일 실시예에서 등시성 데이터의 아이소존에 따른 전송을 보여준다.
무선 단말이 멀티미디어 서비스 품질 요구(즉, 서비스 간격)를 충족하기 위해서 데이터 전송 주기(Data Transfer Period, DTP)에서 9개의 미디엄 억세스 슬롯을 아이소존 2에 할당하여 전송한다면, 아이소존 2에 해당하는 존 2, 존 6, 존 10, 존 14의 미디엄 억세스 슬롯들이 예약 할당된다. 처음 8개의 미디엄 억세스 슬롯은 각 존의 0번, 1번의 미디엄 억세스 슬롯에 할당되고, 마지막 미디엄 억세스 슬롯은 존 2의 2번 미디엄 억세스 슬롯에 할당된다. 상기 존 2의 2번 미디엄 억세스 슬롯은 잔여 슬롯(residual slot)이며, 존 2, 존 6, 존 10, 존 14의 2번 미디엄 억세스 슬롯들은 파편화된 슬롯(fragmented slot)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 데이터가 아이소존에 할당되는 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
등시 전송을 위해 아이소존 2의 존들에 3개씩의 미디엄 억세스 슬롯이 할당된다. 그러나, 두 번째 행의 존 6, 존10, 존14에 할당된 미디엄 억세스 슬롯은 불필요하게 할당되어 낭비되는 슬롯이다. 본 발명에서는 이 슬롯들을 파편화된 슬롯이라고 한다. 그리고, 파편화된 슬롯이 존재하는 행의 미디엄 억세스 슬롯을 잔여 슬롯이라고 한다.
본 발명에서는 채널 사용 효율을 높이기 위해서 이런 파편화된 슬롯을 이용하는 방법을 제공한다. 그러나 본 발명에서는 파편화된 슬롯을 무조건 사용하는 것이 아니고, 파편화된 슬롯이 서비스 간격 요구를 충족하지 못하면, 멀티미디어 데이터의 최대 지연한계를 만족시키기 위해서 사용하지 않는다.
도 9는 본 발명이 제공하는 등시성 멀티미디어 데이터의 미디엄 억세스 슬롯에 압축 할당하는 방법의 의사코드로 다음과 같은 매개 변수들을 가진다.
M i 는 흐름i에서 요구하는 미디엄 억세스 슬롯이다. 여기서 흐름은 각 장치의 데이터 전송을 의미한다.
j는 흐름i가 요구하는 서비스 간격을 만족하는 아이소존의 번호로 0부터 3까지의 값을 가질 수 있다.
D j 는 아이소존 j의 파편화된 슬롯 수이다.
C j 는 아이소존 j의 열 수(즉, 아이소존 j의 해당 존들의 개수)이다.
X j 는 아이소존 j의 열에서 할당 가능한 미디엄 억세스 슬롯의 개수로 표준에 사용하려는 슬롯의 위치마다 지정한 값에 제한된다.
본 발명을 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.
하나의 무선 단말이 흐름 1에 전송하고자 하는 미디엄 억세스 슬롯의 개수가 9이고, 요구 서비스 간격이 31ms이면, 아이소존 j는 도 5에 따라 2로 결정된다.
도 9의 행 1에서 파편화된 슬롯 D 2 는 0이다.
행 2의 C 2 는 아이소존 2의 해당 존이 존2, 존6, 존10, 존14 이므로 4이다.
행 3의 X 2 는 아이소존이 2, 첫 번째 미디엄 억세스 슬롯의 위치가 0, 요구 전송 미디엄 억세스 슬롯이 9이므로 3이다.
행 4에서 M 1 는 9, j는 2 이므로 9>0, 0≤2≤3 을 만족하여 행 5로 진행한다.
행 5에서 X 2 는 3 이므로 3>0 을 만족하여 행 6으로 진행한다.
행 6에서 M 1 는 9, C 2 는 4로 9%4>0 을 만족하여 행 7로 진행한다.
행 7에서 M 1 는 9, C 2 는 4, D 2 는 0으로 9%4≤0 을 만족하지 못하여 행 11 이후로 진행한다.
행 12에서 D 2 는 M 1 는 9, C 2 는 4로 4-9%4의 연산에 따라 3으로 변경된다.
행 16에서 M 1 는 9-4x3의 연산에 따라 -3으로 변경되고 행 19 이후로 진행된다.
행 4에서 M 1 가 -3이므로 -3>0을 만족하지 못하여 종료된다.
이후 다른 무선 단말이 흐름 2에 전송하고자 하는 미디엄 억세스 슬롯 6, 요구 서비스 간격 20ms로 주어지면, 아이소존은 동일하게 2로 결정된다.
행 1에서 파편화된 슬롯 D 2 는 3이다.
행 2의 C 2 는 아이소존 2의 해당 존이 존2, 존6, 존10, 존14 이므로 4이다.
행 3의 X 2 는 아이소존이 2, 첫 번째 미디엄 억세스 슬롯의 위치가 2, 요구 전송 미디엄 억세스 슬롯이 6이므로 2이다.
행 4에서 M 2 는 6, j 는 2 이므로 6>0, 0≤2≤3 을 만족하여 행 5로 진행한다.
행 5에서 X 2 는 2 이므로 2>0 을 만족하여 행 6으로 진행한다.
행 6에서 M 2 는 6, C 2 는 4로 6%4> 0을 만족하여 행 7로 진행한다.
행 7에서 M 2 는 6, C 2 는 4, D 2 는 3으로 6%4≤3, 서비스 간격 20ms를 만족하므로 행 8로 진행한다.
행 8에서 M 2 는 6, C 2 는 4, D 2 는 3으로 파편화된 슬롯 3개에 6%4인 2개의 슬롯을 할당한다.
행 9에서 M 2 는 6-6%4의 연산에 따라 4로 변경된다.
행 10에서 파편화된 슬롯 D 2 는 0으로 변경된다.
행 15 이후로는 상술한 바와 같이 진행한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 등시성 멀티미디어 데이터의 미디엄 억세스 슬롯 압축 할당하는 와이미디어 미디엄 억세스 컨트롤 슈퍼프레임의 이차원 예시도이다.
본 발명에서 제공하는 방법을 따르면 하나의 무선 단말 흐름 1에 의해 발생된 파편화된 슬롯(3개)은 다른 무선 단말 흐름 2의 서비스 간격을 만족하며, 파편화된 슬롯의 수보다 적은 잔여 슬롯(2개)이 발생함을 알 수 있다. 따라서 도9 와 같이 다른 무선 단말 흐름 2의 요구된 미디엄 억세스 슬롯은 대칭적으로 4개를 할당할 수 있으며, 남은 두 개의 잔여 슬롯은 파편화된 슬롯에 할당할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 제공된 방법을 따르면 기존에 낭비되었던 파편화된 슬롯을 추가로 사용함으로써 채널 사용 효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법을 종래의 데이터 전송 방법과 비교한 결과를 설명한다.
모의 실험에서는, 실내 환경에서 스타 토폴로지(star topology)로 구성된 중심에 하나의 기지국과 반경 2미터 이내에 10개의 초광대역 무선 단말이 존재하는 것으로 고려한다.
스타 토폴로지로 구성된 단일 홉(one-hop)에서, 모든 무선 단말은 멀티미디어 데이터인 MPEG-4 영상 데이터로 기지국에 480Mbps를 전송한다. 최대 지연 한계와 영상 트래픽의 데이터율에 따라 임의로 지연은 최소 8ms 내지 최대 65ms, 미디엄 억세스 슬롯은 최소 2개 내지 최대 10개 슬롯으로 설정한다.
채널 효율(U)은 다음과 같은 수식에 따라 계산된다.
Figure 112012073826698-pat00001
c j 는 아이소존의 용량이며, a j 는 아이소존 j에서 전송된 트래픽의 양이다.
도 11은 모의실험을 통해 본 발명과 종래 기술의 차단 확률의 차이를 보여주는 예시도로 Y축은 모의 실험을 통해 얻어낸 데이터 전송을 위해 요구한 총 미디엄 억세스 슬롯의 수에서 할당 받지 못한 미디엄 억세스 수의 비율로 계산되는 차단확률(Blocking probability)이고, X축은 현재 동시에 채널을 사용하는 흐름의 개수(The number of concurrent flows)이다.
도 11을 참조하면, 20개 흐름 전에는 이용 가능한 자원이 요청 자원에 비해 충분하므로 차단확률이 거의 0이다. 20개의 동시흐름(concurrent flow)를 넘어서면 종래 기술과 본 발명의 차단확률은 급격히 상승한다. 그러나, 본 발명은 종래 기술에 비해서는 차단 확률이 10% 정도 줄어듦을 확인할 수 있으며, 이것은 채널 사용 효율의 증가를 보여주고 있다.
도 12는 모의실험을 통해 본 발명과 종래 기술의 채널 효율의 차이를 보여주는 예시도이다.
Y축은 모의 실험을 통해 구한 전체 채널 용량에서 각 아이소존의 채널 사용량의 비율로 계산된 채널 효율(Channel Utilization)이며, X축은 동시에 채널을 사용하는 흐름의 개수이다(The number of concurrent flows).
도 12를 참조하면, 채널 사용 효율을 확인 할 수 있는데 종래 기술은 30개 이상의 동시흐름에서는 더 이상 미디엄 억세스 슬롯을 할당하지 못하지만, 본 발명이 제공하는 방법은 지속적으로 채널 사용 효율이 증가함을 확인할 수 있으며 종래 기술 보다 10% 이상 향상된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 무선 단말에서 수행되는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에 있어서,
    채널 사용 요구 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계;
    적어도 하나의 다른 무선 단말들로부터 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말들의 채널 사용 요구 정보를 포함한 비컨 프레임을 수신하는 단계;
    상기 무선 단말의 채널 사용 요구 정보와 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말들로부터 수신한 채널 사용 요구 정보를 이용하여 비컨 방송 우선순위를 결정하는 단계; 및
    결정한 비컨 방송 우선순위에 따라 예약 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계를 포함하고,
    상기 무선 단말의 채널 사용 요구 정보와 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말들로부터 수신한 채널 사용 요구 정보를 이용하여 비컨 방송 우선순위를 결정하는 단계는, 상기 무선 단말과 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말들의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수의 크기에 따라 상기 무선 단말과 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말들의 비컨 방송 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는, 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 채널 사용 요구 정보를 포함하는 비컨 프레임을 방송하는 단계는,
    비컨주기-재정렬 정보 요소를 이용하며, 상기 비컨주기-재정렬 정보 요소는 요소 아이디, 상기 비컨주기-재정렬 정보 요소의 길이, 비컨 슬롯 넘버, 상기 무선 단말 주소, 기 수신한 상기 적어도 하나의 다른 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수, 상기 무선 단말의 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 요소 아이디는 ECMA-368 표준에서 보류된 정보 요소 아이디 3을 사용하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  4. 삭제
  5. 무선 단말에서 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수의 크기에 따라 예약순서가 결정된 후 수행되는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법에 있어서,
    등시성 데이터를 전송하기 위한 아이소존을 결정하는 단계;
    상기 결정한 아이소존에 사용 가능한 파편화된 슬롯의 존재 여부를 확인하는 단계;
    상기 등시성 데이터 전송시 발생하는 잔여 슬롯을 계산하는 단계;
    상기 파편화된 슬롯이 존재하고 상기 잔여 슬롯이 발생했을 경우, 상기 잔여 슬롯을 상기 파편화된 슬롯에 할당 가능 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 결정한 아이소존의 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯을 할당 가능한 경우, 상기 잔여 슬롯을 할당하는 단계를 포함하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 아이소존을 결정하는 단계는,
    상기 등시성 데이터가 요구하는 전송 데이터의 서비스 간격을 만족하는 아이소존을 계산하는 단계;
    상기 아이소존에 전송 가능한 미디엄 억세스 슬롯 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 아이소존에 전송 가능한 미디엄 억세스 슬롯의 여부에 따라 상기 아이소존 또는 상기 아이소존 보다 더 작은 서비스 간격을 제공하는 아이소존으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 잔여 슬롯을 계산하는 단계는 상기 등시성 데이터가 요구하는 전송 데이터에 상응하는 요구 미디엄 억세스 슬롯의 개수와 상기 결정된 아이소존의 존의 개수로 모듈로 연산을 하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯 할당 가능 여부를 확인하는 단계는,
    상기 파편화된 슬롯이 상기 등시성 데이터의 서비스 간격 요구를 만족 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 파편화된 슬롯의 개수와 상기 잔여 슬롯의 개수의 크기를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 잔여 슬롯을 할당하는 단계는,
    상기 파편화된 슬롯이 상기 등시성 데이터의 서비스 간격 요구를 만족하고, 상기 파편화된 슬롯의 개수가 상기 잔여 슬롯의 개수 보다 크면, 상기 파편화된 슬롯에 상기 잔여 슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 분산 예약 기반 초광대역 와이미디어의 데이터 전송 방법.
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