KR102034105B1 - Methods for controlling packet retransmission of end device for wireless network using Pure ALOHA and Apparatuses thereof - Google Patents
Methods for controlling packet retransmission of end device for wireless network using Pure ALOHA and Apparatuses thereof Download PDFInfo
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Abstract
본 실시예는 Pure ALOHA를 사용하는 무선 네트워크에서 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 일 실시예는 Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크에서 AP가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법에 있어서, k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time) 를 측정하는 채널 유휴 시간 측정 단계, k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신하는 랜덤 샘플 집합 갱신 단계, , 및 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수 을 기초로 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하는 백오프 계수 계산 단계 및 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅하는 브로드캐스트 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.The present embodiment relates to a method and an apparatus for controlling packet retransmission of a terminal in a wireless network using Pure ALOHA, and an embodiment is a method for controlling packet retransmission of a terminal in a wireless network using Pure ALOHA protocol. The channel idle time for the k th epoch Channel idle time measurement step to measure the backoff coefficient of the k-th epoch Set of random samples to compute Random sample set updating step of updating, , And the backoff coefficient for the (k-1) th epoch The backoff coefficient of the k-th epoch based on Calculating a backoff coefficient and calculating It provides a method comprising the step of broadcasting a value to a plurality of terminals.
Description
본 실시예들은 Pure ALOHA를 사용하는 무선 네트워크에서 AP(Access Point)가 단말의 패킷 재전송에 사용되는 최적의 백오프 계수를 설정하여, 무선 네트워크의 처리량(throughput)을 증가시키고 백로그(backlog) 사이즈를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention set an optimal backoff coefficient used by an access point (AP) for packet retransmission of a terminal in a wireless network using pure ALOHA, thereby increasing throughput and backlog size of the wireless network. A method and apparatus for reducing the
차세대 무선 통신에서는 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 사물 인터넷(IoT, Internet of Things)의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 사물 인터넷과 관련된 기술로는 3GPP의 NB(Narrow-band) IoT와 함께 LoRaWAN이 있다.In the next generation of wireless communication, the importance of the Internet of Things (IoT), which connects the Internet by embedding sensors and communication functions in various objects, is emphasized. The IoT-related technologies include LoRaWAN along with 3GPP's narrow-band (NB) IoT.
LoRaWAN은 네트워크와 연결되어 배터리로 동작하는 무선 장치(ex. 센서, 단말 등)를 위한 LPWAN(Low Power Wide Area Network)에 관한 기술로서, Pure ALOHA 프로토콜을 사용한다.LoRaWAN is a technology related to Low Power Wide Area Network (LPWAN) for battery-powered wireless devices (eg sensors, terminals, etc.) connected to a network and uses the Pure ALOHA protocol.
Pure ALOHA는 네트워크 상의 각 장치가 서로 동기화(synchronization)을 수행하지 않고, 패킷을 전송하기 전에 통신 채널을 Listen하지 않는 다중 접속 제어 프로토콜(Multiple Access Control Protocol)이다. 따라서, 각 장치가 동일한 채널로 패킷을 보내는 과정에서 충돌(collision) 또는 전송 실패가 발생할 수 있다.Pure ALOHA is a multiple access control protocol in which each device on the network does not synchronize with each other and does not listen to the communication channel before sending packets. Therefore, collision or transmission failure may occur while each device sends a packet through the same channel.
Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 단말이 패킷을 재전송하는 방식으로는 크게 IFT(immediate first transmission)과 DFT(delayed first transmission) 방식이 있다. IFT 방식을 사용하는 경우에 단말은 재전송할 패킷이 있으면 즉시 패킷을 전송하는 반면, DFT 방식을 사용하는 경우에 단말은 충돌 또는 전송 실패를 인지한 후 랜덤한 백오프(backoff) 시간 간격 이후에 패킷을 재전송하게 된다. 따라서 DFT 방식을 사용하는 Pure ALOHA 프로토콜에서는 무선 네트워크 상의 단말에 대해서, 패킷 재전송을 위한 백오프 시간 간격을 제어하는 방법에 따라 무선 네트워크의 처리량(throughput) 및 백로그(backlog) 사이즈가 크게 달라질 수 있다.As a method of retransmitting a packet by a UE using a pure ALOHA protocol, there are largely an intermediate first transmission (IFT) and a delayed first transmission (DFT) scheme. In the case of using the IFT method, the UE transmits the packet immediately when there is a packet to be retransmitted, whereas in the case of using the DFT method, the UE recognizes a collision or transmission failure and then, after the random backoff time interval, Will be resent. Accordingly, in the Pure ALOHA protocol using the DFT scheme, throughput and backlog size of a wireless network may vary greatly depending on a method of controlling a backoff time interval for packet retransmission for a terminal on a wireless network. .
본 실시예들의 목적은 Pure ALOHA를 사용하는 무선 네트워크에서 단말의 패킷 재전송에 사용되는 최적의 백오프 계수를 설정하여, 무선 네트워크의 처리량(throughput)을 증가시키고 백로그(backlog) 사이즈, 즉 백로그된 단말의 수를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.An object of the present embodiments is to set an optimal backoff coefficient used for packet retransmission of a terminal in a wireless network using Pure ALOHA, thereby increasing the throughput of the wireless network and backlog size, i.e. backlog. The present invention relates to a method and an apparatus for reducing the number of terminals.
전술한 과제를 해결하기 위해서 안출된 일 실시예는 Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크에서 AP(Access Point)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법에 있어서, k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time) 를 측정하는 채널 유휴 시간 측정 단계, k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신하는 랜덤 샘플 집합 갱신 단계, , 및 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수 을 기초로 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하는 백오프 계수 계산 단계 및 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅하는 브로드캐스트 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a method for controlling an access point of a terminal in a wireless network using a pure ALOHA protocol, in which a channel is idle for a k-th epoch. (idle time) Channel idle time measurement step to measure the backoff coefficient of the k-th epoch Set of random samples to compute Random sample set updating step of updating, , And the backoff coefficient for the (k-1) th epoch The backoff coefficient of the k-th epoch based on Calculating a backoff coefficient and calculating It provides a method comprising the step of broadcasting a value to a plurality of terminals.
또한, 일 실시예는 Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크에서 단말의 패킷 재전송을 제어하는 AP(Access Point)에 있어서, k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time) 를 측정하는 채널 유휴 시간 측정부, k번째 에포크의 백오프(backoff) 계수 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신하는 랜덤 샘플 집합 갱신부, , 및 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수 을 기초로 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하는 백오프 계수 계산부 및 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅하는 브로드캐스트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP를 제공한다.In addition, an embodiment is a channel idle time for a k-th epoch in an access point (AP) for controlling packet retransmission of a terminal in a wireless network using the Pure ALOHA protocol. Channel idle time measurement unit for measuring the backoff coefficient of the k-th epoch Set of random samples to compute A random sample set updating unit for updating , And the backoff coefficient for the (k-1) th epoch The backoff coefficient of the k-th epoch based on A backoff coefficient calculator for calculating It provides an AP comprising a broadcast unit for broadcasting a value to a plurality of terminals.
본 실시예를 통해 Pure ALOHA를 사용하는 무선 네트워크에서 단말의 패킷 재전송에 사용되는 최적의 백오프 계수를 설정하여, 무선 네트워크의 처리량(throughput)을 증가시키고 백로그(backlog) 사이즈, 즉 백로그된 단말의 수를 감소시키기 위한 방법 및 장치를 지원할 수 있다.In this embodiment, by setting an optimal backoff coefficient used for packet retransmission of a terminal in a wireless network using Pure ALOHA, the throughput of the wireless network is increased and the backlog size, i.e. A method and apparatus for reducing the number of terminals may be supported.
도 1은 Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에서 단말의 패킷 재전송을 제어하는 AP의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에서 AP가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 실시예를 실행했을 때 예상되는 백로그된(backlogged) 단말의 수의 변화를 기존 Pure ALOHA 시스템을 실행했을 때의 백로그된 단말의 수의 변화와 비교한 그래프이다.
도 5는 본 실시예를 실행했을 때의 처리량(throughput), 지연(delay), 백로그 사이즈(backlog size)의 값을 기존 Pure ALOHA 시스템을 실행했을 때의 처리량(throughput), 지연(delay), 백로그 사이즈(backlog size)와 비교한 표이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a wireless network using the Pure ALOHA protocol.
2 is a diagram illustrating a configuration of an AP controlling packet retransmission of a terminal in this embodiment.
3 is a flowchart illustrating a method in which an AP controls packet retransmission of a terminal in this embodiment.
4 is a graph comparing a change in the number of backlogged terminals expected when the present embodiment is executed with a change in the number of backlogged terminals when the existing Pure ALOHA system is executed.
Figure 5 shows the values of throughput, delay, backlog size when the present embodiment is executed, throughput, delay, and the like when the existing Pure ALOHA system is executed. This table compares the backlog size.
이하, 본 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing this embodiment, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크의 전체 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a wireless network using the Pure ALOHA protocol.
Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크에는 우선 AP(Access Point)(110)가 존재한다. 그리고 AP(110)에는 복수 개의 단말(End Device)과 연결될 수 있다. 단말 120, 130, 140, 150은 각각 AP(110)에게 패킷을 전송할 수 있는데, 이 때 두 개 이상의 단말이 동일한 시간에 AP(110)에게 패킷 전송을 시도하면 한 단말에서 전송하는 패킷의 프레임과 다른 단말에서 전송하는 패킷의 프레임이 겹치면서 충돌(collision)이 발생할 수 있다.In a wireless network using the Pure ALOHA protocol, an access point (AP) 110 exists first. The AP 110 may be connected to a plurality of terminals. The
이 때, 전술한 바와 같이 각 단말이 AP(110)로 패킷을 전송하는 과정에서 충돌이 발생할 때 패킷 재전송을 하는 방식으로 DFT(Delayed First Transmission) 방식을 사용할 수 있다. DFT 방식을 사용하는 경우에, 백로그된(backlogged) 단말, 즉 재전송할 패킷을 가지고 있는 단말은 충돌 또는 전송 실패를 인지하면 랜덤한 백오프(backoff) 시간 간격 이후에 패킷 재전송을 시도하게 된다.In this case, as described above, a delayed first transmission (DFT) scheme may be used as a method of retransmitting a packet when a collision occurs in the process of transmitting a packet to the
전술한 백오프 시간 간격을 선택하는 방법의 일 예로, 각 단말은 AP(110)가 브로드캐스트하는 백오프 계수 β를 수신하고, 1/β을 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 랜덤하게 백오프 시간 간격을 선택할 수 있다. 지수 분포는 어떤 사건이 발생할 때까지의 대기 시간에 대한 연속확률분포, 즉 사건과 사건 사이의 '경과 시간'에 대한 확률 분포를 나타내기 위해 사용되며, 지수 형태()로 표현된다. 지수 분포는 창구의 평균 대기 시간, 도착 시간, 고장율 등을 모형화하는데 적합한 확률 분포이다.As an example of the method of selecting the aforementioned backoff time interval, each terminal receives a backoff coefficient β broadcast by the
AP가 단말에 브로드캐스트하는 백오프 계수 β는 시간에 따라 갱신될 수 있다. 특히, 단말과 AP 간에 통신이 발생하는 채널의 상태와 이전의 백오프 계수 값을 기초로 갱신될 수 있다. The backoff coefficient β that the AP broadcasts to the terminal may be updated over time. In particular, it may be updated based on a state of a channel where communication between the terminal and the AP occurs and a previous backoff coefficient value.
이 때, 전술한 백오프 계수 값이 갱신되는 시점을 판단하기 위해서 에포크(epoch)를 설정할 수 있다. 예를 들어 단말과 AP 간에 통신이 발생하는 채널이 유휴(idle) 상태에 들어간 이후부터 특정 단말이 패킷 전송을 성공하거나 또는 단말 간 충돌이 발생하기까지의 시간 간격을 하나의 에포크로 설정할 수 있다. In this case, an epoch may be set to determine a time point at which the aforementioned backoff coefficient value is updated. For example, a time interval between a specific terminal succeeding in packet transmission or a collision between terminals can be set to one epoch after a channel in which communication between the terminal and the AP enters an idle state.
단말과 AP간의 무선 통신이 시작된 이후 패킷 전송 또는 충돌이 발생할 때마다 새로운 에포크가 생성된다. 이 때, 에포크를 구분하기 위하여 에포크의 인덱스 k를 설정할 수 있다. 단말과 AP간의 무선 통신이 시작될 때 최초 k = 0 이고, 이후 패킷 전송 또는 충돌이 발생할 때마다 k값은 1씩 증가하며 각 에포크를 0번째 에포크, 1번째 에포크, 2번째 에포크...로 설정할 수 있다.A new epoch is generated whenever a packet transmission or collision occurs after wireless communication between the terminal and the AP is started. In this case, the index k of the epoch may be set to distinguish the epochs. The first k = 0 when wireless communication between the terminal and the AP is started, and then each time a packet transmission or collision occurs, the k value is increased by 1 and each epoch is set to 0th epoch, 1st epoch, 2nd epoch ... Can be.
본 실시예는 임의의 에포크인 k번째 에포크에서 AP가 단말에 브로드캐스트하는 백오프 계수 β를 갱신하여, AP가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 내용에 대해 설명한다.This embodiment describes the content of the AP controlling the packet retransmission of the terminal by updating the backoff coefficient β that the AP broadcasts to the terminal in the k-th epoch, which is an epoch.
도 2는 본 실시예에서 단말의 패킷 재전송을 제어하는 AP의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of an AP controlling packet retransmission of a terminal in this embodiment.
도 2를 참조하면, AP(200)는 채널 유휴 시간 측정부(210), 랜덤 샘플 집합 갱신부(220), 백오프 계산부(230), 브로드캐스트부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the AP 200 may include a channel idle
채널 유휴 시간 측정부(210)는 k번째 에포크에 대한 채널 유휴 시간(idle time)인 를 측정할 수 있다.The channel idle
만약 이전 (k-1)번째 에포크에서 AP로 패킷을 전송할 단말의 개수를 이라 하고, 각 단말이 AP로부터 수신한 백오프 계수 β에 대해 1/β을 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 랜덤하게 패킷 재전송 시간 간격을 선택한다고 가정하면, 이 때 값은 평균이 인 지수 분포(exponential distribution)을 따르게 된다.If the number of terminals to transmit a packet from the previous (k-1) epoch to the AP Suppose that each terminal randomly selects a packet retransmission time interval from an exponential distribution function that averages 1 / β with respect to the backoff coefficient β received from the AP. The value is average It follows the exponential distribution.
랜덤 샘플 집합 갱신부(220)는 k번째 에포크에 대한 백오프 계수인 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신할 수 있다.The random
는 k번째 에포크에서 무선 네트워크 시스템의 상태를 나타내기 위한 랜덤한 샘플값의 집합을 나타낸다. 는 길이가 인 의 열 벡터(column vector)로서 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. Denotes a set of random sample values for representing the state of the wireless network system at the kth epoch. Has a length sign It may be expressed as a column vector of Equation 1 below.
여기서 는 의 개수, 즉 샘플값의 개수를 나타내며, AP에 의해 임의로 설정될 수 있다. 의 값이 클 수록 많은 샘플을 사용한다는 의미이므로 백로그 사이즈 추정의 정확도를 높일 수 있다. 일 예로 는 50으로 설정될 수 있다.here Is It indicates the number of, i.e., the number of sample values, and may be arbitrarily set by the AP. A larger value means that more samples are used, which increases the accuracy of backlog size estimation. As an example May be set to 50.
수학식 1에서 의 구성 요소인 내지 는 각각 별도의 랜덤한 샘플값을 나타낸다. In Equation 1 Is a component of To Each represents a separate random sample value.
최초 단계, 즉 k=0일 때 (i는 1에서 사이의 정수)를 정하기 위해 정규 분포(normal distribution) 함수를 이용할 수 있다. 일 예로 은 평균이 100이고 표준 편차가 1인 정규 분포 함수에서 값을 선택하되, 단 샘플값이 음수가 되는 것을 방지하기 위해서 선택된 값이 0보다 작을 경우에는 0으로 설정한다.First step, k = 0 (i is from 1 Normal distribution function) can be used. As an example Selects a value from a normal distribution function with a mean of 100 and a standard deviation of 1, but sets it to zero if the selected value is less than zero to avoid negative sample values.
에포크가 반복되면서 k번째 에포크에서 사용하는 랜덤 샘플 집합 는 (k-1)번째 에포크에서 사용한 랜덤 샘플 집합 을 기초로 갱신될 수 있다.Random sample set used by the kth epoch with repeated epochs Is a random sample set used at the (k-1) th epoch Can be updated based on.
구체적으로 랜덤 샘플 집합 는 전술한 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 각 요소마다 추가 계수값을 더하여 갱신될 수 있다. Specifically random sample set Mentioned above It can be updated by adding an additional coefficient value for each element to the result value of the resampling function taking as a factor.
리샘플링 함수는 의 각 요소의 확률값을 시드(seed)로 하여 새로운 랜덤 샘플 집합을 추출하기 위한 함수로서, 이 때, 리샘플링 함수는 후술할 를 추가 인자로 사용할 수 있다. The resampling function A function for extracting a new random sample set by using a seed value of each element of as a seed, wherein the resampling function will be described later. Can be used as an additional argument.
리샘플링 함수의 결과값에 각 요소마다 추가 계수값을 더 하는 이유는 리샘플링 과정에서 랜덤 샘플 집합의 각 요소의 값이 겹치는 degeneracy 문제를 방지하기 위함이다.The reason for adding an additional coefficient value for each element to the result of the resampling function is to prevent the degeneracy problem of overlapping values of each element of the random sample set during the resampling process.
이 때, 추가 계수값을 구하는 방법의 일 예로서 추가 계수값은 평균이 0인 정규 분포(normal distribution) 함수로부터 랜덤하게 선택될 수 있다. 추가 계수값을 선택하기 위한 정규 분포 함수의 표준편차는 시뮬레이션에 따라 최적의 값을 선택할 수 있는데, 일 예로 표준편차의 값은 일 수 있다.In this case, as an example of a method of obtaining the additional coefficient value, the additional coefficient value may be randomly selected from a normal distribution function having a mean of zero. The standard deviation of the normal distribution function for selecting additional coefficient values can be selected according to the simulation. For example, the standard deviation value is Can be.
단, 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 각 요소 별로 추가 계수값을 더한 후, 각 요소 중 음수인 값을 가지는 요소에 대해서는 0으로 설정하여 음수의 값이 되지 않도록 할 수 있다.only, After adding an additional coefficient value for each element to the result value of the resampling function having the factor as, the negative value may be set to 0 for each element having a negative value.
백오프 계수 계산부(230)는 채널 유휴 시간 측정부(210)에서 측정된 유휴 시간 와 랜덤 샘플 집합 갱신부(220)에서 갱신된 , 그리고 이전 에포크인 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수인 을 기초로 하여 k번째 에포크에 대한 백오프 계수인 를 계산할 수 있다.The
이 때, 를 구하기 위해서 우선 확률 집합 를 구할 수 있다. 는 측정된 유휴 시간 일 때 가능한 확률의 집합을 의미하며 각 요소는 지수 분포(exponential distributed) 함수로 표현될 수 있다. 는 와 마찬가지로 길이가 인 열 벡터(column vector)로서 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.At this time, First, the probability set Can be obtained. Measured idle time In this case, it means a set of possible probabilities, and each element can be expressed as an exponential distributed function. Is As long as As a column vector, it may be expressed as Equation 2 below.
수학식 2에서 의 구성 요소인 내지 는 각각 별도의 확률값을 나타낸다. In equation (2) Is a component of To Each represents a separate probability value.
이 때, 는 , , 에 의해 다음의 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.At this time, Is , , It can be determined by the following equation (3).
결정된 를 기초로 는 다음과 같이 구할 수 있다.determined Based on Can be obtained as
우선,를 기초로 다음의 수학식 4와 같이 를 구할 수 있다.priority, Based on Equation 4 Can be obtained.
수학식 4에서 는 를 전치(transpose)한 행렬을 의미하며, 는 와 마찬가지로 길이가 인 의 열 벡터(column vector)로서 모든 요소의 값이 1인 행렬, 즉 [1,1,1, ... ,1]을 의미한다. 즉, 는 의 각 요소값을 와 의 곱, 즉 의 모든 요소의 값의 합인 ()으로 나눈 열 벡터를 의미한다.In equation (4) Is Means a matrix transposed of Is As long as sign Is a column vector of, meaning a matrix with all elements having a value of 1, that is, [1,1,1, ..., 1]. In other words, Is For each element of Wow Product of Is the sum of the values of all elements of ( Column vector divided by).
전술한 와 를 이용하여 는 다음의 수학식 5와 같이 구할 수 있다.Above Wow Using Can be obtained as in Equation 5 below.
브로드캐스트부(240)는 백오프 계수 계산부(230)에서 계산된 백오프 계수 를 복수의 단말에 브로드캐스팅할 수 있다.The
전술한 바와 같이 각 단말은 k번째 에포크에서 AP가 브로드캐스트하는 백오프 계수 를 수신하고, 을 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수에서 랜덤하게 백오프 시간 간격을 선택할 수 있다.As described above, each terminal has a backoff coefficient broadcast by the AP at the k-th epoch. Receive The backoff time interval can be selected at random from an exponential distribution function that is taken as an average.
도 3은 본 실시예에서 AP가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method in which an AP controls packet retransmission of a terminal in this embodiment.
이하 도 2에서 설명한 AP(200)에 의해 본 방법이 실시되는 것을 예로 설명한다.Hereinafter, the method performed by the
도 3을 참조하면, AP(200)의 채널 유휴 시간 측정부(210)는 k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time)인 를 측정할 수 있다(S310).Referring to FIG. 3, the channel idle
그리고 AP(200)의 랜덤 샘플 집합 갱신부(220)는 k번째 에포크의 백오프 계수인 를 계산하기 위해 랜덤 샘플 집합 를 갱신할 수 있다(S320).The random sample set
이 때, 전술한 바와 같이 k번째 에포크에서 사용하는 랜덤 샘플 집합 는 (k-1)번째 에포크에서 사용한 랜덤 샘플 집합 을 기초로 갱신될 수 있다.At this time, as described above, a random sample set used in the k-th epoch Is a random sample set used at the (k-1) th epoch Can be updated based on.
구체적으로 랜덤 샘플 집합 는 전술한 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 각 요소 별로 추가 계수값을 더한 값으로 갱신될 수 있다. 이 때, 각 요소 별로 추가 계수값을 더 하는 이유는 리샘플링 과정에서 랜덤 샘플 집합의 각 요소의 값이 겹치는 문제를 방지하기 위함이다.Specifically random sample set Mentioned above The result of the resampling function of which may be updated to a value obtained by adding an additional coefficient value for each element. In this case, the reason for adding an additional coefficient value for each element is to prevent the problem of overlapping values of the elements of the random sample set during the resampling process.
이 때, 추가 계수값을 구하는 방법의 일 예로서 추가 계수값은 평균이 0인 정규 분포(normal distribution) 함수로부터 랜덤하게 선택될 수 있다. 추가 계수값을 선택하기 위한 정규 분포 함수의 표준편차는 미리 설정된 값에 따라 달라질 수 있다.In this case, as an example of a method of obtaining the additional coefficient value, the additional coefficient value may be randomly selected from a normal distribution function having a mean of zero. The standard deviation of the normal distribution function for selecting additional coefficient values may vary depending on a preset value.
단, 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 추가 계수값을 더한 값이 음수일 경우에는 0으로 설정하여 음수의 값이 되지 않도록 할 수 있다.only, If the result of the resampling function whose value is a plus the additional coefficient value is negative, it can be set to 0 so as not to be negative.
그리고 AP(200)의 백오프 계수 계산부(230)는 채널 유휴 시간 측정부(210)에서 측정된 , 랜덤 샘플 집합 갱신부(220)에서 갱신된 와 이전 (k-1)번째 에포크에서의 백오프 계수인 을 기초로 하여 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산할 수 있다(S330).In addition, the
이 때, 전술한 바와 같이 를 구하기 위해서 우선 확률 집합 를 구할 수 있으며, 는 전술한 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.At this time, as described above First, the probability set Is available, May be determined as in Equation 3 described above.
그리고 를 기초로 를 전술한 수학식 4와 같이 계산할 수 있으며, S330 단계에서 갱신된 와 를 기초로 를 전술한 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.And Based on May be calculated as in Equation 4 described above, and updated in step S330. Wow Based on May be calculated as in Equation 5 described above.
그리고 AP(200)의 브로드캐스트부(240)는 백오프 계수 계산부(230)에서 계산된 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅할 수 있다(S340).The
전술한 바와 같이, AP(200)로부터 브로드캐스트된 를 수신한 각 단말은 를 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 랜덤하게 패킷 재전송 간격을 선택할 수 있다.As described above, broadcast from the
도 4는 본 실시예를 실행했을 때 예상되는 백로그된(backlogged) 단말의 수의 변화를 기존 Pure ALOHA 시스템을 실행했을 때의 백로그된 단말의 수의 변화와 비교한 그래프이다.4 is a graph comparing the change in the number of backlogged terminals expected when the present embodiment is executed with the change in the number of backlogged terminals when the existing Pure ALOHA system is executed.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 기존 Pure ALOHA 시스템을 실행했을 때의 백로그된 단말의 수를 IFT와 DFT 방식에 따라 나타낸 그래프이다. 그래프의 x축은 에포크의 인덱스를 나타내는 k값이고, y축인 는 k번째 에포크에서의 백로그된 단말의 수를 의미한다. 도 4에서 패킷 도착 비율(package arrival rate)인 G 값은 0.19이다.Referring to FIG. 4, FIG. 4 (a) is a graph showing the number of backlogged terminals according to the IFT and DFT schemes when executing the existing Pure ALOHA system. The x-axis of the graph is the k-value representing the index of the epoch and the y-axis Denotes the number of backlog terminals in the k-th epoch. In FIG. 4, the G value, which is a package arrival rate, is 0.19.
도 4의 (b)는 본 실시예를 실행했을 때의 백로그된 단말의 수를 실제 시스템의 백로그 사이즈(System backlog size)와 예상 백로그 사이즈(Estimated backlog size)로 구분하여 나타낸 그래프이다. 도 4의 (a)와 마찬가지로 그래프의 x축은 에포크의 인덱스를 나타내는 k값이고, y축인 는 k번째 에포크에서의 백로그된 단말의 수를 의미한다.FIG. 4B is a graph illustrating the number of backlogged terminals when the present embodiment is executed, divided into a system backlog size and an estimated backlog size of an actual system. As in FIG. 4A, the x-axis of the graph is a k-value representing the index of the epoch and is the y-axis. Denotes the number of backlog terminals in the k-th epoch.
도 4의 (a)와 (b)를 비교하면 도 4의 (a)에서는 k가 증가함에 따라 가 20 이하로 유지되고, 도 4의 (b)에서 IFT 방식 및 DFT 방식이 가 20 이상인 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 실시예가 기존의 Pure ALOHA 시스템에 비해 보다 더 효율적인 시스템이라는 것을 확인할 수 있다.Comparing (a) and (b) of FIG. 4, as k increases in FIG. Is maintained below 20, and the IFT scheme and the DFT scheme in FIG. It can be confirmed that is 20 or more. Therefore, it can be seen that this embodiment is a more efficient system than the conventional Pure ALOHA system.
도 5는 본 실시예를 실행했을 때의 처리량(throughput), 지연(delay), 백로그 사이즈(backlog size)의 값을 기존 Pure ALOHA 시스템을 실행했을 때의 처리량(throughput), 지연(delay), 백로그 사이즈(backlog size)와 비교한 표이다.5 shows the values of throughput, delay, backlog size when the present embodiment is executed, throughput, delay, and the like when the existing Pure ALOHA system is executed. This table compares the backlog size.
도 5에서 Controlled System가 본 실시예를 의미하며 Uncontrolled DFT는 DFT 방식을 사용하는 기존 Pure ALOHA 시스템, Uncontrolled IFT는 IFT 방식을 사용하는 기존 Pure ALOHA 시스템을 의미한다.In FIG. 5, the Controlled System refers to the present embodiment, and the Uncontrolled DFT refers to the existing Pure ALOHA system using the DFT method, and the Uncontrolled IFT refers to the existing Pure ALOHA system using the IFT method.
도 5에서 G는 패킷 도착 비율(packet arrival rate), 는 처리량, 은 백로그 사이즈, 는 지연을 의미하고 ana.는 실제 측정값, sim.은 시뮬레이션 결과값을 의미한다. 도 5를 참조하면 모든 경우에 대해, 본 실시예에서의 처리량, 백로그 사이즈, 지연이 기존 Pure ALOHA 시스템에서의 처리량, 백로그 사이즈, 지연에 비하여 개선된 것을 확인할 수 있다.In Figure 5, G is the packet arrival rate, Is throughput, Is the backlog size, Is the delay, ana. Is the actual measurement, sim. Is the simulation result. Referring to FIG. 5, in all cases, it can be seen that the throughput, backlog size, and delay in this embodiment are improved compared to the throughput, backlog size, and delay in the existing Pure ALOHA system.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예에 개시된 내용은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the contents disclosed in the present embodiment are not intended to limit the technical idea of the present embodiment but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.
Claims (10)
k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time) 를 측정하는 채널 유휴 시간 측정 단계;
k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신하는 랜덤 샘플 집합 갱신 단계;
상기 , 상기 및 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수 을 기초로 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하는 백오프 계수 계산 단계; 및
상기 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅하는 브로드캐스트 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
In a method of controlling the packet retransmission of the terminal in the AP (Access Point) in a wireless network using the Pure ALOHA protocol,
Channel idle time for k th epoch Measuring channel idle time;
koff epoch backoff coefficient Set of random samples to compute A random sample set updating step of updating a;
remind , remind And the backoff coefficient for the (k-1) th epoch The backoff coefficient of the k-th epoch based on Calculating a backoff coefficient; And
remind And broadcasting a value to the plurality of terminals.
상기 각 단말은,
를 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 랜덤하게 패킷 재전송 간격을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
Each terminal,
And randomly selecting a packet retransmission interval from an exponential distribution function of averaging.
상기 랜덤 샘플 집합은,
(k-1)번째 에포크의 랜덤 샘플 집합 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 각 요소 별로 추가 계수값을 더한 값으로 갱신되는 것을 특징으로 하되,
상기 추가 계수값은,
평균이 0인 정규 분포(normal distribution) 함수로부터 랜덤하게 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The random sample set,
Random sample set of (k-1) th epoch Wherein the result of the resampling function with a factor is updated to the value of the additional coefficient value added for each element,
The additional count value is,
And randomly selected from a normal distribution function with a mean of zero.
상기 백오프 계수 계산 단계는,
상기 , 및 를 기초로 확률 집합 를 구하고,
상기 확률 집합 를 기초로 상기 를 계산하되,
상기 는,
로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The backoff coefficient calculation step,
remind , And Based probability set Obtaining
The probability set Based on the above Calculate the
remind Is,
It is determined that the method.
상기 백오프 계수 계산 단계는,
상기 와 모든 요소값이 1인 행렬인 를 기초로 를 구하고,
상기 는 로 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 4, wherein
The backoff coefficient calculation step,
remind Is a matrix with all element values equal to 1 Based on Obtaining
remind Is The method characterized in that the calculated.
k번째 에포크(epoch)에 대한 채널 유휴 시간(idle time) 를 측정하는 채널 유휴 시간 측정부;
k번째 에포크의 백오프(backoff) 계수 를 계산하기 위한 랜덤 샘플 집합 를 갱신하는 랜덤 샘플 집합 갱신부;
상기 , 상기 및 (k-1)번째 에포크에 대한 백오프 계수 을 기초로 k번째 에포크의 백오프 계수 를 계산하는 백오프 계수 계산부; 및
상기 값을 복수의 단말에 브로드캐스팅하는 브로드캐스트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 AP.
In an access point (AP) controlling packet retransmission of a terminal in a wireless network using the Pure ALOHA protocol,
Channel idle time for k th epoch Channel idle time measuring unit for measuring;
backoff coefficient of the kth epoch Set of random samples to compute A random sample set updating unit for updating a;
remind , remind And the backoff coefficient for the (k-1) th epoch The backoff coefficient of the k-th epoch based on A backoff coefficient calculation unit for calculating a; And
remind And a broadcast unit that broadcasts values to the plurality of terminals.
상기 각 단말은,
를 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 랜덤하게 패킷 재전송 간격을 선택하는 것을 특징으로 하는 AP.
The method of claim 6,
Each terminal,
AP randomly selects a packet retransmission interval from an exponential distribution function that averages.
상기 랜덤 샘플 집합은,
(k-1)번째 에포크의 랜덤 샘플 집합 을 인자로 하는 리샘플링 함수의 결과값에 각 요소 별로 추가 계수값을 더한 값으로 갱신되는 것을 특징으로 하되,
상기 추가 계수값은,
평균이 0인 정규 분포(normal distribution) 함수로부터 랜덤하게 선택되는 것을 특징으로 하는 AP.
The method of claim 6,
The random sample set,
Random sample set of (k-1) th epoch Wherein the result of the resampling function with a factor is updated to the value of the additional coefficient value added for each element,
The additional count value is,
AP selected randomly from a normal distribution function with a mean of zero.
상기 백오프 계수 계산부는,
상기 , 및 를 기초로 확률 집합 를 구하고,
상기 확률 집합 를 기초로 상기 를 계산하되,
상기 는,
로 결정되는 것을 특징으로 하는 AP.
The method of claim 6,
The backoff coefficient calculation unit,
remind , And Based probability set Obtaining
The probability set Based on the above Calculate the
remind Is,
AP is determined as.
상기 백오프 계수 계산부는,
상기 와 모든 요소값이 1인 행렬인 를 기초로 를 구하고,
상기 는 로 계산되는 것을 특징으로 하는 AP.
The method of claim 9,
The backoff coefficient calculation unit,
remind Is a matrix with all element values equal to 1 Based on Obtaining
remind Is AP, which is calculated as.
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