WO2013180332A1 - 복제 패킷 전송을 제어하는 슬랏 예약 방식의 랜덤 액세스 기법을 이용하는 데이터 전송 방법 - Google Patents

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WO2013180332A1
WO2013180332A1 PCT/KR2012/004706 KR2012004706W WO2013180332A1 WO 2013180332 A1 WO2013180332 A1 WO 2013180332A1 KR 2012004706 W KR2012004706 W KR 2012004706W WO 2013180332 A1 WO2013180332 A1 WO 2013180332A1
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WO
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slot
data
communication network
terminal station
random access
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Application number
PCT/KR2012/004706
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English (en)
French (fr)
Inventor
임재성
이민우
Original Assignee
아주대학교산학협력단
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513—Transmission in a satellite or space-based system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/16—Central resource management; Negotiation of resources or communication parameters, e.g. negotiating bandwidth or QoS [Quality of Service]
    • H04W28/26—Resource reservation
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present invention relates to a data transmission method using a random access scheme in a communication network, and more particularly, to implement random access in a communication network by utilizing a slot reservation scheme of a communication network that controls the number of replicated data packets.
  • a method and apparatus are disclosed.
  • the present invention is derived from the research conducted as part of the support project for the center researcher of the Ministry of Education, Science and Technology and the Korea Research Foundation, and the support program for the development of the university IT research center of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunication Industry Promotion. Name: A Study on High Efficiency / Reliability Random Access Technology for Next Generation Satellite Communication Service, Assignment No .: ITAC1090112100100001000100100, Title: Defense IT Tactical Communication Technology Research].
  • Satellite networks have the advantage that they can be shared by end stations located in a wide area, while the cost of using the network is high. Therefore, a highly efficient communication technique has been used in satellite networks where the amount of data to be transmitted is high and low.
  • a demand assign technique and a random access technique are used in parallel. Since the random access scheme is very low in system throughput, it is limited in the case of a small amount of transmission traffic in a satellite network.
  • DAMA demand assign multiple access
  • CF-DAMA has a problem that the efficiency decreases as traffic has intermittent characteristics. As the traffic has intermittent characteristics, the traffic capacity changes drastically because the CF-DAMA technique cannot cope with such a sudden change rapidly. In particular, since the propagation delay time is very long in a satellite network, a request allocation scheme is not suitable for traffic having intermittent characteristics.
  • the random access scheme is superior to the request allocation scheme.
  • the low system throughput makes it difficult to use random access techniques in satellite networks.
  • a diversity slotted ALOHA (DSA) technique is a representative technique for increasing the system throughput to be used in a geostationary satellite system.
  • PRMA packet reservation multiple access
  • PRMA packet reservation multiple access
  • CRDSA content resolution diversity slotted ALOHA
  • CRDSA uses interference cancellation technology.
  • a duplicate data packet containing the same information is used.
  • Each of the duplicated data packets contains slot information of each other, so that when one of the duplicated packets is recovered, the location of its own duplicated data packet can be known.
  • the technique of removing interference packets using this information is an interference cancellation technique, which is a core technology of CRDSA.
  • CRDSA technology yields very good results, including increased system throughput.
  • IRSA and CSA techniques with modified CRDSA have also been proposed by the same investigator group. However, they all have two problems because they use replicated data packets. The first problem is using duplicated data packets, so to ensure maximum system throughput, you must control the amount of traffic input. Otherwise, system throughput is reduced. The second problem is that channel efficiency is reduced because of the use of replicated data packets. This is because two or more identical packets must be transmitted to transmit one packet.
  • the service to be used in the next generation satellite network is expected to increase the message size, the number of packets to be transmitted will vary. In addition, the increase in the number of users will be a factor to deepen the intermittent characteristics of the traffic.
  • the present invention proposes a random access scheme that controls whether data packets are duplicated and applies a reservation scheme to slots.
  • the present invention is configured to determine a reserved slot by receiving a communication channel for a role in the terminal station and transmitting a duplicated data packet to an empty slot.
  • the terminal station is a terminal or mobile terminal located on the ground.
  • a reserved slot is a slot that is allocated exclusively to one terminal station so that packet transmission is always successful.
  • An empty slot is when there is no terminal station using the slot or two or more terminal stations are connected and a packet collision is detected in this slot.
  • the action begins with the arrival of a message that must occur and be transmitted in the service.
  • a message consists of a number of packets, each of which is sent in sequence. Since there is no reserved slot in the first packet transmission, a communication channel is received for one frame period to determine an empty slot.
  • an arbitrary slot is selected from the empty slots and the packet is transmitted.
  • the slot is selected as many times as the number of duplicate data packets received from the terminal station, and one duplicate data packet is transmitted in one slot.
  • the terminal station receives the communication channel and determines whether the transmission of the packet in the corresponding slot was successful. If there is a successful packet among the duplicated data packets, one of the slots to which the successful packet is allocated is selected and determined as a reserved slot.
  • the slot with the lowest number among the slots to which a successful packet is allocated is determined as a reserved slot.
  • the slot with the highest number among the slots to which a successful packet is allocated may be determined as a reserved slot. Once the reserved slot is determined, the terminal station will use the reserved slot exclusively until all duplicate data packets have been transmitted.
  • the terminal station Since the packet is transmitted exclusively using the reserved slot in the communication network, the terminal station does not need to use the duplicated data packet when using the reserved slot in the communication network.
  • At least one other terminal station except for the terminal station transmitting and transmitting by specifying the slot reservation cancellation indicates the state of the empty slot and communicates. In the network, it should be an empty slot so that it can be used from the next frame.
  • the present invention relates to a protocol for applying a random access scheme to a communication network.
  • the random access scheme may be more effective than the request allocation scheme.
  • the present invention can reduce the amount of packet interference by controlling the data packet transmission replicated in the random access scheme of the communication network, and can improve the system throughput and channel efficiency compared to the conventional CRDSA scheme.
  • the slot reservation scheme it is more effective in communication network services using multi-packet messages, for example, satellite network services. Therefore, it is possible to effectively implement a satellite / terrestrial integrated service using a next generation satellite network service, a voice call service based on a random access scheme, and an emergency messaging service.
  • the present invention can be applied to not only satellite networks but also cellular networks and Ad-Hoc environments according to system configuration.
  • the method of the present invention can be applied to a star-type or mesh-type satellite network composed only of terminal stations, and includes a star-type network control center (NCC) that provides slot information for each terminal station.
  • NCC network control center
  • When configuring a communication network it can be applied not only to satellite networks but also to cellular networks and Ad-Hoc environments.
  • FIG. 1 shows a data transmission structure of a random access method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a random access data transmission method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a flow chart for using exclusively reserved slots according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a reservation cancellation of a reservation slot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a flowchart for the determined reservation slot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the number of data packets copied according to the traffic input amount received from the satellite network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating determining a reserved slot among several slots according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a conceptual configuration of a terminal station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a conceptual configuration of a terminal station capable of data transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a structure of a frame and a slot of a satellite network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a data transmission structure of a random access method of a terminal station according to traffic input amount according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of slots allocated for each terminal station in the random access data transmission method according to the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a method of reserving slots for each terminal station when slots are allocated as shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 illustrates a method of another embodiment of reserving slots for each terminal station when slots are allocated as shown in FIG. 12.
  • 15 is a flowchart illustrating a random access data transmission method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows a conceptual configuration of a terminal station capable of data transmission according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention is configured to determine a reserved slot by receiving a communication channel for a role in the terminal station and transmitting a duplicated data packet to an empty slot.
  • the terminal station is a terminal or mobile terminal located on the ground.
  • a reserved slot is a slot that is allocated exclusively to one terminal station so that packet transmission is always successful.
  • An empty slot is when there is no terminal station using the slot or two or more terminal stations are connected and a packet collision is detected in this slot.
  • the action begins with the arrival of a message that must occur and be transmitted in the service.
  • a message consists of a number of packets, each of which is sent in sequence. Since there is no reserved slot in the first packet transmission, a communication channel is received for one frame period to determine an empty slot.
  • an arbitrary slot is selected from the empty slots and the packet is transmitted.
  • the slot is selected as many times as the number of duplicate data packets received from the terminal station, and one duplicate data packet is transmitted in one slot.
  • the terminal station receives the communication channel and determines whether the transmission of the packet in the corresponding slot was successful. If there is a successful packet among the duplicated data packets, one of the slots to which the successful packet is allocated is selected and determined as a reserved slot.
  • the slot with the lowest number among the slots to which a successful packet is allocated is determined as a reserved slot.
  • the slot with the highest number among the slots to which a successful packet is allocated may be determined as a reserved slot. Once the reserved slot is determined, the terminal station will use the reserved slot exclusively until all duplicate data packets have been transmitted.
  • the terminal station Since the packet is transmitted exclusively using the reserved slot in the communication network, the terminal station does not need to use the duplicated data packet when using the reserved slot in the communication network.
  • At least one other terminal station except for the terminal station transmitting and transmitting by specifying the slot reservation cancellation indicates the state of the empty slot and communicates. In the network, it should be an empty slot so that it can be used from the next frame.
  • the present invention relates to a data transmission method using a random access scheme in a communication network, and more particularly, by implementing a random access in a communication network by utilizing a slot reservation scheme of a communication network that controls the number of replicated data packets.
  • it is proposed to reduce packet interference and to improve system throughput and channel efficiency compared to CRDSA.
  • CF-DAMA has a problem that the efficiency decreases as traffic has an intermittent characteristic. As the traffic has an intermittent characteristic, the traffic capacity changes drastically, because the demand allocation technique cannot respond quickly to such a sudden change in traffic. Since the propagation delay time is very long in a communication network, a request allocation scheme is not suitable for traffic having intermittent characteristics.
  • the present invention provides a random access method data transmission method and apparatus that controls the transmission of the duplicated data packet, and applies the reservation method for the slot to solve this technical problem.
  • the present invention is applicable to a satellite network composed only of terminal stations, a satellite network composed of terminal stations and a network control center (NCC), a cellular network, and an Ad-Hoc environment.
  • NCC network control center
  • the satellite network composed only of the terminal stations may include a star satellite network and a mesh satellite network
  • the star satellite network is an environment in which transmission data packet results of all terminal stations can be observed in the central terminal station. Since there is no control center, each terminal station must observe the transmission data packet result
  • mesh type satellite network is an environment in which each terminal station can observe its transmission data packet result after the physical delay time. In this case, only the terminal stations can be applied to the satellite network.
  • the network control center when included, it can be applied not only to satellite networks, but also to cellular networks and ad-hoc environments, and the network control center is composed of a star network that plays its role in the center. Its use may be higher.
  • the network control center may be any one of the terminal stations, and in this case, even when the communication network is composed of only the terminal stations, the network control center can be applied to not only satellite networks but also cellular networks and Ad-Hoc environments.
  • the present invention is applicable to a satellite network, a cellular network, and an Ad-Hoc environment.
  • satellite networks For convenience of description, the detailed description of the present invention will be given using satellite networks as an example.
  • FIG. 1 shows a data transmission structure of a satellite network of a random access method according to an embodiment of the present invention.
  • the satellite network 100 includes at least one or more terminal stations 110 and 120, a satellite body 130, and a network control center 140.
  • the terminal stations 110 and 120 represent a concept including at least one of a communication terminal / communication device such as a mobile phone, a transmission / reception device installed in a ship or a car, or a satellite signal reception device.
  • a communication terminal / communication device such as a mobile phone, a transmission / reception device installed in a ship or a car, or a satellite signal reception device.
  • Each communication link constituting the satellite network 100 is named as follows.
  • the link forwarding of the terminal stations 110 and 120 to receive data from the NCC 140 is forwarded.
  • link, the link through which the terminal stations 110, 120 transmit data is called a return link.
  • the link When the link is divided based on the satellite body 130, the direction transmitted from the ground to the satellite 130 is uplink, and conversely, the direction transmitted from the satellite 130 to the ground is downlinked. It is called.
  • the terminal stations 110 and 120 and the NCC 140 are classified as communication entities on the ground, and the satellite body 130 serves as a standard for classifying the link.
  • the terminal stations 110 and 120 receive the satellite channel for one frame period from the satellite network 100 to determine whether the slot of the satellite network 100 is an empty slot or a slot in which data packets are stored. If there are empty slots in the satellite network 100, the terminal stations 110 and 120 select at least one or more empty slots of the satellite network 100, and duplicate data packets in each of the at least one or more empty slots.
  • the satellite 130 transmits.
  • the terminal station may include information on the slot in which the same data packet is transmitted, such as a data packet header, and unique information for distinguishing the terminal station.
  • the terminal stations 110 and 120 receive data from respective slots of the satellite network 100 and receive a packet that is not collided with another data packet among the data packets transmitted and transmitted to the satellite network 100.
  • the identified slots are identified, and any one of the identified slots is determined as a reserved slot.
  • the satellite body 130 is a concept including one or more of a geostationary communication satellite, a satellite having a forwarding / communication function, or an aircraft having a forwarding / communication function, and the satellite body 130 in the random access data transmission method of the present invention. ) May be fixed, but need not necessarily be fixed.
  • Network Control Center 140 is the operation management of network resources to respond to data demands, the operation management of network resources to eliminate failure factors and temporarily maintain the service, events, status, measurement data Statistics collection, processing, reporting, centralized maintenance testing and control activities, administrative data storage and access, network performance and resource use to collect, report, and generate necessary analysis and actions and use them for engineering and management purposes.
  • NCC Network Control Center
  • FIG. 10 shows a structure of a frame and a slot of a satellite network according to an embodiment of the present invention.
  • the packet 1010 is a data packet including a message of information of letters or numbers transmitted between the terminal stations 110 and 120, the satellite body 130, and the network control center 140.
  • the maximum length of the packet 1010 is determined in each system, and a message longer than the predetermined size can be divided into several packets and transmitted.
  • the frame 1020 refers to a unit time interval in which data is transmitted in the satellite network 100.
  • One frame 1020 includes a finite number of slots 1030, and the length of the frame 1020 is a satellite. Specified longer than the propagation delay time at.
  • each terminal station 110, 120
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a random access data transmission method according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a block diagram conceptually illustrating each module of the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 2 is executed.
  • the slot occupancy determining unit 111 receives a satellite channel during one frame period of the satellite network 100 to determine a slot occupancy state (S210).
  • the duplicate packet transmitter 112 selects at least one or more empty slots of the satellite network 100, and duplicates and transmits a data packet to each selected empty slot (S220).
  • the packet collision determination unit 113 identifies a slot in which a packet which does not collide with another data packet among the duplicate data packets transmitted to the empty slot of the satellite network 100 is received (S230).
  • the reserved slot determination unit 114 determines at least one of the identified slots as a reserved slot (S240).
  • Figure 3 shows a flow chart for using exclusively reserved slots according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a block diagram conceptually illustrating each module of the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 3 is executed.
  • FIG. 9 is a block diagram conceptually illustrating each module for the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 3 is executed.
  • the data transmitter 115 exclusively uses a reserved slot that receives a data packet (S310).
  • S310 it is determined whether all data packets to be transmitted from the terminal stations 110 and 120 are transmitted. If all the duplicated data packets have not been transmitted, the data packets continue to use the reserved slots exclusively (S310), and if all the data packets have been transmitted (S320), the reservation of the reserved slots used exclusively is terminated and terminated.
  • the termination of the reserved slot may explicitly include the cancellation message of the reserved slot in the final data packet, or, conversely, the termination of the reserved slot may be naturally detected by monitoring the occupancy status of the slot in other terminal stations.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a case where a reservation cancellation of a reservation slot is specified according to an embodiment of the present invention.
  • the data transmitter 115 transmits to the satellite network 130 by indicating the reservation cancellation of the reserved slot in the data packet last transmitted among the data packets related to the duplicated data packet received from the terminal station A 110 (S410). ). At this time, another terminal station B 120 receives the reservation cancellation from the satellite network path 130 and recognizes the reservation cancellation of the reservation slot (S420).
  • FIG. 5 shows a flowchart for the determined reservation slot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram conceptually illustrating each module of the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 5 is executed.
  • the duplicate packet transmitter 114 determines whether a reserved slot has been determined (S510). In this case, if the reserved slot is not determined, the data packet copied from the terminal stations 110 and 120 is allocated to the empty slot of the satellite network 100 and transmitted. If the reserved slot is determined, the duplicate packet transmitter 112 transmits the data packet. The replication for the packet is stopped (S520).
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the number of data packets copied according to the traffic input amount received from the satellite network according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a block diagram conceptually illustrating each module of the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 6 is executed.
  • the terminal stations 110 and 120 When executing the random access data transmission method, the terminal stations 110 and 120 receive the traffic input amount from the satellite network 130 (S610). In addition, the terminal stations 110 and 120, in particular, the duplicate packet transmitter 112 determine the number of duplicate data packets according to the received traffic input amount (S620).
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating determining a reserved slot among several slots according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a block diagram conceptually illustrating each module of the terminal stations 110 and 120 in which the random access data transmission method of FIG. 7 is executed.
  • the packet collision determination unit 113 identifies a slot in which a data packet in which no collision has occurred has been received, and the reservation slot determination unit 114 determines any one of the identified slots as a reserved slot.
  • the reserved slot determination unit 114 may determine a slot having a lower number as a reserved slot (S710). According to another embodiment, when there are two or more identified slots, the reserved slot determination unit 114 may determine a slot having a higher number as a reserved slot (S710). If a plurality of slots are available, the reserved slot determination unit 114 selects one slot as a reserved slot, and the selection criteria may be shared between the terminal stations 110 and 120.
  • the terminal stations 110 and 120 transmits the data packet using the determined reserved slot (S720).
  • FIG. 8 shows a conceptual configuration of the terminal stations (110, 120) according to an embodiment of the present invention.
  • the data transmission apparatus of the random access system illustrated in FIG. 8 includes a slot occupancy determining unit 111, a duplicate packet transmission unit 112, a packet collision determination unit 113, and a reserved slot determination unit 114.
  • the slot occupancy determining unit 111 receives a satellite channel for one frame period of the satellite network 130 and determines the occupancy state of the slot (S210).
  • the duplicate packet transmitter 112 selects at least one or more empty slots of the satellite network 130, and duplicates and transmits a data packet to each empty slot (S220).
  • the packet collision determination unit 113 identifies a slot in which a packet that does not collide with another data packet except the duplicated data is received among the duplicated data packets received from the satellite network 130 (S230).
  • the reservation slot determination unit 114 determines any one of the identified slots as a reserved slot (S240).
  • FIG 9 illustrates a conceptual configuration of terminal stations 110 and 120 capable of data transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the data transmitter 115 transmits the data packet by indicating the reserved cancellation of the slot designated as the reserved slot in the last data packet transmitted among the data packets related to the data packet transmitted to the satellite network 130.
  • at least one terminal station B (120) except for the terminal station A (110) which transmits the data packet indicating the reservation cancellation is canceled when the reservation slot is canceled by the reservation slot from the satellite network (130). Recognize reserved slots.
  • FIG. 11 illustrates a data transmission structure of a random access method of a terminal station according to traffic input amount according to an embodiment of the present invention.
  • the satellite network includes at least one or more terminal stations 1110, 1120, a satellite body 1130, and a network control center 1140.
  • the terminal stations 1110 and 1120 use the occupancy information of the slots observed by receiving the satellite channel during one frame period of the satellite network to determine the traffic volume of the latest frame of the satellite network. Then, the amount of data transmitted from the terminal stations 1110 and 1120 to the satellite network is controlled based on the determined traffic volume.
  • traffic information of the satellite network may be periodically received from the satellite body 1130, and the traffic volume of the latest frame is corrected based on the received traffic information of the satellite network.
  • the amount of traffic input to the channel is determined from the latest frame information and fed back to adjust the data transmission amount of the terminal stations 1110 and 1120 according to the result.
  • a closed loop scheme for determining the total traffic amount at the network control center 1140 and informing each terminal station 1110 or 1120 is used. According to this, as shown in FIG. 11, a time of 1 round trip delay (2-hop) was taken.
  • each terminal station 1110, 1120 checks the state in units of frames in order to monitor the occupancy state of the slot, it is necessary to determine the amount of traffic input to the channel from the latest frame information. It takes the time of / 2 round trip delay (RTD) (1-hop), and there is an advantage that it is possible to quickly update the latest frame information in real time.
  • RTD round trip delay
  • 'recent frame information' may be differently recognized according to the channel state of each terminal station 1110 and 1120. Therefore, in order to correct this, the network control center 1140 periodically transmits traffic information to the terminal stations 1110 and 1120, and each terminal station 1110 and 1120 periodically receives the traffic information from the network control center 1140. Receive and correct 'recent frame information'. Such 'recent frame information' may be obtained from the state information (used or unused) of the slot observed in units of frames, and the state information of the slot may be referred to as 'snapshot information'.
  • the information used to grasp the traffic information may be a 'state value of the frame', only the 'final packet tag' included in the case of transmitting the 'final packet' from any terminal station 1110, 1120 Upon reception and detection, the occurrence of unused reserved slots in each terminal station 1110 and 1120 can be reduced.
  • the terminal station is configured to include at least one of slots to which the duplicated data packet transmitted by the terminal station is allocated and which does not collide with the data packet transmitted by another terminal station.
  • the present invention is not limited thereto, and even if a collision occurs in all assigned slots, at least one slot may be allocated using a relationship with another terminal station, that is, interference cancellation. Can be. This will be described with reference to FIGS. 12 to 14.
  • one frame 1210 includes four slots 1211.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of slots allocated for each terminal station in the random access data transmission method according to the present invention.
  • the terminal station A 1220 allocates the first slot and the fourth slot to transmit the duplicated data A1 and A2, and the terminal station B 1230 allocates the second slot and the fourth slot to replicate.
  • the data B1 and B2 are transmitted, and the terminal station C 1240 allocates the second slot and the third slot to transmit the duplicated data C1 and C2.
  • the information on the slot allocated by the terminal station is included in each header of the duplicated data transmitted through each slot.
  • the terminal station A is included in each header of the duplicated data A1 and A2 transmitted from the terminal station A1220. It contains information that the duplicate data is transmitted through the first slot and the fourth slot.
  • Each of the terminal stations 1220-1240 receives all duplicate data received through the respective slots. For example, each of the terminal stations 1220-1240 receives the A1 duplicate data through the first slot, receives the overlapped data of B1 and C1 through the second slot, receives the C2 duplicate data through the third slot, and the fourth slot. A1 and B2 receive the overlapped data through the slot.
  • terminal station A 1220 may know that no collision occurs in the first slot, and terminal station C 1240 may know that collision does not occur in the third slot.
  • B 1230 may know that collisions occur in all assigned slots.
  • the duplicate data of the terminal station B 1230 must be restored in the terminal station A 1220 and the terminal station C 1240.
  • the terminal station A 1220 may know that the duplicate data of the terminal station C 1240 is transmitted to the second slot through the header of the duplicate data C2, and thus, the terminal station A 1220 knows the duplicate data B1 of the terminal station B 1230. Can be.
  • the terminal station C 1240 knows that the duplicate data of the terminal station A 1220 has been transmitted to the fourth slot through the header of the duplicate data A1, and thus, knows the duplicate data B2 of the terminal station B 1230. Can be.
  • FIG. 13 is a view illustrating an embodiment of reserving slots for each terminal station when slots are allocated as shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 illustrates a slot for a terminal station having a collision after first reserving a slot for a terminal station for which there is no collision. It's about how to make a reservation.
  • the terminal station A 1220 reserves the first slot in which no collision occurs among the allocated first slot and the fourth slot, and the terminal station C 1240 encounters a collision among the allocated second slot and the third slot. Reserve a third slot you haven't.
  • the terminal station B 1230 since the terminal station B 1230 has collided with the allocated second and fourth slots, and the other terminal stations 1220 and 1240 do not reserve both slots, the terminal station B 1230 does not reserve one of the two slots. Make a reservation. In FIG. 13, the terminal B1230 reserves the second slot, but may reserve the fourth slot and may reserve both the second slot and the fourth slot.
  • terminal B may reserve two slots, but more terminal stations are used and assigned. There may be cases where there are two or more terminal stations where all slots collide. In such a case, the terminal stations with which all assigned slots collide may use a method of sequentially reserving one slot, and the method of reserving a slot may also reserve the earliest slot among the allocated slots or the slowest slot. You can also reserve a sequence of slots.
  • FIG. 14 illustrates a method of reserving a slot for each terminal station when slots are allocated as shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 illustrates a method of reserving a slot using slot reservation priority for each terminal station.
  • a method of sequentially reserving slots from a terminal station A 1220 to a terminal station C 1240 is used.
  • the terminal station A 1220 reserves the first slot in which no collision has occurred among the allocated slots
  • the terminal station B 1230 reserves the fourth slot in which no collision has occurred with the terminal station C among the allocated slots.
  • Terminal station C 1240 reserves all of the remaining slots, the second and third slots.
  • terminal station C 1240 may reserve only one of the two slots, and terminal station B may also reserve a second slot in which there is no collision with terminal station A.
  • the present invention relates to terminal stations having slots in which no collisions occur among the assigned slots among the plurality of terminal stations.
  • a slot station may use a scheme of reserving slots and may sequentially reserve slots for each of the terminal stations irrespective of whether there is a collision in the allocated slots.
  • the slots are sequentially booked, it is preferable to reserve the slots in which collisions do not occur among the allocated slots when the slots have slots that do not cause collisions.
  • 15 is a flowchart illustrating a random access data transmission method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows that step S230 is changed to steps S1530 and S1540 in the step shown in FIG.
  • Each terminal station can know the information on each slot through the received communication channel, that is, frame information.
  • each slot can be roughly divided into a used slot and an unused slot.
  • each slot may be subdivided as follows by an interference cancellation (IC) technique.
  • the usage slot may be subdivided into a single accessed slot and a successively decoded slot. Unused slots can be subdivided into no accessed slots and unsuccessfully decoded slots.
  • IC interference cancellation
  • Each terminal station monitors the frame information and can segment and identify all four pieces of information for each slot. Since the details of steps S1510, S1520, and S1550 of FIG. 15 are the same as those of steps S210, S220, and S240 of FIG. 2, repeated descriptions thereof will be omitted.
  • the present invention selects at least one or more empty slots in step S1520, duplicates the data packet in each selected empty slot, and transmits all slots constituting each slot of the satellite network, that is, one frame. Receive data from the terminal, and identify at least one slot that can be reserved among the empty slots selected in step S1520 using interference cancellation of the received data (S1530, S1540).
  • FIG. 16 shows a conceptual configuration of a terminal station capable of data transmission according to another embodiment of the present invention.
  • the random access data transmission method includes a slot occupancy determination unit 1610, a duplicate packet transmission unit 1620, a reserved slot determination unit 1630, a reserved slot determination unit 1640, and a data transmission unit ( 1650).
  • the slot occupancy determining unit 1610, the duplicate packet transmission unit 1620, the reserved slot determination unit 1640, and the data transmission unit 1650 are the slot occupancy determination unit 111 and the clone shown in FIGS. 8 and 9. Since the functions of the packet transmitter 112, the reserved slot determiner 114, and the data transmitter 115 are the same, their description is omitted.
  • the reserved slot determination unit 1630 uses the interference cancellation of the received data in the duplicate packet transmitter 1620. Identifies at least one reserved slot among the selected empty slots.
  • Random data transmission method is implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
  • the present invention relates to a data transmission method using a random access scheme in a communication network, and more particularly, to implement random access in a communication network by utilizing a slot reservation scheme of a satellite network that controls the number of replicated data packets.
  • a method and apparatus are disclosed.
  • a data transmission method using a random access method comprises the steps of receiving a communication channel for one frame period to determine the occupancy state of the slot; Selecting one or more empty slots and duplicating and transmitting data packets to each empty slot; Identifying a slot in which the duplicated data packet has not received a collision with another data packet; Determining any one of the identified slots as a reserved slot.

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Abstract

본 발명은 통신 네트워크에서 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복제된 데이터 패킷의 수를 제어하는 위성 네트워크의 슬랏 예약 방식을 활용하여, 통신 네트워크에서의 랜덤 액세스를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법은 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 단계; 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고 각각의 빈 슬랏에 데이터 패킷을 복제하여 전송하는 단계; 복제된 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 패킷이 수신된 슬랏을 식별하는 단계; 상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 단계를 포함한다.

Description

복제 패킷 전송을 제어하는 슬랏 예약 방식의 랜덤 액세스 기법을 이용하는 데이터 전송 방법
본 발명은 통신 네트워크에서 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복제된 데이터 패킷의 수를 제어하는 통신 네트워크의 슬랏 예약 방식을 활용하여, 통신 네트워크에서의 랜덤 액세스를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 지식경제부 및 정보통신산업진흥원의 대학 IT 연구센터 육성지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호 : 2012014831 ), 과제명 : 차세대 위성통신 서비스를 위한 고효율성/고신뢰성 랜덤 액세스 기술 연구, 과제고유번호 : ITAC1090112100100001000100100, 과제명 : 국방 IT 전술통신 기술 연구].
위성 네트워크는 넓은 영역에 위치한 단말국들이 공유할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 네트워크의 이용을 위한 비용이 높다는 제약이 따른다. 따라서, 위성 네트워크에서는 전송되는 데이터의 양이 많은 경우와 낮은 경우에 각각 최적화된 고효율의 통신 기법이 사용되어 왔다.
일반적으로 위성 네트워크에서는 요구 할당(demand assign) 기법과, 랜덤 액세스(random access) 기법이 병행하여 사용된다. 랜덤 액세스 기법은 시스템 처리량이 매우 낮은 편이기 때문에, 위성 네트워크에서는 전송 트래픽 양이 많지 않은 경우에 제한적으로 이용되고 있다.
랜덤 액세스 기법의 하나인 1970년대의 Slotted ALOHA는 37%의 시스템 처리량이 최대인 것으로 알려져 있다. 따라서, 응용 프로그램의 데이터 트래픽처럼 전송 트래픽 양이 많은 경우에는 사용하지 않는다. 다만, 네트워크 제어 데이터, 시스템 관리용 메시지와 같이 트래픽 양이 적은 경우에 한해서 사용되고 있다.
트래픽 양이 많은 경우에 이용되는 요구 할당 기법으로서 주로 이용되고 있는 기술은 DAMA(demand assign multiple access)이다. 하지만, DAMA에서는 요구된 할당량보다 적게 트래픽이 발생하는 경우에는 실제 트래픽과 요구되는 기본 할당량의 차이만큼 네트워크가 낭비되는 문제점을 가지고 있었다. 이를 극복하기 위해서 나온 것이 CF-DAMA (combined - free DAMA) 기술이다. CF-DAMA는 낭비되는 용량들을 단말 간에 분배하는 기술을 포함하고 있다.
하지만, CF-DAMA는 트래픽이 간헐적인 특성을 가질수록 그 효율이 감소하는 문제점을 가지고 있다. 트래픽이 간헐적인 특성을 가질수록 트래픽 용량은 급격하게 변화하는데, CF-DAMA 기법으로는 이러한 급격한 변화에 신속하게 대응할 수 없기 때문이다. 특히, 위성 네트워크에서는 전파 지연 시간이 매우 길기 때문에, 간헐적 특성을 갖는 트래픽에 대해서는 요구 할당 기법이 적합하지 않다.
간헐적인 특성을 갖는 트래픽에 대응하기 위해서는 랜덤 액세스 기법이 요구 할당 기법보다 우수하다. 그러나 앞서 설명한 것처럼 낮은 시스템 처리량 때문에 위성 네트워크에서 랜덤 액세스 기법이 사용되기 어려웠다.
랜덤 액세스 기법의 시스템 처리량을 향상시키는 방안들이 많이 제시되어 왔지만, 정지 궤도 위성 시스템에서 사용될 수 있을 만큼 시스템 처리량을 높인 기법으로는 DSA(diversity slotted ALOHA) 기법이 대표적이다. 중/저 궤도에서는 PRMA(packet reservation multiple access)가 사용되기도 한다. 중/저 궤도 위성은 정지 궤도에 비해 전파 지연 시간이 매우 짧기 때문에 packet reservation이 가능하기 때문이다.
현재, 정지 궤도 위성 시스템에서 사용 가능한 가장 개량된 랜덤 액세스 기법은 CRDSA (contention resolution diversity slotted ALOHA) 이다. CRDSA는 시스템 처리량을 52% 수준으로 향상시켰다고 보고되었다. CRDSA는 간섭 제거 (interference cancellation) 기술을 사용한다. 또한, 하나의 패킷을 전송하기 위해, 동일한 정보를 담고 있는 복제된 데이터 패킷을 사용한다. 각각의 복제된 데이터 패킷끼리는 서로의 슬랏 정보를 담고 있어서, 복제 패킷 중 하나가 복구되면 자신의 다른 복제된 데이터 패킷 위치를 알 수 있다. 이 정보를 사용하여 간섭 패킷을 제거해 나가는 기술이 간섭 제거 기술이며, CRDSA의 핵심 기술이다.
이 CRDSA기술을 이용한 예로, 미국 공개특허 US 20100124222호 "METHOD OF TRANSMITTING DATA" 에서는 CRDSA를 이용하여 단말국과 사용자가 전송 채널에 따라 데이터 패킷을 동시에 전송하는 방법이 제안되었다.
그러나 상기 선행특허, 즉 CRDSA 기술은 여전히 복제 패킷을 사용하기 때문에 최대 시스템 처리량을 보장하기 위해서는 네트워크에 대한 트래픽 입력 량을 통제해야 한다. 또한 모든 경우에 데이터 패킷을 복제하여 전송하므로 채널의 효율성을 높이는 데에도 한계가 있었다.
CRDSA 기술은 시스템 처리량을 높이는 등 매우 우수한 결과를 보인다. CRDSA를 변형한 IRSA, CSA 기술도 동일 연구자 그룹에 의하여 제안되어 있다. 하지만, 이들은 모두 복제된 데이터 패킷을 사용하기 때문에 두 가지 문제점을 가지고 있다. 첫번째 문제점은 복제된 데이터 패킷을 사용하기 때문에 최대 시스템 처리량을 보장하기 위해서는 트래픽의 입력 양을 잘 통제해야 한다. 그렇지 않으면, 오히려 시스템 처리량이 감소하기 때문이다. 두번째 문제점은 복제된 데이터 패킷을 사용하기 때문에 채널 효율성이 감소한다. 하나의 패킷을 전송하기 위해 두 개 이상의 동일한 패킷을 전송해야 하기 때문이다.
또한, 차세대 위성 네트워크에서 사용될 서비스는 메시지 크기가 늘어나, 전송해야 할 패킷의 수가 다양해질 것으로 예상된다. 또한, 사용자 수의 증가는 트래픽의 간헐적 특성을 심화시키는 요인이 될 것이다.
따라서, 본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 데이터 패킷의 복제 여부를 제어하고, 슬랏에 대한 예약 방식을 적용한 랜덤 액세스 기법을 제안한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 단말국에서의 역할에 대해 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 빈 슬랏에 복제된 데이터 패킷을 전송하여 예약 슬랏을 결정하도록 구성한다. 단말국은 지상에 위치하고 있는 단말기 또는 이동 단말기이다. 예약 슬랏은 어느 하나의 단말국에 독점적으로 할당되어 패킷 전송이 항상 성공하는 슬랏이다. 빈 슬랏은 슬랏을 사용하는 단말국이 없거나, 두 개 이상의 단말국이 접속하여 이 슬랏에서 패킷 충돌이 감지된 경우이다.
단말국에서는 서비스에서 발생하여 전송되어야 하는 메시지의 도착과 함께 작용이 시작된다. 메시지는 다수의 패킷으로 구성되며, 각 패킷은 순서대로 전송된다. 최초의 패킷 전송시에는 예약 슬랏을 갖고 있지 않으므로, 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 빈 슬랏을 파악한다.
단말국에서 빈 슬랏을 사용하는 경우에는 빈 슬랏 중에서 임의의 슬랏을 선택하여 패킷을 송신한다. 이때 단말국으로부터 수신한 복제된 데이터 패킷의 개수만큼 슬랏을 선택하며, 한 슬랏에 한 개의 복제된 데이터 패킷을 전송한다. 복제된 데이터 패킷을 전송 후, 단말국에서는 통신 채널을 수신하며, 해당 슬랏에서 패킷의 전송이 성공되었는지를 판정한다. 만약, 복제된 데이터 패킷 중에서 성공한 패킷이 있을 경우에는 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 어느 하나를 선택하여 예약 슬랏으로 결정한다.
본 발명의 실시예에 따라서는, 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 번호가 가장 낮은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 번호가 가장 높은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정할 수 있다. 예약 슬랏이 결정되면, 해당 단말국은 복제된 데이터 패킷을 모두 전송할 때까지 그 예약 슬랏을 독점적으로 사용하게 된다.
통신 네트워크에서 예약 슬랏을 독점적으로 사용하여 패킷을 전송하므로, 통신 네트워크에서 예약 슬랏을 사용하는 경우에 단말국에서는 복제된 데이터 패킷을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말국에서 전송하는 패킷이 마지막 패킷인 경우에는 슬랏 예약 해지를 명시하여 전송하고 전송하는 단말국을 제외한 적어도 하나 이상의 다른 단말국이 빈 슬랏의 상태를 파악하고 통신 네트워크에서는 다음 프레임부터 사용할 수 있도록 빈 슬랏이 되도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 별도의 슬랏 예약 해지를 명시하여 전송하지 않더라도, 다음의 프레임에서 해당 슬랏이 빈 경우에는 다른 단말국들이 슬랏의 빈 상태를 파악하여 다음 프레임에서 해당 빈 슬랏에 대한 예약을 시도할 수 있다.
본 발명은 통신 네트워크에 랜덤 액세스 기법을 적용하기 위한 프로토콜에 관련된 것으로서, 다수의 짧은 메시지가 통신 네트워크를 통하여 전송되는 경우에는 요구 할당 기법보다 랜덤 액세스 기법이 효과적일 수 있다.
본 발명은 통신 네트워크의 랜덤 액세스 기법에서 복제된 데이터 패킷 전송을 제어함으로써, 패킷 간섭량을 감소시킬 수 있으며, 종래의 CRDSA 기법에 비해, 시스템 처리량과 채널 효율성을 향상시킬 수 있다. 특히, 슬랏 예약 기법을 사용함으로써 멀티 패킷 메시지를 사용하는 통신 네트워크 서비스 예를 들어, 위성 네트워크 서비스에서 더 효과적이다. 따라서, 차세대 위성 네트워크 서비스를 사용하는 위성/지상 통합 서비스, 임의 접속 기법 기반의 음성 통화 서비스, 긴급 메시징 서비스를 효과적으로 구현할 수 있다.
본 발명은 시스템 구성 방식에 따라 위성 네트워크 뿐만 아니라 셀룰러 네트워크, Ad-Hoc 환경에도 적용 가능하다. 예컨대, 본 발명의 방식을 단말국으로만 구성된 스타형 또는 메쉬형 위성 네트워크에 적용할 수 있고, 단말국 각각에 대한 슬랏 정보를 제공하는 네트워크 제어센터(Network Control Center, NCC)를 포함하는 스타형 통신 네트워크를 구성하는 경우에는 위성 네트워크 뿐만 아니라 셀룰러 네트워크와 Ad-Hoc 환경에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예약 슬랏을 독점적으로 사용함에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예약 슬랏의 예약 해지를 명시한 순서도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정된 예약 슬랏에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 네트워크로부터 수신된 트래픽 입력량에 따라 데이터 패킷이 복제되는 개수에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 슬랏 중 예약 슬랏을 결정하는 순서도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송이 가능한 단말국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 네트워크의 프레임 및 슬랏의 구조를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 입력량에 따른 단말국의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 구조를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방식에서 단말국별 할당된 슬랏에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 13은 도 12와 같이 슬랏들이 할당된 경우 단말국별 슬랏을 예약하는 일 실시예의 방식을 나타낸 것이다.
도 14는 도 12와 같이 슬랏들이 할당된 경우 단말국별 슬랏을 예약하는 다른 일 실시예의 방식을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 데이터 전송이 가능한 단말국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 단말국에서의 역할에 대해 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 빈 슬랏에 복제된 데이터 패킷을 전송하여 예약 슬랏을 결정하도록 구성한다. 단말국은 지상에 위치하고 있는 단말기 또는 이동 단말기이다. 예약 슬랏은 어느 하나의 단말국에 독점적으로 할당되어 패킷 전송이 항상 성공하는 슬랏이다. 빈 슬랏은 슬랏을 사용하는 단말국이 없거나, 두 개 이상의 단말국이 접속하여 이 슬랏에서 패킷 충돌이 감지된 경우이다.
단말국에서는 서비스에서 발생하여 전송되어야 하는 메시지의 도착과 함께 작용이 시작된다. 메시지는 다수의 패킷으로 구성되며, 각 패킷은 순서대로 전송된다. 최초의 패킷 전송시에는 예약 슬랏을 갖고 있지 않으므로, 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 빈 슬랏을 파악한다.
단말국에서 빈 슬랏을 사용하는 경우에는 빈 슬랏 중에서 임의의 슬랏을 선택하여 패킷을 송신한다. 이때 단말국으로부터 수신한 복제된 데이터 패킷의 개수만큼 슬랏을 선택하며, 한 슬랏에 한 개의 복제된 데이터 패킷을 전송한다. 복제된 데이터 패킷을 전송 후, 단말국에서는 통신 채널을 수신하며, 해당 슬랏에서 패킷의 전송이 성공되었는지를 판정한다. 만약, 복제된 데이터 패킷 중에서 성공한 패킷이 있을 경우에는 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 어느 하나를 선택하여 예약 슬랏으로 결정한다.
본 발명의 실시예에 따라서는, 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 번호가 가장 낮은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 성공한 패킷이 할당된 슬랏 중 번호가 가장 높은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정할 수 있다. 예약 슬랏이 결정되면, 해당 단말국은 복제된 데이터 패킷을 모두 전송할 때까지 그 예약 슬랏을 독점적으로 사용하게 된다.
통신 네트워크에서 예약 슬랏을 독점적으로 사용하여 패킷을 전송하므로, 통신 네트워크에서 예약 슬랏을 사용하는 경우에 단말국에서는 복제된 데이터 패킷을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말국에서 전송하는 패킷이 마지막 패킷인 경우에는 슬랏 예약 해지를 명시하여 전송하고 전송하는 단말국을 제외한 적어도 하나 이상의 다른 단말국이 빈 슬랏의 상태를 파악하고 통신 네트워크에서는 다음 프레임부터 사용할 수 있도록 빈 슬랏이 되도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 별도의 슬랏 예약 해지를 명시하여 전송하지 않더라도, 다음의 프레임에서 해당 슬랏이 빈 경우에는 다른 단말국들이 슬랏의 빈 상태를 파악하여 다음 프레임에서 해당 빈 슬랏에 대한 예약을 시도할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 통신 네트워크에서 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복제된 데이터 패킷의 수를 제어하는 통신 네트워크의 슬랏 예약 방식을 활용하여, 통신 네트워크에서의 랜덤 액세스를 구현함으로써, 패킷 간섭량을 감소시킬수 있으며, CRDSA 기법에 비해, 시스템 처리량과 채널 효율성을 향상시키기 위한 목적으로 제안되었다.
종래의 CF-DAMA는 트래픽이 간헐적인 특성을 가질수록 그 효율이 감소하는 문제점을 가지고 있다. 트래픽이 간헐적인 특성을 가질수록 트래픽 용량은 급격하게 변화하는데, 이러한 트래픽의 급격한 변화에 요구 할당 기법은 그 특성 상 신속히 대응할 수 없기 때문이다. 통신 네트워크에서는 전파 지연 시간이 매우 길기 때문에, 간헐적 특성을 갖는 트래픽에 대해서는 요구 할당 기법이 적합하지 않다.
본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 복제된 데이터 패킷 전송을 제어하고, 슬랏에 대한 예약 방식을 적용한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 단말국들로만 구성된 위성 네트워크, 단말국들과 네트워크 제어센터(NCC)로 구성된 위성 네트워크, 셀룰러 네트워크, Ad-Hoc 환경에 모두 적용 가능하다.
여기서, 단말국들로만 구성된 위성 네트워크는 스타형 위성 네트워크와 메쉬형 위성 네트워크를 포함할 수 있으며, 스타형 위성 네트워크는 모든 단말국의 송신 데이터 패킷 결과를 중심 단말국에서 관측할 수 있는 환경이지만, 네트워크 제어센터가 없기 때문에 모든 단말국 각각이 송신 데이터 패킷 결과를 관측하여야 하며, 메쉬형 위성 네트워크는 모든 단말국 각각이 물리적인 지연시간 이후에 자신의 송신 데이터 패킷 결과를 관측할 수 있는 환경이다. 이와 같이 단말국들로만 구성된 경우에는 위성 네트워크에 적용할 수 있다.
반면, 네트워크 제어센터(NCC)를 포함하는 경우에는 위성 네트워크 뿐만 아니라, 셀룰러 네트워크, Ad-Hoc 환경에 모두 적용 가능하며, 네트워크 제어센터가 중심에서 그 역할을 수행하는 스타형 네트워크로 구성되는 경우에 그 활용성이 더 높을 수 있다. 물론, 네트워크 제어센터는 단말국들 중 어느 하나가 될 수도 있으며, 이 경우에는 통신 네트워크가 단말국들로만 구성된 경우에도 위성 네트워크 뿐만 아니라 셀룰러 네트워크, Ad-Hoc 환경에 모두 적용 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 위성 네트워크, 셀룰러 네트워크, Ad-Hoc 환경에 모두 적용 가능하며, 설명의 편의 상 본 발명의 상세한 설명에서는 위성 네트워크를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 위성 네트워크의 데이터 전송 구조를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위성 네트워크(100)는 적어도 하나 이상의 단말국들(110, 120)과 위성체(130), 네트워크 제어 센터(140)를 포함한다.
여기서 단말국들(110, 120)이라 함은, 휴대폰 등의 통신 단말기/통신 장치, 선박이나 자동차 등에 설치된 송수신 장치, 또는 위성 신호 수신 장치 중 하나 이상을 포함하는 개념을 나타낸다.
위성 네트워크(100)를 구성하는 각 통신 링크는 다음과 같이 명명된다.
단말국들(110, 120)과 네트워크 제어 센터(140)(Network Control Center, NCC) 간의 관계에서, NCC(140)로부터 단말국들(110, 120)이 데이터를 수신하는 링크를 포워드 링크(forward link), 단말국들(110, 120)이 데이터를 송신하는 링크를 리턴 링크(return link)라 부른다.
위성체(130)를 기준으로 링크를 구분하는 경우에는, 지상에서 위성체(130)로 송신되는 방향을 업 링크(up link), 반대로 위성체(130)로부터 지상으로 송신되는 방향을 다운 링크(down link)라 한다. 업 링크, 다운 링크의 구분에서는 단말국들(110, 120)과 NCC(140)는 지상의 통신 개체로 분류되고, 위성체(130)가 링크를 구분하는 기준이 된다.
단말국들(110, 120)에서는 위성 네트워크(100)로부터 한 프레임 주기 동안 위성 채널을 수신하여 위성 네트워크(100)의 슬랏이 빈 슬랏 또는 데이터 패킷이 저장되어 있는 슬랏인지 점유 상태를 판정한다. 만약 위성 네트워크(100)에서 빈 슬랏이 존재하는 경우 단말국들(110, 120)에서는 위성 네트워크(100)의 적어도 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 적어도 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 위성체(130)로 전송한다.
여기서, 단말국은 데이터 패킷 헤더 등에 동일한 데이터 패킷이 전송되는 슬랏에 대한 정보와 단말국을 구별할 수 있는 고유 정보 등을 포함할 수 있다.
이후, 단말국들(110, 120)이 위성 네트워크(100)의 각각의 슬랏으로부터 데이터를 수신하여, 위성 네트워크(100)으로 전송되어 복제된 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 패킷이 수신된 슬랏을 식별하여, 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정한다.
위성체(130)는 정지궤도 통신위성, 포워딩/통신 기능을 갖춘 인공위성, 또는 포워딩/통신 기능을 갖춘 항공체 중 하나 이상을 포함하는 개념이며, 본 발명의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에서 위성체(130)의 위치는 고정될 수도 있으나, 반드시 고정될 필요는 없다.
네트워크 제어 센터(140)(Network Control Center, NCC)는 데이터 수요에 대응하기 위한 네트워크 자원의 운영 관리, 고장 요소를 제거하고 일시적으로 서비스를 유지하기 위한 네트워크 자원의 운영 관리, 사건, 상태, 측정 데이터를 수집하여 보고하고 필요한 분석과 조치를 유발, 엔지니어링과 관리의 목적으로 사용하기 위하여 통계 수집, 처리, 보고, 중앙 집중된 유지 보수 시험과 제어 행위, 행정적인 데이터의 저장과 액세스, 네트워크 성능과 자원 사용의 모형 제작 및 분석, 네트워크 변경, 소프트웨어, 하드웨어의 생성 등에서 한 가지 이상을 제공하는 네트워크 자원으로 볼 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 네트워크의 프레임 및 슬랏의 구조를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 패킷(1010)은 단말국들(110, 120)과 위성체(130), 네트워크 제어 센터(140) 사이에 전송되는 문자나 숫자의 정보의 메시지를 포함하는 데이터 패킷을 나타내며, 패킷(1010)의 최대 길이는 각 시스템에서 정해져 있으며 정해진 크기보다 긴 메시지는 몇 개의 패킷으로 분할하여 전송할 수 있다.
프레임(1020)은 위성 네트워크(100)에서 데이터가 전송되는 단위 시간 구간을 말하는 것으로서, 한 프레임(1020)은 유한한 개수의 복수의 슬랏(1030)으로 구성되며, 프레임(1020)의 길이는 위성에서의 전파지연 시간보다 길게 지정된다. 이로써 각 단말국(110, 120)에서는 이미 송신된 패킷의 전송이 성공되었는지 여부를 확인한 후, 다음 패킷을 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 또한 도 8은 도 2의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 슬랏 점유 판정부(111)는 위성 네트워크(100)의 한 프레임 주기 동안 위성 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정한다(S210). 복제 패킷 전송부(112)는 위성 네트워크(100)의 적어도 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고 선택된 각각의 빈 슬랏에 데이터 패킷을 복제하여 전송한다(S220).
패킷 충돌 판정부(113)는 위성 네트워크(100)의 빈 슬랏으로 전송된 복제 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않는 패킷이 수신된 슬랏을 식별한다(S230).
예약 슬랏 결정부(114)는 상기 식별된 슬랏 중 적어도 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정한다(S240).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예약 슬랏을 독점적으로 사용함에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 또한 도 8은 도3의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다.
또한 도 9는 도 3의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다. 도 3 및 도 8, 도 9를 참조하면, 데이터 전송부(115)는 데이터 패킷을 수신한 예약 슬랏을 독점적으로 사용한다(S310). 이때 단말국들(110, 120)로부터 전송될 데이터 패킷이 모두 전송되었는지를 판단한다(S320). 만약 복제된 데이터 패킷이 모두 전송되지 않았다면 계속해서 데이터 패킷이 예약 슬랏을 독점적으로 이용하고(S310), 데이터 패킷이 모두 전송되었다면(S320) 독점적으로 이용하던 예약 슬랏의 예약을 해지하고 종료한다. 이 때 예약 슬랏의 해지는 명시적으로 최종 데이터 패킷에 예약 슬랏의 해지 메시지를 포함할 수도 있고, 반대로 다른 단말국들에서 슬랏의 점유 상태를 모니터링함으로써 자연스럽게 예약 슬랏의 해지를 파악할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예약 슬랏의 예약 해지를 명시하는 경우의 순서도를 나타낸 것이다.
데이터 전송부(115)는 단말국A(110)으로부터 수신된 복제된 데이터 패킷과 관련된 데이터 패킷 중 마지막으로 전송되는 데이터 패킷에 예약 슬랏의 예약 해지를 표시하여 위성 네트워크(130)로 전송한다(S410). 이때 또 다른 단말국B(120)에서 위성 네트워크로(130)로부터 예약 해지를 수신하고 예약 슬랏의 예약 해지를 인식한다(S420).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정된 예약 슬랏에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 또한 도8 은 도5 의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다.
복제 패킷 전송부(114)는 예약 슬랏이 결정되었는지를 판단한다(S510). 이때 예약 슬랏이 결정되지 않았다면 단말국들(110, 120)로부터 복제된 데이터 패킷을 위성 네트워크(100)의 빈 슬랏에 할당하여 전송하며, 만약 예약 슬랏이 결정되었다면 복제 패킷 전송부(112)는 데이터 패킷에 대한 복제를 중단한다(S520).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 네트워크로부터 수신된 트래픽 입력량에 따라 데이터 패킷이 복제되는 개수에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 또한 도 8은 도 6의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다.
랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법을 실행할 때 단말국들(110, 120)은 위성 네트워크(130)로부터 트래픽 입력량을 수신한다(S610). 그리고 단말국들(110, 120), 특히 복제 패킷 전송부(112)는 수신된 트래픽 입력량에 따라 데이터 패킷의 복제되는 개수를 결정한다(S620).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 슬랏 중 예약 슬랏을 결정하는 순서도를 나타낸 것이다. 또한 도 8은 도 7의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법이 실행되는 단말국들(110, 120)에 대한 각 모듈을 개념적으로 도시한 블록도이다.
패킷 충돌 판정부(113)는 충돌이 일어나지 않은 데이터 패킷이 수신된 슬랏을 식별하고, 예약 슬랏 결정부(114)는 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정한다.
이 때, 예약 슬랏 결정부(114)는 식별된 슬랏이 둘 이상이면, 번호가 낮은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정할 수 있다(S710). 또 다른 실시예에 따라서는, 식별된 슬랏이 둘 이상인 경우 예약 슬랏 결정부(114)는 번호가 높은 슬랏을 예약 슬랏으로 결정할 수 있다(S710). 복수의 슬랏이 사용 가능한 경우, 예약 슬랏 결정부(114)는 어느 한 슬랏을 예약 슬랏으로 선택하고, 선택하는 기준은 단말국들(110, 120) 간에 공유될 수 있다.
예약 슬랏이 결정되면, 이후 단말국들(110, 120), 특히 데이터 전송부(115)는 결정된 예약 슬랏을 이용하여 데이터 패킷을 전송한다(S720).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말국들(110, 120)의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 8에 도식된 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치는 슬랏 점유 판정부(111), 복제 패킷 전송부(112), 패킷 충돌 판정부(113), 예약 슬랏 결정부(114)를 포함하고 있다.
슬랏 점유 판정부(111)는 위성 네트워크(130)의 한 프레임 주기 동안 위성 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정한다(S210).
복제 패킷 전송부(112)는 위성 네트워크(130)의 적어도 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고 각각의 빈 슬랏에 데이터 패킷을 복제하여 전송한다(S220).
패킷 충돌 판정부(113)는 위성 네트워크(130)에서 수신한 복제된 데이터 패킷 중 상기 복제된 데이터를 제외한 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 패킷이 수신된 슬랏을 식별한다(S230).
예약 슬랏 결정부(114)는 상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정한다(S240).
각 장치들의 대한 상세한 설명과 활용 방안은 본 발명의 상세한 설명 도 1부터 도 7까지 순서도에 따른 장치의 설명을 참조한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송이 가능한 단말국들(110, 120)의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
데이터 전송부(115)는 위성 네트워크(130)에 전송되는 데이터 패킷과 관련된 데이터 패킷 중 마지막으로 전송되는 데이터 패킷에 예약 슬랏으로 지정되어 있는 슬랏의 예약 해지를 표시하여 데이터 패킷을 전송한다. 이때 예약 해지를 표시한 데이터 패킷을 전송하는 단말국A(110)을 제외한 적어도 하나 이상의 단말국B(120)은 위성 네트워크(130)로부터 예약 해지를 수신하고 예약 슬랏이 예약을 해지하게 될 때 해지된 예약 슬랏을 인식한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 입력량에 따른 단말국의 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 구조를 나타낸 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 위성 네트워크는 적어도 하나 이상의 단말국들(1110, 1120)과 위성체(1130), 네트워크 제어 센터(1140)를 포함한다.
단말국들(1110, 1120)은 위성 네트워크의 한 프레임 주기 동안 위성 채널을 수신함으로써 관측된 슬랏의 점유 정보를 이용하여 위성 네트워크의 최근 프레임의 트래픽량을 판정한다. 이후 판정된 트래픽량에 기초하여 단말국들(1110, 1120)로부터 위성 네트워크로 전송하는 데이터의 양을 제어한다. 이때, 위성체(1130)로부터 주기적으로 위성 네트워크의 트래픽 정보를 수신할 수 있으며 수신된 위성 네트워크의 트래픽 정보에 기초하여 최근 프레임의 트래픽량을 보정한다.
랜덤 액세스 기법을 안정적으로 운용하기 위해서는, 네트워크의 채널에 입력되는 데이터의 트래픽 양을 적정 수준으로 유지할 필요가 있다. 종래의 랜덤 액세스 기법에서는 채널에 입력되는 트래픽 양은 최근의 프레임 정보로부터 판정하여, 그 결과에 따라 단말국(1110, 1120)의 데이터 전송량을 조절하도록 피드백된다. 종래의 트래픽 정보 피드백 방식에 따르면 네트워크 제어 센터(1140)에서 전체 트래픽 양을 판정하여, 각 단말국(1110, 1120)에 알려주는 closed loop 기법이 이용되었다. 이에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이 1 round trip delay(2-hop)의 시간이 소요되었다.
본 발명의 랜덤 액세스 기법에서는, 각 단말국(1110, 1120)이 슬랏의 점유 상태를 모니터링하기 위하여 프레임 단위로 상태를 확인하므로, 최근의 프레임 정보로부터 채널에 입력되는 트래픽 양을 판정하는 데에 1/2 round trip delay(RTD) (1-hop)의 시간이 소요되어, 최근의 프레임 정보를 실시간으로 신속하게 업데이트할 수 있는 장점이 있다.
다만, 각 단말국(1110, 1120)이 채널의 상태를 판정하는 경우 각 단말국(1110, 1120)의 채널 상태에 따라 '최근의 프레임 정보'가 상이하게 인식될 수 있다. 따라서 이를 보정하기 위하여, 주기적으로 네트워크 제어 센터(1140)가 단말국(1110, 1120)으로 트래픽 정보를 송신하고, 각 단말국(1110, 1120)은 네트워크 제어 센터(1140)로부터 주기적으로 트래픽 정보를 수신하여 '최근의 프레임 정보'를 보정할 수 있다. 이러한 '최근의 프레임 정보'는 프레임 단위로 관측된 슬랏의 상태 정보(사용 또는 미사용)로부터 얻어질 수 있으며, 슬랏의 상태 정보는 '스냅샷 정보'라 불릴 수도 있다.
한편 트래픽 정보를 파악하기 위하여 사용되는 정보는, '프레임의 상태값'이 될 수도 있고, 임의의 단말국(1110, 1120)에서 '최종 패킷'을 송신하는 경우에 포함되는 'final packet tag'만 수신하여 검출하면, 각 단말국(1110, 1120)에서 미사용 예약 슬랏의 발생을 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 11에 대한 본 발명의 상세한 설명에서, 단말국은 해당 단말국에서 전송한 복제된 데이터 패킷이 할당된 슬랏들 중 다른 단말국에서 전송한 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 슬랏들 중 적어도 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 할당된 모든 슬랏들에 충돌이 발생되더라도 다른 단말국과의 관계 즉, 간섭 제거(interference cancellation)를 이용하여 적어도 하나의 슬랏을 할당할 수 있다. 이에 대해 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다.
도 12 내지 도 14에서는 한 프레임(1210)이 4 개의 슬랏(1211)으로 구성된 것으로 가정하여 설명한다.
도 12는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방식에서 단말국별 할당된 슬랏에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 단말국A(1220)는 첫번째 슬랏과 네번째 슬랏을 할당하여 복제 데이터(A1, A2)를 전송하고, 단말국B(1230)는 두번째 슬랏과 네번째 슬랏을 할당하여 복제 데이터(B1, B2)를 전송하며, 단말국C(1240)는 두번째 슬랏과 세번째 슬랏을 할당하여 복제 데이터(C1, C2)를 전송한다. 물론, 각 슬랏을 통해 전송되는 복제 데이터 각각의 헤더에는 해당 단말국에서 할당한 슬랏에 대한 정보 예를 들어, 단말국A(1220)에서 전송되는 복제 데이터 A1, A2 각각의 헤더에는 단말국A가 첫번째 슬랏과 네번째 슬랏을 통하여 복제 데이터를 전송하고 있다는 정보를 포함하고 있다.
단말국들(1220~1240) 각각은 각 슬랏들을 통해 수신되는 복제 데이터를 모두 수신한다. 예컨대, 단말국들(1220~1240) 각각은 첫번째 슬랏을 통해 A1 복제 데이터를 수신하고, 두번째 슬랏을 통해 B1과 C1이 중첩된 데이터를 수신하며, 세번째 슬롯을 통해 C2 복제 데이터를 수신하고, 네번째 슬랏을 통해 A1과 B2가 중첩된 데이터를 수신한다.
따라서, 단말국들 각각에서, 단말국A(1220)는 첫번째 슬랏에서 충돌이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있고, 단말국C(1240)는 세번째 슬랏에서 충돌이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있으며, 단말국B(1230)는 할당된 모든 슬랏에서 충돌이 발생한다는 것을 알 수 있다.
단말국B(1230)의 복제 데이터를 할당된 모든 슬랏에서 충돌이 발생하기 때문에 단말국A(1220)와 단말국C(1240)에서 단말국B(1230)의 복제 데이터를 복구하여야 한다. 예컨대, 단말국A(1220)는 복제 데이터 C2의 헤더를 통하여 두번째 슬롯에 단말국C(1240)의 복제 데이터가 전송된 것을 알 수 있으며, 이를 통해 단말국B(1230)의 복제 데이터 B1을 알 수 있다. 마찬가지로, 단말국C(1240)는 복제 데이터 A1의 헤더를 통하여 네번째 슬롯에 단말국A(1220)의 복제 데이터가 전송된 것을 알 수 있으며, 이를 통해 단말국B(1230)의 복제 데이터 B2를 알 수 있다.
도 13은 도 12와 같이 슬랏들이 할당된 경우 단말국별 슬랏을 예약하는 일 실시예의 방식을 나타낸 것으로, 충돌이 발생하지 않은 단말국에 대한 슬랏을 먼저 예약한 후 충돌이 발생한 단말국에 대한 슬랏을 예약하는 방식에 대한 것이다.
도 13을 참조하면, 단말국A(1220)는 할당된 첫번째 슬랏과 네번째 슬랏 중 충돌이 발생하지 않은 첫번째 슬랏을 예약하고, 단말국C(1240)는 할당된 두번째 슬랏과 세번째 슬랏 중 충돌이 발생하지 않은 세번째 슬랏을 예약한다.
그리고, 단말국B(1230)는 할당된 두번째 슬랏과 네번째 슬랏들 모두 충돌이 발생하였으며, 다른 단말국들(1220, 1240)에서 두 슬랏을 모두 예약하지 않기 때문에 두 슬랏들 중 어느 하나의 슬랏을 예약한다. 도 13에서 단말국B(1230)는 두번째 슬랏을 예약하였지만, 네번째 슬랏을 예약할 수도 있으며, 두번째 슬랏과 네번째 슬랏 모두를 예약할 수도 있다.
도 13에서 세 개의 단말국에 대하여 설명하고, 모든 할당 슬랏이 충돌하는 단말국이 하나인 경우에 대해 설명하였기에, 단말국B가 두 개의 슬랏을 예약할 수도 있지만, 더 많은 단말국이 사용되고 할당된 슬랏이 모두 충돌하는 단말국이 두 개 이상인 경우가 발생할 수도 있다. 이와 같은 경우에는 모든 할당 슬랏이 충돌하는 단말국들이 순차적으로 하나의 슬랏을 예약하는 방식을 사용할 수 있으며, 슬랏을 예약하는 방식 또한 할당된 슬랏들 중 가장 빠른 순번의 슬랏을 예약할 수도 있고 가장 느린 순번의 슬랏을 예약할 수도 있다.
도 14는 도 12와 같이 슬랏들이 할당된 경우 단말국별 슬랏을 예약하는 다른 일 실시예의 방식을 나타낸 것으로, 단말국들 각각에 대한 슬랏 예약 우선 순위를 이용하여 슬랏을 예약하는 방식에 대한 것이다.
도 14를 참조하면, 단말국A(1220)부터 단말국C(1240)까지 순차적으로 슬랏을 예약하는 방식을 사용한다.
즉, 단말국A(1220)는 할당된 슬랏들 중 충돌이 발생하지 않은 첫번째 슬랏을 예약하고, 단말국B(1230)는 할당된 슬랏들 중 단말국C와 충돌이 발생하지 않은 네번째 슬랏을 예약하며, 단말국C(1240)는 나머지 슬랏들인 두번째 슬랏과 세번째 슬랏을 모두 예약한다.
물론, 단말국C(1240)는 두 슬랏들 중 어느 하나만을 예약할 수 있으며, 단말국B는 단말국A와 충돌이 발생하지 않은 두번째 슬랏을 예약할 수도 있다.
도 12 내지 도 14에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 복수의 단말국들 중 할당된 슬랏들 중 충돌이 발생하지 않은 슬랏을 갖는 단말국들 먼저 슬랏을 예약한 후 할당된 모든 슬랏들에서 충돌이 발생하는 단말국에서 슬랏을 예약하는 방식을 사용할 수도 있으며, 할당된 슬랏들에서의 충돌 여부와 관계없이 단말국들 각각에 대해 순차적으로 슬랏을 예약할 수도 있다. 물론, 순차적으로 슬랏을 예약하는 경우 해당 단말국 순서에서 충돌이 발생하지 않은 슬랏을 가지고 있는 경우 할당된 슬랏들 중 충돌이 발생하지 않은 슬랏을 예약하는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 15는 도 2에 도시된 단계에서 단계 S230이 단계 S1530과 S1540으로 변경된 것이다. 각 단말국은 수신된 통신 채널, 즉 프레임 정보를 통해서 각 슬랏에 대한 정보를 알 수 있는데, 이 때 각 슬랏은 사용 슬랏(used slot), 미사용 슬랏(unused slot)으로 크게 구분될 수 있다. 또한 간섭 제거(interference cancellation, IC) 기술에 의하여 각각의 슬랏은 다음과 같이 세분될 수도 있다. 사용 슬랏은 단일 접속 슬랏(single accessed slot)과 간섭 제거 성공 슬랏(successfully decoded slot)으로 세분화될 수 있다. 미사용 슬랏은 미접속 슬랏(nothing accessed slot)과 간섭 제거 미성공 슬랏(unsuccessfully decoded slot)으로 세분화될 수 있다. 각 단말국은 프레임 정보를 모니터하여 각 슬랏에 대한 정보를 모두 네 가지로 세분화하여 식별할 수 있다. 도 15의 단계 S1510, S1520 및 S1550에 대한 내용은 도 2의 단계 S210, S220, S240과 동일하기에 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 15를 참조하면, 본 발명은 단계 S1520에 의하여 적어도 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고 선택된 각각의 빈 슬랏에 데이터 패킷을 복제하여 전송된 후 위성 네트워크의 각각의 슬랏 즉, 한 프레임을 구성하는 모든 슬랏으로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터의 간섭 제거(interference cancellation)를 이용하여 단계 S1520에서 선택한 빈 슬랏 중 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별한다(S1530, S1540).
여기서, 간섭 제거를 통해 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별하는 방식은 도 13과 도 14에서 상세히 설명하였으며, 도 13과 도 14의 방식을 모두 적용하여 예약 가능한 슬랏을 식별 또는 판단할 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 데이터 전송이 가능한 단말국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 16을 참조하면, 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방식은 슬랏 점유 판정부(1610), 복제 패킷 전송부(1620), 예약 슬랏 판정부(1630), 예약 슬랏 결정부(1640) 및 데이터 전송부(1650)를 포함한다.
여기서, 슬랏 점유 판정부(1610), 복제 패킷 전송부(1620), 예약 슬랏 결정부(1640) 및 데이터 전송부(1650)는 도 8과 도 9에 도시된 슬랏 점유 판정부(111), 복제 패킷 전송부(112), 예약 슬랏 결정부(114) 및 데이터 전송부(115)와 그 기능이 동일하기에 설명은 생략한다.
예약 슬랏 판정부(1630)는 위성 네트워크의 각각의 슬랏 즉, 한 프레임을 구성하는 모든 슬랏으로부터 데이터가 수신되면, 수신된 데이터의 간섭 제거(interference cancellation)를 이용하여 복제 패킷 전송부(1620)에서 선택한 빈 슬랏 중 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별한다.
여기서, 간섭 제거를 통해 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별하는 방식은 도 13과 도 14에서 상세히 설명하였으며, 도 13과 도 14의 방식을 모두 적용하여 예약 가능한 슬랏을 식별 또는 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 통신 네트워크에서 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복제된 데이터 패킷의 수를 제어하는 위성 네트워크의 슬랏 예약 방식을 활용하여, 통신 네트워크에서의 랜덤 액세스를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 기법을 이용한 데이터 전송 방법은 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 단계; 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고 각각의 빈 슬랏에 데이터 패킷을 복제하여 전송하는 단계; 복제된 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 패킷이 수신된 슬랏을 식별하는 단계; 상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 단계를 포함한다.

Claims (18)

  1. 통신 네트워크에 대한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 있어서,
    단말국에서 상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 단계;
    상기 단말국에서 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 단계;
    상기 단말국에서 상기 통신 네트워크의 각각의 슬랏으로부터 데이터를 수신하여, 상기 복제된 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않은 상기 복제된 데이터 패킷이 수신된 슬랏을 식별하는 단계; 및
    상기 단말국에서 상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 단계;
    를 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  2. 통신 네트워크에 대한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 있어서,
    단말국에서 상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 단계;
    상기 단말국에서 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 단계;
    상기 단말국에서 상기 통신 네트워크의 각각의 슬랏으로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신된 상기 데이터의 간섭 제거(interference cancellation)를 이용하여 상기 선택한 상기 빈 슬랏 중 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별하는 단계; 및
    상기 단말국에서 상기 식별된 슬랏 중 적어도 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 단계;
    를 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  3. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단말국에서 상기 수신된 데이터 패킷과 관련된 데이터 패킷을 모두 전송할 때까지 상기 통신 네트워크의 상기 예약 슬랏을 독점적으로 사용하는 단계;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  4. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단말국에서 상기 수신된 데이터 패킷과 관련된 데이터 패킷 중 마지막으로 전송되는 데이터 패킷에 상기 예약 슬랏의 예약 해지를 표시하여 전송하는 단계; 및
    상기 단말국을 제외한 적어도 하나 이상의 제2 단말국에서 상기 예약 해지를 수신하고, 상기 예약 슬랏의 예약 해지를 인식하는 단계;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  5. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예약 슬랏이 결정되면 상기 단말국에서 상기 데이터 패킷에 대한 복제를 중단하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  6. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 단계는
    상기 복제된 데이터 패킷 각각의 서로의 슬랏 정보를 상기 복제된 데이터 패킷 각각에 포함하여 전송하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  7. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단말국에서 상기 통신 네트워크로부터 수신되는 트래픽 량에 따라 상기 데이터 패킷의 상기 복제되는 개수를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  8. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 상기 통신 채널을 수신함으로써 관측된 슬랏의 점유 정보를 이용하여 상기 위성 네트워크의 최근 프레임의 트래픽 양을 판정하는 단계; 및
    상기 판정된 트래픽 양에 기초하여 상기 단말국에서 전송할 데이터의 양을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    통신 통제국으로부터 주기적으로 수신된 상기 통신 네트워크의 트래픽 정보에 기초하여 상기 최근 프레임의 트래픽량을 보정하는 단계;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  10. 제1항과 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예약 슬랏으로 결정하는 단계는
    상기 식별된 슬랏 중 가장 번호가 낮은 슬랏 또는 가장 번호가 높은 슬랏을 상기 예약 슬랏으로 결정하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  11. 통신 네트워크에 대한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법에 있어서,
    단말국에서 상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 단계;
    상기 단말국에서 전송될 데이터 패킷에 대하여 특정 슬랏이 예약되어 있는지 확인하는 단계;
    상기 데이터 패킷에 대한 예약 여부에 따라 상기 데이터 패킷을 복제할 지 여부를 결정하는 단계;
    상기 데이터 패킷에 대하여 특정 슬랏이 예약되어 있지 않으면, 상기 단말국에서 하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷에 대하여 특정 슬랏이 예약되어 있으면 상기 특정 슬랏을 이용하여 상기 데이터 패킷을 상기 통신 네트워크로 전송하는 단계;
    를 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 하나 이상의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
  13. 통신 네트워크에 대한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치에 있어서,
    상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 슬랏 점유 판정부;
    하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 복제 패킷 전송부;
    상기 통신 네트워크의 각각의 슬랏으로부터 데이터를 수신하여, 상기 복제된 데이터 패킷 중 다른 데이터 패킷과 충돌이 일어나지 않는 슬랏을 식별하는 패킷 충돌 판정부; 및
    상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 예약 슬랏 결정부;
    를 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
  14. 통신 네트워크에 대한 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치에 있어서,
    상기 통신 네트워크의 한 프레임 주기 동안 통신 채널을 수신하여 슬랏의 점유 상태를 판정하는 슬랏 점유 판정부;
    하나 이상의 빈 슬랏을 선택하고, 상기 하나 이상의 빈 슬랏 각각에 데이터 패킷을 복제하여 상기 통신 네트워크로 전송하는 복제 패킷 전송부;
    상기 통신 네트워크의 각각의 슬랏으로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신된 상기 데이터의 간섭 제거(interference cancellation)를 이용하여 상기 선택한 상기 빈 슬랏 중 예약 가능한 적어도 하나 이상의 슬랏을 식별하는 예약 슬랏 판정부; 및
    상기 식별된 슬랏 중 어느 하나를 예약 슬랏으로 결정하는 예약 슬랏 결정부;
    를 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
  15. 제13항과 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 상기 데이터 패킷과 관련된 데이터 패킷 중 마지막으로 전송되는 데이터 패킷에 상기 예약 슬랏의 예약 해지를 표시하여 전송하는 데이터 전송부;
    를 더 포함하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
  16. 제13항과 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복제 패킷 전송부는
    상기 예약 슬랏이 결정되면 상기 데이터 패킷에 대한 복제를 중단하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
  17. 제13항과 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복제 패킷 전송부는
    상기 복제된 데이터 패킷 각각의 서로의 슬랏 정보를 상기 복제된 데이터 패킷 각각에 포함하여 전송하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
  18. 제13항과 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복제 패킷 전송부는
    상기 통신 네트워크로부터 수신되는 트래픽 입력량에 따라 상기 데이터 패킷의 상기 복제되는 개수를 결정하는 랜덤 액세스 방식의 데이터 전송 장치.
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