KR101679100B1 - 랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101679100B1
KR101679100B1 KR1020117026127A KR20117026127A KR101679100B1 KR 101679100 B1 KR101679100 B1 KR 101679100B1 KR 1020117026127 A KR1020117026127 A KR 1020117026127A KR 20117026127 A KR20117026127 A KR 20117026127A KR 101679100 B1 KR101679100 B1 KR 101679100B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rate
network
maximum
link
links
Prior art date
Application number
KR1020117026127A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110140132A (ko
Inventor
떼오도로쓰 쌀로니디쓰
죠르지오쓰 쏘띠로뿔로쓰
라메시 고빈단
로치 게린
Original Assignee
톰슨 라이센싱
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 톰슨 라이센싱 filed Critical 톰슨 라이센싱
Publication of KR20110140132A publication Critical patent/KR20110140132A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101679100B1 publication Critical patent/KR101679100B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/08—Non-scheduled or contention based access, e.g. random access, ALOHA, CSMA [Carrier Sense Multiple Access]
    • H04W74/0833—Non-scheduled or contention based access, e.g. random access, ALOHA, CSMA [Carrier Sense Multiple Access] using a random access procedure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
    • H04L65/40—Support for services or applications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0231—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on communication conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Abstract

본 방법은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하며 서로 간에 링크들을 갖는 노드들(NE1-NE5)을 구비하는 네트워크(WN)에서 실현가능한 레이트 영역을 온라인으로 계산하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 i) 각각의 링크에 대하여 최대 입력 레이트에서 당해 링크가 홀로 전송할 때의 최대 출력 레이트에 해당하는 1차 극점을 판정하는 단계, 및 ii) 선택된 간섭 모델과 이러한 1차 극점을 조합함으로써 2차 극점을 판정하는 단계를 포함하며, 1차 극점 및 2차 극점은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의한다.

Description

랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR ONLINE COMPUTATION OF THE FEASIBLE RATES REGION OF A RANDOM ACCESS NETWORK}
본 발명은 랜덤 액세스 네트워크에 관한 것으로서, 특히, 이러한 네트워크의 실현가능한 레이트 영역(feasible rates regions)의 계산에 관한 것이다.
여기서, "랜덤 액세스 네트워크"는, 예를 들어, ALOHA 또는 CSMA("Carrier Sense Multiple Access") 등의 랜덤 액세스(또는 "경쟁 기반의") MAC("Medium Access Control") 프로토콜에 기초하여 노드들이 동작하는 네트워크를 의미한다. 따라서, 이는 고정형의 (통신) 네트워크 또는 무선 (통신) 네트워크일 수 있으며, 특히, IEEE 802.11 네트워크(즉, 예를 들어, WiFi형의 WLAN (Wireless Local Area Network))일 수 있다.
이하의 설명에 있어서, 다음과 같이 고려된다:
- 링크의 "출력 레이트(output rate)"는 당해 링크의 "처리량(throughput)"과 동등한 의미이다.
- 링크의 "최대 출력 레이트"는 그 링크의 "최대 처리량" 또는 "용량"과 동등한 의미이다.
- "백로그(backlogged) 모드에서 전송한다"라는 것은 "최대 입력 레이트에서 전송한다"라는 것과 동등한 의미이다.
당업자라면 이해할 수 있듯이, 지구 주위의 도시 지역 및 전원 지역에서 전개되는 상기 언급된 네트워크들의 일부, 특히, 802.11 멀티-홉 무선 메쉬 네트워크는 염가의 인터넷 액세스 및 최근 탄생한 커뮤니티 어플리케이션을 가능하게 한다.
랜덤 액세스 네트워크는 무선 매체로의 전송을 중재하는 간단한 분산형의 MAC(Medium Access Control) 프로토콜과 같은 장점을 제공한다. 그러나, 랜덤 액세스 네트워크는 예측성의 부재, 불공평성, 또는 완전한 고갈(starvation) 등의 공지의 성능 문제로 인해 제한을 받는다. 이러한 문제점들은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜(특히, IEEE 802.11 one)과 프로토콜 스택의 상층과의 시너지가 빈약하기 때문이다. 이에 대하여 수개의 해결책이 제안되었으나, 대부분은 MAC 프로토콜의 개조 또는 TCP 등의 더 높은 계층의 레거시 프로토콜들을 필요로 한다.
이러한 해결책들은 3개의 카테고리로 분류될 수 있다: 처리량 예측 해법, 용량 추정 해법, 및 프로토콜 해법. 이하, IEEE 802.11 해법에 대하여 중점을 두어 설명하지만, 전술한 바와 같이, 본 발명은 이러한 유형의 네트워크에 한하지 않는다.
802.11 랜덤 액세스 멀티-홉 네트워크에서의 처리량 예측에 대하여 수개의 모델들이 제안되었다. 그 대부분은 IEEE 802.11 싱글-홉 네트워크에서의 이진 지수 백오프의 효과를 포착하고 있는 「G. Bianchi, "Performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 18(3):535-547, March 2000」에 기재된 첫번째 해결책 및 멀티-홉 네트워크에서의 캐리어 센싱의 효과를 포착하고 있는 「R. Boorstyn et al., "Throughput Analysis in Multi-hop CSMA Packet Radio Networks", IEEE Transactions on Communications, 35(3):267-274, March 1987」에 기재된 두번째 해결책에 기초한 것이다.
이러한 모델들은 간섭을 모델링하는 정확도(순수하게 기하형태에 기초하여 또는 실제의 측정에 기초하여) 및 그 예측력(싱글-홉 처리량 예측 또는 멀티-홉 처리량 예측)에 있어서 다르다. 이러한 모델들은 2가지 이유로 동작중인 멀티-홉 802.11 네트워크에 적합하지 않다. 첫번째로, 이 모델들 중 많은 것들이 처리량에 대하여 폐쇄형(closed form)의 표현을 제공하지 않으므로, 최적의 멀티-홉 처리량을 예측하기 위해 정의한 실현가능한 레이트 영역을 소모적으로 탐색해야한다. 이러한 탐색은, 감소된 정확도의 잠재적 비용에서의 비선형적인 제한변수에 의해 실행가능성이 특성화되는지를 제외하고도, 흐름량이 증가함에 따라서 과중한 비용이 소모될 수 있다. 두번째로, 모든 기존 측정 기반의 모델들은 모든 링크들이 활성화되어 특정한 패턴으로 백로그되는(개별 노드 활성화 또는 페어별 링크 활성화) 별도의 측정 단계를 필요로 한다. 그 결과, 이러한 모델들은 O(N2) 측정 또는 O(L2) 측정 중 어느 하나를 필요로 하며, 각각의 측정은 충분한 통계치들을 수집하기 위하여 통상 수 초(seconds)를 필요로 한다. 실제로, 이는 확장된 메쉬 네트워크 불가동 시간을 가져오며, 측정과 정상적 동작 사이의 스위칭을 위한 추가의 시그널링 메카니즘으로 인해 네트워크 동작을 복잡하게 한다.
최근에는 「N. Ahmed et al., "Online Estimation of RF Interference", Proc. ACM CoNEXT, Madrid, Spain, Dec. 2008」에서, 클라이언트-AP WLAN에서의 이러한 측정 시간을 대폭 줄이도록 하는 새로운 기법이 제안되었지만, 이 새로운 기법은 멀티-홉 무선 메쉬 네트워크에는 적용가능하지 않으며, 대규모의 펌웨어 개조를 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 랜덤 액세스 네크워크의(즉, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 사용하여) 실현가능한 레이트 영역의 판정(또는 계산)을 가능하게 하며, 레이트 제어를 통해 이러한 랜덤 액세스 네트워크의 성능의 최적화를 가능하게 하는 방법 및 그 관련 장치를 제공하는 것이다. 본 방법은 레거시 프로토콜의 개조를 필요로 하지 않으며, 오늘날의 넓게 활용가능한 트래픽 쉐이퍼(traffic shaper) 및 레이트 리미터(rate limiter)를 이용한 전개에서 쉽게 구현(또는 통합)될 수 있다.
더 구체적으로, 본 발명은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하며 서로 간에 링크들을 갖는 노드들을 구비하는 네트워크 내에서 실현가능한 레이트 영역을 온라인으로 계산하기 위한 방법을 제공한다. 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산은 가입 통제(admission control) 또는 네트워크 최적화(network optimization) 등의 어플리케이션들을 가능하게 한다.
여기서, "실현가능한 레이트 영역"은 주어진 시간에 랜덤 액세스 네트워크에 의해 동시에 유지될 수 있는 레이트들의 집합을 의미한다. 실현가능한 레이트 영역의 더 공식적인 정의로서는, 고유 링크 패킷 손실 레이트(inherent link packet loss rates)(pl)만에 의해 축소된(scaled down) 입력 레이트에 의해 도출되는 모든 달성 가능한 출력 레이트들(또는 처리량)의 집합이다. 고유 패킷 손실 레이트는 백로그 모드(예를 들어, 최대 입력 레이트에서)에서 링크가 홀로 전송할 때 측정되거나 또는 추정된다. 고유 패킷 손실 레이트(pl)가 제로가 되는 특별한 경우에, 실현가능한 레이트 영역은 그 대응하는 입력 레이트와 동일한 모든 출력 레이트(또는 처리량)의 집합이다.
본 방법은 다음 단계들을 포함한다:
i) 각각의 링크에서, 당해 링크가 최대 입력 레이트(예를 들어, 백로그 모드에서)에서 홀로 전송할 때의 최대 출력 레이트(또는 최대 처리량 또는 용량)에 해당하는 1차 극점(extreme point)을 판정하는 단계, 및
ii) 선택된 간섭 모델과 이러한 1차 극점을 조합하여 2차 극점을 판정하는 단계 - 이러한 1차 및 2차 극점은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의함 -.
본 발명에 따른 방법은 별도로 또는 조합하여 고려되는 추가적인 특성들을 포함할 수 있으며, 특히:
- 단계 i)에서, 1차 극점을 온라인으로 판정할 수 있다;
- 단계 i)에서, 링크의 각 1차 극점은, 당해 링크가 최대 입력 레이트(또는 백로그 모드에서)에서 홀로 전송할 때 얻어지는 최대 출력 레이트에 대응할 수 있다;
-> 최대 출력 레이트(또는 용량)를 계산하기 위해, 네트워크 계층 브로드캐스트 프로브(network-layer broadcast probes)를 이용하여 MAC 프로토콜로 인해 겪게 되는 패킷 손실 레이트를 온라인으로 먼저 측정하고, 그 후 채널 손실 레이트를 도출하기 위해 측정된 패킷 손실 레이트에 크로스-트래픽(cross-traffic)으로 인해 유발되는 충돌을 필터링하도록 채널 손실 레이트 추정기(channel loss rate estimator)를 사용할 수 있으며, 그 후 최대 출력 레이트를 채널 손실 레이트에 관련시키는 용량 표현을 사용할 수 있다.
-> 최대 출력 레이트는 최대 UDP(User Datagram Protocol) 출력 레이트일 수 있다.
- 단계 ii)에서, a) 페어별 간섭(pair-wise interference)(여기서, 페어의 두 링크들 사이의 각각의 간섭은 다른 링크들의 페어들 사이의 간섭으로부터 독립한 것으로 보여짐), 및 b) 이진 간섭(여기서, 페어의 두 링크들은 상호 배타적 방식으로 간섭하거나 또는 간섭하지 않음)을 가정하여, 선택된 간섭 모델과 1차 극점을 조합함으로써 2차 극점을 판정할 수 있다.
-> 단계 ii)에서, 각각의 정점은 단방향 링크에 대응하고, 정점의 페어 사이의 각각의 에지가 이 정점 페어에 해당하는 단방향 링크의 페어 사이의 간섭에 대응하는 네트워크의 충돌 그래프를 구축할 수 있으며, 충돌 그래프의 최대 독립 정점의 집합으로부터 상기 2차 극점을 판정할 수 있다.
각각의 최대 독립 정점의 집합은 충돌 그래프의 독립 집합 열거 알고리즘(independent set enumeration algorithm) 또는 충돌 그래프의 컴플리먼트(complement)의 최대 클리크 열거 알고리즘(independent clique enumeration algorithm) 중 어느 하나에 의해 판정될 수 있다.
-> 선택된 간섭 모델은 이진 LIR(link interference ratio) 간섭 모델일 수 있다.
본 발명은 또한 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하며 서로 간에 링크를 갖는 노드들을 구비하는 네트워크 내에서 실현가능한 레이트 영역을 온라인으로 계산하기 위한 장치로서,
- 각각의 링크에서 당해 링크가 최대 입력 레이트에서 홀로 전송할 때의 최대 출력 레이트(또는 용량)에 해당하는 1차 극점을 판정하도록 구성되는 1차 계산 수단, 및
- 선택된 간섭 모델과 이러한 1차 극점을 조합함으로써 2차 극점을 판정하도록 구성되는 2차 계산 수단을 포함하며,
이러한 1차 극점 및 2차 극점은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의하는 장치를 제공한다.
이 장치는 노드들, 노드들 사이의 이웃 관계, 라우팅 매트릭스, 및 1차 극점 및 2차 극점에 의해 제공되는 채널 손실 레이트로부터 네트워크의 목표 출력 레이트의 집합을 계산하도록 구성되는 3차 계산 수단을 더 포함할 수 있다.
이 3차 계산 수단은, 라우팅 매트릭스 및 1차 극점 및 2차 극점에 기초하여 제한 변수에 속하는 목표 출력 레이트의 효용 함수를 최적화한 후, 당해 계산된 집합에서 관련된 노드가 소스인 출력 레이트들의 부분 집합을 선택함으로써 네트워크 목표 출력 레이트 집합을 계산하고, 선택된 부분 집합의 이러한 출력 레이트에 해당하는 최적화된 입력 레이트를 생성하도록 구성될 수 있다.
이 장치는 또한 생성된 최적화된 입력 레이트에 따라서 관련 노드의 플로우의 레이트를 제한하도록 구성되는 제어 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면들을 조사함으로서 구체화될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일례의 실시예를 구비한 5개의 네트워크 장비(또는 노드)들을 포함하는 네트워크의 일례를 개략적이고 기능적으로 나타낸다.
도 2는 실현가능한 레이트 영역의 일례를 개략적으로 나타낸다.
첨부 도면들은 본 발명을 완성하기 위한 것일 뿐만 아니라 필요시 그 정의에 기여하는 기능을 할 수도 있다.
본 발명은 랜덤 액세스 네트워크(WN)(예를 들어, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크)에서 실현가능한 레이트 영역을 온라인으로 계산하기 위한 방법 및 관련 장치(D)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하의 설명에서 네트워크(WN)는 무선 형태, 더 구체적으로, IEEE 802.11 네크워크(예를 들어, WiFi 네트워크)인 것으로 간주한다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태의 네트워크로 한정되지는 않는다. 실제로 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 사용하는 노드들(또는 네트워크 장치들)을 포함하는 임의의 형태의 네트워크도 고려한다. 따라서, 네트워크는 또한 고정 네트워크일 수 있다.
또한, 이하의 설명에서 무선 네트워크(WN)는 멀티-홉 형태인 것으로 간주한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 네트워크는 무선 라우터 또는 그 사이에 연결되거나(또는 링크된) 노드를 정의하는 액세스 포인터(NEi)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태의 무선 네트워크에 한정되지 않는다. 실제로, 이는 싱글-홉 형태의 무선 네트워크, 즉, 사용자(또는 클라이언트) 무선 통신 장비를 서비스하고 노드를 정의하는 기지국(또는 임의의 동등한 무선 네트워크 장비)을 포함하는 형태에 관한 것이다. 여기서, 싱글-홉 형태 무선 네트워크는 멀티-홉 형태 무선 네트워크의 특별한 경우이다.
도시된 예에서, 노드 인덱스(i)는 1에서 5까지 변화하지만, 노드의 수(NEi)는 5보다 크거나 또는 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 네트워크(WN)에서 실현가능한 레이트 영역을 온라인으로 계산하기 위한 방법을 제안한다.
여기서, "실현가능한 레이트 영역"은 주어진 시간에 네트워크(WN)에 의해 동시에 유지될 수 있는 모든 레이트들의 집합을 의미한다.
여기서, 802.11 MAC 프로토콜은 기간 T:y = f(T)(x) 동안 링크 입력 레이트(x)(부하를 나타냄)를 링크 출력 레이트(y)(처리량을 나타냄)에 매핑하는 함수(f)로서 볼 수 있다. x가 제한되지 않고, 노드들(NEi)이 공칭 무선 대역폭(nominal radio bandwidth)으로 전송이 허락될 때, 각 링크의 출력 레이트는 간섭 및 빈약한 채널 조건으로 인하여 입력 레이트보다 일반적으로 작다. 이러한 두 원인은 MAC 백오프 및 재전송 지연으로서 또는 버퍼 오버플로우, MAC 충돌, 또는 빈약한 무선 채널 컨디션으로 인한 네트워크 계층 패킷 손실로서 나타난다.
전술한 바에 기초하여, 실현가능한 레이트 영역의 공식적인 정의는, 다음과 같이 오직 고유 링크 패킷 손실 레이트 벡터(p = (p1,..,pl,...,pL))에 의해서만 축소되는 제한된 입력 레이트 벡터(x = (x1,.., xl,...,xL))로 기인하는 모든 출력 레이트 벡터의 집합(y = (y1,..,yl,...,yL))이며 (yl= (1-pl)xl), 여기서, 각 링크 l = 1,.., L 에 있어서, 패킷 손실 레이트(p = (p1,..,pl,...,pL))는 링크가 최대 입력 레이트(또는 백로그 모드에서)에서 홀로 전송할 때의 최대 출력 레이트(또는 용량)와 유사하게 측정된다. 고유 패킷 손실 레이트(pl)가 제로가 되는 특별한 경우는, 실현가능한 레이트 영역이 그 해당 입력 레이트와 동일한 모든 출력 레이트의 집합이다.
또한, 실현가능한 레이트 영역의 정의는 상기 방법과 마찬가지로, L 링크의 레이트 벡터(y = (y1,..,yl,..., yL)) 대신에 고정 경로의 S 멀티-홉 플로우의 레이트 벡터(y = (y1,..,yl,..., yS))로 확장될 수 있다. 단지 차이점은 링크의 고유 패킷 손실은 이러한 플로우의 멀티-홉 경로를 위한 고유 패킷 손실(p = (p1,..,pl,...,pS))로 대체된다는 것이다. 각 경로(s)의 손실 레이트(ps)는 경로(s)에서 링크의 측정된 채널 손실 레이트(pl )에 기초하여 추정될 수 있는데, 예를 들어, 관계식
Figure 112011086234447-pct00001
으로 추정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 본 발명의 적어도 하나의 장치(D)에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장치(D)는 네트워크(WN)의 노드를 정의하는 수 개의(바람직하게는, 각각의) 네트워크 장비(NEi)에 위치될 수 있다. 그러나, 이 장치(D)는 또한, 네트워크 노드(NEi)에 결합된 네트워크 장비 또는 요소, 또는 관리 장비와 같이 네트워크(WN)에 연결된 네트워크 장비일 수 있다.
따라서, 장치(D)는 소프트웨어 모듈로 이루어질 수 있고, 적어도 부분적으로는, 전자 회로(들) 또는 하드웨어 모듈, 또는 하드웨어와 소프트웨어 모듈의 조합(이 경우, 장치(D)는 하드웨어와 소프트웨어 모듈간의 상호연동을 허용하는 소프트웨어 인터페이스를 또한 포함함)으로 이루어질 수 있다.
장치들(D)이 노드들(NEi)에 분포되었을 때, 그 각각은 그 노드(NEi)의 실현가능한 레이트 영역을 판정한다. 전체 네트워크 또는 네트워크의 부분에 단지 하나의 장치( D)만 있을 때, 이 중앙 장치는 모든 네트워크 노드들(NEi) 또는 그 네트워크 일부에 속하는 노드들의 실현가능한 레이트 영역을 판정한다.
본 발명에 따른 방법은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의하는 1차 극점 및 2차 극점의 판정을 목적으로 하는 두 개의 주요 단계를 포함한다.
이 실현가능한 레이트 영역은 볼록형의 폴리토프(convex polytope)에 의해 모델링될 수 있다. 실현가능한 레이트 영역은 K개의 극점(c[k] = (ck1,...,ckL))에 의해 특성화되며, 여기서, k=1 내지 K 이며, l은 두 개의 노드들(NEi)(l은 1 내지 L) 사이의 링크를 나타낸다. 볼록 선체(convex hull)(또는 경계)를 포함하는 폴리토프 내에 위치하는 출력 레이트들(y = (y1,...,yL))의 임의의 집합이 실현가능하다.
본 발명에 따르면, 이하 상술하는 바와 같이, 당해 폴리토프의 볼록 선체(또는 경계)의 각각의 포인트(c = (c1,..., cL))는 폴리토프 경계(또는 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 경계)를 정의하는 K개의 극점(c[k])의 선형 조합으로서 판정될 수 있다. 따라서, 각각의 (비극한) 포인트(c = (c1,..., cL))는 다음 관계식으로 표현될 수 있다.
Figure 112011086234447-pct00002
,
여기서,
Figure 112011086234447-pct00003
, 및
Figure 112011086234447-pct00004
가장 간단한 이에 한하지 않는 실현가능한 레이트 영역의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 본 예에서, 링크(L)의 수는 2와 같고, 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의하는 극점의 수(K)는 4와 같다. 본 예에서, c[1] = (c11, 0), c[2] = (0, c22), c[3] = (c31, c32) 및 c[4] = (c41, c42)은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의하는 4개의 극점들로서, 사각형 영역("독립 영역"이라 함)안에 포함되며, 경계에 속하는 비극점 c =(c1, c2)는 K개의 극점들의 선형 조합으로서, "시간 공유 영역"(time sharing region)은 링크가 간섭하지만 상호 배타적인 방법으로 스케줄링되어 정규화된 출력 레이트의 합이 (y1/c1 + y2/c2 ≤1)을 초과하지 않는 실현가능한 레이트 영역의 부분이다. 본 발명에 따르면, K개의 극점에 의해 정의된 폴리토프 내에 위치하는 임의의 출력 레이트(y = (yl, yl'))가 실현가능하다.
중요하게는, TDMA 네트워크 또는 시간 공유 CDMA 네트워크는 볼록형의 실현가능한 레이트 영역으로 특성화될 수 있고, 여기서, 극점들은 SINR 공식에 의해 용이하게 제공된다. 그러나, 이런 모델이 어떻게 802.11 과 같은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용한 네트워크에 적용될 수 있는지는 명백하지 않다. TDMA 및 CDMA 네트워크와 달리, 랜덤 액세스 네트워크에서, 실현가능한 레이트 영역은 반드시 볼록형일 필요는 없고, 분해식(analytical formula)에 의해 주어지지도 않는다. 본 발명에 따른 방법은 온라인 계산을 가능하게 하는 볼록 근사법(convex approximation)을 이용한다. 또한, 당해 모델을 현실의 랜덤 액세스 네트워크(예를 들어, 802.11)에 적용하는 것은 두 개의 과제 해결을 필요로 한다: (i) 실현가능한 레이트 영역의 적절한 특성화를 위한 극점들을 정의하는 것, 및 (ii) 네트워크 동작 동안에 비개입적 방법(non-intrusive manner)으로 이러한 극점들을 계산하는 것.
본 방법의 제1 주요 단계(i)는 두 개의 네트워크 노드들(NEi) 사이에 설치된 각각의 링크(l)에 대해, 최대 입력 레이트(또는 백로그 모드에서)에서 고려된 링크가 홀로 전송할 때의 최대 출력 레이트에 해당하는 1차 극점(primary extreme point)을 판정하는 것을 포함한다.
이러한 제1 주요 단계(i)는 장치(D)의 제1 계산 수단(CM1)에 의해 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는 분산형(즉, 노드(NEi)에 관련되는 각각의 분산 장치(D)에서)으로 구현되거나, 중앙집중형(즉, 네트워크(WN)의 하나의 중앙 장치(D)에서)로 구현될 수 있다.
본 방법의 제2 주요 단계(ii)는 선택된 간섭 모델과 이러한 1차 극점들을 조합함으로써 2차 극점들을 판정하는 것을 포함한다.
이러한 제2 주요 단계(ii)는 장치(D)의 제2 계산 수단(CM2)에 의해 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는 분산형으로서(즉, 노드(NEi)와 관련된 각각의 분산 장치(D)에서) 또는 중앙집중형으로서(즉, 네트워크(WN)의 하나의 중앙 장치(D)에서) 구현될 수 있다.
판정된 1차 및 2차 극점들은 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 경계를 함께 정의한다.
도 2의 실현가능한 레이트 영역의 비제한적인 일례에 있어서, c[1] = (c11, 0) 및 c[2] = (0, c22)는 각 링크가 홀로 전송할 때의 (두 개의) 최대 출력 레이트들(또는 용량)에 해당하는 두 개의 1차 극점들인 반면, c[3] = (c31, c32) 및 c[4] = (c41, c42)는 두 개의 링크들(l)이 동시에 전송할 때 부분적인 간섭을 포착하는 두 개의 2차 극점들이다.
바람직하게는, 이러한 1차 및 2차 극점들은 온라인 방식으로, 즉, 네트워크 동작 중에, 비개입적인 방법으로 판정(또는 계산)된다.
또한, 바람직하게는, 링크(l)의 각각의 1차 극점은 당해 링크(l)가 백로그 모드(즉, 최대 입력 레이트에서 전송)에서 홀로 전송할 때 성취되는 최대 출력 레이트(또는 용량)에 해당한다.
1차 극점들의 마지막 정의는 간단하지만, 네트워크 동작중에 링크(l)는 홀로 또는 백로그 모드에서 전송하지 않기 때문에 온라인 판정은 어렵다. 따라서, 최대 출력들(또는 용량들)을 계산하기 위해 온라인 용량 추정 절차(online capacity estimation procedure)를 도입하는 것이 가능하다.
무선 링크 품질 및 간섭 패턴은 시간에 따라 변하기 때문에, 이 온라인 용량 추정 절차는 측정 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이 온라인 용량 추정 절차는 최대 출력 레이트(또는 링크의 최대 처리량 또는 용량)가 MAC 프로토콜로 인해 겪게 되는 패킷 손실과 관련시키는 용량 표현을 이용하는 것을 포함할 수 있다.
패킷 손실 레이트는 오버헤드가 작게 일어나는 네트워크 계층 브로드캐스트 프로브을 이용해 온라인으로 측정할 수 있다. 그러나, 간섭이 나타날 때 당해 패킷 손실 레이트는 채널 에러 및 충돌 모두로 인한 손실들을 포함한다. 따라서, 링크의 최대 출력 레이트(또는 최대 처리량 또는 용량)를 당해 링크의 채널 손실 레이트와 관련시키는 용량 표현을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 네트워크 계층 브로드캐스트 프로브를 수단으로 MAC 프로토콜로 인해 겪게 되는 온라인 (링크) 패킷 손실 레이트를 측정할 수 있고, 그 후 채널 손실 레이트를 도출하기 위해 측정된 패킷 손실 레이트에서 크로스-트래픽으로 인한 충돌을 필터링하기 위해 채널 손실 레이트 추정기를 사용할 수 있고, 마지막으로 고려된 링크의 당해 최대 처리량을 판정하기 위해, 최대 출력 레이트를 채널 손실 레이트와 관련시키는 용량 표현을 사용할 수 있다.
중요하게는, 높은 정확도를 제공하기 때문에, 최대 UDP(User Datagram Protocol) 처리량인 최대 출력 레이트(또는 최대 처리량 또는 용량)를 판정하는 것이 바람직하다. 변형 형태로서, 예를 들어, 최대 TCP 처리량을 이용할 수 있지만, 이는 실현가능한 레이트 영역의 추정을 정확하지 않게 한다.
예를 들어, 최대 UDP 처리량(T)와 링크(l)의 채널 손실 레이트(pl) 사이의 관계를 나타내기 위해 이하의 수식(1)을 이용할 수 있다.
Figure 112011086234447-pct00005
여기서, P는 UDP의 페이로드 사이즈이고, tidle 및 ttx는 각각 평균 유휴 시간 및 전송 시간을 나타내며, 다음과 같이 근사화된다.
Figure 112011086234447-pct00006
여기서, H는 UDP의 헤더 사이즈이고, Tnom은 공칭 처리량(nominal throughput)이며, ETX는 1/(1-pl)로서, pl의 확률로 개별 손실들을 가정한 MAC 재전송의 기대수이다.
Figure 112011086234447-pct00007
여기서, σ는 802.11 슬롯 주기(slot duration)이며, W0 및 Wm 각각은 최소 및 최대 경쟁 윈도우 크기(contention window size)이며, m은 경쟁 윈도우 크기가 최대로 되고 Wm과 동일한 802.11 백오프 단계이다. 파라미터(m)는 802.11 표준에 의해 정의되는 정수이다. 또한,
Figure 112011086234447-pct00008
은 a≤b 인 경우, 임의의 두 개의 802.11 백오프 스테이지(a 및 b) 사이의 총 평균 백오프 시간을 나타내는 함수이다.
수식 (1)에서, 모든 수량은 미리 알려져 있거나 또는 pl에 의존한다. Tnom은 주어진 802.11 MAC 파라미터들, 데이터 패킷 크기, 및 데이터 레이트에서 계산될 수 있으며,「J. Jun et al. "Theoretical Maximum Throughput of IEEE 802.11 and its Applications", Proc. International Symposium on Network Computing and Applications (NCA), Cambridge, MA, USA, Apr. 2003」에 기재되어 있다. W0 , Wm 및 m은 802.11 사양서에 주어져 있다. 헤더(H) 및 패킷 페이로드(P) 또한 알려져 있으며, ETX 는 pl에 의존한다.
전술한 바와 같이, 패킷 손실 레이트(pl)는 네트워크 계층 브로드캐스트 프로브 패킷들을 이용하는 프로브 시스템에 의해 측정될 수 있다. 브로드캐스트 패킷들은 MAC 재전송에 속하는 것이 아니라, MAC 프로토콜로 인해 겪게 되는 패킷 손실을 반영한다. 예를 들어, 패킷 손실 레이트(pl)는 [1-(1-pDATA)(1-pACK)]로 계산될 수 있는데, 여기서, pDATA 및 pACK는 각각 DATA 및 ACK("acknowledge") 패킷 손실 레이트이다. 이러한 패킷 손실 레이트들은 프로브 윈도우 상에서 손실된 DATA 및 ACK 브로드캐스트 프로브의 부분으로서 측정될 수 있다. DATA 및 ACK를 에뮬레이션(emulating)한 브로드캐스트 프로브들은 각각 DATA 패킷 및 ACK 패킷의 데이터 레이트와 패킷 사이즈로 보내질 수 있다.
네트워크 작동 중에, 채널 에러와 충돌 양측 모두로 인해 패킷 손실이 발생하며, 측정된 손실 레이트(pDATA 및 pACK )는 링크가 홀로 전송되는 경우보다 더 높게 된다. 최대 UDP 처리량 표현을 이용하기 위해, 채널 에러로 인한 충돌을 구분하고, pDATA 및 pACK 의 추정된 채널 손실 레이트로부터 계산된 pl 의 수식 (1)을 이용할 수 있다. 따라서, 온라인 최대 UDP 처리량 추정 문제는 충돌로부터 채널 손실을 분리하는 문제로 바뀐다. 이 문제의 해법들은 클라이언트-AP WLAN 트래픽 시나리오를 위해 설계되었거나, 펌웨어에 로우-레벨 액세스를 필요로 한다. 이러한 해법들은 특히 「S. Rayanchu et al., "Diagnosing Wireless Packet Losses in 802.11: Separating Collision from Weak Signal", Proc. IEEE INFOCOM, Phoenix, AZ, USA, Apr. 2008」 및 「K. Whitehouse et al., "Exploiting the capture effect for collision detection and recovery", EmNetS-11, 2005」에 기재되어 있다.
최대 UDP 처리량을 추정하기 위해 당업자에 공지된 임의의 기술을 사용할 수 있다. 애드 혹(Ad Hoc) 프로브가 그러한 기술이다(특히, 「L.-J. Chen et al., "Ad hoc probe: path capacity probing in wireless ad hoc networks", Proc. International Conference on Wireless Internet (WICON), Budapest, Hungary, Jul. 2005」에 기재되어 있다). 그러나, 애드 혹 프로브는 링크의 최대 UDP 처리량을 추정하기에 적합하지 않으며, 그 이유는, a) 간섭이 없으면, 공칭 처리량에 더 가까운 더 큰 값을 추정하고(애드 혹 프로브 추정은 고유 링크 채널 손실들을 고려하지 않은 최소 분산 (지연) 추정값들에 근거하기 때문에), b) 간섭이 있으면, 최소 지연 필터가 혼잡(congestion)을 필터링하지만, 손실을 고려하지 않기 때문이다.
전술한 바와 같이, 제2 주요 단계(ii) 동안 선택된 간섭 모델과 (제1 주요 단계(i) 동안 판정된) 1차 극점들을 조합함으로써 2차 극점들을 판정한다.
예를 들어, 이 간섭 모델은 두 가지 단순화의 가정들에 의존할 수 있다. 첫째, 페어별 간섭을 가정하며, 여기서, 페어의 두 링크들 사이의 각각의 간섭은 다른 페어들의 링크들 사이의 간섭과 독립적이라고 가정한다. 둘째, 이진 간섭을 가정하며, 여기서, 페어의 두 링크들 중 어느 하나는 상호 배타적으로 간섭하거나 또는 간섭하지 않는 것으로 가정한다. 도 1에 도시된 일례(단순한 2차원의 경우)를 참조하면, 간섭 모델은 시간 공유 영역 또는 독립 영역 중 어느 하나를 포착한다.
예를 들어, 선택된 간섭 모델은 이진 LIR(Link Interference Ratio) 간섭 모델일 수 있다. LIR은 「J. Padhye et al., "Estimation of Link Interference in Static Multi-hop Wireless Networks", Proc. ACM Internet Measurement Conference (IMC), Berkeley, CA, USA, Oct. 2005」에 기재된 CSMA 네트워크에서 링크 페어들 사이의 간섭을 측정하는 측정법이다.
LIR은
Figure 112011086234447-pct00009
로 정의되며,
여기서, c11, c22, c31 및 c32 는 링크들이 각각 개별적으로 동시에 백로그 전송할 때의 UDP 처리량이다. LIR = 1 은 링크들이 간섭하지 않는 것을 나타낸다. 낮은 LIR은 높은 간섭도를 나타낸다.
예를 들어, LIR 문턱치(LIRth)에 기초한 이진 간섭 모델을 사용할 수 있다. 두 링크들의 LIR이 LIR 문턱치(LIRth)보다 클 때, 두 링크들은 "비간섭"으로 간주되고, 그 실현가능한 레이트 영역은 1차 극점들((c11, 0) 및 (0, c22))과 2차 극점(c11, c22)에 의해 정의되는 독립 영역에 의해 포착된다. 그렇지 않으면, 두 링크들은 "간섭"으로 간주되고, 그 실현가능한 레이트 영역은 1차 극점들((c11, 0) 및 (0, c22))에 의해서만 정의되는 시간 공유 영역이다.
다른 이진 간섭 모델들, 특히, 투-홉(two-hop) 페어별 이진 간섭 모델이 사용될 수 있으며, 여기서, 각각의 링크는 그 노드 엔드 포인트에 인접한 모든 링크들 및 원-홉(one-hop)만큼 이웃에 인접한 모든 링크들과 간섭한다. 이러한 다른 간섭 모델(특히,「S. Rangwala et al., "Understanding congestion control in multi-hop wireless mesh networks", Proc. ACM MobiCom, San Francisco, CA, USA, Sep. 2008」에 기재됨)은 LIR 간섭 모델보다 온라인(예를 들어, 네트워크 동작중에)으로 사용하는 것이 더 쉽다. 무선 메쉬 테스트베드에서의 광범위한 실험과 측정들에서는, LIR 문턱치가 LIRth = 0.95인 이진 LIR 간섭 모델에 적절한 근사화를 제공하는 것으로 나타났다. 그러나, 이러한 홉-기반 간섭 모델의 기타 변형예들이 페어별 이진 간섭 모델을 실현하기 위해 사용할 수 있다.
각각의 정점이 단방향 링크(l)에 대응하며, 정점들의 페어 사이의 각각의 에지가 이러한 정점들의 페어에 해당하는 단방향 링크들(l)의 페어 사이의 간섭에 대응하는 네트워크(WN)의 충돌 그래프를 구축할 있으며, 이러한 충돌 그래프(conflict graph)의 최대 독립 정점들의 집합으로부터 2차 극점들을 판정할 수 있다.
중요하게는, 페어별 이진 간섭 모델이 충돌 그래프의 두 정점들 사이에 에지가 존재하는지 여부를 판정한다. 대응하는 링크들이 이 모델에 기초하여 간섭한다면, 정점들 사이에 에지를 추가한다. 상이한 페어별 이진 간섭 모델들은 일반적으로 같은 네트워크에 대하여 상이한 충돌 그래프를 생성하게 된다.
충돌 그래프의 정점들의 독립 집합은 간섭없이 동시에 전송할 수 있는 링크들(l)의 집합들을 나타낸다. 이러한 독립 집합들은 충돌 그래프의 독립 집합 열거 알고리즘(independent set enumeration algorithm)을 이용해 계산될 수 있다. 다른 방법으로, 충돌 그래프의 컴플리먼트에서의 클리크(clique) 열거 알고리즘을 이용해 계산할 수 있다(일반적으로, 정점 집합(V) 및 에지 집합(E') 을 가지는 그래프(G' = (V, E'))는, 에지((vi, vj))가 E에 속하지 않으면 E'에 속하는 경우, 동일한 정점 집합(V)과 또 다른 에지 집합(E)를 갖는 그래프(G = (V, E))의 컴플리먼트(complement)라 한다. 즉, 두 정점들(vi 및 vj)은 이들이 G에서 인접하지 않는 경우에 G'에서 인접한다. 따라서, 충돌 그래프의 컴플리먼트 중의 클리크들은 충돌 그래프의 독립 집합들이다).
중요하게는, 최대 독립 집합들은 여기에서 열거 알고리즘의 복잡성을 감소시키기 위해서만 사용된다. 그러나, 좀 더 정확한 추정이라면, 충돌 그래프의 모든 독립 집합들을 사용하게 된다.
클리크 열거 알고리즘이 사용될 수 있는 일례는 「K. Makino et al., "New algorithms for enumerating all maximal cliques", Proc. 9th Scandinavian Workshop on Algorithm Theory, Humlebaek, Denmark, Jul. 2004」에 기재되어 있다.
m ∈ M 인 각각의 최대 독립 집합은 0-1 L×1 벡터 v[m]으로 표현되며, 여기서, 단위 요소들은 이 독립 집합의 정점들에 대응하는 링크들을 나타낸다. 각각의 벡터(v[m])은 각 단위 엔트리를 대응하는 용량으로 치환함으로써 2차 극점( c(2)[m])에 매핑되어질 수 있다. 이는 L × L 대각선 매트릭스( C(1))을 이용하여 행해질 수 있으며, 여기서, 각 열은 1차 극점( c(1)[k])에 대응한다. 그 후, 각각의 2차 극점은 이하 설명하는 바와 같이 구축될 수 있다:
c(2)[m] = C(1)v[m], m = 1,...,M,
여기서, M은 충돌 그래프에서 최대 독립 집합들의 개수이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(D)는 제1 계산 수단(CM1) 및 제2 계산 수단(CM2)과 결합한 제3 계산 수단(CM3)을 더 포함할 수 있다. 이러한 제3 계산 수단(CM3)은 노드들(NEi), 노드들(NEi) 사이의 이웃 관계들, 라우팅 매트릭스, 및 1차 극점 및 2차 극점에 의해 제공되는 채널 손실 레이트로부터 네트워크(WN)의 목표 출력 레이트의 집합을 계산하도록 구성된다.
경로(라우팅 매트릭스), 이웃 정보(또는 관계들), 및 채널 손실 레이트 추정값들은 "클릭(Click)"으로 제공되는 Srcr 등의 라우팅 프로토콜을 수단으로 네트워크(WN)에 전파될 수 있다. 이러한 정보는 각각의 노드(NEi)에 의해 Srcr 토폴로지 데이터베이스를 갱신하고, 경로를 계산하고(예를 들어, 「R. Draves et al., "Routing in multi-radio, multi-hop wireless mesh networks", Proceedings of MobiCom, 2004」 에 기재된 ETT와 같은 링크 비용 측정법을 이용한 Dijkstra 라우팅 알고리즘을 이용함으로써), 제3 제어 수단(CM3)에서 최적화 알고리즘을 실행하도록 사용된다.
목표 출력 레이트들의 집합은 분산형 장치(D)에 관련되는 각각의 노드(NEi)에서 국소적으로(즉, 분산형으로서) 또는 중앙집중식으로, 즉, 네트워크(WN)의 하나의 중앙 장치(D)에서 계산될 수 있다.
예를 들어, 목표 출력 레이트들의 집합(y = (y1,...,ys))은 라우팅 매트릭스 및 1차 극점 및 2차 극점(c[k] = (ck1,..., ckL))에 기초한 제한변수들에 속하는 목표 출력 레이트들의 효용 함수(U(ys))를 최적화함으로써 계산될 수 있다.
효용 함수(U(ys))의 볼록형 최적화(convex optimization)의 일례는 다음과 같다:
Figure 112011086234447-pct00010
(l = 1, ..., L)
Figure 112011086234447-pct00011
(αk≥0 및 k = 1, ..., k )에 속하는,
Figure 112011086234447-pct00012
를 최대화,
여기서, S는 플로우(s)의 수, Rl ,s는 플로우(s)가 링크(l)을 통해(라우팅 매트릭스에 따라서) 라우팅되고 있는지를 나타내는 이진 라우팅 변수들이며, 여기서, 효용 함수는 다음과 같다:
Figure 112011086234447-pct00013
이는 공평성과 처리량을 상충 관계로 하는 광범위한 대상들을 제공하는 공지의 부류(family)이다.
그 후, 주어진 네트워크 출력 레이트 벡터(y = (y1,...,ys))에서, 제3 계산 수단(CM3)은 관련된 노드(NEi)가 소스인 레이트들의 부분집합(ys)을 선택하고, 선택된 부분 집합의 이러한 출력 레이트에 대응하는 해당 최적화된 입력 레이트들(xs)을 생성한다. 예를 들어, 각각의 최적화된 입력 레이트(xs)는 xs = ys / (1 - ps)로 주어지고, 여기서, ps는 경로 손실(path loss)이다. 이러한 경로 손실(ps)은, 예를 들어,
Figure 112011086234447-pct00014
관계식에 의해 경로(s)에서 채널 손실 레이트(pl)에 기초하여 추정될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 장치(D)는 제3 계산 수단(CM3)에 의해 생성되는 최적화된 입력 레이트들(xs)에 따라 그 관련 노드(NEi)의 플로우 레이트를 제한하도록 구성되는 제어 수단(CNM)을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 제어 수단(CNM)은, 예를 들어, 클릭 대역폭 쉐이퍼(Click BandwidthShaper)를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 레이트 제어가 조절되는 시간 스케일(time scale)은, 용량 추정 간격(프로브 윈도우 크기 및 주기에 의해 판정됨) 및 제1 계산 수단(CM1), 제2 계산 수단(CM2), 및 제3 계산 수단(CM3)이 취하는 계산 시간에 의존한다.
용량 추정 간격은 네트워크 계층 프로브 시스템에 의해 제한된다. 프로브 빈도는 오버헤드를 낮게 유지하기 위해 충분히 작아야만 하지만(예를 들어, 매 0.5 초), 충분한 정확성을 보장하기 위해 충분한 프로브가 사용되어야 한다. 안정적인 채널 손실 레이트들 및 안정적인 용량 추정값들은 몇 분 이내에 얻을 수 있다(통상 약 100초에서 800초 사이).
계산 시간은 제1 계산 수단(CM1), 제2 계산 수단(CM2), 및 제3 계산 수단(CM3)이 실현가능한 레이트 영역의 극점들을 계산하고 최적화 문제를 해소하기 위해 필요한 시간이다.
본 발명은 몇 분의 시간 스케일에서 메쉬 네트워크의 온라인 최적화 기반의 네트워크 계층 레이트 제어를 제공하며, 이는 이러한 네트워크에서 일어나는 다수의 공통적인 성능 문제들을 제거하도록 하며, 예를 들어, 고갈을 피하거나, 높은 출력 레이트(또는 처리량)의 희생 없이 공평성 목표를 향상시킨다.
또한, 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산은 기재한 최적화 방법에 더하여 가입 통제(예를 들어, 주어진 시간에 주어진 레이트들의 집합이 네트워크에 의해 유지될 수 있는지 판정하는 것)를 위해 사용될 수 있다.
전술한 방법, 장치, 네트워크 장비들의 실시예는 단지 일례로서, 본 발명은 이에 한하지 않고, 이하 청구항들의 범주 내에서 당업자에 의해 모든 대체 실시예들을 포괄한다.

Claims (14)

  1. 네트워크 동작 동안에, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하며 서로 간에 링크들을 갖는 노드들(NEi)을 포함하는 네트워크(WN) 내에서 실현가능한 레이트 영역(feasible rates region)을 계산하는 방법으로서 - 상기 실현가능한 레이트 영역은 상기 네트워크(WN)에 의해 동시에 유지될 수 있는 레이트들의 집합임 - ,
    i) 각각의 링크에 대해, 상기 링크가 홀로 최대 입력 레이트로 전송할 때 최대 출력 레이트에 대응하는 1차 극점(primary extreme point)을 판정하는 단계 - 링크의 각각의 1차 극점은, 상기 링크가 홀로 최대 입력 레이트로 전송할 때 얻어지는 최대 출력 레이트에 대응함 -; 및
    ii) 간섭 모델과 상기 1차 극점들을 결합함으로써 2차 극점들을 판정하는 단계 - 상기 1차 극점들 및 2차 극점들은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의함 -
    를 포함하며,
    상기 방법은
    네트워크 계층 브로드캐스트 프로브들에 의해 MAC 프로토콜에 의해 겪게 되는 온라인 패킷 손실 레이트를 측정하는 단계;
    채널 손실 레이트 추정기에 의해 채널 손실 레이트를 도출하기 위해 상기 측정된 패킷 손실 레이트에 크로스-트래픽(cross-traffic)으로 유발되는 충돌을 필터링하는 단계; 및
    상기 최대 출력 레이트를 상기 채널 손실 레이트에 관련시키는 용량 표현(capacity representation)을 제공하는 단계
    를 포함하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 i)에서, 상기 1차 극점들을 온라인으로 판정하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최대 출력 레이트는 최대 UDP(User Datagram Protocol) 출력 레이트인, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 ii)에서, a) 페어별 간섭들(pair-wise interferences) - 여기서, 하나의 페어의 두 링크들 사이의 각각의 간섭은 다른 링크들의 페어들 사이의 간섭들과는 독립적인 것으로 보여짐 -, 및 b) 이진 간섭들(binary interferences) - 여기서, 하나의 페어의 두 링크들은 상호 배타적 방식으로 간섭하거나 또는 간섭하지 않음 - 을 가정하여, 상기 간섭 모델과 상기 1차 극점들을 결합함으로써 상기 2차 극점들을 판정하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    단계 ii)에서, 각각의 정점이 단방향 링크에 대응하고, 정점들의 페어(a pair of vertices) 사이의 각각의 에지가 상기 정점들의 페어에 대응하는 단방향 링크들의 페어 사이의 간섭에 대응하는, 상기 네트워크(WN)의 충돌 그래프를 구축하며, 상기 충돌 그래프의 최대 독립 정점들의 집합들로부터 상기 2차 극점들을 판정하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 최대 독립 정점들의 집합을, 상기 충돌 그래프 상의 독립 집합 열거 알고리즘(independent set enumeration algorithm) 또는 상기 충돌 그래프의 컴플리먼트(complement) 상의 최대 클리크 열거 알고리즘(maximal clique enumeration algorithm) 중 어느 하나에 의해 판정하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 간섭 모델은 이진 링크 간섭 비율 간섭 모델(binary Link Interference Ratio interference model)인, 실현가능한 레이트 영역 계산 방법.
  8. 네트워크 동작 동안에, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하며 서로 간에 링크들을 갖는 노드들(NEi)을 포함하는 네트워크(WN) 내에서 실현가능한 레이트 영역을 계산하는 장치(D)로서 - 상기 실현가능한 레이트 영역은 네트워크(WN)에 의해 동시에 유지될 수 있는 레이트들의 집합임 - ,
    메모리와 결합된 프로세싱 회로; 및
    MAC 프로토콜에 의해 겪게 되는 온라인 패킷 손실 레이트를 수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스
    를 포함하며,
    상기 프로세싱 회로는,
    i) 각각의 링크에 대하여, 상기 링크가 홀로 최대 입력 레이트로 전송할 때 최대 출력 레이트에 대응하는 1차 극점을 판정하고 - 링크의 각각의 1차 극점은, 상기 링크가 홀로 최대 입력 레이트로 전송할 때 얻어지는 최대 출력 레이트에 대응함 -, 및
    ii) 간섭 모델과 상기 1차 극점들을 결합함으로써 2차 극점들을 판정하도록 구성되고 - 상기 1차 극점들 및 2차 극점들은 실현가능한 레이트 영역의 경계를 정의함 -,
    상기 프로세싱 회로는, 채널 손실 레이트를 도출하기 위해 측정된 패킷 손실 레이트에 크로스-트래픽(cross-traffic)으로 유발되는 충돌을 필터링하고, 상기 최대 출력 레이트를 상기 채널 손실 레이트에 관련시키는 용량 표현(capacity representation)을 제공하도록 더 구성되는, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최대 출력 레이트는 최대 UDP(User Datagram Protocol) 출력 레이트인, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는, a) 페어별 간섭들(pair-wise interferences) - 여기서, 하나의 페어의 두 링크들 사이의 각각의 간섭은 다른 링크들의 페어들 사이의 간섭들과는 독립적인 것으로 보여짐 -, 및 b) 이진 간섭들(binary interferences) - 여기서, 하나의 페어의 두 링크들은 상호 배타적 방식으로 간섭하거나 또는 간섭하지 않음 - 을 가정하여, 상기 간섭 모델과 상기 1차 극점들을 결합함으로써 상기 2차 극점들을 판정하도록 더 구성되는, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 노드들(NEi), 노드들(NEi) 사이의 이웃 관계들, 라우팅 매트릭스, 및 상기 1차 극점들 및 2차 극점들에 의해 제공되는 채널 손실 레이트들로부터 상기 네트워크(WN)의 목표 출력 레이트들의 집합을 계산하도록 구성되는 제3 계산 수단(CM3)을 더 포함하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 계산 수단(CM3)은, 상기 라우팅 매트릭스 및 상기 1차 극점들 및 2차 극점들에 기초하여 제한(constraints)되는 상기 목표 출력 레이트들의 효용 함수(utility function)를 최적화한 후, 관련된 노드(NEi)가 소스인 출력 레이트들의 부분 집합을 상기 계산된 집합으로부터 선택함으로써 상기 네트워크의 목표 출력 레이트들의 집합을 계산하고, 상기 선택된 부분 집합의 상기 출력 레이트들에 대응하는 최적화된 입력 레이트들을 생성하도록 구성되는, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 생성된 최적화된 입력 레이트들에 따라서 상기 관련된 노드(NEi)의 플로우들의 레이트를 제한하도록 구성되는 제어 수단(CNM)을 더 포함하는, 실현가능한 레이트 영역 계산 장치.
  14. 삭제
KR1020117026127A 2009-04-03 2010-03-18 랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법 KR101679100B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09305284.3 2009-04-03
EP09305284A EP2237591A1 (en) 2009-04-03 2009-04-03 Device and method for online computation of the feasible rates region of a random access network
PCT/EP2010/053577 WO2010112349A1 (en) 2009-04-03 2010-03-18 Device and method for online computation of the feasible rates region of a random access network

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110140132A KR20110140132A (ko) 2011-12-30
KR101679100B1 true KR101679100B1 (ko) 2016-12-06

Family

ID=40901823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117026127A KR101679100B1 (ko) 2009-04-03 2010-03-18 랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9060285B2 (ko)
EP (3) EP2237591A1 (ko)
JP (1) JP5596778B2 (ko)
KR (1) KR101679100B1 (ko)
CN (1) CN102379136B (ko)
WO (1) WO2010112349A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8520523B2 (en) * 2011-02-11 2013-08-27 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Devices and methods for managing quality of service for bearers depending on utilization
KR101915473B1 (ko) * 2012-06-29 2018-11-06 삼성전자주식회사 간섭 중화를 수행하는 멀티 홉 네트워크에서 대상 송신 노드 및 대상 수신 노드의 페어를 분산적으로 결정하는 방법 및 협력 헤더를 통하여 중앙 집중적으로 결정하는 방법
US9326186B1 (en) 2012-09-14 2016-04-26 Google Inc. Hierarchical fairness across arbitrary network flow aggregates
JP6470781B2 (ja) * 2017-03-06 2019-02-13 アンリツ株式会社 測定装置及び測定方法
CN113133031B (zh) * 2021-03-22 2022-08-19 厦门亿联网络技术股份有限公司 一种信号诊断方法、系统、设备及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050075104A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-07 Microsoft Corporation Model and method for computing performance bounds in multi-hop wireless networks

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6584111B1 (en) * 1998-11-04 2003-06-24 Northern Telecom Limited ABR flow control using single bit congestion indication and wavelet transform filtering
US7590099B2 (en) 2003-09-25 2009-09-15 Qualcomm Incorporated Managing traffic in communications system having dissimilar CDMA channels
EP1687940B1 (en) 2003-10-10 2013-01-09 Thomson Licensing Prioritizing udp over tcp traffic by slowing down the tcp transmission rate
US20060256723A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Hellenthal Jan W Scheduling incoming packet traffic on an output link of a network device associated with a data network
US7660315B2 (en) * 2005-08-01 2010-02-09 Alcatel-Lucent Usa Inc. Characterizing achievable flow rates in multi-hop mesh networks with orthogonal channels
JP4832848B2 (ja) 2005-10-13 2011-12-07 パナソニック株式会社 無線アクセスポイント選択方法、無線装置、無線端末ならびにコンピュータプログラム
US7920991B2 (en) * 2005-12-22 2011-04-05 Alcatel-Lucent Usa Inc. Characterizing the capacity region in multi-channel, multi-radio mesh networks
US7899015B2 (en) * 2007-03-02 2011-03-01 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method and apparatus for resource reuse in a communication system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050075104A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-07 Microsoft Corporation Model and method for computing performance bounds in multi-hop wireless networks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Interference Map for 802.11 Networks
Online Estimation of RF Interference*

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010112349A1 (en) 2010-10-07
EP2237591A1 (en) 2010-10-06
CN102379136B (zh) 2014-07-30
US9060285B2 (en) 2015-06-16
US20120106337A1 (en) 2012-05-03
JP2012523147A (ja) 2012-09-27
KR20110140132A (ko) 2011-12-30
EP2415299B1 (en) 2017-01-18
EP3171627A1 (en) 2017-05-24
JP5596778B2 (ja) 2014-09-24
CN102379136A (zh) 2012-03-14
EP3171627B1 (en) 2018-05-16
EP2415299A1 (en) 2012-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Di Marco et al. Analytical modeling of multi-hop IEEE 802.15. 4 networks
CN102415058B (zh) 用于计算随机访问网络通信链路信道损失率和冲突损失率的设备和方法
KR101679100B1 (ko) 랜덤 액세스 네트워크의 실현가능한 레이트 영역의 온라인 계산을 위한 장치 및 방법
US8817632B2 (en) Method of measuring packet loss rate, packet loss rate measuring device and storage medium
Zhao et al. Evaluating the impact of network density, hidden nodes and capture effect for throughput guarantee in multi-hop wireless networks
CN103024796B (zh) 一种无线Mesh网络带宽估计方法
Ma et al. MAC-layer coexistence analysis of LTE and WLAN systems via listen-before-talk
Zhao et al. Modeling intra-flow contention problem in IEEE 802.11 wireless multi-hop networks
El-Aasser et al. A comprehensive hybrid bit-level and packet-level LoRa-LPWAN simulation model
Salonidis et al. Online optimization of 802.11 mesh networks
Zhao et al. Available bandwidth estimation and prediction in ad hoc networks
Schoenen et al. Multihop wireless channel models suitable for stochastic Petri nets and markov state analysis
Chaudhary et al. Quality of service analysis in wireless sensor network by controlling end-to-end delay
Stojanova et al. Conflict graph-based Markovian model to estimate throughput in unsaturated IEEE 802.11 networks
Zhou et al. Modeling and optimization of medium access in CSMA wireless networks with topology asymmetry
Brodnevs et al. An Approach to Constructing a Model of Delays in Cells of a Cellular Network Based on Experimentally Obtained Data
Tursunova et al. Cognitive estimation of the available bandwidth in home/office network considering hidden/exposed terminals
Bouzouita et al. FAM: A frame aggregation based method to infer the load level in IEEE 802.11 networks
Manohar et al. Improving the Qos Performance of Dymo Routing Protocol in Cognitive Radio Ad Hoc Networks
Kumar et al. Liberal method of access point selection in wireless mesh networks
Rakshit et al. Towards a modular iot network model: Low power radio domain use-case in linear-topology wireless sensor network
Kolar et al. The Effect of Scheduling on Link Capacity in Multi-hopWireless Networks
Khan et al. An Inverse Problem in Wireless Mesh Network
Gupta Available bandwidth estimation in wireless ad-hoc networks: A modified approach
Juraschek Interference-aware wireless mesh networks

Legal Events

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