KR100703686B1 - 무선 네트워크 통신에 있어 가상 캐리어 센싱을 위한 정보송수신 및 정보 설정 방법과 이를 구현하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 네트워크 통신에 있어 가상 캐리어 센싱을 위한 정보 송수신 및 정보 설정 방법과 이를 구현하는 장치에 관한 것이다.

다양한 변조 방식에 따라 송신되는 프레임을 수신하여 프레임의 기본 변조 방식으로 변조된 부분에서 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 추출하고 이 정보를 정보를 이용하여 가상 캐리어 센싱을 설정하여 가상 캐리어 센싱을 행하는 것으로 구성된다.

본 발명을 적용할 경우, 다양한 변조방식하에 전송되는 데이터 수신의 오류로 가상 캐리어 센싱의 효과를 제대로 이용할 수 없었던 문제점을 해결하여, 무선 네트워크 통신에서의 지연시간을 줄일 수 있다.

무선 랜, 802.11, 가상 캐리어 센싱, PLCP

Description

무선 네트워크 통신에 있어 가상 캐리어 센싱을 위한 정보 송수신 및 정보 설정 방법과 이를 구현하는 장치{Method and apparatus of data setting, transmitting, receiving for virtual carrier sensing in wireless network communication}

도 1은 기존의 경쟁구간(Contention Period)에서 프레임을 송신하는 과정 보여주는 도면이다.

도 2는 기존의 가상 캐리어 센싱 구조와 프레임 구성을 예시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 가상 캐리어 센싱 정보의 전달을 예시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예로 프레임이 수신되지 못한 경우의 가상 캐리어 센싱이 구현되는 것을 기존 방식과 비교한 예시도이다.

도 5는 IEEE 802.11(a) 표준 스펙에 따른 PPDU 포맷과 본 발명의 실시예에 따른 PPDU 포맷을 예시한 도면이다.

도 6은 IEEE 802.11(a) 표준 스펙에 따른 무선 네트워크 통신에 있어서의 변조 방식에 대한 정보를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 캐리어 센싱 설정 과정을 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 수신 프로시져가 기존의 방식에서 어떻게 변경되었는지를 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 송신과정을 보여주는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 프로시져가 기존의 방식에서 어떻게 변경되었는지를 보여주는 도면이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가상 캐리어 센싱 과정을 보여주는 도면이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO PPDU의 구조를 보여주는 도면이다.

본 발명은 무선 네트워크 통신방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 레이트를 갖는 통신방식에서 가상 캐리어 센싱 방법과 이를 이용한 무선 통신방법에 관한 것이다.

최근 인터넷의 보급과 멀티미디어 자료의 급격한 증가에 의해서 초고속 통신망에 대한 수요가 늘어가고 있다. 이중 랜(Local Area Network; 이하, LAN이라 함)은 1980년대 후반부터 도입되어 초기에 1-4Mbps 정도였던 전송량이 현재는 100Mbps의 고속 이더넷(Ethernet)이 일반적으로 사용되고 있으며, 최근에는 기가 비트 이더넷(Gigabit Ethernet)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 한편, 선이 없이도 네트워크에 접속하여 통신을 하려는 시도는 무선 랜(Wireless Local Area Network; 이하, WLAN이라 함)에 대한 연구개발을 촉진하였으며, 그 결과로 최근에는 WLAN의 보급이 점차로 확산되고 있다. WLAN은 유선 LAN에 비해서 데이터 전송률과 안정성 등에서 성능이 떨어지지만, 선이 없이도 네트워크를 구성할 수 있고 이동성이 좋다는 등의 장점을 가지고 있다. 이에 따라 WLAN의 시장은 점점 커지고 있다.

데이터 전송량의 증가에 대한 요구와 무선 전송 기술의 발달로 인해서 초기 1-2Mbps인 IEEE 802.11 규격을 향상시켜 802.11b, 802.11a와 같은 규격을 확정하였으며, 현재 802.11g 규격을 표준화 회의를 통해 결정 중에 있다. 특히 NII 밴드의 5GHz 대역에서 6-54Mbps의 전송률을 가지는 802.11a는 직교주파수분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하, OFDM이라 함)를 전송기술로 사용하고 있으며, OFDM 전송과 5GHz 대역의 사용에 대한 관심의 증가로 인해 다른 무선 LAN 규격에 비해 각광을 받고 있다.

최근 KT(KT corp.)는 넷스팟(Nespot)이라는 WLAN을 이용한 무선 인터넷 서비스를 상용화 했고 서비스 중이다. 넷스팟은 IEEE 802.11b 혹은 와이파이(Wi-Fi)의 표준에 따른 WLAN을 이용하여 인터넷을 이용할 수 있도록 하는 서비스를 말한다. 무선 데이터 통신 시스템을 위해 현재 표준화가 완성되었거나 연구 중인 것으로 3G(3 generation) 통신으로 불리기도 하는 WCDMA(Wide Code Division Multiple Access), IEEE 802.11x, 블루투스(Bluetooth), IEEE 802.15.3 등이 있다. 이 중에서 현재 저렴한 가격으로 무선 데이터 통신을 할 수 있어 가장 널리 퍼진 규격은 IEEE 802.11x에 속하는 IEEE 802.11b이다. IEEE 802.11b의 표준을 만족시키는 WLAN은 최대 전송률 11 Mbps로 데이터 전송이 가능하고 2.4 Ghz 대역 즉, 일정한 전계 이하에서 허가를 받지 않고도 사용할 수 있는 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역을 사용하고 있다. 최근에는 5 Ghz 대역에서 OFDM 방식을 사용하여 최대 54 Mbps의 데이터 전송이 가능한 IEEE 802.11a를 채용한 WLAN의 보급이 늘어나고 있으며, 최근에는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식의 IEEE 802.11n에 대한 연구가 활발하다.현재 일반적으로 사용되고 있는 이더넷이나 WLAN은 모두 캐리어 센싱 멀티플 액세스(Carrier Sensing Multiple Access; 이하, CSMA라 함) 방식을 사용한다. CSMA 방식은 채널의 사용 여부 검사하여 채널이 사용되 고 있지 않으면(idle) 전송하고 그렇지 않은 경우에는 일정한 시간 후 다시 전송을 시도하는 방식을 말한다. 현재 CSMA 방식을 개량한 CSMA/CD(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection) 방식은 유선 LAN에서 사용되고 있고, CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) 방식은 패킷 방식의 무선 데이터 통신에 사용되고 있다. CSMA/CD 방식에서 스테이션은 신호를 전송하는 중간에 충돌의 발생을 감지하면 신호 전송을 중단하는 방식을 사용한다. CSMA 방식이 전송전에 채널의 사용 여부(Busy)를 감시한다고 하면 CSMA/CD 방식에서 스테이션은 신호의 전송 중에 채널 상에서 신호의 충돌 여부를 감시한다. CSMA/CD 방식에서 스테이션은 신호의 전송 중에 충돌이 탐지되면 전송을 중단하고 충돌 사실을 알리기 위해 다른 스테이션에게 잼(jam) 신호를 전송한다. 잼 신호를 전송한 후에 스테이션은 랜덤 시간 동안 지연(Random Back Off)한 후에 다시 신호를 전송한다. CSMA/CA 방식에서 스테이션은 채널이 비게 되는 경우라도 바로 데이터를 전송하지 않고 일정한 시간을 기다린 후에 랜덤 백오프한 후에 신호를 전송하여 신호의 충돌을 회피한다. 만일 전송 중인 신호의 충돌이 발생한 경우에는 랜덤 백오프 시간을 2배 단위로 증가시켜 충돌 가능성을 더욱 낮춘다.

도 1은 종전의 경쟁구간(Contention Period)에서 프레임을 송신하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 1은 스테이션에 프레임이 수신되고 있는데, 수신되는 프레임은 다른 스테이션을 수신 스테이션으로 하여 프레임이 전송된 경우를 상정하고 있다.

먼저 (a)를 참조하면 전송되는 프레임의 수신이 가능한 경우이다. 스테이션 은 채널 상에서 전송되는 프레임을 수신한다. 스테이션은 프레임이 수신되는 동안에는 채널을 통해 프레임을 전송할 수 없게 된다(물리적 캐리어 센싱). 수신된 프레임의 매체접근제어(Medium Access Control; 이하, MAC이라 함) 헤더에는 프레임을 전송한 후에 송신 스테이션이 수신 스테이션이 전송하는 확인응답 프레임(Acknowledge; 이하, ACK이라 함)을 수신할 때까지 필요한 지속시간 (Duration)에 대한 정보가 담겨 있다. 수신 스테이션은 프레임을 수신하고 짧은 프레임간 간격(Short Inter-Frame Space; 이하, SIFS라 함)이 지난 후에 이에 대한 ACK를 송신 스테이션에 전송한다. 지속시간에 대한 정보를 통해 스테이션은 네트워크할당벡터(Network Allocation Vector; 이하, NAV라 함)를 설정한다(가상 캐리어 센싱). 스테이션은 프레임을 다른 스테이션에 송신하려고 할 때 NAV 기간이 지나고나서 분산 프레임간 간격(Distributed Inter-Frame Space; 이하, DIFS라 함)을 기다린 후에 랜덤 백오프를 하고 프레임을 다른 스테이션에 전송할 수 있다. 만일 랜덤 백오프를 하는 중간에 매체에서 캐리어 센싱이 있는 경우라면 랜덤 백오프를 중단하고 채널이 빌 때를 기다린 후에 채널이 비면 다시 DIFS를 기다리고 랜덤 백오프를 수행한다.

(b)를 참조하면, 스테이션이 채널 상에 전송되는 프레임을 수신하지 못한 경우를 보여주고 있다. 스테이션은 채널 상에서 프레임이 전송되는 동안에는 채널을 통해 프레임을 전송시킬 수 없게 된다(물리적 캐리어 센싱). 만일 현재 채널 상에서 전송되는 프레임을 어떠한 이유에서 수신할 수 없는 경우라면 스테이션은 NAV를 설정할 수 없게 된다. 이는 NAV 값이 프레임 내에 정보로 실려오기 때문이다. 따 라서 NAV를 설정하지 못한 스테이션은 DIFS보다 긴 확장 프레임간 간격(Extended Inter-Frame Space; 이하, EIFS라 함)을 기다린 후에 랜덤 시간 동안 지연(Random Back Off, 랜덤 백오프)을 거쳐 프레임을 전송할 수 있다. (b)에서 스테이션은 처음 프레임 수신을 실패한 후에 채널이 비면 EIFS를 기다린다. EIFS가 지나기 전에(SIFS 경과 직후) 상기 프레임에 대한 ACK 프레임이 채널 상에서 전송되게 되는데 스테이션이 ACK도 수신하지 못하면 ACK가 지난 후에 다시 채널이 비면 EIFS를 기다리고 랜덤 백오프를 실행한 후에 프레임을 전송한다. 즉, 스테이션이 채널 상의 프레임을 수신하지 못한 결과로 NAV 값을 알 수 없어 가상 캐리어 센싱을 할 수 없는 경우에는 정상적인 경우보다 긴 시간을 기다린 후에 경쟁해야 하므로 프레임 전송 경쟁에서 질 가능성이 높아지게 되고 이는 데이터 전송률에 나쁜 영향을 준다. 실제로 스테이션이 채널 상의 프레임을 수신하지 못하는 경우는 IEEE 802.11a와 같이 다양한 변조 방식과 코딩비율(이하, 레이트라 함)을 갖는 통신방법의 경우에 두드러지게 나타날 수 있다. 즉, 특정 스테이션이 지원하지 못하는 레이트로 전송되는 프레임은 상기 스테이션은 해석할 수 없게 되어 MAC 헤더로부터 지속시간 정보를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 지원되지 못하는 레이트로 전송되는 프레임으로부터 가상 채널 센싱을 할 수 없게 되고 이는 스테이션의 성능 저하로 나타난다. 이에 따라 다양한 레이트로 전송되는 프레임으로부터 가상 채널 센싱을 하여 스테이션의 성능을 높일 수 있는 통신방법이 필요하다.

본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 레이트를 지원하는 무선 네트워크 통신에서 가상 캐리어 센싱 방법과 이를 이용한 무선 통신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 MIMO 통신에서 가상 캐리어 센싱 방법과 이를 이용한 무선 통신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법은 수신 스테이션 과점에서 다양한 변조 방식에 따라 송신되는 프레임을 수신하여 프레임의 기본 변조 방식으로 변조된 부분에서 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 추출하는 (a) 단계, 및 상기 추출된 정보를 이용하여 가상 캐리어 센싱을 설정하는 (b) 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법은 송신 스테이션 관점에서 다양한 변조 방식에 따라 송신되는 프레임에 있어 프레임의 기본 변조 방식으로 변조된 부분에 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 부가하는 (a) 단계, 및 상기 부가된 정보와 함께 프레임을 전송하는 (b) 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 통신의 송수신 장치는 다양한 변조 방식에 따라 송신되는 프레임을 수신하여 프레 임의 기본 변조 방식으로 변조된 부분에서 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 추출하는 프레임 수신부와, 상기 프레임에 가상 캐리어 센싱 정보를 부가하는 기능을 가지는 프레임 생성부, 및 상기 가상 캐리어 센싱 정보가 부가된 프레임을 송신하는 송신부를 포함한다.

이하의 실시예는 IEEE 802.11(a)의 무선랜 통신을 중심으로 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 비단 직교주파수분할다중화에 국한된 것은 아니며 다양한 변조방식으로 통신되는 무선 네트워크 통신에 적용 될 수 있다.

기존의 가상 캐리어 센싱 기술의 문제를 도 1에서 살펴보면 다음과 같다.

가상 캐리어 센싱에 대해 간략히 서술하면, 물리적 캐리어 센싱과 달리, 정해진 특정 기간동안 매체가 점유되고 있다고 가정하는 것이다. 즉 물리적 캐리어 센싱은 실제 매체를 검토하여 얻게 되는 반면, 가상 캐리어 센싱은 송수신 되는 어떤 값으로 정하여지게 된다. 그리고 이러한 값을 바탕으로, 매체가 점유되는 시간을 예상하여 그 기간이 지난 후 송신을 하도록 하는 구조가 가상 캐리어 센싱이다. 그 결과 물리적 캐리어 센싱과 달리 가상 캐리어 센싱은 데이터를 받지 못한 경우 가상 캐리어 센싱을 할 수 없는 문제점이 발생한다. 우선 가상 캐리어 센싱이 제대로 이루어진 경우를 보면 도 1의 (a)와 같다. 가상 캐리어 센싱에 있어 필요한 정보인 네트워크 할당 벡터 (Network Allocation Vector:이하 NAV라 한다)를 정확히 수신한 경우에는(도 1의 (a)의 경우) NAV값을 읽게되어 언제까지 매체가 사용중인지 알 수 있다. 반면 도 1의 (b)에서 알수 있듯이 수신 프레임을 읽는데 문제가 발생하면 그 내부에 있는 NAV 값 조차도 읽을 수 없게 되어, 해당 스테이션은 NAV 기간보다 더 긴 기간(802.11a의 실시예에서는 EIFS)을 기다려야 하는 문제점이 있다.

그러면 기존의 가상 캐리어 센싱이 왜 이런 문제점을 발생시키는지를 도 2를 통해 설명하고자 한다.

도 2에서는 캐리어 센싱 구조를 보여주고 있다. 두 가지의 캐리어 센싱이 지원되는데, 그 하나는 물리적 캐리어 센싱이고 나머지는 가상 캐리어 센싱이다. 물리적 캐리어 센싱의 구조는 다음과 같다. 물리층(210)에서 다루는 정보는 212의 구조를 가지고 있다. PLCP 프리앰블(214)(Physical Layer Convergence Procedure Preamble: PLCP 동기화 신호)는 현재 물리층에서 어떤 데이터들이 전송될 것이라는 걸 미리 알려주기 위해 보내지는 신호이다. 그 다음으로 입력되는 시그널(SIGNAL)은 기본 변조방식으로 변조되어 보내지는데, 이는 그 다음 데이터(218) 부분을 받기위한 정보들을 싣고 있다. 시그널의 자세한 구조는 도 5에 나와있다. 이러한 시그널에 들어가는 정보 중에는 레이트라고 해서 데이터 부분의 전송에 있어 변조방식이 무엇인지 알려주는 부분이 있다. 이는 다양한 변조 방식으로 송수신이 가능하게 해준다. 도 2에서 물리적 캐리어 센싱은 매체에 어떤 신호가 수신되고 있다는 사실을 통해 이루어 지는데, 즉 PLCP 프리앰블이 들어오는 순간 물리층에서는 매체접근제어층(220)에 물리층이 현재 사용중임을 알려준다(222, Busy신호). 그리고 이러한 수신이 끝나는 순간에 물리층의 사용이 종료되었음을 매체접근제어층에 알려준다(228). 물리적 캐리어 센싱은 어느 한 스테이션에서 송신하는 데이터를 다른 스테이션이 알지 못하는 경우 문제가 되므로, 가상 캐리어 센싱이 필요하다. 가상 캐리어 센싱은 데이터 부분이 포함하는 MPDU 내부에 DURATION 값(NAV 값)으로 저장되는 일정 시간 간격 값을 매체접근제어층이 읽어, 이 기간 동안은 매체가 사용중인 것으로 인식하는 방식을 말한다. 여기서 MPDU는 '매체접근제어 프로토콜 데이터 유닛'(MAC Protocol Data Unit)으로 네트워크에 있는 다른 MAC으로 전송하기 위해서 MAC이 채택한 데이터이다. 그러나 이 NAV 값은 데이터 부분이 정상적으로 수신될 경우 읽을 수 있으므로, 만약 시그널까지만 수신가능하고 그다음 다양한 방식으로 변조되어 송신되는 데이터 부분을 읽지 못한다면 NAV 값을 읽지 못하게 된다.

도 3에서는 기존의 가상 캐리어 센싱 기술에 따른 지연 문제를 해결하기 위한 본발명의 실시예를 설명하고 있다. 전술한 바와 같이 모든 스테이션이 NAV를 설정할 수 있도록 지속기간의 정보를 시그널 (SIGNAL)에서 주도록 하였다(324). 그 결과 NAV 값(즉 DURATION)은 물리층에서 알 수 있게 되므로, 이 값을 매체접근제어층에 전달할 수 있는데(324), 이를 위해서는 물리층에서 매체접근제어층으로 수신에 대한 정보를 넘겨주는 PHY-RXSTART.indicate 부분에서 벡터값으로 줄 수 있다. 이를 위해 기존의 벡터값의 수정을 요하는데, 이는 도 8과 도 10 부분에서 후술하고자 한다.

한편 이러한 NAV 값은 기존의 방식과 같이 데이터 부분에도 저장될 수 있다. 본 발명은 이러한 NAV 값이 다양한 변조 방식하에 송수신되는 무선 네트워크 환경에서도 스테이션의 수신 레이트와 무관하게 전송될 수 있도록 한다.

도 4에서는 다른 프레임이 수신되지 않더라도 NAV값을 제대로 읽을 수 있는 본 발명의 실시예와 기존의 방식을 비교한다. 도 4의 (a)는 정상적으로 수신된 경우를 보여준다. 수신이 끝난 경우 NAV 값을 읽어 그 기간만큼 기다린 후(450), 다음 프레임 전송을 위한 중지기간(DIFS, 420)과 랜덤 백오프의 기간(440)이 지난 후 송신을 할 수 있다. 그러나 NAV 값을 읽지 못한 (b)의 경우는 NAV에서 설정한 기간보다 더 많은 기간(EIFS, 430)을 기다린 후 랜덤 백오프의 기간을 거쳐 송신할 수 있다. 이는 상기 도 1의 설명에서 상술하였다. 다음으로 본 발명을 적용한 경우에 있어 데이터 부분이 정상적으로 수신되지 못한 경우를 보면 (c)와 같다. 비록 데이터는 수신할 수 없어도 시그널 부분에 저장된 NAV값을 알고 있으므로, NAV의 기간과 DIFS기간(460)을 경과한 후 전송을 할 수 있도록 구성되었다. 따라서 수신 에러에 의한 대기 기간을 단축시키게 된다.

도 5에서는 802.11a를 한 예로 하여 기존의 PPDU(PLCP Protocol data unit, 이하 PPDU라 한다) 프레임 포맷을 설명하고 있으며, 본 발명의 실시를 위한 수정된 PPDU 프레임 포맷이 (b), (c)에 보여지고 있다. PPDU는 PLCP 헤더, MAC 헤더, MAC 데이터 필드, MAC과 PLCP 트레일러를 포함하는 완전한 PLCP 프레임이다. PLCP에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다. 물리 계층으로써 무선전파를 사용하려면 상대적으로 복잡한 물리층(Physical Layer, PHY)이 필요하다. 따라서 802.11a의 물리층은 매체제어층(Medium access control)의 프레임을 매체에 대응시키는 기능의 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure)와 이러한 프레임을 전송하는 PMD(Physical Medium Dependent) 시스템의 일반적인 구성요소로 나뉘어진다. PLCP는 802.11 네트워크에서 물리층의 상위 부분으로, 각 물리층은 매체접근제어층에 보조 프레임을 제공하는 자신의 PLCP를 가지고 있다. 그리고 PMD는 무선주파수(RF) 신호를 다른 스테이션에 전송하는 것을 책임지고 있다. 본 발명의 실시예로 든 PLCP 헤더는 이러한 물리층과 매체제어층간의 상호작용에서 필요한 기본적인 정보를 저장하고 있다.

기존 프레임의 포맷을 간략히 살펴보면 도 5의 (a)에서 시그널(SIGNAL) 부분은 기본 변조방식(BPSK, r=1/2)으로 변조되어 하나의 심볼이 전송된다(520). 이는 가장 중요한 정보이므로 어느 스테이션에서도 읽을 수 있도록 하기 위해 기본 변조방식을 채택한 것이다. 여기에 저장되는 정보는 그 다음에 전송될 데이터(DATA, 상기의 MPDU를 포함하는 부분)를 읽기 위한 변조 레이트율과 한 비트의 예약비트, 데이터 길이, 패리티 비트, 그리고 테일 비트로 구성되어 있다(510). 그리고 PLCP 헤더의 한 부분이지만, 24bit까지 포함할 수 있는 BPSK방식의 OFDM 심볼의 특성 때문에 서비스 정보(Service bit)는 데이터 부분에 저장되어 전송된다. 기본 변조방식인 BPSK(r=1/2)를 포함한 변조 방식의 데이터 전송양과 OFDM 심볼(Symbol)에 대한 정보는 도 6의 변조 방식(610, 630, 660)에서 알 수 있다. 시그널은 도 6의 610에서 알 수 있듯이 가장 낮은 전송률(6Mbit/s)로 보내며, 또한 부호화 레이트(Coding rate)도 가장 낮은 것을 사용하여, 한 심볼당 보낼 수 있는 실제 정보는 24비트 이다. 이는 모든 스테이션이 읽을 수 있는 속도로 보내기 위해 채택한 것이다. 부호화 레이트(630)는 에러 검토를 위한 정보를 실은 비트와 실제 정보간의 비율을 의미한다. 즉 48비트를 보내면서 이중 1/2이 실제 데이터므로 한 심볼당 전송되는 실제 데이터는 24비트가 된다(660).

본 발명의 실시예(도 5 (b), (c))에서 보여지듯이 시그널(SIGNAL)부분을 두 개의 OFDM 심볼로 구성하고 있는데, 이는 전술한 NAV값을 저장하기 위해서이다. 또한, 기존 프로토콜과의 호환을 위하여 예약비트를 1로 세팅하여 보내도록 하며, 지속기간 정보(Duration bits)는 바로 데이터에 저장되는 NAV 값과 동일한 크기와 값을 가지게 된다(530, 550). Duration 값을 저장하기 위해 하나의 심볼로 전송된 시그널은 두개의 심볼로 전송되며(540, 560) BPSK (r = 1/2)에서는 24비트를 전송할 수 있는 특성상, 48 비트를 전송하기 위해 패드 비트(Pad bit)를 부가하여 전송하게 된다. 물론, 다른 무선 통신 프로토콜에 의할 경우, 이러한 NAV 값은 새로이 추가될 수도 있다. 각 실시예의 상황에 따라 NAV 값을 데이터 값에 저장하는 경우라면 같은 값을 기본 변조되는 부분과 데이터 부분 양 측에 저장되어 전송 될 수 있다.

설명과 같이 종전의 PPDU 프레임의 구조를 수정하여 NAV를 설정할 수도 있지만, 종전의 IEEE 802.11a 표준 PPDU 프레임 포맷(도 5(a))으로 NAV를 설정하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 도 11을 통해 설명한다.

다음으로 이러한 NAV, 즉 지속기간정보가 기본 변조방식으로 전송된 경우에 대한 송수신의 처리를 살펴본다. 도 7에서는 수신받은 경우의 처리에 대해 보여주고 있다. 정보가 수신됨을 알려주는 일정 신호(도 5에서 보여지는 PLCP 프리앰블(Preamble))를 검출하게 되면(S110) 수신측은 그 다음 기본 정보(시그널 심볼)를 수신하게 된다(S120). 이 경우 기본 정보의 특정 예약 비트를 달리 두는데(심볼의 예약 비트가 1로 세팅되는 방식) 이는 새로운 데이터의 전송을 알려주므로 이 경우 에 기본 변조 방식으로 전송된 정보에서 NAV 정보를 추출하게 된다(S130). 또한 패리티 비트(Parity bit)를 검토하여 수신받은 데이터가 오류가 없는지 검토하게 된다. 이런 과정을 거쳐 수신된 프레임 새로운 방식의 프레임이 아니라면, 이는 기존의 방식으로 인식하여 처리하게 된다. 기존 방식으로 처리할 경우 변조 레이트가 수신 가능한 범위라면 그 다음 심볼들을 해당 변조 레이트에 따라 수신하게 되며, 그 심볼내에 존재하는 NAV 값을 가지게 된다(S170). 그러나 변조 레이트가 수신 가능한 범위가 아니라면, NAV 값을 읽지 못하므로 NAV 기간이 아닌 EIFS 기간만큼 기다린다(S180). 본 발명에 의한 경우 시그널에서 NAV 값을 알 수 있으므로(S150) 그 다음 데이터의 변조 레이트의 지원 여부와 관계없이 NAV 기간 후에 송신할 수 있다.

도 7의 S130, S140, S150은 본 발명을 802.11a에 적용했을 때 알 수 있는 한 실시예이며, 이 경우는 NAV 값을 오류없이 읽을 수 있음을 보여주고 있다.

또한 상기의 발명에 근거하여, 가상 캐리어 센싱이 가능하면, 스테이션들은 NAV 기간동안 송신을 하지 않고 NAV 기간이 지난 후, DIFS의 기간 후에 경쟁 윈도우 등을 통해 송신을 할 수 있다. 이러한 절차는 802.11a를 예로 든 도 8에서 기존의 프레임 구성이 어떻게 변환되는지 보여지고 있다. 즉 기존의 방식이 하나의 심볼로 이루어진 시그널을 수신하지만 본 발명에 의할 경우, 두 개의 심볼을 읽게 되며(820), 그 심볼의 구성은 도 5의 (c)를 적용하였다(830). 또한, 시그널을 통해 얻게된 NAV 값을 물리층에서 매체접근제어층으로 전달하기 위해 다음과 같이 벡터 값이 변환된다(810).

PHY-RXSTART.ind (RXVECTOR)

where RXVECTOR = {LENGTH, RSSI, DATARATE, SERVICE, DURATION }

즉 물리층의 심볼을 통해 얻게된 NAV(DURATION) 값을 매체접근제어층으로 보내기 위해 기존의 RXVECTOR 값을 수정하였다.

한편 이러한 새로운 방식의 가상 캐리어 센싱을 위한 프레임 전송의 한 예는 도 9에 나타나있다. 이는 기존의 프레임 전송에서 PLCP 헤더부분에 NAV 값을 저장하는 것을 특징으로 한다. 우선 PLCP 프리앰블을 생성하고(S210), 이를 포함하는 PPDU 프레임을 생성한다(S220). 이 프레임의 생성에 있어 전술한 예약 비트를 1로 하고, 전송할 데이터에 대한 오류 검토를 위한 패리티 비트의 설정 단계가 필요하다. 그리고 채널이 사용 가능하면 프레임을 전송하고, 수신모드로 전환한다(S240, S290). 그러나 채널이 사용 중이라면, 이전에 수신된 PPDU 프레임에서 NAV 값을 얻을 수 있었는지 검토하여(S250), 그 값이 있을 경우 그 지속시간이 지난 후 채널 경쟁을 통해 송신하고(S260), 그렇지 않을 경우 예측된 지속시간(EIFS)이 지난 후 채널 경쟁을 통해 송신하게 된다(S270).

프레임 전송을 위한 매체접근제어층과 물리층간의 정보교환은 도 10에 나타난다. 매체접근제어층에서 생성한 NAV 값을 물리층으로 전달하기 위해 다음과 같이 변환된다(1010).

PHY-TXSTART.request (TXVECTOR)

where TXVECTOR = {LENGTH, DATARATE, SERVICE, TXPWR_LEVEL, DURATION }

이렇게 전달받은 DURATION 값은 전술한 바와 같이 2개의 심볼로 구성된 시그 널에 저장되어 전송하게 되는데(1020), 이 시그널에 포함된 프레임의 포맷은 도 5의 (c)를 적용하였다(1030).

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수신 스테이션의 가상 캐리어 센싱 과정을 보여주는 도면이다. 본 실시예에서 프레임의 구조는 종전의 프레임 구조와 동일하지만 데이터의 길이에 포함된 정보로 수신 스테이션이 가상 캐리어 센싱을 할 수 있다. 수신 스테이션의 가상 캐리어 센싱을 위하여 송신 스테이션은 프레임의 데이터 부분의 길이와 프레임간 간격들(SIFS, DIFS 등)과 다른 프레임의 프리앰블의 길이과 시그널 및 데이터의 길이를 더한 값을 프레임의 길이 필드에 기록한다.

수신 스테이션은 무선 매체를 통해 전송되는 프레임의 PLCP 프리앰블을 검출한다(S310). PLCP 프리앰블을 검출한 스테이션은 OFDM 심볼들을 수신할 수 있는 상태가 된다. PLCP 프리앰블을 검출한 스테이션은 프레임으로부터 시그널 심볼을 수신한다(S320). 시그널 심볼에는 레이트와 길이에 관한 정보가 포함되어 있다.

시그널 심볼을 수신하고 나서, 수신 스테이션은 프레임이 가상 NAV가 설정된 프레임인지를 판단한다(S330). 일 실시예에 있어서, 가상 NAV가 설정된 프레임인지는 예약 비트 값을 기준으로 판단한다. 예를 들면, 예약 비트가 "0"으로 설정된 경우에는 수신된 프레임은 가상 NAV가 설정되지 않은 종전의 프레임이고, 예약 비트가 "1"로 설정된 경우에는 수신된 프레임은 가상 NAV가 설정된 프레임이다. 다른 실시예에 있어서, 가상 NAV가 설정된 프레임인지 여부는 레이트를 이용한다. 레이트는 총 4비트로서 IEEE 802.11a는 도 6에 도시된 바와같이 총 8개의 레이트를 갖는다. 예약되어 있는 8개의 레이트를 이용하여 가상 NAV가 설정된 프레임인지 여부를 알려준다.

수신된 프레임이 가상 NAV가 설정된 프레임인 경우에 수신 스테이션은 NAV를 계산한다(S340). NAV는 레이트와 데이터 길이를 이용하여 계산할 수 있다. 즉, 수신 스테이션은 데이터 길이를 레이트로 나누어서 NAV를 계산한다. NAV를 계산한 수신 스테이션은 계산된 값으로 NAV를 설정한다(S350).

수신된 프레임이 종전의 프레임인 경우에 수신 스테이션은 시그널 심볼에서 얻은 레이트가 자신이 지원 가능한 레이트인지를 판단한다(S360). 만일 지원가능한 레이트인 경우에 수신 스테이션은 MPDU를 얻을 수 있고, MPDU의 지속(Duration)으로 NAV를 설정한다(S370). 지원하지 못하는 레이트인 경우에 수신 스테이션은 지속 시간을 예측하여 EIFS로 NAV를 설정한다(S380). EIFS는 물리적 캐리어 센싱이 없는 상태부터 SIFS와 가장 낮은 레이트의 ACK 프레임의 시간 및 DIFS와 랜덤 백오프를 포함한 시간이다.

다음으로 송신 스테이션이 길이 및 레이트에 NAV 정보를 포함하는 방식에 대해서 설명한다. 도 5를 참조하여, IEEE 802.11a 표준 PPDU 프레임의 레이트는 4 비트로서 총 16개의 레이트를 지정할 수 있다. 길이는 총 12 비트로서 총 4096 바이트까지 표시할 수 있다. 본 실시예에서는 길이에 가상 캐리어 센싱을 위한 NAV를 설정한다. 그러나 길이의 단위를 바이트로 하는 것은 예시적인 것으로서 OFDM 심볼의 개수로 하거나, 시간, 예를 들면, 마이크로 초로 할 수도 있다.

예를 들어, 레이트가 54 Mbps이고, 데이터가 1500 바이트라면, 길이는 다음 과 같이 계산할 수 있다. OFDM 심볼은 4 마이크로초의 시간동안 전송되고, 54 Mbps일 때 하나의 OFDM 심볼은 216 바이트의 정보를 전송할 수 있다. 한편, SIFS는 16 마이크로초이고, 데이터에 대한 ACK 프레임은 프리앰블 16 마이크로초와 시그널 4 마이크로초와 데이터(MPDU) 16 바이트(1 OFDM 심볼)이다. SIFS는 4개의 OFDM 심볼에 해당하므로 216*4=864 바이트에 해당한다. ACK 프레임은 총 6개의 OFDM 심볼에 해당하므로 216*6=1296 바이트에 해당한다. 따라서, 송신 스테이션은 1500+864+1296=3660 바이트를 프레임의 길이 필드에 기록한다.

레이트가 6 Mbps이고, 데이터가 1500 바이트라면, 길이는 다음과 같이 계산할 수 있다. OFDM 심볼은 24 바이트에 해당한다. 따라서 길이 필드에는 1500+24*4+24*6=1740 바이트가 기록된다.

이와 같은 물리층의 가상 캐리어 센싱은 MIMO 방식의 무선랜 통신에서도 적용될 수 있다. 이하에서는 도 12를 참조하여 MIMO 방식의 무선랜 통신에서 물리층의 가상 캐리어 센싱에 대하여 설명한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO PPDU의 구조를 보여주는 도면이다.

MIMO PPDU는 복수의 프리앰블들을 포함해야 한다. 도 12의 실시예는 2개의 안테나를 사용하는 MIMO PPDU의 구조를 보여준다. 본 실시예의 MIMO 프레임은 기존의 SISO 스테이션들도 시그널을 수신할 수 있도록 제2 안테나를 위한 프리앰블을 시그널 뒤에 위치시켰다.

데이터 프레임은 제1 PLCP 프리앰블(1210)과 시그널(1220)와 제2 PLCP 프리 앰블(1230)과 데이터(1240)를 포함한다.

송신 스테이션은 시그널(1220)의 길이에 제2 PLCP 프리앰블(1230)을 바이트로 환산한 값과 데이터(1240)의 바이트수와 SIFS를 바이트로 환산한 값과 ACK 프레임을 바이트로 환산한 값을 기록한다.

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. 따라서 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 이는 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. 특히 본 발명의 한 실시예로 직교주파수분할다중화방식의 한 예로 802.11a를 인용하고 있으나 이는 단순한 실시예를 보인 것이며, 다양한 변조방식을 사용하는 무선 네트워크 통신 어디에서나 사용할 수 있는 발명이다.

상기한 바와 같은 본발명의 무선 네트워크 통신에 있어 가상 캐리어 센싱을 위한 정보 송수신 및 정보 설정 방법과 이를 구현하는 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 다양한 변조 방식으로 송수신되는 프레임의 수신에 오류가 발생하여도 가상 캐리어 센싱 정보를 알 수 있으므로, 무선 통신에 있어 지연 시간을 줄일 수 있다.

둘째, 이러한 가상 캐리어 센싱 정보가 없는 무선 네트워크 통신의 경우에도 이러한 NAV값을 전송할 수 있도록 변환할 수 있으므로 물리적 캐리어 센싱 외에 충돌을 회피하며 지연시간을 줄일 수 있다.

셋째, 상기의 NAV 값을 사용하는 기존의 방식도 예약비트를 읽게 되면 호환이 가능하다는 장점이 있다.

넷째, 기존의 프레임 구조를 변경하지 않고도 물리층에서 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 제공할 수 있다.

Claims (25)

1. 송신되는 프레임을 수신하여 지속 기간에 대한 정보를 포함하는 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 추출하는 (a) 단계; 및

   상기 추출된 정보를 이용하여 가상 캐리어 센싱을 설정하는 (b) 단계를 포함하며,

   상기 추출된 정보는 물리층에 존재하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (a) 단계에서 수신되는 프레임의 변조 방식은 직교주파수분할방식인 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (a) 단계의 가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 동기화를 위한 정보에 뒤따른 기본 변조 방식으로 변조된 부분에 실려있는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
4. 제 3항에 있어서,

   상기의 기본 변조 방식은 모든 스테이션들이 인식할 수 있는 속도의 방식인 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
5. 제 1항에 있어서,

   상기 (a) 단계의 가상 캐리어 센싱을 위한 정보의 추출은, 수신한 프레임 기본 변조 방식으로 변조된 부분에 오류가 발생하지 않았음을 확인한 후에 이루어지는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
6. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 단계는 추출된 가상 캐리어 센싱 정보를 매체접근제어층에 보내는 단계를 포함하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
7. 제 6항에 있어서,

   물리층 가상 캐리어 센싱 지정자(PHY-RXSTART.indicator)의 벡터에 하나의 파라메터로 가상 캐리어 센싱 정보를 저장하여 매체접근제어층에 보내는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
8. 제 1항에 있어서,

   가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 상기 정보를 포함한 부분 이후에 수신되는 데이터 단이 가지고 있는 가상 캐리어 센싱을 위한 정보와 동일한 길이의 비트 및 동일한 값을 가지는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
9. 제 1항에 있어서,

   설정된 가상 캐리어 센싱에 의한 지속시간이 경과한 후 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
10. 제1항에 있어서,

    상기 가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 가상 캐리어 센싱을 위한 구간을 바이트로 환산한 값을 포함하는, 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
11. 송신되는 프레임에 상기 송신되는 프레임을 수신하는 모든 스테이션이 가상 캐리어 센싱을 설정할 수 있도록 지속 기간에 대한 정보를 포함하는 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 부가하는 (a) 단계; 및

    상기 부가된 정보와 함께 프레임을 전송하는 (b) 단계를 포함하며,

    상기 부가된 정보는 물리층에 존재하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
12. 제 11항에 있어서,

    상기 (a) 단계에서 전송되는 프레임의 변조 방식은 직교주파수분할방식인 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
13. 제 11항에 있어서,

    상기 (a) 단계의 가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 동기화를 위한 정보에 뒤따른 기본 변조 방식으로 변조된 부분에 실려있는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
14. 제 13항에 있어서,

    상기의 기본 변조 방식은 모든 스테이션들이 인식할 수 있는 속도의 방식인 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
15. 제 11항에 있어서,

    상기 (a) 단계의 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 부가함에 있어서, 기본 변조 방식으로 변조된 부분에 오류 검토를 위한 패리티 비트를 설정하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
16. 제 11항에 있어서,

    상기 (a) 단계는 캐리어 센싱 정보를 매체접근제어층에서 물리층으로 보내는 단계를 포함하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
17. 제 16항에 있어서,

    물리층 가상 캐리어 센싱 지정자(PHY-TXSTART.request)의 벡터에 하나의 파라메터로 가상 캐리어 센싱 정보를 저장하여 물리층에 보내는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
18. 제 11항에 있어서,

    가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 상기 정보를 포함한 부분 이후에 송신되는 데이터 단이 가지고 있는 가상 캐리어 센싱을 위한 정보와 동일한 길이의 비트 및 동일한 값을 가지는 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
19. 제11항에 있어서,

    상기 가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 가상 캐리어 센싱을 위한 구간을 바이트로 환산한 값을 포함하는, 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 정보의 송신 방법
20. 송신되는 프레임을 수신하여 지속 기간에 대한 정보를 포함하는 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 추출하는 프레임 수신부;

    상기 프레임에 상기 프레임을 수신하는 모든 스테이션이 가상 캐리어 센싱을 설정할 수 있도록 지속 기간에 대한 정보를 포함하는 가상 캐리어 센싱 정보를 부가하는 기능을 가지는 프레임 생성부; 및

    상기 가상 캐리어 센싱 정보가 부가된 프레임을 송신하는 송신부를 포함하며,

    상기 추출된 정보 및 상기 부가된 정보는 물리층에 존재하는 포함하는 무선 네트워크 통신의 송수신 장치
21. 제20항에 있어서,

    상기 생성된 프레임을 송신함에 있어서, 추출된 가상 캐리어 센싱 정보에 의해 충돌을 회피하도록 프레임을 송신하는 무선 네트워크 통신의 송수신 장치.
22. 제21항에 있어서,

    상기 프레임 수신부는 상기 물리층에서 해석한 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 매체접근제어층에 보내는 무선 네트워크 통신의 송수신 장치
23. 제 21항에 있어서,

    상기 프레임 생성부는 매체접근제어층에서 생성한 가상 캐리어 센싱을 위한 정보를 상기 물리층에 보내는 무선 네트워크 통신의 송수신 장치
24. 제23항에 있어서,

    상기 생성된 가상 캐리어 센싱을 위한 정보는 가상 캐리어 센싱을 위한 구간을 바이트로 환산한 값을 포함하는, 무선 네트워크 통신을 위한 가상 캐리어 센싱 설정 방법
25. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.

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