KR20120079741A - Method and apparatus of selecting backoff counter in wireless mesh network having plural relay nodes and computer program product thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 메시 네트워크에서 데이터 트래픽을 릴레이하기 위한 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 메시 네트워크의 릴레이 노드에서 전송 충돌이 발생한 경우 해당 릴레이 노드에서 재전송까지 대기하는 백오프 카운터를 선택하기 위한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for relaying data traffic in a wireless mesh network, and more particularly, to a technique for selecting a backoff counter waiting for retransmission in a relay node when a transmission collision occurs in a relay node of the wireless mesh network. will be.
최근 이동 통신 네트워크 뿐만 아니라 IEEE 802.11이나 무선 LAN 망, 블루투스 망과 그 관련 기술이 급격히 발전함에 따라, 무선 인터넷의 이용이 확대되고 있다. 이에 따라 모바일 인터넷 프로토콜(Mobile IP) 기술이 차세대 기술 중의 하나로 각광을 받고 있다. 모바일 IP는 IP 어드레스를 갖는 단말기의 이동시에도 연결을 항상 보장하는 기술로서 모바일 IP에서는 이원화된 어드레스 체계를 통해 이동성을 지원한다. In recent years, as well as the mobile communication network, IEEE 802.11, wireless LAN network, Bluetooth network and related technologies are rapidly developed, the use of the wireless Internet is expanding. Accordingly, Mobile Internet Protocol (Mobile IP) technology is in the spotlight as one of the next generation technologies. Mobile IP is a technology that guarantees a connection at all times even when a terminal having an IP address moves. Mobile IP supports mobility through a dual address system.
또한, 이동 Ad-hoc 네트워크(Mobile Ad hoc Network)는 이동하는 노드간의 무선 통신 네트워크로서 유동적이 강하다. Ad-hoc 네트워크는 이동식 노드의 특성상 망 구성, 프로토콜 등의 구현이 매우 어렵다. 예컨대, 이동식 노드의 이동 패턴, 트래픽의 종류, 링크 품질 또는 전력 여유 등은 위상을 변화시킨다. 한편, 이동식 노드는 이동성으로 인해 고정식 IP(static IP)와 같은 일정한 식별정보를 부여하기 어려우며, 통신대역 및 파워의 제약으로 인해 통신 전송범위가 제한되어 있다. 그래서 전송 범위 밖의 노드로 데이터를 전송하기 위해서는 멀티-홉(multi-hop) 통신방식을 사용한다. In addition, a mobile ad hoc network has a high flexibility as a wireless communication network between moving nodes. Ad-hoc network is very difficult to implement network configuration and protocol due to the characteristics of mobile node. For example, the movement pattern, type of traffic, link quality or power margin of the mobile node changes the phase. On the other hand, the mobile node is difficult to give a constant identification information, such as static IP (static IP) due to mobility, and the communication transmission range is limited due to communication band and power constraints. Thus, multi-hop communication is used to transmit data to nodes outside the transmission range.
일반적으로, 무선 메시 네트워크의 커패시티(capacity)는 O(1/n)이고, 고정형 ad-hoc 네트워크의 커패시티는 O(1/n1 /2)이다. 이에 대해서는 본 명세서에 참조되어 통합되는 비특허문헌 [2]를 참조한다. In general, the capacity (capacity) of the wireless mesh network is O (1 / n), and the fixed capacity of the ad-hoc network is O (1 / n 1/2 ). See Non-Patent Document [2], which is incorporated herein by reference.
도 1은 분산 네트워크의 문제점 중 하나인 병목 현상을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a bottleneck that is one of problems of a distributed network.
도 1에서 이동국은 메시 토폴로지를 통하여 분산 배치된다. 이와 같이 이동국이 분산 배치되면 각각의 이동국의 통신 자원을 유동적으로 사용할 수 있는 장점을 가진다. 다만, 이동국 중 어느 이동국이 비활성화되면 해당 이동국을 통한 릴레이가 불가능해지므로 전체 전송률(total throughput)에 심각한 문제가 발생하게 된다. In FIG. 1, mobile stations are distributed across a mesh topology. In this way, when the mobile stations are distributed and distributed, the communication resources of each mobile station can be used flexibly. However, when any one of the mobile stations is deactivated, relaying through the corresponding mobile station becomes impossible, which causes a serious problem in total throughput.
무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network, WMN) 및 ad-hoc 네트워크의 주된 차이점은 무선 메시 네트워크에서는 모든 트래픽이 게이트웨이를 거쳐서 전송되지만, Ad-hoc 네트워크에서는 트래픽이 노드들의 임의의 쌍 간에 흘러간다는 점이다. 따라서, 일반적으로 Ad-hoc 네트워크보다는 무선 메시 네트워크에서 트래픽이 집중으로 인한 전송률 저하 현상이 심각하게 발생하고, 이로 인한 전송 충돌(transmission collision) 현상이 자주 발생한다. 물론, 무선 메시 네트워크보다는 적지만 ad-hoc 네트워크에서도 병목 현상이 동일하게 발생한다. The main difference between a Wireless Mesh Network (WMN) and an ad-hoc network is that in a wireless mesh network all traffic passes through a gateway, whereas in an ad-hoc network traffic flows between any pair of nodes. Therefore, in general, a decrease in transmission rate due to traffic concentration occurs in a wireless mesh network rather than an ad hoc network, and a transmission collision phenomenon occurs frequently. Of course, fewer bottlenecks exist in ad-hoc networks than in wireless mesh networks.
병목 현상을 해결하기 위한 방법들로는 테이블(Table-driven 또는 Proactive) 관리 방식과 요구기반(On-demand 또는 reactive) 방식 등을 들 수 있는데, 테이블 관리 방식은 주기적으로 또는 네트워크의 위상이 변화할 때 경로 정보를 브로드캐스팅 하여 경로 정보를 유지하는 방법이다. 경로 정보를 유지하고 있기 때문에 경로 탐색의 지연 없이 통신이 가능한 장점이 있지만, 경로 정보 관리를 위한 제어 메시지의 브로드캐스팅 오버헤드가 너무 큰 단점이 있다. 또한, 요구 기반 방식은 트래픽이 발생하는 시점에서 경로를 탐색하는 방식으로서, 테이블 관리 방식과 같은 주기적인 경로 정보의 브로드캐스팅이 불필요하다. The solutions to bottlenecks include table-driven or proactive management and demand-based management (on-demand or reactive). It is a method of maintaining route information by broadcasting information. While maintaining the route information, there is an advantage that communication can be performed without delay of the route search, but there is a disadvantage that the broadcasting overhead of the control message for managing the route information is too large. In addition, the request-based method is a method of searching for a path at the time of traffic generation, and does not require broadcasting of periodic path information such as a table management method.
일반적으로, 종래 라우팅 프로토콜은 소스 노드로부터 목적 노드에 이르는 최단 경로를 탐색하는 방법에 국한되며, 전송 충돌이 발생하였을때 정해진 크기의 윈도우 내에서 무작위로 백오프 윈도우 사이즈를 선택한다. 그러므로, 모든 릴레이 노드가 동일한 경쟁 윈도우만큼 대기하기 때문에 효율적으로 분산 네트워크의 자원을 사용할 수 없다. 그러므로, 릴레이 노드의 활성화 상태 및 자신에게 종속된 릴레이 노드의 개수 등의 동적 정보에 기초하여 상황에 적합하게 릴레이 노드의 백오프 카운터를 변경하기 위한 기술이 절실히 요구된다. In general, the conventional routing protocol is limited to a method for searching the shortest path from the source node to the destination node, and randomly selects a backoff window size within a window of a predetermined size when a transmission collision occurs. Therefore, it is impossible to efficiently use the resources of the distributed network because all relay nodes are waiting for the same contention window. Therefore, there is an urgent need for a technique for changing the relay node's backoff counter appropriately based on dynamic information such as the activation state of the relay node and the number of relay nodes subordinate to it.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 무선 메시 네트워크의 각 릴레이 노드의 백오프 카운터를 해당 릴레이 노드의 통신 환경에 따라 동적으로 변경함으로써 데이터 트래픽의 전송률을 최적화하기 위한 방법을 제공하는 것이다. Summary of the Invention An object of the present invention was derived to solve the above-mentioned problem. To provide.
또한, 본 발명의 목적은 어느 릴레이 노드의 백오프 카운터를 해당 릴레이 노드의 이전 릴레이 노드의 동작 모드에 따라서 동적으로 변경함으로써, 통신 환경의 변화에 능동적으로 적응될 수 있는 데이터 트래픽 전송 장치를 제공하는 것이다It is also an object of the present invention to provide a data traffic transmission apparatus that can be actively adapted to changes in a communication environment by dynamically changing a backoff counter of a relay node according to an operation mode of a previous relay node of the relay node. will be
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 복수 개의 릴레이 노드를 포함하는 무선 메시 네트워크에서 전송 충돌(transmission collision) 이후 재전송까지의 백오프 카운터(backoff counter)를 선택하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 의한 방법은, 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드를 거쳐 데이터 트래픽이 릴레이되는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드이전에 존재하는 릴레이 노드들의 개수를 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(relay count)로서 결정하는 릴레이 카운트 결정 단계, 각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우(contention window)의 크기가 감소되도록 릴레이 노드들의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 결정 단계, 및 전송 충돌이 발생한 릴레이 노드가 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하는 백오프 카운터가 만료될 때까지 대기한 이후에 데이터 트래픽을 재전송하는 재전송 단계를 포함한다. 특히, 릴레이 카운트 결정 단계는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드의 큐(queue)에 전송할 데이터 패킷이 존재하지 않는 경우에, 비어 있는 큐를 가지는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에서 감산하는 단계를 더 포함한다. 또한, 릴레이 카운트 결정 단계는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화(inactive)된 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에서 감산하는 단계를 더 포함한다. 더 나아가, 릴레이 카운트 결정 단계는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화 모드에서 활성화(active) 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에 가산하는 단계 및 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 활성화 모드에서 비활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에 감산하는 단계를 더 포함한다. 뿐만 아니라, 경쟁 윈도우 결정 단계는 경쟁 윈도우의 크기 x의 확률 밀도 함수(probability density function, PDF) f(x)가 비균일 확률 분포(non-uniform probability distribution)를 따르도록 f(x)를 모델링하고, 모델링된 f(x)를 이용하여 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 연산하는 연산 단계를 포함한다. 그리고, 연산 단계는 f(x)를 다음 과 같은 선형 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄), E(x)는 다음 과 같이 연산한다. 또는, 연산 단계는 f(x)를 다음 과 같은 지수 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄), E(x)는 다음 과 같이 연산한다. One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a method for selecting a backoff counter until transmission after transmission collision in a wireless mesh network comprising a plurality of relay nodes. . According to an aspect of the present invention, in the wireless mesh network, on the transmission path through which data traffic is relayed through a relay node, the number of relay nodes existing before each relay node is determined as a relay count of the corresponding relay node. A relay count determination step of determining a contention window of the relay nodes such that a contention window of the relay nodes is reduced in size as the relay count of each relay node is increased, and a relay in which a transmission collision occurs; Retransmitting the data traffic after the node has waited until the backoff counter corresponding to the determined contention window size has expired. In particular, the relay count determination step is to subtract the number of relay nodes having an empty queue from the relay count when there are no data packets to transmit in the queue of relay nodes that exist before each relay node on the transmission path. It further comprises the step. In addition, the relay count determining step may further include subtracting from the relay count the number of relay nodes in which an operation mode is inactive among relay nodes existing before each relay node on a transmission path. Furthermore, the relay count determining step includes adding a relay count to the relay count of the number of relay nodes on the transmission path whose operation mode is changed from inactive mode to active mode among relay nodes existing before each relay node and the transmission path. The method may further include subtracting the number of relay nodes whose operation mode of the relay nodes existing before each relay node from the activation mode to the deactivation mode to the relay count. In addition, the contention window determination step models f (x) such that the probability density function f (x) of the size x of the contention window follows a non-uniform probability distribution. And calculating the expected value E (x) of the contention window using the modeled f (x) . And, the operation step is f (x) Linear probability of to model a distribution such as is (where, r denotes a relay count, CW represents the maximum size of the contention window, k represents a constant, the sum of f (x) is determined to be 1), E (x) is Calculate as Or, the operation step follows f (x) And is modeled so as to have the same exponential probability distribution (where, r denotes a relay count, CW represents the maximum size of the contention window, k represents a constant, the sum of f (x) is determined to be 1), E (x) is Calculate as
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은, 복수 개의 릴레이 노드를 포함하는 무선 메시 네트워크에서 전송 충돌 이후 재전송까지의 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다른 면에 의한 장치는, 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드를 거쳐 데이터 트래픽이 릴레이되는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드이전에 존재하는 릴레이 노드들의 개수를 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(RC)로서 결정하는 릴레이 카운트 결정부, 각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우의 크기가 감소되도록 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 결정부, 및 전송 충돌에 의하여 전송 시도가 실패하는지 여부를 감지하는 전송 충돌 감지부, 및 전송 충돌이 감지되는 경우에, 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하는 백오프 카운터가 만료될 때까지 대기한 이후에 데이터 트래픽을 재전송하는 제어부를 포함한다. 또한, 릴레이 카운트 결정부는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드의 큐에 전송할 데이터 패킷이 존재하지 않는 경우에, 비어 있는 큐를 가지는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에서 감산하도록 적응된다. 더 나아가, 릴레이 카운트 결정부는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화된 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에서 감산하도록 적응된다. 특히, 릴레이 카운트 결정부는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화 모드에서 활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에 가산하고, 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 활성화 모드에서 비활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 릴레이 카운트에 감산하도록 더욱 적응된다. 뿐만 아니라, 경쟁 윈도우 결정부는 경쟁 윈도우의 크기 x의 확률 밀도 함수(PDF) f(x)가 비균일 확률 분포를 따르도록 f(x)를 모델링하고, 모델링된 f(x)를 이용하여 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 연산한다. 더 나아가, 릴레이 노드들은 라인 토폴로지 및 트리 토폴로지 중 하나의 형태로 배열된다. Another aspect of the present invention for achieving the above objects is directed to an apparatus for selecting a backoff counter until transmission after transmission collision in a wireless mesh network including a plurality of relay nodes. According to another aspect of the present invention, an apparatus determines, on a transmission path in which data traffic is relayed through a relay node in a wireless mesh network, the number of relay nodes existing before each relay node as a relay count (RC) of the corresponding relay node. A relay count determining unit configured to determine a contention window size such that a contention window size of a corresponding relay node is reduced as a relay count of each relay node is increased, and detecting whether a transmission attempt fails due to a transmission collision A transmission collision detection unit, and a control unit for retransmitting data traffic after waiting until the backoff counter corresponding to the determined contention window size expires when the transmission collision is detected. In addition, the relay count determining unit is adapted to subtract the number of relay nodes having an empty queue from the relay count when there is no data packet to be transmitted to the queue of relay nodes existing before each relay node on the transmission path. Furthermore, the relay count determining unit is adapted to subtract from the relay count the number of relay nodes in which the operation mode is inactive among the relay nodes existing before each relay node on the transmission path. In particular, the relay count determining unit adds, to the relay count, the number of relay nodes whose operation mode is changed from inactive mode to active mode among relay nodes existing on each transmission node in the transmission path, and before each relay node on the transmission path. It is further adapted to subtract the number of relay nodes whose operation mode is changed from the activation mode to the deactivation mode among the relay nodes present in the relay count. In addition, the competitive window determiner models f (x) such that the probability density function (PDF) f (x) of the size x of the competitive window follows a non-uniform probability distribution, and uses the modeled f (x) to compete. Calculate the expected value of E (x) . Furthermore, relay nodes are arranged in the form of one of a line topology and a tree topology.
본 발명에 의하여, 무선 메시 네트워크의 각 릴레이 노드의 백오프 카운터를 해당 릴레이 노드의 통신 환경에 따라 동적으로 변경함으로써 데이터 트래픽의 전송률을 최적화할 수 있다. According to the present invention, the transmission rate of data traffic can be optimized by dynamically changing the backoff counter of each relay node of the wireless mesh network according to the communication environment of the corresponding relay node.
또한, 본 발명에 의하여, 어느 릴레이 노드의 백오프 카운터를 해당 릴레이 노드의 이전 릴레이 노드의 동작 모드에 따라서 동적으로 변경함으로써, 통신 환경의 변화에 능동적으로 적응하는 것은 물론 네트워크 자원 운용의 효율성을 높일 수 있다. In addition, according to the present invention, by dynamically changing the backoff counter of a relay node according to the operation mode of the previous relay node of the corresponding relay node, it is possible to actively adapt to changes in the communication environment and increase the efficiency of network resource operation. Can be.
도 1은 종래 기술에 의한 무선 메시 네트워크를 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일면에 의한 백오프 카운터 선택 방법을 개념적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 무선 메시 네트워크에서 데이터 트래픽의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 4는 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 예시하는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 확률 밀도 함수 f(x)가 선형 분포를 가질 때 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 각각 도시하는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 확률 밀도 함수 f(x)가 지수 분포를 가질 때 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 각각 도시하는 그래프이다.
도 7은 비활성 노드가 존재할 경우의 백오프 카운터 선택 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 선행 노드의 동작 모드의 변화에 따른 백오프 카운터 선택 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 면에 의한 백오프 카운터 선택 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 10a 및 도 10b는 릴레이 노드들이 각각 라인 토폴로지 및 트리 토폴로지에 따라 배열된 것을 예시하는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 릴레이 노드가 라인 토폴로지에 따라 배열된 경우의 시물레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 릴레이 노드가 트리 토폴로지에 따라 배열된 경우의 시물레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 1 is a diagram conceptually illustrating a wireless mesh network according to the prior art.
2 is a flowchart conceptually illustrating a method for selecting a backoff counter according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating the flow of data traffic in a wireless mesh network to which the present invention is applied.
4 is a graph illustrating the expected value E (x) of the contention window.
5A and 5B are graphs showing the probability density function f (x) and the expected value E (x) of the contention window, respectively, when the probability density function f (x) has a linear distribution.
6A and 6B are graphs showing the probability density function f (x) and the expected value E (x) of the contention window, respectively, when the probability density function f (x) has an exponential distribution.
FIG. 7 illustrates a method of selecting a backoff counter when an inactive node exists.
8 is a diagram illustrating a method of selecting a backoff counter according to a change in an operation mode of a preceding node.
9 is a block diagram conceptually illustrating a backoff counter selection apparatus according to another aspect of the present invention.
10A and 10B are diagrams illustrating relay nodes arranged according to a line topology and a tree topology, respectively.
11A and 11B are graphs showing simulation results when relay nodes are arranged according to a line topology.
12A and 12B are graphs showing simulation results when relay nodes are arranged according to a tree topology.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. In addition, the terms "... unit", "... unit", "module", "block", etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which means hardware, software, or hardware. And software.
도 2는 본 발명의 일면에 의한 백오프 카운터 선택 방법을 개념적으로 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart conceptually illustrating a method for selecting a backoff counter according to an embodiment of the present invention.
우선, 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드를 통한 데이터 트래픽의 릴레이 동작이 수행된다(S210). 릴레이 노드가 통신 자원을 독점하거나, 스케쥴링에 의하여 자신에게 할당된 통신 자원을 이용할 경우에는 송신 과정에서 전송 충돌(transmission collision) 현상이 발생하지 않는다. 반면에, 두 개 이상의 릴레이 노드가 동일한 통신 자원을 동시에 점유하고자 시도할 경우에는 전송 충돌 현상이 발생되고, 이 경우 하나 이상의 릴레이 노드에 의한 전송 시도는 실패하게 된다. 따라서, 데이터 트래픽이 릴레이되는 동안에 전송 충돌이 발생하는지 여부가 판단된다(S220). 전송 충돌 발생 여부는 데이터 트래픽의 송신을 시도하는 각각의 릴레이 노드에서 판단할 수 있으나, 별도의 스케쥴러나 게이트웨이가 판단할 수도 있다. First, a relay operation of data traffic through a relay node in a wireless mesh network is performed (S210). When a relay node monopolizes communication resources or uses communication resources allocated to it by scheduling, a transmission collision does not occur during transmission. On the other hand, when two or more relay nodes attempt to occupy the same communication resource at the same time, a transmission collision occurs, and in this case, the transmission attempt by one or more relay nodes fails. Therefore, it is determined whether a transmission collision occurs while the data traffic is relayed (S220). The transmission collision may be determined by each relay node attempting to transmit data traffic, but may be determined by a separate scheduler or gateway.
전송 충돌을 감지하고 이를 회피하기 위한 다양한 기술이 이미 제안된 바 있다. 예를 들어, 종래 기술에서는 충돌 회피를 위해 CSMA/CA(Carrier Sense)를 사용할 수 있다. 반송파 감지(Carrier sense, CS)는 통신 자원이 비어있는지를 확인한다. 이 경우, 2개의 릴레이 노드가 서로를 들을 수 없는 상황을 감춤 노드(hidden node) 문제라 하며 이 경우에는 가상 반송파 감지(Virtual Carrier Sense, VCS)를 이용해 해결할 수 있다. 일반적으로, 프레임의 전송을 위해 IFS(InterFrame Space, IFS)를 정의하는데 IFS에는 다음과 같이 3가지 유형이 존재한다. SIFS(Short interframe space)는 받은 것에 대한 ACK를 하기 위해 높은 우선 순위를 가진다. PIFS(Point-coordination interframe space)에서는 액세스 포인트가 네트워크를 제어할 때 이용되며, DIFS(Distributed-coordination interframe space)는 데이터 프레임의 전송 시 사용되며 SIFS보다 우선 순위가 낮다. 또한, 본 발명에서 백오프 카운터(Backoff Counter)란 통신 자원을 점유하기 위해 설정되는 카운터로서, 노드는 백오프 카운터만큼의 시간 동안 대기한 후 다음 전송을 시도하게 된다. 이 때, 충돌이 발생한 이후에 다음 프레임을 전송하기 위해 청취(listen)하는 시간을 경쟁 윈도우(Contention window, CW)라 한다. 예를 들어, DCF(Distributed coordination function)에서는 초기 NAV(Network Allocation Vector) 시 0 내지 31의 백오프 카운터를 설정하고 경쟁 윈도우 상태로 들어간다. 그리고, 노드는 백오프 카운터가 0이 되면 프레임 전송을 시작한다. 프레임 전송이 다시 실패하면, 노드는 다시 백오프 카운터를 0 내지 127 중 하나의 값으로 무작위 설정하고 백오프 카운터가 만료되면 재전송을 시도한다. 그런데, 본 발명에 의한 백오프 카운터 설정 방법에서는 백오프 카운터를 무작위로 설정하는 것이 아니라 릴레이 카운트에 관련되도록 설정함으로써 네트워크 통신 자원의 활용을 극대화한다. 이에 대하여 다시 도 2를 참조하여 상세히 후술한다. Various techniques have already been proposed to detect and avoid transmission collisions. For example, the prior art may use carrier sense (CSMA / CA) for collision avoidance. Carrier sense (CS) checks whether communication resources are empty. In this case, the situation where two relay nodes cannot hear each other is called a hidden node problem. In this case, it can be solved by using virtual carrier sense (VCS). Generally, IFS (InterFrame Space, IFS) is defined for frame transmission. There are three types of IFS as follows. Short interframe space (SIFS) has a high priority to ACK received. In point-coordination interframe space (PIFS), an access point is used to control a network, and distributed-coordination interframe space (DIFS) is used for data frame transmission and has a lower priority than SIFS. In addition, in the present invention, a backoff counter is a counter set to occupy a communication resource, and the node waits for the time as much as the backoff counter and attempts the next transmission. In this case, a time for listening to transmit the next frame after a collision occurs is called a contention window (CW). For example, in a distributed coordination function (DCF), a backoff counter of 0 to 31 is set in an initial NAV (Network Allocation Vector) and enters a contention window state. The node then starts transmitting frames when the backoff counter reaches zero. If frame transmission fails again, the node randomly sets the backoff counter back to a value between 0 and 127 and attempts to retransmit when the backoff counter expires. However, in the method of setting a backoff counter according to the present invention, the utilization of network communication resources is maximized by setting the backoff counter to be related to the relay count, rather than randomly setting the backoff counter. This will be described later in detail with reference to FIG. 2.
우선, 백오프 카운터를 설정하기 위하여 필요한 릴레이 카운트를 결정한다(S230). 본 명세서에서 릴레이 카운트란 어느 릴레이 노드가 릴레이해주는 활성 노드의 수를 나타낸다. 즉, 데이터 트래픽의 전송 경로상에서 어느 특정 릴레이 노드 이전에 존재하는 활성 노드의 수가 릴레이 카운트로서 결정된다. 릴레이 카운트에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다. First, a relay count required for setting a backoff counter is determined (S230). In the present specification, the relay count indicates the number of active nodes that a relay node relays. That is, the number of active nodes existing before any particular relay node on the transmission path of data traffic is determined as the relay count. The relay count will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명이 적용되는 무선 메시 네트워크에서 데이터 트래픽의 흐름을 설명하는 도면이다. 3 is a diagram illustrating the flow of data traffic in a wireless mesh network to which the present invention is applied.
도 3을 참조하면, 제1 내지 제7 노드(1-7)들이 각각 데이터를 목적지(8)로 릴레이한다. 도 3에서는 네 개의 데이터 트래픽의 흐름이 존재한다. 첫 번째 흐름은 1->3->7->8로 데이터 트래픽이 릴레이되는 경로이고, 두 번째 흐름은 2->3->7->8로 데이터 트래픽이 릴레이되는 경로이다. 마찬가지로, 4->6->7->8 및 5->6->7->8의 경로들이 존재한다. 각각의 데이터 트래픽의 흐름에서, 데이터 트래픽의 전송 방향으로 어느 특정 릴레이 노드의 이전에 존재하는 릴레이 노드들(이하 '선행 노드(prior node)'라고 한다)의 개수가 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(RC)로서 정의된다. 예를 들어, 노드 3은 각각 노드 1 및 노드 2의 선행 노드를 가지므로 RC가 2가 된다. 마찬가지로, 노드 6도 노드 4 및 노드 5의 두 개의 선행 노드를 가지기 때문에 RC가 2가 된다. 또한, 노드 7은 노드 1 내지 노드 6의 선행 노드들을 가지기 때문에 RC는 6이 된다. Referring to FIG. 3, the first to seventh nodes 1-7 each relay data to the
도 3에서, DR은 데이터 생성률(Data rate)을 나타내고 EDR(Effective Data Rate)은 유효 데이터 생성률을 나타낸다. DR은 각각의 릴레이 노드에서 생성되는 데이터의 생성 속도를 나타낸다. EDR은 특정 릴레이 노드의 데이터 생성률을 해당 릴레이 노드의 선행 노드들의 데이터 생성률을 고려하여 나타내는 것이다. 예를 들어, 노드 3의 EDR은 자신의 DR인 1과 노드 1 및 노드 2의 DR인 1을 합한 3이 된다. 마찬가지로, 노드 7의 EDR은 자신의 DR인 1과 이전 노드들(1-6)의 DR의 합인 6을 합하여 7이 된다. 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 릴레이 노드들의 DR을 동일한 것으로 가정하였으나 이는 본 발명을 한정하는 것이 아님에 주의하여야 한다. In FIG. 3, DR represents a data rate and effective data rate (EDR) represents an effective data rate. DR represents the generation rate of data generated at each relay node. The EDR represents a data generation rate of a specific relay node in consideration of the data generation rate of preceding nodes of the relay node. For example, the EDR of
이와 같이, 각각의 릴레이 노드들이 서로 다른 릴레이 카운트를 가지게 되는데, 본 발명에서는 각 릴레이 노드의 릴레이 카운트를 이용하여 경쟁 윈도우의 크기 및 백오프 카운터를 결정한다. As such, each relay node has a different relay count. In the present invention, the size of the contention window and the backoff counter are determined using the relay count of each relay node.
다시 도 2를 참조하면, 결정된 릴레이 카운트에 따라서 경쟁 윈도우의 크기를 결정한다(S240). 이때, 각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우(contention window)의 크기가 감소되도록 릴레이 노드들의 경쟁 윈도우의 크기를 결정한다. 특히, 경쟁 윈도우의 크기 x의 확률 밀도 함수(probability density function, PDF) f(x)가 비균일 확률 분포(non-uniform probability distribution)를 따르도록 f(x)를 모델링하고, 모델링된 f(x)를 이용하여 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 연산한다. 도 4는 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 예시하는 그래프이다. Referring to FIG. 2 again, the contention window size is determined according to the determined relay count (S240). At this time, the size of the contention window of the relay nodes is determined so that the size of the contention window of the relay node decreases as the relay count of each relay node increases. In particular, the model f (x) to follow the size of the probability density function of x (probability density function, PDF) f (x) is non-uniform probability distribution (non-uniform probability distribution) of the contention window, and the model f (x ) Is used to calculate the expected value E (x) of the contention window. 4 is a graph illustrating the expected value E (x) of the contention window.
도 4는 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 예시하는 그래프이다. 4 is a graph illustrating the expected value E (x) of the contention window.
도 4에서 굵은 실선은 종래 기술에 의한 결과를 나타내고, 얇은 실선 및 점선은 각각 RC가 1 및 2인 경우의 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 예시한다. 그래프의 세로축은 전송 시도 확률을 나타내고, 가로축은 경쟁 윈도우의 크기 및 경쟁 윈도우가 가지는 확률 밀도 함수 f(x)를 나타낸다. The thick solid line in FIG. 4 represents the result by the prior art, and the thin solid line and the dotted line illustrate the expected value E (x) of the contention window when RC is 1 and 2, respectively. The vertical axis of the graph represents the transmission attempt probability, and the horizontal axis represents the size of the contention window and the probability density function f (x) of the contention window.
도 4에서, 본 발명에 의한 확률 밀도 함수 f(x)는 비균일 분포(Non-uniform distribution)를 가진다는 점이 종래 기술과 크게 다른 점이라는 것을 알 수 있다. 즉, 특정 노드의 릴레이 카운트 값을 이용하여 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우 크기의 확률 밀도 함수를 선택하는데, 이 경우 RC값이 클수록, 즉 선행 노드의 개수가 많을수록 CW값이 작아질 확률이 커져서 RTS를 더 빨리 전송하게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 방법에서는 RC가 클수록 경쟁에서 유리하기 때문에 더 빨리 데이터를 전송할 수 있다는 장점을 가진다. In FIG. 4, it can be seen that the probability density function f (x) according to the present invention has a non-uniform distribution that is significantly different from the prior art. That is, the probability density function of the contention window size of the corresponding relay node is selected by using the relay count value of the specific node. In this case, the larger the RC value, that is, the larger the number of preceding nodes, the greater the probability that the CW value becomes smaller, so that the RTS is calculated. Will transmit faster. Therefore, in the backoff counter selection method according to the present invention, the larger the RC, the better the competition, and thus, the faster the data can be transmitted.
확률 밀도 함수 f(x)는 비균일 확률 분포를 가지도록 모델링되는데, 대표적으로 다음과 같은 두 가지 모델링 방법이 존재한다. The probability density function f (x) is modeled to have a non-uniform probability distribution. There are two modeling methods.
첫째로, f(x)를 다음 수학식 1과 같이 선형 확률 분포를 가지도록 모델링할 수 있다. First, f (x) may be modeled to have a linear probability distribution as in
수학식 1에서, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타낸다. 그 이유는 [0, CW-1]의 그간에서 확률 밀도 함수 f(x)를 합산한 결과가 1이 되어야 하기 때문이다. In
수학식 1에 따른 확률 밀도 함수 f(x)의 조건을 만족시키는 k의 값을 구하면 다음 수학식 2와 같다. The value of k satisfying the condition of the probability density function f (x) according to
그러면, E(x)는 다음 수학식 3과 같이 결정된다. Then, E (x) is determined as in
수학식 3은 r이 0이 아닌 경우에 성립한다.
수학식 1 및 수학식 3과 같이 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 모델링한 결과는 각각 도 5a 및 도 5b에 도시된다. As shown in
도 5a 및 도 5b는 확률 밀도 함수 f(x)가 선형 분포를 가질 때 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 각각 도시하는 그래프이다. 5A and 5B are graphs showing the probability density function f (x) and the expected value E (x) of the contention window, respectively, when the probability density function f (x) has a linear distribution.
먼저 도 5a를 참조하면, 도 5a의 가로축은 경쟁 윈도우의 값들 및 확률 분포를 나타내고, 세로축은 전송 시도 확률을 나타낸다. 굵은 실선을 종래 기술을 나타내고, 가는 실선들은 본 발명에 의하여 모델링된 값들을 나타낸다. 도 5a에서 얇은 실선의 기울기는 릴레이 카운트에 따라 달라진다. 즉, 릴레이 카운트가 커질수록 기울기가 커진다. 종래 기술을 나타내는 굵은 실선에 따르면 경쟁 윈도우의 값에 무관하게 전송 시도 확률이 동일하다는 것을 알 수 있다. First, referring to FIG. 5A, the horizontal axis of FIG. 5A represents values of a contention window and a probability distribution, and the vertical axis represents a transmission attempt probability. The thick solid line represents the prior art and the thin solid lines represent the values modeled by the present invention. The slope of the thin solid line in FIG. 5A depends on the relay count. In other words, as the relay count increases, the slope increases. The thick solid line representing the prior art shows that the transmission attempt probability is the same regardless of the value of the contention window.
도 5b는 릴레이 카운트의 크기에 따르는 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 나타낸다. 도 5b를 참조하면, 릴레이 카운트의 크기가 커질수록 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)가 작아진다는 것을 알 수 있는데, 이것은 릴레이 노드가 더 작은 경쟁 윈도우만큼을 대기하기 때문에 더 자주 전송을 시도할 것이라는 것을 나타낸다. 5B shows the expected value E (x) of the contention window depending on the size of the relay count. Referring to FIG. 5B, it can be seen that as the size of the relay count increases, the expected value E (x) of the contention window decreases, which means that the relay node waits for a smaller contention window, so it may try to transmit more often. To indicate that it is.
확률 밀도 함수 f(x)를 비균일 확률 분포를 가지도록 모델링하는 두 번째 방법은 확률 밀도 함수 f(x)를 다음 수학식 4와 같이 지수 확률 분포를 가지도록 모델링하는 것이다. A second method of modeling the probability density function f (x) to have a non-uniform probability distribution is to model the probability density function f (x) to have an exponential probability distribution as in
전술된 바와 같이, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타낸다. As described above, r represents the relay count, CW represents the maximum size of the contention window, and k represents a constant that is determined such that the sum of f (x) is one.
수학식 4에 따른 확률 밀도 함수 f(x)의 조건을 만족시키는 k의 값을 구하면 다음 수학식 5와 같다. The value of k satisfying the condition of the probability density function f (x) according to
그러면, E(x)는 다음 수학식 6과 같이 결정된다. Then, E (x) is determined as in
수학식 6은 r이 0이 아닌 경우에 성립한다.
수학식 4 및 수학식 6과 같이 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 모델링한 결과는 각각 도 6a 및 도 6b에 도시된다. The results of modeling the probability density function f (x) and the expected value E (x) of the contention window as shown in
도 6a 및 도 6b는 확률 밀도 함수 f(x)가 지수 분포를 가질 때 확률 밀도 함수 f(x) 및 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 각각 도시하는 그래프이다. 6A and 6B are graphs showing the probability density function f (x) and the expected value E (x) of the contention window, respectively, when the probability density function f (x) has an exponential distribution.
먼저 도 6a를 참조하면, 도 6a의 가로축은 경쟁 윈도우의 값들 및 확률 분포를 나타내고, 세로축은 전송 시도 확률을 나타낸다. 굵은 실선을 종래 기술을 나타내고, 가는 실선들은 본 발명에 의하여 모델링된 값들을 나타낸다. 도 6a에서 얇은 실선의 Y 절편은 릴레이 카운트에 따라 달라진다. 즉, 릴레이 카운트가 커질수록 Y 절편이 커진다. 전술된 바와 같이, 종래 기술에서는 경쟁 윈도우의 값에 무관하게 전송 시도 확률이 동일하다는 것을 알 수 있다. First, referring to FIG. 6A, the horizontal axis of FIG. 6A represents values of a contention window and a probability distribution, and the vertical axis represents a transmission attempt probability. The thick solid line represents the prior art and the thin solid lines represent the values modeled by the present invention. In FIG. 6A the thin Y-intercept depends on the relay count. In other words, the larger the relay count, the larger the Y intercept. As described above, it can be seen that in the prior art, the transmission attempt probability is the same regardless of the value of the contention window.
도 6b는 릴레이 카운트의 크기에 따르는 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 나타낸다. 도 6b를 참조하면, 릴레이 카운트의 크기가 커질수록 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)가 작아진다는 것을 알 수 있는데, 이것은 릴레이 노드가 더 작은 경쟁 윈도우만큼을 대기하기 때문에 더 자주 전송을 시도할 것이라는 것을 나타낸다. 6B shows the expected value E (x) of the contention window depending on the size of the relay count. Referring to FIG. 6B, it can be seen that as the size of the relay count increases, the expected value E (x) of the contention window decreases, which means that the relay node will try to transmit more often because it waits for a smaller contention window. To indicate that it is.
다시 도 2를 참조하면, 릴레이 노드는 전술된 바와 같이 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하게 백오프 카운터를 결정하고, 결정된 백오프 카운터만큼 대기한다(S250). Referring back to FIG. 2, the relay node determines a backoff counter corresponding to the size of the contention window determined as described above, and waits for the determined backoff counter (S250).
그리하여, 백오프 카운터가 만료되는지 판단하고(S260), 만료된 경우 데이터 트래픽을 재전송한다(S270). 이러한 과정이 더 이상 송신할 데이터 트래픽이 존재하지 않을 때까지 반복된다(S280). Thus, it is determined whether the backoff counter expires (S260), and if it expires, retransmits the data traffic (S270). This process is repeated until there is no more data traffic to transmit (S280).
본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 기술에 대해서 이해하기 위해서는, 관련 분야에 대한 기초 지식이 필요하다. In order to understand the backoff counter selection technique according to the present invention, basic knowledge in related fields is required.
우선, IEEE 802.11e EDCA 프로토콜을 살펴보면, 이 프로토콜은 Traffic 품질(QoS)을 고려하여 네 개의 액세스 범주(access categories)를 정의한다. 이 중 이진 지수 백오프(Binary exponential backoff)를 이용할 경우, 경쟁 윈도우(backoff counter)의 크기는 이전 경쟁 윈도우의 크기에 2배한 것과 경쟁 윈도우 크기의 최대값 중 작은 것으로 정의된다. 또한, 백오프 카운터를 무작위 선택할 경우에는 경쟁 윈도우의 크기는 0부터 이전 경쟁 윈도우의 크기 사이에서 균일하게 분포한다. 이 기술에서는 백오프 카운터의 크기가 릴레이에 의한 병목 현상과 무관하게 설정된다. First, looking at the IEEE 802.11e EDCA protocol, the protocol defines four access categories in consideration of traffic quality (QoS). In the case of using a binary exponential backoff, the size of the contention window (backoff counter) is defined as twice the size of the previous contention window and the smaller of the maximum value of the contention window size. In addition, when randomly selecting the backoff counter, the size of the contention window is uniformly distributed between 0 and the size of the previous contention window. In this technique, the size of the backoff counter is set independently of the bottleneck caused by the relay.
또한, 속도 균형 기법(Rate balance scheme)은 균형률(balance rate)을 이용하여 수신 속도(receiving rate) 및 전달 속도(forwarding rate)를 조절한다. 속도 균형 기법에 대해서는 본 명세서에 참조되어 통합되는 비특허문헌 [3]을 참조한다. In addition, a rate balance scheme adjusts a receiving rate and a forwarding rate by using a balance rate. See the non-patent literature [3], which is incorporated herein by reference for speed balancing techniques.
속도균형기법에서는 균형 조건을 만족하는 경우에만 RTS(request to send)에 응답하기 때문에 전송하는 속도를 제어할 수 있지만, 소스 노드가 계속적으로 RTS을 전송하게 되므로 전력이 낭비된다. 또한, 목적지(Destination), 즉, 게이트웨이와 가까운 노드들의 경우 제어하기가 불가능하다는 문제점을 가진다. In the rate balancing technique, the rate of transmission can be controlled by responding to a request to send (RTS) only when the balance condition is satisfied, but power is wasted because the source node continuously transmits the RTS. In addition, there is a problem that it is impossible to control the destination, that is, nodes close to the gateway.
마지막으로, 동적 CSMA 알고리즘에서는 경쟁 윈도우 크기를 큐 길이(queue length)에 따라 동적으로 변경시키지만, 마찬가지로 릴레이에 의한 병목 현상을 고려하지 않는다는 문제점을 가진다. 동적 CSMA 알고리즘에 대해서는 본 명세서에 참조되어 통합되는 비특허문헌 [4]를 참조한다. Finally, the dynamic CSMA algorithm dynamically changes the contention window size according to the queue length, but likewise does not consider the bottleneck caused by the relay. For a dynamic CSMA algorithm, see Non-Patent Document [4], which is incorporated herein by reference.
또한, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 방법에서는 네트워크 환경에 따라 경쟁 윈도우 및 백오프 카운터가 동적으로 적응된다. 이를 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. In addition, in the method for selecting a backoff counter according to the present invention, a contention window and a backoff counter are dynamically adapted according to a network environment. This will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
도 7은 비활성 노드가 존재할 경우의 백오프 카운터 선택 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7 illustrates a method of selecting a backoff counter when an inactive node exists.
도 7에서, 릴레이 노드 R1은 세 개의 선행 노드(A1, IA, A2)들을 가지고 있으며, 릴레이 노드 R2는 고유한 선행 노드(A3)는 물론, R1의 선행 노드들(A1, IA, A2)과 R1까지 모두 5개의 선행 노드를 가지고 있음을 알 수 있다. 이 때, A1 내지 A3은 활성화된 노드이나 IA는 비활성 노드라고 가정한다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 발명을 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 도 7에서는 R1의 릴레이 카운트가 3이고 R2의 릴레이 카운트는 5이기 때문에 R2가 R1보다 더 자주 전송 기회를 가지게 된다. 그러나, R1에만 속한 릴레이 노드의 개수가 5개 이상이 된다면, R2보다 R1이 더 자주 전송 기회를 가지게 된다. 그런데, R1은 반드시 R2를 통하여 데이터 트래픽을 릴레이해야 하기 때문에, R1이 아무리 자주 데이터를 릴레이하더라도 R2가 그만큼 데이터를 릴레이해주지 못한다면 병목 현상이 발생할 수밖에 없다. 이와 같이, 릴레이 카운트를 결정할 때 선행 노드들을 무조건 고려한다면, R1이 R2보다 많은 전송 기회를 가지게 될 수 있기 때문에, R2로 인한 전송률의 열화 현상이 발생할 수 있다. In FIG. 7, relay node R1 has three preceding nodes A1, IA, A2, and relay node R2 has a unique preceding node A3, as well as the preceding nodes A1, IA, A2 of R1. It can be seen that all five leading nodes up to R1. At this time, it is assumed that A1 to A3 are activated nodes or IA is inactive node. It is to be understood that this is for convenience of description and not for limiting the present invention. In FIG. 7, since R1 has a relay count of 3 and a relay count of R2 is 5, R2 has a transmission opportunity more frequently than R1. However, if the number of relay nodes belonging to R1 is five or more, R1 has a transmission opportunity more frequently than R2. However, since R1 must relay data traffic through R2, no matter how often R1 relays data, if R2 does not relay the data as much as it can, bottlenecks will occur. As such, if the preceding nodes are unconditionally considered when determining the relay count, since R1 may have more transmission opportunities than R2, a degradation of the transmission rate due to R2 may occur.
그러므로, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 알고리즘에서는 활성 노드(active node)와 비활성 노드(inactive node)를 구별하여 RC 값을 효율적으로 계산한다. 본 발명에서 비활성 노드란 네트워크 상에 분명히 구현되어 있지만 현재 동작하지 않는 노드를 의미할 수도 있고, 동작하고 있으나 자신의 큐(queue)에 전송할 데이터 패킷이 존재하지 않는 노드를 의미할 수도 있다. 도 7에서, R1의 릴레이 카운트는 3이어야 하지만, 세 개의 선행 노드(A1, IA, A2)들 중 비활성 노드(IA)를 릴레이 카운트에서 제외하기 때문에, R1의 릴레이 카운트는 2가 된다. 이와 같이, 현재 동작하는 선행 노드만을 고려하여 릴레이 카운트를 결정하기 때문에, 네트워크의 환경에 맞게 경쟁 윈도우를 최적화할 수 있다. Therefore, the backoff counter selection algorithm according to the present invention efficiently calculates an RC value by distinguishing between an active node and an inactive node. In the present invention, an inactive node may mean a node that is clearly implemented on the network but is not currently operating, or may be a node that is operating but does not have a data packet to transmit to its queue. In FIG. 7, the relay count of R1 should be 3, but the relay count of R1 becomes 2 since the inactive node IA of the three preceding nodes A1, IA, A2 is excluded from the relay count. As such, since the relay count is determined by considering only the preceding node currently operating, the contention window can be optimized according to the network environment.
도 8은 선행 노드의 동작 모드의 변화에 따른 백오프 카운터 선택 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a method of selecting a backoff counter according to a change in an operation mode of a preceding node.
도 8의 (a)에서 목적지 노드(Dest)의 모든 선행 노드들(A, B, C, D)은 모두 활성 노드이고, (b)에서 이 중 두 개의 노드(C 및 D)들이 비활성 노드로 동작 모드가 변경된다. 또한, (c)에서 하나의 비활성 노드(D)의 동작 모드가 다시 활성 모드로 변경된다. 하지만, 이는 설명의 편의를 위해 예시된 것으로서, 본 발명을 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다. All leading nodes A, B, C, and D of the destination node De in FIG. 8 (a) are all active nodes, and in (b) two of these nodes C and D are referred to as inactive nodes. The operation mode is changed. In addition, in (c), the operation mode of one inactive node D is changed back to the active mode. However, it is to be understood that this is illustrated for convenience of description and not to limit the present invention.
도 8에서 A의 릴레이 카운트는 0이고, B의 릴레이 카운트는 2이다. 이 때, 노드 C 및 D가 비활성 노드로 변경되면, 노드 B의 릴레이 카운트는 0으로 변경된다. 그리고, 다시 노드 D가 활성 노드로 변경되면, 노드 B의 릴레이 카운트는 다시 1로 변경된다. 이와 같이, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 알고리즘에서는 선행 노드의 동작 모드가 활성 상태로부터 비활성 상태로 변경되면, 예를 들어 패킷 전송이 종료 되면, 릴레이 노드의 RC값이 감소된다. 이 때, 선행 노드 중 하나가 다시 데이터 전송을 시도하면 해당 선행 노드의 동작 모드가 비활성 상태로부터 활성 상태로 변경된다. 그러면, 릴레이 노드의 릴레이 카운트는 다시 증가한다. 이와 같이, 본 발명에 의한 알고리즘에서는 네트워크 환경의 변화에 능동적으로 적응하여 백오프 카운터의 크기를 선택할 수 있다. In FIG. 8, the relay count of A is zero, and the relay count of B is two. At this time, if nodes C and D are changed to inactive nodes, the relay count of node B is changed to zero. When the node D is changed back to the active node, the relay count of the node B is changed back to one. As described above, in the backoff counter selection algorithm according to the present invention, when the operation mode of the preceding node is changed from the active state to the inactive state, for example, when the packet transmission is terminated, the RC value of the relay node is reduced. At this time, if one of the preceding nodes tries to transmit data again, the operation mode of the corresponding preceding node is changed from the inactive state to the active state. The relay count of the relay node then increases again. As described above, in the algorithm according to the present invention, the size of the backoff counter can be selected by actively adapting to changes in the network environment.
도 9는 본 발명의 다른 면에 의한 백오프 카운터 선택 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다. 9 is a block diagram conceptually illustrating a backoff counter selection apparatus according to another aspect of the present invention.
본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 장치(900)는 제어부(950)에 연결되는 입력 버퍼(910), 출력 버퍼(990) 및 백오프 카운터(980)를 포함한다. 또한, 릴레이 카운트 결정부(920), 경쟁 윈도우 결정부(930), 및 전송 충돌 감지부(940)는 제어부(950)에 의하여 제어된다. The backoff
릴레이 카운트 결정부(920)는 선행 노드들의 개수를 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(RC)로서 결정한다. 이 때, 선행 노드의 동작 모드에 따라서 릴레이 카운트에 반영하거나 반영하지 않을 수 있다는 것은 전술된 바와 같다. The
그러면, 경쟁 윈도우 결정부(930)는 각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우의 크기가 감소되도록 경쟁 윈도우의 크기를 결정한다. 경쟁 윈도우의 크기를 결정하기 위하여 비균일 확률 밀도 함수 f(x)가 이용되며, f(x)는 각각 선형 확률 분포 및 지수 확률 분포를 가지는 것으로 모델링될 수 있다는 점도 전술된 바와 같다. Then, the contention
입력 버퍼(910)를 통해 데이터 트래픽이 수신되면, 제어부(950)는 수신된 데이터를 출력 버퍼(990)를 통하여 전송하려고 시도한다. 물론, 백오프 카운터 선택 장치(900)가 반드시 입력 버퍼(910)를 통해 수신된 데이터만을 전송하는 것은 아니며, 자신이 직접 전송할 데이터를 데이터 생성률(DR)에 따라 생성할 수 있다는 것도 당업자에게는 용이하게 이해될 것이다. When data traffic is received through the
전송 충돌 감지부(940)는 전송 충돌에 의하여 전송 시도가 실패하는지 여부를 감지한다. 그러면, 제어부(950)는 전송 충돌이 감지되는 경우에, 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하는 백오프 카운터(980)가 만료될 때까지 대기한 이후에 데이터 트래픽을 재전송한다. 즉, 제어부(950)는 경쟁 윈도우 결정부(930)에 의하여 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 따라서 백오프 카운터(980)를 결정하고, 결정된 백오프 카운터(980)가 만료될 때까지 대기한다. The transmission
이와 같이, 네트워크 환경에 따라서 동적으로 변경되는 릴레이 카운트에 기반하여 백오프 카운터(980)를 결정함으로써, 백오프 카운터 선택 장치(900)의 대기 시간이 동적으로 변경되기 때문에, 변경되는 환경에 적응되는 최적의 릴레이 환경이 조성된다. As such, by determining the
이하, 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드들이 배열될 수 있는 다양한 토폴로지에 대하여 본 발명을 적용한 결과를 예시한다. Hereinafter, a result of applying the present invention to various topologies in which relay nodes may be arranged in a wireless mesh network is illustrated.
도 10a 및 도 10b는 릴레이 노드들이 각각 라인 토폴로지 및 트리 토폴로지에 따라 배열된 것을 예시하는 도면이다. 10A and 10B are diagrams illustrating relay nodes arranged according to a line topology and a tree topology, respectively.
도 10a에 도시되는 라인 토폴로지에서는, 6개의 릴레이 노드들이 각각 6->5->4->3->2->1의 순서로 데이터 트래픽을 게이트웨이(GW)로 전달하도록 배열된다. 라인 토폴로지에서는, 노드 6의 RC는 0이지만, 노드 1의 RC는 5라는 것을 알 수 있다. 그러므로, 노드 6에 비하여 노드 1이 상대적으로 더 작은 경쟁 윈도우의 크기를 가지게 되고, 이에 상응하여 더 작은 백오프 카운터를 가지게 된다는 것을 알 수 있다. In the line topology shown in FIG. 10A, six relay nodes are arranged to forward data traffic to the gateway GW in the order 6-> 5-> 4-> 3-> 2-> 1, respectively. In the line topology, it can be seen that the RC of
또한, 도 10b에 도시되는 트리 토폴로지에서는 노드 5 및 노드 6이 노드 2를 거쳐서 게이트웨이(GW)로 데이터 트래픽을 릴레이하고, 노드 3 및 노드 4가 노드 1을 거쳐서 게이트웨이(GW)로 데이터 트래픽을 릴레이한다. 트리 토폴로지에서, 노드 1 및 노드 2는 2의 RC 값을 가지지만, 다른 노드들(3, 4, 5, 6)의 RC는 0이라는 것을 알 수 있다. 그러므로, 노드 1 및 노드 2가 다른 노드들(3, 4, 5, 6)에 비하여 더 작은 경쟁 윈도우의 크기 및 더 작은 백오프 카운터를 가지게 된다는 것을 알 수 있다. In addition, in the tree topology shown in FIG. 10B,
도 11a 및 도 11b는 릴레이 노드가 라인 토폴로지에 따라 배열된 경우의 시물레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 11A and 11B are graphs showing simulation results when relay nodes are arranged according to a line topology.
도 11a는 10개의 노드들이 라인 토폴로지에 따라 배열된 경우에 각 노드의 전송 성공 개수를 도시한다. 도 11a에서 'O'표시가 된 것은 종래 기술에 의한 경우를 나타내고, '+' 표시 및 '*'표시는 각각 확률 밀도 함수 f(x)가 선형 확률 분포 및 지수 확률 분포를 가지는 경우를 나타낸다. 11A shows the number of successful transmissions of each node when ten nodes are arranged according to a line topology. In FIG. 11A, the symbol 'O' denotes a case of the prior art, and the '+' and '*' marks indicate a case where the probability density function f (x) has a linear probability distribution and an exponential probability distribution, respectively.
도 11a에서, 각 노드별 시물레이션 결과는 5초 동안 수행되는 것이며, 노드 10이 무한대의 데이터 패킷을 생성하는 것을 가정한다(즉, 노드 10의 DR은 무한대이다). 하지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명을 한정하는 의도로 해석되어서는 안된다. 도 11a에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 의한 경우에 비해, 전체적으로 지수 확률 분포('*') 및 선형 확률 분포('+')를 가지는 경우에 전송 성공되는 개수가 증가한다는 것을 알 수 있다. 노드 10은 충돌이 발생될 수 없기 때문에 성공 개수가 크지만, 게이트웨이(GW)에 가까워질수록 성공 개수는 감소한다는 것도 알 수 있다. 도 11a에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 알고리즘에 따르면 종래 기술에 비하여 데이터 트래픽의 전송 성공 확률이 증가한다는 것을 명백히 알 수 있다. In FIG. 11A, the simulation result for each node is performed for 5 seconds, and assumes that
도 11b는 라인 토폴로지에서 노드 10의 패킷 생성률을 시물레이션한 결과를 도시한다. 도 11b의 가로축은 패킷 생성률(DR)을 나타내고, 가로축은 5초 동안 전송 성공한 패킷의 개수를 나타낸다. 도 11b에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 비해, 전체적으로 지수 확률 분포('*') 및 선형 확률 분포('+')를 가지는 경우에 전송 성공되는 개수가 증가한다는 것을 알 수 있다. 11B shows the results of simulating the packet generation rate of
도 12a 및 도 12b는 릴레이 노드가 트리 토폴로지에 따라 배열된 경우의 시물레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 12A and 12B are graphs showing simulation results when relay nodes are arranged according to a tree topology.
도 12a는 6개의 노드들이 도 10b에 도시된 바와 같이 라인 토폴로지에 따라 배열된 경우에 각 노드의 전송 성공 개수를 도시한다. 도 12a에서 'O'표시가 된 것은 종래 기술에 의한 경우를 나타내고, '+' 표시 및 '*'표시는 각각 확률 밀도 함수 f(x)가 선형 확률 분포 및 지수 확률 분포를 가지는 경우를 나타낸다. 12A shows the number of successful transmissions of each node when six nodes are arranged according to the line topology as shown in FIG. 10B. In FIG. 12A, the symbol 'O' denotes a case of the related art, and the symbol '+' and '*' denotes a case where the probability density function f (x) has a linear probability distribution and an exponential probability distribution, respectively.
도 12a에서, 각 노드별 시물레이션 결과는 5초 동안 수행되는 것이며, 노드 3, 4, 5, 6은 무한대의 데이터 패킷을 생성하는 것을 가정한다(즉, 노드 3, 4, 5, 6의 DR은 무한대이다). 하지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명을 한정하는 의도로 해석되어서는 안된다. 도 12a에서, 종래 기술에 의한 균일 확률 분포('O')를 가지는 경우에, 노드 1 및 노드 2에서 병목 현상이 발생하여 전송 성공 개수가 현저히 감소한다는 것을 알 수 있다. 반면에, 지수 확률 분포('*') 및 선형 확률 분포('+')의 경우에는 노드 1 및 노드 2에서 이러한 병목 현상이 발생하지 않는다. 오히려, 노드 1 및 노드 2는 노드 3, 4, 5, 6에 비하여 더 높은 RC값을 갖기 때문에 전송 성공 개수가 증가한다. 이러한 특징은, 지수 확률 분포('*')의 경우에 비하여 선형 확률 분포('+')의 경우에 명백히 드러난다. 즉, 도 12a에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 백오프 카운터 선택 알고리즘에 따르면 종래 기술에 비하여 병목 현상이 현저하게 감소된다. In FIG. 12A, simulation results for each node are performed for 5 seconds, and assume that
도 12b는 트리 토폴로지에서 릴레이 노드들의 패킷 생성률을 시물레이션한 결과를 도시한다. 도 12b의 가로축은 패킷 생성률(DR)을 나타내고, 가로축은 5초 동안 전송 성공한 패킷의 개수를 나타낸다. 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 비해, 전체적으로 지수 확률 분포('*') 및 선형 확률 분포('+')를 가지는 경우에 전송 성공되는 개수가 증가한다는 것을 알 수 있다. 특히, DR이 커질수록 균일 확률 분포('O')의 경우에 비하여 지수 확률 분포('*') 및 선형 확률 분포('+')의 전송 성공 개수가 현저히 증가된다는 것을 알 수 있다. 12B illustrates the results of simulating the packet generation rate of relay nodes in a tree topology. The horizontal axis of FIG. 12B represents the packet generation rate DR, and the horizontal axis represents the number of packets that were successfully transmitted for 5 seconds. As can be seen in FIG. 12B, it can be seen that the number of successful transmissions increases in the case of having an exponential probability distribution ('*') and a linear probability distribution ('+'). In particular, it can be seen that as the DR increases, the number of successful transmissions of the exponential probability distribution '*' and the linear probability distribution '+' increases significantly compared to the case of the uniform probability distribution 'O'.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 10a 및 도 10b에서는 릴레이 노드들이 라인 토폴로지 및 트리 토폴로지에 따라 배열되는 것이 예시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않음은 명백하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, in FIG. 10A and FIG. 10B, relay nodes are arranged according to a line topology and a tree topology, but the present invention is not limited thereto.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명은 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드들의 백오프 카운터를 네트워크 환경에 따라 적응적으로 선택하기 위한 기술에 적용될 수 있다. The present invention can be applied to a technique for adaptively selecting a backoff counter of relay nodes in a wireless mesh network according to a network environment.
Claims (18)
상기 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드를 거쳐 데이터 트래픽이 릴레이되는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드이전에 존재하는 릴레이 노드들의 개수를 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(relay count)로서 결정하는 릴레이 카운트 결정 단계;
각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우(contention window)의 크기가 감소되도록 상기 릴레이 노드들의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 결정 단계; 및
전송 충돌이 발생한 릴레이 노드가 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하는 백오프 카운터가 만료될 때까지 대기한 이후에 상기 데이터 트래픽을 재전송하는 재전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. A method for selecting a backoff counter until transmission after transmission collision in a wireless mesh network including a plurality of relay nodes, the method comprising:
A relay count determining step of determining the number of relay nodes existing before each relay node as a relay count of the corresponding relay node on a transmission path through which data traffic is relayed through the relay node in the wireless mesh network;
Determining a contention window size of the contention window of the relay nodes such that the contention window size of the relay node decreases as the relay count of each relay node increases; And
Retransmitting the data traffic after the relay node having a transmission conflict has waited until the backoff counter corresponding to the determined contention window has expired. How to choose.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드의 큐(queue)에 전송할 데이터 패킷이 존재하지 않는 경우에, 비어 있는 큐를 가지는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에서 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein the determining of the relay count comprises:
Subtracting the number of relay nodes having an empty queue from the relay count when there are no data packets to transmit in a queue of relay nodes existing before each relay node on the transmission path. And selecting a backoff counter in a wireless mesh network.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화(inactive)된 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에서 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 2, wherein the determining of the relay count comprises:
And subtracting, from the relay count, the number of relay nodes whose operation mode is inactive among the relay nodes existing before each relay node on the transmission path from the relay count. Method for choosing.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화 모드에서 활성화(active) 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에 가산하는 단계 및
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 활성화 모드에서 비활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 3, wherein the determining of the relay count comprises:
Adding, to the relay count, the number of relay nodes of the relay nodes existing before each relay node in which the operation mode is changed from an inactive mode to an active mode on the transmission path; and
And subtracting, by the relay count, the number of relay nodes whose operation mode is changed from an activation mode to an inactive mode among the relay nodes existing before each relay node in the transmission path. Method for selecting a backoff counter.
상기 경쟁 윈도우의 크기 x의 확률 밀도 함수(probability density function, PDF) f(x)가 비균일 확률 분포(non-uniform probability distribution)를 따르도록 f(x)를 모델링하고, 모델링된 f(x)를 이용하여 상기 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 연산하는 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein the determining the contention window comprises:
The probability of the magnitude x of the contention window density function (probability density function, PDF) f (x) the model f (x) to follow the non-uniform probability distribution (non-uniform probability distribution) and the modeled f (x) And calculating an expectation value E (x) of the contention window using the < RTI ID = 0.0 >.≪ / RTI >
f(x)를 다음
과 같은 선형 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 상기 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄),
E(x)는 다음
과 같이 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 5, wherein the calculating step,
f (x) then
Modeled to have a linear probability distribution such that r denotes a relay count, CW denotes the maximum magnitude of the contention window, and k denotes a constant that is determined such that the sum of f (x) is equal to 1),
E (x) is
And selecting the backoff counter in the wireless mesh network.
f(x)를 다음
과 같은 지수 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 상기 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄),
E(x)는 다음
과 같이 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 5, wherein the calculating step,
f (x) then
Modeled to have an exponential probability distribution such that r denotes a relay count, CW denotes the maximum size of the contention window, and k denotes a constant that is determined such that the sum of f (x) is 1;
E (x) is
And selecting the backoff counter in the wireless mesh network.
상기 릴레이 노드들은 라인 토폴로지(line topology) 및 트리 토폴로지(tree topology) 중 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 방법. The method of claim 1,
And said relay nodes are arranged in the form of one of a line topology and a tree topology.
상기 무선 메시 네트워크에서 릴레이 노드를 거쳐 데이터 트래픽이 릴레이되는 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드이전에 존재하는 릴레이 노드들의 개수를 해당 릴레이 노드의 릴레이 카운트(RC)로서 결정하는 릴레이 카운트 결정부;
각 릴레이 노드의 릴레이 카운트가 클수록 해당 릴레이 노드의 경쟁 윈도우의 크기가 감소되도록 상기 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 결정부;
전송 충돌에 의하여 전송 시도가 실패하는지 여부를 감지하는 전송 충돌 감지부; 및
전송 충돌이 감지되는 경우에, 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 상응하는 백오프 카운터가 만료될 때까지 대기한 이후에 상기 데이터 트래픽을 재전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. An apparatus for selecting a backoff counter from transmission transmission to retransmission in a wireless mesh network including a plurality of relay nodes, the apparatus comprising:
A relay count determining unit determining a number of relay nodes existing before each relay node as a relay count (RC) of a corresponding relay node on a transmission path through which data traffic is relayed through a relay node in the wireless mesh network;
A contention window determining unit configured to determine a size of the contention window so that the size of the contention window of the corresponding relay node decreases as the relay count of each relay node increases;
A transmission collision detection unit detecting whether a transmission attempt fails due to a transmission collision; And
And a control unit for retransmitting the data traffic after waiting until the backoff counter corresponding to the determined contention window expires when a transmission collision is detected. Device for selecting.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드의 큐에 전송할 데이터 패킷이 존재하지 않는 경우에, 비어 있는 큐를 가지는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에서 감산하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 10, wherein the relay count determination unit,
In the transmission path, when there is no data packet to be transmitted to the relay node's queue before each relay node, the radio count is adapted to subtract from the relay count the number of relay nodes having an empty queue. Device for selecting a backoff counter in the mesh network.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화된 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에서 감산하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 10, wherein the relay count determination unit,
And the relay count is subtracted from the relay count the number of relay nodes whose operation mode is deactivated among the relay nodes existing before each relay node on the transmission path.
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 비활성화 모드에서 활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에 가산하고,
상기 전송 경로 상에서, 각 릴레이 노드 이전에 존재하는 릴레이 노드 중 동작 모드가 활성화 모드에서 비활성화 모드로 변경되는 릴레이 노드의 개수를 상기 릴레이 카운트에 감산하도록 더욱 적응되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 12, wherein the relay count determination unit,
On the transmission path, the number of relay nodes whose operation mode is changed from inactive mode to active mode among relay nodes existing before each relay node is added to the relay count,
And further adapted to subtract from the relay count the number of relay nodes of the relay nodes existing before each relay node from the active mode to the inactive mode on the transmission path to the relay count. Device for selecting a counter.
상기 경쟁 윈도우의 크기 x의 확률 밀도 함수(PDF) f(x)가 비균일 확률 분포를 따르도록 f(x)를 모델링하고, 모델링된 f(x)를 이용하여 상기 경쟁 윈도우의 기대값 E(x)를 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 10, wherein the contention window determination unit,
The expected value of the contention window, a probability density function (PDF) of the size x of the contention window f and (x) a model f (x) to follow the non-uniform probability distribution, using the model f (x) E ( x) computing an apparatus for selecting a backoff counter in a wireless mesh network.
f(x)를 다음
과 같은 선형 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 상기 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄),
E(x)는 다음
과 같이 연산하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 14, wherein the contention window determination unit,
f (x) then
Modeled to have a linear probability distribution such that r denotes a relay count, CW denotes the maximum magnitude of the contention window, and k denotes a constant that is determined such that the sum of f (x) is equal to 1),
E (x) is
And a backoff counter in a wireless mesh network characterized in that it is adapted to compute.
f(x)를 다음
과 같은 지수 확률 분포를 가지도록 모델링하고(단, r은 릴레이 카운트를 나타내고, CW는 상기 경쟁 윈도우의 최대 크기를 나타내며, k는 f(x)의 합이 1이 되도록 결정되는 상수를 나타냄),
E(x)는 다음
과 같이 연산하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 14, wherein the contention window determination unit,
f (x) then
Modeled to have an exponential probability distribution such that r denotes a relay count, CW denotes the maximum size of the contention window, and k denotes a constant that is determined such that the sum of f (x) is 1;
E (x) is
And a backoff counter in a wireless mesh network characterized in that it is adapted to compute.
상기 릴레이 노드들은 라인 토폴로지 및 트리 토폴로지 중 하나의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 메시 네트워크에서 백오프 카운터를 선택하기 위한 장치. The method of claim 10,
And said relay nodes are arranged in one of a line topology and a tree topology.
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