KR101067671B1 - 이기종 무선망간 시그널링 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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이정륜
강현식
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이기종 무선망간 시그널링 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 이동통신 단말과 근거리 무선망으로 연결되고 기지국과 광대역 무선망으로 연결되는 게이트웨이의 시그널링 방법으로서, 상기 이동통신 단말로부터 전송 요구 메시지를 수신하는 단계; 상기 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 상기 기지국과 대역폭 할당 절차를 진행하는 단계; 및 상기 대역폭 할당 절차가 진행되는 동안 상기 이동통신 단말과 데이터 전송 절차를 진행하는 단계를 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 이기종 무선망간 상향 링크 데이터 전송 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

이기종 무선망간 시그널링 방법 및 이를 위한 장치{Method in Heterogeneous Wireless Networks and Apparatus therefor}
본 발명은 이기종 무선망간 시그널링 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이기종 무선망간 QoS를 보장할 수 있는 시그널링 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
이동통신은 넓은 지역에 걸쳐 가입자가 빠른 속도로 이동하는 중에도 통화 및 데이터 서비스가 가능하게 하기 위한 것이다.
1세대 이동통신 시스템은 아날로그 방식으로 음성 서비스를 제공하였다. 그러나, 이동통신 서비스 가입자가 급격하게 증가하고, 음성서비스뿐만 아니라, 다양한 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라 디지털 방식의 2세대 이동통신이 등장하게 되었다.
2세대 이동통신 시스템은 아날로그 시스템에서와는 달리, 아날로그인 음성신호를 디지탈화하여 음성 부호화를 실시한 후, 디지탈 변복조 방식으로 사용하며, 800MHz대의 주파수를 사용한다. 다원접속 방식은 TDMA(Time Division Multiple Access)방식과 CDMA(Code Division Multiple Access)를 사용한다.
근래 들어, 인터넷의 출현 및 사용자들의 고속 데이터 서비스 요구 등은 새로운 무선 플랫폼의 등장을 예고하게 되었으며, 이에 IMT-2000(International Mobile Telecommunication - 2000)과 같은 3세대 이동통신 시스템이 등장하게 되었다.
이러한 3세대 이동통신을 뒤이어, 하나의 이동 단말로 위성망, 무선 랜, 인터넷 등을 모두 사용할 수 있으며, 3세대 이동통신 시스템보다 데이터 전송률이 수십 배 이상 빨라 사용자들에게 더욱 더 빠른 데이터 서비스를 제공할 수 있는 시스템을 4세대 이동통신 시스템이라 한다.
4세대 이동통신 시스템은 고속 인터넷 서비스를 제공하며, 4 세대 이후의 차세대 초고속 이동통신 시스템으로의 진화에 따라 차세대 차량은 기존의 단순 운송수단에서 정보, 엔터테인먼트, 인터넷 등의 서비스를 차량의 탑승자에게 제공하여 Infotainment 공간으로 발전할 것으로 예상된다.
최근 유수의 자동차 회사들은 차량 내 통신 네트워크 시스템을 설치하여 차량 내 탑승자에게 무선 인터넷, 엔터테인먼트 등의 다양한 서비스를 제공하기 위한 연구를 진행하고 있다.
고속의 이동성을 가진 차량의 특성을 고려하여 차량 외부와 내부의 무선망 송수신 방식의 차이에 따른 이기종 무선망간 정합 기술과 이를 효율적으로 지원할 수 있는 차량 게이트웨이 기술에 대한 연구의 필요성이 날로 증가하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 이동 중에서 많은 사용자에게 다양한 서비스를 제공할 수 있는 이기종 무선망간 시그널링 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이동통신 단말과 근거리 무선망으로 연결되고 기지국과 광대역 무선망으로 연결되는 게이트웨이의 시그널링 방법으로서, 상기 이동통신 단말로부터 전송 요구 메시지를 수신하는 단계; 상기 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 상기 기지국과 대역폭 할당 절차를 진행하는 단계; 및 상기 대역폭 할당 절차가 진행되는 동안 상기 이동통신 단말과 데이터 전송 절차를 진행하는 단계를 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 기간 필드 정보는 상기 이동통신 단말이 상기 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는데 소요되는 시간에 대한 정보(시간 정보)가 포함되며, 상기 대역폭 할당 절차 진행 단계는, 상기 시간 정보를 포함하는 대역폭 요구 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 시간 정보는 상기 전송 요구 메시지의 응답에 해당하는 전송 가능 메시지 전송 시간, 데이터 전송 시간 및 상기 데이터 전송에 대한 응답 메시지 전송 시간 및 SIFS(Short Interframe Space)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 기지국으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 후에 상기 대역폭 요구 메시지의 응답에 해당하는 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하되, 상기 미리 설정된 시간은 상기 시간 정보에 따른 시간보다 길게 설정된다.
본 발명에 따른 시그널링 방법은 상기 제1 대역폭 할당 메시지 수신 후, 상기 시간 정보에 기초하여 상기 이동통신 단말로부터 수신된 데이터의 크기를 계산하는 단계; 및 상기 데이터 크기에 관한 정보를 포함하는 대역폭 요구 헤더 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시그널링 방법은 상기 기지국으로부터 상기 대역폭 요구 헤더 메시지의 응답에 해당하는 제2 대역폭 할당 메시지를 수신한 후 상기 기지국으로 상기 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 대역폭 요구 메시지를 전송하는데 걸리는 전송 지연(DF)은 하기의 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
DF = TRTS+DIFS+tg+20N
TRTS는 전송 요구 메시지 전송 시간
DIFS: Distributed Interframe Space
tg는 게이트웨이의 대역폭 요구 메시지를 전송 시간
N은 상기 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하지 못하여 백오프 윈도우 사이즈(Backoff window size)만큼 기다린 후 상기 대역폭 요구 메시지를 전송하기까지 지연된 횟수
바람직하게, 상기 근거리 무선망은 WiFi 망이며, 상기 광대역 무선망은 WiBro 망일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이동통신 단말과 근거리 무선망으로 연결되고 기지국과 광대역 무선망으로 연결되는 게이트웨이 장치에 있어서, 상기 근거리 무선망을 통해 상기 이동통신 단말로부터 전송 요구 메시지 및 상기 기지국으로의 상향 링크 데이터를 수신하는 제1 물리 계층; 상기 전송 요구 메시지를 처리하고 상기 상향 링크 데이터의 오류 여부를 검증하는 제1 MAC 계층; 상기 전송 요구 메시지의 수신을 감지하고 상기 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 상기 기지국의 MAC 계층과 대역폭 할당 절차를 진행하는 제2 MAC 계층; 및 상기 기지국으로부터 대역폭이 할당되는 경우, 광대역 통신망을 통해 상기 기지국으로 상기 상향 링크 데이터를 전송하는 제2 물리 계층을 포함하는 게이트웨이 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 이동통신 단말과 게이트웨이간 데이터 전송 절차를 진행하는 것과 동시에 게이트웨이와 기지국 간에 대역폭 할당 절차를 동시에 진행하기 때문에 전송 지연이 줄어드는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이기종 무선망 시스템을 도시한 도면.
도 2는 WiFi 망에서의 시그널링 과정을 도시한 도면.
도 3은 WiBro 망에서의 시그널링 과정을 도시한 도면.
도 4는 이동통신 단말의 상향 링크로의 데이터 전달을 위해 WiFi 망에서의 절차와 WiBro 망에서의 절차가 순차적으로 이루어지는 경우의 전송 지연을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이기종 무선망간 시그널링 과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 게이트웨이의 프로토콜 스택을 도시한 도면.
도 7은 도 4에 도시된 시그널링 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 시그널링 방법의 전송 지연을 비교한 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이기종 무선망 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이기종 무선망 시스템은 이동통신 단말(100), 게이트웨이(102) 및 기지국(104)을 포함할 수 있다.
이동통신 단말(100)은 사용자가 소지하면서 음성 서비스 및 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 단말로서, 통상의 셀룰러폰 및 스마트폰을 모두 포함할 수 있다.
이동통신 단말(100)은 게이트웨이(102)와 근거리 무선망으로 연결된다. 보다 상세하게 IEEE 802.11에서 정의되는 무선랜 방식으로 게이트웨이(102)와 연결될 수 있다.
게이트웨이(102)는 이동통신 단말(100)이 광대역 무선망에 포함된 기지국(104)에 연결되도록 지원하는 것으로서, 이동통신 단말(100)가 상향 링크로 데이터를 전송하고자 하는 경우 기지국(104)에 대역폭 할당을 요청하고, 이동통신 단말(100)의 상향 링크로의 데이터(MAC Protocol Data Unit: MPDU)를 기지국(104)으로 전달한다. 여기서, 외부 무선망은 IEEE 802.16에서 정의되는 WiMAX 또는 WiBro(mobile WiMAX)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 게이트웨이(102)라는 용어를 사용하나, 이에 한정됨이 없이 이동통신 단말(100)이 광대역 무선망으로 연결되도록 지원하는 장치라면 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예는 4세대 이동통신 시스템에서 차량 내에 있는 사용자가 고속으로 이동하는 경우에도 안정적으로 멀티미디어 통신 및 고속 인터넷 통신을 이용할 수 있도록 하는 것으로서, 하기에서는 차량 내의 사용자가 소지한 이동통신 단말(100)과 차량에 부착된 게이트웨이(102)가 WiFi(Wireless Fidelity) 망을 통해 연결되며, 게이트웨이(102)와 기지국(104)는 WiBro 망을 통해 연결되는 것을 중심으로 설명한다.
도 2는 WiFi 망에서의 시그널링 과정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 우선 이동통신 단말(100)는 게이트웨이(102)로 전송 요청 메시지(Request to Send: RTS 프레임)를 전송하며(단계 200), 게이트웨이(102)는 이동통신 단말(100)로 전송 가능 메시지(Clear to Send: CTS 프레임)를 전송한다(202).
RTS/CTS 프레임의 송수신은 복수의 이동통신 단말들과 게이트웨이(102)간 충돌 회피를 위한 것이다.
전송 가능 메시지 수신 후 이동통신 단말(100)은 게이트웨이(102)로 데이터를 전송하며(단계 204), 게이트웨이(102)는 데이터의 전송이 완료되는 경우, 응답 메시지(ACK)를 이동통신 단말(100)로 전송한다.
한편, 도 3은 WiBro 망에서의 시그널링 과정을 도시한 도면이다.
WiBro 망에서 이동통신 단말(100)은 경쟁기반으로 기지국(104)에 대역폭을 요구하고, 기지국(104)으로부터 대역폭을 할당 받은 후에 데이터를 전송한다.
도 3을 참조하면, 이동통신 단말(100)은 대역폭 요구 메시지(대역폭 요구 레인징 코드, BR_RNG)를 기지국(104)으로 전송하며(단계 300), 기지국(104)은 MAC 관리용 메시지를 이동통신 단말(100)로 전송한다(단계 302).
여기서, MAC 관리용 메시지는 UL-MAP이라고도 하며, 이동통신 단말(100)이 동적으로 자원이 할당된 결과를 통보하기 위한 메시지로서, MAC 관리용 메시지를 통해 이동통신 단말(100)은 대역폭 요구 헤더 메시지(BR-header)를 기지국(104)으로 전송한다(단계 304).
이후, 기지국(104)은 대역폭 요구 헤더 메시지를 통해 대역폭 요구량을 확인하고, 대역폭 요구량만큼의 자원을 할당한다(단계 306).
자원 할당이 완료되는 경우, 이동통신 단말(100)은 기지국(104)으로 데이터를 전송한다(단계 308).
종래에는 WiFi 망 및 WiBro 망 간의 연동을 고려함이 없이 각각의 망에서 상향 링크로의 데이터 전달 과정을 정의하고 있는데, 만일 WiFi 망에서의 절차가 완료된 이후 WiBro 망에서의 절차가 진행되는 경우에는 데이터 전송에 상당한 시간 지연이 발생하는 문제점이 있다.
도 4는 이동통신 단말의 상향 링크로의 데이터 전달을 위해 WiFi 망에서의 절차와 WiBro 망에서의 절차가 순차적으로 이루어지는 경우의 전송 지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 이동통신 단말(100)이 게이트웨이(102)를 거쳐 기지국(104)로 데이터를 전송하기 위해 WiFi 망 및 WiBro 망이 서로 연동하며, 이동통신 단말(100) 및 게이트웨이(102)가 상향 링크로의 데이터 전송을 위한 절차가 완료된 이후에 게이트웨이(102)가 기지국(104)으로 대역폭을 할당 받는 경우를 가정하여 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 이동통신 단말(100)은 DIFS(Distributed Interframe Space)만큼 시간이 경과된 후에 RTS 프레임을 게이트웨이(102)로 전송한다.
여기서, RTS 프레임은 이동통신 단말(100)이 통신 상태를 체크하기 위한 것이다. 게이트웨이(102)는 SIFS(Short Interframe Space)만큼 대기한 후에 CTS 프레임을 이동통신 단말(100)로 전송한다.
이동통신 단말(100)은 SIFS만큼 대기한 후에 데이터를 게이트웨이(102)로 전송하기 시작한다.
데이터의 전송이 완료된 후 게이트웨이(102)는 SIFS만큼 대기한 후 응답 메시지(ACK)를 이동통신 단말(100)로 전송한다.
상기와 같이 이동통신 단말(100)의 게이트웨이(102)로의 데이터 전송이 완료된 후 게이트웨이(102)는 tg만큼 시간이 경과한 후 대역폭 요구 메시지(BR_RNG)를 기지국(104)으로 전송한다. 여기서, tg는 게이트웨이(102)가 기지국(104)에 대역폭 요구 메시지를 생성하고 전송하는데 소요되는 시간이다.
이후, 기지국(104)은 TD만큼의 시간이 소요된 후에 MAC 관리용 메시지를 게이트웨이(102)로 전송하며, 게이트웨이(102)는 데이터 전송을 위해 필요한 대역폭이 기록된 대역폭 요구 헤더 메시지(BR-header)를 기지국(104)으로 전송한다.
기지국(104)는 대역폭 요구 헤더 메시지를 확인한 후 MAC 관리용 메시지를 통해 게이트웨이(102)의 요구만큼 대역폭을 할당하며, 이후 게이트웨이(102)에서 기지국(104)으로의 데이터 전송이 이루어진다.
도 4와 같이 서로 다른 망에서의 데이터 전송 메커니즘이 순차적으로 진행된다고 가정하면, 이동통신 단말(100)의 상향 링크 데이터를 위해 게이트웨이(102)가 대역폭 요구 메시지를 기지국(104)으로 전송하는데 걸리는 전송 지연(Delay: DB)은 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
DB = TRTS+TCTS+TMPDU+TACK+3SIFS+tg+DIFS+20N
여기서, TRTS는 이동통신 단말의 RTS 프레임 전송 시간
TCTS는 게이트웨이의 CTS 프레임 전송 시간
TMPDU는 이동통신 단말의 데이터(MAC Protocol Data Unit) 전송 시간
TACK는 게이트웨이의 ACK 전송 시간
N은 이동통신 단말이 대역폭 요구 기회를 얻지 못하여 백오프 윈도우 사이즈(Backoff window size)만큼 기다린 후 대역폭 요구 메시지를 전송하기까지 지연된 횟수이다.
이러한 지역 구간은 대역폭 할당 구간(BW_allocation_interval)으로 정의된다.
또한, WiFi 망에서 이동통신 단말(100)이 전송하는 데이터에 에러가 발생한 경우를 고려한 전송 지연(DBE)은 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
DBE = k(TRTS+TCTS+TMPDU+TACK+3SIFS+tg+DIFS)+ DB
여기서, k는 데이터 에러가 발생한 횟수이다.
도 4에 도시된 방식에 따르면 게이트웨이(102)는 RTS/CTS 프레임 교환 절차가 완료된 후에야 대역폭 요구 메시지(대역폭 요구 레인징 코드)를 기지국(104)으로 보내기 때문에 상당한 전송 지연이 발생하게 된다. 또한 전송 중에 데이터 에러가 발생하면 RTS/CTS 프레임 교환절차를 다시 시작하여 보내게 되어 시그널링이 추가적으로 요구됨으로 최종적으로 데이터를 보내는 시점이 늦춰지게 되어 QoS보장이 어려운 문제점이 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이기종 무선망간 시그널링 과정을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 데이터를 전송하고자 하는 이동통신 단말(100)은 게이트웨이(102)로 전송 요구 메시지(RTS 프레임)를 전송한다.
상기한 전송 요구 메시지에는 이동통신 단말(100)이 데이터를 전송하는데 걸리는 시간에 관한 기간 필드(Duration Field) 정보가 포함되며, 기간 필드 정보에는 CTS 전송 시간(TCTS), 데이터 전송 시간(TMPDU), ACK 전송 시간(TACK) 및 3SIFS에 관한 정보(이하,'시간 정보'라 함)가 포함된다.
본 실시예에 따른 게이트웨이(102)는 전송 요구 메시지가 수신되는 경우, 이동통신 단말(100)의 데이터 전송이 완료된 시점이 아니라, 이동통신 단말(100)로부터 전송 요청 메시지를 수신한 직후에 기지국(104)으로 대역폭 요구 메시지(BR_RNG)를 전송한다.
게이트웨이(102)가 기지국(104)으로 대역폭 요구 메시지를 전송한 후에 게이트웨이(102)와 이동통신 단말(100) 사이에 데이터 송수신이 이루어진다.
이동통신 단말(100) 및 게이트웨이(102)간 데이터 송수신 과정은 도 2 및 도 4에서 설명한 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 대역폭 요구 메시지에는 상기한 시간 정보가 포함될 수 있으며, 기지국(104)는 상기한 시간 정보에 기초하여 미리 설정된 시간이 경과한 후에 게이트웨이(102)로 MAC 관리용 메시지(UL-MAP)을 전송한다.
여기서, 미리 설정된 시간은 이동통신 단말(100)의 데이터 전송 시간에 디폴트 시간(예를 들어, 도 5의 Gap만큼의 시간)이 합산된 시간으로 정의될 수 있다.
상기한 MAC 관리용 메시지는 기지국(104)이 게이트웨이(102)에 대역폭 요구 헤더 메시지 전송을 위해 대역폭을 할당하기 위한 메시지로서, 제1 대역폭 할당 메시지로 정의된다.
제1 대역폭 할당 메시지가 수신되는 경우, 게이트웨이(102)는 상기한 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 이동통신 단말(100)이 기지국(104)으로 전송하고자 하는 데이터의 크기를 계산한 후 대역폭 요구 헤더 메시지(BR header)를 기지국(104)으로 전송한다.
대역폭 요구 헤더 메시지에는 대역폭 필드(BR field)가 포함되며, 대역폭 필드에 계산된 데이터의 크기 정보가 바이트 단위(bytes)로 기록된다.
기지국(104)은 데이터 크기에 상응하는 대역폭을 결정하고, MAC 관리용 메시지를 게이트웨이(102)로 전송한다(518).
상기한 MAC 관리용 메시지는 게이트웨이(102)의 대역폭 요구량에 상응하는 대역폭을 할당하기 위한 메시지로서, 제2 대역폭 할당 메시지로 정의된다.
게이트웨이(102)는 기지국(104)으로부터 자원을 할당 받은 후에 데이터를 기지국(104)로 전송한다.
WiFi 망에서 데이터 전송은 오류가 없을 시 시간적으로 OFDMA/TDD 프레임 Duration 내에 끝나므로 게이트웨이(102)가 대역폭 요구 메시지를 전송하는데 걸리는 전송 지연은 다음의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 3]
DF = TRTS+DIFS+tg+20N
상기한 수학식 2와 마찬가지로 WiFi 망에서 이동통신 단말(100)이 전송한 데이터에 에러가 발생하는 경우를 고려하여 전송 지연은 다음과 같다.
[수학식 4]
DFE = k(TRTS+TCTS+TMPDU+TACK+3SIFS+DIFS)+ DF
본 발명에 따르면, WiFi 망 및 WiBro 망 사이에서, 대역폭 할당을 위한 전송 절차가 802.16 MAC 프로토콜 간 진행되는 동안 802.11 MAC 프로토콜 간 RTS/CTS 프레임 교환 절차 및 데이터 전송 절차 역시 진행되므로 그에 따른 전송 지연을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 게이트웨이의 프로토콜 스택을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 게이트웨이(102)는 제1 PHY(physical, 물리) 계층(600), 제1 MAC(medium access control) 계층(602), 제2 PHY 계층(604), 제2 MAC 계층(606) 및 IP 계층(608)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 PHY 계층(600) 및 제1 MAC 계층(602)은 이동통신 단말(100)과의 시그널링 절차를 처리하는 계층이며, 제2 PHY 계층(604) 및 제2 MAC 계층(608)은 기지국(104)과의 시그널링 절차를 처리하는 계층이다.
또한, 상기와 같이 WiFi 망과 WiBro 망을 정합하는 경우, 제1 PHY 계층(600) 및 제1 MAC 계층(602)은 IEEE 802.11 프로토콜을 따르는 계층일 수 있으며, 제2 PHY 계층(604) 및 제2 MAC 계층(606)은 IEEE 802.16 프로토콜을 따르는 계층일 수 있다.
제1 PHY 계층(600)은 이동통신 단말(100)로부터 전송 요구 메시지(RTS 프레임)를 수신하고, 그에 상응하는 전송 가능 메시지(CTS 프레임)를 이동통신 단말(100)로 전송한다.
또한, 제1 PHY 계층(600)은 이동통신 단말(100)로부터 상향 링크 데이터를 수신한다.
제1 MAC 계층(602)은 제1 PHY 계층(600)으로 전송 요구 메시지가 수신되는 경우, 통신이 가능한 상태인지를 판단하여 전송 가능 메시지를 생성하며, 또한, 이동통신 단말(100)로부터 수신된 상향 링크 데이터의 오류 여부를 검증하여 상향 링크 데이터가 오류 없이 수신된 경우 응답 메시지(ACK)를 생성한다.
본 실시예에 따르면, 제1 MAC 계층(602)의 RTS/CTS 프레임 교환 절차와 데이터 전송 절차는 제2 MAC 계층(606)의 대역폭 할당 절차와 동시에 진행된다.
제1 MAC 계층(602)이 이동통신 단말(100)의 전송 요구 메시지(RTS 프레임)를 수신하는 경우, 제2 MAC 계층(606)은 이를 감지하고, 기지국의 MAC 계층과 대역폭 할당을 위한 절차를 진행한다.
즉, 제2 MAC 계층(606)은 전송 요구 수신 메시지 수신 시, 바로 데이터 전송 시간 정보가 포함된 대역폭 요구 메시지를 기지국(104)으로 전송하며, 기지국(104)의 MAC 계층은 미리 설정된 시간이 경과된 후에 제1 대역폭 할당 메시지를 게이트웨이(102)로 전송한다.
게이트웨이(102)는 이동통신 단말(100)에 응답 메시지를 전송한 후 상기한 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하면, 제2 MAC 계층은 데이터의 크기를 계산하여 대역폭 요구 헤더 메시지를 기지국(104)으로 전송하고, 기지국(104)으로부터 제2 대역폭 할당 메시지가 수신되는 경우, 버퍼에 저장된 데이터를 기지국(104)으로 전송한다.
본 발명의 실시예들은 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), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
전송 지연 효과 확인을 위해 게이트웨이(102)를 차량 내에 탑재하고 차량 내에 WiFi 기능을 가진 하나 이상의 이동통신 단말(100)이 존재하는 것으로 가정하여 실험을 진행하였다.
BER(Bit Error Rate)는 채널에 균일(uniform)하게 분포된다. 여기서, 데이터 에러율, FER(Frame Error Rate)은 MPDU 사이즈를 m bits라 할 때 다음의 수학식 5와 같이 정의된다.
[수학식 5]
FER = 1-(1-BER)m
실험에 사용된 WiFi와 WiBro 시스템 파라미터는 아래의 표 1 및 2와 같다.
IEEE 802.11b 시스템 파라미터
Parameter Value Parameter Value
Data rate 11Mb/s Slot time 20㎲
RTS 20 bytes CTS 14 bytes
ACK 14 bytes DIFS 50㎲
SIFS 10㎲ FCS 4 bytes
MAC Header 32 bytes Time gap(tg) 20㎲
WiBro 시스템 파라미터
Parameter Value
TDD frame Duration(TD) 50ms
Bandwidth allocation interval 20ms
Initial backoff window size 4
Transmission Opportunity size 16
실험 결과 BER 이 10- 4 에서 10-6으로 작아질 수록, 즉 채널상태가 좋아질수록 도 4에 따른 시그널링 기법을 사용했을 경우에 비해 본 실시예에 따른 시그널링 기법을 사용 시 전송 지연 측면에서 이득의 효과가 점점 더 커지는 것을 확인하였다(도 7 참조). 그리고 같은 BER 조건 하에 데이터 사이즈가 커질수록 데이터 에러율이 높아지게 되어 데이터 재전송으로 인하여 전송 지연이 증가하는 것을 확인하였다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 이동통신 단말과 근거리 무선망으로 연결되고 기지국과 광대역 무선망으로 연결되는 게이트웨이의 시그널링 방법으로서,
    상기 이동통신 단말로부터 전송 요구 메시지를 수신하는 단계;
    상기 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 상기 기지국과 대역폭 할당 절차를 진행하는 단계; 및
    상기 대역폭 할당 절차가 진행되는 동안 상기 이동통신 단말과 데이터 전송 절차를 진행하는 단계를 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기간 필드 정보는 상기 이동통신 단말이 상기 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는데 소요되는 시간에 대한 정보(시간 정보)가 포함되며,
    상기 대역폭 할당 절차 진행 단계는,
    상기 시간 정보를 포함하는 대역폭 요구 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시간 정보는 상기 전송 요구 메시지의 응답에 해당하는 전송 가능 메시지 전송 시간, 데이터 전송 시간 및 상기 데이터 전송에 대한 응답 메시지 전송 시간 및 SIFS(Short Interframe Space)를 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 후에 상기 대역폭 요구 메시지의 응답에 해당하는 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하되,
    상기 미리 설정된 시간은 상기 시간 정보에 따른 시간보다 길게 설정되는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 대역폭 할당 메시지 수신 후, 상기 시간 정보에 기초하여 상기 이동통신 단말로부터 수신된 데이터의 크기를 계산하는 단계; 및
    상기 데이터 크기에 관한 정보를 포함하는 대역폭 요구 헤더 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 대역폭 요구 헤더 메시지의 응답에 해당하는 제2 대역폭 할당 메시지를 수신한 후 상기 기지국으로 상기 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 대역폭 요구 메시지를 전송하는데 걸리는 전송 지연(DF)은 하기의 수학식 3과 같은 이기종 무선망간 시그널링 방법.
    [수학식 3]
    DF = TRTS+DIFS+tg+20N
    TRTS는 전송 요구 메시지 전송 시간
    DIFS: Distributed Interframe Space
    tg는 게이트웨이의 대역폭 요구 메시지를 전송 시간
    N은 상기 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하지 못하여 백오프 윈도우 사이즈(Backoff window size)만큼 기다린 후 상기 대역폭 요구 메시지를 전송하기까지 지연된 횟수
  8. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 무선망은 WiFi 망이며, 상기 광대역 무선망은 WiBro 망인 이기종 무선망간 시그널링 방법.
  9. 이동통신 단말과 근거리 무선망으로 연결되고 기지국과 광대역 무선망으로 연결되는 게이트웨이 장치에 있어서,
    상기 근거리 무선망을 통해 상기 이동통신 단말로부터 전송 요구 메시지 및 상기 기지국으로의 상향 링크 데이터를 수신하는 제1 물리 계층;
    상기 전송 요구 메시지를 처리하고 상기 상향 링크 데이터의 오류 여부를 검증하는 제1 MAC 계층;
    상기 전송 요구 메시지의 수신을 감지하고 상기 전송 요구 메시지에 포함된 기간 필드 정보를 이용하여 상기 기지국의 MAC 계층과 대역폭 할당 절차를 진행하는 제2 MAC 계층; 및
    상기 기지국으로부터 대역폭이 할당되는 경우, 광대역 통신망을 통해 상기 기지국으로 상기 상향 링크 데이터를 전송하는 제2 물리 계층을 포함하는 게이트웨이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기간 필드 정보는 상기 이동통신 단말이 상기 상향 링크 데이터를 전송하는데 소요되는 시간에 대한 정보(시간 정보)가 포함되며,
    상기 제2 MAC 계층은 상기 전송 요구 메시지 수신 시 상기 시간 정보를 포함하는 대역폭 요구 메시지를 생성하며, 상기 제2 물리 계층은 상기 대역폭 요구 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 게이트웨이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시간 정보는 상기 전송 요구 메시지의 응답에 해당하는 전송 가능 메시지 전송 시간, 데이터 전송 시간 및 상기 데이터 전송에 대한 응답 메시지 전송 시간 및 SIFS(Short Interframe Space)를 포함하는 게이트웨이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기지국의 MAC 계층은 미리 설정된 시간이 경과한 후에 상기 대역폭 요구 메시지의 응답에 해당하는 제1 대역폭 할당 메시지를 생성하며,
    상기 미리 설정된 시간은 상기 시간 정보에 따른 시간보다 길게 설정되는 게이트웨이 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 대역폭 요구 메시지를 전송하는데 걸리는 전송 지연(DF)은 하기의 수학식 3과 같은 게이트웨이 장치.
    [수학식 3]
    DF = TRTS+DIFS+tg+20N
    TRTS는 전송 요구 메시지 전송 시간
    DIFS: Distributed Interframe Space
    tg는 게이트웨이의 대역폭 요구 메시지를 전송 시간
    N은 상기 제1 대역폭 할당 메시지를 수신하지 못하여 백오프 윈도우 사이즈(Backoff window size)만큼 기다린 후 상기 대역폭 요구 메시지를 전송하기까지 지연된 횟수
  14. 제9항에 있어서,
    상기 근거리 무선망은 WiFi 망이며, 상기 광대역 무선망은 WiBro 망인 게이트웨이 장치.
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