KR101981192B1

KR101981192B1 - 불포화 양방향 csma 시스템에서 백로그의 크기를 추정하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101981192B1
Application number: KR1020180031779A
Authority: KR
Inventors: 진 후; 김자영
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-08-30

Abstract

본 실시예들은 불포화 양방향 CSMA 시스템에 존재하는 각 장치들이 최적의 시스템 수율 및 상향 링크/하향 링크 간 공정성(fairness) 값을 계산하기 위해 사용되는 백로그의 크기값을 추정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 일 실시예는 일 실시예는 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에서 백로그(Backlog)의 크기를 추정하는 장치에 있어서, 현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

을 계산하는 패킷 생성율 계산부, 현재 시간 단계 t의 추정 백로그의 크기

를 계산하는 백로그 크기 추정부 및

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산하는 인자 계산부를 포함하는 장치를 제공한다.

Description

불포화 양방향 CSMA 시스템에서 백로그의 크기를 추정하는 방법 및 그 장치{Methods for estimating backlog size for unsaturated bidirectional CSMA system and Apparatuses thereof}

본 실시예들은 불포화 양방향 CSMA 시스템에 존재하는 각 장치들이 최적의 시스템 수율 및 상향 링크/하향 링크 간 공정성(fairness) 값을 계산하기 위해 사용되는 백로그의 크기값을 추정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

CSMA(carrier sensing multiple access) 시스템은 다중 접속 방식의 일종으로서 시스템 상의 각 호스트가 패킷을 전송하기 전에 회선의 상태를 먼저 점검한 후, 사용되지 않은 상태인지 여부를 확인한 후에 패킷 전송을 시작하는 시스템을 말한다.

이러한 CSMA 시스템에서 상향 링크/하향 링크 양방향의 트래픽이 공존할 수 있는데, 만약 하나의 장치에서 상향 링크 패킷 전송이 성공할 경우에 그 이후 바로 연속으로 미리 설정된 일정 개수의 하향 링크 패킷을 전송하도록 할 수 있다. 이러한 전송 방식을 양방향 전송(BT, bidirectional transmission)이라고 하고, 양방향 전송을 지원하는 CSMA 시스템을 양방향 CSMA 시스템이라 한다.

이러한 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 각 장치는 패킷 전송 큐(Queue)에 저장된 패킷에 대해 전송을 시작한다. 이 때, 일반적인 경우 패킷은 시간에 따라 가변적으로 패킷 전송 큐에 저장되고, 따라서 각 장치의 패킷 전송 큐는 때때로 비어 있는 상태가 된다. 이 경우 양방향 CSMA 시스템의 회선을 사용하기 위해 경쟁하는 장치의 수는 시간에 따라 가변적일 수 있다. 이러한 양방향 CSMA 시스템을 불포화(unsaturated) 양방향 CSMA 시스템이라고 한다.

불포화 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 장치들 중에서 패킷 전송 큐에 하나 이상의 패킷을 가지고 있는 장치의 수를 백로그(backlog)의 크기라고 한다. 이러한 백로그의 크기는 CSMA 시스템에서 최적의 시스템 수율(또는 처리량으로 호칭될 수 있다) 및 상향 링크/하향 링크 간 공정성(fairness) 값을 계산하기 위해 필수적인 정보이나, 불포화 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 각 장치에 현재 백로그의 크기가 제공되지 않는다는 문제가 있다.

따라서, 불포화 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 각 장치들은 현재까지의 채널의 상태를 기초로 현재 백로그의 크기를 추정을 하고, 추정된 백로그의 크기를 기초로 최적의 전송 확률(transmission probability) 및 전송 기회(TXOP, transmit opportunity) 값을 계산할 수 있다. 따라서, 각 장치들이 현재 불포화 양방향 CSMA 시스템의 정확한 백로그의 크기를 가장 근접하게 추정할 수 있는 방법 및 장치를 마련하는 것이 필요하다.

본 실시예들의 목적은 불포화 양방향 CSMA 시스템의 현재 백로그 크기를 추정하고, 이를 기초로 최적의 전송 확률(transmission probability) 및 전송 기회(TXOP, transmit opportunity) 값을 계산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해서 안출된 일 실시예는 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에서 백로그(Backlog)의 크기를 추정하는 장치에 있어서, 현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

를 계산하는 백로그 크기 추정부 및

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산하는 인자 계산부를 포함하는 장치를 제공한다.

또한, 일 실시예는 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에서 백로그(Backlog)의 크기를 추정하는 방법에 있어서, 현재 시간 단계의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

을 계산하는 패킷 생성율 계산 단계, 현재 시간 단계의 추정 백로그의 크기

를 계산하는 백로그 크기 추정 단계 및

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산하는 인자 계산 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 실시예를 통해 불포화 양방향 CSMA 시스템의 현재 백로그 크기를 추정하고, 이를 기초로 최적의 전송 확률(transmission probability) 및 전송 기회(TXOP, transmit opportunity) 값을 계산할 수 있다.

도 1은 본 실시예에서 불포화 양방향 CSMA 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에서 불포화 양방향 CSMA 시스템에서 패킷의 전송 방식을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에서 상향 링크 전송이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에서 하향 링크 전송이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에서 백로그의 크기를 추정하는 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에서 백로그의 크기를 추정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 실시예에서 불포화 양방향 CSMA 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.

불포화 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 장치(또는 노드로도 호칭될 수 있다)는 크게 AP(Access Point)와 스테이션(station)으로 나누어진다. 복수의 스테이션은 하나의 AP에 연결될 수 있으며, AP에서 스테이션으로 전송하는 패킷을 하향 링크 패킷, 스테이션에서 AP로 전송하는 패킷을 상향 링크 패킷이라고 한다.

각 장치는 전송 패킷 큐를 가지고 있으며, 전송 패킷 큐에 하나 이상의 패킷이 있으면 전송 패킷 큐에서 하나의 패킷을 추출하여 전송을 시도하게 된다. 만약 전송 패킷 큐가 비어 있는 경우에는 전송을 시도하지 않는다.

이처럼 전송 패킷 큐에 하나 이상의 패킷을 가진 장치를 백로그 장치라고 하며, 불포화 양방향 CSMA 시스템의 백로그의 크기는 시스템에 존재하는 모든 백로그 장치의 수를 의미한다.

도 1을 참조하면, AP(110)는 각 스테이션(120, 130, 140, 150, 160, 170)과 패킷을 송수신할 수 있다. 하향 링크 패킷, 즉 AP(110)가 스테이션에 전달할 패킷은 AP(110)의 패킷 전송 큐(111)에 저장되고, AP(110)는 패킷 전송 큐(111)에서 하향 링크 패킷을 꺼내어 패킷을 전송할 대상이 되는 스테이션에 전달한다. 이 때, AP(110)의 패킷 전송 큐(111)에 패킷이 저장되는 비율, 즉 하향 링크 패킷이 생성되는 비율을

로 표현할 수 있다.

그리고, 각 스테이션은 자신의 패킷 전송 큐에 저장된 패킷, 즉 상향 링크 패킷을 AP로 전송할 수 있다. 도 1을 참조하면, 스테이션 120, 130, 140, 150의 경우 각각 자신의 패킷 전송 큐인 121, 131, 141, 151에 저장된 패킷을 AP(110)로 전송할 수 있다. 반면, 스테이션 160, 170의 경우에는 자신의 패킷 전송 큐인 161, 171에 저장된 패킷이 없기 때문에 AP(110)로 패킷을 전송하지 않는다. 이 때, 각 스테이션의 패킷 전송 큐에 패킷이 저장되는 비율, 즉 상향 링크 패킷이 생성되는 비율을

로 표현할 수 있다.

도 1에서는 AP(110)와 스테이션 120, 130, 140, 150이 각각 자신의 패킷 전송 큐에 하나 이상의 패킷을 가지고 있다. 따라서, 이 경우에 전체 시스템의 백로그의 크기는 5가 된다.

도 2는 본 실시예에서 불포화 양방향 CSMA 시스템에서 패킷의 전송 방식을 도시한 도면이다.

불포화 양방향 CSMA 시스템을 구성하는 AP와 스테이션은 하나의 동일한 채널을 통해 패킷 전송을 시도한다.

만약 일정 시간 동안 AP와 스테이션 중 어떤 장치도 채널에 패킷 전송을 시도하지 않으면, 이 때 채널의 상태는 유휴(idle) 상태인 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로 불포화 양방향 CSMA 시스템에서 미리 설정된 백오프(backoff) 시간 σ 동안 어떤 장치도 패킷 전송을 시도하지 않는 경우 채널의 상태가 유휴(idle) 상태인 것으로 판단한다.

만약 AP와 스테이션 중 하나의 장치만이 채널에 패킷 전송을 시도할 경우에는 패킷 전송이 성공적으로 수행되고, 이 때 채널의 상태는 성공(success) 상태인 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로 채널을 통해 패킷을 전송할 장치가 먼저 RTS(request to send) 메시지를 보내어 채널을 예약하는 과정을 수행한다. 그리고 패킷을 수신할 장치는 이후 채널에 CTS(clear to send) 메시지를 보내어 채널을 사용하는 모든 장치들에게 채널을 사용하지 말 것을 알린다. 이후 패킷을 전송할 장치가 패킷을 수신할 장치로 패킷을 전송하고, 패킷을 수신한 장치는 ACK 메시지를 패킷을 전송한 장치로 전송한다.

이 때, 전술한 각 스텝을 수행하는 과정에서 충돌을 회피하기 위해 RTS와 CTS, CTS와 패킷 전송, 패킷 전송과 ACK 사이에는 SIFS(short inter-frame space)라는 딜레이를 주고, ACK 전송 이후에는 DIFS(distributed inter-frame space)라는 딜레이를 준다.

전술한 SIFS, DIFS까지 포함하여 패킷 전송이 성공하는 데 소요되는 전체 시간을 성공 시간(

)라고 호칭할 수 있다.

만약 AP와 스테이션 중 두 개 이상의 장치가 동시에 채널에 패킷 전송을 시도하게 되면 패킷 간에 충돌이 발생하므로, 이 때 채널의 상태는 충돌(conflict) 상태인 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로, 두 개 이상의 장치가 동시에 패킷 전송을 시도하기 위해 RTS를 보내게 되며, 이 경우 패킷을 수신할 장치에서 채널에 CTS를 보내지 않는다. 따라서 각 장치는 미리 설정된 CTS 타임아웃(timeout) 시간 동안 CTS 전송이 이루어지지 않은 것을 확인하고 채널의 상태가 충돌 상태인지 판단할 수 있다.

전술한 RTS, CTS 타임아웃까지 포함하여 충돌 상태를 파악하는 데 소요되는 전체 시간을 충돌 시간(

)라고 호칭할 수 있다.

전술한 바와 같이 채널의 상태는 유휴(I, idle), 성공(S, success), 충돌(C, conflict)의 세 가지 상태 중 하나의 상태가 될 수 있다. AP와 스테이션 모두 공통의 채널을 사용하므로, AP와 스테이션 모두는 채널의 상태를 파악할 수 있다.

이 때, 각 장치가 패킷을 전송할 확률 p를 어떻게 설정하는지에 따라 전체 채널의 상태가 달라지게 된다. p는 0에서 1 사이의 값으로 정해지며, 만약 각 장치가 0에서 1 사이에서 랜덤하게 선택했을 때 그 값이 p보다 작으면 전송을 시도하고 p보다 크면 전송을 시도하지 않는다.

따라서 만약 p가 1에 가까우면 복수의 장치가 동시에 패킷을 전송하여 충돌(conflict)이 발생할 가능성이 높아져 시스템의 처리량(throughput)이 낮아진다. 반면 p가 0에 가까우면 대부분의 장치가 패킷을 전송 패킷 큐에 저장만 하고 전송을 하지 않으므로 시스템의 처리량이 낮아지게 된다. 따라서, 시스템의 처리량을 최대로 할 수 있는 최적의 전송 확률 p를 각 장치들이 계산하는 것이 중요하다.

그리고, 특정 스테이션이 AP로 상향 링크 패킷을 전송하는 데 성공하게 되면 AP는 상향 링크 패킷 전송 성공 후에 연속으로 미리 설정된 ρ개의 패킷(만약 패킷 전송 큐에 패킷이 저장되어 있는 경우)을 하향 링크로 전송할 수 있으며, 이러한 전송을 역방향 전송(RDT, reverse direction transmission)이라 호칭할 수 있다. 이 경우 AP를 제외한 다른 스테이션은 패킷 전송을 시도하지 않는다. 이 때, 전술한 ρ를 전송기회(TXOP, transmit opportunity)라 한다. 이러한 역방향 전송은 AP에서만 일어나기 때문에 ρ의 값은 장치가 AP일 경우에만 유효한 값이 된다.

만약 ρ의 크기가 지나치게 크면 채널을 통해 전송되는 대부분의 패킷은 AP에서 역방향 전송을 통해 전송하는 하향 링크 패킷이 되기 때문에 각 스테이션이 AP로 상향 링크 패킷을 제대로 전송하지 못하는 문제가 있다. 반면 ρ의 크기가 지나치게 작으면 AP의 전송 패킷 큐에 저장된 하향 링크 패킷이 제대로 전송되지 못하고 계속 저장된 상태로 존재하는 문제가 있다. 시스템에 존재하는 N개의 장치 중 AP는 1대이므로 경쟁을 통해 채널을 점유할 수 있는 확률은 1/N 이하이기 때문이다. 따라서, AP는 채널을 통해 전송되는 상향 링크 패킷의 수와 하향 링크 패킷의 수를 유사하게 유지하여 공정성(fairness)을 확보할 수 있는 ρ를 선정하는 것이 중요하다.

불포화 양방향 CSMA 시스템에 존재하는 각 장치는 시간 단계가 지남에 따라 전술한 채널 상태의 변화를 파악하고, 이를 기초로 각 장치가 불포화 양방향 CSMA 시스템의 백로그의 크기를 새로 추정할 수 있다.

이처럼 각 장치가 이전에 백로그의 크기를 추정한 후 채널 상태에 따라 새로 백로그의 크기를 추정하기까지의 시간을 하나의 시간 단계(또는 슬롯, 타임 슬롯으로 호칭할 수 있다)로 정의할 수 있다. 만약 채널 상태가 유휴(idle) 상태이면 시간 단계의 길이는 σ가 되고, 성공(success) 상태이면 시간 단계의 길이는

가 되고, 충돌(conflict) 상태이면 시간 단계의 길이는

가 될 수 있다.

그리고 각 시간 단계를 구분하기 위해 시간 단계를 나타내는 인덱스인 t를 정의할 수 있다. t는 0 이상의 정수이며 t의 크기가 클 수록 이후의 시간 단계임을 나타낸다. 본 실시예에서는 인덱스 t로 표현되는 시간 단계를 시간 단계 t라고도 표현할 수 있다.

도 3은 본 실시예에서 상향 링크 전송이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, AP(310)와 연결된 각 스테이션(320, 330, 340, 350) 중 하나의 스테이션에서 상향 링크 패킷을 AP(310)로 전송할 수 있다. 만약 AP(310)가 상향 링크 패킷을 성공적으로 수신한 경우에, AP(310)는 상향 링크 패킷을 전송한 스테이션에 수신이 성공적으로 이루어진 것을 알리기 위해서 ACK 정보를 포함하는 하향 링크 패킷을 전송할 수 있다.

이 때, 전술한 상향 링크 패킷 및 ACK 정보를 포함하는 하향 링크 패킷에는 각각 1비트의 최후 패킷 지시자

및 경쟁 지시자

이 포함될 수 있다.

최후 패킷 지시자

은 전송되는 패킷이 전송 패킷 큐의 마지막 패킷인 경우, 즉 전송되는 패킷을 전송 패킷 큐에서 삭제하면 전송 패킷 큐가 비어있게 될 경우 1로 설정되고, 그렇지 않은 경우 0으로 설정된다.

경쟁 지시자

는 경쟁 기반 전송일 경우 1로 설정되고, 그렇지 않을 경우 0으로 설정된다. 경쟁 기반 전송이란 자신만 아니라 다른 장치들이 채널을 통해 동시에 패킷을 전송할 수 있는 환경에서 채널 점유를 시도하여 패킷을 전송하는 것을 의미한다. 만약, 다른 장치는 채널로 패킷을 전송할 수 없고 자신만이 패킷을 전송할 수 있도록 예약된 상태라면 경쟁 기반 전송이 아니다.

본 실시예에서는 하나의 스테이션에서 AP로 상향 링크 패킷 전송이 성공한 이후에 AP가 연속으로 미리 설정된 계수ρ개의 패킷(만약 패킷 전송 큐에 패킷이 저장되어 있는 경우)을 하향 링크로 전송할 때만 경쟁 기반 전송이 아닌 것으로 보고 0으로 설정되고, 그 외의 경우에는 모두 경쟁 기반 전송이므로 1로 설정된다.

도 3에서 스테이션 320이 데이터가 포함된 상향 링크 패킷(311)을 AP(310)로 전송하는 경우를 가정한다. 이 경우 스테이션 320이 전송하는 상향 링크 패킷(311)에는 전술한 최후 패킷 지시자

과 경쟁 지시자

가 포함될 수 있다.

만약 스테이션 320이 전송하는 상향 링크 패킷(311)이 스테이션 320의 패킷 전송 큐에 저장된 마지막 패킷일 경우에는 상향 링크 패킷(311)의

은 1이고, 그렇지 않을 경우에는 상향 링크 패킷(311)의

은 0으로 설정된다. 그리고 전술한 바와 같이 본 실시예에서 스테이션 320이 전송하는 상향 링크 패킷(311)은 경쟁 기반 전송이므로

는 1로 설정된다.

그리고 AP(310)가 스테이션 320이 전송한 상향 링크 패킷(311)을 성공적으로 수신하면 AP(310)는 ACK를 포함하는 하향 링크 패킷(312)를 스테이션 320으로 전송한다. 이 때, AP(310)가 전송하는 하향 링크 패킷(312)의 최후 패킷 지시자

와 경쟁 지시자

역시 전술한 바와 동일한 방식으로 설정된다.

도 4는 본 실시예에서 하향 링크 전송이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, AP(410)는 연결된 스테이션(420, 430, 440, 450) 중 전체 또는 일부에 하향 링크 패킷을 전송할 수 있으며, 이 때 전송되는 하향 링크 패킷에는 도 3에서 설명한 최후 패킷 지시자

과 경쟁 지시자

가 포함될 수 있으며 그 값은 도 3에서 전술한 바와 동일한 방식으로 설정될 수 있다.

일 예로 AP(410)가 하향 링크 패킷(411)을 연결된 스테이션 중 하나인 스테이션 420에 전송한다고 가정한다. 그러면 스테이션 420이 AP(410)로부터 하향 링크 패킷(411)을 성공적으로 수신한 경우에 이에 대한 ACK가 포함된 상향 링크 패킷(412)를 AP(410)로 전송할 수 있다.

도 5는 본 실시예에서 백로그의 크기를 추정하는 장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 실시예의 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에 있어서, 시스템을 구성하는 AP 및 스테이션 모두가 백로그의 크기를 추정하는 장치가 될 수 있다. 또한 AP 및 스테이션이 아닌 별도의 장치를 통해 백로그의 크기를 추정하는 것도 가능하다.

도 5를 참조하면, 백로그의 크기를 추정하는 장치(500)는 패킷 생성율 계산부(510), 백로그 크기 추정부(520) 및 인자 계산부(530)를 포함할 수 있다.

패킷 생성율 계산부(510)는 현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

를 계산할 수 있다.

상향 링크 패킷 생성율은 시간 대비 전송된 상향 링크 패킷의 수를 의미하며, 아주 긴 관찰 시간 TL 동안 상향 링크에서 성공적으로 전송한 패킷의 개수를 계산한 후 이를 TL로 나누면 상향 링크 패킷 생성율의 근사값이 추정된다.

하향 링크 패킷 생성율은 시간 대비 전송된 하향 링크 패킷의 수를 의미하며, 아주 긴 관찰 시간 TL 동안 하향 링크에서 성공적으로 전송한 패킷의 개수를 계산한 후 이를 TL로 나누면 하향 링크 패킷 생성율의 근사값이 추정된다.

본 실시예에서 상향 링크 패킷은 전술한 상향 링크 패킷 생성율을 평균으로 하는 포아송 분포를 따르고, 하향 링크 패킷은 전술한 하향 링크 패킷 생성율을 평균으로 하는 포아송 분포를 따른다고 가정한다.

현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율 및 하향 링크 패킷 생성율을 구하기 위해서 이전 단계 t-1의 상향 링크 패킷 생성율 및 하향 링크 패킷 생성율과 현재 시간 단계 t에서 채널 상태(idle / success / conflict)를 이용한다.

현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율은 아래 수학식 1과 같이 구할 수 있다.

그리고 현재 시간 단계 t의 하향 링크 패킷 생성율은 아래 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

수학식 1과 2에서

는 이전 시간 단계의 패킷 생성율에 주어지는 별도의가중치 값으로서 미리 설정된 값이다. 그리고

는 각각 도 2에서 설명한 백오프 시간, 성공 시간, 충돌 시간을 나타낸다.

는 채널 상태가 유휴(idle)일 경우에 1이고 그 외의 상태에서는 0이 된다.

는 채널에서 상향 링크 패킷 전송이 성공(success)한 경우에 1이고 그 외의 상태에서는 0이 된다.

는 채널에서 하향 링크 패킷 전송이 성공(success)한 경우에 1이고 그 외의 상태에서는 0이 된다.

는 채널 상태가 충돌(conflict)일 경우에 1이고 그 외의 상태에서는 0이 된다.

백로그 크기 추정부(520)는 현재 시간 단계 t의 추정 백로그의 크기

를 계산할 수 있다.

이 때, 백로그 크기 추정부(520)는 패킷 생성율 계산부(510)에서 계산된 현재 시간 단계의 상향 링크 패킷 생성율

, 하향 링크 패킷 생성율

, 채널 결과 상태값

, 최후 패킷 지시자

, 경쟁 지시자

, 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템의 전체 장치의 수

및 이전 시간 단계의 추정 백로그의 크기인

를 기초로

를 계산할 수 있다.

여기서, 채널의 상태는 도 2에서 설명한 바와 같이 유휴(idle), 성공(success), 충돌(conflict) 중 하나가 될 수 있으므로, 채널 결과 상태값

는 I(idle), S(success) 및 C(conflict) 중 하나로 결정될 수 있다.

여기서, 최후 패킷 지시자

및 경쟁 지시자

는 현재 시간 단계에서 전송된 상향 링크 패킷 또는 하향 링크 패킷으로부터 지시될 수 있다. 만약 현재 시간 단계에서 채널 상태가 유휴(idle) 또는 충돌(conflict)이면 패킷 전송이 이루어지지 않았다는 의미이므로 최후 패킷 지시자

및 경쟁 지시자

는 채널 상태가 성공(success)인 경우에만 유효한 값이 된다. 그리고 최후 패킷 지시자

및 경쟁 지시자

가 결정되는 방법은 도 3 내지 도 4에서 설명한 방법을 따른다.

그리고 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템의 전체 장치의 수

은 시스템 상의 스테이션과 AP의 개수의 총합을 나타낸다.

현재 시간 단계에서 채널 결과 상태값

가 I(idle), S(success), C(conflict) 중 하나로 정해지면 그에 따라 현재 시간 단계 t의 백로그 크기가 n (n은 0 이상의 양수)일 확률

을 사후 분포(posteriori distribution) 확률에 따라 구할 수 있다.

현재 시간 단계 t의 추정 백로그의 크기

는 채널 결과 상태값

에 따라 전술한 사후 분포의 평균을 나타내며 수학식 3과 같이 정의된다.

구체적으로 각 채널 결과 상태값 I(idle), S(success), C(conflict)에 따라

는 다음과 같이 도출될 수 있다.

만약 채널 상태가 idle인 경우에는

는 다음 수학식 4와 같이 결정될 수 있다.

만약 채널 상태가 success일 경우에는

는 다음 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.

만약 채널 상태가 conflict일 경우에는

는 다음 수학식 6과 같이 결정될 수 있다.

수학식 4, 5, 6에서

는 시스템 수율을 최대화할 수 있는 평균 전송 장치의 수를 나타내며

로 계산되고,

로 평균이

인 포아송 분포(poisson distribution)를 의미한다.

인자 계산부(530)는 백로그 크기 추정부(520)에서 추정된 현재 시간 단계의 추정 백로그의 크기

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산할 수 있다.

이 때, 일 예로 전송 확률 인자

는 도 2에서 설명한 백오프 시간

, 충돌 시간

에 대해서

로 설정될 수 있다.

각 장치는 매 시간 단계마다

을 기초로 패킷 전송 큐에 있는 패킷을 전송할 지 여부를 결정할 수 있다. 각 장치는 0부터 1까지 사이의 랜덤한 값을 하나 선택한 후에 그 값이

보다 작으면 패킷을 전송하고,

보다 크면 패킷을 전송하지 않는 것으로 결정할 수 있다.

만약, 백로그를 크기를 추정하는 장치가 AP일 경우에는 도 2에서 설명한 역방향 전송(RDT)를 위한 전송 기회 인자

를 추가로 계산할 수 있다.

이 때, 일 예로 전송 기회 인자

는 하향 링크 백로그 패킷의 수

가 1보다 큰 값일 경우에는

로 설정되고, 하향 링크 백로그 패킷의 수

가 1보다 작은 값일 경우에는

로 설정될 수 있다.

하향 링크 백로그 패킷의 수

는 AP의 전송 패킷 큐에 저장된 하향 링크 패킷의 수를 의미한다. AP는 자신의 전송 패킷 큐에 저장된 하향 링크 패킷의 수를 알 수 있기 때문에, 추정 백로그의 크기인

만 알면 전송 기회 인자

를 도출할 수 있다.

전술한

와

가 도출되는 과정에 대해 상세히 설명하면 전체 시스템의 처리량(throughput)

는 아래 수학식 7과 같이 결정된다.

수학식 7에서

는 패킷을 전송하는 장치의 개수의 평균을 나타내며

는 하향 링크 패킷을 전송하는 장치의 개수의 평균을 나타내며,

는 상향 링크 패킷을 전송하는 장치의 평균을 나타낸다. 그리고 전술한 바와 같이

를 나타낸다.

은 수학식 7에서

의 값을 최대화할 수 있는

의 값으로서

이 되는 하는 값이 된다. 이 때, 계산을 위해

로 설정한 후 계산할 수 있다.

는 수학식 7에서 상향 링크 처리량(throughput)

과 하향 링크 처리량(throughput)

을 같게 하는

의 값으로 결정될 수 있다.

도 6은 본 실시예에서 백로그의 크기를 추정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하 도 5에서 설명한 백로그의 크기를 추정하는 장치(500)에 의해 본 방법이 실행되는 것을 예시로 설명한다.

먼저 본 방법은 현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

를 계산하는 단계를 포함할 수 있다(S610). 구체적으로 백로그의 크기를 추정하는 장치(500)의 패킷 생성율 계산부(510)에서 현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율

및 하향 링크 패킷 생성율

를 계산할 수 있다(S610). 일 예로 상향 링크 패킷 생성율

는 전술한 수학식 1에 의해 결정될 수 있으며, 하향 링크 패킷 생성율

는 전술한 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.

그리고 본 방법은 현재 시간 단계의 추정 백로그 크기

를 계산하는 백로그 크기 추정 단계를 포함할 수 있다(S620). 구체적으로 백로그의 크기를 추정하는 장치(500)의 백로그 크기 추정부(520)에서 현재 시간 단계의 추정 백로그 크기

를 계산할 수 있다.

, 하향 링크 패킷 생성율

, 채널 결과 상태값

, 최후 패킷 지시자

, 경쟁 지시자

, 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템의 전체 장치의 수

및 이전 시간 단계의 추정 백로그의 크기인

를 기초로

를 계산할 수 있다.

는 I(idle), S(success) 및 C(conflict) 중 하나로 결정될 수 있다.

여기서, 최후 패킷 지시자

및 경쟁 지시자

는 현재 시간 단계에서 전송된 상향 링크 패킷 또는 하향 링크 패킷으로부터 지시될 수 있다.

그리고 본 방법은 S620 단계에서 계산한

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산하는 인자 계산 단계를 포함할 수 있다(S630). 구체적으로 백로그의 크기를 추정하는 장치(500)의 인자 계산부(530)에서는 백로그 크기 추정부(520)에서 계산된

를 기초로 전송 확률 인자

를 계산할 수 있다.

이 때, 일 예로 전송 확률 인자

는 도 2에서 설명한 백오프 시간

, 충돌 시간

에 대해서

로 설정될 수 있다.

만약, S630 단계에서 백로그를 크기를 추정하는 장치(500)가 AP일 경우에는, S630 단계에서 도 2에서 설명한 역방향 전송(RDT)를 위한 전송 기회 인자

를 추가로 계산할 수 있다.

이 때, 일 예로 전송 기회 인자

는 하향 링크 백로그 패킷의 수

가 1보다 큰 값일 경우에는

로 설정되고, 하향 링크 백로그 패킷의 수

가 1보다 작은 값일 경우에는

로 설정될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예에 개시된 내용은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에서 백로그(Backlog)의 크기를 추정하는 장치에 있어서,
현재 시간 단계 t의 상향 링크 패킷 생성율
및 하향 링크 패킷 생성율
을 계산하는 패킷 생성율 계산부;
현재 시간 단계 t의 추정 백로그의 크기
를 계산하는 백로그 크기 추정부; 및
상기
를 기초로 전송 확률 인자
를 계산하는 인자 계산부를 포함하되,
상기 백로그 크기 추정부는,
상기 상향 링크 패킷 생성율
, 상기 하향 링크 패킷 생성율
, 채널 결과 상태값
, 최후 패킷 지시자
, 경쟁 지시자
, 상기 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템의 전체 장치의 수 N 및 이전 시간 단계의 추정 백로그의 크기
를 기초로 상기
를 계산하는 것을 특징으로 하고,
상기 채널 결과 상태값
는,
I(idle), S(success) 및 C(conflict) 중 하나로 결정되고,
상기 최후 패킷 지시자
및 경쟁 지시자
는,
현재 시간 단계 t에서 전송된 상향 링크 패킷 또는 하향 링크 패킷으로부터 지시되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,
상기 경쟁 지시자
는,
경쟁 기반 전송일 경우
= 1 이고, 비경쟁 기반 전송일 경우
= 0인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,
상기 최후 패킷 지시자
은,
전송 패킷 큐(Queue)의 마지막 패킷일 경우
= 1이고, 전송 큐에서 최후에 전송된 패킷이 아닐 경우
= 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전송 확률 인자
는,
백오프 시간
, 충돌 시간
에 대해서,

로 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,
상기 인자 계산부는,
전송 기회 인자
를 추가로 계산하되,
상기 전송 기회 인자
는,
하향 링크 백로그 패킷의 수
가 1보다 큰 값일 경우에는
로 설정되고,
하향 링크 백로그 패킷의 수
가 1보다 작은 값일 경우에는
으로 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
불포화 양방향 전송 CSMA 시스템에서 백로그(Backlog)의 크기를 추정하는 방법에 있어서,
현재 시간 단계의 상향 링크 패킷 생성율
및 하향 링크 패킷 생성율
을 계산하는 패킷 생성율 계산 단계;
현재 시간 단계의 추정 백로그의 크기
를 계산하는 백로그 크기 추정 단계; 및
상기
를 기초로 전송 확률 인자
를 계산하는 인자 계산 단계를 포함하되,
상기 백로그 크기 추정 단계는,
상기 상향 링크 패킷 생성율
, 상기 하향 링크 패킷 생성율
, 채널 결과 상태값
, 최후 패킷 지시자
, 경쟁 지시자
, 상기 불포화 양방향 전송 CSMA 시스템의 전체 장치의 수 N 및 이전 시간 단계의 추정 백로그의 크기
를 기초로 상기
를 계산하는 것을 특징으로 하고,
상기 채널 결과 상태값
는,
I(idle), S(success) 및 C(conflict) 중 하나로 결정되고,
상기 최후 패킷 지시자
및 경쟁 지시자
는,
현재 시간 단계 t에서 수신된 상향 링크 패킷 또는 하향 링크 패킷으로부터 지시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,
상기 경쟁 지시자
는,
경쟁 기반 전송일 경우
= 1 이고, 비경쟁 기반 전송일 경우
= 0인 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,
상기 최후 패킷 지시자
은,
전송 패킷 큐(Queue)의 마지막 패킷일 경우
= 1이고, 전송 큐에서 최후에 전송된 패킷이 아닐 경우
= 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,
상기 전송 확률 인자
는,
백오프 시간
, 충돌 시간
에 대해서,

로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,
상기 인자 계산 단계는,
전송 기회 인자
를 추가로 계산하되,
상기 전송 기회 인자
는,
하향 링크 백로그 패킷의 수
가 1보다 큰 값일 경우에는
로 설정되고,
하향 링크 백로그 패킷의 수
가 1보다 작은 값일 경우에는
으로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.