WO2014084464A1 - 위성 통신에서의 랜덤 접속 부하 제어 방법 - Google Patents

위성 통신에서의 랜덤 접속 부하 제어 방법 Download PDF

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WO2014084464A1
WO2014084464A1 PCT/KR2013/003570 KR2013003570W WO2014084464A1 WO 2014084464 A1 WO2014084464 A1 WO 2014084464A1 KR 2013003570 W KR2013003570 W KR 2013003570W WO 2014084464 A1 WO2014084464 A1 WO 2014084464A1
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WO
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satellite
slot
time slot
state
packet
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PCT/KR2013/003570
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English (en)
French (fr)
Inventor
임재성
이민우
Original Assignee
아주대학교 산학협력단
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18539—Arrangements for managing radio, resources, i.e. for establishing or releasing a connection
    • H04B7/18543—Arrangements for managing radio, resources, i.e. for establishing or releasing a connection for adaptation of transmission parameters, e.g. power control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA

Definitions

  • the present invention relates to a satellite communication system, and more particularly, to a load control method for increasing the probability of connection during random access of a satellite terminal by subdividing slot state information in a frame before transmitting data.
  • Random access control methods are limited in satellite networks. This is because the random access control method is generally very low system throughput.
  • the slotted aloha method used in the prior art is known to have a maximum system throughput of about 37%. Therefore, it is not used when the amount of transmission traffic is large, such as data traffic of an application program. However, it is limitedly used when there is not much traffic such as network control data or system management message.
  • a request allocation method is used for traffic transmission of a satellite network, and a basic assign multiple access (DAMA) may be referred to as a basic technology.
  • DAMA basic assign multiple access
  • CF-DAMA combined-free DAMA
  • CF-DAMA has a problem that the effect decreases as the traffic has intermittent characteristics. Intermittent traffic means a drastic change in traffic capacity, and CF-DAMA technique is difficult to cope with such a sudden change in traffic capacity. In particular, when the propagation delay time is very long such as in a satellite network, the request allocation method is not suitable for traffic having intermittent characteristics.
  • DSA diversity slotted aloha
  • PRMA packet reservation multiple access
  • CRDSA content resolution diversity slotted aloha
  • each duplicate packet includes location information from each other, so that if one of the duplicate packets is recovered by an interference cancellation technique.
  • the location of the duplicate packet can be known.
  • the interference cancellation technique is to remove interference packets using this information.
  • the size of the service to be used is expected to increase, the number of packets to be transmitted is expected to be more diverse than now, and the intermittent characteristics of the traffic will be further intensified by the increase in the number of users.
  • the R-CRDSA scheme which combines the reservation scheme with the conventional CRDSA scheme has been proposed.
  • the R-CRDSA scheme is a random access control scheme that combines the slot reservation and the generation of duplicate packets with the conventional CRDSA scheme, and has the advantage of ensuring high performance and high reliability in a multi-packet message traffic environment.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, and aims to improve system throughput by stably and operating network resources in a network environment in which the R-CRDSA method is used.
  • the present invention for achieving the object as described above, after transmitting a plurality of duplicate packets that know the location information between each other, to recover the packet collision occurs by the interference cancellation method, according to the slot state after the interference cancellation Controlling input traffic is a technical feature.
  • one satellite terminal 10 transmits a packet in one time slot.
  • the successively decoded state is preferably a case where a collision is resolved by interference control when a plurality of satellite terminals transmit a packet in one time slot.
  • the unsuccessfully decoded state is preferably a case where a collision is not resolved by interference control when a plurality of satellite terminals transmit a packet in one time slot.
  • the No Access state is a case in which no satellite terminal transmits a packet in one time slot.
  • the present invention as described above, it is possible to calculate the traffic amount of the multiple access channel by using the slot information of the frame consisting of a plurality of time slots, it is possible to effectively control the access traffic for random access.
  • the efficient control of input traffic has the effect of maximizing the system throughput of the network.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a satellite network according to the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a frame structure for satellite network load control according to the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a recovery process and a slot reservation process of an interference packet according to the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a method of classifying slot states according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of classifying slot states according to the present invention.
  • a schematic diagram of a satellite network according to the present invention is conceptually shown in FIG. 1.
  • a satellite network system uses a satellite repeater 20 located in outer space, a network control center 30 or gateway controlling the satellite repeater 20, and the satellite repeater 30. It is configured to include a satellite terminal 10 for transmitting data.
  • the satellite terminal (ST) 10 is distributed in a wide area on the ground or in the sea.
  • the network control center (NCC) 30 or gateway is located on the ground to control the satellite repeater 20.
  • Links for transmitting data using the satellite terminal 10 are classified as follows.
  • a forward link FL
  • RL return link
  • the direction transmitted from the ground to the satellite is called uplink (UL), and conversely, the direction transmitted from the satellite to the ground is called downlink (DL).
  • the ground coverage where a signal can reach the ground from a satellite repeater existing in outer space is called beam coverage, and all satellite terminals 10 belonging to the same beam coverage can receive a downlink. This is called the overhearing property of the satellite network.
  • the satellite network frame is composed of a plurality of time slots, the length of the frame is set longer than the propagation delay time in the satellite. As such, since the length of the frame is set longer than the propagation delay time, each satellite terminal 10 may transmit the next packet after confirming whether the already transmitted packet has been successfully transmitted.
  • each satellite terminal to transmit data in the (n-1) th frame selects a random time slot to transmit a plurality of duplicate packets.
  • the interference cancellation technique is then used to recover the interference packet in the nth frame.
  • satellite terminal 1 transmits two duplicate packets through time slot 1 and time slot 5, and two satellite terminals 2 transmit through time slot 2 and time slot 5.
  • satellite terminal 3 transmits two duplicate packets through time slot 2 and time slot 4
  • satellite terminal 4 transmits two duplicate packets through time slot 2 and time slot 4. see.
  • time slot 3 is selected to randomly transmit data.
  • time slot 3 is again collided by satellite terminal 3 and satellite terminal 4.
  • data is not necessarily transmitted by selecting time slot 3, and data may be arbitrarily transmitted for the remaining time slots except for time slot 1 and time slot 5, which are already reserved.
  • SSI Slot state information
  • slot states before interference cancellation may be classified into three states, single access, contention, and no access.
  • time slot 1 since time slot 1 is connected by satellite terminal 1 only, it is in a single access state, and time slot 2, time slot 4, and time slot 5 are connected by a plurality of satellite terminals. Because of the loss, it is in a contention state. In the case of time slot 3, since no connection is made by any satellite terminal, a state of no access is obtained.
  • time slot 1 since only the connection by the satellite terminal 1 is made, it is in a single access state.
  • time slot 5 the connection between satellite terminal 1 and satellite terminal 2 was established and the contention state was performed before the interference cancellation. However, since the time slot 5 is reserved for satellite terminal 2 by the interference cancellation technology, the decoding success ( Successfully Decoded).
  • the connection was made by a plurality of satellite terminals (Satellite Terminal 3, Satellite Terminal 4), and was in a Contention state before the interference was removed, and the interference was still removed by the Satellite Terminal 3 and the Satellite Terminal 4. As a result of the collision, it is in an unsuccessfully decoded state.
  • time slot 3 since no connection is made by any satellite terminal, it is in a No Access state.
  • step S10 the controller determines whether the slot is the last slot of the frame (S80). If not, it returns to step S20.
  • the time slot is not a single connection state, it is determined whether decoding is successful in the corresponding time slot (S30). If the time slot is in the decoding success state, the corresponding time slot is used as a reserved slot (S60). Then, it moves to the next time slot (S70), and if the end of the frame (S80), the process returns to step S20.
  • time slot is determined whether the time slot is in an unconnected state (S40). If the time slot is not connected, the time slot is used as a non-reserved time slot (S90). Then, it moves to the next time slot (S70), and if it is not the end of the frame (S80), the process returns to step S10.
  • time slot is in a decoding failure state (S50). If the time slot is in the decoding failure state, the time slot is used as a non-reserved time slot (S90). Then, it moves to the next time slot (S70), and if it is not the end of the frame (S80), the process returns to step S10.
  • a reserved slot is a slot in which a packet transmission is always successful because it is allocated exclusively by one satellite terminal.
  • the non-reserved slot means a slot in which there is no satellite terminal using a slot or two or more satellite terminals are connected and a packet collision is detected in a slot accessed by the satellite terminal.
  • a message consists of a number of packets, each of which is sent in sequence. Since the first packet transmission does not have a reserved slot, it receives a satellite channel for one frame period to detect whether an unreserved slot exists.
  • a random slot is selected from the non-reserved slot to transmit the packet.
  • a time slot is selected as many as the number of duplicate packets, and one duplicate packet is transmitted to one slot.
  • each satellite terminal receives the satellite channel and determines whether the packet transmission is successful in the slot where the packet is transmitted.
  • the satellite terminal exclusively uses the reserved slot until all packets are transmitted.
  • the satellite terminal does not use a duplicate packet, but exclusively uses the reserved slot to transmit the packet. If the current packet is the last packet, the slot reservation cancellation is specified and transmitted, so that another satellite terminal becomes an unreserved slot that can be used from the next frame.
  • each satellite terminal 10 can detect the level of traffic accessing the frame.
  • the relationship between the Offloaded Load and the Throughput will be described with reference to FIG. 6.
  • the horizontal axis represents a normalized offered load
  • the vertical axis represents a normalized throughput
  • the system throughput shows the same state even when the input loads are different.
  • the system throughput is TL when the input load is L1
  • the system throughput is TH when the input load is L2.
  • TL and TH show the same throughput.
  • TL is systemically stable, but TH is unstable. This is because the number of retransmitted packets is increased because the number of packets that are retransmitted is increased in the case of TH because the transmitted packets have more collisions than successful states.
  • traffic in such a state, traffic must be controlled to recover to a stable state by adjusting a traffic generation probability (P0) value. That is, the traffic is controlled to be stable by controlling the probability of traffic occurrence so that the input load becomes L2 state from L1 state.
  • P0 traffic generation probability
  • the random access control method by distinguishing the state of the slots constituting the frame, even if the system throughput is the same, it is possible to distinguish between different input load. That is, according to the prior art, the slot state of decoding success and decoding failure cannot be distinguished, but according to the present invention, the input state of the frame is divided into a successively decoded state and an unsuccessfully decoded state, thereby providing different input loads. By using the same system throughput can be distinguished, it is possible to efficiently control the input traffic by controlling the traffic occurrence probability.
  • the present invention as described above, it is possible to calculate the traffic amount of the multiple access channel by using the slot information of the frame consisting of a plurality of time slots, it is possible to effectively control the access traffic for random access.
  • the efficient control of input traffic has the effect of maximizing the system throughput of the network.

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Abstract

본 발명은 데이터를 전송하기 이전 프레임에서의 슬롯 상태 정보를 세분화하여 위성터미널의 랜덤 접속시 접속 확률을 높이도록 하는 부하 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 서로 간의 위치 정보를 알고 있는 다수의 복제 패킷을 전송한 후, 간섭 제거 방법에 의해 충돌이 발생하는 패킷을 복구하고, 간섭 제거 후의 슬롯 상태에 따라 입력 트래픽을 제어하도록 한다.

Description

위성 통신에서의 랜덤 접속 부하 제어 방법
본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터를 전송하기 이전 프레임에서의 슬롯 상태 정보를 세분화하여 위성터미널의 랜덤 접속시 접속 확률을 높이도록 하는 부하 제어 방법에 관한 것이다.
위성 네트워크에서는 임의 접속 제어 방법(random access control method)이 제한적으로 사용되고 있다. 왜냐하면, 임의접속 제어방법은 일반적으로 시스템 처리율이 매우 낮기 때문이다.
종래에 사용되고 있는 슬롯 알로하(slotted aloha) 방법은 약 37%의 시스템 처리율이 최대인 것으로 알려져 있다. 따라서, 응용 프로그램의 데이터 트래픽처럼 전송 트래픽의 양이 많은 경우에는 사용되지 않고 있다. 다만, 네트워크 제어 데이터 또는 시스템 관리용 메시지와 같이 트래픽 양이 많지 않은 경우에 제한적으로 사용되고 있다.
이러한 임의 접속 제어 방법의 단점을 보완하기 위해, 요구 할당 방법이 위성 네트워크의 트래픽 전송을 위해 사용되고 있는데, DAMA(demand assign multiple access)가 그 기본 기술이라 할 수 있다.
그러나 DAMA에서는 요구된 할당량보다 데이터 트래픽이 적게 발생하는 경우에는 그 차이만큼 자원이 낭비되는 문제가 발생한다. 이를 극복하기 위해 개발된 것이 CF-DAMA(combined-free DAMA) 기법이다. CF-DAMA에서는 낭비되는 자원들을 단말간에 분배하도록 하는 기술이 포함되어 있다.
하지만, CF-DAMA는 트래픽이 간헐적인 특성을 가질수록 그 효과가 감소하는 문제점을 갖고 있다. 트래픽의 간헐성은 트래픽 용량의 급격한 변화를 의미하는데, 이러한 트래픽 용량의 급격한 변화에 CF-DAMA 기법은 대응하기가 어렵다. 특히, 위성 네트워크와 같이 전파 지연 시간이 매우 긴 경우에는, 간헐적 특성을 갖는 트래픽에 대해서는 요구 할당 방법이 적합하지 않다.
이와 같이, 간헐적인 특성을 갖는 트래픽에 대응하기 위해서는 임의 접속 방법이 더 나은 것으로 알려져 있다. 그럼에도, 위성 네트워크에서는 임의 접속 방법이 사용되기 어려웠는데, 이는 앞에서 설명한 바와 같이 시스템 처리율이 낮기 때문이었다.
이를 위해, 임의 접속 방법에서 시스템 처리율을 향상시키는 여러 가지 방안이 제안되었지만, 정지 궤도 위성 시스템에서는 DSA(diversity slotted aloha) 기법이 주로 사용되고 있다.
물론 중궤도 또는 저궤도에서는 PRMA(packet reservation multiple access) 기법을 사용하기도 한다. 이는 중궤도 또는 저궤도 위성은 정지궤도 위성에 비해 전파 지연 시간이 매우 짧기 때문에 패킷 예약이 가능하기 때문이다.
현재, 정지 궤도 위성 시스템에서 사용 가능한 임의 접속 방법은 CRDSA(contention resolution diversity slotted aloha)이다. CRDSA는 종래 슬롯 알로하(slotted aloha) 방법에 비해 시스템 처리율을 약 52% 수준으로 향상시켰다.
CRDSA에서는 하나의 패킷을 전송하기 위해, 동일한 정보를 담고 있는 복제 패킷을 사용하고, 각각의 복제 패킷은 서로 위치정보를 포함하고 있어서, 복제 패킷 중의 하나가 간섭 제거(interference cancellation) 기술에 의해 복구되면, 자신의 복제 패킷의 위치를 알 수 있게 된다. 이 정보를 이용하여 간섭 패킷을 제거해 나가는 것이 간섭 제거 기술이다.
CRDSA 방법의 시스템 처리율의 향상은 매우 우수한 것으로 알려져 있어, 이를 변형하여 IRSA, CSA 기술도 제안되어 있다. 하지만, 이들은 모두 복제 패킷을 사용하기 때문에 몇 가지 문제를 가지고 있다.
첫째, 복제 패킷을 사용하기 때문에 최대 시스템 처리율을 보장하기 위해서는 트래픽의 입력 양을 잘 통제하여야 한다. 그렇지 않으면, 오히려 시스템 처리율이 감소하게 되기 때문이다.
둘째, 복제 패킷을 사용하기 때문의 채널의 효율성이 감소하게 된다. 하나의 패킷을 전송하기 위해 두 개 이상의 동일한 패킷을 전송해야 하기 때문이다.
그러나 차세대 위성 네트워크에서는 사용될 서비스의 크기가 늘어나고, 전송해야 할 패킷의 수가 현재에 비해 더욱 다양해질 것으로 예상되고 있으며, 또한 사용자 수의 증가로 인해 트래픽의 간헐적 특성이 더욱 심화할 것으로 보인다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래의 CRDSA 기법에 예약 기법을 접목한 R-CRDSA 기법이 제안되었다. R-CRDSA 기법은 종래의 CRDSA 기법에 슬롯 예약과 복제 패킷의 발생을 제어하는 방법이 접목된 랜덤 접속 제어 방법으로서 다중 패킷 메시지 트래픽 환경에서 고성능 및 고신뢰성을 보장할 수 있다는 장점이 있다.
하지만 이러한 R-CRDSA 기법 또한 근본적으로 랜덤 접속 방법을 근간으로 하고 있기 때문에 시스템 처리율이 제한적이어서, 네트워크의 시스템 처리율을 더욱 높이기 위한 여러 가지 방법을 필요로 하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, R-CRDSA 방법이 사용되는 네트워크 환경에서, 네트워크 자원을 안정적이고 운영함으로써 시스템 처리율을 향상시키도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서로 간의 위치 정보를 알고 있는 다수의 복제 패킷을 전송한 후, 간섭 제거 방법에 의해 충돌이 발생하는 패킷을 복구하고, 간섭 제거 후의 슬롯 상태에 따라 입력 트래픽을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이때, 간섭 제거 이후 슬롯의 상태를 단일 접속(Single Access), 디코딩 성공(Successfully Decoded), 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded), 그리고 미접속(No Access)의 상태로 구분하여 입력 트래픽을 제어하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 단일 접속(Single Access) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 하나의 위성터미널(10)이 패킷을 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 디코딩 성공(Successfully Decoded) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 복수의 위성터미널이 패킷을 전송하는 경우, 간섭 제어에 의해 충돌이 해소된 경우인 것이 바람직하다.
그리고 상기 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 복수의 위성터미널이 패킷을 전송하는 경우, 간섭 제어에 의해 충돌이 해소되지 않은 경우인 것이 바람직하다.
또한, 상기 미접속(No Access) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 어느 위성터미널도 패킷을 전송하는 않은 경우인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다수의 시간 슬롯으로 구성된 프레임의 슬롯 정보를 이용하여 다중 접속 채널의 트래픽 양을 산출할 수 있어, 임의 접속을 위한 접속 트래픽을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
그리고 효율적인 입력 트래픽의 제어를 통해 네트워크의 시스템 처리율을 극대화시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.
특히, 입력 트래픽이 폭증하는 경우에 유연한 대처가 가능하며, 이는 재난 통신, 군 통신 및 상용망의 핫 스팟에서 안정적인 임의 접속 성능을 보장하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 의한 위성 네트워크의 구성을 보인 개념도,
도 2는 본 발명에 의한 위성 네트워크 부하 제어를 위한 프레임 구조를 보인 개념도,
도 3은 본 발명에 의한 간섭 패킷의 복구와 슬롯 예약과정을 도시한 개념도,
도 4는 본 발명에 의한 슬롯 상태를 구분하는 방법을 도시한 개념도,
도 5는 본 발명에 의한 슬롯 상태를 구분하는 방법을 도시한 순서도.
* * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 위성터미널
20 : 위성중계기
30 : 네트워크 통제센터
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 1에는 본 발명에 의한 위성 네트워크의 구성도가 개념적으로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 위성 네트워크 시스템은 우주공간에 위치하고 있는 위성중계기(20)와, 상기 위성중계기(20)를 제어하는 네트워크 통제 센터(30) 또는 게이트웨이, 그리고 상기 위성중계기(30)를 이용하여 데이터를 전송하는 위성터미널(10)을 포함하여 구성된다.
상기 위성터미널(satellite terminal : ST)(10)는 지상 또는 해상에 광범위한 영역에 분산되어 위치하고 있다. 그리고 상기 네트워크 통제센터(network control center : NCC)(30) 또는 게이트웨이(gateway)는 상기 위성중계기(20)를 통제하기 위한 것으로 지상에 위치하고 있다.
상기 위성터미널(10)을 이용하여 데이터를 전송하기 위한 링크는 다음과 같이 구분된다.
먼저, 위성터미널(10)이 게이트웨이(gateway : G/W)를 거쳐 전송된 데이터를 수신하는 경우에는 포워드링크(forward link : FL)를 사용한다. 반면에, 위성터미널(10)이 자신의 데이터를 게이트웨이를 거쳐 다른 네트워크로 송신하는 경우에는 리턴 링크(return link : RL)를 사용한다.
한편, 지상에서 위성체로 송신되는 방향을 업 링크(up link : UL), 반대로 위성체에서 지상으로 송신되는 방향을 다운 링크(down link : DL)라고 한다.
우주공간에 존재하는 위성중계기로부터 지상에 신호가 도달할 수 있는 지상 범위를 빔 커버리지(beam coverage)라고 하느데, 동일한 빔 커버리지에 속해 있는 모든 위성터미널(10)들은 다운 링크를 수신할 수 있다. 이것을 위성 네트워크의 청취 특성(overhearing property)이라고 한다.
위성 네트워크에서는 위성터미널(10)의 이러한 청취 특성을 이용하여 데이터를 수신하는 경우, 위성터미널(10)과 위성 중계기간의 1-홉(hop)의 데이터 전송이 이루어지게 되므로 약 250ms의 지연시간이 발생한다. 이것은 게이트웨이 중심의 네트워크구조(star topology)의 2-홉에 비해 지연 시간이 반으로 감소한다.
다음에는 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 위성 네트워크의 프레임 구조에 대해 설명하도록 한다.
도면을 참조하면, 위성 네트워크 프레임은 다수의 시간 슬롯으로 구성되며, 프레임의 길이는 위성에서의 전파지연 시간보다 길게 설정된다. 이와 같이, 프레임의 길이가 전파지연시간 보다 길게 설정됨으로 인해, 각 위성터미널(10)에서는 이미 송신된 패킷의 전송 성공 여부를 확인한 후에 다음 패킷을 전송할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 R-CRDSA를 사용하여 랜덤 접속하는 경우, 간섭 패킷의 복구 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도면에서 도시된 바와 같이, (n-1)번째 프레임에서 데이터를 전송하고자 하는 각 위성 터미널은 임의의 시간 슬롯을 선택하여 복수의 복제 패킷을 전송하게 된다. 그리고 간섭 제거(interference cancellation) 기술을 사용하여, n번째 프레임에서 간섭 패킷을 복구하게 된다.
구체적으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 시간 슬롯 1과 시간 슬롯 5를 통해 위성터미널 1이 두 개의 복제 패킷을 전송하고, 시간 슬롯 2와 시간 슬롯 5를 통해 위성터미널 2가 두 개의 복제 패킷을 전송하며, 시간 슬롯 2와 시간 슬롯 4를 통해 위성터미널 3이 두 개의 복제 패킷을 전송하고, 시간 슬롯 2와 시간 슬롯 4를 통해 위성터미널 4가 두 개의 복제 패킷을 전송하는 경우를 고려해 본다.
이러한 경우, 시간 슬롯 2에서는 위성터미널 2와 위성터미널 3, 그리고 위성터미널 4에 의해, 시간 슬롯 4에서는 위성터미널 3과 위성터미널 4에 의해, 그리고 시간 슬롯 5에서는 위성터미널 1과 위성터미널 2에 의해 패킷이 충돌하게 되는 것을 알 수 있다.
이때, 간섭 제거 기술을 사용하여 충돌이 발생한 간섭 패킷을 복구하게 되면, 도 3(b)에서 도시한 바와 같이, 위성터미널 1의 경우, 충돌이 발생한 시간 슬롯 5에서 전송한 복제 패킷을 취소하고 충돌이 발생하지 않는 시간 슬롯 1을 예약하게 된다.
그리고 위성터미널 2의 경우, 시간 슬롯 2에서 전송한 충돌이 발생한 시간 슬롯 2에서 전송한 복제 패킷을 취소하고 충돌이 발생하지 않는 시간 슬롯 5를 예약하게 된다.
또한, 위성터미널 3과 위성터미널 4의 경우, 충돌이 발생한 시간 슬롯 3과 시간 슬롯 4의 복제 패킷을 취소하고 시간 슬롯 3을 선택하여 데이터를 전송하기 위해 랜덤 접속하게 된다. 이 경우, 시간 슬롯 3은 위성 터미널 3과 위성 터미널 4에 의해 다시 충돌이 발생하게 된다.
그러나 반드시 시간 슬롯 3을 선택하여 데이터를 전송하는 것은 아니며, 이미 예약된 시간 슬롯 1과 시간 슬롯 5를 제외한 나머지 시간 슬롯에 대해 임의적으로 데이터를 전송할 수 있다.
이러한 간섭 제거 기술을 사용하여 슬롯 상태 정보(slot state information : SSI)를 구분할 수 있다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 간섭 제거 전의 슬롯 상태는 단일 접속(single access)과 충돌(contention), 그리고 미접속(no access)의 세 가지 상태로 구분할 수 있다.
구체적으로, 시간 슬롯 1의 경우 위성터미널 1에 의한 접속만 이루어지기 때문에 단일 접속(single access) 상태가 되고, 시간 슬롯 2와 시간 슬롯 4 및 시간 슬롯 5의 경우 복수의 위성터미널에 의한 접속이 이루어지기 때문에 충돌(contention) 상태가 된다. 그리고 시간 슬롯 3의 경우 어느 위성터미널에 의한 접속도 이루어지지 않게 때문에 미접속(no access)의 상태가 된다.
그러나 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 간섭 제거 기술에 의해 간섭 제거가 이루어지게 되면, 단일 접속(single access)과 디코딩 성공(successfully decoded), 디코딩 실패(unsuccessfully decoded), 그리고 미접속(no access)의 네 가지 상태로 구분할 수 있다.
구체적으로, 시간 슬롯 1의 경우, 위성터미널 1에 의한 접속만 이루어지기 때문에 단일 접속(single access) 상태가 된다.
시간 슬롯 5의 경우, 위성터미널 1과 위성터미널 2에 의한 접속이 이루어져 간섭 제거 전에는 충돌(Contention) 상태이었으나, 간섭 제거 기술에 의해 위성 터미널 2에게 시간 슬롯 5를 예약하게 된 상태이므로, 디코딩 성공(Successfully Decoded) 상태가 된다.
시간 슬롯 2의 경우, 복수의 위성터미널(위성터미널 2, 위성터미널 3, 위성터미널 4)에 의해 접속이 이루어져 간섭 제거 전에는 충돌(Contention) 상태였으며, 간섭 제거에 의해서도 여전히 위성터미널(10) 3 및 위성터미널(10) 4에 의해 충돌이 발생하므로, 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded) 상태가 된다.
또한, 시간 슬롯 4의 경우도, 복수의 위성터미널(위성터미널 3, 위성터미널 4)에 의해 접속이 이루어져 간섭 제거 전에는 충돌(Contention) 상태였으며, 간섭 제거에 의해서도 여전히 위성터미널 3 및 위성터미널 4에 의해 충돌이 발생하므로, 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded) 상태가 된다.
마지막으로, 시간 슬롯 3의 경우는, 어느 위성터미널에 의한 접속도 이루어지지 않은 상태이므로 미접속(No Access) 상태가 된다.
이와 같이 구분된 슬롯 상태 정보를 활용하여, 단일 접속(single access) 슬롯과 복구 성공(successfully decoded) 슬롯은 예약 슬롯(reserved slot)으로 사용되고, 복구 실패(unsuccessfully decoded) 슬롯과 미접속(no access) 슬롯은 비예약 슬롯(non-reserved slot)으로 사용된다.
다음으로, 본 발명에 의한 슬롯 상태를 구분하는 과정에 대해 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 프레임의 첫 번째 시간 슬롯에서부터 시작(S10)하여, 해당 슬롯이 단일 접속인지 여부를 판단한다(S20). 만약 시간 슬롯이 단일 접속 상태인 경우, 해당 시간 슬롯은 예약 슬롯으로 사용된다(S60). 그리고 다음 시간 슬롯으로 이동(S70)하고, 프레임의 마지막 슬롯인지 여부를 판단(S80)하여 마지막 슬롯이 아니면, S20 단계로 회귀하게 된다.
그러나 시간 슬롯이 단일 접속 상태가 아니라면, 해당 시간 슬롯에서 디코딩이 성공했는지 여부를 판단한다(S30). 만약, 시간 슬롯이 디코딩 성공 상태인 경우, 해당 시간 슬롯은 예약 슬롯으로 사용된다(S60). 그리고 다음 시간 슬롯으로 이동(S70)하고 프레임의 마지막이 아니면(S80) S20 단계로 회귀하게 된다.
또한, 시간 슬롯이 디코딩 성공 상태가 아니라면, 해당 시간 슬롯이 미접속 상태인지 여부를 판단한다(S40). 만약, 시간 슬롯이 미접속 상태인 경우, 해당 시간 슬롯은 비예약 시간 슬롯으로 사용된다(S90). 그리고 다음 시간 슬롯으로 이동(S70)하고 프레임의 마지막이 아니면(S80) S10 단계로 회귀하게 된다.
마지막으로, 시간 슬롯이 디코딩 실패 상태인지 여부를 판단한다(S50). 만약, 해당 시간 슬롯이 디코딩 실패 상태인 경우, 해당 시간 슬롯은 비예약 시간 슬롯으로 사용된다(S90). 그리고 다음 시간 슬롯으로 이동(S70)하고 프레임의 마지막이 아니면(S80) S10 단계로 회귀하게 된다.
이상과 같은 과정을 거쳐, 프레임을 구성하는 시간 슬롯의 상태 정보를 판단할 수 있게 된다.
이하에서는 앞에서 상술한 슬롯 상태 정보를 이용한 본 발명에 의한 위성 통신의 랜덤 접속 부하 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 임의 접속 방법에 대해 예약 슬롯을 사용하는 경우와 비예약 슬롯을 사용하는 경우를 구분하여 설명하도록 한다. 예약 슬롯은 어느 한 위성터미널에 의해 독점적으로 할당되어 패킷 전송이 항상 성공하는 슬롯을 말한다.
그리고 비예약 슬롯은 슬롯을 사용하는 위성터미널이 없거나, 두 개 이상의 위성터미널이 접속하여 위성터미널이 접속한 슬롯에서 패킷의 충돌이 감지된 슬롯을 의미한다.
먼저, 위성터미널에서는 서비스가 발생하여 전송하여야 하는 메시지의 도착과 함께 동작이 시작된다. 메시지는 다수의 패킷으로 구성되며, 각 패킷은 순서대로 전송된다. 최초의 패킷 전송시에는 예약 슬롯을 갖고 있지 않으므로 한 프레임 주기 동안 위성 채널을 수신하여 비예약 슬롯이 존재하는지 여부를 감지한다.
다음으로 비예약 슬롯을 사용하는 경우, 비예약 슬롯 중에서 임의의 슬롯을 선택하여 패킷을 전송하게 된다. 이때 복제 패킷의 개수만큼 시간 슬롯을 선택하여, 하나의 슬롯에 하나의 복제 패킷을 전송한다. 패킷을 송신한 후에는 각 위성터미널에서는 위성 채널을 수신하여 패킷을 전송한 슬롯에서 패킷의 전송이 성공되었는지 여부를 판단하게 된다.
만약, 송신한 복제 패킷 중에서 전송이 성공한 패킷이 있는 경우에는 슬롯 번호가 제일 낮은 것을 예약 슬롯으로 선택한다. 이와 같이, 예약 슬롯이 결정되면, 해당 위성터미널은 패킷을 모두 송신할 때까지 예약 슬롯을 독점적으로 사용하게 된다.
그리고 예약 슬롯을 사용하는 경우, 위성터미널에서는 복제 패킷을 사용하지 않고, 예약 슬롯을 독점적으로 사용하여 패킷을 전송한다. 현재 보내는 패킷이 마지막 패킷인 경우에는 슬롯 예약 해지를 명시하여 전송함으로써, 다른 위성터미널이 다음 프레임부터 사용할 수 있는 비예약 슬롯이 되도록 한다.
이와 같이, 프레임에서의 구분된 슬롯 상태 정보를 활용하여, 각 위성터미널(10)에서는 프레임에 접속하는 트래픽의 수준을 탐지할 수 있게 된다.
좀 더 구체적인 설명을 위해 입력 로드(Offered Load)와 시스템 처리율(Throughput)의 관계가 도시된 도 6을 참조하여 설명하도록 한다. 도면에서 가로축은 정규화된 입력 로드(Normalized Offered Load)를 나타낸 것이고, 세로축은 정규화된 처리율(Normalized Throughput)을 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 입력 로드가 서로 다른 상태에서도 시스템 처리율은 동일한 상태를 나타내는 것을 알 수가 있다. 다시 말해, 입력 로드가 L1인 경우 시스템 처리율은 TL이고, 입력 로드가 L2인 경우 시스템 처리율은 TH가 된다. 그러나 TL과 TH는 동일한 처리율을 나타낸다.
이러한 경우 TL은 시스템적으로 안정적인 상태이지만, TH는 불안정한 상태가 된다. TH의 경우 송신된 패킷들이 성공한 상태보다 충돌이 발생한 상태가 더 많아져 재전송하는 패킷이 많아지기 때문에, 재전송 패킷이 증가하는 상태를 의미하기 때문이다.
따라서 이러한 상태에서는 트래픽 발생 확률(Traffic Generation Probability : P0) 값을 조정하여 안정 상태로 복구하도록 트래픽을 제어하여야 한다. 즉, 입력 로드가 L1 상태에서 L2 상태가 되도록 트래픽 발생 확률을 제어하여 안정 상태가 되도록 트래픽을 제어하게 된다.
따라서 본 발명에 의한 랜덤 접속 제어 방법에 의하면, 프레임을 구성하는 슬롯의 상태를 구분함으로써, 시스템 처리율이 동일한 경우에도 입력 로드가 서로 다른 것을 구분할 수 있게 된다. 즉, 종래 기술에 의하면 디코딩 성공과 디코딩 실패의 슬롯 상태를 구분할 수 없지만, 본 발명에 의하면 프레임의 상태를 디코딩 성공(Successfully Decoded) 상태와 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded) 상태로 구분함으로써, 서로 다른 입력 로드에 의한 동일한 시스템 처리율을 구분할 수 있게 되고, 이에 따라 트래픽 발생 확률을 제어함으로써 입력 트래픽을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다수의 시간 슬롯으로 구성된 프레임의 슬롯 정보를 이용하여 다중 접속 채널의 트래픽 양을 산출할 수 있어, 임의 접속을 위한 접속 트래픽을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
그리고 효율적인 입력 트래픽의 제어를 통해 네트워크의 시스템 처리율을 극대화시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.
특히, 입력 트래픽이 폭증하는 경우에 유연한 대처가 가능하며, 이는 재난 통신, 군 통신 및 상용망의 핫 스팟에서 안정적인 임의 접속 성능을 보장하는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 서로 간의 위치 정보를 알고 있는 다수의 복제 패킷을 전송한 후, 간섭 제거 방법에 의해 충돌이 발생하는 패킷을 복구하고,
    간섭 제거 후의 슬롯 상태에 따라 입력 트래픽을 제어하는 것을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    간섭 제거 이후 슬롯의 상태를 단일 접속(Single Access), 디코딩 성공(Successfully Decoded), 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded), 그리고 미접속(No Access)의 상태로 구분하여 입력 트래픽을 제어하는 것을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단일 접속(Single Access) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 하나의 위성터미널(10)이 패킷을 전송하는 것임을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 디코딩 성공(Successfully Decoded) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 복수의 위성터미널이 패킷을 전송하는 경우, 간섭 제어에 의해 충돌이 해소된 경우임을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 디코딩 실패(Unsuccessfully Decoded) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 복수의 위성터미널이 패킷을 전송하는 경우, 간섭 제어에 의해 충돌이 해소되지 않은 경우임을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 미접속(No Access) 상태는, 하나의 시간 슬롯에 어느 위성터미널도 패킷을 전송하는 않은 경우임을 특징으로 하는 랜덤 접속 부하 제어 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10587333B2 (en) 2016-12-13 2020-03-10 Inmarsat Global Limited Forward link power control
CN113055863A (zh) * 2021-04-27 2021-06-29 北京理工大学 面向卫星物联网的异步非正交大规模随机接入方法
CN113365339A (zh) * 2021-04-25 2021-09-07 北京遥测技术研究所 一种基于预约申请时隙的卫星接入方法
CN117528783A (zh) * 2023-10-31 2024-02-06 陕西师范大学 一种分层异构网络中传控分离的多址接入方法与系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101627577B1 (ko) * 2015-04-27 2016-06-07 아주대학교산학협력단 주파수 미러링을 이용한 통신 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031596A (ko) * 2002-10-05 2004-04-13 삼성전자주식회사 패킷 데이터 통신 시스템 수신기에서의 간섭신호 제거장치 및 방법
KR20040043794A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 한국전자통신연구원 다중 빔 위성을 이용한 셀룰러 이동통신시스템에서의적응형 패킷 전송 방법
KR20110097986A (ko) * 2008-12-22 2011-08-31 콸콤 인코포레이티드 포스트 디코딩 소프트 간섭 제거
KR20110136705A (ko) * 2010-06-14 2011-12-21 엘지전자 주식회사 다중 노드 시스템에서 간섭 제거 방법 및 이러한 방법을 이용하는 단말
US20120082076A1 (en) * 2009-06-09 2012-04-05 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for transmitting a packet in a wireless network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031596A (ko) * 2002-10-05 2004-04-13 삼성전자주식회사 패킷 데이터 통신 시스템 수신기에서의 간섭신호 제거장치 및 방법
KR20040043794A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 한국전자통신연구원 다중 빔 위성을 이용한 셀룰러 이동통신시스템에서의적응형 패킷 전송 방법
KR20110097986A (ko) * 2008-12-22 2011-08-31 콸콤 인코포레이티드 포스트 디코딩 소프트 간섭 제거
US20120082076A1 (en) * 2009-06-09 2012-04-05 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for transmitting a packet in a wireless network
KR20110136705A (ko) * 2010-06-14 2011-12-21 엘지전자 주식회사 다중 노드 시스템에서 간섭 제거 방법 및 이러한 방법을 이용하는 단말

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10587333B2 (en) 2016-12-13 2020-03-10 Inmarsat Global Limited Forward link power control
CN113365339A (zh) * 2021-04-25 2021-09-07 北京遥测技术研究所 一种基于预约申请时隙的卫星接入方法
CN113055863A (zh) * 2021-04-27 2021-06-29 北京理工大学 面向卫星物联网的异步非正交大规模随机接入方法
CN117528783A (zh) * 2023-10-31 2024-02-06 陕西师范大学 一种分层异构网络中传控分离的多址接入方法与系统

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