KR20060130356A - 휴대통신장치의 절전방법 - Google Patents

Abstract

비콘 프레임과 페이징 프레임을 전송하는 접속노드와 상기 비콘 프레임을 이용하여 상기 접속노드와의 타이밍 옵셋을 보상하고 상기 페이징 프레임을 이용하여 자신의 위치를 파악하는 단말로 구성되는 무선통신 시스템에서 실제 데이터 송수신이 수행되는 활성모드와 송수신 데이터가 없는 경우 전력 소비를 줄이기 위한 절전모드로 동작하는 단말에 있어서, 본 발명의 절전 방법에서는 상기 비콘 프레임을 이용하여 상기 페이징 프레임 수신 시구간 동안 발생하는 페이징 타이밍 옵셋을 계산하고, 절전모드에서 상기 페이징 타이밍 옵셋 만큼 시간이 경과한 후 페이징 프레임 수신을 시작한다.

절전모드(sleep mode), 타이밍 옵셋 (timing offset), 비콘 프레임(beacon frame), 페이징 프레임 (paging frame)

Description

휴대통신장치의 절전방법 {POWER SAVING METHOD OF PORTABLE COMMUNICATION DEVICE}

도 1은 비콘 프레임과 페이징 프레임 사이의 관계를 보인 도면;

도 2는 WLAN에서 페이징 프레임을 수신하기 위해 단말이 깨어 있는 시간을 설명하기 위한 도면; 그리고

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대통신장치의 절전 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대통신장치의 절전방법에 관한 것이다.

최근, 이동 인터넷 서비스(mobile internet service)를 지원하기 위한 미국전기전자학회 (Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE)의 802.11 표준 기반의 무선랜 (wireless local area network: WLAN)이 상용화되어 공중장소에 설치되고 있다.

무선 통신에서는 단말의 전력 소모를 최소화하기 위해 단말이 휴지 상태일 경우 전원을 끄는 것이 바람직하다. 그러나 전원이 꺼진 상태에서 패킷 수신이 불가능하기 때문에 휴지 상태에서 전력 소모를 최소화하는 메커니즘이 요구된다.

WLAN 시스템의 경우 전력소모를 최소화하기 위한 메커니즘으로 절전모드를 이용한다. WLAN 시스템에서 절전모드(power saving mode)의 단말은 언제 신호가 수신되는지 알아야 하기 때문에 모든 단말이 동시에 기상(wake up)하도록 동기화 되어 있다.

활성모드의 단말은 전원이 들어온 상태로 패킷을 송수신하지만, 절전모드의 단말은 접속노드(Access Point: AP)로부터 전송된 패킷이 있는지 여부를 확인하기 위해서만 주기적으로 기상하고 모드전환 시 마다 접속노드에 모드전환 사실을 알린다. 접속노드는 일정한 간격의 비콘 주기마다 비콘 프레임을 전송하고 절전모드의 단말은 이 비콘 프레임을 모니터링 한다. 상기 비콘 프레임은 접속노드의 버퍼에 전송할 패킷을 가지고 있는 단말들의 ID를 포함하는 트래픽 지시 맵 (Traffic Indication Map: TIM)을 포함하고 있다. 자신의 ID가 포함된 비콘 프레임을 수신하면, 절전모드의 단말은 남아 있는 비콘 시구간 동안 깨어 있어야만 한다.

한편, 무선랜에서 음성통화 (Voice over Internet Protocol: VoIP) 와 같은 서비스를 제공하기 위해서는 페이징 기능이 필수적이며 페이징 구간이 비콘 구간보다 길기 때문에 단말이 대기모드로 동작할 때 페이징과 전력제어의 관계를 고려할 필요가 있다.

도 1은 비콘 프레임과 페이징 프레임 사이의 관계를 보인 개념도로서 시스템 의 시계 정확도 (clock accuracy)가 +/-100 PPM일 때, 단말과 AP 사이에는 시간이 지날 때마다 타이밍 옵셋을 가지게 된다. 일반적으로 WLAN 의 비콘 프레임의 길이는 100ms으로서 비콘 프레임 당 20μs의 타이밍 옵셋이 발생하게 된다. 따라서, 단말은 비콘 프레임을 수신할 때마다 AP와 동기를 맞추어야 한다. 페이징 프레임의 길이가 2000ms 이면 최대 타이밍 옵셋은 400 μs가 된다.

도 2는 WLAN에서 페이징 프레임을 수신하기 위해 단말이 깨어 있는 시간을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2에서, 페이징 프레임을 수신하기 위해 단말이 미리 깨어 있어야 하는 시간(T_beacon)은 타이밍 옵셋 (21), 평균 비콘 지연 시간 (23)은 PIFS (Point Coordination Function (PCF-Interframe Space) (25)는 802.11 표준에 정의되어 있는 PCF 에서 시간지연에 민감한 서비스를 지원하기 위한 프레임 간 간격, 그리고 비콘 전송 시간 (27)을 포함하며 수학식 1과 같이 계산된다.

페이징 프레임 당 단말이 깨어있는 시간은 수학식 1과 같이 계산된다.

T_beacon= 타이밍옵셋 + 평균 비콘 지연시간 + PIFS + 전송지연

= 400μs + 1590μs(2304B at 6Mbps/2)+25μs+54μs(64B at 24bps)

= 2076μs

단말은 페이징 프레임을 수신할 때 타이밍 옵셋을 보정해 주기 위해서 옵셋 길이만큼 일찍 깨어나서 수신을 준비해야 하기 때문에 그 만큼 전력 소모가 많아지게 된다.

도 2에서 보는 바와 같이, WLAN 시스템의 절전 모드에서 페이징 프레임을 수신하기 위해서는 단말이 미리 깨어 있어야 하기 때문에 그 만큼 전력 소모가 많아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 절전모드에서 단말의 깨어 있는 시간을 최소화 함으로써 전력 소비를 최소화 할 수 있는 절전방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 국면에 있어서 휴대통신장치의 절전방법에서는 접속노드로부터 주기적으로 전송되는 비콘 프레임을 이용하여 페이징 프레임 수신 시구간 동안 발생하는 타이밍 옵셋을 계산하고, 절전모드에서 상기 페이징 타이밍 옵셋 만큼 시간이 경과한 후 페이징 프레임 수신한다. 상기 페이징 타이밍 옵셋은 미리 정해진 시간 윈도우 내에서 수신되는 비콘 프레임을 이용하여 비콘 타이밍 옵셋을 계산하고, 상기 비콘 타이밍 옵셋의 평균 값을 구하고, 상기 비콘 타이밍 평균 값에 상기 페이징 프레임에 대응하는 비콘 프레임의 수를 곱하여 구해진다.

본 발명의 또 다른 일 국면에 있어서, 통신 상태에서 최대출력을 위해 전력을 사용하는 활성모드와 통신 휴지 상태에서 전력소모를 최소화하는 절전모드로 동작하는 무선통신 단말의 페이징 신호 수신 시점 결정 방법은 송신기로부터 주기적으로 전송되는 적어도 하나의 비콘 신호를 수신하여 타이밍 옵셋을 산출하고, 상기 타이밍 옵셋을 이용하여 페이징 신호의 수신 시점을 결정하는 것을 포함한다.

상기 페이징 타이밍 옵셋은 미리 정해진 타임 윈도우 내에서 수신된 비콘 신호의 타이밍 옵셋의 평균을 구하고, 상기 타이밍 옵셋 평균에 상기 페이징 신호의 길이에 대응하는 비콘 신호의 수를 곱하여 구해지는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 타이밍 옵셋 평균은 상기 단말이 활성모드에서 수신되는 비콘 신호들로부터 구해진다.

바람직하게는, 상기 페이징 수신 시점은 단말이 절전모드에서 페이징 신호를 수신하기 위해 깨어나는 시점이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대통신장치의 절전방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 절전방법에서 단말은 주기적으로 AP가 전송하는 비콘 프레임으로부터 계산되는 타이밍 옵셋을 이용하여 절전모드 시 페이징 프레임 수신을 위한 타이밍 옵셋을 미리 계산하여 적시에 활성모드로 전환함으로써 조기 모드 전환으로 인한 전력 낭비를 감소시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대통신장치의 절전 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, WLAN 시스템 단말의 전력 모드는 활성모드와 절전모드로 나뉘어 진다. 활성모드에서 단말은 AP로부터 전송되는 모든 프레임을 수신 하고 전송할 프레임이 있으면 CSMA/CS 규칙에 따라 전송한다. 한편, 절전모드에서 단말은 AP에게 자신의 전력모드를 알리고 비콘 프레임 만을 수신하고 나머지 시간은 전력 소모를 최소화 하면서 동작한다.

활성모드에서 단말은 AP가 주기적으로 전송하는 비콘 프레임을 수신하여 타이밍 옵셋 (31)을 계산하고 이를 보상하여 AP와 동기를 맞춘다. 또한, 단말은 미리 정해진 타임 윈도우를 설정하여 타임 윈도우 (미도시) 내에 수신된 비콘 프레임들로부터 계산된 타이밍 옵셋의 평균 값을 구한다.

비콘 프레임의 길이 (33)를 “b”라 하고 비콘 프레임에 의해 계산되는 타이밍 옵셋의 평균값을 “a,”라고 하면 페이징 프레임의 길이 “X”는 페이징 프레임에 대응하는 비콘 프레임의 개수 “n”에 비콘 프레임의 길이 “b”를 곱한 (X=b*n)값과 동일하다. 따라서, 페이징 프레임 수신 시간 동안의 타이밍 옵셋(35)은 비콘 프레임의 평균 타이밍 옵셋 “a”에 페이징 프레임의 길이에 대응하는 비콘 프레임의 개수 “n”을 곱하여 구할 수 있다(a*n).

이와 같이 단말은, 활성모드에서 수신되는 비콘 프레임에 의해 계산된 타이밍 옵셋의 평균값을 이용하여 페이징 프레임을 수신하는 동안 발생할 타이밍 옵셋을 미리 예측하고, 실제 페이징 프레임을 수신할 때 계산된 타이밍 옵셋을 고려하여 정확한 시간에 깨어나서 해당 페이징 프레임을 수신한다.

본 발명의 절전방법을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 WLAN 휴대통신장치의 성능을 휴대통신장치의 대기시간 측면에서 비교 실험해 보았다.

표 1은 성능 실험을 하기 위한 WLAN 휴대통신장치의 칩셋 제원을 보여주고 있다.

칩셋 전력 소모
활성모드 (Tx)	760mW (typ) @ 15dBm
활성모드 (Rx)	525mW (typ)
대기모드 (standby mode)	3mW (typ)
절전모드 (sleep mode)	0.3mW (typ)

휴대통신장치의 기준 소비 전력 (baseline power consumption)은 데이터를 수신하는 활성모드와 소모 전력을 최소로 유지하는 절전모드에서 다음과 같이 계산된다.

활성모드소모전력 = 기준소모전력+수신전력 = 1W+525mW = 1525mW

절전모드소모전력 = 기준소모전력+절전전력 = 10mW+0.3 mW = 10.3mW

여기서 기준소모전력(baseline power consumption)은 휴대통신장치의 송신과 수신 시에 무선랜에서 소비되는 전력을 제외하고 기본적으로 소모되는 전력이다.

상기와 같은 환경의 휴대통신장치에 1Ah (3.7V)의 전지를 탑재하여 본 발명의 절전방법 적용 전과 후의 대기모드 유지시간은 계산한 결과 다음과 같았다.

절전방법 미적용

절전방법 적용

상기 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 절전 방법을 적용한 경우 휴대통신장치의 대기시간이 8.16H 만큼 길어진 것을 알 수 있다.

표 2는 활성모드기준전력과 절전모드기준전력의 변화에 따른 대기시간 비교 결과를 보여주고 있다.

동일 환경에서 본 발명의 절전방법을 적용한 경우 적용하지 않은 경우 보다 대기시간 측면에서 절전모드기준전력에 따라 다소 차이는 있으나 특히 절전모드기준전력이 작을 때 상당한 이득이 있음을 알 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 절전방법에서는 활성모드에서 주기적으로 수신되는 비콘 프레임의 평균 타이밍 옵셋 값을 이용하여 미리 예측하여 절전모드에 있는 단말이 페이징 프레임을 수신하기 위해 예측된 시점에 적시에 깨어나게 함으로써 조기 기상(premature wakeup)에 의한 전력 소모를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 절전방법에서는 절전모드의 단말이 페이징 프레임의 적시 수신을 통해 특히 절전모드에서의 절전 효율을 개선함으로써 단말의 대기시간을 최대한 연장할 수 있다.

Claims (6)

1. 비콘 프레임과 페이징 프레임을 전송하는 접속노드와 상기 비콘 프레임을 이용하여 상기 접속노드와의 타이밍 옵셋을 보상하고 상기 페이징 프레임을 이용하여 자신의 위치를 파악하는 단말로 구성되는 무선통신 시스템에서 실제 데이터 송수신이 수행되는 활성모드와 송수신 데이터가 없는 경우 전력 소비를 줄이기 위한 절전모드로 동작하는 단말에 있어서,

   상기 비콘 프레임을 이용하여 상기 페이징 프레임 수신 시구간 동안 발생하는 페이징 타이밍 옵셋을 계산하고;

   절전모드에서 상기 페이징 타이밍 옵셋 만큼 시간이 경과한 후 페이징 프레임 수신을 수행하는 절전방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 페이징 타이밍 옵셋은;

   미리 정해진 시간 윈도우 내에서 수신되는 비콘 프레임을 이용하여 비콘 타이밍 옵셋을 계산하고;

   상기 비콘 타이밍 옵셋의 평균 값을 구하고;

   상기 비콘 타이밍 평균 값에 상기 페이징 프레임에 대응하는 비콘 프레임의 수를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 절전방법.
3. 통신 상태에서 최대출력을 위해 전력을 사용하는 활성모드와 통신 휴지 상태에서 전력소모를 최소화하는 절전모드로 동작하는 무선통신 단말에 있어서,

   송신기로부터 주기적으로 전송되는 적어도 하나의 비콘 신호를 수신하여 타이밍 옵셋을 산출하고;

   상기 타이밍 옵셋을 이용하여 페이징 신호의 수신 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 페이징 수신 시점 결정 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 타이밍 옵셋을 산출하는 단계는:

   미리 정해진 타임 윈도우 내에서 수신된 비콘 신호의 타이밍 옵셋의 평균을 구하고;

   상기 타이밍 옵셋 평균에 상기 페이징 신호의 길이에 대응하는 비콘 신호의 수를 곱하여 페이징 타이밍 옵셋을 구하는 것을 특징으로 하는 페이징 수신 시점 결정 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 타이밍 옵셋 평균은 상기 단말이 활성모드에서 수신되는 비콘 신호들로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 페이징 수신 시점 결정 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 페이징 수신 시점은 단말이 절전모드에서 페이징 신호를 수신하기 위해 깨어나는 시점인 것을 특징으로 하는 페이징 수신 시점 결정 방법.

Images