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KR102675807B1 - Methods for controlling retransmission of packet and appratuses thereof - Google Patents

Methods for controlling retransmission of packet and appratuses thereof Download PDF

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Publication number
KR102675807B1
KR102675807B1 KR1020210160629A KR20210160629A KR102675807B1 KR 102675807 B1 KR102675807 B1 KR 102675807B1 KR 1020210160629 A KR1020210160629 A KR 1020210160629A KR 20210160629 A KR20210160629 A KR 20210160629A KR 102675807 B1 KR102675807 B1 KR 102675807B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
backlogged
packet
terminals
backlogged terminals
time
Prior art date
Application number
KR1020210160629A
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Korean (ko)
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KR20220071920A (en
Inventor
진 후
서준배
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한양대학교 에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
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    • HELECTRICITY
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Abstract

본 실시예들은 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 특히, 네트워크 부하를 추정하여 패킷 전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로 액세스 포인트가 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하여 처리량(throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출함으로써, 패킷 재전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.The present embodiments can provide a method and apparatus for controlling packet retransmission. In particular, it is possible to provide a method and device for controlling packet retransmission that adaptively adjusts the backoff time for packet transmission by estimating the network load. Specifically, a packet that adaptively adjusts the backoff time for packet retransmission by calculating the backoff parameter that maximizes throughput by estimating the number of backlogged terminals to which the access point wants to transmit packets. A method and device for controlling retransmission can be provided.

Description

패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치{METHODS FOR CONTROLLING RETRANSMISSION OF PACKET AND APPRATUSES THEREOF}Method and apparatus for controlling packet retransmission {METHODS FOR CONTROLLING RETRANSMISSION OF PACKET AND APPRATUSES THEREOF}

본 실시예들은 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present embodiments relate to a method and apparatus for controlling packet retransmission.

최근에 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 망으로 진화하고 있다. 사물인터넷 망을 구현하기 위해 비면허대역에서 동작하는 저전력 광역무선통신네트워크(Low Power Wide Area Network, LPWAN)로 Long Range (LoRa), Sigfox 등 상용네트워크가 있으며 이들은 매체접근제어계층에서의 무선채널 접속방식으로 ALOHA Protocol을 사용한다. Recently, the Internet has evolved from a human-centered network where humans create and consume information to an Internet of Things (IoT) network that exchanges and processes information between distributed components such as objects. To implement the Internet of Things network, there are commercial networks such as Long Range (LoRa) and Sigfox, which are low-power wide area wireless communication networks (LPWAN) that operate in unlicensed bands, and these are wireless channel access methods in the media access control layer. ALOHA Protocol is used.

구체적으로, LoRa 네트워크에서는 디바이스들은 패킷 전송에 있어 Pure ALOHA 방식을 채택하고 있다. 그리고 Pure ALOHA 방식은 네트워크 상의 디바이스들이 서로 동기화(synchronization)를 수행하지 않고, 패킷을 전송하기 전에 통신 채널을 수신하지 않는 다중 접속 제어 프로토콜(Multiple Access Control Protocol)이다. 따라서, 각 디바이스가 동일한 채널로 패킷을 보내는 과정에서 패킷 전송 충돌(collision)로 인한 전송 실패가 발생 할 수 있다. 이 때, 디바이스들이 패킷을 재전송함에 있어서, 단순히 1초~3초사이에 랜덤하게 재전송하면, 네트워크에 패킷을 전송하고자 하는 디바이스들의 수 즉 백로그 사이즈(Backlog size)가 클수록 심각한 네트워크 혼잡(Congestion)을 초래할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.Specifically, in LoRa networks, devices adopt the Pure ALOHA method for packet transmission. And the Pure ALOHA method is a multiple access control protocol in which devices on the network do not synchronize with each other and do not receive a communication channel before transmitting packets. Therefore, while each device is sending packets through the same channel, transmission failure may occur due to packet transmission collision. At this time, when devices retransmit packets, if they simply retransmit randomly between 1 and 3 seconds, the larger the number of devices that want to transmit packets to the network, i.e. the backlog size, the more severe network congestion occurs. Problems that may result may occur.

따라서, 디바이스들 간의 패킷 전송 충돌을 최소화하여 사물인터넷을 위한 비면허대역에서의 통신네트워크 효율을 개선할 수 있는 패킷 재전송 제어 방법 및 장치를 필요로 하고 있다.Therefore, there is a need for a packet retransmission control method and device that can improve communication network efficiency in unlicensed bands for the Internet of Things by minimizing packet transmission collisions between devices.

이러한 배경에서, 본 실시예들은 네트워크 부하를 추정하여 패킷 전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.Against this background, the present embodiments provide a method and apparatus for controlling packet retransmission that estimates network load and adaptively adjusts the backoff time for packet transmission.

일 측면에서, 본 실시예들은 액세스 포인트(Access Point, AP)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법에 있어서, 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하는 단말 수 추정 단계, 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 파라미터 산출 단계 및 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송하는 전송 단계를 포함하는 패킷 재전송 방법을 제공할 수 있다.In one aspect, the present embodiments are a method for an access point (AP) to control packet retransmission of a terminal, and a back to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at specific times. A terminal number estimation step for estimating the number of backlogged terminals, a parameter calculation step for calculating a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals, and the number of backlogged terminals. and a transmission step of transmitting at least one of the backoff parameters to the backlogged terminal.

다른 측면에서, 본 실시예들은 단말이 패킷 재전송을 수행하는 방법에 있어서, 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 추정된 백로그드(Backlogged) 단말의 수 및 백로그드 단말의 수에 기초하여 산출된 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 수신하는 수신 단계 및 백오프 파라미터에 기초하여 백오프 시간을 설정하고, 백오프 시간에 기초하여 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계를 포함하는 패킷 재전송 방법을 제공할 수 있다.In another aspect, the present embodiments relate to a method in which a terminal performs packet retransmission, the number of backlogged terminals and the backlogged number estimated based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time. A packet comprising a receiving step of receiving at least one of the backoff parameters calculated based on the number of terminals, and a packet transmission step of setting a backoff time based on the backoff parameter and transmitting a packet based on the backoff time. A retransmission method can be provided.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트에 있어서, 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하고, 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 제어부 및 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송하는 전송부를 포함하는 액세스 포인트를 제공할 수 있다.In another aspect, the present embodiments provide an access point that controls packet retransmission of a terminal, a backlogged terminal that wants to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at specific times. A control unit that estimates the number and calculates a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals, and at least one of the number of backlogged terminals and the backoff parameter is assigned to the backlogged terminal. An access point including a transmission unit that transmits data may be provided.

본 실시예들에 의하면, 네트워크 부하를 추정하여 패킷 전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. According to the present embodiments, a method and apparatus for controlling packet retransmission that estimates network load and adaptively adjusts the backoff time for packet transmission can be provided.

도 1은 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 네트워크의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 액세스 포인트가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 단말이 패킷 재전송을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 의한 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 백로그드 단말의 수를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 백로그드 단말의 수를 추정하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a wireless network to which this embodiment can be applied.
Figure 2 is a diagram for explaining an operation of an access point controlling packet retransmission of a terminal according to this embodiment.
Figure 3 is a diagram for explaining an operation in which a terminal performs packet retransmission according to this embodiment.
Figure 4 is a diagram for explaining the configuration of an access point according to this embodiment.
Figure 5 is a diagram for explaining the operation of estimating the number of backlogged terminals according to this embodiment.
Figure 6 is a diagram for explaining an algorithm for estimating the number of backlogged terminals according to this embodiment.
Figure 7 is a diagram for explaining performance according to this embodiment.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to illustrative drawings. In adding reference numerals to components in each drawing, identical components may have the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present technical idea, the detailed description may be omitted. When “comprises,” “has,” “consists of,” etc. mentioned in the specification are used, other parts may be added unless “only” is used. When a component is expressed in the singular, it can also include the plural, unless specifically stated otherwise.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. Additionally, in describing the components of the present disclosure, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the components are not limited by the term.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다. In the description of the positional relationship of components, when two or more components are described as being “connected,” “coupled,” or “connected,” the two or more components are directly “connected,” “coupled,” or “connected.” However, it should be understood that two or more components and other components may be further “interposed” and “connected,” “combined,” or “connected.” Here, other components may be included in one or more of two or more components that are “connected,” “coupled,” or “connected” to each other.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the explanation of temporal flow relationships related to components, operation methods, production methods, etc., for example, temporal precedence relationships such as “after”, “after”, “after”, “before”, etc. Or, when a sequential relationship is described, non-continuous cases may be included unless “immediately” or “directly” is used.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.On the other hand, when a numerical value or corresponding information (e.g. level, etc.) for a component is mentioned, even if there is no separate explicit description, the numerical value or corresponding information is related to various factors (e.g. process factors, internal or external shocks, It can be interpreted as including the error range that may occur due to noise, etc.).

도 1은 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 네트워크의 전체 구성을 도시한 도면이다. Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a wireless network to which this embodiment can be applied.

도 1을 참조하면, Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크의 전체 구성을 설명할 수 있다. 일 예로, Pure ALOHA 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크는 우선 액세스 포인트(Access Point, AP)(110)가 존재할 수 있다. 그리고, 액세스 포인트(110)는 복수 개의 단말과 연결될 수 있다. 그리고, 각각의 단말(120, 130, 140, 150)은 액세스 포인트(110)에게 패킷을 전송할 수 있다. 이 때, 복수의 단말이 동일한 시간에 액세스 포인트(110)에게 패킷 전송을 시도하면, 한 단말에서 전송하는 패킷의 프레임과 다른 단말에서 전송하는 패킷의 프레임이 겹치면서 충돌(collision)이 발생할 수 있다. 각각의 단말(120, 130, 140, 150)이 액세스 포인트(110)로 패킷을 전송하는 과정에서 충돌이 발생하면, DFT(Delayed First Transmission) 방식을 사용하여 패킷을 재전송할 수 있다. DFT 방식을 사용하는 경우, 백로그드(backlogged) 단말, 즉, 재전송할 패킷을 가지고 있는 단말은 충돌 또는 전송 실패를 인지하면 랜덤한 백오프(backoff) 시간 간격으로 패킷 재전송을 시도할 수 있다. 예를 들어, 각각의 단말(120, 130, 140, 150)은 액세스 포인트(110)가 전송하는 백오프 파라미터를 수신하고, 백오프 파라미터의 역수를 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 백오프 시간을 설정할 수 있다. 지수 분포는 어떤 사건이 발생할 때까지의 대기 시간에 대한 연속 확률 분포, 즉 사건과 사건 사이의 경과 시간에 대한 확률 분포를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 또한, 액세스 포인트(110)가 단말에 전송하는 백오프 파라미터는 시간에 따라 특정 시점에서 갱신될 수 있다. 특히, 단말과 액세스 포인트(110)간에 통신이 발생하는 채널의 상태와 추정된 백로그드 단말의 수를 기초로 갱신될 수 있다. 본 실시예에 따른 액세스 포인트(110)는 백로그드 단말의 수를 추정을 기반으로 단말에 전송하는 백오프 파라미터를 산출함으로써, 액세스 포인트(110)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법에 관한 상세한 내용은 도2 내지 도7을 참조하여 후술한다.Referring to Figure 1, the overall configuration of a wireless network using the Pure ALOHA protocol can be described. As an example, a wireless network using the Pure ALOHA protocol may first have an access point (AP) 110. And, the access point 110 can be connected to a plurality of terminals. And, each terminal 120, 130, 140, and 150 can transmit a packet to the access point 110. At this time, if a plurality of terminals attempt to transmit packets to the access point 110 at the same time, a collision may occur as the frame of a packet transmitted from one terminal overlaps with the frame of a packet transmitted from another terminal. If a collision occurs while each terminal 120, 130, 140, and 150 transmits a packet to the access point 110, the packet can be retransmitted using a Delayed First Transmission (DFT) method. When using the DFT method, a backlogged terminal, that is, a terminal that has packets to retransmit, may attempt to retransmit packets at random backoff time intervals when it recognizes a collision or transmission failure. For example, each terminal 120, 130, 140, and 150 receives a backoff parameter transmitted by the access point 110, and receives a backoff parameter from an exponential distribution function whose average is the reciprocal of the backoff parameter. Off time can be set. The exponential distribution can be used to represent a continuous probability distribution for the waiting time for an event to occur, that is, a probability distribution for the time elapsed between events. Additionally, the backoff parameter transmitted by the access point 110 to the terminal may be updated at a specific point in time. In particular, it can be updated based on the status of the channel through which communication occurs between the terminal and the access point 110 and the estimated number of backlogged terminals. The access point 110 according to this embodiment calculates a backoff parameter for transmitting to the terminal based on an estimate of the number of backlogged terminals, thereby providing detailed information on how the access point 110 controls packet retransmission of the terminal. The contents will be described later with reference to FIGS. 2 to 7.

도 2는 본 실시예에 따른 액세스 포인트가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining an operation of an access point controlling packet retransmission of a terminal according to this embodiment.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 액세스 포인트(Access Point, AP)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법은 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하는 단말 수 추정 단계를 포함할 수 있다(S210). 일 예로, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정할 수 있다. 이 때, 특정 시점은 하나의 유휴 기간과 유휴 기간 이후 발생되는 패킷의 전송에 대한 성공(Success) 또는 충돌(Collision) 기간을 포함하는 구간에서 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점일 수 있다. 예를 들어, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 단말과 통신이 발생하는 채널이 유휴(idle) 기간에 들어간 이후부터 특정 단말이 패킷 전송을 성공하거나 단말간의 충돌이 발생하기까지의 기간을 하나의 구간으로 설정할 수 있다. 여기서, 하나의 구간이 끝나는 시점은 에포크(epoch)로 정의할 수 있다.. 즉, 액세스 포인트는 시간 경과에 따라 각 구간에서 발생되는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 기간의 종료 시점을 특정 시점으로 설정하고, 특정 시점마다 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the method by which an access point (AP) controls packet retransmission of a terminal according to this embodiment includes a terminal number estimation step of estimating the number of backlogged terminals that want to transmit packets. may include (S210). For example, an access point that controls packet retransmission of terminals may estimate the number of backlogged terminals that want to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time. At this time, the specific point in time may be the point at which the success or collision period ends in a section that includes one idle period and a success or collision period for the transmission of packets that occur after the idle period. For example, an access point that controls packet retransmission of a terminal defines a period from when the channel through which communication occurs with the terminal enters an idle period until a specific terminal succeeds in transmitting a packet or a collision occurs between terminals. It can be set to a section of . Here, the point at which one section ends can be defined as an epoch. In other words, the access point determines the success or end of the collision period for the transmission of packets generated in each section over time as a specific point in time. You can set it and estimate the number of backlogged terminals at a specific point in time.

다른 일 예로, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 베이지안 추정(Bayesian Estimation)을 이용하여 유휴 기간에 따른 평균 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 그리고, 액세스 포인트는 추정된 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 예를 들어, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 백로그드 단말의 수를 평균 α인 포아송 분포를 사전(Prior) 분포로 가정하여 베이지안 추정을 수행할 수 있다. 액세스 포인트는 패킷이 수신되지 않는 유휴 기간이 t 일 때 백로그드 단말의 수가 m일 조건부 확률 분포를 계산하여 평균 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 그리고 액세스 포인트는 추정된 평균 백로그드 단말의 수를 이용하여 특정 시점마다 백로그드 단말의 수를 추정하여 갱신할 수 있다. 여기서, 추정되는 백로그드 단말의 수(α)는 실제 시스템의 백로그드 단말의 수(m)와 구분될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 액세스 포인트는 패킷의 전송이 성공이면, 신규 백로그드 단말의 수를 평균 백로그드 단말의 수에 추가하고 패킷의 전송을 성공한 하나의 단말을 제외하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 반면에, 액세스 포인트는 패킷의 전송이 충돌이면, 신규 백로그드 단말의 수에 현재의 충돌 기간을 곱한 값을 평균 백로그드 단말의 수에 추가하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 백로그드 단말의 수를 추정하는 방법에 관한 상세한 내용은 도5 및 도6을 참조하여 후술한다.As another example, an access point that controls packet retransmission of a terminal can estimate the average number of backlogged terminals according to an idle period using Bayesian estimation. And, the access point can estimate the number of backlogged terminals based on the estimated average number of backlogged terminals. For example, an access point that controls packet retransmission of a terminal may perform Bayesian estimation by assuming that the number of backlogged terminals is a Poisson distribution with mean α as the prior distribution. The access point can estimate the average number of backlogged terminals by calculating a conditional probability distribution in which the number of backlogged terminals is m when the idle period during which packets are not received is t. Additionally, the access point can estimate and update the number of backlogged terminals at a specific point in time using the estimated average number of backlogged terminals. Here, the estimated number of backlogged terminals (α) can be distinguished from the number (m) of backlogged terminals in the actual system. For example, the access point that controls the packet retransmission of the terminal determines the backlog based on the number of new backlogged terminals and the average number of backlogged terminals at a specific point in time, depending on whether the transmission of the packet is successful or collisions. The number of terminals can be estimated. If the transmission of the packet is successful, the access point can estimate the number of backlogged terminals by adding the number of new backlogged terminals to the average number of backlogged terminals and excluding one terminal that succeeded in transmitting the packet. . On the other hand, if the transmission of a packet is a collision, the access point can estimate the number of backlogged terminals by multiplying the number of new backlogged terminals by the current collision period and adding it to the average number of backlogged terminals. . Details regarding the method for estimating the number of backlogged terminals will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.

본 실시예에 따른 액세스 포인트가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법은 단말에 전송하는 백오프 파라미터를 산출하는 파라미터 산출 단계를 포함할 수 있다(S210). 일 예로, 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트는 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(Throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출할 수 있다. 예를 들어, 액세스 포인트는 특정 시점에서 추정된 백로그드 단말의 수를 N배하여 그 역수를 취한 값을 백오프 파라미터로 산출할 수 있다. 여기서, N은 0 이상의 실수(real number)일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 액세스 포인트는 특정 시점에서 추정된 백로그드 단말의 수를 2배하여 그 역수를 취한 값을 백오프 파라미터로 산출할 수 있다. 다만, 2는 0 이상의 실수의 일 예로 이에 한정되지는 않는다. The method by which the access point controls packet retransmission of the terminal according to this embodiment may include a parameter calculation step of calculating a backoff parameter transmitted to the terminal (S210). As an example, an access point that controls packet retransmission of a terminal may calculate a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals. For example, the access point can multiply the number of backlogged terminals estimated at a specific point in time by N and calculate the reciprocal of the number as the backoff parameter. Here, N may be a real number greater than or equal to 0. For a specific example, the access point can calculate the backoff parameter by doubling the number of backlogged terminals estimated at a specific point in time and taking the reciprocal of the number. However, 2 is an example of a real number greater than or equal to 0 and is not limited thereto.

본 실시예에 따른 액세스 포인트가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법은 백오프 파라미터를 백로그드 단말에 전송하는 전송 단계를 포함할 수 있다(S220). 예를 들어, 액세스 포인트는 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송할 수 있다. 전송된 백오프 파라미터는 단말이 패킷을 재전송하는 간격에 해당하는 백오프(backoff) 시간을 실시간으로 설정하는데 이용될 수 있다. The method by which the access point controls packet retransmission of the terminal according to this embodiment may include a transmission step of transmitting a backoff parameter to the backlogged terminal (S220). For example, the access point may transmit at least one of the number of backlogged terminals and a backoff parameter to the backlogged terminal. The transmitted backoff parameter can be used to set a backoff time corresponding to the interval at which the terminal retransmits packets in real time.

도 3은 본 실시예에 따른 단말이 패킷 재전송을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining an operation in which a terminal performs packet retransmission according to this embodiment.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 단말이 패킷 재전송을 수행하는 방법은 백로그드(Backlogged) 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 수신하는 수신 단계를 포함할 수 있다(S310). 일 예로, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 추정된 백로그드(Backlogged) 단말의 수 및 백로그드 단말의 수에 기초하여 산출된 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 여기서, 특정 시점은 하나의 유휴 기간과 유휴 기간 이후 발생되는 패킷의 전송에 대한 성공(Success) 또는 충돌(Collision) 기간을 포함하는 구간에서 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점일 수 있다. 예를 들어, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 시간 경과에 따라 각 구간에서 발생되는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 기간의 종료 시점마다 추정된 백로그드 단말의 수를 수신할 수 있다. 구체적으로, 수신되는 백로그드 단말의 수는 베이지안 추정(Bayesian Estimation)을 이용하여 유휴 기간에 따른 평균 백로그드 단말의 수를 추정하고, 추정된 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 추정될 수 있다. 또한, 백로그드 단말의 수는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 각 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 추정될 수 있다. 다른 예를 들어, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 해당 종료 시점마다 산출된 백오프 파라미터를 수신할 수도 있다. 구체적으로, 수신된 백오프 파라미터는 각 특정 시점에서 추정된 백로그드 단말의 수를 N배하여 그 역수를 취한 값으로 산출될 수 있다.Referring to FIG. 3, the method for a terminal to perform packet retransmission according to this embodiment may include a reception step of receiving at least one of the number of backlogged terminals and a backoff parameter (S310). As an example, a terminal performing packet retransmission is a backlogged terminal calculated based on the number of backlogged terminals and the number of backlogged terminals estimated based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time. At least one of the off parameters can be received. Here, the specific point in time may be the point at which the success or collision period ends in a section that includes one idle period and a success or collision period for the transmission of packets that occur after the idle period. For example, a terminal performing packet retransmission may receive the estimated number of backlogged terminals at the end of a collision period or successful transmission of packets generated in each section over time. Specifically, the number of backlogged terminals received is estimated by estimating the average number of backlogged terminals according to the idle period using Bayesian Estimation, and estimated based on the estimated average number of backlogged terminals. You can. Additionally, the number of backlogged terminals can be estimated based on the number of new backlogged terminals and the average number of backlogged terminals at each specific time depending on whether packet transmission is successful or collisions occur. For another example, a terminal performing packet retransmission may receive a backoff parameter calculated at each termination point. Specifically, the received backoff parameter can be calculated as a value obtained by multiplying the number of backlogged terminals estimated at each specific point in time by N and taking the reciprocal thereof.

본 실시예에 따른 단말이 패킷 재전송을 수행하는 방법은 백오프 시간에 기초하여 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계를 포함할 수 있다(S320). 일 예로, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 수신된 백오프 파라미터에 기초하여 백오프 시간을 설정하고, 설정된 백오프 시간에 기초하여 패킷을 전송할 수 있다. 예를 들어, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 수신된 백오프 파라미터의 역수를 평균으로 하는 지수 분포 함수로부터 백오프 시간을 설정할 수 있다. 그리고, 패킷 재전송을 수행하는 단말은 실시간으로 설정된 백오프 시간에 해당되는 간격으로 패킷을 재전송하여 처리량을 최대화할 수 있다.The method in which the terminal performs packet retransmission according to this embodiment may include a packet transmission step of transmitting a packet based on the backoff time (S320). As an example, a terminal performing packet retransmission may set a backoff time based on a received backoff parameter and transmit packets based on the set backoff time. For example, a terminal performing packet retransmission can set the backoff time from an exponential distribution function that averages the reciprocal of the received backoff parameter. Additionally, the terminal performing packet retransmission can maximize throughput by retransmitting packets at intervals corresponding to the backoff time set in real time.

도 4는 본 실시예에 의한 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining the configuration of an access point according to this embodiment.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트(110)는 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하고, 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 제어부(410)와 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송하는 전송부(420)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the access point 110, which controls packet retransmission of the terminal according to this embodiment, is a backlogged device that wants to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at specific times. ) A control unit 410 that estimates the number of terminals and calculates a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals and at least one of the number of backlogged terminals and a backoff parameter It may include a transmission unit 420 that transmits to the backlogged terminal.

일 예로, 제어부(410)는 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(410)는 특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(410)는 하나의 유휴 기간과 유휴 기간 이후 발생되는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 기간을 포함하는 구간에서 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점마다 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. As an example, the control unit 410 may estimate the number of backlogged terminals that wish to transmit packets. For example, the control unit 410 may estimate the number of backlogged terminals that want to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time. Specifically, the control unit 410 estimates the number of backlogged terminals at each point when the success or collision period ends in a section that includes one idle period and a success or conflict period for the transmission of packets that occur after the idle period. You can.

또한, 예를 들어, 제어부(410)는 베이지안 추정을 이용하여 유휴 기간에 따른 평균 백로그드 단말의 수를 추정하고, 추정된 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(410)는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있다. Additionally, for example, the control unit 410 estimates the average number of backlogged terminals according to the idle period using Bayesian estimation, and determines the number of backlogged terminals based on the estimated average number of backlogged terminals. It can be estimated. Specifically, the control unit 410 estimates the number of backlogged terminals based on the number of new backlogged terminals and the average number of backlogged terminals at a specific point in time depending on whether packet transmission is successful or collides. You can.

다른 예를 들어, 제어부(410)는 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(410)는 특정 시점에서 추정된 백로그드 단말의 수를 N배하여 그 역수를 취한 값을 백오프 파라미터로 산출할 수 있다. 여기서, N은 0 이상의 실수(real number)일 수 있다.As another example, the control unit 410 may calculate a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals. Specifically, the control unit 410 may multiply the number of backlogged terminals estimated at a specific point in time by N and calculate the reciprocal value as the backoff parameter. Here, N may be a real number greater than or equal to 0.

일 예로, 전송부(420)는 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송할 수 있다. 예를 들어, 전송부(420)는 백로그드 단말의 수 및 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 백로그드 단말에 전송할 수 있다. 전송된 백오프 파라미터는 단말이 패킷을 재전송하는 간격에 해당하는 백오프 시간을 실시간으로 설정하는데 이용될 수 있다.As an example, the transmitter 420 may transmit at least one of the number of backlogged terminals and a backoff parameter to the backlogged terminal. For example, the transmitter 420 may transmit at least one of the number of backlogged terminals and a backoff parameter to the backlogged terminal. The transmitted backoff parameter can be used to set a backoff time corresponding to the interval at which the terminal retransmits packets in real time.

이 외에도 제어부(410)는 전술한 본 개시를 수행하기에 필요한 유휴(Idle) 기간에 기초하여 백로그드 단말의 수를 추정하는 동작 및 백로그드 단말의 수에 기초하여 백오프 파라미터를 산출하는 동작 제어에 따른 전반적인 액세스 포인트(110)의 동작을 제어할 수 있다. In addition to this, the control unit 410 performs an operation of estimating the number of backlogged terminals based on the idle period required to perform the present disclosure described above and calculating a backoff parameter based on the number of backlogged terminals. The overall operation of the access point 110 can be controlled according to operation control.

또한, 전송부(420)는 전술한 본 개시를 수행하기에 필요한 신호나 메시지, 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다.Additionally, the transmission unit 420 may be used to transmit signals, messages, or data necessary to perform the present disclosure described above.

이하에서는 액세스 포인트가 단말의 패킷 재전송을 제어하기 위해서 백로그드 단말의 수를 추정하고 백오프 파라미터를 산출하는 구체적인 동작에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 또한, 액세스 포인트(AP)는 기지국일 수 있고, 단말은 패킷을 전송하려는 장치 또는 사용자일 수 있다. 다만 이는 설명하기 위한 일 예로 액세스 포인트(AP)는 랜덤 엑세스 방식이 적용될 수 있고 무선 통신이 가능한 장치이면 이에 한정되지는 않는다. Hereinafter, a specific operation in which an access point estimates the number of backlogged terminals and calculates a backoff parameter in order to control packet retransmission of terminals will be described in more detail with reference to the drawings. Additionally, an access point (AP) may be a base station, and a terminal may be a device or user that wants to transmit packets. However, this is an example for explanation only, and the access point (AP) is not limited to this as long as it is a device that can apply a random access method and is capable of wireless communication.

무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(AP)는 셀의 중앙에 위치하며, 시간은 하나의 패킷 전송에 해당되는 각각의 슬롯들로 나뉠 수 있다. 각각의 단말이 액세스 포인트로 전송한 패킷들은 랜덤하게 수신될 수 있다. 따라서, 단말의 패킷이 랜덤하게 수신됨으로 인해 시스템의 활성 사용자 수인 백로그 크기는 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다. 구체적인 내용은 도 5 내지 도 6을 참조하여 후술한다. 다만, 본 명세서에서 액세스 포인트는 피드백 정보를 제공할 수 있다고 가정한다. 피드백 정보는 각 슬롯의 끝에서 제공되는 성공 기간, 유휴 기간 및 충돌 기간의 시작과 끝에 대한 정보일 수 있다. In a wireless communication system, an access point (AP) is located in the center of the cell, and time can be divided into individual slots corresponding to one packet transmission. Packets transmitted from each terminal to the access point may be received randomly. Therefore, the backlog size, which is the number of active users in the system, may change over time because packets from the terminal are received randomly. Specific details will be described later with reference to FIGS. 5 and 6. However, in this specification, it is assumed that the access point can provide feedback information. The feedback information may be information about the start and end of the success period, idle period, and conflict period provided at the end of each slot.

도 5는 본 실시예에 따른 백로그드 단말의 수를 추정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the operation of estimating the number of backlogged terminals according to this embodiment.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따라 슬롯이 없는 ALOHA 시스템에서 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 제어 방법을 설명할 수 있다. 이는 온라인 적응형 백오프 알고리즘(online adaptive backoff algorithm)이라고 지칭될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 단말은 하나의 액세스 포인트(AP)의 서비스 영역 아래에 무작위로 흩어져 있을 수 있다. 각 단말은 평균 속도 λ의 포아송(Poisson) 프로세스에 따라 패킷을 생성하여 하나의 패킷만 보유할 수 있다. 여기서, 패킷의 길이는 일정할 수 있다. 또한, 전송할 패킷을 가지고 있는 단말은 백로그드 단말로 지칭될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 슬롯이 없는 ALOHA 시스템에서 백로그드 단말은 우선 평균이 1/β(초)인 지수 분포에 따라 랜덤 변수를 생성할 수 있다. τi는 장치 i에 의해 그려진 확률 변수일 수 있다. 즉, 단말이 시간 t에서 (재)전송이 실패하면, 단말은 시간 t+τi에서 패킷을 액세스 포인트(AP)로 전송할 수 있다. 다른 예를 들면, 백로그드 단말은 [0, U] 구간에 대한 균일 분포에서 랜덤 변수를 선택할 수 있다. 이 때, 단말은 패킷을 전송한 직후 전송 모드에서 수신 모드로 전환할 수 있도록 시분할 이중화(TDD)를 고려하는 반면에, 액세스 포인트(AP)는 수신 패킷을 수신한 후 다운링크를 통해 수신에서 전송으로 작동할 수 있다. 랜덤 액세스(Random Access, RA)실패 시, 단말은 랜덤 액세스가 성공할 때까지 ERB (exponential random backoff) 또는 URB(uniform random backoff) 를 반복하여 새로운 랜덤 변수를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 5, a control method for calculating a backoff parameter that maximizes throughput based on the number of backlogged terminals in an ALOHA system without slots according to this embodiment can be described. This may be referred to as an online adaptive backoff algorithm. For example, a plurality of terminals may be randomly scattered under the service area of one access point (AP). Each terminal can generate packets according to a Poisson process with an average speed λ and hold only one packet. Here, the length of the packet may be constant. Additionally, a terminal that has packets to transmit may be referred to as a backlogged terminal. For a specific example, in an ALOHA system without slots, a backlogged terminal can first generate a random variable according to an exponential distribution with an average of 1/β (seconds). τ i may be a random variable drawn by device i. That is, if the terminal fails to (re)transmit at time t, the terminal can transmit the packet to the access point (AP) at time t+τ i . For another example, a backlogged terminal may select a random variable from a uniform distribution for the [0, U] interval. At this time, while the terminal considers time division duplexing (TDD) to switch from transmission mode to reception mode immediately after transmitting the packet, the access point (AP) receives the reception packet and then goes from reception to transmission through the downlink. It can work as When random access (RA) fails, the terminal can generate a new random variable by repeating ERB (exponential random backoff) or URB (uniform random backoff) until random access succeeds.

또한, 본 실시예에 따라 슬롯이 없는 ALOHA 시스템에서 처리량(Throughput)과 랜덤 액세스(Random Access, RA) 지연 분포에 대해 설명할 수 있다. 도 5는 슬롯이 없는 ALOHA 시스템의 타이밍 다이어그램일 수 있다. 여기서, tk∈R에 대한 t'k 및 tk는 각각 성공 또는 충돌과 같은 이벤트의 시작 및 종료 시간 에포크(epoch)일 수 있다. I 및 C는 각각 유휴 및 충돌 기간의 길이일 수 있다. 또한, Xtk는 시간 에포크 tk에서 백로그드 단말의 수일 수 있다. 시간이 지남에 따라 백로그드 단말의 수 Xtk는 수학식 1과 같이 변경될 수 있다.In addition, according to this embodiment, throughput and random access (RA) delay distribution in the slotless ALOHA system can be explained. 5 may be a timing diagram of a slotless ALOHA system. Here, t' k and t k for t k ∈R may be the start and end time epochs of events such as success or crash, respectively. I and C may be the length of the idle and crash periods respectively. Additionally, X tk may be the number of backlogged terminals at time epoch t k . Over time, the number of backlogged terminals X tk may change as shown in Equation 1.

여기서, Ⅱ(S)는 전송이 성공하면 1로 설정하고, 그렇지 않으면 0으로 설정할 수 있다. 는 tk-tk-1 동안 새로 합류한 신규 백로그드 단말일 수 있다.Here, II(S) can be set to 1 if transmission is successful, and 0 otherwise. may be a new backlogged terminal that newly joined during t k -t k-1 .

일 예로, 백로그드 단말의 수를 추정하기 위해서 모집단 크기가 N인 일반화된 M/M/1 대기열 시스템으로 근사화 모델을 생성할 수 있다. 근사화 모델에서 i 개의 백로그드 단말이 있을 때 시스템에 대한 패킷 도달 속도(평균 입력 속도)는 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. As an example, to estimate the number of backlogged terminals, an approximation model can be created as a generalized M/M/1 queuing system with a population size of N. In the approximation model, when there are i backlogged terminals, the packet arrival rate (average input rate) to the system can be expressed as Equation 2.

반면에, 하나의 패킷이 성공적으로 전송되기 위해서는 두 가지 조건이 성립될 수 있다. 첫 번째 조건은 이전 전송이 태그된 패킷 전송과 겹치지 않는 것일 수 있다. 예를 들어, 단말 i가 모두에 대해 동일한 평균 1/β(초)인 지수 분포에 따라 랜덤 변수를 생성할 때, 첫 번째 패킷 전송 시간의 확률 밀도 함수(probability density function, PDF)는 평균이 1/ (iβ)이고, 즉, iβe-iβt 일 수 있다. 그러면, 첫 번째 조건이 e-iβ 확률로 발생할 수 있다. 두 번째 조건은 첫 번째 패킷의 전송 시간 동안 i-1 개의 백로그드 단말은 (재)전송 하지 않는 것일 수 있다. 예를 들어, i-1 개의 남아 있는 백로그드 단말의 재전송이 평균 (i-1)β를 갖는 푸아송 프로세스로 생성될 때, 재전송은 확률 e-(i-1)β로 발생될 수 있다. 백로그드 단말의 수가 i(Xtk = i)인 시스템의 (평균)출력 속도는 μi이고, 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.On the other hand, two conditions can be met for one packet to be transmitted successfully. The first condition may be that previous transmissions do not overlap with the tagged packet transmission. For example, when terminal i generates a random variable according to an exponential distribution with the same mean 1/β (seconds) for all, the probability density function (PDF) of the first packet transmission time has a mean of 1. / (iβ), that is, it may be iβe -iβt . Then, the first condition can occur with probability e -iβ . The second condition may be that i-1 backlogged terminals do not (re)transmit during the transmission time of the first packet. For example, when retransmissions of i-1 remaining backlogged terminals are generated by a Poisson process with mean (i-1)β, retransmissions can occur with probability e -(i-1)β. . The (average) output speed of a system with i (X tk = i) number of backlogged terminals is μ i , and can be expressed as Equation 3.

또한, 이 시스템에서 i개의 백로그드 단말을 가질 수 있는 정상 상태 확률은 πi일 수 있다. 각각의 상태에서 균형 방정식은 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.Additionally, the steady-state probability of having i backlogged terminals in this system may be π i . The balance equation in each state can be expressed as Equation 4.

수학식 4는 k={1,2,...,N}에 대해 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.Equation 4 can be expressed as Equation 5 for k={1,2,...,N}.

여기서, 이면, πo는 수학식 6과 같이 표현할 수 있다. here, If , π o can be expressed as Equation 6.

πi를 산출하면, 시스템 처리량 τ는 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.If π i is calculated, the system throughput τ can be expressed as Equation 7.

다른 일 예로, 랜덤 액세스(Random Access, RA) 지연 분포를 획득하기 위해서, 평균이 1/β인 지수 확률 변수의 Laplace-Stieltjes transform(LST)를 고려할 수 있다. 이는 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.As another example, in order to obtain a random access (RA) delay distribution, the Laplace-Stieltjes transform (LST) of an exponential random variable with a mean of 1/β can be considered. This can be expressed as Equation 8.

Ps를 랜덤 액세스의 성공 확률이라고 할 때, 수학식 9와 같이 표현할 수 있다. When P s is the success probability of random access, it can be expressed as Equation 9.

예를 들어, 랜덤 액세스가 실패할 때마다 ERB(exponential random backoff)가 1-ps 확률로 반복됨에 따라 랜덤 액세스 지연 분포의 LST는 수학식 10과 같이 표현할 수 있다. For example, as ERB (exponential random backoff) is repeated with probability 1-p s whenever random access fails, the LST of the random access delay distribution can be expressed as Equation 10.

수학식 8과 수학식 10을 연결하면 수학식 11을 얻을 수 있다. By connecting Equation 8 and Equation 10, Equation 11 can be obtained.

여기서, 수학식 11의 역 LST를 취하면, 랜덤 액세스 지연 분포의 누적 분포 함수(cumulative distribution function, CDF)는 수학식 12와 같이 산출될 수 있다. Here, by taking the inverse LST of Equation 11, the cumulative distribution function (CDF) of the random access delay distribution can be calculated as Equation 12.

다른 예를 들어, URB(uniform random backoff)의 경우, k 번째 재전송 epoch에서 랜덤 액세스 지연은 [0, U] 구간에서 추출한 연속 확률 변수 k의 합일 수 있다. [0, U] 구간에 대한 균일 확률 변수의 LST는 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.For another example, in the case of uniform random backoff (URB), the random access delay at the kth retransmission epoch may be the sum of continuous random variables k extracted from the [0, U] interval. The LST of the uniform random variable for the [0, U] interval can be expressed as Equation 13.

여기서, 수학식 13의 역 LST를 취하면, 랜덤 액세스 지연 분포의 누적 분포 함수를 산출할 수 있다. 단위 구간 [0, 1]에서, n개의 독립 항등 분포(Independent and Identically Distributed, i.i.d.)의 합에 대한 CDF 및 PDF는 Irwin-Hall 분포일 수 있다. CDF 및 PDF는 각각 수학식 14 및 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.Here, by taking the inverse LST of Equation 13, the cumulative distribution function of the random access delay distribution can be calculated. In the unit interval [0, 1], the CDF and PDF for the sum of n Independent and Identically Distributed (i.i.d.) may be the Irwin-Hall distribution. CDF and PDF can be expressed as Equation 14 and Equation 15, respectively.

여기서, si(t)는 단위 계단 함수(unit step function)로 수학식 16과 같이 표현할 수 있다.Here, s i (t) can be expressed as Equation 16 as a unit step function.

URB(uniform random backoff)에 대한 랜덤 액세스 지연 분포를 산출하기 위해, 각각의 X 및 Y는 단위 구간과 [0, U]구간에서 연속 균일 확률 변수일 수 있다. 그리고, Y의 합에 대한 CDF는 하나의 확률 변수를 다른 확률 변수로 선형 변환하여 획득할 수 있다. 즉, Pr[Y ≤ y] Pr[UX ≤ y] Pr[X ≤ y/U] 일 수 있다. 따라서, 랜덤 액세스 지연 분포의 CDF 및 PDF는 URB에 적용할 때 각각 수학식 17 및 수학식 18과 같이 표현할 수 있다.To calculate the random access delay distribution for uniform random backoff (URB), each of X and Y may be a continuous uniform random variable in the unit interval and [0, U] interval. And, the CDF for the sum of Y can be obtained by linearly transforming one random variable into another random variable. That is, Pr[Y ≤ y] Pr[UX ≤ y] Pr[X ≤ y/U]. Therefore, the CDF and PDF of the random access delay distribution can be expressed as Equation 17 and Equation 18, respectively, when applied to URB.

여기서, 지수 확률 변수 및 균일 확률 변수의 평균은 각각 1/μ 및 U/2 일 수 있다. 따라서, 수학식 17 및 수학식 18에서 Ps는 μ2/U인 수학식 9가 이용될 수 있다.Here, the average of the exponential random variable and the uniform random variable may be 1/μ and U/2, respectively. Therefore, in Equation 17 and Equation 18, Equation 9, where P s is μ2/U, can be used.

또한, 본 실시예에 따라 슬롯이 없는 ALOHA 시스템에서 동작 영역은 불포화 안정(unsaturated stable), 쌍안정(bistable) 및 포화(saturated) 영역으로 구분되며, 불포화 안정 영역이 이상적인 동작 영역일 수 있다. 여기서, 동작 영역은 새로운 패킷 도착률 λ, 재전송률 μ 및 단말의 수 N에 의해 구분될 수 있다. 동작 영역을 특성화하기 위해 catastrophe theory을 사용할 수 있다. 예를 들어, F 는 시스템의 포텐셜 함수(a potential function)라고 할 때, F: Rk Х Rn → R이고, 각각의 k 및 n은 제어 변수 및 시스템 상태 변수일 수 있다. 구체적으로, k가 2이고, n이 1인 경우, 시스템 상태는 x ∈ [0, 1]이며, 백로그드 단말의 수는 전체 단말의 수 N으로 정규화될 수 있다. 따라서, Nx는 백로그드 단말의 수일 수 있다. 랜덤 액세스 시스템은 x ∈ [0, 1]에 대해 F(x)가 수학식 19와 같이 성립하면 존재할 수 있다. Additionally, in the slotless ALOHA system according to this embodiment, the operating region is divided into an unsaturated stable region, a bistable region, and a saturated region, and the unsaturated stable region may be an ideal operating region. Here, the operating area can be divided by the new packet arrival rate λ, the retransmission rate μ, and the number of terminals N. Catastrophe theory can be used to characterize the operating region. For example, when F is a potential function of the system, F: R k Х R n → R, and each k and n may be a control variable and a system state variable. Specifically, when k is 2 and n is 1, the system state is x ∈ [0, 1], and the number of backlogged terminals can be normalized by the total number of terminals N. Therefore, Nx may be the number of backlogged terminals. A random access system can exist if F(x) holds for x ∈ [0, 1] as shown in Equation 19.

여기서, k≥3일 때, 일 수 있다. 랜덤 액세스 시스템이 존재하면, Θ(catastrophe manifold)는 Θ = {(x,λ,β)|F(x)= 0}으로 정의되는 3차원 표면일 수 있다. 또한, ΘB는 점으로 구성된 접는 선으로 다양체 표면이 접힌 선일 수 있다. ΘB로 정의될 수 있다. Here, when k≥3, It can be. If a random access system exists, the catastrophe manifold (Θ) can be a three-dimensional surface defined by Θ = {(x,λ,β)|F(x)= 0}. Additionally, Θ B is a folding line composed of points, which may be a line along which the surface of the manifold is folded. Θ B is It can be defined as:

또한, ΘB는 수학식 20, 수학식 21 및 수학식 21과 같이 세 부분으로 특성화될 수 있다Additionally, Θ B can be characterized into three parts as Equation 20, Equation 21, and Equation 21

분기점 세트 Θ+ 및 Θ-는 3차원 다양체(접선) Θ+ 및 Θ-을 각각 제어 공간(λ,β)으로 투영하여 획득할 수 있다. 포텐셜 함수는 수학식 23과 같이 표현할 수 있다.The bifurcation sets Θ+ and Θ- can be obtained by projecting the three-dimensional manifolds (tangents) Θ+ and Θ-, respectively, into the control space (λ, β). The potential function can be expressed as Equation 23.

여기서, E[S]는 평균 유출율로 수학식 24와 같이 표현할 수 있다. Here, E[S] is the average outflow rate and can be expressed as Equation 24.

여기서, G는 m개의 백로그드 단말의 트래픽 부하로 G=βm 일 수 있다. 이전과 같이, x가 정규화된 시스템 상태로 x = m/N 이면, G = βxN일 수 있다. 또한, 수학식 23에서 E[A]는 수학식 25와 같이 표현할 수 있다.Here, G is the traffic load of m backlogged terminals and may be G=βm. As before, if x is the normalized system state and x = m/N, then G = βxN. Additionally, in Equation 23, E[A] can be expressed as Equation 25.

따라서, 수학식 23은 수학식 26과 같이 표현할 수도 있다.Therefore, Equation 23 can also be expressed as Equation 26.

예를 들어, 수학식 20 및 수학식 21의 λ는 수학식 27과 같이 표현할 수 있다. For example, λ in Equation 20 and Equation 21 can be expressed as Equation 27.

수학식 20 및 수학식 21의 λ는 를 만족해야 하므로, 수학식 28과 같이 표현할 수 있다.λ in Equation 20 and Equation 21 is Since it must be satisfied, it can be expressed as Equation 28.

즉, λ에 대해 수학식 28을 다시 작성하면 수학식 27을 얻을 수 있다. In other words, if we rewrite equation 28 for λ, we can get equation 27.

다른 예를 들어, x±가 수학식 20 및 수학식 21에서 각각 Θ+와 Θ-에 해당하는 정규화된 상태라고 할 때, x±는 수학식 29와 같이 표현할 수 있다.For another example, when x± is the normalized state corresponding to Θ+ and Θ- in Equation 20 and Equation 21, respectively, x± can be expressed as in Equation 29.

여기서, G±는 수학식 30과 같이 표현할 수 있다.Here, G± can be expressed as Equation 30.

수학식 27을 수학식 26에 대입하면 수학식 31을 얻을 수 있다.By substituting equation 27 into equation 26, equation 31 can be obtained.

여기서, F(G) = 0 이면, 수학식 30을 얻을 수 있다. 다만, 수학식 30에서 G±는 β > 2/N 에 대해 실수일 수 있다.Here, if F(G) = 0, Equation 30 can be obtained. However, in Equation 30, G± may be a real number for β > 2/N.

또 다른 예를 들어, 수학식 22의 Θ0는 첨점으로 수학식 32와 같이 표현할 수 있다.For another example, Θ 0 in Equation 22 can be expressed as a cusp point as in Equation 32.

수학식 22에서 이면 수학식 33을 얻을 수 있다. In equation 22 Then, equation 33 can be obtained.

따라서, x = 1/(βN)일 수 있다. 또한, 첨점은 x+ = x- 또는 G+ = G-일 때의 점일 수 있다.Therefore, x = 1/(βN). Additionally, the vertex may be the point when x + = x - or G + = G - .

또한, 본 실시예에 따라 슬롯이 없는 ALOHA 시스템에서 쌍성을 제거하거나 피하기 위해 백오프 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 쌍안정성(bistability)은 시간 경과에 따라 백로그드 단말의 수를 추정하여 처리량을 최대화하면 나타나지 않을 수 있다. 처리량 E[S]는 을 사용하면 최대화할 수 있다. 이는 수학식 34와 같이 표현할 수 있다.Additionally, according to this embodiment, the backoff rate can be controlled to remove or avoid pairing in an ALOHA system without a slot. For example, bistability may not appear if throughput is maximized by estimating the number of backlogged terminals over time. Throughput E[S] is You can maximize it using . This can be expressed as Equation 34.

여기서, xN은 시간에 따라 변하는 값으로 Xtk일 수 있다. 수학식 34에 적용하면 E[S] = e-2를 얻을 수 있고, 이는 pure-ALOHA 시스템의 최대 처리량을 의미할 수 있다. 또한, 수학식 34를 수학식 26에 대입하면 수학식 35와 같이 표현할 수 있다.Here, xN is a value that changes with time and may be X tk . Applying Equation 34, E[S] = e -2 can be obtained, which can mean the maximum throughput of the pure-ALOHA system. Additionally, by substituting Equation 34 into Equation 26, it can be expressed as Equation 35.

수학식 35는 F(0) = 0.5e-1-Nλ 및 F(1) = 0.5e-1이 있는 x의 선형 함수일 수 있다. F(0) < 0이면, 단일 해를 가질 수 있다.Equation 35 can be a linear function of x with F(0) = 0.5e -1 -Nλ and F(1) = 0.5e -1 . If F(0) < 0, we can have a single solution.

또한, k ≥ 3에 대한 F(x)의 고차 도함수는 수학식 36과 같이 표현할 수 있다. Additionally, the higher-order derivative of F(x) for k ≥ 3 can be expressed as Equation 36.

여기서, ck는 k 3, 4, . . . 및 c2 = 1일 때, ck = 2ck-1 + 2k-3로 표현할 수 있다.Here, c k is k 3, 4, . . . And when c 2 = 1, it can be expressed as c k = 2c k-1 + 2 k-3 .

도 6은 본 실시예에 따른 백로그드 단말의 수를 추정하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining an algorithm for estimating the number of backlogged terminals according to this embodiment.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따라 액세스 포인트(AP)가 시간 경과에 따라 백오프 파라미터를 산출하여 실시간으로 패킷 재전송을 제어하는 방법을 설명할 수 있다. 여기서, 백오프 파라미터(β)는 백로그드 단말의 수(i)에 기초하여 산출된 값으로 백오프 속도를 의미할 수 있다. 일 예로, 액세스 포인트(AP)는 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점에서 β = 1/(2i)로 전송하면, 아직 재전송을 예약하지 않았거나 재예약 해야 하는 백로그드 단말은 방금 전송된 평균 1/β인 지수 확률 변수에서 백오프 시간(백오프 간격)을 산출할 수 있다. 즉, 액세스 포인트(AP)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법은 패킷이 수신되지 않는 유휴 기간(I)을 관찰하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드 단말의 수(Xtk)를 추정할 수 있다. 즉, f-1(I)일 수 있다. 다만, Xtk=i가 정확하지 않을 수 있다. 따라서, 액세스 포인트(AP)가 β = 1/(2E[Xtk])를 전송할 수 있도록 평균 백로그드 단말의 수 E[Xtk]를 추정할 수 있다. Referring to FIG. 6, a method in which an access point (AP) calculates a backoff parameter over time and controls packet retransmission in real time according to this embodiment can be explained. Here, the backoff parameter (β) is a value calculated based on the number (i) of backlogged terminals and may mean the backoff speed. As an example, if the access point (AP) transmits with β = 1/(2i) at the end of the success or collision period, a backlogged terminal that has not yet scheduled a retransmission or needs to reschedule will receive an average of 1 just transmitted. The backoff time (backoff interval) can be calculated from the exponential random variable of /β. In other words, the method by which an access point (AP) controls packet retransmission of a terminal can estimate the number of backlogged terminals ( . That is, it may be f -1 (I). However, X tk =i may not be accurate. Therefore, the average number of backlogged terminals E[X tk ] can be estimated so that the access point (AP) can transmit β = 1/(2E[X tk ]).

예를 들어, 유휴 기간은 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점에서 시작될 수 있다. 특히, 액세스 포인트(AP)가 백오프 파라미터(β)를 전송하는 시간은 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점일 수 있다. 구체적으로, 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점은 도 5의 tk-1, tk 또는 tk+1에 해당되는 시점일 수 있다. 반면에, 유휴 기간은 성공 또는 충돌 기간이 시작되는 시점에서 종료될 수 있다. 구체적으로, 유휴 기간이 종료되는 시점은 도 5의 t'k-1, t'k 또는 t'k+1에 해당되는 시점일 수 있다. 따라서, 유휴 기간은 이전의 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점으로부터 현재의 성공 또는 충돌 기간이 시작되는 시점까지의 기간일 수 있다. 즉, 유휴 기간은 도6에 개시된 알고리즘의 3번째 행으로부터 산출될 수 있다.For example, an idle period may begin at the end of a success or conflict period. In particular, the time when the access point (AP) transmits the backoff parameter (β) may be when the success or collision period ends. Specifically, the time at which the success or conflict period ends may be a time corresponding to t k-1 , t k , or t k+1 in FIG. 5. On the other hand, the idle period can end at the start of a success or conflict period. Specifically, the time at which the idle period ends may be a time corresponding to t'k -1 , t'k , or t'k +1 in FIG. 5. Accordingly, the idle period may be the period from the end of a previous success or conflict period to the beginning of the current success or conflict period. That is, the idle period can be calculated from the third row of the algorithm disclosed in Figure 6.

다른 예를 들어, 단말 j의 백오프 시간이 τj라고 할 때, i 개의 백로그드 단말이 수행한 첫 번째 재전송 시간 에포크(epoch)는 i 지수 확률 변수의 최소값일 수 있다. 유휴 기간(I)은 수학식 37과 같이 표현할 수 있다.For another example, when the backoff time of terminal j is τ j , the first retransmission time epoch performed by i backlogged terminals may be the minimum value of the i index random variable. The idle period (I) can be expressed as Equation 37.

여기서, 백로그드 단말의 수를 X라고 할 때, 유휴 기간(I)의 상보적 조건부 누적 분포 함수(cumulative distribution function, CDF)는 수학식 38과 같이 표현할 수 있다.Here, when the number of backlogged terminals is X, the complementary conditional cumulative distribution function (CDF) of the idle period (I) can be expressed as Equation 38.

여기서, 유휴 기간(I)의 확률 밀도 함수(probability density function, PDF)를 수학식 39과 같이 얻을 수 있다.Here, the probability density function (PDF) of the idle period (I) can be obtained as shown in Equation 39.

이는 평균 1/(iβ)인 지수 분포일 수 있다. 또한, 유휴 기간(I)을 관찰하면, E[X|I = t]는 수학식 40에 의해 얻을 수 있다. This may be an exponential distribution with mean 1/(iβ). Additionally, by observing the idle period (I), E[X|I = t] can be obtained by Equation 40.

여기서, fI(t)는 무조건부 확률 밀도 함수일 수 있다.Here, f I (t) may be an unconditional probability density function.

또 다른 예를 들어, 백로그드 단말의 수는 평균 α인 포아송(Poisson) 프로세스라고 가정할 수 있다. 이 때, 백로그드 단말의 수는 수학식 41과 같이 표현할 수 있다. As another example, it can be assumed that the number of backlogged terminals is a Poisson process with average α. At this time, the number of backlogged terminals can be expressed as Equation 41.

이에 따라, 시스템에 m개의 백로그드 단말이 있는 경우, 유휴 기간이 t일 확률은 수학식 42와 같이 표현할 수 있다. Accordingly, when there are m backlogged terminals in the system, the probability that the idle period is t can be expressed as Equation 42.

또한, 수학식 40에서 fI(t)는 수학식 43과 같이 표현할 수 있다.Additionally, in Equation 40, f I (t) can be expressed as Equation 43.

여기서, 수학식 42를 대입하면, 수학식 44를 얻을 수 있다.Here, by substituting Equation 42, Equation 44 can be obtained.

수학식 43 및 수학식 44로부터 최종적으로 수학식 45를 얻을 수 있다.Equation 45 can be finally obtained from Equation 43 and Equation 44.

따라서, 긴 유휴 기간이 관찰되면, 평균 백로그드 단말의 수 α는 기하급수적으로 감소함을 확인할 수 있다. 다만, 수학식 45에 추가된 숫자 1은 유휴 기간이 끝날 때 백로그드 단말이 하나 이상 있음을 의미할 수 있다. Therefore, when a long idle period is observed, it can be seen that the average number of backlogged terminals α decreases exponentially. However, the number 1 added to Equation 45 may mean that there is one or more backlogged terminals at the end of the idle period.

예를 들어, 백로그드 단말의 수는 도6에 개시된 알고리즘의 6행 및 8행으로부터 추정될 수 있다. 즉, 백로그드 단말의 수는 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 추정될 수 있다. 구체적으로, 백로그드 단말의 수는 패킷의 전송이 성공이면, 수학식 45로부터 전송을 성공한 하나의 단말을 제외하기 위해 1을 뺄 수 있다. 그리고, 수학식 45에 신규 백로그드 단말의 수에 패킷 전송 시간을 곱하여 추가할 수 있다. 여기서, 패킷 전송 시간은 정규화에 의해 1일 수 있다. 반면에, 패킷의 전송이 충돌이면, 수학식 45로부터 1을 빼지 않고, 현재 충돌 기간 C의 길이에 비례하는 신규 백로그드 단말의 수를 가정하여 추가할 수 있다. For example, the number of backlogged terminals can be estimated from lines 6 and 8 of the algorithm disclosed in Figure 6. That is, the number of backlogged terminals can be estimated depending on whether packet transmission is successful or collisions occur. Specifically, if the packet transmission is successful, the number of backlogged terminals can be subtracted by 1 to exclude one terminal that successfully transmitted from Equation 45. Then, the number of new backlogged terminals can be multiplied by the packet transmission time in Equation 45. Here, the packet transmission time may be 1 by normalization. On the other hand, if the transmission of the packet is a collision, instead of subtracting 1 from Equation 45, the number of new backlogged terminals proportional to the length of the current collision period C can be assumed and added.

여기서, 신규 백로그드 단말의 수는 도6에 개시된 알고리즘의 4행으로부터 추정될 수 있다. 구체적으로, 신규 백로그드 단말의 수는 패킷의 전송이 성공이면, ±(S)=1을 적용하여 추정할 수 있다. 반면에 패킷의 전송이 충돌이면, ±(S)=0을 적용하여 추정할 수 있다. Here, the number of new backlogged terminals can be estimated from row 4 of the algorithm disclosed in Figure 6. Specifically, the number of new backlogged terminals can be estimated by applying ±(S)=1 if packet transmission is successful. On the other hand, if packet transmission is a collision, it can be estimated by applying ±(S)=0.

예를 들어, 액세스 포인트(AP)는 추정된 백로그드 단말의 수에 기초하여 백오프 파라미터를 산출하여 백로그드 단말에 전송할 수 있다. 여기서, 전송 시점은 성공 또는 충돌 기간이 종료되는 시점으로 도 5의 tk 에 해당되는 특정 시점일 수 있다.For example, an access point (AP) may calculate a backoff parameter based on the estimated number of backlogged terminals and transmit it to the backlogged terminal. Here, the transmission time is when the success or conflict period ends and may be a specific time corresponding to t k in FIG. 5.

도 7은 본 실시예에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a diagram for explaining performance according to this embodiment.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 패킷 재전송을 제어하는 방법의 성능을 설명할 수 있다. 일 예로, 지연 성능에 관한 도면(710)은 N= 100일 때 서로 다른 세가지 알고리즘과 비교한 평균을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 패킷 재전송을 제어하는 방법이 랜덤 액세스 지연의 평균에 있어서 EBI 알고리즘의 평균에 매우 근접함을 확인할 수 있다. 구체적으로, EBI는 백로그드 단말의 크기 정보 Xtk를 사용하여 제어할 수 있다. 즉, EBI는 1/(2Xtk)로 백오프 간격을 설정하여 패킷 재전송을 제어할 수 있다. 또한, PF는 새로운 패킷 도착에 대한 추정을 고려하지 않고, 성공 시에도 성공적으로 전송된 하나의 패킷을 고려하지 않는 특징이 있다. 또한, BEB는 Nλ < 0.18에 해당되는 낮은 트래픽 부하에서 적합하나 지연 위반 측면에서 가장 떨어지는 특징이 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 패킷 재전송을 제어하는 방법, PF 기반 알고리즘 및 EBI 알고리즘을 사용하면 트래픽 부하가 증가함에 따라 D의 급격한 증가가 나타나지 않을 수 있다. 즉, 시스템이 불포화 안정 상태에서 포화 상태로 전환됨에 따라 쌍안정성이 제거될 수 있음을 예상할 수 있다.Referring to FIG. 7, the performance of the method for controlling packet retransmission according to this embodiment can be explained. As an example, the delay performance diagram 710 may represent an average compared to three different algorithms when N=100. For example, it can be seen that the method for controlling packet retransmission according to this embodiment is very close to the average of the EBI algorithm in terms of the average random access delay. Specifically, EBI can be controlled using size information X tk of the backlogged terminal. In other words, EBI can control packet retransmission by setting the backoff interval to 1/(2X tk ). In addition, PF does not consider estimation of the arrival of a new packet, and has the characteristic of not considering a single successfully transmitted packet even when successful. In addition, BEB is suitable for low traffic loads corresponding to Nλ < 0.18, but has the worst characteristics in terms of delay violation. Therefore, if the method for controlling packet retransmission, the PF-based algorithm, and the EBI algorithm according to this embodiment are used, a sharp increase in D may not occur as the traffic load increases. In other words, it can be expected that bistability may be eliminated as the system transitions from an unsaturated stable state to a saturated state.

또한, 일 예로, 추정 성능에 관한 도면(720)은 N = 100일 때 시간 경과에 따라 추정하는 Xtk를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 패킷 재전송을 제어하는 방법이 시간에 따른 도달율로 백로그드 단말의 수를 추정할 수 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 신규 패킷의 도착은 시간 경과에 따라 달라질 수 있다. 각 단말에 대한 패킷 도달율 λ는 104초 마다 0.0005씩 증가하며, 트래픽 부하는 0.05일 수 있다. 또한, 패킷 도달율 λ가 0.003에 도달되면 다시 104초 마다 0.0005씩 감소할 수 있다. 여기서, 실선은 실제 백로그드 단말의 수를 나타내고, 점선은 추정된 실제 백로그드 단말의 수를 나타낼 수 있다. Additionally, as an example, the diagram 720 regarding estimation performance may represent X tk estimated over time when N = 100. For example, it can be confirmed that the method for controlling packet retransmission according to this embodiment can estimate the number of backlogged terminals based on the arrival rate over time. Specifically, the arrival of new packets may vary over time. The packet arrival rate λ for each terminal increases by 0.0005 every 10 4 seconds, and the traffic load may be 0.05. Additionally, when the packet arrival rate λ reaches 0.003, it can again decrease by 0.0005 every 10 4 seconds. Here, the solid line may represent the actual number of backlogged terminals, and the dotted line may represent the estimated number of actual backlogged terminals.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 특히, 네트워크 부하를 추정하여 패킷 전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로 액세스 포인트가 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하여 처리량(throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출함으로써, 패킷 재전송을 위한 백오프 시간을 적응적으로 조절하는 패킷 재전송을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present disclosure, a method and apparatus for controlling packet retransmission can be provided. In particular, it is possible to provide a method and device for controlling packet retransmission that adaptively adjusts the backoff time for packet transmission by estimating the network load. Specifically, a packet that adaptively adjusts the backoff time for packet retransmission by calculating the backoff parameter that maximizes throughput by estimating the number of backlogged terminals to which the access point wants to transmit packets. A method and device for controlling retransmission can be provided.

상술한 본 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.The above-described embodiments can be implemented through various means. For example, the present embodiments may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.In the case of hardware implementation, the method according to the present embodiments uses one or more ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (Digital Signal Processors), DSPDs (Digital Signal Processing Devices), PLDs (Programmable Logic Devices), and FPGAs. (Field Programmable Gate Arrays), processors, controllers, microcontrollers, or microprocessors.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 장치, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.In the case of implementation by firmware or software, the method according to the present embodiments may be implemented in the form of a device, procedure, or function that performs the functions or operations described above. Software code can be stored in a memory unit and run by a processor. The memory unit is located inside or outside the processor and can exchange data with the processor through various known means.

또한, 위에서 설명한 "시스템", "프로세서", "컨트롤러", "컴포넌트", "모듈", "인터페이스", "모델", 또는 "유닛" 등의 용어는 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 중인 소프트웨어를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전술한 구성요소는 프로세서에 의해서 구동되는 프로세스, 프로세서, 컨트롤러, 제어 프로세서, 개체, 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 컨트롤러 또는 프로세서에서 실행 중인 애플리케이션과 컨트롤러 또는 프로세서가 모두 구성 요소가 될 수 있다. 하나 이상의 구성 요소가 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 있을 수 있으며, 구성 요소들은 하나의 장치(예: 시스템, 컴퓨팅 디바이스 등)에 위치하거나 둘 이상의 장치에 분산되어 위치할 수 있다.Additionally, terms such as "system," "processor," "controller," "component," "module," "interface," "model," or "unit" described above generally refer to computer-related entities hardware, hardware and software. It may refer to a combination of, software, or running software. By way of example, but not limited to, the foregoing components may be a process, processor, controller, control processor, object, thread of execution, program, and/or computer run by a processor. For example, both an application running on a controller or processor and the controller or processor can be a component. One or more components may reside within a process and/or thread of execution, and the components may be located on a single device (e.g., system, computing device, etc.) or distributed across two or more devices.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present disclosure, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present disclosure. In addition, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but rather to explain it, so the scope of the present technical idea is not limited by these embodiments. The scope of protection of this disclosure should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this disclosure.

Claims (14)

액세스 포인트(Access Point, AP)가 단말의 패킷 재전송을 제어하는 방법에 있어서,
특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하는 단말 수 추정 단계;
추정된 상기 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(Throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 파라미터 산출 단계; 및
상기 백로그드 단말의 수 및 상기 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 상기 백로그드 단말에 전송하는 전송 단계를 포함하되,
상기 단말 수 추정 단계는,
상기 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 상기 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 베이지안 추정(Bayesian Estimation)을 이용하여 상기 유휴 기간에 따라 추정되는 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 상기 백로그드 단말의 수를 추정하고,
상기 패킷의 전송이 충돌이면, 상기 신규 백로그드 단말의 수에 현재의 충돌 기간을 곱한 값을 상기 평균 백로그드 단말의 수에 추가하여 상기 백로그드 단말의 수를 추정하는 패킷 재전송 방법.
In a method for an access point (AP) to control packet retransmission of a terminal,
A terminal number estimation step of estimating the number of backlogged terminals that want to transmit packets based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time;
A parameter calculation step of calculating a backoff parameter that maximizes throughput based on the estimated number of backlogged terminals; and
A transmission step of transmitting at least one of the number of backlogged terminals and the backoff parameter to the backlogged terminal,
The step of estimating the number of terminals is,
Based on the number of new backlogged terminals at the specific point in time depending on success or collision in transmission of the packet and the average number of backlogged terminals estimated according to the idle period using Bayesian Estimation. to estimate the number of backlogged terminals,
If transmission of the packet is a collision, a packet retransmission method for estimating the number of the backlogged terminals by adding the number of the new backlogged terminals multiplied by the current collision period to the average number of backlogged terminals.
제 1 항에 있어서,
상기 특정 시점은,
하나의 상기 유휴 기간과 상기 유휴 기간 이후 발생되는 상기 패킷의 전송에 대한 성공(Success) 또는 충돌(Collision) 기간을 포함하는 구간에서 상기 성공 또는 상기 충돌 기간이 종료되는 시점인 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 1,
At this specific point in time,
Packet retransmission, characterized in that the point at which the success or collision period ends in a section including one idle period and a success or collision period for transmission of the packet that occurs after the idle period method.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 단말 수 추정 단계는,
상기 패킷의 전송이 성공이면, 상기 신규 백로그드 단말의 수를 상기 평균 백로그드 단말의 수에 추가하고 상기 패킷의 전송을 성공한 하나의 단말을 제외하여 상기 백로그드 단말의 수를 추정하는 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 1,
The step of estimating the number of terminals is,
If transmission of the packet is successful, the number of new backlogged terminals is added to the average number of backlogged terminals and the number of backlogged terminals is estimated by excluding one terminal that succeeded in transmitting the packet. A packet retransmission method characterized in that.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 파라미터 산출 단계는,
상기 특정 시점에서 추정된 상기 백로그드 단말의 수를 N배하여 그 역수를 취한 값을 상기 백오프 파라미터로 산출하며, 상기 N은 0 이상의 실수(real number)인 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 1,
The parameter calculation step is,
A packet retransmission method, wherein the backoff parameter is calculated by multiplying the number of backlogged terminals estimated at the specific time by N and taking the reciprocal thereof, where N is a real number of 0 or more.
단말이 패킷 재전송을 수행하는 방법에 있어서,
특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 추정된 백로그드(Backlogged) 단말의 수 및 상기 백로그드 단말의 수에 기초하여 산출된 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 수신하는 수신 단계; 및
상기 백오프 파라미터에 기초하여 백오프 시간을 설정하고, 상기 백오프 시간에 기초하여 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계;를 포함하되,
상기 백로그드 단말의 수는,
상기 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 상기 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 베이지안 추정(Bayesian Estimation)을 이용하여 상기 유휴 기간에 따라 추정되는 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 추정되고,
상기 패킷의 전송이 충돌이면, 상기 신규 백로그드 단말의 수에 현재의 충돌 기간을 곱한 값을 상기 평균 백로그드 단말의 수에 추가하여 추정되는 패킷 재전송 방법.
In a method for a terminal to perform packet retransmission,
Reception that receives at least one of the number of backlogged terminals estimated based on an idle period in which packets are not received at a specific point in time and a backoff parameter calculated based on the number of backlogged terminals. step; and
A packet transmission step of setting a backoff time based on the backoff parameter and transmitting a packet based on the backoff time,
The number of backlogged terminals is,
Based on the number of new backlogged terminals at the specific point in time depending on success or collision in transmission of the packet and the average number of backlogged terminals estimated according to the idle period using Bayesian Estimation. It is estimated that,
If transmission of the packet is a collision, a packet retransmission method is estimated by adding the number of new backlogged terminals multiplied by the current collision period to the average number of backlogged terminals.
제 8 항에 있어서,
상기 특정 시점은,
하나의 상기 유휴 기간과 상기 유휴 기간 이후 발생되는 상기 패킷의 전송에 대한 성공(Success) 또는 충돌(Collision) 기간을 포함하는 구간에서 상기 성공 또는 상기 충돌 기간이 종료되는 시점인 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 8,
At this specific point in time,
Packet retransmission, characterized in that the point at which the success or collision period ends in a section including one idle period and a success or collision period for transmission of the packet that occurs after the idle period method.
삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서,
상기 백오프 파라미터는,
상기 특정 시점에서 추정된 상기 백로그드 단말의 수를 N배하여 그 역수를 취한 값이며, 상기 N은 0 이상의 실수(real number)인 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 8,
The backoff parameter is,
A packet retransmission method, characterized in that the number of backlogged terminals estimated at the specific point in time is multiplied by N and the reciprocal thereof is taken, and N is a real number greater than or equal to 0.
제 8 항에 있어서,
상기 패킷 전송 단계는,
상기 백오프 파라미터의 역수를 평균으로 하는 지수 분포(exponential distribution) 함수로부터 상기 백오프 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
According to claim 8,
The packet transmission step is,
A packet retransmission method, characterized in that the backoff time is set from an exponential distribution function that averages the reciprocal of the backoff parameter.
단말의 패킷 재전송을 제어하는 액세스 포인트(Access Point, AP)에 있어서,
특정 시점마다 패킷이 수신되지 않는 유휴(Idle) 기간에 기초하여 패킷을 전송하고자 하는 백로그드(Backlogged) 단말의 수를 추정하고, 추정된 상기 백로그드 단말의 수에 기초하여 처리량(Throughput)을 최대화하는 백오프 파라미터를 산출하는 제어부; 및
상기 백로그드 단말의 수 및 상기 백오프 파라미터 중 적어도 하나를 상기 백로그드 단말에 전송하는 전송부;를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 패킷의 전송에 대한 성공 또는 충돌 여부에 따라 상기 특정 시점에서의 신규 백로그드 단말의 수 및 베이지안 추정(Bayesian Estimation)을 이용하여 상기 유휴 기간에 따라 추정되는 평균 백로그드 단말의 수에 기초하여 상기 백로그드 단말의 수를 추정하고,
상기 패킷의 전송이 충돌이면, 상기 신규 백로그드 단말의 수에 현재의 충돌 기간을 곱한 값을 상기 평균 백로그드 단말의 수에 추가하여 상기 백로그드 단말의 수를 추정하는 액세스 포인트.
In the access point (AP) that controls packet retransmission of the terminal,
At a specific point in time, the number of backlogged terminals that want to transmit packets is estimated based on the idle period in which packets are not received, and the throughput is calculated based on the estimated number of backlogged terminals. a control unit that calculates a backoff parameter that maximizes; and
Including a transmission unit that transmits at least one of the number of backlogged terminals and the backoff parameter to the backlogged terminal,
The control unit,
Based on the number of new backlogged terminals at the specific point in time depending on success or collision in transmission of the packet and the average number of backlogged terminals estimated according to the idle period using Bayesian Estimation. to estimate the number of backlogged terminals,
If transmission of the packet is a collision, the access point estimates the number of the backlogged terminals by adding the number of the new backlogged terminals multiplied by the current collision period to the average number of backlogged terminals.
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