KR20180050807A - 무선랜 시스템에서의 Quiet Time Period 동작 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따르면 무선랜 시스템에서의 Quiet Time Period 동작 기법이 제공될 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서의 Quiet Time Period 동작 기법{METHOD OF QUIET TIME PERIOD OPERATION IN NEXT GENERATION WIRELESS LAN SYSTEM}

본 발명은 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서의 Quiet Time Period 동작 기법에 관한 것이다.

차세대 무선랜 시스템은 다중 사용자 환경 및 기존 무선랜 시스템을 포함한 혼합망(Heterogeneous Network) 환경에서의 성능 향상을 목적으로 설계되어야 한다. 차세대 무선랜 통신망에서의 AP는 차세대 무선랜 표준을 지원할 뿐 아니라 기존 무선랜 시스템 표준을 함께 지원할 수 있으며, 이는 AP의 통신영역 내에 있는 단말간 통신 무선랜 표준에 대한 지원을 포함한다. 이러한 단말간 통신은 직접 단말 연결 및 터널화된 직접 단말 연결 등으로 구현할 수 있으며, 이러한 과정에 AP는 오버히어링을 통한 모니터링 단말 혹은 조력단말로써 직간접적으로 단말간 통신과 공존할 수 있다. 이에 따라, 단말간 통신을 적극적으로 지원하기 위한 AP 단말과 차세대 무선랜 단말들의 동작 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 무선랜 통신 시스템의 성능을 향상시키기 위한 목적을 가지고 있다.

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

본 발명의 실시예에 따르면, QTP 설정을 통해 서로 상이한 형태의 통신간의 간섭을 최소화 할 수 있

또한, 이러한 QTP 설정 방법을 NAV를 통해 설정함으로써 무선랜 시스템 범주에 따른 QTP 설정 방법이 구현될 수 있다.

또한, QTP를 활용한 다양한 형태의 시스템 성능 및 전송 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 일련의 QTP 설정 과정을 공간 및 개념적으로 도식화한 그림이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 일련의 QTP 설정 과정을 시간에 따른 프레임 교환 및 QTP 시간 설정 측면에서 도식화한 그림이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선랜 단말들의 QTP 설정을 QTP 시간 정보에 기반 한 NAV 설정 방법을 통해 구현하는 모습을 도식화한 그림이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선랜 단말들의 QTP 설정을 QTP 시간 정보와 상동한 값을 지닌 Duration 필드의 값에 기반 한 NAV 설정 방법을 통해 구현하는 모습을 도식화한 그림이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선랜 및 레거시 단말들의 QTP 설정을 레거시 PPDU 포맷의 QTP 셋-업 프레임 내의 Duration 필드 값에 기반 한 NAV 설정 방법을 통해 구현하는 모습을 도식화한 그림이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 QTP 채널 정보를 포함한 QTP 설정 방법을 도식화한 그림이다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 QTP 설정 방법을 도식화한 그림이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 QTP 시간 보호 방법을 도식화한 그림이다.

무선랜 시스템 성능 하락에 큰 영향을 주는 요소 중의 하나로 다중 사용자 환경에서의 분산 채널 접근에 따른 채널 사용률 하락이 있다. 채널 사용률은 긴 채널 접근 지연 및 전송 충돌 등으로 인하여 발생하며, 특히 지수 백오프를 활용하는 무선랜 시스템의 경우 전송 충돌이 직접적으로 채널 지연에도 영향을 주도록 설계되어 있다. 따라서 다중 사용자 환경에서 이러한 채널 충돌이 잦은 상황을 회피 하기 위해서 차세대 무선랜 시스템은 다양한 다중 사용자 전송 기법을 설정하고 있으며, 본 발명에서는 단말간 통신과 AP 기반 상하향 통신의 혼재에 의해 AP 기반 상하향 전송과 단말간 전송이 충돌하게 되어 무선랜 시스템 성능을 하락시키는 문제를 해소하는 데에 집중하고 있다.

따라서 본 발명은 이러한 단말간 통신이 차세대 무선랜 시스템의 AP 기반 상하향 통신과 충돌하지 않도록 하기 위해서 서로 특성이 상이한 두 가지 형태의 통신을 시간적/주파수 적으로 유리시키는 방법을 개발하는 데에 중점을 두고 있다.

Quiet Time Period 설정 방법

Quiet Time Period(QTP)는 단말간 통신을 통해 데이터 프레임을 전달하고자 하는 단말이 본인이 속한 Basic Service Set(BSS) 의 AP에게 단말간 통신을 위해 BSS내의 다른 단말들의 통신을 정지시키는 것을 목적으로 하는 일련의 동작 및 그 동작에 따른 정지 시간을 의미하는 것이다.

QTP 요청 단말은 단말간 통신 (STA-2-STA) 기능을 가지고 있는 단말이며, 이들 단말간 통신 기능을 가진 단말들은 QTP 요청 프레임을 AP 단말에게 전달할 수 있다.

도1은 이러한 QTP 요청 단말의 QTP 요청 프레임 전달로부터 시작되는 일련의 QTP 프레임 교환을 도식화한 실시예이다.

도1에서 가장 좌측 단말은 도2에서의 STA1의 역할을 하는 단말로 차세대 무선랜 표준과 단말간 통신 기능을 모두 탑재한 단말이며 해당 실시예에서 QTP 요청 단말의 역할을 한다. 도1과 도2의 QTP 요청 단말은 QTP 요청 정보를 포함하는 프레임을 AP에게 전달하며, AP는 QTP요청 정보를 검토하고 해당 요청정보에 기반하여 앞으로 다른 단말들이 데이터를 전송하지 못하게 할 QTP를 설정하는 시점에 대한 정보를 가진 QTP 응답 프레임을 QTP 요청 단말에게 전달한다. QTP 응답 프레임에는 다른 단말들이 데이터를 전송하지 못하게 할 QTP 기간 정보, QTP 시작 시점, QTP 주기, 앞으로 이러한 특성을 지닌 QTP를 몇 번 설정할 것인가에 관한 횟수 정보 등 중 하나 이상을 포함될 수 있다.

QTP 응답 프레임을 받은 QTP 요청 단말은 앞으로 찾아올 QTP 기간 동안을 단말간 통신을 수행하는 데에 사용하도록 하며, 이러한 QTP 기간은 QTP 응답 프레임에서 명시된 바 있는 정보에 기반한 QTP 기간을 명시하는 QTP 셋-업 프레임에 의해 설정된다.

이때에 전송되는 QTP 셋-업 프레임은 그 프레임의 형태에 따라 차세대 무선랜 단말 혹은 기존 무선랜 단말을 포함한 모든 무선랜 단말들로 하여금 QTP 시간을 설정하도록 하는 역할을 한다. QTP 셋-업 프레임에는 QTP 시간 값이 설정되어 있으며, 이러한 QTP 시간 동안에는 QTP 응답 프레임의 목적 단말들을 제외하고는 응답 프레임이 아닌 프레임을 전송할 수 없음을 원칙으로 한다.

QTP 응답 프레임의 목적 단말들을 제외한QTP 셋-업 프레임을 받은 단말들은 해당 QTP 응답 프레임의 시간 동안 응답 프레임을 제외한 프레임을 전송하지 않기 위해서 QTP 시간 길이만큼의 NAV를 설정할 수 있으며, 이는 QTP 셋-업 프레임에 삽입된 QTP 시간 정보에 따라 설정될 수 있다. 차세대 무선랜 단말들이 QTP 셋-업 프레임을 수신함에 따라 해당 QTP 시간 정보에 따른 NAV를 설정하는 실시예는 도3에 표현되어 있으며, 차세대 무선랜 단말들은 QTP 셋-업 프레임을 수신함에 따라 해당 QTP 시간을 NAV로 설정할 수 있다. 이러한 QTP 셋업 프레임 포맷은 차세대 무선랜 표준을 따르는 단말들에 의해 디코딩 가능하므로 이러한 NAV 설정 역시 차세대 무선랜 단말들에 국한된다. 이 때에 보내지는 QTP 셋-업 프레임은 차세대 무선랜 PPDU 포맷 혹은 레거시 PPDU 포맷을 따를 수 있다.

상기의 NAV 동작은 차세대 무선랜 단말들에게만 해당하므로 이때의 NAV 동작들은 차세대 무선랜 시스템에서 지원하는 NAV 동작을 의미한다. 따라서 이들 NAV는 형태에 따라 복수 NAV를 설정하는 단말의 NAV 설정일 수 있으며, 복수 NAV를 설정하는 단말의 경우, NAV가 설정되는 형태에 따라서 해당 NAV를 무시하고 전송을 수행할 수 있는 경우가 발생될 수 있다. 일 실시예로 공간재이용(Spatial Reuse) 증가를 위해서는 NAV를 사용자 혹은 BSS등에 따라 차등 관리 할 수 있으며, 특정 조건 하에서는 우선도가 떨어지는 NAV를 무시한 전송을 수행할 수 있다. 상술한 NAV 이러한 차세대 무선랜 동작에 기반한 NAV 이므로 모든 NAV 값이 아닌 해당하는 조건에 합당한 NAV 값을 설정하는 것을 기본으로 한다.

Duration 필드를 통한 NAV 기반 Quiet Time Period 설정 방법

또한 이러한 NAV 설정의 용이성을 위해서 프레임 헤더 부분의 Duration 필드를 QTP 시간과 같은 값으로 세팅할 수 있으며, 이러한 Duration field는 기존 무선랜 단말의 MAC 계층에서도 해석하고 이에 따른 NAV 설정이 가능하므로 차세대 무선랜 단말들이 별도의 NAV 설정 방법 없이도 NAV를 통한 채널 접근 금지가 가능하게 되며, QTP 셋-업 엘리먼트의 정보등을 통해 해당 NAV가 QTP임을 인지할 수 있다. 따라서 이 때에는 해당 QTP 셋-업 프레임을 요청하게 된 QTP 요청 단말의 경우 Duration 필드에 의한 NAV를 설정하지 않고 채널 접근을 수행하도록 한다. 이렇게 Duration 필드를 활용한 NAV 방법을 사용할 때에 QTP를 NAV로 설정하는 단말들을 차세대 무선랜 단말들에 국한하고자 할 때에는 AP단말이 QTP 셋-업 프레임을 차세대 무선랜 PPDU 포맷을 활용하며, 본 발명의 실시예에 따르면, 특히 HE PPDU 포맷을 사용하여 QTP 셋-업 프레임을 전송하게 된다. 이는 기존 무선랜 단말들의 채널 접근을 저지하지 않음으로써 기존 무선랜 단말들의 동작 변화를 야기시키지 않는 것을 목적으로 하는 AP 동작이다. 따라서 도4의 동작에 따르면, AP 단말은 QTP 셋-업 프레임의 Duration 필드 값을 QTP 시간 값에 기반하여 설정한다. 이는 기존 Duration 필드 값이 추후 보낼 프레임의 길이 혹은 접근 범주(Access Category)의 전송기회(TXOP) 값 또는 AP단말이 다중 사용자 단말로부터의 수신 기회에 기반한 시간을 트리거 프레임의 Duration필드에 설정하여 NAV를 설정하는 방법과는 상의하다. 도4의 AP 단말은 상술한 바와 같이 Duration 필드의 값을 QTP 시간 값에 기반하여 설정한 QTP 셋-업 프레임을 생성함으로써 수신 단말들로 하여금 NAV 시간을 설정하도록 할 수 있으며, NAV를 설정하는 목적단말들을 차세대 무선랜 단말들로 제한하고자 할 때에는 해당 프레임의 PPDU 포맷을 차세대 무선랜 PPDU 포맷으로 활용함으로써 가능하다. QTP 셋-업 프레임을 수신한 차세대 무선랜 단말들은 별도의 NAV 설정 절차 없이도 Duration 필드에 기반하여 NAV를 설정할 수 있으며, 단지 QTP 요청 단말만이 QTP 셋-업 프레임의 내용을 확인하고 Duration 필드에 의한 NAV를 설정하지 않도록 한다. 따라서 QTP 요청 단말은 이후 QTP 시간 동안 무선랜 시스템 채널 접근 방법을 통해 단말간 통신 과정을 수행할 수 있으며, 앞서의 QTP 셋-업 프레임에 의해 단말간 통신 과정에 충돌이 발생할 확률이 매우 낮아질 수 있다. 이때 QTP 요청 프레임을 제외한 QTP 셋-업 프레임을 수신한 단말들이 Duration 필드에 기반한 NAV를 설정할 때에도 앞서의 QTP 시간 정보에 따른 NAV설정과 마찬가지로 각 단말들의 NAV 설정은 해당 단말이 지원하는 무선랜 시스템의 유형에 따라 단일 NAV 혹은 복수 NAV 중 하나를 업데이트 하도록 동작한다. 단일 NAV인 경우는 QTP 셋-업 프레임이 설정하고자 하는 NAV가 기존 설정 NAV보다 길 경우에 NAV값 갱신이 발생하도록 하며, QTP 셋-업 프레임을 수신한 단말이 복수 NAV를 사용하는 단말일 경우에는 수신자 입장에서 QTP 셋-업 프레임의 정보에 기반하여 복수 NAV 중 하나 이상을 갱신할 수 있게 된다. 이 때에 해당 NAV 값이 QTP 셋-업 프레임의 Duration 필드에 의한 NAV 값보다 작을 경우에는 NAV 값을 갱신하도록 하며, 그렇지 않을 때에는 기존 NAV값을 유지한다.

상기에 기술한 실시예들은 AP 단말이 차세대 무선랜 단말들의 프레임 전송을 제한하는 QTP 절차를 설명하였다. 본 발명에서는 QTP 절차를 통해 단말간 통신을 위해 채널 접근을 수행하지 않는 단말의 범위를 차세대 무선랜에 국한하지 않고 기존 무선랜 단말들로 확장할 수 있는 방법을 포함하며, 이를 위해서는 AP 단말이 전송하는 QTP 셋-업 프레임의Duration 필드에 QTP 시간을 적용하는 앞선 실시예를 통해 작성한 프레임을 레거시 단말들이 수신하고 NAV를 설정할 수 있도록 레거시PPDU 포맷, 특히 non-HT PPDU 포맷으로 전송할 수 있다. 즉, AP 단말은 QTP 셋-업 프레임을 수신하고 단말간 통신을 위해 채널 접근을 정지하는 단말의 범위를 차세대 무선랜으로 한정할 때에는 해당 QTP 셋-업 프레임의 PPDU 포맷을 차세대 무선랜 PPDU 포맷으로 하는 도4의 실시예를 활용할 수 있다. 반면에, AP 단말은 QTP 셋-업 프레임을 수신하고 단말간 통신을 위해 채널 접근을 정지하는 단말의 범위를 기존 레거시 무선랜 단말까지 확장할 때에는 해당 QTP 셋-업 프레임의 PPDU 포맷을 레거시 PPDU 포맷으로 하는 도5의 실시예를 활용할 수 있다. 도5에 따르면, 앞선 실시예와 달리 QTP 셋-업 프레임의 내용을 제대로 디코딩 할 수 없는 레거시 단말들 역시 NAV를 통한 QTP 시간 설정이 가능하다. 이러한 PPDU 포맷에 따른 목적단말의 범위 제어는 원칙적으로 AP 단말에 의해서 가능 하지만, QTP 요청 및 QTP 응답 프레임을 통해 AP 단말의 QTP 셋-업 프레임 전송 이전에 미리 요청 혹은 협상될 수도 있다. QTP 요청 단말이 이러한 범위에 대해 요청하도록 동작할 경우에는 QTP 요청 프레임을 전송할 때의 QTP 요청 정보 (QTP Request Element)의 일부에 이러한 요청 정보를 직접 삽입하거나 QTP 요청 프레임의 PPDU 포맷을 원하는 QTP 셋-업 프레임의 PPDU 포맷으로 전송함으로써 간접적으로 나타낼 수도 있다.

QTP 채널 정보를 포함한 QTP 설정 방법

QTP는 무선랜 시스템의 주채널을 통한 동작을 기본으로 하며, 각 무선랜 단말들의 동작은 AP 기반 상하향 통신과 단말간 통신 모두 주채널을 기반하여 동작하는 것을 원칙으로 한다. 그러나 본 발명에서는 단말간 통신이 경우에 따라 다른 채널에서의 발생할 수 있는 동작인 경우를 상정하여 이를 해소하기 위한 별도의 발명을 포함하고 있으며, 이러한 다른 채널에 대한 QTP 설정은 QTP 셋-업 프레임에 QTP 시간을 설정하는 채널의 위치 정보를 포함함으로써 구현할 수 있다. 도6에 따르면, QTP 셋-업 프레임은 QTP 시간을 설정하는 대상이 되는 목적 채널 정보를 가지고 있으며, 도6의 실시예에서는 QTP 설정 채널이 CH2가 된다. CH2에 대해서 QTP를 설정한 단말들은 해당 채널로의 채널 확장 혹은 단독 사용을 통한 채널 접근 과정을 수행할 수 없게 되며, 그에 따라 CH2에서 수행하는 STA1의 단말간 통신을 방해하지 않을 수 있게 된다. STA3는 STA1이 수행하는 단말간 통신의 목적 단말로 QTP가 설정되어 있더라 하더라도, 응답 프레임을 전송할 수 있기 때문에 STA1의 단말간 통신 프레임에 대한 응답 프레임을 전송함으로써 문제없이 단말간 통신을 완료할 수 있게된다. 상기 Channel 정보는 원칙적으로 AP단말이 QTP 셋-업 프레임에 삽입함으로써 상기 동작을 수행하도록 하지만, QTP 요청 프레임과 QTP 응답 프레임에 의해 사전에 협상되거나 요청될 수 있다. QTP 요청 단말은 QTP 요청 프레임의 QTP 요청 정보의 하나로 QTP 채널 정보를 삽입하고, 이러한 QTP 채널 정보를 수신한 AP 단말은 QTP 응답 및 QTP 셋-업 프레임을 통해 상술한 채널별 QTP 설정을 수행하게끔 할 수 있다.

다중 사용자QTP 설정 및 QTP 시간 보호 방법

상술한 QTP동작은 원칙적으로 하나의 QTP 요청에 대한 하나의 QTP 응답을 고려하였으며, 그에 따라 하나의 QTP 시간 설정이 되는 것을 나타내었다. 그러나 상술한 발명의 QTP는 하나의 QTP 시간 설정이 여러 단말들에게 사용될 수 없는 경우이며, 상황에 따라서는 QTP 시간을 여러 단말들에게 할당함으로써 활용 될 수 있도록 하는 방법이 필요하다. 본 발명에서는 이러한 다중 사용자 QTP 설정을 위하여 복수 단말에 대한 QTP 응답 프레임을 설정하였으며, 복수 단말의 식별자를 포함한 QTP 응답 프레임은 AP 단말에 의해 전달되어 단말간 통신 기능이 있는 수신 단말들로 하여금, 해당 단말이 QTP 시간을 사용할 수 단말임을 인지하도록 하는 역할을 한다. 도7은 QTP 응답 프레임의 복수 단말 식별자를 삽입하여 다중 사용자 QTP를 설정하는 실시예로, QTP 응답 프레임의 추가 단말 식별자는 AP 단말에 의해 임의로 설정될 수도 있으며, 복수의 QTP 요청 단말들로부터의 QTP 요청 정보들 전체에 대한 QTP 응답 프레임일 수도 있다. 복수의 QTP 요청 단말들로부터의 QTP 요청 정보들에 대한 QTP 응답 프레임일 경우에는 즉각적인 응답(immediate response)을 요구하지 않는 QTP 요청들을 수집한 결과로 인한 QTP 응답 프레임이거나, 트리거 프레임의 유형 중 하나로 QTP 요청 프레임을 폴링하는 프레임을 AP가 전송한 이후 즉각적으로 복수 단말들로부터 QTP 요청 프레임을 수신하고 그에 대해 응답하는 QTP 응답 프레임일 수 있다.

상기 다중 사용자 QTP의 경우, AP 단말이 QTP 셋-업 프레임을 전송함으로써 BSS 내의 단말들로 하여금 전송 보호를 수행하도록 하는 것이 부족하다고 여겨질 경우, 추가적인 전송 보호 동작을 수행할 수도 있다. 이는 QTP 셋-업 프레임에 대한 응답 프레임으로써 CTS 프레임을 전송함으로써 가능해지며, 원칙적으로 QTP 셋-업 프레임에 대한 CTS 프레임은 QTP 응답 프레임에 의해 QTP 시간을 활용할 수 있는 단말들에 대해서만 전송할 수 있게 한다. 해당하는 CTS 프레임은 신호적으로 동일한 형태를 가진 프레임으로 동일한 프레임 내용과 Scrambler seed 등으로 인해 발생 기준으로 동일한 형태의 전자기파 신호로 구현된다. 이러한 동작은 도8의 실시예와 같이 구현될 수 있으며, 동시 전송 CTS를 통해 단말간 통신을 수행하고자 하는 단말의 주변 OBSS 단말들에 대한 NAV 설정을 추가적으로 수행할 수 있다. 이때에 NAV 시간은 QTP 종료시점까지의 시간을 NAV로 설정하기 위해서 QTP 셋-업 프레임이 지시한 QTP 시간에서 SIFS 시간과 CTS 전송 시간을 뺀 값이 된다. 상술한 다중 사용자 QTP 시간 보호 여부는 AP단말에 의해 QTP 셋-업 프레임에 QTP 시간 보호 여부가 표현되는 것을 기본으로 하며, 앞서의 QTP 요청 및 응답 프레임에 의해 사전에 요청 및 협상되는 경우를 포함한다. 또한, 상시 발명의 특수 예로, QTP 셋-업 프레임에 대해 CTS를 즉각적인 응답으로 전송하는 단말의 범위를 확장할 수 있다. CTS를 보내는 프레임은 앞선 QTP 요청 및 응답 프레임 그리고 QTP 셋-업 프레임 중 하나 이상의 프레임에서 QTP 시간의 단말간 통신 수신단말로 지정된 하나 이상의 단말일 수 있으며, 이러한 단말간 통신 수신단말을 QTP 요청 및 응답 프레임 그리고 QTP 셋-업 프레임 중 하나 이상의 프레임에서 지정하는 경우, AP단말의 QTP 셋-업 프레임에 대해서 단말간 통신 수신 단말 또한 CTS 프레임을 전송할 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 QTP 셋-업 프레임의 즉각적인 응답으로 CTS 프레임을 보내는 단말이 단말간 통신 송신 단말 혹은 수신 단말일 수 있다. 더 나아가서 상기 QTP 셋-업 프레임에 대한 즉각적인 응답으로 CTS 프레임을 보내는 단말들의 범주를 단말간 통신 QTP 셋-업 프레임을 디코딩할 수 있는 모든 단말로 확장할 수 있으며, 이러한 경우는 QTP 시간을 보호 하기 위한 가장 강력한 보호 방법으로 활용하는 경우이다.

Claims (1)

1. 무선랜을 위한 장치, 시스템 및 무선랜 통신 방법.

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