KR101890631B1

KR101890631B1 - 무선랜 시스템에서 광대역 채널 접속 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR101890631B1
Application number: KR1020167036924A
Authority: KR
Inventors: 김정기; 류기선; 박기원; 조한규; 김서욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2018-09-28
Also published as: US10201019B2; WO2016006898A1; US20170164409A1; KR20170015378A; JP6298213B2; JP2017521944A

Abstract

본 문서는 무선랜 시스템에서 광대역 채널 접속을 효율적으로 수행하기 위한 백오프 절차 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.
이를 위해 스테이션은 복수의 채널 각각에서 CCA (Clear Channel Assessment) 동작을 수행하고, 복수의 채널 중 하나 이상의 채널이 사용되지 않고 있고, 상기 하나 이상의 채널이 자신의 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송에 이용되지 않는 경우, 상기 하나 이상의 채널에서 백오프 절차를 진행 또는 재진행하는 것을 특징으로 한다. 상기 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우, 스테이션은 상기 하나 이상의 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 광대역 채널 접속 방법 및 이를 위한 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACCESSING BROADBAND CHANNEL IN WIRELESS LAN SYSTEM}

이하의 설명은 무선랜 시스템에서 광대역 채널 접속을 효율적으로 수행하기 위한 백오프 절차 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.

무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 및 b는 2.4. GHz 또는 5 GHz에서 비면허 대역(unlicensed band)을 이용하고, IEEE 802.11b는 11 Mbps의 전송 속도를 제공하고, IEEE 802.11a는 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11g는 2.4 GHz에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)를 적용하여, 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n은 다중입출력 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM)을 적용하여, 4 개의 공간적인 스트림(spatial stream)에 대해서 300 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우에는 600 Mbps의 전송 속도를 제공한다.

상술한 무선랜 표준은 최대 160MHz 대역폭을 사용하고, 8개의 공간 스트림을 지원하여 최대 1Gbit/s의 속도를 지원하는 IEEE 802.11ac 표준을 거쳐, IEEE 802.11ax 표준화에 대한 논의가 이루어지고 있다.

상술한 무선랜 표준화 과정에서 IEEE 802.11ac에서는 광대역 채널을 제공하기 위해 주(Primary)/보조(Secondary) 채널 개념을 도입하였다. 즉, 넓은 대역의 채널을 제공하기 위해 복수의 20MHz 채널을 동시에 이용 가능하도록 구성하고, 이들 채널 중 하나의 채널을 주 채널로서 구성하는 방식을 이용한다.

다만, 상술한 바와 같은 주 채널 및 보조 채널에서의 동작을 단순화하기 위해 주 채널에 한하여 CCA (Clear Channel Assessment)를 수행하고, NAV (Network Allocation Vector)를 조절함에 따라 공간효율성이 감소되는 문제가 발생한다.

이에 따라 상술한 바와 같이 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 무선랜 시스템에서 광대역 채널 접속을 효율적으로 수행하기 위한 백오프 절차 및 이를 위한 장치를 제공고자 한다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는 무선랜(WLAN) 시스템에서 스테이션(STA)이 복수의 채널을 활용하여 프레임을 전송하는 방법에 있어서, 상기 복수의 채널 각각에서 CCA (Clear Channel Assessment) 동작을 수행하고, 상기 복수의 채널 중 하나 이상의 채널이 사용되지 않고 있고, 상기 하나 이상의 채널이 상기 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송에 이용되지 않는 경우, 상기 하나 이상의 채널에서 백오프 절차를 진행 또는 재진행하며, 상기 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우, 상기 하나 이상의 채널을 통해 프레임을 전송하는, 프레임 전송 방법을 제안한다.

여기서, 상기 복수의 채널은 주 채널(Primary Channel) 및 하나 이상의 보조 채널(Secondary Channel)을 포함하며, 상기 백오프 절차를 진행 또는 재진행하는 하나 이상의 채널은 상기 주 채널 및 상기 하나 이상의 보조 채널을 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 채널 중 주 채널 또는 보조 채널을 통해 프레임이 수신된 경우, 상기 프레임이 수신된 주 채널 또는 보조 채널 각각에 대해 NAV 값을 설정 또는 갱신할 수 있다.

한편, 상기 스테이션의 물리계층 엔터티는 상기 주 채널과 겹치지 않는 상기 보조 채널을 통해 프레임이 수신되는 경우 MAC 계층 엔터티에 수신벡터(RXVECTOR) 프리미티브를 발행할 수 있으며, 상기 수신 벡터 프리미티브는 상기 복수의 채널 전체에 대한 채널 리스트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 채널 중 주 채널이 다른 BSS 프레임 전송에 이용되는 경우, 상기 복수의 채널 중 하나 이상의 보조 채널에 대해 상기 백오프 절차를 진행 또는 재진행할 수 있다.

또한, 상기 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송인지 여부의 판정은 상기 스테이션의 물리계층 엔터티가 해당 프레임의 HE SIG 필드를 확인하여 수행할 수 있다. 상기 스테이션의 물리계층 엔터티가 해당 프레임의 HE SIG 필드를 통해 상기 스테이션의 BSS 내 프레임 전송인지를 확인할 수 없는 경우, 상기 해당 프레임은 상기 스테이션의 BSS 내 프레임 전송으로 간주하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 채널 중 상기 백오프 절차가 진행 중 프레임 전송에 사용되었던 채널은, 상기 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우 수행되는 프레임 전송에 이용되지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.

상기 스테이션은 AP(Access Point) 스테이션 또는 비 AP 스테이션일 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에서는 무선랜(WLAN) 시스템에서 복수의 채널을 활용하여 프레임을 전송하도록 구성되는 스테이션(STA) 장치에 있어서, 상기 복수의 채널 각각에서 CCA (Clear Channel Assessment) 동작을 수행하고, 상기 복수의 채널 중 하나 이상의 채널이 사용되지 않고 있고, 상기 하나 이상의 채널이 상기 스테이션 장치의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송에 이용되지 않는 경우, 상기 하나 이상의 채널에서 백오프 절차를 진행 또는 재진행하도록 구성되는 프로세서; 및 상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서의 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우 상기 하나 이상의 채널을 통해 프레임을 전송하도록 구성되는 송수신기(transceiver)를 포함하는, 스테이션 장치를 제안한다.

상기 프로세서는 물리계층 엔터티 및 MAC (Medium Access Control) 계층 엔터티를 포함하며, 상기 스테이션의 물리계층 엔터티는 상기 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송인지 여부의 판정을 해당 프레임의 HE SIG 필드를 확인하여 수행할 수 있다.

또한, 상기 물리계층 엔터티는 주 채널과 겹치지 않는 보조 채널을 통해 프레임이 수신되는 경우, 상기 MAC 계층 엔터티에 수신벡터(RXVECTOR) 프리미티브를 발행할 수 있으며, 상기 수신 벡터 프리미티브는 상기 복수의 채널 전체에 대한 채널 리스트를 포함할 수 있다.

상기 스테이션 장치는 AP(Access Point) 스테이션 또는 비 AP 스테이션으로 동작하도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 넓은 대역폭을 가지는 채널을 활용하면서도 무선자원의 효율성을 증가시킬 수 있으며, 실시형태에 따라 데이터 전송 에러를 방지할 수 있다.

도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 무선랜 시스템에서의 DCF 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상술한 바와 같은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 동작하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 주 채널 및 보조 채널의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 주 채널 및 보조 채널 개념을 이용하여 동일한 주파수 영역에서 네트워크가 공존하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 주 채널에만 CCA 절차 및 NAV 설정이 적용되는 경우의 문제를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 복수의 채널을 이용하여 프레임을 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중사용자 접속 방식이 적용되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 백오프 절차 진행 중 busy였던 채널의 처리에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따라 대체 주 채널을 설정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 레거시 시스템에서 PIFS 매체 접속 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 주 채널에만 NAV 설정이 이루어지는 경우의 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따라 보조 채널에 대해서도 NAV 설정을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.

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 도시된다.

상술한 바와 같이 이하의 설명은 무선랜 시스템에서 넓은 대역을 가지는 채널을 효율적으로 활용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다. 이를 위해 먼저 본 발명이 적용되는 무선랜 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 무선랜 시스템은 하나 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합이다.

STA는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 논리 개체로서, 액세스 포인트(access point, AP)와 비AP STA(Non-AP Station)을 포함한다. STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

그리고, AP는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)에게 무선 매체를 통해 분배 시스템(Distribution System, DS)으로의 접속을 제공하는 개체이다. AP는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), Node-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.

BSS는 인프라스트럭처(infrastructure) BSS와 독립적인(Independent) BSS(IBSS)로 구분할 수 있다.

도 1에 도시된 BBS는 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않는 BSS를 의미하고, AP를 포함하지 않으므로, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 BSS는 인프라스트럭처 BSS이다. 인프라스트럭처 BSS는 하나 이상의 STA 및 AP를 포함한다. 인프라스트럭처 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 비AP STA 간에 직접 링크(link)가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서 직접 통신도 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 인프라스트럭처 BSS는 DS를 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

DS는 복수의 AP들을 연결하는 메커니즘(mechanism)으로서, 반드시 네트워크일 필요는 없으며, 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬(mesh) 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수도 있고, AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.

이상을 바탕으로 무선랜 시스템에서 충돌 검출 기술에 대해 설명한다.

상술한 바와 같이 무선환경에서는 다양한 요소들이 채널에 영향을 주기 때문에 송신단이 정확하게 충돌 검출을 수행할 수 없는 문제가 있다. 그래서 802.11에서는 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance) 메커니즘인 DCF(distributed coordination function)을 도입했다.

도 3은 무선랜 시스템에서의 DCF 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

DCF(distributed coordination function)는 전송할 데이터가 있는 STA들이 데이터를 전송하기 전에 특정 기간 (예를 들어 DIFS: DCF inter-frame space) 동안 매체를 센싱하는 CCA(clear channel assessment)를 수행한다. 이 때 매체가 idle 하다면(사용 가능하다면) STA은 그 매체를 이용해 신호 전송이 가능하다. 그렇지만 매체가 busy일 경우(사용 불가능할 경우)는 이미 여러 STA들이 그 매체를 사용하기 위해 대기하고 있다는 가정하에 DIFS 에 추가적으로 랜덤 백오프 주기(random backoff period) 만큼 더 기다린 후에 데이터를 전송할 수 있다. 이 때 랜덤 백오프 주기는 충돌을 회피할 수 있게 해 주는데, 이는 데이터를 전송하기 위한 여러 STA들이 존재한다고 가정할 때, 각 STA은 확률적으로 다른 백오프 간격값을 가지게 되어, 결국 서로 다른 전송 타임을 가지게 되기 때문이다. 한 STA이 전송을 시작하게 되면 다른 STA들은 그 매체를 사용 할 수 없게 된다.

랜덤 백오프 시간과 절차에 대해 간단히 알아보면 다음과 같다.

특정 매체가 busy에서 idle로 바뀌면 여러 STA들은 데이터를 보내기 위해 준비를 시작한다. 이 때 충돌을 최소화 시키기 위해 데이터를 전송하고자 하는 STA들은 각각 랜덤 백오프 카운트를 선택하고 그 슬롯 시간 만큼 기다린다. 랜덤 백오프 카운트는 유사 랜덤 정수(pseudo-random integer) 값이며 [0 CW] 범위에서 균일 분포된 값 중 하나를 선택하게 된다. CW는 ‘contention window’를 의미한다.

CW 파리미터는 초기값으로 CWmin값을 취하지만 전송이 실패를 하게 되면 값을 2배로 늘리게 된다. 예를 들어 전송한 데이터 프레임에 대한 ACK 응답을 받지 못했다면 충돌이 난 것으로 간주할 수 있다. CW값이 CWmax값을 가지게 되면 데이터 전송이 성공하기 전까지 CWmax값을 유지하도록 하며, 데이다 전송이 성공을 하며 CWmin값으로 재설정하게 된다. 이때 CW, CWmin, CWmax은 구현과 동작의 편의를 위해 2ⁿ-1을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

한편 랜덤 백오프 절차가 시작되면 STA은 [0 CW] 범위 안에서 랜덤 백오프 카운트를 선택한 후 백오프 슬롯이 카운트 다운되는 동안 계속 해서 매체를 모니터링하게 된다. 그 사이 매체가 busy 상태가 되면 카운트 다운을 멈추고 있다가 매체가 다시 idle해지면 나머지 백오프 슬롯의 카운트 다운을 재개한다.

도 3을 참조하면, 여러 STA들이 보내고 싶은 데이터가 있을 때 STA3의 경우 DIFS 만큼 매체가 idle 했기 때문에 바로 데이터 프레임을 전송하고, 나머지 STA들은 그 매체가 idle이 되기를 기다린다. 한 동안 매체가 busy 상태였기 때문에 여러 STA이 그 매체를 사용할 기회를 보고 있을 것이다. 그래서 각 STA는 랜덤 백오프 카운트를 선택하게 되는데, 도 3에서는 이 때 가장 작은 백오프 카운트를 선택하게 된 STA 2가 데이터 프레임을 전송하는 것을 도시하고 있다.

STA2의 전송이 끝난 후 다시 매체는 idle 상태가 되고, STA들은 다시 멈췄던 백오프 간격에 대한 카운트 다운을 재개한다. 도 3은 STA 2 다음으로 작은 랜덤 백오프 카운트 값을 가졌고 매체가 busy일 때 잠시 카운트 다운을 멈췄던 STA 5가 나머지 백오프 슬롯을 마저 카운트 다운한 후 데이터 프레임 전송을 시작했지만 우연히 STA 4의 랜덤 백오프 카운트 값과 겹치게 되어 충돌이 일어났음을 도시하고 있다. 이 때 두 STA 데이터 전송 이후 모두 ACK 응답을 받지 못하기 때문에 CW를 2배로 늘린 후 다시 랜덤 백오프 카운트 값을 선택하게 된다.

CSMA/CA의 가장 기본은 캐리어 센싱이다. 단말기는 DCF 매체의 busy/idle 여부를 판단하기 위해 물리 캐리어 센싱과 가상 캐리어 센싱을 사용할 수 있다. 물리 캐리어 센싱은 PHY(physical layer)단에서 이루어지며 에너지 검출(energy detection)이나 프리엠블 검출(preamble detection)을 통해 이루어진다. 예를 들어 수신단에서의 전압 레벨을 측정하거나 프리엠블이 읽힌 것으로 판단이 되면 매체가 busy한 상태라고 판단할 수 있다. 가상 캐리어 센싱은 NAV(network allocation vector)를 설정하여 다른 STA들이 데이터를 전송하지 못하도록 하는 것으로 MAC 헤더의 지속기간 필드(Duration field)의 값을 통해 이루어진다. 한편 충돌의 가능성을 줄이기 위해 로버스트 충돌 검출 메커니즘(robust collision detect mechanism)을 도입을 했는데 이를 위해 RTS/CTS 프레임을 이용한 동작을 제안하였다.

도 4는 상술한 바와 같은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 동작하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서 송신단 STA은 DIFF (Distributed IFS) 이후 신호를 전송할 수신단 STA에 RTS 프레임을 전송할 수 있다. 이 RTS 프레임을 수신한 수신단 STA은 SIFS (Short IFS) 이후 CTS를 송신단 STA에 전송할 수 있다. 수신단 STA으로부터 CTS를 수신한 송신단 STA은 SIFS 이후 도 4에 도시된 바와 같이 데이터를 전송할 수 있다. 데이터를 수신한 수신단 STA은 SIFS 이후 수신된 데이터에 대해 ACK 응답을 전송할 수 있다.

한편, 상술한 송수신단 STA이외의 이웃 STA들 중 송신단 STA의 RTS/CTS를 수신한 STA은 RTS/CTS의 수신 여부를 통해 매체의 busy 여부를 판단하고, 이에 따라 NAV(network allocation vector)를 설정할 수 있다. NAV 기간이 종료하면 DIFS 이후 도 3과 관련하여 상술한 바와 같은 충돌 해결을 위한 과정을 수행할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 CCA 동작 및 NAV 설정이 주 채널에 한정되는 경우의 문제를 설명한다.

도 5는 주 채널 및 보조 채널의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

802.11ac에서는 광대역 채널을 제공하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 주 채널 및 보조 채널 개념을 도입하였다. 일반적으로, 주 채널은 자신의 고유한 대역폭을 가지고 프레임을 전송하는 채널을, 보조 채널은 주 채널과 함께 채널 대역폭을 확장하기 위한 채널로 지칭된다.

도 5의 예시적인 시스템에서 20 MHz 대역으로 프레임을 전송하기 위해서는 20 MHz의 주 채널인 채널 60번을 이용할 수 있다. 만일 40 MHz 프레임을 40 MHz 주 채널로 전송하는 경우, 도 5의 채널 60및 64 모두 idle해야 한다.

도 5의 주 채널과 보조 채널의 관계는 아래 표 1과 같이 정리할 수 있다.

Channel bandwidth	Primary channel	Secondary channel	Total number of 20 MHz channels
20 MHz	60	64	One (60)
40 MHz	60	52	Two (60, 64)
80 MHz	52	36	Four (52, 56, 60, and 64)
160 MHz	36	n/a	Eight (36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, and 64)

도 5는 예시적인 채널 구성을 도시한 것으로써, 20 MHz 채널은 최대 9개까지 지원될 수 있다.

도 6은 주 채널 및 보조 채널 개념을 이용하여 동일한 주파수 영역에서 네트워크가 공존하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 5와 관련하여 상술한 주 채널 및 보조 채널 개념을 도입한 이유 중 하나로는 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 네트워크가 동일한 주파수 영역을 공유하는 것이 용이하도록 하는 점이다. 다양한 종류의 기기와 데이터 레이트에 대한 요구에 의해 최대 160 MHz 채널을 이용하여 최대속도를 지원하도록 설계된 네트워크일지라도 항상 해당 채널의 최대 용량을 사용하지는 않는다.

따라서, 주 채널을 오버랩되지 않는 경우 동일한 주파수 대역을 공유할 수 있도록 설계하는 것이 효율적이며, 도 6에서는 예시적으로 각각의 대역폭에서 주 채널을 달리하는 2개 네트워크가 공존하는 형태를 예시적으로 도시하였다.

도 7은 주 채널에만 CCA 절차 및 NAV 설정이 적용되는 경우의 문제를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

상술한 바와 같이 광대역 채널(예를 들어, 40, 80, 160 MHz 채널)은 주 채널 및 하나 이상의 보조 채널을 포함하며, 상술한 바와 같은 네트워크 공존을 구현하기 위해 NAV 설정 및 백오프 절차는 주 채널에 한하여 수행되어 왔다.

다만, 상술한 바와 같이 NAV 설정 및 백오프 절차 조정이 주 채널에 한정되어 수행되는 경우, 도 6과 같은 네트워크 공존에 유리한 면이 있으나, 도 7에 도시된 바와 같이 주 채널이 busy인 경우, idle한 보조 채널이 있음에도 이를 활용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 주 채널이 busy인 경우, 보조 채널에 공존하는 네트워크가 없을지라도 idle한 보조 채널이 전송에 활용될 수 없는 단점이 발생한다.

이러한 문제는 자원 활용의 효율성을 감소시킬 수 있으며, 특히 다양한 대역폭 및 채널을 이용하는 AP들이 겹쳐져서 배치되는 고밀도 무선랜 환경에서의 자원 효율성을 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 주 채널 및 보조 채널 모두에서 각각 CCA 절차를 수행하는 것을 제안하며, 이하 예시적인 도면과 함께 이를 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 복수의 채널을 이용하여 프레임을 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 주 채널뿐만 아니라 보조 채널에서도 CCA 절차를 수행할 수 있다. 만일 STA이 전송할 프레임이 발생한 경우, 해당 STA은 각각의 채널에 대해 CCA 절차를 수행할 수 있다.

만일, idle한 채널이 없거나 자신의 BSS 내 PPDU 전송이 있는 경우, 백오프 절차는 중단된다. 이 경우, STA은 idle한 채널이 발견될 때까지 CCA를 계속할 수 있다.

만일 하나 이상의 idle 채널이 있고 자신의 BSS에 속하는 PPDU 전송이 없는 경우, 백오프 절차가 진행 개시되거나, 중단된 백오프 절차가 재진행될 수 있다.

도 8에서는 채널 1 내지 4 모두 busy 상태에서 idle 상태가 되는 경우 AIFS 이후부터 백오프 절차가 백오프 타이머 값이 6으로 설정되어 개시되는 경우를 도시하고 있으며, 채널 1 내지 4가 busy로 바뀌는 경우 진행 중인 백오프 절차가 중지되는 것을 도시하고 있다. 이와 같이 중지된 백오프 절차는 다시 채널들이 idle해 지는 경우 재 개시될 수 있다.

한편, 백오프 카운터 값이 0에 다다른 경우, 만일 자신의 BSS PPDU가 없는 경우, STA은 백오프 카운터 값이 0에 다다르기 이전 PIFS 동안 idle한 채널들을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 도 8의 예에서는 중단되었던 백오프 절차가 재 개시되어 백오프 카운터 값이 0인 경우, 주 채널에 다른 BSS의 PPDU가 있는 경우일지라도 보조 채널을 통해 STA 1에 프레임을 전송하는 것을 도시하고 있다.

상술한 실시형태에서 PPDU가 자신의 BSS의 PPDU인지, 다른 BSS의 PPDU인지 여부를 판정하는 방법은 다음과 같다.

먼저 STA의 물리계층 HE PLCP 헤더(예를 들어, HE SIG)를 통해 해당 PPDU가 자신의 BSS의 것인지 여부를 알 수 있다. 예를 들어 STA으로부터 AP로의 상향링크의 경우(예, UL 지시자=1 또는 그룹 ID =0) ID가 자신의 BSS의 PBSSID에 맵핑되는지 여부를 통해 알 수 있으며, AP로부터 STA으로의 하향링크의 경우(예, UL 지시자=0 또는 그룹 ID=63) COLOR 필드 값이 자신의 BSS의 COLOR 필드값에 일치하는지 여부를 통해 알 수 있다. 또 다른 방법으로, MAC PDU가 디코딩 되었을 때, MAC header의 address정보가 자신의 BSSID와 일치하는지에 대한 여부를 통해서, 자신의 BSS의 PPDU인지 아닌지를 알 수 있다.

이와 같은 사항을 확인한 물리계층은 MAC 계층에 (1) PHY-CCA.indication (Busy, channel-list, BSS Info), PHY-RXSTART.indication, PHY-RXEND.indication, PHY-DATA.indication 등을 통해 알려줄 수 있으며, 또한 (2) My BSS info(0)= my BSS, My BSS Info(1)= other BSS와 같은 방식으로 알려줄 수도 있다.

만일 물리계층에 의해 상술한 바와 같은 방식으로 해당 PPDU가 자신의 BSS의 PPDU인지 여부를 확인할 수 없는 경우(예를 들어, 프리엠블 검출을 할 수 없지만 에너지 검출이 이루어진 경우, HE-SIG CRC 에러가 발생한 경우, non-HE/HT PPDU 인 경우 등), BSS 정보는 자신의 BSS로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에서는 모든 채널(주 채널 및 보조 채널 포함)에 대해 NAV를 설정 또는 갱신하는 것을 제안하며, 이에 따라 STA은 NAV가 0이 아닌 값으로 설정된 채널을 사용하지 않도록 설정하는 것을 제안한다.

물리계층은 주 20MHz 채널과 겹치지 않는 non-HT PPDU에 대응하여 PHY-RXSTART.indication을 발생할 수 있다. 이때, 물리계층은 MAC 계층에 발행하는 PHY-RXSTART.indication (RXVECTOR) 프리미티브에 채널 리스트 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 리스트 값은 Primary, Secondary, Secondary 40, Secondary 80일 수 있다.

MAC 계층은 PHY-RXSTART.indication를 물리계층으로부터 수신하거 A-MPDU를 성공적으로 디코딩한 경우, 이에 따라 각 채널에 NAV를 설정하거나 갱신할 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중사용자 접속 방식이 적용되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이 DL OFDMA에서 AP는 프레임들을 복수의 STA들에 동시에 각각 다른 idle 채널을 통해 전송할 수 있다. 이러한 점을 감안하여 도 10에서는 주 채널이 다른 BSS의 PPDU로 인하여 busy인 경우라도 복수의 보조 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있으며, 이때 복수의 STA에 각각 다른 보조 채널을 이용하여 프레임들을 전송하는 것을 도시하고 있다.

도 9 및 도 10에서는 AP로부터 STA 방향으로의 DL MU 접속 방식을 예를 들어 설명하였으나, 이러한 방식은 STA으로부터 AP로의 UL MU 접속 방식에도 이용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 백오프 절차 진행 중 busy였던 채널의 처리에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 각 채널에서 모두 CCA를 수행하여 백오프 절차를 수행하되, 백오프 절차가 진행 중에 다른 BSS의 PPDU로 인한 경우라도 busy로 검출되었던 채널은 백오프 카운터 값이 0에 다다른 경우라 할지라도 해당 채널을 통해 프레임을 전송하지 않도록 설정하는 것을 제안한다. 백오프 절차 진행 중 busy 였던 채널의 경우, 진행되는 백오프 절차를 거치지 않았기 때문에 충돌 위험이 높기 때문이다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따라 대체 주 채널을 설정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시형태에서는 레거시 시스템(예를 들어, 802.11n/ac)과 동일하게 주 채널/보조 채널 구조를 그대로 유지할 수 있다. 한편, 본 실시형태에서는 AP가 STA들에게 대체적인 주 채널에 대한 정보를 비콘/프로브 응답 메시지를 통해 전송하는 것을 제안한다.

만일, 주 채널이 busy이고 주 채널에서의 전송이 다른 BSS의 전송인 경우, 대체적인 주 채널에서 백오프 절차가 수행되고 대체적인 주 채널이 전송에 이용될 수 있다. 이 경우, 관련되는 EDCA 파라미터들(즉, 백오프 타이머, CW)는 저장되고, EDCA 파라미터들은 대체적인 주 채널의 백오프 절차를 위해 복제될 수 있다. 이와 같이 복제된 EDCA 파라미터들을 통해, 백오프 절차는 대체적인 주 채널에서 재 개시될 수도 있다.

AP/STA은 백오프 카운터가 0에 다다르는 경우, PIFS 동안 idle한 채널들을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 만일, 대체적인 주 채널을 통해 전송이 실패하는 경우(예를 들어, ACK/NACK이 수신되지 않는 경우), 백오프 절차는 주 채널에서 저장된 CW[AC] 및 백오프 타이머 값을 가지고 재 개시될 수도 있다.

만일, 주 채널이 자신의 BSS의 전송으로 인하여 busy인 경우, 백오프 절차는 중단되는 것이 바람직하다.

한편, 이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따라 모든 보조 채널에서 NAV를 설정하는 방식에 대해 조금 더 구체적으로 설명한다.

도 13은 레거시 시스템에서 PIFS 매체 접속 방식을 설명하기 위한 도면이다.

광대역 채널(예, 40, 80, 160MHz 채널)은 상술한 바와 같이 주 채널 및 보조 채널을 포함하여 구성된다. 레거시 시스템에서는 상술한 바와 같이 주 채널에 대해서만 NAV 및 백오프 절차가 조정되어 왔다. 레거시 시스템에서도 보조 채널에 대해 CCA를 수행하지만, 백오프 카운터값이 0에 도달하였을 때 만일 매체가 PIFS 동안 idle한 경우, 대응하는 보조 채널은 사용 가능한 것으로 간주되며 전송을 위해 이용될 수 있다.

해당 STA으로 향하지 않는 CTS가 보조 채널을 통해 수신된 경우라도, STA은 해당 보조 채널을 위해 NAV를 설정하지 않는다. 즉, 물리계층은 20MHz 주채널과 겹치지 않는 PPDU에 대응하여 PHY-RXSTART.indication 프리미티브를 발행하지 않는다.

도 14는 주 채널에만 NAV 설정이 이루어지는 경우의 문제를 설명하기 위한 도면이다.

도 13과 관련하여 PIFS 매체 접속 방식을 사용하는 경우, 종종 STA의 전송에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 STA1은 AP1에, 그리고 STA 2는 AP2에 연결되어 있는 것을 가정한다. STA2는 AP1과 서로의 신호를 들을 수 있는 경우를 가정한다. 아울러, AP1 및 STA 1은 CH1, CH2, CH3 및 CH4를 이용하며, CH1이 주 채널인 것으로 가정한다. 또한 AP2 및 STA2는 CH3 및 CH4를 이용하며 CH3이 주 채널인 것을 가정한다.

이러한 상황에서 AP2는 STA2에게 RTS를 전송할 수 있으며, STA 2는 AP2에게 CTS를 전송하여 응답할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이 이 CTS는 AP1에게도 CH3 및 CH4를 통해 수신될 수 있다.

레거시 시스템에서와 같이 주 채널에 대해서만 NAV 설정이 이루어지는 경우, 상술한 경우에도 CH3 및 CH4가 PIFS동안 idle하기 때문에 AP1은 STA1에게 CH3 및 CH4를 통해 프레임을 전송할 수 있다. 이러한 전송은 STA2의 전송 에러를 유발할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따라 보조 채널에 대해서도 NAV 설정을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 실시형태에서 STA은 MAC PDU가 성공적으로 디코딩되는 경우 모든 보조 채널에 대해 NAV를 설정하고, 수신된 MPDU에 기반하여 각 NAV를 갱신해 주는 것을 제안한다. 이를 위해 물리계층은 20 MHz 주채널과 겹치지 않는 채널로 short non-HT PPDU가 수신됨에 대응하여 PHY-RXSTART.indication 프리미티브를 발생할 수 있다. Short non-HT PPDU는 CTS 프레임 크기 이하의 크기를 가질 수 있으며, 이는 L_SIG 필드에 의해 계산될 수 있다. 물리계층은 MAC 계층에 발행하는 이 PHY-RXSTART.indication (RXVECTOR) 프리미티브에 채널 리스트 값을 포함시킬 수 있으며, 채널 리스트 값은, Primary, Secondary, Secondary 40, Secondary 80일 수 있다.

MAC 계층은 물리계층으로부터 PHY-RXSTART.indication 프리미티브를 수신하고, A-MPDU/MPDU가 성공적으로 디코딩된 경우, 각 보조 채널에 대해 NAV를 설정 또는 갱신할 수 있다.

본 실시형태에 따른 STA은 백오프 카운터 값이 0에 도달하였을 때 채널이 PIFS 동안 idle했더라도 NAV가 0이 아닌 값을 가지는 채널을 통해서는 프레임을 전송하지 않도록 설정될 수 있다.

도 15에서 AP 1은 보조 채널인 CH3 및 CH4에 대해서도 STA2의 CTS 수신에 따라 설정된 NAV를 통해 CH3 및 CH4로의 데이터 전송을 수행하지 않으며, 따라서 도 14에 도시된 바와 같은 문제를 방지할 수 있다.

도 16은 상술한 바와 같은 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 16의 무선 장치(800)은 상술한 설명의 특정 STA, 그리고 무선 장치(850)은 상술한 설명의 AP에 대응할 수 있다.

STA (800)은 프로세서(810), 메모리(820), 송수신부(830)를 포함할 수 있고, AP (850)는 프로세서(860), 메모리(870) 및 송수신부(880)를 포함할 수 있다. 송수신부(830 및 880)은 무선 신호를 송신/수신하고, IEEE 802.11/3GPP 등의 물리적 계층에서 실행될 수 있다. 프로세서(810 및 860)은 물리 계층 및/또는 MAC 계층에서 실행되고, 송수신부(830 및 880)와 연결되어 있다. 프로세서(810 및 860)는 상기 언급된 UL MU 스케줄링 절차를 수행할 수 있다.

프로세서(810 및 860) 및/또는 송수신부(830 및 880)는 특정 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(820 및 870)은 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시 예가 소프트웨어에 의해 실행될 때, 상기 기술한 방법은 상기 기술된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로세스, 기능)로서 실행될 수 있다. 상기 모듈은 메모리(820, 870)에 저장될 수 있고, 프로세서(810, 860)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리(820, 870)는 상기 프로세스(810, 860)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 잘 알려진 수단으로 상기 프로세스(810, 860)와 연결될 수 있다.

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

상술한 바와 같은 본 발명은 IEEE 802.11 기반 무선랜 시스템에 적용되는 것을 가정하여 설명하였으나, 이에 한정될 필요는 없다. 본 발명은 복수의 채널을 사용하여 넓은 대역의 채널을 통해 통신을 수행하는 것이 필요한 다양한 무선 시스템에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims

무선랜(WLAN) 시스템에서 스테이션(STA)이 복수의 채널을 활용하여 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
상기 복수의 채널 각각에서 CCA (Clear Channel Assessment) 동작을 수행하고,
상기 복수의 채널 중 하나 이상의 채널이 사용되지 않고 있고, 상기 하나 이상의 채널이 상기 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송에 이용되지 않는 경우, 상기 하나 이상의 채널에서 백오프 절차를 진행 또는 재진행하며,
상기 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우, 상기 하나 이상의 채널을 통해 프레임을 전송하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널은 주 채널(Primary Channel) 및 하나 이상의 보조 채널(Secondary Channel)을 포함하며,
상기 백오프 절차를 진행 또는 재진행하는 하나 이상의 채널은 상기 주 채널 및 상기 하나 이상의 보조 채널을 포함하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널 중 주 채널 또는 보조 채널을 통해 프레임이 수신된 경우, 상기 프레임이 수신된 주 채널 또는 보조 채널 각각에 대해 NAV 값을 설정 또는 갱신하는, 프레임 전송 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 스테이션의 물리계층 엔터티는 상기 주 채널과 겹치지 않는 상기 보조 채널을 통해 프레임이 수신되는 경우 MAC 계층 엔터티에 수신벡터(RXVECTOR) 프리미티브를 발행하며,
상기 수신 벡터 프리미티브는 상기 복수의 채널 전체에 대한 채널 리스트를 포함하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널 중 주 채널이 다른 BSS 프레임 전송에 이용되는 경우, 상기 복수의 채널 중 하나 이상의 보조 채널에 대해 상기 백오프 절차를 진행 또는 재진행하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 스테이션의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송인지 여부의 판정은 상기 스테이션의 물리계층 엔터티가 해당 프레임의 HE SIG 필드를 확인하여 수행하는, 프레임 전송 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 스테이션의 물리계층 엔터티가 해당 프레임의 HE SIG 필드를 통해 상기 스테이션의 BSS 내 프레임 전송인지를 확인할 수 없는 경우, 상기 해당 프레임은 상기 스테이션의 BSS 내 프레임 전송으로 간주하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널 중 상기 백오프 절차가 진행 중 프레임 전송에 사용되었던 채널은, 상기 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우 수행되는 프레임 전송에 이용되지 않도록 설정하는, 프레임 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 스테이션은 AP(Access Point) 스테이션 또는 비 AP 스테이션인, 프레임 전송 방법.
무선랜(WLAN) 시스템에서 복수의 채널을 활용하여 프레임을 전송하도록 구성되는 스테이션(STA) 장치에 있어서,
상기 복수의 채널 각각에서 CCA (Clear Channel Assessment) 동작을 수행하고, 상기 복수의 채널 중 하나 이상의 채널이 사용되지 않고 있고, 상기 하나 이상의 채널이 상기 스테이션 장치의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송에 이용되지 않는 경우, 상기 하나 이상의 채널에서 백오프 절차를 진행 또는 재진행하도록 구성되는 프로세서; 및
상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서의 백오프 절차에 따라 백오프 카운터 값이 0이 되는 경우 상기 하나 이상의 채널을 통해 프레임을 전송하도록 구성되는 송수신기(transceiver)를 포함하는, 스테이션 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는 물리계층 엔터티 및 MAC (Medium Access Control) 계층 엔터티를 포함하며,
상기 스테이션 장치의 물리계층 엔터티는 상기 스테이션 장치의 BSS (Basic Service Set) 내 프레임 전송인지 여부의 판정을 해당 프레임의 HE SIG 필드를 확인하여 수행하는, 스테이션 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는 물리계층 엔터티 및 MAC (Medium Access Control) 계층 엔터티를 포함하며,
상기 물리계층 엔터티는 주 채널과 겹치지 않는 보조 채널을 통해 프레임이 수신되는 경우, 상기 MAC 계층 엔터티에 수신벡터(RXVECTOR) 프리미티브를 발행하되,
상기 수신 벡터 프리미티브는 상기 복수의 채널 전체에 대한 채널 리스트를 포함하는, 스테이션 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 스테이션 장치는 AP(Access Point) 스테이션 또는 비 AP 스테이션으로 동작하도록 구성되는, 스테이션 장치.