KR20140075478A - 무선 통신 시스템의 통신 방법 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 제1 스테이션은 제2 스테이션이 절전 모드에 진입하면 주기적으로 채널을 감지하고, 채널이 비어 있다고 판단되면 채널 동기를 지시하는 패킷을 제2 스테이션으로 전송한다. 제2 스테이션은 절전 모드에서 깨어나서 상기 패킷을 수신하면 바로 채널 점유를 위한 경쟁을 시도한다.

Description

무선 통신 시스템의 통신 방법{METHOD FOR COMMUNICATING OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템의 통신 방법에 관한 것으로, 특히 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 사용하여 숨겨진 노드 문제 및 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 방법에 관한 것이다.

무선랜 통신 시스템(wireless local area network, WLAN)은 절전(power saving) 모드를 지원한다.

절전 모드는 일정 기간 무선랜 통신칩의 동작을 멈추었다가 필요한 경우 다시 깨어나는 과정을 거치는데, 절전 모드로 들어가면, 기지국(Access Point, AP)가 인지하고 해당 스테이션은 절전 모드로 들어가 무선 채널을 감지하지 않고 정해진 시간 동안 RF 및 기저대역(baseband)의 동작을 중단한다.

일정 시간 동안 동작을 멈춰 절전한 스테이션은 다시 깨어나서 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CA) 메커니즘을 통해 통신을 시도한다.

즉, 절전 모드에서 깨어난 스테이션은 채널을 감지하고 깨어났음을 AP에 알리고, 채널이 비어 있다고 판단되면 바로 채널 점유를 위한 경쟁을 시도하여 데이터를 AP로 전달한다. 그러나 절전 모드에서 깨어난 스테이션은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 때문에 경쟁을 시도하지 전에 일정 시간을 기다려야 하며, 그 대기 시간을 프로브 지연(probe delay)이라고 한다. 이러한 프로브 지연은 최대 패킷 길이를 고려하여 설정되기 때문에 절전 모드에서 깨어난 스테이션은 매우 긴 시간 동안 유휴 모드로 있어야 하므로, 전력 소모가 오히려 더 크게 발생할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전력 소모를 줄이고 충돌을 방지할 수 있는 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 제1 스테이션의 통신 방법이 제공된다. 상기 통신 방법은 상기 제1 스테이션과 통신하는 제2 스테이션이 절전 모드에 진입하면, 주기적으로 채널을 감지하는 단계, 그리고 상기 채널이 유휴하면, 채널 동기를 지시하는 패킷을 상기 제2 스테이션으로 전송하는 단계를 포함한다. 이때 상기 절전 모드에서 깨어난 제2 스테이션이 상기 패킷을 수신하면 채널 점유를 위한 경쟁을 시도하게 된다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 프로브 지연에 의한 충돌 방지 기능과 전력 소모 최소화를 동시에 만족할 수 있으며 동시에 전체 무선 네트워크의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템에서의 숨겨진 노드 문제(hidden node problem)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 CSMA/CA 방식의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 숨겨진 노드 문제를 해결하기 위한 CSMA/CA 방식의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선 통신 시스템에서의 숨겨진 노드 문제(hidden node problem)를 나타낸 도면이다.

WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템의 경우 스테이션(STA1)이 통신을 하기 위해서는 채널의 상황을 감지하고 채널이 비어있을 경우에만 채널에 접속하여 통신한다. 만약 채널이 사용 중이라면 임의의 백오프(Random Backoff) 시간을 기다린 후 다시 채널 감지를 수행하게 된다. 이때 채널 감지를 통해서 채널을 검색하더라도 발견되지 않는 노드를 숨겨진 노드라 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 스테이션(STA1)이 기지국(Access Point, AP)에 신호를 전송하고 있는 상황에서 스테이션(STA2)은 채널 감지를 수행하더라도 스테이션(STA2)의 신호 전송 여부를 파악할 수 없다. 따라서 스테이션(STA2)은 채널이 비어있다고 판단하고 AP에게 신호를 전송하게 되어 신호의 충돌이 발생한다.

이와 같은 숨겨진 노드 문제는 잦은 충돌로 인한 네트워크 손실과 채널 효율성을 저하시키는 주요 원인이 된다. 이러한 숨겨진 노드 문제를 해결하기 위해 WLAN 시스템에서는 CSMA/CA 방식을 사용하여 다른 스테이션의 전송을 방지한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 CSMA/CA 방식의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참고하면, DCF(Distributed Coordination Function) 상태에서 수신 스테이션인 AP로 데이터 전송을 원하는 송신 스테이션(STA1)은 먼저 채널의 상태를 감지하고, 채널이 사용 중이라면 현재 진행중인 전송이 끝나기를 대기한다.

현재 진행중인 전송이 끝났음을 감지한 송신 스테이션(STA1)은 DIFS(DCF Interframe Space)만큼 지난 후 채널이 감지되지 않을 경우, RTS(Ready To Send) 프레임을 AP로 전송한다. RTS 프레임에는 데이터를 전송하고자 하는 송신 스테이션(STAS)의 주소와 NAV(Network Allocate Vector) 설정에 사용되는 구간 필드(duration field)가 포함되어 있다. NAV는 송신 스테이션(STA1)이 AP로부터 데이터 프레임에 대한 응답(acknowledgement, ACK) 신호를 수신하기까지 걸리는 시간을 미리 정해 놓은 시간을 의미한다.

RTS 프레임을 수신한 스테이션 중 AP는 RTS 프레임에 대한 응답 신호인 CTS(Clear To Send) 프레임을 SIFS(Short IFS)만큼 지난 후에 송신 스테이션(STA1)으로 전송한다. 이때 다른 STA(STA2)은 RTS 프레임을 청취하게 되는데, 다른 STA(STA2)은 자신의 NAV를 청취한 RTS 프레임에 포함된 구간 필드의 값으로 설정한 뒤, NAV(RTS)를 줄여나가면서 매체 접근을 연기한다. 이때 CTS 프레임에도 RTS 프레임과 마찬가지로 NAV 설정에 사용되는 구간 필드가 포함되어 있다. 따라서, 다른 STA(STA2)은 CTS 프레임을 청취하면, CTS 프레임에 포함된 구간 필드의 값을 확인한 뒤 NAV(CTS) 값이 현재 설정된 NAV(RTS)보다 더 큰 경우에만 NVA를 갱신한다.

RTS/CTS 프레임의 전송이 끝나면, 송신 스테이션(STA1)은 SIFS만큼 지난 후에 데이터 프레임을 전송하며, AP는 송신 스테이션(STA1)으로부터 데이터 프레임을 수신한 후 SIFS만큼 지난 후에 응답 신호인 ACK 신호를 송신 스테이션(STA1)으로 전송한다. 이때 AP는 수신한 데이터 프레임이 성공적으로 복조된 경우에만 ACK 신호를 송신하고 그렇지 않은 경우 응답하지 않는다.

다른 STA(STA2)은 NVA가 0이 되면, 채널이 유휴 상태라고 판단하고 DIFS 동안 기다린 뒤 경쟁 구간(Contention Window)에서 자신의 백오프 시간(backoff time)을 줄여나가면서 매체 접근을 시도한다.

이와 같이, 다른 스테이션(STA2)은 DA(Defer Access) 구간[NAV(RTS)+ DIFS] 동안 전송을 할 수 없다. 즉, 다른 스테이션(STA2)은 최소한 이 구간[NAV(RTS)+ DIFS]이 지나야 AP와 통신할 수 있으므로, 숨겨진 노드 문제를 해결할 수가 있다.

한편, WLAN 시스템에서는 절전(power saving) 모드를 지원한다. 절전 모드에 있다가 깨어난 스테이션(STA2)은 채널을 감지하고 채널이 비어있다고 판단되면 채널 점유 경쟁을 통해서 데이터 전송을 시도하게 된다. 이때 스테이션(STA2)은 채널 감지를 수행하더라도 스테이션(STA1)의 신호 전송 여부를 파악할 수 없기 때문에 스테이션(STA2)이 채널이 비어있다고 판단하고 AP에게 신호를 전송할 때 스테이션(STA1)이 AP로 신호를 전송하는 중이라면 충돌이 발생하게 된다.

도 3은 숨겨진 노드 문제를 해결하기 위한 CSMA/CA 방식의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 절전 모드로 있다가 시점(T1)에서 깨어난 스테이션(STA2)은 채널을 감지하여 채널이 비어있다고 판단되면 바로 경쟁 구간을 통해 채널 점유를 위한 경쟁을 시도하는 것이 아니라 숨겨진 노드 문제 때문에 일정 시간(TPD) 동안 유휴(idel) 모드를 유지한다. 일정 기간 유휴 모드로 있는 시간(TPD)을 프로브 지연(probe delay) 값이라 하며, 프로브 지연 값(TPD)은 최대 길이의 패킷이 스테이션(STA1)에서 AP로 전송되는 시간을 고려하여 충분히 긴 시간으로 설정된다. 또한 프로브 지연 값(TPD)은 NAV보다 긴 시간으로 설정된다.

즉, 절전 모드로 있다가 깨어난 스테이션(STA2)은 해당 채널에서 데이터가 전송 중이거나 데이터가 전송 중이지 않더라도 프로브 지연 값(TPD) 동안 유휴 모드를 유지한다.

따라서, 절전 모드에서 깨어난 스테이션(STA2)은 프로브 지연에 의해서 숨겨진 노드 문제를 해결할 수 있지만 매우 긴 시간(TPD) 동안 유휴 모드로 있어야 하므로 전력 소모가 오히려 더 크게 발생할 수 있다.

그러면 숨겨진 노드 문제와 전력 소모를 동시에 해결할 수 있는 실시 예에 대하여 도 4를 참고로 하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.

도 4를 참고하면, 스테이션(STA2)이 절전 모드에 들어가면, 기지국(AP)은 절전 모드로 들어간 스테이션(STA2)을 위해 주기적으로 채널을 감지하여 채널이 비어있다고 판단되면 채널 동기를 지시하는 패킷(SSP)을 스테이션(STA2)로 송신한다. 이때 채널 감지 주기는 프로브 지연 시간(TPD) 보다 훨씬 짧은 주기로 설정될 수 있다.

절전 모드로 있다가 시점(T1)에서 깨어난 스테이션(STA2)은 프로브 지연 시간(TPD) 동안 유휴 모드로 대기하는데, 프로브 지연 시간(TPD) 동안 기지국(AP)으로부터 패킷(SSP)을 수신하면, 바로 채널과 동기를 하며 경쟁 구간을 통해 채널 점유를 위한 경쟁을 시도한다.

이렇게 하면, 스테이션(STA2)은 프로브 지연 시간(TPD) 동안 유휴 모드로 대기하지 않아도 되므로, 전력 소모를 줄일 수 있으며 또한 숨겨진 노드 문제로 인한 충돌도 해결할 수가 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 무선 통신 시스템에서 제1 스테이션의 통신 방법으로,
   상기 제1 스테이션과 통신하는 제2 스테이션이 절전 모드에 진입하면, 주기적으로 채널을 감지하는 단계, 그리고
   상기 채널이 비어 있다고 판단되면, 채널 동기를 지시하는 패킷을 상기 제2 스테이션으로 전송하는 단계
   를 포함하고,
   상기 절전 모드에서 깨어난 제2 스테이션이 상기 패킷을 수신하면 채널 점유를 위한 경쟁을 시도하게 되는 통신 방법.

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