KR100678946B1 - 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및장치 - Google Patents

조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법은 제 1 무선 네트워크의 조정자가 데이터를 송수신하기 위한 채널을 선택하는 단계, 상기 선택한 채널에서 상기 채널이 비활성화인 구간을 선택하는 단계, 상기 선택한 구간을 상기 제 1 무선 네트워크의 활성화 구간으로 설정하는 단계 및 상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 상기 제 1 무선 네트워크에 송신하는 단계를 포함한다.
무선 네트워크, IEEE 802.15.4, UWB, 활성화(active), 비활성화(sleep), 채널 공유

Description

조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및 장치{Method and apparatus for channel sharing in coordinator-based wireless network}
도 1은 조정자 기반 무선 네트워크가 채널을 활용하는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 무선 네트워크가 채널을 공유하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크의 조정자가 활성화 시간을 설정하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.15.4의 비콘 프레임의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정되지 않은 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 조정자가 최적 구간 선택법을 적용하여 활성화 구간을 선택하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 조정자가 최대 구간 선택법을 적용하여 활성화 구간을 선택하는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 장치의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 120, 130 : 무선 네트워크 400 : 비콘 프레임
500 : 활성화/비활성화 구간
조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재의 네트워크는 컴퓨터간의 네트워크가 아니라, 다른 장치와 데이터를 교환하고자 하는 모든 장치들을 연결하고 있다. 과거 유선을 통해 네트워크를 구축하는 것이 주요 이슈였으나, 새로운 배선 공사, 이동성의 제한 등으로 인해 무선을 통한 통신 기술에 대한 필요성이 부각되었다. 무선 네트워킹 기술로 약 50~100m영역의 WLAN(Wireless Local Area Network: 무선랜) 기술과 10m이하의 좁은 영역의 WPAN(Wireless Personal Area Network)이 현재 표준화되고 있으나, 가정내의 활동 영역과 이동성을 고려하여 가전기기에 적용하기 위해서는 전력 소모가 적고 기기들간의 애드 혹(Ad-hoc)네트워킹이 가능한 WPAN 기술이 더 적합한 것으로 볼 수 있다.
조정자 기반 무선 네트워크는 조정자를 통해 무선 네트워크의 통신 시점과 경쟁 모드의 관리등이 이루어 지는 네트워크를 의미한다. 조정자 기반 무선 네트워크에는 IEEE 802.15 워킹 그룹 내에서 정한 프로토콜의 다수가 포함된다.
IEEE 802.15 워킹 그룹은 WPAN을 위한 그룹으로 짧은 거리로 구성된 네트워크 안에서 이동성 있는 컴퓨팅 디바이스들로 구성된 WPAN의 표준을 설립하였다. 이는 총 4개의 태스킹 그룹(Tasking Group, TG)으로 나누어지는데, TG1에서 블루투스(Bluetooth) 1.x에 기반한 WPAN 표준화 작업을 진행 중이며 TG2에서는 무선 네트워크들의 공존(Co-Existence)에 대해 연구하고 있다. TG3에서는 적은 전력을 소모하고 20Mbps 이상의 고속전송률을 제공하는 기술(UWB, Ultra Wideband)에 대해 연구하고 있으며, TG4에서는 극소의 전력 소모를 가지면서 최대 250Kbps급의 저속 데이터 전송에 적합한 기술(ZigBee)을 연구 중이다.
IEEE 802.15.4는 LR-WPAN(Low Rate-WPAN)으로 불리며, 저속의 데이터 전송률을 요구하는 응용에서 무선으로 연결된 간단한 구조를 가진 저가형 통신 네트워크를 지향하고 있다. 2000년 7월부터 시작된 IEEE 802.15.4 표준화(ZigBee)는 무선 통합 리모콘, 가전 기기 컨트롤러, 빌딩제어, 장난감 등에 사용하기 위한 저속이나 저가격, 저소비 전력의 무선전송기술의 표준을 제정하기 위한 그룹으로, 2003년도에 물리 계층 및 MAC 계층의 표준을 마무리한 상태이다. 표준안에는 전송속도를 주파수에 따라 250kbps(2.4GHz ISM 대역에서 16개의 채널), 40kbps/20kbps(915MHz 대역에서 10개의 채널/868MHz 대역에서 1개의 채널) 전송속도로 되어 있으며, 도달 거리는 1~100m 로 설정할 수 있게 되어 있다.
이러한 IEEE 802.15.4의 표준 활동 결과를 토대로 네트워크 계층을 포함한 상위계층에 대한 구체적인 표준활동이 직비(ZigBee)라는 협력단체에서 이루어지고 있다. 분산화된 기기간의 네트워크 프로토콜 및 애드혹(ad-hoc) 무선 네트워킹에 대한 기존 표준안의 보완을 위해 필립스(Philips), 모토롤라(Motorola), 하니웰(Honeywell), 미쓰비시(Mitsubishi), 인벤시스(Invensys), 삼성이 프로모터로, 약 50여 개 업체가 멤버로서 직비 연합 (ZigBee Alliance)에 참여하고 있다. 구체적인 상호 연동 테스트를 위해 체크 리스트 작업과 세부적인 애플리케이션 정의 작업을 진행중이다. IEEE 802.15.4의 목적은 1) 저전력 소모, 2) 저비용, 3) 인프라스트럭쳐의 최소화이며, 이러한 특성은 센서와 컨트롤 장치에 있어서 무선을 접목시킬 때의 필요성을 충족시킨다.
한편 저전력 소모와 저비용을 만족시키기 위해서는 무선 네트워크가 항상 활성화되어 있을 필요가 없다. 일정 시간에만 활성화되어 필요한 정보를 교환하고, 나머지 시간을 비활성화한 상태로 존재한다면, 전력 소비를 줄일 수 있다. 전력 소비를 줄일 수 있도록 하기 위해, 무선 네트워크를 일정 시간동안만 활성화시키는 기법이 제시되고 있다.
도 1은 조정자 기반 무선 네트워크가 채널을 활용하는 예시도이다.
조정자 기반 무선 네트워크에서 데이터를 송수신하는 활성화 구간(active)(10)와 데이터를 송수신하지 않는 비활성화 구간(sleep)(20)으로 나뉜다. 활성화 구간(10)이 300㎳이고 비활성화 구간(20)이 900㎳라면, 해당 채널의 1/4 만을 사용하는 결과가 된다. 즉, 하나의 무선 네트워크가 사용 가능 채널의 25%만을 사용한 결과, 채널 사용의 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
도 1에서 알 수 있듯이, 일정 시간동안만 활성화 되고 나머지 시간을 비활성화된 상태로 존재한다면, 비활성화된 상태의 무선 네트워크의 채널은 사용하지 않 게 되므로, 채널의 낭비가 발생할 수 있다. 따라서, 무선 네트워크의 채널을 공유하는 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하나의 채널을 다수의 무선 네트워크가 공유하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 채널의 사용되지 않는 구간을 다른 무선 네트워크가 사용하도록 하여 채널의 효율성을 높이는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법은 제 1 무선 네트워크의 조정자가 데이터를 송수신하기 위한 채널을 선택하는 단계, 상기 선택한 채널에서 상기 채널이 비활성화인 구간을 선택하는 단계, 상기 선택한 구간을 상기 제 1 무선 네트워크의 활성화 구간으로 설정하는 단계 및 상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 상기 제 1 무선 네트워크에 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하 는 장치는 데이터를 송수신하기 위한 채널을 선택하는 제어부, 상기 선택한 채널에서 송신되는 데이터를 수신하는 수신부, 상기 수신부가 수신한 데이터를 분석하여 상기 채널이 비활성화인 구간을 선택하여 무선 네트워크의 활성화 구간으로 설정하는 구간 설정부, 상기 구간 설정부에서 설정한 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 관리정보 생성부 및 상기 관리정보 생성부에서 생성한 데이터를 무선 네트워크에 송신하는 송신부를 포함한다.
본 명세서에서 사용하게 되는 용어는 다음과 같다
- 조정자 기반 무선 네트워크
조정자 역할을 하는 무선 네트워크 장치가 존재하는 네트워크 형태(이하, '조정자 기반 무선 네트워크'이라고 한다)는 조정자를 중심으로 독립된 단일의 무선 네트워크를 형성한다. 일정한 공간 내에 다수의 조정자 기반 무선 네트워크가 존재하는 경우에 각각의 조정자 기반 무선 네트워크는 다른 조정자 기반 무선 네트워크와 구별하기 위하여 고유한 식별 정보를 갖게 된다. 조정자 네트워크는 액세스포인트나 기지국을 통해 무선 통신을 하는 인프라스트럭쳐 네트워크와는 구별되는 개념으로서, 크게는 애드혹 네트워크에 포함되는 개념으로 생각할 수 있으나, 하나 또는 복수의 조정자들을 포함하는 특징을 갖는다. 조정자는 무선 네트워크에 필요한 시간 정보를 전송할 수 있고, 이 정보를 수신한 무선 네트워크 디바이스들은 네트워크에 결합할 수 있다. 그리고 다른 네트워크 디바이스에게 정보를 송신할 수 있다. 현재 조정자 기반 네트워크의 예시적인 프로토콜로서는, 블루투스(Bluetooth), UWB(IEEE 802.15.3), ZigBee(IEEE 802.15.4) 등이 있으며, 이들은 표준화 단계를 거쳤거나 표준화 과정에 있다. 본 명세서에서는 이러한 조정자 기반 무선 네트워크의 하나인 IEEE 802.15.4를 기반으로 설명하겠으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.
- 비콘(Beacon) 프레임
비콘 프레임은 네트워크의 존재를 알리며, 네트워크의 유지 보수에 있어서 중요한 역할을 담당한다. 비콘 프레임은 네트워크 디바이스들이 네트워크에 참여하기 위해 필요한 파라미터를 포함한다. 네트워크 조정자는 무선 네트워크에 참여하는 디바이스들이 네트워크를 찾고, 인식할 수 있도록 비콘 프레임을 주기적으로 전송한다.
- 디바이스, 네트워크 디바이스
무선 네트워크를 구성하며, 다른 장치와 통신을 수행할 수 있는 기능을 가지는 장치를 의미한다. IEEE 802.15.4를 예를 들 경우, 무선 통합 리모콘, 가전 기기 컨트롤러 외에도 빌딩 제어를 위한 장치도 될 수 있으며, 장남감, 마우스, 요리기구 등도 될 수 있다. 홈 네트워크 또는 유비쿼터스 환경 내에서 통신 기능을 가지며 제어 기능, 센서 기능 등을 주 기능으로 하는 장치도 이에 해당한다.
- 활성화, 비활성화 상태(Active/Sleep)
무선 네트워크를 사용하는 디바이스들은 전원을 절약하기 위해, 일정 시간만 활성화 되어 데이터를 송수신한 뒤에, 비활성화 상태로 접어들 수 있다. 송수신하는 데이터의 양이 많지 않은 경우, 또는 데이터 송수신에 있어 실시간성이 엄격히 요구되지 않는 경우 등에서 적용 가능하다. 이하, 본 발명의 일 실시예에서 활성화 시간은 비콘 프레임과 같이 네트워크를 관리하고 제어하는 정보를 송수신하는 시간과, 무선 네트워크에서 데이터를 송수신하는 시간을 포함하는 개념으로 살펴본다.
- 슈퍼프레임(Superframe)
슈퍼프레임은 비콘 프레임이 전송되는 간격을 의미한다. 슈퍼프레임은 비콘 프레임이 전송되는 시간과 디바이스들 간에 무선 데이터를 송수신하는 시간을 포함하는 활성화(active) 상태와 데이터를 송수신하지 않는 비활성화(sleep) 상태로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 무선 네트워크가 채널을 공유하는 예시도이다.
도 2에는 무선 네트워크(110, 120, 130)들이 영역이 겹쳐진 상태에 있다. 따라서, 같은 채널을 동시에 사용한다면 무선 네트워크 간에 충돌(Collision)이 발생한다. 그러나, 같은 채널을 동시에 사용하지 않는다면, 충돌은 발생하지 않는다.
110, 120, 130 네트워크의 활성화/비활성화 상태를 보면, 110 네트워크는 1 구간에서 해당 채널을 사용하며, 120 네트워크는 2 구간에서 해당 채널을 사용한다. 그리고 130 네트워크는 3 구간에서 채널을 사용한다. 각기 서로 다른 시간대에 채널을 사용하므로, 동일 채널을 사용하여도 송수신되는 데이터의 충돌이 발생하지 않는다.
따라서, 무선 네트워크를 구성하는 조정자가 다른 무선 네트워크의 활성화 상태가 언제부터 언제까지인지 검토해서, 그 구간을 피해서 활성화 구간을 설정한다면, 동일 채널내에서도 둘 이상의 무선 네트워크가 공존할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크의 조정자가 활성화 시간을 설정하는 순서도이다.
무선 네트워크의 조정자는 채널을 선택한다(S101). 무선 네트워크의 조정자는 새로이 무선 네트워크를 시작하기 위해 채널을 선택할 수 있으며, 또한 이미 생성된 무선 네트워크에서 채널을 이동하기 위해 다른 채널을 선택할 수 있다. 또한 현재 사용하는 채널에서 활성화 구간을 재설정하는 경우도 포함한다.
채널을 선택하면, 해당 채널을 사용하는 다른 무선 네트워크가 있는지 검토한다(S102). 다른 무선 네트워크의 존재 여부는 해당 채널에 무선 신호가 감지되는지 여부를 통해 판단할 수 있다. 또는, 해당 채널을 통해 송수신되는 다른 무선 네트워크의 비콘 프레임을 수신하여 검토할 수 있다.
다른 무선 네트워크가 존재한다면(S111), 다른 무선 네트워크가 비활성화된 구간을 검토한다(S112). 비활성화 구간은 해당 채널을 통해 송수신되는 다른 무선 네트워크의 비콘 프레임에 저장된 값을 참조하는 것을 통해 얻을 수 있다. 그리고, 슈퍼프레임(superframe) 구간동안 채널의 사용 또는 활성화 시간을 계산하여, 사용되지 않는 구간 또는 비활성화 구간을 얻을 수 있다.
비활성화 구간 중에서, 상기 무선 네트워크의 조정자가 사용하고자 하는 조건에 해당하는 구간이 존재한다면, 그 구간을 선택한다(S113). 만약 둘 이상의 비활성화 구간이 존재한다면, 가장 근접한 구간을 선택할 것인지, 혹은 가장 긴 비활성화 구간을 선택할 것인지를 결정하여 선택할 수 있다. 비활성화 구간이 다수인 경우 하나의 비활성화 구간을 선택하기 위한 방법은 도 7과 도 8에서 후술하고자 한다. S113 단계에서 선택한 구간을 활성화 구간으로 설정한다(S120). 조정자는 설정한 구간에 대한 정보를 무선 네트워크를 구성하는 다른 디바이스에게 알린다(S130). 이는 비콘 프레임에 값을 설정하여 전송할 수 있다.
S111 단계에서 다른 무선 네트워크가 존재하지 않는다면, 상기 무선 네트워크에 필요한 소정의 구간을 선택한다(S115). 그 이후 S120, S130 과정을 수행하는 것은 전술하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE 802.15.4의 비콘 프레임의 예시도이다.
(a)는 비콘 프레임의 구조이다. 비콘 프레임(400)는 네트워크를 유지, 보수하고 관리하는 정보를 포함한다. 여기의 슈퍼프레임 상세정보 필드(Superframe specification)는 16비트(2 octet) 길이이며 상세 정보는 491에 나타난 바와 같다.
비콘 순서(Beacon order, BO) 서브필드는 네 비트로 이루어지며, 비콘을 전송하는 간격을 정의한다. 비콘 순서를 BO라 할 때, 비콘 간격인 BI(Beacon Interval)는 다음과 같이 계산된다. 비콘 간격(BI)은 슈퍼프레임의 길이를 의미한다.
BI = aBaseSuperframe_Duration * 2BO
슈퍼프레임 순서(Superframe order, SO) 서브필드는 네 비트로 이루어지며, 비콘 프레임의 전송 시간을 포함한 슈퍼프레임이 활성화(active)한 시간의 길이를 의미한다. 조정자는 활성화된 슈퍼프레임 기간동안만 무선 네트워크와 데이터를 송수신하는 등의 작업을 수행한다. SO를 슈퍼프레임 순서라 할 때, 슈퍼프레임 기간 인 SD(Superframe Duration)는 다음과 같이 구해진다.
0 ≤ SO ≤ BO ≤ 14, SD = aBaseSuperframe_Duration * 2SO
만약 SO가 15라면, 비콘을 보낸 뒤로 더 이상 슈퍼프레임은 활성화되지 않는다. 비콘 순서와 슈퍼프레임 순서를 계산하는데 공통적으로 사용되는 aBaseSuperframe_Duration은 신호를 전송하는데 사용되는 심볼의 숫자를 의미한다. 동일 채널을 사용하기 위해서는 현재 송신되는 비콘 프레임들을 수신하면 어느 시간동안 네트워크가 활성화되는지 알 수 있다.
492는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 슈퍼프레임(Fixed Superframe, FS) 서브 필드이다. 고정 슈퍼프레임 서브필드는 해당 채널을 공유하는 무선 네트워크들이 고정된 길이의 슈퍼프레임을 가지는지(FS=1), 또는 가변적인 길이의 슈퍼프레임을 가지는지(FS=0)를 설정한다.
(b)에서는 (a)에서 살펴본 비콘 프레임에서 활성화 구간에 대한 정보를 산출하는 과정을 보여준다. 500은 활성화, 비활성화 되는 구간을 보여준다. 활성화되는 구간의 길이는 592에서와 같이 SO를 통해 구해진다. 비콘 프레임이 전송되는 간격은 BO를 통해 구해진다. 그리고, 비콘 프레임(400)은 활성화 구간에서 전송된다. 이하 활성화, 비활성화 상태에 대해서는 (b)의 500을 바탕으로 설명하고자 한다.
도 4는 IEEE 802.15.4 프로토콜에 따른 비콘 프레임을 예시하고 있지만, 이외에도 무선 네트워크에서 사용하는 프로토콜에 따라, 네트워크 유지, 보수 및 제어를 수행하는 정보를 포함하는 프레임에 무선 네트워크가 활성화 되는 시간에 대한 정보를 포함시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 예시도이다.
슈퍼프레임은 비콘 프레임이 전송되는 간격을 의미한다. 하나의 무선 네트워크가 하나의 채널을 사용하는 경우에는 슈퍼프레임을 자유로이 선택할 수 있다. 그러나, 둘 이상의 무선 네트워크가 활성화/비활성화 상태를 조절하여 하나의 채널을 공유하는 경우 슈퍼프레임의 길이가 서로 다르다면, 비활성화 시간을 찾아내기 어려운 점이 있다. 따라서, 도 5의 실시예에서는 모든 무선 네트워크가 동일한 슈퍼프레임 길이를 사용하는 경우를 보여주고 있다. 동일한 슈퍼프레임 길이를 사용하기 위해서는, 모든 무선 네트워크가 미리 정한 슈퍼프레임 길이를 사용하는 방법이 있을 수 있다. 그리고, 처음 그 채널을 사용한 무선 네트워크의 조정자가 설정한 슈퍼프레임 길이를 해당 채널을 사용하고자 하는 다른 무선 네트워크 조정자들이 사용할 수 있다.
도 5에서는 동일 채널을 사용하는 두 무선 네트워크(110, 120)가 공존하고 있다. 그리고 이 채널을 사용하여 무선 네트워크를 생성하려는 조정자(230)가 무선 네트워크(130)를 생성하기 위해 채널을 검토하는 상황이다.
110 무선 네트워크의 활성화 상태는 510과 같다. 510의 활성화 상태는 110 무선 네트워크의 조정자가 송신하는 비콘 프레임(410)에 저장되어 있다. 410은 도 4의 비콘 프레임의 일부인 비콘 순서(BO)와 슈퍼프레임 순서(SO), 그리고 고정 슈퍼프레임(FS)를 보여주고 있다. 비콘 순서가 5이고, 슈퍼프레임 순서가 2 이므로, 이 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이는 aBaseSuperframe_Duration * 25로 32 aBSD이다(이하, aBSD는 aBaseSuperframe_Duration이라 명명한다). 활성화되는 시간은 aBaseSuperframe_Duration * 22로 4aBSD 이다. 그리고 슈퍼프레임의 길이가 고정임을 알리는 FS의 값은 1이다.
한편 120 무선 네트워크의 조정자가 송신하는 비콘 프레임은 420이며, 비콘 순서가 5이고, 슈퍼프레임 순서가 1이다. 활성화/비활성화 상태는 520에 나타나며, 슈퍼프레임 길이는 32aBSD이고, 활성화되는 시간은 2aBSD이다. 슈퍼프레임 길이는 110 네트워크와 동일하게 32 aBSD이며, 활성화되는 시간은 2aBSD이다. 그리고 슈퍼프레임의 길이가 고정임을 알리는 FS의 값은 1이다..
새로이 참여하는 130 무선 네트워크는 110, 120 무선 네트워크에서 송신되는 비콘 프레임을 살펴보아, FS 필드를 통해 고정 슈퍼프레임 길이를 사용함을 알 수 있다. 그리고 BO와 SO를 통해 슈퍼프레임 길이와 활성화 구간의 길이를 알 수 있다. 슈퍼프레임 길이동안, 네트워크의 송수신 상태를 검토하면 비활성화 구간을 찾을 수 있다.
130 무선 네트워크의 조정자(230)는 110, 120 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이인 32aBSD를 사용하기 위해, BO를 5로 설정하고, 110, 120 무선 네트워크가 활성화된 구간을 피해서 슈퍼프레임 순서인 8aBSD를 설정하여 비콘 프레임(430)을 전송할 수 있다. 그리고, 비활성화 구간에 비콘 프레임을 전송하여, 530과 같은 활성화 구간을 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정되지 않은 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 예시도이다.
모든 무선 네트워크가 동일한 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 것이 비효율적일 수 있다. 비콘 프레임을 자주 전송할 필요가 없는 무선 네트워크가 다른 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이를 따라가야 하는 것 보다는, 다른 무선 네트워크의 활성화 시간을 피하면서 자신의 무선 네트워크 상황에 맞는 슈퍼프레임 길이를 설정할 수 있다.
현재 특정 채널을 세 무선 네트워크(110, 120, 130)가 공유하는 상태이다. 각 무선 네트워크의 활성화/비활성화 상태는 각각 510, 520, 530에 도시되었다. 110, 120 무선 네트워크는 비콘 순서가 16aBSD(BO=4), 슈퍼프레임 순서가 2aBSD(SO=1) 이며, 130 무선 네트워크의 비콘 순서는 32aBSD(BO=5), 슈퍼프레임 순서는 4aBSD(SO=2) 이라는 점이 도 5와 차이나는 부분이다. 도 5에서는 무선 네트워크들이 동일한 간격으로 비콘 프레임을 송신하지만, 도 6에서는 110, 120 무선 네트워크의 슈퍼 프레임 길이는 16 aBSD, 130 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이는 32 aBSD로 동일하지 않은 간격으로 비콘 프레임을 송신한다. 새로이 참여하는 무선 네트워크(140)가 사용할 수 있는 구간은 a, b 구간이 된다. 110, 120, 130 무선 네트워크에서 송신되는 비콘 프레임은 모두 FS가 0으로, 무선 네트워크들이 고정된 슈퍼프레임 길이를 사용할 필요가 없음을 알려준다.
따라서 140 무선 네트워크의 조정자(240)는 상기 a 구간을 사용하며 110, 120 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이와 같도록 BO를 4로 설정하고, 활성화 구간의 길이(SO)를 1로 설정하여 541과 같이 무선 네트워크를 운용할 수 있다. 또한 130 무선 네트워크의 슈퍼프레임 길이와 같도록 BO를 5로 설정하고, 활성화 구간의 길이(SO)를 1로 설정하여 542와 같이 무선 네트워크를 운용할 수 있다. 이외에도, BO를 6으로 설정하여 a 또는 b 구간을 활성화 구간을 설정하는 등, 무선 네트워크의 상황과 특성에 맞게 슈퍼프레임 길이를 선택하여 설정할 수 있다.
이 방식을 사용하기 위해서는 다양한 길이의 슈퍼프레임이 존재하므로, 최대 비콘 간격인 BO=14인 경우까지 기다려서, 어떤 부분이 활성화 되는지를 살펴본다. 도 5에서 한 슈퍼프레임의 길이만큼만 채널을 감지한 것과 다르다. 어떤 방식으로 할 것인지는 채널의 상황과, 무선 네트워크의 특성에 따라 달리 적용 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 조정자가 최적 구간 선택법을 적용하여 활성화 구간을 선택하는 예시도이다.
도 7에서는 무선 네트워크의 신호간섭을 최소화 하기 위해서, 무선 네트워크의 활성화 구간 사이에 1 aBSD 이상의 간격을 유지하도록 하고 있다.
채널의 비활성화 구간이라고 하여 무작정 선택할 경우, 채널의 효율성이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 동일 길이의 슈퍼프레임(16aBSD)을 가지는 경우의 일 실시예인 (a)에서, 무선 네트워크의 활성화 상태인 510, 520, 530는 각각, 2 aBSD, 4aBSD, 1 aBSD를 가진다. 여기서 비활성화 구간은 ①, ② 이므로 네번째 네트워크의 활성화 구간을 541과 같이 ① 구간의 일부를 활성화 구간으로 설정할 수 있다. 그 결과, 가용할 수 있는 비활성화 구간은 ②만 남게 되고, 만약 2aBSD를 활성화 구간의 길이로 가지고자 하는 무선 네트워크는 이 채널을 사용할 수 없게 된다.
반면 네번째 무선 네트워크가 자신의 활성화 구간을 설정함에 있어서, 최적 구간 선택(best fit) 방식을 적용하여 ② 구간을 활성화 구간으로 사용할 경우, 효율을 높일 수 있다. 그 결과, (b)에서 알 수 있듯이, 다섯번째 무선 네트워크는 2aBSD의 길이로 활성화 구간을 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 조정자가 최대 구간 선택법을 적용하여 활성화 구간을 선택하는 예시도이다.
도 7의 최적 구간 선택 방법은 가장 알맞은 구간을 설정한다는 장점이 있으나, 구간을 분절화(fragmentation)시킬 가능성이 있다.
세 개의 무선 네트워크가 채널을 공유하는 경우이며, 그 활성화 구간은 각각 510, 520, 530이다. 무선 네트워크간의 간섭을 줄이기 위해, 1aBSD 만큼의 간격은 활성화 구간 사이에 유지하는 것을 가정한다. 여기에, 1aBSD, 2aBSD, 1aBSD 만큼 활성화 구간을 선택하고자 하는 세 개의 무선 네트워크가 새로이 참여할 경우, 도 7의 방식에 따를 경우에는 (a)와 같다.
먼저 네 번째 무선 네트워크는 최적 구간인 ① 구간의 일부를 활성화 구간으로 사용한다(541). 다섯 번째 무선 네트워크는 ① 구간의 남은 구간은 짧아서 사용할 수 없고, ② 구간의 일부를 활성화 구간으로 사용한다(551). 네 번째, 다섯 번째 무선 네트워크가 채널을 공유하면서, 더 이상 사용할 수 있는 비활성화 구간은 존재하지 않는다. 그 결과 1aBSD 길이의 활성화 구간을 설정하고자 하는 여섯번째 무선 네트워크는 이 채널을 사용할 수 없게 된다.
그러나 (b)와 같이, 가장 큰 구간에 우선적으로 배치하는 최대 구간 선택법 (largest fit)을 적용한다면, 네 번째 무선 네트워크가 ② 구간의 일부를 활성화 구간으로 사용하고(542), 다섯 번째 무선 네트워크는 ① 구간을 활성화 구간으로 사용한다(552). 그 결과, 여섯번째 무선 네트워크도 ② 구간의 일부를 자신의 활성화 구간으로 설정하여 채널을 공유할 수 있다.
도 7과 도 8의 방식은 무선 네트워크의 특성에 따라 달라진다. 무선 네트워크의 활성화 구간의 길이가 대부분 일정하다면, 도 7의 방법을 사용할 수 있다. 반면 무선 네트워크의 활성화 구간의 길이가 다양할 경우에는 도 8의 방법을 사용할 수 있다. 도 7과 도 8에서 제시한 최적 구간 선택법과 최대 구간 선택법은 일 실시예에 해당하며, 선택을 위한 메커니즘은 다양하게 고려될 수 있다.
지금까지 살펴본 채널 공유 방법은 무선 네트워크의 조정자가 무선 네트워크를 생성하기 전에 채널을 살펴보고 활성화 구간을 설정하는 경우도 포함한다. 또한, 무선 네트워크가 생성된 후에 활성화 구간을 변경하는 경우도 포함한다. 전송할 데이터가 늘어나거나 디바이스의 숫자가 늘어나서 활성화 구간을 확장시키는 경우, 또는 전송할 데이터나 디바이스의 숫자가 줄어서 활성화 구간을 축소시키는 경우를 포함한다. 가변 길이의 슈퍼프레임을 사용하는 경우에는 비콘 프레임을 전송하는 간격도 조절할 수 있다. 이는 새로이 네트워크를 생성하는 경우, 무선 채널을 검토하여 비활성화 구간을 찾는 메커니즘과 동일하다. 다만, 변경을 하려는 무선 네트워크의 활성화 구간은 비활성화 구간으로 간주한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 장치의 구성도이다.
무선 네트워크 장치(200)는 크게 수신부(201), 구간설정부(202), 관리정보생 성부(203), 제어부(204), 송신부(205)를 포함한다.
수신부(201), 송신부(205)는 데이터를 송, 수신한다. 데이터는 무선 네트워크를 관리하는 데이터를 포함한다. 또한, 수신부(201)는 채널의 무선 신호를 감지하는 기능을 수행한다.
수신부(201)는 채널에 송수신되는 신호를 감지하거나 또는 다른 무선 네트워크가 송신하는 관리 정보가 포함된 비콘 프레임을 수신한다. 수신한 신호 또는 프레임의 정보는 구간정보설정부(202)로 전달된다. 구간정보설정부(202)는 해당 채널의 비활성화 구간을 검토할 수 있다. 이는 프레임에 저장된 정보를 통해서 가능하며, 수신한 신호의 규칙성에서도 추출가능하다. 비콘 프레임을 통해 정보를 추출하는 것은 도 4에서 살펴본 바와 같다. 비활성화 구간 중에서 특정 구간을 무선 네트워크의 활성화 구간으로 선택하고, 이 정보를 관리정보생성부(203)에 전달한다.
관리정부생성부(203)는 네트워크를 관리하기 위한 데이터를 생성한다. 도 4의 실시예에서와 같이 비콘과 같은 관리 데이터는 어느 정도의 간격으로 송신되는지, 그리고 무선 네트워크가 활성화 되는 구간을 설정할 수 있다. 설정한 정보는 비콘 프레임에 포함될 수 있다.
제어부(204)는 관리정보생성부(203)에서 생성한 프레임을 송신부(205)를 통해 송신한다. 여기서, 제어부(204)는 구간정보설정부(202)에서 선택한 구간에 상기 프레임을 송신할 수 있도록 송신부(205)를 제어한다. 다른 무선 네트워크의 활성화 시간과 겹치지 않도록 하기 위해, 비콘 프레임과 같은 네트워크 관리를 위한 데이터를 송신시 상기 구간정보설정부(202)에서 선택한 구간에 송신부(205)가 정확하게 송신할 수 있도록 제어한다.
송신부(205)는 제어부(204)의 제어에 따라 네트워크를 관리하는 프레임을 송신한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 구현함으로써 하나의 채널을 다수의 무선 네트워크가 공유할 수 있게 한다.
본 발명을 구현함으로써 채널의 사용되지 않는 구간을 다른 무선 네트워크가 사용하도록 하여 채널의 효율성을 높일 수 있다.

Claims (23)

  1. 제 1 무선 네트워크의 조정자가 데이터를 송수신하기 위한 채널을 선택하는 단계;
    상기 선택한 채널에서 상기 채널이 비활성화인 구간을 선택하는 단계;
    상기 선택한 구간을 상기 제 1 무선 네트워크의 활성화 구간으로 설정하는 단계; 및
    상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 상기 제 1 무선 네트워크에 송신하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간을 선택하는 단계는, 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 비활성화인 구간을 선택하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 채널을 선택하는 단계는, 제 2 무선 네트워크의 데이터가 송수신되는 채널을 선택하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 채널을 선택하는 단계 이후에 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 존재하는지 검토하는 단계를 더 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 무선 네트워크는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간을 선택하는 단계는,
    상기 비활성화인 구간이 둘 이상인 경우, 상기 제 1 무선 네트워크의 조정자가 설정하고자 하는 활성화 구간의 길이에 가장 근접하는 길이를 가지는 비활성화 구간을 선택하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간을 선택하는 단계는,
    상기 비활성화인 구간이 둘 이상인 경우, 가장 긴 비활성화 구간을 선택하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 송신하는 단계 이후에,
    상기 제 1 무선 네트워크의 조정자가 상기 채널이 비활성화인 구간을 재선택하는 단계;
    상기 재선택한 구간을 상기 제 1 무선 네트워크의 활성화 구간으로 재설정하는 단계; 및
    상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 상기 제 1 무선 네트워크에 재송신하는 단계를 더 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간은 데이터가 송수신되지 않는 구간인, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터는 비콘 프레임인, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간을 선택하는 단계는 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 비활성화인 구간을 선택하는 단계를 포함하며,
    상기 송신하는 단계는 상기 제 2 무선 네트워크에서 송신하는 간격과 일치하도록 상기 비콘 프레임을 송신하는 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간을 선택하는 단계는
    상기 제 1 무선 네트워크의 프로토콜에서 제공하는 최대 비콘 프레임 송신 간격에 해당하는 최장 구간동안 채널을 검토하는 단계; 및
    상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 상기 최장 구간에서 비활성화인 구간을 선택하는 제 1 선택 단계를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 방법.
  13. 데이터를 송수신하기 위한 채널을 선택하는 제어부;
    상기 선택한 채널에서 송신되는 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 수신부가 수신한 데이터를 분석하여 상기 채널이 비활성화인 구간을 선택하여 제 1 무선 네트워크의 활성화 구간으로 설정하는 구간 설정부;
    상기 구간 설정부에서 설정한 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 관리정보 생성부; 및
    상기 관리정보 생성부에서 생성한 데이터를 상기 제 1 무선 네트워크에 송신하는 송신부를 포함하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구간 설정부는 상기 수신부가 수신한 데이터가 없는 구간을 선택하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는 제 2 무선 네트워크의 데이터가 송수신되는 채널을 선택하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 채널을 선택한 이후에, 상기 수신부가 상기 채널을 통해 수신하는 데이터를 검토하여 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 존재하는지 검토하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 장치는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 무선 네트워크 디바이스인, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 구간 설정부는, 상기 비활성화인 구간이 둘 이상인 경우, 상기 제 1 무선 네트워크의 조정자가 설정하고자 하는 활성화 구간의 길이에 가장 근접하는 길이를 가지는 비활성화 구간을 선택하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 구간 설정부는, 상기 비활성화인 구간이 둘 이상인 경우, 가장 긴 비활성화 구간을 선택하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 비활성화인 구간은 데이터가 송수신되지 않는 구간인, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 활성화 구간에 대한 정보를 포함하는 데이터는 비콘 프레임인, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 구간 설정부는 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 비활성화인 구간을 선택하며,
    상기 제어부는 상기 제 2 무선 네트워크에서 송신하는 간격과 일치하도록 상기 송신부가 상기 비콘 프레임을 송신하는 것을 제어하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 구간 설정부는 상기 제 1 무선 네트워크의 프로토콜에서 제공하는 최대 비콘 프레임 송신 간격에 해당하는 최장 구간동안 채널을 검토하고, 상기 채널을 사용하는 제 2 무선 네트워크가 상기 최장 구간 내에서 비활성화인 구간을 선택하는, 조정자 기반 무선 네트워크에서 채널을 공유하는 장치.
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