KR20100108429A

KR20100108429A - 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법

Info

Publication number: KR20100108429A
Application number: KR1020107017974A
Authority: KR
Inventors: 지펭 타오; 진윤 장
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-10-06
Also published as: WO2009091011A1; US20090213778A1; JP2010537456A; EP2245880A1

Abstract

멀티 홉 중계 네트워크에 대하여 단편화 및 패킹에 대한 홉 단위 및 멀티 홉 접근 방식이 제공된다. 단편화 및 패킹은 기지국(BS)을 액세스 중계 스테이션(RS)과 접속하는 터널의 입구 스테이션, 중간 스테이션, 및 출구 스테이션에서 동작한다. 관련 중계 단편화 및 패킹 서브헤더의 포맷은 지정된다. 또한, 터널 데이터는 번호가 매겨진 블록을 포함하고 있어서, 멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화 및 패킹을 위한 적절한 패킷 구성 및 리어셈블리를 위해 올바른 패킷 시퀀싱을 가능하게 한다.

Description

무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법{FRAGMENTATION AND PACKING FOR WIRELESS MULTI-USER MULTI-HOP RELAY NETWORKS}

본 발명은 일반적으로 무선 모바일 네트워크에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 무선 멀티 유저, 멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화(fragmentation) 및 패킹(packing)에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다수의 무선 네트워크, 예를 들어, IEEE 802.11a/g 및 IEEE 802.16/16e 표준에 따라 설계된 네트워크의 물리층(PHY)에서 사용되는 변조 방식이다. OFDMA는 OFDM을 기반으로 하는 다중(multiple) 액세스 방식이다. OFDMA에서, 직교 톤(서브 채널)과 시간 슬롯의 세트는 각각 복수의 트랜시버(유저)에 할당되어, 트랜시버가 동시에 통신할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.16/16e 표준은 1GHz 미만의 주파수에서 NLOS(Non-Line-Of-Sight) 통신에 있어서 복수의 채널 액세스 메카니즘으로서 OFDMA를 채택한다.

도 1a는, 종래의 OFDMA 기반의 셀룰러 네트워크(100), 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 IEEE 802.16/16e에 따른 무선 네트워크를 도시한다. 그 네트워크는 1 대 다수 포인트의 토폴로지에 대한 동작에 국한하며, 여기서, 2 유형의 네트워크 엔티티, 즉, 기지국(BS)과 이동국(MS)만이 존재한다. 기지국과 이동국 각각은 송신기와 수신기, 즉 트랜시버를 포함한다.

BS는 접속(무선 채널)(101-103) 상의 특정 셀 내의 MS와의 모든 통신을 관리 및 조정(coordinate)한다. 각 MS는 BS와만 직접 통신 관계에 있으며, BS만이 네트워크의 인프라스트럭쳐(110), 즉 "백본"과 통신한다. 즉, MS와 BS 사이에는 하나의 홉(hop) 만이 존재한다. MS 간의 모든 통신은 BS를 통해야 한다. 또한, BS와 각 MS 사이에는 하나의 접속만이 존재한다.

특정 스펙트럼에 있어서 접속에 따른 신호 강도의 상당한 손실로 인해, 무선 서비스의 커버리지 영역은 종종 지리적인 크기에 제한이 있다. 또한, 블로킹 및 랜덤 페이딩으로 인해 결과적으로 수신 불량 지역으로 되거나, 심지어 수신 불가 상태(dead spot)로 된다. 종래에는, 이러한 문제점은 BS를 조밀하게 배치함으로써 해결해 왔다. 그러나, 특히, BS의 고비용 및 간섭의 잠재적인 증가로 인해 이러한 접근 방식은 바람직하지 않게 되었다.

다른 접근 방식으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 중계 기반의 네트워크(150)가 사용될 수 있다. 이 네트워크는 복수의 이동국(MS) 및/또는 가입자국(SS)을 포함한다. 상대적으로 저가의 중계 스테이션(RS)은 BS의 범위를 확대한다. 일부 국(MS1 및 SS1)은 접속(C1 및 C2)을 이용하여 BS와 직접 통신한다. 다른 국(MS2, MS3, 및 SS2)은 접속(C3, C4, 및 C5)을 이용하여 RS와 직접 통신하며, 2개의 홉을 이용하여 대응하는 접속(151)을 통해 BS와 간접적으로 통신한다. 분명하게, RS와 BS 간의 링크(중계 링크) 상의 통신은 병목으로 될 수 있다.

중계 링크 상에서의 이러한 이슈를 효율적으로 해결하기 위해, 터널링이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 Tao 외 다수의 "Communicating packets in a wireless multi-user multi-hop relay networks"의 명칭으로 2008년 5월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제 20080107061 호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원의 내용은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터널(210)은 액세스 RS와 연관된 여러 MS(MS3, MS4, MS5)에 의해 생성되거나 여러 MS(MS3, MS4, MS5)로 향하는 패킷을 이송하기 위해, 멀티 홉 기지국(MR-BS)과 액세스 RS(RS3) 사이에 설정된 무선 네트워크이다. 명확하게 하기 위해, 터널에 대하여 입구 스테이션(ingress station)과 출구 스테이션(egress station)이 정의된다. 이 입구 스테이션은 터널의 제 1 단부에 있는 첫번째 스테이션이고, 이 출구 스테이션은 터널의 제 2 단부에 있는 마지막 스테이션이다.

구체적으로, 업링크에 있어서, 액세스 RS(RS3)는 입구 스테이션이고, BS는 출구 스테이션이다. 다운링크에 있어서, BS는 입구 스테이션이고, 액세스 RS(RS3)은 출구 스테이션이다. 다운링크와 업링크 송신 모두에 있어서, 입구 스테이션과 출구 스테이션 사이의 중계 경로 상의 RS(RS1, RS2)은, RS3이 액세스 RS인 경우에, 중간 스테이션으로 불린다.

액세스 RS은 MS가 직접 접속되는 RS이다. 따라서, RS3은 MS3-MS5에 대해 액세스 RS이고, RS2는 MS2에 대해 액세스 RS이고, RS1은 MS1에 대해 액세스 RS이다.

중계 링크의 이용 효율성은, 단편화 및 패킹 등의 종래의 방식을 이용함으로써, 중계 링크 상의 요구 처리량 및 QoS 요건을 충족시키도록 개선될 수 있다.

도 3은 종래의 IEEE 802.16 표준에 따른 패킹을 나타낸다. 도시된 필드는 IEEE 802.16 표준에 상세히 기재되어 있다.

그러나, 종래의 IEEE 802.16 표준에 개시된 패킹 및 단편화 프로토콜은 싱글 홉 네트워크 용으로 설계되어 있어서, 도 1b에 도시된 중계 네트워크에 적용할 경우에, 차선의 성능을 가지며 전체 네트워크 용량을 제한할 수 있다.

결과적으로, 멀티 홉 중계 네트워크에 있어서 보다 효율적인 단편화 및 패킹이 요구된다.

본 발명의 실시예는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화 및 패킹을 위한 홉 바이 홉(hop-by-hop) 및 멀티 홉 방식을 제공한다. 단편화 및 패킹은 기지국(BS)을 액세스 중계 스테이션(RS)에 접속하는 터널의 입구 스테이션, 중간 스테이션, 및 출구 스테이션에서 동작한다.

관련된 중계 단편화 및 패킹 서브헤더의 포맷이 정의된다. 또한, 본 발명의 실시예는 터널 데이터 유닛을 더 정의하고, 올바른 패킷 시퀀싱을 확보하기 위한 메카니즘을 제공하며, 이들 둘 다는 멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화 및 패킹을 위한 적절한 패킷 구성 및 리어셈블리가 필요하다.

본 발명에 따르면, 멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화 및 패킹을 위한 적절한 패킷 구성 및 리어셈블리가 제공된다.

도 1a는 종래 기술의 무선 모바일 네트워크의 개략도이다.
도 1b는 종래 기술의 무선 모바일 중계 네트워크의 개략도이다.
도 2는 터널 접속을 구비한 종래 기술의 무선 모바일 중계 네트워크의 개략도이다.
도 3은 종래의 IEEE 802.16 표준에 따라 정의된 패킷 동작 및 포괄적 MAC 헤더(GMH)의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 종래의 IEEE 802.16 표준에 따라 정의된 패킹 및 단편화의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 홉 중계 네트워크의 홉 바이 홉 단편화 및 패킹의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 홉 중계 네트워크의 멀티 홉 단편화 및 패킹의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 터널 데이터 유닛의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 입구 스테이션에서의 단편화 및 패킹의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 중계 단편화 서브헤더의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 중계 패킹 서브헤더의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 엔드 투 엔드(end-to-end) 시퀀싱 기능을 구비한 입구 스테이션에서의 단편화 및 패킹의 개략도이다.
도 12는 엔드 투 엔드 시퀀싱을 구비하지 않은 멀티 홉 접근 방식에서의 중간 스테이션에서 겪는 문제의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 엔드 투 엔드 시퀀싱시 중간 스테이션에서의 단편화 및 패킹의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 출구 스테이션에서의 단편화 및 패킹의 개략도이다.

정의

이하의 용어가 정의되어 본 명세서에서 사용된다.

기지국( BS )

가입자 장치와 인프라스트럭쳐, 즉 네트워크 백본 간의 무선 통신을 제공하는 장치.

가입자국( SS )

가입자 장치와 기지국(BS) 간의 통신을 제공하는 일반적인 장치 세트.

이동국( MS )

이동 중이거나 지정되지 않은 위치에서 사용되도록 의도된 무선 트랜시버. MS는 특별히 정해지지 않은 경우에는 항상 가입자국(SS)이다.

중계 스테이션( RS )

다른 스테이션과의 사이에서 데이터 및 제어 정보를 중계하고, 멀티 홉 통신을 지원하는 프로세스를 실행하는 무선 트랜시버.

공지된 바와 같이, 각 스테이션은 송신기와 수신기를 포함한다. 스테이션은 항상 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다.

접속

물리층에서, 접속은 하나 이상의 송신 안테나를 통해 스테이션의 RF 송신기로부터 무선 채널을 지나 하나 이상의 수신 안테나를 통해 다른 스테이션의 RF 수신기로 이어진다. 물리적으로, 접속은 사전 설정된 서브채널 및 타임 슬롯 세트를 이용하여 RF 신호를 통신한다.

논리층에서, 접속의 관심 부분은 송신기의 프로토콜 스택의 미디어 액세스층(MAC)으로부터 수신기의 미디어 액세스층으로 향한다. 논리적으로, 접속은 데이터 및 제어 정보를 단일 비트 스트림으로서 반송한다.

MAC 서비스 데이터 유닛( MSDU )

임의의 주어진 층의 프로토콜로 정해지고, 그 층의 프로토콜 제어 정보 및 그 층의 가능한 유저 데이터를 포함하는 데이터 세트.

MAC 프로토콜 데이터 유닛( MPDU )

상위층으로부터 오는 서비스 데이터 유닛과 그 층의 프로토콜 제어 정보를 포함하는 프토콜의 임의의 층의 프로토콜 데이터 유닛. 버스트(burst)는 동일 접속에 속하는 인접하는 MPDU의 시퀀스이다.

종래의 IEEE 802.16에서의 패킹 및 단편화

도 4a에 도시된 바와 같이, 패킹과 단편화는 다수의 무선 통신 시스템에서 링크 용량 이용도의 효율성을 개선하는데 사용되는 2개의 보완적(complimentary) 기술이다.

단편화

도 4b에 도시된 바와 같이, 단편화는 단일의 MSDU(401)을 복수의 MPDU(402)로 분할(단편화)하는 프로세스이다. 단편화는, 송신기가 송신해야 하는 적어도 하나의 MPDU를 가지지만, 송신기에 할당된 무선 리소스는 하나의 버스트로 전체 MPDU를 송신하기에는 충분하지 않을 때 사용된다.

단편화를 이용하지 않으면, 송신기는, 보통, 미래의 리소스 할당이 하나의 버스트로 MPDU를 송신하기에 적절할 때까지 휴지 상태(idle)를 유지해야 한다.

단편화를 이용하면, 다른 방식에서는 제한되는 리소스를 이용하여 보다 작은 MPDU 단편을 즉시 송신할 수 있다. 단편화는 일부 프로토콜 오버헤드를 유발하지만, 할당된 이전의 무선 채널 리소스 상에서 단순히 휴지 상태를 유지하는 것보다 더 효율적이다.

패킹

도 4c에 도시된 바와 같이, 종래의 IEEE 802.16에서 정의되어 있는 패킹 프로토콜은 가변 길이의 복수의 MSDU(401)을 하나의 MPDU(402)로 연결시키고, 패킹 서브헤더(PSH)(403)를 이용하여 MSDU의 범위를 정한다.

PSH는 바로 후속되는 MSDU의 길이 및 시퀀스 번호를 포함한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 각 MPDU는 단 하나의 MAC 헤더와 하나의 순환 중복 검사(CRC)를 포함하기 때문에, 패킹은 생성된 MPDU의 수를 감소시켜, MAC 헤더와 CRC에 의해 야기되는 프로토콜의 오버헤드를 감소시킨다.

도 4a는 무선 링크 상에서 동시에 사용되는 단편화 및 패킹을 도시한다. 단편화 및 패킹의 동시 사용에 의해 채널을 효율적으로 이용할 수 있지만, 어느 MAC SDU가 현재 단편화 상태에 있음이 확실하도록 가이드라인(guideline)이 후속할 것을 필요로 한다. 보다 상세하게는, 종래의 IEEE 802.16는, PSH가 존재할 때, 개별적인 MAC SDU 또는 MAC SDU 단편에 대한 단편화 정보가 대응 PSH에 포함되어 있음을 규정하고 있다.

PSH가 존재하지 않으면, 개별적인 MSDU 단편에 대한 단편화 정보는 대응 단편화 서브헤더(FSH)에 포함된다.

멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킹 및 단편화

멀티 홉 중계 네트워크에서의 단편화 및 패킹은 홉 단위로 또는 멀티 홉 단위로 수행될 수 있다.

홉 단위( Per - hop )

도 5에 도시된 바와 같이, 단편화 및 패킹은 홉 단위로 완료될 수 있다. 각 RS는, 다음 홉에 대한 데이터 유닛 상의 단편화를 추가로 수행하기 전에, 이전 홉으로부터 수신된 중계 MAC PDU 단편(501)을 단일 데이터 유닛(502)으로 리어셈블리한다. 이 경우에, 종래의 IEEE 802.16 표준에서의 단편화 또는 패킹 방식은 각 중계 홉 상의 중계 MAC PDU 상에 직접 적용될 수 있다. 터널이 사용되는 경우에, 홉 단위의 단편화 및 패킹은, IEEE 802.16 MAC PDU 대신에, 중계 MAC PDU에 적용될 수 있다.

홉 단위의 해결 방식은 종래의 IEEE 802.16j 드래프트 표준에 정의되어 있는 집중식 시큐리티(centralized security)와 분배식 시큐리티(distributed security) 모두에 유효하다. 집중식 시큐리티는 MR-BS와 MS 사이에서의 직접적인 시큐리티 세션을 정의하며, 액세스 RS는 암호화 키를 가지고 있지 않다. 분배식 시큐리티에서, 액세스 RS는 암호화 키를 가지고 있어서 MR-BS와 MS 사이의 트래픽을 해독할 수 있다.

RS가 자신의 상위(superordiante)의 RS(다운링크의 경우에) 또는 종속(subordiante)의 RS(업링크의 경우에)가 송신하는 원래의 중계 MAC PDU의 관련 단편 모두를 성공적으로 어셈블리하지 않는 한, 액세스 RS와 MR-BS 사이의 중간 RS는 단편을 전달할 수 없다는 한계는 잠재적으로 큰 단점일 수 있다. 이러한 한계는 필수적으로 추가적인 버퍼링을 가져야 하고, 따라서, 추가의 지연을 발생시킬 수 있다는 것이다.

멀티 홉

도 6에 도시된 바와 같이, 단편화 및 패킹은 멀티 홉 단위로 완료될 수 있다. 리어셈블리를 성공적으로 완료하지 않아도, 각 중간 RS은 상위 스테이션 또는 종속 스테이션으로부터 수신된 중계 MAC PDU 단편을 추가로 단편화 또는 패킹(601)할 수 있다.

멀티 홉 접근 방식은, MR-BS(업링크의 경우) 또는 액세스 BS(다운링크의 경우)에 도달할 때까지 리어셈블리(601)이 항상 발생하지 않는다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다. 멀티 홉 접근 방식에서, 이용가능한 대역폭이 있다면, RS는, 추가의 단편화/패킹을 수행하고 트래픽을 다음 홉으로 전달하기 전에, 원래의 중계 MAC PDU의 모든 단편을 수신하기 전까지 대기할 필요는 없다.

그러나, 수신된 단편에 오류가 있다면, RS는 그 단편을 드롭하고, 자동 반복 요청(ARQ)이 수행되지 않으면, 그 단편의 나머지의 성공적인 전달이 가능하지 않다. 사실상, 이 경우에 단편의 나머지를 전달하는 것은, ARQ가 사용되지 않는 경우에, 중계 링크 대역폭을 낭비한다.

터널 데이터 유닛

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 터널 데이터 유닛(701)은 하나 이상의 MPDU를 포함한다. 터널 데이터 유닛은 터널의 입구 스테이션에서 하나 이상의 MPDU로 구성된다. 하나 이상의 MPDU는 출구 스테이션에서 재구성된다. 중간 스테이션은 터널 데이터 유닛 상에서 단편화/리어셈블리 및 패킹과 같은 동작을 적용할 수 있다.

본 명세서에 정의되고, 미국 특허 출원 제 20080107061 호에 개시된 바와 같이, 터널(210)인 논리적 "메가 파이프(mega-pipe)"는 액세스 중계 스테이션과 모바일 중계 기지국(MR-BS) 사이에 설정되어 복수의 상이한 개별적인 접속으로부터 합쳐지는 트래픽을 이송할 수 있다. 합쳐지는 이들 개별적인 접속은 상이한 이동국으로부터 시작하고, 몇몇 공통의 특성, 예를 들어, QoS(Quality of Service) 요건을 공유할 수 있다.

제어 측면에서의 관련 오버헤드가 최소화되면서 데이터 측면(plane)에서의 효율성이 상당히 개선되어, IEEE 802.16j MMR 네트워크가 우수한 성능을 전달할 수 있도록, 이러한 터널의 설정, 보수 유지, 및 식별을 최적화한다.

입구 RS, 중간 RS, 및 출구 RS에서의 터널 데이터 유닛 상의 동작을 각각 설명한다.

입구 스테이션

IEEE 802.16 표준 MAC PDU를 이용하여 중계 MAC PDU를 준비하는 터널의 입구 스테이션에서의 홉 단위 및 멀티 홉 접근 방식은 모두 이하에 설명되는 단계가 수반된다.

터널 데이터 유닛을 구성하는 단계

터널 데이터 유닛(701)은 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a는 하나의 MPDU(710)에 대한 터널 데이터 유닛을 도시하고, 도 7b는 복수의 연관된 MPDU(710)에 대한 터널 데이터 유닛을 도시한다. 도 8에 도시된 터널 데이터 유닛을 구성하기 위해, MPDU는 논리 블록(801)으로 분할되고, 논리 시퀀스 번호(k)가 그 블록에 할당된다.

터널 데이터 유닛에 대해 정의되는 블록 경계는 종래 기술에서와 같이 MPDU의 경계와 일치시킬 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 즉, 단일 논리 블록은 2개의 연속적인 터널 데이터 유닛에 걸쳐 연장할 수 있다. 또한, 블록 경계에서 또는 경계 사이에서, 터널 데이터 유닛(701)에 대해 단편화가 적용될 수 있다.

생성된 터널 데이터 유닛을 블록으로 논리적 분할하는 단계

터널 데이터 유닛에서의 블록에 대한 블록 크기는, 터널이 설정될 때 터널의 입구 스테이션과 출구 스테이션 간에 조정된다. 터널 데이터 유닛의 길이가 블록 크기에 의해 분할될 수 없다면, 특정 터널 데이터 유닛에서의 최종 논리적 터널 블록의 크기는 조정된 블록 크기보다 짧게 될 수 있다.

터널 데이터 유닛을 단편화 및 패킹하고, 중계 MPDU 를 생성하는 단계

도 8은 입구 스테이션에서의 중계 MAC PDU에 대한 터널 데이터 유닛의 구성을 도시한다. 단편화 서브헤더 및 패킹 서브헤더의 포맷은 종래의 IEEE 802.16 표준과 유사하다. 그러나, 일반적으로, 터널은 복수의 홉에 걸치기 때문에, 시퀀스 번호의 랩 어라운드(wrap-around)를 피하기 위해 보다 많은 시퀀스 번호가 사용된다.

종래의 IEEE 802.16 표준에서 정의되어 있는 11 비트의 블록 시퀀스 번호를 이용하는 대신에, 14 비트의 블록 시퀀스 번호를 이용한다. 결과적으로, 단편화 서브헤더(FSH)와 패킹 서브헤더(PSH)는 도 9 및 도 10에 각각 도시된 포맷으로 가정한다. 표의 가로에는 신택스(syntax)(901), 크기(902), 및 주석(903)이 있다. 표의 세로는 헤더 내의 각 필드에 대응한다.

터널 데이터 유닛은 2048 바이트만큼 클 수 있기 때문에, 현재 PSH의 "길이" 필드는 12 비트로 길다.

입구 RS에서의 홉 단위 접근 방식과 멀티 홀 접근 방식의 단편화 및 패킹의 특이점이 이하에 설명된다.

입구 스테이션에서의 홉 단위 접근 방식에 대한 동작

단편화 및 패킹 서브헤더는 IEEE 802.16 표준에 정의된 바와 같다.

입구 스테이션에서의 멀티 홉 접근 방식에 대한 동작

엔드 투 엔드 시퀀싱을 이용하지 않음

도 11에 도시된 바와 같이 엔드 투 엔드 시퀀싱이 필요하지 않을 때, 중계 MAC PDU는 중계 MAC 헤더(RMH), 확장된 중계 서브헤더(옵션), 중계 서브헤더(옵션), 이하 4개의 페이로드 중 하나, 및 선택적인 중계 CRC를 포함한다.

페이로드는, 터널 데이터 유닛; 단편화 서브헤더(FSH) 및 터널 데이터 유닛의 단편; 패킹 서브헤더(PSH) 및 터널 데이터 유닛의 단편, 및 한 쌍 이상의 패킹 서브헤더 및 터널 데이터 유닛, 0 또는 한 쌍의 패킹 서브헤더, 및 다른 터널 데이터 유닛의 단편; 패킹 서브헤더 및 터널 데이터 유닛의 단편과 패킹 서브헤더 및 다른 터널 데이터 유닛의 단편일 수 있다.

엔드 투 엔드 시퀀싱을 이용

순차적 데이터 분배를 원하는 경우, 도 13에 도시된 엔드 투 엔드 시퀀싱을 제공한다. 이는 터널 데이터 유닛의 제 1 논리 블록의 블록 시퀀스 번호가 중계 MAC PDU로 항상 명시적으로 반송되도록 한다.

구체적으로, 중계 MAC PDU가 터널 데이터 유닛 단편을 포함하지 않을지라도, 입구 RS은 단편화 서브헤더를 중계 MAC PDU에 삽입한다. 이 경우에, 중계 MAC PDU는 중계 MAC 헤더, 확장된 중계 서브헤더(옵션), 중계 서브헤더(옵션), 이하 4개의 페이로드 중 하나, 및 선택적인 중계 CRC를 포함한다.

페이로드는, 단편화 서브헤더(FSH) 및 터널 데이터 유닛; 단편화 서브헤더(FSH) 및 터널 데이터 유닛의 단편; 패킹 서브헤더(PSH), 터널 데이터 유닛의 단편, 한 쌍 이상의 패킹 서브헤더 및 터널 데이터 유닛, 0 또는 한 쌍의 패킹 서브헤더, 및 다른 터널 데이터 유닛의 단편; 패킹 서브헤더 및 터널 데이터 유닛의 단편, 및 패킹 서브헤더 및 다른 터널 데이터 유닛의 단편일 수 있다.

단편화 또는 패킹이 중계 MAC PDU에 의해 반송되는 터널 데이터 유닛 상에서 발생하지 않을지라도, 여전히 단편화 서브헤더는 모든 중간 RS에 의해 터널 데이터 유닛과 함께 전달된다. 그러나, 단편화 서브헤더는 단 2 바이트의 길이이지만, 통상적으로, 중계 MAC PDU는 더 길고, 순차적 데이터 전달을 가능하게 함으로써 발생되는 오버헤드는 중요하지 않거나 적절하다.

중간 스테이션

중간 스테이션에서의 홉 단위 접근 방식에 대한 동작

ARQ는 MR-BS와 MS 사이에서 엔드 투 엔드 방식으로 수행되기 때문에, 어떠한 RS에서도 재전송 메카니즘은 실행되지 않는다. 따라서, 중계 MAC PDU 단편은 1회 및 순차적으로 송신된다. 각 단편에 할당된 블록 시퀀스 번호에 의해, 수신하는 중간 RS는 원래의 터널 데이터 유닛을 재생성할 수 있으며, 또한, 단일 터널 데이터 유닛에 속하는 단편의 손실을 검출할 수 있다.

데이터 손실시에, 수신하는 중간 RS는, 새로운 제 1 단편이 검출될 때까지, 또는, 단편이 아닌(non-fragmented) 터널 데이터 유닛이 검출될 때까지, 동일 터널 데이터 유닛에 속하는 모든 단편을 폐기한다.

수신하는 중간 RS가 새로운 제 1 단편을 검출한 후에 타이머가 개시될 수 있다. 수신하는 중간 RS가 원래의 터널 데이터 유닛을 리어셈블리하기 위해 필요한 모든 단편을 성공적으로 수신하기 전에 타이머가 만료하면, 이러한 각 단편을 성공적으로 수신되었는지 여부와는 상관없이, RS는 이 터널 데이터 유닛에 속하는 모든 단편을 폐기한다. 수신하는 중간 RS는, RS가 원래의 터널 데이터 유닛을 성공적으로 재생성하기 전에는, 수신된 단편을 전달하지 않는다.

터널 데이터 유닛이 성공적으로 재생성된 후에, 중간 RS는 이러한 터널 데이터 유닛을 다음 홉에 전달할 수 있다. 필요할 때마다, 단편화 및 패킹이 적용될 수 있으며, 입구 스테이션에서의 홉 단위 접근 방식의 동작에 대해 제시된 과정이 후속된다.

중간 스테이션에서의 멀티 홉 접근 방식에 대한 동작

엔드 투 엔드 시퀀싱을 이용하지 않음

엔드 투 엔드 시퀀싱이 실행되지 않으면, 멀티 홉 접근 방식은 복수의 중계 홉이 있는 경우에는 작동되지 않는다. 즉, 액세스 중계가 MR-BS에 바로 인접하고, 중계 경로 상에는 중간 RS가 없는 경우에 한하여, 멀티 홉 접근 방식은 엔드 투 엔드 시퀀싱 없이 작동된다.

도 12는 멀티 홉 접근 방식이 작동되지 않는 이유를 나타낸다. 도 12는 액세스 RS, 2개의 중간 RS(1202)를 나타낸다. 액세스 RS는 5개의 중계 MAC PDS(1, 2, 3, 4, 5)를 RS1에 송신하고, 이 RS1은 업링크에서 액세스 RS에 대해 상위의 RS이다.

중계 MAC PDU(1, 2)은 하나의 터널 데이터 유닛을 구성하는 2개의 단편이다. 유사하게, 중계 MAC PDU(4, 5)는 하나의 터널 데이터 유닛(701)을 구성하는 2개의 단편이다. 중계 MAC PDU(3)는 별개의 터널 데이터 유닛에 있다. 액세스 RS는 5개의 중계 MAC PDU를 정확한 순서로 송신한다. 그러나, 다수의 이유, 예를 들어, 채널 오류, HARQ 등으로 인해, RS1은 이들 5개의 중계 MAC PDU가 송신된 순서와는 상이한 순서로 수신한다. 예를 들어, RS1은 중계 MAC PDU(1), 중계 MAC PDU(3)를 수신하고, 그 후에 중계 MAC PDU(2)를 수신할 수 있다.

RS1은 중계 MAC PDU(3)를 포함하는 터널 데이터 유닛을 2개의 별개의 중계 MAC PDU(1211, 1212)로 추가로 단편화하기를 원할 수 있다. 그러나, RS1은 올바른 블록 시퀀스 번호를 이들 2개의 단편에 할당할 수 없다.

구체적으로, RS1이 업링크 송신에서 자신의 하위 RS에 의해, 또는 다운링크 송신에서 상위의 RS에 의해 할당되는 블록 시퀀스 번호를 따르면, 이들 2개의 새로운 단편에 할당되어야 하는 블록 시퀀스 번호를 결정하는데 있어 어려움이 있다.

RS1은, 중계 MAC PDU(1, 2)에 표시되는 블록 시퀀스 번호가 연속적이기 때문에, 중계 MAC PDU(3)는 오류(out of order)임을 알고 있다. 그러나, 중계 MAC PDU(3)는 오류의 PDU이기 때문에, RS1은, 액세스 RS가 중계 MAC PDU(3)에 할당한 정확한 블록 시퀀스 번호를 확신할 수 없다. 예를 들어, RS1은 중계 MAC PDU(3)로부터 생성된 2개의 단편에 번호 3, 4를 할당하면, 업링크 상에서 RS1의 상위 RS인 RS2를 혼동시킬 수 있다.

또한, RS1은 액세스 RS로부터 수신한 모든 중계 MAC PDU에 로컬 의미(local significance)의 블록 시퀀스 번호를 재할당할 수 없다. 이로 인해 단편화 정보가 손실될 수 있으며, 그 단편을 목적지에서 리어셈블리할 수 없게 할 수도 있다.

엔드 투 엔드 시퀀싱을 이용

엔드 투 엔드 시퀀싱이 실행되면, 입구 스테이션에 의해 생성되는 각 중계 MAC PDU는 이 중계 MAC PDU에 의해 반송되는 터널 데이터 유닛의 제 1 논리 블록의 블록 시퀀스 번호를 명시적으로 포함한다. 이 블록 시퀀스 번호는 이 터널에 속하는 터널 데이터 유닛의 흐름의 적절한 시퀀싱을 관리한다.

수신시에, 중간 RS는 수신되는 중계 MAC PDU에 포함되는 터널 데이터 유닛의 최초 논리 블록의 블록 시퀀스 번호를 알고 있다. 따라서, RS는, RS가 그 수신되는 터널 데이터 유닛에 표시되는 동일 시퀀스 순서를 따르는 한, 추가적인 단편화 또는 패킹을 수행할 수 있다.

도 13은 중계 MAC PDU 프로세싱 및 구성 프로세스의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 다음 홉의 중간 RS는 중계 MAC PDU j+1의 도착을 기다리지 않고, 중계 MAC PDU j를 전달할 수 있다. 사실상, 다음 홉의 중계 MAC PDU는 필요하다면 추가적으로 단편 중계 MAC PDU j를 단편화할 수 있다. 이는, 출구 스테이션이 각 중계 MAC PDU에 포함되는 블록 시퀀스 번호에 근거하여 그 수신되는 중계 MAC PDU의 순서를 여전히 회복할 수 있기 때문이다.

출구 스테이션 MPDU 재구성

도 14에 도시된 바와 같이, 출구 스테이션은 터널 데이터 유닛(701)으로부터 MPDU를 재구성한다.

출구 스테이션에서의 홉 단위 접근 방식의 동작

도 14는 출구 스테이션에서의 동작을 도시한다. 출구 스테이션은 이전 홉으로부터 수신된 중계 MAC PDU로부터, 중계 MAC 헤더, 중계 MAC 서브헤더, 중계 MAC의 확장된 서브헤더, 및 중계 CRC를 제거한다. 그 다음, 출구 스테이션은 터널 데이터 유닛을 재생성한다. 그 스테이션이 임의 단편에서 손실을 검출하면, 동일 터널 데이터 유닛에 속하는 모든 단편은, 새로운 제 1 단편이 검출되거나 단편화되지 않은 터널 데이터 유닛이 검출될 때까지, 폐기된다.

터널 데이터 유닛이 성공적으로 재생성된 후에, 출구 스테이션은 터널 데이터 유닛을 분석하고, 이러한 각 IEEE 802.16 MAC PDU의 포괄적인 MAC 헤더(GMH)에 근거하여 터널 데이터 유닛 내의 IEEE 802.16 MAC PDU를 복원한다. 출구 스테이션이 MR-BS인 경우에, 출구 스테이션은 추가적인 프로세싱, 예를 들어, IEEE 802.16 표준의 공통 부분의 서브층(CPS)에서의 ARQ를 위해, 프로토콜 스택의 상위층에 그 복원된 IEEE 802.16 MAC PDU를 전달한다. 출구 스테이션이 액세스 RS이면, IEEE 802.16 MAC PDU를 관련 MS에 전달한다.

출구 스테이션이 새로운 제 1 단편을 검출한 후에 타이머가 개시한다. 원래의 터널 데이터 유닛을 성공적으로 리어셈블리하기 위해 필요한 모든 단편을 출구 스테이션이 수신하기 전에 타이머가 종료하면, 이러한 각 단편을 성공적으로 수신했는지 여부와는 관계없이, 출구 스테이션은 이러한 터널 데이터 유닛에 속하는 모든 단편을 폐기한다.

출구 스테이션에서의 멀티 홉 접근 방식의 동작

멀티 홉 접근 방식에서, 출구 스테이션은 상술한 홉 단위 접근 방식에서의 출구 스테이션과 마찬가지로 유사한 동작을 수행한다.

출구 스테이션이 새로운 제 1 단편을 검출한 후에 타이머가 개시된다. 그러나, 홉 단위 접근 방식과는 달리, 타이머는, 각 중간 RS 및 출구 스테이션 대신에, 출구 스테이션에서 유지된다.

상술한 방법은, 입구 스테이션이 그 수신한 IEEE 802.16 MAC PDU를 터널 데이터 유닛에 연결하는 것 이외의 추가의 동작을 수행할 필요가 없기 때문에, 상술한 방법은 집중식 및 분배식 시큐리티 모드 모두에 적용될 수 있다. 입구 스테이션이 하나의 터널 데이터 유닛에 연결되는 IEEE 802.16 MAC PDU의 개수를 결정함에 있어서, 각 IEEE 802.16 표준 MAC PDU의 포괄적 MAC 헤더(GMH)로부터 각 802.16 MAC PDU의 길이를 결정한다.

본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 다른 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 첨부한 청구범위의 주제는 본 발명의 사상과 범위 내에서 이루어지는 이러한 모든 변경 및 수정을 커버한다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 방법은 여러 종류의 분야에 적용할 수 있다.

100 : OFDMA 기반의 셀룰러 네트워크
BS : 기지국 MS : 이동국
101 - 103 : 접속(무선 채널) 110 : 인프라스트럭쳐
150 : 중계 기반의 네트워크 SS : 가입자국
210 : 터널 401 : MSDU
402 : MPDU 403 : 패킹 서브헤더(PSH)
501 : 중계 MAC PDU 단편 502 : 단일 데이터 유닛

Claims

무선 멀티 홉 중계 네트워크에서 패킷을 통신하는 방법에 있어서,
상기 무선 멀티 홉 중계 네트워크는 이동국 세트와, 중계 스테이션 세트와, 기지국을 포함하며,
특정 이동국에 직접 접속되어 있는 특정 중계 스테이션이 액세스 중계 스테이션이며,
상기 액세스 중계 스테이션과 기지국 사이에 터널을 설정하는 단계로서, 상기 액세스 중계 스테이션은 상기 터널에 대한 입구 스테이션이고, 상기 입구 스테이션은 상기 이동국 세트와 통신하며 상기 터널의 제 1 단부에 있으며, 출구 스테이션은 상기 기지국과 통신하며 상기 터널의 제 2 단부에서의 최종 스테이션인, 상기 설정 단계와,
상기 입구 스테이션에서 하나 이상의 미디어 액세스 제어 프로토콜 데이터 유닛(MPDU)으로부터 터널 데이터 유닛을 구성하는 단계와,
상기 입구 스테이션으로부터 상기 출구 스테이션으로 상기 터널 데이터 유닛을 송신하는 단계와,
상기 출구 스테이션에서 상기 하나 이상의 MPDU를 재구성하는 단계
를 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 입구 스테이션은 업링크 상에서 상기 액세스 중계 스테이션이며, 상기 기지국은 상기 출구 스테이션인 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 입구 스테이션은 다운링크 상에서 상기 기지국이며, 상기 액세스 중계 스테이션은 상기 출구 스테이션인 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터널은 상기 이동국 세트와 상기 기지국 사이의 복수의 상이한 개별 접속을 집속하는(aggregate) 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터널은 중간 중계 스테이션을 통과하며, 상기 중간 중계 스테이션은 상기 터널 데이터 유닛을 재구성하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터널 데이터 유닛은 하나 이상의 MPDU를 포함하며, 각각의 MPDU는 포괄적(generic) 미디어 액세스 제어 헤더, 선택적인 확장된 서브헤더, 선택적인 서브헤더, 페이로드 및 선택적인 순환 중복 검사(CRC)를 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 입구 스테이션에서 상기 터널 데이터 유닛을 논리 블록으로 분할하는 단계와,
각 블록에 논리 시퀀스 번호를 할당하는 단계
를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 7 항에 있어서,
단일의 논리 블록은 2개의 연속하는 MPDU를 걸쳐 확장하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 입구 스테이션 또는 중간 중계 스테이션에서 상기 터널 데이터 유닛을 단편화하여 복수의 MPDU를 생성하는 단계를 더 포함하되,
상기 단편화는 상기 터널 데이터 유닛의 경계 사이에서 또는 상기 블록의 경계 사이에서 적용되는
무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 터널 데이터 유닛에 대해 상기 입구 스테이션과 상기 출구 스테이션 사이의 상기 블록의 크기를 조정하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 논리 시퀀스 번호는 14 비트인 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 논리 시퀀스 번호는 14 비트 블록 시퀀스 번호인 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 서브헤더는 단편화 서브헤더를 포함하며,
상기 하나 이상의 MPDU를 논리 블록으로 분할하는 단계와,
각 블록에 논리 시퀀스 번호를 할당하는 단계와,
상기 터널 데이터 유닛 내의 제 1 블록의 시퀀스 번호를 상기 단편화 서브헤더에 저장하는 단계
를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
복수의 터널 데이터 유닛을 패킹(packing)하여 상기 입구 스테이션에서 상기 하나 이상의 MPDU를 생성하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
하나 이상의 터널 데이터 유닛을 다른 터널 데이터 유닛의 단편에 패킹하여, 상기 입구 스테이션 또는 중간 중계 스테이션에서 하나의 MPDU를 생성하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
2개의 상이한 터널 데이터 유닛의 2개의 단편을 패킹하여 상기 입구 스테이션 또는 중간 중계 스테이션에서 하나의 MPDU를 생성하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
패킹을 행하지 않고 상기 MPDU를 구성하는 경우에 단편화 서브헤더를 상기 터널 데이터 유닛의 단편의 앞에 삽입하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
패킹을 행하여 상기 하나 이상의 MPDU를 구성하는 경우에 패킹 서브헤더를 상기 터널 데이터 유닛의 단편의 앞에 삽입하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.
제 1 항에 있어서,
패킹을 행하여 상기 중계 MAC PDU를 작성하는 경우에 패킹 서브헤더를 터널 데이터 유닛의 앞에 삽입하는 단계를 더 포함하는 무선 멀티 홉 중계 네트워크에서의 패킷 통신 방법.