KR100706990B1 - System for MAC Protocol Structure between Fixed Wireless Backhaul Systems and Fixed Wireless Backhaul Therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜을 지원하는 무선 통신 시스템 및 그를 위한 고정형 무선 접속 장비에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system supporting the MAC protocol between fixed wireless access equipment and a fixed wireless access equipment therefor.
본 발명은 무선랜(Wireless LAN) 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC(Media Access Control) 규격을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식, 피기백 요청(Piggyback Request) 방식 및 피기백 액(Piggy ACK)을 적용하여 고정형 무선 접속 장비 간의 데이터 전송 효율을 높여주는 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜 구조로서, 서브프레임(Sub-Frame)의 위치 및 구성 정보를 저장하는 맵(MAP) 필드; 송신 무선 기지국으로부터 수신 무선 기지국으로 전송되는 다운로드 데이터(DATA)가 각각 저장된 하나 이상의 제 1 서브프레임을 포함하는 하향링크(DownLink) 필드; 송신 무선 기지국 및 수신 무선 기지국들의 무선 전송 장비에 필요한 대역폭 또는 전송률 크기에 대한 정보를 서브프레임 할당을 요구하는 폴 요청 필드; 및 수신 무선 기지국으로부터 송신 무선 기지국으로 전송되는 업로드 데이터(DATA)를 저장하는 하나 이상의 제 2 서브프레임을 포함하는 상향링크(UpLink) 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is based on a WLAN MAC (Media Access Control) standard of Time Division Multiple Access (TDMA) scheme for efficient data transmission in a wireless LAN system, and a Polling Request scheme. A MAC protocol structure between fixed wireless access devices that improves data transmission efficiency between fixed wireless access devices by applying a piggyback request method and a piggyback acknowledgment. A map field for storing configuration information; A downlink field including one or more first subframes each of which download data DATA transmitted from a transmitting wireless base station to a receiving wireless base station is stored; A poll request field for requesting subframe allocation of information on a bandwidth or a rate size required for radio transmission equipment of a transmitting radio base station and a receiving radio base station; And an uplink field including one or more second subframes storing upload data DATA transmitted from a receiving wireless base station to a transmitting wireless base station.
본 발명에 의하면, 무선랜 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA 방식의 무선랜 MAC 프로토콜을 기본으로 하고 폴링 요청 방식, 피기백 요청 방식 및 피기백 액을 적용하여 고정형 무선 접속장비간의 데이터 전송 효율을 높여주는 효과가 있다.According to the present invention, in order to efficiently transmit data in a wireless LAN system, the data transmission efficiency between fixed wireless access equipments is increased by applying a polling request method, a piggyback request method, and a piggyback solution based on a TDMA type WLAN MAC protocol. Giving effect.
MAC 프로토콜, 무선 접속 장비, 무선 기지국, 폴링 요청, 피기백 요청, 피기백 액MAC protocol, radio access equipment, radio base station, polling request, piggyback request, piggyback amount
Description
도 1은 일반적인 MAC 프로토콜의 프레임 구조를 나타낸 도면,1 is a diagram illustrating a frame structure of a general MAC protocol;
도 2는 MAC 프로토콜에 따른 주소(Address) 필드의 값을 나타낸 도면,2 is a diagram illustrating a value of an address field according to a MAC protocol;
도 3은 일반적인 MAC 프로토콜에서 사용되는 ACK 방식을 나타낸 도면,3 is a diagram illustrating an ACK scheme used in a general MAC protocol;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템을 나타낸 도면,4 is a diagram showing a mobile communication system according to a preferred embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC 프로토콜의 프레임 구조를 나타낸 도면,5 illustrates a frame structure of a MAC protocol according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DownLink의 구성을 나타낸 도면,6 is a view showing the configuration of a DownLink according to a preferred embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 REQ_Poll에서 폴링 요청이 수행되는 과정을 나타낸 도면,7 is a diagram illustrating a process of performing a polling request in REQ_Poll according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 UpLink의 구성을 나타낸 도면,8 is a view showing a configuration of an UpLink according to an embodiment of the present invention;
도 9는 송신 무선 기지국과 수신 무선 기지국간에 데이터 통신할 때 REQ_Poll과 UpLink에서의 응답 및 요청 과정을 나타내는 예를 나타낸 도면,9 is a diagram illustrating an example of a response and a request process in REQ_Poll and UpLink when performing data communication between a transmitting wireless base station and a receiving wireless base station;
도 10은 ACK가 적용된 UpLink의 구조를 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a structure of an uplink to which an ACK is applied.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
410 : 송신 무선 기지국 430 : 수신 무선 기지국410: transmitting wireless base station 430: receiving wireless base station
431 : 제 1 수신 무선 기지국 433 : 제 2 수신 무선 기지국431: first receiving wireless base station 433: second receiving wireless base station
435 : 제 3 수신 무선 기지국 437 : 제 4 수신 무선 기지국435: third receiving wireless base station 437: fourth receiving wireless base station
439 : 제 5 수신 무선 기지국 450 : 이동 통신 단말기439: fifth receiving wireless base station 450: mobile communication terminal
460 : 무선 통신망 470 : 인터넷망460: wireless communication network 470: Internet network
510 : 맵 필드 513 : 기지국 필드510: map field 513: base station field
514 : 맵 목록 516a : ID 목록 필드514:
516b : 로케이터 필드 516c : 레이트 필드516b: Locator Field 516c: Rate Field
530 : 하량링크 필드 531, 532, 533 : 하향링크 서브프레임530: downlink field 531, 532, 533: downlink subframe
550 : 폴 요청 필드 551, 553, 555, 557 : 폴링 요청550:
552, 554, 556, 558 : 폴링 응답 570 : 상향링크 필드552, 554, 556, 558: polling response 570: uplink field
571, 572, 573 : 서브프레임 572a : 프레임 제어 필드571, 572, and 573:
572b : 수신 주소 필드 572c : 송신 주소 필드572b: Receipt
572d : 바디 필드 572e : 프레임 순서값 필드572d:
572g, 573g : 피기백 요청 필드572g, 573g: Piggyback Request Field
575, 576, 577, 578, 579 : ACK 비트맵 필드575, 576, 577, 578, 579: ACK bitmap field
본 발명은 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜을 지원하는 무선 통신 시스템 및 그를 위한 고정형 무선 접속 장비에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 무선랜(Wireless LAN) 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC 규격을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식, 피기백 요청(Piggyback Request) 방식 및 피기백 액(Piggyback ACK)을 적용하여 고정형 무선 접속장비 간의 데이터 전송 효율을 높여주는 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜을 지원하는 무선 통신 시스템 및 그를 위한 고정형 무선 접속 장비에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system supporting the MAC protocol between fixed wireless access equipment and a fixed wireless access equipment therefor. More specifically, in order to efficiently transmit data in a wireless LAN system, the WLAN MAC standard of a time division multiple access (TDMA) method is based on a polling request method and a piggyback request. The present invention relates to a wireless communication system supporting a MAC protocol between fixed wireless access devices that improves data transmission efficiency between fixed wireless access devices by applying a piggyback request method and a piggyback ACK, and a fixed wireless access device for the same. .
무선랜 시스템은 협대역을 기반으로 하되 광대역에서의 주파수 확산 기술을 이용하는 전송 기술을 사용하며, 주로 아이에스엠(ISM : Industrial-Scientific-Medical, 이하 'ISM'이라 칭함) 대역을 이용한다. 산업, 과학 및 의료의 용도로 지정된 ISM 대역은 902 - 928 ㎒, 2.4 - 2.4835 ㎓ 및 5.725 - 5.850 ㎓의 주파수 대역을 포함한다. ISM 대역의 경우에는 인가 절차가 요구되지 않아 많은 무선랜 제품들이 사용되고 있으나, 제품간의 호환성이 문제점으로 대두되었다. 이를 해결하기 위해 무선랜에 대한 표준화 작업이 진행되어 802.11 계열의 표준이 전기 전자 학회(Institute of Electrical and Electronic Engineers : IEEE)를 통해서 이루어지고 있고 하이퍼랜(HyperLAN) 표준이 유럽 통신 표준 학회(European Telecommunications Stadards Institute : ETSI)를 중심으로 진행되었다.The WLAN system is based on a narrow band, but uses a transmission technology that uses a frequency spreading technology in a wide band, and mainly uses an Industrial-Scientific-Medical (ISM) band. The ISM bands designated for industrial, scientific and medical use include the frequency bands 902-928 MHz, 2.4-2.4835 GHz and 5.725-5.850 GHz. In the case of the ISM band, many wireless LAN products are used because no authorization procedure is required, but compatibility between the products has emerged as a problem. In order to solve this problem, the standardization of wireless LAN is progressed, and 802.11 series standard is made through Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), and HyperLAN standard is established in European Telecommunications Standards Institute. Stadards Institute (ETSI).
이 중 하이퍼랜 표준은 이미 시장에서 사장되었으며, 일반적으로 무선랜은 802.11 계열의 표준을 의미한다.Among them, the hyperlan standard has already died in the market, and in general, the wireless LAN means the 802.11 series standard.
무선 데이터 통신, 특히 무선랜 환경에서 물리 계층과 함께 표준화가 진행 중인 MAC 계층의 역할은 여러 대의 스테이션이 공유 채널에 접근할 수 있도록 하는 것이다. 802.11 표준에서 주로 사용되는 접근방식으로는 경쟁 기반의 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 예방(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidence L CSMA/CA) 방식이며, 하이퍼랜 표준은 시간 다중화인 시 분할 다중 접속(Time Division Multiple Access : TDMA) 방식을 사용한다.The role of the MAC layer, which is being standardized with the physical layer in wireless data communication, especially in a WLAN environment, is to allow multiple stations to access a shared channel. The primary approach used in the 802.11 standard is the carrier-based Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidence L CSMA / CA, and the HyperLAN standard is time division multiple access. Multiple Access (TDMA) method is used.
도 1은 802.11 표준에서 사용되는 일반적인 MAC 프로토콜의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a frame structure of a general MAC protocol used in the 802.11 standard.
도 1을 참조하면, 일반적인 MAC 프로토콜은 해당 프레임에 대한 형식(Type)이나 분할 정도(Fragmentation) 정보를 포함하는 Frame Control 필드, 절전 모드일 경우 Association Identity(AID) 정보를 포함하고 그 외의 경우에는 각각의 프레임 종류에 따라 다른 Duration 값을 가지는 Duration/ID 필드, 4개의 Address 필드, Sequence Control 필드, Frame Body 필드 및 CRC(Cyclic Redundancy Check) 필드를 포함한다.Referring to FIG. 1, a general MAC protocol includes a frame control field including type or fragmentation information for a corresponding frame, association identity (AID) information in power saving mode, and in other cases, respectively. It includes a Duration / ID field, four Address fields, a Sequence Control field, a Frame Body field, and a Cyclic Redundancy Check (CRC) field having a different Duration value according to the frame type.
여기서 4개의 Address 필드는 BSSID, DA(Destination Address), SA(Source Address), RA(Receiver Address) 및 Frame Control 필드 내의 ToD와 FromDS와 결합하여 도 2와 같은 값을 가진다.Here, the four address fields have a value as shown in FIG. 2 in combination with ToD and FromDS in a BSSID, a destination address (DA), a source address (SA), a receiver address (RA), and a frame control field.
도 2는 MAC 프로토콜에 따른 주소(Address) 필드의 값을 나타낸 도면으로, 도 2와 같은 구조를 가지는 이유는 Ad-hoc 모드 및 절전 모드를 지원하고 반송파 감지 다중 접근/충돌 예방(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance : CSMA/CA)을 지원하기 위함이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the value of an address field according to the MAC protocol. The reason for having the structure as shown in FIG. 2 is that the Ad-hoc mode and the power saving mode are supported, and carrier sense multiple access / collision prevention is performed. / Collision Avoidance: to support CSMA / CA).
하지만, 종래의 MAC 프로토콜의 구조는 고정된 기지국과 이동성이 있는 이동 통신 단말기 사이의 데이터 통신에서 신뢰성을 향상시키지만, Ad-hoc 모드나 절전 모드가 불필요한 고정형 기지국과 기지국 사이의 데이터 통신에서는 MAC 프로토콜 내의 4개의 Address 필드나 Duration/ID 같은 필드는 부하로만 작용하게 된다. 따라서, 효율적인 TDMA 방식을 사용하는 고정형 기지국의 데이터 통신에는 종래의 MAC 프로토콜의 구조는 부적당하게 된다.However, although the structure of the conventional MAC protocol improves reliability in data communication between a fixed base station and a mobile mobile terminal, in the data communication between a fixed base station and a base station that does not require an ad hoc mode or a power saving mode, The four Address fields, or fields such as Duration / ID, act only as a load. Therefore, the structure of the conventional MAC protocol is inadequate for data communication of a fixed base station using an efficient TDMA scheme.
도 3은 일반적인 MAC 프로토콜에서 사용되는 ACK 방식을 나타낸 도면으로, 이는 기본적으로 Stop-and-Wait 방식으로 무선 데이터 통신에서는 변동성이 크고 에러율이 높기 때문에 이와 같은 방식이 많이 이용된다.FIG. 3 is a diagram illustrating an ACK method used in a general MAC protocol, which is basically a stop-and-wait method, which is widely used because of high variability and high error rate in wireless data communication.
도 3을 참조하면, 데이터(DATA) 전송과 ACK 전송 사이에 SIFS(Short Interface Time)가 소정의 간격을 두고 발생하고 있다. 이것은 매체 사용을 오랜 시간 동안 기다린 다른 무선 접속 장비가 매체 사용을 요구하는 것을 방지하기 위한 것으로, 일반적인 MAC 프로토콜이 사용되는 MAC 계층에서의 실제 최대 전송 가능 전송률을 구해보면 [수학식 1]과 같다.Referring to FIG. 3, a short interface time (SIFS) occurs between a data DATA transmission and an ACK transmission at a predetermined interval. This is to prevent the other radio access equipment that has waited for a long time to use the medium to request the use of the medium. The actual maximum transmit rate in the MAC layer in which the general MAC protocol is used is obtained as shown in [Equation 1].
여기서, MaxThru는 이론적인 최대전송율, 는 데이터 전송 시간, 은 ACK 전송시간, τ는 전달 지연(Propagation Delay), 는 DIFS(DCF Interface Time)의 길이, 는 SIFS의 길이, 은 Minimun Backoff Window Size 및 은 슬롯간격을 의미한다.Where MaxThru is the theoretical maximum data rate, Is the data transfer time, Is the ACK transmission time, τ is the propagation delay, Is the length of DIFS (DCF Interface Time), Is the length of the SIFS, Minimun Backoff Window Size and Means slot interval.
하지만, 이러한 종래의 MAC 프로토콜은 Stop-and-Wait 방식으로 무선 링크의 변동성이 크고 에러율이 높은 링크가 필요한 고정형 기지국과 이동 통신 단말기 사이의 데이터 통신에는 유용하나, 반대로 무선 링크의 변동성이 작고 물리계층에서도 신뢰성이 높은 고정형 기지국과 고정형 기지국 사이의 데이터 통신에서는 데이터 전송과 ACK 전송 사이에 SIFS는 시간을 지연시키는 요소로 작용한다는 문제점이 있다.However, the conventional MAC protocol is useful for data communication between a fixed base station and a mobile communication terminal requiring a link having a high variability in the radio link and a high error rate in a stop-and-wait manner. In the case of reliable data communication between the fixed base station and the fixed base station, there is a problem that SIFS acts as a delay factor between data transmission and ACK transmission.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 무선랜 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 기존 MAC(Media Access Control : 매체 접속 제어, 이하 'MAC'라 칭함)를 대신 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC 규격을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식, 피기백 요청(Piggyback Request) 방식 및 피기백 액(Piggyback ACK)을 적용하여 고정형 무선 접속장비간의 데이터 전송 효율을 높여주는 무선랜 시스템 간의 MAC 프로토콜을 지원하는 무선 통신 시스템 및 그를 위한 고정형 무선 접속 장비를 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a time division multiple access (TDMA) instead of a conventional MAC (Media Access Control) for efficient data transmission in a WLAN system. Wireless LAN that improves data transmission efficiency between fixed wireless access devices by applying Polling Request method, Piggyback Request method and Piggyback ACK based on Wireless LAN MAC standard It is an object of the present invention to provide a wireless communication system supporting the MAC protocol between LAN systems and fixed wireless access equipment therefor.
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따라서 본 발명의 제 1 목적에 의하면, 무선랜(Wireless LAN) 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC(Media Access Control) 규격을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식, 피기백 요청(Piggyback Request) 방식 및 피기백 액(Piggyback ACK) 방식을 적용하여 고정형 무선 접속 장비 간의 데이터 전송 효율을 높여주는 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜을 이용하는 시스템으로서, 다수의 컴퓨터를 연결하여 데이터 제공 서비스를 제공하는 인터넷망; 인터넷망에 연결되어, 데이터의 전송을 중계하는 무선 통신망; 무선 통신망에 연결되어, 인터넷망으로부터 수신되는 데이터를 MAC 프로토콜을 이용하여 송출하는 송신 무선 기지국; 송신 무선 기지국으로부터의 데이터를 수신하는 수신 무선 기지국; 및 수신 무선 기지국으로부터 데이터를 수신하여 데이터 서비스를 제공받는 이동 통신 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정형 무선 접속 장비 간의 MAC 프로토콜을 지원하는 무선 통신 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 2 목적에 의하면, 무선 통신망에 연결된 기지국에 설치되어 기지국 간을 연결하여 데이터를 수신 또는 송신하는 무선 접속 장비로서, 무선 접속 장비는 무선랜(Wireless LAN) 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC(Media Access Control) 규격을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식, 피기백 요청(Piggyback Request) 방식 및 피기백 액(Piggyback ACK) 방식을 적용한 MAC 프로토콜을 이용하되, 폴링 요청 방식은 무선 기지국 간에 서로 데이터 전송 요청을 확인하는 폴링 요청을 하고 폴링 요청에 따른 폴링 응답을 하는 방식이고, 피기백 요청 방식은 무선 기지국이 전송하고 있는 데이터를 전송함과 동시에 다음번 데이터 전송할 때 사용 예정인 필요 전송량을 예약하는 방식인 것을 특징으로 하는 고정형 무선 접속 장비를 제공한다.Accordingly, according to a first object of the present invention, polling is performed based on a WLAN MAC (Media Access Control) standard of a time division multiple access (TDMA) scheme for efficient data transmission in a wireless LAN system. A system using a MAC protocol between fixed wireless access devices that improves data transmission efficiency between fixed wireless access devices by applying a polling request method, a piggyback request method, and a piggyback ACK method. An internet network connecting a plurality of computers to provide a data providing service; A wireless communication network connected to the Internet network for relaying data transmission; A transmitting wireless base station connected to a wireless communication network and transmitting data received from the Internet network using a MAC protocol; A receiving wireless base station receiving data from the transmitting wireless base station; And a mobile communication terminal receiving data from a receiving wireless base station and receiving a data service.
According to a second object of the present invention, a wireless access device that is installed in a base station connected to a wireless communication network to connect or receive data between base stations, the wireless access device for efficient data transmission in a wireless LAN (Wireless LAN) system Based on TDMA (Time Division Multiple Access) wireless LAN MAC (Media Access Control) standard, Polling Request method, Piggyback Request method and Piggyback ACK The MAC protocol using the method is used, but the polling request method is a polling request for confirming a data transmission request between the radio base stations and a polling response according to the polling request, and the piggyback request method is data transmitted by the radio base station. At the same time as the transmission of the data transmission method for reserving the required amount of transmission to be used next time It provides a fixed wireless access equipment.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a mobile communication system according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 시스템은 송신 무선 기지국(410), 수신 무선 기지국(430), 이동 통신 단말기(450), 무선 통신망(460) 및 인터넷망(470) 등을 포함하여 이루어진다.A mobile communication system according to a preferred embodiment of the present invention includes a transmitting
송신 무선 기지국(410)은 고정형 무선 접속 장비(미도시)를 포함하며, 적어도 한 개 이상의 수신 무선 기지국(430)과 데이터를 송수신한다.The transmitting
수신 무선 기지국(430)은 고정형 무선 접속 장비(미도시)를 포함하며, 이동 통신 단말기(450)와 데이터를 송수신한다.The receiving
여기서 송신 무선 기지국(410) 및 수신 무선 기지국(430)은 각각의 고정형 무선 접속 장비를 이용하여 무선 데이터 통신을 한다. 여기서 무선 데이터 통신은 본 발명에서 제시하는 MAC 프로콜을 이용한 데이터 통신으로, 아래에서 자세히 설명한다.Here, the transmitting
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 한 개의 송신 무선 기지국(410)과 적어도 한 개 이상의 수신 무선 기지국(430) 간의 무선 데이터 통신을 설명하고 있으나 이에 한정하지 않는다. 그리고 본 발명의 바람직한 실시예에서는 송수신 무선 기지국(410, 430) 간의 무선 데이터 통신을 설명하고 있으나, 고정형 무선 접속 장비를 포함하는 기지국 및 중계기 등에도 적용이 가능하다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has described wireless data communication between one transmitting
이동 통신 단말기(450)는 이동 통신망을 이용하여 데이터 통신이 가능한 단 말기로, PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러 폰, PCS(Personal Communication Service)폰, GSM(Global System for Mobile) 폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, CDMA-2000폰, MBS(Mobile Broadband System)폰 및 노트북 컴퓨터 등을 포함한다.The
무선 통신망(460)은 인터넷망(470)에 연결되어, 인터넷망(470)과 송신 무선 기지국(410) 사이의 데이터 전송을 중계한다.The
인터넷망(470)은 이동 통신 단말기(450)에서 데이터 통신 요청시 데이터 통신 서비스를 제공한다.The
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC(Media Access Control : 매체 접근 제어, 이하 'MAC'라 칭함) 프로토콜의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a frame structure of a MAC (Media Access Control) protocol according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC 프로토콜의 프레임은 MAP 필드(MAP Field, 이하 'MAP'라 칭함)(510), 다운링크 필드(DownLink Field, 이하 'DownLink'라 칭함)(530), 폴 요청 필드(Request Poll Field, 이하 'REQ_Poll'라 칭함)(550) 및 업링크 필드(UpLink Field, 이하 'UpLink'라 칭함)(570) 등을 포함하여 이루어진다.The frame of the MAC protocol according to the preferred embodiment of the present invention includes a MAP field (MAP field, hereinafter referred to as 'MAP') 510, a downlink field (hereinafter, referred to as 'DownLink') 530, and a poll request. Field (Request Poll Field, hereinafter referred to as 'REQ_Poll') 550, and uplink field (UpLink Field, hereinafter referred to as 'UpLink') 570, and the like.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC 프로토콜은 시분할 듀플렉스(TDD : Time Division Duplex) 방식으로 DownLink(530)와 UpLink(570)를 시간 단위에 따라 구분하여 무선 기지국(410, 430) 간에 데이터 통신이 이루어지게 한다. 또한, 하나의 MAC 프로토콜의 프레임의 DownLink(530)와 UpLink(570)는 각각 수 개의 서브프레임(Sub-Frame)으로 구성되며 이 서브프레임의 길이는 802.11a 물 리계층에 따르면 하나의 심볼은 4 ㎲ 이기 때문에 물리계층에서 매핑을 용이하게 하기 위해서 8, 16, 32 ㎲의 가변적인 길이를 가진다. 또한, 하나의 MAC 프로토콜의 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수는 다양한 전송률을 효과적으로 지원하기 위해서 가변길이를 지원할 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 4,095개까지 포함하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, the MAC protocol according to the preferred embodiment of the present invention divides the
MAP(510)은 MAC 프로토콜의 프레임 내에 포함되는 DownLink(530) 및 UpLink(570)의 서브프레임들의 위치 및 구성 정보를 담고 있는 필드로서, 외부의 무선 기지국과의 데이터 통신시 요구되는 데이터 전송 요구량에 따라 동적으로 DownLink(530) 및 UpLink(570)의 크기를 조절한다.The
MAP(510)은 기지국 ID 필드(Base Station Identification Field, 이하 'BS ID'라 칭함)(513) 및 적어도 한 개 이상의 맵 목록 필드(MAP List Field : Mobile Application Part List Field, 이하 'MAP List'라 칭함)(515) 등을 포함하여 이루어진다.The
BS ID(513)는 프레임을 전송하고 있는 무선 기지국(410, 430)의 무선 전속 장비(미도시)의 ID(Identification) 정보를 담고 있는 필드이다.
MAP List(514)는 DownLink(530) 및 UpLink(570) 내의 서브프레임의 위치 및 구성 정보를 담고 있는 수 개의 필드(515, 516, ...)로 이루어진다. 그리고 MAP List(514)는 각각 ID 목록 필드(List Identification Field, 이하 'List ID'라 칭함)(516a), 로케이터 필드(Locator, 이하 'Locator'라 칭함)(516b) 및 레이트 필드(RATE, 이하 'RATE'라 칭함)(516c) 등을 포함하여 이루어진다.The
List ID(516a)는 데이터 통신할 때 서브프레임을 전송받거나 전송을 시도할 무선 기지국(410, 430)의 무선 접속 장비의 ID(Identification) 정보를 담고 있는 필드로 수신측 ID(Identification) 정보와 송신측 ID(Identification) 정보를 포함하고 있다.The
Locator(516b)는 DownLink(530) 및 UpLink(570)의 서브프레임들이 DownLink(530) 및 UpLink(570) 내에서 시작되는 위치를 지정하는 필드로, 이 필드의 크기는 12 비트인 것이 바람직하다.
RATE(516c)는 DownLink(530) 및 UpLink(570)의 서브프레임들을 디코딩하기 위한 정보가 저장된 필드로, 이 필드의 크기는 6 비트인 것이 바람직하다.The
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DownLink의 구성을 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing the configuration of a DownLink according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, DownLink(530)는 송신 무선 기지국(410)으로부터 수신 무선 기지국(430)으로 전송되는 데이터(DATA)가 저장된 프레임으로, 각각의 데이터는 UpLink Sub-Frame(531, 532, ...) 필드의 형태로 저장된다.Referring to FIG. 6, the
REQ_Poll(550)은 무선 통신을 하고 있는 각각의 무선 기지국(410, 430)의 고정형 무선 전송장비들 간에 효율적인 자원 요구 및 자원 할당을 지원하기 위해서 각각의 고정형 무선 전송장비들에게 필요한 대역폭이나 전송률의 크기에 대한 정보를 바탕으로 서브프레임 할당을 요청하는 필드이다. 여기서 제안하는 방식에서는 REQ_Poll(550)은 피기백 요청(Piggyback Request) 방식과 폴링 요청(Polling Request) 방식이 모두 지원할 수 있으나 본 발명의 바람직한 실시예처럼 REQ_Poll(550)에서는 폴링 요청 방식을 이용하는 것이 바람직하다.The
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 REQ_Poll에서 폴링 요청이 수행되는 과정을 나타낸 도면이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 설명의 편의를 위해 송신 무선 기지국(410)이 3개의 수신 무선 기지국(430)으로 데이터를 요청할 때의 실행 과정을 위주로 설명한다.7 is a diagram illustrating a process of performing a polling request in REQ_Poll according to an exemplary embodiment of the present invention. In the preferred embodiment of the present invention, a description will be given of an execution process when the transmitting
도 7을 참조하면, 폴링 간격(Polling Interval) Ptime 동안에 송신 무선 기지국(410)의 Polling Request를 수신한 수신 무선 기지국(430)이 폴링 응답(Polling Response, 이하 'Polling Response'라 칭함)하는 과정을 나타내고 있다. 여기서 폴링 간격 Ptime은 Polling Request가 발생하는 때부터 다음 번에 발생하는 Polling Request의 발생하는 때까지의 시간 간격을 의미한다. 도 7과 같이 송신 무선 기지국(410)이 수신 무선 기지국(430)으로부터 데이터를 받을 필요가 있을 경우 송신 무선 기지국(410)은 수신 무선 기지국(430)으로 Polling Request 1(551)을 송신하고, 이 Polling Request 1(551)을 수신한 제 1 수신 무선 기지국(431)은 Polling Request 1(531)에 대한 응답으로 Polling Response 1(552)을 송신 무선 기지국(410)으로 전송한다. 여기서 Polling Response 1(552)은 수신 무선 접속 장비가 송신 무선 접속 장비로부터 제공받고자 하는 서비스 형식(Service Type)과 전송 요구량에 대한 정보가 포함되어 있다. 마찬가지로 송신 무선 기지국(410)이 제 2 수신 무선 기지국(433) 및 제 3 수신 무선 기지국(435)에 데이터를 요청하는 Polling Request(553, 555)를 보내면 이 Polling Request(553, 555)를 받은 무선 수신 기지 국(433, 435)는 Polling Request(553, 555)에 따른 Polling Response(554, 556)를 Pollling Interval Ptime 내에 송신 무선 기지국(410)으로 각각의 Polling Request(553, 554)을 전송한다.Referring to FIG. 7, a polling response (hereinafter referred to as a 'polling response') is performed by a receiving
따라서, 이와 같은 과정을 통해 수신 무선 기지국(430)은 다음 번 프레임을 이용하여 데이터를 보낼 예정이라는 것을 송신 무선 기지국(410)에 미리 알려 주게 되고, 이를 통해 송신 무선 기지국(410)은 수신 무선 기지국(430)으로 업로드될 데이터에 대한 필요 전송량을 확인하고 응답하게 된다.Therefore, through this process, the receiving
또한, REQ_Poll(550) 구간은 새로운 수신 무선기지국(430)이 자신이 새롭게 가입했음을 송신 무섭 기지국(410)에 알려주는 어소시에이션(Association) 과정을 수행할 수 있는 구간으로 사용할 수 있다.In addition, the
UpLink(570)는 수신 무선 기지국(410)으로부터 송신 무선 기지국(430)으로 전송되는 데이터(DATA)가 저장된 프레임이다.The
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 UpLink의 구성을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration of an UpLink according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8 참조하면, UpLink(570)는 적어도 한 개 이상의 서브프레임(571, 572, ...)을 포함하여 구성되며, 설명의 편의를 위해 업로드하려는 데이터가 저장된 서브프레임들 중에서 Sub-Frame 2(572)를 위주로 설명하면 Sub-Frame 2(572)는 프레임 제어 필드(Frame Control Field, 이하 'Frame Control'이라 칭함)(572a), 수신 주소 필드(RA Field : Receive Address Field, 이하 'RA'라 칭함)(572b), 송신 주 소 필드(SA Field : Source Address Field, 이하 'SA'라 칭함)(572c), 바디 필드(Body Field, 이하 'Body'라 칭함)(572d) 및 프레임 검사 순서값 필드(FCS Field : Frame Check Sequence Field, 이하'FCS'라 칭함)(572e)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 8, the
Frame Control(572a)은 Sub-Frame 2(572)에 대한 제어 정보를 포함한 필드로서, 해당 Sub-Frame 2(572)에 대한 형식(Type)이나 단편화(Fragmentation) 정보를 담고 있다.The
RA(572b)는 무선 기지국(410, 430) 간에 무선 데이터 통신할 때 데이터를 수신받는 수신 무선 기지국(430)의 무선 접속 장비의 주소를 저장하는 필드이다.The
SA(572c)는 무선 기지국(410, 430) 간에 무선 데이터 통신할 때 데이터를 송신하는 송신 무선 기지국(430)의 무선 접속 장비의 주소를 저장하는 필드이다.The
Body(572d)는 송수신될 데이터의 내용이 저장되는 필드로서, 데이터의 크기에 따라 그 길이가 가변적이다.
FCS(572e)는 Sub-Frame 2(572)의 에러를 검출하는 필드로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 32 비트의 크기를 가지는 CRC(Cyclic Redundancy Check)인 것이 바람직하다.The
도 9는 송신 무선 기지국과 수신 무선 기지국간에 데이터 통신할 때 REQ_Poll과 UpLink에서의 응답 및 요청 과정을 나타내는 예를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating an example of a response and a request process in REQ_Poll and UpLink when performing data communication between a transmitting wireless base station and a receiving wireless base station.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 무선 기지국(410)이 수신 무선 기지국(430)에 데이터가 저장된 Sub-Frame(571, 572, 573)을 요구할 때 MAC 프로토콜의 REQ_Poll(550)과 UpLink(570)에 폴링 요청(Polling Request) 방식과 부가 요청(Piggyback Request) 방식이 사용되어 데이터 통신이 이루어지는 것을 나타내고 있다. 도 9에서는 설명의 편의를 위해 1 개의 송신 무선 기지국(410)과 5 개의 수신 무선 기지국(430)과의 데이터 통신을 가정한다.9, FIG. 9 illustrates the MAC protocol when the transmitting
본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 폴링 요청 방식은 수신 무선 기지국(430)의 무선 접속 장비가 UpLink(570)를 이용하여 데이터를 전송할 때 각각의 Sub-Frame(571, 572, ...)의 마지막에 자원 요청 메시지(Resource Request Message)가 저장된 피기백 요청(Piggyback Request, 이하 'Piggyback Request'라 칭함)을 덧붙여서 수신 무선 기지국(430)이 다음 번에도 데이터 전송할 것이라는 송신 무선 기지국(410)에게 미리 알려 데이터 전송 요청할 때 소요되는 자원 요구 시간을 단축시킨다.Polling request scheme used in the preferred embodiment of the present invention is that the radio access equipment of the receiving
도 9의 REQ_Poll(550)과 UpLink(570)을 살펴보면, REQ_Poll(550)을 통해 송신 무선 기지국(410)은 제 1 무선 기지국(431) 및 제 4 무선 기지국(437)으로 Polling Request(551, 557)을 보내고 제 1 무선 기지국(431) 및 제 4 무선 기지국(437)이 다음 번 프레임에 데이터를 업로드할 것인지에 대한 응답 및 필요 전송량을 Polling Respone(552, 558)를 받아 확인한다. 또한, UpLink(570)를 이용하여 데이터를 업로드하는 제 2 무선 기지국(433), 제 3 무선 기지국(435) 및 제 5 무선 기지국(439) 중에서 다음 번 프레임에 데이터를 업로드할 예정이 있는 제 3 무선 기지국(435) 및 제 5 무선 기지국(439)은 자신이 보낼 Sub-Frame(572, 573)의 뒤에 다음 번에 전송할 예정인 데이터에 필요한 전송량에 대한 정보가 포함된 Piggyback Request(572g, 573g)를 덧붙여 송신 이동 통신 단말기(410)로 전송한다.Referring to the
따라서, 1번부터 5번까지의 무선 기지국(430) 중에서 제 2 무선 기지국(433)을 제외한 나머지 무선 기지국(431, 435, 437, 439)이 다음 프레임에서도 송신 무선 기지국(410)으로 전송할 데이터가 있는 경우, 현재 프레임에서 전송 예정이 없는 제 1 무선 기지국(431) 및 제 4 무선 기지국(437)은 폴링 요청 방식을 사용하여 다음 프레임에서 사용 예정인 필요 전송량을 요구하고 현재 프레임에서 데이터를 전송할 제 3 무선 기지국(435) 및 제 5 무선 기지국(439)은 전송할 Sub-Frame(571, 572, 573)의 끝에 Piggyback Request(572g, 573g)를 덧붙여 다음 번 프레임에서 사용 예정인 필요 전송량을 예약하게 된다. Therefore, among the
도 10은 ACK가 적용된 UpLink의 구조를 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a structure of an uplink to which an ACK is applied.
도 10을 참조하면, 도 10은 효율적인 무선 데이터 통신을 위하여 Selective ACK 방식이 적용된 MAC 프로토콜 프레임의 UpLink(570)를 나타내고 있다. 도 10과 같이 전송하고자 하는 Sub-Frame(571, 572, 573)에 ACK 비트맵(ACK Bit Map, 이하 'ACK MAP'이라 칭함)(575, 576, 577, 578, 579)을 붙여 송신 무선 기지국(410)이 수신 무선 기지국(433, 435, 439)의 Sub-Frame(571, 572, 573)을 정상적으로 수신하였는지를 확인할 수 있게 한다.Referring to FIG. 10, FIG. 10 illustrates an
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC 프로토콜의 최대 전송 가능 전송률은 [수학식 2]와 같다.The maximum transmittable rate of the MAC protocol according to the preferred embodiment of the present invention is shown in [Equation 2].
여기서, 는 데이터 전송 시간, 는 데이터의 ACK 전송시간, τ는 전달 지연(Propagation delay), 은 MAP(510) 에서의 DownLink(530) 및 UpLink(570)의 데이터를 전송하기 위한 Sub-Frame들의 MAP 정보를 전송하는 데 걸리는 평균시간, 은 해당 무선 기지국의 무선 접속 장비가 UpLink(570)를 이용하여 데이터를 전송하고자 할 때 REQ_Poll(550)에서 전송 요청을 수행하는 데 걸리는 평균 시간을 의미한다.here, Is the data transfer time, Is the ACK transmission time of the data, τ is the propagation delay, The average time taken to transmit the MAP information of the sub-frames for transmitting the data of the
따라서, 종래에 무선 기지국 간에 사용되는 MAC 계층에서의 최대 전송가능 전송률과 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MAC 계층 구조의 MAC 계층에서의 최대전송가능전송률을 비교하면 [수학식 3]만큼의 배수로 향상되는 결과를 보여주며, 이론적으로 802.11a 물리계층과 물리계층 파라미터를 이용하여 1 kbyte의 데이터를 전송하는 경우 최대전송가능전송률은 31 % 정도 향상된다.Therefore, comparing the maximum transmittable transmission rate in the MAC layer conventionally used between wireless base stations and the maximum transmittable transmission rate in the MAC layer of the MAC layer structure according to the preferred embodiment of the present invention improves by a multiple of [Equation 3]. In theory, the maximum transmit rate is improved by 31% when 1 kbyte of data is transmitted using the 802.11a physical layer and physical layer parameters.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아 니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무선랜 시스템에서 효율적인 데이터 전송을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access : 시분할 다중접속) 방식의 무선랜 MAC 프로토콜을 기본으로 하고 폴링 요청(Polling Request) 방식과 피기백 요청(Piggyback Request) 방식을 적용하여 고정형 무선 접속장비간의 데이터 전송 효율을 높여주는 효과가 있다.
As described above, according to the present invention, a polling request scheme and a piggyback are based on a WLAN MAC protocol of a time division multiple access (TDMA) scheme for efficient data transmission in a WLAN system. Piggyback request method is applied to increase the data transmission efficiency between fixed wireless access equipment.
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