KR20120018805A

KR20120018805A - 레이트리스 코드를 이용한 순번 대기형 협력적인 무선 네트워크 구성

Info

Publication number: KR20120018805A
Application number: KR1020117030497A
Authority: KR
Inventors: 닐레시 비. 메타; 비노드 샤르마; 과라브 반살
Original assignee: 인디안 인스티투트 오브 싸이언스
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2012-03-05
Also published as: CN102484524A; US20100296432A1; WO2010133937A1; US20130215818A1; US9083420B2; KR101317777B1; CN102484524B; US8432848B2

Abstract

레이트리스 코드에 의한 협력적인 통신을 이용하는 시스템이 제공되며, 이는 레일리 페이딩 채널에 걸쳐서 레이트리스 코드를 가지고 협력적으로 통신하는 통신 전송 측면과 중간 중계기에서 메세지를 버퍼링하기 위한 순번 대기형 측면을 이용한다. 본 시스템은 중간 중계기에서 큐 내에 현재 메세지를 수신 및 버퍼링함으로써, 현재 메세지가 목적지로 향하는 도중에 후속의 메세지를 전송한다. 소스에 대한 최상의 즉각적인 통신 링크를 갖는 중계기가 메세지를 먼저 수신하고, 그 수신된 메세지를 목적지에 전달할 수 있다. 대안적으로, 만약 중계기간 통신 링크가 강하다면, 모든 중계기들이 동시에 협력할 수 있다.

Description

레이트리스 코드를 이용한 순번 대기형 협력적인 무선 네트워크 구성{QUEUED COOPERATIVE WIRELESS NETWORKS CONFIGURATION USING RATELESS CODES}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 인도에서 2009년 5월 21일 제출된 출원번호가 1169/CHE/2009인 대응 특허출원에 대하여 미국특허법 제119(d)조(35 U.S.C. §119(d)) 하의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 포함된다.

소스로부터 목적지까지 정보를 전송하기 위하여 네트워크의 서로 다른 노드들이 함께 동작하는 협력적인 통신(cooperative communications)은 에너지 소비를 줄이고 무선 네트워크에서 데이터 전송의 신뢰성을 개선한다. 협력적인 빔 포밍(beam-forming), 분산형 공간 시간 코드, 증폭 후 전달 신호법(A&F, Amplify and Forward Signaling), 복호 후 전달 신호법(D&F, Decode and Forward Signaling), 동적인 복호 후 전달 신호법 등과 같은 다양한 협력 체계가 제안되어 왔다.

최근 파운틴 코드(fountain code) 및 일반적으로 레이트리스 코드(rateless code)가 협력적인 중계망(relay network)에 적합한 것으로 나타났다. 레이트리스 코드 전송 기법은 정보의 부호화된 비트, 바이트 혹은 패킷과 같이 정보의 부호화된 심볼(symbol)을 생성한다. 레이트리스 코드는 n 블록의 원본 메세지를 n 보다 많은 블록을 갖는 메세지로 변환하는데 이용되며, 이로써 해당 원본 메세지는 상기 변환된 블록들의 부분 집합으로부터 복구될 수 있다. 메세지를 복구하는데 필요한 블록들의 부분(fraction)을 레이트(rate)라 하며, γ라고 표시한다.

한정된 수의 패러티 비트(parity bit)나 블록을 생성하는 종래의 코드와는 달리, 레이트리스 코드는 수신자가 원본 메세지를 복구하기에 충분한 블록을 수신하였음을 나타내는 승인(acknowledgment)이 수신자로부터 수신될 때까지 전송되는 무한한 수의 패러티 비트나 블록을 생성한다. 레이트리스 코드가 유한한 양의 원본 정보를 취하고 하나 이상의 사용자에 대한 전송을 위해 실제적으로는 무한한 수의 부호화된 블록을 생성하기 때문에, 레이트 혹은 고정된 수의 부호화된 블록이라는 개념이 존재하지 않는다.

레이트리스 코드의 경우, 수신자는 예컨대 누적된 전체 상호 정보가 소스 정보의 엔트로피(entropy)를 미미하게(marginally) 초과하는 한 복수의 소스에 의하여 전송되는 하나 이상의 레이트리스 코드 스트림들의 불규칙한(unordered) 부분 집합들로부터 원본 정보를 복구할 수 있다. 일반적으로, 레이트리스 코드를 이용하여, 인코딩 심볼의 잠재적으로 무한대인 시퀀스는 주어진 소스 심볼들의 집합으로부터 생성될 수 있으며, 원본 소스 심볼은 소스 심볼의 수와 같거나 그보다 조금 더 큰 사이즈의 부호화된 심볼들의 어떠한 부분 집합으로부터도 복구 가능하다.

레이트리스 코딩을 이용하는 경우, 부호화된 심볼은 전송 중 손실될 수 있지만, 원본 정보는 부호화된 정보의 부가적인 전송(redundant transmission)으로 인해 여전히 복구 가능하다. 따라서, 레이트리스 코딩은 손실이 있는 경우에 정보를 보존하는 능력으로 인해, 오류/소거 정정 코딩의 형태로 여겨진다.

본 출원은 중간 중계기(intermediate relay)를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하는 방법을 기술한다. 본 방법은, 복수의 중간 중계기가, 제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 소정 메세지의 블록을 제 1 통신 채널을 통해 상기 소스로부터 수신하는 단계; 및 각각의 중간 중계기가, 상기 중간 중계기 내에서 상기 소정 메세지의 수신 블록을 저장 및 상기 목적지로의 이후의 전달을 위하여 버퍼링하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은, 제 1 중간 중계기가 상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록이 수신되었다고 결정하는 경우, 상기 제 1 중간 중계기가 (ⅰ) 상기 소스에 대해서 상기 소정 메세지의 블록 전송을 중단하도록 지시하고, 상기 다른 중간 중계기에 대해서는 상기 제 1 중간 중계기가 상기 소정 메세지의 수신을 완료하였음을 지시하는 승인 메세지를 전송하며, (ⅱ) 상기 소정 메세지를 상기 제 1 중간 중계기의 큐로 배치하는 단계를 포함한다. 나아가 본 방법은, 상기 다른 중간 중계기가 상기 소정 메세지의 버퍼링된 수신 블록을 포함하는 버퍼를 비우는 단계; 및 상기 제 1 중간 중계기가, 상기 목적지가 상기 소정 메세지를 복호화하기에 충분한 블록을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 제 1 중간 중계기의 상기 큐 내에 저장된 상기 소정 메세지의 블록을 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 단계를 포함한다.

다른 측면에서, 본 출원은, 제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 소정 메세지의 블록을 제 1 통신 채널을 통해 소스로부터 수신하는 기능; 상기 소정 메세지의 수신 블록을 저장 및 목적지로의 이후의 전달을 위하여 버퍼링하는 기능; 및 상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록이 수신되었다고 결정하는 기능을 처리 유닛으로 하여금 수행하도록 하기 위한 명령의 집합을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 기술한다. 상기 기능은, 상기 소스에 대해서 상기 소정 메세지의 블록 전송을 중단하도록 지시하고, 중계기들에 대해서는 상기 소정 메세지의 버퍼링된 수신 블록을 포함하는 버퍼를 비우도록 지시하는 승인 메세지를 전송하는 기능; 상기 소정 메세지를 상기 목적지로의 전달을 위하여 큐로 배치하는 기능; 및 상기 목적지가 상기 소정 메세지를 복호화하기에 충분한 블록을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 큐 내에 저장된 상기 소정 메세지의 블록을 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 기능을 추가적으로 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 출원은, 제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 메세지의 블록을 무선 통신 채널을 통해 수신하고, 다른 중계기에 의하여 전송된 메세지를 수신하기 위한 무선 수신 유닛을 포함하는 중계기를 기술한다. 본 중계기는 또한 상기 메세지의 블록을 수신하고, 상기 메세지를 복호화하기 위한 레이트리스 디코딩 유닛; 및 상기 메세지의 블록을 저장하기 위한 큐를 포함한다. 다른 중계기가 상기 중계기에 앞서 소정 메세지를 복호화하였음을 지시하는 메세지를 상기 다른 중계기로부터 수신하는 경우, 상기 큐가 상기 소정 메세지의 저장된 블록의 버퍼를 비운다. 본 중계기는, 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 수신 메세지를 부호화하기 위한 레이트리스 인코딩 유닛; 및 상기 중계기가 상기 메세지를 복호화하였음을 지시하는 메세지를 전송하고, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 수신 메세지의 블록을 전송하기 위한 무선 전송 유닛을 더 포함한다.

전술한 개요는 예시적일 뿐이며, 어떠한 제한적인 방식으로도 의도된 것이 아니다. 앞서 기술한 예시적인 측면, 실시형태 및 특징들에 부가하여 추가적인 측면, 실시형태 및 특징들은 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.

도 1a는 소스가 복호 후 전달 중간 중계기를 통해 목적지로 전송하기 위한 메세지의 연속적인 스트림을 갖는 투홉(two-hop) 네트워크의 예를 나타내는 블록도이다.
도 1b는 도 1a에 나타낸 네트워크 내 엔터티(entity)들 간에 메세지를 통신하는 예를 나타내는 메세지 다이어그램이다.
도 2는 중계기의 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다.
도 4는 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 다른 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다.
도 5는 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 또 다른 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다.
도 6은 순번 대기형 중계기 선택법(queued relay selection technique)에 대한 처리량과 안정 영역을 서로 다른 수의 중계기에 대한 중계기-목적지 통신 링크 SNR의 함수로서 나타내는 예시적인 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 순번 대기형 중계망에 대한 단대단 전송 시간을 나타내는 예시적인 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 순번 대기형 중계망에 대한 단대단 전송 시간을 중계기-목적지 통신 링크 SNR의 함수로서 나타내는 예시적인 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 단대단 전송 시간들에 대한 처리량을 비교한 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 1a에 나타낸 바와 같은 소스, 목적지 혹은 중계기 중 어떤 것으로서도 배치 가능한 예시적인 연산 장치를 나타내는 블록도이다.

이하의 상세한 설명에서, 여기의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에 있어서, 통상적으로 유사한 기호는 문맥에서 달리 기술하지 않는 한 유사한 컴포넌트를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구항에서 기술된 예시적인 실시형태는 한정적인 것임을 의미하지 않는다. 여기에 제시된 대상의 사상이나 범위를 벗어나지 않으면서도 다른 실시형태를 이용할 수 있으며, 다른 변경도 이루어질 수 있다. 여기에 일반적으로 기술하고 도면에 도시한 바와 같이, 본 개시의 측면들은 광범위하고 상이한 구성들로 배열되고, 대체되고, 결합되고, 분리되고, 설계될 수 있으며, 이 전부는 여기에 명시적으로 고려된다는 점을 쉽게 이해할 것이다.

본 출원에서, 레이트리스 코드로 협력적인 통신을 이용하는 시스템이 제시된다. 일 예에서, 중간 중계기에서의 버퍼링 메세지와 연계된 순번 대기형 측면들과 레일리 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)에 걸쳐서 레이트리스 코드를 이용하는 협력적인 통신의 통신 전송 측면들을 결합한 순번 대기형 협력적인 중계 시스템이 기술된다. 중계기 협력 통신은 메세지 전송 시간을 줄일 수 있고, 이는 처리량을 증가시키며, 네트워크에서 트래픽 부하를 분산시키는데에도 도움이 되어 이동 시간(transit time)을 감소시킨다. 따라서, 협력적인 네트워크에서 순번 대기는 현재의 메세지가 목적지에 의하여 수신된 이후에만 소스가 후속 메세지를 전송하는 전통적인 시스템에 비해 처리량을 개선할 수 있다.

본 출원은 중간 중계기들에서 대기 중인 현재 메세지를 수신하고 버퍼링함으로써 현재 메세지 하나가 목적지로 가는 중인 동안에 소스가 후속 메세지를 전송하기 시작할 수 있도록 하는 시스템을 기술한다. 이와 같은 큐(queue, 순번 대기)는 동시에 전송 및 수신이 가능한 풀 듀플렉스 릴레이(full-duplex relay)에서, 그리고 해프 듀플렉스 릴레이(half-duplex relay)에서도 채택될 수 있다.

예시적인 실시형태 내에서, 본 시스템의 성능은 다수의 예시적인 협력 통신 기법을 이용하여 평균 처리량, 네트워크 내 큐의 안정 영역 및 메세지의 평균적인 단대단 전송 시간의 면에서 결정될 수 있다. 각각의 예시적인 협력 통신 기법은 서로 다른 안정성(예컨대, 데이터 패킷의 유지 혹은 손실), 지연, 그리고 처리량의 트레이드오프(상반관계)를 제공할 수 있다. 예컨대, 한가지 기술된 기법은 중계기 선택 다이버시티(relay selection diversity)를 포함하며, 여기서는 소스에 대한 최상의 즉각적인 통신 링크를 갖는 중계기가 먼저 메세지를 수신해서 그 수신된 메세지를 목적지로 전달한다. 다른 예시적인 기법은 강한 중계기간 통신 링크를 갖는 중계기 협력을 포함하며, 여기서는 모든 중계기가 동시에 협동한다. 나아가, 다른 예로는 순차 대기식(round robin) 중계기 선택법과 확률적인 중계기 선택법이 포함된다.

부가적으로, 예시적인 실시형태에서는 레이트리스 코드를 전송하는 노드에 대해 타임아웃(timeout) 메커니즘이 제공된다. 타임아웃 메커니즘은 예컨대 소스와 중계기들 혹은 중계기들과 목적지 사이의 무선 통신 링크가 레일리 페이딩을 겪는 경우에 중계기들에서 큐의 안정성을 보장하는데 도움이 된다.

이제 도면을 참조하면, 도 1a는 소스(102)가 복호 후 전달 중간 중계기(106, 108 및 110)를 통해 목적지(104)로 전송하기 위한 메세지의 연속적인 스트림을 갖는 투홉 네트워크의 예를 나타내는 블록도이다. 3개의 중간 중계기를 갖는 네트워크가 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 중계기가 포함될 수 있다.

각 메세지는 β비트의 페이로드(payload)를 가질 수 있다. 페이로드는 예컨대 nats/Hz의 대역폭 정규화된 항목으로도 표현될 수 있다. 소스(102)에 의해 전송된 메세지는 소스(102)와 중간 중계기(106, 108 및 110) 간 무선 채널(112)의 브로드캐스트(broadcast) 성질로 인해 복수의 중계기에 의하여 수신된다.

중간 중계기(106, 108 및 110)는 물론이고 소스(102)는 레이트리스 코드를 이용하여 메세지를 전송하며, 각각은 서로 다른 레이트리스 코드를 이용할 수 있다. 레이트리스 코드는 다수의 원본 블록 A(1), ..., A(K)를 취하고, B(1),B(2), ..., B(N), B(N+1), ...과 같은 코드형 블록의 스트림을 생성하는 수학적 정보이다. 이와 같이 하기 위하여, 근본적인 레이트리스 코드 연산을 사용하여 이러한 코드형 블록을 생성한다. 레이트리스 연산에는 다수의 기법이나 예제가 존재한다. 한가지 그러한 예로는 K 블록의 원본 메세지를 N 블록으로 나누는 것이 포함되며, 여기서 N > K 이다. 그러면 선형 함수가 구축될 수 있으며, N 블록은 그 선형 함수를 이용하여 부호화될 수 있다. 수신기는 해당 선형 함수의 정보를 가지고 있을 것이며, 원본 메세지로 풀기 위하여 수신된 블록을 처리할 것이다.

레이트리스 코드를 이용하여 인코딩하는 특정한 예로서, 만약 원본 메세지가 1개의 블록을 포함한다면, 레이트리스 코딩을 이용하여, 예컨대 원본 메세지 블록 내 비트들의 서로 다른 의사 무작위적인(pseudo random) 선형 조합을 취함으로써 해당 메세지로부터 복수의 블록이 생성된다. 정보의 블록은 상기 함수를 이용하여 부호화되고, 상기 함수의 정보를 갖고 정보의 부호화된 블록을 수신할 수신기에 전송될 수 있으며, 수신된 정보의 블록을 이용하여 선형의 방정식 집합(linear set of equations)을 풂으로써 상기 원본 메세지를 복구할 수 있을 것이다.

소스(102)와 중간 중계기(106, 108 및 110)는 레이트리스 코드를 이용하여 메세지를 부호화할 것이고, 그 부호화된 블록을 전송할 것이다. 상기 부호화된 블록의 사본은 수신기가 원본 메세지를 복호화하여 복구할 수 있을 정도로 충분한 블록을 수신하였다고 수신기가 지시할 때까지 반복해서 전송될 것이다. 부호화된 블록은 계속해서 전송될 것이고, 결국 그 수신기는 원본 메세지를 복호화하기 위하여 충분한 블록을 성공적으로 수신할 것이다. 예를 들면, 소스(102)는 레이트리스 코드로 메세지를 부호화하고, 그 부호화된 블록을 전송할 것이다. 각각의 중간 중계기(106, 108 및 110)는 부호화된 블록을 수신할 것이다. 그러나, 무선 채널(112)에 기초하여, 중간 중계기(106, 108 및 110) 중 하나가 더 많은 블록을 수신하거나, 중간 중계기(106, 108 및 110) 중 다른 것보다 더 빨리 부호화된 블록 전부를 수신할 수 있다. 예를 들면, 중간 중계기(106)와 같은 중간 중계기들 중 하나가 원본 메세지를 복호화하고 복구하도록 충분한 부호화된 블록 또는 전부를 수신하면, 중간 중계기(106)는 승인 메세지를 전송할 것이고, 이는 소스(102) 및 다른 중간 중계기(108 및 110)에 의하여 수신될 것이다. 소스(102)는 승인 메세지를 수신하고, 현재 메세지의 부호화된 블록을 전송하는 것을 멈추고, 이후 후속 메세지의 부호화된 블록을 전송하기 시작할 것이다. 다른 중간 중계기(108 및 110)는 승인 메세지를 수신할 것이고, 이후 현재 메세지에 관련된 모든 수신 블록을 무시할(disregard) 것이다.

도 1a에 도시된 네트워크에서, 소스(102)는 중간 중계기(106, 108 및 110)를 통해 메세지를 목적지로 전송한다. 소스(102)는 메시지(혹은 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 메세지의 블록)를 전송하고, 복수의 중계기가 그 메세지를 수신할 것이다. 소스(102)에 대한 최고의 통신 링크를 갖는 중계기는 충분한 블록을 수신하고 그 메세지를 먼저 복호화할 것이다. 이후 이 중계기는 메세지를 다시 부호화하고, 무선 채널(114)을 통해 그 메세지를 목적지(104)로 전송할 수 있다.

각각의 중간 중계기(106, 108 및 110)는 수신된 메세지의 블록을 저장하기 위하여 (버퍼(116, 118 및 120)와 같은) 버퍼를 포함한다. 만약 무선 채널(112)이 잡음 신호가 적게 존재하고/하거나 높은 신호대 잡음비라는 측면에서 무선 채널(114)보다 더 낫다면, 중간 중계기(106, 108 및 110)는 중간 중계기(106, 108 및 110)가 메세지를 목적지(114)로 전송할 수 있는 것보다 더 빨리 메세지를 수신할 수 있다. 따라서, 중간 중계기(106, 108 및 110)는 큐에서 메세지를 버퍼링하여 수신한 순서로 메세지를 전송할 수 있으며, 그러는 한편으로는 여전히 소스(102)로부터 메세지를 수신한다. 채널에 걸쳐 전송되고 있는 무선 트래픽을 줄이고/줄이거나 신호대 잡음비를 증가시키는 것 등에 의하여 일단 무선 채널(114)이 개선되고 나면, 중간 중계기(106, 108 및 110)는 목적지(104)로 메세지를 성공적으로 전송함으로써 버퍼(116, 118 및 120)를 비울 수 있다.

언급한 바와 같이, 일단 예컨대 중간 중계기(106)와 같은 중간 중계기들 중 하나가 원본 메세지를 복호화하고 복구하기 위하여 부호화된 블록을 전부 혹은 충분히 수신하고 나면, 중간 중계기(106)는 승인 메세지를 전송할 것이며, 이는 소스(102) 및 다른 중간 중계기(108 및 110)에 의해 수신될 것이다. 다른 중간 중계기(108 및 110)는 그 승인 메세지를 수신할 것이고, 이후 현재 메세지에 관련되는 수신 블록들 전부를 무시할 것이며, 그에 따라 현재 메세지의 수신 블록을 저장한 각각의 버퍼(118 및 120)를 비울 수 있다. 따라서, 도 1a에 도시된 네트워크 내 각 중계기는 중계기(106, 108 및 110) 간 양방향 화살표로 나타낸 바와 같이 (소스(102) 및 목적지(104)와 통신하는 것에 부가하여) 상호 통신할 수 있다. 중계기(106, 108 및 110) 간의 통신을 가능하게 함으로써, 각각의 개별적인 중계기는 소스(104)로부터 수신된 메세지의 블록을 무시해야 하는 시점을 나타내는 명령을 다른 중계기들로 제공할 수 있다.

도 1b는 도 1a에 나타낸 네트워크 내 엔터티(entity)들 간에 메세지를 통신하는 예를 나타내는 메세지 다이어그램이다. 나타낸 바와 같이, 처음에 소스(102)는 화살표(120, 122 및 124)로 나타낸 바와 같이 중계기(106, 108 및 110)로 메세지의 블록들을 전송할 것이다. 소스(102)는 메세지의 블록을 나타내는 데이터를 포함한 무선 신호를 브로드캐스트할 수 있으며, 이는 각 중계기(106, 108 및 110)에 의하여 각각 수신될 것이다. 대안적으로, 소스(102)는 중계기(106, 108 및 110) 각각으로 향하는 개별적인 신호를 전송할 수 있으며, 이로써 각각의 중계기는 해당 중계기로 향하는 무선 신호만을 수신할 수 있다.

그 다음에, 전체 메세지를 복호화하기 위하여 충분한 블록을 중계기들 중 하나가 수신하고 나면, 예컨대 중계기(106)와 같은 해당 중계기는 화살표(126, 128 및 130)로 나타낸 바와 같이 소스(102) 및 다른 중계기(108 및 110)로 승인을 표시하는 데이터를 포함한 무선 신호를 브로드캐스트할 것이다. 대안적으로, 그 중계기(106)는 소스(102)와 다른 중계기(108 및 110) 각각에 개별적인 무선의 승인 신호를 전송할 수 있다. 다른 중계기(108 및 110)로 신호를 브로드캐스트하거나 전송함으로써, 중계기(106)는, 예컨대 중계기(106)가 처음으로 해당 메세지를 완전히 수신한 때로부터 소스(102)로부터 수신된 모든 메세지 블록들을 삭제하거나 무시하도록 하는 것을 포함할 수 있고 목적지(104)로의 해당 메세지의 전송을 처리할 수 있는 명령을 다른 중계기(108 및 110)로 제공한다. 대안적으로, 승인 메세지는, 예컨대 목적지(104)로 중계기(106)에 의해 전송하는 메세지의 블록을 수신함으로써 메세지를 복호화하는 시도를 계속할 것을 중계기(108 및 110)에 명령하는 것과 같이, 다른 동작들에 대한 명령도 포함할 수 있다.

이후 중계기(106)는 레이트리스 코드로 완전히 수신된 메세지를 다시 부호화하고, 화살표(132)에 의해 나타낸 바와 같이 다시 부호화된 메세지의 블록을 목적지(104)로 전송할 것이다. 일단 목적지(104)가 메세지를 완전히 복호화하기에 충분한 메세지 블록들을 수신하고 나면, 목적지(104)는 화살표(134)에 의해 나타낸 바와 같이 중계기(106)로 승인 메세지를 전송할 것이다.

중간 중계기(106, 108 및 110)를 이용하는 경우, 소스(102)가 더 많은 메세지를 전송하고/하거나 더 높은 레이트(rate)로 메세지를 전송할 수 있으며, 그에 따라 시스템의 처리량을 증가시킨다. 예컨대, 중간 중계기(106, 108 및 110)가 없는 경우, 소스(102)는 목적지(104)로 직접 전송할 것이며, 소스(102)와 목적지(104) 간의 링크가 페이딩으로 인해 변하기 때문에, 예컨대 메세지가 더 낮은 레이트에서 전송되거나 손실될 수 있다. 그러나, 중간 중계기(106, 108 및 110)를 이용하는 경우, 만약 소스(102)와 중간 중계기(106, 108 및 110) 중 하나 간의 통신 링크가 낮은 신호대 잡음비 및/또는 큰 간섭량으로 인해 불량한 경우, 메세지가 전송될 수 있는 2개의 다른 링크가 여전히 존재한다.

도 2는 중계기(200)의 예를 나타내는 블록도이다. 중계기(200)는 무선 통신 채널을 통해 메세지를 수신하고 그 메세지를 레이트리스 디코딩 유닛(204)으로 전송하는 무선 수신 유닛(202)을 포함한다. 레이트리스 디코딩 유닛(204)은 주어진 레이트리스 코드를 이용하여 메세지의 블록을 복호화하고, 큐 버퍼(206)에 복호화된 메세지를 저장한다. 큐 버퍼(206)는 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 메세지의 수신 블록을 저장할 수도 있다. 일단 레이트리스 디코딩 유닛(204)이 충분한 수의 수신된 메세지 블록을 이용하여 해당 메세지를 성공적으로 복호화하였다면, 레이트리스 디코딩 유닛(204)은 중계기(200)가 그 메세지를 복호화하였음을 나타내는 메세지를 전송하도록 무선 전송 유닛(208)에 통지할 수 있다.

또한, 중계기(200)는 부호화된 메세지를 목적지로 전송하도록 제 2 레이트리스 코드로 수신된 메세지를 부호화하기 위한 레이트리스 인코딩 유닛(210)을 포함한다. 무선 전송 유닛(208)은 안테나(212)를 이용하여 목적지로 부호화된 메세지를 전송할 수 있다.

무선 수신 유닛(202)은 소스를 복호화하도록 소스에 의하여 전송되고 있는 현재 메세지의 충분한 블록을 다른 중계기가 수신하였음을 나타내는 승인 메세지와 같은 메세지들을 다른 중계기들로부터 추가적으로 수신할 수 있다. 만약 중계기(200)가 소스를 복호화하도록 소스에 의해 전송되고 있는 현재 메세지의 충분한 블록을 수신하기 전에 승인 메세지가 중계기(200)에 의해 수신된다면, 그 중계기(200)는 다른 중계기가 해당 메세지를 복호화하였다고 결론을 내린다. 그러면 중계기(200)는 버퍼(206) 내에 있었던 메세지의 모든 수신 및 저장된 블록들을 무시하거나 삭제할 수 있다. 대안적으로, 중계기(200)는 승인 메세지를 전송하였고 목적지로 향하는 다른 중계기로부터의 전송들을 수신할 수도 있고, 전송 중인 현재의 메세지도 복호화할 수 있다. 이러한 방식으로, 중계기(200)는 다른 중계기와 함께 목적지로 메세지를 전송하도록 동작할 것이다. 각 중계기가 목적지로 데이터를 전송하기 위하여 상호 협력하도록, 중계기들이 협력적인 중계기 네트워크에 존재하도록 구성되는 것으로 가정할 수 있다. 대안적인 예시에서, 중계기들은 주어진 중계기로부터 승인을 수신한 이후에 수신되었던 현재 메세지의 어떤 부분도 삭제하지 않는다는 점에 주의한다. 대신에, 중계기는 주어진 중계기로부터 재전송된 블록을 수신함으로써 현재 메세지를 복호화하고 이후 그 메세지를 목적지로 함께 전송하는 것을 계속한다.

도 3은 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다. 이 순서도가 본 실시형태의 한가지 가능한 구현예의 기능성과 동작을 나타낸다는 점을 이해하여야 한다. 이와 관련하여, 각 블록은 모듈, 세그먼트(segment) 혹은 프로그램 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 이는 처리 중에 특정한 논리적인 기능이나 단계들을 구현하기 위하여 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령을 포함한다. 프로그램 코드는 예컨대 디스크나 하드드라이브를 포함하는 저장 장치와 같은 임의의 유형의 컴퓨터로 판독 가능한 매체상에도 저장될 수 있다. 부가적으로, 각 블록은 처리 중인 특정한 논리적인 기능들을 수행하도록 접속된 회로망을 나타낼 수 있다. 해당 기술에서 상당히 숙련된 자들에 의하여 이해 가능한 바와 같이, 대안적인 구현예는 본 출원의 예시적인 실시형태의 범위 내에 포함되며, 여기서 기능들은 관련되는 기능성에 따라서 실질적으로 동시에 혹은 역순인 경우를 포함하여 도시되거나 논의된 것과는 다른 순서로 실행될 수 있다.

블록(302)에 나타낸 바와 같이, 우선 본 방법은 제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 소정의 메세지 블록을 복수의 중간 중계기에서 수신하는 단계를 포함한다. 메세지의 블록은 소스에 의해 전송되고, 제 1 통신 채널을 경유하여 보내어진다. 블록들을 수신하는 각각의 중간 중계기는, 블록(304)에서 나타낸 바와 같이, 저장 중인 수신 블록들을 버퍼링할 것이다.

제 1 중간 중계기가 메세지를 복호화하기 위하여 충분한 메세지 블록이 수신되었음을 결정하는 경우, 블록(306)에서 나타낸 바와 같이, 제 1 중간 중계기는 소스에 메세지 블록의 전송을 중단할 것을 지시하고 제 1 중간 중계기가 소정의 메세지 수신을 완료하였음을 다른 중간 중계기에 가리키는 승인 메세지를 전송할 것이다.

중계기는 다수의 기법을 이용하여 메세지를 복호화하기에 충분한 메세지 블록이 수신되었음을 결정할 수 있다. 예컨대, 블록은 그 블록 내에 임베디드(embedded) 순환 중복 검사(cyclic redundancy check(CRC))를 포함할 수 있다. 중계기는 사용 중인 소정의 레이트리스 코드 함수에 따라 선형 방정식의 집합을 풀려고 시도함으로써 해당 메세지를 복호화하려는 시도를 단순히 계속할 수 있으며, 만약 중계기가 실패한다면, 이는 CRC 패러티 검사 조건의 실패로 표시될 것이고, 중계기는 더 많은 블록이 수신되기를 대기한다.

또한, 블록(308)에서 나타낸 바와 같이, 제 1 중간 중계기는 목적지로의 전송을 위하여 제 1 중간 중계기의 큐에 해당 메세지를 배치할 것이다. 제 1 중간 중계기로부터 승인 메세지를 수신한 이후에, 다른 중간 중계기는 블록(310)에 나타낸 바와 같이 저장된 수신 메세지 블록을 포함하는 버퍼를 비울 것이다. 따라서, 만약 중간 중계기가 메세지를 복호화하기에 충분한 블록을 수신하지 않았다면, 중간 중계기는 수신되었던 모든 메세지 블록을 삭제하거나 소거할 것이다.

이후에, 중간 중계기는 블록(312)에 나타낸 바와 같이, 제 2 레이트리스 코드를 이용해서 부호화된 중간 중계기의 큐 내에 저장된 메세지 블록을 제 2 통신 채널을 경유하여 목적지로 반복해서 전송할 것이다. 중계기는 메세지를 복호화하기에 충분한 블록을 목적지가 수신하였음을 나타내는 승인이 목적지로부터 수신될 때까지 메세지의 블록들을 전송할 것이다. 따라서, 각 중계기는 예컨대 내부의 큐 안에 메세지가 저장되어 있는 순서로 중계기가 소스로부터 목적지까지 완전히 수신한 메세지들을 전송할 것이다.

전술한 바와 같이, 중계기가 충분한 수의 메세지 블록을 수신하는 경우, 중계기는 해당 메세지를 성공적으로 복호화할 수 있고, 이는 이후 목적지까지 FIFO(first in first out, 선입선출) 방식으로 전송하기 위하여 그 중계기의 버퍼 내에 순번 대기(queued)한다. 소스 S로부터 메세지를 복호화하기 위하여 중계기 R _i 에 의해 소요되는 최소 시간은 다음과 같다.

식 (1)

여기서

는 S-R _i 통신 링크에 대한 수신 신호대 잡음비(SNR, signal-to-noise ratio)이고, δ는 레이트리스 코드의 실제 구현물의 비효율성이고, B는 메세지 블록들의 개수이다. 비효율성 상수 δ는 해당 값이 B에 반영될 수 있기 때문에 이 예에서는 무시될 수 있다. 레일리 페이딩 가정에 뒤이어서,

와 λ_i(이는 R _i -목적지 D 링크에 대한 수신 SNR을 표시함)는 지수적으로(exponentially) 분산된다.

수신기가 다양한 전송들을 분리하기 위하여, 중계기와 소스는 서로 다른 선험적으로 할당된(priori assigned) 확산 시퀀스(spreading sequence)를 이용하여 신호를 전송한다. 나아가, 송신기에서는 무선 채널 정보가 필요하지 않을 수 있다.

전송 노드는 지정된 시간 t_out 내에 승인이 수신되지 않는다면 "타임아웃(time-out)"할 수 있다. 예컨대, 레이트리스 코드를 이용하여, 송신기는 메세지를 복호화하기 위하여 충분한 블록을 수신기가 수신하였음을 나타내는 승인 메세지를 송신기가 수신할 때까지 무기한으로 메세지의 부호화된 블록들을 전송한다. 그러나, 예시적인 실시형태에서, 송신기는 승인 메세지를 수신한 이후 혹은 타임아웃 기간 이후 중 어느 것이라도 먼저 발생할 때 정보의 부호화된 블록을 전송하는 것을 중단할 수 있다.

따라서, 소스는 승인의 수신에 관하여 타임아웃 기간을 부과할 수 있고, 타임아웃 기간 동안 승인이 수신되지 않는다면 해당 패킷이 손실되었다고 가정할 수 있다. 타임아웃 기간은 예상되는 전파 및 처리 지연에 기초하여 연산될 수 있다. 중계기는 성공적으로 수신된 메세지들을 승인할 것이다. 중계기는, 예컨대 체크섬(checksum)을 이용하여 검출될 수 있는 오류 패킷을 묵시적으로(silently) 드랍(drop)할 수 있다. 또한, 중계기는, 예컨대 시퀀스 넘버를 이용하여 검출될 수 있는 중복된 패킷을 묵시적으로 드랍할 수 있다.

타임아웃 기간은 레일리 페이딩 채널에 걸쳐서 레이트리스 부호화된 메세지를 전송하는데 유용하며, 이는 그렇지 않으면 평균 전송 시간이 무한해질 수 있기 때문이다. 예를 들면, 타임아웃 기간이 없는 경우 메세지를 전송하기 위한 평균 시간은 대략 다음과 같다.

식(2)

여기서,

이다. 수학적인 바운딩 인수(bounding argument)를 이용하여 식(2)에서 적분이 무한할 수 있음이 보여질 수 있다.

타임아웃의 발생 시, 소스는 큐로부터 해당 메세지를 드랍하거나 해당 메세지를 재전송하기 시작할 수 있다. 나아가, 각 중계기는 만약 그 중계기가 타임아웃 기간 내에 해당 메세지를 완전히 수신하지 못하였다면 (혹은 성공적으로 메세지를 복호화할 수 있을 정도로 충분한 메세지 블록을 수신하지 못하였다면) 임의의 또는 모든 메세지의 수신 블록을 드랍할 수 있다. 대안적으로, 각 중계기는 수신된 블록을 저장하고, 메세지를 복호화하기에 충분한 블록을 수신하기를 대기하거나 중계기가 메세지의 복호화되지 않은 블록들을 삭제하기 전에 다른 중계기로부터 승인 메세지를 수신하기를 대기할 수 있다.

소스가 레이트리스 코드를 이용하여 메세지를 전송하기 위한 다수의 기법이 존재한다. 예를 들면, 전술한 비동기적인 기법에서, 한 중계기가 메세지를 복호화하자마자 메세지를 전송함으로써 중계기들이 서로 돕고, 이로써 다른 중계기들은 메세지 복호화 시도를 중지하고, 해당 메세지의 저장된 부분들을 갖는 버퍼를 비운다. 이 기법을 이용하여, 소스는 중계기들 중 어느 하나라도 메세지를 복호화할 때까지 전송하고, 승인을 회신한다. 이후 소스는 다음 메세지를 전송하기 시작한다. 메세지를 복호화한 중계기는 목적지로의 전송을 위해 버퍼 내 메세지를 순번 대기시키고, 다른 중계기들은 이 메세지의 전송에 있어서 추가적인 역할을 수행하지 않는다. 이러한 기법은 최상의 즉각적인 S-R 통신 링크를 갖는 중계기를 자동으로 선택한다.

도 4는 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 다른 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다. 소스는 순차 대기식(RR, round-robin) 방법을 이용하여 (레이트리스 코드를 이용해서) 메세지를 전송할 중계기를 선택할 수 있다. 우선, 블록(402)에 나타낸 바와 같이, 소스는 메세지를 전송하기 위한 제 1 중계기를 선택한다. 블록(404)에 나타낸 바와 같이, 해당 소스는 제 1 중계기가 전체 메세지의 수신을 가리키는 승인 메세지로 회신할 때까지, 레이트리스 코드를 이용해서 부호화된 메세지의 블록들을 상기 제 1 중계기에 계속해서 전송할 것이다. 블록(406)에 나타낸 바와 같이, 일단 승인이 제 1 중계기로부터 수신되고 나면, 이후 소스는 제 2 중계기로 다음 메세지를 전송할 것이다. 블록(408)에 나타낸 바와 같이, 제 2 중계기가 전체 메세지의 수신을 가리키는 승인 메세지로 회신할 때까지 레이트리스 코드를 이용해서 부호화된 다음 메세지의 블록들을 상기 제 2 중계기로 계속하여 전송한다.

이어서, 블록(410)에서 나타낸 바와 같이, 만약 네트워크 내에 더 많은 중계기가 존재한다면, 소스는 블록(412)에서 나타낸 바와 같이 네트워크 내 다음 중계기로 후속의 메세지들을 계속해서 전송할 것이다. 네트워크 내에 추가적인 중계기가 없다면, 소스는 제 1 중계기로 돌아와서 후속 메세지의 전송을 시작한다.

따라서, 순차 대기식 방법을 이용하는 경우, 소스는 미리 정해진 순서로 중계기들을 선택해서 순서대로 후속의 중계기들에 다음 메세지들을 전송할 수 있다. 이러한 방식으로, 각 중계기는 이전의 중계기가 소스에 승인을 회신하고 나면 메세지를 수신할 것이다. 일단 의도된 중계기가 메세지를 복호화하고 나면, 중계기는 소스에 승인을 회신하고, 해당 중계기는 목적지로의 전송을 위하여 큐에 메세지를 저장한다. 이후 소스는 다음 메세지를 전송하기 시작한다.

도 5는 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 또 다른 방법의 예시적인 스텝들을 기술한 순서도이다. 만약 중계기간 통신 링크가 충분히 강하다면, 모든 중계기들은 메세지를 전송하기 위하여 서로 통신할 수 있다. 따라서, 블록(502)에서 나타낸 바와 같이, 우선 소스가 브로드캐스트 방식으로 모든 중계기에 신호를 전송하기 시작할 것이며, 소스가 승인을 수신할 때까지 메세지의 블록들을 계속해서 전송할 것이다. 블록(504)에 나타낸 바와 같이, 소스에 대한 최상의 통신 링크를 갖는 중계기가 메세지를 복호화하기에 충분한 메세지 블록을 수신하는 첫번째 중계기가 될 것이다.

처음으로 메세지를 수신하는 중계기는 이후 블록(506)에 나타낸 바와 같이 소스로 승인 메세지를 전송하고, 목적지로의 전송을 위하여 해당 메세지를 큐에 배치할 것이다. 그러면, 블록(508)에 나타낸 바와 같이 중계기는 목적지로 해당 메세지를 전송하기 시작할 것이다. 만약 중계기간 통신 링크가 강하다면, 블록(510)에 나타낸 바와 같이 그 영역 내 다른 중계기들도 그 메세지를 수신할 것이다. 블록(512)에 나타낸 바와 같이, 이후 다른 중계기들도 그 메세지를 목적지로 전송하기 시작할 수 있다. 결과적으로, 모든 중계기는 메세지를 목적지로 전송하기 시작할 수 있으며, 목적지는 모든 중계기의 전송으로부터 정보를 축적하여 해당 메세지를 복호화할 수 있다.

더 나아가, 중간 중계기를 이용하여 소스와 목적지 간에 정보를 전송하기 위한 다른 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 소스는 각 중계기가 거의 균등하게 사용되도록 부하 균형 기법(load balancing technique)을 이용해서 메세지들을 중계기들로 전송할 수 있다. 다른 예로서, 소스는 확률적인 방법을 이용하여 중계기를 선택할 수 있고, 이로써 소스는 과거 결과에 기초해서 가장 짧은 시간에 메세지를 수신하거나 메세지를 수신할 확률이 가장 높은 중계기를 선택할 수 있다. 소스는 어떤 중계기들이 성공적인 메세지 수신을 나타내는 승인 메세지를 과거에 회신하였는지에 기초하여 중계기들의 순위를 결정할 수 있고, 소스는 그 순위로부터 중계기를 선택할 수 있다.

전술한 각각의 기법에 대하여, 메세지가 목적지로 전송되기 이전에 큐에 있을 대기 시간 및 전송 시간에 대한 추정치가 결정될 수 있다. 추정치에 대한 표기법은 다음과 같을 것이다.

무작위 변수 Y에 대하여, Y[k], k = 1, 2, ..., 는 Y의 분포를 갖는 독립적인 동일하게 분포한(i.i.d., independent identically distributed) 시퀀스를 지칭할 것이다. E[.] 및 Var[.]는 기대치(expectation) 및 분산(variance)을 각각 지칭할 것이다. Y의 누적 분포 함수(CDF, cumulative distribution function)는 F _Y (.)으로 지칭한다. S^SR은 (드랍(drop)되는 것을 포함해서) 소스로부터 메세지를 전송하는데 걸린 시간이라고 한다.

는 중계기 i가 메세지를 수신하는 경우에 메세지 전송 시간을 나타내는 것으로 한다. A _i 는 중계기 i에서 (성공적으로) 도착하는 메세지들 간의 도착간 시간을 지칭하는 것으로 한다.

는 드랍되지 않은 메세지의 전송 시간을 지칭하는 것으로 하며, 다시 말해

이다. 유사하게,

는 (드랍되는 메세지를 포함해서) 중계기 i에 의한 메세지 전송 시간이다. 그리고,

는 중계기 i에 의해 메세지가 드랍되지 않은 경우에 대응하는 시간이다. 중계기 i의 큐는 Q _i 로 지칭된다. 전송 시 소스가 타임아웃할 확률은

로 지칭된다. 또한,

및

는 S-R 및 R-D 전송 레이트의 역수(reciprocal)를 지칭하는 것으로 한다.

무작위 변수 S에 의해 주어진 메세지당 전송 시간과 무작위 변수 A에 의해 주어진 메세지들의 도착간 시간을 갖는 큐는 E[A] > E[S]인 경우에만 안정적이다 (즉, 큐 길이와 대기 시간 프로세스는 고유의 적당한 정적 분포를 가지며, 초기 조건에서 시작해서 해당 프로세스들은 상기 정적 분포를 약하게 커버한다).

나아가, 전송되기를 대기하며 큐 내에 남은 메세지에 대한 평균적인 대기 시간에 대한 대략적인 표현은 다음과 같다.

식(4)

여기서, 무작위 변수 Y에 대해

이고,

이다. 만약

라면,

이며, 그렇지 않고

에 대해서는

이다.

일 예에서, (도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이) 가장 높은 S-R 통신 링크를 갖는 중계기가 처음으로 메세지를 수신할 것이라는 경우를 포함하여 상술한 기법을 이용하는 경우, 만약 타임아웃이 존재하지 않는다면 메세지 전송 시간은 다음과 같다.

식(5)

식(6)

여기서

이다. 따라서, 소스가 타임아웃해서 메세지를 드랍할 확률은 다음과 같이 계산될 수 있다.

식(7)

식(6)으로부터,

인 경우에 다음과 같이 될 수도 있다.

식(8)

여기서

에 대하여

이다.

나아가, 메세지를 드랍하는 경우 제 1 중계기

에서의 도착간(inter-arrival) 시간은 다음과 같이 표현될 수 있다.

식(9)

여기서 c는 큐 Q _i에서 2개의 성공적인 메세지 도착 간 사이클(cycle)의 개수이다. 사이클은 중계기 i가 최상의 중계기인 연속적인 구간들 사이의 도착간 시간이며, 다시 말해 모든 j ≠ i 에 대하여

이다. l번째 사이클에서, N_j[l]은 중계기 j가 최상의 중계기인 횟수를 지칭하는 것으로 한다. 그러면, l번째 사이클 기간은 만약 해당 메세지가 사이클의 말단에서 중계기 i에 의해 성공적으로 수신된다면

과 같다. 그렇지 않고, 만약 R _i가 최상의 중계기인 경우에 타임아웃이 발생한다면,

이다. 소스가 마지막이 아닌 처음 (c - 1) 사이클에서 확률

로 타임아웃하기 때문에, 명백하게

이다.

도 3 및 5에서 나타낸 방법들을 이용하여 중계기 i에서 메세지들의 평균적인 도착간 시간은 다음과 같이 주어진다.

식(10)

도착간 시간의 분산은 다음과 같이 주어진다.

식(11)

식(11)에서 구성항 및

또한 평가(evaluate)될 수 있다. 식(8)로부터, m = 1,2에 대하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

식(12)

여기서, a > 0, u > 0 이고, m ≥ 1,

이다. 나아가, m = 1,2에 대하여 다음과 같을 수 있다.

식(13)

중계기 i에서 메세지 전송 시간의 통계는 i.i.d 시퀀스이다. S-R 통신 링크 기법(도 3에 나타낸 방법)의 경우,

의 확률 분포(타임아웃으로 인해 드랍된 메세지를 포함함)는 다음과 같이 주어진다.

식(14)

여기서

는 디랙 델타 함수(Dirac delta function)이다. 식(14)로부터 이하의 결과가 뒤따른다.

식(15)

식(16)

E[A] > E[S]와 상기 결과들을 결합하면 다음 결과가 제시된다. 도 3의 중계기 선택 기법에 있어서 중계기 큐는 다음과 같은 경우에만 안정적이다.

식(17)

Q _i 내 평균 지연에 대한 표현은 단대단(end-to-end) 시간이며, 이는 식(4)에서 상기 결과들을 대체함으로써 뒤따른다. 본 시스템의 처리량(throughput)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

식(18)

여기서, 대칭으로 인해 i는 임의의 중계기를 색인(index)한다. 이러한 표현은 중계기 큐가 불안정한 시나리오를 포함한다. 목적지에 도달하는 메세지에 대한 평균적인 단대단 시간은 다음과 같다.

식(19)

여기서, W _i 는 Q _i 내 메세지의 대기 시간이고, 식(4)에서 상기 결과들을 대체함으로써 평가된다.

다른 예에서, (도 4에 나타낸 바와 같이) 소스가 단 하나의 선택된 중계기로 메세지를 전송하는 상기 기법을 이용하는 경우, 확률적 선택(PS, probabilistic selection) 정책을 이용하여 소스는 확률

로 중계기 i를 무작위로 선택한다. 순차 대기식(RR, round-robin) 정책을 이용하는 경우, 소스는 하나씩 순차적으로(sequentially) 모든 중계기에 전송한다.

PS 및 RR 모두에 대하여, R _i 에 대한 메세지 전송 시간의 누적 분포 함수는

이다. 그러면 소스 타임아웃 확률은 다음과 같다.

식(20)

그리고,

의 확률 분포는 다음과 같다.

식(21)

실제로, 중계기는 채널 조건에 상관없이 선택되기 때문에, 이것은 M=1인 경우의 식(6)과 비슷하다.

PS에 대해, R_i에서 도착간 시간 A_i의 통계는 다음과 같이 주어진다.

식(22)

식(22)에 대한 추론은 상술한 중계기 선택 기법에 대한 것과 유사하다. 전과 마찬가지로,

이고, 여기서

은 (20)에 의하여 주어진다. 따라서 E[A_i] 및 Var[A _i ]는 비록 다른 파라미터 값을 가지고 있지만 상기와 동일한 도출(derivation)을 따른다.

RR에 대해, R_i에서 도착간 시간 A_i의 통계는 PS와는 다른데, 소스가 순차적으로 중계기에 전송하기 때문이다. 이는 다음과 같은 형태를 취한다.

식(23)

이러한 표현은 각 중계기가 매 사이클의 RR에서 정확하게 한번씩 방문된다는 점, 다시 말해 N_j[k] = 1, 1≤k≤c 인 점을 제외하고는, 식(22)와 비슷하다. RR 및 PS에 대한 E[A_i]가 같을 수 있는 (그리고 (10)에 따름) 반면에, Var[A_i]는 다르며 다음과 같은 형태를 취한다.

식(24)

상기 식들을 구성하는 항들은 다음과 같이 평가될 수 있다. 중계기 선택의 경우, PS 및 RR 양자에 대해 다음과 같다.

식(25)

그러면 E[S^SR] 및 E[S^SR2] 표현은 식(13)을 이용하여 도출된다.

PS 및 RR에 대한 중계기 전송 시간의 확률 분포는 중계기 선택의 경우에서와 동일하다. 그러므로, 제 1 및 제 2 모멘트는 식(16)에 의해 주어진다. 중계기가 타임아웃할 확률

는 식(15)에 의해 주어진다.

순차 대기식에서 중계기 큐와 확률적 선택은 다음과 같은 경우에만 안정적이다.

식(26)

단대단 지연 및 Q_i에서의 평균적인 처리량 메세지 대기 시간은 식(18), 식(4) 및 식(19)에서 상기 표현을 대체함으로써 각각 얻어진다.

또 다른 예에서, 모든 M 중계기들이 동시에 소스로부터 메세지를 수신하고 (혹은 도 5에 나타낸 바와 같이, 하나의 중계기가 메세지를 수신하고, 목적지로 그 메세지를 전송하기 시작하며, 다른 모든 중계기가 전송 중계기로부터 해당 메세지를 수신함), 또한 해당 메세지를 목적지로 동시에 전송하기를 시작 및 중지하는 경우, 상술한 기법을 이용하면, 사실상 그 중계기들은 등가의 큐 Q _eq를 갖는 하나의 중계기 R _eq로서 동작한다.

메세지는 중계기들 중 어느 하나가 먼저 메세지를 수신한 이후 전송할 때 모든 중계기들에 의하여 수신되며, 이는 중계기 선택 기법에 관하여 동일한 메세지 전송 시간을 제공한다. 따라서,

의 확률 분포, 제 1 및 제 2 모멘트, 그리고

은 상기 중계기 선택 기법에 대하여 유도된 바와 같다.

Q _eq 에서 도착간 시간은 이제 다음과 같다.

식(27)

여기서, w는 R _eq 에서의 2개의 도착 간에 발생하는 타임아웃의 개수이다. 분명히,

이다. A _eq 의 평균 및 분산에 대한 표현은 식(10) 및 식(11)에서 M=1을 대체함으로써 각각 도출된다.

이러한 기법을 이용하여, 목적지는 모든 중계기로부터의 상호 정보를 축적하고, 등가의 중계기의 전송률은 M개 중계기의 전송률에 걸친 합이다. 그러므로, (타임아웃에 대한 단서(provisioning)가 없으면)

이다.

변수 변환과 특성 함수를 이용하고 타임아웃을 고려하는 경우 다음과 같다.

식(28)

여기서

는 불완전 감마 함수(Incomplete Gamma funciton)이다.

,

및

는 식(28)로부터 계수적으로 연산된다.

상술한 결과를 이용하여, 다음의 안정성 근사가 이루어질 수 있다. 강한 중계기간 링크 시나리오에 대한 중계기 큐는 다음의 경우에만 안정적이다.

식(29)

끝으로, 단대단 시간 및 처리량은 상술한 결과를 식(4) 및 식(19)에서 각각 대체함으로써 계산될 수 있다.

상술한 기법들을 이용하여 시뮬레이션이 (10⁷ 메세지를 이용하여) 수행되었다. 시뮬레이션은 1MHz의 시스템 대역폭, 메세지당 4096 비트, P_SR = 10dB의 S-R 링크 SNR 및 t_out = 10 msec를 가정한다. 중계기의 개수는 달리 언급하지 않는한 M=3이다. 다음의 도면에서, 라인은 분석적인 결과를 나타내기 위해 사용되고, 마커는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 6은 순번 대기형 중계기 선택법(queued relay selection technique)에 대한 처리량과 안정 영역을 서로 다른 수의 중계기에 대한 R-D 통신 링크 SNR의 함수로서 나타내는 예시적인 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 처리량과 안정 영역 양자는 중계기의 수가 증가함에 따라, 그리고 R-D 통신 링크 SNR이 개선됨에 따라 증가한다. 예컨대, 중계기 선택은 M=1인 경우 P_RD≥9.4에 대하여 안정적이고, M=3인 경우 P_RD≥4.0에 대하여 안정적이다. 또한, 비교의 목적으로, 강한 중계기 링크 케이스와 종래 방식의 안정 영역이 M=3에 대하여 나타나 있다. 종래 방식은 중계기를 더 적게 로딩하기 때문에, 그 안정 영역은 더 큰 반면에(P_RD≥1.0), 강한 중계기 링크 케이스는 P_RD≥2.6에 대해서만 안정적이다. 불안정한 시스템에 대해서는 (중계기 목적지 채널이 병목으로 되기 때문에) 처리량이 더 큰 반면에, 지연은 무제한으로 되며, 이는 시스템에 대한 바람직한 동작 포인트가 아니다.

중계기의 수를 늘리는 것은 전송 시간을 빠르게 하는 공간 다이버시티(spatial diversity)가 증가할 뿐만 아니라, 각 중계기의 큐에 대한 부하가 감소하여 순번 대기 지연을 감소시키기 때문에 유리하다. 도 7은 종래의 순번 대기형 중계망에 대한 단대단 시간을 나타내는 예시적인 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. M이 증가하면서, 중계기 큐에서의 부하는 S-R 통신 링크 처리량이 증가하지 않기 때문에 감소한다.

다양한 기법들에 대한 단대단 시간이 비교되며, 시뮬레이션 결과를 도시한 예시적인 그래프가 R-D 통신 링크 SNR, P_RD의 함수로서 도 8에 나타나 있다. 동일한 P_RD에 대하여, 중계기 선택은 확률적 선택과 순차 대기식이 뒤따르는 가장 높은 단대단 시간을 갖는다. 이것은 중계기 선택에 의해 얻어지는 더 높은 S-R 통신 링크 처리량으로 인한 것이며, 이는 결과적으로 종래의 모델에 비하여 더 자주 중계기 큐를 로딩한다. 순차 대기식 방식의 단대단 지연이 항상 확률적 선택의 경우보다 작다는 점에도 주의한다. 이는 중계기의 큐에서 메세지 도착 시간의 가변성이 순차 대기식의 경우에 더 낮기 때문이다. 강한 중계기간 케이스는 가장 낮은 단대단 시간을 낳는다. 나아가, 시뮬레이션과 분석적인 결과는 모든 방식에 대하여 잘 부합한다.

도 9에 나타낸 예시적인 그래프에서 도시되어 있는 바와 같이, 다양한 방식의 비교가 동일한 단대단 시간에 대한 처리량을 비교함으로써 얻어질 수도 있다. 공간 다이버시티를 이용하는 중계기 선택은 동일한 단대단 지연에 대해 종래의 방식들보다 훨씬 더 높은 처리량을 달성한다.

상술한 실시형태는 투홉 협력적인 무선 네트워크를 통해 정보를 전송하기 위해 레이트리스 코드가 어떻게 이용 가능한지를 설명하며, 여기서 중계기들은 큐들을 포함하고, 이들 간의 무선 링크들은 레일리 페이딩을 겪는다. 중계기 협력은 (공간 다이버시티를 이용함으로써) 전송 시간뿐만 아니라, (부하 밸런싱을 제공함으로써) 단대단 전송 시간도 감소시킨다. 종래 확률적 선택 및 순차 대기식의 순번 대기형 중계 모델이 후자의 측면을 이용하는 반면에, 중계기 선택은 양 측면을 이용한다. 그러나, 특정한 상황에서 중계기 선택은 종래 기법보다 더 작은 안정 영역을 가질 수 있다. 강한 중계기간 링크 시나리오의 경우, 강한 중계기간 링크에 의하여 모든 중계기들이 목적지로 메세지를 전송하는데 협력하는 것이 가능하고, 또한 종래의 기법에 비하여 제대로 수행한다. 이는 모든 중계기들이 네트워크 내 모든 패킷을 서비스하는데 조력하기 때문이며, 이는 중계기 선택이나 종래 방식의 경우에서는 아니다.

도 1a에 도시되고 본 출원에 기술된 소스와 목적지는 메세지를 전송하고 수신하는 네트워크 내 임의의 장치일 수 있다. 예컨대 무선 통신 네트워크에서, 소스는 기지국일 수 있고, 목적지는 다른 기지국이나 이동국일 수 있다. 중간 중계기는 기지국이거나 단지 리피터(repeater)일 수 있다. 소스, 목적지 및 중계기 각각은 예컨대 TDMA(time-division multiple access)나 CDMA(code-division multiple access)와 같은 임의의 알려진 무선 통신 프로토콜에 따라 동작할 수 있다. 따라서, 소스와 중계기 사이 및 중계기와 목적지 사이의 통신은 무선 통신 채널일 수 있다. 소스, 목적지 및 중계기는 본 출원의 기능들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 코드를 저장하기 위한 데이터 저장부와 프로세서를 포함할 수 있다.

도 10은 도 1a에 나타낸 바와 같은 소스, 목적지 혹은 중계기 중 어떤 것으로서도 배치 가능한 예시적인 연산 장치(600)를 나타내는 블록도이다. 기본적인 구성(602)에서, 연산 장치(600)는 통상적으로 하나 이상의 프로세서(604) 및 시스템 메모리(606)를 포함한다. 메모리 버스(608)는 프로세서(604)와 시스템 메모리(606) 간에 통신하기 위하여 이용 가능하다.

원하는 구성에 따라, 프로세서(604)는 마이크로프로세서(μP), 마이크로컨트롤러(μC), 디지털 신호 처리장치(DSP, digital signal processor) 혹은 그 어떠한 조합이라도 포함하는 임의의 유형일 수도 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 프로세서(604)는 레벨 1 캐시(610) 및 레벨 2 캐시(612)와 같은 하나 이상 레벨의 캐싱(caching), 프로세서 코어(614) 및 레지스터(616)를 포함할 수 있다. 프로세서 코어(614)는 ALU(arithmetic logic unit), FPU(floating point unit), DSP 코어(digital signal processing core) 혹은 그 어떠한 조합이라도 포함할 수 있다. 또한, 메모리 컨트롤러(618)가 프로세서(604)와 함께 사용될 수 있으며, 혹은 일부 구현예의 경우 메모리 컨트롤러(618)가 예컨대 프로세서(604)의 내부적 부품일 수 있다.

원하는 구성에 따라, 시스템 메모리(606)는 휘발성 메모리(RAM 등), 비휘발성 메모리(ROM, 플래시 메모리 등) 혹은 그 어떠한 조합이라도 포함하는 임의의 유형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 시스템 메모리(606)는 통상적으로 운영 체제(operating system)(620), 하나 이상의 어플리케이션(622) 및 프로그램 데이터(624)를 포함한다. 어플리케이션(622)은, 예컨대 연산 장치(600)의 어플리케이션에 따라 도 3, 도 4 혹은 도 5에 나타낸 임의의 방법을 수행하도록 실행 가능한 처리 알고리즘(626)을 포함한다. 프로그램 데이터(624)는 예컨대 네트워크 내에서 메세지의 라우팅을 나타내는데 유용한 라우팅 데이터(628)를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 어플리케이션(622)은 예컨대 선택된 중계기들에 의하여 메세지가 전송 및 수신되도록, 운영 체제(620) 상에서 프로그램 데이터(624)로 동작하도록 구성될 수 있다. 여기 기술한 기본적인 구성(602)은 점선(602) 내의 컴포넌트들에 의하여 도 6에 도시되어 있다.

연산 장치(600)는 기본적인 구성(602) 및 임의의 필요한 장치와 인터페이스 간의 통신이라도 용이하게 하기 위해, 부가적인 구성이나 기능, 그리고 부가적인 인터페이스를 가질 수 있다. 예컨대, 버스/인터페이스 컨트롤러(630)는 저장부 인터페이스 버스(634)를 경유하여 하나 이상의 데이터 저장 장치(632)와 기본적인 구성(602) 간 통신을 용이하게 하기 위하여 이용 가능하다. 데이터 저장 장치(632)는 이동식 저장 장치(636), 고정식 저장 장치(638) 혹은 그 조합일 수 있다. 이동식 저장 및 고정식 저장 장치의 예를 몇가지 언급하자면, FDD(flexible disk drive) 및 HDD(hard-disk drive)와 같은 자기 디스크 장치, CD(compact disk) 드라이브나 DVD(digital versatile disk) 드라이브와 같은 광 디스크 드라이브, SSD(solid state drive) 및 테이프 드라이브가 포함된다. 예시적인 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 혹은 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법이나 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성, 이동식 및 고정식 매체를 포함할 수 있다.

시스템 메모리(606), 이동식 저장부(636) 및 고정식 저장부(638)는 모두 컴퓨터 저장 매체의 예이다. 컴퓨터 저장 매체로는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리나 다른 메모리 장비, CD-ROM, DVD나 다른 광학 저장부, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장부나 다른 자기 저장 장치, 혹은 원하는 정보를 저장하는데 이용 가능하고 연산 장치(600)에 의해 액세스 가능한 임의의 다른 매체를 포함하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 임의의 컴퓨터 저장 매체는 연산 장치(600)의 일부일 수 있다.

또한, 연산 장치(600)는 버스/인터페이스 컨트롤러(630)를 통해 다양한 인터페이스 장치(예컨대, 출력 인터페이스, 주변장치 인터페이스 및 통신 인터페이스)로부터 기본적인 구성(602)으로의 통신을 용이하게 하기 위한 인터페이스 버스(640)를 포함할 수 있다. 예시적인 출력 인터페이스(642)로는 그래픽 처리 유닛(644) 및 오디오 처리 유닛(646)이 포함되며, 이는 하나 이상의 오디오/비주얼(A/V) 포트(648)를 통해 디스플레이나 스피커와 같은 다양한 외부 장치들로 통신하도록 구성될 수 있다. 예시적인 주변장치 인터페이스(650)로는 직렬 인터페이스 컨트롤러(652)나 병렬 인터페이스 컨트롤러(654)가 포함되며, 이는 하나 이상의 입력/출력(I/O) 포트(656)를 통해 입력 장치(예컨대, 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 장치, 터치 입력 장치 등)나 다른 주변 기기(예컨대, 프린터, 스캐너 등)와 같은 외부 장치들과 통신하도록 구성될 수 있다. 예시적인 통신 인터페이스(658)로는 네트워크 컨트롤러(660)가 포함되며, 이는 하나 이상의 통신 포트(664)를 통해 네트워크 통신에 걸쳐서 하나 이상의 다른 연산 장치들(662)과의 통신을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 통신 접속은 통신 매체의 한가지 예이다. 통상적으로 통신 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 혹은 반송파나 다른 전송 메커니즘 등의 변조된 데이터 신호 내 다른 데이터에 의하여 구현될 수 있고, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. "변조된 데이터 신호"는 신호 내에 정보를 인코딩하기 위한 것과 같은 방식으로 설정되거나 변경된 하나 이상의 특성을 갖는 신호일 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 통신 매체는 유선 네트워크나 직통 유선 접속과 같은 유선 매체와, 음향, 무선 주파수(RF, radio frequency), 적외선(IR) 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같은 컴퓨터로 판독 가능한 매체라는 용어는 저장 매체와 통신 매체 양자를 포함할 수 있다.

연산 장치(600)는 소형 폼팩터(small-form factor) 휴대용(혹은 모바일) 전자 장치의 일부로서 구현될 수 있다.

본 개시는 본 출원에서 설명한 특정한 실시형태들에 관하여 제한되어서는 안되며, 이는 다양한 측면들의 예시로서 의도된 것이다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다수의 개조 및 변경이 이루어질 수 있다. 여기에서 열거한 것들에 부가하여, 본 개시 범위 내의 기능적으로 등가인 방법과 장치는 앞서 언급한 설명들로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그와 같은 개조 및 변경은 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 것으로 의도된 것이다. 본 개시는 그러한 청구항에 부여된 것에 대한 모든 범위의 등가물과 함께, 첨부된 청구항의 항목들에 의해서만 제한될 것이다. 본 개시는 특정한 방법, 시약, 화합물 조성이나 생물학적 시스템에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 이는 물론 변할 수 있다. 또한, 여기에 사용된 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 목적일 뿐이고 제한하려는 의도가 아니라는 점을 이해하여야 한다.

여기서 사실상 모든 복수 및/또는 단수적 용어의 사용에 관하여, 당업자라면 문맥 및/또는 응용예에 적절한 바와 같이 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 해석할 수 있다. 다양한 단수/복수의 치환은 명확성을 위하여 여기에 명확하게 제시될 수 있다.

당업자라면 전체적으로 여기에, 그리고 특히 첨부된 청구항에서 사용된 용어가 일반적으로 "개방형" 용어로서 의도된 것(예를 들면, "포함하는"이라는 용어는 "포함하되 제한되지는 않는"으로 해석되어야 하고, "가지는"이라는 용어는 "적어도 가지는"으로 해석되어야 하며, "포함한다"는 용어는 "포함하지만 제한되지는 않는다"로 해석되어야 하는 것 등)임을 이해할 것이다. 나아가 당업자는 만약 특정한 수의 도입된 청구항 기재사항이 의도된 것이라면 그러한 의도는 해당 청구항에서 명시적으로 기재되어 있을 것이며, 그와 같은 기재사항 부재하는 경우에는 그러한 의도가 없다는 점을 이해할 것이다. 이해를 돕기 위한 예를 들면, 이하의 첨부된 청구항은 청구항 기재사항을 도입하기 위하여 "적어도 하나의" 및 "하나 이상의"이라는 도입 어구의 용법을 포함할 수 있다. 그러나, 동일한 청구항이 "하나 이상의"이나 "적어도 하나의"라는 도입 어구 및 "a"나 "an"과 같은 부정관사를 포함하는 경우에도, 그러한 어구의 용법은 부정관사 "a"나 "an"에 의한 청구항 기재사항의 도입이 그와 같이 도입된 청구항 기재사항을 포함하는 어떤 특정한 청구항이라도 그러한 단 하나의 기재사항만을 포함하는 실시형태로 제한한다는 의미로 해석되어서는 안되며(예컨대, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나의" 혹은 "하나 이상의"를 의미하는 것으로 해석되어야 함); 청구항 기재사항을 도입하기 위하여 사용된 정관사의 용법에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 또한, 특정한 수의 도입된 청구항 기재사항이 명시적으로 기재되어 있다고 하더라도, 당업자라면 그러한 기재사항이 적어도 그 기재된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 함을 인지할 것이다(예컨대, 다른 수식어가 없는 "2개의 기재사항"의 비수식 기재는 적어도 2개의 기재사항이나 2 이상의 기재사항을 의미함). 나아가, "A, B 및 C 중 적어도 하나 등"에 유사한 관례가 사용되는 경우에, 일반적으로 그와 같은 구조는 당업자라면 그러한 관례를 이해할 것이라는 의미에서 의도된 것이다(예컨대, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 가지는 시스템"은 단독으로 A를, 단독으로 B를, 단독으로 C를, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께 및/또는 A, B와 C를 함께 가지는 시스템들을 포함할 것이지만 여기에 한정되지는 않는 것 등). "A, B 혹은 C 중 적어도 하나 등"에 유사한 관례가 사용되는 경우, 일반적으로 그와 같은 구조는 당업자라면 그러한 관례를 이해할 것이라는 의미에서 의도된 것이다(예컨대, "A, B 혹은 C 중 적어도 하나를 가지는 시스템"은 단독으로 A를, 단독으로 B를, 단독으로 C를, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께 및/또는 A, B와 C를 함께 가지는 시스템들을 포함할 것이지만 여기에 한정되지는 않는 것 등). 나아가 당업자라면, 사실상 상세한 설명, 청구항 혹은 도면 중 어디에든 2 이상의 선택적인 용어를 제시하는 모든 선언적인 단어 및/또는 어구가 그 용어들 중 하나, 그 용어들 중 어느 하나 혹은 그 용어들 양자를 포함할 가능성을 고려하도록 이해되어야 한다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, "A 혹은 B"라는 어구는 "A" 혹은 "B" 혹은 "A 및 B"의 가능성들을 포함하도록 이해될 것이다.

또한, 본 개시의 특징이나 측면들이 마쿠쉬(Markush) 그룹의 항목들로 기술되어 있는 경우, 당업자라면 또한 이로써 그 개시내용이 해당 마쿠쉬 그룹의 모든 개별적인 멤버나 멤버들의 하위 그룹의 항목들로 기술된 것으로 인지할 것이다.

또한, 당업자에 의하여 이해되는 바와 같이, 서술된 설명을 제공하는 측면에서처럼 어떠한 그리고 모든 목적을 위해서라도, 여기에 개시된 모든 범위는 어떠한 그리고 모든 가능한 하위 범위와 그 하위 범위들의 조합이라도 포괄한다. 어떤 나열된 범위라도 그 동일한 범위를 적어도 균등한 절반, 1/3, 1/4, 1/5, 1/10 등으로 분할될 수 있도록 충분히 기술하는 것으로 쉽게 인지될 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 여기에서 논의된 각 범위는 하위 1/3, 중위 1/3 및 상위 1/3 등으로 쉽게 나누어질 수 있다. 또한 당업자에 의해서 이해되는 바와 같이, "까지", "적어도", "보다 더 큰", "보다 더 작은" 등과 같은 모든 표현은 기재된 수를 포함하고, 전술한 바와 같은 하위 범위들로 뒤이어 분할될 수 있는 범위들을 나타낸다. 끝으로, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 범위는 각각의 개별적인 멤버를 포함한다. 따라서, 예컨대 1 내지 3개 셀을 갖는 그룹은 1개, 2개 혹은 3개 셀을 갖는 그룹들을 지칭한다. 마찬가지로, 1 내지 5개 셀을 갖는 그룹은 1개, 2개, 3개, 4개 혹은 5개 셀을 갖는 그룹들을 지칭하는 식이다.

여기에서는 다양한 측면과 실시형태가 개시되어 있지만, 당업자에게 다른 측면과 실시형태가 명백할 것이다. 여기에 개시된 다양한 측면과 실시형태는 예시를 위한 것이며, 제한하려는 의도가 아니고, 그 진정한 범위와 사상은 이하의 청구항들에 의하여 나타난다.

나아가, 여기에 기술된 이러한 그리고 다른 구성들은 예시적인 목적일 뿐이라는 점을 이해하여야 한다. 이와 같이, 당업자라면 다른 구성과 다른 요소(예컨대, 기계, 인터페이스, 기능, 순서 및 기능들의 분류 등)를 대신 이용할 수 있고, 일부 요소는 원하는 결과에 따라 전체적으로 생략할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 설명한 다수의 요소는 개별적이거나 분산된 컴포넌트들로서 혹은 다른 컴포넌트들과 함께 어떤 적당한 조합과 위치에서라도 구현될 수 있는 기능적인 엔터티이다.

Claims

중간 중계기(intermediate relay)를 이용하여 소스(source)와 목적지(destination) 간에 정보를 전송하는 방법에 있어서,
복수의 중간 중계기들이, 제 1 레이트리스 코드(rateless code)를 이용하여 부호화된 소정 메세지의 블록들을 제 1 통신 채널을 통해 상기 소스로부터 수신하는 단계;
각각의 중간 중계기가, 상기 중간 중계기 내에서 상기 소정 메세지의 수신 블록들을 저장 및 상기 목적지로의 이후의 전달을 위하여 버퍼링하는 단계;
제 1 중간 중계기가 상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록들이 수신되었다고 결정하는 경우, 상기 제 1 중간 중계기가 (ⅰ) 상기 소스에 대해서 상기 소정 메세지의 상기 블록들의 전송을 중단하도록 지시하고, 다른 중간 중계기들에 대해서는 상기 제 1 중간 중계기가 상기 소정 메세지의 수신을 완료하였음을 지시하는 승인 메세지를 전송하며, (ⅱ) 상기 소정 메세지를 상기 제 1 중간 중계기의 큐(queue)로 배치하는 단계; 및
상기 목적지가 상기 소정 메세지를 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 상기 제 1 중간 중계기가, 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 제 1 중간 중계기의 상기 큐 내에 저장된 상기 소정 메세지의 블록들을 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 목적지가 상기 큐에 저장된 상기 메세지를 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 각 중간 중계기가, 상기 중간 중계기의 큐에 저장되고 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 메세지의 블록들을 상기 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 복수의 중간 중계기들은, 상기 복수의 중간 중계기들이 상기 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로의 상기 메세지들의 전송을 완료하는 것보다 더 빨리 상기 제 1 통신 채널을 통해 메세지들을 수신하고,
상기 방법은 상기 목적지로의 전달을 위하여, 상기 복수의 중간 중계기들에서 상기 큐 내의 상기 메세지들을 선입선출(first in first out) 방식으로 버퍼링하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 중간 중계기들은 미리 정해진 양의 시간 동안 상기 소정 메세지의 블록들을 상기 제 1 통신 채널을 통해 상기 소스로부터 수신하고, 중간 중계기가 상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록들이 수신되었다고 결정하기 전에 상기 미리 정해진 양의 시간이 만료되는 경우, 상기 방법은 상기 복수의 중간 중계기들이 상기 소정 메세지의 상기 블록들의 재전송을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 중간 중계기가 상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록들이 수신되었다고 결정하는 단계는, 상기 제 1 중간 중계기가 상기 수신 블록들과 상기 제 1 레이트리스 코드의 함수를 이용하여 선형의 방정식 집합(linear set of equations)을 풂으로써 상기 소정 메세지를 복구하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각 중간 중계기가, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 중간 중계기들의 큐들 내 메세지들을 상기 중간 중계기들에서 수신된 순서로 상기 목적지에 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 중간 중계기들이, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 제 1 중간 중계기의 상기 큐 내에 저장된 상기 소정 메세지의 상기 블록들을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 목적지가 상기 소정 메세지를 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 각 중간 중계기가, 상기 제 1 중간 중계기로부터 수신되고 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 소정 메세지의 블록들을 상기 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
중간 중계기가 타임아웃 기간(time-out period) 내에 상기 소정 메세지를 성공적으로 복호화할 수 있을 정도로 상기 소정 메세지의 충분한 블록들을 수신하지 않은 경우, 상기 중간 중계기가, 상기 소정 메세지의 버퍼링된 수신 블록들을 포함하는 각각의 버퍼를 비우는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제 1 중간 중계기에 의해 전송된 상기 승인 메세지를 중간 중계기들이 수신하는 단계; 및
상기 중간 중계기들이 상기 소정 메세지의 버퍼링된 수신 블록들을 포함하는 버퍼를 비우는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 통신 채널과 상기 제 2 통신 채널은 무선 통신 채널인, 방법.
제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 소정 메세지의 블록들을 제 1 통신 채널을 통해 소스로부터 수신하는 기능;
상기 소정 메세지의 수신 블록들을 저장 및 목적지로의 이후의 전달을 위하여 버퍼링하는 기능;
상기 소정 메세지를 복호화하기 위하여 상기 소정 메세지의 충분한 블록들이 수신되었다고 결정하는 기능;
상기 소스에 대해서 상기 소정 메세지의 상기 블록들의 전송을 중단하도록 지시하고, 중계기들에 대해서 상기 소정 메세지의 버퍼링된 수신 블록들을 포함하는 버퍼를 비우도록 지시하는 승인 메세지를 전송하는 기능;
상기 소정 메세지를 상기 목적지로의 전달을 위하여 큐로 배치하는 기능; 및
상기 목적지가 상기 소정 메세지를 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 큐 내에 저장된 상기 소정 메세지의 블록들을 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 기능을 처리 유닛으로 하여금 수행하도록 하기 위한 명령의 집합을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
제12항에 있어서,
상기 명령의 집합은, 상기 중계기들 중 하나로부터 전송되고 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 제 2 메세지의 블록들을 수신하는 기능을 수행하도록 상기 처리 유닛에 의하여 더 실행 가능한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 명령의 집합은, 상기 목적지가 상기 제 2 메세지를 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 제 2 메세지의 상기 블록들을 상기 제 2 통신 채널을 통해 상기 목적지로 반복해서 전송하는 기능을 수행하도록 상기 처리 유닛에 의하여 더 실행 가능한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
중계기로서,
제 1 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 메세지들의 블록들을 무선 통신 채널을 통해 수신하고, 다른 중계기들에 의하여 전송된 메세지들을 수신하기 위한 무선 수신 유닛;
상기 메세지들의 상기 블록들을 수신하고, 상기 메세지들을 복호화하기 위한 레이트리스 디코딩 유닛;
상기 메세지들의 상기 블록들을 저장하기 위한 큐 - 다른 중계기가 상기 중계기에 앞서 소정 메세지를 복호화하였음을 지시하는 메세지를 상기 다른 중계기로부터 수신하는 경우, 상기 큐는 상기 소정 메세지의 저장된 블록들의 버퍼를 비움 - ;
제 2 레이트리스 코드를 이용하여 수신 메세지들을 부호화하기 위한 레이트리스 인코딩 유닛; 및
상기 중계기가 상기 메세지를 복호화하였음을 지시하는 메세지를 전송하고, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 수신 메세지들의 블록들을 전송하기 위한 무선 전송 유닛
을 포함하는, 중계기.
제15항에 있어서,
상기 무선 전송 유닛은, 상기 목적지가 상기 큐 내에 저장된 상기 메세지들을 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 지시하는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 큐 내에 저장된 수신 메세지들의 블록들을 제 2 통신 채널을 통해 목적지로 반복해서 전송하는, 중계기.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 무선 전송 유닛은, 상기 제 2 레이트리스 코드를 이용하여 부호화된 상기 큐 내에 저장된 수신 메세지들의 블록들을 선입선출 방식으로 반복해서 전송하는, 중계기.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이트리스 디코딩 유닛은, 상기 수신 블록들 및 상기 제 1 레이트리스 코드의 함수를 이용하여 선형의 방정식 집합을 풂으로써 상기 메세지들을 복호화하는, 중계기.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 수신 유닛은, 다른 중계기들에 의하여 전송된 레이트리스 코드들을 이용하여 부호화된 메세지들의 블록들을 수신하는, 중계기.
제19항에 있어서,
상기 무선 전송 유닛은, 상기 목적지가 상기 메세지들을 복호화하기에 충분한 블록들을 수신하였음을 나타내는 승인이 상기 목적지로부터 수신될 때까지, 상기 레이트리스 코드들을 이용하여 부호화된 상기 다른 중계기들로부터 수신된 상기 메세지들의 블록들을 상기 목적지로 반복해서 전송하는, 중계기.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 큐는, 상기 중계기가 타임아웃 기간 내에 상기 소정 메세지를 성공적으로 복호화할 수 있을 정도로 상기 소정 메세지의 충분한 블록들을 수신하지 않은 경우, 상기 소정 메세지의 저장된 블록들의 상기 버퍼를 비우는, 중계기.