KR20170044439A - 무선 통신 시스템에서 제어정보를 전송하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 무선 통신 시스템에서 제어정보를 전송하는 방법 및 장치를 제안한다. 구체적으로, 게이트웨이가 기지국으로부터, 기지국에서 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보 및 기지국의 전력 소모량에 대한 정보를 수신한다. 수신된 정보를 기반으로 게이트웨이가 다중 RAT 중 어느 하나를 선택한다. 게이트웨이가 기지국으로, 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달한다. 기지국의 시그널링에 따라 게이트웨이가 제어정보를 전송한다. 제어정보는 선택된 RAT에서 패킷의 스케줄링을 지시한다.

Description

무선 통신 시스템에서 제어정보를 전송하는 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR TRANSMITTING CONTROL INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 명세서는 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 제어정보를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 현재 3세대 무선 통신 시스템에 이어 개발되고 있는 4세대 무선 통신은 하향링크 1Gbps(Gigabits per second) 및 상향링크 500Mbps(Megabits per second)의 고속의 데이터 서비스를 지원하는 것을 목표로 한다. 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable) 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)에 의한 페이딩(fading) 현상, 심벌 간 간섭(ISI; inter-symbol interference) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰도(reliability)를 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.

한편, 유비쿼터스 환경이 도래함에 따라 장비를 이용하여 언제 어디서나 끊김 없는 서비스를 제공받고자 하는 수요가 급속도로 증가하고 있다. 또한, 고속 대용량 서비스를 필요로 하는 단말이 폭발적으로 보급되고도 있다. 이에 따라, 데이터 트래픽(data traffic) 양 역시 폭발적으로 증가하고 있다. 이를 해결하기 위해, 3GPP LTE와 같은 셀룰러 이동 통신 시스템과 Wi-Fi와 같은 무선랜 시스템이 병행하여 사용되는 다중 무선 접속 기술(Multi-RAT)에 대해 살펴보기로 한다.

본 명세서는 무선 통신 시스템에서 제어정보를 전송하는 방법 및 이를 사용한 기기를 제공한다.

본 명세서는 다중 RAT을 지원하는 기지국과 다중 RAT을 지원하는 게이트웨이를 포함하는 무선통신시스템에서 제어정보를 전송하는 방법을 제안한다. 여기서, 기지국과 게이트웨이는 서로 다른 개체(entity)이고, 게이트웨이에서 Super-MAC이 구현된다. 기지국에서 게이트웨이로 시그널링을 주면, 게이트웨이는 상술한 알고리즘에 따라 제어정보를 전송하는 것이다.

여기서는, 하나의 단말은 하나의 데이터 패킷의 플로우만을 가지고, 기지국의 전력 소모가 단말의 전력 소모에 대응한다고 본다.

게이트웨이가 기지국으로부터, 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 수신한다. 상기 정보들은 기지국이 게이트웨이로 보내는 시그널링에 포함되고, 상기 정보들은 RAT을 선택하기 위해 필요한 정보들이다.

또한, 게이트웨이가 IP 계층으로부터 데이터 패킷을 수신한다. IP 계층은 Super-MAC보다 상위 계층에 대응한다. 데이터 패킷은 패킷으로도 사용할 수 있다. IP 계층으로부터 모든 데이터 패킷을 수신하는 것이 아니라, 트래픽의 과부하가 있는 경우 특정한 데이터 패킷의 양만큼만 수신되도록 플로우를 조절한다. 이를 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷의 도달률이라고 한다. 데이터 패킷의 도달률을 결정하기 위해 가상의 큐와 보조 변수 등이 사용된다. 이를 공평성이라고 한다.

게이트웨이가 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 기반으로 다중 RAT 중 어느 하나를 선택한다. 상술한 알고리즘에 따라, 기지국에서의 RAT의 큐의 길이가 짧고, 전력 소모량에 따른 에너지 효율성이 좋은 RAT을 선택한다. 에너지 효율성을 조절할 수 있는 상수 VC_p를 두어, VC_p 값을 작게 조절하면 RAT별로 부하 분산을 하여 최대한 여러 RAT을 같이 사용하도록 한다. VC_p 값을 크게 조절하면 에너지 효율적으로 동작하기 위해 에너지 효율적인 RAT 위주로 사용하도록 한다. 알고리즘에 따르면 게이트웨이에서 다중 RAT의 큐의 길이, 기지국에서 다중 RAT의 큐의 길이, 전력소모량을 고려하여 선택된 RAT으로 게이트웨이로 수신된 데이터 패킷을 전달한다. 게이트웨이로 수신된 데이터 패킷의 전달률은 다중 RAT으로 데이터 패킷을 전송하는 비율을 지시한다.

게이트웨이가 기지국으로, 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달한다. 제어정보는 선택된 RAT에서 패킷의 스케줄링을 지시한다. 상술한 알고리즘에 따라, 각각의 RAT 별로 큐의 길이와 순간 전송률의 곱이 높은 플로우부터 패킷의 스케줄링이 수행된다.

다중 RAT 각각은 비동기적이거나 동기적일 수 있다.

상술한 방법을 통해 단말의 전송률, 공평성 및 에너지 소모를 모두 고려할 수 있다.

또한, 본 명세서는 다중 RAT을 지원하는 기지국과 다중 RAT을 지원하는 게이트웨이를 포함하는 무선통신시스템에서 제어정보를 전송하는 장치를 제안한다. 상기 장치는 게이트웨이가 될 수 있다. 여기서, 기지국과 게이트웨이는 서로 다른 개체(entity)이고, 게이트웨이에서 Super-MAC이 구현된다. 기지국에서 게이트웨이로 시그널링을 주면, 게이트웨이는 상술한 알고리즘에 따라 제어정보를 전송하는 것이다.

게이트웨이는 무선신호를 전송 및 수신하는 RF부와 RF부에 연결되는 프로세서를 포함한다. 프로세서는 기지국으로부터, 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 수신하고, 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 기반으로 다중 RAT 중 어느 하나를 선택하고, 기지국으로 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달한다.

제안한 방식을 통하여 소결합 다중 RAT에 비해 밀결합 다중 RAT에서 단말의 전송률, 단말 간 공평성, 단말의 에너지 효율성 및 단말의 체감 지연 감소에 대한 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 데이터 트래픽에 따른 무선 채널의 적응적인 제어를 통하여 전송률 및 전력 소모량을 아낄 수 있다.

도 1은 LTE 시스템에 관련된 EPS(Evolved Packet System)를 나타내는 블록도이다.
도 2는 LTE 시스템에서 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타내는 블록도이다.
도 3은 LTE 시스템에서 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 일반적인 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 IEEE 802.11에 의해 지원되는 무선랜 시스템의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU 포맷을 나타내는 블록도이다.
도 8은 무선랜 시스템에서 제공되는 MAC 프레임의 포맷을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 Super-MAC 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 Super-MAC 기반의 시스템 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 명세서의 실시예가 적용되는 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A 및 IEEE 802.11을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 LTE 시스템에 관련된 EPS(Evolved Packet System)를 나타내는 블록도이다. LTE 시스템은 사용자 단말(UE)과 PDN(packet data network) 간에, 사용자가 이동 중 최종 사용자의 응용프로그램 사용에 방해를 주지 않으면서, 끊김 없는 IP 연결성(Internet Protocol connectivity)을 제공하는 것을 목표로 한다. LTE 시스템은, 사용자 단말과 기지국 간의 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 정의하는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)를 통한 무선 접속의 진화를 완수하며, 이는 EPC(Evolved Packet Core) 네트워크를 포함하는 SAE(System Architecture Evolution)에 의해 비-무선적 측면에서의 진화를 통해서도 달성된다. LTE와 SAE는 EPS(Evolved Packet System)를 포함한다.

EPS는 PDN 내에서 게이트웨이(gateway)로부터 사용자 단말로 IP 트래픽을 라우팅하기 위해 EPS 베어러(EPS bearers)라는 개념을 사용한다. 베어러(bearer)는 상기 게이트웨이와 사용자 단말 간에 특정한 QoS(Quality of Service)를 갖는 IP 패킷 플로우(IP packet flow)이다. E-UTRAN과 EPC는 응용 프로그램에 의해 요구되는 베어러를 함께 설정하거나 해제(release)한다.

E-UTRAN은, 단말(UE)(100)에게 사용자 평면(user plane) 및 제어 평면(control plane)을 제공하는 적어도 하나의 기지국(evolved-Node B; eNB)(110)을 포함한다. 단말(100)은 고정되고 이동성일 수 있고, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MT(mobile terminal), 무선장비(wireless device) 등의 다양한 표현으로 불릴 수 있다. 기지국(110)은 UE와 통신하는 고정장비일 수 있고, BS(base station), NB(NodeB), BTS (Base Transceiver System), 엑세스 포인트(Access point) 등의 다양한 표현으로 불릴 수 있다.

기지국(110)과 단말(100)간에는 AS 프로토콜(Access Stratum protocol)로 알려진 프로토콜이 운영된다.

EPC는 CN(core network)이라고도 불리며, 단말(100)을 제어하고, 베어러의 설정을 관리한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 SAE의 EPC의 노드(논리적 혹은 물리적 노드)는 MME(Mobility Management Entity) (120), S-GW(Serving Gateway) (130), PDN-GW 또는 P-GW(PDN gateway) (140), PCRF(Policy and Charging Rules Function) (150), HSS (Home subscriber Server) (160) 등을 포함한다.

MME(120)는 단말(100)과 CN 간의 시그널링을 처리하는 제어 노드이다. 단말(100)과 CN 간에 교환되는 프로토콜은 NAS(Non-Access Stratum) 프로토콜로 알려져 있다. MME(120)에 의해 지원되는 기능들의 일례는, 베어러의 설정, 관리, 해제를 포함하여 NAS 프로토콜 내의 세션 관리 계층(session management layer)에 의해 조작되는 베어러 관리(bearer management)에 관련된 기능, 네트워크와 단말 간의 연결(connection) 및 보안(Security)의 설립에 포함하여 NAS 프로토콜 계층에서 연결계층 또는 이동제어계층(mobility management layer)에 의해 조작된다.

S-GW(130)는 단말이 기지국(eNodeB) 간에 이동할 때 데이터 베어러를 위한 로컬 이동성 앵커(local mobility anchor)의 역할을 한다. 모든 사용자 IP 패킷은 S-GW(130)을 통해 송신된다. 또한 S-GW(130)는 단말이 ECM-IDLE(EPS Connection Management-IDLE) 상태로 알려진 유휴 상태(idle state)에 있고 MME가 베어러를 재설정(re-establish)하기 위해 단말의 페이징을 개시하는 동안 하향링크 데이터를 임시로 버퍼링할 때 베어러에 관련된 정보를 유지한다. 또한, GRPS(General Packet Radio Service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)와 같은 다른 3GPP 기술과의 인터워킹(inter-working)을 위한 이동성 앵커(mobility anchor)의 역할을 수행한다.

P-GW(140)은 UE를 위한 IP 주소 할당을 수행하고, QoS 집행(QoS enforcement) 및 PCRF(150)로부터의 규칙에 따라 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다. P-GW(140)는 GBR 베어러(Guaranteed Bit Rate (GBR) bearers)를 위한 QoS 집행을 수행한다. 또한, CDMA2000이나 WiMAX 네트워크와 같은 비3GPP(non-3GPP) 기술과의 인터워킹을 위한 이동성 앵커(mobility anchor) 역할도 수행한다.

PCRF(150)는 정책 제어 의사결정(policy control decision-making)을 수행하고, 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다.

HSS(160)는, HLR(Home Location Register)이라고도 불리며, EPS-subscribed QoS 프로파일(profile) 및 로밍을 위한 접속제어에 정보 등을 포함하는 SAE 가입 데이터(SAE subscription data)를 포함한다. 또한, 사용자가 접속하는 PDN에 대한 정보 역시 포함한다. 이러한 정보는 APN(Access Point Name) 형태로 유지될 수 있는데, APN는 DNS(Domain Name system) 기반의 레이블(label)로, PDN에 대한 엑세스 포인트 또는 가입된 IP 주소를 나타내는 PDN 주소를 설명하는 식별기법이다.

도 1에 도시된 바와 같이 EPS 네트워크 요소(EPS network elements)들 간에는 S1-U, S1-MME, S5/S8, S11, S6a, Gx, Rx 및 SGi와 같은 다양한 인터페이스가 정의될 수 있다. 구체적으로는 기지국과 MME는 S1-MME 간에는 연결되고, 기지국과 S-GW 간에는 S1-U로 연결되고, S-GW와 P-GW 간에는 S5/S8로 연결되고, MME와 S-GW 간에는 S11로 연결된다. MME와 HSS 간에는 S6a로 연결되고, P-GW와 PCRF 간에는 Gx로 연결되고, PCRF와 Operator’s IP Services 간에는 Rx로 연결되고, P-GW와 Operator’s IP Services 간에는 SGi로 연결된다. 또한, 기지국들은 X2 인터페이스를 통해 서로 연결된다.

도 2는 LTE 시스템에서 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타내는 블록도이다. 도 3은 LTE 시스템에서 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타내는 블록도이다.

이는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸다. 사용자 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 계층인 물리계층(PHY(physical) layer)은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층과 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다.

제2 계층의 MAC 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에게 서비스를 제공한다. 제2 계층의 RLC계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. RLC 계층에는 데이터의 전송방법에 따라 투명모드(Transparent Mode, TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode, UM) 및 확인모드(Acknowledged Mode, AM)의 세 가지의 동작모드가 존재한다. AM RLC는 양방향 데이터 전송 서비스를 제공하고, RLC PDU(Protocol Data Unit)의 전송 실패시 재전송을 지원한다.

제2 계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(header compression) 기능을 수행한다.

제3 계층의 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; 이하 RB)들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 E-UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 단말의 RRC와 네트워크의 RRC 사이에 RRC 연결(RRC Connection)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 모드(RRC Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 아이들 모드(RRC Idle Mode)에 있게 된다.

RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

도 4는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 일반적인 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 무선랜 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 집합으로써, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다

인프라스트럭쳐(infrastructure) BSS는 하나 또는 그 이상의 비AP 스테이션(non-AP STA1(421), non-AP STA2(422), non-AP STA3(423), non-AP STA4(424), non-AP STAa(430)), 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 AP(Access Point, 410) 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), 사이트 제어기 또는 관리 STA 등으로 불릴 수도 있다.

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 프레임 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 프레임을 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 무선랜의 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.

무선 통신 시스템에서는 무선 매체의 특성 상 STA의 전원이 켜지고 동작을 시작할 때 네트워크의 존재를 바로 알 수 없다. 따라서, 어떠한 타입의 STA이든 네트워크에 접속을 하기 위해서는 네트워크 발견(network discovery) 과정을 수행하여야 한다. 네트워크 발견 과정을 통하여 네트워크를 발견한 STA은 네트워크 선택 과정을 통하여 가입할 네트워크를 선택한다. 그 후, 선택한 네트워크에 가입하여 전송단/수신단에서 이루어지는 데이터 교환 동작을 수행한다.

무선랜 시스템에서 네트워크 발견 과정은 스캐닝 절차(scanning procedure)로 구현된다. 스캐닝 절차는 수동 스캐닝(passive scanning) 및 능동 스캐닝(active scanning)으로 나뉘어진다. 수동 스캐닝은 AP가 주기적으로 브로드캐스트(broadcast)하는 비콘 프레임(beacon frame)을 기반으로 이루어 진다. 일반적으로 무선랜의 AP는 비콘 프레임을 특정 인터벌(interval)(예를 들어 100msec)마다 브로드캐스트한다. 비콘 프레임은 자신이 관리하는 BSS에 관한 정보를 포함한다. STA은 수동적으로 특정 채널에서 비콘 프레임의 수신을 위해 대기한다. 비콘 프레임의 수신을 통하여 네트워크에 대한 정보를 획득한 STA은 특정 채널에서의 스캐닝 절차를 종료한다. 수동 스캐닝은 STA이 별도의 프레임을 전송할 필요 없이 비콘 프레임을 수신하기만 하면 이루어지므로 전체적인 오버헤드가 적다는 장점이 있다. 하지만 비콘 프레임의 전송 주기에 비례하여 스캐닝 수행 시간이 늘어난다는 단점이 있다.

능동 스캐닝은 STA이 능동적으로 특정 채널에서 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 브로드캐스트 하여 이를 수신한 모든 AP로부터 네트워크 정보를 요구하는 것이다. 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는 프레임 충돌을 방지하기 위해 랜덤 시간 동안 대기 후 프로브 응답 프레임에 네트워크 정보를 포함시켜 해당 STA에게 전송한다. STA은 프로브 응답 프레임을 수신하여 네트워크 정보를 획득함을 통하여 스캐닝 절차를 종료한다. 능동 스캐닝은 상대적으로 빠른 시간 내에 스캐닝을 마칠 수 있다는 장점을 가진다. 반면, 요청 - 응답에 따른 프레임 시퀀스가 필요하므로 전체적인 네트워크 오버헤드는 증가하게 된다.

스캐닝 절차를 마친 STA은 자신에 대한 특정 기준에 따라 네트워크를 선택한 후 AP와 인증(authentication) 절차를 수행한다. 인증 절차는 2방향 핸드쉐이크(2-way handshake)로 이루어 진다. 인증 절차를 마친 STA은 AP와 결합(association) 절차를 진행한다.

결합 절차는 2방향 핸드쉐이크로 이루어 진다. 먼저 STA이 AP에게 결합 요청 프레임(association request frame)을 전송한다. 결합 요청 프레임에는 STA의 능력치(capabilities) 정보가 포함된다. 이를 기반으로 AP는 해당 STA에 대한 결합 허용 여부를 결정한다. 결합 허용 여부를 결정한 AP는 해당 STA에게 결합 응답 프레임(association response frame)을 전송한다. 결합 응답 프레임은 결합 허용 여부를 지시하는 정보 및 결합 허용/실패 시 이유를 지시하는 정보를 포함한다. 결합 응답 프레임은 AP가 지원 가능한 능력치에 대한 정보를 더 포함한다. 결합이 성공적으로 완료된 경우 AP 및 STA간 정상적인 프레임 교환이 이루어진다. 결합이 실패한 경우 결합 응답 프레임에 포함된 실패 이유에 대한 정보를 기반으로 결합 절차가 다시 시도되거나 또는 STA은 다른 AP에게 결합을 요청할 수 있다.

무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 규격으로써 IEEE 802.11n이 있다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput, HT)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술에 기반을 두고 있다.

무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(Very High Throughput, VHT)를 지원하는 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전으로서, MAC 서비스 접속 포인트(Service Access Point, SAP)에서 멀티 유저에 대하여 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도, 그리고 단일 유저에 대해서는 500Mbps 이상의 처리율을 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템 중의 하나이다.

20MHz, 40MHz를 지원하던 기존 무선랜 시스템보다 더 나아가 VHT무선랜 시스템에서는 80MHz, 연속적인 160MHz(contiguous 160MHz), 불 연속적인 160MHz(non-contiguous 160MHz) 대역폭 전송 및/또는 그 이상의 대역폭 전송을 지원하고자 한다. 이에 더하여 최대 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 기존 무선랜 시스템보다 더 나아가 256QAM을 지원한다.

VHT 무선랜 시스템은 보다 높은 처리율을 위하여 MU-MIMO(Multi User-Multiple Input Multiple Output) 전송 방법을 지원하므로, AP는 MIMO 페어링된 적어도 하나 이상의 STA에게 동시에 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 페어링된 STA의 수는 최대 4개일 수 있으며, 최대 공간 스트림 수가 8개일 때 각 STA에는 최대 4개의 공간 스트림이 할당될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 도면과 같이 주어진 무선랜 시스템에서 AP(410)는 자신과 결합(association)되어 있는 복수의 STA들(421, 422, 423, 424, 430) 중 적어도 하나 이상의 STA을 포함하는 STA 그룹에게 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 도 1에서는 AP가 STA들에게 MU-MIMO 전송하는 것을 예시로 하고 있으나, TDLS(Tunneled Direct Link Setup) 이나 DLS(Direct Link Setup), 메쉬 네트워크(mesh network)를 지원하는 무선랜 시스템에서는 데이터를 전송하고자 하는 STA이 MU-MIMO 전송기법을 사용하여 PPDU를 복수의 STA들에게 전송할 수 있다. 이하에서는 AP가 복수의 STA에게 MU-MIMO 전송 기법에 따라 PPDU를 전송하는 것을 예로 들어 설명하도록 한다.

각각의 STA으로 전송 되는 데이터는 서로 다른 공간 스트림(spatial stream)을 통하여 전송될 수 있다. AP(10)가 전송하는 데이터 패킷은 무선랜 시스템의 물리 계층에서 생성되어 전송되는 PPDU 또는 PPDU에 포함된 데이터 필드로써 프레임이라고 언급될 수 있다. 즉, SU(single user)-MIMO 및/또는 MU-MIMO를 위한 PPDU또는 PPDU에 포함된 데이터 필드를 MIMO 패킷이라고 할 수 있다. 그 중 MU를 위한 PPDU를 MU 패킷이라고 할 수 있다. 본 발명의 예시에서 AP(410)와 MU-MIMO 페어링 된 전송 대상 STA 그룹은 STA1(421), STA2(422), STA3(423) 및 STA4(424)라고 가정한다. 이 때 전송 대상 STA그룹의 특정 STA에게는 공간 스트림이 할당되지 않아 데이터가 전송되지 않을 수 있다. 한편, STAa(430)는 AP와 결합되어 있으나 전송 대상 STA 그룹에는 포함되지 않는 STA이라고 가정한다.

무선랜 시스템에서 MU-MIMO 전송을 지원하기 위해 전송 대상 STA 그룹에 대하여 식별자가 할당될 수 있으며, 이를 그룹 식별자(Group ID)라 한다. AP는 MU-MIMO 전송을 지원하는 STA들에게 그룹 ID 할당을 위하여 그룹 정의 정보(group definition information)을 포함하는 그룹 ID 관리 프레임(Group ID management frame)을 전송하고, 이를 통해 그룹 ID는 PPDU 전송 이전에 STA들에게 할당된다. 하나의 STA은 복수개의 그룹 ID를 할당 받을 수 있다.

하기 표 1은 그룹 ID 관리 프레임에 포함된 정보 요소를 나타낸다.

카테고리 필드 및 VHT 액션 필드는 해당 프레임이 관리 프레임에 해당하며, MU-MIMO를 지원하는 차세대 무선랜 시스템에서 사용되는 그룹 ID 관리 프레임임을 식별할 수 있도록 설정된다.

표 1과 같이, 그룹 정의 정보는 특정 그룹 ID에 속해있는지 여부를 지시하는 멤버십 상태 정보 및 해당 그룹 ID에 속한 경우 해당 STA의 공간 스트림 세트가 MU-MIMO 전송에 따른 전체 공간 스트림에서 몇 번째 위치에 해당하는지를 지시하는 공간 스트림 위치 정보를 포함한다.

하나의 AP가 관리하는 그룹 ID는 복수개이므로 하나의 STA에게 제공되는 멤버십 상태 정보는 AP에 의하여 관리되는 그룹 ID 각각에 STA이 속해있는지 여부를 지시할 필요가 있다. 따라서, 멤버십 상태 정보는 각 그룹 ID에 속해 있는지를 지시하는 서브 필드들의 어레이(array) 형태로 존재할 수 있다. 공간 스트림 위치 정보는 그룹 ID 각각에 대한 위치를 지시하므로 각 그룹 ID에 대하여 STA이 차지하는 공간 스트림 세트의 위치를 지시하는 서브 필드들의 어레이 형태로 존재할 수 있다. 또한, 하나의 그룹 ID에 대한 멤버십 상태 정보와 공간 스트림 위치 정보는 하나의 서브 필드 내에서 구현이 가능할 수 있다.

AP는 MU-MIMO 전송 기법을 통해 PPDU를 복수의 STA으로 전송하는 경우, PPDU 내에 그룹 식별자(Group ID)를 지시하는 정보를 제어정보로서 포함하여 전송한다. STA이 PPDU 수신하면, STA은 그룹 ID 필드를 확인하여 자신이 전송 대상 STA 그룹의 멤버 STA인지를 확인한다. 자신이 전송 대상 STA 그룹의 멤버임이 확인되면, 자신에게 전송되는 공간 스트림 세트가 전체 공간 스트림 중 몇 번째 위치하는지를 확인할 수 있다. PPDU는 수신 STA에 할당된 공간 스트림의 개수 정보를 포함하므로, STA은 자신에게 할당된 공간 스트림들을 찾아 데이터를 수신할 수 있다.

한편, 무선랜 시스템에서 새로이 사용 할 수 있는 주파수 대역으로 TV WS(White Space)가 주목받고 있다. TV WS는 미국의 아날로그 TV의 디지털화로 인해 남게 된 휴지 상태의 주파수 대역을 말하며, 예를 들어, 54~698MHz 대역을 말한다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, TV WS는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 제1 유저(primary user), 주사용자(incumbent user) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

TV WS에서 동작하는 AP 및/또는 STA은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 하는데, TV WS 대역의 사용에 있어서 허가된 유저가 우선하기 때문이다. 예를 들어 TV WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.

따라서 AP 및/또는STA은 TV WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.

도 5는 IEEE 802.11에 의해 지원되는 무선랜 시스템의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.

IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처(PHY architecture)는 PLME(PHY Layer Management Entity), PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 부계층(510), PMD(Physical Medium Dependent) 부계층(500)으로 구성된다. PLME는 MLME(MAC Layer Management Entity)와 협조하여 물리계층의 관리기능을 제공한다. PLCP 부계층(510)은 MAC 부계층(520)과 PMD 부계층(500) 사이에서 MAC 계층의 지시에 따라 MAC 부계층(520)으로부터 받은 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 PMD부계층에 전달하거나, PMD 부계층(500)으로부터 오는 프레임을 MAC 부계층(520)에 전달한다. PMD 부계층(500)은 PLCP 하위 계층으로서 무선 매체를 통한 두 스테이션간 물리 계층 개체(entity)의 송수신이 가능하도록 한다. MAC 부계층(520)이 전달한 MPDU는 PLCP 부계층(510)에서 PSDU(Physical Service Data Unit)이라 칭한다. MPDU는 PSDU와 유사하나 복수의 MPDU를 어그리게이션(aggregation)한 A-MPDU(aggregated MPDU)가 전달된 경우 개개의 MPDU와 PSDU는 서로 상이할 수 있다.

PLCP 부계층(510)은 PSDU를 MAC 부계층(520)으로부터 받아 PMD 부계층(500)으로 전달하는 과정에서 물리계층 송수신기에 의해 필요한 정보를 포함하는 부가필드를 덧붙인다. 이때 부가되는 필드는 PSDU에 PLCP 프리앰블(preamble), PLCP 헤더(header), 컨볼루션 인코더를 영상태(zero state)로 되돌리는데 필요한 꼬리 비트(Tail Bits) 등이 될 수 있다. PLCP 부계층(510)은 PPDU를 생성하고 전송하는데 필요한 제어 정보와 수신 STA이 PPDU를 수신하고 해석하는데 필요한 제어 정보를 포함하는 TXVECTOR 파라미터를 MAC 부계층으로부터 전달 받는다. PLCP 부계층(510)은 PSDU를 포함하는 PPDU를 생성함에 있어서 TXVECTOR 파라미터에 포함된 정보를 사용한다.

PLCP 프리앰블은 PSDU이 전송되기 전에 수신기로 하여금 동기화 기능과 안테나 다이버시티를 준비하도록 하는 역할을 한다. 데이터 필드는 PSDU에 패딩 비트들, 스크램블러를 초기화 하기 위한 비트 시퀀스를 포함하는 서비스 필드 및 꼬리 비트들이 덧붙여진 비트 시퀀스가 인코딩된 코드화 시퀀스(coded sequence)를 포함할 수 있다. 이 때, 인코딩 방식은 PPDU를 수신하는 STA에서 지원되는 인코딩 방식에 따라 BCC(Binary Convolutional Coding) 인코딩 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩 중 하나로 선택될 수 있다. PLCP 헤더에는 전송할 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)에 대한 정보를 포함하는 필드가 포함되는데 이는 이후에 도 6 및 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

PLCP 부계층(510)에서는 PSDU에 상술한 필드를 부가하여 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)를 생성하여 PMD 부계층을 거쳐 수신 스테이션으로 전송하고, 수신 스테이션은 PPDU를 수신하여 PLCP 프리앰블, PLCP 헤더로부터 데이터 복원에 필요한 정보를 얻어 복원한다. 수신 스테이션의 PLCP 부계층은 PLCP 프리앰블 및 PLCP 헤더에 포함된 제어 정보를 포함하는 RXVECTOR 파라미터를 MAC 부계층으로 전달하여 수신 상태에서 PPDU를 해석하고 데이터를 획득할 수 있도록 한다.

도 6 및 도 7은 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU 포맷을 나타내는 블록도이다.

이하에서 IEEE 802.11n 이전의 기존 무선랜 표준인 IEEE 802.11a/b/g를 기반으로 하는 레거시 무선랜 시스템에서 동작하는 STA을 레거시 STA(Legacy STA; L-STA)이라 한다. 또한 IEEE 802.11n을 기반으로 하는 HT 무선랜 시스템에서 HT를 지원할 수 있는 STA을 HT-STA이라 한다.

도 6의 부도면 (a)는 IEEE 802.11n이전의 기존 무선랜 시스템 표준인 IEEE 802.11a/b/g에서 사용되던 PPDU인 레거시 PPDU(Legacy PPDU; L-PPDU) 포맷을 나타낸다. 따라서, IEEE 802.11n 표준이 적용된 HT 무선랜 시스템에서 레거시 STA(L-STA)이 이와 같은 포맷을 가지는 L-PPDU를 송수신할 수 있다.

부도면 (a)를 참조하면 L-PPDU(610)는 L-STF(611), L-LTF(612), L-SIG 필드(613) 및 데이터 필드(614)를 포함한다.

L-STF(611)은 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(Automatic Gain Control) 컨버전스(convergence), 거친(coarse) 주파수 획득 등에 사용한다.

L-LTF(612)는 주파수 오프셋(frequency offset) 및 채널 추정(channel estimation)에 사용한다.

L-SIG 필드(613)는 데이터 필드(614)를 복조(demodulation) 및 디코딩(decoding)하기 위한 제어 정보를 포함한다.

L-PPDU는 L-STF (611), L-LTF (612), L-SIG 필드(613) 및 데이터 필드(614)순으로 전송될 수 있다.

부도면 (b)는 L-STA과 HT-STA이 공존할 수 있도록 하는 HT 혼합(HT-mixed) PPDU 포맷의 블록도이다. 부도면 (b)를 참조하면 HT 혼합 PPDU(620)는 L-STF(621), L-LTF(622), L-SIG(623), HT-SIG(624), HT-STF(625) 및 복수의 HT-LTF(626) 및 데이터 필드(627)를 포함한다.

L-STF(621), L-LTF(622) 및 L-SIG 필드(623)는 부도면 (a)의 도면부호 611, 612 및 613이 가리키는 것과 각각 동일하다. 따라서, L-STA은 HT 혼합 PPDU(620)를 수신하여도 L-LTF(622), L-LTF(622) 및 L-SIG(623)을 통해 데이터 필드를 해석할 수 있다. 다만 L-LTF 필드(623)는 HT-STA이 HT 혼합 PPDU(620)를 수신하고 L-SIG 필드(623), HT-SIG(624) 및 HT-STF(625)를 해독하기 위해 수행할 채널 추정을 위한 정보를 더 포함할 수 있다.

HT-STA은 L-SIG(623)의 뒤에 나오는 HT-SIG(624)를 통하여 HT 혼합 PPDU(620)이 자신을 위한 PPDU임을 알 수 있으며, 이를 기반으로 데이터 필드(627)를 복조하고 디코딩할 수 있다.

HT-STF(625)는 HT-STA을 위한 프레임 타이밍 동기, AGC 컨버전스 등을 위해 사용될 수 있다.

HT-LTF(626)는 데이터 필드(627)의 복조를 위한 채널 추정에 사용될 수 있다. IEEE 802.11n은 SU-MIMO를 지원하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 위해 HT-LTF(626)는 복수로 구성될 수 있다.

HT-LTF(626)는 공간 스트림에 대한 채널 추정을 위하여 사용되는 Data HT-LTF와 풀 채널 사운딩(full channel sounding)을 위해 추가적으로 사용되는 확장 HT-LTF(extension HT-LTF) 로 구성될 수 있다. 따라서, 복수의 HT-LTF(626)는 전송되는 공간 스트림의 개수보다 같거나 많을 수 있다.

HT-혼합 PPDU(620)은 L-STA도 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하기 위해 L-STF(621), L-LTF(622) 및 L-SIG 필드(623)가 가장 먼저 전송된다. 이후 HT-STA을 위하여 전송되는 데이터의 복조 및 디코딩을 위해 HT-SIG 필드(624)가 전송된다.

HT-SIG 필드(624)까지는 빔포밍을 수행하지 않고 전송하여 L-STA 및 HT-STA이 해당 PPDU를 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하고, 이 후 전송되는 HT-STF(625), HT-LTF(626) 및 데이터 필드(627)는 프리코딩을 통한 무선 신호 전송이 수행 된다. 여기서 프리코딩을 하여 수신하는 STA에서 프리코딩에 의한 전력이 가변 되는 부분을 감안할 수 있도록 HT-STF(625)를 전송하고 그 이후에 복수의 HT-LTF(626) 및 데이터 필드(627)를 전송한다.

HT 무선랜 시스템에서 20MHz를 사용하는 HT-STA이 OFDM 심볼당 52개의 데이터 부반송파를 사용할지라도 같은 20MHz를 사용하는 L-STA은 여전히 OFDM 심볼당 48개의 데이터 부반송파를 사용한다. 기존 시스템과 호환(backward compatibility)을 지원하기 위해 HT 혼합 PPDU(620) 포맷에서 HT-SIG 필드(624)는 L-LTF(622)를 이용하여 디코딩 되기 때문에, HT-SIG 필드(624)는 48 × 2개의 데이터 부반송파로 구성된다. 이후 HT-STF(625), HT-LTF(626)는 OFDM 심볼 당 52개의 데이터 부반송파로 구성 된다. 그 결과 HT-SIG 필드(624)는 1/2, BPSK(Binary Phase Shift Keying)로 지원되기 때문에 각 HT-SIG 필드(624)는 24 비트로 구성되어 있어 총 48비트로 전송된다. 즉 L-SIG 필드(623)와 HT-SIG 필드(624)를 위한 채널 추정은 L-LTF(622)를 이용하며 L-LTF(622)를 구성하는 비트열은 하기 수학식 1과 같이 표현된다. L-LTF(622)는 한 심볼당 DC 부반송파를 제외한 48개의 데이터 부반송파로 구성된다.

부도면 (c)는 HT-STA만이 사용할 수 있는 HT-Greenfield PPDU(630) 포맷을 나타내는 블록도이다. 부도면 (c)를 참조하면 HT-GF PPDU(630)는 HT-GF-STF(631), HT-LTF1(632), HT-SIG(633), 복수의 HT-LTF2(634) 및 데이터 필드(635)를 포함한다.

HT-GF-STF(631)는 프레임 타이밍 획득 및 AGC를 위해 사용된다.

HT-LTF1(632)는 채널 추정을 위해 사용된다.

HT-SIG(633)는 데이터 필드(635)의 복조 및 디코딩을 위해 사용된다.

HT-LTF2(634)는 데이터 필드(635)의 복조를 위한 채널 추정에 사용된다. 마찬가지로 HT-STA은 SU-MIMO를 사용하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 요하므로 HT-LTF(626)는 복수로 구성될 수 있다.

복수의 HT-LTF2(634)는 HT 혼합 PPDU(620)의 HT-LTF(626)와 마찬가지로 복수의 Data HT-LTF와 복수의 확장 HT-LTF로 구성될 수 있다.

부도면 (a), (b) 및 (c)에 도시된 각각의 데이터 필드(614, 627, 635)는 각각 서비스(service) 필드, 스크램블된 PSDU, 꼬리 비트 및 패딩 비트를 포함할 수 있다. 서비스 필드는 스크램블러를 초기화하기 위해 사용될수 있다. 서비스 필드는 16비트로 설정될 수 있다. 이 경우 스크램블러 초기화를 위한 비트는 7비트로 구현될 수 있다. 꼬리 필드는 컨벌루션(conbolution) 인코더를 0인 상태로 되돌리는데 필요한 비트 시퀀스로 구성될 수 있다. 꼬리 필드는 전송될 데이터를 인코딩하는데 사용된 BCC(Binary Convolutional Code) 인코더의 개수에 비례하는 비트 사이즈를 할당 받을 수 있으며, 보다 상세하게는 BCC 개수당 6비트를 가지도록 구현될 수 있다.

도 7은 VHT를 지원하는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU 포맷의 일례를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, PPDU(700)는 L-STF(710), L-LTF(720), L-SIG 필드(730), VHT-SIGA 필드(740), VHT-STF(750), VHT-LTF(760), VHT-SIGB 필드(770) 및 데이터 필드(780)를 포함할 수 있다.

PHY를 구성하는 PLCP 부계층은 MAC 계층으로부터 전달 받은 PSDU에 필요한 정보를 더하여 데이터 필드(780)로 변환하고 L-STF(710), L-LTF(720), L-SIG 필드(730), VHT-SIGA 필드(740), VHT-STF(750), VHT-LTF(760), VHT-SIGB(770) 등의 필드를 더하여 PPDU(700)를 생성하고 PHY를 구성하는 PMD 부계층을 통해 하나 또는 그 이상의 STA에게 전송한다. PLCP 부계층이 PPDU를 생성하는데 필요한 제어 정보와 PPDU에 포함시켜 전송하여 수신 STA이 PPDU를 해석하는데 사용되는 제어 정보는 MAC 계층으로부터 전달 받은 TXVECTOR 파라미터로부터 제공된다.

L-STF(710)는 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(Automatic Gain Control) 컨버전스(convergence), 거친(coarse) 주파수 획득 등에 사용된다.

L-LTF(720)는 L-SIG 필드(730) 및 VHT-SIGA 필드(740)의 복조를 위한 채널 추정에 사용한다.

L-SIG 필드(730)는L-STA이 PPDU(700)를 수신하고 이를 해석하여 데이터를 획득하는데 사용된다. L-SIG 필드(730)는 레이트(rate) 서브 필드, 길이(length) 서브 필드, 패리티 비트 및 꼬리(tail) 필드를 포함한다. 레이트 서브 필드는 현재 전송될 데이터에 대한 비트 레이트(bit rate)를 지시하는 값으로 설정된다.

길이 서브 필드는 MAC 계층이 PHY 계층에게 전송할 것을 요청하는 PSDU의 옥텟 길이를 지시하는 값으로 설정된다. 이 때 PSDU의 옥텟 길이의 정보와 관련된 파라미터인 L_LENGTH 파라미터는 전송 시간과 관련된 파라미터인 TXTIME 파라미터를 기반으로 결정된다. TXTIME은 MAC 계층이 PSDU(physical service data unit)의 전송을 위해 요청한 전송 시간에 대응하여 PHY 계층이 PSDU를 포함하는 PPDU 전송을 위해 결정한 전송 시간을 나타낸다. 따라서, L_LENGTH 파라미터는 시간과 관련된 파라미터 이므로 L-SIG 필드(730)에 포함된 길이 서브 필드는 전송 시간과 관련된 정보를 포함하게 된다.

VHT-SIGA 필드(740)는 PPDU를 수신하는 STA들이 PPDU(700)를 해석하기 위해 필요한 제어 정보(control information, 또는 시그널 정보(signal information))를 포함하고 있다. VHT-SIGA 필드(740)는 두 개의 OFDM 심볼로 전송된다. 이에 따라 VHT-SIGA 필드(740)는 VHT-SIGA1 필드 및 VHT-SIGA2 필드로 나뉘어질 수 있다. VHT-SIGA1 필드는 PPDU 전송을 위해 사용되는 채널 대역폭 정보, STBC(Space Time Block Coding)를 사용하는지 여부와 관련된 식별 정보, SU 또는 MU-MIMO 중에서 PPDU가 전송되는 방식을 지시하는 정보, 전송 방법이 MU-MIMO라면 AP와 MU-MIMO 페어링된 복수의 STA인 전송 대상 STA 그룹을 지시하는 정보 및 상기 전송 대상 STA 그룹에 포함된 각각의 STA에 할당된 공간 스트림에 대한 정보를 포함한다. VHT-SIGA2 필드는 짧은 GI(short Guard Interval) 관련 정보를 포함한다.

MIMO 전송 방식을 지시하는 정보 및 전송 대상 STA 그룹을 지시하는 정보는 하나의 MIMO지시 정보로 구현될 수 있으며, 그 일례로 그룹 ID로 구현될 수 있다. 그룹 ID는 특정 범위를 가지는 값으로 설정될 수 있으며, 범위 중 특정 값은 SU-MIMO 전송 기법을 지시하며, 그 이외의 값은 MU-MIMO 전송 기법으로 PPDU(700)가 전송되는 경우 해당 전송 대상 STA 그룹에 대한 식별자로 사용될 수 있다.

그룹 ID가 해당 PPDU(700)가 SU-MIMO 전송 기법을 통해 전송됨을 지시하면, VHT-SIGA2 필드는 데이터 필드에 적용된 코딩 기법이 BCC(Binary Convolution Coding)인지 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 코딩인지를 지시하는 코딩 지시 정보와, 전송자-수신자간 채널에 대한 MCS(modulation coding scheme) 정보를 포함한다. 또한, VHT-SIGA2 필드는 PPDU의 전송 대상 STA의 AID 및/또는 상기 AID의 일부 비트 시퀀스를 포함하는 부분 AID(partial AID)을 포함할 수 있다.

그룹 ID가 해당 PPDU(600)가 MU-MIMO 전송 기법을 통해 전송됨을 지시하면, VHT-SIGA 필드(740)는 MU-MIMO 페어링된 수신 STA들에게 전송이 의도되는 데이터 필드에 적용된 코딩 기법이 BCC 인지 또는 LDPC 코딩인지를 지시하는 코딩 지시 정보가 포함된다. 이 경우 각 수신 STA에 대한 MCS(modulation coding scheme) 정보는 VHT-SIGB 필드(770)에 포함될 수 있다.

VHT-STF(750)는 MIMO 전송에 있어서 AGC 추정의 성능을 개선하기 위해 사용된다.

VHT-LTF(760)는 STA이 MIMO 채널을 추정하는데 사용된다. 차세대 무선랜 시스템은 MU-MIMO를 지원하기 때문에 VHT-LTF(760)는 PPDU(700)가 전송되는 공간 스트림의 개수만큼 설정될 수 있다. 추가적으로, 풀 채널 사운딩(full channel sounding)이 지원되며 이가 수행될 경우 VHT LTF의 수는 더 많아질 수 있다.

VHT-SIGB 필드(770)는 MIMO 페어링된 복수의 STA이 PPDU(700)를 수신하여 데이터를 획득하는데 필요한 전용 제어 정보를 포함한다. 따라서 VHT-SIGA필드(740)에 포함된 제어 정보가 현재 수신된 PPDU(700)가 MU-MIMO 전송 된 것이라 지시한 경우에만 STA은 VHT-SIGB 필드(770)를 디코딩(decoding)하도록 설계될 수 있다. 반대로, VHT-SIGA 필드(740)에 포함된 제어 정보가 현재 수신된 PPDU(700)는 단일 STA을 위한 것(SU-MIMO를 포함)임을 가리킬 경우 STA은 VHT-SIGB 필드(770)를 디코딩하지 않도록 설계될 수 있다.

VHT-SIGB 필드(770)는 각 STA들에 대한 MCS(modulation and coding scheme)에 대한 정보 및 레이트 매칭(rate-matching)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 각 STA들을 위한 데이터 필드에 포함된 PSDU 길이를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. PSDU의 길이를 지시하는 정보는 PSDU의 비트 시퀀스의 길이를 지시하는 정보로 옥테트 단위로 지시할 수 있다. 한편, PPDU가 SU 전송되는 경우, MCS에 대한 정보는 VHT-SIGA 필드(740)에 포함되기 때문에 VHT-SIGB 필드(770)에는 포함되지 않을 수 있다. VHT-SIGB 필드(770)의 크기는 MIMO 전송의 유형(MU-MIMO 또는 SU-MIMO) 및 PPDU 전송을 위해 사용하는 채널 대역폭에 따라 다를 수 있다.

데이터 필드(780)는 STA으로 전송이 의도되는 데이터를 포함한다. 데이터 필드(780)는 MAC 계층에서의 MPDU(MAC Protocol Data Unit)가 전달된 PSDU(PLCP Service Data Unit)과 스크램블러를 초기화 하기 위한 서비스(service) 필드, 컨볼루션(convolution) 인코더를 영 상태(zero state)로 되돌리는데 필요한 비트 시퀀스를 포함하는 꼬리(tail) 필드 및 데이터 필드의 길이를 규격화 하기 위한 패딩 비트들을 포함한다. MU 전송인 경우, 각 STA으로 전송되는 데이터 필드(780)에 각각 전송이 의도되는 데이터 유닛이 포함될 수 있으며, 데이터 유닛은 A-MPDU(aggregate MPDU)일 수 있다.

도 4와 같이 주어진 무선랜 시스템에서 AP(410)가 STA1(421), STA2(422) 및 STA3(423)에게 데이터를 전송하고자 하는 경우, STA1(421), STA2(422), STA3(423) 및 STA4(424)를 포함하는 STA 그룹으로 PPDU를 전송할 수 있다. 이 경우 도 7과 같이 STA4(424)에게 할당된 공간 스트림은 없도록 할당할 수 있으며, STA1(421), STA2(422) 및 STA3(423) 각각에게 특정 개수의 공간 스트림을 할당하고 이에 따라 데이터를 전송할 수 있다. 도 7과 같은 예시에 있어서 STA1(421)에게는 1개의 공간 스트림, STA2(422)에게는 3개의 공간 스트림, STA3(423)에게는 2개의 공간 스트림이 할당되어 있음을 알 수 있다.

도 8은 무선랜 시스템에서 제공되는 MAC 프레임의 포맷을 나타내는 블록도이다.

MAC 프레임은 전술한 PPDU의 데이터 필드에 포함되는 MPDU(PHY 계층으로 전달된 경우 PSDU)일 수 있다.

도 8을 참조하면, MAC 프레임(800)은 프레임 제어(frame control) 필드(810), 지속시간/ID(duration/ID) 필드(820), 주소 1(address 1) 필드(831, 주소 2 (address 2) 필드(832), 주소 3 필드(833), 시퀀스 제어(sequence control) 필드(840), 주소 4 필드(834), QoS 제어 필드(850), HT 제어 필드(860), 프레임 바디(870) 및 FCS(Frame Check Sequence) 필드(880)를 포함한다.

프레임 제어 필드(810)는 프레임 특성에 대한 정보를 포함한다. 프레임 제어 필드는 프레임(800)이 지원하는 무선랜 표준의 버전을 지시하는 프로토콜 버전 정보 및 프레임의 기능을 식별하는 타입 및 서브 타입 정보를 포함할 수 있다.

지속시간/ID 필드(820)는 프레임(800)의 타입 및 서브 타입에 따라 다른 값을 가지도록 구현될 수 있다. 프레임(800)의 타입 및 서브 타입이 파워 세이브 운영을 위한 PS-폴 프레임인 경우, 지속시간/ID 필드(820)는 프레임(800)을 전송한 STA의 AID를 포함하도록 설정될 수 있다. 그 이외의 경우, 지속시간/ID 필드(820)는 프레임(800) 타입 및 서브 필드에 따라 특정 지속시간 값을 가지도록 설정될 수 있다. 프레임(800)이 A-MPDU 포맷에 포함된 MPDU인 경우, 각 MPDU의 MAC 헤더에 포함된 지속시간/ID 필드(820)는 모두 같은 값을 가지도록 구현될 수 있다.

주소 1 필드 내지 주소 4 필드(831 내지 834)는 BSSID를 지시하는 BSSID 필드, 소스 주소(source address; SA)를 지시하는 SA 필드, 목적 주소(destination address; DA)를 지시하는 DA 필드, 전송 STA 주소를 지시하는 TA(Transmitting Address) 필드 및 수신 STA 주소를 지시하는 RA(Receiving Address) 필드 중 특정 필드들을 구현하도록 설정될 수 있다. 한편, TA 필드로 구현된 주소 필드는 대역폭 시그널링 TA 값으로 설정될 수 있으며, 이 경우 TA 필드는 프레임이 스크램블링 시퀀스에 추가적인 정보를 담고 있음을 지시할 수 있다. 대역폭 시그널링 TA는 해당 프레임을 전송하는 STA의 MAC 주소로 표현될 수 있으나, MAC 주소에 포함된 개별/그룹 비트(Individual/Group bit)가 특정 값, 일례로 '1',로 설정될 수 있다.

시퀀스 제어 필드(840)는 시퀀스 넘버(sequence number) 및 조각 넘버(fragment number)를 포함하도록 설정된다. 시퀀스 넘버는 상기 프레임(800)에 할당된 시퀀스 넘버를 지시할 수 있다. 조각 넘버는 상기 프레임(800)의 각 조각의 넘버를 지시할 수 있다.

QoS 제어 필드(850)는 QoS와 관련된 정보를 포함한다.

HT 제어 필드(860)는 고처리율(High Throughput; HT) 송수신 기법 및/또는 초고처리율(Very High Throughput; VHT) 송수신 기법과 관련된 제어 정보를 포함한다. HT 제어 필드(860)의 구현에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

프레임 바디(870)는 송신 STA 및/또는 AP가 전송하고자 하는 데이터를 포함할 수 있다. 프레임 바디(870)에는 전송하고자 하는 제어 프레임(control frame), 관리 프레임(management frame), 액션 프레임(action frame), 및/또는 데이터 프레임(data frame)에서 MAC 헤더와 FCS를 제외한 바디 구성(body component)이 구현될 수 있다. 프레임(800)이 관리 프레임 및/또는 액션 프레임인 경우 상기 관리 프레임 및/또는 액션 프레임에 포함되는 정보 요소(information element)들이 상기 프레임 바디(870) 내에서 구현될 수 있다.

FCS 필드(880)는 CRC를 위한 비트 시퀀스를 포함한다.

이하에서는, 다중 무선 접속 기술(multi-Radio Access Technology; multi-RAT)에 대해서 기술한다.

3GPP LTE의 셀룰러(cellular) 기술과 Wi-Fi 기술로 대표되는 무선 접속 기술(Radio Access Technology; RAT)은 서로 다른 관점에서 개발되어 왔다. 셀룰러 시스템의 경우 중앙 집중화된 방식으로 네트워크의 효율성을 높이기 위해 개발되어 왔다. Wi-Fi 시스템의 경우 분산화된 구조로 최대한 간단하게 자원할당을 할 수 있도록 개발되어 왔다. 하지만, 무선 네트워크 환경은 점차 여러 무선 접속 기술이 서로 복잡하게 연관되는 환경으로 변화하고 있다. 이미, 하나의 단말에는 3GPP LTE, Wi-Fi 및 블루투스 등 여러 무선 인터페이스를 함께 가지고 있다. 다만, LTE 기지국, CN(core network) 및 Wi-Fi의 AP 등 단말이 인터넷에 연결되기 위한 무선 접속 기술의 인프라스트럭쳐(infrastructure)는 무선 접속 기술별로 여전히 분리되어 사용되고 있다. 이러한 환경을 소결합(loosely-coupled) 다중 RAT이라고 한다. 만일 이러한 인프라스트럭쳐 또한 여러 무선 접속 기술을 동시에 관리하고 이용할 수 있다면 이런 환경을 밀결합(tightly-coupled) 다중 RAT이라고 한다. 실제로 여러 가지 방식을 통하여 밀결합 다중 RAT 환경으로 가려는 움직임이 있다. 예를 들어, 3GPP LTE 소형 셀이면서 Wi-Fi 인터페이스도 가지고 있는 기지국에 대한 시장도 커질 것으로 예상되고, 중앙 집중화된 노드(node)가 무선 접속 기술이 다를 수도 있는 여러 기지국을 모두 관리할 수 있는 C-RAN(Centralized-Radio Access Network)과 같은 구조가 제안되기도 한다. 그리고 3GPP에서는 예전부터 Wi-Fi와 같은 non-3GPP 네트워크를 통합하여 관리하기 위한 표준도 만들고 있다. 이러한 밀결합 다중 RAT 환경은 조만간 현실화될 가능성이 높고 이러한 환경에서의 무선 자원 관리를 통해 얻을 수 있는 잠재적 이득에 대해 탐구할 필요가 있다.

밀결합 다중 RAT 환경의 가장 큰 차별점은 여러 무선 접속 기술이 하나의 플로우(flow)라 하여도 통합하여 패킷(data packet) 별로 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다는 것이다. 소결합 다중 RAT 환경에서 무선 자원 관리에 대한 연구는 주로 여러 무선 접속 기술 간에 부하 균형을 맞춰주는 형태가 많았다. 셀룰러와 Wi-Fi에 대한 연구가 대부분이고 주로 부하, 채널 상태, 전송 기술의 스위칭 비용 등을 고려해서 언제 어떤 무선 접속 기술을 사용할지를 정하는 알고리즘을 제시하였다. 다만, 소결합 다중 RAT 환경은 하나의 플로우는 하나의 무선 접속 기술만 사용 가능하다는 근본적인 한계를 가지고 있었다. 이러한 한계를 극복하고자, 밀결합 다중 RAT 환경은 응용 계층(application layer)에서 무선 접속 기술을 통합하는 방법이나 전송 계층(transport layer)에서 다중 경로(multi-path) TCP와 같은 방법이 제안되었다. 하지만, 이런 방법들은 실제 무선 환경은 고려하지 않고 수행된다는 단점이 있다.

따라서, 이하에서는 MAC 계층에서 여러 무선 접속 기술을 통합하고 관리하는 Super-MAC을 만들고, 이를 통해 밀결합 다중 RAT 환경이 갖는 이득이 더 커지도록 한다. Super-MAC의 주된 역할은 각 플로우의 QoE(Quality of Experience)를 높이기 위한 패킷 별 무선 접속 기술의 선택 및 각 무선 접속 기술의 스케줄링을 제어하는 것이다.

다시 말하면, 밀결합 다중 RAT은 하나의 단말이 인터넷에 연결될 때 또는 하나의 플로우가 동시에 여러 무선 접속 기술을 패킷 별로 선택할 때 사용될 수 있다. 따라서, 소결합 다중 RAT에서는 불가능한 패킷 별로 무선 접속 기술의 선택이 가능한 환경에서 무선 자원 관리를 위한 방법이 필요하다. 이를 위해, 각 무선 접속 기술의 무선 채널 상황, 부하 상황 및 에너지 소모를 파악해서 단말의 QoE를 높일 수 있도록 패킷 별 무선 접속 기술을 선택하고, 각각의 무선 접속 기술에서 패킷 스케줄링하는 방법을 제안한다.

이하에서는, 밀결합 다중 RAT 환경을 제안하기 위해 먼저 시스템 구조에 대해 기술한다. 그 이후에는 제안하는 알고리즘에 대한 설명과 알고리즘의 분석에 대해 기술한다.

1. 시스템 구조

도 9는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 Super-MAC 구조를 나타내는 도면이다.

여기서는, 하나의 기지국과 K개의 단말이 있는 밀결합 다중 RAT 환경을 고려한다. 기지국과 단말은 LTE, Wi-Fi 등 여러 무선 접속 기술을 가지고 있고 그 집합을 M으로 표시한다. 하나의 단말은 상향링크 또는 하향링크 중 하나의 플로우만 갖는다고 가정한다.

다중 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)을 관리하는 Super-MAC(920)을 도 9와 같이 큐(queue)로 모델링한다. 여기서, 다중 무선 접속 기술은 930-1 및 930-2만 도시하였다. m이 다중 무선 접속 기술 중 하나의 무선 접속 기술을 지시하는 변수라면, 다중 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M) 중 제m RAT(930-m)을 선택하였다고 볼 수 있다(m = 1, 2,...,M ).

하나의 플로우 내의 패킷들은 IP 계층(910)을 거쳐 Super-MAC의 큐로 들어오게 되고, 이후 다중 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M) 중 하나로 전달(forwarding)된다. 여기서, k가 K개의 단말 중 하나의 단말의 플로우를 지시하는 변수라면, 해당 단말의 제k 플로우가 IP계층(910)을 통해 들어온다고 볼 수 있다(k = 1, 2,...,K). 여기서는, 하나의 단말이 하나의 플로우를 갖는다고 가정하고, k는 각 단말의 플로우 인덱스를 지시하는 변수라고 할 수 있다.

각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)은 각자의 큐(queue)를 가지고 있고, Super-MAC(920)으로부터 전달된 패킷을 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)의 패킷 스케줄링 방식에 맞춰 무선 채널을 통해 도착지(단말 또는 기지국)로 보내준다.

1) 다중 RAT 시스템에서 자원 할당

각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)은 각자의 자원 할당 방식이 있고, Super-MAC(920) 설계를 위해서 이러한 이종성(heterogeneous)을 고려해줄 필요가 있다. 본 명세서에서는 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M) 별로 독립적이고 비동기적으로 자원 할당(또는 패킷 스케줄링)을 한다고 가정한다. 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)은 고유의 결정 집합(decision set)을 가지고 있고, 각각의 결정 시간(decision time)에 결정 집합 중 하나의 선택을 한다. 여기서 결정(decision)은 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)에서 패킷의 스케줄링을 결정하는 것에 대응한다. 제m RAT의 결정 집합을 D^m이라고 하고, r^m = 1, 2, 3,...번째 결정 시간을

이라고 한다. 두 연속한 결정 시간 사이의 결정 간격(decision interval)은 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)에 따라 변화되는 값일 수 있다. 예를 들어, LTE의 경우는 슬롯(slot) 기반의 시스템으로 결정 간격은 항상 일정하다. 반면에, Wi-Fi의 경우는 프레임(frame) 기반의 시스템으로 패킷의 사이즈나 전송 속도에 따라서 결정 간격이 항상 변화한다. 제m RAT의 결정 간격은

으로 정의한다.

은 특정 경계를 이하의 수학식과 같이 갖는다고 가정한다.

이 가정은 이후의 성능 분석을 위해서도 필요하다. Super-MAC(920)에서 결정 간격

을 이하와 같이 최소값으로 설정한다.

Super-MAC(920)에서는 제k 플로우의 패킷을 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)에게 얼마만큼 보낼지를 결정한다. 제k 플로우의 제m RAT으로의 전달률(forwarding rate)을

로 표현한다. 그리고 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)에서 특정 결정(decision)을 통해 얻게 되는 전송률(throughput)은

으로 표현한다. 전달률과 전송률은 이하와 같은 상한 경계를 가진다고 가정한다.

전달률을 결정하는 부분을 다중 RAT 선택(multi-RAT selection)이라 부르고, 각 무선 접속 기술(930-1, 930-2,...,930-M)에서 결정(decision)을 하는 과정을 다중 RAT 제어(multi-RAT control)이라고 한다. 본 명세서는 다중 RAT 선택과 다중 RAT 제어를 통해서 전체 시스템의 성능 및 단말이 체감하는 성능을 향상시키는 것이다.

도 9는 Super-MAC(920)의 기본 구조를 큐를 사용하여 모델링하였다. Q_k는 제k 플로우에 대한 Super-MAC(920)의 큐이고 이하와 같이 라운드(round) r마다 업데이트된다.

은 제k 플로우에 대한 제m RAT에서의 큐이고 이하와 같이 라운드 r마다 업데이트된다.

여기서,

은 제k 플로우의 라운드 r에서의 도달률(arrival rate)가 되고, 이 값에 결정 간격

가 곱해진

는 하나의 라운드 사이에 들어온 데이터 사이즈(또는 트래픽 양)이라 할 수 있다. 상기 값들은 i.i.d 프로세스에 따른다고 가정한다.

은 이하와 같이 상한 경계를 가진다고 가정한다.

2) 다중 RAT 시스템에서 전력 소모량

단말의 에너지 소모 또한 고려한다. 최근 스마트폰에서 LTE, Wi-Fi 또는 3G 등 무선 접속 기술을 이용하는 것에 따른 에너지 소모를 직접 측정을 한 연구들이 많이 있다. 무선 접속 기술 별로 같은 데이터를 보내더라도 단말이 소모하는 에너지는 크게 차이가 나게 된다. 이러한 이종성을 고려하여 실제 측정 결과를 기반으로 에너지 소모에 대해 기술한다. 이때 단말의 에너지 소모는 통신 모드(communication mode)와 전송률에 의해서 결정된다. 데이터 전송 시 단말이 소모하는 에너지 소모는 전송률에 대한 선형 함수로 이하와 같이 나타낼 수 있다.

여기서

은 전송률과 상관없이 고정적으로 소모되는 전력,

은 상향링크 전송률 대비 에너지 소모량,

은 하향링크 전송률 대비 에너지 소모량이다.

와

은 단말 k의 상향링크와 하향링크의 전송률을 각각 나타낸다. 전력 소모량은 실제 무선 전송이 이루어지는 각 무선 접속 기술에서 이루어지는 결정(decision)에 따른 결과이다. 하지만, 여러 무선 접속 기술의 이종성을 고려하기 위해서 Super-MAC 계층에서 소모되는 에너지를 예측할 수 있어야 한다. 따라서 수학식 8을 기반으로 패킷을 분기시키는 지점에서 전달률

에 관한 전력 소모량을 이하와 같이 나타낸다.

즉, 전력 소모량은 전달률에 대한 선형 함수로 모델링되고, 함수의 구체적인 값은 다중 접속 기술별 파라미터, 전송률 및 상향링크인지 하향링크인지 여부에 따라 다르게 결정된다.

3) 제안되는 수학식

본 명세서의 목적은 밀결합 다중 RAT 환경에서 무선 자원 관리를 통하여 단말의 QoE를 높이는 것이다. 구체적으로 단말의 전송률, 공평성 및 에너지, 이 세 가지 요소를 고려한다. 직접적으로 고려하지는 않지만, 여러 무선 접속 기술을 통합함으로써 단말의 체감 지연에 대한 성능도 개선할 수 있다. 단말 k가 소모하는 평균 에너지 소모량을

라 하고, 이하와 같이 나타낼 수 있다.

단말 k의 평균 트래픽 생성률을

라 하고, 이하와 같이 나타낼 수 있다.

유사하게 단말 k에서 제m RAT으로 보내는 평균 전달률을

라 하고, 이하와 같이 나타낼 수 있다.

단말 k가 제m RAT을 통해서 얻는 평균 전송률을

라 하고, 이하와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, E{}는 기대 값(expectation)을 구하는 함수이다. 즉, 전력 모델의 경우

과 같은 값이 시간에 따라 변화하는 변수라고 할지라도 상관없이 그 기대 값을 사용한다는 것이다. 또한, 상기 값들을 시간에 따라 평균을 취하는 과정이, 수학식 11 내지 14와 같이 r=0에서 R-1까지 더하고 R을 무한대로 보내는 과정이다. 본 명세서에서 알고리즘의 수행 목적은 어떤 특정 순간에서 성능을 최적화하는 것이 아니라, 시간 관점에서 평균적인 성능을 최적화하는 것에 있다. 이때, 본 명세서의 알고리즘은 시간 평균 관점에서 최적화를 달성하기 위해 매 순간 어떤 행동을 해야하는지 알려주는 것이다.

본 명세서에서 풀고자 하는 문제는 이하와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 15 및 16을 쉽게 이해하기 위해, 간단한 예시를 들어본다. 평균 100을 맞추는 것이 알고리즘의 목적이고 이전에 3개의 슬롯 동안 99, 99, 99였다면 다음 슬롯에서는 알고리즘이 103을 선택하도록 만들어주는 것이다. 수학식 15가 이러한 값을 선택하는 부분을 담당하고, 수학식 16이 선택을 위한 제약 조건에 해당하게 된다.

여기서, C_U와 C_P는 상수이고,

는 보조 변수이다. 그리고 효용함수 U_k는 무선 자원의 효율성과 단말 간의 공평성을 동시에 고려해주기 위해 이하와 같이 정의한다.

여기서, c_k는 상수이다.

C_U와 C_P의 경우 0 또는 양수 중 어떤 값이라도 될 수 있고, c_k는 양수 중 어떤 값이라도 될 수 있다. 상기 값들은 상대적인 크기에 따라 영향을 서로 받는다. 상기 값들의 의미와 영향력을 이하에서 기술한다.

먼저, C_U는 단말 간 전송률에 대한 공평성과 효율성의 중요도를 나타낸다. 즉, 효용함수 U에 대한 중요도에 대응한다. 값이 커질수록 보다 전송률이 높아지고 공평성이 커진다. C_P는 단말의 전력 절약에 대한 중요도를 나타낸다. 즉, 값이 커질수록 보다 에너지를 절약하는 방향으로 알고리즘이 수행된다. c_k는 공평성을 나타내는 여러 기준 중의 하나인 비례공평성(proportinal fairness)에 얼마나 가깝게 만들어 주는지를 정해준다. 즉, 값이 커질수록 알고리즘이 보다 비례공평성에 맞도록 동작하게 된다. 이하에서 기술할 상수 V는 공평성, 효율성, 전력 소모의 평균 성능과 큐의 길이(또는 지연) 사이의 트레이드오프 관계를 조절한다. 0에 가까울수록 지연은 줄어들지만 평균 성능은 악화되고, 값이 커질수록 평균 성능은 최적화되지만 지연은 늘어나게 된다. C_U, C_P, c_k는 직접 또는 간접적으로 값이 커질수록 지연은 늘어나는 구조이다.

따라서, 상술한 상수 값은 시스템의 목적에 따라 더 중요하다고 판단되는 부분에 가중치를 주도록 하는 것이다. 예를 들어, 전력 절약을 전혀 신경 쓰고 싶지 않다면 C_P를 0으로 설정하고 알고리즘을 수행하면 되고, 평균 성능은 좋지 않지만 지연은 줄이고 싶다면 V를 작은 값으로 설정하고 알고리즘을 수행하면 된다.

상기 문제를 푸는

와

를 찾는 것을 통해서 단말의 전송률, 공평성 및 에너지를 모두 최적화하는 자원 관리를 할 수 있다.

2. 알고리즘 설명

먼저 전송률의 최적화는 모든 가능한 도달(feasible arrival)에 대하여 이하와 같이 큐 안정도를 만족시키면 달성이 가능하다.

참고로, 가능한 도달이라는 것은 주어진 도달(arrival)보다 높은 전송률을 제공하는 방법이 적어도 한가지는 있는 도달에 대하여 가능한 도달이라고 부른다.

여기서,

는 실제 제m RAT이 갖고 있는 큐가 아니라 이를 Super-MAC의 결정 시점인 r에서 관찰되는 값이다. 이 값은 이하와 같이 업데이트 될 수 있다.

여기서

은 Super-MAC의 라운드 r에 대응되는 제m RAT에서의 라운드에 대응된다.

다음으로, 가능하지 않은 도달(infeasible arrival)에 대하여 단말 간 공평성을 고려해주기 위해서 가상 큐 Z_k을 가정하고 이하와 같이 나타낸다.

여기서,

는 보조 변수로 효용함수인

를 최대화하는 방향으로 업데이트되는 값이고,

은 플로우 제어(flow control)을 통해서 실제로 받아들이는 값이 된다. 즉, 원래의 Super-MAC의 큐는 이하와 같이 업데이트된다.

발생되는 트래픽의 양이 현재 시스템에서 처리 불가능하다면(즉, infeasible arrival) 큐를 안정화시키기 위해서 적절한 기준에 의해서 패킷을 처리할지 말지를 결정해줘야한다(즉, 플로우 제어). 따라서, 모든 패킷

을 모두 받아들이는 것이 아니라 시스템에 트래픽이 과부화되고 있다고 생각되면

만큼의 트래픽만 받아들이는 것이다. 이 양을 조절함으로써 공평성을 맞출 수 있다. 이 값을 정하는 방법과 가상의 큐

의 입력인

을 정하는 방법은 이후 Super-MAC 알고리즘을 통해 제시하도록 하겠다.

다음으로 이상적인 시스템을 살펴본다. 이상적인 시스템이란 Super-MAC의 결정이 일어나는 라운드 r마다 모든 무선 접속 기술도 결정 가능한 시스템이다. 즉, 모든 무선 접속 기술이 동기화된 구조이다. 이와 같은 이상적인 시스템에서 업데이트되는 큐 정보를 이하와 같이 나타낼 수 있다.

한 가지 특별한 장치는

주기로 실제 시스템의 큐와 동일한 값으로 재설정한다는 것이다. 이를 통해서 이상적인 시스템의 가상의 큐가 유한한 값으로 유지될 수 있다면, 실제 시스템의 큐 또한 동일한 값으로 유지된다고 할 수 있다. Super-MAC의 큐와 유사하게 이상적인 시스템에서 각 무선 접속 기술의 큐를 이하와 같이 나타낼 수 있다.

모든 큐들의 집합을

을

로 정의한다. 이때 우리는 Lyapunov 함수를 이하와 같이 사용할 수 있다.

또한, Lyapunov drift를 이하와 같이 사용할 수 있다.

여기서, C_U와 C_P의 경우 0 또는 양수 중 어떤 값이라도 될 수 있다. 상기 값들은 상대적인 크기에 따라 영향을 서로 받는다. 상기 값들의 의미와 영향력을 이하에서 기술한다.

먼저, C_U는 단말 간 전송률에 대한 공평성과 효율성의 중요도를 나타낸다. 즉, 효용함수 U에 대한 중요도에 대응한다. 값이 커질수록 보다 전송률이 높아지고 공평성이 커진다. C_P는 단말의 전력 절약에 대한 중요도를 나타낸다. 즉, 값이 커질수록 보다 에너지를 절약하는 방향으로 알고리즘이 수행된다. 상수 V는 공평성, 효율성, 전력 소모의 평균 성능과 큐의 길이(또는 지연) 사이의 트레이드오프 관계를 조절한다. 0에 가까울수록 지연은 줄어들지만 평균 성능은 악화되고, 값이 커질수록 평균 성능은 최적화되지만 지연은 늘어나게 된다. C_U, C_P는 직접 또는 간접적으로 값이 커질수록 지연은 늘어나는 구조이다.

Lyapunov drift 수식의 오른쪽 항의 상한 경계를 최소화하는 것을 통해 이하와 같은 알고리즘을 얻을 수 있다. 참고로 상한 경계를 최소화하는 노력을 통해서 수식적으로 그 성능 분석을 하면 제안할 알고리즘이 최적 값에 점근적으로 접근할 수 있는 알고리즘이 된다. 본 명세서에서 제안하는 알고리즘은 이하와 같다.

<Super-MAC 알고리즘>

먼저, C_U와 C_P의 경우 0 또는 양수 중 어떤 값이라도 될 수 있다. 상기 값들은 상대적인 크기에 따라 영향을 서로 받는다. 상기 값들의 의미와 영향력을 이하에서 기술한다.

먼저, C_U는 단말 간 전송률에 대한 공평성과 효율성의 중요도를 나타낸다. 즉, 효용함수 U에 대한 중요도에 대응한다. 값이 커질수록 보다 전송률이 높아지고 공평성이 커진다. C_P는 단말의 전력 절약에 대한 중요도를 나타낸다. 즉, 값이 커질수록 보다 에너지를 절약하는 방향으로 알고리즘이 수행된다. 상수 V는 공평성, 효율성, 전력 소모의 평균 성능과 큐의 길이(또는 지연) 사이의 트레이드오프 관계를 조절한다. 0에 가까울수록 지연은 줄어들지만 평균 성능은 악화되고, 값이 커질수록 평균 성능은 최적화되지만 지연은 늘어나게 된다. C_U, C_P는 직접 또는 간접적으로 값이 커질수록 지연은 늘어나는 구조이다.

- 다중 RAT 선택(multi-RAT selection) -

매 라운드 r=0, 1,...,마다 Super-MAC의 큐에 있는 각 제k 플로우는 이하의 수학식을 만족하는 무선 접속 기술

를 선택한다.

그리고 만약

값이 양수라면 선택된 무선 접속 기술

로 패킷을 전달한다. 여기서 V는 상수 값이고

은 Super-MAC의 라운드 r에 대응되는 제m RAT에서 라운드에 대응한다.

- 다중 RAT 제어(multi-RAT control) -

제m RAT에서의 결정 라운드(decision round) r^m에서 이하와 같은 수학식을 만족하는 결정(decision)을 찾는다.

이 경우 제k 플로우는

의 전송률을 얻게 된다.

- 플로우 제어(flow control) -

매 라운드 r마다 제k 플로우의 도달률을 이하와 같이 제어한다.

여기서,

은 가상의 큐이고, 가상의 큐가 결정되는 방법은 이하에서 기술한다.

은 라운드 r에서 제k 플로우에 의해 생성되는 트래픽의 양이고, 이 중에서 실제 Super-MAC의 큐로 들어갈 수 있게 허용되는 양은

이다.

- 보조 변수 제어(auxiliary variable control) -

매 라운드 r마다 제k 플로우를 위한 보조 변수

을 이하와 같이 결정한다.

- 큐 업데이트 (queue update) -

매 라운드 r마다 Super-MAC의 큐 Q_k와 가상의 큐 Z_k를 업데이트 하고, 제m RAT의 경우 결정 라운드 r^m마다 각각의 큐

을 업데이트 한다. Q_k는 상술한 수학식 5에 의해 업데이트 되고, Z_k는 상술한 수학식 20에 의해 업데이트 된다.

는 상술한 수학식 6에 의해 업데이트 된다.

제안하는 알고리즘에서 다중 RAT 선택은 각 무선 접속 기술의 큐와 전력 소모를 고려해줌으로써 여러 무선 접속 기술 중에서 가장 적은 큐를 가지고, 에너지 효율이 좋은(전력 소모가 적은) 무선 접속 기술 쪽으로 더 많은 패킷을 보내도록 동작한다. 이때, VC_P값을 적게 조절함으로써 무선 접속 기술별로 부하를 분산하여 최대한 여러 무선 접속 기술을 같이 이용하도록 할 수 있다. 반대로, VC_P값을 크게 조절함으로써 에너지 효율적으로 동작하기 위해 패킷을 가장 에너지 효율이 좋은 무선 접속 기술 위주로 보낼 수 있다.

다중 RAT 제어의 경우에는 각각의 무선 접속 기술별로 큐의 길이와 순간 전송률의 곱을 기준으로 가장 높은 플로우부터 패킷을 스케줄링하도록 한다. 다만, 실제 시스템에서는 무선 접속 기술의 결정이 각 무선 접속 기술별로 비동기화된 구조로 이루어지게 된다. 그래서, 제안하는 알고리즘이 달성하는 성능을 수학적으로 분석하는 것에 어려움이 있다. 또한, 보조 변수

과 가상의 큐인

를 기반으로 하는 플로우 제어를 통하여 불가능한 도달(infeasible arrival)에 대하여 공평성도 만족할 수 있다. 즉, 제안한 알고리즘을 통해 단말의 전송률, 공평성 및 에너지 소모를 모두 고려할 수 있다.

3. 알고리즘 분석

본 명세서에서 제안하는 알고리즘이 달성될 수 있는 이론적 성능을 기술하도록 한다. 먼저 이상적인 시스템에서 달성할 수 있는

의 최적 값을 J^*라 하고 실제 제안하는 알고리즘이 각 무선 접속 기술별로 비동기화된 구조로 수행되어서 얻게 되는 값을 J_asyn이라 한다. 이 경우 둘의 차이를 이하의 수학식을 통해 유도할 수 있다.

상기 수학식 그대로 최적 값 J^*와 실제 알고리즘을 통해서 달성하는 J_asyn값 의 차이는 어떤 상수 V로 나눈 값이 된다. 즉, V를 크게 가져가면 갈수록 제안한 알고리즘을 통해 달성하는 값이 최적 값에 접근한다고 할 수 있다. 반명 Super-MAC의 큐

와 각 무선 접속 기술에서의 큐

은 이하와 같은 상한 경계를 가진다.

여기서, v_k는 효용함수

의 미분 값의 최대값, 즉, 최대 기울기를 나타낸다.

큐의 길이는 앞선 이론적 성능에 대한 수학식 32와는 다르게, V값이 늘어날수록 큐의 길이의 상한 경계는 늘어나는 구조를 가지고 있다. 각각의 무선 접속 기술이 비동기화된 구조로 동작하는 상황에서도 제안한 알고리즘이 최적 성능에 접근할 수 있다는 결론을 수학식 32 내지 수학식 35로 확인하였다. 반면에 최적 성능을 달성하기 위해서는 큐의 길이는 늘어나는 것을 수학식 36 및 수학식 37로 확인하였다. 즉, 성능과 큐의 길이 간에는 트레이드오프(trade-off) 관계를 가지는 구조의 알고리즘을 제안한다고 볼 수 있다.

도 10은 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 Super-MAC 기반의 시스템 구조를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 명세서에서 제안한 Super-MAC 알고리즘이 NS-3 시뮬레이터를 활용하여 현재 시스템 구조 및 통신 규격에 맞게 구현한 것이다.

여기서는, 무선 접속 기술들 중 NS-3 시뮬레이터에서 제공하고 있는 LTE와 Wi-Fi를 사용한다. NS-3 시뮬레이터는 하나의 기지국이나 단말이 두 종류의 인터페이스를 동시에 가지고 있는 것을 지원하나, 상기 두 종류의 인터페이스는 완전히 분리된 구조이다. NS-3 시뮬레이터에서 제공하는 IPv4 프로토콜, Wi-Fi MAC, LTE 스케줄러 모듈 및 이와 관련된 기타 모듈들을 수정하여서 밀결합 다중 RAT 환경을 만들어주었다.

구체적인 구조로, 도 10과 같이, 다중 RAT 단말(1010), 다중 RAT 기지국(1020), 다중 RAT 게이트웨이(1030)의 세 종류의 구성요소와 Remote host(1040)이 있다. 다중 RAT 단말(1010)은 인터넷에 IP 계층보다 상위에서부터 end-to-end 연결이 보장된다. IP 계층보다 하위에서 다중 RAT 단말(1010)은 다중 RAT 기지국(1020)과 Wi-Fi와 LTE 두 종류의 에어 인터페이스(air interface)로 연결된다. 따라서, 하나의 세션이라도 패킷별로 Wi-Fi와 LTE를 선택할 수 있게 된다. 수정된 IPv4 프로토콜 모듈, Wi-Fi MAC 및 LTE 스케줄러 모듈에 각각의 플로우 별로 큐를 두고 이에 대한 출력율을 제어할 수 있도록 하였다. 이러한 기능을 통하여 상술한 Super-MAC 알고리즘이 수행되도록 하였다.

도 11은 본 명세서의 실시예가 적용되는 절차를 나타내는 흐름도이다.

본 명세서의 실시예는 다중 RAT을 지원하는 기지국과 다중 RAT을 지원하는 게이트웨이를 포함하는 무선통신시스템에서 제어정보를 전송하는 방법이다. 여기서, 기지국과 게이트웨이는 서로 다른 개체(entity)이고, 게이트웨이에서 Super-MAC이 구현된다. 즉, 기지국에서 게이트웨이로 시그널링을 주면, 게이트웨이는 상술한 알고리즘에 따라 제어정보를 전송하는 것이다.

여기서는, 하나의 단말은 하나의 데이터 패킷의 플로우만을 가지고, 기지국의 전력 소모가 단말의 전력 소모에 대응한다고 본다.

먼저, 도시된 S1110 단계에 따르면, 게이트웨이가 기지국으로부터, 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 수신한다. 상기 정보들은 기지국이 게이트웨이로 보내는 시그널링에 포함되고, 상기 정보들은 RAT을 선택하기 위해 필요한 정보들이다.

도시된 S1120 단계에 따르면, 게이트웨이가 기지국에서의 다중 RAT의 큐의 길이에 대한 정보와 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 기반으로 다중 RAT 중 어느 하나를 선택한다. 상술한 알고리즘에 따라, RAT의 큐의 길이가 짧고, 전력 소모량에 따른 에너지 효율성이 좋은 RAT을 선택한다. 에너지 효율성을 조절할 수 있는 상수 V와 C_p를 두어, VC_p 값을 작게 조절하면 RAT별로 부하 분산을 하여 최대한 여러 RAT을 같이 사용하도록 한다. VC_p 값을 크게 조절하면 에너지 효율적으로 동작하기 위해 에너지 효율적인 RAT 위주로 사용하도록 한다.

도시된 S1130 단계에 따르면, 게이트웨이가 기지국으로, 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달한다. 제어정보는 선택된 RAT에서 패킷의 스케줄링을 지시한다. 상술한 알고리즘에 따라, 각각의 RAT 별로 큐의 길이와 순간 전송률의 곱이 높은 플로우부터 패킷의 스케줄링이 수행된다.

도 12는 본 명세서의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다.

무선장치(1200)는 프로세서(1210), 메모리(1220), RF(radio frequency) 유닛(1230)을 포함할 수 있다.

프로세서(1210)는 상술한 기능, 절차, 방법들을 구현하도록 설정될 수 있다. 라디오 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층(layer)들은 프로세서에 구현될 수 있다. 프로세서(1210)는 상술한 동작을 구동하기 위한 절차를 수행할 수 있다. 메모리(1220)는 동작적으로 프로세서(1210)에 연결되고, RF 유닛(1230)은 프로세서(1210)에 동작적으로 연결된다.

프로세서(1210)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1220)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(1230)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1220)에 저장되고, 프로세서(1210)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1220)는 프로세서(1210) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 널리 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1210)와 연결될 수 있다.

상술한 일례들에 기초하여 본 명세서에 따른 다양한 기법들이 도면과 도면 부호를 통해 설명되었다. 설명의 편의를 위해, 각 기법들은 특정한 순서에 따라 다수의 단계나 블록들을 설명하였으나, 이러한 단계나 블록의 구체적 순서는 청구항에 기재된 발명을 제한하는 것이 아니며, 각 단계나 블록은 다른 순서로 구현되거나, 또 다른 단계나 블록들과 동시에 수행되는 것이 가능하다. 또한, 통상의 기술자라면 간 단계나 블록이 한정적으로 기술된 것이나 아니며, 발명의 보호 범위에 영향을 주지 않는 범위 내에서 적어도 하나의 다른 단계들이 추가되거나 삭제되는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

상술한 실시 예는 다양한 일례를 포함한다. 통상의 기술자라면 발명의 모든 가능한 일례의 조합이 설명될 수 없다는 점을 알 것이고, 또한 본 명세서의 기술로부터 다양한 조합이 파생될 수 있다는 점을 알 것이다. 따라서 발명의 보호범위는, 이하 청구항에 기재된 범위을 벗어나지 않는 범위 내에서, 상세한 설명에 기재된 다양한 일례를 조합하여 판단해야 할 것이다.

Claims (9)

1. 다중 RAT(Radio Access Technology)을 지원하는 기지국 및 상기 다중 RAT을 지원하는 게이트웨이(gateway)를 포함하는 무선통신시스템에서 제어정보를 전송하는 방법에 있어서,
   상기 게이트웨이가, 상기 기지국으로부터, 상기 기지국에서 다중 RAT의 큐(queue)의 길이에 대한 정보 및 상기 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 수신하는 단계;
   상기 게이트웨이가, 상기 기지국에서 다중 RAT의 큐(queue)의 길이에 대한 정보 및 상기 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 기반으로 상기 다중 RAT 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및
   상기 게이트웨이가, 상기 기지국으로, 상기 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
   방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 선택된 RAT은, 하기 수학식에 의해 결정되고,
   

   

   
   상기 m은 상기 다중 RAT 중에 어느 하나의 RAT을 지시하는 변수이고, 상기 M은 상기 다중 RAT 전체를 지시하는 변수이고, 상기 k는 상기 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷(data packet)의 플로우(flow)의 인덱스(index)를 나타내고, 상기 r은 상기 게이트웨이에서 상기 다중 RAT 중에 어느 하나를 선택하는 주기이고, 상기

   

   은 상기 기지국에서 상기 다중 RAT 중에 어느 하나를 선택하는 주기이고, 상기

   

   은 상기 게이트웨이에서 다중 RAT의 큐이고, 상기

   

   은 상기 기지국에서 상기

   

   에서의 다중 RAT의 큐이고, 상기

   

   은 상기 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷의 전달률(forwarding rate)이고, 상기

   

   은 상기 기지국의 전력소모량이고, 상기 VC_P는 상기 기지국의 전력소모량을 제어하는 상수인 것을 특징으로 하는
   방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷의 전달률은 상기 다중 RAT으로 데이터 패킷을 전송하는 비율을 지시하는 것을 특징으로 하는
   방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 게이트웨이가, IP 계층으로부터 데이터 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하되,
   상기 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷의 도달률(arrival rate)은, 하기 수학식에 의해 결정되고,
   

   

   
   상기 k는 상기 게이트웨이로 수신되는 데이터 패킷(data packet)의 플로우(flow)의 인덱스(index)를 나타내고, 상기 r은 상기 게이트웨이에서 상기 다중 RAT 중에 어느 하나를 선택하는 주기이고, 상기

   

   은 상기 게이트웨이에서 다중 RAT의 큐이고, 상기

   

   은 상기 게이트웨이에서 가상의 큐이고, 상기

   

   은 상기 r에서 데이터 패킷의 트래픽 양인 것을 특징으로 하는
   방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 선택된 RAT에 관한 제어정보는 상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷의 스케줄링을 지시하고,
   상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷의 스케줄링을 지시하기 위해 필요한 변수

   

   는, 하기 수학식에 의해 결정되고,
   

   

   
   상기 m은 상기 다중 RAT 중에 어느 하나의 RAT를 지시하는 변수이고, 상기 d^m은 상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷의 스케줄링을 상기 기지국에서 결정하는 변수이고, 상기 D^m은 상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷의 스케줄링을 상기 기지국에서 결정하는 변수의 집합이고, 상기 r^m은 상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷의 스케줄링을 상기 기지국에서 결정하는 주기이고, 상기 k는 상기 게이트웨이로 수신된 데이터 패킷(data packet)의 플로우(flow)의 인덱스(index)를 나타내고, 상기 K는 상기 게이트웨이로 수신된 데이터 패킷(data packet)의 전체 플로우(flow)를 지시하고, 상기

   

   은 상기 기지국에서 상기 r^m에서의 다중 RAT의 큐이고, 상기

   

   은 상기 d^m에 따른 상기 기지국의 전송률(throughput)인 것을 특징으로 하는
   방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기

   

   의 값이 큰 RAT부터 상기 게이트웨이로부터 전달된 데이터 패킷이 스케줄링되는 것을 특징으로 하는
   방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 다중 RAT 각각은 비동기적(asynchronous)인 것을 특징으로 하는
   방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 다중 RAT 각각은 동기적(synchronous)인 것을 특징으로 하는
   방법.
   
9. 다중 RAT(Radio Access Technology)을 지원하는 기지국 및 상기 다중 RAT을 지원하는 게이트웨이(gateway)를 포함하는 무선통신시스템에서 제어정보를 전송하는 게이트웨이에 있어서,
   무선신호를 전송 및 수신하는 RF(radio frequency)부; 및
   상기 RF부에 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
   상기 기지국으로부터, 상기 기지국에서 다중 RAT의 큐(queue)의 길이에 대한 정보 및 상기 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 수신하고,
   상기 게이트웨이가, 상기 기지국에서 다중 RAT의 큐(queue)의 길이에 대한 정보 및 상기 기지국의 전력소모량에 대한 정보를 기반으로 상기 다중 RAT 중 어느 하나를 선택하고,
   상기 게이트웨이가, 상기 기지국으로, 상기 선택된 RAT에 관한 제어정보를 전달하는 것을 특징으로 하는
   게이트웨이.

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