KR20090020004A - 무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스팅/브로드캐스팅 절차 - Google Patents

Abstract

무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차에 관하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차에서는 다수의 무선기기들 사이에 모자(Parent-Child) 관계가 설정되어 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차로서, 브로드캐스팅되는 데이터 프레임을 수신한 자(Child) 무신기기가 상기 데이터 프레임의 송신자가 자신의 모(Parent) 무선기기와 동일한지를 판단한 다음, 판단 결과 상기 송신자와 상기 모 무선기기가 동일한 경우에만, 상기 자 무선 기기가 수신된 데이터 프레임을 재브로드캐스팅하며, 동일하지 않을 경우에는 재브로드캐스팅을 하지 않는다. 여기서, 재브로드캐스팅되는 데이터 프레임은 다른 무선기기 및 상기 자 무선기기와 연결 설정되는 무선국이 모두 인식 가능한 포맷을 가질 수 있으며, 상기 자 무선기기는 자신에게 연결 설정된 무선국이 있는 경우에도 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 상기 모자 관계의 일례는 프로엑티브 경로에서의 모자 관계일 수 있다.

무선 통신, 메쉬 네트워크, IEEE 802.11, 브로드캐스트

Description

무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스팅/브로드캐스팅 절차{Multicasting/broadcasting procedure in wireless mesh network}

본 발명은 무선 메쉬 네트워크(Wireless Mesh Network)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스팅/브로드캐스팅 절차에 관한 것이다.

무선 메쉬 네트워크는 중계 기능을 가진 다수의 무선기기가 액세스 포인트(Access Point, AP)를 경유하지 않고 직접 통신하는 것을 지원하는 네트워크이다. 무선 메쉬 네트워크에서 하나의 무선기기는 다른 다수의 무선기기와 연결되어 다수의 통신 경로를 가질 수 있다. 이러한 무선기기는 메쉬 포인트(Mesh Point, MP)로 불리지만, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 그리고 MP 중에서 전술한 중계 기능 외에도 엑세스 포인트(Access Point, AP)의 기능을 함께 수행하는 것을 메쉬 엑세스 포인트(Mesh Access Point, MAP)라고 한다.

이러한 무선 메쉬 네트워크는 네트워크 구축의 유연성, 우회 경로에 의한 신뢰성 및 통신거리의 단축에 따른 전력 소비의 절감 등의 이점이 있다. 보다 구체적으로, 무선 메쉬 네트워크를 이용하면 기존의 통신망이 없는 장소에서도 MP 간에 유연한 네트워크를 구축할 수 있다. 그리고 무선 메쉬 네트워크에서는 다수의 MP 간에 서로 연결되어 다수의 우회 경로를 확보할 수 있어서 하나의 MP가 고장 나더라도 다른 경로를 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 그리고 무선 메쉬 네트워크에서는 하나의 MP의 통신 영역(coverage)이 넓지 않더라도 인접하는 MP를 경유하여 통신할 수 있으므로 낮은 전력으로도 원거리 통신이 가능하게 된다.

한편, 무선 통신에서의 메시지 전송은 타깃 장치(Target Device) 또는 목표 단말(Destination Terminal)의 수에 따라서 유니캐스트(Unicast), 멀티캐스트(Multicast), 및 브로드캐스트(Broadcast)로 구분할 수 있다. 전송 메시지의 타깃 장치가 하나의 단말인 유니캐스트와는 달리, 멀티캐스트는 전송 메시지의 타깃 어드레스(Target Address)가 멀티캐스트 그룹 어드레스(Group Address)로 특정된다. 그리고 브로드캐스트는 상기 그룹 어드레스가 모든 단말을 특정하는 특수한 멀티캐스트이다. 따라서 이하에서 단순히 '브로드캐스트'라고 칭하는 경우에도, 그 성질상 적용이 불가능한 경우를 제외하고는 멀티캐스트도 함께 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

종래의 무선 메쉬 네트워크에서는 데이터 프레임 등을 브로드캐스팅할 경우에 심플 플러딩(Simple Flooding) 방법을 사용하였다. '심플 플러딩 방법'이란 브로드캐스트되는 데이터 프레임을 수신한 MP(또는 MAP)가 동일 네트워크 내의 다른 MP 및/또는 자신에게 연결 설정된 무선국(Wireless Station, STA)을 위하여 수신된 데이터 프레임을 다시 브로드캐스팅하는 방법을 말한다.

그런데, 이러한 심플 플러딩 방법에서는 동일한 데이터 프레임이 무한정 반 복하여 브로드캐스팅될 가능성이 있다. 예를 들어, MP가 자신이 이미 브로드캐스팅한 데이터 프레임을 다시 수신하면, MP가 동일한 데이터 프레임을 반복하여 브로드캐스팅할 가능성이 있다. 그리고 하나의 데이터 프레임이 다수의 MP에 의하여 수 없이 많이 브로드캐스팅될 가능성도 있다.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 종래의 심플 플러딩 방법에서는 시퀀스 번호와 TTL(Time To Live)을 이용하였다. 보다 구체적으로, 종래의 브로드캐스팅 절차에서는 MP를 위하여 전송되는 데이터 프레임에 메쉬 헤더(Mesh Header)를 정의하고, 이 메쉬 헤더에 해당 데이터 프레임의 시퀀스 번호와 남은 홉 수를 나타내는 TTL을 포함시켰다. 시퀀스 번호는 MP가 수신한 브로드캐스트 데이터 프레임과 상기 MP가 이미 브로드캐스팅한 데이터 프레임이 동일한 브로드캐스트 프레임인지를 확인하는데 이용된다. 이것을 이용하면 MP가 동일한 데이터 프레임을 다시 브로드캐스팅하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 TTL은 동일한 데이터 프레임이 다수의 MP에 의하여 순차적으로 브로드캐스팅되는 총 횟수(홉의 수)에 제약을 가하데 이용되는데, 이를 이용하면 동일한 데이터 프레임이 설정된 홉의 수를 초과하여 브로드캐스팅되는 것을 방지할 수 있다.

하지만, TTL을 이용하여 브로드캐스팅되는 총 횟수를 제한하는 방법은, 해당 네트워크의 구성이나 특성에 상관없이 TTL이 허용하는 범위 내에서는 동일한 데이터 프레임이 반복하여 브로드캐스팅되는 문제가 있다. 이것은 네트워크의 효율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있는데, 왜냐하면 해당 네트워크를 구성하는 MP나 STA의 수가 적은 경우에는 불필요하게 많은 횟수의 브로드캐스팅이 수행될 수 있기 때문 이다.

그리고 시퀀스 번호와 TTL을 이용하여 브로드캐스팅 횟수를 제어하는 종래의 브로드캐스팅 절차는 MAP가 동일한 데이터 프레임에 대한 멀티캐스트를 2회 수행하는 문제를 초래한다. MAP가 멀티캐스트를 2회 수행하는 이유는 메쉬 헤더가 포함된 데이터 프레임은 무선국(Wireless Station, STA)이 인식할 수 없기 때문이다. 결국, 종래의 브로드캐스팅 절차에 의하면, MAP는 다른 MP를 위하여 메쉬 헤더를 포함하는 데이터 프레임을 한 번 브로드캐스팅하고 또한 자신에게 연결 설정된 STA을 위하여 메쉬 헤더가 없는 데이터 프레임을 다시 한 번 브로드캐스팅하였다.

도 1은 심플 플러딩 방법을 이용하는 종래의 브로드캐스팅 절차 및 이에 따른 문제점을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, MP(12)는 자신이 수신한 브로드캐스트 데이터 프레임을 다른 MP나 또는 MAP(14)를 위하여 브로드캐스팅한다. 이 경우에 브로드캐스팅되는 데이터 프레임은 메쉬 헤더를 포함한다. 이와 같이, 메쉬 헤더를 포함하는 데이터 프레임의 브로드캐스팅을 예컨대, 메쉬 브로드캐스트(Mesh Broadcast)라고 할 수 있다. 그리고 MP(12)는 자신에게 연결 설정(Association)된 STA이 없으므로, 메쉬 헤더가 없는 데이터 프레임을 별도로 브로드캐스팅하지는 않는다.

반면, MP(12)로부터 데이터 프레임을 수신한 MAP(14)는 다른 MP나 MAP(16)를 위하여 우선 메쉬 헤더가 있는 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다(Mesh Broadcast). 그리고 MAP(14)는 또한 자신에게 연결 설정된 STA(24)을 위하여 메쉬 헤더가 없는 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 이와 같이, 메쉬 헤더가 없는 데 이터 프레임의 브로드캐스팅을 기본 서비스 세트 브로드캐스트(Basic Service Set Broadcast, BSS Broadcast)라고 하는데, 메쉬 브로드캐스트와 BSS 브로드캐스트의 순서는 특별한 제한이 없다. 즉, MAP(14)는 동일한 내용의 데이터를 단지 그 포맷만 달리하여 메쉬 브로드캐스트와 BSS 브로드캐스트로 2회 브로드캐스팅한다. 그리고 MAP(14)로부터 데이터 프레임을 수신한 MAP(16)도, MAP(14)와 마찬가지로, 다른 MP 또는 MAP(18)를 위한 메쉬 브로드캐스트와 STA(26)을 위한 BSS 브로드캐스트를 한다.

결국, 종래의 브로드캐스팅 절차에 의하면, 네트워크의 특성에 관계 없이 TTL 한계를 넘지 않는 범위에서 데이터 프레임이 계속해서 브로드캐스팅될 수 있어서, 무선 메쉬 네트워크의 성능을 저하시키는 문제가 발생할 염려가 있다. 그리고 MAP는 메쉬 헤더를 포함하는 데이터 프레임과 메쉬 헤더가 없는 데이터 프레임을 각각 브로드캐스팅해야 하므로, 무선 메쉬 네트워크의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 MAP의 데이터 처리 부담을 가중시킨다.

한편, 무선 메쉬 네트워크에서는 포워딩 경로(Forwarding Path)를 찾기 위해 혹은 멀티미디어 등의 스트리밍을 위해서 멀티캐스트/브로드캐스트가 빈번하게 사용된다. 만약, 메쉬 포인트가 한가한 채널 상태(Idle Channel State)에서 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임을 수신하였다면, 상기 메쉬 포인트는 백오프(Backoff) 없이 일정한 시간, 예컨대 DIFS(Distributed Inter-Frame Space) 시간 후에 바로 수신된 프레임을 릴레이한다. 이 경우에 만일 다수의 메쉬 포인트가 상기 프레임을 수신한다면, 모든 메쉬 포인트가 상기 프레임을 멀티캐스트/브로드캐스트할 가능성 이 높기 때문에, 릴레이되는 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임의 충돌(Collision) 확률은 매우 높아진다. 이러한 경우에는 무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스트/브로드캐스트의 신뢰성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 메쉬 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 브로드캐스트를 수행하는 MAP의 부담을 완화시킬 수 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 멀티캐스트/브로드캐스트의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차는 무선기기들 사이에 모자(Parent-Child) 관계가 설정되어 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차로서, 브로드캐스팅되는 데이터 프레임을 수신한 자(Child) 무신기기가 상기 데이터 프레임의 송신자가 자신의 모(Parent) 무선기기와 동일한지를 판단하고, 그리고 판단 결과 상기 송신자와 상기 모 무선기기가 동일한 경우에만, 상기 자 무선기기가 수신된 데이터 프레임을 재브로드캐스팅하는 것을 포함한다. 상기 무선기기는 MP 또는 MAP일 수 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 재브로드캐스팅되는 데이터 프레임은 다른 무선기기 및 상기 자 무선기기와 연결 설정되는 무선국이 모두 인식 가능한 포맷을 가질 수 있다. 그리고 상기 자 무선기기는 자신에게 연결 설정된 무선국이 있는 경우에도 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅할 수 있다. 또한, 상기 무선기기들 사이의 모자 관계는 상기 무선 메쉬 네트워크의 프로엑티브 경로를 구성할 수 있다. 상기 데이터 프레임의 송신자가 자신의 모(Parent) 무선기기와 동일한지를 판단하는 것은 상기 데이터 프레임의 송신자 주소 필드에 포함되어 있는 정보를 이용할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차는 프로엑티브 경로가 설정되어 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차로서, 루트 무선기기가 목표 주소로서 브로드캐스트 주소를 갖는 제1 데이터 프레임을 전송하고, 상기 제1 데이터 프레임을 수신한 무선기기들 중에서, 상기 프로엑티브 경로에서 상기 루트 무선기기의 자(Child) 무선기기인 제1 무선기기만 상기 브로드캐스트 주소와 동일한 브로드캐스트 주소를 갖는 제2 데이터 프레임을 전송한다.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제2 데이터 프레임을 수신한 무선기기들 중에서, 상기 프로엑티브 경로에서 상기 제1 무선기기의 자 무선기기인 제2 무선기기만 목표 주소로서 상기 브로드캐스트 주소와 동일한 브로드캐스트 주소를 갖는 제3 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차에서는 멀티캐스트되는 데이터 프레임을 수신한 MP 또는 MAP는 그 데이터 프레임의 전송자가 자신의 모MP일 경우에만 이를 다시 재브로드캐스팅하도록 함으로써, 무선 메쉬 네트워크의 자원을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 불필요하게 데이터 프레임이 반복하여 브로드캐스팅되는 것을 방지할 수가 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차에 의하면, MP 또는 MAP는 동일한 데이터 프레임을 그 포맷을 달리하여 두 번 브로드캐스팅할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에 의하면, 메쉬 헤더가 포함된 데이터 프레임과 메쉬 헤더가 없는 데이터 프레임을 두 번 브로드캐스팅해야 하는 MAP의 부담(Overhead)를 완화시킬 수가 있다. 아울러, 메쉬 헤더가 포함된 포맷의 데이터 프레임은 브로드캐스트되는 데이터 프레임으로 더 이상 필요가 없기 때문에, 단순한 브로드캐스팅 절차의 구현이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스팅/브로드캐스팅 절차에 의하면, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임을 수신한 메쉬 포인트들은 비록 채널이 한가한 상태라고 하더라도 각각 임의의 시간 간격 동안 백오프를 수행한 후에 수신된 프레임을 다시 멀티캐스트/브로드캐스트한다. 따라서 이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 메쉬 포인트들에 의하여 릴레이되는 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임들간의 충돌을 방지함으로써, 멀티캐스트/브로드캐스트의 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 그리고 이하의 실시예에서는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차에 대해서만 설명한다. 그러나 후술하는 실시예에 포함되어 있는 본 발명의 기술적 사상은, 그 성질에 의하여 적용이 불가능한 경우를 제외하고, 무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스팅 절차에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.

도 2는 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)를 구성하는 무선 메쉬 네트워크의 구성의 일례를 보여 주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 무선 메쉬 네트워크는 다수의 STA(110a 내지 120h)과 하나 또는 그 이상의 MP(120a, 120b, 120c, 120d, 130)를 포함한다. 상기 MP 중에서 참조 번호 120a, 120b, 120c, 및 120d는 자신과 연결 설정된 STA이 존재하므로, AP의 기능을 동시에 수행하는 MP, 즉 MAP가 된다. 그리고 참조 번호 120a 및 120b의 MP는 유선 또는 무선의 분산 시스템(Distribution System, DS)(140)을 통해 외부 네트워크와 연결되는 개체인데, 이를 루트(Root) MP라 한다.

STA(110a 내지 120h)은 IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 비AP 스테이션(Non-AP Station)이다. 그리고 STA(110a 내지 120h)은 브로드캐스트 서비스에 가입하여 자신이 연결 설정한 MAP(120a, 120b, 120c 또는 120d)가 브로드캐스팅하는 데이터 프레임을 수신한다. 이러한 STA은 무선국이라는 명칭 외에 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등으로도 불릴 수 있다.

MP(120a, 120b, 120c, 120d, 130)는 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 개체로서, IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control)와 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 IEEE 802.11의 기능 개체이다. MP(120a, 120b, 120c, 120d, 130)는 메쉬 서비스(mesh services)를 지원하는 무선 기기인데, 메쉬 서비스는 매쉬 네트워크를 구성하는 MP들간에 직접 통신을 가능하게 해주는 서비스를 말한다. 이를 위하여, MP는 다른 MP를 위하여 브로드캐스트 프레임을 중계하며, 유니캐스트 프레임이나 멀티캐스트 프레임도 중계할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, MP는 설정되어 있는 프로액티브 경로를 통하여 자신의 모MP(Parent MP)로부터 멀티캐스트 데이터 프레임을 수신한 경우에만, 수신된 데이터 프레임을 다른 MP(보다 구체적으로는 자신의 자MP(Child MP))를 위하여 브로드캐스팅한다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.

그리고, 전술한 바와 같이 MP 중에서 AP로서의 기능을 함께 수행하는 MP를 특별히 MAP라고 한다. 따라서 MAP(120a, 120b, 120c, 120d)는 전술한 MP의 기능 외에도 자신에게 연결 설정된 무선국(Associated Station)을 위하여 AP로서의 기능도 수행한다. AP는 엑세스 포인트라는 명칭 외에 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), 노드-B, 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다. 그리고 본 발명에 의하 면, MAP(120a, 120b, 120c, 120d)는 종래와는 달리 동일한 포맷의 데이터 프레임을 이용하여 MP 및 STA을 위하여 단 1회만 브로드캐스팅을 하는데, 이에 대해서도 뒤에서 상세히 설명한다.

다음으로 무선 메쉬 네트워크에서의 MP들 사이의 메시지 전송 경로에 대하여 설명한다. 무선 메쉬 네트워크에서의 사용될 수 있는 경로 선택(Path Selection) 프로토콜의 하나로써, 이종 무선 메쉬 프로토콜(Hybrid Wireless Mesh Protocol, HWMP)가 있다. HWMP는 온-디맨드(On-demand) 경로 선택이 갖는 유연성을 프로엑티브 경로와 결합한 메쉬 경로 선택 프로토콜이다. 따라서 HWMP는 다양한 종류의 메쉬 네트워크에서 최적의 그리고 효율적인 경로 선택이 가능하도록 한다.

HWMP는 그 구성(Configuration)에 따라서 두 가지 모드의 동작을 지원하는데, 그것은 온-디맨드 모드와 프로엑티브 트리 빌딩 모드(Proactive Tree Building Mode)이다. 온-디맨드 모드에서는 MP가 피어간 경로(peer-to-peer path)를 이용하여 통신할 수가 있다. 이 모드는 일반적으로 루트 MP가 없는 구성에서 사용되지만, 루트 MP가 있는 경우라도 더 좋은 경로를 제공할 수 있다면 사용될 수도 있다. 프로엑티브 트리 빌딩 모드에 의하면, 루트 MP가 주기적으로 브로드캐스팅하는 프레임을 이용하는 메커니즘, 예컨대 경로 요청 프레임(Path Request, PREQ) 메커니즘 또는 루트 선언 프레임(Root Announcement, RANN) 메커니즘을 사용하여 경로가 설정되며, 이러한 경로는 동일한 메커니즘에 의하여 주기적으로 업데이트된다. 이하에서는 온-디맨드 모드 및 프로엑티브 트리 빌딩 모드에 따라 선택된 경로를 각각 온-디맨드 경로 및 프로엑티브 경로라고 칭하기로 한다.

프로엑티브 경로는 메시지 전송 경로가 루트 MP를 기점으로 하여 나무의 가지처럼 연쇄적으로 분기되어 있는 구조로서, MP들 사이의 메시지 전송 경로가 모자 관계(Parent-Child Relation)에 의하여 주기적으로 설정된다. 상기 모자 관계는 루트 MP를 기점으로 하여 다수의 MP들 사이에 조모-모-자-손자(Grand Parent-Parent-Child-Grand Child) 등으로 순서로 연속적으로 이어지는 트리 모양의 경로이다. 프로엑티브 경로를 설정하기 위한 방법은 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 PREQ 메커니즘이나 또는 RAAN 메커니즘이 사용될 수 있다.

반면, 주문형 경로는 메시지의 전송이 필요할 때에 MP들 사이의 임의적으로 설정되는 경로이다. 주문형 경로를 설정할 때에는 예컨대, AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 프로토콜을 사용할 수 있다. 주문형 경로는 루트 MP를 경유할 필요가 없는데, 예를 들어, 그 시점에서 소스 MP와 타깃 MP 사이에 가장 짧은 경로 또는 링크 특성(Link Metric)이 가장 좋은 경로로 설정될 수 있다.

HWMP에 의하면, 프로엑티브 트리 빌딩 모드와 주문형 모드는 서로 배타적이지 않기 때문에, 상기한 프로엑티브 경로와 주문형 경로는 서로 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 소스 MP가 목표 MP에게 처음 전송하는 데이터 프레임은 프로엑티브 경로를 따라 전송될 수 있다. 이 경우에, 프로엑티브 경로의 상향 경로를 따라 소스 MP에서 루트 MP로 데이터 프레임을 전송하고, 상기 프로엑티브 경로의 하향 경로를 따라 루트 MP로부터 목표 MP로 데이터를 전송한다. 그리고 이후에 목표 MP는 소스 MP를 향하여 주문형 경로를 찾은 다음에, 이 주문형 경로를 이용하여 다른 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

도 3은 무선 메쉬 네트워크에서의 전술한 메시지 전송 경로를 보여 주기 위한 도면으로서, MP④에서부터 MP⑨까지의 프로엑티브 경로와 주문형 경로가 각각 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, MP④에서부터 MP⑨까지의 프로엑티브 경로는 MP④에서 MP③ 및 MP②를 통해 루트 MP인 MP①로 이어지는 '상향 경로'와 루트 MP인 MP①에서 MP⑥을 거쳐 MP⑨로 이어지는 '하향 경로'로 이루어진다. 여기서, 상향 경로는 자MP로부터 모MP로(예컨대, MP④에서 MP③으로, MP③에서 MP②로, 그리고 MP②에서 MP①로) 향하는 경로로서, 종점이 루트 MP인 경로를 말하고, 하향 경로는 모MP로부터 자MP로(예컨대, MP①에서 MP⑥으로, 그리고 MP⑥에서 MP⑨로) 향하는 경로로서, 시점이 루트 MP인 경로를 말한다. 그리고 MP④에서부터 MP⑨까지의 주문형 경로는 예컨대, MP④에서 MP⑦을 거쳐 MP⑨로 가는 경로일 수 있다. 이러한 경로는 MP④에서 MP⑨로 또는 MP⑨에서 MP④로의 메시지 전송을 위하여 임시로 설정된 경로 중의 하나이다.

본 발명에 따른 브로드캐스팅 절차에서는 해당 네트워크에서 미리 설정되어 있는 프로엑티브 경로를 활용한다. 보다 구체적으로, 동일한 데이터 프레임이 계속하여 재브로드캐스팅되는 것을 방지할 수 있도록, 본 발명에서는 프로엑티브 경로에서의 모자 관계, 보다 구체적으로 하향 경로를 활용한다. 그리고 본 발명에 의하 면, 브로드캐스팅할 데이터 프레임의 소스가 STA인 경우에는, 상기 데이터 프레임이 하향 경로를 따라 브로드캐스팅될 수 있도록 프로엑티브 경로의 상향 경로를 이용하여 상기 데이터 프레임을 루트 MP로 전송한다. 아울러, 본 발명에서는 MP와 STA이 모두 인식 가능한 포맷의 데이터 프레임을 브로드캐스팅함으로써, MAP도 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 이하, 이에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 보여 주는 흐름도이다. 본 절차는 하나의 MP(또는 MAP)의 내부에서 수행되는 절차이다.

도 4를 참조하면, 브로드캐스트 데이터 프레임, 즉 브로드캐스트 주소를 가진 데이터 프레임을 수신한 MP는 상기 데이터 프레임의 송신자 주소(Sender Address)가 프로엑티브 경로에서 자신의 모MP(Parent MP)의 주소와 동일한지를 판단한다(S11). 본 실시예의 일 측면에 의하면, ESS에서 상기 데이터 프레임을 브로드캐스팅하기 시작하는 기능 개체는 루트 MP이다. 즉, 본 실시예에 의하면, 브로드캐스팅은 루트 MP가 시작을 하며, 브로드캐스팅되는 데이터 프레임은 DS를 통해서 외부 네트워크로부터 수신된 것이거나 또는 동일 ESS 내의 STA이 브로드캐스팅을 요청한 것일 수도 있다.

판단 결과, 상기 송신자 주소가 모MP의 주소와 동일하지 않으면, 상기 MP는 수신된 데이터 프레임을 더 이상 브로드캐스팅하지 않고 절차를 종료한다. 그러나 단계 S11에서의 판단 결과, 상기 송신자 주소와 모MP의 주소가 동일하면, 상기 MP 는 수신된 데이터 프레임을 재브로드캐스팅한다(S12). 이 경우, 상기 MP가 MAP인지에 관계없이 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 즉, 상기 MP가 자신에게 연결 설정된 STA을 갖는 MAP인 경우에도, 본 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차에 의하면, 상기 MP는 단 1회만 수신된 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 브로드캐스트 데이터 프레임을 수신한 MP는 수신된 데이터 프레임의 송신자가 프로엑티브 경로에서 자신의 모MP인 경우에는 데이터 프레임을 재브로드캐스팅하지만, 모MP가 아닌 경우에는 재브로드캐스팅을 하지 않는다. 재브로드캐스팅 여부를 판단할 때 해당 데이터 프레임의 전송자가 자신의 모MP인지 만을 확인하지, 수신된 데이터 프레임에 포함된 TTL 및/또는 시퀀스 번호를 이용하지 않는다. 따라서 브로드캐스팅하는 데이터 프레임에 TTL 및/또는 시퀀스 번호를 포함하기 위한 메쉬 헤더가 삽입될 필요가 없다. 본 실시예에 의하면, 특히 MAP는 MP 및 STA이 모두 인식할 수 있는 포맷을 갖는 데이터 프레임을 이용하여 단 1회만 브로드캐스팅하면 충분하다.

도 5는 본 발명에 따른 브로드캐스팅 절차에서 사용되는 데이터 프레임의 포맷의 일례를 보여 주는 블록도이다. 전술한 바와 같이, 도 5의 데이터 프레임(200)은 MP와 STA이 모두 인식이 가능한 포맷으로서, 메쉬 헤더를 포함하지 않는다. 도 5를 참조하면, 데이터 프레임(200)은 프레임 제어 필드(Frame Control, 210), 지속시간 필드(Duration, 220), 목표 주소 필드(Destination Address, 230), 송신자 주소 필드(Sender Address, 240), 소스 주소 필드(Source Address, 250), 시퀀스 제어 필드(Sequence Control, 260), QoS 제어 필드(QoS Control, 270), 프레임 바디 필드(Frame Body, 280) 및/또는 프레임 체크 시퀀스 필드(FCS, 290)를 포함한다. 다만, 본 실시예에 의하면, 종래와는 달리 시퀀스 번호가 필요 없기 때문에, 시퀀스 제어 필드(260)는 임의적인 구성 요소이다.

프레임 제어 필드(210)는 프로토콜 버전(Protocol Version), 유형(Type), 파워 관리, DS 등 해당 프레임의 제어, 관리, 송/수신을 위하여 필요한 정보들을 포함한다. 지속시간 필드(220)에는 하나의 데이터 프레임을 송신하기 위해 요구되는 시간 등의 정보가 포함될 수 있다. 목표 주소 필드(230)에는 데이터 프레임(200)의 최종 목표 STA의 주소가 포함되는데, 본 실시예의 경우에는 브로드캐스트 주소가 포함된다.

그리고 송신자 주소 필드(240)에는 데이터 프레임(200)을 전송하는 MP의 주소가 포함되는데, 본 실시예에서는 이 송신자 주소 필드(240)의 주소를 이용하여 데이터 프레임(200)의 송신자가 자신의 모MP인지를 판단한다. 소스 주소 필드(250)에는 데이터 프레임(200)을 최초로 전송 요청한 기기 또는 STA 등의 주소가 포함되는데, 예컨대 데이터 프레임(200)을 전송 요청한 무선 기기가 STA인 경우에 이 STA의 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)의 주소가 포함된다. 시퀀스 제어 필드(260)에는 브로드캐스팅되는 전체 데이터 시퀀스 중에서 해당 데이터 프레임(200)의 프래그먼트 번호(Fragment Number) 등의 정보가 포함된다.

또한, QoS 제어 필드(260)에는 해당 데이터 프레임(200)이 속하는 트래픽 카테고리(Traffic Category, TC) 또는 트래픽 스트림(Traffic Stream, TS)를 식별하기 위한 정보와 QoS와 관련된 다양한 정보 등이 포함된다. 프레임 바디 필드(28)은 전송하고자 하는 데이터의 전부 또는 그것의 일부(Fragment)가 포함된다. 그리고 프레임 체크 시퀀스 필드(290)는 수신된 데이터 프레임(200)에 오류가 없는지를 체크하기 위한 정보를 담고 있는데, 예를 들어, 32비트의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 코드를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 설명하기 위한 무선 메쉬 네트워크의 프로엑티브 경로를 보여 주는 ESS 구성도의 일례이다. 도 6에서는 하나의 STA(352)과 다수의 MP가 도시되어 있는데, 이것은 단지 설명의 편의를 위한 것이다. 예를 들어, 상기 MP의 전부 또는 일부 각각에는 하나 이상의 STA이 연결 설정하고 있을 수도 있으며, 이 경우 상기 MP는 MAP가 될 수도 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차는 기설정된 프로엑티브 경로를 활용하며, 데이터 프레임의 브로드캐스팅은 언제나 루트 MP(300)로부터 시작한다. 루트 MP(300)로부터 브로드캐스팅되는 데이터 프레임의 포맷에 대한 일례는 도 5를 참조하여 위에서 설명하였으므로, 여기서는 이에 대한 설명은 생략한다.

그리고 본 실시예에 의하면, 루트 MP(300)가 브로드캐스팅을 개시할 데이터 프레임에 포함되는 데이터를 획득하는 경로는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 루트 MP(300)는 DS를 통해 다른 네트워크로부터 브로드캐스팅할 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 해당 메쉬 네트워크의 내부 무선국에서 브로드캐스트해야할 데이터가 있는 경우에는, 루트 MP(300)는 상기 무선국, 예컨대 STA(342)으로부터 브로드캐스팅할 데이터를 수신할 수도 있다. 이 경우에, STA(342)은 자신이 연결 설정한 AP(322)에게 브로드캐스팅할 데이터를 전송하면, AP(322)는 프로엑티브 경로의 상향 경로를 이용하여 브로드캐스팅할 데이터를 루트 MP(300)에게 전송한다. 즉, 브로드캐스팅될 데이터는 STA(342)으로부터 MAP(322)와 MP(312)를 거쳐서 루트 MP(300)로 전송된다.

도 7은 STA(342)이 브로드캐스팅을 요청한 데이터를 MAP(322)로부터 루트 MP(300)로 전송할 때 사용하는 데이터 프레임에 대한 포맷의 일례를 보여 주는 블록도이다. 이러한 포맷의 데이터 프레임은 유니캐스트 방식에 따라서 MAP(322)로부터 루트 MP(300)로 전송될 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다.

도 7을 참조하면, 데이터 프레임(400)은 프레임 제어 필드(Frame Control, 402), 지속시간 필드(Duration, 404), 수신자 주소 필드(Receiver Address, 406), 송신자 주소 필드(Sender Address, 408), 목표 주소 필드(Destination Address, 410), 시퀀스 제어 필드(Sequence Control, 412), 소스 주소 필드(Source Address, 414), Qos 제어 필드(QoS Control, 416), 메쉬 헤더 필드(Mesh Header, 418), 프레임 바디 필드(Frame Body, 420), 및 프레임 체크 시퀀스 필드(422, FCS)를 포함한다. 이하에서는 도 5를 참조하여 설명한 데이터 프레임(200) 포맷과의 차이점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에서는 프로엑티브 경로의 상향 경로를 이용하여 데이터를 루트 MP로 전송하므로, 수신자 주소 필드(406)에는 데이터 프레임(400)을 전송하는 MP의 모MP의 MAC 주소가 포함되고, 목표 주소 필드(410)에는 루트 MP의 주소가 포함된다. 소스 주소 필드(414)에는 예를 들어, 데이터의 브로드캐스팅을 요청한 STA이 연결 설정한 MP의 MAC 주소가 포함될 수 있다.

그리고 도 7을 참조하면, 메쉬 헤더(418)는 메쉬 플래그 서브필드(Mesh Flag, 418a), TTL 서브필드(TTL, 418b), 메쉬 시퀀스 번호 서브필드(Mesh Sequence Number, 418c), 브로드캐스트 주소 서브필드(Broadcast Address, 418d), 및 소스 스테이션 주소 서브필드(Source STA Address, 418e)를 포함한다. 상기 서브필드들은 모두 필수적인 구성 요소는 아니며, 그 일부는 임의적인 구성 요소이다. 예를 들어, TTL 서브필드(418b), 메쉬 시퀀스 번호 서브필드(418c), 및/또는 소스 스테이션 주소 서브필드(418e)는 해당되는 정보가 있거나 또는 필요한 경우에만 포함시킬 수가 있다.

메쉬 플래그 서브필드(418a)는 해당 필드가 메쉬 헤더라는 것을 지시하는 정보를 포함하고, 브로드캐스트 주소 서브필드(418d)에는 데이터 프레임(400)의 브로드캐스트 주소가 포함된다. 그리고 소스 스테이션 주소 서브필드(418d)는 데이터 프레임의 브로드캐스팅을 요청한 개체가 STA일 경우에만 포함되는 것으로서, 상기 STA에 대한 MAC 주소가 포함된다.

계속해서 도 6을 참조하여 본 실시예에 대하여 설명한다.

브로드캐스팅할 데이터를 획득한 루트 MP(300)는 상기 데이터를 이용하여 멀티캐스트할 데이트 프레임을 생성한다. 생성된 데이터 프레임은 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같은 데이터 프레임일 수 있다. 그리고 루트 MP(300)는 생성된 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 이 경우에 루트 MP(300)가 커버하는 영역 내에 위치하 는 모든 MP 및/또는 STA들은 루트 MP(300)가 브로드캐스팅한 데이터 프레임을 수신할 수 있다. 상기 MP 및/또는 STA에는 참조 번호 312와 314의 MP들도 포함되며, 이 외에 다른 MP들도 포함될 수 있다.

다음으로, 브로드캐스팅되는 데이터 프레임을 수신한 STA들은 해당 데이터 프레임의 전송자가 자신이 연결 설정한 MAP의 주소가 일치하는지를 확인하여, 주소가 서로 일치하면 수신된 데이터 프레임에 대한 후처리를 실시하지만, 그렇지 않을 경우에는 이를 버린다. 그리고 브로드캐스팅되는 데이터 프레임을 수신한 MP들(참조 번호 312, 314, 등)은 각각 수신된 데이트 프레임의 송신자 주소가 프로엑티브 경로에서의 자신의 모MP의 주소와 일치하는지를 판단하여, 주소가 일치하지 않을 경우에는 수신된 데이터 프레임을 버린다. 반면, 수신된 데이트 프레임의 송신자 주소가 프로엑티브 경로에서의 자신의 모MP의 주소와 일치할 경우에는, 그 MP(312, 314)는 각각 자신을 송신자 주소로 하는 데이터 프레임을 생성하여 이를 재브로드캐스팅한다. 이와 같이, 재브로드캐스팅되는 프레임에 대한 포맷도 예컨대 도 4에 도시된 포맷을 가질 수 있으며, 이러한 프레임은 MP뿐만 아니라 STA도 인식할 수가 있는 구성을 갖는다.

다음으로, 참조 번호 312 및 314가 재브로드캐스팅한 데이터 프레임에 대해서도, 루트 MP(300)가 브로드캐스팅한 데이터 프레임에서 설명한 것과 동일한 절차가 진행된다. 그 결과, 참조 번호 312 및 314에 연결 설정된 STA들은 멀티캐스트로 서비스되는 데이터 프레임을 수신할 수가 있다. 그리고 프로엑티브 경로에서 참조 번호 312 및 314 MP의 자MP들도 각각 수신된 데이터 프레임을 재브로드캐스팅한다. 계속해서, 이후의 절차도 이와 동일한 방식으로 진행되어, 해당 네트워크의 모든 MP들에 연결 설정된 모든 STA들이 브로드캐스트 서비스되는 데이터 프레임을 수신할 수가 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 도식적으로 보여 주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 우선 루트 MP(32)가 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 이 경우, 루트 MP(32)에 연결 설정한 STA이 없는 경우에는 루트 MP(32)가 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 것은 종래의 메쉬 브로드캐스트에 해당된다. 그리고 루트 MP(32)가 브로드캐스팅하는 데이터 프레임을 수신한 MAP(34)는, 해당 데이트 프레임의 전송자가 자신의 모MP이므로 이를 다시 브로드캐스팅한다. MAP(34)에는 하나 또는 그 이상의 STA(44)이 연결 설정되어 있지만, MAP(34)는 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다. 따라서 MAP(34)가 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 것은 종래의 메쉬 브로드캐스트와 BSS 브로드캐스트를 모두 포함한다. 계속해서, MAP(36) 및 MAP(38)에서도 MAP(34)에서와 동일한 과정이 반복된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크에서의 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임의 릴레이를 위한 채널 접속 메커니즘에 대하여 설명한다. 후술하는 채널 접속 메커니즘은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅(멀티캐스팅) 절차에 적용될 수 있음은 물론, 종래 기술에 따른 브로드캐스팅 절차 또는 멀티캐스팅 절차에도 동일하게 적용될 수 있다. 따라서 브로드캐스트/멀티캐스트 프레임을 수신한 메쉬 포인트가 수신된 프레임을 릴레이할지 여부나 또는 릴레이한다고 하더라도 어떤 절차에 따라서 릴레이하는지는 본 발명의 실시예에 따른 채널 접속 메커니즘과는 전혀 상관이 없다.

본 발명의 실시예에 따른 채널 접속 메커니즘에 의하면, 메쉬 포인트는 채널이 한가한 상태인지 여부에 상관없이 항상 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임을 백오프한다. 이것은 채널 상태가 한가한 상태이면 백오프없이 DIFS 시간 후에 수신된 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임을 전송하는 기존의 채널 접속 메커니즘과는 상이하다. 하지만, 본 발명의 실시예에 의하면, 채널 상태가 한가한 경우에도 백오프를 수행하며, 이러한 백오프 시간이 만료된 후에 다시 DIFS 시간 후에 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임을 전송한다.

본 발명의 실시예에 따라서 무선 메쉬 네트워크에서 메쉬 포인트가 수신된 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임의 릴레이를 위하여 백오프를 수행하는 경우에, 상기 백오프 시간은 예를 들어, [0, CW_min]에서 결정될 수 있다. 본 실시예의 일 측면에 의하면, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임의 충돌 확률을 줄이기 위하여, 상기 CW_min은 AC_BE(Access Category_Best Effort)에서 선택될 수 있다. 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 AC_BE가 아닌 AC_VO(Access Category_Voice) 또는 AC_VI(Access Category_Video) 등에서 CW_min이 선택되는 경우에는 멀티캐스트/브로드캐스트의 충돌 확률을 줄이기 위하여 충돌 보호(Collision Protection) 기법, 예 컨대 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send) 프레임의 교환과 같은 방법을 함께 사용할 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 특허청구범위에 포함되어 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1은 심플 플러딩 방법을 이용하는 종래의 브로드캐스팅 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)를 구성하는 무선 메쉬 네트워크의 구성의 일례를 보여 주는 구성도이다.

도 3은 무선 메쉬 네트워크에서 메시지 전송 경로인 프로엑티브 경로와 주문형 경로를 보여 주기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 보여 주는 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 브로드캐스팅 절차에서 사용되는 데이터 프레임의 포맷의 일례를 보여 주는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 설명하기 위한 무선 메쉬 네트워크의 프로엑티브 경로를 보여 주는 ESS 구성도의 일례이다.

도 7은 무선국이 브로드캐스팅을 요청한 데이터를 MP가 루트 MP로 전송할 때 사용하는 데이터 프레임에 대한 포맷의 일례를 보여 주는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 브로드캐스팅 절차를 도식적으로 보여 주는 도면이다.

Claims (7)

1. 무선기기들 사이에 모자(Parent-Child) 관계가 설정되어 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차에 있어서,

   브로드캐스팅되는 데이터 프레임을 수신한 자(Child) 무신기기가 상기 데이터 프레임의 송신자가 자신의 모(Parent) 무선기기와 동일한지를 판단하고; 및

   판단 결과, 상기 송신자와 상기 모 무선기기가 동일한 경우에만 상기 자 무선 기기가 수신된 데이터 프레임을 재브로드캐스팅하는 것을 포함하는 브로드캐스팅 절차.
2. 제1항에 있어서, 상기 재브로드캐스팅되는 데이터 프레임은 다른 무선기기 및 상기 자 무선기기와 연결 설정되는 무선국이 모두 인식 가능한 포맷을 갖는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.
3. 제1항에 있어서, 상기 자 무선기기는 자신에게 연결 설정된 무선국이 있는 경우에도 단 1회만 데이터 프레임을 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.
4. 제1항에 있어서, 상기 무선기기들 사이의 모자 관계는 상기 무선 메쉬 네트워크의 프로엑티브 경로를 구성하는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.
5. 제1항에 있어서, 상기 데이터 프레임의 송신자가 자신의 모(Parent) 무선기기와 동일한지를 판단하는 것은 상기 데이터 프레임의 송신자 주소 필드에 포함되어 있는 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.
6. 프로엑티브 경로가 설정되어 있는 무선 메쉬 네트워크에서의 브로드캐스팅 절차에 있어서,

   루트 무선기기가 목표 주소로서 브로드캐스트 주소를 갖는 제1 데이터 프레임을 전송하고,

   상기 제1 데이터 프레임을 수신한 무선기기들 중에서, 상기 프로엑티브 경로에서 상기 루트 무선기기의 자(Child) 무선기기인 제1 무선기기만 상기 브로드캐스트 주소와 동일한 브로드캐스트 주소를 갖는 제2 데이터 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2 데이터 프레임을 수신한 무선기기들 중에서, 상기 프로엑티브 경로에서 상기 제1 무선기기의 자 무선기기인 제2 무선기기만 목표 주소로서 상기 브로드캐스트 주소와 동일한 브로드캐스트 주소를 갖는 제3 데이터 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 브로드캐스팅 절차.

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