KR100713378B1 - 무선 통신 네트워크에서 숨은 스테이션 검출 방법 - Google Patents

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KR100713378B1
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Abstract

본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것으로, 특히 숨은 스테이션(Hidden Station) 검출 방법에 관한 것이다.
제1 스테이션이 제2 스테이션으로부터 전송되는 데이터 및 데이터의 PLCP 헤더를 수신할 수 없어서 상기 제2 스테이션으로부터의 데이터 전송을 감지할 수 없지만, 상기 제2 스테이션으로부터 전송된 데이터에 대응하여 전송되는 ACK 프레임의 수신을 통해 상기 제2 스테이션이 감지되지 않는 영역 내에 존재함을 인지할 수 있는 경우, 상기 제2 스테이션은 상기 제1 스테이션의 숨은 스테이션이 된다. 제1 스테이션에서는 숨은 스테이션이 존재한다고 결정한 경우에만 RTS/CTS 메커니즘을 사용하여 기지국으로 데이터를 전송하고, 숨은 스테이션이 존재하지 않는 경우에는 RTS/CTS 메커니즘을 사용하지 않고 데이터를 전송함으로써 시스템 처리율을 높일 수 있다.
숨은 스테이션(Hidden Station), 데이터 전송 영역, 숨은 영역(Hidden area), 비숨은 영역, PLCP Header, DCF, RTS/CTS mechanism

Description

무선 통신 네트워크에서 숨은 스테이션 검출 방법{Method for detecting a hidden station in a wireless communication network}
도 1은 MAC 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신하는 과정을 도시하는 도면.
도 2는 RTS/CTS 메커니즘을 이용하여 데이터를 송수신하는 과정을 도시한 도면.
도 3은 시뮬레이션을 통해 얻은 DCF와 RTS/CTS 동작 모드에서의 거리에 따른 성능 비교 그래프.
도 4는 스테이션별 PLCP 헤더 전송 영역 및 데이터 전송 영역을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구분된 숨은 영역과 비숨은 영역을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 영역에 따른 숨은 스테이션 결정에 관해 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 숨은 스테이션의 검출 과정을 도시하는 흐름도.
도 8은 종래 방법에 의한 거리에 따른 처리 성능에 비해 개선된 본 발명의 숨은 스테이션 검출 방법을 적용한 처리 성능을 보여주는 그래프.
본 발명은 무선 통신 네트워크에 관한 것으로, 특히 숨은 스테이션(Hidden Station)의 검출 방법에 관한 것이다.
무선 통신 네트워크에서 데이터는 공유된 무선 자원을 이용하여 전송된다. 전송하고자 하는 데이터를 가지고 있는 노드(node)는 무선 자원 중에서 다른 노드에 의해 사용되지 않는 무선 자원을 이용하여 데이터를 전송한다. 그런데, 무선 자원은 네트워크내의 여러 노드들에 의해 공유되고 있기 때문에 동일한 무선 자원을 이용하여 둘 이상의 노드들이 동시에 데이터를 전송하게 될 수 있다. 이런 경우, 전송되는 데이터 간에 충돌이 발생되고 전송되는 데이터들은 깨지게 된다. 따라서 이러한 충돌을 방지하기 위하여, 무선 네트워크에서의 통신에서는 무선 자원의 사용을 제어하는 메커니즘(Mechanism)으로써 매체 접근 제어(Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭함) 프로토콜(Protocol)을 이용한다.
상기 MAC 프로토콜에 의해 무선 자원이 제어되는 방식에는 접근 포인트(Access Point: AP)가 단말(Station: STA)의 무선 자원 사용을 제어하여 가용 무선 자원을 데이터를 전송하고자 하는 단말에게 할당해주는 방식과 단말들 각각이 스스로 가용 무선 자원을 확인하여 확인된 가용 무선 자원을 이용하여 데이터를 전 송하는 방식이 있다. 하기에서는 특히 상기 두 번째 방식에 따라 무선 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 방법을 예로 들어 설명한다.
도 1은 MAC 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신하는 과정을 도시하는 도면이다. 스테이션(Station)이 데이터를 AP로 전송하고자 하는 경우, 스테이션은 데이터 전송을 위해 유휴(idle) 상태의 매체가 있는지 여부를 반송파 감지(carrier sensing)를 통하여 확인한다. 이하 설명에서, 무선 자원과 무선 매체를 동일한 개념으로 사용한다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 데이터를 전송하고자 하는 스테이션이 반송파 감지를 통해 무선 매체(Medium)가 점유(busy)되던 상태에서 유휴 상태로 된 매체가 있음을 감지하면, 상기 스테이션은 DIFS(DCF Inter Frame Space)만큼 대기한다. 상기 DIFS는 데이터를 전송하는 DCF(Distributed Coordinated Function) 동작 후 다음 동작까지 기다려야 하는 시간이다. 상기 DIFS 만큼을 대기한 후 상기 매체가 여전히 유휴 상태라면, 스테이션은 상기 매체를 통하여 데이터를 보낼 수 있다.
그런데, 만약 상기 DIFS 구간에서 대기 중인 스테이션들이 둘 이상이라면 상기 DIFS 구간이 지나고 나서 둘 이상의 스테이션들이 상기 매체를 이용하여 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 이렇게 데이터가 동시에 전송되어 서로 충돌되고 손상됨을 방지하기 위하여 MAC에서는 스테이션들이 DIFS 이후에 임의의 백오프 카운터(Random Backoff Counter)를 선택해서 백오프 과정을 시작하도록 한다. 백오프 카운터는 임의의 값과 슬롯타임 값을 더해서 구한다. 매체가 유휴 상태를 유지하는 동안은 각각의 슬롯타임 주기마다 백오프 카운터가 감소하게 되고, 백오프 카운터 가 0으로 되었을 때, 비로소 스테이션은 데이터를 전송한다.
상기 백오프 과정 후, 상기 데이터가 수신측인 AP에 성공적으로 도착하면, 짧은 대기 시간인 SIFS(Shorter Inter Frame Space)만큼 대기한 후, 상기 AP는 데이터에 대한 수신 성공을 나타내는 확인(Acknowledge, 이하 'ACK'라 칭함)을 상기 스테이션 즉, 송신측으로 전송한다. 이러한 과정을 통하여 일반적으로 MAC 프로토콜을 통한 데이터 전송을 수행하게 된다.
한편, 데이터를 전송하는 송신측의 데이터 전송전력(Transmission power)과 전송율(Data Rate)에 따라서 데이터를 전송할 수 있는 영역(Range)이 정해진다. 통상적으로 전송전력이 커지면 커질수록 전송율은 높아지나, 전송율이 높아지면 높아질수록 데이터를 전송할 수 있는 영역은 줄어들다. 따라서, 데이터를 전송하는 전송율이 정해지면 데이터는 일정한 영역 내에서만 데이터를 송수신할 수 있게 된다. 상기 일정한 영역 내에서 스테이션은 반송파 감지(Carrier Sensing)가 가능하다. 반송파 감지라는 것은 특정 반송파 즉, 데이터를 전송할 무선 매체가 데이터를 전송하고 있는지 유휴(Idle) 상태에 있는지를 감지하는 것이다.
이렇게 데이터를 송수신할 수 있는 영역이 제한되기 때문에, 스테이션은 자신과 데이터를 송수신할 수 있는 영역 밖의 스테이션이 무선 자원을 사용하여 AP와 통신하고 있다면 상기 통신에서 사용되는 무선 자원을 유휴 상태의 자원으로 오판할 수 있다. 이런 통신할 수 있는 영역 밖의 스테이션들 간의 반송파 감지 불가로 인해 야기되는 문제를 숨은 노드 문제(Hidden Node(or Station) problem)이라 한다. 숨은 노드는 네트워크의 성능을 현저히 저하시키는 원인이 된다.
이러한 숨은 노드 문제를 해결하기 위해서 제시된 하나의 방안이 송신 요구(RTS: Request-to-Send)/송신허가(CTS: Clear-to-Send) 메카니즘이다.
도 2는 RTS/CTS 메커니즘을 이용하여 데이터를 송수신하는 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 데이터를 전송하고자 하는 송신 스테이션은 도 1과 같이 DIFS를 대기하고, 백오프 과정을 수행한다. 그리고 나서, 상기 도 1에서 상술한 것처럼 송신 스테이션이 데이터를 바로 전송하는 것이 아니라, RTS 프레임을 AP로 전송한다. 상기 RTS 프레임은 짧은 프레임으로써, 전송할 데이터에 대한 길이 정보 및 송신 스테이션을 식별하기 위한 정보 등을 포함할 수 있는데, 유휴한 매체의 사용에 대한 허가 요청을 목적으로 한다.
상기 송신 스테이션으로부터 RTS를 수신한 AP는 SIFS 만큼 대기한 후, 상기 RTS 프레임에 대한 응답으로 CTS 프레임을 상기 AP의 영역 안에 있는 모든 스테이션들에게 전송한다. 상기 CTS 프레임은 RTS 프레임에 대한 ACK로써, 매체 사용을 요청한 송신 스테이션에게 유휴한 매체 사용에 대한 허가를 알림을 목적으로 한다. 또한 상기 CTS 프레임에는 상기 송신 스테이션에 할당된 데이터 전송 시간 또는 데이터 길이 정보도 함께 포함되어 있을 수 있기 때문에, 상기 AP로부터 CTS를 수신한 다른 스테이션들도 매체가 어떤 스테이션에 의해 얼마 동안 사용될 것이라는 정보를 알게 된다. 이렇게 RTS/CTS 프레임을 교환함으로써, 반송파 감지되지 않은 숨은 노드와 동일한 매체 사용으로 인해 초래되는 문제점을 방지할 수 있다.
그러나, 상기 RTS/CTS 메커니즘은 숨은 노드가 있는 경우에는 유리하지만, 상기 RTS/CTS 프레임 교환은 에너지로 많이 소모되고 대역폭 낭비 등을 초래한다.
도 3은 시뮬레이션을 통해 얻은 DCF와 RTS/CTS 동작 모드에서의 거리에 따른 성능 비교 그래프이다.
시뮬레이션의 조건은 AP가 네트워크의 중앙에 위치하고, 셀의 가장자리에 8개의 스테이션들이 균일하게 위치하며 모든 스테이션들은 1500 바이트 프레임을 상기 AP로 전송한다고 가정한다. 또한 셀 반지름(거리)을 11m 내지 45 m로 가변적으로 변경하면서 시스템 처리 성능을 측정한다. 그리고, 상기 시뮬레이션에서는 이상적인 전송율로 데이터를 전송하며, 채널 에러는 고려하지 않는다고 가정한다.
상기 도 3을 참조하면, DCF 동작 모드로 프레임을 송수신하는 경우를 보면 거리가 가까운 경우에는 시스템 처리 성능이 좋다. 그러나 거리가 멀어지면 멀어질수록 급격히 처리 성능이 나빠진다. 왜냐하면, 거리가 멀어질수록 스테이션들끼리 숨은 스테이션으로 작용할 수 있는데, 상술한 바와 같이 숨은 스테이션이 존재하는 경우 숨은 스테이션의 매체 사용여부를 인지하지 못하고 데이터를 전송하고, 중간에 데이터가 깨지면 재전송하는 등의 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 상기 도 3에서는 거리가 21m 이상 되면 숨은 스테이션이 많아질 수 있기 때문에 급격히 저하된다.
반면, RTS/CTS 메커니즘을 이용하는 경우에는 거리가 가까우면 오히려 성능을 저하시킴을 알 수 있다. 거리가 충분히 가까워서 스테이션들끼리 서로에게 숨은 스테이션으로 작용하지 않는 경우에 RTS/CTS 메커니즘을 이용하는 것은 처리 성능을 떨어뜨리게 된다. 그러나, 거리가 멀어지면 멀어질수록 처리 성능이 DCF 모드를 사용하는 경우보다 좋아진다. 왜냐하면, 스테이션들끼리 숨은 스테이션으로 작용하는 경우, 둘 이상의 스테이션으로부터 동시 전송을 함으로써 충돌이 일어난다 하더라도 RTS/CTS 메커니즘에서는 데이터를 전송하기 전에 RTS 프레임을 먼저 전송하므로, 비교적 짧은 프레임인 RTS 프레임이 손상된다. 그리고, RTS/CTS 프레임을 교환한 후라면 자신이 사용해도 되는 매체임을 확인한 후 데이터를 전송하는 것이기 때문에 상기와 같이 충돌되어 손상될 확률은 적어지므로 처리 성능은 DCF 모드에서 보다 좋아진다. 상기 도 3에서 보면, 숨은 스테이션이 많아질 수 있는 거리가 21m 이상인 곳부터 RTS/CTS 메커니즘을 이용하는 것이 DCF로 전송하는 것보다 성능이 좋아진다.
상술한 바와 같이, 숨은 노드가 없는 경우에는 RTS/CTS 메커니즘을 적용하지 않고 전송하는 방식이 유리하고, 숨은 노드가 있는 경우에는 RTS/CTS 메커니즘을 적용하는 것이 유리하다. 따라서, 숨은 노드의 존재 유무를 정확히 검출하여 RTS/CTS 메커니즘의 적용 여부를 결정하는 것이 중요하다.
따라서 본 발명은 무선 통신 네트워크에서 숨은 노드의 존재 유무를 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 숨은 노드 존재 시에만 RTS/CTS 메커니즘을 적용하여 시스템 처리 성능을 개선시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 효율적으로 데이터를 송수신하는 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 일 견지에 따르면, 본 발명의 기지국에 접속 가능한 다수의 스테이션(Station)들을 구비하는 무선 통신 네트워크에서 상기 다수의 스테이션들 중 숨은 스테이션(Hidden station)을 검출하는 방법은 유휴(Idle) 상태에서 점유(Busy) 상태로 천이된 매체를 감지하는 과정과, 상기 매체의 상기 유휴 구간과 미리 정해지는 애크(ACK) 전송 전 대기 구간을 비교하는 과정과, 상기 비교 결과 상기 유휴 구간이 상기 대기 구간보다 길지 않은 경우, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하지 않는 것으로 결정하는 과정과, 상기 비교 결과 상기 유휴 구간이 상기 대기 구간보다 긴 경우, 상기 매체를 통해 수신된 프레임이 ACK 프레임인지 확인하는 과정과, 상기 프레임이 ACK 프레임이라면, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하는 것으로 결정하는 과정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 다른 견지에 따르면, 본 발명의 다수의 스테이션(Station)들을 구비하는 무선 통신 네트워크에서, 숨은 스테이션을 검출하는 방법은 제 2 스테이션이, 제 1 스테이션이 전송하는 데이터 및 물리 계층 헤더를 모두 수신할 수 있는 데이터 전송 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 2 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션이 아닌 것으로 결정하는 과정과, 제 3 스테이션이, 상기 제 1 스테이션이 전송하는 데이터는 수신하지 못하나 물리 계층 헤더를 수신할 수 있는 물리 계층 헤더 전송 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 3 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션이 아닌 것으로 결정하는 과정과, 제 4 스테이션이, 상기 제 1 스테이션이 전송하는 데이터 및 물리 계층 헤더를 수신하지 못하는 물리 계층 헤더 전송 영역 밖에 존재하면서 상기 제 1 스테이션이 전송한 데이터에 대한 애크(ACK) 프레임을 수신할 수 있는 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 4 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션으로 결정하는 과정을 포함한다.
전술한 바와 같은 내용들은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자가 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다. 이러한 특징들 및 장점들 이외에도 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로부터 잘 이해될 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여 후술되는 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 변경 또는 변형되어 사용될 수도 있다는 사실을 잘 인식할 것이다. 또한 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 개시하는 개념 및 구조와 균등한 개념들 및 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 잘 인식할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 숨은 스테이션을 정확히 검출하는 것에 대한 것이다. 이를 위하여, 숨은 스테이션에 대하여 명확히 하고자 한다.
전형적인 무선 통신 네트워크의 표준의 하나인 IEEE 802.11 계열에서의 숨은 스테이션에 대한 정의는 다음과 같다. 통상적으로 AP 및 스테이션들은 네트워크에서 통신되고 있는 프레임들을 모니터링(Monitoring)하고 있다가, 자신에게 해당되는 프레임을 선택하여 처리한다.
이하 본 명세서에서는 IEEE 802.11a 표준에서 규정하고 있는 기본 프레임의 포맷을 예로 들어 설명한다. 상기 기본 프레임의 시그널 필드(Signal Field) 즉, PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 헤더(Header)는 전송하는 데이터의 전송율에 대한 정보를 포함하는 전송율(Rate) 필드와 데이터의 길이 정보 정보를 포함하는 길이(Length) 필드 등으로 구성되고, 통상 상기 기본 프레임에 포함되는 데이터의 전송율보다 매우 낮은 전송율로 전송된다. 그리고, 데이터는 상기 PLCP 헤더 이후에 위치하며, 상기 헤더보다 더 높은 전송율로 전송된다. 따라서 데이터가 전송될 수 있는 영역(데이터 전송 영역)은 상기 PLCP 헤더가 전송될 수 있는 영역(헤더 전송 영역)보다 작다.
각 스테이션이 숨은 스테이션을 감지하기 위한 방법의 일 예를 설명하면 다음과 같다. 제1 스테이션은 PLCP 헤더뿐만 아니라 데이터 프레임 전체를 수신하여 디코딩(Decoding)한 후, 상기 데이터 프레임의 수신측 주소(Receiver Address, 이하 'RA'라 칭함)가 제2 스테이션의 하드웨어 주소, 즉 MAC 주소로 표시되어 있음을 감지한다. 이때, 상기 제1 스테이션이, 이전에 상기 제2 스테이션의 MAC 주소를 송 신측 주소(Transmitter Address, 이하 'TA'라 칭함)로 가지는 데이터 프레임을 수신한 적이 없는 경우, 상기 제1 스테이션은 상기 제2 스테이션을 숨은 스테이션으로 간주한다.
그런데, 스테이션에서는 PLCP 헤더에 포함되어 있는 전송율 필드와 길이 필드만을 이용하여도 해당 무선 매체의 사용여부를 알 수 있으므로, 데이터 프레임 전체를 디코딩해야만 얻을 수 있는 송신측 혹은 수신측의 MAC 주소를 사용할 필요는 없다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 데이터 전송 영역보다 더 넓은 범위에서 수신될 수 있는 데이터의 PLCP 헤더만을 제2 스테이션으로부터 수신하더라도 무선 매체의 사용여부를 알 수 있게 되므로, 상기 제2 스테이션을 숨은 스테이션으로 정의하지 않는다. 이를 도면을 통하여 자세히 살펴본다.
도 4는 스테이션별 PLCP 헤더 전송 영역 및 데이터 전송 영역을 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 4에서는 STA 2(430)를 중심으로 설명한다.
상기 도 4를 참조하면, AP(410)는 STA들과 통신을 주고받는 기지국의 역할을 하며, STA 1 내지 STA 3(420-440)과의 사이에 데이터를 송수신할 수 있다. 큰 실선 원(460)은 AP(410)로부터 PLCP 헤더가 전송될 수 있는 영역을 나타낸다.
데이터 전송 영역(450)은 STA 2(430)가 전송하는 데이터를 수신할 수 있는 영역을 나타내고, 큰 점선 원(470)은 STA 2(430)가 전송하는 데이터의 PLCP 헤더를 수신할 수 있는 영역을 나타낸다. 데이터에 비해 PLCP 헤더가 더 낮은 전송율로 전송되기 때문에 PLCP 헤더를 수신할 수 있는 영역(470)이 데이터를 수신할 수 있는 영역(450)보다 넓다.
STA 3(440)은 AP(410)의 STA 2(430)로부터의 데이터를 수신할 수 있는 영역인 데이터 전송 영역(450) 밖에 있지만, 상기 STA2(430)의 PLCP 헤더 수신 영역(470) 안에 있다. 그래서, STA 3(440)은 STA 2(430)로부터 PLCP 헤더를 수신할 수 있고, STA 2(430)가 데이터를 전송하면서 사용하는 매체에 대한 정보도 알 수 있다. 따라서 사용되는 무선 매체를 동시에 사용하는 문제는 발생하지 않을 것이다. 그러므로, STA 3(440)은 STA 2(430)에 대해 숨은 스테이션이 아니다.
그런데, 상기 STA 3(440)은 STA 2(430)의 데이터 전송 영역(450) 밖에 있기 때문에 STA 2(430)로부터 데이터를 수신할 수 없고 따라서 디코딩된 데이터를 얻을 수 없으므로, 디코딩된 데이터로부터 검출된 MAC 주소를 이용하여 숨은 스테이션인지를 결정할 수 없다.
보다 상세히 설명하면, STA 1(420)은 AP(410)의 PLCP 헤더 수신 영역(460)내에 있지만, STA 2(430)의 데이터 전송 영역(450) 및 PLCP 헤더 수신 영역(470) 밖에 있다. 따라서, STA 2(430)는 STA1(420)이 전송하는 데이터에 대한 정보를 받을 수 없으므로, STA 1(420)은 STA 2(430)에 대한 숨은 스테이션이다. 그러나, MAC 주소를 이용하는 숨은 스테이션의 결정 방식으로는 STA1(420)이 STA2(430)의 숨은 스테이션임을 판단할 수 없다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 스테이션이 제2 스테이션으로부터 전송되는 데이터 및 PLCP 헤더를 수신할 수 없어서 상기 제2 스테이션으로부터의 데이터 전송을 감지할 수 없지만, 상기 제2 스테이션으로부터 전송된 데 이터에 대응하여 전송되는 ACK 프레임의 수신을 통해 상기 제2 스테이션이 감지되지 않는 영역 내에 존재함을 인지할 수 있는 경우, 상기 제2 스테이션을 상기 제1 스테이션의 숨은 스테이션으로 결정한다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 PLCP 헤더와 데이터를 디코딩할 필요없이, 무선 매체의 사용여부를 감지할 수 있는 PLCP 헤더 수신영역 내에 있는 스테이션은 숨은 스테이션으로 결정하지 않는다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구분된 숨은 영역과 비숨은 영역을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 송신 스테이션(Transmitting Station, 이하 'TX STA'라 칭함)(510)은 데이터를 송신하는 송신측이고, 수신 스테이션(Receiving Station, 이하 'RX STA'라 칭함)(520)은 TX STA(510)로부터 수신된 데이터를 수신한 후, 그에 응답하는 ACK를 전송하는 수신측이다. 상기 TX STA(510)를 기준으로 상기 도 5에 도시된 영역과 본 발명의 바람직한 실시예에서 정의하는 숨은 스테이션에 대해 설명한다.
작은 점선 원(530)은 TX STA(510)가 전송하는 데이터를 수신할 수 있는 영역을 나타낸다. 작은 점선 원(530) 내에 있는 스테이션(이하 'STA'와 혼용하여 사용함)들(도시하지 않음)은 상기 TX STA(510)가 전송하는 데이터 및 PLCP 헤더를 모두 수신할 수 있다.
큰 점선 원(540)은 TX STA(510)가 전송하는 데이터는 수신할 수 없지만, PLCP 헤더는 수신할 수 있는 영역을 나타낸다. 따라서, 큰 점선 원(540) 내에 있는 STA들(도시하지 않음)도 역시 상기 TX STA(510)의 데이터 전송에 대해 감지할 수 있다. 그리고, TX STA(510)의 데이터 전송을 감지할 수 있는 상기 큰 점선 원(540)은 비숨은 영역(Non-hidden area)이라 칭한다.
작은 실선 원(550)은 RX STA(520)가 데이터를 수신할 수 있는 영역을 나타낸다. 따라서, RX STA(520)는 작은 실선 원(550)내에 있는 STA들이 전송하는 데이터를 수신할 수 있다. 큰 실선 원(560)은 RX STA(520)가 전송하는 ACK 프레임을 수신할 수 있는 영역을 나타낸다.
숨은 영역(Hidden area)(570)은 상기 큰 실선 원(560) 중에서 TX STA(510)의 PLCP 헤더 수신 영역을 제외한 나머지 영역에 해당한다. 상기 숨은 영역 내에 있는 STA는 상기 TX STA(510)가 전송하는 데이터 및 데이터의 PLCP 헤더를 수신할 수 없지만, RX STA(520)으로부터 전송되는 ACK를 수신할 수 있기 때문에 반송파 감지를 할 수 없는 숨은 스테이션이 존재함을 인식할 수 있다. 따라서, 상기 숨은 영역(570)에 있는 STA를 상기 TX STA(510)에 대한 숨은 스테이션이라 한다.
따라서, 숨은 스테이션은 반송파의 감지 영역에 속하는지 여부에 따라 판단될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, TX STA(510)가 전송하는 데이터 및 PLCP 헤더를 수신할 수 있는 반송파 감지 영역 밖에 STA가 존재함을, RX STA(520)가 전송하는 ACK를 통해 인지할 수 있다면 상기 반송파 감지 영역 밖의 STA는 TX STA(510)에 대한 숨은 스테이션이 되는 것이다.
상기 영역에 따른 데이터, PLCP 헤더 및 ACK의 수신여부 및 그에 따른 숨은 스테이션으로의 결정 여부에 대하여 도면을 통하여 자세히 살펴본다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 영역에 따른 숨은 스테이션 결정 에 관해 도시하는 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, TX STA(601)는 데이터를 송신하는 송신 스테이션이고, RX STA(602)는 상기 TX STA(601)로부터 전송된 데이터를 수신하는 수신 스테이션이다. 상기 도 6의 오른편에 있는 'DATA' 및 'ACK'는 각 영역들에 있는 STA가 수신할 수 있는 프레임을 나타낸다. 앞서 설명했지만, 통상적으로 TX STA(601)가 데이터를 RX STA(602)로 전송하면, 상기 데이터를 수신한 RX STA(602)는 SIFS만큼 대기한 후, 상기 데이터에 대한 응답으로 ACK를 TX STA(601)로 전송한다. 여기에서, 'DATA' 및 'ACK'는 송신측/수신측 MAC 주소, 데이터 종류 등의 정보를 포함하는 MAC 부분(MAC part)을 함께 수신하는 경우와 상기 MAC 부분이 깨져서 수신하는 경우로 나뉘어질 수 있다.
영역(610)의 STA들은 TX STA(601)가 전송한 데이터(Data)를 수신할 수는 없지만 상기 데이터의 PLCP 헤더를 수신할 수 있다. 상기 도 3의 참조 부호(610)의 'DATA'의 큰 직사각형으로 된 부분이 데이터의 PLCP 헤더를 나타낸다. 영역(610)의 STA들은 RX STA(602)가 전송하는 상기 데이터에 대한 ACK는 수신할 수 없다. 상기 영역(610) 내에 있는 STA은 상기 RX STA(602)로부터 ACK는 수신할 수 없을지라도, 상기 TX STA(601)로부터 수신되는 데이터의 PLCP 헤더를 통해 상기 TX STA(601)의 데이터 전송을 감지할 수 있다. 따라서, 상기 영역(610)에 있는 STA는 상기 TX STA(601)에 대한 숨은 스테이션이 아니다.
영역(620)의 STA들은 TX STA(601)가 전송한 데이터를 수신할 수는 없지만, 상기 데이터의 PLCP 헤더를 수신할 수 있고, RX STA(602)가 전송하는 상기 데이터 에 대한 ACK를 수신할 수 있다. 따라서, 상기 영역(620) 내에 있는 STA는 상기 영역(610)의 STA와 같이 상기 TX STA(601)에 대한 숨은 스테이션이 아니다.
데이터 전송 영역(630)은 TX STA(601)가 전송한 데이터 및 데이터의 PLCP 헤더를 모두 수신할 수 있는 영역으로 작은 점선 원(603)에 의해 경계된다. 상기 데이터 전송 영역(630) 내에 있는 STA는 TX STA(601)로부터의 데이터, 상기 데이터의 PLCP 헤더와 RX STA(602)로부터의 ACK를 모두 수신할 수 있으므로, TX STA(601)의 숨은 스테이션이 아니다.
숨은 영역(640)의 STA들은 TX STA(601)가 전송하는 데이터 및 PLCP 헤더는 수신할 수 없지만, RX STA(602)가 전송하는 ACK는 수신할 수 있다. 따라서, 상기 숨은 영역(640)에 있는 STA는 TX STA(630)가 전송하는 데이터 및 데이터의 PLCP 헤더도 수신할 수 없으므로, TX STA(630)의 데이터 전송을 감지할 수 없지만, RX STA(602)가 전송하는 ACK를 수신함으로 인해 반송파를 감지할 수 없는 영역에 상기 TX STA(630)가 존재함을 인식할 수 있다. 이때, 상기 숨은 영역(640)에 있는 스테이션이 상기 TX STA(630)에 대한 숨은 스테이션이다.
영역(650)의 STA들은 상기 숨은 영역(640)과 유사하게, TX STA(601)가 전송하는 데이터 및 PLCP 헤더는 수신할 수 없지만, RX STA(602)가 전송하는 ACK는 수신할 수 있다. 그러나, 숨은 영역(640)과 달리, RX STA(602)로부터 전송되는 ACK 프레임 중 수신측 주소 및 데이터의 종류 등을 나타내는 MAC 부분(MAC part)을 제대로 수신할 수 없기 때문에, 상기 영역(650)의 STA들은 단지 ACK가 있음만을 감지할 수 있다.
정리하면, 상기 도 6에서 영역들(610 내지 630)은 비숨은 영역이고, 영역들(640 및 650)은 숨은 영역이다. 하기에서는 상기 숨은 영역(640, 650)의 STA들, 즉, 숨은 스테이션을 검출하는 방법의 구체적인 구현 예를 자세히 살펴본다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 숨은 스테이션의 검출 과정을 도시하는 흐름도이다.
상기 도 7을 참조하면, 매체가 유휴(Idle) 상태에서 점유(busy) 상태로 변경되면 705 단계에서 스테이션은 유휴 상태였던 구간과 SIFS 구간의 길이를 비교한다. 상기 도 6에서 보는 바와 같이, 수신측이 수신한 데이터에 대해 ACK를 전송하기 전에 SIFS만큼 대기하므로, 만약 유휴 상태 구간이 SIFS보다 작거나 같다면 SIFS 구간 이전에 데이터를 수신한 경우에 해당되고, 만약 유휴 상태 구간이 SIFS 보다 크다면 SIFS 구간 이전에도 계속해서 유휴 상태였던 경우에 해당한다. 상기 유휴 상태 구간이 SIFS보다 작거나 같다면 숨은 스테이션이 존재하지 않는 경우에 해당하므로 처음으로 돌아간다. 그러나 상기 유휴 상태 구간이 SIFS 보다 크다면, 710 단계로 진행한다.
상기 710 단계에서 스테이션은 수신된 프레임 중에서 MAC 부분을 검출한다.
715 단계에서 스테이션은 검출된 MAC 부분을 이용하여 상기 프레임에 대한 순환 잉여 검사(Cyclic Redundancy Check: 이하 'CRC'라 칭함)를 수행한 후, CRC 검사가 성공적으로 수행되었는지 확인한다. 상기 715 단계에서 CRC 성공이면 720 단계로 진행하고, CRC 실패이면 730 단계로 진행한다.
720 단계에서 스테이션은 상기 CRC 성공된 프레임의 MAC 부분을 해석함으로 써 상기 CRC 성공된 프레임이 ACK 프레임인지 확인한다. 만약 ACK 프레임이라면, 상기 프레임을 송신한 타의 스테이션이 상기 도 6에서의 숨은 영역(640)에 존재하는 경우에 해당하므로, 725 단계로 진행한다. 만약, ACK 프레임이 아니라면, 숨은 스테이션의 검출 조건에 부합되지 않으므로 처음으로 되돌아간다.
상기 725 단계에서 스테이션은 반송파 감지가 되지 않는 숨은 스테이션이 네트워크에 존재한다고 결정한다. 이 경우에는 상기 CRC 검사가 성공적으로 수행되었기 때문에, 상기 CRC 성공된 프레임의 PLCP 헤더를 통해 숨은 스테이션이라고 결정된 스테이션의 MAC 주소도 알 수 있다.
상기 730 단계에서 스테이션은 CRC 실패한 프레임의 PLCP 헤더를 확인하기 위해 상기 수신된 프레임에 대한 PLCP 헤더 디코딩을 수행한다. 여기에서 PLCP 헤더는 물리 계층(PHY)에서 디코딩을 하는 정보이고 CRC는 MAC 계층에서 디코딩을 하는 정보이다. 상기 730 단계에서 디코딩 수행이 성공하면 735 단계로 진행하고, 디코딩 수행이 실패하면 숨은 스테이션의 검출 조건에 부합되지 않으므로 처음으로 되돌아간다.
상기 735 단계에서, 스테이션은 상기 디코딩된 PLCP 헤더가 특정 표준(예를 들어 IEEE 802.11a)에서 규정하고 있는 원하는 PLCP 헤더인지 확인한다. 만약 표준에서 규정하고 있는 원하는 PLCP 헤더라면 740 단계로 진행하고, 원하는 PLCP 헤더가 아니라면, 750 단계로 진행한다.
상기 740 단계에서 스테이션은 상기 PLCP 헤더의 길이 필드에 있는 길이정보를 확인한다. 745 단계에서, 스테이션은 상기 740 단계에서 확인한 길이가 14 바이 트인지 확인한다. 이는, IEEE 802.11 계열에서 규정하고 있는 ACK의 길이가 14바이트이기 때문이다.
상기 750 단계에서 스테이션은 상기 디코딩된 PLCP 헤더 중 데이터의 길이 정보 및 전송율 정보를 포함하고 있는 필드를 찾아서 상기 수신된 프레임에 포함된 데이터의 길이 및 전송율 정보를 확인한다. 755 단계에서 상기 750 단계에서 확인된 길이 정보를 이용하여 상기 수신된 프레임에 포함된 데이터의 길이를 계산한다. 길이를 계산하면, 745 단계로 진행한다.
만약 상기 745 단계에서 상기 수신된 프레임에 포함된 데이터의 길이가 14 바이트라면, 상기 수신된 프레임이 상기 도 6의 설명에서 영역(650) 내에 존재하는 스테이션으로부터 발송된 프레임에 해당하므로, 스테이션은 반송파 감지가 되지 않는 숨은 스테이션이 네트워크에 존재한다고 결정한다. 그런데, 이 경우에는 상기 CRC가 성공적으로 수행되지 않았기 때문에, 숨은 스테이션이라고 결정된 스테이션의 MAC 주소를 알 수 없다.
이와 같은 방법으로 숨은 스테이션이 존재한다고 결정한 경우에만, RTS/CTS 메커니즘을 사용하여 데이터를 전송하고, 숨은 스테이션이 존재하지 않는 경우에는 통상적인 방법으로 데이터를 전송함으로써 시스템 처리율을 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 숨은 스테이션 검출 방법을 적용한 처리 성능을 보여주는 그래프이다. 참고로, 시뮬레이션의 조건은 상기 도 3에서의 시뮬레이션 수행 조건과 동일하다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 종래의 DCF 동작 모 드로 프레임을 송수신하는 경우(DCF로 도시함), 기지국으로부터의 거리가 가까운 경우에는 시스템 처리 성능이 좋으나, 기지국으로부터의 거리가 멀어질수록, 특히 숨은 스테이션들이 발생할 만큼 멀어지는 경우, 급격히 처리 성능이 나빠진다.
그리고, RTS/CTS 메커니즘을 이용하는 경우(RTS/CTS로 도시함)는, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 숨은 스테이션이 발생하지 않는 정도의 가까운 거리에서는 DCF 동작모드를 사용하는 경우에 비해 처리 성능이 떨어지나, 숨은 노드들이 발생할 만큼의 거리 이상에서는 DCF 동작 모드인 경우에 비해 처리 성능이 좋아진다.
상술한 본 발명의 숨은 스테이션 검출 방법을 적용하여 숨은 스테이션이 검출된 경우에만 RTS/CTS 메커니즘을 적용시키는 경우(Hidden detection으로 도시함), 숨은 스테이션이 발견되지 않을 만큼 가까운 거리에서는 DCF 동작모드에서와 유사한 처리 성능을 나타내고, 숨은 노드가 검출되는 거리 이상에서는 RTS/CTS 메커니즘에서와 유사한 처리 성능을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 숨은 노드 검출 방법을 적용시킴으로써, 종래의 DCF 동작모드와 RTS/CTS 메커니즘 각각을 사용할 때보다 개선된 처리 성능을 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 무선 통신 네트워크에서 무선 자원의 사용여부를 전혀 알 수 없는 상태에 있는 스테이션만 숨은 스테이션으로 정확하게 정의하는 숨은 스테이션 검출 방법을 이용함으로써, 스테이션이 기지국으로부터 가까운 거리에 있는 경우뿐만 아니라 먼 거리에 있는 경우에도 시스템의 처리 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 기지국에 접속 가능한 다수의 스테이션(Station)들을 구비하는 무선 통신 네트워크에서 상기 다수의 스테이션 중 임의의 스테이션이 상기 다수의 스테이션들 중 숨은 스테이션(Hidden station)을 검출하는 방법에 있어서,
    유휴(Idle) 상태에서 점유(Busy) 상태로 천이된 매체를 감지하는 과정과,
    상기 매체의 상기 유휴 상태가 유지되는 유휴 구간과 미리 정해지는 애크(ACK) 전송 전 대기 구간을 비교하는 과정과,
    상기 비교 결과 상기 유휴 구간이 상기 대기 구간보다 길지 않은 경우, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하지 않는 것으로 결정하는 과정과,
    상기 비교 결과 상기 유휴 구간이 상기 대기 구간보다 긴 경우, 상기 매체를 통해 수신된 프레임이 ACK 프레임인지 확인하는 과정과,
    상기 프레임이 ACK 프레임이라면, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하는 것으로 결정하는 과정을 포함하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 ACK 전송 전 대기 구간은, IEEE 802.11 계열의 표준에 정의된 SIFS(Shorter Inter Frame Space)임을 특징으로 하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 ACK 프레임인지 확인하는 과정은,
    상기 수신된 프레임의 매체액세스제어(MAC) 부분을 검출하는 과정과,
    상기 MAC 부분을 이용하여 상기 수신된 프레임의 오류 여부를 검사하는 과정과,
    상기 수신된 프레임에 오류가 존재하지 않는 경우, 상기 수신된 프레임의 MAC 부분을 해석하여 ACK 프레임인지를 판단하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수신된 프레임의 MAC 부분을 해석한 결과 ACK 프레임이 아닌 경우, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하지 않는 것으로 결정하는 과정을 더 포함하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 ACK 프레임인지 확인하는 과정은,
    상기 수신된 프레임에 오류가 존재하는 경우, 상기 수신된 프레임의 물리계층 헤더의 디코딩에 성공하였는지를 판단하는 과정과,
    상기 물리계층 헤더의 디코딩에 성공하였으면, 상기 물리계층 헤더에 포함된 데이터 길이 정보에 따라 상기 수신된 프레임에 포함된 데이터의 길이를 판단하는 과정과,
    상기 데이터의 길이가 미리 정해지는 ACK 정보의 길이와 동일하면, 상기 수신된 프레임이 ACK 프레임인 것으로 판단하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수신된 프레임의 물리계층 헤더의 디코딩에 성공하지 못했다면, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하지 않는 것으로 결정하는 과정을 더 포함하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 데이터의 길이가 미리 정해지는 ACK 정보의 길이와 동일하지 않으면, 상기 네트워크 내에 숨은 스테이션이 존재하지 않는 것으로 결정하는 과정을 더 포함하는 숨은 스테이션 검출 방법.
  8. 다수의 스테이션(Station)들을 구비하는 무선 통신 네트워크에서, 숨은 스테 이션을 검출하는 방법에 있어서,
    제 2 스테이션이, 제 1 스테이션이 전송하는 데이터 및 물리 계층 헤더를 모두 수신할 수 있는 데이터 전송 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 2 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션이 아닌 것으로 결정하는 과정과,
    제 3 스테이션이, 상기 제 1 스테이션이 전송하는 데이터는 수신하지 못하나 물리 계층 헤더를 수신할 수 있는 물리 계층 헤더 전송 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 3 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션이 아닌 것으로 결정하는 과정과,
    제 4 스테이션이, 상기 제 1 스테이션이 전송하는 데이터 및 물리 계층 헤더를 수신하지 못하는 물리 계층 헤더 전송 영역 밖에 존재하면서 상기 제 1 스테이션이 전송한 데이터에 대한 애크(ACK) 프레임을 수신할 수 있는 영역 내에 존재하는 경우, 상기 제 4 스테이션을 상기 제 1 스테이션의 숨은 스테이션으로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 숨은 스테이션 검출 방법.
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