KR20120052473A - Ｃｓｍａ/ｃａ 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Ｃｓｍａ/ｃａ 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치는 전송 프레임이 입력 및 출력되는 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐, 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐를 정해진 시간에 확인하여 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Back off time)을 생성하고, 통신 채널이 유효한 경우에만 카운트를 적용하고, 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 제어부 및 상기 백오프 타임이 기준값을 만족한 전송 큐에 입력된 전송 프레임의 전송을 시도하는 처리부를 포함함으로써, 높은 우선 순위를 갖는 전송 프레임의 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있다.

Description

ＣＳＭＡ/ＣＡ 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEDIA ACCESS CONTROL BASED ON COMPETITION OF CSMA/CA}
본 발명은 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 기기가 네트워크 접속기회를 동일하게 갖는 네트워크 시스템에서 우선 순위가 다른 메시지의 QoS(Quality of Service)를 보장하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
MIL-STD-188-220 무선통신기기 연동표준은 미국방성에서 군 통신 장비(Half-Duplex 방식의 FM 무전기)를 이용하여 데이터 통신망 구축을 위해 정의한 표준으로, Physical Layer, Data Link Layer, Network Layer를 정의하고 있다.
기존의 MIL-STD-188-220 NAC(Network Access Control)에서는 네트워크 접속 제어를 위해서 무선통신기기들이 네트워크에 접속할 수 있는 기회를 분산시키는 방법으로 Network busy sensing, RHD(Response hold delay), TP(Timeout period), 네트워크 접속 지연(Network Access Delay)을 정의하고 있다.
상기의 네트워크 접속 지연은 경쟁방식의 R-NAD(Random Network Access Delay)방식, 전송기회의 구간을 나눈 P-NAD(Prioritized Network Access Delay), 라운드로빈 방식을 수행하는 DAP-NAD(Dterministic Adaptable Priority Network Access Delay), DAV-NAD(Data and Voice Network Access Delay) 기능을 지원하고 있으나 우선 순위가 다른 메시지의 QoS를 보장하기에는 많은 문제점이 있다.
상용화되어 널리 사용되고 있는 IEEE 802.11 기술은 미국전기전자학회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)의 작업 그룹에서 개발한 근거리 무선 통신에 관한 표준으로 물리 계층과 매체 접근 제어(Medium Access Control, MAC)에 관한 표준으로, MAC 계층은 공유 매체를 사용하는 장치 또는 단말이 매체를 이용할 때 고려해야하는 순서와 규칙을 정의하여 효율적으로 매체를 이용할 수 있게 한다. IEEE 802.11의 MAC은 Distributed Coordination Function(DCF)와 Point Coordination Function(PCF)라는 두 가지 접근 제어 방식을 정의하고 있다.
DCF는 무선통신망 환경 내에서 통신에 참여하는 모든 노드들에게 공평한 송신 기회를 부여하기 위해 고안된 MAC 프로토콜로써, 프레임을 송신하고자 하는 모든 노드들이 공평하게 채널 경쟁(Channel Contention)에 참여하고, 송신 기회를 획득한 노드가 프레임을 송신하는 방식으로 동작한다.
DCF는 경쟁을 통한 송신 기회의 획득에 계속적으로 실패할 가능성이 있으므로, 멀티미디어 컨텐츠 스트리밍 서비스 또는 타임-크리티컬(time-critical) 응용에 적합하지 않은 문제점이 있다.
반면, PCF에서는 CFP(Contention Free Period)구간에서 폴링 방식을 수행하여 QoS(Quality of Service) 기능을 지원하고 있다. 그러나 PCF는 WLAN의 대역폭을 많이 차지하며 비콘 딜레이(Beacon Delay)를 정확히 예측할 수 없는 등 802.11 MAC의 QoS기능에 있어 많은 제한이 있다.
초창기 802.11 MAC 설계 당시에는 다양한 종류의 무선 통신 서비스가 존재하지 않았으며 QoS의 필요성이 그다지 요구되지 않았기 때문에 802.11 MAC에서 QoS 관련 사항들은 중요한 비중을 차지하지 않았다. 그러나 현재는 사용자 요구에 따라 다양한 종류의 데이터 서비스(Multimedia Service)가 증가하고 있으며 이를 위해 QoS는 필수적인 요소가 되었고 IEEE에서는 QoS를 보장하기 위해 802.11e 표준을 제정하였다.
802.11e는 QoS 서비스를 위해서 사용자 우선 순위(User Priority: UP)를 8가지로 분류하고 있으며, 4가지의 AC(Access Category)를 두어 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)를 위한 'common parameter set'을 정의하고 있다. 여기서, 사용자 우선 순위(User Priority: UP)와 AC(Access Category)의 관계는 다음의 표 1과 같으며, EDCA 파라미터 기본값은 표 2와 같다.
즉, 우선 순위가 높은 데이터는 우선 순위가 낮은 데이터보다 확률적으로 적은 값의 Backoff Count 숫자를 갖도록 하고 또한, IFS도 시간적으로 작은 값을 갖도록 함으로써 매체 경쟁에서 우위를 차지할 수 있도록 QoS를 보장해 준다.
Figure pat00001
Figure pat00002
그러나 한 노드의 AC값이 'AC_VO'값으로 설정되면 다른 사용자보다 상대적으로 무선채널을 점유할 확률이 커지며, 다른 노드들은 무선채널을 점유할 수 있는 확률을 높이고자 임의로 높은 우선 순위를 갖는 'AC_VO'값으로 설정하려고 할 것이다. 이와 같이 모든 노드들이 임의로 높은 우선 순위의 값을 설정한다면 동일한 BSS(Basic Service Set)내에 존재하는 이동 단말들 사이에 우선 순위의 차이가 생기지 않아서 EDCF에 의한 차별화된 QoS 서비스를 할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 무선 통신 기기가 네트워크 접속기회를 동일하게 갖는 네트워크 시스템에서 우선 순위가 다른 메시지의 QoS(Quality of Service)를 보장하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치는 전송 프레임이 입력 및 출력되는 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐, 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐를 정해진 시간에 확인하여 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Back off time)을 생성하고, 통신 채널이 유효한 경우에만 카운트를 적용하고, 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 제어부 및 상기 백오프 타임이 기준값을 만족한 전송 큐에 입력된 전송 프레임의 전송을 시도하는 처리부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전송 프레임은 MIL-STD-188-200 무선 통신 기기의 전송 프레임일 수 있다.
또한, 상기 백오프 타임은 상기 백오프 타임 생성시 초기화되는 다툼 구간(Contention Window) 범위 내에서 0 이상의 정수 중 하나이고, 상기 카운트의 주기는 네트워크 사용 탐지 시간(Network busy detect time)일 수 있다. 여기서, 상기 기준값은 0이고 상기 카운트는 다운 카운트이거나, 상기 기준값은 백오프 타임의 생성값이고 상기 카운트는 0부터의 업 카운트일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 IFS동안 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 처리부로 하여금 전송 프레임의 전송을 시도하지 않도록 할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 처리부에 의해 전송되는 전송 프레임이 다른 신호와 출동하는지 여부를 확인하고 신호 충돌이면 상기 전송되는 전송 프레임의 재전송 회수를 카운트하고, 상기 재전송 회수가 우선 순위에 따라 설정된 상기 전송 큐의 재전송 카운트 제한값의 범위를 만족하면 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 전송 프레임을 대상으로 상기 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법은 (a) 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐에 전송 프레임이 입력되는 단계, (b) 상기 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐에서 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Backoff time)을 생성하여 모든 전송 큐에 적용하는 단계, (c) 통신 채널이 유효한 경우에만 상기 백오프 타임을 카운트하는 단계, (d) 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 단계 및 (e) 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하고 상기 IFS 기간 동안 통신 채널이 유효한 경우 상기 IFS를 만족한 전송 큐의 전송 프레임을 전송 시도하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 (c) 단계는 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후 상기 (b) 단계로 회귀할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계는 상기 IFS동안 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후 상기 (b) 단계로 회귀할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계 이후에, (f) 상기 전송 시도의 응답(Acknowledge)을 통해 상기 전송 프레임의 전송 중 다른 신호와의 충돌 여부를 확인하는 단계, (g) 상기 확인 결과 충돌이 없으면 상기 전송 프레임의 전송을 성공으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 (g) 단계는 상기 확인 결과 충돌이 있고 상기 전송 프레임에 해당하는 재전송 회수를 나타내는 카운터가 해당 전송 큐의 우선 순위에 따라 설정된 재전송 카운트 제한값보다 작으면 상기 (b) 단계로 회귀할 수 있다. 여기서, 상기 (g) 단계는 상기 재전송 회수를 나타내는 카운터가 상기 재전송 카운트 제한값이상이면 상기 (b) 단계로 회귀하지 않고 상기 전송 프레임의 전송을 종료할 수 있다.
또한, 상기 전송 프레임은 MIL-STD-188-220 무선 통신 기기의 전송 프레임일 수 있다.
한편, 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법은 다수의 전송 큐를 관리하면서 한 개의 백오프 카운터를 적용하고, 백오프 타임 적용 후에 우선 순위에 따른 IFS를 적용함으로써 다른 기기가 동시에 백오프 카운트 기준값을 만족했더라도 우선 순위가 낮은 전송 프레임이 우선 순위가 높은 전송 프레임보다 먼저 전송되지 않게 된다. 이에 따라 높은 우선 순위를 요구하는 전송 프레임에 대한 QoS(Quality of Service) 보장과 무선 자원의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 무선 통신망을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치를 MAC 구조로서 나타낸 개략도.
도 4는 경쟁 방식의 매체접근 방법과 IFS 사이의 관계를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치를 나타낸 블럭도이고, 도 2는 무선 통신망을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치는 전송 프레임이 입력 및 출력되는 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐(110), 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐를 정해진 시간에 확인하여 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Back off time)을 생성하고, 통신 채널이 유효한 경우에만 카운트를 적용하고, 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 제어부(130) 및 상기 백오프 타임이 기준값을 만족한 전송 큐에 입력된 전송 프레임의 전송을 시도하는 처리부(150)를 포함하고 있다.
도 2에 도시된 무선 통신망은 하나의 무선 통신망 조정자(Network Coordinator)(310)와 복수 개의 무선 통신 기기(Network device)(330)들로 구성된다.
무선 통신망은 무선 통신망 조정자를 중심으로 하는 독립된 여러 개의 무선 통신망을 구성할 수 있다. 독립된 무선 통신망에 존재하는 무선 통신망 조정자와 복수의 무선 통신 기기는 고유의 식별 정보를 가지며, 단일 무선 채널을 통해서 통신한다. 계층적으로 연결된 복수의 무선 통신망 조정자는 다른 무선 채널을 통하여 통신할 수 있다.
무선 통신망 조정자(310)는 무선 통신 기기들 중에서 선택되어질 수 있으며, 무선 통신망을 제어 및 통제함으로써 무선 통신이 원활히 이루어질 수 있도록 관리하는 역할을 담당한다.
무선 통신 기기(330)는 무선 통신망 조정자와 무선으로 통신하며, 다른 무선 통신 기기와도 통신할 수 있다. 독립된 무선 통신망에 존재하는 무선 통신망 조정자와 무선 통신 기기는 단일 무선 채널을 통해서 송수신하기 때문에 상호 경쟁을 통해서 단일 무선 채널에 접근하여야 한다. 이때의 무선 통신 기기 및 무선 통신망 조정자는 MIL-STD-188-220 무선 통신 기기일 수 있으며 상호 경쟁 방식은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)를 따를 수 있다.
상호 경쟁에서 각 무선 통신 기기의 전송 프레임의 QoS를 보장하기 위해 본 발명은 전송 큐(110), 제어부(130), 처리부(150)를 포함하고 있다. 한편, 도 1에 도시된 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치는 도 3에 도시한 바와 같이 이상에서 언급된 무선 통신 기기의 MAC 계층의 구성일 수 있다.
전송 큐(110)는 QoS에 따라 복수개가 구비될 수 있으며 전송 프레임을 저장 및 출력하는 역할을 담당한다. 단순히 전송 프레임을 저장하는 수단이 아니라 상위 계층의 우선 순위를 요구하는 QoS에 따라 전송 프레임을 순차적으로 입력하고 제어부(130)의 요청에 따라 전송 프레임을 순차적으로 출력함(FIFO 방식)으로써 QoS가 보장되도록 한다. 정리하면, 전송 큐는 전송 프레임의 입출력이 가능하고 서로 다른 우선 순위가 부여되어 있다. 한편, 전송 프레임은 MIL-STD-188-200 무선 통신 기기의 전송 프레임일 수 있다.
제어부(130)는 프레임 전송을 원하는 무선 통신 기기 간의 충돌을 회피하기 위한 수단으로서 백오프 타임(backoff time)을 생성한다. 구체적으로 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐를 정해진 시간(사용자에 의해 설정 가능, 일정 주기를 나타낼 수도 있음)에 확인하여 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임을 생성할 수 있다. 이에 따라 모든 전송 큐에는 동일한 백오프 타임이 적용된다.
제어부는 먼저 QoS에서 요구한 우선 순위에 따라 전송 프레임이 순차적으로 전송 큐에 입력되고 출력되도록 한다. 전송 큐에서 전송 프레임의 출력은 백오프 타임과 IFS에 의존한다. 백오프 타임은 통신 채널(무선 채널)이 유효한 경우에만 카운트가 이루어지며 통신을 소망하는 단말기의 통신 채널 접근시마다 새롭게 생성될 수 있다. 이렇게 생성된 백오프 타임은 카운트 도중 또는 카운트 시점에 통신 채널이 유효하지 않은 상태이면 다시 새롭게 생성되거나 수행된 카운트의 값을 기억하고 있다가 통신 채널이 다시 유효해지면 수행된 카운트에서부터 카운트를 수행할 수도 있다. 즉, 백오프 타임은 통신 채널이 유효하지 않은 경우 진행된 카운트를 기억하는 대신 새로운 백오프 타임으로 대체되거나, 진행된 카운트를 기억하고 이를 그대로 이용할 수 있다. 무선 채널 접근은 경쟁 방식의 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)를 따른다.
무선 채널이 유효하지 않은 상태는 무선 채널을 이용할 수 있는 아이들(idle)이 아닌 상태를 의미한다. 제어부에서는 무선 채널이 아이들하지 않으면 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있는데, 이와 같은 백오프 타임 생성을 아이들할 때까지 반복하는 것은 무의미하다. 따라서, 제어부는 무선 채널이 유효하지 않으면 상기 무선 채널이 유효해진 이후에 상기 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다. 다시 말해 무선 채널이 아이들하지 않으면 아이들해진 이후에 백오프 타임을 생성함으로써 불필요하게 백오프 타임이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 이상의 내용은 복수의 전송 큐 중 적어도 하나에 전송 프레임이 존재하는 경우에 해당하는 것으로, 만약 모든 전송 큐에 전송 프레임이 없다면 백오프 타임을 생성하지 않고 항상 통신 채널을 듣도록 할 수 있다.
제어부는 또한 카운트된 백오프 타임이 기준값을 만족하면 모든 전송 큐를 확인하여 백오프 타임의 카운트동안에 입력된 전송 프레임이 있는지 확인한다. 만약 우선 순위가 높은 전송 프레임(우선 순위가 높은 전송 큐에 입력된 전송 프레임)이 있다면 백오프 타임을 적용 중인 현재의 전송 프레임 대신 우선 순위가 높은 전송 프레임의 IFS를 적용한다. 우선 순위가 높은 전송 프레임이 복수라면 가장 높은 우선 순위 전송 프레임의 IFS를 적용한다. 만약 우선 순위가 높은 전송 프레임이 없다면 현재 전송 프레임의 IFS를 적용한다.
처리부(150)는 제어부와 일체로 형성될 수도 있으며, 백오프 타임이 기준값을 만족하게 된 전송 큐에 입력되어 있는 전송 프레임의 전송을 시도한다. 이때의 전송 큐에는 가장 높은 우선 순위의 IFS가 적용된 상태이므로 만약 전송의 시도 대상인 전송 프레임이 이를 만족하지 못하면 전송이 이루어지지 않는다. 즉, 백오프 타임이 기준값을 만족하였다 하더라도 자신보다 높은 우선 순위의 전송 프레임이 존재한다면 전송이 수행되지 않게 된다.
카운트가 이루어지는 백오프 타임은 백오프 타임 생성시 초기화되는 다툼 구간(Contention Window) 범위 내에서 0 이상의 정수 중 하나이고, 카운트의 주기는 네트워크 사용 탐지 시간(Network busy detect time)일 수 있다. 즉, 백오프 타임의 전체 시간은 0에서 다툼 구간까지의 범위 내에서 선택된 정수에 네트워크 사용 탐지 시간을 곱함으로써 산출될 수 있다. 어느 한 무선 통신 기기가 무선 통신망을 사용 중일 때 다른 무선 통신 기기의 개입이 있으면 음성 및 데이터 통신에 영향을 주는 점을 고려하여 네트워크 사용 탐지 시간은 다른 무선 통신 기기의 개입을 차단하기 위한 반송파 감지(Carrier sensing) 시간일 수 있다.
한편, 백오프 타임 생성에 이용되는 다툼 구간 역시 백오프 타임 생성시 초기화되므로 백오프 타임 생성 근거인 다툼 구간의 값도 매번 변경될 수 있다. 따라서 백오프 타임은 일종의 랜덤(random)성을 갖게 된다. 다툼 구간은 전송 프레임의 우선 순위에 따라 다른 값을 가질 수 있으며 다툼 구간의 초기화는 전송 프레임의 우선 순위에 따라 기설정된 값으로 갱신되는 것일 수 있다. 또한, 다툼 구간은 동일 무선 통신망을 형성하는 모든 무선 통신 기기 간에 동일한 값으로 초기화될 수 있다.
기준값은 백오프 타임을 근간으로 하지만 카운트 방식에 따라 그 값이 다를 수 있다. 예를 들어 카운트 방식이 다운 카운트 방식인 경우 기준값은 0이 되며, 카운트 방식이 업 카운트 방식인 경우 기준값은 백오프 타임의 생성값(정수)일 수 있다. 정리하면 기준값은 0이고 이때의 카운트는 백오프 타임부터의 다운 카운트일 수 있으며, 또는 기준값은 백오프 타임이고 이때의 카운트는 0부터의 업 카운트일 수 있다.
이상의 구성에 따르면 무선 통신 기기는 다운 카운트의 경우 백오프 타임이 0이 된 후 IFS를 만족할 경우 무선 채널 접근 기회를 가진다. 기존에는 IFS를 적용한 후에 백오프 타임을 적용하는 구성인 반면 본 발명에서는 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Back off time)을 생성하고, 통신 채널이 유효한 경우에만 카운트를 적용하고, 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용한다. 그 결과 우선 순위가 낮은 전송 프레임이 우선 순위가 높은 전송 프레임보다 먼저 전송되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 처리부는 백오프 타임이 기준값을 만족한 후 모든 전송 큐를 확인하여 가장 높은 우선 순위의 전송 프레임으로부터의 IFS(InterFrame Space)동안 무선 채널이 유효할 경우에만 전송 프레임의 전송을 시도하게 된다.
제어부는 IFS(InterFrame Space)동안 무선 채널이 유효하면 처리부로 하여금 상기 전송 프레임의 전송을 시도하도록 하고, IFS동안 무선 채널이 유효하지 않으면 처리부로 하여금 상기 전송 프레임의 전송을 시도하지 않도록 하고 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다. 이때 제어부는 IFS동안 무선 채널이 유효하지 않으면 무선 채널이 유효해진 이후에 백오프 타임을 새롭게 생성함으로써 무의미하게 백오프 타임이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 적용되는 IFS는 현재 전송 프레임의 백오프 타임이 통신 채널이 유효한 경우에만 적용되는 카운트에 의해 기준값을 만족한 후에 적용되는 것으로, 모든 전송 큐에서 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS이다. 따라서 만약 현재의 전송 프레임보다 높은 우선 순위를 갖는 다른 전송 프레임의 IFS가 적용된다면 현재의 전송 프레임은 전송될 수 없다. 그 결과 현재의 전송 프레임은 전송되지 않고 대신 우선 순위가 높은 전송 프레임이 전송된다. 이에 따라 우선 순위가 높은 전송 프레임의 QoS가 보장된다.
도 4는 경쟁 방식의 매체접근 방법과 IFS 사이의 관계를 나타낸 개략도이다.
살펴보면, 도 3에 도시된 전송 프레임의 우선 순위 Urgent Message > Priority Message > Routine Message에 따라 백오프 타임이 다르게(16, 12, 12) 생성되어 있다. 이때 16값을 갖는 백오프 타임은 현재의 다툼 구간 12를 초과하는 관계로 이에 해당하는 전송 프레임의 전송은 이루어지지 않게 된다. 12값을 갖는 백오프 타임에 해당하는 전송 프레임은 도 3의 Rountine Message 우선 순위의 전송 프레임과 Priority Message 우선 순위의 전송 프레임으로서 IFS(Routine)가 IFS(Priority)보다 길다. 따라서, IFS(Routine)과 IFS(Priority) 사이에 다른 프레임이 무선 채널을 점유할 수 있는 상황에서 Priority Message 우선 순위의 전송 프레임은 자신이 먼저 무선 채널을 점유하게 되는 반면 Rountine Message 우선 순위의 전송 프레임은 무선 채널을 이용하지 못하게 된다.
참고로, 본 발명의 무선 채널 매체접근 방법과 프레임 전송 시점 결정은 우선 순위에 기반을 두어 차별화된 서비스를 제공하기 위해 설계되었다. 우선 순위가 다른 QoS를 지원하기 위하여 각각의 다른 IFS를 정의하고 있다. 또한, IEEE 802.11e EDCA 모델과 다르게 우선 순위가 다른 각 전송 프레임에 백오프 타임을 설정하지 않고 하나의 백오프 타임을 설정함으로써 낮은 우선 순위의 전송 프레임이 작은 백오프 타임을 설정하여 우선 순위가 높은 프레임보다 먼저 전송되는 것을 확률적으로 줄여 우선 순위가 높은 전송 프레임의 QoS를 높이고 있으며, IEEE 802.11e EDCA의 가상 충돌(Virtual Collision) 발생을 방지하고 있다. 또한 우선 순위가 다른 전송 프레임에 차별적인 전송 시점(IFS 이용)을 적용함으로써 서비스의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부는 처리부에 의해 전송되는 전송 프레임이 다른 신호와 출동하는지 여부를 확인하고 신호 충돌이면 전송되는 전송 프레임의 재전송 회수를 카운트하고, 재전송 회수가 우선 순위에 따라 설정된 전송 큐의 재전송 카운트 제한값의 범위를 만족하면 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 전송 프레임을 대상으로 백오프 타임을 새롭게 생성하고 새롭게 생성된 백오프 타임에 근거하여 상기 전송 프레임을 재전송할 수 있다. 즉, 신호의 충돌이 발생될 경우 충돌 회수(재전송 회수와 동일)가 기설정된 재전송 카운트 제한값 이내의 회수이면 재전송을 시도하게 된다. 이때도 제어부는 무선 채널이 유효해진 이후에 백오프 타임을 새롭게 생성할 수 있다.
신호의 충돌 여부는 전송 프레임의 응답으로 파악이 가능하다.
도 5는 본 발명의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5에 도시된 CSMA/CA 경쟁기반 매체 접근 제어 방법은 도 1에 도시된 CSMA/CA 경쟁기반 매체 접근 제어 장치의 동작으로서 설명될 수 있다.
먼저, 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐에 전송 프레임이 입력된다(S 410). 전송 프레임의 입력은 통신 채널을 이용하고자 하는 무선 통신 기기가 존재할 때 발생할 수 있다. 필요한 경우 제어부는 우선 순위가 높은 큐부터 순차적으로 전송할 프레임을 요청할 수 있다. 이때의 요청은 무선 채널이 유효한 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해 복수의 전송 큐에 입력된 프레임의 우선 순위에 대한 정보를 제어부가 알고 있을 수 있다. 이때의 프레임은 MIL-STD-188-220 무선 통신 기기의 전송 프레임일 수 있다.
전송 큐에서 상기 요청에 의해 출력되는 프레임을 곧바로 전송하게 되면 다른 신호와 충돌될 수 있으므로 백오프 타임과 IFS를 이용한다.
이를 위해 상기 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐에서 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Backoff time)을 생성하여 모든 전송 큐에 적용한다(S 420).
백오프 타임은 통신 채널이 유효한 경우, 즉 idle한 경우(S 430)에만 카운트(S 440)가 이루어지는데 이때의 카운트는 백오프 타임이 기준값을 만족할 때까지 수행될 수 있다(S 450). 도 5에서는 기준값을 0으로 설정한 관계로 카운트로서 1씩 감소시키는 다운 카운트를 적용한 상태를 나타내고 있다. 통신 채널이 idle하지 않은 경우는 선택1과 같이 카운트된 값을 기억해두고 통신 채널이 다시 idle해진 이후 기억된 카운트값에 이어서 카운트를 진행할 수도 있으며, 선택2와 같이 통신 채널이 다시 idel해진 이후 백오프 타임을 새롭게 생성한 후 처음부터 다시 카운트를 진행할 수도 있다.
카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용한다(S 460). 즉, 전송 프레임이 입력된 전송 큐 중 가장 높은 우선 순위의 전송 큐(전송 프레임)의 IFS를 적용한다.
따라서, 처리부에서는 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하고 상기 IFS 기간 동안 통신 채널이 유효한 경우 상기 IFS를 만족한 전송 큐의 전송 프레임에 대한 전송을 시도하게 된다(S 510).
즉, 백오프 타임이 0이 된 전송 프레임이 전송될 수 있는 경우는 모든 전송 프레임을 확인한 후 적용되는 IFS가 자신의 IFS(자신의 IFS가 아니라면 자신보다 높은 우선 순위를 갖는 전송 프레임의 IFS일 것이므로 전송 불가)이어야 하며 또한 자신의 IFS 동안 통신 채널이 idle해야 한다(S 500). 만약, 이 두 조건 중 하나라도 만족하지 못한다면 통신 채널이 idle해진 이후 S 420단계로 회귀할 수 있다.
한편, 전송 프레임의 전송을 시도하는 단계(S 510) 이후에 전송 시도의 응답(Acknowledge)을 통해 상기 전송 프레임의 전송 중 다른 신호와의 충돌 여부를 확인하고(S 520), 확인 결과 충돌이 없으면 상기 프레임의 전송을 성공으로 판단할 수 있다. 만약 확인 결과 충돌이 있고 상기 전송 프레임에 해당하는 재전송 회수를 나타내는 카운터가 해당 전송 큐의 우선 순위에 따라 설정된 재전송 카운트 제한값보다 작으면(S 530) 백오프 타임을 설정하는 단계(S 420)로 회귀할 수 있다. 이때, 재전송 회수를 나타내는 카운터가 재전송 카운트 제한값 이상이면(S 530) 상기 전송 프레임의 전송을 중지할 수 있다(S 540). 제어부에서 이루어지는 동작으로 전송 프레임의 충돌 여부는 응답(Acknowledge)을 통해 판단할 수 있다. 재전송 카운트 제한값은 전송 큐의 우선 순위가 높을수록 낮은 순위의 재전송 카운트 제한값보다 클 수 있다.
재전송 카운트 제한값이 0인 경우 재전송 회수가 0미만일 수 없으므로 전송한 프레임에 대한 응답을 기다리지 않으며, 모든 무선 통신 기기는 전송 프레임을 수신한 뒤 다음 전송을 시도하기 전에 동기를 맞춘다. 이는 전송 프레임에 대한 안전성은 다소 떨어지는 대신 무선 채널을 적게 사용할 수 있다. 데이터의 발생 비율이 높으며, 전송 프레임의 중요성이 다소 낮은 경우에 적합하다.
우선 순위가 높은 프레임을 전송하였을 경우 전송 프레임의 안전성을 위하여 응답을 수신하여야 하며, 각 무선 통신 기기는 전송 프레임을 수신한 뒤 일정 시간 안에 전송 프레임에 대한 응답을 전송하여야 한다. 일정 시간 안에 응답이 수신되지 않을 경우 프레임 전송 실패로 간주되며, 송신 무선 통신 기기는 재전송을 준비한다. 제어부에서 무선 채널의 유효 상태를 확인하며, 새로이 백오프 타임을 설정(S 420)한 후 이와 같은 수행을 반복한다. 반면에 무선 채널이 유효하지 않을 경우 계속 대기할 수 있다.
한편, 이상의 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
높은 우선 순위의 전송 프레임의 전송을 보장하고자 하는 시스템에 적용할 수 있다.
특히, MIL-STD-188-220 무선 통신 기기로 구성된 무선 통신망에서 CSMA/CA 네트워크 접근 제어 장치에 적용하는 것이 유리하다.
110...전송 큐 130...제어부
150...처리부

Claims (16)

  1. 전송 프레임이 입력 및 출력되는 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐;
    전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐를 정해진 시간에 확인하여 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Back off time)을 생성하고, 통신 채널이 유효한 경우에만 카운트를 적용하고, 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 제어부; 및
    상기 백오프 타임이 기준값을 만족한 전송 큐에 입력된 전송 프레임의 전송을 시도하는 처리부;
    를 포함하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 프레임은 MIL-STD-188-200 무선 통신 기기의 전송 프레임인 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백오프 타임은 상기 백오프 타임 생성시 초기화되는 다툼 구간(Contention Window) 범위 내에서 0 이상의 정수 중 하나이고,
    상기 카운트의 주기는 네트워크 사용 탐지 시간(Network busy detect time)인 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준값은 0이고 상기 카운트는 다운 카운트이거나, 상기 기준값은 백오프 타임의 생성값이고 상기 카운트는 0부터의 업 카운트인 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 백오프 타임을 새롭게 생성하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 IFS동안 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 처리부로 하여금 전송 프레임의 전송을 시도하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 백오프 타임을 새롭게 생성하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리부에 의해 전송되는 전송 프레임이 다른 신호와 출동하는지 여부를 확인하고 신호 충돌이면 상기 전송되는 전송 프레임의 재전송 회수를 카운트하고, 상기 재전송 회수가 우선 순위에 따라 설정된 상기 전송 큐의 재전송 카운트 제한값의 범위를 만족하면 상기 통신 채널이 유효해진 이후에 상기 전송 프레임을 대상으로 상기 백오프 타임을 새롭게 생성하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 장치.
  9. (a) 우선 순위가 다른 복수개의 전송 큐에 전송 프레임이 입력되는 단계;
    (b) 상기 전송 프레임이 입력된 상기 각 전송 큐에서 가장 우선 순위가 높은 전송 큐에 해당하는 유일한 백오프 타임(Backoff time)을 생성하여 모든 전송 큐에 적용하는 단계;
    (c) 통신 채널이 유효한 경우에만 상기 백오프 타임을 카운트하는 단계;
    (d) 상기 카운트에 의해 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하면 상기 모든 전송 큐를 확인하여 우선 순위가 가장 높은 전송 프레임의 IFS(InterFrame Space)를 적용하는 단계; 및
    (e) 상기 백오프 타임이 기준값을 만족하고 상기 IFS 기간 동안 통신 채널이 유효한 경우 상기 IFS를 만족한 전송 큐의 전송 프레임을 전송 시도하는 단계
    를 포함하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후 상기 (b) 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 상기 IFS동안 상기 통신 채널이 유효하지 않으면 상기 통신 채널이 유효해진 이후 상기 (b) 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    (f) 상기 전송 시도의 응답(Acknowledge)을 통해 상기 전송 프레임의 전송 중 다른 신호와의 충돌 여부를 확인하는 단계;
    (g) 상기 확인 결과 충돌이 없으면 상기 전송 프레임의 전송을 성공으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (g) 단계는 상기 확인 결과 충돌이 있고 상기 전송 프레임에 해당하는 재전송 회수를 나타내는 카운터가 해당 전송 큐의 우선 순위에 따라 설정된 재전송 카운트 제한값보다 작으면 상기 (b) 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (g) 단계는 상기 재전송 회수를 나타내는 카운터가 상기 재전송 카운트 제한값이상이면 상기 (b) 단계로 회귀하지 않고 상기 전송 프레임의 전송을 종료하는 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 전송 프레임은 MIL-STD-188-220 무선 통신 기기의 전송 프레임인 것을 특징으로 하는 CSMA/CA 경쟁기반 매체접근 제어 방법.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항의 방법을 프로그램으로 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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