KR101864251B1

KR101864251B1 - 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101864251B1
Application number: KR1020160148120A
Authority: KR
Inventors: 윤지훈; 김상현
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-06-04
Also published as: KR20180051160A

Abstract

비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 무선통신의 비면허 대역에서 데이터 전송을 위한 백오프 알고리즘을 수행하는 단계; 상기 백오프 알고리즘이 종료된 후, 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 단계; 및 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 기존 방식과 공평한 공존을 달성하면서 충돌을 줄여 수율을 높이는 동시에 전송 지연을 최소화할 수 있다.

Description

비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법 및 장치{METHOD FOR TRANSMITTING DATA WITH LOW LATENCY IN UNLICENCED BAND AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}

본 발명은 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비면허 대역 전송의 초저지연 액세스 및 기존 방식과 공평한 공존을 달성하기 위해 새로운 주파수영역 경쟁을 수행한 타 장치와 데이터의 연속 또는 동시 전송 방법을 제공한다.

모바일 트래픽의 폭증으로 인해 이를 수용할 수 있는 주파수 자원이 부족해지면서 비면허 대역을 활용한 전송에 대해 관심이 커지고 있다. 비면허 대역에 존재하는 기존의 장치(WiFi 등)는 중앙 관리 없이 독립적으로 동작하며, 서로 많은 간섭을 주고받게 된다.

비면허 대역 통신 장치의 보급률이 높아지면서 같은 주파수 대역을 사용하는 다수의 장치가 같은 공간에 공존하는 일이 많아지고 있다. 이로 인해 장치 간 전송의 잦은 충돌을 초래하여 전송 수율을 크게 저하시키고 전송지연이 커지는 결과로 이어지게 된다.

비면허 대역 무선통신 기술은 주파수 자원을 공유하여 사용하기 위해 CSMA/CA(Carrier sense multiple access with collision avoidance) 기법을 사용하고 있는데, 여기에서 충돌을 방지하는 가장 중요한 방법은 백오프(Backoff) 알고리즘이다.

백오프 알고리즘은 채널이 미사용 상태가 됨과 동시에 각 전송 장치가 전송을 시도하여 충돌이 발생하는 것을 방지하기 위해 수행된다. 각 전송 장치는 무작위로 숫자를 선택하여 백오프 카운트를 설정하고, 이에 해당하는 슬롯 개수만큼의 자체지연을 갖는다.

이를 위해, 장치는 각 슬롯 타임(Slot Time)에서 채널이 사용 중인지 여부를 확인하여, 해당 채널이 미사용 중이라고 판단될 때 백오프 카운트를 1만큼 차감하고, 카운트가 0이 되면 전송을 수행하는 방식으로 동작한다. 결과적으로, 랜덤하게 뽑은 숫자만큼의 슬롯 동안 채널이 사용 중이지 않는 것을 확인한 후 전송을 시도하게 된다.

무작위로 뽑는 숫자는 CW(Contention Window)라는 선택범위를 가지고 있어서, CW가 크면 충돌확률이 감소하지만, 대기시간이 길어져서 지연이 증가하는 결과를 야기한다. 이러한 이유로 적절한 CW를 유지하기 위해서 초기 CW값은 작은 CW _min를 사용하고, 충돌이 발생했을 경우 CW를 2배로 키우고, 전송이 성공한 경우 CW 중에서 가장 작은 값인 CW _min으로 돌아가는 동작을 취한다.

하지만, 충돌을 방지하는 방식 자체가 확률에 기반하고 있기 때문에 충돌 가능성은 여전하며, 많은 장치가 공존하는 상황에서는 경우의 수를 늘리기 위해 큰 CW를 사용하는 동작을 하게 되어 결국 많은 장치가 공존하게 될수록 수율이 낮아지고 큰 지연이 발생하는 단점이 있다.

도 1은 각 장치가 6.5Mbps로 전송할 때 공존하는 무선장치의 수에 따른 수율(throughput)이다. 전체 수율이 공존하는 장치의 숫자가 증가함에 따라 급격히 저하됨을 확인할 수 있으며, 수율의 저하뿐만 아니라 사용자가 느끼는 지연시간 역시 커진다.

많은 장치가 공존하는 상황에서 타사용자가 주파수 자원을 사용 중이기 때문에 발생하는 지연은 필연적이라 할 수 있지만, 충돌로 인해 사용되지 못하고 버려지는 자원은 낭비이며 이를 줄이기 위한 방법이 필요하다.

KR 10-1423033 B1 KR 10-2016-0037766 A

No Time to Countdown: Migrating Backoff to the Frequency Domain. Souvik Sen, Romit Roy Choudhury, Srihari Nelakuditi. Twohsien 2012.3.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 초저지연 액세스와 공존을 위해 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 초저지연 액세스와 공존을 위해 상기 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 무선통신의 비면허 대역에서 데이터 전송을 위한 백오프 알고리즘을 수행하는 단계; 상기 백오프 알고리즘이 종료된 후, 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 단계; 및 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계는, 상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타 장치와 연속으로 데이터를 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계는, 상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우, 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보를 이용하여, 상기 타 장치와의 데이터 전송의 간섭 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보는, 데이터의 목적지 주소값 및 전송 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 데이터의 목적지 주소값을 해시 함수 결과 값으로 변환하여 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 단계는, 상기 추가 정보의 전송 시, 선택한 부반송파의 번호를 비활성화시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 상기 추가 주파수영역 경쟁의 결과에 따라, 데이터 전송 시도, 전송 포기 및 전송 양보 중 하나의 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 상기 추가 주파수영역 경쟁의 결과에 따라, 다음 백오프 카운트를 설정하기 위한 CW(Contention Window)를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치는, 무선통신의 비면허 대역에서 데이터 전송을 위한 백오프 알고리즘을 수행하는 백오프 수행부; 상기 백오프 알고리즘이 종료된 후, 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 주파수영역 경쟁부; 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 순서 결정부; 및 상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타 장치와 연속으로 데이터를 전송하거나, 또는 상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함한다.

이와 같은 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법에 따르면, 주파수 자원을 공유하는 장치 간의 공존을 위해 사용되고 있는 CSMA/CA의 백오프 알고리즘이 갖는 무작위성 한계를 극복하여 충돌을 방지하기 위해 주파수영역에서 경쟁을 추가로 수행한다. 또한, 데이터의 연속 전송을 활용하거나 주파수 재활용 가능성을 제공하기 위한 정보 교환을 통해 주파수 활용 효율을 증대시킨다.

이에 따라, 기존 방식과 공평한 공존을 달성하면서 충돌을 줄여 수율을 높이는 동시에 전송 지연을 최소화할 수 있기 때문에, 엄격한 성능을 요구하는 장치나 트래픽의 서비스를 보다 안정적으로 제공할 수 있게 된다.

도 1은 장치 수에 따른 비면허 대역 전송 수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 IEEE 802.11에 따른 부반송파 번호를 보여주는 도면이다.
도 4는 IEEE 802.11의 슬롯 내 CCA 동작 방식을 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 에너지 감지(ED, energy detection)로 식별된 부반송파 번호를 보여주는 도면들이다.
도 8은 백오프를 동시에 종료한 FC 장치 간 경쟁과 전송 절차를 보여주는 타임도이다.
도 9는 도 8의 슬롯 타임(Slot Time) 내에서 FC의 상세한 동작을 보여주는 타임도이다.
도 10은 기존장치와 FC 장치가 동시에 백오프를 종료한 경우의 동작을 보여주는 타임도이다.
도 11은 백오프를 동시에 종료한 FC 장치의 연속 전송의 예를 보여주는 타임도이다.
도 12는 부반송파를 이용한 두 가지 해시(Hash) 함수 결과 전송의 예를 보여주는 도면이다.
도 13은 동시 전송이 가능한 상황의 예를 보여주는 도면이다.
도 14는 동시 전송 고려시 전달받은 추가 정보의 예를 보여주는 도면이다.
도 15는 백오프를 동시에 종료한 FC 장치의 동시 전송의 예를 보여주는 타임도이다.
도 16은 도 15의 동시 전송 절차의 슬롯 타임(Slot Time)별 동작을 보여주는 타임도이다.
도 17은 부반송파 활성 방법에 따른 타 장치의 CCA 결과를 보여주는 타임도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치의 블록도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 비면허 대역 전송을 위해 기존의 시간영역 CSMA/CA와 새로운 주파수영역 경쟁이 결합된 새로운 경쟁 기법을 이용하여, 기존 방식과 공평한 공존을 달성하면서 충돌을 줄여 수율을 높이고 전송 지연을 최소화한다. 또한, 데이터의 연속 전송을 활용하거나 주파수 재활용 가능성을 제공하기 위한 추가 정보 교환을 통해 주파수 활용 효율을 증대시킨다.

본 발명에서 주파수영역 경쟁(Frequency domain Contention, 이하 FC)은 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하는데, 부반송파 번호를 사용한 FC는 데이터 전송 직전에 이뤄지는 추가적인 정보교환을 통해 충돌을 방지하는 역할을 하며, 설정 방식에 따라 장치나 트래픽 종류별 우선순위를 할당하는데 활용 가능하다.

또한, 추가적인 정보의 교환에 활용되어 주파수자원의 재활용 가능성을 제공하는데 활용할 수 있는데, 부반송파 번호를 사용한 정보의 교환은 해당 주파수에 존재하는 에너지의 유무에 의해 확인되므로 디코딩이 필요하지 않아 빠르고 강한 장점이 있다.

비면허 대역에서 같은 주파수를 사용하는 무선장치 사이에 충돌이 일어나는 주된 원인은 CSMA/CA에서 사용하는 백오프가 갖는 무작위성의 한계에서 기인한다. 즉, 백오프라는 무작위한 시간을 기다리는 방식은, 확률적으로 같은 시간에 백오프를 종료하고 전송을 시도하는 장치가 다수 존재할 가능성이 있고, 이 경우 필연적인 충돌로 이어진다.

본 발명에서는 이러한 한계를 극복하기 위해, 도 2를 참조하면, 같은 시간에 백오프를 종료한(단계 S00 및 단계 S10) 장치들이 주파수영역에서의 추가 경쟁(FC)을 실시하고(단계 S30), 데이터 전송의 순서를 결정하여 전송기회를 갖게 됨으로써 충돌을 피할 수 있다(단계 S50).

주파수영역에서 이뤄지는 추가경쟁(단계 S30)은 부반송파(subcarrier) 번호 중 하나를 무작위로 뽑고, 선택한 번호가 가장 작은 장치가 승리하는 규칙을 갖는다.

무선통신 표준인 IEEE 802.11에서 사용하는 부반송파의 번호는 도 3과 같다(20MHz primary Channel). 이 경우, 부반송파 번호는 1 내지 52의 자연수로 이루어진다. 이하, IEEE 802.11에서 부반송파를 이용한 주파수영역 경쟁 과정을 예로 설명한다.

먼저, 주파수영역에서 이뤄지는 추가 경쟁이 기존장치가 백오프를 진행하는데 있어서 영향을 주지 않아야 하기 때문에, 기존장치가 채널의 상태를 확인하는 CCA(Clear Channel Assessment)의 동작 방식을 확인할 필요가 있다. 도 4는 IEEE 802.11 장치가 백오프를 진행할 때의 동작 방식을 나타낸다.

도 4를 참조하면, CCA는 슬롯 타임(Slot Time) 내에 앞쪽 약 5㎲ 동안 이뤄지며, 이 구간 동안 확인한 채널의 에너지 감지(energy detection, 이하 ED) 결과가 CCA 임계치(Threshold)를 넘는다면 타 장치가 전송 중이라 판단하고 백오프 카운트를 감소시키지 않고 유지한다(Freezing). 반면, 에너지 레벨이 CCA 임계치 보다 낮으면 백오프 카운트를 감소시킨다.

이러한 백오프의 동작 방식에 영향을 주지 않기 위해 본 발명의 FC는 슬롯 타임의 약 5㎲ 이후에 진행되어 기존의 장치는 FC가 이뤄지더라도 영향을 받지 않고 정상적으로 다음 동작을 결정하게 한다.

다시 말해서, FC를 사용하는 장치는 슬롯이 끝나기 일정 시간(예를 들어, 4㎲) 전에 랜덤으로 선택한 부반송파 하나에 신호를 전송하여 경쟁에 참여하고, 이는 기존장치가 CCA를 수행하지 않는 구간이다. FC를 사용하는 장치가 i번 부반송파를 뽑고 경쟁에 참여했다면, ED 결과는 도 5와 같다(FC 단독 참여,

).

FC에 참여하는 장치는 이렇게 자신이 선택한 번호를 부반송파 전송을 통해 알림과 동시에, 수신 안테나로 ED를 수행하여 타 장치가 선택한 부반송파 번호를 확인한다. 그리고, ED 결과를 확인하여 백오프를 동시에 종료한 타 장치가 있는지를 확인하고, 있다면 부반송파 번호 비교를 통해 자신이 경쟁에서 승리했는지 패배했는지를 확인하여 다음 동작을 결정하게 된다. FC는 상황에 따라 아래의 세 가지 결과로 이어지게 된다.

첫째, 하나의 부반송파가 식별된 경우

둘째, 둘 이상의 부반송파가 식별된 경우

셋째, FC 종료 후 기존 장치가 전송을 시작하는 경우

첫 번째 상황인 단 하나의 부반송파가 식별된 경우, 이는 자기 자신이 전송한 부반송파이며, FC를 사용하는 장치 중에서 다음 슬롯 타임에 백오프를 종료할 유일한 장치임을 확인하여 백오프 종료 후 전송을 시작한다. 다만, 같은 부반송파를 선택한 타 장치가 있는 경우 해당 전송은 충돌로 인해 실패하게 될 것이다. 이때, ED의 결과는 도 5와 같으며, 하나의 번호만 활성상태인 것이 확인된다.

두 번째 상황은 두 개 이상의 장치가 동일한 시간에 백오프를 종료할 예정이어서 경쟁에 참여한 경우이며, 이 경우 자신이 선택한 부반송파와 타 장치가 선택한 부반송파의 번호를 ED를 통하여 확인할 수 있다.

도 6을 참조하면, 가장 높은 에너지를 갖는 번호가 자신이 선택한 번호이기 때문에(송-수신 안테나의 거리가 가장 짧아서 신호가 강함), 자신이 선택한 부반송파의 번호가 타 장치가 선택한 번호보다 낮음을 확인하고, 경쟁에서 승리했다고 판단하게 된다(FC 승리의 경우,

).

세 번째는 동시에 백오프를 마친 장치 중 FC를 사용하지 않는 장치가 있는 상황이며, 각 장치간의 동기화가 완전하지 않을 때 발생할 수 있는 상황이다. 백오프를 종료한 기존장치의 동기화가 완전하지 않는 상태에서 전송을 하게 되면, FC를 수행하던 장치들의 경쟁을 방해하게 된다. 이 경우, 도 7과 같이 FC에서 모든 부반송파가 활성상태로 확인된다. 이 경우 FC는 실패하며 충돌을 방지하기 위해 전송을 시도하지 않는다.

FC를 수행하는 장치는 CW(Contention Window)를 조절하는 방식에 따라, 백오프만을 사용하는 기존장치와의 공존성에 차이를 갖게 된다. FC를 사용하는 장치의 CW설정 방식에 따른 이유와 기존의 장치로 인해 FC이후 전송에 실패했을 때 사용가능한 CW설정 방식의 종류 및 형평성에의 영향을 고려할 필요가 있다.

일 실시예로, FC에 승리한 경우, 데이터 전송을 시도하고, CW를 초기화하여

로 설정할 수 있다. 한편, FC에서 패배한 경우, 데이터 전송을 포기하고, CW를 증가시킬 수 있다.

이와 다르게, FC에 실패한 경우, 전송기회를 양보하고, CW를 선택적으로 조절할 수 있다. FC에 실패한 경우에는 두 가지 이유가 있다. 첫째, 도 7 에서와 같이 FC자체를 수행하지 못한 경우가 있으며, 두 번째, FC에서 승리한 후 전송하기 직전 수행하는 ShortCCA(예를 들어, 2㎲ 이내)에서 기존장치의 전송이 확인된 경우가 있다. 이 두 가지 경우 모두 FC실패로 정의하며, 기존 장치와의 형평성을 고려해 CW증가 여부를 선택할 수 있다.

이와 같이 조절된 CW 범위 내에서 임의의 백오프 카운트를 선정하여 다음 백오프를 수행한다(단계 S00 및 단계 S10).

FC 동작을 자세히 설명하기 위해, 3개의 단말이 경쟁하는 상황에서 이뤄지는 동작의 예를 설명한다. 도 8은 FC를 사용하는 단말 2와 3이 동시에 백오프를 종료하여 FC에 참여한 상황이다.

만약, 단말 2가 부반송파 6번을 선택하고 동시에 단말 3이 부반송파 35번을 선택하였다면, 도 8과 같이 부반송파 번호가 상대적으로 작은 단말 2가 FC에서 승리했음을 확인하고, FC를 사용하지 않는 기존 장치와의 충돌을 피하기 위해 잠시 대기한 후 전송을 시작한다. 도 9는 도 8의 점선으로 표시된 부분에서의 단말 1, 2, 3의 상세한 동작을 나타낸다.

만약, 3개의 단말 모두 함께 백오프를 종료했을 경우, 단말 1이 FC를 수행하지 않는 기존 단말이라면, 도 10과 같이 FC에서 승리한 단말 2가 전송직전 수행하는 ShortCCA의 결과가 비지(BUSY) 상태로 판별되고, 따라서 단말 2는 FC에서 승리했지만 전송에 참여하지 않고 기존 단말인 1번 단말에게 양보하게 된다. 이후, 단말 3은 FC에서 패배했기 때문에 CW를 증가시키며, 단말 2는 FC에서 실패한 것으로 판단하여 CW를 유지한 채로 다시 백오프를 설정한다.

본 발명의 일 실시예로서, FC 시에 부반송파 번호를 이용한 장치 또는 트래픽의 우선순위를 설정할 수 있다. 이를 위해, 각 장치나 트래픽의 종류에 따라 뽑을 수 있는 부반송파 번호의 영역을 나눔으로써 우선순위를 설정할 수 있다. 따라서, 상대적으로 중요하다고 판단되는 장치나 트래픽에 대해 선택적으로 우선권을 부여할 수 있다.

본 발명에서는 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 추가 정보를 교환하고, 상기 추가 정보를 이용하여 장치간 데이터의 연속 전송 또는 동시 전송이 가능하다(단계 S50). 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보는, 데이터의 목적지 주소값 및 전송 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 백오프로 소모되는 시간을 줄이기 위해 FC에 참여한 단말들이 각자 뽑은 번호가 순서대로, 연속적으로 전송하는 방법을 취할 수 있다. 이때, 각 연속전송 직전에 CCA를 실시하여 기존에 전송 중이던 장치와 히든(Hidden) 상태인(서로 간섭이 없는 장치) 타 장치가 전송 중인지 여부를 확인하여 충돌을 방지하게 된다.

상세한 동작 방식은 도 11에서 확인할 수 있다. 이 경우, 백오프만을 사용하는 기존장치들은 오랜 시간 동안 백오프를 진행하지 못하고 기다려야 하는 상황이 발생할 수 있으므로, 형평성 문제를 고려하여 연속적인 전송에 제한이 필요할 수 있다.

이를 위해, 주파수 재활용을 위한 추가 정보의 교환 필요성이 있다. 주파수 자원의 활용효율을 높이기 위해 공간적으로 분리된 환경에서, 같은 주파수 자원을 사용하는 방법을 공간재활용(Spatial Reuse)이라고 한다. 하지만, 공간적으로 완전히 분리되지 않는 상황에서도 조건적으로 간섭에 의한 충돌 없이 주파수를 재활용할 수 있는 경우가 존재하며, 이는 각 장치간의 간섭여부를 확인함으로써 판단 가능하며, 이후 도 12의 예를 통해 설명한다.

주파수 재활용에의 가능성을 판단하기 위한 정보를 제공하기 위해서, FC에서 승리한 장치가 FC과정에서 타 장치가 백오프를 동시에 종료한 것을 파악한 후, 자신의 전송 목적지에 대한 정보를 타 장치에게 제공하게 된다. 제공받은 목적장치의 주소값은 FC에서 패배한 장치가 자신의 전송이 해당 장치에 영향을 주는지 여부를 판단하는데 활용되어 이후 동작을 결정하는데 활용된다.

목적장치의 MAC주소값은 48비트로 구성되어 있어 52개의 부반송파를 각기 1개의 비트로 사용했을 경우 충분히 전달 가능한 정보의 크기라 생각할 수 있지만, 주파수 측면에서 각 부반송파 간의 거리가 가까워서 간섭문제가 발생해 분해능이 충분히 보장받을 수 없기 때문에 48비트의 정확한 주소 값을 전달하는 것은 불안정할 수 있다. 이러한 이유로 목적장치의 주소값을 변형하여 전달하게 되며, 적은 숫자의 부반송파만을 선택하여 많은 정보를 전달하기 위해 해시(Hash) 함수를 활용할 수 있다.

FC에서 승리한 단말이 전송할 목적장치의 주소 값을 2개의 해시 함수 결과 값으로 전달하는 상황을 가정하는 경우, 만약 FC에서 승리한 단말로부터 이뤄지는 전송의 목적장치 주소가 111.222.333.444이라면, 해당 주소의 해시 함수 입력 값 x 111+222+333+444 =1100이며(x를 구하는 방법은 다양하게 구성할 수 있으며, 예를 위해 단순 덧셈 연산을 적용함), 1100에 대한 해시 함수 결과 값이 전달되게 된다.

두 종류의 나머지 연산 해시 함수인 F19(x) = x%19, F31(x) = x%31를 사용한다면, 결과 값은 F19(1100) = 17, F31(1100) = 15가 된다. 도 12와 같이, 해시 함수 결과에 대한 부반송파의 영역을 정의한다면, 각각 부반송파 18번과 37번이 이를 표현한다.

같은 해시 결과 값을 갖는 다른 목적장치 주소값이 존재할 수 있는데, 첫째는 다른 주소로부터 생성된 해시 함수 입력값 x가 같을 확률, 둘째는 다른 입력값에 대한 두 해시 함수의 결과가 같을 확률이 있다. 첫 번째 확률은 해시 함수의 입력값을 구하는 방식에 따라 매우 작아질 수 있기 때문에(연산이 복잡할수록) 무시할 수 있고, 두 번째 확률은 두 소수를 사용한 나머지 연산인 위의 예제의 경우 1/(19*31)이다.

도 13을 참조하여, 전달 받은 목적장치에 대한 정보를 활용하는 예를 설명한다. 각 장치가 자신의 주변 장치의 주소값에 대한 해시 함수 결과값에 대하여 목록을 가지고 있다면 단말 1은 단말 2와, AP1에 관한 값을, 그리고 단말 2는 단말1과, AP2에 대한 결과값을 가지고 있을 것이다.

단말 1과 단말 2가 동시에 지연을 종료하고 FC를 수행함으로써, FC에서 승리한 단말 1은 타 장치가 FC에 참여했음을 인지하게 된다(1개 이상의 부반송파가 검출됨). 타 장치가 참여했음을 인지한 단말 1은 전송에 앞서 도 14와 같이 추가정보(목적지인 AP1의 주소값에 대한 해시 함수 결과)를 제공한다.

단말 2는 단말 1이 보낸 추가정보(11과 38)를 자신의 주변장치 주소값에 대한 두 개의 해시 함수 결과를 저장하고 있는 표 1과 비교하여, 단말 1이 전송하고자 하는 목적장치가 자신의 주변장치가 아님을 확인하게 된다.

주변장치	F19(x)	F31(x)
단말1(a)	3 (a%19=2)	25 (a%31=3)
AP 2(b)	5 (b%19=4)	41 (b%31=19)

이 경우, 자신의 전송이 목적 장치에 영향을 주지 않을 것이기 때문에, 동시에 전송해도 무방하다고 판단하고, 도 15처럼 전송을 시도할 수 있다. 도 16은 도 15의 점선으로 표시된 동시 전송 절차의 슬롯 타임(Slot Time)별 동작을 보여주는 타임도이다.

하지만, 단말 2의 송신은 FC에서 승리한 단말 1이 ACK을 받는데 문제가 생기지 않도록 단말1의 전송보다 길게 전송할 수 없는 제한을 갖는다. 이를 위해 추가정보에 목적장치의 주소 외에 전송시간에 대한 정보가 추가 되어야 할 수 있다.

단말 1과 히든(Hidden) 상태인 타 장치가 전송을 시작할 수 있음에도 단말 2가 동시 전송을 함으로써 백오프가 감소되지 못하고 유지되는 상황이 발생하기 때문에, 추가정보를 이용한 동시 전송은 성공보장을 위한 별도의 동작을 제한하여 기존장치 및 주변장치에 대한 영향을 최소화 하여야 한다.

선택 부반송파 번호를 전달하기 위한 방식으로 FC의 방식과는 반대로 해당 부반송파 번호만 비활성화 시키는 이유는 추가정보를 전송하는 중 타 장치의 CCA결과가 대기(IDLE) 상태로 판별되어 백오프를 감소한 후 전송을 시도하는 것을 막기 위함이다.

도 17을 참조하면, 소수의 부반송파만이 활성화된 상태에서는 타 장치가 해당 채널을 CCA결과 대기(IDLE) 상태라고 판단하여, 백오프를 감소시킨 후 전송을 시작할 가능성이 있다. 이러한 이유로 충돌이 발생하지 않도록 선택한 소수의 부반송파만 비활성화 시킴으로써, 20MHz 채널의 CCA 결과는 비지(BUSY) 상태로 유지하면서 추가정보를 전달하는 방법을 선택할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 무선통신을 함에 있어서 전송충돌로 소모되는 주파수 자원의 낭비를 줄여 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 주파수영역 경쟁 시, 다양한 정보 전달을 동시에 수행하고 이를 이용하여 데이터의 충돌 없이 동시 전송 및 연속 전송이 가능하므로 네트워크 효율성을 높일 수 있다.

이와 같은, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치의 블록도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 무선통신의 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치(50, 이하 장치)는 백오프 수행부(510), 주파수영역 경쟁부(530), 순서 결정부(550) 및 데이터 전송부(570)를 포함한다.

본 발명의 상기 장치(50)는 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 백오프 수행부(510), 상기 주파수영역 경쟁부(530), 상기 순서 결정부(550) 및 상기 데이터 전송부(570)의 구성은 상기 장치(50)에서 실행되는 상기 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.

상기 장치(50)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 백오프 수행부(510), 상기 주파수영역 경쟁부(530), 상기 순서 결정부(550) 및 상기 데이터 전송부(570)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.

상기 장치(50)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(50)는, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

상기 장치(50)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.

상기 백오프 수행부(510)는 CW(Contention Window) 내에서 무작위로 숫자를 선택하여 백오프 카운트를 설정하고, 이에 해당하는 슬롯 개수만큼의 자체지연을 갖는다.

백오프 알고리즘이 종료된 후, 상기 주파수영역 경쟁부(530)는 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁(Frequency domain Contention, 이하 FC)을 수행한다.

본 발명에서는FC는 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하는데, 부반송파 번호를 사용한 FC는 데이터 전송 직전에 이뤄지는 추가적인 정보교환을 통해 충돌을 방지하는 역할을 하며, 설정 방식에 따라 장치나 트래픽 종류별 우선순위를 할당하는데 활용 가능하다.

본 발명에서는 백오프가 갖는 무작위성의 한계를 극복하기 위해 같은 시간에 백오프를 종료한 장치들이 주파수영역에서의 추가경쟁(FC)을 실시하고, 데이터 전송의 순서를 결정하여 전송기회를 갖게 됨으로써 충돌을 피할 수 있다. 주파수영역에서 이뤄지는 추가 경쟁은 부반송파(subcarrier) 번호 중 하나를 무작위로 뽑고, 선택한 번호가 가장 작은 장치가 승리하는 규칙을 갖는다.

FC는 기존장치가 백오프를 진행하는데 있어서 영향을 주지 않아야 하기 때문에 기존장치가 채널의 상태를 확인하는 CCA(Clear Channel Assessment) 이후 슬롯이 끝나기 일정 시간(예를 들어, 4㎲) 전에 랜덤으로 선택한 부반송파 하나에 신호를 전송하여 경쟁에 참여한다.

FC에 참여하는 장치는 이렇게 자신이 선택한 번호를 부반송파 전송을 통해 알림과 동시에, 수신 안테나로 ED를 수행하여 타 장치가 선택한 부반송파 번호를 확인한다. 그리고, ED 결과를 확인하여 백오프를 동시에 종료한 타 장치가 있는지를 확인하고, 있다면 부반송파 번호 비교를 통해 자신이 경쟁에서 승리했는지 패배했는지를 확인하여 다음 동작을 결정하게 된다.

본 발명에서는 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 추가 정보를 교환하고, 상기 추가 정보를 이용하여 장치간 데이터의 연속 전송 또는 동시 전송이 가능하다. 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보는, 데이터의 목적지 주소값 및 전송 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 데이터의 목적지 주소값을 해시 함수 결과 값으로 변환하여 전송함으로써, 로드(load)를 줄일 수 있다.

상기 순서 결정부(550)는 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정한다.

다른 실시예로서, 상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우, 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송할 수도 있다.

상기 데이터 전송부(570)는 상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타 장치와 연속으로 데이터를 전송하거나, 또는 상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송한다.

이에 따라, 무선통신을 함에 있어서 전송충돌로 소모되는 주파수 자원의 낭비를 줄여 효율성을 향상시킬 수 있으며, 주파수영역 경쟁 시 다양한 정보 전달을 동시에 수행하여 네트워크 효율성을 높일 수 있다.

이상에서는 실시예들을 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.

본 발명은 주파수 자원을 공유하는 장치간의 공존을 위해 사용되고 있는 CSMA/CA의 백오프 알고리즘이 갖는 무작위성 한계를 극복하여 충돌을 방지하기 위해 주파수영역에서 경쟁을 추가로 수행한다. 또한, 데이터의 연속 전송을 활용하거나 주파수재활용 가능성을 제공하기 위한 정보교환을 통해 주파수 활용 효율을 증대시킨다. 주파수영역에서 이뤄지는 경쟁과 추가정보의 전달은 디코딩 없이 이뤄지기 때문에, 매우 빠르며 강인한 장점을 갖는다. 주파수영역에서 이뤄지는 경쟁과 정보교환에 소모되는 시간은 기술의 발전에 따라 더욱 단축 가능할 것이라 기대된다. 또한, 비면허 대역의 무선통신뿐 아니라 무선랜 및 유사 무선통신 기술에 다양하게 응용할 수 있다.

50: 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치
510: 백오프 수행부
530: 주파수영역 경쟁부
550: 순서 결정부
570: 데이터 전송부

Claims

무선통신의 비면허 대역에서 데이터 전송을 위한 백오프 알고리즘을 수행하는 단계;
상기 백오프 알고리즘이 종료된 후, 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 단계; 및
상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계는,
상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타장치와 연속으로 데이터를 전송하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 따라, 데이터 전송의 순서를 결정하는 단계는,
상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우, 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보를 이용하여, 상기 타 장치와의 데이터 전송의 간섭 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보는, 데이터의 목적지 주소값 및 전송 시간 중 적어도 하나를 포함하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제5항에 있어서,
상기 데이터의 목적지 주소값을 해시 함수 결과 값으로 변환하여 전송하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서, 상기 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 단계는,
상기 추가 정보의 전송 시, 선택한 부반송파의 번호를 비활성화시키는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 추가 주파수영역 경쟁의 결과에 따라, 데이터 전송 시도, 전송 포기 및 전송 양보 중 하나의 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 추가 주파수영역 경쟁의 결과에 따라, 다음 백오프 카운트를 설정하기 위한 CW(Contention Window)를 조절하는 단계를 더 포함하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 방법.
무선통신의 비면허 대역에서 데이터 전송을 위한 백오프 알고리즘을 수행하는 백오프 수행부;
상기 백오프 알고리즘이 종료된 후, 슬롯 타임 내의 CCA(Clear Channel Assessment) 구간 이후의 대기 구간에서, 백오프 알고리즘을 동시에 종료한 타 장치와 임의로 선택한 부반송파(subcarrier) 번호를 이용하여 추가 주파수영역 경쟁을 수행하는 주파수영역 경쟁부;
상기 추가 주파수영역 경쟁 시에 교환한 추가 정보에 기초하여, 상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타 장치와 연속으로 데이터를 전송하도록 데이터 전송의 순서를 결정하는 순서 결정부; 및
상기 추가 주파수영역 경쟁에서 선택한 부반송파의 번호 순서에 따라 상기 타 장치와 연속으로 데이터를 전송하거나, 또는 상기 타 장치와 목적지 주소값이 다른 경우 상기 타 장치와 동시에 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함하는, 비면허 대역에서 저지연 전송을 위한 데이터 전송 장치.