KR100577385B1 - 무선 ｐａｎ 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는방법 - Google Patents

무선 ｐａｎ 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 PAN(Wireless Personal Area Network) 상에서 동작하는 디바이스의 MAC을 개선함으로써 MAC 층의 상위층에서 받은 데이터 크기와 상관없이 전송효율을 높일 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법은, 전송하고자 하는 MAC의 상위층 데이터를 포함하는 하나 이상의 바디 프레임을 MAC 프레임에 잉여 공간이 없도록 채우는 제1단계; 상기 바디 프레임이 최종 프레임인지 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재하는지를 나타내는 프래그먼트 정보를 상기 바디 프레임에 기록하는 제2단계; 및 상기 정보를 이용하여 상기 전송된 MAC 프레임에 존재하는 바디 프레임으로부터 상위층 데이터를 추출하여 상위층으로 전달하는 제3단계로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 새로운 MAC 데이터 프레임을 사용함으로써 MAC 층에서 지원가능한 최대 대역폭을 지원할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 개선된 전송률을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 데이터 버퍼링(buffering) 부담을 최소화 함으로써 버퍼 오버플로(buffer overflow)를 감소시킬 수 있다.
무선 PAN, PNC, 채널 시간, MAC 프레임, 바디 프레임(body frame)

Description

무선 ＰＡＮ 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법{Method for Communicating Effectively between Devices on Wireless Personal Area Network}
도 1은 종래의 IEEE 802.15.3에 따른 슈퍼프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 Association request command 프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 Channel time request command 프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 Channel time response command 프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 MAC 데이터 프레임의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 MAC 헤더의 구조를 나타낸 도면.
도 7a는 상위층에서 전송할 데이터의 예.
도 7b는 상기 도 7a에서 전송 모드가＇TRANSPORT_MODE_NOPACK＇일 경우의 전송 방식을 나타낸 도면.
도 7c는 상기 도 7a에서 전송 모드가＇TRANSPORT_MODE_PACK＇일 경우의 전송 방식을 나타낸 도면.
도 7d는 상기 도 7a에서 전송 모드가＇TRANSPORT_MODE_PACK_FULL＇일 경우의 전송 방식을 나타낸 도면.
도 8a는 디바이스 간에 데이터 송수신을 하기 위한 셋업 단계를 나타낸 흐름도.
도 8b는 상기 도8a에 이어 송신측 디바이스가 데이터를 전송하는 동작을 나타낸 흐름도.
도 8c는 수신측 디바이스가 도 8b에서 전송된 데이터를 수신하는 동작을 나타낸 흐름도.
본 발명은 무선 네트워크에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 PAN(Wireless Personal Area Network) 상에서 동작하는 디바이스의 MAC을 개선함으로써 MAC 층의 상위층에서 받은 데이터 크기와 상관없이 전송효율을 높일 수 있는 방법에 관한 것이다.
무선 디지털 펄스라고도 알려져 있는 UWB(Ultra wideband)는 단거리 구간에서 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위한 무선 기술이며, 미국 국방부가 군사적 목적으로 개발한 무선 기술이다. 이러한 UWB에 관한 표준화는 현재 IEEE 802.15.3, 즉 무선 PAN 규격 제정을 위한 워킹 그룹(Working Group)에서 진행되고 있다. IEEE 802.15.3에는 PHY와 MAC에 관해서 다루고 있는데, 현재 업계에서는 이 중에서도 MAC의 개선 방안에 대한 활발한 연구를 진행하고 있다.
802.15.3 MAC의 특징은 무선 네트워크의 형성이 신속하다는 것이다. 그리고, AP(Access Point) 기반이 아니라 PNC(Piconet Coordinator)를 중심으로 한 피코넷이라고 하는 애드혹 네트워크(Ad Hoc Network)를 기반으로 한다. 802.15.3 MAC은 TDMA(시분할 다중 접속; Time Division Multiple Access)방식을 채택하고 있다. 도 1과 같은 슈퍼프레임(superframe)이라고 하는 시간적인 배치 구조 안에 디바이스 간에 데이터 송수신을 위한 MAC 프레임을 배치한다. 슈퍼프레임의 구성으로는 제어정보를 담고 있는 비콘(beacon)과 백오프(backoff)를 통해 데이터를 전송하는 CAP(Contention Access Period) 구간, 그리고 할당받은 시간에 경합없이 데이터를 보내는 CTAP(Channel Time Allocation Period) 구간이 있다. 이 중에서 CAP는 MCTA(Management CTA)로 대체되어 사용될 수도 있다. 이 때, CAP 구간에는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 사용하여 경쟁적 접근이 이루어지고, MCTA에서는 Slotted Aloha를 이용하여 채널을 억세스할 수 있다.
CTAP는 여러 개의 MCTA와 여러 개의 CTA 블럭으로 구성될 수 있다. CTA(Channel Time Allocation; 채널 시간 할당)의 종류에는 동적 CTA(Dynamic CTA)와 의사 정적 CTA(Pseudo static CTA) 두 가지 종류가 있다. 동적 CTA는 슈퍼프레임마다 그 위치가 바뀔 수 있으며, 비콘을 놓치면 해당 슈퍼프레임에서 CTA를 사용하지 못한다. 이에 반해, 의사 정적 CTA는 위치가 변하지 않고 같은 위치에 고정되어 있으며, 비콘을 놓치더라도 슈퍼프레임을 놓치더라도 고정된 위치에서 CTA 구간을 사용할 수 있다. 하지만, 의사 정적 CTA도 mMaxLostBeacons에 해당하는 횟수 이상 연속해서 비콘을 놓치면 사용할 수 없도록 하고 있다. 이와 같이, 802.15.3 MAC은 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있는 TDMA 기반으로 구성되어 있어 특히 홈네트워크 상에서의 멀티미디어 오디오/비디오 스트리밍(A/V Streaming)에 적합하다.
그러나 종래의 IEEE 802.15.3에 따르면, 현재의 MPDU(MAC Protocol Data Unit)는 FCSL(Frame Control Sub Layer)에서 받은 데이터를 하나씩만 포함하여 전송한다. 그리고, 데이터 수신 측에서는 상기 전송받은 데이터가 프래그먼트로(fragmentation) 되지 않았으면 그대로 상위의 FCSL에 전달해 준다. 그런데 이 경우 송신할 데이터의 크기가 MPDU의 최대 크기보다 작다면 MPDU의 페이로드(payload) 부분에 데이터를 채우고도 빈 공간이 남는다. 따라서, 종래의 IEEE 802.15.3는 QoS를 보장하기에는 적합하지만, 최대 전송률(Maximum Throughput)을 보장하기 위해서는 적합하지 않다고 할 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 구성을 보면, 디바이스들간에 데이터를 QoS를 보장하며 전송하기 위해 채널 시간(channel time)을 할당하여 주는 PNC와, 상기 채널 시간 동안에 스트리밍을 수행하는 소스 디바이스(Source Device), 및 상기 채널 시간 동안에 스트리밍되는 데이터를 전송받는 목적지 디바이스(Destination Device)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제1 디바이스와 제2 디바이스는 전원이 켜지면 해당 주파수 대역, 즉 해당 채널에서 PNC를 찾고, PNC를 찾게 되면 PNC에 가입(association)하는 과정을 수행한다. 다음으 로, 제1 디바이스 및 제2 디바이스는 각각 자신이 가입한 PNC로부터 기존에 피코넷에 가입된 디바이스들의 정보를 수신한다.
제1 디바이스가 제2 디바이스로 실시간 데이터(real-time data)를 보내고자 하면 제1 디바이스는 PNC에 필요한 만큼의 시간을 할당 받기 위해 PNC로 채널 시간을 요청하는 명령, 즉 channel time request command 프레임을 전송한다. 상기 PNC는 현재 제1 디바이스의 요청을 들어 줄 수 있는 무선 통신 매체(wireless medium)의 리소스(resource), 즉 채널 슬롯(time slot)이 존재하면 제1 디바이스에 상기 제2 디바이스와 통신을 할 수 있는 채널 시간을 할당한다.
상기 채널 시간을 할당받은 제1 디바이스는 상기 채널 시간이 되면 제2 디바이스에 MAC 데이터 프레임을 전송하기 시작한다. 이후 데이터 프레임을 전송하는 중이라도 해당 채널 시간이 끝나면 송신을 멈추고 대기하였다가, 제1 디바이스에 할당된 다음 채널 시간이 되면 다시 데이터 전송을 계속한다.
한편, 제2 디바이스는 PNC로부터 비콘 프레임(beacon frame)을 받음으로 자신이 목적지 디바이스임을 알고, 해당 채널 시간에서 ＇listen＇하고 있다가 제1 디바이스로부터 MAC 프레임이 도착하면 MAC 헤더를 해제(decapsulation)한 후 MAC 프레임 바디(frame body)만을 상위층(upper layer)으로 올려준다.
기존의 MAC 프레임의 구조는 MAC 헤더(header)와 MAC 프레임 바디(frame body)로 이루어지는데, 송신 디바이스가 MAC 층의 상위층, 즉 FCSL로부터 받은 프레임(이하 ＇상위층 프레임＇ 또는 ＇상위층 데이터＇라 한다)의 크기가 MAC 프레임 바디가 담을 수 있는 부분보다 작을 경우 그대로 담아서 보낸다. 이와 같이, 최대 크기보 다 작은 데이터를 MAC에서 전송하면 MAC 층에서 지원하는 대역폭(bandwidth)을 최대로 이용하지 못하므로 전체적으로 전송효율(throughput)을 떨어뜨리게 된다.
따라서 본 발명은 IEEE 802.15.3에서 정의하는 MPDU(MAC Protocol Data Unit)의 구조를 개선하여 전송효율(Throughput)을 개선하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 이를 위하여 본 발명은 새로운 MAC 프레임 구조를 이용하여 한 프레임에 전송될 수 있는 데이터의 양을 최대로 함으로써 상위층에서 받은 데이터 크기와 상관없이 전송효율을 최대로 하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 개선된 방법을 사용하면서도 종래의 IEEE 802.15.3 MAC 프레임 송수신 방법과 호환성이 있는 네트워크를 유지하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법은 전송하고자 하는 MAC의 상위층 데이터를 포함하는 하나 이상의 바디 프레임을 MAC 프레임에 잉여 공간이 없도록 채우는 제1단계; 상기 바디 프레임이 최종 프레임인지 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재하는지를 나타내는 프래그먼트 정보를 상기 바디 프레임에 기록하는 제2단계; 및 상기 정보를 이용하여 상기 전송된 MAC 프레임에 존재하는 바디 프레임으로부터 상위층 데이터를 추출하여 상위층으로 전달하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바디 프레임을 MAC 프레임에 순서대로 채우고 남은 공간이 다음 바디 프레임 을 채우기에 부족한 경우에는 다음 MAC 프레임에 상기 다음 바디 프레임을 채우는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잉여 공간이 없도록 채우는 것은 상기 바디 프레임을 MAC 프레임에 순서대로 채우고 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한 경우에는 상기 다음 바디 프레임을 남은 공간에 맞게 잘라 넣고, 다음 MAC 프레임에 상기 잘라 넣고 남은 바디 프레임을 채우는 것이 바람직하다.
상기 바디 프레임은 상기 바디 프레임이 최종 프레임인지 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재하는지를 나타내는 프래그먼트 정보와, 바디 프레임의 페이로드에 존재하는 상위층 데이터의 크기를 나타내는 정보와, 상위층 데이터를 기록하는 바디 프레임의 페이로드로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상위층 데이터를 추출하는 과정은 상기 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재한다는 것을 나타내면 상기 바디 프레임을 버퍼에 저장하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상위층 데이터를 추출하는 과정은, 상기 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 최종 프레임이라는 것을 나타내는 값이면 상기 바디 프레임 이전에 존재하는 바디 프레임의 프래그먼트 정보를 읽어 들이는 단계; 상기 이전 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 최종 프레임이라는 것을 나타내는 값이면 상기 바디 프레임의 헤더를 제거하는 단계; 및 상기 이전 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재한다는 것을 나타내는 값이면 상기 이전 바디 프레임 및 상기 바디 프레임의 헤더를 제거하고 양 프레임을 디프래그멘테이션하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 Association request command(100)의 구조를 나타낸 것이다. 데이터를 송신할 제1 디바이스 및 데이터를 수신할 제2 디바이스는 전원이 켜지게 되면 먼저, 해당 채널에서 PNC를 찾은 후 PNC에 가입(association)하기 위하여 Association request command 프레임(100)을 PNC에 전송한다. 이를 통하여 각 디바이스는 자신이 가지는 디바이스 특성을 PNC에 전달하게 된다.
이 때 상기 Association request command 프레임(100)의 Overall capabilities 필드(110) 중 DEV capablilities 필드(111)의 하위 필드에는 가입하고자 하는 디바이스 자신이 가진 각종 기능을 기록한다. 이러한 기능들에는, 지원하는 전송률(Supported data rates), 선호하는 프래그먼트 크기(Preferred fragment size), 항상 AWAKE 상태로 있는지 여부(Always AWAKE), 디바이스의 데이터를 송신을 기다리는지 여부(Listen to Source), 멀티캐스트를 수신하는지 여부(Listen to Multicast) 등이 있다. 본 발명에서는 이와 같은 종래의 필드 외에 예비(Reserved) 필드 중 2비트를 사용하여 ＇Transport mode＇라는 필드(212)를 정의한다. 이러한 Transport mode 필드(212)는 ＇00＇, ＇01＇, 및 ＇10＇값을 가질 수 있으며, ＇11＇은 예비(reserved)되어 있다. ＇00＇은 ＇TRANSPORT_MODE_NOPACK＇을, ＇01＇은 ＇TRANSPORT_MODE_PACK＇을, 그리고 ＇10＇은 ＇TRANSPORT_MODE_PACK_FULL＇을 의미한다. 상기 TRANSPORT_MODE_NOPACK은 기존의 802.15.3에서 사용하는 방식으로서 MAC 데이터 프레임의 바디에는 하나의 상위층 프레임만을 담을 수 있음을 나타낸 다. 그리고, TRANSPORT_MODE_PACK는 MAC 데이터 프레임의 바디 프레임(body frame)에 여러 개의 상위층 프레임들이 함께 패키징(packing)되어 전송될 수 있지만 상위층 프레임은 잘려지지 않음을 나타낸다. 또한, TRANSPORT_MODE_PACK_FULL은 여러 개의 상위층 프레임들로 바디 프레임을 최대한 가득 채우며 필요하다면 상위층 프레임을 잘라서 나누기도 함을 나타낸다. 즉 상위층 프레임을 바디 프레임의 마지막에 채울 때는 남는 공간만큼 잘라 넣고 이외의 부분은 다음 MAC 프레임이 전송될 때 채우게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 Channel time request command(200)의 구조를 나타낸 것이다. 제1 디바이스가 제2 디바이스로 데이터를 보내고자 하면 제1 디바이스는 PNC에 필요한 만큼의 시간을 할당 받기 위해 PNC로 채널 시간을 요청하는 명령, 즉 Channel time request command 프레임(200)을 전송하게 된다. Channel time request command 프레임(200)은 커맨드 프레임의 종류를 표시하는＇Command type＇ 필드, 데이터의 Length 즉, 하나 이상의 CTRqB(Channel time request block)이 차지하는 전체 octet 수의 크기의 총합을 나타내는 ＇Length＇ 필드, 그리고 PNC에 채널 시간을 요청하는 내용을 담은 하나 이상의 Channel time request block(210)으로 구성된다. 각각의 Channel time request block(210)은 ＇Num targets＇ 필드부터 ＇Desired number of TUs＇필드까지 여러 필드를 갖는데, 이 중에서 CTrq control 필드(211)는 채널 시간 요청에 대한 각종 제어 정보를 담고 있다. CTrq control 필드(211)는 다시 Priority, PM CTRq type, CTA type, CTA rate type, Target ID list type 등의 세부 필드를 갖는다. 본 발명에서는 이와 같은 종래의 필드 외에 예비(Reserved) 필드 중 2비트를 사용하여 Transport mode 필드(212)를 추가한다. Transport mode 필드(212)가 가질 수 있는 값 및 그 의미는 도 2의 설명에서와 같다.
도 4는 본 발명에 따른 Channel time response command(300)의 구조를 나타낸 것이다. PNC가 채널 시간을 요청한 디바이스에게 채널 시간을 할당한 경우 또는 리소스가 부족하여 할당하지 못하는 경우 모두 이와 같은 Channel time response command 프레임(300)을 이용하여 채널 시간 할당 요청에 대한 결과를 상기 디바이스에게 응답해 준다. 상기 프레임(300)에도 Command type 필드부터 Reason code 필드까지 종래의 필드에 Transport mode 필드가 추가되어 있다. 상기 프레임(300)에는 예비 필드가 존재하지 않으므로 전송 모드(Transport mode)를 기록하기 위하여 별도의 1 octet(실제 사용은 2비트이고 나머지는 예비 비트가 됨)를 사용한다. 따라서, 종래와 달리 Length 필드(301)의 값은 ＇4＇가 아니라 ＇5＇로 된다.
도 5는 본 발명에 따른 MAC 데이터 프레임(MAC data frame; 400)의 구조를 나타낸 것이다. 이와 같이, MAC 프레임의 형태가 데이터 프레임(400)일 경우에는 MAC 헤더(MAC header; 410)를 제외한 부분은 하나 이상의 독립된 바디 프레임(Body frame; 420 등)들로 구성된다. 각각의 바디 프레임에는 바디 프레임의 헤더, 즉 바디 헤더(Body header; 401, 412) 및 바디 프레임의 페이로드(Payload; 403)가 존재하는데, 상기 헤더에는 바디 프레임의 프래그먼트 정보를 기록하는 Fragment info 필드(401), 페이로드의 크기를 기록하는 Length 필드(402)가 존재한다. 그리고, 페이로드(403)에는 실제 상위층 데이터가 담겨진다.
각각의 바디 프레임에 대한 페이로드는 상위층 데이터의 크기에 따라 그 Length가 정해지며 각 페이로드 마다 Length가 달라질 수 있다. 각각의 바디 프레임의 크기는 상기 페이로드의 크기에 Length 필드 및 Fragment info 필드의 크기를 합한 크기가 된다. 따라서, Body #n(420)의 크기는 octets를 단위로 페이로드 크기인 Ln에 2를 더한 Ln+2가 된다.
상기 Fragment info 필드(401)는 ＇00＇, ＇01＇, 및 ＇10＇값을 가질 수 있으며, ＇11＇은 예비(reserved)되어 있다. ＇00＇은 ＇NO_MORE_DATA＇를, ＇01＇은 ＇COMPLETE_FRAME＇를, 그리고 ＇10＇은 ＇FRAGMENTED_FRAME＇을 의미한다. 상기 ＇COMPLETE_FRAME＇은 MAC 데이터 프레임에 포함된 현재의 바디 프레임이 프래그먼트화(fragementation)된 바디 프레임 중에서 마지막 프레임 또는 완전한 하나의 바디 프레임이라는 것을 나타낸다. 그리고, ＇FRAGMENTED_FRAME＇은 MAC 데이터 프레임에 포함된 현재의 바디 프레임이 프레그먼트로된 바디 프레임 중 마지막 프레임이 아니라는 것을 나타낸다. 또한, 상기 ＇NO_MORE_DATA＇는 현재의 바디 프레임 이후로는 새로운 바디 프레임이 존재하지 않으므로 현재 MAC 데이터 프레임(400) 내에서는 다음 바디 프레임을 수신하기 위하여 더 기다릴 필요가 없음을 나타낸다. 결국, ＇NO_MORE_DATA＇ 또는＇COMPLETE_FRAME＇은 현재 바디 프레임이 최종 프레임이라는 것을, ＇FRAGMENTED_FRAME＇는 현재 바디 프레임 외에 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재한다는 것을 나타낸다.
제1 디바이스가 MAC 프레임을 전송하면, 이를 수신한 제2 디바이스는 도 6에서 보는 바와 같이, MAC 헤더(410)의 Fragmentation control(411) 필드에 존재하는 ＇Frame type＇ 필드(412)가 데이터 프레임(Data frame)을 나타내는 값인가를 먼저 판단한다. 상기 판단 결과 전송된 MAC 프레임이 데이터 프레임일 경우에는 상기 Fragmentation control(410) 필드에 존재하는 Transport mode 필드(212)를 참조해서 상기 데이터 프레임을 해석하게 된다. Transport mode 필드(212)가 가질 수 있는 값 및 그 의미는 도 2의 설명에서와 같다.
도 7a 내지 도 7b는 각 전송 모드(Transport mode)에 따라 MAC 프레임을 이용하여 데이터를 송신하는 예를 나타낸 것이다. TRANSPORT_MODE_NOPACK 모드는 종래의 IEEE 802.15.3의 방식과 같다. 즉 페이로드 부분에는 상위층 데이터만 들어간다. PACK 또는 PACK_FULL 모드에서는 MAC 프레임의 페이로드 부분이 앞에서 기술한 그림과 같이 여러 바디 프레임들로 구성되기 때문에 수신측에서는 다음과 같이 해석된다.
도 7a와 같이 MAC 층에서 상위층인 FCSL로부터 받아 전송할 데이터가 있다고 가정하고, 각 모드에서 동작하는 방식을 도 7b 내지 도 7d를 참조하여 살펴본다. 점선으로 된 부분은 MAC 프레임의 최대 크기를 나타내고, 각각의 상위층 데이터는 바디 헤더(body header)를 부착함으로써 바디 프레임을 형성한 후 MAC 프레임에 실려진다. 상위층 데이터 1은 헤더를 부착한 후 바디 프레임 1이 되는데, 이는 다른 상위층 데이터도 마찬가지 과정을 거친다. 수신 디바이스의 수신 크기는 최대 크기를 지원할 수 있다고 한다면 다음의 도 7b 내지 도 7d와 같이 각 모드 별로 동작이 달라진다.
도 7b와 같이 전송 모드(Transport mode)가 ＇TRANSPORT_MODE_NOPACK＇일 경우에는 종래의 IEEE 802.15.3에서의 전송 방식과 동일하다. 따라서 최대 크기 보다 작은 바디 프레임을 적재할 경우 도 7b에서 보는 바와 같이 프레임에 빈 공간이 많이 생긴다.
도 7c와 같이 ＇TRANSPORT_MODE_PACK＇ 모드일 경우에는 바디 프레임을 MAC 프레임에 최대한 채울 수 있는 만큼 채우지만 MAC 프레임의 남은 부분이 현재 채울 바디 프레임보다 작은 경우에는 채우지 않는다. 이와 같이, TRANSPORT_MODE_PACK 모드일 경우에는 바디 프레임을 잘라내지는 않으므로 바디 프레임 3은 다음 MAC 프레임이 전송될 때 포함된다. 여기서, 바디 프레임 1 및 바디 프레임 2의 Fragment info는 완결된 마지막 프레임임을 나타내는 '01'이 되고, 바디 프레임 3의 Fragment info는 이후 더 이상의 데이터가 없음을 나타내는 '00'이 된다.
도 7d와 같이 ＇TRANSPORT_MODE_PACK_FULL＇ 모드일 경우에는 바디 프레임 1 및 바디 프레임 2은 상기 도 7c와 같이 적재되지만, 바디 프레임 3의 일부인 바디 프레임 3a만으로 남은 MAC 프레임의 일부분을 채우고 남은 바디 프레임 3b는 다음 MAC 프레임이 전송될 때 포함된다. 도 7c의 경우보다 도 7d의 경우에 MAC 프레임 2에서 보다 많은 공간이 남는다. 여기서, 바디 프레임 1, 바디 프레임 2의 Fragment info는 완결된 마지막 프레임임을 나타내는 '01'이 되고, 바디 프레임 3a는 완결되지 않은 프레임임을 나타내는 ＇10＇이 된다. 그리고, 바디 프레임 3b의 Fragment info는 이후 더 이상의 데이터가 없음을 나타내는 ＇00＇이 된다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 전체 동작을 나타낸 흐름도이다. 이 중에선 도 8a는 제1 디바이스와 제2 디바이스 간에 데이터 송수신을 하기 위한 셋업 단계를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제1 디바이스 및 제2 디바이스가 Association Request command 프레임을 PNC에 전송함으로써 자신이 지원할 수 있는 프레임 송수신 모드, 즉 전송 모드(Transport mode)를 PNC에 등록한다(S811). 그러면, PNC는 제1 디바이스 및 제2 디바이스에 관한 정보를 피코넷상에 존재하는 디바이스들에게 브로드캐스팅한다(S812).
제1 디바이스는 제2 디바이스와 MAC 층에서 통신할 수 있는 프레임의 전송 모드를 결정한 후 필요한 채널 시간을 할당 받기 위해 Channel time request command 프레임을 PNC에 전송한다(S813). PNC는 Channel time response command 프레임을 제1 디바이스에 전송함으로써 요청한 채널 시간이 할당되었는지 여부를 알려준다(S816, S817). 종래의 802.15.3에 따르면 PNC가 현재의 무선 통신 매체(wireless medium)의 리소스(resources)만을 판단하여(S814) 채널 시간을 할당할 수 있는지 여부를 결정하였지만, 본 발명에 따르면, 양 디바이스간에 통신하고자 하는 전송 모드가 일치하는가 여부도 함께 판단한다(S815). 리소스가 존재하고 양 디바이스간의 전송 모드가 일치하는 경우에는 PNC가 reason code를‘success’로 하는 channel time response command 프레임을 제1 디바이스에 전송함으로써 채널 시간이 올바르게 할당됨을 알린다(S816). 만약, 그 이외의 경우에는 PNC가 reason code를‘fail’로 하는 channel time response command 프레임을 제1 디바이스에 전송함으로써 채널 시간이 올바르게 할당되지 않았음을 알린다(S817).
도 8b는 상기 도8a에 이어 송신측, 즉 제1 디바이스가 데이터를 전송하는 동작을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 상기 일치된 전송 모드가 어떤 값을 갖는가를 판단한 결과(S820), TRANSPORT_MODE_NOPACK 값(00)을 갖는 경우에는 종래의 IEEE 802.15.3의 방식과 동일하므로, 하나의 MAC 프레임에 하나의 바디 프레임을 담은 후(S821), 상기 MAC 프레임을 전송한다(S822).
S820의 판단 결과, 상기 전송 모드가 TRANSPORT_MODE_PACK(01)으로 설정된 경우에는, 먼저 MAC 프레임에 바디 프레임을 프레임 버퍼(frame buffer)에 저장된 순서대로 채운다(S831). 버퍼에 저장된 모든 바디 프레임을 채운 경우에는 S837 단계로 가고, 그렇지 않다면 MAC 프레임의 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한가를 판단하여(S832) 부족하지 않다면 상기 S831 단계로 돌아간다(S833의 아니오). MAC 프레임의 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한가를 판단하여 부족하다면(S833의 예), 기존에 MAC 프레임에 채워진 모든 바디 프레임의 Fragment info를‘COMPLETE_FRAME(01)’값으로 설정하고(S834), 해당 MAC 프레임을 전송한다(S835). 그리고 다음 MAC 프레임을 기다려 버퍼에 남아 있는 바디 프레임을 다시 순서대로 채운다(S836). 그리고 다시 버퍼에 저장된 모든 바디 프레임을 채우지 못한 경우(S832의 아니오)에는 다시 상기 S831 내지 S836 과정을 반복하고, 모든 바디 프레임을 채우게 되면(S832의 예) S837 단계로 간다.
다음으로, 마지막 채워진 바디 프레임의 Fragment info를 ＇NO_MORE_DATA(00)＇값으로 설정하고 이외의 바디 프레임의 Fragment info를‘COMPLETE_FRAME(01)’값으로 설정한다(S837). 그리고 해당 MAC 프레임을 전송한다(S838)
S820의 판단 결과, 상기 전송 모드가 TRANSPORT_MODE_PACK_FULL(10)으로 설정된 경우에는, 먼저 MAC 프레임에 바디 프레임을 프레임 버퍼(frame buffer)에 저장된 순서대로 채운다(S841). 버퍼에 저장된 모든 바디 프레임을 채운 경우에는 S848 단계로 가고, 그렇지 않다면 MAC 프레임의 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한가를 판단하여(S842) 부족하지 않다면 상기 S841 단계로 돌아간다(S843의 아니오). MAC 프레임의 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한가를 판단하여 부족하다면(S843의 예), 다음 바디 프레임을 MAC 프레임의 남은 공간에 맞게 잘라 넣는다(S844). 그리고, 잘라 넣은 바디 프레임의 Fragment info를‘FRAGMENTED_FRAME(10)’값으로 설정하고, 이외의 모든 바디 프레임의 Fragment info를‘COMPLETE_FRAME(01)’값으로 설정한다(S845). 그리고, 해당 MAC 프레임을 전송한다(S846). 그 후 다음 MAC 프레임을 기다려 상기 잘라내고 남은 바디 프레임을 채운다(S847). 그리고 다시 버퍼에 저장된 모든 바디 프레임을 채우지 못한 경우(S842의 아니오)에는 다시 상기 S841 내지 S847 과정을 반복하고, 모든 바디 프레임을 채우게 되면(S842의 예) S848 단계로 간다.
다음으로, 마지막 채워진 바디 프레임의 Fragment info를＇NO_MORE_DATA(00)＇값으로 설정하고, 이외의 바디 프레임의 Fragment info를‘COMPLETE_FRAME(01)’값으로 설정한다(S848). 그리고 해당 MAC 프레임을 전송한다(S849).
도 8c는 상기 도8b에 이어 수신측, 즉 제2 디바이스가 전송된 데이터를 수신하는 동작을 나타낸 흐름도이다. 상기 도8b에서 제1 디바이스로부터 전송된 MAC 프레임에 존재하는 바디 프레임을 순차적으로 읽어 들인다(S851). 상기 읽어 들인 현재 바디 프레임의 Fragment info 필드 값이 FRAGMENTED_FRAME(10) 인가를 판단하여(S852), FRAGMENTED_FRAME 값(10)인 경우에는 해당 바디 프레임을 버퍼에 저장하여 둔다(S853). 그리고 상기 판단 결과, Fragment info 필드 값이 COMPLETE_FRAME 값(01) 또는 NO_MORE_DATA 값(00)인 경우에는 먼저, 이전 바디 프레임의 info 필드 값이 FRAGMENTED_FRAME 값(10)인가를 판단하여(S854), FRAGMENTED_FRAME 값(10)이 아니라면 현재 바디 프레임으로 완결된 프레임이므로 현재 바디 프레임의 헤더를 제거하고 상위층으로 전달한다(S857).
상기 S854에서의 판단 결과 FRAGMENTED_FRAME 값(10)이라면 이전 바디 프레임 및 현재 바디 프레임의 헤더를 제거하고 양 프레임을 디프래그멘테이션(defragmentation) 한다(S855). 그 후 상기 디프래그멘테이션된 상위층 프레임을 상위층으로 전달한다(S856). 상기 S851 내지 S857의 과정은 모드 제2 디바이스가 수신한 모든 바디 프레임을 읽어 들일 때까지 반복된다.
이하에서는 종래의 방식과 본 발명이 제안한 방식을 전송효율의 면에서 예를 들어 비교한다.
MAC에서 보낼 수 있는 최대 크기는 2048 bytes이고, 물리 계층이 전송률에 미치는 영향을 제외하고 54Mbps 속도로 동작한다고 가정한다. 또한, 상위층으로부터 받는 데이터는 항상 준비되어 있으며 그 크기는 256 bytes라고 가정한다. IMM-ACK(immediate ACK) policy를 적용할 경우 페이로드의 길이를 L이라고 할 때 1초 동안에 보낼 수 있는 프레임의 갯수(Fps)는 다음의 [표 1]의 결과와 같다.
Fps = 1sec/54Mbps*(L+2H)*8+2SIFS
[표 1]의 식을 종래의 방식에 적용하면 L이 256일 경우 33.6Mbps 속도가 나온다. 상기 식을 본 발명에서 제안한 TRANSPORT_MODE_PACK_FULL 모드에 적용하면 50.4Mbps가 나온다. 여기에 2048중 MAC 헤더 bytes와 바디 헤더의 크기를 빼고 2022 bytes의 순수한 데이터를 적용하면 49.78Mbps가 된다. 이는 종래의 방식에 비하여 약 48%의 성능 향상을 가져 온 결과이다. [표 1]의 식에서 알 수 있듯이 L의 크기가 크면 종래 방식의 전송효율도 증가하게 되므로, 본 발명에서 제안한 방식은 상위층으로부터 받은 데이터 크기가 작거나 크기 변화가 심할 경우에 더욱 더 효과적이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 새로운 MAC 데이터 프레임을 사용함으로써 MAC 층에서 지원가능한 최대 대역폭을 지원할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 개선된 전송률을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 데이터 버퍼링(buffering) 부담을 최소화 함으로써 버퍼 오버플로(buffer overflow)를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 상위층의 어플리케이션은 MAC 층의 MPDU의 크기와 송신할 프레임의 갯수에 의해 발생할 수 있는 전송효율(Throughput)의 변화를 무시할 수 있으므로 MAC 층에 대한 의존도를 낮출 수 있다. 그리고, MAC 층의 입장에서도 데이터를 최대한 채울 수 있는 만큼 전송하므로 ACK(acknowledgement) 프레임을 기다리는 숫자가 줄고, 다수의 MAC 프레임이 MAC 헤더를 공유하므로 상위층으로부터 받은 데이터를 적재할 수 없는 MAC 헤더가 차지하는 양을 줄일 수 있다.

Claims (6)

  1. 무선 PAN 상에서 할당된 채널 시간 동안 송신 디바이스가 수신 디바이스에 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 송신 디바이스가 전송하고자 하는 MAC의 상위층 데이터를 포함하는 하나 이상의 바디 프레임을 MAC 프레임에 잉여 공간이 없도록 채우는 제1단계;
    상기 송신 디바이스가 상기 바디 프레임이 최종 프레임인지 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재하는지를 나타내는 프래그먼트 정보를 상기 MAC 프레임에 포함된 상기 바디 프레임에 기록하고, 상기 MAC 프레임을 상기 수신 디바이스에 전송하는 제2단계; 및
    상기 수신 디바이스가 상기 프래그먼트 정보를 이용하여 상기 전송된 MAC 프레임에 포함된 상기 바디 프레임으로부터 상기 상위층 데이터를 추출하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는
    상기 바디 프레임을 MAC 프레임에 순서대로 채우고 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한 경우에는 다음 MAC 프레임에 상기 다음 바디 프레임을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는
    상기 바디 프레임을 MAC 프레임에 순서대로 채우고 남은 공간이 다음 바디 프레임을 채우기에 부족한 경우에는 상기 다음 바디 프레임을 남은 공간에 맞게 잘라 넣고, 다음 MAC 프레임에 상기 잘라 넣고 남은 바디 프레임을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바디 프레임은
    상기 바디 프레임이 최종 프레임인지 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재하는지를 나타내는 프래그먼트 정보와, 바디 프레임의 페이로드에 존재하는 상위층 데이터의 크기를 나타내는 정보와, 상위층 데이터를 기록하는 바디 프레임의 페이로드로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는
    상기 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재한다는 것을 나타내면 상기 바디 프레임을 버퍼에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는
    상기 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 최종 프레임이라는 것을 나타내면 상기 바디 프레임 이전에 존재하는 바디 프레임의 프래그먼트 정보를 읽어 들이는 단계;
    상기 이전 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 최종 프레임이라는 것을 나타내면 상기 바디 프레임의 헤더를 제거하는 단계; 및
    상기 이전 바디 프레임의 프래그먼트 정보가 프래그먼트로된 나머지 프레임이 더 존재한다는 것을 나타내면, 상기 이전 바디 프레임 및 상기 바디 프레임의 헤더를 제거하고 양 프레임을 디프래그멘테이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PAN 상에서 디바이스 간에 효율적으로 통신하는 방법.
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