KR100532992B1 - 고속 무선 ｌａｎ시스템의 타이밍제어장치 및 방법 - Google Patents

고속 무선 ｌａｎ시스템의 타이밍제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 프로세서를 통한 소프트웨어 MAC(Medium Access Control) 구현에 있어서 IEEE 802.11 표준에서 요구하는 타이밍 조건을 만족시켜 원활한 데이터 전송을 할 수 있도록 한 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 무선 LAN시스템의 MAC계층의 타이밍을 제어하여 RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신시간을 제어하는 타이밍제어장치에 있어서, PHY계층으로부터 RTS 프레임을 수신하여 MAC계층으로 RTS 프레임을 출력하고 그 MAC계층으로부터 CTS 송신신호를 수신하여 SIFS시간만료 요구신호를 출력하며, 상기 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호에 동기시켜 접근신호인 CTS 송신신호를 출력하는 접근신호 제어부와; 상기 접근신호 제어부가 RTS 수신신호를 수신한 시간과 SIFS시간만료신호 출력시간을 카운팅하는 카운터와; 상기 RTS 프레임 수신시, 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하고 SIFS시간만료신호 출력시 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하는 접근 타이머 메모리와; 상기 SIFS시간만료 요구신호가 입력되면 상기 RTS 수신신호의 수신시간으로부터 원하는 SIFS시간만료 시간이 상기 카운터로부터 카운팅되면 SIFS시간만료신호를 상기 접근신호 제어부로 출력하는 SIFS시간만료신호출력부로 구성된 것을 특징으로한다.

Description

고속 무선 ＬＡＮ시스템의 타이밍제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TIMING OF HIGH SPEED WIRELESS LAN SYSTEM}
본 발명은 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 프로세서를 통한 소프트웨어 MAC(Medium Access Control) 구현에 있어서 IEEE 802.11 표준에서 요구하는 타이밍 조건을 만족시켜 원활한 데이터 전송을 할 수 있도록 한 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 LAN(Local Area Network)시스템이란 근거리에 존재하는 복수의 네트웍 단말들을 무선 공유 매체를 통해 연결하는 네트웍 시스템으로, 이러한 무선 LAN시스템에서 복수의 네트웍 단말들 사이의 충돌없는 데이터 전송을 위해서는 적절한 매체접근제어(MAC)계층과 물리(PHY; Physical)계층의 규약이 필요하다.
대표적인 무선 LAN규약으로는 IEEE 802.11표준이 있으며, 특히 IEEE 802.11a 표준에서는 최대 54Mbps의 데이터 전송률을 갖는 고속 무선 LAN시스템 규약을 정하고 있다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.11 표준 무선 LAN시스템의 구성을 나타낸 예시도로서, 이에도시한 바와 같이 복수의 STA(Station)들로 구성된 BBS(Basic Service Set)가 무선 공유 매체를 통해 기본적인 LAN서비스를 제공하고, 각각의 BBS는 AP(Access Point)와 DS(Distribution System)를 통해보다 넓은 영역의 네트웍 서비스를 제공하는 ESS(Extended Service Set)를 구성한다.
이러한, IEEE 802.11 표준 무선 LAN시스템의 MAC계층 규약은 서로 다른 STA들의 매체공유를 위해서 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)방식으로 알려진 DCF(Distributed Coordination Function)를 사용한다.
이 방식은 서로 다른 STA사이의 충돌을 검출하기 위해 데이터 프레임에 비해 전송 시간이 짧은 RTS(Request To Send)와 CTS(Clear To Send)제어 프레임을 사용함으로써 직접 데이터 프레임을 전송했을 경우 충돌에 의해 발생할 수 있는 긴 시간의 낭비를 줄여준다.
도 2는 DCF의 RTS/CTS제어프레임을 이용한 프레임 교환절차를 나타낸 예시도로서, 제1 STA가 RTS제어 프레임을 전송하고 SIFS(Short Inter Frame Space)시간이 지나면, 제2 STA가 CTS제어 프레임을 전송하고 다시 SIFS시간이 지나면, 상기 제1 STA가 데이터 프레임을 전송하고 또 다시 SIFS 시간이 지난후에 제2 STA가 ACK(Acknowledge)제어 프레임을 전송하는 것으로 프레임 교환절차를 수행한다.
DCF의 프레임 교환절차에는 연속된 프레임의 사이마다 공유매체를 비워두어야 하는 최소시간이 정해져 있는데 이것을 IFS(Inter Frame Space)시간이라고 하며, SIFS시간은 이러한 IFS시간들 중에 가장 짧은 시간이다.
위와 같은 IEEE 802.11 표준 무선 LAN 시스템의 MAC계층은 대부분 논리 회로에 의해 직접 구현된다.
하지만, 논리 회로에 의한 구현은 기능의 유지 및 보수가 어렵기 때문에 현재 진행중인 IEEE 802.11e, IEEE 802.11g, IEEE 802.11h, 그리고 IEEE 802.11i 등과 같은 향상된 기능을 반영하는데 큰 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 상대적으로 유지 및 보수가 용이한 마이크로 프로세서(micro processor)와 소프트웨어 MAC계층 코드를 이용한 소프트웨어 MAC 계층 구현 방법이 제안되었다.
도 3, 도4와 같이 마이크로 프로세서는 메모리에 저장된 소프트웨어 MAC계층 코드(34), 타이머(33), 그리고 기타 마이크로 프로세서 외부 장치들을 사용하여 MAC계층(30) 기능을 수행하며, 호스트(37)와 MAC계층 인터페이스를 위한 호스트 인터페이스 제어기(36)와 PHY계층(31)와 MAC계층(30) 인터페이스를 위한 PHY계층 인터페이스 제어기(Physical layer interface controller)(32)는 계층간 데이터 송수신을 가능하게 한다.
상기 타이머(33)를 이용한 RTS/CTS 프레임 교환 절차시 PHY계층(31)의 수신 지연시간, 프로세서 신호지연, 타이머 지속기간, 그리고 PHY계층(31)의 송신 지연시간의 합이 SIFS시간이 되므로 SIFS시간은 마이크로 프로세서(35) 내부의 MAC계층 프로세서 동작에 의한 임의의 프로세서 신호지연 시간에 따라 변화하게 된다.
그러나, 이러한 일반적인 소프트웨어 MAC계층 구현방법으로는 마이크로 프로세서에서 동작하는 MAC프로세서와 타이머, 그리고 MAC 프로세서와 PHY계층 인터페이스 제어기(32) 사이의 신호에서 발생하는 예측 불가능한 지연문제로 인하여 고속 무선 LAN규격인 IEEE 802.11a 표준에서 정한 16μsec-6sec의 SIFS 시간 및 16μsec±0.9μsec의 정밀도를 만족시키는 것이 어렵다는 문제가 따른다.
이러한 배경에 의해 유지 및 보수가 용이한 소프트웨어 MAC계층 구현 방법을 사용하면서 고속 무선 LAN시스템을 위한 고도의 타이밍 문제를 해결할 수 있는 효율적인 접근 타이머(access timer)장치의 필요성이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 창안한 것으로, MAC계층의 접근 타이머가 RTS 프레임 수신시간인 기준시간부터 카운팅한후 CTS 프레임을 송신하기 위한 시간을 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과했는지를 판단하여 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과하면 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호와 동기시켜 PHY계층으로 CTS 프레임을 전송함으로써, RTS/CTS 프레임 교환 절차시 PHY계층의 수신 지연시간, 프로세서 신호지연, 타이머 지속기간, 그리고 PHY계층의 송신 지연시간의 합인 SIFS시간 및 RTS/CTS 프레임 송수신 시간을 IEEE 802.11 표준에서 요구하는 타이밍 조건으로 만족시켜 원활한 데이터 전송을 할 수 있도록 한다.
또한, 접근타이머를 구비하여 SIFS시간의 지연시간을 줄일 수 있는 소프트웨어를 MAC계층의 메모리에 저장하여 MAC계층 구현을 가능하게 함으로써, 무선 LAN 시스템의 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있도록 한 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선 LAN시스템의 MAC계층의 타이밍을 제어하여 RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신시간을 제어하는 타이밍제어장치에 있어서, PHY계층으로부터 RTS 프레임을 수신하여 MAC계층으로 RTS 프레임을 출력하고 그 MAC계층으로부터 CTS 송신신호를 수신하여 SIFS시간만료 요구신호를 출력하며, 상기 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호에 동기시켜 접근신호인 CTS 송신신호를 출력하는 접근신호 제어부와; 상기 접근신호 제어부가 RTS 수신신호를 수신한 시간과 SIFS시간만료신호 출력시간을 카운팅하는 카운터와; 상기 RTS 프레임 수신시, 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하고 SIFS시간만료신호 출력시 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하는 접근 타이머 메모리와; 상기 SIFS시간만료 요구신호가 입력되면 상기 RTS 수신신호의 수신시간으로부터 원하는 SIFS시간만료 시간이 상기 카운터로부터 카운팅되면 SIFS시간만료신호를 상기 접근신호 제어부로 출력하는 SIFS시간만료신호출력부로 구성된 것을 특징으로한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RTS 수신신호를 MAC 프로세서로 출력함과 동시에 타이머를 통해 RTS 수신신호가 수신되는 기준 시간부터 SIFS시간을 카운팅하는 제1 단계와; 상기 RTS 수신신호를 수신한 MAC 프로세서는 상기 타이머로 SIFS시간만료요구신호와 함께 CTS 송신신호를 송신하는 제2 단계와; 상기 SIFS시간만료요구신호와 CTS 송신신호를 수신한 타이머는 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과했는지를 판단하여 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과하면 CTS 송신신호를 공유매체로 전송하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 무선 LAN시스템의 MAC계층의 타이밍을 제어하여 RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신시간을 제어하는 타이밍제어장치에 있어서, PHY계층으로부터 RTS 프레임을 수신하여 MAC계층으로 RTS 프레임을 출력하고 그 MAC계층으로부터 CTS 송신신호를 수신하여 SIFS시간만료 요구신호를 출력하며, 상기 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호에 동기시켜 접근신호인 CTS 송신신호를 출력하는 접근신호 제어부(53a)와; 상기 접근신호 제어부(53a)가 RTS 수신신호를 수신한 시간과 SIFS시간만료신호 출력시간을 카운팅하는 카운터(53b)와; 상기 RTS 프레임 수신시, 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하고 SIFS시간만료신호 출력시 상기 카운터(53b)로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하는 접근 타이머 메모리(53c)와; 상기 SIFS시간만료 요구신호가 입력되면 상기 RTS 수신신호의 수신시간으로부터 원하는 SIFS시간만료 시간이 상기 카운터(53b)로부터 카운팅되면 SIFS시간만료신호를 상기 접근신호 제어부(53a)로 출력하는 SIFS시간만료신호출력부(53d)로 구성된다.
도 6은 본 발명 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 RTS 수신신호를 MAC 프로세서로 출력함과 동시에 타이머를 통해 RTS 수신신호가 수신되는 기준 시간부터 SIFS시간을 카운팅하는 제1 단계와; 상기 RTS 수신신호를 수신한 MAC 프로세서는 상기 타이머로 SIFS시간만료요구신호와 함께 CTS 송신신호를 송신하는 제2 단계와; 상기 SIFS시간만료요구신호와 CTS 송신신호를 수신한 타이머는 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과했는지를 판단하여 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과하면 CTS 송신신호를 공유매체로 전송하는 제3 단계로 이루어진 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용은 첨부한 도 7을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공유 매체로부터 RTS제어 프레임을 수신완료하면 PHY계층 처리를 수행한 후에 PHY계층 인터페이스 제어기(72)에 RTS수신 완료신호가 전달된다.
이렇게, 전달된 RTS수신 완료신호는 마이크로 프로세서(75)를 거치지 않고, 바로 접근 타이머(53)의 PHY-SAP신호 제어부(53a)에 전달되며 그 PHY-SAP신호 제어부(53a)는 지역 시간 카운터의 값을 접근 타이머 메모리(53c)에 타이머의 기준 시간으로 저장한다.
이와 동시에, PHY계층 인터페이스 제어기(72)에 전달된 RTS수신 완료신호는 마이크로 프로세서(75)에서 수행되는 MAC계층 프로세서에 전달되며, MAC계층 프로세서는 적절한 MAC관련기능을 수행한 후에 CTS제어 프레임 송신을 위한 CTS송신신호를 접근 타이머(53)의 PHY-SAP신호 제어부(53a)에 전달한다.
이렇게 전달된 CTS제어 프레임은 접근 타이머(53)에 의해 남아있는 타이머 지속 기간동안 지연되고, SIFS시간만료신호출력부(53d)에 의해 접근 타이머 만료신호가 발생한 후에 PHY-SAP신호 제어부(53a)에 의해 PHY계층(71)으로 전달되며, 그 PHY계층(71)의 처리를 통해 공유매체에 CTS제어프레임 송신신호를 송신하게 한다.
이때, PHY계층(71)의 수신 지연시간과, 타이머 지속기간, 그리고 PHY계층(71)의 지연시간의 합이 SIFS시간이다.
이렇게 계산되는 SIFS시간값은 MAC계층 프로세서의 처리 시간과는 무관한 하드웨어의 고정시간이므로 고속 무선 LAN규격인 IEEE802.11a 표준에서 정한 16μsec-6sec의 SIFS 시간 및 16μsec±0.9μsec의 정밀도를 만족시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 소프트웨어 MAC계층 구현을 위한 접근 타이머(53)를 사용하면 일반적인 타이머로는 만족시키기 어려운 고속 무선 LAN시스템의 고도의 타이밍 문제를 해결할 수 있다.
이렇게 본 발명의 접근 타이머는 소트프웨어 MAC계층 구현의 가장 큰 문제인 정밀한 타이밍의 구현을 해결하여 소프트웨어 MAC계층 구현을 가능하게 함으로써, 무선 LAN시스템의 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 접근 타이머를 이용하면 위에서 설명한 SIFS를 포함하여 여러가지 SIFS타이밍과 기타 MAC계층에서 요구하는 기타 타이밍 기능들을 정밀하게 처리하는 것이 가능하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 MAC계층의 타이머가 RTS 프레임 수신시간인 기준시간부터 카운팅한후 CTS 프레임을 송신하기 위한 시간을 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과했는지를 판단하여 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과하면 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호와 동기시켜 PHY계층으로 CTS 프레임을 전송함으로써, RTS/CTS 프레임 교환 절차시 PHY계층의 수신 지연시간, 프로세서 신호지연, 타이머 지속기간, 그리고 PHY계층의 송신 지연시간의 합인 SIFS시간 및 RTS/CTS 프레임 송수신 시간을 IEEE 802.11 표준에서 요구하는 타이밍 조건으로 만족시켜 원활한 데이터 전송을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 접근타이머를 구비하여 SIFS시간의 지연시간을 줄일 수 있는 소프트웨어를 MAC계층의 메모리에 저장하여 MAC계층 구현을 가능하게 함으로써, 무선 LAN 시스템의 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.11 표준 무선 LAN시스템의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 DCF의 RTS/CTS제어프레임을 이용한 프레임 교환절차를 나타낸 예시도.
도 3은 종래 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치를 보인 예시도.
도 4는 일반적인 소프트웨어 MAC계층 구현방법을 보인 흐름도.
도 5는 본 발명 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치를 보인 예시도.
도 6은 본 발명 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어방법을 보인 흐름도.
도 7은 본 발명 고속 무선 LAN시스템의 구성을 나타낸 예시도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
53a: PHY-SAP신호 제어부 53b: 지역시간 카운터
53c: 접근 타이머 메모리 53d: SIFS시간 만료 신호 출력부
70: MAC계층 71: PHY계층
72: PHY게층 인터페이스 제어기 53: 접근 타이머
74: 메모리(MAC코드) 75: 마이크로 프로세서
76: 호스트 인터페이스 제어기 77: 호스트

Claims (2)

  1. 무선 LAN시스템의 MAC계층의 타이밍을 제어하여 RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신시간을 제어하는 타이밍제어장치에 있어서,
    PHY계층으로부터 RTS 프레임을 수신하여 MAC계층으로 RTS 프레임을 출력하고, 그 MAC계층으로부터 CTS 송신신호를 수신하면 SIFS시간만료 요구신호를 출력하고, 상기 CTS 송신신호를 SIFS시간만료신호에 동기시켜 접근신호인 CTS 송신신호를 출력하는 접근신호 제어부와; 상기 접근신호 제어부가 RTS 수신신호를 수신한 시간과 SIFS시간만료신호 출력시간을 카운팅하는 카운터와; 상기 RTS 프레임 수신시, 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하고 SIFS시간만료신호 출력시 상기 카운터로부터 카운터값을 읽어와 시간을 저장하는 접근 타이머 메모리와; 상기 SIFS시간만료 요구신호가 입력되면 상기 RTS 수신신호의 수신시간으로부터 원하는 SIFS시간만료 시간이 상기 카운터로부터 카운팅되면 SIFS시간만료신호를 상기 접근신호 제어부로 출력하는 SIFS시간만료신호출력부로 구성된 것을 특징으로 하는 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어장치.
  2. RTS 수신신호를 MAC 프로세서로 출력함과 동시에 타이머를 통해 RTS 수신신호가 수신되는 기준 시간부터 SIFS시간을 카운팅하는 제1 단계와; 상기 RTS 수신신호를 수신한 MAC 프로세서는 상기 타이머로 SIFS시간만료요구신호와 함께 CTS 송신신호를 송신하는 제2 단계와; 상기 SIFS시간만료요구신호와 CTS 송신신호를 수신한 타이머는 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과했는지를 판단하여 상기 기준시간으로부터 SIFS시간만료 요구시간이 경과하면 CTS 송신신호를 공유매체로 전송하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고속 무선 LAN시스템의 타이밍제어방법.
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