KR20090035663A

KR20090035663A - 무선 네트워크의 노드 사이에서 이동 ａｄ-ｈｏｃ 네트워크(ｍａｎｅｔ)와 포인트 투 멀티포인트(ｐｍｐ) 통신의 지원

Info

Publication number: KR20090035663A
Application number: KR1020087031016A
Authority: KR
Inventors: 매튜 제이. 쉐만; 케이쓰 콘너; 케빈 맥네일; 티모씨 맥네빈
Original assignee: 배 시스템즈 인포메이션 앤드 일렉트로닉 시스템즈 인티크레이션, 인크.
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-04-10
Also published as: AU2007265602A1; WO2008002436A3; WO2008002436A2; AU2007265602B2; US7821994B2; US8155045B2; JP2009542099A; US20090201860A1; US20110002243A1; EP2033385A4; CN101485138A; EP2033385A2

Abstract

무선 포인트 투 멀티포인트(PMP) 네트워크의 멤버 노드는 PMP 통신용 네트워크에 의해 사용된 동일 채널에 관한 다른 노드와의 이동 ad hoc (MANET) 또는 메쉬 통신에 참가하게 한다. PMP 네트워크 기지국 노드는 제 1 시간 주기를 스케쥴링하여 메시지를 가입국 노드로 전송하기 위한 다운링크 맵, 및 제 2 시간 주기를 스케쥴링하여 가입국 노드가 메시지를 스케쥴링된 제 2 시간 주기에서 기지국 노드로 전송하기 위한 업링크 맵을 규정하는 다운링크 신호를 전송한다. MANET/메쉬 존은 다운링크 및 업링크 맵 중 하나 또는 쌍방에 할당된다. 각 존은 MANET/메쉬 프로토콜을 사용하여 기지국 및 다른 노드가 통신할 수 있는 하나 이상의 타임 슬롯 및 채널을 예약하도록 오퍼레이팅되어 PMP 프로토콜 하에 기지국 노드와 가입국 노드 사이의 네트워크 통신과의 간섭을 회피한다.

멀티 프로토콜 무선 통신 노드, 인터페이스 컴포넌트, 네트워킹 컴포넌트, 매체 액세스 컨트롤러 컴포넌트

Description

무선 네트워크의 노드 사이에서 이동 ＡＤ-ＨＯＣ 네트워크(ＭＡＮＥＴ)와 포인트 투 멀티포인트(ＰＭＰ) 통신의 지원{SUPPORTING MOBILE ＡＤ-ＨＯＣ NETWORK (MANET) AND POINT TO MULTI-POINT (PMP) COMMUNICATIONS AMONG NODES IN A WIRELESS NETWORK}

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 2006년 6월 23일자로 출원되며 발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Implementing Mobile Ad-Hoc Networking (MANET) Protocols In Conjunction With Point To Multi-Point(PMP) Protocols"인 동시에 진행중인 미국 가특허 출원의 제 60/816,038 호의 35 U.S.C. 119(e) 하의 우선권을 주장한다.

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 포인트 투 멀티포인트(PMP) 및 메쉬 또는 이동 Ad-Hoc(MANET) 네트워크에 관한 것이다.

포인트 투 멀티포인트 또는 PMP 프로토콜 통신 설비는 각종 브로드밴드 무선 시스템에 사용된다. 상기 시스템은 전형적으로 표준 베이스이거나, 또는 산업 통상 그룹, 예를 들면 IEEE 802.16-2004, IEEE 802.16d, IEEE 802.16e-2005, IEEE 802.16e, 및 HIPERMAN을 인증한 WiMAX 포럼에 의해 인증되었다,

메쉬 또는 이동 ad hoc 네트워크(MANET) 프로토콜 하에 동작되는 통신 설비 는 종종 군사 용도에 이용된다. 메쉬 네트워크의 예는 메쉬 모드에 더하여 PMP 모드도 규정하는 IEEE 802.16d에 존재한다. 그러나, 상기 표준은 사용자가 네트워크에 대한 동작의 PMP 모드 또는 메쉬 모드 중 하나만을 선택하게 한다.

무선 통신 네트워크의 동작을 위한 새로운 무선 주파수(RF) 밴드의 할당은 종종 얻기 어렵다. 이 때문에 그리고 다른 이유로, 각종 통신 사이의 간섭이 각 프로토콜 하에 발생하지 않고 멀티플 네트워크 토폴로지 또는 프로토콜(예를 들면, PMP, 및 메쉬 또는 MANET)이 무선 네트워크의 어느 하나의 채널 또는 채널들에 공존하게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 중계국(RS)은 현존 커버리지 외측의 소정 노드가 네트워크를 새로운 가입국으로서 조인시키기 위해 현존하는 무선 PMP 기지국(BS)의 커버리지를 확장할 필요가 있다. 이러한 경우에, BS 및 RS는 메쉬 프로토콜을 사용함으로써 서로 링킹되어 네트워크 채널의 사용을 코디네이팅할 수 있으므로 RS가 새로운 가입국에 대하여 PMP 기지국으로서 동작되게 한다.

다른 예에서, PMP 시스템을 각각 사용하는 2개의 군용 콘보이(convoy)는 이동 동안 각 컨보이의 차량 사이에서 무선 접속을 유지할 필요가 있다. 2개의 콘보이의 기지국이 서로의 근방을 통과하므로, 개별적인 PMP 네트워크를 유지하면서 이동을 서로 코디네이팅하기 위해 2개의 기지국이 MANET을 실행하는 것이 바람직하다.

또 다른 예는 필드에서 수 천의 RF 수집 장치로부터 수행 데이터를 수집하기 위해 필요한 군사 연습이다. 각 군인에게는 상기 연습 동안 수집된 데이터를 중계하는 무선 장치가 제공될 수 있다. 이러한 장치는 PMP 네트워크에서 대부분 효율적 으로 동작되지만, 상기 장치 중 일부는 PMP 커버리지 외에 있을 수 있고 접속을 유지하기 위해 다른 무선 장치(BS 이외)를 통하여 데이터를 전송할 필요가 있다. 한편, PMP 네트워크와 동일한 채널로 동시에 동작하는 MANET 또는 메쉬 네트워크는 그러한 요구를 만족시킨다. 이전 예는 단지 예시적이고 본 발명이 유리하게 사용될 수 있는 각종 상황을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

미국 특허 7,031,274(2006년 4월 18일)호는 IEEE 802.11 프로토콜을 따르는 시스템이 공통 전송 채널에 대해 다른 비환성 HIPERLAN/2 표준을 사용하는 무선 로컬 에리어 네트워크(WLAN)와 통합되게 할 수 있는 방법을 개시한다. 또한, 미국 특허 7,133,381(2006년 11월 7일)호는 개선된 IEEE 802.11e 표준 하에 동작하는 스테이션이 802.11e 표준을 실행하지 못하는 스테이션으로부터의 전송 간섭을 회피할 수 있는 방법을 기재한다.

공지되어 있는 바와 같이, 어떠한 솔루션도 양 프로토콜을 사용하는 네트워크의 노드 사이에서 행해진 통신의 간섭을 회피하면서 무선 네트워크(802.16을 따르거나 또는 WiMAX 기반인 네트워크를 포함함)에 PMP 및 메쉬/MANET 프로토콜이 공존하게 할 수 있는 것으로 제안되어 있지 않다. 802.11은 실행 또는 사용되지 않을 지라도 PMP 프로토콜의 종류를 갖는다. 그것은 다른 PMP 네트워크(WiMAX 등)와 다르지만, 802.11 PMP 프로토콜(PCF라 함)을 허용하기 위해 사용되는 기술은 다른 PMP 네트워크에 적용되지 못한다.

본 발명의 일실시형태에 의하면, 무선 포인트 투 멀티포인트(PMP) 네트워크의 멤버 노드가 PMP 프로토콜을 사용하여 교환된 네트워크 통신과 간섭되지 않고 공유된 세트의 채널에 관한 다른 노드와의 이동 ad hoc (MANET) 또는 메쉬 통신에 참가하게 하는 방법은 무선 PMP 네트워크에서 다운링크 신호를 기지국 노드로부터 다수의 가입국 노드로 전송하는 스텝; 제 1 시간 주기를 스케쥴링하여 메시지를 상기 기지국 노드로부터 상기 가입국 노드 중 대응하는 노드로 전송하기 위한 다운링크 신호에 다운링크 맵을 규정하는 스텝; 및 제 2 시간 주기를 스케쥴링하여 가입국 노드가 메시지를 스케쥴링된 제 2 시간 주기에서 기지국 노드로 전송하기 위한 다운링크 신호에 업링크 맵을 규정하는 스텝을 포함한다. 또한, 상기 방법은 MANET/메쉬 존을 다운링크 및 업링크 맵 중 하나 또는 쌍방에 할당하는 스텝으로서, 각 존은 상기 기지국 노드 및 가입국 노드 중 어느 하나를 포함하는 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 사용하는 노드가 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 사용하는 다른 노드와 통신할 수 있고 PMP 프로토콜 하에 기지국 노드와 가입국 노드 사이의 네트워크 통신과의 간섭을 회피하는 하나 이상의 타임 슬롯 및 채널을 예약하도록 오퍼레이팅되는 스텝을 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 멀티 프로토콜 무선 통신 노드는 통신 서비스를 필요로 하는 외부 장치에 대하여 상기 노드로 그리고 노드로부터 제어 정보 또는 데이터를 제공하는 인터페이스 컴포넌트; 상기 인터페이스 컴포넌트에 연결되어 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 따르는 링크 또는 포인트 투 멀티포인트(PMP) 프로토콜을 따르는 링크 중 어느 하나를 통하여 상기 노드에 의해 전송될 데이터를 라우팅하는 네트워킹 컴포넌트; 상기 네트워킹 컴포넌트에 연결되어 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 실행하는 제 1 미디어 액세스 컨트롤러(MAC) 컴포넌트; 및 상기 네트워킹 컴포넌트에 연결되어 상기 PMP 프로토콜을 실행하는 제 2 MAC 컴포넌트를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 MAC 컴포넌트는 서로 인터페이스되도록 배열되어 스케쥴링 정보를 통과시킨다.

상기 노드는 무선 주파수(RF) 컴포넌트; 제 1 MAC 컴포넌트 및 RF 컴포넌트에 연결되어 (i) MANET 또는 메쉬 프로토콜에 따라 제 1 MAC 컴포넌트로부터 입력된 제 1 데이터를 처리해서 처리된 제 1 데이터를 전송용 RF 컴포넌트에 출력하고, (ii) MANET 또는 메쉬 프로토콜에 따라 RF 컴포넌트로부터 입력된 제 2 데이터를 처리해서 처리된 제 2 데이터를 제 1 MAC 컴포넌트로 출력하는 제 1 물리 층 컴포넌트; 및 제 2 MAC 컴포넌트 및 RF 컴포넌트에 연결되어 (i) PMP 프로토콜에 따라 제 2 MAC 컴포넌트로부터 입력된 제 3 데이터를 처리해서 처리된 제 3 데이터를 전송용 RF 컴포넌트로 출력하고, (ii) PMP 프로토콜에 따라 RF 컴포넌트로부터 입력된 제 4 데이터를 처리해서 처리된 제 4 데이터를 상기 제 2 MAC 컴포넌트로 출력하는 제 2 물리 층 컴포넌트를 포함한다.

본 발명의 더 좋은 이해를 위해, 첨부 도면 및 특허청구범위와 관련하여 취해지는 이하의 설명이 참조될 것이다.

도 1은 전형적인 PMP 네트워크 토폴로지의 블록도이며;

도 2는 전형적인 MANET 네트워크 토폴로지를 나타내며;

도 3은 전형적인 PMP 시그널링 프레임 구조를 예시하며;

도 4는 전형적인 IEEE 802.16d 표준 기반 메쉬 시그널링 프레임 구조를 예시하며;

도 5는 전형적인 유니파잉 슬롯 어사인먼트 프로토콜(USAP) 기반 MANET 시그널링 프레임 구조를 나타내며;

도 6은 본 발명에 의한 MANET 또는 메쉬 존을 통합하는 PMP 프레임 구조를 나타내며;

도 7은 본 발명에 의한 PMP 호환성 MANET 프레임 구조를 예시하며;

도 8은 본 발명에 의한 PMP 호환성 USAP 프레임 구조를 나타내며;

도 9는 본 발명에 의한 PMP 호환성 메쉬 프레임 구조를 예시하며;

도 10은 IEEE 802.11 액세스 프로토콜을 예시하며;

도 11은 본 발명에 의한 IEEE 802.11 표준 기반 MANET 호환성 PMP 프레임 구조를 나타내며;

도 12는 본 발명에 의한 결합된 IEEE 802.16 및 IEEE 802.11 표준 기반 프레임 구조를 나타내며;

도 13은 본 발명에 의한 멀티 프로토콜 네트워크 스테이션 또는 노드의 기능 블록도이며;

도 14는 본 발명에 의한 PMP 호환성 META-MANET 프레임 구조를 나타내며;

도 15는 본 발명에 의한 하이브리드 PMP/MANET 네트워크 토폴리지를 나타내며;

도 16은 본 발명에 의한 멀리 프로토콜 네트워크 노드로서 기능할 수 있는 장치의 블록도이고;

도 17은 본 발명에 의한 멀티 프로토콜 네트워크 노드의 기능 블록도이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "메쉬 포인트"(MP)는 네트워크의 멤버이고 네트워크에 확립된 MANET 또는 메쉬 시그널링 프로토콜을 실행시키는 임의의 노드이다. 본 발명에 의하면, MP 노드는 PMP 시그널링 프로토콜을 실행시키는 네트워크의 다른 멤버 노드와 통신할 수 있을 뿐만 아니라 공존할 수 있다. PMP 프로토콜은 3개의 프로토콜 기능성 슈트, 즉 기지국(BS), 고정 가입국(SS), 및 이동 가입국(MS)으로 본 명세서에 규정되어 있다. 구체적으로, 코디네이션은 BS와 MP 프로토콜 세트 사이에 확립되어 있다. SS 및 MS 프로토콜 세트는 전자의 세트가 네트워크의 PMP 양상에만 참가하게 되면 MP 프로토콜과 상호 작용할 필요가 없다. 그러나, 때때로 특정 아키텍처 요소를 실행하기 위해 동일 스테이션 또는 노드에서 SS 또는 MS 프로토콜과 MP 프로토콜을 동일 장소에 배치시키는 것이 유리할 뿐만 아니라 편리하다.

"중계국"(RS)은 BS 및 MP 기능성의 특정 서브세트를 포함하는 요소로서 본 명세서에 규정되어 있다. 또한, MANET 라우팅 및 토포롤지 컨트롤에 사용되는 특정 아키텍처 요소가 가능하다. 이것은, 예컨대 "Adaptive Message Routing for Mobile Ad Hoc Networks"의 명칭을 갖고 본 출원의 양수인에게 양수된 2006년 10월 12일자로 출원된 미국 동시계속 특허 출원에 규정된 바와 같이, 도메인 노드(DN), 도메인 리드 노드(domain lead node)(DL), 및 브릿지 노드(BN)의 개념을 포함한다.

도 1은 포인트 투 멀티포인트(PMP) 토폴로지를 실행시키는 무선 통신 시스템 또는 네트워크의 실시형태를 예시하는 블록도이다. 상기 네트워크는 다수의 구체적인 프로토콜 중 하나, 예컨대 WiMAX 또는 HIPERMAN 등의 프로토콜의 IEEE 802.16-2004, IEEE 802.16e-2005, 또는 관련 버전을 실행시킬 수 있다. 도 1의 네트워크는 예컨대 대략 400 MHz, 700 MHz, 2400 MHz, 3100 MHz, 4400 MHz, 4600 MHz, 또는 5800 MHz의 무선 주파수 밴드에서 동작할 수 있다. 60 GHz 이상의 주파수는 언급된 PMP 프로토콜의 동작에 적당한 것으로 고려된다. 순시 채널 대역폭은 1 MHz 내지 대략 20 MHz 미만의 범위에 있을 수 있다. 500 MHz 이상의 대역폭이 적당하다. 네트워크의 노드는, 예컨대 옴니, 고정 방향성, 섹터, 빔형성, 또는 적응성 등의 각종 안테나를 사용할 수 있다. 또한, 다중 입출력(MIMO)뿐만 아니라 멀티 유저 검출(MUD) 네트워킹 기술은 공지의 방법에 적용될 수 있다. 게다가, 공지의 시분할 듀플렉스(TDD) 및 주파수 분할 듀플렉스(FDD) 기술도 적용될 수 있다.

또한, 현재 각종 공지된 변조 및 물리 층(PHY) 구현은 네트워크에 이용될 수 있다. 공통 변조 스킴은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM), 및 직교 주파수 분할 멀티플 액세스(OFDMA)를 포함한다. 또한, 단일 캐리어(SC) PHY뿐만 아니가 공지된 확산 스펙트럼 기술이 사용될 수 있다. 캐리어를 변조하는데 사용되는 전형적인 컨스텔레이션(constellation)은 직교 위상 편이 키잉(QPSK), 16 직교 진폭 변조(16 QAM), 및 64 직교 진폭 변조(64 QAM)이다. 다른 공지된 변조 기술도 실시될 수 있다. 또한, Viterbi, Reed Solomon, Turbo, 및 LDPC 등의 분야에 잘 공지되어 있는 에러 정정 코딩(ECC)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 인터리빙(interleaving)도 공지의 방식에 적용될 수 있다.

PMP 네트워크는 네트워크의 노드의 조직에 대하여 다른 무선 네트워크와 구별될 수 있다. 예컨대, 도 1에서, 기지국(BS) 노드(110)는 RF 송수신기 및 하나 이상의 안테나의 사용에 의해 무선 커버리지 에리어(100)를 유지한다. 언급된 주파수, PHY, 변조, ECC, 및 컨스텔레이션(다른 것뿐만 아니라) 중 어느 하나가 사용되어 본 명세서에서 설명된 PMP 및 다른 토폴로지를 구현한다. 또한, 미디어 액세스 컨트롤러(MAC)는 도 1 네트워크의 각종 노도가 커버리지 에리어(100)내에서 전송 또는 리스닝되는 것을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

다수의 고정 가입국(SS) 노드(120), 및 다수의 이동 가입국(MS) 노드(130)는 커버리지 에리어(100)내에 위치될 수 있다. 이들 노드는 BS 노드(110)로부터 서비스를 수신하는데 관여되고, 상기 노드(110)와 레지스터되고, 노드와의 링크를 형성한다. BS 노드(110)는 노드가 송수신하는 것을 제어하고 MAC 메시지를 통하여 시간 간격을 제어하기 위해 구성될 수 있다. PMP 링크는 도 1에서 링크(140) 등의 얇은 실선으로 표시된다. SS 노드(120) 및 MS 노드(130)는 단지 BS 노드(110)와의 링크를 형성하기 위해 구성되고, RF 통신 범위, 즉 서로 하나의 홉(hop)내에 있을 지라도 서로의 링크를 형성할 수 없다. BS 노드(110)는 서로 통신하고자 하는 커버리지 에리어(100)내에서 노드로부터 비롯되고 노드에 어스레스되는 통신(패킷 또는 메시지)을 전송한다. 또한, BS 노드(110)는, 예컨대 인터넷을 통하여 다른 네트워크의 노드에 커버리지 에리어(100)내의 노드에 대한 접속성을 제공한다. 도 1의 두꺼운 실선(150)은 BS 노드(110)와 다른 네트워크(160) 사이의 통신 링크를 나타낸다. 링 크(150)는 유선 또는 무선 인터페이스를 통하여 제공될 수 있다.

도 2는 이동 Ad Hoc 네트워크(MANET) 또는 메쉬 네트워크 토폴로지내에서 동작하도록 구성된 노드(MP)를 갖는 전형적인 무선 통신 네트워크를 나타낸다. MANET 네트워크는 노드 중 어느 하나가 서로 통신하면서 이동될 수 있는 성질을 갖는다. MANET 네트워크는 유일한 파워가 확립되게 하고 네트워크의 2 이상의 노드(MP) 사이에서 링크의 파라미터를 규정하는 중심국(도 1의 BS 노드(110) 등)이 필요하지 않다는 점에서 Ad Hoc이다. 노드 중 어느 2개의 노드는 네트워크에서 다른 노드 또는 통신 엔티티와 독립적으로 서로 링크를 확립할 수 있다. 링크는 일시적일 수 있고, 프리스케쥴링될(pre-schedule) 필요는 없다. 또한, 도 2의 MANET 네트워크의 노드는 일반적으로 다른 노드와의 멀티플 링크를 동시에 유지할 수 있다.

메쉬 네트워크라는 용어는 다수의 의미를 가질 수 있다. 일반적으로, 메쉬 네트워크는 적어도 일부의 네트워크 노드(MP)가 고정적인 것으로 취해지고 약간의 프리플랜잉(preplanning) 또는 스케쥴링이 요구될 수 있다는 점에서 MANET의 특별한 케이스이다. 또한, 일부 노드는 메쉬 네트워크와의 등록을 위해 중심국과의 통신을 필요로 한다. 본 명세서에서, MANET 및 메쉬라는 용어는 양 용어가 다르게 나타내지 않는다면 더 일반적인 MANET을 의미하므로 서로 교환가능하게 사용된다.

미국방부는 다년에 걸쳐 MANET 네트워크를 경험하고 있다. MANET의 예는 와이드밴드 네트워킹 웨이브폼(WNW) 및 솔져 라디오 웨이브폼(SRW)을 포함한다. 상업적으로, IEEE 802.11(또는 간단히 "802.11") 웨이브폼은 하나의 동작 모드에서 표준이 중심국을 필요로 하지 않는 이동도를 지원하기 때문에 MANET 네트워크를 시험 하기 위해 종종 사용된다. IEEE 802.11 태스크 그룹(802.11s)은 802.11p 그룹에 의한 진행 업무가 지능형 교통 시스템(ITS) 애플리케이션에 사용되는 IEEE 802.11-기반 MANET에 끝날지라도 이동도에 의도되지 않는 "메쉬" 802.11 솔루션에 대해 현재 작업하고 있다. IEEE 802.16-2004의 모드는 노드가 통상 고정인 것으로 가정되는 메쉬 능력을 포함하고, 중심국에 대한 코디네이션이 필요하다.

일반적으로, MANET 및 메쉬 네트워크는 PMP 시스템에 의해 사용되는 바와 같이 동일 타입의 심볼 컨스텔레이션, PHY 층, 변조, ECC, 인터리빙, 듀플레싱 기술, MIMO와 MUD 기술, 안테나 타입, 주파수 밴드, 및 대역폭을 통합한다. MANET/메쉬 네트워크는 미디어 액세스 컨트롤(MAC) 및 네트워킁 층의 구성에서 PMP 네트워크와 근본적으로 상이하다.

도 2에서, MANET 또는 메쉬 프로토콜을 실행시키는 노드는 메쉬 포인트(MP) 노드로 불려진다. 도 2는 서로의 통신 범위내에 있는 3개의 노드 MP(210, 220, 230)를 포함하는 무선 커버리지 에리어(200)를 나타낸다. MANET 또는 메쉬 프로토콜을 사용하는 노드 사이에 형성된 링크는 260 등의 점선으로 나타내어져 있다.

당업자에게 친숙한 용어는 "1 홉" 및 "2 홉" 네이버(neighbor)를 포함한다. 도 2에서, 노드 MP(240)는 신호 RF 전송이 노드 MP(240)와 MP(230) 사이에서 어느 방향으로 통신하기에 충분하다는 점에서 노드 MP(230)의 1 홉 네이버이다. 노드 MP(240)는 패킷 또는 메시지가 노드 MP(240)와 MP(210) 사이에서 경로[노드 MP(230)]를 완성하기 위해 2개의 RF 전송을 받아야 한다는 점에서 노드 MP(210)의 2 홉 네이버이다.

이 예에 대해서는 3개의 노드 MP(210, 220 및 230)는 그들 중 어느 하나가 다른 2개와 직접 링크될 수 있는 점에서 완전히 접속되어 있다. 무선 커버리지 에리어(200)는 이 접속성을 나타낸다. 다른 무선 커버리지 에리어(250)는 노드 MP(240)가 노드 MP(210 또는 220) 중 어느 하나와 직접 링크될 수 없을 지라도 서로 직접 링크될 수도 있는 노드 MP(230 및 240)를 포함한다. 따라서, 링크 레벨에서, 4개의 노드 MP(210, 220, 230, 및 240)는 서로 완전히 접속되지 않는다. 그러나, MP 노드는 한쪽 링크로부터 다른 쪽 링크로 네트워크 트래픽을 전송하는 능력을 갖는다. 예컨대, 도 2에서, 노드 MP(230)는 노드 MP(240)를 갖는 링크로부터 노드 MP(210 또는 220) 중 어느 하나를 갖는 링크로 트랙픽을 전송할 수 있고, 그 역도 가능하다. 이것은 일반적으로 본 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 네트워크 층에서 발생할 뿐만 아니라 MAC 층에서도 발생할 수 있다. 따라서, 노드 MP(240)는 중간 노드를 통할 지라도 노드 MP(210 및 220)와 어느 방향으로도 통신할 수 있다.

도 15는 본 발명에 의한 하이브리드 PMP/MANET 네트워크 토폴로지를 실시하는 무선 통신 시스템 또는 네트워크의 일실시형태의 블록도이다. 4개의 무선 커버리지 에리어(1500, 1505, 1510, 및 1515)가 도시되어 있으며, 소정 커버리지 에리어의 각 노드는 소정 커버리지 에리어의 모든 다른 노드의 RF 통신 범위(즉, 1 홉)내에 있다. 일부 노드는 순전히 PMP 요소로서, 즉 SS 또는 MS 노드로서 식별된다. 다른 노드는 순전히 MANET/메쉬 (MP) 노드로서 식별된다.

각각 본 발명에 의한 멀티플 프로토콜 세트를 실행하도록 구성 배열된 새로 운 세트의 노드는 도 15에도 도시되어 있다. 예컨대, 노드(1520)는 BS PMP 프로토콜 세트 및 MP 프로토콜 세트 하에 동작하도록 배열되어 있기 때문에 BS/MP로 라벨링되어 있다. 노드(1525)는 MS PMP 프로토콜 세트 and an MP 프로토콜 세트 하에 동작하도록 배열되어 있기 때문에 MS/MP로 라벨링되어 있다. 노드(1530)는 SS PMP 프로토콜 세트 및 MP 프로토콜 세트 하에 동작할 수 있기 때문에 SS/MP로 라벨링되어 있다. PMP 프로토콜 세트를 사용하는 노드 사이에 형성된 링크는 도 15에서 점선으로 도시되어 있고, MP 프로토콜 세트를 사용하기 위해 형성된 링크는 점선으로 도시되어 있다. 소정 노드는 네트워크의 다른 노드 중 어느 하나와 링크를 확립하도록 구비되어 있다.

한 세트의 휴리스틱은 어느 프로토콜 세트(PMP 또는 MANET/메쉬)가 소정 링크를 사용하는 지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 휴리스틱 세트의 일예는 다음과 같다: BS, SS, 및 MS 노드는 PMP 프로토콜을 배타적으로 사용한다. MP 노드는 MANET/메쉬 프로토콜을 배타적으로 사용한다. 노드가 BS/MP인 경우, 그것은 항상 PMP 프로토콜을 사용하여 MS, SS, MS/MP 및 SS/MP 스테이션으로부터 링크를 받아들여서 서빙한다. BS/MP는 항상 MANET/메쉬 프로토콜을 사용하여 다른 BS/MP에 링크된다. MS/MP 또는 SS/MP가 BS 또는 BS/MP의 범위에 있는 경우, 그것은 PMP 프로토콜을 사용하여 노드와 링크된다. MS/MP 또는 SS/MP가 BS 또는 BS/MP의 범위에 있지 않는 경우, 그것은 MANET/메쉬 프로토콜을 사용하여 다른 스테이션에 링크된다. MS/MP, SS/MP, 및 MP 스테이션은 BS 또는 BS/MP와 직접 통신할 수 없는 MS/MP, SS/MP 및 MP로부터 링크를 결코 거절하지 못한다. 다른 더 복잡한 세트의 휴리스틱 이 가능하다. 그러한 휴리스틱은, 예컨대 MS/MP로부터 BS/MP로 그리고 역으로 역할을 변경하는 노드의 능력을 포함할 수 있다.

도 15의 네트워크에서, PMP 및 MANET 토폴로지는 네트워크의 하이브리드 PMP/MANET 토폴로지에 포함된다. 또한, 본 명세서에서 설명된 기술은 멀티플 RF 채널, 예컨대 OFDMA를 공유하는 네트워크 또는 시스템에 적용될 수 있다. 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, PMP, 메쉬 및 MANET 네트워크 프로토콜에 현재 사용되는 시그널링 프레임 구조가 이하에 먼저 설명된다.

도 3은 OFDMA 변조를 사용하는 TDD 시스템에 사용되는 전형적인 PMP 프레임을 나타내지만, 식별된 FDD 및 다른 변조 타입(특히 OFDM 및 단일 캐리어)에 대하여 유사한 것은 당업자에게 공지되어 있다. 도 3의 PMP 프레임 구조의 다른 상세한 것은 참조문헌으로 포함되어 있는 IEEE 802.16-2004 및 802.16e-2005 표준에서 발견될 수 있다.

PMP 프레임은 다수의 RF "버스트(burst)"로 구성된다. 다운링크 서브프레임(325)은 모두가 BS 노드에서 시작되고 BS 노드에 이전에 레지스터된 하나 이상의 SS 또는 MS 노드에 예정되어 있는 한 세트의 버스트를 포함한다. 버스트 중 일부는 특수한 목적을 갖는다. 예컨대, 프리앰블(300)은 프레임의 개시를 나타내고 또한 네트워크내에서 시간과 주파수 동기화를 용이하게 한다. 다른 키 버스트는 다른 RF 버스트를 프레임에서 해석할 필요가 있는 키 PHY 특성을 상술하는 프레임 컨트롤 헤더(FCH)(305), 각종 DL 버스트가 프레임내에 위치되는 것을 상술하는 다운링크(DL) 맵(310), 및 각종 UL 버스트가 위치되는 것을 상술하는 업링크(UL) 맵(315) 을 포함할 수 있다. BS 노드는 각 프레임의 시작에서 모두 언급된 버스트를 규정하고 생성한다. 이들 초기 버스트 후에, DL 버스트 #1 320 등의 일련의 DL 데이터 버스는 DL MAP(310)에 스케쥴링되는 바와 같이 제공된다.

다운링크 서브프레임(325)은 의도적인 전송이 없는 동안 송수신 전송 갭(TTG)(330)에 의해 팔로우된다. 이 시간 주기는 네트워크에서의 SS 노드가 수신 모드에서 송신 노드로 스위칭되게 하고, BS 노드가 동작의 송신 모드에서 수신 모드로 스위칭되게 한다. 업링크 서브프레임(335)은 이 때 TTG(330)를 팔로우한다. 서브프레임(335)은 모든 버스트가 BS 노드에 예정되는 하나 이상의 SS 또는 MS 노드로부터 버스트를 포함한다. 또한, 수 개의 버스트 할당은 특수 용도를 가질 수 있다. 이것은 그 기능이 당업자에게 공지되어 있고 IEEE 802.16-2004 및 802.16e-2005 표준에 규정되어 있는 ACK-CH(340), 레인징(345), 및 패스트 피드백(CQICH)(350)을 포함한다. 또한, UL 버스트 #1 355 등의 업링크 데이터 버스트가 발생될 수 있다. 상술한 바와 같이, 모든 업링크 트래픽의 위치는 다운링크 서브프레임(325) 동안 BS 노드로부터 전송된 UL 맵(315)에 의해 규정된다. 최종적으로, 송수신 전송 갭(RTG)(360)은 네트워크 스테이션이 송수신 모드를 스위칭하게 하도록 제공될 수 있다.

버스트의 스케쥴링은 PMP 네트워크에서 중요한 고려대상이다. 이것은 "슬롯"을 사용함으로써 달성된다. 가장 일반적인 경우에, 슬롯은 디멘젼이 스케쥴링될 수 있는 가장 작은 수의 논리 서브채널에 의해 스케쥴링될 수 있는 가장 작은 수의 변조 심볼 주기에 대응하는 "타일"이다. 서브채널은 주파수 그룹에 대략 대응하지만; 네트워크에 구현되는 특정 변조/코딩 기술때문에 인접하는 논리 채널은 물리적으로 인접하는 주파수에 항상 대응하는 것은 아니다.

도 3은 OFDMA 심볼에 의거된 슬롯팅을 나타낸다. 슬롯에 할당될 수 있는 가장 작은 수의 모든 이용가능한 논리 서브채널과 동일할 경우, OFDMA 토폴로지는 이 때 OFDM으로 디제너레이션된다. 실제로, 하나의 논리 채널만이 이용가능하고 채널이 단일 주파수를 포함할 경우, 변조 스킴은 단일 캐리어로 디제너레이션된다.

슬롯의 최소 수의 논리 서브채널 및 슬롯의 최소 수의 변조 심볼은 다운링크 서브프레임(325)에 존재하는 업링크 서브프레임(335)과 상이할 수 있다. 또한, 프레임의 전체 수의 변조 심볼이 잘 규정될 수 있을 지라도, TDD 시스템에 대한 업링크와 다운링크 페이즈 사이의 파티셔닝(partitioning)이 규정되지 않는다. 즉, TTG(330)의 타이밍은 시스템의 현재 요구에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 변화하는 수의 변조 심볼은 소정 프레임의 각 서브프레임에서 발생할 수 있다. 또한, TTG 및 RTG 갭(330, 360)은 다수의 변조 심볼 시간일 필요는 없다. 업링크 서브프레임(335)의 변조 심볼은 각 프레임의 시작을 트리거 오프하는 일정 시간 베이스에 할당될 수 없다. TTG(330)는 특수 구현에 따라 모든 PMP 프레임에 대한 고정 위치에 있을 수 있거나 또는 없을 수 있다.

도 4는 IEEE 802.16-2004 (802.16d) 표준에 의거되고 당업자에게 공지되어 있는 전형적인 메쉬 프레임 구조를 나타낸다. 프레임 경계(400)가 지시되고 프레임의 길이가 구성가능하다. 프레임은 다수의 서브프레임으로 분할되고, 그 첫번째는 네트워크 컨트롤 서브프레임(405)이다. 서브프레임(405)의 세목은 도면의 좌측 상 부에 도시되어 있고, 서브프레임(405)은 그 첫번째가 네트워크 엔트리 메시지(410)에 대한 것인 전송 기회로 분할된다. 네트워크 구성 메시지(415)에 대한 다수의 전송 기회도 제공된다. 네트워크 컨트롤 서브프레임(405)의 전송 기회의 수는 네트워크 파라미터이다. 데이터 서브프레임(420)은 네트워크 컨트롤 서브프레임(405)을 팔로우한다. 또한, 데이터 서브프레임(420)의 수는 네트워크 파라미터이다.

각 데이터 서브프레임(420)은 비교적 다수의 미니슬롯(425)을 포함한다. 미니슬롯(425)은 각각 완전한 메시지보다 더 작지만, 다수의 스케쥴링 세분화 및 효율을 허용한다. 데이터 서브프레임(420) 사이에 스케쥴 컨트롤 서브프레임(430)이 있다. 스케쥴 컨트롤 서브프레임(430)의 구조는 도 4의 좌측 중간에 도시되어 있다. 서브프레임(430)은 스케쥴 컨트롤 메시지에 대한 다수의 스케쥴 컨트롤 전송 기회(435)를 포함한다. 2개의 기본 타입의 스케쥴링, 즉 중심화된 기회(435), 및 코디네이티드 디스트리뷰티드 기회(440)가 지원된다. 전체 수의 스케쥴 컨트롤 전송 기회, 및 중심화된 기회와 코디네이티드 디스트리뷰티드 전송 기회(435, 440) 사이의 분할은 네트워크 및 시스템 파라미터이다. 또한, 언코디네이티드 디스트리뷰티드 스케쥴 컨트롤 메시지(445)는 데이터 서브프레임(420)내에 포함될 수 있다.

도 5는 유니파잉 슬롯 할당 프로토콜(USAP)1로서 기술분야에 공지되어 있는 프로토콜에 의거되고 C. David Young in "USAP Multiple Broadcast Access: Transmitter- and Receiver-Directed Dynamic Resource Allocation for Mobile, Multihop, Multichannel, Wireless Networking", IEEE MILCOM 2000, 549-53 페이지에 기재되어 있는 MANET 프레임 구조의 예이다. 슈퍼프레임(500)은 다수의 연속적 인 프레임을 포함한다. 모든 프레임의 컴포넌트가 유사하지만, 그 사용은 소정 수의 프레임 후에 변화되고 반복된다. 프레임(505)(제 1 프레임)의 컴포넌트가 도시되고 한 세트의 네트워크 컨트롤 슬롯(510)을 포함한다. 컨트롤 슬롯(510)은 고정 사이즈로 되어 단일 네트워크 컨트롤 메시지가 각각 그러한 슬롯에서 단일 노드로부터 전송되게 한다. 상이한 수단은 USAP 프로토콜에 기재되어 있고 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 네트워크 노드 사이에서 컨트롤 슬롯을 할당하기 위해 사용될 수 있다. 분리 세트의 고정 사이즈 슬롯은 브로드캐스트 데이터(515)에 준비된다. 슬롯(515)은 당업자에게 공지되어 있는 수단을 사용하여 USAP 프로토콜에 의한 유저에게 할당된다. 브로드캐스트 데이터 슬롯(515)의 사이즈는 네트워크 컨트롤 슬롯(510)과 상이할 수 있다.

분리 세트의 고정 사이즈 슬록은 유니캐스트 데이터 슬롯(520)으로서 규정된다. 또한, 유니캐스트 데이터 슬롯(520)은 브로드캐스트 데이터에 사용될 수 있다. 슬롯(520)은 당업자에게 공지되어 있는 수단에 의해 USAP 프로토콜에 의한 유저에게 할당된다. USAP 프로토콜은 멀티플 주파수 채널(525)을 가로질러 동작한다. 슬롯은 당업자에 공지되어 있는 채널 및 수단에 의해 채널을 가로질로 할당된다.

도 10은, 예컨대 IEEE 802.11-1999("802.11")에 기재되어 있는 바와 같이 전형적인 디어 액세스 스킴을 나타낸다. 어떠한 포멀 프레임도 802.11에 규정되어 있지 않지만; 타겟 비컨 전송 시간(TBTT) 간격(1000) 및 TBTT(1000)의 멀티플인 다른 관련 802.11 구조는 프레임 레퍼런스의 시작으로서 사용될 수 있다. IEEE 802.11에서의 워드 "프레임"의 의미는 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "메시지"와 대략 등가이다. 802.11 프로토콜은 비컨 메시지(1015)가 TBTT(1000)에 대응하는 시간에 대략 전송되는 것을 필요로 한다. 이것을 달성하는 방법은 TBTT(1000)가 발생될 때 액티브인 특정 코디네이션 기능에 의존한다.

2개의 코디네이션 기능, 즉 분배 코디네이션 기능(DCF) 및 포인트 코디네이션 기능(PCF)은 IEEE 802.11내에 규정되어 있다. DCF는 802.11 컨텐션 주기(CP)(1055) 동안 사용된다. PCF는 802.11 컨텐션 프리 주기(CFP)(1050) 동안 사용된다. TBTT(1000)가 CP(1055)동안 발생하면, 이 때 비컨 컨텐션 페이즈(1040)가 시작된다. 비컨 컨텐션(1040)은 모든 액세스 포인트(AP) 또는 독립적인 기본 서비스(IBSS) 참가자가 비컨을 송신하게 한다. 임의의 트래픽이 1005에서 채널에 현재 존재하면, 이 때 모든 스테이션은 채널이 클리어될 때까지 지연된다. 채널이 클리어되면, 경쟁국은 DCF 인터 프레임 스페이스(DIFS) 시간(1035)동안 지연된다. 그 다음, 각 스테이션은 임의 수의 컨텐션 슬롯(1070)에 의해 지연된다. AP 스테이션 또는 노드는 항상 비컨을 송신하여 각 스테이션이 전송될 때까지 지연 프로세스를 계속한다. IBSS에서, 모든 스테이션이 참가하여 비컨의 전송을 교대한다. 각 스테이션은 임의 시간에 의해 지연되고, 가장 짧은 지연 시간을 갖는 스테이션은 전송을 허용한다. 비컨이 성공적으로 전송되면, IBSS에서의 스테이션은 CP에서의 다음 TBTT(1000)까지 비컨을 다시 송신하는 것을 시도하지 않는다.

PCF하에 CFP를 구현하는 AP 노드는 상이한 비커닝(beaconing) 절차를 따른다. AP 노드는 이전과 같이 DCF 트래픽으로 지연된 다음, PCF 인터 프레임 스페이스(PIFS) 시간(1010)을 대기시킨다. 어떠한 비컨 컨텐션도 요구되지 않지만, 비컨 메시지(1015)가 즉시 전송된다. PIFS는 DIFS보다 더 짧으므로 PCF 비컨이 다른 비컨보다 더 선호되는 것을 보장한다.

또한, 도 10은 802.11. MANET 네트워크 하에 실행된 액세스 기술이 종종 802.11에서 DCF 기능을 중심으로 확립되는 것을 예시한다. 예컨대, R. J. Hall, et al., "A Tiered Geocast Protocol For Long Range Mobile Ad Hoc Networking", MILCOM 2006; 및 J. P. Hauser, et al., "Mobility and Routing Protocols For 802.11 Extended Service Sets", U.S. Naval Research Laboratory MILCOM 2003, at pages 1036-41 참조. DCF 하에, 각 스테이션 또는 노드는 그것이 미디어 상태 및 로컬 상태 기계 등의 로컬 정보에 순전히 의거되어 전송되어야 하는 경우를 결정한다. MANET 통신에 사용될 수 있는 DCF 전송의 예는 DCF Tx 1036으로서 도면에 도시되어 있다.

도 10은 본 발명에 적절해질 수 있는 PCF 통신의 일부 세목을 나타낸다. CFR를 사용한 통신은 중앙 제어국으로서 기능하는 AP 노드에 의해 코디네이팅된다. CFP 동안, AP 노드와 관련된 다른 노드는 AP 노드에 의해 폴링되면 메시지만을 전송할 수 있다. PCF 폴(1020) 및 응답 메시지(1025)는 도면에 도시되어 있다. CFP의 길이, 및 CFP1과 관련된 TBTT는 AP 노드에 의해 사전 정의되어 PCF 비컨 메시지에 애드버타이즈된다(advertise). PCF 비컨을 히어링하는 노드는 모든 CFP의 시작 및 각 CFP(1060)의 애드버타이즈드 엔드를 안다. AP 노드는 CFP의 애드버타이즈드 엔드 전에 다른 PCF 통신이 필요하지 않다는 것을 결정하면, 그것은 CFP(1065)의 실제 엔드가 802.11 CF-END 메시지(1030)를 전송함으로써 초기에 발생되게 할 수 있 다. 이것은 DCF 메시지가 다르게 오프된 채로 남겨된 시간을 이용하는 것을 허용한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 PMP 시스템 및 MANET 또는 메쉬 시스템이 소정의 네트워크 채널 또는 채널들에서서 상호 운용되게 할 수 있다. 따라서, PMP 및 MANET/메쉬 프레임 구조의 크리티컬 프레임 컴포넌트는 양 프로토콜의 크리티컬 컴포넌트를 유지하고 어느 하나의 프로토콜의 동작 요구를 위해 프레임 구조내에서 에어 타임을 준비함으로써 공통 프레임 구조로 맵핑된다.

도 6은 본 발명의 일실시형태에 의한 MANET 존을 통합하기 위해 수정된 PMP 프레임 구조를 예시한다. PMP 네트워크에 의해 이전에 식별된 가변 파라미터, 예컨대 컨스텔레이션 타입, PHY, 변조, 듀플렉싱 기술, MIMO/MUD 기술, 안테나 타입, 주파수 밴드, 및 동작 대역폭은 도 6의 PMP/MANET 프레임 구조에 모두 적용될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시형태는 이용가능한 신호 대 간섭 플러스 잡음비(SINR)에 의거한 QPSK, 16-QAM 및 64 QAM 변조를 적합하게 선택하고, PMP 트래픽에 대해 OFDMA PHY 변조를 사용하고(802.16-2004 및 802.16e-2005 표준에 규정되어 있음), 상기 표준에 규정되어 있는 바와 같이 인터리빙에 의해 비터비 및 리드 솔로몬 ECC의 조합을 사용하고, 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 스킴을 사용하고, MIMO없이 400 MHz 부근에서 동작하고, 옴니 안테나를 사용하고, 20 MHz 대역폭을 갖는다. 또한, IEEE 802.16 표준에 규정되어 있는 바와 같이 MAC를 사용하고 여기서 MANET 프로토콜과 공존하도록 기재되어 있는 바와 같이 수정될 수 있는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 PMP 프레임 구조에서, 프레임 사이즈는 대략 1 밀리세컨드에 서 1초까지 변화될 수 있고, 대략 5 밀리세컨드가 바람직하다. 도 6에서, 슈퍼프레임(600)은 N 프레임을 갖는다. N은 통상 고정되지만, 구현을 위해 선택된 특정 MANET 프로토콜에 의거하여 가변될 수 있다. 1과 1024 사이의 정수는 큰 값이 본 발명의 범위내에 있을 지라도 허용가능한 값의 예이다. 바람직한 실시형태는, 예컨대 N=200을 사용한다. 도 3의 PMP 프레임의 키 애스펙트가 보존되고, 이 애스펙트의 라벨링도 보전되어 있다.

도 6의 구조에서, 보존부는 프레임에 도입되고, 그 일부는 메쉬 또는 MANET 존(MZ)으로 라벨링된다. 또한, 본 발명에 의하면, PMP BS 노드는 MP 노드로서 동작할 수 있으므로 네트워크에 확립된 MANET/메쉬 프레임 타이밍 및 스케쥴링을 완전히 인식해야 한다. PMP 프레임 포맷을 규정하는 스케쥴링 엔티티는 MANET 존으로서 MANET 프로토콜에 의해 사용된 시간 주기를 고려해야 하고, MANET 트래픽과 PMP 트랙픽 사이에서 스케쥴링 충돌이 발생되지 않는다는 것을 보장한다. MANET 존은 상기 존이 PMP 용도에 이용가능하지 않다는 것을 지시하기 위해 예약 코드 또는 다른 수단을 사용한 도 6의 DL MAP(310) 및 UL MAP(315)에 스케쥴링된다. 당업자에게 공지되어 있는 휴리스틱은 MANET 트랙픽이 PMP 네트워크의 적절한 동작을 방해하지 못하게 하는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다.

예컨대, MANET 스케쥴러는 50% 이상의 PMP 프레임이 MANET 구조에 이용되어 적어도 동일 시간이 PMP 구성에 이용가능한 것을 보장하도록 구성될 수 있다. 또한, 작은 값, 예컨대 5% 또는 10%뿐만 아니라, 큰 값(예컨대, 90%)도 가능하다. MANET 존은 MZ #1 605 및 MZ #2 610에서와 같이 결정된 타임 슬라이스 동안 모든 네트워크 주파수 채널을 포함하거나, 또는 MZ #3615에서와 같이 논리 주파수 밴드의 일부만을 점유할 수 있다. MZ은 MZ #1 605에 관해서는 PMP 프레임의 다운링크 부분, 또는 MZ #2 610에 관해서는 업링크 부분에서 발생할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, MZ은 필요에 따라 업링크 또는 다운링크 스케쥴링 타임 슬롯의 세트에 대응한다. 또한, PMP 스케쥴러가 PMP 시스템에서 SS 노드 또는 MS 노드로서 동작하는 다른 MP 노드를 인식하는 것이 바람직하고, MZ이 MANET/메쉬 네트워크에서 동작하는 MS 또는 SS 노드에 의해 수신되는 트래픽에 의거하여 전송 모드(수신 또는 전송)를 변화시키는 적절한 시간을 포함하는 것을 보장한다. 프레임 시간의 일부는 항상 MANET/메쉬 동작에 예약되는 것이 바람직하다. 이것은 MANET 네트워크에 대해 네트워크 컨트롤 전송을 지원할 뿐만 아니라, MANET 데이터 전송에 대한 전용 시간을 포함할 수 있다. 예약된 시간의 양은 이 때 PMP 네트워크 파라미터가 된다.

도 7은 본 발명에 의한 PMP 동작 프로토콜과 호환가능한 MANET 프레임 구조를 예시한다. 컨스텔레이션 타입, PHY, 변조, 듀플렉싱 기술, MIMO/MUD 기술, 안테나 타입, 주파수 밴드, 및 동작 대역폭을 포함하는 전형적인 PMP 네트워크에 선택될 수 있는 모든 언급된 시스템 파라미터는 본 명세서에 개시된 MANET/메쉬 네트워크에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 도 6의 PMP 네트워크에 제공된 바와 같은 이들 파라미터의 동일 값은 이하에 지시된 예외를 제외하고 도 7의 프레임 구조로 동작하는 네트워크에 적용된다.

도 7은, 도 6에 도시된 바와 같이, 동일 MANET 슈퍼프레임 구조(600)를 나타 낸다. 도 6에서와 같이 동일 프레임(동일 PMP 프레임 구조 및 동일 프레임 인덱스)이 고려된다. 따라서, 도 6의 프레임에 지시된 고정 구조 및 데이터가 도 7의 프레임에서와 같이 라벨링되어 있지 않을 지라도, 그것은 실제로 도 7의 MANET 프레임의 예약 또는 비할당부에 충분히 제공되는 것으로 될 수 있다. MANET 스케쥴링은 네트워크에서 PMP 노드에 의해 사용된 것과 상이한 타임 슬롯 사이즈에 의거된다. 또한, MANET은 프레임의 개시에 대하여 변조 심볼 인덱스(700)에 의거된 스케쥴의 트랙을 유지하고, MANET 노드는 도 7의 프레임 구조에서 데이터를 위한 OFDMA 변조 심볼을 사용한다.

바람직한 실시형태는 OFMDA 변조 심볼의 사용에 의거하여 심볼 인덱스 및 타임 슬롯을 유지하지만, ML 버스트 및 MANET 컨트롤 서브프레임(705) 동안 변조를 스위칭하는 것이 유리하다. 예컨대, 2048 톤 OFMDA 변조가 데이터에 사용되면, 동일 대역폭의 256 톤 OFDM으로의 스위칭은 심볼이 짧은 지속 시간인 MANET 컨트롤 서브프레임(705) 동안 유리해질 수 있다. 점선으로 지시된 바와 같이, 8 OFDM 심볼은 작은 여분의 공간을 하나의 OFDMA 심볼과 동일 시간 간격에 적합해질 수 있다. OFDM 심볼의 사용은 컨트롤 메시지를 포함할 수 있는 짧은 브로드캐스트 메시지에 용이한 송수신 턴어라운드 갭을 할당한다.

멀티플 노드가 동시이지만 상이한 주파수에서 OFDMA 프레임에 브로드캐스트 메시지를 송신하면, 그것은 소정의 OFMDA 심볼 동안 동시에 송수신할 수 없으므로 서로 히어링할 수 없다. 이것은 브로드캐스트 메시지의 용도를 없애므로 각 타임 슬라이스가 단일 유저에 의해 점유되는 시간에 짧은 심볼을 사용하는 것은 장점을 갖게 한다. 또한, 다른 스케쥴링 슬롯 구조가 사용될 수 있고, 타이밍 레퍼런스 포인트는 각 프레임의 개시에서 보다 오히려 전체 슈퍼프레임의 개시에 있을 수 있다.

PMP 예약부(715)는 MANET 트래픽이 서브프레임(710)의 개시에서 크리티컬 PMP 필드와 간섭되지 않는 것을 보장하기 위해 MANET 데이터 서브프레임(710)에 제공된다. 이것은 구조(300, 305, 31O5 및 315)를 최소한으로 커버하고(도 6으로부터), 또한 PMP 다운링크 서브프레임에서 데이터의 일부를 커버할 수 있다. 예약되어 있는 서브프레임(710)의 정확한 부분은 MANET 네트워크 파라미터로서 세팅된다. MANET 링크(ML) 버스트는 USAP에 사용된 것과 유사한 시간 및 논리 (주파수) 채널 "슬롯"에 의거하여 규정된다. MANET 트래픽에 의해 점유될 수 있는 프레임의 비율은 MANET 네트워크 파라미터로서 세팅되고, 바람직하게는 50%보다 많지 않다. ML 버스트는 PMP 네트워크 및 USAP 프레임 구조(도 5)에 제한되는 방식으로 이용가능한 전체 수의 채널의 서브세트로 제한될 수 있다. 이의 예는 도 7에서 ML Burst #3720이다. 주파수 채널을 가로지르는 USAP 트래픽을 할당하는데 사용되는 동일 메카니즘은 당업자에게 명백해지는 바와 같이 도 7의 프레임 구조에 이용될 수 있다. 도 2의 논리 서브채널은 도 5에 사용된 주파수 채널(525)로 대체될 수 있다.

지시된 바와 같이, OFMDA 프레임 포맷에서의 동시 전송이 문제될 수 있다. 적용가능한 슬롯 할당 알고리즘은 의도된 수신 노드가 동일 OFDMA 심볼의 상이한 논리 채널에 전송하고 있을 때 네트워크의 노드가 OFDMA 심볼에 전송하지 않는 것을 보장하기 위해 휴리스틱을 사용해야 한다. 그러한 휴리스틱은 일부 시간이 송신 에서 수신으로 스위칭하는데 요구되기 때문에 심지어 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 의도된 수신 노드가 전과 같이 심볼에 송신하고 있거나 또는 후에 심볼에 송신할 필요가 있다면, 이 때 일부 소트의 갭은 전송에 삽입될 필요가 있을 수 있다. 이것은 OFDM 및 SC뿐만 아니라 OFDMA에도 해당된다.

도 7에서, MANET 링크 갭(MLG)(725)은 각각의 ML 버스트 전후에 즉시 전략적으로 위치된다. MLG(725)은 하나의 심볼 와이드이지만, 짧은, 예컨대 실제 버스트 전후에 1/2 심볼 와이드일 수 있다. OFDM 및 OFDMA 심볼이 종종 주기적 전치 부호를 포함하기 때문에, MLG(725)를 포함하는 것이 불필요해질 수 있다. 따라서, 갭은 선택적인 것으로 고려되고 포함은 변조, 전파, 및 다른 시스템 파라미터에 의존한다. 프레임의 정면부에 더하여, 예컨대 레인징 또는 패스트 피드백 등의 다른 PMP 기능과의 충돌을 회피하기 위해 프레임의 다른 부분을 예약하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 예약은 선택적인 것으로 고려될 수 있다.

도 8은 본 발명에 의한 PMP 호환성 USAP 프레임 구조를 나타낸다. 예컨대, 2048 OFMDA 톤을 갖는 20 MHz 와이드 채널은 PHY에 사용된다. 프레임은 5 밀리세컨드로 길고, 슈퍼프레임(600)은 1초의 지속 시간이다. 본 기술분야에 공지되어 있는 USAP 할당 메카니즘은 유니캐스트 및 브로드캐스트 데이터 전송을 규정하는데 사용된다. 서브사이클은 매 125 밀리세컨드(매 125 프레임)에서 발생하고, USAP "프레임"에 대응한다. 각 프레임은 그 모두가 동일한 9개의 OFMDA 심볼 동안이지만 상이한 논리 서브채널에서 발생된 8 ML 버스트까지 갖는다. 코딩 스킴에 따라, 사용된 9 OFMDA 심볼내에 여분의 논리 채널이 있을 수 있다. 예컨대, ML 버스트 당 70개의 논리 서브채널 및 8개의 논리 서브채널이 존재하면, 이 때 6개의 논리 서브채널이 사용되지 않는다. 사용되지 않은 서브채널이 함께 그룹화될 수 있거나, 또는 ML 버스트 사이에서 논리 채널 갭을 제공하는데 사용될 수 있다. 8개의 ML 버스트는 USAP 프로토콜에서 8 주파수에 대응한다. 단일 논리 채널에 대한 25개의 프레임에서는 서브사이클에 25개의 "슬롯"이 존재한다. 그 후, 제 1 슬롯, 및 모든 제 5 슬롯은 "브로드캐스트" 슬롯이다. 다른 20개의 슬롯은 USAP 프로토콜에서 "예약/대기" 슬롯과 동일한 역할을 한다.

PMP 네트워크는 MANET 컨트롤 서브프레임에 예약되는 바와 같이 48개의 심볼 프레임의 마지막 4개의 심볼을 취급한다. OFDMA 변조 심볼은 MANET 컨트롤 서브프레임에 사용된다. 3개의 심볼은 "부트스트랩" 슬롯을 구현하기 위해 사용된다. 이것은 서브사이클 당 20 세트의 부트스트랩 슬롯을 제공한다. 그러나, 그것이 브로드캐스트이기 때문에, 가장 낮게 넘버링된 부트스트랩 슬롯이 각 프레임에 사용된다. 동일 OFMDA 심볼 세트의 인접한 논리 서브채널을 점유하는 슬롯은 필요하다면 보다 많은 시스널링 용량을 위한 큰 슬롯으로 집합될 수 있다.

이들 수는 기본 USAP 프레임 포맷에서 불려지는 것보다 모든 관점에서 더 많은 슬롯에 대응한다. 여분의 슬롯은 간단히 트렁케이티드되고(truncated) 정확한 USAP 알고리즘이 구현된다. 그러나, 당업자는 추가적인 능력을 이용함으로써 보다 많은 수행을 위한 기본 USAP 프로토콜을 확장할 수 있다.

전체에서, 15개 내지 48개의 심볼은 이하의 MANET 프로토콜에 이용된다. ML 버스트 사이즈는 용량을 증가시키거나, 또는 많은 슬롯을 추가하고 컨트롤 용량을 증가시키기 위해 코디네이팅될 수 있다. 또한, ML 버스트는 J번째 심볼 후에 개시되는 것으로 지시되지만, 바람직한 실시형태는 MANET 컨트롤 서브프레임과 인접한 ML 버스트를 그룹화함으로써 J를 33의 값에 강제시킨다.

비할당 에어 타임은 네트워크의 PMP 컴포넌트에 의해 사용된다. 또한, PMP BS 노드는 네트워크의 MANET 컴포넌트에서 시그널링을 리스닝하기 때문에 BS 노드는 일시적으로 PMP 사용자에게 액티브 사용에 있지 않은 MANET 슬롯을 할당할 수 있다. IEEE 802.16은 PHY가 PMP 프레임의 특정 영역 사이에 어떻게 구성되는 지에 따라 상이한 퍼뮤테이션 존(permutation zone)을 사용한다. 모든 MANET/메쉬 노드는 MANET 통신을 위해 세팅되는 동일 퍼뮤테이션 존을 사용하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 의한 IEEE 802.16-2004에 규정된 메쉬 네트워크에 의거하여 PMP 호환성 메쉬 프레임 구조를 나타낸다. 그 밖에, 상기 구조는 20 MHz 대역폭 및 5 밀리세컨드 PMP 프레임 길이를 예측한다. PMP 통신은 OFDMA으로 가정되고, 모든 메쉬 통신(데이터 및 컨트롤)은 OFDM으로 가정된다. 도 4의 메쉬 프레임 구조에서의 메쉬 미니슬롯(425)은 OFDM 심볼 타임의 대략 8.2배로 가정되는 OFDMA 심볼 타임과 같게 세팅되는 것이 바람직하다. 정확한 양은 선택된 변조 파라미터에 의존한다. 미니슬롯으로서의 OFDMA 심볼의 사용은 멀티플 기초 PHY 변조(메쉬 통신용OFDM)과 같이 미니슬롯을 규정하는 표준 컨벤션으로부터 벗어난다. 그러나, 전송 스케쥴링 견지로부터, 모든 문제는 전송이 개시되는 정확한 시간이 공지되어 있다는 것이다. 그러므로, 미니슬롯으로서의 OFDMA 심볼의 사용이 용이하게 수용된다. 용이하게 설명된 MLG가 여전히 존재하지만, 각각 단일 OFDM 심볼로 구성된다. 도 9 에서, MLG는 메쉬 미니슬롯내에 한정되고 어두운 밴드(900)에 나타내어져 있다.

예시된 실시형태에서, 프레임 당 미니슬롯의 수는 32개(전체 48개의 심볼 중에서)로 제한된다. 프레임의 첫번째 4개의 심볼은 네트워크에서 PMP 프로토콜 통신을 위해 815로 예약된다. 메쉬 컨트롤 서브프레임의 파라미터가 선택되므로 5개의 전송 기회가 모든 컨트롤 서브프레임에 제공되고, 각각 7개의 OFDM 심볼로 구성된다. 이것은 5개의 OFDMA 심볼이 메쉬 컨트롤 서브프레임에 예약되어야 하는 것을 의미한다.

첫번째 전송 기회는 메쉬 컨트롤 서브프레임에 예약된 타임의 개시에 대해 타이밍된다. 4개의 프레임의 서브사이클(20 밀리세컨드)은 1초 긴 메쉬 슈퍼프레임내에 존재한다. 슈퍼프레임의 제 1 매시(mash) 메쉬 프레임으로부터 계속해서, 모든 제 4 메쉬 프레임의 메쉬 컨트롤 서브프레임은 405로 도 4에 나타낸 네트워크 서브프레임 기능에 전용된다. 모든 다른 시간에, 메쉬 컨트롤 서브프레임은 430으로 도 4에 지시된 스케쥴 컨트롤 서브프레임 기능을 실행한다. 모든 비할당 메쉬 용량이 PMP 기능에 역배분되기 때문에, 언코디네이티드 디스트리뷰티드 컨트롤 기능 메시징은 도 9의 프레임 구조에 지원되지 않는다. 그러나, 그러한 메시징은 OFDMA 심볼이 그 기능에 전용되면 지원될 수 있다.

초기에 나타낸 바와 같이, IEEE 802.11은 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 베이시스에 제공할 수 있다. 본 발명에 의하면, 채널을 802.16 PMP 트래픽에 공유할 수 있는 메쉬 또는 MANET 프레임 중 일부 또는 모든 애스펙트에 대해 802.11 구성을 사용하는 것이 편리하다. 예컨대, 도 7에 나타낸 프레임 구조에서, IEEE 802.11 DCF 프로토콜은 MANET 컨트롤 서브프레임(705)에서 컨트롤 트래픽을 캐링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 메쉬 스케줄 및 네트워크 컨트롤 메시지는 802.11에 걸쳐 데이터 메시지로서 전송된다. 또한, 802.11 PHY는 802.16 PHY 대신에 이 서브프레임에서만 사용될 수 있다. 더욱이, 당업자는 802.11 OFDM 변조 대신 기본 802.16 OFDM 변조를 이용하므로 변조기/복조기 요구를 단순화시킨다. 데이터 트래픽은 802.16에 의해 상술된 OFDMA 또는 OFDM 변조를 사용하여 ML 버스트에서 이동한다. 또 다른 대안은 메쉬 또는 MANET 컨트롤 트래픽뿐만 아니라 MANET 데이터도 캐리하기 위해 802.11 프로토콜을 사용할 수 있다.

도 11은 MANET 서브프레임(1105)에서 메쉬 또는 MANET을 위해 양 컨트롤 시그널링 및 데이터를 캐리하기 위해 802.11 구성이 사용되는 경우에 구현될 수 있는 802.11 MANET 호환성 PMP 프레임 구조를 예시한다. 그밖에, IEEE 802.11 또는 802.16 PHY 중 어느 하나가 MANET 서브프레임에서 동작할 수 있다. 모든 802.16 PMP 트래픽은 PMP 서브프레임(1115)내에 존재하도록 구속된다. PMP 프로토콜에만 참가하는 IEEE 802.16 SS and MS 노드는 802.11 인프라스트럭처를 인식할 필요가 없다. 802.16 BS 노드가 임의의 802.11 트래픽을 해석할 필요가 없을 지라도, 그것은 적어도 MANET 서브프레임(1105)의 스타트 및 엔드 타임을 인식해야 하므로 MANET 서브프레임(1105)과 간섭되지 않는 방식으로 PMP 트래픽을 스케쥴링할 수 있다. 이상적으로, BS 노드가 802.16 및 802.11 프로토콜을 실행해서 양 프로토콜을 실행하도록 구비되어 있는 MANET과 PMP 노드 사이에서 트래픽을 브릿징할 수 있고, 802.11 프로토콜을 실행하는 MANET 노드의 컨트롤을 도와서 MANET 노드가 PMP 노드 와 간섭되지 않는다.

도 12는 802.11 및 802.16 노드가 동일 미디어를 공유하게 하는 조합된 IEEE 802.11/802.16 프레임 구조를 나타낸다. 그것은 802.11 (MANET) 인프라스트럭처와 802.16 (PMP) 인프라스트럭처 사이의 동기화를 가정한다. 그러한 동기화는, 예컨대 802.11 및 802.16 프로토콜을 실행하는 BS 노드에 의해, 또는 예컨대 위성 위치 확인 시스템(GPS)을 사용하여 공지의 방법으로 제공될 수 있는 바와 같이 인프라스트럭처를 위한 공통 타이밍 레퍼런스를 가짐으로써 제공될 수 있다.

도 12에서, 802.11 프로토콜의 애스펙트는 802.11 노드가 802.16 프로토콜을 실행하는 노드와 간섭되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이전에 지시된 바와 같이, TBTT는 프레임의 노미널 스타트(nominal start)로서 802.11 인프라스트럭처에 사용된다. 그러한 802.11 프레임은 1200으로 나타내어진다. 802.16 프레임(1205)은 충분한 시간에 의해 802.11 프레임의 개시로부터 오프셋되어 비컨 컨텐션(1210)의 고정량 및 비컨 메시지(1215)를 허용한다. 비컨은 먼저 AP 노드에 의해 폴링되지 않고 802.11 노드가 전송되는 것을 방지하는 CFP(1220)가 규정되도록 802.11 CFP 파라미터를 포함할 수 있다. 그러나, 802.11 노드는 CFP 동안 임의의 스테이션을 폴링하지 않도록 구성될 수 있다. 이것은 802.11 통신이 CFP 동안 발생하지 않는 것을 보장한다.

802.16 BS 노드는 길이에 있어서 802.11 CFP의 스타트 사이의 시간(대개 2개의 TBTT 사이의 시간)과 동일한 프레임을 사용하기 위해 구성될 수 있지만; 802.16 BS 노드는 802.11 CFP인 동안 모든 필요한 PMP 통신이 완료되도록 PMP 통신을 제어 한다. 따라서, 802.16 PMP 통신은 802.11 통신에 의해 간섭되지 않는다. 802.16 BS 노드는 802.11 CFP 동안에만 통신하기 위해 관련 노드를 제어하기 때문에 어떠한 802.16 통신도 802.11 CP(1225) 동안 발생되지 않는다.

도 12에서는 802.16 프레임 구조의 세목이 간단하지만, 초기에 제공된 상세한 프레임 구조는 당업자가 이해되는 바와 같이 여전히 제공될 수 있다. 본래, 802.16 PMP 프로토콜은 802.11 DCF가 통상 기능하는 동안 802.11 PCF로 대체된다. 802.16 PMP 및 802.11 DCF는 서로 간섭되지 않고 공존하고, 802.11 DCF는 이 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이 MANET을 구현하기 위해 사용될 수 있다.

도 16은 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 개략적인 블록도이다. 또한, 다른 하드웨어 세트가 적용될 수 있고, 도 16은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 도 16은 컴포넌트 층; 범용 프로세스(GPP) 층(1600), 신호 처리기(SP) 층(1605), 및 무선 주파수(RF) 하드웨어 층(1610)을 나타낸다. GPP 층은 CPU, 메모리, 및 인터페이스 로직 등의 컴퓨터를 구성하기 위해 통상 사용되는 컴포넌트를 포함한다. 인터페이스 로직은 이더넷 등의 잘 공지된 인터페이스를 구현하기 위해 사용될 수 있다. SP 층은 디지털 신호 처리기(DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 아날로그 디지털 컨버터(A/D), 및 디지털 아날로그 컨버터(D/A) 등의 컴포넌트를 포함한다. RF 층은, 예컨대 아날로그 집적 회로(IC), 레지스터, 커패시터, 및 신호 처리기에 의해 제공된 신호를 대응하는 RF 신호로 변환하기 위해 필요한 다른 디바이스를 포함하는 디바이스를 포함한다. 필요한 기능을 구현하기 위해 구성되는 소자를 갖는 하드웨어 세트는, 예컨대 BAE Systems- Network Systems (NS)로부터 이용가능한 Model R3T-P-700 라디오이다.

도 17은 본 발명에 의한 도 16에 도시된 것 등의 하드웨어 세트를 사용하여 구성되는 멀티 프로토콜 노드의 기능 블록도이다. 데이터(1700)는 통신 서비스를 필요로 하는 디바이스로부터 멀티 프로토콜(통신) 노드의 왕복으로 통신된다. 데이터(1700)는, 예컨대 이더넷 인터페이스에 의해 통과될 수 있다. 또한, 제어 상태 정보(1705)는 네트워크 구성 파라미터를 결정하기 위해 외부 입력으로 제공될 수 있다(데이터와 동일한 인터페이스에 의해). 또한, 이 정보는 GPP로 하드 코딩될 수 있다. 타이밍 레퍼런스(1710)는 인터페이스를 통하여 도 17의 노드에 대해 신호 처리 층(SP)으로 통과된다. 또한, 타이밍 정보가 무선 네트워크에 의해 또는 컨트롤 인터페이스를 통해 통신될 수 있을 지라도, SP 층에서 가장 용이하게 지원되는 전용 하드웨어 인터페이스를 갖는 것이 종종 편리하다. 타이밍 레퍼런스는 이 때 요구되는 바와 같이 다른 층 및 컴포넌트에 이용가능하다.

네트워킹 컴포넌트(1715)는 도 17의 노드에 의해 전송되는 데이터를 처리하기 위해 구성되고, 데이터의 적절한 라우팅을, 예컨대 데이터가 PMP 링크 또는 MANET 링크에 의해 라우팅되는 것이 필요한 지의 결정을 책임진다. 컨트롤 입력은 네트워킹 컴포넌트(1715)로 플로우되도록 도시된다. 이로부터 그것은 요구되는 바와 같이 다른 컴포넌트로 분배된다. 또한, 컨트롤 입력은 다른 컴포넌트로 직접 분배될 수 있다.

PMP MAC 컴포넌트(1720)는 PMP 통신에 필요한 프로토콜을 구현하기 위해 도 17의 노드에 구성된다. 이 컴포넌트는 소망의 구성에 따라 고정 가입자 노드, 이동 가입자 노드, 또는 기지국 노드에 프로토콜을 구현할 수 있다. MANET MAC 컴포넌트(1725)도 제공된다. 컴포넌트(1725)는 MANET 통신에 필요한 프로토콜을 구현한다. MANET 및 PMP 컴포넌트(1725, 1720)는 스케쥴링 정보(1730)를 그들 사이에 통과시키기 위해 서로 인터페이스되도록 구성 및 배열된다. 그러나, 이 스케쥴링 인터페이스를 스케쥴링 정보의 하드 코딩에 의해 회피하는 것이 가능하다. 또한, 브릿징 컴포넌트(1735)는 MANET과 PMP MAC(1725, 1720) 사이에 선택적으로 제공될 수 있다. 브릿징 컴포넌트는 2개의 프로토콜 세트(PMP 및 MANET) 사이에 데이터를 통과시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 MANET 프로토콜 세트를 사용한 노드를 허용하여 PMP 프로토콜 세트만을 사용할 수 있는 다른 노드와 통신한다. 어떤 시스템은네트워킹 컴포넌트(1715)에서 라우팅 자격에 의존하여 동일 자격을 브릿징으로서 달성하고, 네트워킹 컴포넌트(1715)와 관련된 추가적인 오버헤드 및 지연의 부담으로 브릿징 컴포넌트(1735)를 생략하는 것을 선호할 수 있다.

네트워킹, MAC, 및 브릿징 컴포넌트는 범용 처리기로 공지된 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 이들 컴포넌트(또는 그 파트)는 노드의 SP 파트에서 펌웨어를 통하여 구현될 수 있다. 물리(PHY) 층 컴포넌트는 모뎀 아키텍처에 일반적으로 사용되는 변조, 에러 정정 코딩, 인터리빙, 및 안테나 패턴, 등화, 전치 왜곡 등의 어떤 특수 처리를 포함하는 노드의 SP부에서 통상 구현된다.

도 17의 노드는 2개의 PHY 컴포넌트, 즉 PHY1(1735) 및 PHY2(1740)를 갖는다. 공통 PHY가 프로토콜 세트를 지원하기 위해 사용될 수 있을 지라도, PHY1은 MANET 프로토콜과 관련되고, PHY2는 PMP 프로토콜과 관련된다. 공통 RF 컴포넌 트(1745)는 적절한 RF 신호(때때로 "스페이스에서의 신호" 또는 SIS)를 생성하기 위해 필요한 모든 아날로그 및 RF 처리를 지원하기 위해 제공될 지라도, 각 프로토콜 세트(PMP 및 MANET)에 대한 관련 안테나(1750) 및 RF 컴포넌트를 분리하는 것이 편리할 수 있다. 멀티플 RF부 및 프로토콜(MIMO 또는 적응성 안테나 구현 등)이 일부 애플리케이션에 심지어 필요해질 수 있다. 또한, PMP 기지국은 동일 노드내에서 자체의 MAC, PHY 및 RF를 각각 가진 채로 멀티플 섹터를 지원할 수 있다.

도 13은 IEEE 802.16 및 802.11 프로토콜을 구체적으로 실시하는 멀티 프로토콜 스테이션 또는 노드의 기능 블록도이다. 네트워킹 컴포넌트의 세목은 생략된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 각종 기능의 각각을 구현하는 다수의 방법이 있다. 예컨대, 분리 마이크로프로세서는 802.11 MAC 1300, 및 802.16 MAC 1305 기능을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 분리 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)는 2개의 PHY(1310 및 1315)를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 공통 세트의 RF 하드웨어(1320)는 2개의 PHY 모듈(1310, 1315)에 의해 생성되는 신호를 업컨버트/다운컨버트하고, 다른 방식으로 결정하기 위해 사용될 수 있다. RF 블록(1320)으로부터의 신호는 안테나(132)로/로부터 통과된다. 그러나, 분리 세트의 RF 컴포넌트 및 안테나는 802.11과 802.16 기능; 및 PHY(1310, 1315), 및 802.11과 802.16 MAC(1300, 1305)을 구현하는데 이용되는 단일 FPGA와 마이크로프로세서에 사용될 수 있다.

802.11 및 802.16 기능이 도 1에서와 같이 단일 스테이션 또는 노드에 배열되면, 향상된 동작이 가능하다. 특히, (i) 802.16 MAC(1305)이 802.16 PMP BS 노드 기능을 포함하고, (ii) 802.11 MAC(1300)이 802.11 AP 노드 기능을 포함하고, (iii) MAC(1300, 1305)이 도시된 바와 같이 본 실시형태에서 PHY 컴포넌트를 통해 MAC 컴포넌트로 분배될 수 있는 공통 타이밍 레퍼런스(1330)로부터 러닝되면, 802.11 및 802.16 기능 사이에서 동기화를 보장하는 것이 용이해진다. 또한, 브릿징(또는 라우팅) 기능(1335)은 데이터가 802.11 및 802.16 MAC 기능 사이에서 용이하게 어느 하나의 통로로 통과되게 하기 위해 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 802.11 및 802.16 프로토콜을 실행하는 임의의 스테이션에 통상 사용될 지라도, 브릿징은 802.11 AP 노드 및 802.16 BS 노드로서 동작하는 스테이션 또는 노드에 위치될 때 특히 유용하다. 이것은 (802.11 또는 802.16) 중 하나만을 실행하는 스테이션 또는 노드가 다른 프로토콜만을 실행하는 노드와 AP/BS 노드를 통해 통신되게 할 수 있기 때문이다. 또한, 802.16 BS 노드는 스케쥴링 정보(1340)를 802.11 AP 노드로 통과시킬 수 있다. 802.11에서, CF-엔드 메시지는 PCF가 다른 데이터를 갖지 않을 때 CFP를 엔딩하도록 사용될 수 있으므로, PCF로 할당된 시간이 DCF에 의한 사용으로 회복되게 한다. PMP 스케쥴링 정보가 이용가능함에 따라, AP 노드는 모든 현재의 802.16 PMP 통신이 충족되면 CF-엔드 자격(1230으로 도 12에 도시된 바와 같이)을 실행하여 DCF (MANET) 통신의 시간을 회복한다.

도 13을 참조하면, 이전과 같이 802.11 MAC(1300)과 관련된 PHY1(1310)은 표준 802.11 PHY일 수 있거나, 또는 802.16 PHY일 수 있다. 타이밍 및 브릿징 기능만이 공통으로 공유된 채로 완전한 스탠드얼론 802.16 및 802.11 구성을 실핼하는 것이 용이해질 수 있다. 이러한 경우에, 일부 추가적인 노력으로 802.11 PHY를 사용하는 것이 더 편리해질 수 있지만, 802.16 PHY는 802.11 MAC과 쌍을 이룰 수 있다. 이것은 2개의 PHY (PHY1 및 PHY2)이 단일 PHY에 의해 대체될 수 있고, 현존하는 802.11 인프라스트럭처에 의한 자격이 상실될 수 있다는 장점을 갖는다. 다른 구현 옵션은 당업자에게 명백해질 것이다.

또한, AP 노드보다는 오히려 IBSS로 구성되는 802.11 MAC을 사용하는 것이 더 유리해질 수 있다. IBSS에서, 모든 스테이션은 비커닝 프로세스에 참가한다. MANET에 대해 이것은 상당히 중요한 기능일 수 있다. 802.11을 실행하는 스테이션은 802.16 PMP 시스템의 범위내에 항상 있는 것은 아니므로 그 존재를 주기적으로 알리는 것을 원할 수 있다. 비컨을 전송하는 것은 그렇게 하기에 편리한 방법이다. 또한, PCF를 구현하는 AP 노드는 통상 비컨 컨텐션 주기를 포함하지 않는다. 오히려 PIFS 타임이 사용된다. 이것은 다른 스테이션이 비컨을 송신하는 것을 방지한다. 그래서, 모든 802.11 MAC은 비컨 컨텐션을 제공한다. 프레임의 개시시의 비컨 컨텐션 슬롯의 수는 예컨대 바라직한 구현인 32를 갖는 하드 코딩된 네트워크 파라미터일 수 있다. 또한, 802.11 스테이션의 수를 고려하는 적응성 기술이 적용될 수 있다. 표준 802.11 IBSS 비커닝 프로토콜의 예외는 비컨을 전송하는 모든 스테이션이 CFP 파라미터를 포함해야 하는 것이다. 이것은 통상 IBSS에서 비컨에 대한 케이스가 아니다. 비컨 사이즈는 포함된 소자의 수에 의거하여 변화될 수 있기 때문에 마지막 비컨 컨텐션 슬롯에 전송될 지라도 802.16 프리앰블전에 적합해지는 것을 보장하기 위해 비컨 메시지의 사이즈를 제한하는 것이 바람직할 수 있다.

802.11 프로토콜의 다른 최적화가 가능하다. 예컨대, 802.11에서의 인터 프레임 스페이스(IFS) 및 사이즈 슬롯은 1000 미터 최대 범위로 최적화된다. 이들 값 은 더 최적인 동작동안 큰 범위로 수정될 수 있다. 최종 최적화는 모든 스테이션이 본 명세서에 기재된 802.11의 수정된 버전을 실행하면 PCF 파라미터가 각 스테이션에서 하드 코딩될 수 있고 그것을 전송하는 것이 필요하지 않다는 것이다.

도 6의 결합된 PMP/MANET 프레임에서 최적화된 성능을 위한 현존의 MANET 프로토콜 세트를 더욱 향상시키는 것이 가능하다. MANET 프로토콜 세트는 "예약" 기반 프로토콜 세트, 및 "컨텐션" 기반 프로토콜 세트로 파티션될 수 있다. 적절한 사전 계획에 의해, 예약 기반 프로토콜 세트에 배타적으로 의존하는 것이 가능하다. 또한, 유연성이 증가되지만, 효율이 저하된 컨텐션 기반 프로토콜 세트만을 사용하는 것이 가능하다. 바람직한 구현은 최적 유연성 및 효율을 허용하기 위해 컨텐션 기반 프로토콜 세트와 예약 기반 프로토콜 세트를 결합시킨다.

다른 실시형태는 도 14에 도시되어 있고, 본 명세서에서 "META-MANET" (MM) 프레임 구조로 언급된다. 상기 구조는 USAP에서 사용되는 것과 유사한 방식으로 스케쥴링되는 ML 버스트(도 8에도 도시되어 있음)를 사용한다. 그러나, 도 8에 도시된 부트스트랩 슬롯은 컨텐션 슬롯(1400)에 의해 대체된다. 슬롯(1400)은 도면에 언급된 컨텐션 슬롯 세목(1405)의 일부에 상술되어 있고, 컨트롤 메시지 또는 단문 데이터 메시지를 통과시키는 것으로 의도되어 있다. 컨텐션 슬롯은 프레임의 나머지가 OFDMA 변조를 사용할 지라도 OFDM 변조를 사용하고, 본 기술분야에 잘 공지되어 있고 예컨대 802.11 프로토콜에 사용되는 캐리어 센스 멀티플 액세스(CSMA)에 사용되게 하는 내부 구조를 슬롯(1400)이 갖는 것을 제외하고 본 기술분야에 잘 공지되어 있는 "슬롯 알로하" 프로토콜에서 슬롯과 유사하게 동작한다. 5 컨텐션 슬 롯(1400)은 바람직한 실시형태로서 도시되지만, 실제로 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다.

컨텐션 슬롯(1400)이 구성되어 CSMA 또는 슬롯 알로하(또는 2개의 일부 조합)가 실시되게 한다. 턴어라운드 타임(1410)은 노드가 송신에서 수신까지, 또는 수신에서 송신 모드까지 변화되게 하도록 컨텐션 슬롯의 개시시에 할당된다. OFDM 심볼의 4분의 1은 바람직한 실시형태에서 이 목적을 위해 할당되지만, 실제로 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 우선 기회(PO)(1415)는 CSMA가 실시될 때 우선 메시지가 컨텐션 슬롯에 대해 소정의 우선 접속이 되도록 도시되어 있다. 메시지의 예는 802.11 프로토콜에 기재되어 있는 바와 같이 클리어 투 전송(CTS) 또는 승인이다. OFDM 심볼 타임의 4분에 3은 바람직한 실시형태에서 우선 기회에 할당되지만, 실제로 할당될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 멀티플 우선 기회가 있을 수 있거나, 또는 우선 기회가 없을 수 있다.

우선 기회를 따르는 것은 다수의 컨텐션 기회(CO)(1420)이다. CO(1420)는 다른 접근법도 사용될 지라도 802.11 프로토콜내에 사용되는 것과 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 3개의 CO가 바람직한 실시형태로서 도시되지만, 많든 적든 간에 사용될 수 있다. CO(1420)는 바람직한 실시형태로서 사이즈에 있어서 OFDM 심볼의 4분에 1로 도시되지만, 크거나 작은 사이즈의 CO가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 충분한 시간이 3개의 OFDM 심볼, 토우(tow) 동기화(sync) 심볼, 및 하나의 데이터 심볼에 할당된다. 당업자에게 명백해지는 바와 같이, 보다 많거나 보다 적은 sync 및 데이터 심볼은 본 발명의 범위내에 남아 있 는 동안 CO에 할당될 수 있다. 특히, 슬롯 알로하를 실시할 때, 거리 지연이 고려되어야 한다.컨텐션 슬롯(1400)은 바람직한 실시형태에 대해 1과 2분에 1 심볼로 세팅되는 거리 지연(1425)에 대한 할당을 포함하지만, 보다 많거나 또는 보다 적은 적은 것이 본 발명의 범위내에 할당될 수 있다.

요약하면, 본 명세서에 개시되고 기재된 각종 프레임 구조는 공통 네트워크에서 공유 세트의 채널에 대한 PMP 및 MANET 또는 메쉬 프로토콜 무선 통신을 지원하는 역할을 한다. 모든 프레임 구조에 있어서, PMP 프레임의 전방 또는 선단부는 키 PMP 컨트롤 필드에 예약되고, PMP 프레임의 후단부는 MANET 또는 메쉬 컨트롤 트래픽에 예약된다. 본 발명의 프레임 구조를 사용하는 PMP 기지국 또는 노드는 MANET/메쉬 스케쥴링을 모니터링하고, MANET/메쉬 트래픽 주위의 PMP 트래픽을 스케쥴링한다. 일부의 경우에, 소정의 파티셔닝이 사용될 수 있다. 다수의 메카니즘은 프레임 구조에서 용량을 MANET/메쉬 데이터 트래픽에 할당하는 것으로 기재되어 있다.

상술한 것이 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타낼 지라도 당업자는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 각종 수정 및 변경이 이루어질 수 있고, 본 발명이 이하의 청구범위내에 들어있는 바와 같이 모든 그러한 수정 및 변경을 포함하는 것을 이해할 것이다.

Claims

무선 포인트 투 멀티포인트(PMP) 네트워크의 멤버 노드가 PMP 프로토콜 하에 행해진 네트워크 통신과 간섭되지 않고 공유된 세트의 채널에 관한 다른 노드와의 이동 ad hoc (MANET) 또는 메쉬 통신에 참가하게 하는 방법으로서:

무선 PMP 네트워크에서 다운링크 신호를 기지국 노드로부터 다수의 가입국 노드로 전송하는 스텝;

제 1 시간 주기를 스케쥴링하여 메시지를 상기 기지국 노드로부터 상기 가입국 노드 중 대응하는 노드로 전송하기 위한 다운링크 신호에 다운링크 맵을 규정하고, 제 2 시간 주기를 스케쥴링하여 가입국 노드가 메시지를 스케쥴링된 제 2 시간 주기에서 기지국 노드로 전송하기 위한 다운링크 신호에 업링크 맵을 규정하는 스텝; 및

MANET/메쉬 존을 다운링크 및 업링크 맵 중 하나 또는 쌍방에 할당하는 스텝으로서, 각 존은 상기 기지국 노드 및 가입국 노드 중 어느 하나가 PMP 프로토콜 하에 기지국 노드와 가입국 노드 사이의 네트워크 통신과의 간섭을 회피하면서 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 사용하는 다른 노드와 통신할 수 있는 하나 이상의 타임 슬롯 및 채널을 예약하도록 오퍼레이팅되는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

MANET/메쉬 스케쥴러를 PMP 네트워크에 제공하는 스텝; 및 MANET/메쉬 통신을 위한 시간을 예약하는 스케쥴러로부터 기지국에서 수신된 시간의 예약에 응답하여 할당 스텝을 수행하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

시분할 듀플렉스(TDD) 스킴에 따라 다운링크 및 업링크 신호를 분할하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국 노드를 고정 노드로서 배열하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국 노드를 이동 노드로서 배열하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 가입국 노드 중 하나 이상을 이동 노드로서 배열하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 PMP 네트워크의 멤버 노드와 상기 PMP 네트워크의 소정 노드 외측 사이에서 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 사용하여 통신을 확립하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

스케쥴링 정보를 코디네이팅하는 메쉬 프로토콜을 사용하여 중간 노드와 상기 기지국 노드 사이에서 링킹함으로써 소정 노드로 상기 PMP 네트워크의 기지국 노드의 커버리지를 확장하는 스텝; 및 상기 중간 노드를 상기 소정 노드에 대하여 PMP 기지국 노드로서 오퍼레이팅시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

(i) 상기 기지국 노드로부터 전송된 다운링크 신호의 일부에 대응하는 다수의 연속적인 제 1 타임 슬롯을 갖는 다운링크 서브프레임, 및 (ii) 상기 가입국 노드가 메시지를 상기 기지국 노드에 전송하는 스케쥴링된 제 2 시간 주기에 대응하는 다수의 연속적인 제 2 타임 슬롯을 갖는 업링크 서브프레임을 포함함으로써 PMP 네트워크의 타임 프레임을 규정하는 스텝; 및

MANET 또는 메쉬 통신이 스케쥴링되어 상기 타임 프레임의 소망하는 부분보다 많지 않게 발생하도록 상기 MANET/메쉬 존을 할당하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 MANET 또는 메쉬 통신이 스케쥴링되어 상기 타임 프레임의 대략 50%보다 많지 않게 발생하도록 상기 MANET/메쉬 존을 할당하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
멀티 프로토콜 무선 통신 노드로서:

통신 서비스를 필요로 하는 외부 장치에 대하여 상기 노드로 그리고 노드로부터 제어 정보 또는 데이터를 제공하기 위해 구성 배열된 인터페이스 컴포넌트;

상기 인터페이스 컴포넌트에 연결되어 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 따르는 링크 또는 포인트 투 멀티포인트(PMP) 프로토콜을 따르는 링크 중 어느 하나를 통하여 상기 노드에 의해 전송될 데이터를 라우팅하기 위해 구성된 네트워킹 컴포넌트;

상기 네트워킹 컴포넌트에 연결되어 MANET 또는 메쉬 프로토콜을 실행하기 위해 구성된 제 1 매체 액세스 컨트롤러(MAC) 컴포넌트;

상기 네트워킹 컴포넌트에 연결되어 상기 PMP 프로토콜을 실행하기 위해 구성된 제 2 MAC 컴포넌트로서, 상기 제 1 및 제 2 MAC 컴포넌트가 서로 인터페이스되도록 배열되어 스케쥴링 정보를 통과시키는 제 2 MAC 컴포넌트;

무선 주파수(RF) 컴포넌트;

타이밍 레퍼런스 소스;

상기 타이밍 레퍼런스 소스에 응답하고 상기 제 1 MAC 컴포넌트 및 상기 RF 컴포넌트에 연결되어 (i) MANET 또는 메쉬 프로토콜에 따라 상기 제 1 MAC 컴포넌트로부터 입력된 제 1 데이터를 처리해서 처리된 제 1 데이터를 전송용 RF 컴포넌트에 출력하고, (ii) 상기 MANET 또는 메쉬 프로토콜에 따라 상기 RF 컴포넌트로부터 입력된 제 2 데이터를 처리해서 처리된 제 2 데이터를 상기 제 1 MAC 컴포넌트로 출력하는 제 1 물리 층 컴포넌트; 및

상기 타이밍 레퍼런스 소스에 응답하고 상기 제 2 MAC 컴포넌트 및 상기 RF 컴포넌트에 연결되어 (i) 상기 PMP 프로토콜에 따라 상기 제 2 MAC 컴포넌트로부터 입력된 제 3 데이터를 처리해서 처리된 제 3 데이터를 전송용 RF 컴포넌트로 출력하고, (ii) 상기 PMP 프로토콜에 따라 상기 RF 컴포넌트로부터 입력된 제 4 데이터를 처리해서 처리된 제 4 데이터를 상기 제 2 MAC 컴포넌트로 출력하는 제 2 물리 층 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 노드를 PMP 프로토콜 네트워크에서 고정 가입국 노드로서 형성하기 위해 구성 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 노드를 PMP 프로토콜 네트워크에서 이동 가 입국으로서 형성하기 위해 구성 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 노드를 PMP 프로토콜 네트워크에서 기지국 노드로서 형성하기 위해 구성 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 MAC 컴포넌트에 연결되어 상기 MAC 컴포넌트들 사이에서 데이터를 교환하는 브릿징 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 MAC 컴포넌트는 메쉬 프로토콜을 IEEE 802.11 표준에 따라 실행하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 PMP 프로토콜을 IEEE 802.16 표준에 따라 실행하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 MAC 컴포넌트는 메쉬 프로토콜을 IEEE 802.11 표준에 따라 실행하기 위해 구성되고, 상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 PMP 프로토콜을 IEEE 802.16 표준에 따라 실행하기 위해 구성되며; 상기 제 2 MAC 컴포넌트는 상기 노드를 PMP 프로토콜 네트워크에서 기지국 노드로서 구성하기 위해 배열되고, 상기 제 1 MAC 컴포넌트는 상기 노드를 메쉬 프로토콜 네트워크에서 액세스 포인트(AP) 노도로서 구성하기 위해 배열되며, 상기 제 1 및 제 2 MAC 컴포넌트 쌍방은 동기화를 위한 공통 타이밍 레퍼런스에 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 18 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 MAC 컴포넌트에 연결되어 상기 MAC 컴포넌트들 사이에서 데이터를 교환하는 브릿징 컨포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 MAC 컴포넌트는 양 슬롯 알로하 및 CSMA 컨텐션 프로토콜로 동작하도록 구성된 프레임 포맷을 갖는 MANET 프로토콜을 실행하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 프로토콜 무선 통신 노드.
제 11 항에 기재된 하나 이상의 멀티 프로토콜 무선 통신 노드를 포함하는 다수의 노드; 및

상기 멀티 프로토콜 무선 통신 노드와 결합되어 공통 세트의 네트워크 채널 또는 서브채널에 걸쳐 상기 노드 사이에서 PMP 및 MANET/메쉬 통신을 위한 시간을 예약하는 하나 이상의 스케쥴러로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크.