KR20180052854A - 그룹 패킷 제어 방법 - Google Patents

Abstract

무선랜의 릴레이에서의 그룹 패킷 제어 방법이 제공된다. 릴레이는 복수의 모드 중 어느 하나의 모드에 따른 필터를 설정하고, 하위 노드로부터 전달되는 그룹 패킷에 필터를 적용하여 그룹 패킷을 필터링하고, 필터링된 그룹 패킷을 다른 노드로 전달한다.

Description

그룹 패킷 제어 방법{GROUP PACKET CONTROL METHOD}

본 발명은 그룹 패킷 제어 방법에 관한 것으로, 특히 무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)(앞으로 "무선랜"이라 함)에서의 그룹 패킷 제어 방법에 관한 것이다.

무선랜, 특히 IEEE 802.11ah 표준에서는 사물 인터넷(internet of thing, IoT) 망에의 적용을 고려해 기존 무선랜 표준에 비해 다양한 형태의 매체 접근 제어(medium access control, MAC) 기능이 추가되어 있다.

특히, IoT 망의 특성상 수많은 노드들이 복잡하게 연결되어 있는 상황을 고려해 릴레이 기능이 추가되어 있다. 이 릴레이 기능은 IEEE 802.11ah 표준화 초기에는 일홉(one-hop)으로 제한되어 제시되었었고, 또한 구현의 용이함을 고려해 모든 브로드캐스트/멀티캐스트와 같은 그룹 패킷은 릴레이가 연결되어 있는 상위의 루트 액세스 포인트(Root AP)로 무조건 포워딩하도록 되어 있다.

즉, IEEE 802.11ah 기반으로 IoT 망을 구성하게 될 경우, 각 노드에서 발생하는 모든 그룹 패킷은 해당 서브망이 속한 최상위 루트 AP로 유니캐스트 형태로 전달이 된 이후에 다시 모든 서브망으로 브로드캐스트되게 되어 있다.

하지만 현재 표준화가 거의 마무리되어 가는 IEEE 802.11ah 표준을 보면 릴레이의 홉 수에 제한이 없다. 즉, 릴레이를 응용분야에 맞춰 여러 개를 설치할 수 있다. 이 때문에 서브망에 속한 노드로부터 발생하는 모든 그룹 패킷들은 루트 AP까지 전달되어 다시 돌아와야 하므로 상당한 지연을 초래할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 하드웨어적인 업그레이드 없이 소프트웨어적인 처리만을 통해 무선랜 기반 IoT 망에서의 그룹 패킷을 효과적으로 제어하기 위한 그룹 패킷 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 IoT 망과 같이 노드의 수가 상당히 많고 그로부터 발생하는 패킷이 적지 않은 망을 IEEE 802.11ah 기반으로 구성하게 될 때 IEEE 802.11ah의 릴레이 기능으로 인해 발생할 수 있는 그룹 패킷의 전달 지연 및 망 부하 상승을 효과적으로 방지하기 위한 그룹 패킷 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 무선랜의 릴레이에서의 그룹 패킷 제어 방법이 제공된다. 상기 그룹 패킷 제어 방법은, 복수의 모드 중 어느 하나의 모드에 따른 필터를 설정하는 단계, 하위 노드로부터 전달되는 그룹 패킷에 상기 필터를 적용하여 상기 그룹 패킷을 필터링하는 단계, 그리고 필터링된 그룹 패킷을 다른 노드로 전달하는 단계를 포함한다.

상기 그룹 패킷 제어 방법은 상기 필터링에 따라 상기 그룹 패킷에 대한 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 모드는 표준 모드를 포함할 수 있다. 상기 표준 모드에서 상기 필터는 상기 그룹 패킷을 유니캐스트로 상기 상위 노드로 전달하도록 설정될 수 있다.

상기 복수의 모드는 로컬 모드를 포함할 수 있다. 상기 로컬 모드에서 상기 필터는 상기 릴레이를 포함하는 그룹에서만 상기 그룹 패킷이 전달되도록 설정될 수 있다.

상기 복수의 모드는 필터 모드를 포함할 수 있다. 상기 필터 모드에서 상기 필터는 상기 그룹 패킷 중 일부 패킷을 선택할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 제어 및 구현의 편의성을 위해 간단하게 설계되어 있는 무선랜 표준, 특히 IEEE 802.11ah 표준의 릴레이 그룹 패킷 전달 기능을 소프트웨어적인 처리를 통해 제어함으로써, IoT 망의 노드 수가 많은 경우에 발생하게 될 그룹 패킷 전달의 지연이나 망 전체의 과부하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 디바이스의 구조를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 무선랜에 사용하기 위한 실시예에 따른 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 무선랜에 사용하기 위한 실시예에 따른 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 4는 IFS 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 채널에서 프레임들 간의 충돌을 회피하기 위한 CSMA/CA 방식에 따른 프레임 전송 절차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망에서 릴레이의 개략적인 블록도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 릴레이에서 릴레이 기능의 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 다른 예를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)(앞으로 "무선랜"이라 함)에서 기본 서비스 세트(basic service set, BSS)는 복수의 무선랜 디바이스를 포함한다. 무선랜 디바이스는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11 표준에 따른 매체 접근 제어(medium access control, MAC) 계층과 물리 계층(physical layer, PHY) 등을 포함할 수 있다. 복수의 무선랜 디바이스 중 적어도 하나의 무선랜 디바이스는 액세스 포인트(access point, AP)이고, 나머지 무선랜 디바이스는 non-AP 스테이션(non-AP station, non-AP STA)일 수 있다. 혹은 에드 혹 (Ad-hoc) 네트워킹에서, 복수의 무선랜 디바이스는 모두 non-AP 스테이션일 수 있다. 통상, 스테이션(STA)은 액세스 포인트(AP) 및 non-AP 스테이션을 통칭하는 경우로도 사용되나, 편의상 non-AP 스테이션을 스테이션(station, STA) 이라고 약칭하기도 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 디바이스의 구조를 예시하는 개략적인 블록도이다.

도 1을 참고하면 무선랜 디바이스(1)는 베이스밴드 프로세서(10), 라디오 주파수(radio frequency, RF) 트랜시버(20), 안테나부(30), 메모리(40), 입력 인터페이스 유닛(50), 출력 인터페이스 유닛(60) 및 버스(70)를 포함한다.

베이스밴드 프로세서(10)는 본 명세서에서 기재된 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하며, MAC 프로세서(11), PHY 프로세서(15)를 포함한다.

일 실시예에서, MAC 프로세서(11)는 MAC 소프트웨어 처리부(12)와 MAC 하드웨어 처리부(13)를 포함할 수 있다. 이때, 메모리(40)는 MAC 계층의 일부 기능을 포함하는 소프트웨어(앞으로 "MAC 소프트웨어"라 한다)를 포함하고, MAC 소프트웨어 처리부(12)는 이 MAC 소프트웨어를 구동하여 MAC의 일부 기능을 구현하고, MAC 하드웨어 처리부(13)는 MAC 계층의 나머지 기능을 하드웨어(앞으로 "MAC 하드웨어"라 한다)로서 구현할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

PHY 프로세서(15)는 송신 신호 처리부(100)와 수신 신호 처리부(200)를 포함한다.

베이스밴드 프로세서(10), 메모리(40), 입력 인터페이스 유닛(50) 및 출력 인터페이스 유닛(60)은 버스(70)를 통해서 서로 통신할 수 있다.

RF 트랜시버(20)는 RF 송신기(21)와 RF 수신기(22)를 포함한다.

메모리(40)는 MAC 소프트웨어 이외에도 운영 체제 (operating system), 애플리케이션 (application) 등을 저장할 수 있으며, 입력 인터페이스 유닛(50)은 사용자로부터 정보를 획득하고, 출력 인터페이스 유닛(60)은 사용자에게 정보를 출력한다.

안테나부(30)는 하나 이상의 안테나를 포함한다. 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output, MIMO) 또는 다중 사용자 MIMO(multi-user MIMO, MU-MIMO)를 사용하는 경우, 안테나부(30)는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.

도 2는 무선랜에 사용하기 위한 실시예에 따른 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.

도 2를 참고하면, 송신 신호 처리부(100)는 인코더(110), 인터리버(120), 매퍼(130), 역 푸리에 변환기(140), 보호 구간(guard interval, GI) 삽입기(150)를 포함한다.

인코더(110)는 입력 데이터를 부호화하며, 예를 들면 순방향 오류 수정(forward error correction, FEC) 인코더일 수 있다. FEC 인코더는 이진 컨볼루션 코드(binary convolutional code, BCC) 인코더를 포함할 수 있는데, 이 경우 천공(puncturing) 장치가 이에 포함될 수 있다. 또는 FEC 인코더는 저밀도 패리티 검사(low-density parity-check, LDPC) 인코더를 포함할 수 있다.

송신 신호 처리부(100)는 0 또는 1의 긴 동일 시퀀스가 발생되는 확률을 줄이기 위해서 입력 데이터를 부호화하기 앞서 스크램블하는 스크램블러(scrambler)를 더 포함할 수 있다. 인코더(110)로서 복수의 BCC 인코더가 사용되면, 송신 신호 처리부(100)는 스크램블된 비트를 복수의 BCC 인코더로 역다중화하기 위한 인코더 파서(encoder parser)를 더 포함할 수 있다. 인코더(110)로서 LDPC 인코더가 사용되는 경우, 송신 신호 처리부(100)는 인코더 파서를 사용하지 않을 수 있다.

인터리버(120)는 인코더(110)에서 출력되는 스트림의 비트들을 인터리빙하여 순서를 변경한다. 인터리빙은 인코더(110)로서 BCC 인코더가 사용될 때만 적용될 수도 있다. 매퍼(130)는 인터리버(120)에서 출력되는 비트열을 성상점(constellation points)에 매핑한다. 인코더(110)로서 LDPC 인코더가 사용되는 경우, 매퍼(130)는 성상점 매핑 외에 LDPC 톤 매핑(LDPC tone mapping)을 더 수행할 수 있다.

MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 송신 신호 처리부(100)는 공간 스트림(spatial stream)의 개수(N_SS)에 해당하는 복수의 인터리버(120)와 복수의 매퍼(130)를 사용할 수 있다. 이때, 송신 신호 처리부(100)는 복수의 BCC 인코더 또는 LDPC 인코더의 출력을 서로 다른 인터리버(120) 또는 매퍼(130)로 제공될 복수의 블록으로 분할하는 스트림 파서를 더 포함할 수 있다. 또한 송신 신호 처리부(100)는 성상점을 N_SS개의 공간 스트림으로부터 N_STS개의 시공간(space-time) 스트림으로 확산하는 시공간 블록 코드(space-time block code, STBC) 인코더와 시공간 스트림을 전송 체인(transmit chains)으로 매핑하는 공간 매퍼를 더 포함할 수 있다. 공간 매퍼는 직접 매핑(direct mapping), 공간 확산(spatial expansion), 빔포밍(beamforming) 등의 방법을 사용할 수 있다.

역 푸리에 변환기(140)는 역 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform, IDFT) 또는 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform, IFFT)을 사용하여 매퍼(130) 또는 공간 매퍼에서 출력되는 성상점 블록을 시간 영역 블록, 즉 심볼로 변환한다. STBC 인코더와 공간 매퍼를 사용하는 경우, 역 푸리에 변환기(140)는 전송 체인별로 제공될 수 있다.

MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 송신 신호 처리부는 의도하지 않은 빔포밍을 방지하기 위해서 역 푸리에 변환 전 또는 후에 사이클릭 시프트 다이버시티(cyclic shift diversity, CSD)를 삽입할 수 있다. CSD는 전송 체인마다 특정되거나 시공간 스트림마다 특정될 수 있다. 또는 CSD는 공간 매퍼의 일부로서 적용될 수도 있다.

또한 MU-MIMO를 사용하는 경우, 공간 매퍼 전의 일부 블록은 사용자별로 제공될 수도 있다.

GI 삽입기(150)는 심볼의 앞에 GI를 삽입한다. 송신 신호 처리부(100)는 GI를 삽입한 후에 심볼의 에지를 부드럽게 윈도우잉(windowing)할 수 있다. RF 송신기(21)는 심볼을 RF 신호로 변환해서 안테나를 통해 송신한다. MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, GI 삽입기(150)와 RF 송신기(21)는 전송 체인별로 제공될 수 있다.

도 3은 무선랜에 사용하기 위한 실시예에 따른 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.

도 3을 참고하면, 수신 신호 처리부(200)는 GI 제거기(220), 푸리에 변환기(230), 디매퍼(240), 디인터리버(250) 및 디코더(260)를 포함한다.

RF 수신기(22)는 안테나를 통해 RF 신호를 수신하여서 심볼로 변환하고, GI 제거기(220)는 심볼에서 GI를 제거한다. MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, RF 수신기(22)와 GI 제거기(220)는 수신 체인별로 제공될 수 있다.

푸리에 변환기(230)는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform, DFT) 또는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 사용하여 심볼, 즉 시간 영역 블록을 주파수 영역의 성상점으로 변환한다. 푸리에 변환기(230)는 수신 체인별로 제공될 수 있다.

MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 푸리에 변환된 수신 체인을 시공간 스트림의 성상점으로 변환하는 공간 디매퍼(spatial demapper)와 성상점을 시공간 스트림으로부터 공간 스트림으로 역확산하는 STBC 디코더를 포함할 수 있다.

디매퍼(240)는 푸리에 변환기(230) 또는 STBC 디코더에서 출력되는 성상점 블록을 비트 스트림으로 디매핑한다. 수신 신호가 LDPC 인코딩된 경우, 디매퍼(240)는 성상점 디매핑 전에 LDPC 톤 디매핑(LDPC tone demapping)을 더 수행할 수 있다. 디인터리버(250)는 디매퍼(240)에서 출력되는 스트림의 비트들을 디인터리빙한다. 디인터리빙은 수신 신호가 BCC 인코딩된 경우에만 적용될 수 있다.

MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 공간 스트림의 개수에 해당하는 복수의 디매퍼(240)와 복수의 디인터리버(250)를 사용할 수 있다. 이때, 수신 신호 처리부(200)는 복수의 디인터리버(250)에서 출력되는 스트림을 결합하는 스트림 디파서(stream deparser)를 더 포함할 수 있다.

디코더(260)는 디인터리버(250) 또는 스트림 디파서에서 출력되는 스트림을 복호화하며, 예를 들면 FEC 디코더일 수 있다. FEC 디코더는 BCC 디코더 또는 LDPC 디코더를 포함할 수 있다. 수신 신호 처리부(200)는 디코더(260)에서 복호된 데이터를 디스크램블하는 디스크램블러를 더 포함할 수 있다. 디코더(260)로서 복수의 BCC 디코더가 사용되는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 디코딩된 데이터를 다중화하기 위한 인코더 디파서(encoder deparser)를 더 포함할 수 있다. 디코더(260)로서 LDPC 디코더가 사용되는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 인코더 디파서를 사용하지 않을 수 있다.

도 4는 프레임간 간격(interframe space, IFS) 관계를 보여주는 도면이다.

무선랜 디바이스들 사이에서 데이터 프레임(data frame), 제어 프레임(control frame), 관리 프레임(management frame)이 교환될 수 있다.

데이터 프레임은 상위 레이어에 포워드되는 데이터의 전송을 위해 사용되는 프레임이며, 매체가 유휴(idle) 상태가 된 때로부터 DIFS (distributed coordination function IFS) 경과 후 백오프 수행 후 전송된다. 관리 프레임은 상위 레이어에 포워드되지 않는 관리 정보의 교환을 위해 사용되는 프레임으로서, DIFS 또는 PIFS (point coordination function IFS)와 같은 IFS 경과 후 백오프 수행 후 전송된다. 관리 프레임의 서브타입 프레임으로 Beacon, Association request/response, probe request/response, authentication request/response 등이 있다. 제어 프레임은 매체에 액세스를 제어하기 위하여 사용되는 프레임이다. 제어 프레임의 서브 타입 프레임으로 RTS, CTS, ACK 등이 있다. 제어 프레임은 다른 프레임의 응답 프레임이 아닌 경우 DIFS 경과 후 백오프 수행 후 전송되고, 다른 프레임의 응답 프레임인 경우 SIFS (short IFS) 경과 후 백오프 없이 전송된다. 프레임의 타입과 서브 타입은 프레임 제어 필드 내의 타입(type) 필드와 서브타입(subtype) 필드에 의해 식별될 수 있다.

한편, QoS (Quality of Service) STA은 프레임이 속하는 access category (AC)를 위한 AIFS(arbitration IFS), 즉 AIFS[AC] 경과 후 백오프 수행 후 프레임을 전송할 수 있다. 이때, AIFS[AC]가 사용될 수 있는 프레임은 데이터 프레임, 관리 프레임 및 응답 프레임이 아닌 제어 프레임이 될 수 있다.

도 5는 채널에서 프레임들 간의 충돌을 회피하기 위한 CSMA(carrier sense multiple access)/CA(collision avoidance) 방식에 따른 프레임 전송 절차를 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참고하면, 제1 디바이스(STA1)는 데이터를 전송하고자 하는 송신 디바이스를 의미하고, 제2 디바이스(STA2)는 제1 디바이스(STA1)부터 전송되는 데이터를 수신하는 수신 디바이스를 의미한다. 제3 디바이스(STA3)는 제1 디바이스(STA1)로부터 전송되는 프레임 및/또는 제2 디바이스(STA2)로부터 전송되는 프레임을 수신할 수 있는 영역에 위치할 수 있다.

제1 디바이스(STA1)는 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 채널이 사용되고 있는지를 판단할 수 있다. 제1 디바이스(STA1)는 채널에 존재하는 에너지의 크기 또는 신호의 상관성(correlation)을 기반으로 채널의 점유 상태를 판단할 수 있고, 또는 NAV(network allocation vector) 타이머(timer)를 사용하여 채널의 점유 상태를 판단할 수 있다.

제1 디바이스(STA1)는 DIFS 동안 채널이 다른 디바이스에 의해 사용되지 않는 것으로 판단된 경우(즉, 채널이 아이들(idle) 상태인 경우) 백오프 수행 후 RTS(request to send) 프레임을 제2 디바이스(STA2)에 전송할 수 있다. 제2 디바이스(STA2)는 RTS 프레임을 수신한 경우 SIFS 후에 RTS 프레임에 대한 응답인 CTS(clear to send) 프레임을 제1 디바이스(STA1)에 전송할 수 있다.

한편, 제3 디바이스(STA3)는 RTS 프레임을 수신한 경우 RTS 프레임에 포함된 기간(duration) 정보를 사용하여 이후에 연속적으로 전송되는 프레임 전송 기간(예를 들어, SIFS + CTS 프레임 + SIFS + 데이터 프레임 + SIFS + ACK 프레임)에 대한 NAV 타이머를 설정할 수 있다. 또는 제3 디바이스(STA3)는 CTS 프레임을 수신한 경우 CTS 프레임에 포함된 기간 정보를 사용하여 이후에 연속적으로 전송되는 프레임 전송 기간(예를 들어, SIFS + 데이터 프레임 + SIFS + ACK 프레임)에 대한 NAV 타이머를 설정할 수 있다. 제3 디바이스(STA3)는 NAV 타이머가 만료되기 전에 새로운 프레임을 수신한 경우 새로운 프레임에 포함된 기간 정보를 사용하여 NAV 타이머를 갱신할 수 있다. 제3 디바이스(STA3)는 NAV 타이머가 만료되기 전까지 채널 접속을 시도하지 않는다.

제1 디바이스(STA1)는 제2 디바이스(STA2)로부터 CTS 프레임을 수신한 경우 CTS 프레임의 수신이 완료된 시점부터 SIFS 후에 데이터 프레임을 제2 디바이스(STA2)에 전송할 수 있다. 제2 디바이스(STA2)는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 SIFS 후에 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 제1 디바이스(STA1)에 전송할 수 있다.

제3 디바이스(STA3)는 NAV 타이머가 만료된 경우 캐리어 센싱을 통해 채널이 사용되고 있는지를 판단할 수 있다. 제3 디바이스(STA3)는 NAV 타이머의 만료 후부터 DIFS 동안 채널이 다른 디바이스에 의해 사용되지 않은 것으로 판단된 경우 랜덤 백오프에 따른 경쟁 윈도우(CW)가 지난 후에 채널 접속을 시도할 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망에서의 그룹 패킷 제어 방법에 대해서 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 아래에서는 무선랜은 IEEE 802.11ah 표준에 기반한 무선랜으로 가정한다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망에서는 스테이션이 하나의 릴레이를 거쳐 루트 AP에 연결될 수 있으며(one-hop), 복수의 릴레이를 거쳐 루트 AP에 연결될 수도 있다(multi-hop). 이러한 릴레이는 스테이션으로부터 발생하는 패킷을 상위 루트 AP로 전달하는 기능을 수행한다.

도 6에서는 스테이션(STA1)이 하나의 릴레이(Relay1)를 거쳐 루트 AP에 연결되고, 스테이션(STA2, STA3)이 두 개의 릴레이(Relay3, Relay1)을 거쳐 루트 AP에 연결되고, 스테이션(STA4, STA5)이 하나의 릴레이(Relay2)를 거쳐 루트 AP에 연결되는 것으로 가정하였다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망에서 릴레이의 개략적인 블록도이다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 릴레이는 릴레이 AP 기능(710), 릴레이 STA 기능(720) 및 릴레이 기능(730)을 포함한다.

릴레이 AP 기능(710)은 하위 노드와의 연결을 담당하며, 하위 노드는 스테이션 또는 하위 릴레이일 수 있다. 릴레이 STA 기능(720)은 상위 노드와의 연결을 담당하며, 상위 노드는 상위 릴레이 또는 루트 AP일 수 있다. 릴레이 기능(730)은 릴레이 AP 기능(710)과 릴레이 STA 기능(720) 사이에서 릴레이 기능을 수행한다. 릴레이 기능(730)은 논리 링크 제어(logical link control, LLC) 계층과 통신할 수 있다.

어떤 실시예에서, 릴레이 AP 기능(710), 릴레이 STA 기능(720) 및 릴레이 기능(730)은 모두 MAC 계층에서 구현될 수 있다. 한 실시예에서, 이들 기능(710, 720, 730)은 MAC 계층에서 펌웨어(firmware) 형태로 구현되어 그 기능을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 릴레이에서 릴레이 기능의 개략적인 블록도이다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 릴레이의 릴레이 기능(도 7의 730)은 필터부(810), 캐시부(820) 및 제어부(830)를 포함한다.

필터부(810)는 릴레이되는 그룹 패킷을 필터링하며, 캐시부(820)는 필터링 결과에 의해 임의의 지정된 시간 동안 해당 패킷 정보를 저장한다. 제어부(830)는 필터부(810)와 캐시부(820)를 제어한다.

필터부(810)는 하위 릴레이 AP 기능(도 7의 710)와 상위 릴레이 STA 기능(도 7의 720) 사이에서 전달되는 그룹 패킷에 대해 적용되는 필터를 가지고 있다. 필터에 의해 선택된 패킷은 무선랜 표준에서 정의한 방법으로 처리되고, 추가로 바로 하위 노드로 전달될 수 있다. 이때 필터링되는 패킷과 관련한 정보는 캐시부(820)에 저장되어 제어부(830)에 의해 활용될 수 있다.

캐시부(820)는 필터부(810)에 의해 필터링되는 패킷의 관련 정보를 저장하며, 제어부(830)에 의해 설정되고 저장된 정보를 제어부(830)에 제공할 수도 있다. 이때 저장되는 정보는 향후 루트 AP로부터 다시 전달되어 오는 그룹 패킷을 구분하는데 필요한 정보이다. 저장되는 정보는 MAC 패킷의 정보이거나 IP 패킷의 정보일 수 있으나, 이 두 종류의 정보에 한정되지는 않는다.

제어부(830)는 필터부(810)와 캐시부(820)를 설정하고 제어하며, 복수의 모드를 지원할 수 있다. 복수의 모드는 모드 0(표준 모드), 모드 1(로컬 모드) 및 모드 2(필터 모드)를 포함하며, 제어부(830)는 각 모드에 따라 필터부(810)의 필터를 설정할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 모드는 이들 모드에 한정되지 않고, 더 확장/축소될 수도 있다.

모드 0(표준 모드)에서는 무선랜 표준에서 명시한 대로 그룹 패킷은 유니캐스트(unicast) 형태로 루트 AP로 전달된다.

모드 1(로컬 모드)은 보안이나 지연 측면에서 그룹 패킷의 전달 범위를 제한한다. 모드 1에서는 릴레이와 이에 속한 노드에게만 해당 그룹 패킷이 전달될 수 있다. 이는 그룹 패킷의 전달 범위를 로컬로 제한하는 것으로 소정의 목적을 가지고 설정하여 운영될 수 있다. 소정의 목적은 (1) 로컬에 긴급으로 전달해야 하는 그룹 패킷의 경우, (2) 해당 패킷의 전달 지연에 민감한 경우로 로컬에서 해당 그룹 패킷을 가능한 빠르게 처리해야 하는 경우 및/또는 (3) 보안 측면에서 로컬로 국한시켜 해당 그룹 패킷을 전달해야 하는 경우를 포함할 수 있다.

모드 2(필터 모드)는 필터에 의해 선택된 일부 패킷에 대해서 무선랜 표준에서 정의한 동작 이외의 기능을 수행한다. 이러한 기능은 (1) 캐시부(820)에 선택된 패킷의 MAC 계층 및/또는 IP 계층의 정보를 저장하는 기능(저장되는 정보는 이들 정보에 한정되지 않을 수 있다), (2) 해당 패킷을 상위 릴레이 또는 루트 AP로 전달하는 기능, (3) 수신되는 패킷에 대해 캐시부(820)의 정보와 비교하는 기능 및/또는 (4) 캐시부(820)에 관련 정보가 있는 패킷에 대해선 하위 릴레이 또는 하위 스테이션으로 전달하지 않고 폐기(discard) 처리하는 기능을 포함할 수 있다.

모드 2의 필터는 다양한 응용 분야에 맞게 설정되어 활용될 수 있다. 다양한 응용 분야는 (1) 해당 IoT 망에서 정의한 그룹 패킷만 무선랜 표준에 맞게 전달하고 나머지는 로컬에서 처리해야 하는 경우, (2) 메모리 부족 또는 절전 등의 운영 상의 이유로 처리해야 하는 패킷의 수를 제한해야 하는 경우, (3) 망 운영 정책에 의해 노드의 ID(예를 들어 MAC 주소나 IP주소)에 따라 처리/전달해야 하는 패킷을 제어해야 하는 경우를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 한 예를 나타내는 도면이다.

도 9를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망은 긴급 재난 시스템에 적용될 수 있다. 릴레이(Relay3)에 속한 스테이션(STA2)에서 긴급 재난을 감지한 경우, 스테이션(STA2)은 릴레이(Relay3)를 통해 긴급 재난을 알리는 그룹 패킷을 전송함으로써, 긴급 재난을 신속하게 주변에 알려 국지적으로 조치를 취할 수 있도록 하고, 동시에 상위 노드로 해당 내용을 전달해 대책을 마련하게 할 수 있다.

이러한 긴급 재난 처리는 위에서 설명한 모드 1에 해당할 수 있다. 이 경우, 릴레이(Relay3)의 제어부(830)는 미리 설정되어 있는 긴급 상황에 대한 필터(예를 들면, 긴급 패킷 필터)를 필터부(810)에 설정할 수 있다. 이를 위해 제어부(830)는 IP 계층의 정보를 활용할 수도 있고 필요한 경우 MAC 계층의 정보를 활용할 수도 있다.

이러한 긴급 재난 처리에서 필터부(810)와 제어부(830)만 활용되며 캐시부(820)는 사용되지 않을 수 있다. 이와는 달리, 망의 운영상의 이유로 기록 차원에서 이벤트 혹은 필터 정보를 캐시부(820)에 저장할 수도 있다.

도 10는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜 기반 IoT 망의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 10을 참고하면, 망 운영의 정책에 따라 특정 노드를 기준으로 하위 노드들을 그룹화하여 그룹 패킷은 해당 그룹 내에서만 전달되도록 제한할 수 있다. 도 10에서는 루트 AP를 기준으로 그 하위 노드들을 각각 그룹화한 예가 도시되어 있다. 구체적으로, 루트 AP의 하나의 하위 노드인 릴레이(Relay1)와 이에 속한 하위 노드(STA1, Relay3, STA2, STA3)가 하나의 그룹(즉, 서브 망)(1010)으로 그룹화되고, 루트 AP의 다른 하위 노드인 릴레이(Relay2)와 이에 속한 하위 노드(STA4, STA5)가 다른 그룹(즉, 서브 망)(1020)으로 그룹화될 수 있다.

이 경우, 어떤 서브 망(1010)의 릴레이(Relay2)의 제어부(830)가 필터부(810)에 망 분리 필터를 설정한 경우, 다른 서브 망(1010)의 릴레이(Relay1)에 속하는 노드에서 발생한 그룹 패킷이 해당 서브 망(1020)의 릴레이(Relay2)와 이에 속한 하위 노드로 전달되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라 서브 망의 보안을 강화할 수도 있고 운영의 효율을 높일 수도 있다. 이와 같이, IoT 망과 같이 노드들의 개수가 매우 많은 망의 경우 필터를 활용해서 망에 속한 노드와 그 노드로부터 발생하는 트래픽을 제어하여 망 부하를 줄일 수도 있다.

한편, 매우 빠른 속도로 기술 개발이 이루어지고 있는 IoT 분야에서의 망을 살펴 보면 전달 지연에 민감한 트래픽, 노드 개수 증대로 인한 망 부하의 증가와 보안의 취약성 증가 등의 해결해야 할 점들이 지적되고 있다. 다양한 무선 통신 기술들이 제안되고 있지만 이러한 문제점들은 여전히 존재하고 있으며, 특히 IEEE 802.11ah 표준의 경우, 상대적으로 높은 전송 속도와 와이파이라는 뛰어난 에코시스템, WFA 기관을 통한 인증 등의 장점을 가지고 있음에도 표준에서 정의한 바에 따르면 릴레이 기능과 관련하여 효율적이지 못한 면들이 존재한다.

그런데 이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 비효율적인 면들을 고려하여 정책적으로 그룹 패킷을 제어함으로써 위에서 언급한 전달 지연, 망 부하, 보안 측면에서 좀 더 효율적인 IoT 망을 운영할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 다른 그룹 패킷 제어 방법을 사용함으로써 IEEE 802.11ah 표준과 같이 기존 IoT용 무선 통신 기술에 비해 전송 속도, 에코 시스템, 인증 등의 측면에서 장점을 가진 기술이 좀 더 효과적으로 사용되어 운영될 수 있다.

필터의 적절한 활용을 통해 노드가 매우 많은 IoT 망에서의 그룹 패킷 전달 속도를 향상시킬 수 있으며, 이러한 필터를 통해 불필요한 그룹 패킷 전달을 막아 망 부하를 감소시킬 수 있고, 또한 각각의 서브 망을 필터링을 통해 분리함으로서 보안을 향상시킬 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

1. 무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)의 릴레이에서의 그룹 패킷 제어 방법으로서,
   복수의 모드 중 어느 하나의 모드에 따른 필터를 설정하는 단계,
   하위 노드로부터 전달되는 그룹 패킷에 상기 필터를 적용하여 상기 그룹 패킷을 필터링하는 단계, 그리고
   필터링된 그룹 패킷을 다른 노드로 전달하는 단계
   를 포함하는 그룹 패킷 제어 방법.
2. 제1항에서,
   상기 필터링에 따라 상기 그룹 패킷에 대한 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 그룹 패킷 제어 방법.
3. 제1항에서,
   상기 복수의 모드는 표준 모드를 포함하며,
   상기 표준 모드에서 상기 필터는 상기 그룹 패킷을 유니캐스트로 상기 상위 노드로 전달하도록 설정되는 그룹 패킷 제어 방법.
4. 제1항에서,
   상기 복수의 모드는 로컬 모드를 포함하며,
   상기 로컬 모드에서 상기 필터는 상기 릴레이를 포함하는 그룹에서만 상기 그룹 패킷이 전달되도록 설정되는 그룹 패킷 제어 방법.
5. 제1항에서,
   상기 복수의 모드는 필터 모드를 포함하며,
   상기 필터 모드에서 상기 필터는 상기 그룹 패킷 중 일부 패킷을 선택하는 그룹 패킷 제어 방법.

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