KR20130125203A - 무선 유에스비 네트워크에서 무선 유에스비 전송 모드별 서비스 품질 성능을 향상하기 위한 자원 할당 방법 - Google Patents

무선 유에스비 네트워크에서 무선 유에스비 전송 모드별 서비스 품질 성능을 향상하기 위한 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 무선 유에스비(USB) 네트워크에서 무선 유에스비(USB) 장치가 무선 유에스비(USB) 호스트로 트래픽의 할당을 요청한 경우에 무선 자원을 할당하는 방법에 관한 것으로서, 트래픽 할당 요청을 받은 무선 유에스비(USB) 호스트가 최소 데이터 전송률과 최대 데이터 전송률 사이의 값들 중에서 모든 유에스비(USB) 장치에 트래픽을 할당할 수 있는 데이터 전송률을 계산하는 방법과 계산된 데이터 전송률에 따라 모든 무선 유에스비(USB) 장치에 트래픽을 재할당하는 무선 자원 할당 방법을 제공한다.

Description

무선 유에스비 네트워크에서 무선 유에스비 전송 모드별 서비스 품질 성능을 향상하기 위한 자원 할당 방법 {Method of Resource Allocation for QoS Improvement according to Transfer Mode in Wireless USB Networks}
본 발명은 무선 모바일(mobile) 애드-호크(ad-hoc) 네트워크에 기초한 개인용 무선 네트워크(Wireless Personal Area Networks)를 위한 매체 접근 제어(Media Access Control)중 데이터 슬롯 할당(data slot allotment)을 위한, 무선 유에스비(USB) 네트워크의 채널 타임 할당 방법에 관한 것이다.
무선 유에스비(USB) 네트워크는 기본적으로 블루투스(Bluetooth) 및 지그비(Zigbee)와 같이 중앙 집중형 스타 토폴로지를 따르며, 무선 유에스비(USB) 호스트가 해당 클러스터에서의 각 무선 유에스비(USB) 장치와 통신시 사용하는 대역폭 할당 및 모든 통신을 제어한다.
WiMedia MAC은 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반으로 수퍼 프레임이라 불리는 64ms의 고정된 시간 구간을 기준으로 반복하여 구동된다. 하나의 수퍼프레임은 256개의 데이터 슬롯(각 256us)으로 이루어지며 각 수퍼 프레임은 MAC에서의 제어 메시지 교환을 위한 Beacon Period와 실제 데이터 통신이 발생하는 Data Period로 구분된다. 무선 유에스비(USB)를 포함한 WiMedia MAC에서 서비스되는 통신 응용들은 수퍼 프레임의 Data Period 구간 내에서 분산 자원 예약 프로토콜 (DRP)를 이용하여 필요한 데이터 슬롯을 할당 및 점유하고 해당 예약 구간에서 통신 서비스를 제공받는다.
도 1은 세 개의 무선 유에스비(USB) 클러스터들이 서로 간섭하는 지역에 위치하여 하나의 수퍼 프레임을 공유하는 사례를 나타내고 있다.
도 1과 같이 여러 무선 유에스비(USB) 클러스터들이 하나의 수퍼 프레임을 공유하는 경우는 여러 장소에서 발생 가능하다. 또한, 이러한 다수의 무선 유에스비(USB) 클러스터들이 존재하는 곳에서는 무선 유에스비(USB) 호스트 및 디바이스의 이동성 및 무선 환경의 변화로 인해 무선 유에스비(USB) 클러스터들 간의 간섭 및 중첩이 반복되는 상황이 발생할 수 있으며, 즉, 이것은 Data Period에서 가용한 전송 대역폭의 잦은 변동을 의미한다. 따라서, 무선 유에스비(USB)에서 전송 대역폭 할당은 가용 전송 대역폭의 변동에 따른 대처 및 적응력을 필요로 한다.
종래의 시스템에서는 무선 유에스비(USB) 호스트에 의해 전송되는 MMC (Micro-scheduled Management Commands) 프레임에 의해 각 디바이스에게 자원이 할당되는 TDMA 기반의 프로토콜이기 때문에, 기존의 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 자원이 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 장치들에 의해 모두 할당이 된 경우, 새로 무선 유에스비(USB) 클러스터에 가입하거나 절전 모드에서 깨어난 장치에게 자원을 할당하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 새로 무선 유에스비(USB) 클러스터에 가입한 장치에게 자원을 할당하지 못하는 경우의 예를 보여주고 있다.
도 2에서 보는 바와 같이 무선 유에스비(USB) 장치 D1, D2, D3는 무선 유에스비(USB) 호스트인 H와 데이터를 송수신하고 있다. 이때, 무선 유에스비(USB) 클러스터에 새로운 장치인 D4가 새롭게 가입하거나, 절전 모드에서 깨어나 통신을 시작할 경우, 무선 유에스비(USB) 클러스터 내에 남는 자원이 없기 때문에, 데이터 전송이 가로막히는 경우가 발생할 수 있다.
종래의 시스템에서는 미리 예약된 스트림들을 위한 자원을 재조정하는 기능이 정의되어 있지 않기 때문에, 기존의 장치들의 데이터 전송이 완료될 때까지, 새로운 스트림의 추가는 불가능하다. 따라서, 현재 무선 채널의 자원 점유 상태와 링크 상태(BER)를 고려하는 동시에 QoS(Quality of Service)를 만족시키는 적절한 대역폭(BW) 할당 방법, 하나의 무선 유에스비(USB) 클러스터에서 요구되는 전체 최소 대역폭(BW) 추정 방법 및 채널점유상태에 따라 각 무선 유에스비(USB) 클러스터 간 대역폭 조정 방법을 제공하지 못하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 유에스비(USB) 상에서 호스트가 자신이 관리하는 클러스터를 위한 전송 대역폭(BW) 할당 방법 및 접속 제어(Admission control) 방법과 무선 유에스비(USB) 호스트가 자신의 클러스터에서 필요한 대역폭(BW) 할당을 위해 대역폭(BW)을 정확히 계산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 무선 유에스비(USB) 장치가 무선 유에스비(USB) 호스트에 트래픽에 대한 정보를 전송하며, 새로운 트래픽을 위한 자원 할당을 요청하는 단계; 상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 상기 무선 유에스비(USB) 장치의 트래픽 스트림의 만족도를 재조정하는 단계; 재조정된 상기 트래픽 스트림의 만족도, 상기 무선 유에스비(USB) 장치로부터 전송받은 최소 데이터 전송률 또는 최대 데이터 전송률 중 적어도 어느 하나의 값을 이용하여 새로운 데이터 전송률을 계산하는 단계; 상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 상기 새로운 데이터 전송률을 포함하는 메시지를 송출하는 단계; 및 상기 메시지를 수신한 상기 무선 유에스비(USB) 장치가 재할당된 자원을 이용하여 통신을 하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법을 제공한다.
상기 트래픽 스트림의 만족도를 재조정하는 단계는, 상기 무선 유에스비(USB) 호스트의 트랜잭션 내의 모든 스트림이 동일한 데이터 전송률을 갖도록 하는 트래픽 스트림의 만족도로 수정하는 단계에 해당할 수 있으며, 상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 계산한 상기 새로운 데이터 전송률이 상기 무선 유에스비(USB) 장치로부터 전송받은 상기 최저 데이터 전송률보다 작은 경우에는, 새로운 트래픽을 위한 자원 할당을 하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 다수의 무선 유에스비(USB) 클러스터들이 존재하는 환경에서 무선 유에스비(USB) 장치들의 이동성 및 무선 환경의 변화로 인해 가용한 전송 대역폭의 잦은 변동 따른 대처가 가능한 자원 할당 방법을 제공한다.
또한, 무선 유에스비(USB) 호스트가 자신의 클러스터에서 대역폭(BW) 할당을 위한 필요한 대역폭(BW)의 정확한 계산 방법을 제공함으로써, 서비스 등급에 따라 상이한 스트림들을 효율적으로 송수신할 수 있는 방법을 제공한다.
도 1은 다수의 무선 유에스비(USB) 클러스터들이 동시에 서비스되고 있는 수퍼 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 무선 유에스비(USB) 네트워크에서, 이미 예약된 스트림에 의해 새로운 스트림의 추가가 막힌 예를 나타낸 도면.
도 3은 무선 유에스비(USB) 장치가 무선 유에스비(USB) 호스트로 전송하는 TS(Traffic Stream) Notification 메시지의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 무선 유에스비(USB) 호스트가 송출하는 QoS IE 메시지의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 QoS IE와 TS Notification 메시지를 이용한 자원 할당의 예를 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에서 사용하는 용어들에 대하여 정리한 후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
대역폭(BW)는 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 이용 가능한 데이터 슬롯의 개수를 의미한다. 즉, 대역폭(BW)는 실제 데이터를 전송할 수 있는 구간의 길이를 의미한다. n은 n번째 무선 유에스비(USB) 트랜잭션을 의미한다. 물론 (n+1)번째 무선 유에스비(USB) 트랜잭션을 구성하고 있는 데이터슬롯의 사용방안은 n번째 무선 유에스비(USB) 트랜잭션을 구성하고 있는 MMC 프레임의 정보를 이용한다.
RRj은 j번째 스트림에서 필요한 최소 데이터 전송률 또는 데이터 슬롯의 개수를 의미하며, DRj은 j번째 스트림에 할당 가능한 최대 데이터 전송률 또는 데이터 슬롯의 개수를 의미한다(RRj<DRj). SRj ,n은 n번째 무선 유에스비(USB) 트랜잭션에서 트래픽 스트림 j에 할당된 타임 슬롯의 개수, 즉, 서비스 전송률을 의미한다. REj는 트래픽 스트림 j 로부터 양도된 타임 슬롯의 개수, 즉, 데이터 전송률을 의미한다. SoQj,n은 n번째 무선 유에스비(USB) 트랜잭션에서 트래픽 스트림 j의 QoS의 만족도(Satisfaction of QoS)를 의미하며, 수학식 1을 통해 도출된다.
Figure pat00001
도 2의 상황에서 스트림 G를 추가하기 위해서는 기존의 스트림의 데이터 전송률을 재조정해야 한다. 그를 위해서 모든 스트림이 같은 데이터 전송률을 갖도록 수정을 하고 이 값을 SoQF ,n이라고 한다면, 새롭게 재조정되는 각각의 무선 유에스비(USB) 장치들의 서비스 전송률 SRj ,n은 수학식 1에 근거하여, 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
따라서, 무선 유에스비(USB) 트랜잭션내의 모든 스트림들에 대한 서비스 전송률을 고려하여 최종적으로 재조정 되는 모든 장치들의 서비스 전송률은 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, K는 MMC 프레임을 통해 등록된 스트림의 수를 의미한다.
Figure pat00004
위 식에 따르면, SoQF ,n은 0~1사이의 값을 갖는다. 만일, SoQF ,n의 값이 1로 계산될 경우, 각 스트림들의 서비스 전송률은 최대 전송률인 DRj값을 갖는다. 반대로 SoQF ,n의 값이 0으로 계산될 경우, 각 스트림들의 서비스 전송률은 최소 전송률인 RRj값을 갖게 된다. 다음 표 1은 D4가 스트림 G를 전송하기 위해 무선 유에스비(USB) 호스트로부터 재할당 받은 예를 보여주고 있다.
스트림 인덱스 RRj ,n DRj ,n SRj ,n SoQF ,n
A(H→D1) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
B(D1→H) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
C(H→D2) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
D(D2→H) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
E(H→D3) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
F(D3→H) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
G(D4→H) 40Mbps 60Mbps 51.48Mbps 0.571
표 1에 의하면, 무선 유에스비(USB) 장치 D4가 무선 유에스비(USB) 호스트 H로 스트림 G를 전송하기 위해 다른 스트림들의 데이터슬롯의 일부를 할당받더라도, 기존의 스트림에 할당되는 서비스 전송률은 최저 데이터 전송률인 RRj보다 크다. 따라서, 기존의 예약되었던 스트림들은 재할당받은 데이터 전송률에 의해 전송된다. 하지만, 재할당받은 데이터 전송률이 RRj보다 작은 경우, 기존의 스트림들은 새로 추가되는 스트림 G를 위해 자신이 할당받은 데이터 슬롯의 일부를 포기하지 않는다. 즉, SoQF가 0보다 작은 경우, 기존의 스트림들은 자신이 할당받은 데이터 슬롯의 일부를 새로 추가되는 스트림 G의 전송을 위해 포기하지 않는다.
위와 같은 방법을 사용한다면, 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 자원이 모두 할당된 상황에서도 새로운 스트림의 추가가 가능해진다.
각각의 장치들의 트래픽 전송을 위한 SoQ를 계산하기 위해서는 트래픽 스트림들의 DRj 와 RRj에 대한 정보를 알아야 한다. 이를 위해서 모든 무선 유에스비(USB) 장치들은 새로운 트래픽을 위한 자원할당 요청을 하기 전에 자신의 트래픽에 대한 정보를 무선 유에스비(USB) 호스트에게 알려야한다. 트래픽에 대한 정보를 전송하기 위해 본 발명에서는 새로운 TS(Traffic Stream) Notification 메시지를 제공한다.
도 3은 TS Notification 메시지의 구조를 보여주고 있다.
TS Notification 메시지는 무선 유에스비(USB) 기술규격에서 지원하는 Device Notification 메시지의 형식을 그대로 사용한다. bType 필드는 Device Notification 메시지의 종류를 나타내는 필드로서 새롭게 제안하는 TS Notification 메시지를 가리키기 위해 현재 무선 유에스비(USB) 기술규격에서 사용하고 있지 않은 04H값을 사용한다.
Stream Index 필드는 무선 유에스비(USB) 장치들이 전송하는 트래픽 스트림의 종류와 무선 유에스비(USB) 장치의 ID를 포함하는 필드이다. Required DR은 무선 유에스비(USB) 장치가 해당 트래픽을 전송하기 위해 필요한 최소 데이터 전송률을 가리키는 필드이다. Desired DR은 무선 유에스비(USB) 장치가 해당 트래픽을 전송하기 위해 요구하는 최대 데이터 전송률을 의미한다. SoQF 필드는 해당 스트림에 할당되는 QoS 만족도를 의미한다.
모든 무선 유에스비(USB) 장치는 전송할 새로운 트래픽이 발생했을 때, 무선 유에스비(USB) 호스트에게 자신의 트래픽에 대한 정보를 담은 TS Notification 메시지를 WDNTSCTA 구간에서 전송한다. 무선 유에스비(USB) 장치로부터 TS Notification 메시지를 받은 무선 유에스비(USB) 호스트는 주어진 정보를 바탕으로 SoQF 값을 새로 계산하여 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 모든 디바이스의 자원을 필요에 따라 재설정하여 MMC 프레임에 담아 브로드캐스팅한다. 재설정한 SoQ값을 자신의 무선 유에스비(USB) 클러스터 내의 모든 디바이스에게 알리기 위해 우리는 새로운 QoS IE를 제안한다.
도 4는 제안하는 QoS IE의 구조를 나타내고 있다.
IE Identifier 필드는 Information Element의 종류를 나타내는 필드로서 새롭게 제안하는 QoS IE를 가리키기 위해 현재 무선 유에스비(USB) 기술규격에서 사용하고 있지 않은 90H값을 사용한다. Stream Index 필드는 앞에서 설명한 TS Notification 메시지와 동일하게 무선 유에스비(USB) 장치들이 전송하는 트래픽 스트림의 종류와 무선 유에스비(USB) 장치의 ID를 포함하는 필드이다. SoQF 필드는 트래픽 스트림 별로 무선 유에스비(USB) 호스트가 재계산한 값을 가리키는 필드이다. 새로 신청된 트래픽 스트림에 따라서 모든 무선 유에스비(USB) 장치들의 SoQ 값을 재설정하고 그 값을 QoS IE에 저장하여 브로드캐스트하면 수신한 모든 무선 유에스비(USB) 장치들은 다음에 새로운 트래픽을 위한 자원할당 요청을 할 때, 재설정된 SoQ 값을 이용하여 요청하면 된다.
도 5는 TS Notification 메시지와 QoS IE에 따른 새로운 트래픽 스트림이 추가되는 예를 보여주고 있다. 도 5를 보면, 무선 유에스비(USB) 장치 D1~3들은 무선 유에스비(USB) 호스트와 트래픽 스트림 A~F를 서로 송수신하고 있다. 이 때, 새로운 무선 유에스비(USB) 장치 D4가 무선 유에스비(USB) 호스트에게 새로운 트래픽을 요청하기 위해 TS Notification 메시지를 DNTS 구간에서 전송한다.
D4로부터 TS Notification 메시지를 수신한 호스트는 새로운 SoQF를 계산하여, QoS IE에 포함시킨 뒤 모든 무선 유에스비(USB) 장치들의 자원을 재분배하여 다음 무선 유에스비(USB) 트랜잭션에서 자원할당에 대한 정보를 MMC에 포함하여 브로드 캐스트한다. MMC를 수신한 무선 유에스비(USB) 장치들은 재할당된 자원을 이용하여 이전에 통신을 계속 수행한다. D4는 새로 할당된 자원으로 자신의 트래픽 스트림 G를 호스트에게 전송한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 무선 유에스비(USB) 장치가 무선 유에스비(USB) 호스트에 트래픽에 대한 정보를 전송하며, 새로운 트래픽을 위한 자원 할당을 요청하는 단계;
    상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 상기 무선 유에스비(USB) 장치의 트래픽 스트림의 서비스 품질 만족도를 재조정하는 단계;
    재조정된 상기 트래픽 스트림의 서비스 품질 만족도, 상기 무선 유에스비(USB) 장치로부터 전송받은 최소 데이터 전송률 및 최대 데이터 전송률 중 적어도 어느 하나의 값을 이용하여 새로운 데이터 전송률을 계산하는 단계;
    상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 상기 새로운 데이터 전송률을 포함하는 메시지를 송출하는 단계; 및
    상기 메시지를 수신한 상기 무선 유에스비(USB) 장치가 재할당된 자원을 이용하여 통신을 하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 트래픽 스트림의 서비스 품질 만족도를 재조정하는 단계는
    상기 무선 유에스비(USB) 호스트의 트랜잭션 내의 모든 스트림이 동일한 데이터 전송률을 갖도록 하는 트래픽 스트림의 서비스 품질 만족도로 수정하는 것
    인 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 유에스비(USB) 호스트가 계산한 상기 새로운 데이터 전송률이 상기 무선 유에스비(USB) 장치로부터 전송받은 상기 최저 데이터 전송률보다 작은 경우에는, 새로운 트래픽을 위한 자원 할당을 하지 않는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
KR1020120048764A 2012-05-08 2012-05-08 무선 유에스비 네트워크에서 무선 유에스비 전송 모드별 서비스 품질 성능을 향상하기 위한 자원 할당 방법 KR20130125203A (ko)

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