KR100281649B1 - 무선 에이티엠 엘에이엔 시스템에서의 매체접근제어 처리장치 - Google Patents

무선 에이티엠 엘에이엔 시스템에서의 매체접근제어 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치에 관한 것으로서, 기지국에서 이동 단말로 전송되는 데이터에 대한 처리를 수행하는 제 1 전송부와, 이동 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터에 대한 처리를 수행하는 제 2 전송부와, 상기 제 1 전송부를 통해 전송되는 데이터에 대하여 MPDU데이터 및 일정 형식의 제어 프레임을 생성하고, 상기 제 2 전송부를 통해 전송되는 데이터에 대하여 전송 오류를 검색하여 해당 처리를 수행하도록 제어하는 채널 할당/스케쥴링 처리부로 구성되며, 상기 제 1 전송부를 통해 이동 단말로 전송되는 제어 프레임은 프레임 헤더 영역과, MPDU 전송 영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 기지국에서 이동 단말로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 하향 전송 구간과, MPDU 전송영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 이동 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 상향 전송 구간으로 구성되는 것을 특징으로 하여, 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공할 수 있으며 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Description

무선 에이티엠 엘에이엔 시스템에서의 매체접근제어 처리장치
본 발명은 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치에 관한 것으로서, 특히, 중앙의 기지국에서 여러 사용자가 공유하게 되는 무선 채널을 서비스의 특성에 따라 우선순위를 결정한 후 각 사용자에게 무선 채널을 할당함으로써 다양한 형태의 멀티미디어 서비스를 효과적으로 제공할 수 있도록 하는 무선 매체 접근 제어 처리 장치에 관한 것이다.
최근 연구가 시작되고 있는 무선 ATM LAN 시스템은 ATM 서비스 제공을 목표로 하고 있으며, 그 ATM 서비스는 종류가 다양하고 전송속도가 높으며, 각각의 서비스가 요구하는 전송 품질조건도 상이하기 때문에 서비스의 종류에 따라 채널의 우선권을 달리 주어야 할 필요가 있다.
한편, LAN 등에서는 다수의 사용자가 하나의 무선 채널을 공유하기 때문에 사용자간의 전송을 적절히 제어하지 못하면 무선 채널상에서 사용자간의 정보가 충돌되어 정보전송이 불가능해지거나 성능이 저하되는 경우가 발생하게 된다.
따라서, 이와 같이 다수의 사용자가 공유하는 전송 매체에 대한 사용권한을 제어하는 매체 접근 제어(MAC : Medium Acess Control) 방식이 필요한데, 이를 위해 통상적으로 시분할 다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access)이나 주파수분할 다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 등을 기본으로 한 방식이 널리 사용되고 있으며, 최근에는 부호분할 다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 방식을 기본으로 한 방식도 사용되고 있다.
특히, 다양한 고속 멀티미디어 서비스를 지원하는 무선 ATM LAN 시스템에서는 각 서비스의 품질을 만족시키기 위하여 이러한 다중접속 방식을 효과적으로 사용하기 위한 방법이 필요하며, 이를 위해 데이터를 전송하는 데 필요한 프레임의 구조와 각 이동단말에 대한 채널의 우선순위를 결정하는 스케쥴링(scheduling) 방법이 중요하다.
종래의 무선 LAN 기술은 기지국과 이동 단말간의 데이터 전송을 주 목적으로 하고 있으며 매체접근제어 방식도 IEEE에서 표준화된 분산제어 방식의 CSMA/ CA(Carrier Sense Multiple Access/Contention Avoidance) 기법을 근간으로 하고 있다. 최근에 들어서야 일부 핵심 부품이 선진국에서 상품화되어 나오고 있으나 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 모델을 개발하여 시험하고 있다. 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 시스템에서 CDMA/TDD 방식을 기반으로 한 매체접근제어 방식에 사용될 수 있는 데이터 프레임 구조와 이를 토대로 매체접근제어 방식을 구현할 수 있도록 하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 제공하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체 접근 제어 처리 장치는 기지국에서 이동 단말로 전송되는 데이터에 대한 처리를 수행하는 제 1 전송부와, 이동 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터에 대한 처리를 수행하는 제 2 전송부와, 상기 제 1 전송부를 통해 전송되는 데이터에 대하여 MPDU데이터 및 일정 형식의 제어 프레임을 생성하고, 상기 제 2 전송부를 통해 전송되는 데이터에 대하여 전송 오류를 검색하여 해당 처리를 수행하도록 제어하는 채널 할당/스케쥴링 처리부로 구성되며, 상기 제 1 전송부를 통해 이동 단말로 전송되는 제어 프레임은 프레임 헤더 영역과, MPDU 전송 영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 기지국에서 이동 단말로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 하향 전송 구간과, MPDU 전송영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 이동 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 상향 전송 구간으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 무선 ATM LAN에 대한 전체 구성도,
도 2는 CDMA/TDD 방식에 대한 구성도,
도 3은 데이터프레임에 대한 구성도,
도 4는 프레임 헤더에 대한 구성도,
도 5는 MPDU에 대한 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 매체접근제어 처리장치에 대한 구성도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
110,140,180,210 : 버퍼부 120,190 : 데이터 저장부
130 : CDMA/TDD 프레임 송신부 150 : 송신 타이밍 발생부
160 : 채널할당/스케쥴링처리부 170 : 제어 프레임 처리부
200 : CDMA/TDD 프레임 수신부 220 : 수신 타이밍 발생부
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.
한편, 상기 기지국(20)은 크게 ATM 망과의 연동을 위한 ATM 신호처리부와, 매체 접근 제어기능을 처리하는 MAC 처리부와, 무선 송수신을 처리하는 무선 송수신부로 구성되며, 상기 MAC 처리부는 상기 ATM 신호처리부로부터 ATM 셀 신호를 수신하여 가공처리한 후 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 MAC 프레임에 실어 무선송신부로 보내는 기능 또는 무선 수신부로부터 MAC 프레임 및 MPDU 신호를 수신하여 ATM Cell 신호를 추출한 뒤 ATM 신호처리부로 보내는 기능을 담당한다.
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 구간 사이에는 무선송수신기의 송수신 전환에 필요한 천이구간이 있게 된다.
도 3은 도 2에 나타난 방식에 의해 기지국과 이동 단말간의 데이터 전송을 위한 전체적인 데이터프레임에 대한 구성도로서, 도 3을 참조하면, 데이터 프레임은 크게 기지국에서 이동단말로 데이터를 전송하는 하향 전송구간과 이동단말에서 기지국으로 데이터를 전송하는 상향 전송구간으로 나뉘는데, 상기 하향 전송구간은 다시 프레임 헤더와, MPDU 전송구간과, 제어/관리 프레임 전송구간으로 구분되고 상향 전송구간은 MPDU 전송구간, 제어/관리 프레임 전송구간으로 구분된다.
상기 MPDU 전송구간에서 하나의 MPDU는 각 슬롯에 할당되며 하향 전송구간에는 N개를, 상향 전송구간에는 M개를 할당하는데, 각 MPDU하나는 실제적으로 8개의 월쉬(Walsh) 코드를 차지하게 되며, 하향전송구간과 상향 MPDU 전송구간은 모두 기지국에서 전송되는 서비스의 특성 및 대기시간 등을 고려하여 예약기반으로 할당하며 상향전송구간에서 제어/관리 프레임 전송은 경쟁방식으로 처리한다.
기지국에서 도 3에 나타난 프레임 형태로 데이터를 전송하면 각 이동단말은 먼저, 프레임 헤더를 분석하여 자신이 수신하여야 할 데이터가 있는지의 여부와 자신이 전송할 수 있는 채널이 할당되어 있는 지를 확인하여, 할당된 채널이 없는 경우 해당 이동단말은 전송을 하지 않는다. 따라서, 무선 채널상에서의 데이터 충돌을 방지하게 된다.
도 4는 프레임 헤더에 대한 구성도로서, 도 4를 참조하면, 프레임 헤더는 크게 프레임 제어, 하향제어, 상향제어, 순환잉여검사 값으로 구성되는데, 상기 프레임 제어 영역은 기지국 고유의 주소(AP MAC Address), 프레임의 종류(Type), 전체 프레임의 길이정보(Length) 및 예비(Rsvd) 영역으로 구분되고, 하향 제어 영역은 해당 프레임을 통해 전송되는 각 MPDU에 대한 정보(Slot info.) 및 서브 슬롯 정보가 실리게 된다. 이 때, 정보 내역은 해당 데이터를 수신할 이동단말의 주소(MT MAC Address) 및 서비스 정보로 구성되며, 서브 블롯(Subslot) 정보영역에는 하향 제어/관리 프레임에 대한 정보가 저장된다. 또한, 상향 제어 영역은 하향제어 영역과 마찬가지로 해당 프레임을 통해 전송할 이동단말에 대한 정보(Slot info.)가 실리게 된다.
도 5는 MPDU에 대한 구성도로서, 도 5를 참조하면, 도 3에 보인 MPDU는 MPDU 헤더와 ATM Cell 정보 및 순환 잉여 검사 값으로 구성되는데, 상기 MPDU 헤더는 송신시 사용할 월쉬(Walsh) 부호 값, 기지국(AP)의 고유 어드레스, 이동단말의 고유 어드레스, 각 이동단말에서의 서비스 식별자(MVCI), 서비스에 대한 정보를 기록한 정보(MVCI Info.) 영역으로 구성되고, 이중 서비스에 대한 정보(MVCI Info.) 영역에는 서비스의 종류, 전송방향, 재전송여부, MVCI 순차번호, 채널예약요청정보, 핸드오버 표시자등이 기록된다.
도 6은 상기 도 3 내지 도 5에 나타난 프레임, 프레임 헤더 및 MPDU 구조를 토대로한 본 발명에 의한 매체접근제어 처리장치에 대한 구성도로서, 도 6을 참조하면, 송/수신 타이밍을 발생시키는 송/수신 타이밍 발생부(150, 220)와, 상기 송신 타이밍 발생부(150)에서 발생되는 타이밍에 의해 외부의 ATM 신호처리부로부터 전송되는 ATM 셀 신호를 가공처리하여 MPDU로 송신하는 일련의 장치들(버퍼부(110), 데이터 저장부(120), CDMA/TDD 프레임 송신부(130), 버퍼부(140))와, 상기 MPDU 신호로부터 ATM 셀 신호를 추출하여 외부의 ATM 신호처리부로 전송하는 일련의 장치들(버퍼부(210), CDMA/TDD 프레임 수신부(200), 데이터 저장부(190), 버퍼부(180))와, 외부의 제어 신호를 받아 상기 CDMA/TDD 프레임 송수신부(130, 200) 및 그와 연결된 데이터 저장부(120, 190)로 채널 할당/스케쥴링을 위한 제어 신호를 출력하는 채널할당/스케쥴링 처리부(160)와, 상기 채널 할당/스케쥴링 처리부(160)의 제어 신호를 받아 제어 프레임의 송수신을 담당하는 제어 프레임 처리부(170)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 매체접근 처리 장치의 동작을 살펴보면, 먼저, 기지국에서 이동단말로의 메시지를 전송하고자 하는 경우, ATM 신호처리부로부터 수신한 ATM Cell 정보를 수신버퍼(110)에 저장시킨 후 버퍼가 차면 일정시간 뒤에 데이터 저장부(120)에 저장시킨다. 상기 수신버퍼(110)는 수신되는 ATM Cell 전송속도와 본 발명의 매체접근제어 처리장치의 처리속도 차이를 흡수하는 기능을 담당하는 것으로 FIFO(First In First Out) 버퍼로 구성된다.
한편, 상기 채널할당/스케쥴링 처리부(160)는 ATM 신호처리부로부터 ATM Cell에 대한 서비스 특성 및 제어신호들과 무선 송수신부로부터 제어 신호들을 수신하여 해당 프레임에서 어떤 ATM Cell을 전송할 것인지를 결정한 후, 데이터저장부(120)로부터 해당 ATM Cell 데이터를 읽어내며, 상기 CDMA/TDD 프레임송신부(130)는 상기 데이터저장부(120)에서 출력되는 ATM Cell 데이터에 MPDU 헤더를 추가하여 MPDU 데이타를 형성한 후 도 3에 나타난 것과 같은 구조의 프레임 헤더를 생성하고 상기 채널할당/스케쥴링 처리부(160)로부터 제어프레임 데이터를 받아 도 3에 보인 프레임을 생성하여 송신버퍼부(140)로 입력한다.
이후 무선 송수신부가 송신버퍼부(140)에 저장된 데이터를 읽어감으로써 ATM Cell 정보가 무선채널을 통하여 전송된다. 송신타이밍 발생기(50)는 이와 같은 송신시 필요한 전체적인 타이밍 신호를 생성한다.
한편, 이동단말로부터 기지국으로의 데이터 전송과정은, 무선 송수신부로부터 MPDU 단위의 데이터를 수신하여 수신버퍼(210)에 저장시키고, 상기 수신버퍼(210)에 저장이 끝나면 CDMA/TDD 프레임 수신부(200)는 그 수신버퍼(210)로부터 데이터를 읽어들여 순환잉여 검사값을 계산하고, 그에 의해 전송도중에 오류가 발생하였는지 여부를 판단한다.
상기 판단결과 오류가 발생하였으면 해당 MPDU를 폐기하고, 오류가 발생하지 않았으면 ATM 셀 정보를 추출하여 데이터저장부(190) 송신 버퍼부(180)에 그 정보를 저장시킨다. 이후, ATM 신호처리부가 상기 송신 버퍼부(80)에 저장된 데이터를 읽어감으로써 ATM Cell 정보가 이동단말로부터 ATM 망으로 전달된다. 상기 수신타이밍 발생기(120)는 이와 같은 수신시 필요한 전체적인 타이밍 신호를 생성한다.
상기와 같은 본 발명은 무선 ATM LAN 시스템에 적용할 수 있는 데이터 프레임 구조와 이를 근거로한 CDMA/TDD 방식의 매체접근제어 처리 수단을 제공함으로써, 아직 연구단계인 무선 ATM LAN 시스템을 조기에 상용화할 수 있는 기반을 제공하게 되며 관련된 하드웨어의 구현시 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 기지국에서 이동 단말로 전송하고자 하는 데이터를 임시 저장하는 제 1 수신버퍼와,
    상기 제 1 수신 버퍼에 저장된 데이터를 일정 시간뒤에 출력되어 저장되는 제 1 데이터 저장부와,
    상기 제 1 데이터 저장부에서 출력되는 ATM 셀 데이터에 매체 접근 제어 프로토콜 데이터 유닛(MPDU) 헤더를 추가하여 MPDU 데이터와 그에 대한 제어 프레임을 생성하여 출력하는 CDMA/TDD 프레임 송신부와,
    상기 CDMA/TDD 프레임 송신부에서 출력된 신호를 임시 저장하는 제 1 송신 버퍼와,
    이동 단말에서 기지국으로 전송하고자 하는 데이터를 임시 저장하는 제 2 수신버퍼와,
    상기 제 2 수신 버퍼에 저장된 데이터에 대한 순환잉여검사값을 계산하여 전송 도중 오류의 발생 여부를 판단하고 오류가 발생하면 해당 MPDU 데이터를 폐기하고, 오류가 없으면 ATM 셀 정보를 추출하는 CDMA/TDD 프레임 수신부와,
    상기 CDMA/TDD 프레임 수신부에서 추출된 ATM 셀 정보를 저장하는 제 2 데이터 저장부와,
    상기 제 2 데이터 저장부에 저장된 ATM 셀정보를 기지국으로 전송하기 위해 임시 저장하는 제 2 송신 버퍼와,
    외부의 제어 신호에 의해 상기 CDMA/TDD 프레임 송/수신부의 동작을 제어하며, 상기 CDMA/TDD 프레임 송신부에서 제어 프레임을 생성하기 위한 제어 프레임 데이터를 출력하는 채널 할당/스케쥴링 처리부와,
    상기 각 처리부들에 대한 동기를 위한 송/수신 타이밍 발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CDMA/TDD 프레임 송신부에서 생성되는 제어 프레임은
    프레임 헤더 영역과, MPDU 전송 영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 기지국에서 이동 단말로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 하향 전송 구간과,
    MPDU 전송영역과, 제어/관리 프레임 전송 영역을 포함하여 이동 단말에서 기지국으로 전송되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 상향 전송 구간으로 구성되며,
    상기 하향 전송 구간의 모든 영역과, 상향 전송 구간의 MPDU 전송 영역은 기지국에서 전송되는 서비스의 특성 및 대기 시간을 고려하여 예약 기반으로 할당하고, 상기 상향 전송 구간의 제어/관리 프레임 전송 영역은 경쟁 방식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임 헤더는
    기지국 고유의 주소영역과, 프레임 종류와, 전체 프레임의 길이 정보 및 예비 영역을 포함하는 프레임 제어 영역과,
    해당 프레임을 통해 전송되는 각 MPDU에 대한 정보로서, 해당 데이터를 수신할 이동 단말의 주소 및 서비스 정보와 하향 제어/관리 프레임에 대한 정보를 저장하는 하향 제어 영역과,
    해당 프레임을 통해 전송되는 이동 단말에 대한 정보를 저장하는 상향 제어 영역과,
    해당 데이터 프레임에 대한 순환 잉여 검사 값을 저장하는 순환 잉여 검사값 영역으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 MPDU 전송 구간에 저장되는 MPDU은
    송신시 사용할 왈쉬(Walsh) 부호값과, 기지국의 고유 주소, 이동 단말의 주소 및 각 단말에서의 서비스 식별자 정보를 포함하는 헤더와,
    ATM 셀 정보와,
    해당 데이터 프레임에 대한 순환 잉여 검사값으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 ATM LAN 시스템에서의 매체접근제어 처리장치.
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