KR20140113687A - 무선 애플리케이션들을 위한 tcp-릴레이 - Google Patents

Abstract

TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템은 TCP-릴레이 컴포넌트, 무선 컴포넌트 및 상기 무선 컴포넌트에 연결된 안테나(예를 들어, 스마트 안테나)를 포함한다. 시퀀스 번호 “N"을 갖는 TCP 패킷을 수신하도록 구성된 시스템은 클라이언트에게 무선으로(예를 들어, 802.11을 사용하여) TCP 패킷을 전송하고, 상기 TCP 패킷이 수신되었음으로 표시하는 클라이언트의 무선 ACK를 수신하며, TCP 시퀀스 번호 ”N"의 TCP-ACK를 전송하기 위한 트리거로써 상기 클라이언트의 무선 ACK를 사용한다.

Description

무선 애플리케이션들을 위한 TCP-릴레이{TCP-RELAY FOR WIRELESS APPLICATIONS}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 무선 근거리 통신망(WLAN, Wireless Local Area Networks) 즉, IEEE 802.11 시스템들을 포함하는 Wi-Fi 및 피코셀룰라(picocelluar) 무선 정보통신 시스템에 관한 것이다.

무선 모바일 데이터의 상당한 증가 및 무선 트랜스시버의 급증으로 인한 무선 네트워크의 발전과 함께, 스펙트럼 간섭이 셀의 크기와 범위를 결정하는 데에 있어서 급속하게 제한요소로 되고 있다.

Wi-Fi 네트워크의 경우, 다른 비허가 대역 시스템으로부터의 노이즈(예를 들어, 다른 Wi-Fi 트랜스시버, 덱트(DECT)폰, 블루투스 디바이스, 전자레인지 및 기타 비허가 디바이스들)는 도시 지역에서 대규모의 간섭 레벨(a level of interference) 즉, 잡음층(noise floor)을 발생시킨다. 예를 들어, 전형적인 대도시 환경에서 이루어진 측정치에 따르면, 2.4GHz ISM 대역에서 잡음층은 -70 내지 -80dBm의 범위에 있는 것으로 나타나고, 또는 20MHz 광대역 채널에서 -103dBm인 이론적인 열잡음층 상에서 대략 20-30dB의 범위에 있는 것으로 나타난다. 그 결과, 이러한 대역에서 동작하는 Wi-Fi 네트워크는 모든 전송이 SNR(signal-to-noise ratios)에 의해 제한되기 때문에 더 작은 셀들을 가질 것이고, Wi-Fi 네트워크는 0dB SNR에서만 동작하도록 설계된다; 최대비결합(MRC, Maximal Ratio Combination)으로 Wi-Fi 네트워크는 약간 음의 SNR로 동작할 수 있다.

그러므로, 무선 데이터 시스템은 간섭이 있는 환경에서 동작하도록 설계되는 것이 바람직하다. 종래의 시도에도 불구하고, 예를 들어 확인응답(ACK, ACKnowledgment) 프로토콜(예를 들어, TCP(Transmission Control Protocol) 및 RUDP(Reliable User Datagram Protocol))을 사용할 때, 손실 무선 환경에서 데이터 처리량을 개선시키는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

본 발명은 확인응답된(acknowledged) 프로토콜을 사용하는 손실 무선 환경에서 데이터 처리량을 개선시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 TCP, RUDP와 같은 확인응답된 데이터 전송 프로토콜들의 동작 및 IEEE 802.11 프로토콜의 동작 모두를 사용하는 시스템 및 방법을 교시한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법은, 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신하는 단계; 상기 TCP 패킷을 프로세싱하는 단계; 상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신하는 단계; 상기 클라이언트가 상기 TCP 패킷을 수신하였음을 표시하는 무선 ACK 패킷을 상기 클라이언트로부터 수신하는 단계; 상기 TCP 패킷의 수신을 확인응답하기 위해 상기 무선 ACK 패킷을 사용하여 TCP-ACK 패킷을 트리거하는 단계; 및 상기 TCP-ACK를 상기 서버에게 통신하는 단계를 포함한다. 상기 무선 기능은 상기 TCP 패킷을 통신 및/또는 상기 무선 ACK를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 양태에서 엑세스 포인트(AP, Access Point)의 TCP-릴레이 컴포넌트는, (ⅰ) 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신하는 단계; (ⅱ) 상기 TCP 패킷을 프로세싱하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 TCP-ACK를 상기 서버에게 통신하는 단계를 수행할 수 있다. 추가적인 양태에서, 상기 무선 통신은 IEEE 802.11 표준에 따르고, 무선 기능을 개선시키기 위하여 스마트 안테나를 사용할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템은, 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, 상기 TCP 패킷을 프로세싱할 수 있게 하며, TCP-ACK를 상기 서버에 통신할 수 있게 하는 TCP-릴레이 컴포넌트; TCP-릴레이 컴포넌트와 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 유선 컴포넌트; 상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 컴포넌트; 및 상기 무선 컴포넌트에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고, 상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 프로세서 기반의 디바이스는, 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, 상기 TCP 패킷을 프로세싱할 수 있게 하며, TCP-ACK를 상기 서버에게 통신할 수 있게 하는 TCP-릴레이 컴포넌트; 상기 TCP-릴레이 컴포넌트와 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 유선 컴포넌트; 상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 컴포넌트; 및 상기 무선 컴포넌트에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고, 상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용된다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템은, 프로세서; 데이터 저장 장치; 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, TCP-ACK를 상기 서버에게 통신할 수 있게 하는 유선접속; 상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 접속; 및 상기 무선 접속에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고, 상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용된다.

특정 양태에서, 무선 통신은 IEEE 802.11 표준을 따르고/거나, 스마트 안테나는 상기 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 최적화되어 있는 스위칭 안테나(switched antenna)이거나, 빔 포밍(beam-forming)이 상기 클라이언트의 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 수행된 빔 포밍 안테나이다.

본 발명의 이들 및 다른 장점은 다음의 명세서 및 첨부한 도면을 참조하여 용이하게 이해될 것이다.
도 1a는 전형적인 32비트의 TCP 세그먼트 구조를 도시하고 있다.
도 1b는 ACK 패킷들을 사용하여 TCP 전송의 기본적인 기능을 수행하는 제1 시스템을 도시하고 있다.
도 1c는 단일의 ACK가 복수의 데이터 전송을 위해 사용될 수 있는 ACK 패킷들을 사용하여 TCP 전송의 기본적인 기능을 수행하는 제2 시스템을 도시하고 있다.
도 2a는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 엑세스 포인트 시스템이다.
도 2b는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 스마트 안테나 기능을 사용한 엑세스 포인트 시스템이다.
도 3a는 클라이언트 디바이스 및 서버와 통신하는 엑세스 포인트를 도시하고 있다.
도 3b는 제2 엑세스 포인트 및 클라이언트 디바이스와 통신하는 도 3a의 엑세스 포인트를 도시하고 있다.
도 4는 무선 ACK(예를 들어, IEEE 801.11 ACK)가 TCP-ACK를 표시하고 트리거하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 엑세스 포인트 프로세스를 도시한 흐름도이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 이하 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 다음의 설명에 있어서, 잘 알려진 기능이나 구성은 불필요한 세부사항으로 본 발명을 모호하게 할 수 있으므로 상세하게 기술하지 않는다. 손실 환경에서 TCP 신호 수신을 크게 개선시키기 위해 적용될 수 있는 많은 단계, 방법 및 해결책들이 여기에 설명되어 있다. 구체적으로, 다음의 실시예들은 예를 들어 TCP, RUDP와 같은 ACK 데이터 전송 프로토콜의 동작 및 IEEE 802.11 프로토콜의 동작 모두에 사용할 수 있는 시스템 및/또는 방법에 관한 것이다. 이 공개문서에 있어서 다음의 용어 및 정의가 적용된다:

용어 “IEEE 802.11” 및 “802.11”은 2.4, 3.6 및 5GHz 주파수 대역에서 무선 근거리 통신망(WLAN) 컴퓨터 통신을 시행하기 위한 일련의 표준을 나타내며, 상기 일련의 표준은 IEEE LAN/MAN 표준 위원회(IEEE 802)에 의해 유지되는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “통신하다(communicate)” 및 “통신하는(communicating)”은 데이터를 소스(source)로부터 목적지(destination)까지 전달 및, 데이터가 목적지까지 전달되도록 정보통신 매체, 시스템, 채널, 네트워크, 디바이스, 와이어, 케이블, 섬유, 회로 및/또는 링크에 데이터를 전달하는 것을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “통신(communication)”은 데이터가 상기와 같이 전달되는 것을 의미하고, 용어 “정보통신(communications)”은 하나 이상의 정보통신 매체, 시스템, 채널, 네트워크, 디바이스, 와이어, 케이블, 섬유, 회로 및/또는 링크를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “프로세서(processor)”는 하드웨어, 유형으로 구체화 된 소프트웨어 또는 두 가지 모두에서의 실행 여부, 프로그램화 가능 여부를 떠나, 프로세싱 디바이스(processing device), 장치(apparatus), 프로그램, 회로, 컴포넌트(component), 시스템 및 서브시스템을 의미한다. 그러나 용어 “프로세서(processor)”는 이러한 것들에 한정되지 않고, 하나 이상의 컴퓨터, 하드와이어드(hardwired) 회로, 신호 변경 장치 및 시스템, 제어 시스템용 디바이스 및 기계, 중앙처리장치(CPU), 프로그래머블(progammable) 디바이스 및 시스템, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate arrays), 특수 용도의 집적회로, 시스템 온 칩(systems on a chip), 별개 요소 및/또는 회로로 구성된 시스템, 상태 기계(state machines), 가상 기계(virtual machines), 데이터 프로세서, 프로세싱 설비 및 이들의 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “저장(storage)" 및 ”데이터 저장(data storage)"은 일시적이든 또는 영구적이든 데이터를 보유하고 상기 보유 데이터를 제공하기 위한 하나 이상의 데이터 저장 디바이스, 장치, 프로그램, 회로, 컴포넌트, 시스템, 서브시스템, 위치 및 저장 매체를 의미한다. 그러나 용어 “저장” 및 “데이터 저장”은 이러한 것들에 한정되지 않고, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drives), 플래시 메모리(flash memory), DRAM, RAM, ROM, 테이프 카트리지(tape cartridges) 및 컴퓨터로 판독 가능한 데이터를 저장할 수 있는 기타 매체를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “무지향성 안테나(omnidirectional antenna)"는 안테나의 축 상에 제로로 떨어지는 평면 위 또는 아래에 앙각(elevation angle)으로 감소하고 이에 따라 도넛모양(doughnut-shaped)의 방사 패턴을 생산하는 방사전력(radiated power)으로, 모든 방향에서 균일하게 전파전력(radio wave power)을 방사하는 안테나를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “지향성 안테나(directional antenna)"는 전송 및 수신에 대한 성능 향상 및 원치 않는 소스로부터의 간섭 감소를 감안하여, 하나 이상의 방향으로 더 큰 전력을 방사하는 안테나를 의미한다.

TCP는 인터넷 프로토콜 슈트(Internet Protocol suite)의 코어 프로토콜 중 하나로서, 총칭하여 TCP/IP로 지칭된다. TCP는 제1 컴퓨터상의 프로그램에서 제2 컴퓨터상의 또 다른 프로그램으로 신뢰성 있고 정렬된 바이트 스트림(a stream of bytes)의 전달을 제공한다. 결과적으로, TCP는 월드 와이드 웹(World Wide Web), 전자 메일, 파일 전송 등과 같은 주요 인터넷 애플리케이션들에 의존하는 프로토콜이다.

TCP는 예를 들어, HTTP(Hypertext Transfer Protocol), FTP(File Transfer Protocol) 및 Telnet을 포함하는 신뢰성 있는 정보통신 채널을 요구하는 애플리케이션용 점대점 채널(point-to-point channel)을 제공한다. TCP는 상기 애플리케이션 계층(application layer)에 세 가지를 보증한다는 점에서 신뢰성이 있다: (ⅰ) 목적지는 데이터가 전송된 순서대로 수신할 것이다; (ⅱ) 목적지는 상기 모든 데이터를 수신할 것이다; 그리고 (ⅲ) 목적지는 데이터를 중복 수신하지 않을 것이다. 게다가 TCP는 일단 접속이 실현되면, 서버가 동일한 접속을 통해 클라이언트에게 응답할 수 있다는 점에서 양방향성(bidirectional)이다.

TCP는 그 신뢰성 때문에 유선 네트워크를 지배하고 있다. 그러나 TCP 프로토콜의 성능은 두 노드 사이(예를 들어, 전송 및 수신 디바이스 사이)의 경로 지연이 증가함에 따라 빠르게 저하된다. 전송 레이트(transmission rate)를 감소시키는 것은 원치 않는 추가적인 혼잡(congestion)의 형성이나 축적을 방지한다. 이러한 이유로, TCP의 성능은 피드백 정보가 얼마나 빨리 전송 디바이스에 반환(return)될 수 있는가에 달려있다.

예를 들어, TCP의 설계 원리는 네트워크가 혼잡할 때 전송 레이트를 줄이기 위하여 전송 디바이스에 피드백을 제공하는 것이다. 상향링크(up-link) 자율/랜덤 대역폭 요청 또는 802.11 데이터 패킷들이 간섭 때문에 분실되면, 그 때 TCP 또는 RDUP와 같은 양방향성 프로토콜들은 상당히 느려질 수 있다. TCP는 예를 들어, 전송된 패킷들의 성공이나 실패에 따라 데이터 전송의 레이트를 변경함으로써 사용 가능한 대역폭을 자동으로 조절할 것이다. 만약 수신된 패킷들의 시퀀스 번호를 확인응답하는 TCP-ACK 패킷(TCP-ACKnowledgment packet)이 분실되면, TCP-ACK가 수신될 때까지 TCP 전송은 느려지거나 정지할 것이다. 그러므로 TCP-ACK를 효율적으로 제공하는 것은 효율적인 데이터 전송을 유지하는 데에 있어서 필수적이다. 예를 들어, TCP 표준에 따르면 전송 디바이스는 세 개의 중복된 ACK 패킷들이 수신되거나 ACK 타임아웃(timeout)이 발생하는 경우 패킷 손실에 반응한다.

유선 네트워크에서 혼잡의 레벨(level of congestion)은 패킷 손실율(packet loss rate)로 표시될 수 있으며, 혼잡의 증가는 패킷 손실의 증가를 가져온다. 그러나 무선 네트워크에서 패킷의 손실은 혼잡 뿐 아니라 링크 손실(예를 들어 거리, 간섭 등)에 의해서도 표시될 수 있다. 비록 링크 계층(link layer)은 이하 더 상세하게 설명되어 있는 링크 손실율(link loss rate)을 줄이기 위해 종종 재전송 메커니즘을 제공하지만, 링크 손실율은 여전히 유선 네트워크에 비해 통상적으로 훨씬 더 크다.

이제 도면을 참조하면, 도 1a는 전형적인 32비트 TCP 세그먼트 구조를 도시하고 있다. TCP 세그먼트는 수신 포트를 식별하는 목적지 포트(destination port)(16비트) 뿐 아니라 전송 포트를 식별하는 소스 포트(source port)(16비트)를 포함한다. TCP 세그먼트는 N으로 표시되며, 이중의 역할을 수행할 수 있는 시퀀스 번호를 더 포함한다. 예를 들어, SYN(Synchronize Sequence Numbers) 플래그가 셋(1)이면, 이것은 초기 시퀀스 번호가 된다. 실제 첫 번째 데이터 바이트의 시퀀스 번호 및 이에 대응하는 ACK에서의 ACK 번호는 이 시퀀스 번호에 1을 더한 값이 된다. 그러나 SYN 플래그가 클리어(0)이면, 이것은 현재 세션에 대한 패킷의 첫 번째 데이터 바이트의 누적 시퀀스 번호가 된다. 시퀀스 번호 및 그들의 기능에 대한 추가 정보는 예를 들어, http://www.freesoft.org/CIE/Course/Section4/9.htm 에서 이용할 수 있는 “Connected: An Internet Encyclopedia-Sequence Numbers”를 참조하라.

ACK 번호(32비트)에 관하여, ACK 플래그가 셋이면 그 때 ACK 번호 필드의 값은 수신기가 예상하고 있는(만약 이전 바이트가 있다면, 모든 이전 바이트의 수신을 응답한다) 다음 시퀀스 번호이다. 각 엔드(end)에서 전송한 첫 번째 ACK는 노데이터(no data)를 제외하고는 다른 엔드의 초기 시퀀스 번호 자체를 확인응답한다. 데이터 오프셋(4비트)은 TCP 헤더(TCP Header)의 크기를 32비트 워드(32-bit words)로 지정한다. 최소 크기의 헤더는 5워드이고 최대는 15워드이며, 따라서 최소 20바이트 및 최대 60바이트를 제공하며, 헤더에 옵션(option)을 40 바이트까지 허용한다. 이 필드는 또한 TCP 세그먼트의 시작부터 실제 데이터까지 오프셋(offset)이라는 사실에서 필드의 네임(name)을 가져온다. 예약 필드(reserved field)(4비트)는 장래 사용을 위해 지정되고 현재 0으로 설정되어야 한다.

TCP 세그먼트는 다음의 8개의 1비트 플래그들(총 8비트)을 더 포함한다: (ⅰ) ECE(ECN-Echo) 플래그 세트(flag set)가 있는 TCP 세그먼트를 수신하고, 혼잡 제어 메커니즘(RFC 3168에 의해 헤더에 추가)에 응답한 것을 표시하기 위해 전송 호스트에 의해 설정되는 CWR(Congestion Window Reduced) 플래그; (ⅱ) (a) SYN(Synchronize Sequence numbers) 플래그가 셋(1)이면 TCP 피어(peer)가 ECN(Explicit Congestion Notification) 가능(capable)이고, (b) SYN 플래그가 클리어(0)이면 IP 헤더 세트(header set)에서 CE(Congestion Experienced) 플래그가 있는 패킷이 정상적인 전송(RFC 3168에 의해 헤더에 추가) 중에 수신되었음을 표시하기 위한 ECE 플래그; (ⅲ) 긴급 포인터 필드(Urgent pointer field)가 시그니피컨트(significant)임을 표시하기 위한 URG 플래그; (ⅳ) 확인응답 필드(Acknowledgment field)가 시그니피컨트(클라이언트가 최초 SYN 패킷을 전송한 후 모든 패킷들은 이 플래그 세트를 가져야 함)임을 표시하기 위한 ACK 플래그; (ⅴ) 수신 애플리케이션에 버퍼링된 데이터를 푸시(push)하기를 요청하는 PSH(Push function) 플래그; (ⅵ) 접속을 리셋하는 RST 플래그; (ⅶ) SYN 플래그-각 엔드에서 전송한 첫 번째 패킷만이 이 플래그 세트를 가져야 함(일부 다른 플래그들은 이 플래그에 따라 의미를 변경하고, 일부는 그것이 셋일 때에만 유효하고, 다른 것들은 그것이 클리어일 때에만 유효함); (ⅷ) 전송자로부터 더 이상 데이터가 없음을 표시하기 위한 FIN 플래그.

윈도우 크기(window size)(16비트)는 수신 윈도우(receive window)의 크기를 나타내며, 수신기가 현재 기꺼이 수신(아래 흐름 제어와 윈도우 스케일링(Window Scaling) 참조)하고 있는 바이트의 수(응답 필드에서 시퀀스 번호 이상의)를 명시한다. 체크섬(checksum)(16비트)은 헤더 및 데이터의 에러 체킹을 위해 사용된다. URG 플래그가 셋이면 긴급 포인터(16비트)는 이 16비트 필드가 마지막 긴급 데이터 바이트를 표시하는 시퀀스 번호로부터 오프셋임을 표시한다.

옵션들은 32로 나누어 떨어지는 변수 0-320비트이다. 옵션 필드의 길이는 데이터 오프셋 필드에 의해 결정된다. 옵션 0 및 1의 길이는 단일 바이트(8비트)이다. 잔여 옵션들은 두 번째 바이트에서 옵션(바이트로 표시)의 총 길이를 표시한다. TCP 헤더 패딩(padding)은 32비트 경계에서 TCP 헤더가 종료되고 데이터가 시작하는 것을 보장하기 위해 사용되며, 단지 제로로 구성되어 있다.

전술한 바와 같이, 적절하고 정확한 패킷 전달을 보장하기 위해, 간섭 환경에서 동작하도록 설계된 무선 데이터 시스템은 패킷 재전송 프로토콜들을 포함할 수 있다. 이러한 재전송 프로토콜들은 데이터 패킷이 수신되었다는 확인을 시스템이 수신할 때까지, 무선 데이터 패킷이 여러 번 재전송되도록 한다. 재전송 프로토콜들은 또한 전송된 패킷이 원단 디바이스(far end device)에 의해 수신되었던 포지티브 ACK를 수신하기 위하여 파라미터들(예를 들어, 순방향 에러 정정(FEC), 변조 레이트, 안테나 선택 등)을 조정할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.11 무선 표준의 경우에, 포지티브 ACK는 상기 전송된 데이터 패킷이 적절히 수신된 후(예를 들어, 정의된 타임 윈도우(window of time) 내에, 때로는 즉시) 전송된다. 그러나 ACK가 수신되지 않으면, 무선 데이터 시스템은 정의된 시도의 횟수까지 패킷을 계속해서 재전송하고, 가능한 한 패킷이 수신 및 확인응답될 가능성을 증가시키기 위한 방법(예를 들어, 파라미터를 조정)들을 사용한다.

재전송 절차에 있어서, IEEE 802.11 무선 디바이스들은 종종 기 설정된 ACK 타임프레임(timeframe)에 의존한다. 이에 따라, 전송 디바이스는 기 설정된 ACK 타임프레임 내에 수신 디바이스로부터 ACK 응답을 수신하지 못하면, 상기 전송 디바이스는 패킷이 분실되어 ACK가 수신될 때까지 패킷을 계속해서 재전송할 수 있다고 가정할 것이다. ACK 타임프레임은 예를 들어, 디바이스, 동작 조건, 간섭 레벨, 전송 및 수신 디바이스 사이의 거리(예를 들어, 노드)에 따라 달라질 수 있다. 장거리 링크(long range link)의 경우에, 메시지를 전송하고 ACK 응답을 수신하기 위한 시간은 일반적으로 거리에 따라 증가하고, 기 설정된 ACK 타임프레임을 초과할 수 있다. 예를 들어, 여러 개의 패킷들을 전송할 때, 전송 디바이스가 제때에 수신하지 못한 ACK 때문에 연속적으로 재전송하고 사실상 처리량을 분실한다면, 처리량은 대폭 지연될 수 있다. 그러므로 장거리 링크에 있어서 ACK 타임프레임을 증가시키는 것은 재전송의 발생을 줄여 이에 따라 링크의 품질을 개선시킬 수 있다. 그러나 보다 짧은 링크의 경우에, 큰 ACK 타임프레임은 첫 번째 패킷이 전송 중 분실되었을 때 패킷을 재전송하고 이에 따라 처리량을 감소시키기 전에, 전송 디바이스로 하여금 너무 오래 기다리도록 하는 원인이 될 수 있다. 따라서 ACK 타임프레임은 링크의 길이 및 다른 변수들에 따라 조절되어야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해, IEEE 표준은 ACK 타임프레임의 계산에 사용될 수 있는 예시적인 가이드라인들 및 상수들을 제공한다. ACK 타임프레임 계산에 대한 자세한 정보는 예를 들어, http://www.air-stream.org/ACK_Timeouts 에서 이용할 수 있는 'ACK Timeouts and the Effects on Distance Links'를 참조하라. 이에 따르면 ACK 타임프레임은 데이터 전송 등의 기술 분야에서 공지된 방법들을 사용하여 계산되거나 선택될 수 있지만, IEEE 표준에 의해 규율되거나 권장되는 것들에 한정되는 것만은 아니다.

이제 도 1b로 돌아와서, 상기 도면은 ACK 기능을 사용하여 TCP 전송의 기본적인 기능을 수행하는 예시적인 시스템(100b)을 도시하고 있다. 동작 시, 서버(102)가 클라이언트(104)에게 하나 이상의 데이터 세그먼트를 전송할 때, 상기 클라이언트(104)는 상기 서버(102)에게 상기 하나 이상의 데이터 세그먼트의 수신을 확인하는 ACK 확인응답을 다시 전송한다. 도시된 바와 같이, 서버(102)에서 클라이언트(104)로 각 데이터 세그먼트를 전송한 후, 클라이언트는 수신된 데이터를 식별하는 ACK를 반환한다. 이러한 프로세스는 클라이언트(104)가 중복된 데이터를 전송하는 것을 방지하면서 정확한 순서로 모든 의도된 데이터 세그먼트를 수신하는 것을 보장한다. 서버(102)가 클라이언트(104)로부터 ACK를 수신하지 못하면, 서버(102)는 (ⅰ) ACK를 수신할 때까지 또는 (ⅱ) 타이머(timer)가 “타임아웃(time out)” 플래그 신호(예를 들어, 시도의 횟수나 지속 시간에 따라)를 내보낼 때까지 데이터를 재전송할 수 있다. 그러나 전송 레이트 및/또는 ACK 프로토콜의 효율성을 증가시키기 위하여, 시스템(100b)은 복수의 TCP 세그먼트들에 대하여 단일의 확인응답을 사용하도록 구성될 수 있다.

도 1c는 복수의 TCP 세그먼트들에 대한 단일의 ACK 확인응답을 포함하는 ACK를 서버(102)에게 통신하고, 이에 따라 ACK의 효율적인 전송을 가능하게 하는 시스템(100c)을 예시한다. 예를 들어, 동작 시 서버(102)가 데이터 세그먼트 DATA 1, DATA 2, DATA 3, DATA 4를 클라이언트(104)에게 전송할 때, 클라이언트(104)는 데이터 세그먼트 DATA 1, DATA 2, DATA 3, DATA 4를 수신하였음을 표시하는 단일의 ACK 확인응답을 다시 전송할 수 있다. 이와 상응하게, 서버(102)는 데이터 세그먼트 DATA 5, DATA 6, DATA 7, DATA 8을 클라이언트(104)에게 전송할 수 있고, 클라이언트(104)는 수신 즉시 데이터 세그먼트 DATA 5, DATA 6, DATA 7, DATA 8을 수신하였음을 표시하는 두 번째 ACK 확인응답을 다시 전송할 수 있다. 도 1b의 시스템(101b)에 따라, 서버(102)가 클라이언트(104)로부터 ACK를 수신하지 못한 경우, 서버(102)는 (ⅰ) ACK를 수신할 때까지 또는 (ⅱ) 타이머가 “타임아웃” 플래그 신호(예를 들어, 시도의 횟수나 지속 시간에 따라)를 내보낼 때까지 데이터를 재전송할 수 있다.

특정 상황에 있어서, 첫 번째 포인트에서 두 번째 포인트로 패킷을 릴레이하기 위하여 릴레이 장치(relay apparatus)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 패킷들은 가정용 인터넷 단말기(Home Internet Terminal)에서 인터넷 서비스 제공자(ISP, Internet Service Provider)로 또는 그 반대로 릴레이될 수 있다. Motohide Nomi의 미국 특허 공개번호 제2009/0183252호, 발명의 명칭 “Packet Relay Apparatus"는 MAC 주소 인증의 인증 대상 패킷으로 명시된 패킷만을 키핑(keeping)함으로써 하드웨어에서 CPU로 전송될 패킷들의 수를 감소시키기 위한 예시적인 패킷 릴레이 장치를 개시하고 있다.

마찬가지로, Huang et al.이 집필한 “Application Layer Relays For Wireless 802.11 Mesh Networks"라는 제목의 논문(이하, Huang 논문)은 TCP-릴레이 시스템의 성능을 릴레이 없는 시스템의 성능과 비교하고 있다. Huang 논문의 목적은 목적지에서 성공적인 수신 레이트를 증가시키는 것이다(예를 들어, 매 초당 수신기에 의해 수신되는 kbps 단위의 유용한 정보의 양으로 정의되며 에러를 포함하지 않는 굿풋(goodput)). 보다 상세하게는, TCP 성능을 개선시키기 위하여 유선 세계에 있는 해결책으로써, Huang 논문은 전통적인 종단간(end-to-end) TCP 접속을 여러 개의 짧은 홉(hop) 접속으로 분할하는 애플리케이션 계층 릴레이(application layer relay) 방법에 대해 논의한다. Huang 논문에는 또한 스케줄링(scheduling)이 있는 릴레이들이 4-홉 네트워크에서 50%까지 성능 게인을 달성할 수 있는 것으로 나타나 있다.

Huang 논문에서 논의된 바와 같이, TCP 패킷이 릴레이 노드(relay node)를 통과할 때, 상기 릴레이 노드는 패킷의 로컬 카피(local copy)를 키핑(keeping)하고 이전 홉에 즉시 ACK 패킷을 전송한다. 한편, 상기 릴레이 노드는 또 다른 TCP 접속을 통해 다음 홉으로 상기 로컬 카피를 전송한다. 다음 홉이 상기 로컬 카피를 성공적으로 수신하면 상기 수신된 카피는 삭제된다. 상기 로컬 카피가 다음 홉으로 전달되는 동안 상기 TCP 패킷이 분실되면, 상기 패킷은 본래의 전송자가 아닌 상기 릴레이 노드에 의해 재전송될 것이다. Huang 논문은 애플리케이션 계층 TCP 릴레이의 혜택으로, 예를 들어: (ⅰ) 어느 분실된 패킷의 재전송은 중간의 홉들을 통해 불필요한 재전송들을 저장하기 위한 로컬이다; (ⅱ) TCP의 직렬접속은 단일의 종단간 접속보다 패킷 손실에 훨씬 더 빨리 반응하기 때문에, TCP 세션의 홉들의 수가 감소됨에 따라 왕복시간(RTT, round-trip time)은 더 줄어들고, 이에 따라 피드백 프로세스를 가속화한다; 그리고 (ⅲ) 보다 적은 RTT 및 복수의 TCP 접속은 채널의 활용도를 높일 수 있다고 언급하고 있다.

Huang 논문은 또한 TCP-릴레이가 예를 들어 추가 패킷들을 전송함으로써 유선 측면보다 무선 측면을 더 엄밀히 취급할 수 있는 TCP-릴레이 방법을 사용하여 802.11 전송을 개선시키기 위한 방법들을 개시하고 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 바와 같이, 무선 ACK(wireless ACK) 패킷의 수신은 TCP-릴레이를 통해 유선 측면에서 TCP-ACK를 트리거하는 데에 사용될 수 있으므로, 실제 TCP-ACK를 수신할 필요성을 제거할 수 있고, 이에 따라 시스템의 효율성을 개선시킬 수 있다. 본질적으로, 본 애플리케이션은 무선 ACK(예를 들어, 802.11 ACK) 패킷 기능을 통합하고, TCP 또는 RUDP ACK를 시뮬레이션하기 위하여 TCP, RUDP 또는 다른 프로토콜들을 포함하는 802.11 패킷의 수신을 확인응답한다. 동작 시, 무선 ACK 패킷이 AP(Access Point)에 의해 클라이언트로부터 수신되면, 시스템은 서버로부터 캡슐화된(encapsulated) 이더넷 패킷(Ethernet packet)이 상기 AP에 의해 수신되어야 한다고 가정한다. 그러므로 상기 캡슐화된 이더넷 패킷은 실제 TCP-ACK 패킷을 수신하기에 앞서 확인응답될 수 있고, 이에 따라 효율성이 증가되고 실제 TCP-ACK 패킷에 대한 필요성이 제거된다. 본질적으로 TCP-릴레이 기능은 TCP-ACK 패킷이 수신된 것으로 믿도록 시스템을 스푸핑(spoofing)하기 위하여, 802.11 트랜스시버(예를 들어, 무선 ACK 패킷이 특정 TCP 패킷을 위해 수신됨)로부터 입력을 사용할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 실시예의 시스템 및 방법은 일반적으로 두 가지 기능을 포함한다: (ⅰ) TCP-릴레이 기능; 및 (ⅱ) 802.11 MAC 기능. 이제 도 2a를 참조하면, TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 예시적인 AP 시스템이 도시되어 있다. AP 시스템(200a)은 서버(202), 네트워크(204)(예를 들어, 인터넷), AP(222a) 및 클라이언트(214)를 포함한다. AP(222a)는 일반적으로 TCP-릴레이 기능(206a) 및 802.11 MAC 기능 컴포넌트(208a)를 포함한다. 서버(202)는 일반적으로 데이터 저장장치(224)에 연결된 컴퓨터(226)(예를 들어, 프로세서 기반의 디바이스)를 포함한다. 이러한 기능들은 보다 상세하게 후술될 AP 구조에서 수행될 것이다.

TCP-릴레이 기능(206a)은 통상적으로 네트워크(204)를 통해 802.11 MAC/PHY 기능 컴포넌트(208a)와 엔드 서버(end server)(202) 사이의 통신을 처리하는 반면, 802.11 MAC 기능 컴포넌트(208a)는 클라이언트(214)에게 OTA(over-the-air) 동작을 제공(예를 들어, 802.11 무선 링크를 통해)한다. 802.11 무선 링크는 두 가지 메인 계층들로 나눌 수 있다: 매체 엑세스 제어(MAC, Media Access Control) 계층 및 물리(PHY, Physical) 계층. 이들 두 계층들은 IEEE 802.11 표준의 기능적 분리를 허용하고, 단일의 데이터 프로토콜은 여러 다른 RF 전송 방법들과 함께 사용될 수 있다. MAC 계층은 여러 단말기들 또는 네트워크 노드들이 멀티 포인트 네트워크 즉, 통상적으로 LAN이나 MAN(Metropolitan Area Network) 내에서 통신할 수 있도록, 어드레싱(addressing) 및 채널 엑세스 제어 메커니즘들을 제공한다. PHY 계층은 대신 다른 RF 전송 기술들을 정의한다: 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식(FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum), 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum), 적외선 확산(Diffuse Infrared) 및 직교 주파수 분할 다중(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

도 2a의 시스템은, 데이터 패킷들의 교환을 포함하고, 패킷이 클라이언트(214)(예를 들어, 무선 디바이스)에 의해 확인응답 되었다는 추가적인 무선 ACK 표시를 TCP-릴레이 기능(206a)에게 통신할 수 있는, TCP-릴레이 기능(206a)과 802.11 MAC 기능 컴포넌트(208a) 사이의 데이터 인터페이스를 도시하고 있다.

그러나 어떤 경우에 있어서, 도 2a의 시스템은 전체 처리량 성능에 있어서 소규모의 개선만을 산출할 수 있다. 이러한 다소 소규모의 개선은 대부분의 실외 AP 시스템들이 “상향링크(up-link)" 제한적이라는 사실에서 기인하며, 대부분의 실외 AP 시스템들은 AP에서 클라이언트 쪽 방향과 비교해 클라이언트에서 AP 쪽 방향일 때 링크 예산이 감소된다는 것을 의미한다. 이 경우, 무선 ACK 패킷은 수신되고, TCP-ACK는 수신되지 않을 가능성이 낮으므로, 수신된(예를 들어, 802.11/무선 ACK 사용) 서버 패킷들(예를 들어, TCP-ACK 패킷)에 확인응답하는 TCP-릴레이의 추가 기능들을 수행하는 것은, 무선 ACK가 TCP-ACK 보다 약간 먼저 수신될 수 있기 때문에 레이턴시(latency)에 있어 약간의 개선을 제공할 것이다.

이 문제를 해결하기 위하여, 뛰어난 프로토콜들 및 릴레잉(relaying) 방법 이외에도 다른 방법들이 성공적인 전송의 가능성 및 레이트를 개선시키기 위해 더 사용될 수 있다. 예를 들어, 802.11 MAC 기능 컴포넌트와 통신할 수 있는 스마트 안테나 시스템을 사용하는 것이 유리할 수 있다.

본 명세서에 개시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 스마트 안테나 분야의 새로운 기술을 이용할 수 있으며, 그것은 (ⅰ) 빔 포밍(beam-forming) 또는 (ⅱ) 빔 스티어링(beam-steering) 기술이다. 스마트 안테나는 일반적으로 스마트 신호-프로세싱 알고리즘을 가진 안테나 에러이들로써, 신호의 도착 방향(DOA, Direction of Arrival)과 같은 공간적인 신호 서명들(signal signatures)을 식별하고, 모바일/타겟에 안테나 빔의 추적 및 위치발견을 위해 빔 포밍 벡터들을 계산하는 데에 사용된다. 스마트 안테나들 및/또는 안테나 시스템들은 간섭 제한 환경(예를 들어, 더 높은 간섭 레벨을 가진 환경)에서 Wi-Fi 및 피코셀룰라(pico-cellular)의 동작을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 그러므로 상기 스마트 안테나 시스템의 목적은 신호의 SNR을 개선시키고, 이에 따라 효율적인 데이터 통신을 증가시키는 것이다. 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이, SNR은 백그라운드(background) 노이즈 레벨에 대한 원하는 신호 레벨을 비교하여, 노이즈 전력에 대한 신호 전력의 비율로 정의된다. 예를 들어, 1:1보다 큰 SNR 값은 노이즈보다 신호가 더 많이 있다는 것을 표시한다. 고려해야 할 요소는 SNR 문제들이 AP, 특히 실외 AP에서 종종 발생한다는 점이다. 높은 기둥 위에 위치해 있거나 벽에 장착되어 있는 실외 AP는 간섭 소스들을 포함한 훨씬 더 높은 신호 레벨들에 노출되어 있다.

802.11 시스템과 함께 사용될 수 있는 첫 번째 타겟 방법인 빔 포밍(beam-forming)은, 원하는 타겟들/모바일들의 방향으로 신호의 위상을 구조적으로(constructively) 부가하고, 원치 않는/간섭 타겟들/모바일들의 패턴을 널링(nulling)함으로써 안테나 어레이의 특정 방사 패턴을 생성하기 위한 기술을 언급한다. 이것은 예를 들어, 단순한 유한 임펄스 응답(FIR, Finite Impulse Response) 분기 딜레이 라인(tapped delay line) 필터를 이용하여 달성될 수 있다. 이 기술을 사용하면, 원하는 빔 패턴 형성과 실제 빔 패턴 형성 사이의 최소 평균 제곱 에러(MMSE, Minimum Mean Square Error)를 감소시킨다는 점에서, FIR 필터의 가중치(weights)를 적응적으로 변경할 수 있고, 최적의 빔 포밍을 제공하는 데에도 사용될 수 있다. 본질적으로 이 프로세스를 이용하는 데에 있어서, 빔은 안테나에 전송된 RF 신호의 위상 및 진폭을 변경하는 것에 의해 형성될 수 있다. 빔 포밍 및 빔 포밍 기술들에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 시애틀, 워싱턴 주립 대학교, 응용물리 연구소에서 제공되며, http://staff.washington.edu/aganse/beam-forming/beam-forming.htm 에서 이용할 수 있는 Andy Ganse의 논문 “An Introduction to Beam-forming"를 참조하라.

한편 빔 스티어링(beam-steering)은 방사 패턴의 메인 로브(main lobe)의 방향을 변경시키는 것을 포함한다(실제로는 안테나의 방향을 스티어링함). 빔 스티어링은 안테나 소자들의 스위칭(switching), 상기 소자들을 구동하는 RF 신호들의 상대적인 위상 변경 및/또는 원하는 방향을 가리키도록 전기적 및/또는 기계적 수단의 이용에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 기생 소자(parasitic elements)를 사용하는 전형적인 빔 스티어링 방법은 P.K.Varlamos 와 C.N.Capsalis에 의한 “Electronic Beam-steering Using Switched Parasitic Smart Antenna Arrays”, Progress in Electromagnetics Research, PIER 36, 101119, 2002에 개시되어 있다.

통신 시스템에 대한 초기의 작은 선형 편광 적응 에레이 안테나(linearly polarized adaptive array antenna)는 Robert Milne의 US 특허 등록번호 제4,700,197호(이하, Milne 특허), 발명의 명칭 “Adaptive Array Antenna” (이하, Milne 안테나)에 개시되어 있다. Milne 특허에서 논의된 바와 같이, Milne 안테나의 빔의 지향성 및 포인팅은 방위각 및 고도 평면 둘 다 전자적으로 제어될 수 있다. Milne 특허는 Milne 안테나가 낮은 RF 손실을 가지고 있고, 상대적으로 큰 정보통신 대역폭을 통해 동작되는 것을 알아냈다고 설명한다. Milne 특허에 개시된 바와 같이, Milne 안테나는 본질적으로 동축 기생 소자의 어레이로 둘러싸여 있고, 유한한 크기의 접지면에 모두 장착된 구동(driven) λ/4 모노폴(monopole)로 구성되어 있다. 기생 소자는 PIN 다이오드들 또는 이와 동등한 스위칭 수단들을 통해 접지면에 접속될 수 있다. 적절한 바이어스 전압을 인가함으로써 원하는 기생 소자들은 접지면에 전기적으로 접속되어 빛을 반사할 수 있고, 이에 따라 안테나의 방사 패턴을 제어할 수 있다. Milne 특허가 전형적인 스마트 안테나를 도시하는 반면에, 클라이언트 디바이스를 타겟으로 할 수 있는 가상의 임의의 안테나가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 어레이에 사용된 기생 소자들의 수 및 위치는 특정 애플리케이션을 위해 맞춤형으로 할 수 있다. 예를 들어, 더 많은 수의 기생 소자들은 빔을 더 잘 조준하기 위하여 어레이의 어떤 위치에 위치될 수 있다.

간섭 제한 환경에서, 새로운 혁신적인 스마트 안테나 시스템들은 클라이언트 디바이스를 향하기 위해 안테나 빔을 동적으로 조종(steer)할 수 있고, 이에 따라 클라이언트 디바이스들에서 SNR을 개선시킬 수 있다. 포지티브 패킷 전송이 ACK 패킷을 수신함으로써 팔로우(follow)되는 802.11 Wi-Fi 시스템들과 같은 경우에, 스마트 안테나 시스템은 ACK가 수신될 때까지 클라이언트를 가리키며 유지될 수 있다. 스마트 안테나 시스템이 상기 클라이언트에 의해 보이는 SNR을 크게 개선시킬 수 있다면, 수신된 ACK의 SNR을 크게 개선시키기 위하여 ACK를 수신하는 동안 스마트 안테나는 같은 방향으로 유지될 수 있다.

이것은 다운 링크 처리량을 개선시키는 장점을 갖는다(스마트 안테나가 있는 무선 데이터 시스템부터 보통 노트북이나 무선 이동 디바이스 같은 클라이언트 디바이스까지). 확인응답되지 않은 데이터 프로토콜(UDP, Unacknowledged Data Protocol)과 같은 데이터 전송을 위하여, 이러한 “포인트 앤드 슈트(point and shoot)" 스마트 안테나 시스템들은 개선된 데이터 처리량을 산출할 수 있다. 전달된 패킷들 및 수신된 ACK에 대한 추가적인 SNR 개선은 이와 대응하는 데이터 처리량의 증가를 산출할 것이다. 그러나 이러한 스마트 안테나 시스템들은 보통 다수의 클라이언트들을 가지고 있기 때문에, 장기간 동안 특정 클라이언트 디바이스를 안테나가 계속해서 가리키는 것은 가능하지 않을 수도 있다. 오히려 상기 시스템은 안테나 이득 및 그로 인해 달성되는 SNR이, 안테나가 조종되어 클라이언트를 가리킬 때 달성된 SNR로 감소된, 저이득 무지향성 또는 지향성 안테나 모드의 어떤 형태로 돌아갈 수 있다.

도 2b에 나타낸 바와 같이, 안테나 빔은 802.11 패킷 전송 중에 클라이언트(214)를 향할 수 있고, 클라이언트로부터 무선 ACK 패킷을 수신하기 위해 계속 가리키고 있을 수 있기 때문에, 스마트 안테나(220)는 무선 ACK 패킷의 수신을 크게 개선시키기 위하여 도 2a의 시스템(200a)과 통합될 수 있다. 따라서 스트리밍 비디오(streaming video), 피어 투 피어 공유(peer-to-peer sharing) 및 브라우징 애플리케이션들(browsing applications)과 같이 대부분의 트래픽이 AP(222b)에서 클라이언트 디바이스(214)로 전송되는 대부분의 인터넷 고 처리량 애플리케이션들을 위하여, 스마트 안테나 시스템의 고 이득은 패킷이 클라이언트(214)에게 전송되도록 보장할 뿐만 아니라 무선 ACK 및 TCP-ACK가 수신되도록 보장한다.

이제 도 3a를 참조하면, 전형적인 AP(302)는 프로세서(312), 파워 서플라이(318), 안테나(316), 유선 통신 링크(314), 무선 접속 인터페이스(322)(예를 들어, RF 트랜스시버, RF 프론트 엔드 등), 예를 들어 RAM(310)과 ROM(308)을 포함하는 데이터 저장장치를 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, AP(302)는 OTA(over-the-air) 무선 링크(예를 들어, 802.11 무선 링크)를 이용하여 클라이언트(320)와 통신할 수 있고, 네트워크(324)를 통한 유선 통신 링크(314)를 통해 서버(326)와 통신할 수 있다. 서버(326)는 데이터 저장장치(330)에 연결되어 있는, 프로세서 기반의 디바이스와 같은 컴퓨터(328)를 일반적으로 포함한다.

안테나(316)는 기존의 안테나일 수 있고, 보다 바람직하게는 스마트 안테나일 수 있다. 유선 접속(314)은 서버(326)로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, TCP-ACK를 서버(326)에게 통신할 수 있도록 한다. 무선 접속(322)은 AP(302)를 통해 서버(326)에서 클라이언트(320)로 TCP 패킷을 무선으로 통신할 수 있게 하고, 예를 들어 무선 접속(322)에 연결된 스마트 안테나(316)를 사용하여 클라이언트(320)로부터 무선 ACK를 수신할 수 있도록 한다. 동작 시, 클라이언트(320)로부터 무선 ACK의 수신은 AP(302)에 의해 서버(326)에게 TCP-ACK의 통신을 트리거하는 데에 사용될 수 있고, 이에 따라 효율성을 증가시킬 수 있다.

이제 도 3b를 참조하면, 두 개의 동일한 AP(302a 및 302b)(도 3a에 도시된 AP)는 상호간에 및 적어도 하나의 클라이언트(320)와 통신하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, AP(302a)는 클라이언트(320)와 무선 통신만으로 한정되지 않고, 또 다른 AP(302b) 및/또는 클라이언트(320)와 무선으로 통신할 수 있다. AP(302a 및 302b)는 도 3a의 AP(302)와 동일한 것으로 도시되어 있지만 통신하기 위하여 반드시 동일할 필요는 없다. 사실, AP(302a)에 의해 수집되거나 생성된 데이터는 또 다른 AP(302b), 클라이언트(320) 또는 유선이나 무선 통신이 가능한 임의의 다른 디바이스와 통신될 수도 있다. 특정 실시예에 있어서, AP(302a)는 안테나(316a) 및 무선 인터페이스(322a) 이외에도 또는 그들 대신에 유선 통신 링크(314a)를 사용하여서도 AP(302b) 또는 클라이언트 디바이스(320)와 통신할 수 있다.

도 4는 무선 ACK(예를 들어, 802.11 ACK)가 예를 들어, TCP-릴레이를 통해 TCP-ACK를 표시하고 트리거하기 위해 사용될 수 있는 전형적인 AP의 프로세스(400)를 도시한 흐름도이다. AP의 프로세스는 전형적으로 AP의 프로세서에 의해 수행되지만, 각각의 AP와 연관 또는 연결된 하나 이상의 프로세서에 의해서도 수행될 수 있다. AP의 프로세스는 단계 402에서 시작한다. 단계 404에서, AP는 TCP 패킷이 예를 들어 TCP-릴레이를 통해 수신되었는지 여부를 판정한다. TCP 패킷이 수신되지 않으면 AP는 단계 402로 리턴한다. 그러나 TCP 패킷이 수신되면 AP는 패킷 및/또는 시퀀스 번호가 단계 422에서 프로세싱되는 단계 404를 진행한다. 다음으로 AP는 예를 들어, 802.11 MAC/PHY 무선 컴포넌트를 사용하여 수신된 TCP 패킷을 지정된 클라이언트에게 무선으로 전송하는 단계 406을 진행할 수 있다. 무선 기능을 강화하기 위하여, 바람직하게는 스마트 안테나가 MAC/PHY 무선 컴포넌트에 연결될 것이다. 스마트 안테나는 예를 들어, (ⅰ) 스위칭 안테나(switched antenna) 또는 (ⅱ) 빔 포밍 안테나(beam-formed antenna)일 수 있다. 어느 경우라도 클라이언트로부터 무선 ACK의 수신/SNR은 개선될 것이다. 단계 408에서, AP는 수신된 TCP 패킷의 전송에 응답하여 클라이언트로부터 무선 ACK를 수신하였는지 여부를 판정한다.

AP가 기 설정한(preset) 초당 횟수(number of seconds) 내에 무선 ACK를 수신하지 못하면, AP는 단계 406으로 리턴하여 TCP 패킷을 재전송하려고 시도할 것이다. 이러한 사이클은 AP가 (ⅰ) 단계 408에서 무선 ACK를 수신할 때까지 또는 (ⅱ) 타이머가 단계 412에서 “타임아웃(time out)" 플래그 신호를 내보낼 때까지 반복될 수 있다. 타이머는 예를 들어, 기 설정한 전송 시도(예를 들어, 1-10 시도, 보다 바람직하게는 1-5 시도, 가장 바람직하게는 3-5 시도)의 수가 충족되었거나 기 설정한 지속 시간이 초기 전송으로부터 경과했을 때 타임아웃 플래그 신호를 내보낼 수 있다. 타임아웃 플래그가 단계 412에서 표시되면 AP는 단계 402의 시작 위치로 리턴한다. 특정 실시예에서, 에러는 AP가 하나 이상의 패킷의 수신을 확인응답하는 클라이언트로부터 ACK를 수신하지 못했음을 표시하기 위하여 단계 416에서 플래그될 수 있다. 에러들은 예를 들어, 데이터 파일로 기록될 수 있고/있거나, 예를 들어, 오디오 및/또는 비주얼 인터페이스 또는 다른 적절한 알림(alerting) 메커니즘을 통해 AP 사용자에게 전달될 수 있다.

단계 408에서 AP가 무선 ACK를 수신하면, AP는 서버로부터 전송된 패킷을 수신하였음을 표시하기 위해 단계 410에서 TCP-ACK가 서버로 리턴된다. 이러한 방법은 클라이언트로부터 무선 ACK 패킷을 수신하면 AP는 서버로부터 전송된 패킷을 틀림없이 수신하였다는 가정 및, 서버로부터 전송된 패킷은 확인응답이 수신될 때까지 통상적으로 전송을 늦추거나 중지하여 프로세스를 지연시키는 실제 TCP-ACK를 수신하기에 앞서 확인응답될 수 있다는 가정에 따른 것이다.

단계 410에서 TCP-ACK가 서버로 리턴되면, AP는 프로세스가 예를 들어, 또 다른 데이터 패킷 전송을 반복할 수 있는 단계 402로 리턴할 수 있다. 그러나 이러한 프로세스는 단계 414에서 타이머가 타임아웃 플래그 신호를 내보내면 종료될 수 있다. 타이머는 예를 들어, 기 설정된 패킷들의 수가 전송되었을 때, 기 설정된 지속 시간이 경과하였을 때, 모든 데이터 패킷들이 전송되었을 때, 및/또는 프로세스가 예를 들어, 사용자, 또 다른 시스템 또는 디바이스에 의해 달리 종료되었을 때 타임아웃 플래그 신호를 내보낼 수 있다.

단계 414에서 타임아웃 플래그가 표시되면, 단계 418에서 AP는 종료 위치로 진행한다. 그러나 단계 420에서 시스템은 리셋(reset)될 수 있고, 이에 따라 AP는 단계 402로 리턴된다. 시스템은 예를 들어, 소프트웨어, 타이머들 및/또는 카운터들을 사용하여 자동으로 리셋되거나, 사용자, 또 다른 시스템 또는 디바이스에 의해 수동으로 리셋될 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 TCP 신호 수신을 개선시키는 방법은: 서버(404)로부터 TCP 패킷을 수신하는 단계; 상기 TCP 패킷(422)을 프로세싱하는 단계; 상기 TCP 패킷을 클라이언트(406)에게 무선으로 통신하는 단계; 상기 클라이언트(408)가 상기 TCP 패킷을 수신하였음을 표시하는 무선 ACK 패킷을 상기 클라이언트로부터 수신하는 단계; 상기 TCP 패킷의 수신을 확인응답하기 위해 상기 무선 ACK 패킷을 사용하여 TCP-ACK 패킷을 트리거하는 단계; 및 상기 트리거에 응답하여 TCP-ACK를 상기 서버(410)에게 통신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단계는 AP 내의 여러 부분들이나 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있지만, 다수의 기능들은 TCP-릴레이에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, (ⅰ) TCP 패킷을 수신하는 단계; (ⅱ) 단계 422에서 패킷 및/또는 시퀀스 번호를 프로세싱하는 단계; 및 (ⅲ) 단계 410에서 무선 ACK의 수신에 따라 확인응답하는 단계;들은 TCP-릴레이 컴포넌트를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.

상기 인용된 특허 및 특허 공보는 본 명세서 전체에서 참조로 인용되어 있다. 비록 다양한 실시예들이 특정 부품의 배치, 특징 등이 참조로서 설명되었지만, 이러한 사항들은 모든 가능한 배치 또는 특징을 다룰 수 있도록 의도된 것은 아니고, 실제로 많은 다른 실시예, 수정 및 변형은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 확인할 수 있는 것이다. 따라서 본 발명은 구체적으로 상술된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (19)

1. 서버로부터 TCP 패킷을 수신하는 단계;
   상기 TCP 패킷을 프로세싱하는 단계;
   상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신하는 단계;
   상기 클라이언트가 상기 TCP 패킷을 수신하였음을 표시하는 무선 ACK 패킷을 상기 클라이언트로부터 수신하는 단계;
   상기 TCP 패킷의 수신을 확인응답하기 위해 상기 무선 ACK 패킷을 사용하여 TCP-ACK 패킷을 트리거하는 단계; 및
   상기 TCP-ACK를 상기 서버에게 통신하는 단계를 포함하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 무선 통신은 IEEE 802.11 표준을 따르는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   무선 기능을 개선시키기 위하여 스마트 안테나를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 무선 기능은 상기 TCP 패킷을 통신 및/또는 상기 무선 ACK를 수신하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 스마트 안테나는 스위칭 안테나이고, 상기 스위칭 빔은 전송 후 상기 무선 ACK가 수신되기까지 상기 클라이언트에 상기 스위칭 빔을 유지함으로써 상기 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR를 개선시키기 위하여 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 스마트 안테나는 빔 포밍 안테나이고, 상기 빔 포밍은 전송 후 상기 무선 ACK가 수신되기까지 상기 클라이언트에 상기 빔을 유지함으로써 상기 클라이언트의 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR를 개선시키기 위하여 수행되는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 방법.
   
7. 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, 상기 TCP 패킷을 프로세싱할 수 있게 하며, TCP-ACK를 상기 서버에게 통신할 수 있게 하는 TCP-릴레이 디바이스;
   상기 TCP-릴레이 컴포넌트와 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 유선 컴포넌트;
   상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 컴포넌트; 및
   상기 무선 컴포넌트에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고,
   상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 무선 통신은 IEEE 802.11 표준을 따르는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 스마트 안테나는 스위칭 안테나이고, 상기 스위칭 빔은 상기 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스마트 안테나는 빔 포밍 안테나이고, 상기 빔 포밍은 상기 클라이언트의 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 수행되는 것을 특징으로 하는 TCP 신호 수신을 개선시키기 위한 시스템.
    
11. 서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, 상기 TCP 패킷을 프로세싱할 수 있게 하며, TCP-ACK를 상기 서버에게 통신할 수 있게 하는 TCP-릴레이 디바이스;
    상기 TCP-릴레이 컴포넌트와 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하는 유선 컴포넌트;
    상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 컴포넌트; 및
    상기 무선 컴포넌트에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고,
    상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 프로세서 기반의 디바이스.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선 통신은 IEEE 802.11 표준을 따르는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 프로세서 기반의 디바이스.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스마트 안테나는 스위칭 안테나이고, 상기 스위칭 빔은 상기 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 프로세서 기반의 디바이스.
    
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 스마트 안테나는 빔 포밍 안테나이고, 상기 빔 포밍은 상기 클라이언트의 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 수행되는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 프로세서 기반의 디바이스.
    
15. 프로세서;
    데이터 저장 장치;
    서버로부터 시퀀스 번호 N을 갖는 TCP 패킷을 수신할 수 있게 하고, TCP-ACK를 상기 서버에게 통신할 수 있게 하는 유선 접속;
    상기 TCP 패킷을 클라이언트에게 무선으로 통신할 수 있게 하고, 무선 ACK를 상기 클라이언트로부터 수신할 수 있게 하는 무선 접속; 및
    상기 무선 접속에 연결된 스마트 안테나;를 포함하고,
    상기 클라이언트로부터 상기 무선 ACK의 수신은, 상기 서버에게 상기 TCP-ACK의 통신을 트리거하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 시스템은 다른 프로세서 기반의 시스템과 추가로 통신할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템.
    
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 무선 통신은 IEEE 802.11 표준을 따르는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템.
    
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 스마트 안테나는 스위칭 안테나이고, 상기 스위칭 빔은 상기 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템.
    
19. 제 15 항에 있어서,
    상기 스마트 안테나는 빔 포밍 안테나이고, 상기 빔 포밍은 상기 클라이언트의 무선 ACK의 수신 및/또는 SNR을 개선시키기 위하여 수행되는 것을 특징으로 하는 개선된 TCP 신호 수신을 갖는 시스템.

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