KR20100114925A - 무선 네트워크에서 고정 공지 슬롯을 이용하여 지향적 대역폭 예약을 행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 고정 공지 슬롯을 이용하여 지향적 대역폭 예약을 행하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 개인영역무선통신에서 동작가능한 송수신기를 포함하는 기기를 제공하며, 상기 송수신기는 상기 조정자와 적어도 하나의 수신기와 통신하도록 구성되고, 상기 송수신기 및 상기 조정자는 컨텐션-기반 슬롯을 이용하여 상기 송수신기에 의해 무작위로 균등하게 컨텐션 슬롯을 선택하고 상기 조정자를 향해 포인팅되는 지향적 전송을 사용하여 요청된 예약 기간을 지정하는 대역폭 예약 요청 메시지를 전송함으로써 프리 채널 시간 블록(free channel time blocks)의 지향적 예약을 사용한다.

Description

무선 네트워크에서 고정 공지 슬롯을 이용하여 지향적 대역폭 예약을 행하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD ADAPTED FOR DIRECTIONAL BANDWIDTH RESERVATION WITH FIXED ANNOUNCEMENT SLOT IN WIRELESS NETWORKS}
본 발명은 무선 네트워크에서 고정 공지 슬롯을 이용하여 지향적 대역폭 예약을 행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
60GHz 대역에서 비인가 스펙트럼(unlicensed spectrum)인 7GHz의 이용가능성은 멀티기가비트 실내 개인영역무선통신{multi-Gigabit indoor wireless personal area networking(WPAN)}에 대한 가능성을 제공한다. 큰 대역폭을 요구하는 애플리케이션은 그 일부로 밝혀진 비압축 HD(High Definition) 비디오 스트리밍, 공항 키오스크(kiosk)로부터의 빠른 파일 다운로드(Sync & Go), 및 무선 디스플레이와의 도킹을 포함한다. 이러한 애플리케이션은 기존의 홈 네트워킹 솔루션(IEEE 802.11 a/b/g/n 및 WiMedia UWB)으로 지원될 수 없는데, 그 이유는 요구되는 데이터 속도가 이러한 네트워크의 능력을 훨씬 초과하기 때문이다.
그러므로, 60GHz 대역에서 동작하는 개인영역무선통신에 대한 개선 및 새로운 발전에 대한 강한 필요성이 존재한다.
본 발명에 관한 청구대상은 명세서의 결론 부분에 특별히 강조되고 두드러지게 청구된다. 그러나, 본 발명은 목적, 특징, 및 그들의 이점과 함께, 동작 방법 및 조직에 관하여 첨부된 도면과 함께 읽을 때, 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 슈퍼 프레임의 예를 제공하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예의 지향적 대역폭 예약 메카니즘을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지향적 대역폭 예약 흐름을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빔-형태의(beam-formed) 수신을 이용한 지향적 대역폭 예약을 도시하는 도면.
도면의 간결성과 명확성을 위해 도면에 도시된 요소는 꼭 실제와 비례하게 도시되지 않았음이 이해될 것이다. 예를 들면, 몇몇의 요소의 크기는 명확성을 위해 다른 요소에 대하여 확대된다. 또한, 적절하다고 생각될 때, 참조 번호는 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해 도면들에서 반복되었다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 설명들이 제시된다. 그러나, 본 발명은 그러한 구체적인 설명 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 본 발명을 모호하게 하지 않게 하기 위해 상세히 기술되지 않았다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 설명들이 제시된다. 그러나, 본 발명은 그러한 구체적인 설명 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 방법, 절차, 구성요소, 및/또는 회로는 본 발명을 모호하게 하지 않게 하기 위해 상세히 기술되지 않았다.
예를 들면, "프로세싱", "컴퓨팅", "계산하는", "결정하는", "수립하는", "분석하는", "검사하는" 등과 같은 용어를 사용하는 것은 컴퓨터 레지스터 및/또는 메모리 내의 물리적(예를 들어, 전자적) 양으로 표현된 데이터를 조정하거나, 이를 컴퓨터의 레지스터 및/또는 메모리, 또는 동작 및/또는 프로세스를 수행하는 명령어를 저장할 수 있는 다른 정보 저장 매체 내의 물리적 양으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 전환하는 컴퓨터, 컴퓨팅 플랫폼, 컴퓨팅 시스템, 또는 다른 전자 컴퓨팅 장치의 동작(들) 및/또는 프로세스(들)을 지칭할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "복수"라는 용어는, 예를 들면 "다수" 또는 "둘 이상"을 포함할 수 있지만, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. "복수"라는 용어는 두 개 이상의 구성요소, 장치, 요소, 유닛, 변수 등을 기술하기 위해 명세서 전체에서 사용될 수 있다. 예를 들면, "복수의 스테이션"은 두 개 이상의 스테이션을 포함할 수 있다.
밀리미터파(mmwave) 통신 회선은 신호를 긴 영역에서 희석시키는 산소 흡수 및 벽과 천장 같은 장애물을 통한 심한 감쇠현상을 제공하는 짧은 파장으로 인한 내재된 고립(inherent isolation) 때문에 낮은 주파수(예를 들어, 2.4GHz 및 5GHz 대역)에서의 회선들보다 회선 비용 관점에서 많은 어려움을 가져왔다. 많은 경우에서, 고속 점대점(point-to-point) 데이터 전송을 위해 지향적 안테나를 사용하는 것이 바람직하다. 지향적 전송을 수행하는 장치는 더 높은 영역(회선 예산 문제 경감)뿐만 아니라 더 나은 총 처리량 및 공간적 재사용을 달성할 수 있고, 공간에서 떨어져있는 특정 장치들 쌍은 동시에 통신할 수 있다. 전방향 커버리지를 제공하기 위해 넓은 영역의 각을 커버하는 지향적 안테나 패턴은 종종 이웃 발견 및 빔-스티어링 결정에 도움이 되도록 사용된다. 또한, 장치에 의해 지원되는 안테나는 비훈련 안테나(Non-Trainable Antenna), 섹터화된 안테나(Sectorized Antenna), 또는 위상 배열 안테나(Phased Array Antenna) 등 여러 종류일 수 있다.
종래의 60GHz 개인영역무선통신에서, 채널 시간은 병렬 전송을 지원하지 않는 시분할 다중접속(TDMA) 기술을 이용하여 스케쥴링된다. 채널 시간 예약은 보통 조정자(Coordinator)에 의해 각각의 슈퍼 프레임(TDMA에서 기본 시간 분할 단위)에 대해 수행되고 비콘 프레임(beacon frame)으로 통신되며, 일반적으로 도면 부호 100으로 나타난 도 1에서 슈퍼프레임 n-1(110), 슈퍼프레임 n(120), 및 슈퍼프레임 n+1(130)으로 도시된다. 데이터 채널은 도면 부호 140으로 도시되고, 비콘(150), 예약된 채널 시간 블록(TDMA)(160), 및 비예약된 채널 시간 블록(CSMA)(170)이 도시된다.
채널 시간 블록(160)이 특정 장치들 쌍을 위해 예약되는 경우, 전송자는 고속 지향적 전송을 수행한다. 동시에, 만약 채널 시간 블록이 예약되지 않는 경우(170), 이는 CSMA(반송파 감지 다중접속) 메카니즘을 이용하여 액세스된다. 불행하게도, CSMA 메카니즘은 비교적 비효율적이고 매우 낮은 처리량을 제공하는 전방향 전송을 이용할 필요가 있다. 기존의 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜은 새로운 스케쥴이 비콘에서 공지된 이후 다음 슈퍼 프레임으로부터 시작하는 채널 시간 블록을 예비할당하는 것을 허용한다. 그것은 폭주 데이터 트래픽에 대한 큰 지연을 초래하고, 애플리케이션 성능에 부정적인 영향을 미친다. 반면, 그러한 트래픽에 대한 여분 채널 시간을 예비할당하는 것은 좋지 못한 채널 활용을 초래한다.
본 발명의 실시예는 지향적 전송을 사용함으로써 대역폭 예약 효율을 증가시킨다. 본 발명은 처리량을 더 증가시키고, 폭주 데이터 트래픽에 대한 지연을 감소시키며, 채널이 폭주 및 등시성 연결 간에 공유될 때 높은 채널 활용을 유지한다. 본 발명의 실시예는 또한 효율적인 공간 재활용을 제공하고, WPAN의 전체 처리량을 증가시키며, 장치에 대한 전력 절약을 가능하게 하는데, 그 이유는 그들이 고정된 공지 슬롯(fixed announcement slot) 동안에만 조정자를 경청할 필요가 있기 때문이다.
전체적으로 도면 부호 200으로 도시된 도 2를 참조하면, 본 발명은 컨텐션 기반(contention-based) 슬롯을 이용하여 프리(free) 채널 시간 블록의 지향적 예약을 위한 신규 메카니즘을 제공한다. 도 2는 예약된 채널 시간 블록(210), 비예약된 채널 시간 블록(220), 및 예약된 채널 시간 블록(230)을 도시한다. 확장된 비예약된 채널 시간 블록(220)은 컨텐션 슬롯 1(240), 컨텐션 슬롯 k(250), 공지 슬롯(260), 할당된 예약 기간(270), 비예약된 채널 시간 블록(280)을 도시한다. 프리 채널 시간 블록의 시작에서, 사전정의된 숫자 k 개의 컨텐션 슬롯은 장치에 의한 대역폭 예약 요청을 조정자에게로 전송하기 위해 사용되고, 후속하여 공지 슬롯은 조정자에 의해 승인된 대역폭 예약이 있다면 그것을 공지하기 위해 사용된다. 비할당된 채널 시간 블록을 예비할당하기를 바라는 전송자는 무작위적으로 균등하게 컨텐션 슬롯들 중 하나를 선택하고, 조정자를 향해 포인팅되는 지향적 전송을 사용하여 요청된 예약 기간을 지정하는 대역폭 예약 요청 메시지를 전송할 수 있다. 컨텐션 슬롯 지속기간은 이 전송을 수용할 만큼 충분히 길어야 한다. 조정자는 송수신기(본 명세서 중 본 발명의 실시예에서 전송자라고 또한 지칭됨)의 회선 및 요청된 기간보다 작거나 동일할 수 있는 할당된 예약 기간을 지정하는 대역폭 승인 메시지를 갖는 지향적 또는 (유사) 전방향 전송을 이용하여 전송자 및/또는 다른 장치로 응답한다. 복수의 전송자(또는 송수신기)가 요청 전송에 성공한 경우, 조정자는 그들 중 하나를 선택한다. 컨텐션 슬롯의 숫자 k는 비콘 프레임에서 고정되거나(예를 들어, k=3), 조정자에 의해 공지될 수 있다. 조정자는 또한 특정 비간섭 회선이 대역폭 승인 메시지에 지정된 바와 같이 할당된 채널 시간 블록을 활용하게 할 수 있다. 이러한 경우, 대역폭 승인 메시지는 모든 관련 장치에 닿을 수 있다. 본 발명의 실시예의 메시지 흐름은 도 3에서 도면 부호 300으로 도시된다. 전송자(320)는 단계(340)에서 지향적 대역폭 요청을 조정자(330)에게 전송하고, 조정자(330)는 단계(350)에서 BW 승인(전방향/지향적)을 전송한다. 전송자(320)는 단계(360)에서 수신자(310)에게 지향성을 갖고 데이터를 전송한다.
컨텐션 슬롯 동안의 수신을 위해 빔-형태의(beam-formed) (지향적) 또는 전방향 안테나가 조정자에 의해 사용되는 경우, 본 발명이 효과가 있다. 그러나, 조정자의 수신은 전방향 안테나에 대하여 간섭에 민감하다. 동시에, 대역폭 예약 메카니즘은 빔-형태의 수신에 대해 개선될 수 있다. 기본적으로 컨텐션 슬롯은 조정자가 안테나 훈련을 수행하고 지향적 신호에 고정되게 하여 프리앰블(preamble)의 전송만을 수용하기 위해 감축된다. 프리앰블에 이어 대역폭 예약 요청 메시지의 지향적 전송이 후속된다. 요청 메시지의 전송은 후속하여 전송된 메시지와 시간 상 충돌할 수 있지만, 빔-형태의 수신은, 조정자가 전송을 위해 선택된 제1 컨텐션 슬롯과 연관된 대역폭 예약 요청을 성공적으로 수신할 가능성을 극대화한다. 또한, 수정안의 추가적 이점은 기껏해야 하나의 전송자가 성공할 수 있기 때문에 조정자가 복수의 수신된 요청들 간에 중재를 수행하게 할 필요가 없다는 것이다. 빔-형태의 수신에 대한 수정된 메카니즘은 단계(400)에서 도 4에 제시되고, 도 4는 예약된 채널 시간 블록(410), 비예약된 채널 시간 블록(420), 및 예약된 채널 시간 블록(430)을 도시한다. 비예약된 채널 시간 블록(420)의 확장도는 컨텐션 프레임 1(450), 컨텐션 프레인 k(440), 공지 슬롯(460), 할당된 예약 기간(470), 및 비예약된 채널 시간 블록(480)을 도시한다.
본 발명의 실시예에서, 두 가지 연장사항(extensions)이 추가된다. 첫째로, 대역폭 예약 요청 메시지는 고려되는(under consideration) 비할당된 채널 시간 블록의 이용가능한 시간보다 긴 시간 기간을 요청할 수 있고, 조정자는 여분의 대역폭 예약 요청을 전송할 필요 없이 요청된 시간과 미래에 실제로 할당된 시간 간의 차이를 전송자에게 예약할 수 있다. 둘째로, 폭주 트래픽을 발생시키는 WPAN 내의 장치의 수는 비콘 프레임에서 공고(advertisement)를 함으로써 모든 그러한 장치를 전용 컨텐션 슬롯과 연관시킬 수 있고, 그럼으로써 컨텐션을 제거할 수 있다.
본 발명의 특정한 특징이 본 명세서에서 도시되고 기술되었지만, 많은 수정, 대체안, 변경, 대응물이 당업자에 의해 생성될 수 있다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위가 본 발명의 진정한 사상 내에 존재할 때 그러한 수정 및 변경을 모두 커버하기 위한 것이라고 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 개인영역무선통신(wireless personal area network; WPAN)에서 동작가능한 송수신기를 포함하며, 상기 송수신기는 조정자 및 적어도 하나의 수신기와 통신하도록 구성되고,
    상기 송수신기와 상기 조정자는, 상기 송수신기에 의해 무작위로 균등하게 컨텐션 슬롯(contention slots)을 선택하고 상기 조정자를 향해 포인팅되는 지향적 전송을 사용하여, 요청된 예약 기간을 지정하는 대역폭 예약 요청 메시지를 전송함으로써 컨텐션-기반 슬롯을 이용하여 프리 채널 시간 블록(free channel time blocks)의 지향적 예약을 사용하는, 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리 채널 시간 블록의 시작에서, 대역폭 예약 요청을 상기 조정자에게 전송하기 위해 장치에 의해 사용되는 사전정의된 수의 컨텐션 슬롯이 존재하고, 이에 후속하여 승인된 대역폭 예약이 존재할 때 그것을 공지하기 위하여 상기 조정자에 의해 사용되는 공지 슬롯(announcement slot)이 존재하는, 기기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨텐션 슬롯의 지속기간은 전송을 수용할 만큼 충분히 길어야 하는, 기기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조정자는 회선(links) 및 할당된 예약 기간을 지정하는 대역폭 승인 메시지를 갖는 지향적 또는 유사-전방향(quasi-omni-directional) 전송을 이용하여 상기 송수신기 및/또는 다른 장치로 응답하는, 기기.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 전송자가 요청 전송을 성공한 경우, 상기 조정자는 그들 중 하나를 선택하는, 기기.
  6. 제1항에 있어서, 컨텐션 슬롯의 수가 비콘 프레임(beacon frame)에서 상기 조정자에 의해 고정되거나 공지될 수 있고, 상기 조정자는 특정 비간섭(non-interfering) 회선이 대역폭 승인 메시지에 지정된 바와 같이 할당된 채널 시간 블록을 활용할 수 있게 하는, 기기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조정자는, 상기 조정자가 안테나 훈련을 수행하고 지향적 신호에 고정되게 하여 프리앰블(preamble)의 전송만을 수용하도록 컨텐션 슬롯을 감축시킴(shortening)으로써 컨텐션 슬롯동안의 수신에 대하여 지향적 안테나를 사용하고, 상기 프리앰블에 이어 대역폭 예약 요청 메시지의 지향적 전송이 후속되는, 기기.
  8. 제1항에 있어서, 대역폭 예약 요청 메시지는 고려되는(under consideration) 비할당된 채널 시간 블록의 이용가능한 시간보다 더 긴 시간 기간을 요구할 수 있고, 상기 조정자는 여분의 대역폭 예약 요청을 전송할 필요 없이 상기 송수신기에게 상기 요청된 시간과 미래에 실제 할당된 시간과의 차이를 예비할당(reserve)할 수 있는, 기기.
  9. 제8항에 있어서, 폭주 트래픽(bursty traffic)을 발생시키는 상기 WPAN 내의 장치의 수가 컨텐션 슬롯의 수를 초과하지 않는 경우, 상기 조정자는 비콘 프레임에 공고(advertisement)를 행함으로써 모든 그러한 장치를 전용 컨텐션 슬롯(dedicated contention slot)에 연관시켜 컨텐션을 제거할 수 있는, 기기.
  10. 조정자 및 적어도 하나의 수신기와 통신하도록 개인영역무선통신(WPAN)에서 동작가능한 송수신기를 사용하는 단계를 포함하며,
    상기 송수신기 및 상기 조정자는, 상기 송수신기에 의해 무작위로 균등하게 컨텐션 슬롯을 선택하고 상기 조정자를 향해 포인팅되는 지향적 전송을 사용하여 요청된 예약 기간을 지정하는 대역폭 예약 요청 메시지를 전송함으로써 컨텐션-기반 슬롯을 이용하여 프리 채널 시간 블록(free channel time blocks)의 지향적 예약을 사용하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프리 채널 시간 블록의 시작에서, 대역폭 예약 요청을 상기 조정자에게 전송하기 위해 장치에 의해 사용되는 컨텐션 슬롯의 수를 사전정의하는 단계를 포함하고, 상기 컨텐션 슬롯에 후속하여 승인된 대역폭 예약이 존재하는 경우 그것을 공지하기 위한 공지 슬롯이 상기 조정자에 의해 사용되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 전송을 수용하기에 충분히 긴 상기 컨텐션 슬롯의 지속기간을 요구하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 회선 및 요청된 기간보다 적거나 동일할 수 있는 할당된 예약 기간을 지정하는 대역폭 승인 메시지를 갖는 지향적 또는 유사-전방향 전송을 이용하여, 상기 조정자에 의해 상기 송수신기 및/또는 다른 장치로 응답하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 복수의 전송자가 요청 전송에 성공한 경우, 상기 조정자는 그들 중 하나를 선택하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서, 컨텐션 슬롯의 수는 비콘 프레임에서 상기 조정자에 의해 고정되거나 공지될 수 있고, 상기 조정자는 또한 특정 비간섭 회선이 상기 대역폭 승인 메시지에 지정된 바와 같이 할당된 채널 시간 블록을 활용하게 할 수 있는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조정자가 안테나 훈련을 수행하게 하고 지향적 신호에 고정되게 하여 프리앰블의 전송만을 수용하도록 컨텐션 슬롯을 감축시킴으로써 상기 조정자에 의해 컨텐션 슬롯동안의 수신에 대하여 지향적 안테나를 사용하게 하는 단계를 더 포함하고, 상기 프리앰블에 이어 대역폭 예약 요청 메시지의 지향적 전송이 후속되는, 방법.
  17. 제10항에 있어서, 고려되는 비할당된 채널 시간 블록의 이용가능한 시간보다 더 긴 시간 기간을 대역폭 예약 요청 메시지에 의해 요구하는 단계 및 여분의 대역폭 예약 요청을 전송할 필요 없이 상기 조정자에 의해 상기 송수신기에게 상기 요청된 시간과 미래에 실제 할당된 시간과의 차를 예비할당하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 폭주 트래픽을 생성하는 상기 WPAN 내의 장치의 수가 컨텐션 슬롯의 수를 초과하지 못하는 경우 비콘 프레임에 공지를 행함으로써 상기 조정자에 의해 모든 장치를 전용 컨텐션 슬롯과 연관시키고, 그럼으로써 컨텐션을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020107020300A 2008-03-11 2009-03-11 무선 네트워크에서 고정 공지 슬롯을 이용하여 지향적 대역폭 예약을 행하기 위한 장치 및 방법 KR101158207B1 (ko)

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