KR20150019534A - 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법은 여러 WSS 네트워크들이 공존하는 무선통신 환경에서 발생할 수 있는 데이터 충돌을 효율적으로 해결하기 위해, 새로운 유휴 채널을 검색하여 새롭게 비콘 프레임 및 데이터 프레임을 전송할 수 있도록 한다. 본 발명에 따르면, 유효구간 동안 유효 채널 스캔을 수행하여 실제 무선환경에 대한 정보를 제공함으로써, 가용 무선 채널의 이용성을 극대화시킬 수 있다. 또한, 데이터 충돌이 발생한 이후에 채널 스캔을 하는 것이 아니라 평상시 유효 채널을 스캔함으로써, 빠르게 유효 채널로의 이동이 가능하며, 데이터 충돌로 인한 네트워크 단절을 최소화시킬 수 있다.

Description

고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법{Multi-Channel Scheduling Method for Collision Free High Rate Wireless Personal Area Network}

본 발명은 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인접한 네트워크 간의 충돌을 회피하기 위해 다중 채널을 관리하는 방법에 관한 것이다.

UWB 기반의 와이미디어와 무선 USB 네트워크는 어플리케이션에 따라 같은 무선 환경에서 공존이 가능하며, 이들 네트워크 간 통신이 필요한 경우도 있고, 원거리에 존재하는 네트워크 간 통신이 필요한 경우도 발생할 수 있다.

이를 위해, 와이미디어 연합은 WiMedia radio platform 상으로 network 계층의 패킷을 전송하기 위한 프레임 포맷과 요구사항을 WLP (WiMedia logical link protocol) 규격으로 정의하였다.

이 규격은 디바이스들 간의 보안설정뿐만 아니라 WLP 프로토콜과 이더넷 프로토콜, 또는 다른 유사한 네트워크 프로토콜 간의 프레임들을 중개하기 위한 지원방안을 정의한 것이다.

클라이언트 디바이스들은 같은 WSS(WLP Service Set)에 속하는 다른 클라이언트 디바이스들과 직접 통신할 수 있고, 클라이언트 브릿지가 제공하는 서비스를 이용하여, 다른 WSS에 속하는 클라이언트 디바이스, 이더넷 스테이션과 같은 노드들과 통신할 수도 있다.

클라이언트 브릿지 기능을 갖는 디바이스들(client bridge)은 요청된 브릿지 서비스들을 갖는 클라이언트 디바이스들에게 프레임을 전달한다.

여기서 클라이언트 디바이스들(client device)은 WLP 프레임으로 전송되는 데이터의 최종 목적지 디바이스이거나, 원래 데이터를 보낸 디바이스일 수 있고, 클라이언트 브릿지를 통해 전달 가능한 목적지 주소를 갖는 디바이스들과 통신하기 위해 클라이언트 브릿지에게 직접 프레임을 전송한다.

클라이언트 브릿지와 클라이언트 디바이스는 클라이언트 브릿지가 중계 서비스를 제공할 수 있도록 같은 WSS내에 속해야 한다.

원격 중계 기능을 갖는 디바이스(remote bridge)들은 네트워크 세그먼트 간의 연결을 제공한다. 원격 브릿지들은 다른 원격 브릿지들과 프레임을 주고 받을 수 있으며, 그러기 위해 각각의 원격 브릿지쌍들은 원격 브릿지들에 소속된 네트워크 세그먼트들을 중계하기 위한 새로운 세그먼트를 생성한다.

원격 브릿지들은 중계 메커니즘을 수행하기 위해 IEEE 802.1D를 구현하였으며, 필터 테이블을 이용하여 프레임을 전달할 목적지를 결정하고, 네트워크 전반에 발생할 수 있는 중복된 경로(loop)를 제거하기 위해 spanning tree protocol을 구현하였다.

클라이언트 디바이스, 클라이언트 브릿지, 그리고 원격 브릿지를 포함한 네트워크는 도 1에 도시된 바와 같다.

한편, 집이나 사무실과 같은 소규모의 무선 환경에 UWB 기반의 다양한 네트워크들이 혼재한다.

이들 네트워크들은 각각의 어플리케이션을 위해 독립적으로 동작하기 때문에, 각 네트워크는 인접한 네트워크와 데이터 충돌을 일으킬 수 있다.

따라서, 각 네트워크는 인접 네트워크와의 데이터 충돌을 회피하기 위해 다른 시간대의 자원을 사용할 수 있으나, 다른 시간대의 자원을 사용한다 하더라도 네트워크 내의 디바이스들이 많아지면, 사용 가능한 자원이 줄어들게 되어, 서비스 제공을 위한 필요 자원이 부족하게 되고, 이렇게 필요자원이 부족할 경우, 여러 형태의 데이터 충돌이 발생할 수 있다.

그러나, WiMedia, WUSB, 그리고 WLP 표준은 필요자원 부족으로 인해 데이터 충돌이 발생하는 경우를 고려하지 않고 구축되었기 때문에, 이러한 상황에 처하게 될 경우 데이터 충돌을 막을 수 없다 라는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 여러 WSS 네트워크들이 공존하는 무선통신 환경에서 발생할 수 있는 데이터 충돌을 효율적으로 해결하기 위해, 새로운 유휴 채널을 검색하여 새롭게 비콘 프레임 및 데이터 프레임을 전송할 수 있도록 하는 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른다수의 무선개인통신망(WPAN:Wireless Personal Area Network)들이 특정 지역에 인접하여 공존하며 동시에 동작하는 환경에서, 고속의 각 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법은 상기 각 무선개인통신망(WPAN)은 WSS(WLP :WiMedia logical link protocol Service Set)이며, 특정 브릿지 디바이스가 자신이 생성할 특정 WSS의 고유 정보인 WSS ID와 유휴 채널을 선택하기 위해 scan을 수행한 후 상기 특정 WSS를 생성하는 단계; 생성된 상기 특정 WSS의 고유 정보인 WSS ID를 설정하고, 생성된 상기 특정 WSS에 대한 정보가 포함된 WLP IE를 비컨(beacon)에 포함시켜 브로드 캐스팅하는 단계; 및 브로드 캐스팅된 상기 비컨을 수신한 특정 디바이스로부터 가입을 위한 association 프레임이 수신되면, 상기 특정 브릿지 디바이스가 상기 특정 디바이스를 상기 특정 WSS에 가입시켜 상기 특정 WSS를 구성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 여러 WSS 네트워크들이 공존하는 무선통신 환경에서 발생할 수 있는 데이터 충돌을 효율적으로 해결하기 위해, 유효구간 동안 유효 채널 스캔을 수행하여 실제 무선환경에 대한 정보를 제공함으로써, 가용 무선 채널의 이용성을 극대화시킬 수 있다.

또한, 데이터 충돌이 발생한 이후에 채널 스캔을 하는 것이 아니라 평상시 유효 채널을 스캔함으로써, 빠르게 유효 채널로의 이동이 가능하며, 데이터 충돌로 인한 네트워크 단절을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 다수의 WSS가 존재하는 네트워크 환경을 설명하기 위한 도면.
도 2는 WSS 네트워크 토폴로지를 설명하기 위한 도면.
도 3은 WLP IE의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 WSS 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 유휴 채널 스캔 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 WSS Collision IE의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7은 Channel Change IE의 구조를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법을 설명한다. 도 1은 다수의 WSS가 존재하는 네트워크 환경을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 WSS 네트워크 토폴로지를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 WLP IE의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 WSS 형성 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 유휴 채널 스캔 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 WSS Collision IE의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 Channel Change IE의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서는 다수의 WPAN(Wireless Personal Area Network)들이 특정 지역에 인접하여 공존하며 동시에 동작하고, WiMedia PHY를 이용하며, 각각의 어플리케이션을 위해 독립적으로 동작한다.

예컨대, UWB 기반의 와이 미디어와 무선 USB 네트워크는 어플리케이션에 따라 같은 무선 환경에서 공존할 수 있고, 이렇게 공존하는 상황에서 이들 네트워크 간에 통신이 필요한 경우가 발생할 수 있다.

이를 위해, 와이 미디어 연합은 WiMedia radio platform 상으로 network 계층의 패킷을 전송하기 위해 프레임 포맷과 요구사항을 통신 규약으로 정의하였으며, 이렇게 정의된 통신 규약이 WLP (WiMedia logical link protocol)이고, 각 WPAN이 WSS(WLP Service Set)이다.

다수의 WSS가 존재하는 무선 환경은 도 1에 도시된 바와 같다.

B1, B2, B3은 WSS1, WSS2, WSS3 각각의 브릿지 디바이스((Bridge Device)이고, D1은 WSS1 및 WSS2에 속하는 디바이스이며, D2는 WSS1, WSS2 및 WSS3에 속하는 디바이스이고, WSS1과 WSS2는 동일한 무선 채널 X를 사용하며, WSS3는 다른 무선 채널 Y를 사용한다.

디비이스(D1)가 데이터 프레임 충돌이 감지되어 자신이 속한 WSS 중 WSS1의 브릿지 디바이스(B1)에 WSS Collision IE를 전송하면, WSS Collision IE를 수신한 브릿지 디바이스(B1)는 inactive 구간에서 유휴 채널을 검색한다.

브릿지 디바이스(B1)는 WSS1, WSS2, WSS3이 겹치는 영역에 위치한 디바이스(D2)로부터 데이터가 수신되면, 무선 채널 Y역시 사용 중이라고 판단하고, 또 다른 무선 채널 z를 스캔한다.

브릿지 디바이스(B1)는 스캔된 무선 채널 z를 사용하는 WSS가 없다고 판단되면, Channel Change IE의 New Channel Number 필드를 무선 채널 z로 설정한 후, 자신의 WSS1에 속하는 디바이스들에게 Channel Change IE를 브로드캐스팅한다.

전술한 바를 좀 더 상세하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 WPAN(100, 200, 300)은 WSS(WLP Service Set)이고, 외부의 네트워크와 통신하기 위해 한 개의 브릿지 디바이스(110, 210, 310)를 각각 포함한다.

각 브릿지 디바이스(110, 210, 310)는 Ethernet(이더넷)을 이용하여 외부와 통신한다.

WSS가 WUSB 프로토콜을 사용할 경우, WUSB 호스트가 클라이언트 브릿지 역할도 수행한다.

즉, 각 WSS(100, 200, 300)는 WiMedia(와이미디어) 프로토콜을 사용하고, 외부와 이더넷으로 연결된 각 브릿지 디바이스(110, 210, 310)를 포함하며, 즉 외부와 이더넷으로 연결된 디바이스가 브릿지 디바이스가 되고, 각 브릿지 디바이스(110, 210, 310)는 각 WSS(100, 200, 300)를 초기화하고 구성한다.

예컨대, 브릿지 디바이스(110)는 초기에 새로운 WSS(100)를 생성하기에 앞서 생성할 WSS(100)를 나타내기 위한 고유 정보인 WSS ID와 유휴 채널을 선택하기 위해 scan을 수행한다.

이 후, WSS(100)를 만든 브릿지 디바이스(110)는 자신의 WSS(100)를 나타내기 위한 고유한 WSS ID를 설정하고, 자신이 만든 WSS(100)에 대한 정보를 담은 WLP IE를 자신의 beacon에 포함시켜 브로드 캐스팅한다.

WLP IE의 구조는 도 3에 도시된 바와 같다.

WLP 기술규격에서는 WSS(100)를 만든 브릿지 디바이스(110)를 registar로, WSS(100)에 가입하는 디바이스(120)를 enrollee로 표현하며, 본 발명에서도 이 정의를 그대로 사용한다.

registar와 enrollee가 WSS를 구성하는 일련의 과정은 도 4에 도시된 바와 같다.

enrollee(120)는 Registar(110)가 브로드 캐스팅한 비컨이 수신되면, WSS(100)에 가입하기 위해 association 프레임을 registar(110)에 전송한다.

enrollee(120)는 association 프레임을 registar(110)에 전송할 때, Imm-ACK 정책을 사용한다. 즉, enrollee(120)는 Imm-ACK 프레임을 수신하지 못할 경우, 해당 association 프레임을 registar(110)에 재전송한다.

한편, 브릿지 디바이스(110)는 inactive 구간 동안 다른 이용 가능한 무선 채널을 스캔하고, 특정 디바이스(130)에 의해 비콘 프레임 충돌이 인지되면, 스캔한 유휴 채널에서 자신의 WSS(100)에 속하는 해당 디바이스들(120, 130)과 다시 네트워크를 형성한다.

전술한 바를 위해 브릿지 디바이스(110)는 WSS(200)에도 속하는 다른 디바이스(120)가 나머지 무선 채널(유휴 채널)을 사용하고 있는지 여부를 체크하며, 스캔 구간 동안 다른 디바이스(120)로부터 수신된 데이터 프레임을 분석하여 다른 WSS(200)의 존재를 간접적으로 인식한다.

WSS를 구성하는 네트워크인 WiMedia와 WUSB 표준은 슈퍼프레임 내에 별도의 inactive 구간을 정의하지 않으므로, 본 발명은 유휴 채널을 스캔하기 위한 구간을 WiMedia와 WUSB를 구분하여 정의한다.

WiMedia의 데이터 전송구간은 크게 PCA(Prioritized Contention Access)구간과 DRP(Distributed Reservation Protocol)구간으로 분류된다.

PCA 구간은 경쟁구간이기 때문에 언제 데이터가 수신될지 알 수 없으므로, 브릿지 디바이스(110)는 PCA 구간에서 유휴 채널을 검색하기 위해 다른 무선 채널로 이동할 수 없다.

DRP 구간은 데이터를 경쟁 없이 교환하기 위해 특정 디바이스들이 예약하는 구간이므로, 브릿지 디바이스(110)는 DRP 구간에서 자신이 예약한 구간이 아니면 데이터를 수신할 수 없다.

따라서, 브릿지 디바이스(110)는 다른 디바이스들에 의해 예약된 DRP 구간을 inactive 구간으로 정의하고, 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행한다.

WUSB 네트워크의 경우, WiMedia MAC의 슈퍼프레임 내에서 특정 데이터 전송 구간만을 사용하기 때문에, WUSB 호스트는 자신의 WUSB 클러스터가 사용하는 구간을 제외한 나머지 구간을 inactive 구간으로 정의하고, 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행한다.

MCS의 스캔 메커니즘은 도 5에 도시된 바와 같다.

디바이스(130)는 데이터 충돌이 감지되면, 자신이 속한 WSS(100)의 브릿지 디바이스(110)에게 충돌 발생 상황을 알린다.

예컨대, 디바이스(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, WSS Collision IE로 데이터 충돌 사실을 브릿지 디바이스(110)에게 알린다.

충돌을 감지한 디바이스(130)는 충돌이 발생한 구간을 Collision Period Bitmap 필드에 표시한 후, 비콘 프레임에 포함시켜, 브릿지 디바이스(110)에 전송한다.

WSS Collision IE를 수신한 브릿지 디바이스(110)는 유휴 채널 중 하나를 선택하여 이동할 채널을 WSS(100) 내의 디바이스들(120, 130)에게 알린다.

브릿지 디바이스(110)는 WSS(100)의 멤버들(120, 130)에게 채널이동에 대한 정보를 제공하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 Channel Change IE를 자신의 비컨에 포함시켜 브로드 캐스트한다.

브릿지 디바이스(110)는 이동할 채널의 정보를 New Channel Number 필드에 저장하며, 이동을 할 superframe의 Channel Change Countdown 필드에 저장하여 WSS(100)의 멤버들(120, 130)에게 알린다.

Channel Change IE를 수신한 WSS(100)의 멤버들(120, 130)은 지정된 Superframe구간에서 지정된 채널로 이동하여 기존의 통신을 계속 수행한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다수의 WSS가 공존하는 네트워크 환경에서 발생할 수 있는 데이터 충돌을 해결할 수 있다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100, 200, 300 :WSS
110, 210, 310 :브릿지 디바이스
120, 130 :디바이스

Claims (2)

1. 다수의 무선개인통신망(WPAN:Wireless Personal Area Network)들이 특정 지역에 인접하여 공존하며 동시에 동작하는 환경에서, 고속의 각 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법에 있어서,
   상기 각 무선개인통신망(WPAN)은 WSS(WLP :WiMedia logical link protocol Service Set)이며,
   특정 브릿지 디바이스가 자신이 생성할 특정 WSS의 고유 정보인 WSS ID와 유휴 채널을 선택하기 위해 scan을 수행한 후 상기 특정 WSS를 생성하는 단계;
   생성된 상기 특정 WSS의 고유 정보인 WSS ID를 설정하고, 생성된 상기 특정 WSS에 대한 정보가 포함된 WLP IE를 비컨(beacon)에 포함시켜 브로드 캐스팅하는 단계; 및
   브로드 캐스팅된 상기 비컨을 수신한 특정 디바이스로부터 가입을 위한 association 프레임이 수신되면, 상기 특정 브릿지 디바이스가 상기 특정 디바이스를 상기 특정 WSS에 가입시켜 상기 특정 WSS를 구성하는 단계
   를 포함하는 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법.
2. 상기 제1항에 있어서,
   상기 특정 브릿지 디바이스가 inactive 구간 동안 다른 이용 가능한 무선 채널(유휴 채널)을 스캔하는 단계; 및
   상기 특정 디바이스에 의해 비콘 프레임 충돌이 인지되면, 상기 브릿지 디바이스가 스캔한 유휴 채널에서 상기 특정 WSS에 속한 디바이스와 다시 네트워크를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 다시 네트워크를 형성하는 단계는,
   충돌을 감지한 상기 특정 디바이스가 충돌 사실을 상기 특정 브릿지 디바이스에게 알리기 위해 새로운 WSS Collision IE를 전송하는 단계;
   상기 WSS Collision IE를 수신한 상기 브릿지 디바이스가 스캔한 유휴 채널 중 하나를 선택하는 단계; 및
   선택된 유휴 채널을 상기 특정 WSS내의 디바이스들에게 알리기 위해 Channel Change IE를 비컨에 포함시켜 브로드 캐스트하는 단계를 포함하는 것
   인 고속 무선개인통신망에서 충돌회피를 위한 다중 채널 스케쥴링 방법.

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