KR101617321B1 - 와이파이 네트워크에서 차별화된 연결 서비스 제공을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

와이파이 네트워크에서 차별화된 연결 서비스 제공을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

WiFi 시스템 내의 스테이션(station, STA)의 차별화된 연결(differentiated association)을 가능하게 하고 차별화된 서비스 품질(quality of service, QoS) 기반 연결을 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다. 실시예는 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 STA들에 상이한 연결 우선순위 클래스(association priority class)로 분류하는 것을 포함하며, 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 액세스 포인트(access point , AP)와의 연결을 시작하기 전의 대기 시간이 더 짧다. 상기 연결 우선순위 클래스는, 상기 AP 또는 상기 WiFi 네트워크에 의해 할당되어 상기 STA에 시그널링된다(signaled). 또는 상기 연결 우선순위 클래스는, 상기 STA에 의해 할당되어 상기 AP 또는 상기 WiFi 네트워크에 표시된다(indicated). 상기 연결 우선순위 클래스는, 트래픽 유형, 기기 유형, 가입자 유형, 또는 난수 생성기에 따라 STA에 대해 결정된다.

Description

와이파이 네트워크에서 차별화된 연결 서비스 제공을 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHODS FOR DIFFERENTIATED ASSOCIATION SERVICE PROVISIONING IN WIFI NETWORKS}
본 발명은 무선 통신을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적인 실시예에서, 와이파이 네트워크에서 차별화된 연결 서비스(differentiated association service) 제공을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
관련 출원의 상호참조
본 출원은 2012년 3월 1일 발명의 명칭: "System and Method for Differentiated Association Service Provisioning in WiFi Networks"로 출원된 미국 가특허출원 제61/605,520호 및 2013년 2월 28일에 발명의 명칭: "System and Method for Differentiated Association Service Provisioning in WiFi Networks"로 출원된 미국 특허출원 제13/781,380호에 대한 혜택을 주장하며, 상기 출원들은 인용에 의해 본 출원에 포함된다.
무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)이라고도 하는 와이파이(wireless fidelity, WiFi)는, 그 무선 인터페이스(air interface)로서 IEEE 802.11 표준 기술을 사용한다. 네트워크 용량의 증가 및 통신 기술의 진보와 더불어, IEEE 802.11 또는 WiFi 시스템은 더 많은 수의 스테이션(station, STA)을 지원할 것으로 기대된다. 따라서, 액세스 포인트(access point, AP)는, 예를 들어 모바일 기기가 WiFi 영역에 들어오거나 떠날 때, 많은 수의 통신 요청을 동시에 처리할 수 있어야 한다. 예를 들어, 기차역에서 기차가 정지하면, 비디오 스트리밍 또는 인터넷 브라우징 중인 많은 WiFi 사용자가 동시에 기차에서 나와서 자신의 비디오 스트트링 또는 인터넷 브라우징을 계속하기 위해 기차역 내의 AP와의 연결을 시도할 수 있다. 다른 예에서, 정전 구역(power outage area) 내의 다수의 스마트 미터는 전력 손실을 경보하기 위해 배전기(distributor)에 "마지막 순간(last gasp)" 통지 메시지를 송신할 수 있다. 오랜 정전 후, 스마트 미터를 포함한 기기들은 또한 거의 동시에 AP와의 재연결(re-associate)을 시도할 수 있다. WLAN에서, 통신 채널은 다수의 STA에 의해 공유될 수 있다. 그러나, 다수가 동시에 통신하는 것은 공유 채널에서 충돌을 야기할 수 있고 긴 채널 액세스 지연을 초래할 수 있다. 지나치게 긴 액세스 지연은 모바일 기기의 더 많은 에너지 소모를 야기하고, 다른 STA에서 제공하는 다른 서비스의 서비스 품질(quality of service, QoS)을 위태롭게 할 수 있다. 따라서, WiFi 시스템에서 QoS 인식 네트워크 연결(QoS-aware network association)을 고려할 필요가 있다.
유럽공개공보 EP2259509 (2010년 12월 8일) 및 IEEE Std 802.11e™-2005, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements (2005년 11월 11일)가 본 발명의 배경기술로서 제공된다.
일 실시예에서, WiFi 네트워크에서 차별화된 연결(differentiated association) 제공하는 방법은, 상기 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 복수의 스테이션(station, STA)에 상이한 연결 우선순위 클래스(association priority class)를 할당하는 단계를 포함하고, 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 AP와의 연결을 시작하기 전의 대기 시간이 더 짧다.
다른 실시예에서, WiFi 네트워크에서 차별화된 연결을 제공하는 방법은, STA에서, 상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스를 결정하는 단계; 결정된 연결 우선순위 클래스에 대응하는 지속 시간(duration time) 동안 슬립 모드(slip mode)로 진입하는 단계; 및 상기 지속 시간이 종료한 후, 상기 STA와 상기 WiFi 네트워크의 액세스 포인트(AP) 사이에 연결 절차를 시작하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, WiFi 네트워크에서 차별화된 연결을 지원하도록 구성된 AP 구성요소는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의한 실행을 위해 프로그래밍을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 포함한다. 상기 프로그래밍은 상기 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 복수의 STA에 상이한 연결 우선순위 클래스를 할당하기 위한 명령어를 포함하고, 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 AP와의 연결을 시작하기 전의 대기 시간이 더 짧다.
또 다른 실시예에서, WiFi 시스템에서 차별화된 연결을 지원하도록 구성된 STA는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의한 실행을 위해 프로그래밍을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 포함한다. 상기 프로그래밍은, 상기 STA에 할당된 연결 우선순위 클래스에 대응하는 지속 시간 동안 슬립 모드로 진입하기 위한 명령어; 및 상기 지속 시간이 종료한 후 상기 STA와 상기 WiFi 네트워크 사이의 연결 절차를 시작하기 위한 명령어를 포함한다.
본 발명 및 그 이점에 대한 더욱 완전한 이해를 위해, 첨부도면과 함께 이루어진 이하의 설명을 참조한다.
도 1은 분산 채널 액세스(distributed channel access, DCA) 방식을 나타낸다.
도 2는 네트워크 링크 연결(association) 및 인증(authentication) 절차를 나타낸다.
도 3은 QoS 기반 연결을 제공하는 일 실시예의 방법을 나타낸다.
도 4는 여러 실시예를 구현하기 위해 사용될 수 있는 처리 시스템의 블록도이다.
지금 바람직한 실시예들의 구현 및 사용에 대해 이하에서 상세하게 논의한다. 그러나, 본 발명이 광범위하고 다양한 구체적인 상황(specific context)에서 실시될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 논의된 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 구현 및 사용하는 구체적인 방법에 대한 예시일 뿐이다.
802.11 WLAN에서, AP를 구비한 통신 채널은 분산 조정 기능(distributed coordination function, DCF)이라고 하는, 분산 채널 액세스 기능(distributed channel access function)에 의해 조정된 다수의 STA에 의해 공유될 수 있다. DCF는 충돌 회피(CSMA/CA) 메커니즘을 구비한 반송파 감지 다중 접속(carrier sense multiple access)에 기초한다. DCF는 채널의 상태를 결정하기 위해 물리 및 가상 반송파 감지 기능을 이용한다. 물리 반송파 감지는 물리 계층(physical layer, PHY)에 상주하고 에너지 검출 및 프리앰블 검출을 사용하여 채널이 사용 상태(busy)인지를 판정한다. 가상 반송파 감지는 미디어 액세스 제어 계층(media access control layer, MAC)에 상주하고, 예컨대 무선 채널의 사용 방해(impeding)를 나타내는 MAC 헤더의 지속기간 필드(duration field) 내의, 예약 정보를 사용한다. 무선 채널은 일반적으로, 물리 및 가상 반송파 감지 메커니즘 모두가 그렇다고 나타낼 때, 유휴 상태(idle)(미사용 상태)로 결정된다.
도 1은 WiFi 또는 802.11 WLAN 시스템을 위한 분산 채널 액세스(DCA) 방식(100)을 나타낸다. 방식(100)은 채널을 공유하여, 예컨대 AP에 자신의 데이터 프레임을 전송하는 복수의 STA(예컨대, STA1, STA2, STA3, 및 STA4)를 수반한다.
전송용 데이터 프레임을 가진 STA는 먼저 고정된 지속기간 동안 무선 채널을 감지하여, DCF 프레임 간 간격(inter-frame space)(DIFS)이라고 하는, 빈 채널 평가(clear channel assessment, CCA)를 수행한다. 무선 채널이 다른 STA의 데이터 프레임 전송으로 사용 상태(busy)이면, 감지 STA는 채널이 유휴 상태를 유지할 때까지 DIFS 기간을 기다린다. 예를 들어, 데이터 프레임(110)을 송신한 후, STA1은 채널을 통해 두 번째(제2) 데이터 프레임의 송신을 시도하기 전에 채널이 유휴 상태를 유지하는 DIFS 기간의 시간 동안 기다린다.
DIFS 동안의 대기 후, STA는, 채널이 DIFS 동안 사용 상태로 감지되는 경우, 다른 프레임의 전송을 시도하기 전에 "백오프" 기간 동안을 더 기다린다. 이것은, 채널이 유휴 상태(데이터 프레임을 전송하지 않음)인 것을 검출한 후에, 백오프 타이머가 영(zero)에 도달할 때까지, 한 번에 하나의 시간 단위를 감소시키는 백오프 타이머에 의해 구현될 수 있다. 백오프 시간 동안, 타이머는 채널이 사용 상태로 감지될 때마다 일시정지한다. 예를 들어, STA1은, DIFS 동안에 채널이 유휴 상태가 될 때, 백오프 타이머를 시작한다. 다시 말해, STA3으로부터의 프레임(120)의 전송이 종료될 때까지, STA1은 백오프 시간의 시작을 연기한다. 백오프 시간을 시작한 후, STA4에 의해 채널상에 새로운 데이터 프레임(130)이 전송될 때, STA1은 백오프 시간 동안 타이머를 일시정지한다. 채널이 DIFS 지속 시간에 다시 유휴 상태가 될 때, STA는 타이머를 다시 시작하고 계속하여 남은 백오프 시간을 감소시킨다. 예를 들어, STA1은, 데이터 프레임(130)이 전송된 후 백오프 시간을 계속하여 감소시키지만, 채널상에 STA2로부터의 다른 데이터 프레임(140)이 검출되는 경우, 타이머를 다시 일시정지하고, 데이터 프레임(140) 전송을 완료로부터 DIFS 지속 기간 후에 타이머를 다시 시작한다. 백오프 타이머가 0에 도달한 때, STA는 채널이 유휴 상태이면 자신의 데이터 프레임의 전송을 시작한다. 예를 들어, STA1은, 남은 백오프 시간이 0(zero)에 도달한 후이고 채널상에 다른 데이터 프레임이 검출되지 않을 때, STA1은 다른 데이터프레임(150)을 전송한다.
도 2는 IEEE 802.11에 따른 네트워크 링트 연결 및 인증 절차(200)를 나타낸다. 이 절차는 STA(210)와 AP(220) 사이에, 예를 들어 이동 기기와 WiFi 모뎀 사이에, 확립된다. STA(210)는 먼저, AP(220)가 가로챌 수 있는, 프로브 요청(probe request)(201)를 송신한다. AP(220)로부터 프로브 응답(202)을 수신함에 따라, STA(210)는 AP(220)에 인증 요청(203)을 전송한다. 그러면 AP(220)는 STA(210)를 인증하거나, 그 요청을 인증 서버(도시하지 않음)에 전달하고, 인증 응답(204)을 STA(210)에 회신한다. 인증이 완료된 후, STA(210)는, 연결 요청(assosication request)(205) 및 응답(206) 메시지 교환을 통한, AP(220)와의 핸드쉐이킹 프로세스(handshaking process)에 의해 네트워크 연결을 개시할 수 있다. 일부 시나리오에서, 필요한 정보가 AP(220)로부터의 비컨(beacon) 내에 브로드캐스팅(broadcasting)되고 STA(210)에 의해 수신/디코딩되는 경우, 연결 절차(200)는 프로브 요청(201)/응답(202) 교환을 건너뛸 수 있다.
실제 네트워크 시나리오에서, 많은 수의 기기가 버스트 방식으로(예컨대, 거의 동시에) 네트워크 연결을 시도할 때, 공유 채널에 대한 경쟁과 같은, 네트워크의 한정된 용량으로 인해, 일정 시간 간격 동안에 모든 흐름이 AP와 성공적으로 연결할 수 있는 것은 아니다. 이러한 경우, 보다 우선순위가 높은 기기가 먼저 AP와 연결될 수 있도록 보장하는 것이 중요하다. 본 명세서에서는, 예를 들어, WiFi 시스템에서 상이한 유형의 애플리케이션을 수행하는 STA에 차별화된 서비스를 제공하기 위해, QoS 인식 네트워크 연결을 달성하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "연결(association)"은, 절차(200)에서와 같이, WiFi 네트워크에 액세스하여 WiFi 통신을 시작하기 위한 AP와의, STA의 개시 및 인증을 가리키기 위해 사용된다. 여기서 사용된 용어 "연결"은 또한 STA의, AP와의 재연결(re-association), 또는 STA와 AP 또는 네트워크 사이의 핸드오버(handover)와 같은, 유사한 동작(action)을 포함한다. 이하에 설명하는 이러한 연결 동작에 적용되는 실시예의 방법 및 방식을 설명하고 또한 비상 시그널링(emergency signaling)과 같은, 다른 적합한 기능에도 마찬가지로 사용될 수 있다.
802.11 네트워크는 상이한 애플리케이션들을 구비한 상이한 유형의 STA를 포함할 수 있다. 예를 들어, STA 중 일부는 센서 기기, 예컨대 온도 센서, 연기 센서, 및/또는 전기 미터를 포함할 수 있고, 다른 STA는 스마트폰, 랩톱, 및/또는 컴퓨터 태블릿과 같은 오프로딩 기기(offloading device)를 포함할 수 있다. 센서 기기는 비교적 높은 QoS 요구를 가지는 일부 애플리케이션을 위해 설계될 수 있다. 예를 들어, 스마트 미터는 주기적으로 소비된 전력량(electric energy)을 기록하고, 기록된 데이터를 전송한다. 그러나, 스마트 미터가 정전을 감지한 때, 스마트 미터는 전력의 손실을 가능한 한 빨리 배전기에 경보하기 위해 "마지막 순간" 메시지를 (AP 또는 네트워크에) 전송하여야 한다. 오프로딩 기기는 상이한 서비스 품질(QoS) 요건을 가지는 상이한 애플리케이션을 사용할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 네트워크에서 WiFi 네트워크로의 핸드오버를 겪는 전화 호(phone call)는 호 품질을 보장하기 위해 최소 (미리 정해진) 핸드오버 지연을 요구하지만, 파일 전송 또는 소프트웨어 업데이트는 상대적으로 긴 지연을 용인할 수 있다. 802.11 시스템의 (예컨대, 공유 채널에 대한) 경쟁 본질(contention nature)로 인해, 다수의 STA가 AP와의 연결을 필요로 하고 비교적 짧은 시간 간격 내에 모든 요청을 충족시킬 수 없을 때, STA에 대해 중요한 애플리케이션(예컨대, 높은 우선순위의 QoS 요건을 가지는 것)과의 더 빠른 연결을 보장하기 위해 차별화된 서비스 연결의 품질을 제공할 필요가 있다.
일 실시예에서, 각 WiFi 기기에 대한 연결 우선순위 클래스의 할당을 통해 QoS 기반 연결을 제공하는 시스템 및 방법이 구현된다. 이 실시예의 시스템은 STA를 N개의 연결 우선순위 클래스로 분류하는 것을 포함한다. 예를 들어, (AP 간 또는 셀룰러 네트워크와 WiFi 네트워크 간에) 핸드오버 절차 중인 전화 또는 중요 메시지, 예컨대 "마지막 순간" 통지 또는 가스 누설 알람을 수행하는 센서 기기와 같은, 빠른 연결을 필요로 하는 기기를 나타내는 제1 클래스를 포함한, 4개의 클래스를 생각할 수 있다. 클래스는 전자 결재(electronic payment)와 같은, 실시간 쌍방향 트래픽(interactive traffic)을 가지는 기기를 나타내는 제2 클래스를 포함할 수 있다. 제3 클래스는, 이메일을 송수신하는 스마트폰 또는 정기적인(긴급하지 않은) 데이터 보고를 위해 통신하는 센기 기기와 같은, 비교적 긴 연결 지연을 용인할 수 있는 기기를 나타낼 수 있다. 제4 클래스는 지연 요건이 없는 최선형 트래픽(best effort traffic )을 가지는 다른 기기를 나타낼 수 있다. 우선순위 클래스는 기기상에서 실행 또는 수행되는 애플리케이션에 의해 결정될 수 있다. 기기가 여러 유형의 애플리케이션을 수행하면, 이들 애플리케이션의 최고 우선순위에 의해 결정될 수 있다. 또, 애플리케이션이 변경되면, 예컨대, 기기의 음성 호(voice call)가 종결된 경우, 기기의 현재 애플리케이션에 기초하여, 기기의 우선순위는 그에 따라 갱신된다. 또는 STA는, STA 유형 또는 가입자의 우선순위, 또는 난수 생성기에 기초하여, 상이한 클래스로 분류된다. 상이한 STA 유형 또는 가입자의 우선순위는 상이한 연결 우선순위를 가진다. STA는 또한 상이한 가중치를 가지는 상기한 인자들의 임의의 조합에 기초하여 상이한 클래스로 분류될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션이 STA 유형 또는 가입자의 우선순위보다 더 높은 가중치를 부여받을 수 있다.
다른 실시예의 방법을 사용하여 STA를 분류할 수도 있다. 예를 들어, 시스템의 AP가 STA의 연결 우선순위를 설정(configure)할 수 있다. 또는, 전술한 바와 같이, 시스템의 STA가 자신의 애플리케이션, 기기 유형, 가입자의 우선순위, 또는 기기에 의해 생성된 난수에 기초하여 연결 우선순위를 선택할 수 있다. 예를 들어, 우선순위가 높은 가입자일수록 연결에 대한 우선순위가 더 높다.
일 실시예의 방법에서, t_n으로 표시되는 최소 대기 지속기간(minimum wait duration)이 클래스 n의 각 STA에 대해 할당되며, n은 연결 우선순위를 나타내는 자연수로, 예를 들면 총 4개 클래스의 연결 우선순위가 있는 경우 n = 0, 1, 2, 또는 3이다. 클래스 n의 STA는 AP와의 연결을 진행 또는 시도하기 전에 적어도 t_n 대기한다(예컨대, 공유 채널이 유휴 상태인 경우). 4개 클래스의 경우, 예를 들어, 4개의 최소 대기 지속기간이 t_0 < t_1 < t_2 < t_3이 되도록 할당되며, 첫 번째(제1) 기간 [t_0, t_1] 은 클래스 0을 위해 예약되어 있다. 이는, 기간 동안에는 제1 또는 최고 연결 우선순위 클래스만이 AP와 연결할 수 있다는 것을 의미한다. 후속하는 기간 [t_1, t_2]는, 클래스 0과 클래스 1 (그 다음으로 높은 연결 우선순위) 둘 다가 AP와 연결할 수 있다. 유사하게, 클래스 0, 1, 및 2는 후속하는 기간 [t_2, t_3] 동안에 AP와 연결할 수 있고, t_3 이후에는 모든 STA가 연결할 수 있다. 타이머 t_n은 STA의 MAC 계층에 상주할 수 있으며, 물리적인 시간의 정확성에 반드시 의존하지는 않는다. 빠른 연결을 촉진하기 위해, 대기 기간 t_0은 0(zero)으로 설정될 수 있으므로, 클래스 0은 AP와의 연결을 즉시 진행할 수 있다.
대기 지속기간 t_1, t_2, 및 t_3 은 미리 정해진 시스템 파라미터일 수 있으며, AP에 의해 결정될 수 있거나 운영자(operator) 또는 애플리케이션에 의해 설정될 수 있다. 이 파라미터들은 AP에 의해 STA에 브로드캐스팅 또는 유니캐스팅(uni-casting)될 수 있다. AP에 의해 파라미터들이 결정될 때, AP는 추정된 네트워크 상황 또는 조건에 따라 파라미터 t_n을 조정할 수 있으며, 비컨 프레임 또는 다른 정보 요소(information element, IE) 내에 연결 우선순위 클래스 각각에 대한 t_n을 브로드캐스팅할 수 있다. 그 후, STA는, 방식(100)과 같은, CSMA/CA 메커니즘에 기초하여 네트워크 연결 절차를 시작할 수 있다. 전술한 바와 같이, n > 1인 경우, 기간 [t_n-1, t_n] 동안에, 하나 이상의 클래스가 연결을 위해 경쟁할 수 있다. 다른 실시예에서, STA는 차별화된 연결 서비스를 더욱 향상시키기 위해, CSMA/CA 대신에, 상이한 임의의 프레임 간 간격(arbitrary inter-frame space, AIFS) 및 경쟁 윈도우(contention window, CW)를 가지는 강화된 분산 채널 액세스(enhanced distributed channel access, EDCA) 방식을 사용할 수 있다.
다른 실시예의 방법에서는, QoS 인식 네트워크 연결을 달성하기 위해 차별화된 백오프 윈도우를 사용한다. 구체적으로는, 각 클래스는 W_n으로 표시되는, 백오프 시간 윈도우와 연관된다. 예를 들어, n = 4인 연결 클래스의 경우 W_0 < W_1 < W_2 < W_3 이 되도록 4개의 백오프 시간 윈도우가 할당된다. 파라미터 W_n은 미리 정해진 시스템 파라미터일 수 있고, 또는 AP에 의해, 비컨 또는 기타 IE와 같은, 어떤 브로드캐스트 메시지를 통해 결정될 수 있다. 클래스 n의 STA는 윈도우 W_n, 예컨대 0≤ t_n≤W_n, 또는 t_n∈ [0, W_n] 로부터 시간 t_n을 무작위를 선택할 수 있다. 그러면, STA는 슬립 상태가 되어 t_n 후에 깨어난다. 이와 같이, 상이한 클래스들에 대한 통계적인 우선순위가 달성될 수 있다. 다시 말해, 우선순위가 높은 클래스일수록 다른 클래스보다 더 빨리 AP와 연결될 확률이 더 높다. 확률을 더욱 높이고 엄격한 우선순위 연결을 제공하기 위해, 상이한 무작위 윈도우 할당 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 클래스 n(n≥1)인 STA는 또한 n≥1인 경우 [W_n-1, W_n]로부터 t_n을 선택할 수 있고, 클래스 0인 STA는 n=0인 경우 [0, W_0]로부터 t_0을 선택할 수 있다. 이와 같이, 낮은 우선순위 클래스의 STA는 우선순위 클래스가 높은 STA 전에 전송할 가능성이 작다. 깨어난 후, STA는 CSMA/CA 또는 EDCA에 기초하여 네트워크 연결 절차를 개시할 수 있다.
WiFi 시스템에서, STA는 다양한 유형의 트래픽을 수행하는 데 사용될 수 있고, 트래픽 자체는 다양한 지연(대기시간, latency) 값을 용인할 수 있다. 따라서, 연결 우선순위, 예컨대, 상기한 본 실시예의 방법에서는, 애플리케이션 계층으로부터의 요청을 통해 또는 MAC 계층에서 버퍼링된 트래픽 유형의 검사를 통해 동적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 음성 트래픽 패킷이 (음성 통신을 위해) 버퍼링되어 있는 것을 MAC 계층이 검출하면, MAC 계층은 그에 따라 초기의 낮은 연결 우선순위(통상의 트래픽의 경우)를 더 높은 우선순위로 업그레이드할 수 있다. 마찬가지로, 낮은 우선순위의 트래픽이 검출되면, MAC 계층은 그에 따라 연결 우선순위를 낮출 수 있다.
다른 실시예에서, 연결 우선순위는 AP에 의해 제공된 정보에 기초하여 동적으로 변경된다. 트래픽의 변하는 본성을 고려하여, AP는 현재의 STA 우선순위와 새로 할당된 우선순위 사이의 재배치(re-map)를 송신함으로써 STA 연결 우선순위를 무효로 할 수 있다(override). AP는 연결을 위한 하나 이상의 클래스의 STA를 상이한 시각에 통지할 수 있다. 다른 실시예에서는, 우선순위의 의사 랜덤 변경이 사용되며, STA는 자신의 연결 우선순위를 바꾸기 위해 어떤 난수 생성기를 사용한다. 예를 들어, STA는 자신의 연결 우선순위를 결정하기 위해 난수를 생성하거나, 난수를 생성하고 그 수를 임계값(예컨대, 운영자 또는 AP에 의해 제공됨)과 비교하여 생성된 난수가 임계값보다 크면 연결 우선순위를 증가시키거나 감소시키도록 결정한다.
일 실시예의 시스템에서, 무선 네트워크는 동일 또는 상이한 채널에서 동작하는 복수의 AP를 포함하며, 각 AP는 다른 AP의 하나 이상의 상이한 연결 우선순위를 수락한다. 예를 들어, 제1 AP는 연결 우선순위 0과 1을 가지는 요청을 수락하고, 제2 AP는 연결 우선순위 2, 3, 4, 등을 가지는 기기의 요청만을 수락한다. 이 접근법은 대기시간/처리량과 같은 AP 특성과 들어오는 연결 요청 사이의 더 양호한 일치를 제공할 수 있다.
도 3은 각 WiFi 기기에 대한 연결 우선순위의 할당을 통한 QoS 기반 연결을 제공하는 일 실시예의 방법(300)을 나타낸다. 단계 310에서, 방법(300)은 전술한 바와 같이, 트래픽 유형, 기기 유형, 가입자 유형, 또는 난수 생성기에 따라 STA에 대한 연결 우선순위 클래스를 결정한다. 단계 320에서, 결정된 연결 우선순위 클래스에 대응하는 지속 시간 동안 슬립 상태가 된다. 예를 들어, STA는 클래스 n에 대해 할당된 최소 대기 지속기간 t_n 동안 또는 클래스 n에 대해 백오프 시간 윈도우로부터 무작위로 선택된 임의의 시간 t_n 동안 슬립 모드에 놓인다. 단계 330에서, 지속 시간이 종료될 때, 예컨대 CSMA/CA 또는 EDCE 절차를 사용하여, 공유 채널을 통한 STA와 AP의 연결을 시작한다.
도 4는 여러 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 처리 시스템(400)의 블록도이다. 특정 기기 또는 UE는 도시된 구성요소 전부 또는 구성요소 중 일부만을 이용할 수 있고, 통합의 수준은 기기에 따라 다를 수 있다. 또한, 또한, 기기는, 다수의 처리 유닛, 프로세서, 메모리, 송신기, 수신기 등의 구성 요소에 대한 다수의 인스턴스(instance)를 포함할 수 있다. 처리 시스템(400)은, 스피커, 마이크로폰, 마우스, 터치 스크린, 키패드, 키보드, 프린터, 디스플레이 등과 같은, 하나 이상의 입력/출력 장치를 구비한 처리 유닛(401)을 포함할 수 있다. 처리 유닛(401)은 중앙 처리 장치(CPU)(410), 메모리(420), 대용량 저장 장치(430), 비디오 어댑터(440), 및 버스에 연결된 I/O 인터페이스(460)를 포함할 수 있다. 버스는 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변 버스, 비디오 버스 등을 포함한 몇몇 버스 아키텍처 중 하나 이상의 임의의 유형일 수 있다.
CPU(410)는 임의의 유형의 전자 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(420)는 정적 랜덤 액세스 메모리(static random access memory, SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory, DRAM), 동기식 DRAM(synchronous DRAM, SDRAM), 판독 전용 메모리(read-only memory, ROM), 이들의 조합 등과 같은 임의의 유형의 시스템 메모리를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메모리(420)는 부팅 시에 사용하기 위한 ROM, 및 프로그램을 실행하는 동안에 사용하기 위한 프로그램 및 데이터의 저장을 위한 DRAM을 포함할 수 있다. 실시예에서, 메모리(420)는 비일시적(non-transitory)이다. 대용량 저장 장치(430)는 데이터, 프로그램, 및 다른 정보를 저장하고 버스를 통해 데이터, 프로그램, 및 다른 정보를 액세스할 수 있도록 구성된 임의의 유형의 저장 장치를 포함할 수 있다. 대용량 저장 장치(430)는, 예를 들어 하나 이상의 고체 상태 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 자기 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 등을 포함할 수 있다.
비디오 어댑터(440) 및 I/O 인터페이스(460)는 처리 유닛에 외부 입출력 기기를 결합(coupule)하기 위한 인터페이스를 제공한다. 도시된 바와 같이, 입출력 기기의 예는 비디오 어댑터(440)에 결합된 디스플레이(490) 및 I/O 인터페이스(460)에 결합된 마우스/키보드/프린터(470)의 임의 조합을 포함한다. 처리 유닛(401)에는 다른 기기들이 결합될 수 있으며, 추가적인 또는 더 적은 인터페이스 카드가 이용될 수 있다. 예를 들면, 직렬 인터페이스 카드(도시하지 않음)가 프린터에 대한 직렬 인터페이스를 제공하는데 사용될 수 있다.
처리 유닛(401)은 또한 하나 이상의 네트워크 인터페이스(450)를 포함할 수 있고, 이것은 노드 또는 하나 이상의 네트워크(480)에 액세스하기 위한, 이더넷 케이블 등과 같은, 유선 링크, 및/또는 무선 링크를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(450)는, 처리 유닛(401)이 네트워크(480)를 통해 원격 유닛과 통신할 수 있도록 해준다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(450)는 하나 이상의 송신기/송신 안테나 및 하나 이상의 수신기/수신 안테나를 통해 무선 통신을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 유닛(401)은 데이터 처리와, 다른 처리 유닛, 인터넷, 원격 저장 설비 등과 같은, 원격 기기와의 통신을 위해 근거리 통신망(local-area network) 또는 광역 통신망(wide-area network)에 결합된다.
이상에서는 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 이러한 설명은 한정적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 이상의 설명을 참조하면 본 발명의 다른 실시예뿐 아니라, 다양한 수정 및 예시적인 실시예의 조합이 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 모든 그러한 수정 또는 실시예를 포괄하도록 의도된다.

Claims (26)

  1. WiFi 네트워크에서 차별화된 연결(differentiated association)을 제공하는 방법으로서,
    액세스 포인트(access point, AP)가 상기 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 복수의 스테이션(station, STA)에 상이한 연결 우선순위 클래스(association priority class)를 할당하는 단계; 및
    상기 AP가 상기 상이한 연결 우선순위 클래스에 따라 상기 STA에 상이한 시간 간격(time interval)을 할당하는 단계
    를 포함하고,
    연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 상기 AP와의 연결을 시작하기 전의 대기 시간이 더 짧고,
    상기 시간 간격은 상기 STA가 상기 AP와의 연결을 진행 또는 시도하기 위한 지속기간(duration)을 나타내며, 할당된 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 더 짧은 시간 간격을 가지는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 우선순위 클래스는,
    상기 AP 또는 상기 WiFi 네트워크에 의해 할당되어 상기 STA에 시그널링되거나(signaled);
    상기 STA에 의해 할당되어 상기 AP 또는 상기 WiFi 네트워크에 표시되는(indicated), 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결 우선순위 클래스는,
    각각의 STA에서 수행되는 트래픽 유형 또는 최고 우선순위 애플케이션에 따라 상기 STA에 대해 결정되거나;
    STA 유형 또는 가입자의 우선순위에 따라 상기 STA에 대해 결정되거나;
    난수 생성기(random number generator)에 의해 결정되거나;
    트래픽 유형, STA 유형 또는 가입자의 우선순위와, 생성된 난수의 가중치 부여된 합에 따라, 상기 STA에 대해 결정되는, 방법.
  4. WiFi 네트워크에서 차별화된 연결(differentiated association)을 제공하는 방법으로서,
    스테이션(station, STA)에서, 상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스를 결정하는 단계 - 상기 STA는 상기 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 복수의 STA 중 하나의 STA이고, 상기 STA는 액세스 포인트(AP)에 의해 상이한 연결 우선순위 클래스(association priority class)에 할당되며, 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 상기 AP와의 연결을 시작하기 전의 대기 시간이 더 짧음 - ;
    결정된 연결 우선순위 클래스에 대응하는 지속 시간 동안 슬립 모드(slip mode)로 진입하는 단계 - 상기 상이한 연결 우선순위 클래스에 따라, 상기 AP에 의해 상기 STA에 상이한 시간 간격이 할당되고, 상기 시간 간격은 상기 STA가 상기 AP와의 연결을 진행 또는 시도하기 위한 지속기간을 나타내며, 할당된 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 더 짧은 시간 간격을 가지고, 상기 지속 시간은 상기 결정된 연결 우선순위 클래스에 따라 상기 STA에 할당되는 시간 간격임 - ; 및
    상기 지속 시간이 종료된 후, 상기 STA와 상기 WiFi 네트워크의 액세스 포인트(AP) 사이에 연결 절차를 시작하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    미디어 액세스 제어(media access control, MAC) 계층에서, 상기 STA의 버퍼 내의 트래픽 유형의 변경을 검출하는 단계; 및
    상기 트래픽 유형의 변경에 따라 상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스의 변경을 개시하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    액세스 포인트(AP)로부터, 트래픽의 변경에 따라 상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스의 변경을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. WiFi 네트워크에서 차별화된 연결을 지원하도록 구성된 액세스 포인트(AP)로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 의한 실행을 위해 프로그래밍을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 포함하고,
    상기 프로그래밍은,
    상기 WiFi 네트워크의 채널을 공유하는 복수의 스테이션(station, STA)에 상이한 연결 우선순위 클래스를 할당하기 위한 명령어; 및
    상기 상이한 연결 우선순위 클래스에 따라 상기 STA에 상이한 시간 간격을 할당하기 위한 명령어
    를 포함하고,
    연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 액세스 포인트(AP)와의 연결을 시도하기 전의 대기 시간이 더 짧고,
    상기 시간 간격은 상기 STA가 상기 AP와의 연결을 진행 또는 시도하기 위한 지속기간을 나타내며, 할당된 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 더 짧은 시간 간격을 가지는,
    액세스 포인트(AP).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결 우선순위 클래스는,
    각각의 STA에서 수행되는 트래픽 유형 또는 최고 우선순위 애플케이션에 따라 상기 STA에 대해 결정되거나;
    STA 유형 또는 가입자의 우선순위에 따라 상기 STA에 대해 결정되거나;
    난수 생성기(random number generator)에 의해 결정되거나;
    트래픽 유형, STA 유형 또는 가입자의 우선순위와, 생성된 난수의 가중치 부여된 합에 따라, 상기 STA에 대해 결정되는, 액세스 포인트(AP)
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로그래밍은, 트래픽 또는 네트워크 상황에 따라 상기 STA에 할당된 우선순위 클래스를 변경하기 위한 명령어를 더 포함하는, 액세스 포인트(AP).
  10. WiFi 시스템에서 차별화된 연결을 지원하도록 구성된 스테이션(STA)으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 의한 실행을 위해 프로그래밍을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체
    를 포함하고,
    상기 프로그래밍은,
    상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스를 결정하기 위한 명령어 - 상기 STA는 상기 WiFi 시스템의 채널을 공유하는 복수의 스테이션(STAs) 중의 하나의 스테이션이고, 상기 복수의 스테이션은 액세스 포인트(AP)에 의해 상이한 연결 우선순위 클래스에 할당되며, 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 공유 채널을 통해 상기 AP와의 연결을 시작하기 전에 더 짧은 시간을 대기함 - ; 및
    상기 STA에 할당된 연결 우선순위 클래스에 대응하는 지속 시간 동안 슬립 모드로 진입하기 위한 명령어 - 상기 상이한 연결 우선순위 클래스에 따라 상기 AP에 의해 상기 STA에 상이한 시간 간격이 할당되고, 상기 시간 간격은 상기 STA가 상기 AP와의 연결을 진행 또는 시도하기 위한 지속기간을 나타내며, 할당된 연결 우선순위 클래스가 높은 STA일수록 더 짧은 시간 간격을 가지고, 상기 지속 시간은 상기 결정된 연결 우선순위 클래스에 따라 상기 STA에 할당되는 시간 간격임 -; 및
    상기 지속 시간이 종료된 후 상기 STA와 상기 WiFi 시스템의 AP 사이의 연결 절차를 시작하기 위한 명령어를 포함하는,
    스테이션(STA).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로그래밍은,
    미디어 액세스 제어(media access control, MAC) 계층에서, 상기 STA의 버퍼 내의 트래픽 유형의 변경을 검출하기 위한 명령어; 및
    상기 트래픽 유형의 변경에 따라 상기 STA에 대한 연결 우선순위 클래스의 변경을 개시하기 위한 명령어를 더 포함하는, 스테이션(STA).
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