KR101661219B1 - 무선 통신 시스템에서의 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

무선랜 시스템에서 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 본 방법은 VHT RTS의 Duration/ID 필드 값 산정을 위해 Tdata 를 추출하는 단계, 수신단에서 사용 가능한 대역폭을 판단하는 단계, 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하는 경우, VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 T(block)ack 을 제외하여 Duration/ID 필드 값을 결정하는 단계, 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 대역폭의 차이를 고려하여 Duration/ID 필드 값을 결정하는 단계를 포함한다.. 이에 따라, 장치 효율성이 향상될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR CALCURATING TRANCEIVER FRAME FIELD VALUE IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS FOR SAME}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 무선랜 시스템에서 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP)등과 같은 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 액세스할 수 있도록 하는 기술이다.
무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 최근의 기술 표준에서는 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장한 시스템이 도입되었다.
최근에는 무선랜의 송수신단에서 가변적으로 패킷마다 대역폭을 선정할 수 있다. 이런 기술을 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)이라 할 수 있다. DBO는 802.11ac 표준에 정의된 optional feature로 무선랜 단말에 반드시 구현할 필요는 없지만, 효과적으로 20 MHz 이상의 넓은 대욕폭을 운용하기 위해 반드시 필요한 프로토콜이다.
무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되는 경우, 송신단은 DBO 에 사용되는 초고처리율(VHT: Very High Throughput) RTS(Request To Send)를 수신단으로 전송하고, 수신단은 VHT CTS 를 송신단으로 전송하여, 대역폭이 설정될 수 있다.
종래기술에서는 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되는 경우, RTS/CTS 프레임의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값이 송신단, 수신단의 대역폭 Negotiation으로 인하여 산정되기 어려웠다.
공개 논문 Loss Differentiation (Moving onto High-Speed Wireless LANs)
본 발명의 목적은 무선 통신 시스템, 바람직하게 무선랜 시스템에서 전송 프레임 필드 값을 산정하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무선랜 시스템에서 DBO 가 이용되는 경우, VHT RTS/CTS 의 지속기간/식별자(Duration/ID) 값을 정확하게 산정하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 있다.
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.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선랜 시스템의 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는 VHT(Very High Throughput) RTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 하기의 수학식 1에 기초한 산정하는 방법을 적용하는 송신단은 수신단으로 데이터를 송수신하는 송수신기, 전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)의 양에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출하고, 상기 데이터 크기 정보, 전송에 사용될 MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송 대역폭에 기초하여, Tdata 를 계산하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 Tdata 에 기초하여, Tcts및 T(block)ack를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Duration/ID value = (Tdata 는 실제 데이터 전송 시간, Tcts 는 CTS 전송시간, T(block)ack 는 (block)ack 전송시간)
또한, 상기 방법은 상기 계산된 Tdata, Tcts 및 T(block)ack 에 기초하여, VHT RTS의 지속 기간/식별자 필드에 필드 값을 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 크기 정보를 산출하는 단계는 전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU 의 개수 및 상기 MPDU 각각의 크기에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 VHT RTS를 수신단으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 수신단으로부터 VHT CTS 를 수신하는 단계 및 상기 수신된 VHT CTS에 포함된 상기 수신단의 전송 대역폭에 기초하여, 대역폭을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 CTS 및 (block)ack 에 사용되는 프레임의 전송속도는 상기 적어도 하나의 MPDU 전송속도(Tdata)보다 작을 수 있다.
그리고, 무선랜 시스템의 수신단에서 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는 VHT(Very High Throughput) CTS(Clear-To-Send) 의 지속기간/식별자 필드 값을 산정하는 방법은 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하는 경우, VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 Tcts 을 제외하여 Duration/ID 필드 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 대역폭의 차이를 고려하여 Tdata 를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 조정된 Tdata 가 상기 수신단의 최대 PPDU 전송 시간을 초과하는 경우, Tdata 를 상기 수신단의 Tdata 전송시간으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 지속기간/식별자 필드 값을 입력하는 단계 및 상기 VHT CTS 를 상기 송신단으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 무선랜 시스템의 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는VHT(Very High Throughput) RTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 하기의 수학식 10에 기초하여 산정하는 방법을 적용하는 송신단은 수신단으로 데이터를 송수신하는 송수신기 및 전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)의 양에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출하고, 상기 데이터 크기 정보, 전송에 사용될 MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송 대역폭에 기초하여, Tdata 를 계산하는 제어부를 포함하여, 상기 제어부는 상기 Tdata 에 기초하여, Tcts및 T(block)ack를 계산할 수 있다.
[수학식 10]
Duration/ID value = (Tdata 는 실제 데이터 전송 시간, Tcts 는 CTS 전송시간, T(block)ack 는 (block)ack 전송시간)
또한, 본 송신단의 상기 제어부는 상기 계산된 Tdata, Tcts 및 T(block)ack 에 기초하여, VHT RTS의 지속 기간/식별자 필드에 필드 값을 입력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 VHT RTS를 상기 송수신기를 통해 수신단으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 수신단으로부터 VHT CTS 를 수신하고, 상기 수신된 VHT CTS에 포함된 상기 수신단의 전송 대역폭에 기초하여, 대역폭을 결정할 수 있다.
그리고, 무선랜 시스템의 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는VHT(Very High Throughput) CTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 산정하는 방법을 적용하는 수신단은 송신단으로부터 데이터를 수신하는 송수신기 및 수신단에서 사용 가능한 대역폭을 판단하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하는 경우, VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 T(block)ack 을 제외하여 Duration/ID 필드 값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 대역폭의 차이를 고려하여 Tdata 를 조정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 조정된 Tdata 가 상기 수신단의 최대 PPDU 전송 시간을 초과하는 경우, Tdata 를 상기 수신단의 Tdata 전송시간으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 지속기간/식별자 필드 값을 입력하고, 상기 VHT RTS 를 상기 송신단으로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 무선랜 시스템에서 DBO 가 이용되는 경우, VHT RTS/CTS 의 지속기간/식별자(Duration/ID) 값이 정확하게 기입되어, 주변 장치들이 정확한 네트워크 할당 벡터(NAV: Network Allocation Vector)를 설정할 수 있다.
이에 따라 효율적으로 네트워크가 운영될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 는 WLAN 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)와 물리 계층(Physical Layer)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 8은 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 HT 포맷을 예시한다.
도 9는 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11n 시스템의 PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11ac 시스템의 VHT PPDU 프레임 포맷을 예시한다.
도 12는 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 14는 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 IFS의 관계를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지속기간/식별자 필드 값을 산정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되고, 송신단과 수신단의 전송 대역폭이 변경되지 않는 경우 주변단말에 주는 영향을 나타내는 도면이다.
도 18은 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되고, 송신단과 수신단의 전송 대역폭이 변경되는 경우 주변단말에 주는 영향을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 블록 구성도를 예시한다.
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.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 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.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 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 접속 시스템에 이용될 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. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.11 시스템을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템 일반
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(BSS: Basic Service Set)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 STA가 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. STA가 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.
IEEE 802.11 LAN에서 가장 기본적인 타입의 BSS는 독립적인 BSS(IBSS: Independent BSS)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, STA가 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 연계(associated)되어야 한다. 이러한 연계(association)는 동적으로 설정될 수 있고, 분배 시스템 서비스(DSS: Distribution System Service)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 분배 시스템(DS: Distribution System), 분배 시스템 매체(DSM: Distribution System Medium), 액세스 포인트(AP: Access Point) 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 분배 시스템(DS)이 구성될 수 있다.
DS는 BSS들이 상호 연결되는 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 분배 시스템 매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(WM: Wireless Medium)와 분배 시스템 매체(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 장치를 지원할 수 있다.
AP 는, 연계된 STA들에 대해서 WM을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 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, 연계된 STA들(STA1 및 STA4)가 DS로 액세스하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP는 기본적으로 STA에 해당하므로, 모든 AP는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.
AP에 연계된 STA들 중의 하나로부터 그 AP의 STA 어드레스로 전송되는 데이터는, 항상 비제어 포트(uncontrolled port)에서 수신되고 IEEE 802.1X 포트 액세스 개체에 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(ESS: Extended Service Set)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 WLAN 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. WLAN 시스템에서 STA은 IEEE 802.11 의 MAC/PHY 규정에 따라 동작하는 장치다. STA은 AP STA 및 비-AP(non-AP) STA을 포함한다. Non-AP STA은 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 장치에 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(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 사용자 장치(UE: User Equipment), 이동국(MS: Mobile Station), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(MSS: Mobile Subscriber Station) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(BS: Base Station), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(eNB: evolved Node-B), 기저 송수신 시스템(BTS: Base Transceiver System), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)과 물리 계층(Physical Layer)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 물리 계층(520)은 PLCP 개체(Physical Layer Convergence Procedure Entity, 521)와 PMD 개체(Physical Medium Dependent Entity, 522)를 포함할 수 있다. PLCP 개체(521)는 MAC서브 계층(510)과 데이터 프레임을 연결하는 역할을 수행한다. PMD 개체(522)는 OFDM 방식을 사용하여 2개 또는 그 이상의 STA과 데이터를 무선으로 송수신 하는 역할을 수행한다.
MAC 부계층(510)과 물리 계층(520) 모두 개념상의 관리 개체를 포함할 수 있으며, 각각 MLME(MAC Sublayer Management Entity, 511)와 PLME (Physical Layer Management Entity, 523)로 지칭할 수 있다. 이들 개체(511, 521)는 계층 관리 함수의 동작을 통해 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다.
정확한 MAC 동작을 제공하기 위하여, SME(Station Management Entity, 530)가 각 STA 내에 존재할 수 있다. SME(530)는 각 계층과 독립적인 관리 개체로서 여러 계층 관리 개체들로부터 계층 기반 상태 정보를 수집하거나 각 계층의 특정 파라미터들의 값을 설정한다. SME(530)는 일반 시스템 관리 개체들을 대신하여 이러한 기능을 수행할 수 있으며, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.
위와 같은 다양한 개체들은 다양한 방법으로 상호 작용(interact)할 수 있으며, 도 5에서는 GET/SET 프리미티브(primitive)를 교환하는 예를 나타낸다. XX-GET.request 프리미티브는 관리 정보 베이스 속성(MIB attribute: Management Information Base attribute)의 값을 요청하기 위해 사용되고, XX-GET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 해당 MIB 속성 값을 리턴(return)하고, 그 외의 경우에는 상태 필드에 오류 표시를 하여 리턴한다. XX-SET.request 프리미티브는 지정된 MIB 속성을 주어진 값으로 설정하도록 요청하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작으로 의미하고 있다면, 이 요청은 그 특정 동작의 실행을 요청한다. 그리고, XX-SET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 이는 지정된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 의미한다. 그 외의 경우에는, 상태 필드는 오류 상황을 나타낸다. 이 MIB 속성이 특정 동작을 의미한다면, 이 프리미티브는 해당 동작의 수행된 것을 확인해 줄 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 MLME(511)와 SME(530), PLME(523)와 SME (530)는 다양한 프리미티브를 각각 MLME_SAP(MLME_Service Access Point, 550), PLME_SAP(PLME_Service Access Point, 560)를 통해 교환할 수 있다. 그리고, MLME(511)와 PLME(523) 간에는 MLME-PLME_SAP(MLME-PLME_Service Access Point, 570)을 통해 프리미티브를 교환할 수 있다.
링크 셋업 과정
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
STA가 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연계(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, 연계, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연계 과정이라고 칭할 수도 있다.
도 6을 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.
단계 S610에서 STA은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA가 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 6에서는 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 6에서 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.
STA가 네트워크를 발견한 후에, 단계 S620에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S640의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.
인증 과정은 STA가 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.
STA가 성공적으로 인증된 후에, 단계 S630에서 연계 과정이 수행될 수 있다. 연계 과정은 STA가 연계 요청 프레임(association request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 연계 응답 프레임(association response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다.
예를 들어, 연계 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, 연계 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(연계 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS(Quality of Service) 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.
이는 연계 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA가 네트워크에 성공적으로 연계된 후에, 단계 S640에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S640의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S620의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S640의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.
단계 S640의 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(HT: High Throughput)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.
무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(VHT: Very High Throughput)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전(예를 들어, IEEE 802.11ac)으로서, MAC 서비스 액세스 포인트(SAP: Service Access Point)에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템중의 하나이다.
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 표준이IEEE 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 개체(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 STA가 연계되는 경우를 가정하지만, M2M 통신에서는 이보다 많은 개수(약 6000 개)의 STA가 하나의 AP에 연계되는 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 STA가 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 연계될 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.
프레임 구조
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 7을 참조하면, MAC 프레임 포맷은 MAC 헤더(MHR: MAC Header), MAC 페이로드(MAC Payload) 및 MAC 풋터(MFR: MAC Footer)로 구성된다. MHR은 프레임 제어(Frame Control) 필드, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드, 주소 1(Address 1) 필드, 주소 2(Address 2) 필드, 주소 3(Address 3) 필드, 시퀀스 제어(Sequence Control) 필드, 주소 4(Address 4) 필드, QoS 제어(QoS Control) 필드 및 HT 제어(HT Control) 필드를 포함하는 영역으로 정의된다. 프레임 바디(Frame Body) 필드는 MAC 페이로드(payload)로 정의되고, 상위 계층에서 전송하고자 하는 데이터가 위치하게 되며, 가변적인 크기를 가진다. 프레임 체크 시퀀스(FCS: frame check sequence) 필드는 MAC 풋터(footer)로 정의되고, MAC 프레임의 에러 탐색을 위하여 사용된다.
처음 세 필드(프레임 제어 필드, 지속 기간/식별자 필드, 주소 1 필드)와 제일 마지막 필드(FCS 필드)는 최소 프레임 포맷을 구성하며, 모든 프레임에 존재한다. 그 외의 필드는 특정 프레임 타입에서만 존재할 수 있다.
앞서 설명한 각 필드들에 포함되는 정보들은 IEEE 802.11 시스템의 정의를 따를 수 있다. 또한, 앞서 설명한 각 필드들은 MAC 프레임에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 다른 필드로 대체되거나, 추가적인 필드가 더 포함될 수 있다.
도 8은 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 HT 포맷을 예시한다.
도 8을 참조하면, HT 제어 필드는 VHT 서브필드, 링크 적응(Link Adaptation) 서브필드, 캘리브레이션 포지션(Calibration Position) 서브필드, 캘리브레이션 시퀀스(Calibration Sequence) 서브필드, 채널 상태 정보/조정(CSI/Steering: Channel State Information/Steering) 서브필드, NDP 공지(NDP Announcement: Null Data Packet Announcement) 서브필드, 액세스 카테고리 제한(AC Constraint: Access Category Constraint) 서브필드, 역방향 승인/추가 PPDU(RDG: Reverse Direction Grant/More PPDU) 서브필드, 예약(Reserved) 서브필드를 포함할 수 있다.
링크 적응 서브필드는 트레이닝 요청(TRQ: Training request) 서브필드, MCS 요청 또는 안테나 선택 지시(MAI: MCS(Modulation and Coding Scheme) Request or ASEL(Antenna Selection) Indication) 서브필드, MCS 피드백 시퀀스 지시(MFSI: MCS Feedback Sequence Identifier) 서브필드, MCS 피드백 및 안테나 선택 명령/데이터(MFB/ASELC: MCS Feedback and Antenna Selection Command/data) 서브필드를 포함할 수 있다.
TRQ 서브필드는 응답자(responder)에게 사운딩 PPDU(sounding PPDU) 전송을 요청하는 경우 1로 설정되고, 응답자에게 사운딩 PPDU 전송을 요청하지 않는 경우 0으로 설정된다. 그리고, MAI 서브필드가 14로 설정되면 안테나 선택 지시(ASEL indication)를 나타내며, MFB/ASELC 서브필드는 안테나 선택 명령/데이터로 해석된다. 그렇지 않은 경우, MAI 서브필드는 MCS 요청을 나타내며, MFB/ASELC 서브필드는 MCS 피드백으로 해석된다. MAI 서브필드가 MCS 요청(MRQ: MCS Request)을 나타내는 경우, 어떠한 MCS 피드백을 요청하지 않는 경우 0으로 설정되고, MCS 피드백을 요청하는 경우 1로 설정된다. 사운딩 PPDU는 채널 추정을 위하여 사용될 수 있는 트레이닝(training) 심볼을 전달하는 PPDU를 의미한다.
앞서 설명한 각 서브 필드들은 HT 제어 필드에 포함될 수 있는 서브필드들의 예시에 해당하며, 다른 서브필드로 대체되거나, 추가적인 서브필드가 더 포함될 수 있다.
도 9는 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 9를 참조하면, HT 제어 필드는 VHT 서브필드, MRQ 서브필드, MSI 서브필드, MCS 피드백 시퀀스 지시/그룹 ID 최하위 비트(MFSI/GID-L: LSB of Group ID) 서브필드, MFB 서브필드, 그룹 ID 최상위 비트(GID-H: MSB of Group ID) 서브필드, 코딩 타입(Coding Type) 서브필드, MFC 응답 전송 타입(FB Tx Type: Transmission type of MFB response) 서브필드, 자발적 MFB(Unsolicited MFB) 서브필드, AC 교정(AC Constraint) 서브필드, RDG/More PPDU 서브필드를 포함할 수 있다. 그리고, MFB 서브필드는 VHT 공간-시간 스트림 개수(N_STS: Number of space time streams) 서브필드, MCS 서브필드, 대역폭(BW: Bandwidth) 서브필드, 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 서브필드를 포함할 수 있다.
표 1 은 HT 제어 필드의 VHT 포맷에서의 각 서브필드에 대한 설명을 나타낸다.
표 1
Figure 112015043574115-pat00001
Figure 112015043574115-pat00002

앞서 설명한 각 서브 필드들은 HT 제어 필드에 포함될 수 있는 서브필드들의 예시에 해당하며, 다른 서브필드로 대체되거나, 추가적인 서브필드가 더 포함될 수 있다.
한편, MAC 서브계층은 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU: MAC protocol data unit)을 물리 서비스 데이터 유닛(PSDU: PHY Service Data Unit)으로서 물리 계층에 전달한다. PLCP 개체는 수신한 PSDU에 물리 헤더(PHY header)와 프리앰블을 덧붙여 PLCP 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: PLCP protocol data unit)을 생성한다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11n 시스템의 PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 10의 (a)는 논 HT(Non-HT) 포맷, HT 혼합(HT Mixed) 포맷, HT-그린필드(HT-Greenfield) 포맷에 따른 PPDU 프레임을 예시하고 있다.
논 HT 포맷은 기존의 레가시 시스템(IEEE 802.11 a/g) STA을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. 논 HT 포맷 PPDU는 레가시-숏 트래이닝 필드(L-STF: Legacy-Short Training field), 레가시-롱 트래이닝 필드(L-LTF: Legacy-Long Training field), 레가시 시그널(L-SIG: Legacy-Signal) 필드로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블을 포함한다.
HT 혼합 포맷은 기존의 레가시 시스템 STA의 통신을 허용함과 동시에 IEEE 802.11n STA을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. HT 혼합 포맷 PPDU는 L-STF, L-LTF, L-SIG으로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 HT-숏 트래이닝 필드(HT-STF: HT-Short Training field), HT-롱 트래이닝 필드(HT-LTF: HT-Long Training field) 및 HT 시그널(HT-SIG: HT-Signal) 필드로 구성되는 HT 포맷 프리앰블을 포함한다. L-STF, L-LTF 및 L-SIG는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF 부터 L-SIG까지 논 HT 포맷과 동일하며, STA은 그 뒤에 오는 HT-SIG 필드 이용하여 STA은 혼합 포맷 PPDU임을 알 수 있다.
HT-그린필드(Greenfield) 포맷은 기존의 레가시 시스템과 호환성이 없는 포맷으로 IEEE 802.11n STA을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. HT-그린필드 포맷 PPDU는 HT-그린필드-STF(HT-GF-STF: HT-Greefield-STF), HT-LTF1, HT-SIG 및 하나 이상의 HT-LTF들로 구성되는 그린필드 프리앰블을 포함한다.
데이터(Data) 필드는 서비스(SERVICE) 필드, PSDU, 테일(tail) 비트, 패드(pad) 비트를 포함한다. 데이터 필드의 모든 비트는 스크램블된다.
도 10의 (b)는 데이터 필드에 포함되는 서비스 필드를 나타낸다. 서비스 필드는 16 비트를 가진다. 각 비트는 0번부터 15번까지 부여되며, 0번 비트부터 순차적으로 전송된다. 0번부터 6번 비트는 0으로 설정되고, 수신단 내 디스크램블러(descrambler)를 동기화하기 위하여 사용된다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11ac 시스템의 VHT PPDU 프레임 포맷을 예시한다.
도 11을 참조하면, VHT 포맷 PPDU는 데이터 필드 이전에 L-STF, L-LTF, L-SIG로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 VHT-SIG-A 및 HT-STF 및 HT-LTF들로 구성되는 VHT 포맷 프리앰블을 포함한다. L-STF, L-LTF 및 L-SIG는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF 부터 L-SIG까지 논 HT 포맷과 동일하며, STA은 그 뒤에 오는 VHT-SIG 필드 이용하여 VHT 포맷 PPDU임을 알 수 있다.
L-STF는 프레임 검출, 자동 이득 제어(AGC: Auto Gain Control), 다이버티 검출, 대략 주파수/시간 동기화(coarse frequency/time synchronization) 등을 위한 필드이다. L-LTF는 정밀 주파수/시간 동기화(fine frequency/time synchronization), 채널 추정 등을 위한 필드이다. L-SIG는 레가시 제어 정보 전송을 위한 필드이다. VHT-SIG-A는 VHT STA들의 공통되는 제어 정보 전송을 위한 VHT 필드이다. VHT-STF는 MIMO를 위한 AGC, 빔포밍된 스트림을 위한 필드이다. VHT-LTFs는 MIMO를 위한 채널 추정, 빔포밍된 스트림을 위한 필드이다. VHT-SIG-B는 각 STA에 특정된 제어 정보를 전송하기 위한 필드이다.
매체 액세스 메커니즘
IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 액세스 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(DCF: Distributed Coordination Function)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.
또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 상기 DCF와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA가 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(CP: Contention Period)와 비경쟁 주기(CFP: Contention Free Period) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.
도 12는 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하여 임의 백오프 주기에 기반한 동작에 대해서 설명한다.
점유(occupy 또는 busy) 상태이던 매체가 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이 때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA들은 각각 임의 백오프 카운트를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간만큼 대기한 후에, 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 의사-임의 정수(pseudo-random integer) 값을 가지며, 0 내지 CW 범위의 값 중에서 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW는 경쟁 윈도우(Contention Window) 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기값으로 CWmin이 주어지지만, 전송 실패의 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK을 수신하지 못한 경우)에 2 배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CWmax가 되면 데이터 전송이 성공할 때까지 CWmax 값을 유지하면서 데이터 전송을 시도할 수 있고, 데이터 전송이 성공하는 경우에는 CWmin 값으로 리셋된다. CW, CWmin 및 CWmax 값은 2n-1(n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.
임의 백오프 과정이 시작되면 STA은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체가 점유상태로 모니터링되면 카운트 다운을 멈추고 대기하고, 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다.
도 12의 예시에서 STA3의 MAC에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA3는 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 나머지 STA들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA1, STA2 및 STA5의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA은 매체가 유휴상태로 모니터링되면 DIFS만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다. 도 12의 예시에서는 STA2가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA1이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. 즉, STA2가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA5의 잔여 백오프 시간은 STA1의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다. STA1 및 STA5는 STA2가 매체를 점유하는 동안에 잠시 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA2의 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA1 및 STA5는 DIFS만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA5의 잔여 백오프 시간이 STA1보다 짧았으므로 STA5이 프레임 전송을 시작하게 된다. 한편, STA2가 매체를 점유하는 동안에 STA4에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이 때, STA4의 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 카운트 다운을 수행하고 프레임 전송을 시작할 수 있다. 도 12의 예시에서는 STA5의 잔여 백오프 시간이 STA4의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우, STA4와 STA5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA4와 STA5 모두 ACK을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA4와 STA5는 CW 값을 2배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 카운트 다운을 수행할 수 있다. 한편, STA1은 STA4와 STA5의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.
STA의 센싱 동작
전술한 바와 같이 CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA가 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC 은 네트워크 할당 벡터(NAV: Network Allocation Vector)를 이용할 수 있다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA가, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA은 해당 기간동안 매체 액세스가 금지된다. NAV는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 지속 기간(duration) 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.
또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.
도 13은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 13(a)는 숨겨진 노드에 대한 예시이며, STA A와 STA B는 통신 중에 있고 STA C가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A가 STA B에 정보를 전송하고 있는 상황이지만, STA C가 STA B로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C의 위치에서는 센싱하지 못할 수도 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B는 STA A와 STA C의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A는 STA C의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.
도 13(b)는 노출된 노드(exposed node)에 대한 예시이며, STA B는 STA A에 데이터를 전송하고 있는 상황에서, STA C가 STA D에서 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 이 경우에 STA C가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C가 STA D에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A는 STA C의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C로부터의 전송과 STA B로부터의 전송은 STA A의 입장에서는 충돌하지 않을 수도 있으므로, STA C는 STA B가 전송을 멈출 때까지 불필요하게 대기하는 것이 된다. 이 때 STA C를 STA B의 노출된 노드라고 할 수 있다.
도 14는 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 13과 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA가 데이터를 받는 STA에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA은 CTS 프레임을 주위의 단말들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.
도 14(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA C가 모두 STA B에 데이터를 전송하려고 하는 경우를 가정한다. STA A가 RTS를 STA B에 보내면 STA B는 CTS를 자신의 주위에 있는 STA A와 STA C에 모두 전송을 한다. 그 결과 STA C는 STA A와 STA B의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.
도 14(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C가 오버히어링함으로써, STA C는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B는 주위의 모든 단말기에 RTS를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A만 CTS를 전송하게 된다. STA C는 RTS만을 받고 STA A의 CTS를 받지 못했기 때문에 STA A는 STC C의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
프레임 간 시간 간격(IFS: Inter-Frame Space)
두 프레임 사이의 시간 간격을 IFS(Inter-Frame Space)로 정의한다. STA는 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 IFS 동안 채널이 사용되는지를 판단한다. DCF MAC계층은 네 가지 IFS를 정의하고 있고, 이에 의해 무선 매체를 점유하는 우선권이 결정된다.
IFS는 STA의 비트율과는 관계가 없이 물리 계층에 따라 특정한 값이 설정된다. IFS의 종류는 SIFS(Short IFS), PIFS(PCF IFS), DIFS(DCF IFS), EIFS(Extended IFS)와 같다. SIFS(Short IFS)는 RTS/CTS, ACK 프레임 전송 시 사용되며, 최고 우선 순위를 가진다. PIFS(PCF IFS)는 PCF 프레임 전송 시 사용되고, DIFS(DCF IFS)는 DCF 프레임 전송 시 사용된다. EIFS(Extended IFS)는 프레임 전송 오류 발생 시에만 사용되며, 고정된 간격을 가지지 않는다.
각 IFS 간의 관계는 매체 상에서 시간 간격(time gap)으로 정의되며, 관련된 속성은 아래 도 15와 같이 물리 계층에 의하여 제공된다.
도 15는 IFS의 관계를 예시하는 도면이다.
모든 매체 타이밍에서 PPDU의 마지막 심볼의 종료 시점이 전송 종료를 나타내며, 다음 PPDU의 프리앰블의 처음 심볼이 전송 시작을 나타낸다. 모든 MAC 타이밍은 PHY-TXEND.confirm 프리미티브, PHYTXSTART.confirm 프리미티브, PHY-RXSTART.indication 프리미티브 및 PHY-RXEND.indication 프리미티브를 참조하여 정해질 수 있다.
도 15를 참조하면, SIFS 시간(aSIFSTime)과 슬롯 시간(aSlotTime)은 물리 계층 별로 결정될 수 있다. SIFS 시간은 고정된 값을 가지며, 슬롯 시간은 무선 지연 시간(aAirPropagationTime) 변화에 따라 동적으로 변화할 수 있다. SIFS 시간 및 슬롯 시간은 각각 아래 수학식 a 및 b와 같이 정의된다.
[수학식 a]
Figure 112015043574115-pat00003
[수학식 b]
Figure 112015043574115-pat00004
PIFS 와 SIFS는 각각 아래 수학식 c 및 d와 같이 정의된다.
[수학식 c]
Figure 112015043574115-pat00005
[수학식 d]
Figure 112015043574115-pat00006
EIFS 은 SIFS, DIFS 및 ACK 전송 시간(ACKTxTime)으로부터 아래 수학식 e와 같이 산출된다. ACK 전송 시간(ACKTxTime)은 최저 물리 계층 의무적 레이트(mandatory rate)에서 프리앰블, PLCP 헤더 및 추가적인 물리 계층 의존적 정보들을 포함하는 ACK 프레임 전송에 필요한 마이크로 초로 표현된다.
[수학식 e]
Figure 112015043574115-pat00007
도 15에서 예시하는 SIFS, PIFS 및 DIFS 들은 매체와 서로 다른 MAC 슬롯 경계(TxSIFS, TxPIFS, TxDIFS) 상에서 측정된다. 이러한 슬롯 경계는 이전의 슬롯 시간의 CCA 결과의 검출 이후에 매체 상에 서로 다른 IFS 타이밍을 맞추기 위하여 MAC 계층에 의하여 송신기가 턴온(turn-on)되는 시간으로 정의된다. SIFS, PIFS 및 DIFS 에 대한 각 MAC 슬롯 경계는 각각 아래 수학식 f내지 h과 같이 정의된다.
[수학식 f]
Figure 112015043574115-pat00008
[수학식 g]
Figure 112015043574115-pat00009
[수학식 h]
Figure 112015043574115-pat00010
DBO(Dynamic Bandwidth Operation)가 사용되는 경우 송신단 및 수신단의 동작
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지속기간/식별자 필드 값을 산정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 설명의 편의를 위해 송신단은 후술할 도 19의 AP(420)로 수신단은 도 19의 STA(430)으로 가정하여 설명하기로 한다.
일반적으로, 지속기간/식별자 필드는 다음의 수학식으로 계산될 수 있다.
[수학식 8]
지속기간/식별자 필드 값 = SIFS + Tcts + SIFS + Tdata + SIFS + T(block)ack
도 16에 따르면, 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되는 경우, 송신단(420) 및 수신단(430)은 정확한 지속기간/식별자 필드 값을 기입할 수 없다. 정확한 대역폭 산정이 VHT RTS 및 VHT CTS 네고시에션 이후에 가능하기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 송신단 및 수신단이 지속기간/식별자 필드 값을 정확히 계산하는 방법을 제안한다. 이하 구체적으로 설명하기로 한다.
송신단(420)은 전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)의 양에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출한다(S1605).
구체적으로, 송신단(420)의 제어부(421)는 전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU 의 개수 및 상기 PPDU 각각의 크기에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출할 수 있다.
그 다음으로, 제어부(421)는 상기 데이터 크기 정보, 전송에 사용될 MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송 대역폭에 기초하여, Tdata 를 계산한다(S1610).
즉, 제어부(421)는 전송 큐에 있는 실제 데이터를 수신단(430)으로 전송하는데 필요한 Tdata 를 계산할 수 있다.
그 후에, 제어부(421)는 상기 Tdata 에 기초하여, Tcts및 T(block)ack를 계산한다(S1615).
구체적으로, 제어부(421)는 실제 데이터 전송 속도에 기초하여, 수신단으로부터 수신하는 CTS 및 (block)ack 의 전송속도를 계산할 수 있다. 일 예로, 제어부(421)는 CTS 및 (block)ack 에 사용되는 프레임의 전송속도를 적어도 하나의 MPDU 전송속도보다 작게 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제어부(421)는 지속기간/식별자 필드 값에 필요한 구성요소를 모두 계산할 수 있다.
그러면, 제어부(421)는 지속기간/식별자 필드 값을 VHT RTS에 실어서 수신단(430)으로 전송할 수 있다(S1620).
그 다음으로, 제어부(431)는 수신단(430)에서 사용가능한 대역폭을 판단한다(S1630).
여기서, 제어부(431)는 VHT RTS 의 대역폭과 수신단(430)에서 사용가능한 대역폭을 비교하여, 대역폭이 일치하는 경우(S1635), VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 T(block)ack 을 제외하여 최종 지속기간/식별자 필드 값을 산정한다(S1640).
이때, VHT RTS 의 대역폭 정보와 수신단(430)에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 대역폭 차이를 고려하여, Tdata 를 조정한다(S1650).
가령, 수신단(430)이 송신단(420)으로부터 1/2 속도로 데이터를 전송하는 경우, Tdata 는 2배로 커질 수 있다.
다만, 제어부(431)는 조정된 Tdata 가 상기 수신단(430)의 최대 PPDU 전송 시간을 초과하는 경우, Tdata 를 상기 수신단(430)의 Tdata 전송시간으로 설정할 수 있다. 이‹š, 제어부(431)는 VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 T(block)ack 값을 제외하여 지속 기간/식별자 필드 값을 결정할 수 있다(S1640).
그 후에, 수신단(430)의 제어부(431)는 지속기간/식별자 필드 값을 입력하고, VHT CTS 를 송신단(420)으로 전송할 수 있다.
도 17은 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되고, 송신단과 수신단의 전송 대역폭이 변경되지 않는 경우 주변단말에 주는 영향을 나타내는 도면이다.
도 17에 따르면, 송신단(420)이 지속기간/식별자 필드가 기입된 VHT RTS 를 수신단(430)으로 전송한다.
이때, VHT RTS 를 오버히어링(Overhearing) 한 단말은 NAV 를 설정할 수 있다. VHT RTS 를 수신한 다른 단말들은 VHT RTS 직후의 SIFS, Tcts, Tdata, T(block)ack 시간동안 NAV 를 설정할 수 있다.
이로써, VHT RTS 를 수신한 다른 단말들은 네트워크 충돌을 피할 수 있다.
또한, VHT CTS 를 수신한 다른 단말들 역시 VHT CTS 이후 NAV 를 설정할 수 있다.
도 18은 무선랜 시스템에서 DBO 가 사용되고, 송신단과 수신단의 전송 대역폭이 변경되는 경우 주변단말에 주는 영향을 나타내는 도면이다.
도 18에 따르면, 송신단(420)은 VHT RTS 를 수신단(430)으로 전송하는 경우, 수신단(430)은 VHT RTS 의 대역폭을 모두 수용하지 못한 경우, Tdata_org 을 Tdata 로 설정할 수 있다. Tdata_org 은 송신단의 Tdata 이고 Tdata 는 수신단(430)과 대역폭 네고시에이션을 한 후의 Tdata 이다.
이 경우, VHT RTS 수신한 다른 단말들은 애초에 송신단(420)이 설정한 지속기간/식별자만큼 NAV 를 설정할 수 있다.
또한, VHT CTS 수신한 다른 단말들은 변경된 대역폭에 대응되는 NAV 를 설정할 수 있다.
이로써, 송신단(420), 수신단(430)으로부터 VHT RTS 또는 VHT CTS 를 수신한 단말들은 네트워크 충돌을 예방할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 19를 참조하면, AP(420)는 프로세서(processor, 421), 메모리(memory, 422) 및 송수신기(tranceiver, 423)을 포함한다. 프로세서(421)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층(도 5 참조)들은 프로세서(421)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(422)는 프로세서(421)와 연결되어, 프로세서(421)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신기(423)는 프로세서(421)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
STA(430)은 프로세서(431), 메모리(432) 및 송수신기(433)을 포함한다. 프로세서(431)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층(도 5 참조)들은 프로세서(431)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(432)는 프로세서(431)와 연결되어, 프로세서(431)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신기(433)는 프로세서(431)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
메모리(422, 432)는 프로세서(421, 431) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(421, 431)와 연결될 수 있다. 또한, AP(420)은 및/또는 STA(430)은 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 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. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 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, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 따른 다양한 실시 방안은 IEEE 802.11 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, IEEE 802.11 시스템 이외에도 다양한 무선 접속 시스템에 동일하게 적용하는 것이 가능하다.
420 : 송신단 430 : 수신단

Claims (18)

  1. 무선랜 시스템의 송신단에서 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는 VHT(Very High Throughput) RTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 하기의 수학식 9에 기초하여 산정하는 방법에 있어서,
    전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)의 양에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출하는 단계;
    상기 데이터 크기 정보, 전송에 사용될 MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송 대역폭에 기초하여, Tdata 를 계산하는 단계;및
    상기 Tdata 에 기초하여, Tcts및 T(block)ack를 계산하는 단계;를 포함하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
    [수학식 9]
    Duration/ID value = SIFS + Tcts + SIFS + Tdata + SIFS + T(block)ack
    (SIFS는 Short IFS, Tdata 는 실제 데이터 전송 시간, Tcts 는 CTS 전송시간, T(block)ack 는 (block)ack 전송시간)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 Tdata, Tcts 및 T(block)ack 에 기초하여, VHT RTS의 지속 기간/식별자 필드에 필드 값을 입력하는 단계;를 더 포함하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 크기 정보를 산출하는 단계는,
    전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU 의 개수 및 상기 MPDU 각각의 크기에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 VHT RTS를 수신단으로 전송하는 단계;를 더 포함하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신단으로부터 VHT CTS 를 수신하는 단계;및
    상기 수신된 VHT CTS에 포함된 상기 수신단의 전송 대역폭에 기초하여, 대역폭을 결정하는 단계;를 더 포함하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    CTS 및 (block)ack 에 사용되는 프레임의 전송속도는 상기 적어도 하나의 MPDU 전송속도(Tdata)보다 작은 것을 특징으로 하는 지속 기간/식별자 필드 값 산정 방법.
  7. 무선랜 시스템의 수신단에서 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는 VHT(Very High Throughput) CTS(Clear-To-Send) 의 지속기간/식별자 필드 값을 산정하는 방법에 있어서,
    송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하는 경우, VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 Tcts 을 제외하여 Duration/ID 필드 값을 결정하는 단계;를 포함하는, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값 산정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 대역폭의 차이를 고려하여 Tdata 를 조정하는 단계;를 더 포함하는, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값 산정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조정된 Tdata 가 상기 수신단의 최대 PPDU 전송 시간을 초과하는 경우, Tdata 를 상기 수신단의 Tdata 전송시간으로 설정하는 단계;를 더 포함하는, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값 산정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 지속기간/식별자 필드 값을 입력하는 단계;
    상기 VHT CTS 를 상기 송신단으로 전송하는 단계;를 더 포함하는, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값 산정 방법.
  11. 무선랜 시스템의 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는VHT(Very High Throughput) RTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 하기의 수학식 10에 기초하여 산정하는 방법을 적용하는 송신단에 있어서,
    수신단으로 데이터를 송수신하는 송수신기;및
    전송 큐에 있는 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)의 양에 기초하여, 데이터 크기 정보를 산출하고, 상기 데이터 크기 정보, 전송에 사용될 MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송 대역폭에 기초하여, Tdata 를 계산하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 Tdata 에 기초하여, Tcts및 T(block)ack를 계산하는 것을 특징으로 하는 송신단.
    [수학식 10]
    Duration/ID value = SIFS + Tcts + SIFS + Tdata + SIFS + T(block)ack
    (SIFS는 Short IFS, Tdata 는 실제 데이터 전송 시간, Tcts 는 CTS 전송시간, T(block)ack 는 (block)ack 전송시간)
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계산된 Tdata, Tcts 및 T(block)ack 에 기초하여, VHT RTS의 지속 기간/식별자 필드에 필드 값을 입력하는 것을 특징으로 하는 송신단.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 VHT RTS를 상기 송수신기를 통해 수신단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 송신단.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신단으로부터 VHT CTS 를 수신하고, 상기 수신된 VHT CTS에 포함된 상기 수신단의 전송 대역폭에 기초하여, 대역폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 송신단.
  15. 무선랜 시스템의 DBO(Dynamic Bandwidth Operation)에 사용되는VHT(Very High Throughput) CTS(Request-To-Send) 의 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드 값을 산정하는 방법을 적용하는 수신단에 있어서,
    송신단으로부터 데이터를 수신하는 송수신기;및
    수신단에서 사용 가능한 대역폭을 판단하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하는 경우, VHT RTS의 Duration/ID 필드 값에서 SIFS 와 T(block)ack 을 제외하여 Duration/ID 필드 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 수신단.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신단으로부터 수신한 VHT RTS의 대역폭 정보와 상기 수신단에서 사용가능한 대역폭 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 대역폭의 차이를 고려하여 Tdata 를 조정하는 것을 특징으로 하는 수신단.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조정된 Tdata 가 상기 수신단의 최대 PPDU 전송 시간을 초과하는 경우, Tdata 를 상기 수신단의 Tdata 전송시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신단.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 지속기간/식별자 필드 값을 입력하고, 상기 VHT RTS 를 상기 송신단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 수신단.
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US20120177017A1 (en) * 2011-01-11 2012-07-12 Gong Michelle X Transmission rules within a txop for wider bandwidth operation
KR20130096749A (ko) * 2010-10-01 2013-08-30 퀄컴 인코포레이티드 레거시-호환가능한 제어 프레임들

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Title
IEEE 802.11ac: Enhancements for Very High Throughput WLANs, *
공개 논문 Loss Differentiation (Moving onto High-Speed Wireless LANs)

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