KR20160051648A - 랜덤 액세스 방법 및 이를 지원 하는 단말 - Google Patents

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KR20160051648A
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Abstract

랜덤 액세스 방법 및 이를 지원하는 단말이 개시된다. 단말은, 채널의 상태를 모니터링하고, 채널의 상태가 아이들(idle)한 경우 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하며, 패킷에 상기 제1 패킷 전송 확률을 포함시켜 전송할 수 있다.

Description

랜덤 액세스 방법 및 이를 지원 하는 단말{RANDOM ACCESS METHOD AND TERMINAL SUPPORTING THE SAME}
본 발명은 랜덤 액세스 방법 및 이를 지원하는 단말에 관한 것이다.
무선랜(Wireless LAN)에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식이 사용된다. CSMA/CA 방식은 경쟁기반 매체접근제어 방식(contention based medium access control)으로서 간단하며 구현이 용이하므로, 무선통신과 같이 방송 채널을 사용하는 통신 시스템에 널리 사용되고 있다.
네트워크 내 단말들이 많은 경우 또는 네트워크 환경이 시간에 따라 변하는 경우, 이러한 랜덤 액세스(random access) 방식은 성능 저하가 발생하는 단점이 있다. 예를 들어, 무선랜에서 사용하는 DCF(Distributed Coordination Function)의 경우, 네트워크 내 단말들의 수가 많아지면 데이터 패킷(data packet) 간에 충돌 확률이 높아져 데이터 전송률이 떨어지는 단점이 있다. 한편, p-persistent CSMA 방식은 주어진 특정 네트워크 환경에서는 최적화 될 수 있으나 네트워크 환경이 변하는 경우 성능 저하가 발생하는 단점이 있다.
기존의 랜덤 액세스 방식의 또 다른 단점은 동일한 네트워크에 있는 단말들이라도 하더라도 어떤 단말은 많은 양의 데이터를 전송하는 반면 어떤 단말들은 현저하게 적은 양의 데이터 만을 전송할 수 있다. 즉, 단말들간에 공평성이 보장되지 않을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 네트워크 환경의 변화에도 성능 저하가 발생하지 않는 랜덤 액세스 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 동일한 네트워크에 속한 단말들 간에 공평성(fairness)을 제공하는 랜덤 액세 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단말의 랜덤 액세스 방법이 제공된다. 상기 랜덤 액세스 방법은, 채널의 상태를 모니터링하는 단계, 상기 채널의 상태가 아이들(idle)한 경우, 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하는 단계, 그리고 패킷에 상기 제1 패킷 전송 확률을 포함시켜 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 랜덤 액세스 방법은, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 업데이트하는 단계는, 상기 단말이 속하는 네트워크의 평균 전송률을 일정하게 유지하도록 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 업데이트하는 단계는, 상기 단말의 주변 단말로부터 수신한 패킷을 통해 측정된 평균 수신 간격 시간, 그리고 미리 정해진 목표 수신 간격 시간을 이용하여, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 업데이트하는 단계는, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격 시간, 그리고 상기 단말의 주변에 있는 단말로부터 수신한 패킷에 포함된 패킷 전송 확률을 통해 결정된 제1 인자를 이용하여, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 평균 수신 간격 시간은 상기 단말이 마지막으로 수신한 두 패킷에 대한 수신 간격 시간에 의해 결정될 수 있다.
상기 제1 인자는 상기 패킷 전송 확률, 상기 수신한 패킷의 길이에 의해 결정될 수 있다.
상기 업데이트하는 단계는, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키는 단계, 그리고 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 업데이트하는 단계는, 상기 제1 패킷 전송 확률이 상기 단말의 주변에 있는 단말에 대한 패킷 전송 확률의 평균인 평균 패킷 전송 확률에 수렴하도록, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말의 전송하는 패킷의 길이에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말이 전송하는 패킷에 대한 전송 전력에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말의 MCS(modulation and coding scheme)에 따라 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말의 랜덤 액세스 방법이 제공될 수 있다. 상기 랜덤 액세스 방법은, 채널의 상태가 아이들(idle)인지 비지(busy)인지를 모니터링하는 단계, 상기 단말의 패킷을 전송하는 확률인 제1 패킷 전송 확률을 결정하는 단계, 그리고 상기 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 단말이 수신한 수신 패킷들로부터 계산된 평균 수신 간격 시간, 미리 설정된 목표 수신 간격, 그리고 상기 수신 패킷에 포함된 패킷 전송 확률로부터 계산된 제1 인자에 의해 결정될 수 있다.
상기 평균 수신 간격 시간은 아래의 수학식에 의해 결정되며,
Figure pat00001
, 상기 수학식에서 TM은 상기 평균 수신 간격 시간이며,
Figure pat00002
는
Figure pat00003
를 만족하는 실수일 수 있다.
상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격, 상기 제1 인자, 그리고 상기 수신 패킷의 길이로부터 계산되는 제2 인자에 의해 결정될 수 있다.
상기 결정하는 단계는, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키는 단계, 그리고 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 단말이 제공된다. 상기 단말은, 채널을 통해 패킷을 송신 또는 수신하는 RF 모듈, 그리고 상기 채널의 상태가 아이들(idle)인지를 모니터링하고, 상기 패킷을 전송하는 확률인 제1 패킷 전송 확률을 결정하며, 상기 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하도록 제어하는 프로세서를 포함할 수 있으며, 상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 RF 모듈을 통해 수신한 수신 패킷으로부터 계산된 평균 수신 간격 시간, 미리 설정된 목표 수신 간격 시간, 그리고 상기 수신 패킷에 포함된 제2 패킷 전송 확률에 의해 결정될 수 있다.
상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격 시간, 상기 제2 패킷 전송 확률, 그리고 상기 수신 패킷의 길이에 의해 결정될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키고, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시킬 수 있다.
상기 RF 모듈을 통해 송신되는 송신 패킷은 상기 제1 패킷 전송 확률을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 네트워크 환경 변화에도 성능 저하를 최소화 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 단말들간에 패킷을 공평하게 전송할 수 있는 랜덤 액세스 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단말이 랜덤 액세스 방법에 따라 동작하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패킷의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말은(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법 및 이를 지원하는 단말에 대해서 설명한다. 명세서 전체에서, 단말들은 경쟁 기반 채널 접근 방법을 사용한다고 가정한다. 그리고 시간 자원이 슬롯(slot)이라는 시간 단위로 나누어져 있으며, 단말들은 슬롯이 시작되는 시점에 전송을 할 수 있다고 가정한다. 일반적으로 단말들이 전송하는 패킷의 길이는 슬롯의 길이보다 길다. 따라서, 패킷의 전송은 여러 개의 슬롯에 해당하는 시간 동안 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단말이 랜덤 액세스 방법에 따라 동작하는 경우를 나타내는 도면이다. 즉, 도 1은 두 단말(단말 A, 단말 B)이 랜덤 액세스 방법에 따라 동작하는 예를 나타낸 것이며, 도 1에서의 최소 눈금은 슬롯을 나타낸다.
도 1에서 'Packet'으로 표시한 것은 단말에 의해 전송되는 패킷을 나타내는 것으로 데이터 패킷 뿐만 아니라 데이터 전송에 필요한 컨트롤 패킷을 포함한다. 예를 들어, 도 1의 'Packet'은 도 2에서 나타낸 바와 같이 다음의 경우를 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패킷의 예를 나타내는 도면이다.
첫 번째 경우는 단순히 데이터 패킷만이 전송되는 경우이다. 두 번째 경우는 데이터 패킷이 전송되고 이 전송된 패킷을 수신한 단말이 액(ACK)을 전송하는 경우이다. 그리고 세 번째 경우는 RTS(Request to Send) 패킷, CTS(Clear to Send) 패킷, 데이터 패킷, 그리고 액(ACK)이 전송되는 경우이다. 즉, 세 번째 경우는 송신 단말과 수신 단말이 데이터 패킷과 액(ACK)을 전송하기 전에 RTS와 CTS를 전송하는 경우이다. 한편, 도 2에서, 컨트롤 패킷과 컨트롤 패킷, 또는 컨트롯 패킷과 데이터 패킷 사이의 시간 간격(도 2에서 gap로 표시함)은
Figure pat00004
보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 도 1에 나타낸 단말들의 동작을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 네트워크 내에는 여러 개의 단말들이 있으나, 도 1에서는 네트워크 내에 포함되어 있는 단말들 중 두 단말(단말 A, 단말 B)의 동작을 예시하고 있으며, 설명의 편의상 두 단말을 예로 하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
먼저, 단말 A와 단말 B는 패킷을 전송하기 전에 채널의 상태(busy 또는 idle)를 모니터링 한다(S300). 즉, 단말 A 및 B는 채널이 다른 단말에 의해 사용되지 여부(즉, 채널의 비지(Busy) 여부)를 모니터링(monitoring)한다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같이 시간 t1과 t2 사이에서 채널이 비지(Busy)한 상태이므로, 단말 A 및 B는 패킷을 전송하지 않고 채널을 모니터링 한다. 즉, 단말 A 및 B는 채널을 모니터링 하면서 채널이 아이들(idle) 상태가 될 때까지 기다린다.
시간 t2 에서, 채널이 아이들(idle) 상태가 된다. 이때, 단말 A 및 B는 시간 t3까지 채널이 계속해서 아이들 상태를 유지하는지 모니터링 한다(S301). 만약 시간 t3까지(즉,
Figure pat00005
동안) 채널이 아이들 상태를 유지하지 않는 경우에는 단말 A 및 B는 패킷 전송이 완료되지 않은 것으로 판단하고 채널이 아이들 상태가 될 때까지 기다린다(S301, S300). 만약, 시간 t3까지 채널이 아이들 상태를 유지하면 다음의 S302 단계가 수행된다. 도 1에서
Figure pat00006
의 길이는 슬롯 길이의 2배로 가정하였으나, 다른 길이를 가질 수 있다.
채널이 아이들 상태를 유지하는 경우, 단말 A 및 B는 소정의 확률로 패킷 전송을 시도한다(S302). 도 1에서, 시간 t3까지 채널이 아이들 상태를 유지하는 경우, 단말 A 및 B는 다음 슬롯에서 바로 소정의 확률로 패킷 전송을 시도한다. 즉, 시간 t3의 다음 슬롯에서, 단말 A가 패킷을 전송할 확률은 Pa 이고 패킷을 전송하지 않을 확률은 (1-Pa) 이다. 그리고 단말 B가 시간 t3의 다음 슬롯에서 패킷을 전송할 확률은 Pb이고 패킷을 전송하지 않을 확률은 (1-Pb) 이다. 여기서, 단말 A의 패킷 전송 확률 Pa 와 단말 B의 패킷 전송 확률 Pb는 서로 다를 수 있다.
단말 A 및 B는 채널이 아이들 상태를 유지하면 채널이 비지 상태가 될 때까지 상기 S302 단계를 반복한다. 그리고, 네트워크 내 단말들 중 적어도 하나의 단말이 전송을 시작하여 채널이 비지 상태가 되면, 단말 A 및 B는 상기 S300 단계로 이동하여 채널을 모니터링한다.
도 1에서, 시간 t4에서 단말 A는 패킷 전송을 시작한다. 이때, 단말 A는 자신이 전송하는 패킷에 자신의 패킷 전송 확률 p 값을 포함시켜 전송한다. 단말 A의 전송을 감지한 단말 B는 채널이 비지 상태가 된 것으로 감지하고 상기 S300 단계로 돌아가 채널이 아이들 상태가 되기를 기다린다.
도 1에서, 단말 A가 전송을 완료하여 시간 t5에서 채널이 다시 아이들 상태가 된다. 단말 B는 시간 t6까지(즉,
Figure pat00007
동안) 채널이 아이들 상태를 유지하는지를 모니터링 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 시간 t6까지 채널이 아이들 상태를 유지한다. 따라서, 단말 A 및 단말 B는 상기 S302 단계에서와 같이 소정의 확률로 패킷 전송을 시도한다.
시간 t7에서, 단말 B가 패킷 전송을 시작한다. 이때, 단말 B는 자신이 전송하는 패킷에 자신의 패킷 전송 확률 p 값을 포함시켜 전송한다.
단말 B는 시간 t8에서 패킷 전송을 완료한다. 그리고 단말 A는 시간 t9까지 채널이 아이들 상태를 유지하는지를 모니터링 한다. 시간 t9까지 채널이 아이들 상태를 유지하므로 단말 A와 단말 B는 소정의 확률로 각 슬롯에서 패킷 전송을 시도한다.
본 발명의 실시예에 따른 단말들은 각각 상기 도 1 및 도 3를 참조하여 설명한 랜던 액세스 방법을 따른다. 이때. 단말들은 각각 자신이 가지고 있는 임의의 아이들 슬롯에서의 패킷 전송 확률 p를 갱신(update)한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 단말이 패킷 전송 확률 p를 갱신하는 원리는 다음과 같다.
어떤 네트워크에 속한 단말들이 자신들이 속한 네트워크 단말들의 평균 패킷 전송률이 너무 높다고 판단하면 자신들의 패킷 전송 확률 p를 낮춘다(제1 규칙).
그리고 어떤 네트워크에 속한 단말들이 자신들이 속한 네트워크 단말들의 평균 패킷 전송률이 너무 낮다고 판단하면 자신들의 패킷 전송 확률 p를 높인다(제2 규칙).
본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법은 상기 제1 규칙 및 제2 규칙을 따름으로써, 네트워크 내 단말들의 수에 관계없이 네크워크 내 전체 패킷 전송률을 일정하게 유지할 수 있다.
단말들이 자신의 패킷 전송 확률 p 값을 변경하는 판단 기준은 패킷간 수신 간격의 평균(average inter-arrival time of packets)이 사용될 수 있다. 여기서, 패킷간 수신 간격의 평균은 수신된 두 패킷 사이에서 채널이 아이들(idle)한 구간에 해당하는 것으로서 아이들 타임(idle time)에 해당한다. 패킷간 수신 간격(inter-arrival time)은 도 1에서 'Inter-arrival'로 나타내었다. 측정한 평균 패킷간 수신 간격을 TM이라 하고 목표 패킷간 수신 간격을 TT이라고 하는 경우, 단말들은 TM이 TT에 수렴할 수 있도록 자신의 p를 갱신한다.
본 발명의 실시예에 따른 단말들은 패킷을 수신하면 다음의 수학식 1를 이용하여 TM을 갱신한다.
Figure pat00008
수학식 1에서, f1(a,b)는 a와 b의 함수를 뜻한다. 함수 f1으로는 측정된 inter-arrival time를 통해 TM을 추정할 수 있는 임의의 함수를 사용할 수 있다. 다음의 수학식 2는 함수 f1의 한 예를 나타낸다.
Figure pat00009
수학식 2에서,
Figure pat00010
는
Figure pat00011
를 만족하는 실수이다.
한편, 단말들 간의 공평성을 개선하기 위해서, 단말들은 자신의 패킷 전송 확률 p와 주변 단말들의 평균 패킷 전송 확률을 비교하고, 자신의 패킷 전송 확률 p를 주변 단말들의 평균 패킷 전송 확률에 수렴하게 하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 단말들은 자신의 패킷 전송 확률 p를 주변 단말의 평균 패킷 전송 확률에 수렴하도록 자신의 패킷 전송 확률 p를 갱신할 수 있다. 단말들은 단말 간 공평성을 위해서 다음 두 가지 목적을 달성하기 위해서 자신의 패킷 전송 확률 p를 갱신할 수 있다. 첫 번째 목적은 단말들은 TM이 TT에 수렴할 수 있도록 한다. 두 번째 목적은 단말들이 자신의 패킷 전송 확률 p가 주변 단말들의 평균 패킷 전송 확률에 수렴할 수 있도록 한다.
단말이 자신의 패킷 전송 확률 p가 주변 단말들의 평균 패킷 전송 확률에 수렴하도록 하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 단말들은 다음의 수학식 3과 같이 Q를 매 슬롯마다 갱신한다.
Figure pat00012
수학식 3에서 J는 확률 변수(random variable)로 다음의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure pat00013
상기 수학식 3에서
Figure pat00014
는
Figure pat00015
를 만족한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 단말들은 다음의 수학식 5에 따라 R을 매 슬롯마다 갱신한다.
Figure pat00016
수학식 5에서의
Figure pat00017
는 수학식 3에서의
Figure pat00018
와 동일한 값이다. 그리고 수학식 5에서 K는 다음과 같이 정의되는 확률 변수이다.
Figure pat00019
단말들은 상기 수학식 3과 수학식 5에 의해서 갱신된 Q 값과 R값, 자신의 현재 패킷 전송 확률 p, 주변 단말들의 평균 inter-arrival time TM, 목표(target) inter-arrival time TT를 이용하여, 자신의 p 값을 갱신한다. 표 1은 단말들이 이와 같은 방법으로 자신의 p 값을 갱신한 것을 나타낸 것이다.
Figure pat00020
표 1에서 cij (i=1,2,3,4 그리고 j=1,2,3,4)는 영(zero)보다 큰 실수로서, 이 값이 1보다 작으면 p가 갱신 후 작아지고, 이 값이 1보다 크면 p가 갱신후 더 커진다.
단말이 자신의 p를 갱신하는데 있어서 p를 지나치게 자주 갱신하면 일시적인 네트워크 상황 변화에 민감하에 영향을 받아서 안정성이 떨어질 수 있다. 반대로, p의 갱신 빈도가 너무 낮으면 네트워크 상황 변화를 효과적으로 따라가지 못할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, p를 갱신하는 방법은 하나의 패킷이 수신될 때 마다 p를 갱신할 수 있다.
상기 수학식 3, 4, 5 및 6을 이용하여 Q와 R을 갱신하는 방법은 매 슬롯마다 Q와 R을 갱신하므로, 구현상 비효율적일 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, Q와 R을 매 슬롯마다 갱신하는 대신 패킷이 수신될 때 마다 Q와 R을 갱신하고, p 역시 갱신된 Q와 R을 이용하여 패킷이 수신될 때 마다 갱신하는 방법이 사용될 수 있다. 이를 위해, 패킷이 수신될 시에 Q와 R을 갱신함에 있어, 상기 수학식 3 및 5 대신에 아래의 수학식 7 및 수학식 8을 각각 이용하여 갱신할 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
수학식 7 및 8에서, n은 패킷이 수신될 때까지 아이들(idle)한 슬롯의 수와 충돌이 발생한 슬롯의 수를 합한 수일 수 있다.
Figure pat00023
가 1에 매우 가까운 수일 경우, 상기 수학식 7 및 8 대신에 아래의 수학식 9 및 10과 같은 근사식이 사용될 수 있다.
Figure pat00024
Figure pat00025
단말들이 p를 갱신하는 또 다른 방법을 설명하면 다음과 같다.
단말들은 패킷을 수신하면 Q와 R을 갱신한다. 이때, Q를 갱신하는 방법은 아래의 수학식 11을 사용하며, R을 갱신하는 방법은 아래의 수학식 12를 사용할 수 있다.
Figure pat00026
Figure pat00027
수학식 12에서
Figure pat00028
는 k번째 수신된 패킷에 포함된 p 값이고,
Figure pat00029
는 다음의 수학식 13과 같이 정의된다.
Figure pat00030
상기 수학식 13에서
Figure pat00031
는 k번째 수신된 패킷의 길이를 나타내고
Figure pat00032
은 기준이 되는 패킷의 길이를 나타낸다.
패킷이 수신되는 경우, 단말은 상기 수학식 11 및 수학식 12에 의해 갱신된 Q와 R을 이용하여, 아래의 표 2에 정의된 방법으로 p를 갱신한다.
Figure pat00033
상기 표 2에서, dij(i=1,2,3,4 그리고 j=1,2,3,4)는 영(zero)보다 큰 실수로, 이 값이 1보다 작으면 p가 갱신 후 작아지고, 이 값이 1보다 크면 p가 갱신 후 더 커진다. 또한, 표2에서 f1과 f2는 1보다 큰 실수이다.
본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 네트워크 상황에 따라 최적화 하는 방법 중 하나는 TT 값을 사용한다. 예를 들어, TT 값을 작은 값으로 선택하면 단말들의 평균 p 값이 커지고, 이에 따라 전송된 패킷의 충돌 확률이 높아진다. 반대로 TT 값은 큰 값으로 선택하면 단말들의 평균 p 값이 작아지고, 이에 따라 전송된 패킷의 충돌 확률이 작아지지만 채널이 아이들 상태로 낭비될 확률도 함께 커진다. 따라서, TT 값은 전송되는 패킷의 길이에 대한 통계적 특성, 네트워크 내 단말들의 수 등에 따라 적절한 값으로 선택될 필요가 있다.
한편, 각 단말들이 전송하는 패킷의 길이가 지나치게 다양하거나 패킷 길이의 통계적 특성이 시간에 따라 변화하는 네트워크 환경에서는 자원 효율이 상황에 따라 낮아질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 단말들은 패킷의 길에 따라 해당 패킷의 전송 확률을 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 기준이 되는 패킷 길이(이하, '기준 패킷 길이'라 함)를 설정하고, 기준 패킷 길이에 최적화된 TT 값을 선택하는 경우, 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 액세스 방법을 적용함으로써 패킷 전송 확률이 기준 패킷 길이에 최적화된 값으로 수렴될 수 있다. 만약 소정의 단말이 전송하고자 하는 패킷의 길이가 기준 패킷 길이보다 긴 경우, 자신이 가지고 있는 패킷 전송 확률 p를 이용하여 전송하지 않고 다른 전송 확률로 전송할 수 있다. 예를 들어, 전송하고자 하는 패킷의 길이가 기준 패킷 길이보다 r배 만큼 길다면, 해당 패킷은 패킷 전송 확률 p가 아니라 패킷 전송 확률 p/g(r)로 전송될 수 있다. 여기서 g(r)은 r의 함수를 의미하며, g(r)=r 또는 g(r)=
Figure pat00034
가 사용될 수 있다. 패킷 전송 확률을 p 대신에 p/g(r)를 사용하는 경우에도, 패킷에 포함되어 전송되는 패킷 전송 확률은 p 이며, 표 2에 의해 갱신되는 값도 역시 p이다. 패킷의 전송 시에, 단말은 패킷 전송 확률 p와 함께, 전송 패킷의 길이와 기준 패킷 길이의 비율인 r을 패킷에 포함시켜 전송할 수 있다.
이와 같이 패킷 전송 확률 p 대신에 p/g(r)로 패킷을 전송하는 경우, 송신되는 패킷과 패킷 사이의 inter-arrival time이 달라질 수 있다. 이에 따라 TM의 추정 값 또한 달라질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서,
Figure pat00035
인 경우에난 TM을 갱신하는 식 역시 변경이 필요하다. 즉, 상기 수학식 1을 사용하는 대신에 다음의 수학식 14를 사용할 수 있다.
Figure pat00036
수학식 14에서, f1(a,b,c)는 a, b, 그리고 c의 함수를 뜻한다. 다음의 수학식 15는 함수 f2의 한 예를 나타낸다.
Figure pat00037
단말이 주변 단말들에게 미치는 간섭을 조절하기 위해 전송 전력 제어(transmit power control)을 사용하는 경우, 패킷의 전송 전력에 따라 패킷 전송 확률을 달리할 수 있다. 예를 들어, p가 패킷을 기준 전송 전력으로 전송할 때 사용하는 패킷 전송 확률이라고 하면, 기준 전력 전력보다 a배 강한 전송 전력으로 패킷을 전송한다고 가정하자. 이때, 해당 패킷은 패킷 전송 확률 p가 아니라 패킷 전송 확률
Figure pat00038
로 전송될 수 있다. n은 무선 채널의 경로 손실 지수(path loss exponent)이다.
한편, 통신 시스템에서 전송 속도는 사용하는 MCS(modulation and coding scheme)에 의해시 결정되는데, 대부분의 통신 시스템은 적어도 하나의 MCS 레벨을 지원한다. 따라서, 채널 환경이 좋은 경우에는 높은 MCS 레벨을 이용하여 고속 데이터 전송이 가능하고, 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 낮은 MCS 레벨을 선택하여 데이터 전송 속도를 낮추고 전송의 신뢰도들 높일 수 있다. 패킷이 높은 MCS 레벨을 사용하여 전송될 경우, 기준 MCS 레벨을 사용하여 전송되는 경우보다 높은 패킷 전송 확률이 사용될 수 있다. 예를 들어, 패킷의 전송 속도가 기준 MCS 레벨을 사용하는 경우의 전송 속도보다 n배 빠른 경우 해당 패킷은 기준 패킷 전송 확률 p가 아니라 패킷 전송 확률 np로 전송될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단말(400)은 프로세서(410), 메모리(420) 및 RF 모듈(430)을 포함한다.
프로세서(410)는 도 1 내지 도 3 등 상기에서 설명한 절차, 방법 및 기능들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(420)는 프로세서(410)와 연결되고 프로세서(410)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.
RF 모듈(430)은 안테나(도시 하지 않음)와 연결되고 무선 신호(패킷)를 송신 또는 수신한다. 그리고 안테나는 단일 안테나 또는 다중 안테나(MIMO 안테나)로 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 단말의 랜덤 액세스 방법으로서,
    채널의 상태를 모니터링하는 단계,
    상기 채널의 상태가 아이들(idle)한 경우, 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하는 단계, 그리고
    패킷에 상기 제1 패킷 전송 확률을 포함시켜 전송하는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 더 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 업데이트하는 단계는, 상기 단말이 속하는 네트워크의 평균 전송률을 일정하게 유지하도록 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 업데이트하는 단계는, 상기 단말의 주변 단말로부터 수신한 패킷을 통해 측정된 평균 수신 간격 시간, 그리고 미리 정해진 목표 수신 간격 시간을 이용하여, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 업데이트하는 단계는, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격 시간, 그리고 상기 단말의 주변에 있는 단말로부터 수신한 패킷에 포함된 패킷 전송 확률을 통해 결정된 제1 인자를 이용하여, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 평균 수신 간격 시간은 상기 단말이 마지막으로 수신한 두 패킷에 대한 수신 간격 시간에 의해 결정되는
    랜덤 액세스 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 인자는 상기 패킷 전송 확률, 상기 수신한 패킷의 길이에 의해 결정되는
    랜덤 액세스 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 업데이트하는 단계는,
    상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키는 단계, 그리고
    상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시키는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 업데이트하는 단계는, 상기 제1 패킷 전송 확률이 상기 단말의 주변에 있는 단말에 대한 패킷 전송 확률의 평균인 평균 패킷 전송 확률에 수렴하도록, 상기 제1 패킷 전송 확률을 업데이트하는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말의 전송하는 패킷의 길이에 따라 다르게 설정되는
    랜덤 액세스 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말이 전송하는 패킷에 대한 전송 전력에 따라 다르게 설정되는
    랜덤 액세스 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 단말의 MCS(modulation and coding scheme)에 따라 다르게 설정되는
    랜덤 액세스 방법.
  13. 단말의 랜덤 액세스 방법으로서,
    채널의 상태가 아이들(idle)인지 비지(busy)인지를 모니터링하는 단계,
    상기 단말의 패킷을 전송하는 확률인 제1 패킷 전송 확률을 결정하는 단계, 그리고
    상기 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 단말이 수신한 수신 패킷들로부터 계산된 평균 수신 간격 시간, 미리 설정된 목표 수신 간격, 그리고 상기 수신 패킷에 포함된 패킷 전송 확률로부터 계산된 제1 인자에 의해 결정되는
    랜덤 액세스 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평균 수신 간격 시간은 아래의 수학식에 의해 결정되며,
    Figure pat00039

    상기 수학식에서 TM은 상기 평균 수신 간격 시간이며,
    Figure pat00040
    는
    Figure pat00041
    를 만족하는 실수인
    랜덤 액세스 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격, 상기 제1 인자, 그리고 상기 수신 패킷의 길이로부터 계산되는 제2 인자에 의해 결정되는
    랜덤 액세스 방법,
  16. 제13항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키는 단계, 그리고
    상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우, 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시키는 단계를 포함하는
    랜덤 액세스 방법.
  17. 채널을 통해 패킷을 송신 또는 수신하는 RF 모듈, 그리고
    상기 채널의 상태가 아이들(idle)인지를 모니터링하고, 상기 패킷을 전송하는 확률인 제1 패킷 전송 확률을 결정하며, 상기 제1 패킷 전송 확률로 패킷 전송을 시도하도록 제어하는 프로세서를 포함하며,
    상기 제1 패킷 전송 확률은 상기 RF 모듈을 통해 수신한 수신 패킷으로부터 계산된 평균 수신 간격 시간, 미리 설정된 목표 수신 간격 시간, 그리고 상기 수신 패킷에 포함된 제2 패킷 전송 확률에 의해 결정되는
    단말.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 패킷 전송 확률은, 상기 평균 수신 간격 시간, 상기 목표 수신 간격 시간, 상기 제2 패킷 전송 확률, 그리고 상기 수신 패킷의 길이에 의해 결정되는
    단말.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 작은 경우 상기 제1 패킷 전송 확률을 감소시키고, 상기 평균 수신 시간 간격이 상기 목표 수신 시간 간격보다 큰 경우 상기 제1 패킷 전송 확률을 증가시키는
    단말.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 RF 모듈을 통해 송신되는 송신 패킷은 상기 제1 패킷 전송 확률을 포함하는
    단말.
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