KR101400658B1 - Ｔｄｍａ ｍａｃ 계층에서의 ｍａｃ 프로토콜 데이터 유닛 집합 - Google Patents

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Abstract

물리 프로토콜 데이터 유닛에서 멀티미디어 스트림(예를 들어, 비디오, 음성, 오디오 등) 수퍼 MAC 프레임을 생성하는 방법 및 장치는, 물리 계층 헤더를 채널 시간 할당에 삽입하는 단계, 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 생성하는 단계를 포함하며, 생성 단계는 또한 미디어 액세스 제어 헤더를 물리 계층 헤더에 부가하는 단계; 헤더 정정 코드를 계산하는 단계; 헤더 정정 코드를 미디어 액세스 제어 헤더에 부가하는 단계; 송신 큐로부터의 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드를 헤더 정정 코드에 부가하는 단계; 프레임 체크 시퀀스를 계산하는 단계; 프레임 체크 시퀀스를 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드에 부가하는 단계; 및 물리 계층 헤더를 삽입한 후 채널 시간 할당이 꽉 차거나 모든 송신 큐가 빌 때까지 이러한 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.
물리 계층 헤더, 송신 큐, 헤더 정정 코드, 멀티미디어 스트림

Description

ＴＤＭＡ ＭＡＣ 계층에서의 ＭＡＣ 프로토콜 데이터 유닛 집합{MEDIA ACCESS CONTROL PROTOCOL DATA UNIT AGGREGATION IN A TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS MEDIA ACCESS CONTROL LAYER}
본 발명은 무선 비디오 분배 시스템에서 셋톱 박스(Set Top Box : STB)와 같은 마스터 장치로부터 STB와 같은 원격 장치로 압축 멀티미디어/비디오를 분배하는 것에 관한 것이다.
케이블 비디오 서비스에 있어서, 특정 비디오 프로그램은 전용 주파수 대역의 케이블 상에서 통상적으로 방송된다. 집에서의 TV는 그 주파수에 동조시킴으로써 임의의 특정 프로그램에 동조될 수 있다. 최신 TV 시리즈의 경우 (예를 들어, 위성 TV 분배, 인터넷 TV 분배), 프로그램은 마스터 STB에 "동조"된 후 홈 네트워크(home network)를 통하여 원격 STB로 분배된다. 많은 경우, 홈 네트워크(또는 홈 분배 시스템)를 설치할 필요가 있다. 비록 유선[동축 케이블(coax), 트위스티드 페어 케이블(twisted-pair) 등]이 신뢰성이 있긴 하지만 이것들은 설치 비용이 비싸고 집주인은 설치를 위해 설치 기사가 벽에 구멍을 뚫는 것을 좋아하지 않는다. 이러한 정신으로, 산업은 비디오 프로그램 재분배 시스템 문제에 대한 무선적인 해결책에 관심을 가져 왔다.
현재 가정내 디지털 비디오 프로그램 분배 시스템은 대부분 분배 매체로서 이더넷(Ethernet)을 사용하고 있다. 대부분의 이더넷 설치는 100Mbps의 링크 레이트(link rate)를 사용하고, 어드레싱된 장치를 포함하는 브랜치(branch)로만 트래픽을 선택적으로 전송하는 스위치를 사용하기 때문에, 제어된 트래픽 레이트로 비디오 재분배 시스템에 사용되는 경우에서는 QoS 문제가 거의 없다. 일부 유형의 QoS 보호 없이 동일 네트워크 상에서 범용 IP 데이터 트래픽이 전송되는 경우에는 이더넷에 문제가 있을 수 있다. 현재, 이더넷에 이용 가능한 한 가지 유형의 MAC(media access control) 레벨 QoS가 있다. 이는 우선 순위 기초 방식으로서, VLAN (vertical local area network) 태그 내 사용자 우선 순위 필드를 사용한다. 파라미터화된(parameterized) QoS(대역폭 요청, 대역폭 보증, 허용 제어 등)의 부가는 현재 IEEE 802 네트워크 분과의 IEEE 802.1 부위원회 내의 작업 그룹의 주제 중 하나이다. 하지만, 이더넷은 운용에 필요한 유선이 있어야 한다는 단점이 있고, 새로이 유선을 설치하지 않는 기술이 바람직하다.
필요한 것은 MAC 레벨 분기를 통하여 이더넷 분배를 대체할 수 있는 무선 분배 시스템이다. 여러 홈 네트워크는 IP 프로토콜을 이용하여 비디오를 분배하지만, 많은 가능성이 있다. 일부의 경우, 비디오는 실시간 전송 프로토콜(real time transport protocol, RTP)에 의하여 특정되는 UDP를 이용하여 전송되는 반면, 다른 경우[예컨대, DLNA(Digital Living Network Alliance)], 비디오는 TCP를 통하여 분배된다. UDP는 단방향을 통신을 필요로 하는 반면 TCP는 양방향 통신을 필요로 한다. 추가적인 가능성이 있다. 이미 이더넷 인터페이스를 갖추고 있는 경우 마스 터 및 원격 장치/STB에 대한 더 이상의 수정이 필요하지 않는 홈 분배 시스템을 갖는 것이 바람직하다(즉, 대역폭 지정도 없고, 무선 브리지 장치에 대한 언급도 요하지 않는 등). 매체는 무선이어서 대역이 제한되는 공통의 매체이므로 MAC층은 매우 효율적인 것이 또한 바람직하다. 이로 인해, 본 발명은 TDMA MAC 방식을 사용한다. TDMA MAC 방식에서는, 시간 할당이 정해져서 각 클라이언트/원격 장치(STB)가 전용 대역폭을 갖게 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "/"는 동일 구성 요소에 대한 다른 이름을 나타낸다. 멀티미디어 트래픽은 마스트 장치로부터 일부 원격 장치로의 다운스트림이 대부분이므로, 각각의 시간 할당에서 복수의 PHY 패킷으로 인한 오버헤드(overhead)[프리앰블(preamble), PHY 헤더, 인터프레임 스페이싱(InterFrame Spacing)]를 제거할 기회가 있어 네트워크 효율을 높이고 이용 가능한 네트 비트 레이트(net bit rate)를 증대시킬 수 있다.
현재 IEEEE에서 표준화를 진행 중인 IEEE 802.11N은 비디오 분배를 위한 수단으로 권장되고 있다. IEEE 802.11N의 주제인 기술과 많은 관계가 있다. 우선, 아직은 CSMA(IEEE 802.11) 기반이다. 이러한 MAC 계층 유형은 내재적으로 비효율적이며 QoS 보증을 제공하지 못한다. 많은 MAC 레벨 QoS 강화가 IEEE 802.11N에 부가되었지만, CSMA 기반 MAC은 TDMA MAC만큼 효율적인 것 같지는 않다. QoS 강화는 IEEE 802.11E로부터의 우선 순위 기반 QoS와 MAC 서비스 데이터 유닛(MAC Service Data Unit, MSDU) 및 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MAC Protocol Data Unit, MPDU) 집합의 폴링(polling) 및 부가의 일부 형태를 포함한다. 최종 집합 방법은 아직 선택되지 않았다. 본 명세서에서 설명하는 방법과 다른 여러 제안이 있어왔 다. 이러한 강화는 IEEE 802.11 네트워크의 자원을 관리할 때에는 매우 유용하지만, 무선 홈 비디오 분배 시스템에 필요하거나 바람직한 QoS 보증을 하지는 못한다. 폴링은 본 발명이 작용할 수 있는 TDMA형 서비스를 창출하는데 사용될 수 있지만, 폴링 자체는 MAC 효율을 감소시킨다. MAC 효율은 집에서의 더 먼 영역에 이용 가능한 링크 레이트가 제한되어 있으므로 더욱 더 중요하다. 현재 무선 LAN의 대부분은 공통 전송 매체(예를 들어, 동일 전송 주파수에서의 무선 스펙트럼)를 이용한다. 이 때문에, MAC은 이런 매체를 공유할 메커니즘을 필요로 한다. (CSMA를 통해) 송신 기회를 얻거나 (폴링을 통해) 송신 기회가 할당되면 본 발명이 이용될 수 있다는 점에 유의하기 바란다.
또한, IEEE 802.16은 개별 MPDU가 시작하는 장소를 표시하는 SuperMAC 프레임의 초기에 MAP를 이용한 MPDU 집합의 형태를 포함한다. IEEE 802.16은 또한 서브헤더를 이용하여 MSDU를 집합시키는 방법을 포함한다. 양 방법들은 IEEE 802.16 링크의 효율을 증대시키지만, MPDU가 PHY 캐릭터 경계상에서 시작하는 것을 필요로 한다. 이는 원하는 이상으로 MAC와 PHY 계층 간에 협력하여야 한다는 것을 의미한다.
일부 서비스 제공자는 동축 케이블, 전화선 및/또는 전력선에 기초한 새로운 유선이 필요하지 않은 기술을 바라보고 있다. 여러 상이한 가능성이 있으며, 그 중의 대부분은 일부 형태의 우선 순위 또는 파라미터화된 QoS의 형태를 일부 갖는다. 이러한 해결책에서의 내재적인 문제는, 집에 동축 케이블이나 전화선이 이미 있을지라도, 이 선들은 정확한 장소까지 배치되어 있지 않거나 기술이 다루기 어려운 토폴로지(topology)일 수 있다. 이러한 기술의 대부분은 또한 다른 집들과 대역폭을 공유하고 (예를 들어, 네 집에 대한 전력선이 하나의 전력 변환기 상에 있음) 현재 신뢰성이 부족하다. 파라미터화된 서비스에 있어서, STB는 각 링크 마다 확보할 대역폭이 얼마인지 알아야 한다. 비디오 홈 분배 시스템에 있어서, 트래픽이 제어되지 않아 집중될 수 있으며, 적어도 일부분은 모르게 된다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하는 홈 멀티미디어 스트림 분배 시스템을 포함한다.
현재 대부분의 무선 LAN은 공통의 전송 매체(즉, 동일 전송 주파수에서 무선 주파수)를 활용한다. 이로 인해, 미디어 액세스 제어(media access control, MAC) 계층은 그 매체를 공유할 메커니즘을 필요로 한다. 대부분의 메커니즘은 캐리어 센스 멀티플 액세스(carrier sense multiple access, CSMA) MAC 계층(예컨대, IEEE 802.11)에 기초한다. 이러한 유형의 MAC 계층은 내재적으로 비효율적이며 서비스 품질(quality of service, QoS) 보증을 하지 못한다. MAC 효율은 집에서의 더 먼 영역에 이용 가능한 제한된 링크 레이트 때문에 무선 네트워크에서 훨씬 더 중요하다. 매우 높은 효율과 QoS 보증을 달성하기 위하여, 본 발명은 시분할 다중 액세스(time division multiple access, TDMA) IEEE 802.15.3b에 기초하는 MAC을 이용한다. 현재, IEEE 802.15.3은 MAC 레벨을 결집시킬 수 없다(MSDU, MPDU 모두). 따라서, 집합의 부가시, 본 발명은 가능하면 표준 MAC을 거의 변경시키지 않는 방법에 주안점을 둔다.
본 발명이 의도하는 통상의 시스템은 인터넷 프로토콜(IP) 기반 비디오를 세 개의 클라이언트/원격 장치까지 분배하는 마스터 장치를 포함한다. 이 장치는 이더넷 기반 STB에서 실제 비디오 동조 및 렌더링(tuning and rendering)이 행해지는 이더넷/무선 MAC 레벨 브리지 장치이다. 본 발명이 STB의 관점에서 설명하지만, 동일 또는 유사한 기능을 갖는 임의의 장치는 그 장치의 명칭에 관계 없이 본 발명이 고려하는 것이다. 일반적으로, MAC 브리지는 동일하거나 상이한 LAN 세그먼트(segment)를 연결시킨다. 브리지로 상호 연결되는 서로 다른 LAN 기술의 모음은 브리지 로컬 영역 네트워크로 알려져 있다. MAC 브리지는 QoS에서 다를 가능성이 있는 것을 제외하고는 MAC 서비스 범위 내에서 동작하고 MAC 브리지 서비스 범위 외에서 사용되는 프로토콜에 투명하다.
본 발명의 시스템 및 방법은 세 개의 원격 STB로 통신이 제한되는(즉, 마스터 STB로의 모든 통신) 예시적인 홈 비디오 분배 시스템의 관점에서 설명한다. 본 명세서에서 설명하는 기술은 더 일반적인 홈 네트워크로 용이하게 확장될 수 있다. 집에서 세 개의 고품위 비디오 스트림을 세 개의 원격 위치로 분배할 수 있는 무선 홈 분배 시스템은 현재까지는 없다는 것을 유의하여야 한다. 본 발명을 비디오 스트리밍(video streaming)을 포함하는 예시적인 실시예의 관점에서 설명하지만, "비디오"라는 용어는 디지털 오디오와 같은 다른 스트리밍 미디어를 포함하는 "멀티미디어 스트림"을 포함하는 것으로 확장될 수 있음이 명백함을 또한 유의하여야 한다.
모든 트래픽은 마스터 브리징(bridging) 장치로 출입하는 것으로 한정된다. 마스터 브리징 장치는 각 장치가 그 데이터를 송신하는 채널 시간 할당(channel time allocation, CTA)을 표시하는 비콘(beacon)을 주기적으로 송신한다. 비콘과 다음 비콘까지의 모든 CTA를 도 8에 도시한 것처럼 "수퍼프레임"이라 한다. CTA 1, 2 및 3은 다운스트림 트래픽(대부분 비디오)용이다. CTA 4, 5 및 6은 업스트림 트래픽(대부분 TCP 수신 확인(ACK) 및 기타 관리/제어 프레임)용이다. 마스터 브리징 장치는 비콘 전송에 앞서 CTA 할당을 결정한다. 일반적으로, CTA는 마스터 장치에 의하여 결정되거나 원격 장치(원격 STB)에 의하여 요청되는 고정 시간 슬롯(fixed time slot)일 수 있다. 하지만, 아무리 CTA 시간이 요청되거나 설정되더라도, 장치 중 어느 것도 IP 트래픽 특성 모두를 실제로 알지 못한다. 트래픽은 사용자 데이터그램 프로토콜(user datagram protocol, UDP)(회신 ACK 없음)에 기초하거나 전송 제어 프로토콜(transmission control protocol, TCP)에 기초할 수 있다. 어떤 때에는 모든 트래픽이 다운스트림일 수 있고(비대칭), 다른 때에는 다소 대칭적일 수 있다. 모든 가용 시간 할당/슬롯을 완전히 사용하는 것이 바람직하다.
종래, 대부분의 WLAN의 통상의 동작에 있어서, 하나의 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU)는 무선 링크/채널에 걸쳐서 각 물리(PHY) PDU(PPDU)에서 송신된다. 하지만, CTA의 많은 시간이 인터프레임 스페이싱(IFS), PHY 프리앰블 및 PHY 헤더에 사용된다. 본 발명의 비디오/데이터 트래픽은 하나 이상의 프레임을 수반하는 타임 슬롯으로 송신되므로, 가능한 효율적으로 CTA를 사용하기 위하여 이러한 오버헤드를 제거할 기회가 있다.
본 발명에 있어서, MAC 프로토콜 계층의 맨 아래의 MPDU는 결과 프레임이 PHY 서비스 데이터 유닛(PHY Service Data Unit, PSDU)으로서 PHY로 전달되기 전에 결집된다. 이러한 구조는 도 14에 나타낸 것처럼 수퍼 MAC 프레임이라 한다. 수퍼 MAC 프레임을 생성하기 위하여, MPDU-1에 대한 표준 MAC 헤드를 프레임의 처음에 위치시키고, 다음에는 헤더 정정 코드(Header Correction Code, HCC), 그 다음에는 페이로드(비디오/데이터)와 MPDU-1의 프레임 체크 시퀀스(frame check sequence, FCS)를 위치시킨다. CTA가 차거나 송신 큐가 빌 때까지 이러한 과정을 반복하여 적당한 송신 큐로부터 MAC 프레임을 추출한다.
본 발명의 방법은 몇 가지 이점이 있다. IFS와 중간 PHY 프리앰블 및 PHY 헤더를 제거하여 MAC의 효율과 이에 따른 스루풋(throughput)을 크게 향상시킨다. 이로 인해 오버헤드가 감소한다. MAC 헤더를 보호하는 HCC를 부가하여 길이 필드를 포함하는 초기 MPDU 헤더 중 하나에 에러가 있는 경우에 CTA의 끝을 향해 반송되는 MPDU의 복구 확률을 높인다. HCC를 이용하면 훨씬 더 많이 헤더를 복구할 기회가 있으며 따라서 수신기에서 수퍼 MAC 프레임에 다음 MPDU를 위치시키는데 필요한 길이가 생긴다. 에러 검출 방식만을 사용하는 경우, MPDU 길이가 에러가 있는지 또는 다른 MAC 헤더 필드가 에러가 있는지 알 수 없다. 주어진 MPDU의 길이를 알지 못한다면, 수퍼 MAC 프레임으로부터 다음 MPDU를 복구하기는 거의 불가능할 것이다. 이는 그 효율을 증가시키는 본 발명의 시스템의 다른 양상이 여러 다른 WALN에는 10%인 것에 비하여 단지 1%인 MAC 패킷 에러 레이트(Packet Error Rate, PER)이기 때문에 중요하다. 또한, 서브헤드 대신에 실제 MAC 헤드가 본 발명의 MSDU 집합에 사용되므로, 대부분의 표준 MAC을 재사용할 수 있다[프래그멘테이션(fragmentation) 및 재조립(reassembly), 블록 ACK 등]. 수퍼 MAC 프레임이 PHY 계층으로 전달되기 전 MAC 계층의 맨 아래에서 유일한 변경이 있다. 따라서, 본 발명은 복수의 MPDU를 하나의 PSDU로 결집시키고, IFS, PHY 헤더와 프리앰블을 제거함으로써 각각의 시간 슬롯에서 보내지는 실제 데이터 비트 수를 증가시킨다.
물리 프로토콜 데이터 유닛(physical protocol data unit)에서 멀티미디어 스트림(예를 들어, 비디오, 음성, 오디오 등) 수퍼 MAC 프레임을 생성하는 방법 및 장치는, 물리 계층 헤더를 채널 시간 할당에 삽입하는 단계; 및 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 생성하는 단계를 포함하고, 생성 단계는 또한 미디어 액세스 제어 헤더를 물리 계층 헤더에 부가하는 단계; 헤더 정정 코드를 계산하는 단계; 헤더 정정 코드를 미디어 액세스 제어 헤더에 부가하는 단계; 송신 큐(transmit queue)로부터의 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드를 헤더 정정 코드에 부가하는 단계; 프레임 체크 시퀀스(frame check sequence)를 계산하는 단계; 프레임 체크 시퀀스를 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드에 부가하는 단계; 및 물리 계층 헤더를 삽입한 후 채널 시간 할당이 꽉 차거나 모든 송신 큐가 빌 때까지 이러한 단계들을 반복하는 단계를 포함한다. 수신된 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 물리 프로토콜 데이터 유닛에서 디코딩하는 방법 및 장치는, 미디어 액세스 제어 헤더를 분리하는 단계; 헤더 정정 코드를 분리하는 단계; 미디어 액세스 제어 헤더에서 에러를 확인하고 정정하는 단계; 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 내의 멀티미디어 스트림 페이로드 단위에 대한 경계를 결정하는 단계; 모든 멀티미디어 페이로드가 멀티미디어 수퍼 MAC 프레임으로부터 복구될 때까지 이러한 단계들을 반복하는 단계; 및 수퍼 MAC 프레임에서의 멀티미디어 스트림 페이로드를 멀티미디어 스트림 이더넷 프레임(Ethernet Frame)으로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부하는 도면과 함께 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 도면은 이하에 간략하게 설명하는 다음의 도면을 포함한다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 예시적인 무선 홈 비디오 분배 시스템이다.
도 2는 MAC 레벨 브리지(bridge)이다.
도 3은 범용 무선 브리지이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에서 무선 홈 비디오 분배에 적합한 제약 경로를 갖는 무선 브리지이다.
도 5는 마스터 STB와 무선 MAC 브리지의 서버측의 소프트웨어(논리 구조)의 블록도이다.
도 6은 원격/클라이언트 STB와 무선 MAC 브리지의 클라이언트측의 소프트웨어(논리 구조)의 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따라 CTA가 어떻게 사용되는 가를 보여 주는 무선 고품위 MAC 브리지의 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 수퍼프레임(superframe)을 나타낸다.
도 9는 무선 고선명도 비디오 서버(마스터 STB)에 연결되어 있는 PNC에 대 한 하이 레벨 전송 패킷 흐름도이다.
도 10은 비디오 서버(마스터 STB)에 연결되어 있는 PNC에 대한 하이 레벨 수신 패킷 흐름도이다.
도 11은 비디오 클라이언트(클라이언트/원격 STB)에 연결되어 있는 DEV-x에 대한 하이 레벨 송신 패킷 흐름도이다.
도 12는 비디오 클라이언트(클라이언트/원격 STB)에 연결되어 있는 DEV-x에 대한 하이 레벨 수신 패킷 흐름도이다.
도 13은 단일 다운스트림 CTA(PNC에서 DEV-x까지)를 나타낸다.
도 14는 수퍼 MAC 프레임(MAC 프레임의 비표준 집합)과 물리 프레임 포맷을 나타낸다.
도 15는 단일 업스트림 CTA(DEV-x에서 PNC까지)를 나타낸다.
본 발명은 TDMA 서비스(수퍼프레임 내 전송 시간이 할당된 수퍼프레임의 시작점의 비콘)를 지원하는 IEEE 802.15.3b MAC로 시작한다. IEEE 802.15.3b는 최소 IFS(minimum IFS, MIFS)를 이용하여 CTA 내에서 PHY 패킷을 송신함으로써 PHY PDU(PPDU)를 지원한다. 이 IFS는 한 장치에서 패킷이 연속적으로 보내지는 경우(본 발명에서처럼)에 사용될 수 있다. 하지만, 각 PPDU에 연관되어 있는 MIFS와 PHY 프리앰블 및 헤더는 각 PHY 계층에서 클록 드리프트(clock drift)를 최소화하는 것을 제외하고는 어떠한 값도 더함이 없이 오버헤드를 부가한다. 본 발명은 PHY 오버헤드를 줄여서 CTA 내의 모든 가용 시간을 활용한다.
본 발명은 무선 비디오 서비스 분배 시스템의 MAC 및 브리징 계층에 관한 것으로서 마스터 STB에서 원격 STB로 압축된 비디오를 분배한다. 시스템은 IEEE 802.15.3b TDMA MAC을 일부 사용하여 그 규격으로부터의 일부 용어를 사용한다. STB에 구축된 기술을 포함하는 예시적인 시스템이 도 1에 도시되어 있다.
마스터 STB(105)는 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 안테나(디지털 TV), 위성 안테나 및 WAN(wide area network) 모뎀을 포함하는 다양한 비디오 소스로부터 입력을 수신한다. 마스터 STB는 복합 NTSC(National Television Standards Committee) 비디오 디스플레이, HDMI(High-Definition Multimedia Interface) 콤포넌트 비디오 디스플레이와, 고객 스위치(customer switch)에 연결되어 있는 LAN(local area network)를 포함하는 비디오 디스플레이(110)에 출력을 제공한다. 마스터 STB는 5개의 위성 튜너[전자 프로그램 가이드(EPG), 메인, 세 개의 원격 튜너 및 녹화 튜너]를 구비한다. 메인 튜너는 마스터 STB와 통신하여 그 디스플레이의 사용자가 원하는 프로그램에 동조시키기 위한 것이다. 세 개의 원격 튜너는 원격 디스플레이의 사용자 각각이 원하는 프로그램에 동조시키기 위한 것이다. EPG 튜너는 전자 프로그램 가이드에 동조시키기 위한 것이다. 녹화 튜너는 마스터 STB와 통신하여 디스플레이의 사용자가 메인 위성 튜너에 의하여 동조된 프로그램을 시청하면서 녹화하고 싶은 프로그램에 동조시키기 위한 것이다. 마스터 STB는 두 개의 ATSC 튜너, 즉 메인 튜너와 녹화 튜너를 갖는다. 메인 튜너는 마스터 STB와 통신하여 디스플레이의 사용자가 원하는 프로그램에 동조시키기 위한 것이다. 녹화 튜너는 마스터 STB와 통신하여 디스플레이의 사용자가 메인 ATSC 튜 너에 의하여 동조된 프로그램을 시청하면서 녹화하고 싶은 프로그램에 동조시키기 위한 것이다. 마스터 STB는 디멀티플렉서(디먹스), PVR(personal video recorder), 원격 제어 장치와 함께 사용되는 적외선(IR) 수신기, 위성/ATSC 디코더 및 무선 허브를 포함한다. 본 발명은 일반적인 IP WAN/LAN 라우팅이 필요치 않은 것으로 생각된다. 마스터 STB(105)는 약 20Mbps로 각각의 원격 STB에 비디오를 전송할 수 있다. 마스터 STB(105)는 각각의 원격 STB와 위성 벤더 IP 트래픽을 교환할 수 있다. 마스터 STB(105)는 각각의 원격 STB와 제어 정보를 교환할 수 있다.
마스터 STB는 세 개의 원격 STB[원격 STB1(115), 원격 STB2(125) 및 원격 STB3(135)]와 통신한다. 원격 STB1(115)는 비디오 디스플레이(120)와 통신한다. 원격 STB2(125)는 비디오 디스플레이(130)와 통신한다. 원격 STB3(135)은 비디오 디스플레이(140)와 통신한다. 원격 STB는 유사한 구성을 가지므로 원격 STB1에 대하여만 설명한다. 원격 STB1(115)은 위성/ATSC 디코더, 원격 제어 장치와 함께 사용되는 IR 수신기 및 무선 스테이션을 갖는다. 원격 STB1(115)은 약 20Mbps로 마스터 STB(105)로부터 비디오를 수신할 수 있다. 원격 STB1은 마스터 STB(105)와의 사이에서 위성 벤더 IP 트래픽을 교환할 수 있다. 원격 STB1(115)은 마스터 STB(105)와 제어 정보를 교환할 수 있다.
본 발명은 MAC 레벨 무선 브리지(도 2 참조)로서 구축된다. 일반적으로, MAC 브리지는 동일하거나 다를 수 있는 LAN 세그먼트들을 연결시킨다. 브리지에 의하여 서로 연결되어 있는 상이한 LAN 기술의 모임은 브리지 LAN으로 불린다. MAC 브리지는 QoS에서의 차이가 있을 가능성을 제외하고는 MAC 서비스 범위 내에서 동작하고 MAC 브리지 서비스 범위를 넘어서 사용되는 프로토콜에 대하여는 투과성(transparent)이다. MAC 서비스 사용자는 MAC 서비스 범위 외이고 MAC 서비스 제공자는 MAC 서비스 범위 내이다. MAC 계층 브리지는 각각의 LAN 세그먼트/콤포넌트와 접속하는 릴레이(relay)를 포함한다.
일반적인 무선 브리지가 도 3에 도시되어 있다. 무선 브리지(305)는 이더넷 연결을 통하여 서버와 통신한다. 두 개의 서버(310, 315)가 도시되어 있다. 또한, 무선 브리지(305)는 이더넷 연결을 통하여 클라이언트와 통신한다. 4개의 클라이언트(320, 325, 330, 335)가 도시되어 있다. 일반적인 무선 브리지 내에는 피코넷 제어기(piconet controller, PNC)(340)인 DEV0이 있다. PNC(340)는 복수의 장치와 무선으로 통신한다. 세 개의 장치 DEV1(345), DEV2(350) 및 DEV3(355)가 도시되어 있다. DEV0/PNC(340)는 서버(310, 315)와 통신한다. DEV1(345)은 클라이언트(320)와 통신한다. DEV2(350)는 클라이언트(325)와 통신한다. DEV3(355)는 클라이언트(330, 335)와 통신한다.
하지만, 본 발명의 예시적인 실시예는 무선 홈 비디오 서비스 분배 애플리케이션에 맞도록 경로를 제한한다. 도 4에는 가능한 데이터 경로를 점선으로 나타내었다. 무선 브리지(405)는 마스터 STB(410)와 무선으로 통신한다. 무선 브리지(405)는 또한 원격 STB(415, 420, 425)와 무선으로 통신한다. 무선 브리지(405)는 내부적으로는 도 2와 같이 구성되어 있다. 모든 트래픽은 마스터 STB(410)로 출입한다.
도 5는 서버측(마스터 STB 및 브리지 장치)의 소프트웨어 구 조(architecture)를 나타낸다. 마스터 브리지 장치 역시 IEEE 502.15.3에서 설명한 것과 같은 피코넷 제어기(PNC)임을 유의하여야 한다. 마스터 STB(505)는 미들웨어(middleware) 비디오 서버 애플리케이션(510)을 포함한다. 멀티미디어 스트림 미들웨어(515)는 미디어 QoS 제어부(520)와 장치 드라이버(525) 모두와 접속한다. 멀티미디어 스트림 미들웨어(515)는 장치 드라이버(525)로 비디오 데이터를 전달하고 미디어 QoS 제어 미들웨어(520)와 제어 정보를 교환한다. 미디어 Qos 제어 미들웨어는 CDI 드라이버(525)와 제어 정보를 교환한다. 장치 드라이버(525)는 네트워크 인터페이스(IEEE 802.3)(530)와 주로 비디오 데이터를 교환한다. 장치 드라이버(525)에는 미디어 스트림 미들웨어 비디오 데이터와 제어 정보를 수신하고 미디어 QoS 제어 미들웨어(520)와 정보를 교환하는 휴대용 운영체제 유닉스(portable operating system Unix, POSIX) 서브세트가 있다. POSIX 드라이버 서브세트는 TCP/IP(540), 미디어 스트림 프로토콜(545) 및 QoS 관리 및 제어(550)를 모은 QoS 미들웨어와 정보를 교환한다. PNC(555)는 무선 MAC 비디오 서버 애플리케이션(560)을 포함하고, 이는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하는 소프트웨어(565)와 제어 정보를 교환한다. 소프트웨어(565)는 무선 라디오 인터페이스(570)와 IEEE 802.3 드라이버(575)와 비디오 데이터 및 제어 정보를 교환한다. IEEE 802.3 드라이버는 IEEE 802.3 네트워크 인터페이스(580)와 주로 비디오 데이터를 교환하고, 이는 IEEE 802.3 네트워크 인터페이스(530)와 접속하고 비디오 정보를 교환한다. 소프트웨어(565)는 IEEE 802.1D 브리징 모듈을 포함하는 여러 소프트웨어 구성요소를 포함하고, 무선 장치 관리 엔터티(device management entity, DME)와 IEEE 802.2 프레임 컨버전스 부계층(frame convergence sublayer, FCSL) 서비스 액세스 포인트(service access point, SAP) 계층으로 되어 있다. 무선 MAC 비디오 서버 브리지 애플리케이션(560)은 무선 DME 관리 SAP와 접속한다. 무선 DME 관리 SAP와 무선 DME와 IEEE 802.2 FCSL SAP는 IEEE 802.2 FCSL DME 위의 계층이고, IEEE 802.15.3b PNC의 기능을 수행하며, QoS 스케줄링을 행하면서 브리지 기능을 관리한다. IEEE 802.2 FCSL DME는 IEEE 802.15.3b MAC SAP와 IEEE 802.15.3b MAC 계층 관리 엔터티(MLME) SAP 위의 계층으로 되어 있다. IEEE 802.15.3b MAC 계층 관리 엔터티(MLME) SAP는 IEEE 802.15.3b MLME 위의 계층이며, 이는 무선 물리 계층 관리 엔터티(PLME) SAP 위의 계층이다. IEEE 802.15.3b MAC SAP는 IEEE 802.15.3b MAC 부계층 위의 계층이고, 이는 무선 물리 SAP 위의 계층이다. IEEE 802.15.3b MAC SAP는 무선 물리 계층 위의 계층이다. 무선 물리 계층 관리 엔터티(PLME) SAP는 무선 물리 계층 PLME 위의 계층이다. 무선 PLME는 무선 물리 계층과 통신한다. IEEE 802.15.3b MAC 부계층은 IEEE 802.15.3b MLME와 통신한다. 두 무선 물리 계층과 무선 PLME는 무선 라디오 인터페이스와 비디오 데이터와 제어 정보를 교환한다.
도 6은 클라이언트측(원격 STB 및 브리지 장치)의 소프트웨어 구조를 나타낸다. 본 발명은 브리지 장치 내이지만 STB는 문맥상 도시되어 있음을 유의하여야 한다. 원격/클라이언트 브리지 장치 역시 IEEE 802.15.3에서 설명하는 것과 같은 DEV-x(non-PNC 장치)임을 유의하여야 한다. 원격/클라이언트 STB(605)는 미들웨어 비디오 클라이언트 애플리케이션(610)을 포함한다. 미디어 스트림 미들웨어(615) 는 미디어 QoS 제어(620) 및 CDI 드라이버(625)와 접속한다. 미디어 스트림 미들웨어(615)는 장치 드라이버(625)로부터 데이터를 받고 미디어 QoS 제어 미들웨어(620)와 제어 정보를 교환한다. 미디어 QoS 제어 미들웨어는 장치 드라이버와 제어 정보를 교환한다. 장치 드라이버(625)는 네트워크 인터페이스(IEEE 802.3)(630)와 대부분의 데이터를 교환한다. 장치 드라이버(625) 내에는 주로 비디오 데이터를 미디어 스트림 미들웨어(651)로 보내고 정보를 미디어 QoS 제어 미들웨어(620)와 교환하는 POSIX 드라이버(635)의 서브세트가 있다. POSIX 드라이버 서브세트는 TCP/IP(640), 미디어 스트림 프로토콜(545) 및 QoS 관리 및 제어(650)를 모은 QoS 미들웨어와 정보를 교환한다. DEV-x(655)는 무선 MAC 비디오 서버 애플리케이션(660)을 포함하고, 이는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하는 소프트웨어(665)와 제어 정보를 교환한다. 소프트웨어(665)는 무선 라디오 인터페이스(670)와 IEEE 802.3 드라이버(675)와 비디오 데이터 및 제어 정보를 교환한다. IEEE 802.3 드라이버는 IEEE 802.3 네트워크 인터페이스(680)와 주로 비디오 데이터를 교환하고, 이는 IEEE 802.3 네트워크 인터페이스(630)와 비디오 정보를 접속하고 교환한다. 소프트웨어(665)는 IEEE 802.1D 브리징 모듈을 포함하는 여러 소프트웨어 구성요소를 포함하고, 무선 DME와 IEEE 802.2 FCSL SAP 계층으로 되어 있다. 무선 MAC 비디오 서버 브리지 애플리케이션(560)은 무선 DME 관리 SAP와 접속한다. 무선 DME 관리 SAP와 무선 DME와 IEEE 802.2 FCSL SAP는 IEEE 802.2 FCSL DME 위의 계층이고, IEEE 802.15.3b DEV-x의 기능을 수행하며, QoS 스케줄링에 대하여 상태를 PNC로 보내면서 브리지 기능을 관리한다. IEEE 802.2 FCSL DME는 IEEE 802.15.3b MAC SAP와 IEEE 802.15.3b MAC MLME SAP 위의 계층으로 되어 있다. IEEE 802.15.3b MLME SAP는 IEEE 802.15.3b MLME 위의 계층이며, 이는 무선 물리 계층 관리 엔터티(PLME) SAP 위의 계층이다. IEEE 802.15.3b MAC SAP는 IEEE 802.15.3b MAC 부계층 위의 계층이고, 이는 무선 물리 SAP 위의 계층이다. IEEE 802.15.3b MAC SAP는 무선 물리 계층 위의 계층이다. 무선 PLME SAP는 무선 물리 계층 PLME 위의 계층이다. 무선 PLME는 무선 물리 계층과 통신한다. IEEE 802.15.3b MAC 부계층은 IEEE 802.15.3b MLME와 통신한다. 두 무선 물리 계층과 무선 PLME는 무선 라디오 인터페이스와 비디오 데이터 및 제어 정보를 교환한다.
이제 도 7을 참고하면, 본 발명의 원리에 따른 무선 MAC 브리지의 블록도를 나타낸다. PNC(705)는 할당된 CTA에서 원격 STB(710, 715, 720)와 데이터/정보를 송수신한다. 마스터 장치(705)는 각 장치가 데이터를 송신하는 채널 시간 할당(channel time allocation, CTA)을 표시하는 비콘을 주기적으로 송신한다. CTA 1, 2 및 3은 다운스트림 트래픽(대부분 비디오)용이다. CTA 4, 5 및 6은 업스트림 트래픽(대부분 TCP ACK 및 기타 관리 프레임)용이다.
도 8에 수퍼프레임이 도시되어 있다. 마스터 장치는 비콘 전송에 앞서 CTA를 결정한다. 일반적으로, CTA는 마스터 장치/PNC에 의하여 결정되거나 원격 장치/STB에 의하여 요청되는 고정 시간 슬롯(fixed time slot)일 수 있다. 특히, IEEE 802.15.3b에 있어서, 규격은 "CTReq" 메시지를 PNC로 전송하여 대역폭을 요청하는 원격 STB/장치를 규정하고 있다. 하지만, 아무리 CTA 시간이 요청되거나 설정되더라도, 장치 중 어느 것도, 특히 원격 STB는 IP 트래픽 특성 모두를 실제로 알지 못 한다. 트래픽은 UDP(ACK 없음)에 기초하거나 TCP에 기초할 수 있다. 어떤 때에는 모든 트래픽이 다운스트림일 수 있고, 다른 때에는 다소 대칭적일 수 있다. CTA 내의 시간량을 적응시켜 트래픽 흐름을 최적화함으로써 모든 가용 시간을 완전히 사용하는 것이 바람직하다. 수퍼프레임의 가장 좌측 부분은 무선으로(over the air) 먼저 송신되고, 가장 우측 부분은 무선으로 마지막에 송신된다. 비콘에 이어서, 다운스트림 CTA가 먼저 송신되고 업스트림 CTA가 그 다음에 송신되는 순서로 CTA가 송신된다. 본 발명에서의 수퍼프레임은 5msec와 10msec 사이에서 변화할 수 있다.
마스터 STB에 연결되어 있는 PNC에 대한 예시적인 패킷 흐름도가 도 9 및 10에 도시되어 있다. 원격 STB에 연결되어 있는 DEV-x(즉, non-PNC 장치)에 대한 예시적인 패킷 흐름도에 대한 예시적인 패킷 흐름도가 도 11 및 12에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 예시적인 비디오 분배 시스템의 무선 고선명 MAC 브리지는 제한된 브리지로서 동작한다.
도 9를 참고하면, PNC는 이더넷 포트(대부분 비디오)(905) 상의 이더넷 비디오 데이터 프레임을 수신한다. PNC는 수퍼프레임과 각 CTA의 길이를 결정한다. 목적지 MAC 주소에 따라 적절한 송신 큐(910a, 910b, 910c)에 프레임을 위치시킨다. PNC는 IEEE 802.1D에 서술된 바와 같은 플러딩(flooding)을 통하여 MAC 주소를 알 수 있거나, 필터링/라우팅 테이블을 수작업으로 채울 수 있다. 도면의 혼잡을 줄이기 위하여, 송신 포트(각 DEV-x/원격 STB로 향함)당 오직 하나의 큐를 가정하여 본 발명에 대하여 설명한다. 복수의 우선 순위를 원하는 경우에는 송신 포 트(각 DEV-x/원격 STB로 향함)당 복수의 큐가 있을 수 있다. 즉, 각 우선 순위 그룹에는 하나의 큐가 대응된다. 이더넷 비디오 데이터 프레임은 큐로 분할된다. 예시적인 실시예에서, 큐는 각각 165kbyte이고 수퍼프레임은 5msec와 10msec 사이의 길이이다. 큐로부터의 비디오 데이터 프레임은 우선 순위 매핑, 프레임 체크 시퀀스(frame check sequence, FCS), 프래그멘테이션(fragmentation) 및 헤더 정정 코드(header correction code, HCC) 계산을 포함하여, 이더넷 비디오 데이터 프레임을 IEEE 802.15.3b MAC 프레임으로 변환하는 소프트웨어 모듈(915)로 전달된다. 소프트웨어 모듈(915)은 포워딩 테이블 및 서비스 흐름을 수신하고 데이터 저장 장치(920)로부터의 수신된 이더넷 비디오 데이터 프레임을 처리한다. 소프트웨어 모듈(915)은 송신 MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU)을 저장하기 위한 버퍼(925)와 통신한다. 소프트웨어 모듈(930)은 수퍼프레임을 구성하기 위하여 소프트웨어 모듈(915)로부터 MAC 프레임을 요청한다. 소프트웨어 모듈(915)은 복수의 MSDU를 소프트웨어 모듈(930)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(930)은 저장 장치(935)로부터 물리 특성과 파라미터를 수신하고 버퍼(940)로부터의 이전 서비스 프레임 데이터로부터 MSDU ACK를 수신하여 수퍼프레임을 구성한다. 데이터 저장 장치(945)는 로컬 및 원격 DEV(STB) 큐 길이로서 저장되는 MAC 대역폭 관리 커맨드를 이전 수퍼프레임으로부터 수신하여 CTA 길이를 변화시킨다. 이 정보는 MAC 대역폭 관리 엔터티(950)로 전달되고, 이는 CTA 길이를 소프트웨어 모듈(930)로 전달하여 수퍼프레임의 구성을 추가로 지원한다. 소프트웨어 모듈(930)은 또한 수퍼프레임 재송신 버퍼(955)로부터의 이전 프레임으로부터 재송신되는 MSDU를 수신하고, 버퍼는 각각 의 STB MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU)에 복수의 MSDU를 저장하고 수신 확인된 MSDU를 버린다. 소프트웨어 모듈(930)에 의하여 구성된 수퍼프레임은 수퍼프레임 구성 버퍼(960)에 저장된다. 소프트웨어 모듈(930)에 의하여 구성된 수퍼프레임은 다운스트림 MPDU 및 업스트림 시간을 포함한다. 수퍼프레임 구성 버퍼(960)는 각 원격 STB MPDU에서의 복수의 MSDU의 형태로 수퍼프레임 송신 버퍼(965)로 구성된 수퍼프레임을 전달한다. 수퍼프레임 송신 버퍼(965)는 수퍼프레임 구성 버퍼로부터 수신한 수퍼프레임을 수퍼프레임 재송신 버퍼(955)로 전달한다. 수퍼프레임 송신 버퍼(965)는 완전한 MPDU를 소프트웨어 모듈(970)로 전달한다. 소프트웨어 모듈은 수신 기간 동안 원격 STB로부터 지연 ACK를 수신하고 타임 클록(975)으로부터 타이밍 정보를 수신한다. 소프트웨어 모듈(970)은 복수의 MSDU를 MPDU에 모아서 물리 계층 모듈(980)로 전달하여 송신한다. 소프트웨어 모듈(970)은 비콘 내의 타이밍에 기초하여 타이밍을 이용하고 송신 데이터, 송신 데이터 레이트, 송신 길이, 송신 전력 레벨 및 송신 안테나 제어를 물리 계층 모듈(980)로 전달하며, 이는 PNC로부터의 물리 데이터 프로토콜 유닛(physical data protocol unit, PPDU)을 지정된 원격 STB로 송신한다.
도 10은 수신 패킷 흐름을 나타내므로, 도면의 우측에서 설명을 시작한다. PPDU는 타임 클록(1010)으로부터 입력도 수신하는 물리 계층 소프트웨어 모듈(1005)에서 수신된다. 물리 계층 소프트웨어 모듈은 수신된 데이터, 길이, 링크 품질 표시기(ling quality indicator, LQI), 수신된 신호 세기 표시기(received signal strength indicator, RSSI) 및 PHY 수신 에러를 소프트웨어 모듈(1015)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(1015)은 PPDU를, 타이밍 비콘에 기초하여 타이밍을 이용하여 모은 MSDU인 MPDU로 분해하고 이를 소프트웨어 모듈(1020)로 전달하고, 모듈은 HCC 계산을 행하고, 완전한 MSDU 프레임 또는 프래그먼트를 분리하며, 프레임 체크 시퀀스를 처리하고, 정확하게 수신된 MSDU를 계속하여 추적하며, 지연 ACK 요청에 응답하여 지연 ACK를 구성하고, MSDU를 필터링하여 서버로 예정된 정확한 MSDU만이 서버(마스터 STB)로 전달되게 한다. 소프트웨어 모듈(1020)은 수신 MSDU에 대한 지연 ACK를 송신하고, 서버(마스터 STB)로 예정되지 않은 MSDU를 버린다. 소프트웨어 모듈(1020)은 데이터 저장 장치(1025)로부터 물리 특성과 파라미터를 수신하여 전술한 기능을 수행한다. 소프트웨어 모듈(1020)은 지연 ACK와 같은 MAC 커맨드와 대역폭 관리 메시지를 소프트웨어 모듈(1030)로 전달하고, 이는 MAC 커맨드를 분리하고 MSDU ACK를 MSDU ACK 버퍼(1035)로 전달하며 MAC 대역폭 정보 엘리먼트(information element, IE)를 MAC 대역폭 관리 엔터티(1040)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(1020)은 또한 MSDU(대부분 TCP ACK)를 소프트웨어 모듈(1045)로 전달하고, 이는 프래그먼트로부터 완전한 MSDU를 재구성하고 불완전 MSDU 프래그먼트를 저장하며 적절한 순서로 MSDU를 배치한다. 소프트웨어 모듈(1045)는 재배열 프레임 구성 버퍼(1050)와 통신하며 MSDU 프래그먼트 버퍼(1055)를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1045)은 완전한 MSDU를 소프트웨어 모듈(1060)으로 전달하고, 여기에서 완전한 MSDU는 프레임 체크 시퀀스와 우선 순위 매핑을 포함하는 이더넷 프레임으로 변환된다. 소프트웨어 모듈은 포워딩 테이블(forwarding table)과 서비스 흐름 정보를 데이터 저장 장치(1065)로부터 수신하고 이더넷 프레임을 서버(마스터 STB)로 전달한다.
도 11은 원격 STB(비디오 클라이언트)에 연결되어 있는 DEV-x에 대한 하이 레벨 송신 패킷 흐름도이다. 이더넷 프레임은 비디오 클라이언트로부터 오는 프레임을 필터링하고 분류하는 소프트웨어 모듈(1105)에 의하여 수신된다. 소프트웨어 모듈(1105)은 이더넷 프레임을 프레임 큐(1110)로 전달한다. 모든 트래픽은 서버(마스터 STB)로 가므로 오직 하나의 큐만 있다. 하지만, 복수의 큐를 원한다면, 각 우선 순위 그룹마다 하나의 큐로 복수의 큐를 구현한다. 큐 내의 데이터는 소프트웨어 모듈(1115)로 전달되고, 이는 이더넷 프레임을 우선 순위 매핑, 프레임 체크 시퀀스, 프래그멘테이션 및 HCC 계산을 포함하는 IEEE 802.15.3 MAC 프레임으로 변환한다. 소프트웨어 모듈(1115)은 데이터 저장 장치(1120)로부터 포워딩 테이블 및 서비스 흐름 정보를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1115)은 MSDU 송신 버퍼(1125)와 통신한다. 소프트웨어 모듈은 복수의 MSDU를 소프트웨어 모듈(1130)로 전달하고, 이는 전송될 업스트림 MPDU를 다음 수퍼프레임 내에 구성한다. 소프트웨어 모듈(1115)은 소프트웨어 모듈(1130)로부터 요청을 수신한다. 소프트웨어 모듈(1130)은 버퍼(1135)로부터의 이전 수퍼프레임으로부터 MSDU ACK를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1130)은 데이터 저장 장치(1140)로부터 물리 특성 및 파라미터를 수신하고 데이터 저장 장치(1145)로부터 비콘으로부터의 CTA 정보를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1130)은 MAC 대역폭 관리 커맨드를 소프트웨어 모듈(1150)로부터 수신하고, 이는 데이터 저장 장치(1155)로부터 수신되는 로컬 큐 길이 정보를 이용하여 대역폭 관리 메시지를 구성하고 데이터 저장 장치로부터(1160) 이전 수퍼프레임 으로부터의 MAC 대역폭 요청 응답(큐 정보를 교환하는 비규격 방식으로 사용되는 IEEE 802.15.3 MAC)을 수신한다. 소프트웨어 모듈(1130)은 수퍼프레임 재송신 버퍼(1165)로부터 이전 수퍼프레임으로부터 재송신되는 MSDU를 수신한다. 각 MPDU에는 복수의 MSDU가 있다. 수퍼프레임 재송신 버퍼(1165)는 또한 수신 확인된 MSDU를 버린다. 소프트웨어 모듈(1130)은 다음 수퍼프레임에 대한 업스트림 MPDU용 버퍼인 구성 버퍼(1170)와 통신한다. 구성 버퍼(1170)는 업스트림 MPDU를 수퍼프레임 송신 버퍼(1175)로 전달하고, 이는 업스트림 MPDU를 소프트웨어 모듈(1180)로 전달한다. 수퍼프레임 송신 버퍼(1175)는 또한 업스트림 MPDU를 수퍼프레임 재송신 버퍼(1165)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(1180)은 비콘에 기초하여 타이밍을 이용하여 복수의 MSDU를 결집하여 MPDU로 만들고 MPDU를 물리 계층 소프트웨어 모듈(1185)로 전달하여 송신한다. 소프트웨어 모듈은 타임 클록(1190)으로부터 시간을 수신하고 수신 기간 동안 서버(마스터 STB)로부터 지연 ACK를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1180)은 송신 데이터, 송신 데이터 레이트, 송신 길이, 송신 전력 레벨 및 송신 안테나 제어를 물리 계층 소프트웨어 모듈(1185)로 전달한다.
원격 DEV에서의 수신 처리가 개략적으로 도 12에 도시되어 있다. 수신 처리는 수퍼프레임을 분해한 후 조각난 프레임을 재조립하는 것을 포함하는 이더넷 프레임 재구성으로 주로 이루어져 있다. 수신측에서는 에러를 체크하고 PNC로 다시 송신하기 위한 DLY ACK(벌크형 ACK)를 준비한다. DLY ACK는 패킷이 도달한 CTA의 반대 방향을 첫 머리로하여 CTA의 시작시에 보내진다. 이는 규격으로부터의 또 다른 이탈이다.
도 12는 비디오 클라이언트(원격 STB)에 연결되어 있는 DEV-x에 대한 하이 레벨 수신 패킷 흐름도이므로 도면의 우측에서 설명을 시작한다. 소프트웨어 모듈(1205)는 PPDU를 수신하고 수신된 데이터, 길이, LQI 및 RSSI를 소프트웨어 모듈(1215)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(1205)은 소프트웨어 모듈(1215)로부터 수신 안테나 제어 정보를 수신하고 타임 클록(1210)으로부터 타이밍 정보를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1215)은 물리 계층 소프트웨어 모듈(1205)로부터 MPDU를 수신한다. 복수의 MSDU를 각 MPDU로 모은다. 소프트웨어 모듈(1215)은 타임 클록(1210)으로부터 타이밍을 수신한다. 소프트웨어 모듈(1215)은 MPDU 조각을 소프트웨어 모듈(1220)로 전달하고, 이는 HCC 계산을 행하고, 완전한 MSDU 프레임 또는 프래그먼트를 분리하며, 프레임 체크 시퀀스를 처리하고, 정확하게 수신된 MSDU를 계속하여 추적하며, 지연 ACK 요청에 응답하여 지연 ACK를 구성하고, MSDU를 필터링하여 서버로 예정된 정확한 MSDU만이 서버(마스터 STB)로 전달되게 한다. 소프트웨어 모듈은 데이터 저장 장치(1225)로부터 물리 특성 및 파라미터를 수신하고 수신된 MSDU에 대한 지연 ACK를 전달한다. 소프트웨어 모듈(1220)은 비디오 클라이언트(원격 STB)로 예정되지 않은 MSDU를 버리며, MAC 커맨드를 소프트웨어 모듈(1230)로 전달하며, 이는 MAC 관리 메시지를 분리하고 MAC 대역폭 응답을 데이터 저장 장치(1235)로 전달하며 원격 STB로부터의 MSDU ACK를 MSDU 버퍼(1240)로 전달한다. 소프트웨어 모듈(1220)은 MSDU를 소프트웨어 모듈(1245)로 전달하고, 이는 프래그먼트로부터 완전한 MSDU를 재구성하고 불완전한 MSDU의 프래그먼트를 저장하며 적당한 순서로 MSDU를 배치한다. 소프트웨어 모듈(1245)은 재배열 프레임 구성 버퍼(1250)와 통신하며 MSDU 프래그먼트 버퍼(1255)를 수신한다. 소프트웨어 모듈(1245)은 완전한 MSDU를 소프트웨어 모듈(1260)로 전달하고, 여기에서 완전한 MSDU는 우선 순위를 포함하는 이더넷 프레임으로 변환된다. 소프트웨어 모듈(1260)은 또한 포워딩 테이블과 서비스 흐름 정보를 데이터 저장 장치(1265)로부터 수신한다.
PNC는 이더넷 프레임을 수신하고 도 13에 도시한 바와 같이 CTA1-CTA3 에서 DEV1-DEV3로 전송되는 비콘 및 프레임을 구성하며, 도면에는 하나의 CTA를 나타낸다. CTA 길이가 결정되면, PNC는 도 14에 도시한 것과 같은 수퍼 MAC 프레임(IEEE 802.15.3 MAC 프레임의 비규격 집합)을 구성한다. 이들은 마지막 MAC 프레임의 프래그멘테이션(fragmentation)을 포함하여 CTA를 채우도록 구성된다. 이러한 비규격 패킹(non-standard packing)은 CTA 1, 2 또는 3 내에서 보내지는 프레임의 한 예이다. 이어서, 수퍼 MAC 프레임은 동기 전송을 위해 PHY 계층으로 전달된다. CTA는 비콘에서 알려진 시간에 정확하게 시작된다.
도 13을 참고하면, 물리 프리앰블(preamble)과 물리 헤더는 CTA당 하나의 물리 프레임을 구성한다. 원격 STB로의 지연 ACK, 원격 STB로의 큐 상태 정보 요청(QueueRes) 및 원격 STB로의 복수의 데이터 패킷은 MAC 헤더가 보호되는 MAC 프레임 컬렉션(collection)을 구성한다. CTA 내의 임의의 나머지 시간으로 연결된 상기의 것은 원격 STB로의 PNC에 대한 다운스트림 CTA를 구성한다.
CTA에 위치한 처음 및/또는 마지막 MPDU는 원래의 MAC 페이로드(payload)로부터의 프래그먼트로 이루어질 수 있음을 유의하여 한다. IEEE 802.15.3 MAC 헤더 는 프래그멘테이션 및 재조립을 위한 정보를 포함하므로, 본 명세서에서 설명하는 방법은 더 설명하지 않아도 프래그멘테이션 및 재조립을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 14를 참고하면, MAC 페이로드 마다 해당 MAC 헤더가 있다. 하지만, MAC 헤더와 MAC 페이로드는 별개이다. MAC은 프레임 체크 시퀀스(FCS)를 계산하여 페이로드에서의 에러를 검출한다. 하지만, 표준 IEEE 802.15.3에서 행해지는 것처럼 결합된 헤더를 보호하기 위하여 단일 PHY 헤더로 MAC 헤더를 결집하고 헤더 체크 시퀀스(HCS)를 계산하는 대신에 본 발명의 방법은 헤더 정정 코드(HCC)를 계산하여 각 MAC 헤더에서 에러를 정정한다. HCC는 MAC 헤더 뒤와 MAC 페이로드 앞에 삽입된다. MAC 헤더는 길이와 같이 MAC 페이로드에 관한 중요 정보를 포함한다. 길이는 다음 MPDU의 시작 지점을 식별하는데 필요하다. 만약 이것이 손실되면, CTA에서 나머지 MPDU가 손실된다. 페이로드에서의 에러가 FCS를 통하여 나중에 검출될지라도 가능한 재전송율을 낮게 유지하기 위하여 되도록이면 많은 MPDU를 복구하는 것이 바람직하다.
FCSL을 계산하여 MAC 페이로드 다음에 삽입한다. 이는 수퍼 MAC 프레임을 생성하기 위하여 각 MAC 페이로드에 대하여 행해진다. 수퍼 MAC 프레임 길이는 CTA를 형성하는 수퍼 MAC 프레임에 앞서 삽입되는 물리 헤더의 일부이다. 수퍼 MAC 프레임은 PHY 계층으로 전달되어 무선으로 동기 송신된다. 물리 헤더는 신뢰할만한 느린 레이트로 송신된다. CTA는 비콘에서 알려진 시간에 정확하게 시작된다. CTA의 수퍼 MAC 부분은 어느 정도 바람직한 레이트로 송신된다. 수신 MAC 계 층은 MPDU 헤더와 HCC를 이용하여 에러를 확인하고 이더넷 프레임으로 변환하기 전에 각 MPDU를 분리한다.
CTA 4, 5 및 6 내의 프레임의 송신은 유사한 방식으로 보내진다. CTA 중 하나에서 보내지는 프레임의 한 예가 도 15에 도시되어 있고, 이는 단일 업스트림 CTA(DEV-x에서 PNC로)를 나타내고 있고, 단일 업스트림 CTA는 물리 프레임, 헤더가 보호되는 MAC 프레임 컬렉션 및 CTA 내의 나머지 시간을 포함한다. 도 13에 도시한 다운스트림 CTA와 같이, 물리 프레임은 물리 프리앰블과 물리 헤더를 포함한다. MAC 프레임 컬렉션은 PNC로의 지연 ACK, PNC로의 큐 상태 정보 및 PNC로의 데이터 패킷을 포함한다. CTA는 큐 상태 정보를 다시 PNC로 반송하는 프레임을 포함함을 유의하여야 한다. 이 큐 상태 정보는 큐의 크기(가변인 경우), 큐 내의 프레임 수, 프레임의 평균 길이 및 큐 입력시의 프레임 도달 속도를 포함할 수 있다.
본 발명은 고정된 길이의 5msec 또는 10msec 수퍼프레임을 사용한다. 수퍼프레임의 길이와 CTA가 고정되어 있는 경우, 표 1은 그럴듯한 값을 보여 준다. 표 2는 몇 가지 특정한 가정 하에서 각 CTA 내에서 예상되는 패킷의 근사치를 나타낸다. 하지만, 전술한 바와 같이, 본 시스템은 CTA의 길이와 나아가 수퍼프레임 길이도 가능하면 적응시켜 큐 오버플로우를 최소화하고 시간의 사용을 최대화하여 고효율을 달성하는 것에 관한 것이다.
[표 1]수퍼 MAC 프레임 크기 및 권장 CTA 길이
Figure 112009035738885-pct00001
[표 2]CTA당 데이터 프레임의 근사값
Figure 112009035738885-pct00002
고품위 비디오 분배 애플리케이션에 맞도록 하나의 마스터와 세 개의 클라이언트 장치를 갖는 무선 브리징 시스템을 위주로 설명하였지만, 상기 방법이 범용 무선 TDMA MAC과 나아가 공통 매체(예를 들어, 전력선) 상에서 동작하는 TDMA MAC에까지 확장될 수 있음은 당업자에게 명백하다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특수 목적 처리기 또는 이들의 조합의 여러 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현되는 것이 바람직하다. 또한, 소프트웨어는 프로그램 저장 장치 상에서 실재로 구체화되는 애플리케이션 프로그램으로 구현되는 것이 바람직하다. 애플리케이션 프로그램은 적절한 임의의 구조를 갖는 기계로 업로드되어 실행될 수 있다. 기계는 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU), 랜덤 액세스 메모 리(RAM), 입출력(I/O) 인터페이스와 같은 하드웨어를 갖는 컴퓨터 플랫폼 상에 구현되는 것이 바람직하다. 컴퓨터 플랫폼은 또한 운영 체제 및 마이크로 명령어 코드를 포함한다. 본 명세서에서 설명하는 다양한 처리 및 기능은 마이크로 명령어 코드의 일부이거나 애플리케이션 프로그램의 일부(또는 이들의 조합)일 수 있으며, 이는 운영 체제를 통하여 실행된다. 또한, 부가적인 데이터 저장 장치와 프린트 장치와 같은 여러 다른 주변 장치가 컴퓨터 플랫폼에 연결되어 있을 수 있다.
첨부한 도면에 도시한 시스템 구성 요소와 방법의 단계는 일부는 소프트웨어로 구현되는 것이 바람직하므로, 시스템 구성 요소(또는 처리 단계) 사이의 실제 연결 관계는 본 발명이 프로그래밍되는 방식에 따라 또한 다를 수 있음을 유의하여 한다. 당업자들이라면 본 명세서의 기재로 인하여 본 발명의 이러한 그리고 유사한 구현 또는 구성을 고려할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 물리 프로토콜 데이터 유닛(physical protocol data unit)에서 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임(multi-media stream SuperMAC frame)을 생성하는 방법으로서,
    물리 계층 헤더를 채널 시간 할당에 삽입하는 단계; 및
    적어도 두 개의 개별 MAC 프레임들을 포함하는 상기 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 생성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 생성하는 단계는 또한,
    미디어 액세스 제어 헤더를 상기 물리 계층 헤더에 부가(append)하는 단계 - 상기 미디어 액세스 제어 헤더는 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드의 길이를 포함함 -;
    상기 미디어 액세스 제어 헤더에서의 에러들을 정정하는데 사용되는 헤더 정정 코드를 계산하는 단계;
    상기 헤더 정정 코드를 상기 미디어 액세스 제어 헤더에 부가하는 단계;
    송신 큐(transmit queue)로부터의 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드를 상기 헤더 정정 코드에 부가하는 단계;
    상기 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드에서의 에러들을 정정하는데 사용되는 프레임 체크 시퀀스를 계산하는 단계;
    상기 프레임 체크 시퀀스를 상기 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드에 부가하는 단계; 및
    상기 채널 시간 할당이 꽉 차거나 또는 모든 송신 큐가 빌 때까지 상기 단계들을 반복하는 단계 - 상기 반복하는 단계는 적어도 한 번 수행되며, 각각의 미디어 액세스 제어 헤더는 하나의 헤더 정정 코드와 연관되고, 각각의 미디어 액세스 제어 멀티미디어 스트림 페이로드는 하나의 프레임 체크 시퀀스와 연관됨 - 를 포함하는
    멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 소정 레이트(rate)로 상기 물리 계층 헤더를 송신하는 단계를 더 포함하는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 소정 레이트로 상기 물리 계층 헤더를 송신하는 단계를 더 포함하는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물리 계층 헤더는 상기 수퍼 MAC 프레임의 길이를 포함하는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미디어 액세스 제어 헤더는 상기 멀티미디어 스트림 페이로드의 길이를 포함하는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 헤더 정정 코드는 상기 미디어 액세스 제어 헤더에서의 에러를 정정하는데 사용되는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 생성 방법.
  7. 물리 프로토콜 데이터 유닛에서 적어도 두 개의 개별 MAC 프레임들을 포함하는 수신된 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 디코딩하는 방법으로서,
    MAC 프레임의 미디어 액세스 제어 헤더를 분리하는 단계;
    상기 MAC 프레임의 헤더 정정 코드를 분리하는 단계;
    상기 헤더 정정 코드를 사용하여 상기 미디어 액세스 제어 헤더에서의 에러들을 체크하고 정정하는 단계;
    상기 MAC 프레임의 상기 미디어 액세스 제어 헤더 내의 페이로드 길이 정보를 사용하여 상기 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 내에서의 멀티미디어 스트림 페이로드의 유닛에 대한 경계를 결정하는 단계;
    상기 MAC 프레임의 프레임 제어 시퀀스를 사용하여 상기 MAC 프레임의 상기 멀티미디어 스트림 페이로드에서의 에러들을 체크하고 정정하는 단계;
    상기 멀티미디어 스트림 페이로드들의 모든 유닛들이 상기 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임으로부터 복구될 때까지 상기 단계들을 반복하는 단계 - 상기 반복하는 단계는 적어도 한 번 수행됨 -; 및
    상기 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임을 멀티미디어 이더넷 프레임(Ethernet frame)들로 변환하는 단계
    를 포함하는 멀티미디어 스트림 수퍼 MAC 프레임 디코딩 방법.
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