KR20180126855A - 무선랜에서 릴레이 이중화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 무선랜에서 릴레이 이중화 방법 및 장치에 대한 것이다. 본 개시의 일 양상에 따르면 무선랜에서 릴레이 이중화 방법은, 백업 스테이션(STA)이 릴레이의 상태를 모니터링하는 단계; 릴레이에 장애가 발생한 것으로 판정하는 경우, 상기 백업 STA이 릴레이로서 활성화하는 단계; 및 상기 백업 STA이 상기 릴레이에 연결했던 STA과 연결을 맺는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선랜에서 릴레이 이중화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RELAY DUPLEXING IN WIRELESS LAN}

본 개시는 무선랜(Wireless Local Area Network, WLAN)에 대한 것이며, 보다 구체적으로는 릴레이 이중화 방법 및 장치에 대한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP), 스마트폰(Smartphone) 등과 같은 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 액세스할 수 있도록 하는 기술이다.

무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 최근의 기술 표준에서는 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장한 시스템이 도입되었다. 예를 들어, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11n 표준에서는 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) 기술의 적용이 도입되었다.

차세대 통신 기술로서 IoT(Internet of Things) 통신 기술이 개발되고 있다. IEEE 802.11 WLAN 시스템에서도 IoT 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah라고 명명된 태스크 그룹에서 정의 되었다. IoT 통신에서는 매우 많은 개수의 기기(또는 노드)가 복잡하게 연결되어 있는 환경에서, 각각의 기기는 가끔씩 통신을 수행하는 시나리오를 고려할 수 있으며, IEEE 802.11ah 태스크 그룹에서는 이를 지원하기 위한 다양한 기술에 대해서 정의한다.

또한, IEEE 802.11ah 태스크 그룹에서는 1GHz 이하(Sub 1Ghz, S1G) 비면허 대역에서의 동작을 지원하고, 전송 범위(transmission range)를 1km까지 확장하고 최소 100Kb/s의 데이터 레이트(data rate)를 지원하기 위한 MAC(Medium Access Control) 계층 및 PHY(Physical) 계층의 동작에 대해서 정의한다. 이러한 동작을 지원하기 위한 기술들 중의 하나로 릴레이(relay)를 도입하는 것에 대해서도 정의 되었다.

그러나, 아직까지는 릴레이의 장애로 인해 발생하는 문제를 해결하기 위한 구체적인 방안은 마련되지 않았다.

본 개시는 무선랜에서 릴레이의 기능 장애로 인해 발생하는 네트워크 장애 상황을 방지하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 개시는 무선랜에서 릴레이에 장애가 발생하는 상황에 신속하게 대응하기 위한 릴레이 이중화 방법 및 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 양상에 따르면 무선랜에서 릴레이 이중화 방법은, 백업 스테이션(STA)이 릴레이의 상태를 모니터링하는 단계; 릴레이에 장애가 발생한 것으로 판정하는 경우, 상기 백업 STA이 릴레이로서 활성화하는 단계; 및 상기 백업 STA이 상기 릴레이에 연결했던 STA과 연결을 맺는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.

본 개시에 따르면, 무선랜에서 릴레이의 기능 장애로 인해 발생하는 네트워크 장애 상황을 방지하기 위한 방법 및 장치가 제공될 수 있다.

본 개시에 따르면, 무선랜에서 릴레이에 장애가 발생하는 상황에 신속하게 대응하기 위한 릴레이 이중화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 도면은 본 개시에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 개시의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 개시의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 무선랜 디바이스의 구조를 보여주는 블록도이다.
도 2는 무선랜에서의 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 무선랜에서의 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 4는 무선랜 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 무선랜 시스템에서의 릴레이 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시에 따르는 네트워크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작을 지원하기 위해서 정의하는 프레임 포맷을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시에 따른 초기화 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시에 따른 동기화 수행 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시에 따른 복구 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 개시를 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)(이하, "무선랜"이라 함)에서 기본 서비스 세트(basic service set, BSS)는 복수의 무선랜 디바이스를 포함한다. 무선랜 디바이스는 IEEE 802.11 계열의 표준에 따른 매체 접근 제어(medium access control, MAC) 계층과 물리(physical, PHY) 계층 등을 포함할 수 있다. 복수의 무선랜 디바이스 중 적어도 하나의 무선랜 디바이스는 액세스 포인트(access point, AP)이고, 나머지 무선랜 디바이스는 비-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) 또는 단말이라고 약칭하기도 한다.

도 1은 무선랜 디바이스의 구조를 보여주는 블록도이다.

도 1을 참고하면 무선랜 디바이스(1)는 베이스밴드 프로세서(10), 라디오 주파수(radio frequency, RF) 트랜시버(20), 안테나부(30), 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)이거나 컴퓨터-판독가능 매체를 포함할 수 있는 메모리(40), 입력 인터페이스 유닛(50), 출력 인터페이스 유닛(60) 및 버스(70)를 포함한다.

베이스밴드 프로세서(10)는 단순히 프로세서라고 표현할 수도 있고, 본 명세서에서 기재된 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하며, MAC 프로세서(11) (또는 MAC 엔티티), PHY 프로세서(15) (또는 PHY 엔티티)를 포함한다.

일 실시 예에서, 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 또는 머신-실행가능 명령들(이하, "MAC 소프트웨어"라 함)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(MAC 하드웨어)로서 구현할 수 있으나, MAC 프로세서의(11)의 예시들은 이러한 기능의 분산으로 한정되지는 않는다.

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

베이스밴드 프로세서(10), RF 트랜시버(20), 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 무선랜에서의 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.

도 2를 참고하면, 송신 신호 처리부(100)는 인코더(110), 인터리버(120), 매퍼(130), 역 푸리에 변환기(140), 가드 인터벌(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 때 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 에지(edge)를 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 무선랜에서의 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.

도면을 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 하나 이상의 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, 수신 신호 처리부(220)는 푸리에 변환된 수신 체인을 시공간 스트림의 성상점으로 변환하는 공간 디매퍼(spatial demapper)와 성상점을 시공간 스트림으로부터 공간 스트림으로 역확산하는 STBC 디코더를 사용하거나 또는 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 경우에 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.

무선랜 시스템에서 MAC(Medium Access Control)의 기본적인 액세스 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 하며, 간략하게 표현하면 "말하기 전에 듣기(listen before talk)" 액세스 메커니즘이라고 할 수 있다. 이에 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서 소정의 시간 동안 매체 또는 채널을 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 아이들(idle) 상태인 것으로 결정되면, AP 및/또는 STA은 해당 매체 또는 채널을 통하여 프레임 전송을 시작할 수 있다. 반면, 매체 또는 채널이 점유된(occupied) 또는 비지(busy) 상태인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 전송을 시작하지 않고 지연 기간(예를 들어, 랜덤 백오프 기간(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 랜덤 백오프 기간의 적용으로, 여러 STA들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 줄일 수 있다.

도 4는 무선랜 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

MAC 계층의 명령(instruction) (또는 프리머티브(primitive), 명령들 또는 파라미터들의 세트를 의미함)에 의해서 PHY 계층은 전송될 MAC PDU(MPDU)를 준비할 수 있다. 예를 들어, PHY 계층의 전송 시작을 요청하는 명령을 MAC 계층으로부터 받으면, PHY 계층에서는 전송 모드로 스위치하고 MAC 계층으로부터 제공되는 정보(예를 들어, 데이터)를 프레임의 형태로 구성하여 전송할 수 있다.

또한, PHY 계층에서는 수신되는 프레임의 유효한 프리앰블(preamble)을 검출하게 되면, 프리앰블의 헤더를 모니터링하여 PHY 계층의 수신 시작을 알려주는 명령을 MAC 계층으로 보낸다.

이와 같이, 무선랜 시스템에서의 정보 송신/수신은 프레임의 형태로 이루어지며, 이를 위해서 PHY 계층 프로토콜 데이터 유닛(Physical layer Protocol Data Unit, PPDU) 프레임 포맷이 정의된다.

PPDU 프레임은 STF(Short Training Field), LTF(Long Training Field), SIG(SIGNAL) 필드, 및 데이터(Data) 필드를 포함할 수 있다. 가장 기본적인(예를 들어, non-HT(High Throughput)) PPDU 프레임 포맷은 L-STF(Legacy-STF), L-LTF(Legacy-LTF), SIG 필드 및 데이터 필드만으로 구성될 수 있다. 또한, PPDU 프레임 포맷의 종류(예를 들어, HT-mixed 포맷 PPDU, HT-greenfield 포맷 PPDU, VHT(Very High Throughput) PPDU 등)에 따라서, SIG 필드와 데이터 필드 사이에 추가적인 (또는 다른 종류의) STF, LTF, SIG 필드가 포함될 수도 있다.

STF는 신호 검출, AGC(Automatic Gain Control), 다이버시티 선택, 정밀한 시간 동기 등을 위한 신호이고, LTF는 채널 추정, 주파수 오차 추정 등을 위한 신호이다. STF와 LTF는 OFDM 물리계층의 동기화 및 채널 추정을 위한 신호라고 할 수 있다.

SIG 필드는 RATE 필드 및 LENGTH 필드 등을 포함할 수 있다. RATE 필드는 데이터의 변조 및 코딩 레이트에 대한 정보를 포함할 수 있다. LENGTH 필드는 데이터의 길이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 추가적으로, SIG 필드는 패리티(parity) 비트, SIG TAIL 비트 등을 포함할 수 있다.

데이터 필드는 SERVICE 필드, PSDU(Physical layer Service Data Unit), PPDU TAIL 비트를 포함할 수 있고, 필요한 경우에는 패딩 비트도 포함할 수 있다. SERVICE 필드의 일부 비트는 수신단에서의 디스크램블러의 동기화를 위해 사용될 수 있다. PSDU는 MAC 계층에서 정의되는 MAC PDU(Protocol Data Unit)에 대응하며, 상위 계층에서 생성/이용되는 데이터를 포함할 수 있다. PPDU TAIL 비트는 인코더를 0 상태로 리턴하기 위해서 이용될 수 있다. 패딩 비트는 데이터 필드의 길이를 소정의 단위로 맞추기 위해서 이용될 수 있다.

MAC PDU는 다양한 MAC 프레임 포맷에 따라서 정의되며, 기본적인 MAC 프레임은 MAC 헤더, 프레임 바디, 및 FCS(Frame Check Sequence)로 구성된다. MAC 프레임은 MAC PDU로 구성되어 PPDU 프레임 포맷의 데이터 부분의 PSDU를 통하여 송신/수신될 수 있다.

MAC 헤더는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 듀레이션(Duration)/ID 필드, 주소(Address) 필드 등을 포함한다. 프레임 제어 필드는 프레임 송신/수신에 필요한 제어 정보들을 포함할 수 있다. 듀레이션/ID 필드는 해당 프레임 등을 전송하기 위한 시간으로 설정될 수 있다. MAC 헤더의 Sequence Control, QoS Control, HT Control 서브필드들의 구체적인 내용은 IEEE 802.11-2012 표준 문서를 참조할 수 있다.

MAC 헤더의 프레임 제어 필드는, Protocol Version, Type, Subtype, To Distribution System (DS), From DS, More Fragment, Retry, Power Management, More Data, Protected Frame, Order 서브필드들을 포함할 수 있다. 프레임 제어 필드의 각각의 서브필드의 내용은 IEEE 802.11-2012 표준 문서를 참조할 수 있다.

한편, 널-데이터 패킷(NDP) 프레임 포맷은 데이터 패킷을 포함하지 않는 형태의 프레임 포맷을 의미한다. 즉, NDP 프레임은, 일반적인 PPDU 프레임 포맷에서 PLCP(physical layer convergence procedure) 헤더 부분(즉, STF, LTF 및 SIG 필드) 을 포함하고, 나머지 부분(즉, 데이터 필드)은 포함하지 않는 프레임 포맷을 의미한다. NDP 프레임은 짧은(short) 프레임 포맷이라고 칭할 수도 있다.

이하에서는 본 개시에 따른 무선랜에서의 릴레이 이중화 방안에 대해서 설명한다. 보다 구체적으로는 IoT 네트워크(예를 들어, IEEE 802.11ah 표준에 따르는 S1G 네트워크)에서 릴레이 이중화 방안에 대해서 설명한다.

도 5는 본 개시가 적용될 수 있는 릴레이 구조(architecture)를 나타내는 도면이다.

IoT 네트워크에서 수많은 노드들 간의 복잡한 연결을 지원하기 위해서 릴레이 기능이 추가될 수 있다. 무선랜에서 릴레이는 AP(즉, 루트 AP(root AP))의 커버리지 영역을 확대하는 메커니즘에 해당한다.

릴레이는 "릴레이 AP" 및 "릴레이 STA"으로 구성될 수 있다. 즉, 릴레이는 상위로는 AP(즉, 루트 AP 또는 다른 릴레이의 릴레이 AP)에 연결(associate)되는 릴레이 STA으로서 기능하고, 하위로는 다른 STA(즉, 비-AP STA 또는 다른 릴레이의 릴레이 STA)에게 연결되는 릴레이 AP로서 기능할 수 있다. 릴레이는 릴레이 AP에 연결된 STA으로부터 루트 AP로 항하는 프레임을 전달하거나, 루트 AP로부터 릴레이 AP에 연결된 STA으로 향하는 프레임을 전달할 수 있다.

즉, Relay2는 세부적으로 상위 BSS에 속하는 relay STA, 하위 BSS를 제공하는 relay AP, 로컬 LLC(logical link control)에 대한 기능을 수행하는 relay function을 포함할 수 있다. 이러한 릴레이의 구성은 MAC 계층에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 릴레이 구성은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합된 형태로 구현될 수 있다.

도 5의 예시에서 Relay2의 릴레이 STA는 Root AP에 연결되고, Relay2의 릴레이 AP는 STA4 및 STA5에 연결될 수 있다. 즉, Relay2는 세부적으로 상위 BSS에 속하는 relay STA, 하위 BSS를 제공하는 relay AP, 로컬 LLC(logical link control)에 대한 기능을 수행하는 relay function을 포함할 수 있다. Relay2에 대한 세부적인 구성은, 다른 릴레이들(예를 들어, Relay1, Relay3)의 각각에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 5의 예시에서 Relay1의 릴레이 STA은 Root AP에 연결되고, Relay1의 릴레이 AP는 Relay3 및 STA1에 연결될 수 있다. Relay3의 릴레이 STA은 Relay1의 릴레이 AP에 연결되고, Relay3의 릴레이 AP는 STA2 및 STA3에 연결될 수 있다. 어떤 릴레이(예를 들어, Relay3)는 직접 Root AP에 연결되지 않고 다른 릴레이(예를 들어, Relay1)를 통하여 Root AP에 연결될 수도 있다.

이와 같이, 릴레이는 하위에 연결된 STA이나 또 다른 릴레이 STA를 관리하는 릴레이 AP로서 동작할 수 있다. 따라서, 릴레이는 기본적인 STA 관리뿐만 아니라 전력 절감(Power Save) 모드에 들어간 STA에 대해서도 관리하는 것이 필요하다.

또한, IoT 네트워크 특성을 고려하면, 릴레이가 STA 정보를 장시간 동안 저장 및 유지하는 것이 요구될 수도 있다. 예를 들어, 일반적인 무선랜에서의 TIM(Traffic Indication Map) 모드 STA은 AP가 전송하는 비콘 프레임 등에 포함되는 TIM 정보에 기초하여 자신에게 전송될 데이터가 AP에 버퍼되어 있는지 확인하고 그에 따라 동작할 수 있다. IEEE 802.11ah와 같은 IoT 네트워크에서는 가끔씩 데이터를 송수신하는 STA의 특성을 고려하여, TIM 정보를 확인하기 위해 소모되는 전력을 줄이기 위해서 non-TIM 모드로 동작할 수도 있다. 이러한 non-TIM 모드 STA의 경우 장시간 동안 전력 절감 모드로 동작할 수 있으므로, 릴레이가 해당 STA의 정보를 장시간 동안 관리하는 것이 요구될 수도 있다.

이와 같이 릴레이는 동작에서 중요한 기능을 하므로, 만약 릴레이에 기능 장애가 발생하는 경우에는 네트워크 전체적인 성능에 큰 영향을 끼치게 된다. 즉, 릴레이는 신뢰성공학에서 일컫는 단일 장애점(Single Point of Failure, SPOF)에 해당할 수 있다. 특히, IoT 네트워크에서 장시간 전력 절감 모드로 동작하는 STA들이 존재하는 경우에는, 단일 장애점인 릴레이에 문제가 발생하는 경우 네트워크 운영에 큰 지장을 초래할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 개시에서는 릴레이가 무선랜 표준에서 요구하는 사항을 모두 만족하면서, 추가적으로 릴레이 기능을 효율적으로 이중화하는 방안에 대해서 설명한다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11ah 표준을 기반으로 구성되는 무선랜 네트워크에서, 릴레이의 소프트웨어적인 추가 또는 변경을 통하여 릴레이 이중화를 지원하는 방안에 대해서 이하에서 설명한다.

도 6은 본 개시에 따르는 네트워크 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서 Root AP(600)의 커버리지(605) 내에 Relay1(610), Relay2(620), STA1(630) 등의 노드들이 Root AP(600)와 연결(association)을 맺고 있는 예시를 나타낸다. STA1(630)은 릴레이를 통하지 않고 Root AP(600)와 직접 연결될 수 있다. 커버리지(605) 밖에 있는 STA2(640)는 Relay1(610)를 통하여 Root AP(600)과 프레임을 송수신할 수 있다. STA3(650)는 커버리지(650) 내에 존재하지만 Relay2(620)를 통하여 Root AP(600)과 프레임을 송수신할 수 있다.

본 개시에서 Backup STA(660)는 Relay1(610)에 대한 릴레이 이중화를 지원하는 백업 노드에 해당할 수 있다.

도 6의 예시에서는 Relay1(610)에 대한 릴레이 이중화를 위한 Backup STA(660)를 가정하여 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 릴레이(예를 들어, Relay2(620))와 관련된 백업 노드에 대해서도 동일한 설명이 적용될 수 있다.

이하에서는, 도 6의 예시에서 동작하는 각각의 개체(entity)의 구성 및 동작에 대해서 구체적으로 설명한다.

Root AP(600)는 하위 릴레이(예를 들어, Relay1(610), Relay2(620))와 외부 네트워크 간의 트래픽 전달 기능, 및 하위 릴레이 또는 직접 연결된 STA(예를 들어, STA1(630))의 관리 기능을 수행할 수 있다.

Relay1(610)는 하위 STA(예를 들어, STA2(640))와 루트 AP 간의 트래픽 전달 기능, 및 하위 STA의 관리 기능을 수행할 수 있다. 만약 Relay1(610)에 하위 릴레이가 존재하는 경우에는, Relay1(610)은 하위 릴레이와 루트 AP 간의 트래픽 전달 기능, 및 하위 릴레이의 관리 기능을 수행할 수 있다.

또한, Relay1(610)는 본 개시에 따른 Backup STA(660)와의 릴레이 이중화 동작을 수행할 수 있다. 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작은 IEEE 802.11ah 표준에서 요구하는 사항들을 모두 준수하면서, 표준에서 예비된(reserved) 영역의 정보(예를 들어, 벤더-특정 정보(vendor-specific information))를 정의 및 이용하도록 구성되므로, 전체적으로 표준 호환성을 유지하면서 릴레이 이중화라는 새로운 기능을 제공할 수 있다. 이에 대해서 보다 구체적인 사항은 후술한다.

Backup STA(660)은 기본적으로 non-AP STA으로 동작할 수 있고, Relay1(610)과의 릴레이 이중화를 위한 기능을 추가적으로 수행할 수 있다. 즉, Backup STA(660)은 Relay1(610)이 정상동작 하는 중에는, Relay1(610)과 정보를 공유할 수 있다. SPOF에 해당하는 Relay1(610)에 장애가 발생하는 경우, Backup STA(660)은 이를 감지하고 Relay1(610)를 대신하여 STA2(640)에 대한 릴레이 AP로서의 기능을 수행할 수 있다. Relay1(610)에 장애가 해소된 경우, Backup STA(660)은 STA2(640)이 Relay1(610)과 재연결(reassociation)을 맺도록 지원할 수 있다.

STA2(640)는 기본적으로 non-AP STA으로 동작할 수 있고, 전술한 바와 같은 릴레이 이중화에서 정의하는 새로운 정보에 따라 연결되는 개체를 변경하는 동작을 추가적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, Relay1(610)의 장애 발생시에 Backup STA(660)와의 연결을 맺고, Relay1(610)가 복구(recover)된 경우에 Relay1(610)과 재연결을 맺는 동작을 수행할 수 있다.

릴레이 이중화를 위해서 본 개시에서 정의하는 STA의 추가적인 동작을 지원하지 않는 STA의 경우에도, 릴레이 또는 AP와의 연결이 끊긴 것을 감지하여 새로운 릴레이 또는 AP와 연결을 맺는 동작을 수행할 수 있다. 그러나, 이와 같이 연결이 끊기는 경우에는 해당 STA의 정보가 네트워크 내에서 유지 또는 관리되지 않고 새롭게 연결을 맺어야 하므로, 네트워크 전체 성능이 저하되는 문제가 남을 수 있다. 따라서, 본 개시에서 정의하는 릴레이 이중화 동작에 따르면, 장애가 발생한 릴레이에 연결되어 있던 STA의 정보를 연속적으로 유지 및 관리할 수 있으므로, 네트워크 전체적인 성능을 높일 수 있다.

전술한 바와 같이, Relay1(610)가 정상적으로 동작하는 중에는 제 1 통신 경로(670)에 따라 Relay1(610)을 통하여 Root AP(600)와 STA2(640) 간의 프레임 송수신이 수행될 수 있다. Relay1(610)에 장애가 발생한 경우 제 1 통신 경로(670)가 끊기게 되고, 이 경우에는 제 2 통신 경로(680)에 따라 Backup STA(660)을 통하여 Root AP(600)와 STA2(640) 간의 프레임 송수신이 수행될 수 있다. Relay1(610)이 복구된 경우, 다시 제 1 통신 경로(670)에 따라 Relay1(610)을 통하여 Root AP(600)와 STA2(640) 간의 프레임 송수신이 수행될 수 있다.

전술한 설명에서, Relay1(610) 및 STA2(640)에 대한 내용은 다른 릴레이(예를 들어, Relay2(620)) 및 다른 STA(예를 들어, STA3(650))에 대해서도 적용될 수 있다.

도 7은 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7에서 릴레이, 백업 STA 및 STA은 도 6의 Relay1(610), Backup STA(660) 및 STA2(640)에 각각 대응할 수 있지만, 이는 단지 예시일 뿐 제한적인 것은 아니다.

도 7에서 도시하는 바와 같이 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작은 초기화 단계(S710), 이중화 수행 단계(S720) 및 복구 단계(S730)을 포함할 수 있다.

초기화 단계(S710)는 릴레이와 백업 STA간의 백업 계약(backup contract)을 맺는 단계(S711), 및 릴레이와 백업 STA간의 필요한 정보를 교환하는 초기 백업 동기화(initial backup synchronization)를 수행하는 단계(S713)를 포함할 수 있다.

이중화 수행 단계(S720)는 릴레이와 백업 STA간의 동기화 업데이트(synchronization update)를 수행하는 단계(S721), 릴레이의 장애 발생 여부를 백업 STA이 모니터링하는 단계(S723), 및 백업 STA이 릴레이에 장애가 발생한 것으로 판정 또는 감지한 경우 백업을 시작하는 단계(S725)를 포함할 수 있다.

복구 단계(S730)는 릴레이가 백업 STA이 백업을 수행하고 있는지 여부를 확인하는 백업 체크 단계(S731), 릴레이가 장애 상태였던 동안에 백업 STA에 의해서 업데이트된 정보가 있는 경우에 해당 정보를 동기화하는 백업 동기화 단계(S733), 백업 STA에 연결되어 있는 STA이 다시 릴레이로 연결하는 것을 지원하는 재연결 단계(S735), 및 백업 STA이 릴레이로서의 기능을 중지하는 백업 중지 단계(S737)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작을 지원하기 위해서 정의하는 프레임 포맷을 나타내는 도면이다.

도 8(a)는 벤더-특정 시그널링을 위해서 정의되는 벤더-특정 액션 프레임의 포맷을 나타낸다. 벤더-특정 액션 프레임은 IEEE 802.11 표준문서에서 예비된 영역으로서, 표준에서 정의되지는 않지만 벤더가 새롭게 정의하는 정보를 나르기 위해서 사용될 수 있다.

카테고리 필드는 1 옥텟 크기를 가지고, 해당 프레임 포맷이 벤더-특정 카테고리에 해당함을 나타내는 값(예를 들어, 127)을 가질 수 있다.

Organization Identifier(OI) 필드는 j 옥텟 크기를 가지고, 벤더-특정 컨텐츠를 정의한 엔터티(즉, 벤더)를 식별하는 값으로 설정될 수 있다. 여기서, OI 필드가 OUI(Organizationally Unique Identifier) 값으로 정의되는 경우에는 j=3 일 수 있다. 만약 OI 필드가 3 옥텟보다 큰 식별자를 나타내는 것으로 정의되는 경우에는, OI 필드의 처음 3 옥텟은 OUI에 해당할 수 있다. 따라서, OI 필드는 적어도 3 옥텟 크기의 OUI 값을 포함한다고 할 수 있다.

벤더-특정 컨텐츠(vendor-specific content) 필드는 가변적인 크기를 가지고, 본 발명에서 정의하는 다양한 정보 및 추가적인 정보를 포함할 수 있다. 구체적으로, 후술하는 도 8(b) 내지 도 8(e)의 필드들은, 도 8(a)의 벤더-특정 컨텐츠 필드에 포함될 수 있다.

도 8(b)는 백업 계약(backup contract) 동작을 지원하는 필드들의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 명령(Command) 필드의 값이 0인 경우에는 백업 계약 요청을 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 백업 계약 응답을 나타낼 수 있다. 상태(Status) 필드의 값이 0인 경우에는 상대방이 전송하는 백업 계약 프레임을 수신하지 못하였거나 올바르게 디코딩할 수 없음(즉, NACK)을 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 올바르게 수신하였음(즉, ACK)을 나타낼 수 있다.

도 8(c)는 백업 동기화(backup synchronization) 동작을 지원하는 필드들의 예시를 나타낸다. 예를 들어, Command 필드의 값이 0인 경우에는 백업 동기화를 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 ACK을 나타낼 수 있다. 방향(Direction) 필드의 값이 0인 경우에는 백업의 기점(origin)(예를 들어, 릴레이)으로부터 백업으로서 기능하는 개체(예를 들어, 백업 STA)로 백업 동기화 프레임이 전송되는 것을 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 백업으로서 기능하는 개체(예를 들어, 백업 STA)로부터 백업의 origin(예를 들어, 릴레이)으로 백업 동기화 프레임이 전송되는 것을 나타낸다. 길이(Length) 필드는 후속하는 필드(즉, 정보(Information) 필드)의 길이를 나타내는 값을 가질 수 있다. 정보(Information) 필드는 백업될 정보를 포함할 수 있으며, 해당 네트워크의 특성에 따라 다양한 정보가 포함될 수 있다. 즉, BSS 정보, 릴레이의 캐퍼빌리티(Capabilities) 정보, 현재 접속되어 있는 STA에 대한 정보 등이 포함 될 수 있다. 상기 STA에 대한 정보는, STA의 식별 정보(예를 들어, STA의 MAC 주소, 릴레이와의 연결에 대해 할당 받은 AID(Association ID), 부분 AID 등), STA의 캐퍼빌리티 정보에 대해서 릴레이가 저장하고 있는 정보 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 8(c)에는 도시하지 않지만, 백업 동기화 프레임의 오버헤드를 줄이기 위해서 시퀀스(sequence) 필드를 추가적으로 정의할 수 있다. 시퀀스 필드의 값은 백업될 정보에 변경이 발생하는 경우마다 1씩 증가할 수 있다. 만약 릴레이가 유지하고 있는 시퀀스 값과 백업 STA이 유지하고 있는 시퀀스 값이 동일한 경우에는 변경된 정보가 없으므로 추가적으로 동기화를 수행할 필요가 없다. 만약 릴레이가 유지하고 있는 시퀀스 값과 백업 STA이 유지하고 있는 시퀀스 값이 서로 다른 경우에는 더 높은 시퀀스 값에 해당하는 개체로부터 상대방으로 백업에 필요한 정보를 전달하는 것이 효율적이다. 따라서, 도 8(c)의 백업 동기화 프레임의 필드들에 있어서 Length 필드 및 Information 필드 대신에, 시퀀스 필드를 포함하는 형태로 구성하여 먼저 시퀀스 값만을 전달할 수 있다. 이에 따라, 시퀀스 값이 다른 경우(즉, 백업 정보 동기화가 필요한 경우)에만 도 8(c)와 같은 프레임 포맷을 이용하여 백업될 정보를 전달하고, 만약 시퀀스 값이 동일한 경우에는 추가적으로 백업 정보를 전달하지 않을 수도 있다.

도 8(d)는 백업 체크(backup check) 동작을 지원하는 필드의 예시를 나타낸다. 예를 들어, Command 필드의 값이 0인 경우에는 백업을 수행중인지 확인을 요청함을 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 백업 수행중임을 알리는 ACK를 나타낸다.

도 8(e)는 백업 리조인 동작을 지원하는 필드의 예시를 나타낸다. 예를 들어, Command 필드의 값이 0인 경우에는 STA에게 이전에 연결된 릴레이로 재연결을 수행하도록 통지하는 것을 나타내고, 그 값이 1인 경우에는 리조인할 것을 알리는 ACK를 나타낸다.

도 8을 참조하여 설명한 벤더-특정 프레임 포맷을 이용하여 후술하는 백업 계약 프레임, 백업 동기화 프레임, 백업 체크 프레임, 백업 리조인 프레임을 구성할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 이에 제한되는 것은 아니며, 표준문서에서 기정의된 프레임에 포함되는 벤더-특정 요소(vendor-specific element)의 포맷에 따라서, 백업 계약 요소, 백업 동기화 요소, 백업 체크 요소, 백업 리조인 요소와 같이 정의 및 이용될 수도 있다.

이하에서는 도 7의 초기화 단계(S710), 이중화 수행 단계(S720) 및 복구 단계(S730)에 대해서, 도 8에서 정의하는 다양한 프레임을 이용한 본 개시의 구체적인 예시들에 대해서 설명한다.

도 9는 본 개시에 따른 초기화 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S910은 릴레이와 백업 STA이 연결(association)을 맺는 과정을 나타낸다. 예를 들어, 백업 STA이 릴레이(즉, 릴레이 AP)에게 연결 요청(association request) 프레임을 전송하고, 이에 응답하여 릴레이가 백업 STA에게 연결 응답(association response) 프레임을 전송함으로써 연결을 맺을 수 있다.

단계 S911에서 백업 STA은 자신의 백업 캐퍼빌리티 정보를 릴레이에게 전달할 수 있다.

예를 들어, 백업 STA은 연결 요청 프레임에 포함되는 S1G 캐퍼빌리티(capabilities) 요소에 예비된(reserved) 비트를 이용하여, 자신의 백업 캐퍼빌리티 정보를 릴레이에게 전달할 수 있다. 예를 들어, S1G 캐퍼빌리티 요소는 10 옥텟(즉, 80 비트) 길이를 가지고, 0 번째 비트(B0)부터 72번째 비트(B72)까지는 표준문서에서 정의하는 필드들로 구성되며, 73번째 비트(B73)부터 79번째 비트(B79)까지는 예비된(reserved) 비트로 정의된다. 예비된 비트 중의 하나의 비트(예를 들어, B73)를 백업 STA 지원(backup STA support) 여부를 나타내는 비트로 정의하고, 추가적인 하나의 비트(예를 들어, B74)를 루트 AP에 대한 접근가능성(Root AP accessibility)을 나타내는 비트로 정의할 수 있다.

또한, 백업 STA이 전송하는 연결 요청 프레임에는, 타입(예를 들어, 연결 요청 프레임에 포함되는 S1G 캐퍼빌리티 요소에 포함), 리슨 인터벌 등의 정보가 더 포함될 수 있다.

또한, 릴레이는 백업 STA으로부터 수신되는 신호의 강도를 수신신호강도지시자(Received Signal Strength Indicator, RSSI)의 형태로 확인할 수 있다.

또한, 릴레이는 백업 STA에 대한 정보를 바탕으로, 백업 STA의 슬립 모드, 어웨이크 모드 등의 전력 절약 모드(power save mode, PS mode)를 지원하는지와, 전력 절약 모드로 동작하는 타이밍 등에 대한 정보를 확인할 수 있다.

단계 S913에서 릴레이는 위와 같은 백업 STA에 대한 정보에 기초하여, 해당 백업 STA에 대한 백업 계약을 맺을지 여부를 결정할 수 있다.

기본적으로 릴레이는 백업 STA이 릴레이로서 동작하는 기능을 지원하는지 여부에 기초하여 하나 이상의 백업 STA 후보를 결정할 수 있다.

추가적으로, 예를 들어, 루트 AP에 대한 접속이 가능한지 여부, STA의 타입, 리슨 인터벌, RSSI, 또는 PS 모드 중의 하나 이상에 기초하여, 백업 STA에 대한 계약 여부를 결정할 수 있다.

예를 들어, 다음과 같은 특성을 가지는 STA이 백업 STA으로 선호(prefer)될 수 있다.

- 루트 AP에 대한 접속이 가능한 STA

- 센서 타입이 아닌(즉, non-sensor type) STA

- 리슨 인터벌이 짧은 STA

- RSSI 값이 큰 STA

- PS 모드가 아닌 (즉, active 또는 awake 상태의) STA

위와 같은 선호 조건은 단지 예시에 불과하고 제한적인 것은 아니다. 또한, 위와 같은 선호조건 중의 일부만이 고려될 수도 있고, 또는 추가적인 조건을 고려하여 백업 STA 후보 중에서 백업 STA를 선택할 수도 있다. 예를 들어, 네트워크 전체가 센서 타입 STA만을 포함하는 경우에는 센서 타입의 STA이더라도 백업 STA으로 선택될 수 있다. 또한, 리슨 인터벌의 길이는 짧을수록 선호되지만, 네트워크 특성상 리슨 인터벌의 길이가 길더라도 백업 STA으로서 선택될 수 있다.

단계 S920은 릴레이와 백업 STA가 백업 계약을 맺는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S711에 대응).

단계 S921에서 릴레이는 백업 계약 요청 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 릴레이는 도 8(b)의 예시에서 Command 필드의 값을 0으로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을, 선택된 백업 STA에게 전송할 수 있다.

단계 S923에서 백업 STA은 백업 계약 응답 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 백업 계약 요청을 수신한 백업 STA은 도 8(b)의 예시에서 Command 필드의 값을 1로 설정하고 Status 필드의 값을 1로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다.

단계 S930은 릴레이와 백업 STA가 백업 동기화를 수행하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S713에 대응).

단계 S931에서 릴레이는 백업 동기화 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 릴레이는 도 8(c)의 예시에서 Command 필드의 값을 0으로 설정하고, Direction 필드의 값을 0으로 설정하고, 전달할 정보의 크기 및 내용에 따라 Length 필드 및 Information 필드를 구성한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다.

단계 S933에서 백업 STA은 백업 동기화 응답 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 도 8(c)의 예시에서 Command 필드의 값을 1로 설정하고, Direction 필드의 값을 1로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다.

도 10은 본 개시에 따른 동기화 수행 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S1010은 릴레이와 백업 STA가 백업 동기화 업데이트를 수행하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S721에 대응).

단계 S1011에서는, 도 9의 단계 S931을 통해서 릴레이로부터 백업 STA에게 전달된 정보에 변경이 발생한지 여부를 판단할 수 있다. 만약 변경된 정보가 있는 경우에는 업데이트가 필요한 것으로 결정하고, 릴레이는 백업 동기화 프레임(예를 들어, 도 8(c))을 이용하여 변경된 정보를 백업 STA에게 전달할 수 있다 (단계 S1013). 이에 응답하여 백업 STA은 백업 동기화 응답 프레임(예를 들어, 도 8(c))을 릴레이에게 전송할 수 있다 (단계 S1015). 만약 변경된 정보가 없다면 단계 S1013 및 S1015는 수행되지 않을 수도 있다.

단계 S1020은 백업 STA가 릴레이의 상태를 모니터링하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S723에 대응).

단계 S1020은 단계 S1010에 후속하여 순차적으로 수행되는 것이 아니라, 백업 계약을 맺은 백업 STA는 지속적으로 또는 주기적으로 릴레이의 상태를 모니터링 할 수 있다.

예를 들어, 백업 STA은 릴레이(즉, 릴레이 AP)로부터 주기적으로 브로드캐스트되는 비콘 프레임이 수신되는지 여부를 체크할 수 있다. 이를 수동적인(passive) 릴레이 상태 체크(또는 수동적 스캐닝)이라고 할 수 있다. 만약 비콘 프레임이 수신되지 않는 경우, 릴레이에 장애가 발생한 것으로 결정할 수 있다.

또한, 백업 STA은 프로브 요청(probe request) 및 프로브 응답(probe response)를 이용한 능동적(active) 릴레이 상태 체크(또는 능동적 스캐닝)를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 백업 STA이 릴레이에게 프로브 요청 프레임을 전송하였는데, 프로브 응답 대기 시간 내에 릴레이로부터 프로브 응답 프레임이 수신되지 않는 경우, 릴레이에 장애가 발생한 것으로 결정할 수 있다.

위와 같은 능동적인 또는 수동적인 릴레이 상태 체크에 있어서 기본적으로는 수동 체크 방식으로 동작하지만, 백업 STA의 리슨 인터벌이 소정의 기준값보다 큰 경우에는 능동 체크 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA의 리슨 인터벌이 기준 비콘 인터벌(criteria for Beacon Interval)보다 긴 경우에는 능동 체크 방식을 적용할 수 있다.

단계 S1030은 백업 STA가 백업을 시작하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S725에 대응).

단계 S1031에서 백업 STA은 루트 AP와 연결을 맺을 수 있다.

단계 S1033에서 백업 STA은 릴레이 활성화(activate) 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 루트 AP와 릴레이 활성화 요청 프레임 및 릴레이 활성화 응답 프레임을 교환함으로써 릴레이로서 활성화될 수 있다.

단계 S1035에서 백업 STA은 릴레이 탐색(discovery) 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 다른 STA으로부터의 릴레이 탐색 요소를 포함하는 프레임을 수신하는 경우 해당 STA에게 릴레이 기능을 제공할 수 있는지를 판단하고, 그에 따라 응답할 수 있다.

위와 같이 릴레이로서 동작할 준비를 마친 백업 STA은, 단계 S1040에서 STA과 (재)연결((re)association)을 맺을 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 STA과 (재)연결 요청 프레임 및 (재)연결 응답 프레임을 교환함으로써 연결을 맺을 수 있다. 이후, STA은 백업 STA을 통해서 루트 AP와 프레임을 교환할 수 있다.

위와 같은 과정과 병행하여, 백업 STA은 지속적으로 또는 주기적으로 릴레이가 정상 동작으로 복구되는지 여부를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 비콘 프레임을 이용한 수동적 체크 방식, 프로브 요청 및 프로브 응답을 이용한 능동적 체크 방식으로 모니터링을 수행할 수 있다.

도 11은 본 개시에 따른 복구 단계의 세부적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S1110은 릴레이가 백업 STA에 대해서 백업 체크를 수행하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S731에 대응).

단계 S1111에서 릴레이는 백업 STA에게 백업 체크 프레임을 전송하여 백업을 수행하고 있는지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 릴레이는 도 8(d)의 예시에서 Command 필드의 값을 0으로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다.

단계 S1113에서 백업 STA은 릴레이에게 백업 체크 응답 프레임을 전송할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 도 8(d)의 예시에서 Command 필드의 값을 1로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다.

단계 S1120은 릴레이와 백업 STA가 백업 동기화를 수행하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S733에 대응).

릴레이에 장애가 발생한 동안에 백업 STA이 릴레이로서 동작하고, 그 동안에 STA에 대한 정보 등이 변경될 수 있다. 따라서, 장애에서 복구된 릴레이는 백업 STA을 통해서 그 동안 변경된 정보를 획득하기 위한 동기화를 수행할 수 있다.

단계 S1121에서 백업 STA은 백업 동기화 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 도 8(c)의 예시에서 Command 필드의 값을 0으로 설정하고, Direction 필드의 값을 1로 설정하고, 전달할 정보의 크기 및 내용에 따라 Length 필드 및 Information 필드를 구성한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다.

단계 S1123에서 릴레이는 백업 동기화 응답 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 릴레이는 도 8(c)의 예시에서 Command 필드의 값을 1로 설정하고, Direction 필드의 값을 0로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다.

추가적으로, 릴레이는 자신이 저장하고 있는 정보에 대한 시퀀스 값을 백업 동기화 프레임을 통하여 백업 STA에게 전달할 수도 있다. 이 경우, 백업 STA은 자신이 저장하고 있는 시퀀스 값과, 릴레이로부터 수신된 시퀀스 값을 비교하여, 릴레이가 가지고 있는 정보에 대한 업데이트가 필요한지 여부를 결정할 수 있다. 만약 업데이트가 필요하다고 결정한 경우, 단계 S1121 및 S1123을 통하여 백업 정보를 동기화할 수 있다. 만약 업데이트가 필요하지 않다고 결정한 경우, 단계 S1121 및 S1123는 생략될 수 있다.

단계 S1130은 STA이 릴레이로의 재연결을 수행하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S735에 대응).

단계 S1131에서 백업 STA은 STA에게 기존에 연결했던 릴레이로 재연결을 수행할 수 있음을 알려주거나 또는 재연결을 수행할 것을 통지할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 도 8(e)의 예시에서 Command 필드의 값을 0으로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 릴레이에게 전송할 수 있다.

단계 S1133에서 STA은 백업 STA에게 백업 리조인 응답 프레임을 전송할 수 있다. 예를 들어, STA은 도 8(e)의 예시에서 Command 필드의 값을 1로 설정한 벤더-특정 컨텐츠를 포함하는 벤더-특정 액션 프레임을 백업 STA에게 전송할 수 있다.

단계 S1135에서 STA은 릴레이와 (재)연결을 맺을 수 있다. 예를 들어, (재)연결 요청 프레임을 STA이 릴레이에게 전송하고, (재)연결 응답 프레임을 STA이 릴레이로부터 수신하는 과정을 통해 (재)연결을 맺을 수 있다.

또는, 단계 S1131 및 S1133의 백업 리조인 및 응답 과정은 생략될 수도 있다. 즉, STA은 릴레이에 발생한 장애가 복구되었음을 스스로 감지하고, 릴레이와 (재)연결을 맺을 수도 있다.

단계 S1140은 백업 STA가 백업을 중지하는 과정을 나타낸다 (도 7의 단계 S727에 대응).

단계 S1141에서 백업 STA은 루트 AP와 연결 해제(disassociation)를 수행할 수 있다.

단계 S1143에서 백업 STA은 릴레이 비활성화(deactivate) 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 백업 STA은 루트 AP와 릴레이 비활성화 요청 프레임 및 릴레이 비활성화 응답 프레임을 교환함으로써 릴레이로서의 기능을 비활성화시킬 수 있다.

단계 S1145에서 백업 STA은 릴레이와 (재)연결을 맺을 수 있다. 예를 들어, (재)연결 요청 프레임을 백업 STA이 릴레이에게 전송하고, (재)연결 응답 프레임을 백업 STA이 릴레이로부터 수신하는 과정을 통해 (재)연결을 맺을 수 있다. 이에 따라, 백업 STA은 릴레이의 장애 발생 여부를 모니터링하는 동작(예를 들어, 단계 S1020)을 지속적으로 수행함으로써 백업 수행을 대비할 수 있다.

전술한 실시예들을 통하여 설명한 바와 같이, 본 개시에 따르면 정상 동작하던 릴레이에 장애가 발생하여 트래픽 경로(예를 들어, 도 6의 670)이 끊기는 경우에도, 본 개시에 따른 릴레이 이중화 동작을 통하여 백업 STA을 통한 새로은 트래픽 경로(예를 들어, 도 6의 680)을 지원할 수 있다. 따라서, 릴레이에 장애가 발생하는 경우에도, STA의 관리 및 트래픽 송수신을 지속적이며 안정적으로 지원할 수 있다.

전술한 본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 간명함을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서 예시하는 모든 단계가 반드시 필요한 것은 아니다.

전술한 본 개시의 예시적인 방법들에 있어서, 본 개시의 다양한 실시 예에서 설명한 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시 예가 동시에 적용될 수도 있다.

본 개시의 범위는 본 개시에 따른 방안에 따른 동작을 처리 또는 구현하는 장치(예를 들어, 도 1 내지 도 3에서 설명한 무선 디바이스 및 그 구성요소)를 포함한다.

본 개시의 범위는 본 개시에 따른 방안에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.

본 개시의 다양한 실시형태들은 IEEE 802.11 시스템을 중심으로 설명하였으나, 다양한 이동통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (20)

1. 무선랜에서 릴레이 이중화 방법에 있어서,
   백업 스테이션(STA)이 릴레이의 상태를 모니터링하는 단계;
   릴레이에 장애가 발생한 것으로 판정하는 경우, 상기 백업 STA이 릴레이로서 활성화하는 단계; 및
   상기 백업 STA이 상기 릴레이에 연결했던 STA과 연결을 맺는 단계를 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 백업 STA이 상기 릴레이와 백업 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하고,
   상기 백업 동기화는, 상기 릴레이로부터 상기 백업 STA에게 백업할 정보가 전달되는 것을 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 백업 동기화는,
   상기 백업 STA이 상기 릴레이와 백업 계약을 맺은 후에 최초로 수행되는 초기 백업 동기화, 및
   상기 릴레이에서 상기 백업할 정보에 대한 변경이 발생하는 경우에 수행되는 백업 동기화 업데이트를 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 백업 동기화는 상기 백업 STA이 상기 릴레이로부터 백업 동기화 프레임을 수신하고, 상기 백업 STA이 상기 릴레이에게 백업 동기화 응답 프레임을 전송하는 단계를 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 백업 동기화 프레임 및 상기 백업 동기화 응답 프레임은, 벤더-특정(vendor-specific) 액션 프레임 또는 벤더-특정 요소를 포함하는 프레임인, 릴레이 이중화 방법.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 백업 계약은,
   상기 릴레이와 상기 백업 STA과의 연결을 통해서 제공된 상기 백업 STA의 백업 캐퍼빌리티에 대한 정보에 기초하여, 하나 이상의 백업 STA 후보 중에서 상기 백업 STA가 선택되고,
   선택된 백업 STA와 릴레이 간에 백업 계약 요청 프레임 및 백업 계약 응답 프레임을 교환함으로써 수행되는, 릴레이 이중화 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 백업 STA의 선택은,
   릴레이 기능 지원 여부, 루트 액세스 포인트(AP) 접속 가능 여부, 센서 타입 여부, 리슨 인터벌, 수신신호강도, 또는 전력 절약 모드 중의 하나 이상에 기초하여 선택되는, 릴레이 이중화 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 백업 계약 요청 프레임 및 상기 백업 계약 응답 프레임은, 벤더-특정 액션 프레임 또는 벤더-특정 요소를 포함하는 프레임인, 릴레이 이중화 방법.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 백업 STA이 릴레이로서 활성화하는 단계는,
   상기 백업 STA이 루트 AP와 연결을 맺는 단계;
   상기 백업 STA이 상기 루트 AP와 릴레이 활성화 요청 프레임 및 릴레이 활성화 응답 프레임을 교환하는 단계를 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이가 복구된 경우, 상기 릴레이로부터 상기 백업 STA의 백업 수행 여부를 확인하는 백업 체크 프레임을 수신하고, 상기 백업 STA이 상기 릴레이에게 백업 체크 응답 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 백업 체크 프레임 및 상기 백업 체크 응답 프레임은, 벤더-특정 액션 프레임 또는 벤더-특정 요소를 포함하는 프레임인, 릴레이 이중화 방법.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이가 복구된 후, 상기 릴레이에 장애가 발생한 동안에 상기 백업 STA에서 업데이트된 정보에 대해서 상기 릴레이와 백업 동기화가 수행되는, 릴레이 이중화 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 릴레이가 복구된 후 수행되는 백업 동기화는, 상기 백업 STA이 상기 릴레이에게 백업 동기화 프레임을 전송하고, 상기 릴레이로부터 상기 백업 STA이 백업 동기화 프레임을 수신하는 것을 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
    
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이가 복구된 경우, 상기 백업 STA이 상기 릴레이에 연결했던 STA에게 상기 릴레이에게 재연결할 것을 통지하는 단계를 더 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 릴레이에게 연결할 것을 통지하는 단계는,
    상기 백업 STA이 상기 STA에게 백업 리조인 프레임을 전송하고, 상기 백업 STA이 상기 STA으로부터 백업 리조인 응답 프레임을 수신하는 것을 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 백업 리조인 프레임 및 상기 백업 리조인 응답 프레임은, 벤더-특정 액션 프레임 또는 벤더-특정 요소를 포함하는 프레임인, 릴레이 이중화 방법.
    
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이가 복구되고, 상기 릴레이에 연결했던 STA이 상기 릴레이에 재연결된 경우, 상기 백업 STA은 릴레이 비활성화를 수행하는, 릴레이 이중화 방법.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 백업 STA이 루트 AP와 연결을 해제하고, 상기 릴레이와 연결을 맺는 단계를 더 포함하는, 릴레이 이중화 방법.
    
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이의 상태를 모니터링하는 단계는 지속적 또는 주기적으로 수행되는, 릴레이 이중화 방법.
    
20. 무선랜에서 릴레이 이중화를 수행하는 백업 스테이션(STA) 장치에 있어서,
    트랜시버;
    메모리; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    릴레이의 상태를 모니터링하고,
    릴레이에 장애가 발생한 것으로 판정하는 경우, 상기 백업 STA이 릴레이로서 활성화하고,
    상기 릴레이에 연결했던 STA과 연결을 맺도록 설정되는, 백업 STA 장치.
    

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