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KR101619965B1 - 무선랜 시스템에서의 채널 스캐닝 방법 - Google Patents

무선랜 시스템에서의 채널 스캐닝 방법 Download PDF

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KR101619965B1
KR101619965B1 KR1020127004464A KR20127004464A KR101619965B1 KR 101619965 B1 KR101619965 B1 KR 101619965B1 KR 1020127004464 A KR1020127004464 A KR 1020127004464A KR 20127004464 A KR20127004464 A KR 20127004464A KR 101619965 B1 KR101619965 B1 KR 101619965B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

WLAN(Wireless Local Area Network)에서 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하는 방법 및 장치가 제공된다. 응답 프레임은 화이트 스페이스 영역에서 각각의 화이트 스페이스 채널이 우선적 사용자에 의해서 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함하는 화이트 스페이스 맵을 포함한다. 화이트 스페이스 영역의 채널은 화이트 스페이스 맵에 의해서 스캐닝된다.

Description

무선랜 시스템에서의 채널 스캐닝 방법{METHOD OF CHANNEL SCANNING IN WIELESS LOCAL AREA NETWORK SYSTEM}
본 발명은 무선 LAN(Wireless Local Area Network; WLAN)에 대한 것으로, 보다 상세하게는, WLAN 시스템이 다른 무선 통신 시스템과 공존할 수 있는 환경에 적용되는 경우의 채널 스캐닝 방법에 대한 것이다.
여러 종류의 무선통신 시스템이 공존 가능한 주파수 대역이 존재한다. 이러한 주파수 대역의 일 예가 TV 화이트스페이스(TV Whitespace)이다. TV 화이트스페이스는 아날로그 방송의 디지털화로 인해 잔여 대역으로 남게 된 유휴(idle) 주파수 대역이다. TV 화이트스페이스는 브로드캐스트 TV(broadcast TV)에 할당되었던 512~698MHz의 스펙트럼(spectrum)이다. 해당 스펙트럼 에서 허가된 장비(licensed device)가 사용 중이지 않을 경우, 비허가 장비(unlicensed device)가 해당 대역을 사용할 수 있다.
TV 화이트스페이스에서 IEEE 802.11을 사용하는 경우, 스펙트럼의 특성으로 인해 커버리지(coverage)가 현저하게 늘어나는 장점이 있다. 그러나, 일반적으로, 커버리지가 늘어나면 이에 따라 스테이션의 개수 역시 크게 늘어나게 된다. 이 경우, 사용자의 수 증가에 따라 사용자들을 유연하게 처리하는 능력, 즉 확장성(scalability)에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 여러 무선통신 시스템이 공존하고 여러 비허가 장비들이 공존함에 따라, 공존성(coexistence)에도 문제가 생길 수 있다. 이러한 환경에서 IEEE 802.11의 DCF(Distributed Coordination Function) 및 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 프로토콜이 적용되는 경우, 확장성이 더 저하될 수 있다.
DCF는 IEEE 802.11에서 사용되는 채널 액세스 메커니즘(channel access mechanism)이며, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)에 기반한다. 또한, EDCA는 IEEE 802.11의 일반적인 매체 액세스 제어 프로토콜의 확장에 의해 정의되는 HCF(Hybrid Coordination Function)에 의해 제안된 채널 액세스 모델들 중에서 경쟁-기반 매체 액세스 방법에 해당한다. 여기서 HCF는 QoS(Quality of Service) 보장을 위해 제안된 IEEE 802.11e에서 정의된 프로토콜이다.
또한, IEEE 802.11의 프로토콜이 TV 화이트스페이스에 적용되는 경우에, BSS(Basic Service Set)들의 중첩이 급격하게 증가할 것으로 예상된다. 예를 들어, 사용자가 TV 화이트스페이스를 지원하는 AP(Access Point)를 임의로 설치하는 경우에, AP의 커버리지가 넓기 때문에, 중첩하는 서비스 영역이 증가할 수 있다.
비허가 장비가 TV 화이트스페이스를 사용하려고 하는 경우에, 지리적-위치 데이터베이스(geo-location database)를 이용하여, 해당 지역에서의 가용(available) 채널을 획득해야 한다. 또한, TV 화이트스페이스를 사용하는 비허가 장비들의 공존의 문제를 해결하기 위해서 시그널링 프로토콜 또는 스펙트럼 센싱(sensing) 메커니즘이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 화이트스페이스를 사용하는 비면허 장비들간의 공존을 보장할 수 있는 채널 센싱 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 많은 개수의 채널이 스캐닝되는 경우 스캐닝 과정에서 발생하는 스펙트럼 센싱에 대한 오버헤드(overhead)를 줄이는 채널 센싱 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 우선적 사용자(incumbent user)에 대한 검출 확률을 떨어뜨리지 않으면서 스테이션(STA)의 전력 소비를 줄일 수 있도록 AP와 STA간의 채널 정보 교환 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, WLAN(Wireless Local Area Network)에서 화이트 스페이스 영역에 대한 채널을 스캐닝하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 스캐닝 스테이션으로부터 응답 스테이션으로 요청 프레임을 전송하는 단계; 상기 요청 프레임의 응답으로서 응답 프레임을 상기 응답 스테이션으로부터 수신하되, 상기 응답 프레임은 상기 화이트 스페이스 영역에서 화이트 스페이스 채널의 각각이 우선적 사용자에 의해 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함하는 화이트 스페이스 맵을 포함하는, 수신 단계; 및 상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하는 단계를 포함한다.
상기 요청 프레임은 미점유 채널 상에서 상기 응답 스테이션으로 전송될 수 있다.
상기 요청 프레임은 상기 화이트 스페이스 영역의 채널에 대한 스캐닝 결과를 포함할 수 있다.
상기 화이트 스페이스 맵은 센싱 채널 번호 및 센싱 보고를 포함할 수 있고, 상기 센싱 보고는 상기 센싱 채널 번호에 해당하는 화이트 스페이스 채널에 대한 센싱 결과를 나타낸다.
상기 센싱 보고는, 상기 센싱 채널 번호에 해당하는 상기 화이트 스페이스 채널에 상기 우선적 사용자가 존재하는지 여부를 지시하는 우선적 사용자 비트를 포함할 수 있다.
상기 센싱 보고는, 상기 센싱 채널 번호에 해당하는 상기 화이트 스페이스 채널에 알려지지 않은 사용자가 존재하는지 여부를 지시하는 알려지지 않은 사용자 비트를 더 포함할 수 있다.
상기 화이트 스페이스 맵은 상기 센싱이 수행된 시간 구간에 대한 정보를 포함하는 센싱 시간을 더 포함할 수 있다.
상기 화이트 스페이스 맵은 상기 요청 프레임의 프레임 바디에 포함될 수 있다.
상기 요청 프레임은 프로브 요청 프레임이고, 상기 응답 프레임은 프로브 응답 프레임일 수 있다.
상기 요청 프레임은 WSM(White Space Map) 요청 관리 프레임이고, 상기 응답 프레임은 WSM 응답 관리 프레임일 수 있다.
상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하는 단계는, 상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 미점유된 채널을 결정하는 단계; 및 상기 미점유된 채널을 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면 무선 장치가 제공된다. 상기 무선 장치는, 화이트 스페이스 영역에서 화이트 스페이스 채널의 각각이 우선적 사용자에 의해 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함하는 화이트 스페이스 맵을 포함하는 응답 프레임을 수신하도록 구성된 트랜스시버; 및 상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
화이트스페이스 영역에서, 스캐닝 STA이 미점유(unoccupied) 채널들만을 스캐닝할 수 있다. 채널 스캐닝이 보다 빠르게 수행될 수 있고 채널 스캐닝에 따른 전력 소비가 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일례에 대한 구성을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 수동적 스캐닝 방식을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 능동적 스캐닝 방식을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 IEEE 802.11 규격에서 관리 프레임의 포맷을 나타낸 블록도이다.
도 5는 능동적 스캐닝 절차를 간략하게 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스캐닝 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 WSM(White Space Map)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 WSM을 이용한 채널 스캐닝 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예가 구현될 수 있는 무선 장치들의 개략적인 블록도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 관리 절차 및 이를 지원하는 장치에 대하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서는 무선 통신 시스템 중에서 화이트스페이스에서 동작하는 무선랜(WLAN) 시스템을 예를 들어 설명하지만 이것은 단지 예시적인 것이며 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 후술하는 본 발명의 실시예는 그 성질상 허용되지 않는 경우를 제외하고 무선랜 시스템 이외의 복수의 채널을 스캐닝하는 단계를 포함하는 다른 무선 통신 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다. 이 경우 후술하는 본 발명의 실시예에서 사용되는 무선랜 시스템에 고유한 용어들이나 단어들은 해당 무선 통신 시스템에서 관용적으로 사용되는 다른 용어들이나 단어들로 적절하게 변형될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 WLAN 시스템의 구성을 간략히 도시한 것이다.
도 1을 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)들의 집합이며, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)로 구분할 수 있다. 도 1에는 인프라스트럭쳐 BSS가 도시되어 있다. 인프라스트럭쳐 BSS(BSS1 및 BSS2)는 하나 또는 그 이상의 비-AP 스테이션(Non-AP STA1, Non-AP STA3 및 Non-AP STA4), 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 스테이션인 AP 스테이션(AP STA1 및 AP STA2), 및 다수의 액세스 포인트(AP STA1 및 AP STA2)를 연결시키는 분산 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 인프라스트럭쳐 BSS에서는 AP 스테이션이 BSS의 비-AP 스테이션들을 관리한다.
반면, IBSS는 애드-혹(Ad-Hoc) 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리기능을 수행하는 집중관리개체(Centralized Management Entity)가 없다. 즉, IBSS에서는 비-AP 스테이션들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. 또한, IBSS에서는 모든 스테이션이 이동 스테이션으로 이루어질 수 있으며, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
스테이션은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 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 비-AP 스테이션을 모두 포함한다. 무선 통신을 위한 스테이션은 프로세서 및 송수신기(transceiver)를 포함하고, 또한 유저 인터페이스, 디스플레이 수단 등을 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송될 프레임을 생성하거나 무선 네트워크를 통해서 수신된 프레임을 처리하도록 고안된 기능 유닛이며, 스테이션을 제어하기 위한 다양한 기능들을 수행한다. 송수신기는 프로세서에 기능적으로 연결되며, 무선 네트워크를 통해서 스테이션을 위한 프레임을 송신 및 수신하도록 고안된 기능 유닛이다.
스테이션 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 비-AP 스테이션(Non-AP STA; STA1, STA3, STA4, STA5)이다. 비-AP 스테이션은 단순히 스테이션이라고 칭하여질 수 있다. 비-AP 스테이션은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 후술하는 설명에서 TV 화이트스페이스 대역에서 동작할 수 있는 비-AP 스테이션을 'Non-AP WS STA' 또는 간단히 'WS STA'이라고 한다.
AP(AP1, AP2)는 해당 AP에게 결합된(Associated) 스테이션을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 인프라스트럭쳐 BSS에서 비-AP 스테이션들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 비AP 스테이션들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. AP는 엑세스 포인트라는 명칭 외에 집중 제어기(centralized controller), 기지국(Base Station, BS), 노드-B(node-B), BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다. 후술하는 설명에서 TV 화이트스페이스 대역에서 동작할 수 있는 AP를 'WS AP'라고 한다.
복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분산 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 스테이션들은 서로 통신할 수 있다. 동일한 ESS 내에서 비AP 스테이션은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
DS는 하나의 AP가 다른 AP와 통신하기 위한 메커니즘이다. DS를 이용함으로써, AP는 자신이 관리하는 BSS에 결합되어 있는 스테이션들을 위해 프레임을 전송하거나 또는 어느 하나의 스테이션이 다른 BSS로 이동한 경우에 프레임을 전달하거나 유선 네트워크 등과 같은 외부 네트워크와 프레임을 전달할 수가 있다. DS는 반드시 네트워크일 필요는 없으며, IEEE 802.11에 규정된 소정의 분산 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.
STA이 네트워크에 접속하기 위하여 선행되어야 할 절차가 참여 가능한 네트워크를 찾는 절차이다. 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크를 식별하는 과정을 스캐닝이라고 한다.
표 1은 스캐닝 절차에 사용될 수 있는 파라미터들의 종류와 그에 대한 간략한 설명을 나타낸다.
Figure 112012013802786-pct00001
스캐닝을 수행하는 STA는 표1의 파라미터 값에 따라 접속 가능한 네트워크를 스캐닝하는데, 표 1의 ScanType 파라미터 값에 따라 능동적 스캐닝(능동적 scanning) 방식 또는 수동적 스캐닝(passive scanning) 방식으로 스캐닝을 수행한다.
도 2는 수동적 스캐닝 방식을 개략적으로 보여주는 그림이다. 수동적 스캐닝 방식에서 스캐닝 STA은 ChannelList에 있는 각 채널을 옮기면서 비콘 프레임(beacon frame)을 기다린다. ChannelList는 BSS를 스캐닝하는 경우에 조사되는 채널들의 리스트를 특정한다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝 STA으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서 무선 네트워크에 참여(join)할 수 있도록 주기적으로 전송된다. 인프라스트럭쳐 네트워크에서는 AP가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행한다.
스캐닝 STA은 비콘 프레임을 수신하면 BSS에 대한 정보를 얻기 위하여 비콘 프레임을 버퍼링하고, 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다.
도 2를 참조하면, 스캐닝 STA(200)이 특정 채널에서 수동적 스캐닝 방식으로 채널 스캐닝을 수행한다. 이때 스캐닝 STA(200)은 BSS1의 AP1(210)이 전송하는 비콘 프레임(215)과 BSS2의 AP2가 전송하는 비콘 프레임(225)을 수신하지만, BSS3의 AP3(230)이 전송하는 비콘 프레임(235)은 수신하지 못하였다면, 스캐닝 STA(200)은 현 채널(current channel)에서 2개의 BSS(BSS1 및 BSS2)가 발견되었음을 버퍼링하고 다른 채널로 이동한다. 위 과정을 거듭하여, 스캐닝 STA(200)은 채널 리스트에 있는 모든 채널에 대한 스캐닝을 수행한다.
도 3은 능동적 스캐닝 방식에 의한 개략적으로 보여주는 그림이다. 능동적 스캐닝 방식에서 스캐닝 STA은 채널 리스트에 있는 각 채널을 옮기면서 주변에 어떤 AP가 존재하는지 탐색하기 위해 보내는 관리 프레임인 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고, 이에 대한 응답을 기다린다. 프로브 요청 프레임에 응답하여, 응답자(responder)는 스캐닝 STA에게 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS에서 마지막으로 비콘 프레임을 전송한 STA이다. 인프라스트럭쳐 BSS에서는 AP가 비콘 프레임을 전송하므로 AP가 응답자가 되며, IBSS에서는 비콘 프레임 전송을 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 수행하므로 응답자가 일정하지 않다.
도 3을 참조하면, 스캐닝 STA(300)이 프로브 요청 프레임(305)을 전송할 때, 이를 들은(listen) BSS1의 제 1 응답자(310)와 BSS2의 제 2 응답자(320)는 각각 제 1 프로브 응답 프레임(315)과 제 2 프로브 응답 프레임(325)을 스캐닝 STA(300)에게 유니캐스트(unicast)한다. 제 1 및 제 2 프로브 응답 프레임을 수신한 스캐닝 STA(300)은 수신한 프로브 응답 프레임들로부터 BSS 관련 정보를 버퍼링하고 다음 채널로 이동하여, 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행한다.
도 4는 IEEE 802.11 규격에서 관리 프레임의 포맷을 나타낸 블록도이다. 도 4를 참조하면 관리 프레임은 MAC 헤더(header), 프레임 바디(frame body), FCS(Frame Check Sequence)로 구성된다. 관리 프레임의 각 필드와 그 서브필드(subfield)에 대한 보다 구체적인 사항은 IEEE Std 802.11-2007 (8 March 2007) (Revision of IEEE Std 802.11-1999), "IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications"에 상세히 기술되어 있으며, 그 내용은 참조에 의해 본 명세서에 그대로 결합될 수 있다.
MAC 헤더의 frame control 필드는 Type 서브필드 및 Subtype 서브필드가 포함된다. Type 서브필드 값에 따라 관리 프레임(management frame), 제어 프레임(control frame), 데이터 프레임(data frame)이 구별된다. 일례로 관리 프레임의 경우에 2비트의 Type 서브필드가 00으로 설정된다. Type 서브필드가 00으로 설정되는 경우, Subtype 서브필드의 설정에 따라 프로브 응답 프레임, 비콘 프레임 등이 구별된다.
프로브 요청 프레임은 IEEE 802.11 규격에서 STA가 어느 채널에서 주변에 접속 가능한 네트워크를 검색하기 위하여 사용하는 관리 프레임이다. 프로브 요청 프레임의 경우, frame control 필드의 type 서브필드가 00으로, subtype 서브필드가 0100으로 설정된다.
표 2는 프로브 요청 프레임에 포함되는 정보 요소(information element)의 일례가 개시되어 있다.
Figure 112012013802786-pct00002
표 2를 참조하면, 프로브 요청 프레임은 SSID, Supported rates를 포함하고 Request information, Extended Supported Rates, Vendor Specific과 같은 정보 요소를 포함할 수 있다. SSID(Service Set ID)는 네트워크의 이름이라고 할 수 있으며, 0에서 32 옥텟(octets) 사이의 길이를 갖는다. 프로브 요청 프레임에서 SSID는 특정 네트워크의 SSID로 설정되거나, 모든 네트워크 검색을 위해 broadcast SSID(0 octet)로 설정될 수 있다. Supported rates 정보 요소는 STA이 지원하는 데이터 전송률이다. SSID 및 Supported rates 정보 요소는 네트워크와 호환성이 있는지 판단하는 기준이 된다.
프로브 응답 프레임은 IEEE 802.11 규격에서 프로브 요청 프레임에 대응하여 스캐닝 STA에게 유니캐스트되어 네트워크의 존재를 알려주는 관리 프레임이다. 프로브 응답 프레임에서, frame control 필드의 type 서브필드가 00으로, subtype 서브필드가 0101으로 설정된다.
표 3은 프로브 응답 프레임에 포함되는 정보 요소의 일례가 개시되어 있다.
Figure 112012013802786-pct00003
표 3을 참조하면, 프로브 응답 프레임은 Timestamp, Beacon interval, Capability, SSID, Supported rates 등의 정보 요소를 포함하고 있다. 표 3에 기술되어 있는 정보 요소는 예시적인 것으로, 프로브 응답 프레임에는 추가적인 정보 요소가 포함될 수 있다. 프로브 응답 프레임은 traffic indicator map(TIM)을 제외한 모든 비콘 프레임의 파라미터를 전송한다. TIM 정보 요소는 전송되기를 기다리고 있는 버퍼링된 프레임이 있는지 여부를 알려주는 정보 요소이다. 프로브 요청 프레임을 전송하는 STA은 아직 결합(association)되어 있지 아니하므로, 전송을 기다리고 있는 버퍼링된 프레임이 있는지 여부를 알 필요가 없다.
도 5는 능동적 스캐닝 과정을 간략하게 표현한 그림이다.
도 5를 참조하면, 스캐닝 STA(500)은 특정 채널에 옮겨와서 ProbeDelay 타이머가 종료(expire)되기까지 기다린다. ProbeDelay 타이머가 종료하기 전에 착신(incoming) 프레임이 있으면, 채널은 사용중인 것으로 확인되며, 이후 스캐닝 STA(500)은 스캐닝 절차를 진행한다. 스캐닝 STA(500)은 IEEE 802.11 규격의 기본적인 DCF 액세스 절차를 이용하여 매체로의 액세스를 얻으며, 프로브 요청 프레임(502)을 전송한다.
도 5의 예에서 스캐닝 STA(500)의 프로브 요청 프레임(502)을 들으면(listen), 응답자 1(510)은 프로브 응답 프레임(515)을 스캐닝 STA(500)에게 전송하고 응답자 2(520)는 프로브 응답 프레임(525)을 스캐닝 STA(500)에게 전송한다. 여기에서 응답자들(510 및 520)은 인프라스트럭쳐 BSS의 AP 또는 IBSS의 마지막 비콘 프레임을 전송한 STA가 될 수 있다. 도 5의 예에서 응답자 1(510)의 프로브 응답 프레임(515)은 IEEE 802.11 규격의 DCF 규칙에 의하여 전송된다. 따라서, 경쟁 윈도우(contention Window(512))의 과정을 거쳐 프로브 응답 프레임(515)이 전송된다.
도 5의 예에서 Min_Probe_Response_Time(540)은 최소 응답 시간이다. 최소 응답 시간이 지나기(lapse) 전에 첫 번째 응답이 있는 경우, 최대 응답 시간(Max_Probe_Response_Time(550))이 종료될 때까지 다른 응답을 기다린다. Max_Probe_Response_Time(550)이 종료될 때까지 다른 응답이 없었다면, 스캐닝 STA(500)은 이 채널에 2개의 BSS가 존재하는 것으로 판단한다.
그런데, 상술한 능동적 스캐닝 방식을 TV 화이트스페이스 환경에서 동작하는 WS STA에게 바로 적용하는 것은 적합하지 아니하다. 이는 TV 화이트스페이스에서 동작하는 WS AP 및 WS STA들은 허가 장비에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 하는데, 해당 대역의 사용에 있어서 허가 장비가 우선하기 때문이다. 허가 장비는 해당 대역을 사용을 허가 받은 사용자로서, 허가 사용자(licensed user), 주요 사용자(primary user), 우선적 사용자(incumbent user) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 이하에서는 우선적 사용자(incumbent user)라는 용어를 허가 장비의 의미로 기술하기로 한다.
마이크로폰(microphone)과 같은 우선적 사용자가 이미 해당 채널을 사용하고 있는 경우, 우선적 사용자를 보호하기 위하여 해당 채널의 사용을 중단하여야 한다. 즉, 802.11 STA는 채널 스캐닝 과정에서 해당 채널이 우선적 사용자에게 점유되어(occupied) 있는지 여부를 먼저 알아 볼 필요가 있다. 다시 말해서, 종래의 채널 스캐닝 절차에 앞서서 해당 채널에 우선적 사용자가 존재하는지 여부를 알기 위해 해당 채널을 센싱(sensing)하는 절차가 필요하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스캐닝 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면 스캐닝 STA는 채널 리스트상의 한 채널을 선택한다(S600). 이후 스캐닝 STA는 선택된 채널을 이미 점유하고 있는 우선적 사용자가 존재하는지 여부를 센싱한다(S620). 이때에 센싱 메커니즘으로서 에너지 검출(Energy Detection) 방식 또는 시그너처 검출(signature detection) 방식 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 센싱 결과 해당 주파수 대역에서 우선적 사용자의 시그너처가 검출되면 해당 주파수 대역에 우선적 사용자가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
센싱 결과에 따라 우선적 사용자의 존재여부를 판단(S620)하여, 우선적 사용자가 존재하면 스캐닝 STA는 해당 채널에서 스캐닝을 수행할 수 없으므로 다른 채널 선택을 위해 S600 단계로 돌아간다. 우선적 사용자가 존재하지 않으면 스캐닝 STA는 스캐닝 절차를 개시한다.
그런데, 512~698MHz의 TV 화이트스페이스 주파수 대역은, 우선적 사용자 채널의 대역폭을 6MHz라 할 때, 2 이상의 우선적 사용자 채널이 존재할 수 있어, 모든 개개의 우선적 사용자 채널에서 우선적 사용자의 존재여부를 센싱할 경우 이에 대한 오버헤드가 크다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 우선적 사용자 채널에 우선적 사용자가 존재하는지에 대한 정보를 스캐닝 STA에게 주어, 우선적 사용자가 존재하는 것으로 알려진 우선적 사용자 채널에 대하여는 센싱 절차를 생략할 수 있도록 하여 모든 우선적 사용자 채널을 센싱해야 하는 것에서 오는 문제점을 해결하는 채널 스캐닝 방법을 제안한다.
계속하여 도 6을 참조하면, S620 단계에서 우선적 사용자 채널에 우선적 사용자가 없는 것으로 판단된 경우, 스캐닝 STA은 프로브 요청 프레임을 브로드캐스팅 한다(S630). 해당 채널에서 동작중인 응답자는 프로브 응답 프레임을 스캐닝 STA에게 전송한다(S640). 인프라스트럭쳐 BSS의 경우 WS AP가 프로브 응답 프레임을 스캐닝 STA에게 전송할 수 있다. (이하에서는 설명의 편의를 위하여 인프라스트럭쳐 BSS의 경우, 즉 응답자가 WS AP인 경우를 예를 들어 설명하나 IBSS에서도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 자명하다.) 이때 프로브 응답 프레임에는 WS AP가 알고 있는 화이트스페이스(WS) 채널 정보가 정보 요소로 포함될 수 있다. 이하의 설명에서, 채널은 특별한 언급이 없으면 WS 채널을 의미하고, WS 채널 정보에 관한 정보 요소를 화이트 스페이스 맵(White Space Map(WSM))이라 하기로 한다.
WSM은 각각의 채널이 우선적 사용자 또는 IEEE 802.11 사용자에 의해 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함한다. WSM은 또한 센싱 시간(sensing time)에 대한 정보를 포함할 수 있다. WSM에 포함되는 채널 정보 및 WSM 포맷에 대해서는 후술하여 상세하게 설명한다.
WS AP는 각 채널을 스캐닝 하거나, 또는 다른 WS AP나 STA로부터 채널 정보를 전달 받아 WSM을 보관하고 및 갱신할 수 있다. WSM에는 각각의 채널에 우선적 사용자가 존재하는지 여부 등의 정보가 포함된다. 따라서, 프로브 응답 프레임을 수신한 스캐닝 STA는 프로브 응답 프레임에 포함된 WSM 정보 요소를 통하여 각 채널에 우선적 사용자가 존재하는지 여부를 알 수 있게 된다.
계속하여 도 6을 참조하면 스캐닝 STA은 WSM을 바탕으로 스캐닝 대상 채널을 재설정한다(S650). 즉, 스캐닝 STA은 WSM으로부터 우선적 사용자가 존재하는 것으로 알려진 채널은 스캐닝 대상에서 제외한다. 이후 재설정된 채널 목록을 바탕으로 스캐닝 되지 아니한 채널이 존재하는지 여부를 판단(S660)한다. 스캐닝 되지 아니한 채널이 더 이상 존재하지 않으면 스캐닝 STA은 채널 스캐닝 절차를 종료하고, 스캐닝 되지 아니한 채널이 존재하는 경우 S600 단계로 이동하여 스캐닝 되지 아니한 채널을 대상으로 우선적 사용자가 없는 것으로 알려진 모든 채널에 대하여 상기 과정을 반복한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, WS STA는 WS AP에게 WSM을 직접 요청할 수 있다. WS AP 또한 WS STA에 대하여 WSM을 직접 요청할 수 있다.
이때, WS STA은 상대 WS AP에게 WSM을 전송해 줄 것을 요청하는 WSM 요청 프레임을 전송한다. 이를 수신한 WS STA은 WSM 전송요청에 대응하여 WSM 정보 요소를 포함하는 WSM 응답 프레임을 WS STA에게 전송한다.
WSM 요청 관리 프레임의 프레임 바디는 아래의 표 4에서 나타내는 정보를 포함한다.
Figure 112012013802786-pct00004
WSM 응답 관리 프레임의 프레임 바디는 아래의 표 5에서 나타내는 정보를 포함한다.
Figure 112012013802786-pct00005
이하에서는 WSM 정보 요소 포맷에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 WSM의 일례를 나타낸다.
WSM 정보 요소는 요소(element) 식별을 위한 Element ID, 길이를 알려주는 Length, 및 N개의 WSM 서브-요소(sub-element)로 구성된다. 여기에서 N은 채널의 개수이다. 즉 WSM 서브-요소마다 한 채널의 정보를 담고 있다.
WSM 서브-요소는 Sub-element ID, Length, Sensing Time, Sensing Channel Number, 및 Sensing Report를 포함할 수 있다. Sensing Time은 Sensing을 수행한 시간 구간에 대한 정보를 담고 있으며, TSF(Timing Synchronization Function) 시간으로 표시될 수 있다. Sensing channel number는 센싱을 수행한 채널 번호를 의미한다. Sensing Report(센싱 보고)는 Sensing channel number에 해당하는 채널에 대한 센싱 결과를 나타낸다.
Sensing Report는 1 옥텟의 길이를 가질 수 있으며, Primary user bit, IEEE 802.11 WS user bit, Unknown user bit 등을 포함할 수 있다. Primary user bit(우선적 사용자 비트)은 해당 채널에 우선적 사용자가 존재하는지 여부를 지시한다. 일례로 해당 채널에 우선적 사용자가 존재하는 경우 1로 설정하고 우선적 사용자가 없으면 0으로 설정할 수 있다. IEEE 802.11 WS user bit은 IEEE 802.11 WS 사용자의 존재여부를 지시한다. Unknown user bit은 해당 채널에서 알려지지 않은(unkown) 사용자가 검출된 것을 지시하기 위해 사용될 수 있다. 알려지지 않은 사용자는 그 무선 액세스 타입이 AP에 의해서 식별되지 않는 사용자를 의미한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 스캐닝 STA이 수행했던 채널 센싱 결과를 WS AP에게 제공할 수 있다. 이 경우 WS AP에게 최근에 스캐닝 STA이 직접 수행했던 채널 센싱 결과를 전달함으로 해서 WS AP의 채널 센싱 대상을 줄여주거나, WS AP의 WSM을 최신 정보로 갱신하도록 할 수 있다. 이를 위해 스캐닝 STA은 프로브 요청 프레임을 WS AP에게 전송할 때 프로브 요청 프레임에 WSM 정보 요소를 포함하여 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 WSM을 이용한 채널 스캔 방법을 보여주는 그림이다. 도 8의 예에서 제 1 채널(CH1), 제 2 채널(CH2), 제 3 채널(CH3), 제 5 채널(CH5), 제 6 채널(CH6)에는 우선적 사용자가 존재하고, 제 4 채널(CH4)에 WS AP4(840)가 존재하고, 제 7 채널(CH7)에 WS AP7(870)가 존재한다고 가정한다.
도 8을 참조하면, 스캐닝 STA(800)은 CH1, CH2 및 CH3에서 채널을 센싱한다. CH1, CH2 및 CH3에는 우선적 사용자가 존재하므로 스캐닝 STA(800)은 프로브 요청 프레임을 전송하지 않는다.
CH4에는 우선적 사용자가 존재하지 아니하므로 스캐닝 STA(800)은 프로브 요청 프레임1(801)을 브로드캐스팅한다. 이때 프로브 요청 프레임1(801)은 스캐닝 STA(800)이 이전에 수행한 센싱 결과(즉, CH1, CH2, CH3에 우선적 사용자가 존재한다는 정보)를 담은 WSM을 포함한다. WS AP4(840)는 프로브 요청 프레임1(801)를 듣고 프로브 요청 프레임1(801)에 포함된 WSM을 바탕으로 WS AP4(840)의 WSM을 갱신할 수 있다.
WS AP4(840)는 프로브 요청 프레임1(801)에 응답하여 프로브 응답 프레임1(841)을 스캐닝 STA에게 전송한다. 이때 프로브 응답 프레임1(841)에는 WS AP4(840)가 알고 있는 채널 정보(즉, CH5 및 CH6에 우선적 사용자가 존재한다는 정보)를 담은 WSM가 포함된다. 본 발명의 실시예에 따른 포맷에 의한다면, 이러한 경우 CH5 및 CH6에 대한 Sensing report에서 Primary User bit을 1로 설정하여 전송한다.
프로브 응답 프레임1(841)을 수신한 스캐닝 STA(800)은 프로브 응답 프레임1(841)에 포함된 WSM으로부터 CH5와 CH6에 우선적 사용자가 존재한다는 사실을 알게 되므로 CH5, CH6에 대한 센싱을 수행하지 아니하고 바로 CH7에서 WS AP7(870)과 프로브 요청 프레임2(802) 및 프로브 응답 프레임2(872)를 교환한다. 이후 스캐닝 STA(800)은 채널들에 대하여 상기 과정과 동일한 방법으로 전체 채널에 대하여 스캐닝을 수행한다. 이러한 채널 스캐닝 방법을 통해서 모든 채널을 스캐닝하여야 함에 따라 발생하는 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 무선 장치의 구조를 간략히 나타낸 블록도이다.
AP(900)는 프로세서(910), 메모리(920), 트랜스시버(930)를 포함하고, 스테이션(950)은 프로세서(960), 메모리(970), 트랜스시버(980)를 포함한다. 트랜스시버(930, 980)는 무선신호를 송신/수신하고 IEEE 802 물리계층을 구현한다. 프로세서(910, 960)는 트랜스시버(930, 960)와 연결되어, IEEE 802 MAC 계층을 구현한다. 프로세서(910, 960)는 전술한 채널 스캐닝 방법을 구현할 수 있다.
프로세서(910, 960) 및/또는 트랜스시버(930, 980)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 도 9의 메모리(920, 970)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(920, 970)에 저장되고, 프로세서(910, 960)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(920, 970)는 프로세서(910, 960) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(910)와 연결될 수 있다.
900 AP 910 프로세서
920 메모리 930 트랜스시버
950 스테이션 960 프로세서
970 메모리 980 트랜스시버

Claims (14)

  1. WLAN(Wireless Local Area Network)에서 화이트 스페이스 영역에 대한 채널을 스캐닝하는 방법으로서,
    스캐닝 스테이션으로부터 응답 스테이션으로 요청 프레임을 전송하는 단계;
    상기 요청 프레임의 응답으로서 응답 프레임을 상기 응답 스테이션으로부터 수신하되, 상기 응답 프레임은 상기 화이트 스페이스 영역에서 화이트 스페이스 채널의 각각이 우선적 사용자에 의해 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함하는 화이트 스페이스 맵을 포함하는, 수신 단계; 및
    상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 채널 스캐닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요청 프레임을 전송하기 전에 상기 스캐닝 스테이션에 의해서 상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 센싱하는 단계를 더 포함하는, 채널 스캐닝 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 우선적 사용자가 없는 상기 화이트 스페이스 영역의 미점유 채널이 발견되면 상기 요청 프레임이 전송되는, 채널 스캐닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 요청 프레임은 상기 미점유 채널 상에서 상기 응답 스테이션으로 전송되는, 채널 스캐닝 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 요청 프레임은 상기 화이트 스페이스 영역의 채널에 대한 스캐닝 결과를 포함하는, 채널 스캐닝 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화이트 스페이스 맵은 가용 TV 채널을 지시하는 채널 범호를 포함하는, 채널 스캐닝 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화이트 스페이스 맵은 상기 요청 프레임의 프레임 바디에 포함되는, 채널 스캐닝 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 요청 프레임은 프로브 요청 프레임이고, 상기 응답 프레임은 프로브 응답 프레임인, 채널 스캐닝 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 요청 프레임은 WSM(White Space Map) 요청 관리 프레임이고, 상기 응답 프레임은 WSM 응답 관리 프레임인, 채널 스캐닝 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하는 단계는,
    상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 미점유된 채널을 결정하는 단계; 및
    상기 미점유된 채널을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 채널 스캐닝 방법.
  14. 화이트 스페이스 영역에서 화이트 스페이스 채널의 각각이 우선적 사용자에 의해 점유되는지 여부에 대한 정보를 포함하는 화이트 스페이스 맵을 포함하는 응답 프레임을 수신하도록 구성된 트랜스시버; 및
    상기 화이트 스페이스 맵에 기초하여 상기 화이트 스페이스 영역의 채널을 스캐닝하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 무선 장치.
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