KR20170103285A - 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소스 노드가 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계; 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 중계 노드 후보를 통해 데이터 패킷을 목적지 노드에 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템{METHOD FOR SELECTING RELAY NODE IN WIRELESS NETWORK, METHOD AND SYSTEM FOR COOPERATIVE COMMUNICATIONS USING THAT}
본 명세서는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소스 노드가 데이터 전송 속도뿐만 아니라 채널 경쟁 레벨(노드 간의 데이터 충돌 확률)을 함께 고려하여 중계 노드를 선택하고, 그 선택된 중계 노드를 통해 무선 네트워크에서 전송 속도와 채널 경쟁 레벨에 기반을 둔 협력 통신을 수행함으로써, 멀티 플로우 환경에 최적화된 중계 노드를 통해 데이터 전송 효율 및 지연에서 우수한 성능을 가질 수 있는, 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
IEEE 802.11 무선 랜은 쉬운 배치와 낮은 비용으로 인해 널리 이용되고 있다. IEEE 802.11 표준은 노드 간 채널 공유를 위해 MAC(medium access control) 프로토콜을 정의한다. 분산 조정 함수(DCF: distributed coordination function)는 경쟁 기반의 채널 경쟁을 위해 제안되었다. DCF는 두 종류의 데이터 전송 방법을 갖는다. 두 종료의 전송 방법은 기본 방법과 RTS/CTS(request-to-send/clear-to-send) 방법이다. 기본 방법은 필수 구현 사항이고 양방향 핸드쉐이킹(two-way handshaking) 메커니즘 즉, 데이터 및 ACK 방법(DATA-ACK)을 이용한다. RTS/CTS 방법은 긴 데이터 패킷을 전송하기 전에 채널을 예약하기 위해 4방향 핸드쉐이킹(four-way handshaking) 메커니즘을 이용한다. 4방향 핸드쉐이킹은 RTS-CTS-DATA-ACK 패킷을 이용한다. 이 방법은 히든 터미널 문제(hidden terminal problem) 해결하기 위해 제안되었다.
IEEE 802.11 DCF는 기본적으로 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)이다. 매체에서의 패킷 충돌은 이진 지수 백오프 알고리즘을 이용하여 해결한다. 전송할 데이터 패킷이 있는 노드는 전송 전에 매체가 휴지 상태라는 것을 확인해야 한다. 노드는 현재 경쟁 윈도우 값보다 작은 백오프 카운터를 임의로 선택하고, 매체가 휴지 상태일 때 각 슬롯에 대해 백오프 카운터 값을 1씩 줄인다. 매체가 비지(Busy)일 경우에는 감소하지 않는다. 백오프 카운터가 0이 되면 노드는 데이터 패킷을 전송한다.
무선 랜의 전송 용량(capacity)을 향상시키기 위한 가장 기본적인 기술은 물리 계층에서 더 높은 전송 속도를 제공하는 것이다. IEEE 802.11a/b/g은 더 높은 속도를 제공할 수 있는 물리 계층을 확장하기 위해 표준화되었다. 이 표준들은 여러 전송 속도를 제공한다. 전송 속도는 채널 상황에 따라 동적으로 바뀐다. 여러 속도를 이용하기 위해서는 MAC 계층에서의 속도 조절 방법이 필요하다.
여러 전송 속도를 이용함으로써 무선 랜 성능은 향상이 되지만, 이러한 특징으로 인해 성능이상 문제(performance anomaly problem)가 발생한다. CSMA/CA를 사용하는 무선 랜에서, 노드의 전송 속도와 상관없이 채널 접근 확률은 동일하다. 노드가 채널 접근 기회를 얻었을 때, 낮은 속도를 갖는 노드는 높은 속도를 갖는 노드보다 채널 시간을 더 많이 점유한다. 그러므로 낮은 속도를 갖는 노드가 많을수록 전체적인 네트워크 성능은 감소한다. 즉, 멀티 속도를 지원하는 무선 랜에서 네트워크 성능은 낮은 속도를 갖는 노드에 의해 영향을 받는다.
더 높은 속도를 갖는 중계 노드의 도움으로 성능 이상 문제(performance anomaly problem)를 경감시키기 위해 협력통신(Cooperative communication)이 제안되었다. 협력 통신은 낮은 전송 속도로 목적지 노드에 데이터 패킷을 직접 전송하는 것보다 높은 속도를 갖는 중계 노드를 통해 전송하는 것이 훨씬 빠르다는 사실에 기초한다. 무선 랜에서 협력 통신을 사용하기 위한 여러 MAC 프로토콜들이 제안되었다.
소스 노드와 목적지 노드 사이에 하나 이상의 중계 노드가 있을 때, 기존 MAC 프로토콜은 전송 속도만 고려하여 하나의 중계 노드를 선택하였다. 즉, 소스 노드는 패킷을 목적지 노드로 전송하기 위해 필요한 패킷 전송 시간을 최소로 갖는 중계 노드를 선택한다. 패킷 전송 시간은 패킷 크기와 전송 속도로 계산된다. 그러나 이 방법들은 멀티 플로우(multi-flow) 환경에서는 잘 동작하지 않는다. 노드들은 네트워크를 통해 서로의 패킷을 전달하기 위해 협력한다. 공유 채널의 경쟁으로 하나의 노드에서의 효율은 전송 속도뿐만 아니라 자신의 이웃에 있는 전송에 의해서도 영향을 받는다. 그러므로 각 멀티 홉 플로우는 이웃을 통과하는 다른 플로우와 채널 경쟁을 한다. 즉, 이러한 채널 경쟁은 플로우 사이의 간섭(inter-flow interference)을 의미한다. 소스 노드가 주위의 전송을 고려하지 않고 전송 속도만 고려하여 중계 노드를 선택하면, 멀티 플로우 환경에서 다른 플로우의 전송에 영향을 끼칠 수 있는 노드가 선택될 수도 있다. 이런 경우는 심각한 충돌과 혼잡을 야기하고 멀티 홉 네트워크의 성능을 쉽게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 소스 노드는 주위에 있는 전송을 고려하여 중계 노드를 선택해야 한다.
종래의 협력 통신 MAC 프로토콜 방법의 하나인 CoopMAC에 대해 간단히 설명한다. CoopMAC 프로토콜에 대해 종래의 협력 통신 MAC 프로토콜의 문제점을 기술한다.
도 1은 종래의 협력 통신 MAC 프로토콜에서의 패킷 교환 절차에 대한 설명도이다.
종래의 협력 통신 MAC 프로토콜인 CoopMAC 프로토콜에서의 제어 패킷의 교환 절차(Control packet exchange)가 도 1의 (a)에 도시되어 있다. 또한, CoopMAC 프로토콜에서의 데이터 패킷의 교환 절차(Data packet exchange)가 도 1의 (b)에 도시되어 있다.
CoopMAC 프로토콜에서는 총 전송 지연을 줄이고 효율을 높이기 위해, 소스 노드는 높은 전송 속도를 갖는 중간 노드에 데이터 패킷을 먼저 전송하고, 중간 노드는 AP(access point)에 전송한다.
CoopMAC 프로토콜에서, 각 노드는 협력테이블(CoopTable)을 유지하고 관리한다. 협력테이블에는 소스 노드와 중계 노드 간 전송 속도, 중계 노드와 목적지 노드 간 전송 속도, 엔트리의 업데이트 시간 정보가 포함된다. 협력테이블(CoopTable)은 노드가 다른 노드들의 전송(RTS, CTS, DATA, and ACK)을 엿듣고 그들의 전송 속도를 측정하여 갱신된다.
노드는 전송을 엿듣고 측정한 후에 하기의 [수학식 1] 조건을 만족하면 중계 노드를 협력테이블(CoopTable)에 저장한다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 각각 소스 노드(S)와 목적지 노드(D) 간 전송 속도, 소스 노드와 중계 노드(H) 간 전송 속도, 중계 노드와 목적지 노드 간 전송 속도를 의미한다.
큐에 전송할 데이터가 하나 이상 있으면, 소스 노드는 협력테이블(CoopTable)에서 중계 노드 후보들을 찾는다. 하나 이상의 중계 노드 후보가 있다면 최소 전송 시간을 갖는 노드가 중계 노드로 선택된다. 전송 시간은
Figure pat00005
이다. 여기서, 오버헤드는 생략되었고
Figure pat00006
은 비트 단위로 데이터 패킷의 크기이다.
중계 노드가 성공적으로 찾아지면, 소스 노드는 CoopRTS 패킷을 중계 노드에 전송한다. 중계 노드는 CoopRTS 패킷을 수신한 후에 소스 노드가 원하는 서비스를 자신이 할 수 있는지 확인한다. 가능하다고 판단되면, 중계 노드는 HTS(Helper ready To Send) 패킷을 전송한다. 마지막으로 목적지 노드는 CTS 패킷을 소스 노드에 전송한다.
CTS 패킷을 수신한 후에 소스 노드는 데이터 패킷을 중계 노드에 전송한다. 중계 노드는 이 패킷을 다시 목적지 노드에 전송한다. 그러나 소스 노드와 목적지 노드 사이에 협력 전송이 필요 없는 경우와 중계 노드를 성공적으로 찾지 못한 경우에는 기존 802.11 DCF와 같이 동작한다.
종래의 협력 통신 MAC 프로토콜의 문제점을 살펴보기로 한다. 종래의 협력 MAC 프로토콜은 CSMA/CA를 이용하는 802.11 DCF에 기반을 두고 있다. DCF에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에 데이터 전송이 이루어질 경우 이웃 노드들은 자신의 전송은 멈춰야 한다. 그렇지 않으면 충돌과 잘못된 통신을 야기하게 된다. 소스 노드와 목적지 노드의 전송 범위 밖에 있는 노드들이 데이터 전송을 원할 경우 문제가 될 수 있다. 다른 노드가 소스 노드와 목적지 노드의 전송 범위 안에 있는 노드를 협력 통신을 위해 중계 노드로 선택할 수 있다. 그러고 나서 다른 노드는 선택된 중계 노드에 패킷을 전송한다. 그러나 선택된 중계 노드는 소스 노드와 목적지 노드의 전송을 엿듣고 NAV를 설정하였기 때문에 다른 노드의 전송에 응답할 수 없다. 그러므로 다른 노드는 타임아웃이 발생할 때까지 대기하게 되어 채널 접근을 위한 시간이 길어지게 된다.
그뿐만 아니라, DCF는 공간적 재사용 측면에서 무선 자원을 다 이용하지 못한다. 각 플로우는 이웃에서 전송 중인 다른 플로우와 공유 채널을 서로 경쟁한다. DCF는 충돌과 간섭을 피하기 위해 동시 전송을 하지 않는다. 소스 노드가 적절한 중계 노드를 선택하지 않으면 무선 자원은 낭비되고 네트워크 성능을 저하된다.
도 2는 종래의 멀티 플로우 환경에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 멀티 플로우 환경(Multi-flow environment)에는 2개의 소스 노드(S0, S1), 2개의 목적지 노드(D0, D1), 2개의 중계 노드(H0, H1)가 있다. S0와 D0 사이의 전송 속도는 1Mbps, S0와 H0 사이의 전송 속도는 5.5 Mbps, S0와 H1 사이의 전송 속도는 5.5 Mbps, H0과 D0 사이의 전송 속도는 5.5Mbps, 그리고 H1와 D0 사이의 전송 속도는 각각 11Mbps이다. S1은 D1에게 11Mbps의 속도로 데이터를 직접 전송한다. 노드 S0, D0, H0, and H1은 같은 전송 범위 안에 있다. 그리고 노드 S1, D1, H1은 같은 전송 범위 안에 있다.
도 3은 종래의 멀티 플로우 환경에서 무반응 중계 노드의 지연 과정에 대한 설명도이다.
소스 노드 S1과 목적지 노드 D1 사이에 데이터 패킷이 전송되면 중계 노드 H1은 데이터 패킷을 수신하고 자신의 네트워크 할당 벡터(NAV: Network allocation vector)를 설정한다. 이때, 소스 노드 S0가 목적지 노드 D0에 자신의 데이터 패킷 전송을 원하고 패킷 전송 시간을 계산한다. 소스 노드 S0으로부터 중계 노드 H1을 거쳐 목적지 노드 D0로(S0->H1->D0)의 패킷 전송 시간과 소스 노드 S1으로부터 중계 노드 H1을 거쳐 목적지 노드 D0로(S1->H1->D0)의 패킷 전송 시간은 각각 363.64 ㎲(=1000/5.5+1000/5.5)와 272.73 ㎲(=1000/5.5+1000/11)이다. 계산에서 패킷 크기는 1000비트로 가정하였다. 그러므로 소스 노드 S0는 가장 작은 패킷 전송 시간을 갖는 중계 노드 H1을 자신의 중계 노드로 선택한다. 그러고 나서 소스 노드는 S0는 중계 노드 H1에게 RTS패킷을 전송한다.
그러나 중계 노드 H1은 자신의 NAV가 이미 설정되어 있으므로 RTS 패킷에 대해 응답할 수 없다. 그러므로 소스 노드 S0에서 타임아웃이 발생하고 소스 노드 S0는 목적지 노드 D0와 직접 통신을 하거나 다른 중계 노드 H0를 선택하여 협력 통신을 수행해야 한다. 결과적으로 네트워크의 효율은 감소하고 지연은 증가한다.
도 4는 종래의 멀티 플로우 환경에서 동시 전송을 방지하는 과정에 대한 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 소스 노드 S0 및 목적지 노드 D0와, 소스 노드 S1과 목적지 노드 D1은 서로 다른 전송 범위에 있다. 이는 동시에 데이터 패킷을 전송할 수 있다는 것을 의미한다.
소스 노드 S0가 목적지 노드 D0에 전송할 데이터 패킷이 있으면, 가장 작은 패킷 전송 시간을 갖는 중계 노드 H1을 중계 노드로 선택한다. 그러고 나서 소스 노드 S0은 RTS 패킷을 중계 노드 H1에 전송하고, 중계 노드 H1은 HTS 패킷으로 응답한다. 중계 노드 H1의 HTS 패킷을 소스 노드 S1과 목적지 노드 D1이 수신한다. 소스 노드 S1은 중계 노드 H1의 전송 범위 안에 있으므로, 목적지 노드 D1에 데이터 패킷을 전송할 수 없다. 즉, 소스 노드 S0으로부터 중계 노드 H1을 거쳐 목적지 노드 D0으로의 전송(S0->H1->D0 전송)과, 소스 노드 S1로부터 직접 목적지 노드 D1로의 전송(S1->D1 전송)은 동시에 이루어질 수 없다.
이와 같이, 소스 노드가 위와 같이 플로우 간 간섭 발생 가능성을 고려하지 않고 전송 속도에 기반을 두어 중계 노드를 선택한다면, 다른 플로우의 전송에 영향을 끼칠 수 있는 노드가 잘못 선택될 수도 있다. 이 경우에 심각한 충돌이나 혼잡이 발생할 수 있고, 멀티 홉 네트워크의 성능은 상당히 감소할 수 있다.
한국 등록특허공보 제10-1502602호(2015.03.09 등록)
멀티 플로우 환경에서 소스 노드는 중계 노드를 선택할 때 전송 속도뿐만 아니라 이웃 노드의 전송도 고려해야 한다. 이와 같은 방법으로 소스 노드는 동시에 데이터 패킷을 전송하거나 데이터 패킷에 대해 중계 노드가 즉시 응답하게 하여 성능을 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 본 명세서의 실시 예들은 소스 노드가 데이터 전송 속도뿐만 아니라 채널 경쟁 레벨(노드 간의 데이터 충돌 확률)을 함께 고려하여 중계 노드를 선택하고, 그 선택된 중계 노드를 통해 무선 네트워크에서 전송 속도와 채널 경쟁 레벨에 기반을 둔 협력 통신을 수행함으로써, 멀티 플로우 환경에 최적화된 중계 노드를 통해 데이터 전송 효율 및 지연에서 우수한 성능을 가질 수 있는, 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 소스 노드가 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계; 상기 소스 노드가 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하는 단계; 및 상기 소스 노드가 상기 선택된 중계 노드 후보를 통해 데이터 패킷을 목적지 노드에 전송하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법이 제공될 수 있다.
상기 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계는 상기 소스 및 목적지 노드의 주소, 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 상기 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 상기 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨이 저장된 중계 테이블을 이용하여 주위 노드들에 대해 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 계산할 수 있다.
상기 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계는 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적지 노드로 패킷을 중계 전송할 때의 제1 패킷 전송 시간과, 상기 목적지 노드로 패킷을 직접 전송할 때의 제2 패킷 전송 시간을 계산할 수 있다.
상기 중계 노드를 선택하는 단계는 기설정된 전송 시간 조건에 따라 중계 노드 후보를 결정하는 단계; 상기 결정된 중계 노드 후보의 직접 대 중계 전송시간 비율을 계산하는 단계; 상기 계산된 직접 대 중계 전송시간 비율 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하는 단계; 및 상기 중계 노드 후보 중에서 최고의 전송 효율을 갖는 주위 노드를 중계 노드로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중계 노드 후보를 결정하는 단계는 상기 계산된 제1 패킷 전송 시간이 상기 계산된 제2 패킷 전송 시간 미만인 주위 노드를 중계 노드 후보로 결정할 수 있다.
상기 직접 대 중계 전송시간 비율을 계산하는 단계는 상기 계산된 제2 패킷 전송 시간 및 상기 계산된 제1 패킷 전송 시간의 비율을 직접 대 중계 전송시간 비율로 계산할 수 있다.
상기 방법은, 상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값을 초과하는지를 판단하는 단계; 상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값을 초과하는 중계 노드를 최종 중계 노드로 확정하는 단계; 및 상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값 이하이면, 소스 노드에서 목적지 노드로 직접 통신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 중계 테이블에 저장된 소스 및 목적지 노드의 주소, 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨 중 적어도 하나를 갱신하는 단계를 더 포함하고, 상기 전송 효율을 산출하는 단계는 상기 갱신된 중계 테이블에 따라 전송 효율을 산출할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 소스 노드가 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계; 상기 소스 노드가 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하는 단계; 상기 소스 노드가 상기 선택된 중계 노드 주소, 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송 요청(rRTS: Relay Request-To-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rRTS 패킷을 상기 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 단계; 상기 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 rRTS 패킷을 수신한 후 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송(HTS: Helper-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 단계; 상기 목적지 노드가 중계 노드로부터 HTS 패킷을 수신한 후 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송 확인(rCTS: Relay Clear-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 단계; 및 상기 소스 노드가 데이터 패킷을 상기 중계 노드에 전송하고 상기 중계 노드가 데이터 패킷을 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 목적지 노드가 데이터 패킷을 수신하고 확인 응답(ACK: Acknowledgement) 패킷을 전송하는 단계; 상기 중계 노드가 데이터 패킷을 중계한 후에 수신된 ACK 패킷에 따라 상기 중계한 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하는 단계; 및 상기 데이터 패킷의 중계 전송이 실패하면, 상기 중계 노드가 상기 목적지 노드에 데이터 패킷을 재전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 중계 노드가 상기 데이터 패킷을 소스 노드로 전송하는 단계; 상기 소스 노드가 중계 노드로부터 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신된 데이터 패킷과 상기 중계 노드로 전송된 데이터 패킷을 비교하여 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하는 단계; 및 데이터 패킷이 전송 실패이면, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드에 상기 데이터 패킷을 재전송하여 데이터 패킷의 중계를 재요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생성된 rRTS 패킷을 상기 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 단계는 기정의된 RTS 패킷에 중계 노드 주소, 소스 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 소스 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 소스 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rRTS 패킷을 생성할 수 있다.
상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 단계는 기정의된 CTS 패킷에 중계 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 중계 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 중계 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 HTS 패킷을 생성할 수 있다.
상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 단계는 CTS 패킷에 목적지 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 목적지 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도 및 목적지 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rCTS 패킷을 생성할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제3 측면에 따르면, 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하고, 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하고, 상기 선택된 중계 노드 주소, 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 중계 전송 요청(rRTS: Relay Request-To-Send) 패킷을 생성하여 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드로부터 rRTS 패킷을 수신한 후 중계 전송(HTS: Helper-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 중계 노드; 및 상기 중계 노드로부터 HTS 패킷을 수신한 후 중계 전송 확인(rCTS: Relay Clear-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 목적지 노드를 포함하고, 상기 소스 노드가 데이터 패킷을 중계 노드에 전송하고 상기 중계 노드가 상기 데이터 패킷을 목적지 노드로 전송하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템이 제공될 수 있다.
상기 중계 노드는 상기 목적지 노드가 데이터 패킷을 수신하고 확인 응답(ACK: Acknowledgement) 패킷을 전송하면, 데이터 패킷을 중계한 후에 수신된 ACK 패킷에 따라 상기 중계한 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하고, 데이터 패킷의 중계 전송이 실패하면, 중계 노드가 목적지 노드에 패킷을 재전송할 수 있다.
상기 소스 노드는 상기 중계 노드로부터 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신된 데이터 패킷과 상기 중계 노드로 전송된 데이터 패킷을 비교하여 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하고, 데이터 패킷이 전송 실패이면, 중계 노드에 상기 데이터 패킷을 재전송하여 데이터 패킷의 중계를 재요청할 수 있다.
상기 소스 노드는 기정의된 RTS 패킷에 중계 노드 주소, 소스 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 소스 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 소스 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rRTS 패킷을 생성할 수 있다.
상기 중계 노드는 기정의된 HTS 패킷에 중계 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 중계 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 중계 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 HTS 패킷을 생성할 수 있다.
상기 목적지 노드는 기정의된 CTS 패킷에 목적지 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 목적지 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도 및 목적지 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rCTS 패킷을 생성할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 소스 노드가 데이터 전송 속도뿐만 아니라 채널 경쟁 레벨(노드 간의 데이터 충돌 확률)을 함께 고려하여 중계 노드를 선택하고, 그 선택된 중계 노드를 통해 무선 네트워크에서 전송 속도와 채널 경쟁 레벨에 기반을 둔 협력 통신을 수행함으로써, 멀티 플로우 환경에 최적화된 중계 노드를 통해 데이터 전송 효율 및 지연에서 우수한 성능을 가질 수 있다.
도 1은 종래의 협력 통신 MAC 프로토콜에서의 패킷 교환 절차에 대한 설명도이다.
도 2는 종래의 멀티 플로우 환경에 대한 설명도이다.
도 3은 종래의 멀티 플로우 환경에서 무반응 중계 노드의 지연 과정에 대한 설명도이다.
도 4는 종래의 멀티 플로우 환경에서 동시 전송을 방지하는 과정에 대한 설명도이다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 중계 테이블의 포맷에 대한 예시도이다.
도 6은 일반적인 DCF 방법과 RTS/CTS 방법에서 노드 개수에 따른 쓰루풋 및 충돌 확률에 대한 결과도이다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법을 이용한 협력 통신 방법에 대한 흐름도이다.
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법의 패킷 포맷에 대한 예시도이다.
도 10은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법을 이용한 협력 통신 방법에 대한 타이밍도이다.
도 11은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템을 시뮬레이션하기 위한 토폴로지에 대한 구조도이다.
도 12 및 도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법과 종래의 협력 통신 방법에서 소스 노드의 개수 변화에 따른 성능에 대한 결과도이다.
도 14 및 도 15는 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법과 종래의 협력 통신 방법에서 데이터 패킷의 크기 변화에 따른 성능에 대한 결과도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명하면서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법은 데이터 패킷의 전송 속도뿐만 아니라 선택될 중계 노드(Relay node) 주위에 얼마나 많은 전송이 이루어지고 있는지를 고려하여 중계 노드를 선택한다. 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법은 TRCCL(Transmission Rate and Channel Contention Level) 프로토콜이라 지칭될 수 있다. 또한, 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법을 이용한 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법 및 시스템과, 시뮬레이션 결과에 대해서 설명하기로 한다.
멀티 플로우 환경에서 공유 채널 경쟁으로 인해 네트워크 성능은 플로우의 간섭으로 감소한다. 그러므로 종래의 협력 MAC 프로토콜은 멀티 플로우 환경에서는 적합하지 않다. 따라서 소스 노드는 전송 속도뿐만 아니라 이웃 노드의 전송도 같이 고려하여 중계 노드를 선택해야 한다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 중계 테이블의 포맷에 대한 예시도이다.
각 노드는 도 5에 도시된 중계 테이블(RelayTable)을 유지하고 관리한다. 각 노드는 다른 노드들이 RTS(Request to send), CTS(Clear to send), DATA, and ACK와 같은 패킷을 전송할 때 이를 엿들어서 중계 테이블을 갱신한다.
중계 테이블에는 5개의 필드 정보가 있다. 처음 두 필드 정보는 전송 중인 패킷에 포함된 소스와 목적지 노드의 MAC 주소이다. 시간(Time) 필드에는 소스 노드로부터 수신된 마지막 패킷의 시간을 기록한다. 전송 속도 필드에는 소스 노드 S와 목적지 노드 D 사이의 전송 속도 (
Figure pat00007
)가 저장된다. 마지막 필드에서는 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨(
Figure pat00008
)이 저장된다.
여기서, 본 명세서의 실시 예에서는 채널 경쟁 수준을 나타내는 기준으로 충돌 확률이 이용된다. 각 노드는 충돌 확률을 기록한다. 그리고 패킷에 충돌 확률을 포함하여 주위 노드에 전송한다. 데이터를 전송하기 위해 채널을 경쟁하는 주위의 노드가 증가함에 따라 충돌 확률은 점점 커진다. 충돌 확률이 높으면 주위에 많은 노드가 존재하고 이들이 데이터를 전송하기 위해 채널을 경쟁하고 있다는 것을 의미한다. 따라서 충돌 확률이 높은 노드를 중계 노드로 선택하면 플로우간 간섭 문제가 발생할 가능성이 커진다. 또한, 이미 다른 노드의 전송으로 인해 NAV를 설정하고 있을 가능성이 크다. 따라서 이러한 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 피해야 한다.
도 6은 일반적인 DCF 방법과 RTS/CTS 방법에서 노드 개수에 따른 쓰루풋 및 충돌 확률에 대한 결과도이다.
데이터 패킷의 전송 속도가 11Mbps, 제어 패킷의 전송 속도가 1Mbps인 IEEE 802.11a 네트워크에서 시뮬레이션을 수행한 결과가 도 6에 도시되어 있다. 여기에서 모든 노드는 전송 범위 안에 있고 데이터 패킷 크기는 1000바이트라고 가정하였다. DCF의 기본 방법과 RTS/CTS 방법은 거의 같은 충돌 확률을 갖는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 약 0.18 정도의 충돌 확률에서 가장 좋은 시스템 효율이 나타난다. 그리고 충돌 확률이 점점 커짐에 따라 효율은 낮아진다. 또한, 0.18보다 낮아도 효율은 낮아진다. 이와 같이 0.18 근처의 충돌 확률에서 가장 좋은 효율을 갖는 이유는 적당한 수의 노드가 존재하고 이들이 데이터를 전송해야 백오프에 의해 낭비되는 슬롯의 수를 줄일 수 있기 때문이다. 노드 수가 너무 적으면 백오프에 의한 채널 낭비가 발생한다. 도 6은 시스템 전체적인 결과이고, 각 노드에는 충돌이 전혀 발생하지 않을 때 가장 좋은 성능을 가져올 것이다. 또한, 충돌 확률이 점점 커짐에 따라 효율은 떨어지게 될 것이다. 그러므로 충돌 확률이 낮은 것이 선호된다.
본 명세서의 실시 예에 따른 중계 노드 선택 방법은 패킷 전송 시간과 채널 경쟁 시간 둘 다 고려하여 최적의 중계 노드를 선택한다. 이러한 2개 값은 중계 테이블에 있는 정보를 이용하여 쉽게 계산할 수 있다. 패킷 전송 시간은 소스 노드와 목적지 노드 사이의 전송 시간이며 중간에 있는 노드들에서 소모된 모든 중계 시간을 포함한다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법에 대한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 소스 노드는 중계 테이블을 이용하여 주변 노드들에 대해 패킷 전송 시간을 계산한다(S702). 여기서, 소스 노드는 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 소스 노드는 소스 및 목적지 노드의 주소, 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨이 저장된 중계 테이블을 이용하여 주위 노드들에 대해 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 계산할 수 있다.
소스 노드가 전송할 데이터가 있을 때, 소스 노드는 중계 테이블에 포함된 정보를 이용하여 소스 노드 주위에 있는 노드들에 대해 패킷 전송 시간(
Figure pat00009
)을 하기의 [수학식 2]와 같이 계산한다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 패킷 전송 시간, S는 소스 노드 ID, D는 목적지 노드 ID, i는 소스 노드 주위 노드의 ID를 나타낸다. 또한, L은 비트 단위로의 패킷 크기이다
Figure pat00012
은 중계된 데이터 패킷의 오버헤드이다. 는 소스 노드 S가 패킷을 중계 노드 i로 전송하고 중계 노드 i는 다시 이 패킷을 목적지 노드 D로 전송한다는 것을 의미한다.
중계 노드 i를 거치지 않고 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로 패킷이 직접 전송되면 패킷 전송 시간은 하기의 [수학식 3]과 같이 계산된다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
는 패킷 전송 시간,
Figure pat00016
는 소스 노드(S)와 목적지 노드(D) 간 전송 속도를 의미한다.
이후, 소스 노드는 기설정된 전송 시간 조건에 따라 중계 노드 후보를 결정한다(S704). S702 과정에 따라 패킷 전송 시간을 계산한 후에, 소스 노드는 하기의 [수학식 4]를 만족하는 노드를 중계 노드 후보로 결정한다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 소스 노드 S가 패킷을 중계 노드 i로 전송하고 중계 노드 i는 다시 이 패킷을 목적지 노드 D로 전송할 때의 제1 패킷 전송 시간,
Figure pat00019
는 소스 노드 S가 패킷을 목적지 노드 D로 전송할 때의 제2 패킷 전송 시간을 나타낸다. 소스 노드는 중계 노드 i를 거쳐 목적지 노드 D로 패킷을 중계 전송할 때의 제1 패킷 전송 시간과, 목적지 노드 D로 패킷을 직접 전송할 때의 제2 패킷 전송 시간을 계산할 수 있다. 그리고 소스 노드는 계산된 제1 패킷 전송 시간이 제2 패킷 전송 시간 미만인 주위 노드를 중계 노드 후보로 결정할 수 있다.
소스 노드는 중계 노드 후보의 직접 대 중계 전송시간 비율을 계산한다(S706). 소스 노드는 계산된 제2 패킷 전송 시간 및 상기 계산된 제1 패킷 전송 시간의 비율을 직접 대 중계 전송시간 비율로 계산할 수 있다. 여기서, 직접 대 중계 전송시간 비율은 DRT(Direct-to-Relay Transmission Time Ratio)로 지칭된다. DRT는 소스 노드와 목적지 노드가 직접 통신할 때의 제2 패킷 전송 시간과 중계 노드를 통할 때의 제1 패킷 전송 시간의 비이다. 중계 노드 후보 i에 대한
Figure pat00020
는 하기의 [수학식 5]와 같이 계산된다.
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
는 중계 노드 i에 대한 직접 대 중계 전송시간 비율(DRT)을 나타낸다.
이어서, 소스 노드는 직접 대 중계 전송시간 비율을 이용하여 전송 효율을 산출한다(S708). 여기서, 소스 노드는 계산된 제1 및 제2 패킷 전송 시간과 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출할 수 있다. 중계 노드의 DRT 값이 클수록, 또는 채널 경쟁 수준이 낮을수록 시스템의 성능은 향상된다. 소스 노드가 중계 노드 후보 i를 통해 패킷을 목적지 노드에 전송할 경우의 전송 효율(
Figure pat00023
)은 하기의 [수학식 6]과 같이 산출된다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
는 전송 효율,
Figure pat00026
는 중계 노드 i에 대한 직접 대 중계 전송시간 비율(DRT),
Figure pat00027
는 중계 노드 후보 i의 채널 경쟁 수준(즉, 충돌 확률)을 나타낸다.
그리고 소스 노드는 중계 노드 후보 중에서 가장 큰 전송 효율을 갖는 주변 노드를 중계 노드로 선택한다(S710). 최적의 중계 노드가 선택되면, 시스템 성능이 향상될 수 있다. 이를 위해, 소스 노드는 중계 노드 후보 중에서 가장 큰 전송 효율(
Figure pat00028
)을 갖는 노드를 중계 노드를 하기의 [수학식 7]과 같이 선택할 수 있다. 즉, 소스 노드는 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택할 수 있다.
Figure pat00029
여기서,
Figure pat00030
는 중계 노드 후보 집합을 나타낸다.
이후, 소스 노드는 중계 노드의 전송 효율이 1을 초과하는지를 확인한다(S712). 즉, 소스 노드는 선택된 중계 노드 i의 전송 효율(
Figure pat00031
)에 대해 하기의 [수학식 8]의 조건을 만족하는지 확인한다.
Figure pat00032
여기서, 중계 노드를 경유하지 않고 직접 통신하는 경우의 전송 효율(Ef) 값은 1이다.
상기 확인 결과(S712), 중계 노드의 전송 효율이 1을 초과하면, 소스 노드는 선택된 중계 노드를 통해 데이터 패킷 전송한다(S714). 그러므로 선택된 중계 노드의 전송 효율(
Figure pat00033
) 값이 1보다 크면 중계 통신이 효율적이라는 것을 의미하므로 중계 통신을 한다.
반면, 상기 확인 결과(S712), 중계 노드의 전송 효율이 1 미만이면, 소스 노드는 데이터 패킷을 직접 전송한다(S716). 여기서, 전송 효율(
Figure pat00034
) 값이 1보다 작으면 중계 통신이 비효율적이므로 직접 통신을 한다.
이와 같이, 소스 노드는 주위 노드를 중계 노드로 선택하는 단계 이후에, 그 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값(예컨대, 1)을 초과하는지를 판단한다. 그리고 소스 노드는 그 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값을 초과하는 중계 노드를 최종 중계 노드로 확정하고, 그 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값 이하이면, 소스 노드에서 목적지 노드로 직접 통신할 수 있다.
소스 노드는 기설정된 전송 확률 값을 초과하는 주위 노드를 중계 노드로 선택하고, 기설정된 전송 확률 값 이하이면 소스 노드에서 목적지 노드로 직접 통신할 수 있다.
한편, 도 7에 도시되어 있지 않지만, 소스 노드는 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 중계 테이블에 저장된 소스 및 목적지 노드의 주소, 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨 중 적어도 하나를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
갱신 과정 이후, 소스 노드는 그 갱신된 중계 테이블에 따라 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법을 이용한 협력 통신 방법에 대한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법에서는, 소스 노드 S0, 중계 노드 H0 및 목적지 노드 D0는 각각 중계 전송 요청(rRTS: Relay Request-To-Send) 패킷, 중계 전송(HTS: Helper-to-Send) 패킷, 중계 전송 확인(rCTS: Relay Clear-to-Send) 패킷, DATA 패킷 및 확인 응답(ACK: Acknowledgement) 패킷을 순차적으로 전송하는 과정(rRTS-HTS-rCTS-DATA-ACK)에 따라 데이터 패킷을 목적지 노드에 전송한다.
이하, 도 8의 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법의 각 과정들의 구체적인 동작을 설명한다.
우선, 소스 노드는 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산한다.
그리고 소스 노드는 그 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 그 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택한다(S802).
그리고 소스 노드는 중계 노드 주소, 전송 속도와 채널 경쟁 수준을 삽입하여 소스 노드의 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 rRTS 패킷을 생성한다(S804).
소스 노드는 rRTS 패킷을 중계 노드에 전송한다(S806). 또한, 소스 노드는 rRTS 패킷을 목적지 노드에 전송한다(S808).
이와 같이, 중계 노드를 선택한 후에, 소스 노드는 rRTS 패킷에 중계 노드 주소, 전송 속도 및 채널 경쟁 수준 정보를 삽입한 후에 그 rRTS 패킷을 중계 노드와 목적지 노드에 전송한다.
이후, 중계 노드는 중계 노드의 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 HTS 패킷을 생성한다(S810).
중계 노드는 그 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송한다(S812). 즉, rRTS 패킷을 수신한 후에, 중계 노드는 소스 노드와 목적지 노드에 HTS 패킷을 전송한다.
그리고 목적지 노드는 목적지 노드의 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 rCTS 패킷을 생성한다(S814).
이어서, 목적지 노드는 그 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드에 전송한다(S816). 또한, 목적지 노드는 그 생성된 rCTS 패킷을 소스 노드에 전송한다(S818).
이와 같이, 목적지 노드는 HTS 패킷을 수신하고, 중계 노드와 소스 노드에 rCTS 패킷을 전송한다.
이후, 소스 노드는 데이터 패킷을 중계 노드에 전송한다(S820).
이어서, 중계 노드는 데이터 패킷을 중계하기 위해, 목적지 노드에 데이터 패킷을 전송한다(S822). 또한, 중계 노드는 소스 노드에 대해 전송 응답으로 데이터 패킷을 소스 노드에 전송한다(S824).
이와 같이, 소스 노드는 데이터 패킷을 중계 노드에 전송하고 중계 노드는 이 패킷을 목적지 노드로 다시 전송한다.
이후, 소스 노드는 수신된 데이터 패킷과 전송한 데이터 패킷이 동일한지를 확인한다(S826).
상기 확인 결과(S826), 수신된 데이터 패킷과 전송한 데이터 패킷이 동일하지 않으면, 소스 노드는 데이터 패킷을 전송하는 S820 과정부터 다시 수행한다. 반면, 상기 확인 결과(S826), 수신된 데이터 패킷과 전송한 데이터 패킷이 동일하면, 소스 노드는 중계 노드에 데이터 패킷 전송이 완료됨을 확인할 수 있다. 즉, 소스 노드는 중계 노드가 전달한 데이터 패킷을 수신함으로써, 자신이 전송한 데이터 패킷이 중계 노드에 잘 전달되었음을 확인한다.
한편, 목적지 노드는 데이터 패킷을 수신하고 ACK 패킷을 중계 노드에 전송한다(S828).
그리고 중계 노드는 목적지 노드로부터 ACK 패킷을 수신한다(S830). 여기서, 데이터 패킷을 소스 노드로부터 목적지 노드에 중계한 후, 중계 노드는 중계한 데이터 패킷이 성공적으로 전송되었는지를 확인하기 위해 ACK 패킷을 수신한다.
중계 노드는 그 수신된 ACK 패킷에 따라 중계한 데이터 패킷의 전송이 성공인지를 확인한다(S832).
상기 확인 결과(S832), 중계한 데이터 패킷의 전송이 성공이 아니면, 중계 노드는 목적지 노드에 데이터 패킷을 재전송한다(S834). 즉, 데이터 패킷의 중계 전송이 실패하면, 패킷의 재전송은 소스 노드가 아닌 중계 노드에 의해서 이루어진다.
반면, 상기 확인 결과(S832), 중계한 데이터 패킷의 전송이 성공하면, 협력 통신 방법은 다음 데이터 패킷을 전송하는 과정을 마지막 데이터 패킷을 전송할 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법의 패킷 포맷에 대한 예시도이다.
본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 IEEE 802.11 MAC에서 사용되는 RTS 패킷, CTS 패킷, ACK 패킷과 같은 제어 패킷 외에 3개의 새로운 제어 패킷을 이용한다. 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 rRTS(Relay Request-to-Send) 패킷, rCTS(Relay Clear-to-Send) 패킷, 및 HTS(Helper-to-Send) 패킷이 포함된 새로운 제어 패킷을 이용하여 협력 통신을 수행한다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 기정의된 일반적인 RTS 패킷에 중계 노드 주소(6 바이트(bytes)), 소스 노드(S)와 목적지 노드(D) 사이의 데이터 전송 속도, 소스 노드(S)와 중계 노드(H) 사이의 데이터 전송 속도와 소스 노드의 채널 경쟁 레벨 정보를 삽입하여 rRTS 패킷을 생성한다. 일반적인 RTS 패킷에 이러한 추가 정보에 대응되는 만큼의 총 9바이트가 추가되어 rRTS 패킷이 생성될 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 기정의된 일반적인 CTS 패킷에 목적지 노드 D와 소스 노드 S 사이의 데이터 전송 속도, 목적지 노드 D와 중계 노드 H(Helper node) 사이의 데이터 전송 속도와 목적지 노드의 채널 경쟁 레벨 정보를 삽입하여 rCTS 패킷을 생성한다. 일반적인 CTS 패킷에 이러한 추가 정보에 대응되는 만큼의 총 3바이트가 추가되어 rCTS 패킷이 생성될 수 있다.
도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 기정의된 일반적인 HTS 패킷에 중계 노드 H와 소스 노드 S 사이의 데이터 전송 속도, 중계 노드 H와 목적지 노드 D 사이의 데이터 전송 속도와 중계 노드의 채널 경쟁 레벨 정보를 삽입하여 새로운 HTS 패킷을 생성한다. 일반적인 HTS 패킷에 이러한 추가 정보에 대응되는 만큼의 총 3바이트가 추가되어 새로운 HTS 패킷이 생성될 수 있다.
한편, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법에서는 채널 경쟁 수준을 나타내기 위해 충돌 확률이 이용된다. 충돌 확률 값의 범위는 0에서 1이다. 그리고 1바이트를 이용하여 표현할 수 있는 숫자의 범위는 0에서 255이다. 그러므로 협력 통신 방법은 rRTS 패킷, rCTS 패킷 및 HTS 패킷을 전송하기 전에 충돌 확률 값을 하기의 [수학식 9]와 같이 변환한다.
Figure pat00035
여기서,
Figure pat00036
은 충돌 확률이고
Figure pat00037
는 0에서 255 사이로 변환된 값이다. 그리고
Figure pat00038
는 x 값을 반올림한다. rRTS 패킷, rCTS 패킷 및 HTS 패킷을 수신한 노드는 자신의 중계 테이블(RelayTable)을 위해
Figure pat00039
값을 255로 나눠
Figure pat00040
을 얻은 후에 저장한다.
이후, 소스 노드 S가 목적지 노드 D에 전송할 데이터가 있으면 중계 테이블을 이용하여 상기의 [수학식 4]를 만족하는 중계 노드 후보를 검색한다.
만약에 상기의 [수학식 4]를 만족하는 노드가 하나도 없다면, 도 8에 도시된 rRTS-HTS-rCTS-DATA-ACK 과정에 따라 소스 노드는 목적지 노드에 데이터 패킷을 직접 전송한다.
반면, 하나 이상의 중계 노드 후보가 있다면, 소스 노드는 이러한 중계 노드 후보 중에서 가장 큰 전송 효율(Ef)을 갖는 노드를 중계 노드로 선택한다. 그리고 소스 노드는 그 선택된 중계 노드 후보의 전송 효율(Ef) 값이 상기의 [수학식 8]을 만족하는지를 확인한다.
만약, 상기 [수학식 8]의 조건을 만족하지 못하면, 소스 노드는 목적지 노드에 데이터를 직접 전송한다. 반면, 상기 [수학식 8]의 조건을 만족하면, 소스 노드는 선택된 중계 노드를 경유하여 목적지 노드로 데이터 패킷을 도 10과 같이 전송한다.
도 10은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법을 이용한 협력 통신 방법에 대한 타이밍도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 중계 노드 H1은 소스 노드 S0 및 목적지 노드 D0와, 소스 노드 S1 및 목적지 노드 D1의 전송 범위 안에 있다. 그러나 중계 노드 H0는 소스 노드 S0 및 목적지 노드 D0의 전송 범위 안에만 있다. 그러므로 중계 노드 H1의 충돌 확률은 중계 노드 H0보다 높다.
여기서, 소스 노드 S1과 목적지 노드 D1 간에 진행 중인 패킷 전송이 있다. 중계 노드는 H1은 소스 노드 S1과 목적지 노드 D1으로부터 패킷을 수신하고 자신의 NAV를 설정한다.
이때, 소스 노드 S0는 데이터 패킷을 전송하려고 하고 가장 높은 전송 효율(Ef)을 갖는 중계 노드 H0를 중계 노드로 선택한다. 그리고 소스 노드 S0는 중계 노드 H0와 목적지 노드 D에 rRTS 패킷을 전송한다. 중계 노드 H0는 소스 노드 S0와 목적지 노드 D0에 HTS 패킷을 응답한다.
그리고 목적지 노드 D0는 rCTS 패킷을 소스 노드 S0와 중계 노드 H0에 전송한다. 그러고 나서 소스 노드 S0는 중계 노드 H0에 데이터 패킷을 전송하고, 중계 노드 H0는 목적지 노드 D0에 전달한다. 목적지 노드 D0는 ACK 패킷을 중계 노드 H0에 전송한다.
도 11은 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템을 시뮬레이션하기 위한 토폴로지에 대한 구조도이다.
본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템은 도 11에 도시된 토폴로지 구조를 기반으로 한 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다. 본 명세서의 실시 예에 따른 시뮬레이션 결과를 검증하기 위해, 종래의 CoopMAC 프로토콜의 결과와 비교 분석한다.
무선 네트워크는 소스 노드와 목적지 노드 사이의 거리에 따라 결정되는 전송 속도(예컨대, 1, 2, 5.5 및 11Mbps)를 갖는다. 제어 패킷은 1Mbps로 전송된다. 시뮬레이션 과정에서 크게 두 개의 전송 그룹(예컨대, 상위, 하위)으로 나누어진다. 여기서, 전송 그룹은 전송 범위(Transmission Range)로 구분된다. 하위 그룹에는 하나의 소스 노드 S0, 하나의 목적지 노드 D0, 두 개의 중계 노드 H0, H1이 있다. 상위 그룹에는 하나의 목적지 노드 D1, 하나의 중계 노드 H1이 있다. 소스 노드의 수는 0개에서 20개 사이로 가변적이다. 소스 노드는 서로 이웃에 위치한다. 채널에는 에러가 발생하지 않는다고 가정한다.
무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템에서 주요 성능 요소는 효율과 지연이다. 지연은 패킷이 MAC 계층 큐에 도착할 때부터 목적지 노드에 성공적으로 전송될 때까지 소요된 시간이다.
도 12 및 도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법과 종래의 협력 통신 방법에서 소스 노드의 개수 변화에 따른 성능에 대한 결과도이다.
본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 도 12 내지 도 15에 TRCCL 프로토콜로 표시되어 있고, 종래의 협력 통신 방법은 CoopMAC 프로토콜로 표시되어 있다.
즉, TRCCL 프로토콜 및 CoopMAC 프로토콜에서 상위 그룹(upper transmission group)에서의 소스 노드의 개수의 변화에 따른 성능(예컨대, 쓰루풋 및 지연)이 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 여기서, 패킷 크기는 1500바이트이다. 각 소스 노드는 2Mbps의 데이터 패킷을 생성한다. 도 12 및 도 13에 도시된 D0 및 D1의 쓰루풋 및 지연(Throughput, Delay)은 목적지 노드 D0, D1에서 측정된 결과이다.
도 12에는 쓰루풋(Throuput), 즉 효율 결과가 나타나 있다. 상위 그룹에 소스 노드가 없을 경우 종래의 CoopMAC과 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜의 성능 차이는 없다.
소스 노드 수가 증가함에 따라 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜은 종래의 CoopMAC 프로토콜보다 더 좋은 성능을 갖는다. 종래의 CoopMAC 프로토콜에서는 소스 노드 S0가 중계 노드를 선택할 때 패킷 전송 시간만 고려한다. 이러한 이유 때문에, 종래의 CoopMAC 프로토콜은 상위 그룹에 있는 소스 노드의 수와 상관없이 전송 속도가 빠른 중계 노드 H1을 항상 중계 노드로 결정한다. 따라서 상위 전송 범위 그룹에 있는 소스 노드의 수가 증가함에 따라 D0에서의 효율은 급격히 감소한다. 또한, 목적지 노드 D1에서의 성능도 중계 노드 H1의 영향으로 감소한다.
그러나 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜에서, 소스 노드 S0는 중계 노드를 선택할 때 패킷 전송 시간과 채널 경쟁 레벨을 같이 고려한다. 따라서 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜은 상위 전송 범위 그룹에 있는 소스 노드의 수에 따라 다른 중계 노드를 선택할 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 시뮬레이션 토폴로지에서 소스 노드 수가 적을 때는 소스 노드 S0는 중계 노드 H1을 선택하고 많을 때는 중계 노드 H0을 선택하여 통신한다. 상위 전송 범위 그룹에 있는 소스 노드의 수가 증가함에 따라 목적지 노드 D0에서의 효율은 아주 천천히 감소한다. 또한, 목적지 노드 D1에서의 성능도 중계 노드 H1의 영향이 없기 때문에 CoopMAC보다 우수하다.
도 13에는 지연 성능 결과가 도시되어 있다.
상위 그룹의 소스 노드 수와 상관없이 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜이 CoopMAC 프로토콜보다 더 좋은 성능을 갖는다. 목적지 노드 D1에서의 결과를 보면, 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜과 CoopMAC 프로토콜은 둘 다 소스 노드 수가 증가함에 따라 지연이 증가한다. 그러나 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜의 지연이 항상 CoopMAC 프로토콜보다 낮다. 이는 소스 노드 수가 증가하면 충돌 확률이 높아지기 때문이다.
본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜에서는 소스 노드 S0가 중계 노드를 선택할 때 충돌 확률을 고려하여 중계 노드 H0을 중계 노드로 선택할 수 있다. 따라서 상위 그룹에서의 전송과 하위 그룹에서의 전송이 서로 영향을 끼치지 않고 동시에 가능하기 때문에 지연이 낮게 유지된다. 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜의 목적지 노드 D0의 지연 결과는 소스 노드 수가 증가함에 따라 천천히 증가한다.
그러나 종래의 CoopMAC 프로토콜의 D0 결과는 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 심지어 종래의 CoopMAC 프로토콜의 목적지 노드 D0에서의 결과는 목적지 노드 D1에서의 결과보다 더 나쁘다. 이는 종래의 CoopMAC 프로토콜이 중계 노드 선택 시 충돌 확률을 고려하지 않고 단순히 패킷 전송 시간만 고려하기 때문이다. 그래서, 종래의 CoopMAC 프로토콜은 짧은 값을 갖는 중계 노드 H1을 중계 노드로 선택하고 데이터 전송을 시도한다. 그러면, 상기에서 언급된 종래의 CoopMAC 프로토콜에 대한 문제점들이 발생하여 성능이 저하된다.
도 14 및 도 15는 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법과 종래의 협력 통신 방법에서 데이터 패킷의 크기 변화에 따른 성능에 대한 결과도이다.
데이터 패킷의 크기 변환에 따른 시뮬레이션에서 상위 그룹에 있는 소스 노드의 수는 10개로 고정하였다. 데이터 패킷 크기는 200바이트에서 2000바이트 사이로 가변적이다. 따라서 소스 노드는 0.267 Mbps에서 2.67 Mbps 사이의 데이터 패킷을 생성한다.
도 14에 도시된 데이터 패킷의 크기 변화에 따른 효율 결과를 살펴보면, 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜이 항상 종래의 CoopMAC 보다 성능이 우수하다. 여기서, 다른 조건은 동일하게 하고 패킷 크기만 변화를 주면서 시뮬레이션을 수행하였기 때문에 패킷 크기가 증가함에 따라 성능은 증가된다. 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜은 상대적으로 빠르게 효율이 향상된다. 하지만, 종래의 CoopMAC 프로토콜은 천천히 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 15에 도시된 데이터 패킷의 크기 변화에 따른 지연 결과를 살펴보면, 패킷 크기가 증가하면 패킷 전송 시간도 증가하게 된다. 따라서 전체적인 지연도 커지게 된다. 본 명세서에 따른 TRCCL 프로토콜이 종래의 CoopMAC 보다 천천히 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 협력 통신을 위한 종래의 MAC 프로토콜에서 소스 노드는 전송 속도에 기반을 두고 중계 노드를 선택한다. 이러한 방법들은 다른 플로우의 영향을 고려하지 않아 멀티 플로우 환경에서는 적합하지 않다. 응답하지 않는 중계 노드로 인해 전송 과정에서 무선 자원을 낭비가 초래될 수 있다. 또한, 채널을 공유하는 멀티 플로우 간 간섭으로 인해 성능은 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 명세서의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법과 이를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템은 전송 속도와 채널 경쟁 수준에 따라 중계 노드를 선택하고, 그 선택된 중계 노드를 통해 무선 네트워크에서 전송 속도와 채널 경쟁 레벨에 기반한 협력 통신을 수행한다.
도 12 내지 도 15에 도시된 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 본 명세서의 실시 예에 따른 협력 통신 방법은 종래의 협력 통신 방법보다 효율 및 지연에서 우수한 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S0, S1: 소스 노드
H0, H1: 중계 노드
D0, D1: 목적지 노드

Claims (20)

  1. 소스 노드가 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계;
    상기 소스 노드가 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하는 단계; 및
    상기 소스 노드가 상기 선택된 중계 노드 후보를 통해 데이터 패킷을 목적지 노드에 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계는
    상기 소스 및 목적지 노드의 주소, 상기 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 상기 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 상기 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨이 저장된 중계 테이블을 이용하여 주위 노드들에 대해 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 계산하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계는
    상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적지 노드로 패킷을 중계 전송할 때의 제1 패킷 전송 시간과, 상기 목적지 노드로 패킷을 직접 전송할 때의 제2 패킷 전송 시간을 계산하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중계 노드를 선택하는 단계는
    기설정된 전송 시간 조건에 따라 중계 노드 후보를 결정하는 단계;
    상기 결정된 중계 노드 후보의 직접 대 중계 전송시간 비율을 계산하는 단계;
    상기 계산된 직접 대 중계 전송시간 비율 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하는 단계; 및
    상기 중계 노드 후보 중에서 최고의 전송 효율을 갖는 주위 노드를 중계 노드로 선택하는 단계
    를 포함하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중계 노드 후보를 결정하는 단계는
    상기 계산된 제1 패킷 전송 시간이 상기 계산된 제2 패킷 전송 시간 미만인 주위 노드를 중계 노드 후보로 결정하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 직접 대 중계 전송시간 비율을 계산하는 단계는
    상기 계산된 제2 패킷 전송 시간 및 상기 계산된 제1 패킷 전송 시간의 비율을 직접 대 중계 전송시간 비율로 계산하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값을 초과하는지를 판단하는 단계;
    상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값을 초과하는 중계 노드를 최종 중계 노드로 확정하는 단계; 및
    상기 선택된 중계 노드의 전송 효율이 기설정된 전송 확률 값 이하이면, 소스 노드에서 목적지 노드로 직접 통신하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 중계 테이블에 저장된 소스 및 목적지 노드의 주소, 소스 노드로부터 수신된 패킷 시간, 소스 및 목적지 노드 사이의 전송 속도 및 소스 노드에서 측정된 채널 경쟁 레벨 중 적어도 하나를 갱신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 전송 효율을 산출하는 단계는 상기 갱신된 중계 테이블에 따라 전송 효율을 산출하는 무선 네트워크에서의 중계 노드 선택 방법.
  9. 소스 노드가 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하는 단계;
    상기 소스 노드가 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하는 단계;
    상기 소스 노드가 상기 선택된 중계 노드 주소, 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송 요청(rRTS: Relay Request-To-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rRTS 패킷을 상기 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 단계;
    상기 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 rRTS 패킷을 수신한 후 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송(HTS: Helper-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 단계;
    상기 목적지 노드가 중계 노드로부터 HTS 패킷을 수신한 후 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨이 포함된 중계 전송 확인(rCTS: Relay Clear-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 단계; 및
    상기 소스 노드가 데이터 패킷을 상기 중계 노드에 전송하고 상기 중계 노드가 데이터 패킷을 상기 목적지 노드로 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 목적지 노드가 데이터 패킷을 수신하고 확인 응답(ACK: Acknowledgement) 패킷을 전송하는 단계;
    상기 중계 노드가 데이터 패킷을 중계한 후에 수신된 ACK 패킷에 따라 상기 중계한 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷의 중계 전송이 실패하면, 상기 중계 노드가 상기 목적지 노드에 데이터 패킷을 재전송하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 중계 노드가 상기 데이터 패킷을 소스 노드로 전송하는 단계;
    상기 소스 노드가 중계 노드로부터 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신된 데이터 패킷과 상기 중계 노드로 전송된 데이터 패킷을 비교하여 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하는 단계; 및
    데이터 패킷이 전송 실패이면, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드에 상기 데이터 패킷을 재전송하여 데이터 패킷의 중계를 재요청하는 단계
    를 더 포함하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 생성된 rRTS 패킷을 상기 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 단계는
    기정의된 RTS 패킷에 중계 노드 주소, 소스 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 소스 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 소스 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rRTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 단계는
    기정의된 CTS 패킷에 중계 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 중계 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 중계 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 HTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 단계는
    CTS 패킷에 목적지 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 목적지 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도 및 목적지 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rCTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 방법.
  15. 주위 노드로부터 수신된 패킷을 이용하여 패킷 전송 시간 및 상기 주위 노드와의 충돌 확률에 따른 채널 경쟁 레벨을 계산하고, 상기 계산된 패킷 전송 시간 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 전송 효율을 산출하고, 상기 산출된 전송 효율에 기초하여 데이터 패킷을 중계할 중계 노드를 선택하고, 상기 선택된 중계 노드 주소, 전송 속도 및 채널 경쟁 레벨을 이용하여 중계 전송 요청(rRTS: Relay Request-To-Send) 패킷을 생성하여 중계 노드와 목적지 노드에 전송하는 소스 노드;
    상기 소스 노드로부터 rRTS 패킷을 수신한 후 중계 전송(HTS: Helper-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 HTS 패킷을 소스 노드 및 목적지 노드에 전송하는 중계 노드; 및
    상기 중계 노드로부터 HTS 패킷을 수신한 후 중계 전송 확인(rCTS: Relay Clear-to-Send) 패킷을 생성하고, 상기 생성된 rCTS 패킷을 중계 노드 및 소스 노드에 전송하는 목적지 노드를 포함하고,
    상기 소스 노드가 데이터 패킷을 중계 노드에 전송하고 상기 중계 노드가 상기 데이터 패킷을 목적지 노드로 전송하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 중계 노드는
    상기 목적지 노드가 데이터 패킷을 수신하고 확인 응답(ACK: Acknowledgement) 패킷을 전송하면, 데이터 패킷을 중계한 후에 수신된 ACK 패킷에 따라 상기 중계한 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하고, 데이터 패킷의 중계 전송이 실패하면, 중계 노드가 목적지 노드에 패킷을 재전송하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 소스 노드는
    상기 중계 노드로부터 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신된 데이터 패킷과 상기 중계 노드로 전송된 데이터 패킷을 비교하여 데이터 패킷의 전송 성공 여부를 확인하고, 데이터 패킷이 전송 실패이면, 중계 노드에 상기 데이터 패킷을 재전송하여 데이터 패킷의 중계를 재요청하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 소스 노드는
    기정의된 RTS 패킷에 중계 노드 주소, 소스 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 소스 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 소스 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rRTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 중계 노드는
    기정의된 HTS 패킷에 중계 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 중계 노드 및 목적지 노드 사이의 데이터 전송 속도, 및 중계 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 HTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 목적지 노드는
    기정의된 CTS 패킷에 목적지 노드 및 소스 노드 사이의 데이터 전송 속도, 목적지 노드 및 중계 노드 사이의 데이터 전송 속도 및 목적지 노드의 채널 경쟁 레벨을 삽입시켜 rCTS 패킷을 생성하는 무선 네트워크에서의 협력 통신 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112822750A (zh) * 2021-01-06 2021-05-18 山东交通学院 一种大规模无人机网络情绪驱动分布式中继选择方法

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