KR100694215B1

KR100694215B1 - 무선 랜 네트워크 및 무선 랜 단말의 채널 선택 방법

Info

Publication number: KR100694215B1
Application number: KR1020050113112A
Authority: KR
Inventors: 지앙첸; 윤면기; 전성준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-03-14
Also published as: US7848286B2; US20070115877A1

Abstract

본 발명은 무선 랜 네트워크 및 무선 랜 단말의 채널 선택 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 AP(Access Point)를 포함하는 무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말이 기 설정된 측정 시간 동안 상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하고, 상기 획득한 패킷으로부터 무선 랜 채널별 로드를 나타내는 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하고, 부여된 우선 순위에 따라 채널을 선택한다.

Description

무선 랜 네트워크 및 무선 랜 단말의 채널 선택 방법{Wireless LAN Network and Channel Selection Method of WLAN Station}

도 1은 일반적인 무선 랜 네트워크에서 단말의 BSS 접속 과정상의 흐름을 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 채널 선택 방법에 따를 경우의 각 AP별 접속 단말의 수를 그래프로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 인프라 모드 무선 랜 네트워크의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 단말에서의 채널 선택 동작 흐름을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 단말의 채널 활동성 계산 및 채널간 우선순위 부여 방법의 제1 실시예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 단말의 채널 활동성 계산 및 채널간 우선순위 부여 방법의 제2 실시예를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 채널 선택 방법에 따른 각 AP별 접속 단말의 수를 그래프로 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100-1, 100-2, 100-3 : 단말(Station)

200-1, 200-2 : AP(Access Point)

300 : 방화벽(Firewall)

본 발명은 무선 랜 네트워크 및 무선 랜 단말의 채널 선택 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 랜 서비스 영역으로 신규 진입하는 단말이 적어도 하나의 AP로부터 제공되는 각 서비스 채널별 로드를 고려하여 접속 채널을 결정하도록 하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법에 관한 것이다.

WLAN(Wireless LAN)은 보통 무선 랜이라고 하며, 무선 네트워크를 하이파이 오디오처럼 편리하게 쓰게 한다는 뜻에서 와이파이(Wi-Fi)라는 별칭으로도 불린다. 무선접속장치(AP : Access Point)가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA(Personal Digital Assistants)나 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷을 이용할 수 있다. 무선주파수를 이용하므로 전화선이나 전용선이 필요 없으나 PDA나 노트북 컴퓨터에는 무선 랜 카드가 장착되어 있어야 한다.

1980년대 말 미국의 프록심(Proxim)사와 심볼(Symbol)사 등의 무선기기 회사 에서 처음으로 사업화 하였으나 다양한 방식이 난립하여 일반화되지는 못했다. 1999년 9월 미국 무선 랜 협회인 WECA(Wireless Ethernet Capability Alliance; 2002년 WiFi로 변경)가 표준으로 정한 IEEE 802.11b와 호환되는 제품에 와이파이 인증을 부여한 뒤 급속하게 성장하기 시작하였고, 우리나라에는 2000년에 도입되어 대학과 기업을 중심으로 활성화되고 있다.

IEEE 802.11로 대변되는 무선 랜은 2.4GHz 대역을 이용해 초기 2Mbps의 전송률을 지원하였으나 1999년 IEEE 802.11b와 IEEE 802.11a에 관한 물리계층 규격을 확정함으로써 각각 2.4GHz 대역에서 11Mbps의 전송 속도와 5GHz 대역에서 54Mbps의 전송 속도를 지원하게 되었다. 특히 IEEE 802.11a의 경우 높은 전송 속도를 얻기 위해 52 개의 서브 캐리어(sub-carrier)를 갖는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 채택함으로써 등화가 간단하여 다중경로 간섭에 대해 강한 장점을 갖도록 하였다. 그 후 2.4GHz 대역에 대한 고속 전송 규격으로서 IEEE 802.11g가 완료되었는데 IEEE 802.11b와의 연동을 위해 CCK-OFDM(Complementary Code Keying-OFDM)을 의무 전송 방식으로 채택하고 있다.

무선 랜을 구성하는 방법에는 크게 두 가지가 있다. 애드혹(Ad-hoc) 모드와 인프라(Infrastructure) 모드가 그것이다. 애드혹 모드는 중앙 제어기나 접속점이 없이 순수하게 무선 장치로만 LAN이 구성되는 것을 말한다. 각 장치는 중앙 제어기를 거치지 않고 다른 장치와 직접 통신하는 방법을 취한다. 이는 소규모 컴퓨터들이 한 장소에 모여 다른 네트워크에 접속할 필요성이 없는 경우에 유용하다.

반면, 인프라 모드는 AP(Access Point)를 구축하여 기존의 유선 랜을 무선 장치로 확장시킨 개념으로 볼 수 있다. AP는 무선 랜과 유선 랜을 연결함으로써 무선 랜의 중앙 제어기 역할을 한다. 접속점은 특정 범위 내에 있는 다수의 무선 장치로부터의 송수신을 조정한다. 제한된 공간에 많은 사용자가 몰리는 핫 스팟 환경의 경우에는 도 3과 같은 인프라 모드를 기반으로 하는 경우가 대부분이다. 802.11 무선 랜 통신 중 인프라 모드의 경우 단말(랩톱, 스마트 장치 등)은 먼저 연결 가능한 AP 및 네트워크를 파악하게 되는데, 이 작업은 AP가 자신의 존재를 알리는 발생시키는 '비콘(beacon)' 프레임을 모니터링 하여 수행하거나 또는 '탐색(probe)' 프레임을 사용하여 특정 네트워크를 적극적으로 탐색하는 방법으로 수행된다.

도 1은 일반적인 무선 랜 네트워크에서 단말의 BSS 접속 과정상의 흐름을 나타낸다.

전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 변하거나 무선 랜 서비스 지역으로 새로 진입하는 등의 경우 단말(Mobile Station)은 BSS로의 접속을 개시한다(S101). 인프라 모드에서 하나의 BSS(Basic Service Set)는 상호 통신하는 AP와 적어도 하나의 단말들로 구성된다. 단말은 다수의 무선 랜 채널 중 하위 채널부터 상위 채널 방향으로 채널 하나씩을 스캔한다(S102). AP는 채널마다 해당 채널을 서비스 중인 AP가 있는지 확인한다(S103). 이는 다수의 AP로부터 일정한 간격으로 전송되는 비콘 프레임으로부터 각 AP에서 서비스 중인 채널에 대한 정보를 획득함으로써 이루어진다. 스캔된 채널 중 AP가 전송하는 비콘 프레임을 통해 서비스 중인 채널인 것으로 판단된 AP로 인증 요청(Authentication Request) 메시지를 전송한다(S104). 인증이 성공한 경우(S105의 Yes)에는 해당 채널로 결합 요청(Association Request) 메시지를 전송한다(S106). 결합이 성공하면(S107의 Yes) 해당 단말에서의 BSS 접속이 완료된다. 상기 S102 과정부터 S107 과정은 단말이 하나의 채널로의 접속을 성공적으로 수행 완료할 때까지 반복된다.

한편, S104의 채널 스캔 과정에서 도 1과 같이 하위 채널부터 상위 채널 순으로 순차적으로 채널을 검색하는 방법 외에, 모든 채널 중 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값이 가장 큰 채널을 선택하는 방법이 사용되기도 한다.

살펴본 바와 같은 일반적인 채널 선택 알고리즘은 주어진 채널 셋(channel set)에서 채널 셋 중 가장 하위 채널부터 가장 상위 채널까지 스캔하는데, 이 중 서비스 중인 AP가 존재하는 가장 빠른 채널을 선택하거나 모든 채널에 대한 스캔을 실시하여 RSSI 값이 가장 큰 채널을 선택한다. 이러한 과정은 새로운 단말이 접속할 때마다 수행되고, 하나의 AP가 수용할 수 있는 최대 단말 수를 초과하여 해당 AP에서 더 이상 단말을 수용할 수 없을 때까지 계속된다. 이 경우 다음에 접속하는 단말은 다음 번 채널을 서비스하는 AP로 넘어가게 된다.

도 2는 일반적인 채널 선택 방법에 따를 경우의 각 AP별 접속 단말의 수를 그래프로 나타낸 것이다.

도 2의 실험에서는 강의실에 무선 랜 서비스를 이용하고자 하는 18명의 사용자와 3 대의 AP가 있다고 가정한다. 강의실에 제공되는 무선 랜 시스템은 802.11b 무선 랜 규격을 따르며, AP1은 채널 1에, AP2는 채널 6에, AP3은 채널 11에서 작동 하는 상태이다. 각각의 AP가 수용할 수 있는 최대 사용자는 8명이며, 3 대의 AP의 용량 및 동일한 신호 품질을 제공한다. 또한, 8명의 사용자는 동일한 양의 네트워크 트래픽을 유발한다고 가정한다.

이와 같은 조건에서 도 1의 통상적인 채널 선택 알고리즘 중 최하위 채널부터 순차적으로 스캔하는 방법에 따르면, 18명의 사용자가 사용하는 단말은 채널 1부터 증가하는 순서로 채널 탐색 단계를 거친다. 해당 채널을 서비스하는 AP가 있는 경우에 해당 AP로 접속을 시도한다. 만일 해당 AP가 최대 수용 가능 인원을 초과하여 수용하고 있는 경우에는, 다음 번 채널로의 탐색 과정으로 넘어가게 된다. 즉, 상기의 조건에서 각 단말은 채널 1을 서비스 중인 AP1로 모두 최초 접속을 시도한다. AP1이 수용 한계를 넘어선 경우 채널 6을 서비스하는 AP2로 옮겨가 접속을 시도한다. AP2의 수용 한계도 넘어선 경우, AP3으로 옮겨가 접속을 시도하게 된다. 결과적으로 AP1, AP2, AP3의 순으로 각각의 최대 용량만큼 사용자가 채워져 가면서 각각의 AP로 단말이 할당된다.

각 AP별 수용자는 도 3의 그래프와 같은 결과로 나타난다. 18명의 사용자중 8명은 AP1에, 또 다른 8명은 AP2에, 나머지 2명은 AP3에 배정되어 접속한다. 이 경우, 시스템 로드가 AP별로 적절히 분산되지 않아 AP1이나 AP2의 사용자들은 AP3의 사용자들에 비해 열악한 서비스 품질을 제공받게 된다.

다수의 AP간 네트워크 로드 또는 트래픽은 최대한 많은 수의 단말에게 서비스를 제공함과 동시에 서비스의 질 또한 좋은 품질로 유지하기 위해서 적절히 유지되어야 한다. 이를 위해, 무선 단말은 무선 랜 시스템에 실제로 접속하기 전에 가 장 부하가 적은 AP를 선택할 필요가 있다. 하지만 살펴본 바와 같이, 현재 사용되는 알고리즘으로는 이를 구현하기 어렵다.

여기서, 네트워크 로드를 각 AP에 적절히 분산시키고 양호한 서비스 품질을 제공할 수 있는 채널 선택 방법에 대한 필요성이 제기되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 무선 랜 단말 측에서 수신되는 무선 랜 채널상의 로드를 파악하여 접속할 채널을 결정하도록 하는 무선 랜 네트워크 및 무선 랜 단말의 채널 선택 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 랜 단말의 채널 선택 방법은, 무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말이 기 설정된 측정 시간 동안 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하는 단계와 상기 획득한 패킷으로부터 무선 랜 채널별 로드를 나타내는 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하고, 부여된 우선 순위에 따라 채널을 선택하는 단계를 포함한다.

상기 패킷 획득 단계는, 적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계; 채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하 는 단계; 및 상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계를 포함한다.

상기 우선 순위에 따른 채널 선택 단계는, 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계; 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하는 단계를 포함한다.

상기 우선 순위에 따른 채널 선택 단계는, 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계; 상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하는 단계; 상기 설정된 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위를 부여하는 단계를 포함한다.

상기 활동성 팩터는 아래의 수학식을 이용하여 산출된다.

여기서, T _cca _{_interval} 은 상기 CCA 주기, T _monitoring _{_period} 는 상기 모니터링 구간, Ti _cca=1 은 각 CCA 구간별로 CCA가 1인 구간이다.

상기 단말의 개수를 산출하는 단계는, 각 채널을 서비스하는 AP로부터 해당 AP가 보유하는 모든 단말을 대상으로 하여 전송되는 멀티캐스트 패킷의 목적지 주소 필드가 포함하는 목적지의 개수를 파악하여 각 채널의 단말의 개수를 산출한다.

상기 무선 랜 단말의 채널 선택 방법은, 상기 무선 랜 네트워크의 최하위 채널부터 최상위 채널 방향으로 하나의 채널을 스캔하는 단계와 AP에 의해 서비스 중인 채널로 구성되는 탐색채널 리스트를 작성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 무선 랜 단말의 채널 선택 방법은, 상기 채널간 부여된 우선 순위에 따라 최우선 순위 채널을 서비스하는 AP로 인증 요청을 전송하는 단계와 상기 인증 요청이 성공하는 경우, 상기 AP로 결합 요청을 전송하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 단말의 접속 채널 선택 방법은, 적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계; 채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하는 단계; 상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계; 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계; 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 단말의 접속 채널 선택 방법은, 적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계; 채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하는 단계; 상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계; 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계; 상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하는 단계; 상기 설정된 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위를 부여하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 랜 단말은, 적어도 하나의 AP(Access Point)를 포함하는 무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 경우에 있어서, 기 설정된 측정 시간 동안 상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하고, 상기 획득한 패킷으로부터 무선 랜 채널별 로드를 나타내는 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하고, 부여된 우선 순위에 따라 채널을 선택한다.

상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷의 획득은, 채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하고, 상기 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷이 포함하는 목적지 주소를 불문하고 모든 수신 패킷을 획득하여 이루어진다.

상기 채널간 우선순위 부여는, 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하고, 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하고, 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위가 부여된다.

상기 채널간 우선순위 부여는, 상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하고, 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하고, 상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하여, 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위가 부여될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 랜 네트워크는, 신규 진입하는 단말로부터의 결합 요청이 수신된 경우 단말 수용 한계치에 따라 상기 요청을 승인할 것인지 결정하는 적어도 하나의 AP와 기 설정된 모니터링 시간 동안 상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하고, 상기 획득한 패킷으로부터 채널별 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하여, 부여된 우선순위에 따라 접속 채널을 결정하고, 결정된 채널을 서비스하는 AP로 결합 요청을 전송하는 단말을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 컨퍼런스 홀, 강의실, 호텔의 비즈니스 센터 등 제한된 공간에 많은 사용자가 몰리는 "핫 스팟" 환경에 있어서, 802.11 WLAN 성능의 완성도를 높이기 위해 제안되었다. 기존의 채널 선택 알고리즘에 따를 경우 시스템 로드가 각 AP별로 고르게 분산되지 못하는 문제점은, 특정 BSS로 새로이 유입되는 신규 단말이 핫 스팟 환경 시스템 로드의 최근 상태를 모르기 때문에 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 단말이 네트워크 로드를 계산하여 접속할 AP를 결정하는 데 반영하고자 한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 인프라 모드 무선 랜 네트워크의 구성을 나타낸다.

도 3의 무선 랜 네트워크는 적어도 하나의 단말(100-1, 100-2, 100-3), 적어도 하나의 AP(200-1, 200-2) 및 외부로부터의 불법 접근을 막기 위한 방화벽(Firewall)(300) 등으로 구성된다.

도 3과 같이 핫 스팟 환경에서는, 인터넷 접속을 위한 적어도 하나의 AP(200-1, 200-2)를 두는 것이 일반적이다. 이러한 환경에서 각 AP의 커버리지는 중첩되기 마련이고, 단말(100-1, 100-2, 100-3)은 자신의 위치에서 접속할 수 있는 적어도 하나의 액세스 포인트를 가지게 된다.

단말은 활용 가능한 네트워크를 선택하여 AP와의 인증 절차를 수행한다. AP와 단말이 서로를 확인한 후에는 연결 프로세스가 시작된다. 연결 작업에서는 AP와 단말이 정보와 기능을 서로 교환한다. AP는 이 정보를 사용할 수 있고 단말의 현재 네트워크상의 위치를 알려주기 위하여 네트워크에 있는 다른 AP와 공유할 수도 있다. 이 연결작업이 끝나고 나서야 단말은 네트워크를 통하여 프레임을 송수신할 수 있다.

도 3의 경우와 같은 인프라 모드 무선 랜 네트워크의 경우에는, 네트워크상의 모든 무선 단말로 들어오는 네트워크 트래픽 전체가 AP를 경유하여 유선 또는 무선 랜 상의 목적지에 도달하게 된다. AP와 그에 접속하는 적어도 하나의 단말들은 하나의 BSS(Basic Service Set)를 구성하고 하나의 802.11 라디오 채널을 공유한다. 모든 무선 단말로부터의 무선 랜 트래픽, 즉 네트워크에 대한 액세스는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 알고리즘이 사용되어 제어된다. 단말들은 전송을 시도하기 전에 일정 기간동안 데이터 전송 상황을 파악하는데, 이 작업은 캐리어 감지(Carrier Sense) 부분이 담당한다. 단말은 전송 전에 네트워크가 정리된 후에 일정 기간 동안 반드시 기다려야 한다. 이 '지연 시간'과 성공적으로 수신하였다는 확인 내용을 전송하는 '수신측 단말'이 충돌 방지 프로토콜 부분에 해당된다. 인프라 모드에서는 항상 송신자나 수신자가 AP가 된다.

도 3과 같은 환경에서 본 발명에 따른 단말(100)은, 무선 랜 채널을 탐색하여 적어도 하나의 AP(200)로부터 현재 서비스되고 있는 채널에 관한 리스트를 작성하고, 각각의 채널상에 전송되는 패킷을 무작위로 획득하여 각 채널에 대한 채널의 활동성을 파악한 후 활동성에 따른 각 채널별 접속 우선순위를 부여한다. 단말(100)은 접속 우선순위가 높은 AP부터 접속을 시도하게 된다.

이때, AP에서의 동작을 살펴보자면 다음과 같다.

AP(200)는 초기 구동시 자신이 제공하는 채널에 대한 비콘 프레임을 브로드캐스트, 즉 목적지를 모든 단말로 설정하여 전송한다. 비콘 프레임을 수신하고, 해당 AP에 대한 정보를 획득한 단말로부터 프로브 요청이 수신되면, 프로브 응답을 해당 단말로 전송한다. 프로브 응답을 수신한 단말로부터 결합 요청을 수신하면, 해당 단말의 결합 요청을 수신할 것인지 여부를 결정해야 하는데, 이때 결정의 기준이 되는 것은 AP가 수용할 수 있는 단말의 최대 개수이다. 하나의 AP가 최대로 수용할 수 있는 단말의 개수는 한계가 있기 때문에 보통 AP에서는 수용 가능 최대 단말 수를 미리 설정해 놓고 그 이상의 단말로부터의 결합 요청이 있는 경우, 결합 요청을 거부한다.

일반적으로, 채널 선택 알고리즘은 AP를 기반으로 하여 구현될 수도 있고, 단말을 기반으로 하여 구현될 수도 있다. 살펴본 바에 따르면, 본 발명의 채널 선택의 주체는 단말임을 알 수 있다.

이하에서, 단말의 동작을 중심으로 본 발명의 구체적 방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 단말에서의 채널 선택 동작 흐름을 나타낸다.

단말이 BSS로의 접속을 개시하면(S401), 무선 랜 네트워크가 제공하는 최하위 채널부터 최상위 채널 방향으로 채널 하나씩 스캔을 수행한다(S402). 해당 채널에 서비스중인 AP가 있는 경우(S403의 Yes)에는 탐색된 채널 넘버를 리스트 형태로 저장한다(S404). 즉, 어떤 AP에 의해서라도 서비스 중인 채널은 탐색 채널 리스트에 저장한다. 상기 S402 단계부터 S404 단계는 무선 랜 네트워크가 서비스하는 모든 채널에 대한 수행을 완료하였는지 체크하여(S405) 모든 채널에 대해 완료될 때까지 반복된다. 무선 랜 네트워크가 서비스하는 전체 채널의 개수는 지역 또는 국가에 따라 11 개에서 13개로 가변적이다. 단말은 모든 채널을 스캔하여 현재 자신의 위치에서 서비스되는 채널만으로 구성되는 탐색 채널 리스트를 가지게 얻게 된다.

탐색 채널 리스트에 저장된 각 채널별로 네트워크 활동성을 계산한다(S406). 여기서, 네트워크 활동성이란 각 채널 상에 전송되는 네트워크 트래픽의 양이라고 이해될 수 있을 것이다. 즉, 각 채널이 어느 정도 비율로 점유되어 있는가를 나타내는 척도이다. 네트워크 활동성 판단을 위해 각 채널에 대한 활동성 팩터를 계산하는데, 활동성 팩터를 구하는 자세한 절차는 도 5와 도 6을 통해 자세히 살펴보기로 한다.

각 채널별로 활동성 팩터가 구해지면 활동성에 따른 채널별 우선순위를 부여 한다(S407). 이때 우선 순위는 활동성이 가장 낮은 것으로 판단된 채널을 최 우선순위로 한다. 활동성이 가장 낮은 채널, 즉 최저 로드를 가지는 채널을 선택하여 선택된 채널을 서비스하는 AP로 인증 요청(Authentication Request)을 전송한다(S408, S409). 이때 탐색 채널 리스트에서 선택된 채널을 삭제한다(S409). 이는 최저 로드를 가지는 채널에 대한 인증 및 결합 절차가 성공하지 못한 경우, 차 순위 채널에 대해 순차적으로 인증 및 결합을 시도하기 위함이다.

선택된 채널에 대한 인증이 성공하면(S410의 Yes), 결합 요청(Association Request)을 해당 AP로 전송한다(S411). 결합이 성공한 경우(S412의 Yes)에는 채널 선택 과정이 종료되지만, 인증이 성공하지 못했거나(S410의 No), 결합이 성공하지 못한 경우(S412의 No)에는 S408 단계로 돌아가 차 순위 채널에 대해 인증 절차와 결합 절차를 반복한다(S409 - S412).

본 발명에 따른 채널 선택 방법에 대해 좀더 자세히 알아보기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 단말의 채널 활동성 계산 및 채널간 우선순위 부여 방법의 제1 실시예를 나타낸다.

단말의 무선 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 특정 라디오 채널상의 모든 패킷을 수신할 수 있는 무차별(PROMISCUOUS) 모드로 설정한다(S501). 통상적으로 패킷의 수신에 있어서는 해당 패킷의 수신처가 해당 장치 또는 모듈인 경우에만 선별적으로 패킷을 수신하지만, 무차별 모드로 설정된 경우에는 수신처를 불문하고 감지되는 모든 패킷을 수신한다.

단말은 무차별 모드로 설정된 상태에서 다수의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 데이터 속도에 따라 지원 가능한 데이터 속도를 설정한다(S602). 비콘 프레임은 네트워크 동기화를 유지하기 위한 AP의 브로드캐스트 패킷이다. 비콘에는 무선 랜 서비스 지역, AP 주소, 브로드캐스트(Broadcast) 목적지 주소, 타임 스탬프(Time Stamp), TIM(Traffic Indicator Message), 데이터 속도(data rates) 등의 정보가 포함된다. 여기서, 데이터 속도는 IEEE 802.11 표준에서 지원하는 무선 랜 데이터 속도이다. 가령 비콘 프레임이 포함하는 데이터 속도가 11Mbps, 6Mbps, 2Mbps, 1Mbps라고 하면 단말이 54Mbps의 속도가 지원 가능한 사양이라 하더라도 AP가 지원하는 데이터 속도가 최대 11Mbps이므로, 단말은 11Mbps 또는 그 이하의 데이터 속도로 자신의 데이터 속도를 설정하여야 한다.

단말이 무차별 모드 설정과 데이터 속도 설정을 마치고 나면, CCA 주기(CCA_interval) 및 모니터링 주기 T _{monitoring_period} 를 설정한다(S503). 여기서, CCA(Clear Channel Assessment)는 물리 계층에서 무선 매체 사용 상태를 나타내는 논리 함수로 표현될 수 있으며, CCA 값이 1인 경우는 채널이 Busy임을 의미한다. 또한, CCA는 채널의 상태를 체크하여 해당 채널의 활동이 있는 경우 보고하게 되는데, 이를 이용해 언제 전송을 중단할 것인지 결정한다. 본 발명에서는 채널의 활동성 관찰을 위한 시간 단위를 CCA 주기(T _{cca_interval} )로 정의하기로 한다. 또한 모니터링 기간은 CCA 주기 동안 몇 번의 관찰을 반복하여 실시할 것인가를 결정하기 위해 설정되는데, 얼마만큼의 시간동안 무선 매체를 통해 전송되는 채널들을 관찰할 것 인지 결정한다. 측정을 여러 번 실시하여 평균을 구하는 것은, 여러 CCA 주기 동안에 측정을 하여 평균값을 구하는 것이 보다 안정된 결과치를 얻을 수 있기 때문이다. 예를 들어, CCA 주기가 250ms로 설정되고, 모니터링 기간이 1000ms로 설정되었다면, 전체 모니터링 기간 중 총 4번의 CCA 주기의 관찰을 통해 평균값을 구하게 된다.

CCA 주기 및 모니터링 기간이 설정되면, 해당 모니터링 기간 동안 수신되는 모든 패킷을 획득(capture)한다(S504). 획득한 패킷을 각 채널별로 분류하고(S505), 각 CCA 주기 내에서 채널이 Busy인 구간 비율의 평균값을 산출하여 채널별 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출한다(S506).

이 때, 활동성 팩터(Busy Factor)를 구하는 식은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서, T _cca _{_interval} 은 앞서 설명한 바와 같은 CCA 주기이고, T _{monitoring_period} 는 전체 모니터링 기간을 의미한다. 또한, Ti _cca _{_interval} 은 각 CCA 구간에 해당하는 시간을, Ti _cca=1 은 각 CCA 구간별로 CCA가 1인 구간, 즉 채널이 활동적인 (Busy) 시간을 의미한다.

각 CCA 구간은 CCA 주기만큼 분할되어 설정되므로, 모든 CCA 구간은 동일한 시간 값을 가진다. 각 CCA 구간에서 채널이 활동적인 시간의 비율은 다를 수 있으며, 여러 CCA 구간에서의 값을 구하여 평균을 구하는 것이다. 여기서, 전체 모니터링 기간을 CCA 주기로 나눈 값이 전체 모니터링 기간에 포함된 CCA 구간의 개수가 된다.

이렇듯 각각의 채널별로 활동성 팩터가 산출되면, 활동성 팩터가 낮은 순으로 채널간 우선순위를 부여한다(S507). 이렇게 산정된 채널간 우선순위에 따라 우선 순위가 높은 채널을 서비스하는 AP로 인증 요청을 전송하게 됨은 도 4의 S408 내지 S412 단계를 통해 이미 살펴본 바이다.

도 6은 본 발명에 따른 단말의 채널 활동성 계산 및 채널간 우선순위 부여 방법의 제2 실시예를 나타낸다.

도 6에서 제시하는 실시예는 도 5에서 살펴보았던 제1 실시예와 기본 흐름은 동일하나 채널간 우선순위를 정함에 있어 보다 복잡한 방법을 제시함으로써 채널 선택에 있어 좀더 명확함을 기하였다.

따라서, 단말의 무선 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 무차별(PROMISCUOUS) 모드로 설정하는 단계(S601), AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계(S602), CCA 주기 및 전체 모니터링 기간을 설정하는 단계(S603), 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 모든 패킷을 획득하는 단계(S604) 및 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계(S605)는 도 5의 실시예에서와 동일하다.

도 6에서는 각 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소(Destination Address), 소스 주소(Source Address) 필드를 체크하여 각각의 BSS, 즉 각 채널이 보유하는 단말의 개수 N _station 을 산출하는 단계(S606)가 추가된다. 각 채널이 보유하는 단말의 개수는 AP가 자신과 접속하는 모든 단말로 전송하는 멀티캐스트 패킷을 분석하면 쉽게 얻을 수 있다. 즉, AP가 전송하는 멀티캐스트 패킷의 목적지 주소 필드에는 자신과 접속하는 모든 단말의 주소가 포함되므로, 목적지 주소 필드가 몇 개의 주소를 포함하고 있는지를 파악하면 해당 채널에 몇 개의 단말이 존재하는지 쉽게 알 수 있다. 여기서 구해지는 채널별 단말 개수 N _station 은 활동성 팩터와 함께 채널간 우선순위를 부여함에 있어 기준이 된다.

각 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계(S607)는 도 5의 실시예에서와 동일하다. 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하는 단계(S606)와 각 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계(S607)는 그 순위가 상호 역전되어도, 동시에 진행되어도 무방하다.

채널간 우선순위를 부여하는 방법은 우선, 활동성 팩터가 낮은 순으로 1차적으로 채널간 우선순위를 부여하되, 특정 채널간 활동성 팩터의 차이가 5% 미만인 경우에는 채널별 보유 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 쪽 채널에 우선순위를 부여하여 최종 우선순위를 확정한다(S608). 따라서, 도 6의 실시에서는 1차에서 부 여된 채널간 우선순위는 최종 단계에서 역전될 수 있다. 본 실시예에서는, 활동성 팩터의 차이를 5%로 설정하고 있으나 활동성 팩터 차이를 5%로 한정하는 것은 아니며, 시스템 특성에 따라 시스템관리자에 의해 다른 값으로 설정 및 변경이 충분히 가능하다 할 것이다.

살펴본 바와 같은 도 6의 실시예는 기본적으로 도 5의 경우와 비슷하나, 도 5의 실시예에 비해 보다 완성도가 높은 채널 선택을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 채널 선택 방법에 따른 각 AP별 접속 단말의 수를 그래프로 나타낸 것이다.

도 7에서는 도 2의 실험 환경과 같은 조건 하에서 본 발명에 따른 채널 선택 방법을 사용할 경우 어떤 차이가 나타나는지를 보여주고자 한다.

따라서, 도 7에서도 도 2와 같이 강의실에 무선 랜 서비스를 이용하고자 하는 18명의 사용자와 3 대의 AP가 있다고 가정한다. 강의실에 제공되는 무선 랜 시스템은 802.11b 무선 랜 규격을 따르며, AP1은 채널 1에, AP2는 채널 6에, AP3은 채널 11에서 작동하는 상태이다. 각각의 AP가 수용할 수 있는 최대 사용자는 8명이며, 3 대의 AP의 용량 및 동일한 신호 품질을 제공한다. 또한, 8명의 사용자는 동일한 양의 네트워크 트래픽을 유발한다고 가정한다.

핫 스팟 환경으로 새로이 진입하는 단말의 경우 각 채널별로 도 5 또는 도 6에서 제시한 방법에 따라 활동성 팩터를 계산한 후 가장 로드가 적은 채널을 선택하게 된다. 그러므로, 채널별로 보유하는 단말의 수가 분산될 것임을 미루어 짐작 할 수 있다.

각 AP별 수용자는 도 3의 그래프와 같은 결과로 나타난다. 18명의 사용자가 각 AP에 동일하게 분배되어 각 AP별로 6명의 단말이 배정되어 접속하고 있음을 알 수 있다. 이 경우, 각 사용자별 동일한 네트워크 트래픽을 유발한다고 가정하였으므로, 시스템 로드 또한 AP간 차이 없이 균등하게 분배된다.

본 발명은 각 채널별 로드를 고려하여 단말의 해당 채널로의 접속을 결정하도록 함으로써, 특정 무선 랜 영역에 있어 각 AP별 로드를 분산시켜 전체 무선 랜 서비스의 품질 향상을 꾀할 수 있다.

Claims

무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말의 접속 채널 선택 방법에 있어서,

기 설정된 측정 시간 동안 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하는 단계; 와

상기 획득한 패킷으로부터 무선 랜 채널별 로드를 나타내는 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하고, 부여된 우선 순위에 따라 채널을 선택하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
제 1항에 있어서,

상기 패킷 획득 단계는,

적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계;

채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하는 단계; 및

상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
제 2항에 있어서,

상기 우선 순위에 따른 채널 선택 단계는,

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계;

상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
제 2항에 있어서,

상기 우선 순위에 따른 채널 선택 단계는,

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계;

상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하는 단계;

상기 설정된 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위를 부여하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
상기 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

상기 활동성 팩터는 아래의 수학식을 이용하여 산출되는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.

여기서, T _cca _{_interval} 은 상기 CCA 주기, T _monitoring _{_period} 는 상기 모니터링 구간, Ti _cca=1 은 각 CCA 구간별로 CCA가 1인 구간이다.
제4항에 있어서,

상기 단말의 개수를 산출하는 단계는,

각 채널을 서비스하는 AP로부터 해당 AP가 보유하는 모든 단말을 대상으로 하여 전송되는 멀티캐스트 패킷의 목적지 주소 필드가 포함하는 목적지의 개수를 파악하여 각 채널의 단말의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
제 1항에 있어서,

상기 무선 랜 네트워크의 최하위 채널부터 최상위 채널 방향으로 하나의 채널을 스캔하는 단계; 와

AP에 의해 서비스 중인 채널로 구성되는 탐색채널 리스트를 작성하는 단계를 더 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
제 1항에 있어서,

상기 채널간 부여된 우선 순위에 따라 최우선 순위 채널을 서비스하는 AP로 인증 요청을 전송하는 단계; 와

상기 인증 요청이 성공하는 경우, 상기 AP로 결합 요청을 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말의 접속 채널 선택 방법에 있어서,

적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계;

채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하는 단계;

상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계;

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계;

상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말의 접속 채널 선택 방법에 있어서,

적어도 하나의 AP로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 정보에 따라 데이터 속도를 설정하는 단계;

채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하는 단계;

상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하는 단계;

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하는 단계;

상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하는 단계;

상기 설정된 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율 의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위를 부여하는 단계를 포함하는 무선 랜 단말의 채널 선택 방법.
무선 랜 네트워크로 신규 진입하는 단말에 있어서,

기 설정된 측정 시간 동안 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하고, 상기 획득한 패킷으로부터 무선 랜 채널별 로드를 나타내는 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하고, 부여된 우선 순위에 따라 채널을 선택하는 무선 랜 단말.
제 11항에 있어서,

상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷 획득은,

채널별 활동성 측정 시간 단위인 CCA(Clear Channel Assesment) 주기 및 반복 측정을 위한 모니터링 기간을 설정하고, 상기 설정된 모니터링 기간 동안 수신되는 패킷에 포함된 목적지 주소에 상관없이 모든 수신 패킷을 획득하여 이루어지 는 것을 특징으로 하는 무선 랜 단말.
제 12항에 있어서,

상기 채널간 우선순위 부여는,

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하고, 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하고, 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 무선 랜 단말.
제 12항에 있어서,

상기 채널간 우선순위 부여는,

상기 획득한 패킷을 채널별로 분류하고, 상기 모니터링 구간 내의 각 CCA 주기 내에서 채널 Busy인 구간 비율의 평균값으로부터 채널별 활동성 팩터를 산출하고, 상기 채널별 패킷에 포함된 목적지 주소 필드와 소스 주소 필드를 체크하여 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 산출하여, 상기 산출된 각 채널별 활동성 팩터에 따라 채널간 우선순위를 부여하되, 활동성 팩터 차이가 기 설정된 기준치 미만인 경우에는 상기 각 채널이 보유하는 단말의 개수를 비교하여 그 수가 적은 채널에 우선 순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 무선 랜 단말.
제 13항 또는 제 14항에 있어서,

상기 활동성 팩터는 아래의 수학식을 이용하여 산출되는 무선 랜 단말.

여기서, T _{cca_interval} 은 상기 CCA 주기, T_{monitoring_period} 는 상기 모니터링 구간, Ti_cca=1 은 각 CCA 구간별로 CCA가 1인 구간이다.
신규 진입하는 단말로부터의 결합 요청이 수신된 경우 단말 수용 한계치에 따라 상기 요청을 승인할 것인지 결정하는 적어도 하나의 AP; 와

기 설정된 모니터링 시간 동안 상기 적어도 하나의 AP가 제공하는 모든 무선 랜 서비스 채널 상의 패킷을 획득하고, 상기 획득한 패킷으로부터 채널별 활동성 팩터(Busy Factor)를 산출하여 채널간 우선순위를 부여하여, 부여된 우선순위에 따라 접속 채널을 결정하고, 결정된 채널을 서비스하는 AP로 결합 요청을 전송하는 단말을 포함하는 무선 랜 네트워크.