KR100959123B1

KR100959123B1 - 무선 네트워크 통신 방법

Info

Publication number: KR100959123B1
Application number: KR1020040009002A
Authority: KR
Inventors: 권창열; 양칠렬; 김태곤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2010-05-25
Also published as: EP1714433A1; CN1655474A; CN100477617C; EP1714433B1; EP1714433A4; KR20050080847A; WO2005079012A1; US20050207377A1; JP2007522757A

Abstract

본 발명은 MIMO 스테이션을 포함하는 인프라스트럭쳐 네트워크에서의 무선 네트워크 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 네트워크 통신 방법은 다수의 안테나를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신하는 다중 입력/다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 스테이션들 및 단일 입력/단일 출력(SISO: Single Input Single Ouput) 스테이션들과 통신을 하는 포인트 조정자의 무선 네트워크 통신 방법에 있어서, 상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 경쟁을 통해서 매체를 점유할 수 있는 기간인 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보가 포함된 관리 프레임을 생성하는 단계와, 상기 생성된 관리 프레임을 상기 포인트 조정자가 포함된 기본 서비스셋의 스테이션들에게 전송하는 단계, 및 상기 관리 프레임을 수신한 스테이션들이 상기 관리 프레임에 실린 정보에 따라 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보는 상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 해석할 수 있는 정보인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 무선 인프라스트럭져 네트워크에서 다중 입력/다중 출력 스테이션만이 매체를 점유할 수 있는 일정 시간을 부여함으로써, 종래의 802.11a 기반의 단일 입력/단일 출력 스테이션과 다중 입력/다중 출력 스테이션간의 통신 충돌을 피하도록 할 수있다.

MIMO 스테이션, 관리 프레임, CFP 반복 구간

Description

무선 네트워크 통신 방법{Wireless communication method}

도 1은 PCF 방식에 따라 스테이션 간에 데이터를 전송하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 2는 DCF 방식의 백오프 절차를 나타낸 도면이다.

도 3은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame; 100)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4는 802.11a 표준에 따른 관리 프레임의 프레임 몸체의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 5는 요소 ID 필드(210)에 기록되는 요소 ID의 종류를 표로서 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에서 제시하는 MIMO-CP 파라미터 셋의 구조를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 DFP 반복구간을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 무선 네트워크 통신 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 무선 네트워크 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 입력/다중 출력 스테이션과 단일 입력/단일 출력 스테이션이 공존하는 경우 종래의 무경쟁 구간을 나누어 다중 입력/다중 출력 스테이션을 위한 경쟁 구간을 할당함으로써, 각 스테이션 사이의 프레임 충돌을 방지하도록 하는 무선 네트워크 통신에 관한 것이다.

무선 랜(Wireless LAN)은 일반적인 랜에서와 같이 플로어(Floor)에 배선을 하지 않고, 일정 거리내에 있는 스테이션들끼리 데이터를 송수신할 수 있는 네트워크망으로서 무선 랜내에서 스테이션들의 이동이 자유롭다.

일반적으로, IEEE 802.11 무선 랜 네트워크의 기본 구성은 BSS(Basic Service Set)이며, 상기 BSS는 독립 네트워크(IBSS: Independent Basic Service Set) 및 인프라스트럭처 네트워크(Infrastructure BSS)로 이루어 진다.

인프라스트럭처 네트워크에서 액세스 포인트(AP : Access Point)는 비콘 프레임의 전송을 담당한다. 비콘 프레임이 나타나는 영역은 기본 서비스 영역을 정의한다. 반면 IBSS 네트워크는 AP를 이용하지 않는 802.11 네트워크로서, BSS 내에 있는 다른 스테이션과 직접 통신하는 애드 혹(Ad Hoc) 네트워크를 의미한다.

한편, IEEE 802.11 표준에서 제안하는 전송 매체에 대한 접근은 DCF(Distributed Coordination Function)와 PCF(Point Coordination Function)을 이용한다.

도 1은 PCF 방식에 따라 스테이션 간에 데이터를 전송하는 과정을 나타낸 도면이다. 일반적으로 이러한 PCF 방식은 DCF 방식과 함께 사용되며, PCF 구간이 끝나면 DCF 구간이 시작되고 전체가 하나의 반복 구간(CFP 반복구간)을 이룬다. 여기서, D1, D2 등은 포인트 코디네이터에서 보낸 프레임을 의미하고, U1, U2 등은 폴을 받은 스테이션에서 보낸 프레임을 의미한다. PCF 룰을 따르는 무경쟁 구간(Contention-Free Period)은 먼저, 포인트 코디네이터가 비콘(beacon)을 전송함으로써 시작된다. AP에 존재하는 포인트 코디네이터(point coordinator)가 각 스테이션에 보낼 데이터가 있는지 물어보는 폴링(Polling) 과정은 각 스테이션마다 라운드 로빙(Round-Robin) 방식으로 진행된다. 포인트 코디네이터에서 폴링(Polling)을 하면, 폴링을 받은 스테이션은 데이터 및 ACK(acknowledge)를 포인트 코디네이터에 송신한다. 그러면, 포인트 코디네이터는 상기 데이터 및 ACK를 수신할 스테이션에 송신하고 상기 데이터를 수신할 스테이션에 폴링을 한다. 상기 폴링을 받은 스테이션은 다시 ACK를 포인트 코디네이터에 송신하고, 보낼 데이터가 있으면 함께 송신한다. 이와 같은 방식으로 무경쟁 구간(Contention-Free Period : CFP) 동안 스테이션간에 데이터를 송수신한다.

도 2는 DCF 방식의 백오프 절차를 나타낸 도면이다. PCF는 경쟁이 없는 서비스를 제공하는 반면 DCF는 경쟁 기반의 서비스를 제공한다. DCF는 충돌 방지를 위하여 순환하는 백오프 윈도우 메커니즘을 사용한다. DCF에서 매체 사용여부를 판단하는 기준은 DIFS(DCF Inter Frame Space; 약 34 μs)이다.

본 도에 도시된 바와 같이, DCF 방식의 경쟁구간(Contention Period ; CP)은 DIFS 기간 다음에 소정의 크기의 경쟁윈도우 구간이 설정되고 백오프 알고리즘에 의해 선택될 확률이 동일한 램덤 슬롯의 크기가 IBSS 내의 경쟁에 참여한 스테이션에 각각 할당된다.

현재 채널을 사용하고 있는 스테이션 A의 프레임 전송이 종료되면 프레임 전송을 연기하고 있는 스테이션 B, C 및 D가 DIFS 이후 채널 확보를 위한 경쟁에 참여한다. 먼저, 첫번째 경쟁 윈도우 구간에서 최소의 백오프 시간을 선택한 스테이션 C의 백오프 타이머가 0이 되자 프레임 전송이 시작된다. 다음 DIFS 구간 이후, 두번째 경쟁윈도우 구간에서는 스테이션 B, D 및 E가 경쟁에 참여하며 상기와 동일한 과정을 수행하여 스테이션 D가 전송 매체를 확보하여 프레임 전송을 시작한다.

세번째 경쟁윈도우 구간에서는 스테이션 B 및 E가 경쟁에 참여하며 상기와 동일한 과정을 수행하여 스테이션 E가 전송 매체를 확보하여 프레임을 전송한다. 네번째 경쟁윈도우 구간에서는 스테이션 B만이 경쟁에 참여하며 상기와 동일한 과정을 수행하여 스테이션 B가 전송 매체를 확보하여 프레임을 전송한다.

한편, 디지털 제품의 확산과 발전에 따라 디지털 기술은 100Mbits/sec를 넘는 고속 무선 LAN(Wireless Local Area Network)의 개발을 요구하고 있다. 이런 개발 요구를 충족시켜줄 수 있는 차세대 무선 LAN의 고속화 기술 후보 중 하나로 인식되고 있는 것이 다중 입력/다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술이다.

다중 송수신 안테나 기술은 송신기와 수신기에 다중의 안테나를 이용하여, 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 더 증가시키지 않고, 보다 고속의 데이터 전송할 수 있는 ＇Spatial Multiplexing＇기법과 다중의 송신 안테나에서 같은 데이터를 전송하여 송신 diversity를 얻고자 하는 ＇Spatial Diversity＇기술로 구분된다.

종래의 802.11a 기반의 단일 입력/단일 출력(SISO : Single Input Single Output)스테이션과 상술한 MIMO 스테이션이 공존하는 인프라스트럭쳐BSS(Basic Service Set)의 경우, 종래의 802.11a 스테이션이 고출력(high throughput) MIMO 스테이션의 전송 프레임을 인식하지 못하여 MIMO 스테이션이 매체를 점유하고 있는 도중에 통신을 수행함으로써 프레임간 충돌 가능성을 내재하고 있는 문제점이 제기되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로, 무선 인프라스트럭져 네트워크에서 MIMO 스테이션만이 매체를 점유할 수 있는 일정 시간을 부여함으로써, 종래의 802.11a 스테이션과 MIMO 스테이션간의 통신 충돌을 피하도록 하여 두 종류의 스테이션이 공존할수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 통신 방법은 다수의 안테나를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신하는 다중 입력/다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 스테이션들 및 단일 입력/단일 출력(SISO: Single Input Single Ouput) 스테이션들과 통신을 하는 포인트 조정자의 무선 네트워크 통신 방법에 있어서, 상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 경쟁을 통해서 매체를 점유할 수 있는 기간인 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보가 포함된 관리 프레임을 생성하는 단계, 상기 생성된 관리 프레임을 상기 포인트 조정자가 포함된 기본 서비스셋의 스테이션들에게 전송하는 단계, 및 상기 관리 프레임을 수신한 스테이션들이 상기 관리 프레임에 실린 정보에 따라 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보는 상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 해석할 수 있는 정보인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크 통신 방법에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame; 100)의 구성을 나타낸 것이다. 이러한 관리 프레임에는 비콘 프레임(beacon frame), 결합 요청 프레임(association request frame), 결합 해제 프레임(dissociation frame), 결합 응답 프레임(association response frame), 프루브 요청 프레임(probe request frame), 프루브 응답 프레임(probe response frame) 등이 있다.

관리 프레임(100)은 MAC 헤더(110), 프레임 몸체(120), 및 FCS 필드(130)로 구성된다. MAC 헤더(110)는 다시 프레임 제어(Frame control) 필드, 지속(Duration) 필드, 목적지 주소(Destination Address) 필드, 소스 주소(Source Address) 필드, BSSID(Basic Service Set ID) 필드, 및 시퀀스 제어(Sequence control) 필드로 구성된다.

상기 관리 프레임(100)의 프레임 몸체(120)는 도 4와 같은 구조를 갖는 하나 이상의 정보요소(IE ; Information Element (200))로 채워진다. 정보요소(200)는 정보 요소의 종류를 기록하는 요소 ID 필드(210), 정보 필드(230)의 크기를 기록하는 길이 필드(220), 및 실제 정보요소를 통하여 전달하고자 하는 정보를 기록하는 정보 필드(230)로 구성된다.

도 5는 요소 ID 필드(210)에 기록되는 요소 ID의 종류를 표로서 나타낸 것이다. 이와 같이, 요소 ID에 따라 정보요소의 종류가 결정된다. 도시된 표에는 종 래에 예약(reserved)되어 있던 요소 ID 중, 요소 ID를 '41'로 하는 ＇MIMO CP 파라미터 셋＇이라는 정보요소를 추가한다.

도 6은 본 발명에서 제시하는 MIMO-CP 파라미터 셋의 구조를 나타낸 것이다.

상기 정보요소는 1바이트의 요소 ID 필드, 1바이트의 길이 필드, 및 2바이트의 MIMO-CP Duration 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

요소 ID 필드(410)에는 도 5에 도시된 표에서 정의한 MIMO-CP 파라미터 셋 정보요소의 요소 ID인 '41'이 기록되고, 길이 필드(420)에는 MIMO-CP Duration 필드(430)의 크기를 나타내는 바이트 수가 기록된다. MIMO-CP Duration 필드(430)에는 MIMO 스테이션이 경쟁을 통해 매체를 점유할 수 있도록 하는 MIMO 경쟁 구간의 지속 시간이 기록되며, 이 시간동안 각 MIMO 스테이션은 경쟁을 통해 프레임을 전송하게 된다. 이밖에 추후 본 프레임에 관련된 정보를 추가할 수 있도록 하기위해 예약필드(도시하지 않음)를 부가할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CFP 반복구간을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 CFP 반복구간은 크게 무경쟁 구간(510), MIMO 경쟁 구간(520) 및 경쟁구간(530)으로 구성된다. MIMO 경쟁 구간(520)은 종래의 무경쟁 구간중 일부가 분할되어 할당된 것일수 있다. 무경쟁 구간(510)에서 각 스테이션들은 종래의 방식대로 프레임 전송을 하게된다. 즉, 액세스 포인트의 포인트 조정자에 의해 폴을 받은 스테이션이 우선적으로 프레임을 전송하고 나머지 스테이션들은 포인트 조정자로부터 폴을 받을 때 까지 대기한다.

MIMO 경쟁구간(520)에서 MIMO 스테이션들은 경쟁을 통해 매체를 점유하게 되며, 이를 위해 도 2에서 설명한 백오프 알고리즘이 사용될 수 있다. MIMO 스테이션들이 MIMO 경쟁구간(520)에서 경쟁을 통해 매체를 점유할 수 있는 것은 최초 포인트 조정자로부터 수신된 비콘에 실린 MIMO-CP 파라미터 셋 정보요소의 해석을 통해 가능하다. 그러나 종래의 802.11a 스테이션들은 이 프레임을 해석할 수 없으므로, 무경쟁 구간(510)과 MIMO 경쟁구간을 포함한 최대 무경쟁 구간(Max CFP)(540)에서 계속하여 PCF 방식으로 통신을 수행한다.

포인트 조정자에서 CF-종료 프레임을 전송하여 최대 무경쟁 구간(540)이 끝나면 경쟁구간(530)에서는 종래의 802.11a 스테이션들이 경쟁을 통해 매체를 점유하게 된다.

본 발명의 전체적인 동작을 도 8을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 포인트 조정자가 Max CFP 기간(540)을 포함한 CF 파라미터 정보 요소와 MIMO 경쟁 기간(520)을 포함한 MIMO-CP 정보 요소를 비콘(512)에 실어서 전송한다. 이 비콘(512)을 수신한(S110) 각 스테이션들은 NAV를 설정하여 포인트 조정자로부터 폴을 수신받을 때 까지 대기한다(S120). 이경우, MIMO 스테이션들은 수신된 비콘(512)에 실려있는 MIMO-CP 정보 요소를 해석하여 Max CFP 기간에서 MIMO CP 기간을 뺀 기간(510)동안만 NAV값을 설정한다. 그러나 기존의 802.11a 기반의 스테이션들은 MIMO-CP 파라미터를 해석할 수 없으므로, Max CFP 기간(540)만큼 NAV 값을 설정한다. 각 스테이션들은 설정된 NAV 기간동안 각각 도 1을 통해 설명한 바와 같은 PCF 방식에 따라 매체를 점유한다.

무경쟁 구간(510)이 끝나면 MIMO-CP 구간(520)이 시작된다(S130). 무경쟁 구간(510)중 폴을 받은 스테이션의 데이터 전송이 최종적으로 마쳐지면 각 MIMO 스테이션들은 경쟁을 통해 매체를 점유하게 된다. 무경쟁 구간(510)후 DIFS 기간(522) 다음에 소정의 크기의 경쟁윈도우 구간이 각 MIMO 스테이션에 설정되고 백오프 알고리즘에 의해 선택될 확률이 동일한 램덤 슬롯의 크기가 경쟁에 참여한 스테이션에 각각 할당된다.

최소의 백오프 타임을 갖은 MIMO 스테이션이 먼저 매체를 점유하여 프레임 전송을 하게되며, 나머지 MIMO 스테이션들이 같은 방식으로 백오프 알고리즘에 의한 우선순위를 정하여 매체를 점유하게 된다. 이러한 방식은 도 2를 통해 이미 설명한 DCF 방식과 같다.

반면, 기존의 802.11a 기반의 스테이션들은 포인트 조정자가 전송한 비콘중 MIMO-CP 파라미터 셋의 정보를 해석할 수 없으므로 MIMO 경쟁 구간(520)에서도 포인트 조정자의 폴을 수신한 경우에만 매체를 점유할 수 있다.

MIMO 경쟁 구간(520)은 Max CFP 기간(540)과 동시에 종료된다. 포인트 조정자가 CFP 종료 프레임을 전송함으로써, MIMO 경쟁 구간(520)을 포함한 Max CFP 구간(540)이 종료되고 경쟁 구간(530)이 시작된다(S140). 종래의 802.11a 스테이션들은 이때부터 경쟁을 통하여 프레임을 전송하게 된다. 각 스테이션의 경쟁을 통한 매체 점유 방법은 도 2의 설명에서 상술한 백오프 알고리즘을 따를 수 있다.

MIMO 스테이션들은 이 기간동안 802.11a 스테이션들과 함께 802.11a 데이터(SISO 데이터)를 전송하기위해 경쟁할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음은 자명하며, 따라서 본 발명의 실시예에 따른 단순한 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 무선 인프라스트럭져 네트워크에서 MIMO 스테이션만이 매체를 점유할 수 있는 일정 시간을 부여함으로써, 종래의 802.11a 스테이션과 MIMO 스테이션간의 통신 충돌을 피하도록 할 수있다.

Claims

다수의 안테나를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신하는 다중 입력/다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 스테이션들 및 단일 입력/단일 출력(SISO: Single Input Single Ouput) 스테이션들과 통신을 하는 포인트 조정자의 무선 네트워크 통신 방법에 있어서,

상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 경쟁을 통해서 매체를 점유할 수 있는 기간인 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보가 포함된 관리 프레임을 생성하는 단계;

상기 생성된 관리 프레임을 상기 포인트 조정자가 포함된 기본 서비스셋의 스테이션들에게 전송하는 단계; 및

상기 관리 프레임을 수신한 스테이션들이 상기 관리 프레임에 실린 정보에 따라 통신을 수행하는 단계를 포함하며,

상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보는 상기 다중 입력/다중 출력 스테이션들만이 해석할 수 있는 정보인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
제 1항에 있어서, 상기 관리 프레임은 비콘 프레임인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
삭제
제 2항에 있어서,

상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보는 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간에 관한 정보의 요소를 나타내는 요소 ID필드, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간의 지속 시간이 기록되는 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간 필드, 및 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간 필드의 크기를 나타내는 길이 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
제 4항에 있어서, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간은 상기 단일 입력/단일 출력 스테이션들의 무경쟁 구간인 최대 무경쟁 구간에 포함되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
제 5항에 있어서, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간은 상기 최대 무경쟁 구간과 동시에 종료되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
제 6항에 있어서, 상기 다중 입력/다중 출력 경쟁 구간 및 상기 최대 무경쟁 구간의 종료는 상기 포인트 조정자의 무경쟁 종료 프레임에 의하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.
제 7항에 있어서, 상기 단일 입력/단일 출력 스테이션은 상기 무경쟁 종료 프레임을 수신한후, 경쟁을 통해 매체를 점유하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 통신 방법.