KR101641088B1

KR101641088B1 - 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회 보호 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101641088B1
Application number: KR1020100106248A
Authority: KR
Inventors: 이일구; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2016-07-20
Also published as: US20140105143A1; US20110170525A1; US20160143056A1; US9247566B2; KR20110046377A; US8630274B2; US9504065B2

Abstract

본 발명은 무선랜의 전송 기회 보호를 위한 전송 방법 및 제어 기술에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 서로 다른 3가지의 전송 모드를 갖는 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보장하기 위한 방법으로, 상기 무선 랜 시스템 내에 상기 3가지 전송 모드 중 가장 낮은 전송률을 갖는 모드의 노드가 존재할 시 가장 낮은 전송 모드에 따른 전송 보호 구간을 설정하는 과정과, 상기 설정된 전송 보호 구간의 시간 내에 전송할 데이터 프레임에 상기 전송 보호 구간을 지시하는 시그널 필드를 결합하여 전송하는 송신 과정을 포함한다.

Description

무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회 보호 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING OPPORTUNITY OF TRANSMITTING FRAME IN A WIRELESS LAN SYSTEM}

본 발명은 무선랜의 전송 기회 보호를 위한 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 랜(LAN)의 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a/g 표준은 54Mbps 전송 속도를 지원할 수 있도록 되어 있다. 이러한 IEEE 802.11a/g 표준에서는 단일 안테나와 20MHz 대역폭을 사용하도록 하고 있다. 반면에, IEEE 802.11n 표준에서는 복수 개의 안테나를 사용한 다중 안테나 기술과 40MHz 대역폭을 사용한 대역폭 확장 전송 기술까지 사용하여 전송 속도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, IEEE 802.11n 표준에서는 4개의 안테나까지 지원 가능하며, 64-QAM 변조 방식과 5/6 부호율, 짧은 가드 구간 모드를 40MHz 대역폭에서 적용하여 최대 600Mbps 물리 계층 전송 속도를 지원 가능하게 했다. 또한 MAC 계층에서는 어그리게이션(Aggregation) 기술과 블록 응답(Block Acknowledge) 기술을 사용하여 물리 계층 전송 속도의 약 86%에 해당하는 스루풋을 이론적으로 얻을 수 있도록 하였다.

무선 랜 표준이 제정되어 온 역사와 함께 고려해야 할 중요한 이슈가 호환성(Backward Compatibility) 문제이다. 즉, IEEE 802.11a/g 표준 장비들과 IEEE 802.11n 표준 장비가 혼재된 네트워크에서도 공정한 경쟁을 통해 무선 랜 프로토콜(Protocol) 에 따라 채널을 점유하고 신호 충돌이 일어나지 않도록 해야 한다. 이러한 목적으로 IEEE 802.11n 표준에서는 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호(Legacy Signal Field Transmit Opportunity Protection, L-SIG TXOP Protection) 방식을 사용한다. 즉, IEEE 802.11n의 다른 이름인 HT(High Throughput) 모드 패킷 (11n 모드 패킷)이 전송되는 전송 기회 구간 동안 레거시 시그널 필드를 이용하여 HT 모드 패킷이 전송되는 시간을 설정하여 채널 점유권을 획득하지 못 한 레거시 단말들이 채널을 점유하지 못하도록 함으로써 레거시 장비들에 의한 신호 충돌을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 최근 차세대 무선랜 기술로서 VHT(Very High Throughput) 기술이 IEEE 802.11ac에서 활발히 논의되고 있다. IEEE 802.11ac 표준에서는 다중 사용자 다중 안테나 기술과 다중 채널 기술이 사용될 예정이며, 하나의 접속 중계점과 하나 이상의 단말이 채널을 점유하는 기간이 더 길어지게 될 전망이다. 이와 같은 기술적인 배경을 바탕으로 위에서 설명한 문제를 고려할 때 종래의 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 방법은 그 한계점이 있다.

따라서 본 발명에서는 무선랜 시스템에서 레거시 모드와 호환될 수 있는 전송 기회 보호 방법을 제공한다.

또한 본 발명에서는 무선랜 시스템에서 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 방법에 있어서, 레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하는 단계; 및 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 단계;를 포함하며; 상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고; 상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서, 레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 AP(access point)를 포함하며; 상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고; 상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서, 레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 기지국을 포함하며; 상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고; 상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 장치는. 무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서, 레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 단말을 포함하며; 상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고; 상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정된다.

본 발명에 따르면, 다중 모드를 지원하는 무선랜의 전송 기회 보호를 위한 시그널 필드 설정과 어그리게이션 전송을 위한 패킷 길이를 전송할 모드 및 네트워크 환경에 최적화 할 수 있다. 특히, 현재 차세대 무선랜 기술 표준으로 연구되고 있는 VHT 표준(IEEE 802.11ac)의 다중 이용자 다중 안테나 기술과 다중 채널 전송 기술을 사용한 VHT 모드 전송 방식을 사용하는 경우에는 전송 기회 보호를 위해 기존과는 다른 시그널 필드 설정 방법을 통해 전송 기회를 보장할 수 있다. 또한 본 발명에서는 무선랜 시스템에서 스루풋을 향상시킬 수 있다.

도 1은 레거시 모드 시그널 필드 포맷을 도시한 도면,
도 2는 HT 모드 시그널 필드 포맷을 도시한 도면,
도 3은 현재까지 상용화되어 있는 무선랜 시스템에서 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 방법을 설명하기 위한 타이밍도,
도 4는 본 발명에 따라 VHT 모드 패킷 전송 시 레거시 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식을 설명하기 위한 타이밍도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 HT/VHT 혼합 모드 패킷 전송시의 HT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 HT/VHT 혼합 모드 패킷 전송시의 HT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 VHT 그린 필드 모드 패킷 전송 시의 VHT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 VHT 그린 필드 모드 패킷 전송 시의 VHT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도,
도 9는 본 발명에 따라 다중 모드를 지원하는 무선 랜 시스템에서 전송 기회 보호 방식을 다르게 설정하는 경우의 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적응형 어그리게이션 전송 방식의 순서도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 레거시 모드와 HT 모드에 대하여 살펴보기로 하자.

도 1은 레거시 모드 시그널 필드 포맷을 도시한 도면이며, 도 2는 HT 모드 시그널 필드 포맷을 도시한 도면이다.

도 1과 도 2의 하단의 숫자는 시그널 필드 포맷을 구성하는 각 비트의 순번을 의미한다. 예를 들어 "0"는 첫 번째 비트를 의미하며, "4"는 다섯 번째 비트를 의미하고, "23"은 24번째 비트를 의미한다. 또한 필드의 위에는 각 비트들이 어떤 정보들을 지시하는지를 나타낸다. 예를 들어 도 1에서 "Rate(4 bits)"는 전송률을 의미하며, 4비트로 구성됨을 알리는 것이고, "Length(12 bits)"는 데이터 패킷의 길이를 지시하기 위한 필드로, 12비트로 구성됨을 알리는 것이다.

이와 같이 시그널 필드에는 해당 패킷의 검출 및 복호를 위해 필요한 다양한 정보를 기재하도록 되어 있다. 그리고 이 중 가장 대표적인 정보가 패킷 길이와 전송 속도이다. 예를 들어 레거시 모드의 경우 즉 도 1의 경우는 패킷 길이 정보를 위해 12 bit를 할당하여 4096 byte 길이까지 표시할 수 있도록 하며, 최소 전송 속도는 6Mbps이다. 또한 도 2의 예에서는 HT-SIG₁과 HT-SIG₂를 도시하였다. 위의 HT-SIG₁를 살펴보면, HT 모드의 경우는 패킷 길이 정보를 위해 9번째 비트부터 24번째 비트까지로 16 bit를 할당하여 최대 65536 byte 길이까지 표시할 수 있도록 하고 있으며, 최소 전송 속도는 6.5Mbps 이다. 그 하단의 HT-SIG₂는 HT 모드에서만 동작하기 위한 시그널 필드들이다.

만약 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 방식이 없는 경우라면, 어떠한 문제가 발생하는지를 예를 들어 설명하기로 한다.

HT 모드 패킷을 어그리게이션(aggregation)하여 전송할 경우에는 최대 전송 할 수 있는 패킷 길이는 65536 byte가 될 수 있다. 이때 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 방식을 사용하지 않는다면, 레거시 장비들은 HT 패킷의 시그널 정보를 알 수 없으므로 65536 byte 길이 패킷이 모두 전송되기 전에 채널 점유권을 획득하기 위해 시도할 수 있다. 그러므로 레거시 시그널 필드의 전송 속도와 패킷 길이 정보로 HT 패킷 전송으로 채널을 점유하게 될 시간 정보를 설정하여 단말들에게 알려줄 필요가 있다. 이를 통해 레거시 장비들이 채널 접속 시도를 차단하여 신호 충돌을 방지하는 것이다. 즉, 이러한 경우의 방지를 위해 IEEE 802.11n 표준에서 사용하는 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 방식이다.

하지만 표준에서 사용하는 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 방식은 HT 모드 어그리게이션 방식을 100% 지원하지 못하고 있다. 레거시 시그널 필드의 패킷 길이 필드는 12 비트로 제한되어 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 구간이 5.5ms 밖에 지원되지 못 한다(최대 전송 기회 보호 구간 = 최대 패킷 길이 / 최소 전송 속도 = 4096 byte / 6 Mbps = 5.5ms). 반면에 무선랜(Wireless LAN)이 주로 활용되는 실내 공간에서 코히어런스 시간이 최대 1.2초까지 가능하며, 도플러 효과의 정도에 따라 500ms에서 100ms까지의 값을 갖게 된다. 그러면 <수학식 1>을 이용하여 스루풋(Throughput)을 알아보자.

<수학식 1>에서와 같이 스루풋은 전송한 데이터 길이를 전송 시간으로 나눈 값과 같으므로, 스루풋 향상을 위해서는 전송하려는 데이터 길이에 대한 오버해드를 최소화해야 한다. 무선랜에서 사용하는 어그리게이션 기술은 이러한 오버해드를 최소화하는 효과적인 방법이다. 즉, 한 번의 전송에 대해 가능한 긴 데이터를 결합하여 보낼 때 스루풋 효율이 향상된다. 실제 무선랜 채널 환경은 수백 ms 이상의 코히어런스 시간을 보장하지만 무선랜의 표준에서 5.5ms의 전송 기회 보호 구간만 지원 가능하므로, 무선랜이 주로 사용되는 환경 자원을 최대한 활용하지 못한다.

이를 다시 20MHz를 지원하는 경우를 나타내는 <표 1> 및 40MHz를 지원하는 경우를 나타내는 <표 2>를 참조하여 살펴보기로 한다.

<표 1>과 <표 2>는 65536 byte 길이 HT 모드 패킷을 전송할 때의 전송 시간 및 스루풋이다. 위의 표들을 통해 알 수 있듯이 <표 1>에서는 MCS13, MCS14, MCS15인 경우에만 어그리게이션이 가능하고, <표 2>에서는 MCS5, MCS6, MCS7, MCS11 ~ MCS15의 경우만 어그리게이션이 가능하다. 즉, 그 외의 모드는 레거시 시그널 필드 전송 기회 보호 구간을 초과하여 문제가 된다.

이하에서 설명되는 본 발명은 무선랜의 전송 기회 보호를 위한 전송 방법 및 제어 기술을 설명할 것이다. 우선 종래의 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 방식을 보완하기 위한 방법으로서 다음의 두 가지 방법을 사용한다.

첫째, 적응형 어그리게이션 패킷 길이 결정 방식이며, 둘째 VHT 모드 패킷 지원을 위한 전송 기회 보호 구간 설정 방식이다. 그러면 먼저 첫 번째 방법에 대하여 살펴보기로 하자.

앞에서 설명한 <표 1>과 <표 2>에서는 최대 길이에 대해 전송 기회 구간 보호를 보장받지 못하여 사용하지 못한 전송 속도가 여러 개 있었다. 따라서 본 발명에서는 하기 <표 3>과 같이 40MHz를 갖는 경우 어그리게이션 패킷 길이를 레거시 시그널 필드로 보호 가능한 전송 기회 시간으로 제한하여 결정함으로써 스루풋을 향상시킨다.

이때 어그리게이션 패킷 길이를 결정하는 요소에는 여러 가지가 있을 수 있으나, <표 3>에서는 레거시 시그널 필드로 보장 가능한 전송 기회 시간과 코히어런스 시간만을 고려했음에 유의해야 한다. 하지만, 그 밖에 신호대 잡음비 등의 채널 상태도 이용 가능함을 미리 밝혀둔다.

다음으로, VHT 모드 패킷 지원을 위한 전송 기회 보호 구간 설정 방법에 대하여 살펴보기로 하자.

현재까지 상용화되어 있는 무선랜 시스템에서 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 구간 설정 방식은 단순히 하나의 어그리게이션 패킷만을 고려했다. 하지만, 최근 논의 중인 VHT 모드 패킷은 다중 사용자 다중 안테나 기술 및 다중 채널 기술이 동기 및 비동기식으로 사용 가능하게 될 전망이다. 그러므로 현재까지의 방법과 같이 단순히 하나의 어그리게이션 패킷의 전송 시간만 고려하면 문제가 발생할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 현재까지 상용화되어 있는 무선랜 시스템에서 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.

이를 구체적으로 살펴보면, 각 프레임의 종류에 따라 L-SIG 필드들의 전송 기회 보호를 위한 구간이 달라짐을 알 수 있다. 즉, 전송 기회 보호 방식에서 RTS 프레임(Ready to Send, RTS)(301)에 부가된 레거시 시그널 필드(L-SIG)(301)는 각 프레임의 경우는 t0 시점부터 t3 시점까지 보호구간으로 설정된다. 또한 CTS 프레임(Clear to Send, CTS)에 부가되는 시그널 필드(L-SIG)(302)는 t2 시점부터 t11 시점까지 보호구간으로 설정된다. 그리고 데이터 프레임에 포함되는 시그널 필드(L-SIG)(303)는 t4 시점부터 t11 시점까지 보호구간으로 설정되며, 블록 응답(BA) 프레임에 포함되는 시그널 필드(L-SIG)(304)는 t6 시점부터 t11시점까지 보호구간으로 설정한다.

이들의 보호구간들을 수학식으로 나타내면 하기 <수학식 2> 및 <수학식 3>과 같이 도시할 수 있다.

<수학식 2>와 <수학식 3>을 이용하여 얻은 L-SIG Duration 값으로 채널 점유권을 획득하지 못한 단말들은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector, NAV) 값을 설정하고, 네트워크 할당 벡터 값만큼의 타이머를 시간의 흐름에 따라 감소시켜서 모두 소진되면 채널 점유권을 얻기 위한 시도를 한다.

하지만 VHT 모드를 지원하는 장비는 다중 사용자 다중 안테나 기술 및 다중 채널 전송 방식을 사용하게 되므로 이와 동일한 원리로 L-SIG Duration을 설정할 수 없다.

따라서 본 발명은 다중 사용자 다중 안테나 기술 혹은 다중 채널 전송 방식 혹은 이 두 가지 기술을 동시에 사용하는 경우의 L-SIG Duration 설정 방식을 포함한다.

도 4는 본 발명에 따라 VHT 모드 패킷 전송 시 레거시 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 4에서도 RTS 프레임, CTS 프레임, 데이터 프레임들 및 블록 응답(BA) 프레임에 각각 L-SIG 필드들(401, 402, 403, 404, 405)이 포함되어 있다. 각각의 프레임들에 포함된 L-SIG 필드들(401, 402, 403, 404, 405)는 도 4에 도시한 바와 같은 보호 구간의 Duration을 가진다. 예를 들어 RTS 프레임의 L-SIG 필드(401)에 의한 보호 구간은 t0 시점부터 t3 시점까지가 된다. 또한 CTS 프레임의 L-SIG 필드(502)는 t2 시점부터 t11 시점까지가 보호 구간이 된다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 두 개의 패킷이 다중 이용자 다중 안테나 기술을 사용하여 서로 다른 사용자가 전송할 수 있고, 다중 채널 전송 기술을 이용하여 다른 채널을 통해 서로 다른 데이터 패킷이 전송될 수 있다. 이때, L-SIG Duration은 VHT 모드의 전송 방식에 따라 다르게 설정되어야 한다. 즉, 동기 방식인 경우에는 가장 길게 어그리게이션되는 패킷의 길이에 해당하는 값으로 설정되어야 하고, 비동기 방식인 경우는 처음 전송하는 패킷부터 마지막에 전송하는 패킷까지의 전송 시간으로 설정해야 한다. 이를 수학식으로 살펴보면, 하기 <수학식 4> 및 <수학식 5>와 같다.

<수학식 4> 및 <수학식 5>는 각각 동기와 비동기일 경우의 레거시 시그널 필드를 이용한 전송기회 보호를 위한 시그널 필드 설정 방식을 나타낸다.

여기까지는 종래의 레거시 시그널 필드를 이용한 전송 기회 보호 방식을 보완하기 위한 전송 방식을 설명했다. 위에서 언급한 본 발명이 제안하는 두 가지 방식은 레거시 장비가 포함되어 있는 네트워크에서 적용 가능하다.

반면에 레거시 장비가 없는 환경에서는 성능을 더 향상시킬 수 있다. 종래의 802.11n 무선랜 표준에서는 11a/g와 11n이 혼재할 경우 사용하는 혼합 모드(Mixed Mode)와 11n만 사용되는 그린 필드 모드(Greenfield Mode)의 두 가지 모드를 지원한다. 앞으로 VHT 모드 패킷이 사용되면, HT 모드와 VHT 모드만 사용되는 HT/VHT 혼합 모드 혹은 VHT 그린 필드 모드를 사용하여 레거시 호환용 오버해드 부분을 제거하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우를 위해 본 발명은 HT 시그널 필드를 활용한 전송 기회 보호를 위한 전송 방식을 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 HT/VHT 혼합 모드 패킷 전송시의 HT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 HT/VHT 혼합 모드 패킷 전송시의 HT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도이다.

도 5와 도 6은 모두 RTS/CTS 프레임, 데이터 프레임 및 블록 응답(BA) 프레임에서 HT-SIG 필드들(501, 502, 503, 504, 601, 602, 603, 604, 605)을 이용하여 보호 구간이 결정되는 방식이다.

일 예로 도 5의 실시 예에서 RTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(501)에 의해서는 t0 시점부터 t3 시점까지 보호구간이 설정되며, CTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(502)에 의해서는 t2 시점부터 t11 시점까지 보호구간이 설정된다. 또한 도 6의 실시 예에서 RTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(601)에 의해서는 t0 시점부터 t3 시점까지 보호구간이 설정되며, CTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(602)에 의해서는 t2 시점부터 t11 시점까지 보호구간이 설정된다.

도 5와 도 6을 대비하여 살펴보면, 도 5는 다중 사용자 다중 안테나 모드 전송 방식 혹은 다중 채널 전송 방식을 사용하지 않았을 때이고, 도 6은 다중 사용자 다중 안테나 모드 전송 방식 혹은 다중 채널 전송 방식을 사용할 경우이다. 따라서 도 5에서는 하나의 데이터 패킷(프레임)만 전송되는 형태로 구성되어 있으며, 도 6에서는 다수의 데이터 패킷(프레임)이 전송되는 형태로 구성되어 있다.

HT 모드와 VHT 모드의 혼합 모드의 경우에는 레거시 시그널 필드가 아닌 HT 시그널 필드를 이용하여 16 bit에 해당하는 레거시 시그널 필드보다 4 bit 더 많은 필드를 활용하여 65536 byte까지의 패킷 길이를 표현할 수 있으므로, HT 모드의 최소 전송 속도인 6.5Mbps를 이용하여 81ms 지원이 가능하다. 이때, 본 발명은 도 2의 HT 시그널 필드 포맷에서 채널 종류는 20MHz 모드로 설정하고, MCS0로 설정하는 것을 포함하며, 패킷 길이인 HT_LENGTH 부분을 해당 패킷을 전송하는데 필요한 시간이 되도록 계산하여 설정하는 방식을 포함한다.

위 내용에 따라 동기 방식의 VHT 모드인 경우와 비동기 방식의 VHT 모드인 경우 및 네트워크 할당 벡터의 값은 하기 <수학식 6> 내지 <수학식 8>과 같이 도시할 수 있다.

위 <수학식 8>에서 TXTIME는 "전체 PPDU 전송하는데 요구되는 시간"이고, aPreambleLength는 "HT-STF + HT-LTF 전송에 필요한 시간"이며, aPLCPHeaderLength는 "HT-SIG 전송에 필요한 시간"이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 VHT 그린 필드 모드 패킷 전송 시의 VHT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 VHT 그린 필드 모드 패킷 전송 시의 VHT 시그널 필드 이용한 전송 기회 구간 보호 방식의 타이밍도이다.

도 7과 도 8은 모두 RTS/CTS 프레임, 데이터 프레임 및 블록 응답(BA) 프레임에서 VHT-SIG 필드들(701, 702, 703, 704, 801, 802, 803, 804, 805)을 이용하여 보호 구간이 결정되는 방식이다.

일 예로 도 7의 실시 예에서 RTS 프레임에 포함된 VHT-SIG 필드(701)에 의해서는 t0 시점부터 t3 시점까지 보호구간이 설정되며, CTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(702)에 의해서는 t2 시점부터 t11 시점까지 보호구간이 설정된다. 또한 도 8의 실시 예에서 RTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(801)에 의해서는 t0 시점부터 t3 시점까지 보호구간이 설정되며, CTS 프레임에 포함된 HT-SIG 필드(802)에 의해서는 t2 시점부터 t11 시점까지 보호구간이 설정된다.

도 7과 도 8을 대비하여 살펴보면, 도 7은 다중 사용자 다중 안테나 모드 전송 방식 혹은 다중 채널 전송 방식을 사용하지 않았을 때이고, 도 8은 다중 사용자 다중 안테나 모드 전송 방식 혹은 다중 채널 전송 방식을 사용할 경우이다.

VHT 그린필드 모드의 경우에는 레거시 시그널 필드 혹은 HT 시그널 필드가 아닌 더 많은 필드를 활용하여 더 긴 패킷 길이를 표현할 수 있다. 이를 위해 요구되는 VHT 시그널 필드의 패킷 길이는 아래의 <수학식 9>와 같이 계산될 수 있다.

여기서, T는, "지원 가능한 최대 전송 시간"이고, N은 "VHT-LENGTH에 할당된 bit 수"이며, R은 "최소 지원 가능한 전송 속도"이다.

위 <수학식 9>에 의하면, N=16,17,18,19,20 bit 이고 R이 6.5Mbps일 때를 가정할 때, 각각 81,161,322,645,1290 ms가 된다.

일반적으로 무선 랜이 주로 사용되는 실내 공간에서는 최대 1.2초의 코히어런스 시간이 보장 가능하며, 도플러 효과를 고려했을 때 500ms에서 100ms까지 보장된다. 본 발명은 실험적인 코히어런스 시간 측정 결과와 분석 결과를 토대로 VHT 시그널 필드의 패킷 길이가 최소한 20 bit가 되어야 실내 환경에서 주어질 수 있는 최대 코히어런스 시간을 모두 활용할 수 있다는 기술적인 배경을 바탕으로 VHT 패킷을 위한 시그널 필드의 패킷 길이가 20 bit로 설정하여 전송하는 것을 포함한다. 이와 더불어 도플러 효과에 따라 VHT 패킷의 시그널 필드의 패킷 길이를 위한 필드 길이를 N bit (21>N>16)로 설정하는 방식을 포함한다.

이때, 본 발명은 VHT 시그널 필드 포맷에서 채널 종류는 20MHz 모드로 설정하고 가장 낮은 전송 속도로 설정하는 것을 포함하며, 패킷 길이 필드 부분을 해당 패킷을 전송하는데 필요한 시간이 되도록 계산하여 설정하는 방식을 포함한다.

따라서 동기식 VHT 모드인 경우와 비동기식 VHT 모드인 경우의 보호구간은 하기 <수학식 10> 및 <수학식 11>과 같이 설정할 수 있으며, 네트워크 할당 벡터는 <수학식 12>와 같이 설정할 수 있다.

<수학식 12>에서 TXTIME는 "전체 PPDU 전송하는데 요구되는 시간"이며, aPreambleLength는 "VHT-STF + VHT-LTF 전송에 필요한 시간"이고, aPLCPHeaderLength는 "VHT-SIG 전송에 필요한 시간"이다.

본 발명은 이와 같이 다중 모드를 지원하는 무선랜 시스템을 위해 패킷의 종류 및 네트워크 구성에 따라 전송 기회 보호를 위한 시그널 필드 설정 방식 및 어그리게이션 패킷 생성을 위한 제한 기준을 다르게 적용하여 전송하는 방식을 포함한다.

도 9는 본 발명에 따라 다중 모드를 지원하는 무선 랜 시스템에서 전송 기회 보호 방식을 다르게 설정하는 경우의 흐름도이다. 도 9에서 설명하는 방식은 기지국 역할을 하는 AP(Access Point)와 단말(STA)에서 모두 적용되어야 한다. 따라서 이하의 설명에서 이들을 무선 랜 시스템이라 칭하기로 한다.

무선 랜 시스템은 900단계에서 BSS가 레거시 모드 또는 레거시/HT 혼합 모드 또는 레거시/HT/VHT 혼합 모드 중 하나인가를 검사한다. 위 모드들은 모두 레거시를 기본으로 하는 모드들이다. 따라서 레거시가 포함된 모드인가를 검사하는 것이다. 위와 같이 레거시가 포함된 모드인 경우 무선 랜 시스템은 902단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 906단계로 진행한다. 레거시가 포함되어 902단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 패킷의 타입이 레거시 모드인지 패킷 모드인지 검사한다. 902단계의 검사결과 레거시 모드 또는 HT 모드인 경우 무선 랜 시스템은 904단계로 진행하여 L-SIG TXOP 보호구간을 설정한다.

반면에 902단계의 검사결과 패킷의 타입이 레거시 모드 또는 HT 모드가 아닌 경우 무선 랜 시스템은 910단계로 진행하여 패킷 타입이 동기식으로 전송되는가를 검사한다. 910단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식으로 전송되는 경우 무선 랜 시스템은 912단계로 진행하여 L-SIG TXOP 보호를 동기 모드로 설정한다. 반면에 910단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식으로 전송되는 경우가 아니라면 916단계로 진행하여 L-SIG TXOP를 비동기식 모드로 설정한다.

한편, 900단계에서 906단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 BSS 타입이 HT/VHT 혼합 모드 또는 HT 모드인지 검사한다. 즉, HT가 포함된 모드인지를 검사하는 것이다. HT가 포함된 모드인 경우 무선 랜 시스템은 908단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 914단계로 진행한다. 무선 랜 시스템은 908단계로 진행하면, 패킷 타입이 HT 모드인지를 검사한다. 908단계의 검사결과 패킷이 HT 모드인 경우 922단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 914단계로 진행한다. 여기서 HT 모드인 경우는 VHT와 혼용되지 않는 경우가 된다.

먼저 922단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 패킷 타입이 동기식인지를 검사한다. 922단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식인 경우 무선 랜 시스템은 924단계로 진행하여 HT-SIG TXOP 보호를 동기식으로 설정한다. 반면에 922단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식이 아닌 경우 무선 랜 시스템은 926단계로 진행하여 HT-SIG TXOP 보호를 비동기식으로 설정한다.

다른 한편, 906단계 또는 908단계에서 914단계로 진행하는 경우 무선 랜 시스템은 패킷 타입이 동기식인가를 검사한다. 914단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식인 경우 918단계로 진행하여 VHT-SIG 보호구간을 동기식으로 설정한다. 반면에 914단계의 검사결과 패킷 타입이 동기식이 아닌 경우 920단계로 진행하여 VHT-SIG 보호구간을 비동기식으로 설정한다.

이상에서 설명한 내용을 다시 정리해 보면, 아래와 같다. 도 9는 다중 모드를 지원하는 무선랜 시스템에서 기본 서비스 셋의 종류 및 동기식 여부에 따라 전송 기회 보호 방식을 다르게 적용하여 전송하는 방식이다. 따라서 기본 서비스 셋이 레거시, HT, VHT 모드의 혼합 모드 혹은 레거시와 HT 혼합모드이거나 레거시 모드일 경우에는 패킷 종류가 VHT 모드가 아닐 때는 레거시 시그널 필드를 이용한 전송기회 보호 방식을 사용한다. 반면에 그렇지 않은 경우에는 동기/비동기 여부에 따라 앞서 설명한 방법에 따라 전송 기회 보호 방식을 다르게 적용한다. 그리고 기본 서비스 셋이 HT와 VHT 혼합 모드이거나 HT 그린 필드 모드일 경우와 VHT 모드일 경우로 구분하여 앞서 설명한 전송 기회 보호 방식에 따라 전송 기회 보호 방식을 다르게 적용한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적응형 어그리게이션 전송 방식의 순서도이다. 도 10에서 설명하는 방식은 기지국 역할을 하는 AP(Access Point)와 단말(STA)에서 모두 적용되어야 한다. 따라서 이하의 설명에서 이들을 무선 랜 시스템이라 칭하기로 한다.

무선 랜 시스템은 1000단계에서 레거시 모드 또는 레거시/HT 혼합 모드 또는 레거시/HT/VHT 혼합모드인가를 검사한다. 1000단계의 검사는 레거시를 포함하는 모드인가를 검사하는 것이다. 1000단계의 검사결과 레거시를 포함하는 모드인 경우 무선 랜 시스템은 1002단계에서 코히어런트 시간이 미리 결정된 제1시간 예를 들어 5.5ms보다 큰가를 검사한다. 미리 결정된 제1시간보다 코히어런트 시간이 큰 경우 무선 랜 시스템은 1004단계로 진행하여 5.5ms의 길이로 패킷을 구성하는 데이터들을 결합(aggregation)한다. 반면에 1002단계의 검사결과 코히어런트 시간이 5.5ms보다 크지 않은 경우 무선 랜 시스템은 1008단계로 진행하여 코히어런트 시간에 맞춰 패킷을 구성하는 데이터들을 결합(aggregation)한다.

한편, 1000단계에서 레거시 모드가 포함되지 않는 것으로 검사되어 1006단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 HT/VHT 혼합모드 또는 HT 그린필드 모드인지를 검사한다. 즉, HT 모드가 포함되어 있는가를 검사하는 것이다. 1006 단계의 검사결과 HT 모드가 포함되어 있는 경우라면 무선 랜 시스템은 1010단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 1016단계로 진행한다.

1010단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 코히어런트 타임이 제1시간보다 긴 시간으로 미리 결정된 제2시간 예를 들어 81ms보다 큰가를 검사한다. 1010단계의 검사결과 미리 결정된 제2시간보다 코히어런트 시간이 긴 경우 1012단계로 진행하여 패킷으로 구성할 데이터를 81ms에 맞춰 결합(aggregation)한다. 그러나 1010단계의 검사결과 코히어런트 시간보다 짧은 경우 무선 랜 시스템은 1014단계로 진행하여 해당하는 시간에 맞춰 패킷으로 구성할 데이터를 결합(aggregation)한다.

다른 한편 1006단계에서 1016단계로 진행하면, 무선 랜 시스템은 코히어런트 타임을 미리 결정된 제3시간 예를 들어 (2^N)*8*1000 / (R*10^6) ms보다 큰 경우 1018단계로 진행하여 제3시간으로 설정된 시간만큼 패킷으로 구성할 데이터를 결합(aggregation)한다. 반면에 미리 결정된 제3시간보다 코히어런트 시간이 짧은 경우 1020단계로 진행하여 해당하는 호히어런트 시간에 맞춰 패킷으로 구성할 데이터를 결합(aggregation)한다.

이상에서 설명한 본 발명은 어그리게이션 전송을 위한 어그리게이션 최대 길이를 결정함에 있어서 코히어런스 시간과 지원하는 모드에 따라 기준을 다르게 적용하기 위한 것이다. 이를 통해 주어진 전송 속도에 대해 채널 자원을 충분히 활용하여 전송할 수 있도록 한다. 즉, 레거시 모드가 포함된 혼합 모드 혹은 레거시만 사용되는 모드에서는 채널 코히어런스 시간에 따라 채널 코히어런스 시간이 5.5ms 보다 크게 보장이 되면, 최대 어그리게이션 길이를 5.5ms로 제한하여 전송한다. 만일 채널 코히어런스 시간이 5.5ms보다 작다면 최대 어그리게이션 길이를 코히어런스 시간보다 작게 하여 전송한다.

한편, 레거시 모드가 없는 HT와 VHT 혼합 모드 혹은 HT 그린 필드 모드에서는 코히어런스 시간이 81ms 보다 크게 보장이 되면, 최대 어그리게이션 길이를 81ms로 제한하여 전송하고, 만약 채널 코히어런스 시간이 81ms보다 작다면 최대 어그리게이션 길이를 코히어런스 시간보다 작게 하여 전송한다.

마지막으로 VHT 그린 필드 모드일 경우에는 코히어런스 시간과 VHT 시그널 필드의 패킷 길이 정보 비트 수와 전송 속도 정보 값에 의해 결정되는 전송 기회 보호 보장 기간과 비교하여 코히어런스 시간이 (2^N)*8*1000 / (R*10^6) ms 보다 크게 보장이 되면, 최대 어그리게이션 길이를(2^N)*8*1000 / (R*10^6) ms로 제한하여 전송하고, 만약 채널 코히어런스 시간이 (2^N)*8*1000 / (R*10^6) ms보다 작다면 최대 어그리게이션 길이를 코히어런스 시간보다 작게 하여 전송한다.

L-SIG : 레거시 모드 보호구간 설정을 위한 시그널 필드
HT-SIG : HT 모드 보호구간 설정을 위한 시그널 필드
VHT-SIG : VHT 모드 보호구간 설정을 위한 시그널 필드
RTS : Ready to Send
CTS : Clear to Send
BA : Block Ack

Claims

무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 방법에 있어서,
레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하는 단계; 및
상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 단계;를 포함하며;
상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고;
상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 심벌들의 전체 개수는, 상기 데이터 필드에서 심벌들의 최대 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 방법.
제2항에 있어서,
상기 심벌들의 최대 개수는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 방법.
제1항에 있어서,
상기 레거시 시그널 필드는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 프레임의 데이터 필드에는, 복수의 어그리게이션(aggregation) 데이터 유닛들이 포함되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 방법.
무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서,
레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 AP(access point)를 포함하며;
상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고;
상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제6항에 있어서,
상기 데이터 심벌들의 전체 개수는, 상기 데이터 필드에서 심벌들의 최대 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제7항에 있어서,
상기 심벌들의 최대 개수는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제6항에 있어서,
상기 레거시 시그널 필드는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제6항에 있어서,
상기 데이터 프레임의 데이터 필드에는, 복수의 어그리게이션(aggregation) 데이터 유닛들이 포함되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서,
레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 기지국을 포함하며;
상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고;
상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제11항에 있어서,
상기 데이터 심벌들의 전체 개수는, 상기 데이터 필드에서 심벌들의 최대 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제12항에 있어서,
상기 심벌들의 최대 개수는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제11항에 있어서,
상기 레거시 시그널 필드는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제11항에 있어서,
상기 데이터 프레임의 데이터 필드에는, 복수의 어그리게이션(aggregation) 데이터 유닛들이 포함되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
무선 랜 시스템에서 데이터 프레임의 전송 기회를 보호하는 장치에 있어서,
레거시 시그널(L-SIG) 필드(legacy-signal field)를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임을, 다중 사용자 다중 안테나 방식 및 다중 채널 방식들 중 적어도 하나를 통해 송신하는 단말을 포함하며;
상기 레거시 시그널 필드는, VHT(very high throughput) 모드의 전송 방식에 따라 VHT 모드 패킷들에 해당하는 상기 데이터 프레임에서, 상기 데이터 프레임에 포함된 복수의 데이터 유닛들의 전송 시간(TXTIME)으로 결정되고;
상기 전송 시간은, 상기 데이터 프레임의 데이터 필드에서의 데이터 심벌들의 전체 개수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제16항에 있어서,
상기 데이터 심벌들의 전체 개수는, 상기 데이터 필드에서 심벌들의 최대 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제17항에 있어서,
상기 심벌들의 최대 개수는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제16항에 있어서,
상기 레거시 시그널 필드는, 상기 데이터 유닛들에서 최대 길이(length)를 갖는 데이터 유닛의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.
제16항에 있어서,
상기 데이터 프레임의 데이터 필드에는, 복수의 어그리게이션(aggregation) 데이터 유닛들이 포함되는 것을 특징으로 하는 전송 기회 보호 장치.