KR101691661B1 - 지향성 안테나 사용 무선 통신 시스템에서 분산된 장치들의 지원을 통한 공간 재활용 방법과 그 장치 - Google Patents

지향성 안테나 사용 무선 통신 시스템에서 분산된 장치들의 지원을 통한 공간 재활용 방법과 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지향성 안테나 사용 무선 통신 시스템에서 분산된 장치들의 지원을 통한 공간 재활용 방법과 그 장치에 관한 것으로 지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서, 분산된 단말들이 통신을 위한 자원 요청 전에, 통신하고자 하는 목적지 장치와 안테나 정렬을 수행하고 정렬된 안테나를 통해 시간 자원들에 대한 신호 측정 결과를 목적지 장치 또는 중앙 제어 장치에게 미리 통보하고, 측정 결과를 기반으로 해서 자원을 요청하고 할당 받는다.

Description

지향성 안테나 사용 무선 통신 시스템에서 분산된 장치들의 지원을 통한 공간 재활용 방법과 그 장치{Method and Apparatus for spatial reuse by assistance of distributed devices over wireless system using directional antennas}
본 발명은 지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 통해 시스템 용량을 제고하는 기술 방법과 그 장치에 관한 것이다.
지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 경우, 통신 링크를 형성하는 단말들의 지향성 안테나 빔(Beam)이 다른 통신 링크를 형성하는 단말들에게 영향을 미치지 않는 방향으로 형성되어 있는 경우에는 서로 동일한 주파수 채널 및 시간 자원을 사용하더라도 각 통신 링크들 간의 간섭이 없게 되므로 전방향 안테나를 사용하는 장치들에 비해서 공간 재활용이 용이하다. 또한 특정 신호를 일정한 방향으로 집중하여 전송 및 수신하기 때문에 제한된 전력을 사용하여 원거리 송/수신이 가능하게 된다.
하지만 지향성 안테나 사용을 통해 공간 재활용이 용이함에도 불구하고, 공간 재활용을 위한 구체적 방안들을 제안되지 않았다.
본 발명의 실시예는 지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 통해 시스템 용량을 제고하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 지향성 안테나를 사용하는 중앙 집중식 MAC 프로토콜의 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 통해 시스템 용량을 제고하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 지향성 안테나를 사용하는 분산 MAC 프로토콜의 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 통해 시스템 용량을 제고하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템의 소스 장치에서 공간 재활용하는 방법은, 주변 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지를 통해 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 획득하는 단계와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 단계와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭의 측정결과들을 포함하는 통신채널 별 스캔결과 정보(Scanning Result IE)와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 목적지 장치와 교환하는 단계와, 소스 장치와 상기 목적지 장치 각각의 상기 통신채널 별 스캔결과 정보와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 이용해서 통신 채널을 선택하는 단계 및 상기 선택된 채널의 스캔결과 정보와 상기 선택된 채널의 기할당된 자원 정보를 기반으로 상기 목적지 장치로 자원을 요청하고, 상기 목적지 장치로부터 자원을 할당받는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템의 목적지 장치에서 공간 재활용하는 방법은, 주변 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지를 통해 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 획득하는 단계와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 단계와, 상기 통신채널 별 측정결과들을 포함하는 통신채널 별 스캔결과 정보(Scanning Result IE)와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 소스 장치와 교환하는 단계 및 상기 소스 장치로부터 자원을 요청받고 상기 소스 장치로 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템의 소스 장치에서 공간 재활용하는 방법은, 중앙 제어 장치로부터 수신하는 자원 할당 정보를 통해 기할당된 자원 정보를 획득하는 단계와, 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 단계와, 상기 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭의 측정결과들을 포함하는 스캔결과 정보(Scanning Result IE)를 상기 중앙 제어 장치로 송신하는 단계와, 상기 중앙 제어 장치로 자원을 요청하는 단계 및 상기 중앙 제어 장치로부터 소스 장치의 상기 스캔결과 정보와 목적지 장치의 스캔결과 정보를 통해 간섭이 적은 자원을 우선순위로 자원할당 받는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템의 중앙 제어 장치에서 공간 재활용하는 방법은, 자원 할당 정보를 포함하는 비콘 메시지를 방송하는 단계와, 소스 장치와 목적지 장치들 각각으로부터 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정한 측정결과를 포함하는 스캔결과 정보(Scanning Result IE)를 수신하는 단계와, 상기 소스 장치로부터 자원을 요청받는 단계 및 상기 소스 장치의 상기 스캔결과 정보와 상기 목적지 장치의 상기 스캔결과 정보를 통해 간섭이 적은 자원을 우선순위로 자원을 할당해서 상기 소스 장치로 자원 요청 응답하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템에서 공간 재활용하는 소스 장치는, 주변 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지를 통해 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 획득하는 기할당 자원 정보 획득부와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 측정부와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭의 측정결과들을 포함하는 통신채널 별 스캔결과 정보(Scanning Result IE)와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 목적지 장치와 교환하는 정보 교환부와, 소스 장치와 상기 목적지 장치 각각의 상기 통신채널 별 스캔결과 정보와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 이용해서 통신 채널을 선택하는 채널 선택부 및 상기 선택된 채널의 스캔결과 정보와 상기 선택된 채널의 기할당된 자원 정보를 기반으로 상기 목적지 장치로 자원을 요청하고, 상기 목적지 장치로부터 자원을 할당받는 자원할당 요청부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템에서 공간 재활용하는 목적지 장치는, 주변 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지를 통해 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 획득하는 기할당 자원 정보 획득부와, 상기 통신채널 별 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 측정부와, 상기 통신채널 별 측정결과들을 포함하는 통신채널 별 스캔결과 정보(Scanning Result IE)와 상기 통신채널 별 기할당된 자원 정보를 소스 장치와 교환하는 정보 교환부 및 상기 소스 장치로부터 자원을 요청받고 상기 소스 장치로 자원을 할당하는 자원할당 응답부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템에서 공간 재활용하는 소스 장치는, 중앙 제어 장치로부터 수신하는 자원 할당 정보를 통해 기할당된 자원 정보를 획득하는 기할당 자원 정보 획득부와, 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정하는 측정부와, 상기 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭의 측정결과들을 포함하는 스캔결과 정보(Scanning Result IE)를 상기 중앙 제어 장치로 송신하는 측정결과 송신부 및 상기 중앙 제어 장치로 자원을 요청하고, 상기 중앙 제어 장치로부터 소스 장치의 상기 스캔결과 정보와 목적지 장치의 스캔결과 정보를 통해 간섭이 적은 자원을 우선순위로 자원할당 받는 자원할당 요청부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선통신 시스템에서 공간 재활용하는 중앙 제어 장치는, 자원 할당 정보를 포함하는 비콘 메시지를 방송하는 비콘 방송부와, 소스 장치와 목적지 장치들 각각으로부터 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정한 측정결과를 포함하는 스캔결과 정보(Scanning Result IE)를 수신하는 측정결과 확인부 및 상기 소스 장치로부터 자원을 요청받고, 상기 소스 장치의 상기 스캔결과 정보와 상기 목적지 장치의 상기 스캔결과 정보를 통해 간섭이 적은 자원을 우선순위로 자원을 할당해서 상기 소스 장치로 자원 요청 응답하는 자원할당 응답부를 포함한다.
본 발명은 지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서, 분산된 단말들이 통신을 위한 자원 요청 전에, 통신하고자 하는 목적지 장치와 안테나 정렬을 수행하고 정렬된 안테나를 통해 시간 자원들에 대한 신호 측정 결과를 목적지 장치 또는 중앙 제어 장치에게 미리 통보함으로써, 추후 자원 요청 및 할당 과정에서 안테나 정렬에 따른 공간 재활용을 극대화하고 또한 최적의 통신 자원들을 할당할 수 있도록 한다.
도 1은 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 중앙 집중식 MAC 프로토콜 시스템에서 운용되는 슈퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 3은 분산 ad-hoc 네트워크에서 시분할다중접속 방식을 위한 슈퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소스 장치에서 공간 재활용을 지원하는 통신 설정과정을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔결과 정보의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 NoMAS Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 통신 설정과정을 도시한 흐름도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 소스 장치에서 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 목적지 장치에서 자원 할당을 응답하는 과정을 도시한 흐름도,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 요청 응답 메시지의 구성을 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 소스 장치의 구성을 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 중앙 제어 장치의 구성을 도시한 도면,
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 소스 장치의 구성을 도시한 도면 및,
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 목적지 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 지향성 안테나를 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 통해 시스템 용량을 제고하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 빔-형성 또는 빔-교환 기술을 사용하여 지향성 안테나를 구현하고 이를 통해 통신하는 모든 무선 장치에 적용 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나 사용 무선 통신 시스템에서 분산된 장치들의 지원을 통한 공간 재활용 방법은 60GHz 주파수 대역을 중심으로 하는, 파장이 밀리미터에 해당하는 밀리미터 웨이브 통신 시스템이 가능하다. 밀리미터 웨이브 통신 시스템은 통신 자원 할당을 주관하는 하나의 중앙 제어 장치가 존재하는 지의 여부에 따라, 중앙 집중식 MAC 프로토콜 방식과 분산 MAC 프로토콜 방식으로 구분될 수 있다.
도 1은 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 피코넷-조정자(Piconet coordinator, 이하 PNC라 함)(110)가 다수의 디바이스(Device, 이하 DEV)(121, 122, 123, 124)들에게 비콘(Beacon) 메시지를 통해 시간 동기 정보 및 자원 할당 정보를 제공하고, 이를 통해 DEV(121, 122, 123, 124)들은 서로 간에 또는 PNC(110)와 데이터 송/수신을 수행하게 된다. PNC(110)에 의해 수행되는 시간 동기 및 자원 할당은 도 2와 같은 슈퍼프레임(Superframe) 기반으로 이루어 진다.
도 2는 중앙 집중식 MAC 프로토콜 시스템에서 운용되는 슈퍼프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 슈퍼프레임(200)은 비콘 구간, 경쟁-접속-구간(Contention Access Period: CAP, 이하 CAP이라 함), 그리고 채널-시간-할당-구간(Channel Time Allocation Period: CTAP, 이하 CTAP이라 함)로 구성된다. 비콘 구간은 PNC(110)에 의해 비콘 메시지가 전송되는 구간이며, 슈퍼프레임 길이, CAP과 CTAP 구간 길이, 채널 할당 정보 및 동기화 정보를 포함한다. CAP 구간은 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance) 방식으로 데이터를 경쟁 방식으로 전송하는 반면, CTAP는 특정 소스와 데스티네이션 조합이 경쟁 없이 데이터 송/수신을 할 수 있는 다수의 채널-시간-할당(Channel Time Allocation: CTA, 이하 CTA라고 함) 블록들로 구성된다. CTA는 특정 소스가 CAP 구간을 통해 PNC에게 자원 요청을 하여 그에 대한 응답을 비콘 메시지를 통해 수신함으로써 형성된다. CTAP 구간은 또한 일부 관리-채널-시간-할당(Management Channel Time Allocation: MCTA, 이하 MCTA라고 함)들로 구성될 수 있는데, 이는 CAP에서 제공되는 일부 기능을 보다 효과적으로 수행하기 위해 할당되는 구간인데 본 발명과는 관련이 없으므로 설명을 생략하기로 한다. CTAP는 PNC에 의해 TDMA 방식을 통해 다수의 CTA들이 할당되는데, 특정 소스-데스티네이션 조합을 위한 CTA들은 하나의 슈퍼프레임 당 복수 개 또는 복수 개의 슈퍼프레임당 하나씩 주기적으로 할당될 수 있고 또한 일정량의 CTA들이 다수의 슈퍼프레임에 걸쳐 할당될 수 있다.
분산 MAC 프로토콜을 사용하는 시스템의 경우, 도 1에 도시되어 있는 중앙집중식 MAC 프로토콜 시스템의 PNC 장치(110)와 같은 중앙 제어 장치가 없다. 따라서 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 시스템의 장치들은 개별적으로 비콘 메시지들을 전송하고, 주변 장치들로부터 수신되는 비콘 메시지들의 정보를 해석하여 동기 및 자원 할당 등을 수행하게 된다. 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 장치들은 아래 도 3에 도시된 슈퍼프레임과 같은 구조하에서 상호 간에 통신하는 것을 고려한다.
도 3은 분산 ad-hoc 네트워크에서 시분할다중접속 방식을 위한 슈퍼프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 슈퍼프레임(superframe)은 고정 길이의 시간 슬롯(Medium Access Slot: MAS)들로 구성되며, 슈퍼프레임은 256개 일정한 개수의 MAS들로 분할되어 있다. 슈퍼프레임을 구성하는 시간 슬롯들은 비콘 구간과 데이터 교환 구간으로 크게 구분된다. 비콘 구간은 슈퍼프레임의 초기 시간 슬롯들로 구성되며, 이 슬롯을 이용하여 각 노드를 구성하는 장치들은 자신의 MAC 제어 정보들을 포함한 비콘 메시지를 송신한다. 그리고, 남아있는 MAS들은 데이터 교환을 위해 사용된다. 분산 MAC 프로토콜은 각 장치들이 비콘 메시지를 사용하여 특정 MAS들을 예약할 수 있도록 하며, 예약된 MAS들은 예약한 장치 만이 사용할 수 있도록 규정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소스 장치에서 공간 재활용을 지원하는 통신 설정과정을 도시한 흐름도이다.
공간 재활용이 가능한 소스 장치(단말)은 빔-형성 또는 빔-교환 기술 등을 통한 지향성 안테나를 사용해야 한다.
도 4를 참조하면, 소스 장치는 410단계에서 목적지 장치와의 빔-형성 또는 빔-교환 과정을 통해 지향성 안테나를 정렬한다. 그리고, 소스 장치는 420단계에서 기할당된 자원정보를 획득한다. 이때, 기할당된 자원정보는 시간 구간 또는 주파수 또는 코드, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하지만 본 발명 실시예에서는 기할당된 자원정보는 특정 주파수를 사용하는 통신 채널에서의 시간 구간만을 의미하도록 국한하여 설명하도록 한다.
기할당된 자원정보를 획득하는 420단계는 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 경우와 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 경우에 따라 달라질 수 있다.
중앙집중식 프로토콜을 사용하는 경우, 하나의 중앙 제어 장치(WLAN의 AP(Access point) 또는 WPAN의 PNC(PicoNet Coordinator)가 자원 할당 정보를 모든 장치들에게 방송한다. 따라서, 소스 장치는 중앙 제어 장치 또는 PNC가 전송하는 자원 할당 정보를 수신함으로써 기할당 자원 정보를 획득하는 420단계를 수행하게 된다.
분산 MAC 프로토콜을 사용하는 경우, 모든 장치들은 비콘 메시지를 전송하게 되는데, 개별 비콘 메시지에는 전송 장치가 사용하는 자원 정보가 포함된다. 따라서, 소스 장치는 주변 장치들로부터의 비콘 메시지 수신을 통해 기할당 자원 정보를 획득하는 420단계를 수행하게 된다.
420단계에서 기할당 자원 정보의 획득이 완료되면, 소스 장치는 430단계에서 자원 할당 구간들에서 신호세기 및 간섭 측정을 통해 사용 가능한 시간 구간을 결정할 수 있으며 또한 공간 재활용이 가능한 지를 가늠할 수 있다.
430단계에서 분산 프로토콜이 사용되는 경우, 소스 장치는 420단계에서 획득한 기할당된 자원 정보에 국한하지 않고 모든 시간 구간 동안에 수신 신호 세기 및 간섭을 측정할 필요가 있다. 이는 분산 프로토콜을 사용하는 소스 장치가 주변 장치가 전송하는 모든 비콘 메시지를 수신할 수는 없기 때문이다. 또한, 중앙집중식 프로토콜을 사용하는 경우에도, 비록 중앙제어기가 모든 자원 할당 정보를 관장하기 때문에 모든 장치들에게 자원 할당 정보를 전송할 수 있지만, 동일 프로토콜을 사용하는 피코넷 간의 간섭 및 이종 시스템으로부터의 간섭 등의 영향으로 할당되지 않은 시간 구간에서도 신호 간섭이 발생할 수 있고, 따라서 할당되지 않은 시간 구간에서도 수신 신호 세기 및 간섭 측정을 수행할 필요도 있다.
430단계에서 측정이 완료되면, 소스 장치는 440단계에서 시간 구간별로 측정된 측정 결과를 통보한다. 이때, 소스 장치는 중앙 집중식 MAC 프로토콜의 경우 측정 결과를 중앙 제어 장치로 통보하고, 분산 MAC 프로토콜의 경우 측정 결과를 목적지 장치로 통보한다.
그리고, 소스 장치는 450단계에서 자신의 통신을 위해 자원 할당을 요청한다. 이때 소스 장치는 중앙집중식 프로토콜의 경우 중앙 제어 장치에게 자원 할당을 요청하고, 분산 프로토콜의 경우 목적지 장치를 포함한 주변 장치에게 자원 할당을 요청한다.
이후, 소스 장치는 460단계에서 중앙 제어 장치 또는 목적지 장치로부터 자원 할당을 승락 받아 통신을 시작한다.
기할당된 자원정보인 DRP availability IE를 구성하는 장치는 주변 장치들로부터 수신한 비콘 메시지들에 포함된 MAS 할당 정보에 기반하여, 다른 주변 장치들이 사용하고 있는 MAS들과 사용하고 있지 않은 MAS들을 최대 256개 비트들로 표시한다.
이때, 비록 특정 장치로부터 비콘 메시지를 수신할 수 없지만, 특정 장치가 전송하는 신호 및 주변 장치 전송 신호에 의해 수신 장치는 상당한 간섭을 받을 수 있다. 따라서 본 발명이 실시예에 따른 장치는 도 3과 같은 슈퍼프레임에서 MAS 마다 수신 신호 세기 및 간섭을 측정할 필요가 있다.
또한, 통신은 송신 장치와 수신 장치로 구성되는 장치 쌍에 의해 이루어진다. 따라서, 양질의 통신 신호 품질을 보장하기 위해서 송신 장치와 수신 장치 각각은 MAS 마다 수신 신호 세기 및 간섭 측정을 수행하고, 측정 결과를 교환해야 한다. 즉, 통신을 하는 송신 장치와 수신 장치들 각각에 의해 MAS 마다 측정된 수신 신호 세기 및 간섭량을 통해, 송신 장치와 수신 장치는 통신에 사용될 MAS들을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 슈퍼프레임에서 측정된 수신 신호 세기 및 간섭량을 교환할 수 있는 메시지 정보를 스캔결과 정보(Scanning Result IE)로 명명하고 구성해서 통신하는 장치 간에 교환할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔결과 정보의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면 Scanning Result IE(500)는 Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(510), Scanning Result IE(500)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(520), 신호 측정에 사용된 지향성 빔을 나타내는 빔-색인값(Beam Index)(530) 및 측정결과정보(540)를 포함할 수 있다.
여기서, 측정결과정보(540)는 슈퍼프레임을 구성하는 256개 MAS별 측정결과들(541, 542, 543)을 포함한다. 이때, MAS별 측정결과들(541, 542, 543) 각각은 4비트로 표시된다. 그리고, MAS별 측정결과들(541, 542, 543)은 수신 신호 세기 표시자(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 사용하고 있지만, 구현에 따라 신호 에너지 레벨, 신호 대 잡음비 등의 다양한 측정치가 대신 사용될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면이다. 도 6은 Scanning Result IE의 구성 비트 수를 감소하기 위해 사용할 수 있는 또 다른 Scanning Result IE 구성 예로서, 도 6을 참조하면 Scanning Result IE(600)는 Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(610), Scanning Result IE(600)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(620), 신호 측정에 사용된 지향성 빔-색인값(Beam Index)(630) 및 측정결과정보(640)를 포함할 수 있다.
여기서, 측정결과정보(640)는 각 4비트로 구성된 MAS 존(MAS_zone)별 측정결과들(641, 642, 643)을 포함한다. 이때, MAS 존은 연속된 16개의 MAS들로 구성된다, 그리고, 슈퍼프레임은 총 16개의 MAS 존으로 분할 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면 Scanning Result IE(700)는 Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(710), Scanning Result IE(700)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(720), 신호 측정에 사용된 지향성 빔-색인값(Beam Index)(730), 측정결과의 on/off를 결정하는 기준값(Threshold value)(740) 및 측정결과정보(750)를 포함할 수 있다.
여기서, 측정결과정보(750)는 슈퍼프레임을 구성하는 256개 MAS별 측정값을 기준값과 비교해서 각각 on/off로 표시하는 MAS별 측정결과들(751, 752)을 포함한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면이다. 도 8은 슈퍼프레임의 전 구간을 측정하는 대신, 선별적으로 선택된 측정 구간을 측정 블록으로 하여, 복수 개의 측정 블록들에 대한 수신 신호 세기 및 간섭량을 표시하는 Scanning Result IE의 실시 예이다. 이때, Scanning Result IE에 포함되지 않는 시간 구간들은 채널 상태가 매우 양호 하거나 채널 상태가 매우 불량함을 나타내는 경우가 되도록 할 수도 있다.
도 8을 참조하면 Scanning Result IE(800)는 Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(810), Scanning Result IE(800)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(820), 신호 측정에 사용된 지향성 빔-색인값(Beam Index)(830), Scanning Result IE(800)에 포함된 측정블록의 수를 나타내는 측정블록 수(Number of Measurement Blocks)(840) 및 측정결과정보(850)를 포함할 수 있다.
여기서, 측정결과정보(850)는 적어도 하나 이상의 측정블록(Measurement Block)(860, 870)들을 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 측정블록(860)은 시작 지점을 표시하는 시작지점 정보(Start MAS for Measurement Block)(861), 측정 블록(860)의 측정 구간 길이를 MAS 단위로 표시하는 측정기간 정보(Duration for Measuremet Block)(862), 측정 블록(860)을 구성하는 MAS 별로 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭량을 측정하는 측정결과(RSSI for MAS)(863, 864)들을 포함한다. 이때, 하나의 측정블록(860)에 포함된 측정결과(863, 864)들은 연속된 MAS들의 측정결과이다.
지금까지는 채널 스캐닝이 수행되는 데이터 채널들이 도 3과 같은 슈퍼프레임 구조를 형성하고 있다고 가정하였다. 하지만, 해당 데이터 채널에서 스캐닝을 수행하는 장치에 의해 인지되는 통신 장치가 있는 경우에만 슈퍼프레임 구조가 생성된다. 다시 말해, 특정 장치에 의해 스캐닝되는 데이터 채널에서 어떠한 통신 장치도 비콘 메시지를 전송하지 않는다면 슈퍼프레임 구조는 인지될 수 없고, 따라서 MAS 단위의 측정은 불가능할 수 있다. 또한, DRP Availability IE도 구성할 수 없게 된다. 이 경우에도, 스캐닝 채널에는 간섭 신호가 존재할 수 있기 때문에, 이에 대한 채널 상태를 표시할 수 있어야 한다.
슈퍼프레임 구조가 생성되지 않은 데이터 채널에 대한 Scanning Result IE 구성 방법은 IE의 식별정보(510,610,710,810)를 달리하는 새로운 Scanning Result IE를 정의하는 방법과, 도 5 ~ 도 8에 도시된 Scanning Result IE의 식별정보를 동일하게 사용하면서 특정 필드 값 코딩으로 구분하는 방법이 있을 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 NoMAS Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면 NoMAS Scanning Result IE(900)는 NoMAS Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(910), NoMAS Scanning Result IE(900)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(920), 신호 측정에 사용된 지향성 빔을 나타내는 빔-색인값(Beam Index)(930) 및 측정결과정보(940)를 포함할 수 있다.
여기서, MAS로 구분되는 슈퍼프레임 구조가 없기 때문에, 측정결과정보(940)는 주어진 측정 시간 동안 평균적인 신호 측정값(Average RSSI)이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 Scanning Result IE의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 Scanning Result IE의 구성을 이용해서 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 Scanning Result IE을 구성한 도면으로, 도 10을 참조하면 Scanning Result IE(1000)는 Scanning Result IE 임을 나타내는 식별정보(Element ID)(1010), Scanning Result IE(1000)의 길이를 나타내는 길이정보(Length)(1020), 신호 측정에 사용된 지향성 빔-색인값(Beam Index)(1030), Scanning Result IE(800)에 포함된 측정블록의 수를 나타내는 측정블록 수(Number of Measurement Blocks)(1040) 및 측정결과정보(1050)를 포함할 수 있다.
여기서, Scanning Result IE(1000)는 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 구성임으로, 측정블록 수(1040)는 0의 값을 가진다. 그리고, 측정결과정보(1050)은 하나의 측정블록(Measurement Block)(1060)을 포함한다.
그리고, 측정블록(1060)은 시작 지점을 표시하는 시작지점 정보(Start MAS for Measurement Block)(1061), 측정 블록(1060)의 측정 구간 길이를 표시하는 측정기간 정보(Duration for Measuremet Block)(1062) 및 주어진 측정 시간 동안 평균적인 신호의 측정결과(Average RSSI)(1063)을 포함한다. 이때, 시작지점 정보(1061)과, 측정기간 정보(1062)는 0의 값을 갖도록 해서 슈퍼프레임 구조가 없는 데이터 채널에 대한 Scanning Result IE 구성임을 나타낸다.
도 5 ~ 도 10에 걸쳐 예시된 Scanning Result IE 또는 NoMAS Scanning Result IE 형태는 일 실시 예들로서, 본 발명에서 의도하는 채널 상태 정보를 포함할 수 있도록 다양하게 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 통신 설정과정을 도시한 흐름도이다.
도 11을 참조하면 무선 통신 시스템의 소스 장치는 1110단계에서 디스커버리(Discovery) 채널을 통해 통신 목적지가 되는 장치들을 검색한다. 1110단계에서 통신 장치를 발견하게 되면, 무선 통신 시스템의 소스 장치와 목적지 장치는 1112단계에서 안테나 트레이닝 과정을 통해 안테나를 정렬해서 최적의 통신 품질을 보장할 수 있도록 한다.
그리고, 소스 장치와 목적지 장치는 1114단계에서 데이터 통신을 하기 위한 채널 결정을 위해, 하나 이상의 데이터 채널들로 이동하여 해당 데이터 채널을 사용할 수 있는 지를 검색한다. 그리고, 소스 장치와 목적지 장치는 1114단계에서 이동한 데이터 채널에서, 이미 통신하고 있는 장치들로부터 비콘 메시지들을 수신함으로써 DRP availability IE를 구성하고, 수신 신호 세기 및 간섭량의 측정을 통해 Scanning Result IE를 구성한다. 이때, DRP availability IE는 기할당된 자원정보를 나타내고, Scanning Result IE는 슈퍼프레임을 구성하는 MAS 또는 MAS_zone에 대응하는 수신 신호 측정 결과를 나타낸다. Scanning Result IE는 도 5에서 도 8의 형태로 구성될 수 있다.
1116단계 및 1118단계는 하나 이상의 데이터 채널에서 반복 수행될 수 있다.
데이터 채널 검색을 마친 소스 장치와 목적지 장치는 1118단계에서 다시 디스커버리 채널로 전환하고, 1120단계에서 채널별 DRP Availability IE 및 Scanning Result IE를 상호 간에 교환한다.
그리고, 소스 장치와 목적지 장치는 1122단계에서 채널별 DRP Availability IE 및 Scanning Result IE 교환을 통해, 사용 가능하면서도 통신에 최적인 MAS 자원이 가장 많은 채널을 선택한다. 이때 사용 가능하면서도 통신에 최적인 MAS는 아래 <표 1>에 정리된 바와 같이 순위가 높은 MAS를 의미한다. 이때 순위 4에 해당하는 MAS는 통신에 최적인 MAS로 고려되어서는 안된다. 또한 Scanning Result IE 정보에서 기준값을 다단계로 정할 수 있고 이에 따라 보다 많은 순위가 생성될 수도 있다.
<표 1>은 본 발명의 실시예에 따른, DRP Availability IE 및 Scanning IE 정보에 기반한 최적 MAS 결정 기준이다.
순위 DRP Availability IE 정보 Scanning Result IE 정보
1 사용 가능 MAS 측정된 간섭량이 기준값을 넘지 않은 MAS
2 사용 불가능 MAS 측정된 간섭량이 기준값을 넘지 않은 MAS
3 사용 가능 MAS 측정된 간섭량이 기준값을 넘은 MAS
4 사용 불가능 MAS 측정된 간섭량이 기준값을 넘은 MAS
그리고, 소스 장치와 목적지 장치는 1124단계에서 1122단계에서 선택된 최적의 통신 채널로 이동한다. 그리고, 무선통신 시스템의 소스 장치는 1126단계에서 선택된 채널에서 DRP Availability IE 및 Scanning Result IE에 기반하여 통신에 최적인 MAS들을 선택하여 목적지 장치로 자원 할당을 요청하고, 목적지 장치로부터 자원 할당을 승인 받는다. 1126단계에서 소스 장치는 비콘 메시지를 통해 선택된 MAS들을 자원 요청할 수 있으며, 목적지 장치는 비컨 메시지를 통해 자원 요청한 MAS들에 대한 할당을 승인할 수 있다. 그리고, 소스 장치와 목적지 장치는 1128단계에서 통신을 시작한다.
한편, 1126단계에서 자원 요청을 받은 목적지 장치는 소스 장치가 요청하는 자원인 MAS들에 대한 수신 신호 세기 및 간섭량을 추가적으로 측정할 수 있다. 또한, 목적지 장치는 추가로 측정된 결과들을 Scanning Result IE를 구성하여 소스 장치로 피드백 할 수 있다. 그리고, 자원 요청 송신 장치는 목적지 장치로부터 수신된 Scanning Result IE 정보를 고려하여 최적의 MAS들을 다시 결정할 수 있다.
도 11의 1126단계는 1122단계에서 선택된 채널 상의 주변 이웃 장치들과 새로운 통신 링크를 형성하기 위해 반복적으로 발생될 수 있다. 이때 1116단계에서 구성된 Scanning Result IE 정보는 시간이 경과되어, 링크가 생성되는 시점의 채널 상태를 반영할 수 없을 수 있다. 따라서 자원 요청 및 할당 과정을 통해 통신 링크가 생성되는 시점에 Scanning Result IE를 구성하여 소스 장치와 목적지 장치간에 교환될 필요가 있다.
하기에서는 본 발명의 실시예에 따르는 자원 요청 및 할당 방식을 도 12, 도 13 및 도 14를 활용하여 설명하고자 한다.
분산 방식 프로토콜을 따르는 무선 통신 시스템에서는 통신 링크를 구성하는 소스 장치 및 목적지 장치는 자신이 전송하는 비콘 메시지를 통해 자원 요청 및 할당을 수행할 수 있다. 또한 소스 장치 및 목적지 장치는 비콘 메시지가 아닌 특정 자원 예약 요청 메시지 및 자원 예약 응답 메시지 교환을 통해 자원 요청 및 할당을 통한 통신 링크를 설정할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 소스 장치에서 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 소스 장치는 1210단계에서 자신의 주변 장치들로부터 비콘 메시지들을 수신하여 수신된 비콘 메시지에 포함된 주변 장치가 사용하고 있는 MAS 자원들을 확인하고 이를 통해 이웃 장치들이 사용하고 있지 않는 MAS 자원들을 파악한다. 즉, 소스 장치는 1210단계를 통해 DRP Availability IE를 구성한다.
그리고, 소스 장치는 1220단계에서 목적지 장치로부터 수신된 비콘 메시지 내에 Scanning Result IE가 포함되어 있는 지를 확인한다.
1220단계의 확인결과 수신된 비콘 메시지 내에 Scanning Result IE가 포함되어 있지 않은 경우, 소스 장치는 1240단계에서 목적지 장치로 1210단계를 통해 파악된 사용 가능한 MAS들 중에서 일부 또는 전부를 자원 요청한다.
하지만, 1220단계의 확인결과 수신된 비콘 메시지 내에 Scanning Result IE가 포함되어 있는 경우, 소스 장치는 1230단계에서 Scanning Result IE를 통해 목적지 장치가 측정한 MAS 자원들에서의 간섭 정도를 파악한다.
그리고, 소스 장치는 1240단계에서 1210단계를 통해 파악된 사용 가능한 MAS들과 1230단계에서 확인할 수 있는 MAS별 간섭 정도를 고려하여, 사용 가능하면서도 간섭 정도가 낮은 MAS 들을 선택하여 목적지 장치에게 자원 요청한다. 이때, 소스 장치는 자원 요청을 비콘 메시지 내에 자원 요청 정보를 포함해서 요청할 수도 있고, 별도의 자원 요청 메시지를 구성해서 요청할 수도 있다.
1240단계에서 자원을 요청한 후, 소스 장치는 1250단계에서 목적지 장치로부터 자원 요청에 대한 응답 수신을 수신한다. 이때, 1250단계에서 자원 요청에 대한 응답은, 소스 장치가 자원 요청을 비콘 메시지로 전송한 경우 목적지 장치는 비콘 메시지를 통해 응답하게 되고, 소스 장치가 자원 요청 메시지로 자원 요청한 경우 목적지 장치는 자원 응답 메시지를 통해 응답하게 된다.
자원 요청 응답을 수신한 소스 장치는 1260단계에서 자원 요청 응답을 확인해서 요청한 자원에 간섭이 발생했는지 여부를 확인한다.
1260단계의 확인결과 간섭이 발생하였으면, 소스 장치는 1270단계에서 자원 요청 응답에 포함된 Scanning Result IE 정보를 통해 간섭이 발생하는 MAS 자원들을 확한다. 그리고, 소스 장치는 1240단계로 돌아가 간섭이 없는 사용 가능한 MAS 자원들을 다시 자원 요청한다.
한편, 1260단계의 확인결과 간섭이 발생하지 않아 자원 요청이 승인으로 판단되면, 소스 장치는 1280단계에서 요청한 자원들이 할당된 것으로 판단하여 할당 자원을 통해 데이터 통신을 개시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 목적지 장치에서 자원 할당을 응답하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 목적지 장치는 1310단계에서 소스 장치로부터 MAS 블록들에 대한 자원 요청을 수신한다. 그리고, 목적지 장치는 1320단계에서 요청된 MAS 블록들에 대한 신호 간섭을 측정한다.
그리고, 목적지 장치는 1330단계에서 간섭 측정 결과, 기준치 이상의 간섭이 발생하여 통신에 장애가 발생할 것으로 판단되는 MAS가 존재하는 지를 확인한다.
1330단계의 확인결과 기준치 이상의 간섭을 갖는 MAS가 존재하면, 목적지 장치는 1340단계에서 간섭 측정된 결과를 바탕으로 Scanning Result IE를 구성하고, 자원 요청 결과로 간섭이 발생하는 것으로 표시한다.
1330단계의 확인결과 기준치 이상의 간섭을 갖는 MAS가 존재하지 않으면, 목적지 장치는 1350단계에서 자원 요청 결과를 자원 할당으로 설정한다.
1340단계 또는 1350단계 이후, 목적지 장치는 1360단계에서 비콘 메시지 또는 자원 응답 메시지를 통해 자원 요청에 대한 응답을 소스 장치에게 전송한다. 이때, 자원 요청 결과가 간섭으로 설정되는 경우 목적지 장치는 자원 요청 응답에 Scanning Result IE를 포함시켜 전송한다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 요청 응답 메시지의 구성을 도시한 도면이다.
도 14는 비콘 메시지를 통해 자원 요청 응답 메시지(1410)를 구성하는 예로서, 자원 요청 응답 메시지(1410)는 소스 장치가 전송한 자원 요청 정보(1420)와 Scanning Result IE(1430)가 포함할 수 있고, 본 발명의 실시 예와는 상관 없는 기타 다른 정보 요소들을 더 포함할 수 있다.
이때, 자원 요청 정보(1420)는 소스 장치가 자원 요청을 위해 전송한 비콘 메시지 또는 자원 요청 메시지에 포함되는 정보로서, 자원 요청을 하는 MAS 위치 정보들(1422)를 포함하고 있으며, 목적지 장치기 자원 요청에 대한 결과를 통보하는 자원 요청 결과 필드(1421)을 포함한다. 자원 요청 결과 필드(1421)는 소스 장치에서 자원 요청 시에는 사용되지 않는 필드이다. 자원 요청 결과 필드(1421)의 값이 간섭으로 표시되는 경우, 간섭이 발생하는 MAS 정보와 간섭량을 표시하는 정보를 담고 있는 Scanning Result IE(1430)가 비콘 메시지에 포함되게 된다. Scanning Result IE(1430)는 자원 요청 결과 필드(1421) 값이 간섭이 아닌 경우, 생략될 수 있다.
중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 장치에서도 통신하고자 하는 목적 장치와의 안테나 정렬 후에, 도 5 ~ 도 8과 같은 Scanning Result IE를 구성하고 이를 중앙 제어 장치에게 통보할 수 있다. 중앙 제어 장치는 Scanning Result IE 정보에 기반하여 장치 별로, 그리고 장치의 빔 색인 별로 시간 슬롯들의 할당 우선 순위를 결정할 수 있고, 추후 특정 장치로부터 자원 요청이 있을 시에 요청된 자원을 사용할 두 장치의 정보와 Scanning Result IE를 통해 수집된 시간 슬롯들의 할당 우선순위에 기반하여 자원 할당을 수행하게 된다. 이때 빔 색인 값은 통신 목적지 장치 주소를 대신 사용할 수 도 있다.
이하, 상기와 같이 과정으로 수행되는 본 발명에 따른 공간 재활용 방법을 제공하는 지향성 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 장치 구성을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 소스 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면 소스 장치는 제어부(1510), 안테나 설정부(1511), 기할당 자원 정보 획득부(1512), 측정부(1513), 측정결과 송신부(1514), 자원할당 요청부(1516), 지향성 안테나(1520) 및 통신부(1530)를 포함한다.
지향성 안테나(1520)는 빔의 방사 패턴을 임의의 특정 방향으로 향하도록 하는 안테나 이다.
통신부(1530)는 중앙 제어 장치, 주변 장치 및 목적지 장치와 무선으로 데이터를 송수신한다. 통신부(1530)는 수신할 때는 지향성 안테나(1520)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호를 주파수 하강시켜 수신신호를 역확산(despreading) 및 채널복호(channel decoding)하는 기능을 수행하고, 송신할 때는 데이터를 채널코딩(channel coding) 및 확산(spreading)하고 주파수 상승시켜 지향성 안테나(1520)를 통해 송신한다.
안테나 설정부(1511)는 목적지 장치와 안테나 트레이닝 과정을 통해 최적의 통신 품질을 보장할 수 있도록 지향성 안테나(1520)를 정렬한다.
기할당 자원 정보 획득부(1512)는 중앙 제어 장치로부터 자원 할당 정보를 수신하고, 자원 할당 정보를 통해 이미 할당되어 사용할 수 없는 기할당된 자원 정보들을 확인한다. 이때, 자원 할당 정보는 중앙 제어 장치에서 방송되는 비콘 메시지에 포함되어 수신될 수 있다.
측정부(1513)는 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정한다.
측정결과 송신부(1514)는 측정결과를 포함하는 Scanning Result IE를 생성하고, Scanning Result IE를 중앙 제어 장치로 송신한다.
자원할당 요청부(1516)는 중앙 제어 장치로 통신을 위한 자원을 요청해서 자원을 할당 받는다.
제어부(1510)는 소스 장치의 전반적인 제어를 하고, 이에 더해 안테나 설정부(1511), 기할당 자원 정보 획득부(1512), 측정부(1513), 측정결과 송신부(1514) 및 자원할당 요청부(1516)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(1510)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(1510)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중식 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 중앙 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면 중앙 제어 장치는 제어부(1610), 안테나 설정부(1611), 비콘 방송부(1612), 측정결과 확인부(1614), 자원할당 응답부(1616), 지향성 안테나(1620) 및 통신부(1630)를 포함한다.
지향성 안테나(1620)는 빔의 방사 패턴을 임의의 특정 방향으로 향하도록 하는 안테나이다.
통신부(1630)는 관리하는 네트워크 내의 장치들과 무선으로 데이터를 송수신한다. 통신부(1630)는 수신할 때는 지향성 안테나(1620)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호를 주파수 하강시켜 수신신호를 역확산(despreading) 및 채널복호(channel decoding)하는 기능을 수행하고, 송신할 때는 데이터를 채널코딩(channel coding) 및 확산(spreading)하고 주파수 상승시켜 지향성 안테나(1620)를 통해 송신한다.
안테나 설정부(1611)는 안테나 트레이닝 과정을 통해 최적의 통신 품질을 보장할 수 있도록 지향성 안테나(1620)를 정렬한다.
비콘 방송부(1612)는 자원 할당 정보를 포함하는 비콘 메시지를 일정 시간 간격으로 방송한다.
측정결과 확인부(1614)는 네트워크 내에 포함된 장치들로부터 각 장치들이 측정하는 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭의 측정결과를 수신한다. 측정결과는 Scanning Result IE에 포함되어 수신될 수 있다.
자원할당 응답부(1616)는 소스 장치로부터 자원을 요청 받으면 요청된 자원을 사용할 소스 장치와 목적지 장치 각각으로부터 Scanning Result IE들을 통해 수집된 시간 슬롯들의 할당 우선순위를 기반하여 자원을 할당한다.
제어부(1610)는 중앙 제어 장치의 전반적인 제어를 하고, 이에 더해 안테나 설정부(1611), 비콘 방송부(1612), 측정결과 확인부(1614) 및 자원할당 응답부(1616)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(1610)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(1610)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 소스 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면 소스 장치는 제어부(1710), 안테나 설정부(1711), 비콘 방송부(1712), 기할당 자원 정보 획득부(1713), 측정부(1714), 정보 교환부(1715), 채널 선택부(1716), 자원할당 요청부(1717), 지향성 안테나(1720) 및 통신부(1730)를 포함한다.
지향성 안테나(1720)는 빔의 방사 패턴을 임의의 특정 방향으로 향하도록 하는 안테나이다.
통신부(1730)는 주변 장치 및 목적지 장치와 무선으로 데이터를 송수신한다. 통신부(1730)는 수신할 때는 지향성 안테나(1720)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호를 주파수 하강시켜 수신신호를 역확산(despreading) 및 채널복호(channel decoding)하는 기능을 수행하고, 송신할 때는 데이터를 채널코딩(channel coding) 및 확산(spreading)하고 주파수 상승시켜 지향성 안테나(1720)를 통해 송신한다.
안테나 설정부(1711)는 목적지 장치와 안테나 트레이닝 과정을 통해 최적의 통신 품질을 보장할 수 있도록 지향성 안테나(1720)를 정렬한다.
비콘 방송부(1712)는 소스 장치가 사용하는 자원 정보를 포함하는 비콘 메시지를 일정 시간 간격으로 방송한다.
기할당 자원 정보 획득부(1713)는 주변의 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지들을 수신하고, 수신하는 비콘 메시지들 각각에 포함된 주변 장치들 각각에서 사용되는 자원 정보를 이용해서 통신채널 별로 기할당된 자원 정보를 획득한다.
측정부(1714)는 통신채널 별로 포함된 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정한다.
정보 교환부(1715)는 획득한 통신채널 별 기할당된 자원 정보와 통신채널 별 측정결과를 목적지 장치와 교환한다. 즉, 정보 교환부(1715)는 소스 장치에서 획득한 통신채널 별 기할당된 자원 정보와 소스 장치의 통신채널 별 측정결과를 목적지 장치로 송신하고, 목적지 장치로부터 목적지 장치에서 획득한 통신채널 별 기할당된 자원 정보와 목적지 장치의 통신채널 별 측정결과를 수신한다.
채널 선택부(1716)는 교환을 통해 획득한 소스 장치와 목적지 장치의 통신채널 별 정보(기할당된 자원 정보와 측정결과)를 이용해서 사용 가능하면서도 통신에 최적인 자원이 가장 많은 채널을 선택한다.
자원할당 요청부(1717)는 선택된 채널에서 통신을 위한 자원을 목적지 장치로 요청해서 자원을 할당 받는다. 자원할당 요청부(1717)는 도 10과 같이 동작할 수 있다.
제어부(1710)는 소스 장치의 전반적인 제어를 하고, 이에 더해 안테나 설정부(1711), 비콘 방송부(1712), 기할당 자원 정보 획득부(1713), 측정부(1714), 정보 교환부(1715), 채널 선택부(1716) 및 자원할당 요청부(1717)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(1710)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(1710)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 분산 MAC 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 공간 재활용을 지원하는 목적지 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면 목적지 장치는 제어부(1810), 안테나 설정부(1811), 비콘 방송부(1812), 기할당 자원 정보 획득부(1813), 측정부(1814), 정보 교환부(1815), 자원할당 응답부(1817), 지향성 안테나(1820) 및 통신부(1830)를 포함한다.
지향성 안테나(1820)는 빔의 방사 패턴을 임의의 특정 방향으로 향하도록 하는 안테나이다.
통신부(1830)는 주변 장치 및 소스 장치와 무선으로 데이터를 송수신한다. 통신부(1830)는 수신할 때는 지향성 안테나(1820)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호를 주파수 하강시켜 수신신호를 역확산(despreading) 및 채널복호(channel decoding)하는 기능을 수행하고, 송신할 때는 데이터를 채널코딩(channel coding) 및 확산(spreading)하고 주파수 상승시켜 지향성 안테나(1820)를 통해 송신한다.
안테나 설정부(1811)는 소스 장치와 안테나 트레이닝 과정을 통해 최적의 통신 품질을 보장할 수 있도록 지향성 안테나(1820)를 정렬한다.
비콘 방송부(1812)는 목적지 장치가 사용하는 자원 정보를 포함하는 비콘 메시지를 일정 시간 간격으로 방송한다.
기할당 자원 정보 획득부(1813)는 주변의 장치들로부터 수신하는 비콘 메시지들을 수신하고, 수신하는 비콘 메시지들 각각에 포함된 주변 장치들 각각에서 사용되는 자원 정보를 이용해서 통신채널 별로 기할당된 자원 정보를 획득한다.
측정부(1814)는 통신채널 별로 포함된 자원들에 대응하는 수신 신호 세기 및 간섭을 측정한다.
정보 교환부(1815)는 획득한 통신채널 별 기할당된 정보와 통신채널 별 측정결과를 소스 장치와 교환한다. 즉, 정보 교환부(1815)는 목적지 장치에서 획득한 통신채널 별 기할당된 자원 정보와 소스 장치의 통신채널 별 측정결과를 소스 장치로 송신하고, 소스 장치로부터 소스 장치에서 획득한 통신채널 별 기할당된 자원 정보와 소스 장치의 통신채널 별 측정결과를 수신한다.
자원할당 응답부(1817)는 소스 장치로부터 자원을 요청 받으면 요청된 자원의 간섭 여부를 확인한다. 그리고, 자원할당 응답부(1817)는 간섭여부 확인결과 간섭이 없으면 자원 할당을 승인하는 자원 요청 응답을 소스 장치로 송신한다. 그리고, 자원할당 응답부(1817)는 간섭여부 확인결과 간섭이 존재하면, 자원 요청이 거부되었음을 알리는 자원 요청 응답을 소스 장치로 송신한다. 자원 요청이 거부된 경우 자원할당 응답부(1817)는 자원 요청 응답에 간섭이 발생하는 MAS 정보와 간섭량을 표시하는 정보를 담고 있는 Scanning Result IE(1430)를 포함해서 송신한다.
제어부(1810)는 목적지 장치의 전반적인 제어를 하고, 이에 더해 안테나 설정부(1811), 비콘 방송부(1812), 기할당 자원 정보 획득부(1813), 측정부(1814), 정보 교환부(1815) 및 자원할당 응답부(1817)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(1810)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(1810)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (21)

  1. 무선 통신 시스템의 소스 장치의 동작 방법에 있어서,
    주변 장치로부터 수신된 비콘 메시지를 이용하여 사용 가능한 미디엄 액세스 슬롯(Medium Access Slot; MAS)을 포함하는 기할당된 자원에 대응하는 정보를 결정하는 단계;
    상기 사용 가능한 MAS를 포함하는 자원 요청 메시지를 목적지 장치로 전송하는 단계;
    상기 목적지 장치로부터, 자원 요청에 관한 할당 정보를 지시하는 필드 및 상기 사용 가능한 MAS에서 간섭 정보를 지시하는 필드 중 어느 하나를 포함하는 자원 요청 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 할당 정보를 지시하는 상기 필드가 상기 자원 요청 응답 메시지에 포함된 경우, 상기 사용 가능한 MAS를 이용하여 상기 목적지 장치와 통신하는 단계
    를 포함하는 소스 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 소스 장치와 상기 목적지 장치 사이의 통신을 위한 미리 정해진 길이의 복수의 MAS들 중 상기 사용 가능한 MAS를 선택하는 단계
    를 포함하는, 소스 장치의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 정보를 지시하는 상기 필드가 상기 자원 요청 응답 메시지에 포함된 경우, 상기 자원 요청 응답 메시지에 포함된 상기 목적지 장치의 자원 정보를 이용하여 요청될 자원을 재 선택함으로써 상기 목적지 장치로 자원을 재 요청하는 단계
    를 더 포함하는 소스 장치의 동작 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 목적지 장치로부터, 상기 복수의 MAS들에서 채널 상태들을 포함하는 스캔결과 정보(scanning result IE)를 수신하는 단계; 및
    상기 스캔결과 정보에 기초하여 상기 목적지 장치와 통신하기 위한 채널을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 소스 장치의 동작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스캔결과 정보는
    상기 스캔결과 정보를 나타내는 식별정보(element ID);
    상기 스캔결과 정보의 길이를 나타내는 길이(length);
    상기 채널 상태들을 측정하는데 이용되는 지향성 빔을 나타내는 빔 색인(beam index); 및
    MAS 존에 의하여 측정된 상기 채널 상태들을 포함하는 측정결과 정보(measurement result information)
    을 포함하는, 소스 장치의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기할당된 정보에 대응하는 상기 정보는
    분산 예약 프로토콜 가용 정보(DRP availability IE)
    를 포함하는, 소스 장치의 동작 방법.
  7. 무선 통신 시스템의 목적지 장치의 동작 방법에 있어서,
    소스 장치로부터, 자원으로 요청하는 미디엄 액세스 슬롯(Medium Access Slot; MAS)을 포함하는 자원 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 MAS에 간섭이 존재하는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 간섭이 존재하는지 여부에 기초하여 자원 요청 결과 필드를 포함하는 자원 요청 응답 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 자원 요청 응답 메시지를 상기 소스 장치로 전송하는 단계
    를 포함하는 목적지 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는
    상기 간섭이 존재하는 경우, 상기 자원 요청 결과 필드의 값을 상기 간섭에 대응하는 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 목적지 장치의 자원 정보를 상기 자원 요청 응답 메시지에 포함시키는 단계
    를 포함하는, 목적지 장치의 동작 방법.
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