KR20100107078A - 무선 네트워크에서의 연관 및 재연관을 위한 배열들 - Google Patents

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Abstract

네트워크 장치들을 네트워크에 연관시키기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 안테나 어레이에 의해 소스로부터 비컨을 수신하는 단계, 빔 형성을 위해 자원들을 할당하는 단계 및 비컨의 적어도 일부의 수신 후에 빔을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 빔 형성은 연관 요청의 완료 전에 그리고 연관 요청에 응답하는 승인 신호의 수신 전에 달성될 수 있다. 따라서, 지향성 전송을 이용하여, 연관 요청의 적어도 일부를 전송하고, 연관 요청에 대응하는 승인 신호를 전송할 수 있다.

Description

무선 네트워크에서의 연관 및 재연관을 위한 배열들{ARRANGEMENTS FOR ASSOCIATION AND RE-ASSOCIATION IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 네트워크에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 무선 네트워크에서의 장치들 사이의 연관 및 재연관에 관한 것이다.
통상의 무선 네트워크에서, 다수의 장치는 서로 통신할 수 있다. 다수의 당사자 또는 장치 사이의 통신들을 용이하게 하기 위해서는 통신들이 관리되어야 한다. 따라서, 통상적으로 각각의 네트워크는 액세스 포인트와 같은 통신 제어기, 피코넷 제어기(PNC), 또는 제어기로서 동작하고 네트워크 통신을 관리하는 국을 구비한다. 개인용 컴퓨터와 같은 각각의 국은 제어기와 연관될 수 있으며, 따라서 네트워크와 연관되어, 네트워크에 접속하고, 네트워크에 접속된 자원들에 대한 액세스를 취득할 수 있다. 통상적으로, 국들 및 네트워크 제어기들은 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 이용하여 연관을 수행하고, 네트워크와 통신한다. 시스템 효율을 향상시키기 위하여, 일부 무선 네트워크들은 연관을 위해 전방향 전송들을 이용하고, 데이터의 트랜잭션을 위해 지향성 전송들을 이용한다.
다수의 무선 네트워크들은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11b 및 802.11g 사양에 의해 정의되는 바와 같은 통신을 위하여 2.4GHz의 주파수를 이용한다. 다른 무선 네트워크들은 IEEE 802.11a 사양에 의해 정의되는 바와 같은 통신을 위해 5GHz의 주파수를 이용한다. IEEE 802.11a 및 b는 1999년에 발표되었고, IEEE 802.11g는 2003년에 발표되었다. IEEE 802.11b 표준에 따르는 국들은 일반적으로 Wi-Fi(wireless fidelity) 호환 장치들로서 지칭되거나 거래될 수 있다. 새로운 무선 네트워크들은 밀리미터파 주파수들(예를 들어, 60GHz 대역)에서 동작하도록 정의되고 있다. 지향성 통신은 중요하며, 일부 예들에서는 수용 가능한 성능을 달성하는 것이 요구된다.
전술한 바와 같이, 전방향 전송 및 지향성 전송 양자는 일반적으로 무선 네트워크들에 의해 이용된다. 일반적으로, 전방향 전송은 신호 에너지가 구의 성질로 균일하게 전파되거나 3개 방향으로 균일하게 전파되는 전통적인 방사 패턴을 제공한다. 지향성 전송은 신호 에너지를 특정 방향으로 포커싱할 수 있다. 구체적으로, 지향성 전송은 신호가 수신되는 것을 의도하지 않는 방향들로 더 적은 에너지가 전송되면서 수신기의 방향으로 더 많은 에너지가 전송될 수 있으므로 더 효율적으로 동작할 수 있다.
또한, 수신기는 그의 수신 감도를 특정 방향으로 포커싱할 수 있다. 따라서, 송신기는 RF 에너지를 수신기의 방향으로 포커싱할 수 있으며, 수신기는 수신 감도를 특정 방향으로 포커싱하여, 간섭들을 완화하고 통신 효율을 향상시킬 수 있다. 지향성 전송 시스템은 전방향 시스템들보다 향상된 성능을 제공할 수 있다. 예컨대, 지향성 시스템들은 훨씬 더 높은 데이터 레이트들을 이용할 수 있다. 그러나, 그러한 시스템들은 전통적인 전방향 전송 시스템들보다 복잡하고 비쌀 수 있다. 지향성 안테나들은 RF 전력을 수신 시스템으로 포커싱하여 수신 장치가 존재하지 않는 방향으로 RF 전력을 낭비하지 않는 더 좁은 빔폭으로 인해 전방향 안테나들보다 훨씬 높은 이득들을 가질 수 있다.
통상적으로, 최신의 밀리미터파 네트워크 통신 시스템들은 연관 절차 동안에 낮은 데이터 레이트의 의사 전방향 전송을 이용한다. 장치들 사이의 연관 절차는 1980년에 발표된 OSI(open systems interconnect) 사양에 의해 정의되는 바와 같은 물리 계층 프로토콜을 이용하여 달성될 수 있다. 물리 계층 전송 모드는 OSI 모델 내의 최하위 계층이며, 물리 계층은 통신들을 셋업하고 관리하기 위해 장치들에 의해 이용될 수 있다. 물리 계층은 주로 물리적 전송 매체를 통한 원시 비트(raw bit) 스트림들의 전송들을 상술한다. 그러한 비트 스트림은 호환 네트워크의 존재를 인식하고 네트워크와 연관하기 위해 국들에 의해 이용될 수 있다.
셀폰들 및 전기 기구들과 같은 장치들에 의해 유발되는 간섭은 종종, 네트워킹된 장치들 사이의 통신 링크들이 두절되게 한다. 통신 링크들의 두절은 또한 국들의 이동 또는 장애물들의 이동에 의해 발생한다. 전술한 바와 같이, 다수의 네트워크들은 지향성 전송들을 이용하며, 이러한 네트워크 통신 링크들은 전방향 링크들보다 효율적일 수 있지만, 간섭을 생성하는 국 이동성 및 계속 변하는 인자들로 인해 취약할 수 있다. 그러한 인자들은 종종 빈번하고 바람직하지 않은 국 또는 네트워크 접속 분리를 유발할 수 있다.
기가헤르츠 범위, 예를 들어 60GHz에서 낮은 전력으로 동작하는 네트워크 시스템은 통상적으로 더 낮은 주파수들에서 동작하는 시스템보다 통신 링크 두절에 더 민감하다. 일반적으로, 이러한 민감성의 증가는 공기 중에서의 무선파의 고유한 전파 특성들에 기인하는 것으로 추정되는데, 이는 더 높은 주파수들이 더 높은 산소 흡수율 및 증가된 감쇠를 겪기 때문이다. 감쇠는 송신기와 수신기 사이의 물리적 장애물들, 특히 금속성 장애물들에 의해 유발될 수 있다. 대부분의 링크 두절들 또는 접속 분리들은 장치들이 재연관 프로세스를 시작할 것을 요구한다. 그러한 재연관 프로세스는 비교적 긴 시간이 걸려서, 모든 네트워크 통신을 느리게 한다. 또한, 그러한 재연관 프로세스는 네트워크 오버헤드를 크게 추가하여, 자원들은 필요한 만큼 높은 레이트들로 데이터를 교환하지 못한다.
따라서, 계속 두절되고 있는 다수의 국을 갖는 네트워크 제어기는 빈번하게 국들과 재연관해야 할 것이다. 그러한 프로세스는 제어기가 통신들을 관리하고 구성하는 데에 상당한 양의 시간 및 오버헤드를 소비할 것을 요구할 수 있으며, 그러한 시간은 데이터의 송수신에 더 양호하게 소비되어야 했을 것이다. 국들이 계속 제어기와 재연관되어야 할 때, 네트워크의 최종 목적인 실제 데이터 전송에 소비되는 시간보다 많은 시간이 네트워크 하부 구조를 관리하기 위한 행정 기능들에 소비될 수 있다. 따라서, 네트워크 통신 관리는 완전하지 못하다.
본 발명의 양태들은 아래의 상세한 설명을 읽을 때 그리고 동일한 참조 번호들이 유사한 요소들을 지시할 수 있는 첨부 도면들을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1은 지향성 및 전방향 통신들을 수행할 수 있는 네트워크의 블록도.
도 2는 국 연관 프로세스를 위한 가능한 타이밍 구성을 나타내는 타이밍도.
도 3은 국 연관 프로세스를 위한 다른 가능한 타이밍 구성을 나타내는 다른 타이밍도.
도 4는 네트워크에서 국 연관을 달성하기 위한 방법을 나타내는 흐름도.
이하는 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 실시예들의 상세한 설명이다. 무선 네트워크에서 국과 네트워크 통신 제어기(NCC) 사이의 효율적인 연관 및 재연관을 제공할 수 있는 시스템들, 장치들 및 방법들의 배열들이 본 명세서에 개시된다. 그러한 배열들은 무선 로컬 네트워크(WLAN), 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 또는 일반적으로 단지 무선 네트워크(WN)를 생성하는 데 이용될 수 있다. 여기에 개시되는 일부 실시예들은 밀리미터 범위의 파 길이들을 갖는 무선파들을 전송하는 통신 시스템들에 맞춰진다. 그러한 네트워크 타입 통신 시스템들은 60GHz 범위 근처의 주파수들로 동작할 수 있다.
본 발명에 따르면, 국 및 네트워크 제어기가 연관 프로세스 동안에 더 낮은 데이터 레이트들의 전방향 전송들(즉, 전방향 모드)을 이용하여 소비하는 시간의 양이 크게 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 연관 프로세스의 상당 부분이 지향성 모드에서 수행될 수 있다. 따라서, 연관 동안의 전방향 모드의 이용은 연관 및 재연관에 필요한 최소한의 필요한 정보로 제한되면서, 연관 및 재연관 프로세스의 대부분은 지향성 모드에서 수행될 수 있다. 이러한 전송 모드의 전환은 개시되는 배열들이 전통적인 시스템들보다 적은 에어 타임 및 적은 대역폭 및 빠른 연관 시간을 소비하게 한다.
개시되는 실시예들은 일반적으로, 전방향 전송 단계에서의 통신에 소비되는 시간을 줄이고 지향성 고속 전송 단계에서의 연관 프로세스 동안에 소비되는 시간을 늘리는 연관 통신들로서 설명될 수 있다. 일반적으로, 전방향 전송 모드는 초당 1 메가비트로 데이터를 전송할 수 있으며, 지향성 전송 모드는 초당 952 메가비트로 데이터를 전송할 수 있다. 따라서, 전통적으로 전방향 전송들에서 낮은 데이터 레이트들을 이용하여 통신되었던 연관 프로세스에서 사용되는 데이터의 모두 또는 대부분은 이제 고속 지향성 모드로 통신될 수 있다.
개시된 연관 배열들은 전방향 데이터 레이트로 네트워크 제어기와 국 사이에서 최소량의 정보를 교환한 후, 연관 프로세스의 균형을 위해 지향성 고속 통신 모드로 전환할 수 있다. 따라서, 거의 모든 연관 프로세스가 더 높은 통신 속도로 수행될 수 있으며, 연관 프로세스 및 재연관 프로세스를 수행하는 데 필요한 시간 간격은 크게 감소될 수 있다. 이러한 전송 모드들 및 데이터 레이트들의 빠른 전환은 WN의 엔티티들에 대한 훨씬 더 빠른 연관 시간들 및 재연관 시간들을 허가할 수 있다.
통상적인 WN들은 전방향 모드에서의 전방향 전송 및 지향성 모드에서의 지향성 전송 양자를 이용하여, 기본 설계 요구들 또는 통신 링크 "예산"을 충족시킨다. 통상적인 네트워크들은 연관 프로세스 전방향 모드에서 수 Mbps 정도의 전방향 모드의 매우 낮은 데이터 전송 레이트를 이용하여, 모든 방향들에서 커버리지를 제공하고, 안테나 이득으로 인해 손실된 에너지를 보상한다. 따라서, 기존의 기가헤르츠 통신들에서는, 전방향 전송들 및 낮은 데이터 레이트들이 프레임들의 관리 및 제어에 그리고 연관 및 재연관에 이용된다.
기존의 시스템들에서는, 전방향 모드가 통신 셋업 및 장치 연관에 이용되는 반면, 지향성의 높은 데이터 레이트 모드는 데이터 전송을 위해 예약된다. 따라서, 전통적인 시스템들에서는, 국이 제어기와 연관되고, 국들이 데이터 전송을 수행할 준비가 된 후에, 지향성 모드가 개시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 국 및 네트워크 통신 제어기(NCC)가 서로를 식별하고 상대적 방향들을 식별하기에 충분한 데이터를 전방향 통신 모드를 통해 수신한 후에, NCC 및 국은 지향성 전송 모드로 전환하여, 훨씬 더 높은 데이터 레이트를 이용하여 통신들을 구현할 수 있다. 그러한 지향성 모드에서의 더 높은 데이터 레이트는 초당 수 기가비트(Gbps) 정도일 수 있으며, 그러한 더 높은 데이터 레이트는 지향성 링크가 더 높은 안테나 이득들 및 감소된 간섭으로부터 이익을 얻기 때문에 가능하다.
아래의 표 1을 참조하면, 전통적인 연관 프로세스의 상이한 파라미터들 또는 단계들 및 전통적인 연관 프로세스의 파라미터들 및 단계들에 대한 요구들이 예시되어 있다. 본 명세서에 설명되는 가르침들에 따르면, 지향성 통신들이 연관 프로세스의 적어도 대부분에 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 후술하는 단계들 및 파라미터들의 절반 이상이 지향성 모드를 이용하여 수행될 수 있으며, 따라서 연관 시간들이 감소하고, 네트워크 효율 및 성능이 향상된다.
Figure pct00001
기가헤르츠 무선 시스템들에 대한 현재의 연관 프로토콜 표준들에 따르는 전통적인 시스템들은 스펙트럼 이용에 관하여 매우 비효율적이라는 것을 알 수 있다. 이와 달리, 개시되는 일부 실시예들은 연관 프로세스에서 경제적으로 가능한 한 빨리 빔 형성을 행하고, 보다 높은 데이터 레이트들을 이용한다. 이러한 빠른 전환은 전체 네트워크 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
ECMA(European Computer Manufacturer's Association) 사양들 및 IEEE 802.15.3 사양 양자에는, NCC와 국 사이의 연관 프로세스가 거의 전방향 전송 모드만을 이용하여 수행되는 것으로 상술되어 있다. 통상적인 연관 프로세스는 국으로부터의 연관 요청 및 낮은 데이터 레이트에서의 NCC로부터의 응답 메시지를 포함할 수 있다. 이러한 전통적인 연관 프로세스는 상당한 양의 처리 오버헤드 및 시간 지연들을 생성할 수 있으며, 이들은 본 발명의 가르침들에 따라 충분히 회피될 수 있다.
NCC들에 의해 관리되는 통신 채널들은 종종 셀폰, 마이크로파 오븐, 국 이동성, 환경 이동성 등으로부터 간섭으로 인해 두절되며, 전통적인 시스템들에서 요구되는 계속적인 재연관은 일반적으로 비교적 큰 통신 지연들과 같은 상당한 문제들을 유발한다. 채널 두절로 인한 그러한 바람직하지 않은 지연에 대한 주요 인자는 장치들을 재연관시키는 데 필요한 시간이라는 것을 알 수 있다. 연관 및 재연관 프로세스에 의해 소비되는 시간 및 자원들은 전통적인 연관 프로세스들에 의해 이용되는 전통적인 전방향의 낮은 데이터 레이트 전송으로 인해 상당할 수 있다.
도 1을 참고하면, 기본적인 WN 구성(100)이 도시되어 있다. WN(100)은 IEEE 802 표준 세트 중 하나 이상을 따르는 WLAN 또는 WPAN일 수 있다. WN(100)은 인터넷(102)과 같은 하나 이상의 네트워크에 접속될 수 있는 NCC(104)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, NCC(104)는 피코넷 제어기(PNC)일 수 있다. 피코넷은 공유 물리 채널을 점유하는 국들의 집합으로서 정의될 수 있다. 국들 중 하나가 NCC(104)로서 셋업될 수 있으며, 이어서 나머지 국들은 NCC(104)에 의해 제공되는 제어 기능들을 통해 WN(100)에 "접속"할 수 있다. NCC(104)는 중앙식 동기화를 제공할 수 있으며, 또한 서비스 품질(QoS) 요구, 절전 모드, 및 다른 장치들에 대한 네트워크로의 액세스를 관리할 수 있다.
일부 실시예들에서, 개시되는 시스템은 WLAN, WMAN, WPAN, WiMAX, 핸드헬드 디지털 비디오 방송 시스템(DVB-H), 블루투스, 초광대역(UWB), UWB 포럼, Wibree, WiMedia Alliance, WirelessHD, 무선 균일 직렬 버스(USB), SUN SPOT(Sun Microsystems Small Programmable Object Technology) 및 ZigBee 기술들을 이용하는 셀룰러 장치들과 같은 무선 핸드셋들, 또는 핸드헬드 컴퓨팅 장치들을 포함하는 대부분의 무선 기술들을 지원할 수 있다. 시스템(200)은 또한 단일 안테나, 섹터 안테나 및/또는 다중 입력 다중 출력 시스템(MIMO)과 같은 다중 안테나 시스템과 호환될 수 있다.
NCC(104)는 지향성 통신을 용이하게 하기 위한 안테나 어레이(112)를 포함할 수 있다. WN(100)은 또한 국 A(106), 국 B(108) 및 국 C(110)와 같은 네트워킹 가능한 국들 또는 네트워크 장치들을 포함할 수 있다. 많은 WN은 프레임 또는 수퍼프레임으로서 일반적으로 지칭되는 세그먼트들에서 데이터를 송신하고 수신할 수 있다. 따라서, WN들은 프레임들을 이용하여 NCC(104)를 통해 WN 내에서의 접속들(즉, 연관들 및 재연관들) 및 접속 분리들(연관 해제들)을 관리할 수 있다. 이러한 프레임들은 적절하게 관리 프레임들로 지칭될 수 있다. 더 높은 통신 계층들에 따라 정보를 운반하는 데이터 프레임들에 더하여, 통상적인 WN은 데이터 전송 프로세스를 셋업하고 지원하는 관리 및 제어 프레임들을 처리할 수 있다.
동작에 있어서, 국 C(110)와 같은 네트워크 호환 국은 NCC(104)에 의해 서비스되는 영역에 진입할 때 NCC(104)로부터 비컨을 수신할 수 있다. 비컨은 네트워크 통신 관리 데이터를 포함할 수 있다. 비컨은 전방향 모드로 전송되므로, 비컨은 비교적 낮은 데이터 레이트를 가질 수 있다.
NCC(104)는 비컨 프레임들과 같은 관리 프레임들을 전송할 수 있으며, 여기서 비컨은 국이 순서 바르게 네트워크 통신들을 설정하고 유지하는 것을 가능하게 하는 네트워크의 핵심부로서 동작한다. 국(110)은, 국(110)이 NCC(104)에 의해 방송되는 비컨 프레임들을 수신할 때, 가능한 네트워크 가용성을 검출할 수 있으며, NCC(104)는 국(110)이 인증될 수 있는지를 결정할 수 있다. 인증 요청도 국 C(110)와 같은 국에 의해 NCC(104)로 전송될 수 있는 관리 프레임이다. 국 C(110)가 WN(100)에 접속하려고 시도하고 있을 때, 또 하나의 관리 프레임인 연관 요청이 국 C(110)에 의해 이루어질 수 있다. 연관 요청은 국 C(110)가 NCC(104)에 의해 인증된 후에 그러나 국 C(110)이 WN(100)에 접속할 수 있기 전에 이루어질 수 있다. 네트워크 또는 NCC(104)와 연관되기 위하여, 국 C(110)는 매체 액세스 제어(MAC) 어드레스를 갖는 프레임을 수신하고 이용할 수 있다. 이러한 관리 타입 프레임들은 많은 가운데 특히 NCC(104)의 MAC 어드레스, NCC(104)의 용량 및 능력, 및 NCC의 서비스 세트 식별자(SSID)와 같은 정보를 포함할 수 있다. 국 C(110)로부터의 액세스에 대한 요청이 수용 가능하고, NCC(104)가 국 C(110)가 WN(100)에 접속하는 것을 허가하는 경우, NCC(104)는 성공적 연관 응답을 국(110)으로 전송할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 비컨의 수신 동안, 국 C(110)는 국 C(110)의 안테나(들)에 대한 NCC(104)의 상대적 위치 또는 NCC(104)의 상대적 방향을 검출할 수 있다. 전술한 비컨 정보의 그러한 검출 및 수신 후에, 국 C(110)는 빔 형성 프로세스를 시작할 수 있다. 빔 형성 프로세스가 완료된 때, 국 C(110)는 더 높은 데이터 레이트에서 전송을 시작할 수 있으며, 연관 프로세서의 나머지와 관련된 시간을 줄일 수 있다. 또한, NCC(104)는 NCC(104)가 국으로부터 신호를 수신하자마자 빔 형성을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 국(106-110)은 안테나 어레이들(115)로 도시된 안테나 어레이를 가질 수 있으며, NCC(104)도 안테나 어레이(112)를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서는, 안테나 어레이 대신에 하나 이상의 섹터 안테나가 사용될 수 있다. 섹터 안테나는 점 대 다점 접속들을 위해 섹션 형상의 방사 패턴을 갖는 일종의 지향성 안테나로서 정의될 수 있다. 그러한 안테나 구성들은 NCC(104) 또는 국이 신호의 도달 방향(DOA)을 결정하는 것을 허가할 수 있다. 안테나 구성들은 또한 국들(106-110)과 NCC(104) 사이에서 충분한 높은 데이터 레이트의 점 대 점 통신들이 달성될 수 있도록 신호 빔 조정을 허가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 국 C(110)와 같은 국은 비컨 신호로부터 얻은 DOA 정보를 이용하여, 지향성 전송 모드에서 연관 요청을 NCC(104)로 전송할 수 있다.
일반적으로, DOA는 전송되는 무선 파가 안테나들(112 또는 115)과 같은 안테나의 어레이에 도달하는 방향에 기초하여 결정될 수 있다. NCC(104) 또는 아마도 국(110)은 한 세트의 RF 센서들 또는 센서 어레이를 이용하여, 수신된 신호의 DOA를 결정할 수 있다. 국 C(110)와 유사하게, NCC(104)는 방향 검출 모듈(122)과 연계하여 무선파 또는 전자기 에너지의 존재 및 그의 상대적 방향을 검출하기 위한 수신기/송신기(R/T) 센서 또는 단지 센서(166)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(166)는 방향 검출 모듈(122)을 작동시킬 수 있다. 검출 모듈(122)은 NCC(104)의 안테나(들)(112)에 대한 송신 안테나(들) 소스의 방향을 검출할 수 있다. 방향은 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 또는 소정의 다른 네비게이션 또는 위치 결정 수단들을 이용하여 국 또는 NCC에 의해서도 확인될 수 있다.
트리거 모듈(118)은 센서(166)에 의한 RF 에너지의 검출에 기초하여 빔 형성 프로세스를 개시하도록 빔 형성 모듈(120)을 트리거하거나 작동시킬 수 있다. 트리거 모듈(118)은 소정의 주파수 또는 주파수 범위, 특정 에너지 레벨 및/또는 특정 패턴을 갖는 검출된 RF 에너지에 기초하여 트리거 신호를 제공할 수 있다. 트리거 모듈(118)은 또한 RF 신호의 검출로부터 소정 시간 지연되는 트리거 신호를 제공할 수 있으며, 많은 다른 검출된 현상들을 이용할 수 있다.
따라서, 빔 형성 기술들은 무선 신호가 발생하는 상대적 방향을 추정하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 빔 형성 기술들은 간섭, 신호 강도 등을 주기적으로 재평가하고, 그러한 적응 프로세스에 기초하여 링크의 품질을 개선/향상시키는 것을 포함할 수 있다. 도달 각도(AoA), 도달 시간차(TDOA), 도달 주파수차(FDOA), 위의 기술들의 혼합 또는 다른 유사한 검출 기술들과 같은 도달 방향을 계산하기 위한 다양한 기술들을 이용하여, 송신 소스의 상대적 방향을 결정할 수 있다. 따라서, 이러한 정보는 지향성 전송을 계획하거나 수신 안테나 시스템을 포커싱하는 데 이용될 수 있다. 빔 조정, 지향성 통신 및 지향성 수신은 안테나 이론, 위상 편이 등의 분야에서 설명되는 것들과 같은 많은 수단에 의해 달성될 수 있으며, 그러한 설명은 본 발명의 범위를 벗어난다는 것을 알 수 있다.
개시되는 빠른 빔 형성 프로세스는 국 C(110)와 같은 국들이 NCC(104)를 통해 네트워크와의 연관/접속 상태를 전통적인 연관 배열들, 기술들, 시스템들 또는 방법들보다 훨씬 더 효율적으로 달성하는 것을 허가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 개시되는 배열들은 통신 교환에서 높은 데이터 레이트의 지향성 통신을 조기에 이용할 수 있으며, 그러한 빠른 이용은 더 높은 데이터 레이트를 유발하여 연관 프로세스를 고속화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전통적인 네트워크들은 연관 프로세스의 모두 또는 적어도 대부분에 대해 전방향의 낮은 데이터 레이트 전송을 이용하며, 개시되는 연관 프로세스는 전통적인 시스템들에 의해 달성되는 것보다 훨씬 빠르게 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 국 C(110)의 센서(126)는 무선파 또는 전자기 에너지의 존재를 검출할 수 있으며, 방향 검출 모듈(130)을 작동시킬 수 있다. 방향 검출 모듈(130)은 국 C(110)의 안테나(들)에 대한 송신 안테나(들)의 방향을 검출할 수 있다. 트리거 모듈(128)은 트리거 모듈(128)에 의해 제공되는 신호에 기초하여 빔 형성 프로세스를 개시하도록 빔 형성 모듈(124)을 트리거하거나 작동시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 트리거 모듈(128)은 하나 이상의 검출된 파라미터에 기초하여 트리거 신호를 제공할 수 있다. 트리거 신호는 하나 이상의 파라미터의 검출로부터 특정 시간 간격만큼 지연될 수 있다. 간략화를 위해, 국 C(110)는 서브컴포넌트들을 갖는 것으로 도시되며, 국 A(106) 및 국 B(108)는 컴포넌트들을 갖지 않는 것으로 도시되지만, 국 A 및 B는 유사하거나 동일한 컴포넌트들을 구비하고 이용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
일부 실시예들에서, 빔 형성은 검출된 RF 에너지에 기초하여 NCC(104)와 국 C(110) 사이의 첫 번째 교환에 이어서 발생할 수 있다. 따라서, NCC(104) 및 국들에서의 빔 형성은 아마도 어떠한 정보 교환도 없이 상이한 주파수들 상에서 NCC(104)와 국 사이의 통신들에서 조기에 개시될 수 있다.
그러한 빔 형성 후에, 연관 프로세스 및/또는 제어 정보 교환의 균형화가 지향성 전송들 및 높은 데이터 레이트들을 이용하여 수행될 수 있다. 그러한 이른 단계에서의 지향성 인식 및 지향성 통신은 국 C(110)와 같은 국이 전통적인 국들보다 상당히 빠르게 이용 가능한 네트워크 접속을 달성하는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 국 C(110)는 (통상적으로 제1 전송인) 비컨 전송으로부터 얻은 도달 방향(DOA) 정보 및 데이터를 이용하여, 트리거 모듈(128)로부터의 신호에 기초하여 지향성 전송 모드로 전환할 수 있다. 트리거 및 빔 형성 후에, 국 C는 접속 프로세스를 완료하는 데 필요한 후속 통신(들)을 전송할 수 있다. 예컨대, 프로브 통신들 및/또는 연관 요청들이 지향성의 높은 데이터 레이트 모드에서 국 C(110)에 의해 전송될 수 있다. 국 C(110)와 마찬가지로, NCC(104)는 트리거 모듈(118)에 의해 검출될 수 있는 국으로부터 수신된 프로브 전송 또는 소정의 다른 전송의 수신에 기초하여 지향성 모드로 전환할 수 있다.
NCC(104)가 NCC(104)를 통해 네트워크에 접속하려고 시도하는 국으로부터 신호를 수신하는 경우, 국은 연관 절차의 초기 부분으로서 빔 형성 모드에 직접 들어갈 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔 형성은 전용 또는 할당된 시간 할당을 요구하지 않고 비컨 및 연관 요청 프레임 교환의 일부로서 수행될 수 있다.
따라서, 국 C(110)가 비컨 프레임 동안에 또는 수퍼프레임의 일부로서 수신되는 다른 프레임들 동안에 NCC(104)를 향해 빔을 형성할 때, 빔 형성은 국이 지향성 모드에서 연관 요청을 전송하는 것을 가능하게 할 수 있다. 마찬가지로, NCC(104)는 연관 요청을 수신함으로써 국을 향해 빔을 형성할 수 있으며, 따라서 NCC(104)는 또한 지향성 모드에서 연관 응답을 전송할 수 있다. 이 경우에, 연관 프로세스에서 전방향 전송 모드가 완전히 회피될 수 있다. 그러한 구성에서는 수퍼프레임 동안에 또는 빔 형성 동안에 특정 시간을 할당하는 것이 거의 또는 전혀 필요하지 않을 수 있다는 것을 알 수 있다.
간섭이 존재하고, NCC(104)와 국들 사이의 통신 채널들이 두절될 때, 국들로의 그리고 국들로부터의 데이터 흐름이 관리적인 또는 통신 관리 부담 또는 오버헤드에 의해 심하게 중단될 수 있다. 전통적인 연관 요청들에 의해 소비되는 통상적인 시간은 50μsec + 92*8/1Mbps + 22*8/1Mbps = 50 + 736 + 176 = 962 마이크로초(μsec)이다. 연관 응답에 소비되는 시간은 50μsec + 92*8/1Mbps + 14*8/1Mbps = 50 + 736 + 112 = 898μsec이다. 따라서, 연관을 달성하기 위한 총 시간은 1860μsec인 것으로 계산된다. 네트워크가 장치들 사이에서 데이터를 이동시키려고 시도하기에 바쁜 통신 셋업 시에 이러한 상당한 양의 시간이 종종 낭비된다.
일부 실시예들에서, 2개의 국 사이의 빔 형성은 전송들 또는 통신들을 모니터링함으로써 연관 프로세스 전에 셋업될 수 있다. 이 실시예에서, 모든 또는 거의 모든 전송은 지향성 모드에서 이루어질 수 있다. 모든 연관 프로세스가 지향성의 높은 데이터 레이트 전송 모드에서 수행되는 경우, 이 프로세스에 필요한 총 시간은 현재의 연관 시간의 아주 적은 부분인 5.303μsec 정도로서 계산될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 연관 후에 지향성 통신이 시작될 때, 연관 요청을 처리하기 위한 시간은 1.6μsec + 0.9μsec + 22*8/952Mbps = 1.6 + 0.9 + 0.185 = 2.685μsec로서 계산될 수 있다는 것을 알 수 있다. 대응하는 연관 응답은 1.6μsec + 0.9μsec + 14*8/952Mbps = 1.6 + 0.9 + 0.118 = 2.618μsec로서 계산될 수 있다. 개시되는 배열들과 현재의 최신 또는 전통적인 네트워크들 사이에는 상당한 성능/지연 차이(즉, 약 1856μsec)가 존재할 수 있다는 것을 알 수 있다.
구현의 복잡성을 포함하는 다양한 이유로 인해, 지향성의 높은 데이터 레이트 모드에서 수행되는 연관 프로세스의 "모든" 전송들은 경제적으로 가능하지 못할 수 있다. 완전 지향성 통신 모드를 이용하여 연관 프로세스를 수행하는 것이 경제적으로 가능하지 않은 경우, 연관 프로세스는 전방향 전송 모드에서 개시될 수 있으며, 빔 형성이 이루어지자마자, 통신 포맷이 지향성 전송 모드로 전환될 수 있다. 이러한 전환은 빔 형성이 트리거된 때에 기초하여 이루어질 수 있다.
위의 계산들은 개시되는 배열들이 국으로 하여금 전통적인 배열의 시스템들에 의해 제공되는 것보다 약 99.7% 빠르게 제어기와 연관되는 것을 가능하게 할 수 있다는 것을 지시한다. 이러한 연관 시간들의 개선은 로밍, 이동성 및 간섭으로 인한 빈번한 채널 중단들 또는 링크 두절들이 일반적인 밀리미터파 시스템들에 대해 특히 중요할 수 있다. 개시되는 배열들은 또한 (재)연관의 지연을 줄일 수 있으며, 따라서 미션 크리티컬(mission critical) 및 실시간 애플리케이션들에 의해 경험되는 서비스 품질(QoS)을 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 지향성 모드는 훨씬 더 높은 데이터 레이트를 제공하며, 따라서 연관 프로세스를 완료하는 데 필요한 시간이 크게 감소될 수 있다.
위의 가르침은 중앙 제어기를 갖는 네트워크를 설명하지만, 개시되는 가르침들은 애드혹 네트워크들에 의해서도 이용될 수 있다. 애드혹 네트워크들에서, 중앙 네트워크 제어기들 또는 액세스 포인트들이 존재할 수 있다. 그러한 구성에서, 국들은 피어들로서 지칭될 수 있으며, 피어들 중 하나가 비컨을 전송하고 통신들을 제어하는 책임을 떠맡을 수 있다. 비컨 프레임을 수신한 후에, 각각의 피어 또는 국은 비컨 시간 간격 동안 기다릴 수 있으며, 피어/국이 수신 가능한 비컨을 전송하지 않는 경우, 대기/청취하는 피어는 임의의 시간 지연 후에 비컨을 전송할 수 있다.
이러한 임의의 시간 지연은 적어도 하나의 국이 비컨을 전송하고 제어 피어가 될 것임을 규정할 수 있으며, 임의의 지연은 비컨들을 전송하는 책임을 피어들 사이에 교대시킨다. 액세스 포인트를 이용하는 대신에, 제어 국 또는 제어 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 애드혹 네트워크에 대한 제어를 제공할 수 있다.
국은 통신 세션 동안 그 이용하는 연관 및 빔 형성 데이터를 저장할 수 있다. NCC(104)와 국 C(110) 사이의 통신 채널이 간섭으로 인해 두절될 때, 국 C(110)는 재연관 요청을 전송할 수 있다. 일부 실시예들에서는, 높은 데이터 레이트의 지향성 모드에서 재연관 요청을 전송하기 위해 이전 연관으로부터의 데이터가 이용될 수 있으므로, 재연관 요청을 위해 전방향 전송 모드로 복귀하기 위한 요구는 존재하지 않는다.
국은 저장된 정보 네트워크 제어 정보를 이용하여 다른 국 또는 제어기로 연관 응답을 전송할 수 있다. 국 C(110)에 의해 개시되는 재연관 요청은 NCC(104)의 "최종 공지" 방향을 전송함으로써 개시될 수 있다. 간섭이 존재하고, NCC(104)와 국들 사이의 통신 채널들이 두절될 때, 국들로의 그리고 국들로부터의 데이터 흐름은 그러한 관리적인 또는 통신 관리 부담 또는 오버헤드에 의해 심하게 중단될 수 있다. 이어서, NCC(104)는 최종 공지된 빔 형성 구성을 포함하는 저장된 정보에 기초하여 지향성 모드에서 요청에 응답할 수 있다. 통신 링크가 설정(또는 재설정)될 수 없거나, 수신 응답 신호가 국에 의해 수신되지 않은 경우, 국 C(110)로부터의 연관 요청 전송은 360도 스캔을 통해 상이한 방향들로 빔이 투사되는 빔 형성을 이용하여 반복될 수 있다.
더구나, 개시되는 국들 사이의 빔 형성 배열들은 특정 채널 시간 할당(들)을 필요로 하지 않고 규칙적인 패킷 교환의 일부로서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔 형성은 전방향 비컨 및 연관 요청 프레임들의 수신 및 송신을 통해 수행될 수 있다. 밀리미터파 시스템들에서 빔 형성이 이미 발생하였고 "요구"되므로, 개시되는 WN(100)이 빔 형성을 달성하는 데 걸리는 시간은 추가적인 오버헤드를 추가하지 않을 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 2 단계 국 연관 프로세스에 대한 타이밍도가 도시되어 있다. 도시된 연관 프로세스는 네트워크 통신 제어기와 국 사이의 통신들을 나타낼 수 있다. 도시된 타이밍도는 본 가르침들을 구현하기 위한 많은 방법 중 하나를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 전통적인 연관 요청(AREQ)은 2개의 부분, 즉 최소 AREQ(M-AREQ)(206) 및 나머지 AREQ(R-AREQ)(214)로 분할될 수 있다. 2 단계 연관 프로세스는 전송들에 대해 할당된 시간 슬롯들 사이에 빔 형성이 발생하는 것을 허가할 수 있으며, 그러한 빔 형성은 국과 제어기 사이의 최소 연관 데이터의 교환 후에 개시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 연관 프로세스는 상이한 수퍼프레임들에서 발생할 수 있다. 후속 수퍼프레임(208) 동안, 훨씬 더 높은 데이터 레이트를 이용하여, 연관 프로세스를 수행할 수 있으며, 따라서 개시되는 연관은 전통적인 연관 절차들에 비해 훨씬 더 적은 대역폭을 요구하거나 더 적은 "에어 타임"을 사용한다.
비컨 기간(BP)(204) 및 국에 의한 비컨 신호의 수신 후에, 국은 전방향 전송을 이용하여 전방향 회선 쟁탈 액세스 기간(CAP)(206) 동안 최소 연관 요청(M-AREQ) 신호를 전송할 수 있다. 일반적으로, BP(204) 동안의 NCC의 전송 후에, NCC는 국들로부터의 네트워크 연관 요청들을 어드레싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, NCC 동작은 매체 액세스 제어(MAC) 어드레스가 연관 요청의 일부로서 사용될 수 있는 IEEE 802 표준 세트와 호환될 수 있다. 통상적으로, MAC 어드레스는 6 바이트를 차지할 수 있다. 국은 전방향 CAP 기간(206) 동안 그의 MAC 어드레스를 M-AREQ 전송의 일부로서 전송할 수 있으며, NCC는 들어오는 신호 및 MAC 어드레스의 방향을 검출할 수 있다. NCC는 전방향 CAP 기간(206) 후에 빔 형성을 위한 시간을 할당하거나 빔 형성을 개시할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 국 및 제어기 양자에서의 빔 형성은 전방향 CAP 기간 후에 2개의 수퍼프레임(208)에서 개시될 수 있다.
특정 타입의 전송의 검출, 특정 타입의 전송 내의 특정 데이터 및/또는 검출된 현상으로부터의 시간 지연을 이용하여, 하나 이상의 국 및 아마도 NCC의 빔 형성을 트리거할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 빔 형성을 위한 채널 할당은 옵션일 수 있다. 그러한 구성에서는, 빔 형성을 위해 특정 시간을 할당할 필요가 없을 수 있다.
국과 NCC 사이의 빔 형성은 또한, 연관 요청 없이, 국 B(204)로부터의 전방향 비컨 또는 국 B(204)로부터의 전방향 연관 요청(M-AREQ)에만 기초하여 이루어질 수 있다. 연관 전송의 처음 부분은 전통적인 시스템에 따를 수 있으며, 본 명세서에 개시되는 개량들을 수용하기 위해 변경될 필요가 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 연관 요청 메시지는 전방향 모드로 전송될 수 있고, 연관 응답은 지향성 모드로 전송될 수 있으며, 국 및 NCC에 대한 빔 형성은 메시지들 또는 요청들 및 응답들의 교환 사이에 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 비교적 느린 데이터 레이트로 단일 시간 블록 동안 전통적인 연관 요청에 의해 통상적으로 제공되는 정보는 더 작은 세그먼트들로 분할될 수 있으며, 제2의 통상적으로 더 큰 세그먼트는 훨씬 더 높은 데이터 레이트로 수행될 수 있다. 따라서, R-AREQ 전송에서는, M-AREQ에서 교환되는 것보다 많은 데이터가 더 작은 기간 동안에 교환될 수 있다. 국의 MAC 어드레스를 포함할 수 있는 비교적 짧은 M-AREQ 통신 간격은 비교적 낮은 데이터 레이트로 전송될 수 있으며, 연관 요청의 나머지에서 R-AREQ는 지향성 CTAP 기간(212) 동안 상당히 더 높은 데이터 레이트를 이용할 수 있다. M-AREQ 세그먼트는 MAC 어드레스를 포함하는 정보를 운반하기 위해 12 바이트 정도로 작을 수 있으며, R-AREQ 세그먼트는 22 바이트로 제한될 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음 수퍼프레임(즉, 수퍼프레임 n+1(208)) 동안, 다른 BP가 발생할 수 있으며, 이어서 전방향 CAP 전송이 발생할 수 있다. 제2 수퍼프레임에서의 전방향 CAP 전송 후에, 하나 이상의 국 및/또는 NCC에 의해 빔 형성이 개시될 수 있다. 빔 형성은 NCC에서 트리거될 수 있으며, 국에 의해 이전 수퍼프레임에서의 전방향 CAP 전송에 의해 트리거될 수 있다. 국의 MAC 어드레스의 수신, 특정 수의 비트들의 수신 등과 같은 많은 다른 현상들을 이용하여, 빔 형성을 트리거할 수 있다.
국 및 NCC는 옵션인 빔 형성 기간(210) 동안에 빔 형성을 달성할 수 있다. 옵션인 빔 형성 기간(210) 후에, 국은 채널 시간 할당 기간 또는 지향성 CTAP(212) 동안 할당을 요청하고 수신할 수 있다. 따라서, 연관 프로세스의 나머지 동안 지향성 고속 통신들이 이용될 수 있다. 따라서, 프로세스의 나머지는 지향성 모드에서 보다 높은 데이터 레이트로 연관 요청의 나머지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 전송이 완료된 후에, 연관 요청 응답 기간(ARSP)(216) 동안에 연관 요청 응답이 전송될 수 있다.
2 부분 연관 프로세스에 의해 소비되는 시간을 계산하기 위하여, M-AREQ 동안의 더 느린 전송 레이트가 50μsec + 92*8/1Mbps + 12*8/1Mbps = 50 + 736 + 96 =882μsec로서 계산될 수 있다. R-AREQ에 의해 요구되는 시간은 R-AREQ가 더 높은 전송 레이트로 발생할 수 있으므로 상대적으로 짧을 수 있다. R-AREQ에 할당되는 시간은 1.6μsec + 0.9μsec + 22*8/952Mbps = 1.6 + 0.9 + 0.185 = 2.685μsec로서 계산될 수 있다. 더 높은 데이터 레이트를 이용하여 연관 프로세스를 완료하기 위하여, ARSP에 의해 걸리는 시간은 1.6μsec + 0.9μsec + 14*8/952Mbps = 1.6 + 0.9 + 0.118 = 2.618μsec로서 계산될 수 있다. 따라서, 연관을 위한 전체 시간은 887.303μsec로 계산/추정될 수 있다. 현저하게, 개시되는 연관은 (계산들에 따르면) 장치 연관에 필요한 대역폭을 52% 줄일 수 있다. 이러한 감소는 전통적인 시스템들에 대비되는 스펙트럼 효율의 상당한 개선과 동일시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도면은 수퍼프레임으로 알려진 시간 간격들을 나타낸다. 처음에 또는 시간 제로 "t0"에서, 국은 비컨 기간(BP)(204) 동안 하나 이상의 신호를 전송할 수 있다. BP(204)는 전술한 바와 같이 무선 네트워크에서 노드들 또는 국들 사이의 통신을 정의하고 동기화하는 데 사용될 수 있다. BP(204) 동안에 운반되는 정보는 각각의 국이 언제 데이터를 전송할지 또는 각각의 국이 언제 데이터를 전송하도록 허가될지를 지시하거나 제어할 수 있다. 그러한 관리는 서로 간섭하는 국들에 의한 동시 전송들을 방지할 수 있다.
통상적인 비컨 프레임은 약 50 바이트의 길이를 가질 수 있으며, 이들 바이트 중 약 절반은 공통 프레임 헤더 및 에러 검출에 사용될 수 있는 순환 중복 검사(CRC) 필드를 제공한다. 다른 프레임들과 같이, 공통 프레임 헤더는 소스 및 목적지 MAC 어드레스들은 물론, 통신 프로세스에 관한 다른 정보도 포함할 수 있다. NCC의 전송에서, 목적지 어드레스는 모두 논리 1로 설정될 수 있으며, 따라서 NCC의 MAC 어드레스는 NCC 근처의 각각의 국에 의해 수신된다.
NCC의 MAC 어드레스를 갖는 각각의 국은 네트워크에 접속할 수 있고, 비컨 전송들을 수신하고 처리할 수 있다. 비컨의 프레임의 본체는 헤더와 CRC 필드 사이에 위치할 수 있으며, 비컨 프레임의 대략 절반을 구성할 수 있다. 각각의 비컨 프레임은 많은 가운데 특히, 비컨 간격, 타임 스탬프, 지원 레이트들, 파라미터 세트들, 능력 정보 및 서비스 세트 식별자(SSID)를 포함할 수 있으며, 그러한 정보는 통신들을 구성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 단일 AREQ 시간 간격 동안에 연관 요청이 달성될 수 있다. 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 시간 제로 "t0"에서, 네트워크 통신 제어기(NCC)는 비컨 기간(BP)(304) 동안에 데이터를 전송할 수 있다. BP(304) 동안에 전송되는 데이터는 네트워크 통신 타이밍을 셋업 및/또는 유지하는 데 사용될 수 있다. 제1 수퍼프레임(302) 동안, 국들이 전송할 수 있는 전방향 전송 회선 쟁탈 액세스 기간(전방향 CAP) 통신(306)이 존재할 수 있다.
후속 수퍼프레임(수퍼프레임 n+1(308)) 동안, 제2 비컨 기간(BP) 및 전방향 CAP 전송이 발생할 수 있다. 이전 신호로부터의 트리거 및/또는 시간 지연에 기초하여 옵션인 빔 형성 기간(310)이 발생할 수 있다. 옵션인 빔 형성 기간(310) 후에, ARSP 시간 간격(314) 동안 요청에 대한 승인을 국에 제공하기 위하여 지향성 고속 CTAP 전송이 이루어질 수 있다. 도시된 타이밍 배열들은 연관 프로세스에 관련된 국들 중 적어도 하나가 지향성 통신 또는 빔 형성 능력을 갖는 것으로 가정한다.
도 4는 연관 요청들을 수행하기 위한 방법을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 통신 모드(지향성 또는 전방향)는 빔 형성이 달성되었는지에 의존할 수 있다. 블록 402로 도시된 바와 같이, 환경을 모니터링하여, 이용 가능한 무선 신호가 존재할 수 있는지를 검출할 수 있다. 이 신호는 전방향 전송에서 송신되고 수신되는 비컨일 수 있다. 판정 블록 403에 도시된 바와 같이, 이용 가능한 신호가 수신될 수 있는지를 판정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 제어기로부터의 비컨들이 수신될 때, 가장 바람직한 통신 링크를 제공할 수 있는 제어기가 국에 의해 선택될 수 있다. 프로세스는 블록 402로 복귀하여, 이용 가능한 신호가 검출되지 않는 경우에, 시스템은 환경을 계속 모니터링할 수 있다.
이어서, 이용 가능한 신호가 검출되는 경우, 블록 404에 도시된 바와 같이, 국이 비컨에 기초하여 빔을 형성할 수 있는지를 판정할 수 있다. 이어서, 국이 비컨에 기초하여 빔을 형성할 수 있는 경우, 블록 405에 도시된 바와 같이, 국은 빔을 형성하고, 연관 프로세스를 수행하기 위해 시간을 할당할 수 있다. 블록 407에 도시된 바와 같이, 국은 연관을 요청하고, 지향성 모드에서 연관 프로세스를 수행할 수 있으며, 제어기는 빔을 형성하고, 연관 프로세스로 전이할 수 있다. 블록 412에 도시된 바와 같이, 국은 지향성 모드에서 승인 신호를 수신할 수 있고, 이어서 프로세스가 종료될 수 있다.
블록 404에서 국이 비컨에 기초하여 빔을 형성할 수 없는 경우, 이어서 블록 406에 도시된 바와 같이, 최소 연관 요청이 전송될 수 있다. 최소 연관 요청은 전방향 모드에서 전송되는 MAC 어드레스를 포함할 수 있다. 블록 408에 도시된 바와 같이, 빔 형성을 위한 시간이 할당될 수 있다.
블록 410에 도시된 바와 같이, 국 및 제어기는 빔을 형성하고, 지향성 채널 시간 할당 기간에 대한 시간을 할당할 수 있다. 연관 프로세스의 균형을 위해 지향성 전송이 이루어질 수 있다. 제어기는 연관 승인 신호를 전송할 수 있으며, 국은 블록 412에 도시된 바와 같이 승인 신호를 수신할 수 있다. 이어서, 프로세스가 종료될 수 있다.
일반적으로, 본 방법은 안테나 어레이에 의해 소스로부터 비컨을 수신하는 단계, 빔 형성을 위해 자원들을 할당하는 단계, 및 비컨의 적어도 일부를 수신한 후에 빔을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 빔 형성은 연관 요청의 완료 전에 그리고 연관 요청에 응답하는 승인 신호의 수신 전에 달성될 수 있다.
따라서, 연관 요청 및 연관 요청에 대응하는 승인 신호의 적어도 일부를 전송함으로써 지향성 전송들이 이용될 수 있다. 연관 요청은 2개의 부분, 즉 연관을 생성하는 데 필요한 최소 데이터 및 나머지 연관 요청 데이터로 "분할"되는 메시지일 수 있다. 최소 데이터는 전방향 모드에서 전송될 수 있는 반면, 나머지 연관 요청 데이터 및 연관 응답은 지향성 모드에서 전송될 수 있다. 빔 형성은 2개의 연관 요청 전송 사이에 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서는 연관 요청 또는 응답 메시지들에 대해 최소의 변경이 행해지는 것이 필요하거나, 변경이 전혀 필요하지 않다는 것을 알 수 있다. 연관 요청은 전방향 모드에서 전송될 수 있는 반면, 연관 응답은 지향성 모드에서 전송될 수 있다. 빔 형성은 이들 2개의 메시지(전방향 모드 및 지향성 모드) 사이에서 달성될 수 있다.
도 3에 도시된 타이밍 배열은 도 2에 도시된 배열들과 유사하다. 도 3은 국 및 NCC가 비컨과 AREQ 시간 간격 사이의 시간 간격 동안에 빔을 형성하는 경우에 아마도 빔 형성을 위한 시간 할당이 개선될 수 있음을 나타낸다. 이러한 단일 단계 방법을 이용하는 연관 프로세스에 의해 소비되는 시간을 계산하기 위하여, AREQ에 의해 걸리는 시간은 50μsec + 92*8/1Mbps + 22*8/1Mbps = 50 + 736 + 176 = 962μsec이며, ARSP에 의해 걸리는 시간은 1.6μsec + 0.9μsec +14*8/952Mbps = 1.6 + 0.9 + 0.118 = 2.618μsec이다. 따라서 전체 할당 시간은 약 964.618μsec이다. 개시되는 배열들에 의해 제공되는 연관에 필요한 시간의 감소는 전통적인 연관 구성들에 비해 스펙트럼 효율을 약 48% 향상시킨다는 것을 알 수 있다.
이어서, 국은 이전의 연관 요청 전송에 따라 섹터화된 안테나를 이용할 수 있다. 섹터화된 안테나들이 사용될 때, 국에 의해 개시되는 재연관 요청은 오래 공지된 PNC 방향으로부터 개시될 수 있다. PNC는 DOA에 기초하여 요청에 대한 응답을 제공할 수 있다. PNC로부터 ACK가 수신되지 않는 경우에 상이한 방향들에서 연관 요청이 반복될 수 있다.
본 발명에 따르면, 국들 및 네트워크 제어기들이 연관 프로세스 동안에 전방향 모드에서 소비하는 시간의 양이 크게 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서는 연관 프로세스의 상당한 부분이 지향성 모드에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서는 연관 동안의 전방향 모드의 이용이 최소의 필요한 정보로 한정될 수 있으며, 프로세스의 대부분은 지향성 모드에서 수행되어, 더 높은 속도 및 더 짧은 연관 시간들이 달성될 수 있다.
본 발명의 각각의 배열은 소프트웨어 프로그램을 이용하여 구현될 수 있다. 여기에 설명되는 소프트웨어 프로그램들은 개인용 컴퓨터, 서버 등과 같은 임의 타입의 컴퓨터 상에서 동작할 수 있다. 임의의 프로그램들은 다양한 신호 보유 매체들 상에 포함될 수 있다. 예시적인 신호 보호 매체들은 (i) 기입 불가 저장 매체들(예를 들어, CD-ROM 드라이브에 의해 판독 가능한 CD-ROM 디스크들과 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 국들) 상에 영구적으로 저장된 정보; (ii) 기입 가능 저장 매체들(예를 들어, 디스켓 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브 내의 플로피 디스크들) 상에 저장된 변경 가능 정보; 및 (iii) 통신 매체에 의해, 예를 들어 무선 통신들을 포함하는 컴퓨터 또는 전화 네트워크를 통해 컴퓨터로 전송되는 정보를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 후자의 실시예는 특히, 인터넷, 인트라넷 또는 다른 네트워크들로부터 다운로드된 정보를 포함한다. 그러한 신호 보유 매체들은 본 발명의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 지닐 때 본 발명의 실시예들을 나타낸다.
개시된 실시예들은 완전 하드웨어 실시예, 완전 소프트웨어 실시예 또는 하드웨어 및 소프트웨어 요소들 양자를 포함하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개시되는 방법들은 펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 더욱이, 실시예들은 컴퓨터 또는 임의의 명령어 실행 시스템에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램 코드를 제공하는 컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 액세스될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 본 설명의 목적으로, 컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 국에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전송 또는 운반할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
시스템 컴포넌트들은 전자 저장 매체로부터 명령어들을 검색할 수 있다. 이 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템(또는 장치 또는 국) 또는 전송 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예들은 반도체 메모리, 자기 테이프, 이동식 컴퓨터 디스켓, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 강체 자기 디스크 및 광학 디스크를 포함한다. 광학 디스크들의 현재의 예들은 컴팩트 디스크-판독 전용 메모리(CD-ROM), 컴팩트 디스크-판독/기입(CD-R/W) 및 DVD를 포함한다. 프로그램 코드를 저장 및/또는 실행하는 데 적합한 데이터 처리 시스템은 시스템 버스를 통해 메모리 요소들에 직접 또는 간접 결합되는 적어도 하나의 프로세서, 로직 또는 상태 머신을 포함할 수 있다. 메모리 요소들은 프로그램 코드의 실제 실행 동안에 사용되는 로컬 메모리, 벌크 저장 장치 및 실행 동안에 벌크 저장 장치로부터 코드가 검색되어야 하는 횟수를 줄이기 위해 적어도 일부 프로그램 코드의 임시 저장을 제공하는 캐시 메모리들을 포함할 수 있다.
(키보드, 디스플레이, 포인팅 국 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는) 입출력 또는 I/O 국들이 직접 또는 중재 I/O 제어기들을 통해 시스템에 결합될 수 있다. 데이터 처리 시스템이 중재 비공개 또는 공개 네트워크들을 통해 다른 데이터 처리 시스템들 또는 원격 프린터들 또는 저장 국들에 결합되는 것을 가능하게 하기 위한 네트워크 어댑터들도 시스템에 결합될 수 있다. 모뎀, 케이블 모뎀 및 이더넷 카드는 단지 몇 개의 현재 이용 가능한 타입의 네트워크 어댑터들이다.
본 발명의 이익을 갖는 이 분야의 기술자들에게는, 본 발명이 전술한 특징들을 제공할 수 있는 방법들, 시스템들 및 매체들을 고려한다는 것이 명백할 것이다. 상세한 설명 및 도면들에 설명되고 도시된 실시예들의 형태는 단지 개시되는 가르침들을 구성하고 이용하기 위한 방법들로서만 간주되어야 한다는 것을 알아야 한다. 아래의 청구항들은 개시되는 실시예들의 모든 변형들을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 안테나에 의해 소스로부터 비컨의 적어도 일부를 수신하는 단계;
    빔 형성을 수행하기 위해 자원들을 할당하는 단계;
    상기 비컨의 상기 적어도 일부를 수신한 후에 그리고 연관 요청 승인 신호의 수신 전에 빔을 형성하는 단계; 및
    지향성 구성을 이용하여, 연관 요청에 응답하여 발생하는 연관 요청의 적어도 일부를 통신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비컨에 응답하여 매체 액세스 제어 어드레스를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 빔을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 안테나로부터 상기 소스로의 상대적 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연관 요청의 적어도 일부는 지향성 모드에서 전송되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연관 요청은 복수의 비트의 전송을 포함하고, 상기 복수의 비트의 대다수는 지향성 모드에서 전송되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 비컨에 응답하여 매체 액세스 제어 어드레스를 전송하고, 상기 비컨의 적어도 일부의 수신에 기초하여 상기 빔 형성을 트리거(trigger)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 지향성 모드에서 재연관 요청을 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지향성 전송은 전방향 전송보다 높은 데이터 레이트를 이용하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상대적 방향을 결정하는 단계는 도달 방향 정보, 도달 각도, 도달 시간차 또는 도달 주파수차 중 하나를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 들어오는 신호를 수신하기 위한 센서;
    상기 들어오는 신호의 근원의 방향을 검출하기 위한 방향 검출 모듈;
    상기 들어오는 신호를 향해 빔을 형성하기 위한 빔 형성기 모듈;
    빔을 형성하도록 상기 빔 형성기 모듈을 트리거하고, 연관 프로세스의 종료 전에 상기 빔 형성기 모듈을 작동시키기 위한 트리거 모듈; 및
    상기 연관 프로세스 동안 지향성 전송을 수신하기 위한 수신기
    를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 비컨이 상기 지향성 전송의 데이터 레이트보다 낮은 데이터 레이트로 전방향 전송에서 전송되는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 들어오는 신호는 비컨인 장치.
  13. 제10항에 있어서, 연관 요청 승인 신호를 수신하기 위한 수신기를 더 포함하는 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 빔 형성으로부터의 데이터를 이용하여 재연관 요청을 전송하는 것을 더 포함하는 장치.
  15. 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터로 하여금,
    적어도 하나의 안테나에 의해 소스로부터 비컨을 수신하고,
    빔 형성을 수행하기 위해 자원들을 할당하고,
    상기 비컨의 적어도 일부를 수신한 후에 그리고 연관 요청 승인 신호의 수신 전에 빔을 형성하게 하는 - 연관 신호를 전송하기 위해 지향성 통신이 이용됨 -
    명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  16. 제15항에 있어서, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금, 수신된 비컨에 응답하여 매체 액세스 제어 어드레스를 전송하게 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  17. 제15항에 있어서, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금, 빔 형성 프로세스의 일부로서 상기 적어도 하나의 안테나로부터 상기 소스로의 상대적 방향을 결정하게 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  18. 제15항에 있어서, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금, 연관 요청의 일부를 지향성 모드에서 전송하게 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  19. 제15항에 있어서, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금, 연관 요청의 복수의 비트를 전송하게 하며, 상기 복수의 비트의 대다수는 지향성 모드에서 전송되는 컴퓨터 프로그램 제품.
  20. 제15항에 있어서, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금, 상기 비컨에 응답하여 매체 액세스 제어 어드레스를 전송하고, 상기 비컨의 적어도 일부의 수신에 기초하여 상기 빔 형성을 트리거하게 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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