KR20090129303A - 지향성 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법 - Google Patents

지향성 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법 Download PDF

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Abstract

지향성 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 송신단 기기에서 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호를 전방향으로 송신하고, 상기 의사 반송파 신호에 연속하여 수신단 기기에 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 과정을 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 빔 링크가 중첩되는 경우에 랜덤 액세스 수에서 발생할 수 있는 충돌문제를 해결하고, 신뢰성 있는 통신의 수행이 가능하게 한다.
Figure P1020080119574
mmWave, Beam Link, Pseudo-Carrier, Omni-Directional

Description

지향성 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법{Method for random access in directional communication system}
본 발명은 지향성 통신에서 랜덤 액세스(Random Access) 방식을 기반으로 MAC 기능을 수행하는 중에 빔 링크(Beam Link)가 중첩되어 있는 경우 발생할 수 있는 데이터의 충돌을 방지하는 기법에 대해서 논한다.
밀리미터웨이브(Millimeter Wave; mmWave)는 대용량 데이터 전송을 위하여 물리적인 파장의 길이가 밀리미터인 전파(즉, 30GHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 전파)를 이용한다. 종래에는 이러한 주파수대는 무허가 밴드(unlicensed band)로서 통신사업자용이나 전파 천문용, 또는 차량 충돌방지 등의 용도로 제한적으로 사용되어 왔다.
IEEE 802.11b나 IEEE 802.11g는 반송파 주파수가 2.4GHz이며, 채널 대역폭은 20MHz 정도이다. 또한, IEEE 802.11a나 IEEE 802.11n은 반송파 주파수가 5GHz이며, 채널 대역폭은 마찬가지로 20MHz 정도이다. 이에 반하여, mmWave는 60GHz의 반송파 주파수를 사용하며, 대략 0.5 내지 2.5GHz의 채널 대역폭을 갖는다. 따라서, mmWave는 기존의 IEEE 802.11 계열의 표준에 비하여 훨씬 큰 반송파 주파수 및 채 널 대역폭을 갖는다.
이와 같이, 밀리미터 단위의 파장을 갖는 고주파 신호를 이용하면, 수 기가비트(Gbps) 단위의 매우 높은 전송률을 나타낼 수 있고, 안테나 크기를 1.5mm이하로 할 수 있어 안테나를 포함한 단일 칩을 구현할 수 있다. 또한, 공기 중 감쇠율 (attenuation ratio)이 매우 높기 때문에 기기 간에 간섭을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.
그런데, mmWave를 이용할 경우 상기와 같은 높은 감쇠율로 인하여 빔(beam)의 도달 거리가 짧아지므로, 전방향성(omnidirectional)으로 신호를 송출하기가 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 빔을 샤프(sharp)하게 만들어야 하는데, 이 경우에는 빔이 국부적으로만 전달된다.
한편, 높은 감쇠율로 인하여 통달 거리가 짧은 문제와 신호의 직진성이 높기 때문에 음영 지역(Non-Line-of-Sight) 환경에서는 통신이 제대로 이루어지기 어려운 문제가 있을 수 있다. 이에, mmWave에서는 전자의 문제는 높은 이득을 갖는 배열 안테나(array antenna)를 이용함으로써, 후자의 문제는 빔 스티어링(Beam steering) 방식을 사용함으로써 해결하고 있다.
전송 손실이 크고 송출 전력에 제한이 있는 경우, 안테나 기술을 사용하여 안테나 이득을 얻어야 원하는 전달 거리를 확보할 수 있다. 이때, 빔 링크를 맺고 유지하는 방법이 필요하다.
종래의 지향성 통신에서 빔 링크가 형성된 가운데 해당 빔 링크들이 중첩되어 있을 경우에, 상호 데이터 전송에 대해 랜덤 액세스를 기반으로 MAC을 운영하면 반송파 검출(Carrier Sensing)이 지향성의 특성 하에 수행되지 않아 충돌이 발생할 여지가 존재한다.
이에 대한 해결책으로서 기존에는 데이터를 전송할 채널에서 제어 메시지를 통하여 충돌이 발생할 것이라 판단되면, 일정한 시간을 기다리는 백오프(Backoff) 기반의 방식이 있다.
그러나, 상기 방법의 경우에는 정확한 시간에 통신을 수행하는 것이 아니라 랜덤한 시간을 계속 할당 받아서 백오프를 하는 것이므로 최상의 해법이라 할 수는 없다.
도 1은 기기들의 빔 링크가 중첩되는 경우의 예를 도시한 것이다.
상술한 바와 같이, 네트워크 상의 기기(DEV)들은 지향성 통신이라는 특성을 가지기 때문에 타원형의 빔 링크를 형성한다.
도 1과 같이, 4개의 기기 A, B, C, D는 각각 두 개의 기기가 쌍을 이루어 빔 링크를 형성한다. 또한 기기 A와 기기 B가 형성하는 빔 링크 안에 기기 C가 위치하는 경우를 가정한다. 또한, 기기 D에서 기기 C로 데이터 전송이 먼저 수행되고 있는 경우를 가정한다.
이렇게 데이터 전송 중에 기기 B에서 기기 A로 데이터의 전송이 발생하면, 기기 C에서는 데이터 전송 간에 간섭이 발생한다.
위와 같은 현상이 발생하는 이유는 기기 D에서 기기 C로의 데이터 전송에 방향성이 존재하여 기기 B가 기기 D에서 기기 C로의 데이터 전송을 감지하지 못하기 때문이다. 즉, 반송파 검출이 불가능하기 때문에 중첩되는 빔 링크에서의 데이터 전송이 언제 발생할지 각 기기가 알 수 없게 되고, 동일 시간에 데이터 전송이 이루어져 충돌이 생기는 것이다.
전방향 전송을 기본으로 하는 무선 통신의 경우, 랜덤 액세스를 할때, 충돌을 피하기 용이하다. 그러나, mmWave에서는 기본적으로 지향성있게 데이터를 전송하기 때문에, 다른 기기의 데이터 전송을 알 수 없으르모, 충돌을 피하기가 용이하지 않다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 빔 링크가 중첩된 지향성 통신 환경에서 랜덤 액세스 데이터의 전송시에 간섭을 제거할 수 있는 랜덤 액세스 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 송신단 기기에서 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호를 전방향으로 송신하고, 상기 의사 반송파 신호에 연속하여 수신단 기기에 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 과정에서, 상기 구간 정보의 시간이 경과되면, 상기 랜덤 액세스 데이터 전송을 중단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 과정에서, 상기 송신단 기기가 지향성 빔 신호를 이용하여 상기 랜덤 액세스 데이터를 전송할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 상기 송신단 기기가 랜덤 액새의 완료 후에 할당된 채널 시간을 이용하여 데이터를 상기 수 신단 기기에 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 특정 기기에 송신단 기기로부터 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호가 수신되면, 상기 구간 정보의 시간 동안 데이터 전송을 중단하고 대기하고, 상기 구간 정보의 시간이 경과하면, 상기 데이터 전송을 재개하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 상기 특정 기기가 상기 의사 반송파 신호를 수신하지 못한 상태에서 웨이크업한 경우, 전송 전 청취 방식에 따라 랜덤 액세스 데이터 송신을 지연하는 과정을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법은 상기 특정 기기가 상기 의사 반송파 신호를 수신하지 못한 상태에서 웨이크업한 경우, 다음 비콘을 수신한 후에 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 빔 링크가 중첩되는 경우에 랜덤 액세스 수에서 발생할 수 있는 충돌문제를 해결하고, 신뢰성 있는 통신의 수행이 가능하게 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에서는 의사 반송파(Pseudo-Carrier; PC) 라는 데이터 패킷을 정의한다. 의사 반송파 신호는 지향성 특성에 따라 반송파 검출이 불가능한 경우에 반송파 검출과 유사한 효과를 얻기 위해 사용된다.
즉, 데이터나 제어 메시지를 전송하기 전에 의사 반송파 신호를 전방향(Omni-Directional)으로 먼저 전송함으로써 주변의 기기에 현재 데이터 전송이 이루어지고 있음을 알린다.
기기들의 데이터를 전부 전방향으로 전송하는 경우, 데이터를 특정 방향으로(Directional) 전송할 때보다 속도가 느려 효율적이지 않다. 따라서, 데이터를 보낼 시간 정보만 전방향으로 전송하게 하여 채널을 확보하는 방식을 사용한다. 한편, 무선 기기가 채널 시간(Channel Time)을 미리 예약하고 사용하는 경우에는 의사 반송파 신호가 필요하지 않다.
의사 반송파 신호는 의사 반송파 신호 이후에 이어지는 나오는 메시지 또는 데이터에 대한 구간 (Duration) 정보를 포함한다. 이에 따라, 주변 기기는 해당 구간 만큼은 전송할 데이터가 존재하더라도 대기하였다가 데이터 전송을 수행한다. 또한, 데이터 앞에 의사 반송파 신호를 붙이는 경우는 랜덤 액세스를 수행하는 경우로 제한할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 과정을 도시한 것이다.
기기 D에서 기기 C로 전송할 데이터나 제어 메시지가 존재할 때에 기기 D는 상기 데이터나 제어 메시지를 곧바로 송신하지 않고 의사 반송파 신호를 전방향으 로(Omni-Directional) 먼저 전송한다. 해당 의사 반송파 신호는 전송할 데이터나 메시지의 구간 정보를 갖는다.
의사 반송파 신호는 전방향으로 전송되므로 기기 B도 의사 반송파 신호를 들을 수 있다. 이에 따라, 반송파 검출과 동일한 효과가 발생할 수 있다. 따라서 기기 B에서 기기 A로 전송할 데이터가 발생하더라도, 기기 B에서 수신한 의사 반송파 신호의 구간 정보를 기반으로 기기 D에서 기기 C로의 데이터 송신이 완료된 시점까지 대기한 후, 기기 B가 기기 A로 데이터를 전송한다.
상술한 방식은 IEEE 802.11에서 주로 사용하는 RTS/CTS 핸드쉐이킹(Handshaking) 방식에 비하여 신호 전송의 횟수를 현저히 줄일 수 있다. RTS/CTS의 경우에는 RTS를 보내고 CTS를 받은 후, 데이터 송수신을 시작하지만, 상술한 방식의 경우에는 의사 반송파 신호를 전송하기만 하면 이와 유사한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법의 흐름도이다.
먼저, 랜덤 액세스 데이터를 송신하고자 하는 송신단 기기에서 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호를 전방향으로 송신한다(S310).
상기 의사 반송파 신호를 수신한 다른 빔 링크의 기기들은 구간 정보의 시간 만큼 데이터를 전송하지 않는 대기 상태를 유지한다(S320).
다음, 송신단 기기는 의사 반송파 신호에 연속하여 수신단 기기에 랜덤 액세스 데이터를 전송한다(S330). 이때, 송신단 기기는 지향성 빔 신호를 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 것이 바람직하다.
구간 정보의 시간이 경과하기 전까지 송신단 기기는 데이터를 송신을 완료하고, 구간 정보의 시간이 경과하면(S340), 다른 빔 링크의 기기들이 데이터 전송을 재게한다(S350).
도 4는 의사 반송파 신호를 수신하지 않은 주변 기기가 랜덤 액세스를 시도하는 경우의 예를 도시한 것이다.
일반적으로 무선네트워크 상의 기기들은 슬립 모드(Sleep Mode)로의 전환기능을 가지고 있다. 도 4에서 보는 바와 같이 슬립 모드에서 웨이크업(Wakeup)한 기기가 주변 기기들을 향하여 랜덤 액세스 데이터를 송신할 경우에 문제가 발생한다. 즉, 랜덤한 시간 동안 슬립 상태에 있다가 웨이크업한 기기의 경우에는 의사 반송파를 수신하지 못할 수 있다. 무선 기기가 랜덤하게 웨이크업을 한 경우에는 이전에 의사 반송파 신호에 대한 정보를 가지고 있지 못할 것이다. 이에 따라, 현재 수행되는 데이터 통신에 영향을 줄 수 있다. 랜덤하게 웨어크업한 기기는 의사 반송파 신호를 수신하지 못했으므로 곧바로 데이터 송신을 하려 할 것이므로, 데이터 충돌이 발생한다.
이와 같은 경우에, 웨이크업한 무선 기기가 비콘(Beacon) 구간을 알지 못하고 현재 슈퍼 프레임(Super frame)을 알지 못하므로, 다음 비콘을 수신한 후 그에 해당하는 다음 슈퍼 프레임 구간에서 통신을 시도하게 할 수 있다.
또는 다음과 같은 방법을 사용할 수도 있다. 즉, 기기가 슬립 모드에서 깨어난 후에 해당 웨이크업 동작이 수행된 이후에는 곧바로 랜덤 액세스 데이터 송신을 허락하지 않을 수 있다. 즉, 무선 기기가 웨이크업이 된 후에 전송 전 청 취(Listen-Before-Talk) 방식에 의하여 다음의 랜덤 액세스 구간에서 통신을 시작하게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 빔 링크가 중첩되는 경우에 랜덤 액세스 수에서 발생할 수 있는 충돌문제를 해결하고, 신뢰성 있는 통신의 수행이 가능하게 하는 랜덤 액세스 방법에 관한 것으로, mmWave 등 지향성을 기본으로 하는 무선 통신 시스템에서 무선 기기들에 적용될 수 있다.
도 1은 기기들의 빔 링크가 중첩되는 경우의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 방법의 흐름도이다.
도 4는 의사 반송파 신호를 수신하지 않은 주변 기기가 랜덤 액세스를 시도하는 경우의 예를 도시한 것이다.

Claims (7)

  1. 빔 링크가 중첩된 지향성 통신 환경에서 코디네이터를 제외한 무선 기기간에 랜덤 액세스를 하는 방법에 있어서,
    송신단 기기에서 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호를 전방향으로 송신하는 단계; 및
    상기 의사 반송파 신호에 연속하여 수신단 기기에 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는, 랜덤 액세스 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 단계는,
    상기 구간 정보의 시간이 경과되면, 상기 랜덤 액세스 데이터 전송을 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 단계는,
    상기 송신단 기기가 지향성 빔 신호를 이용하여 상기 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신단 기기가 랜덤 액새의 완료 후에 할당된 채널 시간을 이용하여 데이터를 상기 수신단 기기에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 방법.
  5. 빔 링크가 중첩된 지향성 통신 환경에서 코디네이터를 제외한 무선 기기간에 랜덤 액세스를 하는 방법에 있어서,
    특정 기기에 송신단 기기로부터 구간 정보를 포함하는 의사 반송파 신호가 수신되면, 상기 구간 정보의 시간 동안 데이터 전송을 중단하고 대기하는 단계; 및
    상기 구간 정보의 시간이 경과하면, 상기 데이터 전송을 재개하는 단계
    를 포함하는, 랜덤 액세스 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 특정 기기가 상기 의사 반송파 신호를 수신하지 못한 상태에서 웨이크업한 경우, 전송 전 청취 방식에 따라 랜덤 액세스 데이터 송신을 지연하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 특정 기기가 상기 의사 반송파 신호를 수신하지 못한 상태에서 웨이크업한 경우, 다음 비콘을 수신한 후에 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 단계를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 방법.
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