WO2020222585A1 - 광대역 무선 통신 네트워크에서 주 채널의 결정에 기초한 프레임 전송 방법 및 장치 - Google Patents

광대역 무선 통신 네트워크에서 주 채널의 결정에 기초한 프레임 전송 방법 및 장치 Download PDF

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WO2020222585A1
WO2020222585A1 PCT/KR2020/005816 KR2020005816W WO2020222585A1 WO 2020222585 A1 WO2020222585 A1 WO 2020222585A1 KR 2020005816 W KR2020005816 W KR 2020005816W WO 2020222585 A1 WO2020222585 A1 WO 2020222585A1
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frame
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김용호
홍한슬
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
한국교통대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a communication method in a broadband wireless communication network, and more particularly, to a frame transmission method, apparatus, and system through an extended channel in a vehicle wireless LAN communication network.
  • the standard using a wireless LAN is mainly developed as an IEEE 802.11 standard by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
  • IEEE 802.11 standard was developed and progressed in a way that started with the initial version supporting 1 ⁇ 2 Mbps in the early stage and revised it through subsequent versions.
  • wireless LAN technologies fast handoff (fast BSS transition), fast initial link setup, technology for low-power terminals operating in a band below 1 GHz, WLAN technology for vehicle terminals, etc. Standard technology was also developed and reflected, and each standard revision was established.
  • the wireless LAN technology for a vehicle terminal is reflected in IEEE 802.11p, is based on the signal type in IEEE 802.11a and Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) in IEEE 802.11e, and operates in the 5.9 GHz band.
  • EDCA Enhanced Distributed Channel Access
  • a 10 MHz bandwidth is used as a basis for a mobile terminal suitable for mobile terminals, while OCB (outside context of BSS) communication is provided so that the terminal can directly communicate between vehicle terminals without going through authentication and association with a wireless access point. You can apply.
  • next-generation vehicle communication IEEE 802.11bd is being developed and standardized to establish a wireless LAN standard for next generation V2X, NGV).
  • the present invention is for performing channel access by setting a primary channel and extending a bandwidth in a communication environment, and provides a method, apparatus, and system for a multiuser packet transmission operation using a wireless LAN.
  • a method of operating a communication node in a wireless communication network includes: measuring a channel occupancy ratio of a first channel and a second channel; Based on the channel occupancy rate information of the first channel and the channel occupancy rate information of the second channel, the first channel is set as a primary channel, and the second channel is set as a secondary channel. Setting up; Performing a first channel sensing operation on the first channel; And when the first channel is in an idle state during the first channel sensing period as a result of the first channel sensing operation, transmitting a frame through the first channel.
  • the main channel and the sub-channel may be channels having a bandwidth of 10 MHz
  • the sub-channel may be a channel for expanding the main channel contiguous with the main channel adjacent to the main channel.
  • the step of measuring the channel occupancy ratio of the first channel and the second channel includes the first channel and the The channel occupancy rate of the second channel can be measured.
  • the first channel when generating a random number belonging to a first range among a preset range, the first channel It is characterized in that it is set as a channel, and the first range may be set based on channel occupancy ratio information of the first channel.
  • the step of setting the second channel as the main channel may be further included, and the frame may be transmitted through the second channel.
  • it may further include performing a second channel sensing operation on the second channel.
  • the frame is the first channel and the second channel Can be transmitted in.
  • the first channel sensing operation may be a random backoff operation in the first channel.
  • a method of operating a communication node in a wireless communication network includes: receiving a first frame including information about a next transmission time point from another communication node; Calculating channel occupancy ratio information of a first channel and channel occupancy ratio information of a second channel based on the information on the next transmission time of the first frame; Based on the comparison result of the channel occupancy ratio information of the first channel and the channel occupancy ratio information of the second channel, the first channel is set as a primary channel, and the second channel is a secondary channel. channel); Performing a first channel sensing operation on the first channel; And when the first channel is idle during the first channel sensing period as a result of the first channel sensing operation, transmitting a second frame through the first channel.
  • the main channel and the sub-channel may be channels having a bandwidth of 10 MHz
  • the sub-channel may be a channel for expanding the main channel contiguous with the main channel adjacent to the main channel.
  • the information on the next transmission time includes at least one of a period interval of the first frame, a repetition number of the first frame, and a service indicator of a payload of the first frame. It may contain more.
  • the second frame is a second channel sensing period corresponding to the first channel sensing period as a result of performing the second channel sensing operation While the sub-channel is in an idle state, it may be transmitted through the main channel and the sub-channel.
  • a communication node in a wireless communication network includes: a processor; A memory in which at least one instruction executed through the processor is stored; And transmit antennas for transmitting a signal generated by the processor, wherein the at least one instruction measures a channel occupancy ratio of the first channel and the second channel; Based on the channel occupancy rate information of the first channel and the channel occupancy rate information of the second channel, the first channel is set as a primary channel, and the second channel is set as a secondary channel. Set up; Performing a first channel sensing operation on the first channel; As a result of the first channel sensing operation, when the first channel is in an idle state during a first channel sensing period, the first channel may be performed to transmit a first frame.
  • the main channel and the sub channel may be a channel having a bandwidth of 10 MHz
  • the sub channel may be a channel having a bandwidth of 10 MHz for extending the main channel contiguous with the main channel adjacent to the main channel .
  • the at least one command is executed to measure a channel occupancy ratio of the first channel and the second channel, and receives a second frame including information on a next transmission time point; And it may be further executed to calculate the channel occupancy ratio of the first channel and the second channel at the next transmission time.
  • the information on the next transmission time includes at least one of a period interval of the second frame, a repetition number of the second frame, and a service indicator of a payload of the second frame. It may contain more.
  • the at least one command may be further executed to set a network allocation vector (NAV) based on a channel occupancy ratio of the first channel and the second channel at the next transmission time.
  • NAV network allocation vector
  • the at least one command is executed to measure the channel occupancy ratio of the first channel and the second channel, so that the number of energy detection times greater than or equal to the threshold value in the preset time period is determined as a result of energy detection (ED). It may be executed to measure the channel occupancy ratio of the first channel and the second channel as a basis.
  • ED energy detection
  • the at least one command is further executed to set the second channel as the main channel when the first channel is occupied by another communication node as a result of the first channel sensing operation, and the first frame May be transmitted in the second channel.
  • the at least one command is further executed to perform a second channel sensing operation on the second channel, and the second frame is a result of the second channel sensing operation corresponding to the first channel sensing period.
  • the second channel sensing period when the state of the second channel is in an idle state, it may be transmitted through the first channel and the second channel.
  • a method of defining a primary channel in an outside context of BSS (OCB) communication network that communicates without association with a wireless access point (AP) is provided, thereby efficiently performing channel access.
  • the frame can be transmitted.
  • a communication node When a communication node extends the existing bandwidth and transmits a frame through the 20MHz band, by defining the main channel based on the occupied ratio of the channels, it is efficient to meet the fairness with the existing terminal according to the purpose of frame transmission. There is an effect that channel access can be performed using a channel.
  • the present invention can be used in various communication devices such as a communication node, a wireless access point, a connection management value, and a station or a base station using cellular communication.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a wireless LAN system.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a communication node constituting a wireless LAN system according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a station connection procedure in a wireless LAN system.
  • FIG. 4 is a timing diagram illustrating a first embodiment of a method of operating a communication node based on EDCA.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a communication network including communication nodes performing inter-vehicle communication.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a layer structure of a communication node performing inter-vehicle communication.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of a method of allocating a channel and defining a main channel for a communication node performing inter-vehicle communication.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a result of setting a main channel of a communication node based on a channel occupancy ratio in a V2X communication system.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a result of setting a main channel of a communication node based on a channel occupancy ratio in a V2X communication system.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an operation of measuring channel occupancy ratio information through a carrier sensing operation in a vehicle terminal.
  • 11 is a conceptual diagram showing the first embodiment of the structure of a frame that is periodically transmitted.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the structure of a frame that is periodically transmitted.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the structure of a periodically transmitted frame.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a fourth embodiment of the structure of a periodically transmitted frame.
  • 15 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of an operation of a communication node that performs a channel access procedure based on channel occupancy rate information.
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of an operation of a communication node transmitting a signal in a 20 MHz bandwidth in a V2X communication system.
  • 17 is a conceptual diagram illustrating a second embodiment of an operation of a communication node transmitting a signal in a 20 MHz bandwidth in a V2X communication system.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
  • the term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • wireless communication network to which embodiments according to the present invention are applied will be described.
  • the wireless communication network to which the embodiments according to the present invention are applied is not limited to the contents described below, and the embodiments according to the present invention can be applied to various wireless communication networks.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a wireless LAN system.
  • a wireless LAN system may include at least one basic service set (BSS).
  • BSS refers to a set of stations (STA1, STA2 (AP1), STA3, STA4, STA5 (AP2), STA6, STA7, STA8) that can communicate with each other through successful synchronization, and does not mean a specific area.
  • AP access point
  • AP station performing the function of an access point
  • AP station not performing the function of an access point
  • BSS can be classified into an infrastructure BSS (infrastructure BSS) and an independent BSS (IBSS).
  • BSS1 and BSS2 may refer to an infrastructure BSS
  • BSS3 may refer to an IBSS.
  • BSS3 may mean IBSS operating in an ad-hoc mode.
  • an access point which is a centralized management entity, may not exist. That is, in BSS3, the stations STA6, STA7, and STA8 may be managed in a distributed manner. In BSS3, all the stations STA6, STA7, and STA8 may refer to mobile stations, and because access to the distribution system DS is not allowed, a self-contained network is formed.
  • a plurality of infrastructure BSSs may be interconnected through a distribution system (DS).
  • DS distribution system
  • a plurality of BSSs connected through the distribution system (DS) is referred to as an extended service set (ESS).
  • Communication nodes (STA1, STA2 (AP1), STA3, STA4, STA5 (AP2)) included in the ESS can communicate with each other, and any station (STA1, STA3, STA4) within the same ESS communicates without interruption. You can move from one BSS to another BSS.
  • Stations (communication nodes) of a wireless LAN vehicle to everything (V2X) network may not perform an operation of configuring a BSS by synchronizing with an access point.
  • Stations (communication nodes) of the wireless LAN vehicle communication network may perform OCB (Outside the Context of BSS) communication through which station(s) can directly communicate with each other.
  • OCB Outside the Context of BSS
  • Each of the stations performing OCB communication may skip a procedure for synchronization with an access point and transmit a frame to other station(s).
  • Communication nodes STA1, STA2 (AP1), STA3, STA4, STA5 (AP2), STA6, STA7, and STA8 included in the WLAN system may be configured as follows.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a communication node constituting a wireless LAN system according to a first embodiment.
  • the communication node 200 may include at least one processor 210, a memory 220, and a transmission/reception device 230 connected to a network to perform communication.
  • the transceiver 230 may be referred to as a transceiver, a radio frequency (RF) unit, an RF module, or the like.
  • the communication node 200 may further include an input interface device 240, an output interface device 250, and a storage device 260. Each of the components included in the communication node 200 may be connected by a bus 270 to perform communication with each other.
  • each of the components included in the communication node 200 may be connected through an individual interface or an individual bus centering on the processor 210 instead of the common bus 270.
  • the processor 210 may be connected to at least one of the memory 220, the transmission/reception device 230, the input interface device 240, the output interface device 250, and the storage device 260 through a dedicated interface. .
  • the processor 210 may execute a program command stored in at least one of the memory 220 and the storage device 260.
  • the processor 210 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • Each of the memory 220 and the storage device 260 may be configured with at least one of a volatile storage medium and a nonvolatile storage medium.
  • the memory 220 may be formed of at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
  • connection procedure may be performed as follows.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a station connection procedure in a wireless LAN system.
  • connection procedure of a station is largely a probe step, an authentication step with the detected access point (AP), and authentication. It can be divided into an association step with an access point (AP) that has performed the procedure.
  • the station may perform an authentication step with the detected access points (AP).
  • the station (STA) may transmit an authentication request frame based on an authentication algorithm according to the IEEE 802.11 standard, and an authentication response frame that is a response to the authentication request frame from the access point (AP). By receiving, authentication with the access point (AP) can be completed.
  • the station (STA) may perform a connection step with the access point (AP).
  • the station STA may select one of the access points APs that have performed the authentication step with itself and may perform a connection step with the selected access point AP.
  • stations In the case of wireless LAN vehicle communication (V2X), stations (communication nodes) do not need to perform an operation to configure BSS by synchronizing with the access point, and OCB (communication nodes) that can directly communicate with each other. Outside the Context of BSS) communication can be performed.
  • Each of the stations performing OCB communication may omit the beacon reception, probe request/response procedure, connection request/response procedure, and authentication procedure for access point discovery for synchronization with the access point, and other station(s) Frame can be transmitted to
  • communication nodes eg, access points, stations, etc. belonging to the WLAN system are PCF (point coordination function), HCF (hybrid coordination function), HCCA (HCF controlled channel access), DCF (distributed coordination function),
  • PCF point coordination function
  • HCF hybrid coordination function
  • HCCA HCF controlled channel access
  • DCF distributed coordination function
  • a frame transmission/reception operation may be performed based on an enhanced distributed channel access (EDCA) or the like.
  • EDCA enhanced distributed channel access
  • frames may be classified into a management frame, a control frame, and a data frame.
  • the management frame is an association request frame, a response frame, a reassociation request frame, a reconnection response frame, a probe request frame, a probe response frame, a beacon frame, and a connection. It may include a disassociation frame, an authentication frame, a deauthentication frame, an action frame, and the like.
  • the control frame includes an acknowledgment (ACK) frame, a block ACK request (BAR) frame, a block ACK (BA) frame, a power saving (PS)-Poll frame, a request to send (RTS) frame, a clear to send (CTS) frame, and the like.
  • ACK acknowledgment
  • BAR block ACK request
  • BA block ACK
  • PS power saving
  • RTS request to send
  • CTS clear to send
  • Data frames may be classified into quality of service (QoS) data frames and non-QoS (non-QoS) data frames.
  • QoS data frame may indicate a data frame requiring transmission according to QoS
  • the non-QoS data frame may indicate a data frame not requiring transmission according to QoS.
  • a communication node eg, an access point, a station
  • EDCA EDCA
  • FIG. 4 is a timing diagram illustrating a first embodiment of a method of operating a communication node based on EDCA.
  • a communication node that wants to transmit a control frame (or a management frame) monitors the channel state during a preset period (eg, short interframe space (SIFS), PIFS (PCF IFS)).
  • a preset period eg, short interframe space (SIFS), PIFS (PCF IFS)
  • an operation for example, a carrier sensing operation
  • the control frame Alternatively, a management frame
  • the communication node may transmit an ACK frame, a BA frame, a CTS frame, and the like when the channel state is determined to be an idle state during SIFS.
  • the communication node may transmit a beacon frame or the like when it is determined that the channel state is an idle state during PIFS.
  • the communication node may not transmit a control frame (or a management frame).
  • the carrier sensing operation may indicate a clear channel assessment (CCA) operation.
  • a communication node that wants to transmit a non-QoS data frame can perform a channel state monitoring operation (eg, a carrier sensing operation) during DIFS (DCF IFS), and when the channel state is determined to be an idle state during DIFS
  • a channel state monitoring operation eg, a carrier sensing operation
  • DIFS DIFS
  • a random backoff procedure can be performed.
  • the communication node may select a backoff value (for example, a backoff counter) within a contention window according to a random backoff operation, and a section corresponding to the selected backoff value (hereinafter "backoff counter")
  • backoff counter a section corresponding to the selected backoff value
  • the communication node may transmit a non-QoS data frame when it is determined that the channel state is an idle state during the backoff period.
  • a communication node that wants to transmit a QoS data frame can perform a channel state monitoring operation (e.g., a carrier sensing operation) during AIFS (arbitration IFS), and if the channel state is determined to be idle during AIFS, random back The off operation can be performed.
  • AIFS may be set according to an access category (AC) of a data unit (eg, a protocol data unit (PDU)) included in a QoS data frame.
  • the AC of the data unit may be as shown in Table 1 below.
  • AC_BK may indicate background data
  • AC_BE may indicate data transmitted in a best effort method
  • AC_VI may indicate video data
  • AC_VO may indicate voice ( voice) data can be indicated.
  • the length of AIFS for QoS data frames corresponding to AC_VO and AC_VI may be set equal to the length of DIFS.
  • the AIFS length for the QoS data frame corresponding to each of AC_BE and AC_BK may be set longer than the length of DIFS.
  • the length of the AIFS for the QoS data frame corresponding to AC_BK may be set to be longer than the length of the AIFS for the QoS data frame corresponding to AC_BE.
  • the communication node may select a backoff value (eg, a backoff counter) within a contention window according to AC of a QoS data frame.
  • a backoff value eg, a backoff counter
  • the competition window according to AC may be shown in Table 2 below.
  • CW min may indicate the minimum value of the contention window
  • CW max may indicate the maximum value of the contention window
  • each of the minimum and maximum values of the contention window may be expressed as the number of slots.
  • the communication node may perform a channel state monitoring operation (eg, a carrier sensing operation) during the backoff period, and may transmit a QoS data frame when the channel state is determined to be an idle state during the backoff period.
  • a channel state monitoring operation eg, a carrier sensing operation
  • the second communication node corresponding thereto is a method corresponding to the method performed in the first communication node (e.g., signal reception or transmission) may be performed. That is, when the operation of the terminal is described, the corresponding base station may perform an operation corresponding to the operation of the terminal. Conversely, when the operation of the base station is described, the terminal corresponding thereto may perform an operation corresponding to the operation of the base station.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a communication network including communication nodes performing inter-vehicle communication.
  • a vehicle communication node including a communication device detects a specific situation or performs a specific operation through a sensor
  • data including the position, speed, acceleration, and measurement result of the sensor are transmitted in the form of a broadcast frame.
  • the vehicle communication node may receive a map of a surrounding situation and information about a specific event (eg, accident and congestion information on a road going direction) from roadside devices such as streetlights and traffic lights on the road.
  • the communication node in the vehicle communication network environment may not perform scanning, authentication, and combining operations performed in the existing WLAN operation, and transmits data and transmits data without belonging to a specific BSS (outside context of BSS, OCB). Can receive. Accordingly, the communication node may not perform a periodic beacon frame transmission operation at the wireless access point.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a layer structure of a communication node performing inter-vehicle communication.
  • a communication node performing inter-vehicle communication performs an operation of an application layer, which is the highest layer, and a transport layer to ensure reliability of end-to-end data transmission.
  • UDP/TCP IPv6 performing a network layer operation that searches transmission paths between multiple nodes, a logical link control (LLC) sublayer of the data link layer for point-to-point transmission, and It consists of a medium access control (MAC) and a physical layer (PHY) that sends an actual signal.
  • LLC logical link control sublayer of the data link layer for point-to-point transmission
  • It consists of a medium access control (MAC) and a physical layer (PHY) that sends an actual signal.
  • MAC medium access control
  • PHY physical layer
  • the application layer can implement and support various use cases or applications.
  • the application layer may provide various applications in a communication system including a vehicle to vehicle (V2V) application, a vehicle to infrastructure (V2I) application, and a vehicle to others (V2O) application.
  • V2V vehicle to vehicle
  • V2I vehicle to infrastructure
  • V2O vehicle to others
  • the facility layer may be a layer for effectively implementing various usage examples defined by an application layer.
  • the facility layer may be a layer that generates a message (or message set) based on information to be transmitted from an application layer that is an upper layer.
  • the network/transport layer may be a layer constituting a network for V2X communication by supporting various network protocols and transport protocols.
  • a network for V2X communication may include a homogenous network and/or a heterogenous network.
  • the network and transport layer may provide Internet access and routing to a communication node through an Internet protocol such as TCP/UDP+IPv6.
  • the communication node may not require the existing network/transport layer and data link layer. Therefore, in order to simplify the function of the network/transport layer, some functions of the network/transport layer and the data link layer may be replaced with a wireless access in vehicular environments (WSMP) short message protocol (WSMP).
  • WSMP vehicular environments
  • WSMP short message protocol
  • the access layer may be a layer that transmits messages/data received from upper layers through a physical channel.
  • the access layer may support an IEEE 802.11 and/or 802.11p standard-based communication technology, an IEEE 1609 and/or IEEE 1609.4 standard-based communication technology, and the like, and may transmit messages and/or data through a physical channel.
  • the access layer may include a media access control (MAC) layer and a PHY layer.
  • the MAC layer of the communication node constituting the V2X communication system may be a WSMP MAC layer. Each of the layers may transfer data and/or signals to a lower layer as described below.
  • Each of the layers constituting the communication node may send corresponding data and additional information through a service access point (SAP).
  • SAP service access point
  • the LLC layer may obtain data and parameters such as a source address and a destination address from WSMP or IPv6 through a link service access point (LSAP).
  • LSAP link service access point
  • the LLC layer may obtain channel load information measured by the communication node from the WSMP through LSAP.
  • channel load information measured by a communication node can be delivered to WSMP.
  • the channel load information may indicate a channel occupancy ratio (%) for a certain time and the number of communication nodes transmitted during a certain time.
  • DL-UNITDATA.request which is a parameter transmitted from the upper layer
  • DL-UNITDATA.request further includes parameters for WAVE-related operations, and DL-UNITDATA.
  • DL-UNITDATAX.request may include one or more of the following elements.
  • Each parameter included in DL-UNITDATAX.request may be as defined in Table 3.
  • the channel load can indicate the congestion level of the channel, and is included in the WSMP message and transmitted to another terminal, or is transmitted to the MAC layer through the MAC SAP to operate according to the channel state. Can be utilized to perform.
  • the channel load may indicate a congestion level of a channel, and may refer to a channel occupancy ratio (%) measured by a communication node for a certain time and the number of terminals transmitted during a certain time. It can also be used when the communication node notifies the upper layer. Channel load can be measured periodically and transmitted to the upper layer.
  • the channel load information is information acquired by the LSAP as the channel load parameter of the DL-UNITDATAX.request primitive, and can be delivered to the MAC layer in the form of adding the channel load parameter to the MA-UNITDATA.request of the MAC SAP of the existing WLAN. .
  • the transmission bandwidth may indicate transmission of a frame in a channel having a 20 MHz bandwidth when the amount of data to be transmitted exceeds a preset range.
  • a channel corresponding to the 20 MHz bandwidth may be designated in the channel information, and the main channel parameter may designate a main channel for performing channel access.
  • DL-UNITDATAX.request may selectively include whether transmission is possible in a 10 MHz channel according to a channel occupancy ratio.
  • the transmitted channel load information, transmission bandwidth, main channel, and parameters of whether to allow transmission to 10 MHz are added to the MAC layer in the form of adding the corresponding parameters to MA-UNITDATA.request of MAC SAP of the existing WLAN or MAUNITDATAX.request of WSMP. I can deliver.
  • the MAC layer may receive from the PHY layer whether or not a specific channel is busy through the PHY SAP. For example, when channel sensing is performed using the Energy Detection (ED) method while performing channel access, the MAC layer may receive information on whether a channel is busy or in a busy state through PHY-CCA.indication from the PHY layer. . At this time, when the CCA.indication includes the IPI-REPORT parameter, or by adding a parameter corresponding to a separate received signal strength level (low, medium, high), the received signal when a channel busy state is recognized through the CCA. The strength information of can be delivered from the PHY layer.
  • ED Energy Detection
  • the management layer may be a layer that manages the operation of layers included in the communication node.
  • the management layer may provide services and information for management and operation of the facility layer through an MF (interface between management entity and facilities layer) (or MF-SAP).
  • MF-SAP interface between management entity and facilities layer
  • the management layer may provide services and information for management and operation of the network/transport layer and the access layer through an interface with the network/transport layer and the access layer.
  • the security layer may be a layer that manages security-related information of layers included in the communication node.
  • the security layer may provide services and information for security of the facility layer through an interface between security entity and facilities layer (SF) (or SF-SAP).
  • SF facilities layer
  • the security layer may provide services and information for security of the network/transport layer and the access layer through an interface with the network/transport layer and the access layer.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of a method of allocating a channel and defining a main channel for a communication node performing inter-vehicle communication.
  • a channel in the 5.9GHz band for vehicle communication is defined as a 5.850 GHz-5.925 GHz band, and among them, channel 178 (5.885 GHz-5.895 GHz) transmits control information. Alternatively, it may be used as a control channel for broadcasting the use of another channel.
  • channel 172 may be a channel only for transmission of safety messages between vehicle communication nodes, and channel 184 may be a channel allocated to increase a transmission distance of a frame. Accordingly, a channel that can be used for transmission of a 20 MHz bandwidth may be a 5.865 GHz-5.885 GHz band and a 5.895 GHz-5.915 GHz band.
  • the communication node can transmit the frame by extending the bandwidth based on the main channel. have.
  • the communication node can preset the main channel.
  • the communication node may set a part of a band using communication in the 20 MHz band as a basic main channel. For example, if a communication node transmits a signal with a bandwidth of 20 MHz using the band of 5.865 GHz-5.885 GHz, channel 174 (5.865 GHz-5.875 GHz) is fixed as the default main channel, and channel access and frame transmission operations are performed. Can be done.
  • the communication node basically recognizes one channel (eg, channel 174) among radio resources of a 20 MHz bandwidth as the main channel, and may sense the main channel from the main channel.
  • the communication node performing the channel access operation may decode the frame by detecting a frame received through a 20MHz band channel or a frame received through the main channel as a result of sensing the main channel.
  • the communication node uses a protocol in the upper layer (e.g., the channel to be used in the next period in the CCH as in the existing IEEE Std 1609.4).
  • a protocol in the upper layer e.g., the channel to be used in the next period in the CCH as in the existing IEEE Std 1609.4.
  • a method in which the main channel is designated at the time of designation It is possible to broadcast whether the main channel is changed to other communication nodes.
  • the communication node in order to minimize the disadvantage that the communication node of one channel continuously suffers damage due to the fixed main channel setting in FIG. 7(a), the communication node does not designate one main channel. Can be set arbitrarily.
  • the communication node can randomly set one main channel each time channel access is performed by extending the bandwidth to the 20 MHz band, and transmit frames through the set main channel.
  • the communication node may change the setting of the main channel whenever it performs channel access for transmitting a signal in the 20MHz band. For example, when transmitting a frame through channels 174 and 176, the communication node may set channel 174 as the main channel when transmitting the first frame, and may set channel 176 as the main channel when transmitting the next frame.
  • the communication node may change the channel setting by applying the same method.
  • the communication nodes randomly or alternately set the main channel the communication node receiving frames from the other communication nodes cannot check the main channel among the two channels in advance, so all 10 MHz channels constituting the channel of the 20 MHz bandwidth are You can sense it.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a result of setting a main channel of a communication node based on a channel occupancy ratio in a V2X communication system.
  • a communication node may transmit a frame through two channels (eg, channel 174 and channel 176).
  • One of the two channels (eg, channel 174) may be a primary channel for transmitting a frame, and the other channel (channel 176) may be a sub-channel for extension of the primary channel.
  • the communication node may perform a carrier sensing operation, which is at least one of a PD operation, an ED operation, and an NAV value check operation in the main channel, and check whether the channel is busy through the ED in the sub channel.
  • a terminal transmitting a frame through a channel having a bandwidth of 20 MHz may set a channel having a lower channel occupancy ratio among the two channels as the main channel. For example, when the channel occupancy ratio of the channel 174 is higher than that of the channel 176, the communication node may set the channel 176 having a relatively low channel occupancy ratio among the channels as the main channel.
  • the communication node can access the 176 channel set as the primary channel. Even when the sub-channel is occupied by another communication node, the communication node may access the main channel and transmit a signal through the main channel of 10 MHz bandwidth. Thus, the communication node can quickly perform channel access. In addition, since the communication node can utilize a relatively free channel among the channels, it can transmit a signal through a relatively less congested channel. Therefore, the communication node can efficiently use the channel.
  • the communication node can access the main channel by performing the EDCA procedure. For example, the communication node may perform channel sensing during AIFS, and if the channel is not occupied by another communication node during the channel sensing period (eg, AIFS), it may access the main channel. If a frame is transmitted immediately before the channel sensing operation, or if the channel is occupied by another terminal as a result of channel sensing during the AIFS time period, the communication node additionally performs a random backoff operation after AIFS from the time when the channel occupancy time ends. Afterwards, you can access the main channel. In addition, the communication node can monitor the sub-channel to check whether the sub-channel is occupied.
  • AIFS channel sensing period
  • the communication node may monitor the sub-channel for a preset time period (eg, PIFS, DIFS or AIFS) from the time when channel access to the main channel is completed.
  • a preset time period eg, PIFS, DIFS or AIFS
  • the communication node may transmit a frame through the main channel and the sub-channel.
  • the communication node may transmit a signal through a main channel having a 10 MHz bandwidth.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a main channel setting result of a communication node based on a channel occupancy ratio in a V2X communication system.
  • each of the communication nodes of the V2X communication system may transmit a signal through a radio resource having a 20 MHz bandwidth.
  • the communication node may transmit a signal through two channels (eg, 174 channels and 176 channels) having a bandwidth of 10 MHz.
  • a communication node transmitting a signal by extending a bandwidth may set a channel having a high channel occupancy ratio as a main channel in order to adjust fairness with other communication nodes transmitting a signal through a sub channel. For example, when the channel occupancy ratio of the 174 channels is higher than the channel occupancy ratio of the 176 channel, the communication node may set the 174 channel as the main channel.
  • the communication node can access the main channel by performing the EDCA procedure. For example, the communication node may perform channel sensing during AIFS, and if the channel is not occupied by another communication node during the channel sensing period, it may access the main channel. At this time, if a frame is transmitted immediately before the channel sensing operation, or if the channel is occupied by another terminal during channel sensing during AIFS, a random backoff operation is additionally performed after AIFS from the end of the channel occupation time, and then the main channel Have access to In addition, the communication node can monitor the sub-channel to check whether the sub-channel is occupied.
  • the communication node may monitor the sub-channel from the time when channel access to the main channel is completed to a time before a preset time period (eg, PIFS, DIFS or AIFS).
  • a preset time period eg, PIFS, DIFS or AIFS.
  • the communication node may transmit a frame through the main channel and the sub-channel.
  • the communication node may transmit a signal through a main channel having a 10 MHz bandwidth.
  • the communication node may perform a contention procedure for frame transmission with other communication nodes in a channel having a relatively high channel occupancy ratio. Accordingly, according to the embodiment of FIG. 9, communication nodes can fairly acquire channel access opportunities by performing an equivalent contention procedure.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an operation of measuring channel occupancy ratio information through a carrier sensing operation in a vehicle terminal.
  • a communication node may obtain information on an occupancy ratio of channels.
  • the MAC layer of a communication node performing channel access may obtain information on channel load from an upper layer through SAP.
  • the upper layer of the communication node may transmit channel load information to the LLC as a channel load parameter of the DL-UNITDATAX.request primitive through LSAP.
  • the LLC of the communication node may transmit to the MAC layer through MA-UNITDATA.request or MA-UNITDATAX.request of MAC SAP further including a channel load parameter.
  • the communication node may measure whether the channel is used through the carrier sensing operation, and may measure the occupancy ratio of the channel based on the carrier sensing operation result. For example, during a specific time period, the communication node may perform N energy measurement operations and calculate the number of times the energy measurement value is greater than or equal to a preset range. The communication node may convert the number of times that energy above a certain level is detected by the number of measurements during a specific time period into a channel occupancy rate. The communication node may further reflect a weight to the measured channel occupancy rate value in order to minimize a sudden change in the channel occupancy rate value according to the communication environment and measurement errors.
  • the channel occupancy ratio value may be expressed as Equation 1 below.
  • a in Equation 1 may be a weight value according to a time point of measuring the channel occupancy ratio. That is, according to Equation 1, the communication node sets a weight value a between 0 and 1, and a value obtained by multiplying the channel load value at the previous time by (1-a) and the channel occupancy ratio at the current time point a The channel occupancy ratio can be calculated by summing the multiplied values.
  • Communication nodes located in places where the environment change of the communication network is large can set the value a to a value close to 1 (eg, a number greater than 1/2) in order to place a high weight on Current_Load.
  • a communication node located in a place where environmental change of a communication network is small may set the value a to a value close to 0 (eg, a number less than 1/2).
  • the communication node that continuously performs the carrier sensing operation may determine the state of the channel at the time of data transmission. For example, a communication node that has acquired a frame from a higher layer has an energy measurement result for a specific channel maintained above a specific level during a specific time period before the frame acquisition time, or the number of energy detections above a specific level within a preset time period. If the channel load at the previous time is more than 1.5 times, the communication node may determine that the current channel is very congested.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the structure of a frame transmitted periodically
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the structure of a periodically transmitted frame.
  • Frames periodically transmitted by communication nodes may include a MAC header, a frame body, and an FCS.
  • the frame body may further include information on the transmission time of the frame.
  • the communication node may obtain information on the transmission time of a frame from an upper layer through an MLME SAP or MAC SAP.
  • the information on the transmission time of the frame may include information on the transmission period, the number of repetitions, and the data type (or service type).
  • the frame transmission method according to the embodiment of FIG. 11 may be applied to a frame that is periodically transmitted, but may be difficult to apply when the period of the frame is frequently changed.
  • the communication node may obtain information on the transmission time of a frame from an upper layer through an MLME SAP or MAC SAP.
  • the information on the transmission time of the frame may include information on the transmission time and data type (or service type) of the next frame.
  • the transmission time information of the next frame may be changed according to a data type (eg, Cooperative Awareness Message (CAM), etc.) or a congestion control operation.
  • a data type eg, Cooperative Awareness Message (CAM), etc.
  • CAM Cooperative Awareness Message
  • the communication node may generate a frame including information on the transmission time of the frame (eg, transmission period, repetition number, data type, and next transmission time) according to the structure of FIG. 11 or 12.
  • Information on the transmission time of the frame may be included in the frame in the form of an information element.
  • the communication node can transmit the generated frame to another communication node.
  • the communication node receiving the frame according to the structure of FIG. 11 or 12 may obtain information on the transmission time of the frame from the frame.
  • the communication node may check the next transmission time of a frame corresponding to a specific service based on information about the transmission time of the acquired frame.
  • the communication node can predict the channel occupancy situation according to the periodic frame transmission.
  • the communication node may determine that the channel is congested.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the structure of a frame transmitted periodically
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing a fourth embodiment of the structure of a periodically transmitted frame.
  • MAC headers of frames transmitted by communication nodes include a frame control field, a duration field, at least one destination address field, and a sequence control. control) field and QoS (quality of service) control (QoS control) field may be further included.
  • the MAC header of a frame may further include transmission time information of the frame.
  • the sequence control field may further include transmission time information of a next frame.
  • the sequence control field of a conventional frame may include a fragment number field and a sequence number field.
  • the fragment number field may be set to a value other than 0.
  • the sequence number field of the sequence control field may be reduced to 8 bits, and the remaining 6 bits may indicate information on the transmission time of the next frame.
  • the communication node receiving the frame according to FIG. 13 may receive a frame in which a value of the fragment field of the MAC header is not 0. It can be seen that the communication node further includes information on the transmission time of the next frame in the MAC header. The communication node may obtain information on the transmission time of the next frame from a portion of the fragment number field and the sequence control field of the frame.
  • the QoS control field may further include information on the transmission time of the next frame.
  • the MAC header includes a traffic identifier (TID) field indicating a traffic ID, an end of service period (EOSP) field indicating the end of a service period, an ACK policy field, and an aggregated MAC service data (A-MSDU). unit) field.
  • TID traffic identifier
  • EOSP end of service period
  • A-MSDU aggregated MAC service data
  • the TID of the MAC header including information on the transmission time of the next frame may indicate priority information of the frame.
  • the EOSP field of the MAC header may include one bit, and the bit of the EOSP field may be set to 0.
  • the ACK policy field of the MAC header may include two bits, and may be set to "1, 0", respectively.
  • the A-MSDU field of the MAC header may include 1 bit, and the bit of the A-MSDU field may be set to 0.
  • the MAC header may indicate information on the transmission time of the next frame through the next transmission time information field including the last plurality (eg, 8) bits of the QoS control field.
  • a plurality of bits of the next transmission time information field may include information on a transmission opportunity of a communication node.
  • a plurality of bits of the next transmission time information field may be set to 0.
  • a plurality of bits of the next transmission time information field may be set to a non-zero value, and specifically, may further include information on the transmission time of the next frame of the communication node.
  • the information on the transmission time of the frame may indicate a specific number in a fixed unit (eg, 1 ms unit), or may further include information and a unit on the transmission time of the frame.
  • the communication node receiving the frame according to FIG. 14 may receive a frame in which values of the last plurality of bits of the vehicle communication frame are non-zero through the QoS control field of the MAC header. While performing vehicle communication, the communication node may confirm that the corresponding field further includes transmission time information of the next frame according to the information included in the QoS control field of the MAC header. The communication node may obtain information on the transmission time of the next frame from the frame.
  • 15 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of an operation of a communication node that performs a channel access procedure based on channel occupancy rate information.
  • a communication node may detect frames from other communication nodes during a certain time period. Frames from other communication nodes may further include information on transmission timing. The communication node may predict the channel occupancy ratio and the channel state at the time of acquiring the frame based on period information indicated by the transmission time information of each of the frames.
  • the communication node can be performed based on EDCA like the existing wireless LAN.
  • the communication node may perform a collision avoidance operation.
  • the upper layer of the communication node may transmit channel load information to the LLC as a channel load parameter of the DL-UNITDATAX.request primitive through LSAP.
  • the LLC of the communication node may transmit to the MAC layer through MA-UNITDATA.request or MA-UNITDATAX.request of MAC SAP further including a channel load parameter.
  • the communication node performing the congestion avoidance operation based on the channel load value may determine a channel occupancy ratio and a channel state at a time when a data transmission request is received from an upper layer.
  • the communication node may delay transmission of the frame.
  • the communication node may determine a channel occupancy ratio and a channel state based on the carrier sensing, the detection result of the frame, and the information on the transmission time of the received frame.
  • the communication node may predict the channel occupancy rate and the channel state by additionally reflecting the reception state information of the detected frame. For example, the communication node may assign a weight when calculating the channel occupancy ratio and the channel state based on the reception state information (eg, RSSI, etc.) of the sensed frame.
  • the reception state information eg, RSSI, etc.
  • the communication node may set the NAV itself (self NAV) and perform a congestion avoidance operation through a random delay. Or, if the channel is expected to be congested at the time of transmission based on the information on the transmission time of the received frame, the communication node sets the NAV itself (self NAV) and performs a congestion avoidance operation through a random delay. can do.
  • the communication node may not transmit a frame during the set NAV period.
  • the random delay value may be a value within a preset range according to the state of the channel. For example, when the state of the channel is divided into three stages of busy, medium, and idle according to the occupied ratio of the channel, the random delay values may also be preset to three.
  • the communication node may set the NAV based on a random delay value of one of three random delay values based on a channel state (one of a busy, medium, and idle).
  • the communication node may differently set the setting range of the random delay according to the form of the payload of the frame (eg, service class, etc.). For example, when transmitting a Basic Safegy Message (BSM) including a notification (Event Flag) for a specific emergency situation, the priority of the message (User Priority) may be set to a high number. The communication node may not perform the congestion avoidance operation based on the priority information. Alternatively, the communication node performing the congestion avoidance operation may have a relatively low random delay (for example, within 300 ms). On the other hand, when a frame including data that does not significantly affect safety, such as a message indicating a general location or a navigation message, is transmitted, the priority of the frame may be set relatively low. A communication node transmitting a frame having a low priority may have a relatively long random delay (for example, within 1,000 ms).
  • the communication node can always perform a congestion avoidance operation through an additional random delay.
  • the communication node may perform a congestion avoidance operation probabilistically according to a channel occupancy ratio. For example, when the channel occupancy ratio is 0.3 or more, the communication node transmitting the frame may further perform a congestion avoidance operation through a random delay with a 50% probability. When the channel occupancy ratio is 0.5 or more, the communication node transmitting the frame may further perform a congestion avoidance operation through a random delay with a 75% probability. In addition, when the channel occupancy ratio is 0.7 or more, the communication node that transmits the frame may always further perform a congestion avoidance operation through a random delay.
  • the communication node may not perform the frame transmission operation during the set NAV period. After the NAV has elapsed, the communication node may perform a channel sensing operation before transmitting the frame. The communication node may perform a channel monitoring operation or a random backoff operation. When the channel is idle as a result of the channel sensing operation, the communication node may transmit a frame.
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of an operation of a communication node transmitting a signal in a 20 MHz bandwidth in a V2X communication system.
  • a communication node may transmit a frame through two channels (eg, channel 174 and channel 176).
  • the communication node may set one of the two channels as a channel for contention (hereinafter referred to as a contention channel) independently of the configuration of the primary channel and the secondary channel. That is, the communication node may compete for a frame transmission opportunity in one of the main channel or the sub channel.
  • the communication node may select one of two channels having a bandwidth of 10 MHz as the contention channel.
  • the communication node may perform a channel contention operation in the selected contention channel.
  • the communication node may select a contention channel by alternately selecting two channels one by one.
  • the communication node may probabilistically select one of the two channels as the contention channel.
  • the communication node may select one of the two channels as the contention channel with the same probability. For example, the communication node may generate one of 0 and 1 random number. If the random number is 0, the communication node can select the channel of the previous number (Ch 174 in this embodiment) as the contention channel. If the random number is 1, the communication node selects the channel of the latter number (Ch 176 in this embodiment). ) Can be selected as a competitive channel.
  • the communication node may generate one of 0 to 9 random numbers. If the random number is 0 to 4, the communication node can select the channel of the previous number (Ch 174 in this embodiment) as the contention channel, and if the random number is 5 to 9, the communication node uses the channel of the latter number (this implementation In the example, Ch 176) can be selected as a contention channel.
  • the communication node may select one of the two channels as the contention channel with different probabilities. Specifically, the communication node may determine a contention channel selection probability of two different channels based on the channel occupancy ratio. The communication node can set the probability p in the channel with a high channel occupancy ratio among the two channels. The probability p can be divided into several steps according to the degree of the channel occupancy ratio of the corresponding channel. The communication node may calculate a channel occupancy ratio based on the channel state observation information for a predetermined time. Alternatively, the WSMP layer of the communication node may calculate each channel occupancy ratio based on the channel state of the contention channel.
  • the contention channel selection probability of the channel may be set differently according to the congestion degree. For example, when the congestion level of a specific channel is in a congestion state, the contention channel selection probability of the specific channel may be set to 1/6, in an intermediate state, 2/6, and in a spare state, 3/6. When a contention channel selection probability value of a specific channel is set to p, the communication node may set a contention channel selection probability of another channel to 1-p. That is, when one channel state is a congestion state, the contention channel selection probability of the other channel may be 5/6.
  • the communication node may generate a random number value between 0 and 1, and may select a contention channel based on the random number value. For example, when channel 176 has a higher usage rate than channel 174 and a state of channel 176 is a congested state, a communication node that has obtained a random number value of less than 1/6 may select channel 176 as a contention channel. In addition, a communication node having acquired a random number value of 1/6 or more may select channel 174 as a contention channel. If the state of one channel is in the spare state, the channel selection probability of each of the two channels may be the same.
  • the communication node can determine the channel occupancy ratio of the main channel by referring to the main channel status in the upper layer WSMP (WAVE Short Message Protocol), and based on the channel status observation result during a preset time period, the channel occupancy ratio of the main channel is determined. You can decide.
  • WSMP Wi-Fi Short Message Protocol
  • the communication node may compete to acquire a frame transmission opportunity in the contention channel. For example, the communication node may perform a random backoff operation in the contention channel (t1 to t3). In addition, the communication node may monitor the expanding channel and monitor the channel occupancy state of the expanding channel for a preset time period (eg, PIFS, etc.) (t2 to t3).
  • a preset time period eg, PIFS, etc.
  • the communication node may determine whether to transmit a frame based on a result of the random backoff operation in the contention channel. For example, when the communication node can complete the random backoff operation in the contention channel and the extension channel is idle during the PIFS period, the communication node can transmit a frame through a 20MHz channel. In the present invention, when a frame is transmitted through a 20MHz channel, data of the frame may be mapped from a radio resource indicated by a lower channel number.
  • the communication node when the communication node detects the occupied state of the contention channel during the random backoff operation, the communication node may stop the access procedure in the contention channel.
  • 17 is a conceptual diagram illustrating a second embodiment of an operation of a communication node transmitting a signal in a 20 MHz bandwidth in a V2X communication system.
  • a communication node may transmit a frame through two channels (eg, channel 174 and channel 176).
  • One of the two channels may be a primary channel for transmitting a frame, and the other channel may be a sub-channel that can replace the primary channel.
  • the main channel may be defined according to an existing standard or a service type of a transmitted frame.
  • the main channel defined in the existing standard is called the existing main channel.
  • the communication node may determine a contention channel for performing channel access based on the channel occupancy state of each of the channels (eg, a primary channel and a sub channel).
  • the communication node may set a channel 176, which is a channel separate from the existing main channel, as the main channel based on the occupied state of each of the channels.
  • Channel 176 newly established by the communication node may be referred to as a contention channel.
  • a communication node may compete to acquire a frame transmission opportunity in a contention channel.
  • the communication node may perform a random backoff operation in the contention channel (t1 to t3).
  • the communication node may perform a frame transmission operation on the existing main channel when the channel is occupied while performing contention for obtaining a frame transmission opportunity in the contention channel.
  • the communication node performs a random backoff operation on the contention channel and monitors the existing main channel when the contention channel becomes occupied while performing the random backoff.
  • the channel occupancy status may be monitored for a preset time period (eg, PIFS, etc.) before the time when random backoff expires in the contention channel (t2 to t3).
  • the communication node may monitor the existing primary channel during the entire random backoff period to be performed in the contention channel, and monitor the channel occupancy state of the existing primary channel (t1 to t3).
  • the communication node may determine a channel to transmit the frame based on the result of the random backoff operation in the contention channel. For example, during a backoff procedure in a contention channel, when a contention channel is occupied by another communication node, the communication node performs random backoff on the contention channel with reference to FIGS. 17(a) and 17(b). If the existing primary channel is idle during a preset time period (eg, PIFS, etc.) before the expiration time or during the entire random backoff period to be performed on the contention channel, the frame may be transmitted through the existing primary channel.
  • a preset time period eg, PIFS, etc.
  • a method of transmitting a frame using a plurality of channels may be applicable even when a plurality of channels are not connected.
  • the multi-channel approach method of the present invention may be applicable even when a plurality of channels in the 2.4GHz band, channels in the 5GHz band, and channels in the 6GHz band are selected and used.
  • a channel may be referred to as a link. That is, the present invention may be applied to a channel access method for using multiple links as a channel access (channel access) method for using multiple channels.
  • the methods according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable media include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the above-described hardware device may be configured to operate as at least one software module to perform the operation of the present invention, and vice versa.

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Abstract

무선 통신 네트워크에서 제1 통신 노드의 동작 방법은, 제1 채널 및 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는 단계; 상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하는 단계; 상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하는 단계; 및 상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널의 상태가 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴(idle) 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

광대역 무선 통신 네트워크에서 주 채널의 결정에 기초한 프레임 전송 방법 및 장치
본 발명은 광대역 무선 통신 네트워크에서의 통신 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 차량용 무선 랜 통신 네트워크에서, 확장된 채널을 통한 프레임 전송 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근 모바일 기기의 보급이 확대됨에 따라 이들에게 빠른 무선 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 무선랜(Wireless LAN) 기술이 많은 각광을 받고 있다. 무선랜을 사용하는 표준은 주로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 IEEE 802.11 표준으로 개발되고 있다. IEEE 802.11표준은 초기 1~2 Mbps를 지원하는 초기 버전을 시작으로, 후속 버전을 통해 이를 개정하는 방식으로 표준화가 개발 및 진행되었다.
무선랜 기술 중 빠른 핸드오프(fast BSS transition), 신속한 초기 연결 설정(fast initial link setup), 1 GHz 이하의 대역에서 동작하는 저전력 단말에 대한 기술, 차량용 단말을 위한 무선랜 기술 등 특정 동작을 위한 표준 기술 역시 개발 및 반영되어 각각의 표준 개정판이 제정되었다. 특히, 차량용 단말을 위한 무선랜 기술은 IEEE 802.11p에 반영되었으며, IEEE 802.11a에서의 신호 형태 및 IEEE 802.11e에서의 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)를 기반으로 하며, 5.9 GHz 대역에서 동작한다. 또한, 이동성이 강한 단말에 적합하도록 10MHz 대역폭을 기본으로 하는 한편, 단말이 무선 접속점과 인증 및 결합 과정을 거치지 않고 각 차량 단말간 통신을 직접적으로 수행할 수 있도록 OCB(outside context of BSS) 통신을 지원할 수 있다.
한편, 차량용 통신 동작에서도 더 많은 센서 및 동작이 개발됨에 따라, 해당 동작을 위한 어플리케이션(application)이 다양화되고, IEEE 802.11p에 비하여 더 높은 데이터 처리율 및 전송 거리를 향상시키기 위하여, 차세대 차량용 통신(next generation V2X, NGV)을 위한 무선랜 표준을 제정하기 위해 IEEE 802.11bd가 개발 및 표준화가 진행 중이다.
하지만, IEEE 802.11p 및 IEEE 802.11bd와 같은 차량 통신 네트워크에서는 무선 접속점의 개념이 존재하지 않아, 주 채널의 개념 및 설정 방법이 명확하지 않을 수 있다. 따라서, 차량 통신 네트워크에서 주 채널과 주 채널의 설정 방법을 정의할 필요가 있으며, 그리고, 정의된 주 채널에 대한 채널 접근 방식을 명확히 정의할 필요가 있다.
본 발명은 통신 환경에서의 주 채널 설정 및 대역폭을 확장하여 채널 접근을 수행하기 위한 것으로, 무선랜을 이용한 다중 사용자 패킷 전송 동작을 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법은, 제1 채널 및 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는 단계; 상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하는 단계; 상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하는 단계; 및 상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널의 상태가 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴(idle) 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 프레임을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고, 상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 채널일 수 있다.
여기서, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는 단계는, ED(energy detection) 결과, 미리 설정된 시구간 동안에서의 임계값 이상의 에너지 검출 횟수를 기초로 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 제1 채널을 상기 주 채널로 설정하고, 상기 제2 채널을 상기 부 채널로 설정하는 단계는, 미리 설정된 범위 중 제1 범위에 속하는 난수를 생성하는 경우, 상기 제1 채널을 상기 주 채널로 설정하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 범위는, 상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 제1 채널 센싱 결과, 상기 제1 채널이 점유된 경우, 상기 제2 채널을 상기 주 채널로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 프레임은, 상기 제2 채널에서 전송될 수 있다.
여기서, 상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 제2 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 프레임은, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에서 전송될 수 있다.
여기서, 상기 제1 채널 센싱 동작은, 상기 제1 채널에서의 랜덤 백오프(random backoff) 동작일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 무선 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법은, 다른 통신 노드로부터 다음 전송 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계; 상기 제1 프레임의 상기 다음 전송 시점에 관한 정보를 기초로, 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 산출하는 단계; 상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보의 비교 결과를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하는 단계; 상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하는 단계; 및 상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고, 상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 채널일 수 있다.
여기서, 상기 다음 전송 시점에 관한 정보는, 상기 제1 프레임의 주기 인터벌(period interval), 상기 제1 프레임의 반복 횟수 및 상기 제1 프레임의 페이로드(payload)의 서비스 지시자 중 적어도 하나의 정보를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 프레임은, 상기 제2 채널 센싱 동작의 수행 결과 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 부 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 주 채널 및 상기 부 채널에서 전송될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 무선 통신 네트워크에서 통신 노드는, 프로세서(processor); 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory); 및 상기 프로세서에 의해 생성된 신호를 전송하는 송신 안테나들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 제1 채널 및 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하고; 상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하고; 상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하고; 그리고 상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴(idle) 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 제1 프레임을 전송하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고, 상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 10MHz 대역폭의 위한 채널일 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행됨에 있어, 다음 전송 시점에 관한 정보를 포함하는 제2 프레임을 수신하고; 그리고 상기 다음 전송 시점에서의 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 산출하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 다음 전송 시점에 관한 정보는, 상기 제2 프레임의 주기 인터벌(period interval), 상기 제2 프레임의 반복 횟수 및 상기 제2 프레임의 페이로드(payload)의 서비스 지시자 중 적어도 하나의 정보를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 다음 전송 시점에서, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 기초로, NAV(network allocation vector)를 설정하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행됨에 있어, ED(energy detection) 결과, 상기 미리 설정된 시구간에서의 임계값 이상의 에너지 검출 횟수를 기초로 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 다른 통신 노드에 의해 점유된 경우, 상기 제2 채널을 상기 주 채널로 설정하도록 더 실행되고, 상기 제1 프레임은 상기 제2 채널에서 전송될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하도록 더 실행되고, 상기 제2 프레임은, 상기 제2 채널 센싱 동작의 수행 결과 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 제2 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에서 전송될 수 있다.
본 발명에 의하면, 무선 접속점(access point, AP)과 결합(association)을 하지 않고 통신을 하는 OCB(outside context of BSS) 통신 네트워크에서 주 채널을 정의하는 방법을 제시함으로써, 효율적으로 채널 액세스를 수행하여 프레임을 전송할 수 있다.
통신 노드가 기존의 대역폭을 확장하여 20MHz 대역을 통해 프레임을 전송하는 경우에 있어, 채널들의 점유 비율을 기초로 주 채널을 정의함으로써, 프레임 전송에서의 목적에 따라 기존 단말과의 형평성을 맞추거나 효율적으로 채널을 사용하여 채널 접근을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 통신 노드 내지 무선 접속점 내지 접속 관리치, 셀룰러 통신을 이용하는 스테이션 내지 기지국 등 다양한 통신 디바이스에 사용 가능하다.
도 1은 무선랜 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 무선랜 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 무선랜 시스템에서 스테이션의 연결 절차를 도시한 순서도이다.
도 4는 EDCA에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 5는 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드들을 포함하는 통신 네트워크의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드의 레이어 구조의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드를 위한 채널 할당 및 주 채널 정의 방법의 제 1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8은 V2X 통신 시스템에서 채널 점유 비율을 기초로 한 통신 노드의 주 채널 설정 결과의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 V2X 통신 시스템에서 채널 점유 비율을 기초로 한 통신 노드의 주 채널 설정 결과의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 차량 단말에서 캐리어 센싱 동작을 통해 채널 점유 비율 정보를 측정하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 11은 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12는 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13은 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 14는 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 15는 채널 점유 비율 정보를 기초로 채널 액세스 절차를 수행하는 통신 노드의 동작의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 16은 V2X 통신 시스템에서 20MHz 대역폭에서 신호를 전송하는 통신 노드의 동작의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17은 V2X 통신 시스템에서 20MHz 대역폭에서 신호를 전송하는 통신 노드의 동작의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
아래에서, 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 무선 통신 네트워크(wireless communication network)가 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 무선 통신 네트워크는 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 무선 통신 네트워크들에 적용될 수 있다.
도 1은 무선랜 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 무선랜 시스템은 적어도 하나의 기본 서비스 세트(basic service set; BSS)를 포함할 수 있다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(STA1, STA2(AP1), STA3, STA4, STA5(AP2), STA6, STA7, STA8)의 집합을 의미하며, 특정 영역을 의미하는 개념은 아니다. 아래 실시예들에서 액세스 포인트(access point)의 기능을 수행하는 스테이션은 "액세스 포인트(AP)"로 지칭될 수 있고, 액세스 포인트의 기능을 수행하지 않는 스테이션은 "non-AP 스테이션" 또는 "스테이션"으로 지칭될 수 있다.
BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(independent BSS; IBSS)로 구분될 수 있다. 여기서, BSS1과 BSS2는 인프라스트럭쳐 BSS를 의미할 수 있고, BSS3은 IBSS를 의미할 수 있다.
BSS3은 애드-혹(ad-hoc) 모드로 동작하는 IBSS를 의미할 수 있다. BSS3에는 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)인 액세스 포인트가 존재하지 않을 수 있다. 즉, BSS3에서 스테이션들(STA6, STA7, STA8)은 분산된 방식(distributed manner)으로 관리될 수 있다. BSS3에서 모든 스테이션들(STA6, STA7, STA8)은 이동 스테이션을 의미할 수 있으며, 분배 시스템(DS)으로 접속이 허용되지 않으므로 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
복수의 인프라스트럭쳐 BSS들은 분배 시스템(DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. 분배 시스템(DS)을 통하여 연결된 복수의 BSS들을 확장된 서비스 세트(extended service set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 통신 노드들(STA1, STA2(AP1), STA3, STA4, STA5(AP2))은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 임의의 스테이션(STA1, STA3, STA4)은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
무선랜 차량 통신(Vehicle to Everything, V2X) 네트워크의 스테이션(통신 노드)들은 액세스 포인트와 동기화를 이루어 BSS를 구성하는 동작을 수행하지 않을 수 있다. 무선랜 차량 통신 네트워크의 스테이션(통신 노드)들은 스테이션(들)끼리 직접 통신을 할 수 있는 OCB(Outside the Context of BSS) 통신을 수행할 수 있다. OCB 통신을 수행하는 스테이션들 각각은 액세스 포인트와 동기화를 위한 절차를 생략하고 다른 스테이션(들)에게 프레임을 전송할 수 있다.
무선랜 시스템에 포함된 통신 노드들(STA1, STA2(AP1), STA3, STA4, STA5(AP2), STA6, STA7, STA8)은 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 2는 무선랜 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 송수신 장치(230)는 트랜시버(transceiver), RF(radio frequency) 유닛, RF 모듈(module) 등으로 지칭될 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
한편, 무선랜 시스템에서 연결 절차는 다음과 같이 수행될 수 있다.
도 3은 무선랜 시스템에서 스테이션의 연결 절차를 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 인프라스트럭쳐 BSS에서 스테이션(STA)의 연결 절차는 크게 액세스 포인트(AP)를 탐지하는 단계(probe step), 탐지된 액세스 포인트(AP)와의 인증 단계(authentication step), 및 인증 절차를 수행한 액세스 포인트(AP)와의 연결 단계(association step)로 구분될 수 있다.
이웃한 액세스 포인트들(APs)이 탐지된 경우, 스테이션(STA)은 탐지된 액세스 포인트(AP)와의 인증 단계를 수행할 수 있다.
스테이션(STA)은 IEEE 802.11 표준에 따른 인증 알고리즘을 기반으로 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 전송할 수 있고, 액세스 포인트(AP)로부터 인증 요청 프레임에 대한 응답인 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 수신함으로써 액세스 포인트(AP)와의 인증을 완료할 수 있다.
액세스 포인트(AP)와의 인증이 완료된 경우, 스테이션(STA)은 액세스 포인트(AP)와의 연결 단계를 수행할 수 있다. 이 경우, 스테이션(STA)은 자신과 인증 단계를 수행한 액세스 포인트들(APs) 중 하나의 액세스 포인트(AP)를 선택할 수 있고, 선택된 액세스 포인트(AP)와 연결 단계를 수행할 수 있다.
무선랜 차량 통신(Vehicle to Everything, V2X)의 경우에는 스테이션(통신 노드)들이 액세스 포인트와 동기화를 이루어 BSS를 구성하는 동작을 수행할 필요가 없고 스테이션(들)끼리 직접 통신을 할 수 있는 OCB(Outside the Context of BSS) 통신을 수행할 수 있다. OCB 통신을 수행하는 스테이션들 각각은 액세스 포인트와 동기화를 위한 액세스 포인트 탐색을 위한 비콘 수신, 프로브 요청/응답 절차, 연결 요청/응답 절차, 그리고 인증 절차 등을 생략할 수 있으며, 다른 스테이션(들)에게 프레임을 전송할 수 있다.
한편, 무선랜 시스템에 속한 통신 노드(예를 들어, 액세스 포인트, 스테이션 등)는 PCF(point coordination function), HCF(hybrid coordination function), HCCA(HCF controlled channel access), DCF(distributed coordination function), EDCA(enhanced distributed channel access) 등에 기초하여 프레임의 송수신 동작을 수행할 수 있다.
무선랜 시스템에서 프레임은 관리(management) 프레임, 제어(control) 프레임 및 데이터 프레임으로 분류될 수 있다. 관리 프레임은 연결 요청(association request) 프레임, 연결 응답(response) 프레임, 재연결(reassociation) 요청 프레임, 재연결 응답 프레임, 프로브 요청(probe request) 프레임, 프로브 응답 프레임, 비컨(beacon) 프레임, 연결 해제(disassociation) 프레임, 인증(authentication) 프레임, 인증 해제(deauthentication) 프레임, 액션(action) 프레임 등을 포함할 수 있다.
제어 프레임은 ACK(acknowledgement) 프레임, BAR(block ACK request) 프레임, BA(block ACK) 프레임, PS(power saving)-Poll 프레임, RTS(request to send) 프레임, CTS(clear to send) 프레임 등을 포함할 수 있다. 데이터 프레임은 QoS(quality of service) 데이터 프레임 및 비-QoS(non-QoS) 데이터 프레임으로 분류될 수 있다. QoS 데이터 프레임은 QoS에 따른 전송이 요구되는 데이터 프레임을 지시할 수 있고, 비-QoS 데이터 프레임은 QoS에 따른 전송이 요구되지 않는 데이터 프레임을 지시할 수 있다.
한편, 무선랜 시스템에서 통신 노드(예를 들어, 액세스 포인트, 스테이션)는 EDCA에 기초하여 동작할 수 있다.
도 4는 EDCA에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 제어 프레임(또는, 관리 프레임)을 전송하고자 하는 통신 노드는 미리 설정된 구간(예를 들어, SIFS(short interframe space), PIFS(PCF IFS)) 동안 채널 상태의 모니터링(monitoring) 동작(예를 들어, 캐리어 센싱(carrier sensing) 동작)을 수행할 수 있고, 미리 설정된 구간(예를 들어, SIFS, PIFS) 동안 채널 상태가 아이들 상태(idle state)로 판단된 경우에 제어 프레임(또는, 관리 프레임)을 전송할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 SIFS 동안 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 ACK 프레임, BA 프레임, CTS 프레임 등을 전송할 수 있다. 또한, 통신 노드는 PIFS 동안 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 비컨 프레임 등을 전송할 수 있다. 반면, 미리 설정된 구간(예를 들어, SIFS, PIFS) 동안 채널 상태가 점유(busy) 상태로 판단된 경우, 통신 노드는 제어 프레임(또는, 관리 프레임)을 전송하지 않을 수 있다. 여기서, 캐리어 센싱 동작은 CCA(clear channel assessment) 동작을 지시할 수 있다.
비-QoS 데이터 프레임을 전송하고자 하는 통신 노드는 DIFS(DCF IFS) 동안 채널 상태의 모니터링 동작(예를 들어, 캐리어 센싱 동작)을 수행할 수 있고, DIFS 동안 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 랜덤 백오프(random backoff) 절차를 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 랜덤 백오프 동작에 따른 경쟁 윈도우(contention window) 내에서 백오프 값(예를 들어, 백오프 카운터)를 선택할 수 있고, 선택된 백오프 값에 대응하는 구간(이하 "백오프 구간"이라 함) 동안에 채널 상태의 모니터링 동작(예를 들어, 캐리어 센싱 동작)을 수행할 수 있다. 통신 노드는 백오프 구간 동안에 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 비-QoS 데이터 프레임을 전송할 수 있다.
QoS 데이터 프레임을 전송하고자 하는 통신 노드는 AIFS(arbitration IFS) 동안에 채널 상태의 모니터링 동작(예를 들어, 캐리어 센싱 동작)을 수행할 수 있고, AIFS 동안 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 랜덤 백오프 동작을 수행할 수 있다. AIFS는 QoS 데이터 프레임에 포함된 데이터 유닛(예를 들어, PDU(protocol data unit))의 AC(access category)에 따라 설정될 수 있다. 데이터 유닛의 AC는 아래 표 1과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2020005816-appb-T000001
AC_BK는 백그라운드(background) 데이터를 지시할 수 있고, AC_BE는 베스트 에퍼트(best effort) 방식으로 전송되는 데이터를 지시할 수 있고, AC_VI는 비디오(video) 데이터를 지시할 수 있고, AC_VO는 보이스(voice) 데이터를 지시할 수 있다. 예를 들어, AC_VO 및 AC_VI 각각에 대응하는 QoS 데이터 프레임을 위한 AIFS의 길이는 DIFS의 길이와 동일하게 설정될 수 있다. AC_BE 및 AC_BK 각각에 대응하는 QoS 데이터 프레임을 위한 AIFS의 길이는 DIFS의 길이보다 길게 설정될 수 있다. 여기서, AC_BK에 대응하는 QoS 데이터 프레임을 위한 AIFS의 길이는 AC_BE에 대응하는 QoS 데이터 프레임을 위한 AIFS의 길이보다 길게 설정될 수 있다.
랜덤 백오프 동작에서 통신 노드는 QoS 데이터 프레임의 AC에 따른 경쟁 윈도우 내에서 백오프 값(예를 들어, 백오프 카운터)를 선택할 수 있다. AC에 따른 경쟁 윈도우는 아래 표 2와 같을 수 있다. CWmin은 경쟁 윈도우의 최소값을 지시할 수 있고, CWmax는 경쟁 윈도우의 최대값을 지시할 수 있고, 경쟁 윈도우의 최소값 및 최대값 각각은 슬롯의 개수로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020005816-appb-T000002
통신 노드는 백오프 구간 동안에 채널 상태의 모니터링 동작(예를 들어, 캐리어 센싱 동작)을 수행할 수 있고, 백오프 구간 동안에 채널 상태가 아이들 상태로 판단된 경우에 QoS 데이터 프레임을 전송할 수 있다.
다음으로, 통신 시스템에서 무선랜 다중 채널 동작 방법들이 설명될 것이다. 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 단말의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 기지국은 단말의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 기지국의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 단말은 기지국의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.
도 5는 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드들을 포함하는 통신 네트워크의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 통신 장치를 포함하고 있는 차량 통신 노드는 센서를 통해 특정 상황을 감지하거나 특정 동작을 수행할 때 차량의 위치, 속도, 가속도 및 센서의 측정 결과를 포함하는 데이터를 방송 프레임 형태로 송수신할 수 있다. 또한, 차량 통신 노드는 도로에 가로등, 신호등과 같은 노변 장치로부터 주변 상황에 대한 지도 및 특정 이벤트(예를 들어, 도로 진행 방향 상에서의 사고 및 정체 정보 등)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 차량 통신 네트워크 환경에서의 통신 노드는 기존 무선랜 동작에서 수행하는 스캐닝(scanning), 인증, 결합 동작을 수행하지 않을 수 있으며, 특정 BSS에 속하지 않은 채(outside context of BSS, OCB) 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 따라서, 통신 노드는 무선 접속점에서의 주기적인 비컨 프레임의 전송 동작 등을 수행하지 않을 수 있다.
도 6은 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드의 레이어 구조의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드는 최상위 레이어인 어플리케이션 레이어(application layer), end-to-end의 데이터 전송의 신뢰도를 보장하기 위한 전송 레이어(Transport layer)의 동작을 수행하는 UDP/TCP, 여러 노드 간의 전송 경로를 탐색하는 네트워크 레이어(Networking layer) 동작을 수행하는 IPv6, 포인트 간 전송을 위한 데이터 링크 레이어(data link layer)의 LLC(logical link control) 서브레이어(sublayer) 및 MAC(Medium Access Control) 및 실제 신호를 보내는 물리 레이어(physical layer, PHY)으로 구성되어 있다.
어플리케이션 레이어는 다양한 사용 예(use case) 또는 어플리케이션을 구현 및 지원할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 레이어는 V2V(Vehicle to Vehicle) 어플리케이션, V2I(Vehicle to Infrastructure) 어플리케이션, V2O(Vehicle to others) 어플리케이션 등을 포함하는 통신 시스템에서의 다양한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
퍼실리티 레이어는 어플리케이션 레이어에 의해 정의되는 다양한 사용 예를 효과적으로 구현하기 위한 레이어일 수 있다. 예를 들어, 퍼실리티 레이어는 상위 레이어인 어플리케이션 레이어에서 전송하고자 하는 정보를 기초로, 메시지(또는 메시지 세트)를 생성하는 레이어일 수 있다.
네트워크/전송 레이어는 다양한 네트워크 프로토콜 및 전송 프로토콜을 지원함으로써, V2X 통신을 위한 네트워크를 구성하는 레이어일 수 있다. V2X 통신을 위한 네트워크는 동종(homogenous) 네트워크 및/또는 이종(heterogenous) 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 및 전송 레이어는, TCP/UDP+IPv6 등의 인터넷 프로토콜을 통해 통신 노드에 인터넷 접속 및 라우팅을 제공할 수 있다.
또는, 차량 단말 간의 통신의 경우, 전송 단말이 수신 단말을 통해 직접 데이터를 전송할 수 있으므로, 다른 단말을 통해 수신 단말로 데이터를 전송하는 동작이 불필요할 수 있다. 따라서, 통신 노드는 기존의 네트워크/전송 레이어 및 데이터 링크 레이어를 요구하지 않을 수 있다. 따라서, 네트워크/전송 레이어의 기능을 간소화하기 위해 네트워크/전송 레이어 및 데이터 링크 레이어의 일부 기능을 WSMP(WAVE(wireless access in vehicular environments) short message protocol)로 대체할 수 있다.
액세스 레이어는 상위 레이어들로부터 수신한 메세지/데이터를 물리적 채널을 통해 전송하는 레이어일 수 있다. 예를 들어, 액세스 레이어는 IEEE 802.11 및/또는 802.11p 표준 기반 통신 기술, IEEE 1609 및/또는 IEEE 1609.4 표준 기반 통신 기술 등을 지원하여, 물리적 채널을 통해 메시지 및/또는 데이터를 전송할 수 있다. 액세스 레이어는 MAC(media access control) 레이어 및 PHY 레이어를 포함할 수 있다. V2X 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 MAC 레이어는, WSMP MAC 레이어일 수 있다. 각각의 레이어들은 아래에 서술한 바와 같이 하위 레이어로 데이터 및/또는 신호를 전달할 수 있다.
통신 노드를 구성하는 레이어들 각각은 SAP(service access point)을 통해 해당 데이터 및 추가적인 정보를 보낼 수 있다. 예를 들어 LLC 레이어는, WSMP 혹은 IPv6로부터 데이터 및 소스 어드레스(source address)와 목적지 어드레스(destination address)와 같은 파라미터 등을 LSAP(link service access point)를 통해 획득할 수 있다. 특히, LLC 레이어는 LSAP을 통해 WSMP로부터 통신 노드에서 측정된 채널 로드 정보를 획득할 수 있다. 또는 통신 노드에서 측정한 채널 로드 정보를 WSMP로 전달할 수 있다. 채널 로드 정보는 일정 시간 동안의 채널 점유 비율 (%)과 일정 시간 동안에 전송한 통신 노드의 개수를 지시할 수 있다. WAVE에서 사용되는 LSAP은 상위 레이어로부터 전달받는 파라미터인 DL-UNITDATA.request이외에는 기존의 무선랜에서 사용되는 SAP 파라미터와 동일하며, DL-UNITDATA.request는 WAVE 관련 동작을 위한 파라미터를 더 포함하여, DL-UNITDATAX.request의 형태로 전달될 수 있다. DL-UNITDATAX.request는 다음 요소 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. DL-UNITDATAX.request에 포함된 각각의 파라미터들은 표 3에서 정의된 바와 같을 수 있다.
Figure PCTKR2020005816-appb-T000003
표 3에 따르면, 상기 LSAP을 통해 전달받은 파라미터 중 채널 로드는 채널의 혼잡도를 지시할 수 있으며, WSMP 메시지에 포함되여 다른 단말로 전송되거나, MAC 레이어로 MAC SAP을 통해 전달되여 채널 상태에 따른 동작을 수행하기 위해 활용될 수 있다. 또는 채널 로드는 채널의 혼잡도를 지시할 수 있으며, 통신 노드가 일정 시간 동안 측정한 채널 점유 비율 (%)과 일정 시간 동안에 전송한 단말의 개수를 의미할 수 있다. 통신 노드가 상위 계층으로 알릴 때도 사용할 수 있다. 채널 로드는 주기적으로 측정하여 상위 계층에 전달 될 수 있다. 채널 로드 정보는 LSAP으로 DL-UNITDATAX.request 프리미티브의 채널 로드 파라미터로 획득한 정보이며, 기존 무선랜의 MAC SAP의 MA-UNITDATA.request에 채널 로드 파라미터를 추가하는 형식으로 MAC 레이어에 전달될 수 있다.
전송 대역폭은 전송하고자 하는 데이터의 양이 미리 설정된 범위를 초과하는 경우, 20 MHz 대역폭을 갖는 채널에서의 프레임의 전송을 지시할 수 있다. 전송 대역폭이 20 MHz 대역폭을 갖는 채널에서의 프레임 전송을 지시할 경우, 채널 정보에는 20 MHz 대역폭에 해당하는 채널을 지정할 수 있으며, 주 채널 파라미터는 채널 액세스를 수행하기 위한 주 채널을 지정할 수 있다. 추가적으로, 상위 계층에서 20 MHz 대역폭으로의 전송을 지시할 경우, DL-UNITDATAX.request는 채널 점유 비율에 따른 10 MHz 채널에서의 전송 가능 여부를 선택적으로 포함할 수 있다. 전달되는 채널 로드 정보, 전송 대역폭, 주 채널, 및 10 MHz로의 전송 허용 여부 파라미터는 기존 무선랜의 MAC SAP의 MA-UNITDATA.request 혹은 WSMP의 MAUNITDATAX.request에 해당 파라미터들을 추가하는 형식으로 MAC 계층에 전달할 수 있다.
또한, MAC 계층은 PHY 계층으로부터 특정 채널의 비지 여부 등을 PHY SAP을 통해 전달받을 수 있다. 예를 들어, 채널 접근 수행 중 Energy Detection(ED) 방식 으로 채널 센싱을 수행할 때, MAC 계층은 PHY 계층으로부터 PHY-CCA.indication을 통해 채널의 비지 여부 및 비지 상태인 채널 정보를 수신할 수 있다. 이 때, CCA.indication에 IPI-REPORT 파라미터가 포함되어 있거나, 별도의 수신 신호 세기의 정도(low, medium, high)에 해당하는 파라미터를 추가함으로써, CCA를 통해 채널 비지 상태가 인지되었을 때 수신 신호의 세기 정보를 PHY 계층으로부터 전달받을 수 있다.
관리 레이어는 통신 노드에 포함된 레이어들의 운영을 관리하는 레이어일 수 있다. 관리 레이어는 MF(interface between management entity and facilities　layer)(또는 MF-SAP)를 통해 퍼실리티 레이어의 관리 및 운영를 위한 서비스 및 정보를 제공할 수 있다. 그리고 관리 레이어는 네트워크/전송 레이어 및 액세스 레이어와의 인터페이스를 통해 네트워크/전송 레이어 및 액세스 레이어의 관리 및 운영을 위한 서비스 및 정보를 제공할 수 있다.
보안 레이어는 통신 노드에 포함된 레이어들의 보안 관련 정보를 관리하는 레이어일 수 있다. 보안 레이어는 SF(interface between security entity and facilities　layer)(또는 SF-SAP)를 통해 퍼실리티 레이어의 보안을 위한 서비스 및 정보를 제공할 수 있다. 그리고 보안 레이어는 네트워크/전송 레이어 및 액세스 레이어와의 인터페이스를 통해 네트워크/전송 레이어 및 액세스 레이어의 보안을 서비스 및 정보를 제공할 수 있다.
도 7은 차량 간 통신을 수행하는 통신 노드를 위한 채널 할당 및 주 채널 정의 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7(a)을 참조하면, 미국의 경우, 차량 통신을 위한 5.9GHz 대역의 채널은 5.850 GHz - 5.925 GHz 대역으로 규정되어 있으며, 그 중 채널 178(5.885 GHz - 5.895 GHz)은 제어 정보를 전송하거나 다른 채널의 사용을 방송하는 용도인 제어 채널(control channel)로 사용될 수 있다. 채널들 중 채널 172는 차량 통신 노드 간 안전 메시지의 전송만을 위한 채널일 수 있고, 채널 184는 프레임의 전송 거리를 확대하기 위해 할당된 채널일 수 있다. 따라서, 20MHz 대역폭의 전송에 사용될 수 있는 채널은 5.865 GHz - 5.885 GHz 대역 및 5.895 GHz - 5.915 GHz 대역일 수 있다.
20MHz 대역폭을 이용하여 데이터를 높은 전송률로 전송하기 위해, 기존의 무선랜 표준(IEEE 802.11n 혹은 IEEE 802.11ac)에서 활용된 바와 같이, 통신 노드는 주 채널을 기초로 대역폭을 확장하여 프레임을 전송할 수 있다. 통신 노드가 주 채널을 기반으로 대역폭을 확장하는 경우, 통신 노드는 주 채널을 미리 설정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통신 노드는 20MHz 대역의 통신을 사용하는 대역의 일부를 기본 주 채널로 고정적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드가 5.865 GHz - 5.885 GHz의 대역을 사용하여 20MHz 대역폭의 신호를 전송하는 경우, 채널 174(5.865 GHz - 5.875 GHz)를 기본 주 채널로 고정하여, 채널 액세스 및 프레임 전송 동작을 수행할 수 있다. 모든 차량 통신 노드들이 동일한 주 채널을 사용할 경우, 통신 노드는 기본적으로 20MHz 대역폭의 무선 자원 중 하나의 채널(예를 들어, 채널 174)을 주 채널로 인지하고, 주 채널부터 센싱할 수 있다. 그리고 채널 액세스 동작을 수행하는 통신 노드는 주 채널의 센싱 결과 20MHz 대역 채널을 통해 수신한 프레임 또는 주 채널을 통해 수신한 프레임를 감지하여 프레임을 디코딩 할 수 있다.
상기 대역의 주 채널을 변경하여 20MHz 대역폭의 신호를 전송하고자 하는 경우, 통신 노드는 상위 레이어에서의 프로토콜을 활용하는 방법으로(예를 들어, 기존 IEEE Std 1609.4 에서와 같이 CCH에서 다음 주기에 사용할 채널 지정 시 주 채널을 같이 지정하는 방식) 주 채널의 변경 여부를 다른 통신 노드에 방송할 수 있다.
도 7(b)를 참조하면, 도 7(a)에서의 고정적인 주 채널 설정으로 인한 한 채널의 통신 노드가 지속적으로 손해를 보는 단점을 최소화하기 위해, 통신 노드는 주 채널을 하나로 지정하지 않고 임의로 설정할 수 있다. 통신 노드는 20MHz 대역으로 대역폭을 확장하여 채널 액세스를 수행할 때마다 무작위로 하나의 주 채널을 설정하고, 설정한 주 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 또는 통신 노드는 20MHz 대역의 신호를 전송하기 위한 채널 접근을 수행할 때마다 주 채널의 설정을 변경할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 채널 174 및 채널 176을 통해 프레임을 전송하는 경우, 처음 프레임을 전송할 때에는 채널 174를 주 채널로 설정할 수 있으며, 다음 프레임을 전송할 때에는 채널 176을 주 채널로 설정할 수 있다. 통신 노드가 채널 180 및 182를 통해 프레임을 전송하는 경우에도, 통신 노드는 동일한 방식을 적용하여 채널 설정을 변경할 수 있다. 통신 노드들이 무작위로 혹은 번갈아 주 채널을 설정하는 경우, 다른 통신 노드들로부터 프레임을 수신하는 통신 노드는 두 채널 중에서 주 채널을 미리 확인할 수 없으므로, 20MHz 대역폭의 채널을 구성하는 10MHz 채널들 각각을 모두 센싱할 수 있다.
도 8은 V2X 통신 시스템에서 채널 점유 비율을 기초로 한 통신 노드의 주 채널 설정 결과의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 통신 노드는 두 개의 채널(예를 들어, 채널 174 및 채널 176)을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 두 개의 채널 중 하나의 채널(예를 들어, 채널 174)은 프레임을 전송하기 위한 주 채널일 수 있고, 다른 하나의 채널(채널 176)은 주 채널의 확장을 위한 부 채널일 수 있다. 또한, 통신 노드는 주 채널에서는 PD 동작, ED 동작 및 NAV값 확인 동작 중 적어도 하나의 동작인 캐리어 센싱 동작을 수행할 수 있고, 부 채널에서는 ED를 통해 채널 점유(busy)여부를 확인할 수 있다.
채널의 대역폭을 확장하는 방법의 일 실시예에 따르면, 20MHz 대역폭의 채널을 통해 프레임을 전송하는 단말은 두 개의 채널들 중 낮은 채널 점유 비율을 갖는 채널을 주 채널로 설정할 수 있다. 예를 들어, 채널 174의 채널 점유 비율이 채널 176에 비해 높은 경우, 통신 노드는 채널들 중 상대적으로 채널 점유 비율이 낮은 채널 176을 주 채널로 설정할 수 있다.
통신 노드는 주 채널로 설정한 176 채널에 액세스를 수행할 수 있다. 다른 통신 노드에 의해 부 채널이 점유되는 경우에도, 통신 노드는 주 채널에 액세스를 수행할 수 있고, 10MHz 대역폭의 주 채널을 통해 신호를 전송할 수 있다. 따라서, 통신 노드는 신속하게 채널 액세스를 수행할 수 있다. 또한, 통신 노드는 채널들 중 상대적으로 여유로운 채널을 활용할 수 있으므로, 상대적으로 덜 혼잡한 채널을 통해 신호를 전송할 수 있다. 따라서, 통신 노드는 채널을 효율적으로 사용할 수 있다.
통신 노드는 EDCA 절차를 수행하여 주 채널에 액세스할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 AIFS 동안 채널 센싱을 수행할 수 있으며, 채널 센싱 구간(예를 들어, AIFS) 동안 다른 통신 노드에 의해 채널이 점유되지 않은 경우, 주 채널에 액세스할 수 있다. 채널 센싱 동작 직전에 프레임을 전송하였거나, AIFS 시구간 동안의 채널 센싱 결과, 채널이 다른 단말에 의해 점유된 경우, 통신 노드는 채널 점유 시간이 종료된 시점으로부터 AIFS 후에 랜덤 백오프 동작을 추가적으로 수행한 뒤, 주 채널에 액세스할 수 있다. 그리고 통신 노드는 부 채널을 모니터링하여 부 채널의 점유 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 주 채널에 대한 채널 액세스 완료 시점으로부터 이전의 미리 설정된 시구간(예를 들어, PIFS, DIFS 혹은 AIFS 등)동안 부 채널을 모니터링할 수 있다. 부 채널이 다른 통신 노드에 의해 점유되지 않은 경우, 통신 노드는 주 채널 및 부 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 채널 센싱 결과, 부 채널이 다른 통신 노드에 의해 점유된 경우, 통신 노드는 10MHz 대역폭의 주 채널을 통하여 신호를 전송할 수 있다.
도 9는 V2X 통신 시스템에서 채널 점유 비율을 기초로 한 통신 노드의 주 채널 설정 결과의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, V2X 통신 시스템의 통신 노드들 각은 20MHz 대역폭을 갖는 무선 자원을 통해 신호를 전송할 수 있다. 구체적으로 통신 노드는 10MHz 대역폭을 갖는 두 개의 채널(예를 들어, 174 채널 및 176 채널)을 통해 신호를 전송할 수 있다. 대역폭을 확장하여 신호를 전송하는 통신 노드는, 부 채널을 통해 신호를 전송하는 다른 통신 노드들과의 형평성을 조정하기 위하여, 채널 점유 비율이 높은 채널을 주 채널로 설정할 수 있다. 예를 들어, 174 채널의 채널 점유 비율이 176 채널의 채널 점유 비율보다 높은 경우, 통신 노드는 174 채널을 주 채널로 설정할 수 있다.
통신 노드는 EDCA 절차를 수행하여 주 채널에 액세스할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 AIFS 동안 채널 센싱을 수행할 수 있으며, 채널 센싱 구간 동안 다른 통신 노드에 의해 채널이 점유되지 않은 경우, 주 채널에 액세스할 수 있다. 이 때, 채널 센싱 동작 직전에 프레임을 전송하였거나, AIFS 동안 채널 센싱 중 채널이 다른 단말에 의해 점유된 경우, 채널 점유 시간이 종료된 시점으로부터 AIFS 후에 랜덤 백오프 동작을 추가적으로 수행한 뒤, 주 채널에 액세스할 수 있다. 그리고 통신 노드는 부 채널을 모니터링하여 부 채널의 점유 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 주 채널에 대한 채널 액세스 완료 시점으로부터 미리 설정된 시구간(예를 들어, PIFS, DIFS 혹은 AIFS 등)이전 시점까지 부 채널을 모니터링할 수 있다. 부 채널이 미리 설정된 시구간 동안 다른 통신 노드에 의해 점유되지 않은 경우, 통신 노드는 주 채널 및 부 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 채널 센싱 결과, 부 채널이 다른 통신 노드에 의해 점유된 경우, 통신 노드는 10MHz 대역폭의 주 채널을 통하여 신호를 전송할 수 있다.
도 8에서의 실시예와 다르게, 도 9의 실시예에 따른 통신 노드는 상대적으로 높은 채널 점유 비율을 갖는 채널에서 다른 통신 노드들과 프레임 전송을 위한 경쟁 절차를 수행할 수 있다. 따라서, 도 9의 실시예에 따르면, 통신 노드들은 동등한 경쟁 절차를 수행함으로써, 채널 액세스 기회를 공정하게 획득할 수 있다.
도 10은 차량 단말에서 캐리어 센싱 동작을 통해 채널 점유 비율 정보를 측정하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 통신 노드는 채널 액세스를 수행하기에 앞서, 채널들의 점유 비율에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 채널 접근을 수행하는 통신 노드의 MAC 계층은 상위 계층으로부터 SAP을 통해 채널 로드에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드의 상위 계층은, LSAP을 통해 DL-UNITDATAX.request primitive의 채널 로드 파라미터로 채널 로드 정보를 LLC에 전달할 수 있다. 그리고 통신 노드의 LLC는 채널 로드 파라미터를 더 포함하는 MAC SAP의 MA-UNITDATA.request 혹은 MA-UNITDATAX.request를 통해 MAC 계층에 전달할 수 있다.
또는 통신 노드는 캐리어 센싱 동작을 통해 채널의 사용 여부를 측정할 수 있으며, 캐리어 센싱 동작 결과를 기초로 채널의 점유 비율을 측정할 수 있다. 예를 들면, 특정 시구간 동안 통신 노드는 N번의 에너지 측정 동작을 수행할 수 있으며, 에너지 측정 값이 미리 설정된 범위 이상인 횟수를 산출할 수 있다. 통신 노드는 특정 수준 이상의 에너지가 검출되는 회수를 특정 시구간 동안의 측정 횟수로 나누어 채널 점유 비율로 변환할 수 있다. 통신 노드는 통신 환경 및 측정 오류 등에 따른 채널 점유 비율 값의 급격한 변화를 최소화하기 위해 측정된 채널 점유 비율 값에 가중치를 더 반영할 수 있다. 채널 점유 비율 값은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020005816-appb-M000001
수학식 1에서의 a는 채널 점유 비율 측정 시점에 따른 가중치 값일 수 있다. 즉, 수학식 1에 따르면, 통신 노드는 0 내지 1사이의 가중치 값 a를 설정하고, 이전 시점에서의 채널 로드 값에 (1-a)를 곱한 값과 현재 시점에서의 채널 점유 비율에 a를 곱한 값을 합산하여 채널 점유 비율을 산출할 수 있다.
통신 네트워크의 환경 변화가 큰 곳에 위치하는 통신 노드는 Current_Load에 가중치를 높게 두기 위해서 a 값을 1에 가까운 값(예, 1/2보다 큰 수)으로 설정할 수 있다. 반면, 통신 네트워크의 환경 변화가 적은 곳에 위치하는 통신 노드는 a 값을 0에 가까운 값(예, 1/2보다 작은 수)으로 설정할 수 있다.
캐리어 센싱 동작을 지속적으로 수행하는 통신 노드는 데이터 전송 시점에서의 채널의 상태를 판별할 수 있다. 예를 들어, 상위 계층으로부터 프레임을 획득한 통신 노드는 프레임 획득 시점 이전의 특정 시구간 동안 특정 채널에 대한 에너지 측정 결과가 특정 수준 이상이 유지되었거나, 미리 설정된 시구간 내에 특정 수준 이상의 에너지 검출 횟수가 이전 시점의 채널 로드의 1.5 배 이상인 경우, 통신 노드는 현재 채널이 매우 혼잡한 상태라고 판단할 수 있다.
도 11은 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 12는 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
통신 노드들(레거시 통신 노드 및 신규 통신 노드)에 의해 주기적으로 전송되는 프레임은, MAC 헤더(MAC header), 프레임 바디 및 FCS를 포함할 수 있다. 도 11 내지 도 12의 실시예에 따르면, 프레임 바디는 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 더 포함할 수 있다.
도 11의 실시예에 따르면, 통신 노드는 MLME SAP 혹은 MAC SAP을 통하여 상위 계층으로부터 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프레임의 전송 시간에 관한 정보는 전송 주기, 반복 횟수, 및 데이터 형태(또는 서비스의 형태)에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 11의 실시예에 따른 프레임의 전송 방법은 주기적으로 전송되는 프레임에 적용할 수 있으나, 프레임의 주기가 자주 변경되는 경우에는 적용하기 어려울 수 있다.
도 12의 실시예에 따르면, 통신 노드는 MLME SAP 혹은 MAC SAP을 통하여 상위 계층으로부터 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 획득할 수 있다. 프레임의 전송 시간에 관한 정보는 다음 프레임의 전송 시점 및 데이터 형태(또는 서비스의 형태)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 다음 프레임의 전송 시점 정보는 데이터 형태 (예를 들어, Cooperative Awareness Message(CAM) 등) 혹은 혼잡 제어 동작 등에 따라 변경될 수 있다.
통신 노드는 도 11 또는 도 12의 구조에 따라 프레임의 전송 시간에 관한 정보들(예를 들어, 전송 주기, 반복 횟수, 데이터 형태, 및 다음 전송 시점)을 포함하는 프레임을 생성할 수 있다. 프레임의 전송 시간에 관한 정보들은 정보 요소(Information element)의 형태로 프레임에 포함될 수 있다. 통신 노드는 생성한 프레임을 다른 통신 노드로 전송할 수 있다.
도 11 또는 도 12의 구조에 따른 프레임을 수신한 통신 노드는 프레임으로부터 프레임의 전송 시간에 관한 정보들을 획득할 수 있다. 통신 노드는 획득한 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 기초로 특정 서비스에 해당하는 프레임의 다음 전송 시기를 확인할 수 있다. 통신 노드가 주기적인 프레임의 전송 시점을 확인할 수 있는 경우, 통신 노드는 주기적인 프레임 전송에 따른 채널 점유 상황을 예측할 수 있다. 통신 노드가 프레임을 획득한 시점에서 채널 점유 상황이 미리 설정된 범위를 초과하는 경우, 통신 노드는 채널이 혼잡하다고 판단할 수 있다.
도 13은 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제3 실시예를 도시한 개념도이고, 도 14는 주기적으로 전송되는 프레임의 구조의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
통신 노드들(레거시 통신 노드 및 신규 통신 노드)에 의해 전송되는 프레임의 MAC 헤더는, 프레임 제어(frame control) 필드, 듀레이션(duration) 필드, 적어도 하나 이상의 수신 주소(address) 필드, 시퀀스 제어(sequence control) 필드, QoS(quality of service) 제어(QoS control) 필드를 더 포함할 수 있다. 도 13 내지 도 14의 실시예에 따르면, 프레임의 MAC 헤더는 프레임의 전송 시간 정보를 더 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 시퀀스 제어 필드는 다음 프레임의 전송 시점 정보를 더 포함할 수 있다. 종래 프레임의 시퀀스 제어 필드는 프래그먼트 넘버 필드 및 시퀀스 넘버 필드를 포함할 수 있다. 그러나 도 13의 실시예에 따르면, 프래그먼트 넘버 필드는 0이 아닌 값으로 설정될 수 있다. 그리고 시퀀스 제어 필드의 시퀀스 넘버 필드는 8비트로 축소될 수 있으며, 남은 6비트는 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 지시할 수 있다.
도 13에 따른 프레임을 수신한 통신 노드는 MAC 헤더의 프래그먼트 필드의 값이 0이 아닌 프레임을 수신할 수 있다. 통신 노드는 MAC 헤더에 다음 프레임의 전송 시점 정보를 더 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 통신 노드는 프레임의 프레그먼트 넘버 필드 및 시퀸스 제어 필드의 일부분으로부터 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 획득할 수 있다.
도 14를 참조하면, QoS 제어 필드는 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, MAC 헤더는 트래픽 ID를 지시하는 TID(traffic identifier) 필드, 서비스 주기의 종료를 지시하는 EOSP(end of service period) 필드, ACK 정책(ACK policy) 필드 및 A-MSDU(aggregated MAC service data unit) 필드를 포함할 수 있다. 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 포함하는 MAC 헤더의 TID는 프레임의 우선순위 정보를 지시할 수 있다. MAC 헤더의 EOSP 필드는 하나의 비트를 포함할 수 있으며, EOSP 필드의 비트는 0으로 설정될 수 있다. MAC 헤더의 ACK 정책 필드는 2개의 비트를 포함할 수 있으며, 각각 "1, 0"으로 설정될 수 있다. MAC 헤더의 A-MSDU 필드는 1개의 비트를 포함할 수 있으며, A-MSDU 필드의 비트는 0으로 설정될 수 있다.
그리고 MAC 헤더는 QoS 제어 필드의 마지막 복수개(예를 들어, 8개)의 비트들을 포함하는 다음 전송 시점 정보 필드를 통해 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 지시할 수 있다. 종래 프레임에 따르면, 다음 전송 시점 정보 필드의 복수개의 비트들은 통신 노드의 전송 기회에 관한 정보를 포함할 수 있다. 차량간 통신의 경우, 프레임은 통신 노드들의 전송 기회에 관한 정보를 포함하지 않을 수 있으므로, 다음 전송 시점 정보 필드의 복수개의 비트들은 0으로 설정될 수 있다. 그러나 도 14의 실시예에 따르면, 다음 전송 시점 정보 필드의 복수개의 비트들은 0이 아닌 값으로 설정될 수 있으며, 구체적으로 통신 노드의 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 더 포함할 수 있다. 프레임의 전송 시점에 관한 정보는 고정 단위(예를 들어, 1ms 단위)로 특정 숫자를 지시할 수 있으며, 또는 프레임의 전송 시점에 관한 정보 및 단위를 더 포함할 수 있다.
도 14에 따른 프레임을 수신한 통신 노드는 MAC 헤더의 QoS 제어 필드를 통해 차량 통신용 프레임 중 마지막 복수개의 비트들의 값이 0이 아닌 프레임을 수신할 수 있다. 통신 노드는 차량 통신을 수행하는 중, MAC 헤더의 QoS 제어 필드에 포함된 정보에 따라 해당 필드에 다음 프레임의 전송 시점 정보를 더 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 통신 노드는 프레임으로부터 다음 프레임의 전송 시점에 관한 정보를 획득할 수 있다.
도 15는 채널 점유 비율 정보를 기초로 채널 액세스 절차를 수행하는 통신 노드의 동작의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 15를 참조하면, 통신 노드는 일정한 시구간 동안 다른 통신 노드로부터의 프레임들을 감지할 수 있다. 다른 통신 노드로부터의 프레임들은 전송 시점에 관한 정보를 더 포함할 수 있다. 통신 노드는 프레임들 각각의 전송 시점 정보에 의해 지시되는 주기 정보 등을 기초로 프레임 획득 시점의 채널 점유 비율 및 채널의 상태를 예측할 수 있다.
통신 노드는 기존의 무선랜과 동일한 같이 EDCA 기반으로 수행될 수 있다. 그리고 특정 채널의 채널 로드가 미리 설정된 범위를 초과하는 경우, 프레임의 충돌을 회피하기 위해, 통신 노드는 충돌 회피 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드의 상위 계층은, LSAP을 통해 DL-UNITDATAX.request primitive의 channel load 파라미터로 채널 로드 정보를 LLC에 전달할 수 있다. 그리고 통신 노드의 LLC는 channel load 파라미터를 더 포함하는 MAC SAP의 MA-UNITDATA.request 혹은 MA-UNITDATAX.request를 통해 MAC 계층에 전달할 수 있다.
채널 로드 값을 기초로 혼잡 회피 동작을 수행하는 통신 노드는 상위 계층으로부터 데이터 전송을 요청받은 시점에서의 채널 점유 비율 및 채널의 상태를 판단할 수 있다. 채널 점유 비율 및 채널의 상태를 판단한 결과 채널이 혼잡한 경우, 통신 노드는 프레임의 전송을 지연할 수 있다. 통신 노드는 캐리어 센싱, 프레임의 감지 결과 및 수신한 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 기초로 채널 점유 비율 및 채널의 상태를 판단할 수 있다. 통신 노드는 감지한 프레임의 수신 상태 정보를 추가로 반영하여 채널 점유 비율 및 채널의 상태를 예측할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 감지한 프레임의 수신 상태 정보(예를 들어, RSSI 등)를 기초로 채널 점유 비율 및 채널의 상태 산출 시 가중치를 부여할 수 있다.
채널 점유 비율이 미리 설정된 값 이상인 경우, 통신 노드는 자체적으로 NAV를 설정(self NAV)하여, 랜덤 딜레이를 통한 혼잡 회피 동작을 수행할 수 있다. 또는 수신한 프레임의 전송 시간에 관한 정보를 기반으로 하였을 때 전송 시점에 채널이 혼잡할 것으로 예상되는 경우, 통신 노드는 자체적으로 NAV를 설정(self NAV)하여, 랜덤 딜레이를 통한 혼잡 회피 동작을 수행할 수 있다. 통신 노드는 설정한 NAV 구간 동안 프레임을 전송하지 않을 수 있다.
랜덤 딜레이 값은 채널의 상태에 따라 미리 설정된 범위 이내의 값일 수 있다. 예를 들어, 채널의 상태를 채널의 점유 비율에 따라 혼잡(busy), 중간(medium) 및 여유(idle)의 세 단계로 구분하는 경우, 랜덤 딜레이 값도 세 가지로 미리 설정될 수 있다. 통신 노드는 채널의 상태(혼잡(busy), 중간(medium) 및 여유(idle) 중 하나)를 기초로 세 가지 랜덤 딜레이 값 중 하나의 랜덤 딜레이 값을 기초로 NAV를 설정할 수 있다.
또는 통신 노드는 프레임의 페이로드의 형태(예를 들어, 서비스 클래스 등)에 따라 랜덤 딜레이의 설정 범위를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 특정 긴급 상황에 대한 알림(Event Flag)을 포함하는 기본 안전 메시지(Basic Safegy Message, BSM)를 전송하는 경우, 메시지의 우선 순위(User Priority)는 높은 숫자로 설정될 수 있다. 우선 순위 정보를 기초로 통신 노드는 혼잡 회피 동작을 수행하지 않을 수 있다. 또는 혼잡 회피 동작을 수행하는 통신 노드는 상대적으로 낮은 시간(예를 들어, 300ms 이내)의 랜덤 딜레이를 갖도록 할 수 있다. 반면, 일반적인 위치를 알리는 메시지 혹은 네비게이션 메시지와 같이 안전에 크게 영향을 주지 않는 데이터를 포함한 프레임을 송신할 경우, 프레임의 우선 순위는 상대적으로 낮게 설정될 수 있다. 우선 순위가 낮은 프레임을 전송하는 통신 노드는 상대적으로 긴 시간(예를 들어 1,000ms 이내)의 랜덤 딜레이를 갖도록 할 수 있다.
채널의 점유 비율이 미리 설정된 값 이상인 경우, 통신 노드는 추가적인 랜덤 딜레이를 통하여 혼잡 회피 동작을 항상 수행할 수 있다. 또는 통신 노드는 채널의 점유 비율에 따라 확률적으로 혼잡 회피 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 채널 점유 비율이 0.3 이상인 경우, 프레임을 전송하는 통신 노드는 50%의 확률로 랜덤 딜레이를 통한 혼잡 회피 동작을 더 수행할 수 있다. 채널 점유 비율이 0.5 이상인 경우, 프레임을 전송하는 통신 노드는 75%의 확률로 랜덤 딜레이를 통한 혼잡 회피 동작을 더 수행할 수 있다. 그리고 채널 점유 비율이 0.7 이상인 경우, 프레임을 전송하는 통신 노드는 항상 랜덤 딜레이를 통한 혼잡 회피 동작을 더 수행할 수 있다.
통신 노드는 설정한 NAV 구간 동안 프레임의 전송 동작을 수행하지 않을 수 있다. NAV 경과 후, 통신 노드는 프레임을 전송하기에 앞서, 채널 센싱 동작을 수행할 수 있다. 통신 노드는 채널 모니터링 동작 또는 랜덤 백오프 동작을 수행할 수 있다. 채널 센싱 동작 결과 채널이 유휴 상태인 경우, 통신 노드는 프레임을 전송할 수 있다.
도 16은 V2X 통신 시스템에서 20MHz 대역폭에서 신호를 전송하는 통신 노드의 동작의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 16을 참조하면, 통신 노드는 두 개의 채널(예를 들어, 채널 174 및 채널 176)을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 통신 노드는 주 채널 및 부 채널의 설정과 독립적으로 두 개의 채널 중 하나의 채널을 경쟁을 위한 채널(이하, 경쟁 채널이라고 칭함)로 설정할 수 있다. 즉, 통신 노드는 주 채널 또는 부 채널 중 하나의 채널에서 프레임 전송 기회를 획득하기 위한 경쟁을 수행할 수 있다.
도 16의 실시예에 따르면, 통신 노드는 10MHz 대역폭을 갖는 두 개의 채널들 중 하나의 채널을 경쟁 채널로 선택할 수 있다. 그리고 통신 노드는 선택한 경쟁 채널에서 채널 경쟁 동작을 수행할 수 있다. 통신 노드는 두 개의 채널을 교대로 하나씩 선택하여 경쟁 채널을 선택할 수 있다. 또는 통신 노드는 확률적으로 두 개의 채널 중 하나의 채널을 경쟁 채널로 선택할 수 있다.
통신 노드는 동일한 확률로 두 개의 채널 중 하나의 채널을 경쟁 채널로 선택할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 0과 1 중 하나의 난수를 발생시킬 수 있다. 난수가 0인 경우, 통신 노드는 앞 번호의 채널을(본 실시예에서는 Ch 174) 경쟁 채널로 선택할 수 있으며, 난수가 1인 경우, 통신 노드는 뒷 번호의 채널을(본 실시예에서는 Ch 176) 경쟁 채널로 선택할 수 있다.
또는, 통신 노드는 0 내지 9 중 하나의 난수를 발생시킬 수 있다. 난수가 0 내지 4인 경우, 통신 노드는 앞 번호의 채널을(본 실시예에서는 Ch 174) 경쟁 채널로 선택할 수 있으며, 난수가 5 내지 9인 경우, 통신 노드는 뒷 번호의 채널을(본 실시예에서는 Ch 176) 경쟁 채널로 선택할 수 있다.
통신 노드는 서로 다른 확률로 두 개의 채널 중 하나의 채널을 경쟁 채널로 선택할 수 있다. 구체적으로, 통신 노드는 채널 점유 비율을 기초로 서로 다른 두 개의 채널의 경쟁 채널 선택 확률을 결정할 수 있다. 통신 노드는 두 채널 중 채널 점유 비율이 높은 채널에서 확률 p를 설정할 수 있다. 확률 p는 해당 채널의 채널 점유 비율 정도에 따라 몇 개 단계로 나눌 수 있다. 통신 노드는, 일정 시간 동안의 채널 상태 관측 정보를 기초로 채널 점유 비율을 산출할 수 있다. 또는 통신 노드의 WSMP 레이어는, 경쟁 채널의 채널 상태를 기초로 각각의 채널 점유 비율을 산출할 수 있다.
예를 들어 혼잡 정도에 따라 채널의 상태를 혼잡(busy), 중간(medium) 및 여유(idle)의 세 단계로 구분하는 경우, 채널의 경쟁 채널 선택 확률은 혼잡도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 특정 채널의 혼잡도가 혼잡 상태인 경우, 특정 채널의 경쟁 채널 선택 확률은 1/6, 중간 상태인 경우 2/6, 및 여유 상태인 경우 3/6으로 설정될 수 있다. 통신 노드는 특정 채널의 경쟁 채널 선택 확률 값을 p로 설정한 경우, 다른 채널의 경쟁 채널 선택 확률을 1-p로 설정할 수 있다. 즉 하나의 채널 상태가 혼잡 상태인 경우, 다른 하나의 채널의 경쟁 채널 선택 확률은 5/6일 수 있다.
그리고 통신 노드는 0에서 1사이의 난수 값을 생성할 수 있으며, 난수 값을 기초로 경쟁 채널을 선택할 수 있다. 예를 들어, 채널 176이 채널 174보다 사용율이 높고, 채널 176의 상태가 혼잡 상태인 경우, 1/6 미만의 난수 값을 획득한 통신 노드는 채널 176을 경쟁 채널로 선택할 수 있다. 그리고 1/6 이상의 난수 값을 획득한 통신 노드는 채널 174를 경쟁 채널로 선택할 수 있다. 만약 하나의 채널의 상태가 여유 상태인 경우, 두 개의 채널들 각각의 채널 선택 확률은 서로 동일할 수 있다.
통신 노드는 상위 계층인 WSMP(WAVE Short Message Protocol)에서 주 채널 상태를 참조하여 주 채널의 채널 점유 비율을 결정할 수 있고, 미리 설정된 시구간 동안 채널 상태 관측 결과를 기초로 주 채널의 채널 점유 비율을 결정할 수도 있다.
통신 노드는 경쟁 채널에서 프레임 전송 기회를 획득하기 위한 경쟁을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 경쟁 채널에서 랜덤 백오프 동작을 수행할 수 있다(t1 내지 t3). 그리고, 통신 노드는 확장하는 채널을 모니터링하여, 확장하는 채널의 채널 점유 상태를 미리 설정된 시구간(예를 들어, PIFS 등) 동안 모니터링할 수 있다(t2 내지 t3).
통신 노드는 경쟁 채널에서의 랜덤 백오프 동작 결과를 기초로 프레임 전송 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드가 경쟁 채널에서 랜덤 백오프 동작을 완료할 수 있고, 확장 채널이 PIFS 구간 동안 유휴 상태인 경우, 통신 노드는 20MHz 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 본 발명에서는 20MHz 채널을 통해 프레임을 전송하는 경우, 프레임의 데이터는 낮은 채널 번호에 의해 지시되는 무선 자원에서부터 매핑될 수 있다.
반면, 통신 노드가 랜덤 백오프 동작 도중 경쟁 채널의 점유 상태를 감지한 경우, 통신 노드는 경쟁 채널에서의 액세스 절차를 중단할 수 있다.
도 17은 V2X 통신 시스템에서 20MHz 대역폭에서 신호를 전송하는 통신 노드의 동작의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 17을 참조하면, 통신 노드는 두 개의 채널(예를 들어, 채널 174 및 채널 176)을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 두 개의 채널 중 하나의 채널은 프레임을 전송하기 위한 주 채널일 수 있고, 다른 하나의 채널은 주 채널을 대체할 수 있는 부 채널일 수 있다. 두 개의 채널 중 주 채널은 기존 규격 상에서 또는 전송하는 프레임의 서비스 종류에 따라 정의될 수 있다. 기존 규격 상 정의된 주 채널을 기존 주 채널이라 한다. 그리고, 통신 노드는 채널들(예를 들어, 주 채널 및 부 채널) 각각의 채널 점유 상태에 기초하여 채널 접근을 수행하는 경쟁 채널을 결정 할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드가 채널들 각각의 점유 상태를 기초로 기존의 주 채널과 별도의 채널인 채널 176을 주 채널로 설정할 수 있다. 통신 노드에 의해 새로이 설정된 채널 176을 경쟁 채널이라고 칭할 수 있다.
도 17의 실시예에 따르면, 통신 노드는 경쟁 채널에서 프레임 전송 기회를 획득하기 위한 경쟁을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 경쟁 채널에서 랜덤 백오프 동작을 수행할 수 있다(t1 내지 t3). 그리고, 통신 노드는 경쟁 채널에서 프레임 전송 기회를 획득하기 위한 경쟁을 수행하다 채널이 점유된 경우에 기존 주 채널 상에서의 프레임 전송 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 17(a)를 참조하면, 통신 노드는 경쟁 채널에서 랜덤 백오프 동작을 수행하고 랜덤 백오프를 수행하는 동안 경쟁 채널이 점유가 되면 기존 주 채널을 모니터링하여, 기존 주 채널의 채널 점유 상태를 경쟁 채널에서 랜덤 백오프가 만료되는 시점 이전 미리 설정된 시구간(예를 들어, PIFS 등) 동안 모니터링할 수 있다(t2 내지 t3). 그리고, 도 17(b)를 참조하면, 통신 노드는 경쟁 채널에서 수행하려는 랜덤 백오프 전체 기간 동안 기존 주 채널을 모니터링하여,기존 주 채널의 채널 점유 상태를 모니터링할 수 있다(t1 내지 t3).
통신 노드는 경쟁 채널에서의 랜덤 백오프 동작 결과를 기초로 프레임을 전송할 채널을 결정할 수 있다. 예를 들어, 경쟁 채널에서 백오프 절차 중, 다른 통신 노드에 의해 경쟁 채널이 점유되는 경우, 통신 노드는 도 17(a)와 도 17(b)를 참조해 경쟁 채널에서 수행하려는 랜덤 백오프의 만료되는 시점 이전 미리 설정된 시구간(예를 들어, PIFS 등)동안 또는 경쟁 채널에서 수행하려는 랜덤 백오프 전체 기간 동안 기존 주 채널이 유휴 상태이면 기존 주 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다.
본 발명에서 복수개의 채널을 이용하여 프레임을 전송하는 방법은 복수개의 채널이 연접하여 있지 않은 경우에도 적용 가능할 수 있다. 또는 2.4GHz 대역의 채널들, 5GHz 대역에서 채널들, 6GHz 대역에서 채널들 중 복수개를 선택해 사용하는 경우에도 본 발명의 다중 채널 접근 방법이 적용 가능할 수 있다. 이동 통신 기술에 따라서 채널은 링크라고 표현될 수도 있다. 즉, 본 발명은 다중 채널을 사용하기 위한 채널 접근(채널 엑세스) 방법으로 다중 링크를 사용하기 위한 채널 접근 방법에도 적용이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법으로서,
    제1 채널 및 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는 단계;
    상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하는 단계;
    상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널의 상태가 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴(idle) 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 프레임을 전송하는 단계를 포함하는,
    통신 노드의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고,
    상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 채널인,
    통신 노드의 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는 단계는,
    ED(energy detection) 결과, 미리 설정된 시구간 동안에서의 임계값 이상의 에너지 검출 횟수를 기초로 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하는,
    통신 노드의 동작 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널을 상기 주 채널로 설정하고, 상기 제2 채널을 상기 부 채널로 설정하는 단계는,
    미리 설정된 범위 중 제1 범위에 속하는 난수를 생성하는 경우, 상기 제1 채널을 상기 주 채널로 설정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 범위는,
    상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로 설정되는,
    통신 노드의 동작 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널 센싱 결과, 상기 제1 채널이 점유된 경우,
    상기 제2 채널을 상기 주 채널로 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프레임은, 상기 제2 채널에서 전송되는,
    통신 노드의 동작 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    통신 노드의 동작 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 제2 채널의 상태가 유휴 상태인 경우,
    상기 프레임은, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에서 전송되는,
    통신 노드의 동작 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널 센싱 동작은,
    상기 제1 채널에서의 랜덤 백오프(random backoff) 동작인,
    통신 노드의 동작 방법.
  9. 무선 통신 네트워크에서 통신 노드의 동작 방법으로서,
    다른 통신 노드로부터 다음 전송 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계;
    상기 제1 프레임의 상기 다음 전송 시점에 관한 정보를 기초로, 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 산출하는 단계;
    상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보의 비교 결과를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하는 단계;
    상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함하는,
    통신 노드의 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고,
    상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 채널인,
    통신 노드의 동작 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 다음 전송 시점에 관한 정보는,
    상기 제1 프레임의 주기 인터벌(period interval), 상기 제1 프레임의 반복 횟수 및 상기 제1 프레임의 페이로드(payload)의 서비스 지시자 중 적어도 하나의 정보를 더 포함하는,
    통신 노드의 동작 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 프레임은,
    상기 제2 채널 센싱 동작의 수행 결과 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 부 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 주 채널 및 상기 부 채널에서 전송되는,
    통신 노드의 동작 방법.
  13. 무선 통신 네트워크에서 통신 노드로서,
    프로세서(processor);
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory); 및
    상기 프로세서에 의해 생성된 신호를 전송하는 송신 안테나들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    제1 채널 및 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하고;
    상기 제1 채널의 채널 점유 비율 정보 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율 정보를 기초로, 상기 제1 채널을 주 채널(primary channel)로 설정하고, 상기 제2 채널을 부 채널(secondary channel)로 설정하고;
    상기 제1 채널에서 제1 채널 센싱(channel sensing) 동작을 수행하고; 그리고
    상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 제1 채널 센싱 구간 동안 유휴(idle) 상태인 경우, 상기 제1 채널에서 제1 프레임을 전송하도록 실행되는,
    통신 노드.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 주 채널 및 상기 부 채널은 10MHz 대역폭의 채널이고,
    상기 부 채널은, 상기 주 채널과 인접한 상기 주 채널과 인접(contiguous)한 상기 주 채널을 확장하기 위한 10MHz 대역폭의 위한 채널인,
    통신 노드.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행됨에 있어,
    다음 전송 시점에 관한 정보를 포함하는 제2 프레임을 수신하고; 그리고
    상기 다음 전송 시점에서의 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 산출하도록 더 실행되는,
    통신 노드.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 다음 전송 시점에 관한 정보는,
    상기 제2 프레임의 주기 인터벌(period interval), 상기 제2 프레임의 반복 횟수 및 상기 제2 프레임의 페이로드(payload)의 서비스 지시자 중 적어도 하나의 정보를 더 포함하는,
    통신 노드.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 다음 전송 시점에서, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 기초로, NAV(network allocation vector)를 설정하도록 더 실행되는,
    통신 노드.
  18. 청구항 13에 있어,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행됨에 있어,
    ED(energy detection) 결과, 상기 미리 설정된 시구간에서의 임계값 이상의 에너지 검출 횟수를 기초로 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널의 채널 점유 비율을 측정하도록 실행되는,
    통신 노드.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제1 채널 센싱 동작 결과, 상기 제1 채널이 다른 통신 노드에 의해 점유된 경우,
    상기 제2 채널을 상기 주 채널로 설정하도록 더 실행되고,
    상기 제1 프레임은 상기 제2 채널에서 전송되는,
    통신 노드.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 제2 채널에서 제2 채널 센싱 동작을 수행하도록 더 실행되고,
    상기 제2 프레임은,
    상기 제2 채널 센싱 동작의 수행 결과 상기 제1 채널 센싱 구간에 대응하는 제2 채널 센싱 구간 동안 상기 제2 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널에서 전송되는,
    통신 노드.
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