KR101435013B1 - 멀티 홉 네트워크에서 음성패킷망 서비스를 위한 패킷 결합 방법 및 그 단말 장치 - Google Patents

멀티 홉 네트워크에서 음성패킷망 서비스를 위한 패킷 결합 방법 및 그 단말 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패킷 결합 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법은 채널 환경에 대한 피드백 정보를 획득하는 제1 단계; 서비스 품질 및 소비 에너지를 모두 고려하여 최적의 패킷 결합 개수를 산출하는 제2 단계; 및 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 수를 상기 산출된 최적의 패킷 결합 개수로 갱신하는 제3 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 비용함수는 송신노드와 수신노드 사이의 각 홉 당 채널 환경, 종단간 지연, 그리고 무선 단말기의 에너지 소비를 고려하여 산출될 수 있으며, 이를 이용하여 급변하는 무선망 환경에 따른 최적의 패킷 결합 개수를 산출할 수 있다.

Description

멀티 홉 네트워크에서 음성패킷망 서비스를 위한 패킷 결합 방법 및 그 단말 장치{Packet aggregation mechanism for VoIP service in multi-hop network and terminal thereby}
본 발명은 패킷 결합 방법 및 그 단말 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티 홉 네트워크에서 VoIP 서비스를 위한 최적의 패킷 결합 방법 및 그 방법에 의한 단말 장치에 관한 것이다.
VoIP 시스템은 네트워크 비용, 관리 및 유지비 등의 저렴한 비용으로 고품질의 음성 및 화상 서비스를 제공할 수 있다는 장점 때문에 차세대 유비쿼터스형 전화로 각광받고 있다. 하지만 VoIP 데이터 특성 및 QoS 요구사항에 대한 고려의 부재로 음성 통화 시 품질이 저하되는 현상이 빈번하게 나타나고 있으며, 무선망의 경우 유선망과는 다르게 채널 환경이 시시각각으로 변화하고 한정된 주파수 자원을 사용하기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다.
또한, 기존의 VoIP서비스는 인터넷에 연결된 PC나 특수한 유선 전화기를 필요로 하였지만 최근에는 무선랜(802.11b)을 지원하는 스마트폰의 개발로 인해 무선 단말기에서도 VoIP서비스가 가능하게 되었다. 이러한 무선 노드가 메쉬 네트워크를 형성할 경우 각 노드의 에너지 소모가 중요한 요소가 되므로 이에 대한 고려가 필요하다.
어플리케이션의 단 대 단 성능을 향상시키기 위해 데이터 패킷 결합 기법에 대하여 다양한 연구가 진행되어 왔다. 대표적으로 송신노드와 수신노드 에서만 패킷 결합과 분해가 일어나는 End-to-End 결합 기법과 모든 노드에서 패킷결합과 분해가 일어나는 Hop-by-Hop 결합 기법이 있다. 기존의 패킷 결합기법에 관한 연구는 VoIP 품질만 고려하는 것이 대부분이고 채널환경에 따른 VoIP 품질 파라미터에 대한 분석이 미흡하다. 패킷 결합 기법은 기본적으로 데이터를 크게 하여 보내기 때문에 채널 환경이 급변하게 되면 데이터 에러율이 급증하게 되는 현상이 발생할 수 있다. VoIP의 경우 일반적으로 패킷 손실에 민감할 뿐만 아니라 End-to-End 지연에도 민감하기 때문에 관련 요인들을 잘 고려해야 한다. 또한, 단말의 에너지 소모 면에 있어서 패킷 결합을 할수록 에너지 소모를 줄일 수 있다는 장점이 있는데 기존의 패킷 결합 방식은 이를 함께 고려하지 않아 멀티 홉 센서네트워크에 있어서 망을 유지하는데 어려움이 발생할 수 있다. 사업자 입장에서는 QoS를 만족하는 지연 시간 한계점(Threshold) 보다 작은 지연 시간으로 서비스를 지원하는 것이 많은 가입자를 유지할 수 있다는 장점이 있지만, 사용자 입장에서는 상대적으로 품질이 낮은 서비스를 받아야 한다는 단점이 있다.
본 발명은 VoIP 서비스 품질과 에너지를 동시에 고려하여 사업자와 사용자간 니즈를 동시에 만족하는 패킷 결합 기법 비용함수를 제안한다.
또한 본 발명은 이러한 비용함수를 통하여 VoIP 서비스 품질과 에너지를 동시에 고려한 최적의 패킷 결합 개수를 산출하는 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법은 채널 환경에 대한 피드백 정보를 획득하는 제1 단계; 서비스 품질 및 소비 에너지를 모두 고려하여 최적의 패킷 결합 개수를 산출하는 제2 단계; 및 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 수를 상기 산출된 최적의 패킷 결합 개수로 갱신하는 제3 단계;를 포함한다.
또한 상기 제2 단계는 채널 정보로부터 패킷 결합 개수에 따른 서비스 품질을 산출하는 제2-1 단계; 패킷 결합 개수에 따른 에너지 소모량을 산출하는 제2-2 단계; 상기 산출된 서비스 품질과 상기 산출된 에너지 소모량의 관계로부터 비용함수를 도출하는 제2-3 단계; 및 비용함수의 미분을 통해 최대가 되는 지점의 패킷 결합 개수를 산출하는 제2-4 단계;를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2-1 단계의 서비스 품질은 R-factor를 통하여 산출될 수 있다.
또한 상기 R-factor(R)은 하기의 식 1 내지 식 5에 의하여 산출될 수 있다.
[식 1]
Figure 112012015149580-pat00001
[식 2]
Figure 112012015149580-pat00002
,
단,
Figure 112012015149580-pat00003
[식 3]
Figure 112012015149580-pat00004
[식 4]
Figure 112012015149580-pat00005
[식 5]
Figure 112012015149580-pat00006
또한 상기 에너지 소모량(Etotal)은 소스 노드의 소비 에너지(Esource), 적어도 하나 이상의 중계 노드의 소비 에너지(Erelay) 및 목적 노드의 소비 에너지(Edestination)의 합으로 산출될 수 있다.
또한 상기 소스 노드의 소비 에너지(Esource), 적어도 하나 이상의 중계 노드의 소비 에너지(Erelay) 및 목적 노드의 소비 에너지(Edestination)는 각각 하기의 식 6 내지 식8에 의하여 산출될 수 있다.
[식 6]
Figure 112012015149580-pat00007
[식 7]
Figure 112012015149580-pat00008
[식 8]
Figure 112012015149580-pat00009
또한 R-factor 값을 x라 정의하고, Etotal 값을 y라 정의할 때 상기 비용함수는 하기의 식 9에 의하여 산출될 수 있다.
[식 9]
Figure 112012015149580-pat00010
(단,
Figure 112012015149580-pat00011
,
여기서 Rmax값은 End-to-End 지연과 패킷 손실로 인한 영향을 전혀 받지 않을 때의 값인 94.2, Rmin 값은 R-factor 값 중 품질이 낮아 많은 사용자가 불만족해 하는 값인 50으로 정의 함. 또한 Emax 값은 패킷 손실률이 0%일 때 즉 패킷 결합을 하지 않고 각각의 패킷을 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의하였고, Emin 값은 R-factor값이 Rmin = 50을 만족하는 최대 패킷 결합 개수로 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의 함)
또한 상기 최적의 패킷 결합 수는 하기의 식 10에 의하여 산출될 수 있다.
[식 10]
Figure 112012015149580-pat00012
또한 상기 제1 단계는 송신 노드 및 수신 모드간의 커넥션을 형성하는 제1-1단계; 및 채널 환경에 대한 모니터링 패킷을 수신하는 제1-2단계;를 포함할 수 있다.
또한 모니터링 된 채널 환경과 이전의 채널 환경을 비교하는 제1-3단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 모니터링 된 채널 환경과 이전의 채널 환경이 동일하지 않는 경우에만 상기 제2 단계 및 제3 단계를 수행한다.
또한 상기 제1-1 단계는 SCCP, IETF SIP 및 ITU H.323 중 어느 하나의 시그널링 프로토콜을 통하여 수행될 수 있다.
또한 상기 제1-1 단계는 RTP(real-time transport protocol)을 통하여 콜을 형성할 수 있다.
한편, 소스 노드, 목적 노드 및 상기 소스 노드와 상기 목적 노드를 중계하는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 VoIP 서비스를 제공하기 위한 멀티 홉 네트워크에 있어서 본 발명에 따른 소스 노드로서의 VoIP 서비스 단말 장치는 패킷 결합 수가 저장되는 참조 데이터 저장부; 상기 참조 데이터에 저장된 패킷 결합 수에 따라 VoIP 서비스 통신을 수행하는 통신 모듈; 및 VoIP 서비스의 품질 및 소비 에너지를 모두 고려하여 최적의 패킷 결합 개수를 산출하여 상기 참조 데이터 저장부에 저장된 패킷 결합 수를 갱신하는 패킷 결합 수 산출 수단;을 포함한다.
또한 모니터링 패킷을 수신하여 수신된 모니터링 패킷으로부터 채널 환경을 획득하고, 상기 획득된 채널 환경이 이전의 채널 환경으로부터 변동이 있는 경우 상기 참조 데이터 저장부에 저장된 패킷 결합 수를 갱신할 수 있다.
또한 상기 패킷 결합 수 산출 수단은 하기의 식 1 내지 식 5로부터 산출되는 R-factor (R)와 하기 식 6 내지 식 8에 의하여 산출되는 각 노드별 소모 에너지의 총 합을 고려하여 최적 패킷 결합수를 산출할 수 있다.
[식 1]
Figure 112012015149580-pat00013
[식 2]
Figure 112012015149580-pat00014
,
단,
Figure 112012015149580-pat00015
[식 3]
Figure 112012015149580-pat00016
[식 4]
Figure 112012015149580-pat00017
[식 5]
Figure 112012015149580-pat00018
[식 6]
Figure 112012015149580-pat00019
[식 7]
Figure 112012015149580-pat00020
[식 8]
Figure 112012015149580-pat00021
또한 상기 패킷 결합 수 산출 수단은 R-factor 값을 x라 정의하고, Etotal 값을 y라 정의할 때 하기 식 9에 의하여 산출되는 비용함수로부터 최적 패킷 결합 수를 산출할 수 있다.
[식 9]
Figure 112012015149580-pat00022
(단,
Figure 112012015149580-pat00023
,
여기서 Rmax값은 End-to-End 지연과 패킷 손실로 인한 영향을 전혀 받지 않을 때의 값인 94.2, Rmin 값은 R-factor 값 중 품질이 낮아 많은 사용자가 불만족해 하는 값인 50으로 정의 함. 또한 Emax 값은 패킷 손실률이 0%일 때 즉 패킷 결합을 하지 않고 각각의 패킷을 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의하였고, Emin 값은 R-factor값이 Rmin = 50을 만족하는 최대 패킷 결합 개수로 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의 함)
또한 상기 패킷 결합 수 산출 수단은 하기의 식 10에 의하여 최적의 패킷 결합 수를 산출할 수 있다.
[식 10]
Figure 112012015149580-pat00024
본 발명은 서비스 품질을 측정하는 하나의 요소로서 멀티 홉 네트워크에까지 확장된 R-factor에 관한 개념 및 수식을 제공한다.
또한 본 발명에 따른 비용함수는 송신노드와 수신노드 사이의 각 홉 당 채널 환경, 종단간 지연, 그리고 무선 단말기의 에너지 소비를 고려하여 산출될 수 있으며, 이를 이용하여 급변하는 무선망 환경에 따른 최적의 패킷 결합 개수를 산출할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 사용자는 서비스 품질과 에너지 소비량을 모두 만족하는 VoIP 서비스를 제공받을 수 있다.
도 1은 멀티 홉 네트워크의 모습을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 소스 노드의 모습을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 패킷 결합 방법을 나타내는 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 VoIP 서비스를 위한 시스템 및 단말 장치를 설명한다. 도 1은 멀티 홉 네트워크의 모습을 나타내는 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 소스 노드의 모습을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
본 실시예에 따른 VoIP 서비스의 수행 환경, 즉 채널 환경은 통신을 수행하는 소스 노드(10)와 통신의 종착 지점인 목적 노드(30)를 포함한다. 또한 소스 노드(10)와 목적 노드(30)의 사이에 구비되어 통신을 중계하는 적어도 하나 이상의 중계 노드(20)가 포함된다.
소스 노드(10)는 통신을 수행하기 위한 단말 장치로서, VoIP 서비스를 이용가능 한 모든 장치가 이에 포함된다. VoIP 서비스를 이용가능한 컴퓨터, 노트북 및 테블릿 컴퓨터 뿐 아니라, VoIP 서비스를 위하여 제공되는 전용 단말기 또는 그러한 어플리케이션 등이 구비된 스마트 폰 등 여러가지 형태의 장치가 이용될 수 있다.
소스 노드(10)는 패킷 결합수 산출 수단(11), 통신모듈(12) 및 참조 데이터 저장부(13)를 포함한다. 통신 모듈(12)은 목적 노드(30)와 VoIP 서비스를 통한 통신을 수행하기 위하여 중계 노드(20)와 직접적으로 데이터를 주고 받는 기능을 수행한다. 통신 모듈(12)은 참조 데이터 저장부(13)의 각 통신과 관련된 데이터를 참조하여 통신을 수행한다. 이 때 통신 모듈(12)은 참조 데이터 저장부(13)의 패킷 결합 수를 참조하여 송신될 음성 데이터 등의 패킷 결합 수를 결정하게 된다.
한편, VoIP는 IP 네트워크 상에 데이터를 전송하기 위하여 신호와 음성을 패킷으로 만든다. 이러한 패킷들은 시그널링(signaling), 음성(voice) 및 리포팅(reporting) 또는 모니터링(monitoring)의 3가지 부류로 나뉘어질 수 있다. 사용자가 통화를 시작하기 전에, 반드시 상대방을 확인하여 커넥션을 형성해야 한다. 커넥션은 시그널링 프로토콜을 사용하여 프록시 서버, 콜 매니저, 게이트웨이 또는 PBX 스위치를 통해 형성된다. 이 때 SCCP (Cisco Skinny Call Control Protocol), IETF SIP (Session Initialization Protocol)과 ITU H.323 등의 프로토콜이 사용될 수 있다.
한편, VoIP 서비스를 제공하기 위한 각 노드 간 통신에 있어서의 패킷 결합 시 패킷 결합 개수가 증가함에 따라 회당 전송되는 데이터가 증가함에 따라 전송횟수가 줄어들어 사용자 단말의 에너지 소모가 줄어드는 장점이 있다. 그러나 패킷 결합 개수가 증가함에 따라 채널 상의 데이터 오류의 증가로 VoIP 서비스 품질을 떨어뜨릴 수 있는 단점이 있다. 패킷 결합수 산출 수단(11)은 상반 관계에 있는 서비스 품질 및 에너지 소모를 고려하여 특정 채널 환경에서의 최적 패킷 결합 수를 산출한다. 이하에서는 에너지와 VoIP 품질을 모두 고려한 최적의 패킷 결합 개수를 산출하는 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 패킷 결합에 따른 R-factor의 영향을 살펴보기 위해 지연시간과 패킷 손실률(
Figure 112012015149580-pat00025
)에 대한 부분을 수식으로 유도해 낸다. 멀티 홉에서의 종단간 지연시간(
Figure 112012015149580-pat00026
)는 수학식 1과 같다. 종단간 지연시간에 무선 멀티홉 상황에서 고려해야 할 지연(Dh)과 패킷결합으로 인해 발생하는 추가 지연시간(DPA)을 모두 고려하여 종단간 지연시간(Ta) 수식을 유도하였다.
[식 1]
Figure 112012015149580-pat00027
여기서 Denc는 송신 노드에서 인코딩하는데 걸리는 지연시간, Dpack은 패킷타이제이션 지연 시간이다. DPA는 패킷 결합으로 인해 생기는 지연시간을 의미하며 아래의 식 1-1로부터 산출된다. Dh는 홉당 지연시간을 의미하며 아래의 식 1-2으로부터 산출된다. Djit은 지터로 인한 지연시간, Ddec는 수신 노드에서 디코딩 하는데 걸리는 지연 시간이다.
[식 1-1]
Figure 112012015149580-pat00028
(단,ti 는 packet generation interval)
[식 1-2]
Figure 112012015149580-pat00029
(단,
Figure 112012015149580-pat00030
은 해당 홉에서의 전송 지연 시간,
Figure 112012015149580-pat00031
은 해당 홉에서의 큐잉 지연 시간,
Figure 112012015149580-pat00032
은 해당 홉에서의 프로퍼게이션 지연 시간)
각 채널 당 패킷손실률(pl)은 수학식 2와 같다
[식 2]
Figure 112012015149580-pat00033
여기서 S는 다음의 식 2-1로부터 산출된다. pn은 n홉에서의 BER을 나타낸다.
[식 2-1]
Figure 112013077325440-pat00034
(단, S는 데이터 사이즈, Sp은 페이로드 사이즈, CPA은 패킷 결합 개수)
패킷 손실률 수식을 무선 멀티 홉 상황에서 패킷결합을 고려하여 홉 당 채널 환경에 따른 패킷 손실률로 유도하였고 테일러 근사식으로 수식을 보다 단순하게 유도하였다.
위의 패킷 결합에 따른 지연시간과 패킷손실률을 바탕으로 근사식 R-factor의 값에 대입한다. R-factor의 근사식은 식 3 내지 식 3-2와 같다.
[식 3]
Figure 112012015149580-pat00035
[식3-1]
Figure 112012015149580-pat00036
,
단,
Figure 112012015149580-pat00037
[식 3-2]
Figure 112012015149580-pat00038
기존의 R-factor수식 중 Id수식에 위에서 산출된 종단간 지연(Ta) 값을 대입하였으며, 기존의 R-factor 수식 중 Ie수식에 위에서 산출된 패킷 손실률 수식(pl) 값을 대입하고 테일러 근사식으로 단순하게 유도하였다. 채널 당 패킷손실률(pl)이 패킷 결합 개수(cPA) 에 관한 함수이므로 R-factor 또한 패킷 결합 개수에 관한 함수가 된다.
이어서 VoIP 품질을 나타내는 R-factor와 상반관계에 있는 에너지 소모에 대한 수식을 유도한다. 데이터 송신 시 에너지 소비량은 아래의 식 4와 같고, 데이터 수신시 에너지 소비량은 식 5와 같다.
[식 4]
Figure 112013077325440-pat00079
[식 5]
Figure 112013077325440-pat00080
여기서 S는 데이터 사이즈를 나타내며, 단위는 예를 들어 bit를 이용할 수 있다. d는 송신노드와 수신노드 사이의 거리를 나타내며, 단위는 예를 들어 m를 이용할 수 있다. Eelec은 전자적 에너지 소비(energy consumption in electronic circuit)를 의미하며, 단위는 예를 들어 nJ/bit를 이용할 수 있다. Eamp은 증폭 에너지 소비(energy consumption in amplifier)를 이용하며, 단위는 예를 들어 nJ/bit를 이용할 수 있다.
소스노드(source node)에서의 에너지 소비량은 다음의 식 6과 같다. CTx는 송신노드에서의 전송 횟수를 의미한다.
[식 6]
Figure 112012015149580-pat00041
도착노드(destination node)에서의 에너지 소비량은 다음의 식 7과 같다.
[식 7]
Figure 112012015149580-pat00042
중계노드(relay node)에서의 에너지 소비량은 다음의 식 8와 같다.
[식 8]
Figure 112012015149580-pat00043
소스노드부터 도착노드까지 총 노드가 사용한 에너지 소비량은 다음의 식 9과 같다. 이는 기존의 Energy 수식에서 무선 멀티홉 상황에서 패킷 결합기법을 고려하여 송수신 하였을 때 각 송수신 노드와 중간 노드들의 에너지 소비량의 총량을 수식으로 유도한 것이다. R-factor와 마찬가지로 에너지 총 소비량 또한 패킷 결합 개수의 함수가 된다.
[식 9]
Figure 112012015149580-pat00044

패킷손실과 지연시간을 고려한 R-factor값과 전체 노드들의 총 에너지양을 고려하여 효율적인 패킷 결합 개수를 결정하기 위한 비용 함수는 다음의 식 10과 같다.
[식 10]
Figure 112013077325440-pat00081
이 때 R는 R-factor 값을 의미하고, E는 Etotal 값을 의미한다. 한편, Rmax값은 패킷손실률과 종단간 지연이 전혀 발생하지 않을 때 즉 Ie 및 Id 값이 0일 때의 R-factor 값(94.2)으로 정의하였고, Rmin 값은 R-factor 값 중 품질이 낮아 많은 사용자가 불만족해 하는 값(50)으로 정의하였다. 또한 Emax 값은 홉 당 채널 환경이 가장 좋고(패킷 손실률(pl)이 0%일 때), 패킷을 결합하지 않고 각각의 패킷을 전송했을 때 에너지 소모량으로 정의하였고, Emin 값은 R-factor값이 Rmin = 50을 만족하는 최대 패킷 결합 개수로 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의하였다. 이때, Rmin = 50을 만족하기 위한 조건은 패킷손실률이 4.13%이내이고, 최대 End-to-End 지연(D_max)이 270ms를 넘지 않아야 한다.
참고로 다음의 표 1에 R-factor의 값, 즉 R-Value에 따른 사용자의 만족도와 MOS와의 비교값을 도시하였다.
<표 1>
Figure 112012015149580-pat00046
Figure 112012015149580-pat00047
을 만족시키는
Figure 112012015149580-pat00048
와
Figure 112012015149580-pat00049
는 아래와 같다. 비용함수값은 에너지를 가장 많이 소비하고, VoIP 서비스 품질을 나타내는 R-factor 값이 가장 작을 때 0을 의미하고, 에너지를 가장 적게 소비하고, VoIP 서비스 품질을 나타내는 R-factor 값이 가장 클 때 1을 의미한다. 에너지 소모의 최대, 최소값은 채널환경이 가장 좋은 경우와 나쁜 경우의 통계치에 의해 설정한다.
Figure 112012015149580-pat00050

다음으로 아래의 식 11과 같이 비용함수를 미분하여 비용함수 값이 최대가 되는 지점의 패킷 결합 개수(cPA) 를 산출한다.
[식 11]
Figure 112013077325440-pat00082
채널정보가 갱신되면 R-factor 및 비용함수를 재계산함으로써 패킷 결합 개수(cPA)를 갱신한다.
도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 패킷 결합 수 산출 방법을 간략히 요약하면 다음과 같다. 도 3은 일 실시예에 따른 패킷 결합 방법을 나타내는 순서도이다.
VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법은 먼저 소스 노드가 모니터링 패킷을 획득하여 채널 환경에 대한 피드백 정보를 얻는다(S10) 다음으로 얻어진 채널 환경과 이전의 채널 환경을 비교하여 채널 환경에 변동이 있는지를 판단한다(S20). 이 때 채널 환경의 변동이 없으면 계속해서 다음의 모니터링 패킷의 수신을 위해 대기하고, 채널 환경의 변동이 있으면 변동된 채널 환경에 적합한 패킷 결합 수를 산출하기 위하여 다음 단계로 진행한다. 최적의 패킷 결합 수를 산출하기 위하여 먼저 R-factor와 소스 노드, 중계 노드 및 목적 노드 전체의 소모 에너지를 산출한다(S30). 다음으로 앞서 설명한 바와 같이 R-factor와 소모 에너지를 모두 반영한 비용함수를 산출한다(S40). 이어서 비용함수로부터 최적의 패킷 결합 수를 산출하고(S50), 산출된 최적의 패킷 결합 수를 갱신(S60)하여 이후의 VoIP 서비스에서 해당 패킷 결합 수에 따라 통신이 수행되도록 한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 멀티 홉 네트워크에서 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법 및 그 단말 장치로 구현될 수 있다.
10: 소스 노드 11: 중계 노드
12: 목적 노드

Claims (17)

  1. 송신노드 및 수신노드간의 커넥션을 형성하는 제1-1단계; 및 채널 환경에 대한 모니터링 패킷을 획득하여 채널 환경에 대한 피드백 정보를 획득하는 제1-2단계;를 포함하는 제1 단계;
    서비스 품질 및 소비 에너지를 모두 고려하여 최적의 패킷 결합 개수를 산출하는 제2 단계; 및
    VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 수를 상기 산출된 최적의 패킷 결합 개수로 갱신하는 제3 단계;를 포함하는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    채널 정보로부터 패킷 결합 개수에 따른 서비스 품질을 산출하는 제2-1 단계;
    패킷 결합 개수에 따른 에너지 소모량을 산출하는 제2-2 단계;
    상기 산출된 서비스 품질과 상기 산출된 에너지 소모량의 관계로부터 비용함수를 도출하는 제2-3 단계; 및
    비용함수의 미분을 통해 최대가 되는 지점의 패킷 결합 개수를 산출하는 제2-4 단계;를 포함하는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2-1 단계의 서비스 품질은 R-factor를 통하여 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 R-factor은 하기의 식 1 내지 식 5에 의하여 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
    [식 1]
    Figure 112013077325440-pat00052

    [식 2]
    Figure 112013077325440-pat00053
    ,
    단,
    Figure 112013077325440-pat00054

    [식 3]
    Figure 112013077325440-pat00055

    [식 4]
    Figure 112013077325440-pat00056

    [식 5]
    Figure 112013077325440-pat00083
    ,
    Figure 112013077325440-pat00084


    여기서, R는 R-factor, Ta 는 종단간 지연, Denc는 송신 노드에서 인코딩하는데 걸리는 지연시간, Dpack은 패킷타이제이션 지연시간, DPA는 패킷 결합으로 인해 생기는 지연시간, Dh는 홉당 전송 지연시간, Djit은 지터로 인한 지연시간, Ddec는 수신 노드에서 디코딩하는데 걸리는 지연시간, pl은 패킷 손실률, n는 상기 홉의 인덱스, h는 상기 홉의 최대 개수, pn은 n홉에서의 BER, S는 데이터 사이즈, Sh는 헤더 사이즈, Sp은 페이로드 사이즈, CPA은 패킷 결합 개수를 각각 의미함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 소모량은 소스 노드의 소비 에너지(Esource), 적어도 하나 이상의 중계 노드의 소비 에너지(Erelay) 및 목적 노드의 소비 에너지(Edestination)의 합으로 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소스 노드의 소비 에너지(Esource), 적어도 하나 이상의 중계 노드의 소비 에너지(Erelay) 및 목적 노드의 소비 에너지(Edestination)는 각각 하기의 식 6 내지 식8에 의하여 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
    [식 6]
    Figure 112013077325440-pat00085
    ,
    Figure 112013077325440-pat00086

    [식 7]
    Figure 112013077325440-pat00087
    ,
    Figure 112013077325440-pat00088

    [식 8]
    Figure 112013077325440-pat00089


    여기서, CTx는 상기 송신노드에서의 전송 횟수, d는 상기 송신노드와 상기 수신노드 사이의 거리, Eelec은 전자적 에너지 소비(energy consumption in electronic circuit), Eamp은 증폭 에너지 소비(energy consumption in amplifier), m는 상기 홉의 인덱스를 의미함.
  7. 제6항에 있어서,
    R-factor 값을 R라 정의하고, Etotal 값을 E라 정의할 때 상기 비용함수는 하기의 식 9에 의하여 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
    [식 9]
    Figure 112013077325440-pat00090

    (단,
    Figure 112013077325440-pat00091
    ,
    여기서 Rmax값은 End-to-End 지연과 패킷 손실로 인한 영향을 전혀 받지 않을 때의 값인 94.2, Rmin 값은 R-factor 값 중 품질이 낮아 많은 사용자가 불만족해 하는 값인 50으로 정의 함. 또한 Emax 값은 패킷 손실률이 0%일 때 즉 패킷 결합을 하지 않고 각각의 패킷을 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의하였고, Emin 값은 R-factor값이 Rmin = 50을 만족하는 최대 패킷 결합 개수로 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의 함)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최적의 패킷 결합 개수는 하기의 식 10에 의하여 산출되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
    [식 10]
    Figure 112013077325440-pat00092


    여기서,
    Figure 112013077325440-pat00093
    는 상기 최적의 패킷 결합 개수, R은 상기 R-factor E는 상기 에너지 소비량을 의미함.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    모니터링 된 채널 환경과 이전의 채널 환경을 비교하는 제1-3단계를 더 포함하고,
    상기 모니터링 된 채널 환경과 이전의 채널 환경이 동일하지 않는 경우에만 상기 제2 단계 및 제3 단계를 수행하는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 단계는 SCCP, IETF SIP 및 ITU H.323 중 어느 하나의 시그널링 프로토콜을 통하여 수행되는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 단계는 RTP(real-time transport protocol)을 통하여 콜을 형성하는 VoIP 서비스를 위한 패킷 결합 방법.
  13. 소스 노드, 목적 노드 및 상기 소스 노드와 상기 목적 노드를 중계하는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 VoIP 서비스를 제공하기 위한 멀티 홉 네트워크에 있어서,
    상기 소스 노드는,
    패킷 결합 수가 저장되는 참조 데이터 저장부;
    상기 참조 데이터 저장부에 저장된 패킷 결합 수에 따라 VoIP 서비스 통신을 수행하는 통신 모듈; 및
    VoIP 서비스의 품질 및 소비 에너지를 모두 고려하여 최적의 패킷 결합 개수를 산출하여 상기 참조 데이터 저장부에 저장된 패킷 결합 수를 갱신하는 패킷 결합 수 산출 수단;을 포함하되,
    모니터링 패킷을 수신하여 수신된 모니터링 패킷으로부터 채널 환경을 획득하고, 상기 획득된 채널 환경이 이전의 채널 환경으로부터 변동이 있는 경우 상기 참조 데이터 저장부에 저장된 패킷 결합 수를 갱신하는 VoIP 서비스 단말 장치.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 패킷 결합 수 산출 수단은 하기의 식 1 내지 식 5로부터 산출되는 R-factor (R)와 하기 식 6 내지 식 8에 의하여 산출되는 각 노드별 소모 에너지의 총 합을 고려하여 최적 패킷 결합수를 산출하는 VoIP 서비스 단말 장치.
    [식 1]
    Figure 112013077325440-pat00064

    [식 2]
    Figure 112013077325440-pat00065
    ,
    단,
    Figure 112013077325440-pat00066

    [식 3]
    Figure 112013077325440-pat00067

    [식 4]
    [식 5]
    Figure 112013077325440-pat00094
    ,
    Figure 112013077325440-pat00095

    [식 6]
    Figure 112013077325440-pat00096
    ,
    Figure 112013077325440-pat00097

    [식 7]
    Figure 112013077325440-pat00098
    ,
    Figure 112013077325440-pat00099

    [식 8]
    Figure 112013077325440-pat00100

    여기서, R는 R-factor, Ta 는 종단간 지연, Denc는 송신 노드에서 인코딩하는데 걸리는 지연시간, Dpack은 패킷타이제이션 지연시간, DPA는 패킷 결합으로 인해 생기는 지연시간, Dh는 홉당 전송 지연시간, Djit은 지터로 인한 지연시간, Ddec는 수신 노드에서 디코딩하는데 걸리는 지연시간, pl은 패킷 손실률, n는 상기 홉의 인덱스, h는 상기 홉의 최대 개수, pn은 n홉에서의 BER, S는 데이터 사이즈, Sh는 헤더 사이즈, Sp은 페이로드 사이즈, CPA은 패킷 결합 개수, CTx는 상기 송신노드에서의 전송 횟수, d는 상기 송신노드와 상기 수신노드 사이의 거리, Eelec은 전자적 에너지 소비(energy consumption in electronic circuit), Eamp은 증폭 에너지 소비(energy consumption in amplifier), m는 상기 홉의 인덱스를 각각 의미함.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 패킷 결합 수 산출 수단은 R-factor 값을 x라 정의하고, Etotal 값을 y라 정의할 때 하기 식 9에 의하여 산출되는 비용함수로부터 최적 패킷 결합 수를 산출하는 VoIP 서비스 단말 장치.
    [식 9]
    Figure 112012015149580-pat00073

    (단,
    Figure 112012015149580-pat00074
    ,
    여기서 Rmax값은 End-to-End 지연과 패킷 손실로 인한 영향을 전혀 받지 않을 때의 값인 94.2, Rmin 값은 R-factor 값 중 품질이 낮아 많은 사용자가 불만족해 하는 값인 50으로 정의 함. 또한 Emax 값은 패킷 손실률이 0%일 때 즉 패킷 결합을 하지 않고 각각의 패킷을 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의하였고, Emin 값은 R-factor값이 Rmin = 50을 만족하는 최대 패킷 결합 개수로 전송했을 때의 에너지 소모량으로 정의 함)
  17. 제16항에 있어서,
    상기 패킷 결합 수 산출 수단은 하기의 식 10에 의하여 최적의 패킷 결합 수를 산출하는 VoIP 서비스 단말 장치.
    [식 10]
    Figure 112013077325440-pat00101


    여기서,
    Figure 112013077325440-pat00102
    는 상기 최적의 패킷 결합 개수, R은 상기 R-factor E는 상기 에너지 소비량을 의미함.
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