KR20060024268A - Method and device of a priority-based medium access control by using distributed polling to support quality of service in ad-hoc networks - Google Patents

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KR20060024268A
KR20060024268A KR1020040073164A KR20040073164A KR20060024268A KR 20060024268 A KR20060024268 A KR 20060024268A KR 1020040073164 A KR1020040073164 A KR 1020040073164A KR 20040073164 A KR20040073164 A KR 20040073164A KR 20060024268 A KR20060024268 A KR 20060024268A
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Abstract

본 발명은 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법 및 장치가 개시된다. 현재 프레임을 전송을 시도하기 위해 단말은 RTS 프레임을 전송하게 되는데 이 RTS 프레임 속에는 자신이 가지고 있는 다른 스테이션들의 우선순위 정보를 이용하여 다음에 프레임을 전송할 단말을 표시한다. 같은 영역안에 단말들은 이 RTS 프레임을 통하여 다음 프레임 전송의 권리가 자신인지 아닌지를 알 수 있다. 따라서, 애드 혹 네트워크에서 우선순위기반 분산 폴링 방법을 통하여 단일 매체에서 일어날 수 있는 충돌의 가능성을 감소시키고 우선순위에 따른 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있다.The present invention discloses a method and apparatus for priority-based distributed polling method for guaranteeing quality of service in an ad hoc network. In order to transmit the current frame, the UE transmits an RTS frame. In this RTS frame, the UE transmits a next frame to be transmitted using the priority information of other stations. UEs in the same area can know whether the right of the next frame transmission is their own through this RTS frame. Therefore, the priority-based distributed polling method in the ad hoc network can reduce the possibility of collision that can occur in a single medium and ensure the quality of service (QoS) according to the priority.

애드 혹 네트워크(Ad-hoc networks), QoS(Quality of Service), MAC(Medium Access Control), 분산 폴링(Distributed polling)Ad-hoc networks, Quality of Service (QoS), Medium Access Control (MAC), Distributed polling

Description

애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법 및 장치{Method and device of a priority-based medium access control by using distributed polling to support quality of service in ad-hoc networks} Method and device of a priority-based medium access control by using distributed polling to support quality of service in ad-hoc networks             

도 1은 각각 종래 기술에 따른 매체 접근 방법을 나타내는 도면.1 is a diagram illustrating a media access method according to the prior art, respectively.

도 2는 애드 혹 네트워크에서 기본적으로 사용하는 방법인 CSMA/CA의 신호절차를 나타내는 도면.2 is a diagram illustrating a signaling procedure of CSMA / CA which is a method basically used in an ad hoc network.

도 3은 각 단말의 매체 확보 경쟁으로 충돌이 발생할 때 전환되는 백오프 과정을 나타내는 도면.3 is a diagram illustrating a backoff process that is switched when a collision occurs due to contention competition between terminals.

도 4는 각 단말 프레임의 우선순위에 따른 분산 폴링을 지원하기 위해 본 발명에서 제안하고 있는 기존 IEEE 802.11에서 규정한 RTS 프레임을 변경한 도면.FIG. 4 is a diagram illustrating a modification of an RTS frame defined by the existing IEEE 802.11 proposed in the present invention to support distributed polling according to the priority of each UE frame. FIG.

도 5는 폴링된 단말이 전송할 프레임을 가지고 있지 않을 경우 PIFS 시간 후 펄스를 발생하여 자신이 네트워크 내에 존재하고 있음을 표현하는 방법을 나타내는 도면.FIG. 5 is a diagram illustrating a method of expressing that a user is present in a network by generating a pulse after a PIFS time when a polled terminal does not have a frame to transmit.

도 6은 본 발명에 의한 우선순위 기반 분산 폴링 방법의 작동모습을 나타낸 도면.6 is a view showing the operation of the priority-based distributed polling method according to the present invention.

도 7은 본 발명에서 제안하고 있는 우선순위 기반 분산 폴링 방법의 순서도.7 is a flowchart of a priority based distributed polling method proposed in the present invention.

도 8은 본 발명에 의한 우선순위 기반 분산 폴링 방법을 지원하기 위한 장치의 개략적 구성도. 8 is a schematic structural diagram of an apparatus for supporting a priority based distributed polling method according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

710: 임시 프레임 저장소 711: MAC 주소 테이블710: Temporary Frame Storage 711: MAC Address Table

721: 우선순위 정보 테이블 저장소 722: 우선순위 차기 단말 선택기 721: Priority information table storage 722: Priority next terminal selector

723: 펄스 발생기 730: MAC 제어기 723: pulse generator 730: MAC controller

740: 매체 감지 장치 750: 매체 경쟁 모듈740: media sensing device 750: media contention module

760: 프레임 제어정보 발생기 770: 타이머 760: frame control information generator 770: timer

780: 백오프 타이머 790: 프레임 분석기 780: backoff timer 790: frame analyzer

900: 일반 무선 이동 단말 모듈 910: 안테나 모듈 900: general wireless mobile terminal module 910: antenna module

본 발명은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 단일 매체를 사용하는 애드 혹 네트워크에서 매체를 사용하기 위한 각 단말의 경쟁으로 나타나는 충돌을 줄이고, 효율적이고 신뢰성 있는 프레임의 전송을 통하여 애드 혹 네트워크의 서비스 품질(Quality of Service, QoS)을 보장하기 위 해 우선순위 기반 분산 폴링(distributed polling)방식을 적용하여 새롭게 설계한 매체 접근 제어(Medium Access Control) 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for priority-based distributed polling media access control that guarantees quality of service (QoS) in ad-hoc networks, particularly in an ad hoc network using a single medium. Priority-based distributed polling scheme to reduce collisions caused by contention of each terminal for use and to ensure quality of service (QoS) of ad hoc network through efficient and reliable transmission of frames The present invention relates to a method and apparatus for newly designed medium access control.

일반적으로, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)는 IETF MANET(Mobile Ad hoc Network) 워킹 그룹에서 이동 ad hoc 네트워크에 대한 프로토콜의 표준화를 연구하고 있으며, 이동 단말들의 그룹으로 구성된 네트워크 즉 고정된 기반(Infrastructure) 없이 이동 단말들끼리 상호 협동적으로 통신을 할 수 있는 네트워크로써, ad hoc 망이 사용 가능한 IEEE 802.11 WLAN(Wireless LAN), IEEE 802.15 WPAN(Wireless Personal Area Network)과 HAN(Home Area Network) 및 통신 분야에 이용되고 있으며, 데이터 링크 계층의 LLC(Logical Link Control)와 MAC(Medium Access Control) 레벨에서 MANET을 지원하기 위한 Ad hoc MAC 프로토콜과 Ac hoc 라우팅 프로토콜 분야가 많이 연구되고 있다. In general, ad hoc networks (Ad-hoc Networks) is studying the standardization of protocols for mobile ad hoc networks in the IETF Mobile Ad hoc Network (IETF MANET) working group, a network composed of groups of mobile terminals, that is, a fixed base ( It is a network that enables mobile terminals to cooperatively communicate with each other without infrastructure, and includes IEEE 802.11 Wireless LAN (WLAN), IEEE 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN), Home Area Network (HAN), Used in the communication field, Ad hoc MAC protocol and Ac hoc routing protocol are being studied to support MANET at LLC (Logical Link Control) and MAC (Medium Access Control) levels of the data link layer.

먼저, 이 기술에서 정의되는 주요용어와 그 의미를 정의하면 다음과 같다.First, the main terms defined in this description and their meanings are defined as follows.

애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks) : 고정된 기반(Infrastructure) 없이 이동 단말들끼리 상호 협동적으로 통신을 할 수 있는 네트워크Ad-hoc networks: networks that allow mobile terminals to communicate cooperatively without a fixed infrastructure

단말(Station) : 무선통신장치를 가지고 각각 독자적으로 프레임 송수신을 수행하는 장치(노트북, PDA 등)Station: A device that independently transmits and receives a frame with a wireless communication device (notebook, PDA, etc.)

AP(Access Point), PC(Point Coordinator), HC(Hybrid coordinator) : 단일의 무선범위를 가지고 그 중계범위 내에서의 단말들의 통신을 중계, 제어하는 장치AP (Access Point), PC (Point Coordinator), HC (Hybrid coordinator): Device that relays and controls the communication of terminals within the relay range with a single radio range

경쟁(Contention) : 단일 매체로 정의되어 있는 환경에서 동일 영역 안에 있 는 각 단말들은 프레임 전송을 위해 경쟁 과정을 거치게 된다. Contention: In an environment defined as a single medium, each terminal in the same area undergoes a contention process for frame transmission.

충돌(Collision) : 복수개의 단말이 단일 매체에서 동시에 프레임 전송을 시도할 경우 충돌이 발생하며 프레임 오류로 인해 전송이 실패하게 된다.Collision: When a plurality of UEs attempt frame transmission simultaneously on a single medium, collision occurs and transmission fails due to a frame error.

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) : 무선 매체에서 충돌이 발생하는 것을 방지하기 위하여 프레임 전송을 시도하기 전에 RTS(Request to Send) 프레임을 전송하고 CTS(Clear to Send) 프레임을 받게 되면 실제 프레임을 전송하고 프레임의 완전한 전송이 성공적으로 끝나면 ACK(Acknowlegment) 프레임을 전송하는 신호절차 방법론이다.Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA): In order to prevent collisions in the wireless medium, when a request is sent to the RTS frame and a clear to send frame is received before attempting to transmit the frame, It is a signaling procedure methodology that transmits an actual frame and an acknowledgment (ACK) frame when the complete transmission of the frame is successfully completed.

경쟁윈도우(Contention Window, CW) : 각각의 단말은 고정된 시간의 타임 슬롯으로 나누어진 경쟁윈도우를 가지게 된다. 이를 통해 각 단말은 충돌의 확률을 줄이고 순서적인 프레임의 전송을 이룰 수 있다. 그러나 각각의 단말이 같은 경쟁윈도우 값을 선택할 경우 충돌이 발생한다.Contention Window (CW): Each UE has a contention window divided into fixed time slots. Through this, each terminal can reduce the probability of collision and achieve sequential transmission of frames. However, if each terminal selects the same contention window value, a collision occurs.

백오프 과정(Backoff procedure) : 충돌이 발생하게 되면 단말은 자신의 경쟁 윈도우의 크기를 크게 설정함으로써 충돌의 확률을 줄이고자 시도한다. 이를 백오프 과정이라 한다.Backoff procedure: When a collision occurs, the terminal attempts to reduce the probability of collision by setting a large size of its contention window. This is called a backoff process.

폴링(polling) : 프레임을 전송할 수 있는 권리. 폴링을 사용하면 오직 자신의 순서가 돌아올 때에만 프레임을 전송할 수 있다.Polling: The right to send a frame. Polling allows you to send a frame only when your order is returned.

IFS(Interframe Space) : 프레임 전송시 각각의 실제 프레임과 제어 프레임의 송수신이 필요하게 되는데 각 프레임 사이의 여분의 시간 간격을 정의해 놓은 것으로써 SIFS, PIFS, DIFS 3가지가 있다. IEEE 802.11e의 경우에는 DIFS는 AIFS로 변환된다.IFS (Interframe Space): When transmitting a frame, each real frame and control frame need to be transmitted and received. There are three types of time intervals between each frame: SIFS, PIFS, and DIFS. In the case of IEEE 802.11e, DIFS is converted to AIFS.

SIFS(Short Interframe Space) : 가장 짧은 대기 시간 간격이다. RTS, CTS, DATA, ACK(Acknowledgment) 사이에 사용한다.SIFS (Short Interframe Space): The shortest waiting time interval. Used between RTS, CTS, DATA, and ACK (Acknowledgment).

PIFS(Point Interframe Space) : SIFS보다 크며 DIFS보다 짧다. PCF 또는 HCF를 사용하기 위해서 AP(Access Point)에서 통제하여 사용한다.PIFS (Point Interframe Space): It is larger than SIFS and shorter than DIFS. To use PCF or HCF, it is controlled by AP (Access Point).

DIFS(Distributed Interframe Space) : PIFS보다 길다. 프레임의 전송이 성공적으로 끝나게 되면 경쟁에 들어가기까지 DIFS 시간동안 대기한 후 프레임 전송시도를 하게 된다.DIFS (Distributed Interframe Space): Longer than PIFS. If the transmission of the frame is successfully completed, it waits for DIFS time before entering the race and attempts to transmit the frame.

AIFS(Arbitrary Interframe Space) : 프레임의 우선순위에 따라 매체를 확보하기 위해 처음 시도하는 대기시간을 조절할 수 있다. AIFS는 DIFS보다 같거나 크다. 제일 큰 우선순위를 가지는 프레임은 제일 작은 AIFS, 즉 DIFS와 같고, 우선순위가 작을수록 AIFS는 커진다.AIFS (Arbitrary Interframe Space): You can adjust the waiting time for the first attempt to secure the media according to the priority of the frames. AIFS is equal to or greater than DIFS. The frame with the highest priority is equal to the smallest AIFS, or DIFS. The smaller the priority, the larger the AIFS.

애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network)란 기존의 기지국 중심의 무선 통신과는 달리 각각의 무선 통신 장치를 갖춘 단말들이 일정한 규약 안에서 서로 통신할 수 있는 통신망을 말한다. 이 네트워크는 기본적인 기반(Infrastructure)의 요구가 필요 없기 때문에 능동적이고 유연한 통신망의 구성이 가능하다. 이런 애드 혹 네트워크의 각 단말들의 통신을 위한 규약은 여러 가지 종류가 있으나 가장 많이 소개되고 보급되어 있는 규약은 무선 랜 규약이다.Ad-hoc network (Ad-hoc Network) refers to a communication network that can communicate with each other within a certain protocol, the terminal equipped with each wireless communication device, unlike the existing base station-oriented wireless communication. This network eliminates the need for basic infrastructure, enabling the construction of active and flexible communications networks. There are many kinds of protocols for communication of each terminal of the ad hoc network, but the most widely introduced protocols are wireless LAN protocols.

일반적으로, 무선 랜(Wireless LAN)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, [미] 전기전자기술자협회)에서 표준화한 IEEE 802.11 표준 을 말한다. 이 규격은 크게 두 가지 부분 정의하고 있는데 실제적인 무선 자원을 정의하는 부분과 무선 자원에 접속하기 위한 방법을 정의하는 부분으로 나뉘어 진다. 단말에 접속하기 위한 무선 매체로써 적외선(Infrared)과 라디오 주파수(Radio frequency)를 정의하고 있으며, 이중 라디오 주파수가 많이 쓰이고 있다. 또한, 무선매체를 통한 전송 규약으로서 매체 접근 제어(Medium Access Cotrol, MAC) 방법을 정의하고 있는데 DCF(Distributed Coordination Function) 모드와 PCF(Point Coordination Function) 모드의 2가지 방법이 있다. 이 두 가지 방법은 같은 파라미터와 접근 방법을 사용하기 때문에 서비스 품질(QoS)을 제공하지 못한다.In general, a wireless LAN refers to an IEEE 802.11 standard standardized by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). This specification defines two parts, which are divided into the part defining actual radio resource and the method for accessing the radio resource. Infrared and radio frequency are defined as a wireless medium for accessing a terminal, and dual radio frequencies are widely used. In addition, a medium access control (MAC) method is defined as a transmission protocol through a wireless medium. There are two methods, a distributed coordination function (DCF) mode and a point coordination function (PCF) mode. These two methods do not provide quality of service (QoS) because they use the same parameters and approach.

이를 해결하고자 현재 IEEE에서는 기존의 IEEE 802.11 WLAN 표준에 프레임의 등급에 따른 차별화된 서비스를 제공할 수 있는 기존의 IEEE 802.11을 수정한 IEEE 802.11e 라는 표준을 정의 중이다. IEEE 802.11e에서는 기존 IEEE 802.11의 두 가지 매체 접근 제어(Medium Access Control; MAC) 방법인 DCF 모드와 PCF 모드를 대체하여 EDCF(Enhanced Distributed Coordination Function) 모드와 HCF(Hybrid Point Coordination Function) 모드를 정의한다. To solve this problem, IEEE is defining a standard called IEEE 802.11e, which is a modification of the existing IEEE 802.11 that can provide differentiated services according to the class of frames in the existing IEEE 802.11 WLAN standard. IEEE 802.11e defines the Enhanced Distributed Coordination Function (EDCF) mode and the Hybrid Point Coordination Function (HCF) mode by substituting DCF mode and PCF mode, which are two medium access control (MAC) methods of IEEE 802.11e. .

DCF 모드와 EDCF 모드는 경쟁을 통하여 프레임 전송의 권리를 획득하는 방법이며, PCF 모드와 HCF 모드는 각 무선 영역 안에서 중앙 조정자가 위치하여 각각의 단말의 전송 순위를 결정하여 폴링을 통해 통신을 중계하고 통제하는 방식이다. 그래서 DCF 모드와 EDCF 모드에서는 단말들의 경쟁으로 인한 프레임의 충돌이 발생할 수 있으나, PCF와 HCF에서는 충돌이 발생하지 않는다. 그러나 중요한 문제는 PCF 모드와 HCF 모드의 경우 중앙 조정자(AP)라는 기본적인 기반(Infrastructure)이 필요하기 때문에 애드 혹 네트워크에는 적합하지 않다. DCF mode and EDCF mode are methods for acquiring the right of frame transmission through contention. In PCF mode and HCF mode, the central coordinator is located in each radio area to determine the transmission order of each terminal to relay communication through polling. It's a way of control. Thus, in the DCF mode and the EDCF mode, frame collision may occur due to contention of terminals, but collision does not occur in PCF and HCF. However, the important issue is that it is not suitable for ad hoc networks because PCF mode and HCF mode require a basic infrastructure called central coordinator (AP).

현재 소개된 많은 방법들을 보게 되면, 애드 혹 네트워크를 위해 DCF 모드나 EDCF 모드를 사용하거나 또는 이를 변형하여 보다 나은 서비스 품질을 얻고자 시도하고 있다. 그러나 DCF 모드와 EDCF 모드는 경쟁을 기본으로 하여 프레임 전송을 시도하는 방법이기 때문에 프레임의 부하가 증가할수록 한정된 경쟁 윈도우로 인하여 충돌이 증가하게 되고 통신망의 성능과 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 존재한다. 이를 해결하기 위한 방법으로 경쟁을 기본으로 하는 방법이 아닌 폴링을 사용하여 프레임 전송의 순서를 정해 매체를 사용하는 PCF 모드나 HCF 모드 방법이 유용하나 이는 앞서 서술했듯이 중앙 조정자의 통제가 필요하기 때문에 애드 혹 네트워크에서는 사용이 불가능하다.With many of the currently introduced methods, we are trying to achieve better quality of service by using or modifying DCF mode or EDCF mode for ad hoc networks. However, since DCF mode and EDCF mode attempt to transmit frames based on contention, collisions increase due to limited contention window as frame load increases, and there is a problem in that performance and efficiency of communication network are drastically decreased. As a solution to this problem, the PCF mode or the HCF mode method, which uses media by using polling to order the frame transmission rather than the contention based contention, is useful. It may not be available on the network.

IEEE 802.11의 기본적인 매체 접근 제어(Medium Access Control; MAC) 규약은 다음과 같다. 먼저, 각 단말들은 무선 매체의 상태를 끊임없이 관찰하고 있으며, 만약 다른 단말이 매체를 사용하고 있다면 전송하고자 하는 프레임이 존재해도 프레임 전송 시도를 하지 않고 대기한다. 만약 전송할 프레임이 존재하고 무선 매체가 비사용 중이라면 단말은 DIFS 시간 후 프레임 전송을 시도한다. 프레임을 전송하기 위해 단말은 경쟁윈도우(CW)의 크기를 랜덤하게 설정하고 각각의 프레임 전송이 끝났음을 확인할 때마다 한 슬롯씩 감소시킨다. 결국 자신의 경쟁 윈도우가 0이 되었을 경우(IEEE 802.11e의 경우 1) 프레임을 즉시 전송하게 되는데, 만역 이때 충돌이 감지되면 경쟁윈도우(CW)를 늘려서 다시 랜덤하게 선택한 후 타임슬롯의 감소를 진행한다.The basic medium access control (MAC) protocol of IEEE 802.11 is as follows. First, each terminal constantly monitors the state of the wireless medium. If another terminal is using the medium, even if there is a frame to be transmitted, the terminal waits without attempting to transmit the frame. If there is a frame to be transmitted and the wireless medium is not in use, the UE attempts to transmit the frame after DIFS time. In order to transmit the frame, the UE randomly sets the size of the contention window (CW) and decreases by one slot each time each frame transmission is confirmed. Eventually, if its contention window becomes 0 (1 in IEEE 802.11e), the frame is immediately transmitted. If a collision is detected at this time, the contention window is increased by randomly selecting the contention window and then reducing the time slot. .

1. 기존 무선 랜 규약에서의 프레임 전송을 위한 자세한 신호절차1. Detailed Signaling Procedure for Frame Transmission in Conventional Wireless LAN Protocol

도 1과 도 2에서는 애드 혹 네트워크(Ad hoc Networks)에서 매체 확보를 위한 신호절차로써 CSMA/CA의 방법을 보여주고 있다. CSMA/CA에서는 한 단말이 매체가 DIFS 시간만큼 비사용중(idle)임을 검출하면 백오프 카운터(backoff counter)를 감소시키며, 백오프 시간(backoff time)이 0이 되면 프레임의 전송을 시도한다. 백오프 카운터는 경쟁 윈도우(CW)에서 랜덤하게 선택된다. 충돌은 복수개의 단말에서 같은 백오프 시간이 선택될 때 발생할 수 있다. 충돌이 발생하면 단말들은 그들의 CW 범위를 증가시키며, 새로운 백오프 과정을 반복하기 위해 새롭게 CW를 랜덤하게 선택한다. 이것은 충돌의 원인이 된 단말들은 전보다 큰 CW를 선택하게 되는 불이익을 받게 된다는 의미이다. 경쟁윈도우(CW)의 크기는 표준에서 정의된 최소값으로 시작하며(CWmin), 매체에 부하가 증가하여 충돌이 발생하는 각 시점마다 사전에 정의된 최대값(CWmax)까지 2배씩 증가한다. RTS 프레임이 성공적으로 전송되면 다른 프레임들이 SIFS(Short Inerframe Space)의 간격으로 순서적으로 분리되어 전송된다. 1 and 2 illustrate a method of CSMA / CA as a signaling procedure for securing a medium in ad hoc networks. In CSMA / CA, when a terminal detects that the medium is idle for a DIFS time, the MS decreases the backoff counter and attempts to transmit a frame when the backoff time reaches zero. The backoff counter is randomly selected in the contention window CW. The collision may occur when the same backoff time is selected in a plurality of terminals. When a collision occurs, the terminals increase their CW range and randomly select a new CW to repeat the new backoff process. This means that the terminals causing the collision will be penalized to select a larger CW than before. The size of the contention window (CW) starts at the minimum defined by the standard (CWmin), and doubles up to a predefined maximum value (CWmax) at each point in time when there is an increase in the load on the medium. If the RTS frame is successfully transmitted, other frames are sequentially separated and transmitted at intervals of a short inerframe space (SIFS).

도 3은 각 단말에서 매체 확보 경쟁으로 충돌이 발생할 때 경쟁방식의 매체 접근 제어에서 사용되는 백오프(Backoff) 방법을 보여주고 있다. FIG. 3 shows a backoff method used in contention-based media access control when a collision occurs due to contention contention at each terminal.

도 3을 참조하면, 큰 CW와 작은 CW간의 상호 변화를 보여주고 있다. 경쟁윈도우(CW)의 크기가 클수록 충돌발생 확률을 줄일 수 있어 해결능력은 커지나 접근 지연은 길어지는 문제점을 가진다. '숨겨진 노드의 문제'(hidden node problem)와 '노출된 노드의 문제'(exposed node problem)를 해결하고 매체의 상태를 결정하기 위해 IEEE 802.11에서는 물리적 반송파 감지(physical carrier sense) 매커니즘과 가상 반송파 감지 기능(virtual carrier sense function)이 사용된다. 물리적 반송파 감지(Physical carrier sense) 매커니즘은 물리계층에서 제공되지만, 가상 반송파 감지 매커니즘은 MACAW(Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless Networks)에 기초한 CSMA/CA, 즉 프레임 링크계층에서 제공된다.Referring to FIG. 3, a mutual change between a large CW and a small CW is illustrated. As the size of the competitive window (CW) increases, the probability of collision can be reduced, so that the resolution is large, but the access delay is long. In order to solve the 'hidden node problem' and 'exposed node problem' and to determine the state of the medium, IEEE 802.11 provides a physical carrier sense mechanism and a virtual carrier sense mechanism. Function (virtual carrier sense function) is used. Physical carrier sense mechanisms are provided at the physical layer, but virtual carrier detection mechanisms are provided at the CSMA / CA, i.e., frame link layer, based on Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless Networks (MACAW).

PCF 모드는 PC(point coordinator)라 불리는 중앙 조정자의 폴링 방법에 기초하고 있다. PCF 모드의 비경쟁 구간(contention-free period) 동안 PC 단말은 폴링 목록을 지정한다. PC의 폴링 목록을 지정하기 위해 단말은 PC와 결합과정을 거쳐야 한다.PCF mode is based on the polling method of a central coordinator called a point coordinator (PC). During the contention-free period of the PCF mode, the PC terminal designates a polling list. In order to designate a polling list of a PC, the terminal must go through a joining process with the PC.

상기한 바와 같이, DCF 모드는 네트워크의 기본적인 인프라 구조가 필요하지 않고, 단말들이 서로 통신할 수 있기 때문에 애드 혹 환경에 적합하다. 반면에 기본적으로 인프라 구조에 기초한 PCF 모드는 애드혹 환경에는 부적합하지만 제한된 QoS를 제공할 수 있고, 시스템의 부하가 커질 경우 채널의 이용률(utility)을 높일 수 있는 장점이 있다. As described above, the DCF mode does not require the basic infrastructure of the network, and is suitable for the ad hoc environment because the terminals can communicate with each other. On the other hand, PCF mode based on infrastructure is inadequate for ad hoc environment, but can provide limited QoS, and can increase channel utilization when system load increases.

2. 기존 무선 랜 표준의 문제점2. Problems of Existing WiFi Standards

상기한 바와 같이 IEEE 802.11 DCF 모드는 각 단말에 원하는 QoS를 지원하지 못한다. 이는 모든 단말들이 같은 파라미터 값과 같은 매체 접근 방법을 사용하기 때문이다. DCF 모드는 같은 시간에 많은 충돌들이 발생하고, 채널의 이용율은 시스템의 부하가 증가함에 따라 감소하게 된다. 충돌의 감소를 위해서 전송할 프레임를 가진 단말들은 전송이 실패할 때 마다 CWmax까지 2배씩 CW를 증가시키게 된다. CW가 증가하게 되면 충돌 발생 확률은 작아지나, 보다 긴 지연 시간을 가지게 된다. EDCF 모드에서는 DCF의 경우보다 충돌 발생 확률이 커지게 되는데, 이는 높은 우선순위를 가지는 단말들 또는 프레임의 형태들에 다른 것에 비해 작은 CW를 부여하게 되기 때문이다. 시스템의 부하가 증가하게 되면 - 특별히 높은 우선순위의 프레임이 증가하게 되면 - 상대적으로 작은 CW를 가지는 단말들이 매체에 접속하기 위해 경쟁하기 때문에 충돌의 수는 급격하게 증가하게 되고 채널의 이용률이 빠르게 감소되는 원인이 된다. 비록 EDCF 모드가 가상 충돌 회피 방법을 사용하긴 하지만, 이는 각 단말 내부의 충돌을 줄이기 위한 방법일 뿐 단말들의 충돌은 기존의 DCF 모드보다 증가하게 된다.As described above, the IEEE 802.11 DCF mode does not support desired QoS for each terminal. This is because all terminals use the same parameter value and the same media access method. In the DCF mode, many collisions occur at the same time, and the utilization rate of the channel decreases as the load of the system increases. In order to reduce collisions, UEs having frames to transmit increase CW twice by CWmax whenever transmission fails. As CW increases, the probability of collision decreases, but with a longer delay time. In the EDCF mode, the collision occurrence probability is greater than in the case of DCF, because a smaller CW is assigned to UEs or frame types having a higher priority than others. As the load on the system increases-especially when higher priority frames increase-the number of collisions increases rapidly and the utilization of the channel decreases rapidly as terminals with relatively small CWs compete to access the medium. It becomes the cause. Although the EDCF mode uses a virtual collision avoidance method, this is only a method for reducing the collision inside each terminal, the collision of the terminals will increase than the existing DCF mode.

높은 부하의 상황에서 충돌을 피하고 처리율을 높이며 지연을 줄이기 위해서 폴링 방법을 사용하는 PCF 모드와 HCF 모드가 성능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 폴링 방법은 높은 부하에서 성능을 향상시킬 수는 있으나 중앙 조정자의 설치문제로 애드 혹 네트워크에서는 사용하기가 불가능하다는 문제점이 있었다.  In high load situations, PCF and HCF modes, which use polling methods to avoid collisions, increase throughput, and reduce latency, can be used to improve performance. However, the polling method can improve performance at high loads, but there is a problem that it cannot be used in an ad hoc network due to the installation problem of the central coordinator.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 각 RTS 프레임에 애드 혹 네트워크의 각 단말들의 우선순위 정보 필드를 추가하고, 단말의 우선순위에 따라 다음 단말을 결정하는 폴링 정보를 전송할 수 있는 필드를 추가하여 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 기본적으로 쓰이 는 DCF 모드나 EDCF 모드의 CSMA/CA에 우선순위 기반 분산 폴링(distributed polling) 방식을 적용하여 애드 혹 네트워크 환경에서 충돌의 발생을 획기적으로 줄이고, 프레임의 우선순위에 다른 차별화된 서비스를 제공함으로써 신뢰성 있는 서비스 품질(QoS)을 제공하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어(Medium Access Control) 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to add a priority information field of each terminal of an ad hoc network to each RTS frame, and to select a next terminal according to the priority of the terminal. Add a field to transmit the polling information to determine the priority by applying priority-based distributed polling method to CSMA / CA in DCF mode or EDCF mode, which is basically used in ad hoc networks. It is a priority-based distributed polling scheme that guarantees the quality of service in ad hoc networks that provide reliable quality of service (QoS) by dramatically reducing the occurrence of collisions in the network environment and providing different differentiated services to the priority of frames. It is to provide a medium access control method.

본 발명의 다른 목적은 상기 장치를 실행하는데 특히 적합한 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a priority-based distributed polling media access control apparatus which guarantees the quality of service in an ad hoc network which is particularly suitable for implementing the apparatus.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매제 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 방법에 있어서, 매체에서 다른 단말의 각 단말 프레임의 우선순위에 따른 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 구조로 변경된 RTS 프레임을 감지하여 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하는 단말인지 확인하는 단계; 감지한 RTS 프레임의 송신 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하지 않을 경우 이를 자신의 단말에 우선순위 정보 테이블에 추가하는 단계; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신인가를 확인하는 단계; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신 이 아닐 경우 다음의 RTS 프레임을 감지할 수 있도록 대기하는 단계; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 자신의 임시 프레임 저장소에 전송할 프레임이 존재하는지를 확인하는 단계; 상기 RTS 프레임을 통해서 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 현재의 단말의 신호절차가 끝난 후, 매체가 IDLE인지를 확인하여 IDLE하지 않으면 대기하고 상기 매체가 IDLE하면 PIFS시간 뒤에 자신의 우선순위 정보 테이블을 이용하여 다음에 선택될 단말을 결정하고 다음에 선택될 단말을 포함하여 자신의 RTS 프레임을 전송하는 단계; RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가지는 단말을 계산하는 단계(수학식 1, 2a, 2b); RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가진 단말을 표시하는 단계; 상기 RTS 프레임을 통해서 다음의 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우, 자신이 전송할 프레임이 존재하지 않을 때 현재 단말의 신호절차가 끝난 후 PIFS시간 뒤에 전송할 데이터가 없음을 알리는 펄스를 발생하여 모든 단말들이 펄스를 감지하도록 표시하는 단계; 우선순위에 따라 선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차를 실행하는 단계; 펄스를 받은 다른 단말들이 DIFS 시간 뒤에 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계; 및 선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차과정에서 대기시간 초과로 인해 바로 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a priority-based medium access control (MAC) method for guaranteeing quality of service (QoS) in ad-hoc networks, Detecting a changed RTS frame in a structure that guarantees quality of service (QoS) by supporting distributed polling according to the priority of each terminal frame of another terminal and confirming whether the terminal exists in its priority information table; If the transmission address of the detected RTS frame does not exist in its priority information table, adding it to the priority information table of its own terminal; Confirming whether a terminal having a next transmission opportunity in the detected RTS frame is itself; Waiting for the next RTS frame to be detected if the UE having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is not itself; Checking whether there is a frame to be transmitted in its temporary frame store when the UE having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is its own; If the terminal having the next transmission opportunity through the RTS frame is its own, after the signaling procedure of the current terminal is over, it checks whether the medium is IDLE and waits if not IDLE. If the medium is IDLE, its priority is set after PIFS time. Determining a terminal to be selected next using the information table and transmitting its own RTS frame including the terminal to be selected next; Calculating a terminal having a next transmission opportunity in the RTS frame (Equations 1, 2a, and 2b); Displaying a terminal having a next transmission opportunity in an RTS frame; When the UE having the next transmission opportunity through the RTS frame is its own, when there is no frame to transmit, all terminals generate a pulse indicating that there is no data to be transmitted after the PIFS time after the current UE's signal procedure ends. Indicating to sense a pulse; Executing, by the UE selected according to the priority, a signaling procedure leading to RTS, CTS, DATA, and ACK for frame transmission; The other terminals receiving the pulse are switched to the backoff / competition mode after the DIFS time; And a step in which the selected terminal immediately switches to the backoff / competition mode due to the waiting time in the signaling procedure leading to the RTS, the CTS, the DATA, and the ACK for the frame transmission (Ad-hoc). Networks) provides a priority-based distributed polling method of media access control that guarantees quality of service (QoS).

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매제 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 장치에 있어서, 각 단말에서 전송할 프레임을 임시로 저장하는 임시 프레임 저장소(710); 현재 임시 프레임 저장소(710)에 저장되어 있는 프레임의 목적지와 프레임의 성격을 분석하는 프레임 분석기(790); 상기 애드 혹 네트워크에서 이동 단말의 MAC 주소를 저장하는 MAC 주소 테이블(711); 각 프레임을 상기 애드 혹 네트워크에서 우선순위 기반 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 매체 접근 제어 방법에 따라 각종 제어 프레임을 만들고 연결을 제어하도록 설계된 프레임 제어정보 발생기(760); 상기 애드 혹 네트워크내 이동 단말의 우선순위 정보에 따른 폴링 정보를 처리하기 위한 우선순위 정보 처리 모듈(720); 충돌 발생시 경쟁 모드로 전환시켜 백오프 및 충돌윈도우를 관리하는 매체 경쟁 모듈(750); 각 IFS(Inter Frame Space) 및 시간정보를 관리하고 생성하는 타이머(770); 충돌이 발생하면 단말을 자신의 경쟁윈도우(CW)의 크기를 크게 설정함으로써 충돌의 확률을 줄이고자 시도하는 백오프(Backoff) 과정을 관리하는 백오프 타이머(780); 전체적인 매체 접속 제어 과정을 총괄하는 MAC 제어기(730); 매체의 사용 유무를 감지하기 위한 매체 감지 장치(740)로 구성되는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 매체 접근 제어 장치를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a priority-based medium access control (MAC) device for guaranteeing quality of service (QoS) in Ad-hoc Networks, A temporary frame storage 710 for temporarily storing a frame to be transmitted by the terminal; A frame analyzer 790 for analyzing the destination of the frame and the nature of the frame currently stored in the temporary frame storage 710; A MAC address table 711 for storing the MAC address of the mobile terminal in the ad hoc network; A frame control information generator 760 designed to create various control frames and control connections according to a medium access control method for guaranteeing quality of service (QoS) by supporting each frame with priority-based distributed polling in the ad hoc network; A priority information processing module 720 for processing polling information according to priority information of a mobile terminal in the ad hoc network; A media contention module 750 for switching back to contention mode and managing a backoff and a collision window when a collision occurs; A timer 770 for managing and generating each IFS (Inter Frame Space) and time information; A backoff timer 780 for managing a backoff process of attempting to reduce the probability of collision by setting the size of a contention window (CW) of the terminal to a large size when a collision occurs; A MAC controller 730 that oversees the overall media access control process; Provided is a priority-based media access control apparatus for guaranteeing the quality of service in an ad hoc network, characterized in that the media sensing device 740 for detecting the use of the medium.

본 발명은 RTS/CTS 교환 메커니즘은 숨겨진 노드의 문제를 해결하고, 보다 긴 데이터 프레임보다는 상대적으로 짧은 RTS 프레임에서 충돌이 발생함을 알 수 있도록 하여 충돌의 영향을 줄일 수 있다. 본 발명에서는 각 RTS 프레임의 안에 각 RTS 프레임에 애드 혹 네트워크의 각 단말들의 우선순위 정보 필드를 추가하고, 단말의 우선순위에 따라 다음 단말을 결정하는 폴링 정보를 전송할 수 있는 필드를 추가한다. 우선순위에 따라 선택된 단말은 전송할 프레임을 가질 때, 선택된 단말이 무선 매체 사용의 유일한 권리를 갖도록 PIFS(Point Inter Frame Space) 시간 후에 RTS 프레임을 전송한다. PIFS 시간은 선택되지 않은 단말들이 충돌이 발생하지 않도록 RTS 프레임을 보내지 않는 DIFS 시간보다 짧다. 만약 선택된 단말이 전송할 프레임을 가지지 않는다면 PIFS 시간과 DIFS 시간사이에 'no-RTS' 펄스를 전송하고, 이럴 경우 모든 다른 단말들은 DIFS 시간 후에 기존의 경쟁방법을 사용하여 DCF 또는 EDCF 채널에 접속할 수 있다.According to the present invention, the RTS / CTS exchange mechanism solves the problem of hidden nodes, and it is possible to reduce the impact of the collision by making it known that the collision occurs in a relatively short RTS frame rather than a longer data frame. In the present invention, the priority information field of each terminal of the ad hoc network is added to each RTS frame in each RTS frame, and a field for transmitting polling information for determining the next terminal according to the priority of the terminal is added. When the UE selected according to the priority has a frame to transmit, the UE transmits an RTS frame after PIFS (Point Inter Frame Space) time so that the UE has a unique right of using a wireless medium. The PIFS time is shorter than the DIFS time when the unselected terminals do not send an RTS frame to prevent collision. If the selected UE does not have a frame to transmit, it transmits a 'no-RTS' pulse between the PIFS time and the DIFS time. In this case, all other UEs may access the DCF or EDCF channel using the existing contention method after the DIFS time. .

본 발명에서 새롭게 제안하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법은 다음 방법들을 제공한다.The priority-based distributed polling method of media access control for guaranteeing quality of service (QoS) in an ad hoc network newly proposed by the present invention provides the following methods.

1. 프레임 전송을 위해 매체 접속을 시도할 때 전송하는 RTS 프레임의 변경된 구조1. Modified structure of RTS frame transmitted when attempting to access media for frame transmission

2. 우선순위에 따른 폴링 정보를 제공하기 위해 각 단말들이 가지고 있는 우선순위 정보 테이블2. Table of priority information which each UE has in order to provide polling information according to priority

3. 우선순위 정보 테이블의 정보의 유지방법3. How to Maintain Information in the Priority Information Table

4. 다음에 선택될 단말을 결정하는 방법4. How to determine the terminal to be selected next

5. 선택된 단말이 전송할 프레임이 존재하지 않을 때 이를 알리는 방법5. Method for notifying when the selected terminal does not have a frame to transmit

6. 프레임 송수신을 위한 신호 절차 과정6. Signaling procedure for frame transmission and reception

7. 충돌발생시 전환방법7. How to switch in case of collision

본 발명에서는 애드 혹 네트워크내의 이동 단말이 RTS 플레임을 전송할 때 프레임 송신의 우선권을 갖는 단말을 지정하기 위하여, 해당 단말의 프레임 전송이 끝난 후 다음과 같은 사항이 고려되었다.In the present invention, in order to designate a terminal having a priority of frame transmission when a mobile terminal in an ad hoc network transmits an RTS frame, the following matters are considered after the frame transmission of the corresponding terminal is finished.

1) 애드 혹 네트워크의 각 단말들은 모든 단말들의 우선순위 정보를 포함하는 우선순위 정보 테이블을 가져야만 한다.1) Each terminal of the ad hoc network should have a priority information table including priority information of all terminals.

2) 다양한 우선순위 단말들에 QoS를 제공하기 위한 폴링 정보를 생성하는 방법이 필요하다.2) There is a need for a method of generating polling information for providing QoS to various priority terminals.

3) 상기 우선순위 정보 테이블은 애드 혹 네트워크의 구성이 변화될 때마다 갱신되어야 한다. 예를 들어 새로운 단말이 네트워크 클러스터에 들어오게 될 때나 존재하던 단말이 특정 시간에 갑자기 전원이 꺼질 경우 등을 생각할 수 있다. 3) The priority information table should be updated whenever the configuration of the ad hoc network changes. For example, when a new terminal enters a network cluster or when an existing terminal suddenly loses power at a specific time, it may be considered.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용한다.The present invention uses the following method to solve the above-mentioned problems of the prior art.

1) 애드 혹 네트워크내 각 단말들의 우선순위를 알기 위해서 각 단말들은 RTS 프레임을 송신할 때 우선순위 정보 필드를 추가한다. 또한 프레임를 송신할 수 있는 권리를 다른 단말에 주기위해 RTS 프레임에 폴링 정보를 전송할 수 있는 필드를 추가한다. 1) In order to know the priority of each terminal in the ad hoc network, each terminal adds a priority information field when transmitting the RTS frame. Also, in order to give another UE a right to transmit a frame, a field for transmitting polling information is added to the RTS frame.

도 4는 기존의 IEEE에서 규정된 RTS 프레임과 본 발명에서 제안된 방법에서 변경된 RTS 프레임(310)을 나타낸다. 기존의 RTS프레임에 추가된 NA(Next-polled Address) 필드(311)는 다음에 선택될 단말의 주소이며, PRI(priority) 필드(312)는 전송하는 단말의 우선순위이다. 상기 애드 혹 네트워크의 각 단말들은 RTS 프레임의 다른 단말의 MAC 주소와 우선순위 정보를 자신의 우선순위 정보 테이블에 기록한다.4 shows an RTS frame defined in the existing IEEE and an RTS frame 310 modified in the method proposed in the present invention. The next-polled address (NA) field 311 added to the existing RTS frame is the address of the terminal to be selected next, and the PRI (priority) field 312 is the priority of the transmitting terminal. Each terminal of the ad hoc network records the MAC address and priority information of another terminal of the RTS frame in its priority information table.

2) 각 단말은 애드 혹 네트워크 내의 모든 단말들의 MAC 주소와 우선순위를 포함하는 우선순위 정보 테이블(station priority table)을 가진다. 본 발명에서는 PRI는 1이상의 값을 가진다. RTS 프레임을 송신하는 단말은 RTS 프레임 안에 다음에 전송 권리를 가지는 단말을 선택하여 NA 필드에 선택된 단말의 MAC 어드레스를 추가한다. 먼저, 선택될 단말을 선정하기 위해 RTS를 송신하는 현재 단말은 다음 수학식 1을 만족하는 랜덤한 수 R을 만든다. 2) Each terminal has a station priority table including MAC addresses and priorities of all terminals in the ad hoc network. In the present invention, PRI has a value of 1 or more. The terminal transmitting the RTS frame selects the terminal having the next transmission right in the RTS frame and adds the MAC address of the selected terminal to the NA field. First, the current terminal transmitting the RTS to select the terminal to be selected generates a random number R that satisfies the following equation (1).

Figure 112004041500244-PAT00001
Figure 112004041500244-PAT00001

N은 네트워크 영역 안에 있는 단말의 수이며, PRIn은 n번째 단말의 우선순위 값이다. RTS 프레임을 송신하는 현재 단말은 수학식 2를 만족하는 단말 k를 선택한다. 단말의 수신 범위 안에 있는 단말의 수가 증가하거나 감소할 때, 단말의 는 전체 단말의 우선순위의 합에 따라 변화된다.  N is the number of terminals in the network area, PRIn is the priority value of the n-th terminal. The current terminal transmitting the RTS frame selects the terminal k that satisfies Equation 2. When the number of terminals in the reception range of the terminal increases or decreases, the terminal of the terminal changes according to the sum of priorities of all terminals.

Figure 112004041500244-PAT00002
Figure 112004041500244-PAT00002

Figure 112004041500244-PAT00003
Figure 112004041500244-PAT00003

3) PIFS 시간 후, 폴링에 의해 선택된 단말로부터 RTS 프레임이 없다면 선택된 단말이 전송할 프레임이 없는 것인지, 아니면 이미 애드 혹 네트워크를 벗어난 것인지(실제적으로 네트워크를 벗어났거나 갑자기 전원이 끊어진 경우) 구별할 필요가 있다. 이 두 가지의 상황을 구별하기 위해 본 발명에서는 도 5와 같은 펄스를 사용한다. 펄스는 프레임의 구조를 가질 필요가 없는 에너지 펄스이다. 도 5는 우선 순위에 따라 폴링된 단말이 전송할 프레임을 가지고 있지 않은 경우 PIFS 시간 후 펄스를 발생하여 자신이 네트워크 내에 존재하고 있음을 표현하는 방법을 나타낸 도면이다.3) After the PIFS time, if there is no RTS frame from the terminal selected by polling, it is necessary to distinguish whether the selected terminal has no frame to transmit or whether it is already out of the ad hoc network (actually out of network or sudden power loss). There is. In order to distinguish between these two situations, the present invention uses a pulse as shown in FIG. A pulse is an energy pulse that does not need to have a frame structure. FIG. 5 is a diagram illustrating a method of expressing that a user is present in a network by generating a pulse after a PIFS time when a terminal polled according to priority does not have a frame to transmit.

도 5에 도시된 바와 같이, 만약 선택된 단말이 전송할 프레임을 가지고 있지 않다면, DIFS 시간 전에 펄스를 생성해서 다른 단말들에게 자신의 단말이 아직 애드 혹 네트워크 내에 존재함을 알려야 한다. 다른 단말들은 자신들이 가지고 있는 테이블에 단말의 정보를 그대로 유지하며, 다음에 계속해서 해당 단말을 선택할 기회를 유지한다. 만약 다른 단말들이 상기 펄스를 감지하지 못한다면, 각 단말들은 '단말이 애드 혹 네트워크 내에 있지 않은' 것으로 판단하고 자신들의 테이블에서 짧은 간격 뒤에 해당 단말의 정보를 삭제한다.As shown in FIG. 5, if the selected UE does not have a frame to transmit, it should generate a pulse before the DIFS time to inform other UEs that its UE is still in the ad hoc network. The other terminals maintain the information of the terminal in their own table and maintain the opportunity to select the terminal next time. If the other terminals do not detect the pulse, each terminal determines that the terminal is not in the ad hoc network and deletes the information of the terminal after a short interval from their table.

4) 새로운 이동 단말이 애드 혹 네트워크에 추가되는 경우 모든 단말은 추가된 단말의 임의의 MAC 주소와 우선순위 정보를 알아야 한다. 새로운 단말은 매체를 감지하고, RTS 프레임을 보내기 위해 경쟁 기회를 기다린다. 상기 애드 혹 네트워크에 기존의 존재하던 단말이 RTS 프레임을 감지할 때, 단말은 먼저 송신자의 MAC 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하는지를 확인한다. 송신자의 MAC 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하지 않으면, 송신자의 MAC 주소와 우선순위를 자신의 우선순위 정보 테이블에 추가한다. 만약 단말이 애드 혹 네트워크에서 벗어났다면 다른 단말들은 벗어난 단말의 정보를 테이블에서 삭제할 것이며 더 이상 선택하지 않을 것이다. 우선순위에 따라 폴링된 다음 단말은 전송할 프레임을 가지고 있을 경우 현재 단말의 프레임 전송이 완료된 뒤에 PIFS 시간 후 RTS 프레임을 송신한다. 다른 폴링되지 않은 단말들은 PIFS보다 뒤에 오는 DIFS 시간에 RTS를 전송하기 때문에 폴링된 단말은 절대적인 우선권을 가지게 된다.4) When a new mobile terminal is added to the ad hoc network, all terminals must know the arbitrary MAC address and priority information of the added terminal. The new terminal detects the medium and waits for a competition opportunity to send an RTS frame. When the terminal existing in the ad hoc network detects the RTS frame, the terminal first checks whether the sender's MAC address exists in its priority information table. If the sender's MAC address does not exist in its priority information table, add the sender's MAC address and priority to its priority information table. If the terminal leaves the ad hoc network, the other terminals will delete the information of the terminal from the table and will not select any more. If the next terminal polled according to the priority has a frame to be transmitted, the RTS frame is transmitted after the PIFS time after the frame transmission of the current terminal is completed. Polled UEs have absolute priority because other non-polled UEs transmit RTS at DIFS time following PIFS.

도 6에서 본 발명에 따른 우선순위 기반 분산 폴링 방법의 작동 과정을 보여준다. 애드 혹 네트워크내 단말 1이 RTS 프레임을 전송할 때, 단말들의 우선순위에 따라 다음 데이터 전송시간에서 다른 단말들보다 우선적으로 RTS 프레임을 전송할 권리를 가지는 다음 단말을 선택한다. 폴링 정보는 RTS 프레임에 포함된다. 다른 단말들은 RTS 프레임을 수신한 후 자신이 수신된 RTS 프레임에 의해 선택되었는지를 알아내기 위해 폴링 정보를 확인한다. 만약 단말들 중의 하나가 선택되었고, 선택된 단말(단말 4)이 전송하는 프레임을 자신의 큐에 가지고 있으면 단말 4는 NAV(Network Allocation Vector)를 설정하고 자신이 다음에 전송할 RTS에서 선택할 단말을 우선순위 테이블을 이용하여 계산한다. 단말 4는 현재 프레임 송수신이 끝난 후 PIFS 시간동안 기다린 후, 백오프(Backoff) 과정을 거치지 않고 바로 RTS 프 레임을 전송한다. 만약 전송할 프레임을 가지고 있지 않는다면 다른 단말들에게 자신의 존재를 알리기 위해 도 5의 펄스를 전송한다. 만약 선택된 단말(단말 4)이 펄스를 보내 프레임을 전송하지 않을 것이라는 것을 알릴 경우 선택되지 않은 다른 단말들은 매체를 확보하기 위한 방법으로 기존의 DCF 모드나 EDCF 모드의 경쟁 방법을 사용한다.6 shows the operation of the priority-based distributed polling method according to the present invention. When UE 1 in an ad hoc network transmits an RTS frame, it selects a next UE that has a right to transmit an RTS frame in preference to other UEs in the next data transmission time according to the priorities of the UEs. Polling information is included in the RTS frame. After receiving the RTS frame, the other terminals check the polling information to find out whether they have been selected by the received RTS frame. If one of the terminals is selected and the selected terminal (terminal 4) has a frame transmitted in its queue, the terminal 4 sets a network allocation vector (NAV) and prioritizes the terminal to be selected in the next RTS to be transmitted. Calculate using a table. The UE 4 waits for the PIFS time after the end of the current frame transmission and reception, and immediately transmits the RTS frame without performing a backoff process. If it does not have a frame to transmit to transmit the pulse of Figure 5 to inform other terminals of its existence. If the selected terminal (terminal 4) informs that it will not transmit a frame by sending a pulse, other unselected terminals use a contention method of the existing DCF mode or EDCF mode as a method for securing a medium.

도 7은 본 발명에서 제안하고 있는 우선순위 기반 분산 폴링 방법의 순서도이다.7 is a flowchart of a priority based distributed polling method proposed in the present invention.

애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매제 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 방법에 있어서,In a priority-based medium access control (MAC) method for guaranteeing quality of service (QoS) in ad-hoc networks,

매체에서 다른 단말의 각 단말 프레임의 우선순위에 따른 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 구조로 변경된 RTS 프레임(310)을 감지하여 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하는 단말인지 확인한다(단계 S1-S3).Supports distributed polling according to the priority of each terminal frame of another terminal in the medium, and detects the changed RTS frame 310 to guarantee the quality of service (QoS) and checks whether the terminal exists in its priority information table. (Steps S1-S3).

감지한 RTS 프레임(310)의 송신 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하지 않을 경우 이를 자신의 단말에 우선순위 정보 테이블에 추가한다(단계 S4).If the detected transmission address of the RTS frame 310 does not exist in its own priority information table, it is added to its own terminal to the priority information table (step S4).

상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신인가를 확인하고(단계 S5), 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신이 아닐 경우 다음의 RTS 프레임을 감지할 수 있도록 대기한다(단계 S6).In step S5, the terminal having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is identified as its own. If the terminal having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is not itself, the next RTS frame may be detected. To wait (step S6).

상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 자신의 임시 프레임 저장소(710)에 전송할 프레임이 존재하는지를 확인한다(단계 S7).If the terminal having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is itself, it is checked whether a frame to be transmitted exists in its temporary frame storage 710 (step S7).

RTS 프레임을 통해서 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 현재의 단말의 신호절차가 끝난 후, 매체가 IDLE인지를 확인하여(단계 S8) IDLE하지 않으면 대기하고(단계 S9) 상기 매체가 IDLE하면 PIFS시간만큼 대기한 후에(단계 S10) 자신의 우선순위 정보 테이블을 이용하여 다음에 선택될 단말을 결정하고(단계 S11) 다음에 선택될 단말을 포함하여 자신의 RTS 프레임을 전송한(단계 12) 후 CTS 프레임을 기다린다. CTS받은 대기 시간이 기 설정된 대기시간(Timeout)보다 작으면 DATA 프레임을 전송하고(단계 S15) ACK를 기다리며(단계 S16) ACK받은 대기시간이 기 설정된 대기시간(Timeout)보다 작으면 매체 감지 단계(S1) 과정으로 돌아가고 ACK받은 대기시간이 기 설정된 Timeout 시간보다 같거나 크면 백오프/경쟁구간으로 전환되는(단계 S17) RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차를 실행한다. If the terminal having the next transmission opportunity through the RTS frame is its own, after the signal procedure of the current terminal is finished, it is checked whether the medium is IDLE (step S8). If not, it waits (step S9). After waiting for PIFS time (step S10), a terminal to be selected next is determined using its own priority information table (step S11), and then its own RTS frame is transmitted including the terminal to be selected (step 12). Wait for the CTS frame. If the CTS received waiting time is less than the preset timeout, the DATA frame is transmitted (step S15) and the ACK is waited (step S16). If the ACK received waiting time is less than the preset timeout, the medium detection step ( Returning to the process S1), if the waiting time received is equal to or greater than the preset timeout time, the process proceeds to the RTS, CTS, DATA, ACK, which is switched to the backoff / competition section (step S17).

RTS 프레임을 전송한(S12) 후, 상기 RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가지는 단말을 계산하고(수학식 1, 2a, 2b 참조) 상기 RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가진 단말을 표시한다. After transmitting the RTS frame (S12), the terminal having the next transmission opportunity is calculated in the RTS frame (see Equation 1, 2a, 2b) and the terminal having the next transmission opportunity is displayed in the RTS frame.

S7 단계에서 전송할 프레임이 존재하지 않으면 현재 매체=IDLE 때까지 대기 하다가(단계 S18-S19) 상기 RTS 프레임을 통해서 다음의 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우, 자신이 전송할 프레임이 존재하지 않을 때 현재 단말의 신호절차가 끝난 후 PIFS시간 대기한 뒤에(단계 S20) 전송할 데이터가 없음을 알리는 펄스를 발생하여(단계 S21) 모든 단말들이 펄스를 감지하도록 표시하는 단계를 실행한다(단계 S22).If there is no frame to transmit in step S7 (waiting until the current medium = IDLE) (steps S18-S19), if the terminal having the next transmission opportunity through the RTS frame is itself, when there is no frame to transmit After waiting for the PIFS time after the terminal signal processing (step S20), a pulse indicating that there is no data to be transmitted is generated (step S21) and all terminals are detected to sense the pulse (step S22).

이후, 우선 순위에 따라 선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차를 실행하는 단계; CTS 받은 대기 시간 또는 ACK 받은 대기 시간이 기 설정된 대기시간(Timeout)을 초과하거나, 펄스를 받은 다른 단말들이 DIFS 시간 뒤에 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계(단계 S23); 및 Thereafter, the UE selected according to the priority performs a signal procedure leading to RTS, CTS, DATA, ACK for frame transmission; The CTS received waiting time or the ACK received waiting time exceeding a preset waiting time (Timeout), or other terminals receiving a pulse are switched to the backoff / competition mode after the DIFS time (step S23); And

선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차를 실행하고(단계 S24-S29)에서 대기시간 초과하면 바로 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계를 포함한다.The selected terminal executes a signaling procedure leading to RTS, CTS, DATA, and ACK for frame transmission (steps S24-S29), and immediately switches to the backoff / competition mode when the waiting time is exceeded.

도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링(Distributed Polling) 방법을 지원하기 위한 매체 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 장치는 각 단말에서 전송할 프레임을 임시로 저장하는 임시 프레임 저장소(710); 현재 임시 프레임 저장소(710)에 저장되어 있는 프레임의 목적지와 프레임의 성격을 분석하는 프레임 분석기(790); 상기 애드 혹 네트워크에서 이동 단말의 MAC 주소를 저장하는 MAC 주소 테이블(711); 각 프레임을 상기 애드 혹 네트워크에서 우선순위 기반 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 매체 접근 제어 방법에 따라 각종 제어 프레임을 만들고 연결을 제어하도록 설계된 프레임 제어정보 발생기(760); 단말의 우선순위를 알기 위해 각각의 단말의 RTS 프레임을 수신할 때 각 단말의 우선순위 정보를 저장하는 우선순위 정보 테이블에 저장하는 우선순위 정보 테이블 저장소(721)와, 상기 우선순위 정보 테이블 저장소(721)와 연결되고 전송기회를 받은 단말이 자신의 RTS 프레임에 포함할 다음에 선택될 단말을 선택하는 기능을 가진 우선순위 차기 단말 선택기(722)와, 전송기회를 받은 단말이 전송할 프레임이 없을 때 PIFS 시간 뒤 이를 표시하기 위한 펄스 발생기(723)를 포함하고, 상기 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Network)내 이동 단말의 우선순위 정보를 처리하기 위한 우선순위 정보 처리 모듈(720); 충돌 발생시 경쟁 모드로 전환시켜 백오프 및 충돌윈도우를 관리하는 매체 경쟁 모듈(750); 각 IFS(Inter Frame Space) 및 시간정보를 관리하고 생성하는 타이머(770); 충돌이 발생하면 단말을 자신의 경쟁윈도우(CW)의 크기를 크게 설정함으로써 충돌의 확률을 줄이고자 시도하는 백오프(Backoff) 과정을 관리하는 백오프 타이머(780); 전체적인 매체 접속 제어 과정을 총괄하는 MAC 제어기(730); 및 매체의 사용 유무를 감지하기 위한 매체 감지 장치(740)로 구성된다.Referring to FIG. 8, a medium access control (Medium Access Control) for supporting a priority-based distributed polling method for guaranteeing quality of service (QoS) in ad-hoc networks according to the present invention; MAC) apparatus includes a temporary frame storage 710 for temporarily storing a frame to be transmitted from each terminal; A frame analyzer 790 for analyzing the destination of the frame and the nature of the frame currently stored in the temporary frame storage 710; A MAC address table 711 for storing the MAC address of the mobile terminal in the ad hoc network; A frame control information generator 760 designed to create various control frames and control connections according to a medium access control method for guaranteeing quality of service (QoS) by supporting each frame with priority-based distributed polling in the ad hoc network; Priority information table storage 721 for storing the priority information of each terminal when receiving the RTS frame of each terminal to know the priority of the terminal, and the priority information table storage ( 721 and a next priority terminal selector 722 having a function of selecting a terminal to be selected next to be included in its RTS frame by the terminal connected with the transmission opportunity, and the terminal receiving the transmission opportunity has no frame to transmit. A priority information processing module 720 for processing priority information of the mobile terminal in the ad-hoc network, including a pulse generator 723 for indicating this after a PIFS time; A media contention module 750 for switching back to contention mode and managing a backoff and a collision window when a collision occurs; A timer 770 for managing and generating each IFS (Inter Frame Space) and time information; A backoff timer 780 for managing a backoff process of attempting to reduce the probability of collision by setting the size of a contention window (CW) of the terminal to a large size when a collision occurs; A MAC controller 730 that oversees the overall media access control process; And a medium sensing device 740 for sensing the use of the medium.

본 발명은 애드 혹(Ad-hoc) 환경에서도 우선순위 기반 분산 폴링 방법을 사용하여 단말들 사이의 충돌 발생 확률을 줄일 수 있고 IEEE 802.11과 802.11e와 비교하여 채널 이용률을 증가시킨다. 전통적인 DCF 모드와 EDCF 모드에서, 전체 전송률이 증가할수록 충돌 발생 수는 전체 전송 속도가 채널 속도에 도달할 때까지 점차적으로 증가한다. 반면 본 발명에서는 부하가 증가할수록 우선순위에 따라 선택된 단말이 전송할 프레임을 자신들의 큐에 가지기 때문에 더욱 성공적으로 폴링을 만들 수 있다. DCF 모드와 EDCF 모드에서는 단말들이 증가할수록 충돌이 증가하며, EDCF 모드에서는 우선순위가 높은 단말들의 경우 제한된 경쟁윈도우(CW) 크기로 인해 충돌수가 더 급속히 증가한다. 본 발명에서도 충돌은 단말 수가 증가함에 따라 커질 수 있으나 DCF 모드와 EDCF 모드와 비교했을 때 현저하게 낮게 증가한다. 본 발명에서 선택된 단말은 IEEE 802.11 (DIFS+백오프 시간)이나 IEEE 802.11e(AIFS[TC]+백오프 시간)과 비교했을 때보다 짧은 대기 시간(PIFS) 후에 RTS 프레임을 전송할 수 있다. The present invention can reduce the probability of collision between terminals using a priority-based distributed polling method even in an ad hoc environment and increases channel utilization compared to IEEE 802.11 and 802.11e. In traditional DCF and EDCF modes, as the overall rate increases, the number of collisions increases gradually until the overall rate reaches the channel rate. On the other hand, in the present invention, as the load increases, polling can be made more successfully because the UEs selected according to the priority have frames to transmit in their queues. In DCF mode and EDCF mode, collision increases as UEs increase, and in EDCF mode, collisions increase more rapidly due to limited contention window size (CW) for UEs with higher priority. In the present invention, the collision may increase as the number of terminals increases, but increases significantly compared to the DCF mode and the EDCF mode. The terminal selected in the present invention may transmit an RTS frame after a shorter waiting time (PIFS) than when compared with IEEE 802.11 (DIFS + backoff time) or IEEE 802.11e (AIFS [TC] + backoff time).

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below Or it may be modified.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(Quality of Service, QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매체 접근 제어 방법 및 장치는 IEEE에 규정된 RTS 프레임에 애드 혹 네트워크의 각 단말들의 우선순위 정보 필드와 단말의 우선순위에 따라 다음 단말을 결정하는 폴링 정보를 전송할 수 있는 필드를 추가함으로써, 단일 매체를 사용하는 애드 혹 네트워크에서 매체를 사용하기 위한 각 단말의 경쟁으로 나타나는 충돌을 줄이고, 효율적이고 신뢰성 있는 프레임의 전송을 통하여 서비스의 품질(QoS)을 보장하기 위해 새로운 우선순위 기반 분산 폴링 방식을 사용하여 QoS를 지원하고 높은 처리율을 달성할 수 있는 효과가 있다. As described above, the priority-based media access control method and apparatus for guaranteeing the Quality of Service (QoS) in Ad-hoc Networks according to the present invention are added to the RTS frame defined in IEEE. By adding a priority information field of each terminal of the network and a field for transmitting polling information for determining the next terminal according to the priority of the terminal, each terminal for using the medium in an ad hoc network using a single medium. In order to reduce contention conflicts and to ensure quality of service (QoS) through efficient and reliable transmission of frames, QoS can be supported and high throughput can be achieved by using a new priority-based distributed polling scheme. .

본 발명은 MAC(Medium Access Control) 계층에서의 충돌수를 줄이고 높은 처리율과 차별화된 QoS를 지원한다. 또한, 애드 혹 네트워크에서 다양한 우선순위에 따른 대역 할당의 엄격한 지원을 보장하고, 다양한 형태의 우선순위를 적용할 수 있는 효과가 있다.The present invention reduces the number of collisions in the Medium Access Control (MAC) layer and supports high throughput and differentiated QoS. In addition, the strict support of bandwidth allocation according to various priorities in the ad hoc network, it is effective to apply various types of priorities.

Claims (12)

애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매제 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 방법에 있어서,In a priority-based medium access control (MAC) method for guaranteeing quality of service (QoS) in ad-hoc networks, 매체에서 다른 단말의 각 단말 프레임의 우선순위에 따른 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 구조로 변경된 RTS 프레임을 감지하여 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하는 단말인지 확인하는 단계;Detecting a changed RTS frame in a structure that guarantees quality of service (QoS) by supporting distributed polling according to the priority of each terminal frame of another terminal in the medium and confirming whether the terminal exists in its priority information table; 감지한 RTS 프레임의 송신 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하지 않을 경우 이를 자신의 단말의 우선순위 정보 테이블에 추가하는 단계;If the transmission address of the detected RTS frame does not exist in its priority information table, adding it to the priority information table of its own terminal; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신인가를 확인하는 단계;Confirming whether a terminal having a next transmission opportunity in the detected RTS frame is itself; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신이 아닐 경우 다음의 RTS 프레임을 감지할 수 있도록 대기하는 단계;Waiting for the next RTS frame to be detected if the UE having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is not itself; 상기 감지한 RTS 프레임 속의 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 자신의 임시 프레임 저장소에 전송할 프레임이 존재하는지를 확인하는 단계;Checking whether there is a frame to be transmitted in its temporary frame store when the UE having the next transmission opportunity in the detected RTS frame is its own; 상기 RTS 프레임을 통해서 다음에 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우 현재의 단말의 신호절차가 끝난 후, 매체가 IDLE인지를 확인하여 IDLE하지 않으면 대기하고 상기 매체가 IDLE하면 PIFS시간 뒤에 자신의 우선순위 정보 테이블을 이용하여 다음에 선택될 단말을 결정하고 다음에 선택될 단말을 포함하여 자신의 RTS 프레임을 전송하는 단계;If the terminal having the next transmission opportunity through the RTS frame is its own, after the signaling procedure of the current terminal is over, it checks whether the medium is IDLE and waits if not IDLE. If the medium is IDLE, its priority is set after PIFS time. Determining a terminal to be selected next using the information table and transmitting its own RTS frame including the terminal to be selected next; 상기 RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가지는 단말을 계산하는 단계(수학식 1, 2a, 2b);Calculating a terminal having a next transmission opportunity in the RTS frame (Equation 1, 2a, 2b); 상기 RTS 프레임 속에 다음에 전송기회를 가진 단말을 표시하는 단계;Displaying a terminal having a next transmission opportunity in the RTS frame; 상기 RTS 프레임을 통해서 다음의 전송기회를 가지는 단말이 자신일 경우, 자신이 전송할 프레임이 존재하지 않을 때 현재 단말의 신호절차가 끝난 후 PIFS시간 뒤에 전송할 데이터가 없음을 알리는 펄스를 발생하여 모든 단말들이 펄스를 감지하도록 표시하는 단계;When the UE having the next transmission opportunity through the RTS frame is its own, when there is no frame to transmit, all terminals generate a pulse indicating that there is no data to be transmitted after the PIFS time after the current UE's signal procedure ends. Indicating to sense a pulse; 우선순위에 따라 선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차를 실행하는 단계;Executing, by the UE selected according to the priority, a signaling procedure leading to RTS, CTS, DATA, and ACK for frame transmission; 펄스를 받은 다른 단말들이 DIFS 시간 뒤에 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계; 및 The other terminals receiving the pulse are switched to the backoff / competition mode after the DIFS time; And 선택된 단말이 프레임 전송을 위해 RTS, CTS, DATA, ACK로 이어지는 신호 절차 과정에서 대기시간 초과로 인해 바로 백오프/경쟁 모드로 전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.Ad-hoc networks, characterized in that the selected terminal includes the step of switching to the back off / competition mode immediately due to the waiting time in the signaling procedure leading to RTS, CTS, DATA, ACK for frame transmission Priority-based distributed polling method for ensuring quality of service (QoS). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 애드 혹 네트워크에서 모든 이동 단말들은 우선순위에 따른 폴링(polling) 정보를 제공하기 위해 각 단말들이 가지는 우선순위 정보 테이블(station priority table)을 가지고 있으며, In the ad hoc network, all mobile terminals have a priority priority table which each terminal has in order to provide polling information according to priority. 새로운 단말이 상기 애드 혹 네트워크에 추가되는 경우 송신자의 MAC 주소와 우선순위를 각 이동 단말 자신의 MAC주소와 우선순위 정보를 상기 우선순위 정보 테이블에 추가하는 단계; 및When the new terminal is added to the ad hoc network, adding the sender's MAC address and priority to each mobile terminal's own MAC address and priority information to the priority information table; And 이동 단말이 애드 혹 네트워크에서 벗어나는 경우 다른 단말들은 각각 벗어난 단말의 MAC주소와 우선순위 정보를 상기 우선순위 정보 테이블에서 삭제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.When the mobile terminal leaves the ad hoc network, the other terminals further include deleting the MAC address and priority information of the terminal, respectively, from the priority information table. Rank-based distributed polling method of media access control. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 각 단말 프레임의 우선순위에 따른 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 구조로 변경된 RTS(Request to Send) 프레임은 기존 IEEE 802.11에서 규정한 RTS 프레임의 필드(Frame Control, Duration, RA, TA, FCS)에서 The Request to Send (RTS) frame changed to a structure that guarantees quality of service (QoS) by supporting distributed polling according to the priority of each UE frame is a field of an RTS frame defined in the existing IEEE 802.11 (Frame Control, Duration, RA). , TA, FCS) 다음에 선택될 단말의 주소를 표시하는 NA(Next-polled Address) 필드; 및 A Next-polled Address (NA) field indicating an address of a terminal to be selected next; And 전송하는 단말의 우선 순위를 표시하는 PRI(priority) 필드를 추가하여 분산 폴링(distributed polling) 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.Priority guaranteeing quality of service (QoS) in Ad-hoc Networks, characterized by using a distributed polling method by adding a PRI (priority) field indicating the priority of the transmitting terminal. Rank-based distributed polling method of media access control. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 변경된 RTS 프레임 구조는 자신이 가지고 있는 다른 스테이션들의 우선순위 정보를 이용하여 다음에 프레임을 전송할 단말을 표시하여, 같은 영역안에 단말들은 상기 변경된 RTS 프레임을 통하여 다음 프레임 전송의 권리가 자신인지 아닌지를 알 수 있으며, 이 방법을 통하여 단일 매체에서 일어날 수 있는 충돌의 가능성을 감소시키고 우선순위에 따른 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.The modified RTS frame structure indicates a terminal to transmit the next frame by using priority information of other stations that it owns, so that terminals within the same region are entitled to the next frame transmission through the changed RTS frame. Priority-based guarantees of quality of service in an ad hoc network, which can be realized and, in this way, can reduce the possibility of collisions that can occur in a single medium and ensure quality of service (QoS) according to priority. Distributed polling method of media access control. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 애드 혹 네트워크에서 이동 단말간의 단일 매체에서 일어날 수 있는 충돌의 가능성을 감소시키고 우선순위에 따른 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있도록 기본적으로 쓰이는 DCF 모드나 EDCF 모드의 기본 방법인 CDMA/CA에 우선순위 기반 분산 폴링(distributed polling) 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.In the ad hoc network, CDMA / CA, which is a basic method of the DCF mode or the EDCF mode, which is basically used to reduce the possibility of a collision which may occur in a single medium between mobile terminals and guarantees the quality of service (QoS) according to the priority. A priority-based distributed polling method of media access control that guarantees quality of service in an ad hoc network, characterized by using a priority-based distributed polling scheme. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 애드 혹 네트워크에서 In the ad hoc network PIFS 시간 후, 폴링에 의해 선택된 단말로부터 RTS 프레임이 없다면 우선순위에 따라 선택된 단말이 전송할 프레임이 없는 것인지, 아니면 이미 상기 애드 혹 네트워크를 벗어난 것인지 두 가지의 상황을 구별하기 위해 프레임의 구조를 가질 필요가 없는 에너지 펄스를 사용하여, 폴링된 단말이 전송할 프레임을 가지고 있지 않은 경우 PIFS 시간 후 펄스를 발생하여 자신의 단말이 애드 혹 네트워크 내에 존재하고 있음을 알리고, 만약 우선순위에 따라 선택된 단말이 전송할 프레임을 가지고 있지 않다면, DIFS 시간 전에 상기 펄스를 생성해서 다른 단말들에게 자신이 아직 네트워크 내에 존재함을 알려야 한다. 다른 단말들은 자신들이 가지고 있는 우선순위 정보 테이블에 단말의 정보를 그대로 유지하며, 다음에 계속해서 해당 단말을 선택할 기회를 유지하며,After the PIFS time, if there is no RTS frame from the terminal selected by polling, it is necessary to have a frame structure to distinguish between two situations, whether the selected terminal has no frame to transmit or has already left the ad hoc network according to the priority. If the polled UE does not have a frame to transmit, it generates a pulse after PIFS time to indicate that its UE exists in the ad hoc network. If not, the pulse should be generated before the DIFS time to inform other terminals that they are still in the network. The other terminals maintain the information of the terminal in their priority information table, and maintain the opportunity to select the terminal next time, 만약 다른 단말들이 상기 펄스를 감지하지 못한다면, 각 단말들은 '단말이 네트워크 내에 있지 않은 것으로 판단하고 자신들의 상기 우선순위 정보 테이블에서 소정의 간격 뒤에 단말의 정보를 삭제하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법. If the other terminals do not detect the pulse, each terminal 'determines that the terminal is not in the network and deletes the information of the terminal after a predetermined interval in their priority information table in the ad hoc network Priority-based distributed polling method of media access control to guarantee quality of service. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 애드 혹 네트워크에 새로운 이동 단말이 추가되는 경우 모든 단말은 추가된 단말의 임의의 MAC 주소와 우선순위 정보를 알기 위해 새로운 단말은 매체를 감지하고, RTS 프레임을 보내기 위해 경쟁 기회를 기다린다. 기존의 존재하던 단말이 RTS 프레임을 감지할 때, 단말은 먼저 송신자의 MAC 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하는지를 확인하고, 송신자의 MAC 주소가 자신의 우선순위 정보 테이블에 존재하지 않으면, 송신자의 MAC 주소와 우선순위를 자신의 우선순위 정보 테이블에 추가하는 단계; When a new mobile terminal is added to the ad hoc network, all terminals wait for a competitive opportunity to detect a medium and send an RTS frame in order to know any MAC address and priority information of the added terminal. When the existing terminal detects the RTS frame, the terminal first checks whether the sender's MAC address exists in its priority information table, and if the sender's MAC address does not exist in its priority information table, the sender Adding the MAC address and priority to its own priority information table; 만약 단말이 애드 혹 네트워크에서 벗어났다면 다른 단말들은 벗어난 단말의 정보를 테이블에서 삭제할 것이며 더 이상 선택하지 않는 단계; If the terminal leaves the ad hoc network, the other terminals will delete the information of the terminal from the table and no longer select it; 폴링된 다음 단말은 전송할 프레임을 가지고 있을 경우 현재 단말의 프레임 전송이 완료된 뒤에 PIFS 시간 후 RTS 프레임을 송신하는 단계; 및If the next terminal to be polled has a frame to transmit, transmitting a RTS frame after PIFS time after the frame transmission of the current terminal is completed; And 다른 폴링되지 않은 단말들은 PIFS보다 뒤에 오는 DIFS 시간에 RTS 프레임을 전송하기 때문에 폴링된 단말은 절대적인 우선권을 가지고 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.Since the other unpolled terminals transmit the RTS frame at DIFS time following the PIFS, the polled terminal further includes the step of transmitting the frame with absolute priority, thereby ensuring the quality of service in the ad hoc network. Rank-based distributed polling method of media access control. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 우선순위 기반 분산 폴링 방법의 작동 과정은 Operation of the priority-based distributed polling method 단말 1이 RTS 프레임을 전송할 때, 단말들의 우선순위에 따라 다음 데이터 전송시간에서 다른 단말들보다 우선적으로 RTS 프레임을 전송할 권리를 가지는 다음 단말을 선택하고, 폴링 정보는 RTS 프레임에 포함되며, 다른 단말들은 RTS 프레임을 수신한 후 자신이 수신된 RTS 프레임에 의해 선택되었는지를 알아내기 위해 폴링 정보를 확인하고,When the terminal 1 transmits the RTS frame, it selects the next terminal having the right to transmit the RTS frame in preference to the other terminals in the next data transmission time according to the priorities of the terminals, polling information is included in the RTS frame, other terminals After receiving the RTS frame, they check the polling information to see if they have been selected by the received RTS frame, 만약 단말들 중의 하나가 선택되었고, 선택된 단말(단말 4)가 전송하는 프레임을 자신의 큐에 가지고 있으면 상기 단말 4는 NAV(Network Allocation Vector)를 설정하고 자신이 다음에 전송할 RTS에서 선택할 단말을 우선순위 테이블을 이용하여 계산하며, If one of the terminals is selected and the selected terminal (terminal 4) has a frame transmitted in its queue, the terminal 4 sets a network allocation vector (NAV) and prioritizes the terminal to be selected in the next RTS to be transmitted. Is calculated using a ranking table, 단말 4는 현재 프레임 송수신이 끝난 후 PIFS 시간동안 기다린 후, 백오프 과정을 거치지 않고 바로 RTS 프레임을 전송하고,UE 4 waits for the PIFS time after the transmission and reception of the current frame, and immediately transmits an RTS frame without performing a backoff process. 만약 전송할 프레임을 가지고 있지 않는다면 다른 단말들에게 자신의 존재를 알리기 위해 상기 펄스를 전송하며, If it does not have a frame to transmit and transmits the pulse to inform other terminals of their existence, 만약 상기 선택된 단말(단말 4)이 펄스를 보내 프레임을 전송하지 않을 것이라는 것을 알릴 경우 선택되지 않은 다른 단말들은 매체를 확보하기 위한 방법으로 기존의 DCF 모드나 EDCF 모드의 경쟁 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.If the selected UE (terminal 4) informs that it will not transmit a frame by sending a pulse, other UEs not selected use the contention method of the existing DCF mode or EDCF mode as a method for securing a medium. Priority-based distributed polling method of media access control to guarantee service quality in ad hoc networks. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 애드 혹 네트워크에서 DCF 모드와 EDCF 모드에서는 단말들이 증가할수록 충돌이 증가하며, EDCF 모드에서는 우선순위가 높은 단말들의 경우 제한된 경쟁윈도우(CW) 크기로 인해 충돌수가 더 급속히 증가하고, 충돌은 단말 수가 증가함에 따라 커질 수 있으나 매체 경쟁 모듈에 의해 충돌 발생시 경쟁 모드로 전환시켜 백오프 및 충돌윈도우를 관리하고, 애드 혹 네트워크내 충돌이 발생하면 단말을 자신의 단말의 경쟁윈도우(CW)의 크기를 크게 설정함으로써 충돌의 확률을 줄이고자 시도하는 백오프(Backoff) 과정을 관리하는 백오프 타이머를 이용하여 우선 순위에 따라 선택된 단말이 IEEE 802.11 (DIFS+백오프 시간)이나 IEEE 802.11e(AIFS[TC]+백오프 시간)과 비교했을 때보다 짧은 대기 시간(PIFS) 후에 RTS 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산폴링 방식의 매체 접근 제어 방법.In the ad hoc network, collisions increase as UEs increase in DCF mode and EDCF mode. In EDCF mode, collisions increase more rapidly due to limited contention window size (CW) for UEs with higher priority, and collisions increase in UE number. It can be increased as it increases, but when the collision occurs by the media contention module, it switches to the competition mode to manage the backoff and the collision window. By setting, the terminal selected according to the priority by using a backoff timer that manages the backoff process that attempts to reduce the probability of collision is either IEEE 802.11 (DIFS + Backoff Time) or IEEE 802.11e (AIFS [TC] +). Ad hoc network, which transmits an RTS frame after a shorter waiting time (PIFS) than compared to How the media access control priorities based distributed polling scheme to ensure quality of service. 애드 혹 네트워크(Ad-hoc Networks)에서 서비스 품질(QoS)을 보장하는 우선순위 기반 매제 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 장치에 있어서,In a priority-based medium access control (MAC) device that guarantees Quality of Service (QoS) in Ad-hoc Networks, 각 단말에서 전송할 프레임을 임시로 저장하는 임시 프레임 저장소(710);A temporary frame storage 710 temporarily storing a frame to be transmitted from each terminal; 현재 임시 프레임 저장소(710)에 저장되어 있는 프레임의 목적지와 프레임의 성격을 분석하는 프레임 분석기(790);A frame analyzer 790 for analyzing the destination of the frame and the nature of the frame currently stored in the temporary frame storage 710; 상기 애드 혹 네트워크에서 이동 단말의 MAC 주소를 저장하는 MAC 주소 테이블(711);A MAC address table 711 for storing the MAC address of the mobile terminal in the ad hoc network; 각 프레임을 상기 애드 혹 네트워크에서 우선순위 기반 분산 폴링을 지원하여 서비스 품질(QoS)을 보장하는 매체 접근 제어 방법에 따라 각종 제어 프레임을 만들고 연결을 제어하도록 설계된 프레임 제어정보 발생기(760);A frame control information generator 760 designed to create various control frames and control connections according to a medium access control method for guaranteeing quality of service (QoS) by supporting each frame with priority-based distributed polling in the ad hoc network; 상기 애드 혹 네트워크내 이동 단말의 우선순위 정보에 따른 폴링 정보를 처리하기 위한 우선순위 정보 처리 모듈(720);A priority information processing module 720 for processing polling information according to priority information of a mobile terminal in the ad hoc network; 충돌 발생시 경쟁 모드로 전환시켜 백오프 및 충돌윈도우를 관리하는 매체 경쟁 모듈(750);A media contention module 750 for switching back to contention mode and managing a backoff and a collision window when a collision occurs; 각 IFS(Inter Frame Space) 및 시간정보를 관리하고 생성하는 타이머(770);A timer 770 for managing and generating each IFS (Inter Frame Space) and time information; 충돌이 발생하면 단말을 자신의 경쟁윈도우(CW)의 크기를 크게 설정함으로써 충돌의 확률을 줄이고자 시도하는 백오프(Backoff) 과정을 관리하는 백오프 타이머(780);A backoff timer 780 for managing a backoff process of attempting to reduce the probability of collision by setting the size of a contention window (CW) of the terminal to a large size when a collision occurs; 전체적인 매체 접속 제어 과정을 총괄하는 MAC 제어기(730);A MAC controller 730 that oversees the overall media access control process; 매체의 사용 유무를 감지하기 위한 매체 감지 장치(740)로 구성되는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 장치.Priority-based distributed polling method of the media access control device for guaranteeing the quality of service in the ad hoc network, characterized in that consisting of a medium detection device for detecting the use of the medium (740). 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 우선순위 정보 처리 모듈(720)은The priority information processing module 720 단말의 우선순위를 알기 위해 각각의 단말의 RTS 프레임을 수신할 때 각 단 말의 우선순위 정보를 저장하는 우선순위 정보 테이블에 저장하는 우선순위 정보 테이블 저장소(721);A priority information table storage 721 for storing priority information of each terminal when receiving an RTS frame of each terminal to know the priority of the terminal; 상기 우선순위 정보 테이블 저장소(721)와 연결되고, 전송기회를 받은 단말이 자신의 RTS 프레임에 포함할 다음에 선택될 단말을 선택하는 기능을 가진 우선순위 차기 단말 선택기(722); 및 A priority next terminal selector 722 connected to the priority information table storage 721 and having a function of selecting a terminal to be selected next to be included in its RTS frame by the terminal receiving the transmission opportunity; And 전송기회를 받은 단말이 전송할 프레임이 없을 때 PIFS 시간 뒤 이를 표시하기 위한 펄스 발생기(723)를 포함하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 장치.Priority-based distributed polling media access control device for guaranteeing the quality of service in an ad hoc network, characterized in that it comprises a pulse generator 723 for indicating after the PIFS time when the terminal receiving the transmission has no frame to transmit . 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 애드 혹 네트워크에서 모든 이동 단말들은 All mobile terminals in the ad hoc network 우선순위에 따른 폴링(polling) 정보를 제공하기 위해 각 단말들이 가지는 우선순위 정보 테이블(station priority table)을 가지고 있으며, 상기 우선순위 정보 테이블은 상기 애드 혹 네트워크내의 구성이 변화되는 이동 단말 수가 증가하거나 감소할 때, 즉 새로운 단말이 상기 애드 혹 네트워크에 추가되는 경우 송신자의 MAC 주소와 우선순위를 각 이동 단말 자신의 MAC주소와 우선순위 정보를 상기 우선순위 정보 테이블에 추가하고, 이동 단말이 애드 혹 네트워크에서 벗어나는 경우 다른 단말들은 벗어난 단말의 정보(MAC주소와 우선순위 정보)를 상기 우선순위 정보 테이블에서 삭제하는 것을 특징으로 하는 애드 혹 네트워크에서 서비스 품질을 보장하는 우선순위 기반 분산 폴링 방식의 매체 접근 제어 장치. In order to provide polling information according to priority, each terminal has a priority priority table, which has a priority information table, and the priority information table includes an increase in the number of mobile terminals whose configuration in the ad hoc network changes. When decreasing, i.e. when a new terminal is added to the ad hoc network, the MAC address and priority of the sender are added to each mobile terminal's own MAC address and priority information to the priority information table, and the mobile terminal is ad hoc. Priority-based distributed polling media access guaranteeing the quality of service in an ad hoc network, characterized in that when leaving the network, other terminals delete the information (MAC address and priority information) of the leaving terminal from the priority information table. controller.
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