KR20040033069A - 무선 네트워크에 있어서의 반송파 감지 다중 접속프로토콜을 최적화하기 위한 알고리듬 및 프로토콜을이용하는 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 네트워크에 있어서의 반송파 감지 다중 접속프로토콜을 최적화하기 위한 알고리듬 및 프로토콜을이용하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20040033069A KR10-2004-7004219A KR20047004219A KR20040033069A KR 20040033069 A KR20040033069 A KR 20040033069A KR 20047004219 A KR20047004219 A KR 20047004219A KR 20040033069 A KR20040033069 A KR 20040033069A
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Abstract

본 발명은 채널 가용성 및 서비스 품질(QoS)를 개선하는 향상된 CSMA/CA를 달성하는 무선 시스템(도 1) 및 방법에 관한 것이다. 이동 장치(102, 도 1)로부터 접속 지점/기지국(104)으로의 채널은 평균 패킷 길이를 사용하여 설정된다.

Description

무선 네트워크에 있어서의 반송파 감지 다중 접속 프로토콜을 최적화하기 위한 알고리듬 및 프로토콜을 이용하는 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD EMPLOYING ALGORITHMS AND PROTOCOLS FOR OPTIMIZING CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS(CSMA) PROTOCOLS IN WIRELESS NETWORKS}
1987년, 애플(Apple)은 송신 요구/송신 가능(a request to send/clear to send: RTS/CTS) 교환{"애플 토크(Apple Talk)"라 함}을 기초로 한 유선 LAN용 CSMA 프로토콜에 대해서 미국 특허 제4,661,902호를 받았는데, 이 특허의 내용은 인용하는 것에 의해 본 명세서에 포함된다. CSMA 스킴은 다중의 장치가 통신을 위한 공통 자원(즉, 동일한 물리적 케이블)을 공유할 수 있게 한다. 그러한 스킴(scheme)은 통신이 시분할 다중화(Time Division Multiplex: TDM) 음성과 같은 일정한 데이터 스트림이 아닌 패킷 버스트(bursts of packets)의 형태를 취하는 경우에 매우 효과적이다.
1991년, 프록심(Proxim)은, 인용하는 것에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는, "무선 LAN용 매체 접속 프로토콜(Medium Access Protocol for Wireless LANs)"을 발명의 명칭으로 하는 미국 특허 제5,231,634호를 받았는데, 이 특허는 무선 근거리 통신망(LAN)용의 개선된 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(CSMA/CM)를 개시하고 있다. 상술한 프로토콜은 무선 네트워크에 존재하는 감춰진 단말기 문제(terminal problem)를 구체적으로 해결하는데, 모든 단말기들이 서로의 존재 및 서로 행하고 있는 전송을 아는 것은 아니다. 상술한 프로토콜은 서로 가장 근접한 단말기들이 무선 링크를 단극화하지 않도록 접속의 공정성을 얻으려는 시도를 포함한다.
인용하는 것으로 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는 메이어(Mayor) 명의의 미국 특허 제5,943,322호에 기재된 바와 같은 ITT HMT 시스템도 또한 애플에 의해 정의된 바와 같은 RTS/CTS를 포함하는 개선된 CSMA/CA 프로토콜 형식을 이용한다. 그러나, HMT 시스템은 많은 면에서 프록심 명의의 특허에서 개시된 프로토콜 보다 상당히 개선된 것이다. 구체적으로, HMT 시스템은 후술하는 바와 같이 단순한 RTS/CTS가 불충분한 이동성이 높은 장치의 자동 형성/자동 복구 네트워크(self forming/self healing network)에 의해 이용되도록 설계되어 있다. 또한, 상기HMT 시스템은 무선 주파수(RF) 스펙트럼의 이용을 최적화하기 위하여 공통 예약 채널(common reservation channel)을 갖는 3개의 데이터 채널(three data channel) 개념을 소개하고 있다. 프록심의 프로토콜은 이렇게 하고 있지 않은데, 그것은 아마도 무선 LAN에서의 단말기의 낮은 이동성과 많은 수의 간섭 신호(interferers)가 자유 공간 전파(free space propagation)의 결여에 의해서 제한될 가능성 때문일 것이다. 즉, 무선 LAN은 전형적으로 벽이 RF 전파에 대한 자연적인 방벽을 형성하는 건물 내에 분산되어 있다. 그러나, 이동성이 높은 개방 공간 환경에서, 이러한 가정은 합리적이지 못하다.
프록심의 프로토콜은 또한 공통 채널에서의 데이터 패킷 교환 및 RTS/CTS를 이용한다. 이러한 프로세스에 따르면, 교환이 이루어지고 있는 동안 또는 정해진 백오프 기간(back-off period) 동안에 다른 단말기가 무선 자원을 사용할 수 없어서 매우 낮은 무선 자원 효율을 초래한다. 위에서 논의된 바와 같이, HMT 시스템은 모든 RTS/CTS 통신이 이루어지는 단일한 공유 예약 채널을 갖는 메커니즘을 채용하고, 3개의 데이터 채널이 실제의 데이터 송신에 이용된다. RTS/CTS 교환의 일부로서, 단말기들은 데이터 채널 상에서 사용에 동의한다. 따라서, 단일 쌍의 단말기가 하나의 데이터 채널상에서 데이터 패킷을 전송하고 있는 동안에, 다른 단말기들은 예약 채널로 교신하여 다른 하나의 데이터 채널상에서 패킷 교환을 셋업한다. 그 결과는 초당 송신되는 패킷의 관점에서의 네트워크의 전체 효율이 훨씬 더 높다는 것이다.
비록 HMT 시스템이 그것의 의도된 목적을 위해서는 양호하게 작동하지만, 그시스템은 모든 단말기들이 모든 다른 것들에서 알고 있는 군용(軍用){즉, 전역 통지 네트워크(all informed network)}으로 설계되었다. 그러나, 각 단말기가 각각의 다른 단말기에 관한 정보를 가질 필요가 없는 네트워크에 이들 기술을 채용하는 것이 유리할 것이다. 따라서, 그러한 네트워크에 사용하기에 적합한 개선된 CSMA/CA 프로토콜에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 요약
그러므로, 본 발명의 목적은 애드-호크 무선 통신 네트워크에 사용하기에 적합한 향상된 CSMA/CA 프로토콜을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 애드-호크 무선 통신 네트워크와 같은 무선 통신 네트워크에 있어서의 채널 가용성 및 서비스 품질(QoS)을 개선하는 향상된 CSMA/CA를 달성하는 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적 및 기타의 목적은 무선 애드-호크 통신 네트워크와 같은 통신 네트워크에서 노드 사이의 통신을 가능하게 하도록 채널을 설정하는 시스템 및 방법에 의해서 실질적으로 달성된다. 상술한 시스템 및 방법은 통신 네트워크의 노드 사이에서 통신되는 메시지 데이터 패킷들의 평균 시간 길이를 판정하는 동작과; 수신 노드(destination node)에 대한 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 요구하기 위하여 전송 노드에 의해서 전송되는 송신 요구 메시지(request to send message)의 시간 길이와, 메시지 데이터 패킷 송신 가능을 나타내기 위하여 상기 수신 노드에 의해서 상기 송신 노드로 송신되는 송신 가능 메시지(clear to send message)의 시간 길이를 판정하는 동작을 수행한다. 상술한 시스템 및 방법은 메시지 데이터패킷의 평균 시간 길이와 송신 요구 메시지 및 송신 가능 메시지의 시간 길이 사이의 관계를 기초로 데이터 통신 채널의 수를 설정한다. 보다 구체적으로 말하면, 상술한 시스템 및 방법은 메시지 데이터 패킷들의 평균 시간 길이를 나타내는 값을 송신 요구 메시지의 시간 길이를 나타내는 값과 송신 가능 메시지의 시간 길이를 나타내는 값의 합으로 나눈 것을 기초로 결정되는 정수값(integer value)과 동일한 수의 데이터 통신 채널을 설정한다. 상술한 시스템과 방법은 또한 데이터 통신 채널의 수를 나타내는 데이터를 노드들로 브로드캐스팅(broadcast)한다.
이상의 목적 및 기타의 목적은 또한 통신 네트워크의 노드가 패킷을 상기 통신 네트워크의 수신 노드로 송신하도록 제어하는 시스템 및 방법을 제공함으로써 실질적으로 달성된다. 상술한 시스템 및 방법은 수신 노드에 대한 데이터 패킷의 송신을 시도하도록 노드를 제어하는 동작을 수행하고, 상기 노드에 의해 상기 수신 노드가 데이터 패킷을 수신하지 않은 것으로 판정되는 경우, 상기 노드는 상기 데이터 패킷에 담긴 정보의 타입을 기초로 데이터 패킷을 재전송 대기열(queue) 내의 위치에 배치하는데, 상기 위치는 상기 노드가 수신 노드로 데이터 패킷을 재전송하려 시도하기 전에 노드가 지연시킬 지속 시간을 나타낸다. 이 지속 시간은 상기 정보가 음성 데이터를 포함하지 않는 경우보다는 음성 데이터를 포함하는 경우에 더 짧다. 또한, 상기 데이터 패킷이 대기열에 있는 동안, 상술한 시스템 및 방법은 상기 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하는 것을 중지하도록 상기 노드를 제어하는 한편, 다른 데이터 패킷을 다른 수신 노드로 송신하는 것은 허용한다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타의 목적과 장점 및 신규한 특징은 첨부 도면과 함께 후술의 상세한 설명을 읽으면 더욱 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에 있어서의 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: CSMA/CM)를 최적화하기 위한 알고리듬 및 프로토콜을 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 애드-호크(ad-hoc) 무선 통신 네트워크와 같은 무선 통신 네트워크에 있어서의 채널 가용성 및 서비스 품질(QoS)을 향상시키는 개선된 CSMA/CA를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2001년 9월 25일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제60/324,277호로부터 35 U.S.C. 119(e) 조의 규정 하의 이익을 주장한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 채용하는 복수 개의 노드를 포함하는 애드-호크 무선 통신 네트워크의 한 가지 예의 블록도이며,
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 무선 노드의 한 가지 예의 블록도이고,
도 3은 노드가 다른 노드로 데이터 패킷을 송신할 때 도 1에 도시된 네트워크에서 노드가 송수신하는 전송의 예를 예시하는 타이밍 선도이며,
도 4는 도 1에 도시된 네트워크의 노드 사이의 예약 채널 및 복수 개의 데이터 채널에서 이루어지는 전송의 예를 예시하는 타이밍 선도이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
이하, 단말기의 수가 매우 많고, 매우 넓은 기하학적 영역에 서비스를 하고 많은 단자 수를 가지는 매우 큰 상업적 용례에 HMT 기술을 채용할 수 있는 네트워크를 설명한다. 그렇게 함에 있어서, 상술한 네트워크는 2001년 6월 29일자로 "PSTN 및 셀룰러 네트워크에 대하여 인터페이스 되는 애드-호크 동등 계층 이동 무선 접속 시스템(Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks)"이라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제09/897,790호에서 설명되고 있는 바와 같은 기본 HMT 시스템에 대한 많은 구조적 변경을 채용하는데, 상기 출원의 전체 내용은 인용하는 것에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예를 채용하는 이러한 타입의 애드-호크 패킷 교환 무선 통신 네트워크(100)의 한 가지 예를 예시하는 블록도이다. 구체적으로, 네트워크(100)는 복수 개의 이동 무선 사용자 단말기(102-1 내지 102-n){전체적으로 노드(102) 또는 이동 노드(102)라 부름}를 포함하고, 필요한 것은 아니지만, 고정 네트워크(104)를 포함할 수 있는데, 이 고정 네트워크(fixed network)(104)는 상기 노드(102)가 고정 네트워크(104)에 접속하도록 하기 위하여 복수 개의 접속 지점(access points)(106-1, 106-2,...106-n){전체적으로 노드(106) 또는 접속 지점(106)이라 함}을 갖는다. 고정 네트워크(104)는, 네크워크 노드가 다른 애드-호크 네트워크, 일반 전화 교환 네트워크(Public Switched Telephone Network: PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크와 접속하도록, 예를 들면 핵심 지역 접속 네트워크(Local Access Network: LAN)와, 복수 개의 서버 및 게이트웨이 라우터(gateway routers)를 포함할 수 있다. 네트워크(100)는 또한 다른 노드(102, 106, 107) 사이의 데이터 패킷의 라우팅(routing)을 위한 복수 개의 고정 라우터(107-1 내지 107-n){전체적으로 노드(107) 또는 고정 라우터(107)라 함}를 포함할 수 있다. 이러한 논의를 목적으로, 위에서 논의된 노드들은 총괄적으로 "노드(102, 106, 107)" 또는 단순히 "노드"로 지칭될 수 있다는 것을 유의하라.
당업자라면 알 수 있겠지만, 상기 노드(102, 106, 107)는, 위에서 인용된 미국 특허 출원 제09/897,790호 및 2001년 3월 22일자로 "별도의 예약 채널을 갖는 공유 병렬 데이터 채널에 조정 채널 접속하는 애드-호크 동등 계층 무선 네트워크용 시분할 프로토콜(Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channelswith Separate Reservation Channel)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제09/815,157호에 개시되어 있는 바와 같이, 노드 사이에서 송신되는 패킷용 라우터(들)로서 작용하는 하나 이상의 다른 노드(102, 106 또는 107)를 경유하여, 또는 서로 직접 통신할 수 있는데, 이들 특허 출원의 전체 내용은 인용하는 것에 의해 본 명세서에 포함된다. 도 1에 도시된 각 노드(102, 106, 107)는 네트워크 예약 채널은 물론 복수의 데이터 채널을 거쳐 통신할 수 있다. 이들 채널은 각 노드가 채널에 대한 접속 능력이 있는 한 어떤 특정 구성이나 구조로 한정되지는 않는다. 또한, 이들 채널은 와이어, 광섬유 또는 무선(over-the-air)과 같은 통신 매체에 걸쳐 존재할 수 있으며 어떤 적절한 전송 프로토콜을 채용해도 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 노드(102, 106, 107)는 적어도 하나의 송수신기(108)를 포함하는데, 이 송수신기(108)는 안테나(110)에 연결되어 패킷화된 신호를 컨트롤러(112)의 제어 하에 노드(102, 106 또는 107)로부터 수신할 수 있고, 또 이들 노드로 송신할 수 있다. 패킷화된 데이터 신호는, 노드 업데이트 정보를 비롯하여, 예를 들면 음성, 데이터 또는 멀티미디어 정보, 그리고 패킷화된(packetized) 제어 신호를 포함할 수 있다.
각 노드(102, 106, 107)는 네트워크(100) 내의 다른 노드 및 자체 노드와 관련된 라우팅 정보를 저장할 수 있는, 랜덤 액세스 메모리(RAM)과 같은 메모리(114)를 또한 포함한다. 이들 노드(102, 106, 107)는, 예를 들어 새로운 노드가 네트워크(100)에 들어오거나 또는 네트워크(100) 내의 기존의 노드가 이동할 때, 브로드캐스팅 메커니즘에 의하여 라우팅 애드버타이즈먼트(routing advertisements) 또는라우팅 테이블 정보라 불리는 그들의 개별적인 라우팅 정보를 서로 교환한다.
또한 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 특정 노드, 특히 이동 노드(102)는 노트북 컴퓨터 단말기, 이동 전화 유닛, 이동 데이터 유닛 또는 임의의 다른 적절한 장치와 같은 임의의 수의 장치로 구성될 수 있는 호스트(116)를 포함할 수 있다. 가입자 장치 호스트(116)는 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol: TCP) 및 사용자 데이터그램 프로토콜(User Datagram Protocol: UDP)을 실행하기 위하여 적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 가입자 장치 호스트(116)는 사용자 표시를 제공하는 디스플레이 장치에 추가하여, 가입자 장치 호스트(116)와 송수신기(108) 사이에 인터페이스를 제공하기 위하여 드라이버(driver)를 포함한다. 각 노드(102, 106, 107)는 또한 당업자라면 그 목적을 쉽게 알 수 있는 인터넷 프로토콜(IP) 및 주소 결정 프로토콜(Address Resolution Protocol: ARP)을 실행하기 위하여 적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 전송 제어 프로토콜(TCP) 및 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)을 실행하기 위한 적절한 하드웨어 및 소프트웨어가 포함되어도 좋다.
이제 설명되겠지만, 각 노드(102, 106, 107)는 예약 채널은 물론 복수 개의 데이터 채널을 거쳐 통신할 수 있다. 이들 채널은 각 노드(102, 106, 107)가 채널에 접속할 수 있는 능력을 갖는 한 어떤 특정 구성이나 구조로 한정되지 않는다. 이들 채널은 유선, 광섬유 또는 무선(over-the-air)과 같은 임의의 통신 매체에 걸쳐 존재할 수 있으며 임의의 적절한 전송 프로토콜을 채용해도 된다.
소정의 노드, 예컨대, 노드(102-1)가 다른 노드, 예컨대 노드(102-2)에 메시지를 전송하고자 하는 경우, 노드(102-1)는 노드(102-2) 및 다른 노드(102, 106)에 가용 데이터 채널 중 하나를 예약할 의향을 통지하기 위하여 노드(102-2)에 송신 요구(Request-To-Send: RTS) 메시지를 송신한다. 그 후, 그 송신 노드(102-1)는 수신 노드(102-2)가 RTS 메시지를 수신하면 그 수신 노드(102-2)로부터 송신 가능(Clear-To-Send: CTS) 메시지를 수신하게 된다. 그 후, 송신 노드(102-1)는 패킷 형태로 데이터를 송신한다. 송신 노드(102-1)는 그 후에 상기 수신 노드가 데이터 패킷을 수신하면 그 수신 노드(102-2)로부터 송신된 확인 메시지(ACK)를 수신한다. 도 3은 송신 노드(102-1)가 데이터 패킷을 송신할 때 송신 및 수신하는 메시지의 타임라인(timeline)을 보여주고 있다. 이제, RTS/CTS 교환 및 데이터 패킷 송신의 더 세부적인 사항에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 노드(102-1)는 RTS 메시지를 예약 채널로 송신한다. 노드(102, 106 또는 107)가 데이터 채널 중 하나에서의 메시지 송신 또는 수신에 참여하지 않은 경우, 노드의 수신기는 예약 채널로 튜닝된다. 그러나, 노드(102, 106 또는 107)가 데이터 채널 중 하나에서의 메시지 송신 또는 수신에 참여하고 있는 경우, 수신기는 예약 채널 대신에 그 데이터 채널로 튜닝된다. 결과적으로, 각 노드(102, 106, 107)는 데이터 채널 중 하나에서 메시지를 송신하거나 수신하고 있지 않을 때에는 수신기로 예약 채널을 계속해서 모니터링한다.
예약 채널에서 노드(102-1)로부터의 RTS를 수신하는 경우, 데이터 채널이 가용인 것으로 가정하면, 노드(102-2)는 CTS 메시지를 이용하여 예약 채널로 노드(102-1)에 응신한다. 노드(102-1)는 CTS 메시지를 수신하면, 그 후 정보 메시지를 가용 데이터 채널, 예컨대 데이터 채널(1)로 노드(102-2)에 정보 메시지를 송신한다. 채널 접속 요구가 별도의 예약 채널로 송신되기 때문에, 다른 노드(102, 106 또는 107)는 선행 RTS/CTS 교환이 완료된 직후에 후속 정보 메시지의 완료를 기다리지 않고 RTS 메시지를 송신할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 추가로 도시되어 있는 바와 같이, 노드(102-3)가 노드(102-4)로 메시지를 송신하고자 하는 경우, 노드(102-3)는 노드(102-2)로부터 노드(102-1)로 송신되는 정보 메세지가 데이터 채널(1)에서 아직 전송되고 있는 것인지에 관계없이, 노드(102-2)로부터 노드(102-1)로의 CTS 메시지 후에 예약 채널로 RTS 메시지를 송신할 수 있다. 그 후, 노드(102-4)는 CTS 메시지로 노드(102-3)에 응답하며, 이어서 노드 (102-3)는 데이터 채널(2)과 같은 다른 하나의 가용 데이터 채널로 정보 메시지를 전송한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 채널(2)로 노드(102-3)로부터 노드(102-4)로 송신된 정보 메시지는 데이터 채널(1)로 노드(102-1)로부터 노드(102-2)로 송신된 정보 메시지와 동시에 전송될 수 있다. 노드(102-3)로부터 노드(102-4)로의 메시지는 노드(102-1)로부터 노드(102-2)로 송신되는 긴 메시지(즉, 지속 시간이 긴 것)의 송신으로부터 초래되는 지연이 실질적으로 없이 전송된다. RTS/CTS 교환 및 채널 할당의 보다 상세한 사항에 대하여는, 2000년 11월 3일자로 에릭 에이. 화이트힐(Eric A. Whitehill) 등의 명의로, "공유 병렬 데이터 채널에 대한 조정 채널 접속을 위한 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제09/705,588호 및 2001년 10월10일자로 에릭 에이. 화이트힐 등의 명의로, "통신 네트워크에 있어서의 무선 노드의 위치를 결정하기 위한 쌍방향 레인징을 효율적으로 수행하기 위한 시스템 및 방법(A System and Method for Efficiently Performing Two-Way Ranging to Determine the Location of a Wireless Node in a Communications Network)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제09/973,799호에 설명되어 있는데, 이들 출원의 전체 내용은 인용하는 것에 의해 본 명세서에 포함된다.
이제 설명되겠지만, 네트워크(100)는 데이터 채널의 수와 데이터 패킷의 평균 크기 사이의 직접적인 상관 관계를 인식하는 방법론(methodology)을 채용한다. 구체적으로, 데이터 패킷의 평균 크기(전송 시간의 평균 길이를 의미함)가 작아져서 RTS/CTS 조합의 크기(RTS/CTS 교환을 위한 조합된 지속 시간을 의미함)에 근접하면, 상기 예약 채널이 효율적으로 지원할 수 있는 데이터 채널의 수는 감소한다. 역으로, 데이터 패킷의 평균 크기가 RTS/CTS의 조합에 비하여 증가하는 경우, 지원될 수 있는 데이터 채널의 수는 증가한다. 전술한 바와 같이, 도 3 및 도 4는 RTS 및 CTS 메시지의 크기(전송 시간 지속기)와 평균 크기의 데이터 패킷 사이의 관계의 한 가지 예 및 평균 크기의 패킷을 송신하는 데 걸리는 시간 동안 발생하는 RTS/CTS의 수를 나타내는 선도이다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 네트워크(100)는 모든 데이터 패킷이 작은 경우에는 패킷 정체(packet congestion)를 지향하고, 모든 데이터 패킷이 큰 경우에는 데이터 또는 페이로드 정체(payload congestion)를 지향한다.
애플, 프록심 및 HMT 시스템에 있어서는, 데이터 채널의 수가 고정되었다.애플 및 프록심 시스템의 경우, 그 수는 하나이다. HMT 시스템의 경우, 데이터 채널의 수는 3개이다.
반대로, 본 발명의 네트워크(100)는 데이터 채널의 수가 1 내지 n 사이에 있게 할 수 있는 능력을 갖는다(여기에서, n은 평균 크기의 메시지 데이터 전송 시간 길이를 RTS+CTS 메시지 교환을 실행하는 시간 길이로 나눈 정수 값을 나타냄). 이러한 설명을 목적으로, 평균 크기의 메시지 데이터 패킷을 송신하는 시간 길이를 바이트로 나타내고, RTS+CTS를 수행하는 시간 길이도 또한 바이트로 나타낼 것이다. RTS/CTS 메시지 교환이 이루어지는 예약 채널에서의 전송 속도는 데이터 패킷이 전송되는 데이터 채널상에서의 전송 속도보다는 대개 더 낮다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 이는 메시지의 시간 길이를 바이트 수로 나타내는 경우에 고려되는 것이다. 예를 들면, 메시지 데이터 패킷의 평균 크기가 1200 바이트(전송 지속 시간이 데이터 채널에서 1200 바이트를 송신하는 데 필요한 시간 길이와 같음을 의미하는데, 이는 간략한 형태로 메시지 데이터 패킷의 "시간 길이"라 칭할 것임)이고, RTS+CTS 메시지 교환 길이가 200 바이트(예약 채널의 보다 늦은 전송 시간을 고려하여 수정되는 경우, 예약 채널에서 RTS/CTS 교환을 수행할 전송 지속 시간이 데이터 채널로 200 바이트를 송신하는 데 필요한 시간 길이와 균등함을 의미하며, 이는 RTX 및 CTS 메시지의 "시간 길이"라 칭할 것임)이면, 그 때 n은 6이 된다. 마찬가지로, 메시지 데이터 패킷의 평균 크기(시간 길이)가 1500 바이트이고, RTS+CTS 교환 시간 길이가 200 바이트이면, 그 때 n은 7이 된다. 실제의 사용 데이터 채널의 수는 노드(102, 106, 107) 중에서 브로드캐스팅되는 시스템 변수이다. 그러나, 가용 RF 스펙트럼의 양은 옵션(option)을 이상적인 수보다는 어느 정도 더 적게 제한할 수 있다고 하는 것도 주목된다. 위에서 인용된 미국 특허 출원 제09/897,790호에서 설명되고 있는 바와 같이, 네트워크(100)의 IAP(106)은 물론 이동 인터넷 교환국(Mobile Internet Switching Center: MiSC)도 노드(102, 106, 107)에 의해서 송신되는 패킷을 분석하고 평균 패킷 크기를 결정할 수 있게 하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이는 네트워크(100)가 거의 실시간으로 사용되는 채널의 수를 동적으로 바꿀 수 있게 한다.
RTS/CTS의 시스템 인식
본 발명의 실시예에 따른 네트워크(100)에서, 모든 노드(102, 106, 107)가 공유하는 공통 예약 채널은 상기 네트워크(100)가 시스템 레벨 구성, 조정(coordination) 및 프로비저닝(provisioning)을 행할 수 있게 한다. 모든 노드(102, 106, 107)는 유휴 상태에 있을 때 예약 채널을 청취한다. 주된 이유는 소정의 애플리케이션이 패킷을 송신하고자 할 때 사용 레벨을 측정하고, 다른 노드(102, 106, 107)로부터 패킷을 수신할 준비를 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 예약 채널 상의 적은 양의 대역을 구분해냄으로써, 이들 노드(102, 106, 107)는 전술한 바와 같이 그들 모두와 관련되는 정보를 공유할 수 있다. 이러한 정보의 한가지 예가 사용 데이터 채널 수이다. 다른 하나는 가용 스펙트럼이 연속되지 않는 경우의 데이터 채널의 위치이다. 네트워크(100)의 식별 및 동작에 관한 정보는 MiSC/IAP로부터 브로드캐스팅될 수 있으며, 따라서 모든 노드(102, 106, 107)는 가장 효율적이고 유효한 방법으로 협동할 수 있다. 이 공통으로 알려진 정보는 복수의 추가적인 영역에서도 네트워크(100)의 전체 효율에 도움이 될 것으로 기대된다.
인텔리전트 랜덤 백오프 및 구성 가능한 랜덤 백오프
프록심 시스템은 랜덤 백오프 스킴(random back off scheme)을 채용하여, 시간 슬롯의 램덤 할당(random allocation)을 기초로 한 접속 공정성을 향상시키므로, 통계적으로 모든 노드(102, 106, 107)는 대기열에서 다음에 있게될 동등한 기회를 갖는다. 패킷 데이터 시스템의 경우, 이는 간단하고 정밀한 해법이다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 네트워크(100)는 이 네트워크(100)가 전통적인 데이터 서비스는 물론 음성과 같은 실시간 서비스를 지원할 수 있도록 하는 서비스 품질(QoS) 성능도 제공한다. 그러한 네트워크(100)에서, 모든 단말기{예컨대, 이동 노드(102)}는 동등하게 또는 기본적으로 동등하게 제작되지만, 모든 패킷이 그러한 것은 아니다. 따라서, 대기(즉, 지연)를 견딜 수 없는 음성 패킷이 불합리하게 방해받지 않도록 하기 위해서는, 다른 타입의 랜덤 백오프 시스템이 필요하다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 이러한 양태의 네트워크(100)는 다음과 같이 구현된다.
노드{예컨대, 이동 노드(102)}의 링크층이 패킷 송신에 실패한 매체 접속 제어(Media Access Control: MAC)로부터 응답을 받은 경우, 패킷의 송신을 시도하는 노드의 컨트롤러(112)는 그 패킷을, 예컨대 노드의 메모리(114) 내의 재전송 대기열 내에 배치하게 된다. 여러 가지 가능한 실패의 이유가 있지만 가장 유력한 것은 RTS 충돌이다.
패킷이 대기열에 배치되는 경우 송신을 시도하는 노드에는 두 개의이벤트(events)가 발생한다. 우선, 패킷의 수신이 봉쇄된다. 그러므로, 노드의 컨트롤러(112)는 그 수신지(destinations)에 대한 임의의 다른 패킷도 대기열에 배치하게 된다. 이에 따라, 노드는 봉쇄된 수신지에 대한 재전송을 시도하기 위한 적절한 시간을 기다리면서, 다른 데이터 채널로 다른 수신지에 데이터를 계속해서 보낼 수 있다. 둘째로, 노드가 기다리게 될 시간의 양은 송신되는 패킷의 타입에 좌우된다. 간단히 말하면, 낮은 대기 QoS 패킷(가령 음성 패킷)에 대해서는 짧은 시간 대기하고, 최선형 데이터 패킷(best effort data packet)에 대해서는 더 긴 시간 대기한다. 백오프 알고리듬을 미세 조정하고 또한 그 백오프가 수동으로 또는 네트워크(100)에 의해 자동적으로 구성될 수 있도록 하기 위하여 그 네트워크(100)가 취하는 성능 측정값(performance measurements)을 사용하면, 기본적인 알고리듬 위에 네트워크(100)에 있어서의 방법론이 확장된다.
이상, 본 발명의 몇 가지 예시적인 실시예를 자세히 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 새로운 교시 및 장점으로부터 의미 있게 벗어나지 않고도 상기 예시적인 실시예 내에서 많은 수정이 가능하다고 하는 것을 쉽게 인식할 것이다.

Claims (29)

  1. 통신 네트워크의 노드간 통신을 가능하게 하는 채널을 설정하는 통신 채널 설정 방법으로서,
    상기 통신 네트워크의 상기 노드 사이에서 통신되는 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 판정하는 단계와;
    수신 노드에 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 요구하기 위하여 송신 노드에 의해서 송신되는 송신 요구 메시지(request to send message)의 시간 길이와, 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 나타내기 위하여 상기 수신 노드에 의해서 상기 송신 노드로 전송되는 메시지 송신 가능 메시지(clear to send message)의 시간 길이를 판정하는 단계와;
    상기 메시지 패킷 데이터의 평균 시간 길이와, 예약 채널에서의 상기 메시지 송신 요구 메시지 및 송신 가능 메시지의 시간 길이와의 사이의 관계를 기초로 복수의 데이터 통신 채널을 설정하는 단계
    를 포함하는 채널 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 나타내는 값을 상기 송신 요구 메시지의 시간 길이를 나타내는 값과 상기 송신 가능 메시지의 시간 길이를 나타내는 값의 합으로 나눈 것을 기초로 하여 판정되는 정수값과 같은 수의 데이터 통신 채널을 설정하는 것인 채널 설정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노드에 상기 데이터 통신 채널의 수를 나타내는 데이터를 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함하는 채널 설정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 판정 단계와 설정 단계 모두 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크와 관련하여 수행되는 것인 채널 설정 방법.
  5. 통신 네트워크의 노드간 통신을 가능하게 하는 채널을 설정하는 채널 설정 시스템으로서,
    상기 통신 네트워크의 상기 노드 사이에서 통신되는 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 판정하는 구성 요소
    를 포함하고,
    상기 구성 요소는 또한, 수신 노드에 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 요구하기 위하여 송신 노드에 의해서 송신되는 송신 요구 메시지의 시간 길이와, 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 나타내기 위하여 상기 수신 노드에 의해서 상기 송신 노드로 전송되는 메시지 송신 가능 메시지의 시간 길이를 판정하고, 상기 메시지 패킷 데이터의 평균 시간 길이와, 예약 채널에서의 상기 메시지 송신 요구 메시지 및 송신 가능 메시지의 시간 길이와의 사이의 관계를 기초로 복수의 데이터 통신 채널을 설정하는 것인 채널 설정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구성 요소는 상기 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 나타내는 값을 상기 송신 요구 메시지의 시간 길이를 나타내는 값과 상기 송신 가능 메시지의 시간 길이를 나타내는 값의 합으로 나눈 것을 기초로 하여 판정되는 정수 값과 같은 수의 데이터 통신 채널을 설정하는 것인 채널 설정 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 구성 요소는 또한 상기 데이터 통신 채널의 수를 나타내는 데이터를 상기 노드로 브로드캐스팅하는 것인 채널 설정 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 구성 요소는 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크와 통신하는 것인 채널 설정 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 구성 요소는 상기 네트워크의 접속 지점을 포함하며, 이 접속 지점은 상기 노드 중 적어도 일부에 상기 네트워크의 다른 부분 또는 다른 네트워크에 대한 접속을 제공하는 것인 채널 설정 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 구성 요소는 상기 네트워크와 관련된 이동 인터넷 교환국을 포함하는 것인 채널 설정 시스템.
  11. 통신 네트워크의 노드간 통신을 가능하게 하는 채널을 설정하는 구성 요소를 제어하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체로서,
    상기 통신 네트워크의 상기 노드 사이에서 통신되는 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 판정하도록 상기 구성 요소를 제어하는 제1 세트의 명령과,
    수신 노드에 대한 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 요구하기 위하여 송신 노드에 의해서 송신되는 송신 요구 메시지의 시간 길이와, 상기 메시지 데이터 패킷의 송신 가능을 나타내기 위하여 상기 수신 노드에 의해서 상기 송신 노드로 전송되는 메시지 송신 가능 메시지의 시간 길이를 판정하도록 상기 구성 요소를 제어하는 제2 세트의 명령과,
    상기 메시지 패킷 데이터의 평균 시간 길이와, 예약 채널에서의 상기 메시지 송신 요구 메시지 및 송신 가능 메시지의 시간 길이와의 사이의 관계를 기초로 복수의 데이터 통신 채널을 설정하도록 상기 구성 요소를 제어하는 제3 세트의 명령
    을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제3 세트의 명령은 상기 메시지 데이터 패킷의 평균 시간 길이를 나타내는 값을 상기 송신 요구 메시지의 시간 길이를 나타내는 값과 상기 송신 가능 메시지의 시간 길이를 나타내는 값의 합으로 나눈 것을 기초로 하여 판정되는 정수 값과 같은 수의 데이터 통신 채널을 설정하도록 상기 구성 요소를 제어하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 데이터 통신 채널의 수를 나타내는 데이터를 상기 노드로 브로드캐스팅하도록 상기 구성 요소를 제어하는 제4 세트의 명령을 더 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  14. 제11항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 제1, 제2, 및 제3 세트의 명령어는 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크와 관련된 상기 구성요소를 제어하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  15. 통신 네트워크 내의 수신 노드에 데이터 패킷을 송신하도록 상기 통신 네트워크의 노드를 제어하는 노드 제어 방법으로서,
    상기 수신 노드에 대한 상기 데이터 패킷의 송신을 시도하도록 상기 노드를 제어하는 단계와,
    상기 수신 노드가 상기 데이터 패킷을 수신하지 않은 것으로 상기 노드에 의해서 판정되면, 상기 데이터 패킷에 담긴 정보의 타입을 기초로 상기 데이터 패킷을 재전송 대기열 내의 위치에 배치하도록 상기 노드를 제어하는 단계로서, 상기 위치는 상기 노드가 상기 수신 노드에 대한 상기 데이터 패킷의 재전송을 시도하기 전에 상기 노드가 지연시킬 지속 시간을 나타내는 것인 단계
    를 포함하는 노드 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 지속 시간은 상기 정보가 음성 데이터를 포함하지 않은 경우보다는 음성 데이터를 포함하는 경우에 더 짧은 것인 노드 제어 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에 상기 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하는 것을 중지하도록 상기 노드를 제어하는 것인 노드 제어 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에 상기 노드가 다른 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하도록 하는 것인 노드 제어 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 제어 단계는 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크에서 통신하게 되어 있는 상기 노드에서 수행되는 것인 노드 제어 방법.
  20. 통신 네트워크에 사용되는 노드로서,
    수신 노드에 대한 데이터 패킷의 송신을 시도하도록 상기 노드를 제어하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 또한, 상기 수신 노드가 상기 데이터 패킷을 수신하지 않은 것을 판정하고, 상기 데이터 패킷에 담긴 정보의 타입을 기초로 상기 데이터 패킷을 재전송 대기열 내의 위치에 배치하도록 상기 노드를 제어하며, 상기 위치는 상기 노드가 상기 수신 노드에 대한 상기 데이터 패킷의 재전송을 시도하기 전에 상기 노드가 지연시킬 지속 시간을 나타내는 것인 노드.
  21. 제20항에 있어서, 상기 지속 시간은 상기 정보가 음성 데이터를 포함하지 않은 경우보다는 음성 데이터를 포함하는 경우에 더 짧은 것인 노드.
  22. 제20항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에, 상기 컨트롤러는 상기 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하는 것을 중지하도록 상기 노드를 제어하는 것인 노드.
  23. 제20항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에, 상기 컨트롤러는 다른 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하도록 상기 노드를 제어하는 것인 노드.
  24. 제20항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 노드는 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크에서 통신하게 되어 있는 것인 노드.
  25. 통신 네트워크 내의 수신 노드로 데이터 패킷을 송신하도록 통신 네트워크의 노드를 제어하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체로서,
    수신 노드에 대한 상기 데이터 패킷의 송신을 시도하도록 상기 노드를 제어하는 제1 세트의 명령과,
    상기 수신 노드가 상기 데이터 패킷을 수신하지 않은 것으로 상기 노드에 의해서 판정되면, 상기 데이터 패킷에 담긴 정보의 타입을 기초로 상기 데이터 패킷을 재전송 대기열 내의 위치에 배치하도록 상기 노드를 제어하는 제2 세트의 명령으로서, 상기 위치는 상기 노드가 상기 수신 노드에 대한 상기 데이터 패킷의 재전송을 시도하기 전에 상기 노드가 지연시킬 지속 시간을 나타내는 것인 제2 세트의 명령
    을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  26. 제25항에 있어서, 상기 지속 시간은 상기 정보가 음성 데이터를 포함하지 않은 경우보다는 음성 데이터를 포함하는 경우에 더 짧은 것인 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  27. 제25항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에, 상기 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하는 것을 중지하도록 상기 노드를 제어하는 제3 세트의 명령을 더 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  28. 제25항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 상기 대기열에 있는 동안에, 다른 수신 노드로 다른 데이터 패킷을 송신하도록 상기 노드를 제어하는 제4 세트의 명령을 더 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
  29. 제25항에 있어서, 상기 네트워크는 무선 애드-호크 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 제1 세트의 명령과 상기 제2 세트의 명령은 상기 무선 애드-호크 통신 네트워크에서 통신하게 되어 있는 상기 노드를 제어하게 되어 있는 것인 컴퓨터 판독 가능한 명령 매체.
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