KR20050065123A

KR20050065123A - 복수의 무선랜 접속장치가 설치된 환경에서 무선랜접속장치의 최대 성능을 보장하기 위한 사용자 단말과무선랜 접속장치의 채널 연결 설정 방법

Info

Publication number: KR20050065123A
Application number: KR1020030096890A
Authority: KR
Inventors: 김세한; 이현우; 류원
Original assignee: 한국전자통신연구원; 주식회사 케이티
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-06-29
Also published as: JP2005192187A; US20050141468A1

Abstract

본 발명은 무선랜 기술을 활용한 공중 무선랜 서비스에서 무선랜 서비스를 제공하는 장치인 무선랜 접속장치(Wireless Access Points; AP)와 사용자 단말(User Agent; UA) 사이의 접속 설정에서 AP의 최대 효율과 사용자 단말의 최대 성능을 얻기 위한 AP간의 통신 및 UA가 AP를 선택하고 연결을 설정하는 방법에 관한 것으로, AP의 MAC계층에서 단말에 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 비콘(Beacon) 프레임과 조사응답(Probe Response)메시지 프레임에서 현재 AP에 연결되어있는 단말 개수와 처리 중인 트래픽량과 이웃한 AP의 최대 용량 및 연결되어 서비스 되고 있는 단말의 개수를 비교하여 단말에게 최적의 AP를 추천해 줌으로써, 단말에서는 수신감도에 의한 AP 선택 뿐만 아니라, 주변 AP에 연결된 단말 개수와 처리 중인 트래픽량의 정보를 종합적으로 검토하여 최적의 AP를 선택할 수 있도록 한다.

Description

복수의 무선랜 접속장치가 설치된 환경에서 무선랜 접속장치의 최대 성능을 보장하기 위한 사용자 단말과 무선랜 접속장치의 채널 연결 설정 방법{Method for establishing channel between user agent and wireless access point in public wireless local area network}

본 발명은 무선랜 기술을 활용한 공중 무선랜 서비스에서 무선랜 서비스를 제공하는 장치인 무선랜 접속장치(Wireless Access Points; AP)와 사용자 단말(User Agent; UA) 사이의 접속 설정에서 AP의 최대 효율과 사용자 단말의 최대 성능을 얻기 위한 AP간의 통신 및 UA가 AP를 선택하고 연결을 설정하는 방법에 관한 것이다.

공중 무선랜 사업자는 좁은 지역에 다수의 사용자를 수용하기 위해 주파수가 겹치지 않는 범위 내에서 다수의 AP를 설치하여 사용자에게 보다 빠른 대역폭을 제공한다. 이러한 환경에서 공중 무선랜 접속 서비스에서 사용자가 서비스를 사용하기 위해서는 우선 단말과 AP간에 IEEE 802.11에 기반한 물리적인 채널의 연결설정(association) 과정이 필요하며 종래의 방식은 단말에서 전파의 수신감도가 가장 센 AP를 선택하고 연결을 설정하여 서비스를 제공한다.

핫스팟 지역에서 다수의 사용자가 동시에 서비스를 받는 경우에는 연결된 사용자의 수나 AP가 처리하는 트래픽의 양에 따라 사용자가 받을 수 있는 서비스의 성능은 급격하게 감소한다. 더구나 다수의 AP가 설치된 환경에서 단말의 주위환경에 따라 특정 AP로만 접속이 몰리게 되어 전체적인 AP사용 효율은 떨어질 수 밖에 없다. 이는 사업자의 전체적인 망의 효율면에서도 효과적이지 못하다. 더불어 현재 사용하고 있는 방식인 전파의 세기를 통한 AP의 선택은 단말의 최대성능을 보장 받을 수 없다.

최근 들어 통신사업자들은 실내에서 사용되던 무선랜 기술을 공중망에 도입하여 초고속 무선 인터넷 서비스라는 명칭으로 가입절차를 통해 가입절차를 통해 등록된 사용자 아이디의 인증기능을 통하여 핫스팟 지역에서 인터넷서비스를 제공하고 있다.

하지만 많은 사용자를 위해 주파수가 겹치지 않는 다수의 AP를 설치를 할 지라도 사용자가 많고 이동이 빈번한 역이나 터미널, 전시장, 회의장 등의 핫스팟(hotspot) 지역에서는 CSMA/CA에 기반한 미디어 접근방식의 특성상 사용자 단말은 IEEE 802.11기반의 무선랜 규격에서 정의된 최대 전송속도를 보장 받지 못하고, 경우에 따라서는 특정 AP에 많은 사용자가 몰려 자원의 효율성이 떨어진다. 이로 인하여 연결된 사용자 수나 트래픽의 처리량에 따라 급격한 성능의 감소가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수의 무선랜 접속장치(Access Points; AP)가 설치된 환경에서 무선랜 접속장치의 최대 성능을 위한 AP간의 메시지 교환 방법 및 AP와 사용자 단말(User Agent; UA) 간의 연결설정 방법을 제공하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른, 복수의 무선랜 접속장치가 설치된 환경에서 사용자 단말를 상기 접속장치들 중 어느 하나와 연결 설정하는 방법은, 상기 접속장치에서 비콘 프레임을 통하여 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 단계; 사용자 단말에서 상기 접속장치들로 조사 메시지를 전송하는 단계; 상기 조사 메시지를 받은 접속장치들은 조사응답 메시지를 상기 사용자 단말로 전송하는 단계; 상기 사용자 단말은 상기 접속장치들로부터 전송된 조사응답 메시지의 내용에 기초하여 현재 접속장치에 연결되어 있는 단말 개수와 처리 중인 트래픽량과 이웃한 접속장치의 최대 용량 및 연결되어 있는 단말의 개수를 비교하여 최적의 접속장치를 선택하고, 상기 선택된 접속장치로 연결설정 요구 메시지를 전송하는 단계; 상기 요구 메시지를 받은 접속장치로부터 연결설정 응답 메시지를 받으면 채널 연결이 설정되는 단계를 포함한다.

상기 조사 응답 메시지는 이웃 접속장치의 정보 필드를 구비하고, 상기 이웃 접속장치의 정보 필드는 AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자; AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및 AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함하며, 각 AP가 처리하고 있는 정보를 다른 AP에게 전달하기 위해 사용되는 BPDU 메시지의 데이터 구조에 있어서, AP의 정보교환을 위한 것임을 알리는 프로토콜 식별자; AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자; AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및 AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 무선랜 접속장치는, 브리지 프로토콜 데이터 유니트(BPDU)를 통해 망 설정을 수행하는 브리지 프로토콜 기능부; 스패닝 트리 알고리즘에 의해 포워딩 상태를 결정하고, 무선포트의 대역폭 및 사용자 수의 정보를 유지하고, 이웃한 AP의 상태 정보를 유지하는 무선포트상태정보; 및 상기 브리지 프로토콜 기능부에서 분류된 AP간 정보교환 BPDU를 받아 처리하거나 무선 포트상태정보에 기초하여 새로운 BPDU를 생성하는 콜 승인 제어부;를 포함하며, 상기 BPDU는 망에서 자신의 존재를 다른 브리지나 접속장치에게 알리고 스패닝 트리를 구성하기 위한 정보를 전달하고 학습하기 위해 사용되며, 또한 각 접속장치가 서비스하고 있는 단말 및 접속장치의 성능을 교환하기 위하여 사용된다.

본 발명은 복수의 무선랜 접속장치(Access Points;AP)가 설치된 환경에서 사용자 단말(User Agent;UA) 및 무선랜 접속장치의 최대 성능을 위한 AP간의 메시지 교환 및 AP와 UA간의 연결설정 방법에 있어서, AP의 MAC계층에서 단말에 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 비콘(Beacon) 프레임과 조사응답(Probe Response)메시지 프레임에서 현재 AP에 연결되어있는 단말 개수와 처리 중인 트래픽량과 이웃한 AP의 최대 용량 및 연결되어 서비스 되고 있는 단말의 개수를 비교하여 단말에게 최적의 AP를 추천해 줌으로써, 단말에서는 수신감도에 의한 AP 선택 뿐만 아니라, 주변 AP에 연결된 단말 개수와 처리 중인 트래픽량의 정보를 종합적으로 검토하여 최적의 AP를 선택할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 AP간의 트래픽 정보 교환을 위하여 Bridge Protocol Data Unit(BPDU)을 사용하여 핫스팟내 다수의 AP가 각각 수용하고 있는 UA의 접속 정보를 서로 교환하고, 이 정보를 이용하여 AP와 UA의 통신을 통해 효율적인 망 관리 및 최적의 장비 효율성을 얻도록 한다.

이를 위하여 무선랜 접속장치(AP:Access Points) MAC계층에서 단말에 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 비콘(Beacon)프레임을 이용하거나, AP의 조사응답(Probe Response) 메시지 프레임을 이용하여 무선랜 단말에게 자신의 정보뿐만 아니라 주위의 AP가 수용할 수 있는 최대 대역폭과 연결(association)되어 있는 단말의 수를 알려 사용자 단말이 최선의 AP를 선택할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, AP와 AP간의 BPDU 메시지를 이용한 AP간의 정보 교환 및 무선랜 MAC계층의 비콘(Beacon) 프레임과 조사응답(Probe Response)메시지의 옵션필드를 통해 주변 AP중 최적의 AP를 선택하도록 이루어진다.

단말에서는 수신감도, AP에 연결된 단말의 개수와 처리하는 트래픽량의 정보를 종합적으로 검토하여 효율면에서 가장 유리한 AP를 선택하여 연결을 설정하면 다수의 사용자가 동시에 사용하는 핫스팟 환경에서도 최대성능을 얻을 수 있으며, 사업자입장에서는 망 관리 효율 면에서 상당한 효과가 있다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 공중 무선랜 서비스 구성도를 나타낸다.

무선랜 기술 기반의 초고속 무선 인터넷 서비스를 제공 받기 위해서, 사용자는 단말(101)에 무선랜 카드를 장착하고 공중 인터넷 망(105)에 접속된 AP(102,103,104)들 중 하나를 선택하고, 선택한 AP를 통하여 통신사업자가 운영하는 인증서버(106)에서 서비스 접속 허가를 받은 후 정보 제공자(109)의 서버에 접속이 가능하다. 이를 위한 공중 무선랜 서비스망의 구성은 주로 사용자가 많이 모이는 지역에 다수의 AP(102,103,104)를 설치하고 전용선 기반의 라우터를 연결하여 인터넷 망(105)에 연결한다. 또한 서비스를 제공하는 통신사업자는 공중 무선랜 사용자 단말에 IP주소를 할당하기 위한 DHCP서버(107)와 망 관리장치(108)를 별도로 운영하게 된다.

무선랜 이용자의 단말(101)은 PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) 통신포트나 PCI (Peripheral Component Interconnect) 슬롯을 구비한 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 개인휴대단말기(PDA) 등 일반적인 컴퓨터장치에 무선 MAC을 지원하는 무선 랜카드가 탑재된 것이다.

무선랜 억세스 포인트(AP)(102, 103,104)는 다수의 이용자 단말(101)과 라우터 사이에 접속되어 단말(101)의 무선랜 통신을 중계하도록 무선망과 유선망 간의 브리징, 셀 형성, 셀 간의 로밍 기능을 수행한다.

단말(101)에서 인터넷에 접속하고자 할 때 무선랜 카드는 무선랜 표준(예컨대, IEEE 802.11b)에 따른 통신채널 확보 등 데이터 링크(Link) 처리를 수행하고, 억세스 포인트는 단말의 SSID(Service Set IDentifier), WEP(Wired Equivalency Privacy) 키 정보(네트워크 인증정보)를 수신하여 단말의 접속 인증 동작을 수행한 후, 단말의 기설정된 IP(Internet Protocol), 게이트웨이(Gateway), DNS(Domain Name Server) 정보(인터넷 접속정보)를 이용하여 단말의 인터넷 접속을 위한 IP 할당(유동/고정IP) 처리를 수행하게 된다. 그리고 억세스 포인트는 단말이 접속된 무선랜 포트와 인터넷과 연결된 유선랜 포트를 브릿지(Bridge) 시키는 바, 단말은 억세스 포인트, 라우터를 통해 인터넷에 접속된다.

도 2는 IEEE 802.11 기반의 무선랜 환경에서 핫스팟 지역 내의 일정 지역에 복수의 AP 및 단말이 서로 연결된 구성을 나타내는 예시도이다.

서비스 제공 가능 영역이 중첩되는 3대의 AP가 연결된 핫스팟 지역에서 AP-1(201)에 의한 서비스 제공이 가능한 영역(207)에는 복수의 UA-1n(206)들이 연결되어 있고, AP-3(203)에 의한 서비스 제공이 가능한 영역(209)에는 복수의 UA-3n(205)이 연결되어 있다. AP-2(202)에 의하여 서비스 제공이 가능한 영역(208) 내에도 복수의 단말이 연결되어 있다.

단말이 무선 인터넷 서비스를 받기 위해서는 서비스 사업자의 인증과정을 거치기 전에 일단 IEEE 802.11에 기반한 물리적인 연결 설정 과정이 필요하다. 즉, 새로운 단말 UA-1(204)이 공중 무선랜 서비스를 제공받기 위해서는, 단말(204)에 전원이 인가되는 시점이나 AP-1(201), AP-2(202) 또는 AP-3(203)에 의한 서비스 제공 가능 지역(207,208,209)에 진입하는 시점에서, AP를 탐색하고 신호의 세기를 고려하여 AP를 선택한 후, 물리적인 연결설정 과정이 이루어진다.

또한, 이렇게 AP와 연결된 단말이 새로운 서비스 영역으로 이동(로밍)하면 기존에 연결되어 있던 AP와의 전파 수신감도가 감소함을 인지하여, AP 재탐색 과정을 거쳐 선택된 AP로 재연결 설정을 시도한다.

본 발명은 이러한 무선랜의 연결 설정 과정에서 AP를 탐색한 후, 단말이 서비스의 최대 성능을 보장 받을 수 있는 AP를 선택하도록 하는 방법을 제공한다.

도 3은 일반적인 무선 AP의 내부 구조도로서, 무선랜 억세스 포인트의 동작을 설명하기 위한 프로토콜 계층도이다.

유선랜 카드가 형성하는 유선 MAC 계층(307), 무선랜 카드가 형성하는 무선 MAC 계층(308), 모든 노드의 MAC 어드레스 정보가 수집되고, 해당 통신포트의 포트상태정보가 수집되며, 브리징을 위한 STA 알고리즘이 수행되는 상위 레이어 계층(304), 및 논리링크 제어(Logic Link Control) 계층(305, 306)이 도시되어 있다.

유선망을 통해 전송되는 프레임 데이터의 MAC 헤더(Header) 필드와 무선망을 통해 전송되는 프레임 데이터의 MAC 헤더 필드는 상이한 구조를 가지게 되는 바, 무선망과 유선망 간의 프레임 데이터 송수신을 위해서는 서로 다른 두 MAC 헤더 필드 간의 변환 과정이 필요하게 된다.

무선망과 유선망 간의 브리징 과정을 간략하게 설명하면, 무선망/유선망으로부터 수신된 제1 프레임 데이터의 출발지 및 목적지 MAC 어드레스와, 출발지 및 목적지의 통신포트 동작상태를 확인하여 사용자 단말에 무선/유선으로 연결된 모든 노드의 MAC 어드레스와 포트상태정보를 데이터베이스화하는 학습처리(Learning Process) 과정, STA(Spanning Tree Algorithm) 처리결과에 따라 제1 프레임 데이터의 전송시 루프가 생기지 않도록 소정 전송경로정보를 데이터베이스화하는 필터링 과정, MAC 헤더필드의 수정을 통해 제1 프레임 데이터의 포맷을 제2 프레임 데이터의 포맷으로 변환하는 데이터 변환처리 과정 및 필터링된 정보에 따라 포워딩 포트(Forwarding Port)를 결정하고, 제2 프레임 데이터를 해당 목적지로 전송하는 포워딩처리(Forwarding Process) 과정으로 구성된다. 여기서, 제1 프레임 데이터가 유선 MAC 프레임 데이터인 경우 제2 프레임 데이터는 무선 MAC 프레임 데이터가 되고, 역으로 제1 프레임 데이터가 무선 MAC 프레임 데이터인 경우 제2 프레임 데이터는 유선 MAC 프레임 데이터가 된다.

학습처리 과정에서 포트상태정보는 각 통신포트의 차단(Blocking), 학습(Learning), 포워딩(Forwarding) 및, 불능(Disabled) 상태정보 등으로 구성된다. 통신포트가 차단 또는 불능 상태인 경우의 해당 통신포트로의 프레임 데이터 송/수신은 차단된다. 필터링처리 과정에서 수행되는 STA 처리는 통신경로상의 루프를 제거하도록 트리(tree) 구조의 네트워크 형태(Topology)를 만들기 위한 프로세스이다. 그 상세한 처리 과정은 IEEE 802.1 규격에 기재되어 있으며, STA 처리에 따라 유선망/무선망에 접속된 임의의 두 단말기 간에는 루프가 없는 단일의 통신경로가 설정되며, 두 단말기가 접속된 통신포트는 프레임 데이터를 전송할 수 있는 포워딩 상태로 전환된다.

일반적으로 무선랜 AP는 무선 포트(302)와 유선 포트(301)를 가지며, 이들 간의 브리지 기능을 한다. 유선용 브리지는 모든 포트가 유선 환경에 맞는 물리계층으로 이루어지지만, AP는 무선랜을 지원하는 터미널을 지원하는 인터페이스를 지원하고 상위 레이어에서 트래픽을 전달하는 과정은 기존의 유선 브리지와 동일하다.

AP는 도 3과 같이 포트(301,302), 포트를 연결하는 MAC Relay 계층(303), 그리고 브리지 프로토콜 계층과 같은 상위 계층(304)로 구성된다. 각 브리지 포트는 BPDU 등을 브리지 프로토콜 계층에 전달해야 하기 때문에 MAC 서비스를 LLC 계층(305, 306)에 제공하는 기능을 수행한다.

도 4는 본 발명에 따른 AP의 내부 기능 블록도이다. 브리지 프로토콜 기능부(401)는 브리지 프로토콜 데이터 유니트(BPDU)를 통해 Bridged LAN 토폴로지의 계산과 망 설정을 수행한다. 이외에도 브리지 관리와 GMRP(402) 등의 서비스도 LLC(404,405)를 통하여 수행한다.

BPDU는 일반적으로 망에서 자신의 존재를 다른 브리지나 AP에게 알리고 스패닝 트리를 구성하기 위한 정보를 전달하고 학습하기 위해 사용된다. 본 발명에서는 BPDU를 이용해서 각 AP가 서비스하고 있는 단말 및 AP의 성능을 교환하기 위하여도 사용된다.

콜 승인 제어부(Call Admission Controller(CAC), 403)는 브리지 프로토콜 기능부(401)에서 분류된 AP간 정보교환 BPDU를 받아 처리하거나 802.11 규격을 지원하는 포트상태정보(407)로부터 정보를 받아 새로운 BPDU를 생성하는 역할을 한다.

포트상태정보(406,407)는 입출력포트의 상태를 가진다. 유선의 포트상태정보(406)는 일반적인 스패닝 트리 알고리즘에 의해 포워딩 상태이어야만 프레임들을 중계할 수 있도록 포트의 상태를 관리한다. 802.11을 지원하는 무선 포트상태정보(407)는 일반적인 스패닝 트리 알고리즘에 의해 포워딩 상태를 결정하는 역할뿐만 아니라 무선포트의 대역폭 및 사용자 수의 정보를 필터링 데이터베이스(410)로부터 받아 유지하고, 이웃한 AP의 상태 정보를 콜승인제어부(403)로부터 받아 유지한다.

포워딩 처리부(408)는 필터링 데이터베이스(410)의 내용과 포트의 상태에 따라 버리거나 다른 포트로 중계한다. 예를 들어, 포트상태가 block 상태이면 버린다.

학습처리부(409)는 수신된 프레임에 대한 발신지 주소(source address)를 필터링 데이터베이스(410)에 등록한다. 필터링 데이터베이스(410)는 필터링 정보를 가진 것으로서, 수신된 MAC 프레임의 목적지 주소(DA)에 대하여, 포워딩 처리부(408)는 이 패킷을 어떤 포트로 전달해야 하는 것인지 필터링 데이터베이스(410)를 참조하여 결정한다.

도 5는 도 4의 무선포트 상태정보(407)에 대한 상세 테이블이다. 이 테이블은 주변의 AP로부터 받은 주변 AP에 대한 정보를 나타낸다. 인덱스(Index)는 테이블 데이터 열의 번호이다. AP 식별자(AP ID)는 8 바이트로 구성되며 이중 6 바이트는 AP의 MAC주소인 SSID이며, AP의 Priority(1Byte), AP의 QoS지원여부(1Byte)를 나타낸다. 지원가능 레이트(Supported Rate)는 AP가 지원하는 최대 링크 속도이며, Rates per Num은 현재 AP가 지원하고 있는 최대 링크 속도를 수용하고 있는 단말의 수로 나눈 값으로 해당 AP가 1인 당 지원 가능한 링크속도를 나타낸다. Total User Num은 AP에 접속해 있는 단말의 수이고, Changed Time은 데이터 열이 변경된 시간이다.

도 6은 각 AP가 처리하고 있는 정보를 다른 AP에게 전달하기 위해 사용되는 BPDU 메시지의 데이터 구조를 나타낸다.

일반적으로 유선 망에서 사용되는 각 브리지는 자신의 존재를 다른 브리지에게 알리고 스패닝(spanning) 트리를 구성하기 위한 정보를 전달하고 학습하기 위해 브리지 프로토콜 데이터 유니트(BPDU)라는 메시지를 주기적으로 주고 받는다. 무선랜을 지원하는 무선 AP 또한 유선용 브리지와 동일하게 동작하고 이를 이용해서 AP간이 정보를 교환한다.

본 발명의 실시예에서는 AP간 정보를 전달하기 위해 BPDU와 동일한 포맷과 동일한 과정으로 진행되도록 하되, BPDU의 데이터 타입만을 달리하여 해당 AP의 정보를 전달하는 것이 바람직하다. 프로토콜 식별자(Protocol ID)에서 0x0000은 STP(Spanning Tree Protocol)을 의미하여 본 실시예에서는 0xF0F0 값을 이용하여 해당 BPDU가 AP의 정보교환을 위한 것임을 알린다. 프로토콜 버전(Protocol)은 예컨대 0x00 로 설정될 수 있다. BPDU 타입은 BPDU의 종류를 나타내며, 망 구성의 변화를통지하는 경우는 0x80, AP간 정보 교환인 경우에는 0xF0이다.

플래그(Flags), 프로토콜 식별자(Protocol ID), 루트 식별자(Root ID), 루트경로 코스트(Root Path Cost), 헬로 타임(Hello Time), 포워드 지연(Forward Delay)은 통상적인 SPT를 위한 BPDU와 동일하다.

AP 식별자(AP ID)는 해당 AP의 SSID이며, 도 5에서 설명된 AP 식별자와 동일한 것을 말하다. 지원가능 레이트(Supported Rate)는 AP가 지원하는 최대 링크 속도이며, Total User Num 은 AP가 서비스하고 있는 단말의 수이다.

도 7a, 7b는 본 발명이 적용되는 IEEE 802.11 기반의 무선랜 환경에서 비콘(beacon) 프레임에 의한 단말의 AP 탐색 및 연결절차를 보여준다.

도 7a에서, 단말(701)은 물리 계층에서 각 채널별로 검색하여 SSID 값이 nespot으로 동일한(702) AP1(703)의 비콘(Beacon) 프레임(704)과 AP2(705)의 비콘 프레임(706)을 비교한 후, 비콘 프레임의 각종 정보내용을 토대로 가장 양호한 AP를 선택하여 연결설정 요구 메시지를 송신하고(707), AP에서 연결설정 응답 메시지를 수신하면(704) 채널이 연결된다.

한편, 도 7b에서, 단말(709)의 AP 탐색과정에서 SSID값을 broadcast SSID로 설정하여 검색하면, AP의 SSID값에 상관없이 모든 채널의 비콘 프레임을 수신하여 가장 양호한 AP를 선택할 수 있다.

도 8a, 8b는 본 발명이 적용되는 IEEE 802.11 기반의 무선랜 환경에서 단말의 능동형 AP탐색 및 연결절차를 설명하는 도면이다. 단말(801)은 물리 계층에서 각 채널별로 검색하여 SSID 값이 nespot 으로 동일한 AP들에 조사(Probe) 메시지를 전송하고(802), 조사 메시지를 받은 AP들은 조사응답(Probe response) 메시지를 전송한다(803). 단말은 조사응답 메시지의 내용을 비교하여 선택된 AP로 연결설정 요구 메시지를 전송하고(804), AP의 연결설정 응답 메시지를 받으면(805), 채널 연결 설정이 이루어진다.

도 9는 본 발명이 적용되는 비콘(beacon) 프레임을 나타낸다. 도 7에서 설명한 비콘 프레임을 통한 단말의 AP탐색 및 연결절차에 사용되는 프레임 포맷이다.

IEEE 802.11 규격에 정의된 일반 관리 프레임(General Management Frame)(901)은 프레임 헤더(901)과 프레임 본체(902)로 구성된다. 비콘 프레임으로 사용되는 프레임 본체인 데이터영역(902)은 필수 헤더(903)와 가변 길이의 옵션 헤더(904)로 구성된다. 옵션 헤더(904)에서 이웃 AP의 정보(Neighbor AP Infomation Parameter Set)(905)를 새로 정의하여 사용한다. 이웃 AP의 정보(905)는 도 4, 5도에서 설명한 무선포트 상태정보(407, 501)의 상세 테이블에 의하여 작성된다.

프레임 헤더(901)에서, FC(Frame Control)는 프레임의 타입, 전력 제어 여부 및 프레임의 암호화 여부 등을 나타내며, Duration은 프레임의 점유시간을 나타낸다. DA는 목적지 주소, SA는 발신지 주소를 나타내며, BSSID는 AP가 형성하는 셀의 식별자이다. Sequence Control은 프레임의 조각 여부를 나타낸다.

도 10은 본 발명이 적용되는 조사응답(Probe Response) 메시지 프레임의 데이터 구조를 나타낸다. 도 8에서 설명한 조사(Probe) 메시지(802)와 조사응답(Probe response) 메시지(803)을 통한 단말의 연결절차에 사용되는 프레임 포맷이다.

IEEE 802.11 규격에 정의된 일반 관리 프레임 형식(General Management Frame)(1001)에서 조사응답(Probe Response) 프레임으로 사용되는 프레임 본체인 데이터영역(1002)은 필수 헤더(1003)와 가변 길이의 옵션 헤더(1004)로 구성된다. 도 9에서 설명한 것과 마찬가지로 옵션 헤더(1004)에서 이웃 AP의 정보(Neighbor AP Infomation Parameter Set)(1005)를 새로 정의 하여 사용한다. 이웃 AP의 정보(1005)는 도 4, 5에서 설명한 무선포트 상태정보(407, 501)의 상세 테이블에 의하여 작성된다.

도 11a,b,c는 도 9 및 도 10에서 사용되는 이웃 AP의 정보(Neighbor AP Info Parameter Set)의 상세한 데이터 구조를 나타낸다. 도 11a은 일반 관리 프레임에서 가변 길이의 옵션헤더로 사용되는 정보요소(Information element)를 도시한 그림(1101)이며 도 11b는 현재 예약되어 사용되고 있는 Element ID에 대한 테이블(1102)이다. 본 발명에서는 Element ID의 32~255중 사용되지 않는 Element ID(예: 240)를 이용하여 이웃 AP의 정보를 전달하며, 도 11c는 이웃 AP의 정보의 데이터 포맷을 나타낸다(1104).

이웃 AP의 정보 포맷(1104)은 AP ID와 그 AP가 지원하는 최대 전송속도, 그 AP가 현재 서비스하고 있는 단말의 수로 구성된다. 사용자 단말에서는 도 9에서 설명한 비콘 프레임에서 해당 AP의 정보뿐만 아니라 이웃한 AP 중 최대 성능의 가능성이 있는 정보를 최대의 성능을 얻을 수 있는 AP를 선택하여 전송한다. 마찬가지로 도 10에서 설명한 것 같이 능동형 방식에서도 이웃한 AP 정보를 이용하여 최적의 AP를 선택하여 연결함으로서 사용자에게는 최대 성능을 보장하고, 서비스 제공자에게는 AP 자원(AP resource)을 최대한 활용할 수 있게 한다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, IEEE 802.11 규격에 기반한 공중 무선랜(Public wireless LAN) 접속장치(AP:Access Points) MAC 계층에서 사용자 단말로 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 비콘(Beacon) 프레임과 조사응답(Probe Response)메시지 프레임을 이용하여 현재 AP에 연결되어있는 단말 개수와 처리 중인 트래픽량과 이웃한 AP의 최대 용량 및 연결되어 서비스 되고 있는 단말의 개수를 비교하여 단말에게 최적의 AP를 추천해 줌으로서 단말에서는 수신감도에 의한 AP선택뿐만 아니라, 주변 AP에 연결된 단말 개수와 처리중인 트래픽량의 정보를 종합적으로 검토하여 효율 면에서 가장 유리한 AP를 선택하도록 한다.

IEEE 802.11 규격에 기반한 공중 무선랜 서비스에서 사용자가 많고 이동이 빈번한 핫스팟 지역에서는, 종래의 CSMA/CA의 미디어 접근방식에 의하면 사용자 단말은 무선랜 규격에서 정의된 최대 전송속도를 보장 받지 못하고, 경우에 따라서는 AP에 연결된 사용자 수나 트래픽의 처리량에 따라 급격한 성능의 감소가 발생하는 문제점이 있었다. 특히, 동일 지역 내에 주파수가 겹치지 않는 범위 내에서 다수의 AP가 설치된 경우, 전파의 특성에만 의존하여 AP를 선택하게 되면, 사용자가 위치한 환경적 특성에 따라서 특정 AP로만 사용자가 몰려 사용자 및 서비스 제공자 모두에게 불행한 결과를 가져올 수 있다.

본 발명에 의하면 이상의 문제점이 해결되어 AP의 MAC계층에서 단말에 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 비콘(Beacon) 프레임과 조사응답(Probe Response) 메시지 프레임을 이용하여 현재 AP에 연결되어 있는 단말 개수와 처리중인 트래픽 량과 이웃한 AP의 최대 용량 및 연결되어 서비스되고 있는 단말의 개수를 비교하여, 단말에게 최적의 AP를 추천해 줌으로써, 단말에서는 수신감도에 의한 AP 선택뿐만 아니라 주변 AP에 연결된 단말 개수와 처리 중인 트래픽량의 정보를 종합적으로 검토하여 효율 면에서 가장 유리한 AP를 선택하여 연결을 설정할 수 있다. 따라서, 다수의 사용자를 동시에 수용하여야 하는 핫스팟 환경에서도 최대 성능을 얻을 수 있다. 또한 통신사업자 측면에서도 망 관리 효율과 성능 면에서 효과가 발생하며 고객만족과 품질보장이라는 최근 서비스 목표에도 상당한 이점이 있다.

도 2는 무선랜 환경에서 핫스팟 지역 내의 일정 지역에 복수의 AP 및 단말이 서로 연결된 구성을 나타내는 예시도이다.

도 3은 일반적인 무선 AP의 내부 구조도이다.

도 4는 본 발명에 따른 AP의 내부 기능 블록도이다.

도 5는 도 4의 무선포트 상태정보에 대한 상세 테이블이다.

도 6은 BPDU 메시지의 데이터 구조를 나타낸다.

도 7a, 7b는 본 발명이 적용되는 무선랜 환경에서 비콘 프레임에 의한 단말의 AP 탐색 및 연결절차를 보여준다.

도 8a, 8b는 본 발명이 적용되는 무선랜 환경에서 단말의 능동형 AP탐색 및 연결절차를 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명이 적용되는 비콘 프레임을 나타낸다.

도 10은 본 발명이 적용되는 조사응답 메시지 프레임의 데이터 구조를 나타낸다.

도 11a,b,c는 도 9 및 도 10에서 사용되는 이웃 AP의 정보의 상세한 데이터 구조를 나타낸다.

Claims

복수의 무선랜 접속장치가 설치된 환경에서 사용자 단말를 상기 접속장치들 중 어느 하나와 연결 설정하는 방법에 있어서,

상기 접속장치에서 비콘 프레임을 통하여 미디어 접근정보를 방송으로 알려주는 단계;

사용자 단말에서 상기 접속장치들로 조사 메시지를 전송하는 단계;

상기 조사 메시지를 받은 접속장치들은 조사응답 메시지를 상기 사용자 단말로 전송하는 단계;

상기 사용자 단말은 상기 접속장치들로부터 전송된 조사응답 메시지의 내용에 기초하여 현재 접속장치에 연결되어 있는 단말 개수와 처리 중인 트래픽량과 이웃한 접속장치의 최대 용량 및 연결되어 있는 단말의 개수를 비교하여 최적의 접속장치를 선택하고, 상기 선택된 접속장치로 연결설정 요구 메시지를 전송하는 단계;

상기 요구 메시지를 받은 접속장치로부터 연결설정 응답 메시지를 받으면 채널 연결이 설정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 단말과 무선랜 접속장치 간의 채널 연결 설정 방법.
제1항에 있어서, 상기 조사 응답 메시지는 이웃 접속장치의 정보 필드를 구비하고, 상기 이웃 접속장치의 정보 필드는

AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자;

AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및

AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 단말과 무선랜 접속장치 간의 채널 연결 설정 방법.
각 AP가 처리하고 있는 정보를 다른 AP에게 전달하기 위해 사용되는 BPDU 메시지의 데이터 구조에 있어서,

AP의 정보교환을 위한 것임을 알리는 프로토콜 식별자;

AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자;

AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및

AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BPDU 메시지의 데이터 구조,
무선랜 접속장치에서 사용자 단말로 전송되는 조사 응답 메시지의 옵션 헤더에 이웃 접속장치의 정보 필드를 구비하고, 상기 이중 접속장치의 정보 필드는

AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자;

AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및

AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사 응답 메시지의 데이터 구조.
브리지 프로토콜 데이터 유니트(BPDU)를 통해 망 설정을 수행하는 브리지 프로토콜 기능부;

스패닝 트리 알고리즘에 의해 포워딩 상태를 결정하고, 무선포트의 대역폭 및 사용자 수의 정보를 유지하고, 이웃한 AP의 상태 정보를 유지하는 무선포트상태정보; 및

상기 브리지 프로토콜 기능부에서 분류된 AP간 정보교환 BPDU를 받아 처리하거나 무선 포트상태정보에 기초하여 새로운 BPDU를 생성하는 콜 승인 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선랜 접속장치.
제5항에 있어서,

상기 BPDU는 망에서 자신의 존재를 다른 브리지나 접속장치에게 알리고 스패닝 트리를 구성하기 위한 정보를 전달하고 학습하기 위해 사용되며, 또한 각 접속장치가 서비스하고 있는 단말 및 접속장치의 성능을 교환하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 무선랜 접속장치.
제5항에 있어서,

무선포트 상태정보에서 이웃한 AP의 상태 정보는

AP의 SSID를 나타내는 AP 식별자;

AP가 지원하는 최대 링크 속도를 나타내는 지원가능 레이트; 및

AP가 서비스하고 있는 단말의 수;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선랜 접속장치.