KR20080083084A - 무선 네트워크에서의 통신방법, 무선 네트워크에서스테이션의 통신방법 및 스테이션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 네트워크에서의 통신방법, 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션이 개시된다.

무선 네트워크, 스테이션, DLS(Direct Link Setup), 블럭 ACK, 액세스 포인트

Description

무선 네트워크에서의 통신방법, 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션{COMMUNICATION METHOD IN A WIRELESS NETWORK, COMMUNICATION METHOD OF A STATION IN THE WIRELESS NETWORK, AND A STATION}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 무선 네트워크 시스템들의 개념도,

도 2는 도 1a의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도,

도 3a 및 도 3b는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도,

도 4는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP 커넥션들의 개수를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프,

도 5는 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP의 성능을 확인할 수 있는 마코프 체인 모델,

도 6은 도 5의 마코프 체인을 사용하여 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 경쟁 단말의 개수에 대한 확률 분포를 나타낸 그래프,

도 7은 지연된 블럭 ACK(delayed Block Ack) 메커니즘을 도시한 도면, 그리고

도 8은 블럭 ACK가 인캡슐레이션된 데이터 프레임을 도시한다

본 발명은 무선 네트워크에서의 통신방법, 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션에 관한 것이다.

무선랜 시스템은 로컬 커넥션의 사용으로 인해 외부망으로 연결되는 커넥션의 전송율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 네트워크에서 다이렉트 링크의 사용시 전송율(throughput)을 높인 무선 네트워크에서의 통신방법, 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션을 제안하고자 하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 통신방법은 하나의 스테이션과 다른 하나의 스테이션 간에 다이렉트 링크가 설정되는 단계;를 포함한다. 또한, 상기 하나의 스테이션이 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이 션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하는 단계;를 포함한다. 그리고, 상기 다른 하나의 스테이션이 상기 블럭 ACK 요청을 수신하고, 블럭 ACK를 액세스 포인트를 경유하여 상기 하나의 스테이션에 전송하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법은 하나의 스테이션과 다른 하나의 스테이션 간에 다이렉트 링크가 설정되는 단계;를 포함한다. 또한, 상기 하나의 스테이션이 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하는 단계;를 포함한다. 그리고, 상기 하나의 스테이션이 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 액세스 포인트를 경유하여 전송된 블럭 ACK를 수신하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션은 다른 하나의 스테이션과 다이렉트 링크를 설정하고, 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하고, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 액세스 포인트를 경유하여 전송된 블럭 ACK를 수신한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스테이션은 다른 하나의 스테이션과 다이렉트 링크를 설정하고, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 상기 다이렉트 링크를 통해 하나 이상의 데이터를 수신한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 수신하고, 블럭 ACK를 액세스 포인트를 경유하여 상기 다른 하나의 스테이션으로 전송 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 본 발명의 실시예들은 무선네트워크 시스템 중 무선랜 시스템을 예를 들어 설명한다. 그러나, 이하 본 발명의 실시예들은 무선랜 시스템 이외의 다양한 무선네트워크 시스템에서 허용되거나 지원되는 범위에서 무선랜 시스템과 동일 또는 허용가능한 범위에서 실질적으로 동일하게 적용될 것이다. 또한, 이하 본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들이나 단어들은 다양한 무선네트워크 시스템에서 다른 용어들이나 단어들로 사용될 수 있으나, 본 발명은 용어들이나 단어들의 차이에도 불구하고 실질적인 의미가 동일 또는 유사한 경우 본 발명의 범주에 포함된다.

무선 네트워크 시스템( Wireless Network System )

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 무선 네트워크 시스템들의 개념도이다. 도 1a 및 도 1b의 동일한 구성요소들은 동일한 도면번호를 사용한다.

도 1a를 참조하면, 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station, 12)과, 액세스 포인트 또는 무선 기지국(Access Point, 14), 백본망 또는 분배시스템(16)을 포함한다.

다수의 스테이션(14)은 무선랜용 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 장착하여 IEEE 802.11 표준에 기반한 물리계층 및 MAC 계층의 동작을 수행한다. 도 1a에 도시한 무선랜 시스템(10)에서, 다수의 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)에 결합되어 데이터 프레임을 전송한다.

액세스 포인트(14)는 하나의 스테이션으로부터 전달된 프레임을 다른 스테이션에게 중계하는 유무선 연동 브리지 기능을 수행한다. 이 액세스 포인트(14)는 이더넷의 브리지 또는 스위치와 동일한 기능을 수해한다.

또한, 액세스 포인트는 위에서 설명한 스테이션(12)과 기본적으로 동일한 물리계층 및 MAC 계층을 포함하고 있기 때문에, 액세스 포인트(14)는 기본적으로 스테이션(12)과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 액세스 포인트(14)는 필요에 따라서 스테이션(12)과 동일한 것으로 간주할 수도 있다.

분배시스템(Distribution system, 16)은 여러 개의 액세스 포인트(14)를 연결하는 백본망이다. 분배시스템(16)은 일반적으로 이더넷이 사용되지만, 여러 개의 액세스 포인트를 무선으로 연결할 수도 있다. 광의로 분배시스템(16)은 이더넷과 연결된 라우터 또는 스위치, 유무선 인터넷망과 연결된 서버들을 포함할 수도 있다.

도 1b를 참조하면, 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station, 12)을 포함한다. 이 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션(12) 간 직접 점 대 점으로 연결되어 있다. 따라서, 도 1a와 달리 도 1b에 도시한 무선랜 시스템(10)은 별도의 액세스 포인트(14)나 분배시스템(16)이 존재하지 않고, 다수의 스테이션(12)이 이들의 역할을 대신하거나, 일부 역할이나 기능이 생략될 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하여 무선랜 시스템(10)을 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템(10)을 포함하는 무선 네트워크 시스템은 이들에 제한되지 않고 이들의 조합 또는 전혀 다른 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템은 단독으로 존재할 수도 있지만, 다른 무선 네트워크 시스템이나 이동통신망, 유무선 인터넷망과 인터워킹(interworking)할 수 있다.

예를 들어, 무선랜 시스템은 이동통신망과 인터워킹하여 로밍서비스를 제공할 수도 있다. 구체적으로 무선랜 시스템이 음성 서비스를 제공하는 경우 무선랜과 WCDMA를 모두 지원하는 듀얼밴드 듀얼모드(DBDM, Dual Band Dual Mode) 단말은 이동통신망을 이용하여 음성통화를 하다가 무선랜 시스템이 지원되는 지역에서는 무선랜 시스템을 이용하여 끊김없이 자동로밍할 수 있다.

도 1a에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 도 1b에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 스테이션들(12) 사이 또는 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 결합과정을 경유하여야 데이터를 전송할 수 있다.

결합 절차( Connection Procedure )

도 2는 도 1a의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도이다. 도 1b의 무선랜 시스템이나 위에서 설명한 다양한 무선 네트워크 시스템들도 도 2와 일부 차이가 있으나, 실질적으로 동일한 데이터 전송을 위한 결합과정을 포함하고 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 1a 및 도 2를 참조하면, 무선랜 시스템(10)에서 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 데이터 전송을 위한 결합과정(20)은 탐색과정(Scanning, S10)과 인증과정(Authentication, S12), 연결과정(Association, S14)을 포함한다. 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S10, S12, S14)을 경유하여 데이터 전송 과정(Data Transmission, S16)을 수행한다.

탐색과정(S10)은 비컨(Beacon)이나 프로브(Probe) 메시지를 사용하여 주변의 액세스 포인트(14)를 찾는 과정이다.

탐색과정(S10)은, 액세스 포인트(14)가 주기적으로 전송하는 비컨 메시지(Beacon message)로부터 액세스 포인트(14)를 찾는 수동탐색과정(Passive Scaning)과, 스테이션(12)이 프로브 요청(Probe Request)을 전송하고, 액세스 포인트(14)로부터 자신의 SSID(Service Set ID)와 동작 속도 등이 수납된 프로브 응답을 수신하여 해당 액세스 포인트(14)를 선택하는 능동탐색과정을 포함한다. 비컨 메시지는 액세스 포인트(14)가 지원할 수 있는 여러가지 능력(속도, 암호화 등)과 자신이 속한 서비스 그룹명인 SSID(Service Set ID) 등이 수납되어 있다.

인증과정(Authentication, S12)은 탐색과정(S10)에 의해 적절한 액세스 포인트(14)를 선택한 스테이션(12)은 해당 액세스 포인트(14)에 대하여 자신이 유효한 단말임을 증명하는 과정이다. 즉, 인증과정(Authentication, S12)은 액세스 포인트(14)와 인증절차와 암호 방식을 협상하는 과정이다. 대부분의 경우, 오픈 시스템(Open System) 인증방식을 사용하기 때문에, 액세스 포인트(14)는 스테이션으로부터의 인증요구에 무조건 인증한다. 보다 강화된 인증방식으로 IEEE 802.1x 기반 EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP-FAST, PEAP 등이 있다.

연결과정(Association, S14)은, 인증에 성공한 후 스테이션(12)이 액세스 포인트(14)에 접속하는 과정이다. 연결과정(S14)은 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 간 식별가능한 연결을 설정하는 것을 의미한다. 연결과정(S14)이 완료되면, 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)를 경유하여 다른 스테이션(14)과 통신할 수 있다.

연결과정(S14)은 스테이션(12)이 연결 요청(Association Request)을 액세스 포인트(14)에게 전송하면, 액세스 포인트(14)가 다른 스테이션과 구분될 수 있는 AID(Association ID)를 수납한 연결 응답(Association Response)을 송신함으로써 수행된다.

스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S10, S12, S14)을 경유하여 데이터 전송과정(Data Transmission, S16)을 수행한다.

연결과정(S14)과 유사한 과정으로 재연결 과정(Reassociation)이 있다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)와 다른 액세스 포인트와 연결하는 과정이다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)로부터 신호가 약해지면, 다른 새로운 액세스 포인트(14)와 새로운 결합을 설정하는 과정이다.

DLS( Direct Link Setup )

일반적으로, 스테이션들(12)은 도 1a에 도시한 무선 네트워크 시스템(10, BSS)에서 다른 스테이션들(12)에 직접 프레임들을 전송하는 것이 허락되지 않았고, 항상 프레임들의 전송을 위해 액세스 포인트(14)에 의존해야 한다(In general, STAs are not allowed to transmit frame directly to other STAs in a BSS and should always rely on the AP for the delivery of the frames).

그러나, QoS 능력을 가진 스테이션(STA with QoS facility, 이하 "QSTA"라 함)들은 DLS(Direct Link Setup)를 사용하여 데이터 전송을 세팅함으로써 다른 QSTA들에게 직접 프레임들을 전송할 수 있다.

여기서, QoS 능력(QoS facility)이란 무선 네트워크 시스템, 예를 들어 IEEE 802.11e에 정의된 parameterized and prioritized QoS를 제공하기 위해 사용되는 향상된 기능들과, 채널 액세스 규칙들, 프레임 포맷들, 프레임 교환 시퀀스, 관리 객체의 세트이다(quality of service (QoS) facility: The set of enhanced functions, channel access rules, frame formats, frame exchange sequences and managed objects used to provide parameterized and priorized QoS as defined in IEEE 802.11e).

QSTA(STA with QoS facility 또는 non-access point (non-AP) quality of service(QoS) station (QSTA))는 QoS를 지원하나 액세스 포인트가 아닌 스테이션이다(non-access point (non-AP) quality of service (QoS) station (QSTA): A station (STA) that supports the QoS facility, but is not an access point(AP)). 이 QSTA는 하이브리드 코디네이터를 갖지 않고 분배시스템 서비스(DSSs)를 위해 QAP를 사용한다(A non-AP QSTA does not have an hybird coordinator (HC) and uses the QoS AP (QAP) for the distribution system services (DSSs)). QSTA는 a non-QoS basic service set(nQBSS)에 연결된 경우 non-QSTA (nQSTA)로 기능한다(QSTA acts as an non-QSTA (nQSTA) when associated in a non-QoS basic service set (nQBSS)).

다이렉트 링크(Direct Link)란, QAP(QoS access point (QAP)를 통하지 않고 동일한 인프라스트럭쳐 QoS 기초 서비스 세트(QBSS)에서 작동하는 하나의 QSTA과 다른 QSTA 사이의 양방향 링크이다. 일단 다이렉트 링크가 셋업되면, 두 QSTA들 사이의 모든 프레임들은 직접 교환된다(direct link: A bidirectional link from one non-access point (non-AP) quality of service (QoS) station(QSTA) to another non-AP QSTA operating in the same infrastructure QoS basic service set (QBSS) that does not pass through a QoS access point (QAP). Once a direct link has been set up, all frames between the two non-AP QSTAs are exchanged directly).

QAP(quality of service (QoS) access point, 이하 "QAP"라 함)는 QoS를 지원하는 액세스 포인트이다. QAP의 기능들은, nQAP의 기능의 상위 세트이고, 따라서 nQSTA로 기능할 수 있다. (quality of service (QoS) access point (QAP): An access point (AP) that supports the QoS facility specified in this amendment. The functions of a QAP are a superset of the functions of a non-QAP (nQAP), and thus a QAP is able to function as an nQAP to non-QoS functions (nQSTAs))

한편, DLS(Direct Link Setup)는, 도 1a에 도시된 무선 네트워크의 인프라스트럭쳐 모드(infrastructure mode)에서 동작하는 QSTA 들 간에 다이렉트 링크(direct link) 설정을 정의하고 있다. DLS는 프레임들이 항상 하나의 스테이션에 서 다른 스테이션으로 직접 보내지는 QIBSS에는 적용되지 않는다(DLS does not apply in a QIBSS, where frames are always sent directly from one STA to another).

도 3a 및 도 3b는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, a1 단계에서, 다른 비액세스 포인트 스테이션(QSTA-2)과 직접 프레임들을 교환하고자 하는 하나의 스테이션(QSTA-1)은 DLS를 시작하고 QAP에 DLS 요청 프레임(DLS Request frame 또는 DLS.request message )을 보낸다((A STA, QSTA-1, that intends to exchange frames directly with another non-AP STA, QSTA-2, invokes DLS and sends a DLS Request frame to the QAP). 이 요청(DLS Request)은 QSTA-1의 레이트 세트, 케이퍼빌리티, QSTA-1과 QSTA-2의 MAC 주소들을 포함한다(This request contains the rate set, capabilities of QSTA-1, and the MAC addresses of QSTA-1 and QSTA-2).

도 3a의 1b 단계에서, QSTA-2가 BSS에 연결되어 있으면, 다이렉트 스트림들은 BSS의 정책 내에서 허용되며, QSTA-2는 진정한 QSTA이며, QAP는 수령자 QSTA-2에 DLS 요청 프레임을 포워딩한다(If QSTA-2 is associated in the BSS, direct streams are allowed in the policy of the BSS, and QSTA-2 is indeed a QSTA, then the QAP forwards the DLS Request frame to the recipient, QSTA-2).

도 3a의 2a 단계에서, QSTA-2는 다이렉트 스트림을 수락하면, QSTA-2는 QAP에 DLS 응답 프레임(DLS Response frame 또는 DLS.response message )을 보내고, 이 응답 프레임은 레이트 세트, QSTA-2의 (확장된) 케이퍼빌리티, QSTA-1과 QSTA-2의 MAC 주소들을 포함한다(If QSTA-2 accepts the direct stream, it sends a DLS Response frame to the QAP contains the rate set, (extended) capabilities of QSTA-2, and the MAC addresses of QSTA-1 and QSTA-2).

도 3a의 2b 단계에서, QAP는 이 DLS 요청 프레임을 QSTA-1에 포워딩하고, 이후 다이렉트 링크가 활성화되며 프레임들이 QSTA-1로부터 QSTA-2으로, QSTA-2로부터 QSTA-1으로 보내질 수 있다(The QAP forwards the DLS Response frame to QSTA-1, after which the direct link becomes active and frames can be sent from QSTA-1 to QSTA-2 and from QSTA-2 to QSTA-1).

도 3a의 3단계에서, QSTA1(Initiating QSTA)이 DLS 응답(DLS response)을 통해, 성공적으로 다이렉트 링크(direct link)가 설정되게 되면, 데이터 프레임(data frame)은 QSTA-1과 QSTA-2 사이의 다이렉트 링크(direct link)를 사용해서 전달 되게 된다.

도3a 및 도3b에 도시한 무선네트워크 시스템(10)은 QSTA 간에 다이렉트 링크(Direct link)를 사용하게 되면, QSTA 간 통신이 효율적으로 이루어진다. 다만, 액세스 포인트가 QAP가 아닌 경우 QSTA 일지라도 DLS 설정이 불가능하다.

위에서 설명한 무선네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜(IEEE 802.11e) DLS 프로토콜에서 DLS 관련 관리 프레임들이, QSTA 과 QAP 사이에 주고 받도록 되어 있다. 따라서, QAP에서 관리 프레임(management frame)을 릴레이(relay)하는 기능이 필요하다.

무선랜 시스템에서 TCP 의 성능 분석

레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 무선랜 시스템에서, TCP(Transmission Control Protocol)의 성능 분석 결과는 다음과 같다.

도 4는 도 1의 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP 커넥션들의 개수를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프이다. 공정성 지수(fairness index)는 TCP 커넥션들간에 전송율의 공정성을 나타내며, 1에 근접할수록 플로우(flow)들 간에 전송율(Throughput)이 동일하다는 것을 의미한다.

공정성 지수에 대한 수학식 1과 같다.

여기서,

는 플로우(flow)들 각각의 전송율(Throughput)을 나타낸다. 그리고,

는 플로우(flow)들 각각의 가중치를 의미한다. 여기서,

는 전송율 공정성(throughput fairness)을 알아보기 위한 목적으로 1로 설정한다.

TCP 커넥션들은 업로딩 TCP 커넥션, 다운로딩 TCP 커넥션, 로컬 TCP 커넥션들로 이루어진다. 업로딩 TCP 커넥션은 스테이션으로 외부 네트워크로 연결된 경우를 나타내며, 다운로딩 TCP 커넥션은 외부 네트워크에서 스테이션으로 연결된 경우 를 나타낸다. 로컬 TCP 커넥션은 로컬 영역에서의 연결을 나타낸다.

도 4에서 x축은 TCP 커넥션들의 개수(Number of TCP connections)를 의미한다. 만약 x축 값이 10이라면, 업로딩 TCP 커넥션, 다운로딩 TCP 커넥션, 로컬 TCP 커넥션들이 각각 10개가 사용되었음을 의미한다. 즉, 총 30개의 TCP 커넥션이 사용됨을 의미한다.

도 4의 (a)의 y축은 업로딩, 다운로딩, 로컬 커넥션들 각각의 총 전송율(aggregate throughput)을 보여주고 있다. 도 4에서, 레거시 IEEE 802.11의 MAC 프로토콜은 TCP 커넥션에 대해 커넥션의 개수와 상관없이 동일한 성능을 보장할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 이는 TCP 혼잡 제어 메커니즘(TCP congestion contol mechanism)에 의해 발생하는 현상이다. 또한, 외부 커넥션(external connection)의 전송율이 로컬 커넥션의 전송율보다 2배 정도 높다는 사실을 확인할 수 있다. 이는 로컬 커넥션이 외부 커넥션보다 무선 자원을 2배 정도 더 사용해야 하기 때문이다.

도 5는 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP의 성능을 확인할 수 있는 마코프 체인 모델이다.

도 5에서, TCP 커넥션의 윈도우 사이즈가 W이고, N개의 업로딩 TCP 커넥션이 존재하며, 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)의 큐 사이즈가 무한하다는 가정을 한 상태에서, 마코프 체인이 설계되었다.

마코프 체인의 각 상태는 N개의 스테이션(12)에 버퍼링되어 있는 패킷의 수, 액세스 포인트(14)에 버퍼링되어 있는 패킷의 수를 나타낸다. 각 상태 간에 상태 전이 확률은, 각 스테이션(12)이 동일한 채널 접속 확률(channel access probability)을 가진다는 조건과, 액세스 포인트(14)는 각 스테이션(12)에게 순차적으로 패킷을 전송한다는 조건을 갖는다.

도 6은 도 5의 마코프 체인을 사용하여 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 경쟁 스테이션의 개수에 대한 확률 분포를 나타낸 그래프이다.

도 6의 (a)와 (b)는 각각 마코프 체인의 분석 결과와 네트워크 시뮬레이터 NS-2 모의 실험을 통해 얻어진 결과를 제시하고 있다. 레거시 IEEE 802.11 MAC 프로토콜을 사용할 경우, 업로딩 TCP 커넥션의 개수가 늘어나도 서로 경쟁하는 스테이션(12)('경쟁 스테이션'라 함)의 개수는 5개 이하인 경우가 많고, 경쟁 스테이션(12)의 개수가 2개일 때가 가장 많은 비율을 차지함을 확인할 수 있다.

IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 경우, 각 스테이션(12)들에게 동일한 채널 접속 확률(channel access probability)을 제공한다. 따라서, N개의 스테이션(12)들이 항상 전송할 패킷을 가지고 있는 경우, 액세스 포인트(14)의 채널 접속 확률은 1/(N+1)에 해당된다. 그러나, 스테이션(12)들의 전체 채널 접속 확률은 N/(N+1)에 해당된다.

만약, 도 6에서 스테이션(12)이 UDP(User Data Protocol)를 사용했을 경우, 경쟁 스테이션(12)의 수는 UDP 커넥션의 개수에 비례하는 결과가 나오게 된다. 그러나, TCP에서는 윈도우 사이즈 만큼의 패킷을 전송하게 되면, TCP ack 패킷을 받아야 단말이 새로운 TCP 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 결과적으로 액세스 포인 트(14)가 경쟁 스테이션(12)의 개수를 제어하게 된다.

그러나, 상술한 DLS를 사용하여 두 스테이션(12)이 직접 통신을 하게 되면, 다이렉트 링크를 사용하는 UDP 기반의 로컬 커넥션 개수의 증가로 인해 무선랜 시스템(10)에서 경쟁 스테이션(12)의 개수가 증가된다. 결과적으로, 다이렉트 링크를 사용하는 UDP 커넥션이 무선 자원을 지속적으로 선점하게 된다. 외부 TCP 커넥션들의 전송율은 액세스 포인트(14)의 채널 접속 확률에 의존하는데, 경쟁 스테이션(14)의 수가 증가되면 액세스 포인트(12)의 채널 접속 확률은 크게 감소된다.

본 발명은 IEEE 802.11e 기반의 무선랜 시스템에서 다이렉트 링크를 사용하는 UDP 커넥션이 증가해도 외부 TCP 커넥션의 전송율이 떨어지지 않게 한다.

블럭 ACK( Block Acknowldgement )

블럭 ACK 메커니즘은 여러 개의 ACK를 하나의 프레임으로 전송함으로써 채널 효율을 향상시킨다(The Block Ack mechanism improves channel effiency by aggregating several acknowledgements into one frame). 블럭 ACK 메커니즘에는 두 개의 타입 즉, 즉각적인 블럭 ACK(Immediate Block ACK)와, 지연된 블럭 ACK(Delayed Block ACK) 방식이 있다(There are two types of Block Ack mechanism: immediate and delayed).

즉각적인 블럭 ACK(Immediate Block ACK)는 높은 대역과, 낮은 응답속도를 갖는 트래픽에 적합하며, 지연된 블럭 ACK(Delayed Block ACK)는 중간 정도의 응답 속도를 허용하는 애플리케이션에 적합하다(Immediate Block Ack is suitable for high-bandwidth, low-latency traffic while the delayed Block Ack is suitabl for applications that tolerate moderate latency).

블럭 ACK 메커니즘은 ADDBA 요청/응답 프레임들을 교환함으로써 초기화된다(The Block Ack mechanism is initialized by an exhange of ADDBA Request/Response frames). 초기화 후에, QoS 데이터 프레임 블럭들은 발신자에서 수신자로 전송될 수 있다(after initialization, blocks of QoS data frames can be transmitted from the originator to recipient).

하나의 블럭은 TXOP(Transmission opportunity) 내에서 또는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 경쟁에서 이김으로써 시작될 수 있다(A block may be started within a polled TXOP or by winning EDCA contention). 블럭에서 프레임들의 개수는 제한되고, 수신자들에 의해 보유되는 상태의 양은 한정되어 있다(The number of frames in the block is limited, and the amount of state that is to be kept by the recipient is bounded). 프레임 블럭 내의 MPDUs는 BAR(Block Ack Request) 제어 프레임에 의해 요청되는 블럭 ACK 프레임에 의해 확인된다(The MPDUs within the block of frames are acknowledged by a BlockAck control frame, which is requested by a BlockAckReq control frame).

다른 QSTA로 QoS 데이터 프레임들을 전송하기 위해 블럭 ACK 메커니즘을 이용하려고 하는 QSTA은 지연된 블럭 ACK(Delayed Block Ack) 및 즉각적인 블럭 ACK(Immediate Block Ack) 케이퍼빌러티 비트를 확인하여, 다른 QSTA이 블럭 ACK 메커니즘에 참여할 수 있는지 여부를 체크한다(A QSTA that intends to use the Block Ack mechanism for the transmission of QoS data frames to a peer should first check whether the intended peer QSTA is capable of participating in Block Ack mechanism by discovering and examining is Delayed Block Ack and Immediate Block Ack capability bits).

다른 QSTA가 블럭 ACK 메커니즘에 참여할 수 있으면, 발신자는 블럭 ACK를 설정하기 위해 TID가 표시된 ADDBA 요청 프레임을 전송한다(If the intended peer QSTA is capable of participating, the originator sends an ADDBA request frame indicating the TID for which the Block Ack is being set up). 블럭 ACK 정책 및 ADDBA 요청 프레임에 포함된 버퍼 사이즈 필드들은 권고적인 것이며, 수신자에 의해 변경될 수 있다(The Block Ack Policy and Buffer Size fields in the ADDBA Request frame are advisory and may be changed by the recipient). 수신측 QSTA는 ADDBA 응답 프레임으로 응답할 것이다(The receiving QSTA shall respond by an ADDBA Response frame). 수신측 QSTA는 요청을 받아들이거나 거절한다(The receiving QSTA, which is the intended peer, has the option of accepting or rejecting the request). 수신측 QSTA가 요청을 받아들일 때, 발신자와 수신자 사이에 블럭 ACK 합의가 존재한다(When the QSTA accepts, then a Block Ack agreement exists between the originator and recipient). 수신측 QSTA가 요청을 받아들일 때, 수신측 QSTA는 블럭 ACK의 타입과 이 블럭을 지원하기 위해 할당되는 버퍼의 개수를 표시한다(When the QSTA accepts, it indicates the type of Block Ack and number of buffers that it shall allocate for the support of this block). 수신측 QSTA가 이 요청을 거절하면, 발신자는 블럭 ACK 메커니즘을 이용하지 않을 것이다(If the receiving QSTA rejects the requests, then the originator shall not use the Block Ack mechanism).

블럭 ACK 교환이 설정되면, 데이터 및 ACK 프레임들이 전송된다(Once the Block Ack exchange has been set up, data and ACK frames are transffered). 발신자는 프레임들의 총 개수가 ADDBA 요청 프레임 내의 버퍼 사이즈 서브필드 값을 초과하지 않는 한도에서, SIFS(Short Interframe Space) 간격으로 구분된 QoS 데이터 프레임들의 블럭을 전송할 것이다(The originator may transmit a block of QoS data frmaes separated by SIFS period, with the total number of frames not exceeding the Buffer Size subfield value in the associated ADDBA Response frame). 각각의 프레임들은 블럭 ACK를 설정하기 위한 QoS 컨트롤 필드 내에 ACK 정책 서브필드(Ack Policy subfield)를 가질 것이다(Each of the frames shall have the Ack Policy subfield value in the QoS Control field set to Block Ack). 프레임들의 RA(Receiver Address) 필드는 수신자의 유니캐스트 어드레스가 설정될 것이다(The RA field of the frames shall be the recipient's unicast address). 발신자는 BAR 프레임을 전송함으로써 QoS 데이터 프레임들의 확인을 요청할 것이다(The originator requests acknowledgement of outstanding QoS data frmaes by sending a BlockAckReq frame). 수신자는 블럭을 위해 블럭 ACK 기록을 유지할 것이다(The recipient shall maintain a Block Ack record for the block).

즉각적인 블럭 ACK 정책(Immediate Block Ack Policy)이 사용되면, 수신자는 BAR 프레임에 대해 블럭 ACK 프레임으로 응답할 것이다(If the immediate Block Ack policy is used, the recipient shall respond to a BlockAckReq frmae with a BlockAck frame). 수신자가 블럭 ACK 프레임을 전송하면, 발신자는 자신의 기록을 업데이트하고, 블럭 ACK 프레임에서 확인되지 않은 프레임을 다른 블럭 또는 개별적으로 재전송을 시도한다(If the recipient sends the BlockAck frame, the originator updates its own record and retries any frames that are not acknowledged in the BlockAck frame, either in another block or individually).

도 7은 지연된 블럭 ACK(delayed Block Ack) 메커니즘을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하여, 지연된 블럭 ACK 메커니즘에 대해 설명한다.

지연된 블럭 ACK 정책이 사용되면, 수신자는 BAR 프레임에 대해 ACK 프레임으로 응답할 것이다(If the delayed Block Ack policy is used, the recipient shall respond to a BlockAckReq frame with an ACK frame). 이어서, 수신자는 다음 순서에 획득한 TXOP(Transmission Opportunity) 내에 블럭 ACK 응답을 전송할 것이다(The recipient shall then send its Block Ack response in a subsequently obtained TXOP). 블럭 ACK 프레임을 수신하면, 발신자는 ACK 프레임으로 응답할 것이다(The originator shall respond with an ACK frame upon receipt of the BlockAck frame).

본 발명의 실시예에서는 다이렉트 링크가 설정된 두 개의 스테이션(12)이 데 이터를 교환할 때, 블럭 ACK 요청을 수신한 스테이션(12)이 다이렉트 링크를 사용하지 않고 액세스 포인트(14)를 경유하여 블럭 ACK를 전송한다. 이 때, 상술한 지연된 블럭 ACK 정책이 사용된다.

QSTA-1(initiating QSTA)과 QSTA-2(recipient QSTA) 간에 다이렉트 링크가 설정된 상태에서, QSTA-1이 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 QSTA-2(recipient QSTA)로 전송하게 되면, QSTA-2(recipient QSTA) 지연된 블럭 ACK를 선택한다.

즉, QSTA-2는 일정 시간 후에 블럭 ACK가 준비되면, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 기법을 통해 채널에 접속한 후, 블럭 ACK를 액세스 포인트(14)로 전송한다.

인캡슐레이티드 블럭 ACK ( encapsulated block ACK )

본 발명에서는 블럭 ACK를 액세스 포인트(14)를 통해 전송하기 위한 하나의 실시예로서, 블럭 ACK 프레임을 데이터 프레임의 MSDU(MAC Service Data Unit)의 형태로 인캡슐레이션하여 전송한다. 이와 같이 블럭 ACK 프레임을 데이터 프레임의 MSDU 형태로 인캡슐레이션하여 전송함으로써, 액세스 포인트(14)가 IEEE 802.11e에 정의된 QAP가 아닌 경우, 즉 액세스 포인트가 QoS를 지원하지 않는 경우에도, 액세스 포인트(14)는 데이터 프레임 형태로 수신한 인캡슐레이션된 블럭 ACK를 QSTA-1(initiating QSTA)로 전송할 수 있게 된다.

도 8은 블럭 ACK가 인캡슐레이션된 데이터 프레임을 도시한다.

도 8을 참조하면, 블럭 ACK가 인캡슐레이션된 데이터 프레임은 MAC 헤더와 프레임 바디, 및 FCS를 포함한다.

MAC 헤더는 프레임 컨트롤, 듀레이션, 데스티네이션 어드레스, 소스 어드레스, BSSID, 시퀀스 컨트롤을 포함한다. 프레임 컨트롤의 타입 필드에는 데이터 프레임을 나타내는 '10'이 설정되며, 서브타입 필드에는 데이터를 나타내는 '0000'이 설정된다.

프레임 바디는 2비트의 리저브드(reserved) 필드(미도시)와, 2비트의 타입 필드, 2비트의 서브 타입 필드, 및 MSDU(MAC Service Data Unit)를 포함한다. 프레임 바디의 타입 필드는 제어 프레임을 나타내는 '01'로 설정되며, 프레임 바디의 서브 타입 필드는 블럭 ACK를 나타내는 '1001'로 설정된다.

또한, 프레임 바디의 MSDU는 BA 컨트롤(Block Ack Control), 블럭 ACK 스타팅 시퀀스 컨트롤(Block Ack Starting Sequence Control), 블럭 ACK 비트맵(Block Ack Bitmap)을 포함한다.

상술한 실시예에서와 같이, 블럭 ACK를 데이터 프레임의 프레임 바디 내에 인캡슐레이션하여 전송하게 되면, 액세스 포인트(14)가 QoS를 지원하지 않는 경우에도 적용할 수 있다.

액세스 포인트(14)가 IEEE 802.11e의 QoS를 지원하는 경우에, QSTA-2(recipient QSTA)는 IEEE 802.11e의 QoS 데이터 프레임에 블럭 ACK를 인캡슐레이션하여 전송할 수 있다. 이 때, QSTA-2(recipient)는 IEEE 802.11e QoS 데이터 프레임의 QoS 컨트롤 필드 내의 리저브드 비트(reserved bit)를 인캡슐레이션 통지 비트(encapsulation notification bit)로 사용할 수 있다.

표 1은 QoS 컨트롤 필드를 나타낸다.

표 1에서, 블럭 ACK가 IEEE 802.11e의 QoS 데이터 프레임에 인캡슐레이션된 경우, QSTA-2(recipient QSTA)는 리저브드 비트(reserved bit)인 비트 7을 '1'로 세팅한 후, QoS 데이터 프레임을 액세스 포인트(14)로 전송한다.

상술한 실시예에서는, QSTA-1(initiating QSTA)과 QSTA-2(recipient QSTA) 사이에 다이렉트 링크가 설정된 상태에서 QSTA-2가 블럭 ACK를 액세스 포인트(14)로 전송하기 위해 데이터 프레임에 블럭 ACK를 인캡슐레이션하여 전송하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 이에 한정되지 않는다. 즉, 새로운 포맷의 블럭 ACK 프레임을 새롭게 정의하여 사용함으로써, QSTA-2(recipient QSTA)가 블럭 ACK 프레임을 액세스 포인트를 경유하여 QSTA-1(initiating QSTA)로 전송할 수 있다. 또한, 블럭 ACK를 IEEE 802.11e의 관리 프레임 포맷(management frame format)으로 액세스 포인트(14)를 통해 스테이션들(12) 사이에 전송될 수 있다. 다만, 이 때 액세스 포인트는 802.11e가 지원되는 QAP이어야 한다.

위 실시예들에서, IEEE 801.11 및 IEEE 801.11e 등에 대하여 언급하였으나, 본 발명은 이 표준들에 제한되지 않는다.

위 실시예들에서, 무선랜용 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 장착하여 IEEE 802.11 표준에 기반한 물리계층 및 MAC계층의 동작을 수행하는 스테이션과, 하나의 스테이션으로부터 전달된 프레임을 다른 스테이션에게 중계하는 유무선 연동 브리지 기능을 수행하는 액세스 포인트를 예시적으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

또한, 액세스 포인트는 위에서 설명한 스테이션과 기본적으로 동일한 물리계층 및 MAC계층을 포함하고 있기 때문에, 기본적으로 스테이션과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 액세스 포인트는 필요에 따라서 스테이션과 동일한 것으로 간주할 수도 있다.

위 실시예에서, 블럭 ACK는 지연된 블럭 ACK(Delayed Block Ack)인 것으로 설명하였으나, 즉각적인 블럭 ACK(Immediate Block Ack)일 수도 있다. 즉각적인 블럭 ACK 방식을 사용하여, 블럭 ACK를 액세스 포인트(14)를 경유하여 전송할 경우 지연되지 않도록 전송 속도를 최대한 빠르게 하여야 한다.

위 실시예들에서, 무선랜 시스템을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 무선랜 시스템을 포함하는 무선네트워크 시스템을 포함하며, 이들의 조합 또는 전혀 다른 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 무선네트워크 시스템이 단독으로 존재할 수도 있지만, 다른 무선네트워크 시스템이나 이동통신망, 유무선 인터넷망과 인터워킹(interworking)할 수 있다.

예를 들어, 무선랜 시스템은 이동통신망, 예를 들어 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)와 인터워킹하여 로밍서비스를 제공할 수도 있다. 구체적으로 무선랜 시스템이 음성 서비스를 제공하는 경우 무선랜과 WCDMA를 모두 지원하는 듀얼밴드듀얼모드(DBDM, Dual Band Dual Mode) 단말은 이동통신망을 이용하여 음성통화를 하다가 무선랜 시스템이 지원되는 지역에서는 무선랜 시스템을 이용하여 끊김없이 자동로밍할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하고 있으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 무선 네트워크에서 전송율이 높은 효과가 있다.

Claims (20)

1. 하나의 스테이션과 다른 하나의 스테이션 간에 다이렉트 링크가 설정되는 단계;

   상기 하나의 스테이션이 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하는 단계;

   상기 다른 하나의 스테이션이 상기 블럭 ACK 요청을 수신하고, 블럭 ACK를 액세스 포인트를 경유하여 상기 하나의 스테이션에 전송하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 블럭 ACK는, 지연된 블럭 ACK인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 블럭 ACK는 데이터 프레임의 프레임 바디 내에 포함되어 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 데이터 프레임이 QoS(Quality of Service) 데이터 프레임인 경우, 상기 QoS 데이터 프레임의 MAC 헤더 내의 시퀀스 컨트롤 필드의 예약된 비트를 사용하여 상기 블럭 ACK가 인캡슐레이션되었음을 알리는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
5. 하나의 스테이션과 다른 하나의 스테이션 간에 다이렉트 링크가 설정되는 단계;

   상기 하나의 스테이션이 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하는 단계; 및

   상기 하나의 스테이션이, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 액세스 포인트를 경유하여 전송된 블럭 ACK를 수신하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 블럭 ACK는, 지연된 블럭 ACK인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 블럭 ACK는 데이터 프레임의 바디 내에 포함되어 전송되는 것을 특징으 로 하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 데이터 프레임이 QoS(Quality of Service) 데이터 프레임인 경우, 상기 QoS 데이터 프레임의 MAC 헤더 내의 시퀀스 컨트롤 필드의 예약된 비트를 사용하여 상기 블럭 ACK가 인캡슐레이션되었음을 알리는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
9. 하나의 스테이션과 다른 하나의 스테이션 간에 다이렉트 링크가 설정되는 단계;

   상기 하나의 스테이션이, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 상기 다이렉트 링크를 통해 하나 이상의 데이터를 수신한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 수신하는 단계; 및

   상기 하나의 스테이션이, 블럭 ACK를 액세스 포인트를 경유하여 상기 다른 하나의 스테이션으로 전송하는 단계;를 포함하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는, 지연된 블럭 ACK인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는 데이터 프레임의 바디 내에 포함되어 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서 스테이션의 통신방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 데이터 프레임이 QoS(Quality of Service) 데이터 프레임인 경우,

    상기 QoS 데이터 프레임의 MAC 헤더 내의 시퀀스 컨트롤 필드의 예약된 비트를 사용하여 상기 블럭 ACK가 인캡슐레이션되었음을 알리는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
13. 다른 하나의 스테이션과 다이렉트 링크를 설정하고, 상기 다이렉트 링크를 통해 상기 다른 하나의 스테이션으로 하나 이상의 데이터를 전송한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 전송하고, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 액세스 포인트를 경유하여 블럭 ACK를 수신하는 스테이션.
14. 제13항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는, 지연된 블럭 ACK인 것을 특징으로 하는 스테이션.
15. 제13항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는 데이터 프레임의 바디 내에 포함되어 전송되는 것을 특징으로 하는 스테이션.
16. 제15항에 있어서,

    상기 데이터 프레임이 QoS(Quality of Service) 데이터 프레임인 경우, 상기 QoS 데이터 프레임의 MAC 헤더 내의 시퀀스 컨트롤 필드의 예약된 비트를 사용하여 상기 블럭 ACK가 인캡슐레이션되었음을 알리는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 통신방법.
17. 다른 하나의 스테이션과 다이렉트 링크를 설정하고, 상기 다른 하나의 스테이션으로부터 상기 다이렉트 링크를 통해 하나 이상의 데이터를 수신한 후, 블럭 ACK 요청(Block ACK Request)을 수신하고, 블럭 ACK를 액세스 포인트를 경유하여 상기 하나의 스테이션에 전송하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
18. 제17항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는, 지연된 블럭 ACK인 것을 특징으로 하는 스테이션.
19. 제17항에 있어서,

    상기 블럭 ACK는 데이터 프레임의 프레임 바디 내에 포함되어 전송되는 것을 특징으로 하는 스테이션.
20. 제19항에 있어서,

    상기 데이터 프레임이 QoS(Quality of Service) 데이터 프레임인 경우, 상기 QoS 데이터 프레임의 MAC 헤더 내의 시퀀스 컨트롤 필드의 예약된 비트를 사용하여 상기 블럭 ACK가 인캡슐레이션되었음을 알리는 것을 특징으로 하는 스테이션.

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