KR20150035525A - 무선 통신 시스템에서 채널 액세스 타입 지시 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents
무선 통신 시스템에서 채널 액세스 타입 지시 방법 및 이를 위한 장치 Download PDFInfo
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Abstract
무선 통신 시스템에서 스테이션(STA)이 채널 액세스를 수행하는 방법을 개시한다. 무선 통신 시스템에서 스테이션이 채널 액세스를 수행하는 방법은, TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 TIM에 의하여 상기 STA에게 버퍼된 트래픽이 있음이 지시된 경우, PS(Power Save)-Poll 프레임을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 전송하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 전송되는 것이다.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 무선랜 시스템에서 채널 액세스 타입 지시 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP)등과 같은 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 액세스할 수 있도록 하는 기술이다.
무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 최근의 기술 표준에서는 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장한 시스템이 도입되었다. 예를 들어, IEEE 802.11n 에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술의 적용이 도입되었다.
본 발명은 무선 통신 시스템, 바람직하게 무선랜 시스템에서 개선된 채널 액세스 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
또한, 본 발명은 무선랜 시스템에서 경쟁 기반 채널 액세스 동작에 의한 단말의 불필요한 전력 소비 및 전송 지연을 방지하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
또한, 본 발명은 스테이션이 채널 액세스를 성공적으로 수행하지 못한 경우, 추가적으로 채널 액세스를 시도할 수 있는 기회를 제공하여줄 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 기술적인 측면은, 무선 통신 시스템에서 스테이션(STA: Station)이 채널 액세스를 수행하는 방법에 있어서, TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 TIM 에 의하여 상기 STA 에게 버퍼된 트래픽이 있음이 지시된 경우, PS(Power Save)-Poll 프레임을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 전송하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 전송되는 것인, 채널 액세스 수행 방법이다.
상기 STA 은 상기 PS-Poll 전용 RAW 내 자신을 위해 할당된 PS-Poll 구간 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다. 이때, 상기 PS-Poll 구간은 상기 PS-Poll 전용 RAW 내에서 상기 TIM 에 의해 버퍼된 트래픽이 있음을 지시 받은 STA 별로 상이하게 설정될 수 있다.
상기 STA 은, 상기 PS-Poll 전용 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임이 성공적으로 전송되지 않은 경우 상기 추가 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다.
이때, 상기 STA 은, 상기 PS-Poll 구간 내에서 상기 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 경우 또는 상기 PS-Poll 구간 내에서 상기 PS-Poll 프레임을 전송하였으나, 상기 PS-Poll 에 대한 응답으로 확인 응답(ACK, Acknowledgement) 프레임을 수신하지 못한 경우에 있어서, 상기 PS-Poll 프레임이 성공적으로 전송되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
반면, 상기 TIM 에 의하여 상기 STA 에게 상기 버퍼된 트래픽이 있음이 지시되지 않은 경우 또는 상기 STA 가 상기 PS-Poll 전용 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송한 경우, 상기 STA 은 상기 추가 RAW 동안 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 수신한 이후, 상기 추가 RAW 동안 채널 액세스를 시도할 수 있다.
상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임을 전송하는데 적용되는 EDCA 파라미터 중 적어도 하나는 이에 상응하는 음성 트래픽을 전송하는데 적용되는 EDCA 파라미터와 동등하거나, 작게 설정될 수 있다.
여기서, 상기 EDCA 파라미터는, CWmin (minimum Contention Windiow), CWmax (maximum Contention Window) 및 AIFSN(Arbitration Inter-Frame Spacing Number) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 추가 RAW 동안 상기 STA 은 데이터 프레임을 수신할 수도 있다. 이때, 상기 STA 은 상기 추가 RAW 동안 상기 데이터 프레임을 수신한 이후, UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 수신할 수 있다.
다른 예로, 상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송 우선 순위는 음성 트래픽의 전송 우선 순위와 동등하게 설정될 수도 있다.
본 발명의 제 2 기술적인 측면은, 무선 통신 시스템에서 AP(Access Point)가 채널 액세스를 지원하는 방법에 있어서, TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 TIM 에 의하여 버퍼된 트래픽이 있음을 지시받은 페이지된 STA 로부터 PS(Power Save)-Poll 프레임을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 수신하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 수신되는 것인, 채널 액세스 지원 방법이다.
상기 PS-Poll 전용 RAW 는 상기 PS-Poll 프레임은 상기 페이지된 STA 별로 상기 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있는 PS-Poll 구간의 합일 수 있다.
상기 AP 는 상기 페이지된 STA 중 자신의 PS-Poll 구간 동안 상기 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송하지 못한 적어도 하나의 STA 로부터, 상기 추가 RAW 동안 상기 PS-Poll 을 수신할 수 있다.
상기 AP 는, 상기 추가 RAW 동안 STA 의 채널 액세스가 허용됨을 알리기 위한 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 전송할 수도 있다. 이때, 상기 UTA 프레임은 상기 추가 RAW 동안 소정 시간 이상 채널이 유휴(idle)할 때에 전송되는 것일 수도 있다.
상기 UTA 프레임은 상기 페이지된 STA 에게 유니 캐스트 또는 멀티 캐스트 전송될 수도 있다. 다른 예로, 상기 UTA 프레임은 브로드 캐스트 전송될 수도 있다.
상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송 우선 순위는 음성 트래픽의 전송 우선순위보다 높게 설정될 수 있다. 다른 예로, 상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송 우선 순위는 음성 트래픽의 전송 우선 순위와 동등하게 설정될 수도 있다.
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본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 는 WLAN 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)와 물리 계층(Physical Layer)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 8은 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 HT 포맷을 예시한다.
도 9는 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11n 시스템의 PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11ac 시스템의 VHT PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 12는 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 14는 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 IFS의 관계를 예시하는 도면이다.
도 16은 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 19는 TIM을 수신한 STA의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 TIM 요소(TIM element) 포맷을 예시하는 도면이다.
도 21은 U-APSD 공존 요소 포맷을 예시한다.
도 22는 PS-Poll 메커니즘과 U-APSD 메커니즘에 따른 STA의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 프레임이 충돌되는 경우를 예시하는 도면이다.
도 24는 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 경쟁 메커니즘을 예시하는 도면이다.
도 25는 NDP PS-Poll 프레임을 예시하는 도면이다.
도 26은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA의 채널 액세스 동작을 예시하는 도면이다.
도 27은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA의 채널 액세스 동작을 예시하는 다른 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 별 설정된 PS-Poll 구간(interval)을 예시하는 도면이다.
도 29 내지 도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 NDP ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 PS-Poll 그룹 ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 37 내지 도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 액세스 방법을 예시하는 도면이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 채널 액세스 방법을 예시하는 도면이다.
도 43 내지 도 46은 본 발명의 실시예에 따른 채널 액세스 타입 지시 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 47 내지 도 50은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 채널 액세스 타입이 복수개인 경우 채널 액세스 타입 지시 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 비콘 구간동안 할당되는 RAW를 설명하기 위한 도면이다.
도 52및 도 53은 어느 하나의 STA가 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll을 수행하지 못했을 경우를 예시한 도면이다.
도 54는 본 발명의 일 실시예에 따른 추가 RAW를 이용하는 채널 액세스 방법을 예시한 도면이다.
도 55 및 도 56는 추가 RAW가 적용되었을 때를 예시한 도면이다.
도 57 및 도 58은 추가 RAW 동안 STA이 AP로 상향링크 프레임을 전송하는 예를 도시한 도면이다.
도 59는 NDP UTA 프레임 포맷을 예시한 도면이다.
도 60은 추가 RAW 동안 AP가 STA에게 하향링크 데이터 프레임을 전송하는 일예를 도시한 도면이다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 는 WLAN 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)와 물리 계층(Physical Layer)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 8은 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 HT 포맷을 예시한다.
도 9는 도 7에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11n 시스템의 PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11ac 시스템의 VHT PPDU프레임 포맷을 예시한다.
도 12는 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 14는 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 IFS의 관계를 예시하는 도면이다.
도 16은 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 19는 TIM을 수신한 STA의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 TIM 요소(TIM element) 포맷을 예시하는 도면이다.
도 21은 U-APSD 공존 요소 포맷을 예시한다.
도 22는 PS-Poll 메커니즘과 U-APSD 메커니즘에 따른 STA의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 프레임이 충돌되는 경우를 예시하는 도면이다.
도 24는 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 경쟁 메커니즘을 예시하는 도면이다.
도 25는 NDP PS-Poll 프레임을 예시하는 도면이다.
도 26은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA의 채널 액세스 동작을 예시하는 도면이다.
도 27은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA의 채널 액세스 동작을 예시하는 다른 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 별 설정된 PS-Poll 구간(interval)을 예시하는 도면이다.
도 29 내지 도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 NDP ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 PS-Poll 그룹 ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 37 내지 도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 액세스 방법을 예시하는 도면이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 채널 액세스 방법을 예시하는 도면이다.
도 43 내지 도 46은 본 발명의 실시예에 따른 채널 액세스 타입 지시 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 47 내지 도 50은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 채널 액세스 타입이 복수개인 경우 채널 액세스 타입 지시 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 51은 비콘 구간동안 할당되는 RAW를 설명하기 위한 도면이다.
도 52및 도 53은 어느 하나의 STA가 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll을 수행하지 못했을 경우를 예시한 도면이다.
도 54는 본 발명의 일 실시예에 따른 추가 RAW를 이용하는 채널 액세스 방법을 예시한 도면이다.
도 55 및 도 56는 추가 RAW가 적용되었을 때를 예시한 도면이다.
도 57 및 도 58은 추가 RAW 동안 STA이 AP로 상향링크 프레임을 전송하는 예를 도시한 도면이다.
도 59는 NDP UTA 프레임 포맷을 예시한 도면이다.
도 60은 추가 RAW 동안 AP가 STA에게 하향링크 데이터 프레임을 전송하는 일예를 도시한 도면이다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA 는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA 는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA 를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA 를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA 를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE 의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.11 시스템을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템 일반
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호작용에 의해 상위계층에 대해 트랜스패런트한 STA 이동성을 지원하는 WLAN 이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(BSS: Basic Service Set)는 IEEE 802.11 LAN 에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다. 도 1 에서는 2 개의 BSS(BSS1 및 BSS2)가 존재하고 각각의 BSS 의 멤버로서 2 개의 STA 이 포함되는 것(STA1 및 STA2 는 BSS1 에 포함되고, STA3 및 STA4 는 BSS2 에 포함됨)을 예시적으로 도시한다. 도 1 에서 BSS 를 나타내는 타원은 해당 BSS 에 포함된 STA 들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 나타내는 것으로도 이해될 수 있다. 이 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 칭할 수 있다. STA 이 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA 들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.
IEEE 802.11 LAN 에서 가장 기본적인 타입의 BSS 는 독립적인 BSS(IBSS: Independent BSS)이다. 예를 들어, IBSS 는 2 개의 STA 만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 또한, 가장 단순한 형태이고 다른 구성요소들이 생략되어 있는 도 1 의 BSS(BSS1 또는 BSS2)가 IBSS 의 대표적인 예시에 해당할 수 있다. 이러한 구성은 STA 들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN 은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN 이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.
STA 의 켜지거나 꺼짐, STA 이 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS 에서의 STA 의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS 의 멤버가 되기 위해서는, STA 은 동기화 과정을 이용하여 BSS 에 조인할 수 있다. BSS 기반구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA 은 BSS 에 연계(associated)되어야 한다. 이러한 연계(association)는 동적으로 설정될 수 있고, 분배 시스템 서비스(DSS: Distribution System Service)의 이용을 포함할 수 있다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 2 에서는 도 1 의 구조에서 분배 시스템(DS: Distribution System), 분배 시스템 매체(DSM: Distribution System Medium), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 구성요소가 추가된 형태이다.
LAN 에서 직접적인 스테이션-대-스테이션의 거리는 PHY 성능에 의해서 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 스테이션 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배 시스템(DS)이 구성될 수 있다.
DS 는 BSS 들이 상호 연결되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 도 1 과 같이 BSS 가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS 들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS 가 존재할 수도 있다.
DS 는 논리적인 개념이며 분배 시스템 매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(WM: Wireless Medium)와 분배 시스템 매체(DSM)을 논리적으로 구분하고 있다. 각각의 논리적 매체는 상이한 목적을 위해서 사용되며, 상이한 구성요소에 의해서 사용된다. IEEE 802.11 표준의 정의에서는 이러한 매체들이 동일한 것으로 제한하지도 않고 상이한 것으로 제한하지도 않는다. 이와 같이 복수개의 매체들이 논리적으로 상이하다는 점에서, IEEE 802.11 LAN 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 LAN 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 LAN 구조가 특정될 수 있다.
DS 는 복수개의 BSS 들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 장치를 지원할 수 있다.
AP 는, 연계된 STA 들에 대해서 WM 을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 의미한다. AP 를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2 에서 도시하는 STA2 및 STA3 은 STA 의 기능성을 가지면서, 연계된 STA 들(STA1 및 STA4)가 DS 로 액세스하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP 는 기본적으로 STA 에 해당하므로, 모든 AP 는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.
AP 에 연계된 STA 들 중의 하나로부터 그 AP 의 STA 어드레스로 전송되는 데이터는, 항상 비제어 포트(uncontrolled port)에서 수신되고 IEEE 802.1X 포트 액세스 개체에 의해서 처리될 수 있다. 또한, 제어 포트(controlled port)가 인증되면 전송 데이터(또는 프레임)는 DS 로 전달될 수 있다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 3 에서는 도 2 의 구조에 추가적으로 넓은 커버리지를 제공하기 위한 확장된 서비스 세트(ESS: Extended Service Set)를 개념적으로 나타낸다.
임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS 들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 ESS 네트워크라고 칭한다. ESS 는 하나의 DS 에 연결된 BSS 들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS 는 DS 를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 LLC(Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS 에 포함되는 STA 들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA 들은 LLC 에 트랜스패런트하게 하나의 BSS 에서 다른 BSS 로 (동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.
IEEE 802.11 에서는 도 3 에서의 BSS 들의 상대적인 물리적 위치에 대해서 아무것도 가정하지 않으며, 다음과 같은 형태가 모두 가능하다. BSS 들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS 들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS 들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS 들은 물리적으로 동일한 위치에 위치할 수 있고, 이는 리던던시를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 하나 (또는 하나 이상의) IBSS 또는 ESS 네트워크들이 하나 (또는 하나 이상의) ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 애드-혹 네트워크가 동작하는 경우나, 상이한 기관(organizations)에 의해서 물리적으로 중첩되는 IEEE 802.11 네트워크들이 구성되는 경우나, 동일한 위치에서 2 이상의 상이한 액세스 및 보안 정책이 필요한 경우 등에서의 ESS 네트워크 형태에 해당할 수 있다.
도 4 는 WLAN 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 4 에서는 DS 를 포함하는 기반 구조 BSS 의 일례가 도시된다.
도 4 의 예시에서 BSS1 및 BSS2 가 ESS 를 구성한다. WLAN 시스템에서 STA 은 IEEE 802.11 의 MAC/PHY 규정에 따라 동작하는 장치다. STA 은 AP STA 및 비-AP(non-AP) STA 을 포함한다. Non-AP STA 은 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 장치에 해당한다. 도 4 의 예시에서 STA1, STA3, STA4 는 non-AP STA 에 해당하고, STA2 및 STA5 는 AP STA 에 해당한다.
이하의 설명에서 non-AP STA 은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 사용자 장치(UE: User Equipment), 이동국(MS: Mobile Station), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(MSS: Mobile Subscriber Station) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP 는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(BS: Base Station), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(eNB: evolved Node-B), 기저 송수신 시스템(BTS: Base Transceiver System), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.
도 5 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 링크 계층(Data Link Layer)와 물리 계층(Physical Layer)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 5 를 참조하면, 물리 계층(520)은 PLCP 개체(Physical Layer Convergence Procedure Entity, 521)와 PMD 개체(Physical Medium Dependent Entity, 522)를 포함할 수 있다. PLCP 개체(521)는 MAC 서브 계층(510)과 데이터 프레임을 연결하는 역할을 수행한다. PMD 개체(522)는 OFDM 방식을 사용하여 2 개 또는 그 이상의 STA 과 데이터를 무선으로 송수신 하는 역할을 수행한다.
MAC 부계층(510)과 물리 계층(520) 모두 개념상의 관리 개체를 포함할 수 있으며, 각각 MLME(MAC Sublayer Management Entity, 511)과 PLME(Physical Layer Management Entity, 523)로 지칭할 수 있다. 이들 개체(511, 521)은 계층 관리 함수의 동작을 통해 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다.
정확한 MAC 동작을 제공하기 위하여, SME(Station Management Entity, 530)가 각 STA 내에 존재할 수 있다. SME(530)는 각 계층과 독립적인 관리 개체로서 여러 계층 관리 개체들로부터 계층 기반 상태 정보를 수집하거나 각 계층의 특정 파라미터들의 값을 설정한다. SME(530)는 일반 시스템 관리 개체들을 대신하여 이러한 기능을 수행할 수 있으며, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.
위와 같은 다양한 개체들은 다양한 방법으로 상호 작용(interact)할 수 있으며, 도 5 에서는 GET/SET 프리미티브(primitive)를 교환하는 예를 나타낸다. XX-GET.request 프리미티브는 관리 정보 베이스 속성(MIB attribute: Management Information Base attribute)의 값을 요청하기 위해 사용되고, XX-GET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 해당 MIB 속성 값을 리턴(return)하고, 그 외의 경우에는 상태 필드에 오류 표시를 하여 리턴한다. XX-SET.request 프리미티브는 지정된 MIB 속성을 주어진 값으로 설정하도록 요청하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작으로 의미하고 있다면, 이 요청은 그 특정 동작의 실행을 요청한다. 그리고, XX-SET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 이는 지정된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 의미한다. 그 외의 경우에는, 상태 필드는 오류 상황을 나타낸다. 이 MIB 속성이 특정 동작을 의미한다면, 이 프리미티브는 해당 동작의 수행된 것을 확인해 줄 수 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이 MLME(511)와 SME(530), PLME(523)와 SME(530)는 다양한 프리미티브를 각각 MLME_SAP(MLME_Service Access Point, 550), PLME_SAP(PLME_Service Access Point, 560)를 통해 교환할 수 있다. 그리고, MLME(511)와 PLME(523) 간에는 MLME-PLME_SAP(MLME-PLME_Service Access Point, 570)을 통해 프리미티브를 교환할 수 있다.
링크
셋업
과정
도 6 은 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
STA 이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연계(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연계, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연계 과정이라고 칭할 수도 있다.
도 6 을 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.
단계 S610 에서 STA 은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA 의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA 이 네트워크에 액세스하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA 은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다.
스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.
도 6 에서는 예시적으로 능동적 스캐닝 과정을 포함하는 네트워크 발견 동작을 도시한다. 능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP 가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA 에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS 에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA 일 수 있다. BSS 에서는 AP 가 비콘 프레임을 전송하므로 AP 가 응답자가 되며, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1 번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1 번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2 번 채널)로 이동하여 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2 번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.
도 6 에서 도시하고 있지 않지만, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11 에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA 으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS 에서 AP 가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA 은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS 에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.
능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.
STA 이 네트워크를 발견한 후에, 단계 S620 에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S640 의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.
인증 과정은 STA 이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다. 인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당한다.
인증 프레임은 인증 알고리즘 번호(authentication algorithm number), 인증 트랜잭션 시퀀스 번호(authentication transaction sequence number), 상태 코드(status code), 검문 텍스트(challenge text), RSN(Robust Security Network), 유한 순환 그룹(Finite Cyclic Group) 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이는 인증 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA 은 인증 요청 프레임을 AP 에게 전송할 수 있다. AP 는 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA 에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP 는 인증 처리의 결과를 인증 응답 프레임을 통하여 STA 에게 제공할 수 있다.
STA 이 성공적으로 인증된 후에, 단계 S630 에서 연계 과정이 수행될 수 있다. 연계 과정은 STA 이 연계 요청 프레임(association request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 연계 응답 프레임(association response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다.
예를 들어, 연계 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 연계 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임아웃 간격(연계 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS(Quality of Service) 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.
이는 연계 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA 이 네트워크에 성공적으로 연계된 후에, 단계 S640 에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S640 의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S620 의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S640 의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.
단계 S640 의 보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹을 통해서, 프라이빗 키 셋업(private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.
WLAN 의
진화
무선랜에서 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 표준으로서 IEEE 802.11n 이 존재한다. IEEE 802.11n 은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n 에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(HT: High Throughput)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술에 기반을 두고 있다.
무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n 이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(VHT: Very High Throughput)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전(예를 들어, IEEE 802.11ac)으로서, MAC 서비스 액세스 포인트(SAP: Service Access Point)에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템중의 하나이다.
차세대 무선랜 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 STA 들이 동시에 채널에 액세스하는 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output) 방식의 전송을 지원한다. MU-MIMO 전송 방식에 따르면, AP 가 MIMO 페어링(pairing)된 하나 이상의 STA 에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다. 또한, 화이트스페이스(whitespace)에서 무선랜 시스템 동작을 지원하는 것이 논의되고 있다. 예를 들어, 아날로그 TV 의 디지털화로 인한 유휴 상태의 주파수 대역(예를 들어, 54~698MHz 대역)과 같은 TV 화이트스페이스(TV WS)에서의 무선랜 시스템의 도입은 IEEE 802.11af 표준으로서 논의되고 있다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, 화이트스페이스는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 프라이머리 유저(primary user), 우선적 사용자(incumbent user) 등으로 칭할 수도 있다.
예를 들어, WS 에서 동작하는 AP 및/또는 STA 은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 한다. 예를 들어 WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약(regulation)상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA 은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA 은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.
따라서 AP 및/또는 STA 은 WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 차세대 통신 기술로서 M2M(Machine-to-Machine) 통신 기술이 논의되고 있다. IEEE 802.11 무선랜 시스템에서도 M2M 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah 로서 개발되고 있다. M2M 통신은 하나 이상의 머신(Machine)이 포함되는 통신 방식을 의미하며, MTC(Machine Type Communication) 또는 사물 통신으로 칭하여지기도 한다. 여기서, 머신이란 사람의 직접적인 조작이나 개입을 필요로 하지 않는 개체(entity)를 의미한다. 예를 들어, 무선 통신 모듈이 탑재된 검침기(meter)나 자동 판매기와 같은 장치는 물론, 사용자의 조작/개입 없이 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 스마트폰과 같은 사용자 기기도 머신의 예시에 해당할 수 있다. M2M 통신은 디바이스 간의 통신(예를 들어, D2D(Device-to-Device) 통신), 디바이스와 서버(application server) 간의 통신 등을 포함할 수 있다. 디바이스와 서버 통신의 예시로, 자동 판매기와 서버, POS(Point of Sale) 장치와 서버, 전기, 가스 또는 수도 검침기와 서버 간의 통신을 들 수 있다. 그 외에도 M2M 통신 기반의 애플리케이션(application)에는, 보안(security), 운송(transportation), 헬스 케어(health care) 등이 포함될 수 있다. 이러한 적용례의 특성을 고려하면, 일반적으로 M2M 통신은 매우 많은 기기가 존재하는 환경에서 가끔씩 적은 양의 데이터를 저속으로 송수신하는 것을 지원할 수 있어야 한다.
구체적으로, M2M 통신은 많은 STA 의 개수를 지원할 수 있어야 한다. 현재 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는 하나의 AP 에 최대 2007 개의 STA 이 연계되는 경우를 가정하지만, M2M 통신에서는 이보다 많은 개수(약 6000 개)의 STA 이 하나의 AP 에 연계되는 경우를 지원하는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 낮은 전송 속도를 지원/요구하는 애플리케이션이 많을 것으로 예상된다. 이를 원활하게 지원하기 위해서, 예를 들어, 무선랜 시스템에서는 TIM(Traffic Indication Map) 요소 기반으로 STA 이 자신에게 송신될 데이터의 존재 여부를 인지할 수 있는데, TIM 의 비트맵 크기를 줄이는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 송신/수신 간격이 매우 긴 트래픽이 많을 것으로 예상된다. 예를 들어, 전기/가스/수도 사용량과 같이 긴 주기(예를 들어, 한 달) 마다 매우 적은 양의 데이터를 주고 받는 것이 요구된다. 이에 따라, 무선랜 시스템에서는, 하나의 AP 에 연계될 수 있는 STA 의 개수는 매우 많아지더라도, 하나의 비콘 주기 동안에 AP 로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하는 STA 의 개수가 매우 적은 경우를 효율적으로 지원하는 방안들이 논의되고 있다.
이와 같이 무선랜 기술은 빠르게 진화하게 있으며, 전술한 예시들 외에도 직접 링크 셋업, 미디어 스트리밍 성능의 개선, 고속 및/또는 대규모의 초기 세션 셋업의 지원, 확장된 대역폭 및 동작 주파수의 지원 등을 위한 기술이 개발되고 있다.
프레임 구조
도 7 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 7 을 참조하면, MAC 프레임 포맷은 MAC 헤더(MHR: MAC Header), MAC 페이로드(MAC Payload) 및 MAC 풋터(MFR: MAC Footer)로 구성된다. MHR 은 프레임 제어(Frame Control) 필드, 지속 기간/식별자(Duration/ID) 필드, 주소 1(Address 1) 필드, 주소 2(Address 2) 필드, 주소 3(Address 3) 필드, 시퀀스 제어(Sequence Control) 필드, 주소 4(Address 4) 필드, QoS 제어(QoS Control) 필드 및 HT 제어(HT Control) 필드를 포함하는 영역으로 정의된다. 프레임 바디(Frame Body) 필드는 MAC 페이로드(payload)로 정의되고, 상위 계층에서 전송하고자 하는 데이터가 위치하게 되며, 가변적인 크기를 가진다. 프레임 체크 시퀀스(FCS: frame check sequence) 필드는 MAC 풋터(footer)로 정의되고, MAC 프레임의 에러 탐색을 위하여 사용된다.
처음 세 필드(프레임 제어 필드, 지속 기간/식별자 필드, 주소 1 필드)와 제일 마지막 필드(FCS 필드)는 최소 프레임 포맷을 구성하며, 모든 프레임에 존재한다. 그 외의 필드는 특정 프레임 타입에서만 존재할 수 있다.
앞서 설명한 각 필드들에 포함되는 정보들은 IEEE 802.11 시스템의 정의를 따를 수 있다. 또한, 앞서 설명한 각 필드들은 MAC 프레임에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 다른 필드로 대체되거나, 추가적인 필드가 더 포함될 수 있다.
도 8 은 도 7 에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 HT 포맷을 예시한다.
도 8 을 참조하면, HT 제어 필드는 VHT 서브필드, 링크 적응(Link Adaptation) 서브필드, 캘리브레이션 포지션(Calibration Position) 서브필드, 캘리브레이션 시퀀스(Calibration Sequence) 서브필드, 채널 상태 정보/조정(CSI/Steering: Channel State Information/Steering) 서브필드, NDP 공지(NDP Announcement: Null Data Packet Announcement) 서브필드, 액세스 카테고리 제한(AC Constraint: Access Category Constraint) 서브필드, 역방향 승인/추가 PPDU(RDG: Reverse Direction Grant/More PPDU) 서브필드, 예약(Reserved) 서브필드를 포함할 수 있다.
링크 적응 서브필드는 트레이닝 요청(TRQ: Training request) 서브필드, MCS 요청 또는 안테나 선택 지시(MAI: MCS(Modulation and Coding Scheme) Request or ASEL(Antenna Selection) Indication) 서브필드, MCS 피드백 시퀀스 지시(MFSI: MCS Feedback Sequence Identifier) 서브필드, MCS 피드백 및 안테나 선택 명령/데이터(MFB/ASELC: MCS Feedback and Antenna Selection Command/data) 서브필드를 포함할 수 있다.
TRQ 서브필드는 응답자(responder)에게 사운딩 PPDU(sounding PPDU) 전송을 요청하는 경우 1 로 설정되고, 응답자에게 사운딩 PPDU 전송을 요청하지 않는 경우 0 으로 설정된다. 그리고, MAI 서브필드가 14 로 설정되면 안테나 선택 지시(ASEL indication)를 나타내며, MFB/ASELC 서브필드는 안테나 선택 명령/데이터로 해석된다. 그렇지 않은 경우, MAI 서브필드는 MCS 요청을 나타내며, MFB/ASELC 서브필드는 MCS 피드백으로 해석된다. MAI 서브필드가 MCS 요청(MRQ: MCS Request)을 나타내는 경우, 어떠한 MCS 피드백을 요청하지 않는 경우 0 으로 설정되고, MCS 피드백을 요청하는 경우 1 로 설정된다. 사운딩 PPDU 는 채널 추정을 위하여 사용될 수 있는 트레이닝(training) 심볼을 전달하는 PPDU 를 의미한다.
앞서 설명한 각 서브 필드들은 HT 제어 필드에 포함될 수 있는 서브필드들의 예시에 해당하며, 다른 서브필드로 대체되거나, 추가적인 서브필드가 더 포함될 수 있다.
도 9 는 도 7 에 따른 MAC 프레임에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 9 를 참조하면, HT 제어 필드는 VHT 서브필드, MRQ 서브필드, MSI 서브필드, MCS 피드백 시퀀스 지시/그룹 ID 최하위 비트(MFSI/GID-L: LSB of Group ID) 서브필드, MFB 서브필드, 그룹 ID 최상위 비트(GID-H: MSB of Group ID) 서브필드, 코딩 타입(Coding Type) 서브필드, MFC 응답 전송 타입(FB Tx Type: Transmission type of MFB response) 서브필드, 자발적 MFB(Unsolicited MFB) 서브필드, AC 교정(AC Constraint) 서브필드, RDG/More PPDU 서브필드를 포함할 수 있다. 그리고, MFB 서브필드는 VHT 공간-시간 스트림 개수(N_STS: Number of space time streams) 서브필드, MCS 서브필드, 대역폭(BW: Bandwidth) 서브필드, 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 서브필드를 포함할 수 있다.
표 1 은 HT 제어 필드의 VHT 포맷에서의 각 서브필드에 대한 설명을 나타낸다.
[표 1]
앞서 설명한 각 서브 필드들은 HT 제어 필드에 포함될 수 있는 서브필드들의 예시에 해당하며, 다른 서브필드로 대체되거나, 추가적인 서브필드가 더 포함될 수 있다.
한편, MAC 서브계층은 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU: MAC protocol data unit)을 물리 서비스 데이터 유닛(PSDU: PHY Service Data Unit)으로서 물리 계층에 전달한다. PLCP 개체는 수신한 PSDU 에 물리 헤더(PHY header)와 프리앰블을 덧붙여 PLCP 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: PLCP protocol data unit)을 생성한다.
도 10 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11n 시스템의 PPDU 프레임 포맷을 예시한다.
도 10 의 (a)는 논 HT(Non-HT) 포맷, HT 혼합(HT Mixed) 포맷, HT-그린필드(HT-Greenfield) 포맷에 따른 PPDU 프레임을 예시하고 있다.
논 HT 포맷은 기존의 레가시 시스템(IEEE 802.11 a/g) STA 을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. 논 HT 포맷 PPDU 는 레가시-숏 트래이닝 필드(L-STF: Legacy-Short Training field), 레가시-롱 트래이닝 필드(L-LTF: Legacy-Long Training field), 레가시 시그널(L-SIG: Legacy-Signal) 필드로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블을 포함한다.
HT 혼합 포맷은 기존의 레가시 시스템 STA 의 통신을 허용함과 동시에 IEEE 802.11n STA 을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. HT 혼합 포맷 PPDU 는 L-STF, L-LTF, L-SIG 으로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 HT-숏 트래이닝 필드(HT-STF: HT-Short Training field), HT-롱 트래이닝 필드(HT-LTF: HT-Long Training field) 및 HT 시그널(HT-SIG: HT-Signal) 필드로 구성되는 HT 포맷 프리앰블을 포함한다. L-STF, L-LTF 및 L-SIG 는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF 부터 L-SIG 까지 논 HT 포맷과 동일하며, STA 은 그 뒤에 오는 HT-SIG 필드 이용하여 STA 은 혼합 포맷 PPDU 임을 알 수 있다.
HT-그린필드(Greenfield) 포맷은 기존의 레가시 시스템과 호환성이 없는 포맷으로 IEEE 802.11n STA 을 위한 프레임 포맷을 나타낸다. HT-그린필드 포맷 PPDU 는 HT-그린필드-STF(HT-GF-STF: HT-Greefield-STF), HT-LTF1, HT-SIG 및 하나 이상의 HT-LTF 들로 구성되는 그린필드 프리앰블을 포함한다.
데이터(Data) 필드는 서비스(SERVICE) 필드, PSDU, 테일(tail) 비트, 패드(pad) 비트를 포함한다. 데이터 필드의 모든 비트는 스크램블된다.
도 10 의 (b)는 데이터 필드에 포함되는 서비스 필드를 나타낸다. 서비스 필드는 16 비트를 가진다. 각 비트는 0 번부터 15 번까지 부여되며, 0 번 비트부터 순차적으로 전송된다. 0 번부터 6 번 비트는 0 으로 설정되고, 수신단 내 디스크램블러(descrambler)를 동기화하기 위하여 사용된다.
도 11 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11ac 시스템의 VHT PPDU 프레임 포맷을 예시한다.
도 11 을 참조하면, VHT 포맷 PPDU 는 데이터 필드 이전에 L-STF, L-LTF, L-SIG 로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 VHT-SIG-A 및 HT-STF 및 HT-LTF 들로 구성되는 VHT 포맷 프리앰블을 포함한다. L-STF, L-LTF 및 L-SIG 는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF 부터 L-SIG 까지 논 HT 포맷과 동일하며, STA 은 그 뒤에 오는 VHT-SIG 필드 이용하여 VHT 포맷 PPDU 임을 알 수 있다.
L-STF 는 프레임 검출, 자동 이득 제어(AGC: Auto Gain Control), 다이버티 검출, 대략 주파수/시간 동기화(coarse frequency/time synchronization) 등을 위한 필드이다. L-LTF 는 정밀 주파수/시간 동기화(fine frequency/time synchronization), 채널 추정 등을 위한 필드이다. L-SIG 는 레가시 제어 정보 전송을 위한 필드이다. VHT-SIG-A 는 VHT STA 들의 공통되는 제어 정보 전송을 위한 VHT 필드이다. VHT-STF 는 MIMO 를 위한 AGC, 빔포밍된 스트림을 위한 필드이다. VHT-LTFs 는 MIMO 를 위한 채널 추정, 빔포밍된 스트림을 위한 필드이다. VHT-SIG-B 는 각 STA 에 특정된 제어 정보를 전송하기 위한 필드이다.
매체 액세스 메커니즘
IEEE 802.11 에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 액세스 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC 의 분배 조정 기능(DCF: Distributed Coordination Function)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA 은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA 은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA 들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.
또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF 는 상기 DCF 와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF 는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA 이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF 는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA 는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA 는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF 는 WLAN 의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(CP: Contention Period)와 비경쟁 주기(CFP: Contention Free Period) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.
도 12 는 본 발명이 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 를 참조하여 임의 백오프 주기에 기반한 동작에 대해서 설명한다.
점유(occupy 또는 busy) 상태이던 매체가 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA 들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이 때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA 들은 각각 임의 백오프 카운트를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간만큼 대기한 후에, 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 의사-임의 정수(pseudo-random integer) 값을 가지며, 0 내지 CW 범위의 값 중에서 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW 는 경쟁 윈도우(Contention Window) 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기값으로 CWmin 이 주어지지만, 전송 실패의 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK 을 수신하지 못한 경우)에 2 배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CWmax 가 되면 데이터 전송이 성공할 때까지 CWmax 값을 유지하면서 데이터 전송을 시도할 수 있고, 데이터 전송이 성공하는 경우에는 CWmin 값으로 리셋된다. CW, CWmin 및 CWmax 값은 2n-1 (n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.
임의 백오프 과정이 시작되면 STA 은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체가 점유상태로 모니터링되면 카운트 다운을 멈추고 대기하고, 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다.
도 12 의 예시에서 STA3 의 MAC 에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA3 는 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 나머지 STA 들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA1, STA2 및 STA5 의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA 은 매체가 유휴상태로 모니터링되면 DIFS 만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다. 도 12 의 예시에서는 STA2 가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA1 이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. 즉, STA2 가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA5 의 잔여 백오프 시간은 STA1 의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다. STA1 및 STA5 는 STA2 가 매체를 점유하는 동안에 잠시 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA2 의 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA1 및 STA5 는 DIFS 만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA5 의 잔여 백오프 시간이 STA1 보다 짧았으므로 STA5 이 프레임 전송을 시작하게 된다. 한편, STA2 가 매체를 점유하는 동안에 STA4 에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이 때, STA4 의 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 카운트 다운을 수행하고 프레임 전송을 시작할 수 있다. 도 12 의 예시에서는 STA5 의 잔여 백오프 시간이 STA4 의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우, STA4 와 STA5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA4 와 STA5 모두 ACK 을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA4 와 STA5 는 CW 값을 2 배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 카운트 다운을 수행할 수 있다. 한편, STA1 은 STA4 와 STA5 의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.
STA 의
센싱
동작
전술한 바와 같이 CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA 이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC 은 네트워크 할당 벡터(NAV: Network Allocation Vector)를 이용할 수 있다. NAV 는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA 이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA 에게 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV 로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP 및/또는 STA 에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA 은 해당 기간동안 매체 액세스가 금지된다. NAV 는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 지속 기간(duration) 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.
또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 13 및 도 14 를 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.
도 13 은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 13(a)는 숨겨진 노드에 대한 예시이며, STA A 와 STA B 는 통신 중에 있고 STA C 가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A 가 STA B 에 정보를 전송하고 있는 상황이지만, STA C 가 STA B 로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A 의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C 의 위치에서는 센싱하지 못할 수도 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B 는 STA A 와 STA C 의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A 는 STA C 의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.
도 13(b)는 노출된 노드(exposed node)에 대한 예시이며, STA B 는 STA A 에 데이터를 전송하고 있는 상황에서, STA C 가 STA D 에서 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 이 경우에 STA C 가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B 의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C 가 STA D 에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A 는 STA C 의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C 로부터의 전송과 STA B 로부터의 전송은 STA A 의 입장에서는 충돌하지 않을 수도 있으므로, STA C 는 STA B 가 전송을 멈출 때까지 불필요하게 대기하는 것이 된다. 이 때 STA C 를 STA B 의 노출된 노드라고 할 수 있다.
도 14 는 RTS 와 CTS 를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 과 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS 는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA 이 데이터를 받는 STA 에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA 은 CTS 프레임을 주위의 단말들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.
도 14(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A 와 STA C 가 모두 STA B 에 데이터를 전송하려고 하는 경우를 가정한다. STA A 가 RTS 를 STA B 에 보내면 STA B 는 CTS 를 자신의 주위에 있는 STA A 와 STA C 에 모두 전송을 한다. 그 결과 STA C 는 STA A 와 STA B 의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.
도 14(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A 와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C 가 오버히어링함으로써, STA C 는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B 는 주위의 모든 단말기에 RTS 를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A 만 CTS 를 전송하게 된다. STA C 는 RTS 만을 받고 STA A 의 CTS 를 받지 못했기 때문에 STA A 는 STC C 의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
프레임 간 시간 간격(
IFS
:
Inter
-
Frame
Space
)
두 프레임 사이의 시간 간격을 IFS(Inter-Frame Space)로 정의한다. STA 은 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 IFS 동안 채널이 사용되는지를 판단한다. DCF MAC 계층은 네 가지 IFS 를 정의하고 있고, 이에 의해 무선 매체를 점유하는 우선권이 결정된다.
IFS 는 STA 의 비트율과는 관계가 없이 물리 계층에 따라 특정한 값이 설정된다. IFS 의 종류는 SIFS(Short IFS), PIFS(PCF IFS), DIFS(DCF IFS), EIFS(Extended IFS)와 같다. SIFS(Short IFS)는 RTS/CTS, ACK 프레임 전송 시 사용되며, 최고 우선 순위를 가진다. PIFS(PCF IFS)는 PCF 프레임 전송 시 사용되고, DIFS(DCF IFS)는 DCF 프레임 전송 시 사용된다. EIFS(Extended IFS)는 프레임 전송 오류 발생 시에만 사용되며, 고정된 간격을 가지지 않는다.
각 IFS 간의 관계는 매체 상에서 시간 간격(time gap)으로 정의되며, 관련된 속성은 아래 도 15 와 같이 물리 계층에 의하여 제공된다.
도 15 는 IFS 의 관계를 예시하는 도면이다.
모든 매체 타이밍에서 PPDU 의 마지막 심볼의 종료 시점이 전송 종료를 나타내며, 다음 PPDU 의 프리앰블의 처음 심볼이 전송 시작을 나타낸다. 모든 MAC 타이밍은 PHY-TXEND.confirm 프리미티브, PHYTXSTART.confirm 프리미티브, PHY-RXSTART.indication 프리미티브 및 PHY-RXEND.indication 프리미티브를 참조하여 정해질 수 있다.
도 15 를 참조하면, SIFS 시간(aSIFSTime)과 슬롯 시간(aSlotTime)은 물리 계층 별로 결정될 수 있다. SIFS 시간은 고정된 값을 가지며, 슬롯 시간은 무선 지연 시간(aAirPropagationTime) 변화에 따라 동적으로 변화할 수 있다. SIFS 시간 및 슬롯 시간은 각각 아래 수학식 1 및 2 와 같이 정의된다.
PIFS 와 SIFS 는 각각 아래 수학식 3 및 4 와 같이 정의된다.
EIFS 은 SIFS, DIFS 및 ACK 전송 시간(ACKTxTime)으로부터 아래 수학식 5 와 같이 산출된다. ACK 전송 시간(ACKTxTime)은 최저 물리 계층 의무적 레이트(mandatory rate)에서 프리앰블, PLCP 헤더 및 추가적인 물리 계층 의존적 정보들을 포함하는 ACK 프레임 전송에 필요한 마이크로 초로 표현된다.
도 15 에서 예시하는 SIFS, PIFS 및 DIFS 들은 매체와 서로 다른 MAC 슬롯 경계(TxSIFS, TxPIFS, TxDIFS) 상에서 측정된다. 이러한 슬롯 경계는 이전의 슬롯 시간의 CCA 결과의 검출 이후에 매체 상에 서로 다른 IFS 타이밍을 맞추기 위하여 MAC 계층에 의하여 송신기가 턴온(turn-on)되는 시간으로 정의된다. SIFS, PIFS 및 DIFS 에 대한 각 MAC 슬롯 경계는 각각 아래 수학식 6 내지 8 과 같이 정의된다.
전력 관리(
power
management
)
전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 STA 이 송수신을 수행하기 전에 채널 센싱을 수행해야 하는데, 채널을 항상 센싱하는 것은 STA 의 지속적인 전력 소모를 야기한다. 수신 상태에서의 전력 소모는 송신 상태에서의 전력 소모에 비하여 크게 차이가 나지 않으며, 수신 상태를 계속 유지하는 것도 전력이 제한된(즉, 배터리에 의해 동작하는) STA 에게 큰 부담이 된다. 따라서, STA 이 지속적으로 채널을 센싱하기 위해서 수신 대기 상태를 유지하면, 무선랜 처리율 측면에서 특별한 이점 없이 전력을 비효율적으로 소모하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 무선랜 시스템에서는 STA 의 전력 관리(PM: power management) 모드를 지원한다.
STA 의 전력 관리 모드는 액티브(active) 모드 및 전력 절약(PS: power save) 모드로 나뉘어 진다. STA 은 기본적으로 액티브 모드로 동작한다. 액티브 모드로 동작하는 STA 은 어웨이크 상태(awake state)를 유지한다. 어웨이크 상태는, 프레임 송수신이나 채널 스캐닝 등 정상적인 동작이 가능한 상태이다. 한편, PS 모드로 동작하는 STA 은 슬립 상태(sleep state)와 어웨이크 상태(awake state)를 전환(switch)해가며 동작한다. 슬립 상태로 동작하는 STA 은 최소한의 전력으로 동작하며, 프레임 송수신은 물론 채널 스캐닝도 수행하지 않는다.
STA 이 슬립 상태로 가능한 오래 동작할수록 전력 소모가 줄어들기 때문에, STA 은 동작 기간이 증가한다. 하지만 슬립 상태에서는 프레임 송수신이 불가능하기 때문에 무조건적으로 오래 동작할 수는 없다. 슬립 상태로 동작하는 STA 이 AP 에게 전송할 프레임이 존재하는 경우 어웨이크 상태로 전환하여 프레임을 송신할 수 있다. 한편, AP 가 STA 에게 전송할 프레임이 있는 경우, 슬립 상태의 STA 은 이를 수신할 수 없으며 수신할 프레임이 존재하는 것도 알 수 없다. 따라서, STA 은 자신에게 전송될 프레임의 존재 여부를 알기 위해(또한 존재한다면 이를 수신하기 위해) 특정 주기에 따라 어웨이크 상태로 전환하는 동작이 필요할 수 있다.
도 16 은 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 을 참조하면, AP(210)는 일정한 주기로 비콘 프레임(beacon frame)을 BSS 내의 STA 들에게 전송한다(S211, S212, S213, S214, S215, S216). 비콘 프레임에는 TIM(Traffic Indication Map) 정보 요소(Information Element)가 포함된다. TIM 정보 요소는 AP(210)가 자신과 연계된 STA 들에 대한 버퍼된 트래픽이 존재하며, 프레임을 전송할 것임을 알려주는 정보를 포함한다. TIM 요소에는 유니캐스트(unicast) 프레임을 알려주는데 사용되는 TIM 과 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast) 프레임을 알려주는데 사용되는 DTIM(delivery traffic indication map)이 있다.
AP(210)는 3 번의 비콘 프레임을 전송할 때 마다 1 회씩 DTIM 을 전송할 수 있다.
STA1(220) 및 STA2(230)는 PS 모드로 동작하는 STA 이다. STA1(220) 및 STA2(230)는 소정의 주기의 웨이크업 인터벌(wakeup interval) 마다 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP(210)에 의하여 전송된 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 각각의 STA 은 자신의 로컬 클럭(local clock)에 기초하여 어웨이크 상태로 전환할 시점을 계산할 수 있으며, 도 15 의 예시에서는 STA 의 클럭은 AP 의 클럭과 일치하는 것으로 가정한다.
예를 들어, 상기 소정의 웨이크업 인터벌은, STA1(220)이 비콘 인터벌마다 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 첫 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S211) 어웨이크 상태로 전환될 수 있다(S221). STA1(220)은 비콘 프레임을 수신하고 TIM 요소를 획득할 수 있다. 획득된 TIM 요소가 STA1(220)에게 전송될 프레임이 있음을 지시하는 경우, STA1(220)은 AP(210)에게 프레임 전송을 요청하는 PS-Poll(Power Save-Poll) 프레임을 AP(210)에게 전송할 수 있다(S221a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 프레임을 STA1(220)에게 전송할 수 있다(S231). 프레임 수신을 완료한 STA1(220)은 다시 슬립 상태로 전환하여 동작한다.
AP(210)가 두 번째로 비콘 프레임을 전송함에 있어서, 다른 장치가 매체에 액세스하고 있는 등 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로, AP(210)는 정확한 비콘 인터벌에 맞추어 비콘 프레임을 전송하지 못하고 지연된 시점에 전송할 수 있다(S212). 이 경우 STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 동작 모드를 어웨이크 상태로 전환하지만, 지연 전송되는 비콘 프레임을 수신하지 못하여 다시 슬립 상태로 전환한다(S222).
AP(210)가 세 번째로 비콘 프레임을 전송할 때, 해당 비콘 프레임에는 DTIM 으로 설정된 TIM 요소가 포함될 수 있다. 다만, 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로 AP(210)는 비콘 프레임을 지연 전송한다(S213). STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 어웨이크 상태로 전환하여 동작하며, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임을 통하여 DTIM 을 획득할 수 있다. STA1(220)이 획득한 DTIM 은 STA1(220)에 전송될 프레임은 없으며 다른 STA 을 위한 프레임이 존재함을 지시하는 경우를 가정한다. 이 경우, STA1(220)은 자신이 수신할 프레임이 없음을 확인하고, 다시 슬립 상태로 전환하여 동작할 수 있다. AP(210)는 비콘 프레임 전송 후 프레임을 해당 STA 에게 전송한다(S232).
AP(210)는 네 번째로 비콘 프레임을 전송한다(S214). 다만, STA1(220)은 이 전 2 회에 걸친 TIM 요소 수신을 통해 자신에 대한 버퍼된 트래픽이 존재한다는 정보를 획득할 수 없었으므로, TIM 요소 수신을 위한 웨이크업 인터벌을 조정할 수 있다. 또는, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임에 STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값을 조정을 위한 시그널링 정보가 포함된 경우, STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값이 조정될 수 있다. 본 예시에서, STA1(220)은 비콘 인터벌마다 TIM 요소 수신을 위해 운영 상태를 전환하던 것을 3 회의 비콘 인터벌마다 한 번 깨어나는 것으로 운영 상태를 전환하도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 네 번째 비콘 프레임을 전송하고(S214), 다섯 번째 비콘 프레임을 전송하는 시점에(S215) 슬립 상태를 유지하므로 해당 TIM 요소를 획득할 수 없다.
AP(210)가 여섯 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S216), STA1(220)은 어웨이크 상태로 전환하여 동작하고 비콘 프레임에 포함된 TIM 요소를 획득할 수 있다(S224). TIM 요소는 브로드캐스트 프레임이 존재함을 지시하는 DTIM 이므로, STA1(220)은 PS-Poll 프레임을 AP(210)에게 전송하지 않고, AP(210)에 의해 전송되는 브로드캐스트 프레임을 수신할 수 있다(S234). 한편 STA2(230)에 설정된 웨이크업 인터벌은 STA1(220)보다 긴 주기로 설정될 수 있다. 따라서, STA2(230)는 AP(210)가 다섯 번째로 비콘 프레임을 전송하는 시점(S215)에 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있다(S241). STA2(230)는 TIM 요소를 통하여 자신에게 전송될 프레임이 존재함을 알고, 프레임 전송을 요청하기 위해 AP(210)에게 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다(S241a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 STA2(230)에게 프레임을 전송할 수 있다(S233).
도 16 와 같은 전력 절약 모드 운영을 위해 TIM 요소에는 STA 이 자신에게 전송될 프레임이 존재하는지를 지시하는 TIM 또는 브로드캐스트/멀티캐스트 프레임이 존재하는지를 지시하는 DTIM 이 포함된다. DTIM 은 TIM 요소의 필드 설정을 통하여 구현될 수 있다.
도 17 내지 19 는 TIM 을 수신한 STA 의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 17 을 참조하면, STA 은 AP 로부터 TIM 을 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하고, 수신한 TIM 요소를 해석하여 자신에게 전송될 버퍼된 트래픽이 있음을 알 수 있다. STA 은 PS-Poll 프레임 전송을 위한 매체 액세스를 위해 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, AP 에게 데이터 프레임 전송을 요청하기 위하여 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. STA 에 의해 전송된 PS-Poll 프레임을 수신한 AP 는 STA 에게 프레임을 전송할 수 있다. STA 은 데이터 프레임을 수신하고 이에 대한 확인응답(ACK) 프레임을 AP 에게 전송할 수 있다. 이후 STA 은 다시 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 17 과 같이 AP 는 STA 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 소정의 시간(예를 들어, SIFS(Short Inter-Frame Space)) 후에 데이터 프레임을 전송하는 즉시 응답(immediate response) 방식에 따라 동작할 수 있다. 한편, AP 가 PS-Poll 프레임을 수신한 후에 STA 에게 전송할 데이터 프레임을 SIFS 시간 동안에 준비하지 못한 경우에는 지연된 응답(deferred response) 방식에 따라 동작할 수 있으며, 이에 대해서 도 18 을 참조하여 설명한다.
도 18 의 예시에서 STA 이 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 TIM 을 수신하고 경쟁을 거쳐 PS-Poll 프레임을 AP 로 전송하는 동작은 도 16 의 예시와 동일하다. AP 가 PS-Poll 프레임을 수신하고도 SIFS 동안 데이터 프레임을 준비하지 못한 경우, 데이터 프레임을 전송하는 대신 ACK 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다. AP 는 ACK 프레임 전송 후 데이터 프레임이 준비되면, 컨텐딩을 수행한 후 데이터 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다. STA 은 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였음을 나타내는 ACK 프레임을 AP 에게 전송하고, 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 19 는 AP 가 DTIM 을 전송하는 예시에 대한 것이다. STA 들은 AP 로부터 DTIM 요소를 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환할 수 있다. STA 들은 수신한 DTIM 을 통해 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임이 전송될 것임을 알 수 있다. AP 는 DTIM 을 포함하는 비콘 프레임 전송 후 PS-Poll 프레임의 송수신 동작 없이 바로 데이터(즉, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임)를 전송할 수 있다. STA 들은 DTIM 을 포함하는 비콘 프레임을 받은 후에 계속하여 어웨이크 상태를 유지하는 중에 데이터를 수신하고, 데이터 수신이 완료된 후에 다시 슬립 상태로 전환할 수 있다.
앞서 도 17 내지 19 을 참조하여 설명한 TIM(또는 DTIM) 프로토콜을 기반으로 한 전력 절약 모드 운영 방법에 있어서, STA 들은 TIM 요소에 포함된 STA 식별 정보를 통하여 자신을 위해 전송될 데이터 프레임이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. STA 식별 정보는 STA 이 AP 와 연계(association)시에 할당받는 식별자인 AID(Association Identifier)와 관련된 정보일 수 있다.
AID 는 하나의 BSS 내에서는 각각의 STA 에 대한 고유한(unique) 식별자로서 사용된다. 일례로, 현재 무선랜 시스템에서 AID 는 1 에서 2007 까지의 값 중 하나의 값으로 할당될 수 있다. 현재 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는, AP 및/또는 STA 이 전송하는 프레임에는 AID 를 위하여 14 비트가 할당될 수 있으며, AID 값은 16383 까지 할당될 수 있으나 2008 에서 16383 은 예비(reserved) 값으로 설정되어 있다.
도 20 은 TIM 요소(TIM element) 포맷을 예시하는 도면이다.
도 20 을 참조하면, TIM 요소는 요소 식별자(Element ID) 필드, 길이(Length) 필드, DTIM 카운트(DTIM Count) 필드, DTIM 주기(DTIM period) 필드, 비트맵 제어(Bitmap Control) 필드, 부분 가상 비트맵(Partial Virtual Bitmap) 필드를 포함하여 구성된다. 길이 필드는 정보 필드의 길이를 나타낸다. DTIM 카운트 필드는 다음 DTIM 이 전송되기 전 얼마나 많은 비콘 프레임이 존재하는지 나타낸다. DTIM 주기 필드는 연속적인 DTIM 사이의 비콘 간격 수를 나타낸다. 만약, 모든 TIM 이 DTIM 이면, DTIM 주기 필드는 1 의 값을 갖는다. DTIM 주기 값은 0 는 예약되어 있고, 1 옥텟을 구성된다. 비트맵 제어 필드는 하나의 옥텟으로 구성된다. 비트맵 제어 필드의 비트 0 은 AID 0 에 대한 트래픽 지시자(Traffic Indicator) 비트이며, 하나 혹은 그 이상의 그룹 지정(group addressed)된 MSDUs(MAC service data unit)/MMPDUs(MAC management protocol data unit)이 AP 혹은 메쉬 STA(mesh STA)에서 보낼 데이터가 있다면, DTIM 카운트 필드는 0 으로 셋팅되고, 비트맵 제어 필드의 비트 0 은 1 로 셋팅된다. 첫 번째 옥텟에서 나머지 7 비트는 비트맵 오프셋을 나타낸다. TIM 을 생성하는 AP 혹은 메쉬 STA 에 의한 트래픽 지시 가상 비트맵(traffic-indication virtual bitmap)은 2008 비트(=251 옥텟)로 구성된다. 비트맵에서 비트 번호 N(0＜=N＜=2007)은 옥텟 번호 N/8 과 비트 번호(N mod 8)로 나타낼 수 있다. 트래픽 지시 가상 비트맵에 있는 각각의 비트는 AP 가 보낼 데이터의 유무를 나타낸다. 만약 개별적 지정된(addressed) MSDU/MMPDU (AID=N) 를 위해 AP 가 보낼 데이터가 있는 경우에 비트 번호 N 은 1 로 셋팅되고, 보낼 데이터가 없는 경우에는 0 으로 셋팅된다.
앞서 설명한 각 필드들은 TIM 요소에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 다른 필드로 대체되거나, 추가적인 필드가 더 포함될 수 있다.
자동 전력 절약
전달(Automatic Power Saving Delivery)를
이용한 전력 관리
상술한 PS-Poll 을 기반으로 하는 전력 절약 방법 외에도 IEEE 802.11e 시스템에서는 자동 전력 절약 전달(APSD: Automatic Power Saving Delivery) 방법을 제공한다. APSD 는 크게 스케줄된 APSD(s-APSD: scheduled-APSD) 방법과 스케줄되지 않은 APSD(u-APSD: unscheduled-APSD) 방법으로 분류된다. 그 중 u-APSD 는 APSD 를 지원하는 AP(QoS AP)가 활성(awake) 상태와 수면(doze) 상태를 오가는 절전 모드로 동작함과 동시에 APSD 를 지원하는 STA(QoS STA)로 하향 링크 프레임을 전달하는 메커니즘을 의미한다.
APSD 를 지원할 수 있는 QoS(Quality of Service) AP 는 비콘, 프로브 응답, (재)연계 응답 관리 프레임 내 능력 정보 필드(Capability Information field)의 APSD 서브필드의 사용을 통해서 이러한 능력을 STA 에 시그널링할 수 이다.
STA 들은 스케줄링되지 않은 서비스 기간(unscheduled-service period, 이하 'u-SP'라고 지칭함) 동안 AP 로부터 전달되는 해당 STA 들의 버퍼가능한 유닛(BU: bufferable unit)의 일부 혹은 전체를 수신하기 위하여 U-APSD 를 사용할 수 있다. u-SP 가 진행 중이지 않는 경우, STA 이 트리거 가능(trigger-enalbled)으로 설정된 액세스 카테고리(AC)에 속하는 QoS 데이터 또는 QoS 널(QoS Null) 프레임을 AP 에 전송함으로써 u-SP 가 시작되고, 이때, 전송되는 상향링크 프레임을 트리거 프레임(trigger frame)이라고 한다. 집합된 MPDU(A-MPDU: Aggregate MPDU)는 하나 또는 그 이상의 트리거 프레임을 포함한다. 스케줄링되지 않은 SP 은 AP 가 전달 가능한 AC 와 해당 STA 에 예정된 적어도 하나의 BU 의 전송을 시도한 후 종료된다. 다만, 해당 STA 의 (재)연계 요청 프레임의 QoS 능력 요소(QoS Capability element)의 최대 서비스 기간 길이 필드(Max SP Length field)가 0 이 아닌 값을 가지면 해당 필드 내에서 지시된 값 이내로 제한다.
u-SP 동안 AP 로부터 BU 를 수신하기 위하여 STA 은 해당 STA 의 전달 가능(delivery-enabled) 및 트리거 가능(trigger-enabled) AC 의 하나 또는 그 이상을 지정한다. IEEE 802.11e 시스템에서는 QoS 를 제공하기 위하여 서로 다른 8 개의 우선순위와 이를 기초로 4 개의 AC 를 정의한다. STA 은 두 가지 방법을 사용하여 AP 가 U-APSD 를 사용하도록 설정할 수 있다. 먼저, STA 은 (재)연계 요청 프레임에서 전달되는 QoS 능력 요소(QoS Capability element)의 QoS 정보 서브필드(QoS Info subfield) 내에서 개별적인 U-APSD 플래그 비트를 설정할 수 있다. U-APSD 플래그 비트가 1 이면, 해당 AC 가 전달 가능하고 트리거 가능하다는 것을 지시한다. (재)연계 요청 프레임 내 모든 4 개의 U-APSD 플래그 서브필드가 1 과 같을 때, STA 와 관련된 모든 AC 들은 (재)연계 동안에 전달 가능하고 트리거 가능하다. (재)연계 요청 프레임 내 모든 4 개의 U-APSD 플래그 서브필드가 0 과 같을 때, STA 와 관련된 AC 들에서 (재)연계 동안에 전달 가능하고 트리거 가능한 AC 는 존재하지 않는다. 또는, STA 은 AP 에 AC 별로 1 로 설정된 APSD 서브필드를 가지는 ADDTS(add traffic stream) 요청 프레임(ADDTS Request frame)과 TSPEC(traffic specification) 요소(TSPEC element) 내 트래픽 스트림(TS: traffic stream) 정보 필드(TS Info field) 내에서 0 으로 설정된 스케줄 서브필드(Schedule subfield)를 전송하여 트리거 가능하고 전달 가능한 하나 또는 그 이상의 AC 를 지정할 수 있다. TSPEC 요청(TSPEC request) 내 APSD 설정은 QoS 능력 요소(QoS Capability element) 내에서 전달되는 정적인(static) U-APSD 설정보다 우선시 될 수 있다. 다시 말해, TSPEC 요청은 어떠한 이전의 AC 의 U-APSD 설정에 오버라이트(overwrite)될 수 있다. 해당 요청은 ACM 서브필드가 0 인 AC 를 위하여 전송될 수 있다.
STA 은 상향링크 또는 하향링크 전송 방향에서 각각 1 로 설정된 APSD 서브필드와 0 으로 설정된 스케줄 서브필드를 가지는 TSPEC 을 설정함으로써 트리거 가능 또는 전달 가능하도록 AC 를 설정할 수 있다. 1 로 설정된 APSD 서브필드와 0 으로 설정된 스케줄 서브필드를 가지는 상향링크 TSPEC, 하향링크 TSPEC 또는 양방향(bidirectional) TSPEC 은 AC 가 트리거 가능하고 전달 가능하도록 설정할 수 있다. APSD 서브필드와 스케줄 서브필드가 모두 0 으로 설정된 상향링크 TSPEC, 하향링크 TSPEC 또는 양방향(bidirectional) TSPEC 은 AC 가 트리거 불가능하고 전달 불가능하도록 설정할 수 있다.
스케줄링된 서비스 기간(scheduled-service period, 이하 's-SP'라고 지칭함)은 서비스 간격 필드(Service Interval field)에서 특정된 고정된 시간 간격을 가지고 시작한다. 액세스 정책이 채널 액세스를 제어하면, TS 에 대한 s-SP 를 사용하기 위하여, STA 은 TSPEC 요소(TSPEC element) 내 TS 정보 필드(TS Info field)의 1 로 설정된 APSD 서브필드를 가지는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 AP 에 전송할 수 있다. 반면, 액세스 정책이 경쟁 기반(contention-based) 채널 액세스를 지원하면, TS 에 대한 s-SP 를 사용하기 위하여, STA 은 TSPEC 요소(TSPEC element) 내 TS 정보 필드(TS Info field)에서 1 로 설정된 APSD 서브필드 및 스케줄 서브필드를 가지는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 AP 에 전송할 수 있다. APSD 메커니즘이 AP 에 의하여 지원되고 AP 가 STA 로부터의 해당 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 수락하면, AP 는 요청된 서비스가 AP 에 의하여 제공될 수 있음을 지시하는 스케줄 요소(Schedule element)를 포함하는 ADDTS 응답 프레임(ADDTS Request frame)으로 응답할 수 있다. 타이밍 동기 기능(TSF: timing synchronization function) 타이머의 최하위(lower order) 4 옥텟(octet)이 서비스 시작 타입 필드(Service Start Time field)에서 특정된 값과 같을 때, 최초 s-SP 가 시작된다. s-SP 를 사용하는 STA 은 AP 또는 하이브리드 코디네이터(HC: hybrid coordinator)로부터 자신에게 개별적으로 지정된(addressded) 버퍼된 및/또는 폴(poll)된 BU 를 수신하기 위하여 최초로 웨이크 업(wake up)할 수 있다. STA 은 그 후에 서비스 간격(SI: service interval)과 동일한 일정 시간 간격에서 웨이크 업할 수 있다. AP 는 성공적인 ADDTS 응답 프레임(ADDTS Request frame)(ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)에 대한 응답임)과 스케줄 프레임(다른 시점에 전송됨) 내 스케줄 요소(Schedule element)를 통해 서비스 시작 시간을 조정할 수 있다.
s-SP 는 TSPEC 에 대한 응답으로 전송된 스케줄 요소(Schedule element) 내에서 지시된 서비스 시작 시간 및 SI 에 대응하는 스케줄된 웨이크 업 시간에서 시작된다. STA 은 그 후 아래 수학식 9 에 따른 시점에서 웨이크 업한다.
BSS 내에서 s-SP 주기가 지원되면, STA 은 동일한 시간에 서로 다른 AC 에 대하여 U-APSD 와 S-APSD 를 모두 사용할 수 있다. STA 이 AC 를 위한 스케줄링된 전달이 설정될 때, AP 는 트리거 프레임에 의하여 개시된 SP 동안에 해당 AC 를 사용하는 BU 를 전송하지 않으며, 트리거 프레임으로 STA 로부터 수신한 AC 를 사용하는 BU 를 처리하지 않는다. AP 는 동일한 시간에 동일한 AC 에 대하여 사용하기 위한 S-APSD 와 U-APSD 를 모두 사용하도록 지시하는 어떠한 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 거부하지 않는다. APSD 는 개별적으로 지정된(addressed) BU 의 전달만을 위하여 사용될 수 있다. 그룹으로 지정된(addressed) BU 전달은 그룹 지정 BU 를 위한 프레임 전달 규칙을 따를 수 있다.
U-APSD 를 사용하는 비-AP STA 은 해당 비-AP STA 에서 관찰되는 간섭으로 인하여 서비스 기간 동안 AP 로부터 전송되는 모든 프레임을 수신할 수 없을 수 있다. 이 경우, AP 가 동일한 간섭이 관찰되지 않더라도, 프레임이 비-AP STA 에 의하여 정확히 수신되지 않은 것을 판단할 수 있다. U-APSD 공존(coexistence) 능력은 비-AP STA 이 u-SP 동안 사용을 위하여 요청된 전송 지속 기간(transmission duration)을 AP 에게 지시할 수 있도록 한다. 전송 지속 기간을 사용함으로써 AP 는 SP 동안 프레임을 전송할 수 있으며, 비-AP STA 은 간섭을 받는 상황에서도 프레임을 수신 가능성을 향상시킬 수 있다. U-APSD 공존 능력은 AP 가 서비스 기간 동안 프레임이 성공적으로 수신되지 않을 가능성을 감소 시킨다.
도 21 은 U-APSD 공존 요소 포맷을 예시한다.
도 21 을 참조하면, 요소 ID(Element ID) 필드는 U-APSD 공존 값과 동일하다. 길이(Length) 필드의 값은 12 에 존재하는 추가적인 서브요소(subelements)의 길이가 덧붙여 진다. TSF 0 오프셋(TSF 0 Offset) 필드에서 0 이 아닌 값은 비-AP STA 이 간섭이 시작됨을 알았을 때의 시간(TSF 시간 0) 이후 마이크로초(microsecond)의 수를 의미한다. AP 는 비-AP STA 로 전송을 위하여 간격/지속 시간(interval/Duration) 필드와 함께 TSF 0 오프셋 필드를 사용한다.
"dot11MgmtOptionUAPSDCoexistenceActivated"가 'true' 값을 가지는 STA 은 U-APSD 공존을 지원하는 STA 로서 정의된다. 여기서, "dot11MgmtOptionUAPSDCoexistenceActivated"가 'true' 값은 가지는 STA 은 확장 능력 요소(Extended Capabilities element)의 U-APSD 공존 필드(APSD Coexistence field)를 1 로 설정하고, 그렇지 않은 경우 0 으로 설정한다. AP 와 연계된 비-AP STA 은(U-APSD 공존 능력을 지원함을 이전에 둘 다 공지한 경우), U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)를 포함하는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame) 해당 AP 에 전송할 수 있다.
U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)를 포함하지 않는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)의 내용을 이하, 기본 ADDTS 요청(Base ADDTS Request)으로 지칭한다. 성공적으로 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 수신하면, AP 는 기본 ADDTS 요청 프레임(Base ADDTS Request frame)의 내용을 처리한다. AP 가 기본 ADDTS 요청(Base ADDTS Request)이 승인될 수 없다고 결정하면, U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)를 처리 하지 않는다. 반면, AP 가 기본 ADDTS 요청(Base ADDTS Request)이 승인될 수 있다고 결정하면, U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)를 처리한다. AP 가 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)의 간격/지속 시간(Interval/Duration) 필드 내 특정된 지속 기간 값을 위한 U-APSD 서비스 기간 동안 프레임 전송을 지원하면, AP 는 ADDTS 요청을 승인할 수 있다. 그렇지 않은 경우, AP 는 ADDTS 요청을 거부할 수 있다.
AP 가 이전에 U-APSD 공존을 가지는 ADDTS 요청을 승인한 경우, U-APSD 공존을 포함하지 않는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)에 의하여 제공된 QoS 서비스를 계속하여 사용하는 비-AP STA 은 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)를 포함하지 않는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 전송함으로써 U-APSD 공존의 사용을 종료할 수 있다. 비-AP STA 이 U-APSD 공존을 포함하는 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)에 의한 모든 QoS 서비스의 사용을 종료하길 원하는 경우, 비-AP STA 은 AP 에 DELTS(delete traffic stream) 요청 프레임(DELTS Request frame)을 전송할 수 있다.
마지막 성공적으로 수신한 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)에 의하여 이전의 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)이 무효되는 경우, 비-AP STA 은 다중의 ADDTS 요청 프레임(ADDTS Request frame)을 AP 에 전송할 수 있다. U-APSD 공존을 지원하고 ADDTS 요청을 수락하는 AP 는 ADDTS 프레임의 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)에서 특정된 파라미터에 따라 U-APSD 공존 서비스 기간을 제한할 수 있다. 또한, AP 는 다음과 같은 규칙에 따라 비-AP STA 에게 요청하기 위하여 프레임을 전송한다.
먼저, 비-AP STA 이 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)에서 TSF 0 오프셋(TSF 0 Offset) 값을 0 이 아닌 값으로 특정하면, AP 는 U-APSD 공존 서비스 기간 밖에서 비-AP STA 에게 프레임을 전송하지 않는다. U-APSD 공존 서비스 시간은 AP 가 U-APSD 트리거 프레임(U-APSD trigger frame)을 수신할 때 시작하고, 이후 아래 수학식 10 에 의하여 특정된 전송 기간 이후에 종료된다.
수학식 10 에서, T 는 U-APSD 트리거 프레임(U-APSD trigger frame)이 AP 에 수신된 시간을 나타낸다. 또한, 간격(Interval)은 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)의 지속 기간/간격(Duration/Interval) 필드 값과 1 로 설정된 서비스 기간 종료(EOSP: end of service period) 비트를 가지는 전송이 성공된 시점 중 일찍 도래하는 값을 나타낸다.
반면, 비-AP STA 이 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)에서 TSF 0 오프셋(TSF 0 Offset) 값을 0 으로 특정하면, AP 는 U-APSD 공존 서비스 기간 밖에서 비-AP STA 에게 프레임을 전송하지 않는다. U-APSD 공존 서비스 시간은 AP 가 U-APSD 트리거 프레임(U-APSD trigger frame)을 수신할 때 시작하고, 이후 아래 수학식 11 에 의하여 특정된 전송 기간 이후에 종료된다.
수학식 11 에서 T 는 U-APSD 트리거 프레임(U-APSD trigger frame)이 AP 에 수신된 시간을 나타낸다. 또한, 지속 기간은 U-APSD 공존 요소(U-APSD Coexistence element)의 지속 기간/간격(Duration/Interval) 필드 값과 1 로 설정된 EOSP 비트를 가지는 전송이 성공된 시점 중 일찍 도래하는 값을 나타낸다.
U-APSD 공존 서비스 시간 동안에 AP 는 해당 AP 가 전송할 프레임을 더 가지며 서비스 기간이 만료하기 전에 해당 프레임이 성공적으로 전송될 것으로 판단하는 경우, 추가(More) 비트를 1 로 설정할 수 있다.
AP 는 U-APSD 공존 서비스 기간 동안에 비-AP STA 에게 전송될 마지막 프레임이라고 예상하는 경우, 해당 프레임 내에서 EOSP 비트를 1 로 설정할 수 있다. U-APSD 공존 서비스 기간의 종료 이전에 해당 마지막 프레임이 성공적으로 비-AP STA 에게 전송되지 않는 경우, AP 는 EOSP 비트를 1 로 설정한 QoS 널 프레임(QoS null frame)을 전송한다. 비-AP STA 은 U-APSD 공존 서비스 기간의 종료 시점에서 도즈 상태(Doze State)로 진입할 수 있다.
PS
-
Poll
내 숨겨진 노드 문제
도 22 는 PS-Poll 메커니즘과 U-APSD 메커니즘에 따른 STA 의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 22(a)는 PS-Poll 메커니즘을 예시하고, 도 22(b)는 U-APSD 메커니즘을 예시한다.
도 22(a)를 참조하면, STA 은 AP 가 자신에게 보내고자 하는 버퍼된 트래픽의 존재 유무를 비콘의 TIM 요소를 통해 알 수 있다. 자신에게 전송될 트래픽이 존재하면, STA 은 PS-Poll 메커니즘에 따라 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, PS-Poll 프레임을 전송하여 AP 에게 데이터 프레임 전송을 요청한다. AP 가 PS-Poll 프레임을 수신한 후에 STA 에게 전송할 데이터 프레임을 SIFS 시간 동안에 준비하지 못한 경우, 데이터 프레임을 전송하는 대신 ACK 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다. 이후 AP 는 ACK 프레임 전송 후 데이터 프레임이 준비되면, 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, STA 와 RTS/CTS 프레임을 교환하고, STA 에게 데이터 프레임을 전송한다. 여기서, RTS/CTS 프레임을 교환하는 단계는 생략될 수 있다. STA 은 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우, ACK 프레임을 AP 에게 전송하고, 슬립 상태로 전환한다. 다만, 이와 같은 PS-Poll 메커니즘에 따라 데이터 전송을 수행하는 경우에, STA 에게 한 번에 하나의 PSDU 만을 전송할 수 있어, AP 가 STA 에게 전송할 데이터의 양이 많을 경우에는 비효율적으로 전송이 수행될 수 있는 단점이 있다.
이를 위한 해결 방안으로 STA 은 상술한 U-APSD 메커니즘을 이용하여 자신의 서비스 기간(SP)를 이용하여 AP 로부터 한 번에 여러 PSDU 를 수신할 수 있다.
도 22(b)를 참조하면, 먼저, STA 은 비콘의 TIM 요소를 통해 AP 가 자신에게 보내고자 하는 데이터가 있음을 인지한다. 이후, 해당 데이터를 수신하기 원하는 때에, 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, 트리거 프레임(trigger frame)을 AP 에게 전송하여 자신의 서비스 기간(SP)가 시작되었음을 알리고 AP 에게 데이터를 전송할 것을 요청한다. AP 는 트리거 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 STA 에 전송한다. 이후, AP 는 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, STA 와 RTS/CTS 프레임을 교환하고, STA 에게 데이터를 전송한다. 이때, 데이터는 여러 개의 데이터 프레임으로 구성될 수 있다. 여기서, RTS/CTS 프레임을 교환하는 단계는 생략될 수 있다. AP 가 마지막 데이터 프레임을 전송할 때 해당 데이터 프레임의 EOSP 필드를 1 로 설정하여 전송하면, STA 은 이를 인지하고 ACK 프레임을 AP 에게 전송하고, SP 를 종료하여 슬립 상태로 전환할 수 있다. 이와 같이 U-APSD 메커니즘을 이용하면, STA 은 자신이 원할 때 자신의 SP 를 시작하여 데이터를 수신할 수 있고, 하나의 SP 안에서 여러 개의 데이터 프레임을 수신할 수 있어 보다 효율적인 데이터의 수신이 가능할 수 있다.
다만, 앞선 예에서 숨겨진 노드 문제를 예방하기 위하여 데이터 전송 시 요구되는 RTS/CTS 프레임 교환은 데이터 전송에 많은 양의 오버헤드를 주게 된다. 또한, STA 이 트리거 프레임을 전송하여 AP 에게 데이터의 전송을 요청한 후, AP 가 STA 에게 보낼 데이터를 준비하고 또한 AP 가 데이터의 전송을 위하여 경쟁을 수행하기 까지 짧지 않은 시간이 소요되어 STA 은 불필요한 에너지 소모를 하게 된다.
한편, 숨겨진 노드 환경에서는 다른 단말이 전송하는 PS-Poll 프레임을 오버히어링(overhearing) 하지 못하는 단말들이 존재하고, PS-Poll 프레임이 동시에 전송되어 충돌이 발생할 가능성이 높다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, PS 모드 단말이 숨겨진 노드 환경에서 AP 로부터 데이터를 수신할 수 있게 하기 위해서 NDP(Null Data Packet) PS-Poll 프레임과, NDS PS-Poll 프레임에 기반한 확장된 슬롯 시간(Extended slot time)이 사용될 수 있다.
도 23 은 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 프레임이 충돌되는 경우를 예시하는 도면이다.
도 23 에서는 STA 1, STA 2 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2 에게 알려 주었음을 가정한다. 그리고, STA 1 과 STA 2 는 서로 숨겨진 노드에 해당한다고 가정한다.
STA 1 과 STA 2 는 각각 경쟁을 통해 채널 액세스를 시도하게 되며, 도 23 과 같이 STA 1 의 백오프 카운트 값이 4 이고, STA 2 의 백오프 카운트 값이 6 이라면, STA 1 이 먼저 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송하게 된다. STA 1 의 PS-Poll 프레임이 AP 에 성공적으로 전달되면, AP 는 STA 1 을 위한 버퍼된 데이터 프레임 혹은 ACK 프레임을 STA 1 에게 전송한다. 다만, STA 2 는 STA 1 의 숨겨진 노드이므로 STA 1 이 전송하는 PS-Poll 프레임을 모니터링하지 못하여 STA 1 의 PS-Poll 프레임이 전송되는 시간에도 채널이 유휴(idle)하다고 판단하여 자신의 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다. 결국에 STA 2 의 백오프 슬롯의 카운트 다운 값이 만료되면, STA 2 도 역시 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송할 수 있다. 즉, STA 1 이 먼저 채널 액세스에 성공하여 PS-Poll 프레임을 전송하였지만, 숨겨진 노드 문제로 인하여 STA 2 도 PS-Poll 프레임을 전송하게 되어 결국 PS-Poll 프레임이 충돌되는 결과가 나타날 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 경쟁 과정에서 사용되는 백오프 타이머의 슬롯 시간을 PS-Poll 프레임 전송 시간보다 크게 만들 필요가 있다. 여기서, 슬롯 시간은 경쟁 과정에서 백오프 타이머를 감소시키기 위해 필요한 채널 유휴 시간 단위에 해당한다. 따라서, 슬롯 시간을 PS-Poll 프레임 전송 시간보다 크게 만들게 되면, AP 가 PS-Poll 프레임을 성공적으로 수신하여 이에 대한 응답 프레임을 전송할 수 있다. 숨겨진 노드에 해당하는 STA 들 역시 AP 가 응답한 응답 프레임을 수신할 수 있으므로, 채널이 사용 중이라는 사실을 알게 되어 백오프 타이머를 감소시키지 않게 된다. 이것은 숨겨진 노드 환경에 위치한 STA 들이 PS-Poll 프레임을 오버히어링(overhearing) 하지 못하는 문제점을 고려한 것으로, 슬롯 시간 즉, 채널 센싱 시간을 PS-Poll 프레임 전송 시간 보다 크게 함으로써 숨겨진 노드의 문제점을 해결할 수 있다.
도 24 는 숨겨진 노드 환경에서 PS-Poll 경쟁 메커니즘을 예시하는 도면이다.
도 24 에서는 STA 1, STA 2 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2 에게 알려 주었음을 가정한다. 그리고, STA 1 과 STA 2 는 서로 숨겨진 노드에 해당한다고 가정한다.
STA 1 과 STA 2 는 각각 경쟁을 통해 채널 액세스를 시도하게 되며, 도 23 과 같이 STA 1 의 백오프 카운트 값이 4 이고, STA 2 의 백오프 카운트 값이 6 이라면, STA 1 이 먼저 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송하게 된다. STA 1 의 백오프 카운트 값이 1 이고, STA 2 의 백오프 카운트 값이 2 라면, STA 1 이 먼저 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송하게 된다. STA 1 의 PS-Poll 프레임이 AP 에 성공적으로 전달되면, AP 는 STA 1 을 위한 버퍼된 데이터 프레임 혹은 ACK 프레임을 STA 1 에게 전송한다. 다만, STA 2 는 STA 1 의 숨겨진 노드이므로 STA 1 이 전송하는 PS-Poll 프레임을 모니터링하지 못하여 STA 1 의 PS-Poll 프레임이 전송되는 시간에 채널이 유휴(idle)하다고 판단하지만, PS-Poll 프레임 이후에 전송되는 버퍼된 데이터 프레임 혹은 ACK 프레임에 대해서는 채널이 점유(busy)되었다고 판단한다. 따라서, STA 1 이 채널을 점유한 시간에 자신의 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행하지 않으며, 결국 PS-Poll 프레임들이 충돌되는 상황을 피할 수 있다.
이러한 PS-Poll 경쟁 메커니즘을 위하여 슬롯 시간은 아래 수학식 12 와 같이 설정될 수 있다.
PS-Poll 전송 시간(PS-Poll Transmission Time)은 PS-Poll 프레임의 전송 시간을 의미한다. 응답 프레임 CCA 시간(CCA Time of Response frame)은 AP 가 PS-Poll 프레임에 대한 응답 프레임(데이터 프레임 혹은 ACK 프레임)을 전송할 때, 이에 대하여 STA 의 CCA 검출 시간을 의미한다.
이와 같은 PS-Poll 경쟁 메커니즘을 따르면, 숨겨진 노드 환경에서, PS-Poll 충돌 문제를 해결할 수 있다. 다만, 슬롯 시간(Slot Time)이 증가되어 경쟁 과정에서 소모되는 시간이 증가되는 문제점을 가진다. 이러한 문제점을 완화시키기 위한 방법으로 도 25 와 같이 NDP PS-Poll 프레임을 사용할 수 있다. 기존의 PS-Poll 프레임이 PSDU 에 전송되는 MAC 제어 프레임(MAC Control frame)이었던 것과 달리 PSDU 가 없는 형태의 NDP(Null Data Packet)로만 구성된다.
도 25 는 NDP PS-Poll 프레임을 예시하는 도면이다.
도 25 를 참조하면, NDP PS-Poll 프레임은 STF, LTF, SIG 필드들로만 구성된다. STF, LTF 필드들은 SIG 필드를 디코딩하기 위하여 필요한 채널 측정 시퀀스(channel estimation sequence)로 구성된다. SIG 필드는 크게 4 가지 서브필드(sub-field)들로 구성될 수 있다. 도 25 에서 예시하는 필드들은 NDP PS-Poll 포맷의 SIG 필드에 포함되는 서브필드의 예시에 불과하며 다른 서브필드로 대체되거나 다른 서브필드가 추가될 수 있으며, 또한, 각 서브필드들의 크기도 다른 값을 가질 수 있다.
타입 서브필드(Type sub-field)는 NPD 프레임의 SIG 해석을 위한 것으로, 해당 NDP 프레임이 PS-Poll 프레임을 위하여 설계(design) 되었다는 것을 알려준다. AID 서브필드(AID sub-filed)는 NPD PS-Poll 프레임을 전송하는 STA 의 AID 에 해당된다. NDP PS-Poll 프레임을 수신한 AP 가 어떤 STA 이 PS-Poll 프레임을 전송하였는지 알기 위함이다. 부분 BSSID 서브필드(Partial BSSID sub-field)는 NDP PS-Poll 프레임을 전송하는 STA 이 속한 AP 의 BSSID 일부분에 해당된다. 또한, 이와 상이하게 해당 AP 을 식별하기 위한 용도의 어떠한 ID 값이 사용될 수 있다. 이것은 AP 에 어떤 특정 ID 을 정의하거나, BSSID 을 해싱(hashing)하여 사용하는 것도 가능하다. SIG 필드에 대한 에러 검출(error detection)의 용도로 CRC 서브필드(CRC sub-field)가 포함된다.
AP 가 NDP PS-Poll 프레임을 수신한 경우, 먼저 AP 는 부분 BSSID 서브필드를 통해 자신이 PS-Poll 프레임에 대하여 응답해야 하는 AP 인지 여부를 결정한다. NDP PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 해당 STA 에 전송하거나 해당 STA 로 향하는 버퍼된 프레임을 전송할 수 있다.
여기서, ACK 프레임을 전송하는 경우, 해당 STA 로 향하는 버퍼된 프레임이 현재 AP 에 없거나 또는 SIFS 후에 해당 STA 로 버퍼된 프레임을 바로 전송하기 어려운 경우에 해당한다. 해당 STA 로 향하는 버퍼된 프레임이 AP 에 없는 경우, ACK 프레임의 프레임 제어(Frame Control) 필드 내 추가 데이터 비트 서브필드(More Data Bit sub-field)를 0 으로 설정한다. 그렇지 않은 경우, ACK 프레임의 프레임 제어(Frame Control) 필드 내 추가 데이터 비트 서브필드(More Data Bit sub-field)를 1 로 설정한다.
앞서 설명한 바와 같이, NDP PS-Poll 프레임과 새로운 확장된 슬롯 시간(New extended slot time)(수학식 12 참조)를 사용하여 기존의 숨겨진 노드들에 의한 PS-Poll 충돌을 해결할 수 있으나, 기존의 경쟁 기반의 PS-Poll 방식을 이용함에 의해서, PS-Poll 을 수행하는 단말들은 비콘을 수신 후, 자신의 PS-Poll 이 제대로 전송되기 까지, CCA 를 계속 수행하여 다른 단말의 채널 사용을 파악해야 한다. 이는 단말의 PS-Poll 수행 시 불필요한 전력 소모를 일으키게 되며, 특히 가장 늦게 PS-Poll 을 수행하는 단말의 전력 소모는 다른 단말에 비해서 상대적으로 커지게 될 것이다.
도 26 은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA 의 채널 액세스 동작을 예시하는 도면이다.
도 26 에서는 STA 1, STA 2, STA 3 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2, STA 3 에게 알려 주었음을 가정한다.
도 26 을 참조하면, STA 1, STA 2, STA 3 은 각각 각각 경쟁을 통해 채널 액세스를 시도하게 되며, 새로운 확장된 슬롯 시간을 사용하여 임의 백오프를 수행한다. 도 26 에서는 PS-Poll 을 전송하는 STA 들이 모두 서로 다른 백오프 카운트 값(예를 들어, STA 1=1, STA 2=2, STA 3=3)을 선택한 경우를 예시하고 있다.
이하, STA 은 PS-Poll 프레임 전송 전에 AIFS(Arbitration InterFrame Space) 동안 매체의 점유 상태를 센싱한다고 가정한다.
STA 1 은 AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하고, 백오프 슬롯(하나의 슬롯)을 카운트 다운한 후 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송한다. 이때, STA 2 및 STA 3 은 매체가 점유 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. AP 는 STA 1 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 즉시 데이터 프레임을 전송하고, STA 1 이 이에 대한 ACK 프레임을 전송한다. 이와 같이, STA 1 이 매체를 점유하는 동안 STA 2 및 STA 3 은 백오프 슬롯의 카운트 다운을 멈추고 대기한다.
STA 1 의 매체 점유가 종료되면, STA 2 및 STA 3 은 AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하고, 잔여 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행한다. STA 2 가 STA 3 보다 백오프 카운트 값이 작으므로, STA 2 는 잔여 백오프 슬롯(하나의 슬롯)을 카운트 다운한 후 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송한다. 이때, STA 3 은 매체가 점유 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. AP 는 STA 2 로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 후 SIFS 후에 즉시 데이터 프레임을 전송하지 못하는 경우 SIFS 후에 ACK 프레임을 전송한다. 이와 같이, STA 2 가 매체를 점유하는 동안 STA 3 은 백오프 슬롯의 카운트 다운을 멈추고 대기한다.
STA 2 의 매체 점유가 종료되면, STA 3 은 AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하고, 잔여 백오프 슬롯(하나의 슬롯)의 카운트 다운을 수행한 후 PS-Poll 프레임을 AP 에게 전송한다. AP 는 STA 3 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 즉시 데이터 프레임을 전송하지 못하는 경우에 ACK 프레임을 전송한다.
한편, AP 는 STA 들과 경쟁을 수행(AIFS 동안 매체의 유휴 상태 확인 및 임의 백오프 수행)하고, 데이터를 STA 2 에 전송하고, STA 2 은 이에 대한 ACK 프레임을 전송한다.
상술한 예에서 STA 1, STA 2, STA 3 들이 각각 서로 다른 백오프 카운트 값을 선택하였기 때문에 충돌이 발생하지는 않았지만, STA1 을 제외한 다른 STA 들은 다른 STA 들의 채널 접근 기간 동안 PS-Poll 을 지연 시키고, 자신에게 향하는 데이터를 수신할 때까지 어웨이크 상태를 계속하여 유지하게 됨으로써 이에 따라 불필요한 전력 소비가 발생하게 된다. 예를 들어, STA 2 의 경우 PS-Poll 을 전송하고, 자신에게 향하는 데이터를 수신하기 위하여 STA 1 이 매체를 점유하는 기간과 STA 3 이 매체를 점유하는 기간 동안 불필요하게 어웨이크 상태를 유지하는 것을 알 수 있다. 또한, 이는 슬롯 시간을 PS-Poll 전송 시간 보다 크게 확장한 경우이므로 불필요한 전력 소비가 기존 보다 더 커질 수 있다.
도 27 은 확장된 슬롯 시간을 이용한 STA 의 채널 액세스 동작을 예시하는 다른 도면이다.
도 27 에서는 STA 1, STA 2, STA 3 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2, STA 3 에게 알려 주었음을 가정한다.
도 27 을 참조하면, STA 1, STA 2, STA 3 은 각각 각각 경쟁을 통해 채널 액세스를 시도하게 되며, 새로운 확장된 슬롯 시간을 사용하여 임의 백오프를 수행한다. 도 27 에서는 STA 2 와 STA 3 이 동일한 백오프 카운트 값(예를 들어, STA 1=1, STA 2=2, STA 3=2)을 선택한 경우를 예시하고 있다.
앞서 설명한 도 26 과 같이, STA 1 의 매체 점유가 종료되면, STA 2 및 STA 3 은 AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하고, 잔여 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행한다. 다만, STA 2 와 STA 3 가 백오프 카운트 값이 동일하므로 충돌이 발생하게 된다. 이처럼, 충돌이 발생하는 경우에는 STA 2 와 STA 3 모두 AP 로부터 ACK 프레임 혹은 데이터 프레임을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA 2 와 STA 3 은 지수 백오프(exponential backoff)를 수행한다. 즉, CW 값을 2 배로 늘린 후에 백오프 카운트 값을 재선택한다. 도 27 에서는 백오프 카운트 값으로 STA 2 가 5, STA 3 이 7 을 선택한 경우를 예시하며, STA 2 가 STA 3 보다 백오프 카운트 값이 작으므로, 백오프 슬롯(5 개의 슬롯)의 카운트 다운을 수행한 후 PS-Poll 을 AP 에 전송하게 된다.
이처럼, 두 STA 의 백오프 카운트 값이 일치하여 충돌이 발생함으로써 두 STA 의 전력 소비가 증가할 뿐만 아니라 전송 지연이 증가하게 된다. 또한, 이는 슬롯 시간을 PS-Poll 전송 시간 보다 크게 확장한 경우이므로 불필요한 전력 소비가 기존 보다 더 커질 수 있다.
개선된 채널 액세스 방안
상술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 STA 이 TIM 을 포함한 비콘을 수신하여 자신에게 전달될 데이터가 있다는 것을 알고 난 후, PS-Poll 을 수행할 때, 발생될 수 있는 불필요한 전력 소모를 감소 시키기 위한 방법을 제안한다. 이를 위해서, 즉 개선된 채널 액세스 방안에서는 특정 STA 별로 설정된 채널 액세스 구간에서 채널 액세스 동작을 수행할 수 있다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어 채널 액세스를 위하여 PS-Poll 동작(개선된 스케줄된 PS-폴링(scheduled PS-Polling) 방안)을 가정하여 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, 새로운 채널 액세스를 위한 프레임이 적용될 수도 있다.
본 발명에서는 STA 의 임의 백오프를 수행할 때 앞서 설명한 새로운 확장된 슬롯 시간(extended slot time)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 기존의 슬롯 시간이 사용될 수도 있다. 확장된 슬롯 시간이 사용되는 경우 앞서 수학식 12 와 같이 결정될 수 있다. 또한, PS-Poll 은 앞서 설명한 STF + LTF + SIG 필드들을 가지는 NDP PS-Poll 프레임이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 기존의 MAC 제어 프레임(MAC Control frame)이 사용될 수도 있다.
또한, ACK 프레임은 기존의 ACK 프레임이 동일하게 사용되거나 앞서 설명한 NDP PS-Poll 프레임과 유사하게 STF + LTF + SIG 필드만 가지는 NDP ACK 프레임 형태가 사용될 수도 있다. 이 경우, NDP PS-Poll 프레임과 NDP ACK 프레임의 크기는 동일할 수 있다.
이하, STA 은 PS-Poll 프레임 전송 이전에 SIFS, PIFS, PIFS + 추가 시간, 또는 EDCA 시간 (AIFS + 임의 백오프) 중 어느 하나의 시간 동안 매체의 점유 상태를 센싱할 수 있다. 즉, STA 은 SIFS, PIFS, PIFS + 추가시간, EDCA 시간 중 하나를 선택하여 채널을 센싱한 후, 채널이 유휴(idle)하면 PS-Poll 을 전송한다. 여기서, EDCA 시간은 기존 STA 이 EDCA 기반으로 채널을 액세스할 때 사용하던 채널 센싱 시간을 가리킨다. 이하 설명의 편의를 위하여 STA 이 PIFS 를 사용하는 것을 가정하여 설명한다.
도 28 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 별 설정된 PS-Poll 구간(interval)을 예시하는 도면이다.
도 28 에서는 STA 1, STA 2, STA 3 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2, STA 3 에게 알려 주었음을 가정한다.
도 28 을 참조하면, 각 STA 들의 PS-Poll 구간(interval)은 비콘에 포함된 TIM 정보 요소를 기반으로 각 STA 별로 지정되어 있으며, PS-Poll 을 수행하는 STA 들 간에 PS-Poll 구간의 위치가 서로 다르게 설정된다. 즉, AP 는 STA 에 전송할 데이터 프레임을 저장하고 있는 경우 해당 STA 들(STA 1, STA 2, STA 3)에 대하여 각각의 PS-Poll 구간을 설정할 수 있다. 또한, 추가적으로 AP 는 TIM 요소에 의하여 지시되지 않은 이외의 STA 들(STA 1, STA 2, STA 3 이외의 STA 들)이 총 PS-Poll 구간 내에서 채널 액세스를 시도하는 것을 방지하기 위하여 비콘의 MAC 헤더 내의 지속 시간(duration) 필드의 값은 해당 비콘의 길이에 총 PS-Poll 구간을 추가하여 설정할 수 있다. STA 들은 SIG 필드 내 길이(Length) 필드 및 MCS 필드를 통해 비콘의 길이를 확인할 수 있으므로, 지속 시간(duration) 필드를 통해 TIM 요소에 의해 지시된 STA 들(STA 1, STA 2, STA 3)에게 지정된 총 PS-Poll 구간을 알 수 있으며, TIM 요소에 의해 지시되지 않은 STA 들(STA 1, STA 2, STA 3 이외의 STA 들)은 해당 총 PS-Poll 구간에서는 채널 액세스 시도를 하지 않을 수 있다.
AP 는 비콘 프레임의 정보 요소(예를 들어, TIM 정보 요소 또는 폴링(Polling) 할당 정보 요소)를 통해 명시적으로(explicitly) STA 들에게 PS-Poll 구간의 위치 정보를 알려줄 수 있다. 즉, AP 는 비콘 프레임 안의 정보 요소를 통해 TIM 요소에 의하여 지시된 각 STA 별로 PS-Poll 구간의 위치 정보를 추가로 알려줄 수 있다. 예를 들어, AP 는 각 STA 에게 PS-Poll 구간의 시작 시점에 대한 오프셋 정보와 해당 STA 의 PS-Poll 구간의 길이 정보를 알려줄 수 있다. 이 때, STA 의 PS-Poll 구간의 길이 정보는 STA 별로 다를 수 있다. 만약, STA 이 모두 같은 PS-Poll 구간 길이를 사용하면, 비콘 프레임 안의 정보 요소에서 하나의 PS-Poll 구간 길이 정보만 포함되고, 해당 STA 들은 해당 PS-Poll 구간 길이를 사용하여 자신의 PS-Poll 구간 정보를 획득한다. 만일, 각 STA 의 PS-Poll 구간의 길이가 고정되거나 혹은 STA 이 암묵적으로 알 수 있는 경우(예를 들어, 시스템에서 PS-Poll 구간 길이를 정해놓은 경우, PIFS + PS-Poll frame transmission time + SIFS + CCA Time of Response frame (예를 들어, ACK frame transmission time) + 2*Air Propagation Delay), AP 는 총 PS-Poll 구간의 시작 시점에 대한 정보와 TIM 요소를 통해 TIM 에 의하여 지시된 각 STA 의 PS-Poll 의 순서 정보를 STA 에게 알려줄 수 있다. 이 경우, 각 STA 은 PS-Poll 순서 정보를 이용하여 총 PS-Poll 구간의 시작 시점으로부터 자신의 PS-Poll 구간이 몇 번째인지 확인함으로써 자신의 PS-Poll 구간의 위치를 알 수 있다. 만일, 각 STA 의 PS-Poll 구간의 길이가 고정되거나 혹은 STA 이 암묵적으로 알 수 있고, 총 PS-Poll 구간의 시작 시점이 고정되어 있는 경우(예를 들어, 비콘 수신 후 지정된 시점에서 총 PS-Poll 구간이 바로 시작되는 경우), AP 는 TIM 요소를 통해 TIM 에 의하여 지시된 각 STA 의 PS-Poll 의 순서 정보만을 알려줄 수 있다.
또는, STA 이 TIM 요소를 통해 암묵적으로(implicitly) 자신의 PS-Poll 구간의 위치 정보를 알 수 있다. 예를 들어, TIM 요소의 부분 가상 비트맵(Partial Virtual Bitmap) 필드에서 STA 1, STA 2, STA 3 이 순차적으로 지시되고, PS-Poll 순서가 비트맵의 오름차순 순서를 가진다고 가정하면, 각 STA 1, STA 2, STA 3 순으로 자신의 PS-Poll 구간을 가질 수 있다. 이처럼, 각 STA 의 PS-Poll 순서는 상술한 바와 같이 비트맵의 순서에 따라 오름차순 혹은 내림차순 순서를 가지도록 시스템에서 미리 정해져 있을 수 있으며, 미리 정해진 특정 순열(permutation)에 기반하여 비트맵 순서를 이용해 STA 이 계산할 수도 있다.
이처럼, STA 은 자신의 PS-Poll 구간의 위치 및 다른 STA 의 PS-Poll 구간의 위치를 TIM 에 포함된 정보를 기반으로 알 수 있다. 자신의 PS-Poll 구간의 위치를 확인한 STA 은 PS-Poll 동작을 수행할 수 있다. 또한, STA 은 자신의 PS-Poll 구간의 시작 시점에서 PIFS 동안 매체의 점유(busy) 여부를 확인하고, 매체가 유휴(idle) 상태이면, AP 에 PS-Poll 을 전송 할 수 있다. 만약, PS-Poll 구간의 시작 시점에서 PIFS 동안 채널이 점유(busy)되어 있으면, STA 은 자신의 PS-Poll 구간 내에서 PS-Poll 프레임 전송을 연기할 수 있다. 이후, PIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하면, STA 은 연기된 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송할 수 있다. 이때, 나머지 STA 들은 자신의 PS-Poll 구간이 아니므로 슬립 상태(sleep state)로 동작할 수 있다.
AP 는 STA 의 PS-Poll 구간에서 해당 STA 로부터 PS-Poll 프레임을 수신하면, SIFS 이후 ACK 프레임을 STA 에 전송한다. 만약, PS-Poll 구간 내에서 해당 STA 로부터 PS-Poll 프레임을 정확히 수신하지 못한 경우, NACK 을 포함하는 프레임 혹은 ACK 프레임을 해당 STA 에게 전송할 수 있다. 여기서, NACK 혹은 ACK 프레임은 NDP 프레임으로 구성될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 STA 이 TIM 요소를 통해 암묵적으로 자신의 PS-Poll 구간의 위치를 알 수 있다고 가정한다.
만약 해당 비콘 주기 내에서 첫 번째 PS-Poll 구간이 비콘 수신 후 바로 시작되는 경우, 하나의 STA 의 PS-Poll 구간은 아래 수학식 13 과 같이 정해질 수 있다.
이와 상이하게, 해당 비콘 주기 내에서 첫 번째 PS-Poll 구간이 비콘 수신 후 SIFS 또는 PIFS 이후에 시작되는 경우, 하나의 STA 의 PS-Poll 구간은 아래 수학식 14 와 같이 정해질 수 있다.
NDP PS-Poll 프레임과 NDP ACK 프레임이 사용된다면, 하나의 STA 의 PS-Poll 구간은 아래 수학식 15 와 같이 정해질 수 있다.
총 PS-Poll 구간은 아래 수학식 16 과 같이 정해질 수 있다.
수학식 16 에서 N 은 TIM 비트맵에서 1 로 설정된, 즉 PS-Poll 을 수행할 STA 들의 총 수를 의미한다.
이하, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 STA 의 PS-Poll 구간은 위의 수학식 13 과 같이 정해진다고 가정한다.
이후, 자신의 PS-Poll 구간 내에서 PS-Poll 을 수행한 STA 들은 총 PS-Poll 구간 이후에 AP 로부터 데이터를 수신하기 위하여 어웨이크 상태로 전환한다.
도 29 는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 29 에서는 STA 1, STA 2, STA 3 을 위한 데이터 프레임을 AP 가 가지고 있으며, 이러한 사실을 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 STA 1, STA 2, STA 3 에게 알려 주었음을 가정한다.
도 29 를 참조하면, 비콘의 TIM 에서 3 개의 STA(STA 1, STA 2, STA 3)이 순차적으로 지시되면, 각 STA 은 STA1, STA2, STA3 순으로 PS-Poll 구간이 설정될 수 있으며, 각 STA 은 자신의 PS-Poll 구간의 위치를 TIM 에 포함된 정보를 기반으로 알 수 있다.
먼저, STA 1 의 PS-Poll 구간은 비콘 수신 다음부터 시작되고, 첫 번째 STA 인 STA 1 은 비콘 수신 후, PIFS 동안 매체의 유휴 상태임을 확인하면, PS-Poll 프레임을 AP 에 전송한다. 각 STA 들은 자신의 PS-Poll 구간을 알 수 있으므로, 첫 번째 PS-Poll 을 수행하는 STA 을 제외한 나머지 STA 들은 비콘 수신 후, 슬립 상태로 전환하여 자신의 PS-Poll 구간까지 슬립 상태를 유지할 수 있다. 도 29 에서 STA 2 과 STA 3 은 비콘 수신 후 슬립 상태로 전환하여 자신의 PS-Poll 구간까지 슬립 상태를 유지한다. AP 는 STA 1 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 ACK 프레임을 전송하며, STA 1 에 대한 PS-Poll 구간은 종료한다. 마지막 PS-Poll 을 수행하는 STA(STA 3)를 제외하고, 자신의 PS-Poll 구간 종료 시점에 슬립 상태로 전환하여 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점까지 슬립 상태를 유지할 수 있다. 도 29 에서 STA 1 은 자신의 PS-Poll 구간 종료 시점에서 슬립 상태로 전환하여 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점까지 슬립 상태를 유지한다.
STA 2 의 PS-Poll 구간은 STA 1 의 PS-Poll 구간 다음(STA 1 에 대한 ACK 프레임 전송 시간 이후)부터 시작되고, STA 2 는 어웨이크 상태로 전환하여 PIFS 동안 매체의 유휴 상태임을 확인하면, PS-Poll 프레임을 AP 에 전송한다. AP 는 STA 2 로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 ACK 프레임을 전송하며, STA 1 에 대한 PS-Poll 구간은 종료한다. STA 1 과 마찬가지로 STA 2 는 자신의 PS-Poll 구간 종료 시점에서 슬립 상태로 전환하여 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점까지 슬립 상태를 유지한다.
STA 3 의 PS-Poll 구간은 STA 2 의 PS-Poll 구간 다음(STA 2 에 대한 ACK 프레임 전송 시간 이후)부터 시작되고, STA 3 은 어웨이크 상태로 전환하여 PIFS 동안 매체의 유휴 상태임을 확인하면, PS-Poll 프레임을 AP 에 전송한다. AP 는 STA 2 로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 ACK 프레임을 전송한다. STA 3 은 마지막 STA 이므로(자신의 PS-Poll 구간이 종료하는 시점이 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점과 동일) 슬립 모드로 전환하지 않고 어웨이크 상태를 유지한다.
AP 는 총 PS-Poll 구간이 끝난 후, 각 STA 에게 데이터를 전송하며, 각 STA 들(마지막 STA 은 제외)은 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 데이터를 수신하기 위하여 CCA 를 수행한다. 마지막 STA(STA 3)는 자신의 PS-Poll 구간부터 어웨이크 상태를 유지하여 CCA 를 수행하게 된다. AP 는 임의 백오프 주기에 기반하여 경쟁(contention)을 수행하여 각 STA 에게 데이터를 전송할 수 있다. 다시 말해, AP 는 각 STA 별로 백오프 카운트 값을 선택하고, 백오프 카운트 값이 가장 작은 STA 에서 백오프 카운트 값이 가장 큰 STA 의 순서대로 데이터를 전송할 수 있다. 도 29 에서는 STA 1 의 백오프 카운트 값이 가장 작고, 그 다음이 STA 2 이며, STA 3 의 백오프 카운트 값이 가장 큰 경우를 예시하고 있다. AP 는 AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하고, 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후 데이터 프레임을 STA 1 에게 전송한다. STA 은 AP 로부터 전송되는 데이터 프레임의 프리앰블(예를 들어, SIG 필드의 부분 AID(Partial AID))을 통해 자신에게 향하는 데이터 프레임인지 여부를 확인할 수 있다. 즉, STA 1 은 자신에게 향하는 데이터 프레임인 것을 확인하고 해당 데이터 프레임을 디코딩하며, 이외 나머지 STA 들(STA 2, STA 3)은 자신에게 향하는 데이터 프레임이 아닌 것을 확인하고 슬립 모드로 전환할 수 있다. 또한, STA 은 AP 로부터 전송되는 데이터 프레임의 프리앰블(예를 들어, SIG 필드의 길이(Length))을 통해 해당 데이터 프레임의 MPDU 의 길이를 알 수 있다. 즉, 자신에게 향하는 데이터 프레임이 아닌 것을 확인하여 슬립 모드로 전환한 STA 들은 다른 STA 의 MPDU 길이를 고려하여 어웨이크 상태로 다시 전환할 수 있다.
AP 로부터 데이터 프레임을 수신한 STA 1 은 SIFS 이후 AP 에게 ACK 프레임을 전송한다. STA 1 이 AP 에게 ACK 프레임을 전송하는 시점, 즉 AP 에 의한 STA 1 로의 데이터 전송이 종료되는 시점에서 STA 2 와 STA 3 은 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하고, 이후, 경쟁 기반으로 AP 로부터 데이터 프레임을 수신하게 된다.
한편, AP 는 비경쟁 기반(non-competition based)으로 STA 들에게 데이터 프레임을 전송할 수도 있다. 예를 들어, AP 는 각 STA 의 PS-Poll 구간 내에서 해당 STA 에게 스케줄링 정보를 전송할 수 있다. 이 경우, STA 은 자신의 PS-Poll 구간 내에서 AP 로부터 PS-Poll 프레임에 대한 ACK 프레임을 수신한 후, 총 PS-Poll 구간이 끝나고, AP 로부터 하향링크 데이터 전송에 대한 스케줄링 정보를 기다릴 수 있으며, 획득된 스케줄링 정보를 이용하여, 데이터 수신을 할 수 있다. 이처럼 STA 이 AP 로부터 스케줄링 정보를 획득했을 때, STA 은 하향링크 데이터 전송시점까지 슬립 상태로 전이하여 전력소모를 최소화할 수 있다.
또한, AP 는 PS-Poll 을 수행하는 마지막 STA 에게는 PS-Poll 에 대한 ACK 프레임 전송 없이 바로 데이터를 전송할 수도 있으며, 이에 대해서 도 30 을 참조하여 설명한다.
도 30 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 30 의 예시에서 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 30 을 참조하면, 마지막 STA 인 STA 3 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 AP 는 STA 3 이 마지막 STA 임을 확인하면, STA 3 에게는 PS-Poll 프레임에 대한 ACK 프레임을 전송하지 않고 SIFS 이후에 STA 3 에게 데이터 프레임을 전송한다.
AP 는 총 PS-Poll 구간이 끝난 후, 마지막 STA(STA 3)를 제외한 나머지 STA 들에게 데이터를 전송할 수 있으며, 마지막 STA 을 제외한 나머지 STA 들은 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점에서 어웨이크 상태로 전환할 수 있다. 이 경우, STA 3 에게 데이터 프레임을 전송하는 중(총 PS-Poll 구간이 끝난 시점)에 STA 1 과 STA 2 가 어웨이크 상태로 전환하였으므로, STA 3 에 전송되는 데이터 프레임의 프리앰블을 확인할 수 없을 수 있다. 따라서, STA 1 과 STA 2 는 어웨이크 상태를 유지하게 되며, 이후에 AP 로부터 전송되는 데이터 프레임의 프리앰블을 통해 해당 데이터 프레임이 STA 1 으로 향하는 것을 확인한 후, STA 1 은 해당 데이터 프레임을 디코딩하고, STA 2 는 다시 슬립 상태로 전환할 수 있다.
도 30 에서는 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점에서 STA 1 과 STA 2 가 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 데이터 프레임을 수신할 때까지 어웨이크 상태를 유지하는 예시만이 도시되어 있지만, 마지막 STA 을 제외한 나머지 STA 들은 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점에서 어웨이크 상태로 전환한 후, 매체가 점유(busy) 상태임을 확인하면 슬립 상태로 전환하며 매체의 점유가 끝나는 시점에 다시 어웨이크 상태로 전환하여 자신에게 데이터 프레임이 전송되는지 확인할 수도 있다.
AP 는 임의 백오프 주기에 기반하여 경쟁(contention)을 수행하여 마지막 STA 을 제외한 나머지 STA 들에게 데이터를 전송할 수 있다. AP 가 마지막 STA 을 제외한 나머지 STA 들에게 데이터를 전송하는 동작은 앞서 도 29 의 예시와 동일하며, 이하 설명을 생략한다.
또한, AP 는 총 PS-Poll 구간 지난 후 긴급(delay sensitive)한 패킷을 가진 STA 에게 가장 우선적으로 데이터 프레임을 전송할 수 있으며, 이에 대해서 도 31 을 참조하여 설명한다.
도 31 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 31 의 예시에서 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 31 을 참조하면, 총 PS-Poll 구간 이후, AP 는 폴링(Poll)된 STA 들 중 긴급(delay sensitive)한 데이터 프레임이 전송되는 STA 에게는 PIFS (또는 SIFS)를 기다린 후 임의 백오프 절차 없이 바로 해당 STA 에게 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 즉, 경쟁(contention)없이 데이터를 전송할 수 있다. 이는 긴 슬롯 시간(long slot time)을 가지고 임의 백오프 기반의 데이터 전송 동작에 따른 긴급 패킷 전송 지연을 방지할 수 있다. 이 경우에도, 긴급 패킷을 가지지 않는 STA 에게는 앞서 도 29 혹은 도 30 의 예시와 같이 경쟁기반으로 데이터 전송을 수행될 수 있다. 여기서, 총 PS-Poll 구간의 종료 시점은 마지막으로 PS-Poll 을 수행한 STA 에 대한 응답을 전송하는 시점이 해당될 수 있다. 예를 들어, 앞서 도 29 의 예시와 같은 경우에는 마지막 PS-Poll 을 수행한 STA 에게 (NDP) ACK 프레임이 전송되는 시점을 의미할 수 있으며, 앞서 도 30 의 예시와 같은 경우에는 마지막 PS-Poll 을 수행한 STA 에게 데이터 프레임이 전송되는 시점을 의미할 수 있다. 도 31 에서는 총 PS-Poll 구간 종료 시점이 마지막 PS-Poll 을 수행한 STA 3 에게 (NDP) ACK 프레임이 전송되는 시점을 예시하며, 총 PS-Poll 구간 이후 AP 가 STA 1 과 STA 3 에 대한 하향링크 데이터 프레임을 PIFS 이후에 바로 전송하는 경우를 예시한다. STA 2 의 경우 긴급 패킷을 가지지 않은 STA 이므로 STA 2 에 대한 데이터 전송은 앞서 도 29 또는 도 30 의 예시와 같이 경쟁 기반(AIFS + 임의 백오프) 방식으로 수행된다.
한편, TIM 에 지정된 모든 STA 이 TIM 을 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, OBSS(Overlappping BSS) 전송에 의한 간섭이나 STA 이 TIM 을 놓치는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우, TIM 을 수신하지 못한 STA 은 자신의 PS-Poll 구간 내에서 PS-Poll 프레임을 전송하지 못하게 된다. 또한, STA 은 PS-Poll 프레임을 제대로 전송하였으나 AP 가 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 AP 와 STA 간의 동작에 대해서 도 32 를 참조하여 설명한다.
도 32 는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 32 의 예시에서 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 32 를 참조하면, AP 가 STA 2 로부터 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하는 경우를 예시하고 있다. AP 는 정해진 각 STA 의 PS-Poll 구간에서, 해당 STA 로부터 PS-Poll 을 PS-Poll 전송 시간에 수신하지 못하면, AP 는 SIFS 이후 자발적(unsolicited) NDP 프레임을 해당 STA 에게 전송한다. 자발적 NDP 프레임을 전송하는 시점은 해당 STA 이 PS-Poll 을 정상적으로 전송하였을 경우를 가정하여 (NDP) ACK 프레임을 전송하는 시점(PIFS + PS-Poll 전송 시간 + SIFS)과 동일할 수 있다. 여기서, 자발적 NDP 프레임은 앞서 도 29 내지 도 31 에서 사용되는 (NDP) ACK 프레임 혹은 새로운 NDP 프레임 혹은 새로운 MAC 프레임으로 형태를 가질 수 있다. 또한, 자발적 NDP 프레임은 ACK, NACK 혹은 넌-폴링(no Polling) 지시를 포함할 수도 있다. 이처럼, AP 가 정해진 STA 로부터 정해진 시점에 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하더라도, NDP 프레임(또는 새로운 프레임)을 전송함으로써 다른 STA(예를 들어, 숨겨진 노드)에 의한 PS-Poll 구간의 개입(intervention)을 방지할 수 있다.
ACK, NACK 혹은 넌-폴링(no Polling) 지시가 포함된 NDP 프레임을 수신한 STA 은 경쟁 기반으로 PS-Poll 을 수행할 수 있다. 이 경우, STA 은 확장된 슬롯 시간(extend slot-time)을 사용할 수 있다. 도 32 에서는 도시하지 않았지만, 각 STA(예를 들어, STA 1, STA 3)에 할당된 PS-Poll 구간에서는 해당 STA 에 의하여 매체가 점유되어 있는 상태이며, 또한 TIM 을 수신하지 못한 또 다른 STA 이 존재하더라도 해당 STA 의 PS-Poll 구간에서 AP 가 NACK 혹은 넌-폴링(no Polling) 지시를 포함하는 NDP 프레임을 전송하게 되므로, 결국 NACK 혹은 넌-폴링(no Polling) 지시가 포함된 NDP 프레임을 수신한 STA 은 총 PS-Poll 구간 이후에 경쟁 기반으로 PS-Poll 을 수행할 수 있다.
이와 같이, 슬롯 시간을 앞서 수학식 12 에 따른 확장된 슬롯 시간으로 정하는 경우에는 도 32 의 예시와 같이 NDP 프레임을 전송함으로써 해당 PS-Poll 구간에서 다른 STA 의 개입을 방지할 수 있다. 다만, 슬롯 시간이 확장된 슬롯 시간을 가지지 않는 경우에는 도 32 의 예시가 적용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 슬롯 시간과 PS-Poll 프레임 시간이 동일한 경우, (PIFS + PS - Poll 전송 시간 + SIFS)의 시간 동안에 다른 STA 의 개입이 발생된다면 도 32 의 예시를 통해 다른 STA 의 개입을 방지할 수 없을 수 있다. 다만 이러한 경우에도, AP 는 비콘 프레임의 TIM 요소를 통해 지시된 STA 은 자신의 PS-Poll 구간을 이용하여 PS-Poll 을 수행하게 되고, TIM 요소를 통해 지시되지 않은 STA 들은 TIM 요소의 비트맵 개수 혹은 비콘의 MAC 헤더(header)의 지속 기간(duration) 필드의 값을 통해 총 PS-Poll 구간을 알 수 있으므로, 총 PS-Poll 구간에서는 채널 액세스를 시도하지 않음으로써 상술한 문제가 발생되지 않게 된다.
한편, STA 이 TIM 을 수신하고, 지정된 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 을 수행하려고 할 때, 채널이 점유(busy)된 상태가 발생될 수 있으며, 이에 대해서 도 33 을 참조하여 설명한다.
도 33 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 33 의 예시에서 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 33 을 참조하면, STA 이 TIM 을 수신하고, 자신에게 지정된 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 을 수행하려고 할 때, 채널이 점유된 상태일 수 있다. 도 33 의 경우 STA 2 가 PS-Poll 을 시도하려고 할 때 OBSS(Overlapping BSS)의 전송에 의해서 채널이 점유된 상태를 예시한다. 이 경우, STA2 는 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 을 시도하려고 할 때, (OBSS 전송으로 인하여) 채널이 점유되어 있다고 판단되면, 채널이 유휴 상태가 될 때가지 PS-Poll 전송을 연기하고, AIFS 동안 채널이 유휴(idle)하면, 다시 PS-Poll 전송을 시도한다. 즉, 해당 STA 은 자신에게 지정된 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 전송하지 않고, 확장된 슬롯 시간(extended slot time)을 이용하여 기존의 경쟁 기반(AIFS + 임의 백오프) 방식을 사용하여 PS-Poll 전송을 시도한다. 즉, 이 경우에도 앞서 32 와 마찬가지로 총 PS-Poll 구간 내에서는 폴링된 각 STA 에게 PS-Poll 구간이 지정된 상태이므로, 해당 STA 은 총 PS-Poll 구간 이후에 경쟁 기반으로 PS-Poll 을 수행할 수 있다.
한편, AP 는 앞서 도 29 내지 도 33 의 예시에서 사용되는 (NDP) ACK 프레임 대신에 STF 를 전송할 수도 있다. (NDP) ACK 프레임 대신에 STF 가 사용되므로, (NDP) ACK 프레임은 총 PS-Poll 구간 이후에 전송될 수 있다.
이 경우, 각 STA 의 PS-Poll 구간은 아래 수학식 17 와 같이 정해질 수 있다.
AP 는 각 STA 의 PS-Poll 구간에서 지정된 시점(PIFS/SIFS + PS-Poll 전송 시간 + SIFS 후에)에 (NDP) ACK 프레임 대신 STF 를 전송한다. AP 가 전송하는 STF 는 지정된 PS-Poll 구간에서 지정된 STA 에 의하여 채널이 점유되어 있음을 다른 STA 들에게 알려주는 기능을 수행하여 숨겨진 노드 STA 이 개입(intervention)하는 것을 금지하도록 할 수 있다. 또한, STF 는 기존의 ACK 프레임이나 NDP 프레임의 크기보다 더 작기 때문에, 총 PS-Poll 구간의 크기가 줄어들 수 있으며, 이로 인하여 STA 의 파워 소비를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
총 PS-Poll 구간은 아래 수학식 18 와 같이 정해질 수 있다.
수학식 18 에서 N 은 TIM 비트맵에서 1 로 설정된, 즉 PS-Poll 을 수행할 STA 들의 총 수를 의미한다.
만일, PS-Poll 프레임이 NDP 프레임으로 구성된다면, 총 PS-Poll 구간은 아래 수학식 19 과 같이 정해질 수 있다.
도 34 는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 34 의 예시에서 AP 가 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 (NDP) ACK 프레임 대신에 STF 를 전송하는 점을 제외하고, 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 34 를 참조하면, AP 는 총 PS-Poll 구간이 끝난 후, 모든 STA 에게 ACK 프레임을 전송하며, 각 STA 들(마지막 STA 은 제외)은 총 PS-Poll 구간이 끝나는 시점에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 ACK 프레임을 수신하기 위하여 CCA 를 수행한다. 마지막 STA(STA 3)는 자신의 PS-Poll 구간부터 어웨이크 상태를 유지하여 CCA 를 수행하게 된다. AP 는 TIM 으로 지시한 모든 STA 들로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 경우, 하나의 ACK 프레임을 브로드캐스트 전송할 수 있다. 이때, ACK 프레임은 기존의 ACK 프레임 형태로 전송되거나 NDP ACK 프레임 형태로 전송될 수 있다. 다만, TIM 으로 지시한 모든 STA 들로부터 PS-Poll 프레임을 수신하지 못한 경우 각 STA 별로 ACK 프레임을 전송하거나 각 STA 별로 ACK 을 지시하는 비트맵 정보를 포함하는 그룹 ACK 프레임을 브로드캐스트 전송할 수도 있다. 이하, 이러한 그룹 ACK 프레임은 PS-Poll 그룹 ACK(PPGA: PS-Poll Group ACK) 프레임으로 지칭한다.
도 34 에서는 도시하지 않았지만, AP 는 모든 STA 에게 ACK 프레임을 전송한 이후, AP 는 ACK 프레임을 전송한 후, 각 STA 에게 데이터를 전송하며, 각 STA 들은 AP 로부터 데이터를 수신하기 위하여 CCA 를 수행한다. AP 는 임의 백오프 주기에 기반하여 경쟁(contention)을 수행하여 각 STA 에게 데이터를 전송할 수 있다. AP 로부터 각 STA 이 데이터를 수신하는 과정은 앞서 도 29 의 예시와 동일하게 수행될 수 있다.
이하, NDP ACK 프레임과 PPGA 프레임에 대하여 상세히 설명한다.
도 35 는 본 발명의 일 실시예에 따른 NDP ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 34 및 35 를 참조하면, NDP ACK 프레임은 STF, LTF, SIG 필드를 포함할 수 있다. SIG 필드는 NDP ACK 지시(NDP ACK indication) 서브필드, AID 또는 부분 AID(Partial AID) 서브필드, 추가 데이터(More Data) 서브필드, CRC 서브필드를 포함할 수 있다. 여기서, 각 서브필드들은 NDP ACK 프레임에 포함될 수 있는 서브필드들의 예시에 해당하며, 다른 서브필드로 대체되거나, 추가적인 서브필드가 더 포함될 수 있다.
NDP ACK 지시 서브필드는 해당 프레임이 NDP ACK 프레임임을 지시하며, NDP ACK 지시 서브필드를 통해 STA 에게 PS-Poll 에 대한 ACK 임을 알려줄 수 있다. AID(또는 부분 AID) 서브필드는 해당 NDP ACK 프레임을 수신하는 STA 을 지시한다. 추가 데이터(More Data) 서브필드 해당 NDP ACK 프레임을 수신하는 STA 로 향하는 버퍼된 프레임을 AP 에 존재하는지 여부를 지시한다. CRC 서브필드는 SIG 필드에 대한 에러 검출(error detection)의 용도로 사용된다.
도 34 와 같이 AP 가 TIM 으로 지시한 모든 STA 들로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 경우, AID(또는 부분 AID) 서브필드는 PS-Poll 을 전송한 STA 들이 NDP ACK 프레임을 수신할 수 있도록(즉, ACK 이 브로드캐스트 전송된다는 것을 가리키기 위해서) 멀티캐스트/브로드캐스트를 가리키는 특정 값(예를 들어, 모든 비트가 1 또는 0)으로 설정될 수 있다. 특정 값으로 설정된 AID(또는 부분 AID) 서브필드를 포함한 NDP ACK 프레임을 수신한 STA 은 자신이 PS-Poll 을 수행한 STA 이라면, PS-Poll 에 대한 그룹 ACK 인지 확인할 수 있다. 즉, STA 이 NDP ACK 프레임을 수신하였을 때, AID 가 PS-Poll 을 수행한 모든 STA 을 가리키면, PS-Poll 을 수행하였던 STA 들은 자신에게 전송되는 ACK 으로서 판단하고, SIG 필드를 읽는다. 반면, PS-Poll 을 수행하지 않은 STA 들은 해당 NDP ACK 프레임을 무시할 수 있다.
반면, 도 34 의 예시와는 상이하게 AP 가 TIM 으로 지시한 모든 단말들로부터 PS-Poll 프레임을 수신하지 못한 경우에는, PS-Poll 프레임을 전송한 각 STA 별로 NDP ACK 프레임을 전송할 수 있다. 이 경우, AID(또는 부분 AID) 서브필드는 해당 NDP ACK 프레임을 수신하는 STA 의 AID(또는 부분 ID)로 설정될 수 있다. 또한, 다음과 같이 PS-Poll 그룹 ACK(PPGA) 프레임을 모든 STA 에게 전송할 수도 있다.
도 36 은 본 발명의 일 실시예에 따른 PS-Poll 그룹 ACK 프레임을 예시하는 도면이다.
도 34 및 도 36 을 참조하면, 도 36(a)와 같이 PPGA 프레임은 프레임 제어(Frame Control) 필드, AID 필드(또는 RA(receiver address) 필드), BSSID 필드, 비트맵 크기(Bitmap size), ACK 비트맵(ACK bitmap), 패딩(Padding) 필드를 포함할 수 있다. PPGA 프레임이 RA 필드를 포함하여 구성되는 경우, RA 필드는 6 옥텟의 크기를 가질 수 있다. 여기서, 각 필드들은 PPGA 프레임에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 다른 필드로 대체되거나, 추가적인 필드가 더 포함될 수 있다.
프레임 제어 필드 내 타입(Type) 서브필드와 서브타입(subtype) 서브필드에 의해서 해당 프레임이 그룹 ACK 임이 지시된다. AID 필드는 해당 PPGA 프레임을 수신하는 STA 을 지시한다. PS-Poll 을 수행한 STA 들이 모두 PPGA 프레임을 수신할 수 있도록 하기 위하여 AID 필드(또는 RA 필드)가 브로드캐스트 주소(예를 들어, 모든 비트가 1 또는 0)로 설정될 수 있다. 비트맵 크기 필드는 ACK 비트맵 필드의 크기를 나타내며, TIM 에서 1 로 설정된 개수(즉, PS-Poll 을 수행한 단말의 총수)로 설정된다. 즉, TIM 을 정확히 읽고, PS-Poll 동작을 수행한 STA 만 ACK 비트맵 필드를 읽을 수 있다. ACK 비트맵 필드는 AP 가 PS-Poll 프레임을 수신한 STA 의 경우 1 로 설정되며, AP 가 PS-Poll 프레임을 수신하지 못한 STA 의 경우 0 으로 설정된다. 여기서, ACK 비트맵 필드는 TIM 요소의 비트맵과 동일한 순서로 구성될 수 있다.
또한, 도 36(b)와 같이 PPGA 프레임은 도 36(a)에서의 비트맵 크기 필드를 포함하지 않으며, ACK 비트맵만 포함할 수 있다. 이 경우, PS-Poll 을 수행한 단말들은 PPGA 프레임에서 ACK 비트맵의 크기를 TIM 정보를 통해 계산할 수 있다. 예를 들어, PPGA 프레임 내 ACK 비트맵의 크기는 TIM 요소 내 비트맵의 크기와 동일할 수 있다.
또한, 도 36(c)와 같이 PPGA 프레임은 압축된 MAC 헤더(Compressed MAC header 또는 New MAC header)로 구성될 수 있으며, PPGA 프레임은 도 36(b)에서의 AID(혹은 RA 필드)없이 구성될 수 있다. 이 경우, TIM 을 수신한 후, PS-Poll 을 수행한 STA 들은 프레임 제어 필드 내 타입(Type) 서브필드와 서브타입(subtype) 서브필드에 의해서 해당 프레임이 그룹 ACK 임을 알 수 있다.
AP 는 마지막 PS-Poll 에 대한 응답으로 STF 를 전송하지 않고 (NDP) ACK 프레임 또는 PPGA 프레임을 바로 전송할 수 있으며, 이에 대하여 도 37 을 참조하여 설명한다.
도 37 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 37 의 예시에서 AP 가 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 (NDP) ACK 프레임 대신에 STF 를 전송하는 점을 제외하고, 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 37 을 참조하면, AP 는 마지막 STA 인 STA 3 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 SIFS 후에 STF 대신 (NDP) ACK 프레임 또는 PPGA 프레임을 바로 전송한다. 이 경우, PS-Poll 을 수행한 STA 들(마지막 STA 제외)은 (총 PS-Poll 구간 - STF - SIFS) 의 시점에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 ACK 을 수신하기 위하여 CCA 를 수행한다. 마지막 STA(STA 3)는 자신의 PS-Poll 구간부터 어웨이크 상태를 유지하여 CCA 를 수행하게 된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 TIM 에 지정된 모든 STA 이 TIM 을 수신하지 못하여 자신의 PS-Poll 구간 내에서 PS-Poll 프레임을 전송하지 못하거나 STA 은 PS-Poll 프레임을 제대로 전송하였으나 AP 가 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 앞선 예시에서 AP 가 자발적 NDP 프레임을 전송하는 것과 같이 AP 는 자발적(unsolicited) STF 를 전송할 수 있으며, 이에 대해서 도 38 을 참조하여 설명한다
도 38 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 38 의 예시에서 AP 가 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 (NDP) ACK 프레임 대신에 STF 를 전송하는 점을 제외하고, 각 STA 들이 자신의 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임을 AP 에 전송하는 동작은 도 29 의 예시와 동일하다.
도 38 을 참조하면, AP 가 STA 2 로부터 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하는 경우를 예시하고 있다. AP 는 정해진 각 STA 의 PS-Poll 구간에서, 해당 STA 로부터 PS-Poll 을 PS-Poll 전송 시간에 수신하지 못하면, AP 는 SIFS 이후 자발적(unsolicited) STF 를 해당 STA 에게 전송한다. 자발적 STF 을 전송하는 시점은 해당 STA 이 PS-Poll 을 정상적으로 전송하였을 경우를 가정하여 STF 를 전송하는 시점(PIFS + PS-Poll 전송 시간 + SIFS)과 동일할 수 있다. 이처럼, AP 가 정해진 STA 로부터 정해진 시점에 PS-Poll 프레임을 수신하지 못하더라도, 자발적 STF 를 전송함으로써 다른 STA(예를 들어, 숨겨진 노드)에 의한 PS-Poll 구간의 개입(intervention)을 방지할 수 있다.
한편, 자발적 NDP 프레임 혹은 STF 는 앞서 설명한 예시 이외의 상황에서도 AP 가 다른 STA 의 채널 액세스를 막기 위하여 사용할 수 있으며, 이에 대해서 도 39 를 참조하여 설명한다.
도 39 는 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 39 를 참조하면, 채널을 액세스를 위하여 임의 백오프 과정이 시작되면 STA 1 은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. AP 는 다른 STA 들의 채널 액세스를 막기 위하여 특정 슬롯 내에서 자발적 NDP 프레임/STF 를 전송하게 되고, STA 은 AP 로부터 자발적 NDP 프레임/STF 가 전송되는 슬롯에서는 매체가 점유상태로 모니터링되므로 카운트 다운을 멈추고 대기하며, DIFS 동안 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다. 이처럼, AP 는 특정 슬롯에서 자발적 NDP 프레임/STF 를 전송함으로써, 임의의 STA 들의 채널 액세스를 방지할 수 있다.
한편, TIM 요소에 의해 지시된 각 STA 별로 PS-Poll 구간이 설정되지 않고, 총 PS-Poll 구간만이 설정되고, 경쟁 기반으로 PS-Poll 동작이 수행될 수 있으며, 이에 대해서 도 40 을 참조하여 설명한다.
도 40 은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 의 채널 액세스 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 40 을 참조하면, TIM 요소를 통해 AP 에게 자신에게 향하는 데이터가 저장되어 있음을 확인한 STA 들(STA 1, STA 2, STA 3)만이 총 PS-Poll 구간 내에서 경쟁적으로 PS-Poll 동작을 수행할 수 있다. 이때, AP 는 TIM 정보를 통해 STA 들에게 총 PS-Poll 구간의 길이와 위치에 대한 정보를 알려줄 수 있으나, 상술한 바와 같이 STA 이 비콘의 지속 기간(Duration) 필드를 통해 총 PS-Poll 구간의 길이와 위치를 확인할 수도 있다.
도 40 에서는 STA 1 이 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, 그 다음이 STA 2 이며, STA 3 이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. STA 1 은 비콘 수신 후, AIFS 동안 매체가 유휴 상태임을 확인하면, 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후, PS-Poll 프레임을 AP 에 전송한다. AP 는 PS-Poll 프레임을 수신하면, SIFS 이후 STA 1 에게 ACK 프레임을 전송한다. 이후, STA 2 과 STA 3 은 STA 1 과 동일한 방식으로 AP 에게 PS-Poll 프레임을 전송한다.
도 41 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 액세스 방법을 예시하는 도면이다.
도 41 을 참조하면, AP 는 하향링크 데이터가 지정된 STA 들 별로 각 STA 들의 채널 액세스 구간(예를 들어, PS-Poll 구간)을 설정한다(S411).
AP 는 비콘 주기에 따라 각 STA 별로 전송될 하향링크 데이터의 유무를 지시하는 정보를 포함하는 TIM 요소를 비콘 프레임을 통해 STA 들에게 전송한다(S413). 여기서, TIM 요소는 추가적으로 TIM 요소에 의하여 하향링크 데이터가 지정된 각 STA 들에 대한 채널 액세스 구간의 위치 정보, 총 채널 액세스 구간의 시작 시점 정보, 채널 액세스 구간의 길이 정보, 채널 액세스 구간의 순서 정보 등을 포함할 수 있다.
STA 은 비콘 전송 주기에 맞춰 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 비콘 프레임을 수신하고, STA 은 수신한 비콘 프레임 내 TIM 요소를 통해 자신에게 지정된 하향링크 데이터의 유무와 자신에게 지정(할당)된 채널 액세스 구간을 확인한다(S415).
이어, STA 은 자신에게 지정된 채널 액세스 구간 내에서 AP 에 채널 액세스 프레임(예를 들어, PS-Poll 프레임)을 전송한다(S417). STA 은 총 채널 액세스 구간 내에서 자신에게 지정된 채널 액세스 구간에서만 어웨이크 상태를 유지하여 AP 에 채널 액세스 프레임을 전송한다. 여기서, 채널 액세스 프레임으로 NDP PS-Poll 프레임 형태가 사용될 수 있다.
AP 는 STA 으로부터 수신한 채널 액세스 프레임에 대한 응답으로 STA 에게 ACK 프레임을 전송한다(S419). ACK 프레임은 각 STA 별로 각 STA 의 PS-Poll 구간 내에서 전송될 수 있으며, 혹은 총 채널 액세스 구간 이후 모든 STA 에게 전송될 수도 있다. 여기서, ACK 프레임으로 NDP ACK 프레임의 형태 혹은 그룹 ACK 프레임(예를 들어, PPGA 프레임)의 형태가 사용될 수 있다. 이후, AP 는 각 STA 에게 저장되어 있던 데이터를 전송한다.
이하에서는, 앞서 설명된 것과 같은 각 STA 들의 채널 액세스 구간(예를 들어, PS-Poll 구간)이 설정되어 있는 경우, STA 에게 이를 알려주는 방법에 대해 살펴본다.
도 42 에서는 STA 을 위한 채널 액세스 구간(예를 들어, PS-Poll 구간)이 설정되어 있는 경우, STA 에게 비콘 프레임을 통해 이를 알려주는 방법의 예시를 나타낸다. 도 42(a)에서는 예시적으로 STA 을 위한 채널 액세스 구간(예를 들어, PS-Poll 구간) 네 개 및 총 PS-Poll 구간이 설정되어 있는 것을 도시하고 있고, 도 42(b)에서는 이러한 정보를 알려주는 방법을 도시하고 있다.
보다 상세히, 도 42(b)를 참조하면, AP 는 비콘 프레임에 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간(PS-Poll interval) 정보 및 총 PS-Poll 구간(total PS-Poll interval) 정보를 포함시켜 전송할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간(PS-Poll interval) 정보 및 총 PS-Poll 구간(total PS-Poll interval) 정보는 도시된 바와 달리 TIM 에 포함되어 전송될 수도 있다. AP 는 팀 요소에 포함된 부분 가상 비트맵(Partial Virtual Bitmap)을 통해, 설정된 PS-Poll 구간이 어떤 STA 를 위한 것인지를 알려줄 수 있다. 예를 들어, AP 는 도 42(b)의 부분 가상 비트맵을 통해, 도 42(a)의 네 개의 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간이 각각 STA 1, 2, 4, 5 를 위한 것임을 지시할 수 있다. 다시 말해, 부분 가상 비트맵에 의해서 STA 1, 2, 4, 5 가 페이지되고, 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간의 위치가 부분 가상 비트맵에서 페이지된 순서대로 결정될 수 있다. 상기 예시에서 만약 총 PS-Poll 구간 정보가 전송되지 않는 경우 총 PS-Poll 구간은 (STA 를 위한 PS-Poll 구간*부분 가상 비트맵에서 페이지된 STA 의 수)로 결정될 수 있다. 다만, 이는 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간이 하나의 STA 를 위한 것인 경우에만 적용되며, PS-Poll 구간이 두 개 이상의 STA 를 위한 경우에는 적용되지 않는다.
상술한 바와 같은, 각 STA 들의 채널 액세스 구간 설정시 단말에게 이를 알려주는 방법은, TIM 에서 페이지된 STA 들이 STA 들의 채널 액세스 구간에서만 채널 액세스를 수행할 필요가 있는 것들인 경우에 유용하다. 예를 들어, 센서 타입 STA 처럼 파워 소비를 최소화하여야 하는 단말들에게 적합하다. 그러나 TIM 에서 페이지된 STA 들이 센서 타입 STA 뿐 아니라 오프로딩(offloading) STA 을 포함하는 경우, 이를 구별하여 지시해 줄 필요가 있다.
따라서, 이하에서는 이를 위한 다양한 방법들을 설명한다. 이하의 설명에서 종래의 채널 액세스 방법, 즉 TIM 에서 페이지된 STA 가 경쟁을 수행한 후 PS-Poll 프레임을 전송하는 것을 제 1 타입으로 명칭한다. 또한, 새로운 채널 액세스 방법, 즉 각 STA 를 위해 설정된 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 을 전송하는 방식을 제 2 타입으로 명칭한다.
또 다른 일례로, STA 들에게 PS-Poll Interval 과 같이 STA 들이 access 를 할 수 있는 interval 을 할당할 때, STA 들에게 할당되는 채널 엑세스 구간이 센서 타입 STA 을 위한 것인지 오프로딩 STA 을 위한 것인지에 대한 정보(즉, 지시자)를 넣어서 STA 들에게 알려줄 수 있다. STA 들은 해당 지시자에 의해서, 센서 타입일 경우, 새로운 채널 엑세스 방법을 사용하고, 오프로딩 타입일 경우, 기존의 경쟁 기반의 방법을 사용하여 PS-Poll 전송을 수행할 수 있다.
첫 번째는, TIM 의 부분 가상 비트맵에 센서 타입 STA 와 오프로딩 STA 들이 포함되는 경우이다. 이러한 경우, AP 는 STA 들의 PS-Poll 전송 타입을 개별적으로 지시하는 제 1 비트맵을 통해 STA 가 어떤 타입의 방법을 통해 채널 액세스를 수행하여야 하는지를 알려줄 수 있다. 보다 상세히, AP 는 TIM 에서 버퍼된 트래픽이 있음을 지시하는 STA 들 각각이 제 1 타입 또는 제 2 타입 중 어느 것에 해당하는지를 제 1 비트맵을 통해 지시할 수 있다. 다시 말해, TIM 의 부분 가상 비트맵을 참조하여 페이지된 단말들에 대한 제 1 비트맵(Individual PS-Poll mode bitmap)을 STA 에게 전송할 수 있다. 제 1 비트맵에서 비트 0 은 제 1 타입을, 비트 1 은 제 2 타입을 지시하는 것일 수 있다. 제 1 비트맵은 비콘 또는 비콘의 TIM IE 에 포함되어 전송될 수 있다.
이와 같은 제 1 비트맵이 도 43 에 예시되어 있다. 도 43 을 참조하면, 비콘 프레임를 통해 제 1 비트맵(Individual PS-Poll mode bitmap)이 전송된다. STA 1 은 부분 가상 비트맵을 통해 자신에게 버퍼된 데이터가 있는 것을 확인한다. 그리고 STA 1 은 제 1 비트맵을 확인하여 비트 값이 1, 즉 제 2 타입에 따라 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. 도 43 에서 STA 4 의 경우 제 1 타입에 따라 PS-Poll 프레임을 전송하게 된다.
두 번째는, 비콘 또는 TIM IE 에 하나 이상의 그룹/페이지에 대한 부분 가상 비트맵이 존재하고, 각 그룹/페이지 별로 같은 속성(예를 들어, 센서 타입 STA 들)을 가진 STA 을 포함하는 경우에 대한 것이다.
이와 같은 경우, PS-Poll 전송 타입에 관련된 정보는 제 2 비트맵(Group PS-Poll mode bitmap)을 통해 그룹 별로 지시될 수 있다. 보다 상세히, 제 2 비트맵은 부분 가상 비트맵에서 버퍼된 트래픽이 있는 것으로 지시된 그룹 각각이 제 1 타입 또는 제 2 타입 중 어느 것에 해당되는지를 지시할 수 있다. 제 2 비트맵에서 비트 값 0 은 제 1 타입을, 비트 값 1 은 제 2 타입을 지시할 수 있다.
이와 같은 제 2 비트맵의 예시가 도 44 에 도시되어 있다. 도 44 를 참조하면, 비콘을 수신한 STA 는 자신이 해당되는 그룹이 페이지된 것(page 1)을 알고, 제 2 비트맵(Group PS-Poll mode bitmap)을 확인한다. 제 2 비트맵에서 페이지 1 에 해당하는 비트 값이 1 로 설정되어 있으므로 STA 는 제 2 타입에 따라 PS-Poll 프레임을 전송한다.
상술한 바와 같은 제 2 비트맵은 그룹을 위한 TIM 과는 별개로써 비콘 프레임에 포함되어 전송될 수 있다.
도 45 에서는 두 번째 경우의 또 다른 예시가 도시되어 있다. 도 45(a)를 참조하면, TIM 에 페이지에 대한 PS-Poll 모드 지시자가 포함되고, 지시자의 값이 0 인 그룹(page 2)은 제 1 타입에 따라, 지시자의 값이 1 인 그룹(page 1)은 제 2 타입에 따라 PS-Poll 을 전송할 수 있다. 도 45(b)에서는 TIM 에 페이지에 대한 PS Poll mode 정보를 포함하는 예시를 도시하고 있다. 도 45(b)를 참조하면, TIM 에 비트맵 제어(Bitmap control) 필드와 부분 가상 비트맵(Partial virtual bitmap) 필드가 포함되어 있고, 부분 가상 비트맵 필드는 하나 이상의 불록들로 구성된다. 비트맵 제어 필드는 페이지 인덱스(그룹 정보)를 포함하고, 해당 페이지에 대한 PS-Poll 전송 타입 정보(즉, PS-Poll mode indicator)를 포함한다. PS-Poll type 필드가 1 로 설정되면 제 1 타입으로, 0 으로 설정되면 제 2 타입으로 동작한다.
세 번째는, 비콘에 하나 이상의 그룹에 대한 TIM 이 포함되어 있고, 특정 그룹은 같은 속성을 가진 단말들로, 다른 그룹은 다른 속성을 가진 단말들로 구성되는 경우에 관한 것이다.
이러한 경우, PS-Poll 전송 타입에 관련된 정보는, 그룹에 포함된 STA 들의 PS-Poll 전송 타입을 STA 별로 지시하는 제 1 비트맵(Individual PS-Poll mode bitmap), 그룹에 포함된 STA 들의 PS-Poll 전송 타입을 그룹별로 지시하는 제 2 비트맵(Group PS-Poll mode bitmap) 및 페이지된 그룹이 상기 제 1 비트맵 또는 상기 제 2 비트맵 중 어느 것과 관련되는지를 지시하는 제 3 비트맵(Individual PS-Poll Mode Bitmap)을 포함할 수 있다. 예를 들어, TIM IE 에 페이지된 그룹의 수가 2 이면, 제 3 비트맵은 2 비트로 구성되며 비트 값 0 은 제 2 비트맵에 의해 PS-Poll 전송 타입이 결정되는 것을, 비트 값 1 은 제 1 비트맵에 의해 PS-Poll 전송 타입이 결정되는 것을 지시할 수 있다. 즉, 비트 값 1 은 다른 속성을 가진 STA 를 포함하는 그룹을 지시하는 것이다. 제 3 비트맵에서 0 으로 설정된 값을 기반으로 제 2 비트맵의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 2 비트 크기의 제 3 비트맵에서 하나의 비트만 0 로 설정되어 있을 경우, 제 2 비트맵은 1 비트로 구성된다. 또한, 제 3 비트맵에서 1 로 설정된 비트 수만큼 제 1 비트맵을 포함한다.
도 46 에는 상술한 바와 같은 제 1 내지 제 3 비트맵을 포함하는 PS-Poll IE 가 예시되어 있다. 도 46 에서는 TIM 에 의해서 페이지된 그룹이 4 개인 경우를 전제한다. STA 는 제 3 비트맵을 확인하고 비트 값이 0 이면 해당되는 제 2 비트맵을, 비트 값이 1 이면 해당되는 제 1 비트맵을 통해 PS-Poll 전송 타입을 결정할 수 있다.
상술한 설명들은 기본적으로 PS-Poll 전송 타입이 두 개(제 1 타입 및 제 2 타입)인 경우를 전제하였으나, 또 다른 제 3 타입의 PS-Poll 전송 타입이 있을 수도 있다. 여기서 제 3 타입은 제 1 및 제 2 타입과 동일하지 않은 PS-Poll 전송 타입으로써 앞서 설명된 다양한 방법들 중 어느 하나 또는 본 명세서에서 설명된 바를 바탕으로 도출 가능한 PS-Poll 전송 타입일 수 있다. 이러한 경우, 기존 시스템에서 사용되던 제 1 타입을 제외한, 제 2 타입 및 제 3 타입을 향상된 PS-Poll 타입(Enhanced PS-Poll type)으로 묶고, 앞선 설명들에서 제 1 내지 제 3 비트맵에서 제 2 타입을 지시하는 경우를 향상된 PS-Poll 타입을 지시하는 것으로 대체하여 적용할 수 있다. 이에 대해 도 47 내지 도 48 을 참조하여 설명한다.
도 47 에는 앞서 설명된 제 1 비트맵이 향상된 PS-Poll 타입을 지원하는 경우를 나타낸다. 즉, 제 1 비트맵(Individual PS-Poll mode bitmap)의 값이 1 인 경우 향상된 PS-Poll 타입을, 0 인 경우 제 1 타입을 지시하며, 향상된 PS-Poll 타입이 지시되는 경우 향상된 PS-Poll 타입 비트맵(Enhanced PS-Poll type bitmap)에서 제 2 타입(비트 값이 0 인 경우) 또는 제 3 타입(비트 값이 1 인 경우)을 지시할 수 있다.
도 48 에서는 앞서 설명된 제 2 비트맵이 향상된 PS-Poll 타입을 지원하는 경우를 나타낸다. 도 48(a)에 도시된 바와 같이, 제 2 비트맵(Group PS-Poll mode bitmap)의 비트 값이 1 인 경우 향상된 PS-Poll 타입을 지시하며, 향상된 PS-Poll 타입 비트맵(Enhanced PS-Poll type bitmap)은 제 2 타입(비트 값이 0 인 경우) 또는 제 3 타입(비트 값이 1 인 경우)을 지시할 수 있다. 도 48(b)에는 도 48(a)의 경우 TIM 에 페이지에 대한 PS Poll mode 정보를 포함하는 예시가 도시되어 있다.
도 49 에는 앞서 설명된 PS-Poll IE 이 향상된 PS-Poll 타입을 지원하는 경우를 나타낸다. 즉 제 2 비트맵에서 비트 값이 1 인 경우 Group E-PMB 비트맵을 통해 제 2 타입(비트 값이 0 인 경우) 또는 제 3 타입(비트 값이 1 인 경우) 중 어느 하나가 지시될 수 있다. 또한, 제 1 비트맵들(Individual PMB 1, Individual PMB 2)의 비트값이 1 인 경우 Individual E-PMB 비트맵들(Individual E-PMB 1, Individual E-PMB 2)에서 제 2 타입(비트 값이 0 인 경우) 또는 제 3 타입(비트 값이 1 인 경우) 중 어느 하나가 지시될 수 있다.
한편, 특정 채널 액세스 구간에서 특정 그룹에 속한 단말들만 채널 접근을 허락할 수 있고, 이러한 채널 액세스 구간 내에서 해당 그룹에 속한 STA 들이 PS-Poll 을 전송할 때에도, 제 1 타입을 사용하도록 할지 제 2 타입을 사용하도록 할 지 AP 가 정해줄 수 있다. 즉, AP 가 채널 액세스 구간을 할당 할 때, PS-Poll 타입 정보를 포함시켜 단말에게 알려줄 수 있다. 도 50 은 채널 액세스 구간(예를 들어, restrict access window (RAW))를 할당할 때, RAW 에서 사용될 PS-Poll 타입 정보를 포함시키는 예시를 나타낸다. 도 50 에서 Poll type 필드는 해당 RAW 내에서 PS Poll 동작 타입을 가리키되, 0 은 제 1 타입을, 1 은 제 2 타입을 나타내며, 해당 타입에 따라 PS-Poll 을 전송한다. 물론, Poll type 필드 값 0 은 제 1 타입을, 1 은 향상된 PS-Poll 타입을 지시할 수도 있을 것이다.
추가적인 채널 액세스 구간 할당
상술한 실시예에서, 총 PS-Poll 구간(total PS-Poll interval)은 PS-Poll 을 전송하기 위한 RAW 이고, 각 STA 를 위한 PS-Poll 구간은 RAW 내 슬롯(Slot) 인 것으로 이해될 수 있다. 설명의 편의를 위해, PS-Poll 을 전송하기 위한 RAW 를 PS-Poll 전용 RAW(PS-Poll dedicated RAW)라 호칭하기로 한다.
STA 는 비콘 프레임에 포함되는 TIM 을 통해 자신에게 버퍼된 데이터가 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. 버퍼된 데이터가 존재하는 경우, STA 는 비콘 프레임에 포함되는 RAW 정보를 통해 자신에게 할당된 PS-Poll 전용 RAW 를 확인할 수 있다. 비콘 프레임을 통해 전송되는 RAW 정보에는 할당될 RAW 의 개수, 할당된 RAW 의 시작 시점 정보, 각 RAW 별 슬롯(즉, 각 PS-Poll 구간)의 기간(slot duration) 정보, 각 슬롯의 순서 정보 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
일예로, 도 51 은 비콘 구간동안 할당되는 RAW 를 설명하기 위한 도면이다. 도 51(a)에서는 비콘 구간동안 2 개의 RAW (RAW 1, RAW 2)가 할당되는 것으로 예시되었다. RAW 1 은 PS-Poll 프레임 또는 트리거 프레임을 전송하기 위해 할당된 RAW 이고, RAW 2 는 데이터를 전송하기 위해 할당된 RAW 인 것으로 예시되었다. 슬롯 기간 및 경계는 RAW 별로 달리 설정될 수 있다. 일예로, 도 51 에 도시된 것과 같이, RAW 1 의 슬롯 기간은 Ts1 임에 반해, RAW 2 의 슬롯 기간은 Ts1 보다 긴 Ts2 로 설정될 수 있다.
도 51(b)는 슬롯 기간과 슬롯 경계를 설명하기 위해 예시한 도면이다. EDCA 기반 STA 는 슬롯 기간 동안 채널 액세스를 수행할 수 있다. 이때, 채널 액세스는 슬롯 경계를 가로질러 수행되지는 않는다. 즉, 채널 액세스는 복수의 슬롯 기간을 거쳐 수행되지는 않는다. 그리고, STA 는 슬롯 경계에서 깨어날 때 프로브 지연(Probe Delay)를 기다리지 않을 수 있다.
페이지된 STA 은 비콘 프레임을 통해 RAW 를 확인하고, 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 전송하여, AP 에게 버퍼된 데이터를 전송해 줄 것을 요청할 수 있다. 다만, 모든 STA 가 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 전송할 수 있는 것은 아니다. 예를 들어, OBSS 전송에 의한 간섭이나, STA 이 TIM 을 놓치는 경우가 발생하면, STA 는 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 전송하지 못할 수도 있다. 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 전송하지 못한 STA 는 경쟁 기반으로 PS-Poll 을 수행할 수 있다. 이때, 경쟁 기반으로 PS-Poll 을 수행하게 되면, 다른 STA 의 PS-Poll 수행에 영향을 미칠 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 52 및 도 53 의 예를 참조한다.
도 52 및 도 53 은 어느 하나의 STA 가 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 수행하지 못했을 경우를 예시한 도면이다. 도 52 및 도 53 에서는, 비콘 프레임의 TIM 내 부분 가상 비트맵 필드가 STA 1, STA 2, STA 4, STA 5 를 페이징하는 것으로 예시되었다. 이에 따라, PS-Poll 전용 RAW 는 페이지된 STA 의 수에 맞춰 적어도 4 개의 슬롯(즉, 4 개의 PS-Poll 구간)을 포함할 수 있을 것이다. STA 1, 2, 4, 5 는 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 수행할 수 있다. 도 52 및 도 53 에서는 RAW 내 STA 1, 2, 4, 5 의 순으로 PS-Poll 구간이 할당되는 것으로 예시되었다.
적어도 하나의 STA 가 OBSS 간섭 또는 다른 STA 가 매체 선점유 등의 사유로 인해 자신의 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한다면, PS-Poll 프레임 전송을 실패한 STA 는 잔여 PS-Poll 전용 RAW 동안 경쟁을 통해 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다.
일예로, 도 52 및 도 53 에 도시된 예에서와 같이, STA 2 가 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 프레임을 전송하지 못했다면, STA 2 는 잔여 PS-Poll 전용 RAW 동안 STA 4 및 STA 5 와의 경쟁을 통해 PS-Poll 의 전송을 시도할 수 있을 것이다.
이때, 도 52 에 도시된 예에서와 같이, STA 2 가 STA 4 를 위해 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 프레임을 전송하였다면, STA 4 는 PS-Poll 을 전송하기 위해 STA 5 를 위해 할당된 PS-Poll 구간 동안에도 어웨이크 상태를 유지하여야 할 것이므로 추가로 전력을 소모하게 될 것이다. 나아가, STA 4 는 STA 5 와의 경쟁을 통해 PS-Poll 의 전송을 지도하여야 하므로, STA 4 및 STA 5 중 적어도 하나는 PS-Poll 전용 RAW 동안 PS-Poll 프레임을 전송할 수 없게 될 것이다.
만약, 도 53 에 도시된 예에서와 같이, STA 5 가 STA 2 의 숨겨진 노드라 가정했을 때, STA 2 가 STA 5 를 위해 할당된 PS-Poll 구간 동안 PS-Poll 을 전송한다면, STA 2 및 STA 5 가 전송하는 PS-Poll 프레임이 충돌하여, STA 2 및 STA 5 가 모두 PS-Poll 프레임의 전송을 실패할 수도 있다.
위와 같은 비효율적인 경쟁을 극복하기 위한 방안으로, AP 는 PA-Poll 전용 RAW 뒤, PS-Poll 프레임의 전송을 실패한 STA 를 위한 추가 RAW(Additional RAW)를 추가적으로 할당할 수도 있다. 이하, 추가 RAW 에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 54 는 본 발명의 일 실시예에 따른 추가 RAW 를 이용하는 채널 액세스 방법을 예시한 도면이다.
도 54 를 참조하면, AP 는 하향링크 데이터가 지정된 STA 들의 채널 액세스를 위한 PS-Poll 전용 RAW 및 채널 액세스를 실패한 STA 를 위한 추가 RAW 를 설정할 수 있다(S511). AP 는 페이지된 STA 각각에 하나의 슬롯이 할당되도록 PS-Poll 전용 RAW 를 정의할 수 있다. 이와 달리, 추가 RAW 의 정의시 AP 는 추가 RAW 를 하나의 슬롯으로 정의할 수도 있다. 즉, 추가 RAW 는 PS-Poll 전용 RAW 와 같이, 페이지된 STA 의 수에 맞춰 슬롯이 정의될 필요는 없다. 추가 RAW 가 하나의 슬롯으로 정의된 경우, 추가 RAW 의 길이는 하나의 슬롯의 길이와 동등하게 설정될 것이다.
AP 는 비콘 주기에 따라 각 STA 별로 전송될 하향링크 데이터의 유무를 지시하는 정보를 포함하는 TIM 요소 및 RAW 정보를 포함하는 비콘 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다(S513).
여기서, RAW 정보는 PS-Poll 전용 RAW 및 추가 RAW 정보를 포함하는 것일 수 있다. PS-Poll 전용 RAW 정보는 하향링크 데이터가 지정된 각 STA 들에 대한 PS-Poll 구간의 위치 정보, PS-Poll 전용 RAW 의 시작 시점 정보, PS-Poll 구간의 길이 정보 및 PS-Poll 구간의 순서 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 추가 RAW 정보는 추가 RAW 의 시작 시점 정보, 추가 RAW 의 길이 정보 및 추가 RAW 에 정의된 슬롯의 개수 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
STA 은 비콘 전송 주기에 맞춰 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 비콘 프레임을 수신할 수 있다. 비콘 프레임을 수신한 STA 는 수신한 비콘 프레임 내 TIM 요소를 통해 자신에게 지정된 하향링크 데이터의 유무를 확인할 수 있고, RAW 정보를 통해 PS-Poll 전용 RAW 내 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 (즉, 슬롯) 및 추가 RAW 를 확인할 수 있다(S515).
페이지된 STA 은 PS-Poll 전용 RAW 내 자신에게 할당된 슬롯(즉, PS-Poll 구간) 동안 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. 만약, STA 이 자신에게 할당된 PS-Poll 구간 동안 성공적으로 PS-Poll 프레임을 전송하지 못하였다면(S517), STA 은 추가 RAW 동안 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다(S519). STA 은 PS-Poll 구간에서 PS-Poll 프레임에 대한 응답으로 확인 응답(ACK) 프레임을 수신하지 못한 경우(예컨대, PS-Poll 프레임의 전송 후 SIFS 가 경과했음에도 확인 응답 프레임을 수신하지 못한 경우), OBSS 간섭으로 인해 자신에게 할당된 PS-Poll 전송 구간 동안 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 경우 등에 있어서, 성공적으로 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 것으로 판단할 수 있다.
추가 RAW 동안 STA 은 경쟁 기반(즉, EDCA 기반)으로 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다. 예컨대, PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 STA 이 복수인 경우, 복수의 STA 은 추가 RAW 동안 서로 경쟁하여 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다.
PS-Poll 전용 RAW 를 통해 성공적으로 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 STA 은 추가 RAW 가 시작되기 전까지 슬립(sleep) 상태를 유지하여 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.
추가 RAW 동안 PS-Poll 을 전송한 STA 은 이에 대한 응답으로 확인 응답(ACK) 프레임을 수신할 수 있다(S521).
도 55 및 도 56 는 추가 RAW 가 적용되었을 때를 예시한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 앞서 도 52 및 도 53 에서와 같이, 페이지된 STA 은 STA 1, STA 2, STA 4, STA 5 이고, PS-Poll 전용 RAW 내 STA 1, 2, 4, 5 의 순으로 PS-Poll 구간이 할당되는 것으로 가정한다.
일예로, STA 2 가 자신의 PS-Poll 구간 동안 OBSS 간섭으로 인해 PS-Poll 을 전송하지 못했다면, STA 2 는 Ps-Poll 전용 RAW 이후에 할당되는 추가 RAW 를 통해 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다. 이때, 추가 RAW 는 도 55 에 도시된 예에서와 같이 PS-Poll 전용 RAW 의 바로 다음에 위치할 수도 있고, 도 56 에 도시된 예에서와 같이, PS-Poll 프레임을 전송하기 위한 PS-Poll 전용 RAW 및 버퍼된 데이터 프레임을 전송하기 위한 하향링크 데이터 RAW(DL data RAW)가 종료된 이후에 위치할 수도 있다.
상술한 예에서와 같이, PS-Poll 전용 RAW 동안 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송하지 못한 STA 은 추가 RAW 를 이용하여 PS-Poll 프레임을 전송을 다시 한번 시도할 수 있다. 위와 같이, 추가 RAW 는 PS-Poll 전용 RAW 내 자신의 슬롯(즉, 자신의 PS-Poll 구간)에서 PS-Poll 을 성공적으로 전송하지 못한 페이지된 STA 만이 채널 액세스를 위한 RAW 로 활용될 수도 있다.
다만, 페이지된 모든 STA 이 PS-Poll 전용 RAW 동안 성공적으로 PS-Poll 프레임을 전송하였거나, PS-Poll 전용 RAW 동안 PS-Poll 을 전송하지 못한 STA 이 추가 RAW 를 통해 PS-Poll 을 전송하였음에도 추가 RAW 가 종료되지 않는다면, 추가 RAW 는 오히려 한정된 무선 자원을 낭비하는 것이 될 수 있다.
이에 따라, AP 는 PS-Poll 을 성공적으로 전송하지 못한 페이지된 STA 뿐만 아니라, PS-Poll 을 성공적으로 전송한 페이지된 STA 및 페이지 되지 않은(unpaged) STA 중 적어도 하나도 추가 RAW 를 통해 상향링크 프레임을 전송하도록 할 수 있다. 이를 위해, AP 는 페이지된 모든 STA 들이 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송한 것으로 판단되는 경우, 추가 RAW 가 시작된 이래로 특정 기간 이상 채널이 유휴(idle) 상태인 것이 감지되는 경우 또는 추가 RAW 가 시작되자 마자 STA 들에게 상향링크 프레임의 전송이 허용됨을 알리기 위한 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 전송할 수 있다. 이때, AP 는 UTA 프레임을 브로드 캐스팅 전송할 수도 있고, 상향링크 프레임 전송을 허용하기 위한 일부 STA 에게만 유니 캐스트 전송할 수도 있다.
UTA 프레임을 수신한 STA 은 추가 RAW 동안 경쟁 기반(즉, EDCA 기반)으로 AP 에게 상향링크 프레임을 전송할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 57 및 도 58 을 참조하기로 한다.
도 57 및 도 58 은 추가 RAW 동안 STA 이 AP 로 상향링크 프레임을 전송하는 예를 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 부분적인 가상 비트맵을 통해 페이징된 STA 은 STA 1, 2, 4 인 것으로 가정한다.
AP 는 추가 RAW 동안 STA 의 상향링크 전송을 허용함을 알리기 위한 UTA 프레임을 전송할 수 있다. UTA 프레임은 도 57 에 도시된 예에서와 같이, 페이지된 STA 에게만 유니캐스트(또는 멀티 캐스트) 전송할 수도 있고, 도 58 에 도시된 예에서와 같이, 페이지된 STA 뿐만 아니라, 페이지된 STA 및 페이지되지 않은 STA 모두에게 브로드캐스트 전송될 수도 있다.
UTA 프레임을 수신한 STA 들은 추가 RAW 가 유휴 상태인 것을 인지하고, 추가 RAW 동안 경쟁을 통해 상향링크 프레임의 전송을 시도할 수 있다. 추가 RAW 동안 AP 는 페이지된 STA 및 페이지되지 않은 STA 및 적어도 하나로부터 UL 프레임을 수신할 수 있을 것이다.
UTA 프레임은 MAC 제어 프레임(MAC Control frame) 포맷일 수도 있고, NDP(Null Data Packet) 포맷의 프레임일 수도 있다. 일예로, 도 59 는 NDP UTA 프레임 포맷을 예시한 도면이다. 도 59 에 도시된 예에서와 같이, NDP UTA 프레임은 STF, LTF 및 SIG 필드를 포함할 수 있다. SIG 필드는 해당 NDP 프레임이 UTA 프레임인 것을 지시하는 NDP 프레임 타입 정보를 포함할 수 있다. STA 은 SIG 필드의 NDP 프레임 타입 정보를 확인하여, NDP 프레임이 UTA 프레임임을 확인할 수 있다. NDP 프레임 타입 정보가 UTA 프레임을 지시하기 위해, SIG 필드의 서브 필드인 MCS 필드의 예비(reserved) 비트가 이용될 수 있다. 또한, 기존의 프레임들 (e.g., CTS MAC Control frame, NDP-CTS frame, 또는 CF-END frame 등) 이 UTA 프레임 기능을 포함하여, 전송될 수도 있다. 대신 기존의 프레임은, 해당 시점 이후부터 다른 STA 들의 채널 access 가 허용된다는 것을 가리키는 정보 (e.g., indication bit or duration set to 0) 를 포함하여 전송된다.
SIG 필드에는 BSSID 또는 부분 BSSID 정보가 더 포함될 수도 있다. BSSID 또는 부분 BSSID 정보는 NDP UTA 프레임을 전송하는 AP 가 속하는 BSSID 를 가리킬 수 있다. NDP UTA 프레임을 수신한 STA 은 AP 와 동일한 BSSID 에 소속될 경우에만 추가 RAW 동안 상향링크 프레임의 전송을 시도할 수 있다.
AP 는 추가 RAW 동안 STA 으로부터 상향링크 프레임을 수신할 수도 있지만, 추가 RAW 동안 STA 에게 하향링크 데이터 프레임을 전송할 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 60 을 참조한다.
도 60 은 추가 RAW 동안 AP 가 STA 에게 하향링크 데이터 프레임을 전송하는 일예를 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 부분적인 가상 비트맵을 통해 페이징된 STA 은 STA 1, 2, 4 인 것으로 가정한다.
추가 RAW 가 시작된 이래 특정 기간 동안 채널이 유휴 상태인 것을 감지된 경우, AP 는 STA 에게 하향링크 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 도 60 에서는 페이지되지 않은 STA 5 에게 하향링크 데이터 프레임이 전송되는 것으로 예시되었지만, 페이지된 STA 에게 전송할 데이터가 있다면, 추가 RAW 동안 하향링크 데이터 프레임을 전송할 수도 있다.
STA 에게 하향링크 데이터 프레임을 전송하였음에도 아직까지 채널이 유휴 상태라면, AP 는 그때야 비로소 UTA 프레임을 STA 에게 전송하여, 추가 RAW 동안 상향링크 프레임이 전송가능함을 알리는 UTA 프레임을 전송할 수 있다. 이때, UTA 프레임은 페이지된 STA 에게 전송되거나, 페이지된 STA 뿐만 아니라 페이지되지 않은 STA 에게 전송될 수도 있음은 앞서 도 57 및 도 58 을 통해 살펴본 바와 같다.
살펴본 바와 같이, 자신의 슬롯에서 PS-Poll 프레임의 전송을 실패한 STA 은 추가 RAW 동안 PS-Poll 프레임의 전송을 시도할 수 있다. 이때, AP 는 추가 RAW 동안 UTA 프레임을 전송하여, PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송한 페이지된 STA 및 페이지되지 않은 STA 중 적어도 하나에 대해서도 추가 RAW 를 이용할 수 있도록 할 수 있다. 다만, PS-Poll 프레임의 전송을 실패한 STA 이 다른 STA(예컨대, PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송한 페이지된 STA 및 페이지되지 않은 STA)보다 더 빠르게 추가 RAW 를 통해 상향링크 프레임(즉, PS-Poll)을 전송할 수 있도록, PS-Poll 프레임의 전송을 실패한 페이지된 STA 에게 채널 액세스 우선권(channel access priority)을 부여할 수 있다. 이를 위해, PS-Poll 트래픽에 대해 새롭게 EDCA 파라미터가 정의될 수 있다.
표 2 내지 표 5 는 PS-Poll 트래픽에 대한 EDCA 파라미터를 예시한 도표이다.
[표 2]
표 2 에 기술된 바와 같이, PS-Poll 전송을 위해, 새로운 액세스 카테고리 AC_PS-Poll 이 정의될 수 있다. PS-Poll 전송을 위한 액세스 카테고리의 EDCA 파라미터, 예컨대, CWmin, CWmax 및 AIFSN(Arbitration Inter-Frame Spacing Number)를 다른 종류의 트래픽(예컨대, Bagkground(BK), Best Effort(BE), Video (VI) 및 Voice(VO))의 액세스 카테고리 보다 더 낮은 값으로 설정하여, PS-Poll 전용 RAW 및 추가 RAW 에서 PS-Poll 을 수행하는 페이지된 STA 이 더 빠르게 채널 액세스를 수행하도록 할 수 있다.
[표 3]
표 3 에 기술된 바와 같이, PS-Poll 전송을 위한 액세스 카테고리의 CWmin 및 CWmax 를 음성 트래픽의 액세스 카테고리와 동일하게 설정하되, 음성 트래픽의 액세스 카테고리보다 AIFSN 을 더 낮게 설정할 수도 있다.
[표 4]
표 4 에 기술된 바와 같이, PS-Poll 전송을 위한 액세스 카테고리의 CWmin 및 CWmax 는 음성 트래픽의 액세스 카테고리와 다르게 설정하고, AIFSN 은 음성 트래픽의 액세스 카테고리와 동일하게 설정할 수도 있다.
[표 5]
표 5 에 기술된 바와 같이, PS-Poll 전송을 위한 액세스 카테고리의 EDCA 파라미터를 음성 트래픽의 액세스 카테고리와 동일하게 설정될 수도 있다. 이에 따라, PS-Poll 트래픽은 음성 트래픽과 동등한 우선 순위를 가지게 될 것이다.
표 2 내지 표 5 에서 기술된 바를 살펴보면, PS-Poll 은 음성 트래픽과 동등한, 혹은 음성 트래픽보다 높은 우선권을 갖는 것을 살펴볼 수 있다. 표 2 내지 표 5 에 기술된 바는 설명의 편의를 위해 예시된 것에 불과할 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니라 할 것이다. PS-Poll 이 음성 트래픽보다 낮은 우선권을 갖도록 설정될 수도 있음은 물론이다.
표 2 내지 표 5 에서 기술된 PS-Poll 트래픽에 대한 EDCA 파라미터는 추가 RAW 뿐만 아니라, 페이지된 단말이 PS-Poll 전용 RAW 동안 PS-Poll 을 전송하는 데에도 이용될 수 있다. 이에 따라, STA 는 PS-Poll 전용 RAW 동안 더욱 신속히 PS-Poll 을 전송할 수 있게 될 것이다.
PS-Poll 프레임 전송에 우선권을 부여하기 위한 추가 방편으로, 페이지된 단말이 PS-Poll 프레임 전송 전 AIFS 가 아닌, DIFS 또는 PIFS 동안 매체의 점유 상태를 센싱하는 것을 고려할 수도 있다. 이 경우, 페이지된 STA 은 AIFS 보다 짧은 DIFS 또는 PIFS 경과 후 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있으므로, 보다 빠르게 PS-Poll 프레임을 전송하는 것이 가능할 것이다.
도 61 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
AP(10)는 프로세서(11), 메모리(12), 송수신기(13)를 포함할 수 있다. STA(20)는 프로세서(21), 메모리(22), 송수신기(23)를 포함할 수 있다. 송수신기(13 및 23)는 무선 신호를 송신/수신할 수 있고, 예를 들어, IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 송수신기(13 및 21)와 연결되어 IEEE 802 시스템에 따른 물리 계층 및/또는 MAC 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(11 및 21)는 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 AP 및 STA 의 동작을 구현하는 모듈이 메모리(12 및 22)에 저장되고, 프로세서(11 및 21)에 의하여 실행될 수 있다. 메모리(12 및 22)는 프로세서(11 및 21)의 내부에 포함되거나 또는 프로세서(11 및 21)의 외부에 설치되어 프로세서(11 및 21)와 공지의 수단에 의해 연결될 수 있다.
위와 같은 AP 및 STA 장치의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명에 따른 다양한 실시 방안은 IEEE 802.11 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, IEEE 802.11 시스템 이외에도 다양한 무선 접속 시스템에 동일하게 적용하는 것이 가능하다.
Claims (20)
- 무선 통신 시스템에서 스테이션(STA: Station)이 채널 액세스를 수행하는 방법에 있어서,
TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 수신하는 단계; 및
상기 TIM에 의하여 상기 STA에게 버퍼된 트래픽이 있음이 지시된 경우, PS(Power Save)-Poll 프레임을 전송하는 단계를 포함하고,
상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 전송하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 전송되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 STA은 상기 PS-Poll 전용 RAW 내 자신을 위해 할당된 PS-Poll 구간 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송을 시도하는 것을 특징으로 하고,
상기 PS-Poll 구간은 상기 PS-Poll 전용 RAW 내에서 상기 TIM에 의해 버퍼된 트래픽이 있음을 지시 받은 STA별로 상이하게 설정되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 STA은, 상기 PS-Poll 전용 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임이 성공적으로 전송되지 않은 경우 상기 추가 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 STA은, 상기 PS-Poll 구간 내에서 상기 PS-Poll 프레임을 전송하지 못한 경우 또는 상기 PS-Poll 구간 내에서 상기 PS-Poll 프레임을 전송하였으나, 상기 PS-Poll에 대한 응답으로 확인 응답(ACK, Acknowledgement) 프레임을 수신하지 못한 경우에 있어서, 상기 PS-Poll 프레임이 성공적으로 전송되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 TIM에 의하여 상기 STA에게 상기 버퍼된 트래픽이 있음이 지시되지 않은 경우 또는 상기 STA가 상기 PS-Poll 전용 RAW 동안 상기 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송한 경우,
상기 STA은 상기 추가 RAW 동안 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 수신한 이후, 상기 추가 RAW 동안 채널 액세스를 시도하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임을 전송하는데 적용되는 EDCA 파라미터 중 적어도 하나는 이에 상응하는 음성 트래픽을 전송하는데 적용되는 EDCA 파라미터와 동등하거나, 작은 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 EDCA 파라미터는, CWmin (minimum Contention Window), CWmax (maximum Contention Window) 및 AIFSN(Arbitration Inter-Frame Spacing Number) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 STA은 상기 추가 RAW 동안 데이터 프레임을 수신하고,
상기 데이터 프레임을 수신한 이후, 상기 추가 RAW 동안 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 수신하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 무선 통신 시스템에서 AP(Access Point)가 채널 액세스를 지원하는 방법에 있어서,
TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 전송하는 단계; 및
상기 TIM에 의하여 버퍼된 트래픽이 있음을 지시받은 페이지된 STA로부터 PS(Power Save)-Poll 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 수신하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 수신되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 PS-Poll 전용 RAW는 상기 PS-Poll 프레임은 상기 페이지된 STA 별로 상기 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있는 PS-Poll 구간의 합인 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 AP는 상기 페이지된 STA 중 자신의 PS-Poll 구간 동안 상기 PS-Poll 프레임을 성공적으로 전송하지 못한 적어도 하나의 STA로부터, 상기 추가 RAW 동안 상기 PS-Poll을 수신하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 AP는, 상기 추가 RAW 동안 STA의 채널 액세스가 허용됨을 알리기 위한 UTA 프레임(UL Transmission Allowance frame)을 전송하는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 UTA 프레임은 상기 추가 RAW 동안 소정 시간 이상 채널이 유휴(idle)할 때에 전송되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 UTA 프레임은 상기 페이지된 STA에게 유니 캐스트 또는 멀티 캐스트 전송되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 UTA 프레임은 브로드 캐스트 전송되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송 우선 순위는 음성 트래픽의 전송 우선순위보다 높은 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 PS-Poll 전용 RAW 및 상기 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 상기 PS-Poll 프레임의 전송 우선 순위는 음성 트래픽의 전송 우선 순위와 동등한 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 추가 RAW는 상기 PS-Poll 전용 RAW가 종료된 뒤 곧바로 시작되거나, 상기 PS-Poll 전용 RAW에 이어지는 상기 페이지된 STA에게 상기 하향링크 데이터를 전송하기 위한 하향링크 데이터 RAW가 종료된 이후에 시작되는 것을 특징으로 하는, 채널 액세스 방법. - 무선 통신 시스템에서 채널 액세스를 수행하는 스테이션(STA: Station) 장치에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 송수신기; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, AP(Access Point)로부터 TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 수신하고, 상기 TIM에 의하여 버퍼된 트래픽이 지시된 경우, PS(Power Save)-Poll 프레임을 상기 AP에 전송하도록 구성되고,
상기 PS-Poll 프레임은, 상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 전송하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 전송되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 무선 통신 시스템에서 채널 액세스를 지원하는 AP(Access Point) 장치에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 송수신기; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 TIM(Traffic Indication Map)을 포함하는 비콘 프레임을 전송하고, 상기 TIM에 의하여 버퍼된 트래픽이 지시된 STA으로부터 PS-Poll 프레임을 수신하도록 구성되고,
상기 PS-Poll 프레임은, 상기 PS-Poll 프레임은 상기 PS-Poll 프레임을 수신하기 위해 할당되는 PS-Poll 전용 RAW(Restricted Access Window) 및 상기 PS-Poll 전용 RAW 이후에 추가적으로 할당되는 추가 RAW 중 적어도 하나 동안 전송되는 것을 특징으로 하는, 장치.
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