KR20090112646A - Ｗｌａｎ 클라이언트 디바이스의 백그라운드 스캐닝 방법 - Google Patents

Ｗｌａｎ 클라이언트 디바이스의 백그라운드 스캐닝 방법 Download PDF

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Abstract

802.11 클라이언트 디바이스의 백그라운드 스캔(backgroud scan)은, 일정한 기준을 충족시키지 않은 경우에, 구성요소의 대부분을 저전력 모드로 유지할 수 있도록 한다. 에어 데이터 트래픽 상태에 따라 그러한 기준을 동적으로 변경하는 방법을 본 발명에서 개시한다. 이것은 시스템이 슬립 모드에 머무르는 시간을 증가시키고, 그 결과 휴대 802.11 인에블형 미디어의 대기 전류 소비(stanby-current consumption)을 향상시킨다.

Description

ＷＬＡＮ 클라이언트 디바이스의 백그라운드 스캐닝 방법 {BACKGROUND SCANNING METHOD FOR WLAN CLIENT DEVICES}
본 발명은 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network, WLAN, 무선 LAN 이라고도 함) 클라이언트 디바이스 및 이러한 디바이스에 적응된 방법에 관한 것이다.
WLAN의 액세스 포인트(Access Point, AP)는 이 AP와 연관된 클라이언트 디바이스에 로컬 중계 기능(local relay function)을 제공한다. 표준 규격 IEEE 802.11(참조 1)에 따르면, 이 모드의 동작을 하부구조 기본 서비스 세트(Infrastructure Baisic Service Set, IBSS)라고 한다. IBSS는 확장된 서비스 세트 식별자(Extended service set identifier, ESSID)라고 하는 ID에 특징이 있다. Wi-Fi 무선 LAN 컴퓨터 네트워킹에서, ESSID는 각각의 패킷을 네트워크의 일부로서 식별하기 위하여 무선 네트워크상의 모든 패킷에 첨부된 코드이다. 상호 통신을 시도하는 모든 무선 디바이스는 동일한 ESSID를 공유하여야 한다. 각각의 패킷을 식별하는 것 외에, ESSID는 소정의 "서비스 세트(Service Set)"에 사용된 무선 네트워크 디바이스의 그룹을 고유하게 식별하는 데 사용되기도 한다.
임의의 WLAN 클라이언트 디바이스(클라이언트 디바이스 또는 디바이스라고도 함)는 일정한 채널에서 전송하는 AP를 검출하기 위하여 통신 매체를 스캔(scan)할 수 있어야 한다. 클라이언트 디바이스가 임의의 AP에 접속되어 있지 않은 한, 클라이언트 디바이스는 백그라운드 활동(background activity)으로서 스캔 동작을 수행할 수 있다.
AP에 접속되지 않은 802.11 클라이언트 디바이스의 백그라운드 활동은, 일정한 기준을 충족시킬 때까지는 대부분의 디바이스 구성요소가 저전력 모드로 유지되는 방식으로 실행된다.
802.11 WLAN 프로토콜을 지원하는 휴대 장치는 동작 및 대기 시간을 증대시키기 위하여 전력 소비를 효율적으로 다루어야 한다. 몇몇 애플리케이션에서는, 사용자에 의해 WLAN 기능(functionality)이 인에이블 및 디스에이블 되지만, 항상 동작중이고 전력 소비를 투명하게 최적화 및 조절할 수 있는 다른 많은 WLAN 시스템이 강하게 요구된다. 자기 조절 능력은, WLAN 장치가 액세스 포인트(AP)를 통하여 데이터를 전송하거나 단지 비콘(beacon)을 듣는 연관 상태(association state)인 경우에 필수적이지만, 디바이스가 비접속 모드로 동작하여 이용 가능한 네트워크를 발견하기 위하여 백그라운드 스캔을 수행할 경우에도 중요하다.
비접속 모드에서의 백그라운드 스캔은, 대기 모드(stand by mode)인 경우에 단지 휴대 디바이스에 의해 실행된 무선 LAN 네트워크 기능이어야 하고, 사용자 또는 사용자의 애플리케이션은 WLAN 네트워크가 검출되자마자 통지받아야 한다. 이러한 관점에서, 이 기능의 수행에 기인한 전력 소비는 디바이스의 대기 시간에 직접적으로 영향을 미친다.
비접속 모드의 백그라운드 스캔중에 효율적인 전력 관리를 필요로 하는 애플리케이션의 전형적인 예는, VoIP(Voice over IP) 전화와 WLAN을 지원하는 셀룰러폰을 들 수 있다. 이러한 디바이스는, 범위 내에 존재하는 AP가 없거나 동일 영역 내에서 발견된 AP가 애플리케이션 또는 사용자에 의해 규정된 일정한 기준을 만족하지 않기 때문에, 접속되지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은, 예를 들면 WLAN 디바이스의 배터리 전력과 같은, 전력을 절약하는 것이다. 본 목적은 본 발명에 따른 에어 데이터 트래픽 상태(air data traffic condition)에 따라 파라미터 기준으로 동적으로 변경하는 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명은 비접속 상태에서의 WLAN 인에이블 클라이언트 장치(WLAN enabled client apparatus)의 자기 조절형 백그라운드 스캔 방법에 관한 것이다. 본 방법은 또한 여러 상태의 전력 절약 기능도 포함한다. 조절은 전력 소비 및 네트워크 검출 속도와 관련한 시스템 전체의 영향을 미치는 에어 트래픽 상태 파라미터(air data traffic condition)의 동적 변경을 가리킨다.
또한, 본 발명은 별개로 인에이블 또는 디스에이블될 수 있는, 계층으로 구성되는 아날로그 및 디지털 하드웨어를 포함하는, 본 방법을 지원하는 WLAN 클라이언트 디바이스를 제공한다. 상기한 WLAN 클라이언트 디바이스는 또한 하드웨어 계층과 직접 대응하는 계층으로 구성된 소프트웨어도 포함한다. 추가적인 소프트웨어 계층은 몇몇 디바이스 시스템 기능의 최적화를 책임지는 관리 계층이다.
SW 관리 계층의 일부가 비접속 모드의 백그라운드 스캔 알고리즘이다.
본 발명은 AP에 접속되어 있지 않지만, 몇몇 미리 정해진 조건을 충족시키는 네트워크를 발견하자마자 관련지을 것을 원하는 클라이언트 WLAN 장치에 관한 것이다. 본 발명은 장치 내의 WLAN 기능성을 책임지는 회로의 전력 소비를 최소화하기 위한 것이다. 본 발명은 또한 WLAN이 AP를 검출하여 사용자 또는 사용자의 애플리케이션에 통지하는데 필요한 시간을 최소화하기 위한 것이기도 하다. 본 장치는 다른 기능들을 위한 회로를 포함할 수도 있고, 또는 WLAN 관련 회로만을 포함할 수도 있다.
다른 관점에서, 제안된 방법은 계층 구조의 네트워크 장치를 포함한다. 상부 계층(upper layer)들은 하부 계층(lower layer)들에 의해 실행되는 비접속 상태의 백그라운드 네트워크 스캔을 위한 알고리즘을 구성하고, 네트워크 하부구조(network infrastructure)가 발견될 때까지 전력 절약 모드(power down mode)로 전환한다. 이 알고리즘은 상부 계층들의 환경설정에 기초하여 스스로 조절되며, 전력 소비를 최소화하기 위한 효율적인 네트워크 스캐닝을 지향한다. 그러나, 사용자가 AP의 범위를 입력한 순간부터 가능한 최단 시간에 무선 네트워크의 발견에 관해 사용자 또는 애플리케이션이 통지받을 것임을 보장하여야 한다.
본 발명의 능동 스캔 모드 및 수동 스캔 모드를 지원하며, 비접속 모드에서 백그라운드 스캔중에 이들 사이를 동적으로 전환한다.
제안된 발명은 802.11 표준에 준거한다. 이는, 시스템이 슬립 모드(sleep mode)를 유지하는 시간을 증가시키고, 그 결과 휴대 가능한 802.11 인에이블형 매체의 대기 전류 소비를 향상시킨다.
도 1은 표준 WLAN 네트워크의 개략도이다.
도 2a는 비접속 모드에서의 백그라운드 스캔 동안에 WLAN 클라이언트 디바이스의 일반적인 상태일 때의 시간 경과에 따른 전력 소비를 나타낸 도면이다.
도 2b는 비접속 모드이지만, 응답 만료 기간 twa 동안에 어떠한 유효한 패킷 또는 프로브 응답도 수신하지 않는 능동 스캔 모드에서의 백그라운드 스캔 동안에 WLAN 클라이언트 디바이스의 일반적인 상태일 때의 시간 경과에 따른 전력 소비를 나타낸 도면이다.
도 2c는 백그라운드 스캔 알고리즘의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 802.11g/b 규격에 따른 유럽형 채널 선택-중첩을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략적인 WLAN 디바이스를 나타낸 블록도이다.
도 6은 채널 스캐닝중의 본 발명의 동작의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 백그라운드 스캐닝중의 본 발며의 동작의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 1에는 개략적인 WLAN 네트워크가 나타나 있다. WLAN 네트워크는 백본 네트워크(backbone network), 즉 인터넷에 동작 가능하게(operatively) 접속되어 있다.
네트워크(5)는 AP와 디바이스 사이의 에어 인터페이스(air interface)를 통하여. 사용자 단말기를 의미하기도 하는, 사용자가 취급하는 모바일 휴대 무선 클라이언트 디바이스와의 무선 통신을 위한 다수의 액세스 포인트(AP)(AP1 ,AP2, AP3, ... )를 포함한다. 사용자 단말기는 주파수 대역 내의 주파수 상에 있는 무선 채널에 의해 한 번에 하나의 AP와 접속할 수 있는데, 이에 대해서는 이하에 더욱 상세하게 설명한다.
무선 클라이언트 디바이스(100)에는 IEEE 표준 802.11에 따른 통신에 적합도록 구성된 수신기 및 송신기 회로를 포함하는 무선 유닛이 구비되어 있다. 이 무선 유닛은 안테나 디바이스에 동작 가능하게 접속되어 있다. 사용자 단말기에는 또한
하나 이상의 컴퓨터 또는 입출력 유닛에 접속된 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)과 같은 디지털 처리 유닛과, 기능, 다른 장치 유닛, 및 단말기의 다른 애플리케이션을 제어하기 위한 프로그램 소프트웨어 및 데이터 저장 수단(도시하지 않음)이 구비되어 있다. 단말기에 대해서는 더욱 자세하게 설명한다.
무선 클라이언트 디바이스(100)는, AP와 무선 클라이언트 디바이스(100) 사이의 송신 범위에 의해 제한되는 영역 내의 에어 인터페이스(air interface) 내의 하나의 채널 상의 AP에 동작 가능하게 접속될 수 있을 것이다. 3개의 상이한 영역의 예인 AR1, AR2, AR3는 도 1에 매우 간략하게(실제 형상은 더 복잡하지만, 직사각형으로) 나타냈다. 제1 영역(ARl)은, 일정한 모바일 클라이언트 디바이스가 AP 및 자신이 속하는 네트워크를 액세스하기 위한 프로브 요청(probe request)을 전송할 수 있는 AP들을 포함한다. 제2 영역(AR2)는, 디바이스가 액세스하는 것이 허용되어 있지 않거나 사용자가 요청 프로브를 전송하기를 원하지 않는 다수의 AP를 포함한다. 제3 영역(AR3)은, 삼림 영역과 같이, 액세스 가능한 어떠한 AP도 포함하지 않거나, 그 영역에 대한 일정한 대역 제한 세트로 인해 디바이스가 전혀 송신을 할 수 없다.
AR1에서 또는 AR1으로 들어갈 때, 사용자는 어떤 AP 접속이 최상의 에어 데이터 상태, 예컨대 RSSI를 제공하기 때문에, WLAN 디바이스(100)가 AP 중 어느 것(AP1, AP2, 또는 AP3)에 접속하는 것을 원할 수 있다. 이 영역에서, 디바이스는 접속 상태에서 능동 스캐닝 모드로 동작할 것이다.
영역 AR2에서, 자신의 AP에 대한 접속을 허용하지 않을 운영자(operator)에게 속하는 AP들, 또는 사용자는 모바일 장치(mobile)가 프로브 요청을 전송하고 각각의 프로브 응답에 대하여 웨이크업(wake up)하는 것을 원하지 않는다. 그러므로, 전력 소비의 면에서는 비접속 상태로 있는 것이 유리하다. 영역 AR3에는, 액세스 가능하거나 접속 가능한 AP는 없으며, 능동 스캐닝은 수동 스캐닝으로 간주되는 전력 낭비가 될 것이다. 그러나, 수동 스캐닝도 배터리 전력을 낭비할 수 있다. 그러므로, 스캐닝 조건을 적응시키고, 가장 바람직한 스캐닝 방법을 선택하는 것이 바람직하다.
백그라운드 스캔 알고리즘은, 사용자가 이동할 때마다 사용자가 진입한 영역의 상태를 식별하고 전력 소비의 불이익(consumption penalty)을 가능한 최소로 하 는 적시 네트워크 발견을 지향하는 각종 시스템 파라미터의 조절을 지속적으로 시도한다.
백그라운드 스캔 알고리즘은, 클라이언트의 하드웨어가 시스템의 개별 기능 블록을 인에이블 및 디스에이블하여 각종 전력 상태를 지원할 수 있도록 제공된 전력 절약 기능과 밀접하게 결합되어야 한다. 그러나, 이로써, 사용자가 AP의 범위에 진입한 순간부터 가능한 최단 시간에 접속에 적합한 네트워클 검출하고 보고하는 클라이언트의 능력에 미치는 영향은 가능한 작아야 한다.
도 2a는 백그라운드 스캔 동안의 일반적인 전력 상태를 나타낸 것이다. 이 상태들은 WLAN 클라이언트 디바이스의 접속 모드 및 비접속 모드 모두에서 만날 수 있다. 이 두 모드의 주요 차이점은, 비접속 모드에서는 이용 가능한 네트워크의 발견을 시도하는 디바이스가 수행하는 동작일 뿐이고, 접속 모드에서 이 동작은 데이터 교환과 같은 다른 기능과 결합할 수 있다는 것이다.
비접속 WLAN 디바이스가 대부분의 시간 t0를 유지하는 상태는 P0이고, 이는 디바이스가 가능한 최소 전력을 소비하여야 하는 휴면 상태(doze state)이다. P0의 지속기간 t0는 자기 조절 알고리즘의 파라미터 중 하나이다. 사용자가 AP가 없는 영역으로 이동하면, 이 알고리즘은 P0의 지속기간을 증가시키고 디바이스를 가능한 한 저전력 모드로 유지할 것을 결정하여야 한다. 사용자가 AP들에 의해 커버되는 영역으로 진입하면, 이 알고리즘은 첫 번째 AP를 검출한 후에 P0 시간을 즉시 감소시키도록 결정하거나, 가능한 AP에 대하여 모든 채널이 조사될 때까지 능동 모 드로 유지할 것을 결정할 수 있다. 이렇게 하여, P1 및 P5와 같은 다수의 과도 상태(transition state)를 제거하기 때문에, 전체 채널 스캔에 필요한 시간 및 전력을 최소화한다. P1은 휴면 상태에서 상태 P2로 가는 과도기에 상당하며, 무선방송(air) 내의 패킷에 주의를 기울이고 복호화할 준비를 한다. P1 동안의 정규 동작은 시스템 환경설정(system configuration), 클록 및 PLL 초기화 및 레지스터 프로그래밍이다. 마찬가지로, P5도 정규 동작 모드에서 휴면 상태 P0로 가는 과도기이다. P5 동안에, 시스템은, P0에서 사용되지 않는 모든 회로의 비활성화를 시도하는 P1 절차에 반대로 따른다.
도 2a에 나타낸 나머지 2개의 상태는 수신 상태 P3과 송신 상태 P4이다. P2와 P3의 차이점은, P3에서는 디바이스가 인커밍 패킷을 처리하고 있고 더 많은 회로가 관련되어 결과적으로 P2보다 상대적으로 더 많은 전력을 소비한다.
WLAN 시스템에서 상태 P4의 전력 소비는 대개 다른 상태들보다 높고, 전송 시마다 다를 수 있다. 백그라운드 스캔을 실행하는 비접속 모드의 WLAN 디바이스는 능동 스캔을 사용하는 경우에만 패킷을 송신한다. 능동 스캔에서, 디바이스는 액세스 포인트로부터 "Probe Response(프로브 응답)"을 기다리는 IEEE 802.11 "Probe Request(프로브 요청)" 패킷을 멀티캐스트(multicast)한다. 능동 스캔의 경우 프로브 요청 패킷의 송신 전력은 알고리즘에 동적으로 조절되는 하나 이상의 파라미터이다. 도 2b는 비접속 모드이지만 응답 만료 시간 twa 동안, 어떤 유효한 패킷 또는 프로브 응답도 수신하지 않은 능동 스캔 모드로 백그라운 스캔을 하는 동안의 WLAN 클라이언트 디바이스의 일반적인 상태를 나타낸, 시간 경과에 따른 전력 소비를 나타낸 도면이다.
도 2c는 만료 시간 twp 동안, 수동 스캔 모드로 백그라운드 스캔을 하는 동안의 WLAN 클라이언트 디바이스의 일반적인 상태를 나타낸, 시간 경과에 따른 전력 소비를 나타낸 도면이다.
백그라운드 스캔 알고리즘에 의해 동적으로 변경되는 파라미터는 이하와 같다:
1. 수신기 필터 대역폭 BR.
2. 능동 스캔 모드 대 수동 스캔 모드.
3. 휴면 주기 t0.
4. 송신 전력 P4.
5. 응답 만료 시간 twa 및/또는 twp의 설정값
송신기 필터 대역폭
다중 셀 네트워크 토폴리지에서, 상이한 채널을 사용하는 중첩 셀 및/또는 인접 셀은 동시에 동작할 수 있다. 디바이스는 인접 채널로부터의 강한 불필요한 신호를 제거하기 위하여 수신 시에 적절한 필터링을 하여야 한다.
클라이언트가 주어진 채널에서 AP와 연관되어 있는 접속 모드에서, 수신 필터는
인접 채널의 트래픽에 의해 유발되는 간섭을 제거하기 위하여 가능한 한 요과적이어야 한다. 인접 채널 제거 능력의 최소 요건은 대개 규격 []에 의해 제공된다. 그러나, 비접속 모드 및 저 트래픽 상태의 경우, 클라이언트가 수신기의 대역폭을 넓힐 수 있다면 바람직할 것이다. 802.11a/g 프로토콜(WLAN)에서 각 채널의 대역폭은 20MHz이다. 이를 도 4에 나타냈다.
본 발명에 따른 WLAN 클라이언트 디바이스에 사용 가능한 이상적인 필터는 20MHz 공간 내의 모든 주파수를 수신할 수 있을 것이다. 이러한 필터는 RF 및/또는 디지털 도메인에서 구현될 수 있다. 이 필터를 넓게 만든다는 것은, 아날로그 및/또는 디지털 도메인에서, 몇몇 폴(pole)을 추가하거나 샘플러의 경우 설계 시에 기존의 2개 이상의 필터 사이를 전환하는 것을 의미한다.
도 4는 802.11g/b 규격에 따른 유럽의 채널 선택-중첩을 나타낸 것이다. 수신기의 필터를 넓게 함으로써, 클라이언트는 인접 채널의 트래픽을 인지할 수 있거나, 이 대역 내의 고 레벨의 에너지를 측정할 수 있다. 이 경우, 백그라운드 스캔 알고리즘은 자기 조절을 할 수 있으며, 일반적인 예를 도 3에 나타냈다.
백그라운드 스캔 알고리즘은 또한 특정한 클라이언트의 수신과 송신 사이의 전력 소비의 차, 트래픽 상태, 허용 가능한 검출 네트워크에 관한 사용자의 기호, 및 많은 채널에 대해 동시에 주의를 기울이는 수신기의 능력을 고려하여 능동 백그라운드 스캔 모드와 수동 백그라운 스캔 모드를 선택할 수도 있다.
도 3의 흐름도에는 본 발명의 방법의 바람직한 일 실시예를 나타냈다.
본 방법의 진입 단계인 단계 10은, 최종 영역 조사 또는 최근 수행된 영역 조사에서 검출된 액세스 포인트(AP)가 없는 경우에 일어난다. 영역 조사에 의한다는 것은 능동 스캐닝이든 수동 스캐닝이든 관계없이 AP의 검색을 의미한다. 디바이스는 검출된 상태에 의해 비접속 상태를 검출하였다, 예를 들면 디바이스의 검출 수단이 미리 정해진 스캔 시도 횟수 동안 또는 미리 정해진 기간이 끝나는 동안에 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않았다. 단계 40에서, 백그라운드 스캔 알고리즘은 전력을 덜 소비하는 모드(슬립 모드) 로의 전환을 개시하고, 여기서 전력 소비는 P0이고, 휴면 전력 상태(도 2a 내지 도 2c 참조)이다.
단계 20에서, 하위 단계(sub-step)를 나타내는, 여러 번의 측정을 수행할 수 있다. 이 단계에서, 알고리즘의 파라미터의 수는 조절 및 설정된다. 디바이스는, 휴면 전력 상태 P0의 지속기간 tp0을 더 크게 설정하여 에 다음번에는 시스템이 상태 40에서 휴면 모드로 가게 되도록 하고, tp0에 따라 거기에 오래 머무른다. 예로서, 디바이스는, 새로운 스캐닝이 능동 또는 수동으로 수행될 때까지 지속기간을 증가시키는 새로운 값을 가지는 타이머 또는 클록을 디바이스 내에 적재할 것이다. 수신기 필터의 대역폭을, 앞서 설명한 바와 같이 인접 무선 채널에 주의를 기울일 수 있도록 증가시킨다. 사용자와 디바이스가 잠시 위치하는 영역의 트래픽 상태는 모든 채널에서 무시할 수 있다. 이와 같이, 능동 모드로 동작할 때마다 더 많은 채널로부터 패킷 또는 에너지를 검출할 수 있다. 또한 알고리즘은 비중첩(non-overlapping) 채널로 홉(hop)할 수도 있도록 채널을 검색하는 순서를 정할 수도 있다.
다음의 단계 30에서, 클라이언트는 능동 스캔 또는 수동 스캔을 수행하고, 가능한 인커밍 패킷을 기다리고, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 능동 모드 기간 twp 동안에 에너지를 측정하기 위하여, 완전 전력 모드로 전환한다. 파라미터 twp 는 또한 본 발명의 알고리즘에 의해 조절될 수 있다. 유효한 패킷 및 고 에너지를 만나지 못하였고/못하였거나 유효한 패킷 및 고 에너지가 디바이스에 의해 등록되어 있지 않은 경우, 단계 40에서, 디바이스는 백그라운드 스캔 알고리즘 파라미터를 변경하지 않고 단계 50의 P0 모드로 돌아갈 것이다. 단계 20에서 계산된 t0 기간은, 단계 50에서 시작될 것이고, 알고리즘은 프로세서에 의해 유효한 패킷 및/또는 고 에너지가 검출될 때까지 단계 30 내지 단계 50에서 설명한 루프 내에 머무를 것이다.
단계 40에서 유효한 패킷이 검출되거나 고 에너지가 측정된 경우, 디바이스 시스템은 단계 60으로 진입하여 다수의 파라미터, 적어도 하나를 다시 변경한다. P0 시간의 감소 및/또는 수신기 필터의 대역폭 감소/좁힘 및/또는 알고리즘이 연속적인 스캐닝 동작에 사용하는 채널의 순서의 변경이 본 명세서에서 이하에 설명하는 바와 같이 이루어질 것이다. 단계 60에서 실행될 수 있는 하나의 작용은 다음 루프에서의 능동 스캔 모드로 전환하는 것이고, 단계 70, 단계 80, 및 단계 90을 포함하는 다음 루프에서는, 하나 이상의 프로브 응답을 수신할 때까지 또는 시스템 타이머가 만료될 때까지, 현재 채널 및 인접 채널에 프로브 요청을 전송하는 것을 포함한다. 이를 위해, 스캔 카운터의 리셋이 필요하다.
단계 70에서, 각각의 채널을 새로운 파라미터에 따라 계속하여 스캐닝하고, 스캔할 때마다 스캔 카운터를 증분한다. 스캔 카운터에 의해 기록되는 스캔의 횟수가 미리 정해진 최대 스캐닝 횟수(여기서는 MaxScan으로 규정함)에 도달하면, 알고리즘에 의해 디바이스가 제어되어 전술한 단계 20으로 돌아간다.
사용자의 미리 정해진 기준(신호 세기, 운영자, ...)을 충족시키는 액세스 포인트가 하나 이상 검출 또는 기록되면, 단계 80의 조건을 충족시키고("yes"), 애플리케이션 표준 루틴에 따라, 단계 85에서, WLAN 디바이스의 호스트, 즉 CPU는 전원이 켜지고 기동된다(wake-up). 그러나, 단계 80 및 단계 90 각각에서의 조건을 충족시키지 않는 한, 디바이스는 본 발명의 알고리즘의 상기한 하위 루프에서의 단계 70, 단계 80, 및 단계 90를 반복할 것이다.
WLAN 디바이스
본 발명의 다른 측면에서, 제안된 방법은 계층 구조의 네트워크 장치(100)를 포함한다. 상부 계층들, 메인 컨트롤러(100)는 하부 계층에 의해 실행되는 비접속 상태의 백그라운드 네트워크 스캔의 알고리즘을 구성하고, 네트워크 하부구조가 발견될 때까지 전력 절약 모드로 전환한다. 도 5는 본 발명에 따라 동작할 수 있는 WLAN 인에이블형 휴대 디바이스(WLAN enabled portable device)(100) 내의 계층들을 구현하는 일 실시예를 나타낸 것이다. 알고리즘을 실행하는 하부 계층은 802.11 MAC(Media Access Control)(120), 802.11 MODEM(130), 및 802.11 RF(Radio Frequency)(140)이다. 이들 계층, 또는 수단은 하나의 디바이스(150)로서 구현되거나 다수의 실리콘 디바이스로서 구현될 수 있다. 상부 계층은 관리를 책임지고, 알고리즘의 구성은 휴대 디바이스의 메인 컨트롤러에서 구현된다. 이와 같이, 백그라운드 스캔 알고리즘이 하부 계층(120∼140)에 의해 실행되고, 원하는 WLAN 네트워크의 존재를 만났음을 나타내는 조건들을 충족시키지 않는 한, 이 시스템의 메인 컨트롤러(110)는 저 전력 모드로 전환할 수 있다. 이들 조건은 또한 저 전력 모드로 가기 전에 컨트롤러에 의해 정해지며, 최소 에너지 임계값, 바람직한 ESSID 리스트, 불필요한 ESSID 리스트 등으로 참조할 수 있다.
RSSI 임계값의 사용: 설정된 RSSI 임계값, 예를 들면 -60 dBm보다 큰 신호 세기를 수신할 때까지 기동하지 말 것.
바람직한 ESSID 리스트의 사용: 이 리스트에 포함된 ESSID를 가지는 임의의 AP로부터 패킷을 수신할 때까지는 기동하지 말 것.
불필요한 ESSID 리스트의 사용: 이 리스트에 포함된 ESSID를 가지는 AP로부터 패킷을 수신한 경우에는 기동하지 말 것.
상기한 기준의 조합.
도면은 표준 IEEE 802.11를 지원하는 WLAN 디바이스를 나타낸 것이다. WLAN 디바이스(100)는 컨트롤러(120) 및 안테나(160)에 동작 가능하게 접속되는 WLAN 네트워크 어댑터(150)를 포함한다. 컨트롤러는 CPU(Central Processing Unit), 마이크로프로세서, 컴퓨터 등의 데이터 처리 및 명령어 제어 디바이스일 수 있다. 모든 구성요소는 배터리 유닛(도시하지 않음)으로부터 전원이 공급된다. 전원을 켤 때, 컨트롤러는 백그라운드 스캔 알고리즘의 파라미터를 구성한다. 예를 들면, 컨트롤러는 수신기 필터 대역폭, 능동 스캔 대 수동 스캔 모드, 휴면 지속기간, 송신 전력, 시스템 백오프(backoff) 타이머의 설정값, 응답 만료 시간의 설정값, 수신 신호 세기 RSSI의 임계값 등의 값을 제공한다. 컨트롤러는 MAC 및 물리 계층(MAC/PHY 계층)으로 나타낸 하부 계층을 구성하고, 메인 컨트롤러 내의 관리 계층(110)은 상부 계층을 구성한다. 전원이 켜져 환경 설정을 한 후, 컨트롤러는 전력을 절약하기 위한 슬립 모드로 간다. 본 발명에 따르면, 계층 구조는 백그라운드 스캔 동안에 디바이스 구성요소의 대부분이 슬립 모드로 가고, MAC 및 물리 계층의 구성요소와 알고리즘을 책임지는 기능부만이 알고리즘을 수행하도록 할 수 있다. 그러므로, 하부 계층(150)은 알고리즘의 실행을 책임진다. 그러므로 전력을 절약하려는 본 발명의 목적은, 관리 계층(110)은 슬립 모드이고 MAC 및 물리 계층의 구성요소 및 알고리즘을 책임지는 기능부만이 상기한 알고리즘을 실행함으로써 달성된다. 관리 계층(110)은 요청이 있으면 MAC/PHY 계층의 환경설정 데이터(configuration data)를 제공한다. 환경 설정 데이터는 다수의 인수(argument)를 포함하는 기능 벡터(function vector)로서 규정된다:
function_background_scan_vector (arg1, arg2, arg3, ... , argn)
여기서, arg1은 수신기 필터 대역폭, arg2는 RSSI 임계값, arg3은 휴면 지속기간 파라미터 값, 등일 수 있으며, 모든 알고리즘 파라미터를 설정하기 위한 것이다. 높은 계층, 즉 관리 계층은 MAC/PHY 계층에 백터 내에서 개시 파라미터 값으로서 선택된 인수를 사용하여 백그라운드 스캔 기능의 실행을 개시하도록 명령한다.
모바일 클라이언트 WLAN 디바이스가 일시적으로 위치하는 영역 내의 하나 이상의 액세스 포인트에 대하여 WLAN 채널 주파수 대역을 백그라운드 스캐닝하는 본 발명의 방법에서, 상기 클라이언트 디바이스는 비접속 상태이고, 백그라운드 스캐닝을 실행하는 동안에 에어 데이터 트래픽 상태의 변경에 의해 하나 이상의 파라미터 값을 동적으로 변경할 것이다. 이 동적 변경은 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 수신기 필터(여기서는 RF 모듈/계층(1400)에 통합됨)의 대역폭 증가시키는 것을 포함한다. 또한, 디바이스는, 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝(스캐닝 동작) 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 휴면 지속기간 t0 을 증가시킬 수도 있다. 디바이스는 또한, 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 응답 만료 시간 tw 의 설정값을 감소시킬수도 있다. WLAN 클라이언트 디바이스는 수신 신호 세기의 측정 결과에 의해 프로브 요청의 송신 전력을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
디바이스는, 디바이스를 능동 스캔 모드 또는 수동 스캔 모드로 설정하는 수단을 포함한다. 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였고, AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족시키는 것에 의하여, 디바이스는 능동 스캔 모드로 설정된다. 또한, 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였지만, AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족하지 않은 것에 의해, 디바이스는 수동 스캔 모드로 설정된다.
본 발명의 WLAN 클라이언트 디바이스의 실시예에 따르면, 본 디바이스는 수신 신호 세기 RSSI를 측정 및 결정하는 수단을 구비한다.
WLAN 디바이스는 수신기 필터 대역폭을 변경하는 수단을 포함하며, 이를 구현하는 방법은 해당 기술분야의 당업자에 공지되어 있다. 이 수단은 소프트웨어 또는 하드웨어 등의 여러 방법으로 구현 가능하다. 능동 스캔 모드 또는 수동 스캔 모드 사이를 전환하는 수단도 해당 기술분야의 당업자에게 공지되어 있다. 이 수단도 소프트웨어 또는 하드웨어 등의 여러 방법으로 구현 가능하다.
휴면 지속시간 t0을 설정 및 측정하는 수단은 앞서 설명한 표준 IEEE 802.11에 따른 널리 알려진 타이머 구현예이다. 응답 만료를 설정 및 측정하는 수단도 표준 장치로 간주된다 송신 전력을 설정하는 수단은 송신기 기술 분야에서는 널리 알려져 있다.
채널 스캐닝 순서
클라이언트는, 그 방법이 해당 라운드 동안에 모든 채널에 대하여 동일한 무선 네트워크 검출 확률을 보증하지 않더라도, 자신의 주파수 대역 내의 모든 채널을 스캐닝하였을 때, 1 라운드의 알고리즘을 완료한다. IEEE 802.11에 따라 여러 채널의 중첩을 고려하면, 이전에 자신의 수신 필터링 대역폭을 증가시켰던 비접속 클라이언트는 일정한 확률로 인접 채널에서 전송된 패킷 또는 에너지를 검출할 수 있을 것으로 생각된다. 알고리즘은, 연속하는 스캔 동작 동안의 채널의 순서를 적절히 조절하기 위하여 이 특성을 이용할 수 있다. 도 6은 전형적인 예를 나타낸 것이다.
'라운드 A'에서, 디바이스는 채널 1, 채널 6, 및 채널 11을 스캐닝할 것이다. 디바이스가 능동 스캔 또는 수동 스캔을 실행할 때, 적어도 낮은 주파수 중 3개의 인접 채널과 높은 주파수 중 3개의 채널로부터 에너지 또는 패킷을 검출할 수 있을지 모른다. 그래서, 디바이스가 채널 6에 주의를 기울이면, 전력 또는 방출 거리에 따라, 채널 3 내지 채널 9 중 어느 것에서 송신된 에너지 또는 패킷을 검출할 수 있을지 모른다. 인접한 채널일수록 그 채널에서 송신된 패킷을 검출할 확률이 더 높다. 라운드 A의 끝에, 클라이언트는 3개의 채널 1, 6, 및 11에 대한 스캐닝을 완료하였을 것이고, 무엇인가를 검출하기에는 확률이 적기는 하지만, 다른 모든 채널에 대해 주의를 기울였을 것이다. 다음의 라운드 B에서, 이전 라운드의 채널과 최대한 떨어져 있는 3개의 다른 채널을 선택하여 동일하게 수행할 것이다.
사용자가 어떠한 채널도 숨기지 않았다면, 디바이스는 매번 전술한 최대 거리의 기준에 관하여, 주파수 대역의 모든 채널을 스캔할 때까지 추가 라운드를 수행할 것이다. 도 6의 특정한 예에서, 디바이스는 모든 채널을 1번 스캔하는 데 5 라운드가 필요할 것이다.
상기한 절차 동안에, 디바이스가 특정한 채널에서 동작할 때 고 에너지를 검출하면, 스캐닝 방법은 현재의 라운드에서 인터럽트를 발생시킬 것이고, 이것은 시스템을 좁은 수신 필터로 전환할 것이며, 그 영역에 가까운 채널들에 대한 스캐닝을, 가장 인접한 채널에서부터 시작할 것이다.
라운드 2 동안에, 그리고 클라이언트가 채널 8에서 AP를 찾고 있었고, 고 에너지를 발견하였다고 가정한 경우를 도 7에 나타냈다. 디바이스는 인접 채널에 대하여 스캐닝을 시작할 것인데, 바람직하게는 능동 스캔을 사용하여, 채널 7 및 채널 9에서부터 시작하며, 그 이유는 이들 2 채널 중 어느 것의 송신에 의해 에너지가 검출되었을 확실성이 있기 때문이다. 디바이스는 또한 채널 10을 스캐닝할 것이만, 채널 6 및 채널 11은 라운드 1 동안에 스캐닝되었기 때문에 하지 않는다.
이 예는, 성공한 스캐닝 결과를 메인 컨트롤러에 보고하는 데 걸리는 시간을 단축 및 최소화하기 위하여 비접속 디바이스의 백그라운드 스캔 알고리즘이 채널 스캐닝의 순서를 자동을 조절하는 방법을 보여준다.
장기적으로, 각 채널이 스캐닝되었던 평균 횟수는, 디바이스가 아무것도 발견하지 않고 반복적으로 스캐닝한 경우에, 모든 채널에서 동일하다.
본 발명은 이상에서 설명한 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 다양한 개조, 변형 및 등가물이 사용될 수 있다. 그러므로, 상기한 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석하여서는 안 되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

Claims (18)

  1. 모바일 클라이언트 WLAN 디바이스가 일시적으로 위치하는 영역 내의 하나 이상의 액세스 포인트에 대하여 WLAN 채널 주파수 대역을 백그라운드 스캐닝하는 백그라운드 스캐닝 방법으로서, 상기 클라이언트 디바이스는 비접속 상태이고, 상기 디바이스는 관리 계층에 의해 제어되며, 상기 백그라운드 스캐닝 방법은 MAC/PHY 계층에서 실행되며, 상기 백그라운드 스캐닝은 복수의 특성 파라미터를 포함하는 백그라운드 스캔 기능 벡터를 포함하고, 상기 파라미터는 적어도 휴면 지속기간(doze duration time)을 포함하며, 상기 기능 벡터의 특성 파라미터는 수신기 필터 대역폭, 무선 신호 세기 표시자, 및 하나 이상의 부가 특성 파라미터를 더 포함하고, 상기 백그라운드 스캐닝 방법은,
    상기 백그라운드 스캐닝을 실행하는 동안에, 에어 데이터 트래픽 상태(air data traffic condition)의 변경에 기인하여 상기 파라미터 값 중 하나 이상을 동적으로 변경하는 단계를 포함하고, 상기 에어 데이터 트래픽 상태는 검출된 에너지의 레벨 및/또는 수신 신호 세기의 측정값, RSSI 중 적어도 하나를 포함하는,
    백그라운드 스캐닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임 의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 상기 수신기 필터의 대역폭을 증가시키는 단계, 또는
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출한 경우, 상기 수신기 필터의 대역폭을 감소시키는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는,
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 상기 휴면 지속기간 t0 을 증가시키는 단계, 또는
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출한 경우, 상기 휴면 지속기간 t0 을 감소시키는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는,
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 응답 만료 시간 tw 의 설정값을 감소시키는 단계, 또는
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출한 경우, 응답 만료 시간 tw 의 설정값을 증가소시키는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는, 수신 신호 세기의 측정값 또는 에너지 레벨에 기인하여 프로브 요청의 송신 전력을 증가 또는 감소시키는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는, 상기 디바이스를 능동 스캔 모드 또는 수동 스캔 모드로 설정하는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였고, 상기 AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족시키는 것에 기인하여, 상기 디바이스가 능동 스캔 모드로 설정되는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였지만, 상기 AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족하지 않은 것에 기인하여, 상기 디바이스가 수동 스캔 모드로 설정되는, 백그라운드 스캐닝 방법.
  9. 모바일 클라이언트 WLAN 디바이스가 일시적으로 위치하는 영역 내의 하나 이상의 액세스 포인트에 대하여, WLAN 채널 주파수 대역을 백그라운드 스캐닝할 수 있는 WLAN 클라이언트 디바이스로서,
    상기 클라이언트 디바이스는 비접속 상태이고, 상기 디바이스는 관리 계층에 의해 제어되며, 상기 백그라운드 스캐닝 방법은 MAC/PHY 계층에서 실행되고, 상기 백그라운드 스캐닝은 적어도 휴면 지속기간(doze duration time)을 포함하는 복수의 특성 파라미터를 포함하는 백그라운드 스캔 기능 벡터를 포함하고, 상기 기능 벡터의 특성 파라미터는 수신기 필터 대역폭, 무선 신호 세기 표시자, RSSI, 및 하나 이상의 부가 특성 파라미터를 더 포함하고, 상기 MAC/PHY 계층은, 상기 백그라운드 스캐닝을 실행하는 동안에, 에어 데이터 트래픽 상태의 변경에 기인하여 상기 파라미터 값 중 하나 이상을 동적으로 변경하는 것을 포함하고, 상기 에어 데이터 트래픽 상태는 검출된 에너지의 레벨 및/또는 수신 신호 세기의 측정값, RSSI 중 적어도 하나를 포함하는,
    WLAN 클라이언트 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 상기 수신기 필터의 대역폭을 증가시키는 수단을 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 상기 휴면 지속기간 t0 을 증가시키는 수단을 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 디바이스가 일정한 시간 및/또는 채널 스캐닝 동작의 횟수 동안에, 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하지 않은 경우, 응답 만료 시간 twA 및/또는 twp 의 설정값을 증가시키는 수단을 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    수신 신호 세기 RSSI의 측정 결과에 기인하여 프로브 요청의 송신 전력을 증가 또는 감소시키는 수단을 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스를 능동 스캔 모드 또는 수동 스캔 모드로 설정하는 수단을 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였고, 상기 AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족시키는 것에 기인하여, 상기 디바이스가 능동 스캔 모드로 설정되는, WLAN 클라이언트 디바이스.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 디바이스가 임의의 채널에서 유효한 패킷 또는 고 에너지를 검출하였지만, 상기 AP가 미리 정해진 호스트/운영자 기준을 충족하지 않은 것에 기인하여, 상기 디바이스가 수동 스캔 모드로 설정되는, WLAN 클라이언트 디바이스.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 백그라운드 스캐닝 파라미터에 기인하여 개별적으로 인에이블 또는 디스에이블될 수 있는 계층으로 구성된 아날로그 및 디지털 하드웨어를 포함하는 WLAN 클라이언트 디바이스.
  18. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적으로 변경하는 단계는
    고 에너지 또는 유효한 패킷의 검출에 기인하여, 스캐닝할 채널의 순서를 변경하는 단계를 포함하는, 백그라운드 스캐닝 방법.
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