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KR20140112807A - 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법 - Google Patents

기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR20140112807A
KR20140112807A KR1020130027355A KR20130027355A KR20140112807A KR 20140112807 A KR20140112807 A KR 20140112807A KR 1020130027355 A KR1020130027355 A KR 1020130027355A KR 20130027355 A KR20130027355 A KR 20130027355A KR 20140112807 A KR20140112807 A KR 20140112807A
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KR
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transmission
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base station
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KR1020130027355A
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강홍구
최준성
백인철
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 다중중계 무선통신망을 위한 매체접속제어와 이를 위한 프레임 구조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 잦은 전송요청을 발생시키는 영상, 음성 등과 갖는 데이터를 기지국 중심으로 운용하는 다중 중계 무선 통신망을 위한 매체 접속 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 제안된 중앙집중식 매체접속제어 알고리즘을 적용함으로써 영상, 음성과 같이 빠른 주기로 운용되는 데이터 트래픽을 운용하는 기지국 기반의 통신망에서 다중중계 및 안정적인 서비스 운용이 가능하다는 점을 들 수 있다.

Description

기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법{Centralized Media Access Control Apparatus and Method for Base station based multi relay wireless communication network}
본 발명은 다중중계 무선통신망을 위한 매체접속제어와 이를 위한 프레임 구조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 잦은 전송요청을 발생시키는 영상, 음성 등과 갖는 데이터를 기지국 중심으로 운용하는 다중 중계 무선 통신망을 위한 매체 접속 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
통신 단말들이 이동하는 무선 환경에서 안정적인 서비스 지원을 위해서는 통신노드들 간의 직접적인 데이터 송수신은 물론, 통신 노드를 통한 데이터 다중중계가 필요하다.
이러한 무선 다중중계를 위한 매체 접속 제어 알고리즘으로는 개별 통신노드들이 무선채널의 사용을 독립적으로 확인하고, 그 결과 무선채널이 사용되지 않으면 데이터를 송수신하는 분산형 매체 접속 제어 알고리즘을 널리 사용하고 있다.
이러한 분산형 매체접속제어 알고리즘은 개별 통신노드에서 구현이 가능하고, 그 구조가 간단하며, 통신 노드 수가 증가하더라도 시스템 복잡성의 큰 증가 없이 서비스 지원이 가능하다는 장점을 갖고 있다.
그러나, 이러한 분산형 매체 접속 제어는 영상, 음성 등과 같이 잦은 전송 요청을 발생시키는 데이터 서비스를 운용하는 경우에는 통신 노드들 간의 무선채널을 동시에 사용하려는 시도로 인하여 매체접속 시 충돌을 발생시키고, 이에 따라 커다란 성능 저하가 생긴다는 단점을 갖는다.
또한 이러한 매체접속 시 충돌로 인한 성능 저하는 통신 트래픽이 기지국과 같이 특정 노드로 집중되는 경우에는 더욱 크게 증가하게 된다.
부연하면, 음성, 영상과 같이 잦은 발생빈도를 갖는 데이터 트래픽이 기지국 중심으로 운용되는 다중중계 무선통신망을 위한 매체 접속 제어 알고리즘에 있어서, 일반적인 무선통신망의 매체접속제어로서는 분산형 알고리즘이 널리 사용된다.
그런데, 이러한 알고리즘들은 음성, 영상과 같이 잦은 빈도로 전송이 요청되는 경우에 다수의 통신노드들이 동시에 무선채널을 점유하여 사용하려하기 때문에 발생되는 매체접속 충돌 및 다중중계를 위한 추가적인 송수신 절차로 인한 통신망 성능 저하가 발생된다.
이러한 매체접속 충돌로 인한 성능저하라는 단점을 극복하기 위하여 기지국 기반의 중앙집중식 매체접속제어가 요구되며, 이러한 중앙집중식 매체 접속 제어 및 이를 원활하게 운용하기 위한 프레임 구조가 요구되고 있었다.
1. 한국공개특허번호 제10-2008-0051494호 2. 한국등록특허번호 제10-0895621호 3. 한국공개특허번호 제10-2007-0032719호
본 발명의 배경기술의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 매체접속 충돌로 인한 성능저하라는 단점을 극복하기 위하여 기지국 기반의 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 중앙집중식 매체 접속 제어 및 이를 원활하게 운용하기 위한 프레임 구조를 제공하는 기지국 기반의 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 잦은 전송요청을 발생시키는 영상, 음성 등과 갖는 데이터를 기지국 중심으로 운용하는 다중 중계 무선 통신망을 위한 매체 접속 제어 장치를 제공한다.
상기 매체 접속 제어 장치는, 다수의 통신 노드로 이루어진 무선 통신망의 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치에 있어서,
상기 다수의 통신노드 중 하나는 기지국이 되며, 상기 기지국은 상기 다수의 통신 노드간의 링크 품질을 체크하여 특정 시점에서 상기 무선 통신망의 토폴로지를 결정하여, 결정된 토폴로지를 기반으로 상기 다수의 통신 노드 각각에 자원을 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 기지국은 MAP(Manufacturing Automation Protocol) 정보를 포함하는 데이터를 이용하여 상기 통신 노드들의 개별 송수신 시점을 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 통신노드들의 송수신 시점 할당은 중앙 집중식 방식으로 기지국에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 할당된 송수신 시점은 MAP 정보에 포함되어 상기 다수의 통신 노드들 모두에게 공유되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보의 공유는 상기 다수의 통신 노들을 마스터와 슬레이브 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보의 공유에 대한 신뢰성 향상을 위하여 중복 전송 기능이 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보의 전송은 슈퍼 프레임 구조를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 슈퍼 프레임 구조는,
채널; 상기 채널을 포함하는 다수의 프레임; 상기 다수의 프레임을 포함하는 다수의 슈퍼 프레임; 및 상기 다수의 슈퍼 프레임을 그룹화한 슈퍼 프레임 그룹을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 슈퍼 프레임 내의 프레임 개수는 상기 토포롤지의 형태에 따라 가변적인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보의 공유에서 용이성과 효율성을 고려하여 단순한 중복 전송이 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 데이터에는 MAP 정보의 끊임없는 공유가 가능하도록 다음 슈퍼 프레임 그룹의 MAP 정보도 같이 포함하여 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 중복전송을 위하여 다수의 Super Frame들을 묶어 하나의 Super Frame Group으로 이용하여 동일한 MAP이 Super Frame Group 내에서는 중복 전송되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 통신망의 토포롤지 변화 및 이에 따른 MAP의 전송은 Super Frame Group 단위로 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보에는 채널, 프레임, 슈퍼 프레임 및 슈퍼 프레임 그룹의 크기 및 할당 내역이 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 통신망내 다수의 통신 노드들이 동기를 유지할 수 있도록 상기 MAP 정보는 각 프레임, 슈퍼 프레임 및 슈퍼 프레임 그룹들의 ID를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보는 토폴로지의 구조를 따라 모든 통신노드에게 전해질수 있도록 상기 토폴로지의 정보도 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보의 할당은 상기 다수의 통신노드들 간의 링크 품질을 관리하는 상기 기지국에서 상기 토폴로지에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 기지국은 상기 MAP 정보를 상기 토폴로지상의 중계노드로서 동작하는 마스터들에게 전송 및 전달하여 모든 마스터들과 공유하며, 모든 마스터들은 자신의 슬레이브들에게 상기 MAP 정보를 전송하여 상기 다수의 통신노드들이 동일한 MAP 정보를 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MAP 정보 기반의 송수신 매체 접속 제어를 위해 제어와 데이터가 분리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로 본 발명의 다른 일실시예는, 매체접속 제어부가 물리 계층으로부터 인터럽트가 발생했는지를 확인하는 단계;
확인 결과, 인터럽트가 발생하였다면 상기 매체접속 제어부가 매체접속 제어로부터 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임, 프레임 ID 및 MAP를 해석하는 단계;
해석 결과, 현재 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하는 단계;
전송 데이터가 존재하는 것으로 확인되면, 상기 매체접속 제어부가 물리계층 제어부로 전송 명령을 전달하는 단계;
이와 달리, 전송 데이터가 존재하지 않으면, 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하는 단계;
상기 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하면, 상기 매체접속 제어부가 전송 준비하고 상기 매체 접속 제어를 통해 물리계층에 데이터를 전달하고 종료하는 단계; 및
이와 달리, 상기 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하지 않는 경우, 종료하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 방법을 제공한다.
또 다른 한편으로 본 발명의 또 다른 일실시예에는,
매체 접속 제어가 데이터를 수신하였는지 확인하는 단계;
확인결과, 상기 데이터가 수신되었으면 상기 매체 접속 제어가 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임 및 프레임 ID 획득하고, 이를 매체 접속 제어부로 전송하는 단계;
상기 매체 접속 제어부가 상기 데이터가 수신이 가능한지를 판단하는 단계;
판단 결과, 상기 데이터가 수신 가능한 것으로 판단되면, 상위 계층 제어부를 통해 상위 계층으로 데이터를 전달하고 수신 프로세스를 종료하는 단계; 및
판단 결과, 상기 데이터가 수신 가능하지 않은 것으로 판단되면, 상기 데이터를 폐기하고, 수신 프로세스를 종료하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 배경기술에 따른 이러한 성능저하를 방지하기 위하여 중앙집중식 매체접속제어 알고리즘이 제시된다.
제시된 중앙 집중식 매체 접속 알고리즘은 기지국이 획득된 통신노드들 간의 무선채널 상태를 기반으로 MAP 정보를 생성하고, 이를 다중중계를 이용하여 모든 통신노드들에게 전송한다. 통신노드들은 수신된 MAP 정보를 분석하여 자신에게 할당된 시점에 무선채널을 사용함으로써 동시에 다수의 통신노드들이 매체접속을 시도하지 않도록 하여 매체 접속 충돌을 사전에 방지하고, Frame 할당을 통하여 다중중계 기능을 효과적으로 지원할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 제안된 중앙집중식 매체접속제어 알고리즘을 적용함으로써 영상, 음성과 같이 빠른 주기로 운용되는 데이터 트래픽을 운용하는 기지국 기반의 통신망에서 다중중계 및 안정적인 서비스 운용이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 분산 매체 접속 제어 방식의 무선랜과 중앙집중식 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 무선 통신망의 전달 성공률 성능을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 집중식 매체 접속 제어를 위한 프레임 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 집중식 매체 접속 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 매체 접속 제어 송신의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 매체 접속 제어 수신의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 중계 무선 통신망 토폴로지 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 MAP(Manufacturing Automation Protocol) 정보 구성의 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
일반적으로, 다중 중계 무선 통신망에서 매체 접속 제어는 하나의 공용 무선매체를 다수의 통신노드들이 충돌 없이 사용하여 안정적인 데이터 서비스를 가능케 하는 중요 기술이다.
이러한 다중 중계 무선 통신망의 매체접속제어로서 CSMA-CA(Carrier Sensing Multiple Access- Collision Avoidance)와 같은 분산형 알고리즘이 널리 사용이 된다.
분산형 알고리즘은 그 구현 및 통신노드 수 증가에 따른 시스템 확장성이 우수한 특성을 갖는 반면에, 데이터 전송 요청 빈도의 증가에 따라 다수의 통신노드들이 동시에 무선 매체 사용을 시도함으로써 발생되는 매체접속 충돌로 인하여 성능 저하가 발생된다.
도 1은 분산 매체접속제어 방식인 무선랜과 중앙집중식 TDMA 기반의 무선통신망의 전달 성공률 성능을 보여준다.
부연하면, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분산 매체 접속 제어 방식의 무선랜(100)과 중앙집중식 TDMA(Time Division Multiple Access)(110) 기반의 무선 통신망의 전달 성공률 성능을 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 통신 트래픽이 적은(통신 노드수가 적은) 경우에는 분산 매체 접속 제어 방식이 우수한 성능을 보이지만, 채널 용량에 근접할수록(통신 노드 수가 증가할수록) 잦은 매체접속 충돌로 인한 성능 저하가 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 충돌로 인한 성능 저하는 다수의 통신 노드들이 하나의 기지국으로 데이터를 전송하는 운용환경에서는 더욱 크게 증가 될 수 있다. 또한, 분산 매체접속제어는 다중중계 무선통신망의 Hidden Node, Expose Node 문제를 줄이기 위한 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send)와 같은 추가적인 송수신 프로토콜을 요구하는데, 이는 추가적인 통신망 성능 저하를 가져온다.
따라서, 트래픽 발생 빈도가 잦은 트래픽이 하나의 기지국으로 집중되는 무선 통신망에서도 매체접속 충돌을 발생시키지 않으면서 안정적인 다중중계 지원이 가능한 중앙 집중식 매체 접속 제어 기술이 필요하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 집중식 매체 접속 제어를 위한 프레임 구조를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 매체 접속 제어는 통신 노드들 간의 매체 접속 충돌로 인한 성능저하를 막기 위하여, 기지국 기반의 중앙 집중식 매체 접속 제어를 수행한다.
기지국(미도시)은 모든 통신노드들 간의 링크 품질을 적절한 방법으로 유지 관리하며, 이를 기반으로 특정 시점에서의 통신망 토폴로지를 결정하게 된다.
결정된 토폴로지를 기반으로 각 통신노드에게 자원을 할당하고, 자원 할당 결과를 기반으로 전송 시점을 MAP(Manufacturing Automation Protocol)를 이용하여 명시하여, 통신노드들 간의 매체접속충돌을 방지하게 된다.
이러한 MAP 정보를 전송하기 위하여 본 발명은 프레임(Frame) 기반의 전송을 이용하며, 다중중계를 지원하기 위하여 통신 토폴로지에 따른 동적 Frame 지원이 가능하도록 슈퍼 프레임(Super Frame)을 적용한다.
또한, 매체접속제어 정보인 MAP의 신뢰성 있는 공유를 위하여 Super Frame Group을 이용한 중복 전송을 적용한다.
본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼 프레임 그룹을 이용한 프레임(Frame) 구조는 Channel, Frame, Super Frame 및 Super Frame Group으로 구성이 되며 각 포함관계는 다음과 같다.
채널(Channel)(231)은 통신망 관리상 구분되는 최소 단위로 크게 데이터 채널, 제어채널 등과 같이 용도 및 Uplink 채널, Downlink 채널과 같이 데이터 흐름에 따라 구분되어 진다.
이러한 Channel(231) 들이 모여 하나의 Frame(230)을 구성하게 된다. Frame(230)은 하나의 마스터와 다수의 슬레이브들이 송수신되는 기본 단위로서 서로 직접적인 무선 통달거리에 있는 통신노드들의 전송 단위로 이용된다.
여기서 마스터는 동일 통신범위내의 통신 노드들 중에서 기지국 또는 기지국의 역할을 대신하여 시간 동기를 제공해주는 통신노드이며, 마스터에 동기를 맞추어 송수신을 수행하는 모든 타 통신노드들은 슬레이브라 한다.
일반적인 다중중계가 적용되지 않는 경우에는 이러한 Frame 내에 모든 통신노드들이 채널을 할당받아 데이터 송수신이 가능하지만, 다중중계가 적용되는 경우에는 통신 가능한 노드들에게만 Frame(221)내 Channel(231)을 할당해 줄 수 있으므로, 추가적은 Frame을 모든 통신노드들에게 적절한 방법으로 교대로 제공해주어야 원활한 서비스 지원이 가능하다.
이러한 다중노드들의 통신을 위한 다수의 Frame(221)들의 모임으로 Super Frame(220)을 이루게 되며, 하나의 Super Frame(211) 내의 Frame 개수는 Topology의 형태에 따라 가변적으로 운용이 가능하다.
Super Frame(211)은 다시 여러 개가 모여서 Super Frame Group(210)을 이루며 이는 통신망 관리를 위한 단위로 적용된다. 즉, 통신망의 Topology 변화 및 이에 따른 MAP의 전송은 Super Frame Group 단위로 적용된다.
슈퍼 프레임 그룹(201)은 다시 여러 개가 모여서 데이터 스트림(200)이 된다.
여기서, MAP 정보는 각 통신 노드들의 송수신 시점을 할당하는 정보로서, 통신 토폴로지내의 모든 통신 노드들과 동기를 유지하면서 동일 시점에 적용되어야만 무선 매체를 사용하는데 충돌을 발생시키지 않는다.
이러한 기능을 위하여 MAP의 내용에는 Channel, Fame, Super Frame 및 Super Frame Group의 크기 및 할당 내역을 포함하여야 하며, 무선 통신망내의 모든 통신 노드들이 동기를 유지할 수 있도록 각 Frame, Super Frame, Super Frame Group들의 ID를 포함하여야 한다.
또한, MAP 정보가 통신 토폴로지 구조를 따라 모든 통신노드에게 전해질수 있도록 통신 토폴로지 정보도 포함되어야 한다. 이러한 MAP 정보 할당은 모든 통신노드들 간의 링크 품질을 관리하는 기지국(미도시)에서 통신 토폴로지에 따라 결정하게 된다.
기지국(미도시)은 결정된 MAP 정보를 통신 토폴로지상의 중계노드로서 동작하는 마스터들에게 전송 및 전달하여 모든 마스터들과 공유하며, 모든 마스터들은 자신의 슬레이브들에게 MAP 정보를 전송하여 무선통신망 내 모든 통신노드들이 동일한 MAP 정보를 공유할 수 있도록 한다.
이러한 MAP 정보 공유 방법에서 신뢰성을 높이기 위하여 재전송 흐름제어 적용이 필요하지만, 시스템 구성 용이성과 효율성을 고려하면 단순한 중복전송만을 적용하더라도 MAP 정보를 신뢰성 있게 공유할 수 있다.
이러한 중복전송을 위하여 다수의 Super Frame들을 묶어 하나의 Super Frame Group으로 이용하여 동일한 MAP이 Super Frame Group 내에서는 중복 전송되도록 한다.
이와 같은 방법으로 MAP 정보를 모든 통신노드들이 공유하게 되면, 각 통신노드들은 MAP 정보를 기반으로 자신에게 할당된 Super Frame Group, Super Frame, Frame, Channel에서 송신 및 수신을 수행하게 된다.
이처럼 기지국이 제공하는 단일 MAP 정보를 기반으로 모든 통신노드들이 할당된 시간에 무선채널을 할당받아 사용하기 때문에 매체접속 충돌을 방지할 수 있고, 이는 과도한 트래픽 운용에서도 안정적인 서비스 지원을 가능케 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 집중식 매체 접속 제어 구성도이다. 도 3을 참조하면, 매체접속 제어부(310)는 물리(PHY)계층(300)으로부터 프레임의 시작 시점을 수신 받고, 매체접속제어(MAC:Media Access Control)(311)로부터 Super Frame Group, Super Frame, Frame ID를 수신하여 현재 Frame 시간 정보를 획득하게 된다.
매체접속 제어부(310)는 현재 Frame 시간 정보를 기반으로 MAP 정보를 분석하고 분석된 MAP 정보에 따라, 송신시점의 이전 Frame에서 송신 준비 신호를 매체접속제어(311)로 송신하여 데이터를 처리하고, 처리된 데이터를 물리계층(301)의 버퍼에 저장한 후, 실제 전송 Frame 시점에 물리계층(300)에 전송을 명령하여 할당된 프레임에서 데이터를 전송하게 된다. 즉, 전송제어는 물리계층(300)에서 수행된다.
데이터 수신시에는 수신된 데이터를 분석하여, 해당 시점 통신 토폴로지 상에서 자신이 수신가능한지를 판단하여 수신여부를 결정하게 된다. 이러한 매체접속제어의 송신 및 수신 순서도가 도 4 및 도 5에 도시된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 매체 접속 제어 송신의 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 매체접속 제어부(도 3의 310)는 물리 계층(301)로부터 프레임이 시작하고 인터럽트가 발생했는지를 확인한다(단계 S400).
확인 결과, 인터럽트가 발생하였다면 매체접속 제어부(310)는 매체접속 제어(MAC)(311)로부터 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임, 프레임 ID 및 MAP를 해석한다(단계 S410).
해석 결과, 현재 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하게 된다(단계 S420).
전송 데이터가 존재하는 것으로 확인되면, 매체접속 제어부(도 3의 310)는 물리계층 제어부(도 3의 300)로 전송 명령을 전달한다(단계 S430).
이와 달리, 현재 프레임에 전송 데이터가 존재하지 않으면, 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하게 된다(단계 S440). 물론, 단계 S430)이 완료되는 경우에도 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하게 된다.
다음 프레임에 전송 데이터가 존재하는 경우, 매체접속 제어부(310)는 전송 준비하고 매체접속제어(311)를 통해 물리계층(301)에 데이터를 전달하고 종료한다(단계 S450,S460).
이와 달리, 단계 S440에서 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하지 않는 경우, 종료한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 매체 접속 제어 수신의 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 매체 접속 제어(311)가 무선 매체(도 3의 330)로부터 데이터가 수신되었는지를 확인한다(단계 S500).
확인결과, 데이터가 수신되었으면 매체 접속 제어(311)는 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임, 프레임 ID 획득하고, 이를 매체 접속 제어부(도 3의 310)로 전송한다(단계 S510).
이후, 매체 접속 제어부(310)는 데이터가 수신이 가능한지를 판단한다(단계 S520).
판단 결과, 데이터가 수신 가능한 것으로 판단되면, 상위 계층 제어부(320)를 통해 상위 계층(321)으로 데이터를 전달하고 수신 프로세스를 종료한다(단계 S530,S550).
이와 달리, 판단 결과, 데이터가 수신 가능하지 않은 것으로 판단되면, 데이터를 폐기하고, 수신 프로세스를 종료한다(단계 S540,S550).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 중계 무선 통신망 토폴로지 예시도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 기반 다중중계 무선통신망은 N개의 통신노드들로 구성이 되는데, 이중 1개는 기지국(600)이며 N-1개는 단말들(610-1 내지 610-5)이다.
무선 통신망에서의 데이터 운용은 기지국과 단말들간의 양방향 송수신만이 존재하며, 단말들(610-1 내지 610-5) 간의 데이터 송수신은 중계가 필요한 경우에 수행된다.
통신노드들 간의 무선링크 품질측정은 물리계층과 네트워크 계층의 적정한 알고리즘을 이용하여 획득하고, 네트워크 계층에서는 이를 기반으로 통신망 토폴로지를 결정한다고 가정한다.
통신망 토폴로지가 결정되면, 네트워크 계층은 해당 자원을 통신노드들에게 적절해 배분하고, 자원 배분 결과를 바탕으로 매체접속제어를 수행한다.
본 발명의 제안된 중앙집중식 매체접속제어의 세부 동작설명을 위하여 도 6과 같은 통신 토폴로지를 갖는 통신망을 고려한다. 제안된 매체접속제어가 기능을 수행하기 위하여 MAP 정보를 모든 통신 노드들이 공유하여야 한다.
도 6과 같은 통신 토폴로지 상에서 MAP 정보 공유는 다음과 같다. 우선, 기지국(600)이 하위 슬레이브인 제 1 단말(610-1) 및 제 3 단말(610-3)에게 MAP 정보를 첫 번째 Frame을 이용하여 전송하고, 슬레이브이자 마스터 역할을 수행하는 제 1 단말(610-1)은 두 번째 Frame을 이용하여 MAP 정보를 제 2 단말(610-2)에게 전송하게 된다.
이후 세 번째 Frame을 이용하여 제 2 단말(610-2)은 제 4 단말(610-4), 제 5 단말(610-5)에게 MAP 정보를 전송하게 된다. 이후 역순으로 3개의 Frame을 각각 마스터인 제 2 단말(610-2), 제 1 단말(610-1) 기지국에게 순차적으로 할당하여, MAP 정보의 수신확인 또는 무선채널 품질 보고와 같은 다양한 제어정보를 기지국에게 송신할 수 있도록 프레임 할당을 구성한다.
이와 같이 총 6개의 Frame을 하나의 Super Frame으로 구성하고, Super Frame 3개를 하나의 Super Frame Group으로 구성하여 3회의 중복전송을 통하여 MAP 정보를 신뢰성 있게 전달하도록 한다.
도 6과 같은 이러한 통신 토폴로지 하에서 MAP 정보는 도 7과 같이 구성이 된다. 도 7에 제시된 MAP 정보는 하나의 예로서, 필요에 따라 Super Frame 내의 Frame 수를 늘려서 필요한 링크에 더 많은 자원을 할당하여 더욱 유연한 통신망 운용도 가능하다.
매체 접속 제어부(310)는 각 Frame 시작 시점에서 인터럽트(Interrupt)를 발생하고, 도 7과 같이 구성된 MAP 정보를 바탕으로 자신에게 할당된 송신 Frame의 이전 Frame에서 데이터 전송을 준비하고, 할당된 송신시점에서 물리계층(301)에게 전송을 요청하여 데이터 전송을 하게 된다.
이때 전송되는 데이터에는 다음 Super Frame Group의 MAP 정보도 같이 포함하여 전송함으로서, MAP 정보의 끊임없는 공유가 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 MAP(Manufacturing Automation Protocol) 정보 구성의 예시도이다. 도 7을 참조하면, MAP 정보는 MAP ID(710,711,712), 토폴로지 정보(720) 및 프레임 정보(730) 등으로 구성된다.
여기서, MAP ID는 슈퍼 프레임 그룹 ID(710), 슈퍼 프레임 ID(711), 및 프레임 ID(712) 등으로 구성된다.
토폴로지 정보(720)는 기지국 기반 다중중계 무선통신망의 토폴로지가 된다.
또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
200: 데이터 스트림
210: 슈퍼 프레임 그룹
220: 슈퍼 프레임
230: 프레임
231: 채널
300: 물리 계층 제어부
301: 물리 계층
310: 매체 접속 제어부
311: 매체 접속 제어(MAC) 계층
320: 상위 계층 제어부
321: 상위 계층
600: 기지국
610-1 내지 610-5: 단말
710: 슈퍼 프레임 그룹 ID
711: 슈퍼 프레임 ID
712: 프레임 ID
820: 토폴로지 정보
830: 프레임 정보

Claims (21)

  1. 다수의 통신 노드로 이루어진 무선 통신망의 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치에 있어서,
    상기 다수의 통신노드 중 하나는 기지국이 되며, 상기 기지국은 상기 다수의 통신 노드간의 링크 품질을 체크하여 특정 시점에서 상기 무선 통신망의 토폴로지를 결정하여, 결정된 토폴로지를 기반으로 상기 다수의 통신 노드 각각에 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은 MAP(Manufacturing Automation Protocol) 정보를 포함하는 데이터를 이용하여 상기 통신 노드들의 개별 송수신 시점을 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통신노드들의 송수신 시점 할당은 중앙 집중식 방식으로 기지국에서 수행하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    할당된 송수신 시점은 MAP 정보에 포함되어 상기 다수의 통신 노드들 모두에게 공유되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 MAP 정보의 공유는 상기 다수의 통신 노들을 마스터와 슬레이브 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 MAP 정보의 공유에 대한 신뢰성 향상을 위하여 중복 전송 기능이 이용되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 MAP 정보의 전송은 슈퍼 프레임 구조를 이용하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임 구조는,
    채널; 상기 채널을 포함하는 다수의 프레임; 상기 다수의 프레임을 포함하는 다수의 슈퍼 프레임; 및 상기 다수의 슈퍼 프레임을 그룹화한 슈퍼 프레임 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임 내의 프레임 개수는 상기 토포롤지의 형태에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 MAP 정보의 공유에서 용이성과 효율성을 고려하여 단순한 중복 전송이 적용되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터에는 MAP 정보의 끊임없는 공유가 가능하도록 다음 슈퍼 프레임 그룹의 MAP 정보도 같이 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 중복전송을 위하여 다수의 Super Frame들을 묶어 하나의 Super Frame Group으로 이용하여 동일한 MAP이 Super Frame Group 내에서는 중복 전송되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 통신망의 토포롤지 변화 및 이에 따른 MAP의 전송은 Super Frame Group 단위로 적용되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 MAP 정보에는 채널, 프레임, 슈퍼 프레임 및 슈퍼 프레임 그룹의 크기 및 할당 내역이 포함되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 통신망내 다수의 통신 노드들이 동기를 유지할 수 있도록 상기 MAP 정보는 각 프레임, 슈퍼 프레임 및 슈퍼 프레임 그룹들의 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 MAP 정보는 토폴로지의 구조를 따라 모든 통신노드에게 전해질수 있도록 상기 토폴로지의 정보도 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 MAP 정보의 할당은 상기 다수의 통신노드들 간의 링크 품질을 관리하는 상기 기지국에서 상기 토폴로지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 MAP 정보를 상기 토폴로지상의 중계노드로서 동작하는 마스터들에게 전송 및 전달하여 모든 마스터들과 공유하며, 모든 마스터들은 자신의 슬레이브들에게 상기 MAP 정보를 전송하여 상기 다수의 통신노드들이 동일한 MAP 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 MAP 정보 기반의 송수신 매체 접속 제어를 위해 제어와 데이터가 분리되는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 장치.
  20. 매체접속 제어부가 물리 계층으로부터 인터럽트가 발생했는지를 확인하는 단계;
    확인 결과, 인터럽트가 발생하였다면 상기 매체접속 제어부가 매체접속 제어로부터 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임, 프레임 ID 및 MAP를 해석하는 단계;
    해석 결과, 현재 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하는 단계;
    전송 데이터가 존재하는 것으로 확인되면, 상기 매체접속 제어부가 물리계층 제어부로 전송 명령을 전달하는 단계;
    이와 달리, 전송 데이터가 존재하지 않으면, 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하는 지를 확인하는 단계;
    상기 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하면, 강기 매체접속 제어부가 전송 준비하고 상기 매체 접속 제어를 통해 물리계층에 데이터를 전달하고 종료하는 단계; 및
    이와 달리, 상기 다음 프레임에 전송 데이터가 존재하지 않는 경우, 종료하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 방법.
  21. 매체 접속 제어가 데이터를 수신하였는지 확인하는 단계;
    확인결과, 상기 데이터가 수신되었으면 상기 매체 접속 제어가 슈퍼 프레임 그룹, 슈퍼 프레임 및 프레임 ID 획득하고, 이를 매체 접속 제어부로 전송하는 단계;
    상기 매체 접속 제어부가 상기 데이터가 수신이 가능한지를 판단하는 단계;
    판단 결과, 상기 데이터가 수신 가능한 것으로 판단되면, 상위 계층 제어부를 통해 상위 계층으로 데이터를 전달하고 수신 프로세스를 종료하는 단계; 및
    판단 결과, 상기 데이터가 수신 가능하지 않은 것으로 판단되면, 상기 데이터를 폐기하고, 수신 프로세스를 종료하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 기반 다중 중계 무선 통신망을 위한 중앙 집중식 매체 접속 제어 방법.
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