KR101032604B1 - 분산된 ＴＤＭＡ Ａｄ－ｈｏｃ 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에 관한 것으로서, 특히, 간섭영역에서 데이터 슬롯 충돌을 회피하고 라우팅 오버헤드를 최소화하기 위해 슬롯을 예약하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 분산된 TDMA(Time Division Multiple Access) Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법에 있어서, 송신 단말이 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 데이터 슬롯을 선택하고, 상기 선택된 데이터 슬롯을 통해서 데이터를 전송하고자 하는 수신 단말에 데이터 슬롯 예약하기 위한 요청 메시지를 송신하는 제1 과정과, 상기 수신 단말은 상기 수신된 데이터 슬롯 예약 요청 메시지가 수신되면, 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 상기 송신 단말이 선택한 데이터 슬롯이 사용 가능한지 확인하여 사용 가능하면, 예약 응답 메시지를 상기 송신 단말 및 상기 수신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제2 과정과, 상기 송신 단말은 상기 수신 단말로부터 상기 예약 응답 메시지가 수신되면, 예약 확인 메시지를 상기 수신 단말 및 상기 송신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제3 과정과, 상기 송신 단말에 인접한 이웃 단말들과 상기 수신 단말에 인접한 이웃 단말들은 각각 수신된 상기 예약 응답 메시지 또는 상기 예약 확인 메시지를 3홉 내에 위치한 단말들에게 송신하는 제4 과정을 포함한다.

Description

분산된 ＴＤＭＡ Ａｄ－ｈｏｃ 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법{METHOD FOR SLOTS RESERVATION IN THE DISTRIBUTED TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS AD-HOC NETWORK}
본 발명은 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에 관한 것으로서, 특히, 간섭영역에서 데이터 슬롯 충돌을 회피하고 라우팅 오버헤드를 최소화하기 위해 슬롯을 예약하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기지국과 이동 단말로 구성되는 셀룰러 네트워크와 달리, Ad-hoc 네트워크는 별도의 인프라 구축이 없이 신속하게 통신망을 구축할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이를 가능하게 하기 위해서는 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC) 및 자원 할당 과정이 모두 각 단말들 간에 자율적으로 이루어져야 하며 또한 데이터 전송시 프레임 간의 충돌을 최소화 하도록 이루어 져야 한다. 이를 위해 종래에는 Unifying Slot Assignment Protocol (USAP)을 통해서 각 단말이 충돌 없이 순차적으로 통신 자원을 사용할 수 있는 방법을 제안되었다. USAP-MA(Multiple Access)는 TDMA(Time Division Multiple Access)에 기반을 두고 있으며, 고정 길이 프레임이 일정 시간 간격으로 반복되는 구조를 가지고 있다.
도 1은 종래 TDMA 프레임 구조를 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 종래 기술에서 제안하는 TDMA 프레임 구조는 부스트랩 사이클(bootstrap cycle, 110), 브로드캐스트(broadcast cycle, 120), 그리고 예약(reservation cycle, 130) 이렇게 세 개의 독립적인 사이클로 이루어져 있다. 각 사이클은 여덟 개의 프레임으로 이루어져 있고, 각 프레임은 125 msec 길이를 갖는다. 하지만 각 사이클, 프레임의 길이는 설계에 따라 다르게 적용될 수 있다. 각 125msec 프레임은 다수의 부스트랩 미니 슬롯(bootstrap mini slot, 140), 브로드캐스트 슬롯(broadcast slot, 150), 그리고 예약/스탠바이 슬롯(reservation/standby slot, 160)으로 이루어져 있다.
그런데, 종래 기술(USAP)은 간섭영역(전송거리 3배; 3-hop) 안에서 노드들이 특정한 slot을 중복 예약하여 충돌이 발생하는 것을 회피하는 충돌 해결 방법을 제시하지 않았다. 단순히 전송거리 안에서 중복 사용을 방지하고 있으며, 충돌이 발생한 데이터 packet은 다음 프레임에 재전송 한다. 따라서 종래 기술을 Multi-hop Ad-hoc Network에서 사용할 경우 utilization이 높아질수록 더 많은 충돌이 발생하게 된다.
또한, 종래에서는 브로드캐스트 메시지를 효율적으로 전송하는 것이 어렵다. 가장 단순하게 브로드캐스트를 구현하는 방법은 심플 플로딩(simple flooding)이다. 이것은 자신이 수신한 모든 메시지를 주변 모든 단말들에게 재전송하는 방법으로써, 구현이 비교적 간단하지만 무선 자원의 낭비가 크다는 단점이 있다. 즉, 전체 네트워크에 메시지를 전달하기 위해서는 전체 단말 개수만큼의 전송이 필요하다. 이를 해결하기 위해서 OLSR과 같은 프로토콜에서는 송신 단말이 1홉 이웃 단말들 중에서 일부를 멀티포인트 릴레이(Multipoinnt relay, MPR)로 지정하고, 브로드캐스트 메시지 수신 시 MPR들만 재전송에 참여하게 함으로써 오버헤드를 줄이는 방법을 제시하였다. MPR을 선정하기 위해서 각 단말은 주기적으로 주변 단말들과의 각 단말의 주변 단말정보를 공유할 필요가 있다. 그런데, 이러한 제어 메시지를 일반 데이터와 똑같이 취급할 경우, 충돌로 인해 주변 단말들의 대처가 늦어져 최적의 MPR이 선택되지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 Ad-hoc 네트워크의 간섭 영역에서 데이터 슬롯의 충돌을 최소화하는 슬롯 예약 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 분산된 TDMA(Time Division Multiple Access) Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법에 있어서, 송신 단말이 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 데이터 슬롯을 선택하고, 상기 선택된 데이터 슬롯을 통해서 데이터를 전송하고자 하는 수신 단말에 데이터 슬롯 예약하기 위한 요청 메시지를 송신하는 제1 과정과, 상기 수신 단말은 상기 수신된 데이터 슬롯 예약 요청 메시지가 수신되면, 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 상기 송신 단말이 선택한 데이터 슬롯이 사용 가능한지 확인하여 사용 가능하면, 예약 응답 메시지를 상기 송신 단말 및 상기 수신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제2 과정과, 상기 송신 단말은 상기 수신 단말로부터 상기 예약 응답 메시지가 수신되면, 예약 확인 메시지를 상기 수신 단말 및 상기 송신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제3 과정과, 상기 송신 단말에 인접한 이웃 단말들과 상기 수신 단말에 인접한 이웃 단말들은 각각 수신된 상기 예약 응답 메시지 또는 상기 예약 확인 메시지를 3홉 내에 위치한 단말들에게 송신하는 제4 과정을 포함한다.
본 발명은 분산된 TDMA MAC 프로토콜에서 라우팅 프로토콜과의 계층적 최적화가 반영된 분산된 TDMA Ad-hoc MAC 프로토콜의 프레임 구조를 제공함으로써, 분산된 방식으로 슬롯을 예약하고 데이터를 전송할 수 있고, 간섭영역에서의 충돌을 회피함으로써 전송 성능을 향상시킬 수 있고, RIB(Routing Information Broadcast) 슬롯에서 충돌 없이 라우팅을 위한 OLSR Hello 메시지를 전송할 수 있는 효과가 있다
도 1은 종래 TDMA 프레임 구조를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA 프레임 구조를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지 프레임 구조를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지내의 Hello 필드를 상세히 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 RAT 메시지 프레임 구조를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약하는 예를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약할 경우 충돌이 발생되는 네트워크 토폴로지를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 간섭영역에서 충돌을 최소화하는 슬롯 예약 방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 슬롯 충돌 발생 시 충돌 해결 방법을 제안한다.
즉, 본 발명은 예약 응답 메시지와 예약 확인 메시지가 3홉까지 송신되는 과정에서 우연히 같은 슬롯을 사용하는 경우, 충돌 단말들은 충돌 발생 상황과 관련된 몇 가지 변수들을 미리 정해진 연산식에 대입함으로써 선취 값을 구한 후, 이 값들을 비교해서 해당 슬롯에 대한 최종 소유권을 가리는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA 프레임 구조를 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA 프레임 구조는 라우팅을 위한 OLSR(Optimized Link State Routing) Hello 메시지를 전송하는 구간인 라우팅 정보 방송(Routing Information Broadcast, RIB) 슬롯 필드(210)와, User Data slot의 할당 정보를 교환하여 User Data slot 예약을 수행하는 슬롯 정보 방송(Slot Information Broadcast, SIB) 슬롯 필드(220)와, 실제 data가 전송되는 User Data Slots 필드(230)구간으로 구성된다.
RIB 슬롯들에서 하나의 RIB 슬롯과, SIB 슬롯들에서 하나의 SIB 슬롯은 각 이동 단말에 할당된 슬롯이고, 이러한, 이동 단말에 할당된 RIB 슬롯, SIB 슬롯을 통해서 라우팅을 위한 OLSR Hello 메시지를 전송하고, User Data 슬롯을 예약함으로써 이동 단말들은 User Data를 송수신한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지 프레임 구조를 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지 프레임 구조는 Type 필드(310)와, TX ID 필드(320)와, HELLO 필드(330)와, CRC 필드(340)로 구성되며, 도 2의 RIB 슬롯을 통해서 전송된다.
상기 Type 필드(310)는 프레임 타입으로서, HELLO, RAT(Resource Allocation Table), DATA 세 종류의 타입 중 어느 하나 이상의 타입이 기록되어 있고, 상기 TX ID 필드(320)는 HELLO 메시지 프레임을 전송하는 단말의 ID, 즉 식별자가 기록되어 있고, HELLO 필드(330)는 HELLO 메시지가 기록되어 있다. 그리고, CRC(Cyclic Redundancy Check) 필드(340)는 통신 링크로 전송되어온 데이터 내에 에러 여부를 체크하는 필드이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지내의 Hello 필드를 상세히 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 Hello 메시지내의 Hello 필드는 이미 슬롯이 예약되었음을 나타내는 Reserved 필드(410), Hello 메시지가 발생되는 시간 간격을 나타내는 Htime 필드(420), 자신 단말이 멀티포인트 릴레이로서(Multipoint Relay) 수행할 의지를 나타내는 Willingness 필드(430), 및 이웃 단말의 홉수와 멀티포인트 릴레이로서의 수행 의지의 여부등의 상태 정보를 담고 있는 Neighbor List Map 필드(440)로 구성된다.
이러한, 본 발명의 실시 예에 따른 OLSR Hello 메시지 구조는 Hello 메시지내의 Hello 필드에 포함된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 RAT 메시지 프레임 구조를 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당 테이블(Resource Allocation Table, RAT) 메시지 프레임은 적어도 하나 이상의 RAT Entry와 ACK map을 포함하여 구성된다. 본 발명은 이러한 RAT Entry를 통해 User Data slot의 자원 예약을 요청하는 메시지(Resource Reservation Request message, RR)를 전송하거나, 자원 예약 요청에 대한 ACK (Resource Reservation Acknowledge, RA)를 전송한다. 예약 요청에 대한 ACK를 받으면, 히든 단말이 발생되는 문제점을 방지하기 위해 컨펌(Resource Reservation Confirm, RC)을 전송한다. 상기 히든 단말이라 함은 자원 예약 요청 메시지를 전송한 단말의 이웃 단말 중 예약 응답 메시지를 수신하지 못한 단말로, 예약된 슬롯을 중복 예약하여 충돌을 발생시킬 수 있다. RAT RA, RC Entry는 주변 3홉까지 전송되어 3홉 내의 단말들 간에 충돌 없이 데이터를 전송하도록 조정한다.
각 단말은 자신과 주변 단말의 자원 사용 상태를 알 수 있도록 자원 할당 테이블(RAT, Resource Allocation Table)을 관리한다. 이웃 단말들로부터 받은 자원 할당 정보를 바탕으로 자신의 RAT를 갱신하여 최신의 정보를 유지하도록 한다. RAT RR를 보내거나, RAT RR를 수신한 후 RAT RA를 보낼 때, RAT에 포함되어 사용되는 슬롯을 제외한 나머지 슬롯을 대상으로 예약을 시도한다.
수신한 데이터에 대한 ACK 정보는 bitmap으로 표현하여 전송한다. 수신에 성공한 슬롯의 bit 값을 '1'로 설정한다. 수신에 실패했거나 데이터를 수신하지 못한 슬롯의 bit 값은 '0'으로 설정한다.
이러한 RAT 메시지 프레임은 Type 필드(510), TX ID 필드(520), RAT Entry 1 필드(530), RAT Entry n 필드(540), ACK map 필드(550), CRC 필드(560)를 포함하며, RAT 메시지에는 n개의 RAT Entry 필드가 존재할 수 있다.
상기 Type 필드는 프레임 타입으로서, HELLO, RAT, DATA 세 종류의 타입이 있다. 그리고, TX ID 필드는 RAT 메시지 프레임을 전송하는 단말의 식별자(ID)를 나타내고, RAT Entry는 n개보다 적거나 또는 이상으로 존재할 수 있다. 그리고, ACK map 필드는 수신한 데이터에 대한 acknowledgement map을 나타내며, CRC 필드는 통신 링크로 전송되어온 데이터 내에 에러 여부를 체크하는 필드이다.
그리고, 각각의 RAT Entry는 TX ID 필드(531), RX ID 필드(532), Type 필드(533), Traffic Type 필드(534), Channel 필드(535), Sub-frame Index 필드(536), Sub-frame Allocation Map 필드(537), Number of Frames 필드(538)로 구성된다.
상기 TX ID 필드는 해당 User Data slot을 사용하여 데이터 패킷을 송신하는 단말의 ID를 나타내고, 상기 RX ID 필드는 데이터 패킷을 수신하는 단말의 ID를 나타낸다. 그리고, 상기 Type 필드는 RAT 메시지 프레임 타입을 나타낸다. 이러한 타입에는 자원 요청(Resource Request, RR), 자원 응답(Resource ACK, RA), 자원 확인(Resource Confirm, RC), 자원 갱신(Resource Update, RU)가 있다. 즉, 송신 단말이 수신 단말에게 보내는 RAT 메시지 타입이 자원 요청, 자원 확인인 경우, RAT 메시지 프레임 내의 TX ID 필드(520)와 RAT Entry 내의 TX ID 필드(531)는 동일한 송신 단말의 ID가 포함되는 반면에, 송신 단말이 수신 단말에게 보내는 RAT 메시지 타입이 자원 응답인 경우, RAT 메시지 프레임 내의 TX ID 필드(510)와 RAT Entry 내의 RX ID 필드(532)는 동일한 송신 단말의 ID가 포함된다. 이는 두 개의 단말이 서로 송수신하기 때문이다.
그리고, Traffic Type 필드는 VoIP, video, image, ftp 등을 나타내고, Channel 필드는 Multi-channel 전송을 위한 channel ID를 나타내고, Sub-frame Index 필드는 User Data slots의 몇 번째 sub-frame을 사용하고 있는지를 나타내고, Sub-frame Allocation Map 필드는 Sub-frame 내에서 사용하고 있는 슬롯을 bit map으로 표시한다. 또한, Number of Frames 필드는 해당 슬롯을 사용하는 기간을 frame 수로 표시한다.
3) 사용자 데이터(User Data) 슬롯
User Data 슬롯 구간(230)은 SIB 슬롯(220) 구간에서 이루어진 예약을 바탕으로 실제 데이터를 주고받는 구간이다. User Data 슬롯 구간은 다수의 서브 프레임으로 구성되며, 하나의 서브 프레임은 다수의 슬롯들로 구성된다.
이러한 다수의 서브 프레임 중에서 단말은 일부 서브 프레임의 슬롯을 할당 받고, 할당 받은 슬롯을 통해서 데이터 패킷을 송수신한다.
본 발명에 따른 단말은 한 번의 예약으로 여러 서브 프레임에 걸쳐 여러 슬롯, 여러 채널을 예약할 수 있다. 만약 이미지, FTP 등에서 전송률을 높이기 위해서 여러 서브 프레임에 걸쳐 많은 슬롯을 예약할 시에는 다른 트래픽의 스타베이션(starvation)을 방지하기 위해 전송률을 급격히 높이기보다는 천천히 높이는 제약을 둔다. 멀티캐스팅이나, 브로드캐스팅, 단문 메시지를 전송할 경우 다른 트래픽 보다 높은 우선순위를 가지므로, 경우에 따라 최선 노력 트래픽(best effort traffic)이 이미 예약한 슬롯을 임의로 점유해서 사용할 수도 있다.
예약 시 비어 있는 슬롯이 없는 경우, 최선 노력 트래픽이 이미 예약한 슬롯을 보다 높은 우선순위를 갖는 트래픽을 위해 중복 예약을 통해 사용할 수 있도록 하였다. 이를 위해 송신 단말은 자신의 RAT를 참조하여 최선 노력 트래픽 중 전체 User Data 슬롯 구간을 통틀어 가장 많은 슬롯을 점유하고 있는 것을 선택하고, 해당 트래픽에서 사용 중인 서브 프레임 중에서 프레임 수가(number of frames) 가장 적게 남은 서브 프레임의 슬롯을 예약할 수 있도록 한다.
또한, 음성이나 멀티미디어 데이터와 같은 실시간 데이터를 예약할 때에는, 최대 3 홉까지 중계 단말로 인한 지연을 최소화 하면서 전송할 수 있도록 하기 위해 송신 노드가 전송 경로 상의 중계 단말이 사용할 슬롯을 같이 예약한다.
이러한, 자원 할당 테이블(Resource Allocation Table, RAT)은 단말이 데이터 슬롯을 예약하기 위해 사용되는 테이블로서, 단말에 할당된 데이터 슬롯, 또는 단말이 예약한 데이터 슬롯을 포함하고 있으며, 각 단말별로 가지고 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약하는 예를 나타낸 예시도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 SIB 슬롯은 데이터를 전송하기 위해서 User Data 슬롯을 예약하는 동작을 수행한다. 각 단말은 RIB 슬롯을 미리 할당 받는 것처럼, 미리 정해진 자신의 SIB 슬롯에서 예약을 위한 RAT 메시지를 이웃 단말에게 전송하게 된다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약 과정을 설명하면 다음과 같으며, 도 6에 도시된 숫자는 각 과정이 순차적으로 이루어짐을 나타낸다.
제 ①과정에서 송신 단말(S)은 User Data 슬롯을 예약하기 위해 자신의 자원 할당 테이블(Resource Allocation Table, RAT)를 참조하여 한가한(idle) 슬롯을 선택한 후, 자원 할당 테이블 예약 요청(Resource Allocation Table Reservation Request, RAT RR) 메시지를 수신 단말에 전송하여 수신 단말(R)에게 송신 의사를 전달한다.
제 ②과정에서 자원 할당 테이블 예약 요청 메시지를 수신한 단말은 자신이 가지고 있는 자원 할당 테이블을 참조하여 송신 단말이 선택한 슬롯이 사용 가능한지 확인한다. 그리고, 사용 가능한 슬롯을 bitmap으로 표현하여 자원 할당 테이블 예약 응답 메시지를 전송하여 예약이 되었음을 송신 단말과 이웃 단말들에게 알린다. 상기 이웃 단말들은 수신 단말의 서비스 영역내에 존재하는 단말들로서, 적어도 하나 이상의 이웃 단말이 존재 할 수 있다.
제 ③과정에서 송신 단말이 자원 할당 테이블 예약 응답(Resource Allocation Table Reservation Acknowledgement, RAT RA) 메시지를 수신 단말로부터 수신하면 히든 단말(hidden terminal)이 발생되는 문제점을 방지하기 위해 상기 송신 단말은 RAT RC(Resource Allocation Table Reservation Confirm, RAT RC) 메시지를 주변 단말들에게 브로드캐스팅한다. 상기 히든 단말이라 함은 상기 송신 단말(S)의 이웃 단말 중에서 제 ② 과정의 예약 응답 메시지를 수신하지 못한 단말들로서, 이러한 히든 단말로 인해 예약된 슬롯을 사용하여 간섭을 발생할 수 있다. 그리고, 만약, 송신 단말이 자원 할당 테이블 예약 응답 메시지를 수신하지 못하면 미리 정의된 시간 간격 (RATTimeOut) 이후에 예약 요청 메시지를 재전송하고 이러한 재전송 횟수의 최대수는 일정 횟수로 제한한다.
제 ④과정에서 송신단말과 수신단말에 이웃하는 단말들은 RAT RA와 RAT RC 메시지를 3 홉까지 플로딩시켜 간섭영역 안에서 같은 슬롯이 선택되는 것을 방지한다. 이때, 이웃 단말 중에서 MPR 단말만 플로딩함으로써 오버헤드를 줄일 수 있다. RAT RA와 RAT RC 메시지를 받은 이웃 단말들은 RAT 메시지를 참조하여 자신의 RAT를 갱신하여 User Data 슬롯을 예약할 수 있다.
이러한 과정을 통해서 User Data 슬롯을 예약하고자 하는 경우, 먼저 충돌을 최대한 방지하기 위해서 각 단말은 User Data 슬롯을 예약할 때 RAT를 참조하여 다른 단말이 이미 예약한 User Data 슬롯을 피해서 예약을 시도하게 된다. 만약 3홉 이상 떨어져 있어서 RAT를 즉각 갱신하기 어려운 곳에 위치한 단말들이 서로 접근하게 된다면, 서로 상대 단말이 어떤 User Data 슬롯을 사용하고 있는지 알 수 없기 때문에, 충돌이 발생하게 된다. 그러나, 3홉 이내에 위치한 단말들이라고 해도, RAT 메시지가 3홉까지 전송되는 동안 우연히 같은 User Data 슬롯을 예약할 수도 있다. 이렇게 충돌이 발생한 경우, RAT 메시지가 3홉까지 전송된 후 충돌 발생 사실을 인지할 수 있게 된다. 충돌 단말들은 충돌 발생 상황과 관련된 몇 가지 변수들을 미리 정해진 연산식에 대입함으로써 선취 값(preemption value)를 구한 후, 이 값들을 비교해서 해당 슬롯에 대한 최종 소유권을 가리게 된다.
RAT교환을 통해 같은 슬롯을 사용하는 다른 단말의 존재를 알게 되면, 먼저 자신과 다른 단말의 선취값을 구한다. 상기 선취값은 데이터 슬롯을 사용하고자 하는 단말들 중에서 어느 단말이 우선 순위를 갖는지를 알기 위한 값이다. 이때, 계산식에 필요한 정보는 RAT 교환을 통해서 이미 얻어진다. 이렇게 계산한 결과를 비교해서, 가장 큰 선취값를 갖는 한 단말이 충돌이 발생한 User Data 슬롯을 계속 사용할 수 있는 권리를 얻게 된다. 나머지 단말들은 해당 슬롯을 더 이상 사용하지 않고, 다음 프레임에 SIB 슬롯 구간에서 User Data slot에 대한 예약을 시도하게 된다.
선취값을 이용한 충돌 해결은 이미 충돌이 발생한 상황에서 문제 해결을 위해 추가적인 제어 메시지 교환 없이 간단한 연산만으로 구현이 가능하다. 또한, RAT메시지 교환을 통해 선취값 계산에 필요한 값을 모두 얻을 수 있고, RAT 메시지는 프레임 내에서 각 단말에게 미리 정의된 슬롯에 전송되므로 추가적인 오버헤드를 유발하지 않는다.
이하에서는 본 발명에 따른 선취값을 계산하는 과정을 설명한다.
선취값을 계산하는 방식은 우선순위를 결정하는 방식에 따라서 여러 가지 식이 있을 수 있다. 아래의 <수학식 1>은 선취값을 계산하는 수학식의 한 예로써 우선순위와 클래스 등으로 우선권을 판단한다.
Figure 112010070067555-pat00001
Priority는 트래픽 타입에 따른 우선 순위를 나타내고, class는 단말의 우선 순위를 나타내고, ID는 네트워크 전체에서 유일하게 단말을 식별할 수 있는 식별자를 의미하는 변수이다. 즉, class 변수는 단말이 속한 그룹의 레벨에 따라 다르게 가지는 값으로서, 즉, 군사상일 경우 소대장급보다는 대대장급이 더 높은 레벨을 가지기 때문에 이때 class는 소대장급에 해당되는 class 보다 대대장급에 해당되는 class가 더 크다. 그리고, priority 변수는 같은 class에 속한 단말들을 송수신하는 패킷 종류에 따라 우선 순위를 다르게 지정한 값이다. 즉, 같은 소대장급에 해당되는 단말들 중에서 어느 단말은 송수신하는 패킷이 데이터 패킷이라하고, 반면에 다른 단말은 송수신하는 패킷이 음성 패킷이라 할 경우, 통상적으로 음성 패킷이 데이터 패킷보다 중요하기 때문에 priority 변수도 높은 값을 가진다. T_collision은 프레임의 시작점을 기준으로 중복 예약이 이루어진 첫 번째 User Data 슬롯까지의 시간 옵셋으로 정의된다. 이는 충돌 상황에서 특정 단말이 다른 단말에 비해서 항상 높은 선취값(V_pre)값을 가지는 경우를 방지하는 역할을 한다. & 기호는 비트 레벨 접합(bit-level concatenation) 연산을 나타낸다. 즉, 2 & 2는 22를 의미한다. 그리고, % 기호는 나머지 연산자를 나타내며, n은 네트워크 전체를 구성하는 단말의 개수를 의미한다. 이하, 도 6에서는 Ad-hoc 네트워크에서 충돌을 해결하기 위한 과정을 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약할 경우 충돌이 발생되는 네트워크 토폴로지를 나타낸 예시도이다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 User Data 슬롯을 예약할 경우 충돌이 발생되는 문제점을 해결하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
단말 1은 단말 3에 보낼 데이터가 있고, 단말 8은 단말 4에 보낼 데이터가 있는 상황이라 가정한다. 종단간 시간 지연을 최소화 하기 위해 송신 단말이 각 홉에서 소요되는 타임 슬롯을 한꺼번에 예약하였고, 이것이 우연히 같은 타임 슬롯이었다고 가정한다. 이 경우 단말 5가 단말 4로 보내는 전송이 단말 1이 단말 2에게 보내는 전송과 단말 2에서 충돌하여 단말 2가 히든 단말로 작용하고 있음을 알 수 있다. 단말 1과 8은 3 홉 이상 멀리 떨어져 있으므로, 당장은 충돌 사실을 알 수 없게 된다. 다음 프레임에서 RAT가 전달되기 시작하면, 단말 5는 1에서 3으로 향하는 트래픽이 있음을 알게 되고, 이것이 자신이 중계하고 있는 트래픽과 충돌을 일으킴을 알게 된다. 두 트래픽의 충돌 정보를 담은 RAT는 다음 프레임에 단말 2를 거쳐 1로, 그리고 6을 거쳐 8에게 각각 전달되고, 단말 1과 8은 RAT를 통해 알게 된 충돌 관련 변수를 이용해서 계산한 선취값을 비교한 결과, 더 큰 쪽이 해당 타임 슬롯에 대한 사용권을 갖게 된다.
즉, 도시된 바와 같이, 단말 1이 단말 3에게 송신하는 예약 요청과 단말 8이 단말 4로 송신하는 예약 요청이 동시에 전송되는 경우, 첫 번째 프레임과 두 번째 프레임이 송신 되면, 단말 1과 8은 송수신 과정에서 서로 충돌이 일어났음을 알게되고, 선취값을 계산하게 된다.
선취값(V_pre)은 다음과 같이 구할 수 있다. 예를 들어, 단말 1의 ID는 84535, 단말 8의 ID는 15843이고, 각 단말의 우선 순위는 3으로 같다고 가정한다. 총 단말 개수 n은 8로 가정한다.
V_pre(node1) = 3 & 3 & ((84535+100) % 8) & 84535 = 33384535
V_pre(node8) = 3 & 3 & ((15843+100) % 8) & 15843 = 33715843
V_pre(node1) < V_pre(node8)이므로 단말 8이 해당 타임 슬롯을 사용하게 되고 단말 1은 다른 타임 슬롯을 예약해야 한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 분산된 TDMA(Time Division Multiple Access) Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법에 있어서,
    송신 단말이 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 데이터 슬롯을 선택하고, 상기 선택된 데이터 슬롯을 통해서 데이터를 전송하고자 하는 수신 단말에 데이터 슬롯 예약하기 위한 요청 메시지를 송신하는 제1 과정과,
    상기 수신 단말은 상기 수신된 데이터 슬롯 예약 요청 메시지가 수신되면, 자신의 자원 할당 테이블을 참조하여 상기 송신 단말이 선택한 데이터 슬롯이 사용 가능한지 확인하고, 사용 가능하면 예약 응답 메시지를 상기 송신 단말 및 상기 수신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제2 과정과,
    상기 송신 단말은 상기 수신 단말로부터 상기 예약 응답 메시지가 수신되면, 예약 확인 메시지를 상기 수신 단말 및 상기 송신 단말의 서비스 영역 내에 위치한 이웃 단말들에게 송신하는 제3 과정과,
    상기 송신 단말에 인접한 이웃 단말들과 상기 수신 단말에 인접한 이웃 단말들은 각각 수신된 상기 예약 응답 메시지 또는 상기 예약 확인 메시지를 3홉 내에 위치한 단말들에게 송신하는 제4 과정을 포함하며,
    상기 송신 단말 및 수신 단말 각각은 상기 데이터 슬롯을 사용하기 위한 선취값을 계산하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 자원 할당 테이블은
    상기 Ad-hoc 네트워크에 존재하는 다수의 단말이 데이터 슬롯을 예약하기 위해서 각 단말에 할당된 데이터 슬롯, 또는 각 단말이 예약한 데이터 슬롯을 포함하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 예약 응답 메시지 및 예약 확인 메시지를 수신한 각각의 이웃 단말은 자신의 자원 할당 테이블을 갱신하는 과정을 더 포함하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 송신 단말이 상기 수신 단말로부터 상기 예약 응답 메시지를 수신하지 못하면, 미리 정의된 시간 간격 이후에 상기 예약 요청 메시지를 재전송하는 과정을 포함하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수신 단말은 상기 송신 단말이 선택한 데이터 슬롯이 사용 가능하지 못하면, 다음 프레임의 슬롯 정보 방송 메시지를 상기 송신 단말에 송신하는 제5 과정과,
    상기 송신 단말은 상기 수신된 슬롯 정보 방송 메시지가 수신되면, 다음 프레임의 슬롯 정보 방송 메시지를 상기 수신 단말에 송신하는 제6 과정을 더 포함하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 선취값은
    상기 데이터 슬롯을 사용하고자 하는 단말들 중에서 어느 단말이 우선 순위를 갖는지를 알기 위한 값임을 특징으로 하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 선취값은 아래 <수학식 2>를 통해서 계산되며,
    <수학식 2>
    V_pre = priority & class & ((ID + T_collision) % n) % ID
    상기 <수학식 2>에서 class는 단말이 속한 그룹의 레벨 값을 나타내고, 상기 priority는 같은 그룹 내의 단말들 중에서 트래픽 타입에 따른 우선 순위를 나타내고, ID는 단말 식별자를 나타내고, T_collision은 송신되는 프레임의 시작점을 기준으로하여 중복 예약이 이루어진 첫 번째 User Data 슬롯까지의 시간 옵셋을 나타내며, n은 상기 Ad-hoc 네트워크에 존재하는 단말의 개수를 나타내며, &은 비트 레벨 접합(bit-level concatenation) 연산을 나타내며, %는 나머지 연산을 나타내는 것을 특징으로 하는 분산된 TDMA Ad-hoc 네트워크에서 데이터 슬롯 예약 방법.


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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013152649A1 (zh) * 2012-04-12 2013-10-17 电信科学技术研究院 一种资源碰撞的判定方法和装置
WO2019156413A1 (ko) * 2018-02-06 2019-08-15 한국전자통신연구원 무선 분산 통신 시스템에서 단말 동작 방법 및 장치
WO2020076573A1 (en) * 2018-10-10 2020-04-16 Kyocera Corporation Mini-slot reservation channel transmission in v2v communications
KR102259738B1 (ko) 2020-04-16 2021-06-02 한화시스템 주식회사 주파수 할당방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010048692A1 (en) 2000-04-10 2001-12-06 Bernd Karner Method for network medium access control
KR20060129135A (ko) * 2004-05-06 2006-12-15 삼성전자주식회사 분산화 개인용무선네트워크의 매체접근제어방법,채널타임예약 시스템 및 그 방법
JP2009044200A (ja) * 2005-11-24 2009-02-26 Panasonic Corp 無線通信方法および無線通信装置
JP2010507347A (ja) 2006-10-17 2010-03-04 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 動的自動再構成可能な時分割多元接続

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010048692A1 (en) 2000-04-10 2001-12-06 Bernd Karner Method for network medium access control
KR20060129135A (ko) * 2004-05-06 2006-12-15 삼성전자주식회사 분산화 개인용무선네트워크의 매체접근제어방법,채널타임예약 시스템 및 그 방법
JP2009044200A (ja) * 2005-11-24 2009-02-26 Panasonic Corp 無線通信方法および無線通信装置
JP2010507347A (ja) 2006-10-17 2010-03-04 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 動的自動再構成可能な時分割多元接続

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013152649A1 (zh) * 2012-04-12 2013-10-17 电信科学技术研究院 一种资源碰撞的判定方法和装置
WO2019156413A1 (ko) * 2018-02-06 2019-08-15 한국전자통신연구원 무선 분산 통신 시스템에서 단말 동작 방법 및 장치
WO2020076573A1 (en) * 2018-10-10 2020-04-16 Kyocera Corporation Mini-slot reservation channel transmission in v2v communications
KR102259738B1 (ko) 2020-04-16 2021-06-02 한화시스템 주식회사 주파수 할당방법
KR102264684B1 (ko) 2020-04-16 2021-06-15 한화시스템 주식회사 시분할다중접속 기반 네트워크 구성방법
KR102276239B1 (ko) 2020-04-16 2021-07-12 한화시스템 주식회사 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법

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