WO2014088175A1 - 무선랜 시스템에서 다중 대역 스캐닝 방법 및 장치 - Google Patents

무선랜 시스템에서 다중 대역 스캐닝 방법 및 장치 Download PDF

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WO2014088175A1
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scanning
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PCT/KR2013/006045
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석용호
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엘지전자 주식회사
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    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • the following description relates to a wireless communication system, and more particularly, to a multi-band scanning method and apparatus in a WLAN system.
  • WLAN is based on radio frequency technology, and can be used in homes, businesses, or businesses by using portable terminals such as personal digital assistants (PDAs), laptop computers, and portable multimedia players (PMPs). It is a technology that allows wireless access to the Internet in a specific service area.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for allowing a device supporting multiple bands in a WLAN system to accurately and efficiently perform scanning.
  • a method of scanning by a STA in a wireless communication system includes: a first access point (AP) to a first access point; Transmitting a frame; And receiving a second frame responsive to the first frame from the first AP, wherein the first frame includes information on an operation class supported by the STA and service set identifier (SSID) information.
  • the second frame may include information indicating whether to filter or information about the second AP.
  • a method for supporting an access point (AP) scanning of a station (STA) in a wireless communication system comprising: receiving a first frame from the STA; And transmitting a second frame to the STA in response to the first frame, wherein the first frame includes information on an operation class supported by the STA and Service Set Identifier (SSID) information.
  • the second frame may include information indicating whether to filter or information on another AP.
  • a station (STA) apparatus for scanning in a wireless communication system a transceiver; And a processor, wherein the processor is configured to transmit a first frame to the first access point using the transceiver; The first frame is configured to receive a second frame in response to the first frame from the first AP using the transceiver, wherein the first frame is information on an operation class supported by the STA and SSID (Service Set Identifier) information.
  • the second frame may include information indicating whether to filter and information on the second AP.
  • an access point (AP) device for scanning in a wireless communication system according to another embodiment of the present invention, a transceiver; And a processor, wherein the processor is configured to receive a first frame from the STA using the transceiver; Set to transmit a second frame to the STA in response to the first frame, the first frame includes information on the operation class and service set identifier (SSID) information supported by the STA, the second frame
  • the frame may include information indicating whether to filter and information on another AP.
  • the second frame may include information about the second AP having an SSID corresponding to the SSID information included in the first frame.
  • the second frame may include information about the second AP having an operation class that matches the operation class information supported by the STA.
  • the second frame may include an operation class field and a channel number field of the second AP.
  • the second frame may further include target beacon transmission time (TBTT) offset information.
  • TBTT target beacon transmission time
  • the TBTT offset may have a value indicating a time difference between a previous TBTT of the first AP and a next TBTT of the second AP.
  • Passive scanning for discovery of the second AP may be performed using the information obtained through the second frame.
  • the first frame may further include access network type information
  • the second frame may include information about the second AP having an access network type that matches the access network type information included in the first frame. have.
  • the second frame may include information on one or more of the second AP.
  • the second AP may be a neighbor AP of the first AP.
  • the first frame and the second frame may be transmitted and received on a first band, and the second AP may be an AP operating on a second band.
  • the first frame may be a probe request frame
  • the second frame may be a probe response frame
  • a method and apparatus for allowing a device supporting multiple bands in a WLAN system to accurately and efficiently perform scanning may be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary structure of a WLAN system.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a link setup process in a WLAN system.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a backoff process.
  • 7 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an RTS and a CTS.
  • FIG. 9 is a view for explaining a multi-band scanning method according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an exemplary format of a supported action class information element.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an exemplary format of a multi band channel information element.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating another example of a multi-band channel information element.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the multi-band channel information element.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless device according to an embodiment of the present invention.
  • each component or feature may be considered to be optional unless otherwise stated.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features.
  • some components and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of the wireless access systems IEEE 802 system, 3GPP system, 3GPP LTE and LTE-A (LTE-Advanced) system and 3GPP2 system. That is, steps or parts which are not described to clearly reveal the technical spirit of the present invention among the embodiments of the present invention may be supported by the above documents. In addition, all terms disclosed in the present document can be described by the above standard document.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • Wi-Fi IEEE 802.11
  • WiMAX IEEE 802.16
  • E-UTRA Evolved UTRA
  • FIG. 1 is a diagram showing an exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied.
  • the IEEE 802.11 architecture may be composed of a plurality of components, and by their interaction, a WLAN may be provided that supports transparent STA mobility for higher layers.
  • the Basic Service Set (BSS) may correspond to a basic building block in an IEEE 802.11 LAN. 1 exemplarily shows that there are two BSSs (BSS1 and BSS2) and two STAs are included as members of each BSS (STA1 and STA2 are included in BSS1 and STA3 and STA4 are included in BSS2). do.
  • an ellipse representing a BSS may be understood to represent a coverage area where STAs included in the BSS maintain communication. This area may be referred to as a basic service area (BSA).
  • BSA basic service area
  • the most basic type of BSS in an IEEE 802.11 LAN is an independent BSS (IBSS).
  • the IBSS may have a minimal form consisting of only two STAs.
  • the BSS (BSS1 or BSS2) of FIG. 1, which is the simplest form and other components are omitted, may correspond to a representative example of the IBSS.
  • This configuration is possible when STAs can communicate directly.
  • this type of LAN may not be configured in advance, but may be configured when a LAN is required, which may be referred to as an ad-hoc network.
  • the membership of the STA in the BSS may be dynamically changed by turning the STA on or off, the STA entering or exiting the BSS region, and the like.
  • the STA may join the BSS using a synchronization process.
  • the STA In order to access all services of the BSS infrastructure, the STA must be associated with the BSS. This association may be set up dynamically and may include the use of a Distribution System Service (DSS).
  • DSS Distribution System Service
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied.
  • components such as a distribution system (DS), a distribution system medium (DSM), and an access point (AP) are added in the structure of FIG. 1.
  • DS distribution system
  • DSM distribution system medium
  • AP access point
  • the station-to-station distance directly in the LAN can be limited by PHY performance. In some cases, this distance limit may be sufficient, but in some cases, communication between more distant stations may be necessary.
  • the distribution system DS may be configured to support extended coverage.
  • the DS refers to a structure in which BSSs are interconnected. Specifically, instead of the BSS independently as shown in FIG. 1, the BSS may exist as an extended type component of a network composed of a plurality of BSSs.
  • DS is a logical concept and can be specified by the nature of the distribution system medium (DSM).
  • DSM distribution system medium
  • the IEEE 802.11 standard logically distinguishes between wireless medium (WM) and distribution system media (DSM).
  • Each logical medium is used for a different purpose and is used by different components.
  • the definition of the IEEE 802.11 standard does not limit these media to the same or to different ones.
  • the plurality of media logically different, the flexibility of the IEEE 802.11 LAN structure (DS structure or other network structure) can be described. That is, the IEEE 802.11 LAN structure can be implemented in various ways, the corresponding LAN structure can be specified independently by the physical characteristics of each implementation.
  • the DS may support the mobile device by providing seamless integration of multiple BSSs and providing logical services for handling addresses to destinations.
  • An AP means an entity that enables access to a DS through WM for associated STAs and has STA functionality. Data movement between the BSS and the DS may be performed through the AP.
  • STA2 and STA3 shown in FIG. 2 have the functionality of a STA, and provide a function to allow associated STAs STA1 and STA4 to access the DS.
  • all APs basically correspond to STAs, all APs are addressable entities. The address used by the AP for communication on the WM and the address used by the AP for communication on the DSM need not necessarily be the same.
  • Data transmitted from one of the STAs associated with an AP to the STA address of that AP may always be received at an uncontrolled port and processed by an IEEE 802.1X port access entity.
  • transmission data (or frame) may be transmitted to the DS.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another exemplary structure of an IEEE 802.11 system to which the present invention can be applied. 3 conceptually illustrates an extended service set (ESS) for providing wide coverage in addition to the structure of FIG. 2.
  • ESS extended service set
  • a wireless network of arbitrary size and complexity may be composed of DS and BSSs.
  • this type of network is called an ESS network.
  • the ESS may correspond to a set of BSSs connected to one DS. However, the ESS does not include a DS.
  • the ESS network is characterized by what appears to be an IBSS network at the LLC (Logical Link Control) layer. STAs included in the ESS can communicate with each other, and mobile STAs can move from within one BSS to another BSS (within the same ESS) transparently to the LLC.
  • LLC Logical Link Control
  • BSSs can be partially overlapped, which is a form commonly used to provide continuous coverage.
  • the BSSs may not be physically connected, and logically there is no limit to the distance between the BSSs.
  • the BSSs can be located at the same physical location, which can be used to provide redundancy.
  • one (or more) IBSS or ESS networks may be physically present in the same space as one (or more than one) ESS network.
  • the ad-hoc network is operating at the location of the ESS network, if IEEE 802.11 networks are physically overlapped by different organizations, or if two or more different access and security policies are required at the same location. It may correspond to an ESS network type in a case.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary structure of a WLAN system.
  • an example of an infrastructure BSS including a DS is shown.
  • BSS1 and BSS2 constitute an ESS.
  • an STA is a device that operates according to MAC / PHY regulations of IEEE 802.11.
  • the STA includes an AP STA and a non-AP STA.
  • Non-AP STAs are devices that users typically handle, such as laptop computers and mobile phones.
  • STA1, STA3, and STA4 correspond to non-AP STAs
  • STA2 and STA5 correspond to AP STAs.
  • a non-AP STA includes a terminal, a wireless transmit / receive unit (WTRU), a user equipment (UE), a mobile station (MS), and a mobile terminal. May be referred to as a Mobile Subscriber Station (MSS).
  • the AP may include a base station (BS), a node-B, an evolved Node-B (eNB), and a base transceiver system (BTS) in other wireless communication fields.
  • BS base station
  • eNB evolved Node-B
  • BTS base transceiver system
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a general link setup process.
  • an STA In order for an STA to set up a link and transmit / receive data with respect to a network, an STA first discovers the network, performs authentication, establishes an association, and authenticates for security. It must go through the back.
  • the link setup process may also be referred to as session initiation process and session setup process.
  • a process of discovery, authentication, association, and security establishment of a link setup process may be collectively referred to as association process.
  • the STA may perform a network discovery operation.
  • the network discovery operation may include a scanning operation of the STA. That is, in order for the STA to access the network, the STA must find a network that can participate. The STA must identify a compatible network before joining the wireless network. A network identification process existing in a specific area is called scanning.
  • the STA performing scanning transmits a probe request frame and waits for a response to discover which AP exists in the vicinity while moving channels.
  • the responder transmits a probe response frame to the STA that transmits the probe request frame in response to the probe request frame.
  • the responder may be an STA that last transmitted a beacon frame in the BSS of the channel being scanned.
  • the AP transmits a beacon frame, so the AP becomes a responder.
  • the responder is not constant.
  • an STA that transmits a probe request frame on channel 1 and receives a probe response frame on channel 1 stores the BSS-related information included in the received probe response frame and stores the next channel (eg, number 2).
  • Channel (or channel) to perform scanning i.e., probe request / response transmission and reception on channel 2) in the same manner.
  • the scanning operation may be performed by a passive scanning method.
  • passive scanning the STA performing scanning waits for a beacon frame while moving channels.
  • the beacon frame is one of management frames in IEEE 802.11.
  • the beacon frame is notified of the existence of a wireless network and is periodically transmitted to allow the STA performing scanning to find the wireless network and participate in the wireless network.
  • the AP periodically transmits a beacon frame
  • the IBSS STAs in the IBSS rotate and transmit a beacon frame.
  • the STA which performs the scanning receives the beacon frame, the STA stores the information about the BSS included in the beacon frame and records beacon frame information in each channel while moving (or switching) to another channel.
  • the STA may store the BSS related information included in the received beacon frame, move to the next channel (or switch), and perform scanning on the next channel in the same manner.
  • active scanning has the advantage of less delay and power consumption than passive scanning.
  • step S520 After the STA discovers the network, an authentication process may be performed in step S520.
  • This authentication process may be referred to as a first authentication process in order to clearly distinguish from the security setup operation of step S540 described later.
  • the authentication process includes a process in which the STA transmits an authentication request frame to the AP, and in response thereto, the AP transmits an authentication response frame to the STA.
  • An authentication frame used for authentication request / response corresponds to a management frame.
  • the authentication frame includes an authentication algorithm number, an authentication transaction sequence number, a status code, a challenge text, a Robust Security Network, and a finite cyclic group. Group) and the like. This corresponds to some examples of information that may be included in the authentication request / response frame, and may be replaced with other information or further include additional information.
  • the STA may send an authentication request frame to the AP.
  • the AP may determine whether to allow authentication for the corresponding STA based on the information included in the received authentication request frame.
  • the AP may provide a result of the authentication process to the STA through an authentication response frame.
  • the association process includes a process in which the STA transmits an association request frame to the AP, and in response thereto, the AP transmits an association response frame to the STA.
  • the association request frame may include information related to various capabilities, beacon listening interval, service set identifier (SSID), supported rates, supported channels, RSN, mobility domain. Information about supported operating classes, TIM Broadcast Indication Map Broadcast request, interworking service capability, and the like.
  • an association response frame may include information related to various capabilities, status codes, association IDs (AIDs), support rates, Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) parameter sets, Received Channel Power Indicators (RCPI), Received Signal to Noise Information, such as an indicator, a mobility domain, a timeout interval (association comeback time), an overlapping BSS scan parameter, a TIM broadcast response, and a QoS map.
  • AIDs association IDs
  • EDCA Enhanced Distributed Channel Access
  • RCPI Received Channel Power Indicators
  • Received Signal to Noise Information such as an indicator, a mobility domain, a timeout interval (association comeback time), an overlapping BSS scan parameter, a TIM broadcast response, and a QoS map.
  • a security setup process may be performed at step S540.
  • the security setup process of step S540 may be referred to as an authentication process through a Robust Security Network Association (RSNA) request / response.
  • the authentication process of step S520 is called a first authentication process, and the security setup process of step S540 is performed. It may also be referred to simply as the authentication process.
  • RSNA Robust Security Network Association
  • the security setup process of step S540 may include, for example, performing a private key setup through 4-way handshaking through an Extensible Authentication Protocol over LAN (EAPOL) frame. .
  • the security setup process may be performed according to a security scheme not defined in the IEEE 802.11 standard.
  • IEEE 802.11n In order to overcome the limitation of communication speed in WLAN, IEEE 802.11n exists as a relatively recently established technical standard. IEEE 802.11n aims to increase the speed and reliability of networks and to extend the operating range of wireless networks. More specifically, IEEE 802.11n supports High Throughput (HT) with data throughput of up to 540 Mbps and also uses multiple antennas at both the transmitter and receiver to minimize transmission errors and optimize data rates. It is based on Multiple Inputs and Multiple Outputs (MIMO) technology.
  • HT High Throughput
  • MIMO Multiple Inputs and Multiple Outputs
  • the next generation WLAN system supporting Very High Throughput is the next version of the IEEE 802.11n WLAN system (e.g., IEEE 802.11ac), which is 1 Gbps at the MAC Service Access Point (SAP).
  • IEEE 802.11ac the next version of the IEEE 802.11n WLAN system
  • SAP MAC Service Access Point
  • the next generation WLAN system supports MU-MIMO (Multi User Multiple Input Multiple Output) transmission in which a plurality of STAs simultaneously access a channel in order to use the wireless channel efficiently.
  • MU-MIMO Multi User Multiple Input Multiple Output
  • the AP may simultaneously transmit packets to one or more STAs that are paired with MIMO.
  • whitespace may be referred to as a licensed band that can be preferentially used by a licensed user.
  • An authorized user refers to a user who is authorized to use an authorized band and may also be referred to as a licensed device, a primary user, an incumbent user, or the like.
  • an AP and / or STA operating in a WS should provide protection for an authorized user. For example, if an authorized user such as a microphone is already using a specific WS channel, which is a frequency band divided in a regulation to have a specific bandwidth in the WS band, the AP may be protected. And / or the STA cannot use a frequency band corresponding to the corresponding WS channel. In addition, the AP and / or STA should stop using the frequency band when the authorized user uses the frequency band currently used for frame transmission and / or reception.
  • the AP and / or STA should be preceded by a procedure for determining whether a specific frequency band in the WS band is available, that is, whether there is an authorized user in the frequency band. Knowing whether there is an authorized user in a specific frequency band is called spectrum sensing. As the spectrum sensing mechanism, energy detection, signal detection, and the like are used. If the strength of the received signal is greater than or equal to a predetermined value, it may be determined that the authorized user is in use, or if the DTV preamble is detected, the authorized user may be determined to be in use.
  • M2M communication refers to a communication method that includes one or more machines (Machine), may also be referred to as MTC (Machine Type Communication) or thing communication.
  • a machine refers to an entity that does not require human direct manipulation or intervention.
  • a device such as a meter or a vending machine equipped with a wireless communication module, as well as a user device such as a smartphone that can automatically connect and communicate with a network without a user's operation / intervention, may be used. This may correspond to an example.
  • the M2M communication may include communication between devices (eg, device-to-device (D2D) communication), communication between a device, and an application server.
  • D2D device-to-device
  • Examples of device and server communication include communication between vending machines and servers, point of sale devices and servers, and electricity, gas or water meter readers and servers.
  • applications based on M2M communication may include security, transportation, health care, and the like. Considering the nature of these applications, M2M communication should generally be able to support the transmission and reception of small amounts of data at low speeds in the presence of very many devices.
  • M2M communication should be able to support a large number of STAs.
  • a maximum of 2007 STAs are associated with one AP, but in M2M communication, a method for supporting a case where a greater number (approximately 6000 STAs) are associated with one AP.
  • many applications are expected to support / require low data rates in M2M communication.
  • an STA may recognize whether data to be transmitted to it is based on a TIM (Traffic Indication Map) element, and methods for reducing the bitmap size of the TIM are discussed. It is becoming.
  • TIM Traffic Indication Map
  • M2M communication is expected to be a lot of traffic with a very long transmission / reception interval. For example, very small amounts of data are required to be sent and received every long period (eg, one month), such as electricity / gas / water use.
  • the operation of the STA is performed according to a command provided through a downlink (ie, a link from the AP to a non-AP STA), and as a result, the data is uplink (ie, a link from the non-AP STA to the AP).
  • a downlink ie, a link from the AP to a non-AP STA
  • the data is uplink (ie, a link from the non-AP STA to the AP).
  • an improved communication method in the uplink in which main data is transmitted is mainly dealt with.
  • the M2M STA mainly operates with a battery and is often difficult for a user to charge frequently, it is required to ensure long life by minimizing battery consumption.
  • the M2M STA is expected to be difficult for the user to directly operate in a specific situation, it is required to have a function of recovering itself. Accordingly, in the WLAN system, even if the number of STAs that can be associated with one AP becomes very large, it is possible to efficiently support the case where the number of STAs having data frames to be received from the AP is very small during one beacon period. And, methods for reducing power consumption of the STA have been discussed.
  • WLAN technology is rapidly evolving and, in addition to the above examples, technologies for direct link setup, media streaming performance improvement, support for high speed and / or large initial session setup, support for extended bandwidth and operating frequency, etc. Is being developed.
  • a basic access mechanism of MAC is a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) mechanism.
  • the CSMA / CA mechanism is also called the Distributed Coordination Function (DCF) of the IEEE 802.11 MAC. It basically employs a "listen before talk" access mechanism.
  • the AP and / or STA may sense a radio channel or medium during a predetermined time period (e.g., during a DCF Inter-Frame Space (DIFS), before starting transmission.
  • DIFS DCF Inter-Frame Space
  • a delay period for example, a random backoff period
  • HCF hybrid coordination function
  • the PCF refers to a polling-based synchronous access scheme in which polling is performed periodically so that all receiving APs and / or STAs can receive data frames.
  • the HCF has an Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) and an HCF Controlled Channel Access (HCCA).
  • EDCA is a competition based approach for providers to provide data frames to multiple users, and HCCA uses a non-competition based channel access scheme using a polling mechanism.
  • the HCF includes a media access mechanism for improving the quality of service (QoS) of the WLAN, and can transmit QoS data in both a contention period (CP) and a contention free period (CFP).
  • QoS quality of service
  • FIG. 6 is a diagram for describing a backoff process.
  • the random backoff count has a pseudo-random integer value and may be determined to be one of values in the range of 0 to CW.
  • CW is a contention window parameter value.
  • the CW parameter is given CWmin as an initial value, but may take a double value in case of transmission failure (eg, when an ACK for a transmitted frame is not received).
  • the STA continues to monitor the medium while counting down the backoff slots according to the determined backoff count value. If the medium is monitored as occupied, the countdown stops and waits; if the medium is idle, it resumes the remaining countdown.
  • the STA3 may confirm that the medium is idle as much as DIFS and transmit the frame immediately. Meanwhile, the remaining STAs monitor and wait for the medium to be busy. In the meantime, data may also be transmitted in each of STA1, STA2, and STA5, and each STA waits for DIFS when the medium is monitored idle, and then counts down the backoff slot according to a random backoff count value selected by the STA. Can be performed. In the example of FIG. 6, STA2 selects the smallest backoff count value and STA1 selects the largest backoff count value.
  • the remaining backoff time of the STA5 is shorter than the remaining backoff time of the STA1 at the time when the STA2 finishes the backoff count and starts the frame transmission.
  • STA1 and STA5 stop counting for a while and wait for STA2 to occupy the medium.
  • the STA1 and the STA5 resume the stopped backoff count after waiting for DIFS. That is, the frame transmission can be started after counting down the remaining backoff slots by the remaining backoff time. Since the remaining backoff time of the STA5 is shorter than that of the STA1, the STA5 starts frame transmission. Meanwhile, while STA2 occupies the medium, data to be transmitted may also occur in STA4.
  • the STA4 waits for DIFS, performs a countdown according to a random backoff count value selected by the STA4, and starts frame transmission.
  • the remaining backoff time of STA5 coincides with an arbitrary backoff count value of STA4.
  • a collision may occur between STA4 and STA5. If a collision occurs, neither STA4 nor STA5 receive an ACK, and thus data transmission fails. In this case, STA4 and STA5 may double the CW value, select a random backoff count value, and perform a countdown.
  • the STA1 waits while the medium is occupied due to transmission of the STA4 and STA5, waits for DIFS when the medium is idle, and starts frame transmission after the remaining backoff time passes.
  • the CSMA / CA mechanism includes virtual carrier sensing in addition to physical carrier sensing in which the AP and / or STA directly sense the medium.
  • Virtual carrier sensing is intended to compensate for problems that may occur in media access, such as a hidden node problem.
  • the MAC of the WLAN system may use a network allocation vector (NAV).
  • the NAV is a value in which an AP and / or STA currently using or authorized to use a medium instructs another AP and / or STA how long to remain until the medium becomes available.
  • the value set to NAV corresponds to a period during which the medium is scheduled to be used by the AP and / or STA transmitting the corresponding frame, and the STA receiving the NAV value is prohibited from accessing the medium (or channel access) during the period. prohibit or defer.
  • the NAV may be set, for example, according to the value of the "duration" field of the MAC header of the frame.
  • 7 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • STA A illustrates an example of a hidden node, in which STA A and STA B are in communication and STA C has information to transmit.
  • STA A may be transmitting information to STA B, it may be determined that the medium is idle when STA C performs carrier sensing before sending data to STA B. This is because transmission of STA A (ie, media occupation) may not be sensed at the location of STA C.
  • STA B since STA B receives the information of STA A and STA C at the same time, a collision occurs.
  • STA A may be referred to as a hidden node of STA C.
  • FIG. 7B is an example of an exposed node
  • STA B is a case in which STA C has information to be transmitted from STA D while transmitting data to STA A.
  • FIG. 7B when STA C performs carrier sensing, it may be determined that the medium is occupied by the transmission of STA B. Accordingly, since STA C is sensed as a medium occupancy state even if there is information to be transmitted to STA D, it must wait until the medium becomes idle. However, since STA A is actually outside the transmission range of STA C, transmission from STA C and transmission from STA B may not collide with STA A's point of view, so STA C is unnecessary until STA B stops transmitting. To wait. At this time, STA C may be referred to as an exposed node of STA B.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an RTS and a CTS.
  • a short signaling packet such as a request to send (RTS) and a clear to send (CTS) may be used.
  • RTS request to send
  • CTS clear to send
  • the RTS / CTS between the two STAs may allow the surrounding STA (s) to overhear, allowing the surrounding STA (s) to consider whether to transmit information between the two STAs. For example, when an STA to transmit data transmits an RTS frame to an STA receiving the data, the STA receiving the data may inform the neighboring STAs that they will receive the data by transmitting the CTS frame.
  • 8A illustrates an example of a method for solving a hidden node problem, and assumes that both STA A and STA C try to transmit data to STA B.
  • FIG. 8A When STA A sends the RTS to STA B, STA B transmits the CTS to both STA A and STA C around it. As a result, STA C waits until data transmission between STA A and STA B is completed, thereby avoiding collision.
  • FIG. 8 (b) is an example of a method of solving an exposed node problem, and STA C overhears RTS / CTS transmission between STA A and STA B so that STA C is a different STA (eg, STA). It may be determined that no collision will occur even if data is transmitted to D). That is, STA B transmits the RTS to all neighboring STAs, and only STA A having the data to actually transmit the CTS. Since STA C receives only the RTS and not the STA A's CTS, it can be seen that STA A is outside of STA C's carrier sensing.
  • STA C overhears RTS / CTS transmission between STA A and STA B so that STA C is a different STA (eg, STA). It may be determined that no collision will occur even if data is transmitted to D). That is, STA B transmits the RTS to all neighboring STAs, and only STA A having the data to actually transmit the CTS. Since STA C receive
  • IEEE 802.11a and b are described in 2.4. Using unlicensed band at GHz or 5 GHz, IEEE 802.11b provides a transmission rate of 11 Mbps and IEEE 802.11a provides a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11g applies Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) at 2.4 GHz, providing a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11n applies Multiple Input Multiple Output (MIMO) -OFDM to provide a transmission rate of 300 Mbps for four spatial streams. IEEE 802.11n supports channel bandwidths up to 40 MHz, in this case providing a transmission rate of 600 Mbps.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • TVWS is a frequency assigned to broadcast TV, which includes the Ultra High Frequency (UHF) band and the very high frequency (VHF) band, and does not interfere with the communication of licensed devices operating in that frequency band. Means the frequency band under which the use of an unlicensed device is permitted under conditions.
  • the licensed device may include a TV, a wireless microphone, or the like.
  • the licensed device may be referred to as an incumbent user or a primary user.
  • a signaling protocol such as a common beacon frame, a frequency sensing mechanism, and the like may be required to solve a coexistence problem between unlicensed devices using TVWS.
  • An IEEE 802.11 TVWS terminal refers to an unlicensed device that operates using an IEEE 802.11 Media Access Control (MAC) layer and a PHY physical layer in the TVWS spectrum.
  • MAC Media Access Control
  • Unlicensed devices that want to use TVWS should provide protection for licensed devices. Therefore, the unlicensed device must check whether the licensed device occupies the band before starting to transmit the signal in the TVWS. To this end, the unlicensed device may perform spectrum sensing to determine whether the band is being used by the licensed device. Spectrum sensing mechanisms include energy detection, feature detection, and the like. The unlicensed device may determine that the licensed device is using the specific channel when the strength of the signal received on the specific channel is greater than or equal to a predetermined value or when the DTV preamble is detected. If it is determined that the licensed device is in use in a channel immediately adjacent to the channel currently being used, the unlicensed device should lower the transmission power.
  • the sensing duration is relatively large (10 ms or more)
  • the power consumption of the STA is relatively high.
  • the detection probability of the sensing device signal and the licensed device signal is proportional to each other. If the sensing period is extended, the detection probability of the licensed device signal is also improved.
  • multi-band STAs capable of supporting multiple bands (eg, 2.4 GHz, 5 GHz, and TVWS bands) may be referred to as multi-band STAs.
  • the STA may move (or switch) to the specific band and perform a scanning operation (eg, beacon frame listening, probe request / response frame transmission and reception). Must be performed.
  • a scanning operation eg, beacon frame listening, probe request / response frame transmission and reception.
  • the multi-band STA must move to (or switch to) the second band and perform scanning in order to find an AP operating in the second band while operating in the first band. .
  • the scanning delay may occur due to the time required for the multi-band STA to move (or switch) the band in performing the scanning operation.
  • a multi-band scanning mechanism is a band in which a STA supporting multiple bands is currently in use (or a band in which it is currently operating) and using another band (band in which the operation of the STA is supported, but is currently in use / operating).
  • the multi-band scanning mechanism in the present invention will be described based on the IEEE 802.11 WLAN system, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • an STA that simultaneously supports the IEEE 802.11a / b / g standard (802.11 MAC / PHY standard operating in 2.4 GHz or 5 GHz band) and the IEEE 802.11af standard (802.11 MAC / PHY standard operating in TVWS) and Assume that an AP exists and the STA discovers and associates the AP according to a scanning mechanism in the 2.4 GHz band (or Industrial, Scientific and Medical (ISM) radio band).
  • IEEE 802.11a / b / g standard (802.11 MAC / PHY standard operating in 2.4 GHz or 5 GHz band
  • the IEEE 802.11af standard 802.11 MAC / PHY standard operating in TVWS
  • the STA may transmit a probe request frame in the 2.4 GHz ISM band currently connected to the AP, and receive a probe response frame from the AP (here, TVWS
  • the BSS information means information of the BSS operating in the TVWS.
  • the BSS information includes a timestamp, a beacon interval, a capability, a SSID, a supported rate, and a channel number ( channel number), power constraint, and the like.
  • the probe request frame transmitted from the STA to the AP includes operating class information that the STA wants to discover (wherein, the operating class includes rules applied to the wireless device (for example, channel starting frequency). ), A channel spacing, a channel set, a behavior limit set).
  • the AP may include TVWS BSS information operating in the operation class requested by the STA in the probe response frame and transmit the same. If the AP does not support an operation class for which the STA requests discovery, the AP does not transmit a probe response frame to the STA.
  • the existing active scanning mechanism is a method of transmitting a probe request frame on the channel to find an AP operating in a channel that the STA is scanning (that is, the STA is operating).
  • the AP that receives the probe request frame from the STA operates by transmitting BSS information of the AP operating on the channel that receives the probe request frame to the STA through a probe response frame.
  • the STA in order to find an AP operating on a channel (for example, a second channel) other than the channel (for example, the first channel) on which the STA is operating, the STA is first created.
  • the probe request frame is included in the probe request frame while transmitting a probe request frame to the AP on one channel, the AP requests the STA to find the BSS of the AP operating on the second channel.
  • Information is transmitted to the STA through a probe response frame.
  • the STA may use a channel other than a channel currently being used (that is, a channel transmitting a probe request frame) (an operation class supported by the STA, or a channel other than the channel being supported by the STA but not currently being used).
  • Request for scanning (or discovery of a BSS operating on another channel / operation class).
  • the BSS information provided through the probe response frame includes a timestamp, beacon interval, capability, SSID, supported rate, frequency hopping (FH) parameter set, and DS. (Direct Sequence) parameter set, Contention Free (CF) parameter set, IBSS parameter set, and the like.
  • the AP that receives a probe request frame requesting scanning for one or more channels / operation classes, in response, probes including BSS information for each of the one or more channels / operation classes.
  • the response frame may be transmitted to the STA.
  • FIG. 9 is a view for explaining a multi-band scanning method according to the present invention.
  • the STA may transmit a request frame to the AP.
  • the destination address of the request frame may be set to the MAC address of a specific AP to which the request frame is connected. Alternatively, the destination address of the request frame may be set as a broadcast address.
  • the request frame transmitted in step S910 may be a probe request frame.
  • the request frame includes an operation class information element.
  • the operation class information element may mean an operation class that an STA transmitting a request frame wants to discover (or wants to scan). Transmitting a request frame including information on an operation class that the STA wants to discover is to determine whether there is an AP supporting the operation class (or operating in the operation class). In addition, to check whether there is an AP operating in the corresponding operation class, it is to connect or associate with the corresponding AP if such an AP exists, which presupposes that the STA can operate on the corresponding operation class. It is to be. Accordingly, the action class information element that the STA wants to discover may correspond to the action class supported by the STA.
  • step S920 the AP may transmit a response frame to the STA in response to the request frame received from the STA in step S910.
  • the response frame of step S920 may be a probe response frame.
  • the response frame includes BSS information that operates on an operation class (or an operation class supported by the STA) that the STA requests discovery. If the STA does not operate on the operation class that requested discovery, the AP may not transmit a response frame to the STA.
  • the operation class information element included in the request frame may include information on one or more operation classes.
  • the inclusion of the request frame with information on the plurality of operation classes is to support scanning of the plurality of operation classes.
  • an STA operating in the 2.4 GHz band eg, operating according to the IEEE 802.11b / g standard
  • transmits a request frame wherein an operation class information element is included in the request frame, and the operation class information
  • the element is set to a value indicating a specific operating class of the 5 GHz band and a specific operating class of the TVWS band (eg, the 512-698 MHz band).
  • the AP receiving the request frame may respond to the STA by including information on the BSS supporting the specific operating class of the 5 GHz band and the specific operating class of the TVWS band in the response frame (step S920). Accordingly, the STA is currently operating on the 2.4 GHz band (or transmits a request frame on the 2.4 GHz band), but can acquire BSS information on the other band, the 5 GHz band and the TVWS band.
  • an AP receiving a request frame (step S910) from an STA its neighbor AP operates on an operation class for which the STA requests discovery (or supported by the STA).
  • the BSS information of the corresponding neighbor AP may be included in the response frame (step S920) and transmitted to the STA. That is, the response frame transmitted by the AP may include one or more neighbor AP information fields.
  • Table 1 shows a probe request frame format for a multi-band scanning scheme.
  • Table 1 shows examples of information included in a probe request frame.
  • the scope of the present invention is not limited to the above Table 1, and the probe request frame may include only some of the exemplary fields of Table 1 or may include additional fields not illustrated in Table 1.
  • the probe request frame may include at least supported operating classes fields among the fields illustrated in Table 1 above.
  • Supported operating classes information included in the probe request frame proposed by the present invention includes information corresponding to an operation class for which the STA described in the above-described example of the present invention requests discovery.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an exemplary format of a supported action class information element.
  • the element ID field may be set to a value indicating that an element corresponds to an operation class information element and may be defined as one octet long.
  • the length field may be set to a value indicating the length of fields after the length field (expressed as a variable called Length) and may be defined as one octet long.
  • the current operating class field may be set to a value indicating an operating class in which the STA is currently operating or in use, and may be defined as one octet long.
  • the list of operating class (es) field may be set to a value indicating an operating class (s) for which the STA requests discovery. That is, the list field of the operation class may be set to a value representing the remaining operation class (s) except for the operation class currently operating among the operation class (s) supported by the STA.
  • the list field of the operation class may be defined as an octet length corresponding to a value obtained by subtracting 1 from a value indicated by the length field (ie, Length).
  • the AP receiving the probe request frame including the supported operating class field of the STA has a BSS (including the BSS of the neighboring AP (s)) that supports an operating class that matches the supported operating class of the STA
  • the BSS information of the BSS may be provided to the STA through a probe response frame.
  • the probe response frame may include BSS information of a BSS operating in an operation class other than the current operation class of the STA.
  • the probe response frame may include information on a channel number on which the BSS supporting the different operation class operates.
  • the probe response frame may include a multi-band channel information element.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an exemplary format of a multi band channel information element.
  • the element ID field may be set to a value indicating that an element corresponds to a multi-band channel information element and may be defined as one octet long.
  • the length field may be set to a value indicating the length of fields after the length field and may be defined as one octet long.
  • the operating class field and the channel number field of the multi-band channel information element indicate an operating class and channel number in which a specific BSS is operating, and the length of each field may be defined as one octet size. have.
  • BSS information of the specific BSS is provided through the probe response frame.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating another example of a multi-band channel information element. Compared to the example of the multi-band channel information element of FIG. 11, in the example of FIG. 12, a target beacon transmission time (TBTT) offset field has been added.
  • TBTT target beacon transmission time
  • TBTT is a value indicating when the BSS (or AP) should transmit a beacon, and is expressed in units of time units (TUs) (TU may be configured in units of microseconds, for example, 1024 Can be defined as)).
  • TU time units
  • the TBTT offset field is set to a value indicating an offset for determining the TBTT of the BSS operating on a specific channel indicated by the operation class field and the channel number field of the multi-band channel information element.
  • an STA operating on a 2.4 GHz band transmits a probe request frame to a first AP (eg, an AP operating on a 2.4 GHz band), using the supported operating class field, and is itself 5 GHz. It may indicate that the operating class on the band or the TVWS band. Accordingly, the first AP may provide the STA with BSS information about a BSS (which may include the BSS of neighboring AP (s)) operating in the 5 GHz band or the TVWS band through a probe response frame.
  • the multi-band channel information element as shown in FIG. 12 may be included in the probe response frame, and the STA may recognize that the BSS provided with the BSS information operates on the 5 GHz band or the TVWS band through the probe response frame.
  • the STA cannot perform active scanning on the channel indicated by the multi-band channel information element and must perform passive scanning (ie, listening to a beacon frame). If the STA does not know the timing at which the beacon is transmitted from the second AP (eg, the AP of the BSS operating on the 5 GHz band or the TVWS band), the beacon is continuously received until the beacon from the second AP is received. You must try. However, if the STA can know the beacon transmission timing from the second AP using the TBTT offset field as described above, unnecessary power consumption can be reduced.
  • the second AP eg, the AP of the BSS operating on the 5 GHz band or the TVWS band
  • the TBTT offset field based on the time immediately before the beacon transmission of the AP (eg, the first AP) transmitting the probe response frame including the TBTT offset field (that is, the immediately preceding TBTT),
  • the probe response frame may be set to a value representing a time difference between the next TBTT of the AP (eg, the second AP) of the BSS provided with the BSS information.
  • the TBTT offset may be expressed in TU units.
  • the SSID field included in the probe request frame proposed in the present invention indicates a specific SSID
  • BSS information (or multi-band channel information element of the corresponding BSS) corresponding to the SSID is transmitted through the probe response frame. Can be provided. This may be expressed that the BSS information included in the probe response frame is limited to only the BSS filtered by the SSID of the probe request frame.
  • a BSS neighbored AP (s)
  • BSS information (or multi-band channel information element of the BSS) of the BSS may be responded to the STA through a probe response frame.
  • access network type information may be included in the probe request frame transmitted by the STA.
  • the access network type information may be set to a value indicating the type of network that the STA wants to discover.
  • the access network type represents the network type of the BSS, for example, whether the Internet can be accessed, a private network, a private network with a guest access, and a chargeable public network. , Free public network, personal device network, emergency services only network, test or experimental, or the like.
  • BSS information (or multi-band channel information element of the corresponding BSS) corresponding to the value indicated by the access network type information included in the probe request frame may be provided through the probe response frame. This may be expressed as that the BSS information included in the probe response frame is limited to only the BSS filtered by the access network type of the probe request frame.
  • a homogeneous extended service set identifier may be set to a value indicating a mobility domain of a BSS in a probe request frame transmitted by an STA.
  • BSS information (or multi-band channel information element of the corresponding BSS) corresponding to the value indicated by the HESSID included in the probe request frame may be provided through the probe response frame.
  • the AP does not know the SSID or the access network type of a specific BSS
  • information of the BSS not filtered by the specific SSID or the specific access network type indicated by the probe request frame may be included in the multi-band channel information element.
  • Information indicating whether or not filtering is applied may be included in a probe response frame (or the multi-band channel information element of the probe response frame).
  • FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the multi-band channel information element. Compared to the example of the multi-band channel information element of FIG. 12, in the example of FIG. 13, a multi-band channel filter field has been added.
  • the BSS information included in the multi-band channel information element indicates that the BSS does not match the SSID or the access network type specified in the probe request frame.
  • the value of the multi-band channel filter bit is set to 1
  • an STA capable of supporting multiple bands may have a channel other than the channel or band in which it is currently operating (or connected). BSSs or APs operating in other channels or bands may be discovered without channel movement (or channel switching). To this end, the STA may transmit a request frame including the operation class information of the channel or band desired to be discovered (or supported by the STA) to the AP (s).
  • the request frame may further include information (eg, SSID, access network type, HESSID, etc.) specifying a network that the STA wants to discover.
  • the AP (s) receiving the request frame may transmit a response frame including an operation class, a channel number, and the like of the BSS operating in an operation class supported by the STA to the STA.
  • the response frame may include BSS information (eg, neighbor AP information) in addition to the operation class and channel number information of the corresponding BSS, and the BSS information may include TBTT offset information of the corresponding BSS and information indicating whether to apply filtering. It may include.
  • the request frame and response frame proposed by the present invention and the information elements (or fields) included therein are not limited to their names.
  • the multi-band channel information element described with reference to FIGS. 11 to 13 may be included in a probe response frame transmitted by an AP (for example, a first AP) that receives a probe request frame, and the first AP. It may also be understood to include information from other AP (s) (eg, second AP (s)).
  • the multi-band channel information element may be referred to as a neighbor AP information field.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless device according to an embodiment of the present invention.
  • the AP 10 may include a processor 11, a memory 12, and a transceiver 13.
  • the STA 20 may include a processor 21, a memory 22, and a transceiver 23.
  • the transceivers 13 and 23 may transmit / receive wireless signals and, for example, may implement a physical layer in accordance with the IEEE 802 system.
  • the processors 11 and 21 may be connected to the transceivers 13 and 21 to implement a physical layer and / or a MAC layer according to the IEEE 802 system. Processors 11 and 21 may be configured to perform operations according to the various embodiments of the present invention described above.
  • modules for implementing the operations of the AP and the STA according to various embodiments of the present invention described above may be stored in the memory 12 and 22 and executed by the processors 11 and 21.
  • the memories 12 and 22 may be included in the processors 11 and 21 or may be installed outside the processors 11 and 21 and connected to the processors 11 and 21 by known means.
  • Embodiments of the present invention described above may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • a method according to embodiments of the present invention may include one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). It may be implemented by field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure, or a function that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 다중 대역 스캐닝 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 스테이션(STA)이 스캐닝을 수행하는 방법은, 제 1 액세스 포인트(AP)로 제 1 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 제 1 AP로부터 상기 제 1 프레임에 응답하는 제 2 프레임을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고, 상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 다중 대역 스캐닝 방법 및 장치
이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 무선랜 시스템에서 다중 대역 스캐닝 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)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) 802.11n에서는 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.
본 발명에서는 무선랜 시스템에서 다중 대역을 지원하는 장치가 스캐닝을 정확하고 효율적으로 수행하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것으로 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 스테이션(STA)이 스캐닝을 수행하는 방법은, 제 1 액세스 포인트(AP)로 제 1 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 제 1 AP로부터 상기 제 1 프레임에 응답하는 제 2 프레임을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고, 상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(AP)가 스테이션(STA)의 스캐닝을 지원하는 방법은, 상기 STA으로부터 제 1 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 제 1 프레임에 응답하여 상기 STA으로 제 2 프레임을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고, 상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 다른 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 스캐닝을 수행하는 스테이션(STA) 장치는, 송수신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 제 1 액세스 포인트(AP)로 제 1 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하고; 상기 제 1 AP로부터 상기 제 1 프레임에 응답하는 제 2 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하도록 설정되며, 상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고, 상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 스캐닝을 수행하는 액세스 포인트(AP) 장치는, 송수신기; 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 STA으로부터 제 1 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하고; 상기 제 1 프레임에 응답하여 상기 STA으로 제 2 프레임을 전송하도록 설정되며, 상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고, 상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 다른 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 실시예들에 있어서 이하의 사항이 공통으로 적용될 수 있다.
상기 필터링 여부를 지시하는 정보가 제 1 값을 지시하는 경우, 상기 제 2 프레임은 상기 제 1 프레임에 포함된 상기 SSID 정보에 일치하는 SSID를 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 제 2 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스 정보에 일치하는 동작 클래스를 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 제 2 프레임은 상기 제 2 AP의 동작 클래스 필드 및 채널 번호 필드를 포함할 수 있다.
상기 제 2 프레임은 TBTT(Target Beacon Transmission Time) 오프셋 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 TBTT 오프셋은 상기 제 1 AP의 직전 TBTT와 상기 제 2 AP의 다음 TBTT 간의 시간 차이를 나타내는 값을 가질 수 있다.
상기 제 2 프레임을 통하여 획득된 정보를 이용하여 상기 제 2 AP의 발견(discovery)을 위한 수동적 스캐닝이 수행될 수 있다.
상기 제 1 프레임은 액세스 네트워크 타입 정보를 더 포함하고, 상기 제 2 프레임은 상기 제 1 프레임에 포함된 상기 액세스 네트워크 타입 정보에 일치하는 액세스 네트워크 타입을 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 제 2 프레임은 하나 이상의 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 제 2 AP는 상기 제 1 AP의 이웃(neighbor) AP일 수 있다.
상기 제 1 프레임 및 상기 제 2 프레임은 제 1 대역 상에서 송신 및 수신되고, 상기 제 2 AP는 제 2 대역 상에서 동작하는 AP일 수 있다.
상기 제 1 프레임은 프로브 요청 프레임이고, 상기 제 2 프레임은 프로브 응답 프레임일 수 있다.
본 발명에 대하여 전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구항 기재 발명에 대한 추가적인 설명을 위한 것이다.
본 발명에서는 무선랜 시스템에서 다중 대역을 지원하는 장치가 스캐닝을 정확하고 효율적으로 수행하도록 하는 방법 및 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 무선랜 시스템에서의 링크 셋업 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 8은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 지원되는 동작 클래스 정보 요소의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.
도 11은 다중 대역 채널 정보 요소의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.
도 12는 다중 대역 채널 정보 요소의 다른 예시를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12는 다중 대역 채널 정보 요소의 또 다른 예시를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 실시예들은 무선 액세스 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 액세스 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 IEEE 802.11 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
WLAN 시스템의 구조
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호작용에 의해 상위계층에 대해 트랜스패런트한 STA 이동성을 지원하는 WLAN이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(Basic Service Set; BSS)는 IEEE 802.11 LAN에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다. 도 1 에서는 2 개의 BSS(BSS1 및 BSS2)가 존재하고 각각의 BSS의 멤버로서 2 개의 STA이 포함되는 것(STA1 및 STA2 는 BSS1에 포함되고, STA3 및 STA4는 BSS2에 포함됨)을 예시적으로 도시한다. 도 1 에서 BSS를 나타내는 타원은 해당 BSS에 포함된 STA들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 나타내는 것으로도 이해될 수 있다. 이 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 칭할 수 있다. STA이 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.
IEEE 802.11 LAN에서 가장 기본적인 타입의 BSS는 독립적인 BSS(Independent BSS; IBSS)이다. 예를 들어, IBSS는 2 개의 STA만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 또한, 가장 단순한 형태이고 다른 구성요소들이 생략되어 있는 도 1 의 BSS(BSS1 또는 BSS2)가 IBSS의 대표적인 예시에 해당할 수 있다. 이러한 구성은 STA들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.
STA의 켜지거나 꺼짐, STA이 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS에서의 STA의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS의 멤버가 되기 위해서는, STA은 동기화 과정을 이용하여 BSS에 조인할 수 있다. BSS 기반구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA은 BSS에 연관(associated)되어야 한다. 이러한 연관(association)은 동적으로 설정될 수 있고, 분배시스템서비스(Distribution System Service; DSS)의 이용을 포함할 수 있다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 2 에서는 도 1 의 구조에서 분배시스템(Distribution System; DS), 분배시스템매체(Distribution System Medium; DSM), 액세스 포인트(Access Point; AP) 등의 구성요소가 추가된 형태이다.
LAN에서 직접적인 스테이션-대-스테이션의 거리는 PHY 성능에 의해서 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 스테이션 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배시스템(DS)이 구성될 수 있다.
DS는 BSS들이 상호연결되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 도 1 과 같이 BSS가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS가 존재할 수도 있다.
DS는 논리적인 개념이며 분배시스템매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(Wireless Medium; WM)와 분배시스템매체(DSM)을 논리적으로 구분하고 있다. 각각의 논리적 매체는 상이한 목적을 위해서 사용되며, 상이한 구성요소에 의해서 사용된다. IEEE 802.11 표준의 정의에서는 이러한 매체들이 동일한 것으로 제한하지도 않고 상이한 것으로 제한하지도 않는다. 이와 같이 복수개의 매체들이 논리적으로 상이하다는 점에서, IEEE 802.11 LAN 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 LAN 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 LAN 구조가 특정될 수 있다.
DS는 복수개의 BSS들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 기기를 지원할 수 있다.
AP 는, 연관된 STA들에 대해서 WM을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 의미한다. AP를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2 에서 도시하는 STA2 및 STA3 은 STA의 기능성을 가지면서, 연관된 STA들(STA1 및 STA4)가 DS로 액세스하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP는 기본적으로 STA에 해당하므로, 모든 AP는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.
AP에 연관된 STA들 중의 하나로부터 그 AP의 STA 어드레스로 전송되는 데이터는, 항상 비제어 포트(uncontrolled port)에서 수신되고 IEEE 802.1X 포트 액세스 개체에 의해서 처리될 수 있다. 또한, 제어 포트(controlled port)가 인증되면 전송 데이터(또는 프레임)는 DS로 전달될 수 있다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 3 에서는 도 2 의 구조에 추가적으로 넓은 커버리지를 제공하기 위한 확장된 서비스 세트(Extended Service Set; ESS)를 개념적으로 나타낸다.
임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 ESS 네트워크라고 칭한다. ESS는 하나의 DS에 연결된 BSS들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS는 DS를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 LLC(Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA들은 LLC에 트랜스패런트하게 하나의 BSS에서 다른 BSS로 (동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.
IEEE 802.11 에서는 도 3 에서의 BSS들의 상대적인 물리적 위치에 대해서 아무것도 가정하지 않으며, 다음과 같은 형태가 모두 가능하다. BSS들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS들은 물리적으로 동일한 위치에 위치할 수 있고, 이는 리던던시를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 하나 (또는 하나 이상의) IBSS 또는 ESS 네트워크들이 하나 (또는 하나 이상의) ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 애드-혹 네트워크가 동작하는 경우나, 상이한 기관(organizations)에 의해서 물리적으로 중첩되는 IEEE 802.11 네트워크들이 구성되는 경우나, 동일한 위치에서 2 이상의 상이한 액세스 및 보안 정책이 필요한 경우 등에서의 ESS 네트워크 형태에 해당할 수 있다.
도 4 는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 4 에서는 DS를 포함하는 기반 구조 BSS 의 일례가 도시된다.
도 4 의 예시에서 BSS1 및 BSS2가 ESS를 구성한다. 무선랜 시스템에서 STA은 IEEE 802.11 의 MAC/PHY 규정에 따라 동작하는 기기이다. STA은 AP STA 및 비-AP(non-AP) STA을 포함한다. Non-AP STA은 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 기기에 해당한다. 도 4 의 예시에서 STA1, STA3, STA4 는 non-AP STA에 해당하고, STA2 및 STA5 는 AP STA 에 해당한다.
이하의 설명에서 non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장치(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(Mobile Subscriber Station; MSS) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(Base Station; BS), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(evolved Node-B; eNB), 기저 송수신 시스템(Base Transceiver System; BTS), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.
링크 셋업 과정
도 5는 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
STA이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연관(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연관, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연관 과정이라고 칭할 수도 있다.
도 5를 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.
단계 S510에서 STA은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA이 네트워크에 액세스하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다.
스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.
도 5에서는 예시적으로 능동적 스캐닝 과정을 포함하는 네트워크 발견 동작을 도시한다. 능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA일 수 있다. BSS에서는 AP가 비콘 프레임을 전송하므로 AP가 응답자가 되며, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2번 채널)로 이동하여(또는 스위칭하여) 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.
도 5에서 도시하고 있지 않지만, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS에서 AP가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서(또는 스위칭하면서) 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여(또는 스위칭하여) 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.
능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.
STA이 네트워크를 발견한 후에, 단계 S520에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S540의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.
인증 과정은 STA이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다. 인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당한다.
인증 프레임은 인증 알고리즘 번호(authentication algorithm number), 인증 트랜잭션 시퀀스 번호(authentication transaction sequence number), 상태 코드(status code), 검문 텍스트(challenge text), RSN(Robust Security Network), 유한 순환 그룹(Finite Cyclic Group) 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이는 인증 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA은 인증 요청 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. AP는 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP는 인증 처리의 결과를 인증 응답 프레임을 통하여 STA에게 제공할 수 있다.
STA이 성공적으로 인증된 후에, 단계 S530에서 연관 과정이 수행될 수 있다. 연관 과정은 STA이 연관 요청 프레임(association request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 연관 응답 프레임(association response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다.
예를 들어, 연관 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 연관 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임아웃 간격(연관 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.
이는 연관 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA이 네트워크에 성공적으로 연관된 후에, 단계 S540에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S540의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S520의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S540의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.
단계 S540의 보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹을 통해서, 프라이빗 키 셋업(private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.
WLAN의 진화
무선랜에서 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 표준으로서 IEEE 802.11n이 존재한다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n에서는 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) 기술에 기반을 두고 있다.
무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(Very High Throughput; VHT)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전(예를 들어, IEEE 802.11ac)으로서, MAC 서비스 액세스 포인트(Service Access Point; SAP)에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템중의 하나이다.
차세대 무선랜 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 STA들이 동시에 채널에 액세스하는 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output) 방식의 전송을 지원한다. MU-MIMO 전송 방식에 따르면, AP가 MIMO 페어링(pairing)된 하나 이상의 STA에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다.
또한, 화이트스페이스(whitespace)에서 무선랜 시스템 동작을 지원하는 것이 논의되고 있다. 예를 들어, 아날로그 TV의 디지털화로 인한 유휴 상태의 주파수 대역(예를 들어, 54~698MHz 대역)과 같은 TV 화이트스페이스(TV WS)에서의 무선랜 시스템의 도입은 IEEE 802.11af 표준으로서 논의되고 있다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, 화이트스페이스는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 프라이머리 사용자(primary user), 우선적 사용자(incumbent user) 등으로 칭할 수도 있다.
예를 들어, WS에서 동작하는 AP 및/또는 STA은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 한다. 예를 들어 WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약(regulation)상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.
따라서 AP 및/또는STA은 WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 차세대 통신 기술로서 M2M(Machine-to-Machine) 통신 기술이 논의되고 있다. IEEE 802.11 무선랜 시스템에서도 M2M 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah로서 개발되고 있다. M2M 통신은 하나 이상의 머신(Machine)이 포함되는 통신 방식을 의미하며, MTC(Machine Type Communication) 또는 사물 통신으로 칭하여지기도 한다. 여기서, 머신이란 사람의 직접적인 조작이나 개입을 필요로 하지 않는 개체(entity)를 의미한다. 예를 들어, 무선 통신 모듈이 탑재된 검침기(meter)나 자동 판매기와 같은 장치는 물론, 사용자의 조작/개입 없이 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 스마트폰과 같은 사용자 기기도 머신의 예시에 해당할 수 있다. M2M 통신은 디바이스 간의 통신(예를 들어, D2D(Device-to-Device) 통신), 디바이스와 서버(application server) 간의 통신 등을 포함할 수 있다. 디바이스와 서버 통신의 예시로, 자동 판매기와 서버, POS(Point of Sale) 장치와 서버, 전기, 가스 또는 수도 검침기와 서버 간의 통신을 들 수 있다. 그 외에도 M2M 통신 기반의 애플리케이션(application)에는, 보안(security), 운송(transportation), 헬스 케어(health care) 등이 포함될 수 있다. 이러한 적용례의 특성을 고려하면, 일반적으로 M2M 통신은 매우 많은 기기가 존재하는 환경에서 가끔씩 적은 양의 데이터를 저속으로 송수신하는 것을 지원할 수 있어야 한다.
구체적으로, M2M 통신은 많은 STA의 개수를 지원할 수 있어야 한다. 기존에 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는 하나의 AP에 최대 2007 개의 STA이 연관되는 경우를 가정하지만, M2M 통신에서는 이보다 많은 개수(약 6000 개)의 STA이 하나의 AP에 연관되는 경우를 지원하는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 낮은 전송 속도를 지원/요구하는 애플리케이션이 많을 것으로 예상된다. 이를 원활하게 지원하기 위해서, 예를 들어, 무선랜 시스템에서는 TIM(Traffic Indication Map) 요소 기반으로 STA이 자신에게 송신될 데이터의 존재 여부를 인지할 수 있는데, TIM의 비트맵 크기를 줄이는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 송신/수신 간격이 매우 긴 트래픽이 많을 것으로 예상된다. 예를 들어, 전기/가스/수도 사용량과 같이 긴 주기(예를 들어, 한 달) 마다 매우 적은 양의 데이터를 주고 받는 것이 요구된다. 또한, M2M 통신에서는 하향링크(즉, AP로부터 비-AP STA으로의 링크)를 통해서 제공된 명령에 따라 STA의 동작이 수행되고, 그 결과 데이터가 상향링크(즉, 비-AP STA으로부터 AP로의 링크)를 통해서 보고되는 구조를 가지므로, M2M 통신에서는 주요 데이터가 전송되는 상향링크에서의 개선된 통신 방식이 주로 다루어진다. 또한, M2M STA은 주로 배터리로 동작하며 사용자가 자주 충전해주기 어려운 경우가 많으므로, 배터리 소모를 최소화함으로써 긴 수명이 보장되도록 하는 것이 요구된다. 또한, M2M STA은 특정 상황에서 사용자가 직접 조작하기 어려울 것으로 예상되므로, 스스로 복구하는 기능을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 무선랜 시스템에서는, 하나의 AP에 연관될 수 있는 STA의 개수는 매우 많아지더라도, 하나의 비콘 주기 동안에 AP로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하는 STA의 개수가 매우 적은 경우를 효율적으로 지원하고, STA의 소모 전력을 감소시키는 방안들이 논의되고 있다.
이와 같이 무선랜 기술은 빠르게 진화하게 있으며, 전술한 예시들 외에도 직접 링크 셋업, 미디어 스트리밍 성능의 개선, 고속 및/또는 대규모의 초기 세션 셋업의 지원, 확장된 대역폭 및 동작 주파수의 지원 등을 위한 기술이 개발되고 있다.
매체 액세스 메커니즘
IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 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 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.
또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 상기 DCF와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.
도 6은 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여 임의 백오프 주기에 기반한 동작에 대해서 설명한다. 점유(occupy 또는 busy) 상태이던 매체가 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이 때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA들은 각각 임의 백오프 카운트를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간만큼 대기한 후에, 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 의사-임의 정수(pseudo-random integer) 값을 가지며, 0 내지 CW 범위의 값 중에서 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW는 경쟁 윈도우(Contention Window) 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기값으로 CWmin이 주어지지만, 전송 실패의 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK을 수신하지 못한 경우)에 2 배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CWmax가 되면 데이터 전송이 성공할 때까지 CWmax 값을 유지하면서 데이터 전송을 시도할 수 있고, 데이터 전송이 성공하는 경우에는 CWmin 값으로 리셋된다. CW, CWmin 및 CWmax 값은 2n-1 (n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.
임의 백오프 과정이 시작되면 STA은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체가 점유상태로 모니터링되면 카운트 다운을 멈추고 대기하고, 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다.
도 6의 예시에서 STA3의 MAC에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA3는 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 나머지 STA들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA1, STA2 및 STA5의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA은 매체가 유휴상태로 모니터링되면 DIFS만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다. 도 6의 예시에서는 STA2가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA1이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. 즉, STA2가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA5의 잔여 백오프 시간은 STA1의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다. STA1 및 STA5는 STA2가 매체를 점유하는 동안에 잠시 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA2의 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA1 및 STA5는 DIFS만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA5의 잔여 백오프 시간이 STA1보다 짧았으므로 STA5이 프레임 전송을 시작하게 된다. 한편, STA2가 매체를 점유하는 동안에 STA4에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이 때, STA4의 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 카운트 다운을 수행하고 프레임 전송을 시작할 수 있다. 도 6의 예시에서는 STA5의 잔여 백오프 시간이 STA4의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우, STA4와 STA5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA4와 STA5 모두 ACK을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA4와 STA5는 CW 값을 2배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 카운트 다운을 수행할 수 있다. 한편, STA1은 STA4와 STA5의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.
STA의 센싱 동작
전술한 바와 같이 CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector; NAV)를 이용할 수 있다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA은 해당 기간동안 매체 액세스(또는 채널 액세스)가 금지(prohibit) 또는 연기(defer)된다. NAV는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 "duration" 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.
또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.
도 7은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 7(a)는 숨겨진 노드에 대한 예시이며, STA A와 STA B는 통신 중에 있고 STA C가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A가 STA B에 정보를 전송하고 있는 상황이지만, STA C가 STA B로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C의 위치에서는 센싱하지 못할 수도 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B는 STA A와 STA C의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A는 STA C의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.
도 7(b)는 노출된 노드(exposed node)에 대한 예시이며, STA B는 STA A에 데이터를 전송하고 있는 상황에서, STA C가 STA D에서 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 이 경우에 STA C가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C가 STA D에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A는 STA C의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C로부터의 전송과 STA B로부터의 전송은 STA A의 입장에서는 충돌하지 않을 수도 있으므로, STA C는 STA B가 전송을 멈출 때까지 불필요하게 대기하는 것이 된다. 이 때 STA C를 STA B의 노출된 노드라고 할 수 있다.
도 8은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 7과 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA이 데이터를 받는 STA에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA은 CTS 프레임을 주위의 STA들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.
도 8(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA C가 모두 STA B에 데이터를 전송하려고 하는 경우를 가정한다. STA A가 RTS를 STA B에 보내면 STA B는 CTS를 자신의 주위에 있는 STA A와 STA C에 모두 전송을 한다. 그 결과 STA C는 STA A와 STA B의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.
도 8(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C가 오버히어링함으로써, STA C는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B는 주위의 모든 STA들에게 RTS를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A만 CTS를 전송하게 된다. STA C는 RTS만을 받고 STA A의 CTS를 받지 못했기 때문에 STA A는 STA C의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
다중 대역 스캐닝 메커니즘
무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 및 b는 2.4. GHz 또는 5 GHz에서 비면허 대역(unlicensed band)을 이용하고, IEEE 802.11b는 11 Mbps의 전송 속도를 제공하고, IEEE 802.11a는 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11g는 2.4 GHz에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM)를 적용하여, 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n은 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO)-OFDM을 적용하여, 4 개의 공간적인 스트림(spatial stream)에 대해서 300 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우에는 600 Mbps의 전송 속도를 제공한다.
기존의 2.4 GHz 대역 또는 5 GHz 대역 외에, TV 화이트스페이스(TV whitespace; TVWS) 대역에서 비면허 기기(unlicensed device)의 동작을 규정하기 위한 IEEE 802.11af 표준이 개발되고 있다. TVWS는 브로드캐스트(broadcast) TV에 할당된 주파수로서 UHF(Ultra High Frequency) 대역 및 VHF(very high frequency) 대역을 포함하고, 해당 주파수 대역에서 동작하는 면허 기기(licensed device)의 통신을 저해하지 않는다는 조건 하에서 비면허 기기의 사용이 허가된 주파수 대역을 의미한다. 면허 기기에는 TV, 무선 마이크 등이 있을 수 있다. 면허 기기는 우선적 사용자(incumbent user) 또는 프라이머리 사용자(primary user)로 불릴 수도 있다. 또한, TVWS를 사용하는 비면허 기기들간에 공존(coexistence) 문제를 해결하기 위해 공통 비콘 프레임(common beacon frame) 등과 같은 시그널링 프로토콜(signaling protocol), 주파수 센싱 메커니즘 등이 필요할 수 있다.
512-608 MHz, 614-698 MHz에서는 특수한 몇 가지 경우를 제외하고 모든 비면허 기기들의 동작이 허용되나, 54-60 MHz, 76-88 MHz, 174-216 MHz, 470-512 MHz 대역에서는 고정된 기기(fixed device) 간의 통신만이 허용된다. 고정된 기기란 정해진 위치에서만 신호의 전송을 수행하는 기기를 말한다. IEEE 802.11 TVWS 단말은 TVWS 스펙트럼(spectrum)에서 IEEE 802.11 MAC 계층(Media Access Control layer) 및 PHY 계층(Physical layer)을 사용해 동작하는 비면허 기기를 의미한다.
TVWS를 사용하기 원하는 비면허 기기는 면허 기기에 대한 보호 기능을 제공해야 한다. 따라서, 비면허 기기는 TVWS에서 신호의 전송을 시작하기 전에 반드시 면허 기기가 해당 대역을 점유하고 있는지 여부를 확인해야 한다. 이를 위하여, 비면허 기기는 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 수행하여 해당 대역이 면허 기기에 의해 사용되고 있는지 여부를 확인할 수도 있다. 스펙트럼 센싱 메커니즘(mechanism)에는 에너지 검출(Energy Detection) 방식, 피쳐 검출(Feature Detection) 방식 등이 있다. 비면허 기기는 특정 채널에서 수신된 신호의 강도가 일정 값 이상이거나, DTV 프리앰블(Preamble)이 검출되면 면허 기기가 특정 채널을 사용 중인 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 현재 사용 중인 채널과 바로 인접해 있는 채널에서 면허 기기가 사용 중인 것으로 판단되면, 비면허 기기는 전송 전력을 낮추어야 한다.
스펙트럼 센싱 메커니즘에서 센싱 구간(sensing duration)은 10ms 이상으로 비교적 크기 때문에, STA의 전력 소비가 상대적으로 높다. 특히, 센싱 구간과 면허 기기 신호의 검출 가능성은 비례하여, 센싱 구간을 길게 하면 면허 기기 신호의 검출 가능성도 향상된다.
다중 대역(예를 들어, 2.4 GHz, 5 GHz 및 TVWS 대역)을 지원할 수 있는 STA을 다중 대역 STA이라고 칭할 수 있다. 기존에 정의되어 있는 스캐닝 동작에 따르면, 특정 대역에서 동작 중인 AP를 발견하기 위해서 STA은 상기 특정 대역으로 이동하여(또는 스위칭하여) 스캐닝 동작(예를 들어,비콘 프레임 청취, 프로브 요청/응답 프레임 송수신)을 수행해야 한다. 다중 대역 STA이 기존의 스캐닝 동작을 그대로 따른다면, 다중 대역 STA이 제 1 대역에서 동작 중에 제 2 대역에서 동작하는 AP를 발견하기 위해서는 제 2 대역으로 이동하여(또는 스위칭하여) 스캐닝을 수행해야 한다. 이러한 경우, 다중 대역 STA이 스캐닝 동작을 수행함에 있어서 대역을 이동하기(또는 스위칭하기) 위해서 소요되는 시간으로 인해 스캐닝 지연이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 다중 대역 스캐닝 메커니즘을 제안한다. 다중 대역 스캐닝 메커니즘이란, 다중 대역을 지원하는 STA이 현재(current) 사용 중인 대역(또는 현재 동작 중인 대역)을 이용하여, 다른 대역(해당 STA의 동작이 지원되는 대역이지만, 현재 사용/동작 중이지 않은 대역)에서 동작 중인 AP를 발견(discovery)하는 메커니즘을 의미한다. 즉, 본 발명에서는 다중 대역 STA이 제 1 대역에서 제 2 대역으로 이동하지 않고도(또는 동작 대역을 스위칭하지 않고도), 제 2 대역에서 동작 중인 AP를 발견하는 방안에 대해서 제안한다. 본 발명에서의 다중 대역 스캐닝 메커니즘은 IEEE 802.11 무선랜 시스템을 기반으로 설명하지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, IEEE 802.11a/b/g 표준(2.4 GHz 또는 5 GHz 대역에서 동작하는 802.11 MAC/PHY 표준) 및 IEEE 802.11af 표준(TVWS에서 동작하는 802.11 MAC/PHY 표준)을 동시에 지원하는 STA 및 AP가 존재하고, 상기 STA이 2.4 GHz 대역(또는 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 무선 대역)에서 스캐닝 매커니즘에 따라서 상기 AP를 발견하고 연관을 맺은 경우를 가정한다.
이 경우, 상기 AP의 TVWS BSS 정보를 알기 위해서, 상기 STA은 현재 상기 AP와 접속되어 있는 2.4 GHz ISM 대역에서 프로브 요청 프레임을 전송하고, 상기 AP로부터 프로브 응답 프레임을 수신할 수 있다 (여기서, TVWS BSS 정보는 TVWS에서 동작하는 BSS의 정보를 의미하며, 예를 들어, 타임스탬프(timestamp), 비콘 인터벌(beacon interval), 캐퍼빌리티(capability), SSID, 지원되는 레이트(supported rate), 채널 번호(channel number), 전력 제한(power constraint) 등의 정보를 포함할 수 있다). STA으로부터 AP로 전송되는 프로브 요청 프레임에는 STA이 발견하고자 하는 동작 클래스(operating class) 정보가 포함된다 (여기서, 동작 클래스는 무선 기기에 적용되는 규칙들(예를 들어, 채널 시작 주파수(Channel Starting Frequency), 채널 스페이싱(Channel Spacing), 채널 세트(Channel Set), 동작방식 제한 세트(Behavior Limit Set))의 세트에 대응한다). 동작 클래스 정보가 포함된 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는, STA이 발견을 요청한 동작 클래스에서 동작하는 TVWS BSS 정보를 프로브 응답 프레임에 포함시켜 전송할 수 있다. 만약, 상기 STA이 발견을 요청한 동작 클래스를 상기 AP가 지원하지 않는 경우에는, 상기 AP는 STA에게 프로브 응답 프레임을 전송하지 않는다.
기존의 능동적 스캐닝 매커니즘은 STA이 스캐닝하고 있는(즉, STA이 동작하고 있는) 채널에서 동작하는 AP를 찾기 위해서 상기 채널 상에서 프로브 요청 프레임을 전송하는 방식이다. 구체적으로, STA으로부터의 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는, 프로브 요청 프레임을 수신한 채널 상에서 동작하는 AP의 BSS 정보를 프로브 응답 프레임을 통해 상기 STA에게 전송하는 방식으로 동작한다.
본 발명에서 제안하는 다중 대역 스캐닝 메커니즘은, STA이 동작하고 있는 채널(예를 들어, 제 1 채널)이 아닌 다른 채널(예를 들어, 제 2 채널) 상에서 동작하는 AP를 찾기 위해서, STA이 제 1 채널 상에서 AP에게 프로브 요청 프레임을 전송하면서 STA이 찾기를 원하는 제 2 채널에 대한 정보를 상기 프로브 요청 프레임에 포함시키면, 이러한 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는 상기 제 2 채널에서 동작하는 AP의 BSS 정보를 프로브 응답 프레임을 통해서 상기 STA에게 전송하는 방식이다.
또한, STA은 현재 사용 중인 채널(즉, 프로브 요청 프레임을 전송하는 채널)이 아닌 다른 채널(상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스, 또는 상기 STA에 의해서 지원되기는 하지만 현재 사용 중인 채널이 아닌 다른 채널을 포함하는 동작 클래스)에 대한 스캐닝(또는 다른 채널/동작 클래스 상에서 동작하는 BSS에 대한 발견)을 요청할 수 있다. STA이 발견/스캐닝을 요청하는 채널/동작 클래스는 하나 이상일 수 있다. 즉, STA은 현재 사용중인 채널과 다른 채널/동작 클래스에 대한 스캐닝을 동시에 요청할 수 있다.
프로브 응답 프레임을 통해서 제공되는 BSS 정보(즉, STA이 스캐닝을 요청한 동작 클래스에 대한 BSS 정보)는, 타임스탬프, 비콘 인터벌, 캐퍼빌리티, SSID, 지원되는 레이트, FH(Frequency Hopping) 파라미터 세트, DS(Direct Sequence) 파라미터 세트, CF(Contention Free) 파라미터 세트, IBSS 파라미터 세트 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 다중 대역 스캐닝 방안에 따라 하나 이상의 채널/동작 클래스에 대한 스캐닝을 요청하는 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는, 이에 응답하여 상기 하나 이상의 채널/동작 클래스의 각각에 대한 BSS 정보를 포함하는 프로브 응답 프레임을 STA에게 전송할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
단계 S910에서 STA은 요청 프레임을 AP로 전송할 수 있다. 요청 프레임의 목적지 주소(destination address)는, 자신이 접속한 특정 AP의 MAC 주소로 설정될 수 있다. 또는 요청 프레임의 목적지 주소는 브로드캐스트 주소로 설정될 수 있다. 예를 들어, 단계 S910에서 전송되는 요청 프레임을 프로브 요청 프레임일 수 있다.
여기서, 요청 프레임은 동작 클래스 정보 요소를 포함한다. 상기 동작 클래스 정보 요소는, 요청 프레임을 전송하는 STA이 발견하기를 원하는 (또는 스캐닝하기를 원하는) 동작 클래스를 의미할 수 있다. STA이 발견하기를 원하는 동작 클래스에 대한 정보를 포함하는 요청 프레임을 전송한다는 것은, 상기 STA이 해당 동작 클래스를 지원하는(또는 해당 동작 클래스에서 동작하는) AP가 존재하는지를 확인하고자 하는 것이다. 또한, 해당 동작 클래스에서 동작하는 AP가 존재하는지를 확인하고자 한다는 것은, 그러한 AP가 존재하는 경우 해당 AP에 접속하거나 연관을 맺고자 하는 것이며, 이는 곧 상기 STA이 해당 동작 클래스 상에서 동작할 수 있는 것을 전제로 하는 것이다. 따라서, STA이 발견하기를 원하는 동작 클래스 정보 요소는, 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 해당할 수 있다.
단계 S920에서 AP는, 상기 단계 S910에서 STA으로부터 수신한 요청 프레임에 응답하여, 응답 프레임을 상기 STA에게 전송할 수 있다. 예를 들어, 단계 S920의 응답 프레임은 프로브 응답 프레임일 수 있다.
응답 프레임에는 STA이 발견을 요청한 동작 클래스(또는 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스) 상에서 동작하는 BSS 정보가 포함된다. 만약 STA이 발견을 요청한 동작 클래스 상에서 동작하지 않는 경우에, AP는 응답 프레임을 STA에게 전송하지 않을 수도 있다.
또한, 요청 프레임(단계 S910)에 포함되는 동작 클래스 정보 요소는 하나 이상의 동작 클래스에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수개의 동작 클래스에 대한 정보를 요청 프레임 포함시키는 것은, 복수개의 동작 클래스에 대한 스캐닝을 지원하기 위함이다. 예를 들어, 2.4 GHz 대역에서 동작하는 (예를 들어, IEEE 802.11b/g 표준에 따라 동작하는) STA이 요청 프레임을 전송하는데, 상기 요청 프레임 내에 동작 클래스 정보 요소가 포함되고, 상기 동작 클래스 정보 요소가 5 GHz 대역의 특정 동작 클래스 및 TVWS 대역(예를 들어, 512-698 MHz 대역)의 특정 동작 클래스를 지시하는 값으로 설정된 경우를 가정할 수 있다. 이러한 요청 프레임을 수신하는 AP는, 5 GHz 대역의 특정 동작 클래스 및 TVWS 대역의 특정 동작 클래스를 지원하는 BSS에 대한 정보를 응답 프레임(단계 S920)에 포함시켜 상기 STA에게 응답할 수 있다. 이에 따라, STA은 현재 2.4 GHz 대역 상에서 동작 중이지만 (또는, 2.4 GHz 대역 상에서 요청 프레임을 전송하지만), 다른 대역인 5 GHz 대역 및 TVWS 대역 상의 BSS 정보를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 STA으로부터 요청 프레임(단계 S910)을 수신한 AP는, 자신의 이웃(neighbor) AP가 상기 STA이 발견을 요청하는(또는 상기 STA에 의해서 지원되는) 동작 클래스 상에서 동작하는 경우, 해당 이웃 AP의 BSS 정보를 응답 프레임(단계 S920)에 포함시켜 상기 STA에게 전달할 수도 있다. 즉, AP가 전송하는 응답 프레임에는 하나 이상의 이웃 AP 정보 필드(neighbor AP information field)가 포함될 수 있다.
표 1은 다중 대역 스캐닝 방식을 위한 프로브 요청 프레임 포맷을 나타낸다.
표 1
Figure PCTKR2013006045-appb-T000001
상기 표 1은 프로브 요청 프레임에 포함되는 정보의 예시들을 나타낸다. 다만 본 발명의 범위가 상기 표 1에 제한되는 것은 아니고, 프로브 요청 프레임은 상기 표 1의 예시적인 필드들 중의 일부만을 포함할 수도 있고 또는 표 1에서 예시하지 않는 추가적인 필드를 포함할 수도 있다.
다중 대역 스캐닝을 지원하기 위해서 프로브 요청 프레임은, 상기 표 1에서 예시하는 필드 중에서 지원되는 동작 클래스(supported operating classes) 필드를 적어도 포함할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 프로브 요청 프레임에 포함되는 지원되는 동작 클래스(supported operating classes) 정보는, 전술한 본 발명의 예시에서 설명하는 STA이 발견을 요청하는 동작 클래스에 해당하는 정보를 포함한다.
도 10은 지원되는 동작 클래스 정보 요소의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.
요소 ID(element ID) 필드는 해당 요소가 동작 클래스 정보 요소에 해당함을 나타내는 값으로 설정될 수 있으며, 1 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
길이(length) 필드는 길이 필드 이후의 필드들의 길이를 나타내는 값(이 값을 Length라는 변수로 표현함)으로 설정될 수 있으며, 1 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
현재 동작 클래스(current operating class) 필드는, STA이 현재 동작하는 또는 사용 중인 동작 클래스를 나타내는 값으로 설정될 수 있으며, 1 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
동작 클래스의 리스트(list of operating class(es)) 필드는, STA이 발견을 요청하는 동작 클래스(들)을 나타내는 값으로 설정될 수 있다. 즉, 동작 클래스의 리스트 필드는, STA에 의해서 지원되는 동작 클래스(들) 중에서 현재 동작 중인 동작 클래스를 제외한 나머지 동작 클래스(들)을 나타내는 값으로 설정될 수 있다. 또한, 동작 클래스의 리스트 필드는, 상기 길이 필드가 지시하는 값(즉, Length)에서 1을 뺀 값에 해당하는 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
이와 같이 STA의 지원되는 동작 클래스 필드를 포함하는 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는, STA의 지원되는 동작 클래스와 일치하는 동작 클래스를 지원하는 BSS(이웃 AP(들)의 BSS를 포함)가 존재하면, 해당 BSS의 BSS 정보를 프로브 응답 프레임을 통하여 상기 STA에게 제공할 수 있다.
또한, 상기 프로브 응답 프레임은 STA의 현재 동작 클래스가 아닌 다른 동작 클래스에서 동작하는 BSS의 BSS 정보를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 프로브 응답 프레임에는 상기 다른 동작 클래스를 지원하는 BSS가 동작하는 채널 번호에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이를 위해서 프로브 응답 프레임에는 다중 대역 채널 정보 요소가 포함될 수 있다.
도 11은 다중 대역 채널 정보 요소의 예시적인 포맷을 나타내는 도면이다.
요소 ID(element ID) 필드는 해당 요소가 다중 대역 채널 정보 요소에 해당함을 나타내는 값으로 설정될 수 있으며, 1 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
길이(length) 필드는 길이 필드 이후의 필드들의 길이를 나타내는 값으로 설정될 수 있으며, 1 옥텟 길이로 정의될 수 있다.
다중 대역 채널 정보 요소의 동작 클래스(operating class) 필드 및 채널 번호(channel number) 필드는, 특정 BSS가 동작 중인 동작 클래스 및 채널 번호를 지시하며, 각각의 필드의 길이는 1 옥텟 크기로 정의될 수 있다. 여기서, 상기 특정 BSS의 BSS 정보가 상기 프로브 응답 프레임을 통하여 제공된다.
도 12는 다중 대역 채널 정보 요소의 다른 예시를 나타내는 도면이다. 도 11의 다중 대역 채널 정보 요소의 예시에 비하여, 도 12의 예시에서는 타겟 비콘 전송 시간(Target Beacon Transmission Time; TBTT) 오프셋 필드가 추가되었다.
TBTT는 BSS(또는 AP)가 비콘을 전송해야 하는 시점을 나타내는 값이며, 시간 유닛(TU)의 단위로 표현된다 (TU는 마이크로초(㎲)의 단위로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 1024 ㎲ 로 정의될 수 있다).
TBTT 오프셋 필드는, 다중 대역 채널 정보 요소의 동작 클래스 필드 및 채널 번호 필드에 의해서 지시되는 특정 채널 상에서 동작하는 BSS의 TBTT를 결정하기 위한 오프셋을 나타내는 값으로 설정된다.
예를 들어, 2.4 GHz 대역 상에서 동작하는 STA은 제 1 AP(예를 들어, 2.4 GHz 대역 상에서 동작하는 AP)로 프로브 요청 프레임을 전송하면서, 상기 지원되는 동작 클래스 필드를 이용하여, 자신이 5 GHz 대역 또는 TVWS 대역 상의 동작 클래스를 지원함을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 AP는 5 GHz 대역 또는 TVWS 대역에서 동작하는 BSS(이웃 AP(들)의 BSS도 포함될 수 있음)에 대한 BSS 정보를 프로브 응답 프레임을 통하여 상기 STA에게 제공할 수 있다. 여기서, 상기 프로브 응답 프레임에는 도 12와 같은 다중 대역 채널 정보 요소가 포함될 수 있고, STA은, 프로브 응답 프레임을 통하여 BSS 정보가 제공되는 BSS가 5 GHz 대역 또는 TVWS 대역 상에서 동작함을 알 수 있다. 여기서, 5 GHz 대역 또는 TVWS 대역에서의 프라이머리 사용자를 보호하기 위해서, 연관되지 않은 STA의 능동적 스캐닝(즉 프로브 요청 프레임의 전송)은 허용되지 않을 수 있다. 이에 따라, STA은 상기 다중 대역 채널 정보 요소에 의해서 지시되는 채널 상에서 능동적 스캐닝을 수행할 수 없고 수동적 스캐닝(즉, 비콘 프레임의 청취)를 수행해야 한다. STA이 제 2 AP(예를 들어, 5 GHz 대역 또는 TVWS 대역 상에서 동작하는 BSS의 AP)로부터 비콘이 전송되는 타이밍을 모르는 경우에는 상기 제 2 AP로부터의 비콘이 수신될 때까지 계속하여 비콘 수신을 시도하여야 한다. 그러나, 전술한 바와 같은 TBTT 오프셋 필드를 이용하여 상기 제 2 AP로부터의 비콘 전송 타이밍을 STA이 알 수 있다면, 불필요한 전력 소모 등을 줄일 수 있다.
이를 위하여, 상기 TBTT 오프셋 필드는, 상기 TBTT 오프셋 필드를 포함하는 프로브 응답 프레임을 전송하는 AP(예를 들어, 상기 제 1 AP)의 바로 이전 비콘 전송 시점(즉, 바로 이전 TBTT)을 기준으로, 상기 프로브 응답 프레임을 통하여 BSS 정보가 제공되는 BSS의 AP(예를 들어, 상기 제 2 AP)의 다음 TBTT 간의 시간 차이를 나타내는 값으로 설정될 수 있다. TBTT 오프셋은 TU 단위로 표현될 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하는 프로브 요청 프레임에 포함되는 SSID 필드가 특정 SSID를 지시하는 경우, 해당 SSID에 일치하는 BSS만의 BSS 정보(또는, 해당 BSS의 다중 대역 채널 정보 요소)가 프로브 응답 프레임을 통하여 제공될 수 있다. 이는, 프로브 응답 프레임에 포함되는 BSS 정보는, 상기 프로브 요청 프레임의 SSID에 의해서 필터링된 BSS에 대한 것만으로 제한된다고 표현할 수도 있다.
또한, STA이 전송하는 프로브 요청 프레임에 SSID 및 지원되는 동작 클래스 필드가 모두 포함되는 경우, 상기 SSID와 일치하면서 상기 STA의 지원되는 동작 클래스와 일치하는 동작 클래스를 지원하는 BSS(이웃 AP(들)의 BSS를 포함)의 BSS 정보(또는 해당 BSS의 다중 대역 채널 정보 요소)가 프로브 응답 프레임을 통하여 STA에게 응답될 수 있다.
또한, STA이 전송하는 프로브 요청 프레임에 액세스 네트워크 타입(Access Network Type) 정보가 포함될 수 있다. 상기 액세스 네트워크 타입 정보는 상기 STA가 발견하기를 원하는 네트워크의 타입을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 액세스 네트워크 타입은 BSS의 네트워크 타입을 나타내며, 예를 들어, 인터넷 액세스 가능 여부, 사설 네트워크(private network), 게스트를 허용하는 사설 네트워크(private network with guest access), 과금가능한 공용 네트워크(chargeable public network), 무료 공용 네트워크(free public network), 개인 기기 네트워크(personal device network), 긴급 서비스 전용 네트워크(emergency services only network), 테스트 또는 실험용(test or experimental) 등의 타입으로 구분될 수 있다. 이러한 경우, 상기 프로브 요청 프레임에 포함된 액세스 네트워크 타입 정보가 지시하는 값에 일치하는 BSS만의 BSS 정보(또는, 해당 BSS의 다중 대역 채널 정보 요소)가 프로브 응답 프레임을 통하여 제공될 수 있다. 이는, 프로브 응답 프레임에 포함되는 BSS 정보는, 상기 프로브 요청 프레임의 액세스 네트워크 타입에 의해서 필터링된 BSS에 대한 것만으로 제한된다고 표현할 수도 있다.
또한, STA이 전송하는 프로브 요청 프레임에 동종 확장 서비스 세트 식별자(Homogenous Extended Service Set IDentifier; HESSID)는 BSS의 이동성 도메인(mobility domain)을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 프로브 요청 프레임에 포함된 HESSID가 지시하는 값에 일치하는 BSS만의 BSS 정보(또는, 해당 BSS의 다중 대역 채널 정보 요소)가 프로브 응답 프레임을 통하여 제공될 수 있다.
만약, AP가 특정 BSS의 SSID 또는 액세스 네트워크 타입을 모르는 경우, 프로브 요청 프레임에 의해서 지시되는 특정 SSID 또는 특정 액세스 네트워크 타입에 의해서 필터링되지 않은 BSS의 정보가 상기 다중 대역 채널 정보 요소에 포함될 수 있다. 이와 같이 필터링이 적용되는지 여부 나타내는 정보가, 프로브 응답 프레임(또는 프로브 응답 프레임의 상기 다중 대역 채널 정보 요소)에 포함될 수 있다.
도 13은 도 12는 다중 대역 채널 정보 요소의 또 다른 예시를 나타내는 도면이다. 도 12의 다중 대역 채널 정보 요소의 예시에 비하여, 도 13의 예시에서는 다중 대역 채널 필터(multi-band channel filter) 필드가 추가되었다.
예를 들어, 다중 대역 채널 필터 비트의 값이 0으로 설정되는 경우, 다중 대역 채널 정보 요소에 포함되는 BSS 정보는, 프로브 요청 프레임에서 특정되는 SSID 또는 액세스 네트워크 타입과 일치하지 않는 BSS에 대한 것임을 나타낸다. 또는, 다중 대역 채널 필터 비트의 값이 1로 설정되는 경우, 다중 대역 채널 정보 요소에 포함되는 BSS 정보는, 프로브 요청 프레임에서 특정되는 SSID 또는 액세스 네트워크 타입과 일치하는 BSS에 대한 것임을 나타낸다.
본 발명에서 제안하는 요청 프레임, 응답 프레임 및/또는 이를 구성하는 정보요소(또는 필드)에 의하면, 다중 대역을 지원할 수 있는 STA은 자신이 현재 동작하고 있는 (또는 접속하고 있는) 채널 또는 대역 이외의 다른 채널 또는 대역에서 동작하는 BSS 또는 AP를, 채널 이동(또는 채널 스위칭) 없이 발견할 수 있다. 이를 위하여 STA은 발견하기 원하는 (또는 자신이 지원하는) 채널 또는 대역의 동작 클래스 정보를 포함하는 요청 프레임을 AP(들)에게 전송할 수 있다. 상기 요청 프레임에는 STA이 발견하기를 원하는 네트워크를 특정하는 정보(예를 들어, SSID, 액세스 네트워크 타입, HESSID 등)이 더 포함될 수 있다. 이러한 요청 프레임을 수신하는 AP(들)은, 상기 STA이 지원하는 동작 클래스에서 동작하는 BSS의 동작 클래스, 채널 번호 등을 포함하는 응답 프레임을 상기 STA에게 전송할 수 있다. 상기 응답 프레임에는 해당 BSS의 동작 클래스, 채널 번호 정보에 추가적으로 BSS 정보(예를 들어, 이웃 AP 정보)가 포함될 수 있으며, 상기 BSS 정보는 해당 BSS의 TBTT 오프셋 정보, 필터링 적용 여부를 나타내는 정보 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 요청 프레임 및 응답 프레임과 이에 포함되는 정보요소(또는 필드)는 그 명칭에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 11 내지 13을 참조하여 설명한 다중 대역 채널 정보 요소는, 프로브 요청 프레임을 수신한 AP(예를 들어, 제 1 AP)가 전송하는 프로브 응답 프레임에 포함될 수 있으며, 상기 제 1 AP가 아닌 다른 AP(들)(예를 들어, 제 2 AP(들))의 정보를 포함하는 것으로도 이해될 수 있다. 따라서, 상기 다중 대역 채널 정보 요소는 이웃 AP 정보 필드라고 칭할 수도 있다.
전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
AP(10)는 프로세서(11), 메모리(12), 송수신기(13)를 포함할 수 있다. STA(20)는 프로세서(21), 메모리(22), 송수신기(23)를 포함할 수 있다. 송수신기(13 및 23)는 무선 신호를 송신/수신할 수 있고, 예를 들어, IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 송수신기(13 및 21)와 연결되어 IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층 및/또는 MAC 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 AP 및 STA의 동작을 구현하는 모듈이 메모리(12 및 22)에 저장되고, 프로세서(11 및 21)에 의하여 실행될 수 있다. 메모리(12 및 22)는 프로세서(11 및 21)의 내부에 포함되거나 또는 프로세서(11 및 21)의 외부에 설치되어 프로세서(11 및 21)와 공지의 수단에 의해 연결될 수 있다.
위와 같은 AP 및 STA 장치의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시형태들은 IEEE 802.11 시스템을 중심으로 설명하였으나, 다양한 이동통신 시스템에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 스테이션(STA)이 스캐닝을 수행하는 방법에 있어서,
    제 1 액세스 포인트(AP)로 제 1 프레임을 전송하는 단계; 및
    상기 제 1 AP로부터 상기 제 1 프레임에 응답하는 제 2 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고,
    상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링 여부를 지시하는 정보가 제 1 값을 지시하는 경우, 상기 제 2 프레임은 상기 제 1 프레임에 포함된 상기 SSID 정보에 일치하는 SSID를 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스 정보에 일치하는 동작 클래스를 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 상기 제 2 AP의 동작 클래스 필드 및 채널 번호 필드를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 TBTT(Target Beacon Transmission Time) 오프셋 정보를 더 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 TBTT 오프셋은 상기 제 1 AP의 직전 TBTT와 상기 제 2 AP의 다음 TBTT 간의 시간 차이를 나타내는 값을 가지는, 스캐닝 수행 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프레임을 통하여 획득된 정보를 이용하여 상기 제 2 AP의 발견(discovery)을 위한 수동적 스캐닝이 수행되는, 스캐닝 수행 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임은 액세스 네트워크 타입 정보를 더 포함하고,
    상기 제 2 프레임은 상기 제 1 프레임에 포함된 상기 액세스 네트워크 타입 정보에 일치하는 액세스 네트워크 타입을 가지는 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 하나 이상의 상기 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 AP는 상기 제 1 AP의 이웃(neighbor) AP인, 스캐닝 수행 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임 및 상기 제 2 프레임은 제 1 대역 상에서 송신 및 수신되고,
    상기 제 2 AP는 제 2 대역 상에서 동작하는 AP인, 스캐닝 수행 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임은 프로브 요청 프레임이고,
    상기 제 2 프레임은 프로브 응답 프레임인, 스캐닝 수행 방법.
  13. 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(AP)가 스테이션(STA)의 스캐닝을 지원하는 방법에 있어서,
    상기 STA으로부터 제 1 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 프레임에 응답하여 상기 STA으로 제 2 프레임을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고,
    상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 다른 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 지원 방법.
  14. 무선 통신 시스템에서 스캐닝을 수행하는 스테이션(STA) 장치에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 제 1 액세스 포인트(AP)로 제 1 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 전송하고; 상기 제 1 AP로부터 상기 제 1 프레임에 응답하는 제 2 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하도록 설정되며,
    상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고,
    상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 제 2 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 수행 STA 장치.
  15. 무선 통신 시스템에서 스캐닝을 수행하는 액세스 포인트(AP) 장치에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 STA으로부터 제 1 프레임을 상기 송수신기를 이용하여 수신하고; 상기 제 1 프레임에 응답하여 상기 STA으로 제 2 프레임을 전송하도록 설정되며,
    상기 제 1 프레임은 상기 STA에 의해서 지원되는 동작 클래스에 대한 정보 및 SSID(Service Set Identifier) 정보를 포함하고,
    상기 제 2 프레임은 필터링 여부를 지시하는 정보 및 다른 AP에 대한 정보를 포함하는, 스캐닝 지원 AP 장치.
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