KR100281648B1 - 무선 에이티엠 엘에이엔 시스템의 제어 프레임 처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리에 관한 것으로서, 무선 ATM LAN 시스템에서 기지국과 이동단말간의 초기 설정, 채널 예약 요청, 재전송 요청 등의 제어 정보들을 생성하여 전송하도록 하는 제어 프레임 처리장치에 있어서, 서로 직교성이 있는 코드를 각 이동단말에 부여하여 사용함으로써 동시에 동일한 주파수를 사용하더라도 사용자간의 간섭이 발생하지 않도록 하는 CDMA 방식과, 기지국에서 각 이동 단말로의 하향 전송 구간과 이동단말에서 기지국으로의 상향 전송 구간을 시간적으로 나누어 사용하도록 하는 TDD 방식에 의해 상기 제어 프레임을 전송하도록 하는 것을 특징으로 하며, 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공하게 되며 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Description

무선 에이티엠 엘에이엔 시스템의 제어 프레임 처리장치 및 방법

본 발명은 무선 ATM LAN 시스템의 제어프레임 처리에 관한 것으로서, 특히, ATM 서비스 제공을 목표로 하는 무선 ATM LAN 시스템에 있어서 이동단말과 기지국간의 다양한 제어 및 관리 운용 정보들을 송수신하기 위한 제어 신호들을 무선채널로 전송하기 위한 제어프레임의 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 연구가 시작되고 있는 무선 ATM LAN 시스템은 ATM 서비스 제공을 목표로 하고 있으며, 그 ATM 서비스는 종류가 다양하고 전송속도도 높기 때문에 각각의 서비스가 요구하는 전송 품질조건도 상이하기 때문에 서비스의 종류에 따라 채널의 우선권을 달리 주어야 할 필요가 있다.

한편, 무선 LAN에서는 다수의 사용자가 하나의 무선 채널을 공유하는 방식을 사용하기 때문에 사용자간의 전송을 적절히 제어하지 못하면 무선 채널상에서 사용자간의 정보가 충돌되어 정보전송이 불가능해지거나 성능이 저하되는 경우가 발생하게 된다.

따라서, 공유의 무선채널을 기지국과 다수의 이동단말간에 효과적으로 사용하기 위해 기지국에서 다수의 이동단말의 전송 요구나 상태 정보등을 종합하여 처리하여 주는 방식이 선호되고 있으며, 이처럼 공유의 전송 매체에 대한 사용권한을 제어하는 기법을 매체접근제어(MAC : Medium Acess Control) 방식이라 한다.

이러한 매체접근 제어 방식에는 통상적으로 시분할 다중접속이나 주파수분할 다중접속 등이 널리 사용되고 있으며 최근에는 부호분할 다중접속 방식도 사용되고 있다. 이러한 다중접속 방식을 효과적으로 사용하기 위하여서는 다수의 이동단말과 하나의 기지국간에 제어 정보를 주고 받는 과정이 필수적이다.

종래의 무선 LAN 기술은 기지국과 이동 단말간의 데이터 전송을 주 목적으로 하고 있으며 매체접근제어 방식도 표준화된 분산제어 방식의 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Contention Avoidance) 기법을 근간으로 하고 있으며 최근에 들어서야 일부 핵심 부품이 선진국에서 상품화되어 나오고 있다. 국내의 경우에는 전반적인 무선 기술의 취약성으로 인하여 핵심 부품 개발은 하지 못하고 있으며 선진국의 핵심 부품을 들여와서 시스템을 생산하는 단계이다. 더 나아가 ATM 서비스를 수용하는 무선 ATM LAN 시스템은 최근 연구가 시작되어 아직까지 표준화라던가 상용의 제품이 발표되지 않고 있으며 일부 선진국에서 실험실 모델 정도를 자체개발하여 시험하고 있다.

그러나, 무선 ATM LAN은 종래의 무선 LAN에 비하여 제공하는 서비스의 종류가 다양하고 고속의 서비스 제공을 목표로 하고 있기 때문에 종래의 매체접근제어 방식을 그대로 사용하기가 어렵다. 최근에는 중앙의 기지국에서 다수의 이동단말의 전송 요구를 종합하여 무선 채널을 예약할당하여 주는 방식이 등장하고 있으나 아직 프레임 구조라던가 구체적인 알고리즘은 제시된 것이 없다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 무선 ATM LAN 시스템에 적용하는 매체접근제어 방식에 있어서 기지국과 이동단말간에 요구되는 제어정보들을 수용하는 제어 프레임의 구조와 처리 수단을 제공하여 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공하도록 하며, 이를 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있도록 하는 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리장치 및 그 방법을 제공하는 것을 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 제공하는 제어 프레임 처리장치는 무선 ATM LAN 시스템에서 기지국과 이동단말간의 초기 설정, 채널 예약 요청, 재전송 요청 등의 제어 정보들을 생성하여 전송하도록 하는 제어 프레임 처리장치에 있어서, 서로 직교성이 있는 코드를 각 이동단말에 부여하여 사용함으로써 동시에 동일한 주파수를 사용하더라도 사용자간의 간섭이 발생하지 않도록 하는 CDMA 방식과, 기지국에서 각 이동 단말로의 하향 전송 구간과 이동단말에서 기지국으로의 상향 전송 구간을 시간적으로 나누어 사용하도록 하는 TDD 방식에 의해 상기 제어 프레임을 전송하도록 하는 것을 특징으로 하며, 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공하게 되며 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 무선 ATM LAN에 대한 전체 구성도,

도 2는 CDMA/TDD 방식에 대한 구성도,

도 3은 제어 프레임의 종류별 구성도,

도 4는 본 발명의 제어 프레임 처리장치에 대한 블록도,

도 5는 본 발명의 제어 프레임 처리장치에 대한 타이밍도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

41 : 프레임 요청 큐 42 : 신호 다중화기

43 : CRC-16 계산기 44 : 월시 코드 할당기

45 : 제어 프레임 타이밍 생성기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 장치를 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 무선 ATM LAN에 대한 전체 구성도로서, 도 1을 참조하면, 무선 ATM LAN은 기존 ATM 망(10)에 유선으로 연결된 기지국(20, AP(Access Point)라고도 부름)과, 상기 기지국(20)과 무선으로 통신을 하는 다수의 무선 송수신 단말(30, 40, 50)들로 구성되며, 상기 기지국(20)에 의해 서비스가 제공되는 서비스 영역(60)을 도식적으로 점선으로 표시하였다.

이 때, 상기 무선 송수신 기능을 갖춘 총 N 개의 이동 단말(30 ~ 50)은 무선 채널(70)을 통하여 기지국(20)과 통신하며, 이러한 경우 N개의 이동단말(30 ~ 50)과 기지국(20)은 하나의 무선 채널(70)을 공유하기 때문에 일반적으로 TDMA/FDMA/ CDMA 등의 다중접속 방식을 사용하여 각 이동단말(30 내지 50)에 타임슬롯이나 주파수 또는 특정한 코드를 할당하여 줌으로써 무선 채널상에서 정보의 충돌을 방지하도록 한다.

도 2는 이러한 다중 접속 방식 중 본 발명에서 채택하고 있는 CDMA/TDD 방식에 대한 구성도로서, 이중 CDMA 방식은 서로 직교성이 있는 코드를 각 이동단말에 부여하여 사용함으로써 동시에 동일한 주파수를 사용하더라도 사용자간의 간섭이 발생하지 않도록 하며, TDD 방식은 기지국에서 각 이동 단말로의 하향 전송 구간과 이동단말에서 기지국으로의 상향 전송 구간을 시간적으로 나누어 사용하는 방식으로, 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 총 64개의 Walsh 부호를 사용하며, 이중 48개는 데이터 채널에 할당하고 8개를 제어 채널로 할당하였다. 나머지 8개는 무선 송수신기의 특정 용도로 사용하거나 예비로 남겨 놓는다. 한편, 상기 하향 전송 구간과 상향 전송 구간사이에는 무선송수신기의 송수신 전환에 필요한 천이구간이 있게 된다.

이러한 무선 ATM LAN 시스템에서는 기지국과 각 이동단말간의 제어를 위하여 다양한 형태의 제어 정보를 송수신하는 과정이 필수적이며, 본 발명은 기지국과 각 이동단말간의 초기 설정, 재전송 요청, 채널 요청 및 호출등의 기능을 처리하기 위한 제어 프레임을 처리하는 장치에 관한 것으로 기지국과 이동단말간에 주고받는 제어 신호는 모두 별도의 제어 프레임을 이용하여 송수신되는데, 이러한 제어 프레임의 종류를 표 1에 표시하였으며, 각 제어 프레임 구조는 도 3에 표시하였다.

프레임 종류	프레임 식별자	기 능
비콘(Beacon)	0001 0000	이동 단말과 AP간의 MAC 타이머 동기
연계요청	0010 0101	초기 설정 요청, MAC 주소 할당 요청
연계요청 응답	0010 1010	초기 설정 응답, MAC 주소 할당
연계완료	0010 0011	연계완료시 이동단말이 기지국에 통보
연계해제	0010 1100	연계해제시 기지국이 이동단말에 통보
호출	0011 0101	기지국이 자신의 서비스영역에 있는 이동단말 탐색
호출응답	0011 1010	호출에 대한 응답 정보
재전송요청	0100 0000	데이터의 재전송을 요청할 시 생성
핸드오버요청	0101 0101	핸드오버 요청시
핸드오버응답	0101 1010	핸드오버 요청시
예약요청	0110 0101	이동단말이 기지국에 무선채널의 예약을 요청
예약요청응답	0110 1010	예약 요청에 대한 응답

표 1을 참조하면, 각 제어 프레임은 프레임식별자에 의하여 구분된다.

한편, 도 3을 참조하여, 제어 프레임의 구조를 보다 상세히 설명하면, 상기 제어 프레임은 해당 제어 프레임을 전송하는 데 사용될 월시(Walsh) 부호의 값을 나타내기 위해 8비트로 구성된 코드 식별 번호 영역(Code ID)(31)과, 기지국에 할당된 주소를 16비트로 표시하는 AP MAC 어드레스 영역(AP MAC Address)(32)과, 프레임 식별자로서 해당 프레임마다 표 1에 표시한 8비트의 값을 삽입하여 프레임 종류를 나타내는 프레임 종류 영역(Type)(33)과, 해당 제어프레임의 실제 데이터가 삽입되며, 최대 80비트로 구성되는 프레임 본체영역(Frame Body)(34)과, 해당 제어 프레임에 대한 16 비트 순환잉여검사 부호의 계산값을 삽입하여 수신단에서 오류검사용으로 사용하는 오류검사 영역(CRC)(35)으로 구성된다.

이중 상기 프레임 본체 영역(34)의 내용은 각 제어 프레임의 종류별로 다르게 구성되는데, 먼저, 비콘 프레임인 경우 기지국에서 자체적으로 생성하는 64 비트의 타이머 값(Time Value)과, 비콘 프레임을 전송하는 16 비트의 시간 간격(Interval)로 구성되며, 상기 타이머 값은 각 이동단말이 기지국과의 동기를 맞출 때에 이용된다.

한편, 연계 요청 제어 프레임인 경우 각 이동 단말별로 고유하여, 기지국이 이동 단말을 식별하는 용도로 사용되는 48 비트의 단말식별번호(MT-ID)로 구성되고, 연계 요청 응답인 경우 상기 단말 식별 번호(MT-ID)이외에 기지국이 이동단말에 할당한 8 비트의 식별번호(MT MAC Address)와 8비트의 정보(Info)를 더 포함하여 구성되며, 상기 더 부가된 16 비트의 정보들은 이동단말이 해당 기지국의 서비스 영역을 벗어나거나 전원을 끌 경우 기지국에 의해 회수되어 다른 이동단말에 할당될 수 있다.

예를 들면, 데이터 전송시 "MT_ID" 정보는 전달되지 않고 "MT MAC Address"만을 이용하여 데이터를 송수신하게 되므로 무선채널의 효율을 높일 수 있다.

그외에 각 제어프레임 마다 필요한 고유의 정보가 도 3에 구체적으로 설명되어 있다.

이와 같이 표 1에 보인 다양한 형태의 제어 프레임은 해당 제어 프레임을 송신하고자 할 때 8개의 제어 채널을 통하여 도 2에 보인 하향전송구간에 기지국에서 각 이동단말로 또는 이동단말에서 기지국으로 전송된다.

기지국에서 도 3에 표시한 형태의 제어 프레임을 형성하는 회로를 도 4에 보였다.

도 4는 본 발명의 제어 프레임 처리장치에 대한 블록도로서, 도 4를 참조하면, 먼저, 외부에서 입력되는 8비트의 제어 프레임 정보들을 저장하는 프레임 요청 큐(FIFO:First In First Out)(41)와, 그 8 비트 병렬 출력과 AP MAC Address를 다중화하는 신호 다중화기(42)와, 상기 신호 다중화기(42)에서 출력되는 8 비트 병렬 신호에 대한 순환잉여검사 부호값을 계산하는 CRC-16 계산기(43)와, 상기 CRC-16 계산기(43)의 8 비트 병렬 출력 신호에 제어 프레임에 할당된 8개의 Walsh 부호를 할당하는 Walsh 부호 할당기(44)와, 전체적인 타이밍을 제어하는 제어프레임 타이밍생성기(45)으로 구성되어, 해당 제어 프레임을 생성하도록 한다.

이 때, 상기 왈시 부호 할당기(44)를 통해 출력되는 출력 신호는 8비트의 병렬신호로서, 총 8개의 제어프레임으로 구성되어 있는데, 상기 8개 각각의 제어 프레임 형태는 도 5에 나타난 바와 같다.

먼저, 마스크 신호는 출력신호가 존재하는 구간에서 하이(HIGH)가 되는 신호로 출력신호와 함께 무선송신기로 보내져서 송신을 시작하게 한다. 도 3에 표시한 바와 같이 각 제어 프레임의 길이는 서로 다르기 때문에 타이밍생성기(45)는 도 5에 표시한 T_Body #1 ~ T_Body #10 까지의 신호를 생성할 경우 제어프레임의 길이에 맞추어 신호를 생성하도록 한다. 즉, 각 제어 프레임의 길이 정보는 버퍼에 저장된 제어 프레임 데이터를 읽어낼 때 제어 프레임 종류 영역(Type)에 포함되어 있으므로 이 값을 타이밍생성기(45)로 보내줌으로써 신호의 생성을 제어하며 나머지 비어 있는 부분에는 신호다중화기(42)의 출력을 로우(LOW)로 하여 준다.

한편, 상기 CRC-16 계산기(43)는 해당 각 제어프레임마다 순환잉여검사 부호값을 생성하여, 전송하여야 할 제어 프레임을 일단 버퍼에 저장한 후 최대 8개까지의 제어 프레임 정보를 한번에 읽어내면서 처리한다.

그러면, 각각의 제어 프레임을 별도로 처리하는 방식에 비하여 CRC-16 계산기를 하나만 두어도 가능해지고 전체적인 신호의 타이밍 생성이 간단해지게 된다.

상기와 같은 본 발명의 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리장치는 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공하게 되며 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 무선 ATM LAN 시스템에서 기지국과 이동단말간의 초기 설정, 채널 예약 요청, 재전송 요청 등의 제어 정보들을 생성하여 전송하도록 하는 제어 프레임 처리장치에 있어서,

   서로 직교성이 있는 코드를 각 이동단말에 부여하여 사용함으로써 동시에 동일한 주파수를 사용하더라도 사용자간의 간섭이 발생하지 않도록 하는 CDMA 방식과, 기지국에서 각 이동 단말로의 하향 전송 구간과 이동단말에서 기지국으로의 상향 전송 구간을 시간적으로 나누어 사용하도록 하는 TDD 방식에 의해 상기 제어 프레임을 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 프레임 처리장치는

   외부에서 입력되는 8비트의 제어 프레임 정보를 일시 저장하는 프레임 요청 저장 수단과,

   그 8 비트 병렬 출력과 AP 메체 접근 주소(AP MAC Address)를 다중화하는 신호 다중화 수단과,

   상기 신호 다중화 수단에서 출력되는 8 비트 병렬 신호에 대한 순환 잉여 검사(CRC) 부호값을 계산하는 CRC-16 계산 수단과,

   상기 CRC-16 계산 수단에서 출력되는 8 비트 병렬 신호에 제어 프레임에 할당된 8개의 왈시(Walsh) 부호를 할당하는 왈시(Walsh) 부호 할당 수단과,

   상기 프레임 요청 저장 수단의 신호에 의해 상기 신호 다중화 수단과, CRC-16 계산 수단과, 왈시 코드 할당 수단의 전체적인 타이밍을 제어하는 제어프 레임 타이밍 생성 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 프레임은

   해당 제어 프레임을 전송하는 데 사용될 월시(Walsh) 부호의 값을 나타내기 위해 8비트로 구성된 코드 식별 번호 영역(Code ID)과,

   기지국에 할당된 주소를 16비트로 표시하는 AP MAC 어드레스 영역(AP MAC Address)과,

   프레임 식별자로서 해당 프레임마다 8비트의 식별값을 삽입하여 프레임 종류를 나타내는 프레임 종류 영역(Type)과,

   해당 제어프레임의 실제 데이터가 삽입되며, 최대 80비트로 구성되는 프레임 본체영역(Frame Body)과,

   해당 제어 프레임에 대한 16 비트 순환잉여검사 부호의 계산값을 삽입하여 수신단에서 오류검사용으로 사용하는 오류검사 영역(CRC)으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리장치.
4. 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리방법에 있어서,

   기지국에서 이동단말로 제어 신호를 전달하면,

   상기 수신한 제어 신호들을 버퍼에 저장한 후 이를 하나씩 읽어내면서 다중화하여 제어프레임을 형성하고,

   하나의 CRC-16 계산기에 의해 상기 각 제어 프레임 마다의 순환 잉여 검사값을 계산하며,

   상기 순환 잉여 검사 값에 왈시 부호를 할당하여 최종 신호를 출력하여 전체 하드웨어의 양을 줄이도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템의 제어 프레임 처리방법.