KR102216699B1 - 무선랜 시스템에서의 Frame Aggregation 성능 개선 방안 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선랜 시스템에서의 Frame Aggregation 기술의 성능 개선을 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.

Description

무선랜 시스템에서의 Frame Aggregation 성능 개선 방안 {METHOD, APPARATUS, AND SYSTEM FOR ENHANCING THE PERFORMANCE OF FRAME AGGREGATION ALGORITHM IN WILRELESS LAN}

본 발명은 무선랜 시스템에서의 Frame Aggregation 기술의 성능 개선을 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.

최근 모바일 기기의 보급이 확대됨에 따라 이들에게 빠른 무선 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 무선랜(Wireless LAN) 기술이 많은 각광을 받고 있다. 무선랜 기술은 근거리에서 무선 통신 기술을 바탕으로 스마트 폰, 스마트 패드, 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어, 임베디드 기기 등과 같은 모바일 기기들이 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

초기의 무선랜 기술은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11을 통해 2.4GHz 주파수를 사용하여 주파수 도약(hopping), 대역확산, 적외선 통신 등으로 1~2Mbps의 속도를 지원한 이래, 최근에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을 적용하여 최대 54Mbps의 속도를 지원할 수 있다. 이외에도 IEEE 802.11에서는 QoS(Quality for Service)의 향상, 액세스 포인트(Access Point, AP) 프로토콜 호환, 보안 강화(security enhancement), 무선 자원 측정(radio resource measurement), 차량 환경을 위한 무선 접속(wireless access vehicular environment), 빠른 로밍(fast roaming), 메쉬 네트워크(mesh network), 외부 네트워크와의 상호작용(interworking with external network), 무선 네트워크 관리(wireless network management) 등 다양한 기술의 표준을 실용화 또는 개발 중에 있다.

IEEE 802.11 중에서 IEEE 802.11b는 2.4GHz 밴드의 주파수를 사용하면서 최고 11Mbps의 통신 속도를 지원한다. IEEE 802.11b 이후에 상용화된 IEEE 802.11a는 2.4GHz 밴드가 아닌 5GHz 밴드의 주파수를 사용함으로써 상당히 혼잡한 2.4GHz 밴드의 주파수에 비해 간섭에 대한 영향을 줄였으며, OFDM 기술을 사용하여 통신 속도를 최대 54Mbps까지 향상시켰다. 그러나 IEEE 802.11a는 IEEE 802.11b에 비해 통신 거리가 짧은 단점이 있다. 그리고 IEEE 802.11g는 IEEE 802.11b와 마찬가지로 2.4GHz 밴드의 주파수를 사용하여 최대 54Mbps의 통신속도를 구현하며, 하위 호환성(backward compatibility)을 만족하고 있어 상당한 주목을 받았는데, 통신 거리에 있어서도 IEEE 802.11a보다 우위에 있다.

그리고, 무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 제정된 기술 규격으로써 IEEE 802.11n이 있다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput, HT)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술에 기반을 두고 있다. 또한, 이 규격은 데이터 신뢰성을 높이기 위해 중복되는 사본을 여러 개 전송하는 코딩 방식을 사용할 뿐만 아니라, 속도를 증가시키기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)을 사용할 수도 있다.

무선랜의 보급이 활성화되고, 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율(Very High Throughput, VHT)을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이 중 IEEE 802.11ac는 5GHz 주파수에서 넓은 대역폭(80MHz~160MHz)을 지원한다. IEEE 802.11ac 표준은 5GHz 대역에서만 정의되어 있으나, 기존 2.4GHz 대역 제품들과의 하위 호환성을 위해 초기 11ac 칩셋들은 2.4GHz 대역에서의 동작도 지원할 것이다. 이때 802.11ac는 2.4GHz에서 최대 40MHz까지 대역폭을 지원한다. 이론적으로, 이 규격에 따르면 다중 단말의 무선랜 속도는 최소 1Gbps, 최대 단일 링크 속도는 최소 500Mbps까지 가능하게 된다. 이는 더 넓은 무선 주파수 대역폭(최대 160MHz), 더 많은 MIMO 공간적 스트림(최대 8개), 다중 사용자 MIMO, 그리고 높은 밀도의 변조(최대 256 QAM) 등 802.11n에서 받아들인 무선 인터페이스 개념을 확장하여 이루어진다. 또한, 기존 2.5GHz/5GHz 대신 60GHz 밴드를 사용해 데이터를 전송하는 방식으로 IEEE 802.11ad가 있다. IEEE 802.11ad는 빔포밍 기술을 이용하여 최대 7Gbps의 속도를 제공하는 전송규격으로써, 대용량의 데이터나 무압축 HD 비디오 등 높은 비트레이트 동영상 스트리밍에 적합하다. 하지만 60GHz 주파수 밴드는 장애물 통과가 어려워 근거리 공간에서의 디바이스들 간에만 이용이 가능한 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무선랜을 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.

본 발명에서는 Frame Aggregation 기술에서의 성능 개선을 위한 새로운 Link Adatpation 기술을 제안한다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신을 수행할 때 Frame Aggregation 기술을 도입함에 있어 새로운 Link Aggregation 기술을 적용 성능 개선을 기대할 수 있다.

본 발명은 무선랜을 이용하는 스테이션 내지 액세스 포인트, 셀룰러 통신을 이용하는 스테이션 내지 기지국 등 다양한 통신 디바이스에 사용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선랜 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선랜 시스템인 독립 BSS를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 STA의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 AP의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA이 AP와 링크를 설정하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA의 패시브 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA의 액티브 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 Frame Agregation 기술 관련 A-MPDU 프레임의 포맷을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 관련된 Block ACK Bitmap 프레임의 포맷을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 시시 예에 관련된 Block ACK Bitmap 전체 분석을 통해 A-MPDU의 전송 성공 및 전송 실패를 판단하는 방법을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 시시 예에 관련된 Block ACK Bitmap 일부 분석을 통해 A-MPDU의 전송 성공 및 전송 실패를 판단하는 방법을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 시시 예에 관련된 전송 모드 결정을 위해 새롭게 제안된 Link Adaptation 알고리즘의 구성도를 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

무선랜 시스템의 구조

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템을 도시하고 있다.

무선랜 시스템은 하나 또는 그 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함하는데, BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 기기들의 집합을 나타낸다. 일반적으로 BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)로 구분될 수 있으며, 도 1은 이 중 인프라스트럭쳐 BSS를 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 인프라스트럭쳐 BSS(BSS1, BSS2)는 하나 또는 그 이상의 스테이션(STA-1, STA-2, STA-3, STA-4, STA-5), 분배 서비스(Distribution Service)를 제공하는 스테이션인 액세스 포인트(PCP/AP-1, PCP/AP-2), 및 다수의 액세스 포인트(PCP/AP-1, PCP/AP-2)를 연결시키는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다.

스테이션(Station, STA)은 IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 디바이스로서, 광의로는 액세스 포인트(AP)와 비 액세스 포인트 STA(Non-AP Station)를 모두 포함한다. 무선 통신을 위한 스테이션은 프로세서(Processor)와 트랜시버(transceiver)를 포함하고, 실시예에 따라 사용자 인터페이스부와 디스플레이 유닛 등을 더 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송할 프레임을 생성하거나 또는 상기 무선 네트워크를 통해 수신된 프레임을 처리하며, 그 밖에 스테이션을 제어하기 위한 다양한 처리를 수행한다. 그리고, 트랜시버는 프로세서와 기능적으로 연결되어 있으며, 스테이션을 위하여 무선 네트워크를 통해 프레임을 송수신한다.

액세스 포인트(Access Point, AP)는 자신에게 결합된 스테이션을 위하여 무선 매체를 경유하여 분배시스템(DS)에 대한 접속을 제공하는 개체이다. 인프라스트럭쳐 BSS에서 AP와 접속되지 않은 STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이지만, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 AP와 접속되지 않은 STA들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. 한편, 본 발명에서 AP는 PCP(Personal BSS Coordination Point)를 포함하는 개념으로 사용되며, 광의적으로는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), 노드-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등의 개념을 모두 포함할 수 있다.

복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분배 시스템(DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. 이때, DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 AP와 접속되지 않은 STA들은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선랜 시스템인 독립 BSS를 도시하고 있다. 도 2의 실시예에서 도 1의 실시예와 동일하거나 상응하는 부분은 중복적인 설명을 생략하도록 한다.

도 2에 도시된 BSS-3는 독립 BSS이며 AP를 포함하지 않기 때문에, 모든 스테이션(STA-6, STA-7)이 AP와 접속되지 않은 상태이다. 독립 BSS는 DS로의 접속이 허용되지 않으며, 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다. 독립 BSS에서 각각의 스테이션들(STA-6, STA-7)은 다이렉트로 서로 연결될 수 있다.

STA(스테이션)의 구성

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션의 구성을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 STA(100)은 프로세서(110), 하나 이상의 네트워크 인터페이스 카드(NIC, Network Interface Card, 120), 유저 인터페이스부(140), 디스플레이 유닛(150) 및 메모리(160)를 포함할 수 있다.

먼저, 네트워크 인터페이스 카드(120)는 무선랜 접속을 수행하기 위한 모듈로서, STA(100)에 내장되거나 외장으로 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 네트워크 인터페이스 카드 (120)는 서로 다른 주파수 밴드를 이용하는 복수의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)을 포함할 수 있다. 이를 테면, 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)은 2.4GHz, 5GHz 및 60GHz 등의 서로 다른 주파수 밴드의 네트워크 인터페이스 카드 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, STA(100)은 6GHz 이상의 주파수 밴드를 이용하는 적어도 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈과, 6GHz 이하의 주파수 밴드를 이용하는 적어도 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈을 구비할 수 있다. 각각의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)은 해당 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)이 지원하는 주파수 밴드의 무선랜 규격에 따라 AP 또는 외부 STA과 무선 통신을 수행할 수 있다. 네트워크 인터페이스 카드(120)는 STA(100)의 성능 및 요구 사항에 따라 한 번에 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)만을 동작시키거나 동시에 다수의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)을 함께 동작시킬 수 있다.

한편, 도 3의 블록도에서 STA(100)의 복수의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)은 서로 분리되어 도시되어 있으며, 각각의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(120_1~120_n)의 MAC/PHY 계층이 서로 독립적으로 운영된다. 다만, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 복수의 서로 다른 주파수 밴드의 네트워크 인터페이스 카드 모듈이 하나의 칩으로 통합된 상태로 STA(100)에 구비될 수도 있다.

다음으로, 유저 인터페이스부(140)는 STA(100)에 구비된 다양한 형태의 입/출력 수단을 포함한다. 즉, 유저 인터페이스부(140)는 다양한 입력 수단을 이용하여 유저의 입력을 수신할 수 있으며, 프로세서(110)는 수신된 유저 입력에 기초하여 STA(100)을 제어할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스부(140)는 다양한 출력 수단을 이용하여 프로세서(110)의 명령에 기초한 출력을 수행할 수 있다.

다음으로, 디스플레이 유닛(150)은 디스플레이 화면에 이미지를 출력한다. 상기 디스플레이 유닛(150)은 프로세서(110)에 의해 실행되는 컨텐츠 또는 프로세서(110)의 제어 명령에 기초한 유저 인터페이스 등의 다양한 디스플레이 오브젝트를 출력할 수 있다. 또한, 메모리(160)는 STA(100)에서 사용되는 제어 프로그램 및 그에 따른 각종 데이터를 저장한다. 이러한 제어 프로그램에는 STA(100)이 AP 또는 외부 STA와 접속을 수행하는데 필요한 접속 프로그램이 포함될 수 있다.

본 발명의 프로세서(110)는 다양한 명령 또는 프로그램을 실행하고, STA(100) 내부의 데이터를 프로세싱 할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 상술한 STA(100)의 각 유닛들을 제어하며, 유닛들 간의 데이터 송수신을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 프로세서(110)는 STA(100)의 섹터 스윕 신호 전송/수신 및 이에 대응하는 피드백 신호 전송/수신 등의 커뮤니케이션 동작을 제어한다.

또한, 프로세서(110)는 메모리(160)에 저장된 AP와의 접속을 실행하는 프로그램을 실행하여, AP가 전송한 통신 설정 메시지를 수신하고, 통신 설정 메시지에 포함된 STA(100)의 우선 조건에 대한 정보를 독출하고, STA(100)n의 우선 조건에 대한 정보에 따라 AP에 대한 접속을 요청한다. 이에 대한 구체적인 설명은 추후 기술하기로 한다.

도 3에 도시된 STA(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록도로서, 분리하여 표시한 블록들은 디바이스의 엘리먼트들을 논리적으로 구별하여 도시한 것이다. 따라서 상술한 디바이스의 엘리먼트들은 디바이스의 설계에 따라 하나의 칩으로 또는 복수의 칩으로 장착될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 STA(100)의 일부 구성들, 이를 테면 이동통신 모듈(130), 유저 인터페이스부(140) 및 디스플레이 유닛(150) 등은 STA(100)에 선택적으로 구비될 수 있다.

AP(액세스 포인트)의 구성

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AP의 구성을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 AP(200)는 프로세서(210), NIC(Network Interface Card, 220) 및 메모리(160)를 포함할 수 있다. 도 4에서 AP(200)의 구성 중 도 3의 STA(100)의 구성과 동일하거나 상응하는 부분에 대해서는 중복적인 설명을 생략하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 AP(200)는 적어도 하나의 주파수 밴드에서 BSS를 운영하기 위한 네트워크 인터페이스 카드(220)를 구비한다. 도 3의 실시예에서 전술한 바와 같이, AP(200)의 네트워크 인터페이스 카드 (220) 또한 서로 다른 주파수 밴드를 이용하는 복수의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(220_1~220_m)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 AP(200)는 서로 다른 주파수 밴드, 이를 테면 2.4GHz, 5GHz, 60GHz 중 두 개 이상의 네트워크 인터페이스 카드 모듈을 함께 구비할 수 있다. 바람직하게는, AP(200)는 6GHz 이상의 주파수 밴드를 이용하는 적어도 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈과, 6GHz 이하의 주파수 밴드를 이용하는 적어도 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈을 구비할 수 있다. 각각의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(220_1~220_m)은 해당 네트워크 인터페이스 카드 모듈(220_1~220_m)이 지원하는 주파수 밴드의 무선랜 규격에 따라 STA과 무선 통신을 수행할 수 있다. 네트워크 인터페이스 카드 (220)는 AP(200)의 성능 및 요구 사항에 따라 한 번에 하나의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(220_1~220_m)만을 동작시키거나 동시에 다수의 네트워크 인터페이스 카드 모듈(220_1~220_m)을 함께 동작시킬 수 있다.

다음으로, 메모리(260)는 AP(200)에서 사용되는 제어 프로그램 및 그에 따른 각종 데이터를 저장한다. 이러한 제어 프로그램에는 STA의 접속을 관리하는 접속 프로그램이 포함될 수 있다. 또한, 프로세서(210)는 AP(200)의 각 유닛들을 제어하며, 유닛들 간의 데이터 송수신을 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(210)는 메모리(260)에 저장된 스테이션과의 접속을 실행하는 프로그램을 실행하여, 하나 이상의 STA(100)에 대하여 통신 설정 메시지를 전송하고, STA(100)의 접속 요청에 따라 접속 설정을 수행하되, 통신 설정 메시지는 각 스테이션의 접속 우선 조건에 대한 정보를 포함한다. 이에 대한 구체적인 설명은 추후 기술하기로 한다.

링크 설정 단계

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA이 AP와 링크를 설정하는 단계를 개략적으로 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 STA(100)가 AP(200)에 접속하는 단계는 크게 스캐닝(Scanning), 인증(Authentication) 및 결합(Association)의 3단계로 구분된다. 스캐닝단계는 STA(100)가 AP(200)가 운영하는 BSS의 접속 정보를 획득하는 단계이다. 스캐닝을 수행하기 위한 방법으로는 AP가 주기적으로 전송하는 비콘(Beacon) 메시지만을 활용하여 정보를 획득하는 패시브 스캐닝(Passive Scanning) 기법(S101)과 STA가 AP에 프로브 요청(Probe Request)을 전송하고(S103), AP로부터 프로브 응답(Probe Response)을 수신하여(S105) 접속 정보를 획득하는 액티브 스캐닝(Active Scanning )기법이 있다.

스캐닝 단계에서 성공적으로 무선 접속 정보를 수신한 STA(100)는 인증 요청(Authentication Request)을 송신(S107a)하고, 인증 응답(Authentication Response)을 수신(S107b)하여 인증 절차를 수행한다.

성공적인 IEEE 802.11 계층에서의 인증 절차를 수행 후, 결합 단계 (S109a, S109b)를 수행하고, 추가적으로 802.1X 기반의 인증(S111) 및 DHCP를 통한 IP 주소 획득(S113) 단계를 수행할 수 있다. AS(300)는 Authentication Server로서 STA(100)과 802.1X 기반의 인증을 처리하는 서버로서 AP(200)에 물리적으로 결합되어 존재하거나 별도의 서버로서 존재할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA의 패시브 스캐닝 방법을 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 STA(110)는 주변에 위치한 제 1 AP(210)와 제 2 AP(220)에서 주기적으로 송신하는 비콘 메시지를 수신하여 각각 AP들의 무선 접속 정보를 획득한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 STA의 액티브 스캐닝 방법을 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 제 1 STA(110)는 주변에 위치한 AP의 정보를 획득하기 위해 프로브 요청 메시지를 송신하고, 이에 대응하는 프로브 응답 메시지를 각각 제 1 AP(210)와 제 2 AP(220)로부터 수신하여 각각 AP들의 무선 접속 정보를 획득한다.

o Frame Aggretaion 기술 개선을 위한 새로운 Link Adatpation 기법

IEEE 802.11n 표준에서는 MAC 계층에 A-MPDU(Aggreated MAC Protocol Data Unit) 와 Block ACK 기법을 도입하여 전송률을 향상 시킨다. A-MPDU는 동일한 Receiver Address와 MCS(Modulation and Colding Scheme), 그리고 ACK Policy를 갖는 다수의 MPDU를 모아 하나의 직접된 프레임을 만드는 것을 말하며, A-MPDU 내 집적된 각 MPDU는 서브 프레임으로 불린다. 도 8과 9는 본 발명의 일 실시 예에 관련된 A-MPDU 및 Block ACK 프레임의 포맷을 도시한 그림이며, A-MPDU와 Block ACK를 주고 받는 과정은 아래와 같이 설명할 수 있다.

우선, 송신 쪽에서는 보낼 MAC 프레임들을 집적화하여 도 8과 같이 A-MPDU를 생성하여 수신 쪽에 전송하고, 이를 받은 수신기에서는 각 MPDU의 수신 성공과 실패를 확인한 후, Block ACK Bitmap에 그 결과를 기록하여 송신기에 보내 준다. 이후, 송신기에서는 수신한 Block ACK의 Bitmap을 통해 전송에 실패한 프레임들과 새로 보낼 프레임들을 다시 집적화하여 새로운 A-MPDU를 만들고 이를 전송하게 된다. A-MPDU는 최대 64개의 서브프레임으로 구성될 수 있으며, Block ACK는 이에 대한 전송 결과를 표현하기 위해 64bit의 Bitmap을 가지게 되고, Bitmap의 요소는 해당 서브프레임의 전송이 성공인 경우 1을, 실패 시 0의 값을 가진다.

IEEE 802.11 PHY 계층에서는 서로 다른 변조 방식과 채널 코딩 방식(MCS)을 조합하여 전송하는 다중 전송 모드를 지원한다. 그러나, 현재의 무선랜 표준에서는 이러한 다중 전송 모드를 무선 채널의 상태에 따라 적절하게 선택하는 Rate Adaptation 기술에 대한 표준 메커니즘을 정의하고 있지 않다. 실제 대부분의 무선랜 장비에 적용되어 있는 ARF(Automatic Rate Fallback) 기술의 경우, 프레임의 전송 성공 여부와 타이머를 이용하여 전송 모드를 순차적으로 조절한다.

간단히 알고리즘을 설명하면, 현재의 전송 모드에서 연속적인 2개의 프레임이 전송에 실패한 경우, 현재의 전송 모드에서 한 단계 낮은 전송 모드로 낮추게 되며, 연속적으로 10개의 프레임의 전송이 성공한 경우, 현재의 전송 모드에서 한 단계 높은 전송 모드로 전송률을 증가시키게 된다. 또한, 전송률 감소 이후에 일정 시간이 경과하면 자동으로 전송 모드를 한 단계 높임으로써 높은 모드에서의 전송을 시도하게 된다. 그러나 ARF 기술은 채널 상태 변화가 클 경우 전송 모드가 낮아질 확률이 높으며, 적절한 전송 모드로 조절하는 시간이 오래 걸린다는 한계점을 가지고 있다. 이로 인해 무선 채널 사용의 효율성을 저하시킨다는 문제점이 있으나, 비교적 쉽게 구현할 수 있어 현재 대부분의 무선랜 장비에 도입되어 있다.

ARF 기술을 A-MPDU 전송 시 그대로 적용하는 경우, 송신 쪽에서는 Block ACK Bitmap을 통해 모든 서브프레임이 오류 없이 성공적으로 수신 시 전송 성공, 1개의 서브프레임이라도 오류가 발생하는 경우에는 전송 실패로 간주하게 된다. 전송률을 극대화하기 위해서는 집적화 비율을 높일 필요가 있으나, 채널 상태가 동일하더라도 프레임의 길이가 짧은 경우 대비 긴 경우 후반부에 위치한 서브프레임의 오류 율이 증가하는 측면이 있어, 기존 ARF 기술 사용 시 전송 모드(MCS)를 낮게 설정하여 성능 저하의 원인이 될 수 있다.

본 명세서에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 수정된 ARF 기법을 제안한다. 본 발명에서는 기존 ARF 기법을 그대로 사용하되, Frame Aggregation 기법이 적용되는 무선랜 시스템에서의 전송 모드(MCS) 설정을 위해, 기 전송한 프레임의 전송 성공 또는 전송 실패 판단 부분을 아래와 같이 새롭게 제안한다.

도 10과 같이, N개의 서브프레임을 집적화하여 전송한 경우, Block ACK Bitmap에서 Nbit 중 a개 이상 ‘1’을 가지고 있으면 전송 성공, 그렇지 않으면 전송 실패로 판단하게 한다. 해당 a 값은 채널 상태에 따라 변화게 되며, N bit 모두를 기준으로 ‘1’이 넘는 개수를 a값과 비교할 수 있고, 또는 도 11과 같이 N bit 중 하위 혹은 상위 일부 bit를 기준으로 ‘1’이 넘는 개수를 a값과 비교할 수도 있다.

도 12에서 상기 제안된 기술 기반으로 Link Adaptation 알고리즘의 동작 방안을 설명한다. 송신기에서는 수신기로부터 전달받은 Block ACK Bitmap 정보를 Bitmap 분석 방안 판단부와 Bitmap 정보 전달부로 전달한다. Bitmap 분석 방안 판단부에서는 Nbit 모두를 분석할지 또는 Nbit 중 상위 내지 하위 일부를 분석할지 결정한다. 결정 기준으로는 현재 무선랜 설치 장소(실외, 실내, 지하철 역 등) 또는 유동인구의 많고 적음에 따라 달라질 수 있으며, 주변 환경에 대한 인지 방안으로 수신기의 RSSI 값의 분포를 기반으로 결정할 수 있다. Bitmap 정보 전달부는 Bitmap 분석 방안 판단부에서 전달 받은 정보를 근거로 Nbit 모두 또는 일부를 전송 성공/실패 판단부로 전달한다. 전송 성공/실패 판단부에서는 Bitmap 정보 전달부로부터 받은 N개 이하의 bits 정보를 기반으로 ‘1’의 개수가 a보다 크면 전송 성공, 그 이하이면 전송 실패로 판단하고 그 결과를 전송 모드(MCS) 결정부로 전달한다. 전송 모드(MCS) 결정부에서는 기존 ARF 기술과 동일하게, 연속적으로 보낸 A-MPDU 프레임에 대해 2번 전송 실패 시 전송 모드를 한 단계 낮추며 10번 전송 성공 시 전송 모드를 한 단계 높이고 결정된 전송 모드를 신호 변조부로 전달하게 된다.

전송 성공 또는 전송 실패를 판단하는 Threshold 인 ‘a’ 값의 설정 기준은 다음과 같이 정할 수 있다. Bitmap 분석 방안 판단부에서와 유사하게, 현재 무선랜 설치 장소(실외, 실내, 지하철 역 등) 또는 유동인구의 많고 적음에 따라 달라질 수 있다. Default 값으로 a는 Frame Aggregation Size인 N값으로 운영하되, 송신기에서 다수의 수신기들의 RSSI 값의 표준편차 또는 분산 등 통계치를 기반으로 특정 기준 점을 초과하는 경우 채널 변화가 심한 환경으로 판단 해 a 값을 감소시킨다. RSSI 값의 표준편차 또는 분산 등의 통계치에 대해 단계 별로 범위를 설정, a 값을 감소시키는 정도를 달리할 수 있다. RSSI의 통계치는 1일 또는 1시간 단위로 설정 가능하며 특정 범위를 한정 하지는 않는다.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

1. 무선으로 통신하는 무선 통신 단말에 있어서,
   송수신부; 및
   프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 송수신부를 통해, 적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)를 포함하는 집적된 MPDU(Aggregated MAC protocol data unit, A-MPDU)를 전송하고,
   상기 A-MPDU에 대한 블록 응답(Block Ack) 프레임을 수신하되,
   상기 블록 응답 프레임은 상기 적어도 하나의 MPDU 각각에 대한 전송 성공 여부를 나타내는 비트들로 구성된 비트맵 정보를 포함하고,
   상기 비트맵 정보에 기초하여 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하되,
   상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부는 상기 비트맵 정보를 구성하는 복수의 비트들 전체 또는 상기 복수의 비트들 중 일부인 분석 대상 비트에 기초하여 판단되며,
   상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되는지 여부는 상기 무선 통신 단말이 설치된 환경을 나타내는 환경 정보에 기초하여 결정되고,
   상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되지 않는 경우,
   상기 분석 대상 비트는 상기 복수의 비트들 중에서 추출되며,
   상기 추출된 분석 대상 비트 중에서 임계(threshold) 개수 이상의 비트가 전송 성공을 나타내는 경우, 상기 A-MPDU의 전송은 성공한 것으로 판단되고,
   상기 판단 결과에 기초하여 후속 프레임의 전송에 사용되는 전송 모드를 결정하고,
   상기 결정한 전송 모드에 기초하여 상기 후속 프레임을 전송하는, 무선 통신 단말.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되는 경우,
   상기 복수의 비트들 중에서 상기 임계 개수 미만의 비트가 전송 성공을 나타내는 경우, 상기 A-MPDU의 전송이 실패한 것으로 판단하고,
   상기 A-MPDU의 전송이 실패한 것으로 판단되는 경우, 상기 후속 프레임의 전송에 사용되는 전송 모드는 상기 A-MPDU의 전송에 사용된 전송 모드 전송률 보다 전송률이 낮고,
   상기 전송률은 단위 시간당 전송되는 데이터의 양을 나타내는, 무선 통신 단말.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 무선 통신 단말로부터 전송된 신호를 수신한 적어도 하나의 외부 단말로부터 수신 신호 강도 지시자(received signal strength indicator, RSSI)를 획득하고,
   상기 RSSI에 기초하여 상기 임계 개수를 결정하는, 무선 통신 단말.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 적어도 하나의 외부 단말로부터 획득된 복수의 RSSI 값들에 기초하여 상기 복수의 RSSI 값들 간의 분산 정도를 나타내는 제1 RSSI 분포 값을 획득하고,
   상기 제1 RSSI 분포 값에 기초하여 상기 임계 개수를 결정하는, 무선 통신 단말.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 RSSI 분포 값이 상기 제1 RSSI 분포 값과 다른 분포 값인 제2 RSSI 분포 값 보다 작은 경우, 상기 임계 개수는 상기 제2 RSSI 분포 값에 따라 결정된 임계 개수보다 작은, 무선 통신 단말.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 제1 RSSI 분포 값을 기 설정된 주기에 따라 업데이트하는, 무선 통신 단말.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 임계 개수는 상기 블록 응답 프레임이 전송되는 전송 채널의 채널 특성의 변동에 따라 결정되는, 무선 통신 단말.
8. 제2 항에 있어서,
   상기 임계 개수는 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치를 나타내는 정보, 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치의 장소 유형에 대한 정보 또는 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치에 대응하는 유동 인구수 정보 중 적어도 하나에 기초하여 설정된, 무선 통신 단말.
9. 제2 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 판단 결과가 상기 A-MPDU의 전송 실패를 나타내는 경우, 누적된 전송 실패 회수가 기 설정된 회수 이상인지 결정하고,
   상기 누적된 전송 실패 회수가 기 설정된 회수 이상인 경우, 상기 전송 모드를 변경하는, 무선 통신 단말.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전송 모드를 변경하는 경우, 상기 누적된 전송 실패 회수를 초기화하는, 무선 통신 단말.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1 항에 있어서,
    상기 환경 정보는 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치를 나타내는 정보, 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치의 장소 유형에 대한 정보 또는 상기 무선 통신 단말이 설치된 위치에 대응하는 유동 인구수 정보 중 적어도 하나인, 무선 통신 단말.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 분석 대상 비트는 상기 비트맵 정보의 최상위 비트로부터 연속된 비트들인, 무선 통신 단말.
15. 무선으로 통신하는 무선 통신 단말의 동작 방법에서,
    적어도 하나의 MPDU(MAC protocol data unit)를 포함하는 집적된 MPDU(Aggregated MAC protocol data unit, A-MPDU)를 전송하는 단계;
    상기 A-MPDU에 대한 블록 응답(Block Ack) 프레임을 수신하는 단계,
    상기 블록 응답 프레임은 상기 적어도 하나의 MPDU 각각에 대한 전송 성공 여부를 나타내는 비트들로 구성된 비트맵 정보를 포함하고;
    상기 비트맵 정보에 기초하여 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하는 단계,
    상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부는 상기 비트맵 정보를 구성하는 복수의 비트들 전체 또는 상기 복수의 비트들 중 일부인 분석 대상 비트에 기초하여 판단되며,
    상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되는지 여부는 상기 무선 통신 단말이 설치된 환경을 나타내는 환경 정보에 기초하여 결정되고,
    상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되지 않는 경우,
    상기 분석 대상 비트는 상기 복수의 비트들 중에서 추출되며
    상기 추출된 분석 대상 비트 중에서 임계(threshold) 개수 이상의 비트가 전송 성공을 나타내는 경우, 상기 A-MPDU의 전송은 성공한 것으로 판단되고;
    상기 판단 결과에 기초하여 후속 프레임의 전송에 사용되는 전송 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 결정한 전송 모드에 기초하여 상기 후속 프레임을 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수의 비트들 전체가 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하기 위해 사용되는 경우, 상기 A-MPDU에 대한 전송 성공 여부를 판단하는 단계는,
    상기 복수의 비트들 중에서 상기 임계 개수 미만의 비트가 전송 성공을 나타내는 경우, 상기 A-MPDU의 전송이 실패한 것으로 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 A-MPDU의 전송이 실패한 것으로 판단되는 경우, 상기 후속 프레임의 전송에 사용되는 전송 모드는 상기 A-MPDU의 전송에 사용된 전송 모드의 전송률 보다 전송률이 낮고,
    상기 전송률은 단위 시간당 전송되는 데이터의 양을 나타내는, 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 무선 통신 단말로부터 전송된 신호를 수신한 적어도 하나의 외부 단말로부터 수신 신호 강도 지시자(received signal strength indicator, RSSI)를 획득하는 단계; 및
    상기 RSSI에 기초하여 상기 임계 개수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 임계 개수를 결정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 외부 단말로부터 획득된 복수의 RSSI 값들에 기초하여 상기 복수의 RSSI 값들 간의 분산 정도를 나타내는 제1 RSSI 분포 값을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 RSSI 분포 값에 기초하여 상기 임계 개수를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 RSSI 분포 값이 상기 제1 RSSI 분포 값과 다른 분포 값인 제2 RSSI 분포 값 보다 작은 경우, 상기 임계 개수는 상기 제2 RSSI 분포 값에 따라 결정된 임계 개수보다 작은, 방법.
20. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 RSSI 분포 값을 기 설정된 주기에 따라 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 방법.

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