KR20110077647A - 릴레이 장치 및 이 릴레이 장치에서의 데이터 패킷의 전송 방법 - Google Patents

Abstract

릴레이 장치 및 이 릴레이 장치에서의 데이터 패킷의 전송 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 릴레이 장치는 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부, 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부, 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 디코딩부, 수신된 기지국과 클라이언트 단말기 사이의 채널 상황 정보를 이용하여 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷 중에서 전송할 데이터 패킷의 종류를 결정하는 재전송 패킷 결정부, 재전송 패킷 결정부에서 결정된 종류의 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부, 및 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 랩터 코드 패킷을 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함한다.

릴레이, 계층 전송 결정, 데이터 패킷, 랩터 코드

Description

릴레이 장치 및 이 릴레이 장치에서의 데이터 패킷의 전송 방법{Relay station and method of relaying data packets for the relay station}

본 발명은 데이터 패킷 전송에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 데이터 패킷의 전송을 중계하는 릴레이 장치 및 이 릴레이 장치에서의 데이터 패킷의 전송 방법에 관한 것이다.

릴레이 네트워크(Relay NETwork)는 무선 통신 분야에서 공간 다이버시티 이득(spatial diversity gain)을 얻기 위한 새로운 방식으로, 협력 이득(cooperative diversity or collaborative diversity)의 개념에 기반하는 협력 통신 방식이다. 이는 단일 안테나를 갖는 여러 단말들이 서로의 안테나를 공유하여 가상의 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output)을 지원하는 시스템으로, 추가적인 대역폭이나 전송 시간의 낭비 없이 공간 다이버시티 이득을 극대화할 있는 방법이다.

릴레이 네트워크에서 릴레이(Relay) 또는 릴레이 장치가 수신된 데이터를 재 송신하는 방법은 AF(Amplify and Forward)법과 DF(Decode and Forward)법의 두 가지가 있다. 도 1에는 릴레이에서의 이러한 데이터 재전송 방법이 도시되어 있는데, 도 1의 (a)는 릴레이에서 AF법을 이용하는 경우이고, 도 1의 (b)는 릴레이에서 DF법을 이용하는 경우이다. 도 1에서 'S'는 소스(Source)를 나타내고, 'R'은 릴레이(Relay)를 나타내며, 'D'는 목표(Destination)를 나타낸다. AF법의 경우에 릴레이(R)는 소스(S)로부터 수신된 데이터를 단순히 증폭(Amplifier)하여 목표(D)로 전달하는 반면, DF법의 경우 릴레이(R)는 소스(S)로부터 수신된 데이터를 복호(Decode)한 다음 이를 다시 인코딩(Encode)하여 목표(D)로 전달한다. 도 1을 참조하면, 릴레이 네트워크에서 목표(D)는 소스(S)로부터 직접 데이터를 수신하거나 및/또는 릴레이(R)를 거쳐서 수신할 수도 있다.

만약 단일 계층이 아닌 데이터 패킷 별로 중요도가 다른 데이터를 전송하게 되면 중요한 데이터는 릴레이(R)가 랩터 코드(Raptor Code)와 같은 채널 코드를 사용하여 소스(S)로부터 받은 데이터를 복호하여 재인코딩한 후 목표(D)에게 송신하게 되면 다이버시티 효과는 더욱 증가할 수 있다. 하지만 제한된 전력을 이용하여 릴레이를 해주어야 하기 때문에 채널 환경에 따라 DF와 AF를 사용함으로 인한 성능은 차이가 있다.

한편, 릴레이 네트워크에서 소스(S)와 릴레이(R)로부터 전송을 받게 되면, 네트워크 상에 중복 컨텐츠가 존재하여 목표(D)가 수신하는 데이터는 중복될 수 있다. 예를 들어서, MANET(mobile ad hoc network )같은 무선망에서는 망 자체에서의 손실률이 크기 때문에, 중복 데이터에 대한 중요성이 크다. 또한, MANET과 같은 무 선망은 재전송 같은 Point-to-Point 전송기술이 가능하지 않기 때문에, 사용자들의 행동을 예측할 수 없어서, 현재 연결되어 있는 링크가 언제 끊어질지 모르는 위험이 있다. 또한, 전송되는 데이터 패킷의 중요도에 따라 패킷을 전송할 경로와 소스의 다이버시티 필요성이 있다. 또한, 각 기지국이 담당하는 셀 안에서 그 셀의 가장자리에 있는 피어(Peer)들에 대한 안정적인 수신 방법이 필요하다. 즉, 셀 안에 있는 각 피어들의 이동성과 기지국로부터 떨어진 거리 또는 높은 건물들에 대한 전파 장애 등으로 인해 미디어 수신율의 불안정성을 보다 안정적으로 만들어줄 장치가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 손실이 많이 발생하는 릴레이 네트워크에서 종단 노드 또는 목표 단말에게 안정적이며 최소한의 멀티미디어 서비스를 해주기 위한 효율적인 데이터 패킷의 전송 방법과 이를 위한 릴레이 장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 릴레이에서 송신단(소스)과 종단 노드(목표)간의 채널 정보를 이용하여 데이터 패킷을 중요도 또는 계층에 따라서 차별화하여 재전송한다. 예를 들어, 채널 상황이 좋은 경우에는 릴레이는 중요도가 낮거나 또는 높은 계층의 데이터를 DF 방식으로 재전송하고, 채널 상황이 좋지 않은 경우에는 릴레이는 중요도가 높거나 또는 낮은 계층의 데이터를 DF 방식으로 재전송할 수 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치는 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부, 상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부, 상기 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 상기 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 디코딩부, 수신된 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 채널 상황 정보를 이용하여 상기 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷 중에서 전송할 데이터 패킷의 종류를 결정하는 재전송 패킷 결정부, 상기 재전송 패킷 결정부에서 결정된 종류의 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부, 및 상기 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 상기 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함한다.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 데이터 패킷은 멀티미디어 데이터 패킷이며, 상기 재전송 패킷 결정부는 상기 멀티미디어 데이터 패킷을 구성하는 복수의 계층 중에서 재전송할 계층을 결정하며, 상기 랩터 코드 인코딩부는 상기 재전송 패킷 결정부에서 결정된 계층의 멀티미디어 데이터 패킷을 인코딩할 수 있다. 이 경우에, 상기 재전송 패킷 결정부는 상기 클라이언트 단말기의 성능 정보, 가용 비트율 정보, 및 패킷 손실율 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 재전송할 멀티미디어 데이터 패킷의 계층을 결정할 수 있다. 그리고 상기 멀티미디어 데이터는 SVC(Scalable Video Coding) 비디오 데이터이고, 상기 재전송 패킷 결정부는 상기 채널 상황 정보가 소정의 임계치 이상인 것을 지시할 경우에는 상위 계층의 SVC 비디오 데이터를 재전송하기로 결정하고, 상기 채널 상황 정보가 상기 임계치보다 작은 경우에는 하위 계층의 SVC 비디오 데이터를 재전송하기로 결정할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 릴레이 장치의 데이터 패킷의 전송 방법으로서, 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 채널 상황를 지시하는 채널 상황 정보를 수신하는 단계, 상기 기지국으로부터 수신된 데이터 패킷을 디코딩하는 단계, 상기 채널 상황 정보에 기초하여 상기 디코딩된 데이터 패킷 중에서 상기 클라이언트 단말기로 전송할 계층의 데이터 패킷을 결정하는 단계, 상기 클라이언트 단말기로 전송하기로 결정된 계층의 디코딩된 데이터를 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 단계, 및 상기 생성된 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기로 전송하는 단계를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 손실이 많이 발생하는 무선 통신이 가능한 망에서 종단 노드에게 안정적이며 최소한의 멀티미디어 서비스를 해주기 위해 효율적인 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래의 MBMS와 달리 멀티미디어 제공 서버에서 클라이언트 단말기로 멀티캐스트되는 것과 함께 중간 릴레이의 중계를 통하여 데이터 패킷을 협력하여 수신할 수 있는 효과가 있다. 또한, 샘물 코드의 무율 특성을 이용하여 중계하는 릴레이가 새로운 패리티 패킷을 생성할 수 있으므로, 이를 통해 데이터 패킷 복원률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 멀티 미디어 제공 서버 측의 트래픽 부하를 릴레이 측으로 분산 시키는 효과가 있으며, 랩터 코드를 이용하여 데이터 패킷의 중요도를 차별화할 수 있는 효과가 있다. 또한, SVC 비디오 전송의 경우에는 하위 계층과 상위 계층으로 중요도를 구분하고, 기지국과 종단 클라이언트 간의 채널 상황에 따라 적절한 계층을 전송하게 해주어 패킷 손실에 대한 차별화된 강인성을 제공할 수 있는 효과가 있으며, MBMS에서 사용되는 랩터 코드를 이용하여 모든 샘물 코드에 적용이 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법이 적용될 수 있는 릴레이 네트워크의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 릴레이 네트워크는 클라이언트 단말기(110), 릴레이 장치(120), 및 기지국(130)을 포함한다.

클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)과 연동하여 무선 통신으로 통상적인 음성 통화 및 데이터 통신을 수행하는 종단 노드(End Node)이다. 클라이언트 단말기(110)는 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal) 또는 단말(Terminal), 스테이션(Station), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

그리고 클라이언트 단말기(110)는 사용자의 키 조작에 따라 기지국(130)을 경유하여 각종 멀티미디어 데이터를 수신 및 재생할 수 있다. 이를 위하여, 클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)을 경유하여 멀티미디어 제공 서버에 접속하기 위 한 웹 브라우저, 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비한다. 즉, 클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)을 통해 무선통신망의 멀티미디어 제공 서버와 서버-클라이언트 통신이 가능하다면 그 어떠한 단말기도 가능하며, 노트북 컴퓨터, 이동통신 단말기, PDA 등 여하한 통신 컴퓨팅 장치를 모두 포함하는 넓은 개념이다. 예를 들어, 클라이언트 단말기(110)는 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, 핸드헬드 PC(Hand-Held PC), CDMA-2000 폰, WCDMA 폰, PMP(Portable Multimedia Player), PSP(PlayStation Portable) 및 MBS(Mobile Broadband System)폰 등이 될 수 있다.

또한, 클라이언트 단말기(110)는 릴레이 장치(120)로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하고, 확인 결과에 근거하여 소정의 알고리즘에 따라서 동작한다. 보다 구체적으로, 만일 수신된 데이터 패킷이 중복되거나 디코딩되지 않은 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩한다. 여기서 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공하면, 디코딩된 데이터 패킷을 이용하여 출력 또는 재생하는 기능을 수행한다. 그리고 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시되도록 한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩할 때 디코딩이 실패하면, 디코딩이 실패한 패킷을 대기하였다가 다시 수신하여 디코딩을 시도하는 기능을 수행한다. 뿐만 아니라, 클라이언트 단말기(110)는 최초의 전송 기지국(130)으로부터 데이터 패킷을 수신한 경우에, 수신의 성공 또는 실패 여부를 알려주는 단일 비트를 릴레이(120)와 기지국(130)으로 브로드캐스트하는 기능도 수행한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 클라이언트 단말기(110)들이 하나의 기지국(130)으로부터 같은 데이터를 수신하는 통신의 경우, 기지국(130)이 커버할 수 있는 영역 범위 밖에 있는 클라이언트 단말기(110)들은 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷만으로는 디코딩 할 수 있는 확률이 적다. 이러한 경우에, 기지국(130)과 영역 범위 밖에 있는 클라이언트 단말기(130)들 사이에는 릴레이 장치(120)가 효율적으로 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예가 기지국(130)이 커버하는 셀의 영역 밖에 존재하는 클라이언트 단말기(110)들을 위해서만 적용될 수 있는 것으로 한정되는 것은 아니다. 여기서, 릴레이 장치(120)란 RS(Relay Station)라고 표현할 수 있으며, 기지국(Base Station, BS)(130)로부터 데이터 패킷을 수신하여, 수신된 데이터 패킷을 클라이언트 단말기(110)로 재송신하는 역할을 수행한다.

일반적으로 릴레이 장치(120)가 클라이언트 단말기(110)로 데이터 패킷을 송신할 때, AF(Amplify and Forward)와 DF(Decode and Forward)의 방식으로 재전송을 할 수 있다. 하지만, 본 발명에서 릴레이 장치(120)가 데이터 패킷을 송신할 때 사용되는 방식은 DF 방식이며, 그 중에서도 랩터 코드를 사용하여 재인코딩하여 클라이언트 단말기(110)에게 재전송한다. 클라이언트 단말기(110)를 사용함으로써 단말기의 이동성과 전파 장애 등으로 인한 불안정한 수신율을 안정적으로 만들 수 있고, 기지국(130)이 커버할 수 없는 영역까지 릴레이 장치(120)가 최종 클라이언 트의 수신을 가능하게 한다. 이렇게 한 셀 안에서의 소스의 수가 늘어남으로써 데이터의 중요도에 따른 차별 전송을 할 수 있는 가능성이 더 커지는 것이다.

릴레이 장치(120)는 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 기능을 수행한다. 이 경우에, 릴레이 장치(120)는 종단 클라이언트 단말기(110)로부터 수신된 단일 비트를 확인하여 어느 데이터 패킷을 중계 또는 재전송할 것인지 결정한다. 만일, 중요한 데이터 패킷을 중계해야 할 경우에는, 릴레이 장치(120)는 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인하고, 확인 결과에 근거하여 소정의 알고리즘에 따라서 동작한다. 보다 구체적으로, 수신된 데이터 패킷이 클라이언트 단말기(110)에서 디코딩되지 않은 경우, 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩한다. 그리고 릴레이 장치(120)는 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 디코딩된 데이터 패킷을 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성하며, 랩터 코드 패킷을 종단 노드인 수신 클라이언트 단말기에게 재전송하는 기능을 수행한다.

여기서, 랩터 코드는 DF(Decode and Forward)를 사용하는 채널 코드로서, 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)의 MBMS(Multimedia Broadcast/ Multicast Service) 표준에 포함된 패킷 손실 복원 코드이다. 3GPP는 1998년 12월 설립된 제휴 협정으로서, 조직상의 파트너라고 알려지는 다수의 원격통신 표준체를 모음이다. 3GPP의 원리의 범주는 진화된 이동 통신용 글로벌 시스템(GSM: Global Systems for Mobile communication) 코어 네트워크와 그것들이 지원하는 무선 접속 기술(즉, 주파수 분할 이중통신(FDD: Frequency Division Duplex)와 시분할 이중통 신(TDD: Time Division Duplex) 모드 모두를 포함하는 포괄적인 지상파 무선 접속(UTRA: Universal Terrestrial Radio Access))에 기초한 3세대 이동 모바일 시스템에 대한 글로벌하게 적용할 수 있는 기술 규격과 기술 보고서를 만들어내는 것이었다. 그 후 그 범주는 GSM 기술 규격의 유지 및 개발과, 진화된 무선 접속 기술을 포함하는 기술 보고서를 포함하도록 개정되었다(즉, 일반적인 패킷 무선 서비스(GPRS: General Packet Radio Service)와 GSM 진화를 위한 강화된 데이터 속도(EDGE)). 랩터 코드는 3GPP 멀티미디어 방송/멀티미디어 서비스(MBMS)를 위한 응용 층 순방향 에러 정정(FEC) 코드로서 채택된 코드이며, 랩터 코드를 디코딩하기 위해, 디코더는 통상 선형 수학식의 시스템을 구성하고, 그 수학식을 풀기 위해 가우스 소거법(Gaussian Elimination)이 사용된다. 하지만, 그 시스템이 풀 랭크(Full Rank)의 것이 아닐 때에는(즉, 수신된 소스와 패리티 패킷이 완전한 디코딩에는 적당하지 않는), 디코더가 보통 실패를 선언하고 수신된 소스 패킷만을 출력한다.

랩터 코드는 기 설정된 정보를 표현하는 k개의 심볼이 있을 때 인코딩 된 심볼 n개를 무한히 생성할 수 있다. 인코딩할 심볼의 수가 매우 크더라도 연산량은 선형적으로 증가한다. 즉, 랩터 코드는 다른 샘물 코드(fountain code)와 달리 k개 보다 조금 더 많은 심볼이 존재할 때 디코딩되지 않은 데이터 패킷을 모두 복원할 확률이 높아지는데, k개 이상의 심볼이 수신되었을 때의 복원 실패 확률은 수학식 1과 같다. 여기서 k는 기 설정된 정보를 표현하는 심볼 수, m은 수신된 심볼의 수이다.

수학식 1에 따르면, m-k 값에 따른 전체 데이터 패킷 복원 실패 확률은 원래 데이터 패킷의 개수 k와는 상관없이 일정하다. 따라서, 원래의 데이터 패킷의 수가 더 많을수록 인코딩 효과는 높아지게 되며, k값보다 8개의 패킷을 더 받으면 즉, m-k = 8 이면 전체 데이터 패킷의 복원 확률이 99.9%가 될 수 있다.

또한, 랩터 코드는 각 패킷이 고유의 랜덤 패턴을 통하여 특정 정보들을 XOR 연산을 한다. 각 패킷은 고유 번호를 가지며 이를 통하여 수신 측에서 디코딩 성공 후 랩터 코드로 재인코딩 할 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 네트워크 상황이나 용도에 따라 n을 매우 크게 늘릴 수 있으며, RS(Reed Solomon) 코드와 달리 n이 증가함에 따라 연산양은 크게 늘지 않는다. 랩터 코드의 이러한 특징을 무율(Rateless)하다고 하며, P2P와 같은 분산된 정보의 전달시 중복된 정보 전달의 양을 줄일 수 있어 미디어 정보 전달에 있어 유용하다.

한편, 수신된 데이터 패킷은 모두 동일한 샘물 코드(Fountain Code) 인코딩 단위의 패킷이며, 인코딩 단위는 k개의 데이터 패킷을 이용하여 생성된 패리티 패킷과 수신된 데이터 패킷의 집합이다.

릴레이 장치(120)는 제한된 대역폭에서 기지국(130)과 클라이언트 단말기(110) 간의 네트워크 상황에 따라 중요도가 다른 랩터 코드 패킷 중 어느 패킷을 전송할 것인지 결정하며, 특정한 결정 기준에 따라 선택된 랩터 코드 패킷을 수신 클라이언트 단말기에게 전송하는 기능을 수행한다. 릴레이 장치(120)는 수신 클라이언트 단말기(110)에 대한 단말기 성능 정보, 가용 비트율 정보 및 패킷 손실율 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 재송신할 상위 계층과 하위 계층 중 하나를 결정하여, 결정된 계층을 랩터 재인코딩을 하여 수신 클라이언트 단말기(110)에 송신한다. 여기서, 상위 계층은 클라이언트 단말기(110)에서 고화질의 영상을 수용하기 위해 구분한 계층이며, 하위 계층은 클라이언트 단말기(110)에서 고화질의 영상을 요구하지만 기지국(130)과의 네트워크 상황이 좋지 않은 경우 최소한의 영상이라도 서비스 받기 위해 저화질의 영상을 수용하기 위해 구분한 계층을 말한다.

릴레이 장치(120)는 랩터 코드 패킷이 SVC(Scalable Video Coding) 비디오인 경우, 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간의 네트워크 상황에 맞는 적절한 계층을 종단 클라이언트 단말기(110)로 한번 더 송신해주는 기능을 수행한다. 종단 클라이언트 단말기(110)가 고화질의 영상 서비스 전송을 요구하고 또한 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 손실이 많은 네트워크 상황인 경우, 최소한 저화질의 영상이라도 있어야 영상 복원이 가능하다. 따라서 릴레이 장치(120)는 중요도가 높은 하위 계층을 랩터 인코딩을 하여 수신 클라이언트 단말기에게 전송하는 기능을 수행한다.

릴레이 장치(120)는 랩터 코드의 무율 특성을 이용하여 디코딩된 데이터를 데이터 패킷 복원률이 향상되도록 하는 패리티(Parity) 패킷인 랩터 코드 패킷을 생성하는 기능을 수행한다. 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷이 중복되는 경 우, 중복된 데이터 패킷 중 하나를 삭제(폐기)하는 기능을 수행한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)에서 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시하는 기능을 수행한다.

기지국(130)은 클라이언트 단말기(110)와 릴레이 장치(120)와 무선으로 연결되어, 음성 통신 서비스, 무선 데이터 서비스, 무선 인터넷 서비스, 영상 통화 또는 메시지 서비스 등의 서비스를 수행하도록 하기 위한 제반 기능 등을 수행한다. 즉, 기지국(130)은 릴레이 장치(120)와 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 데이터 패킷을 중계할 수 있도록 하는 제반 기능을 수행한다. 또한, 클라이언트 단말기(110)와의 사이에 네트워크 상황을 추정하기 위하여, 데이터 패킷을 전송하기 전에 단일 비트를 보내고 이에 대한 확인 신호를 클라이언트 단말기(110)로 받아서, 릴레이 장치(120)에서의 재전송 여부를 릴레이 장치(120)에게 알려주는 기능도 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치(120)의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 릴레이 장치(120)는 데이터 패킷 통신부(121), 디코딩 확인부(122), 디코딩부(123), 재전송 계층 결정부(124), 랩터 코드 인코딩부(125), 및 데이터 패킷 재전송부(126)를 포함한다. 이러한 릴레이 장치(120)의 구성을 각 블록으로 구분하는 것은 단지 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명하기 위하여 논리적으로 구분한 것으로서, 실제로는 두 개 또는 그 이상의 구성요소가 하나의 기능 블록으로 통합되거나 또는 어느 하나의 구성요소가 두 개 또는 그 이상의 서브구성요소들로 분리될 수도 있다. 또한, 각각의 구성요소들은 물리적으로는 하나로 구현되거나 또는 각각 개별적으로 구현될 수 있다.

데이터 패킷 통신부(121)는 기지국(130)을 경유하여 클라이언트 단말기(110)들과 연동하는 기능을 수행하는 통신 수단으로서, 각종 데이터를 송수신하는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 패킷 통신부(121)는 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 간에 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 통신부(121)는 본 발명의 실시예에 따라서 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷을 그 중요도에 따라서 클라이언트 단말기(110)로 재전송하는데 있어서 필요한 각종 정보(예컨대, 클라이언트 단말기(110)에서의 디코딩의 성공 여부를 지시하는 정보나 클라이언트 단말기(110)와 기지국(130) 사이의 채널 정보를 지시하는 정보 등)를 수신할 수 있다.

디코딩 확인부(122)는 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인하는 기능을 수행한다. 그리고 디코딩 확인부(122)는 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않도록 하는 기능을 수행한다.

디코딩부(123)는 디코딩 확인부(122)에서의 확인 결과에 기초하여, 필요한 경우에 기지국(130)으로부터 수신된 해당 데이터 패킷을 디코딩한다. 예를 들어, 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷이 디코딩되지 않은 데이터 패킷인 경우, 디코딩부(123)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 기능을 수행할 수 있다.

재전송 계층 결정부(124)는 종단 클라이언트 단말기(110)로부터 수신된 기지국(130)-종단 클라이언트 단말기(110) 사이의 네트워크 상황에 대한 정보(이하, '채널 상황 정보'라 한다)를 이용하여, 계층별로 중요도가 다른 데이터들 중에서 종단 클라이언트 단말기(110)로 재전송해줄 데이터를 결정한다. 여기서, 채널 상황 정보는 기지국(130)으로부터 수신할 수 있지만, 이것이 클라이언트 단말기(110)로부터 직접 수신하는 것을 배제하지는 않는다. 그리고 재전송 패킷 결정부(124)는 만일 채널 상황이 나쁜 경우에는 중요한 데이터 또는 낮은 계층의 데이터(예컨대, 영상의 재생을 위하여 반드시 필요한 계층의 데이터)만을 재전송하기로 결정하고, 만일 채널 상황이 좋은 경우에는 중요성이 낮지만 다른 부가적은 효과를 위해 필요한 데이터 또는 높은 계층의 데이터(예컨대, 고화질의 영상을 재생하기 위하여 필요한 부가적인 계층의 데이터)만을 재전송하기로 결정할 수 있다.

이와 같이, 재전송 패킷 결정부(124)에서 채널 상황 정보를 고려하여 일부 계층의 데이터 패킷만을 재전송하는 이유는 종단 클라이언트 단말기(110)가 요구하는 서비스에 맞는 데이터를 클라이언트 단말기(110)가 수신하는 것을 보장해주기 위해서이다. 이 경우에, 재전송 패킷 결정부(124)는 채널 상황 정보에 대하여 미리 임의의 값을 임계치로 설정해두고서, 채널 상황 정보가 이 임계치 이하의 값을 지시하면 중요성이 높은 데이터 패킷만을 재전송하고, 채널 상황 정보가 이 임계치 이상의 값을 지시하면 중요성이 낮은 데이터 패킷만을 재전송하도록 결정할 수 있다.

도 4는 릴레이를 사용하지 않는 경우와 기존의 방법에 따라서 릴레이를 사용 하는 경우에, 수신 SNR(Received Signal-to-Noise Ratio)에 대한 주파수당 용량(capacity)을 보여 주는 그래프이다. 도 2에서 임계치(threshold)값의 좌측 부분은 기지국(130)-종단 클라이언트 단말기(110) 사이의 네트 워크 상황이 나쁜 경우이고, 임계치값의 우측 부분은 기지국(130)-종단 클라이언트 단말기(110) 사이의 네트워크 상황이 좋은 경우이다. 따라서 재전송 패킷 결정부(124)는 전자의 경우에는 재전송해줄 계층으로 하위 계층을 선택하고, 후자의 경우에는 재전송해줄 계층으로 상위 계층을 선택할 수 있다.

랩터 코드 인코딩부(125)는 디코딩부(123)에서 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성하는 기능을 수행한다. 랩터 코드 인코딩부(125)는 랩터 코드의 무율 특성을 이용하여 디코딩된 데이터를 데이터 패킷 복원률이 향상되도록 하는 패리티 패킷인 랩터 코드 패킷을 생성하는 기능을 수행한다. 그리고 데이터 패킷 재전송부(126)는 랩터 코드 인코딩부(126)에서 생성된 랩터 코드 패킷을 종단 노드인 수신 클라이언트 단말기(110)에게 재전송하는 기능을 수행한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 5a는 릴레이 장치(120)에서 진행되는 알고리즘이며, 도 5b는 클라이언트 단말기(110)에서 진행되는 알고리즘이다.

도 5a를 참조하면, 릴레이 장치(120)는 기지국(130)으로부터 데이터 패킷을 수신한다(210). 그리고 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩 성공 여부를 확인한다(212). 단계 212의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷의 디코 딩이 이미 성공한 경우라면, 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시한다(214). 반면, 단계 212의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공하지 않은 경우라면, 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩을 시도한다(216).

계속해서 릴레이 장치(120)는 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공하였는지의 여부를 다시 확인한다(218). 그리고 단계 218의 확인 결과, 만일 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 실패한 경우, 릴레이 장치(120)는 디코딩이 실패한 데이터 패킷을 대기시켰다가 다시 단계 210을 수행하도록 제어한다.

반면, 단계 218의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 성공한 경우, 릴레이 장치(120)는 종단 클라이언트 단말기(110)로부터 수신된 기지국(120)과 종단 클라이언트 단말기(110) 사이의 네트워크 상황을 고려한다(222). 만일, 네트워크 상황이 좋으면 상위 계층을 선택하고, 네트워크 상황이 나쁘면 하위 계층을 선택한다(224). 그리고 릴레이 장치(120)는 단계 224에서 선택된 계층의 데이터 패킷을 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷으로 생성한다(226). 그리고 릴레이 장치(120)는 랩터 코드 패킷을 최종 수신 클라이언트 단말기(110)에게 재전송한다(228).

다음으로 도 5b를 참조하여 클라이언트 단말기(110)에서의 진행 절차에 관하여 설명한다. 우선, 클라이언트 단말기(110)는 기지국(130)과 릴레이 장치(120)로부터 데이터 패킷을 수신한다(230). 종단 클라이언트 단말기(110)는 릴레이 장치(120)로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부 를 확인한다(232). 그리고 단계 232의 확인 결과, 만일 릴레이 장치(120)로부터 수신된 데이터 패킷이 기지국(130)으로부터 성공적으로 수신되었으며 또한 디코딩이 성공한 패킷과 동일한 패킷이라면, 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않고 무시한다(234). 반면, 단계 222의 확인 결과, 릴레이 장치(120)로부터 수신된 데이터 패킷이 기지국(130)으로부터 수신된 데이터 패킷과 중복되지 않거나 또는 중복된다고 하더라도 성공적으로 디코딩되지 않은 경우라면, 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩을 시도한다(236).

계속해서, 클라이언트 단말기(110)는 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 단계 236에서 성공하는지의 여부를 확인한다(238). 단계 238의 확인 결과, 단계 236에서 수신된 데이터 패킷에 대한 디코딩이 실패한 경우, 클라이언트 단말기(110)는 디코딩이 실패한 데이터 패킷을 대기시켰다가 다시 단계 230을 수행하도록 제어한다(240). 반면, 단계 238의 확인 결과에 근거하여 단계 236에서 수신된 데이터 패킷의 디코딩이 성공한 경우, 디코딩된 데이터 패킷을 이용하여 출력하는 기능을 수행한다(242).

이와 같이, 도 5는 릴레이 장치(120)와 클라이언트 단말기(130) 각각의 내부동작을 설명하는 흐름도이다. 여기서, 수신된 패킷 단위로 도 5의 과정이 릴레이 장치(120)와 클라이언트 단말기(130)에서 함께 수행되고, 다른 인코딩 단위 패킷들도 동시에 수신되어 병렬적으로 처리될 수 있다. 인코딩 단위를 다르게 처리할 경우 지연과 메모리 사용은 늘어나지만 디코딩 성공 기대치가 증가하며 지연이 줄어들게 된다. 도 5에서 데이터 패킷을 송신까지 수행하는 릴레이 장치(120)와 수신만 하는 종단 클라이언트 단말기(110)의 재전송 흐름도는 동일한 부분이 많으나, 기지국(130)과 종단 클라이언트 단말기(110) 사이의 네트워크 상황을 고려하여 계층별 선택 기준을 마련하여 네트워크 상황에 적절한 계층의 데이터 패킷을 랩터 코드 재인코딩하고 이것을 재전송을 담당하는 부분이 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 릴레이 장치(120)와 종단 클라이언트 단말기(110) 두 장치 모두 디코딩이 성공할 때까지 데이터 패킷을 수신하여 중복 패킷은 무시하고 저장하며, 릴레이 장치(120)에서 수신 받아 저장된 패킷을 재전송을 할 수 있다. 만일 디코딩이 성공한 경우, 릴레이 장치(120)와 클라이언트 단말기(110) 모두 더 이상 수신된 패킷을 저장하지 않고 무시한다.

도 5에서는 릴레이 장치(120)가 단계 210 내지 단계 242을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 릴레이 장치(120)가 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 210 내지 단계 242 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 반드시 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와 같은 도 5에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법을 구현하기 위 한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치(120)에서 수신된 데이터 패킷을 랩터 코드 패킷으로 재인코딩하여 전송하는 과정을 예시적으로 도시한 다이어그램이다. 전술한 바와 같이, 본 발명 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법에서는 멀티미디어의 구조에 따른 제약 없이 계층적 구조를 릴레이 장치(120)와 결합하여 계층화 비디오 전송의 최대 효과를 낼 수 있는 구조를 사용한다. 릴레이 장치(120)들의 기본 동작으로 기지국(130)을 경유하여 멀티미디어 제공 서버로부터의 데이터 패킷을 수신하는 역할과 이를 다시 클라이언트 단말기(110)로 송신하는 역할을 수행하며, 또한 기지국(130)과 클라이언트 단말기(110) 간의 채널 정보와 샘물 코드의 무율한 특성, 멀티미디어 제공 서버와 동일한 패킷 재생성 특성을 이용하여 샘물 코드 패킷을 재생성하여 클라이언트 단말기(110)에게 전달을 하게 된다.

도 6은 기지국(도시하지 않았으나, 릴레이 장치(120)의 왼쪽에 배치될 수 있다)으로부터 릴레이 장치(120)로의 수신과 릴레이 장치(120)에서 종단 클라이언트 단말기(도시하지 않았으나, 릴레이 장치(120)의 오른쪽에 배치될 수 있다)로의 재전송이 이루어지는 과정을 예시로 보여준다. 도 6의 릴레이 장치(120)는 기지국으로부터의 종단 클라이언트 단말기로의 송신을 릴레이할 수 있다고 가정한다. 도 6의 '(a)'는 데이터 패킷 수신 전 클라이언트 단말기로부터 전송 받은 기지국과 클라이언트 단말기 사이의 채널 혹은 네트워크 상황을 알려주는 채널 정보이고, '(b)와 (c)', '(e)와 (f)'는 릴레이 장치(120)가 멀티미디어 제공 서버 또는 기지국으로부터 전송 받은 계층 1과 계층 2의 데이터 패킷이고, '(d)와 '(g)'는 수신된 데이터 패킷을 디코딩하는 과정이고, '(h)'는 디코딩된 모든 계층의 데이터 패킷을 전송 받은 채널 정보를 이용하여 이에 선택된 계층을 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하는 과정이다. '(i)'는 재인코딩된 데이터 패킷의 일부 또는 전체를 최종 수신 클라이언트 단말기에게 재전송하는 패킷을 나타낸다. 수신한 패킷은 모두 동일한 샘물 코드 인코딩 단위이다. 여기서 '인코딩 단위'란 k개의 데이터 패킷을 이용하여 만들어진 패리티 패킷과 원래 데이터 패킷의 집합을 말한다. 그에 대한 일 실시예로 한 GOP(Group of Pictures)가 100개의 데이터 패킷이 있고, 이를 가지고 패리티 패킷들을 만든다면 100개의 데이터 패킷과 이에 관계된 패리티 패킷들의 집합이 하나의 '인코딩 단위'가 된다. RS[n,k] 코드의 개념으로 말하면 데이터 패킷과 패리티 패킷을 포함하는 n개의 패킷이 하나의 '인코딩 단위'가 된다. 만일 수신된 패킷의 수가 (n,k) 의 k 인 랩터 코드 인코딩을 수행한 원본 정보의 패킷수 이상이 된다면 즉, k보다 조금 더 패킷을 수신하면 디코딩을 시도게 된다.

도 6에서 계층 1(L1)은 계층화된 비디오의 중요도가 높은 계층에 해당하는 하위 계층을 말하고, 계층 2(L2)는 계층화된 비디오의 중요도가 낮은 계층에 해당하는 상위 계층을 말한다. 기지국과 종단 클라이언트 간의 데이터 전송 상황에서 손실이 많이 발생하게 되면, 릴레이 장치(120)는 이러한 채널 상황을 알려주는 채널 정보를 전송 받게 된다. 이 경우에, 릴레이 장치(120)는 종단 클라이언트가 최소한의 정보로 비디오를 재생시킬 수 있도록 하위 계층이라도 전송을 해주기 위해 도 6에서는 L1(하위 계층)을 재전송해준다는 것을 보여준다. 이와 반대로, 기지국과 종단 클라이언트 간의 데이터 전송 상황에서 패킷 손실 발생률이 높지 않다면, 릴레이 장치(120)는 상위 계층을 전송해 주어 종단 클라이언트가 고화질의 영상까지 재생시킬 수 있도록 도와준다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법에 의할 경우에, 클라이언트 단말기(110)에서 데이터 패킷을 수신하는 과정을 예시적으로 보여 주는 다이어그램이다.

도 7에서의 클라이언트 단말기(110)는 다른 클라이언트로의 송신은 할 수 없고 기지국과 릴레이 장치로부터 수신만 가능한 클라이언트 단말기라고 가정한다. 그리고 '(a)와 (b), (f)와 (g)', '(c)와 (d)'는 각각 기지국과 릴레이 장치로부터 수신된 데이터 패킷이고, '(e)'는 다른 곳으로부터 수신된 데이터 패킷을 결합시켜 최종 하위 계층 L1의 데이터 패킷을 디코딩한다. 릴레이 장치에서 랩터 코드를 이용하는 경우, 상황에 따라 재생성된 랩터 코드 패킷의 수는 유동적으로 정할 수 있 다. 릴레이 장치에서 랩터 코드 인코딩을 수행한 경우, 도 7의 클라이언트 단말기(110)에게 '(c), (d)'와 같이 다양한 패킷을 전송함으로써, 클라이언트 단말기(110)가 수신한 패킷들이 중복될 확률을 낮추게 된다. 하지만, 수신한 데이터 패킷들이 중복될 경우에는 중복된 패킷 중 하나는 폐기된다. 릴레이 장치와 마찬가지로 수신 클라이언트 단말기(110)도 디코딩이 성공한다면, 더 이상 랩터 코드 인코딩 단위의 패킷은 저장하지 않고 폐기한다. 릴레이 장치와 다른 점은 수신만 가능한 수신 클라이언트 단말기(110)에서는 재인코딩을 하거나 재전송을 하지 않는다는 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 또는 소스(S)에서의 멀티캐스트 전송과 릴레이 장치(R)를 이용한 재전송에 대하여 간략화된 예시도이다. 도 8에 도시된 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 시스템은 다음과 같이 가정할 수 있다. 도 8에서 D는 목표 장치, 즉 클라이언트 단말기를 나타낸다.

1. 멀티 미디어 제공 서버 또는 기지국(S)은 릴레이 장치(R)와 종단 클라이언트에게 유니캐스트 또는 멀티캐스트 방식으로 멀티미디어 서비스를 한다.

2. 릴레이 장치(R)에서는 데이터 패킷 재인코딩을 하고, 종단 클라이언트(D)에서는 데이터 패킷 재인코딩을 하지 않는다.

3. 멀티미디어 데이터는 상위 계층과 하위 계층 두 개의 계층으로 이루어져 있다.

4. 클라이언트의 조건과 릴레이 장치의 조건은 서로 다르다. 클라이언트 단말기(D) 또는 릴레이 장치(R)의 성능, 가용한 비트율과 패킷 손실율, 사용자의 선 택에서 차별화되며 이에 따라 수신하는 계층이 결정된다.

5. 릴레이 장치(R)를 사용할 때, 협력 프로토콜 중 시간으로 나누는 TD(time-division)을 사용하고, 두 번의 단계를 거쳐 최종 수신 클라이언트 단말기로 데이터 패킷이 전송된다. 즉, 첫 번째 단계에서는 기지국이 릴레이 장치와 수신 클라이언트로 멀티캐스트 전송을 하고, 두 번째 단계에서는 릴레이 장치에서 수신 클라이언트로 수신된 데이터 패킷을 재인코딩하여 재전송한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷의 전송 방법, 기존의 방법에 따라서 데이터 패킷의 중요도를 고려하지 않고 데이터 패킷을 중계하는 방법, 및 릴레이를 사용하지 않는 경우의 채널 상황(수신 SNR)에 따른 종단 클라이언트 측의 패킷 손실률을 나타낸 예시도이다. 도 9에서 임계치는 10dB라고 가정한 경우이다. 본 발명의 실시예에서는 임계치인 10dB가 되지 않는 경우에는 릴레이 장치를 통해 하위 계층만을 재전송해주고, 10dB 이상인 경우에는 릴레이 장치를 통해 상위 계층만을 재전송해 준다. 반면, 기존의 방법에서는 채널 상황에 상관없이 같은 데이터 패킷을 전송해준다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의할 경우에, 기존의 방법에 비하여 전체적인 패킷 수신률을 높일 수 있게 된다는 것을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국과 종단 클라이언트 간의 채널 상황(수신 SNR)에 따라 종단 클라이언트가 SVC 영상을 복원했을 때의 최종 PSNR(dB)를 나타낸 그래프로서, 종래의 방법에 따른 최종 PSNR(dB)와 함께 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 도 9와 마찬가지로 임계치에 따라서 어떤 계층을 전송해주느냐에 따라 화질이 달라질 수 있다. 그리고 도 9와 비교했을 때, 패킷 손실은 수신 SNR이 좋을수록 릴레이 효과가 커지지만 도 10에서 영상 화질은 수신 SNR이 좋을수록 릴레이 효과가 적다. 이것은 SVC 비디오인 경우 응용 계층은 패킷의 양은 기본 계층에 비해 상대적으로 많지만 화질에는 크게 영향을 미치지 않기 때문에 패킷 수신률이 높더라도 화질에는 큰 차이가 없을 수 있기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 클라이언트 단말기 간 멀티미디어 데이터를 전송하기 위한 데이터 패킷 전송 방법 및 릴레이 장치 분야에 적용될 수 있고 나아가 고정된 릴레이와 같이 기존의 인프라 환경의 도움 없이 이동성을 가진 노드들로 구성된 MANET에서도 활용될 수 있어 차후 유비쿼터스(Ubiquitous)환경에 대응될 핵심 네트워크 기술이 될 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 릴레이 장치에서의 데이터 패킷 전송 방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이를 포함하는 릴레이 네트워크의 구성을 보여 주는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 구성을 보여 주는 블록도이다.

도 4는 채널 상황에 따른 임계치를 설정하는 것을 보여 주는 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 패킷 전송 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 5a는 릴레이 장치에 대한 것이고, 도 5b는 클라이언트 단말기에 대한 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 내부 재전송 구조에 대한 예시도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 클라이언트의 내부 수신 구조에 대한 예시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티캐스트 전송과 릴레이 장치를 이용한 재전송 예시도이다.

도 9는 종단 클라이언트의 수신 SNR에 따른 종단 클라이언트에서의 패킷 손실률을 나타낸 예시도이다.

도 10은 종단 클라이언트의 수신 SNR에 따른 종단 클라이언트에서의 영상복 원화질을 나타낸 예시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 클라이언트 단말기 120: 릴레이 장치

130: 기지국

Claims (12)

1. 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 데이터 패킷 통신부;

   상기 데이터 패킷 통신부에서 수신된 데이터 패킷에 대한 중복 여부 및/또는 디코딩 성공 여부를 확인하는 디코딩 확인부;

   상기 디코딩 확인부에서의 확인 결과, 수신된 데이터 패킷이 중복되지 않고 또한 디코딩되지 않은 경우에, 상기 수신된 데이터 패킷을 저장한 후 디코딩하는 디코딩부;

   수신된 상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 채널 상황 정보를 이용하여 상기 디코딩부에서 디코딩된 데이터 패킷 중에서 전송할 데이터 패킷의 종류를 결정하는 재전송 패킷 결정부;

   상기 재전송 패킷 결정부에서 결정된 종류의 디코딩된 데이터 패킷을 랩터 코드(RAPTOR Code)를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 랩터 코드 인코딩부; 및

   상기 랩터 코드 인코딩부에서 생성된 상기 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기에게 재전송하는 데이터 패킷 재전송부를 포함하는 릴레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 데이터 패킷은 멀티미디어 데이터 패킷이며,

   상기 재전송 패킷 결정부는 상기 멀티미디어 데이터 패킷을 구성하는 복수의 계층 중에서 재전송할 계층을 결정하며,

   상기 랩터 코드 인코딩부는 상기 재전송 패킷 결정부에서 결정된 계층의 멀티미디어 데이터 패킷을 인코딩하는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 재전송 패킷 결정부는 상기 클라이언트 단말기의 성능 정보, 가용 비트율 정보, 및 패킷 손실율 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 근거로 재전송할 멀티미디어 데이터 패킷의 계층을 결정하는 릴레이 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 멀티미디어 데이터는 SVC(Scalable Video Coding) 비디오 데이터이고,

   상기 재전송 패킷 결정부는 상기 채널 상황 정보가 소정의 임계치 이상인 것을 지시할 경우에는 상위 계층의 SVC 비디오 데이터를 재전송하기로 결정하고, 상기 채널 상황 정보가 상기 임계치보다 작은 경우에는 하위 계층의 SVC 비디오 데이터를 재전송하기로 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 랩터 코드 인코딩부는 랩터 코드의 무율(Rateless) 특성을 이용하여 패리티(Parity) 패킷인 상기 랩터 코드 패킷을 생성하는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 디코딩 확인부는 수신된 데이터 패킷이 이전에 수신된 데이터 패킷과 중복되는 경우에 중복된 데이터 패킷 중 하나를 삭제하는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 디코딩 확인부는 상기 수신된 데이터 패킷의 수신 이전에 이미 디코딩이 성공한 경우에 상기 수신된 데이터 패킷을 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 수신된 데이터 패킷은 모두 동일한 샘물 코드(Fountain Code) 인코딩 단위의 패킷인 것을 특징으로 릴레이 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 인코딩 단위는 k개의 데이터 패킷을 이용하여 생성된 패리티 패킷과 상기 수신된 데이터 패킷의 집합인 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 랩터 코드는 패킷 손실 복원 코드인 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 패킷 손실 복원 코드는 DF(Decode and Forward)를 사용하는 채널 코드인 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
12. 기지국으로부터 클라이언트 단말기로 전송되는 데이터 패킷을 중계하는 릴레이 장치의 데이터 패킷의 전송 방법에 있어서,

    상기 기지국과 상기 클라이언트 단말기 사이의 채널 상황를 지시하는 채널 상황 정보를 수신하는 단계;

    상기 기지국으로부터 수신된 데이터 패킷을 디코딩하는 단계;

    상기 채널 상황 정보에 기초하여 상기 디코딩된 데이터 패킷 중에서 상기 클라이언트 단말기로 전송할 계층의 데이터 패킷을 결정하는 단계;

    상기 클라이언트 단말기로 전송하기로 결정된 계층의 디코딩된 데이터를 랩터 코드를 이용하여 재인코딩하여 랩터 코드 패킷을 생성하는 단계; 및

    상기 생성된 랩터 코드 패킷을 상기 클라이언트 단말기로 전송하는 단계를 포함하는 데이터 패킷의 전송 방법.

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