KR20070015380A - 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법 Download PDF

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KR20070015380A
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 효율적인 채널 접근을 달성하기 위한 방법을 포함한다. 본 발명은 네트워크에 속한 모든 국에 갖춰진 무선 네트워크 어댑터에서 구현된다. 본 발명은, 상황에 따른 프레임 타이밍의 개념을 도입한다. 즉 국이 상황 및 시그널링에 따라 프레임 타이밍을 재정의하고 해석하는 것에 의해 액세스 오버헤드가 감소되는 방법을 설명한다. 본 발명을 실현한 결과, 매체 이용 효율이 향상되고 네트워크 처리율이 전반적으로 향상된다.

Description

무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법{METHOD FOR REDUCING MEDIUM ACCESS OVERHEAD IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 통신 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 복수의 국(Station)(101, 102, 103, 104)을 포함하는 무선 네트워크(100)을 나타낸다. 무선 네트워크는, 네트워크의 종류, 즉 인프라스트럭쳐(infrastructure) 또는 애드혹(ad hoc)에 따라, 무선 또는 무선 이외의 다른 네트워크에의 접속성을 각 국에 제공한다. 인프라스트럭쳐 네트워크에서, 이러한 접속성은 통상 액세스 포인트(AP:Access Point)에 의해 달성된다. 도 1의 예에서, 국(101)은 임의로 액세스 포인트로 지정된다. 애드혹 네트워크는 통상 동일 장소에 배치되는 복수의 장치 사이의 국소적인 데이터 전송을 위해 존재한다. 따라서, 통상 애드혹 네트워크는 외부 네트워크에의 링크를 갖지 않는다.
매체 접근 제어(Medium Access Control)
매체 접근 제어(MAC) 아키텍쳐에는 기본적으로 집중 제어(centralized control) 및 분산 제어(distributed control)의 두 가지 다른 타입이 있다. 집중 제어 시스템에서, 네트워크 내의 한 개의 국은 채널 용량을 각각의 국에 할당하고, 채널에 대한 접근을 조정하는 역할을 한다. 인프라스트럭쳐 네트워크의 경우, 액세스 포인트(101)는 통상 이러한 네트워크 조정 기능을 처리한다. 애드혹 네트워크의 경우, 국 또는 노드 중 하나가 통상 네트워크 조정자의 역할을 담당하고 이러한 기능을 수행한다.
집중 네트워크에 있어서, 네트워크 조정자는 통상 다른 국의 요구에 따라 이용 가능한 채널 자원의 사용을 스케쥴링한다. 이때, 국은 이러한 스케쥴을 확인하는데, 이 스케쥴은 IEEE 802.111 표준("Local and Metropolitan Area Networks - Specific Requirements -Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications", IEEE Std 802.11-1999, IEEE, August 1999: 이하 '비특허 문헌1'이라 함)에 규정된 PCF(Point Coordination Function) 매커니즘에 따라서 폴링함으로써, 또는 HIPERLAN/2 표준("Broadband Radio Access Networks (BRAN) HIPERLAN Type 2 Data Link Control (DLC) Layer", ETSI TS 101 761-1 v1.1.1, April 2000: 이하 '비특허 문헌2'라 함) 에서와 같은 선험적(a-priori) 스케쥴 통지 및 타이밍 동기에 의해 통지된다.
분산 채널 접근 매커니즘을 이용하여 통신을 행하는 국들은 통상 한 무리로서 동작하는데, 이에 의해 매체(media) 상에서 데이터의 송신을 경합하는 각 국은 다른 국들과의 충돌 확률을 줄이기 위해 랜덤 백오프를 수행한다. 그럼으로써, 네트워크의 유효 처리율(throughput)을 증대시킨다. IEEE 802.11 표준(비특허 문헌1)에 규정된 DCF(Distributed Coordination Function)는 이러한 시스템의 예이다. 기본적인 DCF 접근 매커니즘의 확장에는, 차별화된 매체 접근 지연에 의해 실현되는 특정 트래픽 클래스에의 우선 접근이 포함된다. 이것의 예는 드래프트 IEEE 802.11e 명세서("Draft Supplement to LAN/MAN Specific Requirements - Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: MAC Enhancements for Quality of Service (QoS)", IEEE Std 802.11e/D7.0 January 2004: 이하, '비특허 문헌3'이라 함)에 HCCA(Hybrid Coordination Function Contention Based Channel Access)로서 구체화되어 있다.
집중 채널 접근이, 반복발생적/주기적인 성질을 갖고 일정한 레벨의 서비스 품질(QoS:Quality of Service)을 필요로 하는 데이터, 예를 들면, 오디오-비쥬얼(audio-visual)(AV)이나 음성 스트림(stream)을 전송하는데 이점이 있는 것이 증명되어 있지만, 높은 버스트(burst)성의 http나 ftp 트래픽과 같은 반복 발생하지 않는 데이터에 있어서는, 분산 채널 접근 매커니즘이 보다 효율적이라고 알려져 있다. 이로써, IEEE 802.11(비특허 문헌1) 및 현재 진행 중인 802.11e 드래프트(비특허 문헌3)와 같은 표준 규격은 스트림과 같은 트래픽 및 버스트(burst)성의 트래픽 양쪽에 대응하는 채널 접근 매커니즘을 규정하는 것에 의해 두 종류의 트래픽을 제공한다.
반송파 감지 다중 접근(Carrier Sense Multiple Access)
종래의 경합 기반 채널 접근은, 충분한 연구가 이루어지고 있는 반송파 감지 다중 접근(CSMA:Carrier Sense Multiple Access) 프로토콜을 이용한다. CSMA 프로토콜에 의하면, 데이터를 송신하려는 국은 비특허 문헌1에 규정되어 있는 CCA(Clear Channel Assessment) 알고리즘을 이용하여 매체(Media)를 감지한다. 매 체가 유휴(idle) 상태임을 감지하면, 랜덤 백오프(random backoff)를 선택하기에 앞서, 매체가 유휴 상태를 유지해야만 하는 최소 필수 시간 동안 대기한다. 랜덤 백오프는 매체가 유휴 상태임을 감시하고 있는 동안 일정한 슬롯 간격으로 감소된다.
전술한 바와 같이, 국들은 랜덤 백오프를 선택하기 전에 일정한 시간을 대기할 필요가 있다. 이 시간은 CCA와 같은 특정 물리 계층의 처리 오버헤드, 및 처리 지연의 원인이 된다. MAC 레벨에 있어서, 이러한 일정한 시간에 있어서 변동(variation)은 응답 프레임에 대하여 또는 액세스 포인트와 같은 우선도가 높은 국(일반적으로 매체에 접근을 시도할 때 다른 국보다 먼저 선점하는 능력을 갖는 국)에 대하여 또는 우선도가 높은 트래픽을 가지는 국에 대하여, 우선적인 접근을 제공하는 것을 목적으로 한다.
국은 랜덤 백오프가 제로(zero)까지 감소하면 송신을 시작한다. 분산 환경에서, 두 개의 국이 동시에 송신을 시도하려는 확률이 유한 값으로 존재한다. 복수의 국이 매체 상에서 송신하려고 동시에 경합하면, 그 결과, 충돌이 발생하고 네트워크 처리율이 감소한다.
도 2는 국이 경쟁 기반 DCF 접근 매커니즘을 이용하여 매체로 접근을 시도하는 시나리오를 설명하는 예로서, 802.11 표준(비특허 문헌1)을 사용한다. 국은, 시각(202)에서 매체가 유휴 상태에 있고 송신할 데이터가 있는 것을 감지하면, DCF 인터-프레임 스페이스(DIFS:DCF Inter-Frame Space)(205)라고 불리는 일정한 유휴 시간 동안 대기하기 시작한다. 도면에는, 응답 또는 계속 프레임(response or continuation frame)에 사용되는 숏 인터-프레임 스페이즈(SIFS:Short Inter-Frame Space)(203), 그리고 매체 접근을 선점하기 위해 AP에 의해 사용되는 PCF 인터-프레임 스페이스(PIFS:PCF Inter-Frame Space)(204)도 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, SIFS 및 PIFS는 각각 응답 프레임 및 액세스 포인트에 높은 우선도를 제공하기 위해 사용된다. SIFS 및 PIFS에 더하여, 802.11e 드래프트 명세서(비특허 문헌3)에는 차별화된 DIFS 레벨이 AIFS(Access Category Inter-Frame Spaces)의 형태로 규정되어 있다. 이것들은 주로 차별화된 서비스를 다른 트래픽 카테고리에 제공하는 것을 목적으로 한다.
DIFS 구간이 종료되면, 국은 랜덤 백오프 값을 선택하고, 매체가 유휴 상태에 있는 동안 매 슬롯 시간마다 랜덤 백오프 값을 감소시키기 시작한다(206). 시각(207)에서 다른 국이 매체 상에서 송신하고(208), 그 결과, CCA는 채널이 비지(busy) 상태에 있음을 국에 나타내고, 백오프 감소의 처리가 연장된다. 시각(209)에서 상기 다른 국이 송신을 종료한다면, 원래의 국은 매체가 유휴 상태에 있는 것을 검출하고, DIFS 시간(210) 대기하고, 그리고 백오프 카운터(211)의 나머지를 제로(zero)로 감소시키고, 시각(212)에서 송신(213)을 시작한다.
가상 반송파 감지(Virtual Carrier Sensing)
무선 장치는 매여있지 않고 접속선으로 연결되어 있지 않기 때문에, 무선 네트워크에는 숨은 노드(hidden-node) 문제가 발생한다. 즉, 수신국의 통신 가능한 범위 내에 있는 장치가 송신국의 통신 가능한 범위 내에 없는 것이다. 이 예는, 송신기로부터 "숨은" 노드가, 송신된 프레임을 수신할 수 없는 시나리오이다. 이 결 과, "숨은 국"은 자신의 송신을 시작하고 수신기에서 충돌이 발생한다.
숨은 노드 문제에 대응하기 위해, IEEE 802.11 표준(비특허 문헌1)은 가상 반송파 감지를 규정하고 있다. CSMA/CA 기술에 더하여, 국들은 NAV(Network Allocation Vector)를 유지한다. NAV는 매체의 예측되는 이용 기간을 나타내는 표시기이다. NAV 세트를 갖는 국은 매체의 상태에 관계없이, 반송파 감지 매커니즘에 의해 결정되는 대로 송신을 시작하지 않는다. 송신을 수신하는 국은 NAV를 설정하기 위해 프레임의 지속 필드(duration field)에 포함된 정보를 이용한다. 프레임의 지속 필드는 통상 임의의 기대되는 응답 프레임을 완료하는데 필요한 시간을 포함한다.
가상 반송파 감지 매커니즘을 용이하게 하기 위해 설계된 다른 매커니즘은 비특허 문헌3에서 규정된 RTS/CTS(Request-To-Send/Clear-To-Send) 프레임 교환 시퀀스이다. 도 3은 시각(301)에서 매체에 접근한 송신기가 RTS 프레임(302)의 송신을 선행시킨 예를 나타낸다. RTS 프레임으로 지정되는 시간 값은 모든 수신국의 NAV(303)을 시각(309)까지 설정하는 것에 의해, 의도된 송신 및 그 확인 응답을 "보호"한다. RTS 의 수신측은 한 개의 SIFS(304)의 뒤에, CTS 프레임(305)으로 응답한다. CTS 프레임(305)은 수신국의 NAV(306)을 시각(309)까지 설정한다. RTS 및 CTS 프레임의 성공적인 송신의 결과로, 송신기 및 수신기 양쪽의 범위 내에 있는 모든 국은 시각(309)까지 송신을 시작하지 않는다. 이로써, 충돌에 의한 에러의 확률을 낮게 하며 데이터(307) 및 확인 응답(308) 송신을 진행하도록 한다. 프레임 교환 시퀀스가 종료되면, 국은 시각(313)에 매체에의 접근을 시도하기 전에 매체가 비활동인 DIFS(312) 기간 동안 대기할 필요가 있다. 우선도가 높은 액세스 포인트는 PIFS 기간(310) 후에 시각(311)에 있어서 매체에 접근할 수 있다.
상술한 NVA 절차는, RTS-프레임을 송신한 국이 CTS 수신 후에 어떠한 이유로 송신에 실패하는 시나리오에 있어서는, 매체의 대역폭의 관점에서 비효율적이다. 이와 같은 시나리오에 있어서는 NAV에 의해 보호받는 기간이 사용되지 않게 된다. 매체가 사용되지 않는 시나리오에 대응하기 위해, 비특허 문헌1은 NAV 리셋 절차를 제공한다.
상술한 시나리오에서, RTS 프레임을 이용하여 NAV를 설정한 국은, RTS의 발신국이 채널에 접근하는 것으로 예상되는 시점에 물리 계층 모뎀이 매체 활동을 나타내지 않으면, 그 NAV를 리셋한다. 즉, 매체에 접근을 시작한다. 타임아웃 기간 뒤에, 국은 NAV 리셋을 행하고, DIFS 기간을 대기한 다음, 송신 전에 랜덤 백오프를 행한다. 마찬가지로, RTS를 시작한 국은 CTS 타임아웃 후에 CTS가 수신되지 않으면, 백오프 절차를 실행하는 것에 의해 매체에 접근할 수 있다. 동일한 NAV 리셋 절차는 프레임 교환 시퀀스의 프레그먼트(fragment)에 나타나는 시간 값에 근거하여 NAV를 설정하는 국에 대해 규정된다.
비특허 문헌1에 기재되어 있는 종래 기술에 있어서는, 응답/계속 프레임 사이의 차별화, 액세스 포인트에 의한 우선 점유 및 국에 의한 통상의 채널 접근을 용이하게 하기 위해, 적어도 3 개의 독립 인터-프레임 타이밍, 즉 SIFS, PIFS 및 DIFS가 필요하다. 비특허 문헌3에서는, DIFS를 4개의 다른 AIFS 인터-프레임 스페이스로 대체하는 것에 의해 통상의 채널 접근을 실행하는 국의 트래픽을 차별화한 다.
적당하게 부하 상태에 있는 매체의 경우, 국이 송신에 성공하기 전에 (다른 국에 의한 송신의 우선 점유 때문에) 몇 번의 백오프를 행할 필요가 있는 것으로 충분히 생각할 수 있다. DCF 프로토콜 하에서, 연속하는 각 백오프는 백오프 카운터의 감소 프로세스를 다시 시작하기 전에 DIFS 기간을 대기하는 것이 포함된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 본 명세서에 기재된 방법에 의해 인터-프레임 스페이스의 해석을 동적으로 변경하는 수단을 용이하게 하는 것에 의해 인터-프레임 스페이스를 감소시키는 방법을 기술한다.
본 발명의 목적은, 무선 네트워크에 있어서 매체 접근 오버헤드를 줄이는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 통신 방법은, 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 획득하는 단계와, 인터-프레임 스페이스를 감소시키기 위해 상기 획득된 신호에 근거한 프레임 타이밍을 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에 있어서 매체 접근 오버헤드를 줄이기기 위한 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스를 재정의하는 것에 의해 인터-프레임 스페이스의 값을 동적으로 감소시키고, 상기 방법은, 수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계와, 상기 신호가 검출되는 경우 인터-프레임 스페이스의 해석을 더 작아지도록 재정의하는 단계를 포함하고, 상기 인터-프레임 스페이스의 값이 물리 계층의 용량에 의존한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에 있어서 매체 접근 오버헤드를 줄이는 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 것에 의해 상기 인터-프레임 스페이스를 동적으로 감소시키고, 상기 방법은, 매체의 활동 종료를 결정하는 매체 활동 표시기를 체크하는 단계와, 상기 매체 활동 표시기가 체크되는 경우 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 더 작아지도록 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이는 방법은, 상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 것에 의해 인터-프레임 스페이스의 값을 동적으로 감소시키고, 상기 방법은, 매체 활동 표시기의 지시대로 매체의 활동이 기대되는 시점에서 매체 활동이 나타나지 않는 경우 매체 활동 표시기를 리셋하는 단계와, 매체 활동 표시기가 리셋되는 경우, 이어지는 인터-프레임 스페이스의 해석을 더 작아지도록 재정의하는 단계를 포함하고, 상기 인터-프레임 스페이스의 값은 물리 계층의 용량에 의존한다.
인터-프레임 스페이스의 개별적인 표현은 다음과 같이 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 통신 방법은, 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 획득하는 단계와, 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 줄이기 위해 상기 획득된 신호에 근거하여 프레임 타이밍을 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 M부터 N까지(모두 정수 M은 N보다 크다) 동적으로 변경하고, 상기 방법은, 수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계와, 상기 신호가 검출되는 경우, 인터-프레임 스페이스의 해석을 더 적은 시간 슬롯을 포함하도록 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 3에서 2로 동적으로 변경하고, 상기 방법은, 수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계와, 상기 신호가 검출되는 경우 시간 슬롯이 2개가 되도록 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 M에서 N으로(모두 정수 M은 N보다 크다) 동적으로 변경하고, 상기 방법은, 매체의 활동 종료를 결정하는 매체 활동 표시기를 체크하는 단계와, 상기 매체 활동 표시기가 체크될 경우 인터-프레임 스페이스의 해석을 보다 적은 시간 슬롯을 포함하도록 재정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법은, 상기 국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 M에서 N으로(모두 정수M은 N보다 크다) 동적으로 변경하고, 상기 방법은, 매체 활동 표시기의 지시대로 매체의 활동이 기대되는 시점에서 매체 활동이 없는 경우 상기 매체 활동 표시기를 리셋하는 단계와, 상기 매체 활동 표시기가 리셋되는 경우 인터-프레임 스페이스의 해석을 보다 적은 시간 슬롯을 포함하도록 재정의하는 단계를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 효율적인 채널 접근을 달성하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 본 발명은 네트워크 노드의 통신을 용이하게 하는 무선 네트워크 어댑터(400)에서 구현된다. 예를 들면, IEEE 802.11과 같은 무선 네트워킹 표준에서는 OSI 아키텍쳐 모델의 제1계층 및 제2계층의 운용을 규정하고 있다. 이는 도 4에 있어서 물리 계층 모뎀(402) 및 매체 접근 제어기(401)와 관련된다. 본 발명은 특히 "IFS-감소 모듈(404)"에 구현된다. 무선 네트워크 어댑터는, 어플리케이션이 데이터 및 제어 정보를 장치에 송신하는 상위 계층에의 인터페이스(405)와, 에어 인터페이스(air-interface)를 지원하는 단일 또는 복수의 안테나(406)를 추가적으로 포함한다.
본 발명의 제1 실시 형태는, 국 사이의 적절한 신호 방식에 의하여 인터-프레임 스페이스의 해석을 동적으로 변경하고, 그것에 의해 매체 접근 지연의 감소 효과를 달성하기 위한 수단을 제공한다.
본 발명의 제 2 실시 형태는, 송신 프레임의 MAC 헤더의 필드에 의해 인터-프레임 스페이싱의 해석을 신호로 전하는 메커니즘을 제공하는 것에 의해, 상기 제1 실시 형태에 따른 매체 접근 오버헤드를 감소시키는 방법을 제공한다..
제 3 실시 형태는, 상기 제 2 실시 형태와 목적이 유사하지만, 여기에서는 인터-프레임 스페이싱의 해석을 신호로 전하는 방법이, 송신 프레임의 프리앰블 중의 필드에 의해 MAC/물리 경계 서브계층에서 구현된다.
제 4 실시 형태는, 상기 제 2 실시 형태와 목적이 유사하지만, 여기에서는 인터-프레임 스페이싱의 해석을 신호로 전하는 방법이, 프레임 송신동안 추가적인 부반송파상의 송신에 의해 물리 계층에서 구현된다.
본 발명의 제 5 실시 형태는, 매체 활동 표시기에 포함되는 정보를 해석하는 것에 의해, 즉 제 1 실시 형태와 유사한 목적으로, 가상 반송파 감지에 의해 인터-프레임 스페이스의 해석을 동적으로 변경하는 수단을 제공한다.
제 6 실시 형태는, 제 1 실시 형태와 유사한 목적으로, 가상 반송파 감지 메커니즘의 리셋 시점에서 인터-프레임 스페이스의 해석을 동적으로 변경하는 수단을 규정한다.
본 발명에 의하면, 무선 네트워크에 있어서 매체 접근 오버헤드를 감소시킬 수 있기 때문에, 매체 사용 효율을 향상시키고, 그 결과 네트워크 처리율의 전체적인 향상을 실현할 수 있다.
도 1은 단일 또는 복수의 송신 체인을 각각 구비하는 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크를 나타낸 도면. 국 중 하나는 액세스 포인트로 지정되고, 네트워크 조정자 및 외부 네트워크로의 게이트웨이의 기능을 지원할 수 있다.
도 2는 비특허 문헌1에 규정되어 있는 DCF 프로토콜을 사용하는 매체 접근의 예를 나타낸 도면.
도 3은 비특허 문헌1에 규정되어 있는 가상 반송파 감지의 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 매체 접근 시간이 단축되는 과정을 나타낸 도면.
도 6은 도 5로 설명되어 있는 방법이 본 발명의 세 개의 별개의 실시예를 사용하여 달성되는 과정을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가상 반송파 감지의 사용을 채용하여 매체 접근 시간을 단축하는 과정을 나타낸 도면.
도 8은 비특허 문헌1의 상황에 적용될 때 본 발명의 일 실시예에 의해 채용되는 프로세스를 나타내는 결정 트리를 나타낸 도면.
도면에 나타나듯이, 본 발명은 무선 네트워크 접근을 위한 장치 및 방법에서 구현된다. 이것은 통상 무선 네트워크 어댑터(400)라고 불리고, 무선 네트워크의 모든 국에 편입된다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 매체 접근 제어기(401)에서 물리적으로 실현되는 IFS 감소 모듈(404)에서 구현된다. 그러나, 이하의 설명으로부터 명확한 것처럼, 구체적인 실시 형태에 따라서는, IFS 감소 모듈(404)은 물리 계층 모뎀(402) 및 경계 서브계층(403)과 일정한 정보 교환을 필요로 할 수 있다.
프레임 송신의 개시자(initiator)는, 수신측으로부터 응답이 기대되는지 여부, 또는 계속 프레임을 송신할 의도가 있는지 여부를 인식한다. 모든 활동 국은 자신이 프레임의 수신 대상자인지 여부를 결정하기 위해 최소한 모든 프레임의 헤더를 처리하기 때문에, 국은 송신(501)에 "응답-요구/계속(response-solicited/continuation)" 신호(502)를 끼워 넣을 수 있다.
"응답-요구" 필드 세트를 갖는 프레임을 수신한 국은, 송신 종료(503) 후의 제1시간 슬롯(504)을 응답 프레임에 사용하는 시간으로 해석한다. 제2슬롯(505)은 액세스 포인트가 우선적으로 매체에 접근하기 위해 예약되는 시간으로 해석되고, 제3슬롯(506)은 국이 송신을 개시하기 전에 준수하는 "최소 매체 유휴" 시간을 나타낸다. 504, (504+505), (504+505+506)에 의해 표시된 타이밍 세트는, 각각 비특허 문헌1에서 제시하는 SIFS, PIFS 및 DIFS 타이밍에 상당한다. 본 발명의 방법을 이용할 경우, 504 및 (504+505)에 의해 표시된 타이밍 세트는 각각 숏(short) PIFS(sPIFS) 및 숏(short) DIFS(sDIFS)로 해석된다. 이러한 다른 시간 슬롯은 MAC 프로토콜에 의해 요구되는 차별화된 매체 접근을 제공한다. 여기서 유의해야 할 것은, "슬롯"이라는 용어는 일반적인 의미로 사용되고 있고, 비특허 문헌1에 있어서의 정의와는 다르다. 그러나, 시간 슬롯(504, 505, 506)의 절대 시간은 장치의 물리 계층 모뎀(402)의 실시 형태에 따라서 정해진다.
프레임 개시자에 따라서 응답이 요구되지 않고 데이터 송신이 계속 행해지지 않는 프레임 송신에 있어서, "응답-요구/계속" 신호(512)는 송신(511)에 있어서는 클리어(clear) 되어 있다. 이와 같은 시나리오(510)에 있어서, 매체 접근 제어를 용이하게 하기 위해 적어도 2개의 슬롯이 필요하다. 송신 후의 제1슬롯(504)은 액세스 포인트가 매체 접근을 선점하기 위해 예약되고, 제2슬롯(505)은 국이 송신을 개시하기 전에 준수하는 "최소 매체 유휴" 시간으로서 사용될 수 있다. 따라서 시나리오(510)의 경우, "응답-요구/계속" 신호를 적절히 해석하는 것에 의해 기존의 시나리오(500)와 비교하여 특정 프레임 타입의 접근 오버헤드가 어떻게 감소될 수 있는지 이해할 수 있다.
시나리오(510)을 위한 새로운 PIFS, 즉 숏 PIFS(sPIFS)와, 새로운 DIFS, 즉 숏 DIFS(sDIFS)는 단지 시나리오(500)를 위한 PIFS 및 DIFS의 슬롯 길이보다 작기만 하면 되고, sPIFS = PIFS 및 sDIFS = DIFS에 제한되지 않는다.
여기서, 상술한 "응답-요구/계속" 신호는 암묵 중에 행해질 수 있다. 이 경우, MAC 프레임의 기존 요소가 응답/계속이 기대되고 있는지 여부를 결정하기 위해 사용된다. 다른 한편, "응답-요구/계속" 신호는 명시적으로 행하는 여러 방법이 있다.
전술한 바와 같이, 하나의 방법은 프레임을 수신하는 모든 활동 국의 MAC 제어기에 의해 해석되는 필드로서, 프레임의 헤더에 정보를 삽입하는 것이다. 이것은 프레임(600)에 설명되어 있는데, 여기서, "응답-요구/계속"은 프레임의 MAC 헤더(601)에 있어서 602로 나타나 있다.
"응답-요구/계속" 신호의 대체 실시예는 프레임(610)에 나타난다. 이 경우, 해당 신호는 송신의 프리앰블(611)에 비트 또는 비트의 조합(612)으로서 편입된다.
일본 특허출원 제2003-324793호에 있어서, 본 출원인은 복수 사용자에게 동시에 서비스를 제공하기 위해 공간 분할 다중 접근(space division multiple access)을 사용하는 무선 네트워크에 있어서 특정의 공간 빔(beam)의 사용을 신호로 전하는 방법에 대해 설명했다. 이것은 시그너처(signature) 신호의 방법에 의해 달성되고, 그 실시예는 OFDM 스펙트럼에서 미사용 부반송파상의 송신이다. 본 발명의 대체 실시예에 있어서, "응답-요구/계속" 신호는 추가적인 부반송파 또는 부반송파 조합의 송신 형태를 취할 수 있다. 이것은, 620으로 설명된다. 여기서 OFDM 심볼(621)은, 심볼의 주파수 영역 표현(622)에 나타나 있는 부반송파(623)의 추가적인 쌍을 활성화하는 것에 의해 표시된다.
프레임(600, 610, 620)은 다른 종류의 "응답-요구/계속" 신호의 실시 형태를 제공한다. 600은 MAC 제어기(401)와 같은 장치에 있어서 해석되고 행해지는 실현을 제공하는 반면, 620의 방법은 물리 계층 모뎀(402)에서 해석되고 행해지는 물리 계층 실현을 제공한다. 대안으로, 610은 MAC/물리 경계 서브계층(403)에서의 "응답-요구/계속" 신호의 실시 형태를 나타낸다. 이상 설명한 다양한 종류의 시그널링 방법으로부터 명확한 것처럼, 동일한 목적에서 다양한 변형이 가능하다. 본 발명이 전술한 방법의 특정의 형태 또는 변형으로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
비특허 문헌1에 기재되어 있듯이, CSMA/CA를 행하는 국은, 물리적 반송파 감지 매커니즘 및 가상적 반송파 감지 매커니즘 모드를 모두 이용한다. 네트워크 할 당 벡터는 가상 반송파 감지를 행하기 위해 사용된다. 도 7은 소스 국이 그 통신 가능한 범위 내의 각 국의 NAV(702)를 설정하는 RTS 프레임을 처음에 송신하는 시나리오를 나타낸다. 한 개의 SIFS(703)의 후에, 목적지는 CTS 프레임(704)으로 응답한다. 그 결과, 목적국의 통신 가능 범위 내에 있는 각 국은 자신의 NAV(705)를 설정한다. CTS 뒤에 한 개의 SIFS에서, 소스 국은 그 데이터 송신(706)을 시작한다. 도 3의 시나리오와 마찬가지로, 프레임 교환 시퀀스가 목적국에 의한 ACK 프레임(707)의 송신으로 종료되는 것이 이상적이다. ACK 프레임이 송/수신되지 않는 경우라도, 본 발명에 의한 방법은 계속 프레임 또는 응답 프레임이 필요하지 않은 것으로 NAV를 해석하는 것을 추천한다. 따라서, 이어지는 백오프 절차에서, 국은 시간(708)을 액세스 포인트에 의한 우선 사용을 위한 시간으로 해석하고, 시간(709)을 매체에 접근을 시도하는 국이 랜덤 백오프를 실행하기에 앞서 대기해야만 하는 최소 시간으로 해석할 수 있다. 따라서, 시간(708) 및 시간(709)은 숏 PIFS(sPIFS) 및 숏 DIFS(sDIFS)로 추단할 수 있다. 이것은, 국이 매체에의 접근을 시도하기 전에 DIFS(SIFS 및 PIFS 모두를 대체한다)를 대기해야만 하는 종래 기술과는 반대이다.
마찬가지로, NAV 리셋은 동일한 방식, 즉 응답 또는 계속 프레임을 필요로 하지 않는 것으로 해석되고, NAV 리셋에 이어서 매체에 접근을 시도하려는 국은 마찬가지로 첫번째 슬롯을 AP에 의한 우선 사용을 위한 시간으로서, 그리고 후속 슬롯을 국이 그 랜덤 백오프를 감소시키기 전에 대기해야만 하는 최소 유휴 시간으로 해석한다. 그 결과, 인터-프레임 스페이스가 감소하고, 이것에 의해 매체 이용 효 율이 향상되고 따라서 처리율이 높아진다.
도 8은 IEEE 802.11(비특허 문헌1)의 네트워크 상황에서 본 발명에 의하여 구현되는 방법을 실행할 수 있도록 IFS 감소 모듈(404)의 동작을 설명하는 결정 트리를 나타낸다. 결정 트리는 매 프레임마다 실행된다. 결정 트리의 입구(801)에 있어서, IFS 감소 모듈은 복수의 패스 중 하나를 선택하는데, 이것에 의해 제2슬롯(802) 또는 제3슬롯(803) 중 어느 타이밍 모드가 사용되어야 하는지의 결정이 도출된다. 패스(804)는 응답-요구/계속을 기대하는 신호가 프레임에 삽입되어 있는 경우에 채택되는 패스를 나타낸다. 패스(805)는 프레임에 응답 또는 계속이 없는 경우에 채택되는 패스를 나타낸다. 패스(806)는 NAV 리셋이 국에서 발생되는 경우에 수행되고, 패스(807)는 현재의 NAV가 만료되는 경우에 채택된다. 패스(808)는 디폴트 패스 또는 국이 다른 조건을 식별할 수 없는 경우에 선택되는 "그 밖의 경우"의 패스를 나타낸다. 그 결과, 디폴트/종래 기술의 타이밍(803)이 채택된다.
요약하면, 통신 시스템은 네트워크 내의 국에 통신 서비스를 제공할 수 있는 네트워크 어댑터를 각각 구비한 복수의 국을 포함한다. 상기 네트워크 어댑터는, 청구 범위에 기재된 어댑터에 의해 제공되는 서비스를 어플리케이션이 이용할 수 있게 하는 상위 계층으로의 인터페이스와, 네트워크의 자원으로의 장치의 접근을 제어하는 매체 접근 제어기와, 매체 접근 오버헤드의 감소를 용이하게 하고 그에 따라 네트워크 처리율을 높이는 IFS 감소 모듈을 포함하는 상기 매체 접근 제어기와, 네트워크에 의해 사용되는 송신 인터페이스를 지원하고 네트워크 매체 상의 송수신의 수단을 제공하는 물리 계층 모뎀과, 상기 매체 접근 제어기 및 물리 계층 모뎀 간의 인터페이스와, 물리 계층 모뎀에 의해 사용 중인 송신 방식에 따라 단수 또는 복수의 안테나를 포함하고 상기 모뎀이 네트워크 매체 상에서 신호를 송수신하는 어레이를 포함한다.
인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 동적으로 변경함에 따라 접근 오버헤드를 감소시키는 국을 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 송신기가 송신과 동시에 수신측으로부터 응답 프레임을 기대하거나 다른 프레임으로 계속하려는 의도가 있는 것을 신호 전송하는 것, 그리고 모든 수신국의 매체 접근 제어기가 상기 신호를 해석하고 보다 적거나 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 곧 수신되는 프레임에 대한 접근 타이밍을 적절히 수정하고, 그 결과 매체 사용을 더 효율적으로 하는 것을 포함한다.
상술한 설명에 따른, 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 3에서 2로 동적으로 변경함으로써 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법은, 송신기가 송신과 동시에 수신측으로부터의 응답 프레임을 기대하는 것 또는 다른 프레임의 송신을 계속하려는 의도가 있는 것을 신호 전송하는 것과, 그리고 모든 수신국의 매체 접근 제어기가 상기 신호를 해석하고 곧 도착하는 프레임에 대한 접근 타이밍을 적절히 수정하여, 긍정의 신호는 최소 3개의 접근 시간 슬롯, 부정의 신호는 2개의 접근 시간 슬롯으로 하는 것을 포함한다.
전술한 것처럼, 본 발명에 따른, 응답을 기대하는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 있는 것을 나타내는 신호를 수신하는 국은, 송신 후에 이어지는 제1의 유휴 시간 슬롯을 신호로 송신되는 응답/계속을 위해 예약된 시간으로 해석하 고, 송신 후에 이어지는 제2의 유휴 시간 슬롯을 네트워크 제어기가 우선의 매체 접근을 얻기 위해 예약된 시간으로 해석하며, 그리고 송신 후에 이어지는 제3의 유휴 시간 슬롯을 매체 상에서 송신을 시작하기 위해 대기하는 국이 백오프 절차 시작 및 송신 시작 전에 대기해야 하는 최소의 시간으로 해석한다.
전술한 것처럼, 본 발명에 따른, 응답을 기대하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 수신하는 국은, 송신 후에 이어지는 제1의 유휴 시간 슬롯을 네트워크 제어기가 우선의 매체 접근을 얻기 위해 예약된 시간으로 해석하고, 송신 후에 이어지는 제2의 유휴 시간 슬롯을 매체 상에서 송신을 시작하기 위해 대기하는 국이 백오프 절차 시작 및 송신을 시작하기 전에 대기해야 하는 최소의 시간으로 해석한다.
전술한 것처럼, 프레임의 MAC 헤더 내에 적절한 필드를 삽입/수정/해석함으로써 신호 정보를 송신하는 방법.
전술한 것처럼, 프레임의 프리앰블에 적절한 필드를 삽입/수정/해석함으로써 신호 정보를 송신하는 방법.
전술한 것처럼, 프레임의 단일 또는 복수의 OFDM 심볼에서 추가적인 부반송파(세트)를 활성화함으로써 신호 정보를 송신하는 방법.
국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 동적으로 변경하는 것에 의해 접근 오버헤드를 줄이는 다른 방법이 제공되고, 상기 방법은, 국이 물리적 반송파 감지와 동시에 매체 활동 표시기를 체크하는 단계, 매체의 활동의 종료를 결정하는 단계, 및 상기 국의 매체 접근 제어기가 곧 도착하는 프레임에 대한 접근 타이밍을 보다 적고 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 적절히 수정하고, 그 결과 매체 사용의 효율을 높이는 단계를 포함한다.
국이 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 최소 필요한 인터-프레임 스페이스의 수를 동적으로 변경하는 것에 의해 접근 오버헤드를 줄이는 또 다른 방법이 제공되고, 상기 방법은, 국이 매체 활동 표시기의 지시대로 활동이 기대되는 시점에 있어서 물리적 반송파 감지 기법이 어떠한 매체 활동도 나타내지 않는 경우에 상기 매체 활동 표시기를 리셋하는 단계, 및 상기 국의 매체 접근 제어기가 곧 도착하는 프레임에 대한 접근 타이밍을 보다 적고 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 적절히 수정하고, 그 결과 매체 사용의 효율을 높이는 단계를 포함한다.
통신 시스템으로 설명된 IFS 감소 시스템은 상기 방법을 구현하기 위해 또한 제공된다.
본 출원은 2004년 3월 8일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-064457호 및 2004년 10월 18일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-303253호에 기초하고, 이 내용은 모두 여기에 포함시켜 놓는다.
본 발명은, 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에 적용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 신호가 검출되는 경우 인터-프레임 스페이스를 줄이기 위해 프레임 타이밍을 재정의하는 단계;를 포함하는 무선 통신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 프레임의 헤더에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 프레임의 프리앰블에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 프레임의 푸터(footer)에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는, 프레임의 다중 반송파 심볼에 있어서 추가적인 부반송파 또는 부반송파의 조합의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  6. 무선 통신 시스템의 국에서 사용되는 송신기로서,
    응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  7. 무선 통신 시스템의 국에서 사용되는 수신기로서,
    수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하기 위한 수단; 및
    상기 신호가 검출된 경우 인터-프레임 스페이스를 줄이기 위해 프레임 타이밍을 재정의하기 위한 수단;을 포함하는 수신기.
  8. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 신호가 검출된 경우 더 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  9. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계 및
    상기 신호가 검출된 경우 더 적은 수의 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계를 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 국은, 수신 신호에서 응답을 필요로 하는 것을 나타내는 신호 또는 계속을 의도하는 것을 나타내는 신호를 검출한 경우,
    송신에 이어지는 제1의 유휴 시간 슬롯을 신호로 송신되는 응답/계속을 위해 예약된 것으로;
    상기 송신에 이어지는 제2의 유휴 시간 슬롯을 우선적인 매체 접근을 획득하 기 위해 예약된 것으로; 및
    상기 송신에 이어지는 제3의 유휴 시간 슬롯을 매체상에서 송신을 시작하기 위해 대기 중인 국이 백오프 절차를 시작하기 전 또는 송신을 시작하기 전까지 대기해야만 하는 최소 시간으로; 해석하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 국은, 수신 신호에서 응답을 필요로 하지 않는 것을 나타내는 신호 또는 계속의 의도가 없는 것을 나타내는 신호를 검출한 경우,
    송신에 이어지는 제1의 유휴 시간 슬롯을 우선적인 매체 접근을 획득하기 위해 예약된 것으로; 및
    송신에 이어지는 제2의 유휴 시간 슬롯을 매체상에서 송신을 시작하기 위해 대기 중인 국이 백오프 절차를 시작하기 전 또는 송신을 시작하기 전에 대기해야만 하는 최소 시간으로; 해석하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  12. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    매체의 활동 종료를 결정하는 매체 활동 표시기를 체크하는 단계; 및
    상기 매체 활동 표시기가 체크된 경우, 더 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  13. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    매체의 활동 종료를 결정하는 매체 활동 표시기를 체크하는 단계; 및
    상기 매체 활동 표시기가 체크된 경우, 더 적은 수의 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  14. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    매체 활동 표시기의 지시대로 매체의 활동이 기대되는 시점에서 매체 활동이 없는 경우 상기 매체 활동 표시기를 리셋하는 단계; 및
    상기 매체 활동 표시기가 리셋된 경우, 더 짧은 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
  15. 복수의 국을 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로서,
    상기 국은 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의함으로써 인터-프레임 스페이스를 동적으로 변경하고,
    상기 방법은,
    매체 활동 표시기의 지시대로 매체의 활동이 기대되는 시점에서 매체 활동이 없는 경우 상기 매체 활동 표시기를 리셋하는 단계; 및
    상기 매체 활동 표시기가 리셋된 경우, 더 적은 수의 시간 슬롯을 포함하도록 상기 인터-프레임 스페이스의 해석을 재정의하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서 매체 접근 오버헤드를 줄이기 위한 방법.
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