WO2018159992A1 - 동기 무선 통신 시스템에서의 충돌 회피 방법 - Google Patents

동기 무선 통신 시스템에서의 충돌 회피 방법 Download PDF

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WO2018159992A1
WO2018159992A1 PCT/KR2018/002440 KR2018002440W WO2018159992A1 WO 2018159992 A1 WO2018159992 A1 WO 2018159992A1 KR 2018002440 W KR2018002440 W KR 2018002440W WO 2018159992 A1 WO2018159992 A1 WO 2018159992A1
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slot
terminal
priority
carrier sensing
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PCT/KR2018/002440
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황현구
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한국전자통신연구원
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    • H04W74/0891—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using a dedicated channel for access for synchronized access

Definitions

  • the present invention is directed to a method of avoiding collision in a synchronized wireless communication system. More specifically, the present invention relates to a method for efficiently avoiding collision when a large mobile terminal uses and allocates resources in a synchronized wireless distributed communication system.
  • CSMA / CA scheduling and carrier sense multiple access / collision avoidance
  • Scheduling is mainly used for a mobile communication base station to efficiently allocate resources to a terminal without collision.
  • CSMA / CA is used in an asynchronous communication method such as WIFI, and is used when several STAs compete to communicate with an AP. Both methods are communication environments with a central control station.
  • Wireless distributed systems that require large-scale connectivity can be commercialized only if collision avoidance is available. Since there is no control station in the wireless distributed system, scheduling by the control station is impossible. Also, since CSMA / CA is used in an asynchronous manner, it is not suitable in a synchronous manner. In particular, it is difficult for more than 50 people to use WIFI simultaneously using CSMA / CA. Typically, WIFI APs are installed in offices with an estimated 20-25 people.
  • the present invention proposes a method for efficiently avoiding collision in a synchronous wireless distributed communication system.
  • the present invention proposes a collision avoidance method in a synchronous wireless distributed communication system requiring large-scale connections of thousands and tens of thousands without a control station.
  • the present invention proposes a collision avoidance method in a synchronous wireless distributed communication system based on priority.
  • a method for avoiding collision by a terminal in a wireless communication system may be provided.
  • a method of avoiding collision by the terminal may include determining a first slot for performing data transmission in a first frequency channel, and performing contention with other terminals in a second slot that is a slot before the first slot. And performing data transmission on the first frequency channel based on the contention.
  • the competition performed in the second slot may be performed through the second frequency.
  • the method of avoiding collision by the terminal may include determining a first slot for performing data transmission in the first frequency channel and performing data transmission based on priority in the first slot.
  • contention may be performed based on whether a priority slot and a clearing slot are set with other terminals in a second slot that is a slot before the first slot.
  • the second slot includes a plurality of sub-slots, the terminal selects a first subslot among the subslots, and the terminal selects a first subslot in the second slot.
  • Carrier Sensing may be performed from to the first subslot.
  • the terminal when the terminal does not detect the contention signal until the first subslot, the terminal transmits the contention signal from the first subslot to the last subslot in the second slot, the first slot May perform data transmission through the first frequency.
  • the terminal when the terminal detects a contention signal before the first subslot, the terminal may give up data transmission.
  • the terminal when the terminal does not detect the contention signal until the first subslot, the terminal further adds a second subslot among the last subslot from the next subslot in the second slot.
  • the terminal may transmit a contention signal from the first subslot to the second subslot, and the terminal may further perform carrier sensing in the second subslot.
  • the UE determines that there is another contention signal through carrier sensing performed in the second subslot, the UE drops the contention signal transmission from the second subslot, and the first Abandon data transmission in the slot.
  • the terminal determines that there is no other competition signal through the carrier sensing performed in the second subslot, the terminal receives the contention signal from the next subslot of the second subslot to the last subslot again. And transmit data through a first frequency in a first slot.
  • the first frequency channel may be a main frequency channel
  • the second frequency channel may be a competition proxy channel
  • the wireless communication system may be a synchronous wireless communication system.
  • the competition signal of the second frequency may be a tone signal.
  • the second slot includes a plurality of sub-slots, and the first sub-slot of the plurality of sub-slots for the terminal using the first slot in the previous frame
  • the terminal that designates a slot clearing subslot and uses the first slot in a previous frame may transmit a contention signal in the slot clearing subslot.
  • the non-priority UE performs carrier sensing in the slot clearing subslot, and if a competition signal is detected in the carrier sensing, abandon data transmission in the first slot, and in carrier sensing If no competition signal is detected, the first subslot is selected among the subslots from the second subslot to the last subslot, and carrier sensing is performed from the second subslot in the second slot to the first subslot. You can do more.
  • the second slot includes a plurality of sub-slots, and designates any one slot among the plurality of sub-slots as a priority subslot for the priority terminal, and priority.
  • the terminal with the carrier performs the carrier sensing before the priority subslot, if the competition signal is not detected in the carrier sensing, transmits the competition signal in the priority subslot, subslots from the next subslot of the priority subslot to the last subslot
  • Carrier sensing may be further performed by selecting a first subslot from among the next subslot of the priority subslot in the second slot and before the first subslot.
  • the non-priority UE performs carrier sensing up to a priority subslot, if a competition signal is detected in the carrier sensing, abandon data transmission in the first slot, and compete in the carrier sensing. If no signal is detected, carrier sensing is selected from the next subslot of the priority subslot to the last subslot and the first subslot from the next subslot of the priority subslot in the second slot to the first subslot. Carrier Sensing can be performed further.
  • the second slot includes a plurality of sub-slots, and any consecutive plurality of slots among the plurality of sub slots is designated as a priority sub slot group for the priority terminal.
  • the priority terminal performs carrier sensing before the priority subslot group, and if no competition signal is detected in the carrier sensing, selects a first subslot from the priority subslot group, and starts the first subslot from the priority subslot group. Carrier sensing may be further performed before the slot.
  • the non-priority UE performs carrier sensing to the end of the priority subslot group, abandoning data transmission in the first slot when a contention signal is detected in the carrier sensing, and in carrier sensing If no competition signal is detected, the first subslot from the next subslot of the priority subslot group to the last subslot is selected to select the first subslot from the next subslot of the priority subslot group in the second slot. Carrier sensing may be further performed until now.
  • the non-priority UE performs carrier sensing before the priority subslot group, and when a competition signal is detected in the carrier sensing, abandon data transmission in the first slot, and in the carrier sensing If no competition signal is detected, the first subslot is selected from the subslots from the start subslot of the priority subslot group to the last subslot in the second slot, and the first subslot from the start subslot of the priority subslot group. Carrier sensing may be further performed before the slot.
  • the second slot includes a plurality of sub-slots, and an ACK clearing subslot for a terminal receiving a slot allocation request for a second slot among the plurality of subslots. If the UE that has received the slot allocation request performs carrier sensing until the ACK clearing subslot and detects the contention signal in the carrier sensing, abandon data transmission in the first slot and do not detect the contention signal in the carrier sensing. Otherwise, the terminal receiving the slot allocation request may transmit a contention signal in the ACK clearing subslot.
  • a terminal that has not received a slot allocation request performs carrier sensing to an ACK clearing subslot, and when a competition signal is detected in carrier sensing, abandon data transmission in a first slot, If no competition signal is detected in carrier sensing, the first subslot is selected from the subslots from the next subslot of the ACK clearing subslot to the last subslot, and the first subslot of the ACK clearing subslot in the second slot is selected. Carrier sensing may be further performed before 1 subslot.
  • a method for efficiently avoiding collision in a synchronous wireless distributed communication system can be provided.
  • a collision avoidance method can be provided in a synchronous wireless distributed communication system based on priority.
  • clearing can be used to avoid persistent collisions.
  • 1 is a configuration diagram of a subchannel that competes with a primary channel.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a proposed synchronous CSMA / CA.
  • 3 is an exemplary view of a proposed CDAD.
  • 5 is a conceptual diagram of the proposed slot clearing.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a second priority setting proposed.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a third priority setting proposed.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a collision avoidance method based on the present invention.
  • a component when a component is “connected”, “coupled” or “connected” with another component, it is not only a direct connection, but also an indirect connection in which another component exists in between. It may also include.
  • a component when a component “includes” or “having” another component, it means that it may further include another component, without excluding the other component unless otherwise stated. .
  • first and second are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, and do not limit the order or the importance between the components unless otherwise specified. Accordingly, within the scope of the present invention, a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment, and likewise, a second component in one embodiment may be referred to as a first component in another embodiment. It may also be called.
  • the components distinguished from each other to clearly describe each feature does not necessarily mean that the components are separated. That is, a plurality of components may be integrated into one hardware or software unit, or one component may be distributed and formed into a plurality of hardware or software units. Therefore, even if not mentioned otherwise, such integrated or distributed embodiments are included in the scope of the present invention.
  • components described in various embodiments of the present disclosure are not necessarily required components, and some of them may be optional components. Therefore, an embodiment consisting of a subset of the components described in one embodiment is also included in the scope of the present invention. In addition, embodiments including other components in addition to the components described in the various embodiments are included in the scope of the present invention.
  • each terminal has a right to use resources equally.
  • a characteristic of a synchronized distributed wireless environment is that there is no central control station, and all terminals are synchronized. In addition, each terminal may use resources equally.
  • the present invention may be applied even when only some of the above environments are satisfied, and the present invention is not limited only to specific conditions.
  • the resource used by the terminal may be frequency or time.
  • the description is based on time resources.
  • the same may be applied to frequency resources as an example, and is not limited to the above-described embodiment.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • one frame is divided into several slots.
  • one frame is assumed to be 1 second for convenience and the number of slots is assumed to be 500.
  • the length of the frame or the number of slots may vary and is not limited to the above-described numerical value.
  • a method of basically avoiding collision is that each terminal randomly selects one slot from among 500. In this case, if the number of terminals is dozens can work well.
  • each of the terminals may perform collision contention in advance in the slot before the selected slot.
  • the front slot is used for collision contention and thus data transmission is not possible.
  • the utilization rate of the channel may be limited to a maximum of 50%.
  • CSMA / CA has been a technology that can only be used in asynchronous communication systems.
  • the present invention introduces a competitive proxy channel so that CSMA / CA can also be used in a synchronization system.
  • a primary channel and a subchannel may be paired.
  • the original data channel may have a wide bandwidth of several MHz.
  • the main communication band may be used as the data channel as it is.
  • Competing channels use narrowband signals.
  • a frequency tone can be used as a narrow band signal, and since the frequency tone has a bandwidth of several kHz to several tens of kHz, it has a bandwidth less than 1/100 of the broadband bandwidth.
  • the 1MHz band is configured with a 10kHz tone channel and a 990kHz data channel, the maximum data channel utilization is 99% under the assumption that there is no collision. This can be very advantageous when using CSMA / CA in the same band, compared to 50% maximum channel utilization.
  • the secondary channel may be allocated immediately adjacent to the primary channel.
  • the subchannel may be allocated away from the main channel, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the channel efficiency of the plurality of terminals may be set differently from that of the data transmission channel, thereby improving frequency efficiency.
  • UEs may compete in a slot before a slot to be used.
  • one slot of 2ms long of the contention channel may be divided into 56 subslots.
  • one subslot has a time of about 35.714 us.
  • the number of subslots is only one example, and it may be possible to change the number of subslots, and is not limited to the above-described embodiment.
  • UE A 210 may perform competition in advance in slot S-1 of the competition agency channel. For example, if UE A 210 determines to use slot 10 of the primary channel, UE A 210 may compete in slot 9 of the competition agency channel in advance. That is, the terminal A 210 may select one of the sub slots from 0 to 55. In this case, if the selected subslot number is N, carrier sensing may be performed to the previous subslot of the selected subslot. If there is no signal detected as a result of the execution, a contention tone signal is transmitted from the selected subslot to subslot 55 and data is transmitted in slot 10 of the main channel. At this time, as an example, when there is a signal detected as a result of the terminal A 210, the terminal A 210 determines that it is lost in contention, and transmits no signal in the tone channel and the main channel. You may not.
  • the terminal A 210, the terminal C 220, and the terminal D 230 may compete in advance in the slot s-1 of the contention channel in order to use the slot s of the primary channel.
  • the terminal A 210 may select No. 2.
  • the terminal C 220 may select the fifth.
  • the terminal D 230 may select No. 54.
  • the terminal A 210 may detect a signal in the 0 and 1 subslots (Carrier Sensing (CS)) to detect that there is no other contention signal. Accordingly, the terminal A 210 may transmit a contention signal from subslot 2 to subslot 55 in the tone channel. Thereafter, terminal A 210 may transmit a data signal to slot s of the primary channel.
  • CS Carrier Sensing
  • the terminal C 220 as a result of sensing the signal from the sub slot 0 to the sub slot 4, it can check the signal transmitted by the terminal A (210). In this case, the terminal C 220 may determine that the terminal A 210 lost the contention, and may not perform data signal transmission in the slot s of the primary channel. In addition, the terminal D 230 may also determine that the sub-slot 54 has lost the contention as a result of the sensing and may not transmit the data signal in the slot s of the primary channel.
  • sub slot allocation is only one embodiment and is not limited to a specific number.
  • the signal of the competition agency channel may use a frequency tone signal, and in this case, the frequency band may be used the least.
  • the contention signal is assumed to be a tone signal.
  • the competition signal may be set differently, and is not limited to the above-described embodiment.
  • terminals selected the same slot can avoid collision.
  • the UEs having selected the same slot among 500 could avoid collision again.
  • Embodiment 2 may be an embodiment in which competition is additionally performed based on Embodiment 1 described above.
  • the terminal having a primary competition may again perform the secondary competition.
  • UEs that have won a collision competition through CSMA / CA may perform collision detection competition again.
  • the second competition is referred to as collision detection and drop (CDAD).
  • CDAD collision detection and drop
  • the present invention is not limited to the above-described name, and may be referred to by different names for the same competition, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the terminal that has won the competition may compete again from the next subslot of the selected first subslot.
  • the primary competition if the selected subslot number is fast, it can be considered to have won the competition. In other words, it can be seen that it is superior to the competition.
  • the secondary competition the terminal that selects the second subslot and has the lowest number of the second subslots may win the competition. In other words, the terminal with the lowest number may have an advantage in competition.
  • the second subslot may select one of the next subslot and the last subslot of the first subslot.
  • the terminal may perform signal sensing again. At this time, if a competition signal of another terminal is found as a result of signal sensing, the competition may be abandoned. For example, if a competition signal of another terminal is found as a result of signal sensing, signal transmission may be dropped.
  • CDAD may be performed.
  • the terminal A 310, the terminal C 320, and the terminal D 330 may select the same subslot.
  • the selection of each terminal may be the first competition.
  • the terminal A 310, the terminal C 320, and the terminal D 330 may select the same subslot number 2. In this case, collision can not be avoided if only the primary competition is performed as in the first embodiment. Accordingly, the terminal A 310, the terminal C 320, and the terminal D 330 may perform the second competition starting from the third slot.
  • the terminal A 310, the terminal C 320, and the terminal D 330 may transmit a contention signal after the second subslot.
  • the terminal D 330 may select the fourth sub slot as the second sub slot. Accordingly, the terminal D 330 may perform signal sensing in sub slot # 4.
  • the terminal D 330 detects this signal and may give up the competition. That is, the terminal D 330 may no longer transmit a contention signal.
  • the terminal C 320 may select subslot 6 to perform sensing in subslot 6.
  • the terminal A 310 continuously transmits the competition signal
  • the terminal C 320 may detect the competition signal, and may also give up the competition.
  • the terminal A 310 may perform signal sensing in the sub slot 54 to confirm that there is no other contention signal. Accordingly, the terminal A 310 may transmit a competition signal to sub-slot 55 and finally win the competition. Accordingly, the terminal A 310 may perform data transmission using the slot s of the primary channel.
  • CDAD may be a more advanced collision contention method than the existing collision contention method. Intuitively, you can now have more than 50,000 subslots. For example, 500 * 56 * 55 is 1,540,000. The reason for multiplying 55 is that in case of large number of terminals in a large-scale connection, only terminals that select 0 subslot survive the CSMA / CA competition. Therefore, surviving terminals are additionally subjected to CDAD competition from 1 to 55 times.
  • the value of about 3.2% may be derived by calculating 50,000 / 1,540,000.
  • 4 may be a value simulated based on the above description.
  • a graph of 50, 500, and 5000 users is shown.
  • the horizontal axis of the graph is the number of slots to be allocated.
  • the probability of collision is about 2%, which is similar to the intuitively calculated value. Even in the event of a collision, the probability of collision can only be about 4%.
  • each terminal in the first step, can be distributed to 500 slots in one second to avoid collisions.
  • collision may be avoided by performing CSMA / CA competition through a contention channel in a slot before the corresponding slot.
  • collisions can be avoided by performing CDAD competition between UEs winning the second competition.
  • FIG. 4 shows the performance of the asynchronous CSMA / CA scheme.
  • the horizontal axis is the number of users, not the number of slots.
  • the number of back-off windows is 1024 used by WIFI, and if there is no collision, a procedure of reducing the number of back-off windows by half is performed.
  • the collision probability is more than 10%, and the collision probability of almost 20% is shown in the number of 50 users.
  • the CSMA / CA competition scheme is introduced into the competition agency channel in the synchronous distributed system and a new secondary competition scheme is called CDAD.
  • one example is a self-organized time division multiple access (SOTDMA) in a time division multiple access (TDMA) system. This is the only commercialized case in a synchronous distributed communication system.
  • SOTDMA self-organized time division multiple access
  • SOTDMA commercially available in ship communication may continue to occupy the slot by utilizing the C bit, which is a continuous bit, once the slot is allocated. That is, if the C bit is '1', the same slot can be used continuously in the next frame.
  • a collision may occur even after allocating a slot.
  • a collision may occur in a hidden node problem. More specifically, the signal of the terminal A 510 reaches only within the circle (" ⁇ ") circled to the lower right, and the signal of the terminal B 520 is indicated by the circle ("/") to the lower left. Only within. Terminal A 510 and terminal B 520 are communicating using slot s. That is, the slot s is used as the same time interval, but may be a problem for space reasons. For example, when communication is performed through the slot s, the neighboring terminals of the terminal A 510 and the terminal B 520 should be quiet (or sleep). Otherwise, a collision may occur in the signal transmission.
  • the terminal A 510 transmits a signal to the terminal B 520
  • the terminal C 530 has already detected the signal transmitted by the terminal A 510 in the previous frame, and thus the terminal A (
  • the signal transmission of the 510 is known in advance and may be quiet.
  • the terminal D 540 may determine that the slot s is empty because the signal of the terminal A 510 does not arrive. Accordingly, the terminal D 540 may transmit a signal in the slot s, and when the actual terminal D 540 transmits the signal, the two signals may collide in the terminal B. In this case, as an example, slot clearing will be described below to avoid the aforementioned collision.
  • Slot clearing may be achieved by reserving slot 0 as a clearing slot in a collision competition of the first CSMA / CA scheme.
  • slots of the competition agency channel may be divided into smaller subslots.
  • 56 subslots may be assumed.
  • the actual competition among the divided subslots may be made up of the remaining subslots except the sub slot 0. That is, the terminal to newly allocate a slot is to perform the first CSMA / CA competition using subslot 1 to subslot 55.
  • the sensing of the signal may include zero subslot.
  • the contention signal may be transmitted from subslot 0 in the previous slot s-1 of the contention substitute channel.
  • neighboring terminals select a subslot after 0, and thus lose the unconditional competition. Therefore, the corresponding slot of the primary channel can be continuously used by the two terminals occupying the corresponding slot.
  • a competition signal is transmitted from subslot 0 in the previous slot s-1 of the competing channel so that neighboring terminals attempt to use the slot s.
  • Blocking may be referred to as "slot clearing".
  • the following describes three methods of setting priority by mixing the slot contention scheme and the clearing scheme proposed in the present invention.
  • By setting the priority it is possible to greatly reduce the collision probability of the specific terminal having the priority. For example, it may be assumed that priority is given only to a specific related terminal.
  • the priority setting method may be variously performed and is not limited to the above-described embodiment.
  • the first priority setting method is as follows. In the step of performing CSMA / CA competition using a competing substitute channel having a different frequency as in the above-described embodiment 1 or 2, it may be assumed that slots of the competing substitute channel are divided into 56 subslots. . However, as described above, the number of subslots may vary and is not limited to the above-described embodiment.
  • the 0 subslot may be reserved as a slot clearing subslot used by the priority terminal.
  • the first sub-slot may be reserved as a slot for the terminal having a priority to clear the terminal without priority.
  • sub-slot number 2 may be reserved as a clearing slot between the non-priority terminals.
  • the priority terminal may select subslot 1 to prevent transmission of the non-priority terminals. Subsequently, UEs with priority from subslot 2 to the last subslot may perform competition.
  • CDAD which is the secondary competition, may be additionally performed as in the second embodiment, but is not limited to the above-described embodiment.
  • terminal A 610 and terminal D 630 may have priority, and terminal C 620 may be a terminal without priority.
  • the terminal A 610 and the terminal D 630 may perform a clearing on the terminal having no priority by transmitting a signal to the sub slot 1. As a result of this clearing, the terminal C without priority may be unconditionally lost in the competition.
  • the terminal A 610 and the terminal D 630 may compete again from subslot 2 to subslot 55. In this case, when the terminal A 610 selects the sub slot 4 and the terminal D 630 selects the sub slot 6, the terminal A 610 may win the competition. That is, terminal A 610 may have a priority in the competition.
  • the A terminal 610 which primarily won the CSMA / CA competition may again perform the CDAD competition.
  • UE A 610 may perform a CDAD race to select the second subslot 54.
  • the second priority setting method is as follows. In the step of performing CSMA / CA competition using a competing substitute channel having a different frequency as in the above-described embodiment 1 or 2, it may be assumed that slots of the competing substitute channel are divided into 56 subslots. . However, as described above, the number of subslots may vary and is not limited to the above-described embodiment.
  • sub slot 0 may be reserved as a clearing slot of the priority terminals.
  • only the terminal having priority from sub slot 1 to sub slot N may be selected.
  • the non-priority terminals may reserve the N + 1 subslot as a clearing slot of the non-priority terminal.
  • a competition may be performed to select one subslot from N + 2 to the 55th subslot. In this case, the N range may be from 2 to 53.
  • the non-priority terminals may all be lost in contention.
  • terminal A 710 and terminal D 730 may have priority, and terminal C 720 may not have priority.
  • terminal A 710 and the terminal D 720 may select subslot numbers 2 and 4, respectively.
  • terminal A may win the competition.
  • the terminal C 720 without priority loses the competition.
  • the UE A may primarily perform the CDAD competition again.
  • the third priority setting method is as follows.
  • the sub slot 0 may be reserved as a clearing slot of the priority terminals.
  • the priority terminal may select one subslot from subslot 1 to subslot N.
  • UEs without priorities may compete to select one subslot from sub slot 1 to the last sub slot 55.
  • the N range may be from 2 to 53.
  • the prioritized terminal only has a higher contention probability of winning than the non-priority terminal. It is not always possible to win against unpriority terminals.
  • terminal A 810 and terminal D 830 may have priority and terminal C 820 may not have priority.
  • N is 6, and the terminal A 810 and the terminal D 830 may select subslot numbers 2 and 4, respectively.
  • the terminal C 820 without priority selects the sub slot 1
  • the terminal C 820 may win the competition even though the terminal C 820 does not have the priority.
  • the C terminal 820 that primarily wins the CSMA / CA competition may again perform the CDAD competition.
  • such priority setting may be performed for all slots of the channel or only for some slots.
  • subslot 0 can be reserved primarily as a clearing subslot for an already allocated slot.
  • subslot 1 may be reserved as a clearing subslot for the ACK signal in response to the allocation request.
  • the terminal A may transmit a slot allocation signal to the slot s and request the allocation to the terminal B. Accordingly, the terminal B should first obtain a usage right if the slot is not a slot already in use by another terminal. Therefore, if sub slot 1 is reserved as a clearing sub slot for the ACK signal in response to the allocation request, it is possible to prevent frequent collisions in resource allocation.
  • the UE B may select the first sub slot and compete with the CSMA / CA scheme as described above, and then select the second sub slot and compete with the CDAD scheme. .
  • the terminal may determine a first slot for performing data transmission on a first frequency channel.
  • the UE may compete with other terminals through a contention channel having a different frequency in a second slot that is a slot before the first slot.
  • the first slot may be a slot for transmitting data by the terminal.
  • the second slot may be a slot located immediately before the first slot.
  • the second slot may be a slot located before the first slot even if it is not immediately before the first slot. That is, the second slot may be a slot set to perform contention before the first slot in which data transmission is performed, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the terminal may perform data transmission on the first frequency channel based on the contention.
  • the terminal may perform competition in the second frequency channel. That is, the terminal may perform competition using the second frequency channel in the second slot.
  • the first frequency channel may be a main channel for performing data transmission
  • the second frequency channel may be a competition proxy channel, as described above.
  • the second frequency channel may be a narrowband channel than the first frequency channel.
  • the first frequency channel and the second frequency channel may be adjacent channels or distant channels, and are not limited to the above-described embodiment.
  • the second slot may include a plurality of sub-slots.
  • the terminal may select a first subslot among the subslots. That is, the terminal may select a specific subslot among the subslots.
  • the terminal may perform carrier sensing from the first subslot to the first subslot in the above-described second slot.
  • the terminal may transmit a contention tone signal from the first subslot to the last subslot in the second slot.
  • data transmission may be performed through a first frequency in a first slot. That is, if there is no other signal up to the first subslot, the terminal may occupy the subslot as a content tone signal and perform data transmission in the first slot, which is the next slot.
  • the terminal when the terminal senses a contention tone signal of another terminal while performing carrier sensing, the terminal may drop data transmission. That is, if the subslots are occupied based on other contention tone signals, the terminal may not perform data transmission in the first slot, which is the next slot.
  • the terminal may further select a second subslot from the next subslot after the first subslot in the second slot.
  • the plurality of terminals may transmit a contention tone signal from the first subslot.
  • the terminal may further perform signal sensing in the second subslot.
  • the terminal may select the same sub slot and perform signal sensing once more in the sub slot. In this case, when the terminal senses the contention tone signal in the second subslot, the terminal may stop the contention tone signal transmission from the second subslot and drop the data transmission.
  • data transmission may be performed through the first frequency in the first slot. That is, as described above, the terminal behind the second sensing subslot may win the competition, thereby performing data transmission in the first slot, which is the next slot.
  • FIG. 10 is a block diagram of a terminal device.
  • the terminal device 100 may include a transmitter 110 for transmitting a wireless signal, a receiver 120 for receiving a wireless signal, and a process 130 for controlling the transmitter 110 and the receiver 120.
  • the terminal 100 may perform communication with an external device through the transmitter 110 and the receiver 120.
  • the external device may be another terminal device, a base station, or another device capable of performing communication, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the terminal selects a slot and performs an operation based on the processor 130.
  • the terminal selects a slot and performs an operation based on the processor 130.
  • the terminal device of the present invention described above is not limited to a smartphone as a mobile terminal.
  • the terminal device may be one of a drone, a vehicle, an IoT device, and other devices.
  • collision avoidance between drones may be performed based on the present invention.
  • collision avoidance between vehicles may be performed based on inter-vehicle communication based on the present invention.
  • a collision between a plurality of devices may be avoided as the home appliance, and the present disclosure is not limited to the above-described embodiment.
  • the above-described invention can be applied when collision avoidance is required as an apparatus capable of performing communication.
  • Embodiments of the present invention described above may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • the present invention is not limited to distributed systems, but may be applied to other systems that can operate in the same manner.

Landscapes

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

본 발명은 동기된 무선 통신 시스템에서 충돌을 회피하는 방법에 대한 것으로 보다 상세하게는 동기된 무선 분산 통신 시스템에서 대규모 이동 단말이 자원을 사용하고 할당 때, 효율적으로 충돌을 회피하는 방법에 대한 것이다. 이에 따른, 충돌 회피 방법은, 단말이 주 주파수 채널에서 송신할 슬롯을 결정하는 단계, 상기 결정된 슬롯의 앞 슬롯에서 주 주파수 채널과 주파수가 다른 경쟁 대행 채널을 이용하여 경쟁을 수행하는 단계, 상기 경쟁에서 이길 경우에 상기 선택한 주 주파수 채널의 슬롯을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

동기 무선 통신 시스템에서의 충돌 회피 방법
본 발명은 동기된 무선 통신 시스템에서 충돌을 회피하는 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 동기된 무선 분산 통신 시스템에서 대규모 이동 단말이 자원을 사용하고 할당 때, 효율적으로 충돌을 회피하는 방법에 대한 것이다.
현재까지의 무선 통신 환경에서의 충돌 제어는 스케쥴링과 CSMA/CA(Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance) 방식이 주로 사용된다. 스케쥴링은 주로 이동통신 기지국이 단말에게 자원을 충돌 없이 효율적으로 할당하기 위해서 사용된다. CSMA/CA 는 WIFI 같은 비동기 통신 방식에서 사용되며, 여러 STA 가 AP 와 통신하기 위한 경쟁을 벌일 때 사용된다. 두 방식 모두 중앙 제어국이 있는 통신 환경이다.
반면, 무선 분산 통신 환경에서는 대규모 연결을 위한 효율적인 충돌 회피 방법이 아직 존재하지 않는다. 특히, 대규모 고정 단말이 아닌 대규모 이동 단말을 대상으로 한 통신 환경에서의 충돌 회피는 매우 어려운 상황이다.
대규모 연결이 필요한 무선 분산 시스템은 충돌 회피가 가능해야만 상용화 될 수 있다. 무선 분산 시스템에서는 제어국이 존재하지 않기 때문에, 제어국에 의한 스케쥴링이 불가능하다. 또한, CSMA/CA 는 비동기 방식에서 사용되기 때문에, 동기 방식에서는 적절치 않다. 특히, CSMA/CA 를 사용하는 WIFI 는 50명 이상이 동시에 사용하는 것이 어렵다. 통상적으로 WIFI의 AP 는 사무실에서 20~25 명 정도를 예상해서 설치되고 있다.
이에 따라, 수천, 수만 명의 대규모 연결이 필요한 동기된 무선 분산 통신 환경에서 효율적으로 충돌을 회피할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은, 동기 무선 분산 통신 시스템에서 효율적으로 충돌을 회피하고자 하는 방법을 제안한다.
본 발명은, 제어국 없이 수천, 수만명의 대규모 연결이 필요한 동기 무선 분산 통신 시스템에서 충돌 회피 방법을 제안한다.
본 발명은, 우선권에 기초하여 동기 무선 분산 통신 시스템에서 충돌 회피 방법을 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말이 충돌을 회피하는 방법을 제공할 수 있다. 이때, 단말이 충돌을 회피하는 방법은 제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 제 1 슬롯을 결정하는 단계, 제 1 슬롯 이전 슬롯인 제 2 슬롯에서 다른 단말들과 경쟁(Contention)을 수행하는 단계 및 경쟁에 기초하여 제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제 2 슬롯에서 수행되는 경쟁은 제 2 주파수를 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말이 충돌을 회피하는 방법을 제공할 수 있다. 이때, 단말이 충돌을 회피하는 방법은 제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 제 1 슬롯을 결정하는 단계 및 제 1 슬롯에서 우선권에 기초하여 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 슬롯 이전 슬롯인 제 2 슬롯에서 다른 단말들과 우선권 및 클리어링 슬롯 설정 여부에 기초하여 경쟁(Contention)을 수행할 수 있다.
또한, 다음의 실시예들은 충돌을 회피하는 방법 및 이를 위한 단말에서 공통으로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고, 단말은 부슬롯들 중 제 1 부슬롯을 선택하고, 단말은 제 2 슬롯 내의 첫 번째 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 수행할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말이 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하지 못하는 경우, 단말은 제 1 부슬롯부터 제 2 슬롯 내의 마지막 부슬롯까지 경쟁 신호를 전송하고, 제 1 슬롯에서 제 1 주파수를 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말이 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하는 경우, 단말은 데이터 전송을 포기할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말이 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하지 못하는 경우, 단말은 제 2 슬롯 내의 제 1 부슬롯 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯 중에서 제 2 부슬롯을 더 선택하고, 단말은 제 1 부슬롯부터 제 2 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 전송하고, 단말은 제 2 부슬롯에서 캐리어 센싱을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말이 제 2 부슬롯에서 수행한 캐리어 센싱을 통해 다른 경쟁 신호가 있다고 판단하면 단말은 제 2 부슬롯부터 경쟁 신호 전송을 중단(drop)하고, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말이 제 2 부슬롯에서 수행한 캐리어 센싱을 통해 다른 경쟁 신호가 없다고 판단하면 단말은 제 2 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지 다시 경쟁 신호를 전송하고, 제 1 슬롯에서 제 1 주파수를 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 주파수 채널은 주 주파수 채널이고, 제 2 주파수 채널은 경쟁 대행 채널일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 통신 시스템은 동기식 무선 통신 시스템일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 주파수의 경쟁 신호는 톤 신호일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고, 복수 개의 부슬롯 중에서 첫 번째 부슬롯을 이전 프레임에서 제 1 슬롯을 사용했던 단말을 위한 슬롯 클리어링 부슬롯으로 지정하고, 이전 프레임에서 제 1 슬롯을 사용했던 단말은 슬롯 클리어링 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우선권이 없는 단말은 슬롯 클리어링 부슬롯에서 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 두 번째 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 제 2 슬롯내의 두 번째 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고, 복수 개의 부슬롯 중에서 임의의 한 슬롯을 우선권 단말을 위한 우선권 부슬롯으로 지정하고, 우선권이 있는 단말은 우선권 부슬롯 전까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송하고, 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 제 2 슬롯내의 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우선권이 없는 단말은 우선권 부슬롯까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 제 2 슬롯내의 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고, 복수 개의 부슬롯 중에서 임의의 연속된 복수개 슬롯을 우선권 단말을 위한 우선권 부슬롯 그룹으로 지정하고, 우선권이 있는 단말은 우선권 부슬롯 그룹 전까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯 그룹에서 제 1 부슬롯을 선택하고, 우선권 부슬롯 그룹 시작부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우선권이 없는 단말은 우선권 부슬롯 그룹의 끝까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯 그룹의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 제 2 슬롯내의 우선권 부슬롯 그룹의 다음 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우선권이 없는 단말은 우선권 부슬롯 그룹 전까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯 그룹의 시작 부슬롯부터 제 2 슬롯내의 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하고, 우선권 부슬롯 그룹의 시작 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고, 복수 개의 부슬롯들 중에서 두 번째 슬롯을 슬롯 할당 요청을 받은 단말을 위한 ACK 클리어링 부슬롯으로 지정하고, 슬롯 할당 요청을 받은 단말이 ACK 클리어링 부슬롯 전까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호를 검출하면, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호를 검출하지 않으면, 슬롯 할당 요청을 받은 단말이 ACK 클리어링 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 슬롯 할당 요청을 받지 않은 단말은 ACK 클리어링 부슬롯까지 캐리어 센싱을 수행하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고, 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, ACK 클리어링 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 제 2 슬롯내의 ACK 클리어링 부슬롯의 다음 부슬롯부터 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면 동기 무선 분산 통신 시스템에서 효율적으로 충돌을 회피하고자 하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 제어국 없이 수천, 수만명의 대규모 연결이 필요한 동기 무선 분산 통신 시스템에서 충돌 회피 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 우선권에 기초하여 동기 무선 분산 통신 시스템에서 충돌 회피 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 지속적인 충돌의 회피를 위하여 클리어링을 사용할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 주 채널과 경쟁을 대행하는 부 채널의 구성도이다.
도 2는 제안하는 동기식 CSMA/CA 의 예시도이다.
도 3은 제안하는 CDAD의 예시도이다.
도 4는 제안하는 충돌 회피 방법의 성능 그래프이다.
도 5는 제안하는 슬롯 클리어링의 개념도이다.
도 6은 제안하는 첫 번째 우선권 설정 예시도이다.
도 7은 제안하는 두 번째 우선권 설정 예시도이다.
도 8은 제안하는 세 번째 우선권 설정 예시도이다.
도 9은 본 발명에 기초하여 충돌 회피하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 장치를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 발명에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서 일 실시 예에서의 제1 구성요소는 다른 실시 예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시 예에서의 제2 구성요소를 다른 실시 예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명이 적용되는 환경은, 다음과 같이 가정될 수 있다.
첫째, 고정 단말과 이동 단말이 혼재하고 있다.
둘째, 수천, 수만의 분산된 단말이 존재한다.
셋째, 각 단말의 동기는 이미 맞추어져 있다.
넷째, 중앙 제어국이 없는 분산 통신 환경이다.
다섯째, 각 단말은 평등하게 리소스 사용 권리를 갖는다.
후술되는 실시예들에서는, 상기 환경 하에서 효율적으로 충돌을 회피하는 방법을 제안한다. 다만, 본 발명이 상술한 환경에서만 적용되는 것으로 한정되지 않으며, 다른 분야에도 확장되어 적용될 수 있다.
또한, 일 예로, 동기된 분산 무선 환경의 특징은 중앙 제어국이 없고, 모든 단말이 동기화되어 있다는 것이다. 또한 각 단말은 평등하게 리소스 사용을 할 수 있다.
다만, 일 예로, 상술한 환경 중 일부 환경만을 만족하는 경우에 있어서도 본 발명이 적용될 수 있으며, 특정 조건에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 단말이 사용하는 리소스는 주파수일 수도 있고, 시간일 수도 있다. 본 발명에서는 시간 자원을 기준으로 서술한다. 다만, 일 예로서 주파수 자원에 대해서도 동일하게 적용될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
동기된 단말들이 시간 자원을 나누어 사용하는 방식을 TDMA(Time Division Multiple Access)라 부른다. TDMA에서 한 프레임은 여러 개의 슬롯으로 나뉜다. 본 발명에서는 편의상 한 프레임을 1초로 가정하고, 슬롯의 개수를 500개로 가정한다. 다만, 프레임의 길이 또는 슬롯의 개수는 가변적일 수 있으며, 상술한 수치에 한정되지 않는다.
이때, 일 예로, 기본적으로 충돌을 회피하는 방법은 각 단말이 500개 중에서 랜덤하게 한 슬롯을 선택하는 것이다. 이런 경우 단말의 수가 수십 개일 경우에는 잘 동작할 수 있다.
그러나, 대규모 연결 환경에서 단말이 수천, 수만 대가 존재한다. 따라서, 500 개의 슬롯으로는 대규모 연결을 지원할 수 없다. 그렇다고 무작정 슬롯의 수를 늘릴 수는 없다. 왜냐하면, 슬롯 수가 늘어날수록 한 슬롯이 담는 정보량은 줄어들기 때문이다. 따라서, 추가적인 충돌 회피 방안이 필요하다.
하기에서는 상술한 환경을 고려하여 여러 가지 충돌 회피 방안을 제시한다.
실시예 1
첫 번째 방법으로, 각각의 단말들은 선택한 슬롯의 앞 슬롯에서 미리 충돌 경쟁을 수행할 수 있다. 다만, 이렇게 하면, 앞 슬롯은 충돌 경쟁에 쓰이기 때문에 데이터 전송을 할 수가 없다. 이 경우, 채널의 사용율은 최대 50% 로 제한될 수 있다. 이와 같은 이유로, CSMA/CA는 지금까지 비동기 통신 시스템에서만 사용될 수 있는 기술이었다. 그러나, 본 발명에서는 CSMA/CA를 동기 시스템에서도 사용할 수 있도록, 경쟁 대행 채널을 도입한다.
보다 상세하게는, 도 1을 참조하면, 주 채널과 부 채널이 하나의 쌍을 이룰 수 있다. 본래의 데이터 채널은 수 MHz 단위의 광대역의 밴드폭을 가질 수 있다. 이때, 주 통신 밴드는 그대로 데이터 채널로 사용될 수 있다. 그리고 경쟁을 하는 채널은 협대역의 신호를 사용한다. 협대역의 신호로서 주파수 톤을 사용할 수 있으며, 주파수 톤은 수 kHz 에서 수십 kHz 의 밴드폭을 가지기 때문에, 광대역 대역폭의 1/100 이하의 대역폭을 가진다. 일 예로, 10kHz 의 톤 채널과 990kHz의 데이터 채널로 1MHz 대역이 구성된다면, 충돌이 없다는 가정하에서 최대 데이터 채널 사용률은 99%가 된다. 이는 같은 밴드에서 CSMA/CA를 사용할 경우, 최대 채널 사용률이 50% 인 것에 비하여 매우 유리할 수 있다. 이때, 일 예로, 부 채널은 주 채널과 바로 인접하게 할당될 수 있다. 또한, 일 예로, 부 채널은 주 채널과 떨어진 상태로 할당될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
즉, 복수(e.g 수천 또는 수만)의 단말들이 공존하는 환경에서 복수의 단말들이 경쟁을 수행하는 채널을 데이터 전송 채널과 다르게 설정하도록 함으로서, 주파수 효율성을 높일 수 있다.
또한, 일 예로, 사용할 슬롯의 앞 슬롯에서 단말들은 사전에 경쟁을 수행할 수 있다.
일 예로, 효율적 경쟁을 위하여 경쟁 채널의 2ms 길이의 한 슬롯을 다시 56개의 부슬롯으로 나눌 수 있다. 이 경우 한 부슬롯은 약 35.714 us의 시간을 가진다. 다만, 부슬롯의 개수는 하나의 일 예일 뿐, 부슬롯의 수를 변경하는 가능할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
이때, 일 예로, 단말 A(210)가 주 채널의 S번 슬롯을 사용하기로 결정했다면, 단말 A(210)는 경쟁 대행 채널의 S-1번 슬롯에서 미리 경쟁을 수행할 수 있다. 일 예로, 단말 A(210)가 주 채널의 10번 슬롯을 사용하기로 결정했다면, 단말 A(210)는 경쟁 대행 채널의 9번 슬롯에서 미리 경쟁을 거칠 수 있다. 즉, 단말 A(210)는 0에서 55까지의 부슬롯 중에서 하나를 선택할 수 있다. 이때, 선택한 부슬롯 번호를 N 이라고 하면, 선택된 부슬롯의 이전 부슬롯까지 캐리어 센싱(carrier sensing)을 수행할 수 있다. 수행 결과 검출된 신호가 없으면, 선택한 부슬롯부터 55번 부슬롯까지 경쟁 톤 신호를 전송하고, 주 채널의 슬롯 10번에서 데이터를 송신한다. 이때, 일 예로, 단말 A(210)가 수행 결과 검출된 신호가 있는 경우, 단말 A(210)는 경쟁(contention)에서 진 것으로 결정하고, 톤 채널과 주(main) 채널에서 아무런 신호를 전송하지 않을 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 단말 A(210), 단말 C(220), 단말 D(230)가 주 채널의 슬롯 s 를 사용하기 위해서 경쟁 대행 채널의 슬롯 s-1 에서 미리 경쟁을 수행할 수 있다. 일 예로, 단말 A(210)는 2번을 선택할 수 있다. 또한, 단말 C(220) 는 5번을 선택할 수 있다. 또한, 단말 D(230)는 54번을 선택할 수 있다. 이때, 단말 A(210)는 0번과 1번 부슬롯에서 신호를 센싱(Carrier Sensing, CS)하여 다른 경쟁 신호가 없음을 감지할 수 있다. 따라서, 단말 A(210)는 부슬롯 2번부터 부슬롯 55번까지 경쟁 신호를 톤 채널에서 전송할 수 있다. 그 후, 단말 A(210)는 주 채널의 슬롯 s에 데이터 신호를 전송할 수 있다.
반면, 단말 C(220)는 부슬롯 0번부터 부슬롯 4번까지 신호를 센싱한 결과, 단말 A(210)가 전송하는 신호를 확인할 수 있다. 이때, 단말 C(220)는 단말 A(210)에 의해 경쟁에서 진 것으로 판단하고, 주 채널의 슬롯 s에서 데이터 신호 전송을 수행하지 않을 수 있다. 또한, 단말 D(230)도 부슬롯 54번까지 센싱 결과 경쟁에서 진 것으로 판단하고, 주 채널의 슬롯 s에서 데이터 신호를 전송하지 않을 수 있다.
다만, 상술한 부슬롯 할당은 하나의 일 실시예일뿐, 특정 숫자로 한정되지 않는다.
이때, 일 예로, 이러한 경쟁 대행 채널의 신호는 주파수 톤 신호를 사용할 수 있고, 이 경우 주파수 밴드를 가장 적게 사용할 수 있다. 이때, 하기부터는 경쟁 신호를 톤 신호로 가정하여 지칭한다. 다만, 경쟁 신호가 다르게 설정되는 것도 가능하며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
상술한 경쟁을 통해, 동일한 슬롯을 선택한 단말들은 충돌을 피할 수 있다. 일 예로, 상술한 상황에서는 500개 중에서 같은 슬롯을 선택한 단말들이 다시 충돌을 피할 수 있었다.
그러나, 대규모 연결은 수천, 수만의 단말의 충돌을 회피할 수 있어야 한다. 일 예로, 5만명이 동시에 자원 할당을 시도한다면 여전히 높은 충돌 확률을 보인다. 정확한 계산이 아니더라도, 500개의 슬롯을 다시 작은 56개의 부슬롯으로 나누면 총 28,000 개의 부슬롯이 존재한다. 이는 50,000 보다 작은 개수이다. 따라서, 직관적으로 생각해도 5만명을 수용하기는 불가능할 수 있으며, 이러한 상황을 고려할 필요성이 있다.
실시예 2
상술한 상황을 고려하여 단말들의 충돌을 회피하기 위한 방안을 설정할 수 있다. 일 예로, 실시예 2는 상술한 실시예 1에 기초하여 추가적으로 경쟁을 수행하는 실시예 일 수 있다.
보다 상세하게는, 상술한 실시예 1과 같이, 1차적으로 경쟁을 벌인 단말이 다시 2차적으로 경쟁을 수행할 수 있다. 일 예로, CSMA/CA 방식을 거쳐서 충돌 경쟁에서 이긴 단말들이 다시 충돌 감지 경쟁을 수행할 수 있다. 일 예로, 2차 경쟁을 충돌 감지 및 포기(CDAD: Collision Detection And Drop)로 지칭한다. 다만, 상술한 명칭에 제한되지 않으며, 동일한 경쟁에 대해서는 다른 명칭으로 지칭될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
1차적으로 경쟁에서 이긴 단말은 해당 선택 제 1 부슬롯의 다음 부슬롯부터 다시 경쟁을 수행할 수 있다. 1차적 경쟁에서는 선택한 부슬롯 번호가 빠를 경우, 경쟁에서 이긴 것으로 볼 수 있다. 즉, 경쟁에서 우위에 있는 것으로 볼 수 있다. 반면에, 2차적 경쟁에서는 제 2부슬롯을 선택하고 제 2 부슬롯의 번호가 가장 늦은 단말이 경쟁에서 이길 수 있다. 즉, 번호가 가장 늦은 단말이 경쟁에서 우위를 가질 수 있다. 이때, 일 예로, 제 2 부슬롯은 제 1 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯 중에서 하나를 선택할 수 있다. 선택한 제 2부슬롯에서 단말은 다시 신호 센싱을 수행할 수 있다. 이때, 신호 센싱의 결과 다른 단말의 경쟁 신호가 발견되면 경쟁을 포기할 수 있다. 일 예로, 신호 센싱 결과 다른 단말의 경쟁 신호가 발견되면 신호 전송을 드롭(drop)할 수 있다.
일 예로, 도 3을 참조하면, CDAD가 수행될 수 있다. 보다 상세하게는, 단말 A(310), 단말 C(320) 및 단말 D(330)은 동일한 부슬롯을 선택할 수 있다. 이때, 각각의 단말들의 선택은 1차 경쟁일 수 있다. 일 예로, 단말 A(310), 단말 C(320) 및 단말 D(330)는 동일한 부슬롯 2번을 선택할 수 있다. 이 경우, 상술한 실시예 1처럼 1차적 경쟁만 수행한다면 충돌을 피할 수 없다. 따라서, 단말 A(310), 단말 C(320) 및 단말 D(330)는 다시 2차 경쟁을 3번 부슬롯부터 수행할 수 있다.
일 예로, 도 3에서 단말 A(310), 단말 C(320) 및 단말 D(330)는 각각 2번 부슬롯 이후 경쟁 신호를 전송할 수 있다. 이때, 일 예로, 단말 D(330)는 제 2 부슬롯으로 4번 부슬롯을 선택할 수 있다. 따라서, 단말 D(330)는 부슬롯 4번에서 신호 센싱을 수행할 수 있다. 이때, 단말 A(310)와 단말 C(330)가 경쟁 신호를 전송하고 있기 때문에, 단말 D(330)는 이 신호를 감지하고, 경쟁을 포기할 수 있다. 즉, 단말 D(330)는 더 이상 경쟁 신호를 전송하지 않을 수 있다. 또한, 일 예로, 단말 C(320)는 부슬롯 6번을 선택하여, 부슬롯 6번에서 센싱을 수행할 수 있다. 이때, 단말 A(310)는 지속적으로 경쟁 신호를 전송하고 있는바, 단말 C(320)는 경쟁 신호를 감지하고, 역시 경쟁을 포기할 수 있다. 또한, 일 예로, 단말 A(310)는 부슬롯 54번에서 신호 센싱을 수행하여 다른 경쟁 신호가 없음을 확인할 수 있다. 따라서, 단말 A(310)는 55번 부슬롯까지 경쟁 신호를 전송하고, 최종적으로 경쟁에서 승리할 수 있다. 따라서, 단말 A(310)는 주 채널의 슬롯 s를 사용하여 데이터 전송을 수행할 수 있다.
CDAD 는 기존의 충돌 경쟁 방식에서 한 단계 더 진보된 충돌 경쟁 방식일 수 있다. 이제 직관적으로 따져보아도 50,000명보다 더 많은 부슬롯 수를 가질 수 있다. 일 예로, 500*56*55 는 1,540,000 이다. 55를 곱하는 이유는 대규모 연결에서 단말이 많은 경우 대부분 0번 부슬롯을 선택한 단말들만 CSMA/CA 경쟁에서 살아남기 때문이다. 따라서, 살아남은 단말들은 1번부터 55번까지 CDAD 경쟁을 추가로 거치게 된다.
이때, 상술한 바에 기초하면, 50,000/1,540,000을 계산하여 약 3.2% 값이 도출될 수 있다. 도 4는 상술한 바에 기초하여 시물레이션한 값일 수 있다. 유저수가 50명, 500명, 5000명에 대한 그래프가 보여진다. 여기서, 그래프의 가로축은 할당하려는 슬롯 수이다. 5000명이 10개의 슬롯을 할당하려고 할 때, 다시 말해, 50000명이 하나의 슬롯을 할당하려고 할 때의 충돌확률은 약 2% 로 직관적으로 계산한 값과 유사한 수치를 보이며, 더구나 채널의 슬롯 절반이 사용중인 경우라 할지라도 충돌 확률은 약 4% 정도 밖에 되지 않을 수 있다.
따라서, 5만개나 되는 대규모 단말들의 충돌을 효과적으로 회피할 수 있다.
즉, 실시예 2에 기초하면, 첫 단계로는 각 단말이 1초에 500개가 되는 슬롯으로 분산해 들어가서 충돌을 회피할 수 있다. 두 번째 단계로 해당 슬롯의 앞 슬롯에서 경쟁 대행 채널을 통해서 CSMA/CA 경쟁을 수행하여 충돌을 회피할 수 있다. 또한, 마지막 단계로 두 번째 경쟁에서 이긴 단말들끼리 CDAD 경쟁을 수행하여 충돌을 회피할 수 있다.
일 예로, 도 4 에서 비동기 방식의 CSMA/CA 방식의 성능을 함께 보여주고 있다. 이때, 가로 축은 슬롯 수가 아니라 유저 수이다. 여기서, back-off window의 수는 WIFI 에서 사용하는 1024 개를 사용하였고, 충돌이 일어나지 않으면, 다음 경쟁 수행시 백오프 윈도우 수를 반으로 줄이는 절차를 시행하였다. 유저 수가 10명이 되면, 충돌 확률이 10%가 넘고, 50명의 유저 수에서 거의 20%의 충돌 확률을 보인다.
아직 동기된 분산 시스템에서 비동기에서 사용하는 CSMA/CA방식을 사용하는 예는 없다. 본 발명에서는 동기 분산 시스템에 CSMA/CA 경쟁방식을 경쟁 대행 채널에 도입함과 동시에 CDAD 란 새로운 2차 경쟁 방식을 제안하고 있다.
또한, 일 예로, TDMA(Time Division MultipleAccess) 시스템 중에서 SOTDMA(Self Organized Time Division MultipleAccess)가 있다. 동기 분산 통신 시스템에서 유일하게 상용화된 경우이다.
하기에서는 TDMA 중에서도 SOTDMA 에 한정하여 본 발명의 적용 방법에 대해 서술한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 확장되는 것도 가능하면, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
일 예로, 선박 통신에서 상용화된 SOTDMA는 슬롯을 한번 할당하면 연속된 비트(continuous bit)인 C 비트를 활용하여 계속 그 슬롯을 점유할 수 있다. 즉, C 비트가 '1' 이면 다음 프레임에서도 같은 슬롯을 계속 사용할 수 있다.
SOTDMA 를 이용한 분산 통신 시스템의 경우 어떤 슬롯을 할당한 이후에도 충돌이 생길 수 있다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 숨겨진 노드 문제(Hidden node problem)에서 충돌이 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 단말 A(510)의 신호는 우측하단으로 빗금친 원(“＼”표시된 원)안에만 도달하고, 단말 B(520)의 신호는 좌측 하단으로 빗금친 원(“/”표시된 원) 안에만 도달한다. 단말 A(510)와 단말 B(520)가 슬롯 s 를 이용하여 통신을 하고 있다. 즉, 동일한 시간 구간으로서 슬롯 s를 이용하지만 공간 상의 이유로 문제가 될 수 있다. 일 예로, 슬롯 s를 통하여 통신이 이루어질 때, 단말 A(510)와 단말 B(520)의 주변 단말들은 모두 조용히(또는 슬립 상태) 있어야 한다. 그렇지 않으면, 신호 전송에 충돌이 발생할 수 있다. 이때, 단말 A(510)가 단말 B(520)에게 신호를 전송할 경우, 단말 C(530)는 이미 그 전 프레임에서 단말 A(510)가 전송하는 신호를 검출했기 때문에, 이번 프레임에서도 단말 A(510)의 신호 전송을 미리 알고 조용히 있을 수 있다. 그러나, 단말 D(540)는 단말 A(510)의 신호가 도달하지 않기 때문에 슬롯 s 가 비었다고 판단할 수 있다. 따라서, 단말 D(540)는 슬롯 s에서 신호를 전송할 수 있고, 실제 단말 D(540)가 신호를 전송할 경우, 두 신호는 단말 B에서 충돌할 수 있다. 이때, 일 예로, 상술한 충돌을 피하기 위하여 하기에서는 슬롯 클리어링에 대해 서술한다.
슬롯 클리어링은 첫 번째 CSMA/CA 방식의 충돌 경쟁에서 0번 슬롯을 클리어링 슬롯으로 예약함으로써 이루어질 수 있다. 일 예로, 주파수가 다른 경쟁 대행 채널을 이용하여 첫 번째 경쟁을 수행하는 단계에 있어서, 경쟁 대행 채널의 슬롯은 다시 작은 부슬롯으로 나누어 질 수 있다. 상술한 실시예 1 또는 실시예 2에서처럼 56개의 부슬롯을 가정할 수 있다. 이렇게 나누어진 부슬롯 중에서 실제 경쟁은 부슬롯 0번을 제외한 나머지 부슬롯들로 이루어질 수 있다. 즉, 새로이 슬롯을 할당하고자 하는 단말은 첫 번째 CSMA/CA 경쟁을 부슬롯 1번부터 부슬롯 55번까지를 이용하여 수행하는 것이다. 그러나, 신호의 센싱은 0번 부슬롯을 포함할 수 있다.
SOTDMA 에서 주 채널의 슬롯을 이미 점유한 경우, 해당 슬롯 s를 계속 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 이때, 경쟁 대행 채널의 이전 슬롯 s-1에서 부슬롯 0번부터 경쟁 신호를 송신할 수 있다. 이렇게 할 경우, 주변의 다른 단말들은 0번 이후의 부슬롯을 선택하므로 무조건 경쟁에서 지게 된다. 따라서, 주 채널의 해당 슬롯은 해당 슬롯을 차지한 두 단말이 지속적으로 사용할 수 있다.
이와 같이 이미 점유한 주 채널의 슬롯 s 를 지속적으로 충돌 없이 사용하기 위하여, 경쟁 대행 채널의 이전 슬롯 s-1 에서 부슬롯 0번부터 경쟁 신호를 송신하여 주변 단말들이 해당 슬롯 s를 사용하려는 시도를 막는 것을 "슬롯 클리어링" 이라고 지칭할 수 있다.
지금부터는 본 발명에서 제안하는 슬롯 경쟁 방식과 클리어링 기법을 혼합하여 우선권을 설정하는 세가지 방법을 서술한다. 우선권을 설정하면, 우선권이 있는 특정 단말들의 충돌 확률을 크게 낮출 수 있다. 일 예로, 우선권은 특정 관련 단말에게만 부여된다고 가정할 수 있다. 다만, 우선권 설정 방법은 다양하게 수행될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
실시예 3-1
첫 번째 우선권 설정 방법은 다음과 같다. 상술한 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하게 주파수가 다른 경쟁 대행 채널을 이용하여 CSMA/CA 경쟁을 수행하는 단계에 있어서, 경쟁 대행 채널의 슬롯은 56개의 부슬롯으로 나누어져 있다고 가정할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, 부슬롯의 수는 가변될 수 있고, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
이때, 0번 부슬롯은 우선권 단말이 사용하는 슬롯 클리어링 부슬롯으로 예약할 수 있다. 그리고, 1번 부슬롯은 우선권이 있는 단말이 우선권이 없는 단말을 클리어링하는 슬롯으로 예약할 수 있다. 다음으로, 2번 부슬롯은 우선권이 없는 단말들 사이의 클리어링 슬롯으로 예약할 수 있다.
상술한 환경에서, 우선권이 있는 단말은 부슬롯 1번을 선택하여 우선권이 없는 단말들의 송신을 막을 수 있다. 이후, 부슬롯 2번부터 마지막 부슬롯까지 우선권 있는 단말들이 경쟁을 수행할 수 있다. 이때, 일 예로, 우선권 경쟁 후에는 상술한 실시예 2처럼 2차 경쟁인 CDAD를 추가로 수행할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
일 예로, 도 6을 참조하면, 단말 A(610)와 단말 D(630)는 우선권이 있고, 단말 C(620)는 우선권이 없는 단말일 수 있다. 다만, 이는 하나의 일 예일 뿐, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 단말 A(610)와 단말 D(630)는 부슬롯 1번에 신호를 전송하여 우선권이 없는 단말에 대한 클리어링을 수행할 수 있다. 이 클리어링 결과, 우선권이 없는 단말 C는 경쟁에서 무조건 지게 될 수 있다. 다음으로, 단말 A(610)와 단말 D(630)는 다시 부슬롯 2번부터 부슬롯 55번까지 경쟁을 수행할 수 있다. 이때, 단말 A(610)는 부슬롯 4번을 단말 D(630)는 부슬롯 6번을 선택하는 경우, 단말 A(610)가 경쟁에서 이길 수 있다. 즉, 단말 A(610)가 경쟁에서 우선 순위를 가질 수 있다. CSMA/CA 경쟁에서 1차적으로 이긴 A 단말(610)은 다시 2차적으로 CDAD 경쟁을 수행할 수 있다. 도 6에서 단말 A(610)는 제 2 부슬롯 54번을 선택하는 CDAD 경쟁을 수행할 수 있다.
실시예 3-2
두번째 우선권 설정 방법은 다음과 같다. 상술한 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하게 주파수가 다른 경쟁 대행 채널을 이용하여 CSMA/CA 경쟁을 수행하는 단계에 있어서, 경쟁 대행 채널의 슬롯은 56개의 부슬롯으로 나누어져 있다고 가정할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, 부슬롯의 수는 가변될 수 있고, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 0번 부슬롯은 우선권 단말들의 클리어링 슬롯으로 예약될 수 있다. 그리고, 1번 부슬롯부터 N 번 부슬롯까지는 우선권이 있는 단말만 선택할 수 있다. 우선권이 없는 단말들은 N+1 번 부슬롯을 우선권이 없는 단말의 클리어링 슬롯으로 예약할 수 있다. 그리고, N+2 번부터 55번 마지막 부슬롯까지 중 한 부슬롯을 선택하는 경쟁을 수행할 수 있다. 이때, N 범위는 2부터 53까지가 될 수 있다.
상술한 환경하에서, 우선권이 있는 단말 중 단 하나라도 슬롯 점유를 시도하면, 우선권이 없는 단말들은 경쟁에서 모두 지게 될 수 있다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 단말 A(710)와 단말 D(730)는 우선권이 있고, 단말 C(720)는 우선권이 없을 수 있다. 또한, 일 예로, N이 6인 경우에서 단말 A(710)와 단말 D(720)는 각각 부슬롯 번호 2와 4를 선택할 수 있다. 따라서 단말 A 가 경쟁에서 이길 수 있다. 이때, 우선권이 없는 단말 C(720)는 경쟁에서 무조건 지게 된다. CSMA/CA 경쟁에서 1차적으로 A 단말은 다시 2차적으로 CDAD 경쟁을 수행할 수 있다.
실시예 3-3
세번째 우선권 설정 방법은 다음과 같다.
상술한 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하게 주파수가 다른 경쟁 대행 채널을 이용하여 CSMA/CA 경쟁을 수행하는 단계에 있어서, 경쟁 대행 채널의 슬롯은 56개의 부슬롯으로 나누어져 있다고 가정할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, 부슬롯의 수는 가변될 수 있고, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 0번 부슬롯은 우선권 단말들의 클리어링 슬롯으로 예약될 수 있다. 그리고, 우선권이 있는 단말은 1번 부슬롯부터 N 번 부슬롯까지 중 한 부슬롯을 선택할 수 있다. 우선권이 없는 단말들은 1 번 부슬롯부터 55번 마지막 부슬롯까지 중 한 부슬롯을 선택하는 경쟁을 수행할 수 있다. 이때, 일 예로, N 범위는 2부터 53까지가 될 수 있다.
상술한 환경에서, 우선권이 있는 단말은 단지 우선권이 없는 단말보다 더 높은 경쟁 승리 확률을 가질 뿐이다. 항상 우선권이 없는 단말에 이길 수 있는 것이 아니다.
보다 상세하게는, 도 8을 참조하면, 단말 A(810)와 단말 D(830)는 우선권이 있고, 단말 C(820)는 우선권이 없을 수 있다. 이때, N이 6이고, 단말 A(810)와 단말 D(830)는 각각 부슬롯 번호 2와 4를 선택할 수 있다. 다만 일 예로, 우선권이 없는 단말 C(820)가 부슬롯 1번을 선택하는 경우라면, 단말 C(820)는 우선권이 없더라도 경쟁에서 이길 수 있다. CSMA/CA 경쟁에서 1차적으로 승리한 C 단말(820)은 다시 2차적으로 CDAD 경쟁을 수행할 수 있다.
일 예로, 이러한 우선권 설정은 채널의 모든 슬롯에 대해서 이루어질 수도 있고, 일부 슬롯에 대해서만 이루어질 수 있다.
마지막으로 SOTDMA에서의 슬롯 할당 시에 특수하게 일어나는 ACK 전송을 위한 클리어링 방법을 기술한다.
위에서 설명하였듯, 부슬롯 0번은 주로 이미 할당한 슬롯에 대한 클리어링 부슬롯으로 예약될 수 있다. 여기서 추가적으로 부슬롯 1번을 할당 요청에 응답하는 ACK 신호를 위한 클리어링 부슬롯으로 예약할 수 있다. A 단말은 경쟁에서 승리한 후, 슬롯 s에 슬롯 할당 신호를 전송하여, 단말 B에게 할당을 요청할 수 있다. 따라서, 단말 B는 이미 그 슬롯이 다른 단말에 의하여 사용 중인 슬롯이 아니라면 우선적으로 사용권을 획득해야 한다. 따라서, 부슬롯 1번을 할당 요청에 응답하는 ACK 신호를 위한 클리어링 부슬롯으로 예약하면, 자원 할당시의 빈번한 충돌을 방지할 수 있다. 단말 B는 부슬롯 1번에서 클리어링을 수행한 후에, 앞서 기술한 바와 같이 제 1부슬롯을 선택하여 CSMA/CA 방식으로 경쟁하고, 이후 다시 제 2 부슬롯을 선택하여 CDAD 방식으로 경쟁할 수 있다.
도 9는 본 발명에서 충돌을 회피하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 단말은 제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 제 1 슬롯을 결정할 수 있다. (S910) 또한, 단말은 제 1 슬롯 이전 슬롯인 제 2 슬롯에서 주파수가 다른 경쟁 채널을 통하여 다른 단말들과 경쟁을 수행할 수 있다.(S920) 이때, 도 1 내지 도 8에서 상술한 바와 같이, 제 1 슬롯은 단말이 데이터를 전송하기 위한 슬롯일 수 있다. 또한, 제 2 슬롯은 제 1 슬롯 바로 직전에 위치한 슬롯일 수 있다. 또 다른 일 예로, 제 2 슬롯은 제 1 슬롯 바로 직전이 아니더라도 제 1 슬롯 이전에 위치하는 슬롯일 수 있다. 즉, 제 2 슬롯은 데이터 전송이 수행되는 제 1 슬롯 이전에 경쟁을 수행하기 위해 설정되는 슬롯일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
다음으로, 단말은 경쟁에 기초하여 제 1 주파수 채널에서 대이터 전송을 수행할 수 있다. (S930) 이때, 도 1 내지 도 8에서 상술한 바와 같이, 단말은 경쟁을 제 2 주파수 채널에서 수행할 수 있다. 즉, 단말은 제 2 슬롯에서 제 2 주파수 채널을 이용하여 경쟁을 수행할 수 있다. 이때, 제 1 주파수 채널은 데이터 전송을 수행하는 주 채널이고, 제 2 주파수 채널은 경쟁 대행 채널일 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 이때, 일 예로, 제 2 주파수 채널은 제 1 주파수 채널보다 협대역 채널일 수 있다. 또한, 제 1 주파수 채널 및 제 2 주파수 채널은 인접한 채널이거나 떨어져 있는 채널일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함할 수 있다. 이때, 단말은 부슬롯들 중 제 1 부슬롯을 선택할 수 있다. 즉, 단말은 부슬롯들 중 특정 부슬롯을 선택할 수 있다. 단말은 상술한 제 2 슬롯 내의 첫 번째 부슬롯부터 제 1 부슬롯까지 캐리어 센싱을 수행할 수 있다. 이때, 단말이 제 1 부슬롯까지 신호를 검출하지 못하는 경우, 단말은 제 1 부슬롯부터 제 2 슬롯내의 마지막 부슬롯까지 경쟁 톤 신호를 전송할 수 있다. 또한, 제 1 슬롯에서 제 1 주파수를 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다. 즉, 단말은 제 1 부슬롯까지 다른 신호가 없으면 부슬롯을 경쟁 톤 신호로 점유하고, 다음 슬롯인 제 1 슬롯에서 데이터 전송을 수행할 수 있다.
또한, 단말이 캐리어 센싱을 수행하는 동안 다른 단말의 경쟁 톤 신호를 센싱하는 경우, 단말은 데이터 전송을 드롭할 수 있다. 즉, 단말은 다른 경쟁 톤 신호에 기초하여 부슬롯들이 점유되어 있으면, 다음 슬롯인 제 1 슬롯에서 데이터 전송을 수행하지 않을 수 있다.
또 다른 일 예로, 단말은 제 2 슬롯 내의 제 1 부슬롯 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯 중에서 제 2 부슬롯을 더 선택할 수 있다. 이때, 복수 개의 단말이 제 1 부슬롯을 선택한 경우, 복수 개의 단말들은 제 1 부슬롯부터 경쟁 톤 신호를 전송할 수 있다. 단말은 제 2 부슬롯에서 신호 센싱을 더 수행할 수 있다. 이는, 상술한 바와 같이 수천 또는 수만의 단말이 존재하는 경우라면, 한정된 부슬롯 수에 기초하여 충돌 회피를 효율적으로 수행하지 못할 수 있다. 따라서, 동일한 부슬롯을 선택한 단말들에 대해서는 이후 부슬롯에서 신호 센싱을 한번 더 수행하도록 할 수 있다. 이때, 단말이 제 2 부슬롯에서 경쟁 톤 신호를 센싱하는 경우, 단말은 제 2 부슬롯부터 경쟁 톤 신호 전송을 중단하고, 데이터 전송을 드롭할 수 있다. 반면, 단말이 제 2 부슬롯에서 경쟁 톤 신호를 센싱하지 못하는 경우, 제 1 슬롯에서 제 1 주파수를 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 두 번째로 센싱하는 부슬롯이 뒤에 있는 단말이 경쟁에서 이길 수 있으며, 이를 통해 다음 슬롯인 제 1 슬롯에서 데이터 전송을 수행할 수 있다.
도 10는 단말 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
단말 장치(100)는 무선 신호를 송신하는 송신부(110), 무선 신호를 수신하는 수신부(120) 및 송신부(110)와 수신부(120)를 제어하는 프로세스(130)를 포함할 수 있다. 이때, 단말(100)은 송신부(110) 및 수신부(120)를 통해 외부 디바이스와 통신을 수행할 수 있다. 이때, 외부 디바이스는 다른 단말 장치, 기지국 또는 그 밖에 통신을 수행할 수 있는 장치일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
이때, 상술한 바와 같이 단말이 슬롯을 선택하고, 동작을 수행하는 구성은 프로세서(130)에 기초하여 수행될 수 있다. 또한, 다른 구성을 더 포함하는 것도 가능하며, 상술한 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 상술한 구성은 본 발명을 수행하기 위한 최소한의 구성일 수 있으며, 추가 구성이 포함되는 것도 가능할 수 있다.
아울러, 상술한 본 발명의 단말 장치는 모바일 단말로서 스마트폰에 한정되지 않는다. 일 예로, 단말 장치는 드론, 차량, IoT 디바이스 및 기타 장치 중 어느 하나일 수 있다. 일 예로, 본 발명에 기초하여 드론 간 충돌 회피를 수행할 수 있다. 또한, 일 예로, 본 발명에 기초하여 차량 간 통신에 기초하여 차량 간의 충돌 회피를 수행할 수 있다. 또한, 일 예로, 가전 기기로서 복수의 기기들의 충돌을 회피할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
즉, 통신을 수행할 수 있는 장치로서, 충돌 회피가 필요한 경우에는 상술한 발명이 적용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 일 예로, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 명세서의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
그리고 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 분산 시스템에 한정되지 않고, 동일하게 동작할 수 있는 다른 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말이 충돌을 회피하는 방법에 있어서,
    제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 제 1 슬롯을 결정하는 단계;
    상기 제 1 슬롯 이전 슬롯인 제 2 슬롯에서 다른 단말들과 경쟁(Contention)을 수행하는 단계; 및
    상기 경쟁에 기초하여 상기 제 1 주파수 채널에서 상기 데이터 전송을 수행하는 단계;를 포함하되,
    상기 제 2 슬롯에서 수행되는 상기 경쟁은 제 2 주파수를 통해 수행되는, 충돌 회피 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고,
    상기 단말은 상기 부슬롯들 중 제 1 부슬롯을 선택하고,
    상기 단말은 상기 제 2 슬롯내의 첫 번째 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 수행하는, 충돌 회피 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단말이 상기 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하지 못하는 경우, 상기 단말은 상기 제 1 부슬롯부터 상기 제 2 슬롯내의 마지막 부슬롯까지 경쟁 신호를 전송하고,
    상기 제 1 슬롯에서 상기 제 1 주파수를 통해 상기 데이터 전송을 수행하는, 충돌 회피 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 단말이 상기 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하는 경우, 상기 단말은 상기 데이터 전송을 포기하는, 충돌 회피 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단말이 상기 제 1 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 검출하지 못하는 경우,
    상기 단말은 상기 제 2 슬롯 내의 상기 제 1 부슬롯 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯 중에서 제 2 부슬롯을 더 선택하고,
    상기 단말은 상기 제 1 부슬롯부터 제 2 부슬롯 전까지 경쟁 신호를 전송하고, 상기 단말은 상기 제 2 부슬롯에서 캐리어 센싱을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단말이 상기 제 2 부슬롯에서 상기 수행한 캐리어 센싱을 통해 다른 경쟁 신호가 있다고 판단하면 상기 단말은 상기 제 2 부슬롯부터 상기 경쟁 신호 전송을 중단(drop)하고, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하는 충돌 회피 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 단말이 상기 제 2 부슬롯에서 상기 수행한 캐리어 센싱을 통해 다른 경쟁 신호가 없다고 판단하면 상기 단말은 상기 제 2 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지 다시 경쟁 신호를 전송하고, 상기 제 1 슬롯에서 상기 제 1 주파수를 통해 상기 데이터 전송을 수행하는, 충돌 회피 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 채널은 주 주파수 채널이고,
    상기 제 2 주파수 채널은 경쟁 대행 채널인, 충돌 회피 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 동기식 무선 통신 시스템인, 충돌 회피 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수의 경쟁 신호는 톤 신호인, 충돌 회피 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고,
    상기 복수 개의 부슬롯 중에서 첫 번째 부슬롯을 이전 프레임에서 상기 제 1 슬롯을 사용했던 단말을 위한 슬롯 클리어링 부슬롯으로 지정하고,
    상기 이전 프레임에서 상기 제 1 슬롯을 사용했던 상기 단말은 상기 슬롯 클리어링 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송하는, 충돌 회피 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 우선권이 없는 단말은 상기 슬롯 클리어링 부슬롯에서 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 두 번째 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 상기 제 2 슬롯내의 두 번째 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고,
    상기 복수 개의 부슬롯 중에서 임의의 한 슬롯을 우선권 단말을 위한 우선권 부슬롯으로 지정하고,
    상기 우선권이 있는 단말은 상기 우선권 부슬롯 전까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 상기 우선권 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송하고,
    우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 상기 제 2 슬롯내의 상기 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 우선권이 없는 단말은 상기 우선권 부슬롯까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 상기 제 2 슬롯내의 상기 우선권 부슬롯의 다음 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고,
    상기 복수 개의 부슬롯 중에서 임의의 연속된 복수개 슬롯을 우선권 단말을 위한 우선권 부슬롯 그룹으로 지정하고,
    상기 우선권이 있는 단말은 상기 우선권 부슬롯 그룹 전까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 상기 우선권 부슬롯 그룹에서 제 1 부슬롯을 선택하고,
    상기 우선권 부슬롯 그룹 시작부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 우선권이 없는 단말은 상기 우선권 부슬롯 그룹의 끝까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯 그룹의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 상기 제 2 슬롯내의 우선권 부슬롯 그룹의 다음 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 우선권이 없는 단말은 상기 우선권 부슬롯 그룹 전까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, 우선권 부슬롯 그룹의 시작 부슬롯부터 상기 제 2 슬롯내의 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하고,
    상기 우선권 부슬롯 그룹의 시작 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬롯은 복수 개의 부슬롯(Sub-slot)들을 포함하고,
    상기 복수 개의 부슬롯들 중에서 두 번째 슬롯을 슬롯 할당 요청을 받은 단말을 위한 ACK 클리어링 부슬롯으로 지정하고,
    상기 슬롯 할당 요청을 받은 단말이 상기 ACK 클리어링 부슬롯 전까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호를 검출하면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호를 검출하지 않으면, 슬롯 할당 요청을 받은 단말이 상기 ACK 클리어링 부슬롯에서 경쟁 신호를 전송하는, 충돌 회피 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 슬롯 할당 요청을 받지 않은 단말은 상기 ACK 클리어링 부슬롯까지 캐리어 센싱을 수행하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되면, 상기 제 1 슬롯에서의 데이터 전송을 포기하고,
    상기 캐리어 센싱에서 경쟁 신호가 검출되지 않으면, ACK 클리어링 부슬롯의 다음 부슬롯부터 마지막 부슬롯까지의 부슬롯들 중에서 제 1 부슬롯을 선택하여, 상기 제 2 슬롯내의 ACK 클리어링 부슬롯의 다음 부슬롯부터 상기 제 1 부슬롯 전까지 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 더 수행하는, 충돌 회피 방법.
  20. 무선 통신 시스템에서 충돌 회피를 수행하는 단말에 있어서,
    신호를 전송하는 송신부;
    신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부 및 수신부를 제어하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    제 1 주파수 채널에서 데이터 전송을 수행하는 제 1 슬롯을 결정하고,
    상기 제 1 슬롯 이전 슬롯인 제 2 슬롯에서 다른 단말들과 경쟁(Contention)을 수행하고,
    상기 경쟁에 기초하여 상기 제 1 주파수 채널에서 상기 송신부를 이용하여 상기 데이터 전송을 수행하되,
    상기 제 2 슬롯에서 수행되는 상기 경쟁은 제 2 주파수를 통해 수행되는, 충돌 회피를 수행하는 단말.
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