KR101618026B1

KR101618026B1 - 무선랜에서 대역폭 관리정보 전송방법 및 장치

Info

Publication number: KR101618026B1
Application number: KR1020157033886A
Authority: KR
Inventors: 이대원; 석용호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2016-05-03
Also published as: KR20150141192A; JP2014504113A; US9661555B2; CN103299686B; US20130301463A1; US10257773B2; AU2011354847B2; EP2664195A4; US20150373625A1; CA2824458C; US20170223612A1; EP2664195B1; KR20130132525A; US9137738B2; JP5624682B2; CA2824458A1; CN103299686A; WO2012096441A3; WO2012096441A2; EP2664195A2

Abstract

무선랜 시스템에서 액세스 포인트에 의해 수행되는 관리 정보 전송 방법이 제공된다. 액세스 포인트는 BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 스테이션으로 전송한다. 상기 BSS 부하 정보 요소는 MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output) 지원 카운트 필드, 공간 스트림 활용도 필드, 제1 대역폭 활용도 필드 및 제2 대역폭 활용도 필드를 포함한다.

Description

무선랜에서 대역폭 관리정보 전송방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING MANAGEMENT INFORMATION FRAME IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK SYSTEM}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 관리정보를 전송하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(wireless local area network, WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대형 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

WLAN 기술의 표준화 기구인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802가 1980년 2월에 설립된 이래, 많은 표준화 작업이 수행되고 있다. 초기의 WLAN 기술은 IEEE 802.11을 통해 2.4GHz 주파수를 사용하여 주파수 호핑, 대역 확산, 적외선 통신 등으로 1~2Mbps의 속도를 지원한 이래, 최근에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을 적용하여 최대 54Mbps의 속도를 지원할 수 있다. 이외에도 IEEE 802.11에서는 QoS(Quality for Service)의 향상, 액세스 포인트(Access Point) 프로토콜 호환, 보안 강화(Security Enhancement), 무선 자원 측정(Radio Resource measurement), 차량 환경을 위한 무선 접속(Wireless Access Vehicular Environment), 빠른 로밍(Fast Roaming), 메쉬 네트워크(Mesh Network), 외부 네트워크와의 상호작용(Interworking with External Network), 무선 네트워크 관리(Wireless network Management) 등 다양한 기술의 표준을 실용화 또는 개발 중에 있다. 또한, 무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 규격으로써 IEEE 802.11n이 있다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다.

IEEE 802.11n에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput, HT)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술을 도입하였다. 또한, 데이터 신뢰성을 높이기 위해 중복되는 사본을 여러 개 전송하는 코딩 방식이 사용될 수 있으며, 물리계층(physical layer)에서 다중화 방식으로 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)이 사용된다.

WLAN의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 WLAN 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 그런데, IEEE 802.11n 매체접속제어(Medium Access Control, MAC)/물리계층(Physical Layer, PHY) 프로토콜은 1Gbps 이상의 쓰루풋을 제공하는데 있어서 효과적이지 못하다. 왜냐하면, IEEE 802.11n MAC/PHY 프로토콜은 단일 스테이션(station, STA), 즉 하나의 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card, NIC)를 갖는 STA의 동작을 위한 것이어서, 기존의 IEEE 802.11n의 MAC/PHY 프로토콜을 그대로 유지하면서 프레임의 처리량을 증가시킬수록 이에 따라 부가적으로 발생하는 오버헤드(Overhead)도 증가하기 때문이다. 결국, 기존의 IEEE 802.11n MAC/PHY 프로토콜, 즉 단일 STA 아키텍쳐를 그대로 유지하면서 무선 통신 네트워크의 수율(throughput)을 향상시키는 것은 한계가 있다.

따라서 무선 통신 네트워크에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 달성하기 위해서는 기존의 단일 STA 아키텍쳐인 IEEE 802.11n MAC/PHY 프로토콜과는 다른 새로운 시스템이 요청된다. VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템은, IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전으로서, MAC 서비스 접속 포인트(Service Access Point, SAP)에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템 중 하나이다.

VHT 무선랜 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 VHT non-AP STA들이 동시에 채널에 접근하여 사용하는 것을 허용한다. 이를 위해 다중 안테나를 이용한 MU-MIMO(multi user multiple input multiple output) 방식의 전송을 지원한다. VHT AP(Access Point)는 복수의 VHT non-AP STA에게 공간 다중화(spatial multiplexing)된 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 복수의 안테나를 사용하여 복수의 공간 스트림(spatial stream)을 복수의 non-AP STA에 배분하여 동시에 데이터를 전송함으로써, 무선랜 시스템의 전반적인 수율(throughput)을 올릴 수 있다.

무선랜 시스템에서 non-AP STA은 서비스를 제공하고 있는 AP를 탐색(scanning)하고, 인증(authentication), 결합(association) 절차를 수행한다. non-AP STA이 AP를 탐색한 결과 복수의 AP가 탐색된 경우 non-AP STA은 자신이 결합할 AP를 선택할 수 있다. 이때, non-AP STA이 AP를 선택함에 있어 전체 네트워크의 로드 밸런스(lode balance)를 고려하는 것이 바람직하다.

무선랜 단말의 보급이 늘어나고, 활용이 증가하면서 다수의 AP가 설치되고 있다. 이에 따라, 동일한 채널을 사용하는 BSS(Basic Service Set)의 BSA(Basic Service Area)의 전부 또는 일부가(either partly or wholly) 겹치는(overlapping) OBSS(Overlapping Basic Service Set) 환경이 증가하고 있다. 또한 MU-MIMO를 지원하는 무선랜 네트워크를 상정하면 non-AP STA이 결합할 AP를 선택함에 있어 고려하여야 할 사항은 더욱 증가할 수 있다. 따라서 non-AP STA이 결합할 AP를 선택하는 과정에서 참조할 수 있는 정보를 non-AP STA에게 제공하는 것은 무선랜 네트워크 전체의 효율을 관리하는 측면에서 중요한 요소가 될 수 있다.

무선랜 네트워크의 전체 효율을 올리기 위하여, non-AP STA이 결합할 AP를 선택할 때 non-AP STA이 참조할 수 있는 제어정보 생성하여 non-AP STA에게 전송하는 방법 및 해당 제어정보를 기반으로 한 non-AP STA의 AP 선택 방법에 대한 고려가 필요하다.

본 발명은 무선랜 네트워크 시스템에서 AP(Access Point)가 관리 정보를 전송하는 방법을 제공한다.

본 발명은 무선랜 네트워크 시스템에서 스테이션이 관리 정보를 수신하는 방법을 제공한다.

일 양태에서, MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 액세스 포인트(Access Point; AP)에 의해 수행되는 관리 정보 전송 방법은 BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 스테이션(station; STA)으로 전송하는 것을 포함한다.

상기 BSS 부하 정보 요소는 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드, 공간 스트림(spatial stream) 활용도 필드, 제1 대역폭 활용도 필드 및 제2 대역폭 활용도 필드를 포함한다.

상기 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드는 상기 AP에 의해 관리되는 BSS에 현재 결합 중인 STA들 중 MU 수신 능력(MU reception capability)을 구비한 STA의 전체 개수를 지시한다.

상기 공간 스트림 활용도 필드는 상기 AP에 의해 지원되는 공간 스트림의 최대 개수와 상기 AP에 의해 상기 STA로 전송되는 공간 스트림의 개수를 기반으로 주채널(primary channel)에서의 혼잡한 정도를 나타낸다.

상기 제1 대역폭 활용도 필드는 CCA(clear channel assessment)를 기반으로 20 MHz 채널에서의 혼잡(busy)한 정도에 대한 정보를 포함하고, 상기 제2 대역폭 활용도 필드는 상기 CCA를 기반으로 40 MHz 채널에서의 혼잡한 정도에 대한 정보를 포함한다.

상기 주채널은 상기 AP에 의해 관리되는 BSS 내 모든 STA에게 공용 채널이고, 상기 주채널, 상기 20 MHz 채널 및 상기 40 MHz 채널은 서로 중복되지(overlap) 않는다.

다른 양태에서, MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 액세스 포인트(Access Point; AP)는 BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 스테이션(station; STA)으로 전송하도록 설정되는 프로세서를 포함한다.

또 다른 양태에서, MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 스테이션(station; STA)에 의해 수행되는 관리 정보 수신 방법은 BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 액세스 포인트(Access Point; AP)로부터 수신하는 것을 포함한다.

non-AP STA에게 AP의 가용 자원 정보를 알려줄 수 있으며, non-AP STA은 결합할 AP를 결정함에 있어 AP의 가용 자원 정보를 참조할 수 있어 무선랜 네트워크의 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 2는 관리 프레임에 포함되어 전송되는 BSS 부하(load) 정보요소(information element, IE) 포맷의 일례를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 상관도 정보를 포함하는 BSS 부하 IE의 일례를 나타낸 것이다.
도 4는 AP가 도 3의 BSS 부하 IE를 non-AP STA에 제공하는 절차의 일례를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다.
도 6은 AP입장에서 사용하고 있는 채널의 활용도를 나타낸 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ‘MU-MIMO 활용도’를 나타내는 방법을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도를 나타내는 방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도를 나타내는 방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도 정보를 포함하는 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다.
도 11, 도 12 및 도 13은 BSS 부하 IE 포맷의 일례를 나타낸 것이다.
도 14 및 도 15는 메트릭 방식에 따라 평균 공간 스트림 카운트를 계산하는 예시를 나타낸 것이다.
도 16은 특정 대역에서 간섭 발생시 전송의 일례를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷을 나타낸 블록도이다.
도 18은 각 대역폭별로 채널 활용도 정보를 보고 하는 본 발명의 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다.
도 19는 ‘BW idle metric’과 ‘BW busy metric’을 모두 포함하여 보고 하는 경우의 BSS 부하 IE 포맷 일례를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 WLAN(wireless local area network) 시스템은 적어도 하나의 BSS(basic service set)을 포함한다. BSS는 서로 통신하기 위해 성공적으로 동기화된 스테이션(station, STA)의 집합이다. STA은 IEEE 802.11 표준을 만족하는 MAC(medium access control) 및 PHY(wireless-medium physical layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체이다. STA는 AP(Access Point) 또는 non-AP STA 일 수 있다.

AP는 STA의 기능을 가지며, 무선매체(wireless medium, WM)를 통해 자신과 연결된 STA들의 분산 서비스(distribution services, DS)로의 접근을 제공하는 기능 매체이다. AP는 집중 제어기(centralized controller), BS(base station), 스케줄러(scheduler) 등과 같은 다른 명칭으로 불릴 수 있다.

non-AP STA은 AP가 아닌 STA으로 UE(user equipment), MS(mobile station), MT(mobile terminal), 휴대용 기기, 인터페이스 카드 등과 같은 다른 명칭으로 불릴 수 있다.

BSS는 독립(Independent) BSS(IBSS)와 인프라스트럭쳐(Infrastructure) BSS로 분류할 수 있다. 인프라스트럭쳐 BSS는 적어도 하나의 non-AP STA과 AP(access point)를 포함한다.

도 1은 IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.

IEEE 802.11 의 물리계층 아키텍처(PHY layer architecture)는 PLME(PHY Layer Management Entity), PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 부계층(110), PMD(Physical Medium Dependent) 부계층(100)으로 구성된다. PLME는 MLME(MAC Layer Management Entity)와 협조하여 물리계층의 관리기능을 제공한다. PLCP 부계층(110)은 MAC 부계층(120)과 PMD 부계층(100) 사이에서 MAC 계층(120)의 지시에 따라 MAC 부계층(120)으로부터 받은 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 PMD 부계층에 전달하거나, PMD 부계층(100)으로부터 오는 프레임을 MAC 부계층(120)에 전달한다. PMD 부계층(100)은 PLCP의 하위 계층으로서 무선 매체를 통한 두 스테이션간 물리 계층 개체(entity)의 전송/수신이 가능하도록 한다.

PLCP 부계층(110)은 MPDU를 MAC 부계층(120)으로부터 받아 PMD 부계층(100)으로 전달하는 과정에서 물리계층 송수신기에 의해 필요한 정보를 포함하는 부가필드를 덧붙인다. 이때 부가되는 필드는 MPDU에 PLCP 프리앰블(preamble), PLCP 헤더(header), 데이터 필드 위에 필요한 꼬리 비트(Tail Bits) 등이 될 수 있다. PLCP 프리앰블은 PSDU(PLCP Service Data Unit = MPDU)가 전송되기 전에 수신기로 하여금 동기화 기능과 안테나 다이버시티를 준비하도록 하는 역할을 한다. PLCP 헤더에는 수신 STA이 프레임을 수신하고, 복원하는데 필요한 정보를 담은 필드가 포함된다.

PLCP 부계층(110)에서 MPDU에 상술한 필드를 부가하여 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)를 생성하여 PMD 부계층을 거쳐 수신 스테이션으로 전송하고, 수신 스테이션은 PPDU를 수신하여 PLCP 프리앰블, PLCP 헤더로부터 데이터 복원에 필요한 정보를 얻어 데이터를 복원한다.

non-AP STA이 무선랜 네트워크에 참여하기 위해서는 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 한다. non-AP STA이 특정 영역에 존재하는 네트워크를 식별하는 과정을 스캐닝(scanning) 절차라 한다. 다시 말해서, 스캐닝 절차는 Non-AP STA이 결합(association) 또는 재결합(reassociation) 절차에서 결합할 대상이 되는 후보 AP을 찾는 과정을 의미한다.

스캐닝 절차는 수동 스캐닝(Passive Scanning)과 능동 스캐닝(Active Scanning) 두 가지 유형이 있다. 수동 스캐닝은 AP가 주기적으로 전송하는 비콘 프레임(Beacon Frame)을 이용하는 방법이다. Non-AP STA은 BSS를 관리하는 AP가 주기적으로 전송하는 비콘 프레임을 수신하여 자신이 접속 가능한 BSS를 찾을 수가 있다.

능동 스캐닝은 Non-AP STA가 프로브 요청 프레임(Probe Request Frame)을 전송하여 자신이 접속 가능한 BSS를 탐색하는 방법이다. 능동 스캐닝에 의하는 경우, Non-AP STA이 프로브 요청 프레임을 전송하면, 프로브 요청 프레임을 수신한 AP가 자신이 관리하는 BSS의 서비스 세트 아이디(Service Set ID, SSID)와 자신이 지원하는 능력치(Capability) 등의 정보가 포함된 프로브 응답 프레임(Probe Response Frame)을 Non-AP STA에게 전송한다. Non-AP STA은 수신된 프로브 응답 프레임을 통해 후보 AP의 존재와 함께 상기 후보 AP에 관한 여러 가지 정보를 알 수가 있다.

Non-AP STA은 스캐닝 절차에서 수신한 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임을 통해서 자신이 참여(join)할 수 있는 BSS가 존재하는지 여부를 알 수 있게 된다.

스캐닝 절차에 이어지는 인증 절차는 무선 통신에 참여하는 개체들 사이에 인증 절차와 암호화 방식 등을 협상하는 과정이다. 예를 들어, Non-AP STA은 스캐닝 절차에서 찾은 하나 이상의 AP들 중에서 결합하고자 하는 AP와 인증 절차를 수행할 수 있다. 인증절차는 개방-시스템 인증(Open-System Authentication), 공유-키 인증(Shared-Key Authentication), 사전인증(Preauthentication), 제조업체(vendor)의 자체 개발 알고리즘에 의한 자체 인증 접근(proprietary public-key authentication) 방식 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다. 보다 강화된 인증방식으로 IEEE 802.1x 기반 EAP-TLS(Extensible Authentication Protocol-Transport Layer Security), EAP-TTLS(Extensible Authentication Protocol-Tunneled Transport Layer Security), EAP-FAST(Extensible Authentication Protocol-Flexible Authentication via Secure Tunneling), PEAP (Protected Extensible Authentication Protocol) 등이 있다.

인증 절차에서 성공적으로 인증을 완료하고 나면 Non-AP STA은 AP와 결합(association) 절차를 수행할 수 있다. 결합 절차는 Non-AP STA과 AP 사이에 식별 가능한 연결, 즉 무선 링크를 설정하는 것을 의미한다.

결합 절차에서, Non-AP STA은 인증 절차를 성공적으로 완료한 AP에게 결합 요청 프레임(Association Request Frame)을 전송하고, AP는 이에 대한 응답으로 ‘성공(Successful)’이라는 상태 코드(status code)를 갖는 결합 응답 프레임(Association Response Frame)을 Non-AP STA에게 전송한다. 상기 결합 응답 프레임에는 특정 Non-AP STA과의 결합을 식별할 수 있는 식별자, 예컨대 결합 아이디(Association ID, AID)가 포함된다.

결합 절차가 성공적으로 완료된 후라도 가변적인 채널 상황으로 인하여 Non-AP STA과 AP와의 연결 상태가 나빠지는 경우 등에, Non-AP STA은 채널 상황이 좋은 다른 AP와 다시 결합 과정을 수행할 수 있는데, 이를 재결합 절차(Reassociation Procedure)라고 한다. 이러한 재결합 절차는 전술한 결합 절차와 상당히 유사하다. 보다 구체적으로, 재결합 절차에서는 Non-AP STA은 현재 결합되어 있는 AP가 아닌 다른 AP(예컨대, 전술한 스캐닝 과정에서 찾은 후보 AP들 중에서 인증 절차를 성공적으로 완료한 AP)에게 재결합 요청 프레임을 전송하고, 상기 다른 AP는 재결합 응답 프레임을 Non-AP STA에게 전송한다. 다만, 재결합 요청 프레임에는 이전에 결합한 AP에 관한 정보가 포함되며, 이 정보를 통하여 재결합 AP는 기존 AP에 버퍼링되어 있는 데이터를 Non-AP STA에게 전달할 수가 있다.

이하에서는 상술한 스캐닝 절차의 결과 Non-AP STA이 자신이 참여(join) 가능한 복수의 BSS를 발견하였을 때, 어느 BSS에 참여할 것인지 결정하는 방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다. Non-AP STA이 어느 BSS에 참여할 것인지를 결정하는 것은 달리 표현하면 어느 AP와 인증 및 결합절차를 진행할 것인가를 결정하는 것이라고도 할 수 있다.

Non-AP STA이 참여 가능한 복수의 후보 BSS중 어느 하나를 선택하여 참여할 BSS를 결정할 때, 각 후보 BSS의 부하(load)를 고려하여 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 후보 BSS 각각의 non-AP STA의 수 및 트래픽 수준을 참조하여 참여할 BSS를 결정하면 부하가 특정 BSS에 몰리는 현상을 방지하여 전반적인 무선랜 시스템에서의 효율을 올릴 수 있다. 이를 위해 non-AP STA이 참조할 수 있는 각 후보 BSS의 부하 정보를 non-AP STA에게 알려주는 것이 필요하다.

AP는 자신의 상태 정보를 STA에게 알리기 위하여 BSS 부하 정보요소(load information element)를 포함하는 관리 프레임을 전송할 수 있다. 부하 정보요소를 포함하는 관리 프레임은 스캐닝 절차에서 스캐닝을 수행하는 non-AP STA에게 유니캐스팅(unicasting) 되거나 BSS의 BSA 내의 전체 STA에게 브로드캐스팅(broadcasting) 될 수 있다. 또는 BSS 부하 IE를 포함하는 관리 프레임은 주기적으로 BSA 내의 non-AP STA에게 브로드캐스팅 될 수 있다.

도 2는 관리 프레임에 포함되어 전송되는 BSS 부하(load) 정보요소(information element, IE) 포맷의 일례를 나타낸 것이다.

BSS 부하 IE는 BSS내의 non-AP STA의 수 및 트래픽 수준에 관한 정보를 포함할 수 있다. BSS 부하 IE는 non-AP STA이 결합할 AP를 결정하는데 있어 참조할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.

도 2의 BSS 부하 IE는 정보 요소의 식별정보를 포함하는 요소 식별자(Element ID) 필드, IE의 길이 정보를 포함하는 길이(Length) 필드와 스테이션 카운트(Station Count) 필드, 채널(channel) 활용도(Utilization) 필드, 가용 가입 용량(Available Admission Capacity) 필드를 포함한다.

STA 카운트 필드는 BSS와 현재 결합된 non-AP STA들의 전체 수를 지시하는 무부호정수(unsigned integer)로 해석될 수 있다.

채널 활용도 필드는 255를 100%로 한, 선형적으로 스케일된 시간의 백분율로 정의될 수 있다. 시간의 백분율은 AP가 물리적(physical) 또는 가상(virtual) 반송파 감지(carrier sense, CS) 메커니즘에 의해 감지한 무선매체(medium)가 혼잡(busy)한 시간일 수 있다. BSS에서 하나 이상의 채널이 사용될 때, 채널 활용도 필드의 값은 주채널(primary channel)의 값만으로 계산될 수 있다. 채널 활용도 필드의 값은 수식 1에 의해 계산될 수 있다.

[수 1]

Channel Utilization =

Integer((channel_busy_time/(dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals ×dot11BeaconPeriod × 1024)) × 255),

수 1에서 channel_busy_time은 CS 메커니즘이 지시하는, 마이크로 초 단위의, 채널이 혼잡한 기간으로 정의될 수 있다. dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals은 연이은 비콘 간격들의 수를 나타낸다. 채널 혼잡 기간은 연이은 비콘 간격들 동안 측정된다.

가용 가입 용량 필드는 2옥텟의 길이를 가질 수 있으며, 무선매체의 가용시간의 잔량을 명시하는 32 μs/s단위의, 무부호 정수를 포함할 수 있다. 가용 가입 용량 필드는 non-AP STA의 로밍(roaming)에서 장래의 허가 제어 요청들을 수용할 수 있는 AP를 선택하는데 활용될 수 있다. 그러나, 이것이 HC(hybrid coordinator)가 장래의 허가 요청을 수용할 것을 보장하는 것은 아니다.

도 2의 BSS 부하 IE 포맷에는 STA들의 공간 재사용 지수(spatial re-use factor), STA간의 채널상관도 등 MIMO 전송을 지원하는 무선랜 시스템에서 MIMO 전송과 관련한 AP의 부하정보(load information)가 포함되어 있지 아니하다. MIMO 전송을 지원하는 무선랜 시스템에서 AP를 선택하고자 하는 non-AP STA은 후보 AP들의 공간 재사용 지수, non-AP STA간의 채널 상관도 등의 정보도 고려하여 AP를 선택할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이하에서 MU-MIMO 전송을 지원하는 무선랜 시스템에서 AP가 non-AP STA에게 전송할 수 있는 다양한 BSS 부하 정보의 전송방법, 전송 정보에 관하여 구체적인 일례와 더불어 설명한다.

이하 본 발명을 기술함에 있어 BSS 부하 IE는 AP가 BSA내의 non-AP STA에게 전송하는 제어정보를 포함하는 IE로서 그 명칭은 예시적인 것이다. 이하에서 BSS 부하 IE에 포함되어 전송되는 정보들은 하나의 IE에 포함되어 전송되거나 별개의 IE로 전송될 수 있다.

AP는 제어 프레임(control frame) 및/또는 관리 프레임(management frame)을 이용하여 BSS 부하 IE를 전송할수 있다. 제어 프레임 및/또는 관리 프레임은 non-AP STA에게 유니캐스팅 되거나 BSA 내의 모든 non-AP STA에게 브로드캐스팅 될 수 있다. AP는 정보 제공 요청에 따라 BSS 부하 IE를 전송하거나, non-AP STA의 정보 제공 요청과 무관하게, 정보 요청이 없는 경우에도(unsolicited) BSS 부하 IE를 전송할 수 있다. 관리 프레임은 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임일 수 있다. non-AP STA은 BSS 부하 IE를 통해 획득한 정보를 기반으로 최적의 AP를 선택할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 상관도 정보를 포함하는 BSS 부하 IE의 일례를 나타낸 것이다.

AP는 non-AP STA에게 채널 상관도 임계치(channel correlation Threshold), 상관도를 갖는 스테이션들의 수(Number of Correlated STAs), 상관도를 갖지 않는 스테이션들의 수(Number of Uncorrelated STAs), 상관도를 갖는 스테이션의 채널 활용도(Channel Utilization of Correlated STA), 상관도를 갖지 않는 스테이션의 채널 활용도(Channel Utilization of Uncorrelated STA) 정보를 포함하는 BSS 부하 IE를 전송할 수 있다.

도 4는 AP가 도 3의 BSS 부하 IE를 non-AP STA에 제공하는 절차의 일례를 나타낸 것이다.

도 4의 예에서 non-AP STA은 능동 스캐닝(active scanning) 절차에서 채널상관도(Channel Correlation) IE 제공을 요청하는 도 3의 채널 상관도 관련 정보를 요청하는 요청 프레임을 AP에게 전송한다. 이후 요청 프레임에 대한 응답으로 채널 상관도 관련 정보를 담은 도 3의 BSS 부하 IE를 포함하는 응답 프레임을 수신하여 채널 상관도 관련 정보를 획득한다. non-AP STA은 획득한 정보를 AP선택에 활용할 수 있다. 상술한 바와 같이 이때 응답 프레임은 요청 프레임에 의한 요청에 의하지 아니하고 전송될 수 있다.

이하에서는 다시 사운딩 PPDU(Sounding PPDU)를 이용한 능동 스캐닝 절차의 경우와 NDP(Null Data Packet)를 이용한 능동 스캐닝 절차의 경우로 나누어 설명한다. 사운딩 PPDU에 기반한 능동 스캐닝 절차의 경우를 먼저 설명한다. non-AP STA이 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하면, 이를 수신한 AP가 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(Probe response frame)을 전송한다. 이때 프로브 응답 프레임에는 non-AP STA에게 사운딩 PPDU의 전송을 요청하는 TRQ(Training request) 메시지가 포함될 수 있다. 프로브 응답 프레임에 포함된 TRQ 메시지를 확인한 non-AP STA은 채널 상관도 관련 정보를 요청하는 요청 프레임을 AP에게 전송한다. 이때 요청 프레임은 사운딩 PPDU로 기능할 수 있다. 즉, AP는 요청 프레임을 이용하여 채널 추정(channel estimation)을 수행할 수 있다. AP는 채널 상관도 관련 정보를 요청하는 요청 프레임에 대한 응답으로 BSS 부하 IE를 포함하는 응답 프레임을 non-AP STA에게 전송한다. non-AP STA은 응답 프레임을 수신하고 BSS 부하 IE를 통해 획득한 정보를 이후 자신이 인증, 결합할 AP를 결정하는 것에 활용할 수 있다.

NDP에 기반한 능동 스캐닝 절차에서 BSS 부하 IE 제공은 다음과 같이 이루어질 수 있다. non-AP STA과 AP는 프로브 요청 프레임 및 프로브 응답 프레임을 교환(exchange)한다. non-AP STA은 채널 상관도 관련 정보를 요청하는 요청 프레임을 AP로 전송한다. 요청 프레임에는 이어서 NDP가 전송될 것임을 알리는 NDP 알림(NDP announcement) 메시지가 포함된다. non-AP STA은 요청 프레임에 이어 NDP를 AP에게 전송한다. AP는 NDP를 이용하여 채널 추정을 수행하고, 채널 상관도 관련 정보를 담은 BSS 부하 IE를 포함하는 응답 프레임을 non-AP STA에게 전송한다. BSS 부하 IE에 포함되어 전송되는 정보는 채널추정 결과가 반영된 것일 수 있다.

다른 일례로, non-AP STA의 요청과 관계없이 AP가 BSS 부하 IE를 브로드캐스팅할 수 있다. non-AP STA은 브로드캐스팅되는 BSS 부하 IE를 반영하여 AP를 선택할 수 있다. AP 에 의해 브로드캐스팅되는 BSS 부하 IE에는 채널 활용도와 더불어 안테나 활용도(antenna utilization)와 대역폭 활용도(bandwidth utilization) 정보가 포함될 수 있다.

안테나 활용도는 MU-MIMO의 공간 스트림(spatial stream) 사용량의 활용도(utilization)를 나타내는 값이 될 수 있으며, 대역폭 활용도는 사용하고 있는 채널 대역폭의 활용도를 나타내는 값이 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다. 도 5의 BSS 부하 IE는 이를 수신하는 non-AP STA이 MU-MIMO를 지원하는 non-AP STA들 사이의 채널 상관도와 MU-MIMO를 지원하는 non-AP STA들을 동반 스케쥴링(co-scheduling)하였을 때의 성능을 참조할 수 있도록 한다.

AP는 스테이션 카운트(station count) 필드, 채널 활용도(channel utilization) 필드, 그리고 가용한 허가 수용능력을 지시하는 가용 가입 용량 필드를 포함하는 BSS 부하 IE를 전송하고, non-AP STA은 BSS 부하 IE를 AP 선택에 반영하여 전체적인 네트워크의 부하 균형(load balancing)을 꾀할 수 있다.

일 실시예에서 AP는 비콘 프레임에 BSS 부하 IE를 포함시켜 전송 할 수 있고, 이 때, BSS 부하 IE는 STA 카운트 필드, 채널 활용도 필드 그리고 가용 가입 용량 필드를 포함할 수 있다.

BSS내에 SU-MIMO만을 지원하는 non-AP STA과 MU-MIMO를 지원하는 non-AP STA이 공존할 수 있다. AP의 입장에서는 SU-MIMO만 지원하는 non-AP STA들이 채널을 활용하여 데이터 송수신을 하는 경우와 MU-MIMO도 지원하는 STA들이 채널을 활용하여 데이터 송수신을 하는 경우를 지원할 수 있어야 한다.

*도 6은 AP입장에서 사용하고 있는 채널의 활용도를 나타낸 그림이다.

AP가 부하 상태를 측정하고 있는 시간 창(time window) 내에서는 물리계층(physical layer)에서 측정된 레가시(legacy) 또는 SU-MIMO 형태의 채널 혼잡(channel busy) 구간, 비혼잡(idle) 구간이 존재할 수 있으며, MU-MIMO를 지원하는 AP에서 MU-MIMO로 데이터를 송수신하고 있는 시간 구간이 존재할 수 있다.

AP가 데이터를 MU-MIMO 전송하는 시간 구간에서는 상황에 따라 AP가 전송하고 있는 공간 스트림(spatial stream, SS) 개수가 전송 가능한 최대 개수를 사용하지 않을 수 있다. 일례로, MU-MIMO를 지원하는 STA이 1개 밖에 없으며 해당 STA이 1개의 SS만 지원한다고 가정한다. 이때, AP는 해당 MU-MIMO 전송 시간 구간에서 1개 보다 많은 SS를 사용할 수 가 없어, 실제 AP가 제공할 수 있는 시스템 용량(system capacity)보다 낮게 시스템이 운영된다. 결과적으로 무선자원의 이용의 효율은 낮아진다. MU-MIMO을 지원하는 AP에서 허용 가능한 용량을 모두 활용 할 수 있도록 하여 MU-MIMO를 효율적으로 사용하기 위한 방법에 대한 고려가 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, ‘MU-MIMO 활용도(MU-MIMO utilization)’ 또는 ‘MU-MIMO 비활용도(MU-MIMO under utilization)’을 non-AP STA에게 알려주어 무선자원의 이용효율을 높일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 ‘MU-MIMO (비) 활용도는 AP에서 BSS 부하 요소에 부하를 반영하는 ‘(비)활용도 메트릭((under) utilization metric)’을 AP가 사용하거나 사용하지 않는 공간 스트림의 개수 정보를 활용하여 계산할 수 있다. 즉 ‘MU-MIMO (비) 활용도’를 계산할 때에는 MU-MIMO을 위한 공간 스트림 정보, ‘CS(carrier sense) busy time’, 혼잡 시간을 계산하는 시간 구간 정보, 등을 활용하여 알려줄 수 있다.

이하에서 ‘MU-MIMO (비)활용도’를 계산하는 구체적인 실시예와 함께 보다 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ‘MU-MIMO 활용도’를 나타내는 방법을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 ‘MU-MIMO 활용도’를 나타내는 방법은 채널이 단순히 혼잡한지 여부를 나타내는 것이 아닌, 혼잡한 정도를 몇 가지 레벨(level)로 구분하여 나타내는 것이다. 예를 들어 활용 가능한 잉여 SS의 개수가 남았을 때에는 혼잡 레벨이 낮고, 활용 가능한 잉여 SS가 없을 때는 최대 혼잡 레벨(maximum busy level)로 표현할 수 있다. 채널이 비혼잡(idle)한 상황은 최소 혼잡 레벨(minimum busy level)로 표현하고, AP가 MU-MIMO로 전송하지 않고 있는 ‘CS(carrier sense) busy time’을 최대 혼잡 레벨(maximum busy level)로 표현하여 이에 대한 평균 혼잡 레벨을 채널 활용도로 표현할 수 있다. 혼잡 레벨은 수 2와 같이 계산될 수 있다.

[수 2]

MUMIMO_Channel_Utilization = Integer((channel_busy_level_time/(maximum_busy_level × dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals × dot11BeaconPeriod × 1024)) × 255)

여기서, ‘channel_busy_level_time’은 IEEE 802.11-2007 표준의 9.2.1절에 정의된 CS 메커니즘이 채널이 혼잡한 것으로 지시하는 구간으로서, 마이크로초 단위로 정의될 수 있다. ‘channel_busy_level’은 0과 최대 혼잡 레벨 사이의 값을 가질 수 있으며, AP가 MU-MIMO 데이터 전송을 할 때, CS에 이용되는 공간 스트림의 수로 선형적으로 조정될 수 있다. (일례로, ‘channel_busy_level’은 사용된 공간 스트림의 수와 같을 수 있으며, 최대 혼잡 레벨 ‘maximum_busy_level’은 MU-MIMO 전송모드에서 스테이션에 대한 최대 지원가능한 공간 스트림의 수와 같을 수 있다.)

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도를 나타내는 방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.

‘MU-MIMO 비활용도’값을 설정하는 방법의 다른 일례로 ‘비활용도’를 채널이 단순히 비혼잡한 정도를 표현하지 않고, AP가 채널이 MIMO 데이터 전송으로 혼잡한 경우를 몇 가지 비혼잡 레벨(idle level)로 계산하는 것이다. 다시 말해서, ‘MU-MIMO 비 활용도’값은 AP가 무선 매체의 혼잡한 시간에서 비활용되고 있는(under utilized) 공간 차원의 자원(공간 스트림)을 가지고 있는 시간의 분수 또는 백분율로 정의될 수 있다. 적어도 하나 이상의 채널이 사용될 때, 공간 스트림의 ‘비활용도 값’은 주채널에 관해서만 계산될 수 있다. 예를 들어 활용 가능한 잉여 공간 스트림의 수가 남았을 때에는 비혼잡 레벨이 높고, 활용 가능한 공간 스트림이 없을 때는 비혼잡 레벨이 가장 낮은 값 또는 혼잡한 것으로 표현하고 이에 대한 평균 비혼잡 레벨을 ‘비활용도’로 표현할 수 있다. 비혼잡 레벨은 수 3과 같이 계산될 수 있다.

[수 3]

MUMIMO_Channel_Under_Utilization = Integer((channel_idle_level_time/channel_MUMIMO_busy_time) × 255)

여기서, ‘channel_MUMIMO_busy_time’은 AP에서 MU-MIMO 전송을 위한 CS 메커니즘이 수행되는 동안을 지시하는 마이크로초로 정의될 수 있다.

‘channel_idle_level_time’ IEEE 802.11-2007 표준의 9.2.1절에 정의된 CS 메커니즘이 채널이 비혼잡한 것으로 지시하는 구간으로서, 마이크로초의 배수 단위로 정의될 수 있다.

일례로, channel_idle_level는 최대 지원되는 공간 스트림에서 활용된 공간 스트림을 뺀 것과 같을 수 있으며, maximum_idle_level은 최대 지원가능한, MU-MIMO 전송을 수행하는 STA을 위한 공간 스트림들과 같을 수 있다.

다른 일례로, channel_idle_level은 단일 MU-MIMO STA을 위한 지원되는 공간 스트림의 최대치와 지원되는 공간 스트림의 최대치 중 작은 값과 같을 수 있으며, maximum_ idle _level은 MU-MIMO 전송 모드에서 단일 STA을 위한 최대 지원가능한 공간 스트림의 수와 같을 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도를 나타내는 방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.

MU-MIMO 비활용도(under utilization)를 나타내는 방법의 다른 일례로, MU-MIMO 비활용도는 비활용도를 채널이 단순히 비혼잡한/한가(idle)한 정도를 표현하지 않고, CS가 비혼잡(idle)한 상태와 AP가 MU-MIMO 전송으로 혼잡(busy)할 때를 몇 가지 비혼잡 레벨(idle level)로 계산하는 것이다. 예를 들어 활용 가능한 잉여 공간 스트림의 수가 남았을 때에는 비혼잡 레벨이 높고, 활용 가능한 공간 스트림이 없을 때는 비혼잡 레벨이 가장 낮은 값 또는 혼잡(busy)한 것으로 표현하는 것이다. 이에 대한 평균 비혼잡 레벨을 비활용도(under utilization)로 표현하는 것이다. 평균 비혼잡 레벨은 수 4와 같이 계산될 수 있다.

[수 4]

MUMIMO_Channel_Under_Utilization = Integer((channel_idle_level_time/(channel_idle_time + channel_MUMIMO_busy_time) × 255)

여기에서 ‘channel_MUMIMO_busy_time’은 AP에서 CS 메커니즘을 통하여 MU-MIMO 전송으로 무선매체가 혼잡한 시간을 마이크로초 단위로 나타낸 수로 정의될 수 있다.

‘channel_idle_time’은 CS 메커니즘이 혼잡하지 아니한 것으로 지시하는 시간을 마이크로초 단위로 나타낸 단위로 정의될 수 있다.

‘channel_idle_level_time’은 IEEE 802.11-2007 표준문서의 9.2.1절에 규정된 CS 메커니즘이 채널이 혼잡한 것으로 지시하는, ‘channel_idle_level’이 곱해진 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

(일례로, ‘channel_idle_level’은 최대 지원되는 공간 스트림에서 이용되는 공간 스트림을 뺀것과 같을 수 있으며, ‘maximum_idle_level’은 MU-MIMO 전송모드에서 STA의 최대 지원가능한 공간스트림의 수이고, 활용된 공간 스트림은 비혼잡 시간의 경우 0이다.)

(다른 일례로, ‘channel_idle_level’은 단일 MU-MIMO STA의 최대 지원되는 공간 스트림와 최대 지원 공간 스트림의 수에서 활용되는 공간 스트림의 수를 뺀 것중 작은 값과 같을 수 있다. ‘maximum_ idle _level’은 MU-MIMO 전송 모드에서 단일 STA에 대한 최대 지원가능한 공간 스트림의 수와 같으며, 활용된 공간 스트림은 비혼잡 시간의 경우 0이다.)

이하에서, 상술한 MU-MIMO 활용도 정보를 non-AP STA에게 전송하는 방법에 대해 기술한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 MU-MIMO 활용도 정보를 포함하는 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다.

BSS내에 MU-MIMO 전송을 지원하지 아니하는 non-AP STA들과 MU-MIMO 전송을 지원하는 non-AP STA들이 공존할 수 있다. MU-MIMO 전송을 지원하지 아니하는 non-AP STA들과 MU-MIMO 전송을 지원하는 non-AP STA들 모두 BSS의 부하 상황(load status)에 관한 정보를 획득할 수 있도록, AP는 도 2의 예와 같은 BSS 부하 IE를 전송하고, 추가로 MU-MIMO 전송상황에서의 BSS의 부하 상황(load status)에 관한 정보를 포함하는 지원하는 BSS 부하 IE를 추가로 전송할 수 있다.

도 11 및 도 12는 BSS 부하 IE 포맷의 일례를 나타낸 것이다.

도 11의 MU-MIMO 채널 활용도(Channel Utilization) 필드, 도 12의 MU-MIMO 채널 비활용도(Channel Under Utilization) 필드에는 MU-MIMO 전송에서의 채널 활용도 정보를 포함한다. 채널 활용도 정보는 사용되고 있는 공간 스트림의 수 또는 사용 가능한 잉여 공감 스트림의 수 등으로 표현될 수 있다. 이는 이후 다시 상세히 설명하기로 한다.

도 13은 BSS 부하 IE 포맷의 다른 일례를 나타낸 것이다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 BSS 부하 IE에서는 MU-MIMO 채널 활용도 정보와 더불어 MU-MIMO 채널 비활용도 정보를 함께 전송 할 수 있다.

한편, 어느 한 채널이 복수의 AP에 의해 사용될 수 있다. 일례로 동일한 채널을 사용하는 서로 다른 BSS의 BSA의 일부 또는 전체가 겹치는(overlapping) OBSS 환경을 가정할 수 있다. 이러한 환경에서는 어느 AP가 채널의 부하를 계산할 때에 다른 AP가 채널을 사용하는 구간에서는 해당 채널이 혼잡한(busy) 것으로 계산할 수 있다. AP는 자신이 MU-MIMO 전송을 하는 혼잡한 시간 구간에서만 MU-MIMO 부하 상황(미사용 공간 스트림의 수 또는 사용된 공간 스트림의 수)에 관한 정보를 자신의 BSA 내의 non-AP STA들에게 알려 줄 수 있다.

AP가 SU-MIMO 전송을 하는 경우라 하여도, SU-MIMO 전송이 이루어지는 시간 구간에서의 미사용 공간 스트림의 수 또는 사용된 공간 스트림의 수에 관한 정보를 자신의 BSA 내의 non-AP STA들에게 알려 줄 수 있다. AP 가 MU-MIMO를 지원하지 않는 STA에게 데이터를 전송한 경우에는 해당 시간 구간을 혼잡 구간으로 결정할 수 있다.

MU-MIMO를 support하는 BSS에서 AP가 전송할 BSS 부하 IE는 현재의 쓰루풋(Current Throughput), 사용된 공간 스트림(utilized spatial streams), 평균 전송 대역폭(Average Transmit bandwidth(BW)), MU-MIMO 지원 스테이션의 수(Number of MU-MIMO capable STAs)에 관한 정보를 더 포함할 수 있다.

부하 상황(load status) 정보의 일종인 현재 쓰루풋(Current Throughput)은 다음과 같이 정의될 수 있다.

“Load = num_transmit_bytes / max_num_transmit_bytes”

‘num_transmit_bytes’와 ‘max_num_transmit_bytes’는 BSS 부하 요소 채널 유틸리티 정의에서 정의되는 것과 유사한 관측 타임 윈도우에서의 바이트들의 수이다.

‘transmit_bytes’은 특정 패킷이 ACK을 받았는지(정상적으로 전송되었는지)여부에 무관하게 계수될 수 있다.

부하는 무선매체가 얼마나 혼잡한지를 나타내는 지시자이다. 따라서 전송된 패킷이 성공적으로 전송되지 못하였다 하여도 성공적으로 전송되지 못한 패킷도 여전히 무선매체로의 접근 시간(access time)의 큰 부분을 차지한다.

‘현재 쓰루풋(Current throughput)’ 정의에서 ACK을 받지 않는 경우에서도 패킷 계수(packet count)를 하는 이유는 채널 무선매체(channel medium)을 소비하였을 때 사용한 쓰루풋을 나타내기 위함이다. 그러나 때로는 정확한 AP의 쓰루풋 정보가 요구될 수 있으므로 실시예에 따라서는 쓰루풋 계산에서 실제로 ACK을 받아 전송에 성공한 패킷만을 카운팅하여 쓰루풋을 나타낼 수 있다.

활용된 공간 스트림은 평균 전송 공간 스트림 정보를 AP가 실제로 MU-MIMO가 가능한 STA에게 데이터 PPDU를 보낸 시간내에서의 평균 공간 스트림 개수를 계량(metric)화 하여 나타낼 수 있다. 도 14는 그 일례이다.

“Load = average_num_transmit_ss1 / max_num_transmit_ss”

MU-MIMO capability에 대한 이해를 위하여, ‘average_num_transmit_ss1’는 AP가 MU-MIMO 지원 STA들에게 데이터를 전송할 때의 채널의 무선매체가 혼잡한 시간을 이용하여 계산될 수 있다.

다른 일례로 활용된 공간 스트림은 평균 전송 공간 스트림 정보를 AP가 실제로 MU-MIMO가 가능한 STA에게 데이터 PPDU를 보낸 시간내에서의 평균 공간 스트림 개수를 계량화 하고, AP가 MU-MIMO 가능한 STA에게 데이터 PPDU를 송신하지 않은 다른 매체 혼잡 구간에서는 최대 공간 스트림 수로 정하여 이를 평균한 값을 계량화하여 나타낼 수 있다. 도 15는 그 일례이다.

“Load = average_num_transmit_ss2 / max_num_transmit_ss”

MU-MIMO capability에 대한 이해를 위하여, ‘average_num_transmit_ss2’는 모든 채널의 무선매체가 혼잡한 시간에 대하여 계산될 수 있다. ‘average_num_transmit_ss2’는 무선매체가 다른 STA이 무선매체를 이용하거나 AP가 MU-MIMO를 지원하지 아니하는 STA들과 데이터를 전송/수신하여 채널의 무선매체가 혼잡할 때, ‘max_num_transmit_ss’값과 같을 수 있다.

STA들에 있어, SU 또는 MU-MIMO 전송모드에 있는 STA이 무선매체를 획득하고, AP측에서 예측된 비활용(under-utilized) 공간차원(spatial dimension)의 정보를 획득하는 데 있어 이점이 될 수 있다.

도 14의 활용도 측정 방법은 비활용 혼잡 무선매체 상태와 전체 활용된 혼잡 무선매체 상태간의 정보가 결여되어 있다. 0에 가까운 도 14의 공간 스트림 활용도 측정정보가 MU-MIMO 지원 STA들이 현재 또는 장래에 빈번하게 데이터를 수신할 것임을 의미하지는 않는다.

현재의 쓰루풋은 공간 영역 활용도 정보를 나타내지 아니할 수 있으며, 잘못된 정보를 줄 수 있다. 쓰루풋 손실은 특정 STA의 채널 상태(링크 적응절차의 문제)에 의해 발생할 수 있다. 낮은 쓰루풋은 MU-MIMO capable STA들과 채널 유틸리티 사이의 관계를 갖지 않는다.

평균 전송 대역폭은 AP가 사용하는 채널의 대역폭에 관한 정보이다. BSS에서 활용하는 전송 대역폭의 평균적인 정보를 STA에게 전달하는 것 또한 STA이 BSS를 선택하는 과정에 도움이 될 수 있다. 이는 동일한 BSS 부하 IE의 채널 활용(channel utility)정보를 가지고 있다고 해도, 각 BSS에서 평균적으로 해당 채널 활용 정보가 사용된 전송 대역폭이 다를 수 있기 때문이다. 특히 특정 대역에 간섭(interference)이 있을 때에는 항상 전 대역폭(full bandwidth)을 사용하지 못하고, 부분적으로 대역폭을 적응적으로 결정하여 송수신을 할 것이며, BSS마다 가용한 대역폭이 다를 수 있다. 도 16은 이를 나타낸 것이다. 주 서브채널이 간섭에 의해 영향을 받지 않는다면, 무선매체로의 접근 및 주 서브채널의 부하는 영향받지 않는다. 평균 대역폭 활용도는 레거시 BSS 부하 유틸리티와 같지 않을 수 있다.

AP의 전송 대역폭은 다른 서브 채널을 사용하는 다른 BSS 뿐만 아니라 5GHz 대역의 제3의 무선 신호들에 의해 제한될 수 있다. 보다 높은 쓰루풋을 원하는 STA들은 BSS를 위한 일반적인 대역폭 사용범위에 관한 정보를 요구할 수 있다.

‘Number of MU-MIMO capable STAs’ 는 MU-MIMO를 지원하는 non-AP STA들의 수이다. MU-MIMO 지원 스테이션들은 MU-MIMO의 이점을 최대한 이용하기 위하여 MU-MIMO 지원 스테이션들이 결합되어 있는 BSS에 결합되기를 원할 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷을 나타낸 블록도이다. 여기서 ‘spatial stream utility metric’은 ‘MU-MIMO channel utility metric’이다. 이때 AP가 MU-MIMO 지원 STA에게 활용한 매체 혼잡 시간은 실제 사용한 공간 스트림정보로 계산될 수 있다. 그리고, 나머지 혼잡 시간을 최대 공간 스트림 정보로 가정을 하여 계산될 수 있다.

BSS 부하 IE 포맷은 ‘공간스트림 활용 메트릭(Spatial Stream Utility Metric)’ 필드, ‘대역폭 활용 메트릭(Bandwidth Utility Metric)’ 필드, ‘MU-MIMO 가능 STA 카운트(MU-MIMO capable STA count)’ 필드를 포함할 수 있다. 도 17에 표시된 각 필드의 길이는 예시적인 것으로 구현시 필요에 따라 가감될 수 있다. 필드의 전송 순서 및 도 17의 BSS 부하 IE 포맷에 포함되는 정보는 본 명세서에서 BSS 부하 IE에 포함될 수 있는 정보로 예시된 정보 모두 또는 그 일부를 포함할 수 있다.

이하에서 각 필드를 보다 구체적으로 설명한다.

‘Spatial Stream Utility Metric’ 은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Spatial Stream Utility Metric = ((spatial stream busy level time/(max-spatial-stream-busy-level*channel busy time))*255)

‘spatial stream busy level time’은 CS 메커니즘이 채널의 혼잡을 지시하는 기간인, 마이크로초 단위의 수의 배수로 나타낼 수 있는 ‘number-of spatial-streams’의 총합으로 정의될 수 있다.

‘number-of-spatial-streams’은 AP가 PPDU를 MU-MIMO capable STA(s)에게 전송하기 위해 무선매체를 점유하고 있는 동안 전송된 공간스트림들의 수와 같을 수 있다. 또는 ‘max-spatial-stream-busy-level’와 같을 수 있다.

‘Bandwidth Utility Metric’은 아래와 같이 표현될 수 있다.

Bandwidth Utility Metric = ((transmit bandwidth busy time/(max-transmit-bandwidth*BSS medium busy time))*255)

transmit bandwidth busy time’은 BSS내의 STA(AP 또는 AP와 결합된 non-AP STA)이 무선매체를 점유하는 것으로 검출된 기간의 마이크로초 단위의 수가 곱해진 전송 대역폭(transmit-bandwidth)의 총합으로 정의될 수 있다.

‘transmit-bandwidth’는 전송되는 PPDU의 대역폭과 같을 수 있다. 여기에서 ‘BSS medium busy time’는 BSS내의 STA(AP 또는 AP와 결합된 non-AP STA)이 무선매체를 점유하는 것으로 검출된 기간의 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

Number of MU-MIMO capable STAs는 현재 BSS와 결합되어 MU-MIMO transmission reception capability 를 갖는 STA들의 총수를 지시하는 무부호 정수로 해석될 수 있다.

어느 BSS에서 사용 또는 가용 가능한 대역폭에 대한 정보를 보고(reporting)하는 과정에서 여러 가지 측정의 문제점이 있을 수 있다. 예를 들어, AP가 특정한 신호를 전송을 하고 있는 과정에서는 측정이 근본적으로 불가능할 수 있다. 또한, 구현에 따라서 특정 PPDU의 수신중, 수신 하고 있는 PPDU를 복호(decoding) 하면서 동시에 측정을 할 수 없는 경우도 있다. 이러한 여러가지 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 대역폭와 관련된 계량화(metric)의 정의, 활용 방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 ‘Bandwidth Utility Metric’은 채널 무선매체가 비혼잡한 상태에서 (여기서 비혼잡함은 해당 BSS에서 주 채널(primary channel)이 비혼잡함을 의미한다) 비혼잡했을 당시의 해당 BSS가 사용 가능한 가용 대역폭 별로 비혼잡여부를 측정하여 보고할 수 있다. 이때 해당 BSS가 사용가능한 가용 대역폭은 20MHz, 40MHz, 80MHz, 160MHz, 또는 80+80MHz일 수 있다. 예를 들어, 채널에 대해 CS 하여, 주 채널을 포함한 20/40/80/160 등의 다양한 대역폭에 대한 각각의 비혼잡시간을 계산하고, 계산 결과를 각 대역폭 별로 보고 하는 것이다. 각 대역폭별 보고는 비혼잡한 최대 대역폭을 지시하는 방식이 될 수 있다.

더 넓은 대역폭에 대한 대역폭 활용도(bandwidth utility)값은 더 작은 대역폭 활용도에서 계산하는 비혼잡 시간을 모두 포함하도록 계산(compute)할 수 있다. 예를 들어 40MHz가 비혼잡하다고 판단되었다면, 20MHz은 당연히 비혼잡하다고 볼수 있으므로 20MHz에 대한 비혼잡 시간을 계산을 할 때에는 해당 40MHz의 비혼잡 시간을 포함할 수 있다. 혹은 20MHz 비혼잡 시간은 20MHz 외 채널 무선매체가 다른 가용 대역폭 대하여 혼잡하였다는 정보를 전달하기 위하여 40MHz의 비혼잡 시간을 포함하지 않을 수도 있다. ‘Bandwidth Utility Metric’은 각 대역폭 별로 비혼잡한 계량화된 값의 평균값을 계산하여 보고할 수 있다.

다른 실시예에 따른 ‘Bandwidth Utility Metric’은 BSS에서 AP가 특정 PPDU(PLCP protocol data unit)를 전송을 하기 직전에 전송할 PPDU의 대역폭를 이용하여 계산될 수 있다.

PPDU를 전송하고 있는 동안에는 전송이 이루어지고 있는 대역 이외의 대역에서 다른 BSS가 해당 대역을 사용하고 있는지 AP가 알 수 없다. 따라서 PPDU를 전송중 정확한 대역폭 활용도를 계산하기 어렵다.

채널 무선매체의 대역폭별 상황(혼잡/비혼잡 여부)이 PPDU가 전송되는 동안 유지된다고 가정을 하고, PPDU의 전송에 사용되는 대역폭을 이용하여 ‘Bandwidth Utility Metric’을 계산할 수 있다.

BSS에서 AP가 특정 PPDU을 수신 받을 때에는 수신한 PPDU가 걸쳐있는 대역폭을 측정하여 무선매체의 혼잡 여부를 각 대역폭 별로 계산을 하는 방법이 사용될 수 있다. 각 대역폭 별로 혼잡한 계량화된 값의 평균값이 보고될 수 있다.

실시예에 따라서는, 상술한 두가지 방법에 의해 얻어진 각각의 ‘Bandwidth Utility Metric’이 모두 보고되거나, 각각의 ‘Bandwidth Utility Metric’의 합이 보고될 수 있다. 각각의 ‘Bandwidth Utility Metric’을 모두 전송하거나 각각의 ‘Bandwidth Utility Metric’의 합을 보고하면 결합을 맺을 STA들은 해당 정보로 인하여 비혼잡 시간과 혼잡시간의 대한 모든 정보를 다 파악하여 적절한 AP를 선택할 수 있다.

도 18은 각 대역폭별로 채널 활용도 정보를 보고 하는 본 발명의 실시예에 따른 BSS 부하 IE 포맷의 일례이다.

BSS 부하 IE는 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드, 공간 스트림 활용도 필드 및 복수의 대역폭 활용도 필드들을 포함할 수 있다. ‘MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드’는 BSS와 결합되어 있는 MU-MIMO 지원 STA의 총 수를 지시한다. MU-MIMO 지원 STA들은 MU-MIMO 전송 및 또는 수신을 지원한다. ‘공간 스트림 활용도 필드’는 자원 활용도의 상태를 지시한다. 자원활용도의 상태는 도 6 내지 도17에 나타난 각 방법에 의해 계산될 수 있다.

대역폭 활용도(BW utility)가 각 대역폭별로 보고되며, 해당 정보가 ‘비혼잡’인 상태인 시간 정보가 각 대역폭 별로 보고될 수 있다. 만일 해당 BSS에서 지원하지 않는 대역폭에 대한 정보를 담고 있는 필드는 BSS 부하 IE의 생성과정 또는 전송과정에서 생략될 수 있다.

‘Bandwidth Idle Utility Metric’은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Bandwidth Idle Utility Metric = ((idle_time_per_bandwidth/(BSS medium idle time))*255)

‘idle_time_per_bandwidth’은 20/40/80/160 MHz 대역폭이 혼잡하지 아니한 것으로 검출된 기간의, 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

여기에서, ‘BSS medium idle time’는 AP가 주채널(primary channel)의 무선매체가 비혼잡한 것으로 검출한 기간의, 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

채널 대역폭 활용도는 각 채널 대역폭의 혼잡시간에 관한 정보이다. 대역폭 혼잡 활용도 메트릭(Bandwidth Busy Utility Metric)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Bandwidth Busy Utility Metric = ((busy_time_per_bandwidth/(BSS medium busy time))*255)

‘busy_time_per_bandwidth’은 BSS내의 스테이션(AP 또는 AP와 결합된 non-AP STA)에 20/40/80/160 대역폭중 어느 하나의 무선 매체가 점유된 것으로 검출된 시간을 나타내는 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

여기에서 ‘BSS medium busy time’은 BSS내의 스테이션(AP 또는 AP와 결합된 non-AP STA)에 의해 무선 매체가 점유된 것으로 검출된 시간을 나타내는 마이크로초 단위의 수로 정의될 수 있다.

도 19는 ‘BW idle metric’과 ‘BW busy metric’을 모두 포함하여 보고 하는 경우의 BSS 부하 IE 포맷 일례를 나타낸 것이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다. 무선장치(2000)는 AP 또는 non-AP STA일 수 있다.

무선장치(2000)는 프로세서(2010), 메모리(2020), 송수신기(2030) 및 다중 안테나(2050)를 포함한다. 송수신기(2030)는 본 발명의 측정 프레임을 전송 및/또는 수신하도록 설정되고, 프로세서(2010)는 송수신기(2030)와 기능적으로 연결되어 측정 프레임을 생성하고 처리하도록 설정된다. 프로세서(2010)와 송수신기(2030)는 IEEE 802.11의 물리계층과 MAC 계층을 구현한다. 프로세서(2010) 및/또는 송수신기(2030)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(2020)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(2020)에 저장되고, 프로세서(2010)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(200)는 프로세서(2010) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1610)와 연결될 수 있다.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims

MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 액세스 포인트(Access Point; AP)에 의해 수행되는 관리 정보 전송 방법에 있어서, 상기 방법은,
BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 스테이션(station; STA)으로 전송하는 것을 포함하되,
상기 BSS 부하 정보 요소는 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드, 공간 스트림(spatial stream) 활용도 필드, 제1 대역폭 활용도 필드 및 제2 대역폭 활용도 필드를 포함하고,
상기 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드는 상기 AP에 의해 관리되는 BSS에 현재 결합 중인 STA들 중 MU 수신 능력(MU reception capability)을 구비한 STA의 전체 개수를 지시하고,
상기 공간 스트림 활용도 필드는 상기 AP에 의해 지원되는 공간 스트림의 최대 개수와 상기 AP에 의해 상기 STA로 전송되는 공간 스트림의 개수를 기반으로 주채널(primary channel)에서의 혼잡한 정도를 나타내고,
상기 제1 대역폭 활용도 필드는 CCA(clear channel assessment)를 기반으로 20 MHz 채널에서의 혼잡(busy)한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 제2 대역폭 활용도 필드는 상기 CCA를 기반으로 40 MHz 채널에서의 혼잡한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 주채널은 상기 AP에 의해 관리되는 BSS 내 모든 STA에게 공용 채널이고,
상기 주채널, 상기 20 MHz 채널 및 상기 40 MHz 채널은 서로 중복되지(overlap) 않는 것을 특징으로 하는 관리 정보 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 프레임은 비콘 프레임 또는 프로브 응답 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 관리 정보 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 프레임은 상기 제2 대역폭 활용도 필드가 예약되는지(reserved) 여부를 나타내는 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관리 정보 전송 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 BSS 부하 정보 요소는 상기 BSS 부하 정보 요소의 고정된 길이를 나타내는 길이 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관리 정보 전송 방법.
MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 액세스 포인트(Access Point; AP)에 있어서, 상기 AP는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 스테이션(station; STA)으로 전송하도록 설정되되,
상기 BSS 부하 정보 요소는 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드, 공간 스트림(spatial stream) 활용도 필드, 제1 대역폭 활용도 필드 및 제2 대역폭 활용도 필드를 포함하고,
상기 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드는 상기 AP에 의해 관리되는 BSS에 현재 결합 중인 STA들 중 MU 수신 능력(MU reception capability)을 구비한 STA의 전체 개수를 지시하고,
상기 공간 스트림 활용도 필드는 상기 AP에 의해 지원되는 공간 스트림의 최대 개수와 상기 AP에 의해 상기 STA로 전송되는 공간 스트림의 개수를 기반으로 주채널(primary channel)에서의 혼잡한 정도를 나타내고,
상기 제1 대역폭 활용도 필드는 CCA(clear channel assessment)를 기반으로 20 MHz 채널에서의 혼잡(busy)한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 제2 대역폭 활용도 필드는 상기 CCA를 기반으로 40 MHz 채널에서의 혼잡한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 주채널은 상기 AP에 의해 관리되는 BSS 내 모든 STA에게 공용 채널이고,
상기 주채널, 상기 20 MHz 채널 및 상기 40 MHz 채널은 서로 중복되지(overlap) 않는 것을 특징으로 하는 AP.
MU(Multi User)-MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 VHT(Very High Throughput) 무선랜 시스템에서 스테이션(station; STA)에 의해 수행되는 관리 정보 수신 방법에 있어서, 상기 방법은,
BSS(Basic Service Set) 부하 정보(load information) 요소를 포함하는 프레임을 액세스 포인트(Access Point; AP)로부터 수신하는 것을 포함하되,
상기 BSS 부하 정보 요소는 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드, 공간 스트림(spatial stream) 활용도 필드, 제1 대역폭 활용도 필드 및 제2 대역폭 활용도 필드를 포함하고,
상기 MU-MIMO 지원 STA 카운트 필드는 상기 AP에 의해 지원되는 공간 스트림의 최대 개수와 상기 AP에 의해 상기 STA로 전송되는 공간 스트림의 개수를 기반으로 주채널(primary channel)에서의 혼잡한 정도를 나타내고,
상기 제1 대역폭 활용도 필드는 CCA(clear channel assessment)를 기반으로 20 MHz 채널에서의 혼잡(busy)한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 제2 대역폭 활용도 필드는 상기 CCA를 기반으로 40 MHz 채널에서의 혼잡한 정도에 대한 정보를 포함하고,
상기 주채널은 상기 AP에 의해 관리되는 BSS 내 모든 STA에게 공용 채널이고,
상기 주채널, 상기 20 MHz 채널 및 상기 40 MHz 채널은 서로 중복되지(overlap) 않는 것을 특징으로 하는 관리 정보 수신 방법.