KR101886937B1 - 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법, 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치, 목적지 노드의 패킷 수신 방법 및 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치 - Google Patents

릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법, 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치, 목적지 노드의 패킷 수신 방법 및 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양태는 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 복수 개의 소스 노드로부터 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩으로 인코딩된 제 1 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신된 제 1 패킷에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행하여 제 2 패킷을 생성하는 단계 및 상기 생성된 제 2 패킷을 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법, 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치, 목적지 노드의 패킷 수신 방법 및 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치{PACKET TRANSMISSION METHOD OF RELAY NODE THROUGH NETWORK CODING, RELAY APPARATUS TRANSMITTING PACKET THROUGH NETWORK CODING, PACKET RECEPTION METHOD OF DESTINATION NODE AND APPARATUS RECEIVING NETWORK CODED PACKET}
본 발명은 네트워크 코딩 방법에 관한 것으로, 보다 상세하세는 복수 개의 소스 노드로부터 패킷을 수신하여 목적지 노드로 전송하는 환경에서 릴레이(relay)에서의 네트워크 코딩 방법에 관한 것이다.
기존 이동통신망에서 데이터를 전송하는 기술은 채널 코딩을 이용하여 단대단 전송 효율을 높이는 방법과 네트워크 코딩을 이용하여 여분 데이터 수를 늘려서 전송 효율을 높이는 방법으로 나눌 수 있다. 채널 코딩을 이용하는 방법은 RaptorQ 방식이 최대 성능을 갖고 있으며 이를 이용한 비디오 전송이 대표적인 예로 활용되고 있다. 그러나 RatorQ 방식은 단대단 채널코딩 방식으로 채널 환경 변화에 약한 단점을 지니고 있다. 네트워크 코딩 방식은 데이터 전송 횟수를 줄는 목적으로 사용하나 최근 여분 데이터 패킷을 많이 생성하여 수신측에서 디코딩 확률을 높이는 목적으로 사용되고 있다. 그러나 기존 네트워크코딩은 RaptorQ 채널코딩과 호환되지 않아 사용이 어려운 문제가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 목적은 이동통신망 환경에서 채널코딩과 네트워크코딩을 동시에 할 수 있는 결합코딩이 가능한 릴레이를 추가하여 무선 채널환경이 열악한 환경에서 데이터 전송 성공률을 높일 수 있는 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법은 복수 개의 소스 노드로부터 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩으로 인코딩된 제 1 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신된 제 1 패킷에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행하여 제 2 패킷을 생성하는 단계 및 상기 생성된 제 2 패킷을 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 릴레이 노드는 상기 릴레이 노드에서 상기 목적지 노드의 최대가용한 대역폭(maximum available bandwidth)을 사용하여 상기 LT 매트릭스를 이용한 네트워크 코딩을 수행할 수 있다.
상기 릴레이 노드는 LT 매트릭스는 (n1R_n2R) X Nm의 크기를 갖으며, n1R은 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하고, n2R은 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하며, Nm은 상기 릴레이 노드에서 상기 목적지 노드 내의 최대 전송되는 수를 의미할 수 있다.
상기 제 2 패킷은 RSD(Robust Soliton Distribution)에 기반하여 제 1 및 제 2 소스 노드로부터 수신된 d개의 제 1 패킷들 사이의 조합을 임의로 선택함으로써 생성될 수 있다.
상기 제 2 패킷은
Figure 112016129523340-pat00001
을 고려하여 생성되되, Ω(x)는 d개의 제 1 패킷들을 선택하는 확률을 의미하고, n1R은 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하고, n2R은 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치는 복수 개의 소스 노드로부터 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩으로 인코딩된 제 1 패킷을 수신하는 수신부, 상기 수신된 제 1 패킷에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행하여 제 2 패킷을 생성하는 네트워크 코딩부 및 상기 생성된 제 2 패킷을 목적지 노드로 전송하는 전송부를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양태에 따른 목적지 노드의 패킷 수신 방법은 정보 패킷에 대해 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 1 패킷을 복수 개의 소스 노드로부터 수신하는 단계, 상기 제 1 패킷 중 적어도 일부에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용하여 네트워크 코딩을 수행하여 인코딩된 제 2 패킷을 릴레이 노드로부터 수신하는 단계 및 상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷을 BP(Belief-Propagation) 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 패킷 수신 방법은 LT 디코딩을 통해 복원된 패킷들을 인액티베이션 디코딩 알고리즘(inactivation decoding algorithm)의 입력으로 제공하여 인액티베이션 디코딩을 수행함으로써 상기 복수 개의 소스 노드에서 제공하는 정보 패킷을 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷을 BP 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 단계는 상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷을 LT 디코딩하여 상기 목적지 노드로 전송되는 도중에 손실된 패킷을 추가적으로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치는 정보 패킷에 대해 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 1 패킷을 복수 개의 소스 노드로부터 수신하고, 상기 제 1 패킷 중 적어도 일부에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용하여 네트워크 코딩을 수행하여 인코딩된 제 2 패킷을 릴레이 노드로부터 수신하는 수신부 및 상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷을 BP 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 디코딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법에 따르면, 멀티소스 노드에서 특정 목적지 노드로 데이터를 전송하는 때, 전송 효율성을 높일 수 있고, 이동통신망의 효율성을 극대화시킴으로써 지연시간에 취약한 멀티미디어 전송에 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법이 적용되는 시스템을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 패킷 수신 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 수행하는 릴레이 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷을 수신하는 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 패킷 수신 방법에 따라 목적지 노드에서 소스 1, 소스 2 및 릴레이 노드에서 각각 받은 패킷을 디코딩한 디코딩 성공확률을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법이 적용되는 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 네트워크-채널 코딩 시스템은 소스 노드 S1(110-1), 소스 노드 S2(110-2), 릴레이 R(120) 및 목적지 노드 D(130)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 소스 노드(110-1, 110-2), 릴레이 노드(120) 및 목적지 노드(130)는 무선 네트워크를 통해 통신하는 기지국 또는 단말일 수 있다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), 어드밴스드 기지국(advanced base station; ABS), HR-BS, 사이트 제어기, BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(Access Point, AP) 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 다른 타입의 인터페이싱 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되진 않는다.
단말은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 고정 또는 이동 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 셀룰러 전화, 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일, 모바일국, 개인 휴대 정보 단말(personal digital assistant; PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 개인용 컴퓨터, 무선 센서, 소비자 전자기기(CE) 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 데이터를 인코딩하여 패킷을 전송하는 인코딩단은 소스 노드(110-1, 110-2) 및 릴레이 노드(120)를 포함하고, 디코딩단은 목적지 노드(130)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 복수 개의 소스 노드(110-1, 110-2)가 하나의 목적지 노드(130)를 향해 패킷을 전송하는 환경에서 단수 혹은 복수 개의 릴레이 노드(120)가 소스 노드(110-1, 110-2)로부터 적어도 일부의 패킷을 수신하여 네트워크 코딩하여 목적지 노드(130)로 중계하는 환경을 고려한다.
소스 노드(110-1, 110-2)는 전송하고자 하는 데이터, 즉, 정보 패킷을 채널코딩하여 채널 코딩된 패킷으로 생성하여 릴레이 노드(120) 또는 목적지 노드(130)로 전송한다. 소스 노드(110-1, 110-2)는 기본적으로 RaptorQ 채널 코딩을 통해 채널코딩된 패킷을 생성하여 릴레이 노드(120) 또는 목적지 노드(130)로 전송한다.
기본적으로 RaptorQ 채널코딩은 다음과 같은 전송 성공확률은 갖는다.
Figure 112016129523340-pat00002
다만, RaptorQ 채널 코딩은 소스 노드(110-1, 110-2)에서 인코딩을 하고, 목적지 노드(130)에서 디코딩을 하면서 복구하는 기능만을 수행한다. 만일 용량이 큰 하나의 데이터를 여러 소스에서 분산해서 데이터를 전송하는 경우, 릴레이 노드(120)에서 네트워크 코딩을 수행할 경우, 성능은 증가하게 된다. 또한, 이때 목적지 노드(130)에서 RaptorQ 디코딩 과정에 디코딩 확률을 높일 수 있도록 릴레이 노드(120)에서 네트워크 코딩을 수행하게 된다면 전체적인 데이터 전송 성공률을 높일 수 있다.
상기 소스 노드(110-1, 110-2)에서 RaptorQ 인코딩된 패킷은 다음의 수학식으로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016129523340-pat00003
여기서, GLT,i는 LT 인코딩(Luby transform)을 위한 매트릭스(Matrix)를 나타내고, A-1은 LDPC(Low Density Parity Check)을 위한 매트릭스이다. ci는 전송하고자 하는 원본 데이터(도 1에서는 정보 패킷으로 표현됨)를 의미한다.
소스 노드(110-1, 110-2)에서 수행되는 RaptorQ 채널코딩은 LDPC 코딩으로 프리-인코딩(pre-encoding)한 후, LT 코딩을 하는 복합형태의 채널코딩이며, 현존하는 채널코딩 기법 중 가장 좋은 성능을 보유하고 있다.
다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 소스 S1(110-1)에서 e11, e12, e13, 3개의 채널 코딩된 패킷을 전송하고, 소스 S2(110-2)에서 e21, e22, e23 3개의 채널 코딩된 패킷을 전송하는 경우를 가정한다. 이때, 소스 S1(110-1)에서 전송한 e11, e12과 소스 S2(110-2)에서 전송한 e22, e23이 전송에 실패한 경우, RaptorQ 채널 코딩만으로는 목적지 노드(130)에서 전체 원본 데이터를 복원하는 것이 불가능하다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 노드의 네트워크 코딩을 활용하면 목적지 노드(130)에서의 데이터 복원이 가능할 수 있다.
릴레이 노드(120)는 소스 노드(110-1)로부터 e11, e13, 2개의 채널코딩된 패킷을 수신하고, 소스 노드(110-2)로부터 e21, e22, 2 개의 채널코딩된 패킷을 수신하여 각각 e31, e32, e33의 3개의 네트워크 코딩된 패킷을 전송할 수 있다. 이때, 릴레이 노드(120)는 목적지 노드(130)에서 소스 노드(110-1, 110-2)로부터 기 수신된 채널코딩된 패킷들과 함께 호환가능하게 디코딩되도록 RaptorQ 코딩에서 채택하고 있는 LT 인코딩 기반의 네트워크 코딩을 수행하는 것이 바람직하다. 더욱이, 이때, 릴레이 노드(120)는 무선 채널 환경에서 손실되는 패킷을 감안하여 여분의 데이터를 추가하여 네트워크 코딩을 수행할 수 있다.
이렇게 릴레이 노드(120)가 중간에 끼어 네트워크 코딩된 패킷을 추가 전송하게 되면, 목적지 노드(130)는 소스 노드(110-1, 110-2)로부터 수신된 e13, e21 패킷에, 추가적으로 릴레이 노드(120)에서 전송한 e31, e33를(e32는 손실됨) 이용하여 BP(Belief-Propagation) 디코딩을 수행함으로써 손실되었던 e11 및 e22 채널 코딩된 패킷을 복원할 수 있다. 그리고는 복원된 e11 및 e22와 기 수신된 e13, e21를 인액티베이션(inactivation) 디코딩하여 원본 정보 패킷들을 복원할 수 있다. 이러한 결과는 릴레이 노드(120)가 RaptorQ 채널코딩과 호환 가능한 LT 인코딩 기반의 네트워크 코딩을 수행하여 e31, e33를 전송하였기 때문에 가능한 것이다.
릴레이 노드(120)에서의 네트워크 코딩 방법과 목적지 노드(130)에서의 결합코딩 디코딩 방법은 도 2 내지 도 3을 통해 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 릴레이 노드는 소스 노드로부터 패킷을 수신한다(S210). 이때, 무선 네트워크에서의 손실률 εiR을 고려하면, 소스 노드 1로부터 수신되는 패킷은 n1R=(1-ε1R)N1이고, 소스 노드 2로부터 수신되는 패킷은 n2R=(1-ε2R)N2이다. 여기서, N1은 소스 노드 1에서 전송하는 패킷을 의미하고, N2는 소스 노드 2에서 전송하는 패킷을 의미한다. 이를 보다 단순히 표현하면, 릴레이 노드에서 수신되는 패킷은
Figure 112016129523340-pat00004
로 표현할 수 있다.
패킷 수신 이후, 릴레이 노드에서 목적지 노드로의 링크의 최대 가용한 대역폭을 활용하기 위해, Nm 네트워크 코딩된 패킷으로 상기 수신된 데이터를 LT 코드를 이용하여 인코딩한다(S220). 이를 다음의 수학식을 이용하여 표현할 수 있다. 여기서, Nm은 릴레이 노드에서 목적지 노드로의 링크에서 최대 전송된 패킷의 수이다.
[수학식 2]
Figure 112016129523340-pat00005
여기서, GLTNC는 사이즈(n1R + n2R) x Nm의 크기를 갖는 네트워크 코딩된 패킷의 LT 생성 매트릭스이다. 이와 같이 네트워크 코딩된 패킷은 다음의 수학식(RSD 참조: Robust Soliton Distribution)에 기반하여 소스들(소스 1 및 소스 2)로부터 d 유입되는 패킷들 사이의 조합을 임의로 선택함으로써 생성될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016129523340-pat00006
여기서, Ω(x)는 d개의 제 1 패킷들을 선택하는 확률을 의미하고, n1R은 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하고, n2R은 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미한다.
릴레이 노드는 위 과정을 통해 목적지 노드에서 RaptorQ 디코딩이 가능한 패킷으로 네트워크 코딩된 패킷을 생성할 수 있다. 근본적으로 LT 코딩은 채널코딩의 한 종류이지만, 본 발명의 실시예에서는 LT 코딩 매트릭스를 이용한 네트워크 코딩 방식을 통해 목적지 노드에서 RaptorQ 채널 디코딩이 가능하도록 한다.
릴레이 노드는 상기 과정을 통해 생성된 네트워크 코딩된 패킷들을 목적지 노드로 전송한다(S230).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 패킷 수신 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 목적지 노드는 소스 노드 1 및 소스 노드 2로부터 채널 코딩된 패킷을 수신하고, 릴레이 노드로부터 네트워크 코딩된 패킷을 수신한다(S310). 이때 수신되는 패킷은 다음의 수학식과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016129523340-pat00007
여기서,
Figure 112016129523340-pat00008
은 소스1에서 손실 없이 정상적으로 받은 패킷이고,
Figure 112016129523340-pat00009
은 소스2에서 손실 없이 정상적으로 받은 패킷이다.
Figure 112016129523340-pat00010
은 중간노드에서 손실 없이 받은 LT 인코딩된(네트워크 코딩된) 패킷이다.
목적지 노드는 RaptorQ 디코딩의 첫 단계인 BP 알고리즘을 통해 LT 디코딩을 수행한다(S320). RaptorQ 디코딩은 크게 두 파트로 나뉠 수 있는데, 하나는 BP 디코딩이고, 다른 하나는 인액티베이션 디코딩이다.
목적지 노드에서의 디코딩에 있어서, RaptorQ의 디코딩 확률은 목적지 노드에서의 채널코딩된 패킷들의 수에 의존한다. 따라서, 두 소스노드들로부터 채널코딩된 패킷들의 복원 확률을 증가키시기 위해 결합 네트워크-채널 디코딩을 수행한다.
목적지 노드는 먼저, 소스 노드 1, 소스 노드 2로부터 받은 패킷
Figure 112016129523340-pat00011
과 중간노드로부터 받은 패킷
Figure 112016129523340-pat00012
을 BP 알고리즘을 이용하여
Figure 112016129523340-pat00013
으로 디코딩할 수 있다. 이때, lh는 중간노드로부터 추가적으로 복원한 패킷이다. 그리고는, 복원된 채널코딩된 패킷들을 인액티베이션(inactivation) 디코딩 알고리즘의 입력으로 넣어 인액티베이션 디코딩을 수행한다(S330). 인액티베이션 디코딩 수행 결과, 정보 패킷들을 복원할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 목적지 노드(130)가 (e13│e21│e31,e33)의 4개 패킷을 수신하면, 첫 번째로, 4개 패킷을 기반으로 BP 알고리즘을 수행하여 잃어버린 두 개의 채널-코딩된 패킷을 복원한다. 하나는 소스 노드(110-1)에서 전송된 e11이고, 다른 하나는 소스 노드(110-2)에서 전송된 e22이다. 그리고는 다시 복원된 4개의 채널코딩된 패킷들(e11,e13│e21,e22)를 기반으로 인액티베이션 디코딩을 수행하여 모든 정보 패킷들을 복원할 수 있다.
결론적으로, 릴레이 노드에서 네트워크 코딩된 패킷은 목적지 노드에서 RaptorQ의 프리-디코딩(pre-decoding) 기법 중 BP 디코딩 기법으로 디코딩이 가능하며, 이는 RaptorQ 채널 디코딩에 활용되어 최종 디코딩된 패킷을 생성하게 되어 최종 디코딩단에서의 데이터 복원율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 수행하는 릴레이 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치(400)는 수신부(410), 네트워크 코딩부(420) 및 전송부(430)를 포함할 수 있다.
수신부(410)는 소스 노드 1 및 소스 노드 2로부터 채널 코딩된 패킷들을 수신한다.
네트워크 코딩부(420)는 디코딩된 패킷에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행하여 네트워크 코딩된 패킷을 생성한다. 이때, 네트워크 코딩부(420)는 릴레이 노드에서 목적지 노드로의 최대가용한 대역폭을 사용하여 상기 LT 매트릭스를 이용한 네트워크 코딩을 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 네트워크 코딩부(420)가 사용하는 LT 생성 매트릭스는 사이즈(n1R + n2R) x Nm의 크기를 갖을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 네트워크 코딩부(420)는 RSD(Robust Soliton Distribution)에 기반하여 소스들(소스 1 및 소스 2)로부터 d 유입되는 패킷들 사이의 조합을 임의로 선택함으로써 네트워크 코딩된 패킷을 생성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네트워크 코딩부(420)는 n1R은 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수 및 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 기반으로 d개의 소스노드로부터 유입된 패킷들을 선택하는 확률을 계산하여 네트워크 코딩을 수행한다.
전송부(430)는 네트워크 코딩부(420)에서 생성한 패킷들을 목적지 노드로 전송한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷을 수신하는 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치(500)는 수신부(510), 제 1 디코딩부(520) 및 제 2 디코딩부(530)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 수신부(510)는 RaptorQ 채널코딩으로 인코딩된 송신 패킷을 복수 개의 소스 노드로부터 수신하고, 복수 개의 소스 노드에서 제공하는 송신 패킷 중 적어도 일부에 대해 LT 매트릭스(matrix)를 이용하여 네트워크 코딩함으로써 인코딩된 네트워크 코딩 패킷을 릴레이 노드로부터 수신한다.
제 1 디코딩부(520)는 수신부(510)에서 수신된 송신 패킷 및 네트워크 코딩 패킷을 기반으로 BP 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩을 수행한다. LT 디코딩을 수행함으로써 수신부(510)에서 수신된 패킷 이외에 수신 장치(500)에 도달하는 도중에 손실된 패킷을 추가적으로 복원할 수 있다.
제 2 디코딩부(530)는 제 1 디코딩부(520)에서 LT 디코딩을 통해 복원된 패킷들을 인액티베이션 디코딩 알고리즘(inactivation decoding algorithm)의 입력으로 제공하여 인액티베이션 디코딩을 수행함으로써 상기 복수 개의 소스 노드에서 제공하는 정보 패킷을 복원할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 목적지 노드의 패킷 수신 방법에 따라 목적지 노드에서 소스 1, 소스 2 및 릴레이 노드에서 각각 받은 패킷을 디코딩한 디코딩 성공확률을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 목적지 노드에서 소스 노드 1, 소스 노드 2, 릴레이 노드에서 각각 받은 패킷을 디코딩하여 디코딩 성공확률을 실험한 결과를 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 코딩 방법을 적용한 결과, 종래 RaptorQ 인코딩을 한 것보다 우수한 결과를 보이고 있음을 확인할 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법에 있어서,
    제 1 소스 노드로부터 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 통해 인코딩된 제 1 패킷 및 제 2 소스 노드로부터 LT 인코딩 및 LDPC 인코딩을 포함하는 채널코딩을 통해 인코딩된 제 2 패킷을 수신하는 단계;
    상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷에 여분의 데이터를 조합하여 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행함으로써 제 3 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제 3 패킷을 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함하는, 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 노드는 상기 릴레이 노드에서 상기 목적지 노드의 최대가용한 대역폭(maximum available bandwidth)을 사용하여 상기 LT 매트릭스를 이용한 네트워크 코딩을 수행하는, 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 노드는 LT 매트릭스는 (n1R_n2R) X Nm의 크기를 갖으며, n1R은 상기 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하고, n2R은 상기 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하며, Nm은 상기 릴레이 노드에서 상기 목적지 노드 내의 최대 전송되는 수를 의미하는, 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 패킷은 RSD(Robust Soliton Distribution)에 기반하여 상기 제 1 및 상기 제 2 소스 노드로부터 수신된 d개의 제 1 패킷 및 제 2 패킷들 사이의 조합을 임의로 선택함으로써 생성되는, 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 패킷은
    Figure 112018070031521-pat00014
    을 고려하여 생성되되, Ω(x)는 d개의 제 1 및 제 2 패킷들을 선택하는 확률을 의미하고, n1R은 상기 제 1 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하고, n2R은 상기 제 2 소스 노드에서 상기 릴레이 노드로 전송되는 채널코딩된 패킷의 수를 의미하는, 릴레이 노드에서의 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송 방법.
  6. 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치에 있어서,
    제 1 소스 노드로부터 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 통해 인코딩된 제 1 패킷 및 제 2 소스 노드로부터 LT 인코딩 및 LDPC 인코딩을 포함하는 채널코딩을 통해 인코딩된 제 2 패킷을 수신하는 수신부;
    상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷에 여분의 데이터를 조합하여 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행함으로써 제 3 패킷을 생성하는 네트워크 코딩부; 및
    상기 생성된 제 3 패킷을 목적지 노드로 전송하는 전송부를 포함하는, 네트워크 코딩을 통한 패킷 전송을 하는 릴레이 장치.
  7. 목적지 노드의 패킷 수신 방법에 있어서,
    제 1 소스노드에서 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 1 패킷 및 제 2 소스노드에서 LT 인코딩 및 LDPC 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 2 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제 1 패킷 및 상기 제 2 패킷에 여분의 데이터를 조합하여 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행함으로써 인코딩된 제 3 패킷을 릴레이 노드로부터 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 제 1 패킷 및 상기 수신된 제 2 패킷, 및 상기 제 3 패킷을 BP(Belief-Propagation) 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 단계를 포함하는, 목적지 노드의 패킷 수신 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    LT 디코딩을 통해 복원된 패킷들을 인액티베이션 디코딩 알고리즘(inactivation decoding algorithm)의 입력으로 제공하여 인액티베이션 디코딩을 수행함으로써 상기 제 1 및 상기 제 2 소스 노드에서 제공하는 데이터를 복원하는 단계를 더 포함하는, 목적지 노드의 패킷 수신 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 수신된 제 1 패킷, 상기 수신된 제 2 패킷 및 상기 수신된 제 3 패킷을 BP 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 단계는
    상기 수신된 제 1 패킷, 상기 수신된 제 2 패킷 및 상기 수신된 제 3 패킷을 LT 디코딩하여 상기 목적지 노드로 전송되는 도중에 손실된 패킷을 추가적으로 복원하는 단계를 포함하는, 목적지 노드의 패킷 수신 방법.
  10. 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치에 있어서,
    제 1 소스노드에서 LT(Luby transform) 인코딩 및 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 1 패킷 및 제 2 소스노드에서 LT 인코딩 및 LDPC 인코딩을 포함하는 채널코딩을 수행하여 인코딩된 제 2 패킷을 수신하고, 상기 제 1 패킷 및 상기 제 2 패킷에 여분의 데이터를 조합하여 LT 매트릭스(matrix)를 이용한 네트워크 코딩을 수행함으로써 인코딩된 제 3 패킷을 릴레이 노드로부터 수신하는 수신부; 및
    상기 수신된 제 1 패킷, 상기 수신된 제 2 패킷 및 상기 수신된 제 3 패킷을 BP 알고리즘을 이용하여 LT 디코딩하는 디코딩부를 포함하는, 네트워크 코딩된 패킷을 수신하는 장치.
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