KR102505528B1 - 인지 무선 네트워크의 채널제어방법 - Google Patents

인지 무선 네트워크의 채널제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공통제어채널을 사용하는 인지 무선 네크워크에서 SU(secondary user)들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급에 따라 채널 사용에 대한 차별성을 제공하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 있어서, 두개의 백오프 타이머를 사용하여, 경쟁구간에서 우선순위별로 서로 다른 경쟁 윈도우를 할당하고, 우선 순위가 높을수록 짧은 경쟁 윈도우를 부여하는 단계; 경쟁구간이 시작되면, 경쟁 윈도우 내에서 랜덤한 값을 선정하고, 이를 제1백오프 타이머 C0 에 할당하여 백오프를 운용하는 단계; 백오프 운용 중 다른 부사용자의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되는 지를 감시하고, 다른 부사용자에 의해서 채널 예약이 수행되었을 때, 자신의 데이터 우선순위와 채널 예약이 수행된 데이터 우선순위를 비교하는 단계; 채널 예약이 수행된 부사용자의 데이터 우선순위가 자신보다 이하인 경우, 제2백오프 타이머를 [수학식 6]과 같이 설정하고, 제2백오프 타이머 C1 를 이용하여 백오프를 운용하는 단계; 및 백오프 시간이 먼저 종료된 부사용자가 전송예약을 위한 패킷을 교환하여 다음 전송예약과정에서 전송할 채널과 시간을 예약하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인지 무선 네트워크의 채널제어방법{CHANNEL CONTROL METHOD OF COGNITIVE WIRELESS NETWORK}
본 발명은 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공통제어채널을 사용하는 인지 무선 네크워크에서 SU(secondary user)들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급에 따라 채널 사용에 대한 차별성을 제공하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
인지무선(CR, Cognitive Radio) 기술은 무선 스펙트럼 자원을 효과적으로 활용하기 위하여, 인가 대역에서 인가된 장치(또는 주사용자, PU, Primary User)들이 비활성화시에 비인가장치(또는 부사용자, SU, Secondary User)들이 상호 통신할 수 있도록 하는 동적 스펙트럼 접속(DSA, Dynamic Spectrum Access) 기술이다.
다양한 인지무선 기술 적용을 위한 구조와 방법들이 제시되고 있고, 특히 분산형 구조에서는 SU들이 중앙 유닛 없이 PU 활성화 감지, 감지결과 공유, 사용협상 및 선택, 그리고 시간 동기화 작업을 상호 협력하여 유기적으로 수행할 수 있다. 그리고 PU 채널이 다수일 경우에서는 SU들에게 인가되거나 SU들이 공통적으로 알고 있는 공통제어채널(CCC, Common Control Channel)을 사용하는 것이 효율적이다.
이러한 인지무선 기술은 인가된 PU채널들이 미치지 않는 공백인 영역이나, 인프라 지원이 제한되는 재난환경 및 군 전술환경에서 유용하게 활용될 수 있다.
한편, 인지무선 기술은 PU가 비활성화된 기간에 SU들이 사용하므로 품질(QoS, Quality of Service) 서비스를 지원하는 것이 용이하지 않다. 기존의 QoS 제어방법은 사전에 지정된 서비스별로 서비스 등급을 지정하고, 서비스 등급별로 처리 순서 및 방법에 차별을 두고, 구조적인 동작을 수행하고 있다. 즉, 동일한 서비스 등급에 속하는 메시지들은 동일한 절차에 의하여 처리가 이루어졌다.
그러나 이러한 방법은 인지무선 환경에서 다음의 문제를 발생한다.
첫째, 인지무선환경에서는 채널 점유를 위한 상호 협상과정이 이루어지는데, 서비스 등급별로 차별화된 협상과정을 고려하지 않고 있다.
둘째, 기존의 방법에서 차별화된 협상과정을 고려하는 경우에 있어서, 시간대를 구분하여 우선 순위에 따라 채널 점유를 하고 있다. 이 방법들에서는 해당 시간대에 해당 우선 순위 등급에 속하는 메시지들이 없을 경우 시간 낭비가 발생하는 문제가 있다. 즉, SU들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급이 비정기적이고 구조적이지 않을 때에는 차별화된 협상과정을 고려하는 방법의 적용은 매우 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.
셋째, 여러 우선 순위를 고려하기 위하여, 센싱 간격으로 구분되는 시간 프레임(time frame) 길이가 매우 커야 한다. 그러나 시간 프레임 길이가 큰 경우, 시간 사이에 PU가 활성화될 가능성도 커지기 때문에 비효과적이고, 대부분의 인지무선 기술들에서는 매우 작은 길이의 시간 프레임을 적용하고 있다.
넷째, 매우 긴급한 메시지 처리에 대한 요구를 충족시키기 어려운 문제가 있다. 매우 긴급한 메시지는 특정한 상황에서 간헐적으로 나타나므로, 상기 두번째 과정에서 제시한 문제를 더욱 증폭시킬 우려가 있다.
한국등록특허공보 제10-1511150호
따라서 본 발명의 목적은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 SU들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급에 따라 채널 사용에 대한 차별성을 제공할 수 있는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 짧은 시간 프레임을 유지하면서 다양한 서비스 등급간 차별화된 채널 점유 절차를 제공할 수 있는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 긴급 메시지에 대하여 다른 서비스 등급에 우선하여 처리할 수 있는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크의 채널제어방법은 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 있어서, 두개의 백오프 타이머를 사용하여, 경쟁구간에서 우선순위별로 서로 다른 경쟁 윈도우를 할당하고, 우선 순위가 높을수록 짧은 경쟁 윈도우를 부여하는 단계;경쟁구간이 시작되면, 경쟁 윈도우 내에서 랜덤한 값을 선정하고, 이를 제1백오프 타이머 C0 에 할당하여 백오프를 운용하는 단계; 백오프 운용 중 다른 부사용자의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되는 지를 감시하고, 다른 부사용자에 의해서 채널 예약이 수행되었을 때, 자신의 데이터 우선순위와 채널 예약이 수행된 데이터 우선순위를 비교하는 단계; 채널 예약이 수행된 부사용자의 데이터 우선순위가 자신보다 이하인 경우, 제2백오프 타이머를 [수학식 6]과 같이 설정하고, 제2백오프 타이머 C1 를 이용하여 백오프를 운용하는 단계; 및 백오프 시간이 먼저 종료된 부사용자가 전송예약을 위한 패킷을 교환하여 다음 전송예약과정에서 전송할 채널과 시간을 예약하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112021039070051-pat00001
바람직하게는 경쟁 윈도우는
Figure 112021039070051-pat00002
범위에서 랜덤값으로 부여되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁 윈도우는 우선순위별로 [수학식 3]으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112021039070051-pat00003
바람직하게는 경쟁 윈도우는 우선순위별로 [수학식 4]로 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
Figure 112021039070051-pat00004
(여기서 am 은 우선순위 클래스 m 의
Figure 112021039070051-pat00005
이 보다 높은 우선순위를 갖는 CW에 겹쳐지는 정도를 지정한다.)
바람직하게는 경쟁 윈도우는 우선순위별로 [수학식 5]로 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 5]
Figure 112021039070051-pat00006
바람직하게는 경쟁구간에서 채널 예약은 FRTS 패킷을 전송하고, 이에 대한 응답인 FCTS를 수신하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 FRTS 패킷은 전송예약 데이터의 우선순위, 사용할 PU채널정보, 전송 데이터의 전송 예정시간, 전송 데이터의 크기, 송신 id, 및 수신 id를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간은 백오프시간, 채널예약시간, 및 마진시간을 포함하는 전송예약과정이 다수개로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간의 전송예약과정은, 전송예약과정에 포함된 백오프시간에 기반해서 가변적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간의 시간동안 이전 과정에서의 전송예약과정이 종료된 직후 다음 전송예약과정이 연결해서 시작되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 이전 전송예약과정에서 가장 높은 우선순위를 갖는 데이터가 경쟁에서 성공하지 못한 경우, 이전 전송예약과정에서 진행한 잔여 백오프 시간을 제1백오프 타이머에 할당하고, 백오프 운용 중 다른 모든 제어 동작에 우선하여 제1백오프 타이머를 이용한 백오프 운용이 제어되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간의 시간동안 제1,2백오프 타이머는 매 타임슬롯마다 1씩 감소하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 부사용자는 매 타임슬롯마다 자신보다 다른 부사용자의 백오프 시간이 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되는지를 감시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 채널 예약이 수행된 부사용자의 데이터 우선순위가 자신보다 높은 경우, 부사용자는 우선순위에 지정된 경쟁 윈도우 내에서 랜덤한 값을 다시 선정하고, 이를 제1백오프 타이머에 할당하여 백오프를 운용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간이 시작 직후, 경쟁구간의 시간Tcontention 과 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 은 같은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간에서 전송할 데이터가 존재하면, 경쟁 윈도우는
Figure 112021039070051-pat00007
범위에서 랜덤값으로 부여되어 제1백오프 타이머가 운용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제1백오프 타이머 C0 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 채널예약시간과 마진시간을 감산한 값보다 작아질 때까지, 경쟁구간의 잔여시간과 제1백오프 타이머 값은 매 타임슬롯마다 1씩 감소하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제1백오프 타이머 값이 0에 도달하면, 해당 전송예약과정에서 채널 예약이 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제1백오프 타이머 값이 0에 도달하기 전에, 다른 부사용자의 채널 예약이 수행됨을 감지하면, 제1백오프 타이머 값을 일시 정지하고, 자신의 데이터 우선순위와 채널 예약된 데이터 우선순위를 비교하여 백오프 운용을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 자신이 데이터 우선순위보다 다른 부사용자의 우선순위가 높은 경우, 해당 부사용자는 우선순위에 지정된 경쟁 윈도우 내에서 랜덤한 값을 다시 선정하고, 이를 제1백오프 타이머에 할당하여 백오프 운용을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 자신이 데이터 우선순위보다 다른 부사용자의 우선순위가 같거나 낮은 경우, 이전 경쟁에 참여했던 데이터인지를 판단하고, [수학식 6]에 의한 백오프 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112021039070051-pat00008
바람직하게는 데이터가 현재 전송예약과정에서 신규인 경우, 제1백오프타이머 C0 값을 제2백오프 타이머 C1 값으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 데이터가 이전 전송예약과정에서 경쟁에 사용되었으나 성공하지 못한 경우, 이전 전송예약과정에서의 제2백오프 타이머 값과 현재 전송예약과정의 제1백오프 타이머 값을 비교하고, 더 낮은 값으로 제2백오프 타이머 값에 부여하고, 백오프를 운용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제2백오프 타이머의 값을 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 감산한 값과 비교하고, 제2백오프 타이머값이 낮아질 때까지 제2백오프 타이머에 의한 백오프를 운용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제2백오프 타이머의 값을 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 감산한 값과 비교하고, 제2백오프 타이머값이 크면, 백오프 운용을 종료하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제2백오프 타이머의 백오프 운용은 매 타임슬롯마다 타이머 값과 경쟁구간의 잔여시간이 1씩 감소하면서 제2백오프 타이머 값이 0이 되면, 채널 예약 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 경쟁구간에서 전송할 데이터가 존재하지 않으면, 전송할 데이터가 존재할 때까지 매 타임슬롯마다 경쟁구간의 잔여시간을 1씩 감소시키면서 다른 부사용자가 채널 예약을 수행하는지를 감시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 다른 부사용자에 의한 채널 예약 감시는, 경쟁구간의 잔여시간이 채널예약시간과 마진시간을 감산한 값보다 작아질 때까지 계속되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 다른 부사용자의 채널 예약이 감지되면, 채널 예약된 우선순위와 자신의 우선순위를 비교하고, 자신의 우선순위가 낮을 때,
Figure 112021039070051-pat00009
범위에서 제1백오프 타이머 값을 랜덤으로 부여되어 제1백오프 타이머가 운용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 다른 부사용자의 채널 예약이 감지되면, 채널 예약된 우선순위와 자신의 우선순위를 비교하고, 자신의 우선순위가 높을 때, ,
Figure 112021039070051-pat00010
범위에서 제2백오프 타이머 값을 랜덤으로 부여되어 제2백오프 타이머가 운용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인지 무선 네트워크의 채널제어방법은 공통제어채널을 활용하여 SU들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급에 따라 채널 사용에 대한 차별성을 제공하는 것이 가능하다.
특히, 본 발명은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 짧은 시간 프레임을 유지하면서 다양한 서비스 등급간 차별화된 채널 점유 절차를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 긴급 메시지에 대하여 다른 서비스 등급에 우선하여 처리할 수 있도록 제어할 수 있다.
본 발명은 두개의 백오프 타이머를 시용하여 높은 우선순위 트래픽이 존재하지 않는 경우, 낮은 우선순위 트래픽이 즉시로 사용 가능한 채널 점유 방법을 제공하므로써 빠른 전송기회를 제공하며 동시에 채널의 낭비를 줄이는 효과를 얻는다.
도 1은 본 발명의 인지 무선 네트워크의 인지무선채널 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에서 경쟁구간에서의 전송예약과정의 예시도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에서 전송구간에서 FRTS 패킷의 구조도를 도시하고 있다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 따른 동작 흐름도를 도시하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 인지 무선 네트워크의 인지무선채널 구조를 도시하고 있다.
도 1은 O-MAC 프로토콜의 시간 구조를 나타낸다. O-MAC 프로토콜에서는 주사용자에게 인가된 채널로서 K개의 PU채널과 이와 독립적으로 부사용자에게 인가된 공통제어채널(CCC)이 포함된다. 네트워크 내의 부사용자들은 두 개의 반이중 트랜스시버(half-dulpex transceiver)를 가지는데, 하나는 PU채널을 감시하고 PU채널 상에서 데이터를 송수신할 수 있는 데이터 트랜스시버이고, 다른 하나는 공통제어채널 상에서 감지 정보를 교환하고 제어 패킷의 송수신과 같은 제어 시그널링 동작을 수행할 수 있는 제어 트랜스시버이다. 부사용자들은 이러한 두개의 반이중 트랜시버를 동시에 사용하여 데이터 통신 및 제어 시그널링을 동시에 수행한다.
본 발명에서 N개의 SU들로 구성되는 인지무선 환경에서 운용되는 채널들은 한개의 공통제어채널과 K개의 PU채널로 구성된다. 공통제어채널은 모든 SU들이 PU채널 상황 공유와 점유를 위한 경쟁에 사용되고, PU채널들은 데이터 전송에 사용된다.
K개의 모든 PU채널들은 일정한 길이(Tf)을 갖는 시간프레임 단위로 나뉘어진다. 공통제어채널도 주사용자 채널과 동일한 길이를 갖는 시간 프레임(Tf) 단위로 나뉘고, 공통제어채널의 시간프레임은 탐지구간, 보고구간, 경쟁구간, 및 기타구간으로 구분된다.
공통제어채널의 탐지구간 길이는 Tsensing으로 표현된다. 탐지구간에서 각 SU는 자신에게 할당된 PU채널의 상태(PU 활성화 등)를 탐지한다. SU들이 모든 PU채널들을 동시에 탐지할 수 없으므로, 매시간마다 SU별 탐지할 PU채널을 각각 할당한다.
센싱구간 동안 부사용자는 그에게 할당된 하나의 PU 채널을 감지한다. 감지 결과는 아이들(idle) 상태와 비지(busy) 상태 중 어느 하나가 될 수 있다. PU채널을 감지한 부사용자는 해당 PU채널의 감지결과를 공통제어채널을 통하여 보고하는데, PU채널에 대응하는 미니슬롯에서 감지결과를 보고한다. 도 1에서, 하나의 PU채널에 하나의 미니슬롯이 대응되고, 하나의 PU채널은 하나의 부사용자가 감지하여, 감지결과를 보고함에 있어서 충돌이 발생하지 않는다.
도 1에 도시된 공통제어채널 상의 타임슬롯은 PU 채널들 상의 타임슬롯과 동기화된다. 공통제어채널 상의 타임슬롯은 동기슬롯(SYNC)으로 시작하고, 동기슬롯은 네트워크에 참여한 부사용자들이 동기신호를 사용하여 시간동기를 맞추는데 사용된다.
SU별 탐지할 PU채널의 할당을 위하여 동일 출원인에 의해서 출원된 대한민국 특허 등록번호 제10-1511150호(발명의 명칭 : 분산형 인지 무선 네트워크에서의 채널 선점을 이용한 매체 접근 제어 방법)에 기재된 방법을 사용할 수 있다.
N을 k(k는 타임슬롯의 인덱스로서, k=0,1,2,...)번째 타임슬롯에서 네트워크에 참여하고 있는 부사용자들의 수이고, I(k,l)를 k번째 타임슬롯에서 l(l은 PU채널의 인덱스로서, l=0,1,2,...,N-1)번째 PU채널을 감지할 부사용자의 인덱스로 정의한다.
이 경우, N ≥ K 인 경우, 즉 운영되고 있는 PU 채널들보다 부사용자들의 수가 더 많거나 같은 경우, k번째 시간프레임에서 l번째 채널을 탐지하게 될 SU의 id를 나타내는 I(k,l)는 [수학식 1]과 같이 결정된다.
[수학식 1]
Figure 112021039070051-pat00011
여기에서 tk = [N / K] 이고, rk = tk × K - N 이 된다. 상기 특허에서는 인지무선 네트워크에 참여하는 SU들에게는 1,2,3,...과 같이 일련번호로 id가 부여되며, 이는 사전에 부여되거나 공통제어채널의 기타구간에서 수행된다.
반대로 N ＜ K 인 경우, 운영되고 있는 PU 채널들보다 부사용자들의 수가 적다면, I(k,l)은 [수학식 2]와 같이 결정된다.
[수학식 2]
Figure 112021039070051-pat00012
이와 같이 [수학식 1]과 [수학식 2]를 이용하여 각 부사용자는 자신이 감지해야 할 PU채널의 인덱스와 그에 상응하는 타임슬롯들을 결정할 수 있다. 그리고 부사용자는 매 지정된 타임슬롯의 시작시점(센싱구간)에서 PU 채널을 감지하고, 그 감지 결과를 해당 타임슬롯의 보고구간 내의 해당 PU 채널에 대응하는 미니슬롯을 통하여 보고한다.
따라서 공통제어채널에서 탐지구간에서는 인지 무선 네트워크를 관리하고 모든 SU들 간 시간 동기화에 필요한 정보가 제공된다. 이를 위하여 이러한 역할을 담당하는 특별 SU가 존재한다.
도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 보고구간의 길이는 Treport로 표현되고, 보고구간은 각 Tm 길이를 갖는 최소 k개의 미니슬롯으로 구분된다. 미니슬롯은 1,2,3...k의 일련번호가 부여된다.
탐지구간에서 PU채널을 탐지한 SU는 탐지한 결과를 메시지로 만들어 탐지한 PU채널 번호와 일치하는 미니슬롯 번호에서 전송한다. 보고구간에서 미니슬롯 별로 수신된 메시지를 기반으로 모든 SU들은 전체 채널의 상태를 확인할 수 있다.
다음, 도 1에 도시되고 있는 경쟁구간의 길이는 Tcontention 으로 표현되고, 경쟁구간에서는 SU들이 PU가 활성화되지 않은 것으로 보고된 PU채널들에 대하여 상호 경쟁하여 다음 시간 프레임 구간에 데이터를 전송할 기회를 획득하는 과정이 수행된다.
경쟁은 랜덤 백오프(random backoff)방법을 기반으로 하는데, 전송할 데이터의 우선순위 클래스에 따라 서로 다른 랜덤 백오프가 적용된다. 우선순위 클래스에 따른 경쟁의 차별성을 부여하고, 긴급한 메시지의 우선 전달을 보장하기 위하여, 본 발명의 각각의 SU는 두개의 타이머를 사용한다. 경쟁구간에서의 동작은 뒤에서 자세하게 설명한다.
다음, 도 1에 도시되고 있는 기타구간의 길이는 Tetc로 표현되고, 기타구간에서는 SU들을 관리하기 위한 부가기능이 선택적으로 수행된다. 기타구간에서는 탈퇴하거나 새로 조인되는 SU에 대한 절차가 수행되고 관련된 id 관리가 수행된다. 이를 통하여, 탐지구간과 보고구간에서 SU에게 할당되는 탐지하는 PU채널에 대한 일관된 관리가 이루어지게 된다.
그리고 본 발명의 인지 무선 네트워크 품질보장장치는 PU 채널의 운용을 수행함에 있어서, 각 PU채널의 시간프레임의 시작부분은 탐지구간으로서, 이전 시간프레임에서 공통제어채널의 경쟁구간에서 채널을 점유한 SU가 자신의 데이터를 보내기 전에 PU 활성화 여부를 탐지한다. PU가 활성화되지 않은 경우는 데이터를 전송하고, PU가 활성화 된 경우는 데이터를 전송할 수 없다.
다음은 본 발명의 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에서 경쟁구간의 PU채널 점유과정을 살펴본다. 공통제어채널의 경쟁구간에서 SU들이 다음 시간프레임에서 전송할 PU채널을 결정하게 된다.
먼저, 데이터 전송 우선 순위 클래스의 개수는 M개이고, 클래스1이 가장 높은 우선순위를 갖고, 클래스2,..., 클래스M의 순서로 우선 순위가 낮은 것으로 정의한다.
경쟁구간에서 각 우선 순위 클래스 별로 서로 다른 경쟁 윈도우(contention window, CW)를 갖는데, 우선 순위 클래스가 높을수록 더 짧은 CW를 부여한다.
우선순위 클래스 m(m=1,2,...,M)에 부여되는 CW는
Figure 112021039070051-pat00013
이다. 이때 다음과 같은 관계가 적용된다.
[수학식 3]
Figure 112021039070051-pat00014
[수학식 4]
Figure 112021039070051-pat00015
[수학식 5]
Figure 112021039070051-pat00016
여기에서 am 은 우선순위 클래스 m 의
Figure 112022106233115-pat00017
이 보다 높은 우선순위 클래스를 갖는 CW에 겹쳐지는 정도를 지정한다. am = 0 은 각 우선순위 클래스의 CW가 전혀 겹침이 없는 경우로서, 상위 우선순위 데이터가 항상 전송 우선권을 갖게 된다. am ＞ 0 인 경우는 am 만큼 겹치게 되어 전송 우선권을 경쟁할 수 있다. am 이
Figure 112022106233115-pat00018
과 같거나 초과하는 경우는
Figure 112022106233115-pat00019
이
Figure 112022106233115-pat00020
보다 작게 되어 적용할 수 없다.
따라서 높은 우선순위 클래스를 갖고 전송할 데이터를 보유한 SU는 낮은 우선순위 클래스를 갖고 전송할 데이터를 보유한 SU보다 전송 기회를 더 많이 갖게 된다.
경쟁구간에서 SU는 IEEE 802.11 무선랜에서 적용하는 DCF(Distributed Coordiation Function)와 유사한 방식으로 전송예약과정을 수행한다.
도 2는 본 발명에서 경쟁구간에서의 전송예약과정의 예시도를 도시하고 있다.
SU들은 주어진 CW 내에서 랜덤시간을 갖는 백오프를 수행하고, 백오프가 가장 먼저 만료되는 SU가 전송예약을 위한 FRTS/FCTS 패킷들을 교환함으로써 다음 시간프레임(또는 전송예약과정 ; 앞서 도 1의 설명에서 시간프레임(Tf)을 설명하였으므로, 경쟁구간 내에서 존재하는 다수개의 작은 시간프레임은 전송예약과정으로 명명하기로 한다)에서 전송할 채널과 시간이 예약된다.
도 2에서 Tbo는 백오프 소요시간, Treserv는 PU 채널 예약을 위한 패킷 교환 소요시간(또는 채널예약시간), 그리고 δ는 전송예약과정을 안정적으로 운영하기 위하여 선택적으로 적용되는 마진 시간을 나타낸다. 본 발명에서는 백오프 소요시간(또는 백오프시간)은 백오프가 운용되는 시간에 기반해서 전송예약과정마다 가변적으로 구성된다. 그리고 채널예약시간과 마진시간은 설정된 시간일 수 있다. 따라서 경쟁구간 동안 구성되는 다수개의 전송예약과정은 각각의 전송예약과정에 포함된 백오프시간에 기반해서 가변적으로 구성된다. 그리고 경쟁구간 동안 이전 전송예약과정이 종료되면 연결해서 다음 전송예약과정이 시작된다.
채널 예약은 SU가 도 3에 도시되고 있는 구조의 FRTS (Firing Request To Send) 패킷을 전송하고, 이에 대한 FCTS (Firing Clear To Send) 패킷을 수신하는 과정으로 구성된다.
본 발명에서 채널 예약을 위하여 SU에서 전송되는 FRTS 패킷은 다음과 같이 구성된다. receiver id와 sender id는 각각 수신 SU와 송신 SU의 id, priority class는 보낼 데이터의 우선순위 클래스, PU channel number는 다음 시간프레임에 전송할 PU 채널 번호, time offset은 시간프레임 내에서의 전송시작시간, size(bytes)는 전송할 데이터의 크기(바이트 단위), option은 추가 사용 용도로 예약된 구성이다.
도 3에 도시되는 FRTS 패킷은 모든 부사용자들이 경쟁구간 이전에 기설정된 값이다. 즉, 자신이 전송할 데이터가 음성 데이터인 경우, 우선순위 클래스는 높은 값으로 설정되고, 자신이 전송할 데이터가 데이터인 경우 우선순위 클래스는 낮은 값으로 설정된다. 이 외에도 자신이 전송할 수신기의 지정, 사용할 PU 채널 번호, 등 전송할 데이터에 따라서 FRTS 패킷 값은 조립 구성되어진다. 이후, 모든 부사용자들의 FRTS 패킷 값을 이용한 경쟁구간에서의 채널 점유를 위한 경쟁을 수행한다.
또한, 본 발명은 다수의 부사용자가 다수의 아이들 상태를 갖는 PU 채널을 통해서 데이터 전송을 수행하기 위하여 경쟁구간에서 채널 경쟁을 수행함을 미리 정의한다.
먼저 경쟁구간 시작시에, 모든 SU는 보낼 데이터 중에서 최상위 우선순위 데이터에 대하여 해당 우선순위 클래스에 지정된 CW 내에서 랜덤한 값을 선정하고, 이를 타이머(C0)에 할당하여 백오프를 시작한다.
여기서 Tremain 은 경쟁구간의 잔여시간으로 정의되며, 경쟁구간 시작시에는 Tcontention 과 동일하며, 매 타임슬롯마다 1씩 감소한다.
이때 이전 시간프레임에서 가장 높은 우선순위를 갖는 데이터가 경쟁에서 성공하지 못한 경우는, 이전 시간프레임에서 진행한 잔여 백오프 시간을 타이머(C1)에 할당한다.
타이머(C0)는 매 타임슬롯마다 1씩 감소하게 되며, 이 값이 0이 되면 유휴한 채널 중 하나를 선택하여 채널예약을 수행한다. 따라서 가장 작은 타이머(C0)를 갖는 SU가 우선적으로 채널예약을 수행하게 된다.
채널 예약은 SU가 도 3에 도시되고 있는 구조의 FRTS (Firing Request To Send) 패킷을 전송하고, 이에 대한 FCTS (Firing Clear To Send) 패킷을 수신하는 과정으로 구성된다.
SU는 매 타임슬롯마다 백오프 타이머를 감소시키면서 모니터링을 수행하는데, 다른 SU의 백오프 시간이 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되는지를 확인한다.
즉, 해당 SU의 백오프 중에 다른 SU의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되면, 해당 SU는 자신의 백오프 타이머를 일시 멈추고, FRTS 패킷 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스에 따라 다음 전송예약과정에서의 백오프 타이머 운용을 수행한다. 이 과정은 다음과 같다.
먼저 SU의 데이터 우선순위 클래스가 m이고, FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스를 l로 가정한다.
m > l 인 경우, 즉 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 SU 보다 높은 경우에 해당한다. 이때 SU는 우선순위 클래스에 지정된 CW 내에서 랜덤한 값을 다시 선정하고, 이를 타이머(C0)에 할당하여 백오프를 다시 시작한다.
m ≤ l 인 경우, 즉 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 SU보다 같거나 낮은 경우에 해당한다. 이때 SU는 [수학식 6]과 같이 백오프 타이머(C1)를 설정하고, 타이머(C1)를 사용하여 백오프를 다시 시작한다.
[수학식 6]
Figure 112021039070051-pat00021
즉, 데이터가 이번 시간프레임에서 신규로 보내게 된 경우는, 동일한 우선순위 클래스가 적용되므로, 잔여 백오프 타이머인 C0 값을 C1 값으로 사용한다. 이때 적용되는 타이머(C0) 값은 초기값에서 타임슬롯마다 1씩 감소된 값이다.
그러나 이전 시간프레임에서 보낼 데이터가 있어서 경쟁에서 성공하지 못한 경우, 이전 시간프레임에서의 잔여 타이머(C1) 값과 현재 시간프레임에서의 잔여 타이머(C0) 값 중에서 더 적은 값을 타이머(C1)의 값으로 사용한다. 이러한 제어를 통해서 이미 대기한 데이터에게 전송 가능성을 높임으로써 공평성을 확보할 수 있다.
잔여 경쟁구간 시간(Tremain)이 현재 {C1 (또는 C0) + Treserv + δ}에 의해 산출된 값 보다 작은 경우, 백오프 타이머가 만료되어도 채널예약을 할 시간이 부족하게 된다. 따라서 이 경우는 잔여 타이머(C0) 또는 타이머(C1) 값을 타이머(C1) 값으로 반영하고, 백오프를 중지하여 다음 시간프레임에서 전송예약과정을 다시 시작한다.
도 4a 와 도 4b는 본 발명 일 실시예에 따른 경쟁구간에서 SU들이 다음 시간프레임에서 전송할 PU채널을 결정하는 과정을 순차적으로 도시하고 있다.
본 발명에서는 우선순위 지원을 위하여 SU는 C0 와 C1 의 두개의 백오프 타이머(backoff timer)를 사용한다. 본 발명에서 백오프 타이머 C0 는 주 타이머 기능을 가지고, 백오프 타이머 C1 는 보조 타이머 기능을 갖는다. 특히, 본 발명에서 두개의 백오프 타이머를 사용하여, 높은 우선순위 클래스의 트래픽이 존재하지 않는 경우에, 낮은 우선순위 클래스의 트래픽이 즉시 사용 가능한 채널 점유 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 두개의 백오프 타이머를 사용하여 우선순위 클래스가 낮은 부사용자가 계속해서 정체되는 현상을 방지하고, 서비스 등급별로 차별화된 협상과정을 제공하므로서, 다양한 서비스 등급간 차별화된 채널 점유 절차를 제공한다.
다수의 SU들은 주어진 CW 내에서 랜덤시간을 갖는 백오프를 수행하고, 백오프가 가장 먼저 만료되는 SU가 전송예약을 위한 FRTS/FCTS 패킷들을 교환함으로써 다음 시간프레임(또는 전송예약과정)에서 전송할 채널과 시간이 예약된다.
경쟁구간이 시작되면, Tremain 은 경쟁구간의 잔여시간으로 정의되며, 경쟁구간 시작시에는 Tcontention 과 동일하며, 매 타임슬롯마다 1씩 감소한다(100 단계).
임의의 SU(또는 해당 SU)는 전송할 데이터가 존재하는 지를 판단한다(105 단계). SU는 전송할 데이터가 존재하기 전에는, 전송할 데이터가 존재할 때까지 매 타임슬롯마다 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 을 1씩 감소시키면서 다른 SU가 전송예약을 위한 FRTS 패킷을 교환(채널 예약)이 수행되는 지를 감시한다(215 단계, 220 단계).
215 단계와 220 단계의 동작은 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 이 패킷 교환 소요시간 Treserv 과 마진시간δ을 가산한 값보다 작아질 때까지 계속해서 이루어진다(255 단계). 255 단계에서 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 이 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 값보다 작아지면 경쟁구간은 자동 종료된다(260 단계).
그리고 220 단계에서 전송할 데이터가 존재하지 않는 상태에서, 다른 SU가 전송예약을 위한 FRTS 패킷 교환이 수행됨이 감지되면, 해당 SU는 다른 SU가 채널예약 과정을 수행하는 동안 대기한다. 이때 채널예약이 수행된 SU의 우선순위 클래스 값은 l로 정의하고 하기 과정을 설명한다(225 단계).
그리고 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간 Treserv 를 감산하고, 그 산출값을 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 으로 재설정한다(230 단계).
230 단계에서 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 이 재설정된 이후, SU는 전송할 데이터가 존재하는지를 판단하고(235 단계), 235 단계에서 전송할 데이터가 존재하지 않는 경우에는 255 단계로 진행한다.
반면에 230 단계에서 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 이 재설정된 이후, SU는 전송할 데이터가 존재하면(235 단계), SU는 자신이 보낼 데이터의 전송우선순위 클래스 m 를 확인하고(240 단계), 이를 225 단계에서 채널예약이 수행된 SU의 우선순위 클래스 값과 비교한다(245 단계).
앞서, 225 단계에서 채널 예약 데이터의 전송우선순위 클래스 l 이 설정되었고, 240 단계에서 해당 SU가 전송할 데이터의 전송우선순위 클래스 m 이 설정된 상태에서, 전송 우선수위 클래스에 대한 비교가 이루어진다. 즉, 해당 SU의 데이터 우선순위 클래스는 m이고, FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스는 l을 의미하며, 해당 SU의 우선순위 클래스의 비교는 다음과 같이 이루어진다.
245 단계에서 자신이 부여받은 데이터 우선순위 클래스 m가 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스 l 보다 낮은 경우, 즉 l 값이 m 값 보다 낮은 경우에서는 110 단계로 복귀한다. 즉, 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 해당 SU의 우선순위 클래스보다 높기 때문에, 해당 SU는 우선순위 클래스에 지정된 CW 내에서 랜덤한 값을 다시 선정하고, 이를 백오프 타이머 C0 에 할당하여 백오프를 다시 시작한다.
반대로 245 단계에서 l 값이 m 값보다 큰 경우에서는, 해당 SU의 데이터 우선순위 클래스가 채널예약 우선순위 클래스보다 높은 경우에 해당한다. 이 경우에는 백오프 타이머 C1 의 값이
Figure 112022106233115-pat00022
범위에서 랜덤값으로 설정된다(250 단계).
250 단계는 경쟁구간의 잔여시간에서 해당 SU의 전송할 데이터가 우선 전송이 될 수 있도록 하기 위하여 보조 타이머인 백오프타이머 C1 값이 설정된다. 즉, 긴급한 메시지 등이 존재할 때, 이와 같은 동작 제어를 통해서 우선적으로 전송되도록 제어할 수 있다.
그리고 250 단계에서 백오프 타이머 C1 값이 설정된 후, 제어 동작은 165 단계로 진행하여, 백오프 타이머 C1 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 감산한 값과 비교하고(165 단계), 결정된 백오프 타이머 C1 값이 만료되기 까지 백오프 제어 동작을 제어한다.
한편, 105 단계에서 해당 SU에 전송할 데이터가 존재하면, 해당 SU가 보낼 데이터의 전송우선순위 m 를 부여하고, 백오프 타이머 C0 의 값이
Figure 112021039070051-pat00023
범위에서 랜덤값으로 부여되어 백오프를 시작한다(110 단계).
백오프 타이머 C0 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간(또는 채널예약시간)과 마진시간을 가산한 감산한 값보다 작아질 때까지(115 단계), 경쟁구간의 잔여시간과 백오프 타이머 값은 매 타임슬롯마다 1씩 감소한다(120 단계).
115 단계에서 백오프 타이머 C0 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 감산한 값보다 작아지면, 현재 백오프 타이머 값 C0 이 백오프 타이머 값 C1 으로 전환되면서 경쟁구간은 자동 종료된다(205 단계, 210 단계).
120 단계에서 매 타임슬롯마다 1씩 감소된 첫번째 백오프 타이머 C0 값이 0에 도달하면(125 단계), 해당 SU는 유휴한 채널 중 하나를 선택하여 채널 예약을 수행한다(200 단계). 200 단계는 해당 SU가 전송예약을 위한 FRTS 와 FCTS 패킷들을 교환하므로써 다음 시간 프레임에서 전송할 채널과 시간이 예약된다.
따라서 가장 작은 백오프 타이머 C0 값을 가진 SU가 우선적으로 채널예약을 수행하게 된다. 채널 예약은 해당 SU가 도 3과 같은 구조를 갖는 FRTS 패킷을 전송하고, 이에 대한 FCTS 패킷을 수신하는 과정으로 수행된다.
200 단계에서 임의의 SU의 채널 예약이 수행된 이후, 경쟁구간의 잔여시간은 현재 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간 Treserv 를 감산하고, 그 산출값을 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 으로 재설정된다(195 단계).
195 단계에서 경쟁구간의 잔여시간이 재설정되면 105 단계로 귀환하여, 전송예약과정을 다시 시작한다.
한편, SU는 매 타임슬롯마다 백오프 타이머를 1씩 감소시키면서, 자신보다 다른 SU의 백오프 타이머 시간이 먼저 만료되어 채널 예약이 수행되는 지를 모니터링한다(130 단계). 130 단계에서 다른 SU의 채널 예약이 감지되지 않은 경우에서는 115 단계로 리턴하여 자신의 백오프 타이머가 만료되기까지 매 타임슬롯마다 백오프 타이머를 1씩 감소시키는 동작을 반복 수행한다.
그리고 125 단계에서 매 타임슬롯마다 1이 감소된 백오프 타이머 값이 0에 도달하지 않은 상태에서, 다른 SU의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널 예약을 수행하면(130 단계), SU는 자신의 백오프 타이머를 일시 멈춤 상태로 제어한다.
그리고 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스에 따라 다음 전송예약과정에서의 백오프 타이머 운용을 제어한다. 이 과정에서 다음 전송예약과정에 의한 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스가 l로 설정되었다고 가정한다(135 단계).
앞서 130 단계에서 다른 SU가 채널예약이 이루어지면서, 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간 Treserv 를 감산하고, 그 산출값을 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 으로 재설정한다(140 단계).
해당 SU는 자신이 부여받은 데이터 우선순위 클래스(m)와 전송 예약이 이루어진 SU의 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스 (l)를 비교한다(145 단계).
145 단계에서 자신이 부여받은 데이터 우선순위 클래스 m이 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스 l 보다 낮은 경우, 즉 l 값이 m 값 보다 낮은 경우에서는 110 단계로 복귀한다. 즉, 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 해당 SU의 우선순위 클래스보다 높기 때문에, 해당 SU는 우선순위 클래스에 지정된 CW 내에서 랜덤한 값을 다시 선정하고, 이를 백오프 타이머 C0 에 할당하여 백오프를 다시 시작한다.
그러나 145 단계에서 자신이 부여받은 데이터 우선순위 클래스 m이 FRTS 내에 기록된 데이터 우선순위 클래스 l보다 높은 경우, 즉 l값이 m값 보다 높은 경우에서는 해당 SU의 전송 데이터가 이전 과정에서 다른 SU들의 전송 데이터와 경쟁 중이었는지를 먼저 판단한다(150 단계).
150 단계에서 데이터가 이번 시간프레임(또는 전송예약과정)에서 신규로 전송될 데이터인 경우, 동일한 우선순위 클래스가 적용되므로, 잔여 백오프 타이머 C0 값을 타이머 C1 값으로 설정한다. 이때 적용되는 잔여 백오프 타이머 C0 값은, 초기값에서 타임슬롯마다 1씩 감소된 값이다(160 단계).
반면에서 150 단계에서 이전 시간 프레임(또는 전송예약과정)에서 보낼 데이터가 있었으나, 경쟁에서 성공하지 못한 경우에는 이전 시간프레임에서의 잔여 백오프 타이머 값 C1 와, 현재 시간프레임(또는 전송예약과정)에서의 잔여 C0 값 중에서 더 적은 값으로 잔여 백오프 타이머 값 C1 을 설정한다(155 단계).
155 단계는 이미 대기한 데이터에게 전송 가능성을 높임으로써 공평성을 확보하기 위한 구성이다. 앞서 205 단계와 그리고 후술되는 190 단계에서 백오프 타이머 C1 값이 부여되고 있다. 이는 경쟁 우선순위에서 뒤진 데이터가 전송되지 못했을 때, 보조 백오프 타이머인 C1 값을 부여하고, 이를 통해서 데이터 전송 가능성을 높이기 위함이다.
따라서 155 단계는 이전 시간프레임(전송예약과정)에서의 잔여 백오프 타이머 값 C1 와, 현재 시간프레임(전송예약과정)에서의 잔여 C0 값 중에서 더 적은 값으로 잔여 백오프 타이머 C1 값을 부여하므로서, 이미 대기 중인 데이터에 대한 전송 가능성을 높여준다.
이와 같은 과정으로 155 단계와 160 단계에서 백오프 타이머 값 C1 가 결정되면, 백오프 타이머 C1 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 감산한 값과 비교한다(165 단계). 그리고 앞서 250 단계에서 백오프 타이머 C1 에 부여된 값에 대해서도 165 단계의 과정이 동일하게 수행된다.
만약 155 단계, 160 단계, 250 단계에서 결정된 백오프 타이머 C1 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 감산한 값보다 작은 경우에서는, 백오프 타이머 C1 값이 만료되어도 채널 예약을 할 시간이 부족하게 된다. 따라서 이 경우에는 잔여 타이머 C0 값(또는 C1 값)을 백오프 타이머 C1 으로 설정하고, 백오프 제어 동작을 중지하고, 다음 시간 프레임에서 전송예약과정을 다시 시작한다(190 단계).
한편, 155 단계, 160 단계, 250 단계에서 결정된 백오프 타이머 C1 값이 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 에서 패킷 교환 소요시간과 마진시간을 가산한 감산한 값보다 이상인 경우에서는 1타임 슬롯을 기다리고(170 단계), 백오프 타이머 시간 C1 가 만료되기까지 백오프 타이머 C1 값과 경쟁구간의 잔여시간 Tremain 을 1 감소시킨다(175 단계, 180 단계).
이 과정에서도 해당 SU는 매 타임슬롯마다 백오프 타이머를 감소시키면서 자신보다 다른 SU의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널예약이 수행되는 지를 모니터링한다(185 단계).
그리고 180 단계에서 해당 SU의 백오프 타이머 시간 C1 가 만료되면, 200 단계의 채널 예약과정을 수행한다.
그리고 도 4a와 도 4b에 도시하지 않고 있지만, 이전 시간프레임에서 가장 높은 우선순위를 갖는 데이터가 경쟁에서 성공하지 못한 경우는, 이전 시간 프레임에서 진행한 잔여 백오프 시간을 C0에 할당됨을 미리 설정한다. 이 설정값은 도 4a와 도 4b에 설명되고 있는 경쟁구간에서의 백오프 운용 과정 중, 모든 동작 순서보다 우선적으로 적용됨을 미리 설정한다. 이를 통해서 가장 높은 우선순위를 갖는 데이터가 경쟁에서 성공하지 못한 경우, 가장 빨리 백오프 타임을 종료하여 채널 예약 과정을 수행할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 공통제어채널을 활용하는 인지 무선 네트워크에서 SU들로부터 발생되는 메시지의 서비스 등급에 따라 채널 사용에 대한 차별성을 제공하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 우선순위 클래스별 차별성을 제공하기 위하여 서비스 등급별로 차별화된 협상과정을 제공하되, 짧은 시간 프레임을 유지하면서 다양한 서비스 등급간 차별화된 채널 점유 절차를 제공한다. 또한, 본 발명은 두개의 백오프 타이머를 이용하여, 높은 우선순위 트래픽이 존재하지 않는 경우에 낮은 우선순위 트래픽이 즉시 사용 가능한 채널 점유 방법을 제공하므로서 빠른 전송기회를 제공하면서 채널의 낭비를 방지하는 것이 가능하다.
특히, 본 발명은 인프라 지원이 제한되는 재난상황이나 군 전술환경에서 안정적인 네트워크를 구축하기 위한 통신망에 적용할 수 있다. 일 예로 위성통신체계는 안정적인 대용량 데이터 전송을 요구하는 군 통신망에 사용되어진다. 최근 군 통신망에 전장영역이 동적으로 변화하는 형태를 효과적으로 지원하기 위한 ON-THE-MOVE(OTM) 지원이 가능한 위성단말이 적용되고 있다. 그리고 OTM 위성단말에는 위성단말간 협업을 위하여 지상전술통신체계인 TICN(Tactical Information Communication Network)체계의 TMMR(Tactical Multi-band Multi-role Radio) 무전기가 탑재되어서 사용된다. 따라서 본 발명은 군 전술통신환경에서 OTM 위성단말에 탑재된 TMMR 단말 사이에서 효율적인 채널 점유를 위한 제어 방법으로 적용할 수 있다.
위 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 위 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 위 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
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Claims (30)

  1. 군 전술통신환경에서 사용되는 TMMR 단말 사이에서 채널 점유를 위한 경쟁을 수행하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법에 있어서,
    다수의 부사용자들이 공통제어채널을 통해서 복수개의 주사용자 채널 상황 공유와 점유를 위한 경쟁을 수행하되,
    공통제어채널은 복수개의 시간프레임을 갖고, 각 시간프레임에 주사용자 채널의 상태를 탐지하는 탐지구간, 주사용자 채널의 탐지결과를 보고하는 보고구간, 전송할 데이터의 우선순위 클래스(m)에 따라서 서로 다른 랜덤 백오프가 적용되어 다음 시간프레임 구간에 사용할 주사용자 채널 경쟁을 수행하는 경쟁구간을 포함하고,
    경쟁구간에서 각 우선순위 클래스(m) 별로 부여되는 경쟁 윈도우(CW) 값은
    Figure 112022106233115-pat00039
    이고,
    Figure 112022106233115-pat00040
    의 관계로 설정되고(여기에서 am 은 우선순위 클래스 m 의
    Figure 112022106233115-pat00041
    이 보다 높은 우선순위 클래스를 갖는 CW에 겹쳐지는 정도를 지정한다),
    이전 시간프레임에서 경쟁에서 성공하지 못한 경우에는 이전 시간프레임에서의 잔여 경쟁 윈도우 값을 백오프 타이머(C1)에 설정하고,
    현 시간프레임에서 경쟁이 시작되면 복수의 부사용자는 보낼 데이터 중에서 최상위 우선순위 데이터에 대하여 해당 우선순위 클래스(m)에 지정된 경쟁 윈도우 크기 내에서 랜덤값을 선정하고, 이를 백오프 타이머(C0)에 할당하는 단계;
    현 시간프레임에서 매 타임슬롯마다 할당된 백오프 타이머(C0)를 1씩 감소시키고, 이 값이 0이 되면 유휴한 채널 중 하나를 선택하여 채널예약을 수행하는 단계;
    현 시간프레임에서 매 타임슬롯마다 모니터링을 수행하고, 다른 부사용자의 백오프 타이머가 먼저 만료되어 채널예약이 수행되는지 감지하는 단계;
    다른 부사용자의 채널 예약이 감지되고, 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 해당 부사용자의 우선순위 클래스보다 높으면, 해당 부사용자의 우선순위 클래스에 지정된 경쟁 윈도우 크기 내에서 랜덤값을 재선정하고, 이를 백오프 타이머(C0)에 재할당하여 백오프를 수행하는 단계;
    다른 부사용자의 채널 예약이 감지되고, 채널예약 데이터의 우선순위 클래스가 해당 부사용자의 우선순위 클래스보다 같거나 낮을 때, 부사용자는 [수학식 6]과 같이 백오프 타이머(C1)를 재설정하고, 재설정된 백오프 타이머(C1)를 이용하여 백오프를 수행하는 단계를 포함하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
    [수학식 6]
    Figure 112022106233115-pat00042
  2. 청구항 1에 있어서,
    경쟁구간은 백오프 소요시간, 채널예약시간, 마진시간을 포함하는 전송예약과정을 복수개 포함하고,
    전송예약과정은 백오프 소요시간의 운용 시간에 기반해서 가변적으로 구성되는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    채널예약시간에서 채널예약은 FRTS 패킷을 전송하고, 이에 대한 응답인 FCTS를 수신해서 이루어지고,
    FRTS 패킷은 송신 id, 수신 id, 전송예약 데이터의 우선순위 클래스, 사용할 PU채널정보, 전송 데이터의 타임 오프셋, 및 전송 데이터의 크기를 포함하고,
    우선순위 클래스는 경쟁구간 이전에 기설정된 값인 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    채널예약이 이루어지는 중에는 백오프 수행이 일시적으로 정지되는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    백오프 타이머(C0)에 할당하는 단계는
    현 시간프레임에서 경쟁구간이 시작되면, 해당 부사용자는 매 타임슬롯마다 전송할 데이터가 존재하는지를 확인하는 단계를 포함하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전송할 데이터가 존재하는지를 확인하는 단계는
    경쟁구간의 잔여시간(Tremain) 동안 이루어지고, 경쟁구간의 잔여시간이 채널예약시간과 마진시간을 포함한 시간보다 큰 시간동안 이루어지는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서
    경쟁구간의 잔여시간(Tremain)은
    경쟁구간이 시작 직후, 경쟁구간의 시간(Tcontention)과 같은 값을 갖는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법,
  8. 청구항 7에 있어서,
    am 값이 0의 값을 갖을 때, 각 우선순위 클래스의 경쟁 윈도우 값이 전혀 겹침이 없는 경우로서, 상위 우선순위 데이터가 항상 전송 우선권을 갖게 되는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    am 값이 0보다 클 때, 각 우선순위 클래스의 경쟁 윈도우 값은 am 값 만큼 겹치게 되어 전송 우선권을 경쟁하는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    백오프 타이머(C0)에 재할당하여 백오프를 수행하는 단계는
    해당 부사용자의 동일 우선순위 클래스에 지정된 경쟁 윈도우 크기 내에서 채널 경쟁이 이루어지는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    재설정된 백오프 타이머(C1)를 이용하여 백오프를 수행하는 단계는
    해당 부사용자의 우선순위 클래스와 다른 값으로 설정된 우선순위 클래스를 갖는 다른 부사용자의 경쟁 윈도우와 채널 경쟁이 이루어지는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    재설정된 백오프 타이머(C1)를 이용하여 백오프를 수행하는 단계는
    해당 부사용자의 전송할 데이터가 현 시간프레임에서 새로 보내게 된 경우, 현 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C0)의 값이 백오프 타이머(C1)에 재설정되는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    백오프 타이머(C1)에 재설정된 현 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C0)의 값은 매 타임슬롯마다 1씩 감소된 값인 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    재설정된 백오프 타이머(C1)를 이용하여 백오프를 수행하는 단계는
    해당 부사용자의 전송할 데이터가 이전 시간프레임에서 경쟁 중이었던 경우,
    현 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C0)의 값과 이전 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C1) 값 중에서 작은 값으로 백오프 타이머(C1)에 재설정되는 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    백오프 타이머(C1)에 재설정된 현 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C0) 또는 이전 시간프레임에서 할당된 백오프 타이머(C1) 의 값은 매 타임슬롯마다 1씩 감소된 값인 인지 무선 네트워크의 채널제어방법.
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