KR101930057B1

KR101930057B1 - 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101930057B1
Application number: KR1020120120357A
Authority: KR
Inventors: 구기종
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2018-12-17
Also published as: US20130114448A1; KR20130047642A; US9014037B2

Abstract

본 발명은, 선 통신 기반의 All-인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol) 망에서 멀티미디어 서비스 품질을 향상시키기 위해, 데이터 패킷의 손실을 복구하고 또한 데이터 패킷의 송수신 시에 혼잡을 회피하여, 정상적으로 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 채널을 통해 데이터 패킷을 수신하는 단말로부터, 상기 데이터 패킷에 대한 손실 정보 및 상기 채널의 혼잡 정보를 수신하고, 상기 혼잡 정보로부터 혼잡 상황 추정값을 확인하고, 상기 혼잡 상황 추정값에 상응하여 상기 단말로 송신하는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하고, 상기 손실 정보로부터 데이터 패킷 손실 추정값을 확인하고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 상기 데이터의 잉여 데이터를 생성하며, 상기 프레임 결합된 데이터와 상기 잉여 데이터를 상기 데이터 패킷에 포함시켜 송신한다.

Description

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving data in communication system}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 기반의 All-인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol, 이하 'IP'라 칭하기로 함) 망에서 멀티미디어 서비스 품질을 향상시키기 위해, 데이터 패킷의 손실을 복구하고 또한 데이터 패킷의 송수신 시에 혼잡을 회피하여, 정상적으로 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 통신 시스템은, 일 예로 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템 및 이동 통신 기술의 발달과 스마트폰의 출현으로 단말에서 패킷 망을 이용한 인터넷 접속, 메일, 음성, 및 영상 등의 다양한 멀티미디어 서비스 제공이 가능해졌다.

또한, 전술한 바와 같이, 단말을 통해 멀티미디어 서비스를 제공하는 통신 시스템에서는, 네트워크의 고도화, 예컨대 네트워크의 대역폭 확장 및 네트워크의 전송 속도 개선과, 단말 성능 향상으로 인해 다양한 실시간 멀티미디어 서비스도 가능해졌다. 하지만, 멀티미디어 서비스를 제공받고자 하는 사용자의 증가와 음성 및 영상 데이터의 고품질화에 따른 데이터량의 증가뿐만 아니라, QoS 보장이 안되는 IP 망의 본질적인 원인으로 인해 고도화된 네트워크임에도 불구하고 여전히 전송 데이터의 지연 손실(late loss)이 발생하고 있다.

아울러, 실시간 멀티미디어 서비스에서 지연 및 손실은 멀티미디어 서비스를 제공받고자 하는 사용자에게 서비스 품질 저하를 초래한다. 특히, 이러한 서비스 품질 저하의 가장 큰 요소인 데이터 손실을 최소화하기 위한 다양한 방식들이 제안되고 있으며, 일 예로 순방향 에러 정정순방향 오류 정정(FEC: Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭하기로 함) 코드를 이용한 손실 복구 방식, 품질 또는 손실 피드백을 통한 전송 제어 방식, 혼잡 회피 방식 등이 제안되었다. 하지만, 이렇게 제안된 방식들은, 손실된 데이터, 특히 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 대용량의 데이터를 송수신하는 통신 시스템에서 손실된 데이터를 복구하고, 또한 데이터 송수신 시에의 혼잡을 회피함에 있어, 데이터 복구 성능 및 속도 뿐만 아니라 데이터 송수신 성능 등에 한계가 있다.

따라서, 멀티미디어 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 멀티미디어 서비스의 품질을 향상시키기 위해 손실된 데이터를 복구하며, 또한 데이터 송수신 시에의 혼잡을 회피하여 고속 및 정상적으로 데이터를 송수신하는 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 멀티미디어 서비스의 품질을 향상시키기 위해 데이터 패킷의 손실을 복구하며, 또한 데이터 송수신 시의 채널 혼잡 상황을 회피하여 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서, 채널을 통해 데이터 패킷을 수신하는 단말로부터, 상기 데이터 패킷에 대한 손실 정보 및 상기 채널의 혼잡 정보를 수신하는 패킷복호화기; 상기 혼잡 정보로부터 혼잡 상황 추정값을 확인하고, 상기 혼잡 상황 추정값에 상응하여 상기 단말로 송신하는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하는 프레임 어셈블러; 상기 손실 정보로부터 데이터 패킷 손실 추정값을 확인하고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 상기 데이터의 잉여 데이터를 생성하는 리던던시 제어기; 및 상기 프레임 결합된 데이터와 상기 잉여 데이터를 상기 데이터 패킷에 포함시켜 송신하는 패킷화기;를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서, 채널을 통해 데이터 패킷을 AP(Access Point)로부터 수신하고, 상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 확인하는 패킷복호화기; 상기 데이터 패킷의 전송 지연에 상응하는 데이터 패킷 손실 추정값을 생성하는 패킷 손실 추정기; 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하는 혼잡 추정기; 및 상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷을 통해 상기 AP로 송신하는 패킷화기;를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서, 채널을 통해 데이터 패킷을 수신하는 단말로부터, 상기 데이터 패킷에 대한 손실 정보 및 상기 채널의 혼잡 정보를 수신하는 단계; 상기 혼잡 정보로부터 혼잡 상황 추정값을 확인하고, 상기 혼잡 상황 추정값에 상응하여 상기 단말로 송신하는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하는 단계; 상기 손실 정보로부터 데이터 패킷 손실 추정값을 확인하고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 상기 데이터의 잉여 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 프레임 결합된 데이터와 상기 잉여 데이터를 상기 데이터 패킷에 포함시켜 송신하는 단계;를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서, 채널을 통해 데이터 패킷을 AP(Access Point)로부터 수신하는 단계; 상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 확인하는 단계; 상기 데이터 패킷의 전송 지연에 상응하는 데이터 패킷 손실 추정값을 생성하는 단계; 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하는 단계; 및 상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷을 통해 상기 AP로 송신하는 단계;를 포함한다.

본 발명은, 통신 시스템에서 멀티미디어 데이터에 복구 지연시간이 필요 없는 방식으로 잉여 데이터를 추가하여 패킷 손실을 복구하고, 전송 지연 시간을 기반으로 패킷 손실을 추정하여 패킷 손실을 최소화하며, 데이터 송수신 시에 발생하는 채널 혼잡 상황마다 미디어 결합 방식을 이용하여 혼잡 상황을 회피함으로써, 멀티미디어 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하여, 멀티미디어 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송수신을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 데이터 송신 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은, 통신 시스템, 예컨대 멀티미디어 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 무선 통신 기반의 All-인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol, 이하 'IP'라 칭하기로 함) 망을 포함하는 통신 시스템, 예컨대 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템을 일 예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방안은, 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 멀티미디어 서비스를 제공하는 통신 시스템에서, 멀티미디어 오버 아이피(Multimedia over IP) 데이터 패킷의 손실을 복구하고, 또한 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡 회피하여, 상기 멀티미디어 서비스에 해당하는 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 통신 시스템에서 실시간 멀티미디어 서비스의 제공 시에 발생할 수 있는 데이터 패킷의 손실을 복구, 다시 말해 상기 멀티미디어 서비스에 해당하는 데이터 패킷을 송수신할 경우 발생하는 데이터 패킷의 손실을 복구하고, 또한 상기 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡 상황을 회피한다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 상기 멀티미디어 서비스에 해당하는 멀티미디어 데이터, 즉 데이터 패킷의 손실 복구 시에, 상기 멀티미디어 데이터에 복구 지연 시간이 필요 없는 방식으로 잉여 데이터를 추가하여, 상기 데이터 패킷의 손실을 복구하고, 상기 데이터 패킷의 전송 지연 시간을 기반으로 데이터 패킷 손실을 추정하여 데이터 패킷 손실을 최소화하며, 상기 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡 상황 시, 미디어 결합 방식을 이용하여 상기 채널의 혼잡 상황을 회피함으로써, 상기 멀티미디어 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하여, 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 실시간 멀티미디어 서비스에서 지연 및 손실은 사용자의 체감 품질에 영향을 주는 데이터 손실을 최소화하기 위해 제안된 다양한 방식들, 예컨대 순방향 오류 정정(FEC: Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭하기로 함) 코드를 이용한 손실 복구, 품질 또는 손실 피드백을 통한 전송 제어, 혼잡 회피 등에서 발생되는 문제점을 해결한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제안된 다양한 방식들에서 상기 FEC 코드를 이용한 손실 복구 시에, 음성 및 영상 데이터로부터 FEC 코드, 예컨대, 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드 등을 이용하여 복구 데이터를 생성한 후, 일정 간격으로 데이터 패킷에 복구 데이터를 추가하는 방식, 예를 들어 상기 데이터 패킷으로 실시간 전송 프로토콜(RTP: Real-time Transport Protocol, 이하 'RTP'라 칭하기로 함) 패킷 3개마다 복구 데이터를 추가하는 방식으로, 상기 복구 데이터와 상기 음성 및 영상 데이터를 RTP 패킷에 결합하여 송수신하며, 이러한 RTP 패킷의 송수신 시에 발생하는 RTP 패킷의 손실을 수신측에서 복구할 경우 상기 복구 데이터를 이용하여 상기 손실된 RTP 패킷을 복구한다. 이러한 경우, 상기 복구 데이터를 포함한 RTP 패킷을 수신할 때까지 손실 복구를 수행하지 못하여 지연이 발생하며, 또한 상기 복구 데이터를 포함한 RTP 패킷이 손실될 경우, 상기 손실된 RTP 패킷의 손실 복구가 불가능 해진다.

이러한 데이터 패킷, 다시 말해 RTP 패킷 손실의 대응으로, 상기 제안된 다양한 방식들에서는, 수신측에서 RTP 패킷 손실을 RTP-페이로드(payload) 내 타임스탬프를 감지하여, 실제 발생한 RTP 패킷의 손실 정보를 송신측에 피드백하여 송신측에서 에러 정정 방식을 조정하도록 하였다. 하지만, 이러한 상기 제안된 다양한 방식들에서는, 수신측에서 송신측까지 피드백 정보, 즉 상기 RTP 패킷의 손실 정보가 도달할 때까지의 네트워크 상태를 예측할 수 없으므로, 추가적으로 데이터 패킷의 손실이 발생할 수 있다.

예를 들면, VoIP(Voice over IP)에서 음성 데이터가 20ms 간격으로 전송되고, 송신측과 수신측의 종단들 간 전송 지연, 다시 말해 상기 송신측의 인코더 출력에서 상기 수신측의 디코더 입력까지의 지연이 100ms일 경우, 상기 수신측에서 하나 이상의 데이터 패킷 손실을 감지한 후, 상기 데이터 패킷 손실에 상응하는 데이터 패킷의 손실 정보를 송신측에 전달하는데, 최소 100ms의 정보 전달 지연이 발생하게 되고, 100ms 동안 송신측에서 수신측으로 전달되는 5개의 음성 데이터에 대해서는 데이터 패킷의 손실 상황에 적합한 에러 정정 기법을 적용하지 못하게 되므로, 음성 서비스의 품질이 저하된다.

또한, 상기 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡 회피 방안으로, 상기 제안된 다양한 방식들에서는, 네트워크의 혼잡 회피(congestion avoidance)를 위해서, 잉여 데이터를 추가적으로 송수신하여 데이터 패킷의 손실 발생 여부를 확인함으로써, 상기 네트워크의 혼잡 정도가 현재보다 더 높은 데이터 전송률을 허용할 수 있는지 확인한다. 하지만, 상기 WLAN 시스템에서의 단말과 AP(Access Point) 간의 무선 구간에서는, 혼잡 상황이 데이터의 전송률에만 의존하지 않고, 채널을 공유하는 단말의 채널 획득 시도, 다시 말해 해당 채널을 통한 데이터 전송 횟수를 나타내는 패킷 전송율(packets/second)에도 영향을 받으므로, 단순히 데이터 전송률의 증감만으로는 혼잡상황을 확인하지 못하는 상황이 발생한다.

여기서, 상기 무선 구간에서는, 상기 패킷 전송율이 상이하지만 데이터 전송율이 동일할 수 있으며, 일 예로 20ms마다 생성되는 80바이트로 구성된 음성 데이터로부터 RTP 패킷당 1개의 음성 데이터를 포함하여 송수신할 경우, 상기 패킷 전송율은 50packets/sec가 되고, 이때 상기 데이터 전송율은 32,000(=50packets*80bytes*8bits)bits/sec가 된다. 하지만, 상기 RTP 패킷당 2개의 음성 데이터를 포함하여 송수신할 경우에는, 상기 패킷 전송율이 25packets/sec가 되고, 이때 상기 데이터 전송율이 32,000(=25packets*160bytes*8bits)bits/sec가 되므로, 상기 RTP 패킷당 1개를 전송할 때와 동일한 데이터 전송율을 갖는다. 그러므로, 상기 제안된 다양한 방식들에서는, 단순히 데이터 전송률의 증감만으로 채널의 혼잡 상황을 확인하지 못하는 상황이 발생한다.

이러한 상기 제안된 다양한 방식들에서의 문제를 극복하기 위해, 다시 말해 우선 상기 FEC 코드를 이용한 손실 복구 지연 및 상기 FEC 코드를 이용한 손실 복구의 불가능을 극복하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는, 이전 음성 및 영상 데이터를 현재 데이터에 잉여 데이터로 추가하여 RTP 패킷에 결합하여 송수신함으로써, 수신측에서, 상기 FEC 코드를 이용한 손실 복구와 같이 복구 데이터를 기다리지 않고, RTP 패킷에 포함되어 있는 잉여 데이터로부터 이전 음성 및 영상 데이터를 추출하여 복구하며, 그에 따라 복구 지연 시간을 없애고, 또한 상기 FEC 코드를 이용할 경우와 같이 복구 데이터를 포함한 RTP 패킷의 손실로 인한 복구 불가능한 상황이 방지된다. 여기서, 상기 잉여 데이터는, 한 개의 데이터 유닛, 예컨대 한 프레임 이상의 음성 및 영상 데이터가 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 잉여 데이터에 따른 대역폭을 조절하며, 보다 구체적으로 설명하면, 상기 잉여 데이터를 이용하여 데이터 패킷의 손실을 복구할 경우, 상기 잉여 데이터에 따른 대역폭 증감을 조정하기 위해, 수신측에서 추정된 데이터 패킷의 손실 및 채널의 혼잡 정보와, 송신측에서 추정된 채널의 혼잡 정보를 이용하여, 상기 잉여 데이터의 양, 예컨대 음성 및 영상 데이터의 개수를 조정한다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 손실된 데이터 패킷의 복구를 최대화하기 위해, 수신측에서 측정된 음성 데이터의 전송 지연 시간을 기반으로 데이터 패킷의 손실을 추정하고, 상기 추정에 따른 상기 데이터 패킷의 손실 추정값을 수신측에서 송신측으로 전송되는 RTP 패킷에 추정값을 삽입하여 피드백한다. 그러면, 상기 송신측은 상기 데이터 패킷의 손실 추정값을 분석하여, 데이터 패킷의 손실 가능성에 따라 데이터 패킷의 복구를 위한 잉여 데이터를 조정하여 송수신함으로써, 수신측에서 데이터 패킷의 손실이 발생할 경우, 손실된 데이터 패킷의 복구 가능성을 최대화한다.

아울러, 본 발명의 실시 예에서는, 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡을 회피하기 위해, 수신측에서 추정된 데이터 패킷의 손실 및 채널의 혼잡 정보와, 송신측에서 추정된 채널의 혼잡 정보로부터, 전송 채널의 혼잡 상황이 추정, 즉 검출될 경우, 다수의 음성 및 영상 데이터를 한 개의 RTP 패킷에 결합하여, RTP 패킷 전송율(packet/second)을 낮춤으로써 채널의 혼잡 상황을 회피한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 통신 시스템은, 다양한 서비스, 예컨대 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해, 상기 멀티미디어 서비스에 해당하는 멀티미디어 데이터, 즉 데이터 패킷을 채널을 통해 송신하는 AP들(120,140), 및 상기 채널을 통해 상기 AP들(120,130)로부터 데이터 패킷을 수신하는 단말들(110,140)을 포함하며, 상기 AP들(120,130) 간은 무선 접속 망들(150,154)과 IP 백본 망들(152)을 통해 연결된다.

여기서, 상기 AP들(120,140)은, 채널을 통한 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 데이터 패킷의 손실을 복구하고, 또한 상기 데이터 패킷의 송수신 시 채널의 혼잡 상황을 회피하도록, 데이터 패킷을 상기 단말들(110,130)로 송신하며, 상기 단말들(110,130)은 상기 데이터 패킷을 수신하며, 수신한 데이터 패킷에서 손실된 데이터 패킷은 복구를 통해 상기 데이터 패킷을 정상적으로 수신한다. 상기 데이터 패킷의 손실 복구 및 채널의 혼잡 상황 회피에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명할 것임으로, 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송수신에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송수신을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 통신 시스템에서 AP(252)와 단말(254)은, 소정의 시간구간(t0, t1, t2, t3, t4, t5)으로 분할된 무선 채널에서, 임의의 시구간의 무선 채널을 점유하여 상기 AP(252)와 단말(254) 간은 데이터를 송수신하며, 일 예로 상기 소정의 시간구간(t0, t1, t2, t3, t4, t5)으로 분할된 무선 채널에서, t0과 t1 간의 시구간, 다시 말해 제1시구간의 무선 채널을 AP(202)와 단말(204) 간이 점유할 경우에는, AP(202)와 단말(204) 간은 상기 제1시구간에서 데이터를 송수신하며, 또한 상기 제1시구간의 무선 채널은 AP(202)와 단말(204) 간의 송신 프레임에 의해 점유된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 AP(202)는, 상기 제1시구간의 송신 구간(210)에서 데이터 패킷, 송신 프레임(TX1)을 상기 단말(204)로 송신하며, 상기 단말(204)은 상기 송신 프레임(TX1)(212)의 수신 응답으로 ACK(214)을 상기 AP(202)로 송신한다. 이렇게 상기 AP(202)에서 상기 단말(204)로의 데이터 패킷 송신이 완료되면, 아이들 구간(220)이 존재하며, 상기 아이들 구간(220)이 종료된 후, 상기 AP(202)는, 수신 구간(230)에서 데이터 패킷, 송신 프레임(TX2)(232)을 상기 단말(204)로부터 수신하며, 상기 송신 프레임(TX2)(232)의 수신 응답으로 ACK(234)를 상기 단말(204)로 송신한다.

이렇게 상기 통신 시스템에서 AP(202)와 단말(204) 간의 데이터 송수신을 위한 무선 채널은, 시구간 상에서 송신 프레임의 송신 구간(210), 송신 프레임의 수신 구간(230), 및 아이들 구간(220)을 포함하며, 특히 상기 AP(202)가 단말(204)로부터 송신 프레임을 수신하는 구간(203)을 무선 채널의 비지(busy) 구간으로 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 무선 채널의 비지 구간에 상기 AP(202)와 다른 단말들 간에 송신 프레임을 송수신할 경우에는, 송신 프레임의 충돌이 발생하고, 해당 프레임은 송수신 오류가 발생한다. 따라서, 상기 통신 시스템에서는, 채널에서 특정 시간 동안 측정되는 채널의 비지 시간과 아이들 시간 동안 채널의 혼잡도를 측정한다. 여기서, 상기 채널의 혼잡도는 프레임 충돌 확률로 나타낼 수 있으며, 상기 특정 시간에 측정된 프레임의 충돌 확률(Collision Probability)은, 비지 시간 / (비지 시간 + 아이들 시간)으로 정의된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 통신 시스템에서, AP는 단말들과 프레임 송신을 송수신하는 채널의 혼잡 상태를 측정한 한, 상기 채널의 혼잡도, 예컨대 프레임의 충돌 확률을 비콘(becon) 프레임 또는 프로브 응답(probe respose) 프레임을 통해, 상기 AP에 접속된 단말들로 방송한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 상기 채널의 혼잡도가 포함되어 방송되는 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 전술한 바와 같이 상기 채널의 혼잡도가 포함되는 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 프레임은, 상기 프레임에 대한 제어 정보가 포함되는 MAC(Media Access Control) 헤더(300), 상기 프레임을 통해 송신되는 데이터가 포함되는 데이터 필드(field)로 프레임 바디(Frame Body) 필드(320), 및 상기 프레임의 정상 수신 여부를 체크하기 위한 FCS(Frame Check Sequence) 필드(330)를 포함한다. 여기서, 상기 MAC 헤더(300)에는 프레임 제어(Frame Control) 필드(302), 듀레이션(Duration) 필드(304), 어드레스 필드(306), SA(Service Access) 필드(308), BSSID(Basic Service Set IDentifier) 필드(310), 및 시퀀스 제어(Sequence Control) 필드(312)를 포함한다.

또한, 상기 프레임, 다시 말해 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임에는, 전술한 바와 같이, 상기 채널의 혼잡도, 즉 채널의 혼잡 정보가 포함되며, 상기 채널의 혼잡 정보는 상기 프레임의 프레임 바디 필드(320)에 포함된다.

즉, 상기 프레임 바디 필드(320)의 정보 필드(information field)는, 상기 채널의 혼잡 정보에 대한 식별 정보가 포함된 엘리먼트 ID 필드(322), 상기 채널의 혼잡 정보가 포함된 충돌 확률(Collision Probability) 필드(326), 및 상기 충돌 확률 필드(326)의 사이즈 정보가 포함된 Length 필드(324)를 포함한다. 일 예로, 상기 채널 혼잡 정보는, IEEE. 802.11 시스템의 프레임에서 정의되지 않은 정보 엘리먼트(information element)로서 오더(order) 25를 사용하여 충돌 확률(Collision Probability)로 정의되며, 상기 정보 엘리먼트인 충돌 확률은, 상기 충돌 확률을 지시하는 엘리먼트 ID 필드(322)와, 상기 충돌 확률이 포함된 충돌 확률 필드(326), 및 상기 충돌 확률 필드(326)의 사이즈를 지시하는 Length 필드(324)를 포함하며, 상기 충돌 엘리먼트 ID 필드(322)는 52로 정의하고, 상기 Length 필드(324)는, 2 octets로 할당하며, 상기 충돌 확률 필드(326)에는 정수의 충돌 확률을 포함된다.

아울러, 상기 통신 시스템에서, 상기 단말은, 자신이 접속한 AP와의 무선 채널의 혼잡 상태를 확인하기 위해, 상기 AP로부터 송신되는 비콘 프레임으로부터 채널의 혼잡 정보, 즉 채널의 충돌 확률을 추출하여, 상기 AP와의 무선 채널의 혼잡 상태를 확인한다. 여기서, 상기 채널의 충돌 확률은, 비콘 프레임의 프레임 바디 필드에 포함되어 상기 AP로부터 방송되며, 상기 단말은, 상기 비콘 프레임을 수신한 후, 상기 비콘 프레임의 프레임 제어 필드(302)로부터 수신 프레임의 종류를 결정한 후, SA 필드(308) 및 BSSID 필드(310)에 포함된 정보를 통해 비콘 프레임의 송신 주체, 즉 상기 AP를 확인한다.

이렇게 상기 프레임 제어 필드(302)를 통해 비콘 프레임임을 확인하고, 상기 SA 필드(308) 및 BSSID 필드(310)를 통해 상기 AP를 확인한 단말은, 상기 비콘 프레임의 프레임 바디 필드(320)를 디코딩하여, 상기 엘리먼트 ID 필드(322)를 통해 충돌 확률임을 확인한 후 Length 필드(324)에 포함된 사이즈 정보만큼의 충돌 필드(326)에 포함된 정보를 충돌 확률로 확인한다. 여기서, 일 예로 상기 충돌 확률 필드(326)를 디코딩한 값이 3546일 경우, 실제 충돌 확률은 0.003456이 된다.

또한, 상기 통신 시스템에서, 상기 단말은, 자신이 포함된 BSS(Basic Service Set) 내에서 채널의 혼잡 상태를 확인하기 위해, 상기 AP에서 추정된 채널의 혼잡 정보, 즉 전술한 바와 같이 비콘 프레임을 통해 수신하여 확인한 채널의 충돌 확률 뿐만 아니라, 단말 자신이 채널의 혼잡 상태를 측정하여 채널의 혼잡 정보를 생성한다. 다시 말해, 상기 단말은, AP로부터 수신한 채널의 충돌 확률 뿐만 아니라, 상기 AP와의 데이터 패킷의 송수신 시에 발생한 MAC 계층에서의 재전송 회수를 통해 채널의 혼잡 정보를 확인하며, 또한 상기 AP에서의 충돌 확률 계산과 같이, 단말 자신이 충돌 확률을 계산하여 상기 채널의 혼잡 정보를 확인한다. 여기서, 상기 재전송 회수 및 충돌 확률이 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 채널의 혼잡 상황으로 확인한다. 그러면 이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP와 단말이 송수신하는 데이터 패킷에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 4는, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 패킷의 손실 복구를 위해 이전의 프레임을 잉여 데이터로 생성한 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 5는, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 채널의 혼잡 정보, 다시 말해 채널의 혼잡 정보에 상응하여 프레임 결합 방식을 통해 생성된 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 데이터 패킷, 예컨대 RTP 패킷의 페이로드(payload) 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

우선, 도 4를 참조하면, 상기 통신 시스템에서, 송신측, 예컨대 상기 AP는, 수신측, 예컨대 단말로부터 수신한 데이터 패킷 손실 추정값을 통해 잉여 데이터의 개수, 다시 말해 데이터 프레임의 개수를 결정하며, 이때 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 크면 상기 잉여 데이터의 개수를 증가시키고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 작으면 상기 잉여 데이터의 개수를 유지하거나 감소시킨다.

예컨대, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 클 경우, 상기 AP는, 잉여 데이터를 추가하는 방식으로 데이터 패킷을 생성하며, 이때 상기 수신측, 즉 단말에서 처리 지연을 방지하기 위해 현재 데이터 프레임과 상기 현재 데이터 프레임의 바로 이전 데이터 프레임을 연속적으로 추가하여 데이터 패킷을 생성, 즉 데이터 패킷 손실 복구를 위한 잉여 데이터를 생성하여 데이터 패킷을 생성한다. 일 예로, 현재 시점의 데이터가 각각 제1시점(t=T)(410)에서는, Data k(412)이고, 제2시점(t=2T)(420)에서는, Data k+1(422), 제3시점(t=3T)(430)에서는, Data k+2(432), 및 제4시점(t=4T)(440)에서는, Data k+3(442)일 경우, 각각의 현재 시점의 잉여 데이터는 바로 이전 시점의 데이터, 즉 상기 제2시점(t=2T)(420)에서는, 제1시점(t=T)(410)의 Data k(424)가 잉여 데이터가 되고, 상기 제3시점(t=3T)(430)에서는, 제2시점(t=2T)(420)의 Data k+1(434)+Data k(436)가 잉여 데이터가 되며, 상기 제4시점(t=4T)(440)에서는, 제3시점(t=3T)(430)의 Data k+2(444)+Data k+1(446)+Data k(448)가 잉여 데이터가 된다.

이렇게 상기 통신 시스템에서 송신측, 즉 AP는, 현재 시점의 데이터와 잉여 데이터를 데이터 패킷으로 송신하며, 이때 상기 데이터 패킷에는 현재 시점의 데이터와 상기 잉여 데이터로 이전 시점의 데이터 패킷에 포함된 데이터가 연속적으로 추가되어 포함된다.

그리고, 도 5를 참조하면, 상기 통신 시스템에서, 송신측, 예컨대 상기 AP는, 상기 채널의 혼잡 정보를 통해 채널이 혼잡 상황임을 확인할 경우, 상기 AP는 T 간격으로 생성되는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하여, 상기 프레임 결합된 데이터 프레임을 데이터 패킷으로 수신측, 예컨대 단말로 송신한다.

예컨대, 전술한 바와 같이, T 간격으로 데이터가 생성될 경우, 다시 말해 제1시점(t=T)에서는, Data k, 제2시점(t=2T)에서는, Data k+1, 제3시점(t=3T)에서는, Data k+2, 및 제4시점(t=4T)에서는, Data k+3가 생성될 경우, 상기 채널이 혼잡 상황임으로, 상기 T 간격으로 생성되는 데이터를 프레임 결합하며, 상기 결합 프레임은, 이전 생성된 데이터를 저장하여, 2T 간격으로 데이터 패킷당 두개의 데이터, 즉 두개의 데이터 프레임이 결합된다. 즉, 제2시점(t=2T)(510)에서는, 제1시점(t=T)의 데이터인 Data k의 데이터 프레임(514)과 제2시점(t=2T)의 데이터인 Data k+1의 데이터 프레임(512)이 결합된 결합 프레임이 데이터 패킷으로 송신된다.

그리고, 제4시점(t=4T)(520)에서는, 제3시점(t=3T)의 데이터인 Data k+2의 데이터 프레임(524)과 제4시점(t=4T)의 데이터인 Data k+3의 데이터 프레임(522)이 결합된 결합 프레임이 되며, 이때 전술한 바와 같이, 데이터 패킷의 손실 복구를 위해 바로 이전 시점의 데이터가 잉여 데이터가 되므로, 상기 제4시점(t=4T)의 데이터 프레임(522)과 상기 제3시점(t=3T)의 데이터 프레임(524)의 결합 프레임에, 잉여 데이터로, 제2시점(t=2T)의 데이터 프레임(526)과 제1시점(t=T)의 데이터 프레임(528)의 결합 프레임이, 데이터 패킷으로 송신된다. 여기서, 상기 결합 프레임에서 데이터 프레임의 결합 순서는, RTP 패킷의 헤더 필드와 근접할 수록 가장 나중에 생성된 데이터 프레임이 배치된다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 전술한 데이터 패킷, 다시 말해 RTP 패킷의 페이로드에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 상기 RTP 패킷은, 헤더 필드(미도시)와, 페이로드를 포함하며, 상기 RTP 패킷의 페이로드는, 상기 잉여 데이터 정보, 다시 말해 잉여 데이터의 사이즈 정보가 포함된 RData pkt_size 필드(602), 상기 잉여 데이터의 개수 정보가 포함된 RData pkt_count 필드(604), 프레임 결합 정보가 포함된 Frame asm_count 필드(606), 상기 혼잡 정보, 즉 혼잡 상황 추정값이 포함된 FB congestion 필드(608), 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 포함된 FB loss_pred 필드(610), 및 상기 데이터 패킷 손실 임계값이 포함된 FB loss_thr 필드(612)를 포함한다.

여기서, 상기 RTP 패킷은, 헤더 필드가 먼저 생성된 후, 페이로드가 생성, 다시 말해 상기 RData pkt_size 필드(602), 상기 RData pkt_count 필드(604), 상기 Frame asm_count 필드(606), 상기 FB congestion 필드(608), 상기 FB loss_pred 필드(610), 및 상기 FB loss_thr 필드(612)가 순차적으로 생성된다. 그러면 여기서, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신측, 즉 AP의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 7은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 송신측, 즉 AP의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 데이터 송신 장치는, 수신측, 즉 단말로 송신하고자 하는 데이터를 인코딩하는 인코더(710), 채널의 혼잡 정보, 즉 채널의 충돌 확률을 계산하는 혼잡 검출기(720), 상기 단말로부터 수신한 데이터 패킷을 복호화하는 RTP 패킷복호화기(730), 상기 채널의 혼잡 상황에 따라 데이터 프레임을 프레임 결합하는 프레임 어셈블러(740), 상기 프레임 결합된 데이터에 잉여 데이터를 추가하는 리던던시 제어기(750), 상기 프레임 결합된 데이터와 잉여 데이터를 데이터 패킷으로 생성하여 단말로 송신하는 RTP 패킷화기(760)를 포함한다.

상기 인코더(710)는, 상기 단말로 송신할 데이터를 생성, 예컨대 전술한 바와 같이, T 간격으로 데이터를 생성하여 인코딩한다.

상기 혼잡 검출기(720)는, 전술한 바와 같이, 단말과 점유된 채널에서 비지 구간 및 아이들 구간을 통해 채널의 혼잡도, 즉 특정 시간에서의 프레임 충돌 확률을 계산하여, 상기 채널의 충돌 확률을 계산하며, 상기 채널의 충돌 확률은 비콘 프레임을 통해 AP에 접속된 단말들에게 방송된다. 또한, 상기 혼잡 검출기(720)는, 상기 단말에서 추정한 채널의 혼잡 정보를 수신하며, 이러한 채널의 혼잡 정보 및 충돌 확률을 고려하여 채널의 혼잡 상황 추정값을 산출한다.

상기 RTP 패킷복호화기(730)는, 상기 단말로부터 수신한 데이터 패킷, 다시 말해 RTP 패킷을 수신하면, 상기 RTP 패킷을 복호화하여 상기 RTP 패킷에 포함된 채널의 혼잡 정보를 추출, 즉 상기 단말에서 추정한 채널의 혼잡 정보를 추출한 후, 상기 혼잡 정보를 프레임 어셈블러(740) 및 혼잡 검출기(720)로 전송한다. 그리고, 상기 RTP 패킷복호화기(730)는, 상기 RTP 패킷으로부터 데이터 패킷 손실 추정값과 데이터 패킷 손실 임계값을 추출하여 리던던시 제어기(750)로 전송한다.

상기 프레임 어셈블러(740)는, 상기 채널의 혼잡 상황 추정값, 다시 말해 채널의 충돌 확률 및 혼잡 정보를 통해, 채널의 혼잡 상태를 확인한 후, 상기 채널의 혼잡 상태에 따라 상기 데이터를 프레임 결합한다. 즉, 상기 프레임 어셈블러(740)는, 상기 단말에서 추정한 채널의 혼잡 정보 및 상기 AP에서 추정한 채널의 혼잡 정보를 모두 고려하여, 상기 데이터의 프레임 결합을 결정한 후, 상기 데이터의 데이터 프레임을 프레임 결합한다. 여기서, 상기 채널의 혼잡 상황에 따른 프레임 결합에 대해서는, 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

상기 리던던시 제어기(750)는, 상기 단말로부터 수신한 RTP 패킷에 포함된 데이터 패킷 손실 추정값과 데이터 패킷 손실 임계값을 이용하여, 현재 데이터에 추가되는 잉여 데이터의 개수를 결정, 즉 데이터 프레임의 개수를 결정한 후, 상기 잉여 데이터를 생성한다. 여기서, 상기 잉여 데이터 및 상기 잉여 데이터의 추가에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

상기 RTP 패킷화기(760)는, 상기 데이터의 프레임 결합 및 잉여 데이터 추가를 통해 생성된 최종 데이터가 포함된 데이터 패킷, 즉 RTP 패킷을 생성하며, 상기 RTP 패킷을 단말로 송신한다. 여기서, 상기 RTP 패킷화기(760)는, 전술한 바와 같이, 상기 RTP 패킷의 헤더 필드를 먼저 생성한 후, 페이로드를 생성하며, 상기 페이로드는 상기 RData pkt_size 필드, 상기 RData pkt_count 필드, 상기 Frame asm_count 필드, 상기 FB congestion 필드, 상기 FB loss_pred 필드, 및 상기 FB loss_thr 필드 순서로 생성한다. 그러면 여기서, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신측, 즉 단말의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 8은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 수신측, 즉 단말의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 데이터 수신 장치는, 송신측, 즉 AP로부터 데이터 패킷, 다시 말해 RTP 패킷을 수신하여 데이터 프레임을 확인하는 RTP 패킷복호화기(810), 상기 데이터 프레임을 저장하는 지터 버퍼(520), 상기 데이터 프레임을 디코딩하여 원 데이터를 복원하는 디코더(830), 상기 AP로부터 AP에서 추정한 채널의 혼잡 정보를 수신하는 혼잡 검출기(840), 상기 RTP 패킷의 지연 정보로부터 데이터 패킷 손실을 추정하는 패킷 손실 추정기(850), 상기 RTP 패킷의 지연에 따른 지연 손실을 제어하는 지연 손실 제어기(860), 및 상기 혼잡 정보 및 데이터 패킷 손실 추정값을 포함하는 데이터 패킷을 생성하여 상기 AP로 송신하는 RTP 패킷화기(870)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 RTP 패킷복호화기(810)는, 상기 AP로부터의 RTP 패킷 수신에 상응하는 수신 패킷 지연 시간을 측정하여 패킷 손실 추정기(850)로 지연 정보를 전송하며, 상기 RTP 패킷의 결합 프레임을 확인한 후, 상기 결합 프레임을 분리하여 지터 버퍼(820)로 전송한다. 그리고, 상기 RTP 패킷복호화기(810)는, 상기 RTP 패킷에 데이터 패킷 손실 복구를 위한 잉여 데이터를 확인하고, 상기 RTP 패킷에서 잉여 데이터를 제외한 원 데이터 프레임만을 지터 버퍼(820)로 전송한다. 이때, 현재 RTP 패킷 수신 이전의 RTP 패킷 수신 시에 데이터 패킷 손실이 존재하고, 상기 잉여 데이터에 손실된 데이터 패킷과 동일한 데이터가 존재하며, 해당 데이터를 정해진 순서로 지터 버퍼에 전송한다.

상기 패킷 손실 추정기(850)는, 상기 지연 정보로부터 지연 편차, 단기 지연 경향, 장기 지연 경향을 나타내는 세 가지 지연값을 계산하여, 데이터 패킷 손실을 추정하고, 데이터 패킷 손실 추정값은 지연 손실 제어기(860) 및 RTP 패킷화기(870)로 전송한다.

상기 지연 손실 제어기(860)는, 상기 패킷 손실 추정기(850)로부터 데이터 패킷 손실 임계값보다 큰 데이터 패킷 손실 추정값이 수신될 경우, 데이터 패킷 지연에 의해 상기 지터 버퍼(820)에서 발생하는 지연 손실을 제어하며, 이때 상기 지연 손실 제어기(860)는 상기 지터 버퍼(820)의 크기를 확장하도록 한다.

상기 혼잡 검출기(840)는, 상기 AP에서 추정한 채널의 혼잡 정보, 예컨대 충돌 확률과 단말 자신이 추정한 채널의 혼잡 정보, 예컨대 충돌 확률 및 재전송 회수를 임계값과 비교하여, 채널의 혼잡 상황 추정값을 RTP 패킷화기(870)로 전송한다. 그리고, 상기 RTP 패킷화기(870)는, 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 RTP 패킷의 페이로드에 포함시켜 AP로 송신한다.

여기서, 상기 단말에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 우선 상기 패킷 손실 추정기(850)는, 상기 RTP 패킷복호화기(810)로부터 RTP 패킷의 패킷 전송 지연 정보, 즉 지연값을 수신하며, 이때 스트림으로 입력되는 지연값으로부터 패킷 손실을 추정한다. 패킷 지연의 특성을 분석하기 위해 지연 편차, 단기 지연 경향, 장기 지연 경향을 나타내는 세 가지 값을 활용한다.

여기서, 상기 지연 편차는, 데이터 패킷 손실 임계값 지연과 가장 작은 데이터 패킷 지연 간의, 지연 시간 변화 범위 내에서 현재 수신된 데이터 패킷의 지연값(D^k)의 위치를 나타낸다. 예를 들어, 현재 입력 지연이 작을 수록 0에 근접한 값이 되고, 클 수록, 데이터 패킷 손실 임계값에 해당하는 1에 근접한 값이 된다. 그리고, 상기 지연 편차가 클수록 데이터 패킷 손실 확률이 높음을 의미하며, 상기 지연 임계값(Dthr)의 초기값은 현재까지 측정된 최소 데이터 패킷 전송 지연값(Dbase)의 2~3배 값으로 결정한 후, 데이터 패킷 손실이 발생할 경우, 손실 바로 이전에 수신한 데이터 패킷의 지연값을 상기 지연 직전에 수신한 패킷의 지연 값을 상기 데이터 패킷 손실 임계값(Dthr)으로 결정한다. 여기서, 상기 데이터 패킷 손실 임계값 지연과 가장 작은 데이터 패킷 지연 간의, 지연 시간 변화 범위(MinMax)는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 상기 장기 지연 경향은, 지연 스트림을 임의의 20~50개의 지연값으로 구성되는 지연 윈도우를 생성한 후, 새로운 데이터 패킷이 수신될 때마다 상기 지연 윈도우를 이동시켜 상기 장기 지연 경향을 계산한다. 여기서, 상기 지연 윈도우 내에서 현재 데이터 패킷 지연과 바로 이전의 데이터 패킷 지연의 크기를 비교해서, Spct를 계산하며, 상기 Spct는 지연 스트림 내에서 지연값이 큰 지 또는 작은 지를 지시하는 파라미터로, 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

또한, Spdf는, 지연 윈도우의 마지막과 처음의 지연차를, 인접 지연값의 차이의 합으로 나눔으로써, 지연 스트림이 증가하고 있는 지 또는 감소하고 있는 지를 지시하는 파라미터로, 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 상기 장기 지연 경향은, 분할 구간마다 상기 파라미터들, 즉 MinMax, Spct, Spdf의 세 가지 값의 평균값으로 산출한다.

아울러, 단기 지연 경향은, 상기 장기 지연 경향의 Spdt 계산과 SI(Sharpness Indicator)를 이용하여 산출하며, 이때 상기 지연 윈도우 크기를 5~10개의 데이터 패킷으로 줄인다. 상기 SI는, 인접 지연값들 간에 변화폭을 지시하는 파라미터로, 지연이 급격하게 증가하는 정도를 확인할 수 있다. t^t는, 현재 데이터 패킷을 수신한 시간이다.

그리고, 상기 단기 지연 경향은, 전술한 바와 같이 Spdt와 SI의 평균값으로 산출하며, 여기서 SI는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

상기 데이터 패킷 손실 추정값(predictor)은, 상기 지연 편차, 상기 단기 지연 경향, 및 상기 장기 지연 경향을 이용하여 산출하며, 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 이때, 상기 지연 편차의 값에 따라, 각 변수에 가중치를 달리 적용하여 지연 경향을 충분히 반영할 수 있도록 한다.

수학식 5에서, 상기 가중치

,

에 따라 상기 데이터 패킷 손실 추정값(predictor)이 결정된다.

상기 데이터 패킷 손실 추정값은, 데이터 패킷 손실 임계값과 함께 RTP 데이터 패킷에 포함되어 AP로 송신되며, 상기 데이터 패킷 손실 추정값은, 전술한 바와 같이, 상기 AP에서 데이터 패킷 손실 복구를 위한 잉여 데이터의 생성에 이용된다. 즉, 상기 데이터 패킷 손실 추정값은, RTP 패킷화기(870)에 의해 RTP payload의 FB loss_pred 필드에 포함되고, 상기 패킷 손실 임계값은 FB loss_thr필드에 포함된다.

그리고, 상기 지연 손실 제어기(860)는, 전술한 바와 같이 산출한 데이터 패킷 손실 추정값을 패킷 손실 추정기(850)로부터 수신하여, 데이터 패킷 지연으로 인해 지터 버퍼(820)에서 발생하는 지연 손실(late loss)을 제어한다. 이때, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 데이터 패킷 손실 임계값을 초과할 경우, 상기 지연 손실 제어기(860)는, 상기 지터 버퍼(820)의 버퍼 크기 확장을 지시하며, 그에 따라 길어진 데이터 패킷의 전송 지연 시간에 맞춰 추가적인 지연 손실을 방지한다.

또한, 상기 혼잡 검출기(840)는, 상기 AP에서 추정된 채널의 혼잡 정보, 다시 말해 충돌 확률과, 단말에서 추정한 혼잡 정보, 예컨대 충돌 확률 및 재전송 회수가, 임계값을 초과하는지 확인하여, 혼잡 상황 추정값을 RTP 패킷화기(870)로 전송하며, 상기 혼잡 상황 추정값은 RTP 패킷의 페이로드의 FB congestion 필드에 포함되어 AP로 전송된다.

아울러, 상기 RTP 패킷복호화기(810)는, 상기 RTP 패킷을 수신하여, 상기 RTP 패킷의 페이로드가 결합 프레임을 포함하는 확인하며, 이때 FB asm_count 필드의 값이 1이면 결합 프레임을 포함하지 않으며, 2 이상이면 해당 숫자만큼의 프레임들 결합 프레임으로 포함된다. 여기서, 상기 결합 프레임이 포함될 경우, 상기 결합 프레임에서 원래 프레임 크기만큼 각각 분리하며, 상기 분리된 프레임들에서 상기 RTP 패킷의 헤더에서 먼 쪽의 프레임을 우선적으로 지터 버퍼(820)로 전송한다. 또한, 현재 수신된 데이터 패킷의 이전 데이터 패킷의 손실이 존재하지 않을 경우, 잉여 데이터를 제외한 처음 데이터를 지터 버퍼(820)로 전송하며, 데이터패킷 손실이 존재할 경우에는, 잉여 데이터의 개수로 복구 가능한 손실된 데이터가 존재하는 지를 확인한다. 예컨대, 이전 손실된 데이터 패킷이 Data k+1일 경우, 현재 수신된 데이터 패킷이 Data k+3이고, 잉여 데이터 개수를 지시하는 RData pkt_count 필드에 3이 포함될 경우, 현재 수신 데이터 패킷에 포함된 데이터 Data k+3와, 잉여 데이터로 Data k+2, Data k+1, Data k+1임으로 손실된 Data k+1을 복구한다. 이때, 상기 지터 버퍼(820)에는, Data k+1부터 Data k+3까지 순차적으로 전송된다. 그러면 여기서, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 데이터 송신 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 9는, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치, 즉 AP의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 910단계에서, 상기 데이터 송신 장치는, 단말로부터 데이터 패킷 손실 정보, 즉 데이터 패킷 손실 추정값과, 채널의 혼잡 정보, 즉 채널의 혼잡 상황 추정값을 수신한다.

그리고, 920단계에서, 상기 채널 혼잡 정보, 즉 상기 채널의 혼잡 상황 추정값에 상응하여, 채널의 혼잡 상황을 확인한 후, 임의의 개수의 데이터 프레임을 프레임 결합하며, 또한 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 잉여 데이터 수를 결정하여 잉여 데이터를 생성한다.

다음으로, 930단계에서, 상기 프레임 결합 및 잉여 데이터를 포함하는 데이터 패킷, 다시 말해 RTP 패킷을 생성하며, 940단계에서 상기 데이터 패킷을 송신한다.

여기서, 상기 AP에서의 데이터 패킷 송신을 위한 동작에 대해서는, 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 그러면 여기서, 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 10은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치, 즉 단말의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 1010단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, AP로부터 데이터 패킷, RTP 패킷을 수신하며, 1020단계에서, 상기 수신된 데이터 패킷의 손실 정보, 즉 데이터 패킷 손실 추정값을 생성한다.

그리고, 1030단계에서, 상기 데이터 패킷이 송수신되는 채널의 혼잡 정보, 다시 말해 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하며, 1040단계에서, 상기 손실 정보와 혼잡 정보를 송신, 즉 상기 데이터 패킷 손실 추정값과 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷에 포함시켜 상기 AP로 송신한다.

여기서, 상기 단말에서의 데이터 패킷 수신을 위한 동작에 대해서는, 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 멀티미디어 서비스에 해당하는 멀티미디어 데이터, 즉 데이터 패킷의 손실 복구 시에, 상기 멀티미디어 데이터에 복구 지연 시간이 필요 없는 방식으로 잉여 데이터를 추가하여, 상기 데이터 패킷의 손실을 복구하고, 상기 데이터 패킷의 전송 지연 시간을 기반으로 데이터 패킷 손실을 추정하여 데이터 패킷 손실을 최소화하며, 상기 데이터 패킷의 송수신 시에 발생하는 채널의 혼잡 상황 시, 미디어 결합 방식을 이용하여 상기 채널의 혼잡 상황을 회피함으로써, 상기 멀티미디어 데이터를 고속 및 정상적으로 송수신하여, 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서,
채널을 통해 데이터 패킷을 수신하는 단말로부터, 상기 데이터 패킷에 대한 손실 정보 및 상기 채널의 혼잡 정보를 수신하는 패킷복호화기;
상기 채널에서 프레임의 충돌 확률(collision probability)을 산출하고, 상기 충돌 확률 및 상기 혼잡 정보에 기반하여 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 산출하는 혼잡 검출기;
상기 혼잡 상황 추정값에 상응하여 상기 단말로 송신하는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하는 프레임 어셈블러;
상기 손실 정보로부터 데이터 패킷 손실 추정값을 확인하고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 상기 데이터의 잉여 데이터를 생성하는 리던던시 제어기; 및
상기 프레임 결합된 데이터와 상기 잉여 데이터를 상기 데이터 패킷에 포함시켜 송신하는 패킷화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 잉여 데이터의 사이즈 정보가 포함된 RData pkt_size 필드, 및 상기 잉여 데이터의 개수 정보가 포함된 RData pkt_count 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 프레임 결합 정보가 포함된 Frame asm_count 필드를 포함하며;
상기 Frame asm_count 필드에는 프레임 결합된 데이터의 프레임 개수에 대한 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 혼잡 상황 추정값이 포함된 FB congestion 필드를 포함하며;
상기 패킷복호화기는, 상기 혼잡 상황 추정값이 포함된 데이터 패킷을 상기 단말로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 포함된 FB loss_pred 필드, 및 상기 데이터 패킷의 손실에 대한 손실 임계값이 포함된 FB loss_thr 필드를 포함하며;
상기 패킷복호화기는, 상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 손실 임계값이 포함된 데이터 패킷을 상기 단말로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 충돌 확률은, 비콘(becon) 프레임의 프레임 바디(frame body)에 포함되어 상기 단말로 방송되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 프레임 어셈블러는, 제1시간 간격으로 생성되는 데이터를, 상기 제1시간의 정수배 구간의 데이터에 해당하는 데이터 프레임들을 프레임 결합하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 리던던시 제어기는, 제1시점의 제1데이터에 대한 잉여 데이터를, 상기 제1시점의 바로 이전 시점의 제2데이터로 생성하며, 상기 제1데이터에 상기 제2데이터를 추가하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
채널을 통해 데이터 패킷을 AP(Access Point)로부터 수신하고, 상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 확인하는 패킷복호화기;
상기 데이터 패킷의 전송 지연에 상응하는 데이터 패킷 손실 추정값을 생성하는 패킷 손실 추정기;
상기 채널에서 상기 AP가 산출한 프레임의 충돌 확률(collision probability)을 수신하여 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하는 혼잡 검출기; 및
상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷을 통해 상기 AP로 송신하는 패킷화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 잉여 데이터의 사이즈 정보가 포함된 RData pkt_size 필드, 및 상기 잉여 데이터의 개수 정보가 포함된 RData pkt_count 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 프레임 결합에 대한 정보가 포함된 Frame asm_count 필드를 포함하며;
상기 Frame asm_count 필드에는 프레임 결합된 데이터 프레임의 개수에 대한 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 혼잡 상황 추정값이 포함되는 FB congestion 필드를 포함하며;
상기 패킷화기는, 상기 혼잡 상황 추정값이 포함된 데이터 패킷을 상기 AP로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 포함되는 FB loss_pred 필드, 및 상기 데이터 패킷의 손실에 대한 손실 임계값이 포함되는 FB loss_thr 필드를 포함하며;
상기 패킷화기는, 상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 손실 임계값이 포함된 데이터 패킷을 상기 AP로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 혼잡 검출기는, 비콘(becon) 프레임을 통해 상기 충돌 확률을 수신하며;
상기 충돌 확률은, 상기 비콘 프레임의 프레임 바디(frame body)에 포함되어 상기 AP로부터 방송되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 패킷 손실 추정기는, 상기 데이터 패킷의 지연 편차, 단기 지연 경향, 및 장기 지연 경향을 고려하여, 상기 데이터 패킷 손실 추정값, 및 상기 데이터 패킷의 손실에 대한 손실 임계값을 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
채널을 통해 데이터 패킷을 AP(Access Point)로부터 수신하고, 상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 확인하는 패킷복호화기;
상기 데이터 패킷의 전송 지연에 상응하는 데이터 패킷 손실 추정값을 생성하는 패킷 손실 추정기;
상기 채널에서 프레임의 충돌 확률 및 재전송 시도 회수를 고려하여 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하는 혼잡 검출기; 및
상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷을 통해 상기 AP로 송신하는 패킷화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 전송 지연에 따라, 상기 데이터 패킷에 포함된 데이터를 저장하는 지터 버퍼의 크기를 제어하는 지연 손실 제어기; 및
상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 고려하여, 상기 데이터 패킷에서 상기 AP가 송신한 원 데이터를 복원하고, 상기 잉여 데이터를 통해 손실된 데이터 패킷을 복구하는 디코더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서,
채널을 통해 데이터 패킷을 수신하는 단말로부터, 상기 데이터 패킷에 대한 손실 정보 및 상기 채널의 혼잡 정보를 수신하는 단계;
상기 채널에서 프레임의 충돌 확률(collision probability)을 산출하고, 상기 충돌 확률 및 상기 혼잡 정보에 기반하여 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 산출하는 단계;
상기 혼잡 상황 추정값에 상응하여 상기 단말로 송신하는 데이터를 프레임 결합(frame aggregation)하는 단계;
상기 손실 정보로부터 데이터 패킷 손실 추정값을 확인하고, 상기 데이터 패킷 손실 추정값에 상응하여 상기 데이터의 잉여 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 프레임 결합된 데이터와 상기 잉여 데이터를 상기 데이터 패킷에 포함시켜 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제18항에 있어서,
상기 데이터 패킷의 페이로드(payload)는, 상기 잉여 데이터의 사이즈 정보가 포함된 RData pkt_size 필드, 상기 잉여 데이터의 개수 정보가 포함된 RData pkt_count 필드, 상기 프레임 결합된 데이터 프레임의 개수에 정보가 포함된 Frame asm_count 필드, 상기 혼잡 상황 추정값이 포함된 FB congestion 필드, 상기 데이터 패킷 손실 추정값이 포함된 FB loss_pred 필드, 및 상기 데이터 패킷의 손실에 대한 손실 임계값이 포함된 FB loss_thr 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,
채널을 통해 데이터 패킷을 AP(Access Point)로부터 수신하는 단계;
상기 데이터 패킷의 프레임 결합 및 잉여 데이터를 확인하는 단계;
상기 데이터 패킷의 전송 지연에 상응하는 데이터 패킷 손실 추정값을 생성하는 단계;
상기 채널에서 상기 AP가 산출한 프레임의 충돌 확률(collision probability)을 수신하여 상기 채널의 혼잡 상황 추정값을 생성하는 단계; 및
상기 데이터 패킷 손실 추정값 및 상기 혼잡 상황 추정값을 데이터 패킷을 통해 상기 AP로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.