KR20210126303A - 무선 네트워크 시스템과 그 노드 단말 및 자원 재할당 방법 - Google Patents

무선 네트워크 시스템과 그 노드 단말 및 자원 재할당 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따라 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말의 자원 재할당 방법은, 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와, 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와, 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 지정 자원을 점유하는 단계를 포함한다.

Description

무선 네트워크 시스템과 그 노드 단말 및 자원 재할당 방법{MOBILE NETWORK SYSTEM AND ITS NODE TERMINAL, AND METHOD FOR REASSIGNING RESOURCES OF NODE TERMINAL}
본 발명은 무선 네트워크 시스템과 이를 구성하는 노드 단말, 그리고 노드 단말이 기 할당된 자원을 재할당하는 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크에서는 각 노드들이 무선 자원(예컨대, 주파수 등)을 점유하여 통신을 수행한다. 이 무선 자원은 모든 노드의 단말이 공유하고 있어 2개 이상의 단말이 가까운 거리에서 동시에 통신하려고 하면 각자의 신호가 다른 신호에게는 잡음으로 작용하게 되고, 잡음의 세기가 일정 이상이 되면 통신이 불가능해지는 무선 통신의 특성상 모든 단말간의 통신이 불가능해진다. 이 현상을 콜리션(Collision)이라고 한다. 따라서 무선 네트워크에서 통신할 때 가장 중요하게 다뤄야 할 것은 콜리션이 일어나지 않게 하면서 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 무선 자원 할당 기법이라고 말할 수 있다.
무선 자원 할당 기법은 MAC(Media Access Control) 프로토콜이라고 하며, 대표적으로 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 프로토콜과 TDMA(Time Division Multiple Access) 프로토콜이 있다. 이 중에서 TDMA 프로토콜은 정해진 스케줄대로 각 노드의 단말이 자원을 점유하는 방식이고, 자원 점유를 위한 스케줄은 슬롯 할당 알고리즘에 의해 만들어진다. 이러한 슬롯 할당 알고리즘이 필요한 이유는 자원을 더욱 효율적으로 쓰기 위함이다.
한편, 슬롯 할당 알고리즘은 중앙 집중적으로 진행되는지 또는 분산적으로 진행되는지에 따라 알고리즘의 성격이 달라진다.
중앙 집중적으로 슬롯 할당이 진행되는 경우 중앙의 한 단말에서 모든 단말의 스케줄을 계산하고 이를 모든 단말에서 적용하기 때문에 스케줄을 계산하기 용이하지만, 중앙의 한 단말이 모든 단말의 상태를 알기 힘들기 때문에 모든 단말의 상태를 알 수 있는 추가 알고리즘이 필요하다.
분산적으로 슬롯 할당이 진행되는 경우 각 단말은 주변 단말과 어떨 때 자원을 사용할 지에 대하여 약속을 맺고 진행하기 때문에 특정 단말이 스케줄을 계산하기 위해 계산력을 크게 사용할 필요가 없다. 이러한 분산적 슬롯 할당 알고리즘은 정기적으로 자신의 주변 상태 정보를 전송하는 프로액티브(Proactive) 방식과 자원이 필요한 단말이 주변 단말에게 자신의 주변 상태정보를 요구하는 리액티브(Reactive) 방법으로 나눌 수 있다.
프로액티브 방식은 콜리션이 일어날 수 있는 주변 단말에게서 지속적으로 상태정보를 들을 수 있기 때문에 언제 콜리션이 일어나지 않는지를 바로 알 수 있어 보다 빠르게 통신할 수 있지만, 지속적으로 상태정보를 전송하기 때문에 에너지 소모가 많고 메시지를 전송하는 시간 이외에 상태정보를 전송할 시간이 주변 단말의 개수에 비례해서 많이 필요한 단점이 있다.
리액티브 방식은 자원이 필요할 때만 주변에게 상태정보를 요구하기 때문에 각 단말의 에너지 소모를 줄일 수 있고, 상태정보를 전송하는 시간 또한 보다 적게 필요하다. 하지만 상태정보를 요구하고, 이를 받아 콜리션이 일어나지 않을 때를 찾아 통신해야 하기 때문에 통신하는 데 걸리는 시간이 다소 긴 단점이 있다.
따라서, 무선 네트워크 시스템에서 슬롯을 포함하는 자원을 대상 노드에 할당하는 방식들의 단점을 해소하기 위한 연구와 노력이 이어지고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1788196호 (2017.10.13. 등록)
일 실시예에 따르면, 무선 네트워크 시스템에서 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 재할당하는 방법과 이를 수행할 수 있는 노드 단말, 그리고 이러한 노드 단말이 구성하는 무선 네트워크 시스템을 제공한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
제 1 관점에 따르면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말의 자원 재할당 방법은, 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함한다.
제 2 관점에 따르면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말은, 상기 이웃 노드 단말과 통신을 수행하는 통신부와, 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 상기 통신부를 통하여 공유하며, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 상기 통신부를 통하여 요청하고, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 상기 통신부를 통하여 수신되면 상기 지정 자원을 점유한다.
제 3 관점에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말이 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함하는, 자원 재할당 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.
제 4 관점에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말이 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함하는, 자원 재할당 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.
제 5 관점에 따르면, 임의 노드 단말과 다른 노드 단말이 형성하는 무선 네트워크 시스템은, 상기 임의 노드 단말이, 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하며, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 상기 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정한 후 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 상기 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 포함하는 자원 양보 요청 메시지를 송신하여 지정 자원의 양보를 요청하고, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하며, 상기 다른 노드 단말이, 상기 자원 양보 요청 메시지에 포함된 상기 슬롯에 대한 정보와 상기 트래픽의 우선순위에 대한 정보에 기초하여 상기 지정 자원의 양보 여부를 결정한다.
일 실시예에 따르면, 무선 네트워크에서 대상 노드에 슬롯을 포함하는 자원을 할당함에서 있어서 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우에는 기 할당된 자원일자라도 트래픽 우선순위에 기초하여 재할당함으로써, 신뢰성 및 QoS(Quality of Service)가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템을 구성하는 노드 단말의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노드 단말에 의한 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따라 노드 간의 정보 송수신에 이용되는 메시지의 프레임 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드 단말에 의한 자원 재할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다.
또한, 명세서에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크의 노드 단말 및 그 클러스터 기반 자원 할당 방법은 군사 시스템의 무선 네트워크에 적용할 수 있다. 예를 들어, 군사 시스템에서 다수의 단말이 통신망을 관리하는 특정 접속 지점이나 특정 단말 없이 서로 무선 자원을 점유하여 통신하고자 하는 상황에 적용할 수 있다. 전시 상황이 발생할 경우 부대 간의 정보 교환을 막기 위해 1순위로 통신망을 제어하는 장치를 파괴할 확률이 높아 이를 대비할 필요가 있다. 군사 시스템에서 정보교환은 상위 부대가 전방의 상황을 잘 알게 만들고, 부대 간의 효과적인 움직임을 만들어 내는 등 무엇보다 중요한 역할을 수행하고 있고, 전시 상황에서는 아주 짧은 시간 동안의 정보 불일치 또는 명령 체계 공백이 치명적인 결과를 낼 수 있기 때문에 통신망을 자율적으로 구축할 수 있는 기술은 그 중요성이 매우 높다.
본 발명의 실시예에 따르면, 노드 단말에 의한 자원 재할당 방법을 수행하기 전에 대상 단말에 자원을 초기 할당함에 있어서 MAC(Media Access Control) 프로토콜로서 TDMA(Time Division Multiple Access) 프로토콜을 주로 사용하여 무선 자원을 할당할 수 있다. 그리고, TDMA 프로토콜에서 자원을 할당 받지 못한 단말에 대하여 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 프로토콜도 일부 사용할 수 있다. 또한, TDMA 프로토콜에 따른 자원 점유를 위한 스케줄은 분산적으로 진행되는 슬롯 할당 알고리즘을 이용하고, 분산적으로 슬롯 할당을 진행함에 있어서 프로액티브(Proactive) 방식과 리액티브(Reactive) 방식을 혼합한 하이브리드 방식으로 대상 노드에 슬롯을 포함하는 자원을 할당한다. 이후, 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우에는 기 할당된 자원일자라도 트래픽 우선순위에 기초하여 재할당한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크의 클러스터 기반 자원 할당 방법은 군사 시스템의 무선 네트워크에 적용할 경우에 크게 4가지의 과제를 해소할 수 있다.
첫 번째로, 통신망을 이루는 단말은 자율적이고, 분산적으로 통신망을 구축할 수 있다. 전시 상황에서 중앙 집중적으로 통신이 이루어지는 경우 특정 단말이 파괴되면 통신망이 무너지기 때문에 안정성에 문제가 발생한다. 따라서 이를 대비하기 위해 모든 단말이 자율적으로 통신망을 만들고, 분산적으로 모든 단말이 통신망을 구축할 수 있어야 한다.
두 번째로, 통신망을 이루는 단말에 이동성이 있거나, 작전에 따라 망에 새로운 단말이 추가되거나 파괴되어도 시스템을 안정적으로 운용할 수 있다. 이는 운용 시나리오의 특성에 의해 생긴 특성으로 각 단말이 기동부대에 의해 운용되기 때문에 통신 거리에 의해 네트워크의 대형이 크게 변할 수 있고, 단말이 공격에 의해 파괴되거나 작전에 따라 새롭게 추가될 수 있기 때문이다.
세 번째로, 메시지 전송을 시작하면 일정 시간 동안은 안정적으로 메시지 전송이 가능하다. 이는 일반적으로 군 통신체계에서 많이 사용되는 메시지가 음성 메시지이기 때문이다. 음성 메시지는 그 특성 상 지속적으로 통신이 지속되어야 한다.
네 번째로, 통신망이 오래 지속된다. 본 발명에서 제시하는 시스템은 전시 상황을 겨냥한 것이고 앞에서 언급한 것처럼 통신은 매우 중요하다. 따라서 시스템은 오래 지속되어야 하며, 그렇게 작동하기 위해 에너지 효율적으로 프로토콜이 운용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법 및 자원 재할당 방법을 수행할 수 있는 복수의 노드 단말(A, B, C, D, E)은 무선 애드혹(Ad-hoc) 네트워크를 형성할 수 있다. 도 1에는 총 5개의 노드 단말(A, B, C, D, E)이 애드혹 네트워크를 형성하는 경우를 예시하였으나 노드 단말의 수는 얼마든지 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크의 자원 재할당 방법을 수행할 수 있는 노드 단말의 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 노드 단말(100)은 통신부(110) 및 제어부(120)를 포함하며, 저장부(130)를 더 포함할 수 있다.
통신부(110)는 다른 노드 단말과 통신을 수행한다. 이러한 통신부(110)는 무선 네트워크 내의 다른 노드 단말에 대하여 제어부(120)의 제어에 따라 통신을 수행할 수 있다.
제어부(120)는 통신부(110)를 제어하여 무선 네트워크 내의 다른 노드 단말과 정보를 송수신하고, 수신된 정보를 포함하여 각종 정보를 처리하며, 각종 정보 처리의 결과를 저장부(130)에 저장하거나 통신부(110)를 통하여 다른 노드 단말에게 송신할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 마이크로프로세서(Microprocessor) 등과 같은 컴퓨팅 연산수단을 포함할 수 있다.
클러스터 멤버 노드 단말과 클러스터 구조를 형성하는 클러스터 헤드 노드 단말의 제어부(120)는 각 노드 단말의 자원 정보와 이웃노드 정보가 포함된 메시지를 통신부(110)를 통하여 클러스터 멤버 노드 단말과 공유하며, 클러스터 멤버 노드 단말 중 자원이 필요한 노드 단말로부터 주변 정보와 필요 자원량 정보가 포함된 메시지가 통신부(110)를 통하여 수신되면, 자신의 필요한 자원량과 클러스터 멤버 노드 단말의 필요 자원량을 취합하고, 취합의 결과에 기초하여 노드 단말 간 충돌이 발생하지 않게 자신 및 클러스터 멤버 노드 단말에 자원을 할당하며, 자원을 할당한 결과를 포함한 메시지를 통신부(110)를 통하여 클러스터 멤버 노드 단말에게 공지할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 TDMA 프로토콜에 기초하여 자신 및 클러스터 멤버 노드 단말에 자원을 할당할 수 있다. 자원을 할당한 결과를 공지한 후에는 클러스터 멤버 노드 단말로부터 CSMA 프로토콜에 기초한 자원 할당의 결과가 포함된 메시지를 통신부(110)를 통하여 수신할 수도 있다.
또한, 제어부(120)는 클러스터 멤버 노드 단말과의 메시지 송수신을 위하여 복수의 서브 프레임을 포함하는 프레임들을 이용할 수 있고, 복수의 서브 프레임은, 자원이 필요한 노드가 필요 자원량 정보를 실을 수 있는 REQ 서브 프레임, 자원을 할당한 결과를 실을 수 있는 RESV 서브 프레임, 각 노드가 할당 받은 자원을 이용하여 전송하기 위한 데이터를 실을 수 있는 데이터 서브 프레임, 및 CSMA 프로토콜에 기초한 자원 할당의 결과에 따라 전송하기 위한 데이터를 실을 수 있는 CSMA 서브 프레임을 포함할 수 있다.
이러한 제어부(120)는 각 노드 단말의 자원 중 각 데이터 슬롯의 사용 여부를 해당 슬롯으로 전송할 우선순위를 기록하여 클러스터 멤버 노드 단말과 공유할 수 있고, 자원이 필요한 노드로부터 전송할 데이터의 우선순위를 수신할 수 있으며, 해당 슬롯으로 전송할 우선순위, 전송할 데이터의 우선순위 및 필요 자원량 정보를 기초로 하여 자원을 할당할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 통신부(110)를 통하여 공유하며, 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 통신부(110)를 통하여 요청하고, 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 통신부(110)를 통하여 수신되면 해당 지정 자원을 점유한다.
여기서, 제어부(120)는 지정 자원의 양보를 요청할 때에, 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 포함하는 자원 양보 요청 메시지를 통신부(110)를 통하여 송신할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 지정 자원을 점유할 때에, 자신이 클러스터 헤드 노드 단말인 경우, 지정 자원을 점유 중인 다른 노드 단말에 대한 지정 자원의 할당을 해제한 후 할당 해제 정보를 이웃 노드 단말에 공표할 수 있다. 또는, 제어부(120)는 자신이 클러스터 멤버 단말인 경우, 지정 자원을 점유할 때에, 지정 자원을 점유 중인 다른 노드 단말에 대한 지정 자원의 할당을 해제하여 줄 것을 클러스터 헤드 노드 단말에게 요청할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 클러스터 멤버 노드 단말과 클러스터 구조를 형성하는 클러스터 헤드 노드 단말의 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 노드 간의 정보 송수신에 이용되는 메시지의 프레임 구조도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드 단말에 의한 자원 재할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 클러스터 헤드 노드 단말에서 클러스트 기반으로 자원을 할당하는 방법에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.
노드 단말(100)은 무선 네트워크의 다른 노드 단말들과 클러스터 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 노드 단말(100)은 클러스터 헤드 노드로서 역할을 수행할 수 있고, 클러스터 멤버 노드로 등록된 클러스터 멤버 노드 단말과 클러스터 구조를 형성할 수 있다.
이러한 노드 단말(110)의 제어부(120)는 통신부(110)를 통하여 자신의 자원 정보와 이웃노드 정보가 포함된 메시지를 클러스터 멤버 노드 단말과 공유한다. 예를 들어, 각 노드 단말은 자신의 이웃노드 정보를 제어메시지의 슬롯 인포(slot info) 필드 및 스케줄 인포(schedule info) 필드에 담아서 공유할 수 있다. 예를 들어, 각 노드 단말의 자원 중 각 데이터 슬롯의 사용 여부를 해당 슬롯으로 전송할 우선순위를 기록하여 제어메시지를 통하여 공유할 수 있다(S210).
그리고, 노드 단말(110)의 제어부(120)는 클러스터 멤버 노드 단말 중 자원이 필요한 노드 단말로부터 통신부(110)를 통하여 주변 정보와 필요 자원량 정보가 포함된 메시지를 수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 네트워크의 각 노드 단말은 도 4에 예시한 바와 같은 1프레임이 반복적으로 이어진 구조의 메시지를 송수신할 수 있고, 클러스터 멤버 노드가 클러스터 헤드 노드에 자원 할당을 요청하거나 주변 노드에 정보 공유를 요청할 때에는 매 프레임마다 포함될 수 있는 REQ 서브프레임(Request Subframe)을 이용할 수 있다. 예컨대, 클러스터 멤버 노드는 클러스터 헤드 노드에 자원 할당을 요청하거나 주변 노드에 정보 공유를 요청할 때에 전송할 데이터의 우선순위가 포함된 메시지를 송신할 수 있다(S220).
이렇게, 클러스터 멤버 노드로부터 자원 할당이 요청되면, 노드 단말(110)의 제어부(120)는 자신의 필요한 자원량과 클러스터 멤버 노드 단말의 필요 자원량을 취합한다(S230).
그리고, 노드 단말(110)의 제어부(120)는 단계 S230에 의한 취합의 결과에 기초하여 노드 단말 간 충돌이 발생하지 않게 자신 및 클러스터 멤버 노드 단말에 슬롯을 포함하여 자원을 할당한다. 예를 들어, 제어부(120)는 해당 슬롯의 전송 우선순위와 전송할 데이터의 우선순위를 고려하여 슬롯을 포함한 자원을 할당할 수 있다(S240).
이어서, 노드 단말(110)의 제어부(120)는 단계 S240에서 자원을 할당한 결과를 포함한 메시지를 통신부(110)을 통하여 클러스터 멤버 노드 단말에게 공지한다. 예를 들어, 자원 할당 결과를 공지할 때에는 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 RESV 서브프레임(Reservation Subframe)을 이용할 수 있다. 예컨대, RESV 서비스프레임에 자원 할당 결과가 실린 스케줄 공지 메시지를 클러스터 멤버 노드 단말에게 송신할 수 있다(S250).
단계 S210 내지 단계 S250의 절차를 통한 TDMA 프로토콜에 따라 슬롯을 포함하는 자원을 할당 받은 클러스터 멤버 노드 단말은 실제로 전송하고자 하는 데이터를 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 Data 서브프레임에 실어 전송할 수 있다.
한편, 단계 S210 내지 단계 S250의 절차를 통한 TDMA 프로토콜에 따라 슬롯을 포함하는 자원을 할당 받지 못한 클러스터 멤버 노드 단말이 발생할 수 있고, 이처럼 TDMA 자원을 할당 받지 못한 클러스터 멤버 노드 단말은 CSMA 프로토콜에 기초하여 자신에게 슬롯을 포함하는 자원을 할당할 수 있다. 이 경우에, CSMA 프로토콜에 따라 자신에게 자원을 할당한 클러스터 멤버 노드 단말은 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 CSMA 서브프레임에 자체 자원 할당 결과를 실어 송신할 수 있다. 이로써, 노드 단말(110)의 통신부(110)는 클러스터 멤버 노드 단말로부터 CSMA 프로토콜에 따른 자원 할당 결과를 포함하는 메시지를 수신하여 이를 제어부(120)에 제공한다(S260).
또한, 단계 S240 및 S250을 통하여 자원을 할당 받은 클러스터 멤버 노드 단말이 더 이상 자원을 점유할 필요가 없는 경우에 해당 자원을 반납하기 위하여, 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 REQ 서브프레임에 자원 반납 정보를 포함하는 자원 반납 메시지를 클러스터 멤버 헤드 단말에게 송신할 수 있다.
다음으로, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 노드 단말에서 자원을 재할당하는 방법에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.
노드 단말(110)의 제어부(120)는 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 통신부(110)를 통하여 자원 할당 정보를 공유한다. 여기서, 자원 할당 정보의 공유를 요청하는 노드 단말(110)은 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 REQ 서브프레임을 이용하여 정보 공유 요청을 전송할 수 있고, 정보 공유를 요청 받은 노드 단말(110)은 CSMA 서브프레임에 자원 할당 정보를 실어 응답할 수 있다. 이로써, 무선 네트워크를 형성하는 노드 단말(110)은 자신을 중심으로 2-홉(hop) 이웃의 자원 할당 정보를 수집할 수 있다(S310).
이후, 노드 단말(110)의 제어부(120)는 단계 S310에서 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없는지 또는 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 남아 있는지를 판정한다(S320).
제어부(120)는 단계 S320의 판정 결과, 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 남아 있는 경우는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 클러스터 기반 자원 할당 방법을 이용할 수 있다(S330).
하지만, 단계 S320의 판정 결과로서, 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없는 경우에 제어부(120)는 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정한다(S340).
그리고, 제어부(120)는 단계 S340에서 지정한 지정 자원에 대하여 점유 중인 다른 노드 단말에게 지정 자원의 양보를 요청한다. 여기서, 제어부(120)는 지정 자원의 양보를 요청할 때에 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 REQ 서브프레임을 이용하여 자원 양보 요청을 포함하는 양보 요청 메시지를 생성하고, 생성된 양보 요청 메시지를 통신부(110)를 통하여 송신할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 해당 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 REQ 서브프레임에 실어서 자원 양보 요청 메시지를 송신할 수 있다(S350).
한편, 단계 S350에서 송신된 자원 양보 요청 메시지를 수신한 노드 단말(100)은 자신이 점유 중인 자원, 즉 양보를 요청 받은 자원의 점유를 즉시 중지하거나 양보하여 줄 것인지를 결정한 후, 지정 자원의 양보 요청에 대한 응답을 회신할 수 있다. 여기서, 단계 S350의 자원 양보 요청 메시지에 포함된 슬롯에 대한 정보와 트래픽의 우선순위에 대한 정보에 기초하여 지정 자원의 양보 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 자원 양보 요청 메시지를 수신한 노드 단말(100)은 자신이 점유 중인 자원의 슬롯을 이용하여 처리하고자 하는 트래픽의 우선순위와 자원 양보 요청 메시지에 포함된 트래픽의 우선순위를 비교하고, 자신의 트래픽 우선순위보다 자원 양보 요청 메시지의 트래픽 우선순위가 더 높은 경우에 해당 자원을 양보하는 것으로 결정할 수 있다. 예컨대, 자원 양보 응답은 도 4에 예시한 바와 같이 매 프레임마다 포함될 수 있는 CSMA 서브프레임에 실어서 회신할 수 있다. 이로써, 단계 S350을 통하여 자원 양보 요청 메시지를 송신한 노드 단말(100)의 제어부(120)는 통신부(110)를 통하여 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신한다(S360).
이후, 단계 S350을 통하여 자원 양보 요청하였던 노드 단말(100)의 제어부(120)는 단계 S350을 통하여 양보 요청하였던 지정 자원을 점유한다. 예를 들어, 단계 S350을 통하여 양보 요청하였던 지정 자원을 다음 프레임부터 즉시 사용할 수 있다. 단계 S310에서 자원 할당 정보를 공유한 후 노드 단말(100)의 제어부(120)가 단계 S350을 통하여 양보 요청하였던 지정 자원을 점유하기까지의 일련의 절차는 클러스터의 유무와 상관없이 동작 가능하다. 다만, 클러스터 기반으로 동작하는 경우라면, 클러스터 헤드 노드인 경우와 클러스터 멤버 노드인 경우의 처리 과정이 상이할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 자신이 클러스터 헤드 노드 단말인 경우, 지정 자원을 점유 중인 다른 노드 단말(즉, 단계 S360에서 자원을 양보한 단말)에 대한 지정 자원의 할당을 해제한 후 할당 해제 정보를 이웃 노드 단말에 공표할 수 있다. 또는, 제어부(120)는 자신이 클러스터 멤버 단말인 경우, 단계 S350을 통하여 양보 요청하였던 지정 자원을 점유 중인 다른 노드 단말에 대한 지정 자원의 할당을 해제하여 줄 것을 클러스터 헤드 노드 단말에게 요청한 후에 클러스터 헤드 노드 단말로부터 단계 S350을 통하여 양보 요청하였던 지정 자원을 할당받을 수 있다(S370).
한편, 전술한 일 실시예에 따른 자원 할당 방법 및 자원 재할당 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체에서 구현될 수 있다.
또한, 전술한 일 실시예에 따른 자원 할당 방법 및 자원 재할당 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 수행하도록 위한 명령어를 포함하도록 프로그램된, 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 무선 네트워크에서 대상 노드에 슬롯을 포함하는 자원을 할당함에서 있어서 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우에는 기 할당된 자원일자라도 트래픽 우선순위에 기초하여 재할당한다. 이처럼, 점유 중인 자원에 대해서도 트래픽 우선순위에 기초하여 재할당함으로써 재할당을 하지 않은 경우와 비교할 때에 신뢰성 및 QoS가 향상된다.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 노드 단말
110: 통신부
120: 제어부
130: 저장부

Claims (11)

  1. 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말의 자원 재할당 방법으로서,
    상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와,
    상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와,
    상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함하는
    자원 재할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정 자원의 양보를 요청하는 단계는, 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 상기 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 포함하는 자원 양보 요청 메시지를 송신하는
    자원 재할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정 자원을 점유하는 단계는, 상기 지정 자원을 점유 중인 상기 다른 노드 단말에 대한 상기 지정 자원의 할당을 해제한 후 할당 해제 정보를 상기 이웃 노드 단말에 공표하는
    자원 재할당 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정 자원을 점유하는 단계는, 상기 지정 자원을 점유 중인 상기 다른 노드 단말에 대한 상기 지정 자원의 할당을 해제하여 줄 것을 클러스터 헤드 노드 단말에게 요청하는
    자원 재할당 방법.
  5. 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말으로서,
    상기 이웃 노드 단말과 통신을 수행하는 통신부와,
    상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 상기 통신부를 통하여 공유하며, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 상기 통신부를 통하여 요청하고, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 상기 통신부를 통하여 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는
    노드 단말.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 지정 자원의 양보를 요청할 때에, 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 상기 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 포함하는 자원 양보 요청 메시지를 상기 통신부를 통하여 송신하는
    노드 단말.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 지정 자원을 점유할 때에, 상기 지정 자원을 점유 중인 상기 다른 노드 단말에 대한 상기 지정 자원의 할당을 해제한 후 할당 해제 정보를 상기 이웃 노드 단말에 공표하는
    노드 단말.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 지정 자원을 점유할 때에, 상기 지정 자원을 점유 중인 상기 다른 노드 단말에 대한 상기 지정 자원의 할당을 해제하여 줄 것을 클러스터 헤드 노드 단말에게 요청하는
    노드 단말.
  9. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말이 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와,
    상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와,
    상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함하는, 자원 재할당 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  10. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 이웃 노드 단말과 무선 네트워크를 형성하는 임의 노드 단말이 상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하는 단계와,
    상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정하여 지정 자원의 양보를 요청하는 단계와,
    상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하는 단계를 포함하는, 자원 재할당 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  11. 임의 노드 단말과 다른 노드 단말이 형성하는 무선 네트워크 시스템으로서,
    상기 임의 노드 단말은,
    상기 무선 네트워크를 형성하는 하나 이상의 노드 단말과 자원 할당 정보를 공유하며, 상기 공유한 자원 할당 정보에 기초하여 단말간 점유 충돌을 피해 새로 할당할 자원이 없을 경우, 상기 다른 노드 단말이 점유 중인 자원을 트래픽 우선순위에 기초해 지정한 후 사용하고자 하는 슬롯에 대한 정보와 상기 슬롯에서 보내고자 하는 트래픽의 우선순위에 대한 정보를 포함하는 자원 양보 요청 메시지를 송신하여 지정 자원의 양보를 요청하고, 상기 지정 자원의 양보 요청에 대응한 응답이 수신되면 상기 지정 자원을 점유하며,
    상기 다른 노드 단말은,
    상기 자원 양보 요청 메시지에 포함된 상기 슬롯에 대한 정보와 상기 트래픽의 우선순위에 대한 정보에 기초하여 상기 지정 자원의 양보 여부를 결정하는
    무선 네트워크 시스템.
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