KR100226660B1 - 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 데이타 통신에서 적응적 경쟁에 기초로 한 다중 접근 방식에 관한 것으로, 특히 멀티미디어 데이타 통신에서 다양한 트래픽의 특성에 따라 예약과 경쟁을 혼용하여 전송 매체를 접근하도록 한 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법에 관한 것이다.

종래에는 전송 매체의 다중 접근하는 제어를 한 가지 방법으로만 사용하므로 경쟁 ALOHA 기법을 사용할 경우에는 큰 부하를 요구하는 환경에서 충돌로 인하여 채널의 이용률이 낮아지고 예약 ALOHA 기법은 작은 부하를 요구하는 환경에서 주기적인 전송으로 전송의 지연이 생기는 문제점이 있었다.

본 발명에 의해 다양한 트래픽의 특성에 따라 슬롯 유형 필드의 값을 설정하여 예약 슬롯과 불예약 슬롯으로 구분하고 해당 부분에 따라 경쟁 기법에 의해 전송 기회를 획득하거나 또는 예약 기법으로 전송 매체를 접근하므로써, 멀티미디어 데이타의 무선 통신에서 채널 이용률을 상승시켰다.

Description

무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법

본 발명은 무선 데이타 통신에서 공유되는 통신 매체의 다중 접근 방식에 관한 것으로, 특히 멀티미디어 데이타 통신에서 다양한 트래픽의 특성에 따라 예약과 경쟁을 혼용하여 전송 매체를 접근하도록 한 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선 데이타 통신만은 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국(11)과, 다수개의 가입자 터미널(12-1~12-N)을 포함하여 이루어지는데, 해당 기지국(11)을 통하여 공유된 전송 매체인 공기를 통해 해당 다수개의 가입자 터미널(12-1~12-N)과의 신호를 송수신하므로 전송 매체의 접근 제어가 필요하게 된다.

만약 두 개 이상의 상기 가입자 터미널(12-1~12-N) 또는 스테이션(Station)이 동시에 동일한 주파수를 통하여 송신하는 경우, 해당 동일한 주파수의 두 신호는 상호 간섭에 의해 송신되는 정보에 에러가 발생되어 올바른 정보를 전달하지 못한다.

그리고, 무선 데이타 통신망에서 이러한 신호의 충돌은 모든 스테이션에서 감지할 수 있으므로 해당 경우에 적합한 경유 매체 접근을 시도하면 올바른 정보를 전달할 수 있다.

그래서, 무선 통신망의 전송 매체에 대한 다중 접근 방식으로 종래에 개발된 ALOHA 프로토콜른 경쟁을 통한 공유 매체 접근을 시도하였다. 즉 다시 말해서, 전송할 데이타가 있는 임의의 스테이션은 임의의 시점이나 슬롯(Slot)의 시작 시점에 해당 데이타를 전송하는데, 상기 기지국(11)에서 동시에 데이타를 전송하여 충돌이 발생한 경우에는 전송의 실패를 알리는 신호인 NACK 신호를 생성하여 전송한다.

이러한 경쟁 ALOHA 기법은 동작이 단순하여 구현하기 쉬우나 채널 이용률이 낮은 단점이 있는데, 특히 높은 채널의 부하를 요구하는 환경에서 상기 ALOHA 프로토콜이 취하는 임의의 접근 방식은 충돌로 인하여 채널의 이용률이 낮아진다.

따라서, 이러한 임의 접근 방식에 근거한 ALOHA 프로토콜의 단점을 개선하기 위하여 몇 가지 방안이 제시되었다. 그 중에서도 상기 경쟁 ALOHA 기법에서 일부 슬롯을 몇 개의 스테이션이 사용할 수 있도록 예약하는 예약 ALOHA 기법을 사용함으로써 임의의 시점의 전송으로 인한 충돌을 방지하여 채널 이용률을 높인다.

이와 같은 예약 ALOHA 기법은 바인더에 의해 제안된 고정 채널 할당 방식인 TDM(시분할 다중화: Time Division Multiplexing) 기법으로 슬롯 ALOHA에 적용한 것이다.

해당 TDM과 같이 해당 ALOHA의 N개의 슬롯을 하나의 그룹(Group)으로 묶어 N개의 스테이션이 자신만의 슬롯을 갖도록 하여 데이타 전송에 이용하는데, 만약 해당스테이션의 수가 N개보다 큰 경우에 나머지 슬롯은 해당 스테이션에 할당되지 않고 원래 ALOHA 기법에 따라 경쟁적으로 슬롯을 사용할 수 있도록 한다.

그리고, 해당 할당된 N개의 슬롯 중에서 사용하지 않은 슬롯은 다른 스테이션이 해당 슬롯을 사용할 수 있도록 기회를 제공하므로서, 빈 슬롯은 해당 슬롯이 비어 있음을 알리는 신호로 사용된다.

그러나, 자신에게 할당된 슬롯을 사용할 경우에는 언제든지 해당 슬롯을 사용할 수 있으므로 최소한 2개의 그룹의 슬롯 지연 시간 이후에 패킷을 전송할 수 있다.

해당 기법의 동작 예를 도 2에 도시된 바와 같이 나타내어 다음과 같이 설명한다.

8개의 슬롯 중에서 6개의 슬롯이 6개의 스테이션(C,E,B,A,D,F)에 할당되어 있고 나머지 2개의 슬롯은 특정 스테이션에 할당되지 있지 않다면, 첫 번째 그룹(그룹 1)에서는 4개의 스테이션(C,E,A,D)에 할당된 슬롯을 통해 패킷을 전송하고 나머지 2개의 슬롯도 경쟁에 의해 패킷 전송에 사용할 수 있다.

그리고, 두 번째 그룹(그룹2)에서는 새로운 스테이션(F)에서 패킷을 전송할 때에 자신에 할당된 슬롯으로 패킷을 전송하나, 이전의 슬롯이 미사용 중이므로 다른 스테이션, 즉 스테이션(A)에서 동시에 해당 슬롯을 사용하기 위해 경쟁하는 경우에 해당 그룹2에서는 충돌이 발생하게 된다.

그러나, 세 번째 그룹(그룹3)에서 상기 스테이션(A)은 상기 새로운 스테이션(F)이 자신의 슬롯을 사용하려 한다는 사실을 알 수 있으므로 이때에는 충돌을 피할 수 있고 상기 스테이션(A)만이 자신의 슬롯을 사용한다.

이렇게 일단 예약된 슬롯은 해당 슬롯의 소유자(Owner)가 아닌 한, 한 번 사용한 스테이션에서 그 위치의 슬롯을 배타적으로 사용할 수 있다. 그러나, 빈 슬롯의 상태가 발생하면 다른 스테이션이 해당 슬롯을 사용할 수 있다.

한편, 다른 방식으로 크로우더에 의해 슬롯을 예약하는 ALOHA 기법이 제안되었는데, 상술한 바인더의 제안과 달리 슬롯을 특정 스테이션이 소유하도록 하지 않으므로써 모든 슬롯을 사용할 수 있도록 하였고, 또한 바인더의 제안과 마찬가지로 특정 스테이션에서 일단 사용한 슬롯은 다음 그룹에서도 그 위치의 슬롯을 독점적으로 사용할 수 있도록 한다.

해당 크로우더의 방식에 의한 예약 ALOHA의 동작 예를 도 3에 도시된 바와 같이 나타내어 다음과 같이 설명한다.

8개의 슬롯으로 구성된 그룹에서 임의의 위치의 슬롯을 임의의 스테이션이 사용할 수 있으나, 패킷을 전송한 새로운 스테이션은 빈 슬롯만을 사용할 수 있다. 그런데, 첫 번째 그룹(그룹1)에서 세 번째와 여섯 번째 슬롯이 비어 있으므로 두 번째 그룹(그룹2)에서 새로운 스테이션이 패킷을 전송할 때에 해당 두 슬롯을 통해 패킷을 전송하게 된다. 만약, 둘 이상의 스테이션이 동시에 해당 슬롯을 접근하는 경우에는 충돌이 발생하게 된다.

다르게 말해서, 한 번 예약된 슬롯은 전송할 패킷이 존재하는 한 독점적인 사용을 보장할 수 있다.

상술한 경쟁에 기반한 ALOHA 기법과 예약에 기반한 개선된 ALOHA 기법은 종래의 무선 데이타 통신에 적합하도록 구성되었으나, 최근의 데이타는 멀티미디어 데이타로 다양한 특성의 데이타가 혼합된 상태를 나타낸다. 즉, 비디오와 오디오 데이타는 마감 시간 내에 처리되어야 하는 실시간의 특성을 갖고 문자 위주의 데이타는 지연에 민감하지는 않지만 데이타의 오류나 손실에 민감하다.

이러한 트래픽의 특성이 다른 데이타가 혼합된 무선 통신 환경에서 비디오나 오디오 등의 데이타는 주기적으로 데이타를 전송할 있도록 해야 하고, 문자 위주의 데이타는 해당 데이타가 준비되면 전송할 수 있도록 제공해야 효율적이다.

그러나, 종래의 기술로는 무선 환경에서 통신 매체인 공기를 통한 무선 신호의 전송을 위하여 경쟁 ALOHA 기법, 예약 ALOHA 기법 등의 한 가지 방법만으로 전송 매체의 다중 접근을 제어해야 하므로, 경쟁 ALOHA 기법은 문자 위주의 데이타 통신 등의 부하가 크지 않은 경우에만 유리하고 예약 ALOHA 기법은 음성과 같은 연속적인 데이타 통신에만 유리하다.

즉, 상술한 바와 같이 높은 채널의 부하를 요구하는 환경에서 경쟁 ALOHA 프로토콜이 취하는 임의의 접근 방식은 충돌로 인하여 채널의 이용률이 낮아지는 단점이 있고, 예약 ALOHA 기법은 부하가 크지 않을 경우에 주기적으로 전송 기회가 주어지므로 전송의 지연이 생기는 단점이 있다.

이와 같이, 종래에는 전송 매체의 다중 접근하는 제어를 한 가지 방법으로만 사용하므로 경쟁 ALOHA 기법을 사용할 경우에는 큰 부하를 요구하는 환경에서 충돌로 인하여 채널의 이용률이 낮아지고 예약 ALOHA 기법은 작은 부하를 요구하는 환경에서 주기적인 전송으로 지연이 생기는 단점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 멀티미디어 데이타의 무선 통신에서 다양한 트래픽의 특성에 따라 예약과 경쟁을 혼용하여 전송 매체를 접근하여 데이타의 효율을 높이기 위한 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 일반적인 무선 데이타 통신망을 나타낸 구성 블록도.

제2도는 제1도에 있어서 바인더(Binder)의 예약 ALOHA 기법의 데이타 전송 프레임을 나타낸 예시도.

제3도는 제1도에 있어 크로우더(Crowther)의 예약 ALOHA 기법의 데이타 전송 프레임을 나타낸 예시도.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망에서 적응적 예약을 기초로 한 다중 접근의 데이타 전송 프레임을 나타낸 예시도.

제5도는 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법을 나타낸 플로우챠트.

제6도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 토폴로지를 갖는 광 교환 시스템을 나타낸 구성 블록도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 기지국 12-1~12-N : 가입자 터미널

21-1~21-N : 송신기 22 : 성형 결합기

23-1~23-N : 수신기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법은 전송 슬롯에 슬롯 유형 필드를 추가하여 형성하는 과정과; 전송할 데이타를 가진 스테이션에서 해당 전송 데이타가 실시간 데이타인지를 확인하는 과정과; 상기 슬롯 유형 필드를 예약됨으로 설정시켜 상기 전송 슬롯을 예약 슬롯으로 나타내는 과정과; 상기 전송 데이타가 실시간 데이타가 아닌 경우에 상기 슬롯 유형 필드를 예약되지 않음으로 설정시켜 상기 전송 슬롯을 불예약 슬롯으로 나타내는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

다르게는, 본 발명은 상기 슬롯 유형 필드를 확인하여 상기 예약 슬롯인 경우에 해당 슬롯에 대응하는 스테이션은 예약 다중 접근 방법으로 데이타를 전송하며, 상기 불예약 슬롯인 경우에 해당 슬롯에 대응하는 스테이션은 경쟁 다중접근 방법으로 데이타를 전송하는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 마지막 데이타를 전송한 예약 슬롯을 확인한 후에 해당 예약 슬롯의 슬롯 유형 필드를 예약되지 않음으로 재설정시켜 불예약 슬롯으로 나타내는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 다음과 같이 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망에서 적응적 예약을 기초로 한 다중 접근의 데이타 전송 프레임을 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 토폴로지를 갖는 광 교환 시스템을 나타낸 구성 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망은 종래의 구성과 동일하나, 도 4에 도시된 바와 같은 데이타 전송 프레임에서 하나의 슬롯에 한 비트의 슬롯 유형 필드(Slot Type Field)를 추가하여 이루어지며, 해당 슬롯 유형 필드는 해당 슬롯이 특정 스테이션에 예약되어 있는지 아닌지를 구분하는데 사용된다.

예를 들어, 해당 슬롯 필드의 값이 '1'로 설정되어 있는 슬롯이라면 특정 스테이션에 의해 예약되어 있는 슬롯을 나타내며, '0'으로 설정되어 있는 슬롯이라면 예약되어 있지 않은 슬롯을 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법에 대하여 다음과 같이 설명한다.

본 발명에 따른 무선 데이타 통신망의 일정한 수의 슬롯을 그룹으로 묶어서 구성된 데이타 전송 프레임에서, 도 4에 도시된 바와 같이 특정 스테이션에 대한 예약의 유무를 나타낸 하나의 비트로 된 슬롯 유형 필드가 '1'로 설정되어 있는 슬롯은 특정 스테이션에 의해 예약된 슬롯으로 그룹에서 그 위치에는 항상 해상 스테이션의 데이타 전송에 사용된다. 해당 예약된 슬롯은 스테이션이 반환하지 않는 한 독점적으로 사용되도록 하며, 나머지 슬롯은 나머지 스테이션이 경쟁적으로 사용되도록 한다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 스테이션(A,B,C,F)이 네 번째, 세 번째, 첫 번째 및 일곱 번째의 슬롯을 예약하여 사용하며, 더 이상 전송할 데이타가 없을 경우에 슬롯 유형 필드를 '0'으로 표시하여 다른 스테이션이 사용할 수도 있도록 한다. 이렇게 하여 실시간 데이타가 아닌 데이타를 전송하기 위하여 슬롯 유형 필드가 '0'인 예약되지 않은 슬롯을 해당 경쟁을 통해 접근하도록 한다.

상술한 바와 같이 수행하는 다중 접근 제어 방법을 도 5의 플로우 챠트를 참고하여 설명하면, 먼저 상기 데이타 전송 프레임의 다수 그룹을 구성하는 각 슬롯에 상기 슬롯 유형 필드를 각각 추가하여 구성한다(단계 S1).

그리고 첫 번째 그룹에 있어 전송해야 할 데이타를 가진 스테이션에서 해당 전송데이타가 주기적으로 전송해야 하는 비디오나 오디오 등의 실시간데이타인지를 확인한다(단계 S2).

이에, 상기 제 2 단계(S2)에서 전송 데이타가 실시간 데이타가 아니면, 다음 그룹에서 다른 스테이션이 사용할 수 있도록 하기 위하여 상기 슬롯을 예약되지 않은 슬롯임을 나타내는 상기 슬롯 유형 필드를 '0'으로 설정하고(단계 S3), 해당 '0'으로 설정된 슬롯 유형 필드를 가지는 불예약 슬롯에 해당하는 스테이션들은 경쟁 다중 접근 방식으로 실시간 데이타가 아닌 데이타를 전송한다(단계 S4).

그런 후에, 상기 실시간 데이타가 아닌 데이타의 전송이 완료되었는지를 확인하여 해당 데이타의 전송이 완료되지 않았으면 계속해서 경쟁 다중 접근 방법으로 해당 데이타를 전송하고, 해당 데이타의 전송이 완료되었으면 상기 제 2 단계(S2)의 동작을 반복 수행한다(단계 S5).

반면에, 상기 제 2 단계(S2)에서 전송 데이타가 실시간 데이타이면, 다음 그룹에서 다른 스테이션이 해당 슬롯을 사용하지 못하도록 하기 위하여 상기 슬롯 유형 필드를 '1'로 설정하고(단계 S6). 해당 '1'로 설정된 슬롯 유형 필드를 가지는 예약 슬롯에 해당하는 스테이션들은 예약 다중 접근 방법으로 상기 실시간 데이타를 전송한다(단계 S7).

그런 후에, 상기 실시간 데이타의 전송이 완료되었는지를 확인하고(단계 S8), 만약 상기 실시간 데이타의 전송이 완료되지 않았다면 상기 '1'로 설정된 슬롯 유형 필드를 계속 유지하여 해당 예약된 슬롯에 해당하는 스테이션들은 계속해서 예약 다중 접근방법으로 상기 실시간 데이타를 전송한다(단계 S9).

그러나, 상기 전송할 실시간 데이타가 더 이상 없다면, 즉 실시간 데이타의 전송을 마친 스테이션은 상기 슬롯 유형 필드를 '0'으로 재설정하므로써 다음 그룹에 있어 해당 슬롯은 다른 스테이션의 사용할 수 있도록 해 준 후에 다시 상기 제 2 단계(S2)의 동작 수행을 반복한다(단계 S10).

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 첫 번째 그룹(그룹 1)의 첫 슬롯은 스테이션(C)에 의해 예약되어 두 번째 그룹(그룹2)과 세 번째 그룹(그룹3)에서 그 위치의 슬롯을 사용한다. 그러나, 그룹3에서는 데이타의 전송이 완료되어 상기 슬롯 유형필드를 '0'으로 설정하여 마지막 데이타를 전송하므로써 다음 그룹인 네 번째 그룹(그룹4)의 첫 슬롯은 다른 스테이션(B)이 사용할 수 있도록 하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 슬롯을 사용할 때 슬롯 유형 필드를 이용하여 예약된 슬롯의 반환을 미리 알려 줄수 있도록 해 줌으로써, 즉 전송할 데이타의 특성에 따라 해당 슬롯을 예약하거나 경쟁에 의해 사용할 수 있으므로써, 일반 데이타와 실시간 멀티미디어 데이타의 전송 둘 다에 적절하게 적용할 수 있어 채널 이용률을 높일 수 있다.

다르게는, 본 발명은 공유된 통신 매체의 다중 접근 제어와 관련된 것으로 공유 매체를 통한 통신 시스템에도 공통적으로 적용될 수 있다.

예를 들어, 광 교환 시스템이 성형 토폴로지(Star Topology)로 구성되어 있을 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 다수개의 송신기(21-1~21-N)는 중앙에 있는 하나의 성형 결합기(Star Coupler; 22)를 통해 데이타를 교환할 수 있다. 여기서, 해당 λi는 i번째 송신기(21-i)에서 전송하는 신호를 나타내며, 해당λi는 성형 결합기(22)에서 입력된 신호를 결합한 신호를 나타낸 것이다.

상기 다수개의 입력 송신기(21-1~21-N)에서 각각의 통신 주파수를 통해 상기 성형결합기(22)에 데이타를 전송하는데, 상기 성형 결합기(22)에서 이들 신호를 결합하여 모든 수신기(23-1~23-N)에 전송한다.

이에, 상기 수신기(23-1~23-N)는 튜너(Tuner)를 각각 구비하여 원하는 파장만의 신호를 선택하여 수신할 수 있다. 이때, 모든 입력 포트 수(N)의 주파수에서 원하는 신호를 선택하기 위하여 해당 튜너의 동작 수행이 빨라야 하므로, 이를 상술한 바와 같은 다중 접근 제어 기법을 통해 제한할 수 있다.

해당 경우에도 N개의 송신기(21-1~21-N)에서 입력 트래픽의 특성에 따라 경쟁에 의해 전송 기회를 획득하거나 또는 예약에 따라 안정적으로 데이타를 전송할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 다양한 트래픽의 특성에 따라 슬롯 유형 필드의 값을 설정하여 예약 슬롯과 불예약 슬롯으로 구분하고 해당 구분에 따라 경쟁 기법 또는 예약 기법으로 전송 매체를 접근하므로써, 멀티미디어 데이타의 무선 통신에서 채널 이용률을 상승시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 전송 슬롯에 슬롯 유형 필드를 추가하여 형성하는 과정과; 전송할 데이타를 가진 스테이션에서 해당 전송 데이타가 실시간 데이타인지를 확인하는 과정과; 상기 슬롯 유형 필드를 예약됨으로 설정시켜 상기 전송 슬롯을 예약 슬롯으로 나타내는 과정과; 상기 전송 데이타가 실시간 데이타가 아닌 경우에 상기 슬롯 유형 필드를 예약되지 않음으로 설정시켜 상기 전송 슬롯을 불예약 슬롯으로 나타내는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 데이타 통신망에서 다중특징으로 하는 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 유형 필드를 확인하여 상기 예약 슬롯인 경우에 해당 슬롯에 대응하는 스테이션은 예약 다중 접근 방법으로 데이타를 전송하며, 상기 불예약 슬롯인 경우에 해당 슬롯에 대응하는 스테이션은 경쟁 다중 접근 방법으로 데이타를 전송하는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법.
3. 제2항에 있어서, 마지막 데이타를 전송한 예약 슬롯을 확인한 후에 해당 예약 슬롯의 슬롯 유형 필드를 예약되지 않음으로 재설정시켜 불예약 슬롯으로 나타내는 과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 데이타 통신망에서 다중 접근 제어 방법.