KR20120022832A - 랜덤 액세스 네트워크에서의 통신 링크(들)의 채널 손실률 및 충돌 손실률의 계산을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 방법은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크(WN)의 노드들(N1, N2) 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크의 채널 손실률 및 충돌 손실률을 온라인으로 계산하기 위해 의도된다. 본 방법은, i) 탐색 윈도들에서의 타임을 분할하고 탐색 윈도 각각 동안에 선택된 탐색 패킷들 S개를 송신기 노드(N1)로부터 수신기 노드(N2)로 보내는 단계, ii) 탐색 윈도 동안에 통신 링크상에서의 손실된 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률들을 측정하는 단계, iii) 탐색 윈도 각각을 각각이 S보다 더 작은 크기 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들에 의해 스캐닝하여, 채널 손실들만이 그동안에 발생하는 슬라이딩 윈도를 식별하고, 이후 상기 식별된 슬라이딩 윈도로부터 상기 통신 링크상에서의 채널 손실률을 계산하는 단계, iv) 측정된 패킷 손실률로부터 계산된 채널 손실률을 뺌으로써 통신 링크상에서의 충돌 손실률을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

랜덤 액세스 네트워크에서의 통신 링크(들)의 채널 손실률 및 충돌 손실률의 계산을 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR COMPUTATION OF CHANNEL LOSS RATE AND COLLISION LOSS RATE OF COMMUNICATION LINK(S) IN A RANDOM ACCESS NETWORK}
본 발명은 랜덤 액세스 네트워크에 관련하고, 더 정확하게는 그러한 네트워크들에서의 동작 중의 패킷 손실 계산에 관련한다.
여기서 "랜덤 액세스 네트워크"는 노드들이 예를 들어, ALOHA 또는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)와 같은 랜덤 액세스 [또는 경합-기반(contention-based)] MAC(Medium Access Control) 프로토콜에 기반하여 동작하는 네트워크를 의미한다. 따라서, 이것은 고정된 (통신) 네트워크[fixed (communication) network] 또는 무선 (통신) 네트워크[wireless (communication) network], 및 무엇보다도 IEEE 802.11 네트워크 [즉, 예로 WiFi 타입의 WLAN(Wireless Local Area Network)], 또는 IEEE 802.15.4 네트워크 (또는 ZigBee), 또는 그 밖에 위성 네트워크일 수 있다. ALOHA MAC 프로토콜들에서는 노드들이 랜덤 백오프(backoff)만을 이용하여 매체(medium)에 대해 경합하는 한편, CSMA MAC 프로토콜들에서 노드들은 랜덤 백오프를 수행하기 전에 캐리어 감지(carrier sensing)를 추가로 이용한다는 점을 상기해야 한다.
당업자가 알 수 있는 것과 같이, 랜덤 액세스 네트워크에서의 동작 동안에 패킷 손실들은 채널 에러들에 기인하거나 또는 충돌들에 기인할 수 있다.
여기서 "충돌 손실들(collision losses)"은 두 개 이상의 패킷이 수신기 노드에서 동시에 도착(또는 "충돌")하는 경우에 발생하는 패킷 손실들을 의미한다.
또한, 여기서 "채널 에러 손실들"은 동시 패킷 전송들에 관련하지 않은 것으로서 송신기 노드(transmitter node)와 수신기 노드 사이에서의 (무선) 채널 (또는 링크)에 기인한 패킷 손실들을 의미한다. (무선) 채널 거동(behavior)이 무엇보다도 노드 위치들 및/또는 송신 전력(transmit power) 및/또는 수신된 신호 강도 및/또는 (무선) 하드웨어 구현 및/또는 환경적 요인들에 의존한다는 점을 상기하라.
네트워크 동작 동안의 패킷 손실률은, 미리 특정된 탐색 타임 윈도들(pre-specified probing time windows) 동안의 노드들 사이에 전송된 탐색 패킷들의 그룹들에 의하여 측정될 수 있다. 이 경우, 패킷 손실률은 미리 특정된 탐색 타임 윈도들 동안에 손실된 탐색 패킷들의 비율(fraction)이다. 유감스럽게도, 랜덤 액세스 네트워크의 동작 동안에 두 개의 측정된 패킷 손실률의 성분들, 예를 들어 채널 손실률 및 충돌 손실률을 분리(separate) (또는 계산)하기는 훨씬 더 어려운데, 반면에 이것은 두 개의 이하 이유들 때문에 흥미롭다.
첫째로, 이런 분리는 랜덤 액세스 MAC 프로토콜들과 데이터율 적응 메커니즘들(data rate adaptation mechanisms)의 효율적인 공동 동작(joint operation)을 이루어준다. 랜덤 액세스 프로토콜들 및 데이터율 적응 메커니즘들이 다른 패킷 손실 원인들을 다루는 것을 목표로 한다는 점을 주의하라. 랜덤 액세스 MAC 프로토콜들은 경합 윈도 적응(contention window adaptation) 및 캐리어 감지(carrier sensing)에 의한 충돌들에 기인한 손실들을 다루는 것을 목표로 하는 반면, 데이터율 적응 메커니즘들은 변조 데이터율을 적응시킴으로써 개별 링크상의 채널 품질을 향상시키는 것을 목표로 한다. 랜덤 액세스 MAC 프로토콜들 및 데이터율 적응 메커니즘들 모두는 패킷 손실 회피(packet loss avoidance)를 위해 처리량 효율성(throughput efficiency)을 절충(trade off)하지만, 이것들은 모두 정확한 동작을 하기 위해서는 패킷 손실의 원인에 대한 지식을 필요로 한다. 유감스럽게도, 이런 정보는 종래의 (무선) 표준들의 물리적 (PHY: physical) 레이어 명세에 의해 제공되지 않는다. 따라서, 모든 랜덤 액세스 MAC 프로토콜들은, 패킷 손실은 충돌들에 기인한다고 가정하고 따라서 (CSMA/CA의 경우에는) 경합 윈도 크기 또는 (ALOHA의 경우에는) 백오프 확률(backoff probability)을 증가시키고, 모든 데이터율 적응 메커니즘들은 패킷 손실이 나쁜 채널 품질에 기인한다고 가정하고, 따라서 각각의 비트에게 쓸 수 있는 송신 전력을 증가시킴으로써 비트 에러 확률을 낮추도록 변조 데이터율을 감소시킨다. 그러므로, 이러한 메커니즘들이 패킷 손실들의 원인들을 정확하게 규명할 수 없다면, 그것들은 필요 없거나 잘못된 조치들을 취하여 효율적이지 못한 동작을 초래할 수 있다.
둘째로, 랜덤 액세스 네트워크들에서, 이런 분리는 정확한 용량 추정(capacity estimation), 트래픽 최적화들, 및 승인(admission) 제어를 이루어준다. TDMA(Time Division Multiple Access)와 같은 스케줄링된 액세스 MAC 프로토콜들을 사용하는 네트워크들과는 대조적으로, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜들을 이용한 네트워크들을 최적화 및 모델링하는 것은 어렵다는 것이 당업자에게 잘 알려져있다. 트래픽 최적화들은 트래픽을 가용 리소스들에 최적으로 할당하기 위해 트래픽 독립적 네트워크 상태(traffic-independent network state) (링크 용량)의 측정을 필요로 한다. 트래픽 독립적 네트워크 상태를 정확하게 추정하는 것은 충돌들이 없을 때의 링크 용량들을 측정하는 것을 필요로 하는데, 왜냐하면 이러한 충돌들은 트래픽이 네트워크에서 할당되었을 때에만 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, (트래픽 의존적) 충돌 손실들과 (트래픽 독립적) 채널 에러 손실들의 분리는, 랜덤 액세스 네트워크들의 성능을 최적화하기 위해 트래픽을 할당할 수 있도록 링크 용량들의 크기를 적절히 정하는 데에 중요하다.
충돌 손실들로부터 채널 손실들을 분리하기 위해 제안된 솔루션들은 두 개의 클래스로 대략적으로 나누어질 수 있다: 2 단계 클래스(two-phase class) 및 연속적 클래스(continuous class). 2 단계 클래스 솔루션에서, 네트워크는 채널 손실률들을 측정하기 위해 동작을 주기적으로 정지하는 반면, 연속적 클래스 솔루션에서는 네트워크 동작은 절대 정지되지 않는다.
더 정확하게 말하면, 2 단계 클래스 솔루션은 네트워크 동작의 타임의 2 단계로의 분할에 기반한다: 측정 단계 및 정상 네트워크 동작 단계. 측정 단계 동안에, 정상 네트워크 동작은 정지되고 노드들은 순차적 전송 기술(sequential transmission technique)을 실행하여 탐색 패킷들을 순차적으로 스케줄링된 방식으로 브로드캐스트(broadcast)해야만 한다. 한번에 단 하나의 노드가 전송하기 때문에, 이런 솔루션은 탐색 윈도 동안에 네트워크에서의 모든 통신 링크들의 채널 손실률들을 O(N) 측정들을 사용하여 측정할 수 있는데, 여기서 N은 네트워크 내의 노드들의 개수이다. 그러면, 이런 탐색 윈도에 대한 충돌률은 다음 순서의 정상 네트워크 동작 단계의 측정된 패킷 손실률로부터 구해질 수 있다.
유감스럽게도, 이러한 2 단계 클래스 솔루션들은 비실제적이고 또한 동작 중인 네트워크에는 적용이 불가능한 것 같다. 더욱이, 2 단계 클래스 솔루션들은 네트워크 측정들만을 위한 연장된 네트워크 비사용시간(downtime)을 강요한다. 충분한 통계치를 수집하기 위해서, 측정 단계 동안에 각각의 노드는 수십 초 동안 전송할 필요가 있는데, 이런 사항은 2005. 10, 캘리포니아, 버클리, 인터넷 측정 컨퍼런스의 회보(Proceedings of Internet Measurement Conference)에서의 Jitendra Padhye 등의 문서인, "Estimation of Link Interference in Static Multi-hop Wireless Networks"에, 또는 2007. 9, 캐나다, 몬트리올, 모바일 계산 및 네트워킹에 대한 국제 컨퍼런스의 회보(Proceedings of International Conference on Mobile Computing and Networking)에서의 Lili Qiu 등의 문서인 "A general model of wireless interference"에서, 또는 2007. 9, 캐나다, 몬트리올, 모바일 계산 및 네트워킹에 대한 국제 컨퍼런스의 회보(Proceedings of International Conference on Mobile Computing and Networking)에서의 Anand Kashyap 등의 문서인 "A measurement-based approach to modeling link capacity in 802.11-based wireless networks"에서, 또는 2006. 9, 이탈리아, 피사, 컴퓨터 통신들에 대한 애플리케이션들, 기술들, 아키텍처들, 및 프로토콜들에 대한 2006 컨퍼런스의 회보(Proceedings of the 2006 conference on Applications, technologies, architectures and protocols for computer communications)에서의 Charles Reis 등의 문서인 "Measurement-based models of delivery and interference in static wireless networks"에서 언급되었다. 따라서, 측정 단계 각각은 심지어 20~30 노드들로 된 작은 네트워크들에 대해서도 몇 분의 네트워크 비사용시간이라는 결과를 낳을 수 있다.
더욱이, 동작 중인 네트워크에서의 순차적 기술을 구현하는 데에는 노드들이 2 단계 사이에서 스위칭할 수 있도록 노드들을 조정(coordinate)하기 위한 시그널링 프로토콜(signaling protocol)을 필요로 한다. 시그널링 프로토콜은 그 자체가 오버헤드의 근원이 되고 또한 [예를 들어, 멀티-홉(multi-hop) 또는 분산된] 일반적인 네트워크 환경들에서 구현하는 것이 어렵다.
연속적 클래스는, 각각의 전송된 패킷에 대한 패킷 손실의 원인을 찾는 시도를 하는 패킷 당(per-packet) 솔루션들, 및 추가적인 모니터링 장치들이 수신된 패킷들을 "알아내고(sniff)" 또한 전역(global) 정보를 이용하여 손실률들을 추정하는 것을 담당하는 중앙 집중 포인트에게 패킷 타이밍 정보를 보내는 수동 모니터링(passive monitoring) 기술들을 포함한다.
연속적 클래스의 제1 솔루션은 스페인, 바르셀로나, IEEE INFOCOM 2006에서 S. Rayanchu 등의 문서인 "Diagnosing Wireless Packet Losses in 802.11: Separating Collision from Weak Signal"에서 기술되었다. 제1 솔루션은, 액세스 포인트(AP)에 연결된 클라이언트들로 이루어진 단일-홉(single-hop) 네트워크들인 802.11 WLAN들에서 패킷당 기준으로 손실의 원인을 진단하려고 시도한다. 클라이언트에 의해 송신되고 또한 액세스 포인트에서 잘못 수신된, 패킷의 각각에 대해, 액세스 포인트는 이런 잘못된 패킷의 복사에 의해 응답(acknowledge)한다. 그러면, 클라이언트는 통계적 기술을 이용하여 패킷에 충돌들 또는 채널 손실들에 기인하여 오류가 생겼는지를 결정한다. 이런 기술은 미리 지정된 타임 윈도 동안의 채널 에러들에 기인한 오류 패킷들(corrupted packets)의 비율들을 카운팅함으로써 채널 손실률 및 충돌 손실률을 추정하는 데에 이용될 수 있다.
제1 솔루션은 몇 가지 약점들을 갖는다. 첫째로, 추가적인 응답 패킷들(acknowledgement packets)에 기인하여 오버헤드를 도입한다(introduce) [그리고 이런 오버헤드는 통신 링크들이 손실성인(lossy) 경우에 증가된다]. 둘째로, 응답 패킷들은 손실에서 자유롭다고 가정되지만, 실제로는 채널 손실들 및 충돌 손실들 모두를 겪을 수 있다. 셋째로, 채널 손실률들 및 충돌 손실률들은, 액세스 포인트에서 수신된 오류 패킷들에 대해서만 추정될 수 있는데, 전송되었지만 액세스 포인트에서 수신되지 않은 패킷들에 대해서는 추정될 수 없다. 넷째로, 이는 클라이언트/액세스 포인트 WLAN 환경에 특정적인 것이고 또한 하나의 패킷 내에서의 심벌 에러들 및 비트 에러들에 대한 정보를 제공하는 액세스 포인트로부터의 특별한 피드백 타입을 활용한다.
연속적 클래스의 제2 솔루션은 2005, EmNetS-11에서, K. Whitehouse 등의 문서인 "Exploiting the capture effect for collision detection and recovery"에서 기술된다. 제2 솔루션은 센서 네트워크에서의 캡쳐의 존재 하에서 두 개의 충돌들의 타입을 탐지하는 것을 시도한다: 더 강한 전력을 갖는 패킷이 제각기 처음과 마지막으로 오는 더 강한-처음(stronger-first) 및 더 강한-마지막(stronger-last) 타입들. 더 강한 처음 충돌에서 수신기 노드는 새로운 여분의 종료 심벌(extra termination symbol)을 찾음으로써 충돌을 탐지하는 반면, 더 강한 마지막 충돌에서 수신기 노드는 다른 패킷을 수신하는 동안에 새로운 프리앰블(preamble)을 찾음으로써 충돌을 탐지한다.
제2 솔루션은 몇 가지 약점들을 갖는다. 첫째로, 이는 성공적인 탐지를 위해서 제약된 충돌 시나리오들에만 적용될 수 있다(충돌을 낳는 전송들은 전송 개시 타임 및 수신 전력에서 충분한 차이들을 가져야만 한다). 둘째로, 더 강한 마지막 탐지는 전송기 노드 측상에서의 수정들(새로운 여분의 종료 심벌)을 필요로 한다. 셋째로, 이는 대부분의 종래 표준들에 의해 제공되지 않는 통신 파라미터들에 대한 낮은 레벨의 액세스를 필요로 한다.
연속적 클래스의 제3 솔루션은 인디아, 뉴델리, 2006, Comsware에서 J.Yun 등의 문서인 "Collision detection based on RF energy duration in IEEE 802.11 wireless LAN"에서 기술된다. 이것은 802.11 WLAN들에서의 충돌을, 그러한 이벤트 중의 RF 에너지 및 그것의 변화를 측정함으로써 탐지하는 것을 목표로 한다. 주요 가정은 충돌의 RF 에너지 지속 기간(duration)이 개별 전송들의 RF 에너지 지속 기간보다 길다는 것이다. BSS(basic service set)의 액세스 포인트는 채널상의 RF 에너지 지속 기간을 측정하고 이런 결과를 클라이언트들에게 브로드캐스트한다. 그러면, 클라이언트들은 자신들의 이전 전송 스케줄들의 지속 기간에 상대적으로 이런 기간을 체크함으로써 충돌들을 탐지한다.
제3 솔루션은 몇 가지 약점들을 갖는다. 첫째로, 이것은 WLAN 시나리오들에 특정적인 것이고, 802.11 표준에 의해 제공되지 않는 낮은 레벨 액세스(low-level access) 및 MAC 레이어 수정들을 필요로 한다. 둘째로, 이것은 액세스 포인트로부터 이것의 클라이언트들에게 되돌려 RF 에너지 정보를 통신하는 데에 상당한 오버헤드를 도입할 수 있다.
연속적 클래스의 제4 솔루션은 캘리포니아, 로스앤젤레스, 2006, ACM Mobicom에서 S.Wong 등의 문서인 "Robust rate adaptation for 802.11 wireless networks"에서, 및 스페인, 바르셀로나, 2006, IEEE INFOCOM에서 J.Kim 등의 문서인 "CARA: Collision-aware rate adaptation for IEEE 802.11 WLANs"에서 기술된다. 제4 솔루션은, 802.11 WLAN들에서, 데이터 전송들보다 우선하여 충돌들을 탐지하고 지능적 데이터율 적응(intelligent data rate adaptation)을 수행하는 RTS/CTS MAC 레이어 제어 메시지들의 이용을 기반으로 한다. RTS/CTS 패킷들의 장애는 이러한 패킷들이 작고 또한 가장 낮은 변조 데이터율로 보내지기 때문에 충돌 탓으로 돌리게 되며, 성공적인 RTS/CTS에 뒤이은 데이터 패킷의 장애는 채널 손실 탓으로 돌리게 된다. 오버헤드를 줄이기 위해, 충돌이 탐지된 경우에만 RTS/CTS 메커니즘이 적응적으로 인에이블링된다.
제4 솔루션은 몇 가지 약점들을 갖는다. 첫째로, 이는 802.11 WLAN들 및 데이터율 적응 메커니즘들에 특정적이다. 둘째로, 충돌 및 채널 에러율들의 정확한 계산은 802.11 RTS/CTS 메커니즘이 항상 인에이블링될 것을 필요로 한다. 그러나 실제로는, 특히 더 높은 변조 데이터율들에서는, 높은 오버헤드에 기인하여 RTS/CTS는 전형적으로 인에이블링되지 않는다. 셋째로, 이것은 802.11 표준에 의해 지원되지 않는 802.11 MAC 프로토콜의 수정들을 필요로 한다.
연속적 클래스의 제5 솔루션은 이탈리아, 피사, 2006, ACM SIGCOMM에서 Y. Cheng 등의 문서인 "Jigsaw: solving the puzzle of enterprise 802.11 analysis"에서, 및 이탈리아, 피사, 2006, ACM SIGCOMM에서 R.Mahajan 등의 문서인 "Analyzing the MAC-level behavior of wireless networks in the wild"에서 기술된다. 제5 솔루션은 모니터 노드들 및 전체적인 네트워크 지식을 이용하여 패킷 겹침들(overlaps)을 계산하는 것으로 구성되는 수동 모니터링 기술에 기반한다. 모니터 노드들은, 노멀 노드들 주변에서 수신된 모든 패킷들을 "알아내고" 또한 중앙 서버(central server)에게 그것들을 보고하는 전용 하드웨어 장치들이다. 중앙 서버는 전역 레퍼런스에 기반한 모든 타이밍들을 계산하고 또한 이 후 어떤 패킷들이 조만간(in time) 겹칠 것인지를 결정하는 것을 담당한다.
제5 솔루션은 몇 가지 약점들이 있다. 첫째로, 이는, 모든 정보를 중앙 서버에 통신하는 것에 대한 통신 오버헤드 및 구현 복잡성을 도입한다. 둘째로, 이는 정확한 추정을 수행하기 위해서는 중앙 서버에서의 전역적 최신의 네트워크 지식을 필요로 한다. 그러한 전역적 지식이 있더라도, 충돌 손실 또는 채널 손실을 추론(infer)하는 것은 쉽게 되지 않는데, 그 이유는, 패킷 겹침들이 일반적으로 모델링하기 어려운 물리적인 캡처에 기인하여 항상 충돌 손실들을 낳는 것은 아니기 때문이다. 셋째로, 수동 모니터링 기술의 예측 능력은 모니터 노드들이 얼마나 조밀하게 배치되는지에 크게 의존하는데, 그 이유는 조밀도가 증가하는 경우에 모니터 노드가 임의의 주어진 통신 링크에 가까울 확률이 증가하기 때문이다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은, 랜덤 액세스 네트워크의 동작 동안에, 측정된 패킷 손실률의 두 개의 컴포넌트들, 즉 채널 손실률 및 충돌 손실률의 추정(또는 계산)을 허용하는 방법 및 연관된 장치를 제공하는 것이다.
더 정확하게는, 본 발명은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크의 노드들 사이에 설정된(established) 적어도 하나의 통신 링크의 채널 손실률(pch) 및 충돌 손실률(pcoll)을 계산하기 위해 의도된 방법을 제공하는 것으로서, 이하의 단계들을 포함한다:
i) 탐색하는 윈도들(pw)에서의 타임을 분할하고 또한 송신기 노드로부터 그들 간에 링크된 수신기 노드로 각각의 탐색 윈도(pw) 동안에 선택된 탐색 패킷들 S개를 전송하는 단계,
ii) 탐색 윈도(pw) 동안에 통신 링크상에서 손실된 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률(p)을 측정하는 단계,
iii) 각각의 탐색 윈도(pw)를 각각이 S보다 더 작은 크기 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들(swi ( Wk ))에 의해 스캐닝하여, 채널 손실들만이 그 동안에 발생하는 슬라이딩 윈도를 식별하고, 및 이후 식별된 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))로부터 통신 링크상에서의 채널 손실률(pch)을 계산하는 단계, 및
iv) 측정된 패킷 손실률(p)로부터 채널 손실률(pch)을 뺌으로써 통신 링크상에서의 충돌 손실률(pcoll)을 계산하는 단계.
(탐색 패킷들의) 개수인 S는 또한 윈도가 담고 있을(contain) 수 있는 패킷들의 개수에 관하여 윈도의 크기를 정의한다.
본 발명에 따른 방법은 분리하여 또는 조합하여 고려되는 추가의 특성들을 포함할 수 있고, 특히 이하와 같다:
- 단계 i)에서, 전송기 노드는 네트워크 레이어 패킷들인 탐색 패킷들을 전송할 수 있다;
？ 단계 i)에서, 전송된 탐색 패킷들은 데이터 패킷들 안에 삽입(insert)된 전용 데이터로서 또는 전용 제어 패킷들 중의 어느 하나로서 구현될 수 있다;
- 단계 i)에서, 각각의 탐색 윈도(pw)는 타임 윈도일 수 있다;
？ 단계 i)에서, 탐색 윈도(pw) 동안에 전송될 각각의 탐색 패킷은 자신이 탐색 패킷이라고 표시(denote)하는 비트를 포함할 수 있다;
- 변형예에서, 단계 i)에서, 각각의 탐색 윈도(pw)는 그 S의 연관된 탐색 패킷들의 각각 내로 포함되는 시퀀스 번호에 의해 정의될 수 있다;
- 단계 iii)에서, 하나의 탐색 패킷의 스텝에 의해 각각의 탐색 윈도(pw)를 스캐닝할 수 있다;
- 단계 iii)에서, 슬라이딩 윈도(swi ( Wk )) 동안에 손실된 탐색 패킷들의 개수(ni ( Wk ))를 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))의 크기(또는 탐색들의 수) Wk로 나눔으로써 크기 Wk를 갖는 탐색 윈도(pw)의 각각의 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))에 대한 1차 패킷 손실률(pi ( Wk ))을 결정할 수 있고, 이후 최소 크기 Wmin와 S 사이에 포함된 선택된 다른 크기들 Wk의 개수에 대해 결정들을 재생성(reproduce)할 수 있고, 이후 연관된 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk ))로부터 다른 크기들 Wk의 각각에 대한 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 결정할 수 있고, 이후 다른 크기들 Wk 중에서 최상의 채널 손실률(pch)의 추정을 제공하는 크기 Wk를 결정할 수 있다;
？ 단계 iii)에서, 선택된 값보다 작거나 동등한 크기 Wk와 연관된 각각의 결정된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 측정된 패킷 손실률(p)에 의존하는 가변 문턱 값과 비교할 수 있고, 이후 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk )) 중 적어도 하나가 가변 문턱 값보다 크다면 S를 결정된 크기로서 선택하고 이후 크기 S에 대응하는 측정된 패킷 손실률(p)의 값을 채널 손실률(pch)에게 할당할 수 있고, 비교된 2차 패킷 손실률들(p(Wk))이 가변 문턱 값보다 작거나 동등하다면 a ln(Wk) + b 형태의 로그 곡선에 의해, 결정된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))의 시퀀스를 근사할 수 있고, 이후 가장 큰 곡률(curvature)을 갖는 로그 곡선의 포인트(Plc)를 결정할 수 있고, 이후 결정된 포인트(Plc)에 대응하는 크기 Wk를 결정된 크기로서 선택할 수 있고, 이후 결정된 크기 Wk에 연관된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))의 값을 채널 손실률(pch)에게 할당할 수 있다;
？ 선택된 값은 S/2와 동등할 수 있다;
？ 가변 문턱 값은 (1 - ε) ? p 와 동일할 수 있고, 여기서 ε는 0보다 크고 1보다 작은 선택된 파라미터이다. 예를 들어, ε는 구간 [0.005, 0.015] 내에서 선택될 수 있다;
？ 다른 크기들 Wk 중 하나에 연관된 각각의 제2 패킷 손실률(p( Wk ))은 크기 Wk에 대해 결정된 제1 패킷 손실률들(pi ( Wk ))의 최소일 수 있다;
？ 최소 크기 Wmin는 채널 손실률의 가장 간격이 성긴(coarsest) 추정에 대응할 수 있다. 그것은 필요사항으로서 제공되거나 탐색 패킷들의 최대 전송률과 같은 네트워크 속성들(properties)에 의존할 수 있다.
본 발명은 또한 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크의 노드들 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크의 채널 손실률(pch) 및 충돌 손실률(pcoll)을 온라인으로 계산하기 위해 의도된 장치를 제공하고, 이하를 포함한다:
- S 탐색 패킷들이 통신 링크상에서 송신기 노드(N1)로부터 수신기 노드(N2)로 전송되는 탐색 윈도(pw) 동안에 통신 링크상에서 손실된 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률(p)을 측정하도록 구성된 측정 수단,
- 각각의 탐색 윈도(pw)를 각각이 S보다 더 작은 크기 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들(swi ( Wk ))에 의해 스캐닝하여, 채널 손실들만이 그동안에 발생하는 슬라이딩 윈도를 식별하고, 및 이후 식별된 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))로부터 통신 링크상에서의 채널 손실률(pch)을 계산하도록 구성된 제1 계산 수단,
- 측정된 패킷 손실률(p)로부터 계산된 채널 손실률(pch)을 뺌으로써 통신 링크상에서의 충돌 손실률(pcoll)을 계산하도록 구성된 제2 계산 수단(CM2).
제1 계산 수단은 추가로 이하와 같이 구성될 수 있다:
- 슬라이딩 윈도(swi ( Wk )) 동안에 손실된 탐색 패킷들의 개수(ni ( Wk ))를 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))의 크기 Wk로 나눔으로써 크기 Wk를 갖는 탐색 윈도(pw)의 각각의 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))에 대한 1차 패킷 손실률(pi ( Wk ))을 결정하고, 이후
- 최소 크기 Wmin와 S 사이에 포함된 선택된 다른 크기들 Wk의 개수에 대한 결정들을 재생성하고, 이후
- 연관된 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk ))로부터 다른 크기들 Wk의 각각에 대해 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 결정하고, 이후
- 다른 크기들 Wk 중에서 최상의 채널 손실률(pch)의 추정을 제공하는 크기 Wk를 결정한다.
제1 계산 수단은 또한 추가로 구성될 수 있다:
- 선택된 값보다 작거나 동등한 크기 Wk와 연관된 각각의 결정된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을, 측정된 패킷 손실률(p)에 의존하는 가변 문턱 값과 비교하고, 이후
- 이러한 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk )) 중 적어도 하나가 가변 문턱 값보다 크다면 S를 결정된 크기로서 선택하고, 이후 크기 S에 대응하는 측정된 패킷 손실률(p)의 값을 채널 손실률(pch)에게 할당하고, 및 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))이 가변 문턱 값보다 작거나 동등하다면, a ln(Wk) + b 형태의 로그 곡선에 의해 결정된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))의 시퀀스를 근사하고, 이후 가장 큰 곡률을 갖는 로그 곡선의 포인트(Plc)를 결정하고, 이후 결정된 포인트(Plc)에 대응하는 크기 Wk를 결정된 크기로서 선택하고, 및 이후 결정된 크기 Wk에 연관된 2차 패킷 손실률(p(Wk))의 값을 채널 손실률(pch)에 할당한다.
제1 계산 수단은 또한 다른 크기들 Wk 중의 하나와 연관된 각각의 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을, 크기 Wk에 대해 결정된 1차 패킷 손실률(pi ( Wk )) 중의 최소로부터 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크 내로 통신하기 위해 의도되고 앞서 소개된 것과 같은 장치를 포함하는 (통신) 노드를 제공한다.
본 발명의 다른 특징들(features) 및 이점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토하면 명백해질 것인데, 여기서 유일 도면은 그들 사이에서 링크되고 각각이 본 발명에 따른 장치의 실시예로 장비된 네 개의 통신 설비들(또는 노드들)을 포함하는 네트워크의 예를 도식적으로 및 기능적으로 도해한다.
첨부된 도면은 필요한 경우에 본 발명을 완비하는 것뿐만 아니라 필요한 경우 그것의 정의에 기여하는 데에 이바지할 수 있다.
본 발명은, 랜덤 액세스 네트워크(WN) (즉, 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크)의 두 개의 노드들(Nj) 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크상에서 측정된 패킷 손실률의 두 개의 컴포넌트들(채널 손실률 및 충돌 손실률)을 온라인으로 계산하기 위해 의도된 방법 및 연관된 장치(D)를 제공하는 것을 목표로 한다.
이하의 기술에서, 네트워크(WN)는 무선 타입의 것으로 고려되는데, 더 정확하게는 IEEE 802.11 네트워크(예를 들어, WiFi 네트워크)일 것이 고려된다. 그러나, 본 발명은 이런 네트워크의 타입에만 제한되지 않는다. 즉, 본 발명은 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 노드들(또는 네트워크 설비들)을 포함하는 임의 타입의 네트워크에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 또한 이더넷(Ethernet)과 같이 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 와이어라인 네트워크(wireline network)일 수 있다.
더욱이, 본 발명은 [예를 들어, 그들 사이에 연결된 (또는 링크된) 액세스 포인트들(APs) 또는 라우터들을 포함하는] 멀티-홉 타입뿐만 아니라, 단일-홉 타입의 네트워크들 [즉, 사용자 (또는 클라이언트) 무선 통신 설비들을 서빙하는 기지국들(또는 임의의 등가의 라디오(radio) 네트워크 설비들)]도 관계한다. 단일-홉 타입 무선 네트워크는 멀티-홉 타입 무선 네트워크의 특별한 경우라는 점을 상기하라.
도시된 예에서, 노드들 Nj는 네트워크 WN의 액세스 포인트들이거나 그 액세스 포인트들을 통해 네트워크 WN에 연결된 사용자들의 무선 전화들이다. 더 일반적으로, 노드는 네트워크 설비 (예를 들어 라우터 또는 액세스 포인트) 또는 사용자 통신 설비 (예를 들어 무선 전화, PDA(personal digital assistant), 고정된 컴퓨터 또는 랩톱) 중의 어느 하나일 수 있다.
더욱이, 도시된 예에서, 노드 인덱스 j는 1부터 4까지 변하지만 노드들 Nj의 개수는 4보다 크거나 작을 수 있다.
이미 언급했듯이, 본 발명은 (랜덤 액세스) 네트워크 WN의 두 개의 노드들 Nj 및 Nj' (j≠j') 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크 채널 손실률 및 충돌 손실률을 온라인으로 계산하기 위해 의도된 방법을 제안한다.
본 방법은, (i) 충돌 손실들은 채널 손실들로부터 독립적이고, 따라서 패킷 손실은 충돌들로 인해 증가하고, (ii) 간섭 및 충돌들은 몰리는 손실 패턴들(bursty loss patterns)을 생성하고, (iii) 충돌들이 존재하지 않는 경우 손실들은 독립적으로 발생한다는 가정들을 기반으로 한다.
그러한 방법은 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치 D에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
유일 도면에 도식적으로 도해된 것과 같이, 본 발명에 따른 장치 D는 네트워크 WN의 몇 개의 (그리고 바람직하게는 각각의) 노드 Nj 내에 위치될 수 있다. 그러나, 이런 장치 D는 또한, 노드 Nj에 결합된 엘리멘트(element) 또는 네트워크 설비일 수 있거나, 또는 네트워크 WN에 연결된 네트워크 설비, 예를 들면 관리 설비일 수 있다.
따라서, 장치 D는 적어도 부분적으로 소프트웨어 모듈들로, 또는 전자적 회로(들) 또는 하드웨어 모듈들로, 또는 다른 식으로는 하드웨어와 소프트웨어 모듈들의 조합 [이 경우, 장치 D는 하드웨어와 소프트웨어 모듈들 사이에서 상호작용(interworking)을 허용하는 소프트웨어 인터페이스를 또한 포함함]으로 이루어질 수 있다.
장치들 D가 노드들 Nj 내로 분배되는 경우, 장치들의 각각은 자신의 노드 Nj를 위한 계산을 한다. 전체 네트워크에 대해 또는 네트워크의 부분에 대해 단지 하나의 장치 D만 있는 경우, 중앙 집중화된 장치 D는 그 네트워크 부분에 속하는 노드들 Nj에 대해, 또는 모든 노드들 Nj를 위해 계산들을 한다.
본 발명에 따른 방법은 네 개의 주요 단계를 포함한다.
본 방법의 제1 주요 단계 (i)는 탐색 윈도들 pw 내에서의 타임을 나누는 것으로, 그리고 각각의 탐색 윈도 pw 동안에 선택된 탐색 패킷들 S개를 송신기 노드 Nj (예를 들어 N1)로부터 그들 간에 링크된 수신기 노드 Nj' (예를 들어 N2)로 전송하는 것으로 구성된다.
두 개의 노드들 Nj가 그들 간에(therebetween) 링크되고 또한 양자 모두가 장치 D로 설비된 경우, 이들은 둘 모두 동일 크기의 탐색 윈도들 pw 동안에 서로에게 동일한 탐색 패킷들 S개를 전송한다는 것을 주목하는 것이 중요하다. S는 링크된 노드들의 각각의 쌍의 수신기 노드 및 송신기 노드 모두에 알려진 조정가능(tunable) 파라미터이다.
예를 들어, IEEE 802.11g 무선 메시 네트워크에서, 각각의 탐색 윈도들 pw 동안에 전송된 탐색 패킷들 S개는 200에서 1280까지의 범위를 가질 수 있고, 각각의 탐색 윈도들 pw의 지속 기간은 2분에서 15분까지의 범위를 가질 수 있다.
제1 주요 단계 (i)는 가능하게는 그 연관된 장치 D의 제어 하에서 각각의 노드 Nj에 의해 구현될 수 있다.
탐색 윈도 pw는 타임 윈도로서 또는 탐색 패킷들에서의 시퀀스 개수들을 이용함으로써 구현될 수 있다.
탐색 패킷들은 바람직하게는 네트워크 레이어 패킷들이다. 전송된 탐색 패킷들은 그 한 쌍의 노드들 Nj가 그들 간에 교환하는 데이터 패킷들 내부에 삽입되는 전용 데이터 또는 전용 제어 패킷들 중의 어느 하나로서 구현될 수 있다. 더욱이, MAC 레이어에서 탐색 패킷들은 매핑(mapping)되어 전송들을 유니캐스트(unicast)하거나 브로드캐스트할 수 있다.
탐색 패킷들에서 반송되는 (및/또는 이들을 정의하는) 정보는 탐색 윈도 pw의 구현에 의존한다. 만약 탐색 윈도 pw가 타임 윈도로서 구현된다면, 탐색 패킷 각각은 자신이 탐색 패킷이라고 표시하는 적어도 하나의 비트를 포함한다. 만약 탐색 윈도 pw가 시퀀스 번호에 의해 정의된다면, 탐색 윈도 pw 동안에 전송되는 탐색 패킷 각각은 자신의 탐색 윈도 pw의 시퀀스 번호를 정의하는 하나 이상의 비트를 포함하고, 또한 가능하게는 자신이 탐색 패킷이라고 표시하는 하나의 비트를 또한 포함한다.
본 방법의 제2 주요 단계 (ii)는 탐색 윈도 pw 동안에 고려된 통신 링크상에서 손실되는 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률 p를 측정하는 것으로 구성된다.
탐색 윈도 pw 동안에 측정된 패킷 손실률 p는 탐색 윈도 pw 동안에 수신기 노드 Nj'에 의해 실효적으로 (및 정확하게) 수신된 탐색 패킷들의 개수와 이런 탐색 윈도 pw 동안에 전송기 노드 Nj에 의해 보내진 탐색 패킷들의 개수 S 간의 비와 동일하다.
제2 주요 단계 (ii)는 그 연관된 수신기 노드 Nj'에 의해 제공된 수신된 탐색 패킷들에 상대적인 정보로부터 장치 D의 측정 수단 (또는 모듈) MM에 의해 구현될 수 있다.
본 방법의 제3 주요 단계 (iii)는 채널 손실들만이 발생하는 슬라이딩 윈도(즉, 최소 패킷 손실률을 산출하는 슬라이딩 윈도로서 추정되는 슬라이딩 윈도)를 확인하기 위해, 각각이 S (즉, 탐색 윈도 pw의 크기)보다 작은 크기인 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들 swi ( Wk )에 의해 탐색 윈도 pw 각각을 스캐닝하는 것으로 구성된다. 그러면 이런 식별된 슬라이딩 윈도 swi ( Wk )로부터 통신 링크상의 채널 손실률 pch를 계산한다.
슬라이딩 윈도 인덱스 i는 1부터 M까지 변하는데, 여기서 M (탐색 윈도 pw 내에 포함된 슬라이딩 윈도들 swi ( Wk )의 개수)는 이러한 슬라이딩 윈도들 swi ( Wk )의 크기 Wk에 의존한다.
제3 주요 단계 (iii)는 그 측정 수단 MM에 결합된 장치 D의 제1 계산 수단 (또는 모듈) CM1에 의해 구현될 수 있다.
예를 들어, CM1은 하나의 탐색 패킷의 스텝(step) 만큼 각각의 탐색 윈도 pw를 스캐닝할 수 있다. 이것은 S-Wk+1의 시작 위치들을 제공하는데, 각각의 시작 위치는 탐색 윈도 pw 내에서의 슬라이딩 윈도 swi ( Wk )의 시작에 대응한다.
슬라이딩 윈도 식별은 이하와 같이 수행될 수 있다.
예를 들어, CM1은 크기 Wk를 갖는 탐색 윈도 pw의 각각의 슬라이딩 윈도 swi (Wk) 각각에 대한 1차(primary) 패킷 손실률 pi ( Wk )을 결정함으로써 시작할 수 있다. 이것은, 채널 에러들에 기인하여 이런 슬라이딩 윈도 swi ( Wk ) 동안에 손실된 탐색 패킷들의 개수 ni ( Wk )를, 이런 슬라이딩 윈도 swi ( Wk )의 크기 Wk로 나눔으로써 행해질 수 있다 (즉, pi ( Wk ) = ni ( Wk )/ Wk).
그러면, CM1은 다른 크기들 Wk의 선택된 개수 N에 대해 1차 패킷 손실률들 pi (Wk)의 결정을 재생성한다. 이러한 다른 크기들은 최소 크기 Wmin과 S 사이에 포함된다. 다시 말해서, CM1은 N의 다른 크기들 Wk에 대해 N의 1차 패킷 손실률들 pi (Wk)의 그룹들을 결정한다.
예를 들어, 최소 크기 Wmin은 네트워크 WN에 의해 지원되는 채널 손실률의 가장 성긴(coarsest) 추정에 대응한다. 예를 들어, 10과 동일한 최소 크기 Wmin (즉, 10 샘플과 동일함)은 0.1 스텝으로 0부터 1.0까지 퍼져있는 11 손실률에 대응한다.
그러면, CM1은 연관된 1차 패킷 손실률들 pi ( Wk )의 그룹으로부터 N의 다른 크기들 Wk의 각각에 대한 2차(secondary) 패킷 손실률 p( Wk )를 결정할 수 있다.
예를 들어, N의 다른 크기들 Wk 중의 하나와 연관된 각각의 제2 패킷 손실률 p(Wk)는 그 연관된 크기 Wk에 대해 결정된 1차 패킷 손실률들 pi ( Wk )의 최소로서 추정된다:
Figure pct00001
일단 N의 2차 패킷 손실률들 p( Wk )가 N의 다른 크기들 Wk에 대해 제각기 추정되었다면, CM1은 이러한 N의 다른 크기들 Wk 중에서 최상의 채널 손실률 pch의 추정을 제공하는 크기 Wk를 결정할 수 있다.
이런 크기 결정은 그동안 단지 채널 손실들만 발생하는 슬라이딩 윈도(들) swi (Wk)를 식별하는 것을 목표로 한다. 더욱이, 우리는 채널 손실률 pch만을 측정하는 데에 이용되기에 충분히 긴, 충돌들이 없는 구간들이 있다는 것을 보여줄 수 있다. 따라서, 일단 그러한 구간들이 식별되었다면, 좋은 pch의 추정을 제공하기에 충분히 크지만 충돌 손실들의 구간 내로 최종적으로 처하게(end-up) 될 정도로 크지는 않은 크기 Wk를 판정해야 한다.
최대 크기 S를 판정된 크기 Wk로서 선택하기로 결정을 내린 경우, 이것은 충돌 및 채널 손실들 모두를 포함하는 측정된 패킷 손실률 p인 단 하나의 샘플을 제공할 것이다. 따라서, 그러한 판정된 크기 Wk의 선택은 두 가지 타입의 손실들 사이를 구별할 수 없고, 그에 따라 채널 손실들을 과대 추정한다.
이제, 매우 작은 크기를 판정된 크기 Wk로서 선택하기로 결정을 내린 경우, 매우 적은 손실들을 캡쳐할 것이고 (pi ( Wk )를 제공하는 선행 수학식에서의 연산자 "min"은 손실들이 매우 드문 경우에 0을 산출할 것이다), 그에 따라 이것은 채널 에러율 pch들을 과소 추정할 것이다. 작은 크기들 Wk에 대해, 2차 패킷 손실률 p( Wk )의 추정은 p보다 작은데, 그 이유는 몇몇의 윈도들은 (왜냐하면 이것들이 채널 손실들을 정확하게 "평균화(average out)"할 만큼 충분히 길지 않기 때문에) 너무 적은 손실들을 볼 것이기 때문이다. 그러면, p( Wk )는, 이것이 Wk = S(p( Wk =s) = p)에 대한 측정된 패킷 손실에 도달할 때까지 크기 Wk에 따라 증가한다.
따라서, 이러한 관찰들에 기반하여, 이하에서 양호한 결과들을 제공하는 크기 결정 (또는 필터)의 예를 제안한다.
예를 들어, CM1은 첫째로 선택된 값보다 작거나 동일한 크기 Wk와 연관된 각각의 측정된 (또는 결정된) 2차 패킷 손실률 p( Wk )를 선택한다. 예를 들어, 이런 선택된 값은 S/2와 동일할 수 있다.
그러면, CM1은 이러한 선택된 2차 패킷 손실률 p( Wk )의 각각을 가변 문턱 값과 비교할 수 있다. 후자는, 예를 들어, (제2 주요 단계 (ii) 동안에 얻은) 측정된 패킷 손실률 p에 의존할 수 있다. 그러한 가변 문턱 값은 (1-ε)?p와 동일할 수 있는데, 여기서 ε은, 예를 들어, 0보다 크고 1보다 작은 선택된 파라미터(ε∈]0,1[)이다. 더 양호하게는, ε은 구간 [0.005, 0.015] 내에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 그것은 0.01 (또는 1%)와 동일할 수 있다.
비교된 2차 패킷 손실률들 p( Wk ) 중의 적어도 하나가 가변 문턱 값보다 큰 경우에, 이것은 p( Wk )가 가파르게 증가하고 또한 p에 빠르게 도달한다는 것을 의미하는데, 이것은 채널 손실률 pch가 측정된 패킷 손실률 p에 가깝다는 것을 강하게 시사한다. 따라서, CM1은 S를 판정된 크기로서 선택할 수 있고, 그에 따라 CM1은 (이런 크기 S에 대응하는) 측정된 패킷 손실률 p의 값을 채널 손실률 pch에게 할당할 수 있다.
이제, 모든 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))이 가변 문턱 값보다 작거나 같은 경우, CM1은, 예를 들어, 판정된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))의 시퀀스를 a ln(Wk) + b 형태의 로그 곡선에 의해 근사할 수 있다. 그러면, CM1은 가장 큰 곡률을 갖는 이런 로그 곡선의 포인트 Plc를 판정할 수 있고, 또한 이후 판정된 포인트 Plc에 대응하는 크기 Wk*를 판정할 수 있다.
따라서, CM1은 (판정된 포인트 Plc에 대응하는) 크기 Wk*를 판정된 크기로서 선택할 수 있고, 또한 CM1은 (판정된 크기 Wk*와 연관된) 2차 패킷 손실률 p( Wk *)의 값을 채널 손실률 pch (즉, pch = p( Wk *))에게 할당할 수 있다. 가장 큰 곡률의 포인트는 잘 정의된(well-defined) 포인트인데, 여기서 함수 p( Wk *)는 가파르게 증가하고 p에 빠르게 도달하는데, 이것은 채널 손실률 pch가 측정된 패킷 손실률 p에 근접하다는 것을 강하게 시사한다.
본 방법의 제4 주요 단계 (iv)는, 측정된 패킷 손실률 p로부터 계산된 (또는 추정된) 채널 손실률 pch를 뺌으로써 (예를 들어, pcoll = p - pch) 고려된 통신 링크상에서의 충돌 손실률 pcoll을 계산하는 것으로 구성된다.
제 4 주요 단계 (iv)는 그 측정 수단 MM에 그리고 제1 계산 수단 (또는 모듈) CM1에 결합된, 장치 D의 제2 계산 수단 (또는 모듈) CM2에 의해 구현될 수 있다.
본 발명은 상기 기술된 바와 같이 단일 통신 링크에만 적용되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 또한 랜덤 액세스 네트워크의 몇몇의 (심지어 모든) 통신 링크들에 동시에 적용될 수 있는데, 여기서 각각의 통신 링크 (또는 그것들과 연관된 장치들 D) 엔드포인트(endpoint) 노드들은, 상기 기술된 바와 같이 (탐색 패킷들을 보내는) 송신기 동작들 및 (채널 손실률 및 충돌 손실률을 계산하는) 수신기 동작들을 실행한다. 더욱이, 무선 네트워크에서 본 발명은 브로드캐스트 탐색들로 구현될 수 있다. 이 경우에, 이런 무선 네트워크에서의 모든 통신 링크들에 대해 채널 손실률들 및 충돌 손실률들을 계산하기 위한 O(N) 측정들을 필요로 할 것이다.
본 발명은 네트워크 레이어에서의 패킷 수신 타이밍들의 통계적인 속성들에 기반을 두고 있고, 또한 이하의 몇 가지 이점들을 제공한다:
- 측정들의 수집을 위해 네트워크 동작의 정지를 필요로 하지 않는다,
- 네트워크 기술에 독립적이고, 따라서 임의의 랜덤 액세스 네트워크상에서 동작할 수 있다(본 발명이 멀티-홉 및 단일-홉 네트워크들에 적용될 수 있다),
- 종래의 네트워크 표준들에 대한 MAC 레이어 수정들 또는 저-레벨 정보를 필요로 하지 않는다,
- 본 발명이 야기하는 오버헤드는 상대적으로 작고 또한 탐색 윈도의 파라미터 S를 조절함으로써 제어될 수 있다. 전형적으로, 탐색은 매 몇 초마다 탐색 패킷들을 보냄으로써 네트워크 레이어에서 수행된다,
- 본 발명은 수많은 애플리케이션들에 적용될 수 있는데 특히 랜덤 액세스 네트워크들에서의, 용량 추정(capacity estimation), 트래픽/토폴로지 최적화들(traffic/topology optimizations), 승인 제어 및 데이터율 적응 메커니즘들의 효율적인 디자인에 적용될 수 있다.
본 발명은 단지 예들로서 앞서 기술된 방법, 장치 및 노드 (또는 통신 설비)의 실시예들에 제한되지 않고, 본 발명은 당업자들에 의해 이하의 청구항들의 범위 내에 있다고 생각되는 모든 대안적 실시예들을 포괄한다.

Claims (19)

  1. 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크(WN)의 노드들(Nj) 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크의 채널 손실률(pch) 및 충돌 손실률(pcoll)을 온라인으로 계산하는 방법으로서,
    i) 탐색 윈도들(pw)에서의 타임을 분할하고 또한 송신기 노드(N1)로부터 그들 간에 링크된 수신기 노드(N2)로 각각의 탐색 윈도(pw) 동안에 선택된 탐색 패킷들 S 개를 전송하는 단계,
    ii) 탐색 윈도(pw) 동안에 상기 통신 링크상에서 손실된 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률(p)을 측정하는 단계,
    iii) 각각의 탐색 윈도(pw)를 각각이 S보다 더 작은 크기 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들(swi ( Wk ))에 의해 스캐닝하여, 채널 손실들만이 그 동안에 발생하는 슬라이딩 윈도를 식별하고, 및 이후 상기 식별된 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))로부터 상기 통신 링크상에서의 채널 손실률(pch)을 계산하는 단계,
    iv) 상기 측정된 패킷 손실률(p)로부터 상기 계산된 채널 손실률(pch)을 뺌으로써 상기 통신 링크상에서의 충돌 손실률(pcoll)을 계산하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 i)에서, 상기 송신기 노드(N1)는 네트워크 레이어 패킷들인 탐색 패킷들을 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    단계 i)에서, 상기 전송된 탐색 패킷들은 전용 제어 패킷들로서 또는 데이터 패킷들 내로 삽입되는 전용 데이터로서 구현되는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 i)에서, 각각의 탐색 윈도(pw)는 타임 윈도인 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    단계 i)에서, 탐색 윈도(pw) 동안에 전송될 각각의 탐색 패킷은 자신이 탐색 패킷이라고 표시하는 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  6. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 i)에서, 각각의 탐색 윈도(pw)는 그 S의 연관된 탐색 패킷들의 각각 내로 포함된 시퀀스 번호(number)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 iii)에서, 더 작은 슬라이딩 윈도들(pi ( Wk ))을 이용하여 하나의 탐색 패킷의 스텝에 의해 각각의 탐색 윈도(pw)를 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 iii)에서, 상기 슬라이딩 윈도(swi ( Wk )) 동안에 손실된 탐색 패킷들의 개수(ni ( Wk ))를 상기 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))의 크기 Wk로 나눔으로써 크기 Wk를 갖는 탐색 윈도(pw)의 각각의 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))에 대한 1차 패킷 손실률(pi ( Wk ))을 결정하고, 이후 최소 크기 Wmin와 S 사이에 포함된 선택된 다른 크기들 Wk의 개수에 대해 상기 결정들을 재생성하고, 이후 상기 연관된 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk ))로부터 상기 다른 크기들 Wk의 각각에 대한 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 결정하고, 이후 상기 다른 크기들 Wk 중에서 최상의 채널 손실률(pch)의 추정을 제공하는 크기 Wk를 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    단계 iii)은, 선택된 값보다 작거나 동등한 크기 Wk와 연관된 각각의 결정된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 상기 측정된 패킷 손실률(p)에 의존하는 가변 문턱 값과 비교하고, 이후 상기 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk )) 중 적어도 하나가 상기 가변 문턱 값보다 크다면 S를 결정된 크기로서 선택하고 이후 상기 크기 S에 대응하는 측정된 패킷 손실률(p)의 값을 상기 채널 손실률(pch)에게 할당하고, 상기 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))이 상기 가변 문턱 값보다 작거나 동등하다면 a ln(Wk) + b 형태의 로그 곡선에 의해, 결정된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))의 시퀀스를 근사하고, 이후 가장 큰 곡률(curvature)을 갖는 상기 로그 곡선의 포인트(Plc)를 결정하고, 이후 상기 결정된 포인트(Plc)에 대응하는 크기 Wk를 결정된 크기로서 선택하고, 이후 상기 결정된 크기 Wk에 연관된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))의 값을 상기 채널 손실률(pch)에게 할당하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  10. 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 값은 S/2와 동등한 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 문턱 값은 (1-ε)?p 와 동등하고, 여기서 ε는 0보다 크고 1보다 작은 선택된 파라미터인 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    ε는 구간 [0.005, 0.015] 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 크기들 Wk 중 하나에 연관된 각각의 제2 패킷 손실률(p( Wk ))은 상기 크기 Wk에 대해 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk ))의 최소인 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최소 크기 Wmin은 상기 네트워크(WN)에 의해 지원되는 채널 손실률의 가장 성긴(coarsest) 추정에 대응하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 방법.
  15. 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크(WN)의 노드들(Nj) 사이에 설정된 적어도 하나의 통신 링크의 채널 손실률(pch) 및 충돌 손실률(pcoll)을 온라인으로 계산하기 위한 장치(D)로서,
    S 탐색 패킷들이 상기 통신 링크상에서 송신기 노드(N1)로부터 수신기 노드(N2)로 전송되는 탐색 윈도(pw) 동안에 상기 통신 링크상에서 손실된 탐색 패킷들로부터 패킷 손실률(p)을 측정하도록 구성된 측정 수단(MM),
    각각의 탐색 윈도(pw)를 각각이 S보다 더 작은 크기 Wk를 갖는 더 작은 슬라이딩 윈도들(swi ( Wk ))에 의해 스캐닝하여, 채널 손실들만이 그동안에 발생하는 슬라이딩 윈도를 식별하고, 및 이후 상기 식별된 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))로부터 상기 통신 링크상에서의 채널 손실률(pch)을 계산하도록 구성된 제1 계산 수단(CM1), 및
    상기 측정된 패킷 손실률(p)로부터 상기 계산된 채널 손실률(pch)을 뺌으로써 상기 통신 링크상에서의 충돌 손실률(pcoll)을 계산하도록 구성된 제2 계산 수단(CM2)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 계산 수단(CM1)은,
    i) 상기 슬라이딩 윈도(swi ( Wk )) 동안에 손실된 탐색 패킷들의 개수(ni ( Wk ))를 상기 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))의 크기 Wk로 나눔으로써 크기 Wk를 갖는 탐색 윈도(pw)의 각각의 슬라이딩 윈도(swi ( Wk ))에 대한 1차 패킷 손실률(pi ( Wk ))을 결정하고, 이후
    ii) 최소 크기 Wmin와 S 사이에 포함된 선택된 다른 크기들 Wk의 개수에 대한 상기 결정들을 재생성(reproduce)하고, 이후
    iii) 상기 연관된 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk ))로부터 상기 다른 크기들 Wk의 각각에 대해 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을 결정하고, 이후
    iv) 상기 다른 크기들 Wk 중에서 최상의 채널 손실률(pch)의 추정을 제공하는 크기 Wk를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 계산 수단(CM1)은,
    i) 선택된 값보다 작거나 동등한 크기 Wk와 연관된 각각의 결정된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을, 상기 측정된 패킷 손실률(p)에 의존하는 가변 문턱 값과 비교하고, 이후
    ii) 상기 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk )) 중 적어도 하나가 상기 가변 문턱 값보다 크다면 S를 결정된 크기로서 선택하고, 이후 상기 크기 S에 대응하는 측정된 패킷 손실률(p)의 값을 상기 채널 손실률(pch)에게 할당하고, 및 상기 비교된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))이 상기 가변 문턱 값보다 작거나 동등하다면, a ln(Wk) + b 형태의 로그 곡선에 의해 결정된 2차 패킷 손실률들(p( Wk ))의 시퀀스를 근사하고, 이후 가장 큰 곡률을 갖는 상기 로그 곡선의 포인트(Plc)를 결정하고, 이후 상기 결정된 포인트(Plc)에 대응하는 크기 Wk를 결정된 크기로서 선택하고, 및 이후 상기 결정된 크기 Wk에 연관된 2차 패킷 손실률(p( Wk ))의 값을 상기 채널 손실률(pch)에 할당하도록 구성된 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 장치.
  18. 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 계산 수단(CM1)은 상기 다른 크기들 Wk 중의 하나에 연관된 각각의 2차 패킷 손실률(p( Wk ))을, 상기 크기 Wk에 대해 결정된 1차 패킷 손실률들(pi ( Wk )) 중의 최소로부터 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 채널 손실률 및 충돌 손실률 계산 장치.
  19. 랜덤 액세스 MAC 프로토콜을 이용하는 네트워크(WN) 내로 통신하도록 의도된 노드(Nj)로서,
    제15항 내지 제18항 중 하나의 항에 따른 장치(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드.
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