KR100638275B1 - 비콘들의 전송간 중재 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비콘들의 전송간 중재 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전송간 비콘들이 충돌했을 때 모든 비콘이 공평하게 전송 기회를 얻고, 채널 이용율을 향상시킬 수 있는 비콘간의 전송을 중재하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 비콘들의 전송간 중재 방법은 비콘의 우선순위 비트를 우성 또는 열성 비트 레벨로 설정하고, 채널 레벨을 감지하는 단계; 상기 채널 레벨에 의해 우성 비트 레벨의 SOF 비트를 전송하는 단계; 상기 채널 레벨을 감지하여 전송 레벨과 비교하는 단계; 다음번의 중재 비트를 전송하고 채널 레벨을 감지하는 단계; 상기 채널 레벨을 감지하여 상기 전송 레벨과 비교하는 단계; 상기 중재 비트의 전송 완료 여부를 파악하는 단계; 초음파 펄스 및 나머지 프레임을 전송하는 단계; 상기 전송이 완료된 비콘은 낮은 우선순위를 부여하는 단계; 및 모든 데이터 프레임의 전송 완료 여부를 파악하는 단계로 이루어짐 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 비콘들의 전송간 중재 방법은 비콘들의 전송간에 발생할 수 있는 충돌을 분해하여 모든 비콘들에게 공평한 전송 기회를 보장함으로써, 비콘의 전송 실패를 피하고 채널 이용율을 향상시켜 측위 시스템의 위치 갱신율 또는 정보 갱신율을 높일 수 있는 장점이 있고, 전송에 성공한 비콘은 낮은 우선순위를 부여하고 중재 과정에서 전송을 포기한 비콘은 높은 우선순위를 부여함으로써 모든 비콘들에게 공평한 전송 기회를 보장하는 효과가 있다.
비콘, 충돌, 전송, 중재, 우선순위

Description

비콘들의 전송간 중재 방법{Method for arbitrating transmissions between beacon}
도 1은 본 발명에 따른 RF 신호의 데이터 프레임을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비콘들의 전송간 중재 방법을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100. SOF 필드 110. 중재부
120. 메시지부 130. EOF 필드
140. IFS 필드 150. 우선순위 비트
160. ID 필드
본 발명은 비콘들의 전송간 중재 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전송간 비콘들이 충돌했을 때 모든 비콘이 공평하게 전송 기회를 얻고, 채널 이용율을 향상시킬 수 있는 비콘간의 전송을 중재하기 위한 방법에 관한 것이다.
유비쿼터스 환경에서 현재 위치한 물리적 환경의 성질과 조건에 따라서 사용자 장치의 동작과 사용자 인터페이스가 적응적으로 변하는 상황인식(Context- Aware) 응용 서비스가 널리 전개될 것이다. 상황인식을 위해서 사용자의 위치정보는 매우 중요하고, 필수적인 요소가 된다.
실외에서는 GPS(Global Positioning System)를 통해 사용자의 위치 정보를 얻을 수 있으나, 컴퓨팅 자원들이 밀집한 실내의 유비쿼터스 환경을 위해서도 적절한 측위 기술이 필요하다. 또한 실외에서도 GPS를 대치할 수 있도록 RFID(Radio Frequency Identification) 등을 이용한 측위 기술에 대한 연구도 함께 진행되고 있다.
종래의 실내 측위 기술로는 Microsoft 연구소의 RADAR(1999년)와 Easy Living(2001년) 시스템, AT&T 연구소의 Active BAT 시스템(1999년), 조지아 공대의 Smart Floor(2000년) 및 워싱턴 대학의 SpotON(2000년) 등이 있다. 그러나 상기 기술은 위치인식이 아닌 위치추적 시스템으로서 사용자 위치에 대한 프라이버시 보호에 문제점을 갖는다.
유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 측위 시스템은 프라이버시 보호형 구조를 갖기 위해 측위를 위한 비콘이 전송을 하고 사용자 장치가 이를 수신하여 위치를 인식하는 구조를 가져야 한다. 또한 측위 시스템의 확장 전개를 용이하게 하기 위해서 비콘들 간에는 어떠한 종류의 중앙집중형 제어가 없는 분산형 구조여야 한다. 따라서 각각의 비콘들은 비동기적이고 불규칙적으로 전송을 시도하고, 분산형 경쟁기반의 전송을 취해야 한다.
유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 실내 측위 시스템은 미국 MIT 대학에서 개발한 크리켓 시스템(2000년), 영국 Bristol 대학의 ISP 시스템(2002년) 및 Cambridge 대학의 DOLPHIN 시스템(2003년) 등이 있는데, 현재 크리켓 시스템이 유비쿼터스 환경에 적용하기에 가장 적합한 기술과 구조를 가지고 있다.
상기 크리켓 시스템은 천장에 설치된 다수의 비콘과 이동 컴퓨팅 장치에 부착된 리스너(Listener)로 구성된다. 한개의 리스너의 위치를 계산하기 위해서 최소한 4개의 비콘으로부터의 거리가 필요하다. 리스너에서 비콘까지의 거리를 측정할 수 있도록 각각의 비콘은 전파속도가 서로 다른 초음파 펄스(음속)와 RF 반송파(광속)를 동시에 전송한다. 상기 리스너는 수신한 RF 반송파와 초음파 펄스의 도달 시간 차이를 측정함으로써 비콘까지의 거리를 계산한다. 이때 비콘으로부터 리스너까지의 거리가 멀수록 두 신호의 도달 시간 차이가 커지는 사실을 이용한다.
다수의 비콘들이 상기 초음파 펄스와 RF 반송파를 전송함으로 서로 다른 비콘에서 전송한 초음파가 혼재할 수 있는 상황에서 각 비콘의 RF 반송파와 초음파 펄스 쌍을 구분할 수 있도록 하기 위해, 먼저 각 비콘은 방사된 초음파 펄스가 리스너에 도달할 때까지 RF 반송파를 계속 전송함으로써 리스너는 항상 RF 반송파를 수신하고 있는 중에 초음파 펄스를 수신하도록 한다. 또한 비콘들은 무작위적인 시간 간격으로 신호 전송을 시도하며, 자신의 신호를 전송하기 전에 RF 반송파를 감지하여 다른 비콘들의 잠재적인 전송과 충돌을 피하는 방식을 취한다.
비콘에서 RF 반송파의 전송을 위해서 여러가지 전송 방법을 사용할 수 있으 나, 비콘에서 전송할 데이터량이 많지 않고 넓은 지역에 설치시 가격이 가장 큰 문제점이 되므로, 비콘에서 실제 RF 반송파의 전송은 간단한 OOK(On-Off Keying) 방식을 사용한다. 그러나 상기 OOK 전송 방식을 사용할 경우 반송파 감지 방식으로 비콘간의 충돌을 완전히 피할 수 없어 리스너의 위치 갱신율이 저하되는 문제점이 있었다.
종래기술인 대한민국 특허 제10-263791호의 우선순위 조정에 의한 버스 중재 방법은 고정된 우선순위 방식에 의해 지연되는 낮은 우선순위 요구기의 작업을 보다 공평한 규칙에 의해 중재하는 것이다. 그러나 상기 종래기술은 우선순위를 갖는 레벨이 전송을 완료한 후에 낮은 우선순위를 부여하는 것이 아닌점에 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비콘들의 전송간에 충돌이 발생할 경우 그 충돌을 분해하여 2개 이상의 비콘이 동시에 전송하여도 자체적으로 전송의 우선순위가 결정되도록 하여, 동시에 전송을 시도한 비콘 중 하나만이 전송을 계속하도록 하고, 한 번 전송에 성공한 비콘은 낮은 우선순위를 부여하며, 중재 과정에서 전송을 포기한 비콘은 높은 우선순위를 부여함으로써 모든 비콘들에게 공평한 전송 기회를 보장하는 비콘들의 전송간 중재 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 비콘의 우선순위 비트를 우성 또는 열성 비트 레벨로 설정하고, 채널 레벨을 감지하는 단계; 상기 채널 레벨에 의해 우성 비트 레벨의 SOF 비트를 전송하는 단계; 상기 채널 레벨을 감지하여 전송 레벨과 비교하는 단계; 다음번의 중재 비트를 전송하고 채널 레벨을 감지하는 단계; 상기 채널 레벨을 감지하여 상기 전송 레벨과 비교하는 단계; 상기 중재 비트의 전송 완료 여부를 파악하는 단계; 초음파 펄스 및 나머지 프레임을 전송하는 단계; 상기 전송이 완료된 비콘은 낮은 우선순위를 부여하는 단계; 및 모든 데이터 프레임의 전송 완료 여부를 파악하는 단계를 포함하여 이루어진 비콘들의 전송간 중재 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
비콘에서 전송하는 RF 반송파는 OOK 전송 방식을 사용하는 것이 충분하다. 상기 OOK 전송 방식은 반송파를 전송 또는 차단하여 논리-1과 논리-0 값을 전송하는 것이다. 여기서는 논리-1 비트를 전송할 때 반송파를 전송하고, 논리-0 비트를 전송할 때 반송파를 차단한다. 물론 반대의 경우에도 큰 변화가 없다. 만일 하나의 비콘이라도 논리-1 비트를 전송하면, 채널은 논리-1의 비트 레벨(반송파 전송)로 감지될 것이고, 비콘들이 모두 논리-0 비트를 전송하거나 모두 전송을 하지 않을 경우에만 채널이 논리-0의 비트 레벨(반송파 차단) 상태에 있게 된다. 따라서 논리-1 비트 레벨을 우성 비트 레벨, 논리-0의 비트 레벨을 열성 비트 레벨이라 한다. 또한, 모든 비콘이 전송하고 있지 않은 유휴(Idle) 상태의 채널은 열성 비트 레벨 상태에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 RF 신호의 데이터 프레임을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임의 구조는 SOF(Start-of-Frame) 필드(100), 중재부(110), 메시지부(120), EOF(End-of-Frame) 필드(130) 및 IFS(Interframe space) 필드(140) 등으로 구성된다.
SOF 필드(100)는 데이터 프레임 전송의 시작을 나타내며, 하나의 논리 즉, 1 비트이다. 비콘은 버스가 유휴 상태일 때에만 전송을 위한 중재를 시도한다. 현재 프레임 전송의 종료는 EOF(130)에 의해 지시된다.
중재부(110)는 2개 이상의 비콘이 동시에 전송을 시도할 때 우선순위가 높은 비콘만이 전송할 수 있도록 중재하기 위해 전송하는 부분으로, 우선순위 비트(150)와 ID 필드(160)로 구성된다. 상기 ID 필드(160)는 비콘마다 할당된 고유 ID로서 비콘의 (x, y, z) 좌표값 등으로 표현할 수 있다. 각각의 좌표값은 n 비트로 구성되며, 특히 z 좌표는 모든 비콘들이 동일한 높이에 설치될 경우 생략할 수 있다.
메시지부(120)는 RF 반송파를 통해 전달하고자 하는 데이터를 포함하는 부분으로 적절한 형식으로 정의하여 사용할 수 있다. 또한 특별히 전송할 데이터가 없을 경우 생략이 가능하다. 그러나 이후에 오는 연속적인 n 개의 논리-0 비트로 구성되는 EOF 필드(130)의 구분을 위해 최소 1 비트의 논리-0 비트로 구성한다.
EOF 필드(130)는 프레임의 끝을 알리기 위한 부분으로 연속적인 n 개의 논리-0 비트로 구성되고, 프레임과 프레임 사이에서 채널은 최소 1 비트 이상인 b 비트의 열성 비트 레벨의 IFS 필드(140)를 갖는다.
본 발명의 실시예에서 상기 IFS 필드(140)를 b 비트의 열성 비트열로 구성하면, 채널에서 EOF 필드(130)와 IFS 필드(140)의 연속적인 n+b 개의 열성 비트 레벨의 비트열이 채널에 존재한 이후 채널은 유휴 상태가 된다.
도 2는 본 발명에 따른 비콘들의 전송간 중재 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2를 참조하면, 비콘은 우선순위 비트를 논리-1 또는 논리-0 비트 레벨로 설정하고(S100), 데이터 프레임을 전송할 시점까지 대기한다(S110).
상기 비콘이 데이터 프레임을 전송하는 시점은 불규칙적인 시간 간격으로 인하여 정해질 수도 있고, 항상 전송하도록 설정할 수 있다. 모든 비콘이 항상 전송하도록 설정할 경우에, 상기 S110 단계는 생략할 수 있으며, 시스템 내의 모든 비콘을 항상 전송하도록 설정해도 본 발명에서는 모든 비콘이 공평한 전송 기회를 갖는다.
상기 비콘이 전송할 시간이 되면, 채널 상태를 감지하여 최소 n+b 비트의 연속적인 열성 비트 레벨을 감지하고, 채널이 유휴 상태에 있을 때까지 대기한다(S120). 이전 데이터 프레임의 전송을 담당하던 비콘이 바로 다음 전송을 시도할 경우에는 본인이 EOF 필드를 전송하였으므로 b 비트의 연속적인 논리-0 비트열의 IFS 필드 이후에 바로 SOF를 전송하여 바로 중재 과정에 참여한다.
채널에서 EOF 필드와 IFS 필드를 포함한 최소 n+b 비트의 연속적인 논리-0 비트가 감지되면, 채널은 유휴 상태로 간주할 수 있다. 상기 유휴 상태는 전송 준 비가 완료된 임의의 비콘들이 전송할 수 있다. 채널이 유휴 상태임을 확인하고 전송을 개시하는 비콘은 먼저 우성 비트 레벨의 SOF 비트를 전송함으로써 데이터 프레임 전송의 시작을 알린다(S130). 따라서 이전 데이터 프레임의 전송으로 대기중이던 데이터 프레임은 IFS 필드의 다음 비트부터 전송을 개시한다.
이후 우선순위 비트와 ID 필드로 구성되는 중재부를 전송하는 동안에 중재 과정이 이루어진다. 상기 중재 과정 동안에 모든 전송 비콘들은 한 비트를 전송한 후 바로 채널의 상태를 감지하여 전송한 비트 레벨과 비교한다. 즉, 제일 먼저 우선순위 비트를 전송한 후 채널 레벨을 감지한다(S140).
우선순위 비트의 전송 레벨과 감지된 채널 레벨을 비교하여(S150), 상기 전송 레벨과 채널 레벨이 같으면, 다음번의 중재 비트를 전송한다(S160).
그러나, 전송 레벨과 채널 레벨이 다르면, 2 가지 경우가 발생하는데, 우성 비트 레벨을 전송한 경우에는 오류 상태가 되고(S200), 우성 비트 레벨을 전송하지 않은 경우에는 데이터 프레임을 수신한다(S190). 즉, 높은 우선순위를 나타내는 우성 비트 레벨을 전송하였으나(S180), 채널에서 열성 비트 레벨을 감지한 경우는 문제가 있기 때문에 오류 상태에 들어가며(S200), 낮은 우선순위를 나타내는 열성 비트 레벨을 전송하였으나(S180), 채널에서 우성 비트 레벨을 감지한 경우는 중재 과정에서 다른 비콘에 진 경우이기 때문에 전송을 포기하고 다른 비콘이 전송하는 데이터 프레임을 수신하는 모드로 들어간다(S190). 그리고 채널이 유용할 때까지 대기 후(S120) 재전송을 시도한다.
전송 레벨과 채널 레벨이 같아 다음번의 중재 비트를 전송하고 채널 레벨을 감지하여(S160) 전송한 비트 레벨과 채널 레벨을 비교한다(S170). 상기 전송 레벨과 채널 레벨이 같으면, ID 필드의 전송을 마칠 때까지 중재 비트들을 전송한다(S230).
그러나, 전송 레벨과 채널 레벨이 다르면, 2 가지 경우가 발생한다. 첫번째, 높은 우선순위를 나타내는 우성 비트 레벨을 전송하였으나(S210), 채널에서 열성 비트 레벨을 감지한 경우는 문제가 있기 때문에 오류 상태에 들어가며(S200), 두번째, 낮은 우선순위를 나타내는 열성 비트 레벨을 전송하였으나(S210), 채널에서 우성 비트 레벨을 감지한 경우는 중재 과정에서 다른 비콘에 진 경우이기 때문에 전송을 포기하고 다음번의 중재 과정까지 대기한다.
이 경우 다음번의 중재 과정에서 높은 우선순위를 확보하도록 높은 우선순위를 설정한다(S220). 상기와 같이 하는 이유는 낮은 수준의 우선순위를 갖는 비콘이 중재 과정에서 전송권을 놓치게 되었을 때, 차후의 중재 과정에서도 역시 동일한 비콘과 충돌이 발생하면, 역시 중재에서 실패하게 될 것이다.
따라서 일단 중재 과정에서 성공하면 낮은 우선순위를 갖도록 하고(S250), 실패한 경우에는 높은 우선순위를 가지도록 하여(S220), 공평한 전송 기회를 가질 수 있게 하는 것이다. 이후 다른 비콘이 전송하는 프레임을 수신하는 모드로 들어가서(S190), 채널의 유용할 때까지 대기 후(S120) 재전송을 시도한다.
상기 S230 단계에서 중재 비트들의 전송 완료가 되지 않았을 경우에는 상기 S160 단계부터 다시 수행하고, 중재 비트들의 전송이 완료되었을 경우에는 초음파 펄스 등의 메시지부와 EOF 필드의 전송을 완료한다(S240).
중재부의 전송이 완료된 시점에서 오직 하나의 비콘만이 초음파 펄스와 나머지 메시지의 전송 기회를 가진다. 전송이 성공적으로 완료된 경우에는 차기의 중재 과정에서 높은 우선순위를 갖는 다른 비콘들에게 전송 기회를 양보하기 위해 낮은 우선순위를 갖도록 설정하고(S250), 모든 데이터 프레임의 전송을 완료했는지 여부를 확인한다(S260).
모든 데이터 프레임의 전송을 완료하지 않은 경우에는 다음번의 데이터 프레임을 전송할 시점까지 대기(S110)하여 반복 작업을 하고, 모든 중재 비트의 전송을 완료한 경우에는 종료된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 비콘들의 전송간 중재 방법은 비콘들의 전송간에 발생할 수 있는 충돌을 분해하여 모든 비콘들에게 공평한 전송 기회를 보장함으로써, 비콘의 전송 실패를 피하고 채널 이용율을 향상시켜 측위 시스템의 위치 갱신율 또는 정보 갱신율을 높일 수 있는 장점이 있고, 전송에 성공한 비콘은 낮은 우선순위를 부여하고 중재 과정에서 전송을 포기한 비콘은 높은 우선순위를 부여함으로써 모든 비콘들에게 공평한 전송 기회를 보장하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 비콘들의 전송간 중재 방법에 있어서,
    (a) 비콘의 우선순위 비트를 우성 또는 열성 비트 레벨로 설정하고, 채널 레벨을 감지하는 단계;
    (b) 상기 채널 레벨이 유휴 상태일 경우 우성 비트 레벨의 SOF 비트를 전송하는 단계;
    (c) 상기 채널 레벨을 감지하여 상기 채널 레벨과 전송 레벨을 비교하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서 상기 채널 레벨과 전송 레벨이 같은 경우, SOF 비트 이후의 중재 비트를 전송하고 채널 레벨을 감지하는 단계;
    (e) 상기 채널 레벨을 감지하여 상기 채널 레벨과 전송 레벨을 비교하는 단계;
    (f) 상기 (e) 단계에서 상기 채널 레벨과 전송 레벨이 같은 경우, 중재 비트의 전송을 완료하는 단계
    를 포함하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (g) 상기 (f) 단계를 완료한 경우, 초음파 펄스 및 중재 비트 이후의 비트를 전송하는 단계;
    (h) 상기 전송이 완료된 비콘에게 낮은 우선 순위를 부여하는 단계;
    (i) 데이터 프레임의 전송이 완료된 경우 종료하는 단계
    를 더 포함하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 채널 레벨보다 전송 레벨이 우성 비트 레벨인 경우 오류 상태가 되고, 우성 비트 레벨이 아닌 경우, 데이터 프레임을 수신하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 프레임을 수신한 후에는 채널이 유휴 상태일 때까지 대기하고 재전송을 시도하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 채널 레벨보다 전송 레벨이 우성 비트 레벨인 경우, 오류 상태가 되고, 우성 비트 레벨이 아닌 경우, 이후 중재 과정에서 높은 우선순위로 설정되는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 높은 우선순위를 설정한 후에는 수신 모드를 통해 채널이 유휴 상태일 때까지 대기하고 재전송을 시도하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 중재 비트들의 전송이 완료되지 않은 경우, 상기 (d) 단계부터 다시 수행하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 (h) 단계에서 전송을 포기한 비콘에게 높은 우선순위를 부여하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 (i) 단계에서 데이터 프레임의 전송이 완료되지 않은 경우, 데이터 프레임을 전송할 시점까지 대기하여 상기 (a) 내지 (i) 단계를 반복하는 비콘들의 전송간 중재 방법.
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