KR100853695B1 - 다중 큐 기반의 무선 랜 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 랜 장치의 MAC 계층 처리 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 랜 장치는, 각각 적어도 하나의 송신 프레임을 저장하고 순차적으로 출력하기 위한 복수의 큐; 상기 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하는 무선 채널 추정부; 상기 추정된 채널 특성에 기초하여 상기 복수의 큐 중에서 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러; 상기 다중 큐 스케쥴러에 의해 선택된 큐로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부; 및 상기 채널 액세스 파라미터가 설정된 송신 프레임을 물리 계층의 신호로 변환하여 상기 선택된 큐에 대응하는 무선 채널을 통해 전송하는 물리 계층 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상하향 트래픽간의 채널 액세스 불균형 문제를 해결함과 동시에, 다양한 전송속도와 서비스 품질 기준을 갖는 스테이션들 간의 채널 액세스의 형평성을 유지할 수 있고, 상하향 트래픽의 전송 성능을 향상시킬 수 있다.

무선 랜, 다중 큐, 채널 액세스, 전송 스케쥴링, 채널 추정, 전송 속도 조정.

Description

다중 큐 기반의 무선 랜 장치{WIRELESS LAN APPARATUS BASED ON MULTIPLE QUEUES}

도 1은 하나의 액세스 포인트 장치와 복수의 스테이션 장치로 구성된 통상의 무선 랜 환경의 계층적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 무선 랜에서 액세스 포인트 장치와 스테이션 장치의 MAC/PHY 처리 구조를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 처리 구조를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

도 4a 내지 4c는 채널 액세스 제어부에 의해 수행되는 적응적 액세스 시간 제어에 따른 프레임 송수신 과정을 도시한 것이다.

도 5는 피기백 기법을 적용한 경우의 하향링크/상향링크 프레임 송수신 과정을 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 처리 구조를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 처리 구조를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 처리 구조를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

도 9 및 10은 본 발명에 의한 무선 랜 시스템의 성능 향상 효과를 보여주는 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

310: 큐 320: 다중 큐 스케쥴러

330: 채널 액세스 제어부 340: 물리 계층 처리부

610: 큐 그룹 스케쥴러 700, 800: AC 스케쥴링 모듈

710: 내부 충돌 처리부

본 발명은 무선 랜 장치의 매체 접속 제어(medium access control, 이하 'MAC'이라 함) 계층의 처리 구조에 관한 것이다.

무선 랜(wireless local area network, WLAN)은 인터넷의 확산에 중추적인 역할을 한 유선 랜을 무선으로 확장한 개념이다. 무선 랜 기술에 의하면, 사용자는 곳곳에 설치된 액세스 포인트(access point, AP) 장치로부터 일정 거리내에 위치하는 노트북, PDA(personal digital assistant) 등의 스테이션 장치를 이용하여 인터넷에 자유롭게 접속하여 원하는 서비스를 제공받을 수 있다.

도 1은 전형적인 무선 랜 환경의 구성을 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 무선 랜 환경은 일정한 범위의 무선 랜 커버리지를 제공하는 액세스 포인트 장치(110)와 상기 커버리지내에 위치하며 액세스 포인트 장치와 공통 매체(130)인 무선 채널을 통해 데이터를 송수신하는 스테이션 장치들(121, 122, 123)로 구성된다.

IEEE 802.11 표준에 따르면, 액세스 포인트 장치(110)와 스테이션 장치(121, 122, 123)는 각각 도 2에 도시된 MAC/PHY 처리 구조를 갖는다. MAC 계층의 송신 데이터의 기본 단위인 프레임은 큐(210)에 저장되어, 송신을 위해 하나씩 순차적으로 출력된다. 큐(210)로부터 출력된 송신 프레임은 MAC 계층 처리부(220)에서 채널 액세스 파라미터가 설정된 후에 물리(physical, PHY) 계층 처리부(230)로 넘겨져 무선 채널을 통해 송신된다. IEEE 802.11 표준을 PHY 계층의 전송 속도 측면에서 확장한 IEEE 802.11a/b/g 표준 역시 IEEE 802.11 표준과 동일한 MAC 계층 처리 구조를 제안한다.

한편, 서비스 품질(quality of service, 이하 'QoS'라 함) 보장을 목적으로, 서비스별 우선순위에 따른 차등화가 가능하도록 제안된 IEEE 802.11e 표준은 도 2와 다소 상이한 MAC/PHY 계층 처리 구조를 갖는다. IEEE 802.11e 표준에는 우선순위별로 VO(voice), VI(video), BE(best effort) 및 BK(background)의 네 개의 액세스 카테고리(access category, 이하 'AC'라 함)가 마련되어 있으며, 각각의 AC에는 송신 프레임을 저장 및 출력하기 위한 큐가 마련되어 있다.

그런데 이처럼 IEEE 802.11, 11a/b/g/e에 의해 제안된 종래의 MAC/PHY 처리 구조에는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 상하향 트래픽의 불균형 문제이다. IEEE 802.11 계열의 표준은 액세스 포인트와 스테이션간, 또는 제한된 무선 채널 자원을 이용하여 동시에 프레임을 송신하려고 하는 복수의 스테이션간의 채널 액세스를 조정하기 위해 경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 택할 것을 규정하고 있다. 그런데, 각각 동일한 형태의 MAC/PHY 처리 구조를 갖는 액세스 포인트와 스테이션들이 동등한 조건으로 채널 액세스 경쟁을 하게 된다면, 복수의 스테이션과 프레임을 교환해야 하는 액세스 포인트는 스테이션들 전체에 비해 상대적으로 적은 채널 액세스 기회를 갖게 되고, 따라서, 상향 트래픽과 하향 트래픽간의 불균형(uplink/downlink traffic unbalance)이 초래된다고 하는 문제가 있다.

또한, 무선 채널 환경의 상태 또는 서비스의 종류에 따라 스테이션별로 서로 다른 전송 속도가 지원될 수 있는데, 이러한 상이한 전송 속도가 고려되지 않은 상태에서 스테이션들간의 채널 액세스 경쟁을 허용한다면 스테이션들간의 채널 액세스 불균형이 초래될 수 있게 된다. 예컨대, 동일한 크기의 프레임을 송신하기 위해 1 Mbps의 전송 속도를 갖는 스테이션은 11 Mbps의 전송 속도를 갖는 스테이션에 비해 11배의 시간동안 채널 자원을 점유하게 된다는 의미이다.

앞서 설명한 바와 같이, 상하향 트래픽간의 불균형 및 서로 다른 전송 속도를 갖는 스테이션들간의 채널 액세스 불균형 문제는, 하나의 액세스 포인트를 중심으로 복수의 스테이션들이 성형(星形)으로 연결되는 집중형 무선 랜 구조에서도 문제가 되지만, 또한 액세스 포인트 없이 단말간 직접 통신만으로 구성되는 애드 혹(ad-hoc) 무선 랜 구조에서도 크게 문제가 될 수 있다. 애드혹 무선 랜에서는 각각의 스테이션이 다른 스테이션들의 위치, 접속 시점 등에 따라 서로 다른 수의 스테이션들과 통신할 수 있다. 그런데, 만약 하나의 스테이션과 통신하는 스테이션과, 복수의 스테이션과 통신하는 스테이션이 동일한 MAC/PHY 처리 구조를 갖는다면, 이들간에 채널 액세스 불균형이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 상술한 상하향 트래픽간 불균형 및 스테이션간 채널 액세스 불균형 문제를 근본적으로 해결하고, 각 무선 랜 장치의 채널 액세스를 보다 세밀하게 제어할 수 있는 새로운 기술을 제안하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 송신 프레임을 저장 및 출력하기 위한 복수의 큐를 마련하고, 이들 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하여 이를 기초로 전송 스케쥴링을 수행하는 무선 랜 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 위와 같은 구성을 무선 랜 액세스 포인트 장치에 적용하고, 큐의 개수를 액세스 포인트 장치에 접속한 스테이션의 수 및/또는 액세스 카테고리의 수 등에 따라 배치함으로써, 상하향 트래픽간 채널 액세스 불균형 문제를 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 채널의 시변화 특성을 고려하여, 채널 상황에 따른 효과적인 스케쥴링이 가능한 무선 랜 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상하향 트래픽 비율 제어, 전송 속도 조정, 내부 충돌 처리 기능 등을 지원하는 무선 랜 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 액세스 포인트에서의 하향링크 스케쥴링 효과를 상향링크에 반영하여 상하향 트래픽의 전송 성능을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무선 랜 장치는 각각 적어도 하나의 송신 프레임을 저장하고 순차적으로 출력하기 위한 복수의 큐; 상기 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하는 무선 채널 추정부; 상기 추정된 채널 특성에 기초하여 상기 복수의 큐 중에서 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러; 상기 다중 큐 스케쥴러에 의해 선택된 큐로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부; 및 상기 채널 액세스 파라미터가 설정된 송신 프레임을 물리 계층의 신호로 변환하여 상기 선택된 큐에 대응하는 무선 채널을 통해 전송하는 물리 계층 처리부를 포함한다.

상기 무선 랜 장치로부터 변형된 구조로서, 상기 다중 큐 스케쥴러는 상기 복수의 큐를 소정 기준에 따라 그룹화한 복수의 큐 그룹의 수만큼 마련되고, 상기 무선 랜 장치는 상기 복수의 다중 큐 스케쥴러에 의해 각각 선택된 큐로부터의 송신 프레임 중 적어도 하나를 선택하여 상기 채널 액세스 제어부로 전달하는 큐 그룹 스케쥴러를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 무선 랜 장치는, 무선 채널을 통해 제공되는 서비스의 QoS 기준에 따라 구분된 복수의 AC에 속하는 송신 프레임의 스케쥴링을 위한 복수의 AC 스케쥴링 모듈과, 상기 복수의 AC 스케쥴링 모듈에 의해 동시에 발생하는 채널 액세스 시도(이하, '내부 충돌'이라 함)를 조정하는 내부 충돌 처리부와, 상기 내부 충돌 처리부에 의해 선택된 송신 프레임을 물리 계층의 신호로 변환하여 무선 채널을 통해 전송하는 물리 계층 처리부를 포함하고, 상기 각각의 AC 스케쥴링 모듈은, 각각 적어도 하나의 송신 프레임을 저장하고 순차적으로 출력하기 위한 복수의 큐; 상기 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하는 무선 채널 추정부; 상기 추정된 채널 특성에 기초하여 상기 복수의 큐 중에서 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러; 및 상기 다중 큐 스케쥴러에 의해 선택된 큐로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부를 포함한다.

본 측면에 따른 무선 랜 장치로부터 변형된 구조로서, 상기 각 AC 스케쥴링 모듈에 포함되는 다중 큐 스케쥴러는 상기 복수의 큐를 소정 기준에 따라 그룹화한 복수의 큐 그룹의 수만큼 마련되고, 상기 각 AC 스케쥴링 모듈은 상기 복수의 다중 큐 스케쥴러에 의해 각각 선택된 큐로부터의 송신 프레임 중 적어도 하나를 선택하여 상기 채널 액세스 제어부로 전달하는 큐 그룹 스케쥴러를 더 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무선 랜 장치의 구성을 MAC 계층 처리 구조의 관점에서 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 본 무선 랜 장치는 집중형 네트워크의 액세스 포인트 장치인 것으로 한다. 그러나, 후술하는 바 와 같이 본 발명은 애드혹 네트워크의 스테이션 장치에도 적용될 수 있다.

(실시예 1)

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 계층 처리 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 무선 랜 장치는 점선으로 표시된 MAC 계층 처리 구조와 PHY 계층 처리부(340)를 포함하여 구성된다.

MAC 계층 처리 구조는 복수의 프레임 큐(frame queue, 이하 짧게 '큐'라 함)(310)를 포함한다. 각각의 큐(310)는 상위 계층의 플로우를 구성하는 프레임들을 송신을 위해 입력받아 저장하고, 외부로부터의 요청이 있는 경우에 이를 순차적으로 출력하기 위한 역할을 수행한다.

송신 프레임을 MAC 계층에서 처리하기 위해 임시로 저장하는 수단으로서 언급된 큐(310)는 단순히 큐 형태의 자료 구조를 갖는 저장 수단만을 포함하는 것이 아니라, 송신 프레임을 저장하고 일정한 순서에 따라 출력할 수 있는 기능을 구비한 모든 형태의 저장 수단을 포함한다. 본 발명에서의 큐(310)는 램(random access memory), 롬(read-only memory, ROM), 레지스터(register) 기타 다양한 형태의 메모리 장치를 통해 구현될 수 있으며, 하나의 MAC 계층 처리 구조에 포함된 복수의 큐(310)는 하나의 메모리 장치의 서로 다른 주소에 위치하는 별개의 메모리 공간의 형태로 구현될 수 있다.

큐(310)의 수는 액세스 포인트와 통신하는 사용자의 수, 즉 스테이션의 수에 따라 정해진다. 일례로서, 큐(310)는 스테이션과 같은 수만큼 마련된다. 도 3의 각 큐(310)의 상단에 사용자(user) 1 ~ 사용자 n 이라고 표기되어 있는 것은 이 와 같은 이유에서이다. 각 큐(310)가 스테이션과 이러한 대응 관계로 연결되어 있는 경우, 특정 큐(310)에 저장된 송신 프레임은 해당 큐(310)에 대응하는 스테이션을 위한 무선 채널을 통해 전송된다.

큐(310)의 수는 액세스 포인트가 동시에 수용 가능한 스테이션의 수의 최대값을 고려하여 정해질 수 있다. 또는 액세스 포인트에 접속하는 스테이션의 수 및/또는 채널 상황에 따라 적응적으로 조절될 수도 있다. 후자의 경우, 새로운 스테이션이 액세스 포인트에 접속하는 경우에, 다중 큐 기반의 액세스 포인트는 새로 접속된 스테이션에 대응하는 큐(310)를 생성하여 이를 기존의 큐(310)들과 함께 운영하고, 접속을 종료한 스테이션에 대응하는 큐(310)는 소멸시킬 수 있다.

큐(310)로부터 출력되는 송신 프레임은 큐(310)의 하단에 도시된 다중 큐 스케쥴러(multiple queue scheduler, QSCH)(320)로 입력된다. 도시되지는 않았지만, 다중 큐 스케쥴러(320)는 무선 채널 추정부, 전송 속도 조정부와 함께 하나의 스케쥴링 블럭을 형성한다.

무선 채널 추정부는 각각의 큐(310)에 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하며, 다양한 방법으로 채널을 추정하도록 구현될 수 있다. 한 가지 예로서, 무선 채널 추정부는 각 스테이션별로 전송에 성공한 전송 속도의 히스토리를 참조하여 채널을 추정할 수 있다. 보다 상세하게는, 성공한 전송 속도 중 가장 최근의 것, 성공한 전송 속도의 이동 평균(moving average) 혹은 가중 평균(weighted average) 값을 이용할 수 있다. 가중 평균을 이용할 경우 최근의 정보에 높은 가중치를 두고, 오래된 정보에 낮은 가중치를 두는 것이 바람직하다.

무선 채널 추정 방법의 또 다른 예로서, GPS(global positioning system) 정보를 이용하는 방법이 있다. 이를 위해 각 스테이션은 GPS 모듈을 구비하고 있어야 한다. 액세스 포인트는 각 스테이션으로부터 각 스테이션의 위치 또는 액세스 포인트로부터의 거리에 관한 정보를 수신하여, 이에 기초하여 각각의 스테이션을 위한 무선 채널의 특성을 추정한다. 이와 같은 위치 또는 거리 정보는 제어 프레임, 데이터 프레임, 관리 프레임 등에 의해 액세스 포인트로 전달될 수 있다. 구체적으로, RTS(request to send), CTS(clear to send), 확인응답(acknowledgement, 이하 'ACK'라 함) 프레임, 데이터 프레임, 연결 요청/응답(association request /response), 탐색 요청/응답(probe request/response) 등이 이용된다.

다중 큐 스케쥴러(320)는 이와 같이 추정된 각 큐(310)에 대응하는 무선 채널 특성에 기초하여 복수의 큐(310)에 대한 스케쥴링을 수행한다. 구체적인 스케쥴링 알고리즘으로는 최대 SINR(signal to interference and noise ratio), 정규화(normalized) SINR, LWDF(largest weighted delay first), M-LWDF(modified LWDF) 등을 들 수 있다. 최대 SINR는 채널 특성이 가장 좋은 사용자를 선택하는 것이고, 정규화 SINR는 채널의 평균값에 비해 채널이 좋은 사용자를 선택하는 것이며, LWDF, M-LWDF는 지연을 고려하여 스케쥴링하는 방법이다.

이와 같은 스케쥴링 알고리즘을 적용하여, 다중 큐 스케쥴러(320)는 복수의 큐(310) 중에서 어느 하나를 선택한다. 선택된 큐(310)로부터 출력된 송신 프레임은 채널 액세스 제어부(medium access control part, MAC)(330)로 입력된다.

다중 큐 스케쥴러(320)는 슬롯당 하나의 큐(310)가 아니라 둘 이상의 큐(310)를 선택하도록 구현될 수도 있다. 선택된 복수의 큐(310)로부터 각각 출력된 송신 프레임은 스케쥴링 알고리즘에 의해 부여된 스케쥴링 기준(scheduling criterion) 값 순으로 전송되거나, 라운드로빈(round robin) 등의 방법에 의해 차례로 전송된다. 이 경우, 복수의 큐(310)로부터의 송신 프레임은 제한없이 모두 전송되는 것이 아니라 미리 정해진 임계시간에 의해 허용되는 범위 내에서만 전송되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 전송 속도 조정부는 무선 채널 추정부에 의해 추정된 각 스테이션별 무선 채널 정보에 기초하여 각 채널별로 전송 속도를 조정한다. ARF(auto-rate fallback) 기법을 이용할 경우, 예컨대 프레임 전송이 연속으로 2번 실패하면 전송 속도를 감소시키고, 연속으로 10번 성공하거나 타이머에 지정된 시간이 경과하면 전송 속도를 증가시킨다. 또 다른 예로서, 전송 속도 조정부는 무선 채널 추정부에 의해 얻어진 SINR 값에 기초하여 무선 랜 시스템이 지원하는 다수의 전송 속도 중 가장 적합한 전송 속도를 선택할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 액세스 포인트로부터 스테이션으로의 하향링크 트래픽을 스케쥴링하고, 채널 상황에 따라 전송 속도를 조정함으로써 효율적인 트래픽 전송이 가능하도록 한다. 하향링크 트래픽과 관련된 성능 향상 효과는, 도 5에 도시된 피기백 기법(piggybacking)을 이용하면 상향링크 트래픽에도 반영될 수 있다. 도 5를 참조하면, 하향링크를 통해 송신 프레임(501)을 수신한 스테이션은 수신 성공에 대한 확인응답을 위한 ACK 프레임(502)에 데이터를 첨부하여 상향링크로 전송한다. 데이터를 포함하는 ACK 프레임(502)를 정상 수신한 액세스 포인트는 해당 스테이션을 향해 ACK(503)를 전송함으로써 송수신 과정을 마무리한다. 이와 같은 데이터 송수신 과정을 피기백 기법이라고 하며, 이 과정에 의하면 하향링크 스케쥴링 효과가 상향링크에 반영될 수 있다. 피기백 기법은 특히 하향링크와 상향링크의 채널 특성이 동일하거나 대응되는 관계를 갖는 상보적(reciprocal) 채널의 경우에 효과적으로 이용될 수 있다.

본 발명은 이처럼 각 스테이션에 대응하는 복수의 큐(310)를 마련함으로써, 스테이션으로부터 액세스 포인트로의 상향 트래픽을 위한 MAC 처리 단위와 액세스 포인트로부터 각 스테이션으로의 하향 트래픽을 위한 MAC 처리 단위가 일대일로 대응하게 된다. 이에 따라 상하향 트래픽간의 불균형 문제가 해소된다.

또한, 본 발명은 각 큐(310)별로 채널 상황에 따라 송신 프레임의 전송 순서, 전송 속도를 결정함으로써 채널의 시변화 특성을 고려한 채널 액세스 제어를 가능하게 한다.

다시 도 3으로 돌아가서, 다중 큐 스케쥴러(320)에 의해 선택된 송신 프레임은 채널 액세스 제어부(330)로 입력된다. 채널 액세스 제어부(330)는 입력된 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정한다. 채널 액세스 제어부(330)는 채널 액세스 제어 방식에 따라 다음의 두 기능 블럭을 포함할 수 있다. 경쟁 기반 환경의 채널 액세스 파라미터를 조정하여 각 큐의 채널 액세스 기회를 제어하는 적응적 액세스 기회(adaptive access chance, 이하 'AAC'라 함) 블럭과, AFB(adaptive fragment burst) 또는 AFL(adaptive frame length) 기법을 이용하여 각 큐의 채널 액세스 시간을 제어하는 적응적 액세스 시간(adaptive access time, 이하 'AAT'라 함) 블럭이 그것이다.

AAC 블럭이 조정하는 경쟁 기반 환경의 채널 액세스 파라미터로는 IEEE 802.11 계열의 표준에 정의된 이진 지수 백오프(binary exponential backoff, BEB) 파라미터를 들 수 있다. 구체적으로, BEB 파라미터는 경쟁 윈도우의 하한값과 상한값을 의미하는 CWmin와 CWmax, 패킷 재전송 시도 횟수의 한계값을 나타내는 Retrylimit 및 일련의 프레임 전송 후의 대기시간을 의미하는 AIFS(arbitration inter-frame space) 등이 있다.

이와 같은 BEB 파라미터는 DCF(distributed coordination function), EDCA(enhanced distributed channel access) 등의 경쟁 기반의 채널 액세스 정책에 적용되는 파라미터들이다. 따라서, 본 실시예는 기본적으로 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance)와 같은 액세스 프로토콜을 가정한다. 그러나, 본 발명은 CSMA/CA 대신 폴링 방식을 사용함으로써 비경쟁 기반의 채널 액세스 정책을 채용한 무선 랜 시스템에까지 그 적용 범위를 확장하는 것이 가능하다. 비경쟁 기반의 MAC의 예로는 PCF(point coordinate function), HCCA(HCF controlled channel access) 등이 있다.

BEB 파라미터 등의 설정을 통해 각 큐(310)에 채널 액세스 기회가 부여되는 횟수 또는 시기를 제어하는 AAC 블럭과 달리, AAT 블럭은 각 큐(310)로부터의 송신 프레임에 할당되는 전송 시간을 조정함으로써 채널 액세스의 형평성을 유지한다. 도 4a 내지 4c는 AAT 방법에 따른 프레임 송수신 과정을 도시한다.

도 4a와 4b는 AAT 블럭이 AFB 기법을 이용하는 경우를 나타낸다. 도 4a는 스테이션별 개별 ACK(413, 414)를 이용하는 경우를, 도 4b는 블럭 ACK(424)를 이용하는 경우를 각각 도시한다. 이 기법에 의하면, AAT 블럭은 일련의 송신 프레임(411, 412, 421, 422, 423) 전송에 소요되는 시간의 총 길이를 조절한다. 이와 같은 전송 시간 제어는 도 4a 및 4b에 각각 도시되어 있는 임계시간(415, 425)의 길이를 조절함으로써 이루어진다.

이와 달리, 도 4c에 도시된 AFL 기법은 특정 스테이션으로 전송되는 송신 프레임(431)의 길이 자체를 조절한다. 임계시간(435)이 허용하는 범위 내에서 송신 프레임이 액세스 포인트로부터 전송되면, 이를 성공적으로 수신한 스테이션은 액세스 포인트로 ACK(432)를 전송한다.

채널 액세스 제어부(330)는 이처럼 AAC 블럭과 AAT 블럭을 이용하여 하향링크와 상향링크간의 채널 액세스 형평성을 유지하는 역할을 한다. 그러나, AAC 블럭 및 AAT 블럭은 하향링크와 상향링크간의 채널 액세스 비율을 의도적으로 일정한 비율로 유지하기 위한 가중 형평성(weighted fairness)의 실현을 위해 이용될 수도 있다.

즉, 하향링크와 상향링크를 통해 각각 제공되는 서비스의 특성을 고려하여, 하향링크/상향링크 트래픽 전송 비율인 psi를 1 외의 값으로 유지할 수 있는 것이다. 이를 실현하는 구체적인 방법으로, AAC 블럭을 통해 액세스 포인트의 액세스 기회를 w 배 높이거나, AAT 블럭을 통해 액세스 포인트의 액세스 시간을 w 배 높이는 방법이 있다. 한편, AAC 블럭과 AAT 블럭의 기능을 조합하여 이용할 수도 있는데, 예를 들면 AAC 블럭을 통해 액세스 포인트의 액세스 기회를 w/r 배 높여주고 AAT 블럭을 통해 액세스 포인트의 액세스 시간을 r 배 높여줄 수 있다.

(실시예 2)

도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 계층 처리 구조에 대해 설명한다. 앞서 설명한 제1 실시예와 대응되는 구성에 대해서는 같은 도면부호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.

도 6에 도시된 처리 구조는 제1 실시예와 달리, 전체 큐(310)를 일정한 기준에 따라 복수의 그룹으로 나누고 있다. 전체 큐(310)는, 예컨대 AC와 같은 QoS 클래스 그룹, 더욱 세분화된 우선순위에 따른 그룹, 각 스테이션의 전송 속도에 따른 그룹, 액세스 포인트로부터 각 스테이션까지의 거리에 따른 그룹으로 나뉠 수 있다.

제1 실시예와 관련하여 설명한 다중 큐 스케쥴러(320)는 각 그룹별로 별도로 마련되어 있으며 각 그룹의 특성을 고려한 스케쥴링 알고리즘을 적용하게 된다. 이들 복수의 다중 큐 스케쥴러(320)에 의해 각각 선택된 큐(310)로부터의 송신 프레임은 큐 그룹 스케쥴러(queue group scheduler, GSCH)(610)로 입력된다. 큐 그룹 스케쥴러(610)는 입력된 복수의 송신 프레임 중 적어도 하나를 선택하여 채널 액세스 파라미터 설정을 위해 채널 액세스 제어부(330)로 입력된다. 이후의 과정은 앞서 설명한 것과 동일하다.

큐 그룹 스케쥴러(610)는 가중 라운드로빈(weighted round robin, WRR)과 가중 공정 큐잉(weighted fair queuing, WFQ) 등의 기법을 이용하여 송신 프레임을 선택할 수 있다. 상기 기법들을 적용할 때, 각 그룹별 우선순위를 가중치로서 이 용할 수 있다. 또한, 그룹별로 사용하는 스케쥴링 알고리즘이 동일한 경우, 스케쥴링 알고리즘에 의해 부여된 스케쥴링 기준 값을 추가로 고려할 수 있다. 한 가지 방법으로, 그룹별 우선순위가 동일할 경우 채널 정보에 기반한 스케쥴링 기준 값을 적용하여 특정 큐(310)로부터의 송신 프레임을 선택할 수 있다. 또 달리, 위의 두 가지 기준에 각각의 가중치를 부여하여 선택을 위한 최종 스코어를 계산하는 방법을 이용할 수도 있다.

큐 그룹 스케쥴러(610)는 상술한 방법에 따라 어느 하나의 송신 프레임 또는 둘 이상의 송신 프레임을 선택할 수 있다. 둘 이상의 송신 프레임을 선택하는 경우, 복수의 송신 프레임은 제한없이 모두 전송되는 것이 아니라 미리 정해진 임계시간에 의해 허용되는 범위 내에서만 전송되도록 하는 것이 바람직하다.

본 실시예는 이처럼 그룹별로 큐(310) 스케쥴링을 수행함으로써, QoS 기준, 전송 속도 등 다양한 스케쥴링 기준을 반영하여, 보다 세밀한 채널 액세스 제어를 실현할 수 있다.

(실시예 3)

다음으로, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 계층 처리 구조를 도시한다. 제1 실시예 및 제2 실시예와 대응되는 구성에 대해서는 같은 도면부호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예는 AC 단위로 큐 스케쥴링을 수행하도록 구성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 랜 시스템이 지원하는 AC의 수만큼 AC 스케쥴링 모듈(700)이 마련되어 있다. 각 AC 스케쥴링 모듈(700)은 n 명의 사용자에 대응하는 n 개의 큐(310)를 포함한다. 도 7에 예시된 바에 따르면 n 명의 사용자는 총 a 개의 AC로 서비스될 수 있으므로, 전체 MAC 계층 처리 구조는 nㅧa 개의 큐(310)를 갖는다.

또한, AC 스케쥴링 모듈(700)은 상기 n 개의 큐(310) 중 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러(320) 및 선택된 큐(310)로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부(330)를 포함한다. 각 AC 스케쥴링 모듈(700)에 포함되는 이들 각 구성요소는 앞서 제1 및 제2 실시예의 대응하는 구성요소와 그 내부 구성 및 동작이 동일하다.

도 7에서, 각 AC 스케쥴링 모듈(700)에서 선택된 큐(310)로부터의 송신 프레임은 내부 충돌 처리부(internal collision handler, ICH)(710)로 입력된다. 내부 충돌이란, 경쟁 기반 채널 액세스 시스템에서 복수의 AC 스케쥴링 모듈에 의해 동시에 발생하는 채널 액세스 시도를 가리킨다. 내부 충돌 처리부(710)는 이와 같은 내부 충돌이 발생한 경우에 적어도 하나의 송신 프레임을 선택하여 출력한다.

내부 충돌 처리부(710)는 각 AC별 우선순위에 기초하여 특정 AC 스케쥴링 모듈(700)로부터의 송신 프레임을 선택할 수 있다. 또한, 각 AC 스케쥴링 모듈(700)별로 그 내부의 다중 큐 스케쥴러(320)에 의해 사용되는 스케쥴링 알고리즘이 동일한 경우에는, 채널 선택 정보에 기반한 스케쥴링 기준 값을 추가적인 선택 기준으로 적용할 수 있다. 이들 두 가지 선택 기준, 즉 AC별 우선순위와 채널 선택 정보에 기반한 스케쥴링 기준 값은 순차적으로 또는 동시에 적용될 수 있다.

이와 같은 방법으로 내부 충돌 처리부(710)는 복수의 AC 스케쥴링 모듈(700)로부터의 송신 프레임 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택한다. 둘 이상의 송신 프레임을 선택하는 경우, 복수의 송신 프레임은 제한없이 모두 전송되는 것이 아니라 미리 정해진 임계시간에 의해 허용되는 범위 내에서만 전송되도록 하는 것이 바람직하다. 선택되지 않은 송신 프레임의 처리는, 외부 충돌과 동일하게 CW(contention window)의 백오프 단계를 1 증가시키거나, CW=0으로 유지하여 다음 슬롯에서 바로 전송 기회를 획득하게 하거나, 또는 CW의 백오프 단계를 증가시키지 않음으로써 충돌로 처리하지 않는 등 다양한 방법에 의할 수 있다.

본 실시예에 의하면, AC 단위로 큐 스케쥴링을 수행함으로써 QoS 보장과 상하향 트래픽 가중 형평성을 함께 실현할 수 있다.

(실시예 4)

다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 랜 장치의 MAC/PHY 계층 처리 구조에 대해 설명한다. 제1 실시예 내지 제3 실시예와 대응되는 구성에 대해서는 같은 도면부호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예는 앞서 설명한 제2 실시예와 제3 실시예를 결합한 것으로서, 무선 랜 시스템이 제공하는 AC별로 큐 스케쥴링이 수행되고, 각 AC에 대응하는 AC 스케쥴링 모듈(800)에 포함되는 복수의 큐(310)는 미리 정해진 기준에 따라 그룹화되어 있다.

각 AC 스케쥴링 모듈(800)에 포함되는 큐(310), 다중 큐 스케쥴러(320), 큐 그룹 스케쥴러(610) 및 채널 액세스 제어부(330)는 도 6의 대응하는 구성요소와 그 구성 및 동작이 동일하고, 복수의 AC 스케쥴링 모듈(800)간의 내부충돌을 처리하는 내부 충돌 처리부(710)는 도 7의 내부 충돌 처리부(710)에 대응한다.

본 실시예에 의하면, QoS 보장, 상하향 트래픽 가중 형평성을 실현하는 동시에 세밀한 채널 액세스 제어가 가능하다.

지금까지, 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 MAC 계층 처리 구조가 액세스 포인트 장치에 적용되는 경우를 주된 실시예로 하여 설명하였다. 그러나, 상술한 무선 랜 장치의 MAC 계층 처리 구조는 애드혹 네트워크를 구성하는 무선 랜 장치에도 훌륭하게 적용될 수 있다.

액세스 포인트 없이 개별 스테이션이 다른 스테이션들과 직접 통신하는 애드혹 네트워크에서는, 개별 스테이션이 마치 액세스 포인트와 같이 여러 동작 속도를 갖는 여러 단말들과 통신을 수행한다. 이 경우, 각 스테이션이 단일 큐 기반의 MAC 계층 처리 구조를 갖는다면 여러 스테이션들간을 복잡하게 연결하는 전송 경로의 송수신 트래픽이 매우 심각한 불균형 상태에 있게 되어 무선 자원을 효율적으로 사용하는 데에 한계가 있게 된다.

그러나, 애드혹 네트워크를 구성하는 각 스테이션의 MAC 계층 처리 구조를 제안된 다중 큐 기반의 처리 구조로 한다면, 각각의 전송 경로상의 송수신 트래픽을 제어하는 별도의 스테이션 없이도 송수신 트래픽의 채널 액세스의 형평성이 보장되고, 이에 따라 제한된 무선 자원을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.

도 9 및 10은 본 발명에 따른 무선 랜 장치의 성능을 확인하기 위해, 상기 제1 실시예와 같이 MAC 계층 처리 구조를 구성하고 그 성능을 시뮬레이션으로 측정한 결과를 나타낸 것이다.

이 중, 도 9는 액세스 포인트에서 하향링크 스케쥴링만을 수행한 결과이다. 도 9의 그래프는 다중 전송 속도(multi-rate)에 무관하게 페이로드(payload) 크기를 일정하게 적용한 스루풋(throughput) 기반 형평성 시나리오와 다중 전송 속도에 무관하게 페이로드 시간을 동일하게 적용한 시간 기반 형평성 시나리오에서의 성능 향상을 보여준다. 상기 두 시나리오는 모두 경쟁 기반의 채널 액세스 환경을 가정하였다.

도 9의 그래프에서 역삼각형 표시의 그림은 종래의 처리 구조에서의 스루풋 성능을 나타낸다. 도 9로부터, 본 발명을 적용한 경우에 사용자 수(가로축)에 관계없이 전송 스루풋(세로축)이 증가함을 알 수 있다. 이는, 다중 큐 구조 및 전송 속도 조정에 의한 것이다.

또한, 종래의 처리 구조에서는 사용자 수가 증가할수록 충돌에 의해 스루풋 성능이 저하되지만, 본 발명에서 제안된 처리 구조에서는 사용자 수가 증가할수록 액세스 포인트와 스테이션들 사이의 무선 채널 환경을 고려한 스케쥴링 효과가 증대되어 스루풋 성능이 향상된다.

도 10은 하향링크/상향링크 피기백 기법을 이용하여 하향링크 및 상향링크 스케쥴링을 수행한 경우의 스루풋 성능을 도시한 것이다. 도 9 역시 도 10과 마찬가지로 사용자 수와 관계없이 일정한 스루풋 성능 향상 효과가 있으며, 사용자 수의 증가에 따라 그 효과가 더욱 증가하는 결과를 보여준다.

한편, 도 9와 도 10을 비교하면, 하향링크/상향링크 피기백 기법을 적용함으로써, 하향링크 스케쥴링만을 수행한 경우에 비해 전체 스루풋 성능이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있다. 이는 무선 채널의 상보적 특성에 의해 상향링크 서비 스의 성능이 함께 향상되었기 때문이다.

이상 구체적인 구성요소 등의 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 본 발명의 구성을 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 형태의 수정 및 변형을 가할 수 있다. 따라서, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 대상은 본 발명의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 무선 랜 장치에 의하면, 액세스 포인트 및 상기 액세스 포인트에 접속한 복수의 스테이션들로 구성되는 무선 랜 환경에서 상하향 트래픽의 불균형 문제를 근본적으로 해소할 수 있으며, 이를 통해 채널 자원 이용의 균형성을 회복할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 다양한 전송 속도 및/또는 QoS 기준에 따른 전송 우선순위를 갖는 복수의 스테이션들 상호간의 채널 액세스의 형평성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 무선 채널의 시변화 특성을 고려하여 채널 상황에 따른 전송 스케쥴링을 수행하고, 전송 속도를 적응적으로 제어함으로써 무선 랜 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 적응적 액세스 기회 제어 또는 적응적 액세스 시간 제어 기법을 통해 상하향 트래픽 비율을 임의로 제어할 수 있는 MAC 계층 처리 구조를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 피기백 기법을 통해 하향링크 스케쥴링 효과를 상향링크에 반영함으로써, 상하향 트래픽의 전송 성능을 모두 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 액세스 포인트를 갖는 집중형 네트워크뿐만 아니라 액세스 포인트가 없는 애드혹 네트워크에도 적합한 MAC 계층 처리 구조를 갖는 무선 랜 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

1. 삭제
2. 삭제
3. 각각 적어도 하나의 송신 프레임을 저장하고 순차적으로 출력하기 위한 복수의 큐;

   상기 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하는 무선 채널 추정부;

   상기 추정된 채널 특성에 기초하여 상기 복수의 큐 중에서 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러;

   상기 다중 큐 스케쥴러에 의해 선택된 큐로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부; 및

   상기 채널 액세스 파라미터가 설정된 송신 프레임을 물리 계층의 신호로 변환하여 상기 선택된 큐에 대응하는 무선 채널을 통해 전송하는 물리 계층 처리부와;

   상기 다중 큐 스케쥴러는 상기 복수의 큐를 소정 기준에 따라 그룹화한 복수의 큐 그룹의 수만큼 마련되며,

   상기 복수의 다중 큐 스케쥴러에 의해 각각 선택된 큐로부터의 송신 프레임 중 적어도 하나를 선택하여 상기 채널 액세스 제어부로 전달하는 큐 그룹 스케쥴러

   를 포함하는 무선 랜 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 큐 그룹 스케쥴러는 가중 라운드로빈 방식 또는 가중 공정 큐잉 방식으로 상기 복수의 다중 큐 스케쥴러로부터의 송신 프레임에 대해 스케쥴링을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 무선 채널을 통해 제공되는 서비스의 QoS(quality of service) 기준에 따라 구분된 복수의 액세스 카테고리(access category; 이하 'AC'라 함)에 속하는 송신 프레임의 스케쥴링을 위한 복수의 AC 스케쥴링 모듈과,

   상기 복수의 AC 스케쥴링 모듈에 의해 동시에 발생하는 채널 액세스 시도(이하, '내부 충돌'이라 함)를 조정하는 내부 충돌 처리부와,

   상기 내부 충돌 처리부에 의해 선택된 송신 프레임을 물리 계층의 신호로 변환하여 무선 채널을 통해 전송하는 물리 계층 처리부를 포함하고,

   상기 각각의 AC 스케쥴링 모듈은,

   각각 적어도 하나의 송신 프레임을 저장하고 순차적으로 출력하기 위한 복수의 큐;

   상기 복수의 큐에 각각 대응하는 무선 채널의 특성을 추정하는 무선 채널 추정부;

   상기 추정된 채널 특성에 기초하여 상기 복수의 큐 중에서 적어도 하나를 선택하는 다중 큐 스케쥴러; 및

   상기 다중 큐 스케쥴러에 의해 선택된 큐로부터의 송신 프레임의 채널 액세스 파라미터를 설정하는 채널 액세스 제어부와,

   상기 각 AC 스케쥴링 모듈에 포함되는 다중 큐 스케쥴러는 상기 복수의 큐를 소정 기준에 따라 그룹화한 복수의 큐 그룹의 수만큼 마련되며,

   상기 각 AC 스케쥴링 모듈은 상기 복수의 다중 큐 스케쥴러에 의해 각각 선택된 큐로부터의 송신 프레임 중 적어도 하나를 선택하여 상기 채널 액세스 제어부로 전달하는 큐 그룹 스케쥴러

   를 포함하는 무선 랜 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 큐 그룹 스케쥴러는 가중 라운드로빈 방식 또는 가중 공정 큐잉 방식으로 상기 복수의 다중 큐 스케쥴러로부터의 송신 프레임에 대해 스케쥴링을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
9. 삭제
10. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 무선 채널 추정부는 전송에 성공한 전송 속도의 히스토리를 참조하여 상기 채널 특성을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 무선 채널 추정부는 상기 성공한 전송 속도 중 가장 최근의 것, 상기 성공한 전송 속도의 이동 평균, 상기 성공한 전송 속도의 가중 평균 중 적어도 하나의 값을 참조하여 상기 채널 특성을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
12. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 무선 채널 추정부는 상기 무선 랜 장치와 통신하는 타 무선 랜 장치의 위치 또는 상기 타 무선 랜 장치까지의 거리 정보에 기초하여 상기 채널 특성을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
13. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 다중 큐 스케쥴러는 상기 추정된 채널 특성 또는 상기 송신 프레임의 전송 히스토리를 참조하여 상기 송신 프레임의 전송 속도를 조정하는 전송 속도 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
14. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 무선 랜 장치는 상기 송신 프레임의 전송 후에, 상기 송신 프레임을 수신한 타 무선 랜 장치가 상기 송신 프레임에 대응한 확인응답 프레임에 피기백(piggyback)하여 전송하는 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
15. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 채널 액세스 제어부는 경쟁 기반 환경의 채널 액세스 파라미터를 조정하여 상기 각 큐의 채널 액세스 기회를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
16. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 채널 액세스 제어부는 프레임 전송 길이 또는 일련의 프레임 전송에 소요되는 시간을 조정하여 상기 각 큐의 채널 액세스 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
17. 제3항 또는 제7항에 있어서,

    상기 채널 액세스 제어부는 상기 각 큐의 채널 액세스 기회 또는 채널 액세스 시간을 조정하여 상기 무선 랜 장치와 상기 무선 랜 장치로부터 상기 송신 프레임을 전송받는 타 무선 랜 장치간의 송수신 트래픽 비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 랜 장치.
18. 삭제
19. 삭제

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