KR100942814B1 - 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법 - Google Patents

이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법은 상기 이동체의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 산출하는 단계; 상기 최대 도플러 주파수를 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출하는 단계; 데이터 전송속도를 결정하는 단계; 및 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 결정하는 단계를 포함한다.
무선랜, 이동성, 이동체, 최대 도플러 주파수, 채널 특성 함수, 전송속도

Description

이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법{METHOD FOR WIRELESS LAN COMMUNICATION SUPPORTING MOVABILITY}
본 발명은 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동체의 이동속도를 반영한 최대 도플러 주파수를 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출하고, 데이터의 전송속도를 결정한 후 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 산출하는 과정을 통해 이동 중에도 양호한 전송 속도로 무선랜 통신을 수행할 수 있도록 하는 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법에 관한 것이다.
무선랜(Wireless Local Area Network) 기술은 통상적으로 랜(LAN)이라고 하는 이더넷(Ethernet)의 무선화 된 형태라고 할 수 있다. 사무실, 가정, 또는 공공 장소에서 랜선을 이용하여 고속의 인터넷 접속을 가능하게 하는 기술이 이더넷이라 한다면, 무선랜 기술은 선 없이 고속 인터넷 접속을 지원하는 기술이라 할 수 있다.
이더넷과 무선랜 기술은 셀룰라나 와이브로 등의 이동통신 기술과 달리 비교적 간단한 방법으로 다중 사용자 접근 컨트롤을 수행할 수 있다. 다중 사용자 접 근 컨트롤은 공동의 미디엄(Medium)을 사용할 때 누가 미디엄을 사용할 것인가를 결정하는 문제에 관한 것으로, 이더넷과 무선랜은 각각의 기기가 수행하는 분산화된 방식을 사용하는 반면 이동통신 기술은 베이스 스테이션이 모든 것을 결정하는 중앙집중 방식을 사용한다.
분산 방식에서 다중 사용자 접근 컨트롤 기술은 비교적 간단히 구현될 수 있다. CSMA(Carrier Sensing Multiple Access) 기술을 통해 캐리어(Carrier)를 센싱(Sensing)하여 사용자가 있는지 없는지를 확인하고, 이미 사용자가 있으면 접근을 미루고(Back Off), 사용자가 없으면 미디엄을 바로 접근하는 방식으로 구현될 수 있다. 무선랜 또한 이러한 기술을 통해 다중 사용자 접근 컨트롤을 구현할 수 있다.
분산 방식은 중앙집중 방식과 달리 특정 노드(Node)가 중심이 되어 시스템을 관리할 수 없으므로 비교적 간단한 방식과 간단한 룰을 통해 시스템을 유지하여야 한다. 무선 전송에서 최대 적정 데이터 전송률을 달성하기 위한 방법에서도 분산 방식이 취하는 방법 또한 간단히 구현될 수 있다. 전송을 수 차례 성공을 했을 경우, 채널 상태가 좋다고 판단, 전송 속도를 더 높이고, 반대로 연속하여 수 차례 성공을 하지 못했을 경우, 채널 상태가 나쁘다고 판단, 전송 속도를 낮추는 동작을 한다.
이와 같이 무선랜 기술은 이동통신 기술인 셀룰라 기술에 비해 비교적 간단한 방식과 간단한 룰을 통해 시스템이 유지한다는 장점으로 인해 아주 저렴한 가격으로 높은 전송 속도를 달성할 수 있는 기술로 가정용 및 사무실용으로 상용화되어 널리 사용되고 있으나, 이동통신 기술과 비교하여 이동성을 지원하지 않는다는 단점이 있다. 이에 따라 무선랜 기술의 특징이 저비용으로 높은 전송 속도를 달성하는 특성을 유지하며, 이동 중에도 데이터의 손실 없이 정상적으로 전송할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 무선랜의 이동성 지원에 취약한 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 이동체의 이동속도를 반영한 최대 도플러 주파수를 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출하고, 데이터의 전송속도를 결정한 후 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 산출하는 과정을 통해 이동 중에도 양호한 전송 속도로 무선랜 통신을 수행할 수 있도록 하는 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법은 상기 이동체의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 산출하는 단계; 상기 최대 도플러 주파수를 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출하는 단계; 데이터 전송속도를 결정하는 단계; 및 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간은 제1 상수를 상기 최대 도플러 주파수로 나눈 값으로 산출되고, 상기 제1 상수는 0.423인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상 기 데이터 전송속도는 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio) 측정방식 및 오토 레이트 폴백(Auto Rate Fallback) 방식 중 어느 하나 이상의 방식를 통해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 결정하는 단계는, 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도 간의 곱을 통해 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상기 무선랜은 IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEEE802.11g, IEEE802.11n, 및 IEEE802.11p 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상기 데이터 전송속도는 코딩 레이트(coding rate)이고, 상기 전송 데이터 크기는 패킷 사이즈(packet size) 및 프레임 사이즈(frame size) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 무선랜 통신 방법에 있어서, 상기 무선랜 통신 방법은 맥(MAC) 계층에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법에 따르면, 이동 중에도 셀룰라나 와이브로 등의 이동통신 방식 대신 무선랜을 통한 인터넷 접속을 가능하게 함으로써, 최소의 비용 설비로 최대의 전송속도 및 안정성을 보장하는 이동 중 인터 넷 접속 환경을 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 MAC 계층에서 수행되는 무선랜 통신의 이동성 지원 방법의 개념을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예 따른 무선랜 통신은 이동체에 탑재되는 무선랜 모듈을 통해 구현될 수 있다. 상기 무선랜 모듈은 고정국의 무선랜 모듈과 데이터 송수신을 수행할 수도 있고, 다른 이동체에 탑재된 무선랜 모듈과 데이터 송수신을 수행할 수도 있다.
우선, 무선랜에서 전송하고자 하는 데이터는 가변(variable) 크기를 갖는 IP 패킷(packet)으로 구현될 수 있다. 상기 데이터(IP 패킷)가 무선랜으로 전송되는 경우, 다중 사용자 접근 컨트롤을 통해 미디엄(medium)에 데이터를 전송하게 된다. 이 때 데이터 전송의 최대화를 위하여 다음과 같은 기술이 사용될 수 있다.
무선 통신 분야에서 널리 사용되고 있는 샤논 용량(Shannon Capacity) 방식이 사용될 수 있다. 샤논 용량 방식은 C = B log2(1+S/N)으로 구현될 수 있다. 이 때, 상기 수식에서 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio)를 측정하여 데이터 전송속도를 결정할 수 있다. 즉, 신호 대 잡음비를 알면 그 순간에 대역폭 B에 전송할 수 있는 최대 전송속도를 결정할 수 있다.
이후, 상기 결정된 최대 전송속도로 전송한 데이터를 수신측에서 수신한 경 우, 일반적으로 신호가 무선 채널의 특성에 따라 감쇄(Attenuation) 또는 왜곡(Distortion)되어 수신되므로 정상적인 데이터의 복원이 어렵다. 이를 극복하기 위하여, 이미 알려진 신호인 파일럿(pilot) 신호나 프리앰블(preamble) 신호를 전송하여 채널의 특성을 함수로 파악한 후 이를 적용하여 복원할 수 있다.
무선랜 기술의 경우, 데이터 전송 시 물리계층을 통하여 전송되는 프레임의 크기는 네트워크 계층에서 결정되는 데이터의 크기와 데이터 링크 계층에서 결정되는 전송속도에 의해 결정될 수 있다. 상기 전송속도는 데이터 크기를 전송시간으로 나눈 값으로 결정될 수 있다.
무선랜 모듈이 고정국에 설치되어 이동하지 않고 정지 상태를 유지하는 경우, 프리앰블(preamble)을 이용하여 측정한 채널 특성 함수가 프레임을 전송하는 시간 동안 유효하므로 별다른 문제가 발생하지 않는다. 그러므로 전송속도를 신호 대 잡음비와 같은 값을 통해 결정할 필요 없이, 전송이 정상적으로 수행된 경우 ACK(Acknowledgement) 신호를 이용하여 성공이 연속적으로 이루어지면 전송속도를 증가시키고, 연속적으로 전송이 실패하면 전송속도를 감소시키는 방법인 오토 레이트 폴백(ARF: Auto Rate Fallback)이 사용될 수 있다.
무선랜 모듈이 이동체에 탑재되어 이동 상태를 유지하는 경우, 채널 특성 함수는 이동체의 이동속도를 반영한 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)에 의해 측정될 수 있고, 상기 채널 특성 함수는 제1 시간(Tc) 동안 유효하게 된다. 상기 제1 시간(Tc)은 수학식 1과 같이 구현될 수 있다.
Figure 112009007019572-pat00001
수학식 1에서 fd 는 상기 이동체의 최대 도플러 주파수를 의미한다.
따라서, 상기 제1 시간(Tc)이 경과하는 경우, 채널 특성 함수가 더 이상 유효하지 않으므로, 감쇄 또는 왜곡되어 수신된 신호의 복구가 어려워져 정상적인 신호를 수신할 수가 없다. 따라서, 수신측에서는 ACK(Acknowledgement) 신호를 전송하지 않게 되므로, 송신측에서는 ACK(Acknowledgement) 신호가 수차례 수신측으로부터 전송되지 않는 경우 현재 사용되고 있는 무선랜 통신 방식으로는 전송속도에 오류에 발생한 것으로 판단하여 전송속도를 낮추어 재전송을 하게 된다. 이러한 결정의 결과는 정지상태에서 유효할 뿐 이동상태에서는 상기 제1 시간(Tc)보다 전송시간을 더욱 증가시키는 결과를 초래하여 다시 전송을 완성하지 못하는 악순환이 발생하게 한다.
이러한 이동시 발생하는 무선랜 통신의 문제점은 본 발명에 따른 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법에 따라 해결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선랜 통신 방법은 MAC 계층(Layer)를 통해 구현될 수 있다. 일반적인 이동통신 시스템에서의 계층 구조는 최대 이동 속도로 시간을 결정하는 물리계층(PHY Layer), SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 측정하여 레이트(rate)를 결정하는 데이터 계층, 및 가변 크기(Variable Length)를 갖는 패킷(packet)에 대한 네트워크 계층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이동성을 지원하는 무선랜 통신 방법은 이동체에 탑재되는 무선랜 모듈을 통해 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 무선랜 모듈은 채널 특성 함수가 유효한 시간인 가간섭성 시간(coherence time)을 상기 이동체의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 통해 산출한다. 상기 무선랜 모듈은 상기 이동체의 이동속도 측정을 통해 상기 최대 도플러 주파수를 산출할 수 있다. 상기 무선랜 모듈은 상기 이동속도 측정을 위하여 속도 측정 모듈을 구성으로 포함할 수도 있고, 상기 이동체에 구비된 별도의 속도 측정 모듈을 통해 상기 이동체의 이동속도 측정을 제어할 수도 있다.
이 후, 상기 무선랜 모듈은 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio) 측정방식 및 오토 레이트 폴백(Auto Rate Fallback) 방식 중 어느 하나 이상의 방식을 통해 데이터 전송속도인 코딩 레이트(coding rate)를 결정한다.
상기 무선랜 모듈은 상술한 바와 같이, 무선 통신 분야에서 널리 사용되고 있는 샤논 용량(Shannon Capacity) 방식의 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio) 측정방식을 통해 데이터 전송속도를 결정할 수 있다. 즉, 샤논 용량 방식의 수식인 C = B log2(1+S/N)에서 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio)를 측정하여 데이터 전송속도를 결정할 수 있다.
또한, 상기 무선랜 모듈은 상술한 바와 같이, 전송속도를 신호 대 잡음비와 같은 값을 통해 결정할 필요 없이, 전송이 정상적으로 수행된 경우 ACK(Acknowledgement) 신호를 이용하여 성공이 연속적으로 이루어지면 전송속도를 증가시키고, 연속적으로 전송이 실패하면 전송속도를 감소시키는 방법인 오토 레이트 폴백(ARF: Auto Rate Fallback)을 통해 결정할 수도 있다.
상기 무선랜 모듈은 상기 측정된 상기 가간섭성 시간(coherence time) 및 상기 결정된 상기 코딩 레이트(coding rate)를 통해 데이터 전송크기인 프레임 사이즈(frame size)를 결정할 수 있다. 즉, "전송속도 = 데이터 크기 / 전송시간"이므로, 상기 프레임 사이즈는 상기 코딩 레이트(coding rate) 및 상기 가간섭성 시간(coherence time) 간의 곱을 통해 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선랜 통신 방법의 흐름을 도시한 순서 도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선랜 통신 방법은 이동체에 탑재되는 무선랜 모듈을 통해 구현될 수 있다. 상기 무선랜 모듈은 IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEEE802.11g, IEEE802.11n, 및 IEEE802.11p 중 어느 하나 이상의 무선랜 통신을 수행할 수 있다. 상기 무선랜 모듈은 상기 통신 방식 뿐만 아니라, IEEE802.11을 기반으로 하는 모든 무선랜 통신을 고정국에 설치된 무선랜 모듈 또는 다른 이동체에 탑재된 무선랜 모듈과 수행하도록 구현될 수 있다.
상기 무선랜 모듈은 상기 이동체의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 산출한다(단계(211)). 단계(211)에서, 상기 무선랜 모듈은 상기 이동체의 이동속도 측정을 통해 상기 이동체의 최대 도플러 주파수를 산출할 수 있다.
상기 무선랜 모듈은 상기 최대 도플러 주파수를 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출한다(단계(212)). 단계(212)에서, 상기 무선랜 모듈은 상술한 수학식 1을 통해 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출할 수 있다. 즉, 상기 무선랜 모듈은 0.423로 구현될 수 있는 제1 상수를 상기 최대 도플러 주파수로 나눈 값으로 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출할 수 있다.
상기 무선랜 모듈은 데이터 전송속도를 결정한다(단계(213)). 단계(213)에서, 신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio) 측정방식 및 오토 레이트 폴백(Auto Rate Fallback) 방식 중 어느 하나 이상의 방식를 통해 상기 데이터 전송속도를 결정할 수 있다. 상기 데이터 전송속도는 코딩 레이트(coding rate)로 구현될 수 있 다.
상기 무선랜 모듈은 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 결정한다(단계(214)). 단계(214)에서, 상기 무선랜 모듈은 상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도 간의 곱을 통해 상기 전송 데이터의 크기를 결정할 수 있다. 상기 전송 데이터 크기는 패킷 사이즈(packet size) 및 프레임 사이즈(frame size) 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 무선랜 통신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니 라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 MAC 계층에서 수행되는 무선랜 통신의 이동성 지원 방법의 개념을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선랜 통신 방법의 흐름을 도시한 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
211: 최대 도플러 주파수 측정 단계
212: 채널 특성 함수가 유효한 시간 산출 단계
213: 데이터 전송속도 결정 단계
214: 전송 데이터 크기 결정 단계

Claims (7)

  1. 이동체의 무선랜(Wireless Lan) 통신 방법에 있어서,
    상기 이동체의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 산출하는 단계;
    제1 상수를 상기 최대 도플러 주파수로 나눈 값을 통해 채널 특성 함수가 유효한 시간을 산출하는 단계;
    신호 대 잡음비(SNR: Signal Noise Ratio) 측정방식 및 오토 레이트 폴백(Auto Rate Fallback) 방식 중 어느 하나 이상의 방식을 통해 데이터 전송속도를 결정하는 단계; 및
    상기 채널 특성 함수가 유효한 시간 및 상기 데이터 전송속도를 통해 전송 데이터의 크기를 결정하는 단계; 를 포함하고,
    상기 무선랜은 IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEEE802.11g, IEEE802.11n, 및 IEEE802.11p 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이동체의 무선랜 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상수는 0.423인 것을 특징으로 하는 이동체의 무선랜 통신 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 전송속도는 코딩 레이트(coding rate)이고, 상기 전송 데이터 크기는 패킷 사이즈(packet size) 및 프레임 사이즈(frame size) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 무선랜 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선랜 통신 방법은 맥 계층(MAC Layer)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이동체의 무선랜 통신 방법.
  7. 제1항, 제2항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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