KR101684935B1 - 효율적인 전이중 통신을 위한 ieee 802.11 기반 무선 네트워크 시스템 - Google Patents

효율적인 전이중 통신을 위한 ieee 802.11 기반 무선 네트워크 시스템 Download PDF

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이건희
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Abstract

본 발명은 억세스 포인트를 이용한 무선 네트워크 시스템을 개시하며, 본 발명에 따른 무선 네트워크 시스템은 제1 상방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션; 제2 상방 전송 프레임을 전송하는 제2 스테이션; 및 상기 제1 및 제2 스테이션과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 상기 제1 상방 전송 프레임을 수신하는 억세스 포인트; 를 포함하고 상기 억세스 포인트는 하방 전송 프레임이 상기 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 상기 제2 스테이션 중 하나를 선택하며, 선택된 상기 제2 스테이션으로부터 상기 하방 전송 프레임의 전송이 완료되기 전에 상기 제2 상방 전송 프레임을 수신하는 것을 특징으로 한다.

Description

효율적인 전이중 통신을 위한 IEEE 802.11 기반 무선 네트워크 시스템{FULL DUPLEX WIRELESS NETWORK SYSTEM BASED ON IEEE 802.11}
본 발명은 무선 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 억세스 포인트와 스테이션 간의 전이중 통신을 활용하는 무선 네트워크 시스템에 관한 것이다.
무선 네트워크 시스템은 억세스 포인트(Access Point)를 이용하는 근거리 데이터 통신 방식을 의미한다. 이러한 무선 네트워크 시스템은 다양한 표준들이 제안되고 있으며, 현재 IEEE 802.11을 중심으로 한 국제 표준화가 진행되고 있다.
IEEE 802.11의 환경에서 무선 네트워크 시스템을 지원하는 단말들은 무선 인터넷에 접속하여 데이터 서비스를 이용하고 하는 경우 먼저 억세스 포인트를 통해 무선 네트워크에 접속하고 무선 인터넷을 이용하는 것이 일반적이다.
IEEE 802.11의 환경에서 무선 네트워크 표준은 억세스 포인트(Access Point, AP)와 스테이션(Station, STA)의 두 가지 종류의 장치들로 구성된다. 무선 네트워크 시스템 안에서 하나의 랜(근거리 지역망, Local Area Network, LAN) 환경을 구성하는 단위를 베이직 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)라고 한다.
이러한 무선 네트워크 시스템은 그 사용이 늘어남에 따라 서비스의 중요성이 대두되고 있고 앞으로 무선 네트워크 활용에 따른 무선 인터넷 속도 증가가 요구됨에 따라 무선 네트워크 시스템의 쓰루풋(throughput)을 증가시킬 필요성이 있다.
전이중 통신(Full Duplex, FD)를 사용하는 무선 네트워크 시스템은 반이중 통신(Half Duplex)을 사용하는 무선 네트워크 시스템에 비하여 이론상 2배에 달하는 쓰루풋(throughput)을 얻을 수 있다.
하지만 실제 무선 네트워크 시스템의 사용자들이 무선 네트워크를 사용할 때에는 억세스 포인트에서 스테이션으로 전송하는 하방 전송(Downlink, DL) 프레임이 스테이션에서 억세스 포인트로 전송하는 상방 전송(Uplink, UL) 프레임 보다 더 크고 더 자주 발생하기 때문에 억세스 포인트에 데이터를 전송하려는 스테이션이 여러 개 있는 경우, 낭비되는 채널 시간이 발생하게 된다.
이러한 상방 전송 프레임 크기와 하방 전송 프레임 크기 차이에 의하여 낭비되는 채널 시간을 스테이션 기회 창(STA opportunity window)이라고 정의한다. 높은 전송 효율을 얻기 위하여 전이중 통신 무선 네트워크 시스템은 스테이션 기회 창으로 인한 채널 시간의 낭비를 줄여야 할 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전이중 통신을 활용하는 무선 네트워크 시스템에 있어서 상방 전송 프레임과 하방 전송 프레임의 크기 차이로 인한 채널 시간의 낭비를 줄이는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전이중 통신을 활용하는 무선 네트워크 시스템의 쓰루풋을 향상시켜 빠른 무선 인터넷 속도를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크 시스템은 제1 상방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션; 제2 상방 전송 프레임을 전송하는 제2 스테이션; 및 상기 제1 및 제2 스테이션과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 상기 제1 상방 전송 프레임을 수신하는 억세스 포인트; 를 포함하고 상기 억세스 포인트는 하방 전송 프레임이 상기 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 상기 제2 스테이션 중 하나를 선택하며, 선택된 상기 제2 스테이션으로부터 상기 하방 전송 프레임의 전송이 완료되기 전에 상기 제2 상방 전송 프레임을 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 무선 네트워크 시스템은 제1 상방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션; 제2 상방 전송 프레임을 전송하는 제2 스테이션; 및 상기 제1 및 제2 스테이션과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 상기 제1 상방 전송 프레임을 수신하는 억세스 포인트; 를 포함하고 상기 억세스 포인트는 하방 전송 프레임이 상기 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 상기 제2 스테이션 중 하나를 2진 지수 백오프(BEB) 방식을 이용하여 선택하며, 선택된 상기 제2 스테이션으로부터 제2 상방 전송 프레임을 수신하고, 상기 제1 스테이션과 상기 제2 스테이션은 서로 프레임을 주고 받지 못하는 은폐 관계인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전이중 통신을 활용하는 무선 네트워크 시스템에 있어서 상방 전송 프레임과 하방 전송 프레임의 크기 차이로 인한 채널 시간의 낭비를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 전이중 통신을 활용하는 무선 네트워크 시스템의 쓰루풋을 향상시켜 빠른 무선 인터넷 속도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 무선 네트워크 시스템에 따른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 스테이션 간에 은폐여부를 확인하기 위한 과정을 설명한 도면이다.
도 3은 도 1의 억세스 포인트가 제2 스테이션을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 무선 네트워크 시스템에 따른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 네트워크 시스템은 억세스 포인트(AP), 제1 스테이션(STAr) 및 제2 스테이션(STAx, STAy)을 포함한다.
본 발명의 무선 네트워크 시스템은 IEEE 802.11 무선 랜 표준을 따르는 것을 예시하며, 무선 네트워크 시스템에 있어서 억세스 포인트(AP)와 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)들은 하나의 베이직 서비스 세트로 볼 수 있다. 따라서 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)들은 모두 억세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위에서 억세스 포인트(AP)와 통신하기 위한 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)으로 볼 수 있다.
또한 본 발명의 무선 네트워크 시스템에서 억세스 포인트(AP)와 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)간에는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하여 통신할 수 있다.
즉, 억세스 포인트(AP)는 서브캐리어(subcarrier)를 가질 수 있고 이 중 일부를 데이터 송수신에 사용하고, 다른 일부를 동기화(synchronization) 작업을 위한 파일럿 서브캐리어로 사용하며, 또 다른 서브 캐리어를 다른 주파수 채널과의 간섭을 최소화하기 위한 가드 밴드(guard band)로 사용할 수 있다.
본 발명에서 억세스 포인트(AP)는 데이터 송수신을 위한 서브캐리어 중 하나의 서브캐리어를 질의 서브캐리어(Query subcarrier)로 사용할 수 있고, 이 부분은 하기하여 설명한다.
IEEE 802.11 무선랜 표준에서는 억세스 포인트(AP)는 20Mhz 채널 기준으로 64개의 서브캐리어를 가질 수 있고, 이 중 52개의 서브캐리어를 데이터 송수신에 사용하고, 4개의 서브캐리어를 파일럿 서브캐리어로 사용하며, 8개의 서브캐리어를 가드 밴드로 사용할 수 있다. 본 발명에서 억세스 포인트(AP)는 데이터 송수신을 위한 52개의 서브캐리어 중 하나를 질의 서브캐리어로 사용할 수 있다.
억세스 포인트(AP)는 무선 랜에서 기지국 역할을 하는 소출력 무선기기를 의미한다. 억세스 포인트(AP)는 유선과 무선을 잇는 브릿지 역할을 하게 되고, 유선망 관점에서 억세스 포인트(AP)는 라우터 또는 스위치 등에 붙게된다. 여기서 라우터나 스위치는 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)을 직접적으로 인지하지 못하므로 억세스 포인트(AP)에 의하여 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)과 통신하게 된다. 따라서 억세스 포인트는 유선 네트워크를 무선 네트워크로 확장시켜주는 역할을 한다.
전이중 통신(full duplex communication)이란 전화 회선처럼 송신측과 수신측이 동시에 양방향 통신을 할 수 있는 통신 방법을 의미한다. 이 때, 서로 다른 회선이나 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌되는 것을 방지할 수 있다.
각 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)은 억세스 포인트(AP)와 무선 통신이 가능한 범위내에 존재하는 다양한 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)들을 의미할 수 있고, 억세스 포인트(AP)나 다른 스테이션과의 관계에 따라 구분될 수 있다.
제1 스테이션(STAr)은 억세스 포인트와 전이중 통신으로 상방 프레임 전송과 하방 프레임 전송(Transmission)을 동시에 수행하는 스테이션(STAr)이다. 제2 스테이션(STAx, STAy)은 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계(Hidden relation)에 있는 스테이션이고, 제3 스테이션(STAz)은 제1 스테이션(STAr)과 노출관계(Exposed relation)에 있는 스테이션(STAz)이다.
따라서 제2 스테이션과 제3 스테이션(STAz)은 적어도 하나 이상의 스테이션일 수 있다. 도 1에서는 2개의 제2 스테이션(STAx, STAy)과 하나의 제3 스테이션을 예시하나, 스테이션의 개수는 무선 네트워크 환경에 따라 가변적일 수 있다. 또한, 각각의 제2 스테이션은 서로 은폐 또는 노출 관계에 해당할 수 있다.
여기서 프레임이란, 데이터 링크 계층에서 전송하기 위한 데이터를 나누는 단위를 의미한다. 전송 프레임에는 상위 계층에서 보낸 전송 데이터에 오류 확인을 위한 체크섬(Checksum), 송수신측의 주소, 기타 프로토콜에서 사용하는 제어 코드 같은 정보가 포함될 수 있다. 프레임 내용에 구체적으로 어떤 정보가 포함되는지는 프로토콜의 용도에 따라 다양하게 정의될 수 있다.
또한 은폐관계(Hidden relation)란, 스테이션 상호간 서로 프레임 전송이 불가능한 위치나 영역에 있는 관계를 의미한다. 은폐관계에 있는 스테이션끼리는 서로 무선 통신에 의한 영향을 직접적으로 줄 수 없기 때문에, 상호 무선 통신을 방해하거나 충돌(collision)이 일어나지 않게 된다.
또한 노출관계(Exposed relation)란, 스테이션 상호간 서로 프레임 전송이 가능한 위치나 영역에 있는 관계를 의미한다. 노출관계에 있는 스테이션끼리는 서로 무선 통신에 의한 영향을 직접적으로 줄 수 있기 때문에, 일방이 억세스 포인트(AP)와 전이중 통신 중일 때, 타방이 억세스 포인트(AP)와 전이중 통신을 시도하면 서로 충돌이 발생하게 된다.
억세스 포인트(AP)는 제1 스테이션(STAr) 및 제2 스테이션(STAx, STAy)과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 제1 상방 전송 프레임을 수신할 수 있다. 또한, 억세스 포인트(AP)는 하방 전송 프레임이 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 제2 스테이션(STAx, STAy) 중 하나를 선택하며, 선택된 제2 스테이션으로부터 제2 상방 전송 프레임을 수신할 수 있다.
여기서 하방 전송(Downlink) 프레임은 억세스 포인트(AP)에서 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)으로 전송하는 프레임이고, 상방 전송(Uplink) 프레임은 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)에서 억세스 포인트(AP)로 전송하는 프레임이다. 또한, 제1 스테이션(STAr)이 전송하는 상방 전송 프레임을 제1 상방 전송 프레임으로 볼 수 있고, 제2 스테이션(STAx, STAy)이 전송하는 상방 전송 프레임을 제2 상방 전송 프레임이라 볼 수 있으며, 제3 스테이션(STAz)이 전송하는 상방 전송 프레임을 제3 상방 전송 프레임이라 볼 수 있다.
상기한 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)의 관계를 볼 때, 제1 스테이션(STAr)의 제1 상방 전송 프레임은 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계인 제2 스테이션(STAx, STAy)에는 도달할 수 없지만, 제1 스테이션(STAr)과 노출관계인 제3 스테이션(STAz)에는 도달할 수 있다. 마찬가지로 제2 스테이션(STAx, STAy)에서 전송하는 제2 상방 전송 프레임도 제1 스테이션(STAr)에 도달할 수 없다. 또한, 제3 스테이션(STAz)에서 전송하는 제3 상방 전송 프레임은 제1 스테이션(STAr)에 도달할 수 있다.
억세스 포인트(AP)가 제1 스테이션(STAr)과 전이중 통신을 수행할 때, 하방 전송 프레임에 비하여 제1 상방 전송 프레임의 크기가 적은 경우가 대부분이다. 종래의 기술에서 억세스 포인트(AP)는 하방 전송 프레임의 전송이 완료되기 전 까지 다른 스테이션으로부터 상방 전송 프레임을 수신할 수 없다. 따라서 스테이션에서 억세스 포인트(AP)로 전송하는 프레임을 위한 채널의 낭비가 발생하게 된다.
상기 정의한 스테이션 기회 창(STA opportunity window)은 하방 전송 프레임과 제1 상방 전송 프레임의 크기 차이로 인하여 발생하는 채널의 공간을 의미한다. 본 발명은 이러한 경쟁 창에 다른 스테이션으로부터 전송되는 상방 전송 프레임을 수신하여 무선 네트워크 시스템의 쓰루풋을 높일 수 있다.
그러나 억세스 포인트(AP)가 하방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션(STAr)과 노출관계에 속하는 제3 스테이션(STAz)이 제3 상방 전송 프레임을 전송하는 경우, 제3 상방 전송 프레임은 억세스 포인트(AP)뿐 아니라 제1 스테이션(STAr)에도 도달하게 되고(overhear), 이 때 제1 스테이션(STAr)은 억세스 포인트(AP)와 제3 스테이션(STAz) 모두로부터 프레임을 전송 받게 된다. 전이중 통신을 사용하더라도 동시에 두 개의 프레임을 충돌없이 수신할 수는 없기 때문에, 제1 스테이션(STAr)과 제3 스테이션(STAz)은 제1 스테이션(STAr)과 억세스 포인트(AP)의 전이중 통신에서 발생하는 경쟁 창을 이용할 수 없다.
만약 억세스 포인트(AP)가 하방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계에 속하는 제2 스테이션(STAx, STAy)이 제2 상방 전송 프레임을 전송하는 경우, 제2 상방 전송 프레임은 억세스 포인트(AP)에만 도달할 수 있고, 제1 스테이션(STAr)에는 도달할 수 없다. 따라서 제1 스테이션(STAr)은 억세스 포인트(AP)로부터 하방 전송 프레임만 수신하게 되므로 충돌의 문제가 발생하지 않는다. 따라서 제1 스테이션(STAr)과 제2 스테이션(STAx, STAy)은 제1 스테이션(STAr)과 억세스 포인트(AP)의 전이중 통신에서 발생하는 경쟁 창을 이용할 수 있다.
상기와 같은 이유로, 경쟁 창을 스테이션간의 은폐관계 여부를 확인하는 것이 선행되어야 한다.
도 2는 도 1의 스테이션 간에 은폐여부를 확인하기 위한 과정을 설명한 도면이다. 도 2를 참조하여 관리 프레임(management frame)에 의존하지 않고 분산적(distributed)으로 각 스테이션(STAx, STAy, STAz)이 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계인지 여부를 확인하는 방법을 설명한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계에 있는 제2 스테이션(STAx, STAy)은 제1 스테이션(STAr)에서 전송하는 제1 상방 전송 프레임을 수신할 수 없다. 따라서 제1 스테이션(STAr)이 억세스 포인트(AP)와 전이중 통신을 이용하여 상호간 프레임을 전송하고 있다면, 제2 스테이션(STAx, STAy)은 제1 스테이션(STAr)의 제1 상방 전송 프레임과 억세스 포인트(AP)의 하방 전송 프레임 중 하방 전송 프레임만 수신하게 된다. 이 경우, 제2 스테이션(STAx, STAy)의 입장에서는 하나의 프레임 만을 수신하게 되므로 제2 스테이션(STAx, STAy)이 수신한 프레임을 제대로 해독할 수 있게 된다. 따라서 제2 스테이션(STAx, STAy)은 억세스 포인트(AP)의 하방 전송 프레임을 해독할 수 있다는 사실, 즉 충돌이 발생하지 않는 다는 사실로부터 자신이 제1 스테이션(STAr)과 은폐(Hidden)관계에 있다는 것을 알 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 제1 스테이션(STAr)과 노출관계에 있는 제3 스테이션(STAz)은 제1 스테이션(STAr)에서 전송하는 제1 상방 전송 프레임을 수신할 수 있다. 따라서 제1 스테이션(STAr)이 억세스 포인트(AP)와 전이중 통신을 이용하여 상호 간 프레임을 전송하고 있다면, 제3 스테이션(STAz)은 제1 스테이션(STAr)의 제1 상방 전송 프레임과 억세스 포인트(AP)의 하방 전송 프레임을 모두 수신하게 된다. 이 경우, 제3 스테이션(STAz)의 입장에서는 동시에 두 개의 프레임을 수신하게 되므로 제3 스테이션(STAz)이 수신한 프레임을 제대로 해독할 수 없게 된다. 따라서 제3 스테이션(STAz)은 억세스 포인트(AP)의 하방 전송 프레임을 해독하지 못한다는 사실(Undecodable), 즉 충돌이 발생한다는 사실로부터 자신이 제1 스테이션(STAr)과 노출(Exposed)관계에 있다는 것을 알 수 있다.
상기한 충돌이 발생하였다면 제1 스테이션(STAr)과 노출관계에 해당한다는 의미이므로, 노출관계에 해당하는 제3 스테이션(STAz)은 억세스 포인트(AP)에 제3 상방 전송 프레임을 전송하지 않는다.
반면, 충돌이 발생하지 않았다면 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계에 해당한다는 의미이므로, 은폐관계에 해당하는 제2 스테이션(STAx, STAy)은 억세스 포인트(AP)에 제2 상방 전송 프레임을 전송할 수 있다.
상기한 과정을 통하여 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계인 제2 스테이션(STAx, STAy)을 구분할 수 있다면, 억세스 포인트(AP)는 제2 스테이션(STAx, STAy) 중 하나의 스테이션을 선택하여 해당 스테이션으로부터 제2 상방 전송 프레임을 수신할 수 있다.
도 3은 도 1의 억세스 포인트가 제2 스테이션을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여, 억세스 포인트(AP)가 제2 스테이션 중 하나를 선택하기 위한 프레임 내부 질의(In-frame Querying) 과정을 설명한다.
도 1에 표시되어있지는 않지만, 도 3에서는 4개의 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3)이 있고 억세스 포인트(AP)가 이 중 하나를 선택하는 과정을 예시한다.
적어도 하나 이상의 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3)의 구분을 위해선 각 스테이션 별로 다른 특정 값을 부여하여 구별할 수 있다. 종래의 기술은 무선랜 표준에서 사용하는 48-bit IPv4 주소를 이용하여 각 스테이션을 구분할 수 있으나, 이 경우 스테이션의 구분을 위하여 48bit의 데이터 크기가 요구된다.
본 발명의 무선 네트워크 시스템은 스테이션 아이디(STA-ID)를 사용한다. 스테이션 아이디는 각 스테이션(STAr, STAx, STAy, STAz)이 억세스 포인트(AP)에 최초로 연결(association)되는 시점에서 억세스 포인트(AP)로부터 부여받는 정보로서, 12bit 의 크기를 가진다. 12bit의 스테이션 아이디를 통하여 하나의 억세스 포인트(AP)는 최대 4096개의 스테이션을 구분할 수 있다. 스테이션 아이디를 사용하면 기존의 IPv4 주소에 비하여 1/4 분량의 데이터 만으로도 각 스테이션을 구분할 수 있다. 도 3에서는 각 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3)이 억세스 포인트(AP)로부터, 각각 스테이션 아이디(x, y, 2, 3)를 부여 받은 것을 예시한다.
상기한 작업이 끝나면 데이터를 보내야 하는 억세스 포인트(AP) 또는 제1 스테이션(STAr)이 통신 채널을 점유하게 된다. 본 발명은 통신 채널을 누가 어떻게 점유하는지를 결정하는 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC) 방법에 대해서는 무관하다. 본 발명은 어떠한 매체 접근 제어 방법을 사용해도 적용할 수 있는 다목적성을 가진다.
본 발명에서는 IEEE 802.11 표준에 따라 이용하고 있는 DCF 방법을 이용하는것을 예시한다. 억세스 포인트(AP) 또는 제1 스테이션(STAr)이 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) 방법을 통하여 백오프(Backoff) 경쟁에 승리하고 채널을 점유하게 되면 전이중 통신에 의하여 서로 보낼 상방 전송 프레임과 하방 전송 프레임을 동시에 보내게 된다.
이 때 억세스 포인트가 제1 스테이션(STAr)이 전송하는 제1 상방 전송 프레임이 억세스 포인트가 전송하는 하방 전송 프레임보다 짧다는 것을 알게 되면, 전이중 통신 과정에서 경쟁 창이 생긴다는 것이므로, 억세스 포인트(AP)는 도3과 같이 제1 상방 전송 프레임의 전송이 완료되는 시점에 사전에 정의된 쿼리 시작(Query Start) 신호를 보내어 스테이션들에게 제1 상방 전송 프레임의 전송 종료 사실을 알려줄 수 있다.
여기서 쿼리 시작 신호는 억세스 포인트(AP)가 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3) 중 하나를 선택하는 프레임 내부 질의(In-frame Querying) 과정을 시작하기 위하여 전송하는 신호로서, 프레임 내부 질의를 위한 서브캐리어(Query subcarrier)를 이용하여 전송될 수 있다.
쿼리 시작(Query start) 신호는 억세스 포인트(AP)와 통신할 수 있는 모든 스테이션에 전송될 수 있다.
억세스 포인트(AP)로부터 하방 전송 프레임을 수신 중인 제1 스테이션(STAr)을 제외한 스테이션 중, 제1 스테이션(STAr)과 은폐관계에 있는 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3)에서 억세스 포인트(AP)에 데이터를 전송해야 하는 제2 스테이션(STAx, STAy, STA2, STA3)을 후보 스테이션으로 볼 수 있다.
억세스 포인트(AP)가 전송한 쿼리 시작 신호에 대응하여 적어도 하나 이상의후보 스테이션은 각자 자신의 스테이션 아이디(x, y, 2, 3)를 억세스 포인트(AP)에 상방 전송할 수 있다.
하나 이상의 후보 스테이션들은 최초에 1 시간 슬롯(time slot)의 크기를 갖는 경쟁 창에 자신의 스테이션 아이디를 전송한다. 이 때 후보 스테이션이 여러 개 있을 경우 억세스 포인트(AP)에는 여러 개의 스테이션 아이디가 동시에 전송되어 충돌되므로 그 중 어떠한 스테이션 아이디도 올바로 해독(decode)될 수 없다. 한 시간 슬롯의 크기를 갖는 경쟁 창에 2개 이상의 스테이션 아이디가 전송되면 충돌이 발생한다. 따라서 억세스 포인트(AP)는 아무 동작도 수행하지 않는다. 그리고 1개의 시간 슬롯이 지나면 각 후보 스테이션들은 억세스 포인트(AP)로부터 응답이 없으므로 자신이 보낸 스테이션 아이디 간 충돌이 일어났다는 것을 알 수 있다.
도 3의 경우, 1의 슬롯 시간을 가지는 경쟁 창 범위에서 하나의 시간 슬롯에 스테이션 아이디(x, y, 2, 3)이 전송되어 어떠한 스테이션 아이디도 해독할 수 없는 상황을 나타낸다.
그러면 후보 스테이션 들은 경쟁 창의 값을 크기를 두 배 늘려서 그 중 하나의 정수를 임의(uniform random)로 뽑아 해당하는 시간 슬롯에 자신의 스테이션 아이디(x, y, 2, 3)를 전송한다. 만약, 이 경우에도 모든 경쟁 창의 범위내에서 스테이션 아이디가 서로 충돌하면 억세스 포인트(AP)는 어떠한 스테이션 아이디도 해독하지 못한다. 그렇다면 후보 스테이션들은 다시 경쟁 창 값을 두 배 늘려서 그 중 하나의 시간 슬롯을 임의로 뽑아 자신의 스테이션 아이디를 전송하는 작업을 반복한다.
도 3의 경우, 2의 슬롯 시간을 가지는 경쟁 창 범위에서 하나의 시간 슬롯에는 스테이션 아이디(x, y)가 전송되고, 다른 하나의 시간 슬롯에는 스테이션 아이디(2, 3)이 전송되어 어떤 스테이션 아이디도 제대로 해독할 수 없는 상황을 나타낸다.
상기와 같은 방식으로 하나의 시간 슬롯에 하나의 스테이션 아이디만 전송된다면, 억세스 포인트(AP)는 해독 가능한 최초의 상기 스테이션 아이디를 선택한다.
도 3의 경우, 4의 슬롯 시간을 가지는 경쟁 창 범위에서 하나의 시간 슬롯에는 스테이션 아이디(y, 2)가 전송되고, 그 다음 시간 슬롯에는 스테이션 아이디(x)가 전송되어 스테이션 아이디(x)가 최초로 해독할 수 있는 스테이션 아이디로 볼 수 있다.
그리고 억세스 포인트(AP)는 해당 스테이션 아이디를 프레임 내부 질의를 위한 서브캐리어를 통하여 모든 후보 스테이션에 전송한다. 이 것을 승자 발표(Announce Wineer) 신호라고 볼 수 있다.
승자 발표 신호를 수신한 후보 스테이션들 중 억세스 포인트(AP)에 의하여 선택된 후보 스테이션은 억세스 포인트(AP)에 상방 전송 프레임을 전송하고, 억세스 포인트(AP)는 선택된 후보 스테이션으로부터 억세스 포인트(AP)를 수신한다.
도 3의 경우, 억세스 포인트(AP)가 스테이션 아이디(x)를 승자 발표(Announce Winner) 신호로 하여 전송하고, 이 후 스테이션 아이디(x)를 보유하는 스테이션(STAx)가 억세스 포인트(AP)에 상방 전송 프레임을 전송하는 것을 나타낸다.
상기와 같은 스테이션 아이디 간의 경쟁 해소 방법을 무선 네트워크 시스템에서의 2진 지수 백오프(Binary Exponential Backoff, BEB) 방식이라 볼 수 있다.
이 때, 2진 지수 백오프 방식에서 사용되는 경쟁 창의 하나의 시간 슬롯 단위는 직교 주파수 분할 변조(OFDM) 심볼 길이(symbol duration)과 동일한 단위를 사용할 수 있다. 이 단위는 IEEE 802.11n 이나 IEEE 802.11ac 같은 무선랜 표준에서 3.2μs 로 지정되어 있다. 또한 하나의 OFDM 심볼을 사용할 때마다 800ns의 가드 인터벌(guard interval, GI) 만큼 전송을 쉬어야 하기에, 하나의 시간 슬롯은 4.0μs 의 길이를 가진다. 이 단위 값은 어떤 무선랜 표준에 본 발명을 적용하느냐에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
AP : 억세스 포인트 STAr : 제1 스테이션
STAx : 제2 스테이션 STAz : 제3 스테이션

Claims (25)

  1. 제1 상방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션;
    제2 상방 전송 프레임을 전송하는 제2 스테이션; 및
    상기 제1 및 제2 스테이션과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 상기 제1 상방 전송 프레임을 수신하는 억세스 포인트; 를 포함하고
    상기 억세스 포인트는 상기 하방 전송 프레임이 상기 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 상기 제2 스테이션 중 하나를 선택하며, 선택된 상기 제2 스테이션으로부터 상기 하방 전송 프레임의 전송이 완료되기 전에 상기 제2 상방 전송 프레임을 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스테이션은
    서로 전송 프레임을 주고 받지 못하는 은폐 관계인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스테이션은
    상기 하방 전송 프레임을 수신할 때의 충돌 발생 여부로 서로의 상기 은폐 관계를 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제2 스테이션은
    상기 충돌이 발생한다면 상기 제2 상방 전송 프레임을 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 스테이션은
    상기 제1 스테이션과 상기 억세스 포인트간 전이중 통신에서 발생하는 경쟁창을 이용하여 상기 제2 상방 전송 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 제1 상방 전송 프레임의 수신이 끝난 후, 상기 제2 스테이션에 쿼리 시작 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 제1 및 제2 스테이션과 최초로 통신할 때 각 스테이션을 서로 구분하기 위한 스테이션 아이디를 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 스테이션 아이디는
    12비트인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 제2 스테이션은
    상기 쿼리 시작 신호에 대응하여 상기 스테이션 아이디를 상기 억세스 포인트에 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 스테이션 아이디는
    상기 제1 스테이션과 상기 억세스 포인트간 전이중 통신에서 발생하는 경쟁창을 이용하여 상기 억세스 포인트에 전송되며, 상기 경쟁 창은 시간 슬롯의 크기를 단위로 하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 시간 슬롯은
    직교 주파수 분할 변조의 심볼 길이와 가드 인터벌의 합인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    2진 지수 백오프(BEB) 방식을 이용하여 선택된 하나의 상기 제2 스테이션으로부터 상기 제2 상방 전송 프레임을 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 제2 스테이션의 상기 스테이션 아이디를 이용하여 상기 2진 지수 백오프(BEB) 방식을 통해 상기 제2 스테이션 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 2진 지수 백오프(BEB) 방식은
    상기 제2 스테이션이 상기 경쟁 창의 범위 내에서 임의의 시간 슬롯에 상기스테이션 아이디를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  15. 제13 항에 있어서, 상기 2진 지수 백오프(BEB) 방식은
    상기 경쟁 창의 범위 내에서 해독 가능한 최초의 상기 스테이션 아이디를 전송한 상기 제2 스테이션을 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  16. 제13 항에 있어서, 상기 2진 지수 백오프(BEB) 방식은
    상기 억세스 포인트가 상기 제2 상방 전송 프레임을 전송할 하나의 제2 스테이션을 선택하지 못할 때 마다, 상기 경쟁 창의 범위를 늘리는 방식인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  17. 제13 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 2진 지수 백오프(BEB) 방식으로 어떤 상기 제2 스테이션이 선택되었는지 알리기 위하여 무선랜으로 연결된 모든 스테이션에 승자 발표 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 승자 발표 신호는
    선택된 상기 제2 스테이션의 스테이션 아이디인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 승자 발표 신호와 일치하는 상기 제2 스테이션이 전송하는 상방 전송 프레임을 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 제2 스테이션 중 상기 억세스 포인트에 데이터를 송신하거나 상기 억세스 포인트로부터 데이터를 수신하려는 후보 스테이션 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  21. 제1 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    데이터 송수신을 위하여 사용되는 서브캐리어 중 하나의 서브 캐리어를 상기제2 스테이션의 선택을 위하여 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 데이터 송수신을 위하여 사용되는 52개의 서브캐리어 중 하나의 서브캐리어를 상기 제2 스테이션의 선택을 위하여 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  23. 제1 상방 전송 프레임을 전송하는 제1 스테이션;
    제2 상방 전송 프레임을 전송하는 제2 스테이션; 및
    상기 제1 및 제2 스테이션과 전이중 통신을 수행하고, 하방 전송 프레임을 전송하며, 상기 제1 상방 전송 프레임을 수신하는 억세스 포인트; 를 포함하고
    상기 억세스 포인트는 하방 전송 프레임이 상기 제1 상방 전송 프레임보다 크다면 상기 제2 스테이션 중 하나를 2진 지수 백오프(BEB) 방식을 이용하여 선택하며, 선택된 상기 제2 스테이션으로부터 제2 상방 전송 프레임을 수신하고,
    상기 제1 스테이션과 상기 제2 스테이션은 서로 프레임을 주고 받지 못하는 은폐 관계인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  24. 제23 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 제1 상방 전송 프레임의 수신이 끝난 후, 상기 제2 스테이션에 쿼리 시작 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  25. 제23 항에 있어서, 상기 억세스 포인트는
    상기 선택된 하나의 제2 스테이션을 무선랜으로 연결된 모든 스테이션에 알리기 위해 승자 발표 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
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