KR20070058475A - 무선 랜에서 채널들을 할당하는 방법 및 시스템 - Google Patents

무선 랜에서 채널들을 할당하는 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20070058475A
KR20070058475A KR1020077004943A KR20077004943A KR20070058475A KR 20070058475 A KR20070058475 A KR 20070058475A KR 1020077004943 A KR1020077004943 A KR 1020077004943A KR 20077004943 A KR20077004943 A KR 20077004943A KR 20070058475 A KR20070058475 A KR 20070058475A
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aps
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토비 크랜달
휘 루오
네마라 케이. 샨카라나라야난
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에이티 앤드 티 코포레이션
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Abstract

다수의 액세스점(도 2)에 대한 트래픽 부하 정보를 수신하기 위한 시스템 및 방법이 설명되며, 액세스점들의 각각은 다른 액세스점들의 적어도 하나와 통신 및 인접하는 적어도 두 개의 채널들을 포함한다(단계 210). 각 액세스점의 각 채널에 대한 처리율은 각 액세스점 및 임의의 인접한 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보에 기초하여 결정된다(단계 220). 최대의 결정 처리율을 갖는 채널은 각 액세스점에 대해 선택된다(단계 230). 그 후, 각 액세스점은 정의된 확률 레이트에서 선택된 채널로 스위칭한다(단계 240).
트래픽, 처리율, 액세스점, WLAN

Description

무선 랜에서 채널들을 할당하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ASSIGNING CHANNELS IN A WIRELESS LAN}
본 출원은 본 명세서에 완전히 통합된 개시인, 2004년 8월 31일에 출원된 "밀집한 무선랜 환경에서의 처리율 증가를 위한 분배된 동작 채널 할당 기술(Distributed Dynamic Channel Allocation Technique for Throughput Improvement in a Dense WLAN Environment)"로서 명명된, 미국 가출원 특허 번호 제 60/606,020에 대한 우선권을 주장한다.
지난 몇 년 동안, 이동 디바이스들의 사용이 점점 일반적이어짐에 따라, 회사 및 공중 시설에서의 무선 국부 지역 네트워크(Wireless Local Area Networks: WLAN)의 실행이 보다 널리 보급되고 있다. 예를 들면, WLAN들은 사무실 건물들, 도서관들, 카페들 등에 설치될 수 있다. WLAN은 유선들을 사용하는 것과는 달리, 노드들 사이에 통신하기 위해 무선파들을 사용하는 국부 지역 네트워크의 형태이다. 상세하게는, 하나 이상의 액세스점들("APs)이 통신 네트워크에 배선될 수 있다. AP들은 AP들의 커버리지 영역 내 위치된 다수의 WLAN 국들로/로부터 무선 주파수("RF") 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 따라서, 국들은 통신 네트워크를 통해서 및 통신 네트워크와 통신할 수 있다.
WLAN 기술을 실행하는 환경의 크기에 의존하여, 많은 수의 AP들은 적절한 커버리지를 제공하기 위해 필수적으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 많은 종업원들이 WLAN에 접속을 시도하는 큰 사무소 건물은 상당한 수의 AP들의 배치가 요구될 것이다. 그러나, AP들의 배치가 중요하다. 가깝게 인접한 AP들이 바람직하지 않게 서로 간섭이 되는 반면, 멀리 위치된 AP들은 또한 바람직하지 않게 부적절한 커버리지를 제공한다. 간섭은 AP를 통해 전송된 데이터 패킷들의 변조(오염), 전송 지연들, 및 보다 낮은 성능을 야기할 수 있다. 또한, 두 개의 AP 들 간에 같은 거리에 위치된 국들은 이리저리(앞뒤로) 플립-플롭하고, 계속해서 각 AP와 재연관할 수 있어, 이를 통해 성능과 효율성이 희생될 수 있다. 부적절한 커버리지는 네크워크의 안정된 접속을 유지하기 위해 하나 이상의 WLAN 국들의 무력함을 야기할 수 있다.
밀집한 WLAN 배치들은 몇몇의 이유로 피할 수 없다. 예를 들면, 이것은 어디에서나 높은 데이터 레이트를 보장하기 위해 큰 규모의 WLAN을 위한 커버리지 홀들을 제거하고, 높은 신호 대 잡음 비(SNR)을 유지하기 위해 필요할 수 있다. 더구나, 복잡한 장소들에서(예를 들면, 아파트 빌딩들) 상이한 소유자들을 가진 많은 AP들이 조정없이 배치될 수 있다. 밀집한 WLAN 배치가 존재하는 곳에서 WLAN 국들의 처리율은 손해를 겪을 것이다. 예를 들면, 채널들이 부적절하게 WLAN 국들이 연관된, 인접하는 AP들에 할당된다면, 각 WLAN 국은 그것들의 AP들과 데이터를 교환하기 위해 동일한 채널을 경쟁해야 할 것이다. 따라서, 채널은 과부하될 것이다. 비록 다른 채널들이 이용 가능할 지라도, 많은 수의 채널들이 통상적으로 제한된다. 단지 작은 수의 이용 가능한 채널들과, 네트워크 액세스를 요구하는 상당한 수 의 국들로 인하여, WLAN들에는 여전히 문제점들(예로써, 처리율과 간섭에 관한)이 존재한다. 따라서, WLAN에서 간섭을 최소화하고 전체 처리율을 최대화하면서, 효율적인 다수의 AP들의 배치 방법이 요구된다.
다수의 액세스점을 위한 트래픽 부하 정보를 수신하기 위한 방법은, 각각의 액세스점들이 다른 액세스점들 중 적어도 하나와 통신 및 인접하기 위해 적어도 두 개의 채널들을 포함한다. 각 액세스점의 각 채널의 처리율은 각각의 액세스점 및 임의의 인접하는 액세스점에 대한 트래픽 부하 정보에 기초하여 결정된다.최대의 결정 처리율을 갖는 채널은 각각의 액세스점을 위해 선택된다. 그 후, 각각의 액세스점은 정의된 확률 레이트로 선택된 채널로 스위칭한다.
시스템은 다수의 이동 유닛들과 상기 이동 유닛들과 통신하기 위해 적어도 두 개의 채널들을 포함하는 다수의 액세스점을 가지며, 각각의 액세스점은 액세스점과 임의의 이웃하는 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보를 저장하고, 이동 유닛과의 통신 및 정의된 확률 레이트로, 각각의 액세스점을 최상의 채널로 스위칭하기 위한 최상의 채널을 결정한다.
다수의 액세스점들을 위한 트래픽 부하 정보를 수신하는 방법은, 액세스점들의 각각은 다른 액세스점들 중 적어도 하나와 통신 및 인접하기 위한 적어도 두 개의 채널들을 포함하고, 통신 및 정의된 확률 레이트로, 각각의 액세스점을 선택된 채널로 스위칭하기 위한 최상의 채널을 결정한다.
시스템은 이동 유닛들과의 통신을 위한 적어도 두 개의 채널들을 포함한 다수의 액세스점들을 갖고, 각 액세스점은 트래픽 부하 정보를 수집한다. 시스템은 또한, 다수의 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보를 수신하고, 이동 유닛들과 통신하기 위해 각각의 액세스점에 대한 최상의 채널을 결정하며, 최상의 채널을 나타내는 각각의 액세스점에 통신을 전송하는 제어기를 포함하며, 여기서 각각의 액세스점은 정의된 확률 레이트로 최상의 채널로 스위칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 대표적인 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 대표적인 실시예를 도시한 도면.
도 3a는 WLAN의 AP들에 대한 채널 할당의 대표적인 실시예를 도시한 도면.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 WLAN에서의 AP들에 대한 가장 효율적인 채널 할당의 대표적인 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 대표적인 방법의 시뮬레이션 출력을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 대표적인 방법의 또 다른 시뮬레이션 출력을 도시한 도면.
본 발명은 또한 다음의 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 이해될 것이며, 여기서 동일한 요소들은 동일한 참조 번호들로 칭하여질 것이다. 본 발명은 다수의 사용자들에게 무선 국부 지역 네트워크 액세스를 제공하는 분야에서의 단점들을 처리한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예는 중첩 커버리지 영역들을 갖는 다수의 액세스점들이 무선 액세스를 제공하는 시스템에 제공한다.
종래의 WLAN에서, 중첩 커버리지 영역에서 동일한 채널로 전송하는 제 1 AP 및 제 2 AP로부터 기인하는, 동일 채널 간섭에 관한 문제점들이 존재할 것이다. 즉, 제 1 AP에 의해 발생되는 신호들은 제 2 AP에 의해 발생되는 신호들에 의해 또한 도달될 수 있는 커버리지 영역 상에 방송될 것이다. 제 1 및 제 2 AP들은 동일한 네트워크 또는 상이한 네트워크에 접속될 수 있다. 게다가, 종래의 WLAN은 허가되지 않은 스펙트럼에서 동작하기 때문에, 무선 매체(예로써, AP)는 충돌 회피를 갖는 캐피어 서비스 다중 액세스(carrier service multiple access with collision avoidance: "CSMA/CA")를 사용하지 않고 동일한 주파수 대역상에서 동작하는 무선 디바이스들의 다른 타입들 또는 존재로 인하여 매우 시끄러울 수 있다. 따라서, 데이터 프레임들은 빈번하게 손상될 수 있다. 이러한 설명들을 통하여, 용어 "인접하는" 및 "근접한" AP들은 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 임의의 AP들을 설명하는데 사용된다.
본 발명에 따르면, 채널들은 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 다수의 AP들에 동적으로 할당된다. 채널 할당들은 인접하는 AP들 가운데 최소의 간섭을 만들도록 설계되고, 따라서 네트워크의 전체 처리율을 최적화한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 모든 AP는 인접하는 AP들의 트래픽 부하에 기초하여 다음의 시간 슬롯에 사용해야 하는 최상의 채널과 현재 시간 슬롯에서 사용되는 채널들을 동시에 결정한다. 구체적으로, 모든 AP는 AP 자신의 트래픽 부하 및 이웃하는 AP들의 트래픽 부하들에 속하는 트래픽 부하 정보를 수집할 것이다. 그 후, 모든 AP들은 수집된 트래픽 부하 정보에 기초하여 각 채널상에 잠재적인 처리율을 예측하고, 최대의 예 측된 처리율에 대응하는 최상의 채널을 찾는다. 그러나, AP들이 항상 최상의 채널로 스위칭하는 것은 아니다. 오히려, AP들은 몇몇의 고정된 확률을 갖는 최상의 채널로 스위칭하며, 여기서 확률은 바람직하게는 0과 1 사이에, 한정된다. AP들은 계속해서 이러한 처리를 반복할 수 있다. 따라서, 사용자 당 처리율은 모든 AP와 함께 향상되고, 전체 네트워크의 전체 처리율은 향상된다. 임의의 트래픽 부하 분산 및 임의의 초기 채널 할당이 주어지면, 네트워크의 전체 처리율은 단기간에 향상될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 대표적인 시스템(1)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 다수의 AP들(10, 12, 14, 16)은 네트워크(60)와 통신을 위해 연결된다. 각 AP(10 내지 16)는 신호들을 송신 및 수신할 수 있도록 대응하는 커버리지 영역(20, 22, 24, 26)을 갖는다. 시스템(1)은 또한 다수의 WLAN 국들(40 내지 49)을 포함할 수 있다. 비록 국들(40 내지 49)이 도 1에 랩탑 컴퓨터들로서 예시되었지만, 이 기술 분야의 숙련자들에 의해 국들이 무선으로 통신할 수 있는(예를 들면, 이동 전화들, 개인 디지털 보조기들, 페이저들 등) 임의의 유형의 이동 유닛일 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 이 기술 분야의 숙련자들에 의해 비록 시스템(1)이 단지 네 개의 AP들(10 내지 16) 및 10개의 WLAN 국들(40 내지 19)만을 도시하고 있지만, 임의의 수의 AP들과 국들이 WLAN에 존재할 수 있음을 이해할 것이다. AP들(10 내지 16) 중 하나와 연관시킴으로써, 각각의 WLAN 국들(40 내지 19)은 네트워크(60)와 통신할 수 있고, 따라서 다른 국들(40 내지 19) 또는 그것들과 연결된 임의의 다른 장치들과 통신할 수 있다.
시스템(1)은 회사 및/또는 공중 시설에 존재하는 레이아웃을 나타낼 수 있다. 국들(40 내지 19)은 시스템(1)에 의해 점유된 영역을 통해 이동할 것이고, 국들(40 내지 49)의 사용자들은 끊김없이 그렇게 동작할 수 있도록 기대할 것이다. 따라서, 사용자들이 AP들(10 내지 16)의 하나 이상의 커버리지 영역들(20 내지 26)을 통해 네트워크(60)로의 안정된 접속을 유지할 수 있도록 하기 위해 시스템(1)에 커버리지 홀들을 최소화하는 것이 중요할 것이다. 따라서, 커버리지 영역들(20 내지 26)은 중첩될 필요가 있을 것이다.
도시된 바와 같이, AP(10)는 국들(40 내지 43)과 연관되고, 따라서 다른 AP들(12 내지 16) 보다 큰 부하를 갖는다. 따라서, AP(10)가 임의의 인접한 AP들(12 내지 16)과 동일한 채널로 동작하는 것은 비효율적이며, 이는 그러한 동작이 적어도 AP(10)의 처리율을 감소시키기 때문이다. 그러나, 보다 가벼운 부하들을 갖는 두 개의 AP들(예로써, AP들 (12 및 16))이 동일한 채널상에 동작하는 것은 비효율적이지 않을 것이다. 종래의 시스템에서, 채널들은 미리 정해진 시간에 할당될 것이다. 비록 채널 할당이 초기에 효율적일 지라도, 각각의 개별적인 AP의 부하들은 WLAN 국들이 AP를 통해 네트워크와 접속 및 접속 해제하기 때문에 및/또는 국들이 다양한 커버리지 영역들 안 및 밖으로 이동하기 때문에 변경될 것이다. 본 발명에 따르면, 대부분의 효율적인 채널 할당은 WLAN에서 AP들의 부하 변경들에도 불구하고 유지될 것이다.
도 2는 WLAN의 전체적인 처리율을 최적화하기 위한 예시적인 방법(200)을 설명한다. 방법(200)은 도 1의 시스템(1)과 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 기 술 분야의 숙련자들에 의해 방법(200) 및 그로부터의 변경들은 임의의 수의 대안적인 네트워크 구조들에서 또한 구현될 수 있음을 이해될 것이다.
단계 210에서, 각각의 AP(10 내지 16)는 그것 자체 및 인접하는 AP들의 트래픽 부하 정보를 수집한다. 트래픽 부하 정보는 예를 들면, 처리율 정보, 현재 시간에서 각각의 AP(10 내지 16)에 관련된 WLAN 국들(40 내지 49)의 수 등을 포함한다. 예를 들면, AP(10)에 속한 트래픽 부하 정보는 네 개의 국들(즉, 국들 40, 41, 42, 43)에 관련됨을 나타낸다. 본 발명의 대표적인 일 실시예에서, 각 AP(10 내지 16)는 추가적인 응용들/계산들을 위해 그것 자체 및 인접하는 AP들에 의해 용이하게 획득 및 이용될 수 있는 셀에서의 트래픽 부하 정보를 저장할 것이다.
제 1의 대표적인 실시예에서, 각각의 AP는 무선 주파수("RF") 신호를 이용하여 셀 내의 그것 자체의 트래픽 부하 정보를 주기적으로 방송한다. 즉, 트래픽 부하 정보는 그것의 커버리지 영역에서의 AP에 의해 무선으로 방송된다. 커버리지 영역들을 중첩하는 모든 AP들은 방송에 귀를 기울이고, 방송 AP들에 대한 트래픽 부하 정보를 수집할 것이다. 예를 들면, AP(10)가 커버리지 영역(20)에 걸쳐 그것의 트래픽 부하 정보를 방송하며, AP들(12, 14)(커버리지 영역(20)과 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 AP들 각각(12, 14))은 이 방송을 수신하고, 그것에 의해 AP(10)의 트래픽 부하 정보를 AP들(12, 14)에 알린다. 나머지 AP들(12 내지 16)은 또한 그것들의 트래픽 부하 정보를 방송할 것이고, 중첩 커버리지 영역을 갖는 임의의 AP가 방송을 수신할 것이다. 따라서, 모든 AP들은 그것 자신의 트래픽 부하 정보 및 임의의 인접한 AP들, 즉 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 AP들에 대한 트래픽 정보를 가질 것이다.
제 2의 대표적인 실시예에서, 각각의 AP들(10 내지 16)은 멀티캐스트 IP 어드레스에 가입하고 이 멀티캐스트 IP 어드레스를 이용하여 그것들의 트래픽 부하 정보를 주기적으로 방송한다. 게다가, 각각의 AP들(10 내지 16)은 또한 그것의 인접하는 AP들에 대한 MAC 어드레스들(또는 다른 식별 정보)을 방송한다. 이러한 전송은 네트워크의 유선 부분을 통해 수행될 것이다. 이들 멀티캐스트들을 감시함으로써, 각각의 AP는 그들 자신의 트래픽 부하 정보와 임의의 인접한 AP들의 트래픽 부하 정보를 다시 갖게 될 것이다.
제 3의 대표적인 실시예에서, 시스템(1)은 또한 제어기(미도시)를 포함할 것이다. 제어기는, 예로써, 정보를 수집하기 위해 유선 방송들을 수신하고/수신하고 AP들로 폴링함으로써 AP들로부터 정보를 수집할 수 있는 네트워크 서버 또는 네트워크 장치와 같은 네트워크 디바이스로 로딩되는 소프트웨어 모듈이다. 또한, 방송들 또는 폴링 응답들은 AP들 각각에 대한 트래픽 부하 정보 및 인접하는 AP들의 MAC 어드레스들을 포함한다. 이후, 제어기는 정보를 체계화하고(예로써, 인접한 AP들에 기초하여) AP들로 이러한 정보를 배포한다. 대안적인 실시예에서, 제어기는 모든 정보를 수집하고 AP들의 각각에 대한 채널을 결정하며, 이러한 채널 결정을 AP들에 전송한다. 따라서, 대표적인 방법(200)은, AP들에 의해 실행되는 바와 같이 설명되지만, 예로써 네트워크 제어기와 같은 몇몇의 다른 네트워크 디바이스에 의해 그 방법의 일부가 또한 실행된다.
따라서, 단계(210)의 완료시, AP들의 각각에 대한 트래픽 부하 정보가 알려 지고 저장되며, 예로써 각각의 AP는 그 자신 및 인접한 AP들에 대한 트래픽 부하 정보를 포함하게 된다. 단계 220에서, 각각의 AP(10 내지 16)는 근처에 WLAN의 각 채널에 대한 예측된 처리율을 계산한다. 상술된 바와 같이, WLAN은 다수의 채널들을 가질 수 있고, 여기서 채널들의 수는 네트워크의 복잡성에 의존한다. 예를 들면, IEEE 802.11b 또는 802.11g 표준들을 따르는 네트워크는 세 개의 채널들을 갖는 반면, 802.11a 표준을 따르는 네트워크는 11개의 채널들을 갖는다. 채널들의 수가 증가함에 따라, 간섭의 발생은 줄어들 것이다. 그러나, 부가적인 채널들을 갖음으로써 수신된 이익들은 다소 비쌀 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, AP(10 내지 16)는 AP(10 내지 16)의 기능으로써 채널에 대한 최대 처리율을 예측할 것이다. 예를 들면, 최대 처리율 PK(i,j)은 다음의 식을 사용하여 계산될 수 있으며, 여기서 k는 채널(예로써, IEEE802.11b/g 네트워크에 대해 채널 1, 2, 또는 3)이고, (i,j)는 AP의 위치(AP들의 직사각형 어레이 레이아웃에 기초하여)를 나타낸다.
Figure 112007017392182-PCT00001
이 식에서, M(i,j)는 AP에 관련한 많은 WLAN 국들이다. SK는 위치(i,j)에서 AP들에 인접하고, 동일한 채널 k를 사용하는 AP들의 세트를 나타낸다.
또 다른 실시예에 있어서, AP(10 내지 16)는 부하의 분석 및 처리율 대 부하의 미리 설정되거나 또는 추정된 관계에 기초하여 각 채널에 대한 처리율을 예측할 수 있다. 예를 들면, 각 AP는 이론적인 처리율 대 부하 곡선을 저장하고, 상기 이론 곡선에 기초하여 추정된 처리율을 결정할 수 있다. 이 기술 분야의 숙련자들은 이론 곡선이 네트워크(또는 다른 유사한 네트워크들)에 대한 관찰된 값들에 기초하거나 또는 네트워크 구조에 가장 적절한 대응하는 파라미터 값들을 이용한 계산들을 통해 생성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, AP(10 내지 16)는 각 채널에 인접한 예측된 수집된 트래픽 부하 분포 곡선을 계산함으로써 처리율을 예측할 수 있다. 예를 들면, AP(10)는 수집된 부하 대 채널 번호의 플롯을 생성할 수 있으며, 여기서 수집된 트래픽 부하는 특정 채널로 인접한 AP들(12, 14, 16)을 통해 네트워크(60)에 액세스하는 이동국들(40 내지 49)의 수를 나타낸다.
단계 230에서, 각 AP는 그것의 처리율을 최대화하기 위해 동작할 최상의 채널을 결정한다. 본 발명의 실시예에서, 최상의 채널(km)은 다음의 식을 이용하여 임의의 한 채널의 최대 처리율을 결정하기 위해 상술된 식에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure 112007017392182-PCT00002
이 실시예는 모든 AP가 협력적이고, 간섭이 없는 경우에 다수의 AP들의 전체 시스템 처리율을 최대화하기 위해 사용된다. 비협조적인 AP들 및/또는 RF 간섭 신호들의 다른 형태들이 네트워크 내에 존재하는 경우에서 또한 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 환경에서, 모든 AP가 이하에 논의될 바와 같이 스위칭 확률 p에 대해서 추 가적인 계산을 수행할 수 있다.
단계 220에 관하여 상술된 실시예에 있어서, 각 AP는 예측된 수집된 트래픽 부하 분포 곡선을 계산하고, 각 AP(10 내지 16)는 상기 곡선에 기초하여 최상의 채널을 찾을 것이다. 예를 들면, 각 AP(10 내지 16)는 가장 평평한 수집된 트래픽 부하 분포 곡선에 대응하는 채널을 선택할 것이다.
단계 240에서, 각 AP는 단계 230에서 결정된 최상의 채널로 스위칭한다. 그러나, AP들은 최상의 채널로 항상 스위칭하는 것은 아니다. 반대로, AP들은 몇몇의 고정된 확률을 갖는 최상의 채널로 스위칭하며, 여기서 확률은 0과 1 사이인 것이 바람직하다. 스위칭 확률은 랜덤성의 정도를 채널 스위치에 부가한다. 도 5에 관하여 이하에서 논의될 바와 같이, p=0.5의 스위칭 확률이 최적일 것이다.
비협력적인 AP들 및/또는 다른 형태의 RF 간섭 신호들이 네트워크 내에 존재하는 본 발명의 실시예에 있어서, 모든 AP는 확률 p'를 계산할 것이다. p'의 확률은 현재 처리율과 예측된 처리율 사이의 차이와 AP가 현재 채널을 사용하여 머무르는 시간에 기초할 것이다. 확률은 처리율에서의 차이 및/또는 체류 시간이 증가함에 따라 증가한다. 이러한 실시예는 비협력적인 AP들에 제한되지 않으며, 단지 이들 환경들에서 가장 효과적으로 작용할 수 있음을 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이후, 방법(200)은 단계 21으로 되돌아가서 반복한다. 즉, AP들(10 내지 16)은 방법(200)을 계속해서 수행하고, WLAN에서의 변화들에 적응하기 위해 동작들을 중단하지 않아야 한다. 변화가 발생하지 않는다면, 각 AP(10 내지 16)가 최상의 채널을 사용하는 평형 상태에 다소 빠르게 도달될 것이 다.
방법(200)의 단계들에 대한 컴퓨터 시뮬레이션은 이것의 효과를 증명한다. 시뮬레이션의 결과들은 도 3 내지 도 5에 도시된다. 시뮬레이션은 모든 AP에 대한 최대 처리율 PK(i,j)을 계산하는 단계, 최상의 채널 km을 결정하는 단계, 및 확률 p를 갖는 채널 km으로 스위칭하는 단계를 포함한다. 시뮬레이션을 위해 WLAN 상의 모든 AP는 부하 정보를 방송하고, 단계 210을 참조하여 설명된 바와 같이 모든 인접한 AP들로부터 방송 정보를 검출한다고 가정한다. 그러나, 시뮬레이션에 포함된 단계들과 결과들은 대표적이며, 따라서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야함을 이해해야 한다.
도 3a는 WLAN에서의 AP들의 조밀한 개체수를 나타내는 그리드(300)를 도시하며, 여기서 각 점은 하나의 AP를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 100개의 AP들은 10x10 매트릭에 배열된다. 그러나, 구성은 임의의 수의 AP들 및/또는 임의의 배열의 AP들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 40개의 AP들을 배치한 사무실 건물은 5x8 매트릭 또는 집중된 수의 AP들이 특정 영역에 배치된 대안적인 디자인을 사용할 수 있다.
도시된 바와 같이, 각 AP의 부하는 각 점의 크기에 의해 나타내어진다. 구체적으로, 보다 큰 점은 상당히 많은 수의 국들이 연관된 AP들을 나타내며, 반면 보다 작은 점들은 보다 적은 국들이 연관된 AP들을 나타낸다. 각각의 개별적인 AP의 부하들은 단지 인접한 AP들의 처리율에 영향을 미칠 것이다. 예를 들면, 동일한 채 널을 사용하는 세 개의 AP들(X, Y, Z)가 한 줄로 있다면, X와 Z의 부하들은 Y의 처리율에 영향을 미칠 것이다. 그러나 X의 부하는 Z의 처리율에 영향을 미치지 않을 것이고, 그 역 또한 마찬가지이다. 신호들을 송신 및 수신하기 위해 각각의 AP에 의해 사용되는 채널은 점을 둘러싸고 있는 상자의 색(또는 명암)에 의해 나타내어진다. 보여지는 바와 같이, 그리드(300)의 WLAN에는 사용되는 세 개의 채널이 있다. 그러나, 채널들은 AP들에 효율적으로 할당되지 않고, 따라서 네트워크의 전체 처리율은 나빠질 것이다.
그리드(300) 내에서, 몇몇의 AP들을 이루는 지역들(예로써, 지역(310))이 형성될 수 있다. 지역(310)은 비록 이웃이 임의의 수 및/또는 배열의 인접한 AP들을 포함할지라도, AP들의 3x3 매트릭에 의해 형성된다. 또한, AP는 한 번에 하나 이상의 지역들에 있을 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 보여지는 바와 같이, 지역(310)에 존재하는 몇몇의 AP들은 또한 지역(315)에 존재한다. 본 발명의 대표적인 시스템들, 방법들, 및 결과들의 분석은 아래에 도시되는 바와 같이, 3x3 매트릭의 사용에 의해 용이해질 수 있다. 그러나, 3개의 채널들을 사용하는 네트워크에서, 9개의 지역을 분석할 때, 각 지역에서 몇몇 또는 모든 WLAN 국들 및 AP들이 채널을 공유해야 함은 피할 수 없다.
도 3b는 균형 상태에 도달한 후 그리드(300)의 AP들에 대한 개체수를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 각각의 AP의 부하는 동일한 채로 있다. 그러나, 채널들(세 개의 변화하는 명암들에 의해 나타내어지는)은 각각의 개별적인 AP의 처리율을 향상시키기 위해 본 발명의 실시예에 따라 할당된다.
지역(330)은 모든 AP들이 수렴되는(즉, AP들이 균현 상태에 이르는) 지역(310)의 AP들의 상태를 나타낸다. 지역(310)과 지역(330) 사이의 차이에 초점을 맞추는 것은 전체 처리율이 어떻게 향상될 수 있는지를 보다 명확하게 설명할 것이다. 상당히 많은 관련 WLAN 국들을 갖는 근접한 AP들이 상이한 채널을 사용하며, 적은 관련 WLAN 국들을 갖는 인접한 AP들이 채널을 공유할 것임을 이해할 수 있을 것이다. 달리 말하면, AP가 지역(330)에서 가장 크게 되는 경향이 있는 경우, 그것은 최소의 공유를 갖는 채널을 얻게 될 것이고, 비교적 작은 부하들을 갖는 인접한 AP들은 동일한 채널로 함께 그룹을 이루는 경향이 있다. 따라서, 각각의 AP는 최대의 처리율에서 동작하고, 그러므로 그리드(320)의 AP들을 포함하는 WLAN은 최대의 처리율으로 동작할 것이다.
도 4는 시간에 걸쳐 전체 처리율에서의 변화를 나타내는 플롯을 도시한다. 플롯의 x축은 본 발명에 따른 방법(예로써, 방법(200))의 반복들(0 내지 30)을 설명한다. y축은 네트워크(예로써, 도 1의 시스템(1))의 전체 처리율을 설명한다. 도시된 바와 같이, 플로팅된 점들의 커브(400)는 첫번째 몇몇 반복 내에 급격하게 상승한다. 특히, 0과 5 반복들 사이에서, 네트워크의 전체 처리율은 12로부터 약 18.5까지 증가한다. 이것은 또한 커브(400)가 5와 10 반복들 사이에서 계속해서 오르고 있음을 보여줄 수 있지만, 그 후 10번째 반복 이후에는 점점 작아지기 시작한다. 대략 17번째 반복에서, 커브(400)는 상승을 중단하며, 따라서 평형 상태에 도달하였음을 나타낸다.
평형 상태에서, 모든 AP는 그것의 국소 처리율을 최대화하는 최상의 채널을 이용한다. 그러므로, 밀집한 WLAN의 전체 처리율은 매우 향상될 것이다. 이것은 20 이하의 반복들에서 방법(200)에 의해 달성된 70% 개선을 보여주는 도 4의 플롯에 의해 확인된다. 평형 상태는 방법(200)의 분포 계산 특성 때문에 빠르게 도달될 것이다. 즉, 보다 빠르게 수행되는 중앙 제어기에 의해 수행되는 것과는 달리, 계산들은 각 AP(10 내지 16)에서 개별적으로 수행될 것이기 때문이다.
도 5는 스위칭 확률(p)가 변경되는 바와 같이 수렴 속도의 변화를 설명하는 플롯을 도시한다. 도 4의 플롯과 유사하게, x 축은 방법(200)의 다수의 반복들을 나타내고, y 축은 WLAN의 전체 처리율을 나타낸다. 밀집한 WLAN의 레이아웃에서, 수렴 시간(즉, 평형 상태에 도달하기 위해 걸리는 시간)을 최소화할 수 있는 최적의 스위칭 확률이 존재한다. 플롯의 각 커브는 상이한 스위칭 확률에 대응하고, 천 개의 임의대로 생성된 초기 채널 할당 및 부하 분산들을 갖는 천 개의 시뮬레이션 실행들의 평균을 나타낸다.
분석의 용이함을 위해, 커브들(510, 515, 520, 및 525)은 각각의 스위칭 확률(p=1.0, p=0.9, p=0.1, 및 p=0.5)에 대응함을 고려할 것이다. 커브(510)에 도시된 바와 같이, 채널 스위칭에 무작위성이 존재하지 않는, 스위칭 확률 p=1.0은 네트워크상의 AP들을 수렴하는데 비효율적이다. 달리 말하면, AP들이 항상 최상의 채널로 스위칭하는 WLAN은 평형 상태에 도달하는데 실패할 것이다. 이것은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 높은 트래픽 부하들을 갖는 AP들이 모이려는 경향을 갖고 동일한 지역에서 최대의 부하들을 갖는 이들 AP들의 각각이 동일한 채널을 선택하는 사실로부터 기인하고, 따라서 원하는 증가된 처리율을 허용하지 않을 것이다.
커브(515)에 의해 설명된 바와 같이, 스위칭 확률 p=0.9는 AP들을 수렴하는데 사용될 것이다. 그러나, 평형 상태에 이르기 위해 엄청나게 많은 수의 반복을 취할 수 있는 것에는 비효율적이다. 커브(515)는 도 5에 도시된 50회의 반복들 내에 평형에 먼 상태에조차 도달하는 것에 실패한다. 커브(520)에 도시된 바와 같이, 스위칭 확률 p=0.1에서, WLAN상의 AP들은 다소 빠르게 수렴한다. 커브(520)는 꾸준히 상승하고, 네트워크의 전체 처리율의 계속적인 향상을 보여주며, 약 35회의 반복들 이후에 평형 상태에 이른다. 커브(525)는 스위칭 확률 p=0.5가 최적임을 보여준다. 가파르게 상승한 후, 커브(525)는 대안적인 스위칭 확률들을 나타내는 다른 커브들 중 임의의 커브들 전에 AP들의 수렴을 나타내는 점에서 안정화하기 시작한다.
본 발명은 몇몇 사항에 있어서 특히 유익함을 증명할 것이다. 하나에 대해서, 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 다수의 AP들이 배치되는 WLAN이 존재할 것이고, 그러므로 중첩 홀들은 존재하지 않는다. 따라서, WLAN 국들을 운용하는 사용자들은 안정된 무선 연결을 유지하면서 네트워크를 통해 끊김없이 이동할 것이다. 더구나, WLAN의 동작은 보다 적은 채널들이 요구되고 중앙 제어국이 필요없기 때문에, 비용에 있어 효율적일 것이다. 채널들의 한정된 수에도 불구하고, AP들은 최소의 간섭을 갖는 WLAN 국들과 연관될 것이다. 또한, 시스템 및 방법의 간략화로 인하여, 상대적으로 적은 양의 계산 전력이 요구될 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 고성능이며, 집중적인 시뮬레이션들에 의해 나타내어진다. 특히, 시뮬레이션들은 WLAN에서 중첩하는 커버리지 영역들을 갖는 다수 의 AP들이 본 발명에 따른 방법의 적은 반복들로 평형 상태에 이를 수 있음을 증명한다. 따라서, 네트워크의 전체 처리율은 비교적 단시간에 개선된다.
다른 이점은 채널을 할당하기 위한 시스템 및 방법이 자체적응적이라는 것이다. 달리 말하면, AP들은 WLAN에서 변화하도록 적응하기 위해 방법을 실행하는 것을 중지 또는 중단할 필요가 없다. 변화가 발생하지 않는다면, WLAN의 AP들은 매우 빠르게 평형 상태에 이를 것이다. 본 발명은 WLAN이 매우 적은 반복들로 평형 상태에 적응적으로 이르도록 허용하기 위해 도시되었기 때문에, 일정하지 않은 트래픽 상태 하에서 WLAN의 성능을 최적화하는데 관하여 특히 이로울 것이다.
본 발명은 특정 대표적인 실시예들과 관련하여 설명되었다. 이 기술분야의 숙련자들은 변경들이 본 발명의 가르침으로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 상세사항들로 이루어질 것임을 이해할 것이다. 따라서, 다양한 변형들 및 변경들이 다음의 청구항들에서 설명된 바와 같이 본 발명의 광범위한 범위로부터 벗어나지 않고 실시예들을 이룰 수 있을 것이다. 그러므로, 본 명세들 및 도면은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주될 것이다.

Claims (22)

  1. 방법에 있어서,
    다수의 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보를 수신하는 단계로서, 상기 액세스점들 각각은 다른 액세스점들의 적어도 하나와 통신 및 인접하기 위해 적어도 두 개의 채널들을 포함하는, 상기 수신 단계;
    각각의 액세스점 및 임의의 인접한 액세스점들에 대한 상기 트래픽 부하 정보에 기초하여 각각의 액세스점에 대한 각각의 채널의 처리율을 결정하는 단계;
    각각의 액세스점에 대해서, 최대의 결정된 처리율을 갖는 채널을 선택하는 단계; 및
    정의된 확률 레이트로, 각 액세스점을 상기 선택된 채널로 스위칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트래픽 부하 정보는 각각의 액세스점과 연관된 많은 이동 유닛들 중 하나와 각각의 액세스점의 실제 처리율을 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 채널들은 세 개의 채널들인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 항의 상기 단계들 각각을 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확률 레이트는 0과 1 사이인, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 확률 레이트는 0.5인, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 확률 레이트는 각각의 액세스점들이 현재 채널상에 머무르는 시간동안 현재 처리율과 예측된 처리율 사이의 차이에 기초하는, 방법.
  8. 시스템에 있어서,
    다수의 이동 유닛들; 및
    상기 이동 유닛들과 통신하기 위해 적어도 두 개의 채널들을 포함하는 다수의 액세스점들로서, 각각의 액세스점은 상기 액세스점과 임의의 인접한 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보를 저장하고, 상기 이동 유닛과의 통신 및 정의된 확률 레이트로 각각의 액세스점을 최상의 채널로 스위칭하기 위한 상기 최상의 채널을 결정하는, 상기 다수의 액세스점들을 포함하는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 최상의 채널은 각각의 액세스점과 임의의 인접한 액세스점들에 대한 상기 트래픽 부하 정보에 기초하여 각각의 액세스점의 각각의 채널에 대한 처리율을 계산하고, 각각의 액세스점에 대해, 최대의 결정된 처리율을 갖는 채널을 선택함으로써 결정되는, 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 트래픽 부하 정보는 모여진 트래픽 부하 정보이고, 상기 최상의 채널은 모여진 트래픽 부하 분포 커브에 기초하여 결정되는, 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 최상의 채널은 처리율의 저장된 커브 대 트래픽 부하에 기초하여 결정되는, 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    각각의 액세스점은 상기 트래픽 부하 정보를 상기 액세스점의 커버리지 영역에 무선으로 전송하는, 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    각각의 액세스점은 상기 트래픽 정보를 유선 네트워크에 전송하는, 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    각각의 액세스점은 상기 트래픽 정보를 멀티캐스트 IP 어드레스를 통해 상기 유선 네트워크에 전송하는, 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 액세스점들 및 이동 유닛들은 WLAN을 형성하는, 시스템.
  16. 제 8 항에 있어서,
    각각의 이동 유닛은 하나의 액세스점과 연관하고, 상기 트래픽 부하 정보는 각각의 액세스점과 연관된 다수의 이동 유닛들을 포함하는, 시스템.
  17. 방법에 있어서,
    다수의 액세스점들에 대한 트래픽 부하 정보를 수신하는 단계로서, 상기 액세스점들의 각각은 다른 액세스점들의 적어도 하나와 통신 및 인접하기 위한 적어도 두 개의 채널들을 포함하는, 상기 수신 단계;
    통신을 위한 최상의 채널을 결정하는 단계; 및
    정의된 확률 레이트로, 각각의 액세스점을 선택된 채널로 스위칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 최상의 채널을 결정하는 단계는,
    각각의 액세스점 및 임의의 인접한 액세스점들에 대한 상기 트래픽 부하 정보에 기초하여 각각의 액세스점의 각각의 채널에 대한 처리율을 결정하는 단계; 및
    각각의 액세스점에 대해, 최대의 결정된 처리율을 갖는 채널을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 최상의 채널을 결정하는 단계는, 저장된 트래픽 부하 대 처리율 커브에 상기 트래픽 부하 정보를 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 트래픽 부하 정보는 모여진 트래픽 부하 분포를 포함하고, 상기 최상의 채널을 결정하는 단계는 상기 모여진 트래픽 부하 분포를 저장된 모여진 트래픽 부하 분포 커브와 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 확률 레이트는 미리 정해진 시간 동안 현재 채널 상에 머무르는 액세스점에 대한 예측된 처리율과 각각의 액세스점의 현재 처리율 사이의 차이에 기초하 는, 방법.
  22. 시스템에 있어서,
    이동 유닛들과의 통신을 위한 적어도 두 개의 채널들을 포함한 다수의 액세스점들로서, 각각의 액세스점은 트래픽 부하 정보를 수집하는, 상기 다수의 액세스점들, 및
    상기 다수의 액세스점들에 대한 상기 트래픽 부하 정보를 수신하고, 상기 이동 유닛들과의 통신을 위해 각각의 액세스점에 대한 최상의 채널을 결정하고, 상기 최상의 채널을 나타내는 각각의 액세스점에 통신을 전송하며, 상기 각각의 액세스점은 정의된 확률 레이트로 상기 최상의 채널로 스위칭하는 제어기를 포함하는, 시스템.
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