KR100866800B1 - 비압축 ａｖ 데이터 전송을 위한 데이터 슬롯 할당 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량의 데이터를 무선으로 전송함에 있어서 데이터의 전송 효율 및 전송 안정성을 제고하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비압축 AV 데이터 전송을 위한 데이터 슬롯 할당 장치는, 네트워크에 속하는 적어도 하나의 무선 기기로부터 데이터 슬롯을 요청하는 프레임을 상기 제1 수퍼프레임에 포함되는 데이터 슬롯 예약 구간 이내에서 수신하는 유닛과 상기 프레임에 대한 응답 프레임을 상기 데이터 슬롯 예약 구간 이내에서 상기 적어도 하나의 무선 기기에 전송하는 유닛과, 상기 적어도 하나의 무선 기기에 할당되는 데이터 슬롯을 포함하는 제2 수퍼프레임을 제2 비콘 기간 동안 전송하는 유닛을 포함하며, 상기 무선 기기와의 통신은 밀리미터 웨이브 채널을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

밀리미터 웨이브, 네트워크, 네트워크 조정자, 시분할, 경쟁 구간, 비경쟁 구간

Description

비압축 ＡＶ 데이터 전송을 위한 데이터 슬롯 할당 장치{Data slot allocation apparatus for transferring uncompressed AV data}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량의 데이터를 무선으로 전송함에 있어서 데이터의 전송 효율 및 전송 안정성을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

네트워크가 무선화 되어가고 있고 대용량의 멀티미디어 데이터 전송 요구의 증대로 인하여 무선 네트워크 환경에서의 효과적인 전송법에 대한 연구가 요구되고 있다. 주어진 무선 자원을 여러 디바이스들이 공유하여 사용하는 무선 네트워크의 특성상, 경쟁이 증가하면 통신 중에 충돌로 인해 귀중한 무선 자원을 허비하게 될 가능성이 크다. 이러한 충돌(collision) 또는 손실(loss)을 줄이고 안정하게 데이터를 송수신하도록 하기 위하여, 무선 LAN(wireless Local Area Network) 환경에서는 경쟁 기반의 DCF(Distributed Coordination Function) 또는 무경쟁 방식의 PCF(Point Coordination Function)를 사용하고 있고, 무선 PAN(wireless Personal Area Network) 환경에서는 채널 시간 할당(channel time allocation)이라는 시분할 방식을 사용하고 있다.

무선 네트워크에 이와 같은 방법들을 적용함으로써 어느 정도 충돌을 감소시키고 안정적으로 통신을 할 수 있기는 하지만, 유선 네트워크에 비해서는 여전히 전송 데이터간의 충돌이 발생될 가능성이 크다. 왜냐하면, 무선 네트워크 환경에는 본질적으로 다중 경로(multi-path), 감쇠(fading), 간섭(interference) 등 안정적인 통신을 방해하는 요소들이 많이 존재하기 때문이다. 뿐만 아니라, 상기 무선 네트워크에 참여하는 무선 네트워크의 수가 증가할 수록 충돌, 손실 등의 문제가 발생할 가능성은 더욱 커지게 된다.

이러한 충돌은 무선 네트워크의 전송속도(throughput)에 치명적인 악영향을 미치는 재전송(retransmission)을 요구하게 된다. 특히 오디오/비디오 데이터(AV 데이터)와 같이 보다 나은 QoS(Quality of Service)가 필요한 경우에 있어서는, 이러한 재전송 횟수를 줄임으로써 가용 대역폭을 보다 많이 확보하는 것이 매우 중요한 문제이다.

더욱이, DVD(Digital Video Disk) 영상, HDTV(High Definition Television) 영상 등 고품질 비디오를 다양한 홈 디바이스 간에 무선으로 전송할 필요성이 높아지고 있는 추세를 감안할 때, 넓은 대역폭을 요구하는 상기 고품질 비디오를 끊김 없이 지속적으로 송수신하기 위한 기술적 표준이 요구되는 시점에 있다.

현재 IEEE 802.15.3c의 한 태스크 그룹(task group)에서는 무선 홈 네트워크에서 대용량의 데이터를 전송하기 위한 기술 규격을 추진 중에 있다. 소위, mmWave(Millimeter Wave)라고 불리는 이 규격은, 대용량 데이터 전송을 위하여 물리적인 파장의 길이가 밀리미터인 전파(즉, 30GHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 전 파)를 이용한다. 종래에는 이러한 주파수대는 무허가 밴드(unlicensed band)로서 통신사업자용이나 전파 천문용, 또는 차량 충돌방지 등의 용도로 제한적으로 사용되어 왔다.

도 1은 IEEE 802.11 계열의 표준과 mmWave간에 주파수 대역을 비교하는 도면이다. IEEE 802.11b나 IEEE 802.11g는 반송파 주파수가 2.4GHz이며, 채널 대역폭은 20MHz 정도이다. 또한, IEEE 802.11a나 IEEE 802.11n은 반송파 주파수가 5GHz이며, 채널 대역폭은 마찬가지로 20MHz 정도이다. 이에 반하여, mmWave는 60GHz의 반송파 주파수를 사용하며, 대략 0.5 내지 2.5GHz의 채널 대역폭을 갖는다. 따라서, mmWave는 기존의 IEEE 802.11 계열의 표준에 비하여 훨씬 큰 반송파 주파수 및 채널 대역폭을 가짐을 알 수 있다.

이와 같이, 밀리미터 단위의 파장을 갖는 고주파 신호(밀리미터 웨이브)를 이용하면, 수 기가 비트(Gbps) 단위의 매우 높은 전송률을 나타낼 수 있고, 안테나 크기를 1.5mm이하로 할 수 있어 안테나를 포함한 단일 칩을 구현할 수 있다. 또한, 공기 중 감쇠율(attenuation ratio)이 매우 높기 때문에 기기간에 간섭을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.

반면에, 상기와 같은 높은 감쇠율로 인하여 통달 거리가 짧으며, 신호의 직진성이 높기 때문에 음영 지역(Non-Line-of-Sight) 환경에서는 통신이 제대로 이루어지기 어려운 문제가 있다. 이에, mmWave에서는 전자의 문제는 높은 이득을 갖는 배열 안테나(array antenna)를 이용함으로써, 후자의 문제는 빔 스티어링(beam steering) 방식을 사용함으로써 해결하고 있다.

최근에는, 가정, 사무실 내의 환경에서, 기존의 IEEE 802.11 계열의 수 G대역을 사용하여 압축(Compressed) 데이터를 전송 하는 기술에 덧붙여, 수 십 G대역의 고주파 대역에서 이러한 밀리미터 웨이브를 이용하여 비압축(Uncompressed) 데이터를 전송하는 방식이 도입되고 있다. 상기 비압축 데이터란 손실 부호화의 관점에서 압축이 되지 않은 것을 의미할 뿐이므로, 완벽히 복원될 수 있는 무손실 부호화는 사용되어도 상관 없다.

비압축 AV 데이터는 압축되지 않은 대용량의 데이터이므로, 수 십 기가 대역의 고주파 대역에서만 전송 가능하며, 압축 데이터에 비하여 패킷 손실(Packet Loss)가 있더라도 상대적으로 디스플레이에 있어 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서, ARQ(Automatic Repeat Request)나 재전송(Retry)을 수행하지 않아도 무방하다. 따라서, 상기와 같은 특성을 가진 수십 기가 대역의 고주파 대역에서 전송되어지는 비압축 AV 데이터의 효율적인 전송을 위하여 매체 접근을 효율적으로 하기 위한 방법을 고안할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수십 GHz 대역의 밀리미터 웨이브를 통하여 비압축 AV 데이터를 효율적으로 전송하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 비압축 AV 데이터 전송을 위한 데이터 슬롯 할당 장치는, 제1 비콘 기간 동안 제1 수퍼프레임을 전송하는 유닛; 상기 수퍼프레임에 포함되는 데이터 슬롯 예약 구간 이내에 네트워크에 속하는 적어도 하나의 무선 기기로부터 데이터 슬롯을 요청하는 프레임을 수신하는 유닛; 상기 프레임에 대한 응답 프레임을 상기 데이터 슬롯 예약 구간 이내에 상기 적어도 하나의 무선 기기에 전송하는 유닛; 및 상기 적어도 하나의 무선 기기에 할당되는 데이터 슬롯을 포함하는 제2 수퍼프레임을 제2 비콘 기간 동안 전송하는 유닛을 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른, 수십 GHz 대역의 밀리미터 웨이브를 통하여 비압축 AV 데이터를 효율적으로 전송할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 2는 IEEE 802.15.3에 따른 시분할 방식을 보여주는 도면이다. IEEE 802.15.3 MAC의 특징은 무선 네트워크의 형성이 신속하며, AP(Access Point) 기반이 아니라 PNC(Piconet Coordinator)를 중심으로 한 피코넷이라고 하는 애드 혹 네트워크(Ad Hoc Network)를 기반으로 한다. 도 2와 같은 슈퍼프레임(superframe)이라고 하는 시간적인 배치 구조 안에 디바이스 간에 데이터 송수신을 위한 시간 구간들이 배치된다. 슈퍼프레임의 구성으로는 제어정보를 담고 있는 비콘(beacon; 12)과 백오프(backoff)를 통해 데이터를 전송하는 CAP(Contention Access Period; 13) 구간, 그리고 할당받은 시간에 경합 없이 데이터를 보내는 CTAP(Channel Time Allocation Period; 11) 구간이 있다. 이 때, CAP(13) 및 MCTA(14)에서는 모두 경쟁적 접근 방식이 사용된다. 구체적으로 CAP(13)에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식이 사용되고, MCTA에서는 Slotted Aloha 방식이 사용된다.

CTAP(11)는 상기 MCTA(14)외에 여러 개의 CTA(Channel Time Allocation; 15)로 구성된다. CTA(15)의 종류에는 동적 CTA(Dynamic CTA)와 의사 정적 CTA(Pseudo static CTA) 두 가지 종류가 있다. 동적 CTA는 슈퍼프레임마다 그 위치가 바뀔 수 있으며, 비콘을 놓치면 해당 슈퍼프레임에서 CTA를 사용하지 못한다. 이에 반해, 의사 정적 CTA는 위치가 변하지 않고 같은 위치에 고정되어 있으며, 비콘을 놓치더라도 슈퍼프레임을 놓치더라도 고정된 위치에서 CTA 구간을 사용할 수 있다. 하지만, 의사 정적 CTA도 mMaxLostBeacons에 해당하는 횟수 이상 연속해서 비콘을 놓치면 사용할 수 없도록 하고 있다.

이와 같이, IEEE 802.15.3의 MAC은 안정적인 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있는 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반으로 구성되어 있어 특히 홈 네트워크 상에서의 멀티미디어 오디오/비디오 스트리밍(A/V Streaming)에 적합하다. 그러나, 이는 수십 기가 대역의 고주파 대역에서 AV 데이터를 전송하기 위해서는 여전히 개선의 여지가 있다.

일반적으로 네트워크 상의 기기들 간에 송수신되는 MAC 프레임은 데이터 프레임과 컨트롤 프레임으로 이루어진다.

상기 컨트롤 프레임은 데이터 프레임을 제외한 상기 데이터 프레임의 전송을 보조하는 모든 프레임을 의미한다. 예를 들어, 컨트롤 프레임으로는 네트워크 조정자(network coordinator)가 형성한 네트워크에 참여할 것을 요청하는 결합 요청 프 레임(association request frame), 등시적(isochronous) 데이터를 전송하기 위한 데이터 슬롯을 요청하는 데이터 슬롯 요청 프레임(data slot request frame), 네트워크 탐색을 요청하는 프로브 요청 프레임(probe request frame), 조정자로서의 역할을 양도하는 조정자 핸드오버 요청 프레임(coordinator handover request frame), 및 이들에 대한 응답 프레임이 있다. 또한, 어떤 프레임 전송이 제대로 전송되었는지를 확인 응답하여 주는 ACK(Acknowledgement) 프레임도 컨트롤 프레임에 포함된다.

그런데, IEEE 802.15.3에서의 데이터 프레임의 크기와 컨트롤 프레임의 크기는 그다지 크게 차이가 나지 않는다. 데이터 프레임의 크기는 최대 2048bytes이고 커맨드 프레임의 크기도 대략 수십 내지 수백 bytes 정도는 된다. 하지만, 수십 GHz 대역에서의 비압축 AV 데이터의 전송을 위해서는, 커맨드 프레임의 크기는 동일하지만 데이터 프레임의 크기는 훨씬 커지게 되므로, 기존의 IEEE 802.15.3 방식을 따르는 것은 비효율적이다.

종래의 IEEE 802.15.3의 CAP(13) 및 MCTA(14)에서는 각종 컨트롤 프레임 및 비동기 데이터 프레임(asynchronous data frame)이 경쟁적으로 채널에 접근하게 된다. 이 경우 상대적으로 중요도가 낮은 비동기 데이터 프레임이 채널을 획득하는 경우가 많아지면, 비압축 등시적 데이터(uncompressed isochronous data)의 전송을 위하여 필요한 컨트롤 프레임을 전송할 기회가 줄어든다. 또한, 컨트롤 프레임 중에서도 데이터 슬롯 할당과 관련된 프레임, 기기가 네트워크에 참여하기 위하여 필요한 프레임은 상대적으로 다른 컨트롤 프레임에 비하여 중요도가 높지만, 동일한 경쟁 구간에서 경쟁하도록 되어 있어서 안정적으로 채널을 획득할 수 없다. 그런데, 기기가 이러한 중요한 컨트롤 데이터를 송수신할 기회를 놓치게 되면 방대한 크기의 비압축 AV 데이터를 전송할 기회 자체가 봉쇄되기 때문에 전체적인 네트워크 쓰루풋(throughput)이 급격하게 감소될 수 있다.

따라서, 상대적으로 중요한 컨트롤 프레임을 전송하기 위한 시간 구간을 수퍼프레임에 별도로 배치할 필요가 있다. 다만, 이러한 특정 컨트롤 프레임을 위하여 할당되는 시간 구간도 네트워크에 포함된 다수의 기기 간에는 경쟁을 하여야 할 것이므로 기본적으로는 경쟁 구간이다.

도 3은 본 발명이 적용되는 개략적인 환경을 도시하는 도면이다. 네트워크 조정자(100)와 적어도 하나 이상의 기기들(200a, 200b, 200c)이 하나의 네트워크를 구성하고 있다. 네트워크 조정자(100)는 주기적으로 비콘 기간 동안 수퍼프레임을 방송한다. 상기 수퍼프레임은 비콘(beacon) 신호에 포함되며, 상기 비콘 신호를 방송함으로써 각 기기들(200a, 200b, 200c)에게 전달된다.

이에 따라 기기들(200a, 200b, 200c)은 상기 수퍼프레임에 포함된 경쟁 구간 또는 비경쟁 구간 내에서 컨트롤 프레임, 데이터 프레임, ACK 등을 전송할 수 있다.

만약, 최초에 네트워크에 속하지 않았던 기기 1(200a)이 네트워크에 참여하기 위해서는, 수퍼프레임의 경쟁 기간 중에 다른 기기들(200b, 200c)과의 경쟁을 통하여 네트워크 조정자(100)에게 결합 요청 프레임을 전송하고(①), 그로부터 결합 응답 프레임을 수신하여야 한다(②).

결합 요청 프레임(40)은 도 4와 같은 구성으로 이루어질 수 있다. 다른 모든 프레임과 마찬가지로, 결합 프레임(40)도 MAC 헤더(10)와 페이로드(20)로 구성되는데, 페이로드(20)는 컨트롤 종류 필드(41), 길이 필드(42), 기기 주소 필드(43), 기기 정보 필드(44), 및 ATP 필드(45)로 이루어질 수 있다.

컨트롤 종류 필드(41)에는 해당 컨트롤 프레임, 즉 결합 요청 프레임(40)을 식별할 수 있는 식별자가 표시되고, 길이 필드(42)에는 그 이후의 필드(43, 44, 45)의 총 바이트 수가 기록된다.

기기 주소(43) 필드는 결합 요청 프레임(40)을 전송하는 기기 1(200a)의 하드웨어 주소(예: 최대 8바이트의 MAC 주소)가 기록된다. 또한, 기기 정보 필드(44)에는 기기 1(200a)이 갖는 기능, 성능, 용량 등의 다양한 기기 정보가 기록된다. 마지막으로 ATP(Association Timeout Period; 45)에는 네트워크 조정자(100)와 기기 1(200a) 간에 통신이 없이도 결합 관계가 유지될 수 있는 최대 시간이 표시된다. 상기 시간 동안 통신이 이루어지지 않으면 다시 결합이 해제되도록 하기 위함이다.

상기 결합 요청 프레임(40)에 대한 응답으로서, 네트워크 조정자(100)는 기기 1(200a)에 결합 응답 프레임(50)을 전송한다. 도 5는 결합 응답 프레임(50)의 구성을 도시하는 도면이다. 결합 응답 프레임(50)의 페이로드(20)는 컨트롤 종류 필드(51), 길어 필드(52), 기기 주소 필드(53), 기기 ID 필드(54), ATP 필드(55), 및 코드 필드(56)로 이루어질 수 있다.

컨트롤 종류 필드(51)에는 결합 응답 프레임(50)을 식별할 수 있는 식별자가 표시되고, 길이 필드(52)에는 그 이후의 필드(53, 54, 55, 56)의 총 바이트 수가 기록되며, 기기 주소(53) 필드에는 기기 1의 하드웨어 주소가 기록된다.

기기 ID 필드(54)는 네트워크 내에 존재하는 기기를 식별하기 위한 기기 ID가 기록된다. 따라서, 기기 ID는 하드웨어 주소의 크기(예: 8바이트) 보다 훨씬 작은 크기(예: 1바이트)로 기록될 수 있으므로 기기 간에 통신이 이루어질 때 오버헤드를 감소할 수 있다.

ATP 필드(55)에는 네트워크 조정자(200a)가 결정한 최종적인 타임 아웃 시간이 기록된다. 이 시간은 네트워크 조정자(200a)가 도 4의 ATP 필드(45)에 요청된 시간을 지원할 수 없는 경우에는 서로 상이할 수도 있다.

코드 필드(56)에는 결합 요청에 대한 승인 또는 거절을 표시하는 값이 표시된다. 예를 들어, 0은 승인을 나타내고, 1 내지 8은 거절되는 각각의 이유를 나타낸다. 거절되는 이유로는, 네트워크 조정자에 결합될 수 있는 최대 기기수의 도달, 할당할 수 있는 타임 슬롯의 부족, 채널 상태의 불량 등이 있다.

결합 응답 프레임(50)에 의하여 기기 1(200a)이 결합 요청을 승인 받은 경우, 기기 1(200a)은 비로소 네트워크의 일원이 된다. 그 다음, 기기 1(200a)이 기기 2(200b)에 비압축 AV 데이터를 전송하고자 하면, 네트워크 조정자(100)에 상기 비압축 AV 데이터를 전송하기 위한 데이터 슬롯을 요청하여야 한다(도 3의 ③).

상기 데이터 슬롯의 요청은 도 6과 같은 데이터 슬롯 요청 프레임(60)을 통하여 이루어질 수 있다. 데이터 슬롯 요청 프레임(60)의 페이로드(20)에는 컨트롤 종류 필드(61), 길이 필드(62), 및 적어도 하나 이상의 요청 블록 필드(63, 64, 65)가 포함된다. 컨트롤 종류 필드(61)나 길이 필드(62)는 다른 컨트롤 프레임들과 마찬가지이다.

하나의 요청 블록 필드(64)는 수신 기기의 수를 나타내는 타겟 수 필드(64a), 수신 기기의 기기 ID를 열거하는 타겟 ID 리스트 필드(64b), 데이터 슬롯 요청 프레임(60)의 버전을 식별하는 스트림 요청 ID 필드(64c), 전송하고자 하는 데이터를 식별하기 위한 스트림 인덱스 필드(64d), 요청하고자 하는 최소 데이터 슬롯의 크기를 나타내는 최소 TU(Time Unit) 필드(64e), 및 기기가 희망하는 데이터 슬롯의 크기를 나타내는 희망 TU 필드(64f)를 포함하여 구성될 수 있다.

기기 1(200a)이 이와 같은 데이터 슬롯 요청 프레임(60)을 수퍼프레임의 경쟁 기간 중에 다른 기기들(200b, 200c)과의 경쟁을 통하여 네트워크 조정자(100)에게 전송하면(③), 이에 대하여 네트워크 조정자(100)는 도 7과 같은 데이터 슬롯 응답 프레임(70)을 기기 1(200a)에 전송한다(④).

데이터 슬롯 응답 프레임(70)의 페이로드(20)는 컨트롤 종류 필드(71), 길이 필드(72), 스트림 요청 ID 필드(73), 스트림 인덱스 필드(74), 가용한 TU의 수 필드(75), 및 코드 필드(76)로 구성될 수 있다.

필드들(71, 72, 73, 74)는 데이터 슬롯 요청 프레임(60)에서와 마찬가지의 내용이 기록된다. 또한, 가용 TU의 수 필드(75)에는 네트워크 조정자(100)가 최종적으로 할당하는, 하나의 데이터 슬롯에 대한 TU의 수가 기록된다. 마지막으로, 코드 필드(76)에는 데이터 슬롯 요청에 대한 승인 또는 거절을 표시하는 값이 표시된다.

상기 응답 프레임(70)을 기기 1(200a)에 전송한 후, 네트워크 조정자(100)는 기기들(200a, 200b, 200c)에 할당되는 데이터 슬롯들을 포함하는 수퍼프레임을 다음 비콘 기간 동안 비콘 신호에 실어서 방송한다(⑤).

상기 방송된 수퍼프레임에 의하여, 기기 1(200a)이 네트워크 조정자(100)로부터 데이터 슬롯을 할당 받으면, 상기 할당된 데이터 슬롯 동안 소정의 수신 기기(200b)에 비압축 AV 데이터를 전송할 수 있다(⑥). 상기 비압축 AV 데이터의 전송에 대하여 기기 2(200b)는 기기 1(200a)에 ACK 프레임을 전송할 수도 있다(⑦). 다만, 비압축 AV 데이터의 특성상 다소 간의 에러가 있더라도 재생되는 영상에 그다지 큰 문제는 발생하지 않으므로, ACK을 사용하지 않는 No ACK 정책(policy)을 사용하여도 좋다. 만약, ACK 프레임을 전송하는 경우라 하더라도, 본 발명에 따르면 상기 ACK 프레임은 데이터 슬롯을 통하여 전송되지는 않을 수 있다. 데이터 슬롯은 비압축 AV 데이터의 원활한 전송에 사용하기 위하여, ACK은 다른 컨트롤 프레임과 마찬가지로 경쟁 구간 동안 경쟁을 통하여 전송될 수 있다.

도 8 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수퍼프레임(80, 90, 100, 110, 120, 130)의 구조를 도시하는 도면들이다. 본 발명에 따른 수퍼프레임은 크게 비콘(beacon) 전송 구간, 경쟁 구간 및 비경쟁 구간으로 나뉘어진다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 경쟁 구간은 중요도가 높은 특정 기능에 관한 컨트롤 프레임을 위한 구간을 그렇지 않은 구간과 분리하여 배치한다는 점에서 종래의 IEEE 802.15.3과는 구별된다. 즉, 종래의 경쟁 구간이라고 하면, 시분할과는 무관하게 해당 프레임들이 경쟁을 통하여 채널을 획득하는 구간이었으나, 본 발명 에서는 경쟁 구간 자체가 특정 기능에 따라서 시분할 되어 있다.

먼저, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수퍼프레임(80)의 구조를 도시하는 도면이다.

경쟁 구간(82)은 데이터 슬롯의 요청 및 응답을 위한 데이터 슬롯 예약 구간(85)과 데이터 슬롯 예약과 관계없는 컨트롤 프레임 및 비동기 데이터 프레임을 송수신하는데 사용하기 위한 컨트롤 & 비동기 데이터 구간(84)으로 나뉘어진다. 데이터 슬롯 요청 및 응답은 비압축 AV 데이터를 전송하기 위한 데이터 슬롯을 예약하기 위하여 필수적인 과정이므로 다른 컨트롤 프레임이나 비동기 데이터 프레임을 위한 구간과 별도로 분리한 것이다. 다만, 이와 같이 별도로 분리된 구간(85)이 있다고 하더라도, 슬롯 예약은 반드시 이 구간(85)에서만 이루어져야 하는 것은 아니고 컨트롤 & 비동기 데이터 구간(84)에서 다른 컨트롤 프레임과 경쟁을 통하여 슬롯 예약이 이루어질 수도 있다.

비경쟁 구간(83)은 복수의 데이터 슬롯들(86, 87)로 이루어지며, 각각의 데이터 슬롯은 비압축 AV 데이터를 전송하는 데 사용된다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수퍼프레임(90)의 구조를 도시하는 도면이다.

도 8과 비교하면, 경쟁 구간(92)에 컨트롤 & 비동기 데이터 구간(94), 데이터 슬롯 예약 구간(96) 외에, 초기 결합 구간(95)도 별도로 배치되어 있다. 초기 결합 구간(95)은 데이터 슬롯 예약 다음으로 중요하다고 할 수 있는 기기 결합 요청 및 응답을 송수신하기 위한 구간이다. 따라서, 기기 결합 요청 프레임이나 기기 요청 응답 프레임은 초기 결합 구간(95)에서 독점적으로 이루어질 수 있다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수퍼프레임(100)의 구조를 도시하는 도면이다.

도 9와 비교하면, 컨트롤 구간(104)과 비동기 데이터 구간(107)을 별도로 분리 하였음을 알 수 있다. 컨트롤 구간(104)은 초기 결합 및 데이터 슬롯 예약과 관련이 없는 컨트롤 데이터 전송을 위한 경쟁 구간이며, 비동기 데이터 구간(107)은 등시적 비압축 AV 데이터 이외의 비동기 데이터(예: 압축 AV 데이터)를 전송하기 위한 구간이다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수퍼프레임(110)의 구조를 도시하는 도면이다. 제4 실시예는 여러 개로 분할된 컨트롤 구간(114a, 114b 114c)을 수퍼프레임(110) 내에서 데이터 슬롯(115, 116, 117)들 사이에 분산 배치한 것이다. 컨트롤 구간(114a, 114b 114c)은 경쟁 구간이고 데이터 슬롯(115, 116, 117)은 비경쟁 구간이므로, 경쟁 구간 및 비경쟁 구간의 분산 배치된 것으로 볼 수 있다. 이와 같은 분산 배치를 통하여, 비압축 AV 데이터 전송을 하려는 기기에 요구되는 버퍼의 크기가 줄어 드는 효과가 있다.

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수퍼프레임(120)의 구조를 도시하는 도면이다.

도 11과 비교하면, 최초의 경쟁 구간(122a)을 컨트롤 구간(124a) 및 데이터 슬롯 예약 구간(125)으로 구분한 점에서 차이가 있다. 전술한 바와 같이, 데이터 슬롯 예약 과정은 비압축 AV 데이터를 전송하기 위한 전제 조건으로서 중요도가 높 기 때문에 별도의 구간으로 분리한 것이다.

도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 수퍼프레임(130)의 구조를 도시하는 도면이다.

도 8과 비교하면, 데이터 슬롯 예약 구간(135)이 경쟁 구간(132)이 아니라 비경쟁 구간(133)에 배치된다는 점에서 차이가 있다. 도 8의 제1 실시예에서는 데이터 슬롯 예약 구간(85)이 경쟁 구간(82) 내에 있었기 때문에, 경쟁에 따라서 데이터 슬롯 요청 프레임을 전송할 기회 조차 갖지 못하는 기기도 있을 수 있다.

이에 제6실시예에서는, 현재 네트워크에 결합된 기기의 수를 알고 있는 네트워크 조정자(100)가 수퍼프레임을 방송(broadcasting)할 때 그 기기 수만큼의 데이터 슬롯 예약 구간을 알려주는 방식을 사용한다. 예를 들어, 네트워크에 n개의 결합된 기기가 있다고 할 때, 데이터 슬롯 예약 구간(135)을 n개로 시분할하여 각 기기가 데이터 슬롯 예약을 하기 위한 시간 구간(135a, 135b, 135c)를 배치하는 것이다. 이와 같이 하면, 모든 기기들이 데이터 슬롯 예약을 위한 데이터 슬롯 요청 프레임을 전송할 기회가 보장된다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 조정자(100)의 구성을 도시하는 블록도이다.

네트워크 조정자(100)는 CPU(110), 메모리(120), MAC 유닛(140), PHY 유닛(150), 수퍼프레임 생성부(141), 컨트롤 프레임 생성부(142), 및 안테나(153)를 포함하여 구성될 수 있다.

CPU(110)는 버스(130)에 연결되어 있는 다른 구성 요소들을 제어하며, MAC 층의 상위 층에서의 처리를 담당한다. 따라서, CPU(110)는 MAC 유닛(140)으로부터 제공되는 수신 데이터(수신 MSDU; MAC Service Data Unit)를 처리하거나 전송 데이터(전송 MSDU)를 생성하여 MAC 유닛(140)에 제공한다.

메모리(120)는 상기 처리된 수신 데이터를 저장하거나 상기 생성된 전송 데이터를 임시 저장한다. 상기 메모리는 롬(ROM), 피롬(PROM), 이피롬(EPROM), 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 램(RAM)과 같은 휘발성 메모리 소자, 하드 디스크, 광 디스크와 같은 저장 매체, 또는 기타 해당 분야에서 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수 있다.

MAC 유닛(140)은 CPU(110)로부터 제공된 MSDU, 즉 전송할 멀티미디어 데이터에 MAC 헤더를 부가하여 MPDU(MAC Protocol Data Unit)을 생성하여 PHY 유닛(150)을 통하여 전송하고, PHY 유닛(150)을 통하여 수신되는 MPDU에서 MAC 헤더를 제거한다.

이와 같이, MAC 유닛(140)이 전송하는 MPDU는 비콘 기간 동안 전송되는 수퍼프레임을 포함하고, MAC 유닛(140)이 수신하는 MPDU는 결합 요청 프레임, 데이터 슬롯 요청 프레임, 기타 다양한 컨트롤 프레임을 포함한다.

수퍼프레임 생성부(141)는 도 8 내지 도 13에 도시된 수퍼프레임 중 어느 하나를 생성하여 MAC 유닛에 제공하고, 컨트롤 프레임 생성부(142)는 결합 요청 프레임, 데이터 슬롯 요청 프레임, 기타 다양한 컨트롤 프레임을 생성하여 MAC 유닛에 제공한다.

PHY 유닛(150)은 MAC 유닛(140)으로부터 제공된 MPDU에 시그널 필드 및 프리 앰블을 부가하여 PPDU를 생성하고 생성된 PPDU, 즉 데이터 프레임을 무선 신호로 변환하여 안테나(153)를 통해 전송한다. PHY 유닛(150)은 기저 대역 신호를 처리하는 베이스밴드 프로세서(base band processor; 151)와 상기 처리된 기저 대역 신호로부터 실제 무선 신호를 생성하고 안테나(153)를 통하여 공중(air)으로 전송하는 RF(radio frequency) 유닛(152)로 세분화 될 수 있다.

구체적으로, 기저대역 프로세서(151)는 프레임 포맷팅(frame formatting), 채널 코딩(channel coding) 등을 수행하고, RF 유닛(152)은 아날로그 파 증폭, 아날로그/디지털 신호 변환, 변조 등의 동작을 수행한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 기기(200)의 구성을 도시하는 블록도이다. 무선 기기(200)의 구성 중 MAC 유닛(240), 메모리(220), 및 PHY 유닛(250)의 기본적인 기능은 네트워크 조정자(100)에서와 마찬가지이다.

타이머(241)는 수퍼프레임에 포함된 경쟁 구간 또는 비경쟁 구간의 시작 시간 및 종료 시간을 확인하는데 사용된다. 컨트롤 프레임 생성부(242)는 결합 요청 프레임, 데이터 슬롯 요청 프레임 등 다양한 컨트롤 프레임을 생성하여 MAC 유닛(240)에 제공한다.

한편, 비압축 AV 데이터 생성부(243)는 AV 데이터를 압축되지 않은 형태로 기록하여 생성한다. 예를 들어, 비압축 AV 데이터 생성부(243)는 비디오 데이터의 RGB 성분 값들로 이루어진 비디오 데이터를 기록한다.

MAC 유닛(240)은 제공된 비압축 AV 데이터 또는 컨트롤 프레임에 MAC 헤더를 부가하여 MPDU를 생성하고, 수퍼프레임의 해당 시간이 되었을 때 상기 MPDU를 PHY 유닛(250)을 통하여 전송한다.

지금까지 도 2 내지 도 6의 각 구성요소들은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

도 1은 IEEE 802.11 계열의 표준과 mmWave간에 주파수 대역을 비교하는 도면.

도 2는 IEEE 802.15.3에 따른 시분할 방식을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 개략적인 환경을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 요청 프레임의 구성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 응답 프레임의 구성을 도시하는 도면.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 슬롯 요청 프레임의 구성을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 슬롯 응답 프레임의 구성을 도시하는 도면.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 수퍼프레임의 구조를 도시하는 도면.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 조정자의 구성을 도시하는 도 면.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 기기의 구성을 도시하는 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호 설명)

100 : 네트워크 조정자 110, 210 : CPU

120, 220 : 메모리 130, 230 : 버스

140, 240 : MAC 유닛 141 : 수퍼프레임 생성부

142, 242 : 컨트롤 프레임 생성부 150 : PHY 유닛

151, 251 : 기저대역 프로세서 152, 252 : RF 유닛

153, 263 : 안테나 200 : 무선 기기

241 : 타이머 243 : 비압축 AV 데이터 생성부

Claims (4)

1. 제1 비콘 기간 동안 제1 수퍼프레임을 전송하는 수퍼프레임 전송 유닛;

   네트워크에 참여하고 있는 적어도 하나의 무선 기기로부터 데이터 슬롯을 요청하는 프레임을 상기 제1 수퍼프레임에 포함되는 데이터 슬롯 예약 구간 이내에서 수신하는 수신 유닛;

   상기 프레임에 대한 응답 프레임을 상기 데이터 슬롯 예약 구간 이내에서 상기 적어도 하나의 무선 기기에 전송하는 응답 프레임 전송 유닛을 포함하고,

   상기 수퍼프레임 전송 유닛은 상기 적어도 하나의 무선 기기에 할당되는 데이터 슬롯을 포함하는 제2 수퍼프레임을 제2 비콘 기간 동안 전송하고, 상기 무선 기기와의 통신은 밀리미터 웨이브 채널을 통하여 이루어지고, 상기 제1 수퍼프레임 및 제2 수퍼프레임은 복수 개로 분할된 컨트롤 구간이 복수의 데이터 슬롯들 사이에 분산 배치되는 데이터 슬롯 할당 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 슬롯 예약 구간은 경쟁 구간으로서 상기 분할된 컨트롤 구간들 중 하나에 인접하여 배치되는 데이터 슬롯 할당 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 슬롯 예약 구간은 비경쟁 구간으로서 상기 복수의 데이터 슬롯들 중 어느 하나와 인접하여 배치되는 데이터 슬롯 할당 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 데이터 슬롯 예약 구간은

   상기 적어도 하나의 무선 기기 각각에 대한 시분할된 구간으로 이루어지는 데이터 슬롯 할당 장치.

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