KR101006118B1 - Ｉｅｅｅ 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신 방법 및 그 단말 - Google Patents

Abstract

ＩＥＥＥ 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신 방법 및 그 단말 개시된다. 본 발명에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경의 하나의 송신자와 복수 개의 수신자간의 멀티캐스트 통신 방법에 있어서, 상기 송신자는 상기 복수 개의 수신자 중 제1 수신자와 유니캐스트 통신방식으로 통신하는 단계; 및 상기 제1 수신자를 제외한 상기 복수 개의 수신자는 오버헤어(overhear) 통신방식으로 상기 송신자가 상기 제1 수신자에게 송신한 패킷을 수신하는 단계;를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, IEEE 802.11 무선랜 환경에서 멀티캐스트 통신을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

ＩＥＥＥ 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신 방법 및 그 단말{Multicast communication method for IEEE 802.11 WLAN and terminal thereof}

본 발명은 IEEE 802.11 무선랜에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IEEE 802.11 무선랜 환경에서 단말들 간에 멀티캐스트 세션 방법 및 그 무선랜 단말에 관한 것이다.

통신 기술이 발달하고, 통신 시 항상 선이 필요한 유선통신의 불편함을 극복하고자 다양한 무선통신의 방법이 사용되고 있다. IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.11 계열의 무선 랜은 그 중 한 가지로 근래에 들어 크게 부각되고 있다. 또한, 비디오 스트리밍(video-streaming)과 같은 응용이 보편화됨에 따라 무선 멀티캐스트의 활용도가 증가하고 있다.

현재 IEEE 802.11 표준 [IEEE 802.11 WG, Part 11: Wireless LAN MAC and PHY specification, IEEE Standard, Aug. 1999.]에는 멀티캐스트 통신을 브로드캐스트 통신과 동일한 방법으로 처리한다. 그리하여 멀티캐스트 패킷들은 물리계층에서 기본전송률로만 전송이 가능하고 전송 실패시 재전송이 불가능해지는 문제가 있다. 예를 들어, IEEE802.11a 장치를 이용한멀티캐스트 통신은 6, 12, 24Mbps의 전송률로 1회 전송만 가능하기 때문에 전송 실패시 재전송이 불가능하다.

이와 같은 멀티캐스트 통신 방식으로 인해 무선 채널 활용도 및 전송 신뢰도가 감소되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IEEE 802.11 무선랜 환경에서 다중 채널을 이용하여 스테이션간의 통신 방법을 제공한다.

또한, IEEE 802.11 무선랜 환경에서 다중 채널을 이용하여 스테이션과 AP 간에 통신하고 스테이션들 간에 직접 링크를 설정할 수 있도록 하는 직접 링크 설정 방법 및 무선랜 스테이션을 제공하는 데 있다.

그리고, IEEE 802.11 무선랜 환경에서 멀티캐스트 통신을 효율적으로 하기 위한 방법 및 그 스테이션을 제공한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경의 하나의 송신자와 복수 개의 수신자간의 멀티캐스트 통신 방법은, 상기 송신자는 상기 복수 개의 수신자 중 제1 수신자와 유니캐스트 통신방식으로 통신하는 단계; 및 상기 제1 수신자를 제외한 상기 복수 개의 수신자는 오버헤어(overhear) 통신방식으로 상기 송신자가 상기 제1 수신자에게 송신한 패킷을 수신하는 단계;를 포함한다.

그리고, 상기 송신자는 멀티캐스트 세션을 위한 요청 메시지를 브로드캐스트 하는 단계; 및 상기 제1 수신자는 상기 요청 메시지에 대응되는 응답 메시지를 상기 송신자에게 전송하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오버헤어 통신방식은 특정 정보의 비트열이 특정 위치에 포함되어 있는 패킷은 획득하고, 나머지 패킷은 바이패스시키는 통신 방식인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 복수 개의 수신자 각각과 상기 송신자 간의 채널 품질을 기초로 상기 복수 개의 수신자 중 하나의 수신자가 상기 제1수신자로 결정되는 것이 바람직하다.

또한, 지연에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 제1 수신자는 상기 복수 개의 수신자 중 상기 송신자를 기준으로 최고 채널 품질을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 지연에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 제1 수신자는 상기 복수 개의 수신자 중 상기 송신자를 기준으로 최고 채널 품질을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 송신자는 상기 복수 개의 수신자간의 채널 품질 중 최저 채널 품질에 대한 최대 지원가능한 전송율로 통신을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신을 위한 단말은, 복수의 외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부; 및 복수의 외부 단말 중 어느 하나의 단말과는 유니캐스트 통신방식으로 통신하고 나머지 단말과는 오버헤어 통신방식으로 통신을 수행하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 미들웨어부;를 포함한다.

그리고, 상기 미들웨어부는, 어플리케이션의 종류에 따라 상기 단말과 상기 복수의 외부 단말간의 채널 품질을 기초로 상기 유니 캐스트 통신방식 및 상기 오버헤어 통신방식을 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미들웨어부는, 지연에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 복수의 외부 단말 중 최고 채널 품질을 갖는 단말과 유니 캐스트 방식으로 통신하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 미들웨어부는, 손실에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 복수의 외부 단말 중 최저 채널 품질을 갖는 단말과 유니 캐스트 방식으로 통신하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미들웨어부는, 상기 단말과 상기 복수의 외부 단말간의 채널 품질 중 최저 채널 품질에 대한 최대 지원가능한 전송율로 유니캐스트 통신방식의 통신을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신을 위한 또 다른 단말은, 외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부; 및 상기 외부 단말과 유니캐스트 통신방식 및 오버헤어 통신방식 중 어느 하나로 통신을 수행하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 미들웨어부;를 포함한다.

그리고, 상기 미들웨어부는, 상기 유니캐스트 통신방식 및 상기 오버헤어 통신방식 중 어느 하나로 통신을 수행할 수 있도록 상기 하드웨어부의 모드를 설정하는 모드 설정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모드 설정부는, 상기 외부 단말로부터 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있으면 상기 하드웨어부의 모드를 유니캐스트 모드로 설정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 모드 설정부는, 상기 외부 단말로부터 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있지 않으면, 상기 수신된 패킷에 포함되어 있는 특정 정보의 비트율 및 위치 정보를 이용하여 상기 하드웨어부의 모드를 패킷 필터링 모드로 설정하고, 상기 하드웨어부는 상기 패킷 필터링 모드로 설정되어 있으면, 상기 외부 단말과 오버헤어 통신방식으로 통신하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오버헤어 통신방식은 특정 정보의 비트열이 특정 위치에 포함되어 있는 패킷은 획득하고, 나머지 패킷은 바이패스시키는 통신 방식인 것이 바람직하다.

상기된 본 발명에 의하면, IEEE 802.11 무선랜 환경에서 다중 채널을 이용하여 스테이션과 AP 간에 통신하고 스테이션들 간에 직접 링크를 설정할 수 있다.

또한, 하나의 송신자와 복수 개의 수신자간의 멀티캐스트 통신에 있어서, 하나의 수신자는 송신자와 유니캐스트 통신방식으로 통신하고 나머지 수신자는 오버헤어 통신방식을 통신함으로써 효율적으로 통신할 수 있다. .

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 무선 네트워크 시스템들의 개념도,
도 3은 도 2의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도,
도 4 및 도 5는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도,
도 6은 상기 iDLS에서 두 스테이션 간에 직접 링크를 설정하는 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 종래의 DLS 또는 상기 iDLS에 따른 직접 링크 설정 방식에 의한 무선 채널 자원의 효율성을 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 BSS 채널 외의 다른 채널을 사용하여 직접 링크를 설정하는 경우 무선 채널 자원의 사용 효율성이 더 증대되는 개념을 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경을 위한 스테이션의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10는 도 7에 도시된 바와 같은 무선랜 환경에서 DLS 또는 iDLS에 따라 스테이션들과 AP 간에 또는 스테이션들 간의 시그널의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 바와 같은 무선랜 환경에서 본 발명의 일 실시예에 따라 스테이션들과 AP 간에 또는 스테이션들 간의 시그널의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 직접 링크 설정 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 710 내지 740단계의 과정을 통해 두 스테이션과 AP에서 발생할 수 있는 시그널 흐름의 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법에 의하여 BSS에서 발생할 수 있는 시그널 흐름의 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법에 의하여 T_staying 시간에 따라 각 채널에서 직접 링크가 설정되고 점유되는 형태의 예를 도식화한 도면,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티캐스트 통신을 효율적으로 수행하는 송신자의 블록도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티캐스트 통신을 효율적으로 수행하는 수신자의 블록도,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMC 프로토콜을 통해 멀티캐스트 통신을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 시작자와 수신자간의 최저 채널 품질을 나타낸 도면, 그리고,
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 최저 채널 품질에 대핸 최대 지원가능한 전송율을 나타낸 도면이다

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 무선 네트워크 시스템들의 개념도이다. 도 1및 도 2의 동일한 구성요소들은 동일한 도면번호를 사용한다.

도 1를 참조하면, 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station, 12)과, 액세스 포인트 또는 무선 기지국(Access Point, 14), 백본망 또는 분배시스템(16)을 포함한다.

다수의 스테이션(14)은 무선랜용 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 장착하여 IEEE 802.11 표준에 기반한 물리계층 및 MAC 계층의 동작을 수행한다. 도 1에 도시한 무선랜 시스템(10)에서, 다수의 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)에 결합되어 데이터 프레임을 전송한다.

액세스 포인트(14)는 하나의 스테이션으로부터 전달된 프레임을 다른 스테이션에게 중계하는 유무선 연동 브리지 기능을 수행한다. 이 액세스 포인트(14)는 이더넷의 브리지 또는 스위치와 동일한 기능을 수행한다.

또한, 액세스 포인트는 위에서 설명한 스테이션(12)과 기본적으로 동일한 물리계층 및 MAC 계층을 포함하고 있기 때문에, 액세스 포인트(14)는 기본적으로 스테이션(12)과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 따라서 액세스 포인트(14)는 필요에 따라서 스테이션(12)과 동일한 것으로 간주할 수도 있다.

분배시스템(Distribution system, 16)은 여러 개의 액세스 포인트(14)를 연결하는 백본망이다. 분배시스템(16)은 일반적으로 이더넷이 사용되지만, 여러 개의 액세스 포인트를 무선으로 연결할 수도 있다. 광의로 분배시스템(16)은 이더넷과 연결된 라우터 또는 스위치, 유무선 인터넷망과 연결된 서버들을 포함할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station,12)을 포함한다. 이 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션(12) 간 직접 점 대 점으로 연결되어 있다. 따라서, 도 1과 달리 도 2에 도시한 무선랜 시스템(10)은 별도의 액세스 포인트(14)나 분배시스템(16)이 존재하지 않고, 다수의 스테이션(12)이 이들의 역할을 대신하거나, 일부 역할이나 기능이 생략될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 무선랜 시스템(10)을 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템(10)을 포함하는 무선 네트워크 시스템은 이들에 제한되지 않고 이들의 조합 또는 전혀 다른 시스템으로 구현될수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템은 단독으로 존재할 수도 있지만, 다른 무선네트워크 시스템이나 이동통신망, 유무선 인터넷망과 인터워킹(interworking)할 수 있다.

예를 들어, 무선랜 시스템은 이동통신망과 인터워킹하여 로밍서비스를 제공할 수도 있다. 구체적으로 무선랜 시스템이 음성 서비스를 제공하는 경우 무선랜과 WCDMA를 모두 지원하는 듀얼밴드 듀얼모드(DBDM, Dual Band Dual Mode) 단말은 이동통신망을 이용하여 음성통화를 하다가 무선랜 시스템이 지원되는 지역에서는 무선랜 시스템을 이용하여 끊김없이 자동로밍할 수 있다.

도 1에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 도 2에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 스테이션들(12) 사이 또는 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 결합과정을 경유하여야 데이터를 전송할 수 있다.

도 3은 도 2의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도이다. 도 2의 무선랜 시스템이나 위에서 설명한 다양한 무선 네트워크 시스템들도 도 3과 일부 차이가 있으나, 실질적으로 동일한 데이터 전송을 위한 결합과정을 포함하고 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 1 및 도 3를 참조하면, 무선랜 시스템(10)에서 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 데이터 전송을 위한 결합과정(20)은 탐색과정(Scanning, S30)과 인증과정(Authentication, S32), 연결과정(Association, S34)을 포함한다. 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S30, S32, S34)을 경유하여 데이터 전송 과정(Data Transmission, S36)을 수행한다.

탐색과정(S10)은 비컨(Beacon)이나 프로브(Probe) 메시지를 사용하여 주변의 액세스 포인트(14)를 찾는 과정이다.

탐색과정(S30)은, 액세스 포인트(14)가 주기적으로 전송하는 비컨 메시지(Beacon message)로부터 액세스 포인트(14)를 찾는 수동탐색과정(Passive Scaning)과, 스테이션(12)이 프로브 요청(Probe Request)을 전송하고, 액세스 포인트(14)로부터 자신의 SSID(Service Set ID)와 동작 속도 등이 수납된 프로브 응답을 수신하여 해당 액세스 포인트(14)를 선택하는 능동탐색과정을 포함한다. 비컨 메시지는 액세스 포인트(14)가 지원할 수 있는 여러 가지 능력(속도, 암호화 등)과 자신이 속한 서비스 그룹명인 SSID(Service Set ID) 등이 수납되어 있다.

인증과정(Authentication, S32)은 탐색과정(S30)에 의해 적절한 액세스 포인트(14)를 선택한 스테이션(12)은 해당 액세스 포인트(14)에 대하여 자신이 유효한 단말임을 증명하는 과정이다. 즉, 인증과정(Authentication, S12)은 액세스 포인트(14)와 인증절차와 암호 방식을 협상하는 과정이다. 대부분의 경우, 오픈 시스템(Open System) 인증방식을 사용하기 때문에, 액세스 포인트(14)는 스테이션으로부터의 인증요구에 무조건 인증한다.

보다 강화된 인증방식으로 IEEE 802.1x 기반 EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP-FAST, PEAP 등이 있다.

연결과정(Association, S34)은, 인증에 성공한 후 스테이션(12)이 액세스 포인트(14)에 접속하는 과정이다. 연결과정(S14)은 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 간 식별가능한 연결을 설정하는 것을 의미한다. 연결과정(S34)이 완료되면, 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)를 경유하여 다른 스테이션(14)과 통신할 수 있다.

연결과정(S34)은 스테이션(12)이 연결 요청(Association Request)을 액세스 포인트(14)에게 전송하면, 액세스 포인트(14)가 다른 스테이션과 구분될 수 있는 AID(Association ID)를 수납한 연결 응답(Association Response)을 송신함으로써 수행된다.

스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S30, S32, S34)을 경유하여 데이터 전송과정(Data Transmission, S36)을 수행한다.

연결과정(S34)과 유사한 과정으로 재연결 과정(Reassociation)이 있다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)와 다른 액세스 포인트와 연결하는 과정이다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)로부터 신호가 약해지면, 다른 새로운 액세스 포인트(14)와 새로운 결합을 설정하는 과정이다.

일반적으로, 스테이션들(12)은 도 1에 도시한 무선 네트워크 시스템(10, BSS)에서 다른 스테이션들(12)에 직접 프레임들을 전송하는 것이 허락되지 않았고, 항상 프레임들의 전송을 위해 액세스 포인트(14)에 의존해야 한다.

그러나, QoS 능력을 가진 스테이션(이하 "QSTA"라 함)들은 DLS(Direct Link Setup)를 사용하여 데이터 전송을 세팅함으로써 다른 QSTA들에게 직접 프레임들을 전송할 수 있다.

여기서, QoS 능력(QoS facility)이란 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 IEEE 802.11e에 정의된 QoS를 제공하기 위해 사용되는 향상된 기능들과, 채널 액세스 규칙들, 프레임 포맷들, 프레임 교환 시퀀스, 관리 객체의 세트이다.

QSTA는 QoS를 지원하나 액세스 포인트가 아닌 스테이션이다. 이 QSTA는 하이브리드 코디네이터를 갖지 않고 분배시스템 서비스(DSSs)를 위해 QAP를 사용한다. QSTA는 nQBSS(a non-QoS basic service set)에 연결된 경우 non-QSTA (nQSTA)로 기능한다.

직접 링크(Direct Link)란, QAP(QoS access point)를 통하지 않고 동일한 인프라스트럭쳐(infrastructure) QoS 기초 서비스 세트(QBSS)에서 작동하는 하나의 QSTA과 다른 QSTA 사이의 양방향 링크이다. 일단 다이렉트 링크가 셋업되면, 두 QSTA들 사이의 모든 프레임들은 직접 교환된다.

QAP(quality of service (QoS) access point, 이하 "QAP"라 함)는 QoS를 지원하는 액세스 포인트이다. QAP의 기능들은, nQAP의 기능의 상위 세트이고, 따라서 nQSTA로 기능할 수 있다.

한편, DLS(Direct Link Setup)는, 도 1에 도시된 무선 네트워크의 인프라스트럭쳐 모드(infrastructure mode)에서 동작하는 QSTA 들 간에 직접 링크 설정(direct link setup)을 정의하고 있다. DLS는 프레임들이 항상 하나의 스테이션에서 다른 스테이션으로 직접 보내지는 QIBSS에는 적용되지 않는다.

도 4 및 도 5는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, a1 단계에서, 다른 비액세스 포인트 스테이션(QSTA-2)과 직접 프레임들을 교환하고자 하는 하나의 스테이션(QSTA-1)은 DLS를 시작하고 QAP에 DLS 요청 프레임(DLS Request frame 또는 DLS.request message)을 보낸다. 이 요청(DLS Request)은 QSTA-1의 레이트 세트, 케이퍼빌리티, QSTA-1과 QSTA-2의 MAC 주소들을 포함한다.

도 4의 1b 단계에서, QSTA-2가 BSS에 연결되어 있으면, 다이렉트 스트림들은 BSS의 정책 내에서 허용되며, QSTA-2는 진정한(indeed) QSTA이며, QAP는 수령자 QSTA-2에 DLS 요청 프레임을 포워딩한다.

도 4의 2a 단계에서, QSTA-2는 다이렉트 스트림을 수락하면, QSTA-2는 QAP에 DLS 응답 프레임(DLS Response frame 또는 DLS response message)을 보내고, 이 응답 프레임은 레이트 세트, QSTA-2의 (확장된) 케이퍼빌리티(capabilities), QSTA-1과 QSTA-2의 MAC 주소들을 포함한다.

도 4의 2b 단계에서, QAP는 이 DLS 요청 프레임을 QSTA-1에 포워딩하고, 이후 다이렉트 링크가 활성화되며 프레임들이 QSTA-1로부터 QSTA-2으로, QSTA-2로부터 QSTA-1으로 보내질 수 있다.

도 4의 3 단계에서, QSTA1(Initiating QSTA)이 DLS 응답(DLS response)을 통해, 성공적으로 다이렉트 링크(direct link)가 설정되게 되면, 데이터 프레임(data frame)은 QSTA-1과 QSTA-2 사이의 다이렉트 링크(direct link)를 사용해서 전달 되게 된다.

도 4 및 도 5에 도시한 무선네트워크 시스템(10)은 QSTA 간에 다이렉트 링크(Direct link)를 사용하게 되면, QSTA 간 통신이 효율적으로 이루어진다. 다만, 액세스 포인트가 QAP가 아닌 경우 QSTA 일지라도 DLS 설정이 불가능하다.

위에서 설명한 무선네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜(IEEE 802.11e) DLS 프로토콜에서 DLS 관련 관리 프레임들이, QSTA 과 QAP 사이에 주고 받도록 되어 있다. 따라서, QAP에서 관리 프레임(management frame)을 릴레이(relay)하는 기능이 필요하다.

이하에서는 두 스테이션 간의 직접 링크를 설정하는 방법을 설명한다. 먼저 이해를 돕기 위해 발명자의 기존 연구인 iDLS에 관하여 간략하게 설명하기로 한다.

도 6은 상기 iDLS에서 두 스테이션 간에 직접 링크를 설정하는 동작을 설명하기 위한 참고도이다.

도 6에서 STA-1과 STA-2는 각각 AP-1, SSID-1 및 AP-2, SSID-2와 연관(associate)된다. SSID(service set identifier)는 무선 랜을 통해 전송되는 패킷들의 각 헤더에 덧붙여지는 고유 식별자로서, 무선 장치들이 BSS(basic service set)에 접속할 때 마치 암호처럼 사용된다. AP-1과 AP-2는 분산 시스템(distribution system)으로 연결되어 있다. 도 6에서 STA-1과 STA-2가 각각 다른 BSS에 속하고 AP가 둘인 것으로 설명하나, STA-1과 STA-2가 동일한 BSS에 속하고 AP가 하나일 수 있음은 물론이다.

시작 스테이션(STA-1)이 일반 데이터 프레임처럼 캡슐화되어 있는 직접 링크 설정 요청을 AP-1을 경유하여 AP-2로 송신한다(1a). 직접 링크 설정 요청은 레이트 세트(rate set), STA-1의 능력(capability), STA-1과 STA-2의 MAC 어드레스를 함유하고 있다. STA-1에서, 직접 링크 설정을 시작하기 위한 트리거(trigger)는 상위 계층(upper layer)에서 발생한다. 직접 링크 설정 요청을 데이터 프레임처럼 전송하기 위해 사용되는 캡슐화(encapsulation) 방법은 문헌 [Wentink et. al., New DLS (nDLS), IEEE 802.11 DLS SG, document 802.11-07/0478r0, 2007.]에서 제시한 방법을 사용할 수 있다.

STA-2가 직접 링크 설정 요청을 승인하면, 직접 링크 설정 응답을 AP-2와 AP-1을 경유하여 STA-1으로 송신한다(1b). 직접 링크 설정 응답은 레이트 세트, STA-2의 능력을 함유한다. STA-1이 STA-2로부터의 직접 링크 설정 응답을 승인하면, ACK(acknowledgement)를 STA-2로 송신한다(1c).

상기 과정(1a~1c)이 완료되면 직접 링크가 활성화되고 데이터 프레임들이 STA-1으로부터 STA-2로 또는 그 반대로 직접 전송될 수 있다. 이렇게 직접 링크가 설정된 각 스테이션에는 직접 링크 설정 쌍에 관한 정보를 포함하는 테이블이 유지된다. 이 테이블은 직접 링크에 관한 정보, 예를 들면 상대 스테이션의 MAC 어드레서, 통신 상태 등의 정보를 가지고 있으며, 각 스테이션은 고유한 식별자에 의해 인덱스된다. 이 테이블을 참조함으로써 스테이션은 직접 링크로부터 또는 직접 링크로 지정되는 프레임과 연관된 AP로부터 또는 연관된 AP로 지정되는 프레임을 구별할 수 있다.

도 7는 종래의 DLS 또는 상기 iDLS에 따른 직접 링크 설정 방식에 의한 무선 채널 자원의 효율성을 설명하기 위한 참고도이다. 도 7에서 BSS는 AP와 네 개의 스테이션(STA1~4)으로 구성되며, STA-1과 STA-2는 각각 AP와 통신하며, STA-3와 STA-4는 충분히 좋은 채널 환경을 가지고 있어서 서로 직접 링크가 설정되어 AP를 통하지 않고 데이터 프레임을 주고받는다. 무선 채널 자원은 5개의 장치에서 공유되며, DLS 또는 iDLS를 사용하지 않는 경우에 비해 전송횟수가 감소되어 무선 채널 자원의 사용 효율성이 증대된다. 예컨대, 도시된 바에 의하면 실제 전송할 데이터 프레임의 수는 6개가 되고 데이터 프레임의 전송 횟수는 STA-1->AP, AP->STA-1, STA-2->AP, AP->STA-2, STA-3->STA-4, STA-4->STA-3으로 6회가 된다. 따라서 "전송될 데이터 프레임의 수 / 전송 횟수"로 나타내어지는 정규화된 스루풋(normalized throughput)은 6/6=1이 된다. 만일 DLS 또는 iDLS를 사용하지 않고 STA-3과 STA-4가 AP를 경유하여 데이터 프레임을 주고 받는다면 전송 횟수가 8회가 되어 정규화된 스루풋은 6/8=0.75가 될 것이다.

그러나 만일 스테이션들 간에 AP와 통신하기 위해 사용되는 BSS 채널(무선채널 1) 외의 다른 채널을 사용하여 직접 링크를 설정한다면 무선 채널 자원의 사용 효율성이 더 증대될 수 있다. 도 8은 이러한 개념을 설명하기 위한 참고도이다. 만일 STA-3과 STA-4가 서로 송수신하고자 하는 경우 STA-3과 STA-4 간에 BSS 채널 외의 가용한 다른 채널(무선채널 2)로 직접 링크를 설정하고 이 채널을 통하여 송수신하도록 하는 것이다. 그러면 무선채널 1에서는 실제 전송할 데이터 프레임의 수 및 전송 횟수가 각각 4 및 4가 되어 스루풋이 4/4가 되고, 무선채널 2에서는 실제 전송할 데이터 프레임의 수 및 전송 횟수가 각각 2 및 2가 되어 스루풋이 2/2가 된다. 따라서 BSS 내부의 총 스루풋은 4/4+2/2=1이 되어 무선 채널 자원의 사용 효율성이 더 증대될 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 스테이션에서 발생되는 트래픽이 다른 스테이션을 목적지로 하는 경우 BSS 채널 외의 다른 채널을 통하여 일시적으로 목적지 스테이션과 직접 링크를 설정하고 그 채널을 통하여 데이터 프레임을 송수신한다. 이하에서는 편의상 BSS 채널 외의 다른 채널을 세컨더리 채널이라 지칭하기로 한다. BSS 채널과의 간섭을 적게 하기 위해 세컨더리 채널은 BSS 채널과 직교(orthogonal)하는 채널인 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경을 위한 스테이션의 구조를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 스테이션에는 내부적으로 복수 개의 어플리케이션들 APP(1)~APP(N)이 설치되어 있으며, 어플리케이션들 각각은 트래픽을 발생시킨다. 이 트래픽은 스테이션과 연관된 AP를 목적지로 할 수도 있고, AP가 아닌 다른 스테이션을 목적지로 할 수도 있다. 링크 계층에서 트래픽 분류부(10)는 어플리케이션들 APP(1)~APP(N)로부터 발생되는 트래픽을 전달받아서, 이들을 AP를 목적지로 하는 트래픽(STA-to-AP)과 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽(STA-to-STA)으로 분류한다. 그리고 트래픽 분류부(91)는 분류된 트래픽을 그 목적지에 따라 서로 다른 버퍼에 저장한다. 예컨대, 도시된 바와 같이 AP를 목적지로 하는 트래픽을 STA-to-AP 트래픽 버퍼(92)에, 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽을 STA-to-STA 트래픽 버퍼(93)에 저장한다.

각 버퍼(92, 93)는 다중 채널을 지원하는 MAC/PHY 계층부(94)와 연결되어 있으며, 후술하는 채널 스위칭부(50)의 명령에 따라서 동작 채널을 BSS 채널에서 세컨더리 채널로 스위칭하거나, 세컨더리 채널에서 BSS 채널로 스위칭한다. 그리고 각 버퍼(92, 93)로부터 전달되는 트래픽을 BSS 채널을 통하여 전송하거나 또는 세컨더리 채널을 통하여 전송한다.

채널 스위칭부(95)는 각 버퍼(92, 93) 중 어느 버퍼에 저장된 트래픽을 MAC/PHY 계층부(94)에 전달할 것인지와 MAC/PHY 계층부(94)의 동작 채널, 즉 스테이션의 동작 채널을 결정한다. 이러한 결정을 위하여 채널 스위칭부(95)는 채널 스위칭 정책을 가지고 있으며, 채널 환경을 측정하고 내부 트래픽을 관찰한다. 즉, 채널 스위칭부(95)는 BSS 채널과 BSS 채널 이외의 가용한 채널들의 상태를 주기적으로 측정하고 측정된 결과 정보를 유지하며, STA-to-AP 트래픽 버퍼(92)와 STA-to-STA 트래픽 버퍼(93)를 관찰한다. 채널 스위칭부(95)는 이렇게 채널 환경을 측정하고 내부 트래픽을 관찰한 결과를 토대로 미리 정하여진 채널 스위칭 정책에 따라서 MAC/PHY 계층부(94)의 동작 채널을 결정한다.

채널 스위칭 정책은 예를 들어 다음과 같이 설정될 수 있다.

일 예로, 동작하는 어플리케이션의 QoS 요구에 따라서 설정될 수 있다. 예를 들어, 어떤 비디오 스트리밍이 직접 링크를 통하여 20Mbps를 요구한다면, 채널 스위칭 정책은 해당 트래픽을 그 요구하는 만큼의 대역폭을 가지는 세컨더리 채널로 전송되도록 MAC/PHY 계층부(94)의 동작 채널을 결정할 수 있다.

다른 예로, 현재 세컨더리 채널에서 다른 스테이션과 직접 링크를 설정하고 통신하다가 STA-to-AP 트래픽 버퍼(91)에 STA-to-AP 트래픽이 발생하는 경우 세컨더리 채널에서의 직접 링크를 해제하고 BSS 채널에서 직접 링크를 설정할 것을 다른 스테이션과 협상하도록 할 수 있다. 그러면 BSS 채널을 통하여 STA-to-AP 트래픽이 AP로 송신된다.

또 다른 예로, 데이터 프레임을 마지막으로 AP로 전송하거나, AP로부터 수신한 시점으로부터 일정 시간(T_staying) 동안은 채널 스위칭을 하지 않고 BSS 채널로 동작한다. 즉, T_staying 시간 내에서는 직접 링크를 설정할 경우에 BSS 채널로 설정하도록 협상을 하고, T_staying 시간이 경과하여도 AP와 송수신이 없는 경우에 BSS 채널이 아닌 세컨더리 채널에서 설정될 수 있도록 다른 스테이션과 협상한다. 상기 T_staying 값은 BSS 채널에서 세컨더리 채널로 스위칭하지 않을 최소의 임계 시간이며, 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다.

스테이션과 AP 간의 대부분의 트래픽은 웹 브라우징이나 인스턴스 메시징과 같이 인터랙티브한 트래픽이다. 예를 들어 HTTP-Request가 한 스테이션의 어플리케이션으로부터 발생하면 AP로 향하는 트래픽이 만들어지고, 이를 AP가 수신하면, AP는 스테이션으로 HTTP-Request를 전송한다. 따라서 AP와의 순조로운 통신을 위해서는 채널 스위칭이 수행되지 않는 것이 바람직하다. 그러나 AP와 송수신이 일어난 뒤 일정 시간이 지나도록 AP로부터 또는 AP로 아무런 데이터가 전송되지 않았다면 애초에 응답을 기대하지 않는 요청이었거나 응답이 네트워크에서 손실되었음을 의미한다. 따라서 적절하게 설정된 T_staying 시간 동안은 BSS 채널에 머물고 T_staying 시간이 경과하여도 AP와 송수신이 없으면 세컨더리 채널로 스위칭한다.

도 10은 도 7에 도시된 바와 같은 무선랜 환경에서 DLS 또는 iDLS에 따라 스테이션들과 AP 간에 또는 스테이션들 간의 시그널의 흐름을 나타내는 도면이며, 도 11은 도 8에 도시된 바와 같은 무선랜 환경에서 본 발명의 일 실시예에 따라 스테이션들과 AP 간에 또는 스테이션들 간의 시그널의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 10를 참조하면, BSS에 속한 스테이션들(STA-1~4)과 AP는 단일 무선 채널을 사용하므로, 예를 들어 CSMA/CA와 같은 다중화 방식으로 서로 다른 타이밍에 각자의 데이터 프레임을 전송한다. 즉, STA-1과 STA-2는 각각 채널 1을 통하여 AP와 통신하고, STA-3과 STA-4는 역시 채널 1를 통하여 직접 링크를 설정하여 서로 직접 송수신하며, 각 스테이션들은 서로 다른 타이밍에 데이터 프레임을 목적지로 송신한다.

도 11를 참조하면, STA-1, STA-2, 그리고 AP는 채널 1을 사용하여 통신하고, STA-3과 STA-4는 채널 2를 통하여 직접 링크를 설정하여 서로 직접 데이터를 송수신한다. 따라서, 도시된 바와 같이 STA-3 및 STA-4 간의 직접 링크를 통한 송수신과 STA-1 또는 STA-2와 AP 간의 송수신은 동시에 일어날 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 직접 링크 설정 방법의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법은 도 9에서 설명된 무선랜 스테이션에서 처리되는 단계들로 이루어지며, 따라서 이하 생략된 내용이라 하더라도 무선랜 스테이션에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법에도 적용된다.

본 실시예에서, 스테이션은 초기 상태로 채널 1(BSS 채널)로 동작하고 있으며, AP와 통신하고 있는 상태 또는 AP 및 다른 스테이션과 데이터 송수신이 일어나지 않는 상태 중 하나인 것으로 가정하기로 한다.

1220단계에서는 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽이 발생하는지 판단한다. 이는 STA-to-STA 트래픽 버퍼(93)를 관찰함으로써 알 수 있다. 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽이 발생하면, 1215단계로 진행하여 해당 스테이션과 직접 링크 설정을 위한 협상을 수행한다. 이하에서는 해당 스테이션을 편의상 상대 스테이션이라 칭하기로 한다. 직접 링크 설정을 위한 협상은 AP를 경유하여 상대 스테이션으로 직접 링크 설정 요청을 송신하고, 상대 스테이션으로부터 AP를 경유하여 직접 링크 설정 응답을 수신하고, 그에 대한 ACK를 역시 AP를 경유하여 상대 스테이션으로 송신하는 일련의 과정을 의미한다. 본 실시예에서 직접 링크 설정을 위한 채널은 BSS 채널 뿐만 아니라 BSS 채널 외의 세컨더리 채널이 포함된다. 따라서 1215단계의 협상 결과 BSS 채널로 직접 링크를 설정하기로 협상이 이루어지거나, 세컨더리 채널로 직접 링크를 설정하기로 협상이 이루어지거나, 또는 협상이 실패하는 경우가 있을 수 있다. 직접 링크를 설정하기 위한 협상이 실패하는 경우는, 예를 들어 상대 스테이션으로부터 직접 링크 설정 응답을 수신하지 못하거나, 상대 스테이션이 AP와 통신하고 있는 중이어서 직접 링크 설정을 거부하는 경우 등이 될 수 있다.

직접 링크 설정을 위한 협상이 실패하면, 다시 1210단계로 돌아가고, 여전히 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽이 있으면, 다시 1215단계로 와서 다시 직접 링크 설정을 위한 협상을 시도한다.

1215단계에서 상대 스테이션과 세컨더리 채널로 직접 링크를 설정하기로 협상이 이루어지면, 1220단계로 진행하여 스테이션은 동작 채널을 세컨더리 채널로 스위칭한다. 즉, MAC/PHY 계층부(94)가 세컨더리 채널로 동작하도록 한다. 이제 세컨더리 채널을 통해 상대 스테이션과 직접 링크가 설정되었으므로, 725단계에서 상대 스테이션과 세컨더리 채널을 통해 직접 상기 트래픽의 데이터를 송수신한다.

그 후 상대 스테이션과의 송수신이 완료되거나 또는 AP를 목적지로 하는 트래픽이 발생하면(1230단계), 1235단계로 진행하여 세컨더리 채널에서의 직접 링크 설정을 해제한다. 이 경우 스테이션은 세컨더리 채널로 동작하고 있으므로, 직접 링크 설정의 해제는 AP를 경유하지 않고 다른 스테이션으로 직접 링크 해제 요청을 송신하고, 상대 스테이션으로부터 ACK를 수신함으로써 이루어진다.

직접 링크 설정이 해제되면, 1240단계로 진행하여 다시 BSS 채널로 스위칭한다. 그리고 AP를 목적지로 하는 트래픽의 데이터를 BSS 채널을 통해 AP로 송신한다.

다시 1215단계를 참조한다. 만약 1215단계에서 상대 스테이션과 BSS 채널로 직접 링크를 설정하기로 협상이 이루어지면 BSS 채널로 직접 링크가 설정되고, 1245단계에서 BSS 채널을 통해 상대 스테이션과 직접 데이터를 송수신한다. 이 경우 스테이션은 BSS 채널을 통해 AP와도 데이터를 송수신할 수 있다.

1250단계에서 상대 스테이션과 데이터 송수신이 완료되면 1255단계로 진행하여 직접 링크 설정을 해제한다. 이 경우 스테이션은 BSS 채널로 동작하고 있으므로, 직접 링크 설정의 해제는 AP를 경유하여 다른 스테이션으로 직접 링크 해제 요청을 송신하고, 상대 스테이션으로부터 AP를 경유하여 ACK를 수신함으로써 이루어진다.

다시 1240단계를 참조하자. 1240단계에서 BSS 채널로 스위칭 한 뒤, 스테이션은 AP와 최후로 데이터를 송수신한 시점으로부터 적어도 T_staying 시간 동안 AP와의 송수신이 일어나는지 관찰한다.

1260단계에서, T_staying 시간이 경과하지 않았는데, 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽이 발생하는 경우, 1265단계로 진행하여 BSS 채널만으로 직접 링크 설정이 이루어지도록 해당 스테이션과 협상한다. 이는 후술할 도 13에서 설명할 직접 링크 설정 요청에 가용한 채널로 BSS 채널만을 포함시키면 된다. 협상이 성공하면 BSS 채널을 통하여 직접 링크가 설정되고, 1245단계로 진행하여 BSS 채널을 통해 상대 스테이션과 직접 데이터를 송수신한다.

1270단계에서 AP와 최후로 데이터를 송수신한 시점으로부터 T_staying 시간이 경과하고, 이때 다른 스테이션을 목적지로 하는 트래픽이 있다면, 다시 1215단계로 진행하여 해당 스테이션과 직접 링크 설정을 위한 협상을 수행한다.

AP와 데이터를 송수신한 후 일정 시간 기다리지 않고 곧바로 세컨더리 채널로 스위칭한다면, BSS 채널을 통하여 AP로부터 송신되는 데이터를 수신하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예와 같이 AP와 데이터 송수신이 일어난 후에 일정 시간 동안은 BSS 채널을 통해서만 직접 링크를 설정함으로써 BSS 채널에 머물고, 더 이상 AP와 데이터 송수신이 일어나지 않는 것을 확인한 후에 비로소 세컨더리 채널을 포함하여 직접 링크 설정을 위한 협상을 수행함으로써, 곧바로 세컨더리 채널로 스위칭함으로 인해 발생할 수 있는 위와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

도 13은 도 12의 1210 내지 1240단계의 과정을 통해 두 스테이션과 AP에서 발생할 수 있는 시그널 흐름의 예를 나타낸 도면이다. 도 13에서 CH1은 BSS 채널에 해당하며, CH2, 3은 선택 가능한 세컨더리 채널에 속한다. 그리고 도시된 버퍼에서 좌측은 STA-to-AP 트래픽 버퍼를, 우측은 STA-to-STA 트래픽 버퍼를 나타낸다.

도 13을 참조하면, STA-3은 AP와 CH1을 통하여 데이터를 송수신하고 있다(①, ②). 그러다가 STA-4를 목적지로 하는 트래픽이 발생하고, 이 트래픽은 STA-to-STA 트래픽 버퍼에 저장된다(ⓐ). 그러면, STA-3은 STA-4와 직접 링크 설정을 위한 협상을 시도한다.

협상을 위해 STA-3은 AP를 경유하여 STA-4로 직접 링크 설정 요청을 송신한다(③-1, ③-2). 이때 직접 링크 설정 요청에는 직접 링크 설정에 가용한 채널의 정보가 함유된다. 가용한 채널은 스테이션에서 측정된 각 채널의 상태와 채널 스위칭 정책에 따라서 정해질 수 있다. 도 13에 도시된 예에서는 STA-3이 가용한 채널로 CH 1, 2, 3을 선택한 경우를 나타내고 있다.

직접 링크 설정 요청을 수신한 STA-4는 이에 응답하여 직접 링크 설정 응답을 AP를 경유하여 STA-3으로 송신한다(④-1, ④-2). 이때 STA-4은 직접 링크 설정 요청에 함유된 가용한 채널 중 자신에게 가용한 채널을 선택하고 그 결과 정보를 직접 링크 설정 응답에 함유시킨다. 도 13에 도시된 예에서는 STA-4가 가용한 채널로 CH 2, 3을 선택한 경우를 나타내고 있다.

직접 링크 설정 응답을 수신한 STA-3은 이에 응답하여 ACK를 AP를 경유하여 STA-4로 송신한다(⑤-1, ⑤-2). 이때 STA-3은 직접 링크 설정 응답에 함유된 가용한 채널 중 직접 링크를 설정할 채널을 선택하여 그 결과 정보를 ACK에 함유시킨다. 채널의 선택은 물론 측정된 채널의 상태에 따라서 이루어질 수 있다. 도 13에 도시된 예에서는 STA-3이 직접 링크를 설정할 채널로 CH 2를 선택한 경우를 나타내고 있다.

따라서 이전까지 동작하던 BSS 채널이 아닌 CH 2가 직접 링크를 설정할 채널로 선택되었으므로, STA-3과 STA-4는 각각 CH 2로 채널 스위칭을 수행한다. 이제 CH 2를 통하여 직접 링크가 설정되고, STA-3과 STA-4는 CH 2를 통하여 직접 데이터를 송수신한다(⑥).

만일, STA-3과 STA-4의 직접 링크 설정을 위한 협상 결과 CH 1이 직접 링크 설정을 위한 채널로 결정되었다면, 채널 스위칭은 일어나지 않고, CH 1을 통하여 직접 링크가 설정되고 STA-3과 STA-4는 CH 1을 통하여 직접 데이터를 송수신할 것이다.

또한, 만일, STA-3과 STA-4의 직접 링크 설정을 위한 협상이 실패한다면, 협상을 재시도하거나, AP를 경유하여 데이터를 송수신하게 될 것이다.

이제, AP를 목적지로 하는 트래픽이 발생하고, 이 트래픽은 STA-to-AP 트래픽 버퍼에 저장된다(ⓑ). 그러면, STA-3은 STA-4로 직접 링크 해제 요청을 송신하고(⑦), STA-4는 이에 응답하여 STA-4가 ACK를 STA-3으로 송신(⑧)함으로써 직접 링크 설정이 해제된다. 그리고 STA-3은 AP와의 통신을 위해 다시 CH 1으로 돌아가도록 채널 스위칭을 수행하고, CH 1을 통하여 AP로 데이터를 송신한다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법에 의하여 BSS에서 발생할 수 있는 시그널 흐름의 예를 나타낸 도면이다. 도 14에서도 도 13에서와 마찬가지로, 도시된 버퍼에서 좌측은 STA-to-AP 트래픽 버퍼를, 우측은 STA-to-STA 트래픽 버퍼를 나타낸다.

도 14를 참조하면, STA-1과 STA-2는 각각 BSS 채널인 CH 1을 통하여 AP와 통신하거나, STA-1과 STA-2가 서로 CH 1을 통한 직접 링크를 설정하고 CH 1을 통하여 직접 데이터를 송수신한다.

한편, STA-3과 STA-4는 세컨더리 채널인 CH 2를 통한 직접 링크를 설정하고 CH 2를 통하여 직접 데이터를 송수신한다(①). 그러다가, STA-3의 STA-to-AP 트래픽 버퍼에 AP를 목적지로 하는 트래픽이 발생하면(ⓐ), STA-3은 STA-4과 CH 2를 통한 직접 링크를 해제하고(②), AP와의 통신을 위해 CH 1으로 동작 채널을 스위칭한다. 그러면 STA-3은 CH 1을 통하여 AP와 데이터를 송수신한다(③).

STA-3은 최후로 AP와 데이터를 송수신한 시점으로부터 T_staying 시간 동안 AP와 송수신이 일어나는지 관찰한다. 한편, 최후로 AP와 데이터를 송수신한 시점으로부터 적어도 T_staying 시간 내에 STA-4와 직접 링크 설정을 협상하는 경우 CH 1으로 직접 링크를 설정하고 데이터를 직접 송수신한다(④). CH 1에서 AP와의 송수신과 STA-4와의 송수신, 나아가 STA-1, STA-2, AP 간의 통신은 서로 다른 타이밍에 수행된다. 이러한 자원 배분은 STA-3 내부적으로는 어플리케이션들 간에 정의되는 우선순위에 따라서 결정되고, 각 스테이션과 AP 간에는 CSMA/CA와 같은 다중화 방식에 의해 결정된다.

STA-4와의 직접 링크가 해제된 후, 도시된 바와 같이 T_staying 시간이 경과하도록 AP와의 데이터 송수신이 발생하지 않았으며 STA-3과 STA-4 간에 송수신할 데이터가 있으면, 세컨더리 채널을 포함하여 직접 링크 설정을 위한 협상을 수행한다(⑤). 협상 결과 CH 2가 다시 직접 링크 설정을 위한 채널로 결정되면, STA-3과 STA-4는 CH 2로 스위칭한다. 그리고 CH 2를 통하여 직접 데이터를 송수신한다(⑥).

도 15는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 링크 설정 방법에 의하여 T_staying 시간에 따라 각 채널에서 직접 링크가 설정되고 점유되는 형태의 예를 도식화한 것이다. 도 10에서, 박스 BSS(AP-S#)은 스테이션 S#이 AP와 통신하는 구간을 나타내고, 박스 direct n 은 직접 연결이 설정된 구간으로서, 예를 들어 direct 1(S2-S3)은 스테이션 S2와 스테이션 S3이 직접 연결 설정되는 구간을 나타낸다. 도 10을 참조하면, 스테이션 S2와 S3 간의 직접 연결(direct 1)은 바로 이전에 스테이션 S2가 AP와 통신하였으므로 그 후 T_staying 시간 동안에는 BSS 채널(Channel 1)에서 이루어지며, T_staying 시간이 경과한 후에 다른 채널(Channel 2)에서 직접 연결 설정이 이루어질 수 있다.

이하에서는 하나의 송신자와 복수 개의 수신자간의 통신 방법에 대해 설명한다. 본 발명에서는 단일 멀티캐스트 송신자와 복수의 멀티 캐스트 수신자들간의 통신 성능을 개선하기 위하여 송신자는 수신자 중 어느 하나의 단말과는 유니 캐스트 방식으로 통신하고, 나머지 수신자들은 오버헤어(overhear) 방식으로 통신한다. 그리고, 이와 같은 통신 프로토콜을 PMC(Pseudo multicast capability) 프로토콜이라고 칭한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티캐스트 통신을 효율적으로 수행하는 송신자의 블록도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 송신자는 외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부(1610) 및 어플리케이션 층의 처리를 행하고, 어플리케이션의 종류에 따라 복수의 외부 단말 중 어느 하나의 단말과는 유니 캐스트 방식으로 통신하고 나머지 단말과는 오버헤어 방식으로 통신을 수행하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 미들웨어부(1630)를 포함한다.

구체적으로, 하드웨어부(1610)는 외부 단말과 무선으로 패킷을 송수신하는 통신부(1613) 및 패킷의 MAC(Media Access Control)/PHY(physical) 계층을 처리하는 MAC/PHY 계층부(1615)를 포함한다. 본 하드웨어부(1610)는 외부 단말과 무선으로 통신하기 때문에 PMC-WiFi(Pseudo multicast capability-application) 모듈이라고 할 수 있다.

그리고, 미들웨어부(1630)는 외부 단말에 대한 정보, 예를 들어 자신과 외부단말간의 채널 품질에 대해 정보가 저장되어 있는 저장부(1633), 상기 채널 품질을 기초로 복수 개의 외부 단말 중 어느 하나를 리더로 결정하는 리더 결정부(1635) 및 어플리케이션의 종류에 따라 어플리케이션 층을 처리하는 어플리케이션 계층부(1637)를 포함한다. 상기한 미들웨어부를 PMC-APP 모듈이라고 칭할 수도 있다.

구체적으로, 저장부(1633)에는 통신 커버리지내에 있는 단말간의 채널 품질에 대한 정보가 지속적으로 업데이트되어 저장된다. 여기서 채널 품질에 대한 정보는 RSSI(received signal strength indication) 또는 SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio)일 수 있다.

리더 결정부(1635)는 어플리케이션의 종류에 따라 송신자를 기준으로 외부 단말의 채널 품질을 기초로 복수 개의 외부 단말 중 어느 하나를 리더로 결정한다.

예를 들어, 지연에 민감한 어플리케이션(예를 들어, 음성 데이터)을 수행하고자 멀티캐스트 세션인 경우, 패킷 재전송시 지연을 최소화할 필요가 있다. 따라서, 리더 결정부(1635)는 송신자를 기준으로 최고 채널품질을 가지는 외부 단말을 리더로 결정한다.

반면에 손실에 민감한 어플리케이션을 수행하기 위해서는 링크 계층의 재전송을 충분히 활용할 필요가 있다. 그리하여 리더 결정부(1635)는 송신자를 기준으로 최저 채널품질을 가지는 수신자를 리더로 결정한다. 이는 상대적으로 낮은 전송 성공률을 가지는 수신자에게 여러 번의 재전송을 통해 높은 성공률을 제공하기 위함이다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티캐스트 통신을 효율적으로 수행하는 수신자의 블록도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 수신자도 송신자와 마찬가지로, 수신자는 외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부(1710) 및 어플리케이션의 종류에 따라 외부 단말과 유니캐스트 방식 및 오버헤어 방식 중 어느 하나로 통신하도록 상기 하드웨어부(1710)를 제어하는 미들웨어부(1730)를 포함한다.

구체적으로, 하드웨어부(1710)는 외부 단말과 무선으로 패킷을 송수신하는 통신부(1713), 패킷의 MAC(Media Access Control)/PHY(physical) 계층을 처리하는 MAC/PHY 계층부(1715) 및 수신된 패킷을 필터링하여 모드에 따라 수신된 패킷을 미들웨어부(1730)로 인가하는 패킷 필터부(1717)를 포함한다.

발명과 관련된 단말의 모드는 일반 모드와 패킷 필터링 모드가 있다. 일반 모드는 IEEE 802.11에 기반한 일반적인 통신 모드로서, 패킷의 목적지 주소가 자신의 주소와 동일한 경우에만 상기한 패킷을 미들웨어부(1730)로 인가하고 목적지 주소가 자신의 주소와 다른 경우에는 패킷을 바이패스시키는 유니캐스트 모드와 패킷에 목적지 주소가 포함되어 있지 않아 수신된 모든 패킷을 미들웨어부로 인가하는 브로드캐스트 모드가 있다. 반면, 패킷 필터링 모드는 패킷의 목적지 주소가 자신의 주소와 다른 경우에도 특정 정보의 비트열이 특정 위치에 포함되어 있으면 상기한 패킷을 미들웨어부(1730)로 인가하는 모드이다.

미들웨어부(1730)는 외부 단말에 대한 정보에 대한 정보가 저장되어 있는 저장부(1733), 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있는지 여부에 따라 모드를 설정하는 모드 설정부(1735) 및 어플리케이션의 종류에 따라 어플리케이션 층을 처리하는 어플리케이션 계층부(1737)를 포함한다.

구체적으로, 모드 설정부(1735)는 일반 모드에서 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있으면 모드를 일반 모드로 유지한다. 보다 구체적으로 모드 설정부(1735)는 브로드캐스트 모드에서 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있으면 모드를 유니캐스트 모드로 설정한다.

그러나, 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있지 않으면, 모드 설정부(1735)는 수신된 패킷에 포함되어 있는 특정 정보의 비트열 및 위치 정보를 이용하여 모드를 패킷 필터링 모드로 설정한다.

특정 정보는 송신자가 패킷을 생성할 때 매 패킷마다 동일하게 설정하는 정보인 것이 바람직하다. 예를 들어, 송신자의 MAC 주소, 송신자의 IP 주소, 송신자 및 수신자들이 동일하게 설정하고 있는 시스템 포트 정보 등이거나 이들의 조합일 수 있다. 또한, 패킷 프레임에서 연속적이지 않는 위치와 비트열에 대한 정보가 이용될 수 있음도 물론이다.

본 실시예에서는 PMC 프로토콜에 따른 멀티캐스트 통신에 적용되는 송신자와 수신자를 별도로 설명하였으나 이는 설명의 편의를 도모하기 위한 것으로, 네트워크상에 있는 단말은 송신자 및 수신자의 기능을 모두 수행할 수 있음도 물론이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMC 프로토콜을 통해 멀티캐스트 통신을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 18에 도시된 바와 같이 네트워크 상에서는 다수의 단말이 존재한다. 제1 단말(1810)은 PMC 프로토콜에 따라 멀티캐스트 세션을 시작하기 위한 요청을 단말들에 송신하는 시작자라고 한다. 제1 단말(1810)은 PMC 프로토콜에 따라 멀티캐스트 통신을 시작하고자 할 때 통화 수신자 들 중 어느 하나를 리더로 결정하여야 한다. 제1 단말(1810)은 어플리케이션의 특성에 따라 채널 품질을 기초로 리더를 결정하는데, 설명의 편의를 위해 제2 단말(1830)을 리더로 결정하였다고 가정한다.

시작자인 제1 단말(1810)의 미들웨어부는 상위 어플리케이션의 요청 또는 스스로 멀티캐스트 세션을 시작하고자 할 때 하드웨어부에 PMC 프로토콜에 기반한 멀티캐스트 통신을 수행하도록 하는 명령을 인가한다(ⓐ).

그러면, 제1 단말(1810)의 하드웨어부는 멀티캐스트 세션 요청 메시지를 주변 단말에 브로드캐스트한다(ⓑ). 이때 브로드캐스트의 통신 영역내에 있는 제2 단말(1830) 및 제3 단말(1850)은 상기한 요청 패킷을 수신받는다.

상기한 세션 요청 메시지에는 수신자 중 누가 리더인지에 대한 정보가 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 멀티캐스트 세션의 길이는 전송될 데이터의 양 (패킷의 갯수 또는 사이즈) 및 시간 또는 상기한 두 요소의 조합에 의해 정해질 수 있다.

브로드캐스트의 통신 영역내에 있는 제2 단말(1830) 및 제3 단말(1850)의 하드웨어부는 상기한 요청 메시지를 미들웨어부에 인가한다(ⓒ).

리더로 결정된 제2 단말(1830)은 자신의 모드를 유니캐스트 모드로 설정하고 그 결과를 하드웨어부에 인가한다(ⓓ). 하드웨어부의 MAC/PHY 계층부는 응답 메시지를 생성하고 통신부를 통해 시작자에게 전송하고, 드라이버부는 모드에 따라 동작을 실행한다(ⓖ). 즉, 패킷 필터부는 수신된 패킷을 필터링하고, 수신된 패킷의 목적지 주소에 자신의 주소가 있는 경우에 한하여 패킷을 미들웨어부로 인가한다.

제3 단말(1850)은 자신이 리더가 아니기 때문에 패킷 필터링 모드로 결정하고(ⓔ) 그 결과를 하드웨어부에 인가한다(ⓕ). 패킷 필터링 모드로 설정시 제3 단말(1850)의 모드 설정부는 패킷에 포함되어 있는 특정 정보의 비트열 및 위치에 대한 정보를 패킷 필터부로 인가한다. 그리하여 제3 단말(1850)의 하드웨어부는 패킷 필터링 모드에 따라 동작을 실행한다. 즉, 제3 단말(1850)의 패킷 필터부는 패킷을 필터링하고, 특정 정보에 대한 비트열이 특정 위치에 포함되어 있으면 상기한 패킷을 미들웨어부로 인가한다.

한편, 시작자인 제1 단말(1810)은 전송율을 결정한다(ⓘ). 시작자인 제1 단말(1810)은 리더인 제2 단말(1830)과 유니캐스트 통신을 수행할 때, 패킷 송수신시 채널 자원 활용도를 높이기 위해 송신자와 수신자들간의 채널 상황 정보를 바탕으로 최대 멀티캐스트 전송율을 결정한다. 그리고, 제1 단말(1810)의 하드웨어부는 결정된 전송율로 패킷을 송수신한다.

구체적으로, 송신자는 수신자들간의 최저 채널 품질을 계산하고, 최저 채널 품질에 대한 최대 지원가능한 전송율을 계산한다. 그리고, 시작자는 상기한 최대 지원가능한 전송율 이내에서 리더와 통신한다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 시작자와 수신자간의 최저 채널 품질을 나타낸 도면이고, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 최저 채널 품질에 대핸 최대 지원가능한 전송율을 나타낸 도면이다. 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 단말(1810)은 제2 단말(1830) 및 제3 단말(1850)간의 최저 채널 품질은 -74 dBm이다. 제1 단말(1810)은 리더인 제2 단말(1830)과 -70 dBm에 대응되는 전송율로 통신가능하지만, -74 dBm에 대응되는 24Mbps 전송율로 통신하기 때문에 제3 단말(1850)도 패킷을 안전하게 전송받을 수 있다.

그리고, 리더인 제2 단말(1830)과 유니캐스트 통신 방식으로 패킷을 송수신한다(ⓗ). 구체적으로, 시작자인 제1 단말(1810)의 미들웨어부는 어플리케이션이 포함된 패킷을 제1 단말(1810)의 하드웨어부로 인가하고, 제1 단말(1810)의의 하드웨어부는 제2 단말(1830)을 목적지 주소로 하는 패킷을 생성하여 제2 단말(1830)에 송신한다. 제2 단말(1830)의 하드웨어부는 상기한 패킷을 제2 단말(1830)의 미들웨어부로 전송하는 반면 응답 패킷을 생성하여 제1 단말(1810)로 인가한다.

반면 멤버인 제3 단말(1850)은 오버헤어 방식으로 데이터를 수신한다(ⓙ). 즉, 멤버인 제3 단말(1850)의 하드웨어부는 특정 정보에 대한 비트열이 특정 위치에 포함되어 있으면 수신된 패킷을 제3 단말(1850)의 미들웨어로 인가한다.

멀티캐스트 통신을 종료하고자 할 때 시작자인 제1 단말(1810)의 하드웨어부는 종료 메시지를 생성하여 브로드캐스팅한다(ⓚ).

그러면, 리더인 제2 단말(1830)은 브로드캐스트 세션을 종료하고 종료 메시지에 대한 응답 메시지를 생성하여 시작자인 제1 단말(1810)에 전송한다(ⓛ).

그리고, 멤버인 제3 단말(1850)도 오버헤어 방식의 세션을 종료할 뿐만 아니라 모드를 일반 모드로 전환한다(ⓜ).

이와 같은 방식으로 브로드캐스트 통신을 수행하기 때문에 전송이 성공적으로 이루어지지 않으면 제2 단말(1830)은 송신자로부터 재차 패킷을 수신받을 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 무선랜 시스템
12: 스테이션 또는 단말
14: 기지국
16: 백본망 또는 분배시스템

Claims (17)

1. IEEE 802.11 무선랜 환경의 하나의 송신자와 복수 개의 수신자간의 멀티캐스트 통신 방법에 있어서,
   상기 송신자는 상기 복수 개의 수신자 중 제1 수신자와 유니캐스트 통신방식으로 통신하는 단계; 및
   상기 제1 수신자를 제외한 상기 복수 개의 수신자는 오버헤어(overhear) 통신방식으로 상기 송신자가 상기 제1 수신자에게 송신한 패킷을 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 송신자는 멀티캐스트 세션을 위한 요청 메시지를 브로드캐스트 하는 단계; 및
   상기 제1 수신자는 상기 요청 메시지에 대응되는 응답 메시지를 상기 송신자에게 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 오버헤어 통신방식은 특정 정보의 비트열이 특정 위치에 포함되어 있는 패킷은 획득하고, 나머지 패킷은 바이패스시키는 통신 방식인 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 복수 개의 수신자 각각과 상기 송신자 간의 채널 품질을 기초로 상기 복수 개의 수신자 중 하나의 수신자가 상기 제1수신자로 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
5. 제 4항에 있어서,
   지연에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 제1 수신자는 상기 복수 개의 수신자 중 상기 송신자를 기준으로 최고 채널 품질을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 송신자는 상기 복수 개의 수신자간의 채널 품질 중 최저 채널 품질에 대한 최대 지원가능한 전송율로 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 통신 방법.
8. IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신을 위한 단말에 있어서,
   복수의 외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부; 및
   복수의 외부 단말 중 어느 하나의 단말과는 유니캐스트 통신방식으로 통신하고 나머지 단말과는 오버헤어 통신방식으로 통신을 수행하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 미들웨어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 미들웨어부는,
   어플리케이션의 종류에 따라 상기 단말과 상기 복수의 외부 단말간의 채널 품질을 기초로 상기 유니 캐스트 통신방식 및 상기 오버헤어 통신방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 미들웨어부는,
    지연에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 복수의 외부 단말 중 최고 채널 품질을 갖는 단말과 유니 캐스트 방식으로 통신하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
11. 제 8항에 있어서,
    상기 미들웨어부는,
    손실에 민감한 어플리케이션을 수행하는 멀티캐스트 세션을 위한 경우, 상기 복수의 외부 단말 중 최저 채널 품질을 갖는 단말과 유니 캐스트 방식으로 통신하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
12. 제 8항에 있어서,
    상기 미들웨어부는,
    상기 단말과 상기 복수의 외부 단말간의 채널 품질 중 최저 채널 품질에 대한 최대 지원가능한 전송율로 유니캐스트 통신방식의 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 단말.
13. IEEE 802.11 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 통신을 수행하는 단말에 있어서,
    외부 단말과 통신을 수행하는 하드웨어부; 및
    상기 외부 단말과 유니캐스트 통신방식 및 오버헤어 통신방식 중 어느 하나로 통신을 수행하도록 상기 하드웨어부를 제어하는 미들웨어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 미들웨어부는,
    상기 유니캐스트 통신방식 및 상기 오버헤어 통신방식 중 어느 하나로 통신을 수행할 수 있도록 상기 하드웨어부의 모드를 설정하는 모드 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 모드 설정부는,
    상기 외부 단말로부터 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있으면 상기 하드웨어부의 모드를 유니캐스트 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 단말.
16. 제 14항에 있어서,
    상기 모드 설정부는,
    상기 외부 단말로부터 수신된 패킷에 자신이 리더라는 정보가 포함되어 있지 않으면, 상기 수신된 패킷에 포함되어 있는 특정 정보의 비트율 및 위치 정보를 이용하여 상기 하드웨어부의 모드를 패킷 필터링 모드로 설정하고,
    상기 하드웨어부는 상기 패킷 필터링 모드로 설정되어 있으면, 상기 외부 단말과 오버헤어 통신방식으로 통신하는 것을 특징으로 하는 단말.
17. 제 13항에 있어서,
    상기 오버헤어 통신방식은 특정 정보의 비트열이 특정 위치에 포함되어 있는 패킷은 획득하고, 나머지 패킷은 바이패스시키는 통신 방식인 것을 특징으로 하는 단말.

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