KR101801151B1 - 네트워크 코딩을 사용하는 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크에서 버퍼링 타임을 적응적으로 조절하는 방법 - Google Patents

네트워크 코딩을 사용하는 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크에서 버퍼링 타임을 적응적으로 조절하는 방법 Download PDF

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Abstract

크로스 포인트들에서 네트워크 코딩을 수행하는 복수의 교차 노드들을 포함하는 무선 네트워크에서 특정 교차 노드의 통신 방법은 적응적으로 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하고, 상기 조절된 버퍼링 시간을 고려하여 상기 특정 교차 노드에서 수신되는 패킷을 버퍼링한다. 그리고, 특정 교차 노드는 네트워크 코딩을 수행한다.

Description

네트워크 코딩을 사용하는 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크에서 버퍼링 타임을 적응적으로 조절하는 방법{WIRELESS NETWORK OF USING NETWORK CODING AND METHOD OF ADAPTIVELY ADJUSTING BUFFERING TIME IN THE WIRELESS NETWORK}
아래의 실시예들은 네트워크 코딩을 사용하는 무선 네트워크에 관한 것이다.
네트워크 코딩은 네트워크 계층에서 수행되는 코딩 기법을 의미한다. 네트워크 코딩을 사용하여 다수의 입력 데이터들을 결합함으로써, 통신 자원의 사용 효율은 향상될 수 있다. 네트워크 코딩 기법들은 다양하게 존재하며, 예를 들어, XOR 네트워크 코딩 기법, RLNC(Random Linear Network Coding) 기법 등이 존재한다.
RLNC 기법을 무선 네트워크에 적용하기 위해서는 네트워크 코딩을 수행하는 노드인 교차 노드에서 데이터 패킷이 적절히 버퍼링되어야 한다. 그러나, RLNC 기법에 따르면, 교차 노드는 batch set 단위로 네트워크 코딩을 수행하고, 교차 노드는 일반적으로 routing path에 의해서 결정되기 때문에, 트래픽 비동기화에 의한 코딩 실패율(coding failure ratio)가 증가 할 수 있다. coding failure ratio는 RLNC를 수행하는 교차 노드들의 총 개수에 대한 트래픽 비동기화로 인해 네트워크 코딩을 수행하지 못하는 교차 노드들의 개수의 비율을 의미한다. Coding failure ratio가 증가하면 네트워크 코딩에 의한 코딩 이득이 감소한다.
본 발명의 실시예들은 네트워크 코딩(특히, RLNC)을 수행하는 교차 노드에서의 버퍼링 타임을 적응적으로 조절함으로써, 코딩 실패율을 줄이는 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 알림 메시지 및 취소 메시지를 통하여 무선 네트워크에 있는 노드들이 정보를 쉽게 공유할 수 있도록 하는 기술을 제공한다.
특히, 본 발명의 실시예들은 교차 노드들의 루프 발생을 억제하는 기술을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 크로스 포인트들에서 네트워크 코딩을 수행하는 복수의 교차 노드들을 포함하는 무선 네트워크에서 특정 교차 노드의 통신 방법은 소스 노드로부터 상기 특정 교차 노드까지의 홉들의 개수 또는 상기 특정 교차노드로부터 목적 노드까지의 홉들의 개수와 관련된 정보를 획득하는 단계; 상기 정보를 이용하여 적응적으로 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계; 상기 조절된 버퍼링 시간을 고려하여 상기 특정 교차 노드에서 수신되는 패킷을 버퍼링하는 단계; 및 상기 버퍼링된 패킷 및 다른 패킷에 대해 네트워크 코딩을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 크로스 포인트들에서 네트워크 코딩을 수행하는 제1 교차 노드 및 제2 교차 노드를 포함하는 무선 네트워크에서 제2 교차 노드의 통신 방법은 상기 제1 교차 노드로부터 상기 제1 교차 노드의 주소 정보, 소스 노드로부터 상기 제1 교차 노드까지의 홉들의 개수에 대한 정보 및 해당 플로우의 인덱스를 포함하는 알림 메시지를 수신하는 단계; 상기 알림 메시지를 기초로 상기 플로우에 대하여 네트워크 코딩을 수행할 것인지 여부를 판단된다면, 상기 알림 메시지에 따라 적응적으로 조절되는 버퍼링 시간을 기초로 네트워크 코딩을 수행하는 단계; 및 상기 알림 메시지를 업데이트하고, 상기 업데이트된 알림 메시지를 다음 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 네트워크 코딩(특히, RLNC)을 수행하는 교차 노드에서의 버퍼링 타임을 적응적으로 조절함으로써, 코딩 실패율을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 알림 메시지 및 취소 메시지를 통하여 무선 네트워크에 있는 노드들이 정보를 쉽게 공유할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명의 실시예들은 교차 노드들의 루프 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 버퍼링 타임을 기반으로 네트워크 코딩을 수행하는 네트워크 및 버퍼링 타임을 개념적으로 나타낸다.
도 2는 버퍼링 타임을 기반으로 네트워크 코딩을 수행하는 두 개의 교차 노드들을 포함하는 및 버퍼링 타임을 개념적으로 나타낸다.
도 3은 교차 노드들이 루프를 형성하는 경우를 개념적으로 설명한다.
도 4는 네트워크의 크기에 따른 루프 발생 비율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 네트워크의 크기에 따른 코딩 실패율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 컨셉을 대략적으로 나타낸다.
도 7은 TBMIN을 계산하는 예들을 설명한다.
도 8은 최대 버퍼링 시간에 대한 개념을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 알림 메시지의 구조를 나타낸다.
도 10은 둘 이상의 교차 노드들을 포함하는 무선 네트워크에서, 알림 메시지 및 데이터 패킷이 전달되는 과정에 대한 예를 도시한다.
도 11은 루프 검출 과정 및 취소 메시지 전송의 예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 알림 메시지 생성/전송 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크에 포함된 노드의 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 버퍼링 타임을 기반으로 네트워크 코딩을 수행하는 네트워크 및 버퍼링 타임을 개념적으로 나타낸다.
도 1의 무선 네트워크(110)은 A, B, C, D, E 노드들을 포함한다. A 노드는 1 플로우를 C를 경유하여 E 노드로 전송하며, B 노드는 2 플로우를 C 노드를 경유하여 D 노드로 전송한다. 1 플로우 및 2 플로우 모두는 C 노드에서 교차되므로, C 노드는 교차 노드로서, 네트워크 코딩(특히, RLNC)을 수행할 수 있다.
C 교차 노드는 1 플로우와 2 플로우 중 C 교차 노드에 먼저 도착한 플로우의 패킷들을 미리 설정된 버퍼링 시간 동안 버퍼링하고, 나중에 도착한 플로우의 패킷들과 버퍼링된 패킷들에 대해 네트워크 코딩을 수행할 수 있다.
아래에서 설명하겠지만, 본 발명의 실시예들은 버퍼링 시간을 적응적으로 조절할 수 있다. 도면 부호 120 및 도면 부호 130은 버퍼링 시간이 고정되어 있는 경우, C 교차 노드의 동작들을 설명한다.
도면 부호 120에서 C 교차 노드가 인터벌 기반의 패킷 버퍼링 시간을 사용한다고 가정한다. C 교차 노드는 먼저 도착한 1 플로우를 버퍼링 시간 동안 버퍼링한다. C 교차 노드가 1 플로우를 버퍼링하는 동안에 2 플로우가 C 교차 노드에 도착하더라도, C 교차 노드는 미리 설정된 버퍼링 시간 동안 1 플로우 및 2 플로우를 버퍼링한다. 그리고, C 교차 노드는 버퍼링 시간이 만료된 이후에, 1 플로우 및 2 플로우를 기초로 네트워크 코딩된 패킷들을 D, E 노드들로 전송한다.
도면 부호 130에서 C 교차 노드가 인터럽트 기반의 패킷 버퍼링 시간을 사용한다고 가정한다. C 교차 노드는 먼저 도착한 1 플로우를 버퍼링한다. C 교차 노드가 1 플로우를 버퍼링하는 동안에 2 플로우가 C 교차 노드에 도착하면, C 교차 노드는 1 플로우 및 2 플로우를 기초로 네트워크 코딩된 패킷들을 생성한다. 그리고, C 교차 노드는 버퍼링 시간이 만료되기 전이라도, 1 플로우 및 2 플로우를 기초로 네트워크 코딩된 패킷들을 D, E 노드들로 전송한다.
도 2는 버퍼링 타임을 기반으로 네트워크 코딩을 수행하는 두 개의 교차 노드들을 포함하는 및 버퍼링 타임을 개념적으로 나타낸다.
도 2의 무선 네트워크(210)은 여러 노드들을 포함한다. 하나의 소스 노드는 1 플로우를 C2를 경유하여 하나의 목적 노드로 전송하며, 다른 하나의 소스 노드는 2 플로우를 C1 노드를 경유하여 다른 하나의 소스 노드로 전송하고, 나머지 소스 노드는 3 플로우를 C1 노드를 이용하여 나머지 소스 노드로 전송한다. 2 플로우 및 3 플로우 모두는 C1 노드에서 교차되고, 플로우 C1 및 플로우 C2는 C2 노드에서 교차되므로, C1 노드 및 C2 노드는 교차 노드들이다.
이 때, 교차 노드들이 인터벌 기반의 버퍼링 타임을 사용한다고 가정한다. 이러한 경우, 도면 부호 220에서 C2 교차 노드는 먼저 도착한 1 플로우를 버퍼링 시간 동안 버퍼링한다. 또한, C1 교차 노드 역시 먼저 도착한 2 플로우를 버퍼링하고, 2 플로우를 버퍼링하는 동안에 3 플로우가 C 교차 노드에 도착하더라도, C1 교차 노드는 미리 설정된 버퍼링 시간 동안 2 플로우 및 3 플로우를 버퍼링한다. 그리고, C1 교차 노드는 버퍼링 시간이 만료된 이후에, 2 플로우 및 3 플로우를 기초로 네트워크 코딩된 패킷들을 전송한다.
이 때, C1 교차 노드로부터 전송된 네트워크 코딩된 패킷들은 C2 교차 노드의 버퍼링 시간을 지나서 C2 교차 노드에 도착할 수 있다. 이 때, C2 교차 노드는 1 플로우와 C1 교차 노드로부터 전송된 네트워크 코딩된 패킷들에 대해 네트워크 코딩을 수행할 수 없다. C2 교차 노드는 네트워크 코딩을 수행하지 못하므로, 무선 네트워크의 코딩 게인을 감소할 수 있다.
도 3은 교차 노드들이 루프를 형성하는 경우를 개념적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 무선 네트워크(310)은 C1, C2, C3 교차 노드들을 포함한다. 이러한 무선 네트워크(310)에서 C1 교차 노드는 네트워크 코딩을 수행하지 못할 수 있다.
도면 부호 320을 참조하면, C1 교차 노드는 1 플로우를 미리 설정된 버퍼링 시간 동안 버퍼링한다. 그리고, C2 교차 노드는 2 플로우와 1 플로우를 기초로 생성된 네트워크 코딩된 패킷들을 C3 교차 노드로 전송한다. 그러나 네트워크 코딩된 패킷은 C3의 버퍼링 시간 이후에 도착하여 C3가 그것을 원래 가지고 있던 패킷 3와 함께 네트워크 코딩을 수행하지 못한다.
도 1 내지 도 3을 다시 검토하면, 이전 노드로부터 플로우가 늦게 도착하는 경우(특히, 루프가 형성되는 경우), 네트워크 코딩을 수행하지 못하는 교차 노드가 발생함을 알 수 있다. 따라서, 교차 노드의 버퍼링 시간을 적응적으로 조절할 수 있다면, 네트워크 코딩을 수행하지 못하는 교차 노드들의 개수를 줄일 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 네트워크의 크기에 따른 루프 발생 비율을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 네트워크의 사이즈가 커질수록 루프가 발생하는 비율이 크게 증가함을 알 수 있다. 이것은 네트워크의 사이즈가 커질수록 네트워크 코딩 실패율이 증가함을 시사한다.
도 5는 네트워크의 크기에 따른 코딩 실패율을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 위에서 설명된 바와 같이, 네트워크의 사이즈가 커질수록 네트워크 코딩 실패율이 증가함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 컨셉을 대략적으로 나타낸다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 실시예들은 네트워크 코딩 성공율을 증가함으로써, 무선 자원의 사용 효율을 극대화하고, 통신의 코스트를 줄일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은 버퍼링 시간을 적응적으로 조절함으로써, 네트워크 코딩 성공율이 END-TO-END 딜레이 바운드에 의해 네트워크 코딩 성공율이 제한되는 것을 개선할 수 있다.
도 7은 TBMIN을 계산하는 예들을 설명한다. 아래에서 상세히 설명하겠지만, TBMIN는 버퍼링 시간을 결정하는 데에 사용된다.
도 7의 710을 참조하면, 무선 네트워크에 존재하는 패스(path)들 각각에 포함된 홉들의 평균 개수를
Figure 112011065851764-pat00001
이라고 한다면, 최소 버퍼링 시간 TBMIN은 하기 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. 최소 버퍼링 시간 TBMIN은 교차 노드에서 네트워크 코딩을 수행하기 위하여 필요한 최소한의 버퍼링 시간을 의미한다.
[수학식 1]
Figure 112011065851764-pat00002

여기서,
Figure 112011065851764-pat00003
는 하나의 홉에서 패킷 전송 시간을 의미하고,
Figure 112011065851764-pat00004
는 패스(path)들 각각에 포함된 홉들의 평균 개수를 의미한다.
Figure 112011065851764-pat00005
는 batch 세트에서 k 번째 생성되는 소스 패킷의 생성 시간을 의미하며,
Figure 112011065851764-pat00006
는
Figure 112011065851764-pat00007
의 표준 편차를 의미한다. 상기 수학식 1은
Figure 112011065851764-pat00008
를 팩터들 중 하나로 사용하는 경우를 설명하고 있으며, 아래의 수학식 2은 실제로 존재하는 홉들의 개수를 팩터로서 사용한다. 수학식 2는 도 7의 720에 개념적으로 도시되어 있다. 여기서,
Figure 112011065851764-pat00009
은 노드들 사이에서 미리 공유될 수도 있으며, 아래에서 설명되는 알림 메시지를 통하여 노드들에게 전송될 수도 있다.
[수학식 2]
Figure 112011065851764-pat00010

여기서,
Figure 112011065851764-pat00011
는 교차되는 플로우들에 대하여 교차 노드로부터 소스 노드들까지의 홉의 개수들 중 가장 큰 값을 의미한다. AODV가 Routing 알고리즘으로 사용되는 경우, reverse path table에 해당 노드로부터 소스 노드까지 홉들의 개수가 기록되기 때문에
Figure 112011065851764-pat00012
가 쉽게 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 수학식 1, 상기 수학식 2 또는 그들의 변형된 수학식으로부터 도출된 최소 버퍼링 시간 TBMIN을 임계 시간으로 설정하고, 그 설정된 최소 버퍼링 시간보다 크게 버퍼링 시간을 설정할 수 있다. 물론, 본 발명의 실시예들은 특정 트래픽에 대해서는(특히, 실시간 트래픽) 최소 버퍼링 시간 TBMIN 뿐만 아니라 엔드 투 엔드 허용 딜레이를 함께 고려하여 버퍼링 시간을 설정할 수 있다.
도 8은 최대 버퍼링 시간에 대한 개념을 개략적으로 나타낸다.
도 8을 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들에 따른 교차 노드들은 해당 트래픽이 실시간 트래픽인지 또는 비실시간 트래픽인지에 따라 버퍼링 시간을 적응적으로 결정할 수 있다. 즉, 실시간 트래픽에서는 비실시간 트래픽에서 보다 플로우의 소스 노드로부터 목적 노드까지의 허용 딜레이(엔드 투 엔드 허용 딜레이)가 보다 중요하게 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 실시간 트래픽에 대해서는 상기 소스 노드로부터 상기 목적 노드로 전송되는 플로우의 허용 딜레이, 상기 소스 노드로부터 상기 특정 교차 노드까지의 홉들의 개수 및 상기 특정 교차노드로부터 상기 목적 노드까지의 홉들의 개수를 기초로 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절할 수 있다. 반면에, 본 발명의 실시예들은 비실시간 트래픽에 대해서는 TBMIN보다 크게 버퍼링 시간을 조절할 수 있다. 여기서, TBMIN는 숏텀 간격 또는 롱텀 간격으로 변할 수 있다.
i) 실시간 트래픽의 경우
실시간 트래픽에 대하여 본 발명의 실시예들에 따른 교차 노드 i에서의 최대 버퍼링 시간
Figure 112011065851764-pat00013
은 하기 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112011065851764-pat00014
여기서,
Figure 112011065851764-pat00015
는 캐스캐이드 교차 포인트들에서 교차되는 플로우들의 개수들 중 가장 큰 수를 의미하고,
Figure 112011065851764-pat00016
는 플로우 k의 허용 가능한 엔드 투 엔드 딜레이를 의미한다. 또한,
Figure 112011065851764-pat00017
는 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드와 플로우 k에 대응하는 소스 노드 사이의 홉들의 개수를 의미한다. 또한,
Figure 112011065851764-pat00018
는 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드와 플로우 k에 대응하는 목적 노드 사이의 홉들의 개수를 의미한다.
ii) 비실시간 트래픽의 경우
비실시간 트래픽에 대하여 본 발명의 실시예들에 따른 교차 노드 i에서의 최대 버퍼링 시간
Figure 112011065851764-pat00019
은 하기 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011065851764-pat00020

결국, 본 발명의 실시예들은 실시간 트래픽에 대하여 상기 수학식 3 또는 수학식 3의 변형을 통하여 버퍼링 시간을 적응적으로 조절할 수 있으며, 비실시간 트래픽에 대해서는 수학식 4 또는 수학식 4의 변형을 통하여 버퍼링 시간을 적응적으로 조절할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예들은 비실시간 트래픽에 대해서는 네트워크 코딩 실패율을 감소시킬 수 있으며, 실시간 트래픽에 대해서는 엔드 투 엔드 허용 딜레이를 만족시킬 수 있다.
도 9는 알림 메시지의 구조를 나타낸다.
도 9를 설명하기에 앞서, 상술한 바와 같이 버퍼링 시간을 적응적으로 조절하기 위해서는 소스 노드로부터 교차 노드까지의 홉수 등에 대한 정보가 전달되어야 하고, 교차 노드들에 의해 형성된 루프를 취소하기 위해서는 몇몇 정보가 전달되어야 함을 알 수 있다. 교차 노드들이 이러한 정보를 효율적으로 공유하기 위하여 본 발명의 실시예들은 도 9에 도시된 예시적인 알림 메시지를 사용할 수 있다.
도 9를 참조하면, 알림 메시지는 교차 노드의 주소, RLNC 셋의 인덱스, 소스 노드의 주소, 목적 노드의 주소, 소스 노드로부터 교차 노드까지 홉들의 개수, 캐스케이드 교차 노드들의 개수를 포함한다. 여기서, 알림 메시지는 소스 노드로부터 교차 노드까지 홉들의 개수 대신에 또는 추가적으로 소스 노드로부터 교차 노드들까지의 홉들의 평균 개수를 포함할 수 있으며, 해당 플로우에 대하여 교차 노드로부터 소스 노드들까지의 홉의 개수들 중 가장 큰 값을 포함할 수도 있다.
여기서, '교차 노드의 주소'는 알림 메시지를 전송하는 교차 노드의 주소를 의미한다. 'RLNC 셋의 인덱스'는 네트워크 코딩과 관련된 노드들의 집합에 대한 인덱스로서, 해당 플로우에 대하여 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드들과 경로 상에 존재하는 노드들의 집합에 대한 인덱스를 의미한다. 즉, 알림 메시지는 RLNC 셋의 인덱스(또는 플로우)마다 생성되므로, 'RLNC 셋에서 플로우의 인덱스'는 해당 알림 메시지가 어떠한 플로우에 대한 것인지를 나타낼 수도 다. 소스 노드의 주소는 해당 플로우의 소스 노드의 주소를 의미하며, 목적 노드의 주소는 해당 플로우의 목적 노드의 주소를 의미한다. 소스 노드로부터 교차 노드까지 홉들의 개수는 해당 플로우의 소스 노드로부터 교차 노드까지 홉들의 개수를 의미하며, 캐스케이드 교차 노드들의 개수는 해당 플로우에 대하여 캐스케이드된 교차 노드들의 개수를 의미한다.
알림 메시지를 사용하는 구체적인 예들에 대해서는 도 10 내지 도 13과 관련하여 다시 설명한다.
도 10은 둘 이상의 교차 노드들을 포함하는 무선 네트워크에서, 알림 메시지 및 데이터 패킷이 전달되는 과정에 대한 예를 도시한다.
도 10의 무선 네트워크를 참조하면, 무선 네트워크는 C1, C2, C3 교차 노드들을 포함한다. C1 교차 노드에서는 1 플로우와 2 플로우가 교차하며, C2 교차 노드에서는 3 플로우와 4 플로우가 교차하며, C3 교차 노드에서는 1 플로우와 4 플로우가 교차한다.
C2 교차 노드가 새롭게 발생하였다고 가정한다. C2 교차 노드가 새롭게 발생하면, 4 플로우에 대하여 C2 교차 노드는 C2 교차 노드의 주소, 4 플로우에 대한 RLNC 셋의 인덱스, 4 플로우에 대응하는 소스 노드의 주소, 4 플로우에 대응하는 목적 노드의 주소, 상기 소스 노드로부터 C2 교차 노드까지의 홉수, 캐스캐이드 교차 노드들의 개수를 포함하는 알림 메시지를 생성한다. 또한, 3 플로우에 대하여 C2 교차 노드는 C2 교차 노드의 주소, 3 플로우에 대한 RLNC 셋의 인덱스, 3 플로우에 대응하는 소스 노드의 주소, 3 플로우에 대응하는 목적 노드의 주소, 상기 소스 노드로부터 C2 교차 노드까지의 홉수, 캐스캐이드 교차 노드들의 개수를 포함하는 알림 메시지를 생성한다. 아래에서는 4 플로우에 대해서만 논하기로 한다.
C2 교차 노드는 알림 메시지를 연결되어 있는 노드들에게 전송한다. 이 때, C2 교차 노드는 해당 플로우와 관련되지 않는 노드들에게는 알림 메시지를 개별적으로 전송하며, 해당 플로우와 관련된 노드들에게는 데이터 패킷의 헤더에 알림 메시지를 추가하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서, C2 교차 노드는 4 플로우와 관련된 노드들에게는 데이터 패킷의 헤더에 알림 메시지를 추가하여 전송하며, 4 플로우와 관련되지 않은 노드들에게는 알림 메시지를 별도로 전송함을 알 수 있다. 이러함으로써, 알림 메시지의 전송으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.
알림 메시지를 수신한 노드는 해당 플로우에 대하여 소스 노드로부터 해당 노드까지의 홉들의 개수 및 캐스캐이드 교차 노드들의 개수를 업데이트한다. 그리고, 알림 메시지를 업데이트한 노드는 업데이트된 홉들의 개수 및 업데이트된 교차 노드들의 개수를 포함하는 알림 메시지를 다음 노드로 전송한다. 또한, 알림 메시지를 수신한 노드가 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드인 경우, 그 교차 노드는 알림 메시지를 새롭게 생성한다.
예를 들어, C3 교차 노드가 C2로부터 전송된 알림 메시지를 두 개의 노드들을 경유하여 수신한 경우, C3 교차 노드는 새롭게 알림 메시지를 생성한다. 즉, C3 교차 노드들은 수신된 알림 메시지에 포함된 여러 정보를 기초로 4 플로우에 대하여 C3 교차 노드의 주소, 4 플로우에 대한 RLNC 셋의 인덱스, 4 플로우에 대응하는 소스 노드의 주소, 4 플로우에 대응하는 목적 노드의 주소, 상기 소스 노드로부터 C3 교차 노드까지의 홉들의 개수, 캐스캐이드 교차 노드들의 개수를 포함하는 알림 메시지를 생성한다. 이 때, C3 교차 노드 역시 알림 메시지를 개별적으로 또는 데이터 패킷의 헤더를 이용하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서, C3 교차 노드는 4 플로우와 관련된 노드들에게는 데이터 패킷의 헤더에 알림 메시지를 추가하여 전송하며, 4 플로우와 관련되지 않은 노드들에게는 알림 메시지를 별도로 전송함을 알 수 있다.
또한, 목적 노드는 해당 플로우에 대하여 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드가 될 수 없기 때문에, 알림 메시지는 목적 노드의 이전 노드까지만 전송될 수 있다.
상술한 과정을 통하여 해당 플로우에 대한 알림 메시지가 해당 플로우에 대한 교차 노드들로 전송될 수 있고, 교차 노드들은 그 알림 메시지에 포함된 정보를 이용하여 버퍼링 시간을 적응적으로 조절할 수 있다.
또한, 무선 네트워크의 노드들이 라우팅 알고리즘으로서, AODV 알고리즘을 사용하는 경우, 알림 메시지는 소스 노드로부터 해당 노드까지의 홉들의 개수 대신에 소스 노드로부터 노드들까지의 홉들의 개수(상기 수학식 2에서
Figure 112011065851764-pat00021
) 중 가장 큰 값을 포함할 수 있다. 알림 메시지가 소스 노드로부터 노드들까지의 홉들의 개수 중 가장 큰 값을 포함하는 경우(AODV 알고리즘이 라우팅 알고리즘으로 사용되는 경우)에, 상기 수학식 2 또는 수학식 2의 변형식을 통하여 버퍼링 시간이 조절될 수 있다. 물론, 상술한 바와 같이, 알림 메시지는 소스 노드로부터 해당 노드까지의 홉들의 개수를 포함할 수 있다.
도 11은 루프 검출 과정 및 취소 메시지 전송의 예를 도시한다.
도 11을 참조하면, 무선 네트워크는 C1, C2, C3의 교차 노드들을 루프 형태로 포함한다. 이러한 교차 노드들의 루프가 발생하는 경우, 네트워크 코딩 실패율이 증가할 수 있으므로, 본 발명의 실시예들은 루프가 발생함을 검출하고, 적어도 하나의 교차 노드가 네트워크 코딩의 수행을 취소할 수 있도록 한다.
도 11의 무선 네트워크에서, C2 교차 노드가 최초로 발생하면, C2 교차 노드는 데이터 패킷의 헤더를 통하여 알림 메시지를 C3 노드로 전송한다. C3 노드 그 알림 메시지를 개별적으로 C1 노드로 전송한다. C1 노드 역시 그 알림 메시지를 C2 교차 노드로 전송하고, C2 교차 노드는 자신으로부터 전송된 알림 메시지를 수신한다. 이 때, C2 교차 노드는 루프가 형성되었음을 감지하고, 네트워크 코딩의 수행을 취소할 것을 결정한다. 그리고 난 후, C2 교차 노드는 취소 메시지를 해당 목적 노드에게 전송함으로써, 네트워크 코딩의 수행이 취소되었음을 알린다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 알림 메시지 생성/전송 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 교차 노드는 수신된 알림 메시지의 '캐스캐이드 교차 노드들의 개수'를 기초로 해당 플로우에 대한 이전 교차 노드들의 개수를 획득한다(1210). 그리고, 교차 노드는 수신된 알림 메시지(교차 알림 메시지)에서 여러 정보를 업데이트하여, 새로운 알림 메시지를 생성한다(1220). 또한, 교차 노드는 알림 메시지를 데이터 패킷의 헤더에 추가하는 형태로 또는 독자적으로 주변 노드에게 전송한다. 보다 구체적인 설명은 도 13을 통하여 기술한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크에 포함된 노드의 통신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 무선 네트워크에 포함된 노드는 수신된 메시지가 알림 메시지인지 여부를 판단한다(1310).
수신된 메시지가 알림 메시지인 경우, 그 노드는 알림 메시지에 포함된 교차 노드의 주소가 자신의 주소인지 여부를 판단한다(1320).
만약, 알림 메시지에 포함된 교차 노드의 주소가 자신의 주소라면, 그 노드는 루프가 형성되었음을 검출하고, 자신이 네트워크 코딩을 수행하는 교차 노드임을 취소한다(1370). 그리고 난 후, 그 노드는 취소 메시지를 전송하여 관련된 플로우에 대한 RLNC 셋의 목적 노드들에게 교차 노드의 취소를 알린다(1371).
반대로, 알림 메시지에 포함된 교차 노드의 주소가 자신의 주소가 아니라면, 그 노드는 알림 메시지와 관련된 플로우에 대한 홉들의 개수를 업데이트한다(1330). 그리고, 그 노드는 RLNC 셋의 인덱스를 이용하여 관련된 플로우에 대하여 자신이 교차 노드인지, 그리고 플로우가 자신과 관련되어 있는지를 판단한다(1340).
그 노드가 관련된 플로우에 대하여 자신이 교차 노드이고, 플로우가 자신과 관련되어 있다면, 해당 플로우에 대하여 소스 노드로부터 그 노드까지의 홉들의 개수를 획득한다(1351). 물론, 그 노드는 해당 플로우에 대하여 소스 노드로부터 여러 노드들까지의 홉들의 평균 개수 또는 소스 노드로부터 여러 노느들까지의 홉들의 개수 중 가장 큰 값을 획득할 수도 있다.
그 노드는 수신된 알림 메시지에서 홉들의 개수를 업데이트하고(1352), 도 12에 도시된 바와 같이 알림 메시지를 새롭게 생성한다(1353). 그리고, 그 노드는 알림 메시지를 데이터 패킷의 헤더에 추가한 형태로 또는 독자적으로 주변 노드에게 전송한다(1354).
반대로, 그 노드가 관련된 플로우에 대하여 자신이 교차 노드가 아니거나, 플로우가 자신과 관련되어 있지 않다면, 다음 노드의 주소가 목적 노드의 주소인지 여부를 판단한다(1380).
다음 노드의 주소가 목적 노드의 주소가 아니라면, 그 노드는 알림 메시지를 다음 노드로 전달하며(1381), 다음 노드의 주소가 목적 노드의 주소라면, 헤더에 알림 메시지가 포함되어 있는지를 판단한다(1391). 헤더에 알림 메시지가 포함되어 있다면, 헤더로부터 알림 메시지를 제거한다(1392). 그렇지 않고, 헤더에 알림 메시지가 포함되어 있지 않다면, 절차를 그대로 종료한다.
만약, 수신된 메시지가 알림 메시지가 아니라면, 그 노드는 수신된 메시지가 취소 메시지인지 여부를 판단한다(1360). 이 때, 수신된 메시지가 취소 메시지가 아니라면, 절차는 종료된다. 반대로, 수신된 메시지가 취소 메시지라면, 그 노드는 관련 세션(관련 플로우)에 대한 홀들의 개수를 업데이트한다(1361). 그리고, 그 노드는 다음 주소가 목적 노드 주소인지 여부를 판단하고(1362), 다음 주소가 목적 노드의 주소가 아닌 경우, 취소 메시지를 다음 노드로 전송한다(1363).
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 크로스 포인트들에서 네트워크 코딩을 수행하는 복수의 교차 노드들을 포함하는 무선 네트워크에서 특정 교차 노드의 통신 방법에 있어서,
    소스 노드로부터 상기 특정 교차 노드까지의 홉들의 개수 또는 상기 특정 교차노드로부터 목적 노드까지의 홉들의 개수와 관련된 정보를 획득하는 단계;
    상기 정보를 이용하여 적응적으로 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계;
    상기 조절된 버퍼링 시간을 고려하여 상기 특정 교차 노드에서 수신되는 패킷을 버퍼링하는 단계; 및
    조절된 상기 버퍼링 시간의 종료 이후, 상기 버퍼링된 패킷 및 상기 특정 교차 노드에 수신되는 다른 패킷에 대해 네트워크 코딩을 수행하는 단계
    를 포함하는 특정 교차 노드의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계는
    미리 설정된 최소 버퍼링 시간보다 크게 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계인 특정 교차 노드의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계는
    최소 버퍼링 시간을 적응적으로 계산함으로써, 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 적응적으로 조절하는 단계인 특정 교차 노드의 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계는
    패스에 존재하는 홉들의 평균 개수가 증가할수록 또는 상기 특정 교차 노드에서 교차되는 플로우들에 대하여 상기 특정 교차 노드로부터 소스 노드들까지의 홉의 개수들이 증가할수록 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 증가시키는 단계
    를 포함하는 특정 교차 노드의 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계는
    상기 특정 교차 노드에 의해 전송되는 패킷들이 실시간 트래픽인지 또는 비실시간 트래픽인지에 따라 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계인 특정 교차 노드의 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서 수신되는 패킷을 버퍼링하는 단계는
    상기 조절된 버퍼링 시간 내에서 상기 특정 교차 노드에서 수신되는 패킷을 버퍼링하는 단계이고,
    상기 조절된 버퍼링 시간 내에 상기 다른 패킷이 도착하지 않으면, 상기 네트워크 코딩을 스킵하는 단계
    를 더 포함하는 특정 교차 노드의 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계는
    상기 소스 노드로부터 상기 목적 노드로 전송되는 플로우의 허용 딜레이, 상기 소스 노드로부터 상기 특정 교차 노드까지의 홉들의 개수 및 상기 특정 교차노드로부터 상기 목적 노드까지의 홉들의 개수를 기초로 상기 특정 교차 노드에서의 버퍼링 시간을 조절하는 단계인 특정 교차 노드의 통신 방법.
  8. 크로스 포인트들에서 네트워크 코딩을 수행하는 제1 교차 노드 및 제2 교차 노드를 포함하는 무선 네트워크에서 제2 교차 노드의 통신 방법에 있어서,
    상기 제1 교차 노드로부터 상기 제1 교차 노드의 주소 정보, 소스 노드로부터 상기 제1 교차 노드까지의 홉들의 개수에 대한 정보 및 네트워크 코딩과 관련된 노드들의 집합에 대한 인덱스를 포함하는 알림 메시지를 수신하는 단계;
    상기 알림 메시지를 기초로 플로우에 대하여 네트워크 코딩을 수행할 것인지 여부를 판단된다면, 조절된 버퍼링 시간의 종료 이후 상기 알림 메시지에 따라 적응적으로 조절되는 버퍼링 시간을 기초로 네트워크 코딩을 수행하는 단계; 및
    상기 알림 메시지를 업데이트하고, 상기 업데이트된 알림 메시지를 다음 노드로 전송하는 단계
    를 포함하는 제2 교차 노드의 통신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 교차 노드로부터 전송된 알림 메시지가 상기 제2 교차 노드로 수신되는 경우, 상기 제2 교차 노드는 상기 해당 플로우에 대하여 네트워크 코딩을 수행하는 것을 취소하는 취소 메시지를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 제2 교차 노드의 통신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 알림 메시지는 상기 해당 플로우에 대하여 상기 제1 교차 노드 앞에 존재하는 캐스캐이드 크로스 포인트들의 개수에 대한 정보, 상기 해당 플로우에 대한 소스 노드의 주소 정보 또는 상기 해당 플로우에 대한 목적 노드의 주소 정보 중 적어도 하나를 더 포함하는 제2 교차 노드의 통신 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 교차 노드는 랜덤 리니어 네트워크 코딩을 수행하는 제2 교차 노드의 통신 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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