KR102448310B1 - 통신 시스템에서 경쟁 윈도우 크기 결정 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 경쟁 윈도우 크기 결정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

통신 시스템의 무선 기기는 백오프 스테이지에 따라서 결정되는 경쟁 윈도우 크기에 해당하는 경쟁윈도우 구간에서 랜덤하게 백오프 카운터를 선택하고, 무선 채널이 유휴 상태일 때 상기 백오프 카운터를 감소시키면서 상기 백오프 카운터가 0이 되면 패킷 전송을 시도하며, 제1 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 1씩 증가시키면서 상기 경쟁 윈도우 크기를 증가시킨다. 이때 경쟁 윈도우 크기는 상기 백오프 스테이지가 증가함에 따라 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태를 가진다.

Description

통신 시스템에서 경쟁 윈도우 크기 결정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING CONTENTION WINDOW SIZE IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 경쟁 윈도우 사이즈 결정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 LBT(Listen Before Talk) 방식을 사용하는 통신 시스템에서의 경쟁 윈도우 사이즈 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 LAN(Local Area Network)의 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) 방식에서는 센싱을 통하여 패킷을 전송하고자 하는 무선채널의 점유 상태를 판단하며, 무선 채널이 다른 무선기기에 의해 점유 상태(busy status)인 것으로 감지되면, 전송을 시작하지 않고 무선 채널이 유휴 상태(idle status)가 될 때까지 대기한다. 무선 채널이 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 충돌을 피하기 위해 결정된 전송 대기 슬롯 시간을 더 기다린 후에 패킷 전송을 시작한다. 전송 대기 슬롯 시간은 사전에 정해진 경쟁 윈도우 크기(size)에서 균등분포(Uniform Distribution)를 이용하여 랜덤하게 선택된 백오프 카운터에 의해서 결정된다.
만약에 수신측으로부터 전송된 패킷에 대한 응답 신호가 수신되지 않을 경우, 경쟁 윈도우 크기는 증가된다. 경쟁 윈도우 크기는 수학식 1과 같이 이진 지수적(Binary Exponential)으로 결정되며, 이러한 방식을 이진 지수적인 백오프(Binary Exponential Backoff, BEB)라고 부른다.
Figure 112016020943784-pat00001
여기서, W는 사전에 정해진 경쟁 윈도우 크기의 초기값이고, i는 백오프 스테이지(backoff stage)로서, 최소 경쟁 윈도우 크기 상태를 표현하는 0에서 마지막(또는 최대) 경쟁 윈도우 크기 상태를 나타내는 K 값을 순차적으로 가지는 정수이다. 즉, i는 충돌과 같이 설정된 조건에 따라서 하나씩 증가하여 0, 1, 2, 3,…, K 값을 순서대로 가진다.
이러한 BEB 방식에 따르면, 처음에는 최소 경쟁 윈도우 크기로 설정되고, 충돌이 연이어 발생되면 경쟁 윈도우 크기가 수학식 1에 의해 이진 지수적으로 증가된다.
IEEE 802.11 DCF(Distributed Coordination Function)에서는 백오프 스테이지 i에 따른 경쟁 윈도우 구간이 [0, CWi]로 정하고 있는데, CWi는 Wi에서 1을 뺀 값으로서, CWi = Wi-1의 관계가 있다.
수학식 1과 같이 경쟁 윈도우 크기가 지수적으로 증가하는 종래의 BEB 방식은 무선 LAN의 전송률(throughput)과 단기간 공평성(short-term fairness) 성능 결정에 중요한 역할을 하고 있으므로, 현재까지 BEB 성능 개선 방법들이 경쟁 윈도우 크기의 증가 속도를 중심으로 제안되어 왔다. 특히, 최근 새롭게 제안된 방식으로는 수학식 2와 같이 다항식 백오프(Polynomial Backoff) 방식이 있다.
Figure 112016020943784-pat00002
여기서, x는 지수값이고, x가 2인 경우를 QB(Quadratic Backoff)라고 하며, 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112016020943784-pat00003
이러한 QB 방식이 무선 LAN의 전송률과 단기간 공평성 성능 측면에서 기존 BEB 방식보다 우수하다고 알려져 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 LBT 방식을 사용하는 통신 시스템에서 무선 LAN의 전송률과 단기간 공평성 성능 측면에서 QB 방식보다 우수한 경쟁 윈도우 크기 결정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 통신 시스템의 무선 기기가 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 방법이 제공된다. 경쟁 윈도우 크기 결정 방법은 백오프 스테이지에 따라서 결정되는 경쟁 윈도우 크기에 해당하는 경쟁윈도우 구간에서 랜덤하게 백오프 카운터를 선택하는 단계, 무선채널이 유휴 상태일 때 상기 백오프 카운터를 감소시키면서 상기 백오프 카운터가 0이 되면 패킷 전송을 시도하는 단계, 제1 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 1씩 증가시키면서 상기 경쟁 윈도우 크기를 증가시키는 단계를 포함하며, 상기 경쟁 윈도우 크기는 상기 백오프 스테이지가 증가함에 따라 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태를 가진다.
상기 경쟁 윈도우의 크기는 제1 수학식에 의해 계산되며, 상기 제1 수학식은
Figure 112016020943784-pat00004
이고, 상기 q는 양의 실수이고, 상기 p는 0과 1 사이의 실수이며, [x]는 x와 가장 가까운 정수 값을 반환하는 함수이고, 상기 i는 상기 백오프 스테이지이며, 상기 W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값일 수 있다.
상기 경쟁 윈도우 크기 결정 방법은 상기 q, 상기 p 및 상기 W의 값을 네트워크를 관리하는 노드로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 경쟁 윈도우 크기 결정 방법은 데이터의 카테고리에 따라 정해져 있는 W, p, q의 값 중에서 전송할 패킷의 카테고리에 해당하는 W, p 및 q의 값을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 경쟁 윈도우 크기 결정 방법은 상기 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 10, 11 및 12 중에서 하나를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 설정 조건은 네트워크 내 무선기기 수의 증가, 전송 사이의 충돌, 전송에 대한 무응답 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 경쟁 윈도우 크기 결정 방법은 제2 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 상기 초기값으로 초기화하고 상기 경쟁 윈도우 크기를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 설정 조건은 상기 패킷 전송의 성공 및 네트워크 내 무선 기기 수의 감소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 전체 평균으로부터 구해질 수 있다.
상기 p는 제2 수학식에 의해 구해지며, 상기 제2 수학식은
Figure 112016020943784-pat00005
이고, 상기 L은 사전에 정해지는 기준치일 수 있다.
상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 산술 평균으로부터 구해질 수 있다.
상기 p는 제2 수학식에 의해 구해지며, 상기 제2 수학식은
Figure 112016020943784-pat00006
이고, 상기 L은 사전에 정해지는 기준치일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 통신 시스템의 무선 기기에서 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 장치가 제공된다. 경쟁 윈도우 크기 결정 장치는 프로세서, 그리고 송수신기를 포함한다. 상기 프로세서는 경쟁 윈도우 크기에 해당하는 경쟁윈도우 구간에서 랜덤하게 백오프 카운터를 선택하고, 무선채널이 유휴 상태일 때 상기 백오프 카운터를 점차 감소시켜 0이 되면 패킷 전송을 시도하며, 제1 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 1씩 증가시키면서 상기 경쟁 윈도우 크기를 증가시킨다. 그리고 상기 송수신기는 상기 프로세서와 연결되며 무선 신호를 송수신한다. 이때 상기 경쟁 윈도우 크기는 상기 백오프 스테이지가 증가함에 따라 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태를 가진다.
상기 프로세서는 제1 수학식을 토대로 상기 경쟁 윈도우 크기를 계산하며, 상기 제1 수학식은
Figure 112016020943784-pat00007
이고, 상기 q는 양의 실수이고, 상기 p는 0과 1 사이의 실수이며, [x]는 x와 가장 가까운 정수 값을 반환하는 함수이고, 상기 i는 상기 백오프 스테이지이며, 상기 W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값일 수 있다.
상기 프로세서는 데이터의 카테고리에 따라 정해져 있는 W, p, q의 값 중에서 전송할 패킷의 카테고리에 해당하는 W, p 및 q의 값을 선택하여 상기 제1 수학식에 적용할 수 있다.
상기 프로세서는 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 10, 11 및 12 중에서 하나를 사용할 수 있다.
상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 전체 평균 또는 산술 평균으로부터 구해질 수 있다.
상기 제1 설정 조건은 네트워크 내 무선기기 수의 증가, 전송 사이의 충돌, 전송에 대한 무응답 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 제2 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 상기 초기값으로 초기화하고 상기 경쟁 윈도우 크기를 초기화할 수 있다.
상기 제2 설정 조건은 상기 패킷 전송의 성공 및 네트워크 내 무선 기기 수의 감소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 무선 LAN의 전송률과 단기간 공평성 성능 측면에서 BEB 방식이나 QB 방식에 비해 우수한 성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LBT 방식을 사용하는 통신 시스템에서 단말의 채널 접근 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 기기의 경쟁 윈도우 크기 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 기존 BEB 방법, 기존 QB 방법, 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 제안 방법에 의한 경쟁 윈도우 크기를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 표 1과 같은 시뮬레이션 조건에서 BEB 방식, QB 방식 및 수학식 9의 제안 방식에 의한 전송률과 단기간 공평성을 비교한 그래프도이다.
도 6은 기존 BEB 방법 및 QB 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 10에 의한 경쟁 윈도우 크기의 차이를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 각각 BEB 방식, QB 방식 및 수학식 10의 제안 방식에 의한 전송률과 단기간 공평성을 비교한 그래프도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 경쟁 윈도우 크기 결정 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 경쟁 윈도우 크기 결정 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LBT 방식을 사용하는 통신 시스템에서 단말의 채널 접근 방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 기기들은 데이터를 전송하기 전에 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 동작을 수행한다. CSMA/CA 메커니즘은 기본적으로 LBT(Listen Before Talk) 접속 메커니즘을 채용하고 있다. 따라서 무선 기기들은 데이터 전송을 시작하기 전에, 무선채널을 센싱(sensing)한다. 무선기기들은 DIFS(DCF Inter-Frame Space) 시간 동안 대기한 후 백오프 스테이지에서 무선채널이 점유 상태이면, 백오프 카운터(backoff counter)를 선택하는 경쟁 윈도우(contention window)의 범위 중에서 임의의 경쟁 윈도우 값을 백오프 카운터로 선택하고, 선택한 백오프 카운터에 해당하는 시간만큼 기다린 후 전송을 시도하게 된다. 무선기기들은 DIFS 시간 동안 대기한 후 무선채널이 유휴 상태이면 채널에 접근하여 전송을 시도할 수 있다. 무선채널에 대한 접근을 기다리는 무선기기들은 채널상태를 확인하면서 동시에 자신의 백오프 카운터를 감소시켜 나간다. 만약, 특정 무선기기의 백오프 카운터가 0이 될 때 무선채널이 유휴상태이면 그 무선기기는 채널에 접근하여 데이터를 전송하게 된다. 백오프 카운터가 0이 되기 전에 해당 무선채널을 다른 무선기기가 사용하게 되면 백오프 카운터를 감소시키는 것을 중단하고, DIFS 시간 동안 무선채널 상태를 확인한 후, 남은 백오프 카운터를 가지고 채널 접근 동작을 다시 시작한다.
즉 무선기기들은 DIFS 시간 동안 대기한 후 무선채널이 유휴 상태이면 자신의 백오프 카운터를 감소시키며, 무선채널이 점유 상태이면 자신의 백오프 카운터를 감소시키지 않는다.
무선기기들은 데이터가 성공적으로 전송되었을 경우, 백오프 스테이지 및 경쟁 윈도우 크기를 초기화하고, 전송이 충돌(collision)로 감지된 경우에는 백오프 스테이지를 하나씩 증가시키고 경쟁 윈도우 크기를 증가시켜 충돌 발생 가능성을 줄인다. 충돌이 연속적으로 발생하면 최대 경쟁 윈도우 크기까지 경쟁 윈도우를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 충돌이 발생할 때 경쟁 윈도우 크기를 증가시킴으로써, 임의의 백오프 카운터의 선택 범위를 넓혀 충돌 확률을 줄일 수 있다.
경쟁 윈도우 크기를 결정하는 방법으로, 기존에는 BEB 방식이나 QB 방식이 사용되었으나, 본 발명의 실시 예에서는 새로운 방법을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 기기는 수학식 4와 같이 경쟁 윈도우 크기를 결정한다.
Figure 112016020943784-pat00008
여기서, q는 양의 실수이고, p는 0과 1 사이의 실수이며, 기호 [x]는 x와 가장 가까운 정수 값을 반환하는 함수이다. i는 백오프 스테이지로, 무선 기기에서 경쟁 윈도우 크기의 상태(state)를 나타내는 파라미터로서, 최소 경쟁 윈도우 크기 상태를 표현하는 0에서 마지막(또는 최대) 경쟁 윈도우 크기 상태를 나타내는 K 값을 순차적으로 가지는 정수이다. 경쟁 윈도우 크기의 최대값은 지정될 수 있다. W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값이다.
p와 q의 값은 수학식 4에 의해 i=K일 때 결정되는 경쟁 윈도우 크기에 해당하는 WK 값이 수학식 1에 의해 얻어지는 WK 값보다 작도록 선택될 수 있다.
q는 종래 BEB 방식의 지수적 증가와 다르게, 2의 0부터 K승까지에 대한 전체 평균 개념으로 경쟁 윈도우 크기를 크게 하는 방법으로 결정되는데, q는 수학식 5를 이용하여 구해질 수 있다.
Figure 112016020943784-pat00009
또한 수학식 5와 달리, q는 2의 0부터 K승까지에 대한 산술 평균을 이용한 수학식 6을 이용하여 구해질 수 있다.
Figure 112016020943784-pat00010
q와 K가 주어진 상황에서, 수학식 7과 같이 사전에 정해진 기준치 L이 결정되면, p는 수학식 7을 통해 간단하게 구해질 수 있다.
Figure 112016020943784-pat00011
여기서, L은 (q+1)과 2K 사이의 값이다. 수학식 7을 정리하면, p는 수학식 8과 의해서 구해질 수 있다.
Figure 112016020943784-pat00012
수학식 4에서, W, p, q의 값들은 미리 정의되어 있는 값이거나 네트워크를 관리하는 노드(예를 들면, 기지국)에 의해 계산되어 주기적으로 W, p, q의 값들이 방송(Broadcast)될 수 있다.
또한 W, p, q의 값들은 전송될 데이터의 특성 또는 카테고리에 따라 서로 다른 값이 정의되어 있고, 각 무선기기가 전송할 데이터의 특성 또는 카테고리에 따라 W, p, q의 값을 선택하여 경쟁 윈도우 크기를 결정할 수도 있다. 이때 데이터의 카테고리는 백그라운드(Background), 베스트 에포트(Best effort), 비디오(Video) 및 음성(Voice) 카테고리 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각 데이터의 카테고리별로 W, p, q 값이 정해져 있고, 무선 기기는 전송될 데이터의 카테고리에 해당하는 W, p, q 값을 선택할 수 있다.
현재 무선 LAN의 CSMA/CA에서 사용하는 경쟁 윈도우 크기의 초기값 W는 16인데, 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 기기는 수학식 4를 이용하면서 W를 16보다 작은 10, 11, 12 값들 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
무선 기기는 네트워크의 무선기기 수의 변화(예를 들면, 증가) 또는 전송 신호 사이의 충돌 상황 또는 전송 신호에 대한 응답 신호가 없는 상황 중 하나 이상의 조건에 의해 백오프 스테이지 i를 하나씩 증가시키며, 이에 따라 경쟁 윈도우 크기는 수학식 4를 토대로 증가될 수 있다. 예를 들어, 충돌이 발생하면, 무선 기기는 백오프 스테이지를 하나씩 증가시키고 수학식 4를 토대로 경쟁 윈도우 크기를 증가시킨다.
또한 무선기기는 데이터를 성공적으로 전송하거나 네트워크의 무선기기 수 변화(예를 들면, 감소) 중 하나 이상의 조건에 따라 백오프 스테이지를 초기값으로 초기하거나 백오프 스테이지를 하나씩 감소시킴으로써, 경쟁 윈도우 크기를 초기값으로 초기화하거나 경쟁 윈도우 크기를 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 기기의 경쟁 윈도우 크기 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 무선 기기는 전송할 패킷이 발생하면(S200), 백오프 스테이지 i=0으로 설정하고(S210), 수학식 4를 통해 경쟁 윈도우 크기를 계산한다(S220).
무선 기기는 경쟁 윈도우 크기에 대응하는 경쟁 윈도우 구간에서 랜덤하게 경쟁 윈도우 값을 백오프 카운터로 선택하고(S230), 선택한 백오프 카운터에 해당하는 시간만큼 기다린 후 패킷 전송을 시도하게 된다(S240).
무선 기기는 백오프 스테이지 0에서 패킷 전송에 성공하면(S250), 백오프 스테이지를 0으로 유지 즉, i=0으로 초기화하며, 수학식 4를 통해 경쟁 윈도우 크기도 초기값으로 재설정한다(S260).
반면, 패킷 전송에 실패하면, 다음 전송할 패킷에 대한 백오프 스테이지 i를 (i+1)로 증가시키고(S270), 수학식 4를 통해 경쟁 윈도우 크기를 증가시키며(S280), 증가된 경쟁 윈도우 크기에 대응하는 경쟁 윈도우 구간에서 백오프 카운터를 재설정한다(S290).
이와 같이 동작하면, 백오프 스테이지 i=j에서 시도한 패킷 전송이 성공한 경우, i=0으로 초기화되고, 수학식 4를 통해 경쟁 윈도우 크기도 초기값으로 설정된다.
반면, 백오프 스테이지 i가 최대값 K에 도달해서도 패킷 전송이 실패하면, 백오프 스테이지 i는 더 이상 증가하지 않으며, 경쟁 윈도우는 경쟁 윈도우 최대값으로 설정된다. 그리고 동일 패킷에 대한 최대 허용 가능한 재전송 횟수까지 전송에 실패하면 해당 패킷은 폐기된다.
도 3은 기존 BEB 방법, 기존 QB 방법, 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 제안 방법에 의한 경쟁 윈도우 크기를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 제안 방법으로는 수학식 4에서 q가 15로 고정된 상태에서 p가 1/2 또는 1/3으로 설정된 2개의 제안 방법을 도시하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기존 BEB 방법이나 기존 QB 방법은 위로 오목한 증가(concave up increasing) 형태로 경쟁 윈도우 크기가 증가하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 제안 방법은 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태로 경쟁 윈도우 크기가 증가하는 특징을 가지고 있다.
본 발명 실시 예에 따른 제안 방법을 사용할 때의 전송률과 단기간 공평성의 우수성을 보여주기 위해, q가 15이고 p가 1/2인 경우의 제안 발명과 BEB 방식, QB 방식을 비교하였다.
q가 15이고 p가 1/2인 경우의 수학식 4는 수학식 9와 같이 표현된다.
Figure 112016020943784-pat00013
여기서, W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 16으로 설정되고, sqrt는 제곱근을 나타내며, i는 순차적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6을 가진다.
도 4 및 도 5는 각각 표 1과 같은 시뮬레이션 조건에서 BEB 방식, QB 방식 및 수학식 9의 제안 방식에 의한 전송률과 단기간 공평성을 비교한 그래프도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 9의 제안 방법이 전송률과 단기간 공평성 측면에서 BEB 방식이나 QB 방식보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
Figure 112016020943784-pat00014
표 2는 i값별로 기존 BEB 방법과 QB 방법 및 제안 방법에 따른 경쟁 윈도우 크기와 경쟁 윈도우 구간을 서로 비교한 것이다.
Figure 112016020943784-pat00015
또한 q가 18이고 p가 0.3536인 수학식 4는 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112016020943784-pat00016
여기서, W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 11로 설정되고, i는 순차적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6을 가진다.
표 3은 표 1의 시뮬레이션 조건에서, i값별로 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 10에 따라 정해지는 경쟁 윈도우 크기와 경쟁 윈도우 구간을 기존 BEB 방식 및 QB 방식과 비교한 것이다.
Figure 112016020943784-pat00017
표 2 및 표 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 결정되는 경쟁 윈도우 크기는 기존 BEB 방법이나 기존 QB 방법과 달리 아래로 오목한 증가 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 기존 BEB 방법 및 QB 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 10에 의한 경쟁 윈도우 크기의 차이를 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은 각각 BEB 방식, QB 방식 및 수학식 10의 제안 방식에 의한 전송률과 단기간 공평성을 비교한 그래프도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, i값에 따라서 경쟁 윈도우 크기의 차이가 기존 BEB 방법 및 QB 방법에 비해 제안 발명이 작다는 것을 알 수 있다.
또한 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 10의 제안 방법이 전송률과 단기간 공평성 측면에서 BEB 방식이나 QB 방식보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 경쟁 윈도우 크기 결정 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 경쟁 윈도우 크기 결정 장치(900)는 프로세서(910), 송수신기(920) 및 메모리(930)를 포함한다.
프로세서(910)는 수학식 4를 토대로 경쟁 윈도우 크기를 결정한다. W, p 및 q의 값은 수학식 5 내지 수학식 8을 통해 미리 계산되어 저장되어 있을 수 있으며, 프로세서(910)는 각 데이터의 카테고리별로 미리 저장된 W, p 및 q의 값 중에서 전송할 데이터의 카테고리에 해당하는 W, p 및 q의 값을 선택할 수 있다. 프로세서(910)는 수학식 4에서 경쟁 윈도우 크기의 초기값을 10, 11, 12 값들 중 하나를 선택할 수 있다. 프로세서(910)는 네트워크의 무선기기 수의 변화 또는 전송 신호 사이의 충돌 상황 또는 전송 신호에 대한 응답 신호가 없는 상황 중 하나 이상의 조건에 의해 백오프 스테이지 i의 값을 결정한다. 현재 전송할 패킷에 대한 백오프 스테이지 i는 이전 패킷의 백오프 스테이지 값과 전송 결과(성공 또는 충돌)에 따라 결정된다. 프로세서(910)는 이전 패킷이 백오프 스테이지 i에서 전송에 성공한 경우, 현재 전송할 패킷의 백오프 스테이지를 0으로 감소시키고 백오프 카운터를 재설정한다. 그러나 프로세서(910)는 이전 백오프 스테이지 i에서 시도한 패킷 전송이 실패(또는 충돌)한 경우, 전송할 패킷의 백오프 스테이지를 (i+1)로 증가시키고 백오프 카운터를 재설정한다.
송수신기(920)는 프로세서(910)와 연결되어 무선 신호를 송신 및 수신한다.
메모리(930)는 프로세서(910)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)을 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(910)는 메모리(930)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행한다. 또한 메모리(930)는 W, p 및 q의 값을 저장하고 있으며, 각 데이터의 카테고리별로 W, p 및 q의 값을 저장하고 있을 수 있다.
프로세서(910)와 메모리(930)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(920)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.
발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템의 무선 기기가 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 방법에서,
    백오프 스테이지에 따라서 결정되는 경쟁 윈도우 크기에 해당하는 경쟁윈도우 구간에서 랜덤하게 백오프 카운터를 선택하는 단계,
    무선채널이 유휴 상태일 때 상기 백오프 카운터를 감소시키면서 상기 백오프 카운터가 0이 되면 패킷 전송을 시도하는 단계, 그리고
    제1 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 1씩 증가시키면서 상기 경쟁 윈도우 크기를 증가시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 경쟁 윈도우 크기는 상기 백오프 스테이지가 증가함에 따라 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태를 가지는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 경쟁 윈도우의 크기는 제1 수학식에 의해 계산되며,
    상기 제1 수학식은
    Figure 112016020943784-pat00018
    이고,
    상기 q는 양의 실수이고, 상기 p는 0과 1 사이의 실수이며, [x]는 x와 가장 가까운 정수 값을 반환하는 함수이고, 상기 i는 상기 백오프 스테이지이며, 상기 W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값인 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 q, 상기 p 및 상기 W의 값을 네트워크를 관리하는 노드로부터 수신하는 단계
    를 더 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  4. 제2항에서,
    데이터의 카테고리에 따라 정해져 있는 W, p, q의 값 중에서 전송할 패킷의 카테고리에 해당하는 W, p 및 q의 값을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 10, 11 및 12 중에서 하나를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  6. 제2항에서,
    상기 제1 설정 조건은 네트워크 내 무선기기 수의 증가, 전송 사이의 충돌, 전송에 대한 무응답 중 적어도 하나를 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  7. 제2항에서,
    제2 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 상기 초기값으로 초기화하고 상기 경쟁 윈도우 크기를 초기화하는 단계
    를 더 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 설정 조건은 상기 패킷 전송의 성공 및 네트워크 내 무선 기기 수의 감소 중 적어도 하나를 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  9. 제2항에서,
    상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 전체 평균으로부터 구해지는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 p는 제2 수학식에 의해 구해지며,
    상기 제2 수학식은
    Figure 112016020943784-pat00019
    이고,
    상기 L은 사전에 정해지는 기준치인 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  11. 제2항에서,
    상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 산술 평균으로부터 구해지는 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 p는 제2 수학식에 의해 구해지며,
    상기 제2 수학식은
    Figure 112016020943784-pat00020
    이고,
    상기 L은 사전에 정해지는 기준치인 경쟁 윈도우 크기 결정 방법.
  13. 통신 시스템의 무선 기기에서 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 장치로서,
    경쟁 윈도우 크기에 해당하는 경쟁윈도우 구간에서 랜덤하게 백오프 카운터를 선택하고, 무선채널이 유휴 상태일 때 상기 백오프 카운터를 점차 감소시켜 0이 되면 패킷 전송을 시도하며, 제1 설정 조건에 따라서 백오프 스테이지를 1씩 증가시키면서 상기 경쟁 윈도우 크기를 증가시키는 프로세서, 그리고
    상기 프로세서와 연결되며 무선 신호를 송수신하는 송수신기
    를 포함하며,
    상기 경쟁 윈도우 크기는 상기 백오프 스테이지가 증가함에 따라 아래로 오목한 증가(concave down increasing) 형태를 가지는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 프로세서는 제1 수학식을 토대로 상기 경쟁 윈도우 크기를 계산하며,
    상기 제1 수학식은
    Figure 112016020943784-pat00021
    이고,
    상기 q는 양의 실수이고, 상기 p는 0과 1 사이의 실수이며, [x]는 x와 가장 가까운 정수 값을 반환하는 함수이고, 상기 i는 상기 백오프 스테이지이며, 상기 W는 경쟁 윈도우 크기의 초기값인 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 프로세서는 데이터의 카테고리에 따라 정해져 있는 W, p, q의 값 중에서 전송할 패킷의 카테고리에 해당하는 W, p 및 q의 값을 선택하여 상기 제1 수학식에 적용하는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 프로세서는 경쟁 윈도우 크기의 초기값으로 10, 11 및 12 중에서 하나를 사용하는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 q는 상기 백오프 스테이지의 최대값이 K일 때, 2의 0부터 K승까지에 대한 전체 평균 또는 산술 평균으로부터 구해지는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 p는 제2 수학식에 의해 구해지며,
    상기 제2 수학식은
    Figure 112016020943784-pat00022
    이고,
    상기 L은 사전에 정해지는 기준치인 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  19. 제13항에서,
    상기 제1 설정 조건은 네트워크 내 무선기기 수의 증가, 전송 사이의 충돌, 전송에 대한 무응답 중 적어도 하나를 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
  20. 제13항에서,
    상기 프로세서는 제2 설정 조건에 따라서 상기 백오프 스테이지를 초기값으로 초기화하고 상기 경쟁 윈도우 크기를 초기화하며,
    상기 제2 설정 조건은 상기 패킷 전송의 성공 및 네트워크 내 무선 기기 수의 감소 중 적어도 하나를 포함하는 경쟁 윈도우 크기 결정 장치.
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