KR20040063249A - 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 랜에서 데이터의 고속 전송이 가능하게 하고 서비스 품질을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, MAC 처리기에서 물리계층으로 MPDU를 전송할 때, 데이터의 종류에 따라 해당 우선순위 큐에 할당하여 전송하는 송신과정과; 상기 MAC 처리기가 상기 물리계층으로부터 MPDU를 수신할 때,소정의 서비스 파라미터 값에 상응되는 순서대로 우선순위 큐에 할당하여 수신하는 수신과정에 의해 달성된다.

Description

무선 랜에서 매체 접근 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAC IN A WIRELESS LAN}

본 발명은 무선 랜에서 데이터의 고속 전송이 가능하게 하고 서비스 품질을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 음성이나 화상과 같은 스트림 데이터를 전송할 때 매체 접근 제어 처리기에서 큐(Queue)에 우선 순위를 부여하여 처리할 수 있도록 한 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.

일반적으로, 무선 랜(Wireless LAN) 시스템의 매체 접근 제어(MAC:Media Access Control)는 기본적으로 프레임 간격 제어 방식인 CSMA/CA(CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) 방식으로 동작하며, 히든 터미널(hidden terminal) 문제를 해결하기 위하여 RTS/CTS 및 NAV(NAV: Network Allocation Vector)를 사용한다. 또한, 분산 제어 방식을 기본으로 하며, PCF에 의한 중앙 제어 방식도 선택 사항으로 사용하고 있다.

IEEE 802.11 위원회에서 선정한 프로토콜은 CSMA/CA 프로토콜로서 기존의 유선 근거리 통신망에서 사용한 CSMA/CD 방식과 차이가 있다. 무선 통신에서는 유선 통신에서와 달리 패킷간의 충돌을 감지할 수 없기 때문에 패킷간의 충돌을 회피하는 CSMA/CA 방식이 필요하다.

MAC 프로토콜은 경쟁(contention) 서비스와 비경쟁(contention free) 서비스의 두 가지로 분류된다. 상기 경쟁 서비스는 일반적인 컴퓨터 통신으로서 파일 전송과 같은 비동기성 데이터 서비스를 담당하고, DCF(DCF: Distributed Coordination Fucntion)에 의해 처리되며, CSMA/CA 방식을 기본으로 하고 있다. 이에 비하여, 상기 비경쟁 서비스는 음성이나 화상과 같은 지연에 민감한 전송에 대한 서비스로서 PCF(PCF: Point Coordination Fucntion)에 의하여 처리된다. IEEE 802.11의 MAC 프로토콜은 경쟁 서비스와 비경쟁 서비스를 함께 처리할 수 있도록 설계되어 있다.

일반적으로, 상기 CSMA/CA 방식에는 히든 노드 문제가 발생하여 데이터 처리량의 급속한 감소가 우려되므로 이에 대한 보안책이 요구되고 있다. 상기 히든 노드란 서로의 송신 검출되지 않은 노드를 의미하는 것으로서, 이때 심각한 패킷 충돌이 발생할 수 있다. IEEE 802.11의 MAC 프로토콜은 1-퍼시스턴트(persistent) CSMA를 기본으로 프레임 간격(Inter Frame Space) 제어에 의해 충돌 회피 기능을 부가한 프로토콜을 채용하고 있다.

상기 프로토콜의 첫번째 단계에서는 전송하려고 하는 프레임을 가진 단말에서 캐리어 감지를 통해 다른 단말기가 전송하고 있는 지를 확인한다. 두 번째 단계에서는 충돌회피(Carrier Avoidance) 기능으로 매체가 휴지(idle) 상태임을 확인한 후 랜덤한 시간 간격을 선택하여 그 시간 간격 내에서도 매체가 휴지상태인지 확인한다. 상기 조건이 만족되면 패킷을 전송하고, 조건이 만족되지 않으면 상기 캐리어 감지 동작을 계속한다. 세 번째 단계에서는 프레임 전송 시간에 따라 우선 순위를 조절한다. 즉, 여러 개의 내부 프레임 간격(IFS)을 이용한다.

한편, 상기 DCF는 우선 순위가 높은 것부터 전송하는데, 그 순위를 살펴보면 다음과 같다.

제1순위는 짧은 우선 순위로서 즉각적인 응답(ACK 및 CTS 프레임, 세그먼트화된 데이터 프레임의 버스트 전송)을 하기 위해 사용되며, 이러한 IFS를 SIFS라 한다.

제2순위는 PCF 우선권으로서 중앙 집중 제어 시 사용되며, 프레임 지연에 민감한 동기식 데이터 전송에 사용되는데, 이러한 IFS를 PIFS라 한다.

제3순위는 DCF 우선권으로서 비동기 데이터 전송(데이터, RTS 전송)에 사용되는데, 이러한 IFS를 DIFS라 한다.

상기 내용을 정리해 보면, 우선 길이가 가장 짧은 SIFS가 있는데, 이는 가장 짧은 지연으로서 가장 높은 우선 순위를 갖는 음성, 화상 등의 데이터 전송시 사용되고, 중간 길이의 PIFS는 비경쟁 서비스에서 단말의 폴링(polling)에 사용된다.

현재, IEEE 802.11a에서 권고하는 OFDM 물리계층의 전송 속도는 6∼54 Mbps이므로 MAC 계층의 고속화 처리는 필수적이다. 물리계층과 MAC 계층의 인터페이스는 일반적인 큐(Queue)와 같은 버퍼를 두어 전송되는 MAC 프레임을 처리한다. 향후의 액세스 방식에서는 다양한 트래픽을 가진 이동 단말간의 액세스를 어떻게 효율적으로 처리할 것인가에 대한 것이 기술적인 문제로 부각될 것이다.

좁은 의미에서의 TDMA 방식은 통신의 시작에서 종료까지를 의미하는 보류 시간이 긴 음성과 화상 계열의 미디어 액세스에 적합하고, 또한 랜덤 액세스 계열은 보류시간이 짧은 컴퓨터 계열의 패킷 데이터 액세스에 적합한 경향이 있다. 지금까지의 IEEE 802.11은 컴퓨터 계열의 액세스이므로, 패킷 전송이 주를 이루고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 2계층 구조를 갖도록 하고 있다. IEEE 802.11의 2계층화된 구조는 본래 DCF만으로 MAC층의 기능을 담당함에도 불구하고, DCF를 MAC층의 전체의 일부로 정의하고, PCF를 추가하여 각각을 계층화 하도록 하였다. IEEE 802.11의 2계층화된 구조인 DCF와 PCF의 혼합 모델은 PCF가 비경쟁 계열의 액세스, DCF가 경쟁 계열의 액세스 만을 언급하고 있다. 이에 비하여, PCF 반복 주기의 정밀도를 향상시키는 PCF 기능은 음성이나 화상 등의 데이터를 전송하는 것도 가능하기는 하다. 이것은 PCF에 의한 비경쟁 계열의 액세스의 예이며, 액세스 영역을 반복하여 확보하기 위해 비콘(Beacon)을 송출한다. 물론, 비콘이 CSMA/CA를 수행하면서 DCF에 의해 송출되기는 하나, PCF에 의해서 사용되는 IFS의 PIFS를 사용하므로 우선 순위가 높다. 비콘을 반복하여 송출하는 것은 TDMA의 반복 주기를 만드는 프레임과 같은 기능이 있다.

무선 랜에서의 MAC은 DCF와 PCF의 2 계층화를 통해 일반적인 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 제어에는 좁은 의미의 TDMA와 같이 프레임을 가지고, 그 내부를 적어도 2개의 영역으로 나누어, 하나를 음성과 화상 계열의 미디어 액세스에 사용하고, 다른 하나를 컴퓨터 계열의 액세스에 사용하는 방법이다. 상기 2개 영역은 TDMA나 CSMA/CA와 같은 동적인 영역을 할당하고, 또 이 영역의 경계도 상호 트래픽의 대소 관계에 따라서 동적으로 변화시키는 것에 의하여 다양한 미디어에 효율적으로 대응하는 QoS 제어를 행하는 것이 일반적으로 고려되고 있다.

그러나, 무선 랜에서의 종래 기술에 의한 매체 접근 제어 방법을 이용하는 경우, QoS 제어에 관한 요구와 함께 물리계층의 고속화 요구로 인하여 다음과 같은 문제점이 발생되었다. 첫째, 음성, 화상 및 데이터 패킷을 처리하는 큐의 요소가 분리되어 있지 않은데, 특히 극단적인 성질을 갖고 있는 음성 및 화상 계열의 데이터와 컴퓨터 네트워크 계열의 통합은 시스템의 전체 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 있었다. 둘째, 물리계층으로부터 수신된 데이터를 분리된 큐로 전송하기 위해 MAC 프레임의 헤더 부분을 분석하여야만 하는 오버헤드가 있기 때문에 이에 의해 시스템 전체의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 MAC 처리기에 우선 순위를 갖는 큐를 두어 전송시 데이터의 종류에 따라 적당히 분류하여 물리계층으로 전송하고, 수신 시에도 전송 시와 마찬가지로, MAC 처리기에서 프레임의 헤더를 분석할 필요 없이, 물리계층으로부터 수신되는 파라미터를 근거로 수신된 데이터의 종류를 구분하여 수신하는 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 무선 랜에서 매체 접근 제어 장치의 블록도.

도 2는 우선순위 큐의 구조를 나타낸 포맷도.

도 3a는 액세스 포인트를 경유하는 통신하는 네트워크의 개략도.

도 3b는 2개의 스테이션이 직접 통신하는 네트워크의 개략도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1 : MAC 처리기 2,7 : 패킷 분리기

3,8 : 우선순위 큐 4 : 송신버퍼

5 : 물리계층 6 : 수신버퍼

본 발명의 제1특징에 따르면, 무선 랜에서 데이터, 특히 음성 및 화상과 같은 스트림 데이터 전송 시에 적합한 QoS를 보장할 수 있도록 MAC 처리기에 우선 순위를 갖는 큐를 두고, 물리계층과의 인터페이스 시 송수신되는 패킷 데이터의 종류에 따라 특정한 값을 물리계층의 파라미터로 설정함으로써, MAC 처리기에서 MAC 프레임의 헤더를 분석할 필요 없이 프레임의 종류에 적합한 큐로 분리할 수 있게 된다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 우선 순위를 갖는 큐를 다음의 3가지로 분류한다. 즉, 상기 우선 순위를 갖는 큐는 ACK 프레임 및 세그먼트화된 프레임의 버스트 전송 프레임을 전송하는 콘트롤 큐와, 동기식 서비스가 필요한 A/V 스트림 형태의 패킷을 처리하는 A/V 스트림 큐와, 일반적인 파일 및 데이터 전송을 처리하는 데이터 큐로 분류한다.

도 1은 본 발명에 의한 무선 랜에서 매체 접근 제어 장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, MAC 프로토콜 데이터 유니트(MPDU: MAC Protocol Data Unit)를 물리계층(5)측으로 송신하고, 그 물리계층(5)측에서 송신된 MPDU를 수신 처리하는 MAC 처리기(1)와; 상기 MAC 처리기(1)에서 출력되는 MPDU를전달받아 우선순위 큐(3)에 할당하되, 데이터의 종류에 따라 해당 우선순위의 큐에 할당하는 패킷 분리기(2)와; 상기 우선순위 큐(3) 상의 큐들을 우선순위대로 물리계층(5)에 전달하는 송신버퍼(4)와; 상기 송신버퍼(4)로부터 MPDU 및 서비스 데이터(SERVICE)를 전송받고, 상기 MAC 처리기(1)에서 수신 요구된 MPDU와 서비스 데이터(SERVICE)를 전송하는 물리계층(5)과; 상기 물리계층(5)에서 전송되는 MPDU와 서비스 데이터(SERVICE)를 패킷 분리기(7)에 전달하는 수신버퍼(6)와; 상기 수신버퍼(6)로부터 서비스 파라미터 값에 상응되는 순서대로 큐를 선택하여, 상기 MAC 처리기(1)에 MPDU를 제공하는 우선순위 큐(8)에 할달하는 패킷 분리기(7)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명이 적용되는 무선 랜의 구현예를 나타내었다. 즉, 도 3a는 2개의 스테이션(STA1),(STA2)이 유선 네트워크와의 접속 기능을 갖는 액세스 포인트(AP)를 경유하여 통신할 수 있는 네트워크의 구성을 나타낸 것이다. 또한, 도 3b는 2개의 스테이션(STA3),(STA4)이 직접 통신하는 자유 구성으로 된 네트워크를 나타낸 것이다.

먼저, MAC 처리기(1)로부터 물리계층(5)측으로의 스트림 데이터의 송신 처리과정을 설명하면 다음과 같다.

MAC 처리기(1)로부터 출력되는 MPDU가 패킷 분리기(2)에 전달되면, 여기서 데이터의 종류에 따라 도 2와 같이 3개의 큐 중에서 가장 적합한 큐에 할당하게 된다. 이렇게 할당된 우선순위 큐(3)가 송신될 시점에 도달되면, 송신 버퍼(4)를 통해 물리계층(5)측으로 전송되는데, IEEE 802.11a에 따르면 PHY_TXSTART.req(TXVECTOR)를 MAC 처리기(1)에서 물리계층(5)측으로 전송하게 되어 있으며, 이때, 파라미터로 주어지는 송신벡터(TXVECTOR)는 아래와 같다.

이때, 사용되는 송신벡터(TXVECTOR)의 파라미터 중에서 서비스 파라미터의 9bits의 할당 비트(reserved bit)를 이용하여 현재 데이터가 포함되어 있는 큐를 MPDU와 함께 송신 버퍼(4)로 전송하게 되며, 이 송신 버퍼(4)에서 다시 물리계층(5)으로 전달된다.

한편, 상기 MAC 처리기(1)가 상기 물리계층(5)에서 전송된 스트림 데이터를 수신 처리하는 과정은 상기 송신 처리과정의 역과정으로 진행되는데, 이 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 물리계층(5)으로부터 수신된 MPDU 및 서비스 데이터(SERVICE)가 수신 버퍼(6)에 저장된다. IEEE 802.11a 표준에 의하면 스트림 데이터 수신 시에도 물리계층(5)으로부터 수신벡터(RXVECTOR)를 받도록 되어 있는데, 이의 파라미터는 다음과 같다.

이때, 수신된 서비스 파라미터는 상기 송신 과정을 통해 수신된 프레임의 종류에 상응되는 큐의 내용을 포함하고 있다. 따라서, 패킷 분리기(7)는 상기 수신버버(6)로부터 상기 서비스 파라미터 값에 상응되는 순서대로 큐를 선택하여 우선순위 큐(8)로 전달하고, 상기 MAC 처리기(1)는 상기 우선순위 큐(8)로부터 MPDU를 전달받아 처리하게 된다.

본 발명에서 사용하는 우선순위 큐는 도 2에서와 같이 다음의 3가지로 분류된다. 즉, ACK 프레임 및 세그먼트화된 프레임의 버스트 전송 프레임을 저장하는 콘트롤 큐(Control Queue)와, 동기식 서비스가 필요한 오디오(A)/비디오(V) 스트림 형태의 패킷을 처리하는 A/V 스트림 큐(A/V Stream Queue)와, 일반적인 파일 및 데이터 전송을 처리하는 데이터 큐(Data Queue)로 이루어진다.

결국, 각 전송 프레임의 종류에 따라 QoS를 보장할 수 있는 우선순위 큐(3)를 MAC 제어에 사용함으로써, QoS가 향상된다. 또한, 물리 계층(5)과의 인터페이스에 사용되는 물리계층 파라미터 중에서 서비스 할당 비트를 근거로, 수신된 패킷의 프레임 종류를 구분하여 MAC의 우선순위 큐(8)로 바로 전송할 수 있도록 함으로써, MAC 헤더를 분석할 필요가 없게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 각 전송 프레임의 종류에 따라 QoS를 보장할 수 있는 우선순위 큐를 MAC 제어에 사용함으로써, QoS가 향상되는 효과가 있다. 또한, 물리 계층과의 인터페이스에 사용되는 물리계층 파라미터 중에서 서비스 할당 비트를 근거로, 수신된 패킷의 프레임 종류를 구분하여 MAC의 우선순위 큐로 바로 전송할 수 있도록 함으로써, MAC 헤더를 분석해야 하는 오버헤드를 생략할 수 있게 되고, 이로 인하여 시스템의 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. MAC 처리기에서 물리계층으로 MPDU를 전송할 때, 데이터의 종류에 따라 해당 우선순위 큐에 할당하여 전송하는 송신과정과; 상기 MAC 처리기가 상기 물리계층으로부터 MPDU를 수신할 때, 소정의 서비스 파라미터 값에 상응되는 순서대로 우선순위 큐에 할당하여 수신하는 수신과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 우선순위 큐는 ACK 프레임 및 세그먼트화된 프레임의 버스트 전송 프레임을 저장하는 콘트롤 큐, 동기식 서비스가 필요한 오디오/비디오 스트림 형태의 패킷을 처리하는 A/V 스트림 큐, 일반적인 파일 및 데이터 전송을 처리하는 데이터 큐를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법.
3. 제2항에 있어서, 각 큐의 우선순위는 콘트롤 큐, A/V 스트림 큐, 데이터 큐 순서로 높게 설정된 것을 특징으로 하는 무선 랜에서 매체 접근 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 데이터의 송신과정은 송신벡터의 파라미터 중 서비스 파라미터의 소정의 할당 비트를 이용하여 상기 데이터가 할당된 큐에 대한 정보를 MPDU와 함께 물리계층측으로 전달하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는무선 랜에서 매체 접근 제어 방법.
5. MAC 처리기(1)에서 출력되는 MPDU를 전달받아 우선순위 큐(3)에 할당할 때, 데이터의 종류에 따라 해당 우선순위의 큐에 할당하는 패킷 분리기(2)와; 상기 우선순위 큐(3) 상의 큐들을 우선순위대로 물리계층(5)에 전달하는 송신버퍼(4)와; 상기 물리계층(5)에서 전송되는 MPDU와 서비스 데이터(SERVICE)를 패킷 분리기(7)에 전달하는 수신버퍼(6)와; 상기 수신버퍼(6)로부터 서비스 파라미터 값에 상응되는 순서대로 큐를 선택하여, 상기 MAC 처리기(1)에 MPDU를 제공하는 우선순위 큐(8)에 할당하는 패킷 분리기(7)로 구성한 것을 특징으로 하는 무선 랜에서 매체 접근 제어 장치.