KR101980868B1 - 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템에 있어서, 주파수 대역폭을 분할한 각 주파수 채널에 대응하는 다수의 RF 모듈을 구비하고 있으며, 주파수 분할 방식으로 통신하는 다수의 AP 및 자신이 속한 통신 커버리지에 해당하는 AP와 통신하는 다수의 단말기를 포함한다.
본 발명에 의하면, 멀티-홉 네트워크에서 통신 시에 전송율(throughput)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템 {Wi-Fi mobile communication system in multi-hop network}

본 발명은 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AP(Access Point)와 단말기를 포함하는 Wi-Fi 무선통신시스템에서 멀티-홉 통신을 효율적으로 하기 위한 기술에 관한 것이다.

사용자들의 무선 통신 시스템을 이용한 데이터 전송 요구 증가에 따라 데이터 트래픽을 더욱 효율적으로 전송하기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있다. 특히, 멀티-채널을 이용하여 데이터 트래픽의 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 자원의 사용 효율도 증대시킬 수 있는 멀티-홉 네트워크에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

멀티-홉(Multi-hop) 네트워크는 네트워크 커버리지 영역이 단일 노드의 무선 범위보다 큰 무선 네트워크에서의 통신 유형이다. 일반적으로 장거리 전송에는 높은 전력이 필요하기에, 멀티 홉 라우팅이 단일 홉 라우팅보다 에너지 효율이 높다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0039302호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 멀티-홉 네트워크에서 전송율(throughput)을 향상시킬 수 있는, Wi-Fi 무선통신시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템에 있어서, 주파수 대역폭을 분할한 각 주파수 채널에 대응하는 다수의 RF 모듈을 구비하고 있으며, 주파수 분할 방식으로 통신하는 다수의 AP 및 자신이 속한 통신 커버리지에 해당하는 AP와 통신하는 다수의 단말기를 포함한다.

본 발명에서 인접한 AP 사이에서 통신이 수행되는 홉핑(hopping) 모드와, AP와 단말기 사이에서 통신이 수행되는 중계 모드를 서로 전환하는 방식으로 멀티 홉 통신을 수행한다.

상기 RF 모듈은, 할당된 주파수 채널의 대역폭에 따라 무선신호를 송수신하기 위한 무선통신부, 수신한 데이터를 저장하기 위한 메모리 및 RF 모듈의 전반적인 동작을 처리하기 위한 프로세서를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 각 RF 모듈은 무선통신부를 통해 자신의 채널의 대역폭에 해당하는 단말기와 통신할 수 있다.

상기 AP는, 가로축이 시간이고, 세로축이 주파수이고, 가로축이 시간 슬롯으로 분할되고, 세로축이 주파수 대역폭으로 분할되어 있는 주파수 호핑(hopping) 패턴에서, 자신의 전송 커버리지 내의 단말기로부터 전송된 데이터를 맵핑(mapping)시키는 방식으로 통신할 수 있다.

상기 AP는 단말기로부터 수신한 데이터에서 헤드를 검사하여 주파수 대역폭과 전송시간을 확인하고, 상기 주파수 호핑 패턴에 데이터를 맵핑하여, 주파수 대역폭의 주파수 채널에 해당하는 RF 모듈의 메모리에 데이터를 저장하도록 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 멀티-홉 네트워크에서 통신 시에 전송율(throughput)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 네트워크 커버리지 영역이 중첩되지 않는 비중첩 영역에 대하여 대역폭을 재활용함으로써, 대역폭의 낭비를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Wi-Fi 무선통신시스템에서 호핑 모드에서의 통신을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Wi-Fi 무선통신시스템에서 중계 모드에서의 통신을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 3개 셀 집합, 셀, 섹터, 기지국, AP 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AP의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 호핑 패턴을 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템은 다수의 AP(Access Point)(100), 단말기(200)를 포함한다.

AP(100)는 주파수 대역폭을 분할한 각 주파수 채널에 대응하는 다수의 RF 모듈을 구비하고 있으며, 주파수 분할 방식으로 통신한다. 본 발명의 일 실시예에서 AP(100)는 기지국(Base station), 또는 중계기(Relay station)로 구현될 수 있다.

단말기(200)는 자신이 속한 통신 커버리지에 해당하는 AP와 통신한다.

본 발명에서 단말기(200)는 이동통신망에 접속하여 이동통신이 가능한 단말을 의미하는 것으로서, 네트워크를 통해 원격지의 서버에 접속하거나, 타 단말 및 서버와 연결 가능한 컴퓨터나 휴대용 단말기 등으로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smart Phone) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 또한, 텔레비전은 IPTV(Internet Protocol Television), 인터넷 TV(Internet Television), 지상파 TV, 케이블 TV 등을 포함할 수 있다. 또한, 단말기(200)는 운영체제 상에서 구동되는 하나 이상의 애플리케이션(application)을 다운로드하고 실행할 수 있다.

본 발명에서 Wi-Fi 무선통신시스템은 인접한 AP 사이에서 통신이 수행되는 홉핑(hopping) 모드와, AP와 단말기 사이에서 통신이 수행되는 중계 모드를 서로 전환하는 방식으로 멀티 홉 통신을 수행한다.

본 발명에서 Wi-Fi 무선통신시스템은 네트워크 커버리지 영역이 중첩되지 않은 AP를 검색하여, 해당 AP에 주파수를 재할당함으로써, 비중첩 영역들에서 대역폭을 재활용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Wi-Fi 무선통신시스템에서 호핑 모드에서의 통신을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서 홉핑 모드는 인접한 AP 간에 통신이 이루어지는 모드이다. 즉, 홉핑 모드는 AP와 단말기 간에는 통신이 수행되지 않고, 인접한 AP 사이에서만 통신이 수행되는 모드이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 3개 셀 집합, 셀, 섹터, 기지국, AP 사이의 관계를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인접 3개 셀 집합은 3개의 셀(210, 220, 230), 각 셀을 구성하는 3개의 섹터(예를 들어, 셀 210은 211, 213, 215 3개의 섹터로 이루어짐), 각 섹터에 위치하는 2개의 AP(예를 들어, 섹터 211은 2111, 2113 2개의 AP를 포함함), 및 각 셀을 커버하는 기지국(201, 203, 205)을 포함할 수 있다. 이 때, 인접 3개 셀 집합은 하나의 섹터만이 상호 인접하도록 위치하는 3개의 셀들의 집합을 의미할 수 있다. 즉, 3개의 셀들이 만나는 접점을 중심으로 3개의 섹터들만이 인접하고 있어야 한다. 하나의 셀은 하나의 기지국이 AP 및 단말기를 관리하기 위한 서비스 영역을 의미한다. 이를 기반으로 상호 인접하는 3개의 셀을 하나의 인접 3개 셀 집합으로 설정할 수 있다. 하나의 셀은 3개의 섹터로 구성되고, 각 섹터는 2개의 AP를 포함할 수 있다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 적용 시, M개의 부 반송파(sub-carrier)를 3개의 주파수 그룹으로 나누어 사용할 수 있는데, 하나의 셀을 구성하는 3개의 섹터들 각각에 3개의 주파수 그룹들 중 하나씩이 할당될 수 있다. 이 때, M개의 부 반송파들을 3개의 주파수 그룹들로 나누는 것에 한정하지 않고 셀을 구성하는 섹터 및 AP들간에 간섭을 최소화할 수 있는 네트워크의 구성에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

본 발명은 셀 내의 AP를 고려하여 AP에 효율적으로 주파수를 할당하기 위한 방법을 제안한다. 이를 위해, 본 발명은 하나의 시간 주기 동안에 홉핑 모드와 중계 모드를 사용할 수 있다. 홉핑 모드는 인접한 AP 간에 간에 데이터를 송수신하기 위해 기 설정된 시간 주기를 의미할 수 있다.

본 발명은 홉핑 모드를 수행하기 위해 다음과 같은 요구 사항(requirement)을 만족해야 할 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 요구 사항을 상세히 설명하면 다음과 같다. 홉핑 모드에서 각 AP 간에 데이터가 송수신 되어야 한다. 이에 따른 간섭을 최소화하기 위해, 1) 동일한 셀의 섹터들 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 하나의 셀(210)에서 섹터 211, 213, 215 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 2) 인접한 셀의 섹터들 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 셀(210)의 섹터 215와 셀(220)의 섹터 223, 셀(230)의 섹터 231 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Wi-Fi 무선통신시스템에서 중계 모드에서의 통신을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에서 중계 모드는 AP와 단말기 사이에서 통신이 수행되는 모드이다. 즉, 중계 모드는 인접한 AP 간에는 통신이 수행되지 않고, AP와 단말기 사이에서만 통신이 수행되는 모드이다.

중계 모드는 AP와 단말기 간에 데이터를 송수신하기 위해 기 설정된 시간 주기를 의미할 수 있다. 본 발명은 중계 모드를 수행하기 위해 다음과 같은 요구 사항(requirement)을 만족해야 할 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 요구 사항을 상세히 설명하면 다음과 같다. 중계 모드에서 AP와 자신이 관리하는 단말기 간에 데이터가 송수신 되어야 한다. 이에 따른 간섭을 최소화하기 위해, 1) 섹터와 AP 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 셀(210)의 섹터 211과 2개의 AP(2111, 2113) 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 2) 섹터 내의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 셀(210)의 섹터 211 내의 2개의 AP들(2111, 2113) 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 3) 동일한 셀 내의 섹터들 간의 가장 가까운 거리의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 셀(210)을 구성하는 섹터 211 내의 AP(2111)와 섹터 213 내의 AP(2131) 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 4) 인접한 셀들의 섹터들 간의 가장 가까운 거리의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다. 예를 들어, 셀(210)을 구성하는 섹터 215 내의 AP(2153)와 셀(220)을 구성하는 섹터 223 내의 AP(2231, 2233) 또는 셀(230)을 구성하는 섹터 231 내의 AP(2311, 2313) 간에 서로 다른 주파수가 할당될 수 있다.

본 발명의 Wi-Fi 무선통신시스템은 호핑 모드와 중계 모드를 서로 전환하면서 멀티-홉 통신을 수행하고, 인접한 AP들 간에 서로 다른 주파수를 사용하기 때문에 간섭을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 데이터의 전송율(throughput)도 향상 시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AP의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.

본 발명의 AP(100)는 다수의 RF 모듈(110, 120, 130)을 포함하고 있다. 도 4의 실시예에서 AP(100)는 세 개의 RF 모듈(110, 120, 130)을 포함하고 있는 실시예를 예시하고 있다.

도 5를 참조하면, RF 모듈(110, 120, 130)은 무선통신부, 메모리, 프로세서를 포함하여 이루어진다.

무선통신부는 할당된 주파수 채널의 대역폭에 따라 무선신호를 송수신하는 역할을 한다.

메모리는 수신한 데이터를 저장하는 역할을 한다.

프로세서는 RF 모듈의 전반적인 동작을 처리한다.

본 발명에서 각 RF 모듈은 무선통신부를 통해 자신의 채널의 대역폭에 해당하는 단말기와 통신할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 호핑 패턴을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 주파수 호핑(hopping) 패턴은 가로축이 시간이고, 세로축이 주파수이며, 가로축이 시간 슬롯으로 분할되고, 세로축이 주파수 대역폭으로 분할되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 주파수 호핑 패턴은 비컨(beacon) 슬롯(slot) 또는 MAS(Medium Access Slot)의 고정 시작 시간을 참조하여 형성될 수 있다.

AP(100)는 자신의 전송 커버리지 내의 단말기로부터 전송된 데이터를 주파수 호핑 패턴에 맵핑(mapping)시키는 방식으로 통신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 AP는 단말기로부터 수신한 데이터에서 헤드를 검사하여 주파수 대역폭과 전송시간을 확인한다. 그리고, 주파수 호핑 패턴에 데이터를 맵핑하여, 주파수 대역폭의 주파수 채널에 해당하는 RF 모듈의 메모리에 데이터를 저장하도록 한다.

예를 들어, 도 6에서 AP(100)는 단말기로부터 수신한 데이터에서 헤드를 검사하여 주파수 대역폭과 전송시간을 인지한다. 인지한 주파수 대역폭이 'RA'에 해당하고, 전송시간이 첫번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(1)'에 해당한다. 따라서, 제1 RF모듈(110)의 RA 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장한다.

도 6의 실시예에서, AP(100)가 인지한 주파수 대역폭이 'RB'에 해당하고, 전송시간이 세번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(8)'에 해당한다. 따라서, 제2 RF모듈(120)의 RB 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장한다.

도 6의 실시예에서, AP(100)가 인지한 주파수 대역폭이 'RC'에 해당하고, 전송시간이 두번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(6)'에 해당한다. 따라서, 제3 RF모듈(130)의 RC 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장한다.

이런 식으로, 본 발명에서 AP(100)는 수신한 데이터의 헤드를 분석하여 주파수 대역폭 채널과 전송시간을 확인하고, 이를 주파수 호핑 패턴에 맵핑하여 데이터를 저장할 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 AP 200 단말기
110, 120, 130 RF 모듈

Claims (5)

1. 멀티-홉 네트워크에서 Wi-Fi 무선통신시스템에 있어서,
   주파수 대역폭을 분할한 각 주파수 채널에 대응하는 다수의 RF 모듈을 구비하고 있으며, 주파수 분할 방식으로 통신하는 다수의 AP; 및
   자신이 속한 통신 커버리지에 해당하는 AP와 통신하는 다수의 단말기를 포함하며,
   인접한 AP 사이에서 통신이 수행되는 홉핑(hopping) 모드와, AP와 단말기 사이에서 통신이 수행되는 중계 모드를 서로 전환하는 방식으로 멀티 홉 통신을 수행하고,
   상기 RF 모듈은, 할당된 주파수 채널의 대역폭에 따라 무선신호를 송수신하기 위한 무선통신부; 수신한 데이터를 저장하기 위한 메모리; 및 RF 모듈의 전반적인 동작을 처리하기 위한 프로세서를 포함하고, 각 RF 모듈은 무선통신부를 통해 자신의 채널의 대역폭에 해당하는 단말기와 통신하고,
   하나의 시간 주기 동안 홉핑 모드와 중계 모드를 사용하고,
   홉핑 모드를 수행하기 위해 동일한 셀의 섹터들 간에 서로 다른 주파수가 할당되거나, 인접한 셀의 섹터들 간에 서로 다른 주파수가 할당되고,
   중계 모드를 수행하기 위해 섹터와 AP 간에 서로 다른 주파수가 할당되거나, 섹터 내의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당되거나, 동일한 셀 내의 섹터들 간의 가장 가까운 거리의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당되거나, 인접한 셀들의 섹터들 간의 가장 가까운 거리의 AP들 간에 서로 다른 주파수가 할당되고,
   상기 AP는, 가로축이 시간이고, 세로축이 주파수이고, 가로축이 시간 슬롯으로 분할되고, 세로축이 주파수 대역폭으로 분할되어 있는 주파수 호핑(hopping) 패턴에서, 자신의 전송 커버리지 내의 단말기로부터 전송된 데이터를 맵핑(mapping)시키는 방식으로 통신하되,
   상기 AP는 단말기로부터 수신한 데이터에서 헤드를 검사하여 주파수 대역폭과 전송시간을 인지하고, 인지한 주파수 대역폭이 'RA'에 해당하고, 전송시간이 첫번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(1)'에 해당하고, RF모듈의 RA 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장하고, 상기 AP가 인지한 주파수 대역폭이 'RB'에 해당하고, 전송시간이 세번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(8)'에 해당하고, RF모듈의 RB 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장하고,
   상기 AP가 인지한 주파수 대역폭이 'RC'에 해당하고, 전송시간이 두번째 시간 슬롯에 해당하면, 주파수 호핑 패턴에서 'Data(6)'에 해당하고, RF모듈의 RC 무선통신부를 통해 데이터를 수신하여 메모리의 해당 주소에 데이터를 저장하고,
   상기 AP는 수신한 데이터의 헤드를 분석하여 주파수 대역폭 채널과 전송시간을 확인하고, 상기 주파수 호핑 패턴에 데이터를 맵핑하여, 주파수 대역폭의 주파수 채널에 해당하는 RF 모듈의 메모리에 데이터를 저장하되,
   네트워크 커버리지 영역이 중첩되지 않은 AP를 검색하여, 해당 AP에 주파수를 재할당함으로써, 비중첩 영역들에서 대역폭을 재활용하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 무선통신시스템.
   
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