KR101933445B1 - 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 통신 시스템에서 하나의 AP(Access Point)가 복수의 단말들, 즉 스테이션(STA(station))들로 서비스 품질을 유지하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 단말들과 하나의 AP 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역을 통해, 상기 단말들로부터 인접 단말 정보를 수신하고, 상기 인접 단말 정보를 통해 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인하고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에서 상기 AP로의 전송 가능 시간을 확인하고, 상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 상기 전송 가능 시간을 송신하며, 상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당된다.다.

Description

통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving data in communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 하나의 AP(Access Point)가 복수의 단말들, 즉 스테이션(STA(station))들로 서비스 품질을 유지하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 통신 시스템의 일 예로 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템에서는, 대용량의 데이터를 한정된 자원을 통해 고속 및 안정적으로 전송하기 위한 방안들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 통신 시스템에서는, 무선 채널을 통한 데이터 전송에 대한 연구가 진행되고 있으며, 최근에는 WLAN 시스템이 한정된 무선 채널을 효과적으로 이용하여 대용량의 데이터를 정상적으로 송수신하기 위한 방안들이 제안되고 있다.
한편, 현재 통신 시스템에서는 보다 대용량의 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 기존 통신 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른, 새로운 주파수 대역에 대한 연구가 진행되고 있으며, 특히 이러한 새로운 주파수 대역에서의 데이터 송수신을 위한 연구가 진행되고 있다.
하지만, 현재 통신 시스템에서는, 기존의 주파수 대역과 달리 새로운 주파수 대역에서 데이터 송수신을 위한 구체적인 방안이 전혀 제시되지 못하고 있으며, 특히 새로운 주파수 대역에서 데이터 송수신을 위한 프레임에 대한 구체적인 방안, 및 복수의 사용자들에게 정상적으로 데이터를 송수신하는 구체적인 방안이 전혀 제시되지 못하고 있다. 다시 말해, 새로운 주파수 대역에서 하나의 AP가 복수의 사용자들, 예컨대 단말들에게 QoS를 유지하여 정상적으로 데이터를 송수신하기 위한 구체적인 방안이 전혀 제시되지 못하고 있다.
따라서, 통신 시스템, 예컨대 WLAN 시스템에서 새로운 주파수 대역을 통해 데이터를 고속 및 안정적으로 송수신하기 위해, 새로운 주파수 대역에서의 프레임, 및 이러한 프레임을 통해 새로운 주파수 대역에서 복수의 사용자들, 즉 복수의 단말들에게 QoS를 유지하여 정상적으로 대용량의 데이터를 송수신하는 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 새로운 주파수 대역에서의 프레임을 구성하여 데이터를 고속 및 안정적으로 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 통신 시스템에서 새로운 주파수 대역에서 복수의 사용자들, 즉 복수의 단말들에게 서비스 품질을 유지하여, 대용량의 데이터를 정상적으로 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서, 복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역을 통해, 상기 단말들로부터 인접 단말 정보를 수신하는 수신부; 상기 인접 단말 정보를 통해 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인하고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에서 상기 AP로의 전송 가능 시간을 확인하는 확인부; 및 상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 상기 전송 가능 시간을 송신하는 송신부;를 포함하며; 상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당된다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서, 복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역에서의 인접 단말 정보를 생성하는 생성부; 상기 인접 단말 정보를 상기 AP로 송신하는 송신부; 및 상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해, 상기 인접 단말 정보에 상응하는 단말 그룹의 전송 가능 시간을 수신하는 수신부;를 포함하며; 상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되고; 상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하며; 상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서, 복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역을 통해, 상기 단말들로부터 인접 단말 정보를 수신하는 단계; 상기 인접 단말 정보를 통해 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인하고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에서 상기 AP로의 전송 가능 시간을 확인하는 단계; 및 상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 상기 전송 가능 시간을 송신하는 단계;를 포함하며; 상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당된다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서, 복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역에서의 인접 단말 정보를 생성하는 단계; 상기 인접 단말 정보를 상기 AP로 송신하는 단계; 및 상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해, 상기 인접 단말 정보에 상응하는 단말 그룹의 전송 가능 시간을 수신하는 단계;를 포함하며; 상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되고; 상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하며; 상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 복수의 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화하고, 새로운 주파수 대역에서의 프레임을 구성한 후, 이렇게 구성된 프레임을 통해 단말 그룹 별로 복수의 단말들에게 비콘 오프셋을 갖고, 데이터의 전송 가능 시간 정보를 포함하는 비콘 프레임들을 송수신함으로써, 새로운 주파수 대역에서 복수의 단말들에게 서비스 품질을 유지하면서 정상적으로 데이터를 송수신할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP의 서비스 커버리지 내에서 데이터 송신을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 단말들의 그룹화를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 전송 가능 시간 할당을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 비콘 프레임 송수신을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 데이터 송신 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터수신 장치의 데이터 수신 과정을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템, 예컨대 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템에서 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 WLAN 시스템을 일 예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방안은, 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.
통신 시스템에서 기존의 시스템에서 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역에서, 하나의 AP(Access Point)가 복수의 단말들, 예컨대 스테이션(STA(station))들에게 전송 지연 등의 서비스 품질을 유지하여, 대용량의 데이터를 정상적으로 송수신한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, WLAN 시스템에서 복수의 단말들에게 서비스를 지원하기 위해 AP를 제어하여, 새로운 주파수 대역에서 복수의 단말들에게 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)을 유지하면서, 정상적으로 대용량의 데이터를 송수신하며, 그에 따라 복수의 단말들, 즉 복수의 사용자들에게 다양한 QoS를 갖는 서비스를 안정적으로 제공한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템, 일 예로 WLAN 시스템은, 비허가 대역에서 고속의 데이터 서비스를 제공하는 무선 통신 기술을 이용하며, 특히 기존 셀룰라 시스템과는 달리, 기지국 역할을 하는 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭하기로 함)는 유선 네트워크와 전원만 연결되면 누가 쉽게 설치 가능하고 저렴한 가격으로 데이터 통신이 가능하다. 이러한 WLAN 시스템의 분산적 동작(decentralized operation) 특성은 간단한 동작을 가능하게 한다는 장점을 가지고, 센서 네트워크 및 스마트 유틸리티 네트워크로까지 확산되고 있다. 이때, 센서 네트워크나 스마트 유틸리티 네트워크와 같은 응용에서는 각각의 단말이 많은 데이터를 전송하지는 않지만, WLAN 시스템에서는, 전송 지연 등과 같은 서비스 품질이 중요한 요소가 되고, 하나의 AP가 많은 수의 단말들을 지원하는 것이 중요하다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는, WLAN 시스템에서 복수의 단말들에게 위치 기반 그룹화를 이용하여 다중 접속 방식을 지원하며, 이때 상기 복수의 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 그룹화한 후, 상기 단말들의 단말 그룹들과 각각의 비콘(beacon) 프레임들을 송수신한다. 여기서, 상기 WLAN 시스템은, 반송파 센싱을 통하여 접속 여부를 결정하는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 다중 접속을 하는 방식으로, 중앙 집중적 관리가 거의 없어 아주 간단하다는 장점을 가지지만, 무선 채널의 특성상 히든 노드(hidden node) 문제가 발생하며, 상기 히든 노드 문제는, 넓은 서비스 커버리지를 갖는 실외 통신 환경에서는 더욱 심각해진다.
그에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 복수의 단말들이 AP에 초기 접속할 때, 인접 단말들의 주소와 상기 인접 단말들로부터 수신된 신호의 수신 전력 등의 정보, 즉 인접 단말 정보를 AP에 송신함에 따라, 상기 AP가 상기 복수의 단말들을 지리적으로 인접한 단말들끼리 단말 그룹을 형성하게 하고, 각 단말 그룹들 간에는 접속 가능한 시간을 다르게 할당하여, 단말 그룹들 간에는 접속 충돌을 회피하고, 동일 단말 그룹에 포함된 인접한 단말들 간에서만 CSMA 방식의 경쟁을 통해 다중 접속을 제어한다. 이때, 각 단말들은, 전술한 바와 같이 AP로 전송하는 인접 단말 정보, 즉 인접 단말들의 주소 정보 및 인접 단말들로부터의 수신 전력 정보를, 접속 요청 프레임(association request frame) 또는 데이터 프레임의 매체 접속 제어 계층(MAC(Media Access Control)) 헤더(header)에 포함시켜 송신한다.
한편, 상기 WLAN 시스템에서는, 전술한 히든 노드 문제를 해결하기 위해서, RTS(Request To Send) 프레임 및 CTS(Clear To Send) 프레임의 송수신을 통해 채널을 확보한 후, 데이터를 전송한다. 여기서, 상기 RTS 프레임 및 상기 CTS 프레임은, 상대적으로 정보 양이 적어 데이터 프레임에 비해 충돌 확률이 낮음으로, 상기 히든 노드 문제를 감소시킬 수 있으나, 완전한 히든 노드 문제를 해결함에는 한계가 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해, 상기 WLAN 시스템에서는, RTS 프레임 및 CTS 프레임의 임계치를 설정하여, 데이터의 양이 상기 설정된 임계치 이상이면, RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신을 통해 채널을 확보한 후 데이터를 전송하고, 상기 설정된 임계치보다 작으면, RTS 프레임 및 CTS 프레임의 송수신 없이 데이터 프레임을 전송하는 방안이 제안되었다.
이러한 방안은, 실내와 같이 좁은 영역에서 단말들의 수가 작을 경우에는 히든 노드 문제를 RTS 프레임 및 CTS 프레임을 통해 경감할 수 있지만, 실외 환경에서 많은 수의 단말들이 하나의 AP에 접속하는 경우에는 히든 노드 문제가 더욱 심각해질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, AP의 서비스 커버리지 내에서 지리적으로 인접한 영역에 위치하는 단말들을 하나의 단말 그룹으로 그룹화하고, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 지리적으로 이격된 단말 그룹들 간에는 접속 시도 시간을 상이하게 설정하여, 단말 그룹들 간의 접속 충돌을 방지하고, 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은 동일한 시간 구간 동안에 접속을 시도하게 하여, 히든 노드 문제를 해결한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에는, WLAN 시스템을 실외 환경에서 사용하고, 상기 WLAN 시스템의 서비스 커버리지를 넓히기 위해서 AP에 다수의 안테나 또는 안테나 이득이 좋은 안테나를 사용하거나 단말에 비해 송신 전력을 높이는 경우에는 실내 환경 보다 히든 노드 문제가 더욱더 심각해지고, 아울러 단말들의 개수가 증가할 수록 히든 노드 문제에 의해 패킷의 충돌 확률이 증가함을 해결하기 위해, 즉 전술한 히든 노드 문제를 해결하기 위해서, 복수의 단말들이 AP로 송신하는 프레임에 인접 단말 정보를 포함시켜, 상기 AP로 송신하고, 상기 AP가 상기 프레임에 포함된 인접 단말 정보를 이용하여 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서, 지리적으로 인접한 단말들을 단말 그룹으로 그룹화하고, 이렇게 복수의 단말들이 그룹화된 단말 그룹들 간의 AP로의 접속을 제어한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 전술한 바와 같은 WLAN 시스템의 히든 노느 문제를 해결하기 위해서, 복수의 단말들로부터 수신한 인접 단말 정보를 이용하여 AP가 복수의 단말들을 단말 그룹들로 그룹화하고, 단말 그룹들 별로 상기 AP로의 접속 시간을 상이하게 할당한다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, WLAN 시스템을 실외에서 사용할 경우에도 심각하게 발생하는 히든 노드 문제에 의한 네트워크 스루풋 저하를 방지한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 하나의 AP가 새로운 주파수 대역을 통해, 복수의 단말들에게 QoS를 유지하면서 대용량의 데이터를 정상적으로 송수신하도록, 하나의 물리적인 AP가 복수의 AP들로 동작, 다시 말해 하나의 물리적 AP가 복수의 가상 AP들을 포함하여 복수의 AP들의 기능을 동시에 수행함으로써, CSMA 방식의 단점을 극복한다. 여기서, 상기 하나의 물리적 AP에 포함되는 가상의 AP들은, AP와 동일한 기능을 수행하며, 특히 복수의 단말들에 대한 단말 그룹을 관리하는 기능을 수행한다.
또한, CSMA 방식에서는 해당 시간에 많은 수의 단말들이 데이터를 전송하고자 할 경우, 단말들이 데이터 전송을 위해 서로 경쟁만을 하다 보면 전송 지연에 대한 요구 사항을 만족시키기 어렵고, 최악의 상황에서는 각 단말들이 새롭게 전송한 데이터들 간의 충돌만 발생하여 아무런 단말들도 데이터를 전송하지 못할 수 있다. 다시 말해, CSMA 방식은 중앙에서 단말들의 접속을 제어하는 역할을 수행하지 않고, 데이터 전송을 위해 단말들이 서로 경쟁하여, 경쟁에서 승리하는 단말이 데이터를 전송하는 분산적 동작 특성을 갖기 때문에, 하나의 AP에서 실제적으로 지원할 수 있는 단말의 개수에 한계가 있다.
하지만, 센서 네트워크나 VoIP(Voice over Internet Protocol)를 주로 이용하는 WLAN 시스템에서는, 전송해야 하는 데이터의 양은 많지 않지만, 전송 지연에 대한 서비스 품질을 만족시켜야 하고, 또한 많은 수의 단말들이 동시에 접속이 가능해야 한다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같은, WLAN 시스템에서의 서비스 품질도 만족시키면서 많은 수의 단말들을 효과적으로 지원할 수 있도록 AP 제어 방식 및 단말들의 접속 방식을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, WLAN 시스템에서 하나의 AP에 많은 수의 단말들이 동시 접속하여 데이터를 전송하기 위해 여러 개의 단말들이 경쟁하여 접속할 경우, 무선 환경에서 패킷을 충돌할 확률이 단말들의 수만큼 증가하여 채널 이용 효율이 현저하게 떨어지게 되고, 극단적인 경우에는 계속 패킷 충돌만 발생하고 아무도 데이터를 전송하지 못하는 상황까지 발생할 수 있음으로, CSMA 방식에 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access)을 적용하여, 복수의 단말들이 동시에 접속하고 할 경우에도, AP 및 단말들의 접속을 제어하여 단말들과 정상적으로 데이터를 송수신하도록 한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 새로운 주파수 대역에서의 무선 전송은, 기존 WLAN 시스템이 사용하던 2.4GHz나 5GHz 대역이 아닌 새로운 주파수 대역에서의 무선 전송을 의미한다. 그에 따라, 새로운 주파수 대역에서 무선 전송이 이루어지는, 본 발명의 실시 예에서 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조를 그래도 사용할 경우, 불필요한 오버헤드(overhead)가 많아서 데이터 처리율이 저하된다. 예를 들어, IEEE 802.11ac 시스템에서는 같은 5GHz 대역에서 이미 정의되어 있는 IEEE 802.11a 시스템과 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성을 유지하기 위해서 부가적인 신호 및 정보들이 포함된다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 새로운 주파수 대역에서 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조를 사용할 경우에는 이와 같은 호환성을 위한 부가적인 신호 및 정보가 필요 없기 때문에 효율적인 프레임 구성이 가능하다. 그리고 새로운 전송 방식 및 데이터 전송률이 정의될 경우에는 제어 정보의 비트 할당 등이 바뀔 수 있다.
여기서, 전술한 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조는, 같은 5GHz를 사용하는 IEEE 802.11a 시스템과 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성을 위해서 Legacy Short Training Field (L-STF), Legacy Long Training Field (L-LTF), Legacy Signal Field (L-SIG) 등을 우선 정의한 후, 실제 IEEE 802.11ac 시스템에서 사용하는 프레임의 제어 정보가 포함된 Very High Throughput Signal Field (VHT-SIG), 자동 이득 조절을 위한 Very High Throughput Short Training Field (VHT-STF), 채널 추정을 위한 Very High Throughput Long Training Field (VHT-LTF), 실제 전송되는 데이터가 포함된 Data Field를 정의하고 있다.
이때, 전반부의 L-STF, L-LTF, L-SIG는, IEEE 802.11a 시스템과 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성을 위해서 정의된 부분이며, 5GHz 대역을 사용하지 않는 시스템에서는, 전술한 호환성을 위한 필드(field)들, 즉 L-STF, L-LTF, L-SIG는 불필요한 오버헤드로 동작하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는, 오버헤드를 감소시키고, 새로운 주파수 대역을 이용하는 새로운 시스템에서 요구되는 새로운 제어 정보를 포함하는 새로운 프레임 구조를 구성한다.
또한, IEEE 802.11ac 시스템은, 5GHz 대역에서 IEEE 802.11a 시스템과 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성을 유지하면서 G bps급의 데이터 전송을 가능하게 하고 있다. 특히, IEEE 802.11ac 시스템은, 20MHz, 40MHz, 80MHz, 160MHz의 대역폭을 지원하며, 최대 8개의 데이터 스트림을 다중 송수신 안테나 기술을 이용하여 전송하고, 이때 전술한 바와 같이 다른 시스템과의 호환성을 유지하기 위해서 프레임을 구성하여 데이터를 전송한다. 그러면 여기서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프레임 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, IEEE 802.11ac 시스템의 프레임은, 복수의 단말들로의 데이터 송수신을 위한 제어 정보가 포함되는 제어 필드들, 다시 말해 L-STF(102), L-LTF(104), L-SIG(106), VHT-SIG A1(108), VHT-SIG A2(110), VHT-STF(112), 복수의 VHT-LTF들, 즉 VHT-LTF 1(114) 및 VHT-LTF N(116), VHT-SIG B(118)를 포함하며, 복수의 단말들로 송신되는 데이터가 포함되는 데이터 필드로 복수의 데이터 필드들, 즉 DATA 1(120), DATA 2(122), 및 DATA M(124)을 포함한다.
여기서, 상기 L-STF(102)는, 신호 검파, 자동 이득 조절, 주파수 오차 추정, 및 프레임 동기 등에 이용되며, 상기 L-LTF(104)는, 채널 추정 및 주파수 오차 추정 등에 이용된다. 또한, 상기 L-SIG(106)는, 전송률 정보 및 프레임 길이 정보 등을 포함하고, 상기 VHT-SIG A1(108) 및 상기 VHT-SIG A2(110)는, 대역폭, 보호구간 길이, 시공간 부호, 전송률(MCS(Modulation and coding scheme) 레벨), 데이터 스트림 수, AID 정보, 사용 부호 기술, 빔포밍 등의 정보를 포함한다.
그리고, 상기 VHT-STF(112)는, 자동 이득 조절에 이용되고, 상기 VHT-LTF 1(114) 및 상기 VHT-LTF N(116)은, 채널 추정에 이용되며, 상기 VHT-SIG B(118)는, 다중 사용자(multi user) MIMO(Multi-Input Multi-Output)를 위한 사용자 별 전송율(MCS 레벨), 및 데이터 길이 정보 등을 포함하며, 상기 DATA 1(120), DATA 2(122), 및 DATA M(124)은, 실제 사용자들, 즉 단말들인 STA(station)들에게 전송되는 데이터를 포함한다.
여기서, 상기 VHT-LTF 1(114) 및 상기 VHT-LTF N(116)은, 상기 프레임을 통해 송신되는 데이터 스트림의 수에 따라서 결정되며, 예컨대 1개의 스트림만 전송되는 경우는 VHT-LTF 1(114)만, 즉 1개의 VHT-LTF가 프레임에 포함되고, 스트림 수가 2개이면, VHT-LTF 1(114)와 VHT-LTF 2, 즉 2개의 VHT-LTF가 프레임에 포함된다.
또한, 상기 L-SIG(106)의 전송률과 프레임의 길이 정보는, 실제 데이터의 정보를 포함하는 것이 아니라, IEEE 802.11a 시스템 또는 IEEE 802.11n 시스템의 단말들이 해당 프레임을 수신할 경우, 상기 수신한 해당 프레임의 길이 동안 데이터 전송이 이루어지지 않도록 한다. 여기서, 상기 L-SIG(106)의 전송률과 프레임의 길이 정보는, IEEE 802.11a 시스템 또는 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성이 고려되지 않을 경우 불필요한 정보가 된다. 그리고, 상기 L-STF(102)와 상기 L-LTF(104)는, 상기 VHT-STF(112)와 상기 VHT-LTF들(114,116)로 기능을 대체할 수 있으며, 전술한 바와 같이 호환성을 고려하지 않을 경우 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조는 오버헤드가 존재함으로 효율적이지 못한 프레임 구조가 된다. 이러한 비효율성을 제거하여 새롭게 구성한 프레임 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는, 도 1에 도시한 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임 구조에서 IEEE 802.11a 시스템 또는 IEEE 802.11n 시스템과의 호환성을 배제하면서 프레임의 오버헤드를 감소시켜 효율성을 향상시킨 프레임 구조를 도시한 도면이며, 아울러 본 발명의 다른 실시 예에 따른 통신 시스템에서 기존 시스템에서의 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역에서의 새로운 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임은, 복수의 단말들로의 데이터 송수신을 위한 제어 정보가 포함되는 제어 필드들, 다시 말해 VHT-STF(202), VHT-SIG A1(206), VHT-SIG A2(208), 복수의 VHT-LTF들, 즉 VHT-LTF 1(204), VHT-LTF 2(210) 및 VHT-LTF N(212), VHT-SIG B(214)를 포함하며, 복수의 단말들로 송신되는 데이터가 포함되는 데이터 필드로 복수의 데이터 필드들, 즉 DATA 1(216), DATA 2(218), 및 DATA M(220)을 포함한다.
여기서, 상기 VHT-STF(202)는, 신호 검파, 자동 이득 조절, 주파수 오차 추정, 및 프레임 동기 등에 이용되며, 상기 VHT-LTF 1(204)은, 채널 추정 및 주파수 오차 추정 등에 이용된다. 또한, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 상기 VHT-SIG A2(208)는, 대역폭, 보호구간 길이, 시공간 부호, 전송률(MCS 레벨), 데이터 스트림 수, AID 정보, 사용 부호 기술, 빔포밍, 새로운 전송 모드 적용 등의 정보를 포함한다.
그리고, 상기 VHT-LTF 1(204) 뿐만 아니라 상기 VHT-LTF 2(210) 및 상기 VHT-LTF N(212)은, 채널 추정에 이용되며, 상기 VHT-SIG B(214)는, 다중 사용자 MIMO를 위한 사용자 별 전송율(MCS 레벨), 및 데이터 길이 정보 등을 포함하며, 상기 DATA 1(216), DATA 2(218), 및 DATA M(220)은, 실제 사용자들, 즉 단말들인 STA들에게 전송되는 데이터를 포함한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 새로운 주파수 대역에서의 프레임을 이용하여 데이터를 송수신하기 위해, 상기 VHT-STF(202)를 전술한 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임에서 상기 L-STF(102)의 길이만큼 확장하여, 상기 VHT-STF(202)는 상기 L-STF(102)가 수행하는 기능을 수행하게 된다. 그리고, 상기 VHT-LTF들(204,210,212)에서, 첫번째 Long Training Field인 상기 VHT-LTF 1(204)을 프레임의 앞부분에 우선 배치, 즉 상기 VHT-LTF 1(204)을 상기 VHT-STF(202) 다음에 위치시키고, 나머지 N-1개의 VHT-LTF들(210,212)은, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 상기 VHT-SIG A2(208) 이후에 배치한다. 또한, 모든 단말들이 수신하여야 하는 프레임에 대한 제어 정보는, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 상기 VHT-SIG A2(208)에 포함된다.
아울러, 이러한 새로운 주파수 대역에서의 프레임을 이용하여 데이터를 송수신하는 통신 시스템이 다중 사용자 MIMO 기능을 지원할 경우, 사용자 별 전송률 정보와 데이터 길이 정보를 포함하는 상기 VHT-SIG B(214)가, 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임 구조에 포함되어야 하며, 다중 사용자 MIMO 기능을 지원하지 않을 경우에는 상기 VHT-SIG B(214)가 프레임에서 생략될 수 있다.
여기서, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 상기 VHT-SIG A2(208)의 구조는 표 1에 나타낸 바와 같다.
VHT-SIG A1 B0-B1 대역폭 2-bit 20/40/80/160MHz를 각각 0/1/2/3으로 나타냄.
B3 예약 1-bit 1로 고정
B4-B9 Group ID 6-bit Group ID 정보 포함
B10-21 NSTS 12-bit 다중 사용자의 경우, 사용자 당 3bit으로 4명의 사용자의 스트림 수를 0~4까지 표현
단일 사용자의 경우, B10~B12로 1(000)~8(111)개 스트림까지 표시하고, B13~B21은 partial AID 정보 포함
B22 TXOP_PS_NOT_ALLO WED 1-bit TXOP_PS의 활용 가능 여부 표시
B23 예약 1-bit 1로 고정
VHT-SIG A2 B0-B1 Short GI 2-bit Short GI의 사용 여부에 따라 설정
B2-B3 부호화 방식(coding) 2-bit LDPC와 BCC의 사용 여부 표시
B4-B7 전송률(MCS) 4-bit BPSK 1/2 code rate부터 256-QAM 5/6 code rate까지 10가지 MCS 정의
B8 빔포밍 1-bit 빔포밍 사용 여부 표시
B9 예약 1-bit 1로 고정
B10-B17 CRC 8-bit CRC bit 삽입
B18-B23 tail 6-bit Viterbi decoder의 trellis 마무리 용
그리고, 표 1에서, 도 2에 도시한 바와 같은, 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임 구조를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 가능한 대역폭(BW(Band Width))이, 4가지 이상인 경우, 예컨대 20MHz, 40MHz, 80MHz, 160MHz 이상인 경우를 고려하여 상기 VHT-SIG A1(206)의 B3 영역을 추가적으로 대역폭 정보에 활용할 수 있다. 그리고, 상기 VHT-SIG A1(206)에서 전송 시공간 스트림 수를 나타내는 NSTS의 경우, 다중 사용자를 위해서 최대 4개의 스트림씩 4명의 사용자에게 할당되어 있고, 단일 사용자의 경우에는 최대 8개의 스트림이 할당될 수 있도록 한다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같은, 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임 구조를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 전술한 바와 같이 할당되는 스트림을 각각 반으로 줄여서 1 비트(bit)씩의 여유를 확보하고, 이렇게 확보된 1 bit를 새로운 전송 방식에 할당할 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임 구조를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 반복 전송 등을 통해 기존의 시스템과 비교하여 전송률이 반으로 줄어들지만, 통신 거리를 늘릴 수 있는 모드를 정의하도록 1 비트를 각각 할당 할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 다중 사용자의 경우 사용자 당 3 비트가 할당되며, 이때 상기 3비트 중에서 1비트는 반복 전송 여부를 나타내는 비트로 할당하고, 나머지 2 비트로 전송 스트림 수를 나타낸다. 아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 단일 사용자의 경우에도 1 비트는 반복 전송 여부를 나타내는데 사용하고, 나머지 2 비트로 1개에서 4개의 전송 스트림까지 정의하며, 추가적인 전송 모드가 더 필요한 경우에는 다른 reserved bit들을 사용하여 추가적인 전송 모드를 이용할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 통신 거리를 더 확장하기 위해 4배 반복 전송 또는 6배 반복 전송 모드까지 정의할 경우, 상기 VHT-SIG A1(206)의 B23 영역 또는 상기 VHT-SIG A2(208)의 B9 영역까지 새로운 모드 정의에 활용한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 반복 전송과 같이 수신 감도를 높여 통신 거리를 확장하는 모드를 사용하는 경우에는 초기 신호 검파 및 채널 추정의 성능을 향상하기 위해 상기 VHT-STF(202)와 VHT-LTF들(204,210,212)의 길이를 각각 확장하여 사용한다. 여기서, 상기 확장된 VHT-LTF들(204,210,212)은, 기존 OFDM 심벌과 같은 구조를 가지며, 이때 VHT-LTF들(204,210,212)가 확장되지 않을 경우에는, L-LTF(104)와 같이, DGI(double GI(Guard Interval)) + LTF + LTF의 구조를 갖고, VHT-LTF들(204,210,212)가 확장되는 경우에는 DGI(double GI) + LTF + LTF의 구조 뒤에 덧붙이는 것을 (GI+LTF)의 구조의 개수를 확장하면서 덧붙여 확장한다.
여기서, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 상기 VHT-SIG A2(208)의 기본 구조는, 설명의 편의를 위해, 총 64개의 부반송파 중에서 보호 대역과, DC(Direct Current), 그리고 파일럿 부반송파를 제외한 52개의 데이터 부반송파에 BPSK(binary phase shift keying), 1/2 부호율을 갖는 채널 부호가 사용된다고 가정하기로 한다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 하나의 OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing) 심볼(symbol) 당 26개의 비트를 할당할 수 있지만, IEEE 802.11ac 시스템의 L-SIG(106)와 같이 48개의 데이터 부반송파만 사용하여 하나의 OFDM 심볼당 24개의 비트만 할당할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템이, IEEE 802.11ac 시스템과 같이, 64개의 부반송파를 이용하는 W Hz 대역폭 모드, 128개의 부반송파를 이용하는 2W Hz 대역폭 모드, 256개의 부반송파를 사용하는 4W Hz 대역폭 모드, 및 512개의 부반송파를 사용하는 8W Hz 대역폭 모드가 기본적으로 존재하며, 추가적으로 32개의 부반송파를 사용하는 W/2 Hz 대역폭 모드가 존재한다. 여기서, IEEE 802.11ac 시스템에서는 W = 20MHz로 정의되지만, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, IEEE 802.11ac 시스템과는 다른 새로운 주파수 대역을 사용하기 위해서 대역폭을 변화시켜 사용하며, 이때 상기 새로운 주파수 대역에서의 대역폭은 W Hz로 정의된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, W/2 대역폭 모드를 위한 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)와, W Hz, 2W Hz, 4W Hz, 및 16W Hz 대역폭 모드들을 위한 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)를 구분하여 정의한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 상기 W Hz, 2W Hz, 4W Hz, 및 16W Hz 대역폭 모드의 경우에는 64개의 부반송파를 갖는 W Hz 대역폭 모드를 정의하며, 이러한 대역폭 모드들을 확장하는 방식임으로, 상기 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 포함되는 총 비트수는 동일하다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 2개의 OFDM 심볼을 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 할당할 경우, 총 52비트 또는 48비트를 제어 정보를 할당하는데 사용한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, W/2 Hz 대역폭 사용 가능한 부반송파가 1/2로 줄어들어, 하나의 OFDM 심볼 당 할당할 수 있는 비트수가 제한된다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 64개의 부반송파를 활용하는 W Hz 대역폭 모드와, 32개의 부반송파를 활용하는 W/2 Hz 대역폭 모드에 따라 각각 부반송파를 할당한다. 여기서, 도 4에 관해서는, 이하에서 보다 구체적으로 설명할 것임으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 대역폭에 따라 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 할당 가능한 정보 비트의 수가 차이가 크므로, 대역폭에 따라 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)의 OFDM 심벌 수와 비트 할당 방식을 다르게 한다.
보다 구체적으로 설명하면, 우선 W Hz 대역의 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 2개의 OFDM 심벌을 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)로 사용한다고 가정하여, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)의 48 비트 또는 52 비트에 대한 비트 할당, 즉 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 포함되는 정보는 다음과 같다.
- MCS(변조 및 부호 방식): 4비트 필요함(IEEE 802.11ac 시스템의 10가지와 가장 낮은 전송률에 반복 전송을 적용한 새로운 MCS들을 포함한 최대 16가지 표현).
- Length(패킷 길이): 바이트 단위(2 byte 또는 4 byte 형태로 표시) 또는 OFDM 심벌 단위(마지막 OFDM 심벌의 모호함(ambiguity)을 해결하기 위한 차가 비트를 포함)로 길이 표시하여 10비트 이상이 필요함. 여기서, IEEE 802.11a 시스템의 경우에는 12 비트, IEEEE 802.11n 시스템의 경우에는 16 비트, 그리고 IEEE 802.11ac 시스템의 경우에는 17 비트임.
- Guard Interval(보호 구간 길이): Regular GI, Short GI, 및 필요에 따라 Shorter GI 형태로 2 가지, 또는 3, 4가지 형태를 포함하며, 1 비트 또는 2 비트 필요함.
- BW(대역폭): W Hz, 2W Hz, 4W Hz, 및 8W Hz 대역폭을 나타내기 위한 2 비트와, W/2 Hz 대역폭 모드를 표시하기 위한 1 비트가 추가되며, 이때 W/2 Hz 대역폭 모드의 경우, 프리앰블을 이용한 자동 검출을 위해 BW 정보에 포함되지 않을 수도 있으며, 2~3 비트 필요함.
- STBC(Space-Time Block Code)(시공간 블록 부호): STBC 활용 여부를 나타내는 1 비트 필요함.
- Tail: 마지막에 6개의 0 비트 삽입.
- Nsts(시공간 스트림 수): MIMO를 활용하여 동시에 전송하는 데이터 스트림의 수로 최대 4개까지 표현이 가능하며, 2 비트 필요함.
- Coding scheme(부호화 방식): 컨벌루션 부호(convolutional code)와 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 부호의 선택으로 1 비트 필요함.
- TXOP-PS(TXOP(Transmission opportunity)를 활용한 절전(power save) 여부): TXOP-PS 활용 여부에 따른 선택을 표시하는 1 비트 필요함.
- CRC: VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 위한 8 비트 필요함(CRC의 부호률 변화를 통해 비트 수는 변경 가능).
- Reserved(예약 비트): 할당 후 남은 비트를 정해진 위치에 정해진 수로 표시.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 이러한 IEEE 802.11 시스템에서 사용하는 내용을 변경 및 다른 내용을 추가하며, 다음과 같은 정보가 더 추가적으로 포함, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 추가적으로 포함되는 정보는 다음과 같다.
- 응용 분야 및 QoS(Quality of Service) 요구 사항.
- 어그리게이션(aggregation) 여부.
- 배터리 파워(power) 경고 여부.
- 파워(power) 등급.
- PSMP(Power Save Multi-Poll) 그룹.
- 경고 신호.
- 많은 수의 STA 접속 관련 파라미터(parameter).
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 전술한 바와 같은 비트들을 조합하여 48 비트 또는 52 비트로 구성된 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)을 2개의 OFDM 심벌 동안에 전송한다.
아울러, W/2 Hz 대역폭 모드에서, 2개의 OFDM 심벌만을 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 할당할 경우에는 총 24 비트 할당이 가능함으로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 다음과 같이 필수 정보만 할당, 즉 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 포함되는 필수 정보는 다음과 같다.
- MCS: 4 비트
- Length: 12 비트
- Tail: 6 비트
- 패리티(Parity): 1 비트(CRC 대신에 패리티를 활용하여 오류 체크)
- W/2 Hz BW(또는 GI): 1비트, W/2 Hz 대역폭 모드 구분을 위해서 1 비트를 할당할 수 있으며, 이때 프리앰블 구조를 이용하여 자동 검출 할 수 있음으로, 대신에 보호 구간의 길이를 나타냄.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 24 비트로 필수 정보만을 할당함으로, 추가적으로 정보가 필요한 경우에는 OFDM 심볼의 길이 3개 또는 4개까지 확장하여, W Hz 대역폭 모드에서와 같이 필요한 정보를 추가적으로 할당한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, W/2 Hz 대역폭 모드 경우 패킷마다 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)의 길이를 다르게 하여, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 포함되는 정보의 양을 다르게 할 수도 있으며, 이때 전술한 바와 같이 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)의 길이가 다름을 수신 장치가 구분하고, 또한 반복 전송을 사용할 경우의 VHT-LTF들(204,210,212)의 확장 여부를 확인하기 위해서, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)의 변조를 Q-BPSK와 BPSK를 조합하여 전송한다. 그에 따라, 상기 수신 장치는, 우선 W/2 Hz 대역폭인지, W Hz, 2W Hz, 4W Hz, 및 8W Hz 대역폭인지를 구분하고, 이러한 구분에 상응하는 방식으로 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)를 확인하며, W/2 Hz 대역폭의 경우도 VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 사용되는 OFDM 심벌 수를 검출하여, VHT-SIG A1(206) 및 VHT-SIG A2(208)에 포함된 정보를 추출한다. 그러면 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 반복 전송 방식을 고려한 새로운 프레임 구조에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 통신 시스템에서의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은, 도 2에 도시한 새로운 주파수 대역에서의 새로운 프레임 구조에서 반복 전송 방식을 고려한, 새로운 프레임 구조를 도시한 도면이며, 이때 도 3은 VHT-SIG A1 및 VHT-SIG A2가 2개의 OFDM 심벌이고, 2회 반복 전송 방식을 일 예로 한 새로운 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임은, 복수의 단말들로의 데이터 송수신을 위한 제어 정보가 포함되는 제어 필드들, 다시 말해 VHT-STF(302), 2개의 VHT-SIG A1들(306,308), 2개의 VHT-SIG A2들(310,312), 복수의 VHT-LTF들, 즉 VHT-LTF 1(304), VHT-LTF 2(314) 및 VHT-LTF N(316), 반복 전송에 따른 2개의 VHT-SIG B들(318,320)을 포함하며, 복수의 단말들로 송신되는 데이터가 포함되는 데이터 필드로 복수의 데이터 필드들, 즉 2개의 DATA 1들(322,324) 및 2개의 DATA M들(326,328)을 포함한다.
여기서, 상기 VHT-STF(302)는, 신호 검파, 자동 이득 조절, 주파수 오차 추정, 및 프레임 동기 등에 이용되며, 상기 VHT-LTF 1(304)는, 채널 추정 및 주파수 오차 추정 등에 이용된다. 또한, 상기 VHT-SIG A1들(306,308) 및 상기 VHT-SIG A2들(310,312)은, 대역폭, 보호구간 길이, 시공간 부호, 전송률(MCS 레벨), 데이터 스트림 수, AID 정보, 사용 부호 기술, 빔포밍 등의 정보를 포함한다.
그리고, 상기 VHT-LTF 1(304) 뿐만 아니라 상기 VHT-LTF 2(314) 및 상기 VHT-LTF N(316)은, 채널 추정에 이용되며, 상기 VHT-SIG B들(318,320)은, 다중 사용자 MIMO를 위한 사용자 별 전송율(MCS 레벨), 및 데이터 길이 정보 등을 포함하며, 상기 DATA 1들(322,324) 및 상기 DATA M들(326,328)은, 실제 사용자들, 즉 단말들인 STA들에게 전송되는 데이터를 포함한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 도 2에 도시한 상기 새로운 주파수 대역에서의 프레임 구조에서, 반복 전송 방식을 고려, 즉 반복 전송 모드를 사용할 경우, 도 3에 도시한 프레임 구조에서와 같이, VHT-SIG A1 및 VHT-SIG A2, 뿐만 아니라 VHT-SIG B가 각각 앞의 심볼을 반복, 즉 연속적으로 반복되어, 2개의 VHT-SIG A1들(306,308), 2개의 VHT-SIG A2들(310,312), 및 2개의 VHT-SIG B들(318,320)이 프레임에 포함되며, 데이터 필드들 또한 각각 앞의 심볼을 반복, 즉 연속적으로 반복되어, 2개의 DATA 1들(322,324) 및 2개의 DATA M들(326,328)이 프레임에 포함된다. 상기 연속적으로 반복된 VHT-SIG A1들(306,308), VHT-SIG A2들(310,312), VHT-SIG B들(318,320), DATA 1들(322,324), 및 DATA M들(326,328)은, 앞 심볼을 반복한 심볼의 형태로서, 단순한 심볼 반복이거나, 서브캐리어(subcarrier) 위치를 변경하여 반복시키는 등의 다양한 반복 방식 등을 통해 프레임에 포함된다.
이러한 도 3에 도시한 프레임 구조를 이용하는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 수신 감도가 향상됨에 따라 VHT-STF(302)의 길이가 확장되어 수신 장치에서의 신호 검파의 성능이 향상되고, 상기 VHT-LTF2(314) 및 VHT-LTF N(316)의 길이 또한 확장된다. 즉, 도 2에서 설명한 바와 같이, 상기 VHT-STF(302)를 전술한 IEEE 802.11ac 시스템의 프레임에서 상기 L-STF(102)의 길이만큼 확장하여, 상기 VHT-STF(302)는 상기 L-STF(302)가 수행하는 기능을 수행하게 된다. 그리고, 상기 VHT-LTF들(304,314,316)에서, 첫번째 Long Training Field인 상기 VHT-LTF 1(304)을 프레임의 앞부분에 우선 배치, 즉 상기 VHT-LTF 1(304)을 상기 VHT-STF(302) 다음에 위치시키고, 나머지 N-1개의 VHT-LTF들(314,316)은, 상기 VHT-SIG A1들(306,308) 및 상기 VHT-SIG A2들(310,312) 이후에 배치한다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 통신 시스템은, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 시스템에서 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해, 하나의 AP(400)에 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)이 동시에 접속하고자 할 경우, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)이 동시에 하나의 AP(400)에 접속하여 상기 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 새로운 주파수 대역을 통해 데이터를 정상적으로 송수신하도록 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)을 소정개의 단말 그룹들, 예컨대 제1단말 그룹(Group 1) 제2단말 그룹(Group 2)로 그룹화한다. 그리고, 상기 통신 시스템은, 2개의 단말 그룹들이 번갈아 가면서 채널 사용 권한을 갖고, 채널 사용 권한을 갖는 시간 동안에는 해당 그룹에 속해 있는 단말들만 CDMA 방식으로 하나의 AP(400)에 접속하게 한다.
여기서, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)의 단말 그룹들에 해당하는 AP들을 구성, 다시 말해 상기 하나의 AP(400)에, 상기 단말 그룹들, 즉 제1단말 그룹에 해당하는 AP 기능을 수행하는 제1가상 AP(420)를 구성하고, 또한 제2단말 그룹에 해당하는 AP 기능을 수행하는 제2가상 AP(440)를 구성한다. 즉, 상기 하나의 AP(400)에는 제1단말 그룹에 해당하는 제1가상 AP(420)와 제2단말 그룹에 해당하는 제2가상 AP(440)가 포함된다. 상기 가상 AP들(420,440)은, 전술한 바와 같이, 하나의 물리적 AP(400)에 포함되며, 또한 상기 하나의 물리적 AP(400)와 동일한 기능을 수행하며, 특히 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)의 단말 그룹들을 관리하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 가상 AP들(420,440)은, 상기 단말 그룹들을 관리하는 기능의 AP를 의미한다.
그리고, 상기 하나의 AP(400)에 포함된 제1가상 AP(420)와 제2AP(440)는, 상기 하나의 AP(400)가 사용 가능한 주파수 대역, 즉 상기 하나의 AP(400)에 할당된 채널을 시간 분할 방식으로 채널을 분할하여 사용한다. 다시 말해, 상기 하나의 AP(400)에 할당된 채널을 시간 분할 방식으로 채널을 분할하여, 제1시구간에서는 제1단말 그룹에 포함된 단말들이 상기 제1가상 AP(420)에 접속하여 데이터를 송수신하고, 제2시구간에서는 제2단말 그룹에 포함된 단말들이 상기 제2가상 AP(440)에 접속하여 데이터를 송수신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 우선 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)이 하나의 AP(400)에 접속하면, 상기 하나의 AP(400)는, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)의 단말 정보 및 인접 단말 정보를 확인하여, 전체 단말들의 단말 그룹의 개수를 결정하고, 각 단말들이 포함된 단말 그룹에 대한 단말 그룹 정보, 예컨대 각 단말 그룹에 해당 가상 AP들(420,440)의 가상 AP 정보를 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)에게 알려준다.
여기서, 상기 하나의 AP(400)가 단말 그룹의 개수 결정하고, 또한 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)을 단말 그룹들로 그룹화하도록, 즉 해당 단말 그룹에 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)을 할당하도록, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)은, 상기 하나의 AP(400)로의 초기 접속 시에, 각 단말 자신이 전송할 평균적인 데이터 양, 또는 최대 수용 가능한 전송 지연 등의 서비스 품질에 대한 정보, 즉 단말 정보를 상기 AP(400)로 각각 전송한다. 또한, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)은, 상기 하나의 AP(400)로의 초기 접속 시에, 인접 단말들의 주소와 상기 인접 단말들로부터 수신된 신호의 수신 전력 등의 정보, 즉 인접 단말 정보를 상기 AP(400)로 각각 전송한다. 그리고, 상기 AP(400)는, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)로부터 각각 수신한 단말 정보 및 인접 단말 정보를 이용하여, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)의 단말 그룹을 결정하고 그룹화한다.
또한, 센서 네트워크나 스마트 유틸리티 네트워크와 같은 경우, 센서 단말들 또는 스마트 미터링 단말들은 자신의 단말 정보를 특정 주기마다 상기 AP(400)에 전송함으로써, 자신의 데이터 전송 주기, 전송 지연 허용 범위 또는 데이터의 중요도, 즉 우선 순위(priority) 등과 같은 QoS 파라미터, 즉 단말 정보를 상기 AP(400)에 각각 전송한다. 그리고, 상기 AP(400)는 전술한 단말들로부터 각각 수신한 단말 정보를 바탕으로 단말들을 단말 그룹들로 그룹화하며, 아울러 단말 그룹들의 파라미터, 즉 단말 그룹 정보를 결정하고 또한 전송한다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)로부터 단말 정보를 각각 수신한 AP(400)는, 전송 주기가 유사한 단말들을 동일한 단말 그룹으로 설정하거나, 전송 지연을 고려하여 해당 단말 그룹에 할당하는 채널 점유 주기나 채널 점유 시간과 같은 채널 점유권을 조절한다. 또한, 상기 AP(400)는, 데이터의 중요도가 높은 경우에는 해당 단말의 단말 그룹 내에서 총 단말의 개수를 감소시키는 등의 방식으로, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들의 QoS를 동일하게 유지시킬 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)이 자신의 단말 정보, 예컨대 QoS 파라미터를 상기 AP(400)로 각각 전송하고, 상기 AP(400)가 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)로부터 각각 수신한 단말 정보를 이용하여, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)을 복수의 단말 그룹들로 그룹화한다. 여기서, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)은, 상기 QoS 파라미터, 즉 단말 정보를 AP(400)로의 초기 접속 시에, 접속 요구 제어 패킷에 포함시켜 상기 AP(400)에게 전송하며, 상기 QoS 파라미터, 즉 단말 정보가 변경될 경우에는 초기 접속 이후 신호 송수신 구간 동안 AP(400)에 QoS 파라미터, 즉 단말 정보의 변경 정보를 알려준다, 이때, 상기 QoS 파라미터의 변경 정보, 단말 정보를 전송하기 위해서 데이터 패킷에 제어 필드를 추가하여, QoS 파라미터의 변경 정보를 전송한다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 상기 하나의 AP(400)가 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 각각 수신하여, 상기 복수의 단말들(402,404,406,408,410,412,414,416)을 제1단말 그룹과 제2단말 그룹으로 그룹화한 후, 상기 제1단말 그룹에 해당하는 제1가상 AP(420), 및 상기 제2단말 그룹에 해당하는 제2가상 AP(440)를 AP(400) 자신에게 구성, 즉 상기 제1가상 AP(420) 및 상기 제2가상 AP(440)를 AP(400) 자신에게 포함시킨다. 여기서, 전술한 바와 같이, 상기 제1가상 AP(420)와 상기 제2가상 AP(440)는 하나의 물리적 AP(400)에서 AP 기능을 수행하는 가상의 AP들이며, 상기 AP(400)의 채널을 시간 분할을 통해 자신의 단말 그룹에 포함된 단말들이 각각 접속한다.
예컨대, 상기 제1가상 AP(420)에는, 상기 AP(400)의 채널에서 제1시구간 동안에 제1단말 그룹에 포함된 단말들(422,424,426)이 접속하여 데이터를 송수신하며, 상기 제2가상 AP(420)에는, 상기 AP(400)의 채널에서 제2시구간 동안에 제2단말 그룹에 포함된 단말들(448,450,452,454,456)이 접속하여 데이터를 송수신한다. 또한, 상기 제1시구간 동안에 제2단말 그룹에 포함된 단말들(428,430,432,434,436)은 상기 제1가상 AP(420)에 접속하지 않으며, 아울러 상기 제2시구간 동안에 제1단말 그룹에 포함된 단말들(442,444,446)은 상기 제2가상 AP(440)에 접속하지 않는다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 전술한 바와 같이, 하나의 AP에 복수의 단말들이 접속하여 정상적으로 대용량의 데이터를 새로운 주파수 대역을 통해 송수신하도록, 각 단말들로부터 수신한 단말 정보 및 인접 단말 정보를 이용하여 복수의 단말들을 단말 그룹들로 그룹화하며, 상기 단말 그룹들에 각각 해당하는 가상의 AP들을 상기 하나의 AP에 구성한다. 그러면 여기서, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP의 서비스 커버리지 내에서 데이터 송수신을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP의 서비스 커버리지 내에서 데이터 송신을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 통신 시스템은, 소정의 제1서비스 커버리지(500)를 갖는 AP(502)와, 상기 AP(502)의 제1서비스 커버리지(500) 내에서 상기 AP(502)와 데이터를 송수신하는 단말들, 예컨대 단말1(512) 및 단말2(522)를 포함한다.
여기서, 상기 AP(502)는, 상기 AP(502)의 데이터 송수신 영역에 상응하는 제1서비스 커버리지(500)를 가지며, 상기 단말1(512) 또한 상기 단말1(512)의 데이터 송수신 영역에 상응하는 제2서비스 커버리지(510), 및 상기 단말2(522)는 상기 단말2(522)의 데이터 송수신 영역에 상응하는 제3서비스 커버리지(520)를 갖는다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은, 실외 환경에서 WLAN 시스템을 사용하면서 하나의 AP(502)가 넓은 영역을 커버하는 서비스 형태들을 가지며, 이를 위해 AP(502)에는 다수의 안테나 또는 안테나 이득이 높은 안테나를 설치하고, 송신 전력 역시 단말들(512,522)에 비해 높게 설정하는 경우가 많다. 그에 따라, 상기 AP(502)는 데이터의 송신 영역도 넓히고, 수신 능력도 향상되지만, 단말들(512,522)은 전력 소모의 문제 등으로 데이터의 송수신 능력이 AP(502)에 비해 현저하게 낮다. 즉, 상기 AP(502)의 넓은 데이터 송수신 영역에 따른 제1서비스 커버리지(500)가, 상대적으로 작은 단말들(512,522)의 데이터 송수신 영역에 따른 제2 및 제3서비스 커버리지(510,520)보다 크며, 이때 전술한 바와 같은 히든 노드 문제가 발생될 수 있다. 여기서, 상기 히든 노드 문제는, AP(502)의 서비스 커버리지(500) 내에 존재하는 단말들(512,522)의 개수가 많을 수록, 그리고 상기 AP(502)의 서비스 커버리지(500)와 단말들(512,522)의 서비스 커버리지들(510,520) 간의 차이가 클수록, 보다 크게 발생하며, 특히 전술한 바와 같이 서비스 커버리지들(500,510,520) 간의 차이가 클수록 상기 히든 노드 문제는 더욱 심각하게 발생한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 AP(502)는 넓은 데이터 송수신 영역에 따라 상대적으로 큰 제1서비스 커버리지(500)를 갖고, 단말1(512)과 단말2(522)는, 상기 제1서비스 커버리지(500) 내에서 지리적으로 떨어진 위치에 존재하며 상기 단말들(512,522)의 데이터 송수신 영역이 상기 AP(502)의 데이터 송수신 영역보다 작아, 상기 단말들(512,522)의 서비스 커버리지들(510,520)이 상기 AP(502)의 제1서비스 커버리지(500)보다 작을 경우, 상기 AP(502)의 송신 데이터는 상기 단말들(512,522) 모두가 수신할 수 있고, 상기 단말들(512,522)의 송신 데이터는 상기 AP(502)에서 모두 수신할 수 있지만, 상기 단말들(512,522) 간은 서로의 송신 데이터를 수신하지 못할 수, 즉 단말1(512)은 단말2(522)의 송신 데이터를 수신하지 못하고 단말2(522)는 단말1(512)의 송신 데이터를 수신하지 못할 수 있다.
이때, WLAN 시스템의 다중 접속 방식인 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoid) 프로토콜의 특성 상, 단말1(512)이 AP(502)로 데이터를 송신할 경우, 단말2(522)는 상기 단말1(512)의 상기 AP(502)로의 데이터 송신을 센싱하지 못하고 채널이 비어 있는 것으로 인지하여, 상기 단말2(522)는, 상기 단말1(512)의 상기 AP(502)로의 데이터 송신 시에, 상기 단말2(522) 자신의 데이터를 상기 AP(502)로 송신한다. 그에 따라, 상기 단말1(512) 및 상기 단말2(522)에서 상기 AP(502)로 송신되는 2개의 데이터 간에는 충돌이 발생하여, 상기 AP(502)는, 상기 단말1(512) 및 상기 단말2(522)의 데이터 모두를 수신하지 못하는 히든 노드 문제가 발생할 수 있다.
여기서, 상기 단말1(512) 및 상기 단말2(522)과 달리, 상기 AP(502)의 서비스 커버리지(500) 내에서 인접하여 단말들의 데이터 송수신 영역이 겹치는, 다시 말해 서비스 커버리지들 간이 겹치는 인접 단말들 간은, 상대방의 데이터 전송 여부를 채널 센싱을 통해 확인하며, 그에 따라 전술한 히든 노드 문제를 발생하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 서비스 커버리지가 겹치는 인접 단말들을 하나의 단말 그룹으로 그룹화하여, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들 간에는 CSMA/CA 형태의 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 다중 접속을 수행하게 하고, 단말 그룹들 간에는 접속 시간을 각각 다르게 할당하여, AP로의 데이터 송신 시에 데이터 충돌이 발생하지 않도록 한다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 상기 AP가 AP의 서비스 커버리지 내에서 지리적으로 인접한 단말들을 확인할 수 있도록, 전술한 바와 같이, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에 위치하는 단말들이 상기 AP로의 초기 접속 시에 자신의 단말 정보 뿐만 아니라 인접 단말 정보, 즉 인접 단말들의 주소와 상기 인접 단말들로부터 수신된 신호의 수신 전력 등의 정보 등을 상기 AP로 송신한다. 여기서, 상기 단말들이 인접 단말 정보를 AP로 송신하기 위해, 단말들이 GSP 등의 지리 정보를 AP로의 접속 시에 또는 단말들의 위치가 변경되었을 시에 AP로 송신할 수 있지만, 상기 지리 정보를 모든 단말들이 갖고 있지 않음으로, 전술한 바와 같이, 인접 단말들의 주소와 상기 인접 단말들로부터 수신된 신호의 수신 전력 등을 인접 단말 정보로 AP에게 송신한다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 해당 단말이 AP에 접속 요청 프레임(association request frame)을 전송하기 전에, 이전에 수신한 인접 단말들의 주소 정보와 상기 인접 단말로부터의 수신 신호의 수신 전력 등의 정보를 AP로 보고한다. 특히, 상기 통신 시스템의 일 예로, WLAN 시스템의 경우, 각 단말은, 수신 안테나를 통해서 신호가 수신되면 수신된 신호를 복조하여 목적지 주소를 확인한 후, 자신에게 오는 신호인지 아닌지를 판단하여 최종 수신 여부를 결정하게 된다. 또한, 해당 단말은, 인접 단말들이 AP 또는 다른 단말에게 전송하는 신호들의 수신 전력을 RSSI(Receive Signal Strength Indication) 또는 RCPI(Receive Channel Power Indication) 형태의 정보로 갖고 있다. 그에 따라, 상기 해당 단말은, 인접 단말의 주소 정보와 상기 인접 단말의 수신 전력 정보, 즉 상기 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임에 포함시켜 상기 AP로 송신한다. 이때, 새로운 주소의 인접 단말이 수신되거나 기존 인접 단말의 수신 전력이 변경될 경우에는, 상기 해당 단말이 전술한 새로운 인접 단말의 주소 정보 및 변경된 인접 단말의 수신 전력 정보를 데이터 프레임에 포함시켜 상기 AP로 송신하며, 상기 AP는 데이터 프레임에 포함된 정보를 통해 데이터베이스를 업데이트한다. 여기서, 상기 AP가 주기적으로 단말들에게 인접 단말 주소 및 상기 인접 단말의 수신 전력 정보를 업데이트하여 송신할 것을 요청하면, 이러한 요청에 대한 응답으로 상기 단말들은 주기적으로 인접 단말 주소 및 상기 인접 단말의 수신 전력 정보를 업데이트하여 상기 AP로 송신한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 인접 단말 정보를 AP로 송신하는 각 단말은, 인접 단말의 정보의 개수를 가변하여 AP로 송신할 수 있다. 다시 말해, 해당 단말이 가장 최근에 수신한 인접 단말의 프레임을 통해 획득한 인접 단말의 주소 정보와 상기 인접 단말의 수신 전력 정보, 즉 인접 단말 정보를 AP로 송신하며, 또한 상기 해당 단말이 인접 단말에서 송신한 최근 N개의 프레임으로부터 추출한 인접 단말의 주소 정보와 수신 전력 정보를 AP로 송신한다. 그리고, 상기 해당 단말은, 최근 N개의 프레임에 해당하는 정보를 수신 전력이 큰 순서로 정렬한 후에 수신 전력이 큰 M(1≤M≤N) 개의 수신 전력 정보만을 AP로 송신한다. 그리고, 상기 해당 단말은, 인접 단말의 수신 전력 정보와 더불어 인접 단말의 송신 전력 및 상기 인접 단말의 송신 데이터에 대한 자신의 수신 감도까지도 AP에게 송신하며, 그에 따라 AP가 인접 단말 여부 및 인접 정도를 예측한다.
예컨대, 상기 AP는, 전술한 바와 같이, 인접 단말의 수신 전력 정보와, 인접 단말의 송신 전력 및 수신 감도를 통해, 상기 해당 단말과 인접 단말 간의 거리를 추정, 다시 말해 송신단의 송신 전력과 수신단에서의 수신 전력을 기반으로 상기 해당 단말과 인접 단말 간의 거리를 추정한 후 상기 수신 감도를 통해 수신단의 수신 반경에서 어느 정도의 위치에 존재하는 지, 즉 상기 해당 단말의 서비스 커버리지에서 인접 단말의 위치를 예측한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 각 단말들은, 접속 요청 프레임을 통해 인접 단말들로부터 수신한 주소 정보와 전력 정보, 다시 말해 인접 단말들의 주소 정보, 및 상기 인접 단말들의 송신 전력 정보와 수신 전력 및 수신 감도 등을 포함하는 인접 단말 정보를 그대로 AP로 송신하거나, 상기 인접 단말 정보를 리스트화여 AP로 송신한다. 이때, 상기 각 단말들은, 소정의 기준, 예컨대 인접 단말들의 위치, 수신 전력의 크기에 따라 인접 단말들을 정렬한 후, 상기 정렬된 인접 단말들의 주소 정보와 전력 정보에 대한 리스트를 송신하거나, 또는 상기 리스트에서 소정의 인접 단말들, 예컨대 최상위 인접 단말의 주소 정보와 전력 정보, 즉 최상위 인접 단말 정보를 AP로 송신한다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 인접 단말 정보를 이용한 AP의 서비스 커버리지 내에 존재하는 단말들의 그룹화에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 단말들의 그룹화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 통신 시스템은, 소정의 제1서비스 커버리지(600)를 갖는 AP(602)와, 상기 AP(602)의 제1서비스 커버리지(600) 내에서 상기 AP(602)와 데이터를 송수신하는 복수의 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)을 포함한다.
여기서, 상기 AP(602)는, 상기 AP(602)의 데이터 송수신 영역에 상응하는 제1서비스 커버리지(600)를 가지며, 상기 복수의 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682) 또한 각각 자신의 데이터 송수신 영역에 상응하는 서비스 커버리지들(610,620,630,640,650,660,670,680)을 갖는다.
이때, 상기 AP(602)의 제1서비스 커버리지(600) 내에 존재하는 모든 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)은, 전술한 바와 같이, 접속 요청 프레임을 통해 인접 단말 정보, 다시 말해 각 단말들 자신의 서비스 커버리지와 겹치는 인접 단말의 주소 정보, 및 상기 인접 단말의 송신 전력과 수신 전력 및 수신 감도 등을 포함하는 상기 인접 단말 정보를 상기 AP(602)로 송신한다. 그리고, 상기 AP(602)는, 상기 인접 단말 정보를 이용하여 상기 제1서비스 커버리지(600) 내에 존재하는 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)을 단말 그룹들로 그룹화한다.
예컨대, 상기 AP(602)의 데이터 송수신 영역에 상응하는 제1서비스 커버리지(600) 내에 존재하는 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)이 제1단말(612) 부터 제8단말(682)까지 순차적으로 AP(602)에 접속할 경우, 제1단말(612)은 첫번째 접속하는 단말임으로 상기 제1서비스 커버리지(600) 내에서 임의의 단말로부터 수신하는 프레임이 없으며, 그에 따라 제1단말(612)은 인접 단말의 주소 정보 및 인접 단말의 수신 전력 정보 등을 포함한 인접 단말 정보의 송신 없이 그대로 AP(602)에 접속한다. 또한, 제2단말(622)은, 자신의 데이터 송수신 영역에 존재하는 단말, 즉 자신의 서비스 커버리지(620)와 겹치는 인접 단말이 존재하지 않음으로, 제2단말(622)은 인접 단말의 주소 정보 및 인접 단말의 수신 전력 정보 등을 포함한 인접 단말 정보의 송신 없이 그대로 AP(602)에 접속한다.
그리고, 제3단말(632)은, 자신의 데이터송수신 영역에 제2단말(622)이 존재함으로, 즉 자신의 서비스 커버리지(630)와 제2단말(622)의 서비스 커버리지가 겹침으로, 상기 제3단말(632)은, 제2단말(622)에서 송신된 프레임을 수신하며, 그에 따라 상기 제2단말(632)을 인접 단말로 하여, 상기 제2단말(622)의 주소 정보 및 수신 전력 정보 등을 포함하는 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임을 통해 상기 AP(602)로 송신한다. 여기서, 상기 수신 전력 정보는, 가능한 최대 수신 전력과 최소 수신 전력을 양자화한 후, 양자화된 값이 클수록 높은 수신 전력을 나타내도록 하며, 이때 전술한 바와 같이 상기 수신 전력 정보와 더불어 인접 단말의 송신 전력 정보 및 수신 감도를 상기 인접 단말 정보에 포함시켜 송신한다. 아울러, 제4단말(642)은, 전술한 제3단말(622)과 같이, 자신의 서비스 커버리지(640)와 제2단말(622)의 서비스 커버리지(620)가 겹침으로, 상기 제2단말(622)을 인접 단말로 하여, 상기 제2단말(622)의 주소 정보 및 수신 전력 정보 등을 포함하는 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임을 통해 상기 AP(602)로 송신한다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 수신 전력 정보는, 가능한 최대 수신 전력과 최소 수신 전력을 양자화한 후, 양자화된 값이 클수록 높은 수신 전력을 나타내도록 하며, 이때 전술한 바와 같이 상기 수신 전력 정보와 더불어 인접 단말의 송신 전력 정보 및 수신 감도를 상기 인접 단말 정보에 포함시켜 송신한다.
이러한 방식으로, 제5단말(652)은, 상기 제1단말(612)을 인접 단말로 하여, 상기 제1단말(612)의 주소 정보 및 수신 전력 정보 등을 포함하는 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임을 통해 상기 AP(602)로 송신하고, 제6단말(662)은, 인접 단말의 주소 정보 및 인접 단말의 수신 전력 정보 등을 포함한 인접 단말 정보의 송신 없이 그대로 AP(602)에 접속한다. 또한, 제7단말(672)은, 인접 단말의 주소 정보 및 인접 단말의 수신 전력 정보 등을 포함한 인접 단말 정보의 송신 없이 그대로 AP(602)에 접속하며, 제8단말(682)은, 상기 제6단말(662)을 인접 단말로 하여, 상기 제6단말(662)의 주소 정보 및 수신 전력 정보 등을 포함하는 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임을 통해 상기 AP(602)로 송신한다.
이렇게 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)로부터 접속 요구 프레임을 통해 인접 단말 정보를 수신한 AP(602)는, 상기 인접 단말 정보를 이용하여 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한다. 여기서, 상기 AP(602)는, 전술한 바와 같이, 인접 단말 정보에 포함된 인접 단말의 주소 정보, 상기 인접 단말의 수신 전력 정보, 및 상기 인접 단말의 송신 전력과 수신 감도 등을 이용하여, 상기 제1서비스 커버리지(600) 내에서 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)의 위치를 확인한 후, 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)을 인접한 단말들을 하나의 단말 그룹으로 그룹화, 예컨대 제1단말(612)과 제5단말(652)을 제1단말 그룹으로, 제2단말(622), 제3단말(632), 및 제4단말(642)을 제2단말 그룹으로, 제6단말(662)와 제8단말(682)을 제3단말 그룹으로, 제7단말(672)을 제4단말 그룹으로 그룹화한다.
여기서, 상기 AP(602)는, 전술한 바와 같이, 인접 단말의 수신 전력 정보와, 인접 단말의 송신 전력 및 수신 감도를 통해, 상기 해당 단말과 인접 단말 간의 거리를 추정, 다시 말해 송신단의 송신 전력과 수신단에서의 수신 전력을 기반으로 상기 해당 단말과 인접 단말 간의 거리를 추정한 후 상기 수신 감도를 통해 수신단의 수신 반경에서 어느 정도의 위치에 존재하는 지, 즉 상기 해당 단말의 서비스 커버리지에서 인접 단말의 위치를 예측한다.
이렇게 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)로부터 수신한 인접 단말 정보를 이용하여 상기 제1서비스 커버리지(600) 내에서 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)의 위치를 확인한 상기 AP(602)는, 전술한 바와 같이 위치 기반 그룹화를 통해, 상기 단말들(612,622,632,642,652,662,672,682)을 인접한 단말들끼리 단말 그룹들로 그룹화하며, 상기 AP(602)는, 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 전송 가능 시간을 알려주고, 상기 전송 가능 시간에서만 각 단말들의 데이터를 송신하도록 한다. 이때, 상기 AP(602)는, 상기 각각의 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간을 할당하여, 상기 각각의 단말 그룹들에서는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP(602)로 접속하여 데이터를 송수신하도록 하며, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들 간에는 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP(602)로 다중 접속하여 데이터를 송수신하도록 한다. 그러면 여기서, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 각각의 단말 그룹들 간에 전송 가능 시간 할당에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 전송 가능 시간 할당을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 7은, 도 6에서 설명한 바와 같이, 복수의 단말들을 4개의 단말 그룹으로 그룹화할 경우의 전송 가능 시간 할당을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 통신 시스템은, 전술한 바와 같이, 복수의 단말들을 인접 단말 정보를 이용하여 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인한 후, 위치 기반 그룹화를 통해 상기 단말들을 인접한 단말들끼리 4개의 단말 그룹들로 그룹화할 경우, 상기 단말 그룹들에는 상이한 전송 가능 시간을 할당한다.
즉, 상기 통신 시스템은, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에 존재하는 단말들의 전체 송신 시간(T_t)(700)에서, 상기 단말 그룹들 별로 각각 상이한 전송 가능 시간을 할당, 즉 상기 전체 송신 시간(T_t)(700)에서, 제1단말 그룹에는 제1전송 가능 시간(T1)(710)을 할당하고, 제2단말 그룹에는 제2전송 가능 시간(T2)(720)을 할당하며, 제3단말 그룹에는 제3전송 가능 시간(T3)(730)을 할당하고, 제4단말 그룹에는 제4전송 가능 시간(T4)(740)을 할당한다. 여기서, 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간들(710,720,730,740)의 시구간 크기는, 전술한 바와 같이, 각각의 단말 그룹들에 포함된 단말들의 개수, 및 상기 단말들로부터 수신한 단말 정보, 즉 각 단말의 가입 정보, 및 데이터 전송 주기, 전송 지연, 데이터 우선 순위를 나타내는 서비스 품질 정보에 상응하여 결정된다.
다시 말해, 상기 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간들(710,720,730,740)의 시구간 크기는, 해당 단말 그룹에 포함된 단말들의 개수에 비례하여 전송 가능 시간의 크기가 조절되거나, 또는 해당 단말 그룹에 포함된 단말들의 개수와 무관하게 등간격으로 할당될 수도 있다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 각 단말 그룹들에 상이한 전송 가능 시간을 할당하고, 또한 해당 단말 그룹에 포함된 단말들에게 전송 가능 시간을 할당함에 따라, 상기 각 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP에 접속하여 데이터를 송수신하며, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들은, 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 전송 가능 시간에 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송수신한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, 각 단말 그룹들 간에는 AP로의 접속 및 데이터 송수신 시에 데이터 충돌이 발생하지 않으며, 각 단말 그룹 내에서는 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 다중 접속하며, 그에 따라 전술한 히든 노드 문제를 해결하여, 하나의 AP와 복수의 단말들 간이 데이터를 정상적으로 송수신한다. 그러면 여기서, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 비콘 프레임을 송수신하여, 각 단말 그룹에 포함된 단말들로의 전송 가능 시간 송신에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 비콘 프레임 송수신을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 8은 도 7에서 설명한 바와 같이 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간을 비콘 프레임을 통해 각 단말 그룹에 포함된 단말들에게 송신하는 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 통신 시스템은, 상기 비콘 프레임(802,804)을 이용하여, 전술한 바와 같이 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간들 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신한다. 예컨대, 상기 통신 시스템의 AP는, 전술한 바와 같이, 각 단말 그룹들 별로 상이한 시구간을 갖는 전송 가능 시간을 할당한 후, 일정 주기로 각 단말들로 송신하는 비콘 프레임(802,804)을 이용하여, 상기 각 단말 그룹들의 전송 가능 시간을 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신하며, 이때 상기 AP는, 각 단말들에게 상기 비콘 프레임(802,840)을 수신한 후, 송신 시작 시간(T_s) 이후에 데이터 송신의 시작 및 송신 시구간(T_d) 동안 데이터 송신의 시도에 대한 정보를 송신한다. 즉, 상기 AP는, 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 전송 가능 시간으로 송신 시작 시간(T_s) 및 송신 시구간(T_d)에 대한 정보를, 상기 비콘 프레임(802,840)을 통해 송신한다.
즉, 상기 AP는, 전술한 바와 같이, 비콘 인터벌(beacon interval)(800) 정보, 전체 송신 시간(T_t) 정보, 송신 시작 시간(T_s)정보, 송신 시구간(T_d) 정보, 및 단말 그룹 정보 등을 포함하는 비콘 프레임(802,804)을 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신하여, 상기 각 단말 그룹의 전송 가능 시간을 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 AP가 도 7에서 설명한 바와 같이 4개의 단말 그룹들에게 전송 가능 시간을 할당하면, 비콘 프레임(802,804)을 통해, 상기 비콘 프레임(802,804)의 비콘 인터벌(800) 내에, 4개의 단말 그룹에서, 제1단말 그룹에 포함된 단말들에게는 비콘 프레임(802)을 수신한 후, 바로 및 전체 송신 시간(T_t)(810) 이후에, T1의 시구간(812,832) 동안 데이터 송신을 시도하고, 제2단말 그룹에 포함된 단말들에게는 비콘 프레임(802)을 수신한 후, T1의 시구간(812) 이후 및 전체 송신 시간(T_t)(810)+T1의 시구간(832) 이후에, T2의 시구간(814,834) 동안 데이터 송신을 시도하며, 제3단말 그룹에 포함된 단말들에게는, 비콘 프레임(802)을 수신한 후, T1의 시구간(812)+T2의 시구간(814) 이후 및 전체 송신 시간(T_t)(810)+T1의 시구간(832)+T2의 시구간(834) 이후에, T3의 시구간(816,836) 동안 데이터 송신을 시도하고, 제4단말 그룹에 포함된 단말들에게는, 비콘 프레임(802)을 수신한 후, T1의 시구간(812)+T2의 시구간(814)+T3의 시구간(816) 이후 및 전체 송신 시간(T_t)(810)+T1의 시구간(832)+T2의 시구간(834)+T3의 시구간(836) 이후에, T4의 시구간(818,838) 동안 데이터 송신을 시도할 것을 알려준다. 여기서, 상기 각 단말 그룹들의 전송 가능 시간들은, 상기 비콘 프레임(802,804)의 비콘 인터벌 내에서 상이한 시구간을 가지며, 그에 따라 상기 각 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP에 접속하여 데이터를 송수신한다. 이때, 상기 각 단말 그룹들의 전송 가능 시간들은, 상기 비콘 프레임(802,804)의 비콘 인터벌 내에서, 전체 송신 시간(T_t)(810,830), 송신 시작 시간(T_s), 및 송신 시구간(T_d)에 대한 정보가 상기 비콘 프레임(802,804)을 통해 송신된다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, AP가 비콘 프레임을 통해 각 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 전송 가능 시간을 송신하며, 특히 상기 각 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP에 접속하여 데이터를 송수신하며, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들은, 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 전송 가능 시간에 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송수신한다. 그에 따라 각 단말 그룹들 간에는 AP로의 접속 및 데이터 송수신 시에 데이터 충돌이 발생하지 않으며, 각 단말 그룹 내에서는 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 다중 접속하여 전술한 히든 노드 문제를 해결하고, 그 결과 하나의 AP와 복수의 단말들 간이 데이터를 정상적으로 송수신한다. 그러면 여기서, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 단말들과 비콘 프레임 및 데이터를 송수신하는 데이터 송신 장치, 즉 AP에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 9는, 전술한 바와 같이, 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 수신하여, 단말들과 비콘 프레임 및 데이터를 송수신하는 AP의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 데이터 송신 장치(900), 즉 상기 AP는, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해 데이터를 송수신하고자 하는 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 수신하는 수신부(910), 상기 복수의 단말들로부터 수신한 단말 정보 및 인접 단말 정보, 특히 인접 단말 정보를 확인하여 상기 복수의 단말들의 단말 그룹들을 생성하는 확인부(920), 상기 단말 그룹에 포함된 단말들로 비콘 프레임을 송신하는 송신부(930)를 포함한다.
상기 수신부(910)는, 전술한 바와 같이, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 WLAN 시스템으로 IEEE 802.11n 시스템과 IEEE 802.11ac 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해, 데이터를 송수신하고자 하는 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 각각 수신한다.
그리고, 상기 확인부(920)는, 상기 복수의 단말들로부터 수신한 단말 정보 및 인접 단말 정보를 확인, 특히 상기 인접 단말 정보를 확인하여, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에 존재하는 단말들의 위치를 확인한다. 그리고, 상기 확인부(920)는, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 인접한 단말들끼리 단말 그룹들로 그룹화한 후, 비콘 프레임의 비콘 인터벌 내에서 상기 단말 그룹들 간에 상이한 시구간을 갖도록, 상기 단말 그룹들에게 전송 가능 시간을 할당한다.
아울러, 상기 송신부(930)는, 상기 비콘 프레임을 통해 상기 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간을 상기 각 단말 그룹에 포함된 단말들에게 송신하며, 그에 따라 상기 각 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP에 접속하여 데이터를 송수신하며, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들은, 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 전송 가능 시간에 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송수신한다. 여기서, 상기 인접 단말 정보를 통한 AP의 서비스 커버리니 내에 존재하는 단말들의 그룹화, 및 상기 단말 그룹들로의 전송 가능 시간 할당과 상기 전송 가능 시간 송신, 그리고 상기 전송 가능 시간에서 단말 그룹들 간 및 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들과의 데이터 송수신에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 그러면 여기서, 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 수신하여, AP가 비콘 프레임 및 데이터를 단말들과 송신하는 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 데이터 송신 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 10은, 전술한 바와 같이, 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 수신한 AP에서 비콘 프레임 및 데이터를 송신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 1010단계에서, 상기 데이터 송신 장치, 즉 상기 AP는, 전술한 바와 같이, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 WLAN 시스템으로 IEEE 802.11n 시스템과 IEEE 802.11ac 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해, 데이터를 송수신하고자 하는 복수의 단말들로부터 단말 정보 및 인접 단말 정보를 각각 수신한다.
그리고, 1020단계에서, 상기 복수의 단말들로부터 수신한 단말 정보 및 인접 단말 정보를 확인, 특히 상기 인접 단말 정보를 확인하여, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에 존재하는 단말들의 위치를 확인한다. 그리고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 인접한 단말들끼리 단말 그룹들로 그룹화한 후, 비콘 프레임의 비콘 인터벌 내에서 상기 단말 그룹들 간에 상이한 시구간을 갖도록, 상기 단말 그룹들에게 전송 가능 시간을 할당한다.
다음으로, 1030단계에서, 상기 비콘 프레임을 통해 상기 각 단말 그룹들에 할당된 전송 가능 시간을 상기 각 단말 그룹에 포함된 단말들에게 송신하며, 그에 따라 상기 각 단말 그룹들 간에는 서로 다른 전송 가능 시간에 AP에 접속하여 데이터를 송수신하며, 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들은, 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 전송 가능 시간에 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송수신한다. 여기서, 상기 인접 단말 정보를 통한 AP의 서비스 커버리니 내에 존재하는 단말들의 그룹화, 및 상기 단말 그룹들로의 전송 가능 시간 할당과 상기 전송 가능 시간 송신, 그리고 상기 전송 가능 시간에서 단말 그룹들 간 및 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들과의 데이터 송수신에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 그러면 여기서, 도 11을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP로부터 비콘 프레임 및 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치, 즉 단말에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 11은, 전술한 바와 같이, 하나의 AP로의 데이터 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임을 상기 AP로부터 수신하는 단말의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 데이터 수신 장치(1100), 즉 단말은, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해 데이터를 송수신하도록 단말 정보 및 인접 단말 정보를 AP로 송신하는 송신부(1110), 상기 단말 정보 및 인접 단말 정보를 생성하는 생성부(1120), 상기 단말 정보 및 인접 단말 정보, 특히 상기 인접 단말 정보에 따라 단말 그룹에 포함되어 상기 AP로의 상기 단말 그룹에 해당하는 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임을 수신하는 수신부(1130)를 포함한다.
상기 생성부(1120)는, 전술한 바와 같이, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 WLAN 시스템으로 IEEE 802.11n 시스템과 IEEE 802.11ac 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해, 데이터를 송수신하기 위해, 상기 새로운 주파수 대역에서의 단말 자신의 단말 정보 및 인접 단말 정보를 생성한다.
그리고, 상기 송신부(1110)는, 상기 AP로의 초기 접속 시에 상기 AP에게 상기 단말 정보 및 상기 인접 단말 정보를 송신하며, 또한 자신에게 해당하는 단말 그룹의 접속 가능 시간에 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송신한다.
또한, 상기 수신부(1130)는, 상기 단말 정보 및 상기 인접 단말 정보에 따라 단말 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 상기 AP로의 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임을 수신하며, 자신에게 해당하는 단말 그룹의 접속 가능 시간에 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 수신한다. 여기서, 상기 인접 단말 정보의 생성 및 송신과, 상기 단말 그룹에 해당하는 AP로의 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임의 수신, 및 상기 전송 가능 시간에서 각 단말 그룹들 간, 및 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말의 데이터 송수신에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 그러면 여기서, 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 AP로부터 비콘 프레임 및 데이터를 수신하는 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터수신 장치의 데이터 수신 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 12는, 하나의 AP로의 데이터 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임 및 데이터를 상기 AP로부터 수신하는 단말의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 1210단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이, 사용 가능한 주파수 대역, 예컨대 기존의 WLAN 시스템으로 IEEE 802.11n 시스템과 IEEE 802.11ac 시스템에서 데이터 송수신을 위해 사용하는 주파수 대역과는 다른 새로운 주파수 대역을 통해, 데이터를 송수신하기 위해, 상기 새로운 주파수 대역에서의 단말 자신의 단말 정보 및 인접 단말 정보를 생성한다.
그리고, 1220단계에서, 상기 AP로의 초기 접속 시에 상기 AP에게 상기 단말 정보 및 상기 인접 단말 정보를 송신하며, 또한 자신에게 해당하는 단말 그룹의 접속 가능 시간에 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 송신한다.
다음으로, 1230단계에서, 상기 단말 정보 및 상기 인접 단말 정보에 따라 단말 자신이 포함된 단말 그룹에 해당하는 상기 AP로의 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임을 수신하며, 자신에게 해당하는 단말 그룹의 접속 가능 시간에 상기 AP로 다중 접속하여 데이터를 수신한다. 여기서, 상기 인접 단말 정보의 생성 및 송신과, 상기 단말 그룹에 해당하는 AP로의 전송 가능 시간이 포함된 비콘 프레임의 수신, 및 상기 전송 가능 시간에서 각 단말 그룹들 간, 및 상기 각 단말 그룹들에 포함된 단말의 데이터 송수신에 대해서는 앞서 구체적으로 설명하였음으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는, WLAN 시스템의 히든 노드 문제를 해결하기 위해, 인접 단말 정보를 이용하여 복수의 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 각 단말 그룹들 별로 AP로의 접속 시간을 상이하게 할당, 예컨대 비콘 프레임의 비콘 인터벌 내에서 상기 각 단말 그룹들에게 상이한 시구간을 할당함에 따라, 단말 그룹들 간에 AP로의 접속 및 데이터 송신 충돌이 최소화되고, 또한 하나의 단말 그룹에 포함된 단말들이 CSMA/CA 경쟁 방식, 다시 말해 CSMA 방식으로 상기 AP로 다중 접속하며, 그 결과 상기 WLAN을 실내 뿐만 아니라 실외에서 사용할 경우에도 히든 노드 문제에 따른 네트워크 스루풋 저하를 방지한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서,
    복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역을 통해, 상기 단말들로부터 인접 단말 정보를 수신하는 수신부;
    상기 인접 단말 정보를 통해 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인하고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에서 상기 AP로의 전송 가능 시간을 확인하는 확인부; 및
    상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 상기 전송 가능 시간을 송신하는 송신부;를 포함하며;
    상기 인접 단말 정보는, 상기 단말들에서 제1단말의 서비스 커버리지와 서비스 커버리지가 겹치는 인접한 단말들의 주소 정보 및 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보를 포함하고, 상기 인접 단말 정보는 각 단말의 접속 요청 프레임(association request frame)에 포함되어 수신되며,
    상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확인부는, 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보에서 상기 인접한 단말들의 송신 전력 및 상기 제1단말의 수신 전력을 통해, 상기 제1단말과 상기 인접한 단말들과의 거리를 확인하고, 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보에서 상기 제1단말의 수신 감도를 통해, 상기 인접한 단말들의 위치를 확인하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 확인부는, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치에 상응하여, 상기 위치 기반 그룹화를 통해 상기 단말들에서 인접한 단말들을 하나의 단말 그룹으로 그룹화하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는, 상기 비콘 프레임을 통해 상기 비콘 인터벌 내에서, 전체 송신 시간 정보, 각 단말 그룹 별로 송신 시작 시간 정보, 및 송신 시구간 정보를 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
  8. 삭제
  9. 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서,
    복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역을 통해, 상기 단말들로부터 인접 단말 정보를 수신하는 단계;
    상기 인접 단말 정보를 통해 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치를 확인하고, 상기 단말들을 위치 기반 그룹화를 통해 단말 그룹들로 그룹화한 후, 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에서 상기 AP로의 전송 가능 시간을 확인하는 단계; 및
    상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 상기 전송 가능 시간을 송신하는 단계;를 포함하며;
    상기 인접 단말 정보는, 상기 단말들에서 제1단말의 서비스 커버리지와 서비스 커버리지가 겹치는 인접한 단말들의 주소 정보 및 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보를 포함하고, 상기 인접 단말 정보는 각 단말의 접속 요청 프레임(association request frame)에 포함되어 수신되며,
    상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 확인하는 단계는, 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보에서 상기 인접한 단말들의 송신 전력 및 상기 제1단말의 수신 전력을 통해, 상기 제1단말과 상기 인접한 단말들과의 거리를 확인하고, 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보에서 상기 제1단말의 수신 감도를 통해, 상기 인접한 단말들의 위치를 확인하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 확인하는 단계는, 상기 AP의 서비스 커버리지 내에서 상기 단말들의 위치에 상응하여, 상기 위치 기반 그룹화를 통해 상기 단말들에서 인접한 단말들을 하나의 단말 그룹으로 그룹화하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 송신하는 단계는, 상기 비콘 프레임을 통해 상기 비콘 인터벌 내에서, 전체 송신 시간 정보, 각 단말 그룹 별로 송신 시작 시간 정보, 및 송신 시구간 정보를 상기 단말 그룹들에 포함된 단말들에게 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  16. 삭제
  17. 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
    복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역에서의 인접 단말 정보를 생성하는 생성부;
    상기 인접 단말 정보를 상기 AP로 송신하는 송신부; 및
    상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해, 상기 인접 단말 정보에 상응하는 단말 그룹의 전송 가능 시간을 수신하는 수신부;를 포함하며;
    상기 인접 단말 정보는 상기 단말들에서 제1단말의 서비스 커버리지와 서비스 커버리지가 겹치는 인접한 단말들의 주소 정보 및 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보를 포함하고, 상기 송신부는 상기 인접 단말 정보를 접속 요청 프레임(association request frame)을 통해 송신하며,
    상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되고;
    상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하며;
    상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  18. 삭제
  19. 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,
    복수의 단말들과 하나의 AP(Access Point) 간의 데이터 송수신을 위한 새로운 주파수 대역에서의 인접 단말 정보를 생성하는 단계;
    상기 인접 단말 정보를 상기 AP로 송신하는 단계; 및
    상기 AP에서의 비콘(beacon) 프레임을 통해, 상기 인접 단말 정보에 상응하는 단말 그룹의 전송 가능 시간을 수신하는 단계;를 포함하며;
    상기 인접 단말 정보는 상기 단말들에서 제1단말의 서비스 커버리지와 서비스 커버리지가 겹치는 인접한 단말들의 주소 정보 및 상기 인접한 단말들의 수신 전력 정보를 포함하고, 상기 인접 단말 정보는 접속 요청 프레임(association request frame)에 포함되어 송신되며,
    상기 단말 그룹들 간의 전송 가능 시간은, 상기 비콘 프레임의 비콘 인터벌(beacon interval) 내에서 상이한 시구간이 각각 할당되고;
    상기 단말 그룹들 간의 단말들은, 상기 상이한 시구간에 상기 AP로 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하며;
    상기 단말 그룹들에서 동일한 단말 그룹에 포함된 단말들은, 상기 동일한 단말 그룹에 할당된 시구간에 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 상기 AP로 다중 접속하여 상기 AP와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  20. 삭제
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