WO2017099498A1 - 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말 Download PDF

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WO2017099498A1
WO2017099498A1 PCT/KR2016/014390 KR2016014390W WO2017099498A1 WO 2017099498 A1 WO2017099498 A1 WO 2017099498A1 KR 2016014390 W KR2016014390 W KR 2016014390W WO 2017099498 A1 WO2017099498 A1 WO 2017099498A1
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WO
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cost
packet
value
terminal
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PCT/KR2016/014390
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이승민
강대호
정승범
박세웅
주창희
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엘지전자 주식회사
서울대학교산학협력단
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    • H04W88/16—Gateway arrangements

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a packet transmission method performed by a node in a wireless communication system and a terminal using the method.
  • ITU-R International Telecommunication Union Radio communication sector
  • IP Internet Protocol
  • 3rd Generation Partnership Project is a system standard that meets the requirements of IMT-Advanced.
  • Long Term Evolution is based on Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) / Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) transmission.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • LTE-A LTE-Advanced
  • LTE-A is one of the potential candidates for IMT-Advanced.
  • D2D Device-to-Device
  • D2D is drawing attention as a communication technology for a public safety network.
  • Commercial communication networks are rapidly changing to LTE, but current public safety networks are mainly based on 2G technology in terms of cost and conflict with existing communication standards. This gap in technology and the need for improved services have led to efforts to improve public safety networks.
  • Public safety networks have higher service requirements (reliability and security) than commercial communication networks, and require direct signal transmission and reception, or D2D operation, between devices, especially when cellular coverage is not available or available. .
  • D2D operation may have various advantages in that it transmits and receives signals between adjacent devices.
  • the D2D user equipment has a high data rate and low delay and can perform data communication.
  • the D2D operation may distribute traffic that is driven to the base station, and may also serve to extend the coverage of the base station if the terminal performing the D2D operation serves as a relay.
  • the above-mentioned extension of D2D communication, including the transmission and reception of signals between vehicles, is particularly called V2X (VEHICLE-TO-X) communication.
  • the present invention provides a method for efficiently determining a route for transmitting a packet in a multi-hop wireless access network structure and transmitting an uplink packet or a downlink packet based on the determined route.
  • An object of the present invention is to provide a packet transmission method performed by a terminal in a wireless communication system and a terminal using the same.
  • the uplink packet including a first cost is received and the first packet is received.
  • Determine whether to forward the uplink packet by comparing a cost with a second cost corresponding to the cost of the node; and based on the determination, forward the uplink packet, wherein the value of the second cost is equal to the second cost. If the value is less than one cost, the node forwards the uplink packet. If the value of the second cost is not less than the value of the first cost, the node does not forward the uplink packet. It provides a way to.
  • the second cost may be determined based on a subcarrier index value of the tone signal transmitted to the node.
  • the second cost may be determined based on the subcarrier index value and the signal-to-noise ratio of the tone signal.
  • the value of the second cost when the signal-to-noise ratio of the tone signal is greater than a preset threshold is the value of the second cost when the signal-to-noise ratio of the tone signal is not greater than a preset threshold. It can have a value larger than the value.
  • the value of the second cost when the signal-to-noise ratio of the tone signal is larger than a preset threshold value
  • C A is the value of the determined second cost
  • i is the index value of the subcarrier
  • the SNR THRES may be the predetermined threshold value.
  • the value of the second cost when the signal-to-noise ratio of the tone signal is not greater than a predetermined threshold value
  • C A is the value of the determined second cost
  • i is the index value of the subcarrier
  • the SNR THRES may be the predetermined threshold value.
  • the uplink packet may further include information about the maximum number of nodes to which the uplink packet can be forwarded.
  • the node may be a terminal supporting a device to device (D2D) operation or a vehicle to X (V2X) operation.
  • D2D device to device
  • V2X vehicle to X
  • a user equipment includes: a radio frequency (RF) unit for transmitting and receiving a radio signal and a processor operatively coupled to the RF unit;
  • the processor may receive an uplink packet including a first cost and compare the first cost with a second cost corresponding to a cost of the terminal. And forwarding the uplink packet based on the determination, when the value of the second cost is less than the value of the first cost, the terminal forwards the uplink packet.
  • the terminal may provide a terminal that does not forward the uplink packet.
  • a second node receives the downlink packet as a destination, and the first node It is determined whether to forward the downlink packet based on uplink transmission record information and a cost of the first node, and the downlink packet forwarding is performed based on the determination. Can be.
  • At least one node that has transmitted an uplink packet to the first node may be recorded in the uplink transmission record information of the first node.
  • the first node may decide to forward the downlink packet.
  • the first node when determining to forward the downlink packet, may set the cost of the first node to the cost of the downlink packet.
  • the downlink packet may further include information about the maximum number of nodes to which the downlink packet can be forwarded.
  • the first node may be a terminal supporting a device to device (D2D) operation or a vehicle to X (V2X) operation.
  • D2D device to device
  • V2X vehicle to X
  • a packet transmission method performed by a terminal in a wireless communication system and a terminal using the same are provided.
  • a method for calculating the cost used to transmit a packet.
  • a gradient routing scheme optimized for a multi-hop radio access network is proposed. Instead of generating a cost field destined for all nodes, only the cost field directed to the gateway node is simplified, thereby simplifying the routing overhead.
  • the cost field can be constructed in a short time using a tone signal technique.
  • the generated cost field may be used for uplink and downlink gradient routing. In particular, unnecessary retransmission is reduced by limiting the number of nodes participating in the downlink gradient routing through the uplink transmission record of the mobile node.
  • FIG. 1 shows a wireless communication system to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a radio protocol architecture for a user plane.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a radio protocol structure for a control plane.
  • FIG 5 shows examples of arrangement of terminals and cell coverage for ProSe direct communication.
  • FIG. 6 shows a user plane protocol stack for ProSe direct communication.
  • FIG. 8 schematically illustrates a multi-hop radio access network architecture.
  • FIG. 9 is a flowchart of a cost update method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 schematically illustrates an example of a method of transmitting a tone signal on different subcarriers, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a cost update method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method for transmitting uplink traffic according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a gateway node according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a node according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a node according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart of a method of transmitting a packet based on information on the number of hops on which the packet is transmitted, according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a diagram schematically showing a simulation environment to which an embodiment of the present invention is applied.
  • 19 is an experimental result of a packet delivery ratio for downlink traffic transmission to which an embodiment of the present invention is applied.
  • 20 is a block diagram illustrating a terminal in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • E-UTRAN Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network
  • LTE Long Term Evolution
  • the E-UTRAN includes a base station (BS) 20 that provides a control plane and a user plane to a user equipment (UE).
  • the terminal 10 may be fixed or mobile and may be called by other terms such as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a mobile terminal (MT), a wireless device (Wireless Device), and the like.
  • the base station 20 refers to a fixed station communicating with the terminal 10, and may be referred to by other terms such as an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), an access point, and the like.
  • eNB evolved-NodeB
  • BTS base transceiver system
  • access point and the like.
  • the base stations 20 may be connected to each other through an X2 interface.
  • the base station 20 is connected to a Serving Gateway (S-GW) through an MME (Mobility Management Entity) and an S1-U through an Evolved Packet Core (EPC) 30, more specifically, an S1-MME through an S1 interface.
  • S-GW Serving Gateway
  • MME Mobility Management Entity
  • EPC Evolved Packet Core
  • EPC 30 is composed of MME, S-GW and P-GW (Packet Data Network-Gateway).
  • the MME has information about the access information of the terminal or the capability of the terminal, and this information is mainly used for mobility management of the terminal.
  • S-GW is a gateway having an E-UTRAN as an endpoint
  • P-GW is a gateway having a PDN as an endpoint.
  • Layers of the Radio Interface Protocol between the terminal and the network are based on the lower three layers of the Open System Interconnection (OSI) reference model, which is widely known in communication systems.
  • L2 second layer
  • L3 third layer
  • the RRC Radio Resource Control
  • the RRC layer located in the third layer plays a role of controlling radio resources between the terminal and the network. To this end, the RRC layer exchanges an RRC message between the terminal and the base station.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a radio protocol architecture for a user plane.
  • 3 is a block diagram illustrating a radio protocol structure for a control plane.
  • the user plane is a protocol stack for user data transmission
  • the control plane is a protocol stack for control signal transmission.
  • a physical layer (PHY) layer provides an information transfer service to a higher layer using a physical channel.
  • the physical layer is connected to a medium access control (MAC) layer, which is an upper layer, through a transport channel. Data is moved between the MAC layer and the physical layer through the transport channel. Transport channels are classified according to how and with what characteristics data is transmitted over the air interface.
  • MAC medium access control
  • the physical channel may be modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme and utilizes time and frequency as radio resources.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the functions of the MAC layer include mapping between logical channels and transport channels and multiplexing / demultiplexing into transport blocks provided as physical channels on transport channels of MAC service data units (SDUs) belonging to the logical channels.
  • the MAC layer provides a service to a Radio Link Control (RLC) layer through a logical channel.
  • RLC Radio Link Control
  • RLC layer Functions of the RLC layer include concatenation, segmentation, and reassembly of RLC SDUs.
  • QoS Quality of Service
  • the RLC layer has a transparent mode (TM), an unacknowledged mode (UM), and an acknowledged mode (Acknowledged Mode).
  • TM transparent mode
  • UM unacknowledged mode
  • Acknowledged Mode acknowledged mode
  • AM Three modes of operation (AM).
  • AM RLC provides error correction through an automatic repeat request (ARQ).
  • the RRC (Radio Resource Control) layer is defined only in the control plane.
  • the RRC layer is responsible for the control of logical channels, transport channels, and physical channels in connection with configuration, re-configuration, and release of radio bearers.
  • RB means a logical path provided by the first layer (PHY layer) and the second layer (MAC layer, RLC layer, PDCP layer) for data transmission between the terminal and the network.
  • PDCP Packet Data Convergence Protocol
  • Functions of the Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer in the user plane include delivery of user data, header compression, and ciphering.
  • the functionality of the Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer in the control plane includes the transfer of control plane data and encryption / integrity protection.
  • the establishment of the RB means a process of defining characteristics of a radio protocol layer and a channel to provide a specific service, and setting each specific parameter and operation method.
  • RB can be further divided into SRB (Signaling RB) and DRB (Data RB).
  • SRB is used as a path for transmitting RRC messages in the control plane
  • DRB is used as a path for transmitting user data in the user plane.
  • the UE If an RRC connection is established between the RRC layer of the UE and the RRC layer of the E-UTRAN, the UE is in an RRC connected state, otherwise it is in an RRC idle state.
  • the downlink transmission channel for transmitting data from the network to the UE includes a BCH (Broadcast Channel) for transmitting system information and a downlink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or control messages.
  • Traffic or control messages of a downlink multicast or broadcast service may be transmitted through a downlink SCH or may be transmitted through a separate downlink multicast channel (MCH).
  • the uplink transport channel for transmitting data from the terminal to the network includes a random access channel (RACH) for transmitting an initial control message and an uplink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or control messages.
  • RACH random access channel
  • SCH uplink shared channel
  • BCCH broadcast control channel
  • PCCH paging control channel
  • CCCH common control channel
  • MCCH multicast control channel
  • MTCH multicast traffic
  • the physical channel is composed of several OFDM symbols in the time domain and several sub-carriers in the frequency domain.
  • One sub-frame consists of a plurality of OFDM symbols in the time domain.
  • the RB is a resource allocation unit and includes a plurality of OFDM symbols and a plurality of subcarriers.
  • each subframe may use specific subcarriers of specific OFDM symbols (eg, the first OFDM symbol) of the corresponding subframe for the physical downlink control channel (PDCCH), that is, the L1 / L2 control channel.
  • Transmission Time Interval is a unit time of subframe transmission.
  • ProSe proximity based services
  • ProSe has ProSe communication and ProSe direct discovery.
  • ProSe direct communication refers to communication performed between two or more neighboring terminals.
  • the terminals may perform communication using a user plane protocol.
  • ProSe-enabled UE refers to a terminal that supports a procedure related to the requirements of ProSe.
  • ProSe capable terminals include both public safety UEs and non-public safety UEs.
  • the public safety terminal is a terminal that supports both a public safety-specific function and a ProSe process.
  • a non-public safety terminal is a terminal that supports a ProSe process but does not support a function specific to public safety.
  • ProSe direct discovery is a process for ProSe capable terminals to discover other ProSe capable terminals that are adjacent to each other, using only the capabilities of the two ProSe capable terminals.
  • EPC-level ProSe discovery refers to a process in which an EPC determines whether two ProSe capable terminals are in proximity and informs the two ProSe capable terminals of their proximity.
  • ProSe direct communication may be referred to as D2D communication
  • ProSe direct discovery may be referred to as D2D discovery.
  • a reference structure for ProSe includes a plurality of terminals including an E-UTRAN, an EPC, a ProSe application program, a ProSe application server, and a ProSe function.
  • EPC represents the E-UTRAN core network structure.
  • the EPC may include MME, S-GW, P-GW, policy and charging rules function (PCRF), home subscriber server (HSS), and the like.
  • PCRF policy and charging rules function
  • HSS home subscriber server
  • ProSe application server is a user of ProSe ability to create application functions.
  • the ProSe application server may communicate with an application program in the terminal.
  • An application program in the terminal may use a ProSe capability for creating an application function.
  • the ProSe function may include at least one of the following, but is not necessarily limited thereto.
  • PC1 This is a reference point between a ProSe application in a terminal and a ProSe application in a ProSe application server. This is used to define signaling requirements at the application level.
  • PC2 Reference point between ProSe application server and ProSe function. This is used to define the interaction between the ProSe application server and ProSe functionality. An application data update of the ProSe database of the ProSe function may be an example of the interaction.
  • PC3 Reference point between the terminal and the ProSe function. Used to define the interaction between the UE and the ProSe function.
  • the setting for ProSe discovery and communication may be an example of the interaction.
  • PC4 Reference point between the EPC and ProSe functions. It is used to define the interaction between the EPC and ProSe functions. The interaction may exemplify when establishing a path for 1: 1 communication between terminals, or when authenticating a ProSe service for real time session management or mobility management.
  • PC5 Reference point for using the control / user plane for discovery and communication, relay, and 1: 1 communication between terminals.
  • PC6 Reference point for using features such as ProSe discovery among users belonging to different PLMNs.
  • SGi can be used for application data and application level control information exchange.
  • ProSe direct communication is a communication mode that allows two public safety terminals to communicate directly through the PC 5 interface. This communication mode may be supported both in the case where the terminal receives service within the coverage of the E-UTRAN or in the case of leaving the coverage of the E-UTRAN.
  • FIG 5 shows examples of arrangement of terminals and cell coverage for ProSe direct communication.
  • UEs A and B may be located outside cell coverage.
  • UE A may be located within cell coverage and UE B may be located outside cell coverage.
  • UEs A and B may both be located within a single cell coverage.
  • UE A may be located within the coverage of the first cell and UE B may be located within the coverage of the second cell.
  • ProSe direct communication may be performed between terminals in various locations as shown in FIG.
  • IDs may be used for ProSe direct communication.
  • Source Layer-2 ID This ID identifies the sender of the packet on the PC 5 interface.
  • Destination Layer-2 ID This ID identifies the target of the packet on the PC 5 interface.
  • SA L1 ID This ID is the ID in the scheduling assignment (SA) in the PC 5 interface.
  • FIG. 6 shows a user plane protocol stack for ProSe direct communication.
  • the PC 5 interface is composed of a PDCH, RLC, MAC, and PHY layers.
  • the MAC header may include a source layer-2 ID and a destination layer-2 ID.
  • a ProSe capable terminal can use the following two modes for resource allocation for ProSe direct communication.
  • Mode 1 is a mode for scheduling resources for ProSe direct communication from a base station.
  • the UE In order to transmit data in mode 1, the UE must be in an RRC_CONNECTED state.
  • the terminal requests the base station for transmission resources, and the base station schedules resources for scheduling allocation and data transmission.
  • the terminal may transmit a scheduling request to the base station and may transmit a ProSe BSR (Buffer Status Report). Based on the ProSe BSR, the base station determines that the terminal has data for ProSe direct communication and needs resources for this transmission.
  • ProSe BSR Buffer Status Report
  • Mode 2 is a mode in which the terminal directly selects a resource.
  • the terminal selects a resource for direct ProSe direct communication from a resource pool.
  • the resource pool may be set or predetermined by the network.
  • the terminal when the terminal has a serving cell, that is, the terminal is in the RRC_CONNECTED state with the base station or located in a specific cell in the RRC_IDLE state, the terminal is considered to be within the coverage of the base station.
  • mode 2 may be applied. If the terminal is in coverage, mode 1 or mode 2 may be used depending on the configuration of the base station.
  • the terminal may change the mode from mode 1 to mode 2 or from mode 2 to mode 1 only when the base station is configured.
  • ProSe direct discovery refers to a procedure used by a ProSe capable terminal to discover other ProSe capable terminals, and may also be referred to as D2D direct discovery or D2D discovery. At this time, the E-UTRA radio signal through the PC 5 interface may be used. Information used for ProSe direct discovery is referred to as discovery information hereinafter.
  • the PC 5 interface is composed of a MAC layer, a PHY layer, and a higher layer, ProSe Protocol layer.
  • the upper layer deals with the permission for the announcement and monitoring of discovery information, and the content of the discovery information is transparent to the access stratum (AS). )Do.
  • the ProSe Protocol ensures that only valid discovery information is sent to the AS for the announcement.
  • the MAC layer receives discovery information from a higher layer (ProSe Protocol).
  • the IP layer is not used for sending discovery information.
  • the MAC layer determines the resources used to announce the discovery information received from the upper layer.
  • the MAC layer creates a MAC protocol data unit (PDU) that carries discovery information and sends it to the physical layer.
  • PDU MAC protocol data unit
  • the base station provides the UEs with a resource pool configuration for discovery information announcement.
  • This configuration may be included in a system information block (SIB) and signaled in a broadcast manner.
  • SIB system information block
  • the configuration may be provided included in a terminal specific RRC message.
  • the configuration may be broadcast signaling or terminal specific signaling of another layer besides the RRC message.
  • the terminal selects a resource from the indicated resource pool by itself and announces the discovery information using the selected resource.
  • the terminal may announce the discovery information through a randomly selected resource during each discovery period.
  • the UE in the RRC_CONNECTED state may request a resource for discovery signal announcement from the base station through the RRC signal.
  • the base station may allocate resources for discovery signal announcement with the RRC signal.
  • the UE may be allocated a resource for monitoring the discovery signal within the configured resource pool.
  • the base station 1) may inform the SIB of the type 1 resource pool for discovery information announcement.
  • ProSe direct UEs are allowed to use the Type 1 resource pool for discovery information announcement in the RRC_IDLE state.
  • the base station may indicate that the base station supports ProSe direct discovery through 2) SIB, but may not provide a resource for discovery information announcement. In this case, the terminal must enter the RRC_CONNECTED state for the discovery information announcement.
  • the base station may set whether the terminal uses a type 1 resource pool or type 2 resource for discovery information announcement through an RRC signal.
  • D2D operation may have various advantages in that it transmits and receives signals between adjacent devices.
  • the D2D user equipment has a high data rate and low delay and can perform data communication.
  • the D2D operation may distribute traffic that is driven to the base station, and if the terminal performing the D2D operation serves as a relay, the terminal performing the D2D operation may also extend the coverage of the base station.
  • V2X VEHICLE-TO-X
  • V2X VEHICLE-TO-X
  • P EDESTRIAN COMPUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A DEVICE CARRIED BY AN INDIVIDUAL (example) HANDHELD TERMINAL CARRIED BY A PEDESTRIAN, CYCLIST, DRIVER OR PASSENGER)
  • V2P V EHICLE
  • V EHICLE COMMUNICATION BETWEEN VEHICLES
  • I NFRASTRUCTURE / N ETWORK COMPMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A ROADSIDE UNIT (RSU) / NETWORK (example)
  • RSU IS A TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE ENTITY (Example) TRANSMIT NOTIFICATIONS)
  • IMPL IMPL
  • a device (related to V2P communication) possessed by a pedestrian (or person) is called “ P- UE ”, and a device installed in VEHICLE (related to V2X communication) is called “ V- UE ”.
  • the term 'ENTITY' may be interpreted as P-UE and / or V-UE and / or RSU (/ NETWORK / INFRASTRUCTURE).
  • FIG. 8 schematically illustrates a multi-hop radio access network architecture.
  • the multi-hop radio access network structure may include a base station, that is, a gateway node and a plurality of user equipments (UEs), and the multi-hop radio access network structure may have a hierarchical network structure.
  • the gateway node is connected to the Internet, and provides a communication service to the terminal through a direct or multi-hop relay.
  • the 'hop' represents an aspect in which each packet crosses each node (or router) in the data communication network, and the number of hops is determined by the number of nodes (or routers) through which the packet passes.
  • the direction of traffic may be classified into two types of downlink traffic and uplink traffic.
  • downlink traffic may mean packet transmission from the gateway node to the terminal
  • uplink traffic may mean packet transmission from the terminal to the gateway.
  • a multi-hop radio access network is a network composed of one or a plurality of gateway nodes and a plurality of terminals, and the network traffic is divided into an uplink (terminal-> gateway node) or a downlink (gateway node-> terminal). do.
  • uplink / downlink traffic delivery to a destination without loss is very important in ensuring the quality of service (QoS) of various applications.
  • the flooding scheme may be provided as a method for serving uplink / downlink traffic in a multi-hop radio access network.
  • the traffic source broadcasts a packet corresponding to uplink / downlink traffic on a wireless channel, and a node receiving the packet may confirm whether the packet is received again.
  • the node When the node first receives the packet, the node retransmits the packet once, and if the node does not first receive the packet, the node may ignore the received packet.
  • the gateway node and the terminals exchange a predefined routing message with each other, so that each terminal can manage the information of the parent node and its child nodes connected to the gateway node.
  • the gateway node may manage information of all child nodes connected to the gateway node.
  • uplink traffic may be transmitted by sequentially transmitting packets to respective parent nodes.
  • downlink traffic may be delivered in a manner in which a next hop node is determined based on the gateway and child node information of each terminal.
  • the packet forwarding is performed after the next hop node (parent and / or child node) is established, when the network topology changes (due to node mobility, etc.),
  • the disadvantage is that it doesn't respond quickly to change.
  • nodes measure the cost value to the destination node through a separate control message exchange.
  • a node when a node actually transmits a packet, it does not set the next-hop node to a destination node, but transmits the cost value toward a destination recognized by the node which transmits a packet in a packet header, and transmits it to a radio channel.
  • the nodes receiving the packet including the packet header compare their cost with the cost value in the packet, and if the cost of the node (ie, the nodes receiving the packet) is smaller than the cost value included in the received packet. Only, the received packet may be forwarded after a random backoff.
  • Nodes that have reserved forwarding are the same as those sent by a node with a cost lower than the cost value of the node that reserved the forwarding before the random backoff expires. In the case of receiving the packet again, it is possible to cancel its own forwarding reservation.
  • the node that has reserved A may cancel its own forwarding reservation.
  • the packet since a plurality of neighboring terminals may participate in forwarding after cost comparison, there may be a path diversity gain as compared to the method using a separate routing protocol, and the packet is actually The rate of reaching the destination can be high.
  • nodes need separate control message exchanges between nodes in order to calculate a cost to a destination, there may be a problem that radio resource usage increases.
  • the present invention provides a method and apparatus for calculating a cost from a node to a destination without exchanging control messages between nodes. And II. Based on the above-described cost, it is to provide a method for servicing uplink / downlink traffic based on the above-described routing (particularly, gradient routing) and an apparatus using the same.
  • N s the total number of data subcarriers
  • the tone signal can be transmitted and sensed for each subcarrier. Also, consider the situation where the maximum hop distance between the gateway node and the mobile node is shorter than N s .
  • All nodes in the present invention may attempt channel access through carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA / CA).
  • CSMA / CA carrier sense multiple access / collision avoidance
  • each node can detect the channel before sending the packet. If the channel is empty for a long time in LIFS (Long inter-frame space), packet transmission begins immediately. If not, the packet transmission may be attempted again after backing off for an arbitrary time.
  • LIFS Long inter-frame space
  • FIG. 9 is a flowchart of a cost update method according to an embodiment of the present invention.
  • a node may receive a tone signal on a subcarrier i (where i is a natural number) (S910).
  • the tone signal may mean a signal for detecting a change in state of a transmission path.
  • the tone signal corresponds to a kind of sequence and may correspond to a pilot signal or a reference signal.
  • the node may mean a terminal, and in particular, the node may correspond to a D2D terminal or a V2X terminal. That is, the embodiment according to the present invention may be applied in the D2D operation or the V2X operation.
  • the node may determine a cost value based on the index of the subcarrier and the signal-to-noise ratio of the tone signal (S920).
  • the index number of the subcarrier may mean the value of 'i' described above. Based on the signal-to-noise ratio of the tone signal and the number of subcarriers on which the tone signal is received, specific examples of determining the cost will be described later.
  • the node may transmit the tone signal on the i + 1 th subcarrier (S930).
  • FIG. 10 schematically illustrates an example of a method of transmitting a tone signal on different subcarriers, according to an embodiment of the present invention.
  • the base station may transmit a tone signal on the first subcarrier. Thereafter, the terminal receiving the tone signal transmitted on the first subcarrier may transmit a tone signal on the second subcarrier after a short inter-frame space (SIFS). Thereafter, the terminal receiving the tone signal transmitted on the second subcarrier may transmit a tone signal on the third subcarrier. Similarly, a terminal receiving a tone signal transmitted on the third subcarrier may transmit a tone signal on the fourth subcarrier.
  • SIFS short inter-frame space
  • a node (especially, a terminal) transmits a tone signal
  • the node transmits a tone signal on a subcarrier other than the subcarrier to which the tone signal has been previously transmitted.
  • the node transmits the tone signal on the subcarrier to which the tone signal has been previously transmitted.
  • the present invention can be applied when the maximum hop distance between the gateway node and the mobile node is shorter than N s .
  • the terminal since the terminal can transmit the tone signal cyclically on different subcarriers, there is a possibility that the tone signal transmitted by the terminal is duplicated. Accordingly, in order to solve the above-described problem and to prevent the tone signal from being transmitted in the reverse direction, the terminal sets a value of the subcarrier index of the received tone signal (ie, the value of i) and the terminal itself (or the terminal itself). Compare the values of the subcarrier indexes.
  • the subcarrier index of the tone signal received by the terminal and the index of the terminal (or, set to the terminal; wherein the index set to the terminal may be an index of a subcarrier that the terminal has previously forwarded. This section describes how to compare indexes.
  • the terminal may compare the subcarrier index of the tone signal and the index of the terminal.
  • the tone signal when the value of the subcarrier index of the tone signal received by the terminal is greater than the index value of the terminal (optionally, greater than or equal to), the tone signal may be transmitted in the reverse direction and received by the terminal.
  • the tone signal received by the terminal is transmitted in the reverse direction, since the terminal does not need to forward the tone signal anymore, the terminal may not forward the tone signal.
  • the tone signal may be transmitted in a forward direction and received by the terminal. Accordingly, the terminal may forward the tone signal.
  • the method of comparing the subcarrier index of the tone signal and the index of the terminal may be applied to an uplink traffic service and / or a downlink traffic service, which will be described later.
  • a specific example of determining the cost may be as follows.
  • FIG. 11 is a flowchart of a cost update method according to another embodiment of the present invention.
  • the node may receive the tone signal on the subcarrier i (S1110).
  • the node herein may mean a terminal, and in particular, the node may correspond to a D2D terminal or a V2X terminal. That is, the embodiment according to the present invention may be applied in the D2D operation or the V2X operation.
  • a gateway node transmits a tone signal periodically for a short time (T TONE ) on the first subcarrier of N s subcarriers, and the node receives a tone signal transmitted by the gateway node (ie, from a gateway node).
  • the node may determine whether information indicating whether the node has received the tone signal indicates whether the node has received the tone signal (S1120).
  • a 'flag related to a tone signal' may also be referred to as a 'flag related to a tone signal', which may be referred to as 'ToneRxFlag'.
  • 'ToneRxFlag' When the value of 'ToneRxFlag' is '1', the 'ToneRxFlag' may indicate that the tone signal has been previously received.
  • the 'ToneRxFlag' may indicate that the tone signal has not been received.
  • the 'ToneRxFlag' when the value of 'ToneRxFlag' is '0', the 'ToneRxFlag' may indicate that the tone signal has been previously received. Also, the value of 'ToneRxFlag' is '1' Or, if the value of 'ToneRxFlag' is not defined, 'ToneRxFlag' may indicate that the tone signal has not been received.
  • the node may ignore the tone signal (S1180).
  • the information indicating whether the tone signal has been received may indicate that the tone signal has been received may mean that the value of 'ToneRxFlag' is '1'.
  • ignoring the tone signal may mean that the node does not transmit a new tone signal even though the node has received the tone signal.
  • the node may set information indicating whether the tone signal has been received to indicate that the tone signal has been received. Can be.
  • the node may set a timer for resetting information indicating whether the tone signal has been received together with the setting (S1130).
  • setting the information indicating whether the tone signal is received to indicate that the tone signal has been received may mean setting the value of 'ToneRxFlag' to '1'.
  • the timer for resetting information indicating whether the tone signal has been received may have a value of 'T REFRESH '. According to the timer, 'ToneRxFlag' set to '1' may be set to '0' again after 'T REFRESH '.
  • the node may determine (or update) the cost to the gateway node based on a signal to noise ratio (SNR) value measured while receiving the tone signal.
  • SNR signal to noise ratio
  • the node compares the SNR value of the tone signal with a preset threshold (eg, SNR THRES ) to determine whether the SNR value of the tone signal is greater than the preset threshold (optionally, is abnormal) ( S1140).
  • a preset threshold eg, SNR THRES
  • the node calculates the cost C A toward the gateway as shown in Equation 1 below (S1160).
  • the node calculates the cost C A toward the gateway as shown in Equation 2 below (S1150).
  • Equation 2 described above may also be expressed as Equation 3 below.
  • the first part i.e., '(i-1) * SNR THRES ', means an offset cost reflecting a distance in topology between the gateway node and the node.
  • the node when relaying a tone signal (i.e., when the node receives a tone signal on subcarrier i and transmits a tone signal on subcarrier (i + 1)), the node is increased because the subcarrier index increases.
  • the subcarrier index may be considered as the number of hops from the gateway node. Accordingly, the subcarrier index i may be included in the offset cost of C A.
  • the second part of Equations 1, 2, and 3, i.e., the other part of the first part, is the quality of the link between the node and the tone signal transmitting node (i.e., the node that transmitted the tone signal on subcarrier i). Indicates.
  • the node detects a high tone signal, it can be seen that the node has a reliable forwarding candidate node for uplink unicast, as shown in Equation 1, and can simply add 1 to C A.
  • the node may increase C A as shown in Equation 2 or Equation 3 as shown in Equation 2 or Equation 3 below.
  • the node may transmit a tone signal on the (i + 1) th subframe (S1170).
  • the node transmitting the tone signal on the (i + 1) th subframe may be performed after the short inter-frame space (SIFS).
  • a node in the present invention senses a tone signal in the i-th subcarrier
  • the node updates the cost towards the gateway, sets ToneRxFlag, and transmits the tone signal on the i + 1th subcarrier.
  • the main purpose of using cost updates based on tone signals is the reduction of communication overhead.
  • multiple nodes After detecting the i th tone signal, multiple nodes simultaneously transmit the tone signal to the i + 1 th subcarrier without back off.
  • all tone signaling is only 'T TONE ' Occupying the channel for a short time called + SIFS ', and fast tone update can be achieved as the tone signaling is performed.
  • the reliability of the tone signal based cost update may be improved by limiting the transmission of the node.
  • a node senses a tone signal at subcarrier i at time t. If the node knows the tone signal generation period, that is, T TG , it can predict the transmission start time of the next tone signal, t (next), as shown in Equation 4.
  • N s x (T TONE + SIFS)
  • the cost determined through the above-described scheme can be used directly for transmitting uplink traffic.
  • a cost field directed to a gateway node may be used, in which the cost field relays tone signals to subcarriers sequentially independent of each other, as described above. Can be determined.
  • each node that is, the terminal
  • the cost may be directly used for uplink packet forwarding determination and cancellation.
  • a method in which the cost is directly used when servicing uplink traffic will be described in more detail.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method for transmitting uplink traffic according to an embodiment of the present invention.
  • the node may receive an uplink packet (S1210).
  • the node herein may mean a terminal, and in particular, the node may correspond to a D2D terminal or a V2X terminal. That is, the embodiment according to the present invention may be applied in the D2D operation or the V2X operation.
  • the node may receive a cost field including the cost determined as described above.
  • the cost field may be included in the uplink packet.
  • the cost included in the uplink packet may refer to a cost of a node transmitting the uplink packet.
  • a node transmitting the uplink packet may be a first node, and The cost of one node may be referred to as the first cost.
  • the first cost may be determined through the above-described cost determination method.
  • the first cost includes the subcarrier index i through which the tone signal received by the first node is transmitted and the tone signal received by the first node. Based on the SNR, a value can be determined.
  • the first cost may be determined by comparing the SNR value of the tone signal received by the first node with a threshold value. As described above, the SNR value of the tone signal received by the first node is greater than the threshold value. In this case, the value of the first cost may have a smaller value than the case where the SNR value of the tone signal received by the first node is equal to or smaller than the threshold value. In addition, as described above, the first cost may be determined by further considering a flag related to tone signal reception (eg, 'ToneRxFlag').
  • a flag related to tone signal reception eg, 'ToneRxFlag'
  • the node may determine whether to forward the uplink packet by comparing the cost included in the packet with the cost of the node (S1220).
  • the node performs a comparison between the cost of the node itself and the cost included in the packet received by the node, if the cost of the node itself is smaller than the cost included in the received packet (optionally, only received packets can be forwarded).
  • forwarding of the packet may be performed after random backoff.
  • the received packet may not be forwarded.
  • the node ie, a node that receives an uplink packet from the first node
  • a cost of the second node may be referred to as a second cost.
  • the second cost may be determined through the above-described cost determination method.
  • the details are the same as described above, but for the sake of understanding, the second cost includes the subcarrier index (i) through which the tone signal received by the second node is transmitted and the tone signal received by the second node. Based on the SNR, a value can be determined.
  • the second cost may be determined by comparing the SNR value of the tone signal received by the second node with a threshold value. As described above, the SNR value of the tone signal received by the second node is greater than the threshold value. In this case, the value of the second cost may have a smaller value than the case where the SNR value of the tone signal received by the second node is equal to or smaller than the threshold value. In addition, as described above, the second cost may be determined by further considering a flag related to tone signal reception (eg, 'ToneRxFlag').
  • a flag related to tone signal reception eg, 'ToneRxFlag'
  • the node may forward the uplink packet based on the determination (S1230).
  • a node that transmits the uplink packet is referred to as a first node, and a cost of the first node is called a first cost
  • a node that receives the uplink packet is referred to as a second node or a second node.
  • the cost may be called a second cost.
  • the second node may receive an uplink packet from the first node, and the second node may compare the first cost and the second cost. If the value of the second cost is less than the first cost, the second node forwards the uplink packet. If the value of the second cost is not less than the first cost, the second node is the uplink. The packet may not be forwarded.
  • the present invention proposes a downlink scheme for reducing communication overhead for cost management.
  • the node caches the source node of the packet (ie, the node that transmitted the uplink packet) in an uplink history table (UHT). Additionally, if the node does not receive any uplink packet from the cached node for a preset time (eg, T VAILD ), the cache information may be deleted.
  • UHT uplink history table
  • the main idea applied to the downlink scheme for cost management according to the present invention is that only nodes having a record of uplink packet reception are set as forwarding candidates for downlink routing. That is, when the node transmits the downlink packet, only the node that has transmitted the uplink packet to the node to transmit the downlink packet is set as a forwarding candidate of the downlink routing.
  • a method of serving downlink traffic includes 1) a method of transmitting a downlink packet by a gateway node, and 2) a node (eg, a UE, in particular, a D2D UE or a V2X UE). Describe how to service.
  • FIG. 13 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a gateway node according to an embodiment of the present invention.
  • the gateway node may detect that there is a downlink packet of which node A is the destination (S1310).
  • the gateway node determines whether the node A is included in the uplink recording table of the gateway node (S1320).
  • the uplink recording table corresponds to information stored in the form of a list by a node that has transmitted an uplink packet to the gateway node.
  • the gateway node may transmit the packet after setting 'GRFlag' to '1' and setting C P to '0' ( S1330).
  • the 'GRFlag' and 'C P ' may be included in the header (ie, packet header) of the packet.
  • the 'GRFlag' means information indicating whether the gateway node has received an uplink packet from the node A.
  • the value of the 'GRFlag' is set to '1' indicates that the gateway node has received an uplink packet from the node A, and the value of the 'GRFlag' is set to '0'.
  • the gateway node may indicate that the uplink packet has not been received from the node A.
  • 'C P ' means the cost of the packet, and since the cost of transmitting the packet from the gateway node to the gateway node is '0', the value of 'C P ' is '0' in the gateway. Is set.
  • the gateway node may transmit the packet after setting 'GRFlag' to '0' and setting C P to '0'. (S1340). In this case, the gateway node may transmit the packet by flooding.
  • the gateway node has multiple packets with the same destination, it is possible to service packet transmission through downlink routing by requesting uplink packet transmission from the corresponding destination.
  • a node eg, a terminal, in particular a D2D terminal or a V2X terminal
  • FIG. 14 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a node according to an embodiment of the present invention.
  • the node may receive a downlink packet of which the node A is the destination (S1410).
  • the node herein may mean a terminal, and in particular, the node may correspond to a D2D terminal or a V2X terminal. That is, the embodiment according to the present invention may be applied in the D2D operation or the V2X operation.
  • the node may determine whether to forward the downlink packet based on the transmission history or the cost (S1420).
  • the transmission history may mean an uplink recording table of the node.
  • the uplink recording table may refer to information stored in the form of a list by a node that has transmitted an uplink packet to the node as described above. A specific example in which the node forwards the downlink packet based on a transmission history or cost will be described later.
  • the node may perform forwarding on the downlink packet based on the determination (S1430).
  • an example in which the node forwards the downlink packet based on a transmission history or a cost may be as follows.
  • 15 is a flowchart of a downlink packet transmission method performed by a node according to another embodiment of the present invention.
  • the node determines whether 'GRFlag' is 0 (S1520).
  • the node may ignore the downlink packet (ie, 'P') (S1530). If 'GRFlag' is not 0 (ie, 'GRFlag' is 1), the node can determine whether the value of C P is greater than C B , and as a result, C P is not greater than C B. In this case, the node may delete the forwarding scheduling for the downlink packet (S1540).
  • C P may mean a cost included in a downlink packet
  • C B may mean a cost from the node (that is, a node receiving the downlink packet) to the gateway node.
  • the node determines whether 'GRFlag' is 0 (S1550).
  • the node may transmit the downlink packet after a random backoff time (S1560).
  • the node determines whether node A is included in the uplink recording table of the node (S1570).
  • the cost of the packet may be set to the cost of the node, and transmission of the downlink packet may be scheduled after random backoff (S1580). That is, when a node receiving a downlink packet having a GRFlag of '1' also finds a destination node by checking its UHT, it may decide to forward a packet including a cost to the gateway.
  • the node with the scheduled packet may cancel the scheduled forwarding.
  • a method of providing an uplink traffic service (ie, uplink packet transmission or forwarding) and a downlink traffic service (ie, downlink packet transmission or forwarding) based on the determined cost may be provided to the D2D terminal or the V2X terminal as described above. It can also be performed by.
  • the terminal when the terminal (D2D terminal or V2X terminal) transmits an uplink packet or a downlink packet, it may include information on the maximum number of 'hops' that the packet can be transmitted. That is, the packet may be transmitted uplink or downlink through the number of nodes (or routers) indicated by the information.
  • the present method provides uplink traffic and downlink traffic service based on the determined cost as described above. It may be combined with (or applied to) the method.
  • 16 is a flowchart of a method of transmitting a packet based on information on the number of hops on which the packet is transmitted, according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal may set the number of 'hops' through which the packet is transmitted (S1610).
  • the number of hops may be preset in the terminal, or may be set by a higher layer or a core.
  • the number of hops may have a different value according to the type of service of the packet.
  • the packet may be propagated through several nodes (or D2D terminals or V2X terminals).
  • the number of hops may be determined according to the speed of the terminal.
  • the terminal when the terminal is a V2X terminal and the V2X terminal is moving at a high speed, it may be desirable to know that even the far terminals are aware that the V2X terminal is moving at a high speed. Accordingly, the number of hops that are transmitted by the terminal moving at a high speed may be set higher than that of the packet transmitted by the terminal moving at a relatively slow speed.
  • the terminal may transmit a packet including information on the set number of hops (S1620).
  • the packet may correspond to an uplink packet or a downlink packet.
  • the information on the number of hops may correspond to information indicating how many nodes the packet transmitted by the terminal can propagate as described above.
  • a terminal receiving a packet including information on the number of hops may receive a terminal (that is, receiving a packet through hops within a maximum number of hops to which the packet is transmitted). Terminal) may determine whether the packet is transmitted. Thereafter, when the packet can be further transmitted, the terminal (ie, the terminal that has received the packet) may further forward the packet. For example, the information contained in the packet indicates that the packet can go up to five hops, and if the packet is received by the terminal through the fourth hop, the terminal can further forward the packet. have.
  • a method of transmitting information indicating the maximum number of hops is based on the determined cost, and an example combined with (or applied to) a method for providing uplink traffic and downlink traffic service is as follows.
  • the above-described node may determine whether to forward the uplink packet based on information indicating the maximum number of hops included in the uplink packet. That is, when the uplink packet is transmitted within the maximum number of hops, it is possible to determine whether to forward the uplink packet by comparing the cost included in the packet with the cost of the node.
  • the aforementioned node may determine whether to forward the downlink packet based on information indicating the maximum number of hops included in the downlink packet. That is, when the downlink packet is transmitted within the maximum hop number, it may be determined whether to forward the downlink packet based on a transmission history or a cost.
  • the cost field destined for the gateway node is sequentially relayed to the subcarriers independently of each other and the tone signal is fast. Can be formed accurately.
  • the overhead for downlink cost management can be reduced by simultaneously utilizing the uplink transmission record and the uplink cost field.
  • the present invention can guarantee reliable uplink / downlink unicast packet transmission with only a small cost management overhead in a multi-hop radio access network.
  • 17 is a diagram schematically showing a simulation environment to which an embodiment of the present invention is applied.
  • 'Oracle routing' is a method of calculating a minimum ETX (expected transmission count) route using global information.
  • 'Original gradient routing' is a method using the above-described gradient routing, which can be represented by a legend called 'E-GRAD' in a graph showing an experimental result.
  • the 'AODV', 'DSDV', 'DSR' and 'OLSR' techniques correspond to the general hop-by-hop routing protocol method.
  • the packet transmission ratio for uplink traffic transmission according to the embodiment of the present invention has a higher value than other methods.
  • the packet transmission ratio for uplink traffic transmission according to the present invention converges to almost 1, so that most of the packets transmitted in the uplink can be transmitted to the gateway node.
  • 19 is an experimental result of a packet delivery ratio for downlink traffic transmission to which an embodiment of the present invention is applied.
  • the packet transmission ratio for downlink traffic transmission according to the embodiment of the present invention has a higher value than other methods.
  • the efficiency of downlink traffic transmission according to the present invention is higher than that of other methods.
  • the packet transmission ratio for downlink traffic transmission according to the present invention converges to almost 1, which means that most of the packets transmitted in the downlink are transmitted to the destination node.
  • 20 is a block diagram illustrating a terminal in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • the terminal 1100 includes a processor 1110, a memory 1120, and an RF unit 1130.
  • the processor 1110 may receive a tone signal on subcarrier i, where i is a natural number.
  • the processor 1110 may determine a cost value based on the index of the subcarrier and the signal to noise ratio of the tone signal.
  • the processor 1110 may transmit the tone signal on an i + 1 th subcarrier.
  • the processor 1110 may receive an uplink packet.
  • the processor 1110 may compare the cost included in the packet with the cost of the node and determine whether to forward the uplink packet.
  • the processor 1110 may forward the uplink packet based on the determination.
  • the processor 1110 may receive a downlink packet of which node A is a destination.
  • the processor 1110 may determine whether to forward the downlink packet based on a transmission history or a cost.
  • the processor 1110 may perform forwarding on the downlink packet based on the determination.
  • the processor 1110 may set the number of 'hops' through which a packet is transmitted.
  • the processor 1110 may transmit a packet including information on the set number of hops.
  • the RF unit 1130 is connected to the processor 1110 to transmit and receive a radio signal.
  • the processor may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processing devices.
  • the memory may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory card, storage medium and / or other storage device.
  • the RF unit may include a baseband circuit for processing a radio signal.
  • the above-described technique may be implemented as a module (process, function, etc.) for performing the above-described function.
  • the module may be stored in memory and executed by a processor.
  • the memory may be internal or external to the processor and may be coupled to the processor by various well known means.

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 상향링크 패킷(packet) 포워딩 방법에 있어서, 제1 코스트(cost)를 포함하고 있는 상기 상향링크 패킷을 수신하고, 상기 제1 코스트와 상기 노드의 코스트에 해당하는 제2 코스트를 비교하여 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고 및 상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩하되, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작지 않을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 이 방법을 이용하는 단말에 관한 것이다.
ITU-R(International Telecommunication Union Radio communication sector)에서는 3세대 이후의 차세대 이동통신 시스템인 IMT(International Mobile Telecommunication)-Advanced의 표준화 작업을 진행하고 있다. IMT-Advanced는 정지 및 저속 이동 상태에서 1Gbps, 고속 이동 상태에서 100Mbps의 데이터 전송률로 IP(Internet Protocol)기반의 멀티미디어 서비스 지원을 목표로 한다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 IMT-Advanced의 요구 사항을 충족시키는 시스템 표준으로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)/SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 전송방식 기반인 LTE(Long Term Evolution)를 개선한 LTE-Advanced(LTE-A)를 준비하고 있다. LTE-A는 IMT-Advanced를 위한 유력한 후보 중의 하나이다.
최근 장치들 간 직접통신을 하는 D2D (Device-to-Device)기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, D2D는 공중 안전 네트워크(public safety network)을 위한 통신 기술로 주목 받고 있다. 상업적 통신 네트워크는 빠르게 LTE로 변화하고 있으나 기존 통신 규격과의 충돌 문제와 비용 측면에서 현재의 공중 안전 네트워크는 주로 2G 기술에 기반하고 있다. 이러한 기술 간극과 개선된 서비스에 대한 요구는 공중 안전 네트워크를 개선하고자 하는 노력으로 이어지고 있다.
공중 안전 네트워크는 상업적 통신 네트워크에 비해 높은 서비스 요구 조건(신뢰도 및 보안성)을 가지며 특히 셀룰러 통신의 커버리지가 미치지 않거나 이용 가능하지 않은 경우에도, 장치들 간의 직접 신호 송수신 즉, D2D 동작도 요구하고 있다.
일례로, 일반적으로 D2D 동작은 근접한 기기들 간의 신호 송수신이라는 점에서 다양한 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, D2D 단말은 높은 전송률 및 낮은 지연을 가지며 데이터 통신을 할 수 있다. 또한, D2D 동작은 기지국에 몰리는 트래픽을 분산시킬 수 있으며, D2D 동작을 수행하는 단말이 중계기 역할을 한다면 기지국의 커버리지를 확장시키는 역할도 할 수 있다. 상술한 D2D 통신의 확장으로 차량 간의 신호 송수신을 포함하여, 차량(vehicle)과 관련된 통신을 특별히 V2X(VEHICLE-TO-X) 통신이라고 부른다.
다중 홉 무선 접속 네트워크 구조 상에서, 단말이 D2D 통신을 이용하여, 패킷을 전송할 때, 패킷이 효율적으로 전송될 루트를 적절히 결정하는 것이 중요하다. 하지만, 종래 기술에 따르면, 패킷이 전송될 때, 패킷이 전송될 루트를 정하는데 비교적 시간이 많이 걸리는 문제점이 발생하였다.
이에, 본 발명에서는 다중 홉 무선 접속 네트워크 구조 상에서, 단말이 패킷을 전송하는 루트를 효율적으로 정하고, 결정된 루트에 기반하여, 상향링크 패킷 또는 하향링크 패킷을 전송하는 방법을 제공하도록 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 이를 이용하는 단말을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 상향링크 패킷(packet) 포워딩 방법에 있어서, 제1 코스트(cost)를 포함하고 있는 상기 상향링크 패킷을 수신하고, 상기 제1 코스트와 상기 노드의 코스트에 해당하는 제2 코스트를 비교하여 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고 및 상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩하되, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작지 않을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
이때, 상기 제2 코스트는 상기 노드에게 전송된 톤 시그널의 서브캐리어 인덱스 값에 기반하여 결정될 수 있다.
이때, 상기 제2 코스트는 상기 서브캐리어 인덱스 값과, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비에 기반하여 결정될 수 있다.
이때, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 큰 경우의 상기 제2 코스트의 값은, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 크지 않은 경우의 상기 제2 코스트의 값보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
이때, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 큰 경우의 상기 제2 코스트의 값은,
Figure PCTKR2016014390-appb-I000001
와 같이 결정되고, 상기 CA는 결정된 상기 제2 코스트의 값이고, 상기 i는 상기 서브캐리어의 인덱스 값이고, 상기 SNRTHRES는 상기 기 설정된 문턱 값일 수 있다.
이때, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 크지 않은 경우의 상기 제2 코스트의 값은,
Figure PCTKR2016014390-appb-I000002
와 같이 결정되고, 상기 CA는 결정된 상기 제2 코스트의 값이고, 상기 i는 상기 서브캐리어의 인덱스 값이고, 상기 SNRTHRES는 상기 기 설정된 문턱 값일 수 있다.
이때, 상기 상향링크 패킷에는 상기 상향링크 패킷이 포워딩될 수 있는 최대 노드의 개수에 대한 정보가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 노드는 D2D(Device to Device) 동작 또는 V2X(Vehicle to X) 동작을 지원하는 단말일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말(User equipment; UE)은, 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(Radio Frequency) 부 및 상기 RF부와 결합하여 동작하는 프로세서; 를 포함하되, 상기 프로세서는, 제1 코스트(cost)를 포함하고 있는 상향링크 패킷(packet)을 수신하고, 상기 제1 코스트와 상기 단말의 코스트에 해당하는 제2 코스트를 비교하여 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고, 및 상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩하되, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작을 경우, 상기 단말은 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작지 않을 경우, 상기 단말은 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않는 것을 특징으로 하는 단말을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 제1 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷(packet) 포워딩 방법에 있어서, 제2 노드가 목적지인 상기 하향링크 패킷을 수신하고, 상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보 및 상기 제1 노드의 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고 및 상기 결정에 기반하여 상기 하향링크 패킷 포워딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공할 수 있다.
이때, 상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보에는 상기 제1 노드에게 상향링크 패킷을 전송한 적이 있는 적어도 하나 이상의 노드가 기록되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보에 상기 제2 노드가 기록되어 있는 경우, 상기 제1 노드는 상기 하향링크 패킷을 포워딩하기로 결정할 수 있다.
이때, 상기 하향링크 패킷을 포워딩하기로 결정할 때, 상기 제1 노드는 상기 제1 노드의 코스트를 상기 하향링크 패킷의 코스트로 설정할 수 있다.
이때, 상기 하향링크 패킷에는 상기 하향링크 패킷이 포워딩될 수 있는 최대 노드의 개수에 대한 정보가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 제1 노드는 D2D(Device to Device) 동작 또는 V2X(Vehicle to X) 동작을 지원하는 단말일 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 이를 이용하는 단말이 제공된다.
본 발명에 따르면, 패킷이 전송되는데 사용되는 코스트를 계산하는 방법이 제공된다. 본 발명에서는 다중 홉 무선 접근 네트워크에 최적화된 그래디언트 라우팅 기법이 제안된다. 모든 노드를 목적지로 하는 코스트 필드를 생성하지 않고, 오직 게이트웨이 노드만을 향하는 코스트 필드만이 생성됨으로써 라우팅 오버헤드가 간소화된다. 또한 톤 신호를 활용한 기법으로 짧은 시간 내에 코스트 필드를 구축할 수 있다. 생성된 코스트 필드는 상향링크와 하향링크 그래디언트 라우팅에 활용될 수 있다. 특히 모바일 노드의 상향링크 전송 기록을 통해 하향링크 그래디언트 라우팅에 참여하는 노드 수를 제한함으로써 불필요한 재전송이 줄어든다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다.
도 3은 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다.
도 4는 ProSe를 위한 기준 구조를 나타낸다.
도 5는 ProSe 직접 통신을 수행하는 단말들과 셀 커버리지의 배치 예들을 나타낸다.
도 6은 ProSe 직접 통신을 위한 사용자 평면 프로토콜 스택을 나타낸다.
도 7은 D2D 발견을 위한 PC 5 인터페이스를 나타낸다.
도 8은 다중 홉 무선 접속 네트워크 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 코스트 업데이트 방법의 순서도다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 서로 다른 서브 캐리어 상에 톤 시그널을 전송하는 방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 코스트 업데이트 방법의 순서도다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상향링크 트래픽 전송 방법의 순서도다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 게이트웨이 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷이 전송되는 홉의 개수에 대한 정보에 기반하여, 패킷이 전송되는 방법의 순서도다.
도 17은 본 발명의 실시예가 적용된 시뮬레이션 환경을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예가 적용된 상향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비(Packet delivery ratio)의 실험 결과다.
도 19는 본 발명의 실시예가 적용된 하향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비(Packet delivery ratio)의 실험 결과다.
도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타낸 블록도이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다. 이는 E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network), 또는 LTE(Long Term Evolution)/LTE-A 시스템이라고도 불릴 수 있다.
E-UTRAN은 단말(10; User Equipment, UE)에게 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MT(mobile terminal), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core, 30), 보다 상세하게는 S1-MME를 통해 MME(Mobility Management Entity)와 S1-U를 통해 S-GW(Serving Gateway)와 연결된다.
EPC(30)는 MME, S-GW 및 P-GW(Packet Data Network-Gateway)로 구성된다. MME는 단말의 접속 정보나 단말의 능력에 관한 정보를 가지고 있으며, 이러한 정보는 단말의 이동성 관리에 주로 사용된다. S-GW는 E-UTRAN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이며, P-GW는 PDN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다.
단말과 네트워크 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속 (Open System Interconnection; OSI) 기준 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있는데, 이 중에서 제1계층에 속하는 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용한 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공하며, 제 3계층에 위치하는 RRC(Radio Resource Control) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 기지국간 RRC 메시지를 교환한다.
도 2는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다. 도 3은 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다. 사용자 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.
도 2 및 3을 참조하면, 물리계층(PHY(physical) layer)은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위 계층인 MAC(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있다. 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이로 데이터가 이동한다. 전송채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다.
서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신기와 수신기의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조될 수 있고, 시간과 주파수를 무선자원으로 활용한다.
MAC 계층의 기능은 논리채널과 전송채널간의 맵핑 및 논리채널에 속하는 MAC SDU(service data unit)의 전송채널 상으로 물리채널로 제공되는 전송블록(transport block)으로의 다중화/역다중화를 포함한다. MAC 계층은 논리채널을 통해 RLC(Radio Link Control) 계층에게 서비스를 제공한다.
RLC 계층의 기능은 RLC SDU의 연결(concatenation), 분할(segmentation) 및 재결합(reassembly)를 포함한다. 무선베어러(Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해, RLC 계층은 투명모드(Transparent Mode, TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode, UM) 및 확인모드(Acknowledged Mode, AM)의 세 가지의 동작모드를 제공한다. AM RLC는 ARQ(automatic repeat request)를 통해 오류 정정을 제공한다.
RRC(Radio Resource Control) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크간의 데이터 전달을 위해 제1 계층(PHY 계층) 및 제2 계층(MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층)에 의해 제공되는 논리적 경로를 의미한다.
사용자 평면에서의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 기능은 사용자 데이터의 전달, 헤더 압축(header compression) 및 암호화(ciphering)를 포함한다. 제어 평면에서의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층의 기능은 제어 평면 데이터의 전달 및 암호화/무결정 보호(integrity protection)를 포함한다.
RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 과정을 의미한다. RB는 다시 SRB(Signaling RB)와 DRB(Data RB) 두가지로 나누어 질 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.
단말의 RRC 계층과 E-UTRAN의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connection)이 확립되면, 단말은 RRC 연결(RRC connected) 상태에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 아이들(RRC idle) 상태에 있게 된다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향링크 전송채널로는 시스템정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향링크 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향링크 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향링크 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향링크 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향링크 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향링크 SCH(Shared Channel)가 있다.
전송채널 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.
물리채널(Physical Channel)은 시간 영역에서 여러 개의 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 여러 개의 부반송파(Sub-carrier)로 구성된다. 하나의 서브프레임(Sub-frame)은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌(Symbol)들로 구성된다. 자원블록은 자원 할당 단위로, 복수의 OFDM 심벌들과 복수의 부반송파(sub-carrier)들로 구성된다. 또한 각 서브프레임은 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 즉, L1/L2 제어채널을 위해 해당 서브프레임의 특정 OFDM 심벌들(예, 첫번째 OFDM 심볼)의 특정 부반송파들을 이용할 수 있다. TTI(Transmission Time Interval)는 서브프레임 전송의 단위시간이다.
이제 D2D 동작에 대해 설명한다. 3GPP LTE-A에서는 D2D 동작과 관련한 서비스를 근접성 기반 서비스(Proximity based Services: ProSe)라 칭한다. 이하 ProSe는 D2D 동작과 동등한 개념이며 ProSe는 D2D 동작과 혼용될 수 있다. 이제, ProSe에 대해 기술한다.
ProSe에는 ProSe 직접 통신(communication)과 ProSe 직접 발견(direct discovery)이 있다. ProSe 직접 통신은 근접한 2 이상의 단말들 간에서 수행되는 통신을 말한다. 상기 단말들은 사용자 평면의 프로토콜을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. ProSe 가능 단말(ProSe-enabled UE)은 ProSe의 요구 조건과 관련된 절차를 지원하는 단말을 의미한다. 특별한 다른 언급이 없으면 ProSe 가능 단말은 공용 안전 단말(public safety UE)와 비-공용 안전 단말(non-public safety UE)를 모두 포함한다. 공용 안전 단말은 공용 안전에 특화된 기능과 ProSe 과정을 모두 지원하는 단말이고, 비-공용 안전 단말은 ProSe 과정은 지원하나 공용 안전에 특화된 기능은 지원하지 않는 단말이다.
ProSe 직접 발견(ProSe direct discovery)은 ProSe 가능 단말이 인접한 다른 ProSe 가능 단말을 발견하기 위한 과정이며, 이 때 상기 2개의 ProSe 가능 단말들의 능력만을 사용한다. EPC 차원의 ProSe 발견(EPC-level ProSe discovery)은 EPC가 2개의 ProSe 가능 단말들의 근접 여부를 판단하고, 상기 2개의 ProSe 가능 단말들에게 그들의 근접을 알려주는 과정을 의미한다.
이하, 편의상 ProSe 직접 통신은 D2D 통신, ProSe 직접 발견은 D2D 발견이라 칭할 수 있다.
도 4는 ProSe를 위한 기준 구조를 나타낸다.
도 4를 참조하면, ProSe를 위한 기준 구조는 E-UTRAN, EPC, ProSe 응용 프로그램을 포함하는 복수의 단말들, ProSe 응용 서버(ProSe APP server), 및 ProSe 기능(ProSe function)을 포함한다.
EPC는 E-UTRAN 코어 네트워크 구조를 대표한다. EPC는 MME, S-GW, P-GW, 정책 및 과금 규칙(policy and charging rules function:PCRF), 가정 가입자 서버(home subscriber server:HSS)등을 포함할 수 있다.
ProSe 응용 서버는 응용 기능을 만들기 위한 ProSe 능력의 사용자이다. ProSe 응용 서버는 단말 내의 응용 프로그램과 통신할 수 있다. 단말 내의 응용 프로그램은 응용 기능을 만들기 위한 ProSe 능력을 사용할 수 있다.
ProSe 기능은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
- 제3자 응용 프로그램을 향한 기준점을 통한 인터워킹(Interworking via a reference point towards the 3rd party applications)
- 발견 및 직접 통신을 위한 인증 및 단말에 대한 설정(Authorization and configuration of the UE for discovery and direct communication)
- EPC 차원의 ProSe 발견의 기능(Enable the functionality of the EPC level ProSe discovery)
- ProSe 관련된 새로운 가입자 데이터 및 데이터 저장 조정, ProSe ID의 조정(ProSe related new subscriber data and handling of data storage, and also handling of ProSe identities)
- 보안 관련 기능(Security related functionality)
- 정책 관련 기능을 위하여 EPC를 향한 제어 제공(Provide control towards the EPC for policy related functionality)
- 과금을 위한 기능 제공(Provide functionality for charging (via or outside of EPC, e.g., offline charging))
이하에서는 ProSe를 위한 기준 구조에서 기준점과 기준 인터페이스를 설명한다.
- PC1: 단말 내의 ProSe 응용 프로그램과 ProSe 응용 서버 내의 ProSe 응용 프로그램 간의 기준 점이다. 이는 응용 차원에서 시그널링 요구 조건을 정의하기 위하여 사용된다.
- PC2: ProSe 응용 서버와 ProSe 기능 간의 기준점이다. 이는 ProSe 응용 서버와 ProSe 기능 간의 상호 작용을 정의하기 위하여 사용된다. ProSe 기능의 ProSe 데이터베이스의 응용 데이터 업데이트가 상기 상호 작용의 일 예가 될 수 있다.
- PC3: 단말과 ProSe 기능 간의 기준점이다. 단말과 ProSe 기능 간의 상호 작용을 정의하기 위하여 사용된다. ProSe 발견 및 통신을 위한 설정이 상기 상호 작용의 일 예가 될 수 있다.
- PC4: EPC와 ProSe 기능 간의 기준점이다. EPC와 ProSe 기능 간의 상호 작용을 정의하기 위하여 사용된다. 상기 상호 작용은 단말들 간에 1:1 통신을 위한 경로를 설정하는 때, 또는 실시간 세션 관리나 이동성 관리를 위한 ProSe 서비스 인증하는 때를 예시할 수 있다.
- PC5: 단말들 간에 발견 및 통신, 중계, 1:1 통신을 위해서 제어/사용자 평면을 사용하기 위한 기준점이다.
- PC6: 서로 다른 PLMN에 속한 사용자들 간에 ProSe 발견과 같은 기능을 사용하기 위한 기준점이다.
- SGi: 응용 데이터 및 응용 차원 제어 정보 교환을 위해 사용될 수 있다.
<ProSe 직접 통신(D2D 통신): ProSe Direct Communication>.
ProSe 직접 통신은 2개의 공용 안전 단말들이 PC 5 인터페이스를 통해 직접 통신을 할 수 있는 통신 모드이다. 이 통신 모드는 단말이 E-UTRAN의 커버리지 내에서 서비스를 받는 경우나 E-UTRAN의 커버리지를 벗어난 경우 모두에서 지원될 수 있다.
도 5는 ProSe 직접 통신을 수행하는 단말들과 셀 커버리지의 배치 예들을 나타낸다.
도 5 (a)를 참조하면, 단말 A, B는 셀 커버리지 바깥에 위치할 수 있다. 도 5 (b)를 참조하면, 단말 A는 셀 커버리지 내에 위치하고, 단말 B는 셀 커버리지 바깥에 위치할 수 있다. 도 5 (c)를 참조하면, 단말 A, B는 모두 단일 셀 커버리지 내에 위치할 수 있다. 도 5 (d)를 참조하면, 단말 A는 제1 셀의 커버리지 내에 위치하고, 단말 B는 제2 셀의 커버리지 내에 위치할 수 있다.
ProSe 직접 통신은 도 5와 같이 다양한 위치에 있는 단말들 간에 수행될 수 있다.
한편, ProSe 직접 통신에는 다음 ID들이 사용될 수 있다.
소스 레이어-2 ID: 이 ID는 PC 5 인터페이스에서 패킷의 전송자를 식별시킨다.
목적 레이어-2 ID: 이 ID는 PC 5 인터페이스에서 패킷의 타겟을 식별시킨다.
SA L1 ID: 이 ID는 PC 5 인터페이스에서 스케줄링 할당(scheduling assignment: SA)에서의 ID이다.
도 6은 ProSe 직접 통신을 위한 사용자 평면 프로토콜 스택을 나타낸다.
도 6을 참조하면, PC 5 인터페이스는 PDCH, RLC, MAC 및 PHY 계층으로 구성된다.
ProSe 직접 통신에서는 HARQ 피드백이 없을 수 있다. MAC 헤더는 소스 레이어-2 ID 및 목적 레이어-2 ID를 포함할 수 있다.
<ProSe 직접 통신을 위한 무선 자원 할당>.
ProSe 가능 단말은 ProSe 직접 통신을 위한 자원 할당에 대해 다음 2가지 모드들을 이용할 수 있다.
1. 모드 1
모드 1은 ProSe 직접 통신을 위한 자원을 기지국으로부터 스케줄링 받는 모드이다. 모드 1에 의하여 단말이 데이터를 전송하기 위해서는 RRC_CONNECTED 상태이여야 한다. 단말은 전송 자원을 기지국에게 요청하고, 기지국은 스케줄링 할당 및 데이터 전송을 위한 자원을 스케줄링한다. 단말은 기지국에게 스케줄링 요청을 전송하고, ProSe BSR(Buffer Status Report)를 전송할 수 있다. 기지국은 ProSe BSR에 기반하여, 상기 단말이 ProSe 직접 통신을 할 데이터를 가지고 있으며 이 전송을 위한 자원이 필요하다고 판단한다.
2. 모드 2
모드 2는 단말이 직접 자원을 선택하는 모드이다. 단말은 자원 풀(resource pool)에서 직접 ProSe 직접 통신을 위한 자원을 선택한다. 자원 풀은 네트워크에 의하여 설정되거나 미리 정해질 수 있다.
한편, 단말이 서빙 셀을 가지고 있는 경우 즉, 단말이 기지국과 RRC_CONNECTED 상태에 있거나 RRC_IDLE 상태로 특정 셀에 위치한 경우에는 상기 단말은 기지국의 커버리지 내에 있다고 간주된다.
단말이 커버리지 밖에 있다면 상기 모드 2만 적용될 수 있다. 만약, 단말이 커버리지 내에 있다면, 기지국의 설정에 따라 모드 1 또는 모드 2를 사용할 수 있다.
다른 예외적인 조건이 없다면 기지국이 설정한 때에만, 단말은 모드 1에서 모드 2로 또는 모드 2에서 모드 1로 모드를 변경할 수 있다.
<ProSe 직접 발견(D2D 발견): ProSe direct discovery>
ProSe 직접 발견은 ProSe 가능 단말이 근접한 다른 ProSe 가능 단말을 발견하는데 사용되는 절차를 말하며 D2D 직접 발견 또는 D2D 발견이라 칭하기도 한다. 이 때, PC 5 인터페이스를 통한 E-UTRA 무선 신호가 사용될 수 있다. ProSe 직접 발견에 사용되는 정보를 이하 발견 정보(discovery information)라 칭한다.
도 7은 D2D 발견을 위한 PC 5 인터페이스를 나타낸다.
도 7을 참조하면, PC 5인터페이스는 MAC 계층, PHY 계층과 상위 계층인 ProSe Protocol 계층으로 구성된다. 상위 계층(ProSe Protocol)에서 발견 정보(discovery information)의 알림(anouncement: 이하 어나운스먼트) 및 모니터링(monitoring)에 대한 허가를 다루며, 발견 정보의 내용은 AS(access stratum)에 대하여 투명(transparent)하다. ProSe Protocol은 어나운스먼트를 위하여 유효한 발견 정보만 AS에 전달되도록 한다.
MAC 계층은 상위 계층(ProSe Protocol)로부터 발견 정보를 수신한다. IP 계층은 발견 정보 전송을 위하여 사용되지 않는다. MAC 계층은 상위 계층으로부터 받은 발견 정보를 어나운스하기 위하여 사용되는 자원을 결정한다. MAC 계층은 발견 정보를 나르는 MAC PDU(protocol data unit)를 만들어 물리 계층으로 보낸다. MAC 헤더는 추가되지 않는다.
발견 정보 어나운스먼트를 위하여 2가지 타입의 자원 할당이 있다.
1. 타입 1
발견 정보의 어나운스먼트를 위한 자원들이 단말 특정적이지 않게 할당되는 방법으로, 기지국이 단말들에게 발견 정보 어나운스먼트를 위한 자원 풀 설정을 제공한다. 이 설정은 시스템 정보 블록(system information block: SIB)에 포함되어 브로드캐스트 방식으로 시그널링될 수 있다. 또는 상기 설정은 단말 특정적 RRC 메시지에 포함되어 제공될 수 있다. 또는 상기 설정은 RRC 메시지 외 다른 계층의 브로드캐스트 시그널링 또는 단말 특정정 시그널링이 될 수도 있다.
단말은 지시된 자원 풀로부터 스스로 자원을 선택하고 선택한 자원을 이용하여 발견 정보를 어나운스한다. 단말은 각 발견 주기(discovery period) 동안 임의로 선택한 자원을 통해 발견 정보를 어나운스할 수 있다.
2. 타입 2
발견 정보의 어나운스먼트를 위한 자원들이 단말 특정적으로 할당되는 방법이다. RRC_CONNECTED 상태에 있는 단말은 RRC 신호를 통해 기지국에게 발견 신호 어나운스먼트를 위한 자원을 요청할 수 있다. 기지국은 RRC 신호로 발견 신호 어나운스먼트를 위한 자원을 할당할 수 있다. 단말들에게 설정된 자원 풀 내에서 발견 신호 모니터링을 위한 자원이 할당될 수 있다.
RRC_IDLE 상태에 있는 단말에 대하여, 기지국은 1) 발견 정보 어나운스먼트를 위한 타입 1 자원 풀을 SIB로 알려줄 수 있다. ProSe 직접 발견이 허용된 단말들은 RRC_IDLE 상태에서 발견 정보 어나운스먼트를 위하여 타입 1 자원 풀을 이용한다. 또는 기지국은 2) SIB를 통해 상기 기지국이 ProSe 직접 발견은 지원함을 알리지만 발견 정보 어나운스먼트를 위한 자원은 제공하지 않을 수 있다. 이 경우, 단말은 발견 정보 어나운스먼트를 위해서는 RRC_CONNECTED 상태로 들어가야 한다.
RRC_CONNECTED 상태에 있는 단말에 대하여, 기지국은 RRC 신호를 통해 상기 단말이 발견 정보 어나운스먼트를 위하여 타입 1 자원 풀을 사용할 것인지 아니면 타입 2 자원을 사용할 것인지를 설정할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 설명한다.
일반적으로 D2D 동작은 근접한 기기들 간의 신호 송수신이라는 점에서 다양한 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, D2D 단말은 높은 전송률 및 낮은 지연을 가지며 데이터 통신을 할 수 있다. 또한, D2D 동작은 기지국에 몰리는 트래픽을 분산시킬 수 있으며, D2D 동작을 수행하는 단말이 중계기 역할을 한다면 D2D 동작을 수행하는 단말은 기지국의 커버리지를 확장시키는 역할도 할 수 있다.
상술한 D2D 통신의 확장으로 차량 간의 신호 송수신을 포함하여, 차량(vehicle)과 관련된 통신을 특별히 V2X(VEHICLE-TO-X) 통신이라고 부른다. 여기서, 일례로, V2X (VEHICLE-TO-X)에서 'X' 용어는 PEDESTRIAN (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A DEVICE CARRIED BY AN INDIVIDUAL (예) HANDHELD TERMINAL CARRIED BY A PEDESTRIAN, CYCLIST, DRIVER OR PASSENGER)) (V2P), VEHICLE (COMMUNICATION BETWEEN VEHICLES) (V2V), INFRASTRUCTURE/NETWORK (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A ROADSIDE UNIT (RSU)/NETWORK (예) RSU IS A TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE ENTITY (예) AN ENTITY TRANSMITTING SPEED NOTIFICATIONS) IMPLEMENTED IN AN eNB OR A STATIONARY UE)) (V2I /N) 등을 의미한다. 일례로, 제안 방식에 대한 설명의 편의를 위해서, 보행자 (혹은 사람)가 소지한 (V2P 통신 관련) 디바이스를 “P- UE”로 명명하고, VEHICLE에 설치된 (V2X 통신 관련) 디바이스를 “V- UE”로 명명한다. 또한, 일례로, 본 발명에서 'ENTITY' 용어는 P-UE 그리고/혹은 V-UE 그리고/혹은 RSU(/NETWORK/INFRASTRUCTURE)로 해석될 수 가 있다.
여기서, 상술한 D2D 동작(혹은 V2X 동작)은 다중 홉 무선 접속 네트워크에 적용될 수 있다. 이하, 다중 홉 무선 접속 네트워크에 대해 도면을 통해 구체적으로 설명한다.
도 8은 다중 홉 무선 접속 네트워크 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8에 따르면, 다중 홉 무선 접속 네트워크 구조는 기지국 즉, 게이트웨이(gateway) 노드 및 다수의 단말(user equipment; UE)들로 이루어질 수 있으며, 다중 홉 무선 접속 네트워크 구조는 계층적 네트워크 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 게이트웨이 노드는 인터넷에 연결되어 있으며, 직접 또는 다중 홉 릴레이를 통해 단말에게 통신 서비스를 제공한다. 이때, '홉'이란 데이터 통신망에서 각 패킷이 매 노드(또는 라우터(router))를 건너가는 양상을 표현한 것이며, 홉의 개수는 패킷이 거치게 되는 노드(또는 라우터)의 수에 의해 결정된다.
본 네트워크에서 트래픽(traffic)의 방향성은 하향링크 트래픽 및 상향링크 트래픽 두 가지로 분류할 수 있다. 먼저 하향링크 트래픽은 게이트웨이 노드로부터 단말로 향하는 패킷 전송을 의미하며, 상향링크 트래픽은 단말로부터 게이트웨이로의 패킷 전송을 의미할 수 있다.
정리하면, 다중 홉 무선 접속 네트워크는 하나 혹은 복수의 게이트웨이 노드와 다수의 단말로 구성된 네트워크로, 네트워크 트래픽이 상향 (단말 -> 게이트웨이 노드) 혹은 하향 (게이트웨이 노드 -> 단말)로 구분되는 것을 특징으로 한다. 이러한 다중 홉 무선 접속 네트워크에서 상/하향링크 트래픽을 손실없이 목적지까지 전달하는 것은 다양한 애플리케이션들의 퀄리티 오브 서비스(Quality of Service; QoS)를 보장함에 있어서 매우 중요하다.
다중 홉 무선 접속 네트워크에서의 상항링크 트래픽 및/또는 하향링크 트래픽을 서비스하기 위한 방식으로, 1. 플러딩 방식, 2. 별도의 라우팅 프로토콜을 활용하는 방식, 및 3. 그래디언트(gradient) 라우팅 기법이 제공될 수 있다.
1. 플러딩 방식
다중 홉 무선 접속 네트워크에서의 상/하향링크 트래픽을 서비스하기 위한 방식으로 플러딩 방식이 제공될 수 있다.
본 방식에서, 트래픽 소스는 무선 채널에 상/하향링크 트래픽에 대응되는 패킷을 브로드캐스트 하고, 상기 패킷을 수신하는 노드는 상기 패킷의 재수신 여부를 확인할 수 있다. 상기 노드가 상기 패킷을 최초로 수신한 경우, 상기 노드는 상기 패킷을 1회 재전송하며, 상기 노드가 상기 패킷을 최초로 수신하지 않은 경우, 상기 노드는 수신 패킷을 무시(ignore)할 수 잇다.
본 방식에 따를 경우, 실제로 최종 단말에 해당하는 단말에게 패킷이 전달될 때, 패킷 전달에 반드시 참여할 필요가 없는 많은 수의 노드들이 포워딩에 참여하기 때문에, 불필요한 무선 채널 자원 및 단말 자원이 소모된다는 단점이 있다.
2. 별도의 라우팅 프로토콜을 활용하는 방식
다른 방법으로, 별도의 라우팅 프로토콜들을 활용하여 게이트웨이 및 단말들로 이루어진 트리(tree)형 네트워크를 구축한 후, 상/하향링크 트래픽을 서비스하는 방법이 있다.
본 방식에서, 게이트웨이 노드 및 단말들은 사전에 정의된 라우팅 메시지를 서로 교환하여, 각 단말들은 게이트웨이 노드로 향하는 부모 노드 및 자신과 연결되어 있는 자식 노드들의 정보를 관리할 수 있다. 아울러, 게이트웨이 노드는 자신과 연결되어 있는 모든 자식 노드들의 정보를 관리할 수 있다. 이때, 각 단말들이 자신의 부모 노드에게 패킷을 순차적으로 전달함으로써 상향링크 트래픽이 전송될 수 있다. 아울러, 게이트웨이 및 각 단말들의 자식 노드 정보에 기반하여, 다음 홉(next-hop) 노드가 정해지는 방식으로 하향링크 트래픽이 전달될 수 있다.
본 방식에 따를 경우, 다음 홉(next-hop) 노드(부모 및/또는 자식 노드)가 설정된 후 패킷 전달이 이루어지기 때문에, (노드의 이동성 등으로 인해) 네트워크 위상이 변화하였을 경우, 네트워크 위상의 변화에 빠르게 대처하지 못한다는 단점이 있다.
3. 그래디언트(gradient) 라우팅 방식
본 방식에 따를 경우, 노드들은 목적지 노드로 향하는 코스트(cost) 값을 별도의 제어 메시지 교환을 통하여 측정한다.
그리고, 노드가 실제로 패킷을 전송할 때, 목적지 노드로 향하는 next-hop 노드를 설정하지 않고, 패킷을 전송하는 노드 자신이 인지한 목적지로 향하는 코스트 값을 패킷 헤더에 실어서 무선 채널에 전송한다.
상기 패킷 헤더가 포함된 패킷을 수신하는 노드들은, 자신의 코스트와 패킷 내의 코스트 값을 비교하고, 자신(즉, 패킷을 수신한 노드들)의 코스트가 수신한 패킷에 포함된 코스트 값보다 작은 경우에만, 수신한 패킷을 랜덤 백오프(random backoff) 이후 포워딩할 수 있다.
포워딩을 예약한 노드들(즉, 수신한 패킷을 랜덤 백오프 이후 포워딩하기로 결정한 노드들)은 랜덤 백오프 가 만료되기 전에 포워딩을 예약한 노드의 코스트 값보다 낮은 코스트를 가지는 노드가 전송한 동일 패킷을 재수신하는 경우에는, 자신의 포워딩 예약을 취소할 수 있다.
예컨대, 상기 포워딩을 예약한 노드의 코스트 값이 '3'인 경우, 상기 노드가 기 수신한 패킷과 동일한 패킷을 '2'라는 코스트 값을 가지는 노드로부터 수신하는 경우에는, 상기 노드(즉, 포워딩을 예약한 노드)는 자신의 포워딩 예약을 취소할 수 있다.
본 방식에 따를 경우, 복수의 이웃 단말들이 코스트 비교 이후 포워딩에 참여할 수 있기 때문에, '별도의 라우팅 프로토콜을 활용하는 방식'에 비하여, 경로 다이버시티(path diversity) 이득이 존재할 수 있으며, 패킷이 실제 목적지까지 도달하는 비율이 높아질 수 있다.
하지만, 노드들이 목적지까지의 코스트를 계산하기 위해서는, 노드들 간에 별도의 제어 메시지 교환이 필요하기 때문에, 무선 자원 사용량이 증가하는 문제점이 생길 수 있다.
이에, I. 본 발명에서는 노드들 간에 별도의 제어 메시지 교환 없이도, 노드로부터 목적지까지의 코스트를 계산하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다. 그리고, II. 상술한 코스트에 기반하여, 상술한 라우팅 방식(특히, 그래디언트 라우팅 방식)을 기반으로 상/하향링크 트래픽을 서비스하는 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 모든 노드가 OFDM 기반 라디오 송수신기를 갖췄다고 가정한다. 전체 데이터 서브 캐리어의 수는 Ns이며, 톤 신호는 각 서브 캐리어마다 전송되고 감지될 수 있다. 또한, 게이트웨이 노드와 모바일 노드 사이의 최대 홉 거리는 Ns보다 짧은 상황을 고려한다.
본 발명에서의 모든 노드는 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance)를 통해 채널 접근을 시도할 수 있다. CSMA/CA에서 각 노드는 패킷을 전송하기 전 채널을 감지할 수 있다. 만약 채널이 LIFS (Long inter-frame space)의 시간만큼 비어있는 경우, 즉시 패킷 전송을 시작한다. 그렇지 않은 경우, 임의의 시간 동안 백 오프를 한 후 다시 패킷 전송을 시도할 수 있다.
I. 노드로부터 목적지까지의 코스트를 계산하는 방법.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 코스트 업데이트 방법의 순서도다.
도 9에 따르면, 노드(혹은 단말)은 서브캐리어 i(여기서, i는 자연수) 상에서, 톤 시그널을 수신할 수 있다(S910). 여기서, 톤 시그널은 전송로의 상태 변화를 감지하기 위한 신호를 의미할 수 있다. 톤 시그널은 일종의 시퀀스에 해당하며, 파일럿(pilot) 신호, 혹은 참조 신호에 대응될 수 있다. 여기서의 노드는 단말을 의미할 수 있으며, 특히, 상기 노드는 D2D 단말 혹은 V2X 단말에 대응될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실시예는 D2D 동작 또는 V2X 동작에서 적용될 수 있다.
이후, 노드는 서브 캐리어의 인덱스 및 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음 비에 기반하여, 코스트 값을 결정할 수 있다(S920). 여기서 서브 캐리어의 인덱스 넘버는 상술한 'i'의 값을 의미할 수 있다. 톤 시그널의 신호 대 잡음 비 및 상기 톤 시그널이 수신된 서브 캐리어의 넘버에 기반하여, 코스트를 결정하는 구체적인 예는 후술하도록 한다.
노드는 i+1 번째 서브 캐리어 상에서, 상기 톤 시그널을 전송할 수 있다(S930).
전술한, 노드가 코스트를 계산할 때 톤 시그널을 서로 다른 서브 캐리어 상에 전송하는 방법을, 이해의 편의를 위해 도면을 통해 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 서로 다른 서브 캐리어 상에 톤 시그널을 전송하는 방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10에 따르면, 기지국은 첫 번째 서브 캐리어 상에, 톤 시그널을 전송할 수 있다. 이후, 첫 번째 서브 캐리어 상에서 전송된 톤 시그널을 수신한 단말은 SIFS(Short Inter-Frame Space) 이후에, 두 번째 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 전송할 수 있다. 이후, 두 번째 서브 캐리어 상에서 전송된 톤 시그널을 수신한 단말은 세 번째 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 전송할 수 있다. 마찬가지로, 세 번째 서브 캐리어 상에서 전송된 톤 시그널을 수신한 단말은 네 번째 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 전송할 수 있다.
이와 같이, 노드(특히, 단말)는 톤 시그널을 전송할 때마다, 기존에 톤 시그널이 전송되던 서브 캐리어 이외의 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 전송한다. 이에, 게이트웨이 노드와 모바일 노드(즉, 단말) 사이의 홉 횟수가 노드에게 할당된 서브 캐리어 개수와 같거나 클 경우에는, 노드는 기존에 톤 시그널이 전송되었던 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 전송함으로써, 기존에 전송되었던 톤 시그널과 새롭게 전송되는 톤 시그널이 중첩되는 문제점이 생길 수 있다.
이에 따라, 전술한 바와 같이 본 발명은 전체 데이터 서브 캐리어의 수가 Ns일 경우, 게이트웨이 노드와 모바일 노드 사이의 최대 홉 거리는 Ns보다 짧을 경우에 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 단말은 톤 시그널을 서로 다른 서브 캐리어 상에서 순환적으로 전송할 수 있기 때문에, 단말이 전송하는 톤 시그널이 중복될 여지가 있다. 이에, 전술한 문제점을 해결하고, 톤 시그널이 역방향으로 전송되는 것을 방지하기 위해, 단말은 수신한 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스의 값(즉, i의 값)과 단말 자신의(혹은 단말 자신에게 설정되어 있는) 서브 캐리어 인덱스의 값을 비교할 수 있다.
별도의 도면을 통해 도시하지는 않았지만, 단말이 수신된 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스와, 단말의(혹은, 단말에게 설정된 인덱스; 여기서, 단말에게 설정된 인덱스는 단말이 기존에 포워딩 했었던 서브캐리어의 인덱스일 수도 있다) 인덱스를 비교하는 방법을 설명한다.
우선 단말은 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스과, 단말의 인덱스를 비교할 수 있다.
이때, 단말이 수신한 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스의 값이 단말의 인덱스 값보다 더 클 경우에는(선택적으로, 크거나 같을 경우), 상기 톤 시그널이 역방향으로 전송되어 단말이 수신한 것일 수도 있다. 단말이 수신한 상기 톤 시그널이 역방향으로 전송된 경우에는, 단말이 상기 톤 시그널을 더 이상 포워딩 할 필요가 없으므로, 단말은 상기 톤 시그널을 포워딩하지 않을 수 있다.
만약, 단말이 수신한 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스의 값이 단말의 인덱스 값보다 크지 않을 경우(선택적으로, 작을 경우), 상기 톤 시그널이 정방향으로 전송되어 단말이 수신한 것일 수 있다. 이에, 단말은 상기 톤 시그널을 포워딩할 수 있다.
전술한 톤 시그널의 서브 캐리어 인덱스과, 단말의 인덱스를 비교하는 방법은, 후술할 상향링크 트래픽 서비스 및/또는 하향링크 트래픽 서비스에서 적용될 수 있다.
전술했던, 톤 시그널의 신호 대 잡음 비 및 상기 톤 시그널이 수신된 서브 캐리어의 넘버에 기반하여, 코스트를 결정하는 구체적인 예는 아래와 같을 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 코스트 업데이트 방법의 순서도다.
노드(혹은 단말)는 서브캐리어 i 상에서 톤 시그널을 수신할 수 있다(S1110). 전술한 바와 같이, 여기서의 노드는 단말을 의미할 수 있으며, 특히, 상기 노드는 D2D 단말 혹은 V2X 단말에 대응될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실시예는 D2D 동작 또는 V2X 동작에서 적용될 수 있다.
예컨대, 게이트웨이 노드가 Ns 서브 캐리어 중 첫 번째 서브 캐리어 상에서 주기적으로 짧은 시간(TTONE)동안 톤 신호를 전송하고, 상기 노드가 게이트웨이 노드가 전송한 톤 시그널을 수신하는 경우(즉, 게이트웨이 노드로부터 톤 시그널을 수신하는 경우), 상기 노드는 첫(i=1) 번째 서브 캐리어 상에서 톤 시그널을 수신할 수 있다.
이후, 상기 노드는 상기 노드가 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보가 톤 시그널을 수신했음을 지시하는지 여부를 결정할 수 있다(S1120).
상기 노드가 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보는 '톤 시그널 수신에 관한 플래그'로도 명명될 수 있으며, 이는 'ToneRxFlag'라고 명명될 수 있다. 이때, 'ToneRxFlag'의 값이 '1'인 경우, 상기 'ToneRxFlag'는 톤 시그널을 기 수신했음을 지시할 수 있다. 또한, 'ToneRxFlag'의 값이 '0'이거나, 혹은 'ToneRxFlag'의 값이 정의되지 않은 경우, 상기 'ToneRxFlag'는 톤 시그널을 수신한 적이 없음을 지시할 수 있다.
(선택적으로, 전술한 바와는 달리, 'ToneRxFlag'의 값이 '0'인 경우, 상기 'ToneRxFlag'는 톤 시그널을 기 수신했음을 지시할 수 있다. 또한, 'ToneRxFlag'의 값이 '1'이거나, 혹은 'ToneRxFlag'의 값이 정의되지 않은 경우, 상기 'ToneRxFlag'는 톤 시그널을 수신한 적이 없음을 지시할 수도 있다.)
만약, 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보가 톤 시그널을 수신했음을 지시하는 경우, 상기 노드는 상기 톤 시그널을 무시(ignore)할 수 있다(S1180).
톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보가 톤 시그널을 수신했음을 지시한다는 것은 전술한 바와 같이 'ToneRxFlag'의 값이 '1'임을 의미할 수 있다. 여기서, 상기 톤 시그널을 무시한다는 것은 상기 노드가 상기 톤 시그널을 수신했음에도 불구하고, 새로운 톤 시그널을 전송하지 않는다는 것을 의미할 수 있다.
만약, 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보가 톤 시그널을 수신하지 않았음을 지시하는 경우, 상기 노드는 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보를 톤 시그널을 수신하였음을 지시하도록 설정할 수 있다. 아울러, 상기 노드는 상기 설정과 함께, 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보를 리셋하기 위한 타이머를 설정할 수 있다(S1130).
여기서, 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보를 톤 시그널을 수신하였음을 지시하도록 설정하는 것은, 'ToneRxFlag'의 값을 '1'로 설정하는 것을 의미할 수 있다. 상기 톤 시그널을 수신했는지 여부를 지시하는 정보를 리셋하기 위한 타이머는 'TREFRESH'라는 값을 가질 수 있다. 상기 타이머에 따라, '1'로 설정된 'ToneRxFlag'는 'TREFRESH' 이후, 다시 '0'으로 설정될 수 있다.
이후, 노드는 톤 신호를 수신할 동안 측정된 SNR(Signal to Noise Ratio) 값에 기반하여, 게이트웨이 노드로의 코스트를 결정(혹은 업데이트)할 수 있다.
보다 구체적으로, 노드는 톤 시그널의 SNR 값과 기 설정된 문턱 값(예컨대, SNRTHRES)을 비교하여, 톤 시그널의 SNR 값이 기 설정된 문턱 값보다 큰지 여부(선택적으로, 이상인지)를 결정한다(S1140).
만약, 측정한 톤 신호의 SNR 값(SNRTONE)이 SNRTHRES보다 크다면(선택적으로, 이상이라면), 노드는 게이트웨이로 향하는 코스트(CA)를 아래 수학식 1과 같이 계산한다(S1160).
[수학식 1]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000003
만약, 측정한 톤 신호의 SNR 값(SNRTONE)이 SNRTHRES보다 작다면(선택적으로, 이하라면), 노드는 게이트웨이로 향하는 코스트(CA)를 아래 수학식 2와 같이 계산한다(S1150).
[수학식 2]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000004
상술한 수학식 2는 아래 수학식 3과 같이도 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000005
상술한 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에서, 첫 번째 파트 즉, '(i-1)*SNRTHRES' 부분은 게이트웨이 노드와 상기 노드 사이의 토폴로지 상 거리를 반영하는 오프셋 코스트를 의미한다. 여기서, 톤 신호를 릴레이 할 때(즉, 상기 노드가 서브 캐리어 i 상에서 톤 신호를 수신하고, 서브 캐리어 (i+1) 상에서 톤 신호를 전송할 때), 서브캐리어 인덱스가 증가하기 때문에, 상기 노드는 서브 캐리어 인덱스를 게이트웨이 노드로부터의 홉 수로 간주할 수 있다. 이에 따라, 서브 캐리어 인덱스 i는 CA의 오프셋 코스트에 포함될 수 있다.
수학식 1, 수학식 2, 수학식 3의 두 번째 파트 즉, 상기 첫 번째 파트의 이외 부분은 상기 노드와 톤 신호 전송 노드(즉, 서브 캐리어 i 상에서 톤 신호를 전송한 노드) 간의 링크의 품질을 나타낸다.
만약, 상기 노드가 높은 톤 신호를 감지한 경우, 수학식 1과 같이 상기 노드는 상향링크 유니캐스트를 위한 신뢰할만한 포워딩 후보 노드를 가지고 있음을 알게 되고, CA에 단순히 1을 더할 수 있다.
만약, 상기 노드가 높지 않은 톤 신호를 감지한 경우, 수학식 2 또는 수학식 3과 같이 상기 노드는 수학식 2 또는 수학식 3과 같이 CA를 증가시킬 수 있다.
노드가 전술한 바와 같이 CA를 업데이트한 이후, (i+1) 번째 서브 프레임 상에서 톤 신호를 전송할 수 있다(S1170). 이때, 상기 노드가 (i+1) 번째 서브 프레임 상에서 톤 신호를 전송하는 것은 SIFS(Short Inter-Frame Space) 이후 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서의 노드가 i번째 서브 캐리어에서 톤 신호를 감지하는 경우, 상기 노드는 게이트웨이를 향하는 코스트를 업데이트하고, ToneRxFlag를 설정하고, i+1번째 서브 캐리어 상에서 톤 신호를 전송한다.
전술한 바와 같이, 톤 신호에 기반한 코스트 업데이트를 사용하는 주된 목적은 통신 오버헤드의 감축이다. i번째 톤 신호를 감지한 후, 백 오프 없이 다수의 노드가 동시에 i+1번째 서브 캐리어에 톤 신호를 전송한다. 따라서, 모든 톤 신호 전달은 단지 'TTONE + SIFS' 라는 짧은 시간만큼 채널을 점유하고, 상기 톤 신호 전달이 수행되면서 빠른 코스트 업데이트가 이루어질 수 있다.
추가적으로, 코스트 업데이트에 기반한 톤 신호가 진행 중인 경우, 노드의 전송을 제한함으로써 톤 신호 기반 코스트 업데이트의 신뢰도를 높일 수 있다.
한 노드가 톤 신호를 시간 t에 서브캐리어 i에서 감지했다고 가정하자. 만약 노드가 톤 신호 생성 주기 즉, TTG를 알고 있다면, 다음 톤 신호의 전송시작 시각, t(next)를 수학식 4와 같이 예측할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000006
그러므로 만약 t(next)부터 t(next) + Ns x (TTONE + SIFS)까지 모바일 노드의 전송이 억제된다면, 코스트 업데이트는 데이터 전송에 의한 간섭을 받지 않고 이루어질 수 있다. 여기서 Ns x (TTONE + SIFS)는 코스트 업데이트 과정에 필요한 최대 시간을 나타낸다.
이하에서는, 전술한 방법을 통해 결정된 코스트에 기반하여, 상향링크 트래픽을 서비스하는 방법과, 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법을 서술하도록 한다. 즉, 이하에서 서술되는 실시예들에는 전술한 방법을 통해 결정된 코스트가 적용될 수 있다.
II. 상술한 코스트에 기반하여, 상향링크 및/또는 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법
전술한 방식을 통해 결정된 코스트는 상향링크 트래픽을 전송하는데 직접적으로 사용될 수 있다. 상향링크 패킷 전송을 할 때 전술한 라우팅 방법을 활용함에 있어서, 게이트웨이 노드로 향하는 코스트 필드가 이용될 수 있고, 이때의 코스트 필드는 전술한 바와 같이, 순차적으로 서로 독립적인 서브 캐리어에 톤 신호를 릴레이함으로써 결정될 수 있다.
즉, 본 발명에서 각 노드(즉, 단말)는 각기 다른 서브 캐리어에서 톤 신호(tone-signal)를 릴레이함으로써, 게이트웨이 노드로 향하는 코스트 필드를 구축한다. 그리고, 상향링크 라우팅에서는 상향링크 패킷 포워딩 결정과 취소를 위해 상기 코스트가 직접적으로 이용될 수 있다. 이하에서는, 상기 코스트가 상향링크 트래픽을 서비스할 때 직접적으로 이용되는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
1. 상향링크 트래픽을 서비스하는 방법
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상향링크 트래픽 전송 방법의 순서도다.
노드는 상향링크 패킷을 수신할 수 있다(S1210). 전술한 바와 같이, 여기서의 노드는 단말을 의미할 수 있으며, 특히, 상기 노드는 D2D 단말 혹은 V2X 단말에 대응될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실시예는 D2D 동작 또는 V2X 동작에서 적용될 수 있다.
노드가 상향링크 패킷을 수신할 때, 상기 노드는 전술한 바에 의해 결정된 코스트가 포함된 코스트 필드를 수신할 수 있다. 여기서, 상기 코스트 필드는 상기 상향링크 패킷에 포함될 수 있다.
상기 상향링크 패킷에 포함되어 있는 코스트는 상기 상향링크 패킷을 전송한 노드의 코스트를 의미할 수 있으며, 설명의 편의를 위해, 예컨대, 상기 상향링크 패킷을 전송한 노드를 제1 노드, 그리고, 제1 노드의 코스트를 제1 코스트라고 명명할 수 있다.
여기서 상기 제1 코스트는 전술한 코스트 결정 방법을 통해 결정될 수 있다. 보다 구체적인 내용은 전술한 바와 같지만, 이해의 편의를 위해 다시 설명하면, 제1 코스트는 제1 노드가 수신한 톤 시그널이 전송되는 서브 캐리어 인덱스(i)와, 제1 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR에 기반하여, 값이 결정될 수 있다.
예컨대, 제1 코스트는 제1 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값과 문턱 값을 비교하여 결정될 수 있으며, 이때, 전술한 바와 같이, 제1 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값이 문턱 값보다 큰 경우, 상기 제1 코스트의 값은 제1 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값이 문턱 값보다 같거나 작은 경우보다도 더 작은 값을 가질 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이, 제1 코스트는 톤 시그널 수신에 관련된 플래그(예컨대, 'ToneRxFlag')를 추가적으로 고려하여 결정될 수 있다.
노드는 상기 패킷에 포함된 코스트와 상기 노드의 코스트를 비교하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩 할지 여부를 결정할 수 있다(S1220).
전술한 바와 같이, 상기 노드는 상기 노드 자신의 코스트와, 상기 노드가 수신한 패킷에 포함된 코스트 간에 비교를 수행한 후, 상기 노드 자신의 코스트가 수신된 패킷에 포함된 코스트보다 더 작은 경우(선택적으로 작거나 같은 경우)에만 수신한 패킷을 포워딩할 수 있다. 여기서, 상기 패킷의 포워딩은 랜덤 백오프 이후 수행될 수 있다.
아울러, 만약, 상기 노드 자신의 코스트가 수신된 패킷에 포함된 코스트보다 더 큰 경우(선택적으로 크거나 같은 경우)에는 수신한 패킷을 포워딩하지 않을 수 있다.
설명의 편의를 위해, 예컨대, 상기 노드(즉, 상기 제1 노드로부터 상향링크 패킷을 수신한 노드)를 제2 노드, 그리고, 제2 노드의 코스트를 제2 코스트라고 명명할 수 있다.
여기서 상기 제2 코스트는 전술한 코스트 결정 방법을 통해 결정될 수 있다. 보다 구체적인 내용은 전술한 바와 같지만, 이해의 편의를 위해 다시 설명하면, 제2 코스트는 제2 노드가 수신한 톤 시그널이 전송되는 서브 캐리어 인덱스(i)와, 제2 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR에 기반하여, 값이 결정될 수 있다.
예컨대, 제2 코스트는 제2 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값과 문턱 값을 비교하여 결정될 수 있으며, 이때, 전술한 바와 같이, 제2 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값이 문턱 값보다 큰 경우, 상기 제2 코스트의 값은 제2 노드가 수신한 톤 시그널의 SNR 값이 문턱 값보다 같거나 작은 경우보다도 더 작은 값을 가질 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이, 제2 코스트는 톤 시그널 수신에 관련된 플래그(예컨대, 'ToneRxFlag')를 추가적으로 고려하여 결정될 수 있다.
이후, 상기 노드는 상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩할 수 있다(S1230).
정리하면, 예컨대, 상기 상향링크 패킷을 전송한 노드를 제1 노드, 그리고, 제1 노드의 코스트를 제1 코스트라고 명명하고, 상기 상향링크 패킷을 수신한 노드를 제2 노드, 제2 노드의 코스트를 제2 코스트라고 명명할 수 있다.
여기서, 제2 노드는 제1 노드로부터 상향링크 패킷을 수신할 수 있고, 제2 노드는 제1 코스트와 제2 코스트를 비교할 수 있다. 만약, 제2 코스트의 값이 제1 코스트보다 작은 경우, 제2 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 만약, 제2 코스트의 값이 제1 코스트보다 작지 않은 경우, 제2 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, 상향링크 트래픽을 서비스하는 경우, 전술한 바와 같이 결정된 코스트가 상향링크 트래픽 서비스에 직접적으로 이용된다. 하지만, 하향링크 트래픽을 서비스하는 경우에는 전술한 라우팅 방법을 그대로 이용하기에는 코스트가 어떤 식으로 이용될지 여부가 불명확하다.
이에 본 발명에서는 코스트 관리를 위한 통신 오버헤드를 줄이는 하향링크 기법을 제안한다.
만약 노드가 상향링크 데이터 패킷을 수신한 경우, 이 노드는 패킷의 소스 노드(즉, 상향링크 패킷을 전송한 노드)를 상향링크 기록 테이블(uplink history table, UHT)에 캐시한다. 추가적으로, 노드가 기 설정된 시간(예컨대, TVAILD)동안 캐시된 노드로부터 어떠한 상향링크 패킷도 받지 못하는 경우, 캐시 정보를 삭제될 수도 있다.
본 발명에 따른 코스트 관리를 위한 하향링크 기법에 적용되는 주된 아이디어는, 상향링크 패킷 수신의 기록을 가진 노드만이 하향링크 라우팅의 포워딩 후보로 설정된다는 것이다. 즉, 노드가 하향링크 패킷을 전송할 때, 하향링크 패킷을 전송하려는 노드에게 상향링크 패킷을 전송한 적이 있던 노드만을 하향링크 라우팅의 포워딩 후보로 설정한다는 것이다.
2. 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법
이하, 설명의 편의를 위해, 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법을 1) 게이트웨이 노드가 하향링크 패킷을 전송하는 방법과, 2) 노드(예컨대, 단말, 특히 D2D 단말 또는 V2X 단말)가 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법을 통해 설명하도록 한다.
1) 게이트웨이 노드가 하향링크 패킷을 전송하는 방법
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 게이트웨이 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
게이트웨이 노드는 노드 A가 목적지인 하향링크 패킷이 있음을 감지할 수 있다(S1310).
게이트웨이 노드는 게이트웨이 노드의 상향링크 기록 테이블에 상기 노드 A가 포함되어 있는지 여부를 결정한다(S1320). 여기서, 전술한 바와 같이 상향링크 기록 테이블은 상기 게이트웨이 노드에게 상향링크 패킷을 전송한 적이 있는 노드가 리스트의 형식으로 저장된 정보에 해당한다.
만약, 상기 상향링크 기록 테이블에 상기 노드 A가 포함되어 있는 경우, 상기 게이트웨이 노드는 'GRFlag'을 '1'로 설정하고, CP를 '0'으로 설정한 후, 상기 패킷을 전송할 수 있다(S1330). 이때, 상기 'GRFlag' 및 'CP'는 상기 패킷의 헤더(즉, 패킷 헤더)에 포함될 수 있다.
여기서, 상기 'GRFlag'는 상기 게이트웨이 노드는 상기 게이트웨이 노드가 상기 노드 A로부터 상향링크 패킷을 수신한 적이 있는지 여부를 지시하는 정보를 의미한다. 상기 'GRFlag'의 값이 '1'로 설정된다는 것은 상기 게이트웨이 노드가 상기 노드 A로부터 상향링크 패킷을 수신한 적이 있다는 점을 지시하며, 상기 'GRFlag'의 값이 '0'으로 설정된다는 것은 상기 게이트웨이 노드가 상기 노드 A로부터 상향링크 패킷을 수신한 적이 없다는 점을 지시할 수 있다.
상기 'CP'는 상기 패킷의 코스트를 의미하며, 상기 게이트웨이 노드로부터 상기 게이트웨이 노드까지 패킷을 전송하는데 소요되는 비용은 '0'이므로, 상기 게이트웨이에서는 상기 'CP'의 값이 '0'으로 설정된다.
만약, 상기 상향링크 기록 테이블에 상기 노드 A가 포함되어 있지 않은 경우, 상기 게이트웨이 노드는 'GRFlag'을 '0'로 설정하고, CP를 '0'으로 설정한 후, 상기 패킷을 전송할 수 있다(S1340). 이때, 상기 게이트웨이 노드는 상기 패킷을 플러딩 방식으로 전송할 수 있다.
상술한 순서도를 알고리즘 형식으로 표현하면, 아래 표 1과 같이 정의될 수 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000007
추가적으로 만약 게이트웨이 노드가 동일한 목적지를 가진 여러 개의 패킷을 가지고 있는 경우, 해당 목적지로부터의 상향링크 패킷 전송을 요구함으로써 하향링크 라우팅을 통한 패킷 전송을 서비스할 수 있다.
2) 노드(예컨대, 단말, 특히 D2D 단말 또는 V2X 단말)가 하향링크 트래픽을 서비스하는 방법
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
노드는 노드 A가 목적지인 하향링크 패킷을 수신할 수 있다(S1410). 전술한 바와 같이, 여기서의 노드는 단말을 의미할 수 있으며, 특히, 상기 노드는 D2D 단말 혹은 V2X 단말에 대응될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실시예는 D2D 동작 또는 V2X 동작에서 적용될 수 있다.
노드는 전송 히스토리 또는 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다(S1420). 상기 전송 히스토리는 상기 노드의 상향링크 기록 테이블을 의미할 수 있다. 여기서 상기 상향링크 기록 테이블은 전술한 바와 같이 상기 노드에게 상향링크 패킷을 전송한 적이 있는 노드가 리스트의 형식으로 저장된 정보를 의미할 수 있다. 노드가 전송 히스토리 또는 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩하는 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
이후, 노드는 상기 결정에 기반하여, 상기 하향링크 패킷에 대한 포워딩을 수행할 수 있다(S1430).
전술한, 노드가 전송 히스토리 또는 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩하는 예는 아래와 같을 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷 전송 방법의 순서도다.
도 15에 따르면, 노드는 하향링크 패킷 'P'가 중복된 패킷(즉, 'P = duplicate')인지 여부를 결정한다(S1510).
하향링크 패킷이 중복된 패킷인 경우(즉, 'P = duplicate'), 노드는 'GRFlag'가 0인지 여부를 결정한다(S1520).
이후, 'GRFlag'가 0인 경우, 노드는 상기 하향링크 패킷(즉, 'P')를 무시(ignore)할 수 있다(S1530). 만약, 'GRFlag'가 0이 아닌 경우(즉, 'GRFlag'가 1인 경우), 노드는 CP의 값이 CB보다 큰지 여부를 판단할 수 있으며, 판단 결과 CP가 CB보다 크지 않은 경우, 상기 노드는 상기 하향링크 패킷에 대한 포워딩 스케줄링을 삭제할 수 있다(S1540). 여기서, CP는 하향링크 패킷에 포함되어있는 코스트를 의미하며, CB는 상기 노드(즉, 하향링크 패킷을 수신한 노드)에서 게이트웨이 노드까지의 코스트를 의미할 수 있다.
하향링크 패킷이 중복된 패킷이 아닌 경우, 노드는 'GRFlag'가 0인지 여부를 결정한다(S1550).
이후, 'GRFlag'의 값이 0인 경우, 노드는 랜덤 백오프 타임 이후 상기 하향링크 패킷을 전송할 수 있다(S1560).
'GRFlag'의 값이 0이 아닌 경우(즉, 'GRFlag'의 값이 1인 경우), 노드는 노드 A가 상기 노드의 상향링크 기록 테이블에 포함되어 있는지 여부를 결정한다(S1570).
이때, 노드 A가 상기 노드의 상향링크 기록 테이블에 포함되어 있는 경우, 패킷의 코스트를 상기 노드의 코스트로 설정하고, 랜덤 백오프 이후에 상기 하향링크 패킷의 전송을 스케줄링할 수 있다(S1580). 즉, GRFlag 가 '1'인 하향링크 패킷을 수신한 노드 또한 자신의 UHT를 확인하여 목적지 노드를 찾은 경우 게이트웨이를 향하는 코스트를 포함한 패킷을 포워딩하기로 결정할 수 있다. 여기서, 스케줄된 패킷을 가진 노드가 게이트웨이로 향하는 코스트가 더 큰 노드의 패킷 전송을 오버히어(overhear)한 경우, 상기 스케줄된 패킷을 가진 노드는 스케줄된 포워딩을 취소할 수 있다.
상술한 순서도를 알고리즘 형식으로 표현하면, 아래 표 2와 같이 정의될 수 있다.
[표 2]
Figure PCTKR2016014390-appb-I000008
결정된 코스트에 기반하여 상향링크 트래픽 서비스(즉, 상향링크 패킷 전송 혹은 포워딩) 및 하향링크 트래픽 서비스(즉, 하향링크 패킷 전송 혹은 포워딩)를 제공하는 방법은, 전술한 바와 같이 D2D 단말 또는 V2X 단말에 의해서도 수행될 수 있다. 이때, 상기 단말(D2D 단말 혹은 V2X 단말)이 상향링크 패킷을 전송하거나 하향링크 패킷을 전송할 때, 상기 패킷이 전송될 수 있는 최대 '홉' 수에 대한 정보를 포함시킬 수 있다. 즉, 상기 패킷은 상기 정보가 지시하는 횟수만큼의 노드(혹은 라우터)를 거쳐 상향링크로 혹은 하향링크로 전송될 수 있다.
이하에서는, 상기 패킷이 전송될 수 있는 최대 '홉' 수에 대한 정보를 포함하여 패킷을 전송하는 구체적인 예를 설명한다. 이때, 상기 패킷이 전송될 수 있는 최대 '홉' 수에 대한 정보를 포함하는 방법을 주로 설명하고는 있지만, 본 방법은 전술한 바와 같이 결정된 코스트에 기반하여, 상향링크 트래픽 및 하향링크 트래픽 서비스 제공하는 방법과 결합(혹은 적용)될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷이 전송되는 홉의 개수에 대한 정보에 기반하여, 패킷이 전송되는 방법의 순서도다.
도 16에 따르면, 단말(D2D 단말 혹은 V2X 단말)은 패킷이 전송되는 '홉'의 개수를 설정할 수 있다(S1610). 이때, 상기 홉의 개수는 단말에 기 설정될 수 있으며, 혹은 상위 계층에 의해, 혹은 코어(core)에 의해 설정될 수 있다.
이때, 상기 홉의 개수는 상기 패킷의 서비스의 종류에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다.
예컨대, 상기 패킷이 긴급 콜에 대한 패킷에 해당한다면, 상기 패킷은 최대한 멀리 전파되는 것이 바람직할 수 있기 때문에, 비-긴급 콜 보다도 높은 값이 설정될 수 있다. 즉, 상기 패킷이 긴급 콜에 대한 패킷에 해당할 경우, 상기 패킷은 여러 노드(혹은 D2D 단말 혹은 V2X 단말)을 거쳐서도 전파될 수 있다.
이때, 상기 홉의 개수는 상기 단말의 속도에 따라 결정될 수도 있다.
예컨대, 상기 단말이 V2X 단말이고, V2X 단말이 빠른 속도로 움직이고 있는 경우, 상기 V2X 단말이 빠른 속도로 움직이고 있다는 점을 멀리 있는 단말들 까지도 알고 있는 것이 바람직할 수 있다. 이에, 빠른 속도로 움직이고 있는 단말이 전송하는 패킷은 상대적으로 느린 속도로 움직이고 있는 단말이 전송하는 패킷에 비해 높은 홉의 개수가 설정될 수 있다.
이후, 단말은 설정된 상기 홉의 개수에 대한 정보를 포함하는 패킷을 전송할 수 있다(S1620). 이때, 상기 패킷은 상향링크 패킷 또는 하향링크 패킷에 해당할 수 있다. 홉의 개수에 대한 정보는 상술한 바와 같이, 단말이 전송하는 패킷이 몇 개의 노드까지 전파될 수 있는지를 지시하는 정보에 해당할 수 있다.
별도의 도면을 통해 도시하지는 않겠지만, 상기 홉의 개수에 대한 정보가 포함된 패킷을 수신한 단말은, 상기 패킷이 전송되는 최대의 홉의 개수 이내의 홉을 거쳐서 단말(즉, 패킷을 수신한 단말)에게 상기 패킷이 전송되었는지 여부를 결정할 수 있다. 이후, 상기 패킷이 추가적으로 더 전송될 수 있는 경우에는, 상기 단말(즉, 패킷을 수신한 단말)은상기 패킷을 추가적으로 포워딩할 수 있다. 예컨대, 상기 패킷에 포함되어 있는 정보에는 상기 패킷이 최대 5번 홉을 거칠 수 있다고 지시하고 있고, 만약 상기 패킷이 4 번째 홉을 거쳐 단말에게 수신된 경우, 상기 단말은 상기 패킷을 추가적으로 포워딩할 수 있다.
최대 홉 수를 지시하는 정보를 전송하는 방법은 결정된 코스트에 기반하여, 상향링크 트래픽 및 하향링크 트래픽 서비스 제공하는 방법과 결합(혹은 적용)되는 예시는 아래와 같다.
예컨대, 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하는 경우, 전술한 노드는 상향링크 패킷에 포함된 최대 홉 수를 지시하는 정보에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 최대 홉 수 이내만큼 상기 상향링크 패킷이 전송된 경우에, 상기 패킷에 포함된 코스트와 노드의 코스트를 비교하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다.
또한, 예컨대, 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하는 경우, 전술한 노드는 하향링크 패킷에 포함된 최대 홉 수를 지시하는 정보에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 최대 홉 수 이내만큼 상기 하향링크 패킷이 전송된 경우에, 전송 히스토리 또는 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다.
상술한 실시예들과 같이, 결정된 코스트에 기반하여 상향링크 및/또는 하향링크 트래픽 서비스를 제공하는 방법에 따르면, 게이트웨이 노드로 향하는 코스트 필드를 서로 독립적인 서브케리어에 순차적으로 톤 신호를 릴레이하여 빠르고 정확하게 형성할 수 있다. 하향링크 라우팅(특히, 그래디언트 라우팅) 관점에서는, 상향링크 전송 기록과 상향링크 코스트 필드가 동시에 활용됨으로써 하향링크 코스트 관리에 드는 오버헤드가 줄어들 수 있다.
이 뿐만이 아니라, 본 발명에 따르면, 종래 발명에 비해 네트워크의 코스트 필드를 업데이트하는 시간을 절약할 수 있다. 또한, 각 노드에서 관리되는 상향링크 전송 기록 테이블을 활용하여, 하향링크 서비스에 할애되는 통신 오버헤드를 최소화할 수 있다. 마지막으로, 게이트웨이에서 발생하는 다음 톤 신호의 주기를 예측 함으로써 네트워크 전체의 동기화를 달성할 수 있다.
이를 통해 본 발명은 다중 홉 무선 접속 네트워크에서 작은 코스트 관리 오버헤드만으로 신뢰도 높은 상/하향링크 유니 캐스트 패킷 전송을 보장할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예가 적용된 시뮬레이션 환경을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17에 따르면, 본 발명이 적용되는 시뮬레이션 환경에서는, 1 개의 고정된 게이트웨이와, 49개의 모바일 노드들(즉, 단말들)이 존재한다고 가정한다.
여기서, 10개의 상향링크 세션이 존재하고, 10개의 하향링크 세션이 존재한다고 가정한다. 이하, 본 발명의 실시예가 적용된 실험 결과를 지시하는 범례는 'Access-GRAD'로 표시된다. 본 시뮬레이션에서는 본 발명의 실시예와 'Oracle routing', 'Original gradient routing', 'AODV', 'DSDV', 'DSR' 및 'OLSR' 기법들을 상향링크/하향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비 관점에서 비교하였다.
'Oracle routing'은 글로벌 정보를 이용하여, 최소 ETX(expected transmission count) 루트를 계산하는 방법이다. 'Original gradient routing'은 전술한 그래디언트 라우팅을 이용한 방법이며, 이는 실험 결과를 나타내는 그래프에서, 'E-GRAD'라는 범례로 표시될 수 있다. 아울러, 'AODV', 'DSDV', 'DSR' 및 'OLSR' 기법들은 일반적인 홉-바이-홉 라우팅 프로토콜 방법에 해당한다.
도 18은 본 발명의 실시예가 적용된 상향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비(Packet delivery ratio)의 실험 결과다.
도 18에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 상향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비는 다른 방법들에 비해 높은 값을 가진다. 특히, 실험 결과, 본 발명에 따른 상향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비가 거의 1에 수렴하여, 상향링크로 전송되는 패킷은 대부분이 게이트웨이 노드로 전송될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예가 적용된 하향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비(Packet delivery ratio)의 실험 결과다.
도 19에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 하향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비는 다른 방법들에 비해 높은 값을 가진다. 특히, 높은 노드 이동성을 가지는 경우에는 본 발명에 따른 하향링크 트래픽 전송의 효율이 다른 방법들에 비해 높다.
아울러, 본 발명에 따른 하향링크 트래픽 전송에 대한 패킷 전송 비가 거의 1에 수렴한다는 것은, 하향링크로 전송되는 패킷이 대부분이 목적지 노드로 전송된다는 것을 의미한다.
도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타낸 블록도이다.
도 20을 참조하면, 단말(1100)은 프로세서(1110), 메모리(1120) 및 RF부(radio frequency unit, 1130)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(1110)는 서브캐리어 i(여기서, i는 자연수) 상에서, 톤 시그널을 수신할 수 있다. 프로세서(1110)는 서브 캐리어의 인덱스 및 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음 비에 기반하여, 코스트 값을 결정할 수 있다. 프로세서(1110)는 i+1 번째 서브 캐리어 상에서, 상기 톤 시그널을 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프로세서(1110)는 상향링크 패킷을 수신할 수 있다. 프로세서(1110)는 상기 패킷에 포함된 코스트와 상기 노드의 코스트를 비교하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩 할지 여부를 결정할 수 있다. 프로세서(1110)는 상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 프로세서(1110)는 노드 A가 목적지인 하향링크 패킷을 수신할 수 있다. 프로세서(1110)는 전송 히스토리 또는 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정할 수 있다. 프로세서(1110)는 상기 결정에 기반하여, 상기 하향링크 패킷에 대한 포워딩을 수행할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 프로세서(1110)는 패킷이 전송되는 '홉'의 개수를 설정할 수 있다. 프로세서(1110)는 설정된 상기 홉의 개수에 대한 정보를 포함하는 패킷을 전송할 수 있다.
RF부(1130)은 프로세서(1110)와 연결되어 무선 신호를 송신 및 수신한다.
프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 상향링크 패킷(packet) 포워딩 방법에 있어서,
    제1 코스트(cost)를 포함하고 있는 상기 상향링크 패킷을 수신하고;
    상기 제1 코스트와 상기 노드의 코스트에 해당하는 제2 코스트를 비교하여 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고; 및
    상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩하되,
    상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작지 않을 경우, 상기 노드는 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코스트는 상기 노드에게 전송된 톤 시그널의 서브캐리어 인덱스 값에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 코스트는 상기 서브캐리어 인덱스 값과, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 큰 경우의 상기 제2 코스트의 값은, 상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 크지 않은 경우의 상기 제2 코스트의 값보다 더 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 큰 경우의 상기 제2 코스트의 값은,
    Figure PCTKR2016014390-appb-I000009
    와 같이 결정되고,
    상기 CA는 결정된 상기 제2 코스트의 값이고, 상기 i는 상기 서브캐리어의 인덱스 값이고, 상기 SNRTHRES는 상기 기 설정된 문턱 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 톤 시그널의 신호 대 잡음비가 기 설정된 문턱 값보다 더 크지 않은 경우의 상기 제2 코스트의 값은,
    Figure PCTKR2016014390-appb-I000010
    와 같이 결정되고,
    상기 CA는 결정된 상기 제2 코스트의 값이고, 상기 i는 상기 서브캐리어의 인덱스 값이고, 상기 SNRTHRES는 상기 기 설정된 문턱 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상향링크 패킷에는 상기 상향링크 패킷이 포워딩될 수 있는 최대 노드의 개수에 대한 정보가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노드는 D2D(Device to Device) 동작 또는 V2X(Vehicle to X) 동작을 지원하는 단말인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 단말(User equipment; UE)은,
    무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(Radio Frequency) 부; 및
    상기 RF부와 결합하여 동작하는 프로세서; 를 포함하되, 상기 프로세서는,
    제1 코스트(cost)를 포함하고 있는 상향링크 패킷(packet)을 수신하고,
    상기 제1 코스트와 상기 단말의 코스트에 해당하는 제2 코스트를 비교하여 상기 상향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고, 및
    상기 결정에 기반하여, 상기 상향링크 패킷을 포워딩하되,
    상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작을 경우, 상기 단말은 상기 상향링크 패킷을 포워딩하고, 상기 제2 코스트의 값이 상기 제1 코스트의 값보다 작지 않을 경우, 상기 단말은 상기 상향링크 패킷을 포워딩하지 않는 것을 특징으로 하는 단말.
  10. 무선 통신 시스템에서 제1 노드에 의해 수행되는 하향링크 패킷(packet) 포워딩 방법에 있어서,
    제2 노드가 목적지인 상기 하향링크 패킷을 수신하고;
    상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보 및 상기 제1 노드의 코스트에 기반하여, 상기 하향링크 패킷을 포워딩할지 여부를 결정하고; 및
    상기 결정에 기반하여 상기 하향링크 패킷 포워딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보에는 상기 제1 노드에게 상향링크 패킷을 전송한 적이 있는 적어도 하나 이상의 노드가 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 노드의 상향링크 전송 기록 정보에 상기 제2 노드가 기록되어 있는 경우, 상기 제1 노드는 상기 하향링크 패킷을 포워딩하기로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하향링크 패킷을 포워딩하기로 결정할 때, 상기 제1 노드는 상기 제1 노드의 코스트를 상기 하향링크 패킷의 코스트로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 하향링크 패킷에는 상기 하향링크 패킷이 포워딩될 수 있는 최대 노드의 개수에 대한 정보가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 노드는 D2D(Device to Device) 동작 또는 V2X(Vehicle to X) 동작을 지원하는 단말인 것을 특징으로 하는 방법.
PCT/KR2016/014390 2015-12-08 2016-12-08 무선 통신 시스템에서 노드에 의해 수행되는 패킷 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말 WO2017099498A1 (ko)

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