WO2018199645A1 - 무선랜 시스템에서 웨이크 업 수신기를 운용하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선랜 시스템에서 웨이크 업 수신기를 운용하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018199645A1
WO2018199645A1 PCT/KR2018/004849 KR2018004849W WO2018199645A1 WO 2018199645 A1 WO2018199645 A1 WO 2018199645A1 KR 2018004849 W KR2018004849 W KR 2018004849W WO 2018199645 A1 WO2018199645 A1 WO 2018199645A1
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wur
sta
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mode
frame
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PCT/KR2018/004849
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김정기
류기선
김서욱
최진수
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엘지전자 주식회사
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/16—Discovering, processing access restriction or access information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a method for transmitting and receiving a frame in a WLAN system, and more particularly, to a method for operating a low power-wake-up receiver (LP-WUR) compatible with an 802.11 WLAN system and an apparatus therefor. will be.
  • LP-WUR low power-wake-up receiver
  • 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 to provide a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11n applies multiple input multiple output OFDM (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.
  • the WLAN standard uses a maximum of 160MHz bandwidth, supports eight spatial streams, and supports IEEE 802.11ax standard through an IEEE 802.11ac standard supporting a speed of up to 1Gbit / s.
  • An object of the present invention is to provide a method and an apparatus therefor for efficiently and accurately operating a low power wake-up receiver (LP-WUR) compatible with an 802.11 wireless LAN system.
  • LP-WUR low power wake-up receiver
  • the present invention is not limited to the above-described technical problem and other technical problems can be inferred from the embodiments of the present invention.
  • a method of operating a station in a wake up receiver (WUR) mode the duty cycle for periodically turning on / off the WUR receiver (duty cycle) entering the WUR mode; Monitoring, for a first time, a WUR signal that an access point (AP) to which the STA associates in a primary connectivity (PCR) mode to the STA or another STA; And when the WUR signal is not detected within the first time, transitioning from the duty cycle WUR mode to a normal WUR mode in which the WUR receiver is always turned on to monitor the WUR signal transmitted by the AP for a second time. And the STA returns to the duty cycle WUR mode if the WUR signal transmitted by the AP is detected within the second time, and if the WUR signal transmitted by the AP is not detected within the second time.
  • the AP may be scanned by PCR.
  • a station operates in a wake up receiver (WUR) mode, comprising: a primary connectivity (PCR) transceiver; WUR receiver; And periodically entering a duty cycle WUR mode for turning on / off the WUR receiver, wherein an access point (AP) to which the STA associates with the PCR transceiver transmits a WUR signal to the STA or another STA.
  • WUR wake up receiver
  • PCR primary connectivity
  • AP access point
  • a processor for monitoring for 2 hours wherein the processor returns to the duty cycle WUR mode if the WUR signal transmitted by the AP is detected within the second time and the WUR transmitted by the AP within the second time. If no signal is detected, the AP may be scanned through the PCR transceiver.
  • Scanning of the AP through the PCR transceiver may include transmitting a QoS null frame and receiving an ACK for the QoS null frame from the AP, wherein the QoS null frame is the duty cycle WUR mode as the STA receives the ACK. It may include information informing it to return to.
  • the STA may inform the user to return to the duty cycle WUR mode by setting a power management (PM) bit included in the QoS null frame to a predetermined value.
  • PM power management
  • the STA returns to the duty cycle WUR mode without additional signal transmission to the AP, and the STA returned to the duty cycle WUR mode turns on / off the WUR receiver that was previously acquired from the AP.
  • the off period can be used as it is.
  • the STA may exchange information on at least one of the first time and the second time with the AP through PCR before entering the duty cycle WUR mode. For example, the STA transmits a value preferred by the STA to the AP for at least one of the first time and the second time, and allows the STA to use or change the preferred value of the STA. A response can be received.
  • the first time and the second time correspond to a first timer and a second timer, respectively, and when the STA returns to the duty cycle WUR mode according to the detection of the WUR signal, the STA sets the first timer and the second timer. You can reset it.
  • the LP-WUR compatible with the wireless LAN system which not only reduces power consumption of the STA, but also operates the WUR by operating the LP-WUR based on a timer for checking the presence of the AP. It is possible to solve the problem that the STA operating in the mode does not wake up in the lost state or the AP cannot find the STA operating in the WUR mode.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a general link setup process.
  • FIG. 4 is a diagram for describing a backoff process.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an RTS and a CTS.
  • 7 to 9 are diagrams for explaining the operation of the STA receiving the TIM.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in an IEEE 802.11 system.
  • FIG 11 illustrates an LP-WUR available in a WLAN system (e.g., 802.11).
  • FIG. 13 shows an example of a wake up packet.
  • FIG. 14 illustrates a waveform for a wake up packet.
  • FIG. 15 illustrates a wake up packet generated using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • 16 illustrates the structure of an LP-WUR.
  • FIG. 17 illustrates a flow of a WUR keep-alive timer operation and a keep alive check method of a WUR STA according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 illustrates a flow of a WUR keep-alive timer operation and a keep alive check method of a WUR STA according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows an example in which a WUR STA receives WUR keep-alive timer information from an AP.
  • FIG. 20 illustrates a method of transmitting / receiving a WUR Keep-alive timer value according to an embodiment of the present invention.
  • 21 illustrates negotiation between a WUR STA and an AP according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 illustrates that a STA resets a keep alive check period according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 illustrates a process in which a WUR STA checks an AP through PCR according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is a diagram for describing a method in which an STA operates in a WUR mode according to an embodiment of the present invention.
  • 26 is a diagram for explaining an apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the following description relates to a method and an apparatus therefor for efficiently utilizing a channel having a wide band in a WLAN system.
  • a WLAN system to which the present invention is applied will be described in detail.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • the WLAN system includes one or more basic service sets (BSSs).
  • BSS is a set of stations (STAs) that can successfully synchronize and communicate with each other.
  • An STA is a logical entity that includes a medium access control (MAC) and a physical layer interface to a wireless medium.
  • the STA is an access point (AP) and a non-AP STA (Non-AP Station). Include.
  • the portable terminal operated by the user among the STAs is a non-AP STA, and when referred to simply as an STA, it may also refer to a non-AP STA.
  • a non-AP STA is a terminal, a wireless transmit / receive unit (WTRU), a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile terminal, or a mobile subscriber. It may also be called another name such as a mobile subscriber unit.
  • the AP is an entity that provides an associated station (STA) coupled to the AP to access a distribution system (DS) through a wireless medium.
  • STA station
  • DS distribution system
  • the AP may be called a centralized controller, a base station (BS), a Node-B, a base transceiver system (BTS), or a site controller.
  • BS base station
  • BTS base transceiver system
  • BSS can be divided into infrastructure BSS and Independent BSS (IBSS).
  • IBSS Independent BSS
  • the BBS shown in FIG. 1 is an IBSS.
  • the IBSS means a BSS that does not include an AP. Since the IBSS does not include an AP, access to the DS is not allowed, thereby forming a self-contained network.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • the BSS shown in FIG. 2 is an infrastructure BSS.
  • Infrastructure BSS includes one or more STAs and APs.
  • communication between non-AP STAs is performed via an AP.
  • AP access point
  • a plurality of infrastructure BSSs may be interconnected through a DS.
  • a plurality of BSSs connected through a DS is called an extended service set (ESS).
  • STAs included in the ESS may communicate with each other, and a non-AP STA may move from one BSS to another BSS while seamlessly communicating within the same ESS.
  • the DS is a mechanism for connecting a plurality of APs.
  • the DS is not necessarily a network, and there is no limitation on the form if it can provide a predetermined distribution service.
  • the DS may be a wireless network such as a mesh network or a physical structure that connects APs to each other.
  • the operation of the STA operating in the WLAN system may be described in terms of a layer structure.
  • the hierarchy may be implemented by a processor.
  • the STA may have a plurality of hierarchical structures.
  • the hierarchical structure covered by the 802.11 standard document is mainly the MAC sublayer and physical (PHY) layer on the DLL (Data Link Layer).
  • the PHY may include a Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) entity, a Physical Medium Dependent (PMD) entity, and the like.
  • PLCP Physical Layer Convergence Procedure
  • PMD Physical Medium Dependent
  • the MAC sublayer and PHY conceptually contain management entities called MAC sublayer management entities (MLMEs) and physical layer management entities (PLMEs), respectively.These entities provide a layer management service interface on which layer management functions operate. .
  • SME Station Management Entity
  • An SME is a layer-independent entity that can appear to be in a separate management plane or appear to be off to the side. While the exact features of the SME are not described in detail in this document, they generally do not include the ability to collect layer-dependent states from various Layer Management Entities (LMEs), and to set similar values for layer-specific parameters. You may seem to be in charge. SMEs can generally perform these functions on behalf of general system management entities and implement standard management protocols.
  • LMEs Layer Management Entities
  • the aforementioned entities interact in a variety of ways.
  • entities can interact by exchanging GET / SET primitives.
  • a primitive means a set of elements or parameters related to a particular purpose.
  • the XX-GET.request primitive is used to request the value of a given MIB attribute (management information based attribute information).
  • the XX-GET.confirm primitive is used to return the appropriate MIB attribute information value if the Status is "Success", otherwise it is used to return an error indication in the Status field.
  • the XX-SET.request primitive is used to request that the indicated MIB attribute be set to a given value. If the MIB attribute means a specific operation, this is to request that the operation be performed.
  • the XX-SET.confirm primitive confirms that the indicated MIB attribute is set to the requested value when status is "success", otherwise it is used to return an error condition in the status field. If the MIB attribute means a specific operation, this confirms that the operation has been performed.
  • the MLME and SME may exchange various MLME_GET / SET primitives through a MLME_SAP (Service Access Point).
  • various PLME_GET / SET primitives may be exchanged between PLME and SME through PLME_SAP and may be exchanged between MLME and PLME through MLME-PLME_SAP.
  • FIG. 3 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 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 that performs the scanning receives the beacon frame, the STA stores the information on the BSS included in the beacon frame and records beacon frame information in each channel while moving to another channel.
  • the STA may store BSS related information included in the received beacon frame, move to the next channel, 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.
  • 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. 4 is a diagram for describing a backoff process.
  • the random backoff count has a packet number value and may be determined as one of values ranging from 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. 4, 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 in 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 during the period.
  • the NAV may be set, for example, according to the value of the "duration" field of the MAC header of the frame.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • 5A 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. 5B 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. 5B is an example of an exposed node
  • STA C is a case in which STA C has information to be transmitted from STA D while transmitting data to STA A.
  • FIG. 5B 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. 6 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.
  • FIG. 6A 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. 6A 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. 6 (b) illustrates an example of a method for solving an exposed node problem
  • STA C overhears RTS / CTS transmission between STA A and STA B so that STA C may use another 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 RTS and not STA A's CTS, it can be seen that STA A is out of STC C's carrier sensing.
  • the WLAN system channel sensing must be performed before the STA performs transmission and reception, and always sensing the channel causes continuous power consumption of the STA.
  • the power consumption in the receive state is not significantly different from the power consumption in the transmit state, and maintaining the receive state is also a great burden for the power limited STA (ie, operated by a battery). Therefore, if the STA maintains a reception standby state in order to continuously sense the channel, it inefficiently consumes power without any particular advantage in terms of WLAN throughput.
  • the WLAN system supports a power management (PM) mode of the STA.
  • PM power management
  • the power management mode of the STA is divided into an active mode and a power save (PS) mode.
  • the STA basically operates in the active mode.
  • the STA operating in the active mode maintains an awake state.
  • the awake state is a state in which normal operation such as frame transmission and reception or channel scanning is possible.
  • the STA operating in the PS mode operates by switching between a sleep state (or a doze state) and an awake state.
  • the STA operating in the sleep state operates at the minimum power, and does not perform frame scanning as well as channel scanning.
  • the STA operates in the sleep state for as long as possible, power consumption is reduced, so the STA has an increased operation period. However, it is impossible to operate unconditionally long because frame transmission and reception are impossible in the sleep state. If there is a frame to be transmitted to the AP, the STA operating in the sleep state may transmit the frame by switching to the awake state. On the other hand, when the AP has a frame to transmit to the STA, the STA in the sleep state may not receive it and may not know that there is a frame to receive. Accordingly, the STA may need to switch to the awake state according to a specific period in order to know whether or not the frame to be transmitted to (or, if there is, receive it) exists.
  • the AP may transmit a beacon frame to STAs in the BSS at regular intervals.
  • the beacon frame may include a traffic indication map (TIM) information element.
  • the TIM information element may include information indicating that the AP has buffered traffic for STAs associated with the AP and transmits a frame.
  • the TIM element includes a TIM used to inform unicast frames and a delivery traffic indication map (DTIM) used to inform multicast or broadcast frames.
  • DTIM delivery traffic indication map
  • 7 to 9 are diagrams for explaining in detail the operation of the STA receiving the TIM.
  • the STA may switch from the sleep state to the awake state to receive a beacon frame including the TIM from the AP, interpret the received TIM element, and know that there is buffered traffic to be transmitted to the AP. .
  • the STA may transmit a PS-Poll frame to request an AP to transmit a data frame.
  • the AP may transmit the frame to the STA.
  • the STA may receive a data frame and transmit an acknowledgment (ACK) frame thereto to the AP.
  • the STA may then go back to sleep.
  • ACK acknowledgment
  • the AP may operate according to an immediate response method of transmitting a data frame after a predetermined time (for example, a short inter-frame space (SIFS)) after receiving a PS-Poll frame from an STA. Can be. Meanwhile, when the AP fails to prepare a data frame to be transmitted to the STA during the SIFS time after receiving the PS-Poll frame, the AP may operate according to a deferred response method, which will be described with reference to FIG. 8.
  • a predetermined time for example, a short inter-frame space (SIFS)
  • SIFS short inter-frame space
  • the STA switches from the sleep state to the awake state to receive the TIM from the AP and transmits the PS-Poll frame to the AP through contention as in the example of FIG. 7. If the AP does not prepare a data frame during SIFS even after receiving the PS-Poll frame, the AP may transmit an ACK frame to the STA instead of transmitting the data frame. When the data frame is prepared after transmitting the ACK frame, the AP may transmit the data frame to the STA after performing contention. The STA may transmit an ACK frame indicating that the data frame was successfully received to the AP and go to sleep.
  • STAs may transition from a sleep state to an awake state to receive a beacon frame containing a DTIM element from the AP. STAs may know that a multicast / broadcast frame will be transmitted through the received DTIM.
  • the AP may transmit data (ie, multicast / broadcast frame) immediately after the beacon frame including the DTIM without transmitting and receiving the PS-Poll frame.
  • the STAs may receive data while continuously awake after receiving the beacon frame including the DTIM, and may switch back to the sleep state after the data reception is completed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in an IEEE 802.11 system.
  • the Physical Layer Protocol Data Unit (PPDU) frame format may include a Short Training Field (STF), a Long Training Field (LTF), a SIG (SIGNAL) field, and a Data field.
  • STF Short Training Field
  • LTF Long Training Field
  • SIGNAL SIGNAL
  • Data field a Data field.
  • the most basic (eg, non-HT) PPDU frame format may include only a legacy-STF (L-STF), a legacy-LTF (L-LTF), a SIG field, and a data field.
  • the STF is a signal for signal detection, automatic gain control (AGC), diversity selection, precise time synchronization, etc.
  • the LTF is a signal for channel estimation, frequency error estimation, and the like.
  • the STF and LTF may be referred to as a PLCP preamble, and the PLCP preamble may be referred to as a signal for synchronization and channel estimation of an OFDM physical layer.
  • the SIG field may include a RATE field and a LENGTH field.
  • the RATE field may include information about modulation and coding rate of data.
  • the LENGTH field may include information about the length of data.
  • the SIG field may include a parity bit, a SIG TAIL bit, and the like.
  • the data field may include a SERVICE field, a physical layer service data unit (PSDU), a PPDU TAIL bit, and may also include a padding bit if necessary.
  • Some bits of the SERVICE field may be used for synchronization of the descrambler at the receiving end.
  • the PSDU corresponds to an MPDU (MAC Protocol Data Unit) defined in the MAC layer and may include data generated / used in an upper layer.
  • the PPDU TAIL bit can be used to return the encoder to zero.
  • the padding bit may be used to adjust the length of the data field in a predetermined unit.
  • the MPDU is defined according to various MAC frame formats, and the basic MAC frame is composed of a MAC header, a frame body, and a frame check sequence (FCS).
  • the MAC frame may consist of MPDUs and may be transmitted / received through the PSDU of the data portion of the PPDU frame format.
  • the MAC header includes a frame control field, a duration / ID field, an address field, and the like.
  • the frame control field may include control information required for frame transmission / reception.
  • the duration / ID field may be set to a time for transmitting the corresponding frame.
  • the duration / ID field included in the MAC header may be set to 16 bits long (e.b., B0 to B15).
  • the content included in the period / ID field may vary depending on the frame type and subtype, whether the content is transmitted during the CFP (contention free period), the QoS capability of the transmitting STA, and the like.
  • the duration / ID field may include the AID of the transmitting STA (e.g., via 14 LSB bits), and 2 MSB bits may be set to one.
  • the period / ID field may be set to a fixed value (e.g., 32768).
  • the duration / ID field may include a duration value defined for each frame type.
  • Sequence Control, QoS Control, and HT Control subfields of the MAC header refer to the IEEE 802.11 standard document.
  • the frame control field of the MAC header may include Protocol Version, Type, Subtype, To DS, From DS, More Fragment, Retry, Power Management, More Data, Protected Frame, Order subfields.
  • the content of each subfield of the frame control field may refer to an IEEE 802.11 standard document.
  • FIG 11 looks at the general content for the LP-WUR available in a wireless LAN system (e.g., 802.11).
  • a receiver may be configured by combining a wireless LAN (hereinafter, referred to as a main radio) and an LP-WUR for main wireless communication.
  • a wireless LAN hereinafter, referred to as a main radio
  • LP-WUR for main wireless communication
  • the main radio is used for data transmission and reception, and can be powered off when there is no data to transmit or receive. As such, when the main radio is powered off, the LP-WUR may wake up the main radio when there is a packet to receive. Therefore, user data is transmitted and received via the main radio.
  • the LP-WUR is not used for user data, it can only serve to wake up the receiver of the main radio.
  • the LP-WUR can be a simple receiver without a receiver and is active while the main radio is off. It is desirable that the target power consumption of the LP-WUR in the activated state does not exceed 100 microwatts (uW).
  • a simple modulation scheme for example, an on-off keying (OOK) scheme, may be used, and a narrow bandwidth (e.g., 4 MHz, 5 MHz) may be used.
  • the transmission range (e.g., distance) targeted for LP-WUR may currently correspond to 802.11.
  • the wake up packet may include a WLAN preamble 1200 and a payload 1205 of the wake up packet.
  • the WLAN preamble 1200 is for coexistence with the WLAN system, and the L-SIG of the WLAN may be used as the WLAN preamble 1200 for packet protection. Accordingly, the 3rd party legacy STA may know that the wakeup packet is not intended for the user through the WLAN preamble 1200 of the wakeup packet, and that the medium of the WLAN is currently occupied by another STA. However, the LP-WUR does not decode the WLAN preamble 1200 of the wake up packet. LP-WUR, which supports narrowband and OOK demodulation, does not support 802.11 signal reception.
  • the payload of the wake up packet may be modulated by an on-off keying (OOK) method.
  • OOK on-off keying
  • the payload of the wake up packet may include at least one of a wake up preamble MAC header (e.g., a recipient address, etc.), a frame body, and a frame check sequence (FCS).
  • OOK modulation may be performed by modifying the OFDM transmitter.
  • LP-WUR 1210 consumes very little power of 100 uW or less as described above, and can be implemented with a small and simple OOK demodulator.
  • the wake-up packet is a preamble (eg, OFDM) and a new LP-WUR signal waveform (eg, OOK) of legacy WLAN. It may include.
  • a preamble eg, OFDM
  • a new LP-WUR signal waveform eg, OOK
  • the wakeup packet of FIG. 13 includes a legacy WLAN preamble for coexistence with a legacy STA.
  • the legacy WLAN preamble may include L-STF, L-LTF, and L-SIG.
  • the WLAN STA e.g., 3rd Party
  • the WLAN STA may detect the start of a wake-up packet through the L-STF.
  • the WLAN STA e.g., 3rd Party
  • the L-SIG field may indicate the length of the payload (e.g., OOK modulated) of the wake up packet.
  • the payload of the wake up packet may include at least one of a wake-up preamble, a MAC header, a frame body, and an FCS.
  • the wake up preamble may include, for example, a PN sequence.
  • the MAC header may include the receiver address.
  • the frame body may contain other information needed for wake up.
  • the FCS may include a cyclic redundancy check (CRC).
  • FIG. 14 illustrates the waveform for the wake up packet of FIG. 13.
  • 1 bit may be transmitted per 1 OFDM symbol length (e.g., 4 usec).
  • the data rate of the payload of the wake up packet may be 250 kbps.
  • FIG. 15 is a diagram for describing generating a wake up packet using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • a phase shift keying (PSK) -OFDM transmission scheme is used.
  • Generating a wake-up packet by adding a separate OOK modulator for OOK modulation has a disadvantage of increasing an implementation cost of a transmitter. Therefore, a method of generating a OOK modulated wake-up packet by reusing an OFDM transmitter will be described.
  • PSK phase shift keying
  • bit value 1 is modulated into a symbol (i.e., on) having a power above a threshold
  • bit value 0 is modulated into a symbol (i.e., off) having a power below a threshold.
  • bit value 1 it is also possible to define bit value 1 as power off.
  • OOK modulation scheme As described above, in the OOK modulation scheme, a bit value 1/0 is indicated through on / off of power at a corresponding symbol position.
  • Such a simple OOK modulation / demodulation scheme has an advantage of reducing power consumption and cost for realizing the signal detection / demodulation of the receiver.
  • OOK modulation for turning on / off a signal may be performed by reusing an existing OFDM transmitter.
  • the left graph of FIG. 15 shows real parts and imaginary parts of normalized amplitude during one symbol period (eg, 4 usec) for OOK modulated bit value 1 by reusing the OFDM transmitter of the existing WLAN. (imaginary) shows the part. Since the OOK modulation result for the bit value 0 corresponds to power off, illustration is omitted.
  • the right graph of FIG. 15 shows normalized power spectral density (PSD) in the frequency domain for OOK modulated bit value 1 by reusing an OFDM transmitter of an existing WLAN.
  • PSD power spectral density
  • a center 4 MHz in that band may be used for LP-WUR.
  • the LP-WUR operates with a 4 MHz bandwidth, but this is for convenience of description, and other sizes of frequency bandwidths may be used.
  • LP-WUR is preferable to operate in a smaller bandwidth than the operating bandwidth of the existing wireless LAN for power reduction.
  • the subcarrier spacing (e.g., subcarrier spacing) is 312.5 kHz, and the bandwidth of the OOK pulse corresponds to 13 subcarriers.
  • CP cyclic prefix
  • the wake up packet may be referred to simply as a WUR signal or a WUR packet.
  • the LP-WUR may include an RF / analog front-end, a digital baseband processor, and a simple packet parser. 16 is an exemplary configuration, and the WUR receiver of the present invention is not limited to the LP-WUR structure of FIG.
  • a WLAN STA having a WUR receiver will be referred to simply as a WUR STA.
  • the STA monitors the WUR packet through the WUR receiver and the WLAN transceiver TRX may turn off (e.g., WUR mode). If WLAN data to be transmitted to the WUR STA exists in the AP, the AP sends a WUR packet to the WUR STA to wake up the WLAN transceiver of the WUR STA and transmit the WLAN data.
  • the WLAN transceiver TRX may turn off (e.g., WUR mode). If WLAN data to be transmitted to the WUR STA exists in the AP, the AP sends a WUR packet to the WUR STA to wake up the WLAN transceiver of the WUR STA and transmit the WLAN data.
  • the WUR STA may deviate from the coverage of the transmitter (e.g., AP).
  • the WUR STA and / or the transmitter may not be aware if the WUR STA is out of coverage. For example, if a WUR STA is not received, the WUR STA may simply mistake that there is no DL packet to be transmitted to itself, and the transmitter may not transmit a DL packet to the WUR STA.
  • the WLAN transceiver In order to detect that the WUR STA deviates from the coverage of the AP, the WLAN transceiver periodically wakes up and monitors the AP's WLAN beacon frame or actively scans the surrounding AP, which has the disadvantage of halving the power saving effect.
  • the WUR STA may consider whether the WUR beacon frame is periodically transmitted instead of the WLAN beacon frame, but the WUR beacon frame is expected to be transmitted at a much longer period than the WLAN beacon frame. Therefore, it is difficult to say that the WUR STA checks the presence of the AP using only the WUR beacon frame.
  • the WUR STA when the WUR STA turns on and operates only the WUR receiver, it is necessary to receive a WUR packet at least once from the transmitter (eg, AP) with which it is associated.
  • the set timer is newly defined.
  • the WUR packet that must be received at least once is not limited to the WUR beacon or the WUR packet intended for the WUR STA, and may include various WUR signals for identifying the AP among WUR signals that can be received through the WUR receiver.
  • the timer is referred to as a WUR keep-alive timer, but the present invention is not limited to the corresponding name, but the BSS Max Idle period, Extended MAX Idle period, WUR MAX Idle period, Various names such as listening interval and WUR Idle mode period / timer may be used.
  • the WUR keep-alive timer may be a timer used by the WUR STA for keep alive check with the associated AP. If the WUR STA does not detect one or more WUR packets (eg, packets sent to that WUR STA / other WUR STA) from the transmitter (eg, AP) with which it was associated before the WUR keep-alive timer expired, WUR STA may perform a procedure for keep alive check with the AP.
  • the procedure for keep alive check may include, for example, the WUR STA turning on the WLAN transceiver to attempt to receive a frame such as a beacon for a predetermined time, or to try to handshake with the transmitter through a probe request / response frame. This is not restrictive.
  • the WUR STA starts the WUR keep-alive timer when the WUR receiver is turned on.
  • the initial value of the WUR keep-alive timer may be predefined, or may be determined by the WUR STA in consideration of the WUR beacon period, or may be obtained by the WUR STA from the AP, but is not limited thereto.
  • a WUR STA receives a WUR packet (eg, an Intra-BSS frame) that wakes up a WUR STA other than itself, from a transmitter (eg, AP) with which it is associated before the WUR keep-alive timer expires, Reset the keep-alive timer.
  • a WUR packet eg, an Intra-BSS frame
  • Resetting the WUR keep-alive timer may mean returning the WUR keep-alive timer to an initial value, but is not limited thereto.
  • the WUR STA may restart the reset WUR keep-alive timer.
  • the WUR STA stops the WUR keep-alive timer if it receives a WUR packet that wakes up the WUR STA from the transmitter (e.g., AP) with which it is associated before the WUR keep-alive timer expires.
  • the WUR STA can stop the WUR keep-alive timer. have.
  • the WUR STA then wakes up the WLAN transceiver and sends and receives the WLAN signal.
  • the WUR STA turns on the WLAN transceiver when the WUR keep-alive timer expires, and then performs a keep alive check for the AP to which it has been associated.
  • a passive keep alive checking method and an active keep alive checking method may be considered.
  • a passive keep alive checking method and an active keep alive checking method will be described in detail with reference to FIGS. 17 and 18.
  • FIG. 17 illustrates a flow of a WUR keep-alive timer operation and a keep alive check method of a WUR STA according to an embodiment of the present invention.
  • the method illustrated in FIG. 17 corresponds to passive keep alive checking.
  • a WUR STA transmits to a WLAN frame (eg, beacon frame, broadcast / multicast frame, other WLAN STA) transmitted from a transmitter (eg, AP) for a predetermined time through its WLAN transceiver.
  • a WLAN frame eg, beacon frame, broadcast / multicast frame, other WLAN STA
  • the WUR STA considers to be associated with the AP or is in the transmission area of the AP, turns off its WLAN transceiver (eg, 802.11 transceiver), and turns off the WUR. Operate in mode. If a frame transmitted from the AP cannot be detected / received within a certain time, the WUR STA performs a process of searching for the AP again.
  • the WUR STA attempts to detect an intra-BSS frame transmitted from a BSS with which it is associated by monitoring a channel through a WLAN transceiver, and if an intra-BSS frame is detected, it still associates with the BSS. Can be assumed. In contrast, when an intra-BSS frame is not detected, the WUR STA may actively / passively scan the AP of the BSS with which it is associated and / or another AP located near the current WUR STA.
  • the WUR STA does not immediately perform active / passive scanning process after waking the WLAN transceiver due to the expiration of the keep alive timer, but monitors the channel for a predetermined time after waking the WLAN transceiver. First, perform the procedure for checking manually.
  • the WUR STA may reduce the power of the WUR STA since the WUR STA does not need to perform channel access separately (eg, WLAN frame transmission and / or ACK frame reception). In addition, there is an advantage that the WUR STA does not increase channel congestion.
  • the WUR STA turns off the WLAN transceiver and turns on the WUR receiver (1705). As the WUR receiver is turned on, the WUR STA starts a WUR keep-alive timer (1710).
  • the WUR STA monitors the WUR band through which the WUR signal / packet is transmitted through the WUR receiver.
  • the WUR band may correspond to a narrower band than the WLAN band for WLAN frame transmission.
  • the WUR band may be a 4/5/6 MHz channel or the like less than 20 MHz.
  • the WUR signal / packet may be mapped on the 13 tones / subcarriers included in 4 MHz.
  • the WLAN band may be, for example, 20/40/80/80 + 80 MHz, but is not limited thereto.
  • the WUR STA monitors the WUR band through the WUR receiver and checks whether the WUR keep-alive timer expires (1715). If the WUR STA receives a WUR packet from the AP, the WUR STA determines whether the received WUR packet is a WUR packet transmitted / intended to it (1720, 1725). Packets sent / intentioned to the WUR STA are not necessarily limited to unicast WUR packets (eg, SU WUR packets) as described above and are multicast / broadcast WUR packets (eg, MU WUR packets to wake up multiple WUR STAs). ) May be included.
  • unicast WUR packets eg, SU WUR packets
  • multicast / broadcast WUR packets eg, MU WUR packets to wake up multiple WUR STAs.
  • the WUR packet is a transmitted / intended WUR packet to the WUR packet may be determined by referring to sender / receiver information included in the WUR packet, for example, address / identifier information.
  • the WUR packet may include at least one of STA ID information (e.g., AID / Partial AID), broadcast / multicast ID, group ID, BSS ID, BSS Color, and MAC address, but is not limited thereto.
  • the WUR STA If the received WUR packet is transmitted / intentioned to another STA or is a WUR management frame (e.g., WUR beacon frame) transmitted periodically, the WUR STA resets the WUR keep alive timer (1730). For example, if the received WUR packet is transmitted by the AP with which it is associated, the WUR STA does not need to wake up the WLAN transceiver if it is a packet destined for a WUR STA other than itself or a WUR beacon frame broadcast periodically. In this case, since the WUR STA has confirmed that it is still within the coverage of the AP, it can continue to maintain the WUR mode. In addition, the WUR STA may restart the WUR keep-alive timer from the time when the existence of the most recent AP is confirmed by resetting the WUR keep-alive timer.
  • WUR management frame e.g., WUR beacon frame
  • the WUR STA stops the WUR keep-alive timer (1735) and transmits / receives a WLAN frame by turning on the WLAN transceiver (1740).
  • the WUR STA turns on the WLAN transceiver to perform a keep alive check procedure (1715, 1745).
  • the WUR STA attempts to detect a WLAN frame by monitoring the WLAN channel for a predetermined time through the WLAN transceiver.
  • the frame that the WUR STA attempts to detect may be, for example, a frame transmitted by an AP to which it associates, or an intra-BSS frame, but is not limited thereto.
  • the WUR STA When the WUR STA detects an intra-BSS frame within a certain time, and the detected intra-BSS frame is not a frame that transmits DL data to the WUR STA, requests an uplink transmission to the WUR STA, or requests a response.
  • the WUR STA may return to the WUR mode again. For example, the WUR STA may turn off the WLAN transceiver and turn on the WUR receiver (1755).
  • the WUR STA when the WUR STA does not detect the intra-BSS frame within a certain time, the WUR STA performs AP scanning (1760). As a result of the AP scanning, if the AP to which it associates is found again, the WUR STA returns to the WUR mode. On the contrary, if the AP that is associated with the AP scanning result is not found, the WUR STA may perform association with the newly discovered AP.
  • FIG. 18 illustrates a flow of a WUR keep-alive timer operation and a keep alive check method of a WUR STA according to another embodiment of the present invention.
  • the method shown in FIG. 18 corresponds to Active keep alive checking.
  • the WUR STA which turned on the WLAN transceiver transmits a WLAN frame for confirming the keep alive check to the AP (1845).
  • the WLAN frame for checking the keep alive check may be, for example, a PS-Poll frame, a Probe Request frame, a (Re-) Association Request frame, or a control / management frame newly defined for keep alive check. Do not.
  • the WUR STA When the WUR STA receives a response to the Keep alive check frame from the AP, the WUR STA considers that it is in association with the AP, turns off the WLAN transceiver, and operates in a WUR mode (1855).
  • the WUR STA scans the AP (1860).
  • the WUR STA connects with the AP when it receives a management response frame or ACK frame from the AP. It can be considered that maintenance has been confirmed.
  • the management response frame or the ACK frame of the AP may include information (e.g., WUR mode change ON indication) indicating that the WUR STA enters the WUR mode.
  • the WUR STA receiving the response frame including the information indicating that the WUR STA enters the WUR mode may turn off the WLAN transceiver and enter the WUR mode.
  • a frame such as a WUR mode change response may be newly defined.
  • the WUR STA may turn off the WLAN transceiver as soon as it receives the management response frame or the ACK frame, and may enter the WUR mode.
  • the response of the AP may be an ACK frame or a data frame after SIFS.
  • the AP response may be a Probe response frame.
  • the AP's response may be a (Re-) Association Response frame.
  • the aforementioned AP response frames eg, ACK frame, Block ACK frame, Probe Response frame, and (Re-) Association Response frame, may be WUR mode change ON indication information.
  • the WUR transmitter (eg, AP) transmits the WUR packet to the WUR packet so as to determine whether the corresponding WUR packet is transmitted from the AP to which it is associated.
  • the WUR transmitter information may include at least one of a BSSID (e.g., 48 bits), a WUR transmitter MAC address, a partial BSSID (e.g., 9 bits), and a BSS Color (e.g., 6 bits).
  • the WUR transmitter information may be included in the sender address part in the WUR packet and transmitted, or may be transmitted implicitly (for example, by being XORed to the CRC) in another part.
  • the WUR packet mentioned in the WUR keep-alive timer operation method described above is not limited to a specific packet such as a packet that wakes up a WUR STA transmitted from an AP.
  • the above-described WUR packet may include a WUR packet transmitted by a WUR STA in a WUR mode, such as a WUR Beacon frame, to synchronize with an AP.
  • the WUR keep-alive timer operating method according to an embodiment of the present invention may be equally applicable to both a WUR packet and a WUR Beacon frame for waking a WUR STA. Or, it may operate based only on the WUR packet to wake up the WUR STA.
  • the WUR keep-alive timer operation method is limited to WUR Beacon frame reception only
  • the WUR keep-alive timer timer is started. If the WUR STA receives a WUR Beacon frame from the AP before the WUR keep-alive timer timer expires, the WUR STA resets the WUR keep-alive timer timer.
  • WUR keep-alive timer If a WUR STA wakes up WUR packet before the timer expires, the WUR STA stops the WUR keep-alive timer and wakes up the WLAN transceiver. When the WUR STA does not receive any WUR Beacon frame during the WUR keep-alive timer, it may perform a keep alive check procedure.
  • the WUR keep-alive timer operation method operates in consideration of both a WUR Beacon frame and a WUR packet (eg, broadcast / multicast / unicast wake-up packet) for waking a WUR STA, for example, a WUR in a WUR mode
  • a WUR STA receives a WUR Beacon frame or a WUR packet to wake up the WUR STA from the AP to which the WUR STA associates during the WUR keep-alive timer.
  • the Keep alive check procedure can be performed.
  • the WUR keep-alive timer information may be delivered from the AP through the primary connection radio (i.e., WLAN) before the WUR STA enters the WUR mode.
  • the primary connection radio i.e., WLAN
  • FIG. 19 shows an example in which a WUR STA receives WUR keep-alive timer information from an AP.
  • the AP provides WUR keep-alive timer information to the WUR STA through the main connection radio (e.g., WLAN) before the WUR STA enters the WUR mode.
  • the WUR keep-alive timer information may directly indicate a timer value that the WUR STA should set for the WUR keep-alive timer, or may indicate a parameter that the WUR STA uses to determine the timer value. .
  • the AP transmits a response frame to the WUR STA through the WLAN.
  • the response frame of the AP includes WUR keep-alive timer information.
  • WUR keep-alive timer information may be added to a response frame of an existing WLAN procedure, such as a probe request / response procedure or an association request / response procedure.
  • the WUR keep-alive timer information may be provided through a newly defined response frame (e.g., WUR mode response frame) to negotiate the WUR mode.
  • the WUR keep-alive timer information may be provided through an association response frame or a WUR mode response frame, but is not limited thereto.
  • the AP may transmit WUR keep-alive timer information in response frame.
  • the response frame of the AP may be, for example, an ACK frame, a Block ACK frame, a newly defined ACK / BA frame, a newly defined control / management frame, or the like.
  • WUR beacon frame (or sync frame or signal for synchronization) more than N times in WUR STA consecutively instead of WUR keep-alive timer or a specific time (eg, signal such as preamble sequence)
  • the WUR keep alive check procedure may be performed.
  • the AP may provide the N value to the WUR STA through the WLAN.
  • the N value may be provided to the WUR STA in a manner similar to the above-described provision of the WUR keep-alive timer information.
  • the STA may receive an N value from the AP through WLAN (i.e., PCR) before entering the WUR mode.
  • the STA may receive an N value using a message (e.g., Association response, WUR negotiation response, WUR mode response) through negotiation with the AP.
  • a message e.g., Association response, WUR negotiation response, WUR mode response
  • the N value may also be a value determined by the system. For example, if N is set to 1, if the WUR STA does not receive a WUR Beacon (or Sync frame) at the designated WUR Beacon Interval, a procedure for keep alive check (eg, turn on PCR and check whether the AP exists or Re-search). If N is set to 2, if the WUR STA does not receive two consecutive WUR Beacons at the designated WUR Beacon Interval, it may perform a procedure for keep alive check.
  • a procedure for keep alive check eg, turn on PCR and check whether the AP exists or Re-search.
  • the WUR STA receiving the N value from the AP may turn on the WLAN transceiver and perform a WUR keep alive check when the WUR Beacon frame is missed N times in the WUR mode.
  • the WUR STA should be able to know the transmission timing or transmission period of the WUR Beacon frame.
  • the AP may signal the transmission timing or transmission period of the WUR Beacon frame to the WUR STA.
  • a predefined period in the WLAN may be reused as the value of the WUR keep-alive timer.
  • the predefined period in the WLAN may be, for example, a BSS MAX idle period, a BSS MAX idle period using a unified scaling factor, or a Listen Interval, but is not limited thereto.
  • a WUR signal eg, a WUR Beacon frame or wake-up packet
  • the WUR STA may access the AP. Can be considered to be disconnected. Thereafter, the WUR STA may perform a WUR keep alive check procedure.
  • the keep alive check procedure performed by the WUR STA after waking the WLAN transceiver due to the expiration of the WUR keep-alive timer may be omitted.
  • the WUR STA in the WUR mode does not receive a WUR related packet (eg, WUR Beacon, Wake-up packet) from an associated AP for a predetermined period (eg, WUR keep-alive timer)
  • the WUR STA is a WLAN.
  • the WUR STA may skip the process of checking the AP and perform a manual / active procedure of immediately relocating the AP.
  • a time value such as a WUR keep-alive timer or a M value indicating continuous WUR beacon reception failure may be directly received by the WUR STA from the AP or determined by the system as described above, but as shown in FIG. 20, the WUR STA first selects a preferred value. It may also inform the AP.
  • the WUR STA may exchange a negotiation message (e.g., Association Request / Response, WUR negotiation request / response, etc.) with the AP through PCR.
  • a negotiation message e.g., Association Request / Response, WUR negotiation request / response, etc.
  • the WUR STA may transmit its preferred keep alive check related information (eg, time information (WUR Idle timer in the above example) or N consecutive WUR Beacon reception related information) in a request message transmitted to the AP. .
  • time information WUR Idle timer in the above example
  • N consecutive WUR Beacon reception related information N consecutive WUR Beacon reception related information
  • the AP may transmit information including the information confirming the time information transmitted by the WUR STA, modified time information, or an N value.
  • the modified WUR idle timer is transmitted as the modified time information.
  • 21 illustrates negotiation between a WUR STA and an AP according to an embodiment of the present invention.
  • the AP transmits time information (Time 1) to the WUR STA through the WUR negotiation Request / Response procedure.
  • the STA1 After entering the WUR mode, the STA1 receives a Broadcast WUR packet (or a Multicast / Multiuser WUR packet). In this case, the STA 1 may calculate its PCR on or wake-up start time using the previously received time information Time 1 and its wake-up delay.
  • Wake-up Delay indicates the time taken for the WUR STA to wake up, and when the time taken to wake up in the WUR STA is not constant, it may represent the maximum time or average time taken to wake up. In the present invention, it is referred to as a time taken for wake-up for convenience of explanation.
  • Time 1 is a relative time (eg, relative time after the current WUR packet)
  • the WUR STA is (the end of the WUR packet + (Time 1-wake-up delay)).
  • the WUR STA may operate regardless of whether Time 1 is transmitted in the WUR packet or before the WUR mode.
  • the STA in the WUR mode if the STA in the WUR mode does not receive any packet (eg, WUR beacon or WUR packet) from its AP for a certain period (eg, keep alive check period), the STA turns on PCR. It is possible to check whether it is in AP coverage by waiting for the AP to wait for the PCR packet to be received from the AP or transmitting a frame (eg, QoS Null / PS-Poll) through PCR. If the STA receives the PCR packet transmitted by the AP or the response frame from the AP, the STA may reenter the WUR mode. Otherwise, the STA can perform a scanning procedure to discover another AP. Each time the STA in the WUR mode receives a packet from the AP, the STA may reset the keep alive check period.
  • a packet eg, WUR beacon or WUR packet
  • FIG. 22 illustrates that a STA resets a keep alive check period according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 22, if a WUR STA receives a WUR packet from an AP within a keep alive check period, the WUR STA resets the keep alive check period.
  • FIG. 23 illustrates a process in which a WUR STA checks an AP through PCR according to an embodiment of the present invention. Since the WUR STA does not receive a packet (e.g., WUR packet) from the AP within a predetermined period (e.g., keep alive check period), the WUR STA checks the AP by turning on PCR (e.g., WLAN).
  • a packet e.g., WUR packet
  • a predetermined period e.g., keep alive check period
  • the PCR is turned on.
  • the WUR STA receives an ACK from the AP after transmitting a QoS Null frame to the AP. Since receiving the ACK, the WUR STA checks the AP, turns off the PCR, and then enters the WUR mode again.
  • the PM (power management) bit of the QoS null frame transmitted by the WUR STA to the AP may be set to one.
  • the WUR STA notifies the AP that it will enter the WUR mode immediately after receiving the ACK, and can enter the WUR mode without a separate AP instruction.
  • another method e.g., defining a new field
  • another method may be used in addition to the method of using an existing PM bit.
  • 24 illustrates a scanning procedure according to an embodiment of the present invention.
  • the WUR STA if the WUR STA does not receive an ACK for transmitting a QoS null frame, the WUR STA performs a scanning procedure to find an AP.
  • 24 shows an example in which a WUR STA transmits a probe request frame for AP scanning.
  • a WUR STA e.g., a WUR STA transitioned from a PCR to a WUR Duty cycle mode
  • an on duration i.e., awake state
  • the WUR STA in the duty cycle mode does not leave the transmission range of the AP, if there is no DL data reception for a predetermined time (e.g., before the first timer expires), the WUR STA may not be received in a continuous on duration.
  • a reception failure of a WUR beacon transmitted over a long period may occur.
  • the WUR STA that misses the WUR Beacon continuously or does not receive the Wake-up packet correctly should check whether it is out of the transmission range of the AP.
  • the WUR STA operating in Duty cycle mode transitions to WUR always on mode (eg, a mode or state in which the WUR STA keeps the WUR on, and may be called a WUR normal mode). It may wait whether a WUR packet or a WUR Beacon is received from the AP. At this time, since the WUR STA is in the WUR mode, the WUR STA does not transmit any signal to the AP, and operates by transitioning from the WUR Duty cycle mode to the WUR always on mode.
  • WUR always on mode eg, a mode or state in which the WUR STA keeps the WUR on, and may be called a WUR normal mode. It may wait whether a WUR packet or a WUR Beacon is received from the AP. At this time, since the WUR STA is in the WUR mode, the WUR
  • the WUR STA When a WUR STA transitioning to WUR always on mode receives a WUR packet from an AP or receives a WUR beacon, the WUR STA may return to the WUR duty cycle mode again. Even in this case, the WUR STA does not transmit any signal to the AP.
  • the WUR STA transitioning to WUR always on mode does not receive a WUR packet or WUR Beacon from the AP for a certain period of time (eg, before the second timer expires)
  • the WUR STA determines that it is out of transmission range of the AP and performs PCR. After turning on, the process of searching for another AP may be performed.
  • a WUR STA that transitions from PCR mode to WUR duty cycle mode can go to WUR always on mode (or WUR normal mode) at any time without sending a separate signal to the AP, and also signals to the AP when returning to duty cycle mode from WUR always on mode. You can transition without transmission. However, when the WUR STA returns to Duty cycle mode, it uses On-duration & Off-duration / Period (/ Interval) previously used in Duty cycle mode to the same cycle and same On duration time as the previous Duty cycle mode. It should work.
  • 25 is a diagram for describing a method in which an STA operates in a WUR mode according to an embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with the above description may be omitted.
  • the STA enters a duty cycle WUR mode that periodically turns on / off a WUR receiver (2505).
  • the STA monitors the WUR signal transmitted by the access point (AP) to the STA or another STA for a first time period (2510) to which the STA associates in a primary connectivity (PCR) mode (2510).
  • AP access point
  • PCR primary connectivity
  • the STA transitions from the duty cycle WUR mode to the normal WUR mode where the WUR receiver is always turned on (2515), and monitors the WUR signal transmitted by the AP for a second time (2520). ).
  • the STA returns to the duty cycle WUR mode when the WUR signal transmitted by the AP is detected within the second time. If the WUR signal transmitted by the AP is not detected within the second time, the STA may scan the AP through PCR (2525). ). For example, the STA may transmit a QoS null frame and receive an ACK for the QoS null frame from the AP.
  • the QoS null frame may include information indicating that the STA returns to the duty cycle WUR mode as the STA receives the ACK. For example, the STA may inform to return to the duty cycle WUR mode by setting a power management (PM) bit included in the QoS null frame to a predetermined value.
  • PM power management
  • the STA may return to the duty cycle WUR mode without additional signal transmission to the AP.
  • the STA returned to the duty cycle WUR mode may use the on / off period of the WUR receiver previously acquired from the AP.
  • the STA may exchange information on at least one of the first time and the second time with the AP through PCR before entering the duty cycle WUR mode. For example, the STA may transmit a value preferred by the STA to the AP for at least one of the first time and the second time, and receive a response from the AP that allows or changes the STA to use the preferred value.
  • the first time and the second time correspond to the first timer and the second timer, respectively, and upon returning to the duty cycle WUR mode according to the detection of the WUR signal, the STA may reset the first timer and the second timer.
  • the wireless device 800 of FIG. 26 may correspond to a specific STA of the above description, and the wireless device 850 may correspond to the AP of the above description.
  • the STA 800 may include a processor 810, a memory 820, a transceiver 830, and the AP 850 may include a processor 860, a memory 870, and a transceiver 880.
  • the transceivers 830 and 880 may transmit / receive wireless signals and may be executed at a physical layer, such as IEEE 802.11 / 3GPP.
  • Processors 810 and 860 run at the physical and / or MAC layers and are coupled to transceivers 830 and 880.
  • Processors 810 and 860 may perform the aforementioned UL MU scheduling procedure.
  • Processors 810 and 860 and / or transceivers 830 and 880 may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits and / or data processors.
  • the memories 820 and 870 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory cards, storage media and / or other storage units.
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • flash memory memory cards
  • the method described above can be executed as a module (eg, process, function) that performs the functions described above.
  • the module may be stored in the memory 820, 870 and executed by the processors 810, 860.
  • the memories 820 and 870 may be disposed inside or outside the processes 810 and 860 and may be connected to the processes 810 and 860 by well-known means.
  • the transceiver 830 of the STA may include a transmitter (not shown) and a receiver (not shown).
  • the receiver may include a WLAN receiver for receiving a WLAN signal and a WUR receiver for receiving a WUR signal.
  • the transceiver 880 of the AP may include a transmitter (not shown) and a receiver (not shown).
  • the transmitter of the AP may correspond to an OFDM transmitter.
  • the AP may transmit the WUR payload by the OOK scheme by reusing the OFDM transmitter. For example, as described above, the AP may OOK modulate the WUR payload through an OFDM transmitter.
  • the present invention can be applied to various wireless communication systems including IEEE 802.11.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 WLAN 시스템에서 STA이 WUR 모드로 동작하는 방법은, 주기적으로 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클 WUR 모드로 들어가는 단계; 상기 STA이 PCR 모드에서 어소시에이션하였던 AP가 상기 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링하는 단계; 및 상기 제1 시간 내에 상기 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로부터 상기 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하여, 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 STA은 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되면 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되지 않으면 PCR을 통해 상기 AP를 스캐닝 할 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 웨이크 업 수신기를 운용하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선랜 시스템에서 프레임을 송수신 하는 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는, 802.11 무선 랜 시스템과 호환 가능한 저 전력-웨이크 업 수신기(LP-WUR)를 운용하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.
무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 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 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM)을 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.
상술한 무선랜 표준은 최대 160MHz 대역폭을 사용하고, 8개의 공간 스트림을 지원하여 최대 1Gbit/s의 속도를 지원하는 IEEE 802.11ac 표준을 거쳐, IEEE 802.11ax 표준화에 대한 논의가 이루어지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 802.11 무선 랜 시스템과 호환 가능한 저 전력-웨이크 업 수신기 (LP-WUR)를 효율적이고 정확하게 운용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상술된 기술적 과제에 한정되지 않으며 다른 기술적 과제들이 본 발명의 실시예들로부터 유추될 수 있다.
상술된 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 랜(WLAN) 시스템에서 스테이션(STA)이 WUR(wake up receiver) 모드로 동작하는 방법은, 주기적으로 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 들어가는 단계; 상기 STA이 PCR (primary connectivity) 모드에서 어소시에이션하였던 엑세스 포인트(AP)가 상기 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링하는 단계; 및 상기 제1 시간 내에 상기 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로부터 상기 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하여, 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 STA은 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되면 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되지 않으면 PCR을 통해 상기 AP를 스캐닝할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 스테이션(STA)이 WUR(wake up receiver) 모드로 동작하는 방법은, PCR (primary connectivity) 송수신기; WUR 수신기; 및 주기적으로 상기 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 들어가고, 상기 STA이 상기 PCR 송수신기를 통해 어소시에이션하였던 엑세스 포인트(AP)가 상기 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링하고, 상기 제1 시간 내에 상기 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로부터 상기 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하여, 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되면 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되지 않으면 상기 PCR 송수신기를 통해 상기 AP를 스캐닝 할 수 있다.
상기 PCR 송수신기를 통한 상기 AP의 스캐닝은, QoS Null 프레임 전송과 상기 AP로부터 상기 QoS Null 프레임에 대한 ACK 수신을 포함하되, 상기 QoS Null 프레임은 상기 STA이 상기 ACK을 수신함에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것을 알리는 정보를 포함할 수 있다.
상기 STA은 상기 QoS Null 프레임에 포함된 PM(power management) 비트를 소정의 값으로 설정함으로써 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것을 알릴 수 있다.
상기 ACK이 수신됨에 따라서 상기 STA은 상기 AP에 대한 추가적인 신호 전송 없이 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아간 상기 STA은 상기 AP로부터 과거에 획득하였던 상기 WUR 수신기의 온/오프 기간을 그대로 사용할 수 있다.
상기 STA은 상기 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 진입하기 전 PCR을 통해 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대한 정보를 상기 AP와 교환할 수 있다. 예컨대, 상기 STA은 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대하여 상기 STA이 선호하는 값을 상기 AP에 송신하고, 상기 STA이 선호하는 값을 사용하는 것을 허용하거나 또는 변경하는 상기 AP의 응답을 수신할 수 있다.
상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 각각 제1 타이머 및 제2 타이머에 해당하고, 상기 WUR 신호의 검출에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가면 상기 STA은 상기 제1 타이머 및 상기 제2 타이머를 리셋할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 무선 랜 시스템과 호환 가능한 LP-WUR 가 제공됨으로써 STA의 전력 소모를 저감할 수 있을 뿐 아니라, AP의 존재를 확인하기 위한 타이머에 기반하여 LP-WUR가 동작함으로써 WUR 모드로 동작하는 STA이 AP를 잃어버린 상태로 깨어나지 않거나 또는 AP가 WUR 모드로 동작하는 STA을 찾을 수 없게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
상술된 기술적 효과 외에 다른 기술적 효과들이 본 발명의 실시예들로부터 유추될 수 있다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 6은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 9는 TIM을 수신한 STA의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 IEEE 802.11 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 무선랜 시스템(e.g., 802.11)에서 사용 가능한 LP-WUR를 설명한다.
도 12는 LP-WUR의 설계 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 웨이크 업 패킷의 일 예를 도시한다.
도 14는 웨이크 업 패킷에 대한 파형을 예시한다.
도 15는 무선 랜의 OFDM 송신기를 사용하여 생성되는 웨이크 업 패킷을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 LP-WUR의 구조를 예시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR STA의 WUR keep-alive timer 운용 및 keep alive check 방법의 흐름을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR STA의 WUR keep-alive timer 운용 및 keep alive check 방법의 흐름을 나타낸다.
도 19는 WUR STA이 AP로부터 WUR keep-alive timer 정보를 수신하는 일례를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR Keep-alive timer 값 송수신 방법을 나타낸다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라서 WUR STA과 AP 간의 협상을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라서 STA이 keep alive check period를 리셋하는 것을 나타낸다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라서 WUR STA이 PCR을 통해 AP를 체크하는 과정을 나타낸다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 절차를 나타낸다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 STA이 WUR 모드로 동작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 설명하기 위한 도면이다.
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. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다.
상술한 바와 같이 이하의 설명은 무선랜 시스템에서 넓은 대역을 가지는 채널을 효율적으로 활용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다. 이를 위해 먼저 본 발명이 적용되는 무선랜 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선랜 시스템은 하나 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합이다.
STA는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 논리 개체로서, 액세스 포인트(access point, AP)와 비AP STA(Non-AP Station)을 포함한다. STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.
그리고, AP는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)에게 무선 매체를 통해 분배 시스템(Distribution System, DS)으로의 접속을 제공하는 개체이다. AP는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), Node-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.
BSS는 인프라스트럭처(infrastructure) BSS와 독립적인(Independent) BSS(IBSS)로 구분할 수 있다.
도 1에 도시된 BBS는 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않는 BSS를 의미하고, AP를 포함하지 않으므로, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 BSS는 인프라스트럭처 BSS이다. 인프라스트럭처 BSS는 하나 이상의 STA 및 AP를 포함한다. 인프라스트럭처 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 비AP STA 간에 직접 링크(link)가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서 직접 통신도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 인프라스트럭처 BSS는 DS를 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
DS는 복수의 AP들을 연결하는 메커니즘(mechanism)으로서, 반드시 네트워크일 필요는 없으며, 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬(mesh) 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수도 있고, AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.
계층 구조
무선랜 시스템에서 동작하는 STA의 동작은 계층(layer) 구조의 관점에서 설명할 수 있다. 장치 구성의 측면에서 계층 구조는 프로세서에 의해서 구현될 수 있다. STA는 복수개의 계층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 802.11 표준문서에서 다루는 계층 구조는 주로 DLL(Data Link Layer) 상의 MAC 서브계층(sublayer) 및 물리(PHY) 계층이다. PHY은 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 개체, PMD(Physical Medium Dependent) 개체 등을 포함할 수 있다. MAC 서브계층 및 PHY은 각각 MLME(MAC sublayer Management Entity) 및 PLME((Physical Layer Management Entity)라고 칭하여지는 관리 개체들을 개념적으로 포함한다. 이러한 개체들은 계층 관리 기능이 작동하는 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다.
정확한 MAC 동작을 제공하기 위해서, SME(Station Management Entity) 가 각각의 STA 내에 존재한다. SME는, 별도의 관리 플레인 내에 존재하거나 또는 따로 떨어져(off to the side) 있는 것으로 보일 수 있는, 계층 독립적인 개체이다. SME의 정확한 기능들은 본 문서에서 구체적으로 설명하지 않지만, 일반적으로는 다양한 계층 관리 개체(LME)들로부터 계층-종속적인 상태를 수집하고, 계층-특정 파라미터들의 값을 유사하게 설정하는 등의 기능을 담당하는 것으로 보일 수 있다. SME는 일반적으로 일반 시스템 관리 개체를 대표하여(on behalf of) 이러한 기능들을 수행하고, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.
전술한 개체들은 다양한 방식으로 상호작용한다. 예를 들어, 개체들 간에는 GET/SET 프리머티브(primitive)들을 교환(exchange)함으로써 상호작용할 수 있다. 프리머티브는 특정 목적에 관련된 요소(element)나 파라미터들의 세트를 의미한다. XX-GET.request 프리머티브는 주어진 MIB attribute(관리 정보 기반 속성 정보)의 값을 요청하기 위해 사용된다. XX-GET.confirm 프리머티브는, Status가 "성공"인 경우에는 적절한 MIB 속성 정보 값을 리턴하고, 그렇지 않으면 Status 필드에서 에러 지시를 리턴하기 위해 사용된다. XX-SET.request 프리머티브는 지시된 MIB 속성이 주어진 값으로 설정되도록 요청하기 위해 사용된다. 상기 MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되는 것을 요청하는 것이다. 그리고, XX-SET.confirm 프리머티브는 status가 "성공"인 경우에 지시된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 확인하여 주고, 그렇지 않으면 status 필드에 에러 조건을 리턴하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되었음을 확인하여 준다.
또한, MLME 및 SME는 다양한 MLME_GET/SET 프리머티브들을 MLME_SAP(Service Access Point)을 통하여 교환할 수 있다. 또한, 다양한 PLME_GET/SET 프리머티브들이, PLME_SAP을 통해서 PLME와 SME 사이에서 교환될 수 있고, MLME-PLME_SAP을 통해서 MLME와 PLME 사이에서 교환될 수 있다.
링크 셋업 과정
도 3은 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 3을 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 3에서는 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 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.
도 3에서 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 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 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.
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 4는 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 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 패킷 번호(Packet Number) 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 4의 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 4의 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 액세스가 금지된다. 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 5 및 도 7을 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.
도 5는 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 5(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 5(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 6은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 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 6(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 6(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 STC C의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
전력 관리
전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 STA이 송수신을 수행하기 전에 채널 센싱을 수행해야 하는데, 채널을 항상 센싱하는 것은 STA의 지속적인 전력 소모를 야기한다. 수신 상태에서의 전력 소모는 송신 상태에서의 전력 소모에 비하여 크게 차이가 나지 않으며, 수신 상태를 계속 유지하는 것도 전력이 제한된(즉, 배터리에 의해 동작하는) STA에게 큰 부담이 된다. 따라서, STA이 지속적으로 채널을 센싱하기 위해서 수신 대기 상태를 유지하면, 무선랜 처리율 측면에서 특별한 이점 없이 전력을 비효율적으로 소모하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 무선랜 시스템에서는 STA의 전력 관리(power management; PM) 모드를 지원한다.
STA의 전력 관리 모드는 액티브(active) 모드 및 전력 절약(power save; PS) 모드로 나뉘어 진다. STA은 기본적으로 액티브 모드로 동작한다. 액티브 모드로 동작하는 STA은 어웨이크 상태(awake state)를 유지한다. 어웨이크 상태는, 프레임 송수신이나 채널 스캐닝 등 정상적인 동작이 가능한 상태이다. 한편, PS 모드로 동작하는 STA은 슬립 상태(sleep state) (또는 도즈(doze) 상태)와 어웨이크 상태(awake state)를 전환(switch)해가며 동작한다. 슬립 상태로 동작하는 STA은 최소한의 전력으로 동작하며, 프레임 송수신은 물론 채널 스캐닝도 수행하지 않는다.
STA이 슬립 상태로 가능한 오래 동작할수록 전력 소모가 줄어들기 때문에, STA은 동작 기간이 증가한다. 하지만 슬립 상태에서는 프레임 송수신이 불가능하기 때문에 무조건적으로 오래 동작할 수는 없다. 슬립 상태로 동작하는 STA이 AP에게 전송할 프레임이 존재하는 경우 어웨이크 상태로 전환하여 프레임을 송신할 수 있다. 한편, AP가 STA에게 전송할 프레임이 있는 경우, 슬립 상태의 STA은 이를 수신할 수 없으며 수신할 프레임이 존재하는 것도 알 수 없다. 따라서, STA은 자신에게 전송될 프레임의 존재 여부를 알기 위해(또한 존재한다면 이를 수신하기 위해) 특정 주기에 따라 어웨이크 상태로 전환하는 동작이 필요할 수 있다.
AP는 일정한 주기로 비콘 프레임(beacon frame)을 BSS 내의 STA들에게 전송할 수 있다. 비콘 프레임에는 TIM(Traffic Indication Map) 정보 요소(Information Element)가 포함될 수 있다. TIM 정보 요소는 AP가 자신과 연관된 STA들에 대한 버퍼된 트래픽이 존재하며, 프레임을 전송할 것임을 알려주는 정보를 포함할 수 있다. TIM 요소에는 유니캐스트(unicast) 프레임을 알려주는데 사용되는 TIM과 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast) 프레임을 알려주는데 사용되는 DTIM(delivery traffic indication map)이 있다.
도 7 내지 9는 TIM을 수신한 STA의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, STA은 AP로부터 TIM을 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하고, 수신한 TIM 요소를 해석하여 자신에게 전송될 버퍼된 트래픽이 있음을 알 수 있다. STA은 PS-Poll 프레임 전송을 위한 매체 액세스를 위해 다른 STA들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, AP에게 데이터 프레임 전송을 요청하기 위하여 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. STA에 의해 전송된 PS-Poll 프레임을 수신한 AP는 STA에게 프레임을 전송할 수 있다. STA은 데이터 프레임을 수신하고 이에 대한 확인응답(ACK) 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. 이후 STA은 다시 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 7과 같이 AP는 STA으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 소정의 시간(예를 들어, SIFS(Short Inter-Frame Space)) 후에 데이터 프레임을 전송하는 즉시 응답(immediate response) 방식에 따라 동작할 수 있다. 한편, AP가 PS-Poll 프레임을 수신한 후에 STA에게 전송할 데이터 프레임을 SIFS 시간 동안에 준비하지 못한 경우에는 지연된 응답(deferred response) 방식에 따라 동작할 수 있으며, 이에 대해서 도 8를 참조하여 설명한다.
도 8의 예시에서 STA이 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP로부터 TIM을 수신하고 경쟁을 거쳐 PS-Poll 프레임을 AP로 전송하는 동작은 도 7의 예시와 동일하다. AP가 PS-Poll 프레임을 수신하고도 SIFS 동안 데이터 프레임을 준비하지 못한 경우, 데이터 프레임을 전송하는 대신 ACK 프레임을 STA에게 전송할 수 있다. AP는 ACK 프레임 전송 후 데이터 프레임이 준비되면, 컨텐딩을 수행한 후 데이터 프레임을 STA에게 전송할 수 있다. STA은 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였음을 나타내는 ACK 프레임을 AP에게 전송하고, 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 9는 AP가 DTIM을 전송하는 예시에 대한 것이다. STA들은 AP로부터 DTIM 요소를 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환할 수 있다. STA들은 수신한 DTIM을 통해 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임이 전송될 것임을 알 수 있다. AP는 DTIM을 포함하는 비콘 프레임 전송 후 PS-Poll 프레임의 송수신 동작 없이 바로 데이터(즉, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임)를 전송할 수 있다. STA들은 DTIM을 포함하는 비콘 프레임을 받은 후에 계속하여 어웨이크 상태를 유지하는 중에 데이터를 수신하고, 데이터 수신이 완료된 후에 다시 슬립 상태로 전환할 수 있다.
프레임 구조 일반
도 10은 IEEE 802.11 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
PPDU(Physical Layer Protocol Data Unit) 프레임 포맷은, STF(Short Training Field), LTF(Long Training Field), SIG(SIGNAL) 필드, 및 데이터(Data) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 가장 기본적인(예를 들어, non-HT(High Throughput)) PPDU 프레임 포맷은 L-STF(Legacy-STF), L-LTF(Legacy-LTF), SIG 필드 및 데이터 필드만으로 구성될 수 있다.
STF는 신호 검출, AGC(Automatic Gain Control), 다이버시티 선택, 정밀한 시간 동기 등을 위한 신호이고, LTF는 채널 추정, 주파수 오차 추정 등을 위한 신호이다. STF와 LTF를 합쳐서 PLCP 프리앰블(preamble)이라고 칭할 수 있고, PLCP 프리앰블은 OFDM 물리계층의 동기화 및 채널 추정을 위한 신호라고 할 수 있다.
SIG 필드는 RATE 필드 및 LENGTH 필드 등을 포함할 수 있다. RATE 필드는 데이터의 변조 및 코딩 레이트에 대한 정보를 포함할 수 있다. LENGTH 필드는 데이터의 길이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 추가적으로, SIG 필드는 패리티(parity) 비트, SIG TAIL 비트 등을 포함할 수 있다.
데이터 필드는 SERVICE 필드, PSDU(Physical layer Service Data Unit), PPDU TAIL 비트를 포함할 수 있고, 필요한 경우에는 패딩 비트도 포함할 수 있다. SERVICE 필드의 일부 비트는 수신단에서의 디스크램블러의 동기화를 위해 사용될 수 있다. PSDU는 MAC 계층에서 정의되는 MPDU(MAC Protocol Data Unit)에 대응하며, 상위 계층에서 생성/이용되는 데이터를 포함할 수 있다. PPDU TAIL 비트는 인코더를 0 상태로 리턴하기 위해서 이용될 수 있다. 패딩 비트는 데이터 필드의 길이를 소정의 단위로 맞추기 위해서 이용될 수 있다.
MPDU는 다양한 MAC 프레임 포맷에 따라서 정의되며, 기본적인 MAC 프레임은 MAC 헤더, 프레임 바디, 및 FCS(Frame Check Sequence)로 구성된다. MAC 프레임은 MPDU로 구성되어 PPDU 프레임 포맷의 데이터 부분의 PSDU를 통하여 송신/수신될 수 있다.
MAC 헤더는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 기간(Duration)/ID 필드, 주소(Address) 필드 등을 포함한다. 프레임 제어 필드는 프레임 송신/수신에 필요한 제어 정보들을 포함할 수 있다. 기간/ID 필드는 해당 프레임 등을 전송하기 위한 시간으로 설정될 수 있다.
MAC 헤더에 포함된 기간/ID 필드는 16 비트 길이(e.b., B0~B15)로 설정될 수 있다. 기간/ID 필드에 포함되는 콘텐츠는 프레임 타입 및 서브타입, CFP(contention free period) 동안 전송되는지, 송신 STA의 QoS 캐퍼빌리티 등에 따라서 달라질 수 있다. (i) 서브타입이 PS-Poll인 제어 프레임에서, 기간/ID 필드는 송신 STA의 AID를 포함할 수 있으며(e.g., 14 LSB 비트들을 통해), 2 MSB 비트들은 1로 설정될 수 있다. (ii) PC(point coordinator) 또는 non-QoS STA에 의해 CFP 동안 전송되는 프레임들에서, 기간/ID 필드는 고정된 값(e.g., 32768)로 설정될 수 있다. (iii) 그 밖에 non-QoS STA에 의해 전송되는 다른 프레임들 또는 QoS STA에 의해 전송되는 제어 프레임들에서, 기간/ID 필드는 각 프레임 타입별로 정의된 duration 값을 포함할 수 있다. QoS STA에 의해 전송되는 데이터 프레임 또는 매니지먼트 프레임에서, 기간/ID 필드는 각 프레임 타입에 대하서 정의된 duration 값을 포함할 수 있다. 예컨대, 기간/ID 필드의 B15=0으로 설정되면 기간/ID 필드가 TXOP Duration 을 지시하는데 사용된다는 것을 나타내며, B0~B14는 실제 TXOP Duration을 지시하는데 사용될 수 있다. B0~B14에 의해 지시되는 실제 TXOP Duration은 0~32767 중 어느 하나일 수 있으며, 그 단위는 마이크로 세컨드(us)일 수 있다. 다만, 기간/ID 필드가 고정된 TXOP Duration 값(e.g., 32768)을 지시하는 경우에는 B15=1이고, B0~B14=0으로 설정될 수 있다. 그 밖에 B14=1, B15=1로 설정되면 기간/ID 필드가 AID를 지시하기 위하여 사용되고, B0~B13은 1~2007 중 하나의 AID를 지시한다. MAC 헤더의 Sequence Control, QoS Control, HT Control 서브필드들의 구체적인 내용은 IEEE 802.11 표준 문서를 참조할 수 있다.
MAC 헤더의 프레임 제어 필드는, Protocol Version, Type, Subtype, To DS, From DS, More Fragment, Retry, Power Management, More Data, Protected Frame, Order 서브필드들을 포함할 수 있다. 프레임 제어 필드의 각각의 서브필드의 내용은 IEEE 802.11 표준 문서를 참조할 수 있다.
저전력 웨이크 -업 수신기(Low-Power Wake-Up Receiver, LP- WUR )
도 11을 참조하여 무선랜 시스템(e.g., 802.11)에서 사용 가능한 LP-WUR에 대한 일반적인 내용을 살펴본다.
도 11을 참조하면 수신기는 메인 무선 통신 용도의 무선랜(이하, 메인 라디오)과 LP-WUR를 결합하여 구성될 수 있다.
메인 라디오은 데이터 송신 및 수신을 위해서 사용되며, 송수신할 데이터가 없을 경우에는 전력 오프될 수 있다. 이와 같이 메인 라디오가 전력 오프된 경우로서, 수신할 패킷이 있을 때 LP-WUR은 메인 라디오를 웨이크 업 시킬 수 있다. 따라서 사용자 데이터는 메인 라디오를 통해서 송수신 된다.
LP-WUR은 사용자 데이터를 위해서 사용되지는 않고, 단지 메인 라디오의 수신기를 깨우는 역할을 수행할 수 있다. LP-WUR은 수신기를 갖지 않는 단순한 수신기 형태일 수 있으며, 메인 라디오가 꺼져 있는 동안 활성화 된다. 활성화 상태에서 LP-WUR의 목표 전력 소비은 100 마이크로 와트(uW)를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이와 같이 저 전력으로 작동하기 위해서 단순한 변조 방식, 예를 들면 OOK(on-off keying) 방식이 사용될 수 있으며, 좁은 대역폭(e.g., 4MHz, 5 MHz)이 사용될 수 있다. LP-WUR 목표로 하는 송신 범위(e.g., 거리)는 현재 802.11에 상당할 수 있다.
도 12는 LP-WUR의 설계 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면 웨이크 업 패킷은 무선랜 프리앰블(1200) 및 웨이크 업 패킷의 페이로드(1205)를 포함할 수 있다.
무선랜 프리앰블(1200)은 무선랜 시스템과 공존을 위한 것으로서, 패킷 보호를 위하여 무선랜의 L-SIG가 무선랜 프리앰블(1200)로서 사용될 수 있다. 따라서, 3rd Party 레거시 STA은 웨이크 업 패킷의 무선랜 프리앰블(1200)을 통해서 해당 웨이크 업 패킷이 자신에게 의도된 것이 아니고, 현재 무선랜의 매체가 다른 STA에 의해서 점유되었음을 알 수 있다. 단, LP-WUR은 웨이크 업 패킷의 무선랜 프리앰블(1200)을 디코딩하지는 않는다. 협대역 및 OOK 복조를 지원하는 LP-WUR이 802.11 신호 수신을 지원하지는 않기 때문이다.
웨이크 업 패킷의 페이로드는 OOK(on-off keying) 방식으로 변조된 것일 수 있다. 일 예로, 웨이크 업 패킷의 페이로드는 웨이크업 프리앰블 MAC 헤더(e.g., 수신자 주소 등), 프레임 바디 및 FCS(frame check sequence) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, OOK 변조는 OFDM 송신기를 수정함으로써 수행될 수도 있다.
LP-WUR(1210)은 상술된 바와 같이 100 uW 이하의 매우 적은 전력을 소비하며, 작고 단순한 OOK 복조기로 구현될 수 있다.
이와 같이 웨이크 업 패킷이 무선랜 시스템에서 호환 가능(compatible)하도록 설계될 필요가 있으므로, 웨이크 업 패킷은 레거시 무선 랜의 프리앰블(e.g., OFDM 방식) 및 새로운 LP-WUR 신호 파형(e.g., OOK 방식)을 포함할 수 있다.
도 13은 웨이크 업 패킷의 일 예를 도시한다. 도 13의 웨이크 업 패킷은 레거시 STA과 공존을 위하여 레거시 무선 랜 프리앰블을 포함한다.
도 13을 참조하면, 레거시 무선 랜 프리앰블은 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 를 포함할 수 있다. 무선 랜 STA(e.g., 3rd Party)은 L-STF를 통해서 웨이크-업 패킷의 시작을 검출할 수 있다. 또한, 무선 랜 STA(e.g., 3rd Party)은 L-SIG를 통해서 웨이크-업 패킷의 끝을 파악할 수 있다. 예컨대, L-SIG 필드는 웨이크 업 패킷의 페이로드(e.g., OOK 변조된)의 길이를 지시할 수 있다.
웨이크 업 패킷의 페이로드는 웨이크-업 프리앰블, MAC 헤더, 프레임 바디 및 FCS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨이크 업 프리앰블은 예컨대, PN 시퀀스를 포함할 수 있다. MAC 헤더는 수신기 주소를 포함할 수 있다. 프레임 바디는 웨이크 업을 위해 필요한 다른 정보를 포함할 수 있다. FCS는 CRC(cyclic redundancy check)를 포함할 수 있다.
도 14는 도 13의 웨이크 업 패킷에 대한 파형을 예시한다. 도 14를 참조하면, OOK 변조된 웨이크 업 패킷의 페이로드에서는, 1 OFDM 심볼 길이 (e.g., 4 usec) 당 1 비트가 송신될 수 있다. 따라서, 웨이크 업 패킷의 페이로드의 데이터 레이트는 250 kbps 일 수 있다.
도 15는 무선 랜의 OFDM 송신기를 사용하여 웨이크 업 패킷을 생성하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 무선 랜에서는 PSK(phase shift keying)-OFDM 송신 기법이 사용되고 있는데, OOK 변조를 위하여 별도의 OOK 변조기를 추가함으로써 웨이크 업 패킷을 생성하는 것은 송신기의 구현 비용을 증가시키는 단점이 있다. 따라서, OFDM 송신기를 재사용함으로써 OOK 변조된 웨이크 업 패킷을 생성하는 방법을 살펴본다.
OOK 변조 방식에 따르면, 비트 값 1은 임계치 이상의 전력을 갖는 심볼(i.e., on)로, 비트 값 0은 임계치 미만의 전력을 갖는 심볼(i.e., off)로 변조된다. 물론, 이와는 반대로 비트 값 1을 전력 off로 정의하는 것도 가능하다.
이와 같이 OOK 변조 방식에서는 비트 값 1/0이 해당 심볼 위치에서 전력의 on/off를 통해서 지시된다. 이와 같은 단순한 OOK 변조/복조 방식은 수신기의 신호 검출/복조에 소모되는 전력과 이를 구현하기 위한 비용을 저감할 수 있는 장점이 있다. 또한, 신호를 on/off 하는 OOK 변조는 기존의 OFDM 송신기를 재사용하여 수행될 수도 있다.
도 15의 좌측 그래프는 기존 무선 랜의 OFDM 송신기를 재사용하여 OOK 변조된 비트 값 1에 대한 1 심볼 구간(e.g., 4 usec) 동안의 정규화된 전력 크기(normalized amplitude)의 실수(real) 파트와 허수(imaginary) 파트를 도시한다. 비트 값 0에 대한 OOK 변조 결과는 전력 off 에 해당하므로, 도시를 생략한다.
도 15의 우측 그래프는 기존 무선 랜의 OFDM 송신기를 재사용하여 OOK 변조된 비트 값 1에 대한 주파수 도메인 상에서의 정규화된 PSD(power spectral density)를 나타낸다. 예컨대, 해당 대역에서 중심 4 MHz가 LP-WUR을 위해서 사용될 수 있다. 도 15에서는 LP-WUR가 4 MHz 대역폭으로 동작하는 것을 가정하였으나 이는 설명의 편의를 위함이며, 다른 크기의 주파수 대역폭이 사용될 수도 있다. 단, LP-WUR는 기존의 무선 랜의 동작 대역폭 보다는 작은 대역폭으로 동작하는 것이 전력 저감을 위해서 바람직하다.
도 15에서는, 서브캐리어 폭(e.g., subcarrier spacing)이 312.5 kHz이고, OOK 펄스의 대역폭은 13개 서브캐리어들에 해당한다고 가정하였다. 13개 서브캐리어들은 앞서 언급된 바와 같이 약 4 MHz(i.e., 4.06 MHz = 13 * 312.5 kHz)에 해당한다.
기존 OFDM 송신기에서 IFFT(inverse fast Fourier transform)의 입력 시퀀스를 s= {13 subcarrier tone sequence}로 정의하고 해당 시퀀스 s에 대한 IFFT를 Xt = IFFT(s)와 같이 수행한 뒤, 0.8 usec 길이의 CP(cyclic prefix)를 붙이면 약 4 us 심볼 길이가 된다.
웨이크 업 패킷은 간략히, WUR 신호 또는 WUR 패킷으로 지칭될 수 있다.
도 16은 LP-WUR의 구조를 예시한다. 도 16을 참조하면, LP-WUR은 RF/아날로그 전단(RF/analog Front-end), 디지털 기저 대역 처리기 및 심플한 패킷 Parser를 포함할 수 있다. 도 16은 예시적인 구성이며, 본 발명의 WUR 수신기는 도 16의 LP-WUR 구조에 한정되지 않는다.
이하에서, WUR 수신기를 갖는 WLAN STA을 간략히 WUR STA이라고 지칭한다.
Keep alive checking for WUR STA
위에서 언급된 것처럼, STA의 전력 소모를 저감하기 위하여 STA은 WUR 수신기를 통해 WUR 패킷을 모니터링하며 WLAN 송수신기(TRX)는 턴-오프(turn-off) 할 수 있다(e.g., WUR 모드). WUR STA에게 전송할 WLAN 데이터가 AP에 존재하는 경우, AP는 WUR 패킷을 WUR STA에게 전송하여 WUR STA의 WLAN 송수신기를 깨우고 WLAN 데이터를 전송한다.
한편, WUR STA가 WLAN 송수신기를 턴-오프시키고 WUR 수신기만 턴-온 시킨 후에 이동하는 경우 WUR STA은 송신기(e.g., AP)의 커버리지부터 벗어날 수 있다. WUR STA 및/또는 송신기는 WUR STA이 커버리지를 벗어나더라도 이를 인지하지 못할 수 있다. 예컨대, WUR STA은 WUR 패킷이 수신되지 않는 경우 단순히 자신에게 송신될 DL 패킷이 없다고 오인할 수 있고, 송신기는 WUR STA에게 DL 패킷을 송신할 수 없는 문제점이 있다.
WUR STA이 AP의 커버리지로부터 벗어난 것을 검출하기 위해서, WLAN 송수신기가 주기적으로 깨어나서 AP의 WLAN 비컨 프레임을 모니터링하거나 또는 주변의 AP를 능동적으로 스캐닝하는 것은 전력 저감 효과를 반감시키는 단점이 있다.
또 다른 방안으로써, WUR STA이 WLAN 비컨 프레임이 아니라 WUR 비컨 프레임이 주기적으로 송신되는지 여부를 체크하는 방안도 고려해 볼 수는 있으나, WUR 비컨 프레임은 WLAN 비컨 프레임보다 매우 긴 주기로 송신될 것이 예상된다. 따라서, WUR STA이 WUR 비컨 프레임만으로 AP 존재를 체크하는 것은 신뢰성이 높다고 보기 어렵다.
위 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 WUR STA가 WUR 수신기만 턴-온 시키고 동작할 때, 자신이 어소시에이션 한 송신기 (e.g., AP)로부터 최소한 한번 이상은 WUR 패킷을 받아야 하는 시간이 설정된 타이머가 새롭게 정의된다. 최소한 한번 이상 수신되어야 하는 WUR 패킷은 WUR 비컨이나 WUR STA에게 의도된 WUR 패킷에 한정되지 않으며, WUR 수신기를 통해 수신할 수 있는 WUR 신호들 중 AP를 식별하게 하는 다양한 WUR 신호들을 포함할 수 있다.
또한, 이하의 실시예에서 설명을 용이하게 하기 위해서, 해당 타이머를 WUR keep-alive timer로 지칭하지만, 본 발명은 해당 명칭에 한정되지 않으며 BSS Max Idle period, Extended MAX Idle period, WUR MAX Idle period, listening interval, WUR Idle mode period/timer 등의 다양한 명칭이 사용 될 수 있다.
WUR keep-alive timer는 WUR STA가 어소시에이션 한 AP와의 keep alive check를 위해서 사용하는 타이머일 수 있다. WUR STA은 WUR keep-alive timer가 만료(expire)되기 전에 자신이 어소시에이션 한 송신기(e.g., AP)로부터의 하나 이상의 WUR 패킷(e.g., 해당 WUR STA/다른 WUR STA으로 전송되는 패킷)을 검출하지 못하면, WUR STA는 AP와의 keep alive check를 위한 프로시져를 수행할 수 있다. keep alive check를 위한 프로시져란 예컨대, WUR STA이 WLAN 송수신기를 턴-온 시켜 일정 시간 동안 비컨 등의 프레임 수신을 시도하거나, 프로브 요청/응답 프레임을 통해 송신기와 핸드셰이크를 시도하는 것을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
WUR STA이 WUR keep-alive timer를 운용하는 방법을 살펴보면, (i) WUR STA은 WUR 수신기가 턴-온 되면 WUR keep-alive timer를 시작한다. WUR keep-alive timer의 초기 값은 사전 정의되거나, WUR STA이 WUR 비컨 주기 등을 고려하여 스스로 결정한 것이거나, 또는 WUR STA이 AP로 부터 획득한 것일 수 있으며 이에 한정되지 않는다. (ii) WUR STA은 WUR keep-alive timer가 만료되기 전에 자신이 어소시에이션 한 송신기(e.g., AP)로부터, 자신이 아닌 다른 WUR STA를 깨우는 WUR 패킷(e.g., Intra-BSS frame)을 수신하면, WUR keep-alive timer를 리셋(reset)한다. WUR keep-alive timer를 리셋하는 것은 WUR keep-alive timer를 초기 값으로 되돌리는 것을 의미할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. WUR STA은 리셋된 WUR keep-alive timer를 재 시작할 수 있다. (iii) WUR STA은 WUR keep-alive timer가 만료되기 전에, 자신이 어소시에이션 한 송신기 (e.g., AP)로부터 WUR STA을 깨우는 WUR 패킷을 수신하면, WUR keep-alive timer를 멈춘다. 예컨대, WUR STA을 깨우기 위한 WUR 패킷이 특정 WUR STA만을 위한 Individual WUR 패킷인지, 또는 다수 WUR STA들을 깨우기 위한 멀티캐스트/브로드캐스트 WUR 패킷인지 관계 없이, WUR STA은 WUR keep-alive timer를 중단 할 수 있다. 이후, WUR STA은 WLAN 송수신기를 깨우고 WLAN 신호를 송수신한다. (iv) WUR STA은 WUR keep-alive timer가 만료되면 WLAN 송수신기를 턴-온 시킨 후, 자신이 어소시에이션 한 AP에 대한 keep alive check를 수행한다.
WUR STA이 keep alive check를 수행하는 방법으로서 예를 들어 Passive keep alive checking 방법과 Active keep alive checking 방법이 고려될 수 있다. 도 17 및 도 18을 참조하여 Passive keep alive checking 방법과 Active keep alive checking 방법에 대해서 상세히 살펴본다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR STA의 WUR keep-alive timer 운용 및 keep alive check 방법의 흐름을 나타낸다. 도 17에 도시된 방법은 Passive keep alive checking에 해당한다.
Passive keep alive checking 방법에 따르면, WUR STA은 자신의 WLAN 송수신기를 통해서 일정 시간 동안에 송신기(e.g., AP)로부터 송신되는 WLAN 프레임(e.g., 비컨 프레임, 브로드캐스트/멀티캐스트 프레임, 다른 WLAN STA에게 송신되는 유니캐스트 프레임, 해당 STA에게 송신되는 프레임 등)이 있는지 검출 시도한다. 일정 시간 내에 AP로부터 전송되는 프레임이 검출/수신되면, WUR STA는 AP와 어소시에이션 되어 있다고 간주 또는 AP의 전송 영역에 있다고 간주 하고, 자신의 WLAN 송수신기(e.g., 802.11 송수신기)를 턴-오프하고, WUR 모드로 동작한다. 만약, 일정 시간 안에 AP로부터 전송되는 프레임을 검출/수신하지 못하면 WUR STA는 AP를 다시 찾는 과정을 수행한다.
예컨대, Passive keep alive checking 방법에 따르면 WUR STA은 WLAN 송수신기를 통해 채널을 모니터링함으로써 자신이 어소시에이션한 BSS에서 송신되는 인트라-BSS 프레임을 검출 시도하고, 만약 인트라-BSS 프레임이 검출되면 여전히 해당 BSS에 어소시에이션되어 있다고 가정할 수 있다. 이와 달리, 인트라-BSS 프레임이 검출되지 않는 경우 WUR STA은 자신이 어소시에이션한 BSS의 AP 및/또는 현재 WUR STA 주변에 위치하고 있는 다른 AP를 능동적/수동적 스캐닝할 수 있다.
이와 같이 Passive keep alive checking 방법에 따르면, WUR STA이 keep alive timer 만료로 인해 WLAN 송수신기를 깨운 뒤에 즉시 능동적/수동적 스캐닝 과정을 수행하는 것이 아니라, WLAN 송수신기를 깨운 뒤 일정 시간 동안에는 채널을 모니터링하여 AP 존재를 수동적으로 확인하기 위한 절차를 먼저 수행한다.
WUR STA이 일정 시간 내에서 AP 존재를 확인하게 되면, WUR STA은 별도로 채널 엑세스를 수행(e.g., WLAN 프레임 송신 및/또는 ACK 프레임 수신 등)할 필요가 없기 때문에 WUR STA의 전력을 저감할 수 있을 뿐 아니라, WUR STA이 채널 혼잡을 가중시키지 않는 장점이 있다.
도 17을 참조하면, WUR STA은 WLAN 송수신기를 턴-오프하고, WUR 수신기를 턴-온한다(1705). WUR 수신기가 턴-온됨에 따라서 WUR STA은 WUR keep-alive timer를 시작한다(1710).
한편, WUR STA은 WUR 수신기를 통해서 WUR 신호/패킷이 송신되는 WUR 대역을 모니터링한다. WUR 대역은 WLAN 프레임 송신을 위한 WLAN 대역보다 협대역에 해당할 수 있다. 예를 들어, WUR 대역은 20 MHz 보다 작은 4/5/6 MHz 채널 등이 될 수 있다. WUR 대역이 4 MHz 일 때, WUR 신호/패킷은 4 MHz에 포함된 13개 톤/서브캐리어들 상에 맵핑될 수 있다. WLAN 대역은 예를 들어, 20/40/80/80+80 MHz 등이 될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
WUR STA은 WUR 수신기를 통해 WUR 대역을 모니터링하며 WUR keep-alive timer가 만료되는지 여부를 체크한다(1715). 만약, WUR STA이 AP로부터 WUR 패킷을 수신하면, WUR STA은 수신된 WUR 패킷이 자신에게 송신된/의도된(intended) WUR 패킷인지 여부를 판단한다(1720, 1725). WUR STA에게 송신된/의도된 패킷은 앞서 설명된 바와 같이 반드시 유니캐스트 WUR 패킷(e.g., SU WUR 패킷)에 한정되지 않으며 다수 WUR STA을 깨우기 위한 멀티캐스트/브로드캐스트 WUR 패킷(e.g., MU WUR 패킷)을 포함할 수 있다. WUR 패킷이 자신에게 송신된/의도된(intended) WUR 패킷인지 여부는 WUR 패킷에 포함된 송/수신자 정보, 예를 들어, 어드레스/식별자 정보 등을 참조하여 판단될 수 있다. 일 예로, WUR 패킷에는 STA ID 정보(e.g., AID/Partial AID), 브로드캐스트/멀티캐스트 ID, 그룹 ID, BSS ID, BSS Color 및 MAC 주소 중 적어도 하나가 포함될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
만약, 수신된 WUR 패킷이 다른 STA에게 송신/의도된 것이거나 또는 주기적으로 송신되는 WUR 관리 프레임(e.g., WUR 비컨 프레임) 이면, WUR STA은 WUR keep alive timer를 리셋한다(1730). 예컨대, 수신된 WUR 패킷이 자신이 어소시에이션한 AP가 송신한 것은 맞지만, 자신이 아닌 다른 WUR STA에 향하는 패킷이거나 주기적으로 브로드캐스트 되는 WUR 비컨 프레임이라면 WUR STA은 WLAN 송수신기를 깨울 필요가 없다. 이 경우 WUR STA은 자신이 여전히 AP의 커버리지 내에 있다는 것을 확인하였기 때문에, WUR 모드를 계속 유지할 수 있다. 또한, WUR STA은 WUR keep-alive timer를 리셋함으로써 가장 최근 AP 존재가 확인된 시점으로부터 WUR keep-alive timer를 재시작 할 수 있다.
만약, 수신된 WUR 패킷이 자신에게 송신/의도된 것이라면, WUR STA은 WUR keep-alive timer를 중단하고(1735), WLAN 송수신기 턴-온함으로써 WLAN 프레임 송/수신한다(1740).
이와 달리, WUR STA이 WUR 패킷을 검출하지 못하고 WUR keep-alive timer가 만료하게 되면, WUR STA은 keep alive check 절차를 수행하기 위하여 WLAN 송수신기를 턴-온한다(1715, 1745).
WUR STA은 WLAN 송수신기를 통해서 WLAN 채널을 일정 시간 동안 모니터링하여, WLAN 프레임 검출을 시도한다. WUR STA이 검출을 시도하는 프레임은 예를 들어 자신이 어소시에이션한 AP가 송신하는 프레임 또는 인트라-BSS 프레임일 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
WUR STA이 일정 시간 내에 인트라-BSS 프레임을 검출한 경우로서, 검출된 인트라-BSS 프레임이, WUR STA에게 DL 데이터를 송신하거나, WUR STA에게 상향링크 송신을 요청하거나 또는 응답을 요청하는 프레임이 아니라면 WUR STA은 다시 WUR 모드로 돌아갈 수 있다. 예컨대, WUR STA은 WLAN 송수신기를 턴-오프하고, WUR 수신기를 턴-온할 수 있다(1755).
이와 달리, WUR STA이 일정 시간 내에 인트라-BSS 프레임을 검출하지 못한 경우, WUR STA은 AP 스캐닝을 수행한다(1760). AP 스캐닝 결과 자신이 어소시에이션한 AP가 다시 찾아지면 WUR STA이 WUR 모드로 돌아간다. 이와 달리, AP 스캐닝 결과 자신이 어소시에이션한 AP가 탐색되지 않으면, WUR STA은 새롭게 탐색된 AP와 어소시에이션을 수행할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 WUR STA의 WUR keep-alive timer 운용 및 keep alive check 방법의 흐름을 나타낸다. 도 18에 도시된 방법은 Active keep alive checking 에 해당한다. 도 17의 1705~1740의 과정의 설명과 중복하는 도 18의 1805~1840 과정에 관한 설명은 생략된다.
Active keep alive checking 방법에 따르면, WLAN 송수신기를 턴-온 시킨 WUR STA는 AP에게 Keep alive check를 확인하기 위한 WLAN 프레임을 송신한다(1845). Keep alive check를 확인하기 위한 WLAN 프레임은 예를 들어, PS-Poll 프레임, Probe Request 프레임, (Re-)Association Request 프레임, 또는 Keep alive check를 위해 새롭게 정의된 제어/관리 프레임일 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
WUR STA은 Keep alive check 프레임에 대한 응답을 AP로부터 수신하면, AP와 연결 유지(association) 되어 있다고 간주하고, WLAN 송수신기를 턴-오프하고 WUR 모드로 동작한다(1855).
이와 달리 WUR STA이 AP로부터 Keep alive check 프레임에 대한 응답을 수신하지 못하면 AP를 스캐닝한다(1860).
WUR STA이 Keep alive check를 위해서 AP에게 전송하는 프레임이 새롭게 정의된 관리 요청 프레임(management request frame)이라면, WUR STA은 AP로부터 관리 응답 프레임(management response frame) 또는 ACK 프레임을 수신했을 때 AP와의 연결 유지가 확인되었다고 간주 할 수 있다. AP의 관리 응답 프레임 또는 ACK 프레임에는 WUR STA이 WUR 모드로 들어가도록 지시하는 정보(e.g., WUR mode change ON indication)가 포함될 수 있다. WUR STA이 WUR 모드로 들어가도록 지시하는 정보가 포함된 응답 프레임을 수신한 WUR STA은 WLAN 송수신기를 턴-오프하고, WUR 모드로 들어갈 수 있다. AP의 응답 프레임으로서, WUR Mode change response 같은 프레임이 새롭게 정의될 수 있다. AP의 관리 응답 프레임 또는 ACK 프레임에는 WUR STA이 WUR 모드로 들어가도록 지시하는 정보가 포함되지 않게 정의 되었으면, 해당 프레임에서 자신으로 전송되는 DL frame이 있다는 것을 가리켜지지 않았을 때 (예를 들어, More Data field가 0으로 설정됨), WUR STA은 관리 응답 프레임 또는 ACK 프레임을 수신하자 마자 WLAN 송수신기를 턴-오프하고, WUR 모드로 들어갈 수 있다.
다른 예로, WUR STA이 Keep alive check를 위해서 PS-Poll 프레임을 전송한 경우, AP의 응답은 SIFS 후 ACK 프레임 또는 데이터 프레임일 수 있다. WUR STA이 Keep alive check를 위해서 Probe Request 프레임을 전송하면, AP 응답은 Probe response 프레임일 수 있다. WUR STA이 Keep alive check를 위해서 (Re-)Association Request를 전송했으면, AP의 응답은 (Re-)Association Response 프레임일 수 있다. 언급된 AP 응답 프레임들, 예컨대, ACK 프레임, Block ACK 프레임, Probe Response 프레임, (Re-) Association Response 프레임에는 WUR mode change ON indication 정보가 될 수 있다.
한편, WUR STA이 WUR 모드로 동작하는 중에 WUR 패킷을 수신하였을 때, 해당 WUR 패킷이 자신이 어소시에이션한 AP로부터 전송된 것인지를 판단할 수 있도록, WUR 송신기(e.g., AP)는 WUR 패킷에 WUR 송신기 정보를 포함시킬 수 있다. 예를 들어, WUR 송신기 정보는 BSSID (e.g., 48 bits), WUR 송신기 MAC address, Partial BSSID (e.g., 9 bits), BSS Color (e.g., 6 bits) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. WUR 송신기 정보는 WUR 패킷 내에 송신자 주소 파트에 포함되어 전송되거나 다른 부분에 함축(예를 들어, CRC에 XOR되어서 전송됨)되어 전송 될 수 있다.
앞서 설명된 WUR keep-alive timer 동작 방법에 있어서 언급된 WUR 패킷은 AP로부터 송신되는 WUR STA을 깨우는 패킷과 같이 특정 패킷으로 한정되지 않는다. 예컨대, 상술된 WUR 패킷은 WUR Beacon 프레임과 같이 WUR 모드에 있는 WUR STA이 AP와 동기를 맞추기 위해 전송되는 WUR 패킷을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명 실시예에 따른 WUR keep-alive timer 동작 방법은 WUR STA을 깨우기 위한 WUR 패킷과 WUR Beacon 프레임 모두에 대해서 동일하게 적용할 수 있고, 이와 달리 WUR Beacon 프레임에만 기반하여 동작하는 할 수도 있고, 또는 WUR STA을 깨우기 위한 WUR 패킷에만 기반하여 동작할 수도 있다.
예를 들어, WUR keep-alive timer 동작 방법이 WUR Beacon 프레임 수신으로만 한정된다고 가정하면, WUR STA이 WUR 모드를 시작하면 WUR keep-alive timer 타이머를 시작한다. WUR keep-alive timer 타이머 만료전에 WUR STA이 AP로부터 WUR Beacon 프레임을 수신하면, WUR STA은 WUR keep-alive timer 타이머를 리셋한다. WUR keep-alive timer 타이머 만료 전에 WUR STA 깨우는 WUR 패킷을 수신하면, WUR STA은 WUR keep-alive timer 를 중단하고 WLAN 송수신기를 깨운다. WUR STA이 WUR keep-alive timer 동안 WUR Beacon 프레임을 하나도 수신하지 못했을 때 Keep alive check 절차를 수행할 수 있다.
다른 예로, WUR keep-alive timer 동작 방법이 WUR Beacon 프레임과 WUR STA을 깨우기 위한 WUR 패킷 (e.g., broadcast/multicast/unicast wake-up packet)을 모두 고려하여 동작하는 경우, 예컨대, WUR mode에 있는 WUR STA이 수신할 수 있는 모든 WUR 패킷들을 고려하여 동작하는 경우, WUR STA이 WUR keep-alive timer 동안에 WUR STA이 어소시에션한 AP로부터 WUR Beacon 프레임이나 WUR STA을 깨우기 위한 WUR 패킷 을 중 어느 하나도 수신하지 못했을 때, Keep alive check 절차를 수행할 수 있다.
한편, WUR keep-alive timer 정보는 WUR STA이 WUR 모드로 들어가기 전에 주(primary) 연결 라디오(i.e., WLAN)을 통해서 AP로부터 전달 받을 수 있다.
도 19는 WUR STA이 AP로부터 WUR keep-alive timer 정보를 수신하는 일례를 나타낸다.
AP는 WUR STA이 WUR 모드로 들어가기 전에 주 연결 라디오(e.g., WLAN)을 통해 WUR STA에 WUR keep-alive timer 정보를 제공한다. WUR keep-alive timer 정보는 WUR keep-alive timer 정보는, WUR STA이 WUR keep-alive timer에 설정하여야 하는 타이머 값을 직접적으로 지시하거나 또는 WUR STA이 타이머 값을 결정하는데 사용할 파라미터를 지시할 수 있다.
도 19을 참조하면 WUR STA이 WLAN을 통해 요청 프레임을 AP에 송신하면, AP는 WLAN을 통해 응답 프레임을 WUR STA에 송신한다. AP의 응답 프레임은 WUR keep-alive timer 정보를 포함한다.
도 19과 같은 요청/응답의 절차는 예컨대, 프로브 요청/응답 절차 또는 어소시에이션 요청/응답 절차 등의 기존의 WLAN 절차의 응답 프레임에 WUR keep-alive timer 정보를 추가함으로써 수행될 수 있다. 또는, WUR 모드를 협상하기 위해서 새롭게 정의된 응답 프레임(e.g., WUR mode response frame)을 통해서 WUR keep-alive timer 정보가 제공될 수도 있다. 예컨대, 어소시에이션 응답 프레임 또는 WUR mode response frame을 통해서 WUR keep-alive timer 정보가 제공될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또 다른 예로, WUR 모드로 들어가기 직전에 WUR STA이 WUR 모드로 들어갈 것임을 알리는 프레임을 AP에게 전송하면, AP는 이에 대한 응답 프레임에 WUR keep-alive timer 정보를 포함하여 전송할 수 있다. AP의 응답 프레임은 예를 들어 ACK 프레임, Block ACK 프레임, 새롭게 정의된 ACK/BA frame, 새롭게 정의된 제어/관리 프레임 등일 수 있다.
한편, 앞서 설명된 실시예들과는 달리 WUR keep-alive timer 나 특정 시간 대신 WUR STA이 연속으로 N 번 이상 WUR Beacon 프레임(또는 동기를 맞추기 위한 프레임(Sync frame) 또는 신호(e.g., preamble sequence같은 signal))을 수신 하지 못하였을 때 WUR keep alive check 절차가 수행될 수도 있다. AP는 WLAN을 통해서 N 값을 WUR STA에 제공할 수 있다. 예컨대, 앞서 설명된 WUR keep-alive timer 정보 제공과 유사한 방법으로 N 값이 WUR STA에 제공될 수 있다. 일 예로 WUR keep-alive timer/period와 유사하게 STA은 WUR mode로 들어가기 전에 WLAN(i.e., PCR)을 통해서 N값을 AP로부터 수신할 수 있다. 예컨대, STA은 AP와 협상(negotiation)을 통해 N 값을 메시지(e.g., Association response, WUR negotiation response, WUR mode response)을 이용하여 수신할 수도 있다.
다른 예로, 또한, N값은 시스템에서 정해진 값일 수 있다. 예를 들어, N이 1로 정해지면, WUR STA이 지정된 WUR Beacon Interval에서 WUR Beacon(or Sync frame)을 수신하지 못하면, Keep alive check를 위한 절차 (e.g., PCR을 켜고 AP가 있는지 확인하거나 AP를 다시 찾는 과정)를 수행할 수 있다. N이 2로 정해지면, WUR STA은 지정된 WUR Beacon Interval에서 2개의 연속된 WUR Beacon을 수신하지 못하면, keep alive check를 위한 절차를 수행할 수 있다.
AP로부터 N 값을 수신한 WUR STA은, WUR 모드에서 WUR Beacon 프레임을 연속으로 N번 놓치게 되면 WLAN 송수신기를 턴-온 시키고, WUR keep alive check를 수행할 수 있다. WUR STA이 WUR Beacon 프레임을 놓쳤는지, 즉 WUR Beacon 프레임의 송신 타이밍에서 WUR Beacon 프레임을 수신하는데 실패하였는지를 판단하기 위해서는 WUR STA은 WUR Beacon 프레임의 송신 타이밍 또는 송신 주기를 알 수 있어야 한다. 이를 위해, AP는 WUR Beacon 프레임의 송신 타이밍 또는 송신 주기를 WUR STA에 시그널링 할 수 있다.
한편, WUR keep-alive timer의 값이 새로운 방식으로 결정될 수도 있지만, WLAN에서 기 정의된 기간이 WUR keep-alive timer의 값으로 재사용될 수도 있다. WLAN에서 기 정의된 기간은 예를 들어, BSS MAX idle period, unified scaling factor를 이용한 BSS MAX idle period 또는 Listen Interval 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, WUR mode로 동작하는 WUR STA이 AP가 송신한 BSS MAX idle period 동안 WUR 신호(e.g., WUR Beacon 프레임 또는 wake-up packet)를 자신이 어소시에이션한 AP로부터 수신하지 못하면, WUR STA는 AP와의 연결이 끊어졌다고 간주할 수 있다. 이후 WUR STA은 WUR keep alive check 절차를 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 WUR STA이 WUR keep-alive timer의 만료로 인해 WLAN 송수신기를 깨운 뒤에 수행하는 Keep alive check 프로시져가 생략될 수도 있다. 예를 들어, WUR 모드에 있는 WUR STA이 정해진 기간 (e.g., WUR keep-alive timer)동안 어소시에이션 한 AP로부터 WUR 관련 패킷 (e.g., WUR Beacon, Wake-up packet)을 수신하지 못하면, WUR STA은 WLAN 송수신기를 깨운 뒤 바로 AP를 다시 찾는 수동/능동 스캐닝 절차를 수행할 수도 있다. 또는 WUR STA은 WUR Beacon을 받지 못하면(또는 N 개의 연속된 WUR Beacon을 받지 못하면), AP를 확인하는 과정을 건너뛰고, 바로 AP를 다시 찾는 수동/능동 절차를 수행할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR Keep-alive timer 값 송수신 방법을 나타낸다. 앞서 WUR Keep-alive timer와 같은 시간 정보나 연속한 WUR Beacon 수신 실패를 나타내는 M값은 위의 설명처럼 WUR STA이 AP로부터 직접 받거나 시스템에서 정할 수도 있으나, 도 20과 같이 WUR STA이 먼저 preferred value를 AP에게 알려줄 수도 있다.
예컨대, WUR mode로 동작할 수 있는 WUR STA이 WUR mode로 들어가기 전에, PCR을 통해서 AP와 협상 메시지(e.g., Association Request/Response, WUR negotiation request/response, etc.)를 주고 받을 수 있다.
WUR STA은 AP에 송신하는 요청 메시지에 자신이 선호하는 Keep alive check 관련 정보 (e.g., 시간 정보(위의 예에서는 WUR Idle timer)나 연속된 N개의 WUR Beacon 수신 관련 정보 )를 포함시켜 전송할 수 있다.
해당 시간 정보를 수신한 AP는 WUR STA에 응답 프레임을 전송할 때, WUR STA이 송신한 시간 정보를 컨펌하는 정보나 수정된 시간 정보 또는 N값을 포함시켜 전송할 수 있다. 도 20의 경우 수정된 시간 정보로써 Modified WUR idle timer가 송신된 것으로 이해될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라서 WUR STA과 AP 간의 협상을 나타낸다.
도 21을 참조하면 WUR negotiation Request/Response 프로시져를 통해서, AP가 WUR STA에게 시간 정보(Time 1)를 송신한다.
STA1은 WUR mode를 들어간 후, Broadcast WUR 패킷 (또는 Multicast/Multiuser WUR 패킷)을 수신한다. 이 경우 STA 1은 이전에 수신한 시간 정보 Time 1과 자신의 Wake-up Delay를 이용해서, 자신의 PCR on 또는 Wake-up 시작 시점을 계산할 수 있다.
Wake-up Delay는 WUR STA이 깨어나는데 걸리는 시간을 가리키며, WUR STA에서 깨어나는데 걸리는 시간이 일정치 않을 때는, 깨어나는데 걸리는 최대 시간 또는 평균 시간을 나타낼 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해서 wake-up하는데 걸리는 시간으로 명칭 한다.
WLAN on 시작 시간을 계산하는 하나의 예로써, Time 1이 상대 시간일 경우 (e.g., 현재 WUR 패킷 이후의 상대적인 시간), WUR STA은 (WUR 패킷의 종료 시점 + (Time 1 - wake-up delay))에서, PCR on을 시작하거나 이 시간 이전에 시작할 수 있다. WUR STA은 Time 1이 WUR 패킷에서 전송되는지 WUR mode 이전에 전송되는지 상관 없이 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 WUR 모드의 STA은 특정 기간 (e.g., Keep alive check period) 동안 자신의 AP로부터 어떤 패킷(e.g., WUR 비컨 또는 WUR 패킷)을 수신하지 못하면, STA는 PCR을 턴-온하고 AP에서 PCR 패킷을 수신 할 때까지 대기하거나 또는 PCR을 통해 프레임(e.g., QoS Null / PS-Poll)을 전송하여 자신이 AP 커버리지 내에 있는지 확인할 수 있다. 만약, STA이 AP에 의해 전송된 PCR 패킷을 수신하거나 AP로부터 응답 프레임을 수신하면 STA는 WUR 모드로 다시 진입 할 수 있다. 그렇지 않으면, STA는 다른 AP를 발견하기 위한 스캐닝 절차를 수행할 수 있다. WUR 모드의 STA이 AP로부터 패킷을 수신 할 때마다 STA은 Keep alive check period를 리셋 할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라서 STA이 keep alive check period를 리셋하는 것을 나타낸다. 도 22를 참조하면 WUR STA은 Keep alive check period 내에서 AP로부터 WUR packet을 받으면, keep alive check period를 리셋한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라서 WUR STA이 PCR을 통해 AP를 체크하는 과정을 나타낸다. WUR STA이 정해진 기간 (e.g., Keep alive check period) 내에 AP로부터 패킷(e.g., WUR packet)을 받지 못해서, PCR (e.g., WLAN)을 켜서 AP를 체크한다.
WUR STA이 Keep alive check period내에 AP로부터 패킷을 받지 못하면 PCR을 켠다. WUR STA은 AP에게 QoS Null 프레임을 전송한 후, AP로부터 ACK을 수신한다. ACK을 수신한 WUR STA은 AP를 확인했기 때문에, PCR을 off한 후, 다시 WUR mode 들어간다.
한편 본 발명의 다른 일에 따르면 WUR STA이 AP에게 송신하는 QoS Null 프레임의 PM(Power management) 비트가 1로 설정될 수 있다. PM 비트를 1로 설정함으로써 WUR STA은 ACK을 수신한 후 WUR mode로 바로 들어갈 것 임을 AP에게 알리고, 별도의 AP 지시 없이도 WUR mode로 들어갈 수 있다.
WUR STA이 WUR mode로 들어 갈 것임을 알리는 방법으로써 기존의 PM비트를 이용하는 방법 이외에 다른 방법(e.g., new field를 정의함)이 사용될 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 절차를 나타낸다. 도 24를 참조하면 WUR STA은 QoS Null frame을 전송에 대한 ACK을 받지 못하면, AP를 찾기 위해서 스캐닝 절차를 수행한다. 도 24는 AP 스캐닝을 위하여 WUR STA이 프로브 요청 프레임을 송신하는 예를 나타낸다.
한편, 듀티 사이클 모드(Duty cycle mode)에 있는 WUR STA(e.g., PCR에서 WUR Duty cycle mode로 천이한 WUR STA)의 경우 WUR mode에서 on duration (i.e., awake state)이 주기적으로 발생된다. 따라서, 듀티 사이클 모드의 WUR STA이 AP의 전송 범위를 벗어나지 않더라도, 일정 시간 동안(e.g., 제1 타이머 만료 전) DL 데이터 수신이 없다면, 연속된 on duration에서 WUR packet을 받지 못할 수도 있다. 또한, Dense한 환경에서는 긴 주기로 전송되는 WUR Beacon 수신 실패가 발생할 수도 있다.
WUR Beacon을 계속해서 놓치거나 Wake-up packet을 제대로 수신하지 못한 WUR STA은 AP의 전송 범위를 벗어났는지 확인해야 한다. 이를 확인 하기 위한 하나의 방법으로써, Duty cycle mode로 동작하는 WUR STA이 WUR always on mode (e.g., WUR STA이 계속 WUR 을 on 시켜 놓은 모드 또는 상태로써, WUR normal mode라 불릴 수도 있다.) 천이하여, AP로부터 WUR packet이나 WUR Beacon이 수신되는지 기다릴 수 있다. 이 때, WUR STA이 WUR mode에 있기 때문에, AP로 어떤 신호도 전송하지 않고, WUR Duty cycle mode에서 WUR always on mode로 천이하여 동작한다.
WUR always on mode로 천이한 WUR STA이 AP로부터 WUR packet을 수신하거나 WUR Beacon을 수신하면, 다시 WUR duty cycle mode로 되돌아 갈 수 있다. 이 경우에도, WUR STA은 AP로 어떤 신호도 전송하지 않는다.
WUR always on mode로 천이한 WUR STA이 일정 시간 동안(e.g., 제2 타이머 만료 전) AP로부터 WUR packet 이나 WUR Beacon을 수신하지 못하면, WUR STA은 AP의 전송 범위를 벗어 났다라고 판단하고, PCR을 on 시킨 후, 다른 AP를 찾는 과정을 수행할 수 있다.
PCR mode에서 WUR duty cycle mode로 천이한 WUR STA은 WUR always on mode (또는 WUR normal mode)로 AP에게 별도의 신호 전송 없이 언제든지 갈 수 있고, WUR always on mode에서 Duty cycle mode로 돌아올 때도 AP에게 신호 전송 없이 천이할 수 있다. 단, WUR STA이 Duty cycle mode로 되돌아오는 경우에는 이전에 Duty cycle mode에서 사용되던 On-duration & Off-duration/Period(/Interval)을 이용하여 이전 Duty cycle mode와 같은 주기 및 같은 On duration 시점으로 동작해야 한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 STA이 WUR 모드로 동작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명된 내용과 중복하는 설명은 생략될 수 있다.
도 25를 참조하면 STA은 주기적으로 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 들어간다(2505).
STA은 자신이 PCR (primary connectivity) 모드에서 어소시에이션하였던 엑세스 포인트(AP)가 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링한다(2510).
제1 시간 내에 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, STA은 듀티 사이클 WUR 모드로부터 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하고(2515), AP가 송신하는 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링한다(2520).
STA은 제2 시간 내에 AP가 송신하는 WUR 신호가 검출되면 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아간다, STA은 제2 시간 내에 AP가 송신하는 WUR 신호가 검출되지 않으면 PCR을 통해 AP를 스캐닝할 수 있다(2525). 예컨대, STA은 QoS Null 프레임을 전송하고, AP로부터 QoS Null 프레임에 대한 ACK 수신할 수 있다. QoS Null 프레임은 STA이 ACK을 수신함에 따라서 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것을 알리는 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, STA은 QoS Null 프레임에 포함된 PM(power management) 비트를 소정의 값으로 설정함으로써 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것을 알릴 수 있다.
ACK이 수신됨에 따라서 STA은 AP에 대한 추가적인 신호 전송 없이 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 수 있다. 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아간 STA은 AP로부터 과거에 획득하였던 WUR 수신기의 온/오프 기간을 그대로 사용할 수 있다.
STA은 듀티 사이클 WUR 모드로 진입하기 전 PCR을 통해 제1 시간 및 제2 시간 중 적어도 하나에 대한 정보를 상기 AP와 교환할 수 있다. 예컨대, STA은 제1 시간 및 제2 시간 중 적어도 하나에 대하여 STA이 선호하는 값을 AP에 송신하고, STA이 선호하는 값을 사용하는 것을 허용하거나 또는 변경하는 AP의 응답을 수신할 수 있다.
제1 시간 및 제2 시간은 각각 제1 타이머 및 제2 타이머에 해당하고, WUR 신호의 검출에 따라서 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가면 STA은 제1 타이머 및 제2 타이머를 리셋할 수 있다.도 26은 상술한 바와 같은 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 26의 무선 장치(800)은 상술한 설명의 특정 STA, 그리고 무선 장치(850)은 상술한 설명의 AP에 대응할 수 있다.
STA (800)은 프로세서(810), 메모리(820), 송수신기(830)를 포함할 수 있고, AP (850)는 프로세서(860), 메모리(870) 및 송수신기(880)를 포함할 수 있다. 송수신기(830 및 880)은 무선 신호를 송신/수신하고, IEEE 802.11/3GPP 등의 물리적 계층에서 실행될 수 있다. 프로세서(810 및 860)은 물리 계층 및/또는 MAC 계층에서 실행되고, 송수신기(830 및 880)와 연결되어 있다. 프로세서(810 및 860)는 상기 언급된 UL MU 스케줄링 절차를 수행할 수 있다.
프로세서(810 및 860) 및/또는 송수신기(830 및 880)는 특정 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(820 및 870)은 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시 예가 소프트웨어에 의해 실행될 때, 상기 기술한 방법은 상기 기술된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로세스, 기능)로서 실행될 수 있다. 상기 모듈은 메모리(820, 870)에 저장될 수 있고, 프로세서(810, 860)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리(820, 870)는 상기 프로세스(810, 860)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 잘 알려진 수단으로 상기 프로세스(810, 860)와 연결될 수 있다.
STA의 송수신기(830)은 송신기(미도시) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. 수신기는, 무선 랜 신호를 수신하기 위한 무선랜 수신기 및 WUR 신호를 수신하기 위한 WUR 수신기를 포함할 수 있다.
AP의 송수신기(880)은 송신기(미도시) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. AP의 송신기는 OFDM 송신기에 해당할 수 있다. AP는 OFDM 송신기를 재사용하여 WUR 페이로드를 OOK 방식으로 송신할 수 있다. 예컨대, 앞서 설명된 바와 같이 AP는 OFDM 송신기를 통해 WUR 페이로드를 OOK 변조할 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 상술한 설명으로부터 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.
본 발명은 IEEE 802.11을 비롯한 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 무선 랜(WLAN) 시스템에서 스테이션(STA)이 WUR(wake up receiver) 모드로 동작하는 방법에 있어서,
    주기적으로 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 들어가는 단계;
    상기 STA이 PCR (primary connectivity) 모드에서 어소시에이션하였던 엑세스 포인트(AP)가 상기 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링하는 단계; 및
    상기 제1 시간 내에 상기 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로부터 상기 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하여, 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 STA은 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되면 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되지 않으면 PCR을 통해 상기 AP를 스캐닝하는, WUR 모드 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PCR을 통한 상기 AP의 스캐닝은,
    QoS Null 프레임을 전송하는 단계; 및
    상기 AP로부터 상기 QoS Null 프레임에 대한 ACK을 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 QoS Null 프레임은 상기 STA이 상기 ACK을 수신함에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것임을 알리는 정보를 포함하는, WUR 모드 동작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 STA은 상기 QoS Null 프레임에 포함된 PM(power management) 비트를 소정의 값으로 설정함으로써 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것임을 알리는, WUR 모드 동작 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 ACK이 수신됨에 따라서 상기 STA은 상기 AP에 대한 추가적인 신호 전송 없이 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고,
    상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아간 상기 STA은 상기 AP로부터 과거에 획득하였던 상기 WUR 수신기의 온/오프 기간을 그대로 사용하는, WUR 모드 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 진입하기 전 PCR을 통해 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대한 정보를 상기 AP와 교환하는 단계를 더 포함하는, WUR 모드 동작 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대한 정보를 상기 AP와 교환하는 단계는,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대하여 상기 STA이 선호하는 값을 상기 AP에 송신하는 단계; 및
    상기 STA이 선호하는 값을 사용하는 것을 허용하거나 또는 변경하는 상기 AP의 응답을 수신하는 단계를 포함하는, WUR 모드 동작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 각각 제1 타이머 및 제2 타이머에 해당하고,
    상기 WUR 신호의 검출에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가면 상기 STA은 상기 제1 타이머 및 상기 제2 타이머를 리셋하는, WUR 모드 동작 방법.
  8. 스테이션(STA)이 WUR(wake up receiver) 모드로 동작하는 방법에 있어서,
    PCR (primary connectivity) 송수신기;
    WUR 수신기; 및
    주기적으로 상기 WUR 수신기를 온/오프하는 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 들어가고, 상기 STA이 상기 PCR 송수신기를 통해 어소시에이션하였던 엑세스 포인트(AP)가 상기 STA 또는 다른 STA으로 송신하는 WUR 신호를 제1 시간 동안 모니터링하고, 상기 제1 시간 내에 상기 WUR 신호가 검출되지 않는 경우, 상기 듀티 사이클 WUR 모드로부터 상기 WUR 수신기가 항상 켜지는 일반 WUR 모드로 천이하여, 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호를 제2 시간 동안 모니터링하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되면 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고, 상기 제2 시간 내에 상기 AP가 송신하는 상기 WUR 신호가 검출되지 않으면 상기 PCR 송수신기를 통해 상기 AP를 스캐닝하는, 스테이션.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 PCR 송수신기를 통한 상기 AP의 스캐닝은, QoS Null 프레임 전송과 상기 AP로부터 상기 QoS Null 프레임에 대한 ACK 수신을 포함하되,
    상기 QoS Null 프레임은 상기 STA이 상기 ACK을 수신함에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것임을 알리는 정보를 포함하는, 스테이션.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 QoS Null 프레임에 포함된 PM(power management) 비트를 소정의 값으로 설정함으로써 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아 갈 것임을 알리는, 스테이션.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 ACK이 수신됨에 따라서 상기 프로세서는 상기 AP에 대한 추가적인 신호 전송 없이 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가고,
    상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아간 상기 프로세서는 상기 AP로부터 과거에 획득하였던 상기 WUR 수신기의 온/오프 기간을 그대로 사용하는, 스테이션.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 듀티 사이클(duty cycle) WUR 모드로 진입하기 전 PCR을 통해 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대한 정보를 상기 AP와 교환하는, 스테이션.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 중 적어도 하나에 대하여 상기 STA이 선호하는 값을 상기 AP에 송신하고, 상기 STA이 선호하는 값을 사용하는 것을 허용하거나 또는 변경하는 상기 AP의 응답을 수신하는, 스테이션.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 각각 제1 타이머 및 제2 타이머에 해당하고,
    상기 WUR 신호의 검출에 따라서 상기 듀티 사이클 WUR 모드로 되돌아가면 상기 프로세서는 상기 제1 타이머 및 상기 제2 타이머를 리셋하는, 스테이션.
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