KR101953354B1 - Method and Apparatus for Supporting Communication Based on Airborne Relay Node - Google Patents

Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for supporting communication based on an airborne relay node. According to an embodiment of the present invention, the method for supporting communication based on an airborne relay node comprises: a frame constructing step of constructing a frame including a plurality of time slots and a mirroring slot; a first transmitting step of broadcasting beacon information including initial slot allocation information of the frame; a request receiving step of receiving a slot allocation request signal from at least one terminal through a mini-slot included in an unallocated mirroring slot; a second transmitting step of broadcasting response signal corresponding to the slot allocation request signal; and a relay communication step of broadcasting a data packet received from the first terminal for transmission to a second terminal when the first terminal occupies the mirroring slot based on the slot allocation request signal and the response signal.

Description

공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법 및 그를 위한 장치{Method and Apparatus for Supporting Communication Based on Airborne Relay Node}Public relay node based communication support method and apparatus therefor {Method and Apparatus for Supporting Communication Based on Airborne Relay Node}

본 발명은 공중 중계노드 기반의 통신 환경에서 단말 간 통신을 지원하는 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for supporting communication between terminals in a public relay node-based communication environment, and an apparatus therefor.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiments of the present invention and do not constitute a prior art.

지형적 제약이 존재하는 환경에서의 ad-hoc 네트워크 운용은 가시선(LOS: Link Of Sight) 확보가 어렵기 때문에 원활한 통신을 지원하기 어렵다. 특히, 이러한 환경에서는 음성 패킷의 전송을 보장하기 어렵기 때문에 안정적인 음성통신을 지원하는 것은 매우 어려운 과제이다. 이를 극복하고자 공중 중계 방식의 통신환경이 제기되었고 이는 사용자 간 가시선(LOS) 확보가 불가능한 지형이나 통신 기반시설이 없는 경우 활용될 수 있다. Ad-hoc network operation in a geographically constrained environment is difficult to support smooth communication because it is difficult to secure link of sight (LOS). In particular, it is very difficult to support stable voice communication because it is difficult to guarantee transmission of voice packets in such an environment. In order to overcome this problem, a public relay communication environment has been proposed, which can be used when there is no terrain or communication infrastructure where it is impossible to secure line of sight between users.

그러나, 공중 중계 방식을 사용하더라도 음성통신 페이로드 전송 주기에서 허용할 수 있는 최대 latency를 넘는 채널 환경이거나, 음성/데이터가 혼합된 전송 상황에 의하여 음성 패킷의 전송이 지연될 경우 원활한 음성통신을 보장할 수 없다.However, even when using the air relay method, smooth voice communication is guaranteed when the channel environment exceeds the maximum latency allowed in the voice communication payload transmission cycle or when the transmission of the voice packet is delayed due to the mixed voice / data transmission condition. Can not.

코디네이터(Coordinator) 노드가 없는 분산 환경에서 단말이 타임슬롯을 할당 받아 사용하기 위해서 네트워크에 참여할 경우 사전에 미리 타임슬롯을 참여 노드에게 할당하여 사용하는 예상 타임슬롯 할당 방법이 존재한다. 예상 타임슬롯 할당 방법은 각 노드 별 전송 데이터의 요구량을 미리 예상하여 필요한 만큼의 타임슬롯을 노드 별로 할당하고 네트워크를 운용하는 방식이다.In a distributed environment without a coordinator node, when a terminal participates in a network in order to receive and use a timeslot, there is an expected timeslot allocation method in which the timeslot is assigned to a participating node in advance. The expected timeslot allocation method is a method of allocating as many timeslots as necessary for each node and operating a network by estimating a required amount of transmission data for each node in advance.

예상 타임슬롯 할당 방법에서는 사전에 타임슬롯을 할당하지 않고 필요한 경우 할당을 요청하여 타임슬롯을 사용하고자 할 경우 타임슬롯 할당을 위한 구간을 별도로 만들 수 있다. 슬롯할당 요청을 위한 구간을 별도로 구분한 뒤 슬롯할당이 필요할 경우 노드는 이 구간을 이용해 타임슬롯 할당을 요청한다. 또한, 할당이 필요한 슬롯구간을 활용하여 할당을 요청할 수 있다. 노드는 빈 슬롯의 정보를 확인하고 할당이 필요할 경우 해당 슬롯에서 요청, 승인을 받은 후 할당된 타임슬롯을 사용한다. 이러한 종래기술은 한세원, "전술 무선 통신망을 위한 TDMA 기반 MAC 프로토콜 연구, 석사학위논문, 홍익대학교, 2011.”에 기재되어 있다. In the expected timeslot allocation method, if a time slot is to be used by requesting the allocation without requiring the time slot to be allocated in advance, a section for time slot allocation can be separately created. After segmenting the slot allocation request separately, if the slot allocation is necessary, the node requests the timeslot allocation using this interval. In addition, the allocation may be requested by utilizing a slot section requiring allocation. The node checks the information of the empty slot, and if necessary, uses the assigned time slot after receiving the request and approval from the slot. This prior art is described in Han Se-won, "TDMA-based MAC protocol research for the telecommunication wireless network, master's thesis, Hongik University, 2011."

하지만, 노드 별로 예상에 따른 타임슬롯을 할당하는 종래의 예상 타임슬롯 할당 방법은 네트워크에 참여하는 노드가 수시로 변하는 환경에 적용하기는 어렵다. 또한, 이러한 방법은 타임슬롯의 사용률을 저하시킬 수 있으며 새로 참여하는 노드의 가입이 제한된다는 한계점이 있다.However, the conventional anticipated timeslot allocation method for allocating timeslots according to anticipation for each node is difficult to apply to an environment in which nodes participating in a network change frequently. In addition, this method can reduce the utilization of timeslots and has a limitation in that the number of newly participating nodes is limited.

노드가 타임슬롯을 필요로 할 때 별도의 구간을 이용해 할당하는 종래의 예상 타임슬롯 할당 방법은 타임슬롯의 소모를 줄일 수 있으나 노드가 많아질 경우에는 할당시간이 증가될 수 있으며 노드 간의 가시선(LOS) 확보가 제한되는 환경에서 서로의 요청상황을 알 수 없기 때문에 슬롯할당 과정의 비효율성이 커지게 된다. 특히 중계 노드가 데이터 중계 시 마다 슬롯할당의 받아야 하는 경우라면 이러한 비효율성은 더욱 커지게 된다. 또한, 종래의 예상 타임슬롯 할당 방법에서는 데이터의 우선순위를 별도로 구분하지 않기 때문에 음성 데이터나 기타 실시간성이 요구되는 데이터의 경우 원활한 송수신이 제한될 수 있다는 단점이 있다.+The conventional expected time slot allocation method, which allocates using a separate interval when a node needs a time slot, can reduce the consumption of the time slot, but when the number of nodes increases, the allocation time can be increased and the line of sight between nodes can be increased. In the limited environment, the slot allocation process becomes inefficient because it cannot know each other's requests. In particular, if the relay node needs to receive slot allocation every time data is relayed, this inefficiency becomes greater. In addition, in the conventional expected timeslot allocation method, since the priority of data is not separately classified, smooth transmission and reception may be limited in the case of voice data or other data requiring real time.

본 발명은 공중 중계 통신 환경에서 타임미러링 기법을 사용하여 중계로 인한 추가적인 지연을 줄이고, 실시간성을 보장하기 위한 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method and apparatus for supporting an air relay node based communication for reducing additional delay due to relaying using a time mirroring technique in a public relay communication environment and ensuring real time.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법은 복수의 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함하는 프레임을 구성하는 프레임 구성 단계; 상기 프레임의 초기 슬롯할당 정보를 포함하는 비콘 정보를 브로드캐스팅(Broadcating)하는 제1 전송 단계; 미할당 미러링슬롯에 포함된 미니슬롯을 통해 적어도 하나의 단말로부터 슬롯할당 요청신호를 수신하는 요청 수신 단계; 상기 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅하는 제2 전송 단계; 및 상기 슬롯할당 요청신호 및 상기 응답신호에 근거하여 제1 단말이 상기 미러링슬롯을 점유한 경우, 제2 단말로 전송하기 위하여 상기 제1 단말로부터 수신된 데이터 패킷을 브로드캐스팅하는 중계 통신 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a public relay node-based communication support method for achieving the above object comprises a frame configuration step of constituting a frame including a plurality of timeslots and mirroring slots; A first transmission step of broadcasting beacon information including initial slot assignment information of the frame; A request receiving step of receiving a slot allocation request signal from at least one terminal through a minislot included in an unassigned mirroring slot; A second transmission step of broadcasting a response signal corresponding to the slot allocation request signal; And relaying a data packet received from the first terminal for transmission to the second terminal when the first terminal occupies the mirroring slot based on the slot allocation request signal and the response signal. can do.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치는 적어도 하나의 단말과 연동하여 슬롯할당 요청신호 또는 데이터 패킷을 획득하는 수신부; 상기 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호 또는 상기 데이터 패킷을 브로드캐스팅하는 전송부; 및 복수의 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함하는 프레임을 구성하고, 상기 슬롯할당 요청신호 및 상기 응답신호에 근거하여 미러링슬롯 할당을 수행하며, 제1 단말이 상기 미러링슬롯을 점유한 경우, 제2 단말로 전송하기 위하여 상기 제1 단말로부터 수신된 데이터 패킷을 중계하는 통신 지원 제어부를 포함할 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, a public relay node-based communication support apparatus for achieving the above object includes a receiving unit for obtaining a slot allocation request signal or data packet in conjunction with at least one terminal; A transmission unit broadcasting a response signal or the data packet corresponding to the slot allocation request signal; And a frame including a plurality of timeslots and mirroring slots, and performs mirroring slot allocation based on the slot allocation request signal and the response signal, and when the first terminal occupies the mirroring slot, the second terminal. It may include a communication support control unit for relaying the data packet received from the first terminal to transmit to.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 단말의 슬롯 할당 요청에 근거하여 미할당된 슬롯을 할당 처리함으로써 원활한 데이터 통신을 보장할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has an effect of ensuring smooth data communication by allocating unallocated slots based on the slot allocation request of the terminal.

또한, 본 발명은 음성 패킷에 최우선순위를 부여하며 미할당 슬롯이 없는 경우에도 음성패킷에 우선적으로 슬롯을 할당할 수 있기 때문에 원활한 음성통신 보장할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention gives a priority to the voice packet, and even if there is no unassigned slot, since the slot can be preferentially allocated to the voice packet, there is an effect of ensuring smooth voice communication.

또한, 본 발명은 음성 패킷 통신을 위하여 음성 블록을 설정하고, 설정된 음성 블록을 통해 음성 지연(Voice Latency)에 따른 음성품질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of setting the voice block for voice packet communication, and can prevent the voice quality degradation due to the voice delay (Voice Latency) through the set voice block.

또한, 본 발명은 다른 노드가 사용중인 슬롯을 음성통신을 위한 노드가 강제 점유한 경우에도 슬롯을 뺏긴 노드는 인터럽트 슬롯을 통해 해당 정보를 알 수 있기 때문에 불필요한 충돌이 발생하지 않으며, 슬롯을 뺏긴 노드는 다시 슬롯할당에 참여할 수 있어 효율적 네트워크 운영이 가능한 효과가 있다. In addition, according to the present invention, even when a node for voice communication is occupied by a slot being used by another node, the node having lost the slot can know the corresponding information through the interrupt slot, so that unnecessary collision does not occur. Since slots can participate in slot allocation again, efficient network operation is possible.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 음성 통신 지원 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임 전체 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임의 전체 구조를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임의 미니슬롯 구성을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 우선순위에 따른 슬롯 할당 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 음성 통신을 위한 음성 블록의 설정 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 동작을 모의실험한 결과를 나타낸 도면이다. 1A and 1B illustrate a public relay node based communication support system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for supporting communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a public relay node-based communication support method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for supporting voice communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a frame basic structure based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an entire frame structure based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view showing the overall structure of a superframe according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram illustrating a minislot configuration of a frame based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary diagram for describing a slot allocation operation according to priority according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an exemplary diagram for describing an operation of setting a voice block for voice communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are diagrams showing the results of a simulation of the air relay node-based communication support operation according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법 및 그를 위한 장치에 대해 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art. Hereinafter, a public relay node-based communication support method and apparatus therefor proposed by the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법 및 그를 위한 장치는 방위 산업분야에 적용 가능한 공중 중계 통신 기술인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 수풀, 산지, 건물 등 지형적 제약이 존재하는 환경에서 네트워크 간 또는 네트워크 내에서 공중 중계노드를 이용하여 데이터, 음성, 영상 등을 송수신하는 다양한 분야에 적용 가능하다. Public relay node-based communication support method and apparatus for the same of the present invention is preferably a public relay communication technology applicable to the defense industry, but is not necessarily limited thereto, the network in the environment where there are geographical restrictions such as bushes, mountains, buildings, etc. It can be applied to various fields for transmitting / receiving data, voice, video, etc. using a public relay node within a network or a network.

전장 상황이 NCW(network centric warfare)로 변화함에 따라 각 체계간의 정보를 공유할 수 있게 해주는 전술데이터링크의 중요성이 강조되고 있다. 전술데이터링크는 아군간의 신속한 정보 전달을 통해 작전 임무 수행에서의 효율성을 높이는데 목적이 있다. As the battlefield situation changes to network centric warfare (NCW), the importance of tactical datalinks that allow information to be shared between systems is emphasized. Tactical Data Links aim to increase efficiency in operational missions through the rapid transfer of information between allies.

하지만 지상통신망을 기반으로 한 군 통신망은 지형적 제약으로 인한 통신 단절 문제로 인해 통신의 효율이 떨어지며, 또한 다수의 지상단말을 위성을 통해 지원하기에는 위성 주파수 자원의 제약이 존재한다. 이를 해결하기 위해 위성망과 지상망 사이에 공중 중계무인기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)를 사용하여 부체계로 지원하는 방안이 연구 중이다.However, military communication network based on terrestrial communication network has low communication efficiency due to communication disconnection problem due to geographical constraints, and there are limitations of satellite frequency resource to support many ground terminals through satellite. In order to solve this problem, a method of supporting sub-systems using unmanned aerial vehicles (UAVs) between satellite networks and ground networks is being studied.

공중 중계 통신은 단절된 네트워크의 중심에서 중계 용도의 무인기를 사용하여 통신 중계를 지원한다. 통신 환경은 기존 송신단말과 수신단말 간 단일 홉 통신 환경에서 중계단말이 포함된 2 홉 통신환경(1. 송신단말(제1 단말)에서 공중 중계노드, 2. 공중 중계노드에서 수신단말(제2 단말))으로 확장되는데, 중계 과정에서의 추가적인 지연으로 인해 음성 통신과 같은 실시간성을 보장하기가 어려워진다. 따라서, 본 발명에서는 공중 중계 환경에 적합한 다중 접속방식에 대한 통신지원 방식을 제안한다. Public relay communications support relay communications using a drone for relay purposes at the center of a disconnected network. The communication environment is a two-hop communication environment including a relay terminal in a single-hop communication environment between an existing transmitting terminal and a receiving terminal (1. A public relay node in a transmitting terminal (first terminal), 2. A receiving terminal (second in a public relay node) Terminal)), and due to the additional delay in the relay process, it is difficult to guarantee real-time characteristics such as voice communication. Accordingly, the present invention proposes a communication support method for a multiple access method suitable for a public relay environment.

대표적인 전술데이터링크인 Link-16에서는 공중 중계 통신에서 사용될 수 있는 다중 접속 방식으로 각 단말마다 사용 시간을 지정하여 다중 접속을 지원하는 TDMA(Time Division Multiple Access) 기법을 사용한다. 하지만 TDMA 기법은 사전에 미리 단말에게 타임슬롯을 할당하여 사용해야 하므로 동적으로 네트워크가 변화하고, 단말의 가입과 탈퇴가 이루어지는 환경에 적합하지 않다. Link-16, a representative tactical data link, uses a time division multiple access (TDMA) scheme that supports multiple access by designating a usage time for each terminal as a multiple access method that can be used in public relay communication. However, the TDMA scheme is not suitable for the environment in which the network changes dynamically and the terminal joins and leaves, since the time slot must be allocated to the terminal in advance.

이러한 문제를 해결하기 위해 네트워크 내 단말들이 동적으로 슬롯 자원을 할당할 수 있는 DTDMA(Dynamic-TDMA) 기법을 적용할 수 있는데, 대표적으로는 USAP(Unifying Slot Assignment Protocol)과 USAP-MA(USAP-Multiple Access) 기법이 있다. USAP 기법은 네트워크 내 단말들이 매 프레임마다 존재하는 하나의 브로트캐스팅 슬롯을 통해 슬롯할당을 요청하고, 주변 단말들이 요청에 대한 승인을 했을 때 슬롯을 할당받아 사용하는 방식이다. 하지만 USAP은 프레임마다 단말 승인 정보를 전달하는 브로드캐스팅 슬롯이 하나뿐이므로 네트워크 내 단말 수가 늘어날수록 슬롯할당을 요청하여 승인을 받기까지 오랜 시간이 걸린다. 이러한 문제를 해결하기 위해 USAP-MA는 슬롯할당이 신속하게 이루어지도록 모든 단말의 미니슬롯을 프레임에 포함시켜 사용한다. 하지만 USAP-MA은 지상에서의 음성통신을 목적으로 만들어진 기법이므로, 2 홉으로 통신되는 공중 중계 환경에 적용한다면 네트워크 내 단말 수에 따른 중계 과정에서의 전송 지연이 기하급수적으로 증가한다. 이는 음성통신을 목적으로 설계된 의도와 달리 통신에서의 실시간성을 보장할 수 없다.To solve this problem, Dynamic-TDMA (DTDMA) can be applied, which allows terminals in a network to allocate slot resources dynamically. Representatively, Unifying Slot Assignment Protocol (USAP) and USAP-Multiple (USAP-MA). Access) technique. The USAP scheme is a method in which terminals in a network request slot allocation through one broadcast casting slot existing in every frame, and slots are allocated when neighboring terminals approve the request. However, USAP has only one broadcasting slot for transmitting terminal approval information for each frame, so as the number of terminals in the network increases, it takes a long time to request the slot allocation and receive the approval. In order to solve this problem, USAP-MA uses minislots of all terminals in a frame so that slot allocation is performed quickly. However, USAP-MA is a technique designed for voice communication on the ground, so when applied to a public relay environment that communicates with two hops, the transmission delay in the relay process increases exponentially according to the number of terminals in the network. Unlike the intention designed for voice communication, this cannot guarantee the real time in communication.

본 발명의 실시예에서는 공중 중계 통신 환경에서 타임미러링 기법을 사용하여 중계로 인한 추가적인 지연을 줄이고, 실시간성을 보장하기 위한 TM-TDMA(Time Mirroring based TDMA) 기법을 제안하며, 타임미러링을 적용할 수 있다면 통신 기법은 변경될 수 있다. An embodiment of the present invention proposes a time mirroring based TDMA (TM-TDMA) technique for reducing additional delay due to relaying and guaranteeing real time by using a time mirroring technique in a public relay communication environment, and applying time mirroring. If possible, the communication technique may be changed.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 시스템을 나타낸 도면이다.1A and 1B illustrate a public relay node based communication support system according to an embodiment of the present invention.

도 1a을 참조하면, 본 실시예에 따른 공중 중계 통신 시스템(100)은 제1 단말(110), 제2 단말(120) 및 공중 중계노드(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1A, the public relay communication system 100 according to the present embodiment includes a first terminal 110, a second terminal 120, and a public relay node 130.

제1 단말(110) 및 제2 단말(120)은 지상노드일 수 있으며, 송신 노드 또는 수신 노드로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 단말(110)이 송신 노드인 것으로 가정하고, 제2 단말(120)이 수신 노드인 것으로 가정하여 설명하도록 한다. The first terminal 110 and the second terminal 120 may be a ground node, and may be implemented as a transmitting node or a receiving node. In the present exemplary embodiment, it is assumed that the first terminal 110 is a transmitting node, and it is assumed that the second terminal 120 is a receiving node.

제1 단말(110) 및 제2 단말(120)은 데이터 통신을 수행하기 위하여 사용자가 휴대하고 있는 단말기일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 지상에 설치된 지상 중계노드일 수 있다. The first terminal 110 and the second terminal 120 may be a terminal that a user carries in order to perform data communication, but is not limited thereto, and may be a ground relay node installed on the ground.

본 실시예에 따른 제1 단말(110)은 공중 중계노드(130)로부터 브로드캐스팅(Broadcating)된 비콘 정보를 획득하고, 비콘 정보에 근거하여 공중 중계노드(130)로 슬롯할당 요청신호를 전송한다. 여기서, 비콘 정보는 비콘슬롯으로 구성되며, 빈 슬롯에 대한 정보를 포함하는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함할 수 있다. The first terminal 110 according to the present embodiment obtains the beacon information broadcasted from the air relay node 130 and transmits a slot allocation request signal to the air relay node 130 based on the beacon information. . The beacon information may include a beacon slot, and may include frame initial slot allocation information including information on empty slots.

제1 단말(110)은 슬롯할당 요청신호를 전송한 이후 공중 중계노드(130)로부터 브로드캐스팅된 응답신호를 수신하고, 수신된 응답신호가 슬롯할당 요청신호와 동일한지 여부를 확인한다. After transmitting the slot allocation request signal, the first terminal 110 receives a response signal broadcast from the public relay node 130 and checks whether the received response signal is the same as the slot allocation request signal.

제1 단말(110)은 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 동일한 경우 해당 미러링슬롯의 할당이 승인된 것으로 판단한다. 제1 단말(110)은 승인된 미러링슬롯을 점유하여 제2 단말(120)과 타임 미러링 방식 기반의 데이터 통신을 수행한다. 여기서, 데이터 통신은 시분할 다중접속 방식(TDMA: Time Division Multiple Access)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The first terminal 110 determines that the allocation of the corresponding mirroring slot is approved when the slot allocation request signal and the received response signal are the same. The first terminal 110 performs time mirroring based data communication with the second terminal 120 by occupying the approved mirroring slot. Here, the data communication is preferably Time Division Multiple Access (TDMA), but is not necessarily limited thereto.

한편, 제1 단말(110)은 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 상이한 경우 해당 미러링슬롯의 할당이 실패한 것으로 판단한다. 예를 들어, 제1 단말(110)을 포함한 다수의 단말이 동일한 미니슬롯을 통해 공중 중계노드(130)로 슬롯할당 요청신호를 전송한 경우, 공중 중계노드(130)는 다수의 단말로부터 획득한 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅한다. 이에 따라 제1 단말(110)은 공중 중계노드(130)로 전송한 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 상이한 것으로 판단하며, 해당 미러링슬롯의 할당이 실패한 것으로 판단한다. Meanwhile, when the slot allocation request signal and the received response signal are different, the first terminal 110 determines that the allocation of the corresponding mirroring slot has failed. For example, when a plurality of terminals including the first terminal 110 transmits the slot allocation request signal to the public relay node 130 through the same mini slot, the public relay node 130 is obtained from the plurality of terminals. The response signal corresponding to the slot allocation request signal is broadcast. Accordingly, the first terminal 110 determines that the slot allocation request signal transmitted to the public relay node 130 and the received response signal are different, and determines that the allocation of the corresponding mirroring slot has failed.

제1 단말(110)은 슬롯 할당이 실패한 경우 이전 할당 요청 때보다 선택 가능한 개수가 늘어난 미러링 슬롯을 랜덤으로 선택하여 슬롯할당 재요청신호를 전송할 수 있다. When the slot allocation fails, the first terminal 110 may randomly select a mirroring slot whose selectable number has increased from the previous allocation request and transmit a slot allocation re-request signal.

본 실시예에 따른 제2 단말(120)은 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 공중 중계노드(130)를 경유하여 수신한다. 공중 중계노드(130)는 제1 단말(110)이 점유한 미러링슬롯을 이용하여 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 브로드캐스팅하며, 제2 단말(120)은 브로드캐스팅된 데이터 패킷을 수신한다.The second terminal 120 according to the present embodiment receives the data packet transmitted from the first terminal 110 via the public relay node 130. The public relay node 130 broadcasts the data packet transmitted from the first terminal 110 using the mirroring slot occupied by the first terminal 110, and the second terminal 120 broadcasts the broadcasted data packet. Receive.

본 실시예에서 제2 단말(120)은 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 단말(120)이 전송 노드인 경우 제 1 단말(110)의 데이터 패킷 전송 동작을 동일하게 수행할 수 있다.  In the present exemplary embodiment, the second terminal 120 is described as being a receiving node that receives a data packet transmitted from the first terminal 110, but is not necessarily limited thereto, and the second terminal 120 is a transmitting node. The data packet transmission operation of the first terminal 110 may be performed in the same manner.

공중 중계노드(130)는 제1 단말(110) 및 제2 단말(120) 간의 공중 중계 통신을 위하여 미러링 방식 기반의 데이터 통신을 중계한다. The air relay node 130 relays mirror-based data communication for air relay communication between the first terminal 110 and the second terminal 120.

공중 중계노드(130)는 공중 중계 통신을 위하여 프레임을 구성하고, 구성된 프레임을 이용하여 제1 단말(110) 및 제2 단말(120) 간의 데이터 통신을 중계한다. The public relay node 130 configures a frame for public relay communication, and relays data communication between the first terminal 110 and the second terminal 120 using the configured frame.

공중 중계노드(130)는 구성된 프레임을 통해 제1 단말(110)과의 슬롯할당 동작을 수행한다. The aerial relay node 130 performs a slot assignment operation with the first terminal 110 through the configured frame.

공중 중계노드(130)는 공중 중계 통신을 위한 프레임 구성이 완료되면, 프레임에 포함된 일부 슬롯에 해당하는 비콘 정보를 브로드캐스팅한다. 여기서, 비콘 정보는 비콘슬롯으로 구성되며, 빈 슬롯에 대한 정보를 포함하는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함할 수 있다.When the frame configuration for the air relay communication is completed, the air relay node 130 broadcasts beacon information corresponding to some slots included in the frame. The beacon information may include a beacon slot, and may include frame initial slot allocation information including information on empty slots.

제1 단말(110)은 비콘 정보를 기반으로 미러링슬롯을 할당받기 위한 슬롯할당 요청신호를 공중 중계노드(130)로 전송하고, 공중 중계노드(130)는 타임 미러링 방식을 기반으로 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅하여 미러링슬롯을 할당 처리하는 동작을 수행한다. The first terminal 110 transmits a slot allocation request signal for receiving a mirroring slot to the air relay node 130 based on the beacon information, and the air relay node 130 transmits a slot allocation request signal based on a time mirroring method. Allocating and processing a mirroring slot by broadcasting a response signal corresponding thereto.

공중 중계노드(130)는 제1 단말(110)이 소정의 미러링슬롯을 점유한 경우, 제1 단말(110)로부터 수신된 데이터 패킷에 대한 별도의 신호 처리과정 또는 다른 단말들과의 경쟁 과정 없이 수신된 데이터 패킷을 제2 단말(120)이 수신할 수 있도록 브로드캐스팅(Broadcating)하는 동작을 수행한다. 이러한 브로드캐스팅을 통해 공중 중계노드(130)는 넓은 반경에 실시간으로 데이터 중계가 가능하다.When the first terminal 110 occupies a predetermined mirroring slot, the public relay node 130 does not have a separate signal processing process for a data packet received from the first terminal 110 or a competition process with other terminals. Broadcasting is performed so that the second terminal 120 can receive the received data packet. Through this broadcasting, the aerial relay node 130 can relay data in real time over a wide radius.

본 실시예에 따른 공중 중계노드(130)는 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식(TDMA: Time Division Multiple Access)을 이용하여 제1 단말(110) 및 제2 단말(120) 간의 공중 중계 통신을 지원하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 타임 미러링 방식을 적용할 수 있다면 다양한 방식을 적용하여 공중 중계 통신을 지원할 수 있다. The public relay node 130 according to the present embodiment supports public relay communication between the first terminal 110 and the second terminal 120 using a time division multiple access (TDMA) based on time mirroring. Preferably, the present invention is not limited thereto, and if the time mirroring method can be applied, various methods may be used to support public relay communication.

단말(110, 120) 간에 음성 패킷 통신을 수행하는 경우, 공중 중계노드(130)는 원활한 음성 패킷 통신을 위하여 음성 블록을 설정할 수 있다. 공중 중계노드(130)는 음성 패킷 통신의 음성 지연(Voice Latency)을 고려하여 음성 블록으로 설정하며, 음성 패킷은 음성 블록 내에 적어도 하나 이상 포함된다. 이 경우 음성 패킷 간의 거리는 음성 지연(Voice Latency)의 크기를 초과하지 않게 됨으로써, 원활한 음성 패킷 통신 품질을 보장할 수 있다.When performing voice packet communication between the terminals 110 and 120, the public relay node 130 may set a voice block for smooth voice packet communication. The public relay node 130 is set as a voice block in consideration of voice delay of voice packet communication, and at least one voice packet is included in the voice block. In this case, the distance between voice packets does not exceed the size of voice delay, thereby ensuring smooth voice packet communication quality.

이하, 공중 중계 통신 시스템(100)의 타임 미러링 방식 기반의 공중 중계 통신 동작에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a description will be given of a time mirroring-based public relay communication operation of the public relay communication system 100.

공중 중계노드(130)는 공중 중계 통신을 위하여 복수의 타임슬롯(이하, TDMA 슬롯으로 기재)을 포함하는 프레임을 구성하고, 구성된 프레임에 포함된 복수의 TDMA 슬롯 중 중계 용도의 미러링슬롯을 구분한다. 여기서, 미러링슬롯은 두 개의 TDMA 슬롯을 결합하여 생성될 수 있다. 여기서, 지상노드(제1 단말(110))에 할당되지 않은 미러링슬롯은 다수의 미니슬롯을 구분될 수 있다. The air relay node 130 configures a frame including a plurality of timeslots (hereinafter, referred to as TDMA slots) for air relay communication, and distinguishes a mirroring slot for relaying use among a plurality of TDMA slots included in the configured frame. . Here, the mirroring slot may be generated by combining two TDMA slots. Here, the mirroring slots not allocated to the ground node (the first terminal 110) may be divided into a plurality of mini slots.

미러링슬롯을 할달하는 과정에서 미니슬롯을 우선순위를 갖으며, 지상노드는 우선순위가 부여된 미니슬롯에 이용하여 미러링슬롯 할당 요청을 수행할 수 있다. 만약, 미러링슬롯 할당 요청을 수행하는 지상노드가 음성 패킷을 전송하고자 하는 지상노드이면 해당 노드는 미러링슬롯을 할당하기 위한 최우선순위를 갖을 수 있다. Minislots have priority in the process of assigning mirroring slots, and the ground node may perform a mirroring slot allocation request by using the assigned minislots. If the ground node that performs the mirroring slot allocation request is a ground node to which a voice packet is to be transmitted, the node may have the highest priority for allocating the mirroring slot.

지상노드는 자신의 우선순위에 따라 미니슬롯을 통해 미러링슬롯 할당 요청을 수행하고, 다른 노드들과의 충돌 없이 가장 먼저 슬롯할당을 요청했을 경우 해당 미러링슬롯을 할당받을 수 있다. The ground node may perform a mirroring slot allocation request through a minislot according to its own priority, and may receive a corresponding mirroring slot when the slot allocation is requested first without collision with other nodes.

할당된 미러링슬롯은 업링크/다운링크 두 구간으로 구분된다. 업링크 구간에서는 지상노드에서 공중 중계노드(130)로 전송된 데이터 패킷을 수신하고, 다운링크 구간에서는 수신된 데이터 패킷을 별도의 데이터 처리과정없이 브로드캐스팅한다. The assigned mirroring slot is divided into two sections, uplink and downlink. In the uplink section, a data packet transmitted from the ground node to the public relay node 130 is received, and in the downlink section, the received data packet is broadcast without any data processing.

공중 중계노드(130)는 타임 미러링 기반의 공중 중계 통신을 통해 음성 데이터를 중계하는 경우, 음성 데이터는 가장 높은 우선순위를 가지며 음성 데이터를 갖는 지상노드에 가장 우선적으로 미러링슬롯을 할당한다.When the air relay node 130 relays voice data through time mirroring-based air relay communication, the voice data has the highest priority and assigns mirroring slots to the ground nodes having the voice data.

만약, 공중 중계노드(130)는 모든 미러링슬롯이 사용 중일 때 음성 데이터를 송신하기 위한 미러링슬롯 할당이 필요할 경우, 기존에 사용중인 미러링슬롯 중 가장 우선순위가 낮은 미러링슬롯의 점유 설정을 해제한다. 공중 중계노드(130)는 동일한 우선순위를 갖는 미러링슬롯이 복수 개 존재하면 그 중 가장 마지막 슬롯의 점유 설정을 해제한다. If all the mirroring slots are in use, when the mirroring slot allocation for transmitting voice data is needed, the air relay node 130 releases the occupancy setting of the lowest priority mirroring slot among the existing mirroring slots. If there are a plurality of mirroring slots having the same priority, the air relay node 130 releases the occupancy setting of the last slot among them.

한편, 공중 중계노드(130)는 프레임의 중간에 인터럽트 슬롯을 설정할 수 있다. 공중 중계노드(130)는 인터럽트 슬롯을 통해 슬롯할당 정보를 전 노드가 공유하며 음성데이터용 슬롯을 다른 노드로부터 가져온 노드는 이 정보를 공중 중계노드(130)로 보내고 공중 중계노드(130)는 이를 브로드캐스팅하여 네트워크의 다른 노드들에게 알린다. 이를 통해 음성데이터를 보내는 노드에게 자신이 점유했던 미러링슬롯을 뺏긴 노드는 그 정보를 알 수 있다.Meanwhile, the public relay node 130 may set an interrupt slot in the middle of the frame. The public relay node 130 shares the slot assignment information through the interrupt slots with all nodes, and the node which has obtained the slot for voice data from another node sends the information to the public relay node 130 and the public relay node 130 sends the information. Broadcast to notify other nodes in the network. Through this, the node that has lost the mirroring slot occupied by the node sending the voice data can know the information.

이때 공중 중계노드(130)는 음성패킷의 매끄러운 품질보장을 위해 지정된 음성 지연(Voice Latency)에 따라 적어도 하나의 미러링슬롯을 음성 블록으로 설정하고 하나의 음성 블록에 적어도 하나 이상의 음성패킷이 포함시킬 수 있다. 여기서, 음성패킷 사이의 간격은 음성 지연(Voice Latency) 길이를 초과하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. In this case, the air relay node 130 may set at least one mirroring slot as a voice block according to a specified voice delay to ensure smooth quality of the voice packet, and include at least one voice packet in one voice block. have. Here, the interval between voice packets is preferably set so as not to exceed the voice delay length.

도 1b의 (a)를 참조하면, 공중 중계 통신 시스템(100)은 제1 단말(110)이 공중 중계노드(130)로부터 소정의 미러링슬롯을 할당 받은 후 업링크(Uplink) 구간을 활용하여 공중 중계노드(130)로 데이터 패킷을 전송하면, 공중 중계노드(130)는 별도의 데이터 처리과정 없이 곧바로 데이터 패킷을 브로드캐스팅하여 미러링 처리한다. Referring to (a) of FIG. 1B, the public relay communication system 100 uses the uplink interval after the first terminal 110 receives a predetermined mirroring slot from the public relay node 130. When the data packet is transmitted to the relay node 130, the public relay node 130 immediately broadcasts the data packet without additional data processing and mirrors the data packet.

도 1b의 (b)를 참조하면, 공중 중계 통신 시스템(100)은 공중 중계 통신을 수행하며, 공중 중계 통신은 송신단말과 수신단말 사이에 공중 중계노드(예: 중계용 무인기, 130)이 포함된 2 홉 형태의 통신환경에서 수행되는 통신을 의미한다. Referring to (b) of FIG. 1B, the public relay communication system 100 performs an air relay communication, and the air relay communication includes an air relay node (eg, a drone 130) between a transmitting terminal and a receiving terminal. Refers to communication performed in a two-hop communication environment.

공중 중계노드(130)는 운용 고도(h) 에서 정적으로 위치하여 지상단말의 중계 통신을 지원한다. 이 때 중계통신 범위는 경로손실(Pathloss)이 없다는 가정하에 무인기의 고도(h)와 안테나의 성능에 따른 지표면과의 앙각(θ)을 토대로 [수학식 1]을 이용하여 산출 가능하다. 공중 중계 노드(130)의 중계 고도에 따른 최대 중계통신 범위는 [표 1]과 같이 정의될 수 있다. 여기서, 최대 중계통신 범위는 공중 중계노드(130)의 하드웨어 성능에 따라 변경될 수 있다.The aerial relay node 130 is statically located at the operating altitude h to support relay communication of the ground terminal. At this time, the relay communication range can be calculated using Equation 1 based on the elevation angle (h) of the drone and the ground surface according to the antenna performance under the assumption that there is no pathloss. The maximum relay communication range according to the relay altitude of the aerial relay node 130 may be defined as shown in [Table 1]. Here, the maximum relay communication range may be changed according to the hardware performance of the aerial relay node 130.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for supporting communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치(200)는 수신부(210), 전송부(220) 및 통신 지원 제어부(230)를 포함한다. 도 2의 통신 지원장치(200)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 통신 지원장치(200)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. The public relay node-based communication support apparatus 200 according to the present embodiment includes a receiver 210, a transmitter 220, and a communication support controller 230. The communication support apparatus 200 of FIG. 2 is according to an exemplary embodiment, and not all blocks illustrated in FIG. 2 are essential components. In another embodiment, some blocks included in the communication support apparatus 200 may be added or changed. Or may be deleted.

본 실시예에 따른 통신 지원장치(200)는 공중 중계노드(130) 내에 포함된 모듈일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 공중 중계노드(130)와 연동하는 별도의 모듈로 구현될 수도 있다. The communication support apparatus 200 according to the present embodiment may be a module included in the air relay node 130, but is not necessarily limited thereto, and may be implemented as a separate module interworking with the air relay node 130.

이하, 통신 지원장치(200)에 포함된 구성요소 각각에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, each component included in the communication support apparatus 200 will be described.

수신부(210)는 통신 지원장치(200)로 수신되는 각종 정보를 획득하는 동작을 수행한다. 수신부(210)는 제1 단말(110)로부터 업링크를 통해 전송된 데이터, 신호, 패킷 등을 획득할 수 있다. The receiver 210 performs an operation of acquiring various information received by the communication support apparatus 200. The receiver 210 may acquire data, a signal, a packet, etc. transmitted through the uplink from the first terminal 110.

본 실시예에 따른 수신부(210)는 미러링슬롯을 할당하는 과정에서 제1 단말(110)로부터 슬롯할당 요청신호를 수신한다. 여기서, 슬롯할당 요청신호는 미러링슬롯에 포함된 적어도 하나의 미니슬롯을 통해 수신될 수 있다. The receiver 210 according to the present exemplary embodiment receives a slot allocation request signal from the first terminal 110 in the process of allocating a mirroring slot. Here, the slot allocation request signal may be received through at least one minislot included in the mirroring slot.

수신부(210)는 제1 단말(110)에 대한 미러링슬롯의 할당이 완료된 이후 점유된 미러링슬롯을 이용하여 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 수신부(210)에서 수신된 데이터 패킷은 통신 지원 제어부(230)를 경유하여 전송부(220)를 통해 브로드캐스팅된다. 여기서, 데이터 패킷은 일반 데이터일 수 있으나 음성 데이터와 같이 우선순위를 갖는 데이터를 포함할 수 있다. The receiver 210 may receive a data packet using the occupied mirroring slot after the allocation of the mirroring slot to the first terminal 110 is completed. The data packet received by the receiver 210 is broadcast through the transmitter 220 via the communication support controller 230. Here, the data packet may be general data but may include data having priority such as voice data.

전송부(220)는 통신 지원장치(200)의 중계통신 범위 내에서 공중 중계 통신을 위한 각종 정보를 전송하는 동작을 수행한다. 전송부(220)는 통신 지원 제어부(230)와의 연동을 통해 타임 미러링 기반의 각종 정보를 전송한다. 여기서, 전송부(220)는 브로드캐스트 방식으로 각종 정보를 전송하는 것이 바람직하다. The transmitter 220 transmits various types of information for public relay communication within the relay communication range of the communication support apparatus 200. The transmitter 220 transmits various types of information based on time mirroring through interworking with the communication support controller 230. Here, it is preferable that the transmitter 220 transmits various kinds of information in a broadcast manner.

본 실시예에 따른 전송부(220)는 통신 지원 제어부(230)에서 공중 중계 통신을 위한 프레임 구성이 완료되면, 프레임에 포함된 일부 슬롯의 비콘 정보를 브로드캐스팅한다. 여기서, 비콘 정보는 비콘슬롯으로 구성되며, 빈 슬롯에 대한 정보를 포함하는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함할 수 있다.The transmission unit 220 according to the present embodiment broadcasts the beacon information of some slots included in the frame when the frame configuration for public relay communication is completed in the communication support control unit 230. The beacon information may include a beacon slot, and may include frame initial slot allocation information including information on empty slots.

또한, 전송부(220)는 통신 지원 제어부(230)와 연동하여 제1 단말(110)로부터 수신된 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅한다. 여기서, 응답신호는 미러링슬롯의 할당에 대한 승인 여부를 판단할 수 있도록 슬롯할당 요청신호를 별도의 데이터 처리 없이 브로드캐스팅한 신호일 수 있다. 응답신호는 제1 단말(110)로부터 수신된 슬롯할당 요청신호와 동일한 신호일 수 있으나 다른 단말들의 슬롯할당 요청신호로 인해 제1 단말(110)로부터 수신된 슬롯할당 요청신호와 상이한 신호일 수 있다. In addition, the transmission unit 220 broadcasts a response signal corresponding to the slot allocation request signal received from the first terminal 110 in cooperation with the communication support control unit 230. Here, the response signal may be a signal obtained by broadcasting a slot allocation request signal without additional data processing to determine whether to approve the allocation of the mirroring slot. The response signal may be the same signal as the slot allocation request signal received from the first terminal 110, but may be a signal different from the slot allocation request signal received from the first terminal 110 due to slot allocation request signals of other terminals.

또한, 전송부(220)는 미러링슬롯의 할당 과정이 완료된 이후 즉, 제1 단말(110)의 미러링슬롯 점유가 완료된 이후 미러링 방식 기반의 데이터 통신을 위한 데이터 패킷을 전송한다. 전송부(220)는 통신 지원 제어부(230)로부터 미러링슬롯을 통해 데이터 통신을 수행하는 데이터 패킷을 획득하여 브로드캐스팅한다. In addition, the transmitter 220 transmits a data packet for data communication based on a mirroring scheme after the allocation process of the mirroring slot is completed, that is, after the occupancy of the mirroring slot of the first terminal 110 is completed. The transmitter 220 acquires and broadcasts a data packet for performing data communication from the communication support controller 230 through a mirroring slot.

도 2에서 수신부(210) 및 전송부(220)는 별도의 모듈인 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 데이터 송수신이 가능한 통신부(미도시)와 같이 하나의 모듈로 구현될 수도 있다. Although the receiver 210 and the transmitter 220 are described as separate modules in FIG. 2, the receiver 210 and the transmitter 220 are not necessarily limited thereto, and may be implemented as one module such as a communication unit (not shown) capable of data transmission and reception.

통신 지원 제어부(230)는 공중 중계 통신을 위하여 프레임을 구성하고, 구성된 프레임을 이용하여 제1 단말(110) 및 제2 단말(120) 간 타임 미러링 기반의 데이터 통신을 중계한다. 본 실시예에 따른 통신 지원 제어부(230)는 프레임 구성부(240), 미니슬롯 구성부(250) 및 슬롯 할당 제어부(260)를 포함한다. The communication support control unit 230 configures a frame for public relay communication, and relays time mirroring based data communication between the first terminal 110 and the second terminal 120 using the configured frame. The communication support control unit 230 according to the present embodiment includes a frame configuration unit 240, a mini slot configuration unit 250, and a slot allocation control unit 260.

이하, 통신 지원 제어부(230)는 특정 전술 데이터 링크(예: Link-16)와의 호환성을 고려한 실시예를 기반으로 타임 미러링 기반의 데이터 통신 지원 동작을 설명하도록 하며, 특정 전술 데이터 링크는 전술 자료 교환 네트워크에 따라 변경될 수 있다. Hereinafter, the communication support control unit 230 will describe a time mirroring-based data communication support operation based on an embodiment considering compatibility with a specific tactical data link (eg, Link-16), and the specific tactical data link is used to exchange tactical data. It may change depending on the network.

프레임 구성부(240)는 타임 미러링 기반의 공중 중계 통신을 위한 프레임을 구성한다. The frame configuration unit 240 configures a frame for time mirroring-based public relay communication.

프레임 구성부(240)는 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함하는 프레임을 구성한다. 여기서, 프레임은 복수의 서브프레임을 포함하는 슈퍼 프레임일 수 있으며, 각각의 서브프레임은 복수의 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함할 수 있다. The frame configuration unit 240 configures a frame including a timeslot and a mirroring slot. Herein, the frame may be a super frame including a plurality of subframes, and each subframe may include a plurality of timeslots and mirroring slots.

프레임 구성부(240)는 프레임의 시작단 첫 번째 슬롯을 비콘슬롯으로 구성한다. 비콘슬롯에는 초기 슬롯할당 정보를 포함하는 비콘 정보가 저장되며, 비콘 정보는 네트워크 영역으로 브로드캐스팅되어 지상 단말들(110, 120)로 전송된다. 지상 단말들(110, 120)은 비콘 정보를 이용하여 프레임 내 미할당 미러링 슬롯을 확인할 수 있다. The frame configuration unit 240 configures the first slot of the start end of the frame as a beacon slot. The beacon slot stores beacon information including initial slot assignment information, and the beacon information is broadcast to the network area and transmitted to the ground terminals 110 and 120. The ground terminals 110 and 120 may identify unallocated mirroring slots in the frame using beacon information.

프레임 구성부(240)는 연속하는 두 개의 타임슬롯을 결합하여 미러링슬롯을 구성할 수 있다. 미러링슬롯에 포함된 첫 번째 타임슬롯은 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하는 업링크 동작을 수행하고, 이어지는 두 번째 타임슬롯은 수신한 데이터 패킷을 바로 브로드캐스팅하는 다운링크 동작을 수행한다. The frame configuration unit 240 may configure a mirroring slot by combining two consecutive time slots. The first timeslot included in the mirroring slot performs an uplink operation for receiving a data packet transmitted from the first terminal 110, and the subsequent timeslot performs a downlink operation for immediately broadcasting the received data packet. Perform.

미니슬롯 구성부(250)는 소정의 단말이 미할당된 미러링슬롯 즉 빈 슬롯이 존재하는 경우, 미할당 미러링슬롯에 복수의 미니슬롯을 구성한다. 제1 단말(110)은 미할당 미러링슬롯에 구성된 복수의 미니슬롯 중 소정의 미니슬롯을 랜덤하게 선택하고, 선택된 미니슬롯을 통해 통신 지원장치(200)로 슬롯할당 요청신호를 전송한다. The mini slot configuration unit 250 configures a plurality of mini slots in the unassigned mirroring slot when there is an unassigned mirroring slot, that is, an empty slot. The first terminal 110 randomly selects a predetermined minislot among a plurality of minislots configured in the unassigned mirroring slot, and transmits a slot allocation request signal to the communication support apparatus 200 through the selected minislot.

미할당 미러링슬롯에 포함된 복수의 미니슬롯은 두 개의 미니슬롯이 쌍으로 구성될 수 있으며, 첫 번째 미니슬롯은 제1 단말(110)로부터 슬롯할당 요청신호를 수신하는 동작을 수행하고, 이어지는 두 번째 미니슬롯은 슬롯할당 요청신호에 대한 응답신호를 브로드캐스팅하는 동작을 수행한다. The plurality of minislots included in the unassigned mirroring slots may be configured with two minislots in pairs, and the first minislot performs an operation of receiving a slot allocation request signal from the first terminal 110, followed by two The first mini slot performs an operation of broadcasting a response signal to the slot allocation request signal.

미니슬롯 구성부(250)는 공중 중계 환경의 최대 전파지연 시간 및 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 수신한 뒤 이를 처리하는 시간을 고려하여 미러링슬롯에 구성되는 미니슬롯의 개수를 결정할 수 있다. The minislot configuration unit 250 may determine the number of minislots configured in the mirroring slot in consideration of the maximum propagation delay time of the public relay environment and the processing time after receiving the slot allocation request signal (request packet).

슬롯 할당 제어부(260)는 통신 지원장치(200)의 프레임 내에 구성된 프레임에 포함된 슬롯을 할당하고, 할당된 슬롯을 이용하여 공중 중계 통신을 수행한다. The slot assignment controller 260 allocates a slot included in a frame configured in the frame of the communication support apparatus 200 and performs public relay communication using the assigned slot.

슬롯 할당 제어부(260)는 미러링슬롯 할당을 위해 미니슬롯을 통해 수신된 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅한다. 여기서, 여기서, 응답신호는 제1 단말(110)에서 미러링슬롯의 할당에 대한 승인 여부를 판단할 수 있도록 미니슬롯을 통해 수신된 슬롯할당 요청신호를 그대로 즉 별도의 데이터 처리없이 브로드캐스팅한 신호일 수 있다. The slot assignment controller 260 broadcasts a response signal corresponding to the slot assignment request signal received through the mini slot for mirroring slot assignment. Here, the response signal may be a signal that is broadcast as a slot allocation request signal received through the mini slot as it is, without additional data processing, so that the first terminal 110 may determine whether to approve the allocation of the mirroring slot. have.

슬롯 할당 제어부(260)는 슬롯할당 요청신호 및 응답신호에 근거하여 제1 단말(110)이 미러링슬롯을 점유한 경우, 제2 단말(120)로 전송하기 위하여 제1 단말(110)로부터 수신된 데이터 패킷을 브로드캐스팅한다. The slot allocation control unit 260 is received from the first terminal 110 to transmit to the second terminal 120 when the first terminal 110 occupies the mirroring slot based on the slot allocation request signal and the response signal. Broadcast data packets.

슬롯 할당 제어부(260)는 제1 단말(110)이 전송하고자 하는 데이터가 음성 패킷이면, 음성 패킷을 전송하기 위하여 연속되는 4 개의 미러링슬롯을 결합하여 음성 블록을 구성하고, 음성 블록을 제1 단말(110)에 우선적으로 할당할 수 있다. If the data to be transmitted by the first terminal 110 is a voice packet, the slot assignment controller 260 configures a voice block by combining four consecutive mirroring slots to transmit the voice packet, and configures the voice block to the first terminal. Priority can be assigned to 110.

슬롯 할당 제어부(260)는 음성 블록 내에 포함된 적어도 하나의 미러링슬롯에 음성 패킷을 삽입하여 음성 패킷 통신이 수행되도록 한다. The slot assignment controller 260 inserts a voice packet into at least one mirroring slot included in the voice block to perform voice packet communication.

한편, 슬롯 할당 제어부(260)는 음성 블록 내에 음성 패킷을 삽입할 미할당 미러링슬롯이 존재하지 않는 경우, 미러링슬롯의 우선순위 또는 위치에 따라 결정된 미러링슬롯을 미할당 미러링슬롯으로 변경 처리한다. 즉, 슬롯 할당 제어부(260)는 미러링슬롯의 우선순위 또는 위치에 따라 결정된 미러링슬롯에 기 할당된 단말을 제거한 후 해당 미러링 슬롯에 음성 패킷을 전송하는 제1 단말(110)을 할당한다. On the other hand, when there is no unassigned mirroring slot to insert a voice packet in the voice block, the slot assignment controller 260 changes the mirroring slot determined according to the priority or position of the mirroring slot into an unassigned mirroring slot. That is, the slot allocation controller 260 removes a terminal previously allocated to the mirroring slot determined according to the priority or position of the mirroring slot, and then allocates the first terminal 110 to transmit a voice packet to the corresponding mirroring slot.

예를 들어, 슬롯 할당 제어부(260)는 음성 블록 내에 포함된 미러링슬롯 중 가장 우선순위가 낮은 슬롯을 미할당 미러링슬롯으로 변경하여 음성 패킷을 전송하는 제1 단말(110)을 할당하거나 음성 블록 내에 포함된 미러링슬롯 중 가장 마지막 위치의 슬롯을 미할당 미러링슬롯으로 변경하여 음성 패킷을 전송하는 제1 단말(110)을 할당할 수 있다. For example, the slot assignment control unit 260 allocates the first terminal 110 that transmits the voice packet by changing the slot with the lowest priority among the mirroring slots included in the voice block to an unassigned mirroring slot or in the voice block. The first terminal 110 for transmitting the voice packet may be allocated by changing the slot of the last position among the included mirroring slots into an unassigned mirroring slot.

한편, 슬롯 할당 제어부(260)는 전시상황에 적용되는 통신 지원장치(200)인 것을 고려하여 제1 단말(110)로부터 동일한 음성 패킷이 기 설정된 횟수로 음성 블록을 할당받기 위한 요청이 수신되는 경우 음성 블록에 포함된 미러링슬롯을 최우선적으로 할당하여 긴급 음성 패킷 통신이 이루어지도록 한다. 예를 들어, 슬롯 할당 제어부(260)는 제1 단말(110)로부터 음성 블록을 할당받기 위한 요청이 수신된 후 요청에 대한 응답신호를 브로드캐스팅하기 이전에 적어도 두 번 이상의 요청이 추가로 수신되는 경우 음성 블록에 포함된 미러링슬롯을 최우선적으로 할당하여 긴급 음성 패킷 통신이 이루어지도록 한다. On the other hand, in consideration of being the communication support apparatus 200 applied to the exhibition situation, the slot assignment controller 260 receives a request for allocating a voice block from the first terminal 110 a predetermined number of times. Priority allocation of the mirroring slots included in the voice block enables emergency voice packet communication. For example, the slot assignment controller 260 receives at least two additional requests after the request for the allocation of the voice block is received from the first terminal 110 but before broadcasting the response signal to the request. In this case, priority is given to assigning mirroring slots included in the voice block to perform emergency voice packet communication.

긴급 음성 패킷 통신에 따른 미러링슬롯을 할당하는 과정에서 슬롯 할당 제어부(260)는 할당 가능한 미할당 미러링슬롯을 최우선적으로 제1 단말(110)에 할당하여 긴급 음성 패킷 통신을 중계할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기 할당된 미러링슬롯을 강제로 제1 단말(110)에 할당하여 긴급 음성 패킷 통신을 중계할 수도 있다. In the process of allocating the mirroring slot according to the emergency voice packet communication, the slot assignment controller 260 may firstly allocate the unassignable mirroring slot to the first terminal 110 to relay the emergency voice packet communication. The present invention is not limited thereto, and the pre-allocated mirroring slot may be forcibly allocated to the first terminal 110 to relay emergency voice packet communication.

이하, Link-16와의 호환성을 고려한 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식(TM-TDMA)에 대한 프레임 구조 및 프레임을 구성하기 위한 통신 지원장치(200)의 동작에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a description will be given of the frame structure and operation of the communication support apparatus 200 for configuring a frame for time-mirror-based time division multiple access (TM-TDMA) based on compatibility with Link-16.

TM-TDMA의 프레임 구조는 Link-16의 프레임과 호환성을 위해 12 초 길이의 슈퍼프레임으로 구성되며, 슈퍼프레임은 내부에 1 초 길이의 서브프레임 12 개를 포함한다. 또한, 하나의 서브프레임은 각 서브 프레임 당 128 개의 타임슬롯으로 구성되며, 각 타임슬롯은 7.8125 밀리초(msec) 길이를 갖는다. The frame structure of TM-TDMA is composed of 12 seconds of superframe for compatibility with Link-16 frame, and superframe includes 12 subframes of 1 second in length. In addition, one subframe consists of 128 timeslots for each subframe, and each timeslot has a length of 7.8125 milliseconds (msec).

슈퍼프레임은 비콘 전달 구간과 데이터 전달 구간으로 구분될 수 있다. The superframe may be divided into a beacon transmission section and a data transmission section.

비콘 전달 구간은 하나의 비콘슬롯으로 이루어지며, 비콘슬롯은 매 슈퍼프레임의 시작 단에 존재한다. 통신 지원장치(200)는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함하는 비콘 정보를 네트워크 범위 내 전체 단말로 브로드캐스팅한다. 지상 단말들(110, 120)은 통신 지원장치(200)로부터 브로드캐스팅된 비콘 정보를 통하여 슈퍼프레임 내 빈 슬롯의 정보를 획득하고 슬롯할당 요청신호를 전송하여 빈 슬롯에 대한 슬롯할당을 요청할 수 있다. The beacon transmission section consists of one beacon slot, and the beacon slot is present at the beginning of every superframe. The communication support apparatus 200 broadcasts beacon information including frame initial slot assignment information to all terminals within a network range. The ground terminals 110 and 120 may acquire information on empty slots in the superframe through beacon information broadcast from the communication support apparatus 200 and transmit slot allocation request signals to request slot allocation for empty slots. .

데이터 전달 구간은 타 체계와의 호환을 위해 TDMA 타임슬롯과 네트워크 내 중계 통신을 위한 미러링슬롯으로 구성된다. 미러링슬롯은 타임 미러링 방식을 적용하기 위해 두 개의 연속된 TDMA 타임슬롯을 결합하여 구성된다. 통신 지원장치(200)는 첫 번째 TDMA 타임슬롯에서 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하고, 이어지는 두 번째 TDMA 타임슬롯에서 수신한 데이터 패킷을 바로 브로드캐스팅하여 공중 중계 통신을 수행한다. 여기서, 미러링슬롯의 길이(L_MS)는 [수학식 2]을 통해 산출될 수 있다. 미러링슬롯의 길이(L_MS)는 [수학식 2]에 정의된 바와 같이 기존의 TDMA 타임슬롯의 길이(L_TS)의 두 배로 구성되는 것이 바람직하다. The data transfer section consists of a TDMA timeslot and a mirroring slot for relay communication in the network for compatibility with other systems. The mirroring slot is configured by combining two consecutive TDMA timeslots to apply a time mirroring scheme. The communication support apparatus 200 receives a data packet transmitted from the first terminal 110 in the first TDMA timeslot and immediately broadcasts the data packet received in the second TDMA timeslot to perform a public relay communication. . Here, the length L _MS of the mirroring slot may be calculated through Equation 2. The length L _MS of the mirroring slot is preferably configured to be twice the length L _TS of the existing TDMA timeslot as defined in [Equation 2].

이하, 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식(TM-TDMA)에 대한 미니슬롯 구조 및 미니슬롯을 구성하기 위한 통신 지원장치(200)의 동작에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation of the communication support apparatus 200 for configuring the minislot structure and the minislot for the time-mirror-based time division multiple access scheme (TM-TDMA) will be described.

통신 지원장치(200)은 미러링슬롯의 할당을 위하여 단말의 할당을 받지 못한 미러링슬롯을 다수의 미니슬롯으로 구분한다. The communication support apparatus 200 divides the mirroring slots, which are not allocated by the terminal, for the allocation of the mirroring slots into a plurality of mini slots.

미러링슬롯에서 구분 가능한 미니슬롯의 수(N_MS)는 공중중계 환경과 단말(110, 120)의 데이터 전송률(R) 에 따라 달라진다. 군 환경에서는 작전환경에 따라 공중 중계노드(130)의 고도와 통신반경이 고정적이기 때문에 각 지상 단말(110, 120)은 사전 정보에 따라 미니슬롯의 개수를 미리 파악할 수 있다. The number of minislots N _{MS that} can be distinguished from the mirroring slots depends on the air relay environment and the data rates R of the terminals 110 and 120. In the military environment, since the altitude and the communication radius of the air relay node 130 are fixed according to the operational environment, each of the ground terminals 110 and 120 may determine the number of mini slots in advance according to advance information.

각 미니슬롯의 구성은 미러링슬롯과 같이 업링크(Uplink)와 다운링크(Downlink)로 구성되며, 각 링크마다 가드 타임(L_gt)과 패킷 전송 시간(L_req) 으로 구성된다. 가드 타임(L_gt)은 공중 중계 환경의 최대 전파지연 시간으로써 [수학식 3]에 정의된 바와 같이 통신 반경(d)에 대해 빛의 속도(c = 3 * 10⁸)로 나눔으로써 산출 가능하다. 패킷 전송 시간(L_req)은 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 수신한 뒤 이를 처리하는 시간으로써 [수학식 4]와 같이 패킷의 길이와 단말의 데이터율을 이용하여 계산한다. 본 발명의 일 실시예에서는 슬롯할당 요청신호의 크기를 USAP-MA(Unifying Slot Assignment Protocol-Multiple Access) 기법과 같은 50 비트인 것으로 가정하여 [표 2]와 같이 공중 중계 통신환경에 따른 미러링슬롯 내 미니슬롯의 수를 결정할 수 있다. [수학식 4]와 [수학식 5]를 통해 가드 타임(L_gt)과 패킷 전송 시간(L_req)의 합이 하나의 링크 길이가 되며, 미니슬롯은 업링크와 다운링크로 이루어짐으로써 [수학식 5]와 같은 방식으로 미러링슬롯 내에 구성 가능한 미니슬롯의 개수가 결정된다.Each minislot consists of uplinks and downlinks, like mirroring slots, and consists of guard time (L _gt ) and packet transmission time (L _req ) for each link. The guard time (L _gt ) is the maximum propagation delay time of the air relay environment, and can be calculated by dividing the speed of light (c = 3 * 10 ⁸ ) with respect to the communication radius (d) as defined in [Equation 3]. . The packet transmission time L _req is a time for processing after receiving a slot allocation request signal (request packet) and calculating the packet length and the data rate of the terminal as shown in Equation 4 below. In an embodiment of the present invention, it is assumed that the size of the slot allocation request signal is 50 bits, such as the Unifying Slot Assignment Protocol-Multiple Access (USAP-MA) scheme, in the mirroring slot according to the public relay communication environment as shown in [Table 2]. The number of minislots can be determined. In Equation 4 and Equation 5, the sum of the guard time (L _gt ) and the packet transmission time (L _req ) becomes one link length, and the minislot consists of uplink and downlink. In the same manner as in Equation 5], the number of minislots configurable in the mirroring slot is determined.

이하, 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식(TM-TDMA)을 이용한 슬롯 할당 알고리즘 및 미러링슬롯을 할당하기 위한 통신 지원장치(200)의 동작에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, an operation of the communication support apparatus 200 for allocating a slot allocation algorithm and a mirroring slot using time-mirror-based time division multiple access (TM-TDMA) will be described.

각 단말(110, 120)은 다수의 미니슬롯에 무작위로 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 전송하여 미러링슬롯을 할당받는다. 통신 지원장치(200)는 타임 미러링 방식을 적용하여 슬롯할당 요청과 승인에 대한 할당 결과(응답신호)를 즉시 브로드캐스팅하여 각 단말(110, 120)에서 미러링슬롯의 할당 승인 또는 실패를 판단할 수 있도록 한다. Each terminal (110, 120) is assigned a mirroring slot by randomly transmitting a slot allocation request signal (request packet) to a plurality of mini slots. The communication support apparatus 200 may broadcast the allocation result (response signal) for the slot allocation request and approval by applying a time mirroring method to determine the allocation approval or failure of the mirroring slot in each terminal 110 or 120. Make sure

통신 지원장치(200)는 단말들(110, 120)에 의해 할당되지 않은 미러링슬롯을 다수의 미니슬롯으로 구성한다. 미니슬롯의 구성은 미러링슬롯과 동일하게 타임 미러링 방식을 적용한다. 미니슬롯은 업링크와 다운링크로 구성되며 통신 지원장치(200)가 업링크를 통해 수신한 데이터를 다운링크를 통해 바로 브로드캐스팅하는 구조를 가진다. The communication support apparatus 200 configures a mirroring slot not allocated by the terminals 110 and 120 into a plurality of mini slots. The configuration of the mini slot applies the time mirroring method in the same manner as the mirroring slot. The minislot is composed of an uplink and a downlink, and the communication support apparatus 200 has a structure in which data received through the uplink is directly broadcast through the downlink.

미러링슬롯의 할당이 필요한 각 단말(110, 120)은 할당받지 않은 미러링슬롯의 미니슬롯에 대해 무작위의 정수를 선택한 뒤, 해당 순서의 미니슬롯을 이용하여 통신 지원장치(200)로 슬롯할당 요청신호(요청 패킷) 전송한다. Each terminal (110, 120) that needs to allocate a mirroring slot selects a random integer for the unassigned mirroring slot mini-slot, and then uses the mini-slot of the corresponding order slot allocation request signal to the communication support device 200 (Request packet) Send.

슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 수신한 통신 지원장치(200)는 수신 정보를 지상 단말(110, 120)에게 브로드캐스팅한다. 네트워크 영역 내에 존재하는 지상 단말(110, 120)은 브로드캐스팅되는 정보를 활용하여 별도의 승인 과정 없이 스스로 해당 미니슬롯에 전송한 슬롯할당 요청에 대한 성공 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 하나의 미니슬롯에 제1 단말(110)이 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 통신 지원장치(200)로 전송하고, 브로드캐스팅을 통하여 통신 지원장치(200)로부터 수신된 응답신호(수신 패킷)가 제1 단말(110)이 보낸 패킷과 동일하다면, 해당 미러링슬롯에 대한 승인이 이루어진 것으로 판단하고 해당 미러링슬롯을 제1 단말(110)이 점유한다. The communication support apparatus 200 that receives the slot allocation request signal (request packet) broadcasts the received information to the ground terminals 110 and 120. The terrestrial terminals 110 and 120 existing in the network area may check the success or failure of the slot allocation request transmitted to the corresponding minislot without using an approval process. For example, the first terminal 110 transmits a slot allocation request signal (request packet) to the communication support apparatus 200 in one mini-slot, and the response signal received from the communication support apparatus 200 through broadcasting. If the (receive packet) is the same as the packet sent by the first terminal 110, it is determined that the approval for the corresponding mirroring slot has been made, and the first terminal 110 occupies the corresponding mirroring slot.

반면, 제1 단말(110)을 포함한 다수 단말이 동일한 미니슬롯을 통해 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)를 송신하는 경우, 통신 지원장치(200)는 충돌이 일어나더라도 해당 패킷을 그대로 응답신호로 브로드캐스팅한다. 이에 따라 제1 단말(110)을 포함한 다수 단말 각각은 통신 지원장치(200)로부터 수신된 응답신호(수신 패킷)가 자신이 보낸 패킷과 동일하지 않으므로 슬롯할당에 실패한 것으로 간주한다. On the other hand, when a plurality of terminals including the first terminal 110 transmits a slot allocation request signal (request packet) through the same mini slot, the communication support apparatus 200 broadcasts the packet as a response signal as it is even if a collision occurs. Cast. Accordingly, each of the plurality of terminals including the first terminal 110 is regarded as having failed slot allocation because the response signal (receive packet) received from the communication support apparatus 200 is not the same as the packet sent by the terminal.

통신 지원장치(200)에서 브로드캐스팅되는 패킷으로 충돌이 일어난 것을 확인한 단말은 이후 미니슬롯에 통한 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)의 재전송을 진행한다. 통신 지원장치(200)은 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)를 재전송하는 과정에서 슬롯할당 요청에 대한 충돌이 다시 발생하는 것을 방지하기 위하여 802.11 무선랜 표준의 이진 지수 백오프를 적용할 수 있다. 여기서, 이진 지수 백오프란, 무작위 정수 선택 범위를 이전 전송에서의 선택 범위보다 두 배 늘려 무작위의 정수를 선택하고 그에 대한 미니슬롯을 통해 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)를 전송하는 것을 의미한다. 만약, 무작위로 나온 정수가 해당 미니슬롯 개수를 초과한다면, 제1 단말(110)은 더 이상 경쟁을 진행할 수 없으므로 다음 미러링슬롯에 대한 경쟁에 참여한다.After confirming that the collision has occurred due to the broadcast packet in the communication support apparatus 200, the terminal proceeds to retransmit the slot allocation request signal (request packet) through the mini slot. The communication support apparatus 200 may apply a binary index backoff of the 802.11 WLAN standard in order to prevent a collision for the slot allocation request again in the process of retransmitting the slot allocation request signal (request packet). Here, binary exponential backoff means that the random integer selection range is doubled than the selection range in the previous transmission to select a random integer and transmit a slot allocation request signal (request packet) through a minislot thereof. If the random number that is randomly exceeded the number of corresponding minislots, the first terminal 110 can not compete any more and thus participates in competition for the next mirroring slot.

통신 지원장치(200)에서 미니슬롯에 대한 접근은 각 단말이 보내려는 데이터의 우선순위에 따라 범위를 달리할 수 있다. 실시간성이 보장되어야 하는 음성 패킷은 데이터 패킷보다 높은 우선 순위를 가지며, 통신 지원장치(200)는 음성 패킷에 대한 슬롯할당 과정에서 전체 미니슬롯 개수 중 초기 10 %의 미니슬롯에서 우선적으로 랜덤 엑세스 경쟁을 진행함으로써 음성 패킷에 대한 우선순위를 보장할 수 있다. 예를 들어, 통신 지원장치(200)를 탑재한 공중 중계무인기가 5 km 상공에서 중계를 지원하고, 2 Mbps 데이터율을 가진다면 36 개의 미니슬롯이 존재하기 때문에 3 개의 미니슬롯에서 우선적으로 랜덤 엑세스를 진행하여 음성 패킷에 대한 우선순위를 보장할 수 있다.The access to the mini slot in the communication support apparatus 200 may vary in range depending on the priority of data to be sent by each terminal. The voice packet that should be guaranteed in real time has a higher priority than the data packet, and the communication support apparatus 200 preferentially competes in random access in the initial 10% minislot of the total number of minislots in the slot allocation process for the voice packet. By proceeding to ensure the priority for the voice packet. For example, if the aerial drone equipped with the communication support device 200 supports the relay at a distance of 5 km, and has a 2 Mbps data rate, since there are 36 mini slots, random access is preferentially performed in the three mini slots. By proceeding to ensure the priority for the voice packet.

이하, 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식(TM-TDMA)을 이용한 음성 데이터의 슬롯 할당 알고리즘 및 음성 통신을 보장하기 위한 통신 지원장치(200)의 동작에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a slot allocation algorithm of voice data using a time division multiple access method (TM-TDMA) based on time mirroring and an operation of the communication support apparatus 200 for guaranteeing voice communication will be described.

통신 지원장치(200)는 TM-TDMA 기법을 이용하여 음성 통신을 보장하기 위하여 음성 통신에서 허용 가능한 지연(V_accept)에 대한 길이만큼 연속되는 미러링슬롯을 음성 블록으로 구분하고, 각 음성블록마다 하나의 음성 패킷 슬롯을 할당하여 원활한 음성 통신을 보장한다. The communication support apparatus 200 divides the continuous mirroring slots into voice blocks by a length corresponding to an allowable delay (V _accept ) in the voice communication in order to guarantee voice communication using a TM-TDMA technique, one for each voice block. Allocate voice packet slots to ensure smooth voice communication.

통신 지원장치(200)는 [수학식 6]을 통해 하나의 음성 블록에 포함되는 미러링슬롯의 개수를 산출할 수 있다.The communication support apparatus 200 may calculate the number of mirroring slots included in one voice block through [Equation 6].

예를 들어, 미러링슬롯의 길이가 15.625 밀리초(msec)인 TM-TDMA 기법에서는 하나의 음성 블록은 연속되는 4 개의 미러링슬롯으로 구성된다. 즉, 하나의 서브프레임에는 총 16 개, 슈퍼프레임에는 192 개의 음성 블록이 존재할 수 있다. For example, in the TM-TDMA scheme in which the mirroring slot is 15.625 milliseconds (msec) in length, one voice block is composed of four consecutive mirroring slots. That is, a total of 16 voice blocks may exist in one subframe and 192 voice blocks in a superframe.

통신 지원장치(200)에서 [수학식 6]을 기반으로 음성 블록 크기가 설정이 되었다면, 음성 패킷을 가진 단말은 음성 블록을 활용한 음성 데이터 슬롯할당 알고리즘을 통해 음성 블록마다 한 개의 슬롯을 삽입한다. If the voice block size is set based on Equation 6 in the communication support apparatus 200, the terminal having the voice packet inserts one slot for each voice block through a voice data slot allocation algorithm using the voice block. .

음성 데이터 슬롯 할당 알고리즘은 처음으로 각 음성 블록에 대해 빈 슬롯이 존재하는지 여부를 확인한다. 만약 빈 슬롯이 없다면, 다음으로 해당 음성 블록에 존재하는 미러링슬롯 중 가장 낮은 우선순위를 가진 데이터에 대해 슬롯을 해제한 뒤 음성 데이터 슬롯을 삽입한다. 데이터 간의 우선순위가 없다면 음성 블록의 가장 마지막 슬롯을 해제하고 음성 슬롯을 할당한다.The voice data slot allocation algorithm first checks whether an empty slot exists for each voice block. If there is no empty slot, next, the slot is released for data having the lowest priority among the mirroring slots existing in the corresponding voice block, and then the voice data slot is inserted. If there is no priority between the data, the last slot of the voice block is released and the voice slot is allocated.

각 블록마다 삽입된 음성 슬롯은 최악의 경우에도 허용 지연인 125 밀리초(msec) 미만의 간격으로 분포되기 때문에, 원활한 음성 통신을 보장 가능하다. 또한, 음성 데이터에 대한 슬롯할당은 음성 블록에 포함되는 미러링슬롯의 수만큼 음성 통신이 보장되기 때문에 15.625 밀리초(msec) 길이의 미러링슬롯을 가지는 TM-TDMA 기준으로 최대 4 개의 음성 채널을 동시에 사용할 수 있다.Since the voice slots inserted in each block are distributed at intervals less than 125 milliseconds (msec), which is an allowable delay even in the worst case, smooth voice communication can be guaranteed. In addition, since slot communication for voice data is guaranteed for the number of mirroring slots included in the voice block, up to four voice channels can be used simultaneously based on TM-TDMA having a mirroring slot of 15.625 milliseconds (msec). Can be.

이하, 종래기술과 본원발명의 차이에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the difference between the prior art and the present invention will be described.

종래의 MIL-STD-188-200 표준을 적용하는 환경에서 범프슬롯(Bump-Slot)이라는 특정 슬롯을 음성패킷 전송을 위해 사용하는 방법은 매 패킷 전송 직후에 범프슬롯이 삽입되며 이 범퍼슬롯 구간을 활용해 음성패킷을 전송하는 방식이다. 하지만, 노드 별 할당이 아닌 패킷 별로 슬롯을 할당하기 때문에 음성패킷을 전송하고자 하는 노드는 매번 이와 같은 과정을 거쳐 패킷별로 슬롯을 할당받아야 하는 오버헤드가 발생하게 된다. 또한, 음성패킷 전송이 없거나 매우 작은 경우는 불필요한 시간구간이 발생할 수 있다. 만약, 특정 인터벌 내의 주기적인 전송이 요구되는 경우에도 마찬가지로 그러한 구간을 보장하기에 제한된다는 점도 있다. In an environment using the conventional MIL-STD-188-200 standard, a method of using a specific slot called a bump slot for voice packet transmission includes inserting a bump slot immediately after every packet transmission, and using this bumper slot interval. It is a method of transmitting voice packets. However, since slots are allocated for each packet, not for each node, the node that wants to transmit a voice packet has the overhead of receiving slots for each packet through this process. In addition, when there is no voice packet transmission or very small, an unnecessary time period may occur. If periodic transmission within a certain interval is required, it is also limited to guarantee such an interval.

이에, 본 발명에서 제안한 기법은 음성 패킷 전송을 위해 음성 블록을 설정하기 때문에 음성 지연(Voice Latency)에 따라 요구되는 간격을 수용하여 주기적인 음성패킷의 전송이 가능하며, 전술한 종래 방법과 같이 특정 슬롯구간을 임의로 사용하는 것이 아니라 수신한 슬롯사용 요청정보를 바탕으로 우선순위를 비교하여 우선순위가 낮은 노드의 미러링슬롯을 점유한 뒤 음성패킷을 전송하기 때문에 안정적인 음성 통신을 보장할 수 있다. 또한, 이 때 슬롯을 강제로 점유한 뒤 인터럽트 슬롯을 활용하여 슬롯을 사용하던 노드에게 슬롯점유 변경정보를 제공함으로써, 충돌을 방지하면서 슬롯을 뺏긴 노드가 다시 미러링슬롯을 할당 받기위한 슬롯할당에 참여할 수 있도록 할 수 있다.Therefore, since the proposed scheme sets up a voice block for transmitting a voice packet, it is possible to transmit a voice packet periodically by accommodating a required interval according to voice delay, and as in the conventional method described above. It is possible to guarantee stable voice communication because the voice packet is transmitted after occupying the mirroring slot of the low priority node by comparing the priority based on the received slot use request information rather than randomly using the slot section. In addition, by forcibly occupying the slot at this time, the slot occupancy change information is provided to the node using the slot by using the interrupt slot, so that the node having lost the slot can participate in slot allocation to be allocated the mirroring slot again while preventing collision. You can do that.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a public relay node-based communication support method according to an embodiment of the present invention.

공중 중계노드(130)는 공중 중계 통신을 위하여 프레임을 구성한다(S310). 공중 중계노드(130)는 타임 미러링 기반의 시분할 다중접속 방식을 이용하여 제1 단말(110) 및 제2 단말(120) 간의 공중 중계 통신을 지원하기 위한 프레임을 구성할 수 있다. The air relay node 130 configures a frame for air relay communication (S310). The public relay node 130 may configure a frame for supporting the public relay communication between the first terminal 110 and the second terminal 120 using a time division multiple access scheme based on time mirroring.

공중 중계노드(130)는 구성된 프레임을 기반으로 초기 브로드캐스팅을 수행한다(S320). 공중 중계노드(130)는 공중 중계 통신을 위한 프레임 구성이 완료되면, 프레임에 포함된 일부 슬롯에 해당하는 비콘 정보를 브로드캐스팅한다. 여기서, 비콘 정보는 비콘슬롯으로 구성되며, 빈 슬롯에 대한 정보를 포함하는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함할 수 있다.The aerial relay node 130 performs initial broadcasting based on the configured frame (S320). When the frame configuration for the air relay communication is completed, the air relay node 130 broadcasts beacon information corresponding to some slots included in the frame. The beacon information may include a beacon slot, and may include frame initial slot allocation information including information on empty slots.

제1 단말(110)은 미러링슬롯 할당을 요청하는 경우(S330), 미니슬롯을 통해 슬롯할당 요청신호를 공중 중계노드(130)로 전송한다(S332).When the first terminal 110 requests the mirroring slot allocation (S330), the first terminal 110 transmits a slot allocation request signal to the public relay node 130 through the mini slot (S332).

공중 중계노드(130)는 타임 미러링 방식을 기반으로 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호(할당 결과정보)를 브로드캐스팅한다(S340). 여기서, 응답신호는 제1 단말(110)에서 미러링슬롯의 할당에 대한 승인 여부를 판단할 수 있도록 공중 중계노드(130)에 수신된 슬롯할당 요청신호를 그대로 브로드캐스팅한 신호인 것이 바람직하다. The public relay node 130 broadcasts a response signal (allocation result information) corresponding to the slot allocation request signal based on the time mirroring method (S340). Here, the response signal is preferably a signal obtained by broadcasting the slot allocation request signal received by the public relay node 130 so that the first terminal 110 can determine whether to approve the allocation of the mirroring slot.

제1 단말(110)은 단계 S332에서 전송한 슬롯할당 요청신호와 단계 S340에서 수신된 응답신호를 비교하여 미러링슬롯의 할당요청에 대한 승인 여부를 확인한다(S350). 제1 단말(110)은 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 동일한지 여부를 비교하여 미러링슬롯의 할당요청에 대한 승인 여부를 확인할 수 있다. The first terminal 110 compares the slot allocation request signal transmitted in step S332 with the response signal received in step S340 and confirms whether to approve the allocation request of the mirroring slot (S350). The first terminal 110 may check whether the allocation request of the mirroring slot is approved by comparing the slot allocation request signal with the received response signal.

단계 S350에서 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 상이한 경우 제1 단말(110)은 해당 미러링슬롯의 할당이 실패한 것으로 판단한다. 예를 들어, 제1 단말(110)을 포함한 다수의 단말이 동일한 미니슬롯을 통해 공중 중계노드(130)로 슬롯할당 요청신호를 전송한 경우, 공중 중계노드(130)는 다수의 단말로부터 획득한 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅한다. 이에 따라 제1 단말(110)은 공중 중계노드(130)로 전송한 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 상이한 것으로 판단하며, 해당 미러링슬롯의 할당이 실패한 것으로 판단한다.When the slot allocation request signal and the received response signal are different in step S350, the first terminal 110 determines that the allocation of the corresponding mirroring slot has failed. For example, when a plurality of terminals including the first terminal 110 transmits the slot allocation request signal to the public relay node 130 through the same mini slot, the public relay node 130 is obtained from the plurality of terminals. The response signal corresponding to the slot allocation request signal is broadcast. Accordingly, the first terminal 110 determines that the slot allocation request signal transmitted to the public relay node 130 and the received response signal are different, and determines that the allocation of the corresponding mirroring slot has failed.

제1 단말(110)은 미러링슬롯의 할당이 실패한 것으로 판단된 경우, 미러링슬롯을 할당요청을 위한 미니슬롯을 재탐색하고, 탐색결과에 따른 미니슬롯을 이용하여 슬롯할당 재요청신호를 공중 중계노드(130)로 전송한다. 제1 단말(110)은 미러링슬롯을 할당 받을 때까지 슬롯할당 재요청신호를 전송하는 동작을 반복하여 수행할 수 있다. If it is determined that the allocation of the mirroring slot has failed, the first terminal 110 rescans the mini slot for requesting the allocation of the mirroring slot, and uses the mini slot according to the search result to transmit the slot allocation re-request signal to the public relay node. Send to 130. The first terminal 110 may repeatedly perform the operation of transmitting the slot allocation re-request signal until the mirroring slot is allocated.

한편, 단계 S350에서 슬롯할당 요청신호와 수신된 응답신호가 동일한 경우 제1 단말(110)은 해당 미러링슬롯의 할당이 승인된 것으로 판단한다. 제1 단말(110)은 승인된 미러링슬롯을 점유하여 제2 단말(120)과 타임 미러링 방식 기반의 데이터 통신을 수행한다. 여기서, 데이터 통신은 시분할 다중접속 방식(TDMA: Time Division Multiple Access)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, when the slot allocation request signal and the received response signal are the same in step S350, the first terminal 110 determines that the allocation of the corresponding mirroring slot is approved. The first terminal 110 performs time mirroring based data communication with the second terminal 120 by occupying the approved mirroring slot. Here, the data communication is preferably Time Division Multiple Access (TDMA), but is not necessarily limited thereto.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 음성 통신 지원 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method for supporting voice communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.

공중 중계노드(130)는 TM-TDMA 기법을 이용하여 음성 통신을 보장하기 위하여 음성 통신에서 허용 가능한 지연(V_accept)에 대한 길이만큼 연속되는 미러링슬롯을 음성 블록으로 구분한다. 공중 중계노드(130)는 각 음성 블록마다 하나의 음성 패킷 슬롯을 할당하여 원활한 음성 통신을 보장한다. The public relay node 130 divides the continuous mirroring slots into voice blocks by a length corresponding to an allowable delay (V _accept ) in the voice communication to ensure voice communication using the TM-TDMA technique. The air relay node 130 allocates one voice packet slot to each voice block to ensure smooth voice communication.

제1 단말(110)에 음성 패킷이 존재하면 (S410), 공중 중계노드(130)에서 음성 통신을 위한 음성 블록을 탐색한다(S420). 음성 블록의 탐색은 음성 통신에서 허용 가능한 지연에 대한 길이만큼 연속되는 미러링슬롯을 탐색하는 동작을 의미한다. If a voice packet exists in the first terminal 110 (S410), the public relay node 130 searches for a voice block for voice communication (S420). Searching for a voice block refers to an operation of searching for successive mirroring slots by a length for an allowable delay in voice communication.

제1 단말(110)은 공중 중계노드(130)와 연동하여 음성 블록 내에서 비어있는 미러링슬롯이 존재하는지 여부를 확인한다(S430).The first terminal 110 checks whether there is an empty mirroring slot in the voice block in association with the aerial relay node 130 (S430).

음성 블록 내에 비어있는 미러링슬롯이 존재하는 경우, 공중 중계노드(130)는 해당 미러링슬롯에 제1 단말(110)로부터 획득한 음성 패킷을 할당한다(S440).If there is an empty mirroring slot in the voice block, the public relay node 130 allocates the voice packet obtained from the first terminal 110 to the corresponding mirroring slot (S440).

한편, 비어있는 미러링슬롯이 존재하지 않는 상태에서 공중 중계노드(130)는 음성 블록 내 데이터 우선순위가 존재하지 않으면(S432), 가장 마지막으로 할당된 미러링슬롯을 선택하여 기 할당된 패킷을 제거한 후(S434) 제1 단말(110)의 음성 패킷을 할당한다(S440).On the other hand, if there is no empty mirroring slot, the public relay node 130 does not have a data priority in the voice block (S432), after selecting the last assigned mirroring slot to remove the pre-allocated packet (S434) The voice packet of the first terminal 110 is allocated (S440).

비어있는 미러링슬롯이 존재하지 않는 상태에서 공중 중계노드(130)는 음성 블록 내 데이터 우선순위가 존재하면(S432), 가장 낮은 우선순위를 갖는 미러링슬롯을 선택하여 기 할당된 패킷을 제거한 후(S436) 제1 단말(110)의 음성 패킷을 할당한다(S440).If there is no empty mirroring slot, the public relay node 130 selects a mirroring slot having the lowest priority and removes the pre-assigned packet if data priority exists in the voice block (S432). The voice packet of the first terminal 110 is allocated (S440).

공중 중계노드(130)는 다른 음성 블록이 존재하는지를 판단하고(S450), 존재하면 단계 S420에서 음성 블록을 탐색하는 동작을 반복하여 수행한다.The public relay node 130 determines whether another voice block exists (S450), and if present, repeats the operation of searching for the voice block in step S420.

한편, 다른 음성 블록이 존재하지 않는 경우 공중 중계노드(130)는 음성 패킷을 미러링슬롯에 할당하는 동작을 종료한다(S460).On the other hand, if no other voice block exists, the public relay node 130 ends the operation of assigning the voice packet to the mirroring slot (S460).

단계 S410 내지 단계 S460을 수행한 이후 제1 단말(110)은 음성 패킷을 포함하는 미러링슬롯을 점유하여 제2 단말(120)과 타임 미러링 방식 기반의 음성 데이터 통신을 수행한다.After performing steps S410 to S460, the first terminal 110 occupies a mirroring slot including a voice packet and performs voice data communication based on a time mirroring method with the second terminal 120.

도 3 및 도 4에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3 및 도 4에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 3 및 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIGS. 3 and 4, the steps are described as being sequentially executed, but are not necessarily limited thereto. In other words, since the steps described in FIGS. 3 and 4 may be applied by changing the steps or executing one or more steps in parallel, FIGS. 3 and 4 are not limited to the time series order.

도 3 및 도 4에 기재된 본 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법은 애플리케이션(또는 프로그램)으로 구현되고 단말장치(또는 컴퓨터)로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 방법을 구현하기 위한 애플리케이션(또는 프로그램)이 기록되고 단말장치(또는 컴퓨터)가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨팅 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치 또는 매체를 포함한다.The public relay node-based communication support method according to the present embodiment described with reference to FIGS. 3 and 4 may be implemented in an application (or program) and recorded on a recording medium readable by a terminal device (or computer). An application (or program) for implementing a public relay node-based communication support method according to the present embodiment is recorded, and a recording medium readable by a terminal device (or computer) stores all data that can be read by a computing system. Kinds of recording devices or media.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임 기본 구조를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a frame basic structure based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.

도 5에서는 공중 중계노드(130)에서 구성된 프레임의 기본 구조를 나타낸 것으로써 전체 프레임(슈퍼프레임) 중 하나의 서브프레임에 대한 구조를 나타낸다. 도 5에 도시된 프레임의 슬롯 위치 즉, 프레임에 포함된 타임슬롯(이하, TDMA 프레임으로 기재) 및 미러링슬롯의 위치는 일 실시예에 따른 것으로 통신환경에 따라 변경될 수 있다. 5 illustrates a basic structure of a frame configured in the aerial relay node 130 and shows a structure of one subframe of the entire frame (superframe). Slot positions of the frame illustrated in FIG. 5, that is, timeslots (hereinafter, referred to as TDMA frames) and mirroring slots included in the frames are according to an embodiment and may be changed according to a communication environment.

도 5를 참조하면, 공중 중계노드(130)에서 구성된 프레임은 TDMA 프레임 중 사이사이에 미러링슬롯이 포함될 수 있다. 여기서, 미러링슬롯은 타임 미러링 방식을 적용하기 위해 두 개의 연속된 TDMA 타임슬롯을 결합한 형태로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 5, a frame configured in the public relay node 130 may include mirroring slots among TDMA frames. Here, the mirroring slot may be implemented by combining two consecutive TDMA timeslots to apply a time mirroring scheme.

공중 중계노드(130)에서 구성된 프레임 중 아직 할당되지 않은 미러링슬롯이 존재하는 경우, 해당 미러링슬롯은 다수의 미니슬롯으로 구분될 수 있다. 공중 중계노드(130)는 이러한 미니슬롯을 통해 지상노드들로부터 슬롯할당 요청신호를 획득하고, 이에 대한 응답신호를 브로드캐스팅하여 미러링슬롯 할당 동작을 수행한다. If there is a mirroring slot not yet allocated among the frames configured in the air relay node 130, the mirroring slot may be divided into a plurality of mini slots. The public relay node 130 obtains the slot allocation request signal from the ground nodes through the minislot, broadcasts a response signal, and performs a mirroring slot allocation operation.

공중 중계노드(130)는 미러링슬롯 할당 동작을 통해 소정의 단말에 미러링슬롯의 할당을 완료한 경우, 해당 미러링슬롯은 업링크 슬롯과 다운링크 슬롯으로 구분된다. 미러링슬롯의 업링크 슬롯은 미러링슬롯을 점유한 단말로부터 데이터 패킷을 수신하는 역할을 수행하고, 다운링크 슬롯은 수신한 데이터 패킷을 바로 브로드캐스팅하는 역할을 수행한다. When the relay node 130 completes the allocation of the mirroring slot to a predetermined terminal through a mirroring slot assignment operation, the corresponding mirroring slot is divided into an uplink slot and a downlink slot. The uplink slot of the mirroring slot serves to receive a data packet from the terminal occupying the mirroring slot, and the downlink slot serves to broadcast the received data packet directly.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임 전체 구조를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an entire frame structure based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.

도 6에서는 공중 중계노드(130)에서 구성된 전체 프레임(슈퍼프레임)의 구조를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전체 프레임에 포함된 모든 슬롯은 중계 용도로 사용되는 것으로 가정하여 전체 프레임에 비콘 슬롯, 미러링슬롯, 인터럽트(Interrupt) 슬롯만으로 구성된 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일부 슬롯이 타임슬롯(이하, TDMA 프레임으로 기재)으로 구성된 형태로 구성될 수도 있다. 6 shows the structure of the entire frame (super frame) configured in the aerial relay node 130. As illustrated in FIG. 6, all slots included in the entire frame are assumed to be used for relaying, but are illustrated as being configured only with beacon slots, mirroring slots, and interrupt slots in the entire frame, but are not necessarily limited thereto. In addition, some slots may be configured in the form of time slots (hereinafter, referred to as TDMA frames).

타임 미러링 기반의 공중 중계통신을 위하여 구성된 프레임에서 비콘 슬롯은 프레임의 첫 번째 위치에 배치되고, 인터럽트(Interrupt) 슬롯은 전체 프레임의 가운데 위치에 배치될 수 있다. In a frame configured for time mirroring-based public relay communication, a beacon slot may be disposed at a first position of the frame, and an interrupt slot may be disposed at a center position of the entire frame.

프레임의 비콘 슬롯에는 전체 슬롯에 대한 정보를 담아 네트워크 내의 노드로 전파하고, 노드들은 비콘 슬롯에 포함된 비콘 정보를 통해 미러링슬롯의 할당 상태를 파악할 수 있다. The beacon slot of the frame contains information about the entire slot and propagates to nodes in the network, and the nodes can grasp the allocation state of the mirroring slot through the beacon information included in the beacon slot.

또한, 각 노드는 인터럽트 슬롯을 통해 프레임에 포함된 슬롯들에 대한 정보(갱신된 슬롯 정보)를 다시 받을 수 있으며, 만약 음성패킷 전송이 필요한 노드가 우선순위가 낮은 노드의 사용중인 슬롯을 할당 받았을 경우 이에 대한 정보를 인터럽트 슬롯에 추가하여 알려주고, 슬롯을 뺏긴 노드는 인터럽트 슬롯을 통해 이를 파악한 후 슬롯 재할당을 위한 다중 접속(Multiple Access) 과정에 재참여한다.In addition, each node can receive information about the slots included in the frame (updated slot information) again through an interrupt slot, and if a node that needs to transmit a voice packet has been allocated an active slot of a lower priority node, In this case, the information is added to the interrupt slot and notified, and the node having lost the slot recognizes the information through the interrupt slot and then rejoins the multiple access process for reallocating the slot.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임의 전체 구조를 나타낸 예시도이다.7 is an exemplary view showing the overall structure of a superframe according to an embodiment of the present invention.

공중 중계노드(130)에 의해 구성된 슈퍼프레임은 비콘 전달 구간과 데이터 전달 구간으로 구분될 수 있다. The superframe configured by the air relay node 130 may be divided into a beacon transmission section and a data transmission section.

비콘 전달 구간은 하나의 비콘슬롯으로 이루어지며, 비콘슬롯은 매 슈퍼프레임의 시작 단에 존재한다. 공중 중계노드(130)는 프레임 초기 슬롯할당 정보를 포함하는 비콘 정보를 네트워크 범위 내 전체 단말로 브로드캐스팅한다. 지상 단말들(110, 120)은 공중 중계노드(130)로부터 브로드캐스팅된 비콘 정보를 통하여 슈퍼프레임 내 빈 슬롯의 정보를 획득하고 슬롯할당 요청신호를 전송하여 빈 슬롯에 대한 슬롯할당을 요청할 수 있다. The beacon transmission section consists of one beacon slot, and the beacon slot is present at the beginning of every superframe. The air relay node 130 broadcasts beacon information including frame initial slot assignment information to all terminals within a network range. The terrestrial terminals 110 and 120 may acquire the information on the empty slot in the superframe through the beacon information broadcast from the air relay node 130 and transmit a slot allocation request signal to request slot allocation for the empty slot. .

데이터 전달 구간은 타 체계와의 호환을 위해 TDMA 타임슬롯과 네트워크 내 중계 통신을 위한 미러링슬롯으로 구성된다. 미러링슬롯은 타임 미러링 방식을 적용하기 위해 두 개의 연속된 TDMA 타임슬롯을 결합하여 구성된다. 통신 지원장치(200)는 첫 번째 TDMA 타임슬롯에서 제1 단말(110)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하고, 이어지는 두 번째 TDMA 타임슬롯에서 수신한 데이터 패킷을 바로 브로드캐스팅하여 공중 중계 통신을 수행한다. The data transfer section consists of a TDMA timeslot and a mirroring slot for relay communication in the network for compatibility with other systems. The mirroring slot is configured by combining two consecutive TDMA timeslots to apply a time mirroring scheme. The communication support apparatus 200 receives a data packet transmitted from the first terminal 110 in the first TDMA timeslot and immediately broadcasts the data packet received in the second TDMA timeslot to perform a public relay communication. .

도 7은 공중 중계노드(130)에 의해 구성된 TM-TDMA 기법에 대한 슈퍼프레임의 구조를 나타낸다. TM-TDMA의 프레임 구조는 Link-16의 프레임과호환성을 위해 12 초 길이의 슈퍼프레임으로 구성되며, 슈퍼프레임은 내부에 1 초 길이의 서브프레임 12 개를 포함한다. 또한, 하나의 서브프레임은 각 서브 프레임 당 128 개의 타임슬롯으로 구성되며, 각 타임슬롯은 7.8125 밀리초(msec) 길이를 갖는다.7 shows the structure of a superframe for the TM-TDMA scheme configured by the public relay node 130. The frame structure of TM-TDMA is composed of 12-second superframe for compatibility with the frame of Link-16, and superframe includes 12 sub-frames of 1 second in length. In addition, one subframe consists of 128 timeslots for each subframe, and each timeslot has a length of 7.8125 milliseconds (msec).

도 7에 도시된 바와 같이, T(i,j,k)를 i 번째 서브 프레임, j 번째 미러링슬롯, k 번째 타임슬롯이라고 한다면, T(1,1,1)은 비콘 전달 구간으로 비콘 정보를 통해 전체 노드에게 첫 번째 서브프레임의 할당 가능한 슬롯을 공유한다. 비콘 슬롯 이후의 타임슬롯은 데이터 전달 구간으로 사용되는데, 중계 용도와 타 체계와의 통신 용도에 따라 슬롯을 구분한다. 각각 T(1,2,3)과 T(1,2,4), T(2,1,1)와 T(2,1,2), T(2,2,3)와 T(2,2,4), T(12,1,1)와 T(12,1,2)는 중계 통신을 위해 두 개의 타임슬롯을 하나의 미러링슬롯으로 결합하여 사용되는 구조를 갖으며, T(1,1,2), T(1,64,128) 등과 같은 타임슬롯은 타 체계와의 통신을 위한 슬롯으로 사용될 수 있다. As shown in FIG. 7, if T (i, j, k) is referred to as the i-th subframe, the j-th mirroring slot, and the k-th time slot, T (1,1,1) indicates beacon information as a beacon transmission period. Through this, allocable slots of the first subframe are shared to all nodes. The time slot after the beacon slot is used as a data transmission section, and slots are classified according to the purpose of relaying and communication with other systems. T (1,2,3) and T (1,2,4), T (2,1,1) and T (2,1,2), T (2,2,3) and T (2, 2,4), T (12,1,1) and T (12,1,2) have a structure in which two timeslots are combined into one mirroring slot for relay communication, and T (1, 1,2), timeslots such as T (1,64,128) may be used as slots for communication with other systems.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 타임 미러링 기반의 프레임의 미니슬롯 구성을 나타낸 예시도이다.8 is an exemplary diagram illustrating a minislot configuration of a frame based on time mirroring according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 공중 중계노드(130)는 단말들(110, 120)에 의해 할당되지 않은 미러링슬롯을 다수의 미니슬롯으로 구성한다. 미니슬롯의 구성은 미러링슬롯과 동일하게 타임 미러링 방식을 적용한다. 미니슬롯은 업링크와 다운링크로 구성되며 공중 중계노드(130)가 업링크를 통해 수신한 데이터를 다운링크를 통해 바로 브로드캐스팅하는 구조를 가진다. As shown in FIG. 8, the public relay node 130 configures a mirroring slot not allocated by the terminals 110 and 120 as a plurality of mini slots. The configuration of the mini slot applies the time mirroring method in the same manner as the mirroring slot. The minislot is composed of uplink and downlink and has a structure in which the public relay node 130 broadcasts data received through the uplink directly through the downlink.

미러링슬롯의 할당이 필요한 각 단말(110, 120)은 할당받지 않은 미러링슬롯의 미니슬롯에 대해 무작위의 정수를 선택한 뒤, 해당 순서의 미니슬롯을 이용하여 공중 중계노드(130)로 슬롯할당 요청신호(요청 패킷) 전송한다. Each terminal (110, 120) that needs to assign a mirroring slot selects a random integer for the unassigned minislot of the mirroring slot, and then uses the minislots in the corresponding order to request slot allocation to the public relay node (130). (Request packet) Send.

슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 수신한 통신 지원장치(200)는 수신 정보를 지상 단말(110, 120)에게 브로드캐스팅한다. 네트워크 영역 내에 존재하는 지상 단말(110, 120)은 브로드캐스팅되는 정보를 활용하여 별도의 승인 과정 없이 스스로 해당 미니슬롯에 전송한 슬롯할당 요청에 대한 성공 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 하나의 미니슬롯에 제1 단말(110)이 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)을 공중 중계노드(130)로 전송하고, 브로드캐스팅을 통하여 공중 중계노드(130)로부터 수신된 응답신호(수신 패킷)가 제1 단말(110)이 보낸 패킷과 동일하다면, 해당 미러링슬롯에 대한 승인이 이루어진 것으로 판단하고 해당 미러링슬롯을 제1 단말(110)이 점유한다. The communication support apparatus 200 that receives the slot allocation request signal (request packet) broadcasts the received information to the ground terminals 110 and 120. The terrestrial terminals 110 and 120 existing in the network area may check the success or failure of the slot allocation request transmitted to the corresponding minislot without using an approval process. For example, the first terminal 110 transmits a slot allocation request signal (request packet) to the public relay node 130 in one mini-slot, and receives a response signal received from the public relay node 130 through broadcasting. If the (receive packet) is the same as the packet sent by the first terminal 110, it is determined that the approval for the corresponding mirroring slot has been made, and the first terminal 110 occupies the corresponding mirroring slot.

반면, 제1 단말(110)을 포함한 다수 단말이 동일한 미니슬롯을 통해 슬롯할당 요청신호(요청 패킷)를 송신하는 경우, 공중 중계노드(130)는 충돌이 일어나더라도 해당 패킷을 그대로 응답신호로 브로드캐스팅한다. 이에 따라 제1 단말(110)을 포함한 다수 단말 각각은 통신 지원장치(200)로부터 수신된 응답신호(수신 패킷)가 자신이 보낸 패킷과 동일하지 않으므로 슬롯할당에 실패한 것으로 간주한다. On the other hand, when a plurality of terminals including the first terminal 110 transmits a slot allocation request signal (request packet) through the same minislot, the aerial relay node 130 broadcasts the corresponding packet as a response signal even when a collision occurs. Cast. Accordingly, each of the plurality of terminals including the first terminal 110 is regarded as having failed slot allocation because the response signal (receive packet) received from the communication support apparatus 200 is not the same as the packet sent by the terminal.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 우선순위에 따른 슬롯 할당 동작을 설명하기 위한 예시도이다.9 is an exemplary diagram for describing a slot allocation operation according to priority according to an embodiment of the present invention.

도 9에서는 공중 중계 통신 시스템(100)의 우선순위에 따른 슬롯할당 과정을 나타내며, 우선순위는 클래스 1과 클래스 2로 구분된 것으로 가정한다. 9 shows a slot allocation process according to the priority of the public relay communication system 100, and it is assumed that the priority is divided into class 1 and class 2. FIG.

클래스 1에 해당하는 노드는 그림과 같이 클래스 1, 2에 해당하는 미니슬롯 모두를 통해 미러링슬롯을 할당을 요청할 자격이 부여되며 클래스 2에 해당하는 노드는 클래스 2인 미니슬롯에만 미러링슬롯 할당을 요청할 수 있는 자격을 가진다. 이때 음성 패킷을 전송하는 노드는 클래스와 무관하게 가장 우선순위로 미러링슬롯을 할당받게 된다.Nodes of class 1 are entitled to request the allocation of mirroring slots through both minislots of classes 1 and 2, as shown in the figure, and nodes of class 2 only request the allocation of mirroring slots to minislots of class 2. Have the right to At this time, the node transmitting the voice packet is assigned the mirroring slot at the highest priority regardless of the class.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 음성 통신을 위한 음성 블록의 설정 동작을 설명하기 위한 예시도이다. FIG. 10 is an exemplary diagram for describing an operation of setting a voice block for voice communication based on a public relay node according to an embodiment of the present invention.

공중 중계노드(130)는 단말(110, 120) 간의 원활한 음성 패킷 통신을 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 음성 블록을 설정할 수 있다. The public relay node 130 may set a voice block as shown in FIG. 10 for smooth voice packet communication between the terminals 110 and 120.

공중 중계노드(130)는 음성 통신에 대한 특정 음성 지연(Voice Latency) 크기가 주어진 경우 음성 패킷 간의 간격은 음성 지연(Voice Latency)의 크기를 초과하지 않도록 설정된다. 이에 따라 공중 중계노드(130)는 특정 음성 지연 크기의 절반이 되는 길이만큼의 슬롯을 음성 블록으로 설정하며, 음성 패킷은 음성 블록 내에 적어도 하나 이상 포함된다. 이 경우 음성 패킷 간의 거리는 음성 지연(Voice Latency)의 크기를 초과하지 않게 됨으로써, 원활한 음성 패킷 통신 품질을 보장할 수 있다. The public relay node 130 is set such that the interval between voice packets does not exceed the size of the voice delay when a specific voice delay size for voice communication is given. Accordingly, the public relay node 130 sets a slot corresponding to half of a specific voice delay size as a voice block, and at least one voice packet is included in the voice block. In this case, the distance between voice packets does not exceed the size of voice delay, thereby ensuring smooth voice packet communication quality.

도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 공중 중계노드 기반의 통신 지원 동작을 모의실험한 결과를 나타낸 도면이다.11 and 12 are diagrams showing the results of a simulation of the air relay node-based communication support operation according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 공중 중계 통신 시스템(100)에서 공중 중계노드 기반의 통신 지원 동작의 성능을 분석하기 위한 모의실험 환경 및 모의실험 결과에 대해 기재하도록 한다. In the aerial relay communication system 100 according to the present embodiment, the simulation environment and simulation results for analyzing the performance of the public relay node-based communication support operation will be described.

이하, 공중 중계노드 기반의 통신 지원 동작의 성능을 분석하기 위한 모의실험 환경에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a simulation environment for analyzing the performance of an air relay node based communication support operation will be described.

본 발명에서는 공중 중계 통신 환경에서 제안하는 기법의 성능을 분석하기 위해 USAP-MA과 TM-TDMA 기법을 MATLAB 시뮬레이터를 통하여 공중 중계 통신의 성능을 평가하였다. 모의실험 환경은 도 1b의 (b)과 같은 구성으로 진행되었으며, 결과값은 10,000 회 모의실험 결과값의 평균을 사용하였다. 모의실험에 적용된 변수는 [표 3]과 같다.In the present invention, in order to analyze the performance of the proposed scheme in the public relay communication environment, USAP-MA and TM-TDMA techniques were evaluated through the MATLAB simulator. The simulation environment was carried out in the configuration as shown in (b) of Figure 1b, the result value was used the average of 10,000 times the simulation results. The variables applied to the simulations are shown in Table 3.

전체 네트워크에는 하나의 공중 중계무인기(UAV)가 공중중계를 지원한다. 중계단말은 5 km의 고도에 위치하며, 최대 중계 통신 반경은 25 km인 것으로 가정한다. 본 성능평가에서는 중계 통신에서의 성능만을 비교하기 위해 중계단말을 통한 통신만을 진행하며, 통신 과정에서 채널 환경 악화로 인한 오류는 없는 것으로 가정했다. 또한, 모의실험에서는 중계통신 성능만을 비교하기 위해 USAP-MA와 TM-TDMA 기법 모두 타 체계와 연동 없이 모든 슬롯을 중계 용도로 사용한다. 따라서, TM-TDMA 기법의 모의실험에서 슈퍼프레임은 한 개의 비콘슬롯과 미러링슬롯으로 구성된다. 트래픽 모델은 전체 100 개의 지상 단말 중에서 프레임 당 패킷을 발생시키는 단말 수에 따라 성능 비교를 하였다. 또한 데이터의 크기는 균등 분포에 따라 하나의 데이터를 보내는데 평균 3 개와 5 개의 슬롯이 소모되는 것으로 모의실험을 진행했다.In the entire network, a single UAV supports air relay. The relay terminal is located at an altitude of 5 km, and the maximum relay communication radius is assumed to be 25 km. In this performance evaluation, only the communication through the relay terminal is performed to compare the performance in the relay communication, and it is assumed that there is no error due to the deterioration of the channel environment in the communication process. In addition, in order to compare only the relay communication performance, the simulation uses all slots for relay use without interworking with other systems. Therefore, in the simulation of TM-TDMA technique, a superframe consists of one beacon slot and a mirroring slot. The traffic model compares the performance according to the number of terminals generating packets per frame among all 100 terrestrial terminals. In addition, the size of the data is simulated as an average of three and five slots are consumed to send one data according to the uniform distribution.

이하, 공중 중계노드 기반의 통신 지원 동작의 성능을 분석하기 위한 모의실험 환경에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a simulation environment for analyzing the performance of an air relay node based communication support operation will be described.

도 11의 (a)는 지상 단말 수의 증가에 따른 공중중계 환경에서의 USAP-MA와 TM-TDMA 기법의 단대단 지연(end-to-end delay)을 비교한 것이다. 단대단 지연이란, 송신단말에서 생성된 데이터가 중계단말을 거쳐 수신단말에게 송신이 완료될 때까지의 시간이다.FIG. 11 (a) compares end-to-end delays of USAP-MA and TM-TDMA schemes in an air relay environment according to an increase in the number of terrestrial terminals. The end-to-end delay is the time until the data generated by the transmitting terminal passes through the relay terminal and is transmitted to the receiving terminal.

실험 결과 두 평균 데이터 크기 모두 USAP-MA가 적은 수의 지상 단말이 있을 때 TM-TDMA 기법 대비 데이터를 전달하는데 적은 지연을 보였다. 하지만 단말 수가 증가할수록 USAP-MA의 지연이 급격히 증가하면서 TM-TDMA 지연이 더 좋은 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 평균 데이터 크기가 증가할수록 더 성능의 역전이 빠르게 나타났다. 평균 데이터 크기가 3인 환경에서는 단말 수가 40 개인 환경에서 역전이 일어난 반면 데이터 크기가 5인 환경에서는 20 개인 환경에서 성능역전이 발생했다. 제안 기법에서는 단말의 수가 60 개 미만일 때까지는 지연의 증가폭이 적고, 이후에 값이 증가하는데 이는 한 프레임의 미러링슬롯 수가 64 개이기 때문이다. 결과적으로 제안하는 기법이 다수의 단말이 존재하는 네트워크와 대용량의 데이터 크기 전송 환경에 더 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다.Experimental results show that both average data sizes show less delay in delivering data compared to TM-TDMA schemes when USAP-MA has a small number of terrestrial terminals. However, as the number of terminals increases, the delay of the USAP-MA increases rapidly and it can be seen that TM-TDMA delay has better performance. As the average data size increased, the performance reversed faster. In an environment with an average data size of 3, the reversal occurred in an environment with 40 terminals, whereas in an environment with a data size of 5, a performance reversal occurred in an environment of 20 individuals. In the proposed scheme, the delay increase is small until the number of terminals is less than 60, and the value is increased later, because the number of mirroring slots of one frame is 64. As a result, it can be seen that the proposed scheme shows better performance in the network with multiple terminals and the large data size transmission environment.

도 11의 (b)는 단대단 지연을 평가한 도 11의 (a)에서 송신노드가 중계노드에게 패킷을 전달하는 시간을 제외한 중계노드에서 수신노드로 전달하는데 소요되는 시간만을 나타낸 것이다. 모의실험 결과 USAP-MA 기법에서 일어나는 지연의 90 % 이상 대부분이 중계과정에서의 지연임을 확인할 수 있다. 이는 송신단말이 다수인 반면, 중계단말이 하나인 환경이기 때문에 중계단말의 부하가 발생하기 때문이다. 결과적으로 지상단말 수와 데이터 크기가 증가할수록 중계단말의 부하가 심해진다. 이는 단대단 지연에서의 실시간성 보장을 불가능하게 만들며, 운용시간이 증가할수록 중계단말에서 데이터가 축적됨으로 인한 버퍼 오버플로우 문제 또한 발생 가능하다. 이에 반해 TM-TDMA 기법에서는 중계노드가 업링크 이후 바로 다운링크를 진행한다. 중계단말은 수신한 패킷을 즉시 브로드캐스팅함으로써 중계과정에서의 추가적인 지연이 발생하지 않는다. 또한, TM-TDMA 기법은 중계단말에서 송신단말로부터 하나의 패킷만을 보유한 뒤, 즉시 브로드캐스팅하기 때문에 중계단말의 버퍼는 하나의 패킷을 저장할 수 있는 저장소를 가지고 중계 통신을 운용 가능하다는 장점을 가진다.FIG. 11 (b) shows only the time taken by the transmitting node from the relay node to the receiving node except for the time for the transmitting node to transmit the packet to the relay node in FIG. Simulation results show that more than 90% of the delays in USAP-MA techniques are delays in the relay process. This is because the load of the relay terminal is generated because the transmission terminal has a large number, but the relay terminal has only one environment. As a result, the relay load increases as the number of terrestrial terminals and data size increases. This makes it impossible to guarantee real-time in end-to-end delay, and the buffer overflow problem may also occur due to the accumulation of data in the relay terminal as the operation time increases. In contrast, in TM-TDMA, the relay node goes downlink immediately after the uplink. The relay terminal broadcasts the received packet immediately so that no additional delay occurs in the relay process. In addition, since the TM-TDMA scheme retains only one packet from the transmitting terminal and broadcasts it immediately, the relay buffer has an advantage that the relay communication can operate with a storage capable of storing one packet.

도 12의 (a)는 TM-TDMA 기법에서 음성 채널의 수에 따른 데이터 전송에서의 단대단 지연을 나타낸 그림이다. 모의실험에서 음성 채널의 수는 음성채널이 존재하지 않는 0 개부터 시작하여 기존 음성 블록 크기의 절반 이상인 2 개까지 그 수를 증가시키며 진행하였다. 모의실험 결과 음성 패킷에 대한 지연은 음성 블록마다 무조건 전송을 보장하기 때문에 평균 125 밀리초(msec)의 균등한 값을 가지는 것을 확인 가능하다. 음성 통신의 허용 가능한 최대 지연이 125 밀리초(msec)라는 것을 감안하였을 때, 제안하는 기법을 통해 원활한 음성통신을 보장할 수 있다. 음성 채널의 수가 증가할수록 데이터 패킷의 지연은 증가하는 경향을 보이는데, 이는 음성 채널의 증가에 따라 음성블록의 음성 패킷이 차지하는 비율 증가하면서 데이터 패킷이 할당 가능한 슬롯 수가 감소하기 때문이다. 12 (a) is a diagram illustrating end-to-end delay in data transmission according to the number of voice channels in the TM-TDMA scheme. In the simulation, the number of voice channels was increased from 0 where no voice channels exist and increased to 2, more than half the size of the existing voice block. As a result of the simulation, the delay for the voice packet is guaranteed unconditionally for every voice block, so it can be confirmed that the average value is 125 milliseconds (msec). Given that the maximum allowable delay of voice communication is 125 milliseconds (msec), the proposed scheme can ensure smooth voice communication. As the number of voice channels increases, the delay of the data packets tends to increase because the number of slots that can be allocated to the data packets decreases as the proportion of voice packets in the voice block increases as the number of voice channels increases.

도 12의 (b)는 USAP-MA와 TM-TDMA 기법의 음성 채널 수에 따른 슬롯 사용율을 비교하였다. 슬롯사용율이란 전체 프레임 중에서 중계단말에서 수신단말로 패킷을 전송하는데 사용되는 슬롯 비율이다.12 (b) compares slot utilization rates according to the number of voice channels of the USAP-MA and TM-TDMA schemes. The slot utilization rate is a slot rate used for transmitting a packet from a relay terminal to a receiving terminal among all frames.

실험 결과, 공중 증계 통신은 2 홉으로 데이터 전송이 이루어지기 때문에 중계에 사용되는 슬롯의 비율이 0.5를 초과하지 않는 것을 확인할 수 있다. USAP-MA의 경우에는 송신단말이 다수인 것에 반해 중계단말이 한 개의 슬롯을 할당받아 사용하기 때문에 슬롯사용율이 0.1에 미치지 못하며, 이로 인해 중계과정으로 적용함에 따른 통신 효율이 매우 떨어진다. 이에 반해, 제안하는 TM-TDMA 기법은 미러링슬롯 개수인 64 개에 도달할 때까지 효율이 꾸준히 향상되고 이후에는 일정한 비율을 유지하는 것을 확인할수 있다. 또한 음성 채널의 개수가 증가할수록 슬롯사용율이 증가한 뒤 감소하는데, 이는 음성 패킷은 슬롯할당을 보장받기 때문에 경쟁으로 슬롯을 할당받지 못하는 슬롯 비율이 줄어들기 때문이다. 단말 수가 70개 이상일 때 수치가 떨어지는 것은 단말 수의 증가에 따른 경쟁이 심화되어 슬롯 할당 가능성이 감소하므로 단말의 수가 일정치를 넘으면 슬롯 사용율이 감소하는 경향을 보인다.As a result of the experiment, it can be confirmed that since the data transmission is performed in two hops, the ratio of slots used for relaying does not exceed 0.5. In the case of USAP-MA, the slot utilization rate is less than 0.1 because the relay terminal is assigned and used one slot in comparison with the number of transmitting terminals, and thus the communication efficiency due to the relay process is very low. On the other hand, the proposed TM-TDMA technique improves efficiency until the number of mirroring slots reaches 64, and then maintains a constant ratio. In addition, as the number of voice channels increases, the slot usage rate increases and then decreases, because the rate of slots for which slots are not allocated due to contention decreases because voice packets are guaranteed slot allocation. When the number of terminals is 70 or more, the number of terminals decreases due to intensified competition due to the increase in the number of terminals, and thus the slot utilization rate tends to decrease when the number of terminals exceeds a certain value.

전술한 모의실험 결과에 따르면, 기존 DTDMA 방식은 중계단말에 대한 고려가 되지 않았기 때문에 기존 기법을 공중중계에 그대로 적용하기에는 중계 통신 환경에서의 실시간성을 보장할 수 없다. 이에 비해, 본 발명에 따른 TDMA 기반 공중중계 통신 환경에서 데이터 및 음성 통신의 실시간성을 보장할 수 있는 기법은 Link-16과의 호환성을 보장함과 동시에 중계 통신의 실시간성을 보장함으로써 단절된 네트워크를 신속하게 중계할 수 있다. 그리고, 모의실험을 통해 제안하는 기법이 기존 USAP-MA 대비 중계과정에서의 지연을 없애고, 전체적인 성능에서도 USAP-MA 대비 지연에서 좋은 성능을 나타냄을 확인할 수 있다. According to the simulation results described above, since the existing DTDMA scheme is not considered for the relay terminal, it is not possible to guarantee real time in the relay communication environment to apply the existing technique to the air relay. On the other hand, in the TDMA-based public relay communication environment according to the present invention, a technique capable of real-time data and voice communication guarantees compatibility with Link-16 and at the same time guarantees the real-time of the relay communication. It can be relayed quickly. The simulation results show that the proposed scheme eliminates the delay in the relay process compared to the existing USAP-MA, and shows good performance in the delay compared to the USAP-MA in overall performance.

이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the embodiments of the present invention, and those skilled in the art to which the embodiments of the present invention pertain various modifications without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Modifications will be possible. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the technical spirit of the embodiments of the present invention, but to describe, and the scope of the technical spirit of the embodiments of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the embodiments of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the embodiments of the present invention.

100: 공중 중계 통신 시스템 110: 제1 단말
120: 제2 단말 130: 공중 중계노드
200: 통신 지원장치 210: 수신부
220: 전송부 230: 통신 지원 제어부
240: 프레임 구성부 250: 미니슬롯 구성부
260: 슬롯 할당 제어부100: public relay communication system 110: first terminal
120: second terminal 130: air relay node
200: communication support device 210: receiver
220: transmission unit 230: communication support control unit
240: frame configuration 250: mini-slot configuration
260: slot allocation control unit

Claims (14)

통신 지원장치에서 공중 중계노드 기반의 통신을 지원하는 방법에 있어서,
복수의 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함하는 프레임을 구성하는 프레임 구성 단계;
상기 프레임의 초기 슬롯할당 정보를 포함하는 비콘 정보를 브로드캐스팅(Broadcating)하는 제1 전송 단계;
미할당 미러링슬롯에 포함된 미니슬롯을 통해 적어도 하나의 단말로부터 슬롯할당 요청신호를 수신하는 요청 수신 단계;
상기 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호를 브로드캐스팅하는 제2 전송 단계; 및
상기 슬롯할당 요청신호 및 상기 응답신호에 근거하여 제1 단말이 상기 미러링슬롯을 점유한 경우, 제2 단말로 전송하기 위하여 상기 제1 단말로부터 수신된 데이터 패킷을 브로드캐스팅하는 중계 통신 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.In the communication support apparatus in a method for supporting public relay node-based communication,
A frame construction step of constructing a frame including a plurality of timeslots and mirroring slots;
A first transmission step of broadcasting beacon information including initial slot assignment information of the frame;
A request receiving step of receiving a slot allocation request signal from at least one terminal through a minislot included in an unassigned mirroring slot;
A second transmission step of broadcasting a response signal corresponding to the slot allocation request signal; And
A relay communication step of broadcasting a data packet received from the first terminal for transmission to the second terminal when the first terminal occupies the mirroring slot based on the slot allocation request signal and the response signal;
Public relay node based communication support method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 프레임 구성 단계는,
외부 통신체제와의 호환을 위한 상기 타임슬롯 및 타임미러링 기반의 중계 통신을 위한 미러링슬롯을 포함하는 상기 프레임을 구성하되, 연속하는 두 개의 상기 타임슬롯을 결합하여 상기 미러링슬롯을 구성하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 1,
The frame composition step,
The frame includes the time slot for compatibility with an external communication system and a mirroring slot for time mirroring-based relay communication, and the mirroring slot is configured by combining two consecutive time slots. Public relay node based communication support method. 제1항에 있어서,
상기 프레임 구성 단계는, 상기 프레임 중 첫 번째 슬롯을 비콘 슬롯으로 구성하고, 상기 비콘 슬롯을 통해 상기 비콘 정보가 브로드캐스팅되도록 하며,
상기 비콘 정보를 획득한 상기 적어도 하나의 단말 각각은 상기 초기 슬롯할당 정보를 기반으로 상기 미할당 미러링슬롯을 확인하고, 상기 미할당 미러링슬롯에 포함된 상기 미니슬롯을 통해 상기 슬롯할당 요청신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 1,
In the frame configuring step, the first slot of the frame is configured as a beacon slot, and the beacon information is broadcast through the beacon slot,
Each of the at least one terminal acquiring the beacon information identifies the unallocated mirroring slot based on the initial slot allocation information, and transmits the slot allocation request signal through the minislot included in the unallocated mirroring slot. Public relay node-based communication support method, characterized in that. 제3항에 있어서,
상기 프레임 구성 단계는,
상기 미할당 미러링슬롯에 복수의 미니슬롯을 구성하고, 상기 요청 수신 단계는 상기 복수의 미니슬롯 중 랜덤하게 선택된 소정의 미니슬롯을 통해 상기 슬롯할당 요청신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 3,
The frame composition step,
A plurality of minislots are configured in the unassigned mirroring slots, and the request receiving step receives the slot allocation request signal through a randomly selected minislot among the plurality of minislots. Communication support method. 제4항에 있어서,
상기 제2 전송 단계는, 상기 슬롯할당 요청신호를 별도의 데이터 처리없이 상기 응답신호로 브로드캐스팅하되,
상기 중계 통신 단계는, 상기 제1 단말이 전송한 상기 슬롯할당 요청신호와 상기 응답신호가 동일한 경우 상기 제1 단말에 상기 미러링슬롯을 할당하여 점유되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 4, wherein
In the second transmitting step, the slot allocation request signal is broadcast as the response signal without any data processing,
In the relay communication step, when the slot allocation request signal transmitted from the first terminal and the response signal are the same, the mirroring slot is allocated to the first terminal to be occupied. Way. 제1항에 있어서,
상기 중계 통신 단계는,
상기 제1 단말이 전송하고자 하는 데이터가 음성 패킷이면, 음성 패킷을 전송하기 위하여 연속되는 4 개의 미러링슬롯을 결합하여 구성된 음성 블록을 상기 제1 단말에 우선적으로 할당하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 1,
The relay communication step,
If the data to be transmitted by the first terminal is a voice packet, a public block node is allocated to the first terminal with a voice block configured by combining four consecutive mirroring slots to transmit the voice packet. Communication support method. 제6항에 있어서,
상기 중계 통신 단계는,
상기 음성 블록 내에 포함된 하나의 미러링슬롯에 음성 패킷을 삽입하여 음성 패킷 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 6,
The relay communication step,
And a voice packet communication by inserting a voice packet into one mirroring slot included in the voice block. 제7항에 있어서,
상기 중계 통신 단계는,
상기 음성 블록 내에 상기 음성 패킷을 삽입할 미할당 미러링슬롯이 존재하지 않는 경우, 상기 미러링슬롯의 우선순위 또는 위치에 따라 상기 미러링슬롯을 미할당 미러링슬롯으로 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 7, wherein
The relay communication step,
If there is no unassigned mirroring slot to insert the voice packet in the speech block, the mirroring slot is changed to an unassigned mirroring slot according to the priority or position of the mirroring slot. Communication support method. 제8항에 있어서,
상기 중계 통신 단계는,
상기 음성 블록 내에 포함된 상기 미러링슬롯 중 가장 우선순위가 낮은 슬롯을 상기 미할당 미러링슬롯으로 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 8,
The relay communication step,
And the lowest priority slot among the mirroring slots included in the voice block is changed to the unassigned mirroring slot. 제8항에 있어서,
상기 중계 통신 단계는,
상기 음성 블록 내에 포함된 상기 미러링슬롯 중 가장 마지막 위치의 슬롯을 상기 미할당 미러링슬롯으로 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원방법.The method of claim 8,
The relay communication step,
And the last slot of the mirroring slots included in the voice block is changed to the unassigned mirroring slot. 적어도 하나의 단말과 연동하여 슬롯할당 요청신호 또는 데이터 패킷을 획득하는 수신부;
상기 슬롯할당 요청신호에 대응하는 응답신호 또는 상기 데이터 패킷을 브로드캐스팅하는 전송부; 및
복수의 타임슬롯 및 미러링슬롯을 포함하는 프레임을 구성하고, 상기 슬롯할당 요청신호 및 상기 응답신호에 근거하여 미러링슬롯 할당을 수행하며, 제1 단말이 상기 미러링슬롯을 점유한 경우, 제2 단말로 전송하기 위하여 상기 제1 단말로부터 수신된 데이터 패킷을 중계하는 통신 지원 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치.A receiving unit obtaining a slot allocation request signal or a data packet in association with at least one terminal;
A transmission unit broadcasting a response signal or the data packet corresponding to the slot allocation request signal; And
A frame including a plurality of timeslots and a mirroring slot is configured, and a mirroring slot is allocated based on the slot allocation request signal and the response signal, and when the first terminal occupies the mirroring slot, the second terminal is assigned to the second terminal. Communication support control unit for relaying the data packet received from the first terminal for transmission
Public relay node-based communication support device comprising a. 제11항에 있어서,
상기 통신 지원 제어부는,
상기 프레임 내에서 연속하는 두 개의 상기 타임슬롯을 결합하여 상기 미러링슬롯을 구성하고, 상기 프레임 중 첫 번째 슬롯에 구성된 비콘 슬롯을 통해 비콘 정보가 브로드캐스팅되도록 하되,
상기 비콘 정보를 획득한 상기 적어도 하나의 단말 각각은 상기 비콘 정보에 포함된 초기 슬롯할당 정보를 기반으로 미할당 미러링슬롯을 확인하고, 상기 미할당 미러링슬롯에 포함된 미니슬롯을 통해 상기 슬롯할당 요청신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치.The method of claim 11,
The communication support control unit,
Combining two consecutive timeslots in the frame to configure the mirroring slot, and beacon information is broadcast through a beacon slot configured in the first slot of the frame,
Each of the at least one terminal acquiring the beacon information identifies an unassigned mirroring slot based on initial slot assignment information included in the beacon information, and requests the slot allocation through a minislot included in the unassigned mirroring slot. Public relay node-based communication support device, characterized in that for transmitting a signal. 제12항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 미할당 미러링슬롯에 구성된 복수의 미니슬롯 중 랜덤하게 선택된 소정의 미니슬롯을 통해 상기 슬롯할당 요청신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치.The method of claim 12,
The receiving unit,
And receiving the slot assignment request signal through a randomly selected minislot among a plurality of minislots configured in the unallocated mirroring slot. 제13항에 있어서,
상기 통신 지원 제어부는,
상기 슬롯할당 요청신호를 별도의 데이터 처리없이 상기 응답신호로 브로드캐스팅되도록 하되, 상기 제1 단말이 전송한 상기 슬롯할당 요청신호와 상기 응답신호가 동일한 경우 상기 제1 단말에 상기 미러링슬롯을 할당하여 점유되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 중계노드 기반의 통신 지원장치.
The method of claim 13,
The communication support control unit,
The slot allocation request signal is broadcast as the response signal without additional data processing. If the slot allocation request signal transmitted from the first terminal is identical to the response signal, the mirroring slot is allocated to the first terminal. Public relay node-based communication support device, characterized in that to be occupied.

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