KR102424820B1 - 토큰 링 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법 - Google Patents

토큰 링 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 무선 네트워크에서 게이트웨이와 각각의 스테이션 간의 접속하여 패킷을 전송하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법에 있어서, 게이트웨이는 네트워크 구성 초기에, 시각 동기 신호인 비콘 신호를 생성하여 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅(Broadcasting)하고, 모든 타임 슬롯 구간을 랜덤 액세스 구간으로 설정하는 단계와, 각각의 스테이션은 무선 네트워크에 접속하기 위한 접속 요청 신호를 생성하여 브로드캐스팅하여 게이트웨이의 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계와, 게이트웨이는 각각의 스테이션으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 설정하고, 설정한 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하는 단계와, 각각의 스테이션은 토큰 링(Token Ring) 방식인 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계, 및 게이트웨이는 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료하면, 다음 주기의 비콘 신호를 생성하여 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하여 비콘 신호의 주기를 가변적으로 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, CSMA/CA 다중 액세스 네트워크 방식과 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크 구조를 응용하여 전송 지연을 줄일 수 있다.

Description

토큰 링 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법{System of multiple access protocol wireless network based on variable period beacon using token ring and method transmitting thereof}
본 발명은 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 게이트웨이 장치와 복수의 스테이션으로 구성되는 무선 네트워크 환경에서 CSMA/CA 다중 액세스 네트워크 방식과 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크 구조를 응용하여 전송 지연을 줄이는 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법에 관한 것이다.
다중 접속 프로토콜은 멀티 플렉싱을 사용하여 여러 사용자가 하나의 공통 채널을 통해서 통신하는 것을 의미하고, 주어진 시간, 주파수, 코드 등의 무선 자원을 여러 사용자가 공동으로 사용하는 전송 기술이다.
현재의 다중 접속 프로토콜은 CSMA/CA, TDMA, 주파수 분할 다중접속 등 다양한 방식의 전송 기술이 적용되고 있다.
CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식은 무선 랜 등 여러 분야에서 사용하고 있으며, 전송 데이터 발생 시 임의로 전송할 수 있는 장점이 있다. 이에 반해, CSMA 다중 액세스 방식은 공유 매체에 대한 경쟁 기반에서 동작하기 때문에 네트워크에 참여하는 스테이션의 수가 많아지면, 패킷 충돌로 인한 전송 속도 저하와 전송 지연 증가를 피할 수 없는 문제점이 있다.
TDMA(Time Division Multiple Access) 방식은 일정 주기의 시간을 타임 슬롯 단위로 분할해서 스테이션에 할당되므로 충돌없이 패킷을 전송할 수 있지만, 타임 슬롯 길이 내로 전송 데이터 양이 제한되고, 비어 있는 타임 슬롯을 사용할 수 없기 때문에 전송 속도 및 성능을 높이는데 한계가 있다.
다중 접속 프로토콜은 각각의 전송 방식에 단점이 있고, 전송할 데이터의 발생 시간이나 네트워크에 참여하는 단말의 수에 상관없이 안정적이고 신뢰성 있는 성능을 확보할 수 있는 방식이 필요한 시점이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1490816호(2015.02.09 공고)에 개시되어 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 게이트웨이 장치와 복수의 스테이션으로 구성되는 무선 네트워크 환경에서 CSMA/CA 다중 액세스 네트워크 방식과 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크 구조를 응용하여 전송 지연을 줄이는 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템 및 전송 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템에 있어서, 무선 네트워크 내 사용자로 브로드캐스팅(Broadcasting) 통신 방식으로 운용되는 복수의 스테이션과, 네트워크 구성 초기에 시각 동기 신호인 비콘 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅(Broadcasting)하고, 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 설정하며, 상기 설정한 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅하는 게이트웨이를 포함하며, 상기 복수의 스테이션은 미리 설정된 시간의 랜덤 액세스 구간에 상기 접속 요청 신호를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 게이트웨이로부터 상기 제어 신호를 수신하면, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하고, 상기 게이트웨이는 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료되면, 다음 주기의 비콘 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅하여 상기 비콘 신호의 주기를 가변적으로 구성한다.
또한, 상기 게이트웨이는, 상기 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이는, 네트워크 구성 초기에, 상기 스테이션이 접속하지 않을 때, 모든 타임 슬롯 구간을 상기 랜덤 액세스 구간으로 설정하고, 기설정된 개수의 스테이션이 접속하는 경우, 상기 랜덤 액세스 구간을 최소 길이로 줄일 수 있다.
또한, 상기 복수의 스테이션은, 상기 미리 설정된 시간의 랜덤 액세스 구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식으로 접속하고, 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크를 적용할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스테이션은, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송할 때, 해당 패킷 전송 순번의 스테이션에서 전송할 데이터가 없는 경우, '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷을 상기 게이트웨이로 전송할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이는, 무선 네트워크에 접속되었다가 접속 해제하는 스테이션에 대한 정보를 저장, 관리하고, 새로운 스테이션이 상기 무선 네트워크에 접속할 때 중간에 접속 해제된 타임 슬롯을 우선해서 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 할당할 수 있다.
또한, 상기 각각의 스테이션은, 하나의 링에 연결되어 네트워크를 형성하고, 자기 차례를 기다려 일정한 바이트로 이루어진 제어 토큰을 획득하여 패킷 전송을 수행하며, 상기 제어 토큰을 상기 각각의 스테이션으로 순서대로 전달하여 네트워크 접속을 제어하는 토큰 링 방식으로 패킷 전송 구간에서 순차적으로 패킷을 전송할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 무선 네트워크에서 게이트웨이와 각각의 스테이션 간의 접속하여 패킷을 전송하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법에 있어서, 상기 게이트웨이는 네트워크 구성 초기에, 시각 동기 신호인 비콘 신호를 생성하여 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅(Broadcasting)하고, 모든 타임 슬롯 구간을 랜덤 액세스 구간으로 설정하는 단계와, 상기 각각의 스테이션은 무선 네트워크에 접속하기 위한 접속 요청 신호를 생성하여 브로드캐스팅하여 상기 게이트웨이의 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계와, 상기 게이트웨이는 각각의 스테이션으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 설정하고, 상기 설정한 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 상기 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하는 단계와, 상기 각각의 스테이션은 토큰 링(Token Ring) 방식인 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계, 및 상기 게이트웨이는 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료하면, 다음 주기의 비콘 신호를 생성하여 상기 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하여 상기 비콘 신호의 주기를 가변적으로 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이는 기설정된 개수의 스테이션이 접속하는 경우, 상기 랜덤 액세스 구간을 최소 길이로 줄이는 단계와, 상기 각각의 스테이션은 상기 줄어든 랜덤 액세스 구간을 적용한 후, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계, 및 상기 각각의 스테이션은 해당 패킷 전송 순번의 스테이션에서 전송할 데이터가 없는 경우, '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷을 상기 게이트웨이로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이는 무선 네트워크에 접속되었다가 접속 해제하는 스테이션에 대한 정보를 저장, 관리하고, 새로운 스테이션이 상기 무선 네트워크에 접속할 때 중간에 접속 해제된 타임 슬롯을 우선해서 상기 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 게이트웨이의 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계는, 상기 각각의 스테이션은 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식의 경쟁 기반으로 상기 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계는, 상기 각각의 스테이션은 하나의 링에 연결되어 네트워크를 형성하고, 자기 차례를 기다려 일정한 바이트로 이루어진 제어 토큰을 획득하여 패킷 전송을 수행하며, 상기 제어 토큰을 상기 각각의 스테이션으로 순서대로 전달하여 네트워크 접속을 제어하는 토큰 링 방식으로 패킷 전송 구간에서 순차적으로 패킷을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, CSMA/CA 통신 방식의 브로드캐스팅 통신 네트워크 적용 시 전송 패킷의 충돌로 인한 성능 저하를 개선하기 위해 토큰 링 방식의 네트워크 구조를 응용하여 전송 지연을 줄이고, 안정적이고 신뢰성 있는 통신 품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전송할 데이터의 발생 시간이나 네트워크에 참여하는 단말의 수와 상관없이 안정적이고 신뢰성 있는 통신 성능을 구현할 수 있다.
본 발명은 전송 패킷 충돌이 없고, 백오프 등의 오버로드가 없고, 스테이션에 할당된 타임 슬롯이 낭비되지 않으며, 이에 따라 자원 할당이 낭비되는 시간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 노드의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 구성 초기에 랜덤 액세스 구간을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토크 링 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 구성 완료 후에 패킷 전송 구간에서 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 가변 주기의 비콘 주기를 나타낸 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템(100)은 무선 네트워크(101), 하나 이상의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n) 및 게이트웨이(120)를 포함한다.
본 발명은 게이트웨이(120)를 예시하고 있지만 이에 한정하지 않으며, 하나 이상의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)과 무선 네트워크(101)를 통해 통신할 수 있는 액세스 포인트, 노드, 기저 송수신 시스템, 기지국 등에 대응될 수 있다.
무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템(100)은 복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 무선 네트워크(101)를 통해 게이트웨이(120)로 무선 접속된다.
게이트웨이(120)는 복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n) 간 무선 네트워크(101)를 구성하고, 패킷 전송의 기준이 되는 가변 주기의 비콘(Beacon) 신호를 복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 브로드캐스팅한다. 여기서, 비콘 신호는 무선 네트워크(101)의 존재를 알리고, 패킷 전송을 수행하는 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 타임 동기를 맞추는 시각 동기 신호이다.
N개의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 브로드캐스팅(Broadcasting) 통신 방식으로 운용된다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 무선 네트워크(101) 내 유저에 해당하며, 게이트웨이(120)는 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)에 타임 슬롯(시간 자원)을 할당한다.
무선 네트워크(101) 내의 모든 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 게이트웨이(120)로부터 송출되는 비콘 신호를 통해 정확한 타임 슬롯(Time Slot)의 시간 동기를 알고 있으며, 모든 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)은 브로드캐스팅의 통신 방식으로 운용된다.
종래 기술의 TDMA 네트워크는 예를 들어, 비콘 신호가 10ms마다 주기적으로 전송하고, 타임 슬롯을 100개 할당한 후, 참여한 단말이 2개인 경우, 98개의 타임 슬롯이 버려지므로 무선 자원이 낭비되며, 고정된 비콘 주기를 사용하므로 다음 비콘 주기까지 무조건 기다려야 하기 때문에 버려지는 시간이 발생한다.
본 발명의 게이트웨이(120)는 일반적인 TDMA와 같이 고정된 타임 슬롯이 아니라 가변 주기의 비콘 주기를 사용하여 패킷 전송 순번을 할당하므로 가변 길이의 패킷이 전송 가능한 장점이 있다.
게이트웨이(120)는 비콘 신호의 전송 주기가 가변적이고, 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 전송되는 비콘 신호에 랜덤 액세스 구간의 길이 정보와, 무선 네트워크(101)에 Join 또는 Leave하는 스테이션 정보를 포함할 수 있다.
게이트웨이(120)는 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 접속하지 않을 때, 모든 구간을 랜덤 액세스 구간으로 설정한다.
랜덤 액세스 구간은 새로 접속하는 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 패킷 전송 순서를 할당받기 위해 게이트웨이(120)에 접속하는 시간이고, 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 게이트웨이(120)에 접속하기 위한 절차를 수행하는 구간이다.
랜덤 액세스 구간은 랜덤 액세스 슬롯으로 무선 네트워크(101)에 참여한 스테이션들(110-1, 110-2, …, 110-n)이 게이트웨이(120)에게 슬롯 할당을 요청하기 위하여 랜덤하게 접근하는 타임 슬롯(시간 자원)이다.
스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 자신이 랜덤 액세스한 해당 타임 슬롯에 자신의 존재를 알리는 신호를 브로드캐스팅 전송한다.
게이트웨이(120)는 비콘 신호를 복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 브로드캐스팅한 후, 미리 설정된 시간동안 랜덤 액세스 구간을 적용한다.
복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 CSMA/CA 다중 액세스 방식의 경쟁 기반으로 랜덤 액세스 구간에 접속을 시도한다.
복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 패킷을 전송하고자 하는 단말이고, 전송 채널이 비어 있는지 확인하고, 비어 있지 않으면, 일정 시간 지연하고, DIFS(Distributed Inter Frame Space) 시간동안 대기한 후, 랜덤 슬롯 타임을 할당하는 백오프 알고리즘에 따라 패킷을 전송하게 되는데, 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)에 할당된 타임 슬롯에 따라 패킷을 전송하므로 패킷 충돌 확률을 줄일 수 있는 CSMA/CA 다중 액세스 방식을 사용하여 게이트웨이(120)에 접속한다.
게이트웨이(120)는 네트워크 구성 초기에 접속을 시도하는 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)이 많을 경우를 대비하여 랜덤 액세스 구간을 길게 형성하고, 즉 모든 구간을 랜덤 액세스 구간으로 설정하며, 기설정된 개수의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)이 접속하는 경우, 랜덤 액세스 구간을 최소 길이로 줄인다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 랜덤 액세스한 슬롯 시간에 패킷 전송을 요청하는 제어 신호를 생성하여 브로드캐스팅한다.
랜덤 액세스 구간은 각각의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)에서 패킷 전송 순번을 얻을 수 있는 구간이다. 게이트웨이(120)는 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로부터 수신한 제어 신호를 기초로 Linked List 방식으로 패킷 전송 순번을 설정하고, 패킷 전송 순번을 알리는 신호를 생성하여 무선 네트워크(101)를 통해 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 전송한다. 여기서, Linked List 방식은 각 노드가 데이터와 다음 노드의 참조값을 가진 포인트를 포함하여 한 줄로 연결되어 있는 방식이며, 종래 기술의 데이터 연결 방법을 네트워크에 응용하였다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 랜덤 액세스 구간에 게이트웨이(120)에 접속하고, 몇 번째에 패킷을 전송하는지 여부를 나타내는 패킷 전송 순번의 제어 신호를 수신한다.
네트워크에 참여한 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 랜덤 액세스 구간 직후에, 부여받은 패킷 전송 순번에 따라 패킷 전송을 수행한다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 게이트웨이(120)로부터 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 수신하면, 수신한 제어 신호에 포함한 자기 앞 순서의 스테이션 번호에 대한 정보를 받아서 저장한다.
게이트웨이(120)는 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 새로 Join하거나 Leave할 때마다, 패킷을 전송할 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)의 패킷 전송 순번 정보를 업데이트하고, 업데이트된 패킷 전송 순번 정보를 비콘 신호에 실어서 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 브로드캐스팅한다.
이하에서는 가변 주기의 비콘 신호를 이용하여 패킷 전송 구간에서 패킷 전송 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토큰 링(Token Ring) 방식을 이용한 가변 주기 비콘 기반의 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 구성 초기에 랜덤 액세스 구간을 나타낸 도면이다.
네트워크 구성 초기에, 게이트웨이(120)는 시각 동기 신호인 비콘 신호(10)를 생성하여 브로드캐스팅(Broadcasting) 통신 방식으로 복수의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)으로 전송하고, 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 접속하지 않을 때, 모든 타임 슬롯 구간을 랜덤 액세스 구간(20)으로 설정한다(S100).
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 무선 네트워크(101)에 접속하기 위한 접속 요청 신호를 생성하여 브로드캐스팅하여 게이트웨이(120)의 랜덤 액세스 구간(20)에 접속한다(S101).
게이트웨이(120)는 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 설정하고, 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 브로드캐스팅한다(S102). 여기서, 제어 신호는 랜덤 액세스 구간의 길이 정보, 네트워크에 Join 또는 Leave하는 스테이션 정보, 자신의 앞 순서의 스테이션 순번을 포함한다.
네트워크 구성 완료 후에, 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 게이트웨이(120)로부터 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 수신하고, 미리 설정된 시간의 랜덤 액세스 구간(30)을 적용한 후, 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송한다(S103).
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 토큰 링 방식인 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하게 되는데, 해당 패킷 전송 순번의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)에서 전송할 데이터가 없는 경우, '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷(50)을 게이트웨이(120)로 전송한다(S104).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토크 링 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 구성 완료 후에 패킷 전송 구간에서 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4와 같이 토크 링 방식은 여러 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 하나의 링에 연결되어 네트워크를 형성하고, 패킷 전송을 한 방향으로만 순서대로 패킷을 전송하는 방식이다.
도 4에 나타낸 것처럼 토큰 링 방식은 보통 3바이트로 이루어진 제어 토큰이 생성되어 한 방향으로 링을 순환하며, 네트워크 접속을 제어한다. 각각의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)은 자기 차례를 기다려 제어 토큰을 획득하여야 패킷을 전송할 수 있다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)은 패킷 전송 과정에서 충돌이 발생하지 않으며, 네트워크에 대한 성능 예측이 가능한 장점이 있다.
모든 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)은 전송할 패킷이 없을 때까지, 제어 토큰이 링을 끊임없이 순환한다.
도 5를 참조하면, 각각의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)은 제어 토큰을 각각의 스테이션(110-1, 110-2, 110-n)으로 순서대로 전달하여 네트워크 접속을 제어하는 토큰 링 방식으로 패킷 전송 구간(40)에서 순차적으로 패킷을 전송하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)은 랜덤 액세스 구간(30)을 적용한 후, 토큰 링 방식의 패킷 전송 구간(40)에서 10개의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)이 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 게이트웨이(120)로 전송한다.
각각의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)에서 전송되는 패킷은 자신의 패킷 전송 순번에 대한 정보를 포함한다.
패킷 전송 순번에 따라 스테이션 1에서 스테이션 10까지 패킷을 전송하는데, 스테이션 2, 스테이션 5, 스테이션 6, 스테이션 7, 스테이션 9는 전송 데이터가 없으므로 '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷(50)을 게이트웨이(120)로 전송한다.
게이트웨이(120)는 패킷 전송 순번에 따라 스테이션 1에서 스테이션 10까지 패킷을 수신하면(즉, 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료하면), 대기하는 시간이나 슬롯을 비워둘 필요없이 다음 주기의 비콘 신호(10)를 생성하여 브로드캐스팅(Broadcasting) 통신 방식으로 복수의 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)으로 전송한다(S105).
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 가변 주기의 비콘 주기를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 가변 주기의 비콘 주기를 사용할 수 있고, 토큰 링 방식으로 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하므로 고정된 시간을 대기할 필요가 없으며, 전송할 데이터의 발생 시간이나 네트워크에 참여하는 단말의 수와 상관없이 안정적이고 신뢰성 있는 통신 품질을 확보할 수 있다.
게이트웨이(120)는 무선 네트워크(101)에 접속되었다가 접속 해제하는 스테이션(110-1, 110-2, …, 110-n)에 대한 정보를 저장, 관리하고, 새로운 스테이션이 무선 네트워크(101)에 접속할 때 중간에 접속 해제된 타임 슬롯을 우선해서 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 할당한다.
따라서, 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템(100)은 무선 네트워크 접속을 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식으로 접속하고, 패킷 전송 구간(40)을 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크를 적용하여 비콘 전송 주기를 고정 주기가 아니라 가변적으로 구성할 수 있다.
본 발명은 CSMA/CA 통신 방식과 토큰 링 네트워크 방식을 응용하여 패킷 충돌 확률을 현저히 낮추고, 전송 지연 증가를 최소화하여 성능 개선을 달성할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 전송 패킷 충돌이 없고, 백오프 등의 오버로드가 없고, 스테이션에 할당된 타임 슬롯이 낭비되지 않으며, 이에 따라 자원 할당이 낭비되는 시간을 최소화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 다중 접속 프로토콜 시스템 101: 무선 네트워크
110: 스테이션 120: 게이트웨이

Claims (12)

  1. 무선 네트워크 내 사용자로 브로드캐스팅(Broadcasting) 통신 방식으로 운용되는 복수의 스테이션;
    네트워크 구성 초기에 시각 동기 신호인 비콘 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅(Broadcasting)하고, 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 설정하며, 상기 설정한 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅하는 게이트웨이를 포함하며,
    상기 복수의 스테이션은 미리 설정된 시간의 랜덤 액세스 구간에 상기 접속 요청 신호를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 게이트웨이로부터 상기 제어 신호를 수신하면, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하고,
    상기 게이트웨이는 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료되면, 다음 주기의 비콘 신호를 생성하여 상기 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅하여 상기 비콘 신호의 주기를 가변적으로 구성하며,
    각각의 스테이션은,
    하나의 링에 연결되어 네트워크를 형성하고, 자기 차례를 기다려 일정한 바이트로 이루어진 제어 토큰을 획득하여 패킷 전송을 수행하며, 상기 제어 토큰을 상기 각각의 스테이션으로 순서대로 전달하여 네트워크 접속을 제어하는 토큰 링 방식으로 패킷 전송 구간에서 순차적으로 패킷을 전송하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    상기 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 설정하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    네트워크 구성 초기에, 상기 스테이션이 접속하지 않을 때, 모든 타임 슬롯 구간을 상기 랜덤 액세스 구간으로 설정하고, 기설정된 개수의 스테이션이 접속하는 경우, 상기 랜덤 액세스 구간을 최소 길이로 줄이는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 스테이션은,
    상기 미리 설정된 시간의 랜덤 액세스 구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식으로 접속하고, 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 토큰 링(Token Ring) 방식의 네트워크를 적용하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 스테이션은,
    상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송할 때, 해당 패킷 전송 순번의 스테이션에서 전송할 데이터가 없는 경우, '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷을 상기 게이트웨이로 전송하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 게이트웨이는,
    무선 네트워크에 접속되었다가 접속 해제하는 스테이션에 대한 정보를 저장, 관리하고, 새로운 스테이션이 상기 무선 네트워크에 접속할 때 중간에 접속 해제된 타임 슬롯을 우선해서 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 할당하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜 시스템.
  7. 삭제
  8. 무선 네트워크에서 게이트웨이와 각각의 스테이션 간의 접속하여 패킷을 전송하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법에 있어서,
    상기 게이트웨이는 네트워크 구성 초기에, 시각 동기 신호인 비콘 신호를 생성하여 복수의 스테이션으로 브로드캐스팅(Broadcasting)하고, 모든 타임 슬롯 구간을 랜덤 액세스 구간으로 설정하는 단계;
    상기 각각의 스테이션은 무선 네트워크에 접속하기 위한 접속 요청 신호를 생성하여 브로드캐스팅하여 상기 게이트웨이의 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계;
    상기 게이트웨이는 각각의 스테이션으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 경우, 패킷 전송 순번을 설정하고, 상기 설정한 패킷 전송 순번을 알리는 제어 신호를 생성하여 상기 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 각각의 스테이션은 토큰 링(Token Ring) 방식인 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계; 및
    상기 게이트웨이는 마지막의 패킷 전송 순번의 스테이션이 패킷 전송을 완료하면, 다음 주기의 비콘 신호를 생성하여 상기 각각의 스테이션으로 브로드캐스팅하여 상기 비콘 신호의 주기를 가변적으로 구성하는 단계를 포함하며,
    상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계는,
    상기 각각의 스테이션은 하나의 링에 연결되어 네트워크를 형성하고, 자기 차례를 기다려 일정한 바이트로 이루어진 제어 토큰을 획득하여 패킷 전송을 수행하며, 상기 제어 토큰을 상기 각각의 스테이션으로 순서대로 전달하여 네트워크 접속을 제어하는 토큰 링 방식으로 패킷 전송 구간에서 순차적으로 패킷을 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 게이트웨이는 기설정된 개수의 스테이션이 접속하는 경우, 상기 랜덤 액세스 구간을 최소 길이로 줄이는 단계;
    상기 각각의 스테이션은 상기 줄어든 랜덤 액세스 구간을 적용한 후, 상기 패킷 전송 순번에 따라 패킷을 전송하는 단계; 및
    상기 각각의 스테이션은 해당 패킷 전송 순번의 스테이션에서 전송할 데이터가 없는 경우, '전송 데이터 없음'을 나타내는 최소 길이의 패킷을 상기 게이트웨이로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 게이트웨이는 무선 네트워크에 접속되었다가 접속 해제하는 스테이션에 대한 정보를 저장, 관리하고, 새로운 스테이션이 상기 무선 네트워크에 접속할 때 중간에 접속 해제된 타임 슬롯을 우선해서 상기 패킷 전송 순번을 Linked List 방식으로 할당하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 게이트웨이의 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계는,
    상기 각각의 스테이션은 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA(Collision Avoidance) 다중 액세스 방식의 경쟁 기반으로 상기 랜덤 액세스 구간에 접속하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크 다중 접속 프로토콜의 전송 방법.
  12. 삭제
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US20160330765A1 (en) * 2013-11-08 2016-11-10 Interdigital Patent Holdings, Inc. Distributed reservation contention access (drca) for wireless local area network (wlan) carrier sense multiple access (csma) stations

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