KR20060100079A

KR20060100079A - Ａｒｑ 시스템에서 신속하게 재전송 프레임의 상실여부를파악하기 위한 역방향 애크 방법

Info

Publication number: KR20060100079A
Application number: KR1020050021720A
Authority: KR
Inventors: 이재용; 한제찬
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-20
Also published as: US20060209904A1

Abstract

본 발명은 재전송 요청 프레임에 대한 대기 시간이 재전송 타임(retransmission time)을 경과하였는지를 기다리지 않고, 신속하게 재전송 요청 프레임의 상실여부를 파악할 수 있는 신규한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 종래기술상의 문제점을 해결하기 위해서 역방향 애크(RA;reverse acknowledgement) 방식을 사용한다.

여기서 역방향 애크라 함은 송신노드에서 수신노드로 재전송 프레임을 이미 송신하였음을 알려주는 것을 의미한다.

본원발명에 따른 역방향 애크(RA) 방법은

전송된 프레임이 상실되었음을 수신노드에서 식별하는 단계;

전송된 프레임의 상실이 식별된 경우 재전송 프레임을 식별하는 식별자를 포함하는 재전송 요청 메시지(NAK 메시지)를 수신노드에서 송신노드로 송신하는 단계;

상기 재전송 요청 메시지를 송신노드에서 수신하는 단계;

재전송 요청 메시지의 수신에 응답하여 재전송 프레임을 송신노드에서 수신노드로 재전송하는 단계;

송신노드에서 재전송 프레임을 송신한 후, 뒤이은 프레임들을 순차적으로 송신하는 단계로서, 뒤이은 프레임들은 재전송 프레임의 전송을 식별하는 식별자를 포함하는 순차 송신 단계; 및

수신노드에서 상기 뒤이은 프레임들을 수신한 경우, 뒤이은 프레임들에 포함된 상기 식별자를 기초로 재전송 프레임의 상실여부를 식별하는 단계를 포함한다.

선택-반복 ARQ, 역방향 애크(RA:Reverse Ack)

Description

ＡＲＱ 시스템에서 신속하게 재전송 프레임의 상실여부를 파악하기 위한 역방향 애크 방법{REVERSE ACKNOWLEDGEMENT METHOD FOR QUICKLY IDENTIFYING WHETHER THE RETRANSMITTED FRAME WAS LOST OR NOT}

도1(a)는 정지-대기 ARQ 방식에 관한 도이다.

도1(b)는 GBN ARQ 방식에 관한 도이다.

도1(c)는 SR ARQ 방식에 관한 도이다.

도2는 종래의 선택-반복 ARQ 방식의 문제점을 보여주는 도이다.

도3(a)은 본원발명에 따른 재전송 요청 메시지의 구성을 보여주는 도이다.

도3(b) 본원발명에 따라, 송신노드에서 수신노드로 재전송 데이터 프레임 송신후의 뒤이은 데이터 프레임에 대한 구성을 보여주는 도이다.

도4(a)는 본원발명에 따라 하나의 역방향 애크를 사용하는 ARQ 시스템에서의 데이터 프레임의 흐름을 보여주는 도이다.

도4(b)는 본원발명에 따라 복수 개의 역방향 애크를 사용하는 ARQ 시스템에서의 데이터 프레임의 흐름을 보여주는 도이다.

도5는 본원발명에 따른 역방향 애크 방식을 설명하는 흐름도이다.

도6은 수신노드에서 관리되는 역방향 애크(RA) 테이블을 보여주는 도이다.

도7은 역방향 애크를 사용하지 않는 종래기술에 따른 ARQ 시스템과 역방향 애크를 사용하는 본원발명에 따른 ARQ 시스템에서, 패킷 에러율에 따른 지연시간의 관계를 보여주는 시뮬레이션 도이다.

무선 링크(wireless link)의 신뢰성(Reliability)을 보장해 주기 위해 ARQ(자동 재전송 요청 ; Automatic Retransmit Request)와 FEC(순방향 에러 정정 ; Forward Error Correction), 또는 두 가지를 함께 사용하는 복합 ARQ(Hybrid ARQ) 가 고려되고 있다. ARQ는 링크계층에서 프레임의 손실을 감지하고 재전송을 위한 기능을 수행한다. 손실된 프레임은 재전송 타이머나 수신원으로부터 전달되는 애크 신호{acknowledgement (Ack)}, 내크 신호(Negative-ACK) 혹은 폴링(polling) 에 의해서 감지된다. 이를 통해 ARQ 는 손실된 프레임을 빠르게 복구할 수 있어 상위 전송 프로토콜에 대해서 무선 링크의 신뢰성을 효율적으로 보장해 줄 수 있다.

ARQ 의 전송 방식은 크게 정지 - 대기(stop-and-wait) 방식과 슬라이딩 윈도우(sliding window) 방식으로 나눌 수 있다.

도1(a)는 정지-대기 ARQ 방식에 관한 도이다. 정지-대기 방식은 한 번에 하나의 프레임만을 전송하는 방식으로, 프레임이 성공적으로 전달된 것을 확인한 후에 다음 프레임을 전송한다. 이 방식은 구현이 용이하다는 장점이 있지만 하나의 프레임을 전송하고 이에 대한 Ack 를 수신할 때까지 프레임을 전송하지 못하기 때문에 효율성이 낮다는 단점이 있다. 슬라이딩 윈도우 방식은 송신원에서 전송 윈도 우를 관리하여 여러 개의 프레임을 연속적으로 보내는 방식으로 충분히 큰 전송 윈도우를 사용할 경우 대단히 효율적이다. 반면 프레임마다 순번(sequence number)을 부여하고 관리해야 하므로 상대적으로 구현이 복잡해질 수 있다. 대표적인 슬라이딩 윈도우 방식으로는 GBN(go-back-n) 방식과 SR(선택 반복) 방식을 들 수 있다.

도1(b)는 GBN ARQ 방식에 관한 도이며, 송신측이 NAK를 받으면 에러가 발생한 블록으로 되돌아가 그 이후의 모든 블록을 재전송하는 방식을 사용한다.

도1(c)는 SR ARQ 방식에 관한 도이며, 송신측이 NAK를 받으면 에러 블록을 찾아 해당 블록만큼을 재전송하는 방식으로, 전송 효율은 좋으나 다른 ARQ 방식에 비해 복잡한 회로와 큰 용량의 버퍼가 필요하며 수신측에서는 데이터를 재배열하여야 한다.

본 발명은 모든 ARQ 시스템에 적용될 수 있지만, 바람직하게는 선택-반복 ARQ 시스템에 적용된다.

한편, 도2는 종래의 선택-반복 ARQ 방식의 문제점을 보여주는 도이다.

송신노드는 1, 2, 3, 4번 프레임을 순차적으로 수신노드로 전송한다.

한편, 수신노드는 1,2,3,4번 프레임을 순차적으로 수신한다.

상기 도2에서, 1, 3, 4 번 프레임은 성공적으로 수신되지만, 2번 프레임은 손상되거나 상실된 상태로 수신된다.

이 경우, 수신노드는 3번 프레임이 성공적으로 수신되었음을 확인한 후에 2번 프레임이 상실되었음을 확인하고, 송신노드로 재전송 요청 메시지(NAK 메시지)를 전송함과 동시에 재전송 타이머(retransmission timer)를 작동시킨다.

한편, 송신노드는 2번 프레임에 대한 재전송 요청 메시지를 수신하고, 2번 프레임을 재전송하고, 뒤이어 5, 6, 7번 프레임을 전송한다.

재전송된 2번 프레임이 또 다시 상실되고, 수신노드는 5, 6, 7번 프레임의 수신을 확인한다.

이러한 종래기술상에서, 비록 3,4,5,6,7 번 프레임은 양호하게 수신되었다 하더라도, 재전송 타임이 경과하기 전까지는 2번 프레임의 재전송 성공 여부가 아직 확인되지 않기 때문에 3,4,5,6,7 번 프레임은 상위 계층(예를 들면, TCP)으로 전달되지 못하고, 수신노드의 재배열(re-sequencing) 버퍼에 대기하여야만 한다.

또한, 재전송 타이머의 재전송 타임은 라운드 트립 지연(송신노드와 수신노드 사이의 왕복 지연)의 수십 배로 설정되기 때문에, 종래의 NAK 기반 ARQ 방식은 재전송 프레임이 상실되었는지 여부를 확인하기 위해서는 오랜 시간 동안 상실된 프레임의 수신을 대기하여야만 하고, 이는 양호하게 수신된 다른 프레임들에 대한 처리효율을 급격히 저하시키게 되고, 또한 수신노드의 재배열 버퍼의 크기를 크게 설정하여야 하는 단점이 존재하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 재전송 요청 프레임에 대한 대기 시간이 재전송 타임을 경과하였는지를 기다리지 않고, 신속하게 재전송 요청 프레임의 상실여부를 파악할 수 있는 신규한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 종래기술상의 문제점을 해결하기 위해서 역방향 애크(RA;reverse acknowledgement) 방식을 사용한다.

본원발명에 따른 역방향 애크(RA) 방법은

상기 재전송 요청 메시지를 송신노드에서 수신하는 단계;

본원발명에 따른 재전송 요청 메시지는 NAK 메시지와 재전송 프레임 식별자(NAKID)로 구성된다. NAK 메시지는 종래기술에서 사용되는 메시지이고, NAKID는 본원발명에 따라 역방향 애크를 위해 사용되는 메시지이다. 한편, 수신노드에서 송신노드로 전송되는 NAKID는 수신노드의 RA(reverse acknowledgement) 테이블에 저장된다.

뒤이은 데이터 프레임은 자신의 데이터 프레임 컨텐츠와 NAKID로 구성된다. 뒤이은 데이터 프레임 자신에 대한 컨텐츠(오버헤드 메시지와 데이터 페이로드로 구성됨)는 종래기술상에서 사용되는 메시지이고, NAKID는 본원발명에 따라 역방향 애크를 위해 사용되는 메시지이다.

도3(a) 및 도3(b)에서 알 수 있는 바와 같이, 본원발명은 역방향 애크를 위해 수신노드에서 송신노드로 NAKID를 송신하고, 송신노드는 NAKID에 상응하는 메시지를 수신노드로 재전송한 후 뒤이은 데이터 프레임에서 NAKID를 통해 수신노드에 재전송 프레임을 송신하였음을 알린다.

이를 통해, 수신노드는 재전송 프레임의 상실 여부를 재전송 타임이 경과되기 전에 파악할 수 있게 된다.

도2와 마찬가지로 송신노드는 1, 2, 3, 4번 프레임을 순차적으로 수신노드로 전송한다.

한편, 수신노드는 1,2,3,4번 프레임을 순차적으로 수신한다.

이 경우, 수신노드는 3번 프레임이 성공적으로 수신되었음을 확인한 후에 2번 프레임이 상실되었음을 확인하고, 송신노드로 재전송 요청 메시지(NAK 메시지)를 전송한다. 그리고, 재전송 요청 메시지에는 도3(a)에 제시된 바와 같이 NAKID가 추가로 첨부된다.

그리고, 2번 프레임에 대한 재전송 이후의 뒤이은 프레임, 즉 5번 프레임에는 도3(b)에 제시된 바와 같이 NAKID가 추가로 부가된다. 재전송된 2번 프레임이 또 다시 상실되고, 수신노드는 5, 6, 7번 프레임의 수신을 확인한다.

한편, 5번 프레임에는 2번 프레임이 송신노드에서 이미 재전송하였음을 알리는 식별자(NAKID)가 포함되어 있기 때문에, 수신노드는 재전송 타임이 경과되기 전에 2번 프레임에 대한 재전송 실패를 인지하게 된다.

따라서, 수신노드는 재전송 타임의 경과를 기다리지 않고, 즉시 다음 단계(2번 프레임에 대한 추가적인 재전송 요청 또는 2번 프레임에 대한 재전송을 포기하고 이미 수신된 3번 및 4번 프레임을 상위 계층으로 전달함)로 진행한다.

이와 같이, 본원발명에 따른 역방향 애크 방식을 통해 수신노드는 신속하게 재전송 프레임의 상실여부를 파악하여, 다음 단계로 진행함으로써, 종래 기술상에 존재하던 상술한 문제점을 간단하게 해결할 수 있게 된다.

한편, 도4(a)에서 5번 프레임의 수신 후에 재전송된 2번 프레임이 수신되는 경우가 발생할 수도 있다. 재전송된 2번 프레임이 직접(direct) 신호가 아니라, 신호 경로상의 다른 물체에 의해 반사된 신호인 경우에는 뒤에 전송된 5번 프레임이 먼저 수신되고, 그 이후에 재전송된 2번 프레임이 수신되는 경우가 발생할 수도 있다.

이와 같이 재전송된 2번 프레임이 5번 프레임(뒤이은 프레임) 후에 도달하게 되면 오류가 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 오류를 방지하기 위해서 5번 프레임뿐만 아니라, 6번 및 7번 프레임에도 NAKID를 부가하고, 수신노드에서는 3개의 NAKID가 모두 수신된 이후에 재전송된 2번 프레임의 상실 여부를 판단하는 방법을 사용할 수도 있다.

물론, 이와 같이 3개의 프레임에 대해서 NAKID를 사용하는 경우에도 5번 프레임 수신 전에 재전송된 2번 프레임이 수신된 경우에는 추가적인 NAKID의 수신을 대기할 필요없이 재전송 프레임의 성공적인 전송을 식별할 수 있다. 다만, 재전송 프레임의 상실을 식별하기 위해서는 3개의 NAKID를 수신한 후에야 비로소 재전송 프레임의 상실을 식별할 수 있다.

한편, 이와 같이 복수의(상기 실시예에서는 3개) NAKID가 수신된 이후에 재전송된 2번 프레임의 상실 여부를 판단하는 방법은 도4(b)에 제시되어 있다.

상기 방법은 단계(500)에서 시작한다.

단계(510)에서 수신노드는 전송 프레임이 상실되었음을 식별한다. 이러한 식별은 예를 들어 수신노드가 1번 프레임을 수신하고, 뒤이어 2번 프레임이 아닌 3번 프레임이 수신된 경우 2번 프레임의 상실을 식별한다.

단계(520)에서 수신노드는 상실된 프레임의 재전송을 요청하는 메시지를 송신노드로 전송한다. 여기서, 재전송 요청 메시지는 역방향 애크를 위해 재전송 프레임을 식별하는 NAKID를 포함한다.

단계(530)에서 송신 노드는 재전송 요청 메시지를 수신한 후 재전송 요청 프레임을 수신 노드로 재전송한다.

단계(540)에서 송신 노드는 뒤이은 프레임을 수신 노드로 송신함과 동시에, 뒤이은 프레임에 NAKID를 추가하여 재전송 프레임의 송신 사실을 수신 노드에 애크한다(역방향 애크).

단계(550)에서 수신노드는 뒤이은 프레임을 수신하고, 뒤이은 프레임에 포함된 NAKID를 통해 재전송 프레임이 이미 송신되었음을 확인하며, 만약 재전송 프레임이 아직 수신되지 않았다면 재전송 프레임이 상실되었음을 식별하게 된다.

그리고 상기 방법은 단계(560)에서 종료된다.

역방향 애크 테이블은 NAKID, 상실 패킷 리스트, 및 상태표시기로 구성된다.

상기 역방향 애크 테이블은 전송 프레임의 상실이 확인되는 경우 및 재전송 프레임의 상실 여부가 확인되는 경우에 갱신된다.

예를 들어, 2번, 5번 프레임의 상실인 확인된 경우 2번 및 5번 프레임 각각에 대해 NAKID 1 및 2가 부여되고, 2번 프레임의 재전송 성공이 확인된 경우 2번 프레임에 대한 내용은 상기 테이블에서 제거된다.

도7은 역방향 애크를 사용하지 않는 종래기술에 따른 ARQ 시스템과 역방향 애크를 사용하는 본원발명에 따른 ARQ 시스템에서, 패킷 에러율에 따른 지연시간의 관계를 보여주는 시뮬레이션 도이다. 여기서 재전송 허용 횟수(retransmission persistence)는 1로 설정하였다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 패킷 에러율이 증가함에 따라 종래 기술에 따른 ARQ 시스템에서는 지연시간이 급격하게 증가하지만, 역방향 애크를 사용하는 본원발명에 따른 ARQ 시스템에서는 패킷 에러율이 증가하더라도 지연시간이 점진적으로 증가함을 알 수 있다.

따라서, 본원발명은 패킷 에러율이 큰 ARQ 시스템에서 매우 효과적임을 알 수 있다.

상술한 방법의 단계들 및 알고리즘은 하드웨어에서, 또는 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈에서, 또는 이들의 조합에 의해 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들은 랜덤 액세스 메모리(RAM); 플래쉬 메모리; 판독 전용 메모리(ROM); 전기적 프로그램어블 ROM(EPROM); 전기적으로 삭제가능한 프로그램어블 ROM(EEPROM); 레지스터; 하드디스크; 제거가능한 디스크; 컴팩트 디스크 ROM(CD-ROM); 또는 공지된 저장 매체의 임의의 형태로서 존재한다. 예시적인 저장매체는 프로세서와 결합되며, 프로세서는 저장매체로부터 정보를 판독하여 저장매체에 정보를 기록한다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서의 구성요소일 수 있다. 이러한 프로세서 및 저장매체는 ASIC 에 존재할 수 있다. ASIC 는 사용자 단말에 위치 할 수 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말에서 이산 컴포넌트로서 존재할 수도 있다.

한편, 상술한 실시예들은 당업자가 본원발명을 보다 용이하게 이해하도록 하기 위한 예시로써 제시될 뿐이며, 본원발명이 상기 실시예들로 제한되는 것은 아니다.

따라서, 본원발명의 권리범위는 상술한 실시예들뿐만 아니라, 상기 실시예들의 다양한 변형들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본원발명에 따른 역방향 애크를 사용함으로써, NAK 기반 ARQ 시스템에서 재전송 프레임의 상실 여부를 신속하게 파악할 수 있고, 이를 통해 성공적으로 수신된 프레임들을 신속하게 상위 계층으로 전달함으로써 상위 계층(예를 들어, TCP)의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

NAK 기반 ARQ 시스템에서 재전송 프레임의 상실 여부를 신속하게 확인하기 위한 역방향 애크(Reverse Acknowledgement)방법으로서,

전송된 프레임이 상실되었음을 수신노드에서 식별하는 단계;

전송된 프레임의 상실이 식별된 경우 재전송 프레임을 식별하는 식별자를 포함하는 재전송 요청 메시지(NAK 메시지)를 수신노드에서 송신노드로 송신하는 단계;

상기 재전송 요청 메시지를 송신노드에서 수신하는 단계;

재전송 요청 메시지의 수신에 응답하여 재전송 프레임을 송신노드에서 수신노드로 재전송하는 단계;

송신노드에서 재전송 프레임을 송신한 후, 뒤이은 프레임들을 순차적으로 송신하는 단계로서, 뒤이은 프레임들은 재전송 프레임의 전송을 식별하는 식별자를 포함하는 순차 송신 단계; 및

수신노드에서 상기 뒤이은 프레임들을 수신한 경우, 뒤이은 프레임들에 포함된 상기 식별자를 기초로 재전송 프레임의 상실 여부(재전송 실패 여부)를 식별하는 단계를 포함하는 역방향 애크 방법.
제1항에서 있어서, 상기 재전송 프레임을 식별하는 식별자 및 상기 재전송 프레임의 전송을 식별하는 식별자는 NAKID 인 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방 법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 ARQ 시스템은 선택 반복(selective repeat) ARQ 시스템인 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

재전송 프레임의 전송을 식별자는 재전송 프레임의 바로 뒤이은 프레임에서만 부가되어 전송되는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

재전송 프레임의 전송을 식별하는 식별자는 재전송 프레임의 복수의 뒤이은 프레임들에 부가되어 전송되는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
제5항에 있어서,

상기 복수의 뒤이은 프레임들은 3개의 뒤이은 프레임들이며, 상기 재전송 프레임 상실 여부 식별단계는 3개의 뒤이은 프레임들이 수신노드에서 수신된 이후에 이뤄지는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 재전송 프레임의 상실여부를 식별하는 단계는

수신된 재전송 프레임 전송 식별자에 해당하는 재전송 프레임이 이미 수신된 경우에는 재전송 프레임이 상실되지 않았다고 식별하고,

수신된 재전송 프레임 전송 식별자에 해당하는 재전송 프레임이 아직 수신되지 않은 경우에는 재전송 프레임이 상실되었다고 식별하는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

재전송 프레임의 상실이 식별되면, 더 이상 재전송 요청 메시지를 전송하지 않고, 이미 수신된 프레임을 상위계층으로 전달하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 방법.
NAK 기반 ARQ 시스템에서 재전송 프레임의 상실 여부를 확인하기 위한 역방향 애크(RA) 테이블을 관리하는 방법으로서,

NAK 식별자(NAKID), 상실 패킷 리스트, 상실 패킷의 재전송 상태 표시자를 포함하는 역방향 애크 테이블을 구성하는 단계; 및

전송 패킷의 상실이 식별되거나 또는 재전송 패킷의 성공적인 수신여부에 따라 역방향 애크 테이블을 갱신하는 단계를 포함하는 역방향 애크 테이블을 관리하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 역방향 애크 테이블 갱신 단계는

전송 패킷이 상실된 경우 상실된 전송 패킷에 NAKID를 부여하여 역방향 애크 테이블에 상실된 전송 패킷을 추가하고,

재전송 패킷이 성공적으로 수신되거나 재전송 패킷의 상실이 확인된 경우 확인된 재전송 패킷에 해당하는 NAKID를 역방향 애크 테이블에서 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 애크 테이블을 관리하는 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,

상기 ARQ 시스템은 선택 반복 ARQ 시스템인 것을 특징으로 하는 역방향 애크 테이블을 관리하는 방법.