KR100693772B1 - Ａｄ-ｈｏｃ 무선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 네트워크(102a, 102b)를 형성하는 다수의 스테이션들(100)을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에서, 각 스테이션(100)에는 네트워크(102a)내에서 마스터 스테이션의 역할을 수행하기 위한 적합성을 나타내는 랭크가 할당된다. 랭크는 예를 들어 스테이션의 안테나(204)의 성능이나 메인 파워로의 액세스에 따라 평가될 수 있다. 네트워크(102a, 102b)내에서 최고 랭크를 갖는 스테이션(100)이 그 네트워크에 대해 마스터 역할을 수행하며 그것에 의해 네트워크내에서의 통신의 효율성이 향상된다.
ad-hoc 무선 통신 시스템, 블루투스, 스테이션, 마스터, 슬레이브

Description

ＡＤ-ＨＯＣ 무선 통신 시스템{AD-HOC radio communication system}
본 발명은 ad-hoc 네트워크를 형성할 수 있는 다수의 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명이 블루투스 시스템(Bluetooth system)을 각별히 참조하여 기술되었을지라도, 이는 스테이션들이 ad-hoc 네트워크를 형성할 수 있는 임의의 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
ad-hoc 네트워크들을 형성할 수 있게 하는 무선 통신 시스템의 일예는 BSIG(Bluetooth Special Inter est Group)에 의해 규정된 사양에 따라 동작하는 블루투스 네트워크이다. 이러한 네트워크는 모바일 PC들, 모바일 전화들 및 휴대용일 수도 있고 아닐 수도 있는 다른 장치들간의 저비용의 근거리 무선 링크들을 제공하도록 의도된다.
블루투스 네트워크내에서의 통신은 약 2.45㎓의 면허가 필요없는 ISM 대역에서 일어난다. 스테이션들은 피코넷(piconet)으로 공지된 ad-hoc 네트워크들을 형성하며, 그 피코넷들 각각은 마스터 스테이션과 7개까지의 슬레이브 스테이션들을 포함한다. 모든 스테이션들은 동일하며 필요에 따라 마스터 또는 슬레이브로서 역할을 할 수 있다. 스테이션은 하나보다 많은 피코넷에 참여할 수 있으며, 그것에 의해 피코넷들을 연결하고 확장된 범위에서 통신할 수 있게 된다.
본 발명의 목적은 ad-hoc 무선 네트워크의 동작 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템이 제공되며, 각 스테이션은 안테나 수단에 결합되고 다른 스테이션들과 통신하는 트랜시버 수단, 네트워크에서 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하기 위한 제어 수단, 및 네트워크에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위한 랭킹 수단을 포함하며, 스테이션들 중 적어도 하나는 네트워크내의 모든 스테이션들의 랭크를 결정하기 위한 비교 수단과 최고 랭크를 갖는 스테이션이 네트워크내에서 마스터 역할을 하도록 할 수 있는 전송 수단을 갖는다.
본 발명의 제 2 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 스테이션이 제공되며, 안테나 수단에 결합된 트랜시버 수단은 다른 스테이션들과 통신하기 위해 제공되며, 제어 수단은 스테이션이 네트워크내에서의 필요에 따라 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하도록 하기 위해 제공되며, 랭킹 수단은 네트워크내에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 질의 수단은 네트워크내에서 다른 스테이션들의 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 마스터 전송 수단은 스테이션이 슬레이브이고 네트워크내에서 최고 랭크를 가지는 경우 마스터의 역할을 이어받는 동작과, 스테이션이 마스터이고 네트워크내에서 최고 랭크를 갖지 않는 경우 마스터의 역할을 제 2 스테이션에 전송하는 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있도록 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법이 제공되며, 각 스테이션은 안테나 수단에 연결되고 다른 스테이션들과 통신하는 트랜시버 수단을 포함하며, 각 스테이션은 네트워크내에서 마스터 또는 슬레이브로서 기능할 수 있고, 네트워크내에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정할 수 있으며, 상기 방법은 네트워크내의 모든 스테이션들의 랭크를 결정하고, 최고 랭크를 갖는 스테이션에게 마스터의 역할을 이어받도록 하는 스테이션들 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 이제 일예로서 기술될 것이다.
도 1은 2개의 연결된 피코넷들을 포함하는 ad-hoc 무선 네트워크도.
도 2는 전형적인 블루투스 스테이션의 개략적인 블록도.
도 3은 새로운 스테이션이 ad-hoc 무선 네트워크와 결합하는 경우 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도.
도면들에서 동일한 참조 번호들은 대응하는 특징부들을 나타내는데 사용되었다.
본 발명을 수행하기 위한 모드들
기본적인 ad-hoc 네트워크 구조가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 구조는 전형적으로 2개의 접속된 호스트 장치들, 예를 들어 휴대용 PC와 셀룰라 폰으로 시작되며, 추가로 접속되는 장치들을 포함하도록 커질 것이다. 광범위한 추가적인 호스트 장치들에는, 예를 들어, 무선 헤드셋들, 개인용 오거나이저들(personal organisers), 및 가정용 오락 장비(home entertainment equipment)가 포함될 수 있다. 네트워크는 다수의 스테이션들(100)을 포함하며, 각 스테이션은 이러한 호스트 장치내에 포함되며, 2개의 피코넷들(102a, 102b)을 형성한다. 일반적으로 모든 스테이션들(100)의 네트워킹 구성요소들(즉, 블루투스 네트워크를 위한 블루투스 칩)은 동일하게 구현될 것이다. 그러나, 단지 네트워크를 구성하는 모든 스테이션들(100)이 호환 가능한 프로토콜에 따라 동작할 수 있도록 할 필요가 있다.
제 1 피코넷(102a)은 4개의 스테이션들, 즉 마스터(A)와 3개의 슬레이브들(A1, A2, A3)을 포함하며 마스터(A)와 각 슬레이브들(A1, A2, A3)간에 양방향 통신 채널들(104)을 갖는 점-대-다점(point-to-multipoint) 네트워크이다. 제 2 피코넷(102b)은 마스터(B)와 슬레이브(B1)를 포함하는 점-대-점 네트워크이다. 피코넷들(102a, 102b)간의 통신은 제 2 피코넷(102b)에서 슬레이브로서 역할을 하는 제 1 피코넷(102a)내의 마스터(A)에 의해 가능하게 되며, 그 역도 또한 가능하다. 피코넷들(102a, 102b)간의 링크가 마스터들간에서 이루어질 필요는 없다. 즉 링크가 예를 들어 스테이션들(A3 및 B1)간에서 또는 스테이션들(A 및 B1)간에서 같게 이루어질 수 있다.
블루투스 시스템에서 사용하기 위한 스테이션(100)의 예는 도 2에 보다 상세히 도시되며, 2개의 주요 섹션들을 포함한다. 제 1 섹션은 통신 채널(104)을 통해 무선 신호들을 송수신하기 위한 안테나(204)를 갖는 무선장치(RF)(202)를 포함하는 아날로그 유닛이다. 제 2 섹션은 링크 베이스밴드 제어기(LC)(208), 마이크로프로세서(μP)(210) 및 인터페이스 유닛(INT)(212)을 더 포함하는 디지털 제어기 유닛(206)이다.
링크 제어기(208)는 물리층에 밀접한 기본 프로토콜들의 베이스밴드 처리 및 실행을 수행하고, 예를 들어 에러 정정 코딩을 구현하고, ARQ(Automatic Repeat reQuests)를 발생시키고, 오디오 코딩을 수행하는 수단을 포함한다. 인터페이스 유닛(212)과 링크 제어기(208)간의 데이터 전송을 제어하는 마이크로프로세서(210)는 스테이션(100)을 관리한다. 인터페이스 유닛(212)은 스테이션(100)을 휴대용 PC나 셀룰라 폰과 같은 호스트 장치에 인터페이스하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 인터페이싱은 특정 응용에 적합한 다른 아이템들, 외부 메모리, 및 USB(Universal Serial Bus)로의 인터페이스들을 포함할 수 있는 링크(214)를 통해 실행된다.
상술된 바와 같이, ad-hoc 네트워크들을 구현하는데 있어 문제점은 무능한 안테나(204)를 갖는 스테이션(100)이 마스터로서 동작할 수 있다는 것이다. 무능한 안테나(204)에 대해서는 광범위한 이유가 존재할 수 있으며, 다음과 같다:
· 본래 나쁜 효율을 갖는 안테나(204)
· 다른 스테이션들(100)에 대해 나쁜 커버리지(coverage)를 제공하는 방사 패턴을 갖는 안테나(204)
· 아마도 스테이션(100)의 국부 환경에 의해 야기되는 안테나 미스매치
· 예를 들어 스테이션(100), 호스트 장치 또는 사용자의 신체(body)로 인한 안테나(204)의 새도잉(shadowing)
· 마스터내의 안테나(204)의 분극이 하나 이상의 슬레이브들내의 안테나의 분극과 맞지 않는 경우 분극 결합 손실.
이 문제점은 본 발명에 따라 만들어진 시스템에서 그 안테나 성능에 관하여 각 스테이션(100)을 랭킹함으로써 해소된다. 최상의 안테나 랭킹을 갖는 스테이션(100)이 우선적으로 마스터가 된다. 안테나 랭킹은 정적 조건(static condition)들 하에서 결정될 수 있거나 또는 예를 들어 측정된 VSWR이나 몇몇 다른 신호 품질 측정에 기초하여 스테이션(100)의 국부 환경에 따라 동적으로 조절될 수 있다. 안테나의 다이버시티가 가능한 스테이션(100)은 이것이 제공하는 장점들 때문에 높은 랭킹이 주어질 것이다. 스테이션들(100)은 서로에 대해 그들의 안테나 랭킹들을 결정할 수 있으며, 최적의 마스터 스테이션이 선택되게 할 수 있다.
마스터 스테이션의 선택은 스테이션들(100)에게 그들의 랭킹들을 비교할 것을 요청한다. 이를 달성할 수 있는 한가지 방법은 마스터 스테이션이 표준 블루투스 통신 프로토콜들을 사용하여 각각의 다른 스테이션들(100)에게 그들의 랭킹들을 제공할 것을 요청하는 것이다. 마스터 스테이션이 그 랭킹이 그 슬레이브 스테이션들 중 하나보다 낮다고 결정하면, 블루투스 사양에서 규정된 통상적인 방법들을 사용하여 그 스테이션에 마스터 역할을 인계한다.
한 스테이션(100)에서 다른 스테이션으로의 마스터 기능의 인계는 새로운 스테이션들(100)이 네트워크와 결합할 때 가능하게 할 필요가 있으며 블루투스 시스템에서 제공된다. 또한 위치에 의존하는 페이딩(position-dependent fading) 효과를 완화시키기 위해 마스터 기능의 인계를 가능하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 시스템의 예로서 3개의 장치들, 즉 슬롯-인 PC 카드에 위치한 안테나(204)를 사용하는 랩탑 PC; 무선 헤드셋; 및 가정용 전화 기지국을 포함하는 블루투스 피코넷(102a)을 고려하자. 기지국은 그 크기, 다이버시티 및 심하게 새도잉되지 않는 위치 때문에, 최고 랭킹 안테나 시스템을 가진다. PC 카드는 미니어처 안테나(204)를 가지며 PC에 의해 새도잉되므로, 보다 낮은 랭킹 안테나(204)를 갖는다. 헤드셋은 사용자의 머리, 상당한 새도잉 및 나쁘게 규정된 분극에 대한 손실들을 갖는 매우 작고 무능한 안테나(204)를 포함하므로 최하의 랭킹 안테나(204)를 갖는다.
처음에 네트워크는 PC와 헤드셋간에서 통신을 시작한다. 더 높은 안테나 랭킹 때문에 PC는 이 피코넷(102a)에서 마스터가 된다. 예를 들어 PC에 의한 인터넷 액세스를 가능하게 하기 위해 기지국이 네트워크와 결합할 때, 기지국은 마스터가 될 것이며 이는 최고의 랭킹 안테나(204)를 갖기 때문이다.
이 절차는 도 3의 흐름도에서 요약된다. 새로운 스테이션(100)(여기서 기지국)이 피코넷(102a)에서 요구되면 마스터는 단계 302에서 페이징 메시지를 스테이션(100)에 전송한다. 스테이션은 처음에 단계 304에서 슬레이브로서 네트워크와 결합하며, 그 다음 단계 306에서 그 안테나의 랭킹을 피코넷(102a)내의 다른 스테이션들(100)과 비교한다. 스테이션(100)이 그 안테나 랭킹이 임의의 다른 스테이션들(100)보다 높다고 결정하면, 단계 308에서, 마스터 자체가 되기 위해 요구되는 절차를 이 절차를 수행하기 위한 블루투스 사양에서 규정된 방법들을 사용하여 시작한다. 대안적으로, 슬레이브가 네트워크와 결합할 때 마스터 스테이션은 그 랭킹을 슬레이브 스테이션의 랭킹과 비교하며 필요에 따라 마스터 기능을 인계할 수 있다.
ad-hoc 네트워크(102a)는 또한 계획된 네트워크(planned network), 예를 들어 종래의 셀룰라 전화 네트워크로의 링크들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에 ad-hoc 네트워크에 대한 마스터는 계획된 네트워크를 액세스하는 스테이션(100)을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 계획된 네트워크를 통해 인터넷을 액세스하는데 사용되는 WAP(Wireless Access Protocol) 모바일 전화(PDA(Personal Digital Assistant))를 포함하는 ad-hoc 네트워크(100a)를 고려하자. 전화는 전화가 할 수 있는 것보다 더 많은 정보를 디스플레이하기 위해 더 큰 스크린을 사용하기 위해 헤드셋으로의 블루투스 접속과 텔레비전 수상기로의 다른 접속을 갖는다. 이 경우에, 텔레비전은 블루투스 마스터로서 역할을 할 것이다. 그 이유는 텔레비전은 크고(유능한 안테나들을 지지할 수 있고) 사용자의 신체나 그 밖의 다른 것에 의한 새도윙이 쉽지 않기 때문이다.
하나보다 많은 스테이션들(100)이 동일하게 계획된 네트워크를 액세스할 수 있는 경우에, 상술된 것과 유사한 랭킹 방식이 계획된 네트워크로 액세스하기 위해 사용되는 것이 이로울 수 있다. 이러한 시나리오의 일예로서, UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 모바일 전화 및 UMTS가 가능한 랩탑 컴퓨터를 포함하는 블루투스 네트워크를 고려하자. 사용자는 단순히 랩탑이 ad-hoc 네트워크에서 2개의 마스터로서 그리고 UMTS 네트워크로의 액세스 포인트로서 역할을 하는 종래의 방식으로 전화를 사용할 수 있는데, 이는 양호한 안테나(다이버시티를 포함하는)를 가지며 사용자의 신체로부터 떨어져 있기 때문이다. 랩탑이 옆의 물체들에 의해 새도우될 수 있으므로, 최적의 마스터 스테이션과 UMTS 액세스 포인트는 물론 동적으로 결정될 수 있다.
상기 설명이 안테나 성능에 기초하여 스테이션들(100)의 랭킹을 기술하였더라도, 안테나 성능 대신 또는 안테나 성능 외에 다른 요인들이 랭킹에 유용하게 고려될 수 있다. 예를 들어, 메인 전기로의 액세스를 갖는 스테이션(100)은 특히 마스터로서 적합할 것이다. 그 이유는 마스터의 역할을 수행하는데 필요한 여분의 파워가 전지식 장치(battery-powered device)가 직면하는 배터리 수명 감소와 같은 문제점을 갖지 않기 때문이다.
본 명세서를 판독하는 것으로부터, 다른 수정예들은 당업자들에게 명백할 것이다. 이러한 수정예들은 무선 통신 시스템과 그 구성요소 부품의 설계, 제조 및 사용에 이미 공지되어 있고, 본원에 이미 기재된 특징들 대신에 또는 특징들 외에 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다. 본 출원에서 청구항들이 특징들의 특정 조합으로 기술되었더라도, 본 출원의 명세서의 범위는 여기에 명시적 또는 함축적으로 기재된 임의의 새로운 특징이나 임의의 새로운 특징들의 조합, 또는 임의의 청구항에서 현재 청구된 것과 동일한 발명에 관한 것인지 여부와 본 발명과 동일한 임의의 또는 모든 기술적 문제들을 완화시키는 것인지 여부의 임의의 일반화를 포함함을 알아야 한다. 이로써 출원인들은 본 출원 또는 본 출원으로부터 파생되는 임의의 다른 출원의 심사 동안 새로운 청구항들이 이러한 특징들 및/또는 특징들의 조합들로 기술될 수 있음을 알린다.
본 명세서 및 청구항들에서 소자의 단수 표현은 이러한 다수의 소자들의 존재를 배제하는 것은 아니다. 또한, "포함하는"이라는 단어는 열거된 것 이외의 다른 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하는 것은 아니다.
본 발명은 ad-hoc 무선 통신 시스템들, 예를 들어 블루투스에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템으로서, 각 스테이션은 안테나 수단에 연결되고 다른 스테이션들과 통신하는 트랜시버 수단, 네트워크내에서 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하기 위한 제어 수단, 및 상기 네트워크내에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위한 랭킹 수단을 포함하며,
    상기 스테이션들 중 적어도 하나는 상기 네트워크에서 모든 스테이션들의 랭크를 결정하기 위한 비교 수단과, 최고 랭크를 갖는 스테이션이 상기 네트워크내에서 마스터의 역할을 할 수 있도록 하는 마스터 전송 수단을 포함하는, ad-hoc 무선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 마스터 스테이션에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는, ad-hoc 무선 통신 시스템.
  3. 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 스테이션에 있어서,
    안테나 수단에 결합된 트랜시버 수단은 다른 스테이션들과 통신하기 위해 제공되며, 제어 수단은 상기 스테이션이 네트워크내에서 필요에 따라 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행할 수 있도록 제공되고, 랭킹 수단은 상기 네트워크내에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 질의 수단은 상기 네트워크내에서 다른 스테이션들의 상기 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 마스터 전송 수단은 상기 스테이션이 슬레이브이고 상기 네트워크내에서 최고 랭크를 갖는 경우 마스터의 역할을 이어받는 동작과, 상기 스테이션이 마스터이고 상기 네트워크내에서 최고 랭크를 갖지 않는 경우 제 2 스테이션에게 마스터의 역할을 전송하는 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있도록 제공되는, 스테이션.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 랭킹 수단은 상기 안테나 수단의 성능에 따라 상기 스테이션의 상기 랭크를 결정하는 것을 특징으로 하는, 스테이션.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 안테나 수단의 상기 성능은 동적으로 결정되는, 스테이션.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랭킹 수단은 상기 스테이션의 메인 파워(mains power)로의 액세스에 의존하여 상기 스테이션의 랭크를 결정하는, 스테이션.
  7. 적어도 하나의 네트워크를 형성하는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법으로서, 각 스테이션은 안테나 수단에 결합되고 다른 스테이션들과 통신하는 트랜시버 수단을 포함하며, 네트워크내에서 마스터 또는 슬레이브로 기능할 수 있고, 상기 네트워크내에서 마스터로서 역할을 하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정할 수 있으며,
    상기 방법은 상기 네트워크내에서 모든 스테이션들의 상기 랭크를 결정하고 최고 랭크를 갖는 스테이션에게 마스터의 역할을 인계하도록 하는 상기 스테이션들 중 적어도 하나를 포함하는, 동작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 안테나 수단의 성능에 따라 스테이션의 랭크를 결정하는 것을 특징으로 하는, 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 동적으로 상기 안테나 수단의 성능을 결정하는 것을 특징으로 하는, 동작 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션의 메인 파워(mains power)로의 액세스에 의존하여 상기 스테이션의 랭크를 결정하는 것을 특징으로 하는, 동작 방법.
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