KR102246837B1 - 무선 시스템의 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조 - Google Patents

무선 시스템의 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 조정자 장치의 통신 방법은 예약 기반의 매체 접근 제어를 이용하는 무선 시스템의 조정자 장치(Coordinator)의 통신 방법에 있어서, 소스 장치가 데스티네이션 장치에게 전송하는 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계될 수 있도록 하기 위하여 상기 소스 장치로부터 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 요청에 따라 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 할당하는 단계를 포함한다.

Description

무선 시스템의 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조{FRAME STRUCTURE AND COMMUNICATION METHOD OF COORDINATOR, SOURCE STATION AND RELAY STATION IN A WIRELESS NETWORK SYSTEM}
아래의 실시예들은 Wireless Local Area Network(WLAN) 혹은 Wireless Personal Area Network(WPAN) 환경과 같이 예약 기반 채널 액세스를 지원하는 무선 시스템의 조정자 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 네트워크 내 릴레이 장치를 이용하여 데이터를 중계 전송하는데 이용되는 프레임 구조에 관한 것이다.
WLAN 환경에서 데이터 프레임은 AP(Access Point)와 같은 조정자 장치(coordinator)를 경유하여 전송되거나 피어-투-피어(peer-to-peer)로 직접 전송될 수 있다. 그러나 일반적으로 조정자를 경유하여 업 링크(up-link)와 다운 링크(down link)를 사용하는 전송은 네트워크 내 다른 기기(장치, station)와 채널 획득을 위해 경쟁해야 하므로 그 처리율(throughput)이 감소할 수 있다.
이를 보완하기 위해 802.11e에서는 AP를 거치지 않고 장치 간에 직접 링크 설정(direct link setup; 이하 DLS) 모드를 통해 직접 프레임을 전송하여 채널 사용 효율을 2배 이상 높일 수 있도록 하고 있다.
하지만, 직접 링크 설정(DLS) 모드에서도 네트워크 내에 존재하는 다중 경로, 감쇄, 간섭 등으로 인해 채널 상태가 나빠지면 무선 네트워크의 처리율이 떨어지게 되고, 멀티미디어 스트리밍과 같이 QoS(Quality Of Service)가 필요한 경우에 이를 만족시키지 못할 수 있다.
따라서, 이렇게 직접 링크 설정(DLS) 모드만으로도 충분치 못한 경우에 조정자 장치가 아닌 네트워크 내의 다른 장치를 통해서도 프레임을 중계할 수 있도록 규격에서 지원할 필요가 있다. 즉, 다른 기기를 통해서 프레임을 중계하기 위한 새로운 WLAN의 어드레싱 방법이 필요하다.
또한, 프레임을 좀 더 안정적으로 전달하기 위하여 조정자 장치(Coordinator)에게 자원을 요청하고 요청한 자원을 할당 받아 사용하는 예약 기반 매체 접근 제어(Media Access Control; MAC)를 이용할 경우, 중계를 지원하는 예약 자원과 중계를 지원하지 않는 예약 자원을 따로 분류할 필요가 있다.
왜냐하면, 일반적으로 예약 자원은 그 자원을 요청한 기기와 요청한 기기가 통신하고자 하는 피어(peer) 기기를 명시하여 그 기기들 간에만 통신을 허락한다. 그러므로, 중계 기기(예를 들어, 릴레이 장치)가 두 기기 간의 피어-투-피어 통신을 수신하여 전달해 주는 경우, 중계 기기 역시 해당 예약 자원의 구간에서 두 기기에게 프레임을 주고 받을 수 있어야 하기 때문이다.
따라서, 이러한 동작이 가능하도록 예약 자원을 요청하고, 해당 네트워크에서 중계가 가능하도록 중계 기기에게 예약 자원을 할당하여 알려주는 방법 또한 필요하다.
본 발명의 일실시예는 예약 기반 채널 액세스를 지원하는 무선 시스템에서 네트워크 내 릴레이 장치를 이용하여 데이터를 중계 전송하는데 이용되는 프레임의 구조 및 중계가 가능한 무선 자원을 예약하고 할당하는 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 WLAN 환경에서 피어-투-피어(peer-to-peer) 통신에 참여하는 한 쌍의 장치와 중계 장치 및 그 외의 장치들에게 현재 보내는 프레임이 중계 장치를 경유하여 보내지는 프레임이라는 정보를 알려줄 수 있는 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 무선 시스템에서 피어-투-피어(peer-to-peer)의 프레임 전송을 조정자(coordinator)가 아닌 네트워크 내 다른 기기를 통해 중계 가능하도록 무선 자원을 요청하고 할당하기 위한 조정자 장치, 소스 장치 및 릴레이 장치의 통신 방법 및 프레임 구조를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 조정자 장치의 통신 방법은 예약 기반의 매체 접근 제어를 이용하는 무선 시스템의 조정자 장치(Coordinator)의 통신 방법에 있어서, 소스 장치가 데스티네이션 장치에게 전송하는 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계될 수 있도록 하기 위하여 상기 소스 장치로부터 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 요청에 따라 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소스 장치의 통신 방법은 데스티네이션 장치에게 전송하는 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 전송될 수 있도록 조정자 장치에게 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임을 전송하는 단계; 상기 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임에 응답하여 상기 조정자 장치로부터 예약 자원에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 상기 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류 중 적어도 하나에 따라 상기 프레임에 포함된 어드레스를 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 통신 방법은 조정자 장치로부터 할당된 예약 자원에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 예약 자원에 대한 정보에 포함된 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디를 확인하는 단계; 및 상기 확인 결과에 따라 상기 예약 자원을 이용하여 상기 소스 장치가 전송하는 프레임을 상기 데스티네이션 장치에게 중계하는 단계를 포함한다.
상기 프레임이 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임에 대한 응답 프레임인 경우, 상기 응답 프레임의 어드레스 1을 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임의 어드레스 2 필드 주소값으로 설정하고, 상기 응답 프레임의 어드레스 2를 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임의 어드레스 1 필드 주소값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 데스티네이션 장치의 통신 방법은 조정자 장치로부터 할당된 예약 자원에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 예약 자원에 대한 정보에 포함된 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디를 확인하는 단계; 및 상기 확인한 결과에 따라 상기 예약 자원 내에서 상기 소스 장치가 전송하는 프레임 또는 릴레이 장치가 전송하는 프레임을 수신하는 단계를 포함한다.
상기 프레임이 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임에 대한 응답 프레임인 경우, 상기 응답 프레임의 어드레스 1을 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임의 어드레스 2 필드 주소값으로 설정하고, 상기 응답 프레임의 어드레스 2를 상기 수신된 제1 프레임 또는 제2 프레임의 어드레스 1 필드 주소값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임 내부에 릴레이 컨트롤 필드를 삽입함으로써 WLAN의 어드레싱 프레임 워크(framework)에 대한 변화 없이 소스 장치, 데스티네이션 장치 및 릴레이 장치에게 중계되는 프레임임을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 릴레이 장치의 중계 스킴(relaying scheme)마다 적절한 어드레싱 방법을 제공하고, 우회(detour)하여 전달하는 데이터 프레임과 릴레이 링크에 대한 정보를 얻기 위한 관리 프레임을 구별하는 어드레싱 방법을 이용함으로써, 릴레이 장치가 MAC(Media Access Control) 헤더만으로도 각 프레임을 식별할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조정자 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 2는 WLAN 비컨 인터벌(Beacon Interval) 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 서비스 구간(Service Period; SP)을 제공하기 위한 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element) 및 할당 필드(Allocation Field)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 프레임 포맷과 그 어드레싱 필드의 해석을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 경우에 어드레싱 필드의 해석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류에 따라 어드레싱 방법이 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADDTS Request frame body 및 수정된 TSPEC IE를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9와 관련된 할당 스케줄(Allocation Schedule) IE, 할당 필드(Allocation Field), 및 할당 제어 필드 프레임 바디(Allocation Control Field Frame Body)를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기능을 포함하는 자원 예약 요청 및 예약 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
IEEE 802.11 표준 규격을 따르는 무선 네트워크는 두 가지 사용 모드, 인프라스트럭쳐 BSS(Infrastructure BSS)와 IBSS(Independent BSS, 일명 ah hoc)중에 하나로 구성된다.
인프라스트럭쳐 BSS는 AP(Access Point)와 분산 시스템(Distributed System; DS)을 포함하는 것으로 일반적으로 장치들 사이의 통신을 포함한 모든 통신 과정에서 AP가 이용되는 BSS이다. 즉, 인프라스트럭쳐 BSS는 일반적으로 AP를 통해 프레임을 전송한다. 반면에, IBSS는 AP없이 장치들로만 구성된 네트워크를 형성하며 분산 시스템(DS)으로의 접속을 허용하지 않는 BSS를 말한다. 한편, IBSS에는 AP가 없기 때문에 모든 통신은 개시 장치가 DCF(Distributed Coordination Function)과 같이 경쟁 기반 채널 액세스를 통하여 peer 장치와 직접 통신한다.
WLAN은 Q 장치(QoS 장치) 간의 직접 통신을 위한 다이렉트 링크 설정(Direct Link Setting; DLS) 절차에 대해 규정하고 있다. 이에 따르면 Q 장치는 QoS AP나 Legacy AP를 통하여 DLS request 프레임 및 DLS response 프레임을 주고 받음으로써 Q 장치 간의 다이렉트 링크를 설정한다.
또한, 최근 표준화가 진행중인 60GHz 대역의 밀리미터파에서의 IEEE 802.11ad Task Group에서는 directional communication과 QoS를 지원한다. 또한, IEEE 802.11ad Task Group은 power saving 및 spectrum management를 개선하기 위하여 인프라스트럭쳐 BSS에서 분산 시스템(DS)을 구성하여 인터넷에 접속하는 부분만을 제외한다. 그리고, IEEE 802.11ad Task Group은 조정자 장치(coordinator)를 두어 자원 관리, 네트워크 관리를 수행하며, IBSS의 피어-투-피어(peer-to-peer) 통신 기능을 가져온 Personal IBSS (PBSS)를 새로이 채택하였다.
PBSS의 PCP(PBSS Control Point)는 액세스 포인트(Access Point; AP)의 기능 중 분산 시스템(DS)과 연결하여 다른 네트워크와의 통신을 지원하는 부분을 제외한 다른 기능을 대부분 지원하는 조정자 장치(coordinator)이다.
본 발명의 일 실시예에서는 DLS 경로나 조정자 장치를 경유한 경로가 아닌 네트워크 내 다른 장치(예를 들어, 릴레이 장치(relay station))를 통해 데이터를 전송하는 방법에 대하여 설명한다. 이때, 릴레이 장치(relay station)를 통해 중계 전송하는데 기반이 되는 프로토콜(protocol)이나 프로토콜에 대한 설정(setting)은 이미 완료되었다고 가정한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 릴레이 장치(relay station)를 통해 데이터를 중계 전송할 때, 데이터를 중계 전송하는 프레임에 대한 어드레싱 방법과 조정자 장치에게 자원을 요청하고 할당 받는 방법에 대해서만 논의 한다.
우선 첫째로 데이터를 중계 전송하는 프레임에 대한 어드레싱 방법에 대해 기술한다.
기술에 앞서 이하에서 중계 전송에 참가한 장치를 각각 소스 장치, 데스티네이션 장치, 릴레이 장치라 부르기로 한다. 이하에서, '장치'는 스테이션(station, STA)을 포함하는 개념이다.
소스 장치에서 릴레이 장치를 경유하여 데스티네이션 장치로 프레임을 전송하는 경우, 중계 방법에 따라 릴레이 장치의 주소를 프레임에 적어 줄 필요가 있다. 일반적인 무선 랜 네트워크에서는 BSS의 한 장치에서의 데이터를 분산 시스템(DS)에 연결된 유선 기기나 다른 BSS에 속한 장치에게 전달할 경우에 세 개 이상의 장치의 주소가 이용된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에서와 같이 소스 장치, 데스티네이션 장치 및 릴레이 장치 각각이 모두 무선 장치이고, 하나의 BSS에 속한 장치인 경우, 어드레싱을 위한 새로운 포맷이 요구된다.
이하에서 링크 정보를 필요로 하지 않는 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임을 제1 프레임으로, 링크 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제2 프레임으로 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조정자 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 조정자 장치(Coordinator)는 예약 기반의 매체 접근 제어를 이용하는 무선 시스템의 조정자 장치로서, 소스 장치가 데스티네이션 장치에게 전송하는 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계될 수 있도록 하기 위하여 소스 장치로부터 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임을 수신한다(110).
여기서, 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임은 예약 자원이 릴레이 장치를 경유하여 전송되는 프레임을 위한 것임을 나타내기 위한 것이다. 또한, 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임은 조정자 장치에게 예약 자원을 요청한 소스 장치의 아이디(initiator ID), 소스 장치가 통신하고자 하는 데스티네이션 장치의 아이디(responder ID) 및 이와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
조정자 장치는 소스 장치의 예약 자원 요청에 따라 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 할당한다(120).
120에서 조정자 장치는 예약 자원에 릴레이 장치를 위한 서비스 구간(Service Period; SP)을 제공하기 위한 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element)를 제공할 수 있다. 조정자 장치는 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 할당하기 위해 서비스 구간(SP)에 확장된 스케줄 구성 요소를 제공할 수 있다.
여기서, 확장된 스케줄 구성 요소는 소스 장치를 위한 소스 AID(Association ID) 영역 및 데스티네이션 장치를 위한 데스티네이션 AID 영역을 포함하는 적어도 하나의 할당 필드(Allocation Field)를 서브 필드로 포함할 수 있다.
서비스 구간(SP) 및 확장된 스케줄 구성 요소에 대하여는 도 2 및 도 3을 참조하여 아래에서 설명한다.
여기서, 소스 장치, 데스티네이션 장치 및 릴레이 장치들은 RLS(Relay link Setup) 과정을 미리 수행하여 서로의 AID(Association ID)를 미리 파악할 수도 있다. 또한, 소스 장치는 RLS 과정을 성공적으로 수행하면 다른 장치들에게 RLS announcement 프레임을 전송할 수 있다. 따라서, 조정자 장치는 소스 장치로부터 수신된 RLS announcement 프레임에 포함된 정보를 고려하여 자원을 할당할 수 있다.
또한, 조정자 장치는 소스 장치 및 데스티네이션 장치가 해당 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 것임을 알 수 있도록 프레임의 맥 헤더 또는 프레임의 바디에 릴레이 장치에 대한 릴레이 컨트롤 필드(relay control field)를 삽입할 수 있다(130). 릴레이 컨트롤 필드에 대하여는 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
조정자 장치는 비컨(beacon) 프레임 또는 어나운스 프레임(Announcement Frame)을 이용하여 예약 자원에 대한 정보를 방송할 수 있다(140).
여기서, 예약 자원에 대한 정보는 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디를 포함할 수 있다.
도 2는 WLAN 비컨 인터벌(Beacon Interval) 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, WLAN 비컨 인터벌(Beacon Interval)은 BT(Beacon Time)(210), A-BFT(Association Beam Forming Training)(220), AT(Announce Time)(230) 및 DTT(Data Transfer Time)(240)를 포함한다.
BT(Beacon Time)(210)은 새로운 장치들(STAs)을 발견하고, 조정자 장치에게 자원을 요청하는 시간을 나타낸다.
A-BFT(Association Beam Forming Training)(220)는 예를 들어, AP(Access Point) 또는 PCP(PBSS Control Point)와 같은 조정자 장치(Cooperator)와 다른 장치들(예를 들어, 소스 장치, 데스티네이션 장치 및 릴레이 장치) 간의 빔 포밍을 위한 시간을 나타낸다.
AT(Announce Time)(230)은 AP 또는 PCP와 같은 조정자 장치가 네트워크 내의 장치들에게 할당된 정보를 비컨(beacon) 프레임 또는 어나운스 프레임(Announce Frame)을 이용하여 알려주는 시간을 나타낸다.
DTT(Data Transfer Time)(240)는 장치들 간의 프레임 교환이 수행되는 서비스 구간(Service Period; SP) 및 경쟁 기반 구간(Contention-Based Period; CBP)을 포함한다.
이하에서는 AP 또는PCP와 같은 조정자 장치가 전송하는 비컨 프레임 또는 어나운스 프레임 내에 할당되는 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element) 및 할당 필드(Allocation Field)에 대하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 서비스 구간(Service Period; SP)을 제공하기 위한 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element) 및 할당 필드(Allocation Field)를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element)는 소스 장치를 위한 소스 AID(Association ID) 영역(351) 및 데스티네이션 장치를 위한 데스티네이션 AID 영역(353)을 포함하는 할당 필드(Allocation Field)(350)를 서브 필드로 포함할 수 있다.
조정자 장치는 소스 AID 영역(351)에 소스 장치의 주소를 기록하고, 데스티네이션 AID 영역(353)에 데스티네이션 장치의 주소를 기록한다. 이것은 릴레이 장치가 자신에게 프레임의 중계를 요청한 소스 장치와 프레임을 수신할 데스티네이션 장치를 확인할 수 있도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
릴레이 장치는 조정자 장치로부터 할당된 예약 자원에 대한 정보를 수신한다(410). 이 때, 릴레이 장치는 조정자 장치가 전송하는 비컨(beacon) 프레임 또는 어나운스 프레임(Announcement Frame)에 의해 예약 자원에 대한 정보를 파악할 수 있다.
릴레이 장치는 예약 자원에 대한 정보에 포함된 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디를 확인한다(420). 릴레이 장치는 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디가 릴레이 장치와 릴레이 링크를 형성한 장치들 각각의 아이디와 동일한지 여부를 확인함으로써 아이디를 확인할 수 있다. 여기서, 소스 장치의 아이디 및 데스티네이션 장치의 아이디는 소스 장치의 AID(Association ID) 및 데스티네이션 장치의 AID일 수 있다.
릴레이 장치는, 420의 확인 결과에 따라, 예약 자원을 이용하여 소스 장치가 전송하는 프레임을 데스티네이션 장치에게 중계한다(430).
또한, 릴레이 장치는 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류 중 적어도 하나에 따라 프레임의 맥 헤더(MAC Header)에 포함된 통신을 요청하는 장치(initiator)의 주소인 어드레스 2 및 통신을 요청하는 장치가 통신하고자 하는 장치(responder)의 주소인 어드레스 1의 주소를 변경할 수 있다.
구체적으로, 릴레이 장치의 중계 스킴이 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴이고, 프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 릴레이 장치는 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 릴레이 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 릴레이 장치는 릴레이 장치의 중계 스킴이 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴인 경우, 프레임의 종류에 따른 어드레싱 방법은 다음과 같다.
릴레이 장치는 프레임의 종류가 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 중 어느 하나인 경우, 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크 각각에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
릴레이 장치는 프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 릴레이 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 릴레이 장치는 프레임의 종류가 프레임에 대한 응답 프레임인 경우, 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에서 어드레스 1에 릴레이 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 데스티네이션 장치의 주소를 설정할 수 있다.
이 밖에도, 릴레이 장치는 릴레이 장치를 경유하여 프레임을 전송하는 통신 스킴이 협력(Cooperation) 통신인 경우, 프레임의 종류에 따른 어드레싱 방법은 다음과 같다.
프레임의 종류가 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 중 어느 하나인 경우, 릴레이 장치는 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 릴레이 장치는 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 릴레이 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 프레임의 종류가 응답 프레임인 경우, 릴레이 장치는 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크 각각에서 어드레스 1에 소스 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 데스티네이션 장치의 주소를 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 장치의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
데스티네이션 장치에게 전송하는 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 전송될 수 있도록, 소스 장치는 조정자 장치에게 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임을 전송한다(510).
소스 장치는 릴레이 장치를 위한 예약 자원을 요청하는 프레임에 응답하여 조정자 장치로부터 예약 자원에 대한 정보를 수신한다(520).
소스 장치는 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류 중 적어도 하나에 따라 프레임에 포함된 어드레스를 변경한다(530).
530에서 소스 장치는 릴레이 장치의 중계 스킴(scheme) 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류 중 적어도 하나에 따라 프레임의 맥 헤더(MAC Header)에 포함된 장치들의 주소를 변경할 수 있다.
프레임의 맥 헤더에 포함된 장치들의 주소로는 통신을 요청하는 장치(initiator)의 주소인 어드레스 1 및 통신을 요청하는 장치(initiator)가 통신하고자 하는 장치(responder)의 주소인 어드레스 2를 들 수 있다.
릴레이 장치의 중계 스킴으로는 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴과 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴을 들 수 있다. 또한, 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류로는 데이터 프레임, 제어 프레임, 관리 프레임, 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임 및 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 등을 들 수 있다.
링크 정보 요청 프레임은 관리 프레임의 일종이나, 일반적인 관리 프레임과는 달리 각 링크의 정보가 필요한 관리 프레임이라는 점에서 본 발명의 일 실시예에서는 관리 프레임과 구별되는 개념으로 정의한다.
각 링크의 정보는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크 및 릴레이 장치와 데스티네이션 장치 사이의 R-D 링크에 대한 정보를 포함할 수 있다.
링크 정보 요청 프레임의 일 예로는 RLS request/response, Link Margin request/response 등을 들 수 있다.
릴레이 장치의 중계 스킴이 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(FD AF) 스킴이고, 프레임의 종류가 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 중 어느 하나인 경우, 소스 장치는 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 릴레이 장치의 중계 스킴이 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴이고, 프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 릴레이 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
릴레이 장치의 중계 스킴이 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴인 경우, 프레임의 종류에 따른 어드레싱 방법은 다음과 같다.
프레임의 종류가 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 중 어느 하나인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 릴레이 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 릴레이 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 상기 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 프레임의 종류가 응답 프레임인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 소스 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 릴레이 장치의 주소를 설정할 수 있다.
이 밖에도 릴레이 장치를 경유하여 프레임을 전송하는 통신 스킴이 협력(Cooperation) 통신인 경우, 프레임의 종류에 따른 어드레싱 방법은 다음과 같다.
프레임의 종류가 데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 중 어느 하나인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 데스티네이션 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
프레임의 종류가 각 링크의 정보를 필요로 하는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 릴레이 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 소스 장치의 주소를 설정할 수 있다.
또한, 프레임의 종류가 상기 프레임에 대한 응답 프레임인 경우, 소스 장치는 소스 장치와 릴레이 장치 사이의 S-R 링크에서 어드레스 1에 소스 장치의 주소를 설정하고, 어드레스 2에 데스티네이션 장치의 주소를 설정할 수 있다.
협력 통신에서 릴레이 장치는 자신이 생성한 프레임을 전송할 때, 자신(릴레이 장치)의 주소는 빼고 소스 장치와 데스티네이션 장치의 주소를 각 어드레스에 기재한다.
상술한 경우 이외의 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 프레임의 종류에 따른 다양한 어드레싱 방법에 대하여는 도 8을 참고할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 프레임 포맷과 그 어드레싱 필드의 해석을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, MAC 프레임 포맷은 프레임의 제어를 위한 프레임 제어(Frame Control) 필드(611), 프레임의 구간 길이를 나타내는 듀레이션 아이디(Duration/ID) 필드, 프레임의 전송을 위해 통신을 요청하는 장치(initiator)의 주소를 설정하기 위한 어드레스 1(613), 및 요청하는 장치가 통신하고자 하는 장치의 주소를 설정하기 위한 어드레스 2(615)를 포함하는 맥 헤더(MAC Header)(610)와 통신하고자 하는 장치에게 전달하는 데이터를 위한 프레임 바디(Frame Body)(630)를 포함할 수 있다.
프레임 바디(Frame Body)(630)는 해당 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임임을 나타내기 위한 릴레이 컨트롤 필드(Relay Control field)(631)를 포함한다. 또한, 맥 헤더(610)는 프레임의 중계를 위하여 릴레이 장치 및 BSSID를 고려한 어드레스 3(617) 및 어드레스 4(619)를 더 포함할 수 있다.
802.11n에서 데이터 프레임 전송 시에 사용하는 MAC 프레임 포맷(Frame format)의 경우, 소스 장치, 데스티네이션 장치 및 릴레이 장치를 위한 세 개의 장치 어드레스에 BSSID까지 고려한 4개의 어드레스(613, 615, 617, 및 619)가 필요하다. 그러므로, 해당 프레임이 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임임을 알리기 위해 릴레이 컨트롤 필드(Relay Control field)(631)를 새로이 정의할 필요가 있다.
릴레이 컨트롤 필드(631)는 프레임의 맥 헤더 (610) 부분에 유효한 비트가 있으면 맥 헤더에서 정의할 수 있으며, 만약, 맥 헤더에 더 이상 유효한 비트가 없으면 도 6와 같이 프레임 바디(631)의 첫 번째 옥텟(octet)에 삽입할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 경우에 어드레싱 필드의 해석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6과 같은 프레임 포맷을 사용할 경우, 각 필드에 대한 해석을 나타낸 것으로서, ① Direct link는 다이렉트 링크를 나타내며, 다이렉트 링크를 데이터를 전송하는데 릴레이 장치를 사용하지 않지만, 도 6에 나타난 프레임 포맷을 사용할 수 있다.
② 및 ③ Detour Link는 릴레이 링크를 나타낸다. 릴레이 링크는 해당 링크가 S-R 링크(②)이냐 아니면 R-D 링크(③)이냐에 따라 각 어드레스의 코딩이 달라질 수 있다. 또한, To DS 필드 및 From DS 필드 값에서 기존 어드레스의 코딩 방법이 달라지므로 릴레이 링크를 사용할 때로 도 7의 표를 기준으로 어드레싱 필드를 변형한다.
그러나 도 6과 같이 4개의 어드레스를 사용하는 경우, 데이터 프레임의 전송만 가능하고, 그보다 작은 개수의 어드레스를 사용하는 제어(control) 프레임, 관리(management) 프레임 또는 액션(action) 프레임의 전송에는 부적합하다.
본 발명의 일 실시예에서는 4개의 어드레스를 암묵적(implicit)으로 사용할 수 있다. 단, 이 경우에 릴레이 장치는 자신에게 보내진 프레임이 소스 장치와 데스티네이션 장치 간에 교환되는 프레임인지를 미리 알고 있으며, 경쟁 구간이 아닌 비경쟁 구간에서 조정자 장치(coordinator)가 미리 예약해 준 구간에서 중계(relaying)을 수행한다고 가정한다.
이하에서는 이러한 암묵적 어드레싱(implicit addressing)을 사용할 경우, 중계되는 프레임의 종류나 릴레이 장치의 중계 스킴에 따라 어떻게 어드레싱 방법이 달라지는지에 대하여 예를 들어 설명한다.
첫 번째는 릴레이 장치의 중계 스킴이 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴인 경우로서, 릴레이 장치는 소스 장치가 전송하는 데이터(data) 프레임, 제어(control) 프레임 및 일부를 제외한 관리(management) 프레임의 어드레스에 대한 수정 없이 바로 데스티네이션 장치에게 해당 프레임을 전송한다.
따라서, 릴레이 장치의 중계 스킴이 FD AF 스킴인 경우, 다이렉트(Direct) 경로로 프레임을 전송하는 때(Direct link(①): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID)와 동일한 결과를 갖게 된다.
Full Duplex AF 중계의 경우
● 데이터(data) 프레임, 제어(control) 프레임, 관리(management) 프레임(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제외한 관리 프레임)의 경우
- Detour link (②, ③) : Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
● 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임(예를 들어, RLS request/response, Link Margin request/response 등이 해당)의 경우
- HD DF 스킴과 동일
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
두 번째는 릴레이 장치의 중계 스킴이 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴인 경우 모든 프레임(데이터 프레임, 제어 프레임 및 관리 프레임 등)은 아래와 같이 각 링크의 송신하는 장치, 수신하는 장치의 주소를 각각 Address 1, Address 2로 적는다.
Half Duplex DF 중계의 경우
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
세 번째는 릴레이 장치를 경유하여 프레임을 전송하는 통신 스킴이 협력(Cooperation) 통신인 경우이다.
협력 통신의 경우
● 데이터(data) 프레임, 제어(control) 프레임, 관리(management) 프레임(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제외한 관리 프레임)의 경우
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
이 경우, 데이터(data), 제어(control) 및 일부를 제외한 관리(management) 프레임은 HD DF 중계 스킴임에도 불구하고, 릴레이-데스티네이션 링크에서 릴레이 장치의 주소를 대신하여 소스 장치의 주소를 Address 1에 기록한다. 여기서, 소스 장치의 주소를 Address 1에 기록하는 이유는 소스-릴레이 링크는 HD DF 중계 스킴과 동일하나 데스티네이션 장치에서 체이스 결합(chase combining)을 수행하기 위함이다.
네 번째는 앞선 협력(Cooperation) 통신에서 제외 되었던 관리 프레임인, 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임의 경우, HD DF와 동일하게 각 링크의 송수신 장치의 주소를 적는다.
링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임의 경우
- HD DF 스킴과 동일
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
이 때, 협력 통신에서 제외되었던 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임으로는 RLS request/response, Link Margin request/response 프레임 등을 예로 들 수 있다.
이 경우 릴레이 장치의 중계 스킴이 풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴이면 동작도 달라지는데, 맥 헤더(MAC Header)를 디코딩하여 해당 프레임이 릴레이 장치에게 전달된 것을 알게 되었을 때 데스티네이션 장치로의 포워딩을 멈춘다.
그 후, 릴레이 장치는 소스 장치로부터 받은 프레임과 동일한 프레임을 주소만 바꾼 인코딩한 프레임을 데스티네이션 장치로 전송한다. 즉, 이 경우에는 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴의 경우와 비슷하게 동작하게 되며, 이에 대한 응답 프레임의 전달도(필요한 경우) 유사하게 데스티네이션 장치에서 소스 장치로 전달한다.
마지막으로 도 7의 모든 프레임에 대한 응답이 필요한 경우는 기존 규격의 어드레스를 기록하는 규칙과 동일하게 Address 1, Address 2를 교환하여 기록한다.
그러나 도 7에서 공개된 퍼블릭 키(public key)를 사용하는 것이 아니라 각 피어-투-피어(peer-to-peer) 간에 주고 받은 프레임에 대한 페어와이즈 키(pairwise key)를 사용하여 보안을 유지하려는 경우에는 상술한 어드레싱 방법과는 다른 어드레싱 방법이 적용되어야 한다. 여기서, 페어와이즈 키(pairwise key)는 일대일 대칭 키(Pairwise Transient Key)를 나타낸다.
다른 장치들과 보안을 유지하려는 경우, 릴레이 장치가 소스 장치와 데스티네이션 장치 간의 데이터를 중계하더라도 각 소스 장치와 데스티네이션 장치는 해당 페어와이즈 키를 몰라서 수신한 데이터를 디코딩하거나 다시 인코딩하여 보낼 수 없게 된다.
반면에, MAC 헤더(header)는 수신한 데이터를 디코딩하거나 CRC 체크(check)를 수행할 수 있으므로, 해당 프레임이 손상된 경우에도 이를 indication하는 ACK 프레임 또는 BlockACK 프레임을 전송할 수 있다. 만약, 릴레이 장치의 중계 스킴이 HD DF 스킴이라면 기존 HD DF 스킴과 달리 페어와이즈 키(pairwise key)의 대상자인 소스 장치의 주소, 및 데스티네이션 장치의 주소를 어드레스(Address) 1, 어드레스 2로 적을 수 있다.
하지만, 이렇게 어드레싱 방법을 달리하면, 전송된 프레임에 대한 응답이 필요한 경우에는 기존의 어드레스 1, 어드레스 2의 주소를 바꾸어 보내는 방법이 아닌 다른 어드레싱 방법을 적용해야 한다. 왜냐하면 송신하는 장치를 알리기 위하여 아래의 도 8에서 기술한 바와 사용하는 우회 링크(Detour Link ② 또는 ③)의 송, 수신 장치의 주소를 적어주기 때문이다.
단, 데이터 프레임을 전송하는 도중에 각 링크(Detour Link ② 또는 ③)의 정보를 요청하거나 하여 릴레이 장치에게 관리 프레임(management frame)을 전송해야 할 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우로는 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임이 있으며, RLS request/response, Link Margin request/response 프레임을 예로 들 수 있다.
이 경우(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임 전송의 경우)에만 예외로 데이터 프레임과는 다르게 암호화의 중요성이 적으므로 암호화 없거나 퍼블릭 키(public key), 또는 각 링크의 장치 간의 페어와이즈 키(pairwise key)를 사용할 수 있으며 어느 것이든 무관하다. 따라서, 상술한 경우에는 암호화(encryption)에 따라 어드레싱을 변경할 필요가 없으므로 기존 HD DF 스킴과 같은 어드레싱 방법을 이용할 수 있다.
협력 통신의 경우도 비슷하게 소스 장치와 데스티네이션 장치 사이의 페어와이즈 키(pairwise key)로 암호화한 프레임을 수신했을 때에는 페어와이즈 키의 대상자인 소스 장치의 주소 및 데스티네이션 장치의 주소를 Address(어드레스) 1, Address 2로 적는다.
이에 대한 응답 프레임은 약간 차이가 있는데 협력 통신은 ①, ③ 우회 링크를 통해 데스티네이션 장치에게 전달된 프레임을 결합(combining)하고, 이에 대한 응답 프레임을 기존 룰에 따라 ① 링크의 응답처럼 데스티네이션 장치, 및 소스 장치의 주소를 Address 1, Address 2의 주소로 각각 적어 보낸다.
협력 통신도 역시 릴레이 장치에게 전달하거나 각 링크의 정보를 요청하는 관리 프레임(Management Frame), 예를 들어, RLS request/response, Link Margin request/response 프레임와 같은 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임의 경우에는 기존 HD DF와 같은 스킴을 사용한다.
마지막으로 릴레이 장치의 중계 스킴이 FD AF 스킴인 경우, 일반적으로 디코드 앤 포워드(DF)가 아니므로 암호화(encryption)와 관계없고, 디코드 앤 포워드(DF)하는 일부 관리 프레임도 HD DF 스킴이나 협력 통신처럼 암호화(encryption)를 피할 수 있으므로 기존 HD DF와 같은 스킴을 사용할 수 있다. 상술한 바를 정리하면 도 8과 같이 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류에 따라 어드레싱 방법이 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
릴레이 장치의 중계 스킴에 따라 FD AF 스킴과 HD DF 스킴은 프레임을 전송하는 방향이 서로 달라질 수 있다. 또한, 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임이 데이터 프레임인지, 또는 제어 프레임인지 아니면 각 링크의 정보가 필요한 관리 프레임인지에 따라 어드레싱 방법이 달라질 수 있다.
따라서, 소스 장치는 릴레이 장치의 중계 스킴 또는 릴레이 장치를 경유하여 중계되는 프레임의 종류에 따라 어드레싱 방법을 달리 할 수 있다.
소스 장치가 각 경우에 따라 어드레싱 방법을 달리하는 방법에 대하여 이하에서 설명한다.
Half Duplex DF 중계의 경우
● 데이터, 제어 및 관리 프레임(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제외한 관리 프레임)의 경우
- Detour link (②, ③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
● 상기 프레임에 대한 응답 프레임의 경우
- Detour link (②응답): Address 1 = Source STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③응답): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Destination STA Address, Address 3 = BSSID
● 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임의 경우
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
협력 통신의 경우
● 데이터, 제어 및 관리 프레임(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제외한 관리 프레임)의 경우
- Detour link (②, ③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
● 상기 프레임에 대한 응답 프레임의 경우
- Detour link (②응답, ③응답) Address 1 = Source STA Address, Address 2 = Destination STA Address, Address 3 = BSSID
● 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임(RLS request/response, Link Margin request/response)의 경우
- Detour link (②) : Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③) : Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
Full Duplex AF 중계의 경우
● data, control, management 프레임(링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임을 제외한 프레임)
- Detour link (②, ③) : Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
● 링크 정보 요청 프레임 또는 릴레이 동작 설정/변경 요청 프레임(RLS request/response, Link Margin request/response)
- HD DF 스킴과 동일
- Detour link (②): Address 1 = Relay STA Address, Address 2 = Source STA Address, Address 3 = BSSID
- Detour link (③): Address 1 = Destination STA Address, Address 2 = Relay STA Address, Address 3 = BSSID
이하에서는 도 9 내지 도 11을 참조하여 중계를 위해 사용하는 예약 자원을 할당하는 방법에 대하여 기술한다.
WLAN과 WPAN에서는 AP(Access Point)(WLAN의 경우) 또는 PNC(Pico-Net Coordinator)(WPAN의 경우)는 시간 구역을 경쟁 구간과 비경쟁 구간으로 나눔으로써, 경쟁 스킴과 비경쟁 스킴으로 데이터를 전송할 수 있다.
경쟁 구간에서는 네트워크의 모든 장치가 채널을 획득하기 위해 CSMA/CA 스킴을 기반으로 경쟁한다. 또한, 비경쟁 구간에서는, AP 혹은 PNC가 폴링(Polling) 기법이나 혹은 스케줄링 정보를 전송하는 방법을 이용함으로써, 해당 기기가 비경쟁 구간의 특정 시간 영역에서 독점적으로 데이터를 전송하기 위한 방법을 제공한다.
물론, ECMA 368, 387처럼 조정자 장치(coordinator)가 없어 분산 기반의 매체 접근 제어(distributed MAC)를 사용하는 시스템에서도 다른 기기가 사용하지 않는 비경쟁 구간에서 스케줄링 정보를 방송하여 예약하는 스킴을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 비경쟁 구간에서 피어-투-피어(peer-to-peer)로 전송되는 프레임을 직접 경로뿐만 아니라 중계 기기를 경유하여서도 전달할 수 있는 예약 자원을 요청하고 이러한 자원을 할당하는 방법에 대해 다룬다.
이하에서는 IEEE 802.11 WLAN 기반에서 조정자(coordinator)가 존재하는 경우에 대하여 기술한다.
우선 피어(peer) 통신을 요청하는 기기를 소스 장치라 하고, 피어 통신에 대한 요청에 응답하는 기기를 데스티네이션 장치라 하며, 두 장치 간의 프레임을 중계하는 기기를 릴레이 장치라 정의한다.
이 세 장치 간에 필요한 초기화 과정은 이미 완료되었다고 가정한다.
소스 장치가 데스티네이션 장치에게 릴레이 장치를 경유하여 데이터를 전송할 수도 있는 자원 예약을 조정자 장치에게 요청하려고 한다. 여기서, 조정자 장치로는 WLAN의 AP를 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, AP와 같은 기능을 지원하는 조정자(Coordinator)는 모두 조정자 장치에 해당할 수 있다.
일반적으로 이러한 자원을 구분하기 위하여 자원을 요청하는 장치의 ID(initiator ID라 정의한다)와 요청한 장치가 통신하고자 하는 장치의 ID(responder ID라 정의한다)을 알려준다. 경우에 따라서는 자원을 요청하는 장치(initiator)가 AP에게 자원을 요청하는 프레임을 전송하므로, 자원을 요청하는 장치(initiator)가 자원 요청할 때 보내는 필드에 initiator ID는 생략할 수 있다.
또한, 802.11e의 경우, 전송하는 데이터의 특성에 따라 QoS(Quality Of Service)를 달리 적용하기 위하여 트래픽 아이디(traffic ID)를 추가할 수 있다. 또한, 그 밖의 트래픽 관련 파라미터를 정의하고 있는 TSPEC IE 필드를 포함하는 ADDTS Request 프레임을 이용하여 자원을 요청하고, AP와 협상(negotiation) 후에 트래픽 스트림(Traffic Stream; 이하 TS)을 설정할 수 있다.
이렇게 트래픽 스트림(TS)을 설정한 이후에 데이터를 전송하려면 HCCA의 Polled TXOP(Transmission Opportunity), EDCA의 TXOP를 얻거나 802.11n의 PSMP를 이용할 수 있다.
그러나 802.11 규격에서는 비경쟁 구간에서 피어-투-피어(peer-to-peer)를 위한 구간을 요청하고 이를 할당하는 방법이 제안되어 있지 않다. 또한, 이러한 피어-투-피어를 위한 예약을 수행하는 802.15의 Channel Time Allocation(CTA), ECMA 368,387의 DRP(Distributed Reservation Protocol)를 사용하는 스킴에서도 이 피어-투-피어의 트래픽을 중계하는 경우에 대하여 다루고 있지 않다.
보다 상세하게 일반적인 예약 스킴은 요청하는 프레임에 initiator ID(장치를 구분할 수 있는 ID나 address)와 responder ID를 포함하도록 한다. 그리고, 할당됨을 알려주는 프레임에서도 initiator ID, responder ID와 함께 할당된 시간의 시작 순간과 duration을 알려주어서 각 할당된 구간을 이 IDs로 구분한다.
따라서 802.11에서도 이러한 스킴을 그대로 가져올 수 있으며 여기에 ID가 같더라도 트래픽의 클래스가 다를 수 있으므로 TID가 추가될 것이다. 조정자 장치는 이렇게 할당된 정보를 비컨(beacon) 프레임이나 어나운스먼트 프레임(announcement frame)을 사용하여 브로드캐스팅(broadcast)할 수 있다.
그러면 장치들은 이를 듣고 할당한 자원 중에 자신의 아이디(ID)가 있는지를 체크하고, 할당된 자원 중 자신의 아이디가 있으면 할당된 구간에서 데이터 전송을 수행한다. 여기서 initiator ID 및 responder ID를 사용한다는 것은 이 두 장치만이 해당 예약된 구간을 사용하도록 허락한 것임을 나타낸다.
따라서, 릴레이 장치가 데이터를 송, 수신하려면 다른 필드가 필요하게 된다.
이러한 중계 기능을 포함하는 자원 예약을 요청하거나 할당하는 방법으로는 여러 가지를 들 수가 있다.
첫 번째 방법은 소스 장치가 AP에게 중계 가능한 자원을 요청할 때 이를 나타내는 필드를 함께 나타내는 것으로서, 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADDTS Request frame의 body 및 수정된 TSPEC IE를 나타낸 도면이다.
도 9는 첫 번째 방법을 실행하기 위하여 ADDTS Request 프레임에 삽입되는 TSPEC IE의 TS Info(910)에 Responder ID(911), Relay Reservation(913) 및 Relay 장치 ID(915) 필드를 삽입한다.
여기서 Relay Reservation(913) 필드가 active되면 요청하는 자원 예약이 릴레이 기능을 사용함을 뜻하고, 또한 해당 필드가 active되면 Relay 장치 ID(915)도 된다. 그러면 AP는 할당된 자원 정보를 방송할 때에 Relay Reservation(913) 및 Relay 장치 ID(915) 필드를 추가하고 이를 요청한 필드 값을 카피하여 보낸다.
Responder ID(911) 필드는 요청하는 자원에서 피어-투-피어로 전송 시에 responder의 ID를 뜻한다. 또한, Relay Reservation(913) 필드는 해당 프레임을 릴레이 장치를 경유하여 보낼 수 있음을 나타낼(indicate)수 있다.
Relay 장치 ID(915) 필드는 AP가 해당 프레임을 중계하는 릴레이 장치를 식별하기 위한 ID를 다른 장치들에게 알려주기 위한 것이다. AP와 같은 조정자 장치는 예를 들어, 비컨 프레임이나 어나운스 프레임에 Allocation Schedule IE를 삽입하는 방법으로 릴레이 장치의 ID를 알려준다.
각 할당 자원 정보는 할당 필드(Allocation Field)에 기술되고 할당 제어 필드(Allocation Control field)는 할당된 자원의 특성을 기술한다. Relay Reservation(913) 필드 및 Relay 장치 ID(915) 필드는 릴레이 기능을 위해 새로이 추가된 필드이며, 이에 대하여는 아래의 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 도 9와 관련된 할당 스케줄(Allocation Schedule) IE, 할당 필드(Allocation Field), 및 할당 제어 필드 프레임 바디(Allocation Control Field Frame Body)를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 비경쟁 스킴으로 피어-투-피어를 위한 자원 할당 정보를 Allocation Schedule IE를 이용하여 기술할 수 있다. 이 때, 각 자원 할당마다 할당 필드(allocation field)에 대응하여 삽입하고, 할당 필드에 할당된 자원의 시작 시간(Allocation Start Time), ID(Initiator ID, Responder ID) 등의 필드를 기술할 수 있다. 이때 Relay 장치 ID(1010) 필드 및 Relay Reservation(1030) 필드도 기술할 수 있다.
상술한 첫 번째 방법의 경우 기존의 필드에 새로운 필드를 추가해야 하는데 릴레이 동작을 사용하지 않는 자원 예약에 대해서도 해당 필드를 둘 수 있다.
상술한 두 번째 방법은 기존의 자원 예약이 피어-투-피어 통신에서 그 두 장치의 ID을 명시하는 것이므로, 이를 확장하여 릴레이 장치를 경유하여 전송하는 경우 소스 장치와 데스티네이션 장치 사이의 S-D 링크에 추가적으로 S-R 링크와 R-D 링크를 이용할 수 있다. 따라서, 추가되는 두 링크(S-R 링크와 R-D 링크)의 사용을 위해 2개의 자원에 대한 예약 요청이 추가되어야 하고, 이를 위해 ADDTS Request frame을 AP에게 전송할 때 TSPEC IE를 추가할 수 있다.
하지만, 상술한 바와 같이 TSPEC IE에 데스티네이션 ID 필드만 존재하고 소스 ID 필드가 존재하지 않는 경우 (이는 없어도 AP가 Request frame에 포함된 transmitting address를 통해 알아 낼 수 있으므로 없는 것이 더 효율적이다) 세 링크를 나타내는 각각의 한 쌍의 아이디(ID)를 넣을 수 없다.
따라서, 소스 장치가 S-D 링크와 S-R 링크를 나타내는 2개의 TSPEC IE을 하나의 ADDTS Request를 넣는 것이다. 나머지 R-D 링크의 자원 요청을 위해서는 릴레이 장치가 ADDTS Request 프레임을 추가적으로 보낼 수 있다.
상술한 ADDTS Request 프레임을 전송할 때 자신에게 필요한 자원 할당 시간을 계산하기 위해서는 어플리케이션 데이터 레이트(Data Rate)와 물리 계층(PHY)에서의 레이트, 그 밖의 capability 정보가 필요하다.
이로부터 계산한 정보(자원 할당 시간에 대한 정보)를 ADDTS Request 프레임에 적어 보낼 때, 릴레이 장치도 같은 정보를 보내야 하므로 소스 장치가 릴레이 장치에게 정보를 보내는 추가 시그널링(signaling)이 필요하다. 또한, AP의 입장에서도 일반적으로 릴레이 장치의 ADDTS Request 프레임의 전송이 소스 장치보다 늦고, 때에 따라서는 릴레이 장치가 ADDTS Request 프레임을 같은 비컨 구간(또는 슈퍼 프레임 구간)에서 요청하지 않을 수도 있다. 그럼에도 불구하고 릴레이 장치로부터의 ADDTS Request 프레임을 수신할 때까지 AP는 스케줄링을 늦추어야 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 AP가 스케줄링을 늦추지 않기 위해 아래와 같은 방법을 이용할 수 있다.
릴레이 동작을 설정한 소스 장치로부터 역시 이를 설정한 데스티네이션 장치와의 ADDTS Request 프레임을 요청한 경우, AP는 논리적으로 세 개의 자원을 할당하여 방송할 수 있다. 앞서 언급한 것처럼 릴레이 동작을 설정한 후 소스 장치가 릴레이 설정을 이에 참여한 세 장치의 ID와 함께 포함하여 AP에게 알리면, 이후 AP는 릴레이 장치의 ID를 알고 있으므로 세 개의 자원을 할당 할 수 있다.
이때, 할당된 자원은 물리적으로 같은 시작 시간, 같은 구간 길이를 갖는 하나의 자원이므로 할당된 자원의 다른 정보는 모두 같고 단지 initiator ID와 responder ID만 다르게 된다.
따라서, 후술하는 도 11에서와 같이 도 10의 Allocation Schedule IE를 그대로 사용하여 세 개의 할당 필드(allocation field)를 구성하여 삽입할 수 있다.
이 세 개의 할당 필드는 각각 initiator ID와 responder ID를 제외한 모든 필드가 동일하다. 다른 두 필드는 각각 링크를 사용하는 한 쌍의 장치들(a pair of STAs)을 의미한다.
그러면 이 Allocation Schedule IE를 받은 세 장치는 세 개의 할당 필드를 찾아 각 필드의 (initiator ID, responder ID)가 세 개의 장치 ID들의 조합인 (S,D), (S,R), (R,D)를 나타내면 할당된 구간에서 데이터를 전송한다. 이때, 데이터는 릴레이 장치를 경유하여 중계하면서 사용될 수 있으며, 세 개의 장치 ID들은 릴레이 설정을 같이 한 장치들의 아이디이다.
앞선 세가지 방법들은 추가되는 필드(첫 번째)나 하나의 자원을 할당함에도 두 개의 ADDTS 프레임(두 번째)전송하거나 세 개의 할당 정보(세 번째)를 필요로 하므로 중복적(redundant)일 수 있다.
이하에서는 예약 자원의 요청 및 할당에 기존의 자원 예약 및 할당을 그대로 이용하는 방법에 대하여 살펴본다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기능을 포함하는 예약 자원의 요청 및 예약 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이를 위해 소스, 데스티네이션 장치는 릴레이 장치와 릴레이 기능을 사용할 것임을 설정(set up)하고, 이와 같이 설정 되었음을 AP에게 알렸다고 가정한다.
그러면 소스 장치가 AP에게 자원을 요청하고 AP가 할당한 자원 구간 정보를 방송하였을 때 방송된 할당 정보는 소스 장치 ID, 데스티네이션 장치 ID를 포함하고 있다. 그러므로, 릴레이 장치도 그 두 장치의 ID를 체크한 후 자신을 릴레이(relay)로 사용할 것을 설정한 두 장치의 ID와 동일하면 해당 구간으로 이동하여 릴레이 동작을 수행할 수 있다.
원칙적으로는 릴레이 장치는 데이터를 전송하는 것이 허락 받지 않았다. 그러므로 소스 장치가 11n reverse direction protocol을 사용하여 자신이 소유자인 자원에서 데스티네이션 이외의 장치가 데이터를 전송할 수 있도록 reverse direction grant frame을 보내고, 권한을 받은 릴레이 장치가 중계를 하고 다시 소스에게 grant 를 넘기는 과정을 수행해야 한다. 이것은 릴레이 장치에게 계속 grant frame을 보내야 하고 그 동안 데이터나 ACK를 보낼 수 없으므로 자원의 낭비를 의미한다.
하지만, 릴레이를 이용하는 예약 자원에서는 릴레이 장치는 최종 목적지(destination)이 아니다. 그러므로 상술한 바와 같이 릴레이 장치가 수신 장치의 주소로 설정되어 수신한 프레임에 대하여 응답을 하거나 나머지 하나의 장치(예를 들어, 데스티네이션 장치) 에게 중계하는 것이 가장 바람직하다. 이 경우, 상술한 두 번째 방법에서의 grant frame을 사용하지 않아도 되기 때문이다.
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
210: BT(Beacon Time)
220: A-BFT(Association Beam Forming Training)
230: AT(Announce Time)
240: DTT(Data Transfer Time)

Claims (12)

  1. 소스 장치가 수행하는 통신 방법에 있어서,
    상기 소스 장치는 릴레이 장치를 위한 서비스 구간(Service Period; SP)에 대해 요청하는 단계; 및
    상기 릴레이 장치를 위한 서비스 구간을 제공하기 위한 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element)를 비컨 프레임(beacon frame) 또는 어나운스 프레임(announce frame)를 통해 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 확장된 스케줄 구성 요소는, Allocation Field들을 포함하고,
    상기 Allocation Field는,
    (i) Allocation Control 필드, (ii) BF Control 필드, (iii) 소스 AID 필드, (iv) 데스티네이션 AID 필드, (v) Allocation Start 필드, (vi) Allocation Block Duration 필드 및 (vii) Allocation Block Period 필드를 포함하는 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비컨 프레임은, 비컨 인터벌을 포함하고,
    상기 비컨 인터벌은,
    (i) 장치들(STAs)를 발견하는 것과 관련된 BT(Beacon Time),
    (ii) 빔포밍과 관련된 A-BFT(Association Beam Forming Training),
    (iii) 비컨 프레임을 이용하여 정보를 알려주는 AT(Announce Time), 및
    (iv) 서비스 구간 및 경쟁 기반 구간(Contention-Based Period; CBP)과 관련된 DTT(Data Transfer Time)중 적어도 하나를 포함하는 통신 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 장치는,
    풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴 또는 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴에 기초하여, 소스 장치로부터 프레임을 수신하여, 데스티네이션 장치로 릴레이하는 통신 방법.
  5. 릴레이 장치가 수행하는 통신 방법에 있어서,
    비컨 프레임(beacon frame) 또는 어나운스 프레임(announce frame)를 통해 확장된 스케줄 구성 요소(Extended Schedule Element)를 수신하는 단계;
    상기 확장된 스케줄 구성 요소를 통해 식별된 소스 장치로부터 프레임을 수신하는 단계
    릴레이 스킴에 기초하여 상기 수신한 프레임을 데스티네이션 장치에 릴레이하는 단계
    를 포함하고,
    상기 확장된 스케줄 구성 요소는, Allocation Field들을 포함하고,
    상기 Allocation Field는,
    (i) Allocation Control 필드, (ii) BF Control 필드, (iii) 소스 AID 필드, (iv) 데스티네이션 AID 필드, (v) Allocation Start 필드, (vi) Allocation Block Duration 필드 및 (vii) Allocation Block Period 필드를 포함하는 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비컨 프레임은, 비컨 인터벌을 포함하고,
    상기 비컨 인터벌은,
    (i) 장치들(STAs)를 발견하는 것과 관련된 BT(Beacon Time),
    (ii) 빔포밍과 관련된 A-BFT(Association Beam Forming Training),
    (iii) 비컨 프레임을 이용하여 정보를 알려주는 AT(Announce Time), 및
    (iv) 서비스 구간 및 경쟁 기반 구간(Contention-Based Period; CBP)과 관련된 DTT(Data Transfer Time)중 적어도 하나를 포함하는 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 릴레이 장치는,
    풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴 또는 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴에 기초하여, 소스 장치로부터 프레임을 수신하여, 데스티네이션 장치로 릴레이하는 통신 방법.
  9. 데스티네이션 장치가 수행하는 통신 방법에 있어서,
    비컨 프레임(beacon frame) 또는 어나운스 프레임(announce frame)를 통해 서비스 구간을 위한 확장된 스케쥴 구성 요소를 수신하는 단계
    소스 장치와 릴레이 장치로부터 프레임을 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 확장된 스케줄 구성 요소는, Allocation Field들을 포함하고,
    상기 Allocation Field는,
    (i) Allocation Control 필드, (ii) BF Control 필드, (iii) 소스 AID 필드, (iv) 데스티네이션 AID 필드, (v) Allocation Start 필드, (vi) Allocation Block Duration 필드 및 (vii) Allocation Block Period 필드를 포함하는 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비컨 프레임은, 비컨 인터벌을 포함하고,
    상기 비컨 인터벌은,
    (i) 장치들(STAs)를 발견하는 것과 관련된 BT(Beacon Time),
    (ii) 빔포밍과 관련된 A-BFT(Association Beam Forming Training),
    (iii) 비컨 프레임을 이용하여 정보를 알려주는 AT(Announce Time), 및
    (iv) 서비스 구간 및 경쟁 기반 구간(Contention-Based Period; CBP)과 관련된 DTT(Data Transfer Time)중 적어도 하나를 포함하는 통신 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 릴레이 장치는,
    풀 듀플렉스 앰플리파이 앤 포워드(Full Duplex Amplify and Forward; FD AF) 스킴 또는 하프 듀플렉스 디코드 앤 포워드(Half Duplex Decode and Forward; HD DF) 스킴에 기초하여, 소스 장치로부터 프레임을 수신하여, 데스티네이션 장치로 릴레이하는 통신 방법.
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