KR20120070333A

KR20120070333A - 무선 망에서 노드들에게 시간 동기 전달을 지원하는 통신 방법

Info

Publication number: KR20120070333A
Application number: KR1020100131850A
Authority: KR
Inventors: 예충일; 안동현
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-29
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: US20120155370A1; US9014213B2; KR101781193B1

Abstract

시간 기준을 공유하는 노드들이 정해진 프레임을 이용하여 서로 정보를 교환하는 무선 통신 환경에서, 주변 상황에 의하여 노드가 시간 동기 획득에 실패하였을 경우, 인접 노드들이 프레임 내에 정의된 프리앰블을 이용하여 동기 획득에 실패한 노드에게 동기를 전달하도록 지원하는 프로토콜을 제공한다.

Description

무선 망에서 노드들에게 시간 동기 전달을 지원하는 통신 방법{method for supporting relaying time synchronization to neighbor nodes in wireless network}

본 발명은 통신 프로토콜에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 무선 망에서 노드들에게 시간 동기 전달을 지원하는 통신 방법에 관한 것이다.

복수의 노드들이 전파 자원을 공유하여 사용하는 무선 시스템에서 중앙 통제 없이 개별 노드들이 정해진 약속에 따라 충돌이 최소화 되도록 효율적으로 전파 자원을 점유하고 패킷을 송수신하는 알고리즘을 랜덤 멀티플 액세스(random multiple access)라고 한다. 이 경우 모든 노드들이 공통으로 참조할 수 있는 시간 기준이 있으면 전파 사용 효율을 크게 개선시킬 수 있다. 더욱 중요한 것은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)과 같이 싱글 채널(single channel)인 전파 자원을 복수의 노드들이 공유하며 점유 경쟁을 하는 경우 공통 시간 기준은 전파를 사용하는 효율성에 관련된 것이지만, OFDMA(orthogonal frequency division multiplexing access)를 이용하여 노드들이 복수 채널(multiple channel)의 전파 자원을 공유할 경우 공통 시간 기준은 동작에 필수적인 요구 사항으로 효율 개선 이상의 의미가 부여된다. 따라서 노드간 동기는 효율 개선뿐만 아니라 경우에 따라서는 동작에 필수적인 요구 사항이 된다.

IEEE 802.11 WLAN을 이용한 무선망의 경우 노드들이 공통된 시간 기준을 가지지 않고, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)라고 명명된 알고리즘을 이용하여 랜덤한 방식으로 채널을 점유하고 패킷을 전송하며, 패킷 선두에 항상 프리앰블을 첨가하여 수신 노드가 패킷의 시작 시점을 인지하도록 한다.

이 밖에, 전통적 이동 통신 시스템에서는 기지국들이 GPS(global positioning system) 등을 이용한 공통된 시간 기준을 가지고 있으므로 기지국들이 통신 프레임 시작 시점을 정렬할 수가 있다. 대개의 경우 기지국이 전송하는 다운 링크 프레임에 프리앰블이 삽입되고, 단말들은 이 프리앰블을 이용하여 프레임의 시작 시점, 즉 공통 시간 기준을 인식할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공통 시간 기준을 가지고 있는 복수의 노드들과 장애물에 의한 차폐 등으로 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 복수의 노드들로 구성된 무선 망에서, 노드들간에 시간 동기를 제공하기 위한 통신 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 무선 망에서, 특정 노드가 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 노드에게 동기를 전달하는 통신 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 동기를 획득한 노드들과 획득하지 못한 노드들로 구성된 무선 망에서 프리앰블을 이용하여 동기를 획득한 노드들이 그렇지 못한 노드들에게 동기를 전달하는 프로토콜 통신 방법을 제공하는 것이다.

위의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 방법은, 공통 시간 기준인 동기를 획득한 제1 노드들과 동기를 획득하지 못한 제2 노드들을 포함하는 무선 망에서, 동기를 획득한 노드가 그렇지 못한 노드에게 동기를 전달하는 통신 방법에서, 상기 제2 노드가 적어도 하나의 제1 노드로부터 전송되는 프리앰블을 수신하고, 상기 프리앰블은 전송되는 프레임의 설정된 위치에 배치되어 있는 단계; 상기 제2 노드가 상기 수신한 프리앰블을 이용하여 시간 동기를 획득하는 단계; 및 상기 시간 동기를 획득한 제2 노드가 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서 하나를 선택하고, 선택된 제1 노드로부터 프리앰블을 제공받아 획득한 시간 동기를 유지 관리하는 단계를 포함한다.

위의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른 방법은 공통 시간 기준인 동기를 획득한 제1 노드들과 동기를 획득하지 못한 제2 노드들을 포함하는 무선 망에서, 동기를 획득한 노드가 그렇지 못한 노드에게 동기를 전달하는 통신 방법에서, 상기 제2 노드가 적어도 하나의 제1 노드가 전송하는 프레임 내의 규정된 위치에 배치되어 있는 프리앰블을 수신하여 임시적으로 동기를 획득하고, 프레임 내에 규정된 위치에 배치되어 있는 NMU(network management unit) 슬롯이 전달하는 메시지를 수신하는 단계; 상기 제2 노드가 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서 하나를 선택하는 단계; 상기 제2 노드가 선택된 제1 노드에 대하여 계속적인 프리앰블 전송을 요청하는 정보가 기록된 프리앰블 전송 요청 필드를 포함하는 NMU 메시지를 상기 선택된 제1 노드로 전송하는 단계; 및 상기 제2 노드가 상기 선택된 제1 노드로부터 제공되는 프리앰블을 이용하여 획득한 시간 동기를 유지 관리하는 단계를 포함한다.

이러한 본 발명의 특징에 따른 통신 방법에서, NMU 메시지는 메시지를 전송하는 노드의 식별자를 포함하는 송신기 ID 필드; 인접한 노드들의 식별자 집합을 나타내는 인접 노드 정보 필드; 노드의 상태를 나타내는 노드 상태 필드; 프리앰블 전송을 요청함을 나타내는 프리앰블 요청 필드; 프리앰블 전송 중단을 요청함을 나타내는 프리앰블 전송 중단 요청 필드를 포함한다.

여기서, 상기 노드 상태 필드는 노드가 백본에 연결되어 있는지의 여부를 나타내는 백본 커넥션 상태, 노드가 어떠한 방법으로 동기를 획득하였는지를 나타내는 동기 획득 상태, 노드가 인접 노드들의 요청에 의하여 프레임마다 프리앰블을 전송하는 상태인지 아니면 NMU 메시지를 전송하는 경우에 프리앰블을 전송하는 상태인지를 나타내는 계속 프리앰블 전송 상태, 노드가 다른 노드에게도 요청에 의하여 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있는 상태인지를 나타내는 프리앰블 활용 상태, 그리고 노드가 전원을 공급받는 방식을 나타내는 전원 공급 상태 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 공통 시간 기준을 가지고 있는 복수의 노드들과 장애물에 의한 차폐 등으로 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 복수의 노드들로 구성된 무선 망에서, 공통 시간 기준 획득에 실패한 노드가 용이하게 동기를 획득할 수 있다.

또한 NMU 메시지를 이용하여 동기를 획득하는 통신 프로토콜을 제공하여, 전파 자원(스펙트럼) 사용 효율을 개선할 수 있으며, OFDMA에 기반한 복수 채널 랜덤 멀티플 액세스 및 OFDMA에 기반한 복수 채널 멀티홉 애드혹 망 구성 및 사용이 가능하다.

또한, 광산 붕괴, 건물 화재 등 재난 시의 특정 지역에서 노드들이 공통 시간 동기를 획득할 수 없는 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블, NMU 슬롯을 이용한 동기 릴레잉 방법을 토대로, 재난 현장과 지휘소 사이의 통신 연결을 가능하게 할 수 있다. 이외에도, 차량간(vehicle-to-vehicle) 및 센서/액츄에이터(sensor/actuator) 애드 혹 네트워크에서도 활용하여 동기를 획득할 수 있다.

또한 인접 노드들의 전원 상태 등을 인지한 다음에 프리앰블 전송을 요청하거나 전송 중단을 요청할 수 있으므로, 에너지 인식(power-aware) 형태로 망을 운영할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NMU 메시지의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 방법의 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 망에서 노드들에게 시간 동기 전달을 지원하는 통신 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선망은 공통 시간 기준을 가지고 있는 복수의 노드들과 장애물에 의한 차폐 등으로 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 복수의 노드들이 포함되어 있는 무선망인 것으로 가정한다.

이러한 무선망에서 공통 시간기준을 가정하고 설계된 프레임 구조에 따라 패킷을 송수신 하는 경우, 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 노드들은 프레임 시작 위치를 알 수 없기 때문에 상기 프레임 구조에 따라 패킷을 송수신할 수 없다. 프레임 구조 설계시 프레임 내의 특정 위치에 프리앰블을 정의한 경우, 공통 시간 기준을 가지고 있는 노드가 이 프리앰블을 전송하여 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 노드에게 동기를 전달할 수 있다. 마찬가지로 프리앰블을 이용하여 동기를 획득한 노드는 다시 프리앰블을 전송하여 또 다른 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 노드에게 동기를 재 전달하는 것도 가능하다. 이와 같이 동기를 전파하는 방법을 "프리앰블을 이용한 동기 릴레잉(relaying)" 방법이라고 명명한다.

프리앰블을 이용한 동기 릴레잉 방법을 사용할 경우, 공통 시간 기준을 가지고 있는 모든 노드들이 프리앰블을 전송할 필요가 없을 뿐 아니라, 공통 시간 기준을 가지지는 못했지만 프리앰블을 수신하여 동기를 획득한 모든 노드들도 프리앰블을 전송할 필요가 없다. 본 발명의 실시 예에서는 이러한 프리앰블을 이용한 동기 릴레잉을 토대로 하는 통신 방법을 제공한다. 특히 언제 어떤 노드들이 프리앰블을 송신하며 또 공통 시간 기준을 가지고 있지 않은 노드가 어떠한 방식으로 인접 노드에게 프리앰블 송출을 요구하는 구체적이 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조를 나타낸 도이다.

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 프레임은 프리앰블(10)과, 복수의 패킷 데이터 유닛(packet data unit, PDU) 슬롯(20), 복수의 네트워크 유지 유닛(network maintenance unit, NMU) 슬롯(30), 복수의 ACK(acknowledgement) 슬롯(40)을 포함하고, 이외에도 RTS(request to send) 슬롯(50), 그리고 CTS(cleat to send) 슬롯(60)을 더 포함한다.

프레임의 선두에 프리앰블(10)이 위치하며, 이에서 N(N=양의 정수)개의 PDU 슬롯(20)들이 위치되고, 이어서, K개의 NMU 슬롯(30)들이 위치된다. 그리고 K(K=양의 정수)개의 NMU 슬롯(30)에 이어서 PDU 슬롯과 동일한 수 즉, N개의 ACK 슬롯(40)들이 위치된다. ACK 슬롯(40) 다음에 L(L=양의 정수)개의 RTS 슬롯(50)이 위치하고 마지막으로 RTS 슬롯과 동일한 수의 CTS 슬롯(60)이 위치되며, 이어서 다음 프레임이 시작된다. 각 슬롯 사이에는 RF 스위칭 타임 및 디코딩에 필요한 시간을 고려하여 전송을 하지 않는 갭(gap) 타임이 정의되어 있다. 갭은 송수신 전환 및 디코딩에 소요되는 시간을 고려한 전송이 허용되지 않는 구간을 나타낸다.

프리앰블(10)은 프리앰블 신호로 동기 전달(relay)에 이용된다.

PDU 슬롯(20)은 사용자 데이터를 전송할 때 사용되는 슬롯 또는 채널이며, NMU 슬롯(30)은 라우팅, 동기 릴레잉 등의 목적으로 인접 노드들을 대상으로 방송되는 슬롯 또는 채널을 나타낸다. ACK 슬롯(40)은 해당 PDU의 수신 성공/실패를 알리기 위해 사용되는 슬롯 또는 채널이며, RTS 슬롯(50)은 PDU 점유 요청에 사용되는 슬롯 또는 채널이고, CTS 슬롯(60)은 RTS 슬롯을 이용한 PDU 점유 요청을 허가하는데 사용되는 슬롯 또는 채널을 나타낸다.

프레임의 세로축은 부반송파 순서를 나타내고, 가로축은 OFDMA 심볼 순서를 나타낸다. 슬롯은 개별적인 통신 채널 역할을 하므로 노드들이 각 슬롯을 이용하여 개별적인 메시지를 송수신할 수 있을 뿐만 아니라, OFDMA 특징상 개별 노드가 복수의 슬롯을 동시에 처리할 수 있으므로, 본 발명의 실시 예와 같은 구조의 프레임은 복수 채널(multi-channel) 랜덤 다중 액세스 및 멀티 홉 연결(multi-hop connection)을 지원하는 복수 채널 무선 애드혹(Ad-hoc) 망 구성을 용이하게 지원할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 N=20, K=6, L=5인 것을 예로 들었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시 예에 따른 프레임은 도 1에 도시된 구조에 한정되지 않으며, 예를 들어, OFDM 및 싱글 캐리어(single carrier) 방식의 프레임 구조도 사용될 수 있다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 프레임을 이용하여 통신을 하는 경우, PDU 슬롯(20)은 ACK 슬롯(40)과 짝을 이룬다. 예를 들어 각 슬롯에 대하여 도 1에서와 같이 "xx"(x=0, 1, 2, 3, …,) 번호를 부여한 경우, PDUxx는 ACKxx와 짝을 이룬다. 그러므로 PDUxx을 수신하도록 지정된 노드는 반드시 ACKxx 슬롯을 이용하여, PDUxx을 이용하여 수신된 데이터의 디코딩의 성패 여부를 PDUxx을 송신하도록 지정된 노드에게 통보하여야 한다. 예를 들어, PUD 00은 ACK 00과 짝을 이루며, PDU 00을 수신하도록 지정된 노드는 PDU 00을 이용하여 수신한 데이터에 대한 ACK를 ACK 00을 이용하여 PDU 00을 송신한 노드에게 통보한다.

이러한 무선 통신 환경에서, 공통 시간 동기를 획득한 노드가 통신을 시작하기 위하여 제일 먼저 해야 할 작업은 PDU와 ACK의 점유 여부를 측정하는 것이다. PDUxx와 ACKxx 슬롯 모두가 다른 노드들에 의해 점유되지 않았을 경우, 공통 시간 동기를 획득하였으며 통신 시작을 하고자 하는 노드(이하, 설명의 편의를 위하여 통신 시작 노드라고 명명함)가 PDUxx 슬롯을 이용하여, 다른 노드에게 데이터를 송신하겠다는 요구 메시지를 RTS 슬롯을 이용하여 보낼 수 있다.

한편 PDUxx 슬롯이 다른 노드에 의하여 점유되어 있고 ACKxx 슬롯은 점유되어 있지 않을 경우에도, 통신 시작 노드는 RTS 슬롯을 이용하여 PDUxx 사용 허가를 얻기 위한 절차를 시작할 수 있다. 이 경우 WLAN의 노출 노드 문제(exposed node problem)를 완전하게 해결할 수 있다.

또한 PDUxx 슬롯과 이와 짝을 이루는 ACKxx 슬롯이 모두 다른 노드에 의하여 점유되었을 경우와, PDUxx 슬롯은 다른 노드에 의하여 점유되어 있지 않지만 ACKxx 슬롯은 점유된 경우에, 노드가 RTS를 통해 PDUxx 사용 허가 신청을 하지 않는 것으로 정한다면, WLAN의 숨겨진 노드 문제(hidden node problem)도 완전히 해결할 수 있다.

CTS 슬롯(60)은 RTS 슬롯을 사용하여 PDU 슬롯 사용 신청을 한 노드에게 해당 PDU 사용을 허가하는 절차에 사용되는 슬롯이다. 노드들은 랜덤 멀티플 액세스 과정을 통하여 PDU/ACK 슬롯을 예약할 목적으로 RTS 슬롯(50) 및 CTS 슬롯(60)을 사용하며, 일단 예약이 된 PDU/ACK 슬롯은 계속적인 사용이 가능하다.

NMU 슬롯(30)은 라우팅 경로 설정 및 동기 릴레잉에 사용될 수 있다. 노드는NMU 슬롯(30)을 이용하여 인접 노드들의 정보와 동기 릴레잉을 지원하는 프로토콜에 필요한 정보들을 전송할 수 있다. 모든 노드들은 설정 시간 t초마다 랜덤한 시각에 NMU 슬롯을 전송한다. 예를 들어 프레임의 길이가 10 msec, t=5sec라고 가정한다면, 모든 노들은 매 500 프레임마다 하나의 NMU 슬롯을 랜덤한 방식으로 선택하고, 선택된 NMU 슬롯에 필요한 정보들을 전송한다. 노드들은 랜덤하게 NMU 슬롯을 전송함에 따라 충돌이 발생할 경우에도, 이에 상관없이 계속적으로 t초마다 랜덤한 시각에 NMU 슬롯을 전송한다. NMU 슬롯에 의해 전송되는 정보는, 단말의 이동에 의한 환경 변화에 적응하기 위해 시간에 따라 변화된다.

NMU 슬롯은 예약 절차 없이 노드들이 무작위로 선택하여 사용할 수 있다. NMU 슬롯 구간에서는 충돌이 발생 하더라도 충돌 해결 절차를 별도로 수행하지 않는다. 따라서 노드들은 설정 시간마다 무작위로 하나의 NMU 슬롯을 선택하여 라우팅 경로 설정 및 프리앰블을 이용한 동기 릴레잉을 지원하기 위한 정보를 전송한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NMU 슬롯을 통하여 전송되는 메시지의 포맷을 나타내며, 해당 NMU 메시지의 구체적인 포맷은 다음 표 1과 같다.

내용	설명
송신기 ID	NMU를 송신하는 노드의 식별자(identification)
인접 노드 정보	인접한 노드들의 식별자 집합
노드 상태	노드에 대하여 백본 커넥션(Backbone connection) 상태, 동기 획득 상태, 계속적 프리앰블 전송 상태, 프리앰블 활용 상태를 나타냄
프리앰블 전송 요청	n 개의 비트로 구성되며, 프리앰블 전송을 요청함. n은 인접한 노드들의 식별자 수
프리앰블 전송 중단 요청	n 개의 비트로 구성되며, 프리앰블 전송 중단을 요청함. n은 인접한 노드들의 식별자 수
기타	CRC을 포함한 다른 종류의 필드들 전송

위의 표 1 및 도 2에서와 같이, NMU 슬롯(30)을 통하여 전송되는 NMU 메시지는 송신기 ID 필드(F1), 인접 노드 정보 필드(F2), 노드 상태 필드(F3), 프리앰블 전송 요청 필드(F4), 프리앰블 전송 중단 요청 필드(F5), 기타 필드(F6)를 포함한다.

송신기 ID 필드(F1)는 NMU 슬롯을 전송하는 노드의 식별자를 나타낸다.

인접 노드 정보 필드(F2)는 인접한 노드들의 식별자 집합을 나타낸다. 인접 노드 수가 n개일 경우, 인접 노드 정보 필드는 인접 노드 ID 1, 인접 노드 ID 2, …, 인접 노드 ID n을 포함할 수 있다.

노드 상태 필드(F3)는, 노드의 백본 커넥션(Backbone connection) 상태, 동기 획득 상태, 계속적 프리앰블 전송 상태, 프리앰블 활용 상태 중 적어도 하나의 상태를 나타낸다.

백본 커넥션 상태는 노드가 백본에 연결되어 있는지의 여부를 나타내며, 구체적으로 해당 노드가 백본에 연결되어 있는지 아니면 단순히 멀티홉 연결을 지원하는 릴레이 노드인지를 나타낸다.

동기 획득 상태는 노드의 동기 획득 방법을 나타낸다. 예를 들어 노드가 GPS을 이용하여 동기를 획득하였는지 아니면 인접 노드가 전송하는 프리앰블을 이용하여 동기를 획득하였는지를 나타낸다.

계속적 프리앰블 전송 상태는 NMU를 송신하는 노드가 인접 노드들의 요청에 의해 프레임마다 프리앰블을 송신하는 상태인지 또는 NMU 전송 시에만 프리앰블을 전송하는지 여부를 나타낸다.

프리앰블 활용 상태는 노드가 해당 NMU 전송 시에 함께 보내는 프리앰블 이외에도 다른 노드의 요청에 의하여 계속적으로 프리앰블을 전송하고 있는 지의 여부를 나타낸다. 이를 위하여 프리앰블 활용 상태는 n 비트로 나타낼 수 있으며, 인접 노드 정보 필드(F2)에 나열되는 인접 노드의 배열 순서와 일대일로 매핑된다. 예를 들어, 소정 인접 노드에 대하여 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있는 경우에는 "1"로 표시하고, 소정 인접 노드에 대하여 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있지 않는 경우에는 "0"으로 표시한다. 따라서 인접 노드 정보 필드(F2)에 인접 노드 ID 1, 인접 노드 ID 2, …, 인접 노드 ID n와 같은 순으로 인접 노드들이 배열되어 있고, 프리앰블 활용 상태가 "110…0"으로 설정되어 있는 경우는, 해당 NMU를 전송하는 노드는 인접 노드 1과 인접 노드 2의 요청에 의해서 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있음을 나타낸다. 또한 프리앰블 활용 상태가 "000…0"으로 설정되어 있는 경우는, 해당 NMU를 전송하는 노드에게 프리앰블 전송을 요청한 인접 노드가 없으며, NMU 전송 외 시점에서 프리앰블을 전송하지 않음을 나타낸다.

전원 공급 상태는 해당 노드에게 공급되는 전원 공급 방식을 나타낸다. 예를 들어 해당 노드가 전지 또는 발전 장치(power plant)로부터 전원을 공급받음을 나타낸다.

프리앰블 전송 요청 필드(F4)는 프리앰블 전송을 요청함을 나타낸다. 프리앰블 전송 요청 필드(F4)는 n 비트로 이루어지며, 위의 프리앰블 활용 상태와 같이, 인접 노드 정보 필드(F2)에 나열된 인접 노드 배열 순서와 일대일로 매핑된다. 예를 들어 프리앰블 전송 요청 필드(F4)가 "01…0"으로 설정되어 있는 것은, 노드가 인접 노드 ID 2에게 계속적인 프리앰블 전송을 요청하고 있음을 나타낸다.

프리앰블 전송 중단 요청 필드(F5)는 프리앰블 전송 중단을 요청함을 나타낸다. 프리앰블 전송 중단 요청 필드(F4)는 n 비트로 이루어지며, 위의 프리앰블 활용 상태와 같이, 인접 노드 정보 필드(F2)에 나열된 인접 노드 배열 순서와 일대일로 매핑된다. 예를 들어 프리앰블 전송 중단 요청 필드(F5)가 "01…0"으로 설정되어 있는 것은, 노드가 인접 노드 ID 2에게 프리앰블 전송 중단을 요청함을 나타낸다.

기타 필드(F6)는 CRC(cyclic redundancy check) 필드와 같이 NMU를 이용하여 전송될 수 있는 다른 종류의 기타 필드들을 나타낸다.

다음에는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 방법의 흐름도이며, 특히 프리앰블을 이용한 동기 릴레잉을 수행하는 통신 방법에 대한 흐름도이다. 여기서는 한 홉(One-hop) 동기 전달을 수행하는 것만을 도시하였지만, 이것을 토대로 멀티 홉 동기 전달에도 동일하게 적용할 수 있다.

GPS 또는 다른 노드가 전송한 프리앰블을 이용하여 공통 시간 기준(동기)을 획득한 노드는, NMU 전송 시에 프리앰블을 전송할 수 있다. 이것은 방해물 차폐 등의 원인으로 동기를 획득하지 못한 다른 노드들에게 동기를 제공하는 수단이 된다. GPS 등으로 동기를 획득한 노드는 프리앰블 없이 프레임 시작 시점을 인지하지만, 동기 획득이 실패한 노드는 동기를 획득한 노드가 전송하는 프리앰블을 이용하여 동기를 획득할 수 있으며, 또한 획득한 동기를 다시 프리앰블을 이용하여 재 전달할 수 있다.

공통 시간 기준 즉, 동기 획득에 실패한 노드는 송수신이 불가능하다. 그러나 본 발명의 실시 예에서, 동기 획득에 실패한 노드는 인접 노드가 송신하는 프리앰블을 이용하여 순시적으로 동기를 획득하고 인접 노드들이 송출하는 NMU을 디코딩 할 수 있다.

첨부한 도 3에서와 같이, 동기가 확립되지 않은 노드(100)가 프리앰블과 함께 NMU가 전송되기를 대기하고 있는 상태에서(S100), 동기가 확립된 인접 노드 집단(200)에 포함되는 노드들은 라우팅 설정 등에 활용하기 위하여 설정 시간 간격을 두고 연속적으로 전송해야 하는 메시지 즉, NMU 메시지와 함께 프리앰블을 전송한다(S110). 여기서 전송되는 NMU 메시지는 위의 표 1에서 살펴본 바와 같은 포맷으로 이루어질 수 있다.

동기 획득에 실패한 노드 즉, 아직 동기가 확립되지 않은 노드(100)는 주변의 동기가 확립된 인접 노드 집단(200)에 포함되는 인접 노드들 즉, 인접 노드1, 인접 노드2, …, 인접 노드 k, …, 인접 노드 m)로부터 프리앰블과 함께 전송되는 NMU 메시지를 수신하고, 수신되는 프리앰블을 이용하여 순시적 동기를 획득한다. 동기가 확립되지 않은 노드(100)는 인접 노드들로부터 전송되는 NMU 메시지를 수신하고 디코딩하여 인접 노드의 상태를 분석한다(S120~S160).

그리고 순시적 동기를 획득한 노드(100)가 지속적인 동기 획득이 필요한 경우, 인접 노드들의 상태를 고려하여 특정 인접 노드에게 지속적인 프리앰블 전송을 요청 한다. 구체적으로 순시적 동기를 획득하였으나 지속적으로 동기 획득이 필요한 노드(100)는, 인접 노드들이 송신한 NMU 메시지들을 디코딩하고 분석하여 하나의 인접 노드를 선택한다. 예를 들어, 지속적인 동기 획득이 필요한 노드(100)는 인접 노드들로부터 송신되는 NMU 메시지들의 노드 상태 필드의 전원 공급 상태와 동기 획득 상태를 참고하여, 가능한 한 발전 장치로부터 전원을 공급받으면서 GPS의 도움으로 동기를 획득하고 있는 인접 노드(예: 인접 노드 k)를 선택한다(S170).

다음, 지속적인 동기 획득이 필요한 노드(100)는 선택되는 인접 노드 k에게 NMU 메시지를 이용하여 프리앰블 전송을 요청한다(S180). 즉, NMU 메시지의 프리앰블 전송 요청 필드(F4)에 선택된 인접 노드에 대하여 프리앰블을 요청함을 기록하고 해당 NMU 메시지를 전송한다. 예를 들어, 인접 노드들 중에서 ID 2의 인접 노드를 선택한 경우, 프리앰블 전송 요청 필드(F4)에 인접 노드 정보 필드(F2)에 기록된 인접 노드들의 배열 순서에 매핑시켜 "0100…0"을 기록하여, 인접 노드 ID 2에게 지속적인 프리앰블 전송을 요청함을 나타낸다.

지속적인 동기 획득이 필요한 노드(100)로부터 전송되는 NMU 메시지를 수신한 인접 노드(예를 들어, 인접 노드 ID 2)가 해당 요청을 수락하고 이후 지속적으로 프리앰블을 전송하면(S190), 지속적인 동기 획득이 필요한 노드(100)는 계속적으로 전송되는 프리앰블을 이용하여 안정된 동기를 확보할 수 있다. 이후 노드(100)는 획득한 동기를 토대로 데이터 송수신을 할 수 있다(S200).

한편 위에 기술된 바와 같이 인접 노드로부터 계속적으로 전송되는 프리앰블을 이용하여 안정된 동기를 확보하였던 노드(100)가, 상황이 변하여 예를 들어 GPS을 이용하여 동기를 확립하거나 더 이상 통신이 필요 없는 경우, 해당 인접 노드에게 프리앰블 전송 중단을 요청할 수 있다. 이 경우, 노드(100)는 NMU 메시지의 프리앰블 전송 중단 요청 필드(F5)에 해당 인접 노드에 대응하여 "1"을 기록하여 해당 NMU 메시지를 전송하여, 자신이 지속적 프리앰블 전송 요청을 한 인접 노드에게 프리앰블 전송 중단 요청을 한다(S210, S220). 예를 들어, 인접 노드 ID 2로부터 계속적으로 프리앰블을 전송받았던 경우, 프리앰블 전송 중단 요청 필드(F5)에 인접 노드 정보 필드(F)에 기록된 인접 노드들의 배열 순서에 매핑시켜 "0100…0"을리록하여, 인접 노드 ID 2에게 프리앰블 전송 중단을 요청함을 표시한다.

이후 해당 NMU 메시지를 수신한 인접 노드(예를 들어, 인접 노드 ID 2)는 프리앰블 전송을 중단한다(S230). 만일 프리앰블 전송 서비스를 제공한 노드 (ID 2)가 노드(100)이외에 또 다른 노드로부터도 프리앰블 전송요청을 받았을 경우는 노드(100)으로부터 프리앰블 중단 요청이 있더라도 계속적으로 프리앰블을 전송할 수 있다.

위에 기술된 바와 같은 통신 방법을 통하여, 동기를 획득한 노드와 동기를 획득하지 않은 노드들이 혼합되어 있는 무선 망에서, NMU 메시지를 이용하여 동기를 획득하지 노드들에게 프리앰블을 전달하는 동기 릴레잉을 수행함으로써, 노드들간에 동기가 이루어지도록 할 수 있다. 여기서 동기 릴레잉을 위한 NMU는 라우팅 경로 설정 지원을 위해 NMU을 전송하는 경우보다 빈번하게 전송할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

공통 시간 기준인 동기를 획득한 제1 노드들과 동기를 획득하지 못한 제2 노드들을 포함하는 무선 망에서, 동기를 획득한 노드가 그렇지 못한 노드에게 동기를 전달하는 통신 방법에서,
상기 제2 노드가 적어도 하나의 제1 노드로부터 전송되는 프리앰블을 수신하고, 상기 프리앰블은 전송되는 프레임의 설정된 위치에 배치되어 있는 단계;
상기 제2 노드가 상기 수신한 프리앰블을 이용하여 시간 동기를 획득하는 단계; 및
상기 시간 동기를 획득한 제2 노드가 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서하나를 선택하고, 선택된 제1 노드로부터 프리앰블을 제공받아 획득한 시간 동기를 유지 관리하는 단계
를 포함하는, 통신 방법.
제1항에 있어서,
상기 프리앰블을 수신하는 단계는, 적어도 하나의 제1 노드로부터 함께 송부되는 프리앰블과 NMU(network management unit) 메시지를 수신하고,
상기 NMU 메시지는 설정 시간 간격으로 연속적으로 전송되는, 통신 방법.
제2항에 있어서,
상기 시간 동기를 유지 관리하는 단계는
상기 제2 노드가 적어도 하나의 제1 노드로부터 전송된 NMU 메시지를 분석하고 분석 결과를 토대로 하나의 제1 노드를 선택하는 단계;
상기 제2 노드가 상기 선택된 제1 노드에게 프리앰블의 계속적 전송을 요청하는 NMU 메시지를 전송하는 단계; 및
상기 제2 노드가 선택된 제1 노드로부터 계속적으로 프리앰블을 제공받아 시간 동기를 유지하는 단계
를 포함하는, 통신 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 노드를 선택하는 단계는, 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서, GPS(global positioning system)을 이용하여 동기를 획득하고 있는 노드를 선택하는, 통신 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 노드를 선택하는 단계는, 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서, 발전 장치로부터 전원을 공급받고 있는 노드를 선택하는, 통신 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 노드가 시간 동기 유지를 위하여 선택된 제1 노드로, 프리앰블 전송 중단을 요청하는 단계
를 더 포함하는, 통신 방법.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서
상기 프레임은 프리앰블, PDU(packet data unit) 슬롯, NMU 슬롯, ACK(acknowledgment) 슬롯을 포함하고, 상기 프리앰블은 전송되는 프레임의 제일 선두에 위치되는, 통신 방법.
제7항에 있어서
상기 NMU 슬롯을 통하여 NMU 메시지를 전송하며,
상기 NMU 메시지는
메시지를 전송하는 노드의 식별자를 포함하는 송신기 ID 필드;
인접한 노드들의 식별자 집합을 나타내는 인접 노드 정보 필드;
노드의 동작 상태를 나타내는 노드 상태 필드;
프리앰블 전송을 요청함을 나타내는 프리앰블 요청 필드;
프리앰블 전송 중단을 요청함을 나타내는 프리앰블 전송 중단 요청 필드
중 적어도 하나를 포함하는, 통신 방법.
제8항에 있어서,
상기 노드 상태 필드는
노드가 백본에 연결되어 있는지의 여부를 나타내는 백본 커넥션 상태,
노드가 어떠한 방법으로 동기를 획득하였는지를 나타내는 동기 획득 상태,
노드가 인접 노드들의 요청에 의하여 프레임마다 프리앰블을 전송하는 상태인지 아니면 NMU 메시지를 전송하는 경우에 프리앰블을 전송하는 상태인지를 나타내는 계속 프리앰블 전송 상태,
노드가 다른 노드에게도 요청에 의하여 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있는 상태인지를 나타내는 프리앰블 활용 상태, 그리고
노드가 전원을 공급받는 방식을 나타내는 전원 공급 상태
중 적어도 하나를 포함하는, 통신 방법.
제9항에 있어서,
상기 프리앰블 활용 상태는 상기 인접 노드 정보 필드에 나열되는 인접 노드의 식별자 배열 순서와 일대일로 매핑되어, 해당 노드에 대하여 프리앰블을 전송하고 있는지의 여부를 나타내는 복수 비트의 데이터를 포함하는, 통신 방법.
제9항에 있어서,
상기 프리앰블 전송 요청 필드 및 상기 프리앰블 전송 중단 요청 필드는 상기 인접 노드 정보 필드에 나열되는 인접 노드의 식별자 배열 순서와 일대일로 매핑되어, 해당 노드에 대하여 프리앰블 전송을 요청하는지 또는 해당 노드에 대하여 프리앰블 전송 중단을 요청하는지를 나타내는 복수 비트의 데이터를 각각 포함하는, 통신 방법.
공통 시간 기준인 동기를 획득한 제1 노드들과 동기를 획득하지 못한 제2 노드들을 포함하는 무선 망에서, 동기를 획득한 노드가 그렇지 못한 노드에게 동기를 전달하는 통신 방법에서,
상기 제2 노드가 적어도 하나의 제1 노드가 전송하는 프레임 내의 규정된 위치에 배치되어 있는 프리앰블을 수신하여 임시적으로 동기를 획득하고, 프레임 내에 규정된 위치에 배치되어 있는 NMU(network management unit) 슬롯이 전달하는 메시지를 수신하는 단계;
상기 제2 노드가 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서 하나를 선택하는 단계;
상기 제2 노드가 선택된 제1 노드에 대하여 계속적인 프리앰블 전송을 요청하는 정보가 기록된 프리앰블 전송 요청 필드를 포함하는 NMU 메시지를 상기 선택된 제1 노드로 전송하는 단계; 및
상기 제2 노드가 상기 선택된 제1 노드로부터 제공되는 프리앰블을 이용하여 획득한 시간 동기를 유지 관리하는 단계
를 포함하는, 통신 방법.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 노드로부터 전송되는 NMU 메시지는 해당 노드의 노드의 동작 상태를 나타내는 노드 상태 필드를 포함하고,
상기 노드 상태 필드는,
노드가 백본에 연결되어 있는지의 여부를 나타내는 백본 커넥션 상태,
노드가 어떠한 방법으로 동기를 획득하였는지를 나타내는 동기 획득 상태,
노드가 인접 노드들의 요청에 의하여 프레임마다 프리앰블을 전송하는 상태인지 아니면 NMU 메시지를 전송하는 경우에 프리앰블을 전송하는 상태인지를 나타내는 계속 프리앰블 전송 상태,
노드가 다른 노드에게도 요청에 의하여 프리앰블을 계속적으로 전송하고 있는 상태인지를 나타내는 프리앰블 활용 상태, 그리고
노드가 전원을 공급받는 방식을 나타내는 전원 공급 상태
중 적어도 하나를 포함하는, 통신 방법.
제13항에 있어서,
상기 선택하는 단계는
상기 적어도 하나의 제1 노드들로부터 전송되는 NMU 메시지의 노드 상태 필드를 분석하고, 그 결과를 토대로 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서 하나를 선택하는, 통신 방법.
제14항에 있어서,
상기 선택하는 단계는, 상기 적어도 하나의 제1 노드들 중에서, GPS(global positioning system)을 이용하여 동기를 획득하고 있으며, 발전 장치로부터 전원을 공급받고 있는 노드를 선택하는, 통신 방법.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 노드가 시간 동기 유지를 위하여 선택된 제1 노드로, 프리앰블 전송 중단을 요청하는 정보가 기록된 프리앰블 전송 중단 요청 필드를 NMU 메시지에 포함시켜서 전송하는 단계
를 더 포함하는, 통신 방법.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선만은 복수 채널(multi-channel) 랜덤 다중 액세스 및 멀티 홉 연결(multi-hop connection)을 지원하는 복수 채널 무선 애드혹(Ad-hoc) 망인, 통신 방법.