KR101652449B1

KR101652449B1 - 무선랜 시스템에서 연관을 유지하기 위한 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR101652449B1
Application number: KR1020157007107A
Authority: KR
Inventors: 석용호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2016-08-30
Also published as: CA2885844A1; AU2013332635B2; EP2907344A1; US20170006526A1; EP2907344A4; RU2615773C2; US9603116B2; JP6055926B2; US9596645B2; WO2014061957A1; CN104718778A; IN2015MN00747A; CN104718778B; CA2885844C; US20140105196A1; EP2907344B1; KR20150046225A; AU2013332635A1; RU2015113406A; JP2015531572A

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 스테이션(STA)이 연관을 수행하는 방법은, 상기 STA로부터 액세스 포인트(AP)로 연관 요청 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 AP로부터 연관 응답 프레임을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 연관을 유지하기 위한 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAINTAINING ASSOCIATION IN WIRELESS LAN SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 구체적으로 무선랜(WLAN) 시스템에서 연관을 유지하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.

정보통신 기술의 빠른 발전에 따라 다양한 무선통신기술시스템이 개발되어 왔다. 다른 무선 통신 기술들 중 WLAN 기술은 무선 기술에 기초하여 PDA, 노트북 컴퓨터, PMP 등과 같은 무선단말을 이용할 수 있는 가정 내, 사무실 및 특정 지역에서 인터넷 접속을 가능하게 한다.

WLAN의 장점 중 하나인 통신 속도를 제안하는 것을 피하기 위해 최근 기술표준은 무선 네트워크의 커버리지를 넓힘과 동시에 네트워크의 속도와 신뢰도를 증가시킬 수 있는 발전된 시스템을 제안하였다. 예를 들어, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11n은 540Mbps의 최대 고속 처리율(high throughput: HT)을 지원하기 위한 데이터 처리 속도를 제공한다. 또한, 전송 오류를 감소시킴과 동시에 데이터 전송율을 증가시키기 위해 다중 안테나 기술(MIMO)이 송신기와 수신기 모두에 적용되었다.

기기간 통신(M2M) 기술은 차세대 통신 기술로서 논의되어 왔다. IEEE 802.11 WLAN 에서 M2M 통신을 지원하기 위한 표준으로 IEEE 802.11ah가 개발되었다. M2M 통신은 많은 수의 장치를 포함하는 환경에서 낮은 속도로 소량의 데이터를 통신할 수 있는 시나리오로서 간주될 수 있다.

본 발명에서는 스테이션(STA)이 액세스 포인트(AP)와의 연관을 올바르게 유지(maintain)하기 위한 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 스테이션(STA)이 연관을 수행하는 방법은, 상기 STA로부터 액세스 포인트(AP)로 연관 요청 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 AP로부터 연관 응답 프레임을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 액세스 포인트(AP)가 스테이션(STA)의 연관을 지원하는 방법은, 상기 STA로부터 연관 요청 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 STA으로 연관 응답 프레임을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 연관을 수행하는 스테이션(STA) 장치는, 송수신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 액세스 포인트(AP)로 연관 요청 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하고; 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 AP로부터 연관 응답 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하도록 설정되고, 상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 스테이션(STA)의 연관을 지원하는 액세스 포인트(AP) 장치는, 송수신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 STA로부터 연관 요청 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하고; 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 STA으로 연관 응답 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하도록 설정되고, 상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기 본 발명에 따른 실시예들에 있어서 이하의 사항이 공통으로 적용될 수 있다.

상기 STA은 상기 AP와 유효한 보안 연관(Security Association; SA) 상태(status)를 가질 수 있다.

상기 STA은 상기 연관 컴백 시간에 기초하여 깨어나서 상기 AP로부터의 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도할 수 있다.

상기 STA은 상기 연관 컴백 시간이 지시하는 시간 간격과 동일하거나 더 짧은 시간 간격으로 깨어나서 상기 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도할 수 있다.

상기 AP로부터 상기 SA 쿼리 요청 프레임을 수신하는 경우, 상기 STA은 상기 AP에게 SA 쿼리 응답 프레임을 전송할 수 있다.

상기 SA 쿼리 요청 프레임의 수신 및 상기 SA 쿼리 응답 프레임의 전송을 통해, 상기 STA의 유효한 SA 상태가 유지될 수 있다.

상기 연관 컴백 시간에 기초하여 SA 쿼리 과정에 대한 타임아웃(timeout) 값이 설정될 수 있다.

상기 SA 쿼리 과정에 대한 타임아웃 값은 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 파라미터의 값으로 결정될 수 있다.

상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용되는 경우의 상기 연관 응답 프레임의 상태 코드(status code)의 값은 0이고, 상기 상태 코드 0은 "SUCCESS"를 나타낼 수 있다.

상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 거절(reject)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 상기 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 거절되는 경우의 상기 연관 응답 프레임의 상태 코드의 값은 30이고, 상기 상태 코드 30은 "Association request rejected temporarily; try again later"를 나타낼 수 있다.

상기 STA은 전력 절약(Power Save) 모드로 동작할 수 있다.

본 발명에 대하여 전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구항 기재 발명에 대한 추가적인 설명을 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 스테이션(STA)이 액세스 포인트(AP)와의 연관을 올바르게 유지(maintain)하기 위한 방안이 제공될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 무선랜 시스템에서의 링크 셋업 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 보안 연관(SA) 쿼리 요청 프레임 및 보안 연관(SA) 쿼리 응답 프레임의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.
도 8은 SA 쿼리 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 SA 쿼리 과정의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 SA 쿼리 과정의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 보안(secure) PS-Poll 과정에 대한 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일례에 따른 연관 유지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명의 실시예들은 무선 액세스 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 액세스 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 IEEE 802.11 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

WLAN 시스템의 구조

도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.

IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호작용에 의해 상위계층에 대해 트랜스패런트한 STA 이동성을 지원하는 WLAN이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(Basic Service Set; BSS)는 IEEE 802.11 LAN에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다. 도 1 에서는 2 개의 BSS(BSS1 및 BSS2)가 존재하고 각각의 BSS의 멤버로서 2 개의 STA이 포함되는 것(STA1 및 STA2 는 BSS1에 포함되고, STA3 및 STA4는 BSS2에 포함됨)을 예시적으로 도시한다. 도 1 에서 BSS를 나타내는 타원은 해당 BSS에 포함된 STA들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 나타내는 것으로도 이해될 수 있다. 이 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 칭할 수 있다. STA이 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.

IEEE 802.11 LAN에서 가장 기본적인 타입의 BSS는 독립적인 BSS(Independent BSS; IBSS)이다. 예를 들어, IBSS는 2 개의 STA만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 또한, 가장 단순한 형태이고 다른 구성요소들이 생략되어 있는 도 1 의 BSS(BSS1 또는 BSS2)가 IBSS의 대표적인 예시에 해당할 수 있다. 이러한 구성은 STA들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.

STA의 켜지거나 꺼짐, STA이 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS에서의 STA의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS의 멤버가 되기 위해서는, STA은 동기화 과정을 이용하여 BSS에 조인할 수 있다. BSS 기반구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA은 BSS에 연관(associated)되어야 한다. 이러한 연관(association)은 동적으로 설정될 수 있고, 분배시스템서비스(Distribution System Service; DSS)의 이용을 포함할 수 있다.

도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 2 에서는 도 1 의 구조에서 분배시스템(Distribution System; DS), 분배시스템매체(Distribution System Medium; DSM), 액세스 포인트(Access Point; AP) 등의 구성요소가 추가된 형태이다.

LAN에서 직접적인 스테이션-대-스테이션의 거리는 PHY 성능에 의해서 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 스테이션 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배시스템(DS)이 구성될 수 있다.

DS는 BSS들이 상호연결되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 도 1 과 같이 BSS가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS가 존재할 수도 있다.

DS는 논리적인 개념이며 분배시스템매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(Wireless Medium; WM)와 분배시스템매체(DSM)을 논리적으로 구분하고 있다. 각각의 논리적 매체는 상이한 목적을 위해서 사용되며, 상이한 구성요소에 의해서 사용된다. IEEE 802.11 표준의 정의에서는 이러한 매체들이 동일한 것으로 제한하지도 않고 상이한 것으로 제한하지도 않는다. 이와 같이 복수개의 매체들이 논리적으로 상이하다는 점에서, IEEE 802.11 LAN 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 LAN 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 LAN 구조가 특정될 수 있다.

DS는 복수개의 BSS들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 기기를 지원할 수 있다.

AP 는, 연관된 STA들에 대해서 WM을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 엔티티(entity)를 의미한다. AP를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2 에서 도시하는 STA2 및 STA3 은 STA의 기능성을 가지면서, 연관된 STA들(STA1 및 STA4)가 DS로 액세스하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP는 기본적으로 STA에 해당하므로, 모든 AP는 어드레스 가능한 엔티티이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.

AP에 연관된 STA들 중의 하나로부터 그 AP의 STA 어드레스로 전송되는 데이터는, 항상 비제어 포트(uncontrolled port)에서 수신되고 IEEE 802.1X 포트 액세스 엔티티에 의해서 처리될 수 있다. 또한, 제어 포트(controlled port)가 인증되면 전송 데이터(또는 프레임)는 DS로 전달될 수 있다.

도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 3 에서는 도 2 의 구조에 추가적으로 넓은 커버리지를 제공하기 위한 확장된 서비스 세트(Extended Service Set; ESS)를 개념적으로 나타낸다.

임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 ESS 네트워크라고 칭한다. ESS는 하나의 DS에 연결된 BSS들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS는 DS를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 LLC(Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA들은 LLC에 트랜스패런트하게 하나의 BSS에서 다른 BSS로 (동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.

IEEE 802.11 에서는 도 3 에서의 BSS들의 상대적인 물리적 위치에 대해서 아무것도 가정하지 않으며, 다음과 같은 형태가 모두 가능하다. BSS들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS들은 물리적으로 동일한 위치에 위치할 수 있고, 이는 리던던시를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 하나 (또는 하나 이상의) IBSS 또는 ESS 네트워크들이 하나 (또는 하나 이상의) ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 애드-혹 네트워크가 동작하는 경우나, 상이한 기관(organizations)에 의해서 물리적으로 중첩되는 IEEE 802.11 네트워크들이 구성되는 경우나, 동일한 위치에서 2 이상의 상이한 액세스 및 보안 정책이 필요한 경우 등에서의 ESS 네트워크 형태에 해당할 수 있다.

도 4 는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 4 에서는 DS를 포함하는 기반 구조 BSS 의 일례가 도시된다.

도 4 의 예시에서 BSS1 및 BSS2가 ESS를 구성한다. 무선랜 시스템에서 STA은 IEEE 802.11 의 MAC/PHY 규정에 따라 동작하는 기기이다. STA은 AP STA 및 비-AP(non-AP) STA을 포함한다. Non-AP STA은 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 기기에 해당한다. 도 4 의 예시에서 STA1, STA3, STA4 는 non-AP STA에 해당하고, STA2 및 STA5 는 AP STA 에 해당한다.

이하의 설명에서 non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장치(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(Mobile Subscriber Station; MSS) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(Base Station; BS), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(evolved Node-B; eNB), 기저 송수신 시스템(Base Transceiver System; BTS), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.

계층 구조

본 발명에서 설명하는 무선랜 시스템에서 동작하는 AP 및/또는 STA의 동작은 계층(layer) 구조의 관점에서 설명할 수 있다. 장치 구성의 측면에서 계층 구조는 프로세서에 의해서 구현될 수 있다. AP 또는 STA는 복수개의 계층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 802.11 표준문서에서 다루는 계층 구조는 주로 DLL(Data Link Layer) 상의 MAC 서브계층(sublayer) 및 물리(PHY) 계층이다. PHY은 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 개체, PMD(Physical Medium Dependent) 개체 등을 포함할 수 있다. MAC 서브계층 및 PHY은 각각 MLME(MAC sublayer Management Entity) 및 PLME((Physical Layer Management Entity)라고 칭하여지는 관리 개체들을 개념적으로 포함한다. 이러한 개체들은 계층 관리 기능이 작동하는 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다.

정확한 MAC 동작을 제공하기 위해서, SME(Station Management Entity) 가 각각의 AP/STA 내에 존재한다. SME는, 별도의 관리 플레인 내에 존재하거나 또는 따로 떨어져(off to the side) 있는 것으로 보일 수 있는, 계층 독립적인 개체이다. SME의 정확한 기능들은 본 문서에서 구체적으로 설명하지 않지만, 일반적으로는 다양한 계층 관리 개체(LME)들로부터 계층-종속적인 상태를 수집하고, 계층-특정 파라미터들의 값을 유사하게 설정하는 등의 기능을 담당하는 것으로 보일 수 있다. SME는 일반적으로 일반 시스템 관리 개체를 대표하여(on behalf of) 이러한 기능들을 수행하고, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.

전술한 개체들은 다양한 방식으로 상호작용한다. 예를 들어, 개체들 간에는 GET/SET 프리머티브(primitive)들을 교환함으로써 상호작용할 수 있다. XX-GET.request 프리머티브는 주어진 MIB attribute(관리 정보 기반 속성 정보)의 값을 요청하기 위해 사용된다. XX-GET.confirm 프리머티브는, Status가 "성공"인 경우에는 적절한 MIB 속성 정보 값을 리턴하고, 그렇지 않으면 Status 필드에서 에러 지시를 리턴하기 위해 사용된다. XX-SET.request 프리머티브는 지시된 MIB 속성이 주어진 값으로 설정되도록 요청하기 위해 사용된다. 상기 MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되는 것을 요청하는 것이다. 그리고, XX-SET.confirm 프리머티브는 status가 "성공"인 경우에 지시된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 확인하여 주고, 그렇지 않으면 status 필드에 에러 조건을 리턴하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되었음을 확인하여 준다.

또한, MLME 및 SME는 다양한 MLME_GET/SET 프리머티브들을 MLME_SAP(Service Access Point)을 통하여 교환할 수 있다. 또한, 다양한 PLME_GET/SET 프리머티브들이, PLME_SAP을 통해서 PLME와 SME 사이에서 교환될 수 있고, MLME-PLME_SAP을 통해서 MLME와 PLME 사이에서 교환될 수 있다.

링크 셋업 과정

도 5는 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.

STA이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연관(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연관, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연관 과정이라고 칭할 수도 있다.

도 5를 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.

단계 S510에서 STA은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA이 네트워크에 액세스하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다.

스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.

도 5에서는 예시적으로 능동적 스캐닝 과정을 포함하는 네트워크 발견 동작을 도시한다. 능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA일 수 있다. BSS에서는 AP가 비콘 프레임을 전송하므로 AP가 응답자가 되며, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2번 채널)로 이동하여 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.

도 5에서 도시하고 있지 않지만, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS에서 AP가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.

능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.

STA이 네트워크를 발견한 후에, 단계 S520에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S540의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.

인증 과정은 STA이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다. 인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당한다.

인증 프레임은 인증 알고리즘 번호(authentication algorithm number), 인증 트랜잭션 시퀀스 번호(authentication transaction sequence number), 상태 코드(status code), 검문 텍스트(challenge text), RSN(Robust Security Network), 유한 순환 그룹(Finite Cyclic Group) 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이는 인증 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.

STA은 인증 요청 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. AP는 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP는 인증 처리의 결과를 인증 응답 프레임을 통하여 STA에게 제공할 수 있다.

STA이 성공적으로 인증된 후에, 단계 S530에서 연관 과정이 수행될 수 있다. 연관 과정은 STA이 연관 요청 프레임(association request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 연관 응답 프레임(association response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다.

예를 들어, 연관 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

예를 들어, 연관 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임아웃 간격(연관 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.

이는 연관 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.

STA이 네트워크에 성공적으로 연관된 후에, 단계 S540에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S540의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S520의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S540의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.

단계 S540의 보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹을 통해서, 프라이빗 키 셋업(private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.

WLAN의 진화

무선랜에서 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 표준으로서 IEEE 802.11n이 존재한다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, 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) 기술에 기반을 두고 있다.

차세대 무선랜 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 STA들이 동시에 채널에 액세스하는 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output) 방식의 전송을 지원한다. MU-MIMO 전송 방식에 따르면, AP가 MIMO 페어링(pairing)된 하나 이상의 STA에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다.

또한, 화이트스페이스(whitespace)에서 무선랜 시스템 동작을 지원하는 것이 논의되고 있다. 예를 들어, 아날로그 TV의 디지털화로 인한 유휴 상태의 주파수 대역(예를 들어, 54~698MHz 대역)과 같은 TV 화이트스페이스(TV WS)에서의 무선랜 시스템의 도입은 IEEE 802.11af 표준으로서 논의되고 있다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, 화이트스페이스는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 프라이머리 유저(primary user), 우선적 사용자(incumbent user) 등으로 칭할 수도 있다.

예를 들어, WS에서 동작하는 AP 및/또는 STA은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 한다. 예를 들어 WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약(regulation)상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.

따라서 AP 및/또는STA은 WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 차세대 통신 기술로서 M2M(Machine-to-Machine) 통신 기술이 논의되고 있다. IEEE 802.11 무선랜 시스템에서도 M2M 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah로서 개발되고 있다. M2M 통신은 하나 이상의 머신(Machine)이 포함되는 통신 방식을 의미하며, MTC(Machine Type Communication) 또는 사물 통신으로 칭하여지기도 한다. 여기서, 머신이란 사람의 직접적인 조작이나 개입을 필요로 하지 않는 엔티티(entity)를 의미한다. 예를 들어, 무선 통신 모듈이 탑재된 검침기(meter)나 자동 판매기와 같은 장치는 물론, 사용자의 조작/개입 없이 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 스마트폰과 같은 사용자 기기도 머신의 예시에 해당할 수 있다. M2M 통신은 디바이스 간의 통신(예를 들어, D2D(Device-to-Device) 통신), 디바이스와 서버(application server) 간의 통신 등을 포함할 수 있다. 디바이스와 서버 통신의 예시로, 자동 판매기와 서버, POS(Point of Sale) 장치와 서버, 전기, 가스 또는 수도 검침기와 서버 간의 통신을 들 수 있다. 그 외에도 M2M 통신 기반의 애플리케이션(application)에는, 보안(security), 운송(transportation), 헬스 케어(health care) 등이 포함될 수 있다. 이러한 적용례의 특성을 고려하면, 일반적으로 M2M 통신은 매우 많은 기기가 존재하는 환경에서 가끔씩 적은 양의 데이터를 저속으로 송수신하는 것을 지원할 수 있어야 한다.

구체적으로, M2M 통신은 많은 STA의 개수를 지원할 수 있어야 한다. 현재 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는 하나의 AP에 최대 2007 개의 STA이 연관되는 경우를 가정하지만, M2M 통신에서는 이보다 많은 개수(약 6000 개)의 STA이 하나의 AP에 연관되는 경우를 지원하는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 낮은 전송 속도를 지원/요구하는 애플리케이션이 많을 것으로 예상된다. 이를 원활하게 지원하기 위해서, 예를 들어, 무선랜 시스템에서는 TIM(Traffic Indication Map) 요소 기반으로 STA이 자신에게 송신될 데이터의 존재 여부를 인지할 수 있는데, TIM의 비트맵 크기를 줄이는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 송신/수신 간격이 매우 긴 트래픽이 많을 것으로 예상된다. 예를 들어, 전기/가스/수도 사용량과 같이 긴 주기(예를 들어, 한 달) 마다 매우 적은 양의 데이터를 주고 받는 것이 요구된다. 이에 따라, 무선랜 시스템에서는, 하나의 AP에 연관될 수 있는 STA의 개수는 매우 많아지더라도, 하나의 비콘 주기 동안에 AP로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하는 STA의 개수가 매우 적은 경우를 효율적으로 지원하는 방안들이 논의되고 있다.

이와 같이 무선랜 기술은 빠르게 진화하게 있으며, 전술한 예시들 외에도 직접 링크 셋업, 미디어 스트리밍 성능의 개선, 고속 및/또는 대규모의 초기 세션 셋업의 지원, 확장된 대역폭 및 동작 주파수의 지원 등을 위한 기술이 개발되고 있다.

전력 관리

전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 STA이 송수신을 수행하기 전에 채널 센싱을 수행해야 하는데, 채널을 항상 센싱하는 것은 STA의 지속적인 전력 소모를 야기한다. 수신 상태에서의 전력 소모는 송신 상태에서의 전력 소모에 비하여 크게 차이가 나지 않으며, 수신 상태를 계속 유지하는 것도 전력이 제한된(즉, 배터리에 의해 동작하는) STA에게 큰 부담이 된다. 따라서, STA이 지속적으로 채널을 센싱하기 위해서 수신 대기 상태를 유지하면, 무선랜 처리율 측면에서 특별한 이점 없이 전력을 비효율적으로 소모하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 무선랜 시스템에서는 STA의 전력 관리(power management; PM) 모드를 지원한다.

STA의 전력 관리 모드는 액티브(active) 모드 및 전력 절약(power save; PS) 모드로 나뉘어 진다. STA은 기본적으로 액티브 모드로 동작한다. 액티브 모드로 동작하는 STA은 어웨이크 상태(awake state)를 유지한다. 어웨이크 상태는, 프레임 송수신이나 채널 스캐닝 등 정상적인 동작이 가능한 상태이다. 한편, PS 모드로 동작하는 STA은 슬립 상태(sleep state) (또는 도즈(doze) 상태)와 어웨이크 상태(awake state)를 전환(switch)해가며 동작한다. 슬립 상태로 동작하는 STA은 최소한의 전력으로 동작하며, 프레임 송수신은 물론 채널 스캐닝도 수행하지 않는다.

STA이 슬립 상태로 가능한 오래 동작할수록 전력 소모가 줄어들기 때문에, STA은 동작 기간이 증가한다. 하지만 슬립 상태에서는 프레임 송수신이 불가능하기 때문에 무조건적으로 오래 동작할 수는 없다. 슬립 상태로 동작하는 STA이 AP에게 전송할 프레임이 존재하는 경우 어웨이크 상태로 전환하여 프레임을 송신할 수 있다. 한편, AP가 STA에게 전송할 프레임이 있는 경우, 슬립 상태의 STA은 이를 수신할 수 없으며 수신할 프레임이 존재하는 것도 알 수 없다. 따라서, STA은 자신에게 전송될 프레임의 존재 여부를 알기 위해(또한 존재한다면 이를 수신하기 위해) 특정 주기에 따라 어웨이크 상태로 전환하는 동작이 필요할 수 있다.

도 6은 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, AP(210)는 일정한 주기로 비콘 프레임(beacon frame)을 BSS 내의 STA들에게 전송한다(S211, S212, S213, S214, S215, S216). 비콘 프레임에는 TIM(Traffic Indication Map) 정보 요소(Information Element)가 포함된다. TIM 정보 요소는 AP(210)가 자신과 연관된 STA들에 대한 버퍼된 트래픽이 존재하며, 프레임을 전송할 것임을 알려주는 정보를 포함한다. TIM 요소에는 유니캐스트(unicast) 프레임을 알려주는데 사용되는 TIM과 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast) 프레임을 알려주는데 사용되는 DTIM(delivery traffic indication map)이 있다.

AP(210)는 3번의 비콘 프레임을 전송할 때 마다 1회씩 DTIM을 전송할 수 있다. STA1(220) 및 STA2(222)는 PS 모드로 동작하는 STA이다. STA1(220) 및 STA2(222)는 소정의 주기의 웨이크업 인터벌(wakeup interval) 마다 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP(210)에 의하여 전송된 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 각각의 STA은 자신의 로컬 클럭(local clock)에 기초하여 어웨이크 상태로 전환할 시점을 계산할 수 있으며, 도 6의 예시에서는 STA의 클럭은 AP의 클럭과 일치하는 것으로 가정한다.

예를 들어, 상기 소정의 웨이크업 인터벌은, STA1(220)이 비콘 인터벌마다 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 첫 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S211) 어웨이크 상태로 전환될 수 있다(S221). STA1(220)은 비콘 프레임을 수신하고 TIM 요소를 획득할 수 있다. 획득된 TIM 요소가 STA1(220)에게 전송될 프레임이 있음을 지시하는 경우, STA1(220)은 AP(210)에게 프레임 전송을 요청하는 PS-Poll(Power Save-Poll) 프레임을 AP(210)에게 전송할 수 있다(S221a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 프레임을 STA1(220)에게 전송할 수 있다(S231). 프레임 수신을 완료한 STA1(220)은 다시 슬립 상태로 전환하여 동작한다.

AP(210)가 두 번째로 비콘 프레임을 전송함에 있어서, 다른 장치가 매체에 액세스하고 있는 등 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로, AP(210)는 정확한 비콘 인터벌에 맞추어 비콘 프레임을 전송하지 못하고 지연된 시점에 전송할 수 있다(S212). 이 경우 STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 동작 모드를 어웨이크 상태로 전환하지만, 지연 전송되는 비콘 프레임을 수신하지 못하여 다시 슬립 상태로 전환한다(S222).

AP(210)가 세 번째로 비콘 프레임을 전송할 때, 해당 비콘 프레임에는 DTIM으로 설정된 TIM 요소가 포함될 수 있다. 다만, 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로 AP(210)는 비콘 프레임을 지연 전송한다(S213). STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 어웨이크 상태로 전환하여 동작하며, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임을 통하여 DTIM을 획득할 수 있다. STA1(220)이 획득한 DTIM은 STA1(220)에 전송될 프레임은 없으며 다른 STA을 위한 프레임이 존재함을 지시하는 경우를 가정한다. 이 경우, STA1(220)은 자신이 수신할 프레임이 없음을 확인하고, 다시 슬립 상태로 전환하여 동작할 수 있다. AP(210)는 비콘 프레임 전송 후 프레임을 해당 STA에게 전송한다(S232).

AP(210)는 네 번째로 비콘 프레임을 전송한다(S214). 다만, STA1(220)은 이 전 2회에 걸친 TIM 요소 수신을 통해 자신에 대한 버퍼된 트래픽이 존재한다는 정보를 획득할 수 없었으므로, TIM 요소 수신을 위한 웨이크업 인터벌을 조정할 수 있다. 또는, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임에 STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값을 조정을 위한 시그널링 정보가 포함된 경우, STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값이 조정될 수 있다. 본 예시에서, STA1(220)은 비콘 인터벌마다 TIM 요소 수신을 위해 운영 상태를 전환하던 것을 3회의 비콘 인터벌마다 한 번 깨어나는 것으로 운영 상태를 전환하도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 네 번째 비콘 프레임을 전송하고(S214), 다섯 번째 비콘 프레임을 전송하는 시점에(S215) 슬립 상태를 유지하므로 해당 TIM 요소를 획득할 수 없다.

AP(210)가 여섯 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S216), STA1(220)은 어웨이크 상태로 전환하여 동작하고 비콘 프레임에 포함된 TIM요소를 획득할 수 있다(S224). TIM 요소는 브로드캐스트 프레임이 존재함을 지시하는 DTIM이므로, STA1(220)은 PS-Poll 프레임을 AP(210)에게 전송하지 않고, AP(210)에 의해 전송되는 브로드캐스트 프레임을 수신할 수 있다(S234). 한편 STA2(230)에 설정된 웨이크업 인터벌은 STA1(220)보다 긴 주기로 설정될 수 있다. 따라서, STA2(230)는 AP(210)가 다섯 번째로 비콘 프레임을 전송하는 시점(S215)에 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있다(S241). STA2(230)는 TIM 요소를 통하여 자신에게 전송될 프레임이 존재함을 알고, 프레임 전송을 요청하기 위해 AP(210)에게 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다(S241a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 STA2(230)에게 프레임을 전송할 수 있다(S233).

도 6과 같은 전력 절약 모드 운영을 위해 TIM 요소에는 STA이 자신에게 전송될 프레임이 존재하는지를 지시하는 TIM 또는 브로드캐스트/멀티캐스트 프레임이 존재하는지를 지시하는 DTIM이 포함된다. DTIM은 TIM 요소의 필드 설정을 통하여 구현될 수 있다.

보안 연관(SA) 쿼리 과정

상기 도 5에서 간략하게 설명한 바와 같이, STA은 AP에게 연관 요청 프레임(Association Request Frame)을 전송하고, 이에 응답하여 AP는 STA에게 연관 응답 프레임(Association Response Frame)을 전송할 수 있다. 연관 요청 프레임 및 연관 응답 프레임은 모두 관리 프레임(Management frame)에 해당한다. 연관 요청 프레임에는 STA의 능력(capability), SSID 등의 정보가 포함될 수 있다. 연관 응답 프레임에는 AP의 능력(capability)에 대한 정보 등이 포함될 수 있고, 특히 연관을 요청하는 STA에게 할당되는 연관 식별자(Association ID; AID)가 포함될 수 있다.

표 1은 연관 요청 프레임 바디(body)의 예시적인 포맷을 나타낸다.

order	Information (length in octet)	Notes
1	Capability (2)
2	Listen interval (2)
3	SSID (2)
4	Supported rates (3-10)
5	Extended Supported Rates (3-257)	The Extended Supported Rates element is present if there are more than eight supported rates, and it is optional otherwise.
6	Power Capability (4-257)	The Power Capability element is present if dot11SpectrumManagementRequired is true or dot11RadioMeasurementActivated is true.
7	Supported Channels (4-256)	The Supported Channels element is present if dot11SpectrumManagementRequired is true and dot11ExtendedChannelSwitchActivated is false.
8	RSN (36-256)	The RSN element is present if dot11RSNAActivated set to true.
9	QoS Capability (3)	The QoS Capability element is present if dot11QosOption-Implemented is true.
10	RM Enabled Capabilities (7)	RM Enabled Capabilities element is present if dot11RadioMeasurementActivated is true.
11	Mobility domain (5)	The MDE is present in an Association Request frame if dot11FastBSSTransitionActivated is true and if the frame is being sent to an AP that advertised its FT capability in the MDE in its Beacon or Probe Response frame (i.e., AP also has dot11FastBSSTransitionActivated set to true).
12	Supported Operating Classes (4-255)	The Supported Operating Classes element is present if dot11ExtendedChannelSwitchActivated is true.
13	HT Capabilities (28)	The HT Capabilities element is present when dot11HighThroughputOptionImplemented attribute is true.
14	20/40 BSS Coexistence (3)	The 20/40 BSS Coexistence element is optionally present when the dot112040BSSCoexistenceManagementSupport attribute is true.
15	Extended Capabilities (3)	The Extended Capabilities element is optionally present if any of the fields in this element are nonzero.
Last	Vendor Specific (3-257)	One or more vendor-specific elements are optionally present. These elements follow all other elements.

표 2는 연관 응답 프레임 바디의 예시적인 포맷을 나타낸다.

Order	Information	Notes
1	Capability
2	Status code
3	AID
4	Supported rates
5	Extended Supported Rates	The Extended Supported Rates element is present if there are more than eight supported rates, and it is optional otherwise.
6	EDCA Parameter Set
7	RCPI	The RCPI element is present if dot11RMRCPIMeasurementActivated is true.
8	RSNI	The RSNI element is present if dot11RMRSNIMeasurementActivated is true.
9	RM Enabled Capabilities	RM Enabled Capabilities element is present if dot11RadioMeasurementActivated is true.
10	Mobility domain	An MDE is present in an Association Response frame when dot11FastBSSTransitionActivated is true and this frame is a response to an Association Request frame that contained an MDE (i.e., an FT initial mobility domain association exchange).
11	Fast BSS transition	A Fast BSS Transition element (FTE) is present in an Association Response frame when dot11FastBSSTransitionActivated is true, dot11RSNAActivated is true and this frame is a response to an Association Request frame that contained an MDE (i.e., an FT initial mobility domain association exchange in an RSN).
12	DSE registered location	The DSE Registered Location element is present if dot11LCIDSERequired is true
13	Timeout Interval (Association Comeback time)	A Timeout Interval element containing the Association Comeback time is present when dot11RSNAActivated is true, dot11RSNAProtectedManagementFramesActivated is true and the association request is rejected with a status code 30.
14	HT Capabilities	The HT Capabilities element is present when dot11HighThroughputOptionImplemented attribute is true.
15	HT Operation	The HT Operation element is included by an AP when dot11HighThroughputOptionImplemented attribute is true.
16	20/40 BSS Coexistence	The 20/40 BSS Coexistence element is optionally present when the dot112040BSSCoexistenceManagementSupport attribute is true.
17	Overlapping BSS Scan Parameters	The Overlapping BSS Scan Parameters element is optionally present if the dot11FortyMHzOptionImplemented attribute is true.
18	Extended Capabilities	The Extended Capabilities element is optionally present if any of the fields in this element are nonzero.
Last	Vendor Specific	One or more vendor-specific elements are optionally present. These elements follow all other elements.

본 발명에서 제안하는 연관 유지 방안은, STA이 AP와 맺고 있는 연관이 끊어(destroy)지지 않도록 하는 방안은 물론, STA이 기존에 연관을 맺었던 AP와 연관이 실패(fail)된 경우에 해당 AP와 다시 연관을 맺는 경우에 연관 과정에 소요되는 시간을 줄이기 위한 방안도 포함한다. 여기서, STA과 AP의 연관이 실패하는 상황은, 예를 들어, STA의 전원 공급이 순간적으로 중단된 경우, STA의 이동으로 인해 기존에 연결된 AP의 서비스 범위를 벗어나는 경우 등을 가정할 수 잇다.

이러한 실패로부터 복구된 STA은 스캐닝 과정을 다시 수행하고, 스캐닝을 통해 선택된 AP에게 연관 요청 프레임을 전송한다. 여기서, 스캐닝을 통해 선택된 AP가 STA와 이미 연관을 맺은 AP라면, AP는 해당 STA이 올바르게 인증된 사용자인지 여부를 확인할 필요가 있다. 따라서, AP에게 연관 요청 프레임을 전송한 STA이 해당 AP와 보안 연관(Security Association; SA) 상태를 유지하고 있는 경우라면, AP는 새롭게 수신한 연관 요청 프레임에 대해서 연관 요청이 성공적이라고 응답하기 이전에, 보안 연관 쿼리 과정(SA Query Procedure)을 수행한다.

SA 쿼리 과정은, AP와 SA 상태에 있는 STA으로부터 연관 요청 프레임이 수신되는 경우, 해당 STA가 AP와 SA 상태에 있는 STA임을 확인하기 위한 과정이라고 할 수 있다.

구체적으로, AP는 STA으로부터 연관 요청 프레임을 수신하면 이에 대한 응답으로 연관 응답 프레임을 보내는데, 상기 연관 응답 프레임의 상태 코드(status code) 필드의 값을 30으로 설정할 수 있다. 상태 코드 필드의 값 30은, "연관 요청이 일시적으로 거절됨; 추후 다시 시도할 것(Association request rejected temporarily; try again later)"의 의미를 가진다. 이와 함께, 연관 응답 프레임의 Timeout Interval 필드에 의해서 STA에게 연관 컴백 시간(Association Comeback Time)이 지정된다. 연관 컴백 시간 값을 지정 받은 STA은, 연관 컴백 시간만큼 지난 후에, 연관 요청 프레임을 다시 AP에게 전송할 수 있다. 연관 컴백 시간은 디폴트 값으로서 1 초로 설정될 수 있다.

AP가 STA의 연관 요청 프레임을 거절한 후, 연관 컴백 시간 동안에 AP는 보안 연관 상태를 유지하고 있는 STA와 SA 쿼리 요청/응답 프레임을 교환할 수 있다. SA 쿼리 요청/응답 프레임의 교환은, AP에 저장된 보안 연관 상태가 정상적인 것인지, 아니면 유효하지 않은(invalid) 것인지를 판단하기 위해서 수행될 수 있다.

AP는 SA 쿼리 요청 프레임을 STA에게 전송할 수 있다. SA 쿼리 요청 프레임을 수신한 STA은 보안 연관 상태가 정상적임을 알리기 위해서 SA 쿼리 응답 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. SA 쿼리 요청 프레임과 SA 쿼리 응답 프레임은 모두 보호된 관리 프레임(protected management frame)에 해당한다.

도 7은 보안 연관(SA) 쿼리 요청 프레임 및 보안 연관(SA) 쿼리 응답 프레임의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.

도 7(a)는 SA 쿼리 요청 프레임의 예시적인 포맷을 나타낸다.

카테고리(category) 필드는 SA 쿼리 카테고리를 지시하는 값(예를 들어, 8)으로 설정될 수 있다.

SA 쿼리 액션(SA Query Action) 필드는 SA 쿼리 요청 프레임을 지시하는 값(예를 들어, 0)으로 설정될 수 있다.

트랜잭션 식별자(Transaction Identifier) 필드는 SA 쿼리 요청/응답 트랜잭션을 식별하는 값으로 이용된다. 트랜잭션 식별자의 값은 SA 쿼리 요청 프레임을 전송하는 측(예를 들어, AP)에 의해서 설정될 수 있으며, 16-비트의 음수가 아닌(non-negative) 카운터 값으로 설정될 수 있다.

도 7(b)는 SA 쿼리 응답 프레임의 예시적인 포맷을 나타낸다.

SA 쿼리 액션(SA Query Action) 필드는 SA 쿼리 응답 프레임을 지시하는 값(예를 들어, 1)으로 설정될 수 있다.

트랜잭션 식별자(Transaction Identifier) 필드는 대응하는 SA 쿼리 요청 프레임에 포함된 트랜잭션 식별자 필드의 값과 동일한 값으로 설정된다.

만약 AP가 SA 쿼리 요청 프레임을 전송하고 나서 소정의 시간(예를 들어, dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 파라미터의 값에 따라서 설정되는 시간 구간)동안에 STA으로부터 유효한(valid) SA 쿼리 응답 프레임을 수신하지 못하는 경우, AP가 그 이후에 수신하는 연관 요청 프레임에 대해서는 SA 쿼리 과정을 수행하지 않는다.

SA 과정과 관련한 AP, STA의 SME, MLME 동작에 대해서 이하에서 설명한다.

AP가 STA에 대해서 유효한(valid) 보안 연관을 가지고 있는 경우에, AP는 다음과 같이 동작할 수 있다. AP의 SME는 결과코드(ResultCode) "연관 요청이 일시적으로 거절됨; 추후 다시 시도할 것(Association request rejected temporarily; try again later)"를 가지는 MLME-ASSOCIATE.response 프리머티브를 생성함으로써 연관 요청을 거절한다. AP의 SME는 MLME-ASSOCIATE.response 프리머티브에 Timeout Interval 요소(element)를 포함시킬 수 있다. 여기서, Timeout Interval 요소의 Timeout interval 타입은 3(즉, 연관 컴백 시간)으로 설정될 수 있으며, Timeout Interval의 값은 AP가 해당 STA과의 연관을 수용(accept)할 준비가 되는 컴백 시간을 특정한다. 후속하여, AP의 SME는 dot11AssociationSAQueryRetryTimeout 개의 시간유닛(TU) 마다 STA로 향하는 MLME-SAQuery.request 프리머티브를 전송할 수 있다. 여기서, MLME-SAQuery.request 프리머티브의 전송은, 그에 대응하는 MLME-SAQuery.confirm 프리머티브가 수신될 때까지, 또는 SA 쿼리 과정이 시작된 후로 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 개의 TU 만큼의 시간이 도과할 때까지 수행된다.

도 8은 SA 쿼리 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 8의 예시에서 AP와 STA이 유효한 보안 연관 상태를 유지하고 있는 상황에서, 해당 STA과 동일한 MAC 주소를 가지는 다른 STA(이하, 공격자(attacker)라고 칭함)로부터의 새로운 연관 요청 프레임을 AP가 수신할 수 있다. 이 경우, AP는 (실제로는 공격자로부터 전송된 연관 요청 프레임이지만) 유효한 SA 상태의 STA으로부터 전송된 연관 요청 프레임인 것으로 인식하고, 해당 연관 요청 프레임을 거절하는 연관 응답 프레임을 공격자에게 전송하면서, 연관 응답 프레임을 통해서 연관 컴백 시간을 공격자에게 알려준다. 공격자는 연관 컴백 시간이 지난 후에 다시 연관을 시도할 수 있다.

한편, AP가 공격자로부터의 연관 요청을 거절한 후에, AP는 해당 STA이 유효한 보안 연관 상태를 유지하고 있는지를 확인하기 위해서, 해당 STA에게 SA 쿼리 요청 프레임을 전송할 수 있다. STA는 SA 상태를 유지하고 있으므로 AP로부터의 SA 쿼리 요청 프레임에 응답할 수 있다. AP는 SA 쿼리 응답 프레임을 성공적으로 수신하게 되면 해당 STA가 여전히 유효한 SA 상태를 유지하고 있는 것으로 간주하고, 이후에 공격자로부터 수신되는 연관 요청 프레임을 거절한다.

또한, 연관 컴백 시간이 만료하기 전에 공격자가 전송하는 연관 요청 프레임은 거절된다.

도 8의 예시에서 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 값은, 연관 과정이 시작되도록 하는 첫 번째 SA 쿼리 요청의 스케줄링으로부터, SA 쿼리 응답이 수신되지 않는 경우에 추가적인 SA 쿼리 과정을 시작하지 않고 AP가 대기할 수 있는 시간유닛(TU)의 개수로 설정된다.

일반적으로는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 값과 연관 컴백 시간 값이 동일하게 설정되며, 필요에 따라 연관 컴백 시간이 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 값보다 크게 설정될 수도 있다. 이는, 연관 요청 프레임을 거절하고, SA 쿼리 과정을 시작하기까지 MAC에서 처리하는 시간 지연이 발생할 수 있음을 고려한 것이다.

도 9는 SA 쿼리 과정의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 예시에서는 AP와 유효한 보안 연관 상태를 유지하고 있던 STA이 실패(failure)로부터 리커버(recover)된 경우를 나타낸다. STA에 실패가 발생한 경우, AP와의 보안 연관(SA) 상태에 대한 정보는 STA에서 모두 사라지게 된다. 따라서, 실패에서 리커버된 STA은 AP에 대한 연관 과정을 반복하게 되는데, 이를 위해 연관 요청 프레임을 AP 에 다시 보낼 수 있다.

한편, AP는 해당 STA에 대해 여전히 보안 연관(SA) 상태를 유지하고 있다. 따라서, AP가 유효한 SA 상태를 가지는 STA로부터 연관 요청 프레임이 수신된 것으로 인식하면, AP는 STA으로부터의 연관 요청을 거절하는 상태 코드의 연관 응답 프레임을 전송하게 된다. 여기서, AP는 상기 연관 요청 프레임을 통하여 연관 컴백 시간을 소정의 값(예를 들어, 1초 또는 1분)으로 설정하여 STA에게 제공할 수 있다.

한편, AP가 STA으로부터의 연관 요청을 거절한 후에, AP는 해당 STA에게 SA 쿼리 요청 프레임을 전송할 수 있다. STA는 failure에서 리커버된 상태이므로, 이전의 SA 상태 정보를 모두 잃어버렸기 때문에 AP로부터의 SA 쿼리 요청 프레임에 응답하지 못한다. dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 시간 동안에 STA으로부터의 유효한 SA 쿼리 응답 프레임을 수신하지 못하는 AP는, 해당 STA의 SA 상태가 유효하지 않은(invalid) 것으로 간주한다. 이에 따라, 연관 컴백 시간이 지난 후에 STA으로부터 전송되는 연관 요청 프레임은 AP가 수용(accept)하게 된다.

이와 같이, SA를 맺고 있던 STA로부터의 연관 요청 프레임은 일단 거절되고 연관 컴백 시간 동안 AP는 STA에게 SA 쿼리 동작을 수행하여 STA이 SA 쿼리에 응답하지 못하는 경우에는 연관 컴백 시간 이후의 연관 요청을 수용하게 된다. 즉, STA이 SA 쿼리에 응답하는 경우에는 처음의 연관 요청 프레임은 공격자로부터의 것으로 판단하여 연관 컴백 시간 이후의 연관 요청을 거절하고, STA이 SA 쿼리에 응답하지 못하는 경우에는 공격자가 아닌 실제로 STA이 연관 요청을 보냈던 것으로 판단하고 연관 컴백 시간 이후의 연관 요청을 수용하게 된다.

도 10은 SA 쿼리 과정의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 10에서는 도 8의 예시에서와 마찬가지로, STA이 AP와 유효한 SA 상태를 유지하고 있고, 공격자가 STA의 MAC 주소를 이용하여 AP에게 연관 요청을 보내는 경우를 가정한다. AP는 공격자의 연관 요청을 거절하는 연관 응답 프레임을 전송하면서, 연관 컴백 시간을 STA에게 알려줄 수 있다.

AP는 연관 컴백 시간 또는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 동안에 STA에게 SA 쿼리 요청/응답 교환을 시도할 수 있다.

예를 들어, STA가 1 GHz 아래의 대역에서, 센서, 스마트 그리드, M2M 통신 등의 애플리케이션을 지원하기 위해서 오랜 시간 동안 저전력 상태를 유지할 수 있는 STA(예를 들어, 롱-슬리퍼(long-sleep) 타입 STA 또는 S1G(Sub 1 GHz) STA)인 경우에는, STA가 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 동안 계속하여 도즈(doze) 상태일 수 있다. 이 경우에는 AP으로부터의 SA 쿼리 요청 프레임에 STA이 응답하지 못하게 된다. 이에 따라, AP는 연관 컴백 시간 이후에 공격자의 연관 요청을 수용하게 되고, 이에 따라 정당한 STA을 올바르게 보호하지 못하는 문제가 존재한다.

이와 같이, 기존의 SA 쿼리 동작에 따르면, STA의 연관 요청과 공격자의 연관 요청을 구분하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

보안(security) 문제의 보완

전술한 바와 같은 SA 쿼리 과정에 의하면 정당한 STA으로 전송되어야 할 프레임이 악의적인(malicious) STA으로 전달될 수도 있다. 특히, 저전력 STA의 경우에는 악의적인 STA의 공격에 취약하다고 볼 수 있다.

이를 개선하기 위해서, SA를 맺고 있었던 STA이 SA 쿼리에 응답하지 못하고 AP가 연관 컴백 시간 이후에 수신되는 어떤 STA으로부터의 연관 요청을 수용한 경우에, SA를 맺고 있었던 STA로 전송되어야 할 프레임이 AP에 버퍼되어 있었다면, AP는 해당 프레임들을 버퍼에서 모두 삭제해야 한다. 이는, 새로 연관을 시도하는 STA이 정당한 STA인지 악의적인 STA인지 확신할 수 없기 때문이다.

또한, SA를 맺고 있었던 STA이 SA 쿼리에 응답하지 못하고 AP가 연관 컴백 시간 이후에 수신되는 어떤 STA으로부터의 연관 요청을 수용한 경우에, AP와 연관을 맺은 해당 STA이 버퍼된 프레임을 AP로부터 수신하기 위해서 PS-Poll 프레임을 AP로 전송할 수 있다. 이 경우, PS-Poll 프레임을 수신한 AP는 버퍼된 프레임을 해당 STA로 바로 보내지 않고, SA 쿼리 요청 프레임을 해당 STA에게 전송하여 SA 상태 정보를 한번 더 확인한 후 전송할 수 있다. 이것은, 악의적인 STA이 정당한 STA의 SA 상태 정보를 AP에서 삭제시킨 경우를 대비해, PS-Poll 프레임을 전송하는 STA이 정상적인 SA 상태 정보를 가지고 있는지 확인하기 위한 절차이다. 따라서, AP가 해당 STA로부터 SA 상태 정보를 확인하기 위한 임의의 보호된 관리 프레임(protected management frame)을 수신한 경우라면, PS-Poll 프레임 이후에 SA 쿼리 요청 프레임을 반드시 전송하지 않을 수도 있다.

도 11은 보안(secure) PS-Poll 과정에 대한 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.

도 11(a)의 예시에서는, STA으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 AP는 SA 쿼리 요청 프레임을 전송하여, 해당 STA의 SA 상태 정보를 확인할 것을 요청할 수 있다. 한다. SA 쿼리 요청 프레임을 수신한 STA은 보호된 관리 프레임에 해당하는 SA 쿼리 요청 프레임이 정상적으로 암호화(encryption)되었는지 확인한 후, SA 쿼리 응답 프레임을 AP로 전송할 수 있다. 즉, AP와 해당 STA의 SA 상태 정보가 동일한 경우, STA는 SA 쿼리 응답 프레임을 전송하여 데이터 프레임 전달(delivery)에 대한 확인(confirmation)을 AP에 전달할 수 있다. 한편, AP와 해당 STA의 SA 상태 정보가 동일하지 않은 경우, STA는 SA 쿼리 요청에 대한 무결성 검사(integrity check)에 실패하고 결과적으로 어떠한 응답도 하지 않게 된다. SA 쿼리 요청에 대한 SA 쿼리 응답이 없는 경우, AP는 해당 STA로 데이터 프레임 전달을 수행하지 않는다.

또한, 도 11(a)의 예시에서 STA은 SA 쿼리 요청에 응답하여 ACK 프레임을 전송한 후에 소정의 시간 후에 백오프를 거쳐 SA 쿼리 응답 프레임을 전송할 수 있다. SA 쿼리 응답 프레임을 수신한 AP는 ACK 프레임을 전송하고 소정의 시간 후에 백오프를 거쳐 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 이에 응답하여 STA은 ACK 프레임을 전송할 수 있다.

도 11(b)의 예시에서는, STA으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 AP는 SA 쿼리 요청 프레임을 바로 전송할 수도 있지만, ACK 프레임을 먼저 전송한 후에 SA 쿼리 요청 ㅍ레임을 전송할 수도 있다.

도 11(a)와 같이 PS-Poll에 응답하여 ACK 프레임 없이 SA 쿼리 요청 프레임을 전송하는 방식을 즉시(Immediate) 보안 PS-Poll 방식이라고 칭하고, 도 11(b)와 같이 PS-Poll에 응답하여 ACK 프레임을 전송한 후에 SA 쿼리 요청 프레임을 전송하는 방식을 연기된(Deferred) 보안 PS-Poll 방식이라고 칭한다.

또한, 도 11(c)와 같이 SA 쿼리 요청 프레임에 대한 응답으로 SA 쿼리 응답 프레임을 바로 보내는 것을 ACK 없는 연기된 보안 PS-Poll 정책(policy)이라고 칭할 수 있다.

만약 PS-Poll 프레임 후에 복수개의 프레임의 전송이 허용되는 경우, 도 11(d)와 같이 PS-Poll에 대한 ACK 프레임 이후에 SA 쿼리 요청 프레임을 SIFS(Short Inter-Frame Space) 시간 이후에 전송할 수 있다.

SA 쿼리 요청 프레임에 대한 응답으로 STA으로부터 SA 쿼리 응답 프레임을 수신한 경우에 한해서, AP가 버퍼된 프레임을 STA에게 전달하도록 프로토콜을 정의할 수 있다. 이에 따라, 정당한 STA을 위해 버퍼된 데이터 프레임을 악의적인 STA이 수신하는 것을 방지할 수 있다.

연관 동작 최적화

본 발명에서는 STA들의 불필요한 연관 시도를 방지하기 위한 목적으로, 연관 컴백 시간이 만료 되기 전에 해당 STA의 연관 수락 여부를 알려 주는 것을 제안한다.

AP가 새로운 연관 요청을 거절한 후, 연관 컴백 시간이 만료하기 전, SA 쿼리 요청에 대한 SA 쿼리 응답을 성공적으로 수신한 경우를 가정할 수 있다. 이 경우, AP는 비콘 프레임, 프로브 응답 프레임 등을 통해서 해당 STA의 MAC 주소에 대해서 연관이 거절된다는 사실을 알려줄 수 있다.

예를 들어, 연관 제어 정보 요소(Association Control Information Element)가 비콘 프레임, 프로브 응답 프레임 등에 포함될 수 있다. 연관 제어 정보 요소에는 연관 요청이 거절될 STA의 MAC 주소에 대한 정보가 포함될 수 있다.

또한, 특별한 이유로 AP가 어떤 STA의 연관 요청을 허용하고자 하는 경우에는, 연관 제어 정보 요소에 연관 요청이 수용될 STA의 MAC 주소에 대한 정보가 포함될 수도 있다. 이 경우, 해당 STA의 연관이 허용되는지 거절되는지 여부를 식별하는 정보인 타입 필드(Type field)가 STA의 MAC 주소를 나타내는 정보와 함께 연관 제어 정보 요소에 포함될 수도 있다.

연관 유지 방안

전술한 방안에 따라서 정당한 STA으로 전송되어야 할 프레임이 악의적인 STA으로 잘못 전달되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이는 악의적인 STA이 AP와 연관을 맺고 정당한 STA이 연관을 맺지 못하는 문제를 근본적으로 해결하는 것은 아니다.

이를 해결하기 위해서, 기존의 연관 컴백 시간 설정에 대한 동작을 수정할 필요가 있다. 예를 들어, STA이 10분 동안 저전력 상태(예를 들어, 슬립 모드 또는 도즈 상태)에 있게 되면, SA 쿼리 과정과 관련된 연관 컴백 시간 또는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout도 10분 이상으로 길게 설정할 필요가 있다. 이는, AP가 최초의 연관 요청 프레임을 거절한 후에, 10분 정도 SA 쿼리 요청/응답 프레임 교환을 시도해야, 10분 정도의 슬립 모드 길이를 가지는 STA이 SA 쿼리 응답을 전송할 기회를 줄 수 있기 때문이다. 즉, STA이 저전력 상태에 있어서 SA 쿼리 요청 프레임에 응답하지 못하는 것인지, 아니면 해당 STA에 대한 SA 상태가 유효하지 않기 때문에 SA 쿼리 요청 프레임에 응답하지 못하는 것인지를 판단할 수 있기 위해서, 연관 컴백 시간 또는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout을 STA의 슬립 모드 유지시간을 고려하여 길게 설정할 수 있다.

본 발명에서는, AP가 STA 유형에 따라서 서로 다른 연관 컴백 시간을 제공하는 것을 제안한다. 예를 들어, 센서, 스마트 그리드, M2M 등의 애플리케이션을 지원하는 STA 타입(예를 들어, S1G(Sub 1 GHz) STA)의 경우에는 사용률(duty cycle)이 낮으므로 연관 컴백 시간을 상대적으로 큰 값으로 설정하여 줄 수 있다. 반면, 그 외의 일반적인 타입의 STA(예를 들어, 트래픽 지향(traffic oriented) STA)의 경우에는 사용률(duty cycle)이 높으므로 연관 컴백 시간을 상대적으로 작은 값으로 설정하여 줄 수 있다.

또한, 많은 개수의 STA들이 동시에 failure 상태에서 리커버되는 경우, 동시에 연관을 시도하여 충돌(collision) 빈도가 높아질 수 있다. 이를 해결하기 위해서, STA의 타입이 동일한 경우에도 연관 컴백 시간을 랜덤화(randomize)하여 STA에게 제공하여 줄 수도 있다. 처음 연관을 시도하는 시점이 동일한 STA들에 대해서 설정되는 연관 컴백 시간이 STA마다 다른 경우, 각각의 STA이 연관을 다시 시도하기까지 기다려야 하는 시간이 상이하게 되므로, 동시에 채널 액세스하는 확률이 낮아질 수 있다.

이를 위해서, STA이 연관 요청 프레임을 전송할 때에, STA 타입에 대한 정보를 포함시킬 수 있다. AP가 연관 요청 프레임에 포함된 STA의 타입에 대한 정보를 수신하면, AP는 이에 기초하여 해당 STA에 대한 연관 컴백 시간을 결정할 수 있다.

AP는 연관 응답 프레임을 통하여 STA에게 연관 컴백 시간에 대해서 알려줄 수 있다. 본 발명에 따르면, STA이 처음 AP에 연관을 시도하는 경우에도, AP는 연관 컴백 시간에 대한 정보를 연관 응답 프레임에 포함시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, STA이 연관을 요청하는 경우에 AP가 연관 응답 프레임의 Status Code를 성공(Success)으로 설정하여(즉, status code 0) 응답하는 경우에도, 해당 연관 응답 프레임에 연관 컴백 시간에 대한 정보가 포함될 수 있다.

즉, 본 발명의 제안에 따르면, AP가 연관 요청을 거절하는 경우에 연관 컴백 시간을 STA에게 알려줘서 해당 STA이 연관 컴백 시간 동안에는 연관을 다시 시도하지 못하도록 하는 동작에 추가적으로, STA의 연관 요청을 AP가 수용(accept)하는 경우에도 연관 응답 프레임에 연관 컴백 시간을 포함시킬 수 있다. 이에 따라, STA이 보안 연관 상태를 계속 유지하기를 원하는 경우, 연관 컴백 시간 간격으로 STA이 웨이크업할 수 있도록 AP는 STA에게 필요한 정보(예를 들어, STA의 웨이크업 인터벌을 연관 컴백 시간 또는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 으로 설정해 주는 정보 등)를 제공할 수 있고, 이에 따라, STA은 연관 컴백 시간 또는 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 인터벌에 기초하여 (예를 들어, dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 보다 작은 시간 간격으로) 웨이크업하여 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도할 수 있고, 이에 따라 유효한 SA 상태가 유지될 수 있다.

또한, AP가 STA에게 제공했던 연관 컴백 시간을 변경하고자 하는 경우에는, 비콘 프레임, 프로브 응답 프레임 등을 통해서 STA에게 변경된 연관 컴백 시간 값을 알려줄 수 있다.

또한, AP가 STA의 타입 별로 연관 컴백 시간 값을 상이하게 설정하는 경우, dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout 값이 STA 타입(또는 동일한 타입의 STA이라고 하더라도 각각의 STA 별로) 상이하게 주어질 수 있다.

또한, AP가 연관 응답 프레임 또는 재-연관(Re-association) 응답 프레임을 통해서 STA에게 전달하는 연관 컴백 시간은, dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout과 동일하게 설정될 수도 있고 또는 dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout보다 큰 값으로 설정될 수도 있다.

성공적으로 연관 과정을 마친 STA이 AP로부터 연관 컴백 시간(또는 dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout)을 설정 받은 경우, STA은 연관 컴백 시간(또는 dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout)의 인터벌보다 작은 시간 인터벌 마다 웨이크업하여 AP로부터의 SA 쿼리 요청 프레임이 존재하는지 확인해야 한다. 즉, STA은 연관 컴백 시간(또는 dot11AssociatioSAQueryMaximumTimeout)의 인터벌보다 자주 웨이크업하여 PS-Poll 프레임을 전송하거나 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해서 자신을 위해서 버퍼된 프레임이 AP에 존재하는지 여부를 확인하고, 버퍼된 프레임을 수신하는 동작을 수행할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일례에 따른 연관을 유지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S1110에서 STA은 AP로 연관 요청 프레임을 전송할 수 있다. 여기서, STA은 AP와 유효한 SA 상태를 가지는 STA이다. 또한, STA은 전력 절약 모드로 동작가능한 STA일 수 있다.

단계 S1120에서 AP는 STA의 연관 요청을 수용하는 경우에도, 연관 응답 프레임에 연관 컴백 시간 정보를 포함시킬 수 있다. 예를 들어, 연관 응답 프레임에 상태 코드는 0 (즉 Success)로 설정되고, 연관 컴백 시간 정보가 포함될 수 있다.

이에 따라, STA은 AP가 제공한 연관 컴백 시간에 기초하여, 그 인터벌과 동일하거나 더 짧은 시간 간격으로 깨어나서 AP로부터의 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도하고, SA 쿼리 요청을 수신하는 경우 SA 쿼리 응답을 AP로 보낼 수 있다. 이에 따라, STA과 AP의 유효한 SA 상태가 유지될 수 있다.

도 12에서 예시하는 본 발명의 연관 유지 방법에 있어서, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

AP(10)는 프로세서(11), 메모리(12), 송수신기(13)를 포함할 수 있다. STA (20)는 프로세서(21), 메모리(22), 송수신기(23)를 포함할 수 있다. 송수신기(13 및 23)는 무선 신호를 송신/수신할 수 있고, 예를 들어, IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 송수신기(13 및 23)와 연결되어 IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층 및/또는 MAC 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 AP 및 STA의 동작을 구현하는 모듈이 메모리(12 및 22)에 저장되고, 프로세서(11 및 21)에 의하여 실행될 수 있다. 메모리(12 및 22)는 프로세서(11 및 21)의 내부에 포함되거나 또는 프로세서(11 및 21)의 외부에 설치되어 프로세서(11 및 21)와 공지의 수단에 의해 연결될 수 있다.

도 13의 AP(10)의 프로세서(11)는 STA(20)으로부터 연관 요청 프레임을 송수신기(13)을 이용하여 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(11)는 연관 응답 프레임을 STA(20)에게 송수신기(13)을 이용하여 전송할 수 있다. 여기서, 연관 요청을 수용하는 경우에도, 연관 응답 프레임에 연관 컴백 시간에 대한 정보가 포함된다.

도 13의 STA(20)의 프로세서(21)는 AP(10)로 연관 요청 프레임을 송수신기(23)을 이용하여 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(21)는 연관 응답 프레임을 AP(10)로부터 송수신기(23)을 이용하여 수신할 수 있다. 여기서, 연관 요청이 AP(10)에 의해서 수용되는 경우에도, 연관 응답 프레임에 연관 컴백 시간에 대한 정보가 포함된다. 이에 따라, STA(20)의 프로세서(21)는 연관 컴백 시간과 동일하거나 더 짧은 값으로 설정되는 웨이크업 인터벌에 따라서, 깨어나서 AP(10)로부터의 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도할 수 있고, SA 쿼리 요청을 수신하는 경우 SA 쿼리 응답을 AP(10)로 전송할 수 있다.

도 13의 AP(10) 및 STA(20)의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시형태들은 IEEE 802.11 시스템을 중심으로 설명하였으나, 다양한 이동통신 시스템에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims

무선랜 시스템에서 스테이션(STA)이 연관을 수행하는 방법에 있어서,
상기 STA로부터 액세스 포인트(AP)로 연관 요청 프레임을 전송하는 단계; 및
상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 AP로부터 연관 응답 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 요청 성공을 나타내는 제 1 상태 코드 및 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함하며,
상기 연관 컴백 시간에 대한 정보는 상기 AP로부터의 보안 연관(Security Association; SA) 쿼리 요청 프레임 수신에 대한 시간인, 연관 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 STA은 상기 AP와 유효한 SA 상태(status)를 가지는, 연관 수행 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 STA은 상기 연관 컴백 시간에 기초하여 깨어나서 상기 AP로부터의 상기 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도하는, 연관 수행 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 STA은 상기 연관 컴백 시간이 지시하는 시간 간격과 동일하거나 더 짧은 시간 간격으로 깨어나서 상기 SA 쿼리 요청 프레임의 수신을 시도하는, 연관 수행 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 AP로부터 상기 SA 쿼리 요청 프레임을 수신하는 경우, 상기 STA은 상기 AP에게 SA 쿼리 응답 프레임을 전송하는, 연관 수행 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 SA 쿼리 요청 프레임의 수신 및 상기 SA 쿼리 응답 프레임의 전송을 통해, 상기 STA의 유효한 SA 상태가 유지되는, 연관 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연관 컴백 시간에 기초하여 SA 쿼리 과정에 대한 타임아웃(timeout) 값이 설정되는, 연관 수행 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 SA 쿼리 과정에 대한 타임아웃 값은 dot11AssociationSAQueryMaximumTimeout 파라미터의 값으로 결정되는, 연관 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 상태 코드의 값은 0이고,
상기 상태 코드 0은 "SUCCESS"를 나타내는, 연관 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 거절(reject)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 요청 거절을 나타내는 제 2 상태 코드 및 상기 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함하는, 연관 수행 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 상태 코드의 값은 30이고,
상기 상태 코드 30은 "Association request rejected temporarily; try again later"를 나타내는, 연관 수행 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 STA은 전력 절약(Power Save) 모드로 동작하는, 연관 수행 방법.
무선랜 시스템에서 액세스 포인트(AP)가 스테이션(STA)의 연관을 지원하는 방법에 있어서,
상기 STA로부터 연관 요청 프레임을 수신하는 단계; 및
상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 STA으로 연관 응답 프레임을 전송하는 단계를 포함하고,
상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 요청 성공을 나타내는 제 1 상태 코드 및 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함하며,
상기 연관 컴백 시간에 대한 정보는 상기 AP의 보안 연관(Security Association; SA) 쿼리 요청 프레임 전송에 대한 시간인, 연관 지원 방법.
무선랜 시스템에서 연관을 수행하는 스테이션(STA) 장치에 있어서,
송수신기; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 액세스 포인트(AP)로 연관 요청 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하고; 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 AP로부터 연관 응답 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하도록 설정되고,
상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 요청 성공을 나타내는 제 1 상태 코드 및 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함하며,
상기 연관 컴백 시간에 대한 정보는 상기 AP로부터의 보안 연관(Security Association; SA) 쿼리 요청 프레임 수신에 대한 시간인, 연관 수행 STA 장치.
무선랜 시스템에서 스테이션(STA)의 연관을 지원하는 액세스 포인트(AP) 장치에 있어서,
송수신기; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 STA로부터 연관 요청 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하고; 상기 연관 요청 프레임에 응답하여 상기 STA으로 연관 응답 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하도록 설정되고,
상기 연관 요청이 상기 AP에 의해서 수용(accept)되는 경우에, 상기 연관 응답 프레임은 연관 요청 성공을 나타내는 제 1 상태 코드 및 연관 컴백 시간에 대한 정보를 포함하며,
상기 연관 컴백 시간에 대한 정보는 상기 AP의 보안 연관 (Security Association; SA) 쿼리 요청 프레임 전송에 대한 시간인, 연관 지원 AP 장치.