KR101565229B1 - 무선랜 시스템에서의 계층화 채널 접근 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

무선랜 시스템에서의 그룹 대표 STA(station)의 계층화된 채널 접근 방법이 제공된다. 상기 방법은 AP(access point)로부터 관리 프레임을 수신하되, 상기 관리 프레임은 제1 페이즈와 제2 페이즈를 지시하는 설정정보를 포함하며, 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제1 페이즈 동안 AP로부터 제1 무선 레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 AP로 제2 무선 프레임을 전송하고, 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제2 페이즈 동안 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 소속된 STA(affiliated STA)으로부터 제3 무선프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 적어도 하나의 STA에게 제4 무선 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

Description

무선랜 시스템에서의 계층화 채널 접근 방법 및 장치{LAYERED CHANNEL ACCESS METHOD AND APPARATUS IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK SYSTEM}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서의 계층화 채널 접근 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대형 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

WLAN 기술의 표준화 기구인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802가 1980년 2월에 설립된 이래, 많은 표준화 작업이 수행되고 있다.

IEEE 802.11 MAC(Medium Access Control)의 기본 접속 메커니즘(Basic Access Mechanism)은 이진 익스포넨셜 백오프(binary exponential backoff)와 결합된 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 접속 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 접속 메커니즘에서는, 스테이션(Station, STA)은 전송을 시작하기에 앞서 무선 채널 또는 매체(Medium)를 청취한다. 청취 결과, 만일 매체가 사용되고 있지 않는 것으로 감지되면, 청취하고 있는 스테이션(listening STA)은 자기 자신의 전송을 시작한다. 반면, 매체가 사용되고 있는 것으로 감지되면, 상기 스테이션은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 이진 익스포넨셜 백오프(binary exponential backoff) 알고리즘에 의하여 결정되는 지연 기간에 들어간다.

CSMA/CA 메커니즘은 STA이 매체를 직접 청취하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 은닉 노드 문제(Hidden Node Problem) 등과 같은 물리적 캐리어 센싱의 한계를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, IEEE 802.11 MAC(Medium Access Control)은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector, NAV)를 이용한다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 STA에게 지시하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당된다.

NAV를 설정하기 위한 절차 중의 한 가지는 RTS(Request To Send) 프레임과 CTS(Clear To Send) 프레임의 교환 절차이다. RTS 프레임과 CTS 프레임에는 수신 STA들에게 다가오는 프레임의 전송(upcoming frame transmission)을 알려 주어서 상기 수신 STA에 의한 프레임 전송을 지연시킬 수 있는 정보가 포함된다. 상기 정보는 예컨대, RTS 프레임과 CTS 프레임의 지속시간 필드(duration field)에 포함될 수 있다. 그리고 이러한 RTS 프레임과 CTS 프레임의 교환이 이루어지고 나면, 소스 STA은 목표 STA에게 보내고자 하는 실제 프레임을 전송한다.

그런데, 이러한 CSMA/CA 기반의 채널 접근 방법은 효율성이 높지 않다는 문제점을 갖는다. 일례로, PHY SAP(Service Access Point)에서 1Gbps의 쓰루풋(throughput)을 제공하는 경우, MAC SAP에서는 PHY SAP에서 제공하는 1Gbps의 50~60% 정도의 쓰루풋만을 제공할 수 있다. 또한 하나의 AP(access point)에 다수의 STA(station)이 결합(association)되어 있는 경우 무선랜 시스템 전체의 효율이 떨어질 수 있다. 개별 STA의 입장에서도 경쟁(contention)을 거쳐 채널 접근(channel access)하고, 무선자원(wireless medium, WM)을 이용하여 무선 프레임(radio frame)을 전송하는 기회를 획득하는 것이 더욱 어려워 질 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선랜 시스템에서의 계층화 채널 접근 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

일 양태에서, 무선랜 시스템에서의 그룹 대표 STA(station)의 계층화된 채널 접근 방법이 제공된다. 상기 방법은 AP(access point)로부터 관리 프레임을 수신하되, 상기 관리 프레임은 제1 페이즈와 제2 페이즈를 지시하는 설정정보를 포함하고, 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제1 페이즈 동안 AP로부터 제1 무선 프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 AP로 제2 무선 프레임을 전송하고, 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제2 페이즈 동안 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 소속된 STA(affiliated STA)으로부터 제3 무선프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 적어도 하나의 STA에게 제4 무선 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

상기 설정정보는 제1 페이즈의 시작시점과 지속기간 및 제2 페이즈의 시작시점과 지속기간을 포함할 수 있다.

상기 설정정보는 제1 페이즈에서 무선 프레임을 전송하는 STA들에게 허용된 제1 최대 전송전력 정보 및 제2 페이즈에서 무선 프레임을 전송하는 STA들에게 허용된 제2 최대 전송전력 정보를 더 포함할 수 있다.

상기 관리 프레임은 상기 AP가 주기적으로 브로드캐스팅하는 비콘 프레임일 수 있다.

상기 제1 무선 프레임은 상기 소속된 STA을 목적지 주소로 하는 MPDU(medium access control protocol data unit)를 포함할 수 있다.

상기 제2 무선 프레임은 상기 소속된 STA으로부터 수신한 상기 AP를 목적지 주소로 하는 MPDU를 포함할 수 있다.

상기 제1 페이즈 동안 상기 소속된 STA은 NAV(network allocation vector)를 설정하여 채널 접근을 연기할 수 있다.

상기 제3 무선 프레임은 상기 소속된 STA가 상기 제2 페이즈 동안에 채널 접근하여 전송하는 무선 프레임일 수 있다.

다른 양태에서, 무선랜 시스템에서의 그룹 대표 STA(station)의 채널 접근 방법이 제공된다, 상기 방법은 그룹대표 STA은 AP(access point)로부터 관리 프레임을 수신하되, 상기 관리 프레임은 제1 페이즈와 제2 페이즈를 지시하는 설정정보를 포함하고, 상기 그룹대표 STA은 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제1 페이즈 동안 AP로부터 제1 무선 프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 AP로 제2 무선 프레임을 전송하고, 상기 그룹대표 STA은 상기 설정정보에 의해 지시되는 상기 제2 페이즈 동안 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 소속된 STA(affiliated STA)과 결합절차를 수행하고, 상기 소속된 STA 으로부터 제3 무선프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 적어도 하나의 STA에게 제4 무선 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

또 다른 양태에서, 무선랜 시스템에서의 계층화된 채널 접근 방법을 지원하는 스테이션이 제공된다. 상기 스테이션은 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 AP(access point)로부터 제1 페이즈와 제2 페이즈를 지시하는 설정정보를 포함하는 관리 프레임을 수신하고, 상기 설정정보가 지시하는 상기 제1 페이즈 동안 AP로부터 제1 무선 프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 AP로 제2 무선 프레임을 전송하고, 상기 설정정보가 지시하는 상기 제2 페이즈 동안 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 소속된 STA(affiliated STA)으로부터 제3 무선프레임을 수신하거나, 채널에 접근하여 상기 그룹대표 STA이 속하는 그룹의 적어도 하나의 STA에게 제4 무선 프레임을 전송하도록 설정된다.

상기 관리 프레임은 상기 AP가 주기적으로 브로드캐스팅하는 비콘 프레임일 수 있다.

상기 제1 페이즈 동안 상기 소속된 STA은 NAV(network allocation vector)를 설정하여 채널 접근을 연기할 수 있다.

무선랜 시스템에서 계층화된 채널 접근 방법을 제공하여 하나의 AP(Access Point)에 다수의 스테이션이 결합(Association)되어 있는 환경에서 한정된 무선매체(wireless medium, WM)의 효율적 이용이 가능하다.

많은 수의 STA이 하나의 AP에 접속되어 있는 환경에서 STA group 단위로 효과적인 네트워크 관리가 가능하다.

본 발명이 제안하는 계층화된 채널 접근 방법은 공간적 재사용에 의한 네트워크 처리율 향상을 가져올 수 있음은 물론, 많은 수의 스테이션이 동시에 경합(contending)을 시도하는 특수한 상황에 대해서도 효과적인 충돌 처리가 가능하다.

그룹 대표 스테이션의 데이터 프레임 중계과정에서 사전에 정의된 방식에 따라 데이터를 압축하거나 전송 횟수/전송량 등을 줄여서 전송하는 등의 다양한 형태의 그룹 기반 통신 방식을 적용할 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일례에 대한 구성을 간략히 도시한 것이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 것과 같은 무선랜 시스템 또는 이를 포함하는 무선 통신 시스템에서의 스테이션의 인증, 결합 관련 절차를 보여 주기 위한 동작 절차도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 group based network 구조를 예시한 것이다.
도 5는 결합 응답 프레임에 포함되어 전송될 수 있는 그룹 지시 IE(information element)의 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 6은 STA에게 그룹 및 그룹의 GR-STA 정보를 알리기 위한 관리 프레임 포맷의 일례이다.
도 7은 LCA IE 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 통신 페이즈에서 STA의 동작을 예시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 통신 페이즈에서 STA의 동작을 예시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 비콘 프레임에 포함되어 전송될 수 있는 LCA IE 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 STA의 동작을 예시한 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 계층화된 채널 접근 방법을 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 계층화 채널 접근 방법 및 이를 지원하는 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일례에 대한 구성을 간략히 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 무선랜 시스템은 하나 또는 그 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)로 구분할 수 있는데, 전자는 도 1에 도시되어 있고 후자는 도 2에 도시되어 있다. 인프라스트럭쳐 BSS(BSS1, BSS2)는 하나 또는 그 이상의 STA(STA1, STA3, STA4), 분배 서비스(Distribution Service)를 제공하는 STA인 액세스 포인트(Access Point, AP) 및 다수의 AP(AP1, AP2)를 연결시키는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 반면, IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 모든 STA이 이동 스테이션(STA6, STA7, STA8))으로 이루어져 있으며, DS에로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

STA은 IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비AP 스테이션(Non-AP Station)을 모두 포함한다. 무선 통신을 위한 STA은 프로세서(Processor)와 트랜시버(transceiver)를 포함하고, 사용자 인터페이서와 디스플레이 수단 등을 더 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송할 프레임을 생성하거나 또는 상기 무선 네트워크를 통해 수신된 프레임을 처리하도록 고안된 기능 유닛으로서, 스테이션을 제어하기 위한 여러 가지 기능을 수행한다. 그리고 트랜시버는 상기 프로세서와 기능적으로 연결되어 있으며 스테이션을 위하여 무선 네트워크를 통해 프레임을 송수신하도록 고안된 유닛이다.

STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 비AP STA(STA1, STA3, STA4, STA6, STA7, STA8)으로써, 단순히 STA이라고 할 때는 비AP STA을 가리키기도 한다. 비AP STA은 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

그리고 AP(AP1, AP2)는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 인프라스트럭쳐 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. AP는 엑세스 포인트라는 명칭 외에 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), 노드-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.

복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

DS는 하나의 AP가 다른 AP와 통신하기 위한 메커니즘으로서, 이에 의하면 AP가 자신이 관리하는 BSS에 결합되어 있는 STA들을 위해 프레임을 전송하거나 또는 어느 하나의 STA이 다른 BSS로 이동한 경우에 프레임을 전달하거나 유선 네트워크 등과 같은 외부 네트워크와 프레임을 전달할 수가 있다. 이러한 DS는 반드시 네트워크일 필요는 없으며, IEEE 802.11에 규정된 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬 네트워크와 같은 무선 네트워크이거나 또는 AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.

도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 것과 같은 무선랜 시스템 또는 이를 포함하는 무선 통신 시스템에서의 스테이션의 인증, 결합 관련 절차를 보여 주기 위한 동작 절차도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템에서의 계층화 채널 접근 절차는 그 예비 과정으로서 탐색 절차(Scanning Procedure, S10), 인증 절차(Authentication Procedure, S20) 및/또는 결합 절차(Association Procedure, S30)를 더 포함할 수 있다. 상기 예비 과정들 중에서 적어도 일부 절차는 필수적인 절차가 아닌 임의적인 절차일 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1 STA(1)과 제2 STA(4) 사이에는 탐색 절차(S10)가 먼저 수행된다. 탐색 절차(S10)는 제1 STA(2)이 결합 절차(S30)에서 결합할 대상이 되는 후보 스테이션을 찾는 과정인데, 예컨대 인프라스트럭쳐 BSS에서 비AP STA이 AP를 찾는 과정이라고 볼 수 있다. 하지만, 보다 넓은 의미의 탐색 절차(S10)는 IBSS인 경우에는 비AP STA이 이웃 비AP STA을 찾는 과정이나 메쉬 네트워크인 경우는 이웃 MP를 찾는 과정도 포함한다고 볼 수 있다.

이러한 탐색 절차는 두 가지 유형이 있다. 첫 번째는 수동 스캔(Passive Scan) 방법으로서, 제2 STA(4) 등으로부터 전송되는 비콘 프레임(Beacon Frame)을 이용하는 방법이다. 이에 의하면, 무선랜에 접속하고자 하는 제1 STA(2)은 해당 BSS(또는 IBSS)를 관리하는 AP인 제2 STA(4) 등으로부터 주기적으로 전송되는 비콘 프레임을 수신하여, 접속 가능한 BSS를 찾을 수 있다. 이러한 수동 스캔 방법은 제2 STA(4)이 비이콘 프레임을 전송하는 AP인 경우에 적용될 수 있다.

두 번째 방법은 능동 스캔(Active Scan) 방법이다. 이에 의하면, 무선랜 시스템에 접속하고자 하는 제1 STA(2)이 먼저 프로브 요청 프레임(Probe Request Frame)을 전송한다. 그리고 상기 프로브 요청 프레임을 수신한 제2 STA(4), 예컨대 AP는 자신이 관리하는 BSS의 서비스 세트 아이디(Service Set ID, SSID)와 자신이 지원하는 능력치(Capability) 등의 정보가 포함된 프로브 응답 프레임(Probe Response Frame)을 제1 STA(2)에게 전송한다. 따라서 제1 STA(2)은 수신된 프로브 응답 프레임을 통해 후보 AP의 존재와 함께 상기 후보 AP에 관한 여러 가지 정보를 알 수가 있다.

탐색 과정(S10)에서 제2 STA(4)이 전송하는 비콘 프레임이나 프로브 응답 프레임에는 제2 STA(4)이 계층화 채널 접근 방법을 지원하는지 여부에 대한 정보가 포함될 수 있다. 제1 STA(2)은 제2 STA(4)이 계층화 채널 접근 방법을 지원하는지 여부를 결합할 AP의 선택 기준으로 할 수 있다.

계속해서 도 3을 참조하면, 제1 STA(2)과 제2 STA(4) 사이에 인증 절차(S20)가 진행된다. 인증 절차(S20)는 무선 통신에 참여하는 개체들 사이에 인증 절차와 암호화 방식 등을 협상하는 과정이다. 예를 들어, 제1 STA(2)이 탐색 절차(S10)에서 찾은 하나 이상의 AP들 중에서 결합하고자 하는 제2 STA, 예컨대 AP와 인증 절차(S20)를 수행할 수 있다. 오픈 시스템(Open System) 인증방식을 사용하는 경우, 제2 STA(4)은 제1 STA(2)으로부터의 인증 요청에 대하여 아무런 조건 없이 인증 과정을 수행한다. 보다 강화된 인증방식으로 IEEE 802.1x 기반 EAP-TLS(Extensible Authentication Protocol-Transport Layer Security), EAP-TTLS(Extensible Authentication Protocol-Tunneled Transport Layer Security), EAP-FAST(Extensible Authentication Protocol-Flexible Authentication via Secure Tunneling), PEAP (Protected Extensible Authentication Protocol) 등이 있다.

인증 절차(S20)에서 성공적으로 인증을 완료하고 나면 제1 STA(2)은 결합 절차를 수행한다(S30). 본 단계의 결합 절차는 제1 STA(2)이 비AP STA이고 제2 STA(4)이 AP인 경우 등에 수행되는 임의적인 절차일 수 있다. 결합 절차(S30)는 제1 STA(2)과 제2 STA(4) 사이에 식별 가능한 연결, 즉 무선 링크를 설정하는 것을 의미한다. 결합 절차(S30)를 위해, 제1 STA(2)은 우선 인증 절차(S20)를 성공적으로 완료한 제2 STA(4)에게 결합 요청 프레임(Association Request Frame)을 전송하고, 제2 STA(4)는 이에 대한 응답으로 ‘성공(Successful)’이라는 상태값을 갖는 결합 응답 프레임(Association Response Frame)을 제1 STA(2)에게 전송한다. 상기 결합 응답 프레임에는 제1 STA(2)과의 결합을 식별할 수 있는 식별자, 예컨대 결합 아이디(Association ID, AID)가 포함될 수 있다.

결합 절차(S30)가 성공적으로 완료된 후라도 가변적인 채널 상황으로 인하여 제1 STA(2)과 AP인 제2 STA(4)과의 연결 상태가 나빠지는 경우에, 제1 STA(2)은 접속 가능한 다른 AP와 다시 결합 과정을 수행할 수 있는데, 이를 재결합 절차(Reassociation Procedure)라고 한다. 이러한 재결합 절차는 전술한 결합 절차(S30)와 상당히 유사하다. 보다 구체적으로, 재결합 절차에서는 제1 STA(2)은 현재 결합되어 있는 AP가 아닌 다른 AP(전술한 탐색 과정(S10)에서 찾은 후보 AP들 중에서 인증 절차(S20)를 성공적으로 완료한 AP)에게 재결합 요청 프레임을 전송하고, 상기 다른 AP는 재결합 응답 프레임을 제1 STA(2)에게 전송한다. 다만, 재결합 요청 프레임에는 이전에 결합한 AP에 관한 정보가 더 포함되며, 이 정보를 통하여 재결합 AP는 기존 AP인 제2 STA(4)에 버퍼링되어 있는 데이터를 제1 STA(2)에게 전달할 수가 있다.

본 실시예의 일 양태에 의하면, 결합 절차(S30) 또는 재결합 절차에서의 결합 응답 프레임, 재결합 응답 프레임에도 상술한 계층화 채널 접근 방법의 지원여부를 알리는 정보가 포함될 수 있다.

도 3의 절차를 거쳐 제1 STA(2)과 제2 STA(4) 사이에 인증, 결합 절차가 이루어진 후, 제1 STA(2)과 제2 STA(4) 사이에서 무선 프레임의 전송/수신이 이루어질 수 있다. 제2 STA(4)이 AP인 경우, 도 3에 나타나 있지 아니하나 제1 STA(2)이외의 제3 STA이 도3의 절차와 동일한 과정을 거쳐 제2 STA(4)과 결합될 수 있다. 복수의 STA이 AP와 결합되어 있는 경우 개별 STA은 전송기회를 획득하여야 한다. STA의 전송기회의 획득방법 다양하며 달리 표현하면 STA의 채널 접근 방법이라 할 수 있다. 종래의 채널 접근 방식은 MAC 부계층(sub-layer)에서 제공하는 기능으로서, DCF(Distributed Coordination Function), PCF(Point Coordination Function), HCF(Hybrid Coordination Function) 등이 있다.

DCF는 경쟁기반의 채널 접근 방법으로서, 무선랜 시스템의 기본적인 채널 접근 방법으로 CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance) 방식으로 알려져 있다. PCF는 비경쟁(Contention-Free) 방식의 채널 접근 방법이다.

HCF는 Non-QoS(quality of service) STA에게 최대 성능을 지원하면서, QoS STA이 무선매체로 우선순위 및 파라미터에 따른 접근을 제공하여 경쟁 기반 빛 비-경쟁 기반 접근 방법을 향상시키는 방식이다. HCF는 EDCA(enhanced distributed channel access)와 HCCA(HCF controlled channel access) 양자에게 제공하는 기능을 포함한다. HCF는 DCG와 PCF에 호환된다. HCF는 CP(contention period) 및 CFP(contention-free period) 동안 STA에게 일관적인 프레임 포맷 및 교환 시퀀스를 지원한다.

한편, 사람이 아닌 기계(machine)가 통신의 주체가 되어 서로 정보를 주고 받는 네트워크를 의미하는 M2M(Machine-to-Machine) 시스템은, 최근 차세대 통신 기술로 주목 받고 있으며 무선랜 시스템에서도 이를 지원하기 위한 새로운 표준이 논의되고 있다.

M2M 시스템에서 각 단말은 온도, 습도 등을 측정하는 센서, 카메라, TV 등의 가전제품, 공장의 공정기계, 자동차 같은 대형 기계 등으로 매우 다양하다. 최근 스마트 그리드(smart grid), e-Health, ubiquitous 같은 다양한 통신 서비스들이 등장하면서 이를 지원하기 위하여 M2M 기술의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 무선랜 기술을 M2M 시스템의 네트워크에 적용할 때, 다음과 같은 M2M 시스템의 특성이 고려되어야 한다.

1) 매우 많은 STA 수: M2M 시스템의 네트워크는 기존의 다른 네트워크에 비해 많은 수의 STA을 지원할 수 있어야 한다. M2M 시스템의 네트워크는 비교적 넓은 지역적 범위와 다양한 종류의 다수의 단말을 그 구성요소로 하기 때문이다. 따라서 무선랜 기술이 M2M 시스템에 적용될 때, 하나의 AP에 상당히 많은 수의 STA(예를 들어, M2M 시스템의 각 단말)이 접속될 수 있다.

2) 각 STA 당 낮은 트래픽 부하(traffic load): M2M 단말은 주변의 정보를 수집하여 보고하는 트래픽 패턴을 가지기 때문에 자주 보낼 필요가 없고 그 정보의 양도 적은 편이다.

3) 상향링크(Uplink) 중심: M2M은 주로 하향링크로 명령을 수신하여 행동을 취한 후 결과 데이터를 상향링크로 보고하는 구조를 가지고 있다. 주요 데이터는 보통 상향링크로 전송되므로 M2M에서는 상향링크가 중심이 된다.

4) STA의 긴 수명: M2M 단말은 주로 배터리로 동작하며 사용자가 자주 충전하기 어려운 경우가 많다. 따라서 배터리 소모를 최소화하여 긴 수명을 보장하도록 요구 받고 있다.

5) 자동 복구 기능: M2M 단말은 특정 상황에서 사람이 직접 조작하기 힘들기 때문에 스스로 복구하는 기능이 필요하다.

이러한 M2M 시스템의 특성(특히, 매우 많은 STA 수가 AP에 접속해 있는 환경 특성 등)을 고려할 때, 본 발명이 제안하는 계층화된 채널 접근 방법이 효과적으로 적용될 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 M2M 시스템에 적용된 계층화된 채널 접근 방법을 예로 하여 설명하나, 본 발명이 제안하는 계층화된 채널 접근 방법은 M2M 시스템에 한정적으로 적용되는 것은 아니며, 일반적인 WLAN 시스템에 다양하게 적용될 수 있다

M2M 통신이 아닌 기존의 네트워크 모델 중 가장 일반적인 서버-클라이언트(server-client) 구조를 살펴보면, 많은 경우 클라이언트(즉. STA)가 서버에 정보를 요구하고, 서버에 그에 맞는 정보(data)를 클라이언트에게 보내준다. 이 때 정보를 제공한 서버는 기계적으로 정보를 수집하고 제공한 기기로 볼 수 있고, 정보를 받은 주체는 클라이언트를 사용한 유저(User)가 된다. 따라서 기존의 통신 시스템은 클라이언트를 위한 하향링크(downlink) 중심으로 발전해온 이유이다. 그러나 M2M 네트워크에서는 이 구조가 뒤바뀌게 되어, 기기인 클라언트가 정보를 수집하여 제공하는 역할을 하고 반대로 서버를 다루는 유저(User)가 정보를 요구하게 된다. 즉, M2M 서버는 M2M 단말에게 주변 환경 측정에 관한 명령을 내리며, 단말은 명령에 따라 센싱하여 서버에 보고하는 모델이 일반적이다. 다시 말해, 이전과 다르게 사람이 서버 측에서 네트워크에 접근하게 되며 정보의 흐름이 반대 방향이 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 효과적인 M2M 통신을 위해서는 기존의 무선랜 시스템에서 non-AP STA이 가지는 기능을 축소하고 네트워크에서의 관리 기능을 확대해야 한다.

따라서 무선랜 시스템이 M2M 시스템의 네트워크에 적용될 때, 변화된 관점에서 네트워크 관리 기술이 다시 고려되어야 함을 알 수 있다. 이전의 네트워크 모델에서는 사람이 STA에 대응되므로, 네트워크 관리 기능이 STA 에게도 주어져 있었다. 그러나 M2M에서는 STA은 단지 명령에 따라서 정보만 제공하면 되기 때문에 서버 측의 네트워크 관리 기능이 이전보다 강화되어야 한다.

하지만 M2M 시스템에서 AP에 접속되어 있는 STA 수가 수천 개에 이르는 경우도 실제 시스템 구현상 고려될 수 있다. 이러한 경우 동일한 무선 매체를 무선랜 시스템의 전통적인 채널접근 방식인 CSMA/CS 방식으로 구현하는 것은 바람직하지 아니할 수 있다. 즉, 한 번에 하나의 STA이 무선 매체를 점유하여 통신하는 방식만으로는 효과적인 네트워크 관리에 한계가 있을 수 있다. 예를 들어, 기존의 2.4GHz 주파수 대역(frequency band)나 5GHz 주파수 대역이 아닌 700~900MHz로 대표되는 sub 1GHz 주파수 대역에서 WLAN이 사용되는 경우를 가정하자. sub 1GHz 주파수 대역을 사용하는 무선랜 시스템에서, AP의 coverage는 해당 대역의 전파 특성으로 인해서, 2.4GHz 주파수 대역을 사용하는 경우에 비할 때, 동일 전송 전력 대비 대략 2~3 배 가량 확장될 수 있다. 따라서 상대적으로 넓은 커버리지(coverage)를 갖는 AP는 많은 수의 STA들과 결합(association)하고 그들을 관리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

계층화된 채널 접근 방식 및 많은 수의 STA에 대한 효과적인 네트우크 관리를 지원하기 위하여, AP에 결합되어 있는 STA들을 특정한 그룹 단위로 관리하는 그룹 기반 네트워크 관리 방식이 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그룹 기반 네트워크 구조를 예시한 것이다.

도 4를 참조하면, 하나의 AP가 있고, AP의 커버리지가 실선의 원으로 표기되어 있다. AP의 커버리지는 AP가 최소 지원 레이트(minimum supported rate)로 무선 프레임을 전송할 때, STA이 해당 무선 프레임을 수신할 수 있는 신호 도달 거리라 할 수 있다. 도 4의 예는 하나의 AP와 AP에 결합된 다수의 STA으로 구성된 환경을 예시한 것이다. 도 4에서 점선의 타원으로 표시한 것은 본 발명의 실시예에 따른 각각의 그룹을 나타낸다. 하나의 그룹에는 적어도 하나의 STA이 포함된다. 도 4의 예에서 그룹의 수나 개별 그룹에 속하는 STA의 수는 예시적인 것으로 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 실시예에 따른 그룹 기반 네트워크에서는 각각의 그룹별로 해당 그룹을 대표하는 STA을 지정할 수 있다. 이하에서 어느 그룹을 대표하는 STA을 그룹 대표(GR(group representative))-STA라 칭하기로 한다.

도 4에서 모든 STA들은 AP와 결합(association)을 맺고 있고, 결합 과정에서 각 STA은 결합 요청 프레임(Association Request frame)에 위치 정보 등의 추가 정보를 AP에게 제공할 수 있다. AP는 결합 과정에서 결합 응답 프레임에 해당 STA이 속하는 그룹 및 해당 그룹의 GR-STA 에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이때 AP는 STA으로부터 제공받은 위치정보 등을 기반으로 해당 STA이 속하게 될 그룹을 결정할 수 있다.

도 5는 결합 요청 프레임에 포함되어 전송될 수 있는 그룹 지시 IE(information element)의 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다.

도 5의 예에서 그룹 인덱스 필드에는 그룹 지시(Group Indication) IE를 수신하는 STA이 속하게 될 그룹을 식별할 수 있는 정보가 포함된다. GR-STA MAC 주소 필드에는 그룹 인덱스 필드가 지시하는 그룹의 GR-STA을 식별할 수 있는 정보가 포함된다. 도 5의 예에서는 GR-STA의 MAC 주소로 설정되는 경우를 나타내고 있으나, 이는 예시에 불과하다.

그룹 지시 IE 및 그룹 지시 IE에 포함되는 그룹 인덱스 필드, GR-STA MAC 주소 필드의 명칭은 임의적인 것이다. 그룹 지시 IE에는 필요에 따라 부가 정보(예를 들어, 후보 그룹 인덱스, 후보 GR-STA ID, 해당 그룹에서의 전송 파워 정보)를 포함하는 필드가 더 추가될 수 있다. 또는 그룹 인덱스 필드, GR-STA MAC 주소 필드는 기존의 IEEE802.11 표준의 IE에 포함되어 전송될 수 있다. GR-STA MAC 주소 필드는 GR-STA의 MAC 주소 이외에 GR-STA 을 식별할 수 있는 값(예, GR-STA의 AID, GR-STA의 MAC 주소 또는 AID로부터 얻어지는 GR-STA의 ID)으로 설정될 수 있다.

STA은 그룹 지시 IE로부터 자신이 속하는 그룹과 자신이 속하는 그룹의 GR-STA을 알 수 있다.

도 5의 그룹 지시 IE은 결합 과정에서 뿐만 아니라 재결합(reassociation) 과정 또는 스캐닝 과정에서 재결합 응답 프레임, 프로브 응답 프레임(Probe response frame)에 포함되어 전송될 수 있다.

다른 실시예로 AP는 관리 프레임(management frame)을 이용하여 개별 STA에게 해당 STA이 속할 그룹의 식별정보 및 해당 그룹의 GR-STA 식별정보를 알려줄 수 있다.

도 6은 STA에게 그룹 및 그룹의 GR-STA 정보를 알리기 위한 관린 프레임 포맷의 일례이다. 도 6에서 그룹 인덱스 필드 및 GR-STA MAC 주소 필드의 기능 및 포함하는 정보는 도 5에서와 같다.

AP는 그룹 지시 관리 프레임을 전송하여 STA에게 그룹 정보 및 해당 그룹의 GR-STA 식별정보를 알려줄 수 있다. 이외에도 AP는 그룹 지시 관리 프레임을 전송하여 STA이 스캔, 결합, 재결합 과정 또는 이전 그룹 지시 관리 프레임을 통해 할당한 그룹을 새로운 그룹으로 변경하고 새로운 그룹의 GR-STA 식별정보를 제공할 수 있다.

AP가 특정 그룹의 GR-STA을 변경하고자 하는 경우에도 그룹 지시 관리 프레임을 이용할 수 있다. 이때 AP는 그룹 지시 관리 프레임에서 GR-STA 식별정보를 담고 있는 필드(도 6의 예에서 GR-STA MAC 주소 필드)의 GR-STA 식별정보를 변경하여 전송할 수 있다. GR-STA의 변경을 위해 전송되는 그룹 지시 관리 프레임은 개별적 주소로 지시되는 관리 프레임으로 GR-STA이 대표하는 그룹에 속하는 STA들에게 각각 전송되거나, 그룹 주소로 지시되는 관리 프레임으로 GR-STA이 대표하는 그룹에 속하는 STA들을 대상으로 전송될 수 있다.

그룹 지시 관리 프레임을 수신한 STA는 그룹 인덱스 필드의 값이 현재 자신의 그룹 인덱스의 값과 다를 경우, 변경된 그룹 인덱스로 자신의 소속 그룹이 바뀌었음을 알게 되고, 같이 전송되는 GR-STA 식별정보로부터 변경된 그룹의 GR-STA을 알 수 있게 된다.

만일 그룹 인덱스 필드의 값은 변하지 않고 GR-STA의 식별정보(예, GR-STA MAC 주소 필드의 값)만 바뀌었다면 자신의 소속 그룹은 그대로인 상태에서 GR-STA만 변경된 것임을 알 수 있다. 이때, GR-STA MAC 주소 필드의 값이 자신의 MAC 주소와 일치한다면 자신이 이 그룹의 GR-STA로 지명되었음을 알게 된다. 이상에서 설명한 내용에서 GR-STA MAC 주소 필드는 앞서 도 5를 참조하여 설명한 실시예에서와 같이 GR-STA의 AID, 또는 GR-STA의 ID로 설정될 수 있음은 자명하다.

다시 도 4를 참조하면, 하나의 STA 그룹에는 하나의 GR-STA와 적어도 하나의 일반 STA으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면 GR-STA은 자신의 그룹내의 일반 STA을 대표하여 AP와 데이터 송수신을 하는 역할을 추가 수행할 수 있다는 특성을 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 채널 접근 방법에 의하면, 각 그룹의 GR-STA만 AP와 통신할 수 있는 채널 액세스(channel access) 구간(‘GR 통신 페이즈(GR communication phase)’로 명명함)과, GR-STA와 해당 그룹 멤버인 STA 간의 로컬 통신을 할 수 있는 채널 액세스 구간(‘로컬 통신 페이즈’로 명명함)을 시간적으로 구분하여 운용할 수 있다. 이하에서 본 발명이 제안하는 이러한 채널 접근방식을 제안하며, 이를 가리켜 계층적 채널 액세스(Layered Channel Access, LCA) 방식이라 칭하기로 한다.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 LCA 메커니즘을 상세히 설명한다.

도 7은 LCA IE 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다. LCA IE는 비콘 프레임에 포함되어 모든 STA에게 브로드캐스트 될 수 있다.

LCA IE에는 로컬 통신 오프셋 필드, 로컬 통신 구간 필드, 로컬 통신 최대 전송 파워 필드, GR 통신 오프셋 필드, GR 통신 구간 필드, GR 통신 최대 전송 파워 필드가 포함될 수 있다.

로컬 통신 오프셋 필드는 로컬 통신 페이즈의 시작시점을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 로컬 통신 구간 필드는 로컬 통신 페이즈의 지속기간을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 로컬 통신 최대 전송 파워 필드는 로컬 통신 페이즈에서 STA이 무선 프레임을 전송할 때 허용되는 최대 전력값을 지시하는 값으로 설정될 수 있다.

GR 통신 오프셋 필드는 GR 통신 페이즈의 시작시점을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. GR 통신 구간 필드는 GR 통신 페이즈의 지속기간을 지시하는 값으로 설정될 수 있다. GR 통신 최대 전송 파워 필드는 GR 통신 페이즈에서 STA이 무선 프레임을 전송할 때 허용되는 최대 전력값을 지시하는 값으로 설정될 수 있다.

STA은 비콘 프레임을 수신하여 비콘 프레임에 포함되어 전송되는 LCA IE로부터 로컬 통신 페이즈, GR 통신 페이즈의 시작시점, 지속기간, 해당 페이즈에서의 허용되는 최대 전송전력 정보를 획득할 수 있다.

STA 동작의 일례로, STA은 비콘 프레임을 수신하고 로컬 통신 오프셋 필드에 설정된 오프셋 시간이 지난 후부터 로컬 통신 구간 필드에 설정된 로컬 통신 지속기간 동안 로컬 통신에 참여하여 로컬 통신 최대 전송 파워 필드의 전송 파워 이하로 무선 프레임을 전송할 수 있다.

마찬가지로 비콘 프레임 전송 후 GR 통신 오프셋 필드에 설정된 오프셋 시간이 지난 후부터 GR 통신 구간 필드에 설정된 지속기간 동안의 GR 통신 페이즈가 설정된다. GR 통신에 참여하는 모든 GR-STA과 AP는 GR 통신 최대 전송 파워 필드에 설정된 최대 전송 파워보다 낮은 전송파워로 무선 프레임을 전송할 수 있다. 상기 오프셋/구간 필드의 값은 마이크로 초(microsecond) 단위의 실제 시간값을 의미할 수 있으며, 혹은 사전에 정의된 다른 형태의 단위로 설정될 수 있다. 상기 최대 전송 파워 필드는 dBm 단위의 값을 의미할 수 있으며, 사전에 정의된 다른 형태의 단위로 설정될 수도 있다.

도 7의 예에서 각 오프셋/구간 필드, 최대 전송 파워 필드의 비트 수는 임의적인 것으로 필요에 따라 증감될 수 있다. 그리고 필드 값들은 각각의 정보를 BSS 내의 모든 STA에게 알려주기 위한 것으로, 각 필드의 LCA IE에서의 순서는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 구현에 따라서 부가 정보를 포함하는 필드가 더 추가될 수 있다.

보다 구체적인 실시 예로서, 만일 로컬 통신 오프셋 값이 GR 통신 오프셋 값보다 작은 경우를 가정하자. 이러한 경우 비콘 프레임 전송 이후 로컬 통신 페이즈가 먼저 시작된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 통신 페이즈에서 STA들의 동작을 예시한 것이다.

로컬 통신 페이즈 동안의 각 그룹 내의 STA들의 동작 특징을 좀더 상술하면 다음과 같다:

GR-STA와 일반 STA들은 모두, 로컬 통신 최대 전송 파워 필드를 통해 지시된 로컬 통신시 최대로 전송 가능한 전송 파워 한계값에 따라 그 이하의 전송 파워로 신호를 전송해야 한다. 즉, 이 페이즈 동안은 AP와 통신하는 것이 아니라, 그룹원들과 GR-STA간의 통신만 가능한 기간이므로 도 8에 예시한 것과 같이 무선 매체의 공간적 재사용(spatial reuse)를 위하여 허용된 최대 전송전력보다 낮은 파워로 전송해야 한다.

그룹 단위로, GR-STA과 해당 그룹의 일반 STA간 무선 프레임의 전송/수신이 이루어지는 로컬 통신 페이즈에서도, 일반 STA들과 GR-STA 간의 통신에 있어서는 CSMA/CS 메커니즘에 의한 매체 액세스를 통해 무선 프레임의 전송/수신을 하게 된다. 그러나, 상대적으로 낮은 파워로 송수신을 하므로 공간적 재사용 효과에 의해 같은 시간동안 다수의 그룹에서 동시에 송수신이 이루어지게 되어 네트워크 처리율이 증가하는 효과를 가져온다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 GR 통신 페이즈에서 STA들의 동작을 예시한 것이다.

GR 통신 오프셋 필드에 설정된 값에 따라 GR 통신 페이즈가 시작되면 도 9와 같이 LCA 메커니즘 - GR 통신 페이즈가 시작된다. 이 페이즈 동안에는 각 그룹의 일반 STA들은 GR 통신 구간 필드의 값에 설정된 지속기간 동안 NAV(network allocation vector)를 설정(setting)하고, 접근을 연기(defer)한다. GR 통신 페이즈에는 각 그룹의 GR-STA들과 AP간의 통신만 가능하다.

GR-STA들과 AP는 GR 통신 페이즈에서 GR 통신 최대 전송 파워 필드에 설정된 최대 전송 전력값 이하로 무선 프레임을 전송 할 수 있다. GR-STA(s)과 AP간의 무선 프레임 전송/수신 방식은 일반적인 CSMA/CS 방식에 따라 경합 기반 채널 액세스(contention-based channel access)에 의할 수 있다.

GR-STA들은 로컬 통신 페이즈에서 자신이 대표하는 그룹내의 일반 STA들로부터 받은 데이터 및 GR-STA이 AP에게 전송할 데이터를 AP에게 전송할 수 있다. GR-STA이 로컬 통신 페이즈에서 각 STA으로부터 수신한 데이터를 AP에게 전송할 때, 각각의 일반 STA들로부터 수신한 데이터를 모아 하나의 데이터 프레임으로 전송할 수 있다. 이때 애플리케이션에 따라 중복되는 데이터의 압축 혹은 전송 횟수/전송량 등을 줄여서 전송하는 방식이 추가적으로 적용될 수 있다. 이와 같은 방식 등을 통해 링크 효율을 증가시킬 수 있다.

AP도 GR 통신 페이즈에서 각 GR-STA 및 GR-STA이 대표하는 STA들에게 전송할 데이터를 GR-STA에게 전송할 수 있다. 이러한 그룹별 데이터가 통신 페이즈에서 GR-STA들에게 전해지고 이후 다시 로컬 통신 페이즈가 도래하면 각 GR-STA들은 이를 일반 STA들에게 전달하는 형태로 동작할 수 있다.

본 발명에서 제안한 LCA 메커니즘을 통해, 매우 많은 수의 STA이 하나의 AP에 접속되어 있는 환경에서도 STA 그룹 단위로 효과적인 네트워크 관리가 가능하다. 로컬 통신 과 GR 통신의 페이즈들로 구분된 계층적 채널 액세스 방식을 통해, 공간적 재사용에 의한 네트워크 처니율 향상을 가져올 수 있음은 물론, 많은 수의 STA들이 동시에 경합을 시도하는 특수한 상황에 대해서도 효과적인 충돌 처리가 가능하다. 또한, GR-STA가 일반 STA들과 AP 사이에서 데이터를 중계하므로, 이 과정에서 사전에 정의된 방식에 따라 데이터를 압축하거나 전송 횟수/전송량 등을 줄여서 전송하는 등의 다양한 형태의 그룹 기반 통신이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, GR-STA들은 계층적 채널 액세스 방 로컬 통신 페이즈에서 각각 AP로서 동작할 수 있다.

GR-STA들은 로컬 통신 페이즈에서 자신의 커버리지 내의 일반 STA들과 결합을 맺을 수 있다. 이하에서 이와 같이 동작하는 GR-STA를 편의상 GR-AP로 칭하기로 한다.

본 실시예에서 BSS는 하나의 AP와 각 STA 그룹에서 그룹내 AP의 역할을 수행할 수 있는 GR-AP, 각 그룹에 속해 있는 저전력 STA으로 구성될 수 있다. 이때, AP만이 인터넷 연결이 가능한 백홀(backhaul) 링크에 연결되어 있다. 즉, AP는 분산 서비스(distribution service, DS)와 백홀 링크로 연결되어 있으나, GR-AP는 DS와 직접적인 연결이 없고 AP를 통해서 DS에 접속할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에서 비콘 프레임에 포함되어 전송될 수 있는 LCA IE 포맷의 일례를 나타낸 블록도이다.

LCA IE는 로컬 통신 오프셋 필드, 로컬 통신 구간 필드, 로컬 통신 주기 필드, 로컬 통신 최대 전송 파워 필드를 포함할 수 있다.

로컬 통신 오프세 필드, 로컬 통신 구간 필드, 로컬 통신 최대 전송 파워 필드의 기능은 도 7의 해당 필드와 그 기능이 동일하다. 즉, 각각 로컬 통신 페이즈의 시작시점, 지속기간, 최대 전송 전력을 지시한다. 로컬 통신 주기 필드는 로컬 통신 페이즈가 주기적으로 반복될 때, 그 주기를 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 하나의 LCA IE에 로컬 통신 오프셋 필드, 로컬 통신 구간 필드, 로컬 통신 최대 전송 파워 필드가 반복될 수 있으며, 이때 길이 필드를 통해 몇 가지의 로컬 통신 페이즈가 존재하는지 지시할 수 있다. 복수의 로컬 통신 페이즈가 존재할 때, 각각의 로컬 통신 페이즈마다 서로 다른 최대 전송 파워가 설정할 수 있다. 예를 들어, 가장 낮은 레벨의 전송 파워 만 허용되는 제1 페이즈, 중간 레벨의 전송 파워가 허용되는 제2 페이즈 등으로 전력의 최대 한계치를 여러 레벨로 세분화하여, 제1 로컬 통신 페이즈, 제2 로컬 통신 페이즈, 제3 로컬 통신 페이즈를 설정하고, 각각의 로컬 통신 페이즈에서 서로 다른 최대 전송 파워로 STA이 동작하도록 구현할 수 있다.

본 실시예에서, GR-AP는 AP와 달리 직접적으로 인터넷 연결을 할 수 있는 백홀 링크가 없다. 따라서 DS에 접속하기 위해서 GR-AP도 일반적인 절차에 따라 AP와 결합한다. GR-AP는 추가로 주변의 저전력 통신을 희망하는 일반STA과 결합하여 로컬 통신 페이즈 동안에는 저전력 AP 역할을 수행할 수 있다.

GR-AP는 도 10의 예와 같은 LCA IE에서 지시된 로컬 통신 구간 이외에서는 AP 또는 그 밖의 STA들과 통상적인 CSMA/CS 절차에 따른 통신을 할 수 있으며, 이 동안에 로컬 통신시 수집한 low power STA들로부터의 데이터를 AP로 중계하거나 압축하여 전송할 수 있다. GR-AP는 또한 자신과 결합된 저전력 STA에게 전송되는 데이터를 AP로부터 수신하고, 이후 로컬 통신 페이즈 동안 저전력 STA에게 전송할 수 있다.

GR-AP는 로컬 통신 페이즈 동안 저전력의 비콘 프레임을 전송할 수 있다. 이하에서 GR-AP과 통신 페이즈에서 전송하는 비콘 프레임을 AP가 전송하는 비콘 프레임과 구별하여 GR-비콘 프레임이라 칭한다. GR-AP는 로컬 통신 구간 동안에만 저전력 AP 형태로서 동작하므로, GR-비콘 프레임은 LCA IE에서 지시된 최대 전송 파워로 해당 구간에서만 전송할 수 있다. 이를 수신한 저전력 STA는 해당 구간에서 결합 요청 프레임을 전송함으로써 이후 핸드쉐이크(handshaking) 과정을 통해 GR-AP와 결합/인증 과정을 마치고 저전력 통신이 가능하다. 또한 저전력 STA로부터의 능동 스캐닝(active scanning)에 의한 프로브 요청 프레임을 GR-AP가 수신한 경우에도 LCA IE에서 지시한 로컬 통신 페이즈 동안에 GR-AP가 프로브 응답 프레임으로 응답할 수 있고 이후 마찬가지로 결합/인증 과정을 수행하게 된다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 STA의 동작을 예시한 것이다.

저전력 통신은 희망하는 STA는 처음 파워-온 시점에서는 우선 AP로부터의 통상적인 비콘 프레임을 수신하여야 한다. STA이 비콘 프레임을 성공적으로 수신하여 LCA IE가 지시하는 정보를 획득할 수 있다. STA은 LCA IE가 지시하는 로컬 통신 페이즈가 시작 시점에서 액티브 스캐닝을 위한 저전력 프로브 요청 프레임을 전송할 수 있다. 수동 스캐닝(passive scanning)에 의하는 경우, STA은 주변의 GR-AP가 전송하는 저전력 비콘 프레임을 수신한다. STA은 스캐닝을 통하여 발견한 주변 GR-AP와 결합 및 인증 과정을 수행할 수 있다.

만일 상술한 과정을 통해서도 인접 GR-AP가 발견되지 않거나 접속이 어렵다면, LCA IE에서 지시하는 좀더 높은 최대 전송 파워를 허용하는 다른 로컬 통신 페이즈에서 좀더 높은 전송 파워로 능동/수동 스캐닝을 통해 결합 가능한 GR-AP를 선택할 수 있다.

상술한 과정을 통하여 GR-AP와 결합한 후 해당 로컬 통신 페이즈 마다 저전력 통신이 가능하게 되고(도 11 의 STA2의 경우), 지리적으로 주변에 GR-AP가 없는 경우 등 GR-AP와의 결합이 불가능하지만 고전력 통신이 가능한 STA의 경우(도 11의 STA1의 경우) 직접 AP와 결합하여 통신하는 방식도 가능하다. 즉, STA의 선택에 따라 저전력 통신을 희망하는 경우 GR-AP를 탐지/접속하여 로컬 통신이 가능하고, 파워 절감이 크게 중요하지 않은 STA의 경우 직접 AP와 결합하여 통신할 수 있다.

도 11의 예에서 STA1은 주변에 GR-AP가 탐지되지 않아 높은 파워로 직접 AP와 통신하는 예이고, STA2는 주변에 GR-AP가 존재하여 낮은 파워로 GR-AP와 결합하고 GR-비콘 프레임의 LCA IE에서 지시하는 로컬 통신 페이즈 동안에 GR-AP와 저전력으로 무선 프레임을 전송/수신하는 예를 보여준다.

도 12는 본 발명에 따른 계층적 채널 액세스 방법을 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다.

AP(1200)는 주기적으로 비콘 프레임을 브로드캐스팅한다. 비콘 프레임에는 LCA IE가 포함되어 있다. 비콘 프레임을 수신한 BSS내의 모든 STA(STA1/GR-AP/STA2)은 LCA IE로부터 로컬 통신 페이즈(1270)의 개시시점 및 지속기간, 전송전력의 최대값을 알게 된다. LCA IE의 로컬 통신 오프셋에 따라 로컬 통신 페이즈(1270)가 개시되기 전에는 STA1(1210)과 GR-AP(1250)가 통상적인 CSMA/CS 절차에 따른 무선 프레임의 전송/수신을 할 수 있다. GR 통신 페이즈(1260)에서 STA2(1220)는 NAV를 설정(setting)하고 채널 접근을 연기한다.

로컬 통신 페이즈(1270)가 시작되면 고전력 통신을 하고 있는 AP(1200)와 STA1(1210)이 모두 NAV 설정을 하게 되고, 저전력 통신을 하는 GR-AP(1250)와 STA2(1220)들은 LCA IE에서 지시된 로컬 통신 최대 전송 파워 이하의 전송 파워로 CSMA/CS 절차에 따라 신호 전송을 할 수 있다.

이때, 로컬 통신 페이즈(1270)에서 GR-AP(1250)는 GR-비콘 프레임을 주기적으로 전송할 수 있고, STA2(1220)는 GR-AP(1250)에게 결합 요청 프레임을 전송하고, GR-AP로부터의 결합 응답 프레임을 수신하는 결합 과정을 거쳐 DATA 프레임을 전송/수신 할 수 있다. 로컬 통신 페이즈(1270)에서 전송되는 비콘 프레임, 결합 요청/응답 프레임, 인증 요청/응답 프레임을 포함한 모든 관리 프레임, 모든 제어 프레임 및 데이터 프레임은 LCA IE에서 지시된 로컬 통신 최대 전송 파워 이하의 전송 파워로만 전송할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다. 무선장치(1300)는 AP, GR-STA, GR-AP 또는 non-AP STA일 수 있다.

무선장치(1300)는 계층화된 채널 접근 방법을 구현할 수 있도록 설정된 프로세서(1310)를 포함한다. 무선장치는 메모리(1320), 송수신기(1330), 및 사용자 인터페이스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 송수신기(1330)는 프로세서(1310)에 의해 생성된 본 발명의 구현에 있어 필요한 앞서 기술한 비콘 프레임을 포함한 관리 프레임, 제어 프레임 및 데티터 프레임을 무선 매체를 통해 전송할 수 있다. 프로세서(1310)에는 IEEE 802.11의 물리계층과 MAC 계층이 구현되며, 프로세서는 본 발명의 구현에 필요한 프레임을 생성하고 전송할 수 있도록 설정된다. 프로세서(1310) 및/또는 송수신기(1330)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1320)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1320)에 저장되고, 프로세서(1310)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1320)는 프로세서(1310) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1310)와 연결될 수 있다.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (12)

1. 무선랜에서 무선 매체 접근 방법에 있어서,
   스테이션이 AP(access point)로부터 통신 페이즈(communication phase) 내에서 스테이션 그룹의 제한적 매체 접근을 위한 그룹 지시 정보를 수신하되, 상기 그룹 지시 정보는 제1 정보와 제2 정보를 포함하며, 상기 제1 정보는 제1 통신 페이즈 내에서 채널로 접근(access)이 허용되는 제1 스테이션들의 그룹을 지시하고, 상기 제2 정보는 제2 통신 페이즈 내에서 채널로 접근이 허용되는 제2 스테이션의 AID(association identifier)를 지시하고,
   상기 스테이션이 상기 AP로부터 채널 접근 정보를 수신하되, 상기 채널 접근 정보는 제1 통신 구간, 제1 통신 오프셋, 제2 통신 구간 및 제2 통신 오프셋을 포함하며, 상기 제1 통신 구간은 상기 제1 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제1 통신 오프셋은 상기 제1 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하고, 상기 제2 통신 구간은 상기 제2 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제2 통신 오프셋은 상기 제2 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하고,
   상기 스테이션이 상기 제1 정보에 의해 지시되는 상기 제1 스테이션들의 그룹에 속하면, 상기 제1 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하고,
   상기 스테이션이 상기 제2 정보에 의해 지시되는 상기 제2 스테이션에 속하면, 상기 제2 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 매체 접근 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스테이션이 상기 제1 정보에 의해 지시되는 상기 제1 스테이션들의 그룹에 속하지 않으면, 상기 제1 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하지 않고,
   상기 스테이션이 상기 제2 정보에 의해 지시되는 상기 제2 스테이션에 속하지 않으면, 상기 제2 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하지 않는 것을 특징으로 하는 무선 매체 접근 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 채널 접근 정보는 비콘 프레임을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 무선 매체 접근 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 스테이션은 상기 제1 통신 페이즈 또는 상기 제2 통신 페이즈 동안 경쟁 기반 채널 접근 방식에 기반하여 상기 채널에 접근하는 것을 특징으로 하는 무선 매체 접근 방법.
5. 무선랜에서 무선 매체 접근을 위한 장치에 있어서,
   무선신호를 송수신하는 송수신기, 와
   상기 송수신기와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
   AP(access point)로부터 통신 페이즈(communication phase) 내에서 스테이션 그룹의 제한적 매체 접근을 위한 그룹 지시 정보를 상기 송수신기를 통해 수신하되, 상기 그룹 지시 정보는 제1 정보와 제2 정보를 포함하며, 상기 제1 정보는 제1 통신 페이즈 내에서 채널로 접근(access)이 허용되는 제1 스테이션들의 그룹을 지시하고, 상기 제2 정보는 제2 통신 페이즈 내에서 채널로 접근이 허용되는 제2 스테이션의 AID(association identifier)를 지시하고,
   상기 AP로부터 채널 접근 정보를 상기 송수신기를 통해 수신하되, 상기 채널 접근 정보는 제1 통신 구간, 제1 통신 오프셋, 제2 통신 구간 및 제2 통신 오프셋을 포함하며, 상기 제1 통신 구간은 상기 제1 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제1 통신 오프셋은 상기 제1 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하고, 상기 제2 통신 구간은 상기 제2 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제2 통신 오프셋은 상기 제2 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하고,
   상기 장치가 상기 제1 정보에 의해 지시되는 상기 제1 스테이션들의 그룹에 속하면, 상기 제1 통신 페이즈 동안 상기 송수신기를 통해 상기 채널에 접근하고,
   상기 장치가 상기 제2 정보에 의해 지시되는 상기 제2 스테이션에 속하면, 상기 제2 통신 페이즈 동안 상기 송수신기를 통해 상기 채널에 접근하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 장치가 상기 제1 정보에 의해 지시되는 상기 제1 스테이션들의 그룹에 속하지 않으면, 상기 제1 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하지 않고,
   상기 장치가 상기 제2 정보에 의해 지시되는 상기 제2 스테이션에 속하지 않으면, 상기 제2 통신 페이즈 동안 상기 채널에 접근하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 채널 접근 정보는 비콘 프레임을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 무선랜에서 무선 매체 접근 방법에 있어서,
   AP(access point)가 스테이션으로 통신 페이즈(communication phase) 내에서 스테이션 그룹의 제한적 매체 접근을 위한 그룹 지시 정보를 전송하되, 상기 그룹 지시 정보는 제1 정보와 제2 정보를 포함하며, 상기 제1 정보는 제1 통신 페이즈 내에서 채널로 접근(access)이 허용되는 제1 스테이션들의 그룹을 지시하고, 상기 제2 정보는 제2 통신 페이즈 내에서 채널로 접근이 허용되는 제2 스테이션의 AID(association identifier)를 지시하고,
   상기 AP가 상기 스테이션으로 채널 접근 정보를 전송하되, 상기 채널 접근 정보는 제1 통신 구간, 제1 통신 오프셋, 제2 통신 구간 및 제2 통신 오프셋을 포함하며, 상기 제1 통신 구간은 상기 제1 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제1 통신 오프셋은 상기 제1 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하고, 상기 제2 통신 구간은 상기 제2 통신 페이즈의 구간을 지시하고, 상기 제2 통신 오프셋은 상기 제2 통신 페이즈의 시작 시간을 지시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 매체 접근 방법.
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