KR20220003752A - Ru 기반 ofdma 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치는, 복수의 단말과 통신하는 통신 인터페이스부, 및 복수의 단말에 OFDMA 기반의 하향 링크로 RU 기반의 데이터를 전송하고, 데이터의 전송을 위한 채널 대역폭 및 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트가 최소(Min)가 되도록 각 RU를 할당하여 각 RU에 상응하는 단말로 동시에 데이터를 전송하도록 통신 인터페이스부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법{WLAN Apparatus for RU based OFDMA Resource Allocation and Driving Method Thereof}

본 발명은 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 20, 30, 80㎒ 채널 대역폭에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 하향링크 802.11ax WLAN(Wireless Local Area Network) 환경에 있어서 RU에서 전송할 데이터의 전송 시간을 고려해 패딩 비트를 감소시키는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.

최근 고효율 WLAN을 위한 차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax 표준이 마무리되고 관련 상용화 제품들이 속속 출시되고 있다. IEEE 802.11ax는 WLAN에 OFDMA 기술을 처음으로 적용한 표준으로 동시에 전송하고자 하는 사용자의 증가에 따른 기존 무선랜 표준의 전송 성능 저하 문제를 최소화하는 것을 목표로 하고 있다.

OFDMA는 IEEE 802.11ax 표준에 적용되기 이전에 이동통신의 LTE(Long Term Evolution)에 먼저 도입된 기술이다. LTE에서는 다수 사용자의 동시 접속을 위해 자원 블록(resource block)이라는 개념을 사용한 반면, 무선랜에서는 기존의 하위 무선랜과의 호환성을 고려하여 RU(Resource Unit) 할당 개념을 적용하였다. RU 할당 방식의 특징은 사용자당 하나의 RU를 할당할 수 있고 채널 대역폭에 따라 수용 가능한 사용자 수와 할당 가능한 RU 단위가 정해져 있다. 할당이 가능한 RU 크기는 총 7가지 형태로 26-tone RU, 56-tone RU, 106-tone RU, 242-tone RU, 484-tone RU, 996-tone RU, 2×9 6-tone RU가 있다. 또한, 대역폭에 따라서도 사용 가능한 RU의 형태가 정해진다. 예를 들어, 484-tone RU는 40MHz, 80MHz, 160(80+80)MHz 대역에서 사용할 수 있고 996-tone은 80MHz와 160(80+80)MHz 대역에서만 사용할 수 있다. 대역별로 동시 전송 가능한 STA(Station)의 (개)수도 상이하다. 20MHz에서는 최대 9개의 STA에게 동시 전송이 가능하고 40MHz에서는 최대 18, 80MHz와 160MHz에서는 각각 37과 74개의 STA에게 데이터 동시 전송이 가능하다.

이처럼 RU 단위로 자원을 할당하는 방식에서는 할당된 RU에 따라 사용자간 데이터 전송 시간에 차이가 발생할 경우, 데이터 전송 시간이 짧은 사용자에게 나머지 시간 동안 패딩 비트(padding bit)를 전송하여 동시에 전송을 마치도록 하고 있다. 그런데 이러한 방식은 동시 전송 사용자간 데이터 전송 시간의 차이가 클수록 전송 효율성이 떨어지는 문제가 있다.

한국공개특허공보 제10-2016-0022790호(2016.03.02) 한국공개특허공보 제10-2019-0092452호(2019.08.07) 한국공개특허공보 제10-2017-0044642호(2017.04.25)

본 발명의 실시예는 가령 20, 30, 80㎒ 채널 대역폭에서 OFDMA 기반 하향링크 802.11ax WLAN 환경에 있어서 RU에서 전송할 데이터의 전송 시간을 고려해 패딩 비트를 감소시키는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치 및 그 장치의 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치는, 복수의 단말과 통신하는 통신 인터페이스부, 및 상기 복수의 단말에 OFDMA 기반의 하향 링크로 RU(Resource Unit) 기반의 데이터를 전송하고, 상기 데이터의 전송을 위한 채널 대역폭 및 상기 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트(padding bit)가 최소(Min)가 되도록 각 RU를 할당하여 각 RU에 상응하는 단말로 동시에 데이터를 전송하도록 상기 통신 인터페이스부를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 채널 대역폭 및 상기 단말의 수(I)에 근거하여 할당 가능한 RU의 후보군 집합(set)을 결정하고, 상기 결정한 후보군 집합 중에서 상기 패딩 비트가 최소가 되는 조건을 만족시키는 집합을 선택하여 데이터 전송을 위해 사용할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 조건을 만족시키는 집합을 선택하기 위하여 상기 결정한 후보군 집합에서 각 집합의 톤(tone)별로 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말을 선택하여 상기 패딩 비트의 최소 여부를 판단할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 패딩 비트의 최소 여부 판단시 상기 후보군 집합의 수(k)를 고려하여 판단할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 각 RU에 상응하는 단말로 데이터를 전송한 후 상기 단말로부터 BA(Block Acknowledgement)를 수신할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법은, 통신 인터페이스부가, 복수의 단말과 통신하는 단계, 및 제어부가, 상기 복수의 단말에 OFDMA 기반의 하향 링크로 RU 기반의 데이터를 전송하고, 상기 데이터의 전송을 위한 채널 대역폭 및 상기 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트가 최소(Min)가 되도록 각 RU를 할당하여 각 RU에 상응하는 단말로 동시에 데이터를 전송하도록 상기 통신 인터페이스부를 제어하는 단계를 포함한다.

상기 제어하는 단계는, 상기 채널 대역폭 및 상기 단말의 수(I)에 근거하여 할당 가능한 RU의 후보군 집합을 결정하고, 상기 결정한 후보군 집합 중에서 상기 패딩 비트가 최소가 되는 조건을 만족시키는 집합을 선택하여 데이터 전송을 위해 사용할 수 있다.

상기 제어하는 단계는, 상기 조건을 만족시키는 집합을 선택하기 위하여 상기 결정한 후보군 집합에서 각 집합의 톤별로 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말을 선택하여 상기 패딩 비트의 최소 여부를 판단할 수 있다.

상기 제어하는 단계는, 상기 패딩 비트의 최소 여부 판단시 상기 후보군 집합의 수(k)를 고려하여 판단할 수 있다.

상기 구동방법은, 상기 제어부가, 상기 각 RU에 상응하는 단말로 데이터를 전송한 후 상기 단말로부터 BA를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 RU에서 전송할 데이터의 전송시간을 고려한 패딩 비트의 효율화를 통해 전송 효율을 향상시킬 수 있을 것이다.

좀더 구체적으로 본 발명의 실시예에 따르면, 임의 할당 방식에 비해 처리량(throughput) 향상뿐 아니라 패딩 비트 감소에 따른 오버헤드(overhead) 비율도 감소시킬 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예는 넓은 채널 대역폭과 함께 단말(STA)의 수가 증가하고 RU의 톤(tone) 구성이 다양할 때 본 발명의 실시예에 따른 방법(예: 방법을 적용한 알고리즘)을 적용함으로써 (시스템의) 효율성이 향상될 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시예는 IEEE 802.11ax와 같은 OFDMA 기반 무선랜 시스템의 전송 성능 향상에 기여할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 IEEE 802.11ax에서 채널 대역폭에 따른 RU 할당을 보여주는 도면,
도 3은 도 1의 무선랜장치의 p(Kbytes)에 따른 처리량을 나타내는 그래프,
도 4는 도 1의 무선랜장치의 p에 따른 오버헤드 비율을 나타내는 그래프,
도 5는 도 1의 무선랜장치의 세부 구조를 예시한 블록다이어그램, 그리고
도 6은 도 1의 무선랜장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜 시스템(이하, 무선랜 시스템)(90)은, 복수의 단말(STA)(100), 통신망(110) 및 콘텐츠 등을 제공하는 서비스제공장치(혹은 외부장치)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 통신망(110)은 무선랜장치(111)를 포함할 수 있다.

여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 서비스제공장치와 같은 일부 구성요소가 생략되어 무선랜 시스템(90)이 구성되거나, 서비스제공장치의 일부 또는 전부가 통신망(110)을 구성하는 네트워크장치(예: 무선교환장치 등)에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.

복수의 단말(100)은 액세스포인트(AP) 등의 무선랜장치(111)와 통신을 수행하는 사용자 단말장치를 포함한다. 사용자 단말장치는 통상 스테이션(Station: STA)이라 명명되기도 한다. 복수의 단말(100)은 사용자 단말장치로서, 무선통신이 가능한 랩탑컴퓨터, 태블릿PC, 스마트폰 등 모바일 기반의 사용자 장치를 포함하며, 이러한 복수의 단말(100)은 무선랜장치(111)와 근거리 무선통신(WLAN)을 수행할 수 있다. 근거리 무선통신으로서 와이파이(Wi-Fi), 지그비(Zigbee), 블루투스 및 적외선 통신 등 다양한 통신이 가능할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 복수의 단말(100)은 그 중에서도 무선랜 즉 와이파이(Wi-Fi)라고 부르는 좁은 지역을 위한 컴퓨터 무선 네트워크에 사용되는 IEEE 802.11 표준에 따라 통신을 수행한다. 좀더 정확하게는 최근의 5G 파트너로서 부상하고 있는 '와이파이6'을 적용하기 위한 단말을 포함한다. 와이파이6은 802.11ax라 명명되며, 4.8Gbps의 속도를 갖는다. 물론 본 발명의 실시예에서는 와이파이 통신에 특별히 한정하지는 않을 것이다.

복수의 단말(100)은 무선랜장치(111)와 통신을 수행하여 상향링크(Up Link)를 통해 데이터를 전송하고, 하향링크(Downlink)를 통해 데이터를 내려받는다. 하향링크를 통해 데이터를 수신할 때, 복수의 단말(100)은 본 발명의 실시예에 따른 RU 기반의 OFDMA 자원 할당 방식으로 데이터를 수신한다. 무선랜장치(111)에 연결되어 통신하는 복수의 단말(100)은 데이터를 동시에 수신하고, 동시에 수신을 중단할 수 있으며, 이때 데이터를 동시에 수신하는 복수의 단말(100) 각각은 전송된 데이터 프레임을 수신한 후 무선랜장치(111)로 BA(Block Acknowledgement)를 전송한다. 통상 데이터를 보내면 즉시 응답신호(ACK)를 받아야 하지만, BA는 데이터를 쭉 다보내고 한번에 ACK를 받는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 통신망(110)을 구성하는 하나의 구성요소일 수 있다. 다시 말해, 통신망(110)은 복수의 단말(100)이 가령 유무선 인터넷 등을 통해 외부장치, 예컨대 다양한 서비스를 제공하는 서비스 서버에 접속하여 서비스를 이용할 수 있도록 중간자의 역할을 수행한다고 볼 수 있다. 통신망(110)은 유무선 통신망을 모두 포함한다. 가령 통신망(110)으로서 유무선 인터넷망이 이용되거나 연동될 수 있다. 여기서, 유선망은 케이블망이나 공중 전화망(PSTN)과 같은 인터넷망을 포함하는 것이고, 무선 통신망은 CDMA, WCDMA, GSM, EPC(Evolved Packet Core), LTE(Long Term Evolution), 와이브로(Wibro) 망 등을 포함하는 의미이다. 물론 본 발명의 실시예에 따른 통신망(110)은 이에 한정되는 것이 아니며, 가령 클라우드 컴퓨팅 환경하의 클라우드 컴퓨팅망, 5G망 등에 사용될 수 있다. 가령, 통신망(110)이 유선 통신망인 경우 통신망(110) 내의 액세스포인트는 전화국의 교환국 등에 접속할 수 있지만, 무선 통신망인 경우에는 통신사에서 운용하는 SGSN 또는 GGSN(Gateway GPRS Support Node)에 접속하여 데이터를 처리하거나, BTS(Base Station Transmission), NodeB, e-NodeB 등의 다양한 중계기에 접속하여 데이터를 처리할 수 있다.

통신망(110)은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)와 같은 액세스포인트(AP)를 포함한다. 여기서의 액세스포인트는 건물 내에 많이 설치되는 펨토(femto) 또는 피코(pico) 기지국과 같은 소형 기지국을 포함한다. 펨토 또는 피코 기지국은 소형 기지국의 분류상 단말(100) 등을 최대 몇 대까지 접속할 수 있느냐에 따라 구분된다. 물론 액세스포인트는 단말(100) 등과 지그비 및 와이파이 등의 근거리 통신을 수행하기 위한 근거리 통신모듈을 포함할 수 있다. 액세스포인트는 무선통신을 위하여 TCP/IP 혹은 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)를 이용할 수 있다. 여기서, 근거리 통신은 와이파이 이외에 블루투스, 지그비, 적외선, UHF(Ultra High Frequency) 및 VHF(Very High Frequency)와 같은 RF(Radio Frequency) 및 초광대역 통신(UWB) 등의 다양한 규격으로 수행될 수 있다. 이에 따라 액세스포인트는 데이터 패킷의 위치를 추출하고, 추출된 위치에 대한 최상의 통신 경로를 지정하며, 지정된 통신 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치, 예컨대 서비스 서버와 같은 외부장치 등으로 전달할 수 있다. 액세스포인트는 일반적인 네트워크 환경에서 여러 회선을 공유할 수 있으며, 예컨대 라우터(router), 리피터(repeater) 및 중계기 등이 포함된다.

본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 가령 액세스포인트(AP)로서 복수의 단말(100)과 IEEE 802.11 표준에 따라 무선랜 통신을 수행할 수 있다. 더 정확하게는 와이파이6에 해당하는 IEEE 802.11ax에서 RU 기반의 OFDMA 자원 할당 방법이 적용된 통신을 수행한다. 도 2는 IEEE 802.11ax에서 채널 대역폭에 따른 RU 할당을 보여주고 있다. IEEE 802.11ax에서 RU의 할당 방식은 사용자당 하나의 RU를 할당할 수 있고, 채널 대역폭에 따라 수용 가능한 사용자 수와 할당 가능한 RU 단위가 정해진다. 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 기존 RU 단위의 자원 할당 방식의 문제점을 개선하기 위해, 각 RU에서 전송할 데이터의 전송 시간을 고려한 패딩 비트의 효율화를 통해 전송 효율을 향상시키며, 이는 성능 평가를 통해서도 확인된 바 있다. 채널 대역폭과 RU에서의 톤의 수 및 구성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 방법이 적용된다고 볼 수 있다.

좀더 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 20, 40, 80MHz 채널 대역폭에서의 OFDMA 기반 하향링크 802.11ax WLAN 환경을 고려한다. 본 발명의 실시예에 따른 방식은 RU 기반에서 전송할 데이터의 전송 시간을 고려해 패딩 비트를 감소시킨다. 절차는 다음과 같이 이루어질 수 있다. 설명의 편의상 이하에서 무선랜장치(111)는 AP라 명명하고, 단말(100)은 STA라 명명한다.

1단계에서, AP(111)는 전송할 채널 대역폭을 고려하여 전송하고자 하는 STA(100)의 수(I)에 따라 할당 가능한 RU의 set Uk 후보군(혹은 후보군 집합)을 찾는다. 예를 들어, 40MHz 채널 대역폭에서 8개의 STA(I = 8)가 동시에 데이터를 전송하고자 할 때, 할당 가능한 RU의 집합(set)으로 [242, 52, 52, 26, 26, 26, 26, 26], [106, 106, 106, 52, 26, 26, 26, 26], [106, 106, 52, 52, 52, 52, 26, 26] 등이 가능하며, 이때 인덱스 k는 1~3이 된다.

2단계에서, AP(111)는 결정된 채널 대역폭에서 할당 가능한 각 RU 크기에 따른 각 STA(100)들의 데이터 전송 시간을 계산한다. 관계식은 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

Li는 STA i번째 데이터 프레임(data frame)의 페이로드(payload) 크기이고 Nb는 심볼(symbol)당 전송 bit 수, Rc는 코딩율(coding rate)이다. Cj는 각 RU에서 할당 가능한 톤의 개수이다. 예를 들어, 1단계에서 인덱스 k가 1일 때, [242, 52, 52, 26, 26, 26, 26, 26]의 톤 할당이 가능하며, 이때 할당 가능한 톤을 가리키는 인덱스 j는 1~8이 된다. TS와 TG는 각각 OFDM 심볼 지속시간(symbol duration)과 보호 구간(혹은 가드 간격)(guard interval)을 의미한다.

3단계에서는, 1단계에서 찾은 RU의 집합(set) 후보군에서 각 RU별 전송할 STA(100)의 데이터를 선택한다.

3단계는 좀더 세부적으로, (3-1)단계에서, RU의 set Uk의 톤 인덱스 j에서 데이터 전송 시간이 가장 긴 STA(100)를 찾는다. 관계식은 <수학식 2>와 같다.

(3-2)단계에서는 (3-1)단계를 J×K 횟수만큼 반복 수행하여 Uk 후보군의 각 RU에 맞는 STA(100)의 데이터를 선택한다. 이때 이미 선택된 STA(100)들의 데이터는 제외한다.

4단계에서는 T를 만족하는 k를 구하여 최종적으로 사용할 RU 집합(set)을 결정한다. 관계식은 <수학식 3>과 같다.

5단계에서, AP(111)는 결정된 RU 집합을 사용하여 각 RU에 해당하는 STA(100)의 데이터를 동시에 전송한다.

이어 6단계에서, 각 STA(100)는 전송된 데이터 프레임을 수신한 후 AP(111)로 BA를 전송한다.

한편, 외부장치는 다양한 형태의 서비스를 제공하는 콘텐츠 서버 등을 포함한다. 대표적으로, 포털 서비스를 제공하는 포털 서버 등이 이에 해당된다. 또한, 다양한 회사들이 웹상의 홈페이지 등을 통해 다양한 콘텐츠를 제공할 수 있다.

도 3은 도 1의 무선랜장치의 p(Kbps)에 따른 처리량을 나타내는 그래프이며, 도 4는 도 1의 무선랜장치의 p에 따른 오버헤드 비율을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 방식의 성능 평가는 다음과 같은 가정하에 이루어진다. AP(111)는 항상 각 STA(100)들에게 전송할 데이터가 있는 반면에 STA(100)들은 상향링크로 전송할 데이터는 없으며 충돌이나 전송 실패는 고려하지 않는다. 또한, AP(111)가 동시 전송시 사용될 RU의 개수와 STA(100)의 수는 일치한다. 전송할 페이로드(payload) 길이는 다양한 크기를 갖는 데이터 프레임(data frame)을 생성하기 위해 평균이 1/p인 기하 분포를 따르도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 방식은 802.11ax 표준에서 정한 RU 할당 방식을 기반으로 STA(100)들의 데이터를 임의로 할당하는 방식과 성능 비교를 한다. <표 1>은 성능 분석을 위한 파라미터를 나타낸다.

도 3은 STA(100)의 수가 4와 8일 때, p에 따른 처리량을 보여준다. STA(100)의 수와 사용되는 대역폭에 따라 STA(100)들에게 할당되는 톤은 다음과 같이 정해진다. STA(100)의 수가 4이면서 대역폭이 20MHz일 때, [106, 52, 52, 26]개의 톤이 동시에 할당될 수 있고, 40MHz일 때는 [242, 106, 106, 26]개의 톤을 동시에 할당한다. 반면에 80MHz일 때는 [484, 242, 242, 26]개의 톤 할당이 가능하다. 반면에 STA(100)의 수가 8이면서 대역폭이 20MHz일 때, [52, 26, 26, 26, 26, 26, 26, 26], 40MHz일 때, [242, 52, 52, 26, 26, 26, 26, 26], 80MHz일 때, [484, 242, 106, 52, 26, 26, 26, 26]개의 톤을 할당하게 된다. 임의적 할당 방식은 대역폭에 따라 처리량 증가폭이 크지 않은 반면에 본 발명의 실시예에 따른 방식은 임의적 할당 방식에 비해 모든 대역폭에서 우수한 성능을 보여주고 있으며, 특히 채널 대역폭이 클수록 성능 향상이 두드러진다는 것을 알 수 있다. 또한, STA(100)의 수가 4개보다 8개일 때, 전반적으로 처리량 결과가 우수함을 확인할 수 있다.

도 4는 STA(100)의 수가 4와 8일 때, p에 따른 오버헤드 비율에 관한 결과를 나타낸다. 여기서 오버헤드 비율은 전송을 위해 요구되는 전체 시간과 대역폭 대비 데이터 전송이 아닌 패딩 및 MAC 오버헤드, PHY 헤더, SIFS, DIFS, BA 등을 위해 사용되는 시간과 대역폭 비율을 의미한다.

RU 개념이 사용되는 IEEE 802.11ax OFDMA 방식에서 데이터 전송 시간은 RU에 할당된 데이터 중 전송 시간이 가장 긴 데이터에 의해서 결정된다. 결과를 보면 임의적 할당 방식과 본 발명의 실시예에 따른 방식 모두 p가 증가할수록 오버헤드 비율이 감소함을 알 수 있다.

이때 본 발명의 실시예에 따른 방식이 임의적 할당 방식보다 p의 증가에 따른 오버헤드 비율 감소가 더 크다. 그 이유는 각 데이터의 전송 시간을 고려함으로써 p가 증가할수록 임의적 할당 방식보다 패딩에 의한 오버헤드 비율이 감소하게 되기 때문이다. 하지만, 대역폭이 20MHz일 때 제안된 방식은 p의 증가에 따른 overhead 감소가 40MHz와 80MHz보다 낮은 결과를 보여준다. 그것은 대역폭마다 구성 가능한 톤의 개수에 영향을 받기 때문이다. 802.11ax는 20MHz 대역폭에서 할당 가능한 RU의 톤 구성이 52개 하나에 나머지 RU는 동일한 26개의 톤으로 구성되어 있다. 반면에 40MHz와 80MHz에서는 각각 242, 52, 26과 484, 242, 52, 26으로 다양한 톤의 개수로 구성되어 있다. 이로 인해 20MHz 대역폭에서는 p가 증가할지라도 오버헤드 비율 감소가 제한적으로 나타나게 된다.

도 5는 도 1의 무선랜장치의 세부 구조를 예시한 블록다이어그램이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 통신 인터페이스부(500), 제어부(510), 자원할당부(520) 및 저장부(530)의 일부 또는 전부를 포함한다.

여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 저장부(530)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 무선랜장치(111)가 구성되거나, 자원할당부(520)와 같은 일부 구성요소가 제어부(510)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.

통신 인터페이스부(500)는 제어부(510)의 제어하에 복수의 단말(100)과 통신을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따라 통신 인터페이스부(500)는 무선랜, 가령 와이파이 통신을 위한 통신모듈을 포함하며, 해당 통신모듈은 IEEE 802.11 표준의 통신을 수행할 수 있다. 더 정확하게는 와이파이6에 해당하는 OFDMA 기반의 IEEE 802.11ax 표준 통신을 수행할 수 있다.

통신 인터페이스부(500)는 제어부(510)의 제어에 따라 무선랜장치(111)에 접속되어 있는 복수의 단말(100)로 데이터를 동시에 전송하며, 데이터 전송 후에는 각 단말(100)로부터 BA를 수신한다. 이를 통해 가령 제어부(510)는 각 단말(100)로 데이터가 제대로 전송되었는지를 판단할 수 있다.

제어부(510)는 도 5의 무선랜장치(111)를 구성하는 통신 인터페이스부(500), 자원할당부(520) 및 저장부(530)의 전반적인 제어동작을 담당한다. 가령, 도 1에서 볼 때, 복수의 단말(100)에서 무선랜장치(111)에 접속하여 데이터 전송을 요청할 때, 제어부(510)는 각 단말(100)로 효율적인 데이터 전송을 위하여 자원 할당 동작을 수행할 수 있다. 물론, 이러한 동작을 위하여 제어부(510)는 자원할당부(520)와 연계하여 동작할 수 있다.

가령, 제어부(510)는 자원할당부(520)의 지시에 따라 데이터 전송을 요청한 복수의 단말(100)로 동시에 데이터가 전송될 수 있도록 통신 인터페이스부(500)를 제어한다. 물론 제어부(510)는 데이터 전송을 동시에 마치도록 데이터 전송 시간이 짧은 사용자의 단말(100)로는 패딩 비트를 전송할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 이러한 패딩 비트의 전송을 감소하기 위하여 복수의 단말(100)로 동시에 데이터의 전송하기 전에 전송할 데이터의 전송 시간을 계산하여 이를 근거로 데이터를 전송한다.

다시 말해, 자원할당부(520)는 복수의 단말(100)로 데이터 전송시 패딩 비트를 감소하여 전송 효율을 높일 수 있는 RU 할당 방식을 적용해 데이터를 전송한다. 예를 들어 자원할당부(520)는 복수의 단말(100)로 OFDMA 기반 하향링크로 RU 기반의 데이터 전송시, 데이터 전송을 위한 채널 대역폭 및 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 따라 결정되어 할당되는 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하여 계산 결과 패딩 비트를 감소시키는 기설정된 조건을 만족할 때의 각 RU에 상응하는 단말로 데이터를 동시에 전송하도록 한다. 물론 이를 제어부(510)에 지시할 수 있다.

좀더 구체적으로 자원할당부(520)는 전송할 채널 대역폭(예: 20, 40, 80㎒)을 고려하여 전송하고자 하는 단말의 수(I)에 따라 할당 가능한 RU의 후보군 집합을 결정한다. 가령 채널 대역폭이 40㎒이고 8개의 단말(100)에 동시에 데이터를 전송하고자 할 때, 자원할당부(520)에서 할당 가능한 RU의 집합은 총 3개가 될 수 있다. 참고로, 40㎒에서 데이터의 동시 전송이 가능한 단말(100)의 수는 최대 18개이다. 또한 자원할당부(520)는 결정된 채널 대역폭에서 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말(100)들의 데이터 전송 시간을 계산한다. 이는 <수학식 1>을 통해 살펴본 바 있다.

자원할당부(520)는 후보군 집합을 사용하여 각 RU별로 전송할 단말(100)의 데이터를 선택한다. 이를 위하여 RU의 후보군 집합에서 톤 인덱스에서 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말(100)을 찾는다. 이를 반복 수행하여 후보군의 각 RU에 맞는 단말(100)의 데이터를 선택한다. 이미 선택된 단말(100)의 데이터는 제외한다.

그리고 자원할당부(520)는 기설정된 조건을 만족할 때의 집합의 수를 구하고, 최종적으로 사용할 RU 집합을 결정한다. 이는 <수학식 3>에서 살펴본 바 있다. 자원할당부(520)는 <수학식 3>을 통해 결정된 RU 집합을 사용하여 단말(100)의 데이터를 전송한다. 결론적으로 이러한 과정을 통해 결정된 RU 집합은 패딩 비트를 감소하는 방식으로 자원할당부(520)가 채널 대역폭과 RU에서의 톤의 수 및 구성을 결정한 것이라 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자원할당부(520)는 단말(100)의 수와 사용되는 채널 대역폭에 따라 단말(100)들에게 할당하는 톤(tone)을 정할 수 있다. 예를 들어, 단말(100)의 수가 4이면서 대역폭이 20㎒일 때, [106, 52, 52 및 26]의 톤이 동시에 할당될 수 있고, 40㎒일 때 [242, 106, 106, 26]개의 톤을 동시에 할당할 수 있다. 반면에 80㎒일 때는 [484, 242, 242, 26]개의 톤 할당이 가능하다. 반면에 단말(100)의 수가 8이면서 대역폭이 20㎒일 때, [52, 26, 26, 26, 26, 26, 26, 26], 40㎒때, [242, 52, 52, 26, 26, 26, 26, 26], 80㎒일 때, [484, 242, 106, 52, 26, 26, 26, 26]개의 톤이 할당되게 된다.

저장부(530)는 제어부(510)의 제어하에 처리되는 다양한 정보 및 데이터를 임시 저장할 수 있다. 여기서, 정보라 함은 헤더부에 포함되는 부가정보 등을 포함하거나 간단한 요청 및 응답 신호를 의미할 수 있다. 또한, 데이터는 페이로드(payload)에 포함되는 화소데이터 등을 의미할 수 있다. 다만, 정보와 데이터는 실무적으로 혼용되고 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 그러한 용어의 개념에 특별히 한정하지는 않을 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부(510)는 CPU 및 메모리를 포함할 수 있으며, 원칩화하여 형성될 수 있다. CPU는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부 및 레지스트리 등을 포함하며, 메모리는 램을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어동작을, 그리고 연산부는 2진비트정보의 연산동작을, 그리고 명령어해석부는 인터프리터나 컴파일러 등을 포함하여 고급언어를 기계어로, 또 기계어를 고급언어로 변환하는 동작을 수행할 수 있으며, 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여할 수 있다. 상기의 구성에 따라, 가령 도 1의 무선랜장치(111)의 동작 초기에 자원할당부(520)에 저장되어 있는 프로그램을 복사하여 메모리 즉 램(RAM)에 로딩한 후 이를 실행시킴으로써 데이터 연산 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다.

도 6은 도 1의 무선랜장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.

설명의 편의상 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 복수의 단말(100)과 통신을 수행한다(S600). 무선랜장치(111)는 복수의 단말(100)과 가령 와이파이6 즉 IEEE 802.11ax 표준에 의한 통신을 수행할 수 있다.

또한, 무선랜장치(111)는 복수의 단말(100)로 OFDMA 기반 하향 링크로 RU 기반의 데이터를 전송하고, 데이터 전송을 위한 채널 대역폭 및 채널 대역폭에 수용 가능한 단말(100)의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말(100)의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트를 감소시키는 조건을 만족시킬 때의 각 RU의 선택 데이터를 각 RU에 상응하는 단말(100)로 동시에 전송한다(S610).

무엇보다 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 현재 접속되어 있는 복수의 단말(100)로 데이터 전송시 단말(100)의 수에 따라 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말(100)의 데이터 전송 시간을 계산해 보고, 이때 톤 인덱스마다 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말(100)을 찾아 패딩 비트를 감소시키는 최소 시간이 될 때의 톤의 구성 즉 집합을 사용하여 데이터를 복수의 단말(100)로 동시에 전송한다는 것이다.

상기한 내용 이외에도 본 발명의 실시예에 따른 무선랜장치(111)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.

한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.

여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 단말(혹은 STA) 110: 통신망
111: 무선랜장치(혹은 AP) 500: 통신 인터페이스부
510: 제어부 520: 자원할당부
530: 저장부

Claims (10)

1. 복수의 단말과 통신하는 통신 인터페이스부; 및
   상기 복수의 단말에 OFDMA 기반의 하향 링크로 RU(Resource Unit) 기반의 데이터를 전송하고, 상기 데이터의 전송을 위한 채널 대역폭 및 상기 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트(padding bit)가 최소(Min)가 되도록 각 RU를 할당하여 각 RU에 상응하는 단말로 동시에 데이터를 전송하도록 상기 통신 인터페이스부를 제어하는 제어부;를
   포함하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 채널 대역폭 및 상기 단말의 수(I)에 근거하여 할당 가능한 RU의 후보군 집합(set)을 결정하고, 상기 결정한 후보군 집합 중에서 상기 패딩 비트가 최소가 되는 조건을 만족시키는 집합을 선택하여 데이터 전송을 위해 사용하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 조건을 만족시키는 집합을 선택하기 위하여 상기 결정한 후보군 집합에서 각 집합의 톤(tone)별로 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말을 선택하여 상기 패딩 비트의 최소 여부를 판단하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 패딩 비트의 최소 여부 판단시 상기 후보군 집합의 수(k)를 고려하여 판단하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 각 RU에 상응하는 단말로 데이터를 전송한 후 상기 단말로부터 BA(Block Acknowledgement)를 수신하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치.
6. 통신 인터페이스부가, 복수의 단말과 통신하는 단계; 및
   제어부가, 상기 복수의 단말에 OFDMA 기반의 하향 링크로 RU(Resource Unit) 기반의 데이터를 전송하고, 상기 데이터의 전송을 위한 채널 대역폭 및 상기 채널 대역폭에 수용 가능한 단말의 수(I)에 의해 결정되어 할당 가능한 각 RU의 크기에 따른 각 단말의 데이터 전송 시간을 계산하며, 계산 결과 패딩 비트(padding bit)가 최소(Min)가 되도록 각 RU를 할당하여 각 RU에 상응하는 단말로 동시에 데이터를 전송하도록 상기 통신 인터페이스부를 제어하는 단계;를
   포함하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어하는 단계는,
   상기 채널 대역폭 및 상기 단말의 수(I)에 근거하여 할당 가능한 RU의 후보군 집합(set)을 결정하고, 상기 결정한 후보군 집합 중에서 상기 패딩 비트가 최소가 되는 조건을 만족시키는 집합을 선택하여 데이터 전송을 위해 사용하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어하는 단계는,
   상기 조건을 만족시키는 집합을 선택하기 위하여 상기 결정한 후보군 집합에서 각 집합의 톤(tone)별로 데이터 전송 시간이 가장 긴 단말을 선택하여 상기 패딩 비트의 최소 여부를 판단하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어하는 단계는,
   상기 패딩 비트의 최소 여부 판단시 상기 후보군 집합의 수(k)를 고려하여 판단하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법.
10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 각 RU에 상응하는 단말로 데이터를 전송한 후 상기 단말로부터 BA를 수신하는 단계;를 더 포함하는 RU 기반 OFDMA 자원 할당을 위한 무선랜장치의 구동방법.

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