KR100926669B1 - 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템에 관한 것으로서, 송신단은 작은 크기의 인코딩된 블록들로 구성된 프레임을 전송하고, 수신단은 오류가 생긴 블록만을 폐기하고 오류가 없는 블록들을 사용하도록 함으로써, 네트워크의 자원을 효율적으로 사용하는 신뢰성 전송 방식을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전송하고자 하는 콘텐츠를 소정 크기의 블록들로 나누고, 블록들을 소거 회복 코드(Erasure resilient code)를 이용하여 인코딩하며, 인코딩된 소정 크기의 블록들을 모아 무선 센서 네트워크의 전송단위인 프레임을 구성하는 송신단; 상기 송신단으로부터 상기 프레임을 수신하여, 오류가 발생한 블록은 폐기하고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 수신단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

순방향 오류 수정(Forward Error Correction) 코드 방식, 소거 회복 코드(Erasure resilient code), 신뢰성 데이터 전송 방식

Description

소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템{SYSTEM FOR TRANSMITTING DATA USING ERASURE RESILIENT CODE}

본 발명은 소거 회복 코드(Erasure resilient code: ERC)를 이용한 무선 센서 네트워크에서의 신뢰성 보장을 위한 데이터 전송방식으로서, 보다 구체적으로는 송신단은 콘텐츠를 작은 크기의 블록들로 나눈 뒤 인코딩한 후, 인코딩된 블록들로 구성된 프레임을 전송하며, 수신단은 수신된 프레임중 오류가 생긴 블록만을 폐기하고, 오류가 없는 블록들은 재전송 및 디코딩을 위하여 사용함으로써, 오류가 생긴 프레임전체에 대한 재전송이 없으며, 네트워크를 효율적으로 사용하는 전송방식에 관한 것이다.

일반적으로, 송신자가 전송하는 모든 패킷을 수신자가 오류 없이 모두 수신을 하기 위하여, 즉 신뢰적 데이터 전송을 위하여 무선 센서 네트워크에서는 자동 반복요청(Autumatic Repeat Request: ARQ) 방식이 사용된다.

통신환경이 나쁜 무선 센서 네트워크에서, 전송 중 프레임에 오류가 생기면 기존의 ARQ 방식은 1 bit의 오류가 있을 시에도 전체 프레임을 폐기하고 다시 재전송을 요구하였다.

예를 들어, 100 Byte의 프레임이 수신이 되었을 경우, 1 bit의 에러 시 나머지 에러가 없이 수신된 99 Byte + 7 Bit 는 사용을 하지 않고 폐기하며, 송신자에게 해당 프레임을 다시 재전송 하도록 요구한다.

본 발명에서는, 작은 블록들을 모아서 하나의 패킷(프레임)을 구성하도록 하며, 에러 발생시 에러가 있는 블록만을 폐기하고 에러가 없는 블록은 추출하여 재전송 및 디코딩을 위하여 사용함으로써 네트워크 효율을 증가시킨다. 신뢰성이 보장되어야 하는 환경에서 사용되었던 오류 패킷에 대한 재전송 방식을 대치하기 위하여, 소거 회복 코드(Erasure-Resilient Code)를 사용하여 폐기시킨 에러블록에 대한 재전송이 필요 없게 하였으며, 새로운 블록을 수신하여 수신자는 송신자가 보내고자 하는 original 파일을 디코딩을 통하여 복구할 수 있다.

Erasure-Resilient Code는, 순방향 오류 수정(Forward Error Correction: FEC) 코드 방식으로 호칭되기도 하는데, 네트워크에서 데이터 전송 중 패킷의 손실 시 클라이언트(client) 측에서 손실된 패킷의 재전송 없이 복구할 수 있도록 하는 블록 인코딩 전송 방법이다.

다시 말해, 콘텐츠 서버(Content Server)가 인코딩된 패킷을 전송하면, 데이터를 수신한 클라이언트 측에서 패킷의 손실이 발생하더라도 다른 인코딩된 패킷을 추가적으로 수신하면 원상태의 파일을 복구할 수 있다. 이와 같은 이유로, FEC는 클라이언트가 패킷의 손실을 스스로 복구할 수 있는 순방향 오류 수정 방식이라고 한다.

유선 및 무선 네트워크에서 적용되는 전통적인 패킷 복구 FEC는 인코딩 후 생성되는 블록의 크기와 전송되는 패킷의 크기를 동일하게 설정하며, 인코딩후 생성되는 패킷의 수는 original 패킷의 수보다 크게 하여 인코딩을 수행한다.

위의 패킷손실을 위한 FEC 방식뿐만 아니라 bit 에러 복구를 위한 FEC 방식도 있다. bit 에러 복구를 위한 FEC 방식에서는 패킷 1개를 인코딩하며, 인코딩되어진 부분을 패킷후반부에 포함하여 프레임을 구성하고 전송한다. 패킷내부에 bit 에러가 발생할시 인코딩 부분을 이용하여 패킷을 복구하는 방식이다.

유선 네트워크에서는 패킷내부의 에러보다는 패킷자체의 손실이 발생하기 때문에 bit 에러 복구 방식은 주로 무선 네트워크에서 사용된다. 즉, 에러 발생 시 인코딩부분을 이용하여 디코딩하여 패킷을 복구하게 되지만, 에러가 없을 시에는 추가적으로 포함된 인코딩 부분은 필요가 없게 되어서 네트워크 자원을 비효율적으로 사용하게 되며, 또 bit 에러가 많이 발생할 때에는 인코딩 부분만을 이용하여서는 패킷을 복구할 수 없게 되어서, 해당 네트워크 최고 에러율을 고려하여야 한다. 에러율의 변화가 심한 네트워크에서는 부가적으로 첨가된 인코딩 부분으로 인해 네트워크 자원을 비효율적으로 사용하는 결과를 초래한다.

많은 종류의 FEC 인코딩 방식이 존재하는데, 본 발명에서 사용하고자 하는 코드는 레이트리스(Rateless) 코드 방식의 코드들을 사용하고자 한다. LT 코드, Online 코드 등이 Rateless 코드 방식에 해당하며, 기존의 FEC 방식에서는 인코딩 후 생성되는 패킷의 수를 미리 정하여 인코딩을 한다. 즉, original 패킷 및 인코딩 패킷의 수를 에러율을 예측하여 생성하게 된다. 에러율이 예측한 것보다 크게 되어 original 패킷 및 인코딩 패킷을 모두 전송하여도 수신자가 디코딩에 필요한 숫자의 패킷을 수신을 하지 못하였을 때에는 디코딩에 필요한 패킷들이 재전송을 통하여 전송되어야 한다.

Rateless code는 위의 단점을 보완하는 방식으로서, 위와 같은 상황이 발생시 추가적으로 송신자는 새로운 인코딩 패킷을 생성하여 전송을 하게 되며 수신자는 새로 생성된 인코딩 패킷을 이용하여 디코딩을 수행 할 수 있다.

무선 네트워크의 MAC(Media Access Control) 전송단위인 프레임의 헤더는 모든 프레임에 사용하여야 한다. 따라서, 헤더 때문에 발생하는 overhead 를 감소하고 네트워크 효율을 높이기 위하여는 프레임의 크기를 크게 하여 전송하여야 한다. 프레임의 크기가 크면 네트워크 효율이 높아지지만 다음과 같은 문제점을 야기한다.

주어진 무선 네트워크 환경에서 FER(Frame Error Rate)은 프레임의 크기가 커질 가능성이 높아진다. 즉, 프레임의 크기가 커지면 커질수록 프레임의 오류가 발생될 확률이 크게 된다.

따라서, 프레임 에러율을 감소하기 위해서는 작은 크기의 프레임을 선호한다. 네트워크 효율을 높이기 위해서는 크기가 큰 프레임을 사용하여야 하고, 에러율을 줄이기 위해서는 작은 프레임을 사용하여야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 송신단은 작은 크기의 인코딩된 블록들로 구성된 프레임을 전송하고, 수신단은 오류가 생긴 블록만을 폐기하고 오류가 없는 블록들을 사용하도록 함으로써, 네트워크의 자원을 효율적으로 사용하는 신뢰성 전송 방식을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템에 관한 것으로서, 전송하고자 하는 콘텐츠를 소정 크기의 블록들로 나누고, 블록들을 소거 회복 코드(Erasure resilient code)를 이용하여 인코딩하며, 인코딩된 소정 크기의 블록들을 모아 무선 센서 네트워크의 전송단위인 프레임을 구성하는 송신단; 상기 송신단으로부터 상기 프레임을 수신하여, 오류가 발생한 블록은 폐기하고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 수신단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 송신단은, 전송하고자 하는 콘텐츠 데이터를 소정 크기의 블록들로 구성하는 블록 구성부; 상기 블록 구성부를 통해 생성된 블록들을 레이트리스(Rateless) 코드를 사용하여 인코딩한 후, 인코딩된 블록마다 블록별 번호를 확인하기 위한 헤더를 첨가하고, 블록별 에러 여부를 확인하기 위한 CRC(Cyclic Redundancy Checking)를 첨가하는 인코딩부; 상기 블록 구성부를 통해 생성된 블록들과, 인코딩부를 통해 인코딩된 블록들을 모아서 MAC 전송 단위인 프레임을 구성 하는 프레임 구성부; 및 프레임 구성부를 통해 생성된 프레임을 전송하는 프레임 송신부; 를 포함하며, 상기 수신단은, 상기 프레임 송신부로부터 송신된 프레임을 수신하는 프레임 수신부; 및 상기 프레임 수신부를 통해 수신한 프레임을 블록별로 오류 유무를 확인하는 오류 확인부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 블록 구성부는, 상기 콘텐츠 데이터를 MAC(Media Access Control)의 프레임 크기보다 작은 크기의 블록들로 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 인코딩부는, 인코딩하여 생성된 블록의 수를 원본(original) 블록의 수 보다 크도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 프레임 구성부는, 인코딩된 블록만으로 프레임을 구성하거나, 원본(original) 블록을 포함하여 프레임을 구성하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 오류 확인부는, 오류가 발생한 블록은 폐기시키고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 작은 블록들로 구성된 프레임 중 오류가 있는 블록만을 폐기하고, 오류가 없는 블록들은 추출하여 사용함으로써, 불필요한 재전송을 줄일 수 있어 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

한편, 일반 유선 네트워크에서 패킷내부의 오류는 거의 발생하지 않고, 패킷 자체가 손실되는 경우가 대부분인데, 이에 대한 해결책으로 패킷 복구 FEC를 사용하였다. 이와 같은 방식의 패킷 복구 FEC를 무선 네트워크에서도 적용을 하여 오류 패킷을 폐기하고 재전송을 요구하지 않음으로써, 데이터의 중복 수신을 방지하는 방식들도 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방식에서도 소수의 bit 오류가 발생하였을 때 프레임을 모두 폐기함으로써 사용가능한 부분을 낭비하는 단점을 야기한다. 본 발명에서 제안하는 방식은 무선 네트워크에서 오류가 발생된 프레임의 재 사용률을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

또한 프레임의 크기를 FER에 구애 받지 않고 최대크기로 사용할 수 있게 함으로써 기존의 방식(ARQ, 또는 패킷 복구 FEC)과 비교하여 네트워크 효율성을 증대시킬 수 있다.

패킷내부의 오류 복구를 위한 FEC의 경우(프레임내부의 bit 에러 복구) 오류율에 따라 인코딩을 해야 하는 어려움이 있다. 즉, 에러율이 크면 패킷내부에 첨가한 인코딩 정보는 충분하지 않게 되어 복구를 못하게 되며, 에러가 없는 전송일 경우 인코딩 정보는 네트워크 자원을 낭비하는 결과를 야기한다. 반면에, 본 발명에서 사용하고자 하는 Rateless 코드를 사용할 경우 네트워크 상황에 따라서 인코딩을 다시 수행하여 새로운 인코딩 패킷을 생산 전송함으로써, 네트워크 오류율을 미리 예측할 필요를 제거 하였다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템에 관하여 도 1 내지 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 데이터 전송 방식을 보여주는 일예시도이다.

본 발명에 따른 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템(S)은 전체적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이 전송하고자 하는 콘텐츠를 소정 크기의 블록들로 나누고, 블록들을 소거 회복 코드(Erasure resilient code: ERC)를 이용하여 인코딩하며, 인코딩된 소정 크기의 블록들을 모아 무선 센서 네트워크의 전송단위인 프레임을 구성하는 송신단(Sender)과, 송신단으로부터 상기 프레임을 수신하여, 오류가 발생한 블록은 폐기하고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 수신단(Receiver)으로 대분할 수 있다.

즉, 상술한 시스템(S)의 송신단(Sender)은 블록 구성부(100), 인코딩부(200), 프레임 구성부(300), 프레임 송신부(400)를 포함하며, 수신단(Receiver)은 프레임 수신부(500) 및 오류 확인부(600)를 포함한다.

구체적으로, 블록 구성부(100)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 전송하고자 하는 콘텐츠 데이터를 MAC(Media Access Control)의 프레임 크기보다 작은 크기의 블록들로 구성하는 기능을 수행한다.

한편, 무선 센서 네트워크에서 사용 중인 MAC의 프레임은 126Byte가 Maximun 값이다. 즉, 송신자가 보내려고 하는 데이터의 크기가 클 경우 126Byte 사이즈의 크기로 해서 프레임을 구성할 수 있다(프레임 헤더 + 데이터).

본 발명에서 MAC 프레임 크기보다 작은 크기의 블록이라 하면, 20Byte 정도의 크기를 가지는 블록인 것으로서, 5개 정도의 블록이 모여서 하나의 프레임을 구성하거나, 또는 블록의 크기를 더 작게하여 구성할 수 있다.

이때, 블록이 작으면 블록에 사용되는 헤더 및 CRC 부분에 대한 오버헤드가 약간 발생하게 되지만, 네트워크 통신 오류가 심한 경우 블록이 작을수록 더 많은 효과를 발생할 수 있다.

또한, 인코딩부(200)는 블록 구성부(100)를 통해 생성된 블록들을 새로운 인코딩 블록의 생산이 가능한 레이트리스(Rateless) 코드를 사용하여 인코딩한 후, 인코딩된 블록마다 블록별 번호를 확인하기 위한 헤더를 첨가하고, 블록별 에러 여부를 확인하기 위한 CRC(Cyclic Redundancy Checking)를 첨가하는 기능을 수행한다. 이때, 생성된 인코딩 블록의 수는 원본(original) 블록의 수 보다 크도록 한다.

또한, 프레임 구성부(300)는 블록 구성부(100)를 통해 생성된 블록들과, 인코딩부(200)를 통해 인코딩된 블록들을 모아서 MAC 전송 단위인 프레임을 구성하는 기능을 수행한다. 여기서, 프레임을 구성할 때, 인코딩된 블록만으로도 프레임을 구성할 수 있으나, 원본(original) 블록을 같이 포함할 수도 있다.

또한, 프레임 송신부(400)는 프레임 구성부(300)를 통해 생성된 프레임을 송신하고, 프레임 수신부(500)는 상기 송신된 프레임을 수신하는 기능을 수행한다.

그리고, 오류 확인부(600)는 프레임 수신부(500)를 통해 수신한 프레임을 블록별로 오류 유무를 확인하는 기능을 수행한다.

즉, 오류 확인부(600)는 오류가 발생한 블록은 폐기시키고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용한다.

지금까지 상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템(S)은, 수신측에서 특정 블록이 아닌 서로 다른 블록들을 정하여진 수 만큼 수신함으로써, 원본 데이터를 복원하게 된다. 만약, 1 bit 의 오류가 있을 시 오류가 있는 블록을 찾아내고, 그 블록을 제외한 다른 블록들은 원 데이터를 복원하는데 사용가능하다.

한편, 전송율을 증가시키기 위하여 프레임 크기가 큰 것을 선호하게 되는데, 프레임 사이즈가 커질수록 프레임의 오류율이 함께 증가하는 문제로 인해, 기존의 방식은 프레임 크기를 결정하는데 많은 제약이 따랐다.

그러나, 본 발명은 프레임의 오류율과 전송율의 관계를 제거시킴으로써, 프레임의 크기를 시스템이 허용하는 가장 큰 크기로 설정할 수 있으며, 오류가 발생하더라도 프레임 전체를 폐기하는 것이 아닌, 오류가 발생한 해당 블록만을 폐기시킴으로써, 네트워크 효율성을 증대시킬 수 있는 특징적인 장점을 갖는다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 데이터 처리 흐름을 보이는 일예시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100: 블록 구성부 200: 인코딩부

300: 프레임 구성부 400: 프레임 송신부

500: 프레임 수신부 600: 오류 확인부

Claims (6)

1. 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템(S)에 있어서,

   전송하고자 하는 콘텐츠를 MAC(Media Access Control)의 프레임 크기보다 작은 크기의 블록들로 나누고, 블록들을 소거 회복 코드(Erasure resilient code)를 이용하여 인코딩하며, 인코딩된 소정 크기의 블록들을 모아 무선 센서 네트워크의 전송단위인 프레임을 구성하는 송신단;

   상기 송신단으로부터 상기 프레임을 수신하여, 오류가 발생한 블록은 폐기하고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 수신단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신단은,

   전송하고자 하는 콘텐츠 데이터를 MAC(Media Access Control)의 프레임 크기보다 작은 크기의 블록들로 구성하는 블록 구성부(100);

   상기 블록 구성부(100)를 통해 생성된 블록들을 레이트리스(Rateless) 코드를 사용하여 인코딩한 후, 인코딩된 블록마다 블록별 번호를 확인하기 위한 헤더를 첨가하고, 블록별 에러 여부를 확인하기 위한 CRC(Cyclic Redundancy Checking)를 첨가하는 인코딩부(200);

   상기 블록 구성부(100)를 통해 생성된 블록들과, 인코딩부(200)를 통해 인코딩된 블록들을 모아서 MAC 전송 단위인 프레임을 구성하는 프레임 구성부(300); 및

   상기 프레임 구성부(300)를 통해 생성된 프레임을 전송하는 프레임 송신부(400); 를 포함하며,

   상기 수신단은,

   상기 프레임 송신부(400)로부터 송신된 프레임을 수신하는 프레임 수신부(500); 및

   상기 프레임 수신부(500)를 통해 수신한 프레임을 블록별로 오류 유무를 확인하는 오류 확인부(600); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 인코딩부(200)는,

   인코딩하여 생성된 블록의 수를 원본(original) 블록의 수 보다 크도록 하는 것을 특징으로 하는 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 프레임 구성부(300)는,

   인코딩된 블록만으로 프레임을 구성하거나, 원본(original) 블록을 포함하여 프레임을 구성하는 것을 특징으로 하는 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 오류 확인부(600)는,

   오류가 발생한 블록은 폐기시키고, 오류가 발생하지 않은 블록은 추출하여 재전송 또는 디코딩을 위해 사용하는 것을 특징으로 하는 소거 회복 코드를 이용한 데이터 전송 시스템.

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