KR101481586B1

KR101481586B1 - 다중 무선 통신 구간 할당 방법

Info

Publication number: KR101481586B1
Application number: KR20080093575A
Authority: KR
Inventors: 이진; 김용호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2015-01-12
Also published as: WO2010027208A2; JP5100893B2; US8107413B2; KR20100028453A; WO2010027208A3; US20100135256A1; JP2012501570A

Abstract

다중 무선 통신 구간 할당 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 무선 통신 구간 할당 방법은 단말이 공존 모드 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 요청 메시지에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 공존 모드의 시작 프레임 위치를 수신하며, 상기 시작 프레임 위치에서, 상기 기지국으로부터 비요청 기반의 공존 모드 응답 메시지를 통해 와이파이 비콘 수신을 위해 할당된 구간에 대한 정보를 수신하는 과정을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, IEEE 802.16m 프레임 구조에서 인접 밴드에 속한 블루투스 혹은 Wi-Fi 시스템을 위한 구간 할당을 하는 프레임 할당 패턴을 제공할 수 있고, 하나의 디바이스 내에 여러 무선 인터페이스를 가진 이동 단말이 간섭현상을 최소화하면서 각 시스템과 통신을 원활하게 할 수 있다.

IEEE 802.16m, Wi-Fi, Co-existence, time sharing pattern

Description

다중 무선 통신 구간 할당 방법{Method for communcation time allocation of multiple radio}

본 발명은 다중 무선 인테페이스에 관한 것으로, 특히, Wi-Fi 무선 네트워크 시스템과 IMT-Advanced 시스템인 IEEE 802.16m 시스템이 혼재해 있는 네트워크에서 Wi-Fi 와 IEEE 802.16m 인터페이스를 가진 이동 단말이 여러 시스템을 혼용하여 통신할 때 이동 단말들과 각 시스템간의 통신 중간에 간섭을 줄일 수 있는 방법에 관한 것이다.

무선 LAN(Wireless LAN)이란 유선 LAN의 허브에 해당하는 AP(Access Point) 장치를 사용하여 무선 LAN 카드를 장착한 PDA나 노트북 PC와 같은 무선단말에 LAN 서비스를 제공하는 네트워크 환경이다. 간단히 말해서, 기존의 이더넷(Ethernet) 시스템에서 허브와 사용자 단말 사이의 유선 구간을 AP와 무선 LAN 카드와 같은 NIC(Network Interface Card) 사이의 무선 구간으로 대체한 시스템이라고 생각할 수 있다. 무선 LAN은 무선단말의 배선이 필요 없어 단말기의 재배치가 용이하며, 네트워크의 구축 및 확장이 용이하고, 이동 중에도 통신이 가능하다는 장점이 있는 반면에, 유선 LAN에 비하여 전송 속도가 상대적으로 낮고 무선 채널 특성상 신호품 질이 불안정하며 신호 간섭이 발생할 수 있다는 단점이 있다.

도 1은 무선 LAN의 네트워크 구성 형태의 예를 도시한 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이 무선 LAN의 네트워크 형태는 AP를 포함하느냐 그렇지 않느냐에 따라 두 가지로 나뉘어진다. AP를 포함하는 형태를 인프라 구조(Infrastructure) 네트워크라고 하고, 포함하지 않는 형태를 ad-hoc 네트워크라고 한다. 하나의 AP가 제공하는 서비스 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 하며, AP를 포함하여 그 AP에 접속된 무선단말을 지칭하여 BSS(Basic Service Set)이라고 한다. 이렇게 AP에 접속되어 무선단말이 서비스받게 되는 것을 SS(Station Service)라고 한다. SS는 애드혹(ad-hoc) 네트워크에서 무선단말끼리 주고 받는 서비스도 포함한다. 도 1에서 보는 바와 같이 서비스 영역인 BSA는 서로 중첩될 수 있다. 두 개 이상의 AP가 서로 연동되어 각각의 AP에 접속되어 있는 무선단말이 다른 AP에 접속되어 있는 무선단말과 통신하도록 할 수 있다. 이 경우 AP들의 연결을 DS(Distribution 시스템)이라고 하며, 이러한 DS를 통하여 제공되는 서비스를 DSS(Distribution 시스템 Service)라고 한다. 또한 DSS가 제공 가능한 영역을 ESA(Extended Service Area)라고 하며, ESA내에서 DSS를 제공받는 모든 무선단말과 AP들을 합하여 ESS(Extended Service Set)이라고 한다.

도 2a는 IEEE 802.11의 MAC 구조를 도시한 것이다.

IEEE 802.11 MAC 계층은 도 2에서 보는 바와 같이 경쟁방식의 DCF (Distributed Coordination Function)를 기반으로 하며, 비경쟁방식의 PCF (Point Coordination Function)를 첨가한 형태이다.

DCF는 IEEE 802.11 MAC의 기본적인 매체접근 방식으로서, CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식을 따른다. IBSS 또는 인프라 구조 네트워크에서 적용될 수 있도록 모든 단말에서 이 방식을 구현한다. 단말은 전송하기 전에 다른 단말이 전송하고 있는지를 결정하기 위해 우선 채널을 감지하고, 랜덤하게 설정한 백오프(Backoff) 시간에서 채널이 유휴한 시간만큼 차감하면서 채널을 계속 감지한다. 단말은 백오프 시간이 0이 될 때까지 채널이 유휴하다면 전송을 시작하고, 그렇지 않으면 현재의 전송이 끝난 이후의 경쟁구간에서 남아있는 백오프 시간을 이용하여 전송을 시도한다. 한편, 위의 백오프 과정을 통하여 채널 획득에 성공한 단말은 RTS와 CTS의 짧은 길이의 제어 프레임을 교환하여 은닉 단말 문제(Hidden Terminal Problem)를 해결한다.

PCF는 IEEE 802.11 MAC의 부가적인 매체접근 방식으로서, 기반 구조망(infrastructure network)에서만 적용 가능하다. 이 방식은 BSS의 AP에서 동작하는 PC(point coordinator)가 단말이 전송할 순서를 결정하는 폴링(Polling) 기법을 사용한다. PCF는 접근 우선권 기법(access priority mechanism)에 기반을 둔 가상적인 반송파 검출(carrier sensing) 방식을 사용한다. 즉, PCF는 단말에 대해 NAV (Network Allocation Vector)를 설정하고 매체접근을 제어하기 위해 비콘 관리 프레임(Beacon Management Frame)을 이용한다. 동일한 BSS (Basic Service Set)에서 DCF와 PCF가 함께 사용될 수 있다. PC가 BSS에서 동작할 경우, 비경쟁 구간(Contention-free Period: CFP) 후에 다시 경쟁 구간(Contention Period: CP)이 사용되도록 하는, 두 가지 방식이 서로 교대로 사용되는 방법이 적용된다.

도 2b는 관리 프레임 형식의 일 예를 나타낸다.

비콘(Beacon) 프레임, 프로브 요청/응답(Probe Request/Response) 프레임, 인증 요청/응답(Authentication Request/Response) 프레임, 연합 요청/응답(Association Request/Response) 프레임 등은 관리 프레임의 프레임 본체(Frame Body)에 포함된다. 이들 프레임들은 무선 단말이 AP에 접속하기 위한 절차를 수행하는데 사용된다.

Wi-Fi 비콘 메시지는 Wi-Fi AP로부터 주기적으로 방송되는 메시지이다. STA(Station)는 비콘 메시지를 수신하여 해당 AP와의 채널 상태를 측정할 수 있으며 비콘 구간과 같은 정보가 전송되어 STA는 TBTT(Target Beacon Transmission Time)를 예측할 수 있다. 보통 STA는 다수의 비콘 수신을 통해 채널상태를 측정한다. 이외에도 비콘 메시지는 AP가 제공하는 여러 성능(capability) 정보(인프라 구조 모드/Ad-Hoc 네트워크 모드, PCF 지원 여부, 데이터 암호화 지원 여부, SSID 등)를 포함하고 있으므로 STA가 AP와 통신을 시작하기 위해 첫 번째 수신하는 메시지라고 할 수 있다.

STA는 데이터 전송시의 경쟁을 피하기 위해 채널을 검사(sensing)하여 미디어가 프리인 것을 미리 확인한 후, 데이터 전송의 기회를 갖는다. 데이터를 전송하고 ACK 메시지를 수신하면 데이터 전송의 성공을 의미한다. 만약 ACK 메시지를 받지 못했을 경우 STA는 데이터를 재전송하기 위해 백오프 시간 경과 후에 데이터를 재전송한다. STA는 데이터 전송 전에 간단한 RTS/CTS 제어 메시지를 전송하여 다른 STA가 채널을 사용 중인 것을 인지하는 과정을 거칠 수 있다.

도 3은 IEEE 802.16m 시스템에서 고려되는 프레임 구조이다.

각 20ms 슈퍼 프레임은 4개의 5ms 프레임으로 나누어지고, 하나의 프레임은 8개의 서브프레임으로 구성될 수 있다. 각 서브프레임은 상향(UL), 하향(DL) 전송을 위해 할당된다. 도 3에서는 5:3 비율로 DL:UL 이 할당되는 경우를 보여준다. 하나의 서브프레임은 6개의 심볼로 구성되며 한 심볼은 617us 이다. 슈퍼 프레임 헤더(Super Frame Header; SFH)는 매 20ms 마다 전송되며 셀 특정의(cell-specific) 시스템 정보(SBCH)와 공통된 시스템 정보(PBCH)로 나누어 전송될 수 있다. 또한 IEEE 802.16e의 광대역 무선 접속 시스템과 달리 MAP의 위치는 유동적으로 전송될 가능성이 있으며 현재 프레임 내의 MAP에서 상향/하향 링크를 모두 지시하여 줄 수 있으므로 데이터 전송 지연을 단축할 수 있다.

도 4는 코로케이티드 공존 환경의 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 4에서 보여지는 바와 같이, IEEE 802.16m 시스템은 블루투스(Bluetooth)와 Wi-Fi 시스템이 사용하는 주파수 밴드와 인접 밴드를 사용하기 때문에 한 단말들 내에 위치하는 여러 무선 기술들을 독립적으로 혹은 동시에 사용(co-located coexistence)하는 경우 심각한 간섭현상을 발생시킨다. 예를 들면, IEEE 802.16m과 Wi-Fi 시스템은 독립적으로 작동하므로 이동 단말이 IEEE 802.16m 시스템으로부터 데이터를 전송받을 때, Wi-Fi 데이터 패킷은 송신이 차단되는 경우가 있을 수 있다.

따라서 종래 WiMAX 시스템에서는 이동 단말이 전력소모 방지를 위하여 시작하는 전력소모 방지 클래스(Power Saving Class)를 이용하여 슬립(sleep) 구간 동 안 Wi-Fi 네트워크와 통신을 시도하고 리스닝(listening) 구간 동안에는 WiMAX 네트워크와 통신을 재개함으로써 각 시스템간의 간섭현상을 최소화하고자 하였다.

종래에 이동 단말은 광대역 무선접속 시스템의 전력소모 방지 클래스(Power Saving Class)를 이용하여 Wi-Fi를 간헐적으로 사용할 수 있었다. 그러나, 전력 소모 방지 타입에 기반을 두는 공존 구간할당은 IEEE 802.16 데이터 트래픽 성격에 맞도록 분류된 것이다. 공존 모드에서 Wi-Fi 트래픽 전송을 위한 구간을 할당받기 위해서는 전송할 Wi-Fi 트래픽 성격에 맞는 구간을 할당받도록 하는 것이 효율적이다. 서브프레임 구조를 가정하는 IEEE 802.16m 시스템에서 두 인터페이스 (IEEE 802.16m/ Wi-Fi)를 모두 가진 멀티 이동 단말에 IEEE 802.16m 기지국이 Wi-Fi 데이터 전송 구간을 할당받을 때 Wi-Fi 데이터 전송 시간이나 전송 시점 등을 고려하여 효율적인 프레임 할당을 수행할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 무선 인터페이스를 가진 이동 단말이 여러 무선 시스템을 혼용하여 통신을 시도하고자 할 때 이동 단말들과 각 시스템간의 통신 중간에 발생하는 간섭을 줄이고, 각 시스템의 서비스를 효율적으로 제공받을 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 무선 통신 구간 할당 방법은 단말이 공존 모드 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 요청 메시지에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 공존 모드의 시작 프레임 위치를 수신하며, 상기 시작 프레임 위치에서, 상기 기지국으로부터 비요청 기반의 공존 모드 응답 메시지를 통해 와이파이 비콘 수신을 위해 할당된 구간에 대한 정보를 수신하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 공존 모드 요청 메시지는 상기 단말에 대한 타겟 비콘 전송 시간(TBTT)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 와이파이 비콘을 위해 할당된 구간에 대한 정보는 상기 기지국에서 상기 타겟 비콘 전송 시간(TBTT)에 따라 연산된 정보일 수 있다.

바람직하게는, 상기 와이파이 비콘을 위해 할당된 구간에 대한 정보는 상기 단말이 와이파이 비콘을 수신할 서브프레임 위치를 나타내는 비트맵을 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 무선 통신 구간 할당 방법은 단말이 공존 모드 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 요청 메시지에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 공존 모드의 시작 프레임 위치를 수신하며, 상기 단말에서 공존 모드 폴링을 통해 상기 기지국에 와이파이 비콘을 위한 구간 할당을 요청하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 폴링에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 와이파이 비콘 수신을 위해 할당된 구간에 대한 정보를 수신하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 공존 모드 요청 메시지는 상기 단말에 대한 타겟 비콘 전송 시간(TBTT)을 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 무선 통신 구간 할당 방법은 단말이 공존 모드 요청 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 요청 메시지에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 공존 모드의 시작 프레임 위치를 수신하며, 상기 단말에서 공존 모드 폴링을 통해 상기 기지국에 와이파이 데이터를 위한 구간 할당을 요청하고, 상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 폴링에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 와이파이 데이터를 위해 할당된 구간에 대한 정보를 수신하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 와이파이 데이터를 위한 구간 할당을 요청하는 과정에서, 상기 와이파이 데이터를 위한 구간 할당의 변경을 요청할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 무선 통신 구간 할당 방법은 상기 단말이 상기 와이파이 데이터를 위해 할당된 구간 내에 데이터 송수신 을 완료하면, 공존 종료 메시지를 상기 기지국에 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 와이파이 데이터를 위해 할당된 구간에 대한 정보는 상기 단말이 와이파이 데이터를 수신할 서브프레임 위치를 나타내는 비트맵을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 와이파이 데이터를 위해 할당된 구간은 상기 단말이 송신한 와이파이 데이터에 대한 수신확인 메시지를 수신할 시간 구간을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, IEEE 802.16m 프레임 구조에서 인접 밴드에 속한 블루투스 혹은 Wi-Fi 시스템을 위한 구간 할당을 하는 프레임 할당 패턴을 제공할 수 있고, 하나의 디바이스 내에 여러 무선 인터페이스를 가진 이동 단말이 간섭현상을 최소화하면서 각 시스템과 통신을 원활하게 할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 공존을 보장하는 다중 무선(Multi-Radio) 개체의 구조를 나타낸다.

도 5에서 보여지는 단말은 IEEE 802.16/802.11/802.15 인터페이스를 가진 구조를 예로 나타내며 단말은 이외의 인터페이스를 추가로 가질 수 있다. 각 무선 인 터페이스들은 독립적으로 해당 기지국과 통신할 수 있으며 단말 내부에는 각 인터페이스들을 연결하여 통신 가능한 역할을 하는 공존 기능부(Co-existence Function)가 추가된다. 이 기능부는 단말 내부에서 공존 모드를 수행하기 위한 동작을 제어하고 관리하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.11 STA는 IEEE 802.16m 단말이 IEEE 802.16m 기지국으로 공존 모드 구간을 요청하기 위해 필요한 정보들을 공존 기능부를 통해 전달할 수 있다. 더 나아가 공존 기능부는 IEEE 802.11 STA가 충돌이 없는 데이터 전달에 성공하기 위해 공존 기능부에 질의 요청한 구간에서 데이터 전송을 할 수 있다. 즉, 공존 기능부는 IEEE 802.16m 단말이 공존 모드가 허용됐을 때 IEEE 802.11 STA 나 IEEE 802.15 마스터가 충돌없는 데이터 전송을 하도록 조율해주는 역할도 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 다중 무선 개체의 구조를 나타낸다.

도 6은 IEEE 802.16/802.11/802.15 인터페이스를 가진 구조를 예로 든 것이다. 단말은 도 6에 도시된 인터페이스 이외의 인터페이스를 추가로 가질 수 있다. 각 무선 인터페이스들은 독립적으로 해당 기지국과 통신할 수 있으며 단말 내부에는 각 인터페이스들을 연결하여 통신 가능한 역할을 하는 다중 무선 공존 기능부(Multi-Radio Co-existence Function)가 각 무선 인터페이스마다 추가된다. 이 기능부들은 이를 통합하는 공존 서비스라는 상위 관리 개체와 통신을 하여 단말 내부에서 공존 모드를 수행하기 위한 동작을 제어하고 관리하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.11 STA는 IEEE 802.16m 단말이 공존 모드 구간을 802.16m 기 지국으로 요청하기 위해 필요한 정보들을 IEEE 802.11 다중 무선 공존 기능부가 공존 서비스에 전달을 한다. 공존 서비스는 IEEE 802.16에서 정의하는 네트워크 제어 및 관리 서비스(Network Control and Management Service; NCMS)에 존재하면서 각 인터페이스들의 공존을 관장한다. 공존 서비스는 IEEE 802.16의 무선망이 필요로 하는 동작 즉, 공존을 위한 구간 할당 요청 등을 하기 위해 다중 무선 공존 기능부에 타 인터페이스 관련 공존 정보를 전달하고, 다중 무선 공존 기능부는 이를 기지국에 요청한다.

다중 무선 공존 기능부는 802.16m 단말이 공존 모드가 허용됐을 때 802.11 STA 나 802.15 마스터가 충돌없는 데이터 전송을 하도록 공존 서비스를 통해 해당 인터페이스의 다중 무선 공존 기능부와 통신해 조율해주는 역할도 수행하여 줄 수 있다.

표 1은 IEEE 802.16m 시스템에서 코로케이티드(co-located) 공존 모드를 위해 고려되는 각 무선 접속 기술(Radio Access Technology)에 따른 데이터 타입의 구분을 보여준다. 즉, 표 1은 2.4 GHz 주파수 밴드를 사용하는 블루투스, Wi-Fi 트래픽 성격에 따른 분류표이다.

Type	Variable
Co-existence type 1	Bluetooth eSCO
Co-existence type 2	Wi-Fi Beacon
Co-existence type 3	Wi-Fi Data/Ack

단말이 공존 모드를 요청할 때 해당 타입 정보를 함께 전송하면 기지국은 타입에 따라 시간 공유 패턴(Time Sharing Pattern)을 다르게 할당하여 줄 수 있다.

도 7은 여러 무선 기술 인터페이스들을 가진 단말이 IEEE 802.16m 시스템에서 공존 모드 동작을 요청하고 기지국의 응답을 수신하는 과정을 나타낸다.

IEEE 802.16m 시스템과 통신을 하고 있는 단말이 Wi-Fi 혹은 블루투스 시스템과 통신이 필요하다고 판단될 때, 단말은 기지국으로 공존 모드 요청 메시지를 전송한다(710). Wi-Fi 혹은 블루투스 시스템과의 통신이 필요한 부분은 IEEE 802.16m에 존재하는 다중 무선 공존 기능부가 NCMS에 있는 공존 서비스의 중재를 통하거나 Wi-Fi/블루투스에 있는 다중 무선 공존 기능부와의 직접 통신을 통해 알 수 있다. 이때 단말은 통신하고자 하는 무선 기술에 대한 정보(예를 들어, 공존 모드 타입, 희망하는 시작 시점 프레임 번호 등)를 함께 전달한다.

기지국은 전송받은 타입에 따라 공존 모드를 위한 프레임할당 정보(시작 프레임 번호)를 담은 응답 메시지를 전송한다(720). 시작 단위 구간은 무선 프레임이 시작되는 구간을 기본으로 하거나 기지국의 판단 하에 공존 모드 요청 메시지가 전달된 동일 무선 프레임 내의 구간으로 정할 수 있다.

응답 메시지를 전송받은 단말은 해당 프레임에서부터 공존 모드로 동작을 개시할 수 있다. 공존 모드는 단말이 다른 무선 즉, Wi-Fi나 블루투스와 통신을 하기 위해서 IEEE 802.16 기지국과 통신이 불가능할 수 있는 시간 구간이다. 추가로, 기지국은 상기 단말이 위치한 지역과 근거리에 있는 단말들에게는 상기 공존 모드 동작 구간 동안에는 해당 단말 근거리에 위치한 단말들이 데이터 송/수신을 하지 않도록 자원을 할당하지 않을 수 있다. 이는 해당 단말의 근거리에 있는 단말들이 데이터를 송/수신하면 해당 단말이 다른 무선과의 통신을 하는데 간섭신호로 작용하기 때문이다.

만약 공존 모드로 할당된 구간이 단말이 전송하고자 하는 데이터의 양에 비해 너무 적거나 많을 경우, 단말은 기지국에 구간 변경을 요구하는 요청 메시지를 전송하거나 공존 타입(Co-existence Type)의 변경을 요청하거나 또다른 공존 타입의 추가를 요청할 수도 있다(730).

기지국은 단말의 요청을 승인하거나 IEEE 802.16m 데이터 전송 스케줄에 따라 상기 요청을 거절할 수 있다(740).

단말이 공존 모드로 동작하다가 더 이상 Wi-Fi나 블루투스 데이터 송수신이 필요 없다고 판단한 경우, 단말은 기지국에 공존 모드를 종료하기 위한 요청 메시지를 전달하고(750), 기지국은 IEEE 802.16m 정상 상태(normal state)로 동작을 알리는 응답 메시지를 전달할 수 있다(760).

단말이 공존 모드 type 2를 요청하는 경우는 단말이 Wi-Fi 비콘을 수신하기 위한 구간을 할당받기 위한 것이다. 비콘 메시지를 통한 스캔과정을 통해서 단말은 핸드오버를 위한 후보 AP를 선별하거나 특정 AP에 접속하기 위한 정보를 전송받을 수 있다.

각 AP마다 비콘의 주기는 보통 102.4ms으로 일정한 구간을 갖고 전송되기는 하나 실제 약간의 딜레이가 발생될 수 있다. 비콘 전송은 주기적이기는 하나 AP로부터 전송되는 것이므로 단말은 그 주기를 조절하거나 전송되는 시점을 조절할 수가 없다. 따라서 단말은 공존 모드를 요청할 시에 TBTT 값을 기지국으로 전송하고, 기지국은 TBTT 시점에 단말에 Wi-Fi 비콘 수신을 위한 구간을 할당한다. 여기서, IEEE 802.16m 기지국은 비콘 구간을 알고 있다고 가정한다. 기지국이 비콘 구간을 모르는 경우에는 단말이 비콘 구간을 TBTT 값과 함께 전송한다.

AP 마다 TBTT 값이 다를 경우에는 이동 단말이 다수의 AP로부터 비콘 수신을 위한 구간을 요청할 경우 기지국은 비일률적인 구간 할당을 피할 수 없다. 따라서 구간 할당 지시 방법으로 5:3의 하향 및 상향 서브프레임 구조를 가정하는 IEEE 802.16m 시스템에서 비트맵 지시 방법이 고려된다. 비트맵 지시자 정보는 공존 모드 응답 메시지에 포함되어 전송될 수 있다. 이때 전체 5ms 프레임을 구성하는 모든 서브프레임이 IEEE 802.16m 트래픽을 위해 할당되지 못할 수 있으므로 HARQ ACK/NACK 위치는 기지국에 의해 조절돼야 한다. 또한 IEEE 802.16m의 MAP의 위치도 고려되어야 한다.

단말이 Type 2를 위한 구간을 반복적으로 할당받는 방법에는 기지국이 폴링 해주는 방법, 비요청 기반의(Unsolicited) 공존 모드를 위한 구간 할당 방법 등이 있다.

기지국이 폴링 해주는 방법은 단말이 공존 모드를 요청할 시에 비콘의 TBTT 정보를 함께 전송하면 기지국은 다음 TBTT 가 오기 전, 예를 들면, 비콘이 전달되는 이전 프레임에, 단말의 존재 여부를 파악할 수 있도록 단말을 폴링해주는 방법이다.

단말의 폴링은 단말이 자신의 존재 여부를 알릴 수 있는 메시지를 상향으로 보내도록 대역을 기지국이 할당해 주는 것이다. 상기 존재 여부를 알릴 수 있는 메시지의 예로 공존 모드 요청 메시지가 있다. 단말은 공존 모드 요청 메시지를 전송함으로써 해당 단말이 현재 기지국에 접속중임을 기지국이 인지하게 해준다. 기지국은 응답 메시지를 통해 단말이 비콘 수신을 위한 구간 할당 정보를 전송하여 준다. 또한 단말이 전송하는 메시지에는 변경된 TBTT나 Wi-Fi 혹은 블루투스에서 사용하는 클럭과 IEEE 802.16m에서 사용하는 클럭이 상이하여 나타나는 시점 차이를 보정해 주는 요청이 포함될 수 있다. 예를 들어, 예정된 TBTT가 102.4ms이었으나 기지국이 사용하는 클럭과의 차이에 의해서 향후에 TBTT가 103ms 주기로 요청하고자 하는 경우, 단말은 상기 변경된 값을 포함하여 전송한다.

기지국이 단말을 폴링할 때에는 TBTT의 이전 프레임을 이용한다. 그 이유는 TBTT 이후에는 단말이 다른 무선망과의 통신으로 현재 기지국과 통신이 자유롭지 못하기 때문이다.

비요청 기반의 공존 모드를 위한 구간 할당 방법은 단말이 공존 모드 중단(Termination) 요청을 하기 전까지 기지국이 주기적으로 TBTT 마다 구간할당을 해주는 방법이다. 이 방법은 단말의 요청 없이 type 2 공존 모드 구간할당을 해주는 방법이다. 기지국은 단말이 공존 모드 중단 요청 메시지를 전송하기 전까지 매 TBTT마다 구간 할당을 할 수 있고, 단말이 도중에 공존 모드 구간을 변경하거나 타입을 변경하고자 하여 갱신 요청 메시지를 전송할 때는 비요청 기반의 구간 할당은 종료될 수 있다.

비콘의 전송 주기인 TBTT마다 기기국은 공존 모드를 요청한 단말이 비콘을 수신할 수 있도록 해당 이동 단말이 요청한 구간에는 기지국으로부터 사용 불가하다는 것을 인지하고 스케줄링을 해 준다. TBTT마다 기지국은 비콘이 전송될 수 있는 시간 동안 해당 단말에 자원 스케줄링을 해주지 않음으로써 단말이 다른 무선망, 예를 들면, Wi-Fi 혹은 블루투스와 동작할 수 있게 해 준다.

그러나 예상했던 비콘의 전송 시간 보다 긴 비콘이 전송될 경우가 있으므로 기지국은 단말이 비콘 수신 구간 변경 요청 메시지를 보낼 수 있는 구간을 할당하는 폴링을 예상 비콘 전송 구간에 이은 첫 번째 상향링크 구간에서 해준다. 만약 비콘을 수신하는 구간이 할당을 지시해 주는 메시지, 예를 들면, 하향링크 메시지 할당 프로토콜(Downlink Message Allocation Protocol; DL-MAP)이 전송되는 구간이면, 바로 다음 DL-MAP을 통해 상향링크 자원을 할당하여 이동 단말이 변경 유무를 알릴 수 있게 한다. 이때, 다음 주기의 비콘 전송 주기, 즉, TBTT가 변경되는 경우 단말은 상기 기회를 이용하여 주기 변경을 요청할 수도 있다.

비콘 메시지의 전송 구간을 변경하는 또 다른 방법은 상기 기지국이 폴링해주는 방법에서 단말이 자신의 존재 여부를 알리는 메시지를 이용하는 것이다. 이전에 수신한 비콘의 길이가 예상했던 것보다 큰 경우, 단말은 과거 수신한 몇 개 비콘의 길이를 참고로 하여 예상되는 비콘의 길이를 정해 기지국에 통보할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 적용되는 시간 공유 패턴을 위한 비트맵의 예를 도시한 것이다.

단말은 여러 AP로부터 비콘 수신을 위해 구간 할당을 요청할 수도 있다. AP마다 비콘 전송 시간이 다를 수 있으므로 이때 단말은 여러 TBTT 값을 기지국에 전송할 수 있다. 도 8에서와 같이, 다수개의 비콘 수신을 위한 구간할당이 필요할 수 있다. 비콘 수신 시간은 가변이므로 단말이 일정 값을 요청할 수도 있고 기지국이 임의의 값을 정하여 비콘 수신 구간을 정하여 줄 수 있다. 도 8은 비콘 수신 구간 지시 방법의 한 예로 비트맵을 보여준다. IEEE 802.16m 구간으로 할당된 서브프레임은 1로 세팅하고 공존 모드로 할당된 서브프레임은 0으로 표시하여 동일 프레임 내에 IEEE 802.16m을 위한 프레임과 코로케이티드(co-located) 공존 무선 기술을 위한 시간 프레임이 공존할 수 있다.

표 2는 상술한 비트맵 정보가 전달되는 공존 모드 응답 메시지 포맷의 일 예이다.

Syntax	Size ( bit )	Notes
CoEX - RSP _ Message _ format ( ) {
Management Message Type = xx	8
Co - existence mode approved	1
If ( Co - existence mode approved ==1) {
Co - existence type		Type 1: Bluetooth Type 2: Wi - Fi Beacon Type 3: Wi - Fi Data / Ack
Start frame number	7	Co - existence mode start frame number
If ( Co - existence type ==1) {
Time sharing pattern	2	Ox00 : [1][1][1][0][0][0][1][1] Ox01 : [1][1][0][0][0][0][1][1] 0x10- 0x11 : Reserved
}
Co - existence mode bitmap	8	Bitmap to indicate if each sub - frame is dedicated to 802.16m system or co - existence mode requested . [0]- [7]: if set to 1, means [i] th sub -frame is to use for 16m time frame otherwise co - existence mode time frame
Period ( p)		Time sharing is dedicated in every P frame
}
}

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 TBTT 마다 단말의 요청 없이 기지국이 Wi-Fi 비콘 수신을 위해 구간을 할당하는 예를 도시한 것이다.

단말은 공존 모드로 동작하기 위해 공존 요청(CoEX REQ) 메시지에 'Initiate'라는 액션 코드를 부가할 수 있다. 기지국은 TBTT 마다 16m 서브프레임 중에서 Wi-Fi를 위해 할당된 구간을 표시한 비트맵을 공존 모드 응답 메시지를 통해 전송한다

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 단말이 TBTT 마다 비콘 수신을 위한 구간 할당을 요청하는 예를 도시한 것이다.

단말의 구간 할당 요청을 위해 기지국은 초기 비콘 구간 할당 이후부터 주기적으로 공존 모드의 단말을 폴링한다.

이하에서는 Wi-Fi 데이터/Ack 송수신을 위해 IEEE 802.16m 이동 단말이 구간 요청을 하는 방법에 대해 설명한다.

단말이 Wi-Fi 데이터의 송신을 원하는 시점을 IEEE 802.16m 기지국이 예측할 수 없을 뿐만 아니라, 전송한 데이터에 대해 Ack를 수신하기까지 걸리는 시간은 네트워크 상황에 따라 달라지므로 단말도 정확한 Ack 수신 시점을 예측하기 어렵다.

따라서 Type 3에 대해서는 단말이 데이터를 전송하고자 하는 시점마다 기지국에 전송 기회를 요청한다. 단말은 Wi-Fi 데이터를 전송하기 위해 공존 요청(CoEX REQ) 메시지에 'Update'라는 액션 코드를 부가할 수 있다. 이때 단말은 자신이 전송하고자 하는 데이터의 양을 함께 전달하고, 기지국의 판단 하에 구간 할당을 받을 수 있다. 기지국의 공존 응답 메시지에도 'Update'라는 액션 코드가 부가될 수 있다.

Wi-Fi 전송 구간은 기지국이 처음 할당한 구간이 일정 기간마다 반복될 수 있다. 그러나, 처음 할당한 구간에 단말이 데이터 전송을 모두 마치지 못한 경우 단말은 다음 구간을 다시 요청할 수 있다. 처음 할당한 구간만큼 일정 프레임마다 반복이 되는 경우에는 단말이 기지국의 공존 응답 메시지를 통해 반복 주기를 대해 확인해야 한다. 단말이 다음 구간을 요청할 것을 대비하여 기지국은 UL-MAP에 해당 단말을 위한 공존 폴링(Co-existence Polling)을 지원할 수 있다.

단말이 Wi-Fi 데이터 전송을 할당된 구간 이내에 모두 마쳤을 경우, 단말은 기지국에 Wi-Fi 전송을 위해 사용한 나머지 프레임에 대해서 공존 모드의 종료를 요청하는 메시지를 전송할 수 있으며, 기지국은 나머지 프레임을 IEEE 802.16m을 위해 할당할 수 있다. 이 경우, 기지국은 주기적으로 할당 예정이었던 Type 3에 대한 할당 해지로 인지할 수도 있다. 또한 기지국으로부터 할당받은 Type 3 구간이 데이터 전송을 위해 너무 적거나 많다고 생각되는 경우 단말은 기지국으로 갱신 요청 메시지를 송신하여 구간 할당을 조절할 수 있다. 상기 프레임 구간은 IEEE 802.16m의 기지국이 임의대로 네트워크 상황에 따라 조절할 수도 있다.

도 11은 단말이 Wi-Fi Type 3을 위해 할당받은 구간 동안 데이터 전송을 일찍 끝마친 경우 나머지 구간에서 IEEE 802.16m 전용 모드로 동작할 수 있도록 종료 메시지(CoEX IND)를 전송하는 예를 도시한 것이다.

이는 단말 자신도 데이터를 전송하고 ACK 메시지를 받기까지 예상되는 시간을 짐작할 수 없기 때문에 예상되는 시나리오이다. Wi-Fi 동작을 종료시키기 위해, 도 11과 같이, 종료 메시지(CoEX IND)에를 의미하는 액션(Action) 코드 즉, 'Terminate'를 포함시키거나, 공존 요청(CoEX REQ) 메시지에 'Terminate'를 부가할 수도 있다. 이러한 상황의 발생을 줄이려면, 기지국은 Wi-Fi 공존 모드를 위한 초기 구간 할당은 되도록 작게 할당해야 한다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 주기적으로 Wi-Fi 데이터 전송을 위한 구간 할당을 하는 예를 도시한 것이다.

기지국은 일정 구간을 매 P 주기마다 Type 3을 위한 구간으로 할당한다. 이때 단말이 Wi-Fi 데이터 전송이 시급하거나 할당된 구간이 작다고 판단되는 경우 기지국에 할당 주기나 할당 구간에 대한 변경을 요청할 수 있다. 할당 주기나 할당 구간의 변경 요청을 위해 공존 요청(CoEX REQ) 메시지에 'Update'라는 액션 코드를 부가할 수 있다. 요청 메시지는 기지국이 공존 폴링으로 할당해준 상향링크 자원을 이용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명은 다중 무선 인터페이스를 가진 이동 단말이 여러 무선 시스템을 혼용하여 통신을 시도하고자 할 때 이동 단말들과 각 시스템간의 통신 중간에 발생하는 간섭을 줄이고, 각 시스템의 서비스를 효율적으로 제공받을 수 있는 것으로, IEEE 802.16m 등의 시스템에서 기지국, 단말 등에 적용될 수 있다.

도 2a는 IEEE 802.11의 MAC 구조를 도시한 것이다.

도 2b는 관리 프레임 형식의 일 예를 나타낸다.

도 3은 IEEE 802.16m 시스템에서 고려되는 프레임 구조이다.

도 5는 공존을 보장하는 다중 무선 개체의 구조를 나타낸다.

도 11은 단말이 Wi-Fi 데이터 전송을 일찍 끝마친 경우 나머지 구간에서 IEEE 802.16m 전용 모드로 동작할 수 있도록 종료 메시지를 전송하는 예를 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 주기적으로 Wi-Fi 데이터 전송을 위한 구간 할당을 하는 예를 도시한 것이다.

Claims

무선통신시스템에서 단말이 공존(co-located coexistence) 모드로 동작하는 방법에 있어서,

상기 단말이 제1통신방식에 따른 동작과 제2통신방식에 따른 동작의 공존을 위한 공존 모드 요청 메시지를 상기 제1통신방식의 기지국에 전송하는 단계;

상기 기지국으로부터 상기 공존 모드 요청 메시지에 대응한 공존 모드 응답 메시지를 통해 공존 모드의 시작 프레임 위치를 수신하는 단계; 및

상기 시작 프레임 위치에서 상기 공존 모드를 개시하는 단계를 포함하고,

상기 공존 모드에서는 소정의 시간 패턴에 기초하여, 상기 제1통신방식에 따른 동작과 상기 제2 통신방식에 따른 동작이 선택적으로 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공존 모드는,

상기 소정의 시간 패턴의 설정 방식이 상이한 다수의 공존 모드 타입들 중 어느 하나에 대응하는, 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 공존 모드 요청 메시지는,

상기 다수의 공존 모드 타입들 중 어느 하나를 지시하는 정보를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공존 모드는,

상기 제1통신방식의 프레임에 포함된 다수의 서브프레임들 중 상기 제1통신방식의 동작을 위한 서브프레임과 상기 제2통신방식의 동작을 위한 서브프레임을 나타내는 비트맵에 기초하여 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국에 상기 공존 모드의 종료를 요청하는 메시지를 전송하는 단계; 및

상기 기지국으로부터 상기 공존 모드의 종료 요청에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공존 모드가 종료되면 상기 제1통신방식에 따른 동작만 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공존 모드에서는,

상기 제2통신방식에 따른 동작을 위하여 상기 제1통신방식에 따른 HARQ ACK/NACK의 스케줄이 변경되는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1통신방식은 IEEE 802.16에 대응하고, 상기 제2통신방식은 IEEE 802.11 또는 IEEE 802.15에 대응하는, 방법.
무선통신시스템에서 기지국이 단말의 공존(co-located coexistence) 모드를 지원하는 방법에 있어서,

상기 단말로부터 제1통신방식에 따른 동작과 제2통신방식에 따른 동작의 공존을 위한 공존 모드 요청 메시지를 수신하는 단계; 및

상기 공존 모드가 개시될 시작 프레임 위치를 포함하는 공존 모드 응답 메시지를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하고,

상기 공존 모드에서는 소정의 시간 패턴에 기초하여, 상기 제1통신방식에 따른 동작과 상기 제2 통신방식에 따른 동작이 상기 단말에 의해 선택적으로 수행되는, 방법.
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