KR20100099124A

KR20100099124A - 협력 노드들의 빠른 선택

Info

Publication number: KR20100099124A
Application number: KR1020107010828A
Authority: KR
Inventors: 시앙유 왕
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-09-10
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2011501551A; CN101828421A; JP5290306B2; ES2373192T3; WO2009050656A1; TW200935934A; CN101828421B; KR101572797B1; TWI463880B; US8331397B2; EP2213134A1; US20100246423A1; ATE524949T1; EP2213134B1

Abstract

본 발명은 소스 노드(10)로부터 신호를 수신하기 위한 다수의 협력 노드들(21 내지 23)로부터 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 방법, 장치들, 시스템, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로서, 후보 협력 노드들(21 내지 23)이 자신들의 소스 노드(10)로의 채널 상태들에 따라 각각의 백오프 수들을 결정하는 백오프 프로세스의 적어도 두 스테이지들에 제공되고, 제 2 스테이지는 제 1 스테이지가 성공적이지 않았을 경우 또는 제 2 협력 노드가 선택되어야 할 경우에 수행된다.

Description

협력 노드들의 빠른 선택{FAST SELECTION OF COOPERATIVE NODES}

본 발명은 일반적으로, - 제한되지 않지만 - 무선 근거리 네트워크(wireless local area network; WLAN)와 같은 송신 시스템에서 적어도 하나의 협력 노드(cooperative node)를 선택하는 장치들, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

예를 들면 IEEE 802.11 사양들에서 규정된 바와 같은 무선 근거리 네트워크들(WLAN들)은 현재 거의 어느 곳에서나 존재한다. 802.11 표준은 모든 스테이션들(stations)이 충돌 회피 반송파 감지 다중 액세스(carrier sense multiple access with collision avoidance; CSMA/CA) 형태의 분산 조정 함수(distributed coordination function; DCF)를 구현하는 것을 의무화한다. CSMA/CA는 모든 스테이션들이 우선 송신 전에 매체를 감지하는 것을 확정하는 경쟁-기반 프로토콜(contention-based protocol)이다. 이의 주목적은 스테이션들이 동시에 송신하여 충돌들 및 대응하는 재송신들이 야기되는 것을 방지하는 것이다. 프레임을 전송하고자 하는 스테이션이 매체에 대한 특정 임계값 이상의 에너지를 감지하는 경우(이는 또 다른 스테이션의 송신을 의미할 수 있다), 액세스를 원하는 스테이션은 프레임을 송신하기 전에 매체가 유휴될 때까지 대기할 것이다. 프로토콜의 충돌 회피 양태는 수신 스테이션이 전송 스테이션으로 전송하는 승인들(acknowledgements)을 사용하여 에러에 자유로운(error-free) 수신을 검증하기 것과 관련된다. 어느 정도 다소 복잡할지라도, 매체에 액세스하는 이 프로세스는 모두가 공손해서 각각의 사람이 다른 사람이 말하고 있지 않을 때에만 말하는 미팅으로서 간주될 수 있다. 게다가, 개인이 말하고 있는 것을 이해하는 참여자들은 동의 시에 자신의 고개를 끄덕인다.

다양한 네트워크 노드들을 통하여 신호가 중계되는 멀티홉 중계 기술(Multihop relaying technology)은 송신기에서 고 전력을 사용할 필요가 없이 더 넓은 커버리지(coverage)를 달성하고 무선 채널들 손상을 경감시키기 위해서, 예를 들면 WLAN 또는 센서 네트워크들(sensor networks)와 같은 미래의 셀룰러 및 애드 혹(ad hoc) 무선 통신 시스템들에 대한 전도유망한 솔루션이다. 최근에, 멀티홉이 증가된 네트워크들에서 능동적으로 연구된 새로운 개념은 다중사용자 협력 다이버시티(multiuser cooperative diversity)이고, 여기서 여러 단말들 또는 네트워크 노드들은 일종의 연합을 형성하여 자신의 메시지들의 송신에 서로 도움을 준다. 일반적으로, 협력 중계 시스템들은 메시지를 다수의 협력 중계기 또는 노드들로 멀티캐스팅(multicasting)하는 소스 노드(source node)를 가지므로, 소스 노드들은 프로세싱된 버전을 의도된 목적지 노드로 재전송한다. 목적지 노드는 중계기로부터 수신된 신호를, 또한 가능하면 소스의 오리지널 신호를 고려하여 결합한다.

S. Shankar 등의 2005년 6월의 "Cooperative communication MAC(CMAC) - A New MAC protocol for Next Generation Wireless LANs", IEEE WireComm, 및 Bletsas 등의 2006년 3월의 "A Simple Cooperative Diversity Method based on Network Path Selection", Selected Areas of Communications에 대한 IEEE Journal(MIT)에서, 무선 통신 시스템들에서, 특히 IEEE 802.11 및 IEEE 802.15과 같은 WLAN 및 WPAN 뿐만 아니라, IEEE 802.3(이더넷(Ethernet))과 같은, 무선 통신 시스템들에서 널리 사용되는, 소위 "백오프 프로세스(backoff process)"에 기초하는 두 방법들이 기술되어 있다. 백오프 프로세스는 예를 들면, D. Bertsekas 및 R.Gallager의 1992년의 "Data Networks". Chapter 4, Prentice Hall에서 기술된 바와 같이, 다수의 다중 경쟁중인 스테이션들 사이에 있는 채널로의 랜덤 액세스(random access)를 위한 통신 시스템들에서 사용된다. 일반적으로 그것은 CSMA 프로토콜과 조합된다. 백오프 프로세스는 모든 참여하고 있는 스테이션들에 의한 채널로의 공평한 액세스(fair access)를 가능하게 하고 분산 방식에 있어서 네트워크 혼잡 레벨에 따라 송신들을 조정하기 위해서 도입되었다.

스테이션이 송신을 시작하기 전에, 스테이션은 어떤 경쟁 윈도우(contention window; CW) 내, 즉 [0, CW]에서 랜덤 백오프 수(BO)를 선택한다. 스테이션은 경쟁 윈도우에 걸쳐 랜덤 수(BO)를 일정하게 선택해서 채널로의 공평한 액세스를 달성한다. 다른 스테이션들이 송신하고 있으므로 스테이션이 송신의 패킷을 전송한 이후에 충돌이 야기되었음을 발견하는 경우, 스테이션은 자체의 경쟁 윈도우를 2*CW로 배가하여 상기 프로세스를 반복할 것이다. 충돌을 발견하기 위해서, 스테이션은 충돌 검출 회로를 사용하거나 또는 그것을 고지하는 수신기에 의존한다.

백오프 프로세스는 협력 노드의 선택을 위해서 재사용될 수 있다. 이 둘 모두의 솔루션들에서, 단 하나의 스테이지 백오프 프로세스(stage backoff process)만이 설계된다. Bletsas 등의 2006년 3월의 "A Simple Cooperative Diversity Method based on Network Path Selection", Selected Areas of Communications에 대한 IEEE Journal(MIT)에서, 백오프 프로세스가 최상의 협력 노드의 선택을 위해서 재사용되는 것이 제안된다.

도 2는 협력 노드를 선택하는데 사용될 수 있는 백오프 프로세스에 따른 기본적인 동작의 흐름도를 도시한다. 여기서, 각각의 협력 노드의 순간 채널 상태에 따르면, 각각의 협력 노드는 단계(S101)에서 lambda의 인수를 갖는 순간 채널 상태(CC)와 반비례하는 백오프 수(BO)를 결정한다. 그 다음, 노드는 채널을 감지하고, 만일 단계들(S102 내지 S105)의 순환 절차에서 상기 채널이 BO 슬롯들(slots)에 대하여 유휴임을 결정하면, 노드는 단계(S106)에서 송신을 시작한다. 그렇지 않으면, 노드가 단계(S103)에서 채널이 통신 중임을 결정하면, 채널이 다시 유휴 상대가 될 때까지 송신이 연기되고 대기한다. 그러므로 최상의 채널 상태를 갖는 협력 노드는 가장 작은 BO 수를 결정할 것이며, 채널이 BO 슬롯들 동안 유휴 상태일 때 채널을 점유할 것이다.

방법은 구현하는데 간단하고 백오프 프로세스가 충분히 공지되어 있기 때문에 용이하게 허용될 수 있을지라도, 그것은 적절한 인수(lambda)를 선택하는데 어려움이 있다. 이는 협력 노드들의 분포가 실제로 공지되어 있지 않고 일정한 분포를 따를 가능성이 없기 때문이다. 게다가, 모든 협력 노드들이 매우 양호한 채널 상태이거나 또는 매부 불량한 채널 상태를 갖는 경우가 있을 수 있다. 예를 들면, 협력 노드들이 로그정규 분포(lognormal distribution)이지만 상이한 평균값을 갖는 경우, 인수(lambda)는 미지의 분포들을 갖는 협력 노드들 사이의 잠재적인 충돌을 감소시키기 위해서 큰 수로 선택되어야만 한다. 그러나, 더 큰 lambda는 더 큰 BO 수 및 경쟁 전의 보다 긴 유휴 시간을 의미하기 때문에 오버헤드(overhead)가 증가할 것이다.

이는 백오프 프로세스가 경쟁하는 스테이션들의 공평한 중재를 목적으로 할지라도 가장 양호한 협력 노드의 선택 시에 의도적으로 불공평해지는 문제를 야기한다. 그러므로 협력 노드들의 분포를 인지하지 못하고 백오프 프로세스를 적용하는 것은 효율적이지 않을 것이다. 예를 들면, 협력 노드들이 상대적으로 강한 채널 상태들을 가진다면, 예를 들면 27의 lambda값은 약 10 슬롯들의 평균 지연으로 가장 양호한 노드들의 95%의 성공적인 선택을 하게 된다. 그렇지 않으면, 협력 노드들이 상대적으로 약한 채널 상태들을 가진다면, 상기의 27의 lambda값은 96%의 성공적인 선택을 하게 되지만 선택 시의 평균 지연은 이때 55 슬롯들일 수 있으며, 이 지연이 실질적으로 더욱 크다. 그러므로 단순한 백오프-기반 선택 절차라도 가장 양호한 협력 노드의 빠른 선택을 제공하는데 충분하지 않을 것이다.

본 발명의 목적은 가장 양호한 협력 노드의 빠른 선택을 위한 선택 스킴(scheme)을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제 1 항 및 제 10 항에서 주장되는 바와 같은 장치들에 의해서, 그리고 청구항 제 15 항에서 주장되는 바와 같은 방법에 의해서 달성된다. 소프트웨어-기반 구현에서, 상기의 목적은 컴퓨터 디바이스(device) 상에서 구동될 때 상기 방법의 단계들을 생성하기 위한 코드 수단(code means)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서 달성될 수 있다.

따라서, 백오프 프로세스에 기초하는 협력 노드의 개선된 선택이 제안된다. 다수 선택 스테이지들을 도입하고 초기의 피드백(feedback)을 사용함으로써, 가장 양호한 노드는 더욱 적은 오버헤드(overhead)로 식별될 수 있다. 또 다른 장점은 오버헤드는 협력 노드들의 잠재적인 분포들과는 관계없이 거의 변하지 않고 유지되는 점이다. 그러므로 제안된 다수-스테이지 기반 백오프 절차에서, 가장 양호한 협력 노드들은 하나의 샷(shot)에서 선택되지 않고, 오히려 다수의 짧은 라운드(round)들에서 선택된다. 제 1 스테이지에서, 주 목적은 전송기가 자신의 협력 노드들의 분포에 대하여 개략적으로 습득하는 것이다. 제 1 라운드로부터의 이 정보에 따라, 소스 노드 또는 전송기는 자신의 협력 노드들에 피드백을 (선택적으로) 제공함으로써 적어도 하나의 다음 스테이지들에서 더 양호한 등급으로의 선택을 수행한다. 협력 노드들의 존재는 전송기에게 공지되거나 공지되지 않을 수 있다. 제안된 방법은 특히 채널 상태에 관한 협력 노드들의 분포가 소스 노드에 공지되지 않거나, 협력 노드들이 서로에 대하여 은닉(hidden)되거나 백오프 프로세스에서 충돌이 발생할 수 있는 실제적인 경우들에 특허 더 적합하다.

제한된 방법은 또한 하나의 가장 양호한 노드 뿐만 아니라, 협력을 위해 제 1의 여러 개의 가장 양호한 노드들을 선택하도록 반복해서 사용될 수 있다.

후보 협력 노드들의 또는 후보 협력 노드들에서의 장치는 각각의 백오프 스테이지의 종단에 있는 소스 노드의 반응에 기초하여, 백오프 프로세스의 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정할 수 있다. 그러므로 제안된 선택 스킴은 잠재적인 협력 노드들의 빠른 선택을 가능하게 한다. 더 특정한 예에서, 협력 노드의 또는 협력 노드에서의 장치는 소스 노드로부터의 응답의 부재 및 또 다른 후보 협력 노드에 의해 행해진 반응 중 적어도 하나에 기초하여, 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정할 수 있다. 그 다음, 장치는 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부의 결정으로부터 획득된 정보에 기초하여 제 2 백오프 수를 결정할 수 있다. 대안의 더 특정한 예에서, 협력 노드의 또는 협력 노드에서의 장치는 제 1 스테이지의 종단에서의 소스 노드로부터 협력 노드로의 피드백에 기초하여 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정할 수 있고, 피드백은 협력 노드의 선택이 성공적으로 수행되었는지의 여부에 대한 또는 어떤 슬롯에서 선택이 실패했는지에 대한 정보를 포함한다.

일례로서, 소스 노드로부터의 피드백은 어떤 협력 노드들이 백오프 프로세스의 제 2 스테이지로부터 배제되는지를 표시하는 정보를 포함할 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 협력 노드의 또는 협력 노드에서의 장치는 백오프 프로세스의 제 1 스테이지에서 다수의 유휴 슬롯들을 사용하여 대응하는 채널 상태 수를 계산할 수 있다. 특정한 예에서, 대응하는 채널 상태 수는 제 2 백오프 수를 계산하기 위해서 제 1 스테이지의 오리지널 채널 상태 수로부터 공제될 수 있다. 선택사항으로서, 소스 노드로부터의 피드백은 제 2 백오프 수를 획득하기 위해 대응하는 채널 상대 수와 조합될 새로 제안된 인수의 값을 포함할 수 있다.

부가적인 유용한 개선들은 종속항들에서 규정된다.

본 발명은 다양한 실시예들에 기초하여 첨부 도면들을 참조하여 이제 기술될 것이다:

도 1은 다양한 실시예들에 따라 핸드쉐이크(handshake) 절차를 포함하는 무선 네트워크 환경의 개략적인 블록도;
도 2는 협력 노드에서 백오프 수를 결정하기 위한 절차의 흐름도;
도 3은 단일-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도;
도 4는 제 1 실시예에 따른 협력 노드에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도;
도 5는 제 1 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도;
도 6은 제 2 실시예에 따른 협력 노드에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도;
도 7은 제 2 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도;
도 8은 제 3 실시예에 따른 협력 노드에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도;
도 9는 제 3 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도;
도 10은 제 4 실시예에 따른 소스 노드에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도;
도 11은 다양한 실시예들의 소프트웨어-기반 구현의 개략적인 블록도.

다음에, 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 애드 혹(ad-hoc) 네트워크 환경, 예를 들면 WLAN에 기초하여 RTS/CTS 핸드쉐이킹(handshaking) 절차를 포함하는 다양한 실시예들이 기술된다.

도 1에 따르면, 소스 노드(또는 전송기)(10)는 일 예시적인 3개의 후보 협력 노드들(또는 스테이션들)(21 내지 23)에 액세스한다.

소스 노드(10)의 협력 노드들(21 내지 23)은 소스 노드로의 비교적 양호한 채널 상태들을 가질 수 있다. 소스 노드가 가장 양호한 협력 노드를 청하는 전송 요구(Request-To-Send; RTS)와 같은 패킷을 전송하면, 각각의 협력 노드(21 내지 23)는 자체의 수신된 전력(전력은 자체의 채널 상태(CC)를 소스 노드(10)에 표시한다)을 미리 결정된 작은 값의 lambda로 승산한다. 승산은 채널 상태에 비례하고 협력 노드들(21 내지 23)의 각각의 응답들(CTS1, CTS2, 및 CTS3)의 송신 타이밍(timing)들을 결정하는 백오프 수(BO)를 야기한다. 작은 값의 lambda는 작은 백오프 수를 의미한다. 이는 소스 노드(10) 및 협력 노드들(21 내지 23)이 일부 백오프 슬롯들 내에서 자체의 협력 노드들에 대해 습득할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 단일-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도를 도시한다. 소스 노드(10)로부터 RTS 패킷을 수신하는 세 협력 노드들(21 내지 23)에 대해서, 각각은 BO 수를 결정한다. 이 경우에, 협력 노드들(N1 21, N2 22 및 N3 23)은 각각 0.1, 0.5 및 0.8의 채널 상태들(CC)(더 작은 수는 더 양호한 상태들을 의미한다)을 갖는다. 작은 lambda는 3으로 미리 동의하였다. 그러므로 채널 상태들(CC) 및 lambda을 곱하고 가장 근접한 큰 정수로 반올림하면 각각 1, 2 및 3이 제공된다. 즉, 제 1 협력 노드(N1 21)는 슬롯(Sl1)에서 전송할 것이고; N2 22는 슬롯(Sl2)에서 전송할 것이며; N3 23은 슬롯(Sl3)에서 전송할 것이다.

제 1 협력 노드(N1 21)는 슬롯(Sl1)에서 전송 취소(Clear-To-Send; CTS)와 같은, 중계 패킷을 소스 노드(10)로 역으로 전송한다. 다른 협동 노드들(N2 22 및 N3 23)의 반송파 감지는 이 송신을 감지하고 자신들의 송신을 억제할 것이다. 그러므로, 이 경우에 가장 양호한 노드(N1 21)는 가장 양호한 협력 노드로 식별될 것이다.

이 경우는 간소화된 경우이고 선택은 이미 하나의 스테이지에서 완료된다.

그러나, 모든 협력 노드들(21 내지 23)이 불량한 상태들을 갖는다면, lambda값이 매우 크게 선택되지 않는 한, 단일 백오프 스테이지에서 선택을 성공적으로 수행하는 것이 어렵다. 협력 노드들(21 내지 23)이 0.81, 0.82 및 0.83의 상태들을 갖는 것이 하나의 예일 것이다. 이때, 패널티(penalty)는 가장 양호한 노드가 자신의 큰 BO 수를 카운트다운하기 전에 오랜 시간 대기하는 것이다.

그러므로, 아래의 실시예들에 따르면, 상기의 상황들을 위해서 다수-스테이지 선택이 제안된다.

도 4는 제 1 실시예에 따른 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도를 도시하고, 이 실시예는 각각의 협력 노드들(21 내지 23)에서 수행될 수 있다. 이 실시예에서는, 모든 노드들이 반송파 감지 메커니즘에 의해 서로 응할 수 있을 때 제 1 경쟁 스테이지 이후의 전송기로부터의 피드백을 필요로 하지 않는다.

단계(S201)에서, 도 2와 유사한 제 1 백오프 스테이지가 수행된다. 그 다음, 관계된 협력 노드는 단계(S202)에서 제 1 백오프 스테이지 동안 자신이 더 양호한 협력 노드를 검색했는지의 여부, 예를 들면 보다 초기의 CTS 응답이 또 다른 협력 노드로부터 수신되었는지의 여부를 조사한다. 만일 그렇다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 이 협력 노드에 대해서 종료한다. 그렇지 않고, 만일 더 양호한 노드가 검출되지 않았다면, 단계(S203)에서 소스 노드(또는 전송기)(10)로부터 응답이 수신되었는지의 여부가 조사된다. 만일 그렇다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 이 협력 노드에 대해서 종료한다. 그렇지 않고, 만일 소스 노드(10)로부터 응답이 수신되지 않았다면, 상기 조사 결과들 및 자신의 채널 상태들에 기초하여 새 lambda값이 추론되고(단계(S204)), 단계(S205)에서 새 lambda값에 기초하여 계산된 제 2 BO 수를 사용하여 제 2 백오프 스테이지(도 2와 유사한)가 수행된다.

도 5는 제 1 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도를 도시한다. 여기서, 협력 노드들(21 내지 23)은 각각 0.45, 0.55 및 0.88의 채널 상태들(CC)을 갖는 것으로 가정한다. 3의 제 1 (작은) lambda값은 각 노드에 대해서 각각 2, 2, 및 3의 BO 수들을 제공할 것이다. 그러므로, 협력 노드들(21 및 22)은 제 1 슬롯(Sl1)에서 송신을 감지하지 않을 것이고 제 2 슬롯(Sl2)에서 자신들의 CTS 패킷들을 동시에 송신할 것이다. 그러나 소스 노드(10)에서는 충돌이 발생할 것이다. 그 다음, 제 3 협력 노드(23)는 자신보다 더 양호한 상태를 갖는 노드들이 존재하는 것을 감지한 반송파에 의해서 제 2 슬롯(Sl2)으로부터 습득할 수 있다(도 4의 단계(S202) 참조). 그러므로, 다수-스테이지 백오프 절차는 제 3 협력 노드(23)에 대해서 여기서 종료한다.

소스 노드(10)에서의 CTS 수신을 가능하게 하는 어떤 미리 규정된 시간 이후에, 소스 노드(10)는 제 1 경쟁 또는 백오프 스테이지에서의 충돌의 존재로 인해서 단지 아무것도 하지 않을 것이다. 제 2 경쟁 또는 백오프 스테이지에서, 제 1 및 제 2 협력 노드들(21 및 22)은 소스 노드(10)로부터의 잠재적인 응답의 부재로부터 소스 노드(10)에서 충돌이 있었음을 습득할 것이다. 그리고 제 1 및 제 2 협력 노드들(21 및 22)은 또한 자기 자신의 정보로부터 제 1 경쟁 스테이지의 제 1 슬롯에서 전송하는 노드가 존재하지 않았음을 습득할 것이다. 그러므로, 제 1 및 제 2 협력 노드들(21 및 22)은 자신들이 도 4의 단계(S205)에 따라 제 2 백오프 스테이지를 수행하도록 새 백오프 카운터(counter)를 적용함으로써 제 2 시간을 경쟁해야만 하는 것으로 종결한다. 제 1 및 제 2 협력 노드들(21 및 22)은 이제 총 3개의 슬롯들 중 제 1 슬롯에서 충돌이 존재하지 않고 0.33(1/3)보다 더 양호한 상태를 갖는 노드가 존재하지 않는다는 것을 인지한다. 그러므로, 도 4의 단계(S204)에서 각각의 노드는 자신의 채널 상태값으로부터 값 0.33을 추론하고 새로운, 가능하면 보다 큰 lambda값, 예를 들면 5로 다시 승산된다. 그 다음, 제 1 및 제 2 협력 노드들(21 및 22)은 제 2 스테이지에 대한 다음의 BO 수들을 가질 것이다: 1, 2. 그러므로, 제 1 협력 노드(21)는 CTS를 성공적으로 송신할 수 있고 가장 양호한 노드로서 식별될 수 있을 것이다.

일반적으로, 규정에 의해서, 협력 노드들(21 내지 23)에는, 소스 노드(10)가 도달될 수 있지만, 협력 노드들은 서로 은닉될 수 있다. 이 경우에, 더 짧은 수의 슬롯들을 대기하는 가장 양호한 협력 노드에 의해 역으로 송신된 CTS 패킷은 가장 양호한 협력 노드로부터 은닉되고, 보다 긴 슬롯의 수이지만 제 1 CTS가 완료되기 전까지 대기하는 또 다른 협력 노드에 의해서 역으로 전송된 또 다른 CTS에 의해서 손상될 가능성이 있기 때문에, 단일 스테이지 선택은 어차피 실패할 가능성이 있을 것이다.

도 6은 상기의 상황들에 충분히 적합한 다중-스테이지 선택과 관련하는 제 2 실시예에 따른 협동 노드에서 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도를 도시한다.

단계(S301)에서, 제 1 백오프 스테이지는 도 2와 유사하게 수행된다. 그 다음, 단계(S302)에서, 관련된 협력 노드는 자신이 제 1 백오프 스테이지 동안 자신이 더 양호한 협력 노드를 검색했는지의 여부, 예를 들면 보다 초기의 CTS 응답이 또 다른 협력 노드로부터 수신되었는지의 여부를 조사한다. 만일 그렇다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 이 협력 노드에 대해서 종료한다. 그렇지 않고, 만일 더 양호한 노드가 검출되지 않았다면, 단계(S303)에서는 소스 노드(또는 전송기)(10)로부터 새로운 RTS 메시지가 수신되었는지의 여부가 조사된다. 만일 그렇지 않다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 이 협력 노드에 대해서 종료한다. 그렇지 않고, 만일 소스 노드(10)로부터 새로운 RTS 메시지가 수신되었다면, 상기 조사 결과들 및 자신의 채널 상태들에 기초하여 새 lambda값이 추론되고(단계(S304)), 단계(S305)에서 새 lambda값에 기초하여 계산된 제 2 BO 수를 사용하여 제 2 백오프 스테이지(도 2와 유사한)가 수행된다.

도 7은 제 2 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도를 도시한다. 여기서, 협력 노드들(21 내지 23)은 각각 0.68, 0.78, 및 0.88의 채널 상태들(CC)을 갖는다고 가정한다. 제 1 (작은) lambda값은 모든 노드에 대해서 3, 3, 및 3의 BO 수들을 제공할 것이다. 그러므로, 모든 협력 노드들(21 내지 23)은 제 3 슬롯(Sl3)에서 CTS 패킷들을 역으로 송신하고 있으며, 이는 소스 노드(10)에서 충돌을 야기한다. 소스 노드(10)는 슬롯들(Sl1 및 Sl2)에서 채널이 유휴 상태임을 습득하지만, 채널은 슬롯(Sl3)에서 충돌을 겪는다. 그로 인해 모든 협력 노드들(21 내지 23)이 어느 정도 동일한(불량한) 채널 상태들을 갖는다고 결론을 내린다. 그러므로, 제 2 경쟁 또는 백오프 스테이지에서, 전송기는 이 정보를 제 2 RTS 패킷으로 모든 협력 노드들(21 및 23)에 피드백한다. 모든 협력 노드들은 전체 3개의 슬롯들 중 처음 2개의 슬롯들에서 충돌이 없었고 0.67(2/3)보다 더 양호한 상태를 갖는 노드가 존재하지 않았다는 것을 현재 인지한다. 그러므로, 각각의 노드는 자기 자신의 채널 상태로부터 0.67을 추론하고 다시, 새로운, 가능하면 큰 lambda값, 예를 들면 50으로 승산된다. 그 다음, 협력 노드들(21 내지 23)은 제 2 스테이지에 대한 다음의 BO 수들을 가질 것이다: 1, 6, 및 11. 그러므로, 제 1 협력 노드(21)는 CTS를 성공적으로 송신하고 가장 양호한 협력 노드로 식별될 것이다.

도 8은 제 3 실시예에 따른 협동 노드에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도를 도시한다. 이 실시예는 제안된 다수-스테이지 선택 프로세스가 하나의 가장 양호한 협력 노드 뿐만 아니라, 제 1의 여러 개의 가장 양호한 노드들을 선택하기 위해 반복해서 사용될 수 있다. 이는 예를 들면, A.Nosratinia, T.E.Hunter, 및 A.Hedayat의 2004년 10월의 IEEE Communications Magazine의 "Cooperative communication in wireless networks"에 기술된 바와 같이, 협력 통신 스킴들에 매우 유용할 것이다.

단계(S401)에서, 제 1 백오프 스테이지는 도 2와 유사하게 수행된다. 그 다음, 단계(S402)에서, 관련된 협력 노드는 새로운 RTS 메시지가 소스 노드(또는 전송기)(10)로부터 수신되었는지의 여부를 조사한다. 만일 그렇지 않다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 이 협력 노드에 대해서 종료한다. 그렇지 않고, 만일 소스 노드(10)로부터 새로운 RTS 메시지가 수신되었다면, 상기 조사 결과들 및 자신의 채널 상태들에 기초하여 새 lambda값이 추론되고(단계 S403), 단계(S404)에서 새 lambda값에 기초하여 계산된 제 2 BO 수를 사용하여 제 2 백오프 스테이지(도 2와 유사한)가 수행된다.

도 9는 제 3 실시예에 따른 일 예시적인 다수-스테이지 백오프 프로세스의 개략적인 시그널링 도를 도시하고, 여기서 모든 협력 노드들(21 내지 23)은 서로 은닉되지 않는다고 가정한다.

여기서, 협력 노드들(21 내지 23)은 각각 0.25, 0.55, 및 0.85의 채널 상태들(CC)을 갖는다고 가정한다. lambda는 도 8의 단계(S401)에서 제 1 백오프 스테이지에 대해 현재 3으로 가정한다. 그러므로, 제 1 백오프 스테이지에서, 제 1 협력 노드(21)는 슬롯(Sl1) 내에서 송신할 때, 가장 양호한 노드로서 식별된다. 그러나 소스 노드(10)가 여전히 두번째로 가장 양호한 협력 노드를 인지할 필요가 있어서 두번째로 가장 양호한 협력 노드를 청하는 제 2 백오프 스테이지에서 제 2 RTS를 송신한다. 두번째로 양호한 협력 노드가 제 1 백오프 스테이지의 제 2 슬롯(Sl2) 또는 제 3 슬롯(Sl3)에서만 있을 수 있기 때문에, 남아있는 제 2 및 제 3 협력 노드들(22 및 23)은 0.33(3개의 슬롯들 중 하나의 슬롯에 대응하는)을 추론하고 새 lambda값, 즉 3을 다시 승산한다. 이제, 두번째로 양호한 협력 노드는 CTS를 제 2 백오프 스테이지에서 가장 초기에 전송함으로써 경쟁에서 승리한다.

다음에, 소스 노드(10)에 대한 일 예시적인 프로세싱 스킴이 더 자세하게 기술된다.

도 10은 제 4 실시예에 따른 소스 노드(10)에서의 다수-스테이지 백오프 프로세스의 흐름도를 도시한다.

제 1 초기 단계(S500)에서 현재 변수(n)은 1로 설정된다. 그 다음, 단계(S501)에서, 소스 노드(10)는 제 1 백오프 스테이지를 개시하기 위해서 RTS 메시지를 전송한다. 그 다음, 그것은 단계(S502)에서 협력 노드들(21 내지 23)로부터의 CTS 응답들 사이에서 충돌이 발생했는지의 여부를 조사한다. 만일 그렇지 않다면, 단계(S503)에서 가장 빠른 CTS 응답에 기초하여 n번째 가장 양호한 협력 노드가 결정된다. 그 다음, 단계(S504)에서 현재 변수(n)이 증가하고, 단계(S505)에서 최대 변수(n_max)에 도달되는지의 여부가 조사된다. 만일 그러하다면, 다수-스테이지 백오프 절차는 종료한다. 그렇지 않고, 만일 최대값(n_max)에 아직 도달하지 않았다면, 상기 절차는 단계(S501)로 역으로 점프하고 새로운 RTS 메시지가 두번째로 가장 양호한 협력 노드 등을 결정하기 위해 전송된다.

그러나, 단계(S502)에서 충돌이 결정되는 경우, 단계(S506)에서 협력 노드들(21 내지 23)로의 채널 상태들이 수신된 CTS 응답들에 기초하여 추론되고, 또 다른 백업 스테이지를 개시하기 위해서 단계(S507)에서 부가적인 RTS 메시지가 전송된다. 단계들(S502, S506 및 S507)은 단계(S502)에서 충돌이 검출되지 않을 때까지 반복되고 n번째 가장 양호한 협력 노드는 단계(S503)에서 결정될 수 있다.

그러므로, 제 4 실시예에서, 제안된 다수-스테이지 백오프 절차는 단일의 가장 양호한 협력 노드의 빠른 선택 및 몇 개의 가장 양호한 협력 노드들의 선택 둘 모두를 위해서 사용된다.

도 11은 제안된 선택 메커니즘의 소프트웨어-기반 구현의 개략적인 블록도를 도시한다. 여기서, 소스 노드(10) 및 협력 노드들(21 내지 23) 각각은 프로세싱 유닛(210)을 포함하고, 프로세싱 유닛(210)은 메모리(212)에 저장된 제어 프로그램의 소프트웨어 루틴들(software routines)에 기초하여 제어를 수행하는 제어 유닛을 갖는 임의의 프로세서 또는 컴퓨터 디바이스일 수 있다. 프로그램 코드 명령들은 메모리(212)로부터 페치(fetch)되고, 각각 도 4, 도 6, 도 8, 및 도 10과 관련하여 기술된 상기 기능성들의 프로세싱 단계들을 수행하기 위해서 프로세싱 유닛(210)의 제어 유닛에 로딩(loading)된다. 이들 프로세싱 단계들은 입력 데이터(DI)에 기초하여 수행될 수 있고 출력 데이터(D0)를 생성할 수 있으며, 여기서 소스 노드(10)에서 입력 데이터(DI)는 수신된 CTS 응답들에 대응할 수 있고 출력 데이터(DO)는 제 2 및 또 다른 백오프 스테이지들에 대한 부가적인 피드백 정보로 새로운 RTS 메시지 또는 요청에 대응하거나 개시할 수 있다. 한편, 협동 노드들에서, 입력 데이터는 수신된 RST 요청(소스 노드(10)로부터의) 또는 CTS 응답(다른 협력 노드들로부터의)에 대응할 수 있고 출력 데이터는 CTS 응답에 대응하거나 개시할 수 있다.

현 시점에서, 도 4, 도 6, 도 8, 및 도 10의 기능성들이 또한 개별 하드웨어 또는 신호 프로세싱 유닛들로서 구현될 수 있음이 주목된다.

요약하면, 소스 노드(10)로부터 신호를 수신하기 위한 다수의 목적지 노드들(21 내지 23)로부터 적어도 하나의 목적지 노드를 선택하기 위한 방법, 장치들, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품이 기술되었고, 여기서 후보 목적지 노드들(21 내지 23)의 소스 노드(10)로의 채널 상태들에 따라 후보 목적지 노드들(21 내지 23)이 각각의 백오프 수들을 결정하는 백오프 프로세스의 적어도 두 스테이지들이 제공되고, 제 1 스테이지가 성공적이지 않았거나 제 2 목적지 노드가 선택되어야 하는 경우에 제 2 스테이지가 수행된다.

본 발명은 상술한 실시예들로 제한되지 않고 이동국들과 액세스 포인트들 사이에서 하나의 홉 통신이 발생하는 가상 셀룰러 네트워크들, 또는 센서 네트워크들을 포함하는 다중-혹 애드 혹 네트워크들과 같은, 임의의 다른 네트워크 유형들에 대해서 사용될 수 있음이 주목된다. 게다가, 본 발명은 진행중인 IEEE 802.11 표준, 예를 들면, IEEE 802.15.5 표준화 및 그들의 미래 확장들에 적용가능하다. 더욱이, 제안된 선택 스킴은 용어 "협력 노드"가 소스 또는 전송 노드에 의해 선택될 수 있는 임의의 종류의 목적지 또는 타겟(target) 노드를 커버하도록 하기 위해서, 다른 목적지 노드들을 선택하는데 사용될 수 있다. 게다가, 응답 타이밍을 결정했던 백오프 수는 채널 상태 및 lambda값 이외의 임의의 적합한 파라미터를 사용하여 계산될 수 있다.

마지막이지만 매우 중요하게도, 용어 "포함하다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"이, 청구항들을 포함하여 본 명세서에서 사용될 때, 진술된 특징들, 수단들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 지정하려고 의도되지만, 하나 이상의 다른 특징들, 수단들, 단계들, 구성요소들 또는 그의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 주지된다. 더욱이, 청구항 내의 요소 앞의 단어 "a", "an"은 이러한 요소들의 복수의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 어떠한 참조 부호도 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

10: 소스 노드
21, 22, 23: 후보 협력 노드 210: 프로세싱 유닛
212: 메모리

Claims

신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 소스 노드(10)로의 채널 상태에 기초하여 백오프 프로세스(backoff process)의 제 1 스테이지에서 제 1 백오프 수를 결정하고, 상기 백오프 프로세스의 후속 제 2 스테이지에서 상기 소스 노드(10)로의 후속 채널 상태에 기초하고 상기 백오프 프로세스의 제 1 스테이지에서 상기 소스 노드(10) 및 다른 후보 협력 노드들(candidate cooperative nodes) 중 적어도 하나의 반응에 기초하여 적어도 제 2 백오프 수를 결정하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 각각의 백오프 스테이지의 종단에서의 상기 소스 노드(10)의 반응에 기초하여 상기 백오프 프로세스의 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 소스 노드(10)로부터의 응답의 부재 및 또 다른 후보 협력 노드에 의해 행해진 반응 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 제 1 스테이지의 종단에서의 상기 소스 노드(10)로부터 협력 노드들로의 피드백에 기초하여 상기 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부를 결정하고, 상기 피드백은 협력 노드의 선택이 성공적으로 수행되었는지의 여부 또는 어느 슬롯에서 상기 선택이 실패했는지에 대한 정보를 포함하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 소스 노드(10)로부터의 상기 피드백은 상기 백오프 프로세스의 제 2 스테이지로부터 어느 협동 노드들이 배제되는지를 표시하는 정보를 포함하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 현재 스테이지가 성공적이었는지의 여부의 결정으로부터 획득된 정보에 기초하여 상기 제 2 백오프 수를 결정하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 백오프 프로세스의 제 1 스테이지에서 다수의 유휴 슬롯들(idle slots)을 사용하여 대응하는 채널 상태 수를 계산하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 장치(21 내지 23)는 상기 제 2 백오프 수를 계산하기 위해서 상기 제 1 스테이지의 오리지널 채널 상태 수로부터 상기 대응하는 채널 상태 수를 공제하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 소스 노드(10)로부터의 피드백은 상기 제 2 백오프 수를 획득하기 위해 상기 대응하는 채널 상태 수와 조합될 인수의 제안된 새로운 값을 포함하는, 신호가 소스 노드로부터 송신될 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치에 있어서,
상기 장치(10)는 후보 협력 노드들(21 내지 23)이 상기 장치(10)로의 상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)의 채널 상태들에 따라 백오프 수들을 결정하는 백오프 프로세스의 제 1 스테이지를 개시하고, 상기 제 1 스테이지가 성공적이지 않았을 경우 또는 제 2 협력 노드가 선택되어야 할 경우 상기 백오프 프로세스의 후속 제 2 스테이지를 개시하는, 신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 장치(10)는 상기 백오프 프로세스의 제 1 스테이지 동안 충돌의 검출에 응답하여 상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)에 대한 응답을 생성하는, 신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 장치(10)는 상기 제 1 스테이지의 종단에서 상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)에 피드백을 제공하고, 상기 피드백은 상기 협력 노드의 선택이 성공적으로 수행되었는지의 여부 또는 어느 슬롯에서 상기 선택이 실패했는지를 나타내는, 신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 피드백은 어느 협동 노드들이 상기 백오프 프로세스의 제 2 스테이지로부터 배제되는지를 표시하는 정보를 포함하는, 신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 피드백은 상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)에서 백오프 수를 획득하기 위해 상기 대응하는 채널 상태 수와 조합될 인수의 제안된 새로운 값을 포함하는, 신호가 장치(10)로부터 송신될 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 장치.
다수의 협력 노드들(21 내지 23)로부터 소스 노드(10)로부터의 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 협력 노드를 선택하는 방법에 있어서,
상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)이 상기 후보 협력 노드들(21 내지 23)의 상기 소스 노드(10)로의 채널 상태들에 따라 각각의 백오프 수들을 결정하는 백오프 프로세스의 적어도 2개의 스테이지들을 포함하고, 상기 제 1 스테이지가 성공적이지 않았을 경우 또는 제 2 협력 노드가 선택되어야만 하는 경우 상기 제 2 스테이지가 수행되는, 다수의 협력 노드들(21 내지 23)로부터 소스 노드(10)로부터의 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 협력 노드를 선택하는 방법.
컴퓨터 디바이스 상에서 구동될 때 제 15 항의 방법의 단계들을 생성하기 위한 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 1 항에 따른 장치를 각각 포함하는 다수의 협력 노드들(21 내지 23)로부터 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 시스템에 있어서,
상기 시스템은 신호가 상기 적어도 하나의 협력 노드로 송신될 소스 노드(10)에서 제 10 항에 따른 장치를 추가로 포함하는, 다수의 협력 노드들(21 내지 23)로부터 적어도 하나의 협력 노드를 선택하기 위한 시스템.