KR20060129043A - 자가 구성 무선 네트워크에서 데이터의 패킷 스위칭 전송을위한 방법, 중계국 및 중앙 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하나 이상의 제1 및 제2 무선 커버리지 영역과 각 무선 커버리지 영역별로 하나 이상의 이동 통신 장치를 포함하는 자가 구성 로컬 무선 네트워크(self-organizing local radio network)에서의 패킷 스위칭 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 제1 무선 커버리지 영역의 제1 장치와 제2 무선 커버리지 영역의 제2 장치는 각 무선 커버리지 영역에 관련된 전송 채널들의 할당에 대한 중앙 제어를 위해 동작한다. 제1 및 제2 무선 커버리지 영역의 이동 통신 장치는 제1 무선 커버리지 영역으로부터의 데이터를 제2 무선 커버리지 영역에 포워딩하기 위한 중계국으로서 동작한다. 데이터는, 제1 중앙 제어 장치 및 중계국 사이의 데이터 전송과 중계국 및 제2 중앙 제어 장치 사이의 데이터 전송 모두를 위한 제1 무선 커버리지 영역을 위하여 이용 가능한 전송 채널들을 제1 중앙 제어 장치가 제어하는 방식으로 포워딩된다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 중계국 및 중앙 제어 장치에 관한 것이다.

Description

자가 구성 무선 네트워크에서 데이터의 패킷 스위칭 전송을 위한 방법, 중계국 및 중앙 제어 장치{METHOD, INTERMEDIATE STATION AND CENTRAL CONTROL UNIT FOR THE PACKET­SWITCHED DATA TRANSMISSION IN A SELF­ORGANIZING RADIO NETWORK}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 자가 구성 무선 네트워크에서의 데이터 전송을 위한 방법, 청구항 8에 따른 중계국 그리고 청구항 9에 따른 중앙 제어 장치에 관한 것이다.

근거리 통신망(LAN)의 국(station)들이 일반적으로 케이블들을 통해 상호 간에 링크됨은 알려져 있다. 그러나, 이러한 타입의 네트워크들은 예를 들어 WLAN 표준(IEEE 802.11)에 따라 동작하는 무선 네트워크들에 의해 점점 교체되거나 또는 적어도 보충되고 있다.

이러한 타입의 무선 네트워크들은 원칙적으로 사용되는 매체 접근 방법의 특성에 따라 분산형 네트워크들, 예를 들어 IEEE 802.11에 따른 "Distributed Coordinated Function(DCF)"를 사용하는 네트워크와, 예를 들어 Hiperlan/2 또는 블루투스 표준에 따라 구조화된 중앙형 네트워크들로 분할될 수 있다.

중앙 네트워크에서, 무선 커버리지 영역(클러스터)은 자원들(전송 매체 또는 매체)에 대한 상기 무선 커버리지 영역 내에 위치한 국(station)들의 접근을 통제하는 중앙 제어 유닛(중앙 제어기)을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 클러스터 내의 국(station)에 의한 데이터 전송은 상기 국(station)이 중앙 제어기로부터 사용될 자원에 대하여 통보받기 전까지는 이루어지지 않고, 그에 의하여 Hiperlan/2 하에서는 전송하기를 원하는 모든 국(station)들이 먼저 소위 "Resource Request"(RR)을 중앙 제어기에 전송하는 방식으로 데이터 전송이 이루어지며, 그 다음에 데이터 전송에 대한 권한을 부여하기 위하여 중앙 제어기는 무선 인터페이스에 따라 정의된 전송 프레임을 통해 "Resource Grant"(RG)을 해당 국(station)에 통신한다. 중앙 제어기는 또한 동일한 MAC 프레임을 통해서 RG를 갖는 고유의 데이터 전송들을 나타낸다. Hiperlan/2 표준에 따르면, RG 메시지들은 데이터 전송을 위한 제어 데이터의 항목들을 포함한다. 양쪽 모두의 경우에, RG 메시지들은 필수적으로 전송자 및 수신자의 식별들, 링크 식별, 전송 채널들의 수 및 특성, 전송 시작 시점, 그리고 물리 계층 상에서 사용되는 인코딩 및 변조 스키마(schema)이다. "Resource Grant" 메시지들은 중앙 제어기에 의해 소위 "Frame Channel"(FCH)를 통해서 MAC 프레임의 처음에 전송된다.

"J.Habetha and M.Nadler, Concept of a wireless centralised multihop ad hoc network", in "Proc.European Wireless, Dresden, Sept.2000"로부터, 중앙집중형 Hiperlan/2 네트워크가 각각이 중앙 제어기를 갖는 다수의 클러스터들로 이루어짐이 알려져 있다. 하나의 클러스터로부터 다수의 클러스터들로 상기 방식에 따라 확장된 네트워크는 소위 다중 클러스터 네트워크로서 언급되고, 중앙 제어기들이 상호 무관하게 매체에 대한 접근을 제어하도록 하는 형태를 갖는데, 이는 1 초과의 재사용 계수(reuse factor)에 의해 달성되고, 여기서 "Reuse Factor"란 용어는 사용되는 자원들, 즉 일반적으로는 이용 가능한 주파수들이 반복되는 무선 커버리지 영역들 사이의 거리를 말한다.

또한, 위에서 설명한 시스템으로 인하여, 상이한 주파수들보다는 하나의 단일 주파수 상에서의 겹쳐지지 않는 주기적 시간 간격들을 관리되는 자원들로서 클러스터들의 중앙 제어 유닛들에 할당할 수 있다.

이러한 상황에서, 전송 대역폭이 가능한 한 적은 자원들로 세분화되는 것이 유리한데, 이는 중앙 제어기들 사이의 거리들이 가능한 한 커지는 것에 의해 달성될 수 있다. 이를 위해, 거리 때문에, 임의의 두 이웃 무선 커버리지 영역들 사이에서의 데이터 교환을 위한 유용한 요구사항은 무선 커버리지 영역들이 겹쳐지는 영역에 위치하여 그에 따라 두 클러스터들에 할당될 수 있는 중계국들(순방향 노드들)이다.

기술된 네트워크들의 단점은 멀리 떨어진 두 클러스터들 사이의 데이터 전송이 자원을 점유하는 다수의 중계국들과 중앙 제어기들을 동반한다는 점이고, 그 외에 도 1에 도시된 데이터 흐름도로부터 알 수 있는 바와 같이 상기 동반된 중계국들에 대한 자원 할당 방법들로 인해 지연이 발생한다는 점이다.

본 발명의 목적은 자가 구성 다중 클러스터 네트워크에서 효율적인 데이터 교환을 할 수 있도록 하는 방법을 특정하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 전제부에 따른 자가 구성 무선 네트워크에서 데이터 전송을 위한 방법에 의해, 청구항 8의 특징부에 따른 중계국에 의해, 그리고 청구항 9의 특징부에 따른 중앙 제어 유닛에 의해 성취된다.

본 발명에 따른 방법은 각각의 무선 커버리지 영역을 위한 하나 이상의 이동 통신 장치와 함께 하나 이상의 제1 및 제2 무선 커버리지 영역을 갖는 자가 구성 무선 네트워크에서의 패킷 스위칭 데이터 전송을 위한 것으로, 관련된 무선 커버리지 영역에 할당되는 전송 채널들의 할당을 중앙 제어하기 위해 제1 장치가 제1 무선 커버리지 영역에서 동작하고 제2 장치가 제2 무선 커버리지 영역에서 동작하며, 제1 및 제2 무선 커버리지 영역 모두에서 이동 통신 장치들은 제1 무선 커버리지 영역으로부터의 데이터를 제2 무선 커버리지 영역에 포워딩하기 위해 중계국들로서 동작하고, 상기 포워딩은 제1 중앙 제어 장치 및 중계국 사이의 데이터 전송과 중계국 및 제2 중앙 제어 장치 사이의 데이터 전송 모두를 위해 제1 중앙 제어 장치가 제1 무선 커버리지 영역에 이용 가능한 전송 채널들을 제어하는 방식으로 이루어진다.

본 발명에 따른 방법의 결과는 데이터 패킷들의 포워딩에 기인한 상기 데이터 패킷들의 전송에 대한 임의의 지연이 최소화되는 것이다. 본 발명에 따른 방법의 임의의 다른 효과들도 별도로, 중계국들은 훨씬 간단하게 동작할 수 있다. 그 외에, 종래 기술에 공지된 방법들과는 대조적으로, 멀리 떨어져 있는 무선 커버리지 영역에 전송되는 패킷은 각 경우에 중앙 제어 유닛의 패킷 스케줄러에 의해 한 번 처리될 필요만 있다. 제1 중앙 제어 유닛이 중계국에 대한 데이터 패킷의 (부분) 전송과 또한 다음 차례에 도달 가능한 제2 제어 유닛에 대한 (부분) 전송 모두를 위한 자원들의 할당을 제어하기 때문에, 자원들을 할당하기 위한 요청들 및 응답들의 개수가 줄어들고, 그 결과로 이용 가능한 자원들은 훨씬 효율적으로 이용된다. 중앙 제어 유닛에 대한 다른 기능들의 집중이 또한 성취되는데, 그 결과로 중계국들로서 동작하는 상기 통신 단말 장치들이 추가적인 작업들로부터 벗어나고 덜 복잡한 기능들을 제공할 필요를 가진다.

바람직하게도, 추가되는 제어 데이터는 별개의 전송 채널, 제2 제어 유닛이 제1 제어 유닛의 FCH 채널을 수신할 수 있는 것이 보장되는 경우 특히 FCH 채널을 통해 전송될 것이다. 이는, 포워딩되는 데이터에 내용을 부가할 필요가 없도록 한다. 그 외에, 제어 데이터가 수신 중앙 제어 장치에 의해 직접적으로 디코딩될 수 있기 때문에, 상당히 더 적은 수의 중계국들이 관계된다. 이러한 타입의 제어 채널들은 전송 에러들에 대하여 더 강한 인코딩, 예를 들면 "BPSK(Binary Phase Shift Keying)"을 가질 수 있고, 그 결과로 상기 제어 채널들을 통해 전송되는 제어 데이터는 더 큰 반경에 걸쳐 수신될 수 있다. 이 경우 페이로드 데이터는 또한 원칙적으로 직접 그리고 중계국들 없이 단지 강하게 제1 제어 유닛으로부터 제2 제어 유닛으로 전송될 수 있다. 그러나, 중계국이 사용될 때, 전송은 두 개의 전송들로 분할하는 것이 양쪽 링크들 모두에서 더 높은 품질의 인코딩 및 변조를 사용할 수 있도록 하는 경우, 직접 전송의 경우보다 점유된 네트워크 자원들에 있어서 더 효율적으로 이루어질 수 있다.

대안적으로, FCH 채널이 제2 중앙 제어 장치에 의해 수신될 수 없는 경우, 중계국은 포워딩되는 데이터에 제2 중앙 제어 장치를 위한 제어 데이터를 추가한다. 이는, 제2 중앙 제어 장치가 제1 중앙 제어 장치의 무선 범위 내에 존재하지 않을 경우에 특히 유용하다. 이러한 경우, 데이터에 부가되는 제어 데이터의 항목들은 중계국에 의해 포워딩되고 제2 중앙 제어 장치에 의해 디코딩될 수 있다. 이로써, 제2 제어 장치에는 중계국에 의해 포워딩되는 데이터에 관한 다른 세부사항들이 주어지고, 상기 중계국은 상기 데이터를 디코딩하고 에러들 없이 수신할 수 있도록 하는 위치에 상기 세부사항을 배치한다.

제어 데이터를 페이로드 데이터에 추가하는 이러한 해결책은 또한 개선점(enhancement)로서 사용될 수도 있다. 예를 들면, FCH 채널의 수신이 제1 중앙 제어 장치와 제2 중앙 제어 장치 사이의 거리 증가에 기인하여 또는 다른 영향들에 기인하여 저하되는 경우, 제1 중앙 제어 장치가 RG 메시지를 위한 제어 데이터를 페이로드 데이터 채널을 통해 포워딩하도록 중계국에 지시하거나 또는 수신 상황이 향상된다면 상기 그 지시를 다시 취소시키는 개선이 생각될 수 있다.

이렇게 하는 동안, (전송 시점을 제외하고는) 전송을 기술하는 RG 메시지들 내의 제어 데이터는 바람직하게도 포워딩되는 데이터에 추가될 것이다. 이로써, 포워딩되는 데이터의 수신자가 제한된다. 그 외에, 상기 제어 데이터는 예를 들어 데이터 인코딩이 적합하게 적응되도록 하는 데이터의 인코딩에 대한 지침(note)들을 포함한다.

데이터는 예를 들어 제2 중앙 제어 장치의 무선 커버리지 영역에서 끝나지 않을 수 있으나, 상기 무선 커버리지 영역은 상기 데이터의 목적지까지 이르는 무선 커버리지 영역들의 연결 체인의 링크를 간단히 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명에 따른 해결법은 적절히 반복될 것이고, 그 결과로 데이터의 목적지에 이르는 연속형 상호 작용(cascade-like interaction)이 구현된다.

위에서 설명한 방법을 실행하기 위한 설비들은 본 발명에 따른 중계국에 의해 제공되고, 따라서 향상된 통신 시스템을 설정하기 위한 방법의 구현이 가능해진다.

위에서 설명한 방법을 실행하기 위한 설비들은 본 발명에 따른 중앙 제어 장치에 의해 제공되고, 따라서 향상된 통신 시스템을 설정하기 위한 방법의 구현이 가능해진다.

본 발명의 다른 장점들 및 세부사항들은 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터 흐름도,

도 2a는 상호 간에 범위 내에 속하는 CCx와 CCy(A 경우)에 대한 도면,

도 2b는 각 상대방의 범위 밖에 있는 CCx와 CCy(B 경우)에 대한 도면,

도 3a는 도 2a에 도시된 배치를 위해 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 신호 시퀀스의 효과에 대한 종속성을 나타낸 도면, 및

도 3b는 도 2b에 도시된 배치를 위해 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 신호 시퀀스의 효과에 대한 종속성을 나타낸 도면.

도 1은 종래 기술에 따라 구현된 것으로서 매체 접근 제어(Medium Access Control) 데이터 흐름을 나타낸다. 자원들의 할당을 위한 데이터 패킷들(RR, RG)의 시퀀스가 데이터(DATA)의 포워딩을 위하여 보내지는 것을 볼 수 있다. 이는, 데이터(DATA)의 포워딩을 지연시키고 그 외에 페이로드 데이터 전송 자원들을 점유한다.

도 2a는 종래 기술에 공지된 네트워크들에 알려진 것으로서 무선 통신 시스템의 가능한 배치에 대한 모델을 도시하고, 여기서 본 발명에 따른 방법이 사용된다. 상기 도면은 제2 중앙 제어 장치(CCY)와 함께 제1 중앙 제어 장치(CCX), 중계국(FNX)을 나타낸다. 또한, 제1 중앙 제어 장치(CCX)에 의해 제공되는 제1 무선 커버리지 영역과 제2 중앙 제어 장치(CCY)에 의해 제공되는 제2 무선 커버리지 영역도 볼 수 있는데, 상기 제1 및 제2 중앙 무선 커버리지 영역은 페이로드 데이터가 이동 단말 장치들에 의해 교환될 수 있는 영역을 갖고, 변조 또는 인코딩 타입을 포함하는 달성 방법들, 본 예시에서는 16 직교 진폭 변조(16 QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation)를 갖는다.

또한, 제3 무선 커버리지 영역과 제4 무선 커버리지 영역도 볼 수 있는데, 상기 영역들은 제어 데이터의 전송을 위해 사용되는 변조의 특성에 기인하여 제1 무선 커버리지 영역과 제2 무선 커버리지 영역의 범위보다 더 큰 범위들을 가지고, 예시에서 BPSK(Binary Phase Shift Keying)로 나타난다.

도시된 예시적인 실시예에서는, 제어 데이터의 전송에 관하여 중앙 제어 장치들(CCX, CCY) 각각이 상대측 제어 장치의 범위 내에 위치되어 있음을 볼 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에 따라 지정된 FCH인, 제어 데이터의 전송을 위해 제공되는 BPSK 채널은, 수신 주소 및 포워딩되는 데이터 형식과 같은 제어 데이터가 제1 중앙 제어 장치(CCX)로부터 제2 중앙 제어 장치(CCY)로 그리고 그 반대 방향으로 직접 전송되는 방식으로 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 그 다음에 제3 중앙 제어 장치(도시되지 않음)에 대한 다른 포워딩은 제2 중앙 제어 장치(CCY)로부터 개시될 수 있다. 본 발명에 따라 구현되는 (연속적인) 포워딩 활동들에 대한 한 곳에서 다른 곳으로의 이러한 연결에 의해, 심지어 매우 먼 거리들도 연결될 수 있다. 제어 데이터의 항목들이 동반된 제어 장치들 각각에 직접 전송되므로, 동반된 중계국들은 광범위한 변화들 없이 본 발명의 방법에 따라 동작할 수 있고, 방법의 구현에 관련하여 요구되는 변경들의 주요 내용은 중앙 제어 장치들에 있다.

대안적인 배치가 도 2b에 도시된다. 도시된 배치는 앞선 배치에서 이미 알려져 있고 그에 따라 동일한 참조 부호들로 식별된 엘리먼트들을 포함한다. 제1 중앙 제어 장치(CCX)와 제2 중앙 제어 장치(CCY)가 제어 데이터 채널들을 통해 더 이상 서로서로 통신할 수 없음을 볼 수 있다. 전과 같이, 중계국(FNX)만이 제1 중앙 제어 장치와 또한 제2 중앙 제어 장치(CCY) 양쪽 모두로 향하는, 페이로드 데이터 채널들 상에서의 데이터 전송을 위한 범위 내에 위치되어 있다.

대안적인 배치가 본 발명에 따라 제어 데이터(RG2)(도 2를 참조)가 포워딩되는 데이터에 부착되고(도 2에서 B 경우로서 도시됨), 그 결과로 제2 중앙국(CCY)은 포워딩되는 데이터를 원하는 목적지에 전달할 수 있기 위해 상기 제어 데이터(RG2)를 디코딩하고 분석할 수 있다면, 설명된 배치에 비해 유리하다.

도시된 배치를 이용하여, 제2 중앙 제어 장치(CCY)는 상기 제2 중앙 제어 장 치(CCY)에 할당된 시간 자원들의 외부에 있는 임의의 시점들에서 포워딩 활동의 일부인 전송들을 검출할 수 있어야만 한다. 이는 특별한 버스트 형식(burst format)에 의해 달성된다. 여기서, 무선 커버리지 영역들 사이의 시간 도메인의 분리로 인해, 제2 중앙 제어 장치(CCY)가 제1 중앙 제어 장치(CCX) 및/또는 중계국(FNX)에 의해 포워딩되는 데이터를 수신할 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 따른 방법의 유용한 주요 효과는, 본 발명에 따른 매체 접근 제어 데이터 흐름도를 나타내는 도 3a에서 볼 수 있다.

포워딩되는 데이터(DATA)는 제1 중앙 제어 장치(CCX)로부터 중계국(FNX)에 전송되고, 상기 중계국(FNX)으로부터 지연 없이 제2 중앙 제어 장치(CCY)에 전달됨을 볼 수 있다. 이는, 위에서 기술되고 도시된 종래 기술에 따른 흐름도와 비교하여, 본 발명에 따른 방법에 기인하여 일반적으로 데이터(DATA)에 관련하여 시간적으로 오프셋(offset)되는 어떠한 자원 요청 쿼리(query)들도 발생하지 않기 때문에, 이루어진다.

이는 또한 이용 가능한 자원들이 상기 타입의 메시지들에 의해 점유되지 않는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 방법에 따른 포워딩의 경우 자원들의 용도가 나타난다. 포워딩되는 데이터(DATA)가 제1 중앙 제어 유닛(CCX)에 의해 제공되는 무선 커버리지 영역에서의 시간 자원들에서 제2 중앙 제어 장치(CCY)에 도착하는 것을 볼 수 있다.

이미 설명된 장점들 이외에도, 본 발명은 또한 패킷들이 전송 큐(queue)들에 진입하는 것을 방지한다. 그 외에, 중계국들은 상기 중계국들의 복잡도에서 추가적인 감소를 유도하는 IP 라우터(router) 기능들을 한다.

Claims (9)

1. 각 무선 커버리지 영역을 위한 하나 이상의 이동 통신 장치와 함께, 하나 이상의 제1 및 제2 무선 커버리지 영역을 갖는 자가 구성 무선 네트워크에서의 패킷 스위칭 데이터 전송 방법에 있어서,

   관련된 무선 커버리지 영역에 할당되는 전송 채널들에 대한 할당의 중앙 제어를 위해, 제1 장치가 제1 무선 커버리지 영역에서 동작하고, 제2 장치가 제2 무선 커버리지 영역에서 동작하며,

   제1 무선 커버리지 영역으로부터의 데이터를 제2 무선 커버리지 영역에 포워딩하기 위해, 이동 통신 장치가 제1 및 제2 무선 커버리지 영역 양쪽 모두에서 중계국들로서 동작하는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법으로서,

   제1 중앙 제어 장치 및 중계국 사이의 데이터 전송과, 상기 중계국 및 제2 중앙 제어 장치 사이의 데이터 전송 모두를 위해 제1 무선 커버리지 영역에 이용 가능한 전송 채널들을 제1 중앙 제어 장치가 제어하는 방식으로 상기 포워딩이 이루어지는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   추가되는 제어 데이터는 별개의 전송 채널, 특히 FCH 채널을 통해 제1 중앙 제어 장치에 의해 전송되는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   FCH 채널이 제2 중앙 제어 장치에 의해 수신될 수 없는 경우, 중계국은 포워딩되는 데이터에 제2 중앙 제어 장치를 위한 제어 데이터를 추가하는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   제어 데이터에는 적어도 제2 중앙 제어 장치의 주소 및/또는 포워딩되는 데이터의 형식이 추가되는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   제어 데이터는 중계국에 의해 분석되는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   제어 데이터는 제2 중앙 제어 장치에 의해 분석되는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   무선 네트워크는 IEEE 802.11 표준, IEEE 802.16, Hiperlan/2 또는 이들의 파생물들인 표준들에 따른 중앙 매체 접근 제어를 이용하여 동작하는,

   패킷 스위칭 데이터 전송 방법.
8. 중계국으로서,

   제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한,

   중계국.
9. 중앙 제어 장치로서,

   제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한,

   중앙 제어 장치.

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