KR20200126823A

KR20200126823A - Method for interference-aware adaptive beam alignment for hyper-dense ieee 802.11ax internet-of-things networks and sta there of

Info

Publication number: KR20200126823A
Application number: KR1020190050979A
Authority: KR
Inventors: 김중헌; 권도현
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-11-09
Also published as: KR102240425B1

Abstract

The present invention relates to a method for interference-aware adaptive beam alignment for hyper-dense IEEE 802.11AX Internet-of-Things networks and an STA using the method including: (a) a step of determining whether an inter-basic service set (BSS) NAV is set when the STA attempts to transmit data; (c) a step in which the STA selects a new AP to be associated after a predetermined waiting threshold (θ_ed) in a case where the data transmission is delayed due to the inter-BSS NAV setting; and (d) a step in which the STA forms a beam toward a beamformee in the direction of dir. According to the present invention, a delay time-shortening adaptive beam is formed in the IEEE 802.11ax environment as a next-generation wireless communication standard. Accordingly, inter-user communication delay time in a future IoT network can be substantially reduced and data transmission and reception can be performed with efficiency even in the event of dense user devices.

Description

An adaptive beam alignment technique considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network and STA using the technique {METHOD FOR INTERFERENCE-AWARE ADAPTIVE BEAM ALIGNMENT FOR HYPER-DENSE IEEE 802.11AX INTERNET-OF-THINGS NETWORKS AND STA THERE OF}

본 발명은 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법 및 그 기법을 사용하는 STA에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 IEEE 802.11ax에서 새롭게 제시된 간섭 제어 기법인 다중 NAV 플래그를 밀집된 IoT 네트워크에서의 간섭 제어 알고리즘에 활용하여, 현재 연결된 AP를 통해 통신을 수행할지, 아니면, 다른 인접한 AP와 통신을 수행할지 의사결정을 내리고, 통신 대상 AP를 선정하면 해당 AP로의 빔포밍을 통해 밀집된 환경의 간섭이 심한 IoT 네트워크에서도 통신을 계속할 수 있도록 하는 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법 및 그 기법을 사용하는 STA에 관한 것이다.The present invention relates to an adaptive beam alignment technique that considers interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network and an STA using the technique, and in more detail, the IoT with multiple NAV flags, a newly proposed interference control technique in IEEE 802.11ax. Utilizing in the interference control algorithm in the network, a decision is made whether to perform communication through the currently connected AP or to perform communication with another adjacent AP, and when the target AP is selected, the dense environment through beamforming to the corresponding AP The present invention relates to an adaptive beam alignment technique that considers interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network that enables communication to continue even in an IoT network with severe interference, and an STA using the technique.

참고로, 상기 빔포밍은 전방향으로 신호를 전파하는 것이 아니라, 좁은 범위로 빔을 형성해 지향성의 신호를 전파하여, 주변의 무선 통신 기기에도 신호 전파의 영향을 덜 미쳐 간섭 제어에 효과적인 역할을 수행할 수 있을 뿐 아니라, 전송률(data rate)도 향상시킬 수 있는 기술이다.For reference, the beamforming does not propagate the signal in all directions, but forms a beam in a narrow range to propagate a directional signal, so that it has less influence of signal propagation to nearby wireless communication devices, and thus plays an effective role in controlling interference. It is a technology that not only can, but also improves the data rate.

상술한 빔포밍이 이루어지기 위해서는 어떤 방향으로 빔포밍을 해야 하는지에 대한 의사결정이 선행되어야 하는데, 이때 본 발명은 주변 AP 및 무선 사용자 기기들로부터 수신한 RSS(Received Signal Strength)를 기준으로 어떤 AP로 빔을 형성해야 하는지 신속하게 계산하여 지연시간을 단축시킬 수 있도록 하는 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에 관한 것이다.In order to perform the above-described beamforming, a decision on which direction to perform beamforming should be preceded. In this case, the present invention relates to which AP based on RSS (Received Signal Strength) received from neighboring APs and wireless user devices. The present invention relates to an adaptive beam alignment technique that considers interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network that can quickly calculate whether a raw beam should be formed and shorten the delay time.

현재까지 널리 사용되어 왔던 Wi-Fi(Wireless fidelity) 표준은 IEEE 802.11ac로, 2013년에 실질적으로 보급되어 WSN(Wireless sensor network), 가정용 및 사무용 무선 기기들 간의 통신 등과 같은 다양한 응용을 지원해왔다.The wireless fidelity (Wi-Fi) standard, which has been widely used up to now, is IEEE 802.11ac, which has been practically distributed in 2013 and has supported various applications such as wireless sensor network (WSN) and communication between wireless devices for home and office use.

하지만, 차세대 무선 통신 환경은 모든 사물들에도 칩이 장착되어 각종 센서를 통한 데이터의 송수신이 이루어지는 IoT(Internet-of-Things)네트워크가 구축될 것이라는 전망이 제기되고, 이를 구성하는 무선 통신 기기들의 수가 현저히 증가할 것이라고 예측된다.However, in the next-generation wireless communication environment, there is a promising that a chip will be installed in all objects and an Internet-of-Things (IoT) network in which data is transmitted and received through various sensors will be established. It is expected to increase significantly.

무선 기기들은 분배된 주파수를 활용해 통신하는데, 사전에 예약된 한정적인 주파수 대역 가운데 일부분을 할당 받아 통신을 하기 때문에 무선 통신 기기의 수가 특정 지역에서 급격히 증가하면 해당 범위의 기기들은 원활한 서비스를 이용할 수 없게 된다. Wireless devices communicate using distributed frequencies, and since they communicate with a portion of the limited frequency band reserved in advance, if the number of wireless communication devices increases rapidly in a specific area, devices within the range can use smooth service. There will be no.

다가오는 IoT 네트워크의 전망과, 현재의 표준을 고려했을 때, 한정된 무선 주파수 자원을 활용한 무선 통신은 한계가 발생할 것이라는 전망이 제기되어왔다.Given the prospect of the upcoming IoT network and the current standards, it has been suggested that wireless communication using limited radio frequency resources will face limitations.

이러한 IoT 네트워크 상황을 고려하여 미국 전기 전자 기술자 협회(IEEE)는 차세대 Wi-Fi 표준인 IEEE 802.11ax를 표준화하고 이르면 2019년에 상용화를 목표로 하고 있다. In view of the IoT network situation, the American Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) standardizes IEEE 802.11ax, a next-generation Wi-Fi standard, and aims to commercialize it as early as 2019.

이전 표준인 IEEE 802.11ac와 비교해 더욱 개선된 전송률(bit rate), 상향 링크 다중 사용자 전송 등이 개선된 IEEE 802.11ax 표준에서는 다중 NAV (Network Allocation Vector)라는 새로운 기법을 활용해 다수의 사용자가 존재하는 간섭 환경에서도 통신이 이루어질 수 있도록 통신 방식을 고안하였다. In the IEEE 802.11ax standard, which has improved bit rate and uplink multi-user transmission compared to the previous standard IEEE 802.11ac, a new technique called multi-NAV (Network Allocation Vector) is used. A communication method was devised so that communication can be performed even in an interference environment.

하지만, 이러한 NAV는 오히려 다수의 사용자 기기 간 통신 대기 시간을 지연시켜 통신이 이루어지기 위해 지나치게 오래 지연되는 문제점이 있다.However, such an NAV has a problem in that the communication waiting time between a plurality of user devices is delayed, so that communication is delayed too long.

또한, CSMA/CA는 채널 사용 전 채널을 센싱하고, 랜덤 백오프를 통해 채널 사용을 시작함으로써, 채널을 사용하고자 하는 무선랜 기기 간 간섭 발생을 최소화 하기 위해 RTS (Ready-to-Send) 및 CTS (Clear-to-Send) 제어 패킷을 교환하여 은닉 노드 문제 및 노출 노드 문제로 인한 간섭을 해결하였지만, 무선랜 기기의 밀도가 증가하여 많은 수의 인접 AP가 주변에 존재하는 상황에서는 간섭을 효과적으로 완화하기 어렵다는 문제점이 있다.In addition, CSMA/CA senses the channel before using the channel, and starts using the channel through random backoff, so that RTS (Ready-to-Send) and CTS are used to minimize interference between WLAN devices that want to use the channel. (Clear-to-Send) Control packets are exchanged to solve interference due to hidden node problem and exposed node problem, but interference is effectively mitigated in situations where a large number of adjacent APs exist due to the increased density of wireless LAN devices. There is a problem that it is difficult to do.

일예로, 도 1에 도시된 바와 같이 IoT 네트워크에서 중첩된 BSS(Basic Service Set)환경에서 인접 AP와 사용자 기기(Station, 또는 STA)들이 통신하며, 같은 주파수 대역대를 사용하여 충돌이 발생하는 문제점이 있다.For example, as shown in Fig. 1, a problem in which adjacent APs and user devices (Stations or STAs) communicate in an overlapped Basic Service Set (BSS) environment in an IoT network, and a collision occurs using the same frequency band. There is this.

대한민국 공개특허공보 10-2015-0058471호(2015. 05. 28)Korean Patent Application Publication No. 10-2015-0058471 (2015. 05. 28)

상술한 바와 같이 제기된 한계와 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 IEEE 802.11ax에서 새롭게 제시된 간섭 제어 기법인 다중 NAV 플래그를 밀집된 IoT 네트워크에서의 간섭 제어 알고리즘에 활용하여, 현재 연결된 AP를 통해 통신을 수행할지, 아니면, 다른 인접한 AP와 통신을 수행할지 의사결정을 내리고, 통신 대상 AP를 선정하면 해당 AP로의 빔포밍을 통해 밀집된 환경의 간섭이 심한 IoT 네트워크에서도 통신을 계속할 수 있도록 하는 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법 및 그 기법을 사용하는 STA을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the limitations and problems raised as described above, the present invention utilizes multiple NAV flags, which is an interference control technique newly proposed in IEEE 802.11ax, in an interference control algorithm in a dense IoT network, and performs communication through a currently connected AP. High-density IEEE 802.11AX IOT that makes a decision whether to perform communication with other adjacent APs or communicates with other adjacent APs, and selects an AP to communicate with, and then beamforming to the AP to continue communication even in an IoT network with severe interference from a dense environment. An object of the present invention is to provide an adaptive beam alignment technique that considers interference in a network and an STA using the technique.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법은 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에 있어서, (a) 상기 STA가 데이터 전송을 시도하면, BSS(Basic Service Set) 간 NAV가 설정되어 있는지 판단하는 단계; (c) 상기 BSS간 NAV 설정으로 인해 데이터 전송이 지연된 경우 상기 STA는 소정의 대기 임계 값(θ_ed) 이후에 연관시킬 새로운 AP를 선정하는 단계; 및 (d) 상기 STA가 dir의 방향으로 상기 빔 포미를 향하여 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object is an adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network, (a) the STA Determining whether an NAV between Basic Service Set (BSS) is set when the user attempts to transmit data; (c) when data transmission is delayed due to the NAV setting between the BSSs, the STA selecting a new AP to be associated after a predetermined waiting threshold value (θ _ed ); And (d) forming a beam by the STA toward the beam breech in the direction of dir.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법은 (b) 상기 STA가 BSS(Basic Service Set) 간 NAV가 리셋되면, 관련 AP에 데이터를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object is (b) when the STA resets the NAV between BSS (Basic Service Set), data is sent to the relevant AP. It characterized in that it further comprises a; transmitting step.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법은 (c)단계는 (c-1) 상기 STA가 과도한 지연을 피하기 위해 대기 임계치 변수(w)를 가지며, 상기 대기 임계 값(θ_ed)을 초과하는 대기 임계치 변수(w) 후, 빔 형성기의 방향을 탐색하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object is performed in step (c-1) in order for the STA to avoid excessive delay. ), and after the atmospheric threshold variable w exceeding the atmospheric threshold value θ _ed , searching for a direction of the beamformer; characterized in that it further comprises.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법의 c)단계는 (c-2) 상기 STA가 관련 AP^a을 통해 데이터를 전송하기로 선택한 경우, 이미 보유하고 있는 해당 정보를 사용하여 BSR에 설정한 (AP^a _cs) 방향 내의 저해상도(LR^a _dir)방향 집합 AP를 탐색하고, 상기 저해상도 방향의 결과를 이용하여 더 높은 해상도(HR^a _dir))로 빔 포머를 탐색하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Step c) of the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object is (c-2) the STA selects to transmit data through the associated AP ^a . In this case, ^a set AP in the low-resolution (LR ^a _dir ) direction within the (AP ^a _cs ) direction set in the BSR is searched for, using the corresponding information already held, and a higher resolution (HR ^a _dir) is used using the result of the low-resolution direction. It characterized in that it further comprises a; )) searching for a beam former.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에서 상기 STA가 빔 포미를 찾기로 결정한 후에는 신호 강도의 내림 차순을 기준으로 정렬하여 관련 AP 또는 인접한 AP를 선택하고 적합한 방향을 탐색하는 것을 특징으로 한다.In the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object, after the STA decides to find the beam form, the related APs are aligned based on the descending order of signal strength. Alternatively, an adjacent AP is selected and a suitable direction is searched.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법의 상기 (c-1)에서 상기 STA가 지연된 STA와 목표 AP 사이에서 STA의 HPBW 범위 내에 있는 적절한 빔 방향 각(빔 형성의 방위각 및 앙각)을 찾기 위해 빔 정렬 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In (c-1) of the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object, the STA is within the HPBW range of the STA between the delayed STA and the target AP. It characterized in that it further comprises a; beam alignment step to find an appropriate beam direction angle (azimuth and elevation angle of the beam formation).

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에서 상기 STA는 각 AP의 수신 된 신호 강도 표시기(RSSI)를 기반으로 원래 AP 또는 인접한 AP 간의 빔 탐색 속도(BSR)로 적극적으로 AP를 검색하는 것을 특징으로 한다. In the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention to achieve the above object, the STA is based on the received signal strength indicator (RSSI) of each AP, It is characterized by actively searching for an AP at a beam search rate (BSR).

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에서 STA가 상기 인접한 AP들 중 하나를 전송하기로 선택하면 STA는 내림차순으로 신호 강도를 고려하여 그들을 정렬하고 그 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하다.In the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object, when the STA selects to transmit one of the adjacent APs, the STA considers signal strength in descending order. It is characterized by sorting them and selecting one of them.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법에서 상기 STA는 탐색 방향 영역의 초기 범위인 d_a와 d_b 사이에 CSI를 설정하고 Searche HR 함수를 재귀적으로 호출하여 대상 인접 AP(HR_{e dir})의 방향을 찾되, Searche HR 함수를 재귀적으로 호출할 때마다 상기 d_a와 d_b를 동적으로 조정하는 것을 특징으로 한다.In the adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention for achieving the above object, the STA sets the CSI between d _a and d _b, which are the initial ranges of the search direction region, and The function is recursively called to find the direction of the target neighboring AP (HR _{e dir} ), and d _a and d _b are dynamically adjusted whenever the Searche HR function is recursively called.

다른 실시예로써, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 데이터 전송을 시도하면, BSS(Basic Service Set)간 NAV가 설정되어 있는지 판단하는 주제어부; 상기 BSS간 NAV 설정으로 인해 데이터 전송이 지연된 경우 소정의 대기 임계 값(θ_ed) 이후에 연관시킬 새로운 AP를 선정하는 AP 선정부; 및 새로 선정된 상기 AP를 향하여 빔을 형성하는 빔포밍부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment, the STA according to the present invention for achieving the above-described object may include a main control unit that determines whether NAV between Basic Service Sets (BSS) is set when data transmission is attempted; An AP selecting unit for selecting a new AP to be associated after a predetermined waiting threshold (θ _ed ) when data transmission is delayed due to the NAV setting between the BSSs; And a beamforming unit configured to form a beam toward the newly selected AP.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 상기 BSS(Basic Service Set) 간 NAV가 리셋되면, 관련 AP에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다. The STA according to the present invention for achieving the above object is characterized in that when the NAV between the Basic Service Set (BSS) is reset, it transmits data to the related AP.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 과도한 지연을 피하기 위해 대기 임계치 변수(w)를 가지며, 상기 대기 임계 값(θ_ed)을 초과하는 대기 임계치 변수(w) 경과 후, 빔 형성기의 방향을 탐색하는 것을 특징으로 한다.The STA according to the present invention for achieving the above object has a waiting threshold variable (w) to avoid excessive delay, and after the waiting threshold variable (w) exceeding the waiting threshold value (θ _ed ) elapses, the beamformer It is characterized by searching for a direction.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 관련 AP^a을 통해 데이터를 전송하기로 선택한 경우, 이미 보유하고 있는 해당 정보를 사용하여 BSR에 설정한 (AP^a _cs) 방향 내의 저해상도(LR^a _dir)방향 집합 AP를 탐색하고, 상기 저해상도 방향의 결과를 이용하여 더 높은 해상도(HR^a _dir))로 빔 포머를 탐색하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-described object, when the STA according to the present invention selects to transmit data through the associated AP ^a , the STA uses the corresponding information already possessed in the (AP ^a _cs ) direction of the low resolution (LR ^a _dir ) A direction set AP is searched, and ^a beamformer is searched with ^a higher resolution (HR ^a _dir ) using the result of the low resolution direction.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 빔 포미를 찾기로 결정한 후에는 신호 강도의 내림 차순을 기준으로 정렬하여 관련 AP 또는 인접한 AP를 선택하고 적합한 방향을 탐색하는 것을 특징으로 한다.The STA according to the present invention for achieving the above object is characterized in that after determining to find a beam formi, the STA selects a related AP or an adjacent AP by sorting based on a descending order of signal strength and searches for a suitable direction.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 STA는 지연된 STA와 목표 AP 사이에서 STA의 HPBW 범위 내에 있는 빔 방향 각(빔 형성의 방위각 및 앙각)을 찾기 위해 빔을 정렬하는 것을 특징으로 한다.The STA according to the present invention for achieving the above object is characterized in that the beams are aligned to find the beam direction angle (azimuth angle and elevation angle of beam formation) within the HPBW range of the STA between the delayed STA and the target AP.

본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법 및 그 기법을 사용하는 STA은 미래의 무선 통신 트렌드인 IoT 네트워크와, 예상되는 시나리오인 밀집된 사용자 기기간의 통신, 차세대 무선 통신 표준인 IEEE 802.11ax 환경에서 지연시간을 단축시키는 적응적 빔 형성을 통해 미래 IoT 네트워크에서 사용자 간 통신 지연 시간을 획기적으로 단축시켜 밀집된 사용자 기기들이 존재하더라도 효율적으로 데이터 송수신을 가능하게 하는 효과가 있다.In the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention, the adaptive beam alignment technique considering interference and the STA using the technique are the future wireless communication trend, the IoT network, the expected scenario, the communication between dense user devices, the next-generation wireless communication. In the standard IEEE 802.11ax environment, through adaptive beam formation that shortens the delay time, communication delay time between users in future IoT networks is drastically shortened, thereby enabling efficient data transmission and reception even when dense user devices exist.

도 1은 IoT 네트워크에서 중첩된 BSS (Basic Service Set) 환경의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 IEEE 802.11ax의 단순화된 DL 및 UL 전송 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 3은 좁은 영역에 5개의 AP와 20개의 STA를 가진 여러 개의 OBSS로 구성된 단순한 IEEE 80211ax 네트워크를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 빔포밍 알고리즘과 방향과 채널 상태 정보를 찾기 위한 일고리즘을 도시한 도면이다.
도 5는 적절한 빔 방향 각을 찾기 위해 빔 정렬 절차를 도시한 도면이다.
도 6은 DL 전송에 예상되는 시간 손실 l_t 그래프 도면이다.
도 7은 UL 전송에 예상되는 시간 손실 l_t 그래프 도면이다.
도 8은 DL 전송에 대한 예상되는 처리량 이득 그래프 도면이다.
도 9는 UL 전송에 대한 예상되는 처리량 이득 그래프 도면이다.
도 10은 DL 시나리오에서 DCF와 제안 된 프로토콜 간의 공정성 비교 그래프 도면이다.
도 11은 UL 시나리오에서 DCF와 제안 된 프로토콜 간의 공정성 비교 그래프 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of an overlapped Basic Service Set (BSS) environment in an IoT network.
2 is a diagram showing a simplified DL and UL transmission mechanism of IEEE 802.11ax.
3 is a diagram showing a simple IEEE 80211ax network composed of several OBSSs having 5 APs and 20 STAs in a narrow area.
4A and 4B are diagrams illustrating a beamforming algorithm and an algorithm for finding direction and channel state information.
5 is a diagram illustrating a beam alignment procedure to find an appropriate beam direction angle.
6 is a graph of an expected time loss l _t for DL transmission.
7 is a graph of an expected time loss l _t for UL transmission.
8 is a graph of an expected throughput gain for DL transmission.
9 is a graph of an expected throughput gain for UL transmission.
10 is a graph of fairness comparison between DCF and the proposed protocol in a DL scenario.
11 is a graph of fairness comparison between DCF and the proposed protocol in a UL scenario.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related items or any of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in the middle. something to do. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a certain part includes a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법 및 그 기법을 사용하는 STA에 대해 설명한다.Hereinafter, an adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention and an STA using the scheme will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 구체적인 설명에 앞서 이전의 관련 기술과 802.11ax 표준의 주요 기능에 대해 설명한다.Prior to the detailed description of the present invention, previous related technologies and main functions of the 802.11ax standard will be described.

먼저, IEEE 802.11ax의 다운링크(DL:Downlink) 및 업링크(UL:Uplink) 전송의 단순화된 메커니즘은 도 2에 도시된 바와 같다.First, a simplified mechanism for downlink (DL: Downlink) and uplink (UL: Uplink) transmission of IEEE 802.11ax is as shown in FIG. 2.

상기 다운링크 멀리유저(MU:MULTI USER) 전송의 경우, 액세스 포인트(AP)로부터의 데이터 패킷은 다수의 스테이션(STA)에 동시에 전송되고, 각 스테이션(STA)은 대응하는 블록 ACK을 관련 AP에 응답한다.In the case of the downlink MULTI USER (MU) transmission, data packets from an access point (AP) are simultaneously transmitted to a plurality of stations (STA), and each station (STA) sends a corresponding block ACK to the associated AP. Answer.

한편, 동시에 전송할 패킷이 있는 스테이션은 트리거 프레임을 수신할 때 패킷을 보낸다.On the other hand, a station that has a packet to be transmitted at the same time sends a packet when receiving a trigger frame.

아래에서는 제안된 매체 접근 제어 알고리즘과 관련 가정의 메커니즘과 분석 모델을 제시한다.Below, the proposed media access control algorithm and the mechanism and analysis model of the related assumptions are presented.

본 발명에 따른 알고리즘과 종래에 사용된 다양한 평가 기준의 관점에서, 종래 기술과 본 발명의 알고리즘을 비교하기 위한 표이다.In view of the algorithm according to the present invention and various evaluation criteria used in the past, it is a table for comparing the prior art and the algorithm of the present invention.

알고리즘을 비교하기 위해 [표 1]과 같이 제안되었다.To compare the algorithms, it was proposed as shown in [Table 1].

멀티유저(MU) 전송 및 멀티유저(MU) 액세스는 OFDMA(직교 주파수 분할 다중 접속)의 주파수 직교성을 이용하여 스테이션(STA)의 동시 채널 액세스 및 동시 데이터 전송의 특징을 나타낸다.Multiuser (MU) transmission and multiuser (MU) access characterize simultaneous channel access and simultaneous data transmission of a station (STA) using the frequency orthogonality of OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

따라서, 이 특징을 이용함으로써 STA의 채널 접속 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, MU 다이버 시티는 각 STA가 높은 채널 이득 리소스 블록(RB)만을 할당받을 수 있고 그들의 처리량 성능을 향상시킬 수 있다는 특성을 나타낸다.Therefore, by using this feature, the channel access efficiency of the STA can be improved. In addition, MU diversity indicates a characteristic that each STA can be allocated only a high channel gain resource block (RB) and can improve their throughput performance.

간단한 신호 교환은 통신 시스템에서 간단한 제어 메시지 교환 절차를 보여준다. 802.11ax와 제안된 프로토콜의 경우 데이터 전송 절차 중 제어 메시지 중 하나인 트리거 프레임이 기능과 관련이 있다. 마지막으로 채널 상태 정보(CSI) 측정 항목은 AP와 STA 간의 채널 상태 측정 과정을 의미한다.Simple signal exchange shows a simple control message exchange procedure in a communication system. In the case of 802.11ax and the proposed protocol, the trigger frame, which is one of the control messages during the data transmission procedure, is related to the function. Finally, the channel state information (CSI) measurement item refers to a channel state measurement process between the AP and the STA.

상기 AP와 STA는 이 절차의 결과를 교환하고 채널의 정보를 이용하여 전송 파라미터를 적절하게 조정한다.The AP and STA exchange the results of this procedure and appropriately adjust the transmission parameters using the information of the channel.

본 발명에 따른 고밀도 IEEE 802.11AX IOT 네트워크에서 간섭을 고려한 적응적 빔 얼라인먼트 기법의 알고리즘을 이해하기 위해서, 도 3에 도시된 바와 같이 좁은 영역에 5개의 AP와 20개의 STA를 가진 여러 개의 OBSS로 구성된 단순한 IEEE 80211ax 네트워크를 고려해 본다(단순화를 위해 2개의 AP와 5개의 STA 만 나타냄).In order to understand the algorithm of the adaptive beam alignment scheme considering interference in the high-density IEEE 802.11AX IOT network according to the present invention, as shown in FIG. 3, it is composed of several OBSSs having 5 APs and 20 STAs in a narrow area. Consider a simple IEEE 80211ax network (only 2 APs and 5 STAs are shown for simplicity).

특히, 본 발명의 주안점인 STA2의 사용자 경험은 다중 BSS NAV 설정으로 인해 도 3의 빨간색줄로 표시된 기간동안 악화 된다. 적색 줄이 있는 기간이 길어지고 영향을 받는 AP가 증가하는 것은 자명하다.In particular, the user experience of STA2, which is the main point of the present invention, deteriorates during the period indicated by the red line in FIG. 3 due to multiple BSS NAV settings. It is obvious that the duration of the red streak is longer and the number of affected APs increases.

따라서, 이런 현상은 훨씬 더 심각할 수 있으며 STA는 초고밀도 무선 네트워킹 시나리오의 지연증가로 인해 데이터를 거의 전송하지 않는다.Therefore, this phenomenon can be even more serious and the STA rarely transmits data due to the increased delay in the ultra-high density wireless networking scenario.

외부 AP에 영향을 주어 각 전송주기에 대해 전송하기 위해 중계하는 경우 STA가 데이터를 전송할 최악의 기회를 얻는 것은 명백하다. It is clear that the STA gets the worst chance of transmitting data when relaying to transmit for each transmission period by affecting the external AP.

이 문제를 해결하기 위해 본 발명은 지연된 STA가 데이터를 전송할 수 있도록 기회 빔 형성 데이터 전송을 기반으로 하는 복잡성이 낮고 신속한 빔 방향 선택 알고리즘을 제안한다.To solve this problem, the present invention proposes a low-complexity and fast beam direction selection algorithm based on opportunity beamforming data transmission so that the delayed STA can transmit data.

따라서, 본 발명에서 제안하는 알고리즘은 (i) 적절한 빔 포미 지정 및 방향 설정 절차와 (ii) 빔 포밍과 함께 방향을 통한 데이터 전송의 두 모듈로 구성된다.Accordingly, the algorithm proposed in the present invention is composed of two modules: (i) a procedure for specifying and setting an appropriate beam forming and direction, and (ii) transmitting data through a direction along with beam forming.

본 발명에서는 초고밀도 IEEE 80211ax 무선 네트워크에서 제안된 알고리즘을 분석하기 위해 다음과 같은 가정을 한다. In the present invention, the following assumptions are made to analyze the proposed algorithm in an ultra-high density IEEE 80211ax wireless network.

첫째, 각 STA는 수학적 성능 분석을 위해 OFDMA 및 MU-MIMO와 정확히 동일한 성능을 가진다.First, each STA has exactly the same performance as OFDMA and MU-MIMO for mathematical performance analysis.

둘째, 각 IEEE 80211ax IoT 장치에 설치된 안테나는 U/DL 동시 전송을 전이중 보증한다.Second, the antenna installed in each IEEE 80211ax IoT device guarantees full-duplex transmission of U/DL simultaneously.

셋째, 방위각, 하프 파워 빔 폭(HPBW) 및 안테나 이득을 포함한 빔 포밍을 위한 안테나의 상세한 파라미터 설정은 제안된 알고리즘과 관련이 없다.Third, detailed parameter setting of the antenna for beamforming including azimuth angle, half power beam width (HPBW), and antenna gain is not related to the proposed algorithm.

넷째, 본 발명에서는 U/DL MU 전송을 고려한다.Fourth, in the present invention, U/DL MU transmission is considered.

다섯째, 제안된 알고리즘에서 NAV는 해당 AP가 유휴 상태이면 0으로 설정되고 반대의 경우도 마찬가지다.Fifth, in the proposed algorithm, the NAV is set to 0 if the AP is idle, and vice versa.

이하에서, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, IEEE 80211ax 무선 네트워크에서 앞서 언급한 문제를 해결하기 위해 빠르고 가벼운 빔 방향 선택 기반 빔 형성 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, a beamforming algorithm based on fast and light beam direction selection will be described with reference to FIGS. 4A and 4B in order to solve the aforementioned problem in an IEEE 80211ax wireless network.

(i)상기 STA가 데이터 전송을 시도하면, BSS(Basic Service Set) 간 NAV가 설정되어 있는지 고려한다. (i) When the STA attempts to transmit data, it is considered whether NAV is set between Basic Service Set (BSS).

이들 모두가 리셋되면 관련 AP에 즉시 데이터를 전송한다(알고리즘 1의 14행).When all of them are reset, data is immediately sent to the relevant AP (Algorithm 1, line 14).

그러나, 이들 중 적어도 하나가 설정되면, STA는 이기적으로 행동하여 BSS 간 혼잡을 피하기 위해 데이터를 전송해서는 안된다.However, when at least one of these is set, the STA must not transmit data to avoid congestion between BSSs by acting selfishly.

또한, BSS 간 NAV 설정으로 인한 지연된 STA는 특정 기간 θ_ed 이후에 연관시킬 새로운 AP를 조사한다. 즉, STA는 과도한 지연을 피하기 위해 대기 임계치 변수(w)를 가지며, 대기 임계 값(θ_ed)를 초과하는 대기 임계치 변수(w) 후에 빔 형성기의 적절한 방향을 발견한다 (알고리즘 1의 3행).In addition, the delayed STA due to the NAV setting between BSSs examines a new AP to be associated after a specific period θ _ed . That is, the STA has the waiting threshold variable (w) to avoid excessive delay, and finds the appropriate direction of the beamformer after the waiting threshold variable (w) exceeding the waiting threshold value (θ _ed ) (Algorithm 1, row 3). .

(ii) 상기 STA가 빔 포미를 찾기로 결정한 후에는 신호 강도의 내림 차순 (알고리즘 2의 2 행)을 기준으로 정렬하여 관련 AP 또는 외계 AP를 선택하고 가장 적합한 방향(알고리즘 2의 3~13행)찾는다.(ii) After the STA decides to find the beamform, it sorts based on the descending order of signal strength (algorithm 2 row 2), selects the relevant AP or alien AP, and selects the most suitable direction (algorithm 2 row 3~13). ) To find.

(iii) STA는 dir의 방향으로 빔 포미를 향하여 빔 형성한다. 이것은 알고리즘 1 (알고리즘 1의 7~11행)의 결과이다.(iii) The STA forms a beam toward the beam form in the direction of dir. This is the result of Algorithm 1 (Lines 7-11 of Algorithm 1).

지연된 STA와 목표 AP 사이에서 STA의 HPBW 범위 내에 있는 적절한 빔 방향 각 (빔 형성의 방위각 및 앙각)을 찾기 위해 빔 정렬 절차가 도 5에 도시된 바와 같이 재귀 호출된다.The beam alignment procedure is called recursively as shown in FIG. 5 to find an appropriate beam direction angle (azimuth and elevation angle of beam formation) within the HPBW range of the STA between the delayed STA and the target AP.

STA는 각 AP의 수신 된 신호 강도 표시기(RSSI)를 기반으로 원래 AP 또는 다른 AP 간의 빔 탐색 속도(BSR)로 적극적으로 검색한다.The STA actively searches for a beam search rate (BSR) between the original AP or another AP based on the received signal strength indicator (RSSI) of each AP.

각 AP의 무선 데이터 트래픽 로드는 매우 유사하므로 RSSI는 AP를 선택하기위한 적절한 기준이다.Since each AP's wireless data traffic load is very similar, RSSI is an appropriate criterion for selecting an AP.

위의 첫째 내지 다섯째 가정에 근거하여, STA가 관련 AP^a을 통해 데이터를 전송하기로 선택한 경우, 이미 보유하고 있는 해당 정보를 사용하여 BSR에 설정한 (AP^a _cs) 방향 내의 저해상도(LR^a _dir)방향 집합 AP검색을 위해 이를 활용한다 (알고리즘 2의 라인 4).Based on the first to fifth assumptions above, when the STA chooses to transmit data through the relevant AP ^a , the low resolution (LR ^a _dir ) in the (AP ^a _cs ) direction set in the BSR using the information it already has. )Use this for direction set AP search (Line 4 of Algorithm 2).

그 후, STA는 저해상도 방향의 결과를 이용하여 더 높은 해상도(HR^a _dir))로 빔 포머를 탐색한다(알고리즘 2의 라인 5).After that, the STA searches for a beamformer with ^a higher resolution (HR ^a _dir ) using the result of the low-resolution direction (line 5 of algorithm 2).

저해상도와 고해상도의 주된 차이점은 원형 섹터(CS) 스케일에서 검색 방향 크기인데, 이는 저해상도가 고해상도보다 넓은 방향 검색 절차의 범위이다.The main difference between low resolution and high resolution is the size of the search direction in the circular sector (CS) scale, which is the range of a direction search procedure where low resolution is wider than high resolution.

반면, STA가 외래 AP들 중 하나를 전송하기로 선택하면 STA는 내림차순으로 신호 강도를 고려하여 그들을 정렬하고 그 중 하나를 선택한다 (알고리즘 2의 8행에서 9행까지)On the other hand, when the STA chooses to transmit one of the foreign APs, the STA sorts them by considering the signal strength in descending order and selects one of them (from the 8th row to the 9th row of Algorithm 2).

추후, STA는 탐색 방향 영역(알고리즘 1의 10 행)의 초기 범위인 d_a와 d_b 사이에 CSI를 설정하고 Searche HR 함수를 재귀적으로 호출하여 대상 외래 AP(HR_{e dir})의 방향을 찾는다. 반면 모든 함수 호출마다 d_a와 d_b를 동적으로 조정한다 (알고리즘 2의 11행).Later, the STA sets the CSI between d _a and d _b , which is the initial range of the search direction area (row 10 of Algorithm 1), and calls the Searche HR function recursively to find the direction of the target foreign AP (HR _{e dir} ). . On the other hand, it dynamically adjusts d _a and d _b for every function call (Algorithm 2, line 11).

마지막으로, STA는 지연 문제를 처리하고, STA는 간섭 감소의 관점에서 성능을 향상시키기 위해 계산된 결과의 방향으로 AP_a 또는 AP_e에 데이터를 전송할 수 있다.Finally, the STA handles the delay problem, and the STA may transmit data to AP _a or AP _e in the direction of the calculated result to improve performance in terms of interference reduction.

정리하면, 초고밀도 환경에서 제안된 빔 포밍 알고리즘을 사용하는 STA는 이기적으로 행동하지 않지만 OBSS에서 다른 STA와 협조하고 무선 혼잡을 피하기 위해 노력한다. In summary, an STA using the proposed beamforming algorithm in an ultra-high density environment does not behave selfishly, but tries to cooperate with other STAs in OBSS and avoid radio congestion.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, STA가 AP_es와의 연관 결정을 하면, O (n log(n))의 복잡도에 따라 지배적인 AP_e를 찾고 적절한 빔 방향을 탐색하는 것이 필요하다. AP_es 중에서 지배적인 AP_e를 찾는 것은 O(n)을 필요로하며, 적절한 빔 방향을 찾기 위해서는 O(log (n))가 필요하다.In addition, as shown in FIG. 5, when the STA determines the association with AP _e s, it is necessary to find the dominant AP _e according to the complexity of O (n log(n)) and search for an appropriate beam direction. _E s from the AP to find a dominant AP _e and require O (n), it is necessary to find the proper beam direction O (log (n)).

지금부터는 D/UL MU 전송에 대한 총 경과 시간이 공식화된다.From now on, the total elapsed time for D/UL MU transmissions is formulated.

이 측정은 STA의 거부된 전송 손실 시간을 계산하는데 사용되며 예상 손실 처리량을 계산하는데 사용할 수 있습니다.This measure is used to calculate the STA's rejected transmission loss time and can be used to calculate the expected loss throughput.

예상 손실 처리량에 관한 분석은 도 3을 참조하면 예상 손실 시간을 사용하여 수행할 수 있습니다.An analysis of the expected loss throughput can be performed using the estimated loss time, referring to FIG. 3.

D/UL을 위해 AP와 통신하는 STA는 IEEE 80211ax TGax 표준에 정의된 특정 전송 절차를 따른다.The STA communicating with the AP for D/UL follows a specific transmission procedure defined in the IEEE 80211ax TGax standard.

DL MU 전송의 경우, AP는 관련 STA에 RTS(request-to-send) 프레임을 전송하여 IEEE 80211ax 기반 전송 절차를 시작한다.In the case of DL MU transmission, the AP starts an IEEE 80211ax-based transmission procedure by transmitting a request-to-send (RTS) frame to a related STA.

짧은 프레임 간 공간(SIFS) 이후에, STA는 DL MU 전송 데이터를 수신할 준비가 되었음을 알리는 AP에 CTS(Clear-To-Send)로 응답한다.After the short inter-frame space (SIFS), the STA responds to the AP informing that it is ready to receive DL MU transmission data with a Clear-To-Send (CTS).

그런 다음, AP는 DL MU 데이터를 STA에 동시에 전송한다. AP로부터 모든 데이터를 수신한 후, STA는 성공적인 수신을 알리기 위해 AP에 블록 수신 확인 (BACK)으로 응답한다.Then, the AP simultaneously transmits the DL MU data to the STA. After receiving all the data from the AP, the STA responds to the AP with a block acknowledgment (BACK) to inform the successful reception.

마지막으로, AP는 STA의 NAV를 재설정하기 위해 CFE (contention free end)를 전송한다. UL MU 전송의 경우, AP로 데이터를 업로드 하고자 하는 STA는 MU RTS 프레임을 AP에 전송한다.Finally, the AP transmits a contention free end (CFE) to reset the STA's NAV. In the case of UL MU transmission, an STA that intends to upload data to the AP transmits a MU RTS frame to the AP.

AP는 STA의 UL MU 전송을 시작하는 트리거 프레임을 전송하기 전에 CTS로 응답하고 NDP/NDPA 프레임을 전송한다.The AP responds with the CTS and transmits the NDP/NDPA frame before transmitting the trigger frame that starts the UL MU transmission of the STA.

STA가 프레임 수신을 트리거 한 후에, STA는 프레임의 데이터를 동시에 전송한다. STA의 데이터전송 절차가 종료된 후 AP는 성공적인 UL 데이터 전송을 알리기 위해 MU ACK를 STA에 다시 보낸다.After the STA triggers frame reception, the STA simultaneously transmits data of the frame. After the STA's data transmission procedure is finished, the AP sends an MU ACK back to the STA to inform the successful UL data transmission.

마지막으로 DL 절차와 마찬가지로 CFA를 STA에 전송하고 STA는 해당 NAV를 다시 설정한다.Finally, as in the DL procedure, the CFA is transmitted to the STA, and the STA re-establishes the corresponding NAV.

이 설명에 기초하여, 단일 다운링크 및 업 링크 전송에 대한 총 경과시간은 각각 아래의 [수학식 1]과 [수학식 2]로 공식화 될 수 있다.Based on this description, the total elapsed time for a single downlink and uplink transmission can be formulated as the following [Equation 1] and [Equation 2], respectively.

상기 2개의 [수학식 1] 및 [수학식 2]는 백 오프의 경과 시간, 데이터 전송 시간 및 D/UL 전송에서의 제어 프레임 교환 시간을 포함한다. The two [Equation 1] and [Equation 2] include the elapsed time of back-off, data transmission time, and control frame exchange time in D/UL transmission.

T^d _mu(U_mu, V_s, B_ru) 및 T^u _mu(U_mu, V_m, V_s, B_ru)는 각각 DL 및 UL MU 전송의 총 지속 기간을 나타냅니다.T ^d _mu (U _mu , V _s , B _ru ) and T ^u _mu (U _mu , V _m , V _s , B _ru ) represent the total duration of DL and UL MU transmissions, respectively.

초기 제어 메시지 교환 절차를 위해 일반적으로 T_mu-_RTS(U_mu) + T_SIFS + T_CTS + T_SIFS를 포함합니다. DL MU 전송에서의 T_nu,d ^DATA(U_mu, V_s, B_ru)는 각 STA마다 R(V_s, B_ru)을 갖는 U_mu에 대한 데이터 전송에 필요한 시간을 나타낸다.For the initial control message exchange procedure, it generally includes T _mu - _RTS (U _mu ) + T _SIFS + T _CTS + T _SIFS . T _nu,d ^DATA (U _mu , V _s , B _ru ) in DL MU transmission represents the time required for data transmission for U _mu having R (V _s , B _ru ) for each STA.

SIFS 이후에 DL을 통해 데이터를 전송한 후, STA는 BACK을 전송하는데, 이는 임의의 심볼 간 공간 (AIFS) 및 CFE의 지속 시간인 AIFS + T_e에 대해 T_BA 및 유휴 시간을 소비한다. After transmitting data through the DL after SIFS, the STA transmits a BACK, which consumes T _BA and idle time for AIFS + T _e , which is the duration of the CFE and the inter-symbol space (AIFS).

UL MU 전송 및 T_nu,u ^DATA(V_s, B_ru)의 T_trigger(U_mu)는 U_mu UL MU STA에 대한 트리거 프레임의 지속 시간 및 MU UL 데이터 전송에 필요한 시간을 나타낸다.T _trigger (U _mu ) of UL MU transmission and T _nu,u ^DATA (V _s , B _ru ) represents the duration of the trigger frame for U _mu UL MU STA and the time required for MU UL data transmission.

마지막으로, SIFS 이후, 전체 UL MU 전송 절차를 종료하기 위해 T_mu-ACK(Vm) + T_e가 필요하다. 이들은 다음에서 예상 손실 시간 l_t 및 예상 손실 처리량 E_LTh의 비용 값을 계산하는데 사용된다.Finally, after SIFS, T _mu-ACK (Vm) + T _e is required to terminate the entire UL MU transmission procedure. These are then used to calculate the cost value of the expected loss time l _t and the expected loss throughput E _LTh .

아래의 [수학식 3]으로 정의되는 t함수는 BSS NAV 내 다른 모든 BSS NAV가 0으로 리셋 될 때 NAV 값에 따라 총 시간 차이를 계산하는데 사용된다.The t function defined by [Equation 3] below is used to calculate the total time difference according to the NAV value when all other BSS NAVs in the BSS NAV are reset to 0.

상기 [수학식 1]과 [수학식 2]는 각 NAV 기간의 시간을 계산하는데 사용된다.[Equation 1] and [Equation 2] are used to calculate the time of each NAV period.

따라서, 상기 [수학식 3]은 조밀한 배치 환경에서 이웃하는 AP에 의해 생성된 BSS 간 NAV 세트에 의해 영향을 받는 STA의 지연된 기간을 나타낸다.Therefore, [Equation 3] represents the delayed period of the STA affected by the NAV set between BSSs generated by neighboring APs in a dense deployment environment.

상기 [수학식 3]을 바탕으로 지연된 기간 동안 STA의 예상 처리량 손실은 누락된 제어 프레임 및 데이터 프레임에서 계산할 수 있습니다.Based on [Equation 3] above, the estimated throughput loss of STA during the delayed period can be calculated from the missing control frame and data frame.

상세한 분석에 앞서, 제어 프레임의 모든 데이터 속도는 IEEE 802.11ax(즉, R(1, 20MHz))에서 20MHz 채널을 사용하는 단일 공간 스트림의 데이터 속도인 정적으로 6Mbps로 설정됩니다.Prior to detailed analysis, all data rates of control frames are statically set to 6 Mbps, which is the data rate of a single spatial stream using a 20 MHz channel in IEEE 802.11ax (i.e. R(1, 20 MHz)).

또한, n은 NA에 비례하며, n = ESNA이고, ES는 이웃하는 평균 NS를 나타낸다. 제어 및 데이터 프레임의 예상 손실은 다음과 같이 분석적으로 공식화될 수 있고 아래의 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 만족시킨다.In addition, n is proportional to NA, n = ESNA, and ES represents the neighboring average NS. The predicted loss of control and data frames can be analytically formulated as follows and satisfy [Equation 4] and [Equation 5] below.

여기서 E_Lc는 제어 프레임의 예상 처리량 손실을 나타낸다.Here, E _Lc represents the expected throughput loss of the control frame.

상기 [수학식 4]에서 T^* _C는 단위 시간당 제어 프레임의

크기로 l_t 에서의 처리량 손실을 나타내며, P^* _C는 n회분의 시간 주기(l_t)에 BSR B_r을 갖는 적절한 빔 형성기를 n개의 계수들 각각에 대해 성공적으로 발견할 확률을 나타낸다. In the above [Equation 4], T ^* _C is the control frame per unit time

The magnitude represents the throughput loss at l _t , and P ^* _C represents the probability of successfully finding a suitable beamformer with BSR B _r for each of the n coefficients in n time periods (l _t) .

유사하게, 데이터 프레임, 즉 E_Ld의 예상된 손실은 아래의 [수학식 5]와 같이 공식화할 수 있다.Similarly, the expected loss of a data frame, that is, E _Ld can be formulated as shown in [Equation 5] below.

상기 [수학식 5]에서 T^* _d와 P^* _d는In [Equation 5] above, T ^* _d and P ^* _d are

데이터 속도 R(V_s, B_ru)에 대한 처리량 손실 지속 시간을 나타내고 BSR Br을 갖는 적절한 빔 형성기를 n개의 계수들 각각에 대해 성공적으로 발견할 확률을 나타낸다.It represents the throughput loss duration for the data rate R(V _s , B _ru ) and the probability of finding a suitable beamformer with BSR Br successfully for each of the n coefficients.

마지막으로 총 처리량 손실은 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있습니다.Finally, the total throughput loss can be expressed as [Equation 6] below.

또한, 매체 액세스 공정성은 자인의 지수(Jain`s index)인 아래의 [수학식 7]에 의해 평가될 수 있다.In addition, media access fairness may be evaluated by the following [Equation 7], which is Jain's index.

여기서 상기 x_i ^t는 시간 단계 t에서의 i번째 STA의 처리량을 나타낸다.Here, x _i ^t represents the throughput of the i-th STA in time step t.

다음으로, 상술한 지연 시나리오와 관련된 시뮬레이션 설정 및 결과에 대해 설명한다.Next, simulation settings and results related to the above-described delay scenario will be described.

상기 U/DL MU 전송에 대해 제시된 분석 모델을 기반으로 거부된 전송 기간을 시뮬레이션하고, Simulate the rejected transmission period based on the analysis model presented for the U/DL MU transmission,

또한, 상기 [수학식 4] 내지 [수학식 6]에 기반하여 간섭으로 인한 추정된 시간 손실에 대한 U/DL MU 전송의 처리량 이득을 조사한다.In addition, the throughput gain of U/DL MU transmission for the estimated time loss due to interference is investigated based on [Equation 4] to [Equation 6].

제안된 매체 접속 방식은 밀도가 높은 배치된 IoT 환경에 위치하는 STA가 완화된 간섭을 갖는 MU 전송을 통해 통신할 수 있게 한다.The proposed media access scheme enables STAs located in a densely deployed IoT environment to communicate through MU transmission with mitigated interference.

결과적으로, 제안된 방식으로 STA의 송수신 데이터의 예상 양에 대한 성능이 향상된다. As a result, the performance of the expected amount of transmission/reception data of the STA is improved by the proposed method.

마지막으로 Jain의 지수를 사용하여 공정성 측면에서 제안된 매체 접근 제어 프로토콜을 평가한다. Finally, we evaluate the proposed media access control protocol in terms of fairness using Jain's index.

본 발명에서는 일반적인 DCF와 제안된 알고리즘의 fairness 값을 다양한 옵션과 다양한 STA 개수로 비교한다. 모든 시뮬레이션 환경은 STA와 AP 사이의 채널 상태가 고정되어 있다고 가정한다.In the present invention, a general DCF and a fairness value of the proposed algorithm are compared with various options and various STA numbers. All simulation environments assume that the channel state between the STA and the AP is fixed.

본 발명에 따른 알고리즘에 대한 시뮬레이션은 상술한 가정과 공식에 따라 설계되고 구현되어 이러한 설정에 따라 정확하게 작동한다.The simulation for the algorithm according to the present invention is designed and implemented according to the above-described assumptions and formulas, and operates correctly according to these settings.

시뮬레이션에 사용된 매개 변수와 해당 값은 아래의 표 2에 요약되어 있습니다.The parameters used in the simulation and their values are summarized in Table 2 below.

시뮬레이션 환경은 다음과 같이 구성됩니다. 조밀하게 배치된 OBSS 그리드 토폴로지에 있는 4 ~ 64 개의 8AP와 STA가 있다.The simulation environment consists of: There are 4 to 64 8APs and STAs in a densely deployed OBSS grid topology.

상기 STA는 전송 큐에서 관련 AP로 전송할 데이터가 항상 있다고 가정한다. 따라서, OBSS 영역에 존재하는 STA는 스펙트럼 자원을 심각하게 경쟁하여 지연 및 처리량 이득 성능에 대해 각각이 인접한 STA에 영향을 미친다.The STA assumes that there is always data to be transmitted from the transmission queue to the related AP. Therefore, STAs present in the OBSS region seriously compete for spectrum resources, and each of them affects adjacent STAs with respect to delay and throughput gain performance.

결과적으로, OBSS 내의 STA는 데이터를 전송하기 위해 지연되고 다중 BSS NAV 세트 및 BSS NAV 세트로 인해 처리량 이득이 저하된다.As a result, the STA in the OBSS is delayed to transmit data and throughput gain is degraded due to multiple BSS NAV sets and BSS NAV sets.

시뮬레이션 변수의 경우 채널 상태가 고정되어 있고 Aps 및 STA의 위치가 고정되어 있다고 가정 했으므로 임의의 시뮬레이션 변수가 존재하지 않는다. In the case of simulation variables, it is assumed that the channel state is fixed and the positions of the Aps and STAs are fixed, so there is no random simulation variable.

또한, [표 2]의 환경 설정 및 시뮬레이션 매개 변수를 사용하여 시뮬레이션을 수행하고 DL 및 UL 시나리오에서 토폴로지, MCS 및 BSR의 기존 STA 수를 각각 변경하여 시뮬레이션을 수행한다.In addition, simulation is performed using the environment settings and simulation parameters in [Table 2], and simulation is performed by changing the topology, the number of existing STAs in the MCS and BSR respectively in the DL and UL scenarios.

각 시뮬레이션 결과는 미리 정의된 고정 시뮬레이션 매개 변수를 사용하여 여러 독립적인 실험에서 파생된다.Each simulation result is derived from several independent experiments using predefined fixed simulation parameters.

이 시뮬레이션 환경에서 본 발명은 특정 STA의 BSS 간 NAV가 관련 STA와의 전송을 연속적으로 시작하는 이웃 AP로 인해 연속적으로 설정되는 지연 시나리오를 구체적으로 설계했다.In this simulation environment, the present invention specifically designed a delay scenario in which the NAV between BSSs of a specific STA is continuously set due to a neighboring AP that continuously starts transmission with a related STA.

따라서, STA는 BSS 간 NAV의 연속적인 세트로 인해 지연되고, 이들 모두가 리셋될때까지 대기해야 한다. 위에서 제안한 알고리즘을 이용하여 STA의 지연 시간을 최소화하여 알고리즘 2의 대기 시간 임계 값(θ_ed)을 거의 대기할 수 있다.Therefore, the STA is delayed due to the continuous set of NAVs between BSSs, and must wait until all of them are reset. By minimizing the delay time of the STA using the algorithm proposed above, the waiting time threshold value (θ _ed ) of Algorithm 2 can be almost waited.

반송파의 전체 대역폭은 160MHz이고 FFT 크기는 256으로 채택된다.The total bandwidth of the carrier is 160 MHz, and the FFT size is adopted as 256.

또한, 집합 매체 액세스 제어 프로토콜 데이터 단위(A-MPDU)는 전송 시뮬레이션을 위해 사용되는 심볼 지속 기간 r(16ms)을 갖는 P_a패킷으로 구성된다.In addition, the aggregate medium access control protocol data unit (A-MPDU) is composed of P _a packets having a symbol duration r (16 ms) used for transmission simulation.

ACK, SIFS 및 기타 제어 프레임을 포함하여 l_c의 크기는 123 바이트로 설정되고 l_d는 1460바이트이다. 또한, l_d 크기의 P_a프레임은 시뮬레이션을 위한 A-MPDU로 집계된다.Including ACK, SIFS and other control frames, the size of l _c is set to 123 bytes and l _d is 1460 bytes. In addition, P _a frames of size l _d are counted as A-MPDUs for simulation.

또한, 8개의 안테나를 갖는 AP는 다수의 공간 스트림을 통한 전송을 가능하게하기 위해 2개의 안테나를 각각 구비하는 STA를 제공한다.In addition, an AP having 8 antennas provides an STA each having two antennas to enable transmission through a plurality of spatial streams.

첫째, 도 3에서 STA2와 같은 STA를 지연시키는 MCS(Modulation and Coding Scheme)레벨과 STA 수를 변경하여 초고밀도 배포 시나리오에서 U/DL 전송의 시간 손실을 시뮬레이션한다.First, in FIG. 3, a time loss of U/DL transmission is simulated in an ultra-high density deployment scenario by changing the MCS (Modulation and Coding Scheme) level and the number of STAs that delay STAs such as STA2.

또한, 지연된 STA에 대한 시간 손실의 안정성을 평가하기 위해 최대 32개의 STA를 지원하는 고밀도 별자리가 고려됩니다. 또한, STA, MCS 및 BSR (beam search rate)에 대한 다양한 파라미터를 사용하여 U/DL 전송과 관련된 STA의 예상 처리량 이득을 시뮬레이션한다. In addition, high-density constellations supporting up to 32 STAs are considered to evaluate the stability of the time loss for delayed STAs. In addition, by using various parameters for the STA, MCS, and BSR (beam search rate), the expected throughput gain of the STA related to U/DL transmission is simulated.

마지막으로 각 STA에 대한 매체 액세스의 공정성을 자인의 지수를 계산하여 DCF와 비교한다. 시뮬레이션 결과는 제안된 매체 접속 방식의 공정성이 DCF보다 우월함을 보여준다.Finally, the fairness of media access for each STA is calculated and compared with the DCF. The simulation results show that the fairness of the proposed media access method is superior to DCF.

DL 및 UL MU 전송의 l_t 값은 도 6 및 7에서 볼 수 있듯이 다양한 MCS 및 STA 번호 아래의 고밀도 배포 환경에서 시뮬레이션된다.The l _t values of DL and UL MU transmissions are simulated in a high-density deployment environment under various MCS and STA numbers, as can be seen in FIGS. 6 and 7.

상기 [수학식 3] 바탕으로 STA의 시간 손실은 상기 [표 2]의 파라미터를 사용하여 측정된다. STA의 시간 손실은 인접 STA의 수가 증가함에 따라 급격히 증가한다.Based on the above [Equation 3], the time loss of the STA is measured using the parameters of [Table 2]. The time loss of the STA increases rapidly as the number of adjacent STAs increases.

간섭하는 STA의 수가 64에 도달하면 MCS 9와 MCS 10을 사용하는 STA는 실제로 어떤 데이터도 전송할 수 없다.When the number of interfering STAs reaches 64, STAs using MCS 9 and MCS 10 cannot actually transmit any data.

이러한 현상에 대한 원인은 STA에 대한 가능한 혼잡을 관리하기 위해 BSS 간 NAV가 증가되는 IEEE 802.11ax의 다중 NAV 정책입니다.The reason for this is IEEE 802.11ax's multi-NAV policy where NAVs between BSSs are increased to manage possible congestion for STAs.

또한, BSS간 NAV는 이웃하거나 간섭하는 AP 및 관련 STA의 수에 비례한다.In addition, the NAV between BSSs is proportional to the number of neighboring or interfering APs and related STAs.

결과적으로, 증가된 집합 내 BSS NAV 및 BSS NAV는 조밀하게 배치된 IoT 환경에 위치하는 STA의 예상 시간 손실을 길게 하고, 지연 문제로 인해 STA의 QoS를 악화시킨다.As a result, the BSS NAV and BSS NAV in the increased set lengthen the expected time loss of the STA located in the densely deployed IoT environment, and deteriorate the QoS of the STA due to a delay problem.

도 8 및 도 9은 BSR, MCS 레벨 및 간섭 STA의 수를 변화시키는 상기 [수학식 3], [수학식 4] 및 [수학식 5]에 기초한 D/UL MU 전송의 예상 된 처리량 이득을 도시한 것이다.8 and 9 show the expected throughput gain of D/UL MU transmission based on [Equation 3], [Equation 4], and [Equation 5] above for changing the BSR, MCS level and the number of interfering STAs I did it.

인접한 STA들에 의해 야기된 지연된 지연 문제는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 STA의 데이터 송신 및 수신에 대한 시간 손실을 초래한다.The delayed delay problem caused by adjacent STAs causes a loss of time for data transmission and reception of the STA as shown in FIGS. 6 and 7.

지연 문제는 대체 AP(관련 AP가 포화된 경우) 또는 적절한 빔 형성 방향(관련 AP가 다른 빔 형성 방향에서 사용 가능함)을 찾는 제안된 빔 정렬 알고리즘에 의해 효과적으로 처리된다.The delay problem is effectively addressed by the proposed beam alignment algorithm to find a replacement AP (if the associated AP is saturated) or an appropriate beamforming direction (the associated AP is available in other beamforming directions).

관련 AP에 대해 적절한 외계인 AP 또는 대체 빔 방향을 찾은 후 STA는 알고리즘을 사용하여 Tx 및 Rx의 작동을 재개 할 수 있습니다.After finding the appropriate alien AP or alternate beam direction for the relevant AP, the STA can use the algorithm to resume operation of Tx and Rx.

처리량 이득 시뮬레이션의 결과는 제안된 알고리즘이 다른 시나리오 (4, 8, 16, 32 STA)보다 BSS 범위 내에서 STA에 영향을 주는 조밀한 배치 시나리오에서보다 효과적임을 보여준다.The results of the throughput gain simulation show that the proposed algorithm is more effective in the dense deployment scenario that affects the STA within the BSS range than other scenarios (4, 8, 16, 32 STA).

따라서 간섭을 완화하기 위한 알고리즘의 성능은 일반 및 조밀하게 배치된 IoT 시나리오 모두에 효과적입니다.Therefore, the algorithm's performance to mitigate interference is effective for both common and densely deployed IoT scenarios.

마지막으로, 도 8과 8은 DCF와 제안된 알고리즘 간의 매체 접근에 대한 공정성 지수 값의 비교를 나타낸다.Finally, Figs. 8 and 8 show a comparison of fairness index values for media access between DCF and the proposed algorithm.

결과는 도 8과 8에서 상기 [수학식 7]과 처리량 증가로 분석된다.The results are analyzed as [Equation 7] and increase in throughput in FIGS. 8 and 8.

제안된 알고리즘의 공평성은 도 10에서와 같이 DL 전송에서 STA의 수가 각각 16과 64일 때 DCF에 비해 44%와 31%로 향상되었다.The fairness of the proposed algorithm is improved to 44% and 31% compared to DCF when the number of STAs in DL transmission is 16 and 64, respectively, as shown in FIG. 10.

UL 전송의 경우, 도 11과 같이 간섭 STA 수가 각각 16 및 64인 경우 매체 액세스의 공정성이 최대 50% 및 36%로 향상된다.In the case of UL transmission, as shown in FIG. 11, when the number of interfering STAs is 16 and 64, respectively, fairness of media access is improved to 50% and 36%.

결론적으로 제안된 알고리즘은 각 STA의 처리량 이득뿐만 아니라 고밀도로 배치된 환경에서의 채널 액세스 효율의 공정성을 향상시킨다.In conclusion, the proposed algorithm not only improves the throughput gain of each STA, but also improves the fairness of channel access efficiency in a high density environment.

본 발명에 따른 알고리즘을 사용하는 STA는 이기적으로 행동하지 않고 대기 임계 값을 가지고 이단적으로 행동하므로 BSS의 STA는 협조적으로 작동할 수 있다.The STA using the algorithm according to the present invention does not behave selfishly but behaves selfishly with a waiting threshold, so that the STA of the BSS can operate cooperatively.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments implemented in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

STA : STATION AP : 액세스 포인트)
NAV : 네트워크 할당 벡터 OBSS : Overlapping Basic Service Set
CCA : 동적 클리어 채널 평가 TWT : 목표 깨우기 시간
SU : 단일 사용자 MU : 다중 사용자
STR : 동시 전송 및 수신
HE-WLAN : high-efficiency wireless local area networks
WLAN : 무선 근거리 통신망 CSI : 채널 상태 정보
FEC : 순방향 오류 수정 BCC : 블록 검사 문자
FFT : Fast Fourier Transform ISI : Inter-Symbol Interference
GI : 보호 간격 LDPC : 저밀도 패리티 검사
FEC : 순방향 오류 수정 MCS : modulation and coding scheme
DCF : distributed coordination functionSTA: STATION AP: Access point)
NAV: Network allocation vector OBSS: Overlapping Basic Service Set
CCA: Dynamic clear channel evaluation TWT: Target wake-up time
SU: single user MU: multiple users
STR: simultaneous transmission and reception
HE-WLAN: high-efficiency wireless local area networks
WLAN: wireless local area network CSI: channel state information
FEC: Forward error correction BCC: Block check character
FFT: Fast Fourier Transform ISI: Inter-Symbol Interference
GI: Guard interval LDPC: Low density parity check
FEC: Forward error correction MCS: Modulation and coding scheme
DCF: distributed coordination function

Claims

In the adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network,
(a) when the STA attempts to transmit data, determining whether an NAV between Basic Service Set (BSS) is set;
(c) when data transmission is delayed due to the NAV setting between the BSSs, the STA selecting a new AP to be associated after a predetermined waiting threshold value (θ _ed ); And
(d) forming a beam by the STA toward the beam form in the direction of dir; adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network including

The method of claim 1,
In step (a) above
(b) when the STA resets the NAV between BSS (Basic Service Set), transmitting data to the relevant AP; adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network further comprising.

The method of claim 2,
Step (c)
(c-1) the STA has a waiting threshold variable (w) to avoid excessive delay, and after the waiting threshold variable (w) exceeding the waiting threshold value (θ _ed ), searching for a direction of a beamformer; An adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network further comprising a.

The method of claim 3,
Step (c)
(c-2) When the STA chooses to transmit data through the relevant AP ^a , the set AP in the low-resolution (LR ^a _dir ) direction within the (AP ^a _cs ) direction set in the BSR using the corresponding information already possessed Searching for, and searching for ^a beamformer with ^a higher resolution (HR ^a _dir ) using the result of the low-resolution direction; adaptive beam alignment scheme considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network further comprising.

The method of claim 4,
After the STA decides to find the beam form, it is adaptive considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network, characterized in that it sorts based on descending order of signal strength, selects a related AP or adjacent AP, and searches for a suitable direction. Beam alignment technique.

The method of claim 4,
The method further comprising: aligning the beam to find an appropriate beam direction angle (azimuth and elevation angle of beam formation) within the HPBW range of the STA between the STA and the target AP whose STA is delayed in (c-1). Adaptive beam alignment scheme considering interference in high-density IEEE 802.11AX IOT networks.

The method of claim 6,
The STA considers interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network, characterized in that the STA actively searches for an AP at a beam search rate (BSR) between the original AP or adjacent APs based on the received signal strength indicator (RSSI) of each AP. Adaptive beam alignment technique.

The method of claim 6,
When the STA selects to transmit one of the adjacent APs, the STA sorts them by considering the signal strength in descending order, and selects one of the adaptive beams considering interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network. Alignment technique.

The method of claim 8,
The STA sets the CSI between d _a and d _b, which are the initial ranges of the search direction region, and calls the Searche HR function recursively to find the direction of the target neighboring AP (HR _{e dir} ), but recursively performs the Searche HR function. An adaptive beam alignment scheme that considers interference in a high-density IEEE 802.11AX IOT network, characterized in that d _a and d _b are dynamically adjusted each time a call is made.

In the STA for solving data transmission delay with a plurality of APs,
A main control unit that determines whether an NAV between Basic Service Set (BSS) is set when data transmission is attempted;
An AP selecting unit for selecting a new AP to be associated after a predetermined waiting threshold (θ _ed ) when data transmission is delayed due to the NAV setting between the BSSs; And
And a beamforming unit configured to form a beam toward the newly selected AP.

The method of claim 10,
When the NAV between the BSS (Basic Service Set) is reset, the STA, characterized in that to transmit data to a related AP.

The method of claim 11,
STA having a waiting threshold variable (w) to avoid excessive delay, and searching for a direction of the beamformer after the waiting threshold variable (w) exceeding the waiting threshold value (θ _ed ) elapses.

The method of claim 12,
If you choose to transmit data through the relevant AP ^a , use the information already possessed to search for ^a low-resolution (LR ^a _dir ) direction set AP in the (AP ^a _cs ) direction set in the BSR, and the low-resolution direction. STA, characterized in that to search for a beamformer with ^a higher resolution (HR ^a _dir ) using the result.

The method of claim 13,
After determining to find a beam formie, the STA is arranged based on a descending order of signal strength, selects a related AP or an adjacent AP, and searches for a suitable direction.

The method of claim 14,
The STA, characterized in that the beam is aligned to find a beam direction angle (azimuth angle and elevation angle of beam formation) within an HPBW range of the STA between the delayed STA and the target AP.