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KR101235972B1 - 단일 무선 인터페이스 무선랜 장치를 위한 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치 - Google Patents

단일 무선 인터페이스 무선랜 장치를 위한 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치 Download PDF

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KR101235972B1
KR101235972B1 KR1020060047945A KR20060047945A KR101235972B1 KR 101235972 B1 KR101235972 B1 KR 101235972B1 KR 1020060047945 A KR1020060047945 A KR 1020060047945A KR 20060047945 A KR20060047945 A KR 20060047945A KR 101235972 B1 KR101235972 B1 KR 101235972B1
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이준서
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Abstract

본 발명은 단일 무선 인터페이스를 갖는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN: Loacoal Area Network)를 위한 다중채널 매체접속제어(MAC: multi-channel media access control) 방법에 있어서, 윈도우 P를 주기로 반복되는 윈도우 및 상기 윈도우 P의 시작 시점부터 일정 시간 지속되는 채널 정합 윈도우(Channel Coordination Window)를 시작하는 단계; 상기 채널 정합 윈도우 동안에 N개의 채널 각각의 사용 여부를 지시하는 채널 사용 벡터를 사용하여 공통채널을 할당받고 있는 WLAN 장치 쌍을 목적채널에 할당하는 단계; 및 상기 WLAN 장치 쌍을 상기 목적채널로 스위칭하는 단계를 포함한다.
Figure R1020060047945
메시, 무선랜, 공통채널, 매체접속제어

Description

단일 무선 인터페이스 무선랜 장치를 위한 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치{MULTI-CHANNEL MAC METHOD AND APPARATUS FOR WLAN DEVICES WITH SINGLE RADIO INTERFACE}
도 1은 무선랜 네트워크 요소를 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공통채널 프레임워크 내의 관련된 파라미터들의 분산과 동기화를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공통채널 프레임워크 상의 채널 정합 메커니즘을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 총합 수율 및 채널 사용률을 나타낸 다이어그램
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 다른 제어 옵션에 의한 총합 수율을 나타낸 다이어그램
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 다른 제어 옵션에 의한 채널 사용률을 나타낸 다이어그램
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 BBS-heavy 트래픽 시나리오에 사용된 토폴로지를 나타낸 도면
본 발명은 무선랜 장치의 매체접속제어(Media Access Control, 이하 "MAC"이라 한다) 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 단일 무선 인터페이스 무선랜 장치의 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 십여 년 동안 전기 전자 엔지니어 협회(Institute for Electrical and Electronics Engineers, 이하 "IEEE"이라 한다) 802.11 표준은 무선랜 장치의 연동에 대한 기반 기술을 제공해 왔다. 또한, IEEE 802.11은 서로 다른 요구에 대응하는 표준(예컨대, 802.11a, 802.11g, 802.11e, 802.11i, and 802.11n)에 적절한 변경을 반영하는데 바람직한 성과를 내고 있다.
무선랜 표준의 주요 부분은 접속 포인트(Access Point, 이하 "AP"라 한다)와 AP의 스테이션들(Stations, 이하 "STAs"라 한다) 사이의 링크를 지정(address)하는 것이다. AP와 STAs 사이의 네트워킹을 위한 널리 알려진 토폴로지는 기본 서비스 세트(Basic Service Set, 이하 "BSS"라 한다)이며, STAs 집합은 단일 중재자 AP에 의해 제어된다. BBS 집합을 서로 연결하는데 사용되는 시스템 및 통합 랜(LAN: Local Area Network)은 분산 시스템(Distribution System, 이하 "DS"라 한다)이라 한다. 상기 DS는 오늘날 주로 유선으로 구성되어 있다. IEEE 802.11s의 주요 목적은 AP들이 서로 무선으로 통신하도록 하는 기능을 특정화하고, 802.11s 노드가 서로를 대신해서 트래픽을 전달할 수 있는 무선 분산 시스템(Wireless Distribution System, 이하 "WDS"라 한다)을 형성하는 것이다.
도 1은 무선랜 네트워크 요소를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, BSS의 STA와는 다르게 IEEE 802.11s 메시 네트워크의 기본 요소는 메시 포인트(Mesh Point, 이하 "MP"라 한다)(100)이다. MP들은 유선 네트워크의 라우터와 같이 홉 대 홉(hop by hop)으로 다른 MP들을 대신해서 프레임을 전달한다. 메시 접속 포인트(Mesh Access Point, 이하 "MAP"라 한다)라는 AP들 사이의 무선 링크를 제공하는 무선랜 메시가 도 1에 또한 도시되어 있다. 무선 링크는 유선 인트라스트럭처를 요구하지 않기 때문에, 목적하는 바는 제어하기 어려운 방식인 이러한 장치를 설정할 수 있도록 하는 것이고, 기대되는 바는 무선랜 메시 네트워크의 채용으로 더 넓은 서비스 지역을 신속하게 커버할 수 있는 것이다.
메시 네트워크에 대한 MAC 계층 라우팅 및 관리 프레임워크는 무선랜 메시 네트워크의 핵심 요소이기 때문에, 본 발명은 MAC의 다중채널 동작을 다루는 측면에 초점을 두고 있다. 일반적으로 무선랜 접속 제어 방식은 둘 이상의 무선랜 장치가 하나의 채널에서 서로 통신할 수 있는 메커니즘을 정의한다. 단일 무선 인터페이스에 기반한 다중채널 접속방식은 하나의 채널을 이용하는 접속 방식에 기초하고 있다. 특히 모든 장치가 공통적으로 이용하는 이 채널을 "공통채널"이라 한다.
단일 인터페이스를 가진 MP들의 다중채널 동작에 대해서 공통채널이 다른 채널로 변경될 때, 공통채널의 상태는 더 이상 감지되지 않는다. 즉, MP는 공통채널 상에서 임의의 MP와 통신을 수 행할 수 없다. 전송자 MP가 수신자 MP와 공통채널 상에서 RTS(Request to Send) 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 교환함으로써 데이터 전송에 사용된 데이터 채널을 선택함에도 불구하고, 전송자 MP는 다른 채널 상 에서 RTS 및 CTS 프레임을 들을 수 없다. 게다가, RTS 및 CTS 프레임은 숨겨진 노드 문제를 식별하기 위해 고안된 것이기 때문에, 그러한 MP는 채널 스위칭 후에 진행 중인 데이터 전송을 파괴할 수 있다.
본 발명은 현재 IEEE 802.11 표준에 부합하는 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 다중 무선 인터페이스를 가진 장치를 필요로 하지 않는 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 서로 다른 트래픽 시나리오에서 간단하고 확장된 프레임워크가 지원되는 다중채널 매체접속제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 단일 무선 인터페이스를 갖는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN: Loacoal Area Network)를 위한 다중채널 매체접속제어(MAC: multi-channel media access control) 방법에 있어서, 윈도우 P를 주기로 반복되는 윈도우 및 상기 윈도우 P의 시작 시점부터 일정 시간 지속되는 채널 정합 윈도우(Channel Coordination Window)를 시작하는 단계; 상기 채널 정합 윈도우 동안에 N개의 채널 각각의 사용 여부를 지시하는 채널 사용 벡터를 사용하여 공통채널을 할당받고 있는 WLAN 장치 쌍을 목적채널에 할당하는 단계; 및 상기 WLAN 장치 쌍을 상기 목적채널로 스위칭하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 다중채널 매체접속제어(MAC: multi-channel media access control) 장치에 있어서, MAC을 기반으로 단일 무선 인터페이스를 가지는 단일 무선 인터페이스를 갖는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN: Loacoal Area Network) 장치들과, 상기 채널 정합 윈도우 동안에 N개의 채널 각각의 사용 여부를 지시하는 채널 사용 벡터를 사용하여 공통채널을 할당받고 있는 WLAN 장치 쌍을 목적채널에 할당하고, 상기 WLAN 장치 쌍을 상기 목적채널로 스위칭하는 통신 채널 프레임 워크(communication channel framework)를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내었으며, 다음에서는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 복수의 무선 인터페이스에 의한 장치의 한계를 극복하기 위해 단일 무선 인터페이스만으로 장치의 동작을 가능케 하도록 디자인된 공통채널 프레임워크(Common Channel Framework, 이하 "CCF"라 한다)를 제공하는 것을 의도하고 있다. CCF에서의 핵심은 공통채널이다. 통상적인 장치(STAs 및 AP는 802.11s의 표준 기능이 구현되어 있지 않다)에 있어서, 공통 채널은 다른 채널과 같기 때문에 통상적인 장치의 동작에는 영향을 끼치지 않는다.
장치 쌍 또는 클러스터들은 CCF를 사용하여 공통채널 이외의 채널을 선택하여, 선택된 채널로 스위칭하며, 그 후에 다시 공통채널로 복귀한다. 이러한 시간 동안 장치는 하나 이상의 데이터 프레임을 교환한다. 채널 정합 자체는 목적채널에 대한 정보를 전달하는 제어 프레임 또는 관리 프레임을 교환함으로써 공통채널 상에서 수행된다. 이러한 과정을 통해 동기화된 전송이 다중채널 상에서 이루어진다.
다른 채널로 스위칭하는 단일 무선 MP들은 공통채널 상의 네트워크 상태(예 컨대, NAVs(Network Allocation Vectors) 및 주변 노드의 동작 상태 등을 수정한다)를 알지 못한다. 그러므로 다중채널 MAC 프로토콜은 다음과 같은 2가지 이슈를 식별(address)해야 하는 단일 무선 MP들을 위해 개발되었다. 첫째, 다중채널 MAC 프로토콜은 서로 다른 채널들 상에 점유 가능한 임의의 MP들의 연결성을 용이하게 한다. 둘째, 다중채널 MAC 프로토콜은 네트워크 상태 정보의 유실로 인한 전송 중인 MP들의 파괴 방지를 용이하게 한다.
앞서 언급한 두 가지 이슈를 식별하기 위해서는 다음의 2가지 사항이 고려되어야 한다. 첫째로 프레임워크에 제시된 채널 정합 윈도우(Channel Coordination Window, 이하 "CCW"라 한다)의 개념을 도입해야 한다. CCW 시작점에서, 모든 MP들은 공통채널 상에 튜닝된다. 이는 임의의 MP들이 서로 통신을 수립할 수 있도록 한다. 둘째로 CCW 시작점에서, 채널 점유 상태가 리셋되고, MP들은 사용 가능한 채널을 선택하게 된다. 일단 하나의 MP에 의해 채널이 선택되면, 다른 MP들에 의해 선택된 채널은 "사용 불가능(unavailable)"으로 표시된다. CCW는 주기 P로 반복되고, CCW 듀레이션은 일반적으로 P의 일부분에 해당한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공통 채널 프레임워크 내의 관련된 파라미터들의 분산과 동기화를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 파라미터 CCW 및 P는 비콘(beacon) 프레임들에 의해 전달된다. P와 CCW 값은 메시 네트워크 내의 모든 MP들로 알려져야 한다. P와 CCW의 분산은 도 2에 도시된 바와 같으며, 여기서 4개의 비콘 프레임 200, 210, 200 및 230이 나타내어져 있다. 오프셋 △는 P가 시작된 이후 경과된 시간(모듈로 P로 표시) 이다. 실제로, MP들은 단순히 다른 MP들로부터 수신한 비콘 프레임들에 포함된 P 및 CCW의 값을 전달할 뿐이다. 각각의 MP는 비콘 프레임을 전송하기 이전에 자신의 오프셋 △를 계산한다.
MP는 통상의 무선랜 연결 프로세스를 통해 비콘 프레임 200, 210, 220 및 230을 검색을 시작한다. 검색 결과 비콘 프레임이 존재하지 않으면, 임의의 MP는 임의의 MP 내의 P 및 CCW 값이 포함된 비콘을 전송한다. 윈도우 P 및 CCW 값은 전달될 때 비콘의 무선랜 정보 요소로 전송된다. 오프셋은 현재 윈도우 P의 시작 이후의 경과 시간이며, 하드웨어 타이머 값에 기초하여 동기화 과정 없이 P를 하드웨어 타이머로 나눈 나머지 값에 해당한다.
또한, CCF는 MAP가 CCW 후에 BBS 채널로 스위칭이 가능할 때의 BBS 및 WDS(Wireless Distribution Service) 트래픽 사이에서 채널 형성을 가능하게 하며, 이를 통해, MAP가 BBS 트래픽과 함께 WDS를 운용할 수 있도록 한다. 또한, 프레임워크는 예컨대 CCW 후 동의된 채널로 스위칭하는 에드-혹 클러스터의 형성을 허용함으로써 WDS 내의 채널화를 지원할 수 있다.
채널 정합 메커니즘
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공통채널 프레임워크 상의 채널 정합 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공통채널 상의 임의의 MP 쌍은 공통채널 상에서 RTX(Request to Switch) 프레임을 송신함으로써 전송을 초기화할 수 있다. RTX 프 레임을 수신하는 MP는 동일한 목적채널 정보를 전달하는 CTX(Clear to Switch) 프레임을 송신함으로써 전송을 수락한다. 이 요청은 공통 채널로 목적채널 인덱스를 설정함으로써 거부될 수 있다. 두 개의 프레임이 새로 생성될 때, 통상의 STAs는 듀레이션/아이디(Duration/ID) 필드에 기재된 값에 따라 NAV만 갱신한다. RTX/CTX 프레임에 특정된 듀레이션은 목적채널 상에서 점유 시간을 포함하지 않음으로써 공통채널은 아이들(idle) 상태로 불필요하게 남겨둘 필요가 없다.
MP는 전송 프레임을 스위칭할 목적채널을 선택한다. 채널 선택을 용이하게 하기 위해, MP들은 N 채널의 채널 사용 벡터(U)를 사용하며, 채널 사용 벡터(U)는 다음의 <수학식 1>과 같다.
U = [u 1, u 2,..., u N ]
여기서, u i∈ {0,1}이고, u i = 0 는 u i 채널이 사용 가능함을 지시하고, u i = 1 는 u i 채널이 사용 중임을 지시한다. CCW 시작점에서, U는 사용 가능한 채널 리스트에 따라 리셋된다. 예컨대 DFS(Dynamic Frequency Selection) 조건으로 인해 사용이 불가능한 채널에 대응되는 U 의 비트들은 "1"로 유지된다. 그 밖의 비트는 "0"으로 세팅된다. 각각의 MP는 요청이 성공함에 따라서 U를 갱신한다. MP가 다른 채널로 스위칭한 후 다시 공통채널로 복귀하면, 더 이상 채널들이 u i = 0로 표기된 사용 가능 상태로 가정하지 않는다. 데이터 교환 이후에 공통 채널로 복귀하는 MP들은 채널 사용 상태를 알지 못함에 따라 이전에 성공한 목적채널로만 RTX 시그널링 을 제한한다.
수신 MP가 RTX 요청을 승인하면, MP 쌍은 스위칭 지연 시간 T s 마이크로 초보다 짧은 시간에 목적채널로 스위칭한다. CTX 프레임의 완료 정확히 T s (100 마이크로 초 미만) 후, 송신 MP는 DIFS 동안 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행한다. 송신 MP는 채널이 비어있는 것으로 확인되면 데이터를 송신하고, 채널이 비어있지 않으면 공통채널로 복귀한다. 수신 MP가 채널 스위칭을 하거나 ACK를 송신한 후에 SIFS와 슬롯 시간을 합한 시간 동안 데이터 프레임을 수신하지 못하면, 송신 MP는 공통채널로 복귀한다. 공통채널로 복귀한 후 송신 MP는 백오프 과정을 시작한다. 재전송은 공통 채널 또는 목적채널에서 발생할 수 있다.
CCW 동안 채널을 획득하지 못한 MP는 CCW 이후이더라도 채널 사용 벡터(U)를 기반으로 하여 채널을 선택할 수 있다. MP들은 CCW 이후이더라도 RTX 및 CTX의 교환을 계속 수행할 수 있으며, 사용 가능이 표시된 목적채널을 지시할 수 있다.
CCW 동안 공통채널에서의 STA들의 송신을 방지하기 위해서, MAP은 모든 MP들과 마찬가지로 목적 주소가 특정 메시 주소인 CTS 프레임을 전송하여 MP들을 송신하도록 하고, STA들을 선별적으로 중지시킬 수 있다. 중지 지속 시간은 CCW 지속 시간 정도가 될 수 있다.
앞서 설명한 바에 따라, CCW 동안의 다중채널 동작은 도 3의 예를 참조하여 설명한다. MP A가 MP B를 위한 데이터를 가지고 있을 때, MP A는 다음의 두 조건이 참인지 확인한다.
조건 1: 적어도 하나의 사용 가능한 데이터 채널의 존재
조건 2: 주기 P 이내에 전송 완료
두 가지 조건이 모두 참이면, MP A는 채널 사용 벡터(U)를 기반으로 임의의 채널을 선택한다. MP A는 MP B로 RTX(300)을 송신하고, MP B는 MP A로 CTX(310)을 송신한다. 채널이 사용 가능할 경우 MP B는 동일한 채널 인덱스를 사용하고, 채널이 사용 불가능할 경우 MP B는 채널 인덱스 0(공통채널)를 사용한다. MP A는 채널 인덱스를 통해 CTX(310)를 수신하게 되면, 채널 사용 벡터(U)를 갱신하고 백오프를 수행한다. 이때, CTX(310)을 수신하지 못한 MP A는 U를 갱신하고 NAV를 할당한다. MP A와 MP B는 채널을 스위칭한다. MP A는 네트워크 접속 과정에 필요한 DIFS 동안 대기한다. MP A는 MP B로 데이터(320)을 송신한다. TXOP(transmission opportunity)가 유효할 때, MP A는 지속 시간을 EIFS(extended interframe space)로 설정하고, TXOP(transmission opportunity)가 유효하지 않으면, MP A는 지속 시간을 SIFS(Short Inter Frame Space) + ACK로 설정한다.
MP B는 ACK(330)을 송신한다. MP B는 지속 시간이 SIFS + ACK보다 크면 채널을 스위칭하지 않고, 크지 않을 경우에는 공통채널로 스위칭한다. TXOP가 종료할 경우, MP A는 공통채널로 스위칭한다. MP A와 MP B는 자유로운 채널에 한에서만 선택 채널로 간주하며, 그에 따라 채널 사용 벡터(U)를 갱신한다. 만약 오류가 발생하면, MP A 및 MP B는 공통 채널로 다시 튜닝된다.
CCW 후의 동작에서, MP는 CCW 동안 승인된 데이터 채널의 선택을 번복하지 않는다. 데이터 채널의 사용이 가능할 경우, MP들은 CCW 동안의 규칙을 사용함으로 써 데이터 채널을 사용할 수 있다. 데이터 채널의 사용이 불가능하고 Tx가 주기 P이내에 완료될 경우, MP들은 종래의 802.11의 규칙에 따라 공통채널을 통한 전송을 시작할 수도 있다.
서로 다른 트래픽 시나리오 운용
프레임워크는 MP들간의 일대일 통신을 지원할 뿐 아니라, 커다란 양의 BSS 트래픽이 생성되는 트래픽 시나리오를 지원한다. 사용 가능한 채널이 충분할 경우, 각 MAP는 BBS를 분리된 채널에 위치하도록 한다. MAP들은 각자의 BSS 채널을 CCW의 말단으로 스위칭할 수 있다. 나머지 MP들은 공통채널에 동조된 채 유지된다. 이러한 과정을 통해, MAP들은 CCW 동안의 WDS 트래픽을 가능케 한다. 또한, MAP는 프레임워크 내에서 AP들이 BSS 트래픽을 위해 공통채널을 사용하도록 할 수 있다.
STA들은 CCF에 어떠한 영향도 받지 않는다. 채널을 스위칭하는 주체는 MP들과 MAP들이다. 각각의 MAP가 BSS 채널을 선택하는 과정은 802.11에 알려진 절차를 따른다. 따라서, 복수 BSS 채널의 접근은 새로운 제어 또는 관리 프레임들을 필요로 하지 않는다. 보다 긴 지연 시간 P를 선택하는 것은 스케줄링 및 채널 스위칭 과부하를 최소화한다. 파라미터의 스케줄링을 관리하는 상세한 구성은 트래픽 패턴 또는 네트워크 토폴로지에 따라 다양하게 변한다.
이하 시뮬레이션은 OPNET(www.opnet.com)를 통해 수행되었다. 노드들은 802.11a의 PHY 모델(Physical Model)을 사용하도록 설정되었다. 24Mbit/s의 대역폭이 데이터 전송용으로, 6Mbit/s의 대역폭이 제어 프레임용으로 사용되었다. 스위칭 지연 시간은 100 마이크로 초로 설정되었다. 모든 장치는 무선 대역에 있는 것으로 가정한다. 추가적인 파라미터 설정은 다음의 <표 1>에 기재되었다.
파라미터 값 의미
Tslot 9ms 슬롯 시간의 길이
TDIFS 34ms 분산 인터페이스 영역의 길이
TSIFS 16ms 짧은 인터페이스 영역의 길이
Payload 1500 데이터 프레임에 사용된 페이로드의 크기
TSW 100ms 채널 스위칭에 소비된 지연 시간
TP 163ms CCW를 반복하는 주기
TCCW 16ms CCW의 듀레이션
2개의 트래픽 시나리오가 상세히 고려되었다. 첫 번째 시나리오는 분산적 WDS 트래픽 시나리오로 명명된 것으로써, 네트워크의 노드와 다른 임의의 노드 사이의 통신이 이루어지는 상황에 관한 시나리오이다. 두 번째 트래픽 시나리오는 BSS-heavy 트래픽 시나리오로써, MAP들이 BSS 트래픽에 더불어 일정한 양의 WDS 트래픽을 가지는 상황에 관한 시나리오이다.
분산 WDS 트래픽 시나리오
시뮬레이션의 목적을 위해서, 소스와 목적 쌍은 주기 P(예를 들어, 10 밀리 초)동안 변경되지 않음을 전제로 한다. 1, 2, 3, 4, 및 8개의 MP 쌍에 의한 5가지의 예가 제시된다. 각각의 MP 쌍 중에서, 하나의 MP가 소스(source)이면, 나머지 MP는 싱크(sink)로 가정한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 총합 수율 및 채널 사용률을 나타낸 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 최대 MP 쌍이 8개의 쌍을 가진 경우로서, 서로 독립적인 직교 채널이 공통채널과 함께 각각의 통신 MP 쌍에 제공된다. 총합 수율은 채널의 수에 선형 비례된다. 도 4는 총합 수율과 함께 채널 사용률도 표시한다. 채널 사용률은 다음의 <수학식 2>과 <수학식 3>에 의해 정의된다.
UDC = ∑(2TSW + TDIFS + TDATA + TSIFS + TACK)/Tsim
UCC = ∑(TDIFS + TRTX + TCTX + TSIFS)/Tsim
여기서, UDC 는 목적채널의 채널 사용률을 의미하고, UCC 는 공통채널의 채널 사용률을 의미한다. TRTX, TCTX, TDATA 및 TACK는 각각의 RTX, CTX, DATA 및 ACK 프레임의 전파 점유 시간을 의미한다. Tsim 은 시뮬레이션 시간이다.
4개의 MP 쌍이 채널 상에 있을 때까지, 목적채널의 사용은 모든 채널 상에서 85%를 유지하고, 공통채널의 사용은 약 20%까지 증가한다. 8개의 MP 쌍일 경우, 공통채널의 사용은 40%까지 상승하고, 데이터 채널의 사용은 70%까지 감소한다. MP 쌍들이 공통 채널로 복귀할 때 데이터 채널의 사용은 급속하게 감소하는데, 그 이유로는 MP 쌍들이 RTX/CTX 프레임의 교환이 급속하게 증가할 확률 때문에 전송을 대기하기 때문이다. 대기 시간은 목적채널 사용률의 손실에 따른다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 다른 제어 옵션에 의한 총합 수율을 나타낸 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 또한 사용 가능 채널의 수에 따른 영향이 시뮬레이션 되었다. 즉, MP 쌍의 수를 4로 고정하고 사용 가능 채널의 수를 1에서 4까지 증가시키며 실시하였다. 이 때 3 가지의 다른 제어 옵션이 적용된다. 1) "Tx on DC exclusive"은 데이터 프레임의 전송이 공통채널이 아닌 목적채널에서만 발생할 수 있음을 지시한다. 2) "Tx on CC except CCW" 은 CCW 후에만 데이터 프레임의 전송이 공통채널에서 발생할 수 있음을 지시한다. 3) "Tx on CC incl. CCW" 은 데이터 프레임의 전송이 공통채널상에서 언제나 발생할 수 있음을 지시한다.
도 5에서 보여진 바와 같이, 사용 가능한 채널이 2개이고 CC상에서 데이터 프레임의 전송이 허용되지 않았을 때, 총합 수율이 감소함을 알 수 있다. 사용 가능한 채널이 3개 이상 일 때, 총합 수율은 선형 증가한다. CCW는 주기 P의 일부분이기 때문에, CCW의 기여는 "Tx on CC except CCW" 및 "Tx on CC incl. CCW" 경우에 있어서 아주 미미하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 MP 쌍 수의 증가에 따라 다른 제어 옵션에 의한 채널 사용률을 나타낸 다이어그램이다.
공통채널에서 데이터 프레임의 전송이 가능하면, <수학식 3>에 정의된 공통 채널의 채널 사용률은 도 6과 같이 증가한다. 공통 채널의 사용률이 이렇게 증가할 수록 목적채널이 분기할 확률은 줄어들게 된다. 따라서, 3개 또는 4개의 채널의 총합 수율은 "Tx on DC exclusive" 때의 총합 수율보다 작아지게 된다.
BSS -heavy 트래픽 시나리오
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 BBS-heavy 트래픽 시나리오에 사용된 토폴로지를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, MAP들은 WDS 트래픽 뿐만 아니라 BSS 트래픽도 포함한다. 본 시나리오에서 MAP의 BSS 트래픽이 WDS 트래픽보다 더 집중되어 있다고 가정한다. WDS 트래픽은 CCW 동안에만 적용된다. BSS 네트워크가 다른 채널(즉, 공통채널이 아닌 경우)에 위치하게 되면, MAP들은 CCW 이후에 BSS 채널로 스위칭한다.
MAP들의 숫자는 1 또는 2이며, 각각의 MAP는 2개 또는 4개의 STA들을 포함한다. 시나리오의 시뮬레이션 결과는 <표 2>에 요약되어 있다(단일 채널 MAC의 수율 ≒16.05 Mbit/s).
# MAPs # STAs per MAP 수율 (Mbit/s) 채널 사용
WDS BSS1 BBS2
1 2 31.170 0.967 0.828 N/A
4 31.978 0.964 0.875 N/A
2 2 46.476 0.963 0.827 0.827
4 48.099 0.948 0.875 0.875
1 MAP의 경우에는 2개의 채널(공통채널과 또 다른 채널 하나)이 사용되고, 2 MAP의 경우에는 3개의 채널이 사용된다. 단일 채널의 경우에 있어서, 최대 수율이 16.05 Mbit/s일 때 수율의 증가가 두드러진다. 살펴본 바와 같이, CCF는 WDS 트래픽도 처리할 가능성을 제공하는 동안에 다른 채널 상에 위치한 BSS 트래픽을 허용한다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐, 한정적인 것은 아님을 분명히 하며, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명으로부터 균등하게 대체될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 현재 IEEE 802.11 표준에 부합하는 다중채널 매체접속제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다중 무선 인터페이스를 가진 장치를 필요로 하지 않는 다중채널 매체접속제어 방법을 제공하는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 트래픽 시나리오에서 간단하고 확장된 프레임워크가 지원되는 다중채널 매체접속제어 방법을 제공하는 효과도 있다.

Claims (20)

  1. 단일 무선 인터페이스를 갖는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN: Loacoal Area Network)를 위한 다중채널 매체접속제어(MAC: multi-channel media access control) 방법에 있어서,
    미리 설정된 주기로 반복되는 채널 정합 윈도우(Channel Coordination Window)를 시작하는 단계;
    상기 채널 정합 윈도우 동안에 N개의 채널 각각의 사용 여부를 지시하는 채널 사용 벡터를 사용하여 공통채널에서 WLAN 장치 쌍을 위한 목적채널을 선택하는 단계; 및
    상기 WLAN 장치 쌍이 상기 공통채널로부터 상기 목적채널로 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MAC 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍 간에 상기 목적채널을 통해 데이터를 교환하는 단계; 및
    상기 데이터 교환이 성공한 후, 상기 WLAN 장치 쌍이 상기 공통채널로 복귀하는 단계를 더 포함하는 MAC방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 사용 벡터는 U = [u 1, u 2, .., uN ]로 표현되며, U의 엘리먼트인 ui 는 채널 i의 사용 가능 여부를 나타내고, ui∈{0,1}이고, ui = 0은 ui 가 사용 가능을 지시하고, ui = 1은 ui 가 사용 중임을 지시하는 것을 특징으로 하는 MAC 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널 사용 벡터는 상기 채널 정합 윈도우가 시작하는 시작점에서 사용 가능한 채널 리스트에 따라 리셋(reset) 됨을 특징으로 하는 MAC 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭하는 단계는,
    상기 WLAN 장치 쌍이 스위칭 요청(RTX: Request to Switch) 및 스위칭 응답 (CTX: Clear to Switch) 프레임을 교환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 MAC 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 각각이 스위칭 요청 성공 여부에 따라 상기 채널 사용 벡터를 갱신하는 단계를 더 포함하는 MAC 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 중 접속 포인트 기능을 가진 장치가 상기 채널 정합 윈도우가 시작하기 이전에 자신의 스테이션들(STAs: stations)이 활동하지 않도록 스위칭 응답(CTX: Clear to Switch) 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하는 MAC 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 중 접속 포인트 기능을 가진 장치가 상기 공통채널로부터 벗어나 있는 기간을 지시하는 듀레이션 필드를 설정하는 단계를 더 포함하는 MAC 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 채널 정합 윈도우 동안에 채널을 할당하는데 성공하지 못한 상기 WLAN 장치 쌍이 상기 채널 정합 윈도우 후에도 자신의 채널 사용 벡터를 사용하여 채널을 할당하는 단계를 더 포함하는 MAC 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍이 상기 채널 정합 윈도우 후에도 스위칭 요청(RTX: Request to Switch) 및 스위칭 응답 (CTX: Clear to Switch) 프레임을 교환하고, 사용 가능한 목적채널을 지시하는 단계를 더 포함하는 MAC 방법.
  11. 다중채널 매체접속제어(MAC: multi-channel media access control) 장치에 있어서,
    MAC을 기반으로 단일 무선 인터페이스를 가지는 단일 무선 인터페이스를 갖는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN: Loacoal Area Network) 장치들과,
    상기 채널 정합 윈도우 동안에 N개의 채널 각각의 사용 여부를 지시하는 채널 사용 벡터를 사용하여 공통채널에서 WLAN 장치 쌍을 위한 목적채널을 선택하고, 상기 WLAN 장치 쌍이 상기 공통채널로부터 상기 목적채널로 스위칭하는 통신 채널 프레임 워크(communication channel framework )를 포함하는 MAC 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍 간에 상기 목적채널을 통해 데이터를 교환하고, 상기 데이터 교환이 성공한 후, 상기 WLAN 장치 쌍이 상기공통채널로 복귀함을 특징으로 하는 MAC 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 채널 사용 벡터는 U = [u 1, u 2, .., uN ]로 표현되며, U의 엘리먼트인 ui 는 채널 i의 사용 가능 여부를 나타내고, ui∈{0,1}이고, ui = 0은 ui 가 사용 가능을 지시하고, ui = 1은 ui 가 사용 중임을 지시하는 것을 특징으로 하는 MAC 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 채널 사용 벡터는 상기 채널 정합 윈도우가 시작하는 시작점에서 사용 가능한 채널 리스트에 따라 리셋(reset)됨을 특징으로 하는 MAC 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍은 스위칭 요청(RTX: Request to Switch) 및 스위칭 응답 (CTX: Clear to Switch) 프레임을 교환함으로써 스위칭됨을 특징으로 하는 MAC 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 각각은 스위칭 요청 성공 여부에 따라 상기 채널 사용 벡터를 갱신함을 특징으로 하는 MAC 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 중 접속 포인트 기능을 가진 장치는 상기 채널 정합 윈도우가 시작하기 이전에 자신의 스테이션들(STAs: stations)이 활동하지 않도록 스위칭 응답 (CTX: Clear to Switch) 프레임을 전송함을 특징으로 하는 MAC 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍에 포함된 장치들 중 접속 포인트 기능을 가진 장치는 상기 공통채널로부터 벗어나 있는 기간을 지시하는 듀레이션 필드(duration field)를 설정함을 특징으로 하는 MAC 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 채널 정합 윈도우 동안에 채널을 할당하는데 성공하지 못한 상기 WLAN 장치 쌍은 상기 채널 정합 윈도우 후에도 자신의 채널 사용 벡터를 사용하여 채널을 할당할 수 있음을 특징으로 하는 MAC 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 WLAN 장치 쌍은 상기 채널 정합 윈도우 후에도 스위칭 요청(RTX: Request to Switch) 및 스위칭 응답 (CTX: Clear to Switch) 프레임을 교환하고, 사용이 가능한 목적채널을 지시함을 특징으로 하는 MAC 장치.
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