KR100666127B1 - Ｗｐａｎ에서 동적 응답 정책을 이용한 데이터 프레임전송방법 - Google Patents

Ｗｐａｎ에서 동적 응답 정책을 이용한 데이터 프레임전송방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법에 관한 것으로서, 미리 지정된 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 전송 단계와; 상기 전송 단계에서 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키고 후속 데이터 프레임에 대하여 상기 전송 단계를 반복하는 ACK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 NAK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 무응답 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, IEEE 802.15.3 통신의 MAC 계층에서 채널 환경의 변화에 대응하여 통신 효율의 향상과 소비전력의 감소를 함께 달성할 수 있다.
개인 무선 네트워크, WPAN, ACK, 응답, MAC, 프레임, 수퍼 프레임

Description

ＷＰＡＮ에서 동적 응답 정책을 이용한 데이터 프레임 전송방법{TRANSMISSION METHOD OF DATA FRAMES USING DYNAMIC ACK POLICY IN WPAN COMMUNICATION}
도 1은 IEEE 802.15.3 표준에서 정의된 수퍼프레임의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 응답(Dynamic-ACK)의 동작 흐름도.
도 3 및 도 4는 종래의 응답 정책 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 응답 정책의 동작 비교도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 동적 응답 정책을 수행하기 위해 변형된 MAC 프레임의 구조도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 응답 정책을 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법의 순서도.
본 발명은 개인 무선 네트워크(WPAN; Wireless Personal Area Network, 이하 "WPAN"이라 함) 표준인 IEEE 802.15.3 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 IEEE 802.15.3 통신 방식에서 전송 효율을 향상시키기 위한 동적 응답 방법에 관한 것이다.
IEEE 802.15 워킹 그룹은 PAN과 같이 짧은 거리로 구성된 네트워크 안에서 이동성 있는 컴퓨팅 디바이스들로 구성된 WPAN의 표준을 수립하고 있으며, 홈 오토메이션(Home Automation), 원격 제어(Remote Control), 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network) 등에 이를 응용하기 위한 움직임이 활발하다.
특히, 최근에 규격이 완성된 IEEE 802.15.3은 HR-WPAN(High Rate-WPAN)으로도 불리며, 55Mb/s 이상의 고속 데이터 전송률을 요구하는 애플리케이션에 적합한 무선 통신 네트워크를 지향하며, 홈 네트워크(Home Network)에서 무선 멀티미디어 전송을 위해 5m 내지 55m 의 짧은 거리, 55 Mbps 이상의 데이터 전송률, 네트워크 구성 디바이스들의 동적인 토폴로지 구성, 스트림의 QoS 보장을 위한 TDMA 지원, 피어-투-피어 접속성(Peer-to-Peer Connectivity) 등의 특징을 포함하고 있다.
전술한 IEEE 802.15.3을 포함하는 개인 무선 네트워크(WPAN)는 독립적인 다수의 디바이스들이 서로 일반 데이터, 음성 및 멀티미디어데이터를 전송할 수 있는 무선 애드 혹(Ad hoc) 데이터 통신시스템을 말한다. 이러한 시스템은 개인의 행동 반경, 즉 10m 내의 모든 방향을 그 통신 영역으로 정의하며, 음성 데이터나 비디오 스트림을 전송하거나 일반 데이터를 전송하는 등 개인이 필요로 하는 데이터 전송 서비스를 제공할 수 있다.
개인 무선 네트워크의 기본적인 통신 범위는 전술한 바와 같이 10m 내의 근거리 개인 운용 영역에 기반을 두고 있으며, 근거리 통신망(LAN), 도시 통신망 (MAN), 광대역 통신망(WAN) 등과 같은 유선 네트워크나 무선 근거리 통신망(Wireless LAN)과 같은 무선 네트워크와 상호 연동하여 동작할 수 있다.
일반적으로, 유선으로 연결된 이더넷(Ethernet)과 같은 유선 네트워크에서 각 디바이스에 할당된 주소는 변하지 않지만, 개인 무선 네트워크에서의 주소는 서비스가 제공되는 데이터의 송수신 디바이스를 지칭하는 것으로 통상적으로 고정된 주소 없이 상황에 따라 동적으로 할당된다.
한편, 개인 무선 네트워크는 고정, 휴대용 그리고 이동형 기기들을 서비스할 수 있다. 휴대용 및 이동 기기의 중요한 특징 중 하나는 전원이 주로 전지로 구성된다는 것이다. 이에 따라, 전지의 제한된 전원 용량 때문에 효율적인 전력 관리 기술은 매우 중요하며, 전력 소비를 줄이기 위하여 부품, 회로 설계 뿐 아니라 물리계층이나 데이터 링크 계층의 프로토콜의 효과적인 설계 또한 중요하다.
개인 무선 네트워크를 구성하는 가장 기본적인 요소는 디바이스(DEV)(또는 스테이션이라 함)이며, 피코넷(Piconet)은 개인 활동 영역 내에서 동일한 무선 주파수 채널 상에서 동작하고 있는 두 개 이상의 스테이션이 존재할 때 구성된다. 디바이스는 그 역할에 따라 마스터(Master)와 슬레이브(Slave)로 구별된다. 마스터는 피코넷 전체를 관리하는 피코넷 관리자(PNC; PicoNet Coordinator)로서 기능하며, 피코넷 내에서 오직 하나만 존재할 수 있다. 마스터는 비콘을 브로드캐스팅함으로써 슬레이브를 제어한다. 슬레이브는 마스터의 통제에 따라 데이터를 송/수신할 수 있다.
피코넷은 마스터가 비콘 패킷을 전송함으로써 시작된다. 비콘 패킷은 네트워 크에 대한 기준 정보를 가지고 있으며, 피코넷내의 모든 슬레이브들은 비콘 패킷내의 기준정보들을 사용하여 네트워크 동기를 맞춘다. 수퍼프레임은 도 1에 도시된 바와 같이 크게 세 부분, 즉, 비콘 구간(Beacon), 경쟁 구간(CAP; Contention Access Period), 및 할당 구간(CTAP; Channel Time Allocation Period)으로 구성되며, 각 구간의 길이는 가변적이다.
먼저, 비콘 구간에서는 마스터가 슬레이브들에게 네트워크 기준 정보를 가지고 있는 비콘 패킷을 전송한다. 경쟁 구간에서는 슬레이브와 마스터가 네트워크 합류요청/분리요청/허용, 자원할당 요청/허용, 연결 요청/허용 등의 명령 패킷을 임의 접근 방식으로 전송한다. 경쟁 구간동안에는 마스터에 의한 시간의 배타적 할당을 통한 매체에 대한 독점적 접근이 보장되지 않으므로, 각 디바이스들은 경쟁방식의 CSMA/CA를 사용하여 매체에 접근한다. 이에 따라, 디바이스들은 보내려는 패킷이 있고 백오프(backoff) 시간 동안 매체가 비워져 있는 경우에, 패킷을 전송하게 된다.
할당 구간(CTAP)에서는 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 의하여 시간슬롯을 할당받은 디바이스가 해당 슬롯 동안에, 동기/비동기 데이터와 명령 패킷을 전송한다. 예컨대, 도 1에서, m번째 수퍼프레임(#m)의 할당 구간(CFP)에는 n개의 시간 슬롯(CAT1, CTA2, ..., CTA n-1, CTA n)이 시분할 할당되어 있으며, 각 시간 슬롯 간에는 보호 구간(Guard Time)이 삽입되어 있다.
할당 구간동안에는 각 디바이스가 자신에게 배분된 시간 슬롯동안 매체에 대해 독점적으로 접근하게 된다. 마스터는 할당구간의 시간 슬롯을 각 디바이스에게 분배한다. 분배된 시간 슬롯 동안은 각 디바이스는 매체에 독점적으로 접근할 수 있으며, 할당된 슬롯 동안은 각 디바이스가 마스터의 개입없이 데이터를 주고받고자 하는 디바이스와 1:1로 데이터 프레임 및 이에 대한 ACK 프레임을 교환한다.
한편, IEEE 802.15.3 표준에는 3 종류의 ACK 정책을 기술한다. 첫째는 즉시 응답(Imm-ACK)으로서, 모든 매체접근제어(MAC) 데이터 프레임에 대하여 전부 ACK를 보내주는 방식이다. 이 방법은 ACK의 즉시 전송을 통해 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 채널상태가 좋을 경우에는 불필요하게 많은 ACK를 보내게 됨에 따라 전력 소모가 많고 처리량(throughput)이 저하되는 단점이 있다.
두 번째 ACK 정책인 미응답(No-ACK) 정책은 전혀 ACK를 보내지 않는 방법으로서, 주로 실시간 트래픽에서 사용하는 방법이다. 이 방법은 MAC 계층에서 재전송이 없기 때문에, 채널상태가 좋지 못한 경우 QoS를 보장하지 못하고 throughput이 현저하게 떨어지는 단점이 있다.
마지막으로, 지연 응답(Delayed-ACK)은 그 사용범위가 등시성 스트림(isochronous stream)으로 한정된다. 여기서, 등시성이라 함은 당업자가 주지하다시피, 송신 측에서 보낸 타이밍 신호를 그대로 유지해서 수신 측까지 프레임을 보내는 전송모드를 의미하며, 예컨대, 음성이나 동화상 등 실시간성이 요구되는 데이터를 전송할 때 주로 사용되고 있다. IEEE 802.15.3 표준에서, 등시성 스트림은 매 수퍼프레임마다 CTA를 할당받아 전송하며, Delayed-ACK 정책에 따르면 송신 디바이스가 수신 디바이스에게 ACK를 요구할 때만 이를 전송한다.
이와 같이, 종래의 IEEE 802.15.3 표준에서는 일반적인 데이터의 전송을 위 해서 Imm ACK와 No ACK를 주로 사용한다. 그런데, 에러가 거의 존재하지 않는 무선 환경의 경우에는 MAC 계층에서 ACK가 굳이 요구되지 않음에도 불구하고, Imm-ACK의 정책은 이런 이상적인 환경에서 ACK가 overhead로 작용하게 된다. 즉, ACK를 전송하기 위한 에너지 소비가 커지고 ACK 전송시간 때문에 처리량이No-ACK 정책을 사용했을 때보다 현저히 저하된다. 반면에, 에러가 존재하는 환경에서 No-ACK 정책을 사용할 경우, 처리량 측면에서 상당한 성능의 저하가 예상된다. 한편, 전술한 Delayed-ACK 정책은 그 사용이 등시성 스트림에 한정되기 때문에, 일반적인 데이터 전송에 적합하지 않은 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 IEEE 802.15.3 통신의 MAC 계층에서 채널 환경의 변화에 대응하여 통신 효율의 향상과 소비전력의 감소를 함께 도모할 수 있는 동적 응답(Dynamic ACK) 정책을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법이 제공되며, 미리 지정된 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 전송 단계와; 상기 전송 단계에서 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키고 후속 데이터 프레임에 대하여 상기 전송 단계를 반복하는 ACK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 NAK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 무응답 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 ACK 처리 단계는 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 지수적으로 증가시키거나, 일정 개수의 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 NAK 처리 단계는 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 1로 감소시키거나, 상기 수신대기 단계에서 일정 횟수 동안 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우에 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 시분할 할당 구간에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법이 제공되며, 미리 지정된 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 전송 단계와; 상기 전송 단계에서 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키고 후속 데이터 프레임에 대하여 상기 전송 단계를 반복하는 ACK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 NAK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 무응답 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법이 제공되며, 연속 전송되는 데이터 프레임의 개수를 지정하는 카운터(K)를 초기화하여 하나의 데이터 프레임을 전송하는 전송 단계와; 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 카운터(K)를 증가시키고, 상기 카운터에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 ACK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 카운터(K)를 초기화하여, 재전송 요청된 데이터 프레임을 재전송하는 NAK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 상기 카운터(K)를 초기화하여, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임을 재전송하는 무응답 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법이 제공되며, 제1 카운터(J), 및 상기 제1 카운터를 정수로 나눈 몫(quotient)이 저장되는 제2 카운터(K)를 초기화하여, 하나의 데이터 프레임을 전송하는 전송 단계와; 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 상기 제2 카운터(K)에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 ACK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 재전송하는 NAK 처리 단계와; 상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 재전송하는 무응답 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명토록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 응답(Dynamic-ACK)의 동작 흐름을 도시한 것으로서, 도 2의 (a)와 (b)는 각각 에러가 존재하지 않는 경우와 존재하는 경우를 예시한 것이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 전술한 바에 따라 채널을 할당받은 송신측(Sender)은 데이터 프레임(1)을 수신측(Receiver)에 전송한다. 이에 수신측은 프레임(1)의 정상 수신에 응답하여, 응답(ACK) 프레임을 송신측으로 전송한다. 송신측은 정상적으로 ACK를 수신한 경우에, 두 개의 데이터 프레임(2, 3)을 순차적으로 전송한다. 그리고, 수신측은 하나의 ACK로써 두 개의 데이터 프레임(2, 3)의 정상 수신을 송신측에 통보한다. 이어서, 송신측은 네 개의 데이터 프레임(4 내지 7)을 전송하고, 이들 프레임 전체에 대한 하나의 ACK를 수신한다. 이 때, 데이터 프레임(4 내지 7)에 대한 ACK 프레임은 네 개의 데이터 프레임 전체에 대한 수신을 확인하거나, 예 컨대, 그 일부인 최선/최후 프레임(4 또는 7)의 수신을 확인함으로써, 송신측이 이들 전체 프레임이 정상 수신된 것으로 인식하도록 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 송신측이 전송한 데이터 프레임이 수신측에서 정상 수신되는 경우에는 채널 환경이 양호한 것으로 판단되므로, ACK 없이 전송하는 데이터 프레임의 개수를 점진적으로 증가시키면서 하나의 ACK 프레임으로 이들 데이터 프레임에 대한 수신 확인을 일괄적으로 수행한다.
다음으로, 도 2의 (b)를 참조하면, 수신측(Receiver)으로부터 데이터 프레임(1)의 정상 수신을 확인한 송신측(Sender)은 두 개의 데이터 프레임(2, 3)을 전송하고 있으며, 이는 기 설명한 바와 같다. 이 때, 데이터 프레임(3)에 에러가 발생한 것으로 가정할 때, 수신측은 3번 프레임의 비정상 수신을 송신측에 통보한다(NAK3). 이에, 송신측은 NAK3 응답 프레임을 수신한 후, 에러가 발생한 데이터 프레임(3)을 재전송하고 응답 프레임을 수신하여, 재전송 데이터에 이상이 없음을 확인한다. 이와 같이 단일 데이터 프레임에 대하여 이상이 없음이 확인된 이후에는, 전술한 바와 같이 복수개의 데이터 프레임(4, 5)을 일괄적으로 전송한다.
도 3은 에러가 없는 경우에 종래의 Imm-ACK와 No-ACK, 그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Dynamic-ACK의 동작을 비교한 것으로서, IEEE 802.15.3 표준에서 정의하고 있는 Delayed-ACK는 사용이 제한되어 있으므로 비교하지 않는다. 한편, 전술한 바와 같이 각 슬레이브 노드(DEV)는 Beacon 구간 동안에 마스터 노드로부터 동기신호를 수신하고, 경쟁 구간(CAP) 동안에 자유롭게 경쟁적으로 데이터를 송수신하며, 본 발명이 적용되는 할당 구간(CTAP)에서는 두 노드 간에 시간할당을 받아서 운영이 된다.
도 3을 참조하면, 에러가 없는 경우에는 Imm-ACK 정책은 각 데이터 프레임(DATA1 내지 DATA5)에 대하여 ACK 프레임을 수신한 후, 후속 데이터 프레임을 전송하며, 이로 인하여 전송효율이 저하된다. No-ACK의 경우에는, 도시된 바와 같이 송신측이 데이터 프레임(DATA1 내지 DATA5)을 전송할 뿐, 수신측은 ACK 프레임을 전송하지 않기 때문에, 전송효율이 극대화 된다.
이와 반면에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Dynamic ACK는 초기에는 Imm-ACK와 같이 하나의 데이터 프레임(DATA1)에 대하여 ACK 프레임을 수신하며, 데이터가 정상적으로 전달되는 것이 확인되면 송신측이 전송하는 데이터의 양을 지수적으로 증가시킨다. 즉, 송신측은 두 개의 데이터(DATA2, DATA3)를 보내고 ACK를 수신하며, 이에 따라 정상 수신이 확인되면 4 개의 데이터(DATA4 내지 DATA7)를 연속하여 전송한 후 ACK를 수신한다. 한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 송신측이 전송하는 데이터의 양을 지수적으로 증가시키는 경우를 예시하였으나, 일정 개수씩 증가시키는 것도 가능하며, ACK의 수신없이 연속적으로 전송되는 데이터의 개수에 상한을 부여할 수도 있다.
도 4는 실질적으로 에러가 존재하는 경우에 종래의 Imm-ACK와 No-ACK, 그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Dynamic-ACK의 동작을 비교한 것이다.
도 3을 참조하면, Imm-ACK 정책에 따르면, 송신측은 데이터 프레임(DATA1)을 전송한 후 ACK 프레임의 수신을 위해 대기한다. 이 때, 도시된 바와 같이 ACK 프레임을 수신하지 못하거나 비정상적으로 수신한 경우, 또는 비정상 수신을 알리는 재 전송 요청(NAK) 프레임을 수신하는 경우에는, 데이터 프레임(DATA1)을 재전송하고 ACK 프레임을 수신한다. 이어서, 데이터 프레임(DATA2)을 전송하며, 도시된 바와 같이 데이터 프레임 전송 중에 에러가 발생하는 경우에는, 수신측이 ACK 프레임을 전송하지 아니할 수 있으므로, 송신측은 ACK 프레임을 수신하지 못한 경우에도 데이터 프레임을 재전송한다.
No-ACK의 경우에는 도시된 바와 같이 데이터 프레임(DATA2, DATA4, DATA7)에서 에러가 발생하였음에도, 송신측은 이러한 에러의 발생 여부를 확인할 수 없기 때문에, 계속해서 데이터가 불량이 발생하는 것과 관계없이 새로운 데이터를 보낸다.
Dynamic-ACK를 살펴보면, 송신측은 데이터 프레임(DATA1)을 전송하고 이에 대한 ACK 프레임을 정상적으로 수신하면, 이어서 두 개의 연속한 데이터(DATA2, DATA3)를 전송한다. 이 때, 도시된 바와 같이 3 번째 데이터(DATA3)에서 에러가 발생하였다고 가정하면, 수신측은 데이터(DATA3)의 재전송을 요청하는 NAK 프레임(NAK3)을 전송하며, 이를 수신한 송신측은 당해 데이터(DATA3)를 재전송한다. 그리고, 수신측은 이전에 에러가 발생하였기 때문에, ACK를 바로 전송한다. 후속하여, 송신측은 재전송된 데이터(DATA3)의 ACK를 수신하여 에러없이 정상적으로 수신되었음이 확인되면, 두 개의 연속된 데이터(DATA4, DATA5)를 전송하고 이에 대한 ACK를 수신하기 위해 대기한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 Dynamic-ACK 정책을 수행하기 위해 변형된 MAC 프레임의 구조를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 표준 MAC 헤더(Header)는 스트림 인덱스(Stream index), 단편화 제어부(Fragmentation Control), 송신측 ID(SrcID), 수신측 ID(DestID), PNID, 그리고 2 바이트의 프레임 제어부(Frame Control)로 구성되어 있다.
프레임 제어부에서, 가장 먼저 전송되는 프로토콜 버전(Protocol Version)은 3비트로 구성되어 있고(b0 내지 b2), 프레임 유형(FrameType)은 현재 표준에서 3bit로 정의되어 있으며, Beacon 프레임, Imm-ACK 프레임, Delayed ACK 프레임, 명령 프레임(Command frame), 데이터 프레임(Data frame) 중에서 하나가 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 프레임 유형(FrameType)에 동적 응답 프레임(Dynamic ACK Frame)을 추가하고, 2 비트의 응답 정책(ACK Policy)(b7, b8)에 전술한 Dynamic ACK 프레임을 사용할 때에 동작하도록 동적 응답 정책(Dynamic ACK Policy)을 정의한다. 또한, 5 비트의 유보 비트(b11 내지 b15)는 전술한 Dynamic ACK policy 비트(b7, b8)와 조합하여 에러가 발생한 위치를 알려 주기 위해 사용될 수 있다. 각각 정상/비정상 수신을 표시하는 ACK와 NAK는 응답 정책(ACK Policy)(b7, b8)의 두 비트 또는 그 중 한 비트를 사용하여 구별할 수 있으며, 대안으로서 유보 비트(b11 내지 b15) 중에서 한 비트를 ACK와 NAK 프레임을 구별하는데 사용할 수도 있다.
이하의 설명에서는 응답 정책(ACK Policy)(b7, b8)을 사용하여 ACK와 NAK를 구별하고, NAK와 유보 비트를 결합하여 에러가 발생한 프레임의 번호를 표시하는 경우를 예로서 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동적 응답(Dynamic ACK) 정책을 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 순서대로 도시한 것이며, 연속적으로 전송되는 프레임의 개수를 2K(K=0,1,...,5)라 가정하고, 2K개의 데이터 프레임 중에서 에러가 발생한 프레임의 번호(N, N=0,1,...,31)가 NAK 프레임의 유보 비트에 표시된다.
도시된 바와 같이, 송신측이 프레임 전송을 개시하면, 카운터 K가 0으로 초기화되고 하나의 프레임을 전송한다(S600). 이어서, 송신측은 응답 프레임의 수신을 대기하며(S605), 이어서 정상 수신을 표시하는 ACK 프레임을 수신하거나(S610), 수신 에러를 표시하는 NAK 프레임을 수신할 수 있으며(S615), 미리 지정된 시간 동안에 ACK/NAK 프레임을 수신하지 못할 수 있다(S620).
전술한 단계(S610)의 경우에는 데이터 프레임이 정상적으로 수신되었으므로, K의 값을 1만큼 증가시키고(S625), 2K에 대응하는 개수의 후속 데이터 프레임을 전송한다(S630). 그리고, 전술한 단계(S605)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다. 한편, 전술한 단계(S625)에서, 5 비트의 유보 비트로 식별 가능한 데이터 프레임의 개수를 고려하여 K=5까지만 증가되며, 이후에는 K=5를 유지할 수 있다.
전술한 단계(S615)의 경우에는 데이터 프레임이 정상적으로 수신되지 않았으므로, K를 0으로 리셋(초기화)하고(S635), NAK 프레임의 유보 비트에 표시된 N번째 데이터 프레임을 재전송한다(S640). 이어서, 전술한 단계(S605)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다.
마지막으로, 전술한 단계(S620)의 경우에는, K를 0으로 리셋하고(S645), 정 상 수신이 확인되지 않은 데이터 프레임 중 첫번째 프레임을 재전송한다(S650). 이어서, 전술한 단계(S605)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다.
도 7은 도 6의 변형예를 도시한 것으로서, 연속적으로 전송되는 프레임의 개수를 2K라 할 때, 또 다른 카운터 J를 정수로 나눈 몫(quotient)이 K 값으로 저장된다. 예컨대,
Figure 112005021273611-pat00001
으로 설정할 수 있으며, 여기서
Figure 112005021273611-pat00002
는 X를 넘지 않는 최대의 정수를 의미한다.
최초의 단계(S700 내지 S720)는 전술한 도 6의 단계(S600 내지 S620)에 대응하며, 다만 단계(S700)에서 J가 0으로 설정된다.
단계(S710)에서 에러가 발생하지 않은 경우에는, J의 값을 1만큼 증가시키고(S725), 2K에 대응하는 개수의 후속 데이터 프레임을 전송한다(S630). 그리고, 전술한 단계(S705)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다. 한편, 전술한 단계(S725)에서, 5 비트의 유보 비트로 식별 가능한 데이터 프레임의 개수를 고려하여 J는 18 이상으로 증가하지 않으며, 예컨대, J=15를 유지한다.
단계(S715)에서 NAK가 수신된 경우에는, J의 값을 1만큼 감소시키거나, 대안으로서 J=0 으로 설정한다(S735). 이 때, 기존의 J가 0인 경우에 한하여 J=0을 유지하도록 할 수 있다. 이어서, NAK 프레임의 유보 비트에 표시된 N번째 데이터 프레임부터 2K개의 프레임을 재전송하고(S740), 단계(S705)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다.
마지막으로, 단계(S720)에서 미리 지정된 시간 동안 응답 프레임을 수신하지 못하여 시간이 초과된 경우에는, J의 값을 1만큼 감소시키거나, 대안으로서 J=0으로 설정할 수 있다(S745). 이 때, J=0인 경우에는 그 값을 유지하도록 설정할 수 있다. 이어서, 앞서 전송하였으나 응답 프레임을 수신하지 못한 데이터 프레임 중에서 첫번째 프레임(N=0)부터 2K개의 데이터 프레임을 재전송하고(S750), 단계(S705)로 복귀하여 응답 프레임의 수신을 대기한다.
이러한 변형예에 따르면, J=0,1,2인 동안에는 K=0으로 유지되므로, 이들 연속한 3개의 데이터 프레임에 대하여 ACK를 확인하여야 J=3으로 설정되고, K값이 1로 증가하여 두 개의 데이터 프레임을 연속 전송한다. 후속 단계에 있어서도 마찬가지로, 3회의 연속 전송에 있어서 정상 수신이 보장되어야, 연속 전송되는 데이터 프레임의 개수를 2배로 증가시킨다.
만약, 연속 전송되는 프레임의 개수를 2배로 증가시키고 최초로 전송하는 경우에 에러가 발생하거나 응답 프레임을 수신하지 못한 경우에는, 단계(S735 또는 S745)에서 J=J-1로 감소함에 따라 연속 전송되는 프레임의 개수가 반감된다. 반면에, 연속 전송되는 프레임의 개수를 늘린 후 최초 전송에는 이상이 없었으나 2회차 또는 3회차에 이상이 발생한 경우에는, 에러가 발생한 데이터 프레임(NAK 수신시) 또는 정상 수신이 확인되지 않은 최초 프레임부터 동일 개수의 프레임이 재전송된다.
예컨대, J=5일 때, 2개의 데이터 프레임을 연속 전송하였으나 무응답인 경우 에, 단계(S735)에 따라 J=4로 차감되며, 상기 2개의 데이터 프레임을 재전송한다. 그럼에도 불구하고 다시 무응답인 경우에는 J=3으로 차감되며,
Figure 112005021273611-pat00003
로부터 K=1이 된다. 이에 따라, 상기 무응답된 2개의 데이터 프레임 중 첫번째 프레임만을 전송하고 ACK 수신을 대기하게 되는 것이다.
한편, 전술한 단계(S735, S745)에서 연속 전송 회차와 관계없이 J=0으로 설정하는 경우에는, 무조건 하나의 데이터 프레임이 재전송되며, 이어서 3개의 연속된 데이터 프레임이 정상적으로 수신되어야 프레임 개수를 증가시킨다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 동적 응답 정책을 사용하면, IEEE 802.15.3 표준이 제공하는 Imm-ACK 및 No-ACK를 대체할 수 있고, 소비전력 저감과 서비스 품질(QoS) 보장이라는 상충된 조건을 채널 상태에 따라 적응적으로 조화시킬 수 있다. 예컨대, 에러가 거의 없는 경우에는 No-ACK와 같이 동작함으로써 소비 전력을 줄이고 전송 효율을 향상시킬 수 있으며, 에러가 발생하는 경우에는 Imm-ACK와 같이 동작함으로써 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (20)

  1. IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법으로서,
    미리 지정된 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 전송 단계와,
    상기 전송 단계에서 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키고, 후속 데이터 프레임에 대하여 상기 전송 단계를 반복하는 ACK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 NAK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답 프레임(ACK)과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 무응답 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ACK 처리 단계는 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 지수적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ACK 처리 단계는 일정 개수의 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 NAK 처리 단계는
    상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 1로 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 NAK 처리 단계는
    상기 수신대기 단계에서 일정 횟수 동안 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 무응답 처리 단계는
    상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 1로 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 무응답 처리 단계는
    상기 수신대기 단계에서 일정 횟수 동안 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 링크 프로토콜의 데이터 전송 방법.
  8. 시분할 할당 구간에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법으로서,
    미리 지정된 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 전송 단계와,
    상기 전송 단계에서 전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키고, 후속 데이터 프레임에 대하여 상기 전송 단계를 반복하는 ACK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 NAK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키고, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 상기 전송 단계를 반복하는 무응답 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ACK 처리 단계는 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 지수적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 ACK 처리 단계는 소정 개수의 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 NAK 처리 단계는
    상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 1로 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 NAK 처리 단계는
    상기 수신대기 단계에서 일정 횟수 동안 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 무응답 처리 단계는
    상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 1로 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  14. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 무응답 처리 단계는
    상기 수신대기 단계에서 일정 횟수 동안 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우에, 상기 연속 전송하는 데이터 프레임의 개수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  15. IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법으로서,
    연속 전송되는 데이터 프레임의 개수를 지정하는 카운터(K)를 초기화하여 하나의 데이터 프레임을 전송하는 전송 단계와,
    전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 카운터(K)를 증가시키고, 상기 카운터에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 ACK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 카운터(K)를 초기화하여, 재전송 요청된 데이터 프레임을 재전송하는 NAK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 상기 카운터(K)를 초기화하여, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임을 재전송하는 무응답 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 ACK 처리 단계는 2K에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  17. IEEE 802.15.3 통신에서 동적 응답을 이용한 데이터 프레임 전송 방법으로서,
    제1 카운터(J), 및 상기 제1 카운터를 정수로 나눈 몫(quotient)이 저장되는 제2 카운터(K)를 초기화하여, 하나의 데이터 프레임을 전송하는 전송 단계와,
    전송된 데이터 프레임에 대한 응답(ACK) 프레임의 수신을 대기하는 수신대기 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답(ACK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 상기 제2 카운터(K)에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 ACK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 재전송 요청(NAK) 프레임을 수신한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 재전송 요청된 데이터 프레임에서부터 재전송하는 NAK 처리 단계와,
    상기 수신대기 단계에서 응답 프레임과 재전송 요청(NAK) 프레임 중 어느 하나도 수신하지 못한 경우에, 상기 제1 카운터(J)를 감소시키고, 수신이 확인되지 않은 첫번째 데이터 프레임에서부터 재전송하는 무응답 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 ACK 처리 단계, NAK 처리 단계 및 무응답 처리 단계는
    2K에 대응하는 개수의 데이터 프레임을 연속 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 NAK 처리 단계 및 무응답 처리 단계는 상기 제1 카운터(J)를 1만큼 차감하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 NAK 처리 단계 및 무응답 처리 단계는 상기 제1 카운터(J)를 0으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
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