KR20030080874A - 다중 홉 전달방법, 장치 및 그 방법에서 사용되는매체접근제어 데이터 자료구조 - Google Patents

다중 홉 전달방법, 장치 및 그 방법에서 사용되는매체접근제어 데이터 자료구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 홉(multihop)에 대한 정보를 가지고 있는 다중 홉 데이터 프레임을 처리하는 다중 홉 전달방법과 이 방법을 수행할 수 있는 이동단말 및 그 방법에서 사용되는 멀티 홉 프레임을 포함하는 매체접근제어 데이터의 자료구조에 관한 것이다. 다중 홉 전달(multihop forwarding)은 액세스 포인트(AP, Access Point)와 이동단말(MT, Mobile Terminal)이 직접 통신을 하여 정보를 전달하는 것이 아니고, 하나 이상의 이동단말(MT)이나 미리 설치해 놓은 중계 터미널(seed)을 거쳐 통신을 하는 방식을 의미한다.
본 발명에서 제시하는 방법을 사용함으로써 하나의 액세스 포인트(AP)가 커버할 수 있는 범위를 늘릴 수 있어 시스템을 보다 경제적으로 구축할 수 있었으며, 주파수 자원 낭비를 줄일 수 있었다.

Description

다중 홉 전달방법, 장치 및 그 방법에서 사용되는 매체접근제어 데이터 자료구조 {A multihop forwarding method, apparatus and MAC data structure thereby}
본 발명은 다중 홉(multihop)에 대한 정보를 가지고 있는 다중 홉 데이터 프레임을 처리하는 다중 홉 전달방법과 이 방법을 수행할 수 있는 이동단말 및 그 방법에서 사용되는 멀티 홉 프레임을 포함하는 매체접근제어 데이터의 자료구조에 관한 것이다.
다중 홉 전달(multihop forwarding)은 액세스 포인트(AP, Access Point)와 이동단말(MT, Mobile Terminal)이 직접 통신을 하여 정보를 전달하는 것이 아니고, 하나 이상의 이동단말(MT)이나 미리 설치해 놓은 중계 터미널(seed)을 거쳐 통신을 하는 방식을 의미한다.
도 1은 다중 홉 전달(multihop forwarding) 방법의 개념을 나타내는 도면이다.
도 1에서 이동단말1(MT1)(101)은 액세스 포인트(AP)(102)와 거리가 멀거나 감쇄(fading)에 의한 채널 품질 저하로 인해 액세스 포인트(AP)(102)와 직접통신을 할 수 없다. 이 경우 이동단말1(MT1)(101)은 주변에 존재하는 이동단말(MT)들 중 가장 채널 품질이 좋은 이동단말2(MT2)(103)에게 액세스 포인트(AP)(102)로 전송하고자 하는 정보를 전송한다. 이 정보를 받은 이동단말2(MT2)(103)는 액세스 포인트(AP)(102)에게 다시 정보를 전송한다.
만일 주변에 다중 홉을 전달해 줄 만한 다른 이동단말이 존재하지 않거나 채널 품질이 불량하여 이를 전달해 줄 수 없는 경우, 다중 홉 전달을 위한 중계기(seed)(104)를 설치할 수도 있다.
도 1에서 이동단말4(MT4)(105)의 경우 액세스 포인트(AP)(102)와 직접 통신이 불가능하고 주변에 채널 품질이 좋은 이동단말(MT)도 존재하지 않는다. 이 경우에는 미리 설치한 중계기를(seed)(104)에게 정보를 전송하고, 중계기(seed)(104)는 이를 받아 액세스 포인트(AP)(102)에게 재 전송한다. 이렇게 하여 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)(102)의 커버리지(coverage) 밖에 위치해 있는 경우에도 액세스 포인트(AP)(102)와 통신할 수 있게 되어 하나의 액세스 포인트(AP)(102)가 커버할 수 있는 범위를 늘릴 수 있다.
이러한 방식의 다중 홉 전달을 위한 종래의 방법은 다중 홉 전달을 위해 특정한 시간 또는 주파수를 할당하는 것이다. 다중 홉 전달을 위한 특정한 시간 또는 주파수를 할당함으로써 다중 홉 전달 신호와 직접 전달 신호간의 간섭을 제거할 수 있다.
그러나, 새로운 주파수를 할당하는 경우 각 이동단말(MT)에 2가지 주파수를 사용하는 별도의 송신기와 수신기가 필요하며, 별도의 주파수를 사용하기 때문에 주파수 자원을 낭비한다는 단점이 있다. 또한 특정한 시간을 할당하는 경우에는 이 시간동안 다른 이동단말(MT)에서 액세스 포인트(AP)로 정보 전달을 직접 할 수 없기 때문에 전체 시스템의 효율이 떨어진다.
최근, 랜(LAN) 보급이 일반화되면서, 사무실의 업무 공간, 공장 내의 생산 시설 등의 재배치 시에 케이블을 다시 설치할 필요가 없는 무선 랜(LAN)에 대한 관심이 고조되고 있다. 무선 랜(LAN)은 고정된 단말이 아니라, 항상 이동하고 있는 단말, 예를 들면, 공장 내의 무인 반송차나, 증권거래소에서 손에 쥐고 조작하는 컴퓨터 단말 등을 이용하여 무선 랜(LAN) 인프라에 접속하여 각종의 제어 정보 및 데이터베이스 검색 등을 가능하게 한다.
이와 같이 유선 랜(LAN)을 무선화하였을 때 얻을 수 있는 이점으로, 배선이 필요 없고, 단말기의 재배치가 용이함은 물론이고 단말이 이동 중에도 통신이 가능하며, 빠른 시간 안에 랜(LAN) 구축이 가능하다는 점이 있는 반면에, 유선 랜(LAN)에 비하여 상대적으로 낮은 전송속도와 신호 간섭이 발생할 소지가 있다는 단점을 갖고 있다.
전기전자분야에 대한 표준안을 만드는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802 위원회에서도 무선 랜(LAN)의 표준화 필요성을 인식하여 1991년 5월에 IEEE 802.11 위원회를 구성, 표준화를 시작하여, 96년 현재 가표준(DS, Draft standard) 3.0 규격을 마련하였으며, 97년에 최종 표준이 제정되었다. 세 번째 단계가 IEEE 802.11 최종 표준이 확정된 이후의 단계로서, 우선 생각할 수 있는 것이 표준화 제정으로 얻어지는 이점 즉, 상호 운용성의 확보, 관련 부품의 개발 등을 토대로 하여 본격적인 무선 랜(LAN) 시장이 활발히 전개 되어갈 것으로 전망된다.
무선 랜(LAN)의 표준에는 크게 IEEE 802.11 표준과 유럽전기통신표준협회(ETSI, European Telecommunications Standards Institute) RES10에서 작성한 하이퍼 랜(HiperLAN) 규격으로 나눌 수 있다. IEEE 801.11은 산업, 과학 및 의료분야 주파수 밴드(ISM, Industrial/Scientific/Medical)에서 최대 2 Mbps 속도를 제공하는 무선 랜(LAN)을 목표로 하고 있는 것인데 반하여, 하이퍼 랜(HiperLAN)은 5.2GHz 대역에서 이용자에게 최대 15 Mbps의 전송속도를 제공할 수가 있다.
하이퍼 랜2(HiperLAN2) 망은 일반적으로 많은 액세스 포인트(AP)로 구성되어 있다. 단말기(MT)는 망내에서 가장 좋은 무선링크를 갖는 액세스 포인트(AP)와 연결된다. 이때 단말기는 자유롭게 이동할 수 있으며 무선링크의 성능이 저하될 경우에는 핸드오버(handover)를 사용하여 다른 액세스 포인트(AP)로 연결된다.
하이퍼 랜2(HiperLAN2)의 프로토콜 기준 모델을 액세스 포인트(AP)의 관점에서 보면 수렴계층(Convergence Layer), 데이터링크제어계층(DLC Layer, Data Link Control Layer), 물리계층(Physical Layer)으로 구성되어 있으며, 이중에서 데이터링크제어계층(DLC Layer)은 매체접근제어(MAC, Medium Access Control), 오류제어(Error Control), 무선링크제어 부계층으로 이루어진다.
하이퍼 랜2(HiperLAN2)의 매체접근제어(MAC)는 IEEE 802.11의 비연결성 구조인 캐리어센스 다중접근/충돌방지(CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)와 달리 시분할다중화방식의 연결성 구조로 이루어져 있기 때문에 대역폭, 시간지연, 비트오류율 등과 같은 품질보증(QoS, Quality ofService) 제공기능이 있다. 이러한 품질보증(QoS) 제공기능 때문에 영상, 음성, 데이터와 같은 다양한 종류의 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 매체접근제어(MAC) 프레임은 동일하게 모두 2 ㎳ec의 길이로서 구성되며 6개의 채널로 구성되어 있다.
도 2는 하이퍼 랜2(HiperLAN2)의 매체접근제어(MAC) 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
매체접근제어(MAC) 프레임(201)은 2 msec.의 주기를 가지며 브로드캐스트 채널(BCH, Broadcast CHannel)(202), 프레임 채널(FCH, Frame CHannel)(203), 액세스 피드백 채널(ACH, Access feedback CHannel)(204)와 같은 브로드캐스트(broadcast) 제어 채널들과 하향 채널(Downlink)(205), 상향 채널(Uplink)(206), 그리고 랜덤 채널(RCH, Random CHannel)(207)로 이루어진다.
브로드캐스트 채널(BCH)(202)의 포맷은 120 비트로 구성되어 있으며, 브로드캐스트 제어 채널(BCCH, Broadcast Control CHannel) 정보를 저장하고 있다. 브로드캐스트 제어 채널(BCCH)은 현재의 매체접근제어(MAC) 프레임에 해당하는 제어 정보를 브로드캐스트하는 논리 채널을 말한다.
프레임 채널(FCH)(203)은 브로드캐스트되고 프레임 제어 채널정보(FCCH, Frame Control CHannel)를 전달한다. 프레임 제어 채널(FCCH)은 시스템의 자원(resources)이 어떻게 현재의 매체접근제어(MAC) 프레임에 할당되는가를 정의하는 정보를 포함하고 있다.
액세스 피드백 채널(ACH, Access feedback CHannel)(204)은 이전의 매체접근제어(MAC) 프레임을 랜덤 액세스하는 단계에서 행해진 접근 결과가 전송되는 채널이다.
하향채널(Downlink)(205)는 액세스 포인트(AP)에서 이동단말(MT)로 데이터를 전송하는 채널이며 상향채널(Uplink)(206)은 이동단말(MT)에서 액세스 포인트(AP)로 데이터를 전송하는 채널이다.
랜덤 채널(RCH)(207)은 쇼트 트랜스포트 채널(SCH, Short transport CHannel)을 통하여 제어정보 전송이 가능하지 않을 때 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)로 제어정보를 전송하는 채널이다.
이들 가운데에서 하향채널(Downlink)(205) 및 상향채널(Uplink)(206)은 각각 롱 트랜스포트 채널(LCH, Long transport CHannel)(207)과 쇼트 트랜스포트 채널(SCH, Short transport CHannel)(208)로 이루어진다. 롱 트랜스포트 채널(LCH)(207)은 사용자 데이터가 전달되는 채널이고, 쇼트 트랜스포트 채널(SCH)(208)은 짧은 제어정보가 전달되는 채널이다.
도 3은 N개의 섹터드 안테나(sectored antenna)가 있는 경우의 하이퍼 랜2(HiperLAN2) 매체접근제어(MAC) 프레임 구조 도면이다.
기본적으로는 도 2의 매체접근제어(MAC) 프레임과 구조가 유사하다. 다만 N 개의 섹터가 존재하므로 섹터 순서대로 브로드캐스트 채널1(BCH1,Broadcast CHannel)(301)부터 브로드캐스트 채널N(BCHN)(302)이 먼저 나타나고, 다음 프레임 채널1(FCH1, Frame CHannel)(303), 액세스 피드백 채널1(ACH1, Access feedback CHannel)(304)부터 N까지의 정보가 나오며, 하향 채널1(Down1)(310)부터하향채널N(DownN)(311), 상향 채널1(Up1)(320)부터 상향채널N(UpN)(321), 그리고 랜덤 채널1(RCH1, Random CHannel)(330)부터 랜덤 채널N(RCHN)(331)이 나타난다. 각각의 기능은 상기 도 2에서 설명한 바와 같다.
도 4는 N개의 섹터드 안테나(sectored antenna)가 있는 경우에 각 섹터에서의 전송 신호열을 나타내는 도면이다.
도 3과 도4에서 보는 바와 같이 각 섹터에 해당하는 채널들을 각 안테나에 전송하고 다른 섹터가 채널을 사용하고 있으면 나머지 섹터에는 아무런 신호도 전송하지 않는다. 따라서, 액세스 포인트(AP)에 들어가는 트랜스미터(transmitter)를 하나만 가지고도 섹터링(sectoring)을 수행할 수 있으나, 나머지 섹터를 쉬게 함으로써 주파수 효율이 낮아진다.
도 5는 종래의 다중 홉 전달을 위한 매체접근제어 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 5에서 보는 바와 같이 업링크(Uplink)(501)가 시작하기 바로 전에 다중 홉을 처리할 수 있는 시간(MH, Multihop)(502)를 두어 이 시간에 다중 홉 전달(multihop forwarding)을 실시한다.
다중 홉 전달 프레임에는 각 중계가 가능한 단말기 또는 중계기에 대한 모든 매체 접근 제어 프레임 정보를 브로드캐스트하는 포워드 브로드캐스트 채널(F-BCH, Forward-Broadcast CHannel)(503), 각 중계가 가능한 단말기 또는 중계기에 대한 예약 데이터를 저장하고 있는 매체 접근 제어 프레임 정보을 전달하는 프레임채널(F-FCH, Forward-Frame CHannel)(504), 그리고 매체 접근 제어(MAC) 프레임의 액세스 단계에서 행해진 액세스 시도의 결과가 전달되는 액세스 피드백 채널(F-ACH, Forward-Access feedback CHannel)(505)의 전송 제어 채널(Broadcast control Channel)이 먼저 나타난다.
다음에 포워딩(forwarding) 전용의 다운링크(Downlink)(510)와 업링크(Uplink)(511) 채널이 나타나며 마지막으로 이동단말이 중계가 가능한 단말기 또는 중계기로 제어정보를 전달하기 위한 포워드 랜덤 채널(F-RCH, Forward-Random CHannel)(512)이 나타난다.
단말과 단말간 혹은 단말과 중계기 간의 통신 시 사용하는 시간과 액세스 포인트(AP)와 단말이 송수신에 사용하는 시간이 다르기 때문에 직접 전달하는 신호와 다중 홉 전달 신호간의 간섭을 제거할 수 있다. 그러나 다중 홉 전달에 소요된 시간만큼 전송효율의 저하를 가져온다. 그러므로 이를 해결할 수 있는 다중 홉 전달 방법이 필요하다.
상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다중 홉(multihop)에 대한 정보를 가지고 있는 다중 홉 데이터 프레임을 처리하는 다중 홉 전달방법과, 장치 및 그 방법에서 사용되는 멀티 홉 프레임을 포함하는 매체접근제어 데이터의 자료구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 다중 홉 전달(multihop forwarding) 방법의 개념도면.
도 2는 종래의 하이퍼 랜2(HiperLAN2) 매체접근제어(MAC) 프레임 구조 도면.
도 3은 종래의 N 개의 섹터드 안테나(sectored antenna)가 있는 경우의 하이퍼 랜2(HiperLAN2) 매체접근제어(MAC) 프레임 구조 도면.
도 4는 종래의 N 개의 섹터드 안테나(sectored antenna)가 있는 경우 각 섹터에서의 전송 신호열 도면.
도 5는 종래의 다중 홉 전달을 위한 매체접근제어 프레임 구조 도면.
도 6은 본 발명이 적용되는 다중 홉 전달 네트워크 구조 도면.
도 7의 (a)는 다중 홉 전달 네트워크에서 액세스 포인트가 다중 홉 데이터를 수신하는 방법 도면.
도 7의 (b)는 다중 홉 전달 네트워크에서 액세스 포인트가 다중 홉 데이터를 송신하는 방법 도면.
도 8은 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)로 데이터를 전달하기 위한 방법 도면.
도 9는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)로부터의 데이터를 다른 이동단말(MT)이 중계하는 방법에 대한 도면.
도 10은 액세스 포인트(AP)의 다중 홉 데이터 처리방법에 대한 도면.
도 11은 본 발명의 각 섹터별 전송 신호열 도면.
도 12는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)로 데이터를 전달하기 위한 장치 도면.
도 13은 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)로부터의 데이터를 액세스 포인트(AP)로 전달하기 위한 이동단말(MT) 장치 도면.
도 14는 다중 홉 데이터 처리를 하기 위한 액세스 포인트(AP) 장치 도면.
도 15는 본 발명의 멀티 홉 전달 방법을 사용한 경우에 사용자 수에 따른 성능 범위(range) 향상 정도를 나타낸 도면.
도 16은 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우에 레인지의 변화를 나타낸 도면.
도 17은 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우 다중 홉을 사용하지 않는 경우와 다중 홉을 사용하는 경우에 얻을 수 있는 레인지의 비를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 멀티 홉 전달 방법을 중계기(seed)만을 사용한 경우의 사용자 수에 따른 성능 범위(range) 향상 정도를 나타낸 도면.
도 19는 중계기(seed)만을 사용하였을 때 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우에 레인지의 변화를 나타낸 도면.
도 20은 중계기(seed)만을 사용하였을 때 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우 다중 홉을 사용하지 않는 경우와 다중 홉을 사용하는 경우에 얻을 수 있는 레인지의 비를 나타낸 도면.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 액세스 포인트, 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 제1 이동단말 및 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위내에 위치하고 있는 제2 이동단말로 구성되어 있는 시스템에 있어서, 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 타 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하는 시간대에 제1 이동단말의 데이터를 상기 제2 이동단말로 전송하는 단계; 상기 제2 이동단말이 액세스 포인트와의 기존의 송수신 방법을 통해 상기 제1 이동단말의 데이터를 전송하는 단계; 및 액세스 포인트가 상기 단계에서 전송되는 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법을 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 액세스 포인트, 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 제1 이동단말 및 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위내에 위치하고 있는 제2 이동단말로 구성되어 있는 시스템에 있어서, 상기 액세스 포인트가 기존의 송수신 방법을 통해 상기 제1 이동단말의 데이터를 제2 이동단말에게 전송하는 단계; 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하는 시간대에 상기 제2 이동단말이 상기 제1 이동단말로 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 제1 이동단말이 상기 단계에서 전송되는 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법을 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 액세스 포인트와 통신할 수 있는 범위 밖에 위치하고 있는 다른 제1 이동단말과 통신채널을 설정하는 통신채널 설정부; 상기 액세스 포인트가 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단하는 상태 판단부; 및 상기 상태 판단부의 판단결과, 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우, 상기 제1 이동단말의 데이터를 상기 제2 이동단말이 수신하는 다중 홉 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달을 할 수 있는 이동단말을 제공한다.
상기한 목적을 이루기 위하여 본 발명에서는, 액세스 포인트와 직접 통신할 수 없는 이동단말이 다른 이동단말을 경유하여 액세스 포인트와 통신할 수 있도록 하는데 사용되는 매체접근제어 데이터 자료구조에 있어서, 현재의 매체접근제어 프레임에 해당하는 제어 정보를 브로드캐스트하는 브로드캐스트 채널 정보값; 시스템의 자원이 어떻게 현재의 매체접근제어 프레임에 할당되는가에 대해서 정의하고 있는 프레임 제어채널정보를 저장하고 있는 프레임 채널 정보값; 이전의 매체접근제어 프레임을 랜덤 액세스하는 단계에서 행해진 접근결과를 나타내는 액세스 피드백 채널 정보값;액세스 포인트로부터 이동단말로 전송받는 다운 데이터 값; 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 이동단말로부터의 제1 다중 홉 데이터 값; 이동단말에서 액세스 포인트로 전송하는 업 데이터 값;액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 이동단말로부터의 제2 다중 홉 데이터 값; 및 쇼트 트랜스포트 채널이 가능하지 않을 때 이동단말이 액세스 포인트로 제어정보를 전송하는 랜덤 채널 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 데이터 자료구조를 제공한다.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명이 적용되는 다중 홉 전달 네트워크의 구조 도면이다.
이동단말1(MT1)(601)이 액세스 포인트(AP)(602)와 통신을 하고 있는 경우, 이동단말3(MT3)(603)은 중계기1(seed1)(604)나 이동단말2(MT2)(605)에 정보를 전달한다. 동일한 시간에 이동단말5(MT5)(606) 역시 이동단말4(MT4)(607) 또는 다른 중계기2(seed2)(608)로 정보를 전송할 수 있다. 이동단말2(MT2)(605) 또는 이동단말4(MT4)(607)는 액세스 포인트(AP)(602)에 이동단말3(MT3)(603) 또는 이동단말5(MT5)(606)로부터 받은 정보를 액세스 포인트(AP)(602)로 전달한다.
만일 이동단말3(MT3)(603) 또는 이동단말5(MT5)(606)가 중계기1(seed1)(604) 또는 중계기2(seed2)(608)를 이용하였다고 하더라도 동일한 과정이 수행된다.
도 7의 (a)는 다중 홉 전달 네트워크에서 액세스 포인트가 다중 홉 데이터를 수신하는 방법 도면이다.
다중 홉 전달 네트워크에는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 있는 이동단말(MT)도 존재하지만 그 범위 밖에 위치하고 있는 이동단말(MT)도 존재한다.
액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 이동단말은(MT), 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 내에 위치하고 있는 이동단말(MT) 또는 중계기(seed)로 데이터를 전송한다.
그리고, 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 있는 범위내에 위치하고 있는 이동단말(MT) 또는 중계기(seed)는, 이동단말(MT) 자기 자신 또는 중계기(seed)의 데이터를 액세스 포인트(AP)로 전달한다. 그러나, 항상 자기 섹터의 이동단말(MT)과 액세스 포인트(AP)가 통신하고 있는 것은 아니므로, 다른 섹터에서의 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)가 통신하고 있는 시간이 생긴다.
따라서, 이 시간동안 이동단말(MT) 또는 중계기(seed)는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 있는 범위 밖에 위치하고 있는 이동단말(MT)과 다중 홉 데이터를 주고 받는다(710). 그리고, 다중 홉 데이터를 받은 이동단말(MT) 또는 중계기(seed)는 액세스 포인트(AP)와 통상의 방법을 통해 다중 홉 데이터를 주고 받는다(711).
그리고, 액세스 포인트(AP)는 전달받은 데이터를 받아 처리하게 된다(712).
도 7의 (b)는 다중 홉 전달 네트워크에서 액세스 포인트가 다중 홉 데이터를 송신하는 방법 도면이다.
우선 액세스 포인트(AP)가 기존의 송수신 방법을 통해 전달하고자 하는, 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)의 데이터를 액세스 포인트(AP)와 통신할 수 있는 이동단말(MT)에게 전송한다(720).
다음, 상기 액세스 포인트(AP)와 통신할 수 있는 이동단말(MT)이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말(MT)과 액세스 포인트(AP)가 데이터를 송신 또는 수신하는 시간대에 상기 단계(720)에서 전송받은 데이터를 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)로 전송한다(721).
그러면, 상기 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)은 상기 단계(721)에서 전송되는 데이터를 수신한다(722).
도 8은 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)로 데이터를 전달하기 위한 방법 도면이다.
우선, 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 내에 위치하고 있는 인접한 이동단말(MT)을 선택한다(810).
그리고 나서 액세스 포인트(AP)가 상기 단계(810)에서 선택한 이동단말이(MT)이 속한 섹터 밖의 이동단말(MT)과 데이터를 송수신하고 있는 중인가를 판단한다(820).
만일 상기 판단의 결과, 액세스 포인트(AP)가 상기 단계(810)에서 선택한 이동단말이(MT)이 속한 섹터 밖의 이동단말(MT)과 데이터를 송수신하고 있는 중인 경우, 선택한 이동단말로 데이터를 전송하고(840), 그러지 않으면 통상의 데이터 전송을 수행한다(830). 즉 선택한 이동단말(MT) 자기 자신이 액세스 포인트(AP)와 이동단말(MT) 자신의 데이터를 송수신하고 있었으면, 그 과정을 수행한다.
도 9는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)로부터의 데이터를 다른 이동단말(MT)이 중계하는 방법에 대한 도면이다.
액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말(MT)과 통신채널을 설정한다(910).
그리고, 액세스 포인트(AP)가 상기 이동단말(MT)이 속해있는 섹터 밖에 있는 다른 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단한다(920). 앞에서 기술한 바와 같이 액세스 포인트(AP)는 다른 섹터내의 이동단말(MT)과도 데이터를 송수신하므로 이 시간을 이용하기 위한 것이다.
상기 판단 결과, 상기 액세스 포인트(AP)가 상기 이동단말(MT)이 속해있는섹터 밖에 있는 다른 이동단말(MT)과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우, 통신채널을 설정한 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말의 데이터를 상기 이동단말이 수신하고(930), 그러지 않으면 통상의 데이터 전송을 수행한다(940). 즉 이동단말(MT) 자기 자신이 액세스 포인트(AP)와 이동단말(MT) 자신의 데이터를 송수신하고 있었으면, 그 과정을 수행한다.
도 10은 액세스 포인트(AP)의 다중 홉 데이터 처리방법에 대한 도면이다.
현재 액세스 포인트(AP)가 어느 이동단말(MT)이 속해있는 섹터 밖에 있는 다른 이동단말(MT)과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우에는, 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말의 데이터를 통신 가능한 범위 내에 위치하고 있는 이동단말(MT)을 경유하여 수신하고(1010), 그러지 않으면 통신하고 있는 섹터의 이동단말(MT)로부터의 통상의 데이터의 송수신을 수행한다(1020).
도 11은 본 발명의 각 섹터별 전송 신호열 도면이다. 이는 도 4와 기본적으로는 유사하지만 액세스 포인트(AP)와 통신하지 않는 섹터에서 멀티 홉 프레임을 할당하여 멀티 홉 전달을 수행하는데 차이가 있다. 또한 멀티 홉 프레임이 연속적으로 존재하지 않고 주어지 섹터에 액세스 포인트(AP)와 통신을 위한 자원이 할당되었을 경우 보통의 다운링크(downlink) 또는 업링크(uplink) 통신을 수행한 뒤 다시 원래 멀티 홉 프레임으로 돌아오는 구조에 차이가 있다.
하이퍼 랜2(HiperLAN2)에 상기의 방법을 적용하기 위해서 도 5에서의 다중 홉 프레임 구조를 사용한다. 다중 홉 전달 프레임에는 각 섹터에 대한 모든 매체접근 제어 프레임 정보를 브로드캐스트하는 포워드 브로드캐스트 채널(F-BCH, Forward-Broadcast CHannel)(503), 각 섹터에 대한 예약 데이터를 저장하고 있는 매체 접근 제어 프레임 정보를 전달하는 프레임 채널(F-FCH, Forward-Frame CHannel)(504), 그리고 매체 접근 제어(MAC) 프레임의 액세스 단계에서 행해진 액세스 시도의 결과가 전달되는 액세스 피드백 채널(F-ACH, Forward-Access feedback CHannel)(505)의 전송 제어 채널(Broadcast control Channel)이 먼저 나타난다.
다음에 포워딩(forwarding) 전용의 다운링크(Downlink)(510)와 업링크(Uplink)(511) 채널이 나타나며 마지막으로 이동단말이 액세스 포인트로 제어정보를 전달하기 위한 포워드 랜덤 채널(F-RCH, Forward-Random CHannel)(512)이 나타난다.
도 12는 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)로 데이터를 전달하기 위한 장치 도면이다.
이동단말 선택부(1210)는 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 내에 위치하고 있는 인접한 이동단말(MT)을 선택한다.
상태 판단부(1220)는 상기 이동단말 선택부(1210)에서 선택한 이동단말(MT)이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말(MT)과 액세스 포인트(AP)가 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단하는 판단한다.
다중 홉 데이터 전송부(1230)는 상기 상태 판단부(1220)에서의 판단결과, 상기 액세스 포인트(AP)가 상기 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 타 이동단말(MT)과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 시간대, 다중 홉 데이터를 송수신하도록 하는 기능을 수행한다. 따라서 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)이 액세스 포인트(AP)와 통신할 수 있도록 한다.
도 13은 액세스 포인트(AP)와 직접 통신할 수 없는 이동단말(MT)로부터의 데이터를 액세스 포인트(AP)로 전달하기 위한 이동단말(MT) 장치 도면이다.
통신채널 설정부(1310)는 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말(MT)과 통신채널을 설정한다.
상태 판단부(1320)는 다른 섹터에 위치하고 있는 이동단말(MT)과 상기 액세스 포인트(AP)가 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단한다.
다중 홉 데이터 전송부(1330)는 다른 섹터에 위치하고 있는 이동단말(MT)과 상기 액세스 포인트(AP)가 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우, 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말(MT)의 데이터를 수신한다.
도 14는 다중 홉 데이터 처리를 하기 위한 액세스 포인트(AP) 장치 도면이다.
다중 홉 데이터 처리부(1410)는 현재 액세스 포인트(AP)가 어느 이동단말(MT)이 속해있는 섹터 밖에 있는 다른 이동단말(MT)과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우에는, 액세스 포인트(AP)와 통신 가능한 범위 밖에 위치하고 있는 인접한 이동단말의 데이터를 통신 가능한 범위 내에 위치하고 있는 이동단말(MT)을 경유하여 수신한다,
데이터 처리부(1410)는 그러지 않은 경우 통신하고 있는 섹터의이동단말(MT)로부터의 통상의 데이터의 송수신을 수행한다.
도 15내지 도 20은 본 발명에서 제안한 멀티 홉 전달 방법을 실시한 경우의 성능 향상을 나타낸 도면이다. 실시조건은 다음과 같다. 우선 채널은 로그 디스턴스 모델(log distance model)과 로그노말 페이딩(lognormal fading) 이다. 이때 경로 손실(path loss)은 수학식 1과 같다.
Path loss = 46.76 + alpha 10log(d) + Fading
여기서, d 는 트랜스미터와 리시버간의 미터 거리이고 alpha 는 경로 손실 지수(path loss exponent)이다.
또한, 타겟 아웃테지 확률(target outage probability)은 10 % 이고, 신호대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)는 10-7비트 에러 레이트(BER, Bit Error Rate)이며, 셀에 대해서는 유니폼 분포(Uniform distribution)이고 사용자 수는 포아송 분포(Poisson distribution)이다.
도 15는 본 발명에서 제안한 멀티 홉 전달 방법을 사용한 경우에 사용자 수에 따른 성능 범위(range) 향상 정도를 나타낸 도면이다. 이때 경로 손실 지수(path loss exponent : alpha )는 3 인 경우를 가정하였다.
도 15에서 보는 바와 같이 다중 홉을 제공하지 않는 경우 레인지는 평균 사용자 수와 관계없으며, 다중 홉을 제공하는 경우에 이득(gain)을 얻을 수 있었다. 특히 로그노말 페이딩(lognormal fading)이 존재하는 경우 로그노말 페이딩에 대한 발산(diversity) 효과에 의해 레인지의 증가가 2배 이상이 될 수도 있다.
도 16은 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우에 레인지의 변화를 나타낸 도면이다.
도 17은 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우 다중 홉을 사용하지 않는 경우와 다중 홉을 사용하는 경우에 얻을 수 있는 레인지의 비를 나타낸 도면이다.
도 16과 도 17에서 알 수 있듯이 로그노말 페이딩(lognormal fading)이 큰 경우 최대 세배 정도의 레인지를 증가시킬 수 있었다. 또한 경로 손실 지수(path loss exponent)가 커지는 경우보다 작은 경우에 레인지의 증가정도가 더 커짐을 알 수 있다.
도 18에서 도 20은 도 15에서 도 17까지와 동일한 조건이고 다만 단말이 멀티 홉을 지원할 수 없고 단지 중계기(seed)만 사용한 경우의 결과 도면이다.
도 18은 본 발명에서 제안한 멀티 홉 전달 방법을 중계기(seed)만을 사용한 경우의 사용자 수에 따른 성능 범위(range) 향상 정도를 나타낸 도면이다.
도면에서 볼 수 있듯이 중계기(seed)의 개수가 늘어나면 레인지의 증가 정도가 더 커짐을 알 수 있으며, 사용자의 수와 레인지의 증가 정도는 관련이 없음을 알 수 있다.
도 19는 중계기(seed)만을 사용하였을 때 평균 사용자 수를 12로 고정하고 경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우에 레인지의 변화를 나타낸 도면이다.
도 20은 중계기(seed)만을 사용하였을 때 평균 사용자 수를 12로 고정하고경로 손실 지수(path loss exponent)를 변화시키는 경우 다중 홉을 사용하지 않는 경우와 다중 홉을 사용하는 경우에 얻을 수 있는 레인지의 비를 나타낸 도면이다.
모든 이동단말이 다중 홉을 지원하는 경우에 비해 레인지의 개선 정도가 크지는 않지만 중계기(seed)의 개수가 4개 정도가 되면 모든 이동단말이 다중 홉을 제공하는 경우에 비해 레인지의 개선 정도가 유사함을 알 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 복수의 섹터중 액세스 포인트와 통신하고 있는 섹터는 다운링크와 업링크를 통하여 액세스 포인트로 데이터를 전송하고, 그와 동시에 액세스 포인트와 통신하고 있지 않은 섹터는 다중 홉에 대한 정보를 가지고 있는 다중 홉 데이터 프레임을 처리하도록 함으로써 하나의 액세스 포인트(AP)가 커버할 수 있는 범위를 늘릴 수 있어 시스템을 보다 경제적으로 구축하며, 주파수 자원 낭비를 줄이는데 그 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 액세스 포인트, 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 제1 이동단말 및 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위내에 위치하고 있는 제2 이동단말로 구성되어 있는 시스템에 있어서,
    (a) 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 타 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하는 시간대에 제1 이동단말의 데이터를 상기 제2 이동단말로 전송하는 단계;
    (b) 상기 제2 이동단말이 액세스 포인트와의 기존의 송수신 방법을 통해 상기 제1 이동단말의 데이터를 전송하는 단계; 및
    (c) 액세스 포인트가 상기 (b) 단계에서 전송되는 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법.
  2. 제1항에 있어서 상기 제2 이동단말은,
    액세스 포인트와 통신범위 밖에 위치한 이동단말로부터의 데이터를 액세스 포인트로 전송하는 중계기인 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법.
  3. 제1항에 있어서 상기 제2 이동단말은,
    (a) 제1 이동단말과 통신채널을 설정하는 단계;
    (b) 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계의 판단결과, 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우, 상기 제1 이동단말의 데이터를 상기 제2 이동단말이 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법.
  4. 액세스 포인트, 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 제1 이동단말 및 액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위내에 위치하고 있는 제2 이동단말로 구성되어 있는 시스템에 있어서,
    (a) 상기 액세스 포인트가 기존의 송수신 방법을 통해 상기 제1 이동단말의 데이터를 제2 이동단말에게 전송하는 단계;
    (b) 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하는 시간대에 상기 제2 이동단말이 상기 제1 이동단말로 데이터를 전송하는 단계; 및
    (c) 상기 제1 이동단말이 상기 (b) 단계에서 전송되는 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달방법.
  5. 제1항 내지 제4항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  6. 액세스 포인트와 통신할 수 있는 범위 밖에 위치하고 있는 다른 제1 이동단말과 통신채널을 설정하는 통신채널 설정부;
    상기 액세스 포인트가 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인가를 판단하는 상태 판단부; 및
    상기 상태 판단부의 판단결과, 상기 액세스 포인트가 상기 제2 이동단말이 속해있는 섹터 밖에 있는 이동단말과 데이터를 송신 또는 수신하고 있는 중인 경우, 상기 제1 이동단말의 데이터를 상기 제2 이동단말이 수신하는 다중 홉 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전달을 할 수 있는 이동단말.
  7. 액세스 포인트와 직접 통신할 수 없는 이동단말이 다른 이동단말을 경유하여 액세스 포인트와 통신할 수 있도록 하는데 사용되는 매체접근제어 데이터 자료구조에 있어서,
    현재의 매체접근제어 프레임에 해당하는 제어 정보를 브로드캐스트하는 브로드캐스트 채널 정보값;
    시스템의 자원이 어떻게 현재의 매체접근제어 프레임에 할당되는가에 대해서 정의하고 있는 프레임 제어채널정보를 저장하고 있는 프레임 채널 정보값;
    이전의 매체접근제어 프레임을 랜덤 액세스하는 단계에서 행해진 접근결과를 나타내는 액세스 피드백 채널 정보값;
    액세스 포인트로부터 이동단말로 전송받는 다운 데이터 값;
    액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 이동단말로부터의 제1 다중 홉 데이터 값;
    이동단말에서 액세스 포인트로 전송하는 업 데이터 값;
    액세스 포인트와 직접 통신할 수 있는 범위밖에 위치하고 있는 이동단말로부터의 제2 다중 홉 데이터 값; 및
    쇼트 트랜스포트 채널이 가능하지 않을 때 이동단말이 액세스 포인트로 제어정보를 전송하는 랜덤 채널 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 데이터 자료구조.
  8. 제7항에 있어서 상기 제1 다중 홉 데이터와 제2 다중 홉 데이터는,
    현재 매체 접근 제어 프레임에 해당하는 제어정보를 브로드캐스트하는 포워드 브로드캐스트 제어 채널 정보값;
    액세스 포인트로부터 데이터를 받아 이동단말로 데이터를 포워딩하는 포워드다운링크 채널 정보값;
    이동단말로부터 데이터를 받아 액세스 포인트로 데이터를 포워딩하는 포워드 업링크 채널 정보값; 및
    이동단말이 액세스 포인트로 제어정보를 전달하는 포워드 랜덤 채널 정보값을 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 데이터 자료구조.
  9. 제8항에 있어서 상기 포워드 브로드캐스트 제어 채널 정보값은,
    각 섹터에 대한 모든 매체 접근 제어 프레임 정보를 브로드캐스트하는 브로드캐스트 채널 정보값;
    각 섹터에 대한 예약 데이터를 나타내는 매체 접근 제어 프레임 정보을 전달하는 프레임 채널 정보값; 및
    매체 접근 제어 프레임의 액세스 단계에서 행해진 액세스 시도의 결과가 전달되는 액세스 피드백 채널 정보값을 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 데이터 자료구조.
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