KR20170053523A - 무선랜 시스템에서의 ofdma 랜덤 접근 제어 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선랜 시스템에서의 OFDMA 랜덤 접근 제어 기법에 관한 기술이 제공될 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서의 OFDMA 랜덤 접근 제어 기법{METHOD OF OFDMA RANDOM ACCESS CONTROL ON WIRELESS LAN SYSTEM}

본 발명은 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법에 관한 것으로, 특히 무선랜 시스템에서의 OFDMA 랜덤 접근 제어 기법에 관한 기술을 포함하고 있다.

차세대 무선랜은 상향 OFDMA 전송을 통하여 그 성능을 향상 시킬 수 있다. OFDMA상향 전송은 AP 단말로부터의 Trigger Frame에 기반하여 전송 기회가 발생하며, 이때에 Trigger Frame은 상향 전송 단말을 지시하는 기능 외에 특정 무선자원을 상향 단말들이 랜덤 접근하도록 지시하는 기능을 가질 수 있다. 이러한 랜덤 접근 채널에 대해서 상향 단말들을 위한 접근 제어 기법이 없을 경우 동일한 무선자원에 대한 동시 전송 혹은 미 전송으로 인한 무선자원 이용률 하락이 발생할 수 있으므로 기존 무선랜 시스템의 EDCA를 고려한 OFDMA 랜덤 채널 접근 및 무선 환경에 따른 랜덤 접근 제어 방법이 필요하다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존 무선랜 시스템의 EDCA를 고려한 OFDMA 랜덤 채널 접근 및 무선 환경에 따른 랜덤 접근 제어 방법을 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 802.11e 에서의 Access Category별 EDCA parameter 설정을 차세대 무선랜 OFDMA에 확장적용 하는 방법을 제시할 수 있고, 이에 따라 OFDMA경쟁 접근 환경에서도 QoS보장이 수행가능 하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, CCI를 통한 혼잡 제어 방법을 통하여 적은 Overhead로 경쟁 상황을 BSS 내에 알림과 동시에 채널 사용률을 최적화 할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선랜의 OFDMA 랜덤 접근을 도식화한 그림이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 높은 CCI가 Trigger Frame에 적용되었을 때의 OFDMA 랜덤 접근을 도식화한 그림이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 낮은 CCI가 Trigger Frame에 적용되었을 때의 OFDMA 랜덤 접근을 도식화한 그림이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 CCI 가 적용된 Trigger Frame 구조이다.

차세대 무선랜 시스템은 OFDMA기법을 적용함으로써 상향 전송에 있어서 발생하는 시간적 측면의 채널 접근 딜레이를 크게 줄일 수 있다. 이는 AP에 의해 전송되는 Trigger Frame이 전송 대상이 되는 단말들을 지정함으로써 이루어지나 Trigger Frame에서 랜덤 접근을 위한 자원을 지정해 둘 경우, 해당 무선 자원에 대해서는 Trigger Frame에 의해 지정되지 않은 단말들이라 하여도 접근하여 사용하는 것이 가능하도록 할 수 있다. 이 때에 가용한 주파수 자원은 기존 무선랜 시스템에서의 시간에 해당하는 역할을 가지며, 무선랜 시스템의 랜덤 접근방법이 타임 슬롯(Time slot)기반이었던 것과 달리 OFDMA에서의 랜덤 접근은 무선 자원 단위(RU) 기반으로 동작한다. 따라서 Trigger Frame이 랜덤 접근 제어를 위하여 열어준 RU가 3개일 경우 각 랜덤 접근 단말들은 OFDMA를 위한 Back-off 수치를 3개씩 줄이는 형태로 Back-off 기반 OFDMA 랜덤 접근을 수행할 수 있다. 이러한 랜덤 접근을 위해서 Back-off 값을 획득하는 과정이 필요하며, 이러한 랜덤 경쟁 전송 방법은 전송하고자 하는 Frame의 우선순위를 반영해야 할 뿐 아니라 무선랜 시스템 상황의 혼잡 혹은 경쟁 정도를 반영할 필요가 있어, 본 발명에서는 이러한 반영 방법을 제시한다.

Access Category를 적용한Back-off 기반 OFDMA 랜덤 채널 접근 Parameter 설정

802.11e는 EDCA Parameter를 프레임의 Access Category별로 차등 적용함으로써 경쟁기반 무선랜 시스템을 구성하면서도 QoS 보장을 위한 동작을 구현할 수 있도록 하였다. 차세대 무선랜 시스템에서는 Trigger Frame이 지시하는 일부 랜덤 접근 RU에 대해서 기존 무선랜 시스템에서는 존재하지 않던 경쟁 채널 접근을 수행할 수 있으며, 이때의 경쟁 방법은 기존 무선랜 시스템에서의 Back-off 방법을 차용한 OFDMA Back-off 방법을 이용가능하다.

OFDMA Back-off 방법은 단말들이 전송할 Frame이 생길 때 마다 기존의 Back-off 값 외에 추가적인 OFDMA Back-off를 얻도록 하여 Trigger Frame이 랜덤 접근을 위해 제공하는 RU의 수치만큼 Back-off 를 차감하여 그 값이 0이 되도록 하는 TXOP에 무작위로 RU를 선정하여 전송을 시도하도록 설계가능하다. 이러한 Back-off 값을 구성하는 데에 있어서 차세대 무선랜의 경우 802.11e에서 사용하는 Access Category에 대한 OFDMA channel access parameter들을 정의함으로써 QoS 보장을 수행하는 OFDMA 랜덤 상향 전송을 설계하도록 할 수 있다.

기존 802.11e Access Category에 따라서 본 발명에서 또한 Background, Best Effort, Video, Voice 그리고 기존의 Legacy DCF에 대해서 그 Parameter들을 정의 하도록 설계한다.

OFDMA Back-off를 수행할 때에 활용하는 Back-off 값을 얻기 위한 OFDMA Contention Window 크기(CWO)의 시작값 혹은 최소값, 그리고 CWO의 최대값을 Access Category마다 다르게 적용하도록 한다. 또한 OFDMA 랜덤 접근 제어를 위하여, 추가적으로 전송 가능 여부를 결정하는 전송 확률(PTx)을 적용한 p-persistent방법이 활용될 경우 Access Category별로 PTx 또한 정의할 수 있다. 이외에도 각 Access Category가 요구하는 QoS를 충족시키기 위해서는 최소 RU크기, OFDMA전송에서 적용가능한 TXOP 크기 등을 OFDMA 상향 랜덤 접근을 위한 Access Category별 parameter로 적용가능하다.

따라서 이러한 parameter를 Access Category별로 지정할 경우 아래의 표1과 같은 형태로 구성되게 되며, Background에서 Voice쪽으로 갈수록 채널 접근의 우선순위가 높거나 적어도 같도록 parameter들을 구성한다.

표1은 Access Category별 OBO parameter를 나타낸 것이다.

CWO값은 Back-off값을 선정하는 최대 폭이 되며, 기존 무선랜 시스템의 방법을 따라 CWO값은 전송 실패시마다 CWOmax에 도달하거나 재전송 제한횟수에 도달할 때까지 그 크기를 두 배로 키워가도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 CWO는 기존 무선랜 시스템에서 사용하는 두 배의 CWO값을 적용하여 CWOmax까지 지수적으로 값을 증가시키는 것 이외에, 실패시마다 특정 크기를 더하거나 기본값에 곱해지는 수치를 증가시킴으로써 선형적으로 CWO 값을 증가시키는 방법, 특정 CWO 크기 내에서 재전송 횟수와 연계된 복수 횟수의 Back-off를 값을 얻어내어 그 중 가장 큰 값을 Back-off를 하는 방법 등을 포함한다. 따라서 이상의 CWO 증가 방법들 중 어떤 것을 적용하냐에 따라서 CWOmax의 값 또한 CWOmin에 대해 2의 지수배 형태가 아닌 형태 또한 가질 수 있다. 특히 여러 Back-off값중에서 최대값을 선정하는 방법의 경우 앞선 지수적, 선형적 CWO 증가 방법들과 혼용되어 이용 가능하다.

전송 여부를 결정하는 PTx 의 경우 원칙적으로는 경쟁 제어를 위해 사용되므로 Access Category별 정의에서는 1로 설정될 수 있으나, CWO와 병행하여 Access Category 차등을 줄 경우에는 1이하의 다양한 값들을 설정할 수도 있으며, 이 때에는 Access Category별 parameter로서 정의될 필요가 있다.

OFDMA Back-off에서의 Contention 제어 기법

OFDMA Back-off 값(OBO)은 상향단말들이 전송할 Frame을 생성할 때마다 생성해 내는 값으로 본 발명에서는 해당 Frame의 OBO parameter가 규정하는 CWO값 내에서 무작위로 선정한 값으로 한다.

OBO는 Trigger Frame에 지정된 랜덤 RU의 수만큼 감소시키도록 동작하다 OBO가 0이 되도록 하는 Trigger Frame을 수신하였을 경우, 해당 Trigger Frame의 TXOP내에서 지정된 랜덤 RU들 중 무작위로 선정한 RU를 통해 전송을 수행한다. 앞서 기술한 바와 같이 OBO값은 CWO 값에 의해 정해지는데, 별도의 제어 방법 없이 CWO값을 적용하는 경우 랜덤 접근 사용자의 수에 따라서 OFDMA Back-off기법의 효율은 크게 떨어질 수도 있다.

따라서 해당BSS의 혼잡상황에 따라서 OFDMA Back-off는 경쟁 제어기법이 적용될 필요가 있으며, 본 발명에서는 CWO를 제어하는 방법과 PTx를 제어하는 방법을 제시하고 그를 위한 Contention Control Index(CCI)를 개발한다.

CCI는 OFDMA랜덤 접근 제어의 경쟁 정도 혹은 혼잡 정도를 나타내는 parameter로써 AP가 각 RU에서의 Collision여부를 판단하여 현재의 경쟁 정도가 높을 경우 높은 CCI값을 Trigger Frame에 삽입하고, 경쟁 정도가 낮은 경우 낮은 CCI값을 Trigger Frame에 삽입함으로써, 경쟁 정도를 조절할 수 있다.

본 발명에서는 CWO제어 기법 또는 PTx 제어 기법의 둘 중 하나 이상이 적용되는 것을 그 배경으로 하며, 낮은 CCI값이 Trigger Frame을 통해 알려질 경우 낮은 작은 CWO 과 큰 PTx 값을 적용하며 큰 CCI값이 Trigger Frame을 통해 전해질 경우 큰 CWO값과 작은 PTx 값을 적용한다. 이상의 CCI를 통한 제어방법은 앞서 언급한 바와 같이 CWO와 PTx 중 하나 이상에 대해서 적용한다.

도1은 CCI가 없을 경우 일반적인 OFDMA Back-off 과정을 나타낸 그림으로 STA1부터 STA7까지의 단말들이 OFDMA Back-off과정에 참여하는 것을 보여주는 그림이다. 첫번째 Trigger Frame은 3개의 RU를 랜덤 접근을 위해 할당하였으며, 해당 Trigger Frame 시점에 3이하의 OBO를 가지던 단말들이 랜덤 접근을 시도한 결과 STA6가 하나의 RU를 점유하고 나머지 다섯 단말들이 2개의 RU에서 충돌하게 된다. 새로운 OBO값을 얻어낸 단말들은 랜덤 접근을 허용하는 Trigger Frame을 수신하기 전까지OBO를 유지하지만, STA5의 경우 단일 사용자 전송에 성공함으로써 해당 Frame의 OBO가 말소되고 Random access에 참여하지 않게 되는 모습을 보인다. 다음 Trigger Frame에서는 4개의 RU가 랜덤 접근을 위해 할당되었으며, 이 때에도 심한 경쟁으로 인하여 STA1만이 OFDMA 상향 전송에 선공하였다.

도2는 CCI가 적용될 경우 위와 같은 상황을 적극적으로 해결할 수 있음을 보여주는 본 발명의 실시예로, CWO 제어와 PTx 가 적용되는 상황을 모두 보여주고 있다. 앞서의 도1의 실시예와 유사한 상황에서 이미 높은 경쟁 상황을 인지한 AP가 Trigger Frame을 전송 할 때에 높은 CCI값을 입력한 CCI field에 포함한 Trigger Frame을 전송하는 경우의 실시예로 각 단말들은 이후 생성하는 OBO에 대해서는 높은 CW값을 적용하도록 하며, 해당 Trigger Frame을 전송하는 때에도 낮은 PTx 를 적용하여 OBO가 이번 차례에 0이 될 수 있는 단말들의 경우도 전송을 하지 않도록 할 수 있다. 도2에서는 PTx 값에 의해 단말들이 전송하지 못할 경우에 OBO값을 유지하도록 하는 방법이 적용되었으며, 본 발명에서는 이외에도 OBO값을 0으로 만들어 다음 차례에 무조건적으로 시도하도록 하는 방법, 전송하지 못할 경우 CCI에 따른 CWO에 의해 새로운 OBO값을 설정하는 방법 등을 포함한다. 도2에서는 STA2, STA3, STA5가 이번 Trigger Frame 전송기회에 OBO가 0이 되는 대상임에도 불구하고, PTx 값에 의해 전송 기회에 참여하지 못하고, 그에 따라서 낮은 경쟁으로 인해 기존대비 더 높은 채널 이용률을 성취할 수 있게 된다. 전송에 성공한 단말들은 다음 Frame들을 전송하는 OBO를 생성할 때에 높은 CCI값에 해당하는 CWO에 기반하도록 하여 STA1 OBO는 10, STA7 OBO는 9에 해당하는 값을 갖게 되었다. 이후 STA5의 단일 사용자 전송 이후에 STA5는 보낼 Frame이 없어서 OBO값이 없지만, STA6는 보낼 Frame이 발생하여 15의 OBO값을 갖게 되었고, 다음 Trigger Frame에서는 이러한 결과가 반영되어 상대적으로 적은 단말들이 OFDMA 랜덤 채널에 접근하게 되어 경쟁 수준을 낮출 수 있게 되었다.

반대로 도3의 경우는 도2와 달리 낮은 경쟁 수준을 가진 상황에서 낮은 CCI값을 Trigger Frame에 설정할 때의 실시예로 OBO값을 줄이고 PTx 를 높이는 방향으로 낮은 CCI값을 제공함으로써 사용되지 않는 RU를 사용하도록 유도한다.

Contention Control Index 전달 및 제어 방법

CCI는 OFDMA 상향 RU의 경쟁 정도를 나타내는 척도로 Trigger Frame에 적용됨으로써 BSS내의 모든 단말들에게 Broadcasting되는 정보이다. 이러한 CCI는 앞서의 도2, 도3에서와 같이 그 값으로써 전달될 경우, 도4와 같이 Trigger Frame의 Common information내의 필드로 존재할 수 있다.

CCI를 전달 하는 경우 앞서의 도2, 도3에서와 같이 하나의 정보를 전달함으로써 여러 종류의 parameter의 값을 조절하는 용도로 이용 가능한 것은 물론이고, 한 종류의 parameter만을 통해 경쟁을 제어하는 경우에도 한 종류의 parameter가 각 Access Category별로 다른 parameter값을 가지는 경우가 발생할 수 있으므로 경쟁 제어 parameter의 종류가 유일한지 여부에 관계없이 적용되는 쪽이 overhead를 감소시키기에 적합하다. 표2는 CCI값과 Access Category별로 CWO 혹은 PTx 를 변화시키기 위한 값들을 나열한 예 중 하나로 CCI값이 낮을수록, 그리고 Access Category에서의 우선순위가 높을수록 빠른 시점에 전송을 수행할 수 있도록 설계되어 있다.

표2는 CCI에 따른 Access Category별 Parameter 설정값 예시를 나타낸 것이다.

CCI는 Trigger Frame에서 전달되는 것을 원칙으로 하나, 그 이외에도 AP가 Broadcasting하는 Beacon등의 Frame에서 활용될 수 있으며, 단말들은 간접적으로 BSS내의 경쟁 정도를 알 수 있는 지표로 활용할 수 있다.

본 발명의 CCI는 앞서와 같이 직접적으로 CCI값을 바로 Trigger Frame에 삽입하여 이용할 수도 있으나, 본 발명에서는 CCI값의 증가 혹은 감소를 나타내는 CCI In-/de-crement 필드를 활용하여 각 단말 별로 겪어온 과거 기록에 따라 CCI값이 달라지도록 활용하는 경우를 포함한다.

Claims (1)

1. 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법.

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