KR101865390B1 - 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법은 셀룰러 네트워크 시스템이 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하는 단계와 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간을 조정하는 단계를 포함하되, 비면허 대역은 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고, 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템은 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행할 수 있다.

Description

비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{Method, apparatus and computer readable record media for sharing radio resource on unlicensed band}
본 발명은 비면허 대역에서 무선 자원 공유 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템 간의 비면허 대역에서의 무선 자원 할당의 공정성을 향상시키기 위한 비면허 대역에서 무선 자원 공유 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
무선 자원에 대한 요구의 증가에 따라 많은 통신 회사 및 통신 관련 단체들이 무선 자원에 대한 요구를 만족시키기 위한 방법을 찾으려고 하고 있다. ITU-R(international telecommunication union-radio sector)은 20Gb/s(giga bits for second)의 피크 데이터 레이트(peak data rate)를 제공하는 미래의 모바일 무선 기술을 하나의 목표로 하고 있다.
피크 데이터 레이트를 높이기 위한 방법으로 여러가지 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 피크 데이터 레이트를 높이기 위해 상대적으로 높은 번호(또는 인덱스)를 가지는 MCS(modulation and coding scheme)가 사용되거나 많은 수의 안테나가 사용되거나, 더 넓은 주파수 영역이 활용될 수 있다.
셀룰러 네트워크에서 피크 데이터 레이트를 높이기 위해 3GPP(3rd generation partnership project)에서 LAA(licensed assisted access)라는 채널 액세스 기술에 대한 표준화를 마쳤다. LAA는 LTE(long term evolution) 릴리즈(release) 13에서 새롭게 소개된 기술이다. LAA는 LTE, LTE-A(advanced) 기반의 셀룰러 네트워크 시스템의 다운링크 전송을 지원하기 위해 5GHz의 비면허 대역(unlicensed band)를 활용하기 위한 액세스 방법에 대해 정의한다.
LAA를 기반으로 한 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 활용으로 인해 기존에 비면허 대역 상에서 통신을 수행하던 다른 무선 통신 기술 기반의 시스템(예를 들어, IEEE 802.11 기반의 무선랜(wireless local area network) 시스템)과의 무선 자원의 공유의 문제가 발생될 수 있다.
따라서, LAA에서는 스펙트럼 공유 메커니즘(spectrum sharing mechanism)이 기존의 비면허 대역 상에서 운용되던 다른 무선 통신 기술 기반의 시스템과의 공존을 위해 중요할 수 있다. 하지만, 현재 셀룰러 네트워크 시스템의 LAA를 기반으로 한 비면허 대역의 활용으로 인해 무선랜 시스템과 같은 기존에 비면허 대역 상에서 운용되던 다른 무선 통신 기술의 처리량(throughput)이 감소하는 현상이 발생된다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 사용으로 인한 무선랜 시스템의 처리량(throughput) 열화를 방지하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 무선랜 시스템의 포화 여부를 판단하고, 무선랜 시스템이 포화된 경우, 셀룰러 네트워크 시스템에 할당된 시간 자원을 조정하여 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템 간의 무선 자원 할당의 공정성을 높이는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법은 셀룰러 네트워크 시스템이 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하는 단계와 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간(channel occupancy time)을 조정하는 단계를 포함할 수 있되, 비면허 대역은 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고, 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템은 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 셀룰러 네트워크 장치는 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(radio frequency) 부와 RF 부와 동작 가능하게(operatively) 결합된 프로세서를 포함하되, 프로세서는 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하고, 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인 경우, 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간(channel occupancy time)을 조정하도록 구현될 수 있되, 비면허 대역은 상기 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고, 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템은 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 사용으로 인한 무선랜 시스템의 처리량 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무선랜 시스템의 포화 여부를 판단하고, 무선랜 시스템이 포화된 경우, 셀룰러 네트워크 시스템에 할당된 시간 자원을 조정하여 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템 간의 무선 자원 할당의 공정성을 높일 수 있다.
도 1은 셀룰러 네트워크 시스템에서 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
도 2는 무선랜(wireless local area network, WLAN)의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 3은 A-MSDU를 나타낸 개념도이다.
도 4는 A-MPDU를 나타낸 개념도이다.
도 5은 무선랜 시스템에서 DCF(distributed coordination function) 기반의 채널 액세스 과정을 나타낸 개념도이다.
도 6은 복수의 STA의 백오프 절차를 나타낸 개념도이다.
도 7은 비면허 대역 상에서 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템의 성능을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른COTA 알고리즘을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포화 탐지 단계를 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 COT 조정 단계를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템의 포화 탐지 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 PPDUMaxTime의 탐지율에 대한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘의 포화 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 무선 장치를 나타내는 블록도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여 지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 셀룰러 네트워크 시스템에서 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
셀룰러 네트워크 시스템(예를 들어, 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution), LTE-A(advanced) 기반의 시스템)의 무선 프레임(100)의 구조는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation(Release 8)"의 5절에 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 무선 프레임(100)은 10개의 서브프레임(subframe, 120)으로 구성된다. 하나의 서브프레임(120)은 2개의 슬롯(slot, 140)으로 구성된다. 무선 프레임(100)은 슬롯 #0부터 슬롯 #19까지 슬롯(140)를 기반으로 인덱싱하거나, 서브프레임(120)에 따라 서브프레임 #0부터 서브프레임 #9까지 서브프레임을 기반으로 인덱싱할 수 있다. 예를 들어, 서브프레임 #0은 슬롯 #0 및 슬롯 #1을 포함할 수 있다.
하나의 서브프레임(120)이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. TTI는 데이터 전송을 위한 스케줄링 단위일 수 있다. 예를 들어, 하나의 무선 프레임(100)의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임(120)의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯(140)의 길이는 0.5ms 일 수 있다.
하나의 슬롯(140)은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 셀룰러 네트워크 시스템에서 기지국(eNB)은 하향링크 채널에서 액세스 방법으로OFDMA를 사용한다. OFDM 심벌은 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, 단말(user equipment, UE)이 기지국(eNB)으로 데이터를 전송하는 상향링크 채널에서는 다중 접속 방식으로 SC-FDMA(single carrier-frequency division multiple access)를 사용할 수 있다. 상향링크 채널로 데이터를 전송하는 심볼 구간은 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다.
도 1에서 개시한 무선 프레임(100)의 구조는 프레임 구조에 대한 하나의 실시예이다. 따라서 무선 프레임(100)에 포함되는 서브프레임(120)의 개수나 서브프레임(120)에 포함되는 슬롯(140)의 개수, 또는 슬롯(140)에 포함되는 OFDM 심벌의 개수를 다양하게 변경해 새로운 무선 프레임 포맷으로 정의할 수 있다.
무선 프레임의 구조는 어떠한 사이클릭 프리픽스(CP, cyclic prefix)를 사용하는지 여부에 따라 하나의 슬롯이 포함되는 심볼의 개수가 달라질 수 있다.
예를 들어, 무선 프레임이 노멀(normal) CP를 사용할 경우, 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함할 수 있다. 무선 프레임이 확장(extended) CP를 사용할 경우, 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함할 수 있다. 셀룰러 네트워크 시스템은 듀플렉싱 방식으로 FDD(frequency division duplex) 방식과 TDD(time division duplex) 방식 등을 사용할 수 있다. FDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서로 다른 주파수 대역을 기반으로 수행될 수 있다. TDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 같은 주파수 대역을 기반으로 시간을 기반으로 한 분할 방식을 사용하여 수행될 수 있다. TDD 방식의 채널 응답은 동일한 주파수 대역을 사용함으로 상호적(reciprocal)인 성격을 가질 수 있다. 즉, TDD 방식에서는 주어진 주파수 영역에서 하향링크 채널 응답과 상향링크 채널 응답이 거의 동일할 수 있다. 따라서, TDD에 기반한 무선통신 시스템은 하향링크 채널의 채널 상태 정보를 상향링크 채널의 채널 상태 정보로부터 획득할 수 있다. TDD 방식은 전체 주파수 대역을 상향링크 전송과 하향링크 전송으로 시분할하므로 eNB에 의한 하향링크 전송과 UE에 의한 상향링크 전송이 동시에 수행될 수 없다.
기지국은 P(primary)-셀의 PCC(primary component carrier)와 하나 이상의 S(secondary)-셀의 SCC(secondary component carrier)를 기반으로 캐리어 어그리게이션(carrier aggregation)을 수행할 수 있다. 2개 이상의 셀이 존재하는 경우, 기지국은 하나의 셀을 P-셀로 결정하고 나머지 셀을 S-셀로 결정할 수 있다. 기지국은 결정된 P-셀 및 S-셀의 CC(component carrier)를 어그리게이션하고, 어그리게이션된 주파수 대역폭을 이용하여 데이터를 단말로 송신할 수 있다. 단말도 어그리게이션된 주파수 대역폭을 이용하여 데이터를 기지국으로 송신할 수 있다.
셀룰러 네트워크에서 피크 데이터 레이트를 높이기 위해 3GPP에서 LAA(licensed assisted access)라는 채널 액세스 기술에 대한 표준화를 마쳤다. LAA는 LTE(long term evolution) 릴리즈(release) 13에서 새롭게 소개된 기술이다. LAA는 LTE, LTE-A(advanced) 기반의 셀룰러 네트워크 시스템의 다운링크 전송을 지원하기 위해 5GHz의 비면허 대역(unlicensed band)를 활용하기 위한 액세스 방법에 대해 정의한다.
셀룰러 네트워크 시스템은 기존의 면허 대역(licensed band)를 P-셀로 활용하고 LAA를 기반으로 채널 액세스 가능한 비면허 대역을 S-셀로 활용할 수 있다. 전술한 바와 같이 LAA를 기반으로 한 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 활용으로 인해 기존에 비면허 대역 상에서 통신을 수행하던 다른 무선 통신 기술 기반의 시스템(예를 들어, IEEE 802.11 기반의 무선랜(wireless local area network) 시스템)과의 무선 자원의 공유의 문제가 발생될 수 있다. 이하, 무선랜 시스템에 대해 개시한다
도 2는 무선랜(wireless local area network, WLAN)의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2의 상단은 IEEE(institute of electrical and electronic engineers) 802.11의 인프라스트럭쳐 BSS(basic service set)의 구조를 나타낸다.
도 2의 상단을 참조하면, 무선랜 시스템은 하나 또는 그 이상의 인프라스트럭쳐 BSS(200, 205)(이하, BSS)를 포함할 수 있다. BSS(200, 205)는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 AP(access point, 225) 및 STA1(Station, 200-1)과 같은 AP와 STA의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. BSS(205)는 하나의 AP(230)에 하나 이상의 결합 가능한 STA(205-1, 205-2)을 포함할 수도 있다.
BSS는 적어도 하나의 STA, 분산 서비스(distribution Service)를 제공하는 AP(225, 230) 및 다수의 AP를 연결시키는 분산 시스템(distribution System, DS, 210)을 포함할 수 있다.
분산 시스템(210)는 여러 BSS(200, 205)를 연결하여 확장된 서비스 셋인 ESS(extended service set, 240)를 구현할 수 있다. ESS(240)는 하나 또는 여러 개의 AP(225, 230)가 분산 시스템(210)을 통해 연결되어 이루어진 하나의 네트워크를 지시하는 용어로 사용될 수 있다. 하나의 ESS(240)에 포함되는 AP는 동일한 SSID(service set identification)를 가질 수 있다.
포털(portal, 220)은 무선랜 네트워크(IEEE 802.11)와 다른 네트워크(예를 들어, 802.X)와의 연결을 수행하는 브리지 역할을 수행할 수 있다.
도 2의 상단과 같은 BSS에서는 AP(225, 230) 사이의 네트워크 및 AP(225, 230)와 STA(200-1, 205-1, 205-2) 사이의 네트워크가 구현될 수 있다. 하지만, AP(225, 230)가 없이 STA 사이에서도 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 것도 가능할 수 있다. AP(225, 230)가 없이 STA 사이에서도 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 네트워크를 애드-혹 네트워크(Ad-Hoc network) 또는 독립 BSS(independent basic service set, IBSS)라고 정의한다.
도 2의 하단은 IBSS를 나타낸 개념도이다.
도 2의 하단을 참조하면, IBSS는 애드-혹 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)가 없다. 즉, IBSS에서 STA(250-1, 250-2, 250-3, 255-4, 255-5)들은 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. IBSS에서는 모든 STA(250-1, 250-2, 250-3, 255-4, 255-5)이 이동 STA으로 이루어질 수 있으며, 분산 시스템으로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
STA은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(medium access control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리 계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비-AP STA(Non-AP Station)을 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
무선랜(wireless local area network, WLAN) 시스템에서 동작하는 AP(access point)는 복수의 STA(station) 각각으로 동일한 시간 자원을 통해 데이터를 전송할 수 있다. AP에서 STA으로의 전송을 하향링크 전송이라고 한다면, STA에서 AP로의 전송은 상향링크 전송이라고 할 수 있다.
무선랜 시스템에서 전송되는 데이터의 단위는 통신 계층 별로 구분되어 표현될 수 있다. 물리(PHY; physical) 계층을 통해 외부로 전송되는 데이터의 단위는 PPDU(physical layer downlink data unit)이고, PPDU는 PPDU 헤더와 PSDU(physical layer service data unit)(또는 MPDU(MAC protocol data unit))를 포함하는 데이터 단위일 수 있다. PPDU 헤더는 PHY 헤더와 PHY 프리앰블을 포함할 수 있고, PSDU(또는 MPDU)는 프레임을 포함하거나 프레임을 지시할 수 있다. MPDU는 MAC(medium access control) 계층에서 PHY 계층으로 전송되는 데이터 단위로서 PSDU와 동일 한 데이터 단위일 수 있다.
도 3은 A-MSDU를 나타낸 개념도이다.
IEEE 802.11n에서 MAC 에러 오버헤드를 줄이기 위해 데이터 프레임을 어그리게이션(aggregation)하는 방법이 정의되었다. 데이터 프레임의 어그리게이션을 위해 어플리케이션 계층에서 생성된 MSDU(MAC service data unit)(300)는 MAC 계층의 상위 계층에서 어그리게이션되어 하나의 MSDU로 생성될 수 있다. MAC 계층의 상위 계층에서 어그리게이션된 MSDU는 A-MSDU(aggregate-MSDU)(350)라는 용어로 정의될 수 있다. A-MSDU(350)는 우선 순위가 같고, 동일한 RA(receiver address)를 갖는 다수의 MSDU(300)의 어그리게이션을 기반으로 생성될 수 있다.
각 MSDU(300)는 목적지 주소(destination address, DA), 소스 주소(source address, SA), MSDU 길이(length)로 이루어진 서브프레임 헤더(subframe HDR)를 포함할 수 있다. A-MSDU 서브프레임의 전체 길이를 일정 배수(4octet의 배수)로 만들기 위해 A-MSDU 서브프레임은 패딩될 수 있다. 복수의 A-MSDU 서브 프레임들이 모여 하나의 A-MSDU(350)가 형성될 수 있다.
A-MSDU(350)는 단일 MSDU와 다르게 분할(fragmentation)을 수행하지 않고, 단일 QoS(quality of service) data MPDU(MAC protocol data unit)로 형성되어 전송될 수 있다. 예를 들어, A-MSDU(350)는 MIB(management information base) 필드의 HT 능력(capability)가 TRUE인 경우, 즉, HT STA인 경우에만 전송할 수 있고, 마찬가지로 HT STA에게만 전송될 수 있다. HT STA인 경우, A-MSDU(350)를 디어그리게이션(de-aggregation)하는 능력을 가지고 있고, HT STA는 수신한 QoS 데이터의 MAC 헤더의 QoS 필드 안에 A-MSDU(350)의 존재 여부를 확인하여 디어그리게이션을 수행할 수 있다.
HT STA의 QoS 데이터 MPDU의 ACK 정책(policy)가 노말 ACK으로 설정된 경우, A-MSDU(300)가 A-MPDU로 어그리게이션될 수 없다. 또한, A-MSDU(300)가 A-MPDU로 어그리게이션 될 수 있는지 여부는 TID(traffic identifier) 별 블록 ACK 동의(block acknowledgement agreement)가 맺어졌는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 또한, TID에 대해 블록 ACK 동의가 맺어진 경우라도 ADDBA 요청 프레임(add block acknowledgement request frame)에 따른 수신 측의 ADDBA 응답 프레임(add block acknowledgement response frame)의 A-MSDU 블록 ACK 지원 여부 지시자가 블록 ACK을 지원하지 않음을 지시하는 경우, A-MPDU 안에 A-MSDU가 포함될 수 없다.
도 4는 A-MPDU를 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, MAC 계층의 하부에서 동일한 RA(receiver address)와 TID 및 ACK 정책을 가지는 복수개의 MPDU(400)를 모아서 하나의 A-MPDU(450)를 형성할 수 있다.
A-MPDU(450)는 한 개 이상의 A-MPDU 서브프레임으로 구성되어 있으며, 각 A-MPDU 서브프레임은 MPDU 디리미터(delimeter)와 MPDU(400)를 포함할 수 있다. MPDU 디리미터는 A-MPDU(450)를 구성하는 A-MPDU 서브프레임의 에러 여부를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 복수의 A-MPDU 서브프레임은 하나의 A-MPDU(450)를 형성할 수 있다.
A-MPDU(450)의 수신 성공 여부는 블록 ACK을 기반으로 지시될 수 있다. HT-즉시 BA 동의(HT-immediate BA agreement)가 맺어져 있는 TID에 대해서만 A-MPDU(450)를 형성할 수 있고, A-MPDU(450)를 구성하는 MPDU(400)의 듀레이션/ID 필드의 값은 동일하게 설정될 수 있다.
구체적으로 블록 ACK 메커니즘은 TXOP(transmission opportunity) 기간 동안에 전송된 복수의 프레임(또는 MPDU)에 대한 ACK 정보를 포함하는 응답 프레임을 한번에 전송하기 위해 도입되었다. 블록 ACK 메커니즘이 사용되는 경우, A-MSDU 또는 A-MPDU와 마찬가지로 오버헤드의 감소로 인한 MAC 계층의 효율성이 향상될 수 있다.
도 5은 무선랜 시스템에서 DCF(distributed coordination function) 기반의 채널 액세스 과정을 나타낸 개념도이다.
DCF(distributed coordination function) 기반의 채널 액세스에서 STA은 CCA(clear channel assessment) 기반의 반송파 감지 메커니즘(carrier sensing mechanism)을 사용하여 매체의 사용 여부를 판단할 수 있다. DIFS(DCF inter frame symbol) 기간 이상으로 매체가 사용 중이지 않으면(즉, 채널이 아이들(idle)한 경우) STA은 전송이 임박한 MPDU(MAC protocol data unit)를 전송할 수 있다.
반대로 DIFS 기간 동안 매체가 사용 중인 경우(즉, 채널이 비지(busy)한 경우), STA은 랜덤 백오프 알고리즘(random backoff algorithm)에 의해서 백오프 시간을 설정할 수 있다.
백오프 시간은 채널이 일정 시간(예를 들어, DIFS)동안 기다린 후 프레임을 전송하기 전에 기다리는 시간으로서 백오프 시간은 아래의 수학식과 같이 정의될 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112016113329651-pat00001
Random()은 [0, CW] 간격에서 균등 분포로 선택되는 슈도-랜덤 정수(pseudo-random integer)(또는 랜덤 값)을 산출하는 함수이다. CW는 aCWMin 이상 aCWmax 이하의 정수에서 선택될 수 있다. aCWMin 및 aCWmax는 물리 특성(PHY characteristics)에 따라 결정될 수 있다. aSlotTime은 물리 특성(PHY characteristics)에 따라 정의된 시간 단위일 수 있다. STA이 채널 액세스에 실패하는 경우, CWmin은 지수적으로 증가할 수 있고, CWmin은 최대 CWmax까지 증가될 수 있다. 즉, 채널 액세스에 실패한 STA은 상대적으로 더 큰 CWmin 값을 기반으로 설정된 범위 내에서 슈도-랜덤 정수(또는 랜덤 값)을 선택할 수 있다.
STA은 채널이 아이들한지 여부를 판단하고 채널이 아이들한 경우 백오프 시간은 SlotTime 단위로 감소시킬 수 있다. 백오프 시간이 SlotTime 단위로 감소되기 전에 STA은 DIFS에 해당하는 구간 동안 채널이 아이들한지 여부에 대해서는 다시 판단할 수 있다. 백오프 시간이 0이 되는 경우, STA은 채널 액세스를 수행할 수 있다. 다른 표현으로 랜덤 값이 SlotTime 단위로 1씩 감소되어 백오프 카운트가 설정될 수 있고, 백오프 카운트가 0이 되는 경우, STA은 채널 액세스를 수행할 수 있다.
도 6은 복수의 STA의 백오프 절차를 나타낸 개념도이다.
도 6을 참조하면, 백오프 타임(또는 컨텐션 윈도우(CW(contention window))의 크기)은 매체가 DIFS 기간 동안에 대하여 아이들하다고 판단된 이후에 감소될 수 있다. 만약 매체의 활동이 감지되지 않는다면 STA은 SlotTime 단위로 백오프 시간을 감소시킬 수 있다. 만약 매체가 백오프 슬롯 동안 사용 중이라고 판단되는 경우, STA은 백오프 시간의 감소를 연기시킬 수 있다. STA의 프레임 전송은 설정된 백오프 타이머가 0이 될 때마다 시작될 수 있다. 다른 표현으로 STA은 랜덤 값을 감소시켜 랜덤 값이 0이되는 경우, 프레임을 전송할 수 있다.
STA A(610)의 프레임 전송 이후에 STA B(620), STA C(630) 및 STA D(640) 각각이 설정한 백오프 시간을 감소시킬 수 있다. STA B(620), STA C(630) 및 STA D(640) 중에서 가장 빨리 백오프 시간이 0으로 감소된 STA C(630)가 매체를 통해 프레임을 전송할 수 있다. STA C(630)가 프레임을 전송하는 경우, STA B(620) 및 STA D(640)의 백오프 시간의 감소는 연기될 수 있다.
또한, DCF 전송 방식에는 데이터 프레임을 전송하기 전에 제어 프레임(RTS(request to send), CTS(clear to send))를 교환하여 미리 채널을 점유하는 RTS/CTS 액세스 모드가 있다. 이러한 방법은 STA이 데이터 프레임 전송시 발생할 수 있는 충돌을 상대적으로 짧은 제어 프레임에 의한 충돌로 대치시킴으로써 채널의 낭비를 줄일 수 있다.
MAC 계층에서 복수의 STA이 무선 매체를 공유하기 위한 또 다른 방법으로 PCF(point coordination function)가 정의될 수 있다. 전술한 DCF의 경우, CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance) 기반의 채널 액세스이다. 따라서, STA 및 AP 사이에서 전송되는 데이터의 실시간 전송을 보장할 수 없다. 이에 반해 PCF는 실시간 데이터를 전송시 QoS(quality of service)를 제공하기 위한 방법으로 사용될 수 있다. PCF는 DCF와 다르게 비경쟁 방식의 전송 서비스이다. PCF는 매체의 전체 전송 기간을 독점하여 사용하는 것이 아니고, DCF 기반의 경쟁 기반 서비스와 교대로 사용할 수 있다. PCF는 BSS의 AP 내에 구현되어 있는 포인트 조정자(point coordinator)가 폴링(polling) 방식을 사용하여 각 STA들이 매체를 점유할 수 있는 권한을 제어할 수 있다. PCF 내의 IFS(inter-frame space)인 PIFS를 DCF의 IFS인 DIFS보다 작은 값으로 설정할 수 있다. 이러한 방법을 사용함으로써 PCF를 기반으로 매체에 접속하는 STA은 DCF 기반으로 채널에 접속하는 STA보다 우선권을 가질 수 있다. IFS는 프레임 사이의 간격을 나타내는 것으로 STA이 매체에 액세스하기 위한 우선 순위를 설정하기 위해 사용될 수 있다. IFS는 구체적으로 아래와 같이 정의될 수 있다.
STA은 반송파 감지 방법을 사용하여 표준에서 정의한 IFS(inter frame space)의 시간 구간 동안 채널이 사용되는지 여부를 판단할 수 있다. DCF를 사용하는 MAC 계층에서는 복수개의 IFS를 정의하고 있다. IFS에 의해 무선 매체를 점유하는 STA의 우선권이 결정될 수 있다. IFS 종류에 따른 프레임 간의 간격은 아래와 같다.
(1) SIFS(short inter frame symbol): RTS/CTS, ACK 프레임 전송시 사용. 최고 우선순위
(2) PIFS(PCF IFS): PCF 기반으로 동작하는 STA의 프레임 전송시 사용
(3) DIFS(DCF IFS): DCF 기반으로 동작하는 STA의 프레임 전송시 사용
(4) EIFS(extended IFS): 프레임 전송 오류 발생 시에만 사용하며, 고정 간격이 아님
MAC 계층에서 복수의 STA이 무선 매체를 공유하기 위한 방법으로 DCF를 사용하는 경우 여러가지 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, DCF를 사용하는 경우, 복수의 STA이 동시에 AP에 초기 액세스(initial access)를 수행하면, 복수의 STA에 의해 전송된 프레임이 충돌할 수 있다. 또한, DCF에서는 전송 우선 순위에 대한 개념이 없다. 따라서, STA에 의해 전송되는 트래픽 데이터에 대한 QoS(quality of service)가 보장될 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 IEEE 802.11e는 새로운 조정 함수(coordination function)인 HCF(hybrid coordination function)를 정의하였다.
HCF는 채널 액세스 방식으로 HCCA(HCF controlled channel access)와 EDCA(enhanced distributed channel access)를 정의한다. EDCA는 트래픽의 액세스 카테고리(access categories)를 정의할 수 있다.
트래픽의 액세스 카테고리를 기반으로 채널에 액세스를 수행하는 우선 순위가 결정될 수 있다. 즉, STA에 의해 전송되는 트래픽 데이터의 카테고리에 따라 서로 다른 CW의 크기 및 IFS의 크기가 정의될 수 있다. 서로 다른 CW의 크기 및 IFS의 크기는 트래픽 데이터의 카테고리에 따른 채널 액세스 우선 순위를 결정할 수 있다.
예를 들어 트래픽 데이터가 이메일인 경우, 해당 트래픽 데이터는 낮은 전송 우선순위 클래스(low priority class)에 할당될 수 있다. 또 다른 예로 트래픽 데이터가 무선랜을 통한 음성 통신인 경우, 해당 트래픽 데이터는 높은 전송 우선 순위 클래스(high priority class)에 할당될 수 있다.
이하에서는 구체적인 EDCA 기반의 채널 액세스에 대해 게시한다.
EDCA 기반의 채널 액세스에서는 높은 우선 순위의 트래픽 데이터를 전송하는 STA이 낮은 우선 순위의 트래픽 데이터를 전송하는 STA보다 상대적으로 많은 전송 기회를 가질 수 있다. 또한, 평균적으로, 높은 우선 순위 트래픽을 전송하는 STA은 패킷을 전송하기 전에 낮은 우선 순위 트래픽을 전송하는 STA보다 적은 대기 시간을 가질 수 있다. 이러한 방법을 구현하기 위해 전송할 트래픽 데이터의 우선 순위에 따라 서로 다른 크기의 CW가 정의될 수 있다. 또한, 전송할 트래픽 데이터의 우선 순위에 따라 서로 다른 크기의 AIFS(arbitration inter-frame space)가 정의될 수 있다.
구체적으로 EDCA 기반의 채널 액세스에서는 트래픽 데이터가 8가지의 사용자 우선순위로 구분될 수 있다. 사용자 우선 순위 각각은 네 개의 AC(access category)(AC_BK, AC_BE, AC_VI, AC_VO) 중 하나의 AC에 대응될 수 있다.
표 1은 MAC 계층으로 도착한 트래픽 데이터의 사용자 우선순위와 AC 간의 매핑 관계를 나타낸 예시적인 표이다.
<표 1>
Figure 112016113329651-pat00002
AC 간에 서로 다른 백오프 파라미터를 기반으로 상대적으로 높은 사용자 우선 순위에 해당하는 트래픽 데이터가 우선적으로 전송될 수 있다. 구체적으로 EDCA 기반의 채널 액세스에서는 프레임을 전송하기 위한 백오프 절차가 DCF 기반의 파라메터인 DIFS, CWmin, CWmax 대신에 각각 AIFS[AC], CWmin[AC], CWmax[AC]를 기반으로 수행될 수 있다. 즉, AC 별로 서로 다른 AIFS, CWmin, CWmax의 값이 정의될 수 있다. AIFS[AC]와 CWmin[AC]의 값이 작을수록 높은 우선 순위를 가지며, 이에 따라 채널 접근 지연이 짧아져 주어진 트래픽 환경에서보다 많은 대역을 사용할 수 있게 된다. AC 각각에 대한 백오프 파라메터는 비콘 프레임을 통해 각 STA으로 전달될 수 있다.
또한 EDCA 기반의 채널 액세스에서는 STA은 TXOP(transmit opportunity)라고 부르는 기간 동안 경쟁없이 채널에 접속할 수 있다. TXOP의 최대 기간을 넘지 않는 한도에서 정해진 TXOP 기간 동안 STA은 가능한 많은 패킷을 전송할 수 있다. 만약 하나의 프레임이 너무 길어서 한번의 TXOP동안 다 전송할 수 없는 경우 작은 프레임으로 잘라서 전송할 수 있다. TXOP의 사용은 기존의 802.11 DCF MAC이 가지고 있던 문제점인 낮은 전송률을 가진 STA이 과도하게 채널을 점유하는 상황을 줄일 수 있다.
이하에서는 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템 간의 비면허 대역 상에서의 공존을 위해 도입된 셀룰러 네트워크 시스템의 LAA 기반의 채널 액세스 방법으로 인한 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템 간의 무선 자원 할당의 불공정성이 개시된다.
LAA(licensed assisted access)는 LTE, LTE-A(advanced) 기반의 셀룰러 네트워크 시스템의 다운링크 전송을 지원하기 위한 비면허 대역(unlicensed band)(예를 들어, 5GHz) 상의 채널 액세스 기술이다. 전술한 바와 같이 캐리어 어그리게이션 기술을 기반으로 셀룰러 네트워크 시스템에서는 비면허 대역이 S(secondary)-셀로 정의되어 면허 대역 상에 정의된 P(primary)-셀과 함께 활용될 수 있다.
셀룰러 네트워크 시스템의 LAA를 위해 예비 신호(reservation signal), 부분 서브프레임(partial subframe)이 정의된다. 예를 들어, LAA를 기반으로 한 S-셀 상에서의 채널 액세스 타이밍은 P-셀 상에서 전송되는 서브프레임 경계와 일치하지 않을 수 있다. 즉, S-셀 상에서의 경쟁 기반의 채널 액세스로 인해 S-셀 상에서의 채널 액세스 타이밍이 P-셀 상의 서브프레임 경계와 일치하지 않을 수 있다.
따라서, LAA를 기반으로 채널 액세스를 수행한 셀룰러 네트워크 시스템의 장치는 P-셀 상의 서브프레임 경계와 동기화된 타이밍에 S-셀 상에서 실제 트래픽 데이터의 전송 전에 예비 신호를 전송할 수 있다. 예비 신호는 별도의 정보를 포함하지 않을 수 있다. 예비 신호가 전송되는 경우, 해당 채널에 액세스하고자 하는 셀룰러 네트워크 시스템 또는 무선랜 시스템의 다른 장치들은 채널을 아이들(idle)하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 예비 신호를 기반으로 다른 장치들의 비면허 대역 상의 채널 액세스가 제한될 수 있다.
부분 서브프레임은 예비 신호로 인한 오버헤드를 감소시키기 위해 서브프레임의 일부를 활용하기 위해 정의되었다. 부분 서브프레임은 이니셜 부분 서브프레임(initial partial subframe) 또는 엔딩 부분 서브프레임(ending partial subframe)으로 구분될 수 있다. 이니셜 부분 서브프레임은 LAA 기반의 채널 액세스시 서브프레임의 중간(예를 들어, 서브프레임의 2번째 슬롯)부터 실제 데이터의 전송을 가능하게 할 수 있다. 이니셜 부분 서브프레임은 예비 신호의 일부를 대체할 수 있어 무선 자원의 활용 효율이 높아질 수 있다. 엔딩 부분 서브프레임은 LAA 기반의 채널 액세스시 서브프레임의 중간까지(예를 들어, 서브프레임의 1번째 슬롯)까지 데이터의 전송을 가능하게 할 수 있다. 따라서, LAA 기반의 채널 액세스시 할당된 시간 자원인 채널 점유 시간(channel occupy time;COT)이 보다 효과적으로 활용될 수 있다. 즉, 이니셜 부분 서브프레임 및 엔딩 서브프레임은 데이터 전송 시간을 증가시키고, 예비 신호의 비율을 감소시켜 예비 신호로 인한 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
또한, LAA는 LBT(listen before talk) 메커니즘(mechanism)을 기반으로 비면허 대역에서의 채널 액세스를 지원한다. LBT 메커니즘에서는 주파수 자원의 활용 전에 CCA(clear channel assessment)를 기반으로 한 채널 센싱이 수행될 수 있다. 즉, CCA를 기반으로 한 채널 센싱의 결과, 채널이 아이들(idle)한 경우에만 LAA를 기반으로 한 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 활용이 허용될 수 있다.
LAA를 위한 LBT 메커니즘은 전술한 기존의 IEEE802.11에서 정의된 무선랜 시스템의 채널 액세스 방법(DCF 기반의 채널 액세스, EDCA 등)과 유사한 방식의 경쟁 기반의 채널 액세스 매커니즘이다. IEEE802.11에서 정의된 무선랜 시스템의 채널 액세스 방법에서도 채널 액세스를 위한 백오프 절차 이전에 CCA를 기반으로 채널이 아이들한지 여부가 판단되고, 채널이 아이들한 경우에만, 백오프 절차를 통해 채널 액세스가 허용된다.
LBT 매커니즘을 기반으로 채널이 아이들하다고 판단되는 경우, 셀룰러 네트워크 시스템은 채널을 일정 시간(예를 들어, 8ms) 동안 점유할 수 있다. LAA를 기반으로 한 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 채널 점유 시간은 COT(channel occupancy time)라는 용어로 표현될 수 있다. COT는 전송 데이터레이트(또는 데이터 사이즈(프레임 사이즈))에 종속적이지 않은 고정된 값으로 정의될 수 있다.
반면, 무선랜 시스템에서는 물리 계층의 데이터 단위인 PPDU 전송 시간 동안 채널을 점유할 수 있다. 전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 MAC 계층에서 정의되는 기본적인 데이터 단위인 MPDU를 어그리게이션한 하나의 A(aggregate)-MPDU가 하나의 데이터 전송 단위로 활용될 수 있다. 복수의 MPDU를 포함하는 A-MPDU는 하나의 PPDU에 포함되어 전송될 수 있다. 무선랜 시스템에서 PPDU의 전송을 위해 할당되는 시간 자원은 다양한 요소에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, PPDU에 대한 응답으로 전송되는 블록 ACK(block acknowledgement)의 비트맵 사이즈, 최대 PSDU(PHY service data unit) 길이(또는 최대 A-MPDU의 길이), 최대 PPDU 전송 시간(또는 최대 PPDU 듀레이션)이 무선랜 시스템에서 PPDU의 전송 시간을 제한할 수 있다.
최대 PSDU 길이에서 길이는 데이터의 사이즈를 의미할 수 있고, 최대 PPDU 듀레이션에서 듀레이션은 PPDU의 전송을 위해 할당된 시간 자원의 크기를 의미할 있다.
무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역을 공유하는 상황에서 무선랜 시스템이 송신/수신할 데이터가 많은 포화 상태이고, 무선랜 시스템의 PPDU의 전송을 위한 시간 자원이 셀룰러 네트워크 시스템의 COT에 비해 적은 경우, 무선랜 시스템의 성능(performance)(또는 처리량(throughput))이 무선랜 시스템이 또다른 무선랜 시스템과 함께 공존할 때(즉, 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역 상에서 통신하지 않을 경우)에 비하여 열화될 수 있다. 왜냐하면, 셀룰러 네트워크 시스템의 비면허 대역의 COT(채널 점유 시간)이 8ms인데 반하여 무선랜 시스템에서는 전송 기회마다 COT보다 상대적으로 짧은 채널 점유 시간을 가질 수 있기 때문이다.
도 7은 비면허 대역 상에서 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템의 성능을 비교한 그래프이다.
도 7에서는 기존의 비면허 대역 상에서 LAA 기반의 채널 액세스가 셀룰러 네트워크 시스템에 의해 사용되는 경우, 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템의 성능에 대한 시뮬레이션 결과가 개시된다. 이하, 본 발명의 실시예에서 개시되는 셀룰러 네트워크 시스템은 LAA를 기반으로 비면허 대역을 활용하는 것으로 가정된다.
도 7의 상단에서는 시뮬레이션 토폴로지가 개시된다.
무선랜 시스템은 AP(710)와 STA(720)를 포함하고, 셀룰러 네트워크 시스템은eNB(e-Node B) (730)와 UE(740)를 포함할 수 있다. AP(710)와 STA(720) 사이의 거리 및 eNB(730)와 UE(740) 간의 거리는 30 m이고, AP(710)와 eNB(730) 사이의 거리 및 STA(720)과 UE(740) 사이의 거리는 10 m일 수 있다.
시뮬레이션 상에서는 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템에서 20MHz의 비면허 대역이 활용되고, AP(710)가 STA(720)으로 하향링크 전송을 수행하고, eNB(730)가 UE(740)로 하향링크 전송을 수행하는 경우가 가정된다. 또한, 시뮬레이션 상에서는 히든 노드(hidden node)가 없다고 가정된다.
아래의 표 2는 시뮬레이션 설정 값을 개시한다.
<표 2>
Figure 112016113329651-pat00003
도 7의 중단은 무선랜 시스템에서 두 개의 AP(또는 복수의 무선랜 시스템)가 존재하는 경우, 두 개의 AP 각각의 A-MPDU 듀레이션에 따른 처리량이 개시된다. 도 7의 중단을 참조하면, 무선랜 시스템에 의해 전송되는 A-MPDU의 듀레이션이 길어지는지 여부에 크게 영향을 받지 않고, 두 개의 AP 각각이 20Mb/s(megabyte for second)의 유사한 처리량을 가진다.
도 7의 하단은 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역을 공유하는 경우, 무선랜 시스템에 의해 전송되는 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템(또는 AP) 및 셀룰러 네트워크 시스템(또는 eNB) 각각의 처리량이 개시된다. 도 7의 하단을 참조하면, 무선랜 시스템에 의해 전송되는 A-MPDU의 듀레이션이 길어지는 경우, 처리량이 20Mb/s를 가지나, A-MPDU의 듀레이션이 짧은 경우, 무선랜 시스템만의 비면허 대역의 사용과 비교하여 처리량이 상대적으로 감소되는 것이 확인될 수 있다. 또한, 셀룰러 네트워크 시스템이 무선랜 시스템보다 낮은 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio)에서도 강인한 특성을 가지기 때문에 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량이 무선랜 시스템의 처리량보다 상대적으로 높음을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이 셀룰러 네트워크 시스템에서 비면허 대역으로의 채널 액세스를 위해 무선랜 시스템과 유사한 채널 액세스 메커니즘인 LBT 메커니즘이 사용된다. 기존의 셀룰러 네트워크 시스템에서 LBT 메커니즘을 기반으로 채널 액세스의 성공 후 셀룰러 네트워크 시스템에 고정된 COT(8ms)가 시간 자원으로서 할당될 수 있다. 이에 반해 무선랜 시스템에서 무선랜 채널 액세스 매커니즘(예를 들어, DCF, EDCA 등)을 기반으로 한 채널 액세스의 성공 후 A-MPDU 듀레이션만큼 시간 자원으로서 할당될 수 있다.
A-MPDU는 복수의 MPDU의 집합으로서 아래의 3가지 제한을 가질 수 있다. 1) A-MPDU에 포함되는 최대 MPDU의 개수는 블록ACK 프레임에 포함되는 블록 ACK 비트맵의 사이즈(8-octet, 64비트)에 제한되어 최대 64개일 수 있다. 2) 최대 PSDU 길이는 PSDUMaxLength로서 65,535바이트(=PSDUMaxLength)로 제한될 수 있다. 3) 설정된 최대 PPDU 듀레이션(=PPDUMaxTime)에 의해 제한될 수 있다. IEEE802.11n 표준에서는 PPDUMaxTime을 10ms로 정의하나, 많은 무선랜 네트워크 인터페이스 카드(network interface card;NIC)에서 PPDUMaxTime의 디폴트 값이 다른 값(예를 들어, 4ms)로 설정되고, 어떠한 AP는 STA에 설정된 PPDUMaxTime의 조정을 허용한다.
PPDUMaxTime 값이 10ms로 설정된 경우에도 무선랜 시스템에서 높은 데이터 레이트를 사용하고 블록 ACK 비트맵의 사이즈에 의해 어그리게이션되는 MPDU의 개수가 제한되거나 최대 PSDU 길이가 제한되는 경우, A-MPDU의 듀레이션은 짧아질 수 있다. 구체적으로 PPDUMaxTime이 8ms 미만이거나, 무선랜 시스템의 전송률이 65,535바이트(=PSDUMaxLength) 또는 64개의 MPDU를 8ms 내에 전송하기 충분한 경우, 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션은 8ms보다 작을 수 있다.
따라서, 셀룰러 네트워크 시스템의 고정된 8ms의 COT는 무선랜 시스템이 포화되고, 무선랜 시스템의 A-MPDU의 듀레이션이 짧을 경우, 심각한 무선 자원에 대한 불공평한 할당의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 이러한 불공평한 무선 자원 할당의 문제를 해결하기 위한 COTA(COT adaptation) 알고리즘이 개시된다. COTA 알고리즘은 무선랜 시스템에 의해 전송된 프레임/PPDU에 대한 정보를 LBT 메커니즘을 기반으로 한 채널 센싱 시간 동안 획득하고, 획득된 무선랜 시스템에 의해 전송된 프레임/PPDU에 대한 정보를 기반으로 무선랜 시스템의 상태를 판단하여 COT를 적응적으로 조정하는 방법을 정의한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른COTA 알고리즘을 나타낸 개념도이다.
도 8에서는 무선랜 시스템의 상태를 기반으로 COT를 적응적으로 조정하는 COTA 알고리즘이 개시된다. COTA 알고리즘을 기반으로 비면허 대역에서 셀룰러 네트워크 시스템과 무선랜 시스템에 대해 보다 공평한 무선 자원의 할당이 수행될 수 있다.
COTA 알고리즘에서는 셀룰러 네트워크 시스템의 eNB가 무선랜 시스템에 의해 전송되는 프레임/PPDU을 해석할 수 있는 경우(또는 프레임/PPDU에 대한 디코딩(또는 오버히어(overhear))이 가능한 경우)가 가정된다.
도 8을 참조하면, COTA 알고리즘은 포화 탐지(saturation detection) 단계(800)와 COT 조정(channel occupancy time adaptation) 단계(810)를 포함할 수 있다.
포화 탐지 단계(800)에서는 셀룰러 네트워크 시스템이 무선랜 시스템의 포화 여부에 대해 결정할 수 있다. 무선랜 시스템이 포화되었다는 것의 의미는 무선랜 시스템 내의 큐(queue)에 보낼 패킷이 여전히 남아있음을 의미할 수 있다.
무선랜 시스템에 의해 비면허 대역 상으로 전송될 무선랜 데이터가 많은 경우, 셀룰러 네트워크 시스템은 무선랜 시스템을 포화 상태로 결정할 수 있다. 셀룰러 네트워크 시스템은 A-MPDU에 어그리게이션된 MPDU의 개수에 대한 정보, PSDU의 길이에 대한 정보, PPDU 듀레이션에 대한 정보를 기반으로 무선랜 시스템의 포화 여부를 결정할 수 있다. 구체적인 무선랜 시스템의 포화 여부를 탐지하는 방법은 후술된다.
COT 조정 단계(810)에서는 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, COT의 값에 대한 조정이 수행될 수 있다. 구체적으로 셀룰러 네트워크 시스템은 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, COT의 값을 8ms 이하로 조정할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 네트워크 시스템은 기존에 탐지된 프레임/PPDU의 듀레이션을 고려하여 COT 의 값을 조정할 수 있다. 반대로, COT 조정 단계(810)에서는 무선랜 시스템이 포화 상태가 아닌 경우, COT의 값에 대한 조정이 수행되지 않고 8ms를 유지할 수 있다.
이러한 COT의 조정을 기반으로 무선랜 시스템이 포화 상태로 판단되는 경우, 무선랜 시스템에 대해 기존보다 상대적으로 많은 무선 자원이 할당될 수 있고, 이로 인해 무선 자원의 불공평 할당으로 인한 무선랜 시스템의 열화가 감소될 수 있다.
COTA 알고리즘을 기반으로 한 포화 탐지 단계(800)와 COT 조정 단계(810)는 셀룰러 네트워크를 구성하는 장치(예를 들어, 기지국(eNB))에 의해 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 포화 탐지 단계(800) 및 COT 조정 단계(810)가 구체적으로 개시된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포화 탐지 단계를 나타낸 순서도이다.
무선랜 시스템의 포화 여부는 다양한 조건에 의해 판단될 수 있다. 셀룰러 시스템의 eNB는 무선랜 시스템에 의해 전송되는 PPDU를 오버히어하여 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 아래의 3가지 조건 중 하나의 조건을 만족하는 경우, 무선랜 시스템이 포화 상태라고 결정할 수 있다.
제1 조건) A-MPDU에 포함되는 MPDU의 개수(M)가 블록ACK 프레임의 블록 ACK 비트맵의 사이즈(8-octet, 64비트)와 동일한 경우
제2 조건) A-MPDU에 대응되는 PSDU의 길이(L)가 PSDUMaxLength-Lmpdu의 값 이상인 경우. 여기서, Lmpdu는 A-MPDU에 어그리게이션된 복수의 MPDU의 평균 길이다.
제3 조건) A-MPDU을 포함하는 PPDU의 듀레이션(T)가 Tlongest-Tmpdu 이상인 경우. Tlongest는 관찰된 PPDU의 듀레이션 중 최대 PPDU 듀레이션일 수 있고, Tmpdu는 A-MPDU에 어그리게이션된 MPDU들의 평균 듀레이션일 수 있다. Tmpdu는 Lmpdu를 A-MPDU의 전송 데이터레이트로 나눈 값일 수 있다.
블록ACK 비트맵 사이즈 및 PSDUMaxLength와는 다르게 Tlongest는 무선랜 시스템의 NIC(network interface card)에 의해 설정된 PPDUMaxTime의 설정에 따라 달라질 수 있다. PPDUMaxTime은 최대 PPDU 듀레이션일 수 있고, Tlongest는 PPDUMaxTime에 의해 제한될 수 있다.
따라서, 기존에 탐지된 PPDU의 최대 듀레이션이 Tmax로 추청될 수 있다.
도 9를 참조하면, 셀룰러 네트워크 시스템은 제1 조건, 제2 조건, 제3 조건 중 적어도 하나의 조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다(단계 S900).
구체적으로 셀룰러 네트워크 시스템은 오버히어한 무선랜 시스템의 PPDU/프레임에 대한 정보를 기반으로 제1 조건(M=64) 또는 제2 조건(
Figure 112016113329651-pat00004
) 또는 제3 조건(
Figure 112016113329651-pat00005
)를 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
만약 위의 제1 조건, 제2 조건 및 제3 조건 중 적어도 하나의 조건이 만족되는 경우, 셀룰러 네트워크 시스템은 무선랜 시스템을 포화 상태로 결정할 수 있다(단계 S910).
수신한 A-MPDU가 제1 조건, 제2 조건 및 제3 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족하는 경우, 셀룰러 네트워크 시스템은 무선랜 시스템을 포화 상태로 결정할 수 있다.
Si는 i번째 수신한 A-MPDU를 기반으로 판단된 무선랜 시스템의 포화 여부를 지시하는 변수로 정의될 수 있다. 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, Si가 참(true)로 설정되고, 무선랜 시스템이 포화 상태가 아닌 경우, Si가 거짓(false)으로 설정될 수 있다.
Tlongest를 새롭게 설정할지 여부를 판단한다(단계 S920).
탐지 결과 Ti가 Tlongest보다 큰 경우, Ti가 새로운 Tlongest 값으로 설정될 수 있다(단계 S930).
Ti는 i번째 수신한 A-MPDU을 포함하는 PPDU의 듀레이션(T)일 수 있다. 즉, 새로운 관찰 결과(Ti)에 따라 Tlongest의 값이 업데이트될 수 있다. 이후, 셀룰러 시스템은 업데이트된 Tlongest에 따라 제3 조건에 대한 탐색을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 COT 조정 단계를 나타낸 순서도이다.
도 10에서는 포화 탐지 단계에서의 포화 탐지 결과, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, COT에 대한 조정을 수행하는 COT 조정 단계가 개시된다.
도 10을 참조하면, 셀룰러 시스템은 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 판단한다(단계 S1000).
COT 조정 단계의 수행을 위해 우선적으로 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부가 판단될 수 있다. 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부는 Si의 값을 기반으로 결정될 수 있다. 무선랜 시스템이 포화 상태가 아닌 경우, COT 조정 단계가 수행되지 않을 수 있고, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, COT 조정 단계가 수행될 수 있다.
무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, COT에 대한 조정이 수행될 수 있다(단계 S1010).
COT에 대한 조정은 아래의 수학식 2를 기반으로 수행될 수 있다.
<수학식 2>
COTnext=min(Ti, 8ms)
수학식2에서 COTnext는 조정된 COT 값일 수 있고, COTnext의 초기값은 조정되지 않은 8ms일 수 있다. Ti는 전술한 바와 같이 i번째 A-MPDU을 포함하는 PPDU의 듀레이션일 수 있다.
여기서, i는 1부터 N일 수 있고, N은 셀룰러 네트워크 시스템에 의해 탐지된(또는 오버히어된) A-MPDU(또는 PPDU)의 개수일 수 있다. 즉, 셀룰러 네트워크 시스템의 기지국은 탐지된 A-MPDU(또는 PPDU) 각각을 기반으로 포화 탐지 단계 및 COT 재조정 단계를 수행하여 매 A-MPDU(또는 PPDU)마다 COT를 재조정할 수 있다. 이는 하나의 예시로서, 센싱된 모든 A-MPDU를 기반으로 한 포화 탐지 단계 및 COT 재조정 단계 대신에 주기적으로 A-MPDU에 대한 센싱을 수행하고 포화 탐지 단계 및 COT 재조정 단계를 수행할 수도 있다. 만약, 무선랜 시스템에서 PPDU의 듀레이션(Ti)이 8ms를 넘는 경우에도 셀룰러 네트워크 시스템은 최대 8ms의 COT를 보장받을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 3가지의 서로 다른 무선랜 시스템의 트래픽 환경에 따른 시뮬레이션 결과가 개시된다. 시뮬레이션된 3가지의 서로 다른 무선랜 시스템의 트래픽 환경은 포화된 WiFi 트래픽 환경, 포화되지 않은 WiFi 트래픽 환경, 버스티(bursty) WiFi 트래픽 환경 중 하나일 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템의 포화 탐지 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선랜 시스템의 포화 여부를 결정하기 위한 포화 탐지 방법이 개시된다.
전술한 바와 같이 도 9에서 개시한 제3 조건에서는 지금까지 관찰된 최대 PPDU 듀레이션인 Tmax에 대한 정보를 기반으로 무선랜 시스템의 포화 여부가 탐지되었다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지금까지 관찰된 최대 PPDU 듀레이션이 무선랜 시스템의 NIC에 의해 설정된 최대 PPDU 듀레이션(PPDUMaxTime)인지 여부를 판단하여 무선랜 시스템의 포화 여부가 탐지될 수도 있다.
구체적으로, 셀룰러 시스템 네트워크는 1) 지금까지 관찰된 최대 PPDU 듀레이션을 기반으로 무선랜 시스템의 NIC에 의해 설정된 최대 PPDU 듀레이션(PPDUMaxTime)을 결정하고(단계 S1100), 2) A-MPDU 내에 최대한 많은 MPDU가 어그리게이션 되었는지를 결정하여 무선랜 시스템의 포화 여부가 결정될 수 있다(단계 S1110).
무선랜 시스템의 포화 여부에 대한 판단을 위해 도 9에서 전술한 제3 조건 대신 아래의 제3' 조건이 사용될 수도 있다.
제3' 조건) A-MPDU을 포함하는 PPDU의 듀레이션(T)가 PPDUMaxTime-Tmpdu 이상인 경우. PPDUMaxTime은 무선랜 시스템의 NIC(network interface card)에 의해 설정된 최대 PPDU 듀레이션이고, Tmpdu는 A-MPDU에 어그리게이션된 MPDU들의 평균 듀레이션일 수 있다. Tmpdu는 Lmpdu를 A-MPDU의 전송 데이터레이트로 나눈 값일 수 있다. PPDUMaxTime은 무선랜 시스템의 NIC(network interface card)의 설정에 따라 달라질 수 있다.
제3' 조건을 판단하기 위해서는 무선랜 시스템의 전송기 각각의 PPDUMaxTime가 결정되어야 한다.
만약, 무선랜 시스템의 전송기의 PPDU 전송 듀레이션이 항상 동일한 경우, 포화 탐지 단계에서 무선랜 시스템의 전송기 각각에 의한 PPDU의 전송이 PPDUMaxTime에 의해 제한되는지 여부에 대한 판단이 어렵고, 무선랜 시스템의 전송기 각각의 PPDUMaxTime에 대한 결정이 어려울 수 있다.
예를 들어, 무선랜 시스템의 전송기가 가능한 처리량(achievable throughput) 이하의 소스 레이트의 트래픽에 대하여 비면허 대역 상에서 CBR(constant bitrate) 트래픽 전송이 수행되는 경우, 무선랜 시스템의 전송기의 PPDU 전송 듀레이션은 항상 동일할 수 있다. 따라서, 포화 탐지 단계에서 무선랜 시스템의 전송기 각각의 전송이 PPDUMaxTime에 의해 제한되는지 여부가 판단될 수 없다. 그러나 무선랜 시스템의 전송기에 의해 CBR 트래픽 전송이 수행되는 경우에도 PPDU 전송 듀레이션이 변할 수 있다.
만약, 다른 장치의 비면허 대역 상에서의 데이터 전송에 의해 비면허 대역이 다른 장치에 의해 점유된 경우, CBR 트래픽 전송을 수행하는 전송기의 큐(queue)에 전송할 프레임이 쌓이게 된다. 따라서, 다른 장치에 의한 비면허 대역의 점유 이후, 전송기의 CBR 트래픽 전송이 수행되는 경우, 상대적으로 많은 MPDU가 CBR 트래픽을 전송하는 전송기에 의해 전송되는 A-MPDU에 포함될 수 있다. 상대적으로 많은 MPDU를 포함하는 A-MPDU를 전달하는 PPDU의 듀레이션도 상대적으로 증가될 수 있다.
또한, 비콘 프레임은 AP에 의해 비면허 대역 상에서 주기적으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 비콘 프레임의 전송 주기는 102.4ms일 수 있다. 비콘 프레임의 전송으로 인해 비면허 대역이 점유될 수 있고, 이러한 경우, CBR 트래픽 전송을 수행하는 전송기의 큐에 전송할 프레임이 쌓이게 된다. 따라서, 비콘 프레임의 전송 이후, 상대적으로 많은 MPDU가 CBR 트래픽을 전송하는 전송기에 의해 전송되는 A-MPDU에 포함될 수 있다. 상대적으로 많은 MPDU를 포함하는 A-MPDU를 전달하는 PPDU의 듀레이션도 상대적으로 증가될 수 있다.
즉, 무선랜 시스템의 전송기가 가능한 처리량 이하의 소스 레이트에 대해 CBR 트래픽 전송을 수행하는 경우, 무선랜 시스템의 전송기에 의해 전송되는 A-MPDU에 대한 PPDU 듀레이션이 단발적으로 증가되고 이후, PPDU 듀레이션이 급격히 감소할 수 있다. 이러한 값을 기반으로 무선랜 시스템의 포화 여부가 판단되는 경우, 포화 여부에 대한 판단의 정확도가 감소될 수 있다.
만약, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, PPDUMaxTime에 의해 제한된 Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 연속적으로 관찰될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선랜 시스템의 전송기 각각으로부터 연속적으로 수신한 A-MPDU에서 임계 횟수(Cthres) 이상으로 Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 관찰된 경우, 셀룰러 시스템은 Tlongest를 PPDUMaxTime으로 결정할 수 있다. PPDUMaxTime의 결정 이후, Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 발생하는 경우, 셀룰러 시스템은 무선랜 시스템을 포화 상태로 결정될 수 있다.
Tlongest를 PPDUMaxTime으로 결정하기 위한 임계 횟수(Cthres)는 PPDUMaxTime 결정 임계 계수라는 용어로 표현될 수 있다.
반대로 무선랜 시스템의 전송기 각각으로부터 연속적으로 수신한 A-MPDU에서 임계 횟수 미만으로 Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 관찰된 경우, 셀룰러 시스템은 Tlongest를 PPDUMaxTime으로 결정하지 않고, 무선랜 시스템에 대한 포화 여부에 대한 판단을 수행하지 않을 수 있다. 무선랜 시스템의 전송기 각각으로부터 연속적으로 수신한 A-MPDU에서 임계 횟수 미만으로 Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 관찰된 경우, 임계 횟수를 카운팅하는 카운팅 값은 다시 0으로 리셋될 수 있다.
Tlongest는 설정된 시간(Tresetlongest)마다 리셋될 수 있다.
또한, 만약, 임계 횟수 이상인지 여부를 판단하는 도중 기존에 설정된 Tlongest보다 긴 PPDU 듀레이션을 가지는 A-MPDU가 관찰되는 경우, Tlongest는 관찰된 A-MPDU의 PPDU 듀레이션을 기반으로 새롭게 설정될 수 있다. 또한, 지금까지 카운팅된 값은 1로 다시 설정되고, 새롭게 설정된 Tlongest를 기준으로 임계 횟수에 대한 카운팅이 다시 수행되어 동일한 방식으로 새롭게 설정된 Tlongest가 PPDUMaxTime로 결정할 수 있다.
위와 같은 제3' 조건의 만족 여부에 대한 판단은 A-MPDU에 대해서만 수행될 수 있고, 만약, 셀룰러 시스템이 A-MPDU인 아닌 논(non)-AMPDU을 수신한 경우, 셀룰러 시스템은 임계 횟수를 카운팅하는 카운팅 값은 다시 0으로 리셋될 수 있다.
셀룰러 네트워크 시스템은 포화 탐지 단계에서 제1 조건, 제2 조건 및 제3' 조건을 기반으로 포화 탐지를 수행하고, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, 도 10에서 전술한 바와 같이 COT에 대한 조정을 수행하는 COT 조정 단계를 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 PPDUMaxTime의 탐지율에 대한 그래프이다.
도 12에서는 PPDUMaxTime을 결정하기 위한 임계 횟수(Cthre)에 따른 PPDUMaxTime 탐지율(detection rate)이 개시된다.
PPDUMaxTime 탐지율은 전체 A-MPDU의 개수 중 A-MPDU를 전달하는 PPDU의 PPDU 듀레이션이 PPDUMaxTime인 A-MPDU의 개수일 수 있다.
11개의 PHY 레이트(rates)(13, 19.5, 26, 39, 52, 58.5, 65, 78, 104, 117, 130Mb/s) 및 9개의 PPDUMaxTime 값(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10ms)에 대한 전체 99개의 조합에 대하여 두 개의 서로 다른 전송률로 CBR 트래픽 전송시(60Mb/s, 20Mb/s)를 가정하여 실험이 수행될 수 있다.
만약, 무선랜 시스템의 소스 레이트가 무선랜 시스템의 가능한 처리량(achievable throughput)보다 큰 경우, A-MPDU 프레임 내에 최대한 많은 MPDU가 어그리게이션될(fully aggregated) 수 있다. 무선랜 시스템의 가능한 처리량은 PHY 레이트 및 PPDUMaxTime 값을 기반으로 결정될 수 있다.
도 11에서 전술한 바와 같이 연속적으로 수신한 A-MPDU에서 PPDUMaxTime의 결정을 위한 임계 횟수(Cthres) 이상으로 Tlongest-Tmpdu 이상의 PPDU 듀레이션이 관찰된 경우, 셀룰러 시스템은 Tlongest를 PPDUMaxTime으로 결정할 수 있다. 만약, 임계 횟수(Cthres)가 너무 작은 경우, 포화 탐지 단계에서 PPDUMaxTime에 대한 판단 오류가 발생될 수 있다.
도 12의 상단 및 하단을 참조하면, 임계 횟수(Cthres)가 0으로 설정되는 경우, PPDUMaxTime 탐지율이 거의 100%일 수 있다. 왜냐하면, 임계 횟수(Cthres)가 0으로 설정되는 경우, A-MPDU에 대한 연속적인 관찰 없이 Tlongest가 PPDUMaxTime으로 결정되기 때문이다.
반면, 임계 횟수(Cthres)가 증가할수록 포화 탐지 단계에서 PPDUMaxTime가 보다 정확하게 결정될 수 있다.
60Mb/s의 소스 레이트에 대해 전술한 99개의 조합 각각을 기반으로 CBR 트래픽 전송이 수행되는 경우, 99개의 조합 중 60개의 조합에 대해 PPDUMaxTime이 결정될 수 있다. 20Mb/s의 소스 레이트에 대해 전술한 99개의 조합 각각을 기반으로 CBR 트래픽 전송이 수행되는 경우, 99개의 조합 중 18개의 조합에 대해 PPDUMaxTime이 결정될 수 있다.
도 12의 그래프를 참조하면, PPDUMaxTime을 결정하기 위한 임계 횟수(Cthres)가 1보다 큰 경우, CDF(cumulative distribution function) 커브가 포화 탐지 단계에서 포화 여부를 명확하게 탐지하는 것을 확인할 수 있다. 보다 정확한 탐지를 위해 PPDUMaxTime을 결정하기 위한 임계 횟수(Cthres)가 3으로 설정될 수 있다.
도 13 내지 도 17에서는 제3' 조건이 사용된 경우, COTA 알고리즘의 성능이 개시된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘의 포화 탐지 성능을 나타낸 그래프이다.
도 13에서는 다양한 무선랜 트래픽 소스 레이트(WiFi traffic source rate)에 대한 COTA 알고리즘의 포화 탐지 성능이 개시된다.
도 13의 상단에서는 무선랜 시스템이 포화된 경우, COTA 알고리즘의 포화 탐지 성능이 개시된다.
도 13의 상단을 참조하면, 포화율(saturation ratio)은 전체 관찰된 A-MPDU의 개수 중 포화 탐지 알고리즘에 의해 포화가 탐지된 A-MPDU 프레임의 개수에 대한 비율일 수 있다. 도 13의 상단의 그래프에서는 포화된 무선랜 시스템이 가정되므로 포화율은 모든 PHY 레이트 및 PPDUMaxTime의 조합에 대하여 거의 100%일 수 있다. 낮은 PHY 레이트는 긴 A-MPDU 전송 시간을 가지고 오고, A-MPDU 프레임은 PPDUMaxTime에 의해 제한될 수 있다. 반면, 긴 PHY 레이트는 짧은 A-MPDU 전송 시간을 가지고 오기 때문에 A-MPDU는 블록ACK 비트맵 사이즈 또는 PSDUMaxLength에 의해 제한될 수 있다.
도 13의 중단의 그래프는 무선랜 트래픽 소스 레이트가 60Mb/s인 경우, PHY 레이트 및 PPDUMaxTime의 조합에 대한 포화율을 개시한다.
도 13의 하단의 그래프는 무선랜 트래픽 소스 레이트가 20Mb/s인 경우, PHY 레이트 및 PPDUMaxTime의 조합에 대한 포화율을 개시한다.
PHY 레이트/PPDUMaxTime에 따라, CBR 트래픽 전송을 수행함에 있어 무선랜 시스템이 포화 상태 또는 미포화 상태일 수 있다.
도 13의 하단 및 중단을 참조하면, COTA 알고리즘에서 포화 탐지 단계를 기반으로 PHY 레이트가 소스 레이트(60Mb/s 또는 20Mb/s)보다 낮은 경우, 무선랜 시스템은 포화 상태로 탐지될 수 있다. 반대로, PHY 레이트가 소스 레이트(60Mb/s 또는 20Mb/s)보다 상대적으로 큰 경우, 무선랜 시스템은 미포화(non-saturated) 상태로 탐지될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 14에서는 포화된 WiFi 트래픽 환경에서 처리량 성능(throughput performance)이 개시된다. 포화된 WiFi 트래픽 환경은 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우이다.
도 14를 참조하면, WiFi+WiFi는 비면허 대역에서 두 개의 무선랜 시스템(또는 두 개의 AP)이 공존하는 상황을 지시한다. 이러한 상황 하에 WiFi(WiFi+WiFi)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 처리량을 나타낸 그래프이다.
WiFi+LAA는 비면허 대역에서 하나의 무선랜 시스템과 하나의 셀룰러 네트워크 시스템이 공존하되 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘이 적용되지 않은 상황을 지시한다. 이러한 상황 하에 WiFi(WiFi+LAA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 처리량을 나타낸 그래프이고, LAA(WiFi+LAA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량을 나타낸 그래프이다.
WiFi+COTA는 비면허 대역에서 하나의 무선랜 시스템과 하나의 셀룰러 네트워크 시스템이 공존하되 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘이 적용된 상황을 지시한다. 이러한 상황 하에서 WiFi(WiFi+COTA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 처리량을 지시하는 그래프이고, COTA(WiFi+ COTA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량을 지시하는 그래프이다.
WiFi(WiFi+LAA) 그래프를 참조하면, 전술한 바와 같이 WiFi+LAA의 상황에서A-MPDU의 듀레이션이 감소될수록 무선랜 시스템의 처리량이 감소됨이 확인될 수 있다.
WiFi(WiFi+COTA) 그래프를 참조하면, WiFi+COTA의 상황에서A-MPDU의 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 처리량의 감소가 거의 없고, 무선랜 시스템이 실제 무선랜 네트워크만이 비면허 대역을 사용하는 상황인 WiFi+WiFi와 동일한 처리량을 보임을 확인할 수 있다. 왜냐하면, COTA 알고리즘에 따라 무선랜 시스템이 포화된 WiFi 트래픽 환경에서 동작하는 것으로 판단되는 경우, COT를 적응적으로 감소시키기 때문에 무선랜 시스템의 처리량의 열화가 방지되기 때문이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 15의 상단에서는 WiFi+LAA의 상황 및 WiFi+COTA의 상황 하에서 부분 점유 시간 비율(fractional airtime ratio)이 개시된다.
부분 점유 시간 비율은 전체 시뮬레이션 시간 중 전체 전송 시간의 비율로 정의될 수 있다.
WiFi(WiFi+LAA)는 WiFi+LAA의 상황 하에서 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율을 나타내는 그래프이고, LAA(WiFi+LAA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율을 나타낸 그래프이다.
WiFi(WiFi+COTA)는 WiFi+COTA의 상황 하에서 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율에 대한 그래프이고, LAA(WiFi+COTA)는 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율을 나타낸 그래프이다.
도 15의 상단에서 WiFi(WiFi+LAA) 그래프, 및 LAA(WiFi+LAA) 그래프를 참조하면, 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션이 감소함에 따라 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율과 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율의 격차가 커질 수 있다. 예를 들어, 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션이 2ms인 경우, 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율과 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율의 격차가 4배일 수 있다.
도 15의 상단에서 WiFi(WiFi+COTA) 그래프 및 COTA(WiFi+COTA) 그래프를 참조하면, 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션이 감소/증가에 따라 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율과 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율의 격차가 크게 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 무선랜 시스템의 A-MPDU 듀레이션이 8ms 초과인 경우, 셀룰러 네트워크 시스템의 COT가 8ms를 초과하지 못하기 때문에 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율이 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율보다 상대적으로 클 수도 있다. 즉, COTA 알고리즘을 기반으로 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템 간의 무선 자원 할당이 보다 공평하게 이루어질 수 있다.
도 15의 하단에서는 JFI(jain's fairness index)를 기반으로 한 점유 시간 공정도에 대한 인덱스를 나타낸 그래프가 개시된다.
아래의 수학식 3은 JFI를 산출하기 위한 수식이다.
<수학식 3>
Figure 112016113329651-pat00006
수학식 3에서 xn은 WiFi(WiFi+COTA) 그래프에 의해 지시된 특정 A-MPDU 듀레이션에서 무선랜 시스템의 부분 점유 시간 비율, COTA(WiFi+COTA) 그래프에 의해 지시된 특정 A-MPDU 듀레이션에서 셀룰러 네트워크 시스템의 부분 점유 시간 비율일 수 있다. JFI는 1/n에서 1 사이의 값을 가지고 무선 자원의 할당의 공정성을 나타낼 수 있다. JFI가 1에 가까울수록 무선 자원이 공정하게 할당되었음이 지시될 수 있다.
도 15의 하단을 참조하면, WiFi+LAA 환경에서는 A-MPDU 듀레이션이 상대적으로 작은 경우, JFI가 1과 멀어지는 낮은 값을 가지고, A-MPDU 듀레이션이 상대적으로 높은 경우, JFI가 1에 가까운 값을 가질 수 있다. 즉, JFI를 기반으로 WiFi+LAA 환경의 무선 자원의 할당이 불공정함을 알 수 있다.
WiFi+COTA 환경에서는 A-MPDU 듀레이션의 감소/증가와 상관없이 JFI가 1에 가까운 값을 가질 수 있다. 즉, JFI를 기반으로 WiFi+COTA 환경의 무선 자원의 할당이 공정함을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 16에서는 미포화된(unsaturated) WiFi 트래픽 상태에서 처리량 성능이 개시된다. 미포화 WiFi 트래픽 환경은 무선랜 시스템이 포화 상태가 아닌 환경이다.
도 16을 참조하면, WiFi+LAA는 비면허 대역에서 하나의 무선랜 시스템과 하나의 셀룰러 네트워크 시스템이 공존하되 COTA 알고리즘이 적용되지 않은 상황을 지시한다. 이러한 상황 하에 WiFi(WiFi+LAA)는 무선랜 시스템의 소스 레이트(source rate)에 따른 무선랜 시스템의 처리량의 그래프를 지시하고, LAA(WiFi+LAA)는 무선랜 시스템의 소스 레이트에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량의 그래프를 지시할 수 있다.
WiFi+COTA-w/o SD는 비면허 대역에서 하나의 무선랜 시스템과 하나의 셀룰러 네트워크 시스템이 공존하되 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘 중 포화 탐지 단계 없이 COT 조정 단계만 수행한 경우이다. COT 조정 단계만이 수행되면, 무선랜 시스템의 포화 여부에 대한 판단과 상관없이 전술한 수학식 2에 기반한 COT 에 대한 조정이 수행될 수 있다. 이러한 상황 하에서 WiFi(WiFi+COTA-w/o SD)는 무선랜 시스템의 소스 레이트에 따른 무선랜 시스템의 처리량에 대한 그래프, COTA-w/o SD(WiFi+COTA-w/o SD)는 무선랜 시스템의 소스 레이트에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량에 대한 그래프를 지시한다.
WiFi+COTA는 비면허 대역에서 하나의 무선랜 시스템과 하나의 셀룰러 네트워크 시스템이 공존하되 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘이 적용된 상황을 지시한다. 이러한 상황 하에서 WiFi(WiFi+COTA)는 무선랜 시스템의 소스 레이트에 따른 무선랜 시스템의 처리량에 대한 그래프, COTA(WiFi+ COTA)는 는 무선랜 시스템의 소스 레이트에 따른 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량에 대한 그래프를 지시한다.
도 16을 참조하면, 무선랜 시스템의 소스 레이트가 15Mb/s이하인 경우, WiFi+COTA 환경과 WiFi+LAA 환경에서 무선랜 시스템과 셀룰러 네트워크 시스템이 동일한 처리량 특성을 가질 수 있다. 왜냐하면, COTA는 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우에만 COT에 대한 조정을 수행할 수 있기 때문이다.
무선랜 시스템의 소스 레이트가 15Mb/s이상인 경우, WiFi+COTA 환경이 WiFi+LAA 환경과 비교하여 상대적으로 높은 처리량의 특성을 보임을 알 수 있다. 즉, COTA 알고리즘을 기반으로 무선랜 시스템의 처리량이 증가될 수 있다.
WiFi+COTA-w/o SD 환경에서는 무선랜 시스템의 소스 레이트가 커지는 경우, WiFi+COTA 환경과 동일한 특성을 보일 수 있다. 왜냐하면, WiFi+COTA 환경 하에서도 무선랜 시스템의 소스 레이트가 커지는 경우(즉, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우), COT에 대한 조정을 WiFi+COTA-w/o SD 환경과 동일하게 수행하기 때문이다.
반면, WiFi+COTA-w/o SD 환경에서는 무선랜 시스템의 소스 레이트가 작아지는 경우, 셀룰러 네트워크 시스템의 성능을 열화시킬 수 있다. COTA-w/o SD(WiFi+COTA-w/o SD) 그래프를 참조하면, COTA(WiFi+COTA)와 비교하여 셀룰러 네트워크 시스템이 열화된 성능을 보임을 확인할 수 있다. 왜냐하면, WiFi+COTA-w/o SD 환경에서는 무선랜 시스템의 포화 여부를 고려하지 않고, COT가 감소될 수 있기 때문이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 COTA 알고리즘에 대한 성능을 나타낸 그래프이다.
도 17에서는 버스티(bursty) WiFi 트래픽 환경에서 처리량 성능이 개시된다. 버스티 WiFi 트래픽 환경은 데이터가 특정한 타이밍에 갑자기 집중적으로 발생되는 환경일 수 있다.
도 17의 상단을 참조하면, WiFi은 WiFi+COTA 환경 하에서 무선랜 시스템의 시간에 따른 처리량을 나타내는 그래프이다. COTA는 WiFi+COTA 환경 하에서 셀룰러 네트워크 시스템의 시간에 따른 처리량을 나타내는 그래프이다.
WiFi 그래프를 참조하면, 무선랜 시스템의 처리량은 데이터를 수신하고, 비면허 대역 상에서 데이터를 전송시 증가하고, 데이터의 전송이 끝난 후에 감소될 수 있다.
COTA 그래프를 참조하면, 무선랜 시스템에서 데이터의 전송시 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량은 감소될 수 있고, 무선랜 시스템에서 데이터의 전송이 종료된 경우, 셀룰러 네트워크 시스템의 처리량은 증가될 수 있다. 즉, 무선랜 시스템에서 데이터의 전송시 셀룰러 네트워크 시스템의 COT가 즉시 감소되고, 무선랜 시스템에서 데이터의 전송이 종료된 후, COT가 다시 회복될 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 무선 장치를 나타내는 블록도이다.
도 18을 참조하면, 무선 장치는 상술한 실시예를 구현할 수 있는 eNB 또는 UE일 수 있다.
eNB(1800)는 프로세서(1810), 메모리(1820) 및 RF부(radio frequency unit, 1830)를 포함한다.
RF부(1830)는 프로세서(1810)와 동작 가능하게(operatively) 연결되어 무선신호를 송신/수신할 수 있다.
프로세서(1810)는 본 발명에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1810)는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템(또는 기지국(또는 eNB))의 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 프로세서는 도 8 내지 도 17의 실시예에서 개시한 셀룰러 시스템(또는 eNB)의 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(1810)는 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하고, 무선랜 시스템이 포화 상태인 경우, 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간을 조정하도록 구현될 수 있다. 채널 점유 시간은 PPDU의 듀레이션에 대한 정보를 기반으로 조정될 수 있다.
비면허 대역은 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고, 셀룰러 네트워크 시스템 및 무선랜 시스템은 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행할 수 있다.
셀룰러 네트워크 시스템 및/또는 무선랜 시스템은 비면허 대역 상에서 채널 액세스는 경쟁 기반의 채널 액세스(예를 들어, LBT(listen before talk) 기반의 채널 액세스)일 수도 있으나, 듀티 사이클(duty cycle) 기반으로 일정한 시간 자원을 할당받아서 채널 액세스를 수행하는 것과 같은 비경쟁 기반의 채널 액세스일 수도 있다.
무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부는 셀룰러 네트워크 시스템에 의해 오버히어된 상기 무선랜 시스템에 의해 전송된 무선랜 데이터를 기반으로 결정될 수 있다. 무선랜 데이터는 PPDU(PHY(physical) protocol data unit)를 포함할 수 있고, PPDU는 A-MPDU(aggregate-MAC(medium access control) protocol data unit)를 포함할 수 있고, A-MPDU는 복수의 MPDU를 포함할 수 있다. 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부는 A-MPDU에 어그리게이션된 복수의 MPDU의 개수에 대한 정보, A-MPDU(또는 PSDU)의 길이에 대한 정보, PPDU의 듀레이션에 대한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기반으로 결정될 수 있다.
프로세서는 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부를 결정하기 위해 무선랜 시스템으로부터 수신한 이전 PPDU의 듀레이션을 기반으로 무선랜 시스템의 최대 PPDU 듀레이션을 결정하고, 결정된 최대 PPDU 듀레이션 및 이후 수신한 PPDU의 듀레이션을 기반으로 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정할 수 있다.
UE(1850)는 프로세서(1860), 메모리(1870) 및 RF부(radio frequency unit, 1880)를 포함한다.
RF부(1880)는 프로세서(1560)와 연결하여 무선신호를 송신/수신할 수 있다.
프로세서(1860)는 본 발명에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1860)는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 UE의 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 프로세서는 도 8 내지 도 17의 실시예에서 UE의 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(1860)는 기지국으로부터 조정된 COT 상에서 전송되는 하향링크 데이터를 수신하도록 구현될 수 있다. 이뿐만 아니라, 프로세서(1860)는 자체적으로 COTA 알고리즘을 기반으로 상향링크 전송을 위한 COT에 대한 조정을 수행할 수도 있다.
프로세서(1810, 1860)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 데이터 처리 장치 및/또는 베이스밴드 신호 및 무선 신호를 상호 변환하는 변환기를 포함할 수 있다. 메모리(1820, 1870)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(1830, 1880)는 무선 신호를 전송 및/또는 수신하는 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다.
실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1820, 1870)에 저장되고, 프로세서(1810, 1860)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1820, 1870)는 프로세서(1810, 1860) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1810, 1860)와 연결될 수 있다.

Claims (11)

  1. 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 방법은,
    셀룰러 네트워크 시스템이 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인 경우, 상기 셀룰러 네트워크 시스템이 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간(channel occupancy time)을 조정하는 단계를 포함하되,
    상기 비면허 대역은 상기 셀룰러 네트워크 시스템 및 상기 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고,
    상기 셀룰러 네트워크 시스템 및 상기 무선랜 시스템은 상기 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행하고,
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부는 상기 셀룰러 네트워크 시스템에 의해 오버히어(overhear)된 상기 무선랜 시스템에 의해 전송된 무선랜 데이터를 기반으로 결정되고,
    상기 무선랜 데이터는 PPDU(PHY(physical) protocol data unit)를 포함하고,
    상기 PPDU는 A-MPDU(aggregate-MAC(medium access control) protocol data unit)를 포함하고,
    상기 A-MPDU는 복수의 MPDU를 포함하고,
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부는 상기 A-MPDU에 어그리게이션된 상기 복수의 MPDU의 개수에 대한 정보, 상기 A-MPDU의 길이에 대한 정보, 상기 PPDU의 듀레이션에 대한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 셀룰러 네트워크 시스템이 상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 셀룰러 네트워크 시스템이 상기 무선랜 시스템으로부터 수신한 이전 PPDU의 듀레이션을 기반으로 상기 무선랜 시스템의 최대 PPDU 듀레이션을 결정하는 단계; 및
    상기 셀룰러 네트워크 시스템이 상기 최대 PPDU 듀레이션 및 상기 PPDU의 듀레이션을 기반으로 상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 점유 시간은 상기 PPDU의 듀레이션에 대한 정보를 기반으로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 비면허 대역에서 무선 자원을 공유하는 셀룰러 네트워크 장치는,
    무선 신호를 송신 및 수신하는 RF(radio frequency) 부; 및
    상기 RF 부와 동작 가능하게(operatively) 결합된 프로세서를 포함하되
    상기 프로세서는 무선랜 시스템이 포화 상태인지 여부를 결정하고,
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인 경우, 비면허 대역 상에서 채널 점유 시간(channel occupancy time)을 조정하도록 구현되되,
    상기 비면허 대역은 셀룰러 네트워크 시스템 및 상기 무선랜 시스템에 의해 공유되는 주파수 대역이고,
    상기 셀룰러 네트워크 시스템 및 상기 무선랜 시스템은 상기 비면허 대역 상에서 채널 액세스를 수행하고,
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부는 상기 셀룰러 네트워크 시스템에 의해 오버히어(overhear)된 상기 무선랜 시스템에 의해 전송된 무선랜 데이터를 기반으로 결정되고,
    상기 무선랜 데이터는 PPDU(PHY(physical) protocol data unit)를 포함하고,
    상기 PPDU는 A-MPDU(aggregate-MAC(medium access control) protocol data unit)를 포함하고,
    상기 A-MPDU는 복수의 MPDU를 포함하고,
    상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부는 상기 A-MPDU에 어그리게이션된 상기 복수의 MPDU의 개수에 대한 정보, 상기 A-MPDU의 길이에 대한 정보, 상기 PPDU의 듀레이션에 대한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 네트워크 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 무선랜 시스템으로부터 수신한 이전 PPDU의 듀레이션을 기반으로 상기 무선랜 시스템의 최대 PPDU 듀레이션을 결정하고,
    상기 최대 PPDU 듀레이션 및 상기 PPDU의 듀레이션을 기반으로 상기 무선랜 시스템이 상기 포화 상태인지 여부를 결정하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 네트워크 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 채널 점유 시간은 상기 PPDU의 상기 듀레이션에 대한 정보를 기반으로 조정되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 네트워크 장치.
  11. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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