KR20100017850A - 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 매체 액세스를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 매체 액세스를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법과 장치가 설명되는데, 이 방법은 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 단계, 슬롯 카운트를 조정하는 단계, 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를 포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위와 트래픽 패턴 중 하나를 반영하도록 조정된다. 또한, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법과 장치가 설명되는데, 이 방법은 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 수신하는 단계, 슬롯 카운트를 조정하는 단계, 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를 포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정된다.

Description

회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 매체 액세스를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEDIA ACCESS IN CONTENTION-BASED NETWORKS}
본 발명은 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서의 매체 액세스에 관한 것으로, 특히 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 회선 쟁탈의 감소 또는 제거에 의해 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 통신 매체로의 액세스를 획득하는 것에 관한 것이다.
매체 액세스 제어(MAC: media access control) 층의 주 기능은 공유된 통신 매체의 액세스를 제어하기 위한 공정한 메커니즘을 제공하는 것이다. 하지만, 프레임을 송신하기 전에, IEEE 802.11 WLAN과 같은 무선 통신 매체에서, MAC 층은 네트워크로의 액세스를 얻어야 하고, 이는 2개의 상이한 액세스 메커니즘, 즉 분배된 조정 기능(DCF: distributed coordination function)이라고 하는 회전 쟁탈 기반의 메커니즘과, 포인트 조정 기능(PCF: point coordination function)이라고 하는 중심 제어된 액세스 메커니즘을 통해 이루어진다.
PCF 모드들은 서비스의 품질(QoS: quality of service) 메커니즘의 구현을 허용하지만, 모바일 단말기와 액세스 포인트(AP) 사이의 QoS를 절충하기 위해, 선 택적인 것이지만 여분의 상호작용을 요구한다. 디폴트(default) 모드로서 간주되는 DCF 모드는 임의의 QoS 메커니즘을 제공하지 않는다. 따라서, 무선 로컬 에어리어 네트워크(WLAN: wireless local area network)에서 기지국(AP)을 포함하는 모든 국들은 매체로의 액세스를 획득하고 그 매체를 통해 데이터를 보내는 동일한 확률을 가진다. 이러한 타입의 서비스를 "최상의 노력(best effort)"이라고 부른다.
3가지 인터-프레임 공간(IFS: inter-frame space) 구간들은, 매체로의 IEEE 802.11 국들의 액세스를 늦추고, 다양한 레벨의 우선 순위를 제공한다. 각각의 구간은 이전 프레임의 마지막 심벌의 끝에서 그 다음 프레임의 첫 번째 심벌의 시작까지의 지속 시간을 한정한다. 짧은 인터프레임 공간(SIFS: short inter-frame space)은, ACK 프레임, CTS(Clear-to-Send) 프레임, 또는 이전 데이터 프레임의 조각과 같은 몇몇 프레임들이 다른 것들 전에 매체로 액세스하는 것을 허용함으로써 가장 높은 우선 순위 레벨을 제공한다.
다수의 무선 국으로부터의 동시 송신 시도들은 다운링크 통신 매체와 업링크 통신 매체 모두에서 충돌을 가져오는데, 이는 1개의 전송 스트림만이 임의의 기간 동안 송신될 수 있기 때문이다. 문제는 높은 트래픽 부하들 기간 동안 특히 민감하고, 프토토콜을 불안정하게 할 수 있다. IEEE 802.11 MAC 층은 데이터를 동시에 송신 및 수신하기 위해, 충돌 검출보다는 충돌 회피를 사용한다. 충돌들을 해결하기 위해, 그 다음 송신 시도들이 통상적으로 2진 지수 백오프(binary exponential backoff)를 사용하여 시간상 랜덤하게 서로 차이가 지게 한다. DCF는 활동을 위한 채널을 감지한 후 액세스 시도들을 허용하는 2진 지수 백오프를 구비한 물리적이고 실제적인 캐리어 감지 메커니즘들{충돌 회피를 통한 캐리어 감지 다수 액세스(CSMA/CA: carrier sense multiple access with collision avoidance)}을 사용한다.
IEEE 802.11 표준들의 패밀리에 관한 백오프 절차는 먼저 충돌 회피를 위해 기본 해결책으로서 DCF 모드를 위해 도입되었고, 강화된 분배된 채널 액세스 기능들(EDCAFs: enhanced distributed channel access functions) 사이의 내부 충돌 물네를 해결하기 위해, IEEE 802.11e에 의해 추가로 이용된다. 최근 만들어진 IEEE 802.11n 표준에서는, 백오프 절차가 이동국들 사이의 분배된 액세스를 지원하기 위한 근본적인 접근법으로서 여전히 사용된다. 현재, IEEE 802.11 시리즈의 거의 모든 상업적으로 이용 가능한 무선 제품들은, 매체 액세스를 위한 해결책으로서 DCF/EDCAF를 사용하고 따라서 충돌을 회피하기 위해 백오프 메커니즘에 크게 의존한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "/"는 동일하거나 유사한 성분들이나 구조들에 관한 대안적인 이름들을 표시한다. 즉, "/"는 본 명세서 사용된 바와 같이 "또는(or)"을 의미하는 것으로 취해질 수 있다.
지수 랜덤 백오프 절차의 원리 및 동작은 2가지 표준 모두에서 유사하다. 본 발명에 관한 배경을 설정하기 위해, IEEE 802.11에서 특정된 백오프 절차가 설명된다. 각 프레임을 송신하기 전에, 이동국{액세스 포인트(AP)를 포함하는}이 물리적이거나 실제적인 캐리어 감지에 의해 무선 매체의 상태를 결정하고, 만약 사용중이라면 국이 백오프를 위한 슬롯 카운트의 초기값으로서 회전 쟁탈 창(CW: contention window)과 0 사이에 균일하게 분배된 랜덤한 정수를 선택한다. 일단, 이동국이 각각의 슬롯 타임에 관해 1씩 슬롯 카운트를 감소시키는, DCF 인터-프레임 공간(DIFS)에 슬롯 카운트의 랜덤한 수를 더한 후 매체가 휴지 중인 것으로 결정되면, 이동국은 송신할 수 있다. 이 절차는 매체가 백오프 동안 임의의 시각에서 사용중인 것으로 결정된다면 중지된다. CW는 각각의 성공적이지 못한 송신 시도에서 기하급수적으로 증가한다. CW는 최소값인 CWmin으로 시작해서 최대값인 CWmax까지 증가한다. 슬롯 타임, DIFS, CWmin, 및 CWmax를 포함하는 백오프 절차에 관련된 모든 파라미터가 물리 층에 관해 특정된다.
도 1은 전술한 랜덤한 백오프 절차의 예시적인 표현이다. 1개의 액세스 포인트와 3개의 결합된 기지국을 지닌 WLAN이 이 시나리오에서 고려된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 액세스 포인트는 브릿지(bridge), 라우터(router), 및 브라우터(brouter)와, 네트워크에 액세스하기 위해 국들에 의해 사용된 임의의 다른 디바이스를 포함한다. AP는 또한 무선 네트워크(wireless network)와 유선 LAN 사이의 상호 연결 포인트로서 작용한다. 도 1에서는 매체 회선 쟁탈의 2가지 라운드가 도시되어 있다. 시작하기 위해, 액세스 포인트(AP)가 프레임을 송신한다. 송신이 끝나면, 매체는 휴지 상태가 된다. 매체가 DIFS와 같은 시간 기간 동안 중지 없이, 휴지 중인 것으로 결정된 후, AP를 포함하는 모든 국이 매체에 관한 회선 쟁탈을 위해 지수 랜덤 백오프 절차를 시작한다. 이때 각 국은 백 오프에 관한 슬롯 카운트를 유지한다. 회선 쟁탈의 이전 라운드에서 회선을 쟁탈한 AP의 경우, 그것의 슬롯 카운트는 회선 쟁탈 창[0,CW]으로부터 임의로 선택되는데 반해, 다른 국들은 이전 라운드에서처럼 그것들의 카운트를 계속 유지한다. 슬롯 카운트는 국이 송신할 수 있기 전에 사용중인지를 결정하기 위해 얼마나 오래 국이 기다려야 하는지를 결정하기 위해 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회선 쟁탈의 제 1 라운드 동안, AP에 관한 슬롯 카운트를 위해 사용된 난수는 7이다. 1번 국에 관한 슬롯 카운트는 8이다. 2번 국의 경우 슬롯 카운트는 5이고, 3번 국의 경우 슬롯 카운트는 3이다. 슬롯이 경과하고 매체가 휴지 중인 상태로 있을 때마다, 모든 국은 각각 1씩 그것들의 슬롯 카운트를 감소시킨다. 3번 국이 가장 작은 백오프 슬롯 카운트(3)를 가지므로, 3개의 타임 슬롯들의 기간 동안 매체가 쉰 후 3번 국이 회선을 쟁탈하고, 3번 국은 4번째 타임 슬롯에서 새로운 프레임 송신을 시작한다. 3번 국이 송신할 때 다른 국들은 그것들의 슬롯 카운트를 3씩 감소시켰다는 점을 주목하라. 3번 국이 그것의 송신을 완료하면, 회선 쟁탈의 제 2 라운드가 시작되고, 3번 국은 그것의 슬롯 카운트로서 회선 쟁탈 창[0,CW]으로부터 랜덤하게 값(8)을 고른다. 제 1 라운드에서처럼, 다른 국들은 백 오프를 위해 그것들의 남아 있는 슬롯 카운트를 사용한다. 이제, AP는 4인 슬롯 카운트를 가진다. 1번 국은 5인 슬롯 카운트를 가진다. 2번 국은 2인 슬롯 카운트를 가지고, 3번 국은 8인 슬롯 카운트를 가진다. 회선 쟁탈의 이러한 라운드에서, 2번 국은 가장 짧은 슬롯 카운트를 가져, 회선 쟁탈에서 승리하고, DIFS 기간에 2개의 슬롯 타임을 더한 후 프레임을 송신한다. 이러한 절차는 네트워크의 수명 전체에 걸쳐 반복된다.
랜덤한 백오프 절차의 주요 결함은, 슬롯 카운트의 랜덤하게 선택된 값이 매체의 유용성을 떨어뜨릴 수 있고, 따라서 캐리어 감지 다수 액세스(CSMA: carrier sense multiple access) 기술의 성능을 떨어뜨릴 수 있다는 점이다. 2가지 인자가 성능 저하를 야기할 수 있다. 첫 번째 인자는, 표준에서 특정된 바와 같이, 가장 작은 백오프 시간(슬롯 카운트)을 지닌 국이 매체로의 액세스의 승자이고 따라서 매체가 휴지 중인 기간이 다음 송신 전에 존재한다. 연속적인 프레임 처리들 사이에 그러한 빈 간격(vacancy)의 존재는 백오프 절차의 효율에 부정적인 영향을 미친다. 두 번째 인자는 다수의 국 사이의 충돌 가능성이다. 비록 백오프 슬롯들을 선택하는 동안 랜덤화(randomization)를 채택함으로써 크게 완화되었지만, 네트워크 성능에 대한 그것의 부정적인 영향은 여전히 무시될 수 없는데, 이는 특히 회선 쟁탈중인 국들이 많을 때 그러하다.
랜덤 백오프 절차의 또 다른 결함은, 국들 사이의 공정성의 부족이다. 성공적이지 않은 송신시 회전 쟁탈 창을 2배로 하는 방법은 그 다음 회선 쟁탈 구간/기간 동안 국을 불리한 처지에 놓이게 하는데, 이는 그 국이 그것의 상대보다 큰 슬롯 카운트를 선택하는 경향이 있기 때문이다. 그러한 2진 지수 2배 백오프 절차는 매체로의 액세스를 심각하게 지연시키고, 일부 경우에서는 대역폭 결핍(starvation)을 일으킬 수 있다. 경험치는 동일한 네트워크 내의 국들의 처리량 차이가 평균 30%에 도달할 수 있다는 것을 보여준다.
많은 백오프 구조들이 이들 문제를 극복하기 위해 제안되었다. 종래 기술의 백오프 구조에서는, 배수적 증가와 선형 감소(MILD: multiplicative increase and linear decrease) 알고리즘이 적당한 방식으로 백오프 회선 쟁탈 창을 변경하도록 도입되었고, 따라서 공정성을 향상시킨다. 또 다른 종래 기술의 구조에서는, 국 간의 공정성 증가를 위해, 회선 쟁탈 창이 각 국에 할당된 채널의 공정하다고 평가된 공유를 통해 역동적으로 변경된다. 또 다른 종래 기술의 구조에서는, 주어진 공정성 모델을 대응하는 회선 쟁탈 해결 구조로 번역하기 위한 일반적인 메커니즘이 제시된다. 균형이 잡힌 공정성을 달성하는 백오프 알고리즘은 회선 쟁탈 해결 구조를 사용하여 유도된다. 또 다른 종래 기술의 구조에서는, 슬롯 선택의 확률 분포가 고려되고, 백오프 슬롯 카운트가 미리 결정된 확률로 감소하는 지수 랜덤 보행(walking) 백오프 알고리즘이 제안된다. 또 다른 매체 액세스 구조에서는, 시간 슬롯들이 각 국에 할당되는데, 이 경우 타임 슬롯들의 개수는 적어도 네트워크에서의 국들의 개수만큼이나 크다. 이 구조는 본질적으로 타임 슬롯들이 각 국이 할당되는 시분할 다중 액세스 구조로, CSAM와 같은 회전 쟁탈 기반의 주파수 분할 구조를 대체한다. 백오프 알고리즘, 공정성, 및 크게 해결되지 않은 채로 남아 있는 서비스의 품질의 영역에서 많은 양의 연구가 진행되었다.
그러므로, IEEE 802.11 표준들에 의해 특정된 랜덤한 백오프 절차들의 서비스 문제들의 품질과 공정성에 대한 해결책을 가지는 것이 유리할 것이다.
본 명세서에서 설명된 것은 레거시(legacy) 랜덤 백오프 절차의 성능을 향상시키려고 하는 새로운 백오프 방법이다. 본 발명의 방범은 외부 충돌을 해결하기 위한 상이한 접근법을 채택한다. 결정론적 값들이 백오프 슬롯 카운트들을 위해 선택된다. 그러므로, 분배된 슬롯 카운트들 사이에서는 어떠한 중복도 존재하지 않고, 각 국은 다른 것들과의 충돌없이 매체로 배타적으로 액세스할 수 있다. N이 네트워크에서의 국들의 개수인 고정된 구간[0,N]을 통해 슬롯 카운트를 순환시킴으로써, 본 발명의 방법은 국들 사이에서 라운드 로빈(round robin) 타입 서비스를 공급한다. 그러므로 본 발명의 방법은 네트워크에 관한 보장된 공정성을 제공하고, 추가 분석은 이 방법이 중간 트래픽 부하로부터 많은 트래픽 부하까지에 관해 높은 네트워크 효율을 가짐을 보여준다. N개의 국들을 통해 순환하는 라운드 로빈 타입 서비스는 각 국이 꽤 많은 양의 시간을 수신하도록 하는 스케줄링(scheduling) 국들에 해당한다. 본 발명의 국들은 이동성이거나 고정된 것일 수 있고, 네트워크는 유선이거나 무선으로 이루어질 수 있다. 본 발명은, 국이 네트워크가 사용중인지를 결정하기 위해 물리적이거나 실제적인 캐리어 감지 메커니즘을 사용하는 임의의 회선 쟁탈 기반의 네트워크에 관한 것이다. 이는 케이블 네트워크들과 같은 CSMA에 MAC 층 프로토콜이 구축되는 임의의 네트워크를 포함하게 된다. 하지만, 국은 또한 정지된 것일 수 있고, 네트워크는 임의의 회선 쟁탈 기반의 네트워크일 수 있다.
본 발명의 방법의 주요 특징은 포화되지 않은 트래픽 시나리오들 하에서, 2개의 분리된 국에 의해 시작된 연속적인 프레임 교환 시퀀스들 사이의 시간 구간/기간이 오직 하나의 DIFS에다 하나의 슬롯 타임을 더한 것이라는 점이다. 그러한 인터-스페이스(inter-space) 시간 구간/기간은 DCF/EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)에 의해 사용된 종래의 랜덤 백오프 방법들의 것보다 짧지만, PCF/HCCA(HCF Controlled Channel Access) 메커니즘에 의해 사용되는 PCF(Point Coordination Function) 시간 구간/기간보다 길다. 더욱이, 본 발명의 방법은 국들 간의 순차적인 서비스 순서를 조절하는데 반해, 종래의 랜덤 백오프 방법들은 그러한 특징을 가지고 있지 않다.
네트워크 충돌은 CSMA 기반의 무선 통신들에 있어서는 성가신 문제인데, 이는 충돌이 특히 처리량과 네트워크 효율 측면에서 네트워크 성능을 크게 떨어뜨리기 때문이다. 하지만, 충돌은 본 발명의 결정론적 백오프(통신 매체 액세스) 방법에서 제거된다(또는 크게 감소된다). 각 국은 그것의 슬롯 카운트가 0에 도달한 후 무선 매체를 배타적으로 제어할 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명의 결정론적 백오프 방법은 레거시 랜덤 백오프 방법들보다 성능이 우수하다.
회선-쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 방법 및 장치가 설명되는데, 이 방법은 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 단계, 슬롯 카운트를 조정하는 단계, 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를 포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정된다. 또한, 회선-쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 방법 및 장치가 설명되는데, 이 방법은 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 수신하는 단계, 슬롯 카운트를 조정하는 단계, 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를 포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정된다. 또한 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 방법 및 장치가 설명되는데, 이 방법은 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 단계, 슬롯 카운트를 조정하는 단계, 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를 포함하고, 슬롯 카운트와 어드레스 큐는 트래픽 패턴들을 반영하도록 조정된다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 읽을 때 후속하는 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 도면들은 그림들에서의 유사한 번호들이 유사한 요소들을 나타내는 아래에 간략히 설명된 후속하는 그림들을 포함한다.
도 1은 DCF와 EDCAF에 의해 이용된 종래의 랜덤한 백오프 절차를 적용한 결과들을 예시하는 도면.
도 2는 본 발명의 결정적 백오프 메커니즘을 적용한 결과들을 예시하는 도면.
도 3은 본 발명의 원리들에 따른 관리 프레임 포맷의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 4a는 액세스 포인트의 시각에서 바라본 본 발명의 결정적 백오프 방법의 동작의 흐름도.
도 4b는 국의 시각에서 바라본 본 발명의 결정적 백오프 방법의 동작의 흐름도.
도 5a는 본 발명의 원리들에 따른 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 획득하는 데 있어서의 AP 동작의 개략/블록도.
도 5b는 본 발명의 원리들에 따른 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체 로의 액세스를 획득하는 데 있어서의 국 동작의 개략/블록도.
종래 기술의 랜덤 백오프 메커니즘은 그것의 이어지는 변형예들과 함께 회선 쟁탈의 각 라운드 동안 초기 백오프 슬롯 카운트(이후 줄여서 초기 카운트라고 한다)를 선택할 때 그 임의성(randomness)에 의존한다. 각 국이 그것의 초기 카운터를 독립적으로 선택하므로, 임의의 2개 이상의 국이 동일한 슬롯 카운트를 동시에 가질 확률은 낮다. 실제 값은 경쟁하는 국의 개수, 사용된 회선 쟁탈 창(CW), 및 초기 카운트의 분포 함수에 의존할 수 있다. 대부분의 경우, CW는 경쟁하는 국들의 개수보다는 훨씬 더 크고, 따라서 각각의 시도된 송신에 관한 잠재적인 충돌 확률은 낮다고 예상될 수 있다. 랜덤한 백오프 메커니즘은 이러한 낮은 확률의 충돌에 기초한다.
본 발명은 전체적으로 상이한 방법을 사용하여 네트워크 충돌 문제를 해결한다. 충돌의 주된 요인은 다수의 국에 의해 사용된 중복된 슬롯 카운트이고, 본 발명의 방법은 더 예측 가능하거나 결정적인 방식으로 초기 카운트를 선택한다. 본 발명의 방법은 그것의 초기 카운트를 유도하기 위해 각 국에 관한 고유한 정보를 사용하고, 이러한 방법은 임의의 슬롯 타임에서, 각 국이 그 네트워크에 관해 고유한 슬롯 카운트를 가지고 있는 점을 보장한다. 그러므로, 각 시도에 관해 배타적인 매체 액세스가 달성될 수 있다. 본 발명의 방법이 결정론적 방식으로 초기 카운트를 선택하므로, 본 명세서에서는 결정론적 백오프라고 명명된다.
본 발명의 결정론적 백오프 방법에서는, 매체가 DIFS 타임 동안 휴지 중인 것으로 감지될 때는 언제나 각 국이 그것의 슬롯 카운트를 감소시킨다. 슬롯 카운트가 0에 도달하면, 국은 예컨대 대기를 통한 무선 네트워크에서 송신을 시작한다. 이들 동작들은 종래의 랜덤한 백오프 메커니즘의 동작들과 유사하다. 이동국이 프레임 교환이나 송신 실패의 결론이 이루어질 때에는 백오프에 관한 초기 카운트를 선택할 필요가 있다. 본 발명의 결정론적 백오프 방법의 경우, 초기 카운트는 네트워크의 글로벌한 고유한 정보, 즉 국들의 번호에 기초하며, 그리고 다른 국들의 슬롯 카운트와의 중복을 회피하기 위해, 선택된다. 충돌이나 실패시 회선 쟁탈 창의 크기를 2배로 하는 종래의 랜덤한 백오프에 의해 사용된 방법은, 본 발명의 라운드 로빈 서비스로 대체되고, 그러한 경우 슬롯 카운트는 고정된 구간[0,N]을 통해 순환하며, 여기서 N은 네트워크에서의 국들(AP를 포함하여)의 개수와 같은 정수이다. 본 발명의 라운드 로빈 서비스는 전체 서비스 기간 내내 동작한다. 일단 슬롯 카운트가 0에 도달하면, 국은 프레임 교환 시퀀스를 시작할 기회를 얻는다. 그 후, 슬롯 카운트는 N의 값으로 다시 시작한다. 슬롯 카운트는 매체에 액세스하려는 국의 첫 번째 시도 동안 초기값으로 설정되어야 하고, 네트워크가 발전할 때 적응 가능하게 조정된다. 게다가, 다수의 국 사이의 슬롯 타임의 일시적인 비-동기화(non-synchronization)의 가능성과 깨끗한 채널 평가(CCA: clear channel assessment) 에러가 존재하는 점을 고려하면, 본 발명에서는 슬롯 카운트 교정 절차가 채택된다.
도 2는 본 발명의 결정론적 백오프 메커니즘의 예시적인 일 예이다. 하나의 AP와 3개의 이동국을 지닌 무선 LAN이 이 예에서 고려된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 국은 0부터 4까지 순환하는 슬롯 카운트를 유지하고, 그것이 0에 도달할 때는 언제나 프레임 송신이 시작되고 그 다음 슬롯 카운트를 4로 재설정한다. 백오프의 각 라운드 동안에는 항상 DIFS의 기간과 하나의 슬롯 타임 후 공급될 하나의 국이 존재한다. 그러므로 토큰 링(token ring) 네트워크들과 같이, 무선 매체의 제어를 얻는 기회는 이들 국 중에서 미리 한정된 순서대로 순환한다. 도 2의 예의 경우, 공급되는 순서는 AP→STA1→STA2→STA3→AP이고, 연속적인 공급 기회들 사이의 중간 시간 공간은 DIFS에 하나의 슬롯 타임을 더한 것으로, 종래의 랜덤한 백오프 방법들에 비해 사실상 더 짧은 시간이다.
여전히 도 2를 참조하면, AP가 하나의 프레임을 송신한 후에는 그것의 슬롯 카운트를 4로 재설정하고, 이는 이 경우 국들의 최대 개수(N)이다. 회선 쟁탈의 다음 라운드가 시작될 때, AP를 포함하는 모든 국은 그 매체가 DIFS 시간 동안 휴지 중인 것을 감지된 후 1씩 슬롯 카운트들을 감소시킨다. STA1이 가장 작은 슬롯 카운트(1)를 가지므로, 회선을 차지하고, 슬롯 타임이 경과하고 슬롯 카운트가 0에 도달한 후 프레임을 송신할 기회를 얻는다. 다른 국은 STA1에 의한 송신 동안 그것들의 슬롯 카운트를 감소시키는 것을 중지한다. 일단 STA1이 그것의 송신을 끝나면, 그것의 슬롯 카운트를 4로 재설정하고 백오프의 새로운 라운드가 시작된다. 이는 이러한 식으로 네트워크 수명 동안 계속되어, 각 국이 차례대로 송신할 차례를 얻는다. 새로운 국이 그 네트워크와 결합되기를 희망한다면, 슬롯 카운트는 AP에 의해 1씩 증가되고 AP에 의해 각각의 현재 결합된 국과 관리 프레임의 필드에 있는 새로운 국으로 분배되거나 관련 응답에 대해 피기백(piggyback) 방식으로 운반된다. 슬롯 카운트 분배 절차는 다른 국들이 2개의 절차들 중간에 그것들의 슬롯 카운트를 감소시키는 것을 방지하기 위해 결합 절차가 끝난 후 SIFS 기간에서 바로 행해져야 한다는 점을 주목하라.
개별 국의 시각에서는 결정론적 백오프의 전체 절차는 2가지 파라미터, 즉 C0로 표시된 네트워크의 새로운 멤버로서 하나의 국이 네트워크에 처음으로 액세스하는 초기 슬롯 카운트와, C1로 표시된 백오프의 새로운 라운드를 하나의 국이 시작하는 슬롯 카운트를 사용하여 설명될 수 있다. 슬롯 카운트는 국이 매체에 액세스하는 시작점으로서 작용하는 결합 절차 직후 C0로 설정되고, C0는 그 이후 그 국에 의해 사용되지 않을 것이다. C0의 값은 국들 간의 슬롯 카운트들의 중복을 회피하기 위해 주의 깊게 선택되어야 한다. 파라미터 C1은 네트워크에서 국이 수명이 다할 때까지 내내 라운드 로빈 서비스에 관한 슬롯 카운트를 재설정하기 위해 사용된다. 동일한 네트워크에서의 모든 국들은 C1의 동일한 값을 공유한다. C0와 C1은 모두 새로운 국의 결합 절차 동안 결정되어야 하고, C1은 네트워크가 변함에 따라 조정되어야 한다.
AP와 국들은 본 발명의 결정론적 백오프 절차에서 상이한 역할들을 한다. AP는 C0와 C1에 관한 적절한 값을 선택하고, 그러한 선택을 네트워크에 배포하는 책임을 진다. 이에 반해, 각 국은 AP에 의해 선택된 파라미터 설정들을 사용하여 본 발 명의 결정론적 백오프 절차를 수행하는 실행자이다. 따라서, AP는 본 발명의 결정론적 백오프 절차 동안 스케줄러(scheduler)와 조정자(coordinator)로서 작용하고, 그런 다음 모든 국이 발송자(dispatcher)로서 동작한다. 또한 그것들의 슬롯 카운트들을 조정하기 위해 국들과 절충함으로써 네트워크 충돌들을 해결할 수 있어야 한다.
본 발명의 방법에서, C1의 값은 새롭게 결합된 국과 AP를 포함하여, 네트워크에 존재하는 국들의 개수(N)로 설정된다.
C1 = N
C0의 값은 네트워크에서 임의의 국에 의해 현재 사용되지 않은 값으로 설정된다. 본 발명의 방법은 네트워크에서 사용중인 모든 슬롯 카운트의 모음이 1부터 국들의 총 개수까지 카운트하는 그 네트워크의 멤버로 설정되는 것을 보장한다. 이 경우, 성공적인 결합(성공적인 상태와의 결합 응답, 또는 도 3에 도시된 바와 같은 새로운 관리 프레임과 같은)의 통지 메시지가 발표되기 전에, 모든 다른 국이 여전히 국들의 개수를 (N-1)로서 유지하고, 그것의 슬롯 카운트는 1과 (N-1) 사이에 있는 정수이어야 한다. 그러므로 새롭게 가입된 국에 관한 초기 슬롯 카운트(C0)의 타당한 선택은 갱신된 국 개수(N)를 사용하고, 이는 현재 사용된 슬롯 카운트와의 중복을 회피하며, 여전히 할당된 슬롯 카운트들에 관한 연속성을 보전한다. 즉,
C0 = N
여기서, N은 네트워크에 새롭게 결합된 클라이언트를 포함하는 모든 국(AP와 클라이언트들)의 개수이다. 수학식 1과 수학식 2는 새롭게 네트워크에 가입하는 국에 관한 초기 카운트들을 설정하는 것을 목표로 한다. 분명히 파라미터(C0와 C1) 모두 단지 하나의 값, 즉 네트워크에서의 국들의 개수를 전달함으로써 설정될 수 있다. 국들의 개수를 담고 있는 메시지는, 결합 응답으로 피기백 방식으로 운반되거나, 도 3에 도시된 관리 프레임에서의 필드로서 운반될 수 있다.
비록 수학식 1에서, C1의 값이 네트워크에서의 국들의 개수로 설정되지만, 그것은 네트워크에서의 국들의 개수보다 높은 임의의 다른 값으로 설정될 수 있고, 이는 더 가벼운 관리 부담을 초래할 수 있다. 그러한 경우, C1과의 거의 선형적인 관계로 평균 백오프 시간이 증가한다. 하지만, 본 발명의 대안적인 실시예에서, 이는 국들 사이에서 우선 순위가 정해진 서비스들을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 더 높은 우선 순위를 지닌 국이 N보다 큰 어드레스 큐에서 여러 번 삽입될 수 있는 간단한 우선 순위 구조가 구현될 수 있다. 예컨대, 하나의 국이 우선 순위 레벨 3을 가질 수 있는데, 이는 그 국의 어드레스가 어드레스 큐에 3회 삽입될 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 그 국은 백오프 기간들의 임의의 라운드 동안 송신할 3회의 기회를 가지게 된다. 또 다른 국은 우선 순위 레벨 2를 가질 수 있는데, 이는 그 국의 어드레스가 어드레스 큐에 2회 삽입될 수 있음을 의미한다. 그러므로, 그 국은 백오프 기간들의 임의의 라운드 동안 송신할 2회의 기회를 가지게 된다. 이 실시예가 전체적인 공정성을 다소 감소시키지만, 그것은 송신되는 트래픽/데이터의 타입 또는 그러한 트래픽/데이터의 임계(criticality)에 따라 필수적이거나 유리할 수 있다.
네트워크에서의 국들의 개수가 크지만 그것들의 작은 부분만이 보낼 데이터를 가지는 일부 상황들에서는, C0와 C1의 값을 수학식 1과 수학식 2에서의 국들의 개수와 같게 설정하는 것이 효율적인 접근법이 아닐 수 있다는 점을 주목하라. 예컨대, 하나의 AP와 30개의 결합 이동국을 지닌 무선 LAN을 고려한다. 그러한 경우는 아마도 AP가 대부분의 시간 동안 네트워크에서의 유일한 송신자(sender)인 경우이다. 이 경우, 매번 AP가 채널에 액세스할 수 있기 전에 30개의 연속적인 타임 슬롯들의 한 주기를 기다려야 하고, 이는 종래의 지수 랜덤 백오프 방법에 비해 AP와 네트워크의 성능을 떨어뜨린다. 그러므로, 대안적인 일 실시예에서, C0와 C1의 값은 그 네트워크에서의 국들의 개수보다 적은 개수로 조정될 수 있다. 이는 업링크 트래픽이 거의 없는 하나보다 많은 국이 동일한 슬롯 카운트를 공유하게 함으로써 달성될 수 있다. 송신 기회가 올 때마다(즉, 슬롯 카운트가 0으로 될 때), 이들 각 국은 다음 규칙 중 어느 하나를 따르는 행동을 취할 수 있다.
1) 하나의 국은 미리 한정된 충돌 확률 p로 그것의 프레임을 송신할 수 있다.
2) 하나의 국은 이러한 기회로 송신할지를 결정하기 위해 종래의 지수 랜덤 백오프 방법과 유사한 메커니즘을 채택할 수 있다. 즉, 그 국은 카운터를 시작하고 그것 자체에 속하는 각각의 송신 기회에 따라 그 카운터를 감소시킨다. 만약 그 카운터가 0에 도달하면, 그 국은 송신하기로 결정하고, 그렇지 않으면 그 국은 송신 기회를 버린다.
3) 슬롯을 공유하는 국들에는 1/NSS 슬롯들마다 한 번씩 프레임들의 송신을 시작하기 위한 기회가 결정론적으로 주어질 수 있고, 여기서 NSS는 주어진 슬롯을 공유하는 국의 개수이다. 이는 이론적으로는 충돌을 초래하지 않지만, 슬롯들을 공유하는 국들에 관한 송신 기회들을 지연시킨다.
위 규칙 1과 규칙 2를 지닌 실시예에서는, 동일한 슬롯 카운트를 공유하는 국들 사이의 충돌 확률이 존재한다. 하지만, 그 장점은 적절히 사용된다면 이러한 대안적인 실시예가 채널 유용성을 증가시킬 수 있다. 이러한 대안적인 실시예는 어드레스 큐에 있어서의 변경을 요구한다는 점을 주목하라. 게다가, AP는 관리 프레임을 다른 것들에 운반하거나 정보를 데이터나 제어 프레임들로 피기백 방식으로 운반함으로써 다른 것들과 슬롯 카운트를 공유한다는 사실을 국들에 명백히 알려야 한다.
본 발명의 결정론적 백오프 방법에서는, 국이 그 자신을 AP와 함께 등록시켜야 하고, 결정론적 백오프 절차를 시작하기 전에, C0와 C1에 관한 값들을 얻어야 한다. 다시 말해, 하나의 국은 성공적인 결합이 존재하기 전에, 매체에 액세스하기 위해 본 발명의 결정론적 백오프 방법을 사용할 수 없다. 실제로, 종래의 랜덤 백오프와 같이, 매체에 액세스하기 위해 결합되지 않은 이동국에 의해 이용된 적절하 지 않은 방법은 진행중인 결정론적 백오프 절차를 훼손시킬 수 있는데, 이는 의도되지 않은 선택 슬롯 카운트가 다른 것들과 중복될 수 있고 따라서 충돌을 야기할 수 있기 때문이다.
이러한 도전은 가입 절차 동안 매체에 액세스하기 위해, 결합되지 않은 국이 정적인 연기 시간을 선택하게 함으로써 극복된다. 수학식 2는 결합된 국들이 매체의 제어를 얻기 전에 적어도 DIFS의 기간/구간에 하나의 슬롯 타임을 더한 시간을 기다려야 한다는 것을 보장한다는 점을 주목하라. 그러므로, 결합된 국들에 의해 사용된 것보다 짧은 DIFS 타임을 연기 설정하는 것은, 결합되지 않은 이동국에 의한 송신이 진행중인 백오프 절차 내에서 충돌을 야기하지 않을 것이라는 점을 보장한다.
하지만 다수의 결합되지 않은 국들이 매체에 동시에 액세스한다면 새로운 문제가 일어나는데, 이는 다수의 결합되지 않은 국들 사이의 충돌을 초래한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 가입 요청을 송신하려는 각각의 시도 전에, 각각의 결합되지 않은 국이 백오프를 위한 시간으로서 구간[0, JoinTimeOut]으로부터 랜덤한 값을 선택하는 것이 허용된다. 일단 그러한 기간이 경과하면, 국은 매체가 DIFS 시간 동안 쉰 다음 매체에 액세스하려고 시도할 수 있다. 실제 상황에서는, 2개 이상의 국이 네트워크에 동시에 가입할 확률이 상당히 낮다. 대부분의 국은 그것들의 첫 번째 시도에서 매체에 성공적으로 액세스할 수 있다.
PIFS(point inter-frame space) 인터페이스가 이 경우 사용되지 않는다는 점이 주목되어야 하는데, 이는 그것이 AP가 점 조정 함수(PCF: point coordination function)/하이드리드 조정 함수(HCF: hybrid coordination function) 제어된 채널 액세스(HCCA) 동작들을 행하는 것을 위해 예약되거나, 다른 긴급한 경우들을 위해 예약되기 때문이다.
슬롯 카운트를 조정하는 문제는 무선 네트워크들의 역동성으로 인해 생긴다. 무선 네트워크의 수명 동안, 일부 이동국은 임의의 시각에 네트워크에 가입할 수 있고, 일부는 또 다른 시각에 떠날 수 있다. 이러한 상황에서, 결합된 이동국들의 개수는 시간에 따라 변한다. 본 발명의 원리에 따르면, 백오프 슬롯 카운터의 (재)설정은 네트워크의 글로벌(global) 정보(국들의 개수)에 대해 확립되어, 네트워크 역동성에 따라 설정을 적응 가능하게 조정하는 것이 필수적이다.
각각의 국은 무선 네트워크의 동적인 전개 동안 슬롯 카운트를 조정하기 위해 필수적인 정보를 유지해야 한다. 첫 번째로, 각 국에 있는 변수(Ni)가 그 네트워크에서의 국들의 개수를 나타내는 숫자를 보유한다. 그것의 값은 수학식 1과 수학식 2를 사용하여 C0/C1의 값을 유도하기 위해 사용된다. 각 국은 어떤 국이 그 네트워크에 가입하거나 떠날 때, 결합/분리 메시지들을 눈치채거나(sniffing), 도 3에 도시된 포맷으로 AP에 의해 방송된 관리 프레임을 수신함으로써, 변수의 값을 갱신한다. 일단 갱신되면, 모든 국은 Ni의 동일한 값을 보유해야 한다. 두 번째로, 국은 라운드 로빈 서비스의 순서를 기록하는 어드레스 시퀀스를 유지해야 한다. 각 어드레스는 하나의 국에 대응한다. 그리고 그 시퀀스에서의 어드레스들의 상대적인 위치는 이들 국에 관한 서빙(serving) 순서를 나타낸다. 어드레스들이 시퀀스에서 이웃하고 있는 국들은 DIFS에다 하나의 슬롯 타임을 더한 시간 구간/기간으로 연속적으로 서빙되어야 한다. 이러한 서비스 나열 메커니즘은 어드레스 시퀀스를 준수하는 이들 슬롯 카운트를 설정함으로써 달성된다. 간단한 우선 순위 구조를 포함하는 전술한 대안적인 실시예에서, Ni는 국들의 개수보다 크게 되고, 일부 국(더 높은 우선 순위를 지닌)은 1회보다 많이 어드레스 큐에 등장하게 된다. 우선 순위 구조에서 각 국에는 우선 순위가 할당될 수 있거나(국 우선 순위 구조), 그 우선 순위가 국이 송신을 필요로 하거나 원하는 데이터/트래픽의 우선 순위에 기초하여 할당될 수 있어, 국의 우선 순위는 시간이 지남에 따라 동적으로 변경된다(트래픽 우선 순위 구조). 트래픽 우선 순위 구조에서는, 어드레스 큐는 트래픽 우선 순위가 변경될 때마다 변경하게 된다.
AP를 포함하는 각각의 국은, 네트워크의 라이프 사이클 동안, 이들 2가지 정보(국들의 개수와 국들의 어드레스 시퀀스)를 공유한다. 많은 접근법이 이러한 목표를 달성하기 위해 이용될 수 있다. 그것들은 예컨대, 무선 매체와, 다른 이동국의 네트워크 활동을 항상 감시함으로써 수집될 수 있다. 그러한 수동 도청(eavesdropping) 기술은 쉽고 간단하지만 신빙성이 결여되어 있다. 본 발명의 원리들에 따르면, AP는 관리 프레임에서 그러한 정보를 방송함으로써 네트워크에 직접 이들 정보를 제공한다. 이동국이 네트워크에 가입하거나 떠나는 것과 같은 사건이 일어날 때마다, AP는 결합(분리) 교환 후 짧은 인터-프레임 공간(SIFS) 시간 기간/구간에서 필요로 하는 정보를 담고 있는 추가 프레임을 송신한다. 즉, 이 새로 운 프레임은 결합(분리) 교환 시퀀스 내의 마지막 프레임으로서 보여질 수 있다.
도 3에 그러한 예시적인 관리 프레임이 도시되어 있고, 도 3에서 프레임 몸체는 국들의 개수와 어드레스 시퀀스를 포함한다. 간단한 우선 순위 구조를 가지는 대안적인 실시예는 국들의 실제 개수보다 큰 개수(Ni)의 국들을 가지게 되고, 어드레스 시퀀스는 동일한 국(들)을 여러 번 포함할 수 있음이 기억되어야 한다.
그러므로, 결합(분리) 절차는 다음과 같이 설명될 수 있다. AP가 결합(분리) 요청 프레임을 수신할 때는 언제나, AP가 먼저 결합(분리) 프레임에 응답한다. 그런 다음 나중에 ACK를 수신한 후 SIFS 시간 기간(구간) 이후, AP는 다음 정보, 즉 1) 네트워크에서의 국들의 개수와, 2) 어드레스 시퀀스를 운반하는 새로운 관리 프레임을 네트워크에 방송한다. 이 프레임을 수신하는 이동국들은 그것들의 저장된 정보를 갱신해야 한다.
이러한 발표 메시지는 일부 국들에 의해 올바르게 수신되지 않을 수 있고, 국들 사이에서 유지된 정보의 불일치를 초래할 수 있는 점이 가능하다. 이러한 경우, AP는 신뢰할 수 있는 유니캐스트 세션(session)을 시작함으로써 정보를 각 국에 명백히 통지하거나, 2) 비컨(beacon) 메시지들에서 그 정보를 주기적으로 발표할 수 있다. 정보의 신뢰할 수 있는 전달을 제공하는 다른 접근법이 또한 적용될 수 있다.
어드레스 시퀀스는 그것이 방송 중인 프레임들을 포착할 수 있다면, 이동국이 슬롯 카운트를 교정하기 위한 기초로서의 역할을 할 수 있다. 일 예로서, 국(j) 이 그것의 송신을 끝내고, 이러한 처리의 적어도 한 프레임이 국(i)에 의해 포착되었을 때에는, 국(i)이 다음 수학식을 사용하여 그것의 슬롯 카운트 슬롯(i)을 다시 계산하기 위해, 어드레스 시퀀스를 사용할 수 있다.
slot(i) = (seq(i)-seq(j))mod(C1)
seq(i)와 seq(j)는 각각 어드레스 시퀀스에서의 국(i)과 국(j)의 어드레스들의 상대적인 위치(시퀀스 번호라고 함)를 표시한다. AP가 항상 네트워크에 존재하므로, 그것의 어드레스가 먼저이고, 어드레스 시퀀스 번호 1을 얻는다.
수학식 3을 사용하여, 각각의 프레임 교환이 끝날 때 국이 그것의 슬롯 카운트를 교정할 수 있다. 공유된 무선 매체의 고유한 특징들은 교정 절차를 용이하게 하는데, 이는 방송중인 프레임이 매체를 공유하는 모든 인터페이스에 의해 감지될 수 있기 때문이다. 게다가, 그러한 교정 절차는 제어된 채널 액세스(CCA: controlled channel access)에 의해 야기되는 충돌들을 해결하거나 네트워크 할당 벡터(NAV: network allocation vector)의 갱신을 생략할 수 있게 하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 2개의 이동국의 데이터 프레임들이 하나의 슬롯 타임에서 충돌한다면, 그것들에 관한 서비스의 다음 라운드 전에 2개의 이동국 모두 추가 충돌을 회피하기 위해 교정 절차를 사용하여 그것들의 슬롯 카운트를 다시 계산할 수 있다.
각각의 국은 DIFS 시간 기간/구간 동안 매체가 감지되고 휴지 중인 것으로 결정된 후, 심지어 어떠한 데이터도 보내려고 의도하지 않는 경우에도 그것의 슬롯 카운트를 감소시킨다. 슬롯 카운트는 C1부터 0까지 그 국의 수명 동안 끊임없이 순환한다. 슬롯 카운트가 0에 도달할 때마다, 국은 새로운 프레임 교환 시퀀스를 시작하거나 아무것도 하지 않게 되며, 2가지 경우 모두 그 다음에는 슬롯 카운팅의 새로운 라운드가 온다. 이러한 메커니즘은 네트워크의 동작 절차 내에서 이들 분배된 슬롯 카운트들 사이의 상호 관계를 보전하도록 소개된다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 결정론적 백오프 방법의 동작을 보여주는 흐름도들이다. 결합되지 않은 국은 먼저 예약된 DIFS 시간 구간을 사용하여, 네트워크에 가입하기 위해 결합 절차를 수행한다. AP는 새로운 국에 결정론적 백오프 방법의 사용과, 이러한 교환 동안의 초기 슬롯 카운트를 통지한다. 이때, 국은 백오프 방법을 고려하는 네트워크의 멤버가 되기를 희망하는지를 결정한다. 그 국은 본 발명의 결정론적 백오프 방법을 지지할 수 없는 레거시 국일 수 있다. 일단 그 국이 네트워크의 멤버가 되면(그 네트워크에 가입하거나 그 네트워크와 결합하는 것), 그 국은 그것의 슬롯 카운트를 N부터 0까지 순환시키고, 이 경우 N은 적어도 그 네트워크에서의 국들의 개수이다. 보통은 N은 네트워크에서의 하지만 전술한 바와 같은 국들의 개수이고, N은 전술한 대안적인 실시예들에 관한 네트워크에서의 국들의 개수보다 유리하게 더 클 수 있다. 슬롯 카운트가 0에 도달할 때마다, 국은 프레임 송신을 시작할 기회를 얻는다. 게다가, 그 국은 미리 결정된 기간의 시간을 기다린 후 그리고 네트워크 내의 국의 수명 전체에 걸쳐 국들 사이의 서빙 순서의 정보에 기초하여, 그것의 슬롯 카운트를 조정한다.
도 4a는 본 발명의 결정론적 백오프 방법의 동작을 액세스 포인트의 시각에서 본 흐름도이다. 405에서, AP는 네트워크의 멤버가 되기 위해(네트워크에 가입 또는 네트워크와 결합하기 위해), 국으로부터의 요청을 수신한다. AP는 그 국이 네트워크와 이미 결합되어 있는지(네트워크의 멤버인지)를 결정하기 위해 410에서 확인한다. 가입하는 국이 네트워크의 멤버가 이미 아니라면, 420에서 AP는 가입하는 국에 초기 슬롯 카운트와, 네트워크에 의해 사용된 통신 매체 액세스 방법, 그 네트워크에서의 국들의 개수, 및 어드레스 큐를 보낸다. 그런 다음 AP는 가입하는 국으로부터의 승인이나 그 국으로부터의 분리 메시지를 수신하려고 기다린다. 예컨대 가입하는 국이 본 발명의 통신 매체 액세스 방법을 지지할 수 없는 레거시 국이었다면, 분리 메시지가 보내졌을 것이다. 가입하는 국이 네트워크와 이미 결합되어 있다면, AP는 450에서 미리 결정된 시간 기간을 기다린다. 슬롯 카운트는 425에서 조정된다. 예시적인 실시예에서는 슬롯 카운트가 1씩 감소된다. 증가되는 조정 또한 사용될 수 있다. 슬롯 카운트는 430에서 미리 결정된 값과 비교된다. 도 4a의 예시적인 실시예는 조정된(감소된) 슬롯 카운트를 0과 비교한다. 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달하게 되면, 435에서 AP는 그것이 송신할 데이터 프레임을 가지는지를 결정한다. AP가 송신할 데이터 프레임을 가진다면, 440에서 데이터 프레임 송신이 시작된다. AP가 송신할 데이터 프레임을 가지고 있지 않다면, AP는 그것의 차례를 건너뛰고 445에서 새로운 슬롯 카운트를 선택한다. 일단 데이터 프레임 송신이 시작되면, AP는 445에서 새로운 슬롯 카운트를 선택한다. 슬롯 카운트가 430 에서 미리 결정된 값에 도달하지 않으면, AP는 450에서 미리 결정된 시간 기간을 기다린다. 물론, AP가 네트워크에 가입하기 위한 새로운 요청을 수신하지 않는다면, 405, 410, 415, 420, 450이 건너 뛰어지거나 실행되지 않는다.
도 4b는 국의 시각에서 본 본 발명의 결정론적 백오프 방법의 동작 흐름도이다. 460에서, 가입하는 국은 네트워크에 가입하기 위한 요청을 AP에 보낸다. 그런 다음 가입하는 국은 465에서 그것이 AP로부터 통신 매체 액세스(결정론적 백오프) 방법, 슬롯 카운트, 네트워크에서의 국들의 개수, 및 어드레스 큐를 수신할 때까지, 기다린다. 470에서, 가입하는 국은 그것이 네트워크에서 사용된 통신 매체 액세스(걸정론적 백오프)를 지지하는지를 결정한다. 가입하는 국이 통신 매체 액세스 방법을 지지한다고 결정하면, 480에서 슬롯 카운트, 어드레스 큐, 및 네트워크에서의 국들의 개수를 저장한다. 국은 본 발명의 원리들에 따라 통신 매체로의 액세스를 얻기 위해 전술한 바와 같이 진행한다. 가입하는 국이 본 발명의 통신 매체 액세스 방법을 지지하지 않는다고 결정하면, 475에서 분리 메시지를 PA에 보낸다. 물론, 가입하는 국이 이미 네트워크의 멤버라면(네트워크와 결합되었다면), 460, 465, 470, 475, 480이 건너 뛰어지거나 실행되지 않는다.
도 5a는 본 발명의 원리들에 따라 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻을 때의 AP 동작의 개략/블록도이다. 결합 모듈(505)은 국들에 가입하기 위한 임의의 요청 및 국들로부터의 임의의 승인 또는 분리 메시지를 수신한다. 결합 모듈은 네트워크에 가입하는(네트워크의 멤버가 되는) 국에 관련된 임의의 동작들을 수행하고, 송신 모듈(510)을 통해 네트워크에 가입하는 국에 관련된 임의의 메시지를 보내는데, 이 경우 송신 모듈(510)은 일단 AP가 통신 매체로의 액세스를 얻는다면 AP가 보내야 하는 임의의 데이터뿐만 아니라 네트워크에 가입하는 국과 연관된 임의의 메시지들의 송신을 다룬다. 송신 모듈은 또한 임의의 인코딩, 암호화 및 변조를 다룬다. 데이터 모듈(515)은 송신 모듈을 통해 AP가 송신하기를 원하는/필요로 하는 임의의 데이터를 준비하는 것을 다룬다. 위 설명은 예시적인 실시예에 관한 것이고, 모듈들은 실제로 단일 모듈로 결합될 수 있거나, 인코더, 암호화기, 변조기와 같은 추가 모듈들로 더 분할될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 원리들에 따른 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻을 때의 국의 동작의 개략/블록도이다. 결합 모듈(520)은 네트워크에 가입하기 위한 요청을 보내고, AP로부터 통신 매체 액세스 방법의 표시, 슬롯 카운트, 네트워크에서의 국들의 개수, 및 어드레스 큐를 수신한다. 결합 모듈은 또한 가입하는 국이 통신 액세스 방법을 지지하는지를 결정한 다음, AP에 승인 메시지를 보낸다. 가입하는 국이 통신 액세스 방법을 지지하지 않는다면, 네트워크로부터 분리하기 위해, AP에 분리 메시지를 보낸다. 즉, 결합 모듈은 네트워크에 가입하는(네트워크의 멤버가 되는) 국에 관련된 임의의 동작들을 수행하고, 송신 모듈(525)을 통해 네트워크에 가입하는 국에 관련된 임의의 메시지들을 보내는데, 이 경우 송신 모듈(525)은 일단 국이 통신 매체로의 액세스를 얻는다면 국이 보내야 하는 임의의 데이터뿐만 아니라 네트워크에 가입하는 국과 연관된 임의의 메시지들의 송신을 다룬다. 송신 모듈은 또한 임의의 인코딩, 암호화 및 변조를 다룬다. 데이터 모듈(515)은 송신 모듈을 통해 AP가 송신하기를 원하는/필요로 하는 임의의 데이터를 준비하는 것을 다룬다. 위 설명은 예시적인 실시예에 관한 것이고, 그 모듈들은 실제로 단일 모듈로 결합될 수 있거나, 인코더, 암호화기, 변조기와 같은 추가 모듈들로 더 분할될 수 있다.
데이터의 수신은 도시되거나 설명되지 않는데, 이는 그것이 본 발명의 방법에 의해 영향을 받지 않기 때문이라는 점이 주목되어야 한다. 물론, 데이터는 네트워크의 멤버들인 AP와 국들에 의해 수신 및 처리되지만, 본 발명은 프레임 송신을 시작하기 위해 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 결정론적 백오프 방법은, 종래의 CSMA/CA 접근법들과는 완전히 상이한 방식으로 매체 액세스의 문제를 다룬다. CSMA/CA에서는, 랜덤 백오프 방법이 충돌을 회피하기 위해 사용되는데 반해, 본 발명의 방법은 값을 슬롯 카운터에 결정론적으로 할당함으로써 충돌을 감소시키거나 제거한다. 2가지 해결책은 동시에 일어날 수 없다. 랜덤 백오프 방법을 사용하는 국은 그것의 매체 액세스 방법과 같은 결정론적 백오프를 사용하여 네트워크 내에서 작용할 수 없다.
AP는 잠재적인 새로운 가입자에게 네트워크가 매체 액세스를 위해 어느 알고리즘을 사용하는지를 통지한다. 랜덤 백오프 방법만을 지지하는 레거시 국은, 일단 네트워크가 결정론적 백오프 방법을 실행하고 있다고 결정하면 그것의 결합 요청을 철회해야 한다. 결정론적 백오프 방법을 지지하는 국들로부터의 요청만이 이러한 상황에서 AP에 의해 수신되어야 한다.
2가지 알고리즘 사이의 관계는 TDMA(time division multiple access)와 CSMA(carrier sense multiple access)의 것과 유사한데, 즉 그것들은 배타적이고 그것들 중 하나만이 네트워크 내에서 존재할 수 있다. 하지만, 본 발명의 방법은 여전히 CSMA의 카테고리 내에 있음을 주목해야 하는데, 이는 1) 그것의 동작들이 낮은 레벨의 물리 층에 의해 제공된 캐리어 감지 메커니즘에 기초하고, 2) AP가 TDMA에서와 같이 타임 스케줄링을 제어하지 않기 때문이다. 실제로, 본 발명의 방법에서는 타임 스케줄링이 존재하지 않고, 오히려 송신 기회들이 라운드 로빈 방식으로 국들에 의해 얻어진다.
결정론적 백오프 방법에 의해 제공된 라운드 로빈 서비스는, 국들 사이의 매체 액세스를 위한 공정성을 보장한다. 각 국은 각 서비스 라운드에서의 프레임 처리를 완성할 기회를 가진다. 게다가, TxopLimit라고 표시된 시간 제한이 각 송신 기회에 관한 시간 길이에 부과된다면, 서비스 구간은 ((m-1)(TxopLimit+DIFS)+DIFS)로 경계가 정해질 수 있고, 이 경우 m은 네트워크에서의 국들의 개수이다. 그러므로, TxopLimit를 조심스럽게 선택하고, 네트워크의 크기를 적절히 제어하면 네트워크 응용예들에 관해 보장된 QoS를 제공하는 것이 가능하다.
이미 전술한 대안적인 실시예에서, 국들의 개수를 증가시키고 더 높은 우선 순위 트래픽/데이터를 지닌 국들을 어드레스 큐에 여러 번 삽입함으로써, 간단한 우선 순위 구조가 구현될 수 있다. 물론, 이는 본 발명의 결정론적 백오프 방법의 전반적인 공정성에 영향을 미치지만, 일부 경우에서는 유리할 수 있다.
네트워크 충돌은 CSMA 기반의 무선 통신에 있어 성가신 문제인데, 이는 충돌이, 특히 처리량과 네트워크 효율면에서 네트워크 성능을 크게 떨어뜨리기 때문이 다. 하지만, 충돌은 본 발명의 결정론적 백오프 방법에서 제거된다(또는 크게 감소된다). 각 국은 그것의 슬롯 카운트가 0에 도달한 후, 무선 매체를 배타적으로 제어할 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명의 결정론적 백오프 방법은 레거시 랜덤 백오프 방법들보다 성능이 우수하다.
본 발명의 결정론적 백오프 방법의 또 다른 장점은, 각각의 국이 채널의 제어를 얻을 때 보낼 계류중인(pending) 데이터를 가진다고 가정하면 그 네트워크 효율이 매우 높다는 점이다. 이러한 상황에서, 2개의 연속적인 송신 기회들 사이의 시간 구간은, 오직 하나의 DIFS 시간 기간/구간에 하나의 슬롯 타임을 더한 것으로, IEEE 802.11b의 경우 약 70㎲이고, IEEE 802.11a와 IEEE 802.11g의 경우 심지어 더 짧은 시간이다. 그러므로, 사용중인 기간에 대한 휴지 중인 기간의 비는 낮고, 네트워크 효율이 높다. 그러한 포화된 네트워크에서는, 네트워크 거동이 TDMA 네트워크들의 거동과 유사하다.
본 발명은, 예컨대 서버, 중간 디바이스(무선 액세스 포인트나 무선 라우터), 또는 모바일 디바이스 내에서 다양한 형태의 하드웨어(예컨대, ASIC 칩), 소프트웨어, 펌웨어, 특별한 목적의 프로세서들, 또는 이들이 결합된 형태로 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 바람직하게, 본 발명은 하드웨어와 소프트웨어의 결합물로서 구현된다. 게다가, 소프트웨어는 바람직하게는 프로그램 저장 디바이스에서 명백히 구현된 응용 프로그램으로서 구현된다. 이 응용 프로그램은 임의의 적합한 아키텍처를 포함하는 기계로 업로드되어 그러한 기계에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게, 그 기계는 하나 이상의 CPU(central processing units), RAM(random access memory), 및 I/O(input/output) 인터페이스(들)와 같은 하드웨어를 가지는 컴퓨터 플랫폼에서 구현된다. 이 컴퓨터 플랫폼은 또한 운영체제와 마이크로인스트럭션(microinstruction) 코드를 포함한다. 본 명세서에서 설명된 다양한 프로세스들과 기능들은 마이크로인스트럭션 코드의 부분이거나 응용 프로그램의 부분(또는 이들의 결합물)일 수 있고, 이는 운영체제를 통해 실행된다. 또한, 추가 데이터 저장 디바이스와 인쇄 디바이스와 같은 다양한 다른 주변 디바이스가 컴퓨터 플랫폼에 연결될 수 있다.
첨부 도면에 도시된 구성 시스템 성분들 중 일부와 방법 단계들이 바람직하게는 소프트웨어로 구현되기 때문에, 시스템 성분들(또는 공정 단계들) 사이의 실제 연결은 본 발명이 프로그래밍되는 방식에 따라 상이할 수 있다는 점이 또한 이해되어야 한다. 본 명세서에서 주어진 가르침으로, 당업자라면 본 발명의 이들 및 유사한 구현예 또는 구성예를 예상할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서의 매체 액세스에 관련된 분야, 특히 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 회선 쟁탈의 감소 또는 제거에 의해 회선 쟁탈 기반의 네트워크들에서 통신 매체로의 액세스를 획득하는 것에 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법으로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트(slot count)를 결정하는 단계,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 단계,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를
    포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐(queue)는 우선 순위(priority)를 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우선 순위는 국 우선 순위와 트래픽(traffic) 우선 순위 중 하나인, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  3. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법으로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 수신하는 단계,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 단계,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를
    포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 우선 순위는 국 우선 순위와 트래픽 우선 순위 중 하나인, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  5. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 수단,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 수단,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 수단을
    포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 우선 순위는 국 우선 순위와 트래픽 우선 순위 중 하나인, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치.
  7. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 수신하는 수단,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 수단,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 수단을
    포함하고, 국들의 개수와 어드레스 큐는 우선 순위를 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 우선 순위는 국 우선 순위와 트래픽 우선 순위 중 하나인, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치.
  9. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법으로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 단계,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 단계,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 단계를
    포함하고, 상기 슬롯 카운트와 어드레스 큐는 트래픽 패턴들을 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 트래픽 패턴들은, 적은 개수의 국만이 실제로 프레임 송신을 수행하는 상태를 포함하고, 그러한 경우 다수의 국이 동일한 슬롯을 공유하도록 할당되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻는 방법.
  11. 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치로서,
    상기 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 국들의 개수에 기초하여 슬롯 카운트를 결정하는 수단,
    상기 슬롯 카운트를 조정하는 수단,
    상기 슬롯 카운트가 미리 결정된 값에 도달할 때 프레임 송신을 시작하는 수단을
    포함하고, 상기 슬롯 카운트와 어드레스 큐는 트래픽 패턴들을 반영하도록 조정되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장 치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 트래픽 패턴들은, 적은 개수의 국만이 실제로 프레임 송신을 수행하는 상태를 포함하고, 그러한 경우 다수의 국이 동일한 슬롯을 공유하도록 할당되는, 회선 쟁탈 기반의 네트워크에서 통신 매체로의 액세스를 얻기 위한 장치.
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