KR100728356B1 - 무선개인지역망에서 같은 대역을 사용하는 이종통신시스템의 공존을 위한 간섭 판단 및 회피 방법 및 장치 - Google Patents

무선개인지역망에서 같은 대역을 사용하는 이종통신시스템의 공존을 위한 간섭 판단 및 회피 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 개인 지역망(WPAN: Wireless Personal Area Networks)에서 같은 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존할 때 발생하는 상호 간섭을 판단하고 이를 효과적으로 회피하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 망이 구성된 후 통신이 진행되는 중에 네트워크 조정자가 망 내의 디바이스에게 일련의 시험 메시지를 보내고, 이에 대해 돌아오는 ACK 메시지의 연속적인 수신 여부 상황에 기반하여 네트워크 조정자가 디바이스의 채널 상태를 판단하는 방법과, 네트워크 조정자는 망 전체의 채널 상태는 망 내의 디바이스들의 채널 상태들을 종합하여 판단하는 방법과, 또한 본 발명에서는 타 시스템의 간섭에 의해 채널 상황이 나쁘다고 판단되면 현재 동작 중인 채널을 타 채널로 변경함으로써 간섭을 회피하는 방법이 제시된다.
무선개인지역망, 주파수 간섭, 간섭 회피, 공존, 무선랜, 블루투스, 지그비

Description

무선개인지역망에서 같은 대역을 사용하는 이종 통신시스템의 공존을 위한 간섭 판단 및 회피 방법 및 장치{Apparatus and Method for Determining and Avoiding Co-channel Interference in Wireless Personal Area Networks}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 망의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 일-대-일 (point-to-point) 전송 방법에 있어서 네트워크 조정자의 채널상태 판단부의 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 일-대-다 (point-to-multipoint) 전송 방법에 있어서 네트워크 조정자의 채널상태 판단부의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 탐색에 의한 채널 변경 방법에 있어서 네트워크 조정자의 채널 변경 처리부의 동작 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 탐색에 의한 채널 변경 방법에 있어서 네트워크 조정자의 채널 탐색 예를 나타낸 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 약속된 채널로의 채널 변경 방법에 있어서 네트워크 조정자의 채널 변경 처리부의 동작 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 약속된 채널로의 채널 변경 방법에 있어서 디바이스의 채널 변경 처리부의 동작 순서도이다.
본 발명은 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존할 때, 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신시스템이 이종 통신시스템에 의해서 발생하는 간섭을 판단하고 회피하기 위한 방안에 관한 것이다.
현재 전세계적으로 900MHz, 2.4GHz, 5.7GHz 대역에 산업, 과학, 의료용 (ISM : Industrial Scientific Medical) 대역이 설정되어있는데 ISM 대역은 사용자가 정부로부터 별도의 주파수사용허가를 받지 않고 무료로 사용할 수 있는 주파수대역이다. 사용자간의 간섭을 줄이기 위하여, 정부에서는 최대 출력이나 주파수 스펙트럼 등의 엄격한 규제를 시행하고 있으나 동일한 주파수 대역을 공유하기 때문에 사용자 수가 늘어날 경우 서로간의 간섭은 불가피하다.
IEEE 802.11, IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.4와 같은 무선통신 표준방식들은 2.4GHz ISM 대역을 사용한다. IEEE 802.11, IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.4는 각각 WLAN, Bluetooth, Zigbee의 이름으로 상용화되었고, 그 사용량이 빠른 속도로 증가하고 있는 추세이다.
종래 IEEE 802.15.4 WPAN 기술에서 망은 네트워크 조정자와 1개 이상의 디바이스로 구성된다. 망 내에서 처음으로 동작을 시작하는 FFD(full funiction device)가 망을 형성하고 네트워크 조정자가 된다. 형성된 망는 이웃 다른 망과 독립적으로 동작하는데 이는 망 형성 시에 네트워크 조정자가 이웃 망과 다른 구분자 (identifier)를 선택함으로써 가능해진다. 네트워크 조정자가 망 구분자를 결정하면 망 조정자는 FFD와 RFD(reduced function device)들의 망 가입을 허용한다. 네트워크 조정자가 망을 형성하고 디바이스들이 망에 가입할 때 채널 스캔 과정들이 수행된다. IEEE 802.15.4 WPAN 기술에서는 채널 스캔 과정으로 에너지 검출 채널 스캔(energy detection channel scan), 능동 채널 스캔(active channel scan), 수동 채널 스캔(passive channel scan), orphan 채널 스캔(orphan 채널 스캔)을 정의해놓고 있는데 수동 채널 스캔과 orphan 채널 스캔은 모든 디바이스들이 수행할 수 있고 에너지 검출 채널 스캔과 능동 채널 스캔은 FFD만 수행할 수 있다. 네트워크 조정자는 망을 형성하기 전에 후보 채널 리스트에 있는 채널들을 하나씩 옮겨가며 에너지 검출 채널 스캔을 수행하여 채널 상태가 양호한 채널을 선택한다.
종래 IEEE 802.15.4 WPAN 기술은 상기의 설명과 같이 망 채널 상태 판단을 새로운 망을 형성하는 경우에만 수행하기 때문에, 만약 망이 형성된 후 가입된 디바이스들의 동작 도중에 근처의 WLAN, Bluetooth, Microwave oven 등의 같은 대역을 사용하는 디바이스들이 간섭을 일으켜 채널 상태가 나빠지더라도 이를 판단하기 힘들다. 또한 채널 상태를 판단할 수 있다 해도 종래의 IEEE 802.15.4 기술에는 간섭 회피 기법들이 명시되어 있지 않아 IEEE 802.15.4 기술을 추가적인 간섭 회피 기법 없이 이용할 경우 간섭으로 인해 통신 품질이 저하되는 결과를 초래하게 된다.
따라서, 동일한 주파수 대역에서 동작하는 이종 통신시스템들은 서로 간섭을 줄 수 있는데 비교적 작은 전력을 사용하는 통신시스템은 이로 인해서 원활한 통신 이 어려운 상황을 겪게 된다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 비교적 작은 전력을 사용하는 통신시스템이 타 통신시스템에 의한 간섭을 송신기에서 정확하고 효율적으로 판단하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 작은 전력을 사용하는 통신시스템이 타 통신 시스템들의 간섭에 의해 원활한 통신이 어려운 상황에서 통신의 품질을 요구 수준 이상으로 유지시키기 위해 네트워크 조정자 주도로 간섭을 회피하는 방법을 제공하는 데에 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대한 발명의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 무선개인지역망(WPAN : Wireless Personal Area Networks)에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성되는 통신 시스템이 같은 주파수 대역에서 동작하는 이종통신시스템들에 의한 간섭을 판단하고 회피하기 위해서 적용된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 무선개인지역망에 같은 주파수 대역에서 동작하는 복수 개의 이종 통신시스템들이 공존하는 상황을 도시한 것이다.
IEEE 802.15.4 WPAN 기술에는 동작 중에 채널들의 상태를 판단하고 채널 상태가 좋지 않을 경우 동작 채널을 타 채널로 변경시키는 기능이 명시되어 있지 않 아 수신 디바이스와 같은 주파수 대역을 사용하는 WLAN, Bluetooth, Microwave oven이 근처에서 동작하고 있는 경우 이들로부터 IEEE 802.15.4 디바이스에 미치는 간섭으로 인해 IEEE 802.15.4 디바이스 통신의 신뢰도가 급격히 떨어진다. IEEE 802.15.4 디바이스의 송신 전력은 WLAN, Bluetooth, Microwave oven의 송신 전력의 1/100~1/10 정도로 작기 때문에 이들 시스템들의 간섭에 의한 IEEE 802.15.4 시스템의 통신 장애는 더욱 심각하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구조도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 망 전체의 채널 상태를 판단하는 채널 상태 판단부(200)와 채널 상태 판단부에서 채널 상태가 좋지 못하다고 판단할 경우 채널 변경을 처리하는 채널 변경 처리부(230)로 구성된다.
상기 채널 상태 판단부(200)는 네트워크 조정자가 망을 구성하고 있는 디바이스들에게 시험 메시지들을 전송하고(205) 디바이스로부터 돌아오는 ACK 메시지의 수를 세어(210) ACK 메시지 수신율을 계산하여 이로써 채널 상태를 판단한다.(215)
시험 메시지를 전송하는 방법(205)에는 일-대-일(point-to-point)로 네트워크 조정자가 각 디바이스에 순차적으로 시험 메시지를 전송하는 방법(220)과 일-대-다(point-to-multipoint)로 네트워크 조정자가 시험 메시지를 한 번에 다수의 미리 선정한 디바이스들에 전송하는 방법(225)이 있다.
상기 채널 변경 처리부(230)는 상기 채널 상태 판단부(200)가 망 전체 채널 상태가 나쁘다고 판단하는 경우에 채널 변경을 처리한다. 채널을 변경하는 방법(245)에는 네트워크 조정자가 채널 상태를 탐색해보고(235) 상태가 좋은 채널을 선 택하여 디바이스들에게 선택한 채널로 변경하기를 요청하는 채널 변경 요청 메시지를 전송(240)하여 채널을 변경하는 방법(250)과, 네트워크 조정자와 디바이스들이 채널 상태가 나쁜 경우에 네트워크 조정자가 채널 변경 요청 메시지를 전송하고(240) 네트워크 조정자와 디바이스들이 망 형성 시에 서로 약속해 놓은 채널로 변경하는 방법(255)이 있다.
먼저 본 발명의 상기 채널 상태 판단부가 채널 상태를 판단하기 위해 시험 메시지를 일-대-일(point-to-point) 전송할 경우와 일-대-다(point-to-multipoint) 전송할 경우 각각에 대한 채널 상태 판단 방법을 상세히 기술한다.
그 다음에 본 발명의 상기 채널 변경 처리부가 채널 상태가 나쁜 경우 네트워크 조정자의 채널 탐색 결과에 기반하여 채널을 변경하는 방법과 미리 약속한 채널로 채널을 변경하는 방법을 상세히 기술한다.
<시험 메시지를 일-대-일(point-to-point) 전송할 경우 채널상태 판단방법>
본 발명은 망의 채널 상태를 판단함에 있어서 네트워크 조정자가 각 디바이스에 순차적으로 시험 메시지를 일-대-일로 전송하는 경우에 채널 상태를 판단하는 방법이다.
도 3은 네트워크 조정자가 시험 메시지를 일-대-일로 전송하는 경우의 채널 상태 판단 방법의 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명에서 시험 메시지를 일-대-일로 전송할 경우 채널 상태 판단부의 동작 절차를 설명하면 다음과 같다.
채널의 상태를 판단하기 위한 임계치 α, β를 설정하고, 망을 구성하고 있 는 전체 디바이스 중에서 시험을 수행할 k개의 디바이스를 선정하고 현재까지 시험를 수행한 디바이스 수 i와 현재까지 채널 상태가 나쁜 디바이스 수 b를 0으로 초기화 한다(S300). 네트워크 조정자는 선정한 k 개의 디바이스 중에서 하나에 m 개의 시험 메시지를 전송하고(S310), 디바이스로부터 시험 메시지에 대한 ACK 메시지를 수신하여 수신 메시지 수 n을 센다(S320). 상기 네트워크 조정자는 전송한 시험 메시지 수와 수신한 ACK 메시지 수의 비율인
Figure 112005078364074-pat00001
을 미리 설정해 놓은 임계치 α와 비교하여(S330),
Figure 112005078364074-pat00002
이 임계치 α보다 작으면 시험한 디바이스의 채널 상태가 나쁘다고 판단하고 채널 상태가 나쁜 디바이스의 개수 b를 증가시킨다(S340).
Figure 112005078364074-pat00003
과 임계치 α와의 비교가 끝나면 시험를 수행한 디바이스 개수 i를 증가시키고 (S350), k 개의 디바이스들 중에서 시험를 수행하지 않은 디바이스들에 대해 차례로 디바이스를 선택하여 도 3의 S310 내지 S350 과정들을 반복한다.
각 디바이스의 채널 상태 판단을 미리 선정했던 k 개의 디바이스에 대해서 모두 수행하면(S360), 시험를 수행한 디바이스 수와 채널 상태가 나쁜 디바이스 수의 비율인
Figure 112005078364074-pat00004
를 미리 설정한 임계치 β와 비교한다(S370).
Figure 112005078364074-pat00005
가 임계치 β보다 크면 망 전체의 채널 상태가 좋지 못하다고 판단하고(S390), 임계치보다 작으면 지역적으로는 채널의 상태가 나쁠 수 있으나 망 전체적으로 채널의 상태가 양호하다고 판단한다(S380). 채널의 상태를 판단하는 임계치 α와 β는 망의 상황을 고려하여 망 운영자가 적절한 값들로 설정할 수 있다.
본 발명에서 네트워크 조정자는 선정한 디바이스들의 채널 상태를 차례로 판단한 후 이를 종합하여 망 전체 채널 상태를 판단한다. 선택한 디바이스들 각각에 대해서 차례로 채널 상태 판단 과정을 수행하여야 하므로 선택한 디바이스의 수가 많아지면 판단하는데 걸리는 시간이 길어지는 단점이 있다. 따라서 망 운영자는 채널 상태 판단 시간과 채널 상태 판단의 정확성을 고려하여 선택할 디바이스 수 k를 설정하여야 한다.
<시험 메시지를 일-대-다 (point-to-multipoint) 전송할 경우 채널상태판단>
본 발명은 망의 채널 상태를 판단함에 있어서 네트워크 조정자가 각 디바이스에 순차적으로 시험 메시지를 일-대-다로 전송하는 경우에 채널 상태를 판단하는 방법이다.
도 4는 네트워크 조정자가 시험 메시지를 일-대-다로 전송하는 경우의 채널 상태 판단 방법의 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명에서 시험 메시지를 일-대-다로 전송할 경우 채널 상태 판단부의 동작 절차를 설명하면 다음과 같다.
채널 상태를 판단하기 위한 임계치 γ, δ와 총 시험 수행 횟수 p를 설정하고 피코넷을 구성하고 있는 전체 디바이스들 중에 시험를 수행할 k 개의 디바이스를 선정하고, 현재까지 시험을 수행한 횟수 j와 현재까지 채널 상태가 나쁘다고 판단한 횟수 q를 0으로 초기화 한다(S400). 네트워크 조정자는 시험을 수행하기 위해서 선정된 k개의 디바이스들에게 일-대-다 전송방법으로 시험 메시지를 전송하고(S410), 시험 메시지를 받은 디바이스들로부터 돌아올 ACK 메시지를 대기한다. 이 때, 디바이스는 충돌을 피하기 위해서 임의의 지연시간(random delay) 후에 ACK 메시지를 전송한다. 상기 네트워크 조정자는 최대 지연 가능 시간을 예측하여 예측 시간 동안 ACK 메시지를 수신한다(S420). 네트워크 조정자가 전송한 시험 메시지 수 k와 디바이스들로부터 수신한 ACK 메시지 수 s의 비율인
Figure 112005078364074-pat00006
를 미리 설정한 임계치 γ와 비교한다(S430).
Figure 112005078364074-pat00007
가 임계치 γ보다 작으면, 피코넷의 채널 상태가 나쁘다고 판단하여 채널 상태가 나쁘다고 판단한 횟수 q를 증가시킨다(S440).
Figure 112005078364074-pat00008
와 임계치 γ의 비교가 끝나면 시험 수행 횟수 j를 증가시킨다(S450). 시험 수행 횟수 j가 미리 설정한 총 시험 수행 횟수 p와 일치하면(S460) 전체 테스트 횟수 p와 채널 상태가 나쁘다고 판단한 횟수 q의 비율인
Figure 112005078364074-pat00009
를 미리 설정한 임계치 δ와 비교한다(S470).
Figure 112005078364074-pat00010
가 임계치 δ보다 크면 피코넷의 채널 상태가 나쁘다고 판단하고(S490), 임계치 δ보다 작으면 피코넷의 채널 상태가 양호하다고 판단한다(S480). 채널의 상태를 판단하는 임계치 γ와 δ는 망의 상황을 고려하여 망 운영자가 적절한 값들로 설정할 수 있다.
본 발명에서 네트워크 조정자는 채널 상태를 시험하기 위해 선정한 디바이스들에게 시험 메시지를 일-대-다로 한 번에 보냄으로써 시험 메시지를 보내는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 하지만 시험할 디바이스들의 수가 많아지면 디바이스가 임의의 시간 지연을 두고 ACK 메시지를 전송하더라도 ACK 메시지들 사이에 충돌 이 발생할 수 있어서 판단의 신뢰도가 떨어질 수 있다. 그리고 총 시험 수행 횟수 p는 시험의 정확도를 결정하는 인자로써 p를 큰 값으로 설정하면 정확도는 높아지는 반면 시간은 길어지고, p를 작은 값으로 설정하면 시간은 줄어드는 반면 정확도는 떨어지게 된다. 따라서 망 운영자는 이러한 특성과 망의 상황을 고려하여 시험할 디바이스 수 k와 전체 시험 횟수 p를 설정하여야 한다.
<채널 탐색 방법에 의한 채널 변경 처리>
본 발명은 채널 상태가 나쁜 경우 네트워크 조정자가 채널을 탐색해서 양호한 채널을 선택한 후, 망을 구성하고 있는 디바이스에게 선택한 양호한 채널로 채널을 변경하라는 메시지를 전송하여 채널을 변경하는 방법이다.
도 5는 네트워크 조정자가 수행하는 채널 탐색에 의한 채널 변경 방법의 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명의 채널 탐색에 의한 채널 변경 방법에 기반을 둔 네트워크 조정자의 채널 변경 처리부의 동작 절차를 설명하면 다음과 같다.
네트워크 조정자는 채널 탐색 폭 d와 채널 변경 제한치 y를 설정하고 현재까지 채널 변경 횟수 i를 초기화한다(S500). 그리고 채널 상태 판단부에서 망의 채널 상태를 판단하여(S505), 채널 상태가 나쁘다고 판단된 경우에는 네트워크 조정자는 에너지 검출 채널 스캔 방법으로 상태가 양호한 채널을 탐색한다(S515, S525, S530, S535, S540).
에너지 검출 채널 스캔 방법으로 상태가 양호한 채널을 탐색하는 절차를 살펴보면 먼저 네트워크 조정자는 현재 동작 채널 CH에서 d만큼 떨어진 채널(525) 을 에너지 검출 채널 스캔 방법으로 다른 통신시스템에서 사용하고 있는지 검사한다 (S535). 판단 결과, 채널 상태가 나쁘면 검사한 채널에서 d만큼 떨어진 채널을 다시 동일한 방법으로 검사한다. 이렇게 검사할 채널을 d씩 도약하면서 탐색하고, 상태가 양호한 채널을 발견하면 이 채널을 변경 결과 채널 CH change 로 설정한다(S540). 채널 변경 횟수 i가 채널 변경 제한치 y가 될 때까지 (515) 네트워크 조정자가 양호한 채널을 발견하지 못한 경우에는 대역 전체의 채널 상태가 나쁘다고 판단하여 전력 소모를 줄일 수 있도록 일정 시간 동안 망 전체 디바이스들을 대기모드로 들어가도록 한다(S520).
채널 탐색을 수행하여 상태가 양호한 채널을 찾은 경우에 있어서, 상기 네트워크 조정자는 망을 구성하고 있는 디바이스들에게 상태가 양호하다고 판단되는 채널 CH change 로 채널을 변경하라는 메시지를 채널 변경 요청 메시지를 전송한다(S545). 채널 변경 요청 변경 메시지를 전송한 후에는 네트워크 조정자도 채널을 CH change 로 변경하고(S550), 변경한 채널에서 다시 망을 구성하여 통신한다.
도 6은 상기에서 설명한 채널 스캔 방법의 이해를 돕기 위해서 실시 예를 도시한 것이다. 도 6에서 보는 바와 같이 현재 채널이 2.420GHz 이고, 채널 탐색 폭 d 가 4면, 네트워크 조정자는 현재 채널에서 채널이 d × 5MHz 만큼 떨어진 2.440GHz 채널의 상태를 검사한다. 검사한 채널의 상태가 나쁜 경우에는 다시 d × 5MHz 만큼 떨어진 2.460GHz 채널의 상태를 검사하고, 이런 방식으로 채널 변경을 채널 변경 제한치 y만큼 수행한다. 채널 변경 폭 d는 망 운영자가 망의 상황을 고 려하여 결정한다. 간섭을 발생시키는 타 시스템의 대역폭이 상대적으로 넓을 경우 적절하게 설정된 채널 변경 폭 d만큼씩 도약하면서 채널 탐색을 수행하면 상태가 양호한 채널을 더 신속하게 찾을 수 있는데 이는 통신 시스템이 동작하는 채널 상태가 간섭을 일으키는 타 시스템의 간섭으로 인해 좋지 않을 경우 인접 채널의 상태도 같은 간섭으로 인해 좋지 않을 가능성이 높기 때문이다.
<약속한 채널로의 채널 변경 방법에 의한 채널 변경 처리>
본 발명은 네트워크 조정자와 디바이스가 망을 형성할 때 미리 변경할 채널을 약속하고, 망의 채널 상태가 나쁜 경우에 미리 약속한 채널로 변경하는 방법이다.
약속한 채널로의 채널 변경 방법에 의한 채널 변경 처리는 망에 다른 통신 시스템이 단시간 내에 형성이 되어 간섭을 발생시키는 경우에는 효과적으로 간섭을 피할 수 있게 한다. 다시 말해 단시간 내에 간섭이 형성되는 경우에 네트워크 조정자가 디바이스에 채널 변경 요청 메시지를 전송하더라도 이 메시지가 손실되어 디바이스가 메시지 내의 채널로 변경하지 못할 수 있는데, 이런 경우에는 네트워크 조정자와 디바이스 미리 채널을 약속해두어 채널 상황이 나쁠 경우 약속한 채널로 변경하면 효과적으로 간섭을 피할 수 있게 된다.
도 7은 네트워크 조정자가 수행하는 약속한 채널로 채널을 변경 방법에 의한 채널 변경 방법의 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명의 약속한 채널로의 채널 변경 방법에 기반을 둔 네트워크 조정자의 채널 변경 처리부의 동작 절차를 설 명하면 다음과 같다.
네트워크 조정자는 망을 형성할 때, 변경 채널을 약속하기 위해 채널 변경 폭 d 와 채널 변경 제한치 y를 설정하고(S700), 망에 가입하는 디바이스들에게 이 정보들을 전송한다(S710). 이렇게 채널을 변경하기 위한 정보를 공유한 후에 네트워크 조정자의 채널 상태 판단부가 망의 채널 상태가 나쁘다고 판단하면 네트워크 조정자는 디바이스들에게 채널 변경 요청 메시지를 전송한다(S740). 채널 변경 요청 메시지에는 채널을 변경하라는 명령만 포함되고, 변경할 채널의 정보는 포함되지 않는다. 네트워크 조정자는 채널 변경 요청 메시지 전송 후에 현재 채널에서 채널 변경 폭 d만큼 떨어진 곳으로 채널을 변경하고 (770), 채널 변경 횟수 i를 증가시킨다(S780). 변경한 채널에서 망을 형성하여 채널 상태를 판단하였을 때, 채널의 상황이 나쁘면 도 7의 S720, S730, S740, S750, S760, S770 과정들을 다시 수행하여 채널을 변경한다. 채널 변경 횟수가 채널 변경 제한치 y를 초과하는 경우 현재 대역 전체의 채널 상태가 좋지 않다고 판단하여 망 전체가 대기모드로 진입하도록 하여(S760) 전력 소모를 줄인다.
도 8은 디바이스가 수행하는 약속한 채널로 채널을 변경 방법에 의한 채널 변경 방법의 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명의 약속한 채널로의 채널 변경 방법에 기반을 둔 디바이스의 채널 변경 처리부의 동작 절차를 설명하면 다음과 같다.
디바이스는 네트워크 조정자의 채널 변경 여부를 판단하기 위한 임계치 ξ를 설정하고(S800), 망에 가입할 때 네트워크 조정자로부터 변경 채널을 약속하기 위 한 채널 변경 폭 d와 채널 변경 제한치 y를 수신한다(S810).
디바이스들은 네트워크 조정자로부터 채널 변경 요청 메시지를 수신하면(S820) 네트워크 조정자가 채널을 변경하는 방법과 동일하게 현재 디바이스가 동작 중인 채널에서 d만큼 떨어진 채널(S870)로 채널을 변경하고 채널 변경 횟수를 증가시킨다(S880). 채널 변경 요청 메시지를 수신하지 못한 디바이스들은 네트워크 조정자가 주기적으로 전송하는 비콘 신호를 수신 시도하여 연속적으로 미수신한 비콘의 개수 x를(S830) 미리 설정해 놓은 임계치 ξ와 비교하여(S840), 연속적으로 미수신한 비콘의 개수 x가 임계치 ξ보다 크면 피코넷 코디네이터가 채널을 변경했다고 판단하고 상기의 방법대로 채널을 변경한다. 변경한 채널의 채널 상태가 좋지않아 채널 변경 횟수 i가 채널변경 제한치 y를 초과하면(S850) 디바이스의 전력 소모를 중이기 위해 일정 시간 동안 대기모드로 들어가도록 한다(S860).
본 발명에 의하면, 무선개인영역망에서 네트워크 조정자와 하나 이상의 디바이스로 구성되어 있는 통신 시스템이 동일한 주파수 대역에서 동작하는 이종 통신 시스템들의 간섭에 의해서 원활히 동작하지 못하는 상황에서 네트워크 조정자가 채널 상태를 판단하고, 상태가 양호한 채널로 변경함으로써 서로 간섭을 피하여 원활한 통신 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 채널 상태 판단부는 디바이스들의 채널 상태를 판단하기 위해 디바이스들에게 시험 메시지를 보낼 때 일-대-일 전송방법 혹은 일-대-다 전송방법을 사용할 수 있는데 채널 상태를 판단함에 있어서는 상기 네트워크 조정자가 통신 중 에 시험 메시지를 보내 이에 대한 ACK 응답 비율을 이용하여 송신부에서 채널 상태를 판단하기 때문에, 수신부에서 채널 상태를 판단하는 것보다 판단의 속도가 빠르고 신뢰성이 높다. 또한 채널 상태 판단을 위한 일련의 동작들은 네트워크 조정자가 수행하기 때문에 디바이스의 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 채널 변경 처리부는 간섭으로 인해 채널 상황이 나쁘다고 판단되는 경우 동작 채널을 변경시키는 기능을 수행하는데 네트워크 조정자가 양호한 채널을 검색한 후 망 내의 디바이스들에게 채널 정보를 알려주고 채널을 변경하는 방법 혹은 디바이스가 가입할 때 네트워크 조정자와 미리 약속한 채널로 채널을 변경하는 방법을 사용한다. 이를 통해 같은 대역을 사용하는 타 시스템으로부터의 간섭을 회피하여 통신 상태를 원활하게 유지시킬 수 있다.
채널 변경 처리부에서 사용될 수 있는 두 가지 방법 모두의 경우에 대해 연속된 채널 변경 횟수가 미리 망의 상황에 정해놓은 임계치를 넘어서면 동작 대역 내 전체 채널 상태가 나쁘다고 판단하여 네트워크 조정자와 망 전체의 디바이스들을 대기모드로 진입시키도록 한다. 이를 통해 전체 주파수 동작 대역의 신뢰성이 낮은 경우에서도 종래 IEEE 802.15.4 기술 통신보다 적게 전력을 소모할 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존하는 상황에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신 시스템이 타 시스템으로부터의 간섭을 피하기 위해서 채널 상태를 판단하고 채널 변경을 처리하는 방법에 있어서;
    네트워크 조정자가 망을 구성하고 있는 디바이스들에게 시험 메시지들을 전송하고 디바이스로부터 돌아오는 ACK 메시지의 수를 세어 ACK 메시지 수신율을 계산하여 채널상태를 판단하는 1단계; 및
    상기 1단계에서 채널상태가 나쁘다고 판단될 경우 네트워크 조정자가 미리 설정된 채널 변경 폭만큼 채널을 변경하거나 네트워크 조정자의 요청에 따라 디바이스들이 미리 설정된 채널로 변경함으로써 채널변경을 처리하는 2단계를 포함하는 채널 변경 방법.
  2. 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존하는 상황에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신 시스템이 망 내의 전체 채널 상태를 판단하는 방법에 있어서;
    네트워크 조정자가 일-대-일로 시험 메시지를 보낼 디바이스들을 선정하는 1 단계;
    네트워크 조정자가 상기 1 단계에서 선정된 디바이스들 중 1개에게 일-대-일로 시험 메시지를 전송하는 2 단계;
    시험 메시지를 전송받은 디바이스가 네트워크 조정자에게 ACK 메시지를 전송하는 3 단계;
    2 단계, 3 단계를 미리 정해놓은 시험 메시지 전송 횟수만큼 반복하여 수행하는 4 단계;
    2 단계, 3 단계, 4 단계를 1 단계에서 선정한 나머지 디바이스들에 대해서 수행하는 5 단계;
    네트워크 조정자가 1단계, 2단계, 3단계, 4단계에서 디바이스들로부터 받은 ACK 메시지에 기반하여 망 전체 채널 상태를 판단하는 6 단계;
    를 포함하는 채널 상태 판단 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 6단계에서,
    채널 상태를 판단함에 있어 네트워크 조정자가 시험 메시지를 보내 돌아온 ACK 메시지를 받아 ACK 수신율을 계산하여 이 ACK 수신율과 망 환경에 적합하게 설정해 놓은 임계치와의 비교를 통해 채널 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 상태 판단 방법.
  4. 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존하는 상황에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신 시스템이 망 내의 전체 채널 상태를 판단하는 방법에 있어서;
    네트워크 조정자가 일-대-다로 시험 메시지를 보낼 디바이스들을 선정하는 1 단계;
    네트워크 조정자가 1 단계에서 선정된 디바이스들에게 일-대-다로 시험 메시지를 전송하는 2 단계;
    시험 메시지를 전송받은 디바이스들이 네트워크 조정자에게 ACK 메시지를 전 송하는 3 단계;
    상기 2단계, 3단계를 미리 정해놓은 시험 메시지 전송 횟수만큼 반복하여 수행하는 4 단계;
    네트워크 조정자가 상기 1단계, 2단계, 3단계에서 디바이스들로부터 받은 ACK 메시지에 기반하여 망 전체 채널 상태를 판단하는 5 단계;
    를 포함하는 채널 상태 판단 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 5단계에서,
    채널 상태를 판단함에 있어 네트워크 조정자가 시험 메시지를 보내 돌아온 ACK 메시지를 받아 ACK 수신율을 계산하여 이 ACK 수신율과 망 환경에 적합하게 설정해 놓은 임계치와의 비교를 통해 채널 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 상태 판단 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 3단계에서,
    일-대-다 전송 방법으로 시험 메시지를 전송받은 디바이스가 ACK 메시지 사이의 충돌을 회피하기 위하여 임의의 시간 대기 후 ACK 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 상태 판단 방법.
  7. 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존하는 상황에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신 시스템이 망 전체 채널 상태가 나쁘다고 판단할 경우 채널 탐색 방법에 의한 채널 변경 방법에 있어서;
    네트워크 조정자가 망 형성 시 디바이스에게 망 환경에 적합하게 설정된 채널 탐색 폭 d와 채널 탐색 제한치 y를 설정하는 1 단계;
    네트워크 조정자의 채널 상태 판단부가 동작 채널의 상태가 나쁘다고 판단하여 채널 변경 처리부에 채널 변경을 명령하는 2 단계;
    네트워크 조정자가 양호한 채널을 채널 탐색 폭 d 씩 순차적으로 도약하며 탐색하여 탐색한 양호한 채널 정보를 네트워크 조정자가 채널 변경 요청 메시지에 포함시켜 망 내의 디바이스들에게 보내는 3 단계;
    상기 3 단계에서 네트워크 조정자가 보낸 채널 변경 요청 메시지를 수신한 망 내의 디바이스들은 채널 변경 요청 메시지의 변경 채널 정보에 따라 채널을 변경하는 4 단계;
    네트워크 조정자의 동작 채널을 변경하는 5 단계;
    를 포함하는 채널 변경 방법.
  8. 동일한 주파수 대역을 사용하는 이종 통신시스템들이 공존하는 상황에서 하나 이상의 디바이스와 네트워크 조정자로 구성된 통신 시스템이 망 전체 채널 상태가 나쁘다고 판단할 경우 약속한 채널로의 채널 변경 방법에 있어서;
    디바이스가 망에 가입할 때 네트워크 조정자가 디바이스에게 망 환경에 적합 하게 설정된 채널 변경 폭 d와 채널 변경 제한치 y를 설정하고 디바이스에게 전송하는 1 단계;
    네트워크 조정자의 채널 상태 판단부가 동작 채널의 상태가 나쁘다고 판단하여 채널 변경 처리부에 채널 변경을 명령하는 2 단계;
    네트워크 조정자가 망 내의 디바이스들에게 채널 변경 요청 메시지를 보내는 3 단계;
    상기 3 단계에서 네트워크 조정자가 보낸 채널 변경 요청 메시지를 수신한 망 내의 디바이스들은 상기 1 단계에서 미리 약속한 채널 변경 폭만큼 채널을 변경하고, 수신하지 못한 망 내의 디바이스들은 연속된 비콘 미수신 개수를 측정하여 이 측정치가 미리 정해 놓은 임계치가 넘어가면 채널을 상기 1 단계에서 미리 약속한 채널 변경 폭만큼 채널을 변경하는 4 단계;
    네트워크 조정자가 상기 1 단계에서 미리 약속한 채널 변경 폭만큼 네트워크 조정자의 동작 채널을 변경하는 5 단계;
    상기 4 단계, 5 단계에서 변경한 채널의 탐색한 채널 상태가 나쁜 경우 상기 2단계, 3단계, 4단계, 5단계를 통해 탐색하지 않은 채널들로 도약, 변경하여 양호한 채널을 탐색하는 6단계;
    를 포함하는 채널 변경 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 3 단계에서,
    채널을 탐색/변경함에 있어서 채널 탐색/변경 제한치를 두어 이를 넘을 경우 전체 채널들의 상황이 나쁜 것으로 생각하여 채널 탐색/변경 작업을 중단하고 망 전체가 대기모드 상태로 진입하게 하여 전력 소모를 줄이는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 4 단계, 5 단계에서,
    채널을 탐색/변경함에 있어서 채널 탐색/변경 제한치를 두어 이를 넘을 경우 전체 채널들의 상황이 나쁜 것으로 생각하여 채널 탐색/변경 작업을 중단하고 망 전체가 대기모드 상태로 진입하게 하여 전력 소모를 줄이는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 5 단계에서,
    네트워크 조정자가 보낸 채널 변경 요청 메시지를 수신하지 못한 망 내의 디바이스들이 채널 상태를 판단함에 있어서, 연속된 비콘 미수신 개수를 측정하여 임계치와 미수신 측정치를 비교함으로써 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 1 단계의 네트워크 조정자의 채널 탐색 폭을 빠른 시간 안에 상태가 양호한 채널을 찾을 수 있도록, 간섭이 예상되는 이종 통신시스템들의 채널 대역을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 1단계의 채널 변경 폭을 빠른 시간 안에 상태가 양호한 채널을 찾을 수 있도록, 간섭이 예상되는 이종 통신시스템들의 채널 대역을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 3단계에서,
    네트워크 조정자와 디바이스들이 미리 채널 변경 폭을 약속하였으므로 채널 변경 요청 메시지에 변경 채널 정보를 실어 보내지 않음으로써 전송 메시지 크기를 줄이는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  15. 청구항 7에 있어서,
    상기 3단계에서,
    채널을 탐색/변경시 빠른 시간 안에 상태가 양호한 채널을 찾을 수 있도록 채널 탐색/변경 폭 간격으로 순차적으로 도약하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 6단계에서,
    채널을 탐색/변경시 빠른 시간 안에 상태가 양호한 채널을 찾을 수 있도록 채널 탐색/변경 폭 간격으로 순차적으로 도약하는 것을 특징으로 하는 채널 변경 방법.
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