KR20130125276A - Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｏｂｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ를 이용한 효율적인 스캐닝 방법 - Google Patents

Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｏｂｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ를 이용한 효율적인 스캐닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선랜 환경에서 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며 active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법에 대한 것이다.

Description

Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｏｂｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ를 이용한 효율적인 스캐닝 방법{.}
본 발명은 무선랜 환경에서 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며 active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법에 대한 것이다.
802.11 무선랜에서의 스캐닝 방법은 passive scanning과 active scanning 두가지가 있다. Passive scanning에서는, STA이 wireless medium의 각 채널을 하나씩 순차적으로 listen하면서 beacon frame이 오기를 기다려 beacon으로부터 AP에 대한 정보를 얻는 방법이며, 각 채널마다 beacon이 올 때까지 기다려야 하기 때문에 active scanning보다 AP 발견을 위한 delay가 길다.
Active scanning에서는 STA이 각 채널에 Probe Request frame을 보내며, 원하는 AP를 발견하기까지의 시간은 passive scanning 보다 빠르지만 scanning시 많은 Probe Response frame이 전송되는 오버헤드가 있다. 특히 802.11ah의 경우는 data 전송 속도가 느리기 때문에 active scanning에서의 Probe Response 전송으로 인한 오버헤드가 더욱 문제가 된다.
본 발명의 목적은 무선랜 환경에서 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며 active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법에 대한 것이다.
Active scanning에서는 STA이 각 채널에 Probe Request frame을 보내며, 원하는 AP를 발견하기까지의 시간은 passive scanning 보다 빠르지만 scanning시 많은 Probe Response frame이 전송되는 오버헤드가 있다. 특히 802.11h의 경우는 data 전송 속도가 느리기 때문에 active scanning에서의 Probe Response 전송으로 인한 오버헤드가 더욱 문제가 된다.
본 발명의 목적은 무선랜 환경에서 association을 위해 필요한 최소한의 정보만을 포함하는 short probe response frame을 이용하여 active scanning을 수행함으로써 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며, active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 Short Probe Response를 이용한 효율적인 스캐닝 방법이 제공된다.
Active scanning에서는 STA이 각 채널에 Probe Request frame을 보내며, 원하는 AP를 발견하기까지의 시간은 passive scanning 보다 빠르지만 scanning시 많은 Probe Response frame이 전송되는 오버헤드가 있다. 특히 802.11h의 경우는 data 전송 속도가 느리기 때문에 active scanning에서의 Probe Response 전송으로 인한 오버헤드가 더욱 문제가 된다.
본 발명은 이러한 무선랜 환경에서 association을 위해 필요한 최소한의 정보만을 포함하는 short probe response frame을 이용하여 active scanning을 수행함으로써 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며, active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법을 제공한다. 또한 Full Beacon이 사용되지 않거나 자주 날아오지 않는 BSS에서 full beacon을 듣지 않고 해당 BSS의 특정한 정보를 Short Probe request/response로 획득하거나, full beacon을 듣지 않고 active scanning으로 신규 BSS에 association 하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은 무선랜 환경에서 association을 위해 필요한 최소한의 정보만을 포함하는 short probe response frame을 이용하여 active scanning을 수행함으로써 passive scanning 보다 빠른 속도를 제공하며, active scanning 시의 오버헤드를 줄인 효율적인 스캐닝 방법에 대한 것이다.
802.11 무선랜에서의 스캐닝 방법은 passive scanning과 active scanning 두가지가 있다. Passive scanning에서는, STA이 wireless medium의 각 채널을 하나씩 순차적으로 listen하면서 beacon frame이 오기를 기다려 beacon으로부터 AP에 대한 정보를 얻는 방법이며, 각 채널마다 beacon이 올 때까지 기다려야 하기 때문에 active scanning보다 AP 발견을 위한 delay가 길다.
Active scanning에서는 STA이 각 채널에 Probe Request frame을 보내며, 원하는 AP를 발견하기까지의 시간은 passive scanning 보다 빠르지만 scanning시 많은 Probe Response frame이 전송되는 오버헤드가 있다. 특히 802.11h의 경우는 data 전송 속도가 느리기 때문에 active scanning에서의 Probe Response 전송으로 인한 오버헤드가 더욱 문제가 된다.
11ah에서는 기존의 무선랜 비콘의 크기를 줄인 short beacon을 도입하였으며, short beacon에서는 기존 beacon의 SSID 길이를 줄인 Compressed SSID를 사용한다.기존 비콘과 동일한 정보 (full SSID 포함)를 포함하는 full SSID는 자주 전송되지 않으며, 일반적으로는 short beacon이 주기적으로 자주 전송된다.
(그림 0)는 11ah의 Short Beacon format을 나타낸 그림이다.
Figure pat00001
[그림 0] 802.11ah의 short beacon format
Compressed SSID는 Full SSID의 CRC 값이며, CRC만을 포함함으로써 비콘 크기는 줄어들었으나, association을 수행하기 위해서는 short beacon에 있는 정보만으로는 부족하다. 즉 STA이 AP에 association하기 위해서는 short beacon에 있는 정보만으로는 부족하며 Full SSID를 비롯한 BSS에 대한 추가적인 정보가 필요하기 때문에 Full Beacon이 오기까지 기다려야 하며, 이로 인해 short beacon을 사용할 경우 기존보다 scanning 시작 시점으로부터 association이 이루어지기 까지의 시간이 길어지게 된다. BSS에 대한 사전 정보 (full SSID 등)를 미리 STA이 가지고 있는 경우 Compressed SSID만 가지고도 AP의 full SSID가 무엇인지 알 수 있어 이 경우는 short beacon만 가지고도 association을 할 수도 있으나, 일반적으로 STA이 BSS에 처음 진입시에는 full SSID등 해당 AP에 대한 정보를 모르고 있는 경우가 많기 때문에 Full Beacon까지 기다려야 한다.
(그림 1)은 이러한 11ah에서의 short beacon을 이용한 passive scanning 방법의 문제점을 나타낸 것이다.
Figure pat00002
[그림 1] 11ah에서의 short beacon을 이용한 passive scanning
STA이 passive scanning을 시작한 이후, short beacon만을 보고는 full SSID 등의 정보가 부족하여 바로 association을 하지 못하고, Full Beacon까지 기다려 추가 정보를 받아 association을 수행한다.
(그림 2)는 802.11ah를 비롯한 일반적인 802.11에서의 active scanning 방법을 나타낸 그림이다.
Figure pat00003
[그림 2] 802.11에서의 active scanning 방법
STA이 active scanning 시작시 Probe Request frame을 전송하며, 각 AP 들로부터 Probe Response frame을 받는다. Probe Response는 Probe Request 직후 바로 수신되며, AP에 대한 모든 정보가 포함되어 있어 이 정보를 바탕으로 바로 AP에 association이 가능하여 scanning 시간이 짧다. 하지만 Probe Request를 받은 많은 AP가 Probe Response frame을 보내기 때문에 Probe Response flooding 문제가 발생하며, Probe Response frame의 크기가 크기 때문에 전송 속도가 느린 11ah에서는 더욱 심각한 문제가 된다.
(그림 3)은 본 발명에서 제안하는 Short Probe Response frame을 이용한 active scanning 방법을 나타낸 그림이다.
Figure pat00004
[그림 3] 본 발명에서 제안하는 Short Probe Response를 이용한 active scanning 방법
기존의 Probe Response frame (이하 Probe Response frame 혹은 Full Response frame이라 칭함)에서 STA이 AP에 association하기 위해 필요한 최소한의 정보만을 포함하도록 최적화한 Probe Response frame이 사용된다.
STA이 active scanning을 시작하면서 Probe Request frame을 전송하면, 각 AP는 즉시 해당 STA이 association을 하기 위해 꼭 필요한 최소한의 정보만을 포함한 Short Probe Response frame을 전송한다. 이를 이용해 STA은 바로 AP에 association 할 수 있다.
즉, 기존의 short beacon을 이용하는 방법은 그림에서 다음 Full Beacon 직후에 association을 할 수 있고, 기존의 active scanning 방법에서는 Probe Request frame을 보낸 직후 Probe Response frame을 받아 바로 association 할 수 있으나 Probe Response 크기가 크다는 오버헤드가 존재하였다.
하지만 본 발명에서는 short beacon을 이용한 passive scanning보다 빠르면서 기존 active scanning 보다 작은 short probe response frame을 사용한 active scanning을 사용하여 빠르고 오버헤드 적은 스캐닝을 수행할 수 있다.
STA은 Probe Request 전송시 자신에게 꼭 필요한 정보를 Probe Request에 표시할 수 있으며, AP는 STA이 선택한 association에 필요한 정보를 포함한 Short Probe Response frame을 보낼 수 있다. 즉, AP가 STA이 필요로 하는 정보를 잘 모를 수 있으며, STA이 Probe Request에 자신이 필요한 정보를 indication 하여 AP에 알림으로써, AP는 이러한 STA이 필요로 하는 최소한의 정보만을 포함하는 Short Probe Response frame을 보낼 수 있고, STA은 자신이 필요로 하는 정보가 Short Probe Response frame에 포함되어 있기 때문에 이를 바탕으로 association을 수행할 수 있다.
AP는 Short Probe Response에 다음 full beacon까지의 duration을 포함하여 전송할 수 있으며, STA은 이를 보고 다음 full beacon이 오는 시점을 알 수 있다.
일반적으로 STA은 short Probe Response frame에 자신이 association에 필요한 정보가 모두 포함되어 있어 이것만 있어도 association이 가능하나,만약 BSS에 추가적인 정보가 필요할 경우, short probe response에 포함되어 있는 다음 full beacon까지의 duration 정보를 이용해 다음 full beacon이 올 때 추가적인 정보를 받을 수 있다. 이때 다음 full beacon이 전송되는 시점을 정확히 알기 때문에 다음 full beacon을 기다리는 동안 power save 상태에 들어가 전력 소모를 줄일 수도 있다.
또한 sensor node 들로 구성된 sensor BSS 등 특수한 노드들로 구성된 BSS에서는 비콘 전송 오버헤드를 줄이기 위해 Full Beacon을 아주 가끔 전송하거나 아예 전송하지 않을 수 있으며, Short Probe Response frame은 이러한 환경에서 short beacon으로 받을 수 없는 추가적인 BSS 정보를 획득하기 위해서도 사용될 수 있다.
즉, short beacon만 가지고는 정보가 부족하여 association을 수행할 수 없는 경우, probe request를 하면서 STA이 필요한 정보를 요청하여 이를 short probe response로 받아볼 수 있으며, 또한 association 된 이후라도 BSS 내의 정보가 변화되었을 경우, short beacon에서는 BSS 정보가 변화되었다는 것만 알려주고, 실제로 변화된 정보는 STA이 probe request에 필요한 정보를 명시하여 probe request를 전송하고, AP로부터 변화된 정보 등 꼭 필요한 BSS 정보 만을 포함한 Short Probe Response frame을 받아 full beacon이 거의 사용되지 않는 환경에서 full probe response를 사용하지 않고 최소한의 트래픽으로 BSS에 대한 정보를 획득할 수 있다.
또한 본 발명에서 제안하는 short probe response frame의 optional fields 혹은 Optional IE field에는 기존의 full Probe Response frame에 들어가는 모든 optional 한 정보가 들어갈 수 있기 때문에 기존 full Response frame도 본 발명에서 제안하는 short Probe Response frame format을 이용하여 동일한 정보를 포함할 수 있으며, 따라서 본 발명에서 제안하는 short Probe Response frame은 기존의 full Response frame 의 기능까지 모두 포함할 수 있다.
I. Short Probe Response의 format
Short Probe Response frame은 Frame Control Field, Source address, Destination address, Timestamp, 축약된 형태의 SSID (Compressed SSI) 혹은 기존의 full SSID 둘 중 하나 및 옵션으로 다음 Full Beacon 까지의 duration, 그리고 기타 기존 Probe Response에 들어가는 Capability information, Beacon Interval, Supported rates, Country element, Power Constraint, RSN IE, Interworking element, Roaming Consortium element, Mesh 관련 정보 등등의 옵셔널한 정보를 넣을 수 있다 . Short Probe Response frame의 Other optional field 및 Optional IE에는 기존 full Probe Response에 포함될 수 있는 모든 정보들을 선택적으로 포함시킬 수 있다. 만약 기존 full Probe Response에 포함될 수 있는 모든 정보를 short Probe Response의 Optional field, Optional IE field에 넣는다면 short probe response는 기존의 full response frame이 제공하는 모든 정보를 제공할 수 있다.
[그림 4]는 본 발명에서 제안하는 Short Probe Response의 format의 예를 나타낸 것이다. 본 발명에서 제시하는 format에서의 각 필드의 순서는 바뀔 수 있으며, 각 필드의 길이, 세부 구성 및 이름 등은 본 발명에서 제시하는 내용을 설명하기 위해 예로 제시된 것이다. 또한 세부 필드는 본 발명의 적용 방법에 따라 더 추가되거나 빠질 수도 있다.
Figure pat00005
[그림 4] Short Probe Response의 format 구성 예 (broadcast 전송)
Figure pat00006
[그림 4-1] Short Probe Response의 format 또다른 구성 예 : DA 추가 (unicast 전송)
Figure pat00007
[그림 4-2] Short Probe Response의 format 또다른 구성 예 : SSID Length 추가
Figure pat00008
[그림 4-3] Short Probe Response의 format 또다른 구성 예 :Beacon Interval, Capability, Supported rates 추가
[그림 4]에서 FC는 Frame Control Field로, Short Probe Response frame에 들어가는 각 필드에 대한 정보를 나타내며, 각 필드의 존재 여부, full SSID가 사용되었는지 compressed SSID 가 사용되었는지의 여부 및 기타 BSS Bandwidth, optional field 의 존재 여부를 나타내는 역할을 한다.
FC 포맷의 한 실시예는 [그림 5]와 같다. 각 필드의 순서는 서로 바뀔 수 있으며, 세부 필드 이름, 길이 등은 본 발명에서 제시하는 내용을 설명하기 위해 예로 제시된 것이다. 또한 세부 필드는 본 발명의 적용 방법에 따라 더 추가되거나 빠질 수도 있다.
Figure pat00009
[그림 5] Short Probe Response의 Frame Control Field 구성 예
Frame Control field는 맥 프로토콜 버전, 프레임 타입 정보 (Type, Subtype 등), 다음 Full Beacon까지의 Duration 정보가 Short Probe Response에 포함되어 있는 지의 여부, Short Probe Response에 Full SSID가 포함되어 있는지 Compressed SSID가 포함되어 있는 지의 여부, optional하게 Short Probe Response에 AP의 Capability 정보가 포함되어 있는 지의 여부, BSS의 Bandwidth, 보안 적용 여부 등을 나타낼 수 있다. Compressed SSID는 Full SSID를 축약한 형태의 SSID로, 예를 들어 Full SSID의 CRC나 해쉬 값이 쓰일 수 있다.
이외의 정보를 필요에 따라 더 추가할 수도 있으며, 또한 본 발명의 다양한 구성에 따라 각 필드의 순서가 바뀌거나 일부 필드가 빠질 수도 있다.
다음 Full Beacon까지의 Duration 정보가 Short Probe Response에 포함되어 있는 지의 여부, Short Probe Response에 Full SSID가 포함되어 있는지 Compressed SSID가 포함되어 있는 지의 여부 등은 Short Probe Response frame을 받았을 때 frame의 각 필드를 쉽게 디코딩 할 수 있게 하기 위해 넣는 것으로, 만약에 Short Probe Response에 해당 필드가 포함되어 있을 경우, 해당 필드 값의 존재 여부를 알리고, Full SSID 혹은 Short SSID 둘 중 어느 것이 사용되었는지 STA이 쉽게 알 수 있도록 하기 위해 사용된다.
Reserved bit에는 향후 추가적인 정보를 넣을 수 있다. 예를 들어, STA이 해당 short Probe response가 unicast인지 broadcast인지를 DA 필드의 존재를 확인하기 전에 수신 STA이 미리 알 수 있도록 unicast/broadcast 여부를 나타내는 데 사용될 수도 있다.
(예를 들어, broadcast bit = 1이면 broadcast, 아니면 unicast probe response)
혹은 retry bit으로 사용하여 short probe response를 unicast 로 전송시에 해당 short probe response frame이 duplicated frame인지를 명시적으로 나타내도록 할 수 도 있다.
혹은 해당 short Probe response frame이 사용자의 요청에 따라 정보를 선택적으로 포함한 short probe response 인지, 아니면 full response frame의 모든 정보를 담고 있는 short Probe response frame format을 사용한 full response인지도 나타낼 수 있다.
혹은 reserved field에 Interworking 정보가 short Probe response에 포함되는지의 여부도 나타낼 수도 있다.
[그림 4]의 Short Probe Response format도 Short Probe Response format의 구성 예를 나타낸 것으로, 이외의 정보를 필요에 따라 더 추가할 수도 있으며, 또한 본 발명의 다양한 구성에 따라 각 필드의 순서가 바뀌거나 일부 필드가 빠질 수도 있다.
[그림 4]와 [그림 4-1]의 차이는 DA의 존재 유무이다. [그림 4]는 DA 필드가 빠진 경우이며, Short Probe Response를 broadcast 형태로 보낼 경우, 그림처럼 DA 필드를 넣지 않고 보낸다. [그림 4-1]의 경우는 DA 필드가 들어간 경우이며, short probe response를 unicast 형태로 보낼 경우 수신자의 주소를 DA 필드에 넣어 전송한다.
DA의 수신자 주소는 수신자의 맥 어드레스를 사용해도 되고, 프레임 크기를 줄이기 위해 이 보다 더 짧은 형식의 식별자를 사용할 수도 있다. 예를 들어, Probe response 응답이 오도록 한 Probe request frame의 FCS, scrambler seed 혹은 그 밖의 정보를 조합하여 맥 어드레스 보다 더 짧은 식별자를 만들어 수신자를 지정해도 된다.
[그림 4] 처럼 Short Probe Response를 broadcast 형태로 보낼 경우, 수신 STA으로부터 ACK을 받을 필요가 없으며, Probe Request를 전송한 STA이외에 그 주위의 STA들도 Short Probe Response 정보를 수신하여 이를 활용하고 여기에 자신이 필요한 충분한 정보가 포함되어 있는 경우 따로 Probe Request를 할 필요가 없기 때문에 network traffic을 감소시킬 수 있다. 하지만 이 경우는 unicast로 Probe Response를 전송하는 경우에 비해 Probe Response 전송 속도가 느리고, ack을 받지 않기 때문에 전송 reliability가 떨어진다. [그림 4-1]처럼 unicast로 전송할 경우 특정 STA만 Probe Response를 받아볼 수 있으며, Probe Response 전송 속도가 빠르고 ack이 전송되기 때문에 reliability가 높다
AP는 network 상황을 고려하여 traffic이 많고 scanning을 시도하는 STA이 많은 경우, short Probe response를 broadcast로 보내어 하나의 short Probe Response를 여러 STA이 공동으로 수신할 수 있도록 하여 traffic이 많은 상황에서도 효율적으로 short probe response를 보낼 수 있다.
Short Probe Response frame은 Frame Control Field, Source address, Short Probe Response 전송시의 시간을 나타내는 timestamp, Compressed SSID 혹은 Full SSID, 다음 비콘까지의 Duration, 기타 다른 옵션 정보나 optional한 Information element를 포함할 수 있다.
Timestamp가 포함되어 있는 경우, STA은 timestamp 정보를 시간 동기화를 위해 사용할 수 있다. SSID는 기존의 Full SSID나 Compressed SSID 둘 중 하나가 포함될 수 있다. STA은 Probe Request를 보낼 때 Full SSID를 받을 지 Compressed SSID를 받을 지를 Probe Request frame 내에 표시할 수 있다. Compressed SSID는 Full SSID를 축약한 형태의 SSID로, 예를 들어 Full SSID의 CRC나 해쉬 값이 쓰일 수 있다. 만약 STA이 해당 BSS에 대한 사전 정보가 있고 Full SSID를 미리 알 경우, Compressed SSID만 있어도 association이 가능하기 때문에 Short Probe Response frame의 size를 더욱 줄이기 위해 Compressed SSID를 전송하도록 Probe Request에 indication 할 수 있다. 만약 STA이 사전 정보가 없을 경우 Full SSID를 요청한다.
AP는 Short Probe Response에 다음 full beacon까지의 duration을 포함하여 전송할 수 있다. 이 정보는 STA이 명시적으로 short probe response에 포함되도록 요청한 경우만 AP가 포함하도록 할 수도 있고, 또다른 예로는 AP가 디폴트로 이 정보를 short Probe response에 포함시키도록 할 수도 있다. STA은 다음 full beacon까지의 duration 정보를 보고 다음 full beacon이 오는 시점을 알 수 있다.
일반적으로 STA은 short Probe Response frame에 자신이 association에 필요한 정보가 모두 포함되어 있어 이것만 있어도 association이 가능하나, 만약 BSS에 추가적인 정보가 필요할 경우, short probe response에 포함되어 있는 다음 full beacon까지의 duration 정보를 이용해 다음 full beacon이 올 때 추가적인 정보를 받을 수 있다. 이때 다음 full beacon이 전송되는 시점을 정확히 알기 때문에 다음 full beacon을 기다리는 동안 power save 상태에 들어가 전력 소모를 줄일 수도 있다.
또한 sensor node 들로 구성된 sensor BSS 등 특수한 노드들로 구성된 BSS에서는 비콘 전송 오버헤드를 줄이기 위해 Full Beacon을 아주 가끔 전송하거나 아예 전송하지 않을 수 있으며, Short Probe Response frame은 이러한 환경에서 short beacon으로 받을 수 없는 추가적인 BSS 정보를 획득하기 위해서도 사용될 수 있다.
즉, short beacon만 가지고는 정보가 부족하여 association을 수행할 수 없는 경우, probe request를 하면서 STA이 필요한 정보를 요청하여 이를 short probe response로 받아볼 수 있으며, 또한 association 된 이후라도 BSS 내의 정보가 변화되었을 경우, short beacon에서는 BSS 정보가 변화되었다는 것만 알려주고, 실제로 변화된 정보는 STA이 probe request에 필요한 정보를 명시하여 probe request를 전송하고, AP로부터 변화된 정보 등 꼭 필요한 BSS 정보 만을 포함한 Short Probe Response frame을 받아 full beacon이 거의 사용되지 않는 환경에서 full probe response를 사용하지 않고 최소한의 트래픽으로 BSS에 대한 정보를 획득할 수 있다.
이밖에 추가적인 정보를 Short Probe Response의 optional sub field 혹은 optional Information Element 형태로 포함시킬 수 있다. 예를 들어, Beacon Interval, Supported rates, AP의 능력을 나타내는 Capability Information field, Power 및 regulation 관련 정보를 포함하는 Country IE, Power Constraint IE, 보안 관련 정보를 나타내는 RSN IE, 로밍 및 외부 네트워크와의 연동에 필요한 정보를 포함하는 Interworking IE, Roaming Consortium IE, Mesh 관련 정보를 포함하는 Mesh IE, BSS 정보를 알리기 위한 Channel Switch Announcement element, Quiet element, Extended supported rate, EDCA Parameter Set, AP Channel Report 기타 11ah 관련 capability를 나타내는 IE를 포함시킬 수 있다. 이밖에 802.11에서 정의되어 있는 다양한 field, Information Element도 STA이 포함할 것을 요청하면 AP가 Probe Response에 선택적으로 포함시킬 수 있다.
이들 정보를 Probe Response에 포함시킬지의 여부는 기본적으로 STA이 Probe Request에 이를 요청할 경우에 따라 결정된다. 본 발명의 또다른 방법으로는 이들 정보중 AP가 판단하기에 STA에 꼭 필요하다고 생각되면 STA이 명시적으로 요청하지 않더라도 AP가 Probe Response에 포함시킬 수 있다. 예를 들어, AP의 운용 상황을 알리기 위한 정보 (BSS Load, BSS Average access delay, BSS AC access delay 등)를 STA이 명시적으로 요청하지 않더라도 이를 Probe Response에 포함시켜 보낼 수 있다. 본 발명의 또다른 방법으로는 Short Probe Response에 포함되는 모든 정보를 반드시 STA이 요청하는 경우에만 포함하도록 할 수 있다. 이 경우 Probe Response frame에 들어가는 정보를 최소화하여 frame size를 최소화 하는 효과가 있으며, STA이 short beacon frame을 받은 이후, 혹은 association 하고 나서 BSS에 대한 추가 정보가 필요한 경우, 꼭 필요한 추가 정보만 선택적으로 AP에 요청하여 받아오는데 효율적이다.
[그림 4-2]는 Short Probe Response의 format 또다른 구성 예로 SSID Length를 추가한 경우이다. Full SSID의 경우 실제로 SSID를 최대 길이만큼 사용하는 경우가 드물기 때문에, SSID length field를 추가하여 SSID 길이를 나타내고, SSID field는 실제 사용된 SSID 길이만큼만 사용하여 frame 길이를 줄일 수 있다. Compressed SSID가 사용될 경우는 reserved value를 채워 넣는다.
이와 같이 short Probe Response frame 포맷을 정할 경우 short beacon frame format과 유사하여 구현이 용이해 진다는 장점이 있따.
이 역시 DA field를 넣느냐 마느냐에 따라 broadcast, unicast 모두 적용 가능한다.
[그림 4-3]은 Short Probe Response의 format 또다른 구성 예 :Beacon Interval, Capability, Supported rates 추가한 예이다.
위의 Short Probe Response의 예에서, Short Beacon frame 과 같은 형태로 Short Probe Response에eh Access Network Options 를 포함하고, FC에 이의 존재를 알리는 Interworking bit을 둘 수도 있다.
II. Short Probe Response에 들어갈 정보를 STA이 지정하는 방법
AP가 Short Probe Response에 포함시킬 정보를 STA이 명시적으로 Probe Request를 통해 AP에 알릴 수 있다. 이를 위해 Probe Response Option에 대한 정보를 STA이 Probe Request에 포함시켜 전송한다. [그림 5]는 STA이 Probe Response option을 Probe Request에 포함시키는 방법의 예를 나타낸 것이다.
Figure pat00010
[그림 5] Probe Response option을 Probe Request에 포함시켜 AP에 전달하는 방법
이때 Probe Response Option 필드를 sub field 형태로 Probe Request에 집어 넣지 않고 [그림 6]과 같이 Element ID, Length 필드를 추가하여 Information Element 형태로 만들어 Probe Request에 포함시킬 수도 있다. 이 경우 해당 필드에 대한 decoding이 용이해지고 Probe Request frame을 쉽게 확장할 수 있다.
Figure pat00011
[그림 6] Probe Response option Field를 Information Element로 정의하여 Probe Request에 포함시키는 방법
STA은 Probe Response option field에 자신이 필요로 하는 정보를 명시한다. AP는 Probe Request를 통해 전달된 Probe Response option field에 요청된 정보를 Short Probe Response에 포함시켜 STA에 전송한다.
STA은 Probe Response Option field에 Full SSID 혹은 축약된 형태인 compressed SSID를 사용할 지의 여부, Beacon Interval, Supported rates 등을 포함시킬 지의 여부, AP의 능력을 나타내는 Capability Information을 포함시킬 지의 여부, Power 및 regulation 관련 정보를 포함하는 Country IE, Power Constraint IE 등을 포함시킬 지의 여부, 보안 관련 정보를 나타내는 RSN IE 등을 포함시킬 지의 여부, 로밍 및 외부 네트워크와의 연동에 필요한 정보를 포함하는 Interworking IE, Roaming Consortium IE 등을 포함시킬지의 여부, Mesh 관련 정보를 포함하는 Mesh IE 등을 포함시킬지의 여부, 기타 11ah 관련 capability를 나타내는 IE를 포함시킬 지의 여부, BSS 정보 와 관련된 Channel Switch Announcement element, Quiet element, Extended supported rate, EDCA Parameter Set, AP Channel Report 등을 포함시킬지의 여부 등을 indicate 할 수 있다. (기존 Probe Response frame에 포함되는 모든 정보들을 선택적으로 포함가능) 이밖에 802.11에서 정의되어 있는 다양한 field, Information Element도 STA이 포함할 것을 Probe Response Option field를 통해 요청하면 AP가 Probe Response에 포함시킬 수 있다.
기존의 802.11 규격에서는 Probe Response에 포함될 optional 한 정보를 지정할 경우에는 해당 element의 element ID를 모두 나열하며 , 이는 frame size를 길어지게 한다. (각 element ID는 1 octet을 차지). 본 발명에서는 bitmap 방식으로 각 정보에 1 bit을 할당하여 probe response element에 포함되는 정보 선택시 probe request size 증가를 최소화한다.
추가로 다음 Full beacon까지의 duration을 Probe Response에 포함시킬 지의 여부도 Probe Response Option field에 표시할 수 있다.
[그림 7]은 본 발명에 따른 Probe Response Option field의 구성 예를 나타낸 그림이다.
각 필드의 구성 순서는 바뀔 수도 있으며, 세부 필드를 필요에 따라 추가 혹은 생략하여 구성할 수도 있다. 각 서브 필드의 길이, 전체 필드의 길이도 필요에 따라 늘이거나 줄일 수 있다.
Figure pat00012
[그림 7] Probe Response Option field의 구성 예 (option 1)
AP에게 Short Probe Response를 사용할지, Full Response를 사용할 지의 여부를 알리는 방법의 예로는 다음과 같은 방법이 가능하다.
. Probe Response Option field에 Use Short Probe Response를 나타내는 1 bit을 두어 알리는 방법: 값을 0 or 1로 설정함에 따라 Full Probe Response, Short Probe Response 사용을 알림 -> 이 경우 Use Short Probe Response가 1로 설정되어 Short Probe Response 응답이 요청되었으나, 다른 option 요구 필드가 모두 0이면, AP는 FC, SA, Timestamp, Compressed SSID, Duration to Next Full Beacon 등 최소 정보만 포함하는 Short Probe Response (이하 Default Probe Response라 칭함)로 응답함
. 위의 Probe Response Option field가 Probe Request에 포함되어 있으면 Short Probe Response로 응답하고, 포함되어 있지 않으면 Full Probe Response로 응답하는 방법 -> 이 경우도 Probe Response Option field가 Probe Request에 포함되어 있어 Short Probe Response 응답이 요청되었으나, 다른 option 요구 필드가 모두 0이면, AP는 Short Probe Response (이하 Default Probe Response라 칭함)로 응답함
. Use Short Probe Response를 나타내는 bit가 full probe response를 나타내면 short probe response frame format으로 full response의 내용을 보내고, 만약 Use short Probe response를 나타내는 bit가 없고 관련 옵션 필드가 존재하지 않을 때는 기존 방식대로 기존 Probe response format으로 full probe response 를 하는 방법도 있다.
([그림 7]은 2번째 경우로 Use Short Probe Response field가 그림에 없음)
그림의 필드 구성 예에 대한 설명은 다음과 같다
- Request full SSID: 1이면 Short Probe Response에 full SSID가 포함되며, 0이면 compressed SSID가 포함됨
- Request Duration to Next Full Beacon: 1이면 Short Probe Response에 Duration to Next Full Beacon이 포함되며, 0이면 포함되지 않음
- Request Capability Info: 1이면 Short Probe Response에 Capability Information field가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request country: 1이면 Short Probe Response에 country IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request Power Constraint: 1이면 Short Probe Response에 Power Constraint IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request RSN: 1이면 Short Probe Response에 RSN IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request Interworking: 1이면 Short Probe Response에 Interworking IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request roaming consortium: 1이면 Short Probe Response에 roaming consortium IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request mesh info: 1이면 Short Probe Response에 Mesh ID, Mesh configuration, MCCAOP Advertisement Overview, MCCAOP Advertisement 등의 Mesh 관련 IE 들의 리스트가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Request 11ah Capability Info: 1이면 Short Probe Response에 11ah Capability를 나타내는 IE가 포함됨. 0이면 포함되지 않음
- Reserved field를 사용해 향후 추가적인 선택 정보를 포함할 수 있음
- 이밖에 Request beacon interval, request supported rates, request BSS Load element 등에 대한 bitmap도 추가하여 Probe Response에 포함될 정보를 선택적으로 요청할 수 있다. (기존 Probe Response frame에 들어갈 수 있는 모든 optional field/optional element 포함 가능)
또다른 구성 방법으로, 각 개별 정보 요구를 나타내는 필드 중 서로 연관이 있는 것을 그룹으로 묶어 그룹에 대해 포함여부를 Probe Response Option field에 나타낼 수도 있다.
[그림 8]은 이러한 본 발명에 따른 Probe Response Option field의 또다른 구성 예를 나타낸 그림이다.
각 필드의 구성 순서는 바뀔 수도 있으며, 세부 필드를 필요에 따라 추가 혹은 생략하여 구성할 수도 있다. 각 서브 필드의 길이, 전체 필드의 길이도 필요에 따라 늘이거나 줄일 수 있다.
Figure pat00013
[그림 8] Probe Response Option field의 또다른 구성 예 (option 2)
이 구성 예에서는, Option 1에서 관련 있는 개별 정보를 그룹으로 묶어 0/1로 표시하여 해당 정보의 Probe Response 포함 여부를 표시한다. (붉은 색 표시 부분이 그루핑된 부분 - Request mesh info는 옵션 1에서도 그룹으로 묶여 있음)
이 구성의 경우, Probe Request Option field의 길이를 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 그룹내의 개별 정보에 대해 세세하게 포함/불포함 여부를 표시할 수는 없다.
각 그룹의 구성 예는 다음과 같다.
- Request Regulation info: 1이면 Short Probe Response에 country IE, power constraint IE, TPC report IE 등의 regulation 관련 IE가 포함됨. 포함될 IE 세부 사항은 AP가 결정함
- Request 11u info: 1이면 Short Probe Response에 Interworking IE, Advertisement protocol IE, Roaming consortium IE 등의 11u 관련 IE가 포함됨. 포함될 IE 세부 사항은 AP가 결정함
- Request mesh info: option 1과 동일
- Reserved field를 사용해 향후 추가적인 선택 정보를 포함할 수 있음
- 이밖에 Request beacon interval, request supported rates, request BSS Load element 등에 대한 bitmap을 추가하여 Probe Response에 포함될 정보를 선택적으로 요청할 수 있다. (기존 Probe Response frame에 들어갈 수 있는 모든 optional field/optional element 포함 가능)
이외에 추가적인 그룹을 정의하여 Option field에 넣을 수 있다.
또다른 구성 방법으로는, STA의 Device type을 알려주어, 해당 Device type에 필요한 정보를 Probe Response에 포함되도록 하는 방법이 있다.
STA이 자신의 device type 혹은 service type을 sensor only type 혹은 off loading type 혹은 mixed mode type 혹은 VoIP STA, Note book 등으로 Option field에 표시하면, AP가 해당 STA이 명시적으로 Probe Response option field에 명시한 정보 이외에 해당 device type에 필요한 정보를 Probe Response에 포함시켜 전달해 주는 방법이 있을 수 있다.
또 한가지 방법으로는, STA이 Device type, Request Full SSID, Request Duration to Next Full Beacon 등 기본적인 정보만 Probe Option field에 명시하여 AP에 전송하면, AP가 해당 STA type에 필요한 정보를 Short Probe Response에 포함시켜 전송해 주는 방법이 있을 수 있다. 이 경우 Probe Request frame의 size가 감소한다는 장점이 있다.
[그림 9-1], [그림 9-2]는 본 발명에 따른 Probe Response Option field의 또다른 구성 예(3-1, 3-2)를 나타낸 그림이다.
각 필드의 구성 순서는 바뀔 수도 있으며, 세부 필드를 필요에 따라 추가 혹은 생략하여 구성할 수도 있다. 각 서브 필드의 길이, 전체 필드의 길이도 필요에 따라 늘이거나 줄일 수 있다.
Figure pat00014
[그림 9-1] Probe Response Option field의 또다른 구성 예 (option 3-1: Option 1에 Device type field 추가)
Figure pat00015
[그림 9-2] Probe Response Option field의 또다른 구성 예 (option 3-2: Option 2에 Device type field 추가)
위의 구성 예에서, AP는 Device type 정보를 보고, STA이 명시적으로 요청한 정보 이외에 해당 디바이스에 필요한 추가 정보를 short Probe Response에 포함시켜 보낼 수 있다.
Figure pat00016
[그림 9-3] Probe Response Option field의 또다른 구성 예 (option 3-3: Device type field 및 기본 옵션만 명시)
혹은 [그림 9-3]의 구성 예와 같이, STA이 short Probe Response를 요청할 때 device type및 Request Full SSID, Request Duration to Next Full Beacon 등 기본적인 선택 정보만 명시하고 다른 항목에 대해서는 따로 옵션을 명시하지 않았을 경우, AP는 device type을 보고 short Probe Response에 포함될 optional 정보를 결정하는 방법이 있다.
예) Device type이 off loading device이면, AP는 요청 STA이 roaming 관련 정보를 명시적으로 요청하지 않더라도, roaming consortium element, interworking element 등 offloading에 도움이 되는 정보를 포함한 short Probe Response를 보낼 수 있음
Probe Response Option field의 또다른 구성예로는, 해당 BSS의 정보중 최근 변경된 부분만 요청하는 방법이 있다. 즉, Short Beacon에는 BSS의 정보가 변경될 경우 1 octet 길이의 Change Sequence의 값을 변경될 때마다 1씩 증가시켜 BSS 정보가 변화되었음을 알린다. STA은 Probe Request시 Probe Request에 최근 Short Beacon으로부터 받은 Change Sequence 값을 포함시켜 AP가 최근 변경된 부분만 Short Probe Response에 포함시키도록 할 수 있다.
[그림 9-4]는 그 예이다. Other subfields 부분의 구성은 앞의 Probe Response option의 설명에 나온 필드들이며, 추가로 변경된 부분에 대한 정보만 요청시는 Request Changed Network Info field를 추가한다. 이 필드의 값이 1이면 변경된 BSS 정보만 Probe Response에 포함시켜 보내라는 의미이며, 이 때 STA은 1 octet 길이의 Change Sequence 값을 Probe Response option field에 포함시킨다. 이 때 Request Changed Network Info와 Change Sequence이외의 subfields의 값은, 변경된 BSS 정보이외에 다른 추가 정보를 받는 것을 원하지 않을 경우 모두 0으로 설정해도 된다.Change Sequence subfield는 Request Changed Network Info가 1일 경우만 존재한다.
AP는 Request Changed Network Info가 1로 설정된 경우, Change Sequence 필드에 해당하는 값을 보낼 때 이후의 변경된 BSS 정보를 Short Probe Response에 포함시켜 전송한다.
이 옵션은 특히 STA이 BSS에 association 된 이후 BSS의 변경된 정보만을 알기를 원할 때 용하다.
Figure pat00017
[그림 9-4] Probe Response Option field의 또다른 구성 예 (Change Sequence를 포함시켜 변경된 BSS 정보만 요청)
Figure pat00018
[그림 9-5] Probe Response Option field의 또다른 구성 예
[그림 9-5]는 Probe Response Option field의 또다른 구성 예이다. 다양한 element를 일일이 지정하여 세부적인 probe response에 포함될 항목을 선택하는 예이다.
III. Short Probe Request frame
본 발명의 Short Probe Response 실시예에서, STA이 AP에게 보내는 Probe Request도 size를 줄이기 위해, full SSID 대신 compressed SSID를 사용할 수 있다.
즉, STA이 이미 association 하고자 하는 AP에 대한 full SSID를 사전에 알고 있는 경우, 해당 AP에 대해 probe request 요청시 compressed SSID를 사용할 수 있다.
Probe Request frame의 size를 줄이기 위해 이와 같이 compressed SSID를 사용하고, 또한 추가적으로 Probe Request에 association에 꼭 필요한 필드만 포함시켜 Short Probe Request frame을 사용할 수 있다.
short beacon만 가지고는 정보가 부족하여 association을 수행할 수 없는 경우, probe request를 하면서 STA이 필요한 정보를 요청하여 이를 short probe response로 받아볼 수 있으며, 또한 association 된 이후라도 BSS 내의 정보가 변화되었을 경우, short beacon에서는 BSS 정보가 변화되었다는 것만 알려주고, 실제로 변화된 정보는 STA이 probe request에 필요한 정보를 명시하여 probe request를 전송하고, AP로부터 변화된 정보 등 꼭 필요한 BSS 정보 만을 포함한 Short Probe Response frame을 받아 full beacon이 거의 사용되지 않는 환경에서 full probe response를 사용하지 않고 최소한의 트래픽으로 BSS에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, STA이 이미 short beacon을 받은 상태이거나, AP에 association 된 이후라면 이미 full SSID를 알고 있으므로, compressed SSID를 이용한 short probe request frame을 사용할 수 있다.
- NDP Type Probe Request frame을 사용하여 short Probe Response frame 요청 방법
STF, LTF1, SIG field만을 포함하는 NDP Type의 아주 짧은 Probe Request frame을 사용할 경우, SIG field에 본 발명의 앞 부분에서 설명한 Probe Response option field를 포함시켜 AP로부터 원하는 정보 만을 short Probe Response frame에 포함시켜 받을 수도 있다.요청/응답 방법은 앞에서 기술한 내용과 동일하며, 다만 Probe Request frame을 NDP Type frame으로 하여 Probe Request 자체의 오버헤드를 줄인게 차이점이다.
IV. Short Probe Response를 이용한 active scanning 절차
Figure pat00019
[그림 10] Short Probe Response를 이용한 active scanning 절차
Short Probe Response를 이용한 active scanning 절차는 [그림 10]과 같다.
STA이 자신이 필요로 하는 정보를 Probe Request의 Probe Response Option field에 표시하여 AP에게 보내면, AP는 STA이 선택한 정보를 포함한 short Probe Response를 STA에게 보낸다.
STA이 자신이 association을 하기 위해 필요한 정보를 정확히 선택하여 AP에게 이를 포함한 Short Probe Response frame을 수신받는다면, Probe Response frame을 받은 직후 association requests를 할 수 있다.
만약 STA이 Short Probe Response에 포함된 정보가 충분하지 않다면, 추가로 꼭 필요한 정보만 추가로 선택하여 Probe Request를 하여 short Probe response를 받아 나머지 필요한 정보를 수신받을 수 있다. 혹은 Short Probe Response에 포함되어 온 다음 Full Beacon 까지 기다려 Full Beacon의 정보를 활용할 수도 있다. 이 경우는 Full Beacon 전송 시점이 아주 가까운 경우에 사용 가능한 옵션이다. 이때 Full Beacon 이 오는 시점까지 Power Save를 할 수도 있다. (STA이 처음 Probe Request를 할 때 필요한 옵션 선택을 제대로 했다면 이런 경우는 발생하지 않음)
· AP는 만약 다음 Full Beacon을 보내야 하는 시점이 STA으로부터 Probe Request를 받은 시점과 아주 가까운 경우, STA이 보낸 Probe Request의 선택된 옵션 항목과 상관없이, FC, SA, Timestamp, Duration to Next Full Beacon 등의 기본 Field 만을 포함한 Short Probe Response (unicast, broadcast 전송 여부는 AP가 선택할 수 있으며, STA수가 많은 경우 broadcast로 short probe response를 보내면 probe response flooding 방지에 도움을 줄 수 있음) 를 대신 전송할 수 있다. 왜냐하면 바로 직후에 전송할 Full Beacon이 필요한 모든 정보를 포함하고 있으므로, 굳이 Full Probe Response나 세부 항목을 포함한 short Probe Response를 전송할 필요가 없으며, full beacon 까지의 duration 정보를 포함한 short Probe Response를 대신 전송하고, STA은 short probe response의 다음 Full beacon 까지의 duration을 보고 이 시간 동안 기다렸다가 Probe Response 대신 full beacon의 정보를 활용할 수 있다.
· Probe Response frame (short Probe Response, 기존의 Probe Response 모두 포함)은 broadcast로 전송할 수도 있다. 이 경우, Probe Response를 다른 STA도 받아보고 해당 정보를 활용할 수 있다. 즉 Probe Response를 또다른 비콘처럼 활용 가능하다. 이를 통해 11ah의 short Beacon의 단점을 극복할 수 있다. 즉, full beacon까지 안 기다리고 STA이 필요로 하는 추가적인 BSS에 대한 정보를 획득할 수 있는 확률이 높아진다. AP는 network 상황을 고려하여 traffic이 많고 scanning을 시도하는 STA이 많은 경우,short Probe response를 broadcast로 보내어 하나의 short Probe Response를 여러 STA이 공동으로 수신할 수 있도록 하여 traffic이 많은 상황에서도 효율적으로 short probe response를 보낼 수 있다.
V. Short Probe Response를 이용한 선택적인 BSS 정보 획득
Short Probe Response는 active scanning을 위해 사용될 수도 있지만, short beacon을 이미 받았거나, AP에 이미 association 되었으나 추가적으로 해당 BSS에 대한 정보가 필요한 경우, 이를 획득하기 위해서도 활용될 수 있다.
본 명세서에서는 AP가 Short Probe Response를 보낼 때 (1) STA이 명시적으로 요청한 정보만 포함 (2) STA이 명시적으로 요청한 정보 외에도 AP가 추가적인 정보를 포함 시키는 2가지 경우가 있다.
BSS 정보가 대폭 변경되었을 경우 (2)의 방법이 사용될 수 있지만, 보통 BSS 정보는 조금씩 변경되므로, Probe Request/Response의 오버헤드를 줄이기 위해 (1)의 STA이 명시적으로 요청한 특정 필드만 전송하는 방법을 주로 사용한다.
sensor node 들로 구성된 sensor BSS 등 특수한 노드들로 구성된 BSS에서는 비콘 전송 오버헤드를 줄이기 위해 Full Beacon을 아주 가끔 전송하거나 아예 전송하지 않을 수 있으며, Short Probe Response frame은 이러한 환경에서 short beacon으로 받을 수 없는 추가적인 BSS 정보를 획득하기 위해서도 사용될 수 있다. 또한 이 경우에도 traffic 이 많은 경우 AP는 short Probe Response를 broadcast로 보낼수 있으며 주변의 STA이 따로 probe request를 보내지 않고 BSS 정보를 공유할 수 있다.
이와 같은 실시 예에서, STA이 이미 short beacon을 받은 상태이거나, AP에 association 된 이후라면 이미 full SSID를 알고 있으므로, compressed SSID를 이용한 short probe request frame을 사용할 수 있다.
본 발명의 앞 부분에 설명한 Probe Request에 short beacon에서 받은 Change Sequence 값을 포함시켜 보내어 해당 Change Sequence 값을 보낼 때 이후의 변경된 BSS 정보만을 AP가 Short Probe Response에 포함시켜 전송하도록 하는 방법을 사용할 수도 있다.
· 본 발명의 Short Probe Response가 사용된다면, full Beacon 전송을 아예 생략하는 것도 가능해진다.

Claims (1)

  1. Short Probe Response를 이용한 효율적인 스캐닝 방법.
KR1020120099343A 2012-05-08 2012-09-07 Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｏｂｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ를 이용한 효율적인 스캐닝 방법 KR20130125276A (ko)

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