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KR101753681B1 - 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 분산 호 수락 제어 방법 - Google Patents

모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 분산 호 수락 제어 방법 Download PDF

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KR101753681B1
KR101753681B1 KR1020160090972A KR20160090972A KR101753681B1 KR 101753681 B1 KR101753681 B1 KR 101753681B1 KR 1020160090972 A KR1020160090972 A KR 1020160090972A KR 20160090972 A KR20160090972 A KR 20160090972A KR 101753681 B1 KR101753681 B1 KR 101753681B1
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KR
South Korea
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network
firing message
flag
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노봉수
한명훈
허미정
박찬이
최형석
김광수
노병희
Original Assignee
국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 분산 호 수락 제어 방법은, 제1노드가 자신이 점유할 수 있는 일정 홉(hop) 내 비어있는 CTS 점유 정보를 판단하기 위한 프레임을 수신하는 CTS 점유 판단 단계; 다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 상기 제1노드가 자신의 파이어링 메시지를 송신하는 파이어링 메시지 송신 단계; 상기 파이어링 메시지를 수신한 제2노드는 상기 파이어링 메시지에 상기 제1노드가 신규 참여 노드임을 표시하는 JR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제2노드는 네트워크 ID 정보를 통해 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교하는 네트워크 ID 비교 단계; 상기 비교 결과 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면, 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 신규노드 ID에 대한 JR플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제1파이어링 메시지 방송 단계; 일정 홉 내 이웃노드 범위 내의 참여 노드 수에 대하여 망 혼잡상태와 연관된 NCS 플래그가 1로 설정된 비율이 허용범위 이내이면 각 노드들이 상기 JC 플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제2파이어링 메시지 방송 단계를 포함한다.

Description

모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 분산 호 수락 제어 방법{Method for Distributed Call Admission Control for Distributed-TDMA Mobile Adhoc network}
본 발명은 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA)방식의 분산 호 수락 제어 방법 및 호 수락 제어 장치에 관한 것이다.
모바일 에드혹 네트워크 환경에서는 다자간 무선자원 공유 시 단말의 송출출력, 베터리, 컴퓨팅 리소스 등의 제약으로 인해 고정된 기지국 기반 구조 하에서 제공 가능한 서비스에 비해 매우 열악한 무선자원 대역폭 특성을 보인다. 특히, OSI 7 layer의 2계층에 해당하는 MAC은 중앙의 제어 없이 단말간 무선자원을 분산적으로 공유하는 구조이므로 무선자원 점유 효율에 따라 종단간 QoS에 상당한 영향을 미치게 된다.
일반적으로 모바일 에드혹 네트워크 환경에서 적용되는 MAC은 대표적으로 경쟁기반인 CSMA/CA와 Collision Free 특성의 D-TDMA 구조가 가장 널리 적용되고 있다. 경쟁기반의 CSMA/CA는 데이터 전송이 필요할 때 마다 채널 접근에 대한 선점을 통해 무선자원을 점유한다. 만약, 채널이 현재 다른노드에 의해 사용 중인 경우에는 random back-off를 통해 일정시간을 대기한 후 채널사용에 대한 재시도를 수행하게 된다. CSMA/CA는 로컬 네트워크 내에 노드의 밀도가 높고 홉 수가 많은 환경에서는 채널이 다른 노드에 의해 점유될 확률이 높아지므로 QoS 성능의 저하가 큰 폭으로 발생하게 된다. 반면, 충돌로부터 자유로운(Collision Free) 특성을 지닌 D-TDMA의 경우에는 제어 채널을 통해 데이터 시간 슬롯 점유가 성공하게 된 이후에는 점유 시간 슬롯을 보장하는 구조이므로 다른 노드에 의한 성능열화가 발생하지 않는다. 즉, 로컬 네트워크 내의 노드 밀도가 높고 홉 수가 많은 환경에서도 각 노드별 데이터 시간 슬롯 점유를 보장함으로서 일정 수준의 QoS를 유지할 수 있는 장점이 있다.
그러나, D-TDMA는 분산 환경에서 참여하는 노드 수에 따라 프레임 내의 데이터 슬롯을 분배받는 구조이므로, 참여하는 노드 수가 증가할 수록 데이터 슬롯의 점유량이 줄어들게 되어 빈번한 병목현상이 발생할 수 있다. 결과적으로 전체적인 망 성능 저하 및 서비스 QoS 품질의 열화가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 에드혹 환경에서는 망의 QoS 성능적인 관점에서 트래픽의 양 및 점유노드 수를 고려하여 로컬 네트워크에서 수용가능한 적정 수준의 노드 수를 유지할 수 있도록 제어할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 기존 D-TDMA의 분산구조를 그대로 유지하면서 로컬 네트워크간 비트 플래그 정보의 교환을 통해 신규노드의 수를 제한함으로써, 병목구간 방지 및 네트워크 서비스 QoS 품질의 향상이 가능하도록 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA)방식의 분산 호 수락 제어 방법은, 제1노드가 자신이 점유할 수 있는 일정 홉(hop) 내 비어있는 CTS 점유 정보를 판단하기 위한 프레임을 수신하는 CTS 점유 판단 단계; 다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 상기 제1노드가 자신의 파이어링 메시지(Firing Message)를 송신하는 파이어링 메시지 송신 단계; 상기 파이어링 메시지를 수신한 제2노드는 상기 파이어링 메시지에 상기 제1노드가 신규 참여 노드임을 표시하는 JR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제2노드는 네트워크 ID 정보를 통해 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교하는 네트워크 ID 비교 단계; 상기 비교 결과 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면, 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 신규노드 ID에 대한 JR플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제1파이어링 메시지 방송 단계; 일정 홉 내 이웃노드 범위 내의 참여 노드 수에 대하여 망 혼잡상태와 연관된 NCS 플래그가 1로 설정된 비율이 허용범위 이내이면 각 노드들이 상기 JC 플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제2파이어링 메시지 방송 단계; 및 상기 제1노드가 신규 참여 노드인 경우, 자신의 CTS 상에 존재하는 참여 노드로부터 상기 JC플래그를 1로 설정된 파이어링 메시지를 수신받으면, 상기 제1노드는 비어있는 DTS를 선택하여 점유한 정보를 파이어링 메시지를 통해 방송하는 데이터 전송 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 파이어링 메시지는, 분산 호 수락 제어를 위한 ‘JR(Join Request)’, ‘JC(Join Confirm)’, ‘NCS(Network Congestion Status)’, ‘SR(Seamless Request)’의 4비트 플래그 정보가 추가된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 망 혼잡 상태는, 상기 파이어링 메시지를 이용하여 상기 로컬 네트워크 내 개별 노드의 큐에 적체되는 패킷바이트의 양과 할당받은 데이터 타임 슬롯에 대한 비율에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 네트워크 ID 비교 단계에서, 상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우, 상기 제1노드를 일시적 탈퇴 노드로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 네트워크 ID 비교 단계에서, 상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우, SR(Seamless Request)플래그가 0으로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계를 수행하고, 상기 SR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계를 수행하지 않고, 상기 설정 비율을 고려하지 않고 상기 제2파이어링 메시지 방송 단계를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1노드가 상기 로컬 네트워크에 상기 신규 참여 노드로 참여 거부 시, 로드밸런싱을 위한 차순위 네트워크 링크 선택이 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법은 D-TDMA 환경에서 비트 플래그 정보를 통한 매우 적은 오버헤드만으로 로컬 네트워크의 망 혼잡상태에 따라 적응적인 신규 참여 노드의 호 수락 제어가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법은 결과적으로 로컬 네트워크에서 발생하는 병목현상을 미연에 방지하고 차순위 로컬 네트워크에 접속 가능하도록 유도하여, 전체적인 로드밸런싱 및 종단간 네트워크 서비스의 QoS 품질향상이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 D-TDMA의 프레임 구조하에 로컬 Firing Message의 비트 플래그 정보를 통한 분산 호수락 제어 방법을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 신규 참여 노드(네트워크 진입 전) 및 기존 노드(일시적 망탈퇴)의 동작 예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 규 참여 노드(네트워크 진입 후) 및 기존 노드(일시적 망탈퇴)의 동작 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA)방식의 분산 호 수락 제어 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 호 수락 제어 장치를 포함한 호 수락 제어 시스템의 구성도를 도시한다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 모바일 에드혹 네트워크 환경의 매체접근제어(Medium Access Control: 이하 MAC)방식 중 멀티홉 다중노드간 자원점유를 위한 분산형 시분할다중접속방식(Distributed Time Division Mulitple Access: 이하 D-TDMA)에서 중앙의 인프라 구조(예: AP, 기지국 등) 없이 분산 구조를 유지하면서 호 수락 제어(Distributed Call Admission Control: 이하 D-CAC)가 가능한 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 D-TDMA방식 하에 무선자원을 공유하는 2홉 이내에 존재하는 로컬 네트워크 내의 노드간 네트워크 혼잡상태를 판단하기 위한 방법을 제안하고, 상기 D-TDMA 망에서 분산구조 하에 신규 참여 노드의 호 수락 제어가 가능한 방법을 제안한다.
로컬 네트워크 내의 무선자원을 공유하는 각 노드들은 자신에게 할당된 시간슬롯 대비 큐에 누적되는 평균적인 트래픽 량에 따라 자신의 혼잡상태를 인지할 수 있으며, 이에 대한 정보를 D-TDMA의 매 프레임마다 전파되는 시간슬롯 점유 정보에 비트 플래그 정보를 포함시킴으로써 2홉 이내의 노드간 망 혼잡상태 인지에 대한 정보공유가 가능하다.
본 발명은 중앙의 인프라 구조가 없는 D-TDMA 환경에서 비트 플래그 정보를 통한 매우 적은 오버헤드만으로 로컬 네트워크의 망 혼잡상태에 따라 신규 참여 노드의 호 수락 제어가 가능하다. 결과적으로 로컬 네트워크에서 발생하는 병목현상을 미연에 방지하고 병목구간이 없는 차순위 네트워크에 접속 가능한 로드밸런싱을 유도함으로서 전체 네트워크 서비스 QoS의 품질향상이 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA) 방식의 분산 호 수락 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
일반적으로 D-TDMA는 이웃노드간 시간점유 정보 등의 제어정보를 전송하기 위한 제어 시간 슬롯(Control Time Slot: 이하 CTS)과 데이터 트래픽을 전송하기 위한 데이터 시간 슬롯(Data Time SLot: 이하 DTS)의 2개 채널 형태의 프레임구조 형태를 지닌다. CTS에서는 이웃노드간 충돌을 방지하기 위해 자신의 시간슬롯점유 정보 및 자신의 1홉 이웃노드를 통해 알게 된 시간점유 정보를 포함하여 브로드캐스트 메시지를 전송한다. 본 발명에서는 해당 브로드캐스트 메시지를 Firing Message로 정의한다.
도 1은 본 발명에 따른 D-TDMA의 프레임 구조하에 로컬 Firing Message의 비트 플래그 정보를 통한 분산 호수락 제어 방법을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 D-TDMA의 로컬 Firing Message는 로컬 네트워크 식별자(Local Network Identifier), 분산 호 수락 제어 정보(Distributed Call Admission Control Information), 제어 시간 슬롯 점유 정보(Control Time Slot Allocation Information), 데이터 시간 슬롯 점유 정보(Data Time Slot Allocation Information)로 구성된다.
상기 로컬 Firing Message의 로컬 네트워크 ID 정보는 노드간 전파 범위에 따라 생성되는 로컬 네트워크를 구분하는 목적으로 사용된다. 로컬 네트워크 ID는 최저수신 레벨 이상을 만족하는 전파도달 범위에 의해 최소 2개 이상의 ‘기존 로컬 네트워크 노드’가 존재할 때 생성되며, 기존 생성된 로컬 네트워크 내에 신규로 진입하는 노드를 ‘신규 참여 노드’로 정의한다. 신규 참여 노드는 새롭게 전원이 인가되거나 다른 로컬 네트워크의 참여노드가 이동성 등으로 인해 진입되어 발생하게 된다.
상기 분산 호 수락 제어 정보는 에드혹 환경의 열악한 무선환경을 고려하여 Firing Message 패킷 내의 ‘JR(Join Request)’, ‘JC(Join Confirm)’, ‘NCS(Network Congestion Status)’, ‘SR(Seamless Request)’의 비트 플래그 정보만으로 망 혼잡상태에 따른 신규 참여 노드에 대한 호 수락 제어가 가능하도록 구성된다. ‘JR’ 플래그 정보는 신규 참여 노드의 로컬 네트워크 진입 시 ‘1’로 설정하는 값으로 기존 로컬 네트워크 노드들이 신규 참여 노드의 참여요청을 식별하는 값이다. ‘JC’ 플래그 정보는 기존 로컬 네트워크 노드들이 JR로 요청된 신규 참여 노드에 대해 호 수락 여부를 확정하는 값으로, ‘1’로 설정되는 경우 신규 참여 노드의 데이터 슬롯 점유가 가능하도록 허용된다. ‘NCS’ 플래그 정보는 NCS ratio 를 통해 기존 로컬 네트워크 노드들이 로컬 네트워크의 망 혼잡상태를 판단하기 위하여 설정하는 값이며, 다음 수학식을 사용하여 결정하게 된다.
Figure 112016069541983-pat00001
Figure 112016069541983-pat00002
여기에서 NCS ratio 는 기존 로컬 네트워크 노드들간 각자 계산되어지는 값이며, 큐에 존재하는 패킷 바이트의 양과 할당받은 데이터 타임 슬롯에 대한 비율인 Q( u,t )가 큐 임계치를 의미하는 값인 Q threshhold 를 초과하는지에 대한 여부를 확인한다. 만약, Q( u,t )가 Q threshhold 를 초과하는 경우 해당 값을 NCS 플래그 정보를 1로 설정하게 된다. Q(u,t)를 계산하는 방법은 아래의 수학식을 사용하여 계산된다.
Figure 112016069541983-pat00003
여기에서 Q( u,t )는 기존 로컬 네트워크 노드별로 노드 u의 프레임 t에 대해 계산되는 q( u,t )에 대한 변동폭 고려하여 가중 이동 평균(Weighted Moving Average)을 적용하였다. 가중 이동 평균의 w i 는 가중치 값을, k는 범위 파라메터에 해당하는 값이다. 큐에 존재하는 패킷 바이트의 양과 할당받은 데이터 타임 슬롯에 대한 비율을 의미하는 q(u,t)는 아래의 식을 사용하여 계산된다.
Figure 112016069541983-pat00004
여기에서 q( u,t )에서 QueuePacketBytetotal(u)는 노드 u의 전송해야하는 패킷의 양 대비 데이터 점유 슬롯의 양이 부족하여 큐에 적체되는 전체 평균 패킷의 양을 의미하며, TimeSlotByte(u,t)는 노드 u의 프레임 t에서 할당받은 데이터 시간 슬롯의 양을 의미한다.
제어 시간 슬롯 점유 정보는 제어 메시지인 Firing Message를 전송하기 위해 점유한 시간 슬롯 구간을 의미한다. 로컬 네트워크에 존재하는 노드가 데이터 트래픽을 전송하기 위해서는 반드시 제어 시간 슬롯 점유되어야 하며, 점유된 제어 시간 슬롯을 통해 Firing Message를 1홉 노드에게 브로드캐스트 하게 된다. 이때 Firing Message는 자신 및 타노드로부터 수신된 로컬 네트워크 ID 정보, 분산 호 수락 제어 정보, 제어 시간 슬롯 점유 정보, 데이터 시간 슬롯 점유 정보를 포함하게 된다. 단, Firing Message에 취합되는 타노드의 정보는 Hop Info. 필드의 1홉 이내의 정보에 한정하고, 데이터 시간 슬롯 점유시에는 Hop Info. 필드의 2홉 이내의 정보에 한정하여 반영하게 된다. 데이터 시간 슬롯 점유 정보는 실제적인 데이터 패킷 전송을 위한 시간 슬롯 구간을 의미하며 타노드의 Firing Message로부터 식별된 2홉 이내의 타 노드의 점유 구간을 제외하고 나머지 구간에 대해 점유하게 된다.
본 발명에 따른 D-TDMA의 분산 호 수락 제어 방법의 절차는 도 4에서 보는 바와 같다. 이와 관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 신규 참여 노드(네트워크 진입 전) 및 기존 노드(일시적 망탈퇴)의 동작 예를 도시한다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 규 참여 노드(네트워크 진입 후) 및 기존 노드(일시적 망탈퇴)의 동작 예를 도시한다. 한편, 도 4는 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA)방식의 분산 호 수락 제어 방법의 흐름도를 도시한다.
한편, 도 4와 관련하여, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법의 주요 절차 및 특징에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 호 수락 제어 방법은 CTS 점유 판단 단계(404), 파이어링 메시지 송신 단계(405), 네트워크 ID 비교 단계(406), 제1파이어링 메시지 방송 단계(407), 제2파이어링 메시지 방송 단계(408, 409) 및 데이터 전송 단계(411 내지 414)를 포함한다.
상기 CTS 점유 판단 단계(404)는 제1노드가 자신이 점유할 수 있는 일정 홉(hop) 내 비어있는 CTS 점유 정보를 판단하기 위한 프레임을 수신한다.
상기 네트워크 ID 비교 단계(406)는 다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 상기 제1노드가 자신의 파이어링 메시지(Firing Message)를 송신한다.
상기 네트워크 ID 비교 단계(406)에서, 상기 파이어링 메시지를 수신한 제2노드는 상기 파이어링 메시지에 상기 제1노드가 신규 참여 노드임을 표시하는 JR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제2노드는 네트워크 ID 정보를 통해 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교한다.
상기 제1파이어링 메시지 방송 단계(407)는 상기 비교 결과 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면, 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 신규노드 ID에 대한 JR플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송한다.
상기 제2파이어링 메시지 방송 단계(408, 409)는 일정 홉 내 이웃노드 범위 내의 참여 노드 수에 대하여 망 혼잡상태와 연관된 NCS 플래그가 1로 설정된 비율이 허용범위 이내이면 각 노드들이 상기 JC 플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송한다.
상기 데이터 전송 단계(411 내지 414)는 상기 제1노드가 신규 참여 노드인 경우, 자신의 CTS 상에 존재하는 참여 노드로부터 상기 JC플래그를 1로 설정된 파이어링 메시지를 수신받으면, 상기 제1노드는 비어있는 DTS를 선택하여 점유한 정보를 파이어링 메시지를 통해 방송한다.
이때, 상기 파이어링 메시지는, 분산 호 수락 제어를 위한 ‘JR(Join Request)’, ‘JC(Join Confirm)’, ‘NCS(Network Congestion Status)’, ‘SR(Seamless Request)’의 4비트 플래그 정보가 추가된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 망 혼잡 상태는, 전술한 바와 같이, 상기 파이어링 메시지를 이용하여 상기 로컬 네트워크 내 개별 노드의 큐에 적체되는 패킷바이트의 양과 할당받은 데이터 타임 슬롯에 대한 비율에 기반하여 결정된다.
상기 네트워크 ID 비교 단계(406)에서, 상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우, 상기 제1노드를 일시적 탈퇴 노드로 판단할 수 있다.
또한, 상기 네트워크 ID 비교 단계(406)에서, 상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우, SR(Seamless Request)플래그가 0으로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계를 수행하고, 상기 SR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계(407)를 수행하지 않고, 상기 설정 비율을 고려하지 않고 상기 제2파이어링 메시지 방송 단계(409)를 수행할 수 있다.
다음으로, 도 4와 관련하여, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법의 상세한 절차 및 특징에 대해 살펴보면 다음과 같다.
신규 참여 노드는 도2의 로컬 네트워크 진입 전 상태에서 도3의 로컬 네트워크 진입 상태에 이르면, 401단계의 로컬 네트워크 진입 시 402단계에서 수신신호 세기를 감지하게 된다. 일반적으로 신규 참여 노드는 링크 선택 시 수신신호 세기가 가장 강한 링크를 우선적으로 선택하게 된다. 404단계에서 자신이 점유할 수 있는 2홉 내 비어있는 CTS 점유 정보를 파악하기 위한 프레임 수신을 최소 2회 이상 수행한다. 인접 노드의 Firing Message를 통해 비어있는 CTS 점유정보를 파악하고, 비어있는 CTS에 대한 점유 시도를 수행하게 된다.
만약, 다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 405단계에서 자신의 Firing Message를 송수신 할 수 있게 된다. 이때, 신규 참여 노드의 경우 ‘JR’ 플래그를 ‘1’로 설정하여 Firing Message를 브로드캐스트하게 되며, 신규 참여 노드의 1홉에 이웃한 기존 로컬 네트워크 참여 노드들이 해당 메시지를 수신할 수 있게 된다. 신규 참여노드의 기존 로컬 네트워크 참여노드들은 406단계에서 네트워크 ID 정보를 통해 기존 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교하고, 만약 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면 407단계에서 기존 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 Firing Message 송신 시 신규노드 ID에 대한 ‘JR’ 플래그를 1로 설정하여 브로드캐스트하게 된다. 408단계에서 각 노드는 매 프레임마다 로컬 네트워크의 망 혼잡상태를 파악하기 위한 NCS(u,t)에 대한 결과를 Firing Message내의 NCS 필드에 반영하여 브로드캐스트하게 된다. 만약, 2홉 이웃노드 범위 내의 전체 기존 로컬 네트워크 참여 노드수에 대한 NCS 플래그의 ‘1’ 비율이 망에서 허용범위이내이면, 409단계에서 각 노드들이 JC 플래그를 ‘1’로 설정하여 Firing Message를 브로드캐스트 하게 된다. 410단계에서는 네트워크 ID가 기존 로컬 네트워크와 동일한 상태를 의미하는 것으로, 이 경우 해당 노드는 도2의 신규 참여 노드가 아닌 무선채널의 손실 혹은 이동성 등으로 인해 일시적으로 로컬 네트워크에서 탈퇴한 상황으로 판단된다. 만약, 해당 노드가 데이터 트래픽을 전송하는 중에 일시적으로 탈퇴한 상황이었다면, 410단계에서 ‘SR’ 플래그를 ‘1’로 설정하여 407단계, 408단계를 거치지 않고 바로 ‘JC’ 플래그를 ‘1’로 설정하여 Firing Message를 전송하게 된다. 411단계에서 신규 참여 노드는 자신의 CTS 상에 존재하는 모든 기존 로컬 네트워크 참여 노드가 ‘JC’ 플래그를 ‘1’로 전송한 Firing Message를 수신받으면 로컬 네트워크의 데이터 전송을 허용하는 것으로 판단한다. 412단계에서 신규 참여 노드는 비어있는 DTS를 선택하여 점유한 정보를 Firing Message를 브로드캐스트하게 된다. 413단계에서 신규 참여 노드가 자신이 점유한 DTS 정보에 대해 CTS 구간에서 수신되는 기존 로컬 네트워크 노드의 Firing Message에 정상적으로 반영이 되어 있다면, 415단계에서 신규 참여 노드의 데이터 트래픽이 전송이 가능하게 된다. 만약, 414단계에서 기존 로컬 네트워크 노드간 망 혼잡으로 인하여 ‘JC’에 대한 플래그가 지속적으로 ‘0’이 수신되는 경우에는, 필요 시 수신 신호세기의 차순위 링크를 선택하여 해당 절차를 반복한다.
이상에서는 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 분산 호 수락 제어 방법에 대하여 살펴보았다. 한편, 상기 호 수락 제어 방법에서 기술된 내용은 다음의 호 수락 제어 장치에서도 적용될 수 있다.
이와 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속방식의 호 수락 제어 장치를 포함한 호 수락 제어 시스템의 구성도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 호 수락 제어 시스템은 제1노드(100) 및 제2노드(200)를 포함한다. 여기서, 상기 제1노드(100) 및 제2노드(200)는 각각 전송 노드 및 수신 노드일 수 있다. 한편, 다음 단계에서는 상기 제1노드(100) 및 제2노드(200)는 각각 수신 노드 및 전송노드가 될 수 있다.
상기 제1노드(100)는 무선 통신부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2노드(200)도 무선 통신부(210) 및 제어부(220)를 포함한다.
상기 무선 통신부(110)는 상기 제1노드(100)가 자신이 점유할 수 있는 일정 홉(hop) 내 비어있는 CTS 점유 정보를 판단하기 위한 프레임을 수신한다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는 다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 상기 제1노드(100)가 자신의 파이어링 메시지(Firing Message)를 송신한다.
상기 무선 통신부(210)는 상기 제1노드(100)로부터 상기 파이어링 메시지를 수신한다.
상기 제어부(220)는 상기 파이어링 메시지에 상기 제1노드가 신규 참여 노드임을 표시하는 JR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제2노드는 네트워크 ID 정보를 통해 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교한다.
또한, 상기 무선 통신부(210)는 상기 비교 결과 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면, 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 신규노드 ID에 대한 JR플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송한다.
이때, 일정 홉 내 이웃노드 범위 내의 참여 노드 수에 대하여 망 혼잡상태와 연관된 NCS 플래그가 1로 설정된 비율이 허용범위 이내이면 각 노드들이 상기 JC 플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송할 수 있다.
상기 무선 통신부(110)는 상기 제1노드가 신규 참여 노드인 경우, 자신의 CTS 상에 존재하는 참여 노드로부터 상기 JC플래그를 1로 설정된 파이어링 메시지를 수신받을 수 있다.
상기 제어부(120)는 비어있는 DTS를 선택하여 점유한 정보를 파이어링 메시지를 통해 방송하도록 상기 무선 통신부(110)를 제어한다.
따라서, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법은 D-TDMA 환경에서 비트 플래그 정보를 통한 매우 적은 오버헤드만으로 로컬 네트워크의 망 혼잡상태에 따라 적응적인 신규 참여 노드의 호 수락 제어가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 호 수락 제어 방법은 결과적으로 로컬 네트워크에서 발생하는 병목현상을 미연에 방지하고 차순위 로컬 네트워크에 접속 가능하도록 유도하여, 전체적인 로드밸런싱 및 종단간 네트워크 서비스의 QoS 품질향상이 가능하다는 장점이 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
100: 제1노드 200: 제2노드
110, 210: 무선통신부 120, 220: 제어부

Claims (6)

  1. 모바일 에드혹 네트워크에서 시분할다중접속(TDMA)방식의 분산 호 수락 제어 방법에 있어서,
    제1노드가 자신이 점유할 수 있는 일정 홉(hop) 내 비어있는 CTS 점유 정보를 판단하기 위한 프레임을 수신하는 CTS 점유 판단 단계;
    다른 노드와 충돌 없이 CTS 점유에 성공하는 경우, 상기 제1노드가 자신의 파이어링 메시지(Firing Message)를 송신하는 파이어링 메시지 송신 단계;
    상기 파이어링 메시지를 수신한 제2노드는 상기 파이어링 메시지에 상기 제1노드가 신규 참여 노드임을 표시하는 JR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제2노드는 네트워크 ID 정보를 통해 로컬 네트워크 참여 노드들의 네트워크 ID 정보와 일치하는지 비교하는 네트워크 ID 비교 단계;
    상기 비교 결과 네트워크 ID가 없거나 다른 네트워크 ID라면, 로컬 네트워크 참여노드의 CTS 점유 구간에서 신규노드 ID에 대한 JR플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제1파이어링 메시지 방송 단계;
    일정 홉 내 이웃노드 범위 내의 참여 노드 수에 대하여 망 혼잡상태와 연관된 NCS 플래그가 1로 설정된 비율이 허용범위 이내이면 각 노드들이 JC 플래그를 1로 설정하여 파이어링 메시지를 방송하는 제2파이어링 메시지 방송 단계; 및
    상기 제1노드가 신규 참여 노드인 경우, 자신의 CTS 상에 존재하는 참여 노드로부터 상기 JC플래그를 1로 설정된 파이어링 메시지를 수신받으면, 상기 제1노드는 비어있는 DTS를 선택하여 점유한 정보를 파이어링 메시지를 통해 방송하는 데이터 전송 단계를 포함하는, 호 수락 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이어링 메시지는,
    분산 호 수락 제어를 위한 ‘JR(Join Request)’, ‘JC(Join Confirm)’, ‘NCS(Network Congestion Status)’, ‘SR(Seamless Request)’의 4비트 플래그 정보가 추가된 것을 특징으로 하는, 호 수락 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 망 혼잡 상태는,
    상기 파이어링 메시지를 이용하여 상기 로컬 네트워크 내 개별 노드의 큐에 적체되는 패킷바이트의 양과 할당받은 데이터 타임 슬롯에 대한 비율에 기반하여 결정되는, 호 수락 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 ID 비교 단계에서,
    상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우, 상기 제1노드를 일시적 탈퇴 노드로 판단하는, 호 수락 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 네트워크 ID 비교 단계에서,
    상기 JR플래그가 1로 설정되고 상기 비교 결과 상기 참여 노드들의 네트워크 ID정보와 일치하는 경우,
    SR(Seamless Request)플래그가 0으로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계를 수행하고,
    상기 SR플래그가 1로 설정된 경우, 상기 제1파이어링 메시지 방송 단계를 수행하지 않고, 상기 설정 비율을 고려하지 않고 상기 제2파이어링 메시지 방송 단계를 수행하는, 호 수락 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1노드가 상기 로컬 네트워크에 상기 신규 참여 노드로 참여 거부 시, 로드밸런싱을 위한 차순위 네트워크 링크 선택이 수행되는, 호 수락 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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