KR101620524B1 - 무선 통신 방법 및 장치 - Google Patents

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한림대학교 산학협력단
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Abstract

복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 상기 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 전송률을 산출하며, 상기 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성하는 무선 통신 시스템에서의 무선 통신 방법으로서,무선 통신 방법은 소스 노드에서 상기 복수의 노드들 각각에서 생성한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 기반으로 상기 기 설정된 반경 내 노드들 중 적어도 하나 이상을 상기 소스 노드가 목적지 노드까지 데이터 프레임을 전송하기 위해 필요한 릴레이 노드로 선택하는 단계, 및 상기 선택된 노드에 대한 정보를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 소스 노드가 상기 목적지 노드를 포함한 영역에 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 단계를 포함하되, 상기 목적지 노드에 도착한 데이터 내에 미수신 패킷이 존재하는 경우, 상기 목적지 노드에서 상기 정보에 대응하는 노드로 상기 미수신 패킷에 대응하는 요청이 전달될 수 있다.

Description

무선 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR WIRELESS COMMUNICATION}
본원은 주변 노드들 중 하나 이상을 릴레이 노드로 설정하여 목적지 노드가 미수신한 패킷을 재전송받을 수 있도록 하는 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 기술에서는, 송신 및 수신기에서 배열 안테나(array antenna)를 이용하여 빔의 방향을 장애물이 없는 곳으로 틀어 반사나 다중경로(multi-path)를 이용하여 통신을 수행하는 방법 즉, 빔 스티어링(beam-steering) 방법이 있으나, 이는 20dB이상의 신호 감쇠를 가져올 수 있어 높은 전송률을 보장 할 수 없다. 또한, 송신기와 수신기 간에 빔을 주고 받을 수 있도록 빔의 방향에 대한 동기가 맞도록 미리 제어 신호를 주고 받아야 하기 때문에, 그 동안 데이터 전송 지연이 발생하는 문제점이 있다.
최근 들어서는 디바이스를 제어하는 제어 장치, 예컨대 코디네이터(cordinator) 없이 와이미디어(WiMedia) 디바이들로만 구성된 무선 네트워크가 구성되고 있다. 이러한 무선 네트워크 상에 존재하는 모든 디바이스는 비콘 주기(BP: Beacon Period) 동안에 비콘을 전송해야 하며, 다른 디바이스들도 반드시 비콘을 수신하여야 한다. 이러한 비콘을 통해 주변의 모든 디바이스들을 발견하고, 이들과 동기화 등을 수행한다.
한편, 와이미디어 표준은 홈 네트워크 내에서 사용할 수 있도록 최대 30개 정도의 디바이스들에게 최대 480Mbps의 데이터 전송 속도를 지원할 수 있으며, 홈 네트워크에서의 다이렉트(direct) 통신만을 기술하고 있다.
이에 따라, 와이미디어 표준은 근거리에 존재하는 디바이스들간의 통신에 있어서 최적화되어 있지만, 먼 거리에 위치하는 두 디바이스들간 통신은 낮은 데이터 전송 속도만 지원할 수 있다.
이런 이유로, 최근 와이미디어 표준에서는 커버리지를 확장하고 신뢰성을 향상시키기 위한 노드간 릴레이 통신 방법에 대한 기술 개발이 이루어지고 있다. 본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제10-2011-0077726호에 개시되어 있다.
본원은 연구 개발 결과로 도출된 것으로서, 주변 노드들 중 하나 이상을 릴레이 노드로 설정하여 목적지 노드가 미수신한 패킷을 재전송받을 수 있도록 함으로써, 무선 통신 시스템의 전체 처리량을 높일 수 있는 무선 통신 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본원은 주변 노드들로부터 제공받은 전송률 테이블을 기반하여 목적지 노드와의 전송률이 높은 주변 노드를 릴레이 노드로 선택하고 목적지 노드가 미수신한 패킷을 릴레이 노드를 통해 전송해줌으로써, 무선 통신 시스템의 신뢰성을 높일 수 있는 무선 통신 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법은 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 상기 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 전송률을 산출하며, 상기 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성하는 무선 통신 시스템에서의 무선 통신 방법으로서, 소스 노드에서 상기 복수의 노드들 각각에서 생성한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 기반으로 상기 기 설정된 반경 내 노드들 중 적어도 하나 이상을 상기 소스 노드가 목적지 노드까지 데이터 프레임을 전송하기 위해 필요한 릴레이 노드로 선택하는 단계; 상기 선택된 노드에 대한 정보를 브로드캐스팅하는 단계; 데이터 구간에서 상기 소스 노드가 상기 목적지 노드를 포함한 영역에 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 단계; 및 상기 목적지 노드가 상기 전송받은 데이터의 확인을 통해 미수신 패킷이 존재하면, 상기 정보에 대응하는 노드에게 미수신 패킷을 요청하여 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 선택하는 단계는 비콘 구간에서 상기 소스 노드가 기 설정된 반경 내 노드들로부터 브로드캐스팅되는 전송률 테이블을 수신하는 단계; 상기 수신한 전송률 테이블에서 주변 노드가 상기 목적지 노드이면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 적어도 하나 이상의 노드를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다,
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 선택하는 단계는 상기 수신한 전송률 테이블 중 주변 노드가 상기 목적지 노드이면서 전송률이 가장 큰 값을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드를 상기 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 정보를 전송하는 단계는 상기 릴레이 노드로 설정된 노드의 주소 정보를 포함한 릴레이 통신 이아이를 브로드캐스팅하여 상기 기 설정된 반경 내 노드들에게 전송할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 미수신 패킷 요청은 컨트롤 프레임 서브 타입에 B-ACK 필드에 의해 정의될 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 선택하는 단계는 상기 소스 노드가 기 설정된 반경 내 복수의 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 복수의 주변 노드들간의 전송률을 산출하는 단계; 및 상기 목적지 노드를 제외한 복수의 주변 노드들간의 전송률 중 가장 높은 전송률을 갖는 주변 노드를 릴레이 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 상기 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 전송률을 산출하며, 상기 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성하는 무선 통신 장치로서, 비콘 구간에서 상기 기 설정된 반경 내 주변 노드에 의해 생성된 전송률 테이블을 수신하며, 상기 수신한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 근거하여 상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택하는 노드 선택부; 상기 선택된 릴레이 노드에 대한 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 메시지 생성부; 및 상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들과 통신을 수행하며, 상기 생성한 메시지를 브로드캐스팅하여 상기 주변 노드들에게 전송하며, 데이터 구간에서 데이터 프레임을 브로드캐스팅하여 목적지 노드에게 데이터를 전송하는 통신부를 포함하며, 상기 목적지 노드가 수신하지 못한 미수신 패킷은 상기 릴레이 노드로 선택된 주변 노드로부터 수신되도록 할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 노드 선택부는 비콘 구간에서 기 설정된 반경 내 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 산출한 상기 무선 통신 장치와 주변 노드들간의 전송률를 이용하여 상기 주변 노드들 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 노드 선택부는 상기 수신한 전송률 테이블에서 상기 목적지 노드를 포함하면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 적어도 하나 이상의 노드를 추출하고, 상기 추출한 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 노드 선택부는 상기 수신한 전송률 테이블 중 상기 목적지 노드를 포함하면서 전송률이 가장 큰 값을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드를 상기 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 메시지는 상기 릴레이 노드로 설정된 노드의 주소 정보를 포함한 릴레이 통신 이아이일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 소스 노드에서 브로드캐스팅되는 릴레이 노드로 설정된 노드의 정보를 수신하며, 상기 소스 노드에서 브로드캐스팅되는 데이터를 수신하는 수신부; 데이터 구간에서 동안 상기 소스 노드로부터 수신한 데이터 프레임의 확인을 통해 미수신 패킷이 존재하지는 확인하는 확인부; 및 상기 미수신 패킷이 존재할 경우 상기 정보에 대응하는 노드에게 상기 미수신 패킷을 요청하여 수신하는 요청부를 포함할 수 있다,
본 실시예의 일 예에 따르면, 상기 요청부는 컨트롤 프레임 서브 타입에 B-ACK 필드에 상기 미수신 패킷에 대한 요청을 정의하여 상기 정보에 대응하는 주변 노드에게 요청할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 주변 노드들 중 하나 이상을 릴레이 노드로 설정하여 목적지 노드가 미수신한 패킷을 재전송받을 수 있도록 함으로써, 무선 통신 시스템의 전체 처리량을 높일 수 있다,
또한, 본원은 주변 노드들로부터 제공받은 전송률 테이블을 기반하여 목적지 노드와의 전송률이 높은 주변 노드를 릴레이 노드로 선택하고 목적지 노드가 미수신한 패킷을 릴레이 노드를 통해 전송해줌으로써, 무선 통신 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 와이미디어 무선 매체 접근 제어의 슈퍼프레임(super frame)의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 슈퍼프레임을 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 분산 예약 프로토콜 방식의 무선 매체 접근 제어에서의 비콘 전송 및 데이터 전송의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법에 적용되는 무선 통신 시스템을 도시한 구성도이다.
도 5는 본원의 실시예에 따른 릴레이 노드 기반의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본원의 실시예에 따른 릴레이 통신 아이이의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함된 소스 노드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함된 목적지 노드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법과 종래의 직접 전송 방법 및 릴레이 베이스 전송 방법간을 비교한 그래프이다.
도 10은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법의 처리량을 비트 에러률에 따라 비교한 그래프이다.
도 11은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법의 처리량을 패킷 사이즈에 따라 비교한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 본 명세서 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다. 이하 첨부된 도면을 참고하여 본원의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본원의 실시예에 따른 노드 간 무선 통신 방법 및 시스템은 와이미디어(WiMedia)의 무선 매체 접근 제어 기술에 기반을 둔다.
상기 와이미디어의 무선 매체 접근 제어(Distributed Medium Access Control For Wireless Networks, Release 1.0, Dec. 8, 2005)는 기본적으로 전체 분산(fully distributed)되어 있다. 따라서, 상기 와이미디어 무선 매체 접근 제어에는, IEEE 802.15.3 MAC과 달리 어떠한 중앙 조정자(central coordinator)도 존재하지 않는다.
상기 와이미디어 무선 매체 접근 제어에는 분산 예약 프로토콜(DRP: Distributed Reservation Protocol) 및 우선 순위 경쟁 접속(PCA: Prioritized Contention Access)의 두 가지 매체 접근 제어 방식이 존재한다. 상기 분산 예약 프로토콜(DRP) 방식에서는 각 장치가 비콘 구간(BP: Beacon Period) 내에서 비콘을 교환하여 비콘 그룹(beacon group) 또는 확장형 비콘 그룹(extended beacon group)을 형성함으로써, 상기 그룹 내에서 비경쟁 모드 예약(contention-free reservation) 데이터 통신이 가능하도록 한다. 반면에, 우선 순위 경쟁 접속(PCA)에서는 IEEE 802.11e의 EDCA에서와 유사한 동작을 수행한다. 상기 EDCA는 주지관용의 기술에 해당하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 릴레이 노드 기반의 무선 통신 방법 및 시스템은 상기 와이미디어 무선 매체접근 제어의 두 가지 방식 중에서 분산 예약 프로토콜(DRP) 방식에 기반을 둘 수 있다. 이하에서는, 본원의 실시예를 설명하기에 앞서, 분산 예약 프로토콜(DRP) 방식을 포함한 와이미디어 무선 매체 접근 제어에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 와이미디어 무선 매체 접근 제어의 슈퍼프레임(super frame)의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 슈퍼프레임을 상세히 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 와이미디어 무선 매체 접근 제어의 슈퍼프레임(110)은 65,536us의 고정된 길이를 가지며, 비콘 구간(beacon period)(210) 및 데이터 구간(data period)(220)을 가진다. 비콘 구간(210)에는 각 통신 장치(이하, ‘노드’라고 함)별로 예약을 위해 비콘 슬롯(beacon slot)(230)을 가질 수 있다. 처음으로 데이터 통신을 시작하는 제 1 노드는 먼저 노드 발견(device discovery)을 통해 주변의 노드를 찾는다. 이때, 제 1 노드는 어떠한 비콘도 발견하지 못한 경우, 비콘을 보내 처음으로 슈퍼프레임을 시작한다. 이후, 제1 노드에 조인(join)하는 제 2 노드는, 제 1 노드와의 동기를 위해 이미 구성되어 있는 슈퍼프레임(N 번째 슈퍼프레임)(110)에 자신의 비콘을 일치시킨다.
여기서, 만약 제 2 노드가 비콘 구간(210)에서 리슨(listen)하다가 비어있는 비콘 슬롯(230)을 확인하게 되면, 다음 슈퍼프레임(N+1 번째 슈퍼프레임)(110)의 해당 비콘 슬롯에 자신의 비콘을 보내게 된다.
비콘 내에는 각 노드에 대한 비경쟁 예약 구간(contention-free reservation period)이 설정되어 있다. 따라서, 비콘 그룹 또는 확장형 비콘 그룹 내의 노드들은 각각 다른 장치들의 비경쟁 예약 구간에 데이터를 보낼 수 없고 오로지 자신의 비경쟁 예약 구간에만 데이터를 보낼 수 있다. 여기서, 비콘 그룹은 비콘의 영향권 안에 있는 노드들로 구성된 그룹을 의미한다.
도 3은 분산 예약 프로토콜 방식의 무선 매체 접근 제어에서의 비콘 전송 및 데이터 전송의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에서는, 노드(DEV) A 및 노드(DEV) B가 통신을 수행하고, 노드(DEV) C 및 노드(DEV) D가 통신을 수행할 때의 예약 할당 모습을 보여주고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 노드들(DEV A, DEV B, DEV C, DEV D, DEV E)은 비콘 구간(beacon period)(210)에서 서로 다른 비콘 슬롯(beacon slot)을 이용하여 비콘(310)을 전달한다. 이때, 전달된 비콘(310)에 의해 분산 예약이 이루어진다. 또한, 각 노드들은 데이터 구간(data period)(220)에서 데이터 프레임(320)을 전송하고, 전송된 데이터 프레임(320)에 대한 응답 신호(ACK)(330)를 수신할 수 있다.
이러한 방식(분산 예약 프로토콜 방식)은 중앙 예약(central reservation)에 비해 슈퍼프레임을 비효율적으로 사용할 가능성이 크지만, PNC(PicoNet Coordinator)에 의존하는 방식(예: IEEE 802.15.3)에 비해 PNC로의 병목 현상으로 인한 전송률 감소를 피할 수 있으며, PNC의 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 고정된 별도의 PNC가 존재하지 않고 모든 장치가 PNC가 될 수 있는 상황에서는, 분산 예약 프로토콜 방식이 효율적이라 할 수 있다.
이하에서는 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하기 위한 무선 통신 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법에 적용되는 무선 통신 시스템을 도시한 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 통신 시스템은 소스 노드(S), 목적지 노드(D) 및 복수의 주변 노드(R1, R2, R3)를 포함할 수 있다.
소스 노드(S), 목적지 노드(D) 및 복수의 주변 노드(R1, R2, R3) 각각은 비콘 구간에서 자신과 이웃하는 노드들, 예컨대 자신의 위치에서 기 설정된 반경 내 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 노드 각각이 기 설정된 반경 내 노드들과의 전송률을 산출하며, 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 전송률 테이블은 비콘 구간 동안 브로드캐스팅되어 이웃하는 노드들에게 전송될 수 있다.
소스 노드(S)는 복수의 주변 노드(R1, R2, R3) 중 어느 하나를 릴레이 노드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 소스 노드(S)는 비콘 구간 동안 수신되는 전송률 테이블과 목적지 노드를 기반으로 자신의 위치에서 기 설정된 반경 내 노드들 중 적어도 하나 이상을 소스 노드가 목적지 노드까지 데이터를 전송하기 위해 필요한 릴레이 노드를 선택할 수 있다. 이 경우, 소스 노드(S)는 수신한 전송률 테이블에서 주변 노드가 목적지 노드(D)이면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 전송률 테이블을 송신한 적어도 하나 이상의 노드를 선택한 후 선택된 노드들 중 어느 하나를 릴레이 노드로 선택할 수 있다. 바람직하게는, 소스 노드(S)는 수신한 전송률 테이블 중 주변 노드가 목적지 노드(D)이면서 전송률이 가장 큰 값을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드를 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
예를 들어, 소스 노드(S)와 제 1 주변 노드(R1) 사이의 전송률이 400Mbps이고, 제 1 주변 노드(R1)와 목적지 노드(D) 사이의 전송률이 160 Mbps이고, 소스 노드(S)와 목적지 노드(D) 사이의 전송률이 80 Mbp이고, 소스 노드(S)와 제 2 주변 노드(R2) 사이의 전송률이 160Mbps이고, 제 2 주변 노드(R2)와 목적지 노드(D) 사이의 전송률이 320 Mbps이고, 소스 노드(S)와 제 3 주변 노드(R3) 사이의 전송률이 160.6 Mbps이고, 제 3 주변 노드(R3)와 목적지 노드(D) 사이의 전송률이 200 Mbps인 경우, 소스 노드(S)는 각각의 전송률을 고려하여, 목적지 노드(D)까지 존재하는 주변 노드들 중 목적지 노드(D)와의 전송률이 320 Mbps로 가장 큰 값을 갖는 제 2 주변 노드를 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
또한, 소스 노드(S)는 비콘 구간 동안 목적지 노드(D)를 포함한 주변 노드(R1, R2, R3)로부터 수신되는 신호, 예컨대 비콘 프레임을 기반으로 자신과 노드들간의 전송률을 산출하고, 산출한 전송률 기반으로 복수의 주변 노드(R1, R2, R3) 중 어느 하나를 릴레이 노드로 설정할 수 있다.
한편, 소스 노드(S)는 비콘 구간 동안 복수의 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)에 릴레이 노드에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 데이터 구간 동안 데이터 프레임을 브로드캐스팅하여 목적지 노드(D)를 포함한 주변 노드(R1, R2, R3)에게 전송할 수 있다.
릴레이 노드로 설정된 노드는 목적지 노드(D)가 수신하지 못한 패킷(이하, ‘미수신 패킷’이라고함)을 요청하는 메시지를 수신한 후 이에 대한 응답으로 데이터를 목적지 노드(D)에 전송할 수 있다.
목적지 노드(D)는 소스 노드(S)로부터 데이터를 수신한 후 미수신 패킷이 존재할 경우 릴레이 노드로 설정된 주변 노드에게 요청할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 무선 통신 시스템을 이용한 무선 통신 방법을 설명한다.
도 5는 본원의 실시예에 따른 릴레이 노드 기반의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 소스 노드(S)는 비콘 구간 동안 주변 노드(R1, R2, R3 D)들로부터의 비콘 프레임 리슨(listen)을 통해 주변 노드(R1, R2, R3)로부터 전송율 테이블을 수신한다(단계 502).
그런 다음, 소스 노드(S)는 수신한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 기반으로 전송률 프레임을 송신한 주변 노드(R1, R2, R3) 중 어느 하나를 릴레이 노드로 선택한다. 구체적으로, 소스 노드(S)는 수신한 전송률 테이블에서 주변 노드가 목적지 노드(D)이면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 전송률을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드들을 선택하고(단계 404), 선택한 노드들 적어도 하나 이상의 노드를 릴레이 노드로 선택한다(단계 406). 바람직하게는, 소스 노드(S)는 전송률 테이블을 기초하여 하나의 주변 노드를 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
그리고 나서, 소스 노드(S)는 비콘 구간 동안 메시지, 예컨대 릴레이 통신 아이이(relay communication Information Elements)를 브로드캐스팅(단계 408)하여 주변 노드(R1, R2, R3, D)와 목적지 노드(D)에게 전송한다(단계 408). 여기서, 릴레이 통신 아이이는 비콘 정보 엘리먼트(beacon information elements) 내 필드에 추가될 수 있으며, 추가된 정보를 비콘에 포함시킬 수 있다. 그리고, 소스 노드(S)는 슈퍼 프레임의 비콘 구간에서 비콘을 복수의 주변 노드(R1, R2, D)로 전송할 수 있다.
본원의 실시예에서 릴레이 통신 아이이는 도 6에 도시된 바와 같이, 엘리먼트 아이디(element ID), 길이(length), 릴레이 노드 주소(Relay node address), 릴레이 통신 아이이 코맨드(RC IE command), 릴레이 DRP 할당, 목적지 노드의 주소(Destination node address), 전송률(Data rate) 등의 정보를 포함할 수 있다. 여기에서, 릴레이 노드 주소는 단계 404 및 단계 406을 통해 선택된 주변 노드이며, 릴레이 통신 아이이 코맨드의 값은 전송률 요청(data rate request), 전송률 응답(data rate response), 릴레이 요청(relay request), 릴레이 응답(relay response), 릴레이 재전송(relay retransmission), 지원된 전송률(supported data rate), 예약(reserved) 등에 의거하여 설정될 수 있다.
그런 다음, 소스 노드(S)는 데이터 구간에서 데이터 프레임을 브로드캐스팅하여 주변 노드(R1, R2, R3) 및 목적지 노드(D)에 전송한다(단계 410).
이후, 목적지 노드(D)는 데이터의 수신에 대한 응답(ACK)을 전송하게 된다. 구체적으로, 목적지 노드(D)는 수신된 데이터의 확인을 통해 미수신 패킷이 존재하는지를 판단한다(단계 412).
단계 410의 판단 결과, 미수신 패킷이 존재할 경우 목적지 노드(D)는 소스 노드(S)로부터 수신한 릴레이 통신 아이이를 기반으로 릴레이 노드로 선택된 주변 노드, 예컨대 주변 노드(R2)에게 응답을 전송한다(단계 414). 본원의 실시예에서 주변 노드(R2)에게 송신되는 응답은 컨트롤 프레임 서브 타입에 B-ACK 필드에 의해 정의되며, 목적지 노드(D)가 미수신 패킷에 대한 정보를 포함하고 있다.
이에 따라, 주변 노드(R2)는 B-ACK에 대한 응답으로 미수신 패킷을 목적지 노드(D)에 전송한다(단계 416).
한편, 본원의 일 실시예에서는 전송률 테이블을 기초하여 릴레이 노드를 선택하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 비콘 구간 동안 소스 노드(S)가 기 설정된 반경 네의 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)로부터 수신하는 비콘 프레임의 신호 세기를 기반으로 소스 노드와 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)간 전송률을 산출하고, 산출한 전송률 기반으로 주변 노드들 중 어느 하나를 릴레이 노드로 선택할 수도 있다. 구체적으로, 소스 노드(S)는 각 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)들과의 전송률 산출한 후 산출한 전송률을 기반으로 전송률 테이블을 형성하고, 생성한 전송률 테이블을 기초하여 목적지 노드(D)를 제외한 나머지 주변 노드(R1, R2, R3)의 전송률 중 가장 작은 전송률 갖는 노드를 릴레이 노드로 결정한다.
상술한 바와 같은 무선 통신 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
도 7은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함된 소스 노드(S)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 소스 노드(S)는 테이블 생성부(510), 노드 선택부(520), 메시지 생성부(530) 및 통신부(540) 등을 포함할 수 있다.
테이블 생성부(510)는 비콘 구간에서 기 설정된 반경 내 주변 노드(R1, R2, R3)간의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 자신과 주변 노드(R1, R2, R3)간의 전송률을 산출하고, 산출한 전송률 기반으로 전송률 테이블을 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 전송률 테이블은 통신부(540)룰 통해 브로드캐스팅되어 주변 노드(R1, R2, R3)들에게 전송될 수 있다.
노드 선택부(520)는 통신부(540)를 통해 주변 노드(R1, R2, R3)에 의해 생성된 전송률 테이블을 수신하며, 수신한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 근거하여 주변 노드(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
메시지 생성부(530)는 노드 선택부(520)에서 선택된 릴레이 노드의 정보를 기반으로 메시지, 예컨대 릴레이 통신 아이이(relay communication Information Elements)를 생성한 후 이를 통신부(540)를 통해 브로드캐스팅하여 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)에게 전송한다. 구체적으로, 메시지 생성부(530)는 릴레이 통신 아이이를 비콘 정보 엘리먼츠(beacon information elements) 내 필드에 추가한 후 추가된 정보를 비콘에 포함시키며, 슈퍼 프레임의 비콘 구간에서 비콘을 브로드캐스팅하여 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)로 전송할 수 있다.
통신부(540)는 기 설정된 반경 내 주변 노드(R1, R2, R3)들과의 브로드캐스팅 통신을 지원할 수 있다. 구체적으로, 통신부(540)는 비콘 구간 동안 소스 노드(S)에 의해 생성된 전송률 테이블과 메시지를 브로드캐스팅하여 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)에 전송하고, 데이터 구간 동안 데이터를 브로드캐스팅하여 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)에 전송할 수 있다.
한편, 테이블 생성부(510)는 비콘 구간 동안 주변 노드(R1, R2, R3)와 목적지 노드(D)로부터 수신되는 비콘 프레임을 기반, 즉 비콘 신호의 세기를 기반으로 주변 노드(R1, R2, D) 각각과 소스 노드(S)간의 전송률을 산출하며, 산출한 전송률을 기반으로 전송률 테이블을 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 전송률 테이블은 노드 선택부(520)에 제공될 수 있다.
이에 따라, 노드 선택부(520)는 전송률 테이블을 기반으로 목적지 노드(D)를 제외한 나머지 주변 노드(R1, R2, R3)의 전송률 중 가장 작은 전송률을 갖는 주변 노드를 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
도 8은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함된 목적지 노드(D)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 목적지 노드(D)는 데이터 송수신부(610), 확인부(620) 및 요청부(630)를 포함할 수 있다.
데이터 송수신부(610)는 데이터 구간 동안 소스 노드(S)로부터 브로드캐스팅되는 릴레이 엘리먼트 아이이와 데이터를 수신하고, 릴레이 노드로 선택된 주변 노드에 B-ACK을 전송한 후 이에 대한 응답으로 미수신 패킷을 수신할 수 있다.
확인부(620)는 소스 노드(S)로부터 수신한 데이터의 확인을 통해 미수신 패킷이 존재하는지를 판단할 수 있다.
요청부(630)는 확인부(620)의 확인 결과 미수신 패킷이 존재할 경우 비콘 구간 동안 수신한 릴레이 통신 아이이 내 정보, 즉 릴레이 노드의 정보를 기반으로 메시지, 예컨대 B-ACK을 생성한 후 이를 데이터 송수신부(610)를 통해 릴레이 노드로 선택된 주변 노드에 전송할 수 있다. 이에 따라, 목적지 노드(D)의 데이터 송수신부(610)는 소스 노드(S)로부터 미수신 패킷을 릴레이 노드로 선택된 주변 노드로부터 수신할 수 있다.
상술한 바와 같은 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법과 종래의 직접 전송(Direct transmission) 방법 및 릴레이 기반 전송(Relay based transmission) 방법간을 비교하면, 도 9에 도시된 바와 같다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법(relay-assisted retransmission)이 전체 처리량에 있어서 종래의 직접 전송 방법에 비해 노드수가 5개인 경우 1.5배 높고, 노드들의 수가 많아질수록 처리량이 2배 이상 높아진 것을 알 수 있다. 또한, 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법이 전체 처리량에 있어서 종래의 릴레이 기반 전송 방법에 비해 노드 수가 5개인 경우 0.5배 이상으로 높고, 노드들의 수가 많아질수록 처리량이 1.5배 이상 높아지는 것을 알 수 있다.
또한, 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법은, 도 10에 도시된 바와 같이, 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)이 작아질수록 전체 처리량이 증가되는 것을 알 수 있다.
한편, 본원의 실시예에 따른 무선 통신 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이, 패킷 사이즈가 커질수록 전체 처리량이 증가하는 것을 알 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 슈퍼프레임
210 : 비콘 구간
220 : 데이터 구간
230 : 비콘 슬롯
310 : 비콘
320 : 데이터 프레임
330 : 응답 신호
510 : 테이블 생성부
520 : 노드 선택부
530 : 메시지 생성부
540 : 통신부
610 : 데이터 송수신부
620 : 확인부
630 : 요청부

Claims (15)

  1. 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 상기 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 전송률을 산출하며, 상기 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성하는 무선 통신 시스템에서의 무선 통신 방법으로서,
    소스 노드에서 상기 복수의 노드들 각각에서 생성한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 기반으로 기 설정된 반경 내 노드들 중 적어도 하나 이상을 상기 소스 노드가 목적지 노드까지 데이터 프레임을 전송하기 위해 필요한 릴레이 노드로 선택하는 단계;
    상기 선택된 노드에 대한 정보를 브로드캐스팅하는 단계; 및
    상기 소스 노드가 상기 목적지 노드를 포함한 영역에 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 단계를 포함하되,
    상기 목적지 노드에 도착한 데이터 내에 미수신 패킷이 존재하는 경우, 상기 목적지 노드에서 상기 정보에 대응하는 노드로 상기 미수신 패킷에 대응하는 요청이 전달되는 것인, 릴레이 노드 기반의 무선 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는
    비콘 구간에서 상기 소스 노드가 기 설정된 반경 내 노드들로부터 브로드캐스팅되는 전송률 테이블을 수신하는 단계;
    상기 수신한 전송률 테이블에서 주변 노드가 상기 목적지 노드이면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 적어도 하나 이상의 노드를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는 단계를 포함하되,
    상기 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 단계는 데이터 구간에서 상기 소스 노드가 상기 목적지 노드를 포함한 영역에 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 것인, 무선 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선택된 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는 단계는 상기 수신한 전송률 테이블 중 주변 노드가 상기 목적지 노드이면서 전송률이 가장 큰 값을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드를 상기 릴레이 노드로 선택하는, 무선 통신 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송률 테이블은 상기 주변 노드들 각각과 상기 목적지 노드 사이의 전송률 테이블이되,
    상기 선택된 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는 단계는 상기 주변 노드들 중 상기 목적지와의 전송률이 가장 큰 값을 갖는 노드를 상기 릴레이 노드로 선택하는 것인, 무선 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정보를 브로드캐스팅하는 단계는 상기 릴레이 노드로 설정된 노드의 주소 정보를 포함한 릴레이 통신 아이이(Information Elements)를 브로드캐스팅하여 상기 기 설정된 반경 내 노드들에게 전송하는, 무선 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미수신 패킷 요청은 컨트롤 프레임 서브 타입에 B-ACK 필드에 의해 정의되는, 무선 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는
    상기 소스 노드가 기 설정된 반경 내 복수의 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 복수의 주변 노드들간의 전송률을 산출하는 단계; 및
    상기 목적지 노드를 제외한 복수의 주변 노드들간의 전송률 중 가장 높은 전송률을 갖는 주변 노드를 릴레이 노드로 선택하는 단계를 포함하는, 무선 통신 방법.
  8. 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 상기 복수의 노드들 각각이 주변 노드들과의 전송률을 산출하며, 상기 산출한 전송률을 포함한 전송률 테이블을 생성하는 무선 통신 시스템에서의 무선 통신 장치로서,
    기 설정된 반경 내 주변 노드에 의해 생성된 전송률 테이블을 수신하며, 상기 수신한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 근거하여 상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택하는 노드 선택부;
    상기 선택된 릴레이 노드에 대한 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 메시지 생성부; 및
    상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들과 통신을 수행하며, 상기 생성한 메시지를 브로드캐스팅하여 상기 주변 노드들에게 전송하며, 데이터 프레임을 브로드캐스팅하여 목적지 노드에게 데이터를 전송하는 통신부를 포함하며,
    상기 목적지 노드가 수신하지 못한 미수신 패킷은 상기 릴레이 노드로 선택된 주변 노드로부터 수신되도록 하는, 무선 통신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 노드 선택부는 비콘 구간에서 기 설정된 반경 내 주변 노드들과의 통신을 통해 송수신되는 신호를 기반으로 산출한 상기 무선 통신 장치와 주변 노드들간의 전송률를 이용하여 상기 주변 노드들 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택하는, 무선 통신 장치
  10. 제8항에 있어서,
    상기 노드 선택부는 상기 수신한 전송률 테이블에서 상기 목적지 노드를 포함하면서 전송률이 기 설정된 임계 값 이상인 적어도 하나 이상의 노드를 추출하고, 상기 추출한 노드들 중 어느 하나를 상기 릴레이 노드로 선택하는, 무선 통신 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 노드 선택부는 상기 수신한 전송률 테이블 중 상기 목적지 노드를 포함하면서 전송률이 가장 큰 값을 갖는 전송률 테이블을 송신한 노드를 상기 릴레이 노드로 선택하는, 무선 통신 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전송률 테이블은 상기 주변 노드들 각각과 상기 목적지 노드 사이의 전송률 테이블이되,
    상기 노드 선택부는 상기 주변 노드들 중 상기 목적지와의 전송률이 가장 큰 값을 갖는 노드를 상기 릴레이 노드로 선택하는 것인, 무선 통신 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 메시지는 상기 릴레이 노드로 설정된 노드의 주소 정보를 포함한 릴레이 통신 아이이(Information Elements)인, 무선 통신 장치.
  14. 소스 노드로부터 브로드캐스팅되는 선택된 릴레이 노드에 대한 정보를 수신하며, 상기 소스 노드로부터 브로드캐스팅되는 데이터를 수신하는 수신부;
    데이터 구간에서 동안 상기 소스 노드로부터 수신한 데이터 프레임의 확인을 통해 미수신 패킷이 존재하지는 확인하는 확인부; 및
    상기 미수신 패킷이 존재할 경우 상기 정보에 대응하는 노드에게 상기 미수신 패킷을 요청하여 수신하는 요청부를 포함하되,
    상기 소스 노드는,
    기 설정된 반경 내 주변 노드에 의해 생성된 전송률 테이블을 수신하고, 상기 수신한 전송률 테이블들과 목적지 노드를 근거하여 상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들 중 적어도 하나 이상을 릴레이 노드로 선택하고,
    상기 선택된 릴레이 노드에 대한 정보를 생성하며,
    상기 기 설정된 반경 내 주변 노드들과 통신을 수행하여 상기 선택된 릴레이 노드에 대한 정보를 브로드캐스팅하여 상기 주변 노드들에게 전송하고, 상기 데이터 프레임을 브로드캐스팅하여 상기 목적지 노드에 전송하는 것인, 무선 통신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 요청부는 컨트롤 프레임 서브 타입에 B-ACK 필드에 상기 미수신 패킷에 대한 요청을 정의하여 상기 정보에 대응하는 주변 노드에게 요청하는, 무선 통신 장치.
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