WO2013073812A1 - 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법 - Google Patents

다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액세스 포인트 간 간섭 현상을 개선하고 지향성 안테나 기반의 액세스 포인트와 노드 간 연결에 대한 스루풋을 개선한 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법을 개시하며, 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템은 다수의 액세스 포인트와 다수의 노드들을 포함하고, 상기 액세스 포인트는 지향성 안테나를 구비하고 방향 별로 구분된 다수의 섹터를 가지며, 스루풋 향상을 위해 간섭 회피 과정, 액세스 포인트와 노드들 간의 연결을 위한 협상 과정, 데이터 알림 과정, 데이터 송수신 과정 및 섹터 스위칭 과정을 포함한다.

Description

다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법
본 발명은 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액세스 포인트 간 간섭 현상을 개선하고 지향성 안테나 기반의 액세스 포인트와 노드 간 연결에 대한 스루풋을 개선한 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법에 관한 것이다.
인프라 구조 기반 무선 네트워크는 실생활에 많은 이점을 주고 있다.
스마트폰의 사용이 늘어나면서 무선 네트워크에 포함되는 액세스 포인트(Access Point : 이하 "AP"라 함)의 수는 기하급수적으로 증가하였다. 그 결과 무선 네트워크는 같은 주파수를 사용하는 AP가 증가함에 따라 간섭이 발생하여서 성능이 저하되는 문제점을 갖게 되었다.
상기와 같은 무선 네트워크의 성능 저하를 개선하기 위하여 무선 네트워크에 지향성 안테나를 적용하는 것이 고려될 수 있다.
지향성 안테나는 주파수 공간적 재사용률을 높일 수 있는 혁신적 장치이다. 그러나, 지향성 안테나는 다른 신호를 감지하는데 방향적인 한계가 있어서 난청 문제(Deafness problem)이라는 고질적인 문제점을 갖고 있다.
지향성 안테나가 난청 문제(deafness problem)가 해결되지 않은 상태로 인프라 구조 기반 무선 네트워크에 사용되면, 무선 네트워크는 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 무선 네트워크 내의 다수의 AP 간의 간섭으로 인한 성능 저하 문제점을 해결할 뿐만 아니라 지향성 안테나가 갖는 난청 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
[관련기술문헌]
1. 지향성 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중화 기반확산 스펙트럼 다중 접속 시스템(한국 특허출원번호 제10-2000-0012078호)
2. 주파수 영역의 신호 처리를 위한 스마트 안테나 시스템 및 이를 위한 이동 단말과 기지국의 송수신 장치 및 방법(한국 특허출원번호 10-2006-0023742호)
본 발명은 난청 문제를 해결할 수 있으면서 지향적 매체 접근법을 적용한 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 무선 네트워크 상에서 데이터 송수신의 간섭을 줄이고 주파수 공간적 재사용률을 높여서 무선 네트워크 전체 스루풋을 향상할 수 있는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템 및 그의 스루풋 향상 방법을 제공함을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 기반의 데이터 전송을 수행하며, 액세스 포인트와 노드는 다수의 섹터들을 가지며 섹터 별 스위칭에 의하여 무선 네트워크 내의 데이터 송수신시 상호 간의 간섭을 줄이고 주파수 공간적 재사용률을 높이는 것을 또다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크는, 지향성 안테나를 구비하며 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 기반으로 복수의 방향으로 구분된 섹터를 가지며, 다른 액세스 포인트와 간섭을 회피하기 위하여 상기 섹터 전환 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하고, 협상 요청 프레임(association request frame)에 대응하여 협상이 체결된 상기 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하며, 전송할 제1 데이터가 있는 노드에 대한 전송 순서 정보를 생성하여 어노운스 프레임(Announce frame)으로 전송하고, 상기 전송 순서 정보의 마지막 노드의 상기 제1 데이터 전송이 완료되면 특정 노드로 제2 데이터를 전송하고 상기 특정 노드로부터 애크 프레임을 수신하면 현재 상기 섹터 방향을 전환하는 둘 이상의 액세스 포인트; 및 상기 비콘 프레임을 수신하면 상기 비콘 프레임을 전송한 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 상기 협상 요청 프레임을 상기 비콘 프레임을 전송한 상기 액세스 포인트로 전송하며, 상기 액세스 포인트와 미리 협상이 체결되고 전송할 상기 제1 데이터가 있을 때 자신에게 할당된 상기 전송 알림 채널을 이용하여 전송할 상기 제1 데이터가 있음을 알리기 위한 리퀘스트 투 센드(RTS : Request to send) 프레임을 전송하고, 상기 어노운스 프레임를 수신하면 전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드가 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 제1 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하며, 상기 액세스 포인트의 상기 제2 데이터 전송에 대응하여 상기 애크 프레임을 전송하는 복수의 노드들;을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법은, 액세스 포인트가 미리 설정된 섹터로 전환된 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하는 제 1 단계; 상기 비콘 프레임을 수신한 노드들이 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청 프레임(association request frame)을 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 2 단계; 상기 액세스 포인트가 상기 협상 요청 프레임에 대응하여 협상이 체결된 상기 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하고, 상기 액세스 포인트와 미리 협상이 체결된 상기 노드가 전송할 제1 데이터가 있을 때 자신에게 할당된 전송 알림 채널을 이용하여 리퀘스트 투 센드(RTS : Request to send) 프레임을 전송하여 데이터 전송 유무를 알리며, 상기 액세스 포인트가 전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드에 대한 전송 순서 정보를 생성하여 어노운스 프레임(Announce frame)으로 전송하는 제3 단계; 전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드가 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 제1 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 4 단계; 및 상기 전송 순서 정보의 마지막 노드의 상기 제1 데이터 전송이 완료되면 그 후 상기 액세스 포인트는 특정 노드로 제2 데이터를 전송하고 상기 특정 노드로부터 애크 프레임을 수신하면 섹터 방향을 전환하는 섹터 스위칭을 수행하는 제 5 단계;를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 환경의 스루풋 향상 방법은, 액세스 포인트가 미리 설정된 섹터로 전환된 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하는 제 1 단계; 적어도 하나 이상의 노드 중 상기 비콘 프레임을 수신한 노드들이 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청 프레임(association request frame)을 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 2 단계; 상기 액세스 포인트가 상기 협상 요청 프레임에 대응하여 협상이 체결된 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하고 상기 협상이 체결된 노드 중 전송할 데이터가 있는 노드에 대한 상기 데이터의 전송 순서 정보를 생성하여 통지 프레임(notification frame)에 포함시켜 전송하는 제 3 단계; 전송할 상기 데이터가 있는 노드들이 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 4 단계; 및 상기 액세스 포인트가 순차적으로 상기 데이터에 대한 수신을 완료한 뒤 섹터 방향을 전환하는 섹터 스위칭을 수행하는 제 5 단계;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 지향성 안테나 기반의 액세스 포인트의 난청 문제를 해결하고, 지향적 매체 접근법에 의하여 주파수 공간적 재사용률을 높여서 무선 네트워크의 스루풋을 향상하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 지향성 안테나를 사용하여 데이터 송수신의 간섭을 줄이고 지향성 안테나 기반의 액세스 포인트와 노드 간의 협상에 의하여 주파수 공간적 재사용률을 높여서 무선 네트워크 전체 스루풋을 향상하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 기반의 데이터 전송을 액세스 포인트와 노드의 섹터 별 스위칭에 의하여 수행하여서 무선 네트워크 내의 상호 간섭을 줄이고 주파수 공간적 재사용률을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 스루풋 향상 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 도 1의 액세스 포인트(AP-1)의 서브 채널 정보를 나타내는 채널 구조.
도 4는 도 1의 액세스 포인트(AP-2)의 서브 채널 정보를 나타내는 채널 구조.
도 5는 도 1의 실시예의 액세스 포인트와 노드 간의 통신을 설명하는 타이밍도.
도 6은 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 스루풋 향상 방법을 나타내는 흐름도.
도 8은 도 6의 액세스 포인트(AP-1)의 서브 채널 정보를 나타내는 채널 구조.
도 9는 도 6의 액세스 포인트와 노드 간의 통신을 설명하는 타이밍도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 바람직한 실시예가 도 1과 같이 도시될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 다수의 액세스 포인트(AP-1, AP-2)와 다수의 노드(N-1, N-2 ... N-7)를 포함한다.
액세스 포인트(AP-1, AP-2)는 지향성 안테나를 구비하며, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 기반으로 4방향의 섹터를 갖는다. 섹터는 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향, 및 9시 방향으로 구분될 수 있으며, 액세스 포인트(AP-1, AP-2)는 각 섹터 간의 섹터 스위칭을 수행한다. 액세스 포인트(AP-1, AP-2)의 각 섹터에 있어서 스위칭에 의하여 선택되지 않은 섹터들은 도 1에서 '×'로 표시된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 스루풋 향상을 위해 크게 간섭 회피 과정(S10), 액세스 포인트와 노드들 간의 연결을 위한 협상 과정(S12), 데이터 알림 과정(S14), 데이터 송수신 과정(S16) 및 섹터 스위칭 과정(S18)을 포함한다.
본 발명에 따른 실시예는 먼저 간섭 회피 과정(S10)을 수행한다. 간섭 회피 과정(S10)은 다른 액세스 포인트 관할 네트워크와 간섭을 피하기 위하여 수행하는 과정이다.
액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안 신호를 감지한다. 액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 어떤 신호도 감지되지 않으면 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한다.
액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 다른 액세스 포인트의 신호가 감지되면 섹터 스위칭을 수행한다. 그리고, 액세스 포인트(AP-1)가 다른 액세스 포인트(AP-2)보다 먼저 비콘 프레임을 전송하면 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 신호를 감지하던 한 다른 액세스 포인트(AP-2)가 섹터 스위칭을 수행한다. 그러므로, 본 발명은 상술한 바 섹터 스위칭에 의하여 액세스 포인트 간 간섭을 피할 수 있다.
액세스 포인트(AP-1)는 노드들과 연결을 위해서 비콘 프레임(beacon frame)에 협상을 위한 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보 및 액세스 포인트(AP-1)의 네트워크 인식 정보를 포함하여 전송한다. 여기서, 네트워크 인식 정보는 액세스 포인트(AP-1)과 노드들(N-1 내지 N-7) 간의 신호 및 데이터의 송수신을 위한 식별자이다.
간섭 회피 과정(S10) 수행 후 협상 과정(S12)이 액세스 포인트와 노드들 간의 연결을 위하여 수행된다. 협상 과정(S12)은 노드가 처음 켜졌을 때 액세스 포인트와 연결하는 과정이며, 협상을 위한 경쟁 채널 후보들 정보는 상기와 같이 비콘 프레임(beacon frame)에 포함되어 전달된다.
노드들(N-1 내지 N-7) 중 비콘 프레임(beacon frame)을 수신한 것들은 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보 중 특정한 채널을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청(AR : association request) 프레임을 액세스 포인트(AP-1)로 전송한다. 액세스 포인트(AP-1)가 협상이 체결된 노드 또는 미리 협상이 체결된 노드에 대해서 별도의 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당한다.
상기와 같이 협상 과정(S12)이 수행된 후 데이터 알림 과정(S14)이 수행된다. 데이터 알림 과정(S14)은 노드(액세스 포인트와 미리 협상이 체결된 노드)가 보낼 데이터가 있을 때 자신에게 할당된 전송 알림 채널을 이용하여 해브(have) 프레임을 포함하는 리퀘스트 투 센드(RTS : Request to send) 프레임을 전송하여 데이터 전송 유무를 알린다. 액세스 포인트(AP-1)는 OFDM 기반으로 각 해브 프레임을 받기 때문에 협상 요청 프레임(association request frame)의 수신과 전송 알림 프레임(transmission alarm frame)을 동시에 수신한 후 어노운스 프레임(Announce frame)을 통지 프레임(notification frame)으로서 전송한다.
여기서, 통지 프레임(notification frame)은 연결을 허락한 정보인 "협상 성공 정보", 각 노드에 할당한 "전송 알림 채널(transmision alarm channel) 정보", 전송할 데이터가 있는 노드의 "전송 순서 정보"를 포함한다.
데이터 알림 과정(S14) 이후 데이터 송수신 과정(S16)이 수행된다. 액세스 포인트(AP-1)는 어노운스 프레임(Announce frame)을 전송함으로써, 전송할 데이터가 있는 노드에 의해 데이터가 순차적으로 전송되도록 한다.
데이터 송수신 과정(S16) 이후 액세스 포인트(AP-1)는 섹터 스위칭 과정(S18)을 수행한다.
섹터 스위칭 과정(S18)은 정해진 순서대로 노드가 데이터 전송을 한 뒤 액세스 포인트(AP-1)가 마지막 노드의 데이터 전송에 대한 애크 프레임(ACK frame) 정보가 포함된 데이터 프레임을 노드들에 전송하고 그 후 노드로부터 애크 프레임(ACK frame)을 수신하면 액세스 포인트(AP-1)가 다른 방향으로 섹터를 스위칭하는 순으로 구성된다.
도 3 및 도 4는 도 1의 액세스 포인트(AP-1)와 액세스 포인트(AP-2)의 서브 채널 구조를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법의 구체적인 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 동작을 설명한다.
액세스 포인트(AP-1)는 3시 방향 섹터가 켜지고, 액세스 포인트(AP-2)는 액세스 포인트(AP-1)의 3시 방향 섹터가 켜진 후 9시 방향 섹터에 대한 간섭 회피 과정을 수행한 후 섹터를 전환하여 12시 방향 섹터를 켜는 동작을 수행한다.
액세스 포인트(AP-1)는 노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)와 이미 연결된 상태이고, 노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)는 자신에게 할당된 전송 알림 채널이 존재한다. 노드-1(N-1)에 할당된 전송 알림 채널은 채널 n(CH n)이고, 노드-2(N-2)에 할당된 전송 알림 채널은 채널 n-1(CH n-1)이다. 노드-3 내지 노드-5(N-3 내지 N-5)는 액세스 포인트(AP-1)와 연결을 원한다.
노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)는 액세스 포인트(AP-1)에 보낼 데이터가 있고, 액세스 포인트(AP-1)는 노드-1(N-1)에 보낼 데이터가 있다.
노드-6(N-6)은 액세스 포인트(AP-2)와 이미 연결되어 있고, 액세스 포인트(AP-2)는 노드-6(N-6)에 보낼 데이터가 있다.
상술한 조건에서의 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법의 실시예를 설명한다.
먼저, 액세스 포인트(AP-1)는 3시 방향 섹터로 전환된 뒤, 미리 정의된 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 신호를 감지한다. 액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송 시간과 쇼트 프레임 간격 동안 어떤 신호도 감지되지 않으면 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한다. 참고로 도 5에서 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS)은 표현의 간략화를 위하여 "MTT"로 기재한다.
액세스 포인트(AP-1)가 전송한 비콘 프레임(beacon frame)에는 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보와 AP-1(10)의 네트워크 인식 정보가 들어있다. 여기에서 경쟁 채널 후보들은 노드와 연결이 설정되지 않은 채널들을 의미한다.
그 후, 비콘 프레임(beacon frame)을 수신한 노드들(N-1 내지 N-5)은 비콘 프레임에 대응한 동작을 수행한다.
즉, 노드-1(N-1)와 노드-2(N-2)는 보낼 데이터가 있으므로 자신에게 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 통해 데이터 전송 유무 알리는 RTS 프레임을 전송하여 데이터 전송 유무를 알린다.
그리고 노드-3(N-3), 노드-4(N-4), 그리고 노드-5(N-5)는 액세스 포인트(AP-1)와 협상하기 위해 경쟁 채널(contention channel) 후보들 중에서 하나를 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청(AR : association request) 프레임을 전송한다.
액세스 포인트(AP-1)는 노드-1(N-1) 내지 노드-5(N-5)에서 전송되는 프레임들을 동시에 받고 노드-4(N-4)와 노드-5(N-5)는 동일한 채널(CH 5)을 선택하여 중복되므로 해석할 수 없어서 무시하고 노드-3(N-3)에 대해서 요청된 채널(CH 3)의 연결을 허락한다.
액세스 포인트(AP-1)는 연결을 허락한 협상 성공 정보, 노드-1(N-1) 다음으로 노드-2(N-2)가 전송할 것을 정한 전송 순서 정보, 그리고 노드-1(N-1) 내지 노드(N-3)에 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel) 정보를 어노운스 프레임(Announce frame)에 포함시켜 전송한다.
각 노드들(N-1 내지 N-5)은 어노운스 프레임(Announce frame)을 수신하여서 통지 프레임(Notification)을 확인하면 협상 성공 정보에 의하여 협상 여부를 알 수 있고 전송 순서 정보에 의하여 전송 순서를 인지한다. 이때, 전송 순서는 노드-1(N-1), 노드-2(N-2) 및 액세스 포인트(AP-1)의 순으로 정의된다.
어노운스 프레임(Announce frame)이 전송된 후 노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)는 순서대로 데이터를 전송한다. 이때, 노드-1(N-1)의 데이터 전송이 이루어진 후 액세스 포인트(AP-1)는 애크 프레임(ACK frame)을 전송하고, 이어서 노드-2(N-2)의 데이터 전송이 이루어진다.
노드-2(N-2)의 데이터 전송이 지정된 전송 순서의 마지막이므로, 액세스 포인트(AP-1)는 노드-2(N-2)의 데이터 전송 후 애크 프레임(ACK frame) 대신 노드-1(N-1)에게 데이터 프레임을 전송한다.
액세스 포인트(AP-1)가 보내는 데이터 프레임은 노드-1 내지 노드-5(N-1 내지 N-5)가 모두 들을 수 있다.
액세스 포인트(AP-1)가 보내는 데이터 프레임은 노드 1(N-1)에게 보내는 데이터인 동시에 노드-1(N-1)에서 애크 프레임(ACK frame)을 받으면 섹터 스위칭을 할 것임을 알리는 기능을 한다.
노드-1(N-1)은 액세스 포인트(AP-1)의 데이터 프레임을 받으면 액세스 포인트(AP-1)로 애크 프레임(ACK frame)을 전송하고, 액세스 포인트(AP-1)는 노드-1(N-1)에서 애크 프레임(ACK frame)을 받고 섹터 스위칭을 수행한다. 이때 액세스 포인트(AP-1)의 섹터 스위칭은 3시 방향 섹터에서 6시 방향 섹터로 전환되도록 수행될 수 있다.
한편, 상기와 같이 액세스 포인트(AP-1)가 동작 중인 시간 동안 액세스 포인트(AP-2)는 액세스 포인트(AP-1)의 신호를 감지하기 하기 때문에 다음 섹터로 전환한다. 즉, 액세스 포인트(AP-2)는 액세스 포인트(AP-1)가 활성화된 3시 방향 섹터와 간섭을 피하기 위하여 9 방향 섹터에서 12시 방향 섹터로 섹터 전환을 실행한다. 액세스 포인트(AP-2)의 12시 방향 섹터 전환 후 동작은 상술한 액세스 포인트(AP-1)의 동작과 동일하게 진행될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 실시예는 액세스 포인트들 간의 잠재적인 간섭을 피할 수 있다.
상술한 도 1 내지 도 5의 실시예는 업 링크와 다운 링크 양방향을 모두 지원하는 것으로 실시된 것을 예시한다.
여기에서, 업 링크는 노드에서 액세스 포인트로 데이터를 전송하는 것을 의미하며, 다운 링크는 액세스 포인트에서 노드로 데이터를 전송하는 것을 의미한다.
그러나, 이와 달리 본 발명에 따른 실시예는 다른 실시예로서 도 6 내지 도 9와 같이 다운 링크의 지원을 배제하고 업 링크를 지원하는 것으로 실시될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예는 다수의 액세스 포인트(AP-1, AP-2)와 다수의 노드(N-1, N-2 ... N-m)를 포함한다. 여기에서 m은 7 이상의 자연수를 의미한다.
도 6의 액세스 포인트(AP-1, AP-2)도 지향성 안테나를 구비하며, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 기반으로 도 1과 같이 4방향의 섹터를 갖는다. 액세스 포인트(AP-1, AP-2)의 각 섹터에 있어서 스위칭에 의하여 선택되지 않은 섹터들은 도 6에서 '×'로 표시된다. 이하, 액세스 포인트(AP-1)을 기준으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예는 스루풋 향상을 위해 크게 간섭 회피 과정(S20), 액세스 포인트와 노드들 간의 연결을 위한 협상 과정(S22), 데이터 알림 과정(S24), 데이터 송수신 과정(S26) 및 섹터 스위칭 과정(S28)을 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 먼저 간섭 회피 과정(S20)을 수행한다.
액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 신호를 감지한다. 액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 어떤 신호도 감지되지 않으면 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한다. 액세스 포인트(AP-1)의 비콘 프레임(beacon frame)을 다른 액세스 포인트(AP-2)가 센싱하면 액세스 포인트(AP-2)는 섹터 스위칭을 수행하므로 간섭을 피할 수 있다.
액세스 포인트(AP-1)는 노드들(N-1 내지 N-m) 중 특정 노드들과 연결을 위한 채널 설정(도 8 참조)을 위해서 비콘 프레임(beacon frame)에 협상을 위한 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보 및 액세스 포인트(AP-1)의 네트워크 인식 정보를 포함하여 전송한다. 여기서, 네트워크 인식 정보는 액세스 포인트(AP-1)와 노드들(N-1 내지 N-m) 간의 신호 및 데이터의 송수신을 위한 식별자이다.
간섭 회피 과정(S20) 수행 후 액세스 포인트와 노드들 간의 연결을 위한 협상 과정(S22)이 수행된다.
노드들(N-1 내지 N-m) 중 액세스 포인트(A-1)의 비콘 프레임(beacon frame)을 수신한 것들은 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보 중 특정한 채널을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청(AR : association request) 프레임을 액세스 포인트(AP-1)로 전송한다. 액세스 포인트(AP-1)는 협상이 체결된 노드 또는 미리 협상이 체결된 노드에 대해서 별도의 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당한다.
상기와 같이 협상 과정(S22)이 수행된 후 데이터 알림 과정(S24)이 수행된다.
전송 알림 채널(transmission alarm channel) 할당을 통해 액세스 포인트(AP-1)와 협상을 완료한 노드 중 전송할 데이터가 있는 경우, 해당하는 노드가 자신에게 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 통해 해브 프레임(have frame)을 전송한다.
한편, 액세스 포인트(AP-1)는 OFDM기반으로 각 해브 프레임을 받기 때문에 협상 요청 프레임(association request frame)의 수신과 전송 알림 프레임(transmission alarm frame) 전송을 동시에 수행가능한 특성을 갖는다.
데이터 알림 과정(S24) 이후 데이터 송수신 과정(S26)이 수행된다.
액세스 포인트(AP-1)는 통지 프레임(notification frame)을 전송함으로써, 전송할 데이터가 있는 노드에 의해 데이터가 순차적으로 전송되도록 한다.
여기서, 통지 프레임(notification frame)은 연결을 허락한 정보인 "협상 성공 정보", 각 노드에 할당한 "전송 알림 채널(transmision alarm channel) 정보", 전송할 데이터가 있는 노드의 "전송 순서 정보"를 포함한다.
데이터 송수신 과정(S26) 이후 액세스 포인트(AP-1)는 다른 방향으로 지향성을 갖도록 섹터 스위칭 과정(S28)을 수행한다.
이때 액세스 포인트(AP-1)는 스위치 프레임(switch frame)의 전송을 전송 순서 정보에 따라 마지막 데이터에 대한 수신이 완료된 경우 수행한다. 액세스 포인트(AP-1)는 스위치 프레임(switch frame) 전송으로 자신이 다른 방향으로의 섹터가 전환된 것을 통지한다.
도 8은 도 6의 액세스 포인트(AP-1)의 서브 채널 구조를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 9는 본 발명에 따른 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법의 구체적인 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6, 도 8 및 도 9를 참조하면, 액세스 포인트(AP-1)는 3시 방향 섹터로 방향성이 설정된 상태이며, 액세스 포인트(AP-2)는 9시 방향 섹터로 방향성이 설정된 상태이다. 액세스 포인트(AP-1)는 노드-1(N-1), 노드-2(N-2)와 이미 연결된 상태이다. 노드-1(N-1), 노드-2(N-2)는 자신에게 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel)이 존재하며, 노드-3(N-3), 노드-4(N-4), 노드-5(N-5)는 액세스 포인트(AP-1)와 연결 맺길 원하는 상태이다. 또한, 노드-6(N-6)은 액세스 포인트(AP-2)와 이미 연결되어 있음을 가정한다.
이하, 이러한 조건하에서의 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법의 예를 설명한다.
액세스 포인트(AP-1)는 3시 방향 섹터로 전환된 뒤, 미리 정의된 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 동안 신호를 감지한다. 액세스 포인트(AP-1)는 최대 전송 시간과 쇼트 프레임 간격 동안 어떤 신호도 감지되지 않으면 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한다.
여기서, 액세스 포인트(AP-1)가 전송한 비콘 프레임(beacon frame)에는 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보와 AP-1(10)의 네트워크 인식 정보가 들어있다. 여기에서 경쟁 채널 후보들은 노드와 연결이 설정되지 않은 채널들을 의미한다.
그 후, 비콘 프레임(beacon frame)을 수신한 노드들(N-1 내지 N-5)은 비콘 프레임(beacon frame)에 대응한 동작을 수행한다.
즉, 노드-1(N-1)와 노드-2(N-2)는 보낼 데이터가 있으므로 자신에게 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 통해 데이터 전송 유무 알리는 해브 프레임(have frame)을 전송한다.
그리고 노드-3(N-3), 노드-4(N-4), 그리고 노드-5(N-5)는 액세스 포인트(AP-1)와 협상하기 위해 경쟁 채널(contention channel) 후보들 중에서 하나를 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청(AR : association request) 프레임을 전송한다.
액세스 포인트(AP-1)는 노드-3(N-3), 노드-4(N-4) 그리고 노드-5(N-5)에서 협상 요청(AR : association request) 프레임을 동시에 수신한다. 액세스 포인트(AP-1)는 노드-4(N-4)와 노드-5(N-5)가 동일한 채널(CH 5)을 선택하여 중복되므로 해석할 수 없어서 무시하고 노드-3(N-3)에 대해서 요청된 채널(CH 3)의 연결을 허락한다.
액세스 포인트(AP-1)는 연결을 허락한 협상 성공 정보, 노드-1(N-1) 다음으로 노드-2(N-2)가 전송할 것을 정한 전송 순서 정보, 그리고 노드-1(N-1) 및 노드(N-1)에 할당된 전송 알림 채널(transmission alarm channel) 정보를 통지 프레임(notification frame)에 포함시켜 전송한다.
각 노드들(N-1 내지 N-5)은 통지 프레임(notification frame)을 수신하여서 협상 성공 정보에 의하여 협상 여부를 알 수 있고 전송 순서 정보에 의하여 전송 순서를 인지한다.
통지 프레임이 전송된 후 노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)는 순서대로 데이터를 전송한다. 이때, 노드-1(N-1)의 데이터 전송이 먼저 이루어지고, 노드-1(N-1)의 데이터 전송이 완료되면 액세스 포인트(AP-1)가 애크 프레임(ACK frame)을 전송하고, 그 이후 노드-2(N-2)의 데이터 전송이 이루어진다.
이와 같이 노드-1(N-1) 및 노드-2(N-2)의 데이터 전송이 지정된 순서대로 완료되면, 액세스 포인트(AP-1)는 마지막으로 전송한 노드-2(N-2)의 데이터에 대한 애크 프레임(ACK frame) 대신 스위치 프레임(switch frame)을 전송함으로써 다른 방향으로의 섹터가 전환됨을 통지한다.
상기에 따라서, 액세스 포인트들(AP-1, AP-2)는 최대 전송시간(MTT)과 쇼트 프레임 간격(SIFS) 사이에 네트워크 사용이 감지되면 다음 섹터로 전환하고 네트워크 사용이 감지되지 않으면 현재 선택된 섹터로 통신을 수행한다.
그러므로, 본 발명에 따른 실시예는 액세스 포인트들 간의 잠재적인 간섭을 피할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (14)

  1. 지향성 안테나를 구비하며 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 기반으로 복수의 방향으로 구분된 섹터를 가지며, 다른 액세스 포인트와 간섭을 회피하기 위하여 상기 섹터 전환 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하고, 협상 요청 프레임(association request frame)에 대응하여 협상이 체결된 상기 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하며, 전송할 제1 데이터가 있는 노드에 대한 전송 순서 정보를 생성하여 어노운스 프레임(Announce frame)으로 전송하고, 상기 전송 순서 정보의 마지막 노드의 상기 제1 데이터 전송이 완료되면 특정 노드로 제2 데이터를 전송하고 상기 특정 노드로부터 애크 프레임을 수신하면 현재 상기 섹터 방향을 전환하는 둘 이상의 액세스 포인트; 및
    상기 비콘 프레임을 수신하면 상기 비콘 프레임을 전송한 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 상기 협상 요청 프레임을 상기 비콘 프레임을 전송한 상기 액세스 포인트로 전송하며, 상기 액세스 포인트와 미리 협상이 체결되고 전송할 상기 제1 데이터가 있을 때 자신에게 할당된 상기 전송 알림 채널을 이용하여 전송할 상기 제1 데이터가 있음을 알리기 위한 리퀘스트 투 센드(RTS : Request to send) 프레임을 전송하고, 상기 어노운스 프레임를 수신하면 전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드가 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 제1 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하며, 상기 액세스 포인트의 상기 제2 데이터 전송에 대응하여 상기 애크 프레임을 전송하는 복수의 노드들;을 포함함을 특징으로 하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비콘 프레임은 상기 경쟁 채널 선택에 따른 협상 체결을 위한 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보, 그리고 상기 적어도 하나의 노드와 상기 액세스 포인트 간의 송수신을 위한 상기 액세스 포인트의 네트워크 인식 정보를 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액세스 포인트는 상기 협상 요청 프레임을 전송한 노드 중에서 다른 노드들과 상기 경쟁 채널이 중복되지 않은 노드에 대하여 상기 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 어노운스 프레임은 상기 전송 순서 정보, 협상 성공 정보 그리고 전송 알림 채널 할당 정보를 더 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크.
  5. 액세스 포인트가 미리 설정된 섹터로 전환된 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하는 제 1 단계;
    상기 비콘 프레임을 수신한 노드들이 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청 프레임(association request frame)을 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 2 단계;
    상기 액세스 포인트가 상기 협상 요청 프레임에 대응하여 협상이 체결된 상기 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하고, 상기 액세스 포인트와 미리 협상이 체결된 상기 노드가 전송할 제1 데이터가 있을 때 자신에게 할당된 전송 알림 채널을 이용하여 리퀘스트 투 센드(RTS : Request to send) 프레임을 전송하여 데이터 전송 유무를 알리며, 상기 액세스 포인트가 전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드에 대한 전송 순서 정보를 생성하여 어노운스 프레임(Announce frame)으로 전송하는 제3 단계;
    전송할 상기 제1 데이터가 있는 상기 노드가 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 제1 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 4 단계; 및
    상기 전송 순서 정보의 마지막 노드의 상기 제1 데이터 전송이 완료되면 그 후 상기 액세스 포인트는 특정 노드로 제2 데이터를 전송하고 상기 특정 노드로부터 애크 프레임을 수신하면 섹터 방향을 전환하는 섹터 스위칭을 수행하는 제 5 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 환경의 스루풋 향상 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 비콘 프레임은 상기 경쟁 채널 선택에 따른 협상 체결을 위한 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보, 그리고 상기 적어도 하나의 노드와 상기 액세스 포인트 간의 송수신을 위한 상기 액세스 포인트의 네트워크 인식 정보를 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 액세스 포인트는 상기 협상 요청 프레임을 전송한 노드 중에서 다른 노드들과 상기 경쟁 채널이 중복되지 않은 노드에 대하여 상기 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 환경의 스루풋 향상 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 어노운스 프레임은 상기 전송 순서 정보, 협상 성공 정보 그리고 전송 알림 채널 할당 정보를 더 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
  9. 액세스 포인트가 미리 설정된 섹터로 전환된 후 최대 전송시간(Maximum transmission time, MTT)과 쇼트 프레임 간격(short interframe space, SIFS) 동안에 신호가 감지되지 않는 경우 비콘 프레임(beacon frame)을 전송하는 제 1 단계;
    적어도 하나 이상의 노드 중 상기 비콘 프레임을 수신한 노드들이 상기 액세스 포인트의 경쟁 채널(contention channel)을 랜덤하게 선택하고 선택된 경쟁 채널을 통해 협상 요청 프레임(association request frame)을 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 2 단계;
    상기 액세스 포인트가 상기 협상 요청 프레임에 대응하여 협상이 체결된 노드에 대한 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하고 상기 협상이 체결된 노드 중 전송할 데이터가 있는 노드에 대한 상기 데이터의 전송 순서 정보를 생성하여 통지 프레임(notification frame)에 포함시켜 전송하는 제 3 단계;
    전송할 상기 데이터가 있는 노드들이 상기 전송 순서 정보에 의해 상기 데이터를 순차적으로 상기 액세스 포인트로 전송하는 제 4 단계; 및
    상기 액세스 포인트가 순차적으로 상기 데이터에 대한 수신을 완료한 뒤 섹터 방향을 전환하는 섹터 스위칭을 수행하는 제 5 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 환경의 스루풋 향상 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 비콘 프레임은 상기 경쟁 채널 선택에 따른 협상 체결을 위한 경쟁 채널(contention channel) 후보들 정보, 그리고 상기 적어도 하나의 노드와 상기 액세스 포인트 간의 송수신을 위한 상기 액세스 포인트의 네트워크 인식 정보를 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 액세스 포인트는 상기 협상 요청 프레임을 전송한 노드 중에서 다른 노드들과 상기 경쟁 채널이 중복되지 않은 노드에 대하여 상기 전송 알림 채널(transmission alarm channel)을 할당하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크 환경의 스루풋 향상 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 전송할 데이터가 있는 노드들은 상기 할당된 전송 알림 채널을 통해 해브 프레임(have frame)을 전송하여 상기 전송 순서 정보가 상기 액세스 포인트에 의해 생성되도록 하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 통지 프레임은 상기 전송 순서 정보, 협상 성공 정보 그리고 전송 알림 채널 할당 정보를 더 포함하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 제 5 단계에서, 상기 액세스 포인트는 상기 전송할 데이터가 있는 노드 각각의 지정된 순서대로의 데이터 전송이 완료되면, 마지막으로 전송한 데이터에 대해 스위치 프레임(switch frame)을 전송하여 다른 방향으로의 섹터가 전환된 것을 통지하는 다수의 인프라 구조 기반 무선 네트워크의 스루풋 향상 방법.
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