KR20080083087A - 무선네트워크에서의 통신방법, 무선네트워크에서스테이션의 통신방법 및 스테이션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선네트워크에서의 통신방법, 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션이 개시된다.

무선네트워크, 스테이션, DLS(Direct Link Setup), 액세스 포인트

Description

무선네트워크에서의 통신방법, 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션{COMMUNICATION METHOD IN A WIRELESS NETWORK, COMMUNICATION METHOD OF A STATION IN THE WIRELESS NETWORK, AND A STATION}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 무선네트워크 시스템들의 개념도,

도 2는 도 1a의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도,

도 3a 및 도 3b는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도,

도 4는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP 커넥션들의 개수를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프,

도 5는 IEEE 802.11e DLS 프로토콜을 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프,

도 6은 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP의 성능을 확인할 수 있는 마코프 체인 모델,

도 7은 도 6의 마코프 체인을 사용하여 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 경쟁 스테이션(12)의 개수에 대한 확률 분포를 나타 낸 그래프,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크에서 통신방법의 흐름도,

도 9는 IEEE 802.11e HDLP 프로토콜을 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프,

도 10은 IEEE 802.11 인프라스트럭처 모드와 IEEE 802.11e DLS 프로토콜, IEEE 802.11e HDLP를 각각 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 총 전송율(Aggregate Throughput)과 충돌의 수(Collision Count)를 분석한 그래프이다.

본 발명은 무선네트워크에서의 통신방법, 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션에 관한 것이다.

무선랜 시스템은 로컬 커넥션의 사용으로 인해 외부망으로 연결되는 커넥션의 전송율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 무선네트워크에서 다이렉트 링크시 전송율이 높은 통신방법, 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법 및 스테이션을 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 두개의 스테이션들 사이 다이렉트 링크가 설정된다. 이때, 다이렉트 링크가 설정된 두개의 스테이션들 중 하나의 스테이션이, 데이터들 중 일부를 액세스 포인트를 경유하여 다른 하나의 스테이션에 전송할 수 있다.

한편, 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들일 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 본 발명의 실시예들은 무선네트워크 시스템 중 무선랜 시스템을 예를 들어 설명한다. 그러나, 이하 본 발명의 실시예들은 무선랜 시스템 이외의 다양한 무선네트워크 시스템에서 허용되거나 지원되는 범위에서 무선랜 시스템과 동일 또는 허용가능한 범위에서 실질적으로 동일하게 적용될 것이다. 또한, 이하 본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들이나 단어들은 다양한 무선네트워크 시스템에서 다른 용어들이나 단어들로 사용될 수 있으나, 본 발명은 용어들이나 단어들의 차이에도 불구하고 실질적인 의미가 동일 또는 유사한 경우 본 발명의 범주에 포함된다.

무선네트워크 시스템( Wireless Network System )

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 무선네트워크 시스템들의 개념도이다. 도 1a 및 도 1b의 동일한 구성요소들은 동일한 도면번호를 사용한다.

도 1a를 참조하면, 무선네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station, 12)과, 액세스 포인트 또는 무선 기지국(Access Point, 14), 백본망 또는 분배시스템(16)을 포함한다. 도 1a에 도시한 무선랜 시스템(10)을 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)라 한다.

다수의 스테이션(14)은 무선랜용 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 장착하여 IEEE 802.11 표준에 기반한 물리계층 및 MAC 계층의 동작을 수행한다. 도 1a에 도시한 무선랜 시스템(10)에서, 다수의 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)에 결합되어 데이터 프레임을 전송한다.

액세스 포인트(14)는 하나의 스테이션으로부터 전달된 프레임을 다른 스테이션에게 중계하는 유무선 연동 브리지 기능을 수행한다. 이 액세스 포인트(14)는 이더넷의 브리지 또는 스위치와 동일한 기능을 수해한다.

또한, 액세스 포인트는 위에서 설명한 스테이션(12)과 기본적으로 동일한 물리계층 및 MAC 계층을 포함하고 있기 때문에, 액세스 포인트(14)는 기본적으로 스테이션(12)과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 액세스 포인트(14)는 필요에 따라서 스테이션(12)과 동일한 것으로 간주할 수도 있다.

분배시스템(Distribution system, 16)은 여러 개의 액세스 포인트(14)를 연결하는 백본망이다. 분배시스템(16)은 일반적으로 이더넷이 사용되지만, 여러 개의 액세스 포인트를 무선으로 연결할 수도 있다. 광의로 분배시스템(16)은 이더넷과 연결된 라우터 또는 스위치, 유무선 인터넷망과 연결된 서버들을 포함할 수도 있다.

도 1b를 참조하면, 무선네트워크 시스템, 예를 들어 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션 또는 단말(station, 12)을 포함한다. 도 1b에 도시한 무선랜 시스템(10)을 인디펜던트 BSS(independent BSS)라 한다.

이 무선랜 시스템(10)은 다수의 스테이션(12) 간 직접 점 대 점으로 연결되어 있다. 따라서, 도 1a와 달리 도 1b에 도시한 무선랜 시스템(10)은 별도의 액세스 포인트(14)나 분배시스템(16)이 존재하지 않고, 다수의 스테이션(12)이 이들의 역할을 대신하거나, 일부 역할이나 기능이 생략될 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하여 무선랜 시스템(10)을 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템(10)을 포함하는 무선네트워크 시스템은 이들에 제한되지 않고 이들의 조합 또는 전혀 다른 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선네트워크 시스템은 단독으로 존재할 수도 있지만, 다른 무선네트워크 시스템이나 이동통신망, 유무선 인터넷망과 인터워킹(interworking)할 수 있다.

예를 들어, 무선랜 시스템은 이동통신망과 인터워킹하여 로밍서비스를 제공할 수도 있다. 구체적으로 무선랜 시스템이 음성 서비스를 제공하는 경우 무선랜과 WCDMA를 모두 지원하는 듀얼밴드 듀얼모드(DBDM, Dual Band Dual Mode) 단말은 이동통신망을 이용하여 음성통화를 하다가 무선랜 시스템이 지원되는 지역에서는 무선랜 시스템을 이용하여 끊김없이 자동로밍할 수 있다.

도 1a에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 도 1b에 도시한 무선랜 시스템(10)이든 스테이션들(12) 사이 또는 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 결합과정을 경유하여야 데이터를 전송할 수 있다.

결합 절차( Connection Procedure )

도 2는 도 1a의 무선랜 시스템에서 데이터 전송을 위한 결합과정을 도시한 동작 절차도이다. 도 1b의 무선랜 시스템이나 위에서 설명한 다양한 무선네트워크 시스템들도 도 2와 일부 차이가 있으나, 실질적으로 동일한 데이터 전송을 위한 결합과정을 포함하고 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 1a 및 도 2를 참조하면, 무선랜 시스템(10)에서 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 사이의 데이터 전송을 위한 결합과정(20)은 탐색과정(Scanning, S10)과 인증과정(Authentication, S12), 연결과정(Association, S14)을 포함한다. 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S10, S12, S14)을 경유하여 데이터 전송 과정(Data Transmission, S16)을 수행한다.

탐색과정(S10)은 비컨(Beacon)이나 프로브(Probe) 메시지를 사용하여 주변의 액세스 포인트(14)를 찾는 과정이다.

탐색과정(S10)은, 액세스 포인트(14)가 주기적으로 전송하는 비컨 메시지(Beacon message)로부터 액세스 포인트(14)를 찾는 수동탐색과정(Passive Scaning)과, 스테이션(12)이 프로브 요청(Probe Request)을 전송하고, 액세스 포인트(14)로부터 자신의 SSID(Service Set ID)와 동작 속도 등이 수납된 프로브 응답 을 수신하여 해당 액세스 포인트(14)를 선택하는 능동탐색과정을 포함한다. 비컨 메시지는 액세스 포인트(14)가 지원할 수 있는 여러가지 능력(속도, 암호화 등)과 자신이 속한 서비스 그룹명인 SSID(Service Set ID) 등이 수납되어 있다.

인증과정(Authentication, S12)은 탐색과정(S10)에 의해 적절한 액세스 포인트(14)를 선택한 스테이션(12)은 해당 액세스 포인트(14)에 대하여 자신이 유효한 단말임을 증명하는 과정이다. 즉, 인증과정(Authentication, S12)은 액세스 포인트(14)와 인증절차와 암호 방식을 협상하는 과정이다. 대부분의 경우, 오픈 시스템(Open System) 인증방식을 사용하기 때문에, 액세스 포인트(14)는 스테이션으로부터의 인증요구에 무조건 인증한다. 보다 강화된 인증방식으로 IEEE 802.1x 기반 EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP-FAST, PEAP 등이 있다.

연결과정(Association, S14)은, 인증에 성공한 후 스테이션(12)이 액세스 포인트(14)에 접속하는 과정이다. 연결과정(S14)은 스테이션(12)과 액세스 포인트(14) 간 식별가능한 연결을 설정하는 것을 의미한다. 연결과정(S14)이 완료되면, 스테이션(12)은 액세스 포인트(14)를 경유하여 다른 스테이션(14)과 통신할 수 있다.

연결과정(S14)은 스테이션(12)이 연결 요청(Association Request)을 액세스 포인트(14)에게 전송하면, 액세스 포인트(14)가 다른 스테이션과 구분될 수 있는 AID(Association ID)를 수납한 연결 응답(Association Response)을 송신함으로써 수행된다.

스테이션(12)과 액세스 포인트(14)는 위 과정들(S10, S12, S14)을 경유하여 데이터 전송과정(Data Transmission, S16)을 수행한다.

연결과정(S14)과 유사한 과정으로 재연결 과정(Reassociation)이 있다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)와 다른 액세스 포인트와 연결하는 과정이다. 재연결 과정은 스테이션(12)이 연결된 액세스 포인트(14)로부터 신호가 약해지면, 다른 새로운 액세스 포인트(14)와 새로운 결합을 설정하는 과정이다.

DLS( Direct Link Setup )

일반적으로, 스테이션들(12)은 도 1a에 도시한 무선네트워크 시스템(10, BSS)에서 다른 스테이션들(12)에 직접 프레임들을 전송하는 것이 허락되지 않았고, 항상 프레임들의 전송을 위해 액세스 포인트(14)에 의존해야 한다(In general, STAs are not allowed to transmit frame directly to other STAs in a BSS and should always rely on the AP for the delivery of the frames).

그러나, QoS 능력을 가진 스테이션(STA with QoS facility, 이하 "QSTA"라 함)들은 DLS(Direct Link Setup)를 사용하여 데이터 전송을 세팅함으로써 다른 QSTA들에게 직접 프레임들을 전송할 수 있다.

여기서, QoS 능력(QoS facility)이란 무선네트워크 시스템, 예를 들어 IEEE 802.11e에 정의된 parameterized and prioritized QoS를 제공하기 위해 사용되는 향상된 기능들과, 채널 액세스 규칙들, 프레임 포맷들, 프레임 교환 시퀀스, 관리 객체의 세트이다(quality of service (QoS) facility: The set of enhanced functions, channel access rules, frame formats, frame exchange sequences and managed objects used to provide parameterized and priorized QoS as defined in IEEE 802.11e).

QSTA(STA with QoS facility 또는 non-access point (non-AP) quality of service(QoS) station (QSTA))는 QoS를 지원하나 액세스 포인트가 아닌 스테이션이다(non-access point (non-AP) quality of service (QoS) station (QSTA): A station (STA) that supports the QoS facility, but is not an access point(AP)). 이 QSTA는 하이브리드 코디네이터를 갖지 않고 분배시스템 서비스(DSSs)를 위해 QAP를 사용한다(A non-AP QSTA does not have an hybird coordinator (HC) and uses the QoS AP (QAP) for the distribution system services (DSSs)). QSTA는 a non-QoS basic service set(nQBSS)에 연결된 경우 non-QSTA (nQSTA)로 기능한다(QSTA acts as an non-QSTA (nQSTA) when associated in a non-QoS basic service set (nQBSS)).

다이렉트 링크(Direct Link)란, QAP(QoS access point (QAP)를 통하지 않고 동일한 인프라스트럭쳐 QoS 기초 서비스 세트(QBSS)에서 작동하는 하나의 QSTA과 다른 QSTA 사이의 양방향 링크이다. 일단 다이렉트 링크가 셋업되면, 두 QSTA들 사이의 모든 프레임들은 직접 교환된다(direct link: A bidirectional link from one non-access point (non-AP) quality of service (QoS) station(QSTA) to another non-AP QSTA operating in the same infrastructure QoS basic service set (QBSS) that does not pass through a QoS access point (QAP). Once a direct link has been set up, all frames between the two non-AP QSTAs are exchanged directly).

QAP(quality of service (QoS) access point, 이하 "QAP"라 함)는 QoS를 지원하는 액세스 포인트이다. QAP의 기능들은, nQAP의 기능의 상위 세트이고, 따라서 nQSTA로 기능할 수 있다. (quality of service (QoS) access point (QAP): An access point (AP) that supports the QoS facility specified in this amendment. The functions of a QAP are a superset of the functions of a non-QAP (nQAP), and thus a QAP is able to function as an nQAP to non-QoS functions (nQSTAs))

한편, DLS(Direct Link Setup)는, 도 1a에 도시된 무선네트워크의 인프라스트럭쳐 모드(infrastructure mode)에서 동작하는 QSTA 들 간에 다이렉트 링크(direct link) 설정을 정의하고 있다. DLS는 프레임들이 항상 하나의 스테이션에서 다른 스테이션으로 직접 보내지는 QIBSS에는 적용되지 않는다(DLS does not apply in a QIBSS, where frames are always sent directly from one STA to another).

도 3a 및 도 3b는 DLS(direct link setup)을 위한 절차흐름도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, a1 단계에서, 다른 비액세스 포인트 스테이션(QSTA2)과 직접 프레임들을 교환하고자 하는 하나의 스테이션(QSTA1)은 DLS를 시작하고 QAP에 DLS 요청 프레임(DLS Request frame 또는 DLS.request message )을 보낸다((A STA, QSTA1, that intends to exchange frames directly with another non-AP STA, QSTA2, invokes DLS and sends a DLS Request frame to the QAP). 이 요청(DLS Request)은 QSTA1의 레이트 세트, 케이퍼빌리티, QSTA1과 QSTA2의 MAC 주소들을 포함한다(This request contains the rate set, capabilities of QSTA1, and the MAC addresses of QSTA1 and QSTA2).

도 3a의 1b 단계에서, QSTA2가 BSS에 연결되어 있으면, 다이렉트 스트림들은 BSS의 정책 내에서 허용되며, QSTA2는 진정한 QSTA이며, QAP는 수령자 QSTA2에 DLS 요청 프레임을 포워딩한다(If QSTA2 is associated in the BSS, direct streams are allowed in the policy of the BSS, and QSTA2 is indeed a QSTA, then the QAP forwards the DLS Request frame to the recipient, QSTA2).

도 3a의 2a 단계에서, QSTA2는 다이렉트 스트림을 수락하면, QSTA2는 QAP에 DLS 응답 프레임(DLS Response frame 또는 DLS.response message )을 보내고, 이 응답 프레임은 레이트 세트, QSTA2의 (확장된) 케이퍼빌리티, QSTA1과 QSTA2의 MAC 주소들을 포함한다(If QSTA2 accepts the direct stream, it sends a DLS Response frame to the QAP contains the rate set, (extended) capabilities of QSTA2, and the MAC addresses of QSTA1 and QSTA2).

도 3a의 2b 단계에서, QAP는 이 DLS 요청 프레임을 QSTA1에 포워딩하고, 이후 다이렉트 링크가 활성화되며 프레임들이 QSTA1로부터 QSTA2으로, QSTA2로부터 QSTA1으로 보내질 수 있다(The QAP forwards the DLS Response frame to QSTA1, after which the direct link becomes active and frames can be sent from QSTA1 to QSTA2 and from QSTA2 to QSTA1).

도 3a의 3단계에서, QSTA1(Initiating QSTA)이 DLS 응답(DLS response)을 통 해, 성공적으로 다이렉트 링크(direct link)가 설정되게 되면, 데이터 프레임(data frame)은 QSTA1과 QSTA2 사이의 다이렉트 링크(direct link)를 사용해서 전달 되게 된다.

도3a 및 도3b에 도시한 무선네트워크 시스템(10)은 QSTA 간에 다이렉트 링크(Direct link)를 사용하게 되면, QSTA 간 통신이 효율적으로 이루어진다.

무선랜 시스템에서 TCP 의 성능 분석

레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 무선랜 시스템(10)에서, TCP(Transmission Control Protocol)의 성능 분석 결과는 다음과 같다.

도 4는 도1a의 인프라스트럭쳐 모드(infrastructure mode)에서 TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프이다. 공정성 지수(fairness index)는 TCP 커넥션들 간에 전송율의 공정성을 나타낸다. 공정성 지수(fairness index)는 1에 근접할수록 플로우(flow)들 간에 전송율(Throughput)이 동일하다는 것을 의미한다.

공정성 지수에 대한 수학식1과 같다.

여기서,

는 플로우(flow)들 각각의 전송율(Throughput)을 나타낸다. 그 리고,

는 플로우(flow)들 각각의 가중치를 의미한다. 여기서,

는 전송율 공정성(throughput fairness)을 알아보기 위한 목적으로 1로 설정한다.

TCP 커넥션들(TCP connections)은 업로딩 TCP 커넥션(Uploading TCP connection), 다운로딩 TCP 커넥션(Downloading TCP connection), 로컬 TCP 커넥션(Local TCP connection) 등으로 이루어진다. 업로딩 TCP 커넥션(Uploading TCP connection)은 스테이션(12)으로 외부 네트워크로 연결된 경우를 나타낸다. 다운로딩 TCP 커넥션(Downloading TCP connection)은 외부 네트워크에서 스테이션으로 연결된 경우를 나타낸다. 로컬 TCP 커넥션(Local TCP connection)은 내부 네트워크 내 스테이션들(12) 사이, 또는 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)가 연결된 경우를 의미한다.

도 4에서 x축은 TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 의미한다. 만약 x축 값이 10이라면, 업로딩 TCP 커넥션, 다운로딩 TCP 커넥션, 로컬 TCP 커넥션들이 각각 10개가 사용되었음을 의미한다. 즉, 총 30개의 TCP 커넥션이 사용됨을 의미한다.

도 4의 (a)의 y축은 업로딩, 다운로딩, 로컬 커넥션들 각각의 총 전송율(aggregate throughput)을 보여주고 있다. 도 4에서, 레거시 IEEE 802.11의 MAC 프로토콜은 TCP 커넥션에 대해 커넥션의 개수와 상관없이 동일한 성능을 보장할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 이것은 TCP 혼잡 제어 메커니즘(TCP congestion contol mechanism)에 의해 발생하는 현상이다.

또한, 무선네트워크(BSS 또는 IBSS) 외부에 엔드 호스트(end host)를 가지는 업로딩 커넥션 또는 다운로딩 커넥션인 외부 커넥션(external connection)의 전송율이 로컬 커넥션의 전송율보다 2배 정도 높다는 사실을 확인할 수 있다. 이것은 로컬 커넥션이 외부 커넥션보다 무선 자원을 2배 정도 더 사용해야 하기 때문이다.

도 4의 (b)의 y축은 공정성 지수를 나타낸다. 도 4의 (b)에서, 로컬 커넥션과 외부 커넥션의 공정성 지수가 상대적으로 낮게 나타난다.

도 5는 IEEE 802.11e DLS 프로토콜을 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프이다. 도 5의 x축과 y축은 도4와 x축과 y축과 동일하다.

도 5의 (a)을 통해 알 수 있는 바와 같이, 다이렉트 링크를 사용하게 되면 로컬 커넥션의 전송율이 크게 향상된다. 그러나, 외부 커넥션의 전송율은 급격하게 감소한다.

또한, 도 5의 (b)를 통해 알 수 있는 바와 같이, 로컬 커넥션과 외부 커넥션의 공정성 지수는 TCP 커넥션의 수가 증가함에 따라 급격하게 떨어진다.

도 6은 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 TCP의 성능을 확인할 수 있는 마코프 체인 모델이다.

도 6에서, TCP 커넥션의 윈도우 사이즈가 W이고, N개의 업로딩 TCP 커넥션이 존재하며, 스테이션(12)과 액세스 포인트(14)의 큐 사이즈가 무한하다는 가정을 한 상태에서, 마코프 체인이 설계되었다.

마코프 체인의 각 상태는 N개의 스테이션(12)에 버퍼링되어 있는 패킷의 수, 액세스 포인트(14)에 버퍼링되어 있는 패킷의 수를 나타낸다. 각 상태 간에 상태 전이 확률은, 각 스테이션(12)이 동일한 채널 접속 확률(channel access probability)을 가진다는 조건과, 액세스 포인트(14)는 각 스테이션(12)에게 순차적으로 패킷을 전송한다는 조건을 갖는다.

도 7은 도 6의 마코프 체인을 사용하여 레거시 IEEE 802.11 프로토콜을 사용하는 인프라스트럭쳐 모드에서 경쟁 스테이션(12)의 개수에 대한 확률 분포를 나타낸 그래프이다. 도 7에서, x축은 활성화된 스테이션들(12)의 갯수(Number of active stations(12))를, y축은 채널 접속 확률(channel access probability)을 나타낸다.

도 7의 (a)와 (b)는 각각 마코프 체인의 분석 결과와 네트워크 시뮬레이터 NS-2(네트워크 시뮬레이션 프로그램의 일종) 모의 실험을 통해 얻어진 결과를 제시하고 있다.

레거시 IEEE 802.11 MAC 프로토콜을 사용할 경우, 업로딩 TCP 커넥션의 개수가 늘어나도 경쟁하는 스테이션(12, 이하, '경쟁 스테이션"이라 함)의 개수는 5개 이하인 경우가 많다. 경쟁 스테이션(12)의 개수가 2개일 때가 가장 많은 비율을 차지함을 확인할 수 있다.

IEEE 802.11 MAC 프로토콜의 경우, 각 스테이션들(12)에게 동일한 채널 접속 확률(channel access probability)을 제공한다. 따라서, N개의 스테이션들(12)이 항상 전송할 패킷을 가지고 있는 경우, 액세스 포인트(14)의 채널 접속 확률은 1/(N+1)에 해당된다. 그러나, 스테이션들(12)의 전체 채널 접속 확률은 N/(N+1)에 해당된다.

만약, 도 7에서 스테이션(12)이 UDP(User Data Protocol)를 사용했을 경우, 경쟁 스테이션(12)의 수는 UDP 커넥션의 개수에 비례하는 결과가 나오게 된다. 그러나, TCP에서는 윈도우 사이즈 만큼의 패킷을 전송하게 되면, TCP Ack 패킷을 받아야 스테이션(12)이 새로운 TCP 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 결과적으로 액세스 포인트(14)가 경쟁 스테이션(12)의 개수를 제어하게 된다.

그러나, IEEE 802.11e에 정의된 DLS를 사용하여 두개의 스테이션들(12)이 다이렉트통신을 하게 되면, 다이렉트 링크를 사용하는 로컬 커넥션 개수의 증가는 무선랜 시스템(10)에서 경쟁 스테이션(12)의 개수를 증가시킨다. 결과적으로, 다이렉트 링크를 사용할 경우, TCP 커넥션이 더 이상 액세스 포인트(14)를 경유하지 않기 때문에 액세스 포인트(14)에 의한 어떠한 통제도 받지 않기 때문이다.

본 명세서는 두개의 스테이션들(12)이 다이렉트통신을 하면서 데이터들 중 일부는 액세스 포인트(14)를 통해 통신하는 방법을 제안한다.

HDLP( Half Direct Link Protocol )

본 명세서에서 기재한 HDLP(Half Direct Link Protocol)는 데이터들 중 일부는 DLS와 동일하게 스테이션들(12) 사이 다이렉트전송하고, 데이터들 중 다른 일부는 액세스 포인트(14)를 경유하여 전송되는 통신방법이다. 다만, 본 명세서에서 HDLP란 용어를 사용하였으나, 이 용어에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

즉, HDLP(Half Direct Link Protocol)는 도 3a과 도 3b에 도시한 바와 같이 두개의 스테이션들(12)이 DLS 설정된 상태에서, 도 3a의 데이터 프레임이 전송될 때 일부는 스테이션들(12) 사이 다이렉트전송되나 다른 일부는 액세스 포인트(14)를 경유하여 전송되는 것을 의미한다. HDLP는 다이렉트 링크가 설정된 이후에 사용된다. 따라서, HDLP는 다이렉트 링크 셋업(direct link setup)과 다이렉트 링크 티어다운(direct link teradown)은 도 3a 및 도 3b을 참조하여 위에서 설명한 DLS 프로토콜을 그대로 활용한다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크에서 통신방법의 흐름도이다.

도8을 참조하면, 일단 IEEE 802.11e가 지원되는 하나의 스테이션(12)인 QSTA1이 도8의 1단계에서 TCP 데이터를 IEEE 802.11e가 지원되는 하나의 스테이션(12)인 QSTA2에 다이렉트 전송된다.

도8의 2단계에서, TCP 데이터를 수신한 QSTA2는 TCP 데이터에 대한 TCP Ack를 DLS와 달리 IEEE 802.11e가 지원되는 QAP에 전송한다.

도 8의 1단계와 2단계에서, QSTA1과 QSTA2의 MAC 계층에서는 일반적인 TCP 데이터와 TCP Ack를 구별할 수 없기 때문에, 도 8의 1단계와 2단계를 수행하기 위 하여 DLS.threshold라는 변수(parameter)를 사용한다.

도 8의 1단계와 2단계에서, QSTA1과 QSTA2 각각은, 전송하려는 TCP 데이터의 크기, 즉 패킷의 크기가 미리 설정한 DLS.threshold보다 큰 경우 도 8의 1단계와 같이 다이렉트 전송하고, 패킷의 크기가 미리 설정한 DLS.threshold보다 같거나 작을 경우 도 8의 2단계와 같이 QAP에게 전송한다.

이때 QSTA1과 QSTA2 각각은 DLS.threshold 값을 TCP Ack의 크기보다 크게 하기 위해 60바이트로 설정한다.

도8의 3단계에서, QAP는 이 TCP Ack를 TCP 데이터를 전송한 QSTA1에게 전송한다. QSTA1은 자신이 전송한 TCP 데이터에 대한 TCP Ack를 수신하므로, TCP 데이터가 전송된 것을 확인한다.

QSTA1은 전송할 다음 TCP 데이터가 존재하는 경우, QSTA1과 QSTA2 각각은 도 8의 1단계 내지 3단계를 반복한다. 물론, QSTA2가 TCP 데이터를 전송할 경우에도 방향만 반대일 뿐 도 8의 1단계 내지 3단계를 반복한다.

도 9는 IEEE 802.11e HDLP 프로토콜을 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 전송율(Throughput)과 공정성 지수(fairness index)를 분석한 그래프이다. 도 9의 x축과 y축은 도4와 x축과 y축과 동일하다. 도 9의 실험환경은 도 4 및 도 5의 실험환경과 동일하다.

도 9를 통해 알 수 있는 바와 같이, 도 8을 참조하여 설명한 HDSP를 사용한 경우, 각각의 커넥션들에 대해 동일한 전송률이 제공되는 것을 알 수 있다.

도 10은 IEEE 802.11 인프라스트럭처 모드와 IEEE 802.11e DLS 프로토콜, IEEE 802.11e HDLP를 각각 사용하는 경우, TCP 커넥션들의 개수(nubmer of TCP connections)를 증가시키면서 총 전송율(Aggregate Throughput)과 충돌의 수(Collision Count)를 분석한 그래프이다. 도 10의 x축은 도4와 도 5, 도 9의 x축과 동일하다. 도 10의 (a)과 (b)의 y축은 각각 총 전송율과 충돌의 수이다. 도 10의 실험환경은 도 4 및 도 5, 도 9의 실험환경과 동일하다.

도 10의 (a)을 통해 알 수 있는 바와 같이, IEEE 802.11 인프라스트럭처 모드에서, TCP 총 전송율(도 10의 (a)의 가장 아래쪽 그래프)은 일정하게 유지되지만 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다. 한편, IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우, TCP 총 전송율(도 10의 (a)의 가장 위쪽 그래프)은 상대적으로 높지만 TCP 커넥션의 수가 증가함에 따라 감소하는 것을 알 수 있다.

이 감소하는 원인은 도 10의 (b)를 통해 알 수 있다. IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우, TCP 커넥션의 수가 증가함에 따라 경쟁 스테이션(12)의 수가 증가된다. 경쟁 스테이션(12)의 수가 증가함에 따라 충돌의 수가 증가하게 된다. 따라서, TCP 커넥션의 수가 증가하면 TCP 총 전송율은 감소하게 되는 것이다.

반면에, IEEE 802.11e HDLP를 사용하는 경우, TCP 총 전송율(도 10의 (a)의 중간 그래프)은 한편, IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우의 TCP 총 전송율과 유사하면, TCP 커넥션의 수가 증가해도 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 이것은, 도 10의 (b)를 통해 알 수 있는 바와 같이, IEEE 802.11e HDLP를 사용하는 경우, TCP 커넥션의 수가 증가해도 충돌의 수가 일정하게 유지되기 때문이다.

아울러, TCP 커넥션의 수가 충분히 크면(즉 도 10의 (a)의 그래프를 왼쪽 방향으로 연장할 경우), IEEE 802.11e HDLP를 사용하는 경우의 TCP 총 전송율이 IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우의 TCP 총 전송율보다 큰 것을 알 수 있다. 이 사실은 도 10의 (a)의 그래프들을 왼쪽 방향으로 연장해 보면 알 수 있다.

도 9와 도 10을 총합하면, IEEE 802.11e HDLP를 사용하는 경우, TCP 전송율은 IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우의 TCP 총 전송율과 유사하면서, 공정성 지수는 IEEE 802.11e DLS 프로토콜를 사용한 경우의 공정성 지수와 달리 TCP 커넨션의 수와 무관하게 일정한 것을 알 수 있다. 결과적으로, IEEE 802.11e HDLP를 사용하는 경우, 무선랜 시스템(10)은 일정한 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

위 실시예들에서, IEEE 801.11 및 IEEE 801.11e 등에 대하여 언급하였으나, 본 발명은 이 표준들에 제한되지 않는다.

위 실시예들에서, 무선랜용 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)를 장착하여 IEEE 802.11e 표준에 기반한 물리계층 및 MAC계층의 동작을 수행하는 스테이션과, 하나의 스테이션으로부터 전달된 프레임을 다른 스테이션에게 중계하는 유무선 연동 브리지 기능을 수행하는 액세스 포인트를 예시적으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉 무선네트워크 시스템에서 다이렉트 링크로 데이터 통신하는 경우, 특정 데이터는 액세스 포인트를 경유하여 전송될 수 있다.

또한, 위 실시예에서 액세스 포인트를 경유하는 데이터가 TCP Ack인 것으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 데이터가 일정 크기 미만인 경우 액세스 포인트를 경유할 수 있다. 따라서, TCP Ack는 데이터의 크기가 일정 크기 미만인 하나의 예에 불과하다.

또한, 위 실시예에서 액세스 포인트를 경유하는 데이터의 크기가 60바이트 미만인 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 액세스 포인트를 경우하는 데이터의 크기는 60바이트보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. 특정한 데이터를 액세스 포인트를 경유하여 전송하고자 할 경우, 그 특정한 데이터의 크기보다 임계값을 크면 충분하다. 또한, 위 실시예에서, 임계값의 나타내는 변수로 DLS.threshold를 예시적으로 설명하였으나, 데이터의 크기를 의미하는 다른 변수를 사용할 수도 있다.

또한, 위 실시예에서, TCP 데이터와 TCP Ack를 일예로 설명하였으나, TCP와 무관한 데이터도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 위 실시예에서, 데이터의 크기에 따라 데이터가 다이렉트 전송되거나 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 데이터의 종류를 확인한 후 데이터들 중 일부가 액세스 포인트를 경유하여 전송될 수 있다. 위 실시예에서 설명한 TCP의 경우, TCP 데이터 프레임의 헤더에 포함된 프레임의 타입을 확인한 후, 프레임의 타입이 TCP Ack인 경우에만 액세스 포인트를 경유하여 전송될 수 있다.

또한, 액세스 포인트는 위에서 설명한 스테이션과 기본적으로 동일한 물리계층 및 MAC계층을 포함하고 있기 때문에, 기본적으로 스테이션과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 액세스 포인트는 필요에 따라서 스테이션과 동일한 것으로 간주할 수도 있다.

위 실시예들에서, 무선랜 시스템을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 무선랜 시스템을 포함하는 무선네트워크 시스템을 포함하며, 이들의 조합 또는 전혀 다른 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 무선네트워크 시스템이 단독으로 존재할 수도 있지만, 다른 무선네트워크 시스템이나 이동통신망, 유무선 인터넷망과 인터워킹(interworking)할 수 있다.

예를 들어, 무선랜 시스템은 이동통신망, 예를 들어 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)와 인터워킹하여 로밍서비스를 제공할 수도 있다. 구체적으로 무선랜 시스템이 음성 서비스를 제공하는 경우 무선랜과 WCDMA를 모두 지원하는 듀얼밴드듀얼모드(DBDM, Dual Band Dual Mode) 단말은 이동통신망을 이용하여 음성통화를 하다가 무선랜 시스템이 지원되는 지역에서는 무선랜 시스템을 이용하여 끊김없이 자동로밍할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일실시예에 대하여 설명하고 있으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 무선네트워크에서 다이렉트 링크시 전송율이 높은 효과가 있다.

Claims (20)

1. 두개의 스테이션들 사이 다이렉트 링크가 설정되는 단계와;

   상기 다이렉트 링크가 설정된 상기 두개의 스테이션들 중 하나의 스테이션이, 데이터들 중 일부를 액세스 포인트를 경유하여 다른 하나의 스테이션에 전송하는 단계를 포함하는 무선네트워크에서의 통신방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 통신방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 데이터들은 TCP 데이터들과 TCP Ack들이며,

   상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 상기 TCP Ack들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 통신방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스테이션들과 상기 액세스 포인트는 QoS 능력(QoS facility)을 가진 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 통신방법.
5. 다른 스테이션과 다이렉트 링크가 설정되는 단계와;

   데이터들 중 일부를 액세스 포인트를 경유하여 다이렉트 링크가 설정된 다른 스테이션에 전송하는 단계를 포함하는 무선네트워크에서의 스테이션의 통신방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 데이터들은 TCP 데이터들과 TCP Ack들이며,

   상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 상기 TCP Ack들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 스테이션들과 상기 액세스 포인트는 QoS 능력(QoS facility)을 가진 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 스테이션의 통신방법.
9. 두개의 스테이션들 사이 다이렉트 링크를 설정하는 단계와;

   데이터들 중 일부를 상기 다이렉트 링크가 설정된 상기 두개의 스테이션들 중 하나의 스테이션로부터 다른 하나의 스테이션으로 전달하는 단계를 포함하는 무 선네트워크에서의 액세스 포인트의 통신방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 전달되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 액세스 포인트의 통신방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 데이터들은 TCP 데이터들과 TCP Ack들이며,

    전달되는 일부의 데이터들은 상기 TCP Ack들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 액세스 포인트의 통신방법.
12. 제9항에 있어서,

    상기 스테이션들과 상기 액세스 포인트는 QoS 능력(QoS facility)을 가진 것을 특징으로 하는 무선네트워크에서 액세스 포인트의 통신방법.
13. 다른 스테이션과 다이렉트 링크가 설정되며,

    데이터들 중 일부를 액세스 포인트를 경유하여 다이렉트 링크가 설정된 다른 스테이션에 전송하는 무선네트워크 시스템의 스테이션.
14. 제13항에 있어서,

    상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 스테이션.
15. 제13항에 있어서,

    상기 데이터들은 TCP 데이터들과 TCP Ack들이며,

    상기 액세스 포인트를 경유하여 전송되는 일부의 데이터들은 상기 TCP Ack들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 스테이션.
16. 제13항에 있어서,

    상기 스테이션들과 상기 액세스 포인트는 QoS 능력(QoS facility)을 가진 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 스테이션.
17. 두개의 스테이션들 사이 다이렉트 링크를 설정하며,

    데이터들 중 일부를 상기 다이렉트 링크가 설정된 상기 두개의 스테이션들 중 하나의 스테이션로부터 다른 하나의 스테이션으로 전달하는 무선네트워크 시스템의 액세스 포인트.
18. 제17항에 있어서,

    상기 전달되는 일부의 데이터들은 특정 크기보다 작은 데이터들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 액세스 포인트.
19. 제17항에 있어서,

    상기 데이터들은 TCP 데이터들과 TCP Ack들이며,

    전달되는 일부의 데이터들은 상기 TCP Ack들인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 액세스 포인트.
20. 제17항에 있어서,

    상기 스테이션들과 상기 액세스 포인트는 QoS 능력(QoS facility)을 가진 것을 특징으로 하는 무선네트워크 시스템의 액세스 포인트.

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