KR20130139660A

KR20130139660A - 무선랜 시스템에서의 프레임 스케쥴링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130139660A
Application number: KR1020120063319A
Authority: KR
Inventors: 박재우; 류득수; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-12-23
Also published as: US9253792B2; KR101720319B1; US20130336250A1

Abstract

무선랜 시스템에서의 프레임을 전송하는 무선랜 단말에 의해 수행되는 프레임 스케쥴링 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 프레임 스케쥴링 방법은 전송 대상 프레임을 수신 스테이션의 수신자 주소 및 TID(traffic identifier)별로 생성된 복수의 제1 단계 대기열 중 전송 대상 프레임에 상응하는 제1 단계 대기열에 추가하는 단계, 제1 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제1 단계 대기열 중에서 선택된 대기열로부터 제1 프레임을 상기 선택된 대기열에서 삭제하여 복수의 제2 단계 대기열중 어느 하나의 대기열로 전송하는 단계, 및 제2 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제 2단계 대기열중에서 선택된 대기열의 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선랜 시스템에서의 프레임 스케쥴링 방법 및 장치{Method and apparatus of frame scheduling in a wireless local area network system}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선랜 시스템에서의 스케쥴링 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대형 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

WLAN 기술의 표준화 기구인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802가 1980년 2월에 설립된 이래, 많은 표준화 작업이 수행되고 있다.

초기의 WLAN 기술은 IEEE 802.11을 통해 2.4GHz 주파수를 사용하여 주파수 호핑, 대역 확산, 적외선 통신 등으로 1~2Mbps의 속도를 지원한 이래, 최근에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을 적용하여 최대 54Mbps의 속도를 지원할 수 있다. 이외에도 IEEE 802.11에서는 QoS(Quality for Service)의 향상, 액세스 포인트(Access Point) 프로토콜 호환, 보안 강화(Security Enhancement), 무선 자원 측정(Radio Resource measurement), 차량 환경을 위한 무선 접속 (Wireless Access Vehicular Environment), 빠른 로밍(Fast Roaming), 메쉬 네트워크(Mesh Network), 외부 네트워크와의 상호작용(Interworking with External Network), 무선 네트워크 관리(Wireless Network Management) 등 다양한 기술의 표준을 실용화 또는 개발 중에 있다.

IEEE 802.11 MAC(Medium Access Control)의 기본 접속 메커니즘(Basic Access Mechanism)은 이진 익스포넨셜 백오프(binary exponential backoff)와 결합된 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 접속 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 접속 메커니즘에서는, 스테이션(Station, STA)은 전송을 시작하기에 앞서 무선 채널 또는 매체(Medium)를 청취한다. 청취 결과, 만일 매체가 사용되고 있지 않는 것으로 감지되면, 청취하고 있는 스테이션(listening STA)은 자기 자신의 전송을 시작한다. 반면, 매체가 사용되고 있는 것으로 감지되면, 상기 스테이션은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 이진 익스포넨셜 백오프 알고리즘에 의하여 결정되는 지연 기간에 들어간다.

상술한 채널 접근 절차를 거쳐 채널에 접근한 스테이션은 무선 매체(wireless medium)을 이용할 권한을 획득하여 자신의 프레임을 전송할 수 있다. 이때, 스테이션에 버퍼링되어 있는 전송하여야 할 프레임이 복수일 경우, 프레임간의 전송순서를 포함한 전송방법에 대한 고려가 필요하다. 전송 대기열에 있는 프레임의 전송일정을 스케쥴링 하여 제한된 무선 매체 이용기회에 프레임을 효과적으로 전송할 수 있도록 하는 스케쥴링 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상위 계층에서 스케줄링한 정보와 실제 채널을 access하는 시간차에 따른 성능 저하문제를 해결할 수 있는 2단 스케쥴링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 2단 스케쥴링 방법을 지원하는 무선랜 시스템에서 동작할 수 있는 무선장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 있어서, 무선랜 시스템에서의 프레임을 전송하는 무선랜 단말에 의해 수행되는 프레임 스케쥴링 방법은 전송 대상 프레임을 수신 스테이션의 수신자 주소 및 TID(traffic identifier)별로 생성된 복수의 제1 단계 대기열 중 전송 대상 프레임에 상응하는 제1 단계 대기열에 추가하는 단계, 제1 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제1 단계 대기열 중에서 선택된 대기열로부터 제1 프레임을 상기 선택된 대기열에서 삭제하여 복수의 제2 단계 대기열중 어느 하나의 대기열로 전송하는 단계 및 제2 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제 2단계 대기열중에서 선택된 대기열의 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.

상기 복수의 제2 단계 대기열은 각 AC(Access Category)별로 2개 이상의 대기열로 구성될 수 있다.

상기 제1 프레임은 상기 제1 스케쥴러에 의해 채널 상태를 기반으로 선택될 수 있다.

상기 복수의 제2 대기열 각각은 복수의 가상 대기열을 포함할 수 있다.

상기 제1 프레임은 상기 제1 프레임이 상기 복수의 가상 대기열 중 어느 하나에 추가된 시점에 관한 시점 정보를 포함할 수 있다.

상기 제2 프레임의 선택은 상기 시점 정보에 기반하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 무선랜 시스템에서의 프레임을 전송을 위한 프레임 스케쥴링을 수행하는 무선 단말은 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 전송 대상 프레임을 수신 스테이션의 수신자 주소 및 TID(traffic identifier)별로 생성된 복수의 제1 단계 대기열 중 전송 대상 프레임에 상응하는 제1 단계 대기열에 추가하는 단계, 제1 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제1 단계 대기열 중에서 선택된 대기열로부터 제1 프레임을 상기 선택된 대기열에서 삭제하여 복수의 제2 단계 대기열중 어느 하나의 대기열로 전송하는 단계 및 제2 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제 2단계 대기열중에서 선택된 대기열의 제2 프레임을 전송하는 단계를 수행하도록 설정된다.

상위 계층에서의 스케줄링 시점과 실제 채널에 접근하는 시점과의 시간차에 따른 성능 저하문제를 개선할 수 있다. 상위계층에서 이루어진 프레임 전송 스케쥴링을 실제 전송 시점에서의 상황을 반영하여 조정할 수 있다. 채널 상황, 전송하여야 할 프레임의 AC(Access Category) 및 사용자의 우선 순위를 반영하여 스케쥴링 정보를 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 무선통신 시스템에서 프레임 전송을 위한 스케쥴링 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 무선랜 시스템에 적용될 수 있는 프레임 스케쥴링 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 스케쥴링 방법을 도시한 것이다.
도 5은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 아울러, 본 발명에서 특정 구성을 “포함”한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, WLAN 시스템은 하나 또는 그 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다

인프라스트럭쳐(infrastructure) BSS는 하나 또는 그 이상의 비AP 스테이션(non-AP STA1, non-AP STA2, non-AP STA3, non-AP STA4, non-AP STA5), 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 AP(Access Point) 및 다수의 AP를 연결시키는 분산 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 인프라스트럭쳐 BSS에서는 AP가 BSS의 비AP STA들을 관리한다.

반면, 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)는 애드-혹(Ad-Hoc) 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP을 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리기능을 수행하는 개체(Centralized Management Entity)가 없다. 즉, IBSS에서는 비AP STA들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. IBSS에서는 모든 STA이 이동 STA으로 이루어질 수 있으며, DS에로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

STA은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비AP 스테이션(Non-AP Station)을 모두 포함한다.

비AP STA는 AP가 아닌 STA로, 비 AP STA은 이동 단말(mobile terminal), 무선 기기(wireless device), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장비(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 또는 단순히 user 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 비 AP STA을 STA으로 지칭하도록 한다.

AP는 해당 AP에게 결합된(Associated) STA을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 인프라스트럭쳐 BSS에서 STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 STA들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. AP는 집중 제어기(central controller), 기지국(Base Station, BS), 노드-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.

도 1에 도시된 BSS를 포함하는 복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분산 시스템(Distribution System; DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set; ESS)라 한다. ESS에 포함되는 AP 및/또는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS에서 STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 접속 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 “listen before talk” 접속 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 접속 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)한다. 센싱 결과, 만일 매체가 휴지 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 패킷 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 접근을 위한 지연 기간을 설정하여 기다린다.

CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 히든 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 접근상 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC 은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector, NAV)를 이용한다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 패킷을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당된다.

DCF와 함께 IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 DCF와 폴링(pollilng) 기반의 동기식 접속 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 패킷을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 하는 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 패킷을 제공하기 위한 접속 방식을 경쟁 기반으로 하는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 접근 방식을 사용하는 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 접근 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.

도 2는 무선통신 시스템에서 프레임 전송을 위한 스케쥴링 방법의 일례를 도시한 것이다.

스케쥴러는 복수의 대기열로부터 전송할 대기열을 선택하여 해당 대기열의 데이터를 전송한다. 이때 복수의 대기열은 하나의 단말에 버퍼링되어 있는 데이터의 유형별 대기열이거나, 복수의 단말에 버퍼링되어 있는 전송되어야 할 데이터의 대기열일 수 있다. 어느 대기열로부터 어느 정도의 데이터를 전송할지 여부를 결정함에 있어, 스케쥴러는 채널 정보(channel information) 및 트래픽 정보(traffic information)를 고려할 수 있다. 데이터를 전송할 때, 필요에 따라서 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 적용하여 빔을 형성하여 전송하는 빔포밍(beamforming) 전송을 할 수도 있다.

사용자별로 별도로 분리된 채널이 없이 여러 사용자가 무선채널을 공유하여 데이터 서비스를 제공하는 셀룰러(Cellular) 시스템은 기지국(base station)에서 현재 또는 미래의 어떤 순간에 어떤 사용자에게 어느 정도의 데이터를 전송할지 여부를 결정하는 스케줄링 알고리즘을 가지고 있다. 일반적으로 사용자가 수신하는 채널의 상태를 확인하여 현재의 채널상태에서 가장 좋은 채널 조건을 가지는 사용자를 선택하여 전송하는 알고리즘을 기회(opportunistic) 스케줄러 혹은 그리디(greedy) 스케줄러라고 칭한다. 스케줄링 알고리즘을 결정하는 입력요소로서 채널 상태, 우선순위(priority), 공정성(fairness)등이 사용될 수 있다. 다른 스케쥴링 방식의 일례로 라운드 로빈(round robin)알고리즘을 사용하여 각각의 사용자에게 균등한 시간을 할당하는 방식이 이용될 수도 있다.

셀룰러 기반의 무선통신 시스템에서는 기지국이 사용자로 가는 채널 할당 및 자원을 중앙에서 제어하기 때문에 도 2의 예시와 같은 중앙 집중화된 스케줄링 방법이 가능하다. 무선랜 시스템에서 셀룰러 기반의 무선통신 시스템에서 스케쥴러로서의 기지국의 역할을 AP(Access Point)가 수행할 수 있다. AP는 PCF(point coordination function)나 HCCA(hybrid coordination function (HCF) controlled channel access)와 같은 채널 접근(channel access) 프로토콜을 이용하여 제한적인 범위내에서 특정 스테이션(station, STA)에게 채널 접근을 허용하고 프레임을 전송할 수 있도록 하는 스케쥴링이 가능하다. 그러나, PCF나 HCCA 프로토콜은 구현의 복잡도나 안정성이 DCF(distributed coordination function)나 EDCA(enhanced distributed channel access)에 비해서 떨어져서 잘 사용되지 않는다.

무선랜은 셀룰러 시스템과 다르게 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision Avoidance) 프로토콜을 이용하고, AP나 각 STA이 독립적으로 채널에 접근하는 메커니즘으로 DCF나 EDCA 프로토콜을 사용할 수 있다.

DCF나 EDCA는 AP나 STA를 포함한 모든 단말이 동등하게 CSMA/CA를 통해서 채널에 접근한다. CSMA/CA 프로토콜은 랜덤 백오프(backoff) 방법을 사용하므로 STA가 언제 채널을 할당 받을지 비결정적인(non-deterministic) 특성을 가진다. 이러한 특성으로 인하여 채널이 빠르게 변화하는 경우에는 스케줄링 이득을 얻기가 어렵다.

무선랜 시스템은 주로 하드웨어로 구현될 수 있는 DCF나 EDCA를 포함하는 하위계층 부분과 AC(Access Category)별 대기열(queue)에 프레임을 추가(enqueue)하는 기능을 가지며 관리기능을 수행하는 상위 계층으로 구분될 수 있다. 상위 계층은 소프트웨어로 구현될 수도 있다.

도 3은 무선랜 시스템에 적용될 수 있는 프레임 스케쥴링 방법의 일례를 도시한 것이다.

무선랜 시스템에서는 2단계의 대기열이 존재할 수 있다. 상위 계층에서는 STA과 TID 파라미터(parameter)를 고려하여 대기열을 설정하는 1단계 큐잉(queuing)을 수행하고 하나의 전송 프레임으로 집성(aggregation) 가능한 크기와 채널 상태 등을 고려하여 1단계 큐잉을 통해 생성된 1단계 대기열에서 프레임을 제거(dequeu)하여 AC별 대기열로 전송한다.

2단계 대기열에서는 입력된 순서대로 EDCA 프로토콜에 의해서 AC별 대기열 선택되고 대기열의 헤더(header)에 있는 프레임을 전송할 수 있다.

도 3의 예와 같이 무선랜 시스템에서 스케줄링을 적용 시에는 시스템의 복잡성을 고려하여 상위 계층에서 스케줄링을 구현하는 것이 일반적이다. 상위 계층에서는 각 STA으로부터 채널정보와 사용자의 우선순위(priority) 정보를 포함한 트래픽(traffic)정보를 받아서 적절한 STA에 해당하는 데이터를 AC별 대기열에 추가(enqueue)할 수 있다.

AC별 대기열은 DCF 혹은 EDCA에 의해서 임의로(random) 선택될 수 있다. 대기열로부터 먼저 도착한 프레임을 먼저 전송하는 FCFS(First Come, First Served)의 방법에 의해서 데이터가 무선매체로 전송될 수 있다.

이러한 방법은 CSMA/CA 프로토콜의 특성으로 인하여 상위 계층에서 채널 상태를 고려하여 데이터의 순서를 결정하여 2단계 대기열에 입력하여 알려주어도 지정된 시간에 데이터가 전송되지 아니할 수 있다.

따라서, 상위계층에서 대기열의 결정을 위해 고려한 채널 상태의 결정시점과 실제 데이터가 선택되어 무선매체를 통해 전송되는 시점 사이의 시간차가 존재할 수 있다. 상위계층에서의 대기열 설정에 참조한 채널 상태의 기준 시점과 데이터가 실제로 전송되는 시점과의 차이는 일정 부분 전송 효율의 저하를 초래할 수 있다. 이는 전송 대기열의 설정에 참조한 채널 상태 등의 정보가 데이터가 실제로 전송되는 시점에서의 채널 상태 등의 정보와 상이할 수 있기 때문이다. 상술한 양 시점간의 시간차가 커질수록 이러한 성능 저하가 나타날 가능성 또한 증가할 수 있다.

프레임 전송의 다른 방법으로 대기열로부터 FCFS방식을 사용하지 않고 중간에서 데이터를 추출할 수도 있지만 수신측에서 수신한 패킷의 순서 등에 대한 정보가 추가로 요구될 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.

도 3의 예에서 2단계로 분리된 대기열을 개념적으로 하나로 통합할 수는 있지만 실제로 적용되는 실시 예에서는 구현하기 어렵다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 스케쥴링 방법을 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 프레임 스케쥴링 방법은 2단계 스케줄링 구조를 이용할 수 있다. 1단계 대기열은 수신 STA의 RA(Receiver Address), TID(traffic identifier)별로 각각의 대기열을 생성한다. 2단계 대기열은 각 AC별로 2개 이상의 대기열로 구성될 수 있다.

무선랜 시스템에서 데이터 전송효율을 높이기 위해서 상위 애플리케이션으로부터 도착한 프레임이 같은 수신 STA과 TID를 가지는 경우에는 프레임의 크기를 키워서 채널 접근의 오버헤드(overhead)를 줄이는 프레임 집성(aggregation)방법을 적용할 수 있다. 즉, 상위 계층으로부터 전달 받은 복수의 프레임이 동일한 스테이션에게 전송되어야 할 프레임들이고 프레임의 TID가 동일하면 복수의 프레임을 집성하여 A-MSDU 형태로 전송할 수 있다.

1단계에서는 STA와 TID별로 대기열을 관리할 수 있다. 1단계 스케쥴러는 프레임의 집성 크기와 채널 정보를 예측하여 대기열에 저장된 프레임의 개수가 집성 크기를 넘어서는 대기열들 중에서 채널상태가 좋은 대기열을 선택할 수 있다. 채널 상태는 채널 상태의 관측/예측에 의해 얻어질 수 있으며, 수신 단말들로부터의 피드백을 통해서도 얻어질 수 있다.

채널 상태가 같을 경우에는 TID가 맵핑(mapping)된 우선순위가 높은 대기열을 선택할 수 있다. 선택된 1단계 대기열로부터 데이터를 대기열에서 삭제(dequeue)하여 2단계 대기열로 보낼 수 있다.

1단계 스케쥴러는 1단계에서 선택된 대기열로부터 프레임을 2개 이상의 대기열에 추가(enqueue)할 때, 다음과 같은 방법에 의해 대기열을 선택할 수 있다. IEEE 802.11e에서는 TID값에 따라서 맵핑되는 AC를 지정하였다. 이때, 새로운 프레임이 TID에 의해서 AC별 대기열에 맵핑되면, AC 내부에는 2개 이상의 대기열이 존재할 수 있으며 다음과 같은 규칙에 의해서 전송할 프레임을 선택할 수 있다.

2단계 대기열로 이전에 같은 정보를 가진 프레임이 대기열에 추가된 대기열을 선택한다. 이때 한쪽으로 트래픽이 집중되는 것을 방지하기 위해 1단계 스케쥴러는 위치를 변경할 수 있다. 1단계 스케쥴러는 트래픽의 양을 확인하여 별도의 맵핑 정보를 이용하여 RA, TID로부터 AC 내부의 가상 대기열(virtual queue) 번호를 선택할 수 있다. 대기열이 선택된 이후에 스케쥴러가 채널정보를 판단한 대기열 추가 시점(enqueue time)을 프레임에 대한 정보로 기록할 수 있다. 프레임에 대한 정보는 버퍼 디스크립터(buffer descriptor), 보다 상세하게는 TxBD(Transmission Buffer Descriptor)일 수 있다. 여기서 TxBD는 프레임과 함께 전송되며, 프레임이 어떻게 처리되어야 하는 지에 대한 정보를 포함한다. 대기열 추가 시점은 이와 같은 TxBD에 포함되어 프레임과 함께 전송될 수 있다. 여기에서 기록된 대기열 추가 시점은 스케쥴러가 채널이 양호한 것으로 판단한 시점을 기록한다.

1단계 스케쥴러는 빔포밍 적용여부, 빔포밍 행렬의 에이징(aging) 정보, 사용자 우선순위 정보 중 적어도 어느 하나를 대기열 추가 시점을 지시하는 정보와 함께 저장할 수 있다.

이하에서는 2단계 스케쥴러의 대기열 선택 방법의 일례를 설명한다. 2단계 스케쥴러는 AC별로 독립적으로 가상 대기열을 선택할 수 있다. 무선랜 시스템의 채널 접근 함수는 각 AC별로 하나의 노출된 대기열(exposed queue)을 가진다. 노출된 대기열 내부에서는 다수의 가상 대기열로 구성될 수 있다. 같은 AC에 속하는 가상 대기열은, 2단계 스케쥴러에 의해서, EDCA 블록의 입장에서 1개의 노출된 대기열로 보이도록 가상 대기열의 정보를 통합하여 관리한다. EDCA 블록에서 노출된 대기열에 프레임의 존재유무만 알면 되므로 2단계 스케쥴러는 가상 대기열에 프레임이 하나라도 존재하면 노출된 대기열에 프레임이 존재한다고 EDCA 블록에 알려준다.

AC별 노출된 대기열은 EDCA 프로토콜에 의해서 선택되고 2단계 스케쥴러는 선택된 AC에 해당하는 다수의 가상 대기열로부터 다음과 같은 절차에 의해서 가상 대기열을 선택할 수 있다.

2단계 스케쥴러는 각각의 가상 대기열의 헤더에 있는 프레임의 정보를 가져와 비교하여 대기열을 선택할 수 있다. 빔포밍이 적용되는 전송의 경우에는 채널 정보의 에이징 정보를 확인한다. 즉 채널 정보를 갱신한지 얼마나 지났는지 확인하여 스케줄링 정책에 따라서 채널정보가 오래된 프레임을 선택하거나 혹은 가장 최근 정보를 가진 프레임을 선택할 수 있다.

가상 대기열의 헤더에 있는 프레임 모두 빔포밍이 적용되지 아니하는 경우에는 대기열 추가 시점이 가장 오래된 프레임을 선택하거나 가장 최근에 대기열에 포함된 프레임을 선택할 수 있다.

대기열 추가 시점이 스케줄링 정책에 의해 설정된 범위 이내인 경우에는 STA의 우선순위를 고려하여 가장 높은 우선순위를 가진 STA에게 전송되어야 할 프레임을 선택할 수 있다.

위와 같은 알고리즘에 의해서 프레임을 선택된 대기열에서 제거(dequeue)하여 무선매체(wireless medium, WM) 상으로 전송한다.

가상 대기열이 1개인 경우에는 FCFS정책에 의해서 프레임을 전송할 수 있다. 만일 가상 대기열이 2개 이상인 경우에는 순환 순서 방식(round-robin) 등의 방법이 사용될 수 있으며, 채택되는 정책/방식은 스케쥴링 정책에 따라 달라질 수 있다.

도 5은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다. 무선 장치(70)는 상술한 실시예를 구현할 수 있는 STA으로서 AP 또는 비AP 스테이션(non-AP station)일 수 있다.

무선장치(70)은 프로세서(72), 메모리(74) 및 트랜시버(transceiver, 76)를 포함한다. 트랜시버(76)는 무선신호를 송신/수신하되, IEEE 802.11의 물리계층이 구현된다. 프로세서(72)는 트랜시버(76)와 기능적으로 연결되어, IEEE 802.11의 MAC 계층 및 물리계층을 구현한다. 프로세서(72)는 본 발명이 제안하는 2단 스케쥴링 방식을 구현하도록 설정되어 상술한 실시예들을 구현할 수 있다.

프로세서(72) 및/또는 트랜시버(76)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(74)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(74)에 저장되고, 프로세서(72)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(74)는 프로세서(72) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(72)와 연결될 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명의 기술 사상을 보여주기 위한 예시적인 것으로서, 상기 실시예에의 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호 범위는 후술하는 본 발명의 특허청구범위에 의하여 특정된다.

Claims

무선랜 시스템에서의 프레임을 전송하는 무선랜 단말에 의해 수행되는 프레임 스케쥴링 방법에 있어서,
전송 대상 프레임을 수신 스테이션의 수신자 주소 및 TID(traffic identifier)별로 생성된 복수의 제1 단계 대기열 중 전송 대상 프레임에 상응하는 제1 단계 대기열에 추가하는 단계;
제1 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제1 단계 대기열 중에서 선택된 대기열로부터 제1 프레임을 상기 선택된 대기열에서 삭제하여 복수의 제2 단계 대기열중 어느 하나의 대기열로 전송하는 단계; 및
제2 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제 2단계 대기열중에서 선택된 대기열의 제2 프레임을 전송하는 단계;를 포함하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 제2 단계 대기열은 각 AC(Access Category)별로 2개 이상의 대기열로 구성되는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프레임은 상기 제1 스케쥴러에 의해 채널 상태를 기반으로 선택되는 방법.
제3 항에 있어서,
상기 복수의 제2 대기열 각각은 복수의 가상 대기열을 포함하는 방법.
제4 항에 있어서,
상기 제1 프레임은 상기 제1 프레임이 상기 복수의 가상 대기열 중 어느 하나에 추가된 시점에 관한 시점 정보를 포함하는 방법.
제5 항에 있어서,
상기 제2 프레임의 선택은 상기 시점 정보에 기반하여 이루어지는 방법.
무선랜 시스템에서의 프레임을 전송을 위한 프레임 스케쥴링을 수행하는 무선 단말에 있어서, 상기 무선 단말은 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는:
전송 대상 프레임을 수신 스테이션의 수신자 주소 및 TID(traffic identifier)별로 생성된 복수의 제1 단계 대기열 중 전송 대상 프레임에 상응하는 제1 단계 대기열에 추가하는 단계;
제1 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제1 단계 대기열 중에서 선택된 대기열로부터 제1 프레임을 상기 선택된 대기열에서 삭제하여 복수의 제2 단계 대기열중 어느 하나의 대기열로 전송하는 단계; 및
제2 단계 스케쥴러에 의해 상기 복수의 제 2단계 대기열중에서 선택된 대기열의 제2 프레임을 전송하는 단계;를 수행하도록 설정된 무선 단말.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 제2 단계 대기열은 각 AC(Access Category)별로 2개 이상의 대기열로 구성되는 무선 단말.
제7 항에 있어서,
상기 제1 프레임은 상기 제1 스케쥴러에 의해 채널 상태를 기반으로 선택되는 무선 단말.
제9 항에 있어서,
상기 복수의 제2 대기열 각각은 복수의 가상 대기열을 포함하는 무선 단말.
제10 항에 있어서,
상기 제1 프레임은 상기 제1 프레임이 상기 복수의 가상 대기열 중 어느 하나에 추가된 시점에 관한 시점 정보를 포함하는 무선 단말.
제11 항에 있어서,
상기 제2 프레임의 선택은 상기 시점 정보에 기반하여 이루어지는 무선 단말.