KR20150007243A - 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법 및 장치가 개시된다. 데이터 전송 방법은 릴레이 장치와 연결된 종단 단말을 웨이크 모드로 동작시키기 위해 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 활성화 요청 프레임을 생성하는 단계, 및 활성화 요청 프레임을 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 릴레이 장치에서 버퍼 오버플로우의 발생이 방지될 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법 및 장치{METHOD FOR TRANSMITTING DATA IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 무선랜 시스템에서 데이터 전송 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 종단 단말에 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(wireless local area network, WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인용 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player, PMP), 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC 등과 같은 휴대형 단말기를 사용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.
무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 표준에 따른 무선랜 기술은 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식을 기반으로 동작하며, 5GHz 대역에서 최대 54Mbps의 전송 속도를 제공할 수 있다. IEEE 802.11b 표준에 따른 무선랜 기술은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum, DSSS) 방식을 기반으로 동작하며, 2.4GHz 대역에서 최대 11Mbps의 전송 속도를 제공할 수 있다. IEEE 802.11g 표준에 따른 무선랜 기술은 OFDM 방식 또는 DSSS 방식을 기반으로 동작하며, 2.4GHz 대역에서 최대 54Mbps의 전송 속도를 제공할 수 있다.
IEEE 802.11n 표준에 따른 무선랜 기술은 OFDM 방식을 기반으로 2.4GHz 대역과 5GHz 대역에서 동작하며, 다중입출력 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM) 방식을 사용하는 경우 4개의 공간적 스트림(spatial stream)에 대해서 최대 300Mbps의 전송 속도를 제공할 수 있다. IEEE 802.11n 표준에 따른 무선랜 기술은 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40MHz까지 지원할 수 있으며, 이 경우 최대 600Mbps의 전송 속도를 제공할 수 있다.
이와 같은 무선랜의 보급이 활성화되고 이를 이용한 어플리케이션(application)이 다양화됨에 따라, 기존의 무선랜 기술보다 더 높은 처리율을 지원하는 새로운 무선랜 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다. 초고처리율(very high throughput, VHT) 무선랜 기술은 1Gbps 이상의 데이터 전송 속도를 지원하기 위하여 제안된 기술이다. 한편 이러한 무선랜 기술을 기초로 한 시스템에 있어서, 무선랜 장치들 간의 거리가 멀어짐에 따라 통신 효율이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선랜 시스템의 효율성 향상을 위한 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 무선랜 시스템의 효율성 향상을 위한 데이터 전송 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선랜 기술을 기초로 한 통신 시스템은 주-액세스 포인트(master-access point)와 종단 단말 간의 데이터 전송을 중계하는 릴레이 장치로 동작하는 임의의 단말을 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주-액세스 포인트에서 수행되는 데이터 전송 방법은 릴레이 장치와 연결된 종단 단말을 웨이크 모드로 동작시키기 위해 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 활성화 요청 프레임을 생성하는 단계, 및 상기 활성화 요청 프레임을 상기 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 종단 단말의 식별자 정보는 AID일 수 있다.
여기서, 상기 활성화 응답 프레임은 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 전송 방법은, 상기 릴레이 장치로부터 상기 종단 단말로 전송되는 PS-Poll 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 획득하는 단계, 및 상기 종단 단말을 위해 버퍼링된 데이터 프레임을 상기 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 장치에서 수행되는 데이터 전송 방법은 주-액세스 포인트로부터 상기 릴레이 장치와 연결된 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 활성화 요청 프레임을 수신하는 단계, 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 트래픽 지시 맵을 생성하는 단계, 및 상기 TIM을 포함한 릴레이-비컨 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 종단 단말의 식별자 정보는 AID일 수 있다.
여기서, 상기 데이터 전송 방법은, 상기 종단 단말로부터 PS-Poll 프레임을 수신하는 단계, 상기 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송하는 단계, 상기 종단 단말이 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 활성화 응답 프레임을 상기 주-액세스 포인트에 전송하는 단계, 상기 주-액세스 포인트로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계, 및 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 활성화 응답 프레임은 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계는, 상기 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 상기 주-액세스 포인트에 전송한 후에 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 전송 방법은, 상기 종단 단말로부터 PS-Poll 프레임을 수신하는 단계, 상기 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송하는 단계, 상기 주-액세스 포인트로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계, 및 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계는, 상기 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 상기 주-액세스 포인트에 전송한 후에 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송할 수 있다.
본 발명에 의하면, 무선랜 시스템의 무선 전송 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법들을 수행하는 스테이션의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템의 구성에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3은 인프라스트럭쳐 BSS에서 단말의 연결 절차를 도시한 순서도이다.
도 4는 무선랜 시스템의 인프라스트럭쳐 BSS를 도시한 개념도이다.
도 5는 계층적 AID 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6은 TIM 정보 요소(information element, IE)의 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 블록 단위로 인코딩된 TIM의 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 데이터의 송수신 과정에 대한 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 9는 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템을 도시한 개념도이다.
도 10은 릴레이 장치의 논리적 구성을 도시한 블록도이다.
도 11은 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12는 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13은 주-비컨 프레임의 RTIM을 도시한 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법을 도시한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법을 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 스테이션(station, STA)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(medium access control, MAC)와 무선 매체(medium)에 대한 물리 계층(physical layer) 인터페이스(interface)를 포함하는 임의의 기능 매체를 의미한다. 스테이션(STA)은 액세스 포인트(access point, AP)인 스테이션(STA)과 비-액세스 포인트(non-AP)인 스테이션(STA)으로 구분할 수 있다. 액세스 포인트(AP)인 스테이션(STA)은 단순히 액세스 포인트(AP)로 불릴 수 있고, 비-액세스 포인트(non-AP)인 스테이션(STA)은 단순히 단말(terminal)로 불릴 수 있다.
스테이션(STA)은 프로세서(processor)와 트랜시버(transceiver)를 포함할 수 있고, 사용자 인터페이스와 디스플레이(display) 장치 등을 더 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송할 프레임(frame)을 생성하거나 무선 네트워크를 통해 수신된 프레임을 처리하도록 고안된 유닛(unit)을 의미하며, 스테이션(STA)을 제어하기 위한 여러 가지 기능을 수행할 수 있다. 트랜시버는 프로세서와 기능적으로 연결되어 있으며, 스테이션(STA)을 위하여 무선 네트워크를 통해 프레임을 송수신하도록 고안된 유닛을 의미한다.
액세스 포인트(AP)는 집중 제어기, 기지국(base station, BS), 무선 접근국(radio access station), 노드 B(node B), 고도화 노드 B(evolved node B), 릴레이(relay), MMR(mobile multihop relay)-BS, BTS(base transceiver system), 또는 사이트 제어기 등을 지칭할 수 있고, 그것들의 일부 또는 전부 기능을 포함할 수 있다.
단말(즉, 비-액세스 포인트)은 무선 송수신 유닛(wireless transmit/receive unit, WTRU), 사용자 장비(user equipment, UE), 사용자 단말(user terminal, UT), 액세스 단말(access terminal, AT), 이동국(mobile station, MS), 휴대용 단말(mobile terminal), 가입자 유닛(subscriber unit), 가입자 스테이션(subscriber station, SS), 무선 기기(wireless device), 또는 이동 가입자 유닛(mobile subscriber unit) 등을 지칭할 수 있고, 그 것들의 일부 또는 전부 기능을 포함할 수 있다.
여기서, 단말은 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(Portable Multimedia Player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법들을 수행하는 스테이션의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 스테이션(10)은 적어도 하나의 프로세서(11), 메모리(12) 및 네트워크(20)와 연결되어 통신을 수행하는 네트워크 인터페이스 장치(13)를 포함할 수 있다. 또한, 스테이션(10)은 입력 인터페이스 장치(14), 출력 인터페이스 장치(15), 저장 장치(16) 등을 더 포함할 수 있다. 스테이션(10)에 포함된 각각의 구성들은 버스(bus)(17)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(11)는 메모리(12) 및/또는 저장 장치(16)에 저장된 프로그램 명령을 실행할 수 있다. 프로세서(11)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(12)와 저장 장치(16)는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(12)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에 적용되며, IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템뿐만 아니라 다른 통신 시스템에 적용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들은 WPAN(wireless personal area network), WBAN(wireless body area network), WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신 네트워크, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 cdma2000과 같은 3G 이동통신 네트워크, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신 네트워크, LTE(long term evolution) 또는 LTE-Advanced와 같은 4G 이동통신 네트워크, 5G 이동통신 네트워크 등에 적용될 수 있다.
도 2는 IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템의 구성에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템은 적어도 하나의 기본 서비스 세트(basic service set, BSS)를 포함할 수 있다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(STA 1, STA 2(AP 1), STA 3, STA 4, STA 5(AP 2), STA 6, STA 7, STA 8)의 집합을 의미하며, 특정 영역을 의미하는 개념은 아니다.
BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(independent BSS, IBSS)로 구분할 수 있다. 여기서, BSS 1과 BSS 2는 인프라스트럭쳐 BSS를 의미하고, BSS 3은 IBSS를 의미한다.
BSS 1은 제1 단말(STA 1), 분배 서비스(distribution service)를 제공하는 제1 액세스 포인트(STA 2(AP 1)) 및 다수의 액세스 포인트(STA 2(AP 1), STA 5(AP 2))를 연결하는 분배 시스템(distribution system, DS)을 포함할 수 있다. BSS 1에서 제1 액세스 포인트(STA 2(AP 1))는 제1 단말(STA 1)을 관리할 수 있다.
BSS 2는 제3 단말(STA 3), 제4 단말(STA 4), 분배 서비스를 제공하는 제2 액세스 포인트(STA 5(AP 2)) 및 다수의 액세스 포인트(STA 2(AP 1), STA 5(AP 2))를 연결하는 분배 시스템(DS)을 포함할 수 있다. BSS 2에서 제2 액세스 포인트(STA 5(AP 2))는 제3 단말(STA 3)과 제4 단말(STA 4)을 관리할 수 있다.
BSS 3은 애드-혹(ad-hoc) 모드로 동작하는 IBSS를 의미한다. BSS 3에는 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)인 액세스 포인트가 존재하지 않는다. 즉, BSS 3에서 단말들(STA 6, STA 7, STA 8)은 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. BSS 3에서 모든 단말들(STA 6, STA 7, STA 8)은 이동 단말을 의미할 수 있으며, 분배 시스템(DS)으로 접속이 허용되지 않으므로 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
액세스 포인트(STA 2(AP 1), STA 5(AP 2))는 자신에게 결합된 단말(STA 1, STA 3, STA 4)을 위하여 무선 매체를 통해 분산 시스템(DS)에 대한 접속을 제공할 수 있다. BSS 1 또는 BSS 2에서 단말들(STA 1, STA 3, STA 4) 사이의 통신은 일반적으로 액세스 포인트(STA 2(AP 1), STA 5(AP 2))를 통해 이루어지나, 다이렉트 링크(direct link)가 설정된 경우에는 단말들(STA 1, STA 3, STA 4) 간의 직접 통신이 가능하다.
복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분배 시스템(DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. 분배 시스템(DS)을 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장된 서비스 세트(extended service set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 개체들(STA 1, STA 2(AP 1), STA 3, STA 4, STA 5(AP 2))은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 임의의 단말(STA 1, STA 3, STA 4)은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
분배 시스템(DS)은 하나의 액세스 포인트가 다른 액세스 포인트와 통신하기 위한 메커니즘(mechanism)으로서, 이에 따르면 액세스 포인트는 자신이 관리하는 BSS에 결합된 단말들을 위해 프레임을 전송하거나, 다른 BSS로 이동한 임의의 단말을 위해 프레임을 전송할 수 있다. 또한, 액세스 포인트는 유선 네트워크 등과 같은 외부 네트워크와 프레임을 송수신할 수 있다. 이러한 분배 시스템(DS)은 반드시 네트워크일 필요는 없으며, IEEE 802.11 표준에 규정된 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, 분배 시스템은 메쉬 네트워크(mesh network)와 같은 무선 네트워크이거나, 액세스 포인트들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수 있다.
인트라스트럭쳐 BSS에서 단말(STA)은 액세스 포인트(AP)에 연결(association)될 수 있다. 단말(STA)은 액세스 포인트(AP)에 연결된 경우 데이터를 송수신할 수 있다.
도 3은 인프라스트럭쳐 BSS에서 단말의 연결 절차를 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 인프라스트럭쳐 BSS에서 단말(STA)의 연결 절차는 크게 액세스 포인트(AP)를 탐지하는 단계(probe step), 탐지된 액세스 포인트(AP)와의 인증 단계(authentication step), 인증 절차를 수행한 액세스 포인트(AP)와의 연결 단계(association step)로 구분될 수 있다.
단말(STA)은 먼저 수동 스캐닝(passive scanning) 방법 또는 능동 스캐닝(active scanning) 방법을 사용하여 이웃한 액세스 포인트들(APs)을 탐지할 수 있다. 수동 스캐닝 방법을 사용하는 경우, 단말(STA)은 액세스 포인트들(APs)이 전송하는 비컨을 엿들음(overhearing)으로써 이웃한 액세스 포인트들(APs)을 탐지할 수 있다. 능동 스캐닝 방법을 사용하는 경우, 단말(STA)은 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 액세스 포인트들(APs)로부터 프로브 요청 프레임에 대한 응답인 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 수신함으로써 이웃한 액세스 포인트들(APs)을 탐지할 수 있다.
단말(STA)은 이웃한 액세스 포인트들(APs)을 탐지한 경우 탐지된 액세스 포인트(AP)와의 인증 단계를 수행할 수 있다. 이 경우, 단말(STA)은 복수의 액세스 포인트들(APs)과 인증 단계를 수행할 수 있다. IEEE 802.11 표준에 따른 인증 알고리즘(algorithm)은 두 개의 인증 프레임을 교환하는 오픈 시스템(open system) 알고리즘, 네 개의 인증 프레임을 교환하는 공유 키(shared key) 알고리즘 등으로 구분될 수 있다.
IEEE 802.11 표준에 따른 인증 알고리즘을 기반으로, 단말(STA)은 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 전송하고 액세스 포인트(AP)로부터 인증 요청 프레임에 대한 응답인 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 수신함으로써 액세스 포인트(AP)와의 인증을 완료할 수 있다.
단말(STA)은 인증을 완료한 경우 액세스 포인트(AP)와의 연결 단계를 수행할 수 있다. 이 경우, 단말(STA)은 자신과 인증 단계를 수행한 액세스 포인트들(APs) 중 하나의 액세스 포인트(AP)를 선택할 수 있고, 선택된 액세스 포인트(AP)와 연결 단계를 수행할 수 있다. 즉, 단말(STA)은 연결 요청 프레임(association request frame)을 선택된 액세스 포인트(AP)에 전송하고 선택된 액세스 포인트(AP)로부터 연결 요청 프레임에 대한 응답인 연결 응답 프레임(association response frame)을 수신함으로써 선택된 액세스 포인트(AP)와의 연결을 완료할 수 있다.
무선랜 시스템은 IEEE 802.11 표준에 따른 복수의 통신 개체가 무선으로 연결된 상태에서 데이터를 주고 받을 수 있는 로컬 영역 네트워크를 의미한다.
도 4는 무선랜 시스템의 인프라스트럭쳐 BSS를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 인프라스트럭쳐 BSS는 하나의 액세스 포인트(AP)와 복수의 단말(STA 1, STA 2)로 구성될 수 있다. 액세스 포인트(AP)는 고유의 식별자인 SSID(service set ID)를 포함한 비컨 프레임을 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 전송할 수 있다. 비컨 프레임은 액세스 포인트(AP)에 연결되지 않은 단말들에게 액세스 포인트(AP)의 존재와 연결 정보를 제공할 수 있고, 액세스 포인트(AP)에 연결된 단말들에게 특정 단말로 전송되는 데이터의 존재를 알려줄 수 있다.
액세스 포인트(AP)에 연결되지 않은 단말은 수동 스캐닝 방법 또는 능동 스캐닝 방법을 사용하여 액세스 포인트(AP)를 탐지하고 탐지된 액세스 포인트(AP)로부터 연결 정보를 획득할 수 있다. 수동 스캐닝 방법의 경우, 단말은 액세스 포인트(AP)로부터 비컨 프레임을 수신함으로써 액세스 포인트(AP)를 탐지할 수 있다. 능동 스캐닝 방법의 경우, 단말은 프로브 요청 프레임을 전송하고 이에 대한 응답인 프로브 응답 프레임을 액세스 포인트(AP)로부터 수신함으로써 액세스 포인트(AP)를 탐지할 수 있다.
액세스 포인트(AP)에 연결되지 않은 단말은 비컨 프레임 또는 프로브 응답 프레임으로부터 획득한 연결 정보를 기반으로 특정 액세스 포인트(AP)와의 인증을 시도할 수 있다. 인증에 성공한 단말은 해당 액세스 포인트(AP)에 연결 요청 프레임을 전송할 수 있고, 연결 요청 프레임을 수신한 액세스 포인트(AP)는 단말의 AID(association ID)를 포함한 연결 응답 프레임을 단말에 전송할 수 있다. 이와 같은 절차를 통해 단말은 액세스 포인트(AP)에 연결될 수 있다.
도 5는 계층적 AID 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, IEEE 802.11 표준에서는 복수의 단말을 효율적으로 관리하기 위해 계층적 구조를 가지는 AID가 사용될 수 있다. 하나의 단말에 부여되는 AID는 페이지(page) ID, 블록 인덱스(block index), 서브-블록 인덱스(sub-block index), 단말 인덱스(STA index)로 구성될 수 있다. 단말이 속한 그룹(즉, 페이지 그룹, 블록 그룹, 서브-블록 그룹)은 각 필드의 정보에 의해 식별될 수 있다.
도 6은 TIM(traffic indication map) 정보 요소(information element, IE)의 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, TIM IE는 요소 ID 필드, 길이(length) 필드, DTIM 카운트(count) 필드, DTIM 기간(period) 필드, 비트맵 제어(bitmap control) 필드, 부분 가상 비트맵(partial virtual bitmap) 필드를 포함할 수 있다. 즉, TIM IE는 단말로 전송될 데이터가 액세스 포인트에 버퍼링(buffering)되어 있는 경우 해당 단말의 AID에 대응하는 비트(bit)를 표시하기 위한 정보를 포함하며, 이는 비트맵 제어 필드와 부분 가상 비트맵 필드로 인코딩(encoding)될 수 있다.
도 7은 블록 단위로 인코딩된 TIM의 구조에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, IEEE 802.11 표준에서 TIM은 블록 단위로 인코딩될 수 있다. 하나의 인코딩 블록은 블록 제어(block control) 필드, 블록 오프셋(block offset) 필드, 블록 비트맵(block bitmap) 필드, 및 적어도 하나의 서브-블록(sub-block) 필드로 구성될 수 있다.
블록 제어 필드는 TIM의 인코딩 모드를 나타낼 수 있다. 즉, 블록 제어 필드는 블록 비트맵 모드, 단일(single) AID 모드, OLB(오프셋(offset)+길이(length)+비트맵(bitmap)) 모드, 역(inverse) 비트맵 모드를 나타낼 수 있다. 블록 오프셋 필드는 인코딩된 블록의 오프셋을 나타낼 수 있다. 블록 비트맵 필드는 AID 비트가 설정된 서브-블록의 위치를 나타내는 비트맵을 의미할 수 있다. 서브-블록 비트맵 필드는 서브-블록 내에서 AID의 위치를 나타내는 비트맵을 의미할 수 있다.
도 8은 데이터의 송수신 과정에 대한 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 액세스 포인트(AP)는 TIM IE를 포함한 비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다. 전력 절감 모드로 동작하는 단말(STA)은 DTIM 카운트가 0이 되는 비컨 주기마다 깨어나서 비컨 프레임을 수신할 수 있다. 단말(STA)은 수신된 비컨 프레임에 포함된 TIM에 자신의 AID에 대응하는 비트가 1로 설정되어 있는 경우 PS-Poll 프레임을 액세스 포인트(AP)에 전송함으로써 데이터를 수신할 준비가 되어 있음을 알릴 수 있다. 액세스 포인트(AP)는 PS-Poll 프레임을 수신한 경우 데이터 프레임을 해당 단말(STA)로 전송할 수 있다.
무선랜 시스템에서 통신 개체(즉, 액세스 포인트, 단말 등)는 무선 채널을 공유하며 CSMA(carrier sense multiple access)/CA(collision avoidance) 방식을 기반으로 무선 채널 접속 경쟁을 한다. 먼저, 통신 개체는 무선 채널에 접근하기 전에 물리적인 채널 센싱(sensing) 방식과 가상 채널 센싱 방식을 사용하여 무선 채널의 점유 상태를 확인할 수 있다.
물리적인 채널 센싱 방식은 무선 채널에 일정 수준 이상의 에너지가 존재하는지를 검출하는 채널 센싱을 통해 이루어 질 수 있다. 물리적인 채널 센싱 방식에 의해 일정 수준 이상의 에너지가 검출된 경우, 단말은 무선 채널이 다른 단말에 의해 이미 점유되고 있는 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 랜덤 백오프(random backoff) 시간을 기다린 후에 다시 채널 센싱을 수행할 수 있다. 한편, 물리적인 채널 센싱 방식에 의해 일정 수준 미만의 에너지가 검출된 경우, 단말은 무선 채널이 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 해당 무선 채널에 접근하여 신호를 전송할 수 있다.
가상 채널 센싱 방식은 NAV(network allocation vector) 타이머(timer)를 기반으로 채널 점유 예상 시간을 설정하는 것을 통해 이루어 질 수 있다. 무선랜 시스템에서 통신 개체는 프레임을 전송하는 경우 해당 프레임의 전송이 완료되는데 필요한 시간을 프레임 헤더(header)의 기간(duration) 필드에 기입할 수 있다. 통신 개체는 무선 채널을 통해 임의의 프레임을 정상적으로 수신한 경우 수신된 프레임 헤더의 기간 필드 값을 기반으로 자신의 NAV 타이머를 설정할 수 있다. 통신 개체는 NAV 타이머가 만료되기 전 새로운 프레임을 수신한 경우 수신된 새로운 프레임 헤더의 기간 필드 값을 기반으로 NAV 타이머를 갱신할 수 있다. 통신 개체는 NAV 타이머가 만료된 경우 무선 채널 점유가 해제된 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 무선 채널 접근 경쟁을 할 수 있다.
통신 개체는 다양한 변조 방식과 채널 코딩율에 따라 복수의 물리계층 전송 속도를 지원할 수 있다. 일반적으로, 고속의 물리계층 전송 속도는 짧은 무선 채널 점유 시간 동안 많은 데이터를 전송할 수 있으나 높은 신호 품질을 요구한다. 반면, 저속의 물리계층 전송 속도는 낮은 신호 품질에서도 데이터를 전송할 수 있으나 상대적으로 긴 무선 채널 점유 시간을 요구한다.
무선 채널 자원은 통신 개체들 간에 공유되므로, 무선랜 시스템 전체 용량은 특정 통신 개체가 무선 채널을 점유하고 있는 시간 동안 최대한 많은 데이터를 전송해야 증가될 수 있다. 즉, 무선랜 시스템 전체 용량은 단말이 가능한 고속의 물리계층 전송 속도를 통해 액세스 포인트와 데이터를 송수신하는 경우 증가될 수 있다. 고속의 물리계층 전송 속도는 액세스 포인트와 단말 간의 거리가 가까워서 신호 품질이 충분히 확보되는 경우에 가능하다. 만약 단말들이 액세스 포인트로부터 멀리 떨어져 위치하는 경우, 물리계층 전송 속도는 낮아지게 되고 결국 무선랜 시스템 전체 용량은 감소하게 된다.
광역에 걸쳐 위치하는 다수의 센서 단말들에 통신 서비스를 제공하는 무선랜 시스템에서, 하나의 액세스 포인트의 신호 출력만으로 전체 영역에 데이터를 전송할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 통신 서비스를 지원받지 못하는 센서 단말이 발생될 수 있다. 한편, 저전력 센서 단말은 낮은 신호 출력을 가지므로, 무선랜 시스템에서 상향링크 데이터 전송 가능 영역은 더 좁아질 수 있다.
특히, 액세스 포인트의 커버리지 경계에 위치하는 단말은 열악한 신호 품질을 가지기 때문에 저속의 물리계층 전송 속도를 사용하여 액세스 포인트와 통신을 수행한다. 따라서, 무선랜 시스템 전체 용량은 심각하게 감소하게 된다. 또한, 저전력 단말은 저속의 물리계층 전송 속도를 사용하는 경우 동일한 데이터를 전송함에 있어 더욱 오랜 시간동안 깨어 있어야 하므로 많은 전력이 소모된다.
도 9는 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템을 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 주-액세스 포인트(M(master)-AP), 제1 릴레이 장치(R1), 제2 릴레이 장치(R2) 및 제5 단말(STA 5)은 마스터(master) BSS를 구성할 수 있다. 제1 릴레이 장치(R1), 제1 단말(STA 1) 및 제2 단말(STA 2)은 제1 릴레이 BSS를 구성할 수 있다. 제2 릴레이 장치(R2), 제3 단말(STA 3) 및 제4 단말(STA 4)은 제2 릴레이 BSS를 구성할 수 있다. 릴레이 장치들(R1, R2)은 주-액세스 포인트(M-AP)와 단말들(STA 1, STA 2, STA 3, STA 4) 간의 신호 품질이 저하되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 릴레이 장치(R1)는 주-액세스 포인트(M-AP)와 제1, 2 단말(STA 1, STA 2) 간의 데이터 전송을 중계할 수 있다. 제2 릴레이 장치(R2)는 주-액세스 포인트(M-AP)와 제3, 4 단말(STA 3, STA 4) 간의 데이터 전송을 중계할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)의 물리적 영역은 릴레이 장치들(R1, R2)에 의해 확장될 수 있다.
도 10은 릴레이 장치의 논리적 구성을 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 릴레이 장치는 주-액세스 포인트(M-AP)에 대해 단말로 동작하는 중계-단말(R-STA), 확장된 영역의 단말에 대해 액세스 포인트로 동작하는 중계-액세스 포인트(R-AP)로 구성될 수 있다.
중계-단말(R-STA)은 일반 단말과 동일한 절차를 통해 주-액세스 포인트(M-AP)로부터 전송되는 비컨 프레임 또는 프로브 응답 프레임을 수신함으로써 주-액세스 포인트(M-AP)를 검색할 수 있다. 그 후에 중계-단말(R-STA)은 검색된 주-액세스 포인트(M-AP)와 인증 절차, 연결 절차를 순차적으로 수행할 수 있다.
중계-단말(R-STA)은 주-액세스 포인트(M-AP)와 종단 단말 간의 데이터 전송을 중계할 수 있다. 이 경우 중계-단말(R-STA)은 4-주소 필드를 사용하여 데이터 전송을 중계할 수 있다. 4-주소 필드는 데이터의 최종 목적지 주소를 나타내는 DA(destination address) 필드, 데이터가 생성된 주소를 나타내는 SA(source address) 필드, 데이터를 포함한 프레임을 물리적으로 전송하는 통신 개체의 주소를 나타내는 TA(transmitter address), 및 데이터를 포함한 프레임을 물리적으로 수신하는 통신 개체의 주소를 나타내는 RA(receiver address) 필드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치를 경유하여 종단 단말에 데이터를 전송하고자 하는 경우 데이터 프레임의 헤더 주소 필드를 아래와 같이 구성하여 전송할 수 있다.
- DA 필드: 종단 단말의 주소
- SA 필드: 주-액세스 포인트(M-AP)의 주소
- TA 필드: 주-액세스 포인트(M-AP)의 주소
- RA 필드: 릴레이 장치의 주소
중계-단말(R-STA)은 중계-액세스 포인트(R-AP)로부터 수신한 데이터 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전달할 수 있고, 주-액세스 포인트(M-AP)로부터 수신한 데이터 프레임을 중계-액세스 포인트(R-AP)에 전달할 수 있다.
중계-단말(R-STA)과 주-액세스 포인트(M-AP)가 연결되어 전송 경로가 확보된 경우, 중계-액세스 포인트(R-AP)는 주-액세스 포인트(M-AP)와 동일한 식별자(SSID)를 포함한 비컨 프레임을 주기적으로 전송할 수 있다. 또한, 중계-액세스 포인트(R-AP)는 종단 단말의 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임을 전송할 수 있고, 종단 단말의 인증 요청 프레임에 대한 응답으로 인증 응답 프레임을 전송할 수 있고, 종단 단말의 연결 요청 프레임에 대한 응답으로 연결 응답 프레임을 전송할 수 있다. 즉, 중계-액세스 포인트(R-AP)는 주-액세스 포인트(M-AP)와 동일한 역할을 수행할 수 있다.
릴레이 장치의 주변에 위치한 종단 단말은 주-액세스 포인트(M-AP)보다 가까운 중계-액세스 포인트(R-AP)에 연결되어 높은 신호 품질을 확보할 수 있고, 이에 따라 고속의 물리계층 전송 속도로 데이터를 전송할 수 있다.
중계-액세스 포인트(R-AP)는 자신이 주-액세스 포인트(M-AP)와 종단 단말 간의 데이터 전송을 중계하는 통신 개체임을 알리는 표시자를 포함한 비컨 프레임을 생성할 수 있고, 생성된 비컨 프레임을 전송할 수 있다. 이러한 표시자는 비컨 프레임 내의 1비트를 사용하여 정의될 수 있거나 주-액세스 포인트(M-AP)의 주소 필드를 사용하여 정의될 수 있다.
중계-액세스 포인트(R-AP)는 중계-단말(R-STA)과 동일하게 4-주소 필드를 사용하여 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 또는, 중계-액세스 포인트(R-AP)는 SA 필드와 TA 필드가 동일한 경우 3-주소 필드(SA=TA, RA, DA)를 사용하여 데이터 프레임을 전송할 수 있다.
도 11은 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 주-액세스 포인트(M-AP)와 릴레이 장치(R)는 M-BSS을 구성할 수 있고, 릴레이 장치(R)와 제1 단말(STA 1)은 R-BSS을 구성할 수 있다. 주-액세스 포인트(M-AP)는 제1 단말(STA 1)로 전송할 데이터가 있는 경우(즉, 제1 단말(STA 1)을 위한 데이터가 버퍼링되어 있는 경우) 제1 단말(STA 1)과 연결된 릴레이 장치(R)의 AID 정보를 포함한 TIM을 생성할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 TIM 중에서 릴레이 장치(R)의 AID와 대응하는 비트를 1로 설정할 수 있다. 주-액세스 포인트(M-AP)는 TIM를 포함한 주-비컨 프레임(master-beacon frame)을 생성할 수 있고, 생성된 주-비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다.
주-비컨 프레임을 수신한 릴레이 장치(R)는 주-비컨 프레임의 TIM에 자신의 AID 정보가 포함된 경우(즉, TIM 중에서 자신의 AID와 대응하는 비트가 1로 설정된 경우) 자신에게 전송될 데이터가 주-액세스 포인트(M-AP)에 버퍼링되어 있음을 확인할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 PS-Poll 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송함으로써 데이터의 전송을 요청할 수 있다. 주-액세스 포인트(M-AP)는 PS-Poll 프레임을 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있고, 그 후에 데이터 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송할 수 있다. 한편, 릴레이 장치(R)는 일반적으로 웨이크(wake) 상태로 동작하기 때문에 PS-Poll 프레임의 전송 과정을 생략할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 비컨 프레임을 전송한 후 미리 설정된 시간(예를 들어, SIFS 등)이 경과한 후에 데이터 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다.
릴레이 장치(R)는 주-액세스 포인트(M-AP)로부터 수신한 데이터 프레임이 제1 단말(STA 1)로 전송될 데이터 프레임인 경우 제1 단말(STA 1)의 AID 정보를 포함한 TIM을 생성할 수 있다. 즉, 릴레이 장치(R)는 TIM 중에서 제1 단말(STA 1)의 AID에 대응하는 비트를 1로 설정할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 생성된 TIM을 포함한 릴레이-비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다.
릴레이-비컨 프레임을 수신한 제1 단말(STA 1)은 릴레이-비컨 프레임의 TIM에 자신의 AID 정보가 포함된 경우(즉, TIM 중에서 자신의 AID와 대응하는 비트가 1로 설정된 경우) 자신에게 전송될 데이터가 릴레이 장치(R)에 버퍼링되어 있음을 확인할 수 있다. 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송함으로써 데이터 프레임의 전송을 요청할 수 있다.
릴레이 장치(R)는 PS-Poll 프레임을 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 제1 단말(STA 1)에 전송할 수 있고, 그 후에 데이터 프레임을 제1 단말(STA 1)로 전송할 수 있다. 제1 단말(STA 1)은 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다.
한편, 릴레이 장치(R)에 연결된 제1 단말(STA 1)은 전력 절감 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 단말(STA 1)이 도즈(doze)인 상태인 경우 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임을 제1 단말(STA 1)로 바로 전송할 수 없기 때문에 데이터 프레임의 전송이 지연되고, 이에 따라 릴레이 장치(R)의 버퍼에서 오버플로우가 발생될 수 있다. 이 경우, 릴레이 장치(R)는 더 이상 데이터 프레임을 수신할 수 없음을 주-액세스 포인트(M-AP)에 알릴 수 있다. 예를 들어, 릴레이 장치(R)는 제어 필드의 전력 절감 상태 모드 비트가 1로 설정된 빈 데이터 프레임을 생성할 수 있고, 생성된 빈 데이터 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송함으로써 더 이상 데이터 프레임을 수신할 수 없음을 알릴 수 있다.
일반적으로 프레임에 포함된 제어 필드의 전력 절감 상태 모드 비트가 1로 설정된 경우, 이는 해당 프레임을 전송한 통신 개체가 도즈 상태로 천이하는 것을 의미한다. 그런데 릴레이 장치(R)는 항상 웨이크 상태로 동작하기 때문에 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)로부터 전력 절감 상태 모드 비트가 1로 설정된 프레임을 수신한 경우 릴레이 장치(R)의 버퍼에 잔여 공간이 없는 것으로 판단할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 추후 버퍼에 여유가 생기는 경우 PS-Poll 프레임(또는, 전력 절감 상태 모드 비트가 0으로 설정된 빈 데이터 프레임)을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송함으로써 데이터 프레임의 전송을 요청할 수 있다.
도 12는 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12를 참조하면, 주-액세스 포인트(M-AP)와 릴레이 장치(R)는 M-BSS를 구성할 수 있고, 릴레이 장치(R)와 제1 단말(STA 1)은 R-BSS를 구성할 수 있다. 주-액세스 포인트(M-AP)는 제1 단말(STA 1)로 전송될 데이터가 존재하는 경우(즉, 제1 단말(STA 1)을 위한 데이터가 버퍼링되어 있는 경우) 제1 단말(STA 1)의 AID 정보 및 제1 단말(STA 1)과 연결된 릴레이 장치(R)의 AID 정보를 포함한 릴레이 트래픽 지시 맵(relay traffic indication map, RTIM)을 생성할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 RTIM 중에서 제1 단말(STA 1)의 AID에 대응하는 비트와 릴레이 장치(R)의 AID에 대응하는 비트를 1로 설정할 수 있다.
도 13은 주-비컨 프레임의 RTIM을 도시한 개념도이다.
도 13을 참조하면, 주-비컨 프레임의 RTIM은 릴레이 장치의 AID 정보 및 릴레이 장치와 연결된 단말의 AID 정보를 포함할 수 있다. 릴레이 장치의 AID는 주-액세스 포인트에 의해 할당된 AID 또는 AID로부터 유도된 값을 의미할 수 있다. 또한, 릴레이 장치의 AID 외에 릴레이 장치의 MAC 주소 또는 MAC 주소로부터 유도된 값이 RTIM에 포함될 수 있다. 단말의 AID는 릴레이 장치에 의해 할당된 AID 또는 AID로부터 유도된 값을 의미할 수 있다. 또한, 단말의 AID 외에 단말의 MAC 주소 또는 MAC 주소로부터 유도된 값이 RTIM에 포함될 수 있다. 여기서, 주-비컨 프레임의 RTIM은 복수의 릴레이 장치의 AID 정보 및 각 릴레이 장치에 연결된 적어도 하나의 단말의 AID 정보를 포함할 수 있다.
다시 도 12를 참조하면, 주-액세스 포인트(M-AP)는 RTIM을 포함한 주-비컨 프레임을 생성할 수 있고, 생성된 주-비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 주-비컨 프레임을 수신한 경우 주-비컨 프레임의 RTIM에 자신의 AID 정보와 자신과 연결된 제1 단말(STA 1)의 AID 정보가 포함되어 있는 것(즉, 릴레이 장치(R)의 AID와 대응하는 비트 및 제1 단말(STA 1)의 AID에 대응하는 비트가 1로 설정됨)을 알 수 있다. 즉, 릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)로 전송될 데이터가 주-액세스 포인트(M-AP)에 버퍼링되어 있는 것을 알 수 있다.
이 경우, 릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)의 AID 정보를 포함한 TIM을 생성할 수 있다. 즉, 릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)의 AID와 대응하는 비트가 1로 설정된 TIM을 생성할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 TIM을 포함한 릴레이-비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다.
제1 단말(STA 1)은 릴레이-비컨 프레임을 수신한 경우 릴레이-비컨 프레임의 TIM에 자신의 AID 정보가 포함되어 있는 것(즉, 제1 단말(STA 1)의 AID와 대응하는 비트가 1로 설정됨)을 알 수 있다. 즉, 제1 단말(STA 1)은 릴레이 장치(R)에 자신에게 전송될 데이터가 버퍼링되어 있는 것을 알 수 있다. 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송함으로써 데이터의 전송을 요청할 수 있다. 이때, 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시(indication) 비트를 'b00'으로 설정함으로써 PS-Poll 프레임 이후에 ACK 프레임이 전송됨을 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임 이외에 별도로 정의된 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송함으로써 데이터의 전송을 요청할 수 있다.
릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 경우 제1 단말(STA 1)이 깨어난 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송할 수 있다. 이때, 릴레이 장치(R)는 ACK 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시 비트를 'b11'으로 설정함으로써 ACK 프레임 이후에 데이터 프레임이 전송됨을 나타낼 수 있다.
한편, 주-액세스 포인트(M-AP)는 제1 단말(STA 1)로부터 전송되는 PS-Poll 프레임을 수신할 수 없으나 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 릴레이 장치(R)로부터 전송되는 ACK 프레임을 수신할 수 있다. 따라서, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)로부터 전송되는 ACK 프레임을 수신한 경우 제1 단말(STA 1)이 깨어난 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 데이터 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다. 이때, 주-액세스 포인트(M-AP)는 데이터 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시 필드를 'b00'으로 설정함으로써 데이터 프레임 이후에 ACK 프레임이 전송됨을 나타낼 수 있다.
릴레이 장치(R)는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 데이터 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송할 수 있다. 이때, 릴레이 장치(R)는 ACK 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시 필드를 'b11'으로 설정함으로써 ACK 프레임 이후에 데이터 프레임이 전송됨을 나타낼 수 있다.
그 후에, 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임을 제1 단말(STA 1)에 전송할 수 있다. 이때, 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시 필드를 'b00'으로 설정함으로써 데이터 프레임 이후에 ACK 프레임이 전송됨을 나타낼 수 있다. 제1 단말(STA 1)은 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 ACK 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다. 이때, 제1 단말(STA 1)은 ACK 프레임에 포함된 SIG 필드의 ACK 지시 필드를 'b10'으로 설정함으로써 ACK 프레임 이후에 프레임이 전송되지 않음을 나타낼 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법을 도시한 순서도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치를 포함한 무선랜 시스템에서 데이터 전송 방법을 도시한 개념도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 주-액세스 포인트(M-AP)와 릴레이 장치(R)는 M-BSS를 구성할 수 있고, 릴레이 장치(R)와 제1 단말(STA 1)은 R-BSS를 구성할 수 있다. 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)와 연결된 제1 단말(STA 1)에 전송할 데이터가 존재하는 경우(즉, 제1 단말(STA 1)을 위한 데이터가 버퍼링되어 있는 경우) 제1 단말(STA 1)의 동작 상태를 웨이크 모드로 변경할 것을 요청하는 활성화 요청 프레임(activation request frame)을 생성할 수 있다.
아래 표 1은 활성화 요청 프레임과 활성화 요청 프레임에 대한 응답인 활성화 응답 프레임(activation response frame)에서 사용되는 릴레이 액션(action) 필드 값과 그 의미를 나타낸다.
Figure pat00001
아래 표 2는 활성화 요청 프레임의 구성을 나타낸다.
Figure pat00002
활성화 요청 프레임은 액션 카테고리(action category) 필드, 릴레이 액션(STA 활성화 요청) 필드, 단말 식별자 필드 등을 포함할 수 있다. 액션 카테고리 필드는 릴레이 장치(R)의 동작임을 나타낼 수 있고, 릴레이 액션 필드는 단말의 동작 상태를 웨이크 모드로 변경할 것을 요청함을 나타낼 수 있고, 단말 식별자 필드는 동작 상태를 변경할 단말의 식별자 정보를 나타낼 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)의 동작임을 나타내는 액션 카테고리 필드, 웨이크 모드로의 변경 요청임을 나타내는 릴레이 액션 필드, 제1 단말(STA 1)의 식별자 정보를 포함하는 단말 식별자 필드를 포함하는 활성화 요청 프레임을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 단말(STA 1)의 식별자 정보는 AID를 의미할 수 있다.
주-액세스 포인트(M-AP)는 활성화 요청 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다(S100). 활성화 요청 프레임을 수신한 릴레이 장치(R)는 주-액세스 포인트(M-AP)에 제1 단말(STA 1)로 전송될 데이터가 버퍼링되어 있음을 알 수 있고, 웨이크 모드로의 동작 상태 변경 요청이 있음을 알 수 있다. 따라서, 릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)의 AID 정보를 포함한 TIM을 생성할 수 있고(즉, 제1 단말(STA 1)의 AID에 대응하는 비트가 1로 설정된 TIM을 생성), TIM을 포함한 릴레이-비컨 프레임을 브로드캐스트 방식으로 전송할 수 있다(S110).
한편, 릴레이 장치(R)는 활성화 요청 프레임의 수신 성공에 대한 응답으로 명시적으로 ACK 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송할 수 있다. 또는, 릴레이 장치(R)는 릴레이-비컨 프레임을 활성화 요청 프레임의 수신 성공에 대한 응답으로 갈음할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)로부터 제1 단말(STA 1)로 전송되는 릴레이-비컨 프레임을 획득할 수 있으므로, 획득한 릴레이-비컨 프레임에 활성화 요청 프레임에 포함된 식별자 정보가 존재하는 경우 릴레이 장치(R)에서 활성화 요청 프레임이 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
제1 단말(STA 1)은 릴레이-비컨 프레임을 수신한 경우 릴레이-비컨 프레임의 TIM에 자신의 AID 정보가 포함되어 있는 것(즉, 제1 단말(STA 1)의 AID와 대응하는 비트가 1로 설정됨)을 알 수 있다. 즉, 제1 단말(STA 1)은 자신에게 전송될 데이터가 버퍼링되어 있는 것을 알 수 있다. 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송함으로써 데이터의 전송을 요청할 수 있다(S120). 여기서, 제1 단말(STA 1)은 PS-Poll 프레임 이외에 별도로 정의된 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송함으로써 데이터의 전송을 요청할 수도 있다.
릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 경우 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작하는 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송할 수 있다(S130).
그 후에, 릴레이 장치(R)는 활성화 요청 프레임에 대한 응답으로 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 활성화 응답 프레임을 생성할 수 있다. 아래 표 3은 활성화 응답 프레임의 구성을 나타낸다.
Figure pat00003
활성화 응답 프레임은 액션 카테고리 필드, 릴레이 액션(STA 활성화 응답) 필드, 단말 식별자 필드 등을 포함할 수 있다. 액션 카테고리 필드는 릴레이 장치(R)의 동작임을 나타낼 수 있고, 릴레이 액션 필드는 단말이 웨이크 모드로 동작함을 나타낼 수 있고, 단말 식별자 필드는 웨이크 모드로 동작하는 단말의 식별자 정보를 나타낼 수 있다. 즉, 릴레이 장치(R)는 릴레이 장치(R)의 동작임을 나타내는 액션 카테고리 필드, 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 릴레이 액션 필드, 제1 단말(STA 1)의 식별자 정보를 포함하는 단말 식별자 필드를 포함하는 활성화 응답 프레임을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 단말(STA 1)의 식별자 정보는 AID를 의미할 수 있다. 릴레이 장치(R)는 활성화 응답 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송할 수 있다(S140).
한편, 릴레이 장치(R)는 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 활성화 응답 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송하지 않을 수 있다. 이 경우, 주-액세스 포인트(M-AP)는 묵시적인 방식을 통해 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작함을 알 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)로부터 제1 단말(STA 1)로 전송되는 PS-Poll 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 획득할 수 있으므로, 해당 ACK 프레임을 획득한 경우 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작함을 알 수 있다.
주-액세스 포인트(M-AP)는 제1 단말(STA 1)이 웨이크 모드로 동작하는 것을 확인한 경우 제1 단말(STA 1)을 위해 버퍼링된 데이터 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다(S150). 릴레이 장치(R)는 주-액세스 포인트(M-AP)로부터 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송할 수 있다(S160). 그 후에, 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임을 제1 단말(STA 1)에 전송할 수 있다(S170).
한편, 릴레이 장치(R)는 데이터 프레임의 수신 성공에 대한 응답인 ACK 프레임을 주-액세스 포인트(M-AP)에 전송하지 않을 수 있다. 이 경우, 주-액세스 포인트(M-AP)는 묵시적인 방식을 통해 릴레이 장치(R)에서 데이터 프레임이 성공적으로 수신된 것을 확인할 수 있다. 즉, 주-액세스 포인트(M-AP)는 릴레이 장치(R)로부터 제1 단말(STA 1)로 전송되는 데이터 프레임을 획득할 수 있으므로, 해당 데이터 프레임을 획득한 경우 릴레이 장치(R)에서 데이터 프레임이 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
제1 단말(STA 1)은 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 이에 대한 응답으로 ACK 프레임을 릴레이 장치(R)에 전송할 수 있다(S180).
본 발명에 의하면, 주-액세스 포인트는 릴레이 장치를 통해 서비스 영역을 확장할 수 있다. 단말은 릴레이 장치를 통해 양호한 품질의 링크를 확보할 수 있으므로 데이터를 고속으로 전송할 수 있다. 즉, 릴레이 장치가 사용됨으로써 무선 채널의 사용 효율이 향상될 수 있고 단말의 전력 소모가 감소될 수 있다.
또한, 주-액세스 포인트는 종단 단말에 웨이크 모드로의 전환을 요청할 수 있으므로 종단 단말이 데이터를 수신할 수 있는 경우에만 데이터를 전송할 수 있다. 이를 통해, 릴레이 장치에서 버퍼 오버플로우의 발생이 방지될 수 있다.
또한, 주-액세스 포인트, 릴레이 장치 및 종단 단말은 빠른 데이터 전송 모드(즉, 데이터에 대한 ACK 생략)를 사용함으로써 데이터를 신속하게 송수신할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명의 실시예들을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 의미할 수 있다. 하드웨어 장치는 본 발명의 실시예들에 따른 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 기반으로 컴퓨터에서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 의미할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 주-액세스 포인트(master-access point)에서 수행되는 데이터 전송 방법으로서,
    릴레이(relay) 장치와 연결된 종단 단말을 웨이크 모드(wake mode)로 동작시키기 위해 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 활성화 요청 프레임(activation request frame)을 생성하는 단계; 및
    상기 활성화 요청 프레임을 상기 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 종단 단말의 식별자 정보는 AID(association ID)인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 전송 방법은,
    상기 활성화 요청 프레임에 대한 응답으로 상기 종단 단말이 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 활성화 응답 프레임(activation response frame)을 상기 릴레이 장치로부터 수신하는 단계; 및
    상기 종단 단말을 위해 버퍼링된(buffered) 데이터 프레임을 상기 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 활성화 응답 프레임은 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 전송 방법은,
    상기 릴레이 장치로부터 상기 종단 단말로 전송되는 PS(power save)-Poll 프레임에 대한 응답인 ACK(acknowledge) 프레임을 획득하는 단계; 및
    상기 종단 단말을 위해 버퍼링된 데이터 프레임을 상기 릴레이 장치에 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  6. 릴레이(relay) 장치에서 수행되는 데이터 전송 방법으로서,
    주-액세스 포인트(master-access point)로부터 상기 릴레이 장치와 연결된 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 활성화 요청 프레임(activation request frame)을 수신하는 단계;
    상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함한 트래픽 지시 맵(traffic indication map, TIM)을 생성하는 단계; 및
    상기 TIM을 포함한 릴레이-비컨 프레임(relay-beacon frame)을 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 종단 단말의 식별자 정보는 AID(association ID)인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 데이터 전송 방법은,
    상기 종단 단말로부터 PS(power save)-Poll 프레임을 수신하는 단계;
    상기 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송하는 단계;
    상기 종단 단말이 웨이크 모드로 동작함을 나타내는 활성화 응답 프레임(activation response frame)을 상기 주-액세스 포인트에 전송하는 단계;
    상기 주-액세스 포인트로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 활성화 응답 프레임은 상기 종단 단말의 식별자 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계는,
    상기 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 상기 주-액세스 포인트에 전송한 후에 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 데이터 전송 방법은,
    상기 종단 단말로부터 PS-Poll 프레임을 수신하는 단계;
    상기 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 전송하는 단계;
    상기 주-액세스 포인트로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 단계는,
    상기 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 상기 주-액세스 포인트에 전송한 후에 상기 데이터 프레임을 상기 종단 단말에 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
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