KR100638320B1 - A polling technique for mobile station in WLAN - Google Patents
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Abstract
본 발명에 개시된 WLAN에서 이동국에 대한 폴링기법은, AP(Access Point)에서 다수의 이동국(mobile station) 중에서 아이들(idle) 이동국을 인지하여 액티브(active) 이동국 그룹과 아이들 이동국 그룹으로 구분하는 단계와, AP에서 액티브 이동국 그룹에게는 우선순위에 따라 폴링하고, 아이들 이동국 그룹에게는 동시에 폴을 동보(broadcast)하는 단계를 포함한다.In the WLAN disclosed in the present invention, a polling technique for a mobile station includes: recognizing an idle mobile station among a plurality of mobile stations at an access point (AP) and dividing the mobile station into an active mobile station group and an idle mobile station group; Polling the active mobile station group according to priority at the AP, and broadcasting the poll to the idle mobile station group at the same time.
상기한 본 발명에 의하면, 보다 효율적인 WLAN 네트워크가 가능하고, 핫스폿 환경에서 단일 WLAN 반경에서 지원되는 최대 가입자 수, 전송지연, 패킷 드롭율 등의 면에서 상당한 성능 향상을 가져올 수 있다.According to the present invention described above, a more efficient WLAN network is possible, and in a hotspot environment, a significant performance improvement can be achieved in terms of the maximum number of subscribers supported, a transmission delay, a packet drop rate, and the like.
WLAN, 폴링기법, 아이들 이동국, 동보(브로드캐스트), 큐 길이WLAN, polling technique, idle mobile station, broadcast (broadcast), queue length
Description
도 1은 일반적인 WLAN 시스템의 모델을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a model of a general WLAN system.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴링기법의 개념을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the concept of a polling technique according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴링기법을 나타내는 상세도이다.3 is a detailed view showing a polling method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 아이들 이동국 그룹들에 대해 폴을 동보할 경우에 동작 절차도이다.4 is a flowchart of an operation when broadcasting a poll for idle mobile station groups according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동보 폴링 절차를 나타내는 수도코드이다.5 is a pseudo code illustrating a broadcast polling procedure according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 효과를 알아보기 위해 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a simulation result for checking the effect according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : AP 20 : 이동국 10: AP 20: mobile station
본 발명은 WLAN에서 이동국에 대한 폴링기법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무선랜(Wireless LAN)의 AP에서 다수의 이동국이 서비스를 요청하는지 안하는지 를 결정하기 위해 주기적으로 검사하는 기법에 관한 것이다.The present invention relates to a polling technique for a mobile station in a WLAN, and more particularly, to a technique for periodically checking to determine whether a plurality of mobile stations request a service in an AP of a wireless LAN.
IEEE 802.11 무선랜(Wireless LAN)에서 포인트 대등 기능(PCF: Point Coordination Function) 모드는 VoIP(Voice over Internet Protocol)와 같은 음성이나 비디오 데이터 같은 실시간 트래픽을 지원하기 위하여 정의한다.Point Coordination Function (PCF) mode in IEEE 802.11 wireless LAN is defined to support real-time traffic such as voice or video data such as Voice over Internet Protocol (VoIP).
그래서, WLAN PCF 모드에서 폴링(Polling) 방식은 중요한 역할을 한다.Therefore, the polling scheme plays an important role in WLAN PCF mode.
현대의 모바일 통신은 랩탑(Lap Top) 컴퓨터와 PDA와 같은 디바이스의 비중이 더 확대되고 있으며 이러한 통신기기들은 인터넷이나 WLAN과의 연결을 통해서 정보를 신속하게 전달하고 있다.In modern mobile communications, devices such as laptop top computers and personal digital assistants (PDAs) are becoming more and more popular, and these devices are delivering information quickly through the Internet or WLAN connections.
현대의 정보전달은 멀티미디어에 의하여 대량의 정보를 신속하고 정확하게 전송하는 것으로써, 통신망의 대역폭(Bandwidth) 확보와 핫 스폿(Hot spot)에서의 대량의 가입자를 지원함으로써 전송지연(Transfer delay) 등의 향상에 대한 노력이 계속되고 있으며, 이러한 노력은 유선뿐만 아니라 WLAN 시스템에서도 필수적이다.Modern information delivery is a fast and accurate transmission of a large amount of information through multimedia, and secures bandwidth of a network and supports a large number of subscribers in a hot spot, such as transfer delay. Efforts are being made to improve, which is essential not only for wired but also for WLAN systems.
상기 WLAN 시스템은 건물 내부나 캠퍼스 및 공공장소에서 주로 사용하는 기술로서, 기존의 유선통신 시스템이 갖지 못하는 이동성 및 관리의 편리성, 설치의 유연성 등에 의하여 활발하게 개발되고 있는 기술 중에 하나이다.The WLAN system is a technology mainly used in buildings, campuses, and public places, and is one of technologies actively developed due to mobility, convenience of management, and flexibility of installation that the wired communication system does not have.
상기 WLAN에 관련된 기존 기술로는 1~2Mbps의 전송속도를 갖는 IEEE 802.11 표준, 11Mbps로 전송속도를 향상시킨 802.11b 표준, 그리고 1999년에 발표된 것으로 5GHz에서 6~54Mbps의 전송속도를 갖는 IEEE 802.11a 표준 등이 있고, 현재는 상기 연구기관인 IEEE에서 108~320Mbps까지 전송속도를 향상시킬 수 있는 IEEE 802.11n을 활발히 진행 중이다.Existing technologies related to WLAN include IEEE 802.11 standard having a transmission rate of 1 to 2 Mbps, 802.11b standard having improved transmission rate to 11 Mbps, and IEEE 802.11 having a transmission rate of 6 to 54 Mbps at 5 GHz. There is a standard, and at present, the research institute IEEE is actively developing IEEE 802.11n which can improve the transmission speed from 108 to 320Mbps.
상기 IEEE가 정의한 것으로, WLAN에서의 통신시스템 구조인 MAC 프로토콜 구조는 인프라스트럭처(Infrastructure)구조와 애드혹(Ad hoc)구조의 두 가지로 분류된다.As defined by the IEEE, the MAC protocol structure, which is a communication system structure in a WLAN, is classified into two types, an infrastructure structure and an ad hoc structure.
상기 인프라스트럭처 구조는, 가입자가 사용하는 단말기인 이동국(Wireless Station)과, 상기 단말기 또는 이동국과 무선으로 접속되며 해당 중앙 시스템과는 유선망으로 연결되는 AP(AP: Access Point)로 구성된다.The infrastructure structure includes a mobile station, which is a terminal used by a subscriber, and an access point (AP) that is wirelessly connected to the terminal or the mobile station and is connected to the central system by a wired network.
상기 AP는 WLAN에서 폴링 목록(list) 관리 및 폴링 정책을 수행하는 중요한 역할을 한다.The AP plays an important role in performing polling list management and polling policy in a WLAN.
따라서, WLAN의 PCF 모드에서 효율적인 폴링 정책은 가입자 수의 최대화, 전송 지연 및 패킷 드롭율(Drop Rate) 등의 성능 향상에 매우 중요하다.Therefore, efficient polling policy in PCF mode of WLAN is very important for performance improvement such as maximizing subscriber number, transmission delay and packet drop rate.
상기 폴링에 관한 종래 기술로서, IEEE 802.11 표준인 라운드 로빈(round robin) 방식은, 폴링 목록에 있는 국(station)들에 대한 동적인 이동국에 대한 관리 기능이 없으며 또 아이들(idle) 국에 대해서도 폴링을 수행함으로서, 네트워크에서 무가치한 폴(Invalid Poll)과 같은 불필요한 컨트롤 오버헤드가 증가하고 이로 인해 전송지연과 같은 네트워크의 성능저하 등을 가져온다.In the prior art regarding polling, the IEEE 802.11 standard round robin method has no management function for dynamic mobile stations for stations on the polling list and polls idle stations. By doing this, unnecessary control overhead such as invalid poll on the network increases, resulting in performance degradation of the network such as transmission delay.
종래 기술 중에서 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 문헌 [1](Oran Sharon, Eitan Altman, "An Efficient Polling MAC for Wireless LANs" in IEEE/ACM Trans. on Networking,Vol.9,No.4,August 2001)에는 국들을 액티브(Active) 그룹과 아이들 그룹으로 나누어, AP에서 각각의 그룹에 신호의 세기를 달리하여 동시에 폴링을 하는 기법이 제안되었으나, 이 기법은 오버랩(Overlap)되는 기본 서비스 세트(BSS: Basic Service Set)에서는 잘 동작하지 않는 문제점이 있는 것으로 연구 결과가 나와 있다.As a method for solving this problem in the prior art, [1] (Oran Sharon, Eitan Altman, "An Efficient Polling MAC for Wireless LANs" in IEEE / ACM Trans.on Networking, Vol. 9, No. 4, August In 2001, a scheme is proposed for dividing stations into active groups and idle groups, and simultaneously polling the APs with different signal strengths. However, this technique overlaps with the basic service set (BSS). : Basic Service Set) has a problem that does not work well.
또한, 문헌 [2](Eustathia Ziouva, Theodore Antonkopoulos, "A dynamically adaptable polling scheme for voice support in IEEE802.11 networks" in ELSEVIER Computer Commu.2002.)에는 아이들 국에 최하위 폴링 우선순위를 두어 폴링 목록을 순환하면서 폴링하는 Fairness 정책 기법이 제안되었으나, 예를 들어 최상위 폴링 목록의 국이 보낼 패킷이 없을 경우, 다음 폴링 라운드를 기다리는 동안 패킷의 전송지연이 발생할 수 있다. In addition, [2] (Eustathia Ziouva, Theodore Antonkopoulos, "A dynamically adaptable polling scheme for voice support in IEEE802.11 networks" in ELSEVIER Computer Commu. 2002.) gives the child station the lowest polling priority to rotate the polling list. While the Fairness policy technique of polling has been proposed, for example, if there is no packet to be transmitted by the station of the highest polling list, transmission delay may occur while waiting for the next polling round.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 일정한 WLAN PCF 모드에서 AP가 아이들 이동국을 인지하고 이 아이들 이동국들에게 폴을 동보(브로드캐스트)함으로써 IEEE 802.11 PCF 모드에서 문제가 되는 불필요한 컨트롤 오버헤드를 줄일 수 있고 그에 따라 여러 가지 성능 향상을 가져올 수 있는 WLAN에서 이동국에 대한 폴링기법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides unnecessary control overhead that is problematic in IEEE 802.11 PCF mode by AP recognizes idle mobile stations and broadcasts them to the idle mobile stations in a certain WLAN PCF mode. It is an object of the present invention to provide a polling technique for a mobile station in a WLAN, which can be reduced and thus bring about various performance improvements.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 AP에서 적절히 아이들 이동국을 인지하여 해당 아이들 이동국 그룹에게 동시에 폴을 동보한다.In order to achieve the above object, the present invention properly recognizes idle mobile stations in the AP and simultaneously broadcasts the polls to the corresponding idle mobile station group.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 하고 종래 기술의 문제점을 해결하는 과정을 아래와 같이 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the embodiment of the present invention will be described the configuration and operation and to solve the problems of the prior art will be described in detail as follows.
도 1은 일반적인 WLAN 시스템의 모델을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a model of a general WLAN system.
WLAN 시스템은 다수의 이동국(20)과 AP(10)로 이루어진다.The WLAN system consists of a plurality of
상기 AP(10)는 이동국(20)에 대한 폴링 기능과 폴링 목록(list)를 관리하며 또 외부 인터넷과 연결된다.The AP 10 manages polling functions and polling lists for the
상기 폴링은 AP(Access Point)(10)에서 다수의 이동국(Mobile Station)(20)에 대하여 순차적으로 송신 요구의 유무를 문의하고, 요구가 있을 경우에는 그 이동국(20)에 송신을 시작하도록 명령하며, 요구가 없을 경우에는 다음의 이동국(20)에 대하여 문의하게 되는 전송 제어 방식이다.The polling command instructs the access point (10) to inquire of a plurality of mobile stations (20) sequentially whether there is a transmission request, and if so, starts the transmission to the mobile station (20). If there is no request, the transmission control method inquires about the next
또한, 폴링 목록은 AP(10)가 통신 순서를 결정하기 위해 저장해 둔 각 이동국의 번지이다.The polling list is also the address of each mobile station that the AP 10 has stored for determining the communication order.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴링기법의 개념을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the concept of a polling technique according to an embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, AP(10)는 각 이동국(20)들을 액티브(active) 이동국 그룹과 아이들(idle) 이동국 그룹으로 구분한다.As shown, the AP 10 divides each
이후 액티브 이동국(20) 그룹에게는 각 이동국의 큐 길이(Queue length)에 따라서 라운드 로빈(round robin) 방식으로 폴링하며, 아이들 이동국(20) 그룹에게는 동시에 폴을 동보(broadcast)한다.Thereafter, the group of active
즉, 다수의 아이들 이동국으로 동시에 폴을 보내는 멀티 폴링을 한다.That is, multi polling is performed by simultaneously sending polls to multiple idle mobile stations.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴링기법을 나타내는 상세도이다.3 is a detailed view showing a polling method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서는 사일런스(Silence) 상태에 있는 이동국(20)들에게 폴링을 피하기 위해 사일런스 감시 메커니즘(Silence Detection Mechanism, 이하 SDM)을 사 용한다.In the present invention, a Silence Detection Mechanism (SDM) is used to avoid polling the
도시한 바와 같이, AP는 폴링 목록의 순서대로 각 이동국에게 폴 프레임을 전송한다.
이동국에서는 큐 길이(queue length) 정보와 패킷을 AP에 보내되, 상기 큐 길이에 대한 정보를 패킷에 포함시켜 전송하는 피기백 방식으로 전송한다.As shown, the AP transmits poll frames to each mobile station in the order of poll list.
The mobile station transmits the queue length information and the packet to the AP, but transmits the packet length information by including the information about the queue length in the packet.
AP는 해당 이동국으로부터 패킷과 큐의 정보를 피기백(Piggyback) 방식으로 수신하고 큐 길이에 따라서 각각의 이동국들에게 폴링 우선순위를 결정한다.The AP receives the packet and queue information from the mobile station in a piggyback manner and determines polling priorities for each mobile station according to the queue length.
D이동국(SD)이 (n+1)번째 라운드((n+1)-th round)에서 자신의 패킷을 전송한다고 하면, AP는 큐 길이가 가장 큰 D이동국(SD)에게 다음 라운드에서 가장 높은 우선순위를 준다.If D mobile station S D transmits its own packet in the (n + 1) th round ((n + 1) -th round), the AP sends D mobile station S D having the largest queue length in the next round. Give the highest priority.
(n+1)번째 라운드((n+1)-th round)에서 B이동국(SB)과 C이동국(SC)은 더 이상 큐에 보낼 데이터가 없고(큐 길이가 0이고) 폴 간격이 패킷 발생 간격보다 크기 때문에 사일런스 상태로 들어간다.In the (n + 1) th round ((n + 1) -th round), mobile B (S B ) and mobile C (S C ) no longer have data to queue (the queue length is zero) and the poll interval Since it is larger than the packet generation interval, it enters a silence state.
즉, AP는 폴 간격에서 패킷 발생 간격을 뺏을 때, 그 간격이 0 보다 크고 큐에 저장된 패킷이 없을 경우 즉, 큐 길이가 0인 경우, 이를 아이들 스테이션이라고 판단한다.That is, when the AP takes the packet generation interval from the poll interval, if the interval is greater than zero and there are no packets stored in the queue, that is, the queue length is zero, the AP determines that it is an idle station.
그래서 B이동국(SB)과 C이동국(SC)은 다음 라운드에서 아이들 이동국 그룹에 추가되고, AP는 그 아이들 이동국 그룹에게 폴을 동보한다.So B mobile station S B and C mobile station S C are added to the idle mobile station group in the next round, and the AP broadcasts the poll to the idle mobile station group.
(n+2)번째 라운드((n+2)-th round)에서 B이동국(SB)은 폴 간격이 패킷 발생 간격보다 작기 때문에 동보 폴을 받았을 때, 아이들 이동국 그룹에서 제외된다.In the (n + 2) th round ((n + 2) -th round), mobile station S B is excluded from the idle mobile station group when receiving a broadcast poll because the poll interval is smaller than the packet generation interval.
도 4는 아이들 이동국 그룹들에 대해 폴을 동보하였을 경우에 관한 동작 절차이다.4 is an operation procedure when a poll is broadcast for idle mobile station groups.
동보 폴을 받았을 경우, 각 이동국은 어소시에이션 아이디(Association ID;AID)값이 작은 값부터 일정한 시간을 기다린 후 보낼 데이터가 있으면 순서대로 보낸다.
상기 어소시에이션 아이디(AID)는 IEEE 802.11 표준에서 정의된 것으로서, 이동국이 AP에 연결되기 위해 어소시에이션 요청을 전송하면 AP는 어소시에이션 반응을 통하여 이동국 별로 서로 다른 어소시에이션 아이디(1~2007)를 부여하게 된다.
아이들 이동국 그룹의 이동국 들이 동보 폴을 받고, 두 이동국 이상이 보낼 데이터가 있는 경우, 두 이동국 이상이 동시에 AP에게 데이터를 보내게 되면 충돌이 발생되어 전송이 실패되는 경우가 발생될 수 있다.
따라서, 상기 어소시에이션 아이디 값이 작은 값부터 일정한 시간을 기다린 후 보내게 되면 상기와 같은 충돌을 피할 수 있다는 장점이 있다.When receiving a broadcast poll, each mobile station waits for a predetermined time from the value of Association ID (AID) value and then sends data in order if there is data to be sent.
The association ID (AID) is defined in the IEEE 802.11 standard. When the mobile station sends an association request to connect to the AP, the AP assigns a different association ID (1 to 2007) for each mobile station through an association reaction.
When the mobile stations in the idle mobile station group receive a broadcast poll and there is data to be sent by two or more mobile stations, if two or more mobile stations simultaneously send data to the AP, a collision may occur and transmission may fail.
Therefore, if the association ID value is sent after waiting for a predetermined time from a small value, there is an advantage that such a collision can be avoided.
도 5는 아이들 이동국에 대한 동보 폴링에 관한 절차를 수도 코드(pseudo code)로 나타낸다.5 shows a procedure for broadcast polling for idle mobile stations in pseudo code.
AP는 폴링 목록에 기록된 각 이동국에 폴을 보내거나 아이들 이동국 그룹에 폴을 동보한다.The AP sends a poll to each mobile station listed in the polling list or broadcasts a poll to a group of idle mobile stations.
AP는 이동국으로부터 패킷이 수신될 때 까지 기다리다가 수신되면 패킷에서 큐 길이에 대한 정보를 추출한다.The AP waits until a packet is received from the mobile station, and when received, extracts information about the queue length from the packet.
만약 큐 길이가 0인 경우, 그 이동국에 대응된 요소를 아이들 이동국 목록으로 옮긴다.If the queue length is zero, the element corresponding to the mobile station is moved to the idle mobile station list.
큐 길이가 0이 아닌 경우, 그 이동국의 큐 길이에 따라 이동국에 대응된 요소를 폴링 목록에 옮긴다.If the queue length is not zero, the element corresponding to the mobile station is moved to the polling list according to the queue length of the mobile station.
이동국에서는 폴이 수신될 때 까지 기다리다가 수신되면 큐 길이에 대한 정보가 포함된 패킷을 피기백 방식으로 AP에 보낸다. The mobile station waits until a poll is received, and when received, sends a packet including information on the queue length to the AP in a piggyback manner.
도 6은 이동국 수의 증가에 따른 패킷의 평균 전송 지연의 시뮬레이션 결과를 보여준다.6 shows a simulation result of an average transmission delay of a packet as the number of mobile stations increases.
도시한 바와 같이 본 발명이 기존의 IEEE 802.11 PCF 보다 평균 전송지연이 덜 함을 알 수 있다.As shown, it can be seen that the present invention has less average transmission delay than the existing IEEE 802.11 PCF.
상술한 바와 같은 본 발명은 폴링 간격과 패킷 발생 간격 및 큐 사이즈를 이용하여 아이들 이동국을 인지하고 해당 이동국에게 동시에 폴을 동보함으로써 보다 효율적인 WLAN 네트워크가 가능하고, 핫스폿 환경에서 단일 WLAN 반경에서 지원되는 최대 가입자 수, 전송지연, 패킷 드롭율 등의 면에서 상당한 성능 향상을 가져온다.As described above, the present invention enables a more efficient WLAN network by recognizing idle mobile stations using the polling interval, packet generation interval, and queue size, and simultaneously broadcasting polls to the corresponding mobile stations, and supported in a single WLAN radius in a hotspot environment. Significant performance improvements in terms of maximum number of subscribers, transmission delay, and packet drop rate.
또한, AP가 적절하게 이동국들에게 폴링을 함으로써 VoIP/비디오와 같은 실시간 트래픽을 효율적으로 처리하기 때문에 화상회의나 수많은 사람이 집중되는 핫스폿 지역에서도 원활한 통신을 가능하게 한다. In addition, APs handle polling mobile stations appropriately to efficiently handle real-time traffic such as VoIP / video, enabling smooth communication in video conferencing and hotspot areas where a large number of people are concentrated.
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