KR101468694B1 - Network coding and resource allocation method for multichannel multiradio multirate multisession wireless multihop network - Google Patents

Network coding and resource allocation method for multichannel multiradio multirate multisession wireless multihop network Download PDF

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윤원식
최근석
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아주대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a network coding and resource allocation method in a multichannel multiradio multirate multisession wireless multihop network, comprising a first step of configuring a network utility optimization framework by using the Lagrange function and obtaining, by a control unit, sum information of dual variables with respect to all the sessions in every node of the network, a second step of allocating channels to nodes, starting from a node having the largest value, on the basis of the sum information of dual variables, a third step of performing channel allocation, while reducing radios one by one until when the number of radios that may can be used in a channel-allocated transmission node reaches 0, and a fourth step of returning to the second step to perform channel allocation to a node having next priority on the basis of the sum information of the dual variables and repeating the third step until when all the nodes in the network are terminated, in the multichannel multiradio multirate multisession wireless multihop network environment.

Description

다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법{NETWORK CODING AND RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR MULTICHANNEL MULTIRADIO MULTIRATE MULTISESSION WIRELESS MULTIHOP NETWORK}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to network coding and resource allocation in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network,

본 발명은 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인터세션 네트워크 코딩과 인트라세션 네트워크 코딩을 결합하여 코딩된 패킷을 할당된 채널을 통해 전송함으로써 처리율을 향상시키기 위한 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a resource allocation method in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network, and more particularly, to a method and apparatus for allocating coded packets over an allocated channel by combining inter- To a network coding and resource allocation method in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network for improving throughput.

일반적으로 무선 다중홉 네트워크는 여러 분야에 광범위하게 응용할 수 있고, 최근 무선 연결을 위한 하드웨어 가격의 하락으로 인해 저렴한 비용으로 설치가 가능하여 이를 활용하기 위한 연구가 계속되고 있다. In general, wireless multi - hop networks can be widely applied to various fields, and recent studies are continuing to utilize them because they can be installed at low cost due to a decrease in hardware prices for wireless connection.

종래의 무선 네트워크는 많은 수의 무선 노드를 연결하는데 목적이 있다. Conventional wireless networks are aimed at connecting a large number of wireless nodes.

그러나 종래의 무선 네트워크는 여러 노드들이 동시에 송신할 경우 동일 채널간 간섭으로 인하여 무선 네트워크의 성능이 나빠질 수 있는 문제점이 있다. 또한 종래의 무선 네트워크는 여러 가지 환경에 따라 링크의 특성이 쉽게 바뀔 수 있어 처리율의 제약을 받는 문제점이 있다. However, the conventional wireless network has a problem that performance of the wireless network may be deteriorated due to inter-channel interference when multiple nodes transmit simultaneously. In addition, the conventional wireless network has a problem that the characteristics of the link can be easily changed according to various environments, and the throughput is restricted.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하고 무선 채널의 효율을 향상시키기 위한 네트워크 코딩이 제안되었다. 상기 네트워크 코딩은 기존의 단순 전달 라우팅 방식과는 다르게 패킷을 전달하는 중계 노드가 수신한 패킷을 다음 홉 노드로 전송하기에 앞서 수신한 패킷들을 하나의 패킷으로 결합하여 전송하는 방법으로서, 네트워크의 자원을 효율적으로 이용하여 네트워크의 처리율(즉, 데이터를 얼마나 빨리 보낼 수 있는지를 나타내는 정도)을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. Therefore, network coding for solving the above problems and improving the efficiency of a wireless channel has been proposed. The network coding is a method for transmitting a packet received by a relay node that transmits a packet to a next hop node by combining the received packets into one packet differently from an existing simple forwarding routing method, Can be efficiently utilized to improve the throughput of the network (i.e., the degree of how fast data can be transmitted).

상기 네트워크 코딩은 크게 두 가지 종류로 나누어진다. 첫 번째는 서로 다른 플로우의 패킷들을 결합하는 방식인 인터세션 네트워크 코딩이고, 두 번째는 같은 플로우의 패킷을 결합하는 인트라세션 네트워크 코딩이다. The network coding is roughly classified into two types. The first is inter-session network coding, which is a method of combining packets of different flows, and the second is intra-session network coding, which combines packets of the same flow.

상기 인터세션 네트워크 코딩은 X-형태(X-토폴로지)처럼 오버히어링이 가능한 네트워크 구조에서 보다 더 적은 수의 패킷 전송으로 정보를 전달할 수 있다. 하지만 상기 인터세션 네트워크 코딩은 링크의 손실률에 제약을 크게 받는다. 가령 20%가 넘는 손실률에서 상기 인터세션 네트워크 코딩은 기능을 제대로 수행하지 못하여 처리율이 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.The inter-session network coding can carry information in a smaller number of packet transmissions than in an overhearing network structure such as an X-type (X-topology). However, the inter-session network coding is greatly limited by the loss rate of the link. For example, at a loss rate of more than 20%, the inter-session network coding does not function properly and the throughput is significantly lowered.

상기 처리율 향상을 위한 하나의 방법으로서 높은 전송속도를 사용할 수 있다. 그런데 동일한 전력을 사용할 때 전송속도와 전송반경은 트레이드오프(trade off) 관계에 있기 때문에 높은 전송속도의 전송은 전송범위를 감소시켜 오히려 성능저하를 초래한다. 특히 단일 레이트 환경은 두 조건(예 : 전송속도, 전송범위) 사이에서 하나의 최적 점을 갖기 때문에 급변하는 무선 네트워크 상황에 대비하지 못하고 전송확률 하락으로 인한 성능하락으로 이어질 수 있다. 반면, 다중 레이트 환경은 여러 전송속도를 갖기 때문에 무선 네트워크 상황에 따라 적절한 전송속도를 선택하여 전송확률 하락을 방지할 수 있다. 이를 위해서는 적합한 전송속도와 전송범위 중 최적 점을 선택하는 과정이 필요하다.A high transmission rate can be used as one method for improving the throughput. However, when the same power is used, the transmission speed and the transmission radius are in a trade off relationship. Therefore, transmission at a high transmission rate reduces the transmission range and causes a performance degradation. In particular, since a single rate environment has one optimum point between two conditions (for example, transmission rate and transmission range), it can not cope with a rapidly changing wireless network situation and can lead to a drop in performance due to a decrease in transmission probability. On the other hand, since the multi-rate environment has various transmission speeds, it is possible to select a proper transmission rate according to the wireless network situation and to prevent the decrease in the transmission probability. To do this, it is necessary to select an optimum point among the appropriate transmission rate and transmission range.

또한 무선 네트워크의 노드간 동일 채널 간섭과 채널 경쟁에 따른 처리율 감소를 해결할 수 있는 하나의 방법(또는 처리율 향상을 위한 방법)으로서, 다중채널/다중라디오를 사용하는 것에 대한 연구가 이루어져 왔다. 즉, 상기 다중채널/다중 라디오환경에서는 노드가 다수의 라디오를 사용하여 서로 다른 직교채널을 이용할 수 있으므로 노드간 동시전송이 가능하여 처리율을 증가시킬 수 있다. 이를 위해서는(즉, 다중채널/다중 라디오환경에서 효율적인 네트워크 코딩을 위해서는) 정교한 자원 할당 알고리즘이 필요하다. Further, research has been conducted on using multiple channels / multiple radios as a method (or a method for improving the throughput) that can solve the decrease in throughput due to co-channel interference and channel competition between nodes in a wireless network. That is, in the multi-channel / multi-radio environment, nodes can use different orthogonal channels using a plurality of radios, so that simultaneous transmission between nodes can be performed, thereby increasing the throughput. This requires sophisticated resource allocation algorithms (ie, for efficient network coding in multi-channel / multi-radio environments).

또한, 무선 네트워크에서 전송 손실에 의한 성능저하를 최소화하기 위한 하나의 방법으로서 상기 네트워크 코딩을 고려한 혼잡 제어 기법을 사용한다. Also, as a method for minimizing performance degradation due to transmission loss in a wireless network, a congestion control scheme considering the network coding is used.

상기 혼잡 제어 기법은 전송과정에서 노드간 피드백(feedback)을 통해 혼잡을 나타내는 각 노드들의 큐의 크기를 이용하는 기법이다. 가령, 전송과정에서 혼잡이 발생하면 소스 노드는 전송 패킷의 수를 조절하여 혼잡에 의해 발생할 수 있는 성능 저하를 최소화시키는 기법이다. 그런데 상기 종래의 네트워크 코딩을 고려한 혼잡 제어 기법은 단일채널/단일라디오 네트워크 환경에 국한되어 있다. 따라서 상기 종래의 네트워크 코딩을 고려한 혼잡 제어 기법은 최근 활용되고 있는 다중채널/다중라디오 네트워크 환경에 적용할 수 없는 문제점이 있다.The congestion control scheme is a scheme that utilizes the size of a queue of each node indicating congestion through inter-node feedback in the transmission process. For example, if congestion occurs during transmission, the source node adjusts the number of transmission packets to minimize the performance degradation caused by congestion. However, the conventional congestion control scheme considering network coding is limited to a single channel / single radio network environment. Therefore, the conventional congestion control scheme considering network coding has a problem that it can not be applied to a multi-channel / multi-radio network environment which is being utilized recently.

따라서 최근 그 활용이 증가하고 있는 다중채널/다중라디오/다중레이트/다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 처리율 최적화(즉, 처리율 향상)를 위한 방법이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need for a method for optimizing throughput (that is, throughput improvement) in multi-channel / multi-radio / multi-rate / multi-session wireless multi-hop networks,

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2010-0068168호 (2010.06.22 공개, 발명의 명칭 : 멀티 홉 무선망에서의 데이터 전송 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0068168 (published on Jun.22, 2010, entitled " Method and Apparatus for Data Transfer in Multi-hop Wireless Network).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 인터세션 네트워크 코딩과 인트라세션 네트워크 코딩을 결합하여 코딩된 패킷을 할당된 채널을 통해 전송함으로써 처리율을 향상시키기 위한 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a multi-channel multi-radio multi-rate multi-channel multi- And a network coding and resource allocation method in a session wireless multi-hop network.

본 발명의 일 측면에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법은, 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크 환경에서, 네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크를 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성하고, 제어부가 상기 네트워크상의 모든 노드에서 모든 세션에 대해 듀얼 변수의 합 정보를 구하는 제1 단계; 상기 듀얼 변수의 합 정보를 바탕으로 값이 가장 큰 노드부터 채널 할당을 시작하는 제2 단계; 상기 채널이 할당된 전송 노드에서 사용할 수 있는 라디오의 수가 0이 될 때까지 라디오를 하나씩 감소시키며 채널 할당을 수행하는 제3 단계; 및 상기 네트워크상의 모든 노드가 종료될 때까지 상기 제2 단계로 돌아가 상기 듀얼 변수의 합 정보를 바탕으로 다음 우선순위의 노드에 대하여 채널 할당을 수행하고 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A network coding and resource allocation method in a multi-channel multi-channel multi-session multi-hop wireless multi-hop network according to an aspect of the present invention includes a network utility optimization framework in a multi-channel multi- A first step of constructing using a Lagrandian dual function, and a controller obtaining sum information of dual variables for all sessions in all nodes on the network; A second step of starting channel allocation from a node having a largest value based on the sum information of the dual variables; A third step of performing channel allocation by decreasing the radio by one until the number of available radios in the transmission node to which the channel is allocated becomes 0; And a fourth step of returning to the second step until all nodes on the network are terminated, performing channel assignment for the next priority node based on the sum of the dual variables, and repeating the third step .

본 발명에 있어서, 상기 듀얼 변수는, 채널 용량을 고려한 각 노드의 혼잡 가격인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the dual variable is a congestion price of each node considering a channel capacity.

본 발명은, 상기 채널 할당의 결과에 따라서 채널이 할당된 전송 링크에서는 플로우 레이트가 갱신되고, 채널이 할당되지 않은 링크에서는 플로우 레이트가 0이 되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a flow rate is updated in a transmission link to which a channel is assigned according to a result of channel assignment, and a flow rate is 0 in a link to which a channel is not assigned.

본 발명은, 링크간 트래픽 정체, 브로드캐스트 레이트, 전송 속도, 및 전송 확률에 기초하여 산출된 처리율에 따라 선택된 세션을 우선으로 채널 할당을 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a channel assignment is performed prior to a session selected according to a throughput calculated based on a link congestion, a broadcast rate, a transmission rate, and a transmission probability.

본 발명에 있어서, 상기 노드가 중간 전달노드인 경우, 상기 제어부가 네트워크 코딩부를 제어하여 소스 노드로부터 수신된 같은 세션의 패킷을 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 결합하고, 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성하며, 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩하여 할당된 채널에 전송하는 제5 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, when the node is an intermediate transfer node, the control unit controls the network coding unit to combine the packets of the same session received from the source node using intra-session network coding, and transmits a parity packet And transmitting the intra-session network coded packets of different sessions to the assigned channel by inter-session network coding.

본 발명의 다른 측면에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법은, 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크 환경에서, 네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크를 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성하고, 제어부가 미리 설정된 라그랑주 승수들과 변수들을 기초로 각 세션 소스 노드의 플로우 레이트를 산출하는 제1 단계; 상기 네트워크상의 전체 노드의 플로우 레이트를 산출하는 제2 단계; 상기 네트워크상의 브로드캐스트 레이트를 산출하는 제3 단계; 상기 네트워크상의 모든 노드에서 모든 세션에 대해 듀얼 변수의 합 정보를 산출하고 그 산출된 값을 서로 비교하는 제4 단계: 상기 듀얼 변수의 합 정보를 비교한 결과 값이 가장 큰 노드부터 채널을 할당하는 제5 단계; 및 상기 제1 단계 내지 제5 단계를 반복하는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A network coding and resource allocation method in a multi-channel multi-channel multi-session multi-hop wireless multi-hop network according to another aspect of the present invention includes a network utility optimization framework in a multi-channel multi- A first step of calculating a flow rate of each session source node based on Lagrange multipliers and variables set in advance by a controller, using a Lagrangian dual function; A second step of calculating a flow rate of all nodes on the network; A third step of calculating a broadcast rate on the network; Calculating sum information of dual variables for all sessions in all the nodes on the network and comparing the calculated values with each other; allocating a channel from a node having a largest result value obtained by comparing the sum information of the dual variables; Step 5; And a sixth step of repeating the first through fifth steps.

본 발명에 있어서, 상기 각 세션 소스 노드의 플로우 레이트, 상기 전체 노드의 플로우 레이트, 및 상기 브로드캐스트 레이트는, 상기 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성한 네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크의 유틸리티 최대화 문제를 세 개의 하위 문제로 분할하고, 상기 세 개의 하위 문제를 최적화하는 과정을 통해 각기 산출되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the utility maximization problem of the network utility optimization framework configured by using the Lagrandian dual function is expressed by three sub-problems , And each of the three sub-problems is calculated through a process of optimizing the three sub-problems.

본 발명에 있어서, 상기 세 개의 하위 문제는, 혼잡제어에 관한 문제, 라우팅 문제, 및 브로드캐스트 레이트 조정 문제를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the three sub-problems are characterized by a problem with congestion control, a routing problem, and a broadcast rate adjustment problem.

본 발명에 있어서, 상기 혼잡제어에 관한 문제는, 각 노드에서 전송하는 링크 단위의 패킷량을 노드 단위의 패킷량으로 바꾸어 소스 노드와 목적지 노드의 패킷 전송의 결과를 반영하여 문제의 해를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the problem of the congestion control is that the packet amount of the link unit transmitted from each node is replaced with the packet amount of each node, and the result of the packet transmission of the source node and the destination node is reflected to calculate the problem solution .

본 발명에 있어서, 상기 라우팅 문제는, 송신 노드와 수신 노드 사이의 트래픽 차이와 링크의 코스트에 기초하여 중간 노드에서 전송할 패킷 수가 최대가 되도록 패킷 수를 결정하여 문제의 해를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the routing problem is characterized in that the number of packets is determined so that the number of packets to be transmitted from the intermediate node becomes maximum based on the difference in traffic between the transmitting node and the receiving node and the cost of the link, .

본 발명에 있어서, 상기 세 개의 하위 문제는, 소스 노드에서 전송된 패킷이 해당 전송 세션의 목적지 노드에 도달하는지 여부를 나타내는 계수, 작업에 대한 코스트, 및 채널 용량을 고려한 각 노드의 혼잡 가격에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the three sub-problems are based on the congestion price of each node considering a coefficient indicating whether a packet transmitted from a source node reaches a destination node of the transmission session, a cost for a job, and a channel capacity .

본 발명에 있어서, 상기 노드가 중간 전달노드인 경우, 상기 제어부가 네트워크 코딩부를 제어하여 소스 노드로부터 수신된 같은 세션의 패킷을 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 결합하고, 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성하며, 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩하여 할당된 채널에 전송하는 제7 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, when the node is an intermediate transfer node, the control unit controls the network coding unit to combine the packets of the same session received from the source node using intra-session network coding, and transmits a parity packet And transmitting the intra-session network coded packets of different sessions to the assigned channel by inter-session network coding.

본 발명은 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서 인터세션 네트워크 코딩과 인트라세션 네트워크 코딩을 결합하여 코딩된 패킷을 할당된 채널을 통해 목적지 노드로 전송함으로써 처리율을 향상시킬 수 있다.
The present invention combines inter-session network coding and intra-session network coding in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multihop network to improve the throughput by transmitting coded packets to a destination node over an assigned channel.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 X-토폴로지 환경의 다중세션 다중노드로 구성된 무선 네트워크에서 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 4는 랜덤 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 처리율을 그래프로 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 라디오 개수 변화에 따른 채널 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 6은 랜덤 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 라디오 개수 변화에 따른 채널 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 세션 개수 변화에 따른 채널과 라디오 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 8은 랜덤 토폴로지 환경에서 세션 개수 변화에 따른 채널과 라디오 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 네트워크 코딩 기법에 따른 링크의 손실별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 10은 랜덤 토폴로지 환경에서 네트워크 코딩 기법에 따른 링크의 손실별 처리율을 그래프로 보인 예시도.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a resource allocation apparatus in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-hop wireless multi-hop network according to an embodiment of the present invention. FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for transmitting a packet in a wireless network including multiple-session multiple nodes in an X-topology environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating a throughput of a wireless network having six sessions in a grid topology environment as a result of performance evaluation of a method according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. ≪ / RTI > FIG.
5 is a graph illustrating a throughput per channel number according to a change in the number of radios in a wireless network having six sessions in a grid topology environment as a result of performance evaluation according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph illustrating throughputs of the number of channels according to a change in the number of radio in a wireless network having six sessions in a random topology environment. FIG.
FIG. 7 is a graph illustrating the performance of the method according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph illustrating throughputs per channel and number of radio according to the number of sessions in a grid topology environment. FIG. 8 is a graph showing throughput rates of the number of channels and radio according to the number of changes. FIG.
FIG. 9 is a graph illustrating the throughput per link loss according to a network coding scheme in a grid topology environment, and FIG. 10 is a graph illustrating network coding according to a network topology in a random topology environment. FIG. 5 is a graph illustrating a throughput rate of a link according to a technique; FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, a method of network coding and resource allocation in a multi-channel multi-radio multi-session multi-hop wireless multi-hop network according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명은 인터세션 네트워크 코딩과 인트라세션 네트워크 코딩을 결합하여 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 처리율 향상을 위한 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for allocating resources for improving throughput in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multihop network by combining inter-session network coding and intra-session network coding.

예컨대 본 발명은 중간 전달노드에서 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 같은 세션의 패킷을 결합하고 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성한다. 그리고 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩하여 전송한다. For example, the present invention utilizes intra-session network coding at an intermediate delivery node to combine packets of the same session and generate parity packets to compensate for link loss. The inter-session network coded packets of the different sessions coded by the intra-session network are transmitted.

상기와 같이 인트라세션 네트워크 코딩과 인터세션 네트워크 코딩을 결합한 방식을 사용함으로써, 본 발명은 20%가 넘는 손실률에서도 패킷 손실에 의한 처리율이 감소되는 문제를 해결하고, 아울러 인터세션 네트워크 코딩의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 인트라세션 네트워크 코딩을 사용함으로써 어떤 패킷을 전송할지 선택하는 과정이 필요하지 않기 때문에 스케줄링이 간소화됨으로써 처리율을 향상시키는 효과가 있다.By using a method combining intra-session network coding and inter-session network coding as described above, the present invention solves the problem that the throughput due to packet loss is reduced even with a loss rate exceeding 20%, and achieves the effect of inter-session network coding . In addition, since the present invention does not require a process of selecting a packet to be transmitted by using intra-session network coding, scheduling is simplified and the throughput is improved.

이하 본 실시예에 따른 기반 환경으로 다중채널/다중라디오/다중레이트/다중세션으로 구성된 무선 네트워크를 가정한다. Hereinafter, it is assumed that the base station according to the present embodiment has a multi-channel / multi-radio / multi-rate / multi-session wireless network.

여기서 N개의 노드로 이루어진 네트워크에서 각 노드(i)가 사용할 수 있는 라디오의 수를

Figure 112014043943833-pat00001
로 나타낸다. 그리고 전체 네트워크에서 사용 가능한 직교 채널의 수를 K로 나타내며
Figure 112014043943833-pat00002
의 조건을 갖는다. 그리고 무선 네트워크를 구성하는(즉, 패킷 전송을 위해 네트워크상의 노드를 공유하여 사용하는) 유니캐스트 세션들의 집합을
Figure 112014043943833-pat00003
로 나타내며, 하나의 세션 a에 대하여 데이터(즉, 패킷)를 생성해 전송을 시작하는 소스 노드(Source Node)와 데이터(즉, 패킷) 전달의 최종 목적지(즉, 종착지)인 목적지 노드(Target Node)의 쌍을
Figure 112014043943833-pat00004
로 나타낸다. 또한 상기 소스 노드에서 다음 홉 노드들로 전송되는 세션 a에 대한 플로우 레이트는
Figure 112014043943833-pat00005
이며 세션 a의 유틸리티 함수를
Figure 112014043943833-pat00006
으로 나타낸다. 상기 유틸리티 함수는 각 세션 a의 소스 노드(
Figure 112014043943833-pat00007
)에서 전송하는 플로우 레이트에 대한 단조 증가 및 강오목(strictly concave) 함수이다. Here, in the network consisting of N nodes, the number of radio stations that each node (i)
Figure 112014043943833-pat00001
Respectively. The number of orthogonal channels available in the entire network is denoted by K
Figure 112014043943833-pat00002
. And a set of unicast sessions that make up the wireless network (i.e., share nodes on the network for packet transmission)
Figure 112014043943833-pat00003
(Source Node) that generates data (i.e., packets) for one session a and starts transmission, and a destination node (Target Node) that is a final destination ) Pair
Figure 112014043943833-pat00004
Respectively. The flow rate for the session a transmitted from the source node to the next hop nodes is
Figure 112014043943833-pat00005
And a utility function of session a
Figure 112014043943833-pat00006
Respectively. The utility function includes a source node < RTI ID = 0.0 >
Figure 112014043943833-pat00007
) Is a monotone increase and a strictly concave function for the flow rate to be transmitted.

이때 상기 각각의 유니캐스트 세션에 대해서 소스 노드와 목적지 노드를 제외한 나머지 노드들은 중간 노드가 되어 데이터(즉, 패킷)를 전달한다. 그리고 다수의 세션은 동일한 네트워크 환경을 공유하여 데이터(즉, 패킷)를 전송한다. At this time, for each unicast session, the remaining nodes except for the source node and the destination node become intermediate nodes and transmit data (i.e., packets). A plurality of sessions share data in the same network environment and transmit data (i.e., packets).

여기서 각 노드가 선택할 수 있는 데이터 레이트의 집합을 R로 나타낸다. Here, R represents the set of data rates that each node can select.

예컨대

Figure 112014043943833-pat00008
는 노드 i의 전송 속도를 나타내며, 또한 데이터 레이트의 집합
Figure 112014043943833-pat00009
의 원소 중 하나를 선택한다.for example
Figure 112014043943833-pat00008
Represents the transmission rate of node i, and also represents a set of data rates
Figure 112014043943833-pat00009
Is selected.

그리고 다중홉 무선 네트워크의 토폴로지 그래프를

Figure 112014043943833-pat00010
로 나타낸다.And topology graph of a multi-hop wireless network
Figure 112014043943833-pat00010
Respectively.

여기서 V는 전송 노드의 집합을 나타내며

Figure 112014043943833-pat00011
이 된다. Where V represents the set of transport nodes
Figure 112014043943833-pat00011
.

또한 전송 링크의 집합은 E로 나타내며, 노드 i와 노드 j사이의 링크를

Figure 112014043943833-pat00012
로 나타낼 때
Figure 112014043943833-pat00013
가 된다. 그리고 각 노드의 배치는 고정되어 있다고 가정한다. 또한 채널 k를 사용하는 세션 a의 링크
Figure 112014043943833-pat00014
의 플로우 레이트를
Figure 112014043943833-pat00015
로 나타낸다. The set of transport links is denoted by E, and the link between node i and node j
Figure 112014043943833-pat00012
When expressed as
Figure 112014043943833-pat00013
. It is assumed that the arrangement of each node is fixed. Also, the link of session a using channel k
Figure 112014043943833-pat00014
The flow rate of
Figure 112014043943833-pat00015
Respectively.

또한 본 실시예에서 링크의 전달확률은 다음의 두 가지로 표현한다. 즉, 인터세션 네트워크 코딩이 일어나는 노드에서

Figure 112014043943833-pat00016
는 직접연결 링크의 전달확률을 나타내고,
Figure 112014043943833-pat00017
는 오버히어링 링크의 전달확률을 의미한다. In this embodiment, the probability of link transmission is expressed by the following two methods. That is, in a node where inter-session network coding takes place
Figure 112014043943833-pat00016
Represents the transfer probability of the direct connection link,
Figure 112014043943833-pat00017
Is the probability of overhearing link transmission.

여기서 세션 a는 또 다른 세션 a'와 함께 코딩된다. 만약 오버히어링 링크의 전달확률이 낮을 경우 세션 a'의 패킷이 전달되지 않아 다음 홉 노드에서 세션 a의 패킷을 디코딩 해내기 어렵기 때문에 오버히어링 링크의 전달확률

Figure 112014043943833-pat00018
은 중요한 의미를 갖는다. Here, session a is coded with another session a '. If the overhearing link's probability of delivery is low, the packet of session a 'is not delivered and it is difficult to decode the packet of session a at the next hop node,
Figure 112014043943833-pat00018
Have an important meaning.

상기 설정한 네트워크 변수들을 활용하여 네트워크의 유틸리티 최대화 프레임워크를 다음 수학식 1과 같이 구성할 수 있다.Utilizing the set network variables, a utility maximization framework of the network can be constructed as shown in the following Equation (1).

Figure 112014043943833-pat00019
Figure 112014043943833-pat00019

상기 수학식 1에서 (1)은 네트워크의 최대 처리율을 얻기 위한 목적함수를 의미하고,

Figure 112014043943833-pat00020
는 각 세션 a의 소스 노드에서 전송되는 플로우 레이트를 나타낸다. In Equation (1), (1) denotes an objective function for obtaining the maximum throughput of the network,
Figure 112014043943833-pat00020
Represents the flow rate transmitted from the source node of each session a.

상기 수학식 1에서 (2)~(7)은 목적함수인 (1)에 대한 조건식이다. (2)는 한 노드에서 수신한 플로우 레이트와 전송한 플로우 레이트가 동일함을 의미한다. 즉, 소스 노드에서 전송한 패킷이 모두 목적지 노드에 도달함을 나타내어 인트라세션 네트워크 코딩 방식의 전송에서 목적지 노드가 디코딩을 통해 소스 노드에서 전송한 정보(즉, 원본 정보)를 획득할 수 있음을 나타낸다. In Equations (1), (2) to (7) are conditional expressions for the objective function (1). (2) means that the flow rate received from one node is equal to the flow rate transmitted. That is, it indicates that all the packets transmitted from the source node reach the destination node, indicating that the destination node can acquire the information (i.e., source information) transmitted from the source node through decoding in the transmission of the intra-session network coding scheme .

상기 수학식 1에서 (3)은 링크의 플로우 레이트 조건을 의미하며, 이 값은 방향성을 나타내지 않음을 나타낸다. In Equation (1), (3) denotes the flow rate condition of the link, and this value indicates that the direction does not indicate directionality.

상기 수학식 1에서 (4)는 인터세션 네트워크 코딩이 일어나는 노드에서 전송 가능한 패킷의 수가 브로드캐스트 레이트와 전송 레이트의 제약을 받음을 의미한다. In Equation (1), (4) means that the number of packets that can be transmitted at a node where inter-session network coding occurs is limited by the broadcast rate and the transmission rate.

여기서 첫 번째 항은 직접 전달 링크에서 손실되는 패킷과 관련이 있다.The first term relates to packets that are lost in a direct delivery link.

즉,

Figure 112014043943833-pat00021
는 세션 a의 패킷 중 인터세션 네트워크 코딩하여 전송할 양을 나타내고, 전달확률
Figure 112014043943833-pat00022
에 의해 그 양이 조절된다. 만약 전송 링크에서 손실이 생기면 전달확률
Figure 112014043943833-pat00023
에 따라 패리티 패킷을 생성하여 손실이 생길 수 있는 패킷의 수를 예측하여 그만큼 더 전송하게 된다. 여기서
Figure 112014043943833-pat00024
는 데이터와 리던던시를 포함한 세션 a의 총 레이트를 의미한다. In other words,
Figure 112014043943833-pat00021
Indicates the amount to be transmitted in the inter-session network coding among the packets of the session a,
Figure 112014043943833-pat00022
The amount of which is controlled by the controller. If there is a loss in the transmission link,
Figure 112014043943833-pat00023
A parity packet is generated according to the number of packets that can be lost, and the number of packets is predicted. here
Figure 112014043943833-pat00024
Means the total rate of session a, including data and redundancy.

그리고 두 번째 항은 오버히어링 링크의 손실과 관련이 있다. And the second term relates to the loss of the overhearing link.

즉,

Figure 112014043943833-pat00025
는 세션 a'의 패킷에 대한 손실을 보상하기 위해 노드 i에서 인트라세션을 이용해 생성한 리던던시이다. 오버히어링 링크에서 손실된 a'의 패킷 수만큼 중간 전달 노드에서 추가적으로 전송함으로써 세션 a의 디코딩이 가능하게 된다. 두 번째 항 역시 직접 전달 링크의 손실을 고려하여 패킷의 양을 추가하여 전송하게 된다. In other words,
Figure 112014043943833-pat00025
Is a redundancy created using an intra session at node i to compensate for the loss of the packet of session a '. The additional transmission at the intermediate transfer node by the number of packets a 'lost in the overhearing link enables decoding of the session a. The second term is also transmitted by adding the amount of the packet considering the loss of the direct transmission link.

여기서

Figure 112014043943833-pat00026
는 세션 a'에 대한 리던던시의 총 레이트이다. 분모에
Figure 112014043943833-pat00027
를 추가함으로써 직접 전달 링크에서 손실되는 패킷을 중간 전달 노드에서 보상함으로써 패킷의 전송 손실을 최소화한다. here
Figure 112014043943833-pat00026
Is the total rate of redundancy for session a '. In the denominator
Figure 112014043943833-pat00027
To compensate for the packets lost in the direct delivery link at the intermediate delivery node, thereby minimizing the packet transmission loss.

또한 상기 수학식 1의 (5)에서

Figure 112014043943833-pat00028
는 인터세션 네트워크 코딩이 일어나는 노드에서 네트워크 코딩을 진행하는 비율을 의미한다. 즉, 어떤 세션의 패킷들이 특정 노드 i에 수신되면
Figure 112014043943833-pat00029
의 크기에 따라 인터세션 네트워크 코딩을 진행한다. 상기 (5)는 인터세션 네트워크 코딩이 일어나는 노드가 수신한 패킷을 모두 다음 홉 노드로 전송해야 함을 의미한다. 즉, 해당 노드 i에 진입한 패킷들은
Figure 112014043943833-pat00030
크기에 비례하여 인터세션 네트워크 코딩되어 전송되고, 나머지 패킷들은 코딩되지 않은 채 다음 홉 노드 j로 전송됨을 의미한다. Further, in (5) of Equation 1,
Figure 112014043943833-pat00028
Quot; refers to the rate at which network coding proceeds at a node where inter-session network coding takes place. That is, when packets of a certain session are received at a specific node i
Figure 112014043943833-pat00029
The inter-session network coding is performed according to the size of the inter-session network. (5) means that all the packets received by the node in which the inter-session network coding occurs should be transmitted to the next hop node. That is, the packets entering the node i
Figure 112014043943833-pat00030
And the remaining packets are transmitted to the next hop node j without being coded.

또한 상기 수학식 1에서 (6)은 네트워크에서 채널 스케줄링 조건을 나타낸다. 여기서,

Figure 112014043943833-pat00031
는 노드 i가 세션 a의 패킷에 대해 채널 k를 이용하여 전송할 때 브로드캐스트 레이트를 나타낸다. 또한
Figure 112014043943833-pat00032
는 채널 k의 용량을 나타낸다. 즉, 노드 i와 이 노드의 전송 반경 내의 노드 j는 세션 a에 대하여 채널 k의 용량을 나누어 쓰고 있음을 의미하며, 브로드캐스트 레이트
Figure 112014043943833-pat00033
는 채널용량에 의해 제한을 받는다. In Equations (1) through (6), channel scheduling conditions are shown in the network. here,
Figure 112014043943833-pat00031
Represents the broadcast rate when node i transmits a packet of session a using channel k. Also
Figure 112014043943833-pat00032
Represents the capacity of channel k. That is, the node i and the node j within the transmission radius of this node mean that the capacity of the channel k is divided for the session a, and the broadcast rate
Figure 112014043943833-pat00033
Is limited by the channel capacity.

또한 상기 수학식 1에서 (7)은 브로드캐스트 레이트, 데이터 레이트 그리고 전달확률로 나타내는 플로우 레이트 조건식이다. 즉, 링크의 플로우 레이트는 전송 속도와 링크의 전달확률을 고려해서 결정되어야 함을 나타낸다. In Equation (1), (7) is a flow rate condition expression expressed by a broadcast rate, a data rate, and a delivery probability. That is, the flow rate of the link indicates that the transmission rate and the transmission probability of the link should be considered.

이상으로 본 실시예에 따른 다중채널/다중라디오/다중레이트/다중세션으로 구성된 무선 네트워크의 기반 환경에 대해서 설명하였다.The base environment of the wireless network having the multi-channel / multi-radio / multi-rate / multi-session according to the present embodiment has been described above.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a resource allocation apparatus in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 장치(100)는 패킷 수신부(110), 저장부(120), 제어부(130), 혼합 네트워크 코딩부(140), 및 패킷 송신부(150)를 포함한다.The resource allocation apparatus 100 in the multi-channel multi-channel multi-session multi-hop wireless multi-hop network according to an exemplary embodiment of the present invention includes a packet receiver 110, a storage unit 120, a controller 130, (140), and a packet transmission unit (150).

상기 자원 할당 장치(100)는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크를 구성하는 전송 노드를 구성할 수 있으며, 하나의 세션에 대하여 소스 노드

Figure 112014043943833-pat00034
또는 목적지 노드
Figure 112014043943833-pat00035
가 될 수 있다.The resource allocation apparatus 100 may configure a transport node constituting a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network,
Figure 112014043943833-pat00034
Or destination node
Figure 112014043943833-pat00035
.

상기 패킷 수신부(110)는, 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서 자원 할당 장치(100)를 수신 노드로 하고, 채널을 할당받은 다른 노드를 송신 노드로 하여 형성된 링크를 통해 패킷을 수신할 수 있다. 또한 패킷 수신부(110)는 서로 다른 채널을 할당받은 복수 개의 다른 노드를 각각 송신 노드로 하여 형성된 복수 개의 링크를 통해 동시에 패킷을 수신할 수도 있다.The packet receiving unit 110 receives the resource allocation apparatus 100 as a receiving node in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network, . In addition, the packet receiving unit 110 may simultaneously receive a packet through a plurality of links formed by using a plurality of different nodes, each of which is assigned a different channel, as a transmitting node.

상기 저장부(120)는 상기 패킷 수신부(110)가 수신한 패킷을 저장한다.The storage unit 120 stores the packets received by the packet receiving unit 110.

상기 혼합 네트워크 코딩부(140)는 상기 저장부(120)에 저장된 패킷을 상기 인트라세션 네트워크 코딩 및 인터세션 네트워크 코딩한다.The mixed network coding unit 140 performs the intra-session network coding and the inter-session network coding on the packets stored in the storage unit 120.

예컨대 상기 자원 할당 장치(100)가 중간 전달노드로 동작할 경우, 상기 제어부(130)가 상기 혼합 네트워크 코딩부(140)를 제어하여 상기 패킷 수신부(110)를 통해 수신된 같은 세션의 패킷을 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 결합하고, 또한 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성하며, 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩한다. For example, when the resource allocation apparatus 100 operates as an intermediate transfer node, the control unit 130 controls the mixed network coding unit 140 to transmit packets of the same session received through the packet receiving unit 110 to the intra- Session network coding, parity packets to compensate for link loss, and inter-session network coding of the intra-session network coded packets of different sessions.

따라서 상기 혼합 네트워크 코딩부(140)는 인트라세션 네트워크 코딩을 위한 인트라세션 코딩부(141) 및 인터세션 네트워크 코딩을 위한 인터세션 코딩부(142)를 포함할 수 있다. Accordingly, the mixed network coding unit 140 may include an intra-session coding unit 141 for intra-session network coding and an inter-session coding unit 142 for inter-session network coding.

그리고 상기 제어부(130)는 상기 인트라세션 네트워크 코딩 및 인터세션 네트워크 코딩된 패킷을 상기 패킷 송신부(150)를 통해 목적지 노드로 전송한다. The control unit 130 transmits the intra-session network coding and inter-session network coded packets to the destination node through the packet transmission unit 150.

상기 패킷 송신부(150)는 자원 할당 장치(100)가 할당받은 채널을 통해 상기 혼합 네트워크 코딩부(140)가 혼합 네트워크 코딩한 패킷을 송신한다.The packet transmission unit 150 transmits a mixed network coding packet to the mixed network coding unit 140 through a channel allocated by the resource allocation apparatus 100.

상기 제어부(130)는 패킷 수신부(110), 저장부(120), 혼합 네트워크 코딩부(140) 및 패킷 송신부(150)의 동작을 제어할 수 있다. The control unit 130 may control operations of the packet receiving unit 110, the storage unit 120, the mixed network coding unit 140, and the packet transmission unit 150.

또한 상기 제어부(130)는 만약 자원 할당 장치(100)가 세션 a의 소스 노드

Figure 112014043943833-pat00036
일 경우 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 방법에 따라 소스 노드
Figure 112014043943833-pat00037
의 플로우 레이트(
Figure 112014043943833-pat00038
)를 산출할 수 있다.In addition, if the resource allocation apparatus 100 determines that the source node
Figure 112014043943833-pat00036
In accordance with a resource allocation method in a multi-channel multi-radio multi-session multi-hop wireless multi-hop network according to an embodiment of the present invention,
Figure 112014043943833-pat00037
Of the flow rate
Figure 112014043943833-pat00038
) Can be calculated.

또한 상기 제어부(130)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 방법에 따라 자원 할당 장치(100)를 송신 노드로 하여 형성되는 링크의 플로우 레이트(

Figure 112014043943833-pat00039
)를 산출할 수 있다.In addition, the controller 130 controls the resource allocation apparatus 100 according to a resource allocation method in a multi-channel multi-radio multiple-rate multi-session wireless multi-hop network according to an embodiment of the present invention, Of the flow rate
Figure 112014043943833-pat00039
) Can be calculated.

또한 상기 제어부(130)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 자원 할당 방법에 따라 자원 할당 장치(100)의 브로드캐스트 레이트를 산출하고 자원 할당 장치(100)에 채널을 할당할 수 있다. In addition, the controller 130 calculates a broadcast rate of the resource allocation apparatus 100 according to a resource allocation method in a multi-channel multi-radio multiple-rate multi-session wireless multi-hop network according to an embodiment of the present invention, A channel can be allocated to the allocating apparatus 100. [

이하 본 발명의 일 실시예에서 자원 할당 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a resource allocation method according to an embodiment of the present invention will be described.

본 실시예에서는 다중 레이트 환경에서 효율적인 전송 속도를 선택 방법, 상기 유틸리티 최대화 프레임워크를 수식적으로 풀어 플로우 레이트와 브로드캐스트 레이트를 조절하는 알고리즘, 및 네트워크 코딩 방식이 적용된 다중 채널/다중 라디오 무선 네트워크에서 가용 대역폭의 완전한 사용을 위한 자원 할당 알고리즘을 제공한다.In this embodiment, a method for selecting an efficient transmission rate in a multi-rate environment, an algorithm for modifying the flow rate and a broadcast rate by formally solving the utility maximization framework, and a multi-channel / multi-radio wireless network Provides a resource allocation algorithm for full use of available bandwidth.

먼저 상기 다중 레이트 환경에서의 전송 속도 선택 방법에 대해서 설명한다. 즉, 다중 레이트를 사용하는 무선 네트워크를 구성하는 각 노드의 전송 속도 선택 방법에 대해서 설명한다. First, a method of selecting a transmission rate in the multi-rate environment will be described. That is, a method of selecting a transmission rate of each node constituting a wireless network using a multi-rate will be described.

이하 상기 다중 레이트에서 활용 가능한 전송 속도의 집합을

Figure 112014043943833-pat00040
로 나타내기로 한다. 그리고 노드 i가 전송 속도
Figure 112014043943833-pat00041
로 전송할 때, 노드 i의 전송 범위를
Figure 112014043943833-pat00042
이라고 한다. 그리고 링크의 길이를
Figure 112014043943833-pat00043
로 나타낸다. 이에 따라
Figure 112014043943833-pat00044
의 조건을 만족하는 노드를 전송 후보 노드라고 하며, 이러한 노드의 집합을
Figure 112014043943833-pat00045
로 나타낸다. 그리고 노드 i와 집합
Figure 112014043943833-pat00046
사이에서 ETR(Effective Transmission Rate)을 아래의 수학식 2와 같이 정의한다. Hereinafter, a set of available transmission rates at the multiple rates
Figure 112014043943833-pat00040
. Then,
Figure 112014043943833-pat00041
, The transmission range of node i is
Figure 112014043943833-pat00042
. And the length of the link
Figure 112014043943833-pat00043
Respectively. Accordingly
Figure 112014043943833-pat00044
The node that satisfies the condition of < RTI ID = 0.0 >
Figure 112014043943833-pat00045
Respectively. And node i and set
Figure 112014043943833-pat00046
ETR (Effective Transmission Rate) is defined as Equation (2) below.

여기서 ETR(Effective Transmission Rate) 값은 현재 전송 노드로부터 목적지 노드에 유효한 전송이 기대되는 비트 수를 의미한다.Here, the effective transmission rate (ETR) value means the number of bits for which a valid transmission from the current transmission node to the destination node is expected.

Figure 112014043943833-pat00047
Figure 112014043943833-pat00047

여기서 좌변의

Figure 112014043943833-pat00048
는 노드 i에서 전송 속도
Figure 112014043943833-pat00049
로 전송했을 경우의 ETR 값을 의미하고, 우변의
Figure 112014043943833-pat00050
는 노드 i와 j 사이의 전달확률이다. 그리고
Figure 112014043943833-pat00051
는 노드 i의 전송 후보 노드 중 하나인 노드 j의 ETR(Effective Transmission Rate) 값을 나타낸다. Here,
Figure 112014043943833-pat00048
Lt; RTI ID = 0.0 > i &
Figure 112014043943833-pat00049
Quot; ETR " means "
Figure 112014043943833-pat00050
Is the transfer probability between nodes i and j. And
Figure 112014043943833-pat00051
Represents the effective transmission rate (ETR) value of node j, which is one of the transmission candidate nodes of node i.

다음 표 1을 참조하여 상기 ETR(Effective Transmission Rate)의 계산 및 각 노드의 전송 속도를 선택하는 방법에 대해서 설명한다.A method of calculating the Effective Transmission Rate (ETR) and selecting a transmission rate of each node will be described with reference to Table 1 below.

1) 모든 노드의 ETR 값을 0으로 초기화.
2) 세션의 목적지 노드에 가까운 노드부터

Figure 112014043943833-pat00052
에 대하여 수학식 1의 (7) 계산.
3) 노드 i의 ETR 중 가장 큰 값을 갖도록 하는 전송 속도
Figure 112014043943833-pat00053
을 전송 속도로 선택.
4) 소스 노드의 전송 속도 선택이 완료될 때까지 상기 1)~3)의 과정을 반복.1) Initialize ETR value of all nodes to 0.
2) from the node closest to the destination node of the session
Figure 112014043943833-pat00052
(7) in Equation (1) with respect to Equation (1).
3) a transmission rate at which the ETR of node i has the largest value
Figure 112014043943833-pat00053
As the transmission speed.
4) Repeat the above steps 1) to 3) until selection of the transmission rate of the source node is completed.

이때 유효 전송 속도의 계산은 목적지 노드에 가까운 노드부터 일어나므로 전송 후보 노드의 ETR(Effective Transmission Rate) 값이 계산에 포함된다. Since the effective transmission rate is calculated from the node nearest to the destination node, the Effective Transmission Rate (ETR) value of the transmission candidate node is included in the calculation.

상기 표 1을 참조하여 설명한 전송 속도 선택 과정을 수식으로 요약하면 다음 수학식 3과 같다.The transmission rate selection process described with reference to Table 1 can be summarized as Equation 3 below.

Figure 112014043943833-pat00054
Figure 112014043943833-pat00054

다음 상기 수학식 1과 같이 구성된 유틸리티 최적화 프레임워크를 수식적으로 풀어 플로우 레이트와 브로드캐스트 레이트를 조절하는 알고리즘에 대해서 설명한다. 즉, 분산 레이트 조절 알고리즘에 대해서 설명한다. An algorithm for adjusting the flow rate and the broadcast rate by formally solving the utility optimization framework constructed as shown in Equation (1) will be described below. That is, a dispersion rate adjustment algorithm will be described.

본 발명에 따른 실시예에서는 라그랑주 이중 함수(Lagrangian dual function)를 활용하는 듀얼 디콤포지션(dual decomposition)을 사용하여 네트워크 유틸리티 최대화 문제를 해결할 수 있도록 하는 알고리즘을 제공한다.The embodiment of the present invention provides an algorithm that can solve the network utility maximization problem by using a dual decomposition using a Lagrangian dual function.

상기 수학식 1을 라그랑주 이중 함수(Lagrangian dual function)를 이용하여 나타내면 다음 수학식 4와 같다.The above equation (1) can be expressed by the Lagrangian dual function.

Figure 112014043943833-pat00055
Figure 112014043943833-pat00055

상기 수학식 4를 통해 본래의 유틸리티 최대화 문제와 등가인 수식으로 나타내면 다음 수학식 5와 같다.Equation (4) is equivalent to the utility maximization problem by Equation (5).

Figure 112014043943833-pat00056
Figure 112014043943833-pat00056

상기 수학식 5를 라그랑주 이중 함수(Lagrangian dual function)를 이용하여 이중 함수(dual function)를 정리하면 다음 수학식 6과 같다.The dual function using the Lagrangian dual function can be expressed by Equation (6) below.

Figure 112014043943833-pat00057
Figure 112014043943833-pat00057

상기 수학식 6을 세 개의 하위 문제(subproblem)로 분할하고 정리하면 다음 수학식 7과 같다.Equation (6) is divided into three subproblems and summarized as Equation (7).

Figure 112014043943833-pat00058
Figure 112014043943833-pat00058

상기 수학식 7은 디콤포지션(decomposition)을 통해 얻은 세 개의 하위 문제(subproblem) 각각의 최적화를 위한 과정을 나타낸다.Equation (7) represents a process for optimizing each of three subproblems obtained through decomposition.

여기서

Figure 112014043943833-pat00059
은 혼잡제어에 관한 문제를 나타내고,
Figure 112014043943833-pat00060
는 라우팅 문제를 나타내며,
Figure 112014043943833-pat00061
는 브로드캐스트 레이트 조정 문제를 나타낸다. 상기
Figure 112014043943833-pat00062
의 문제는 라그랑주 승수(Lagrange multiplier)
Figure 112014043943833-pat00063
의 값을 활용하여 독립적으로 풀 수 있다. 각각의 라그랑주 승수(Lagrange multiplier)의 값을 서브그래디언트 기법(subgradient method)을 사용하여 구하면 다음 수학식 8과 같다.here
Figure 112014043943833-pat00059
Indicates a problem with congestion control,
Figure 112014043943833-pat00060
Indicates a routing problem,
Figure 112014043943833-pat00061
Indicates a broadcast rate adjustment problem. remind
Figure 112014043943833-pat00062
The Lagrangian multiplier is a problem,
Figure 112014043943833-pat00063
Can be solved independently. The value of each Lagrange multiplier is obtained by using the subgradient method.

Figure 112014043943833-pat00064
Figure 112014043943833-pat00064

상기 각각의 라그랑주 승수(Lagrange multiplier)를 계산할 때, 상기

Figure 112014043943833-pat00065
는 스텝사이즈(step size)로서 각각 승수(multiplier)의 값을 결정하기 위해 사용되는 변수이다. 상기 각각의 스텝사이즈(step size)를 정하기 위해 환산계수(scaling factor)
Figure 112014043943833-pat00066
의 값을 임의의 상수로 정하고, 상기 스텝사이즈(step size)는
Figure 112014043943833-pat00067
로 구한다. 또한 상기 수학식 8에서
Figure 112014043943833-pat00068
Figure 112014043943833-pat00069
의 범위의 값만을 가질 수 있음을 나타낸다.When calculating the respective Lagrange multipliers,
Figure 112014043943833-pat00065
Is a step size, which is a variable used to determine the value of a multiplier, respectively. A scaling factor is used to determine each step size.
Figure 112014043943833-pat00066
Is set to an arbitrary constant, and the step size is set to
Figure 112014043943833-pat00067
. In Equation (8)
Figure 112014043943833-pat00068
The
Figure 112014043943833-pat00069
Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >

상기

Figure 112014043943833-pat00070
의 수학식은 소스 노드에서 전송할 패킷량을 계산하는 과정이다.remind
Figure 112014043943833-pat00070
Is a process of calculating the amount of packets to be transmitted from the source node.

상기

Figure 112014043943833-pat00071
의 수학식 문제를 풀기 위하여, 상기 수학식 7에서 상기
Figure 112014043943833-pat00072
의 수학식을 아래의 수학식 9와 같이 변형할 수 있다. 이는 현재 각 노드에서 전송하는 링크 단위의 양을 노드 단위의 양으로 바꾸어 소스 노드와 목적지 노드의 패킷 전송의 결과를 반영하여 혼잡 제어를 반영하기 위한 과정이다. 상기
Figure 112014043943833-pat00073
의 수학식에서
Figure 112014043943833-pat00074
로 정리하면, 수학식 9의 (1)과 같다. 그리고 상기 수학식 9의 (1)을 1차 최적조건(first-oder optimal condition)에 의하여 정리하면 수학식 9의 (2)와 같은 해를 얻을 수 있다.remind
Figure 112014043943833-pat00071
In order to solve the problem of the equation
Figure 112014043943833-pat00072
Can be transformed into the following equation (9). This is a process for reflecting the congestion control by reflecting the result of packet transmission between the source node and the destination node by changing the amount of the link unit transmitted from each node to the amount per node unit. remind
Figure 112014043943833-pat00073
In Equation
Figure 112014043943833-pat00074
(1) of the equation (9). If (1) of the above equation (9) is summarized by the first-order optimal condition, a solution like the equation (2) of the equation (9) can be obtained.

Figure 112014043943833-pat00075
Figure 112014043943833-pat00075

상기 수학식 9의 (2)에서 유틸리티 함수는 로그 함수를 사용하므로, 결국

Figure 112014043943833-pat00076
Figure 112014043943833-pat00077
Figure 112014043943833-pat00078
에 의하여 결정되며, 서로 반비례 관계에 있음을 알 수 있다. 만약 트래픽 흐름이 원활하지 않아 소스 노드에서 패킷이 전송되지 않고 정체될 경우
Figure 112014043943833-pat00079
가 상승하여 소스 노드에서 전송하는 패킷의 양이 감소된다. 따라서
Figure 112014043943833-pat00080
는 소스 노드의 전송이 목적지 노드에 도달하는지 여부를 나타내어 네트워크의 종단간 피드백을 반영함을 알 수 있다.In Equation (9), the utility function uses a log function,
Figure 112014043943833-pat00076
The
Figure 112014043943833-pat00077
Wow
Figure 112014043943833-pat00078
And they are inversely proportional to each other. If the traffic flow is not smooth and the source node is congested
Figure 112014043943833-pat00079
The amount of packets transmitted from the source node is reduced. therefore
Figure 112014043943833-pat00080
Indicates whether the transmission of the source node reaches the destination node and reflects the end-to-end feedback of the network.

상기

Figure 112014043943833-pat00081
의 수학식은 라우팅 결과를 반영하여, 중간 노드에서 전송할 패킷 수를 결정한다. 이때 송신 노드와 수신 노드 사이의 트래픽 차이와 링크의 코스트(cost)를 고려하여 중간 노드에서 전송할 패킷 수가 최대가 되게 한다. 상기
Figure 112014043943833-pat00082
의 수학식에서
Figure 112014043943833-pat00083
는 노드 i에서 세션 a에 해당하는 패킷이 인터세션 네트워크 코딩될 때에 한해서 1이 되는 변수이고, 그 이외의 경우에는 0으로 정의된다. 이때
Figure 112014043943833-pat00084
의 값이 증가하면 백프레셔(back-pressure)가 증가하여 중간 노드가 전송할 패킷 수
Figure 112014043943833-pat00085
가 상승하게 된다. 이때 상기
Figure 112014043943833-pat00086
의 수학식 문제는 작업 스케줄링 문제(job scheduling problem)의 일반화 과정처럼 해석할 수 있으며,
Figure 112014043943833-pat00087
는 작업(job)에 대한 코스트(cost)를 나타낸다.remind
Figure 112014043943833-pat00081
The number of packets to be transmitted from the intermediate node is determined by reflecting the routing result. At this time, considering the traffic difference between the transmitting node and the receiving node and the cost of the link, the number of packets to be transmitted from the intermediate node is maximized. remind
Figure 112014043943833-pat00082
In Equation
Figure 112014043943833-pat00083
Is a variable that is 1 when the packet corresponding to the session a in the node i is inter-session network coded, and is defined as 0 otherwise. At this time
Figure 112014043943833-pat00084
The back-pressure is increased and the number of packets to be transmitted by the intermediate node
Figure 112014043943833-pat00085
. At this time,
Figure 112014043943833-pat00086
Can be interpreted as a generalization process of a job scheduling problem,
Figure 112014043943833-pat00087
Represents the cost for a job.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 X-토폴로지 환경의 다중세션 다중노드로 구성된 무선 네트워크에서 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an exemplary packet transmission method in a wireless network configured with multiple-session multiple nodes in an X-topology environment according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 2에 도시된 바와 같은 X-토폴로지(topology)는 노드 A에서 중간 노드 I를 거쳐 노드 D로 전송하는 세션 1과 노드 B에서 중간 노드 I를 거쳐 노드 C로 전송하는 세션 2가 존재한다. The X-topology as shown in FIG. 2 includes Session 1 transmitting from node A to node D via node A, and session 2 transmitting from node B to node C via intermediate node I.

여기서 상기 노드 C와 노드 D는 각각 노드 A와 노드 B가 전송하는 패킷을 오버히어링 한다. 그리고 상기 중간 노드 I와 노드 D사이의 링크 및 노드 B와 노드 D 사이의 오버히어링 링크의 손실률이 각각 50%라고 가정한다. Here, the node C and the node D overhear the packets transmitted by the node A and the node B, respectively. And the loss rate of the link between the intermediate node I and the node D and the overhearing link between the node B and the node D is 50%, respectively.

이때 상기 세션 1과 세션 2가 각각 4개의 패킷을 전송할 경우 중간 노드 I에는 세션마다 4개씩의 패킷이 전송된다. 그리고 상기 중간 노드 I는 노드 D와 연결된 링크에 50%의 손실이 있으므로 인트라세션 네트워크 코딩을 이용하여 세션 1의 패리티 패킷을 4개 더 생성한다. 또한, 세션 2의 오버히어링 링크에서 손실이 발생하므로 노드 D가 세션 2의 패킷 4개 중 2개만 오버히어링하여 세션 1의 패킷을 복원하지 못하는 문제가 발생하기 때문에 인터세션 네트워크 코딩을 이용하여 세션 2의 패리티 패킷을 생성한다. 이때 직접 전송링크에도 손실이 존재하기 때문에 이 손실까지 고려하여 4개의 패리티를 생성하게 된다. 한편 상기 세션 2가 전송되는 방향으로는 손실이 없기 때문에 패리티 패킷을 생성하지 않는다. At this time, when the session 1 and the session 2 transmit four packets, respectively, four packets are transmitted to the intermediate node I for each session. Since the intermediate node I has a loss of 50% in the link connected to the node D, 4 additional parity packets of the session 1 are generated using the intra-session network coding. In addition, since a loss occurs in the overhearing link of the session 2, a problem occurs that the node D overhears only two of the four packets of the session 2 and can not restore the packet of the session 1. Therefore, Lt; / RTI > In this case, since there is a loss also in the direct transmission link, four parities are generated considering this loss. On the other hand, since there is no loss in the direction in which the session 2 is transmitted, the parity packet is not generated.

따라서 상기 중간 노드 I는 세션 1에 대해서는 노드 A에서 받은 패킷 4개, 직접링크 손실에 대한 패리티 4개, 세션 2의 오버히어링 링크 손실에 대한 패리티 4개 총 12개의 패킷을 갖는다. 그리고 세션 2에 대해서는 상기 노드 B에서 받은 패킷 4개를 갖는다. 상기 패리티 생성이 끝나면 인터세션 네트워크 코딩을 진행한다. Therefore, the intermediate node I has 12 packets in total for session 1, four packets received from node A, four parities for direct link loss, and four parity for overhearing link loss of session 2. And for Session 2 there are four packets received from the Node B. When the parity generation is completed, inter-session network coding is performed.

상기와 같이 세션 1의 패킷이 12개 세션 2의 패킷이 4개 이므로 4개의 인터세션 네트워크 코딩된 패킷이 생성되고 나머지 8개는 코딩되지 않은 채 전송되게 된다. 그리고 상기와 같이 패킷 전송이 진행되면 상기 노드 D는 노드 B에서 2개의 패킷을 오버히어링 하고 중간 노드 I에서 6개의 패킷을 수신한다. 이에 따라 상기 노드 D는 수신한 총 8개의 패킷을 이용하여 노드 A에서 전송한 4개의 패킷을 디코딩할 수 있다. As described above, since the packets of the session 1 are four packets of the twelve sessions 2, four inter-session network coded packets are generated and the remaining eight packets are transmitted without being coded. When the packet transmission is performed as described above, the node D overheats two packets at the node B and receives six packets from the intermediate node I. Accordingly, the node D can decode four packets transmitted from the node A using the total of eight packets received.

상기

Figure 112014043943833-pat00088
의 수학식을 계산하기 위하여
Figure 112014043943833-pat00089
로 치환한다. 그리고 듀얼 변수(dual variable)
Figure 112014043943833-pat00090
는 채널 용량을 고려하였을 때 노드 i의 혼잡 가격(congestion price)을 의미한다. 상기 듀얼 변수
Figure 112014043943833-pat00091
의 값은 수학식 8에서 계산할 수 있다. 한편 상기
Figure 112014043943833-pat00092
의 수학식은 선형함수이기 때문에 프리멀(primal)한 해를 가질 수 없다. 따라서 근부 최적화 알고리즘(proximal optimization algorithm)을 사용하여 2차 항을 추가하여 강볼록(strictly convex) 함수로 변형하고 정리하면 다음 수학식 10과 같다.remind
Figure 112014043943833-pat00088
To calculate the equation of
Figure 112014043943833-pat00089
. And dual variables.
Figure 112014043943833-pat00090
Denotes the congestion price of node i when the channel capacity is considered. The dual variable
Figure 112014043943833-pat00091
Can be calculated in Equation (8). Meanwhile,
Figure 112014043943833-pat00092
Can not have a primal solution because it is a linear function. Therefore, the second term is added using the proximal optimization algorithm to transform it into a strictly convex function, and the following equation (10) is obtained.

Figure 112014043943833-pat00093
Figure 112014043943833-pat00093

여기서

Figure 112014043943833-pat00094
는 해를 구하기 위해 사용되는 작은 양의 상수이며, 상기 수학식 10을 계산하면 다음 수학식 11과 같이 브로드캐스트 레이트
Figure 112014043943833-pat00095
의 결과를 얻을 수 있다.here
Figure 112014043943833-pat00094
Is a small positive constant used to obtain the solution, and the equation (10) is calculated as follows: < RTI ID = 0.0 >
Figure 112014043943833-pat00095
Can be obtained.

Figure 112014043943833-pat00096
Figure 112014043943833-pat00096

상기

Figure 112014043943833-pat00097
의 선형함수를 변형하여 상기 수학식 11에서 해를 구했기 때문에 계산된 프리멀 가용해(primal feasible solution)가 오차를 가지므로, 프리멀 회복 기법(primal recovery method)을 적용하여 아래의 수학식 12와 같이 프리멀 최적해(primal optimal solution)을 계산할 수 있다.remind
Figure 112014043943833-pat00097
The primal feasible solution calculated because the linear function of equation (11) is transformed and the solution is calculated. Therefore, the primal recovery method is applied to the following equation 12 , We can calculate the primal optimal solution.

Figure 112014043943833-pat00098
Figure 112014043943833-pat00098

다음 본 발명의 일 실시예에 따라 네트워크 코딩 방식이 적용된 다중채널/다중라디오 무선 네트워크에서 가용 대역폭의 완전한 사용을 위한 자원 할당 알고리즘에 대해서 설명한다.A resource allocation algorithm for full use of available bandwidth in a multi-channel / multi-radio wireless network to which a network coding scheme is applied will be described according to an embodiment of the present invention.

상기 다중채널과 다중라디오에 대한 자원 할당 알고리즘은 각 노드가 패킷을 전송할 때, 노드 링크에 채널을 할당하는 동시에 송,수신 노드 양단에서 하나의 라디오를 사용하는 것을 기본 전제로 한다. The resource allocation algorithm for the multi-channel and multi-radio is based on the assumption that when each node transmits a packet, a channel is allocated to the node link and one radio is used at both ends of the transmitting and receiving nodes.

본래 자원 할당 과정은 복잡도가 NP 하드(NP-hard)(즉, 가능성 문제에서 변환 가능한 문제들의 집합)이므로 수식적으로 해결할 수 없다. The original resource allocation process can not be formally solved because the complexity is NP-hard (that is, a set of problems that can be transformed from a potential problem).

이에 따라 본 실시예에서는 휴리스틱한 방법으로서, 각 노드의 듀얼 변수

Figure 112014043943833-pat00099
(즉, 채널 용량을 고려하였을 때 노드 i의 congestion price)를 활용해 채널 할당의 순서를 결정한다. 이에 따라 혼잡이 발생하는 노드에 우선적으로 채널 할당을 수행하여 패킷 전송의 쏠림을 방지함으로써 네트워크의 처리율을 향상하기 위한 방법(즉, 자원 할당 알고리즘)을 제공한다.Accordingly, in this embodiment, as a heuristic method, a dual variable
Figure 112014043943833-pat00099
(I. E., Congestion price of node i when channel capacity is considered) to determine the order of channel assignment. Accordingly, the present invention provides a method (i.e., a resource allocation algorithm) for improving the throughput of the network by preventing the sinking of the packet transmission by performing the channel allocation preferentially to the node where the congestion occurs.

이를 위해 먼저 네트워크상의 모든 노드에서 모든 세션에 대해

Figure 112014043943833-pat00100
를 구한다. 그리고 각 노드는 자신을 포함한 이웃들의
Figure 112014043943833-pat00101
정보를 가지게 된다. 상기 정보를 바탕으로 값이 가장 큰 노드부터 채널 할당을 시작한다. 그리고 채널이 할당된 전송의 양 단 노드에서 사용할 수 있는 라디오의 수를 1씩 감소시킨다. 상기 채널 할당 과정은 전송 노드가 더 이상 전송할 곳이 없거나, 사용 가능한 라디오 수가 0이 될 때까지 수행하며, 이 과정이 끝나면 다음 우선순위의 노드로 넘어가 채널 할당이 수행된다. To do this, first of all nodes on the network
Figure 112014043943833-pat00100
. Each node has its own neighbors
Figure 112014043943833-pat00101
Information. Based on the information, the channel allocation is started from the node having the largest value. And decrements the number of radios available on both ends of the channel-assigned transmission by one. The channel allocation process is performed until the transmission node has no more transmission channels or the number of available radio channels becomes zero. When the process is completed, the channel allocation process is performed by going to the next priority node.

상기 채널 할당은 동일한 과정이 네트워크상의 모든 노드에서 종료될 때까지 지속된다. 상기 채널 할당의 결과에 따라서 채널이 할당된 전송 링크에서는 플로우 레이트

Figure 112014043943833-pat00102
가 갱신되지만, 그렇지 않은 링크에서는 플로우 레이트가 0이 된다.The channel allocation continues until the same process is terminated at all nodes on the network. In the transmission link to which the channel is allocated according to the result of the channel assignment,
Figure 112014043943833-pat00102
But the flow rate is 0 in the other link.

본 발명에서 최적 유니캐스트 세션을 선택하는 방법을 제안한다. The present invention proposes a method of selecting an optimal unicast session.

다음의 수학식 13을 통해 링크간 트래픽 정체, 브로드캐스트 레이트, 전송 속도, 전송 확률을 고려한 최적의 유니캐스트 세션에 우선으로 자원을 할당하여 처리율을 더욱 향상시킬 수 있다.It is possible to allocate resources to an optimal unicast session considering inter-link traffic congestion, a broadcast rate, a transmission rate, and a transmission probability through the following Equation (13), thereby further improving the throughput.

Figure 112014043943833-pat00103
Figure 112014043943833-pat00103

이상으로 다중채널/다중라디오/다중레이트/다중세션의 무선 다중홉 네트워크 환경의 네트워크 유틸리티 최대화 문제를 구성하고, 인트라세션 네트워크 코딩을 기반으로 네트워크 종단간 피드백을 통한 혼잡 제어 알고리즘과 분산 레이트 조정 알고리즘 및 자원 할당 알고리즘을 활용하여 최적화 문제의 해를 구하는 방법에 대해서 설명하였다. This paper proposes a network utility maximization problem for multi-channel / multi-radio / multi-rate / multi-session wireless multi-hop network environment and congestion control algorithm and dispersion rate adjustment algorithm based on intra- We explained how to solve the optimization problem by using the resource allocation algorithm.

상술한 과정을 정리하면 아래의 표 2와 같다.The above-described process is summarized in Table 2 below.

1)

Figure 112014043943833-pat00104
를 0으로 놓고 y, b를 작은 양의 상수로 설정.
2) 수학식 7의
Figure 112014043943833-pat00105
을 계산하여 각 세션 소스 노드의 플로우 레이트 획득.
수학식 7의
Figure 112014043943833-pat00106
을 계산하여 전체 노드의 플로우 레이트 획득.
3) 수학식 7의
Figure 112014043943833-pat00107
를 계산, 수학식 10에서 브로드캐스트 레이트 획득.
4) 듀얼 변수(dual variable) 계산.
(a) 수학식 8에서
Figure 112014043943833-pat00108
계산.
(b) 수학식 8에서
Figure 112014043943833-pat00109
계산.
(c) 수학식 8에서
Figure 112014043943833-pat00110
계산.
5) 자원 할당 과정 수행.
(a) 각 노드에서
Figure 112014043943833-pat00111
계산 및 주변 노드와 비교.
값이 큰 노드부터 자원 할당 진행.
(b) 수학식 13을 이용하여 최적 세션의 패킷부터 자원 할당.
6) 2)~ 5) 과정 반복.One)
Figure 112014043943833-pat00104
To 0 and set y and b to small positive constants.
2) Equation (7)
Figure 112014043943833-pat00105
To obtain the flow rate of each session source node.
Equation (7)
Figure 112014043943833-pat00106
To obtain the flow rate of the entire node.
3) Equation (7)
Figure 112014043943833-pat00107
0.0 > (10) < / RTI >
4) Dual variable calculation.
(a) In Equation 8,
Figure 112014043943833-pat00108
Calculation.
(b) In Equation 8,
Figure 112014043943833-pat00109
Calculation.
(c) In Equation 8,
Figure 112014043943833-pat00110
Calculation.
5) Performing resource allocation process.
(a) At each node
Figure 112014043943833-pat00111
Computation and comparison with neighboring nodes.
Resource allocation progression from node with large value.
(b) resource allocation from the packet of the optimal session using Equation (13).
6) Repeat steps 2) to 5).

이하 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 성능 평가 결과에 대해 설명한다.Hereinafter, a performance evaluation result according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 성능 평가를 위해 MATLAB 프로그램을 사용하였다. 먼저 16개의 무선 노드를 가정하고, 이것이 무작위로 배치한 랜덤 토폴로지 환경과 격자 형태로 배치한 그리드 토폴로지 환경에서 성능 평가를 수행하였다. 이때 각 노드는 다중 라디오로 구성되고, 다수의 채널을 통해 전송하며, 데이터 레이트는 1R, 1.5R, 2R 세 개의 레이트를 가정하였으며, 세 개의 데이터 레이트 중 한 가지만 사용한 단일 레이트 상황과 3가지 데이터 레이트를 모두 사용한 다중 레이트 상황을 비교하였다. 또한 다중 세션이 동시에 패킷을 전송하도록 구성되었다. A MATLAB program was used for the performance evaluation. First, 16 wireless nodes are assumed, and performance evaluation is performed in a random topology environment and a grid topology environment arranged in a grid form. In this case, each node is composed of multiple radios, and is transmitted through a plurality of channels. The data rates are assumed to be three rates of 1R, 1.5R and 2R, and a single rate situation using only one of three data rates, Are compared with each other. Also, multiple sessions were configured to send packets simultaneously.

먼저, 본 실시예에 따른 알고리즘을 반복적으로 수행하였을 때의 처리율 변화를 관찰하고 분석한다. 이때 처리율을 최대화하는 과정을 그래프로 나타내었다(도 3 내지 도 10 참조). 상기 그래프를 참조하면, 처리율의 크기가 일정하게 수렴하며, 주어진 상황에서 최적 해를 구한 것을 확인할 수 있다. 또한 6개의 유니캐스트 세션이 동작하는 환경을 가정하고, 세 가지의 이용 가능한 라디오 및 채널 수를 설정하고 측정하였다. 이는 각각 (7 라디오, 7 채널), (5 라디오, 5 채널), (4 라디오, 4 채널)이다.First, the throughput change when the algorithm according to this embodiment is repeated is observed and analyzed. The process of maximizing the throughput at this time is shown graphically (see FIGS. 3 to 10). Referring to the graph, it can be seen that the magnitude of the throughput converges constantly and that the optimum solution is obtained in a given situation. We also set up and measure three available radio and channel numbers, assuming an environment in which six unicast sessions operate. It is each (7 radio, 7 channel), (5 radio, 5 channel), (4 radio, 4 channel).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 랜덤 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 처리율을 그래프로 보인 예시도이다.FIG. 3 is a graph illustrating a throughput of a wireless network composed of six sessions in a grid topology environment as a result of performance evaluation of a method according to an exemplary embodiment of the present invention. As a result of the performance evaluation of the method according to the present invention, the throughput of a wireless network composed of six sessions in a random topology environment is shown as a graph.

도 3과 도 4를 참조하면, 각각의 환경에서 네트워크의 처리율이 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 각각의 세션이 목적지 노드까지 최적의 경로를 통해 전송하게 되었음을 나타내며, 또한 자원 할당 과정이 각 노드에서 지속적으로 이루어지고 있음을 나타낸다. 또한 동일한 개수의 세션이 동시 전송을 하는 경우 활용할 수 있는 채널과 라디오 개수가 많을수록, 단일 레이트보다 가용 레이트가 많은 다중 레이트 상황일 때 처리율이 더 높게 나타남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the throughput of the network converges in each environment. This indicates that each session is transmitted through the optimal path to the destination node, and also indicates that the resource allocation process is continuously performed at each node. Also, if the same number of sessions are simultaneously transmitted, the higher the number of available channels and radio, the higher the throughput rate is in a multi-rate situation where the available rate is higher than the single rate.

다음으로 활용 가능한 채널과 라디오의 수에 따른 처리율의 변화를 측정하기 위해 각 상황에서 제안한 알고리즘을 일정횟수 이상 반복하여 수렴한 처리율 값을 그래프로 나타내었다(도 5 및 도 6 참조). 즉, 6개의 세션이 동시에 전송하는 환경에서 활용 가능한 채널의 수를 4개에서 7개까지 늘려가면서 각 노드의 라디오 수를 3, 4, 5개로 고정하였을 경우 네트워크 유틸리티의 결과를 확인하였다. Next, in order to measure the change of the throughput according to the number of available channels and radio, a throughput value obtained by repeatedly repeating the proposed algorithm over a predetermined number of times or more is shown in a graph (see FIGS. 5 and 6). That is, the number of available channels is increased from 4 to 7 in the environment where 6 sessions are simultaneously transmitted, and the result of the network utility is confirmed when the number of radio of each node is fixed to 3, 4, 5.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 라디오 개수 변화에 따른 채널 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 랜덤 토폴로지 환경에서 6개의 세션으로 구성된 무선 네트워크의 라디오 개수 변화에 따른 채널 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이다.5 is a graph illustrating a throughput per channel number according to a change in the number of radios in a wireless network having six sessions in a grid topology environment as a result of performance evaluation according to an embodiment of the present invention. Is a graph illustrating a throughput per channel number according to a change in the number of radio in a wireless network having six sessions in a random topology environment as a result of performance evaluation of the method according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 활용 가능한 채널의 개수가 많을수록, 그리고 많은 라디오를 활용할 수 있을 때 네트워크 유틸리티가 상승함을 확인할 수 있다. 또한 상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 역시 다수의 레이트를 사용할 때 높은 처리율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that the network utility increases when the number of available channels is large and when many radios can be utilized. Referring to FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that a high throughput can be obtained when a plurality of rates are used.

다음으로 네트워크에서 동시에 전송하는 세션의 개수가 변화하는 경우에 네트워크 유틸리티 변화를 그래프로 나타내었다(도 7 및 도 8 참조). 즉, 각 노드의 채널 수는 4개에서 7개까지 변화하는 환경에서 처리율을 측정하였고, 라디오는 각 채널의 수와 같게 설정하였다. Next, network utility changes are graphically shown (see FIGS. 7 and 8) when the number of simultaneously transmitting sessions in the network changes. That is, throughput was measured in the environment where the number of channels of each node varied from 4 to 7, and radio was set equal to the number of each channel.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 세션 개수 변화에 따른 채널과 라디오 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 랜덤 토폴로지 환경에서 세션 개수 변화에 따른 채널과 라디오 개수별 처리율을 그래프로 보인 예시도이다.FIG. 7 is a graph illustrating a throughput according to channel and radio numbers according to a change in the number of sessions in a grid topology environment as a result of performance evaluation of a method according to an embodiment of the present invention. FIG. As an example of the performance evaluation result of the method according to the example, graphs are shown in terms of the throughputs per channel and number of radio according to the change in the number of sessions in the random topology environment.

상기 도 7 및 도 8을 참조하면, 세션의 개수가 많을수록 처리율이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 동시 전송 링크가 많음에도 다중채널/다중라디오 환경에서 처리율 최적화가 되었음을 나타내며, 인터세션 네트워크 코딩을 통해 서로 다른 세션의 패킷을 동시 전송함으로써 처리율이 향상되었음을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that the greater the number of sessions, the greater the throughput. This shows that the throughput optimization is achieved in multi-channel / multi-radio environments even with a large number of concurrent transmission links, and the throughput is improved by simultaneously transmitting packets of different sessions through inter-session network coding.

마지막으로 본 실시예에 따른 알고리즘을 인터세션 네트워크 코딩, 인트라세션 네트워크 코딩, 네트워크 코딩을 하지 않은 알고리즘과 비교하여 그래프로 나타내었다(도 9 및 도 10 참조). 즉, 각 노드는 7개의 채널과 라디오를 사용하고 링크의 평균 손실을 0~50%까지 변경하면서 측정하였다. Finally, the algorithm according to the present embodiment is shown graphically in comparison with algorithms without inter-session network coding, intra-session network coding, and network coding (see FIGS. 9 and 10). That is, each node uses 7 channels and radio, and the average loss of link is changed by 0 ~ 50%.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 그리드 토폴로지 환경에서 네트워크 코딩 기법에 따른 링크의 손실별 처리율을 그래프로 보인 예시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 성능 평가 결과로서, 랜덤 토폴로지 환경에서 네트워크 코딩 기법에 따른 링크의 손실별 처리율을 그래프로 보인 예시도이다.FIG. 9 is a graph illustrating a throughput per loss of a link according to a network coding scheme in a grid topology environment as a performance evaluation result of a method according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph illustrating throughputs of link loss according to a network coding scheme in a random topology environment. FIG.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 알고리즘을 사용할 경우 인터세션, 인트라세션 네트워크를 단독적으로 사용하였을 때 보다 처리율이 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히 인터세션 네트워크 코딩은 손실이 증가함에 따라 처리율 감소가 심한데 비해, 인트라세션 네트워크 코딩을 함께 사용함으로써 손실에 따른 처리율 감소를 최소화할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 and FIG. 10, it can be seen that the throughput is improved when the algorithm according to the present embodiment is used alone when the inter-session or intra-session network is used. In particular, the inter-session network coding can reduce the throughput due to the loss by using the intra-session network coding, while the throughput is severely reduced as the loss increases.

상술한 바와 같이 본 발명은 인터세션 네트워크 코딩과 인트라세션 네트워크 코딩을 통합적으로 고려하여 다중채널/다중라디오/다중레이트/다중세션 무선 다중홉 네트워크의 처리율 향상을 위한 자원 할당 방법에 관한 것으로서, 종래의 인터세션 네트워크 코딩, 인트라세션 네트워크 코딩을 단독적으로 사용하지 않고 손실률에 따른 처리율 감소를 보완하기 위해 두 가지 네트워크 코딩을 결합한 네트워크 코딩 방식을 사용하는 방법을 제공한다. As described above, the present invention relates to a resource allocation method for improving throughput of a multi-channel / multi-radio / multi-rate / multi-session wireless multi-hop network by integrally considering inter-session network coding and intra- The present invention provides a method of using a network coding scheme combining two types of network coding in order to compensate for reduction in throughput due to loss rate without using inter-session network coding and intra-session network coding alone.

즉, 본 발명은 주어진 무선 네트워크 환경에서 네트워크 유틸리티 최대화 문제를 구성하고, 네트워크의 피드백을 고려하는 다중 레이트 선택 알고리즘, 혼잡 제어 알고리즘, 분산 레이트 조정 알고리즘 그리고 휴리스틱 자원 할당 알고리즘의 과정을 통해 제시한 유틸리티 최대화 문제의 해를 구한다. 또한 본 발명에 대한 성능 평가를 통해 채널과 라디오 수가 증가할 때 처리율이 증가함을 확인하였고, 다중 레이트의 활용이 단일 레이트를 사용할 때 보다 처리율 증가를 가져올 수 있음을 확인하였으며, 단독적인 네트워크 코딩에 비해 두 가지 네트워크 코딩을 결합한 방식이 높은 처리율을 얻음으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 알고리즘이 무선 네트워크 처리율 향상에 기여할 수 있음을 확인할 수 있다.That is, the present invention constitutes a problem of maximizing a network utility in a given wireless network environment, and provides a utility maximization method proposed through a process of a multi-rate selection algorithm, a congestion control algorithm, a dispersion rate adjustment algorithm, and a heuristic resource allocation algorithm, I seek the solution of the problem. In addition, through the performance evaluation of the present invention, it is confirmed that the throughput increases when the number of channels and the number of radio increases, and it is confirmed that the utilization of the multi-rate can increase the throughput more than when the single rate is used. It can be seen that an algorithm according to an embodiment of the present invention can contribute to improvement of a wireless network throughput by obtaining a high throughput by combining two types of network coding.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

110 : 패킷 수신부 120 : 저장부
130 : 제어부 140 : 혼합 네트워크 코딩부
141 : 인트라세션 코딩부 142 : 인터세션 코딩부
150 : 패킷 송신부
110: packet receiving unit 120:
130: control unit 140: mixed network coding unit
141: Intra-session coding unit 142: Inter-
150: Packet transmitter

Claims (12)

다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크 환경에서,
네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크를 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성하고, 제어부가 상기 네트워크상의 모든 노드에서 모든 세션에 대해 듀얼 변수의 합 정보를 구하는 제1 단계;
상기 듀얼 변수의 합 정보를 바탕으로 값이 가장 큰 노드부터 채널 할당을 시작하는 제2 단계;
상기 채널이 할당된 전송 노드에서 사용할 수 있는 라디오의 수가 0이 될 때까지 라디오를 하나씩 감소시키며 채널 할당을 수행하는 제3 단계; 및
상기 네트워크상의 모든 노드가 종료될 때까지 상기 제2 단계로 돌아가 상기 듀얼 변수의 합 정보를 바탕으로 다음 우선순위의 노드에 대하여 채널 할당을 수행하고 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
In a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network environment,
A first step of configuring a network utility optimization framework using a Lagrangian dual function, and a controller obtaining sum information of dual variables for all sessions in all nodes on the network;
A second step of starting channel allocation from a node having a largest value based on the sum information of the dual variables;
A third step of performing channel allocation by decreasing the radio by one until the number of available radios in the transmission node to which the channel is allocated becomes 0; And
Returning to the second step until all the nodes on the network are terminated, performing channel assignment for the next priority node based on the sum of the dual variables, and repeating the third step Channel multi-hop wireless multi-hop wireless multi-hop network.
제 1항에 있어서, 상기 듀얼 변수는,
채널 용량을 고려한 각 노드의 혼잡 가격인 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
2. The method of claim 1,
Channel multi-hop wireless multi-hop network in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-hop wireless multi-hop network.
제 1항에 있어서,
상기 채널 할당의 결과에 따라서 채널이 할당된 전송 링크에서는 플로우 레이트가 갱신되고, 채널이 할당되지 않은 링크에서는 플로우 레이트가 0이 되는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
The method according to claim 1,
Wherein a flow rate is updated in a transmission link to which a channel is assigned according to a result of the channel assignment and a flow rate is 0 in a link to which a channel is not assigned. / RTI >
제 1항에 있어서,
링크간 트래픽 정체, 브로드캐스트 레이트, 전송 속도, 및 전송 확률에 기초하여 산출된 처리율에 따라 선택된 세션을 우선으로 채널 할당을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
The method according to claim 1,
Channel multi-hop wireless multi-session multi-hop wireless multi-hop network, wherein the multi-channel multi-channel multi-channel multi-hop multi-hop wireless multi-hop network is characterized in that channel assignment is performed in preference to a session selected according to a throughput calculated based on a link congestion, a link rate, / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 노드가 중간 전달노드인 경우, 상기 제어부가 네트워크 코딩부를 제어하여 소스 노드로부터 수신된 같은 세션의 패킷을 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 결합하고, 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성하며, 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩하여 할당된 채널에 전송하는 제5 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
The method according to claim 1,
When the node is an intermediate transfer node, the control unit controls the network coding unit to combine packets of the same session received from the source node using intra-session network coding, and generates a parity packet for compensating for link loss, And transmitting the packets of the different sessions coded in the intra-session network to the assigned channel by inter-session network coding. The multi-channel multi-channel multi-session wireless multi- And resource allocation method.
다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크 환경에서,
네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크를 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성하고, 제어부가 미리 설정된 라그랑주 승수들과 변수들을 기초로 각 세션 소스 노드의 플로우 레이트를 산출하는 제1 단계;
상기 네트워크상의 전체 노드의 플로우 레이트를 산출하는 제2 단계;
상기 네트워크상의 브로드캐스트 레이트를 산출하는 제3 단계;
상기 네트워크상의 모든 노드에서 모든 세션에 대해 듀얼 변수의 합 정보를 산출하고 그 산출된 값을 서로 비교하는 제4 단계:
상기 듀얼 변수의 합 정보를 비교한 결과 값이 가장 큰 노드부터 채널을 할당하는 제5 단계; 및
상기 제1 단계 내지 제5 단계를 반복하는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
In a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network environment,
A first step of constructing a network utility optimization framework using a Lagrangian dual function, and a controller calculating a flow rate of each session source node based on preset Lagrange multipliers and variables;
A second step of calculating a flow rate of all nodes on the network;
A third step of calculating a broadcast rate on the network;
Calculating sum information of dual variables for all sessions at all nodes on the network and comparing the calculated values with each other;
A fifth step of allocating a channel from a node having a largest result value obtained by comparing the sum information of the dual variables; And
And a sixth step of repeating the first through the fifth steps. The network coding and resource allocation method in a multi-channel multi-radio multi-rate multi-session wireless multi-hop network.
제 6항에 있어서,
상기 각 세션 소스 노드의 플로우 레이트, 상기 전체 노드의 플로우 레이트, 및 상기 브로드캐스트 레이트는, 상기 라그랑주 이중 함수를 이용하여 구성한 네트워크 유틸리티 최적화 프레임워크의 유틸리티 최대화 문제를 세 개의 하위 문제로 분할하고, 상기 세 개의 하위 문제를 최적화하는 과정을 통해 각기 산출되는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the flow rate of each session source node, the flow rate of the entire node, and the broadcast rate divide the utility maximization problem of the network utility optimization framework configured using the Lagrandian dual function into three sub-problems, Wherein each of the sub-problems is computed through optimization of three sub-problems.
제 7항에 있어서, 상기 세 개의 하위 문제는,
혼잡제어에 관한 문제, 라우팅 문제, 및 브로드캐스트 레이트 조정 문제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
8. The method of claim 7, wherein the three sub-
The method comprising the steps of: (a) providing a plurality of radio resources for a multi-channel multi-radio multi-hop wireless multi-hop network;
제 8항에 있어서, 상기 혼잡제어에 관한 문제는,
각 노드에서 전송하는 링크 단위의 패킷량을 노드 단위의 패킷량으로 바꾸어 소스 노드와 목적지 노드의 패킷 전송의 결과를 반영하여 문제의 해를 산출하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
9. The method of claim 8,
Channel multi-channel multi-session wireless communication system according to claim 1, characterized in that the amount of packets transmitted by each node is converted into a packet amount per node, and the result of the packet transmission of the source node and the destination node is reflected, Network coding and resource allocation in multi - hop networks.
제 8항에 있어서, 상기 라우팅 문제는,
송신 노드와 수신 노드 사이의 트래픽 차이와 링크의 코스트에 기초하여 중간 노드에서 전송할 패킷 수가 최대가 되도록 패킷 수를 결정하여 문제의 해를 산출하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the number of packets is determined so as to maximize the number of packets to be transmitted from the intermediate node based on the difference in traffic between the transmitting node and the receiving node and the cost of the link, thereby calculating the problem solution. A network coding and resource allocation method in a hop network.
제 7항에 있어서, 상기 세 개의 하위 문제는,
소스 노드에서 전송된 패킷이 해당 전송 세션의 목적지 노드에 도달하는지 여부를 나타내는 계수, 작업에 대한 코스트, 및 채널 용량을 고려한 각 노드의 혼잡 가격에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
8. The method of claim 7, wherein the three sub-
And a congestion price of each node considering a channel cost, a cost for a job, and a coefficient indicating whether a packet transmitted from a source node reaches a destination node of the transmission session. A method for network coding and resource allocation in a rate multi-session wireless multi-hop network.
제 6항에 있어서,
상기 노드가 중간 전달노드인 경우, 상기 제어부가 네트워크 코딩부를 제어하여 소스 노드로부터 수신된 같은 세션의 패킷을 인트라세션 네트워크 코딩을 이용해 결합하고, 링크의 손실을 보상하기 위한 패리티 패킷을 생성하며, 상기 인트라세션 네트워크 코딩된 서로 다른 세션의 패킷을 인터세션 네트워크 코딩하여 할당된 채널에 전송하는 제7 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중채널 다중라디오 다중레이트 다중세션 무선 다중홉 네트워크에서의 네트워크 코딩 및 자원 할당 방법.
The method according to claim 6,
When the node is an intermediate transfer node, the control unit controls the network coding unit to combine packets of the same session received from the source node using intra-session network coding, and generates a parity packet for compensating for link loss, And transmitting the packets of the different sessions coded in the intra-session network to the assigned channel by inter-session network coding. The multi-channel multi-channel multi-session wireless multi-hop network coding method according to claim 1, And resource allocation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anastasios Giannoulis et al., "Congestion Control and Channel Assignment in Multi-Radio Wireless Mesh Networks", SECON 2008, 5th Annual IEEE Communications Society Conference on, 16-20 June 2008 *
박무성, 윤원식, "멀티채널 멀티라디오 멀티세션 무선 네트워크를 위한 네트워크 코딩 기반 계층간 최적화 기법", 전자공학회 논문지 제50권 제5호(2013.05) *
서경수, 윤원식, "멀티라디오/멀티채널 멀티 홉 무선 네트워크에서 처리율 향상을 위한 인트라세션 네트워크 코딩", 전자공학회 논문지 제48권 TC편 제10호(2011.10) *

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