KR100758828B1 - 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법 - Google Patents

무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 개인 지역망 (WPAN: Wireless Personal Area Networks) 에서 디바이스(Device, DEV)들이 피코넷(Piconet)에 등록을 하려고 할 때 새로 피코넷이 구성되어가는 환경에서 가입하는 경우와, 이미 피코넷이 구성되어 있는 환경에서 피코넷에 추가로 가입하는 두 가지 경우에서 다수의 디바이스가 피코넷에 효율적으로 등록될 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 새로운 피코넷(Piconet)을 시작할 때, 새로 시작하는 피코넷의 네트워크 조정자 (Piconet Coordinator, PNC)와 피코넷에 등록되는 디바이스 (Device, DEV)의 개수를 사람이 수동적으로 정하는 방법을 사용하고, 이미 피코넷이 구성되어 통신을 하고 있는 상황에서 새로운 디바이스가 등록하려고 할 때, 등록 요청을 하는 디바이스의 개수를 네트워크 조정자가 예측하여 정하는 방법이 제시된다.
무선 개인 지역망, 피코넷, 디바이스

Description

무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법 {Association Method for Multiple Devices in Wireless Personal Area Networks}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 피코넷의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 디바이스들의 수퍼프레임 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비콘 프레임 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 등록 응답 명령 프레임 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 경쟁 구간의 시간 슬롯을 그룹으로 나누어 그룹당 보증된 시간 슬롯을 할당하는 방법을 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 도 5의 수퍼프레임 구조를 사용하는 환경에서의 등록 응답 명령 프레임의 구조도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 새로운 피코넷의 시작 및 디바이스의 피코넷 등록 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 정상 통신 상태에서 디바이스의 피코넷 등록 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 피코넷에 등록을 시도하는 디바이스의 개수를 예측하여 정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
본 발명은 무선 개인지역망 환경에서 여러 디바이스들 중 한 개의 디바이스가 네트워크 조정자가 되어 피코넷을 새롭게 구성하고 나머지 디바이스들이 새롭게 생성된 피코넷에 등록하려고 하는 상황과, 피코넷 구성이 완성되어 정상적인 통신이 이루어지고 있는 상황에서 다수의 디바이스가 피코넷에 등록하려고 할 때 디바이스들이 서로 충돌을 피하면서 빠른 시간 내에 피코넷에 등록할 수 있는 방법에 관한 것이다.
종래의 IEEE 802.15.4 표준 규격(이하 "표준규격"이라 한다)에 따른 무선 개인지역망에서 망의 구성은 상기의 피코넷을 PAN(Personal Area Network) 이라고 하고, 여러 디바이스들 중 망 조정자(PAN Coordinator)로서의 역할을 할 수 있는 완전 기능 디바이스(Full Function Device, FFD) 들 중 한 개의 디바이스가 네트워크 조정자가 되어서 새로운 피코넷을 형성하고 나머지 디바이스들은 새롭게 생성된 피코넷 또는 이미 존재하는 피코넷에 등록하는 방식으로 하나의 피코넷을 구성한다.
네트워크 조정자로서의 역할을 할 수 없는 제한된 기능 디바이스 (Reduced Function Device, RFD)는 디바이스를 만들 때부터 네트워크 조정자로서의 기능이 없고 복잡도가 낮은 간단한 기능을 가지도록 설계되어 있어 FFD와의 통신만 가능한 디바이스다.
한 개의 FFD가 네트워크 조정자가 되어 피코넷을 구성하면 다른 디바이스들이 피코넷에 등록되기 위해서 등록 요청 명령(association request command)을 네트워크 조정자에게 보내게 되는데 이 명령들은 Slotted CSMA/CA 방식을 통해서 전달되기 때문에 등록 요청을 하는 디바이스들이 많을수록 등록 요청 명령간의 충돌확률은 커져 피코넷 전체의 전력 소모량이 많아지고, 모든 디바이스들이 피코넷에 등록되는데 걸리는 시간도 증가하게 된다. 또한, 먼저 등록된 디바이스들이 네트워크 조정자와 통신을 하려고 할 때 다수의 등록 요청 명령들과의 충돌로 인해서 네트워크의 효율이 현저히 떨어지게 된다. 즉, Slotted CSMA/CA 방식은 매체 (Medium)에 접근하려는 디바이스들이 많을수록 그 효율이 현저하게 떨어지는 방식으로 상기 설명한 바와 같이 새로운 피코넷이 형성되고 형성된 피코넷에 등록되려는 디바이스들이 많을수록 비효율적인 성능을 나타낸다.
피코넷에서 정상적인 통신이 이루어지고 있는 상황에서 다수의 디바이스가 동시에 피코넷에 등록 요청 명령을 보내려고 할 때 등록 요청 명령 신호는 이미 피코넷에 등록되어 있는 디바이스들의 트래픽과 피코넷에 등록을 하지 않은 다른 디바이스들의 등록 요청 명령과의 충돌에 의해서 네트워크 조정자에게 제대로 전달되지 않고, 이미 등록된 디바이스들은 통신을 제대로 하지 못해 네트워크 효율이 떨어지게 되는데, 이러한 상황에서도 다수 디바이스의 등록 요청 명령을 효율적으로 관리해줄 수 있는 방법이 필요하다.
이와 같이, 무선 개인지역망(WPAN)에서 새롭게 피코넷이 형성되고 디바이스들이 피코넷에 등록하려고 할 때 수동적인 조작을 통해 빠른 시간 내에 효율적으로 새로운 피코넷 형성 및 디바이스들의 피코넷 등록을 가능하게 하는 기법과, 정상적인 통신이 이루어지고 있는 피코넷에 다수의 디바이스가 동시에 등록 요청을 할 때 다수 디바이스들의 피코넷 등록 요청을 효율적으로 관리해주는 기법에 대해서 제시하고자 한다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 사람의 수동적인 조작을 통해 빠른 시간내에 새로운 피코넷을 시작하도록 하고 나머지 디바이스들은 가능한 충돌을 피하면서 피코넷에 등록을 할 수 있도록 하고, 또한 정상적인 통신이 이루어지고 있는 피코넷에 다수의 디바이스가 동시에 등록하려고 할 때 네크워크 조정자가 피코넷에 등록하려는 다수의 디바이스 개수 정보를 스스로 예측하고 값을 정해, 피코넷에 등록하려는 디바이스들이 가능한 충돌을 피하면서 피코넷에 등록할 수 있도록 하여 디바이스들이 피코넷에 등록되는데 소비되는 망 전체의 전력 소모를 최소화하고 피코넷이 정상적인 통신 모드로 전환하는 데 걸리는 시간을 줄여 피코넷이 빠른 시간내에 원활한 통신을 하도록 하는 방법을 제공하는 데에 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 대한 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
<피코넷>
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 네트워크 구조(100)를 도시하였다. 한 개의 피코넷(piconet)은 하나의 네트워크 조정자(Piconet Coordinator, PNC)(110) 와 하나 이상의 디바이스(Device, DEV)(120)들로 구성된다. 네트워크 조정자(110)는 네트워크 조정자로서의 역할을 할 수 있는 FFD(Full Function Device, FFD) 중 한 개의 디바이스가 네트워크 조정자가 되고 나머지 디바이스들은 FFD일 수도 있고 RFD(Reduced Function Device, RFD)일 수도 있다. 네트워크 조정자는 망 내의 통신이 원활히 이루어지도록 제어를 하고, 각 디바이스들은 네트워크 조정자가 송신하는 제어 정보를 받아 통신에 필요한 정보를 얻는다. 각 디바이스들은 기본적으로 네트워크 조정자와의 통신(130)을 실시하고, 특정한 서비스에 따라서 디바이스 사이의 통신(140)도 가능하다.
<수퍼프레임>
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 통신이 이루어지는 시간의 기본 단위인 수퍼프레임 (Superframe)(200) 구조를 도시하였다. 시간상으로 연속된 수퍼프레임은 네트워크 조정자와, 하나 이상의 디바이스가 활성화되어 통신이 이루어지는 활성 구간(Active Period)(210)과 네트워크 조정자(Network Coordinator)를 포함한 망 내의 모든 디바이스들이 서로 송수신하지 않고 비활성화되는 비활성 구간 (Inactive Period)(220)으로 나누어지고, 활성 구간은 비콘 구간(Beacon Period) (230), 경쟁 구간(Contention Access Period, CAP)(240), 비경쟁 구간(Contention Free Period, CFP)(250)으로 나뉘어진다.
비콘 구간에서는 네트워크 조정자가 네트워크 운영에 필요한 제어 정보 및 망 내부의 디바이스들에게 보내는 메시지들을 비콘 프레임에 담아 망 내에 방송 (Broadcast) 을 통해 전달하고, 각 디바이스들은 이 비콘 프레임 수신을 시작으로 그 이후의 시간 슬롯의 시작을 네트워크 조정자의 시간 슬롯의 시작에 동기를 맞추고 비콘 구간에서 수신한 제어 정보 및 메시지들을 바탕으로 송수신 준비를 한다.
경쟁 구간은 시간 슬롯(Time Slot, TS)(260)
Figure 112005078372028-pat00001
이라고 하는 시간 단위로 나뉘어져
Figure 112005078372028-pat00002
개 시간 슬롯으로 구성되어 있고, 경쟁 구간에서 정보를 보낼 때는
Figure 112005078372028-pat00003
개의 시간 슬롯 중 한 개를 선택하여 다른 디바이스들과 경쟁을 통해 정보를 보낸다.
비경쟁 구간은 하나 이상의 보증 시간 슬롯(Guaranteed Time Slot, GTS) (280)
Figure 112005078372028-pat00004
이라고 하는 시간 단위로 나뉘어져
Figure 112005078372028-pat00005
개의 보증 시간 슬롯으로 구성되어 있는데 망 내의 디바이스들이 보증 시간 슬롯을 사용하기 위해서는 경쟁 구간 내에서 네트워크 조정자에게 보증 시간 슬롯 할당을 요청하는 명령을 경쟁 구간을 통하여 보내야 한다. 네트워크 조정자는 각 디바이스들로부터 받은 보증 시간 슬롯 할당 요구 정보와 자신의 사용 여부를 고려한 스케줄링을 통해 다음번 수퍼프레임의 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯들을 네트워크 조정자 자신을 포함하여 보증 시간 슬롯 사용을 요구한 디바이스들에게 할당한다. 여기서, 보증 시간 슬롯 할당 정보, 즉 GTS 1, i∈{1,2,...,N GTS } 에 해당하는 송신 디바이스 및 수신 디바이스에 대한 정보를 비콘 구간 내에서 네트워크 조정자가 비콘 프레임에 담아 방송을 하고, 해당 디바이스들은 비콘 프레임 정보를 듣고 할당받은 보증 시간 슬롯을 사용한다.
<비콘 페이로드>
도 3은 표준 규격의 비콘 프레임 비콘 페이로드(Beacon Payload)와 같이, 새롭게 정의된 정보를 실어 보낼 수 있는 필드에 본 발명에서 필요한 새로운 정보를 실어서 보내는 것을 나타낸 것이다.
비콘 프레임의 비콘 페이로드(300) 필드 중 일부를 1 바이트의 시스템 상태 기술 (System Status Descriptor)필드(310)와, 1 바이트 길이의 등록 요청을 하고 있는 디바이스의 개수(Number of Associating Devices) 필드(320)로 정의한다. 시스템 상태 기술(System Status Descriptor) 필드의 첫 비트는 시스템 모드(System Mode)(312)를 의미하는 비트로서 0이면 정상 통신 모드(normal operation mode)(313), 1이면 초기 모드(initiation mode)(314)를 나타낸다. 시스템 상태 기술(System Status Descriptor) 필드의 두 번째 비트는 피코넷에 등록을 하기 위해서 채널 스캐닝을 하는 디바이스가 어떤 피코넷에 등록 요청을 할 것 인지를 알려주는 비트이다. 디바이스는 채널 스캐닝을 통해서 가장 좋은 통신 환경을 제공하는 채널의 피코넷에 가입하는데 이 피코넷에 결합 모드(Association with this Piconet Mode) 비트가 0(315)이면 디바이스에 따라서 적합한 피코넷을 찾아서 그 피코넷에 등록하라는 의미를 디바이스들에게 전달 하는 것이 되고, 이 비트가 1 (316)이면 이러한 비콘 프레임을 송신하고 있는 피코넷에 무조건 등록하라는 것을 의미한다. 즉, 새로 피코넷을 시작하고 피코넷에 등록되지 않은 디바이스를 새로 시작된 피코넷에 등록 시키고자 할 때 이 값을 1로 설정하여 비콘 프레임을 전송한다.
비콘 페이로드(300)의 두 번째 바이트(320)는 새로 가입하는 디바이스의 개수 정보를 이진수로 표현한 값을 가진다. 예를 들어 표준 규격과 같이 네트워크 조정자를 포함해 최대 256개의 디바이스를 한 피코넷에 가입시킬 수 있는 경우 1 바이트 정보로서 가입하는 디바이스의 개수를 표현할 수 있다. 도 3에서는 한 피코넷에 네트워크 조정자를 포함해 최대 256개의 디바이스를 등록시킬 수 있는 피코넷을 예로 들었다. 이 필드는 새로 피코넷이 시작하는 경우 사람이 수동적으로 정해주는 값을 이진수로 바꾸게 되고, 정상 통신 모드에서는 새로 등록을 하려고 시도하는 디바이스의 수가 많다고 판단될 때, 네트워크 조정자가 새로 등록하려고 하는 디바이스의 개수를 예측하여 그 값을 이진수로 바꾸어 저장하게 되는데 본 발명의 실시 예를 통해서 자세하게 설명한다.
<새로운 피코넷의 시작과 디바이스들의 피코넷 등록 방법>
피코넷에 등록을 하지 않은 디바이스들이 한 개의 새로운 피코넷을 형성하고 새로운 피코넷의 네트워크 조정자가 나머지 디바이스들의 등록을 관리할 때 사람이 수동적으로 정해주는 매개변수(Parameter)에 의해서 피코넷의 구성이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 방법에 대한 것이다.
여러 디바이스들로 하나의 새로운 피코넷을 구성하려고 할 때, 네트워크 조정자로서 역할을 할 수 있는 FFD를 인위적으로 정하고 이 FFD를 네트워크 조정자로 하는 새로운 피코넷에 등록 시킬 디바이스의 개수(N DEV _NEW) 정보를 FFD에게 소프트웨어 프로그래밍이나 하드웨어적인 방법으로 알려준다. FFD는 새로 시작할 피코넷이 사용 가능한 채널 번호를 찾기 위해 채널 스캐닝 과정을 한다. 채널 스캐닝 과정을 통해서 사용 가능한 채널 번호를 찾으면 FFD는 네트워크 조정자로서 새로운 피코넷을 시작하고 수퍼프레임의 시작인 비콘 프레임을 전송하기 시작한다.
이 때 비콘 페이로드(300)의 시스템 모드(311)를 수동적으로 '1'(314) 로 설정하고, 이 피코넷에 등록 모드(Association with this Piconet Mode)(312)도 수동적으로 '1'(316)로 설정한다. 등록 디바이스의 개수(Number of Associating Devices)(320) 필드의 값은 미리 수동적으로 정해준 N DEV _NEW 정보가 이진수로 저장된다. N DEV _NEW개 디바이스 중 대부분이 피코넷에 등록을 하고 나면 시스템 모드(311)와 이 피코넷에 등록 모드(Association with this Piconet Mode)(312)가 모두 0으로 바뀌도록 하여 피코넷 초기 모드를 해제하고 정상 통신 모드가 되도록 한다. 대부분의 디바이스가 피코넷에 등록을 한 상황을 판단하는 방법은 추후에 자세히 설명한다.
피코넷에 등록하지 않은 각 디바이스들은 채널 스캔을 통해서 등록해야 하는 피코넷의 채널을 찾게 된다. 각 채널마다 수신된 비콘 프레임에서 비콘 페이로드의 이 피코넷에 등록 모드(Association with this Piconet Mode)(312) 비트를 보고 이 값이 1인 피코넷의 비콘 프레임을 수신하면, 채널 스캐닝을 멈추고 해당하는 피코넷에 등록 요청 명령을 보낼 준비를 하게 된다.
피코넷이 시작되면 네트워크 조정자는 각 수퍼프레임마다 경쟁 구간의 시간 슬롯의 개수를 다양하게 정해줄 수 있는데 고정된 크기의 수퍼프레임 길이에서 비콘 구간을 제외한 경쟁 구간과 비경쟁 구간의 시간 슬롯과 보증된 시간 슬롯의 길이를 등록 요청/응답 명령이 디바이스와 네트워크 조정자 사이에 전송될 때 연속된 두 슬롯에서 전송되는 각각의 등록 요청/응답 명령이 충돌하지 않는 최소 길이 이상으로 동일하게 설정하고, 비콘 구간을 제외한 나머지 수퍼프레임의 활성 구간을 한 개의 시간 슬롯의 길이로 나누면 수퍼프레임 당 시간 슬롯 개수의 최대값(N MAX ) 을 얻을 수 있다. 즉, 동일한 크기를 가지는 경쟁 구간의 시간 슬롯과 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯의 개수는 각각 N TS , N GTS 이고, 고정된 수퍼프레임에서 동일한 크기의 시간 슬롯과 보증 시간 슬롯 개수의 합(N MAX )은 N MAX =N TS +N GTS 이다. 각 수퍼프레임마다 N TS , N GTS 가 고정적일 수도 있고 가변적일 수도 있는데 N GTS 를 정하는 방법에 따라 N GTS 가 정해지면 N TS 는 N TS =N MAX -N GTS 로 정해진다. 이 때 초기 모드(initiation Mode)에서 경쟁 구간의 N TS 개의 시간 슬롯은 등록 요청 명령을 위한 슬롯으로 사용되고, N GTS 개의 보증 시간 슬롯은 등록 응답 명령을 위한 슬롯으로 사용된다. N GTS 를 정하는 방법은 추후에 자세하게 설명한다.
이전 수퍼프레임에서 등록된 디바이스의 개수를 N DEV _OLD 라고 할 때 새로운 수퍼프레임이 시작될 때 마다 N DEV _NEW 는 이전 수퍼프레임의 N DEV _NEW 에서 N DEV _OLD 를 뺀 N DEV_NEW -N DEV_OLD 로 갱신하여 이를 비콘 페이로드의 등록 디바이스 개수(Number of Associating Devices)필드(320)에 저장되고, 추후에 설명하는 N TS (=N DEV _NEW -N DEV _OLD ), N GTS 를 정하는 방법에 따라 갱신된 N TS 와 N GTS 정보를 담고 있는 비콘 프레임을 네트워크 조정자가 전송하면, 해당 비콘 프레임을 수신한 디바이스가 피코넷에 등록을 하기 위해 각 디바이스들은 수퍼프레임의 경쟁 구간에서 등록 요청 명령을 네트워크 조정자에게 전달하기 시작하고, 다음 수퍼프레임의 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 요청을 수락하는 등록 응답 명령을 받으면 등록이 이루어지게 된다. 이 때 경쟁 구간의 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 명령을 네트워크 조정자에게 전달하는 과정에서 다른 디바이스들과의 충돌로 인해 등록 요청이 지연될 수 있다. 이를 효과적으로 관리하기 위해서 각 디바이스의 피코넷 등록 요청 명령을 분산시키는 방법으로서 피코넷에 등록하려고 하는 디바이스의 개수(N DEV _NEW )와 해당 수퍼프레임 경쟁 구간의 시간 슬롯 개수(N TS ) 정보를 이용하여 예측하는 액세스 확률로 피코넷 등록 요청 명령을 보낼 수 있게 한다. 한 예로 N DEV _NEW 개의 등록하려는 디바이스가
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의 균등한 확률로 해당 수퍼프레임의 경쟁 구간에서 등록 요청 명령을 보낼 수 있는다. 즉, 비콘 프레임을 수신한 각 디바이스들은 N DEV _NEW , N TS 값을 알게 되므로 1과 N TS 사이의 자연수를 임의로 한 개 선택하고, 경쟁 구간이 시 작되면 앞서 비콘 구간에서 선택한 자연수가 1과 N TS 사이의 숫자인 디바이스들만 그 숫자에 해당하는 경쟁 구간의 시간 슬롯에서 등록 요청 명령을 전송하게 한다. 모든 디바이스가 1과 N DEV _NEW 사이의 자연수를 임의로 선택했기 때문에 1과 N TS 사이의 정수를 선택한 디바이스 중 같은 숫자를 선택한 디바이스가 있을 수도 있다. 이 디바이스들의 등록 요청 명령 신호가 서로 충돌하게 되어 네트워크 조정자가 올바르게 수신을 하지 못하게 되면 네트워크 조정자가 다음 수퍼프레임에서 등록 응답 명령을 디바이스에게 보내주지 못하게 된다. 등록 응답 명령은 다음 수퍼프레임의 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 이용해서 네트워크 조정자가 전달해주는데, 보증 시간 슬롯을 사용하기 위해서는 보증 시간 슬롯을 할당하는 정보가 비콘 프레임의 GTS field (330) 에 담겨져 있으므로, 이전 수퍼프레임에서 등록 요청 명령을 전달한 디바이스가 다음 수퍼프레임의 비콘 프레임의 GTS field를 보고 자신에게 보증 시간 슬롯이 할당되어 있는지 없는지 여부에 따라서 이전 수퍼프레임에서 전달한 등록 요청 명령의 성공여부를 판단하여 성공 했으면 다음 수퍼프레임에서 할당된 보증 시간 슬롯을 통해 등록 응답 명령을 수신하게 되고, 실패했으면 다음 수퍼프레임의 경쟁 구간의 시간 슬롯을 통해서 다시 피코넷 등록을 시도한다.
상기 설명한 방법과 같이 수퍼프레임이 새로 시작될 때마다 갱신되는 N TS , ,N GTS ,N DEV _NEW ,N DEV _OLD 값을 이용하여 피코넷에 등록되지 않은 디바이스가 피코넷에 등록 요청 명령을 전달하고 이 명령을 성공적으로 네트워크 조정자가 수신하면 다음 수퍼프레임의 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 응답 명령을 보내주 게 되는데, 이러한 등록 응답 명령을 보내주는 방법에 따라서 각 수퍼프레임의 N GTS 값은 가변적 또는 고정적으로 결정된다.
등록 응답 명령을 보내주는 방법의 첫 번째 방법으로, 각 수퍼프레임 마다 보증 시간 슬롯 개수 (N GTS )를 새로 설정하여 등록 응답 명령을 보내주는 방법이다. 첫 번째 수퍼프레임의 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯의 개수 (N GTS )는 0, 경쟁 구간의 시간 슬롯 개수(N TS )는 최대 값 (N MAX )으로 설정하고, 두 번째 수퍼프레임부터는 이전 수퍼프레임에서 등록 요청이 성공한 디바이스에게 등록 응답 명령을 보내주기 위한 보증 시간 슬롯을 할당하기 위해 N GTS 를 적절히 설정하는 방법을 사용하게 된다. 이전 수퍼프레임에서 등록에 성공한 N DEV _OLD 개의 디바이스에게 전달하는 등록 응답 명령을 최소한의 보증 시간 슬롯을 사용하여 전달해 줄수록, N GTS 의 값이 작아지고 상대적으로 큰 N TS 를 설정해 줄 수 있어, 등록 요청을 하는 디바이스를 한 수퍼프레임에서 더 많이 수용할 수 있기 때문에 이전 수퍼프레임에서 등록에 성공한 N DEV_OLD 개의 디바이스가 등록 응답 명령을 받는데 필요한 보증 시간 슬롯의 최소 개수로 N GTS 를 설정하고, 도 3의 GTS fields (330) 에는 N DEV _OLD 개의 디바이스가 보증 시간 슬롯을 할당받는 정보로 채운다.
도 4는 표준 규격의 등록 응답 명령 포맷(Association Response command format)(400)의 구조를 도시한 것으로 등록 응답 명령을 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 통해서 전송하게 됨으로써 불필요하게 되는 MAC 헤더(410)에 들어가는 정보들을 줄여서 보낼 수 있다. MAC 헤더(MHR field)(410) 내의 주소 필드(Addressing fields)(420)는 등록 응답 명령을 받을 수신 디바이스의 주소만 있으면 되고, 이 주소는 등록 요청 명령을 위해 사용한 시간 슬롯 번호 (430)과 선택사항의 필드 정보인 착신주소(Destination Address)(440)로서 표현한다. 주소 필드(Addressing fields)(420)의 사용된 시간 슬롯 번호(Number of used TS)(430) 필드를 통해 이전 수퍼프레임에서 등록 요청을 한 디바이스가 수신 디바이스라는 것을 알려주는 것으로서, 수신 디바이스가 사용한 시간 슬롯 번호로서 사용하면 1 바이트로서 표현이 가능하기 때문에 MAC 헤더의 크기를 크게 줄일 수 있다. 선택사항(option) 필드인 착신주소(Destination Address)(440)는 등록 요청 명령을 통해 전달해준 디바이스 고유의 주소 정보의 일부 또는 전체를 담고 있는 필드로서, 2개 이상의 디바이스들이 같은 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 명령을 보냈음에도 불구하고 네트워크 조정자가 한 개의 디바이스로부터 온 등록 요청 명령을 제대로 수신했을 경우, 어떤 디바이스의 등록 요청에 대한 등록 응답 명령을 보내주는 것인지를 알려주는 필드로서, 2개 이상의 디바이스들이 같은 시간 슬롯을 통해서 보낸 등록 요청 명령 중 한 개가 제대로 수신될 확률은 크지 않으므로, 선택 사항 필드로 둔다.
상기 설명한 등록 응답 명령을 가변적인 보증 시간 슬롯 개수를 통해서 보내주는 방법으로 등록 응답 명령의 MAC 헤더(410)에 들어가는 불필요한 정보들은 없애고 필요한 정보들로만 이루어진 등록 응답 명령 프레임을 N CONCAT 개 합친 (Concatenation)프레임을 한 개의 보증 시간 슬롯을 통해서 보내는 방법을 사용 한다. MAC 헤더에서 필요한 수신 디바이스의 주소 정보(420)를 수신 디바이스가 이전 수퍼프레임에서 사용한 시간 슬롯의 번호(430)와 선택사항 필드인 착신주소 (Destination Address)(440)로서 표현하고 그 외에 불필요한 정보를 모두 없앤 최소한의 MAC 헤더 정보를 가진 등록 응답 명령(400)으로 만들어 N CONCAT 개의 디바이스에 대한 등록 응답 명령을 차례로 이은 한 개의 명령 프레임을 한 개의 보증 시간 슬롯을 통해서 보낸다. 즉, 등록 응답 명령이 N CONCAT 개 이어진 한 개의 명령 프레임을 한 개의 보증 시간 슬롯을 통해 보내면, N GTS 를
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(
Figure 112005078372028-pat00008
보다 크거나 같은 최소 정수)로 설정할 수 있다. 이전 수퍼프레임의 경쟁구간에서 등록 요청 명령이 성공적으로 전달된 시간 슬롯을 사용한 디바이스에 대해서, 사용한 시간 슬롯의 번호 순서대로 N DEV _OLD 개의 디바이스에 대한 등록 응답 명령을 N CONCAT 개씩 짝지어서 한 개의 보증 시간 슬롯을 통해 전송한다. 모든 디바이스는 비콘 프레임에서 보증 시간 슬롯이 할당되는 정보를 수신하기 때문에, 같은 보증 시간 슬롯을 할당받은 N CONCAT 개의 디바이스가 해당하는 보증 시간 슬롯에서 전송되는 합쳐진 등록 응답 명령 중에 몇 번째 등록 응답 명령이 자기 자신에 대한 정보인지를 알 수 있기 때문에 불필요한 헤더 정보를 없앤 등록 응답 정보를 합쳐서 같은 보증 시간 슬롯을 통해서 보내어도 각 디바이스가 자신에게 해당하는 정보를 제대로 읽어낼 수가 있다. 이 때 비콘 프레임에서 보증 시간 슬롯을 할당하기 위해서 사용하는 GTS 필드 (330) 내에 있는 수신 디바이스의 주소 (Destination Address) 는 각 디바이스가 등록 요청 명령을 보낼 때 사용한 시간 슬롯의 번호를 사용한다. 등록이 되지 않은 상태에서 디바이스의 등록 요청 명령 프레임을 통해서 알 수 있는 각 디바이스의 고유한 주소는 길기 때문에 등록 응답 명령을 다시 보내기 위한 보증 시간 슬롯을 할당할 때 사용하는 주소를 시간 슬롯의 번호로 설정한다. 이전 수퍼프레임에서 등록 요청을 했으나 다음 수퍼프레임의 비콘 구간에서 등록 응답 명령을 받을 수 있는 보증 시간 슬롯이 할당이 되어 있지 않으면, 이전 수퍼프레임에서 전송한 등록 요청 명령이 충돌이 일어난 것으로 간주하여 다음 수퍼프레임의 경쟁 구간에서 다시 등록 요청을 한다.
등록 응답 명령을 보내주는 방법으로 두 번째 방법은 수퍼프레임마다 고정적인 보증 시간 슬롯의 개수(N GTS )를 사용하는 방법이다.
고정적인 보증 시간 슬롯 개수를 이용하는 두 번째 방법은 도 5의 활성 구간 구조와 도 6의 등록 응답 명령 구조를 사용한다. 이 방법은 경쟁 구간의 시간 슬롯의 개수 (N TS ) 와 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯의 개수(N GTS )를 수퍼프레임이 시작될 때마다 갱신하지 않고, 모든 수퍼프레임에서 고정 값으로 설정하고, 슬롯의 번호 순서대로 하나 이상의 슬롯으로 짝지어 총 N G 개의 그룹으로 나누고 한 개의 그룹당 한 개의 보증 시간 슬롯을 할당하여(500) 해당 그룹의 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 명령을 보낸 디바이스에게 등록 응답 명령을 보내주는 방법이다. 도 5에서는 N G 개의 그룹 내에 있는 슬롯의 개수가 모두 동일한 m=3 (510) 인 경우를 예로 들었 고, 이러한 방법을 사용할 때에는 m·N TS =N GTS =N G (520) 의 관계식을 가진다. 같은 그룹으로 묶어진 시간 슬롯을 이용해서 등록 요청 명령이 성공적으로 이루어지면 다음 수퍼프레임 또는 해당 수퍼프레임의 비경쟁 구간에서 각 디바이스가 속한 그룹 번호와 같은 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 응답 명령을 수신하게 된다. 이 때 수신하는 등록 응답 명령 프레임의 구조는 도 6에 나타내었다. 한 개의 보증 시간 슬롯당 도 6과 같이 여러 디바이스에 대한 등록 응답 명령의 MAC 헤더(600)와 MAC 페이로드 필드(610)에 정보를 나누어 담은 등록 응답 명령 구조로서 보내준다. MAC 헤더(600) 정보 안에 있는 주소 필드(620)에 해당 보증 시간 슬롯을 사용하는 그룹의 시간 슬롯 중에 등록 요청 명령이 성공적으로 이루어진 각 디바이스에 대한 주소 정보(630)를 담고 있다. 등록 요청 명령 신호를 수신한 후, 네트워크 조정자가 등록 응답 명령을 다음 수퍼프레임의 보증 시간 슬롯을 이용해서 전달하는 경우와, 해당 수퍼프레임의 보증 시간을 이용하여 전달하는 경우, 등록 요청 명령의 구조에서 각 디바이스에 대한 주소 정보를 담고 필드(630)의 구조는 방법 1 (640)과 같다. 이전 수퍼프레임에서 등록 요청을 하기 위해 디바이스가 사용했던 시간 슬롯 번호(650)와 선택 사항(option) 필드에는 해당 디바이스가 등록 요청 시 보내준 디바이스의 고유한 주소 정보의 일부 또는 전체를 저장할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 착신주소(Destination Address)(660) 필드는 두 개 이상의 디바이스가 같은 시간 슬롯을 통해 등록 요청을 했음에도 불구하고 네트워크 조정자가 한 개의 디바이스로부터 온 등록 요청 신호를 제대로 수신한 경우 어떤 디바이스에게 온 등 록 요청 신호에 대한 응답인지를 구별해주기 위한 필드이다. 이전 수퍼프레임에서 등록 요청이 성공한 디바이스의 개수만큼 해당 디바이스에 대한 주소 필드(630)에 대한 정보를 MAC 헤더의 주소 필드(620)에 저장한다. 상기 설명한 바와 같이 한 개의 보증 시간 슬롯당 최대 m 개의 시간 슬롯에 대한 정보가 주소 필드(630)에 저장되고, MAC 페이로드(610) 필드에는 각 시간 슬롯을 사용한 디바이스에게 전달해주는 최대 m 개의 MAC 페이로드(670)를 담고 있다.
경쟁 구간의 시간 슬롯을 이용해서 등록 요청 명령을 전달한 디바이스가 해당 수퍼프레임의 보증 시간 슬롯을 이용하여 네트워크 조정자가 등록 응답 명령을 전달하는 경우에는, MAC 헤더(600)의 주소 필드가(620) 해당 보증 슬롯을 사용하는 그룹에 속하는 시간 슬롯 개수인 m개 만큼 해당 시간 슬롯을 사용하여 등록 요청이 성공한 각 디바이스에 대한 주소 필드(630)를 담고 있고, 이 필드는 방법 2 (680) 와 같이 구성되어 있다. 이 때 주소 필드(630)의 순서는 해당 보증 슬롯을 사용하는 그룹의 시간 슬롯의 번호 순서대로 주소 필드(630)가 저장된다. 예를 들어, 시간 슬롯 5, 6 번이 2번째 보증 시간 슬롯을 이용하는 한 개의 그룹이라고 하면, 5번 시간 슬롯을 이용하여 등록에 성공한 디바이스의 주소 정보, 6번 시간 슬롯을 이용하여 등록에 성공한 디바이스의 주소 정보가 차례대로 저장된다. 각 디바이스가 해당 보증 시간 슬롯에 속하는 시간 슬롯을 이용하여 등록 요청을 했을 때, 등록 요청의 성공 여부를 성공 (Success)필드(690)를 통해서 알려준다. 이 필드의 값이 1 이면 성공했다는 뜻이고 0이면 성공하지 못했다는 뜻이다. 선택 사항 필드인 착신주소(Destination Address)(695) 필드는 2개 이상의 디바이스가 같은 시간 슬 롯을 이용하여 등록 요청 명령을 보냈음에도 불구하고, 한 개의 디바이스로부터 온 등록 요청 신호가 제대로 수신된 경우, 해당 시간 슬롯을 이용하여 실제로 등록 요청이 성공한 디바이스가 어떤 것인가를 알려주기 위해 사용하는 선택 필드로서, 등록 요청 시 전달하는 디바이스의 주소 정보의 일부 또는 전체를 담을 수도 있다. 등록에 성공한 디바이스들에게 할당하는 MAC 페이로드는 해당 보증 시간 슬롯을 사용하는 그룹의 시간 슬롯 순서대로 MAC 페이로드(670)가 저장된다. 이 경우에는 보증 시간 슬롯 할당이 미리 약속되어 있기 때문에 다음 수퍼프레임의 비콘 프레임의 GTS field(330)에 보증 시간 슬롯 할당 정보를 전달해 주지 않아도 된다.
상기 설명한 바와 같이 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 응답명령을 수신한 디바이스들은 다음 수퍼프레임부터는 피코넷 내에서 정상적으로 통신을 할 수 있는 상태가 되는데, 아직 피코넷에 등록하지 않은 디바이스들을 우선적으로 피코넷에 모두 등록시키고 정상적인 통신 상태가 되도록 하기 위해서,
Figure 112005078372028-pat00009
개 (
Figure 112005078372028-pat00010
보다 작거나 같은 최대 정수) 의 수퍼프레임 동안 송수신을 하지 않고 저전력 대기 상태에 있도록 한다. 즉, 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 응답을 수신하고 나서 해당 수퍼프레임의
Figure 112005078372028-pat00011
값을 계산하여
Figure 112005078372028-pat00012
개의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태에서 대기한다. 적어도
Figure 112005078372028-pat00013
개의 수퍼프레임 동안에는 피코넷에 등록하지 못한 디바이스들이 피코넷 등록 요청을 보내기 위해 경쟁 구간의 시간 슬롯을 사용하고 있는 과정이 진행되므로 이미 피코넷에 가입한 디바이스들은 통신할 필요가 없기 때문에 저전력의 대기 상태로 기다리게 하여 전력 소모를 최소화 한다.
수퍼프레임이 상기 설명한 방법 절차에 의해서 반복되는 동안 피코넷에 등록하는 디바이스들은 해당하는 수퍼프레임에서 계산된
Figure 112005078372028-pat00014
개 만큼의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태에 있다가 각 디바이스마다
Figure 112005078372028-pat00015
개의 수퍼프레임이 지난 후 비콘 구간이 시작될 때 깨어나게 된다. 비콘 프레임을 수신하게 되면 해당하는 수퍼프레임의 갱신된 N DEV _NEW , N TS 값을 읽을 수 있게 되는데
Figure 112005078372028-pat00016
이면 이미 갱신된 N DEV _NEW , N TS 값을 통해
Figure 112005078372028-pat00017
를 다시 계산하여
Figure 112005078372028-pat00018
개의 수퍼프레임 동안 다시 저전력 대기 상태로 대기하게 된다. 이와 같은 동작을 반복하게 되면 피코넷에 등록하지 못한 디바이스들의 개수가 N TS 보다 작은 N DEV _NEW 개 만큼 남은 수퍼프레임이 시작될 때 피코넷에 등록된 디바이스가 저전력 대기 상태에서 정상적인 통신 상태로 돌아오게 된다. 이 수퍼프레임부터는 정상적인 통신이 가능하도록 시스템 모드(311)와 이 피코넷에 결합 모드(Association with this Piconet mode)(312), 등록 디바이스의 개수(Number of Associating Devices)(320) 의 모든 비트를 0으로 바꾸어 피코넷에 등록되지 않은 N DEV _NEW 개의 디바이스가 정상적인 통신 모드에서 경쟁구간을 통해 등록 요청 명령을 보내도록 하고 나머지 등록된 디바이스들은 서로 보낼 데이터가 있을 때 주고 받을 수 있도록 하는 정상 통신 모드(313)로써 동작하게 한다.
도 7은 본 발명의 전체 동작을 나타낸 흐름도이다. 이 흐름도를 통해서 본 발명의 동작원리를 다시 간단히 설명하면 다음과 같다.
수동으로 비콘 페이로드에 실릴 값을 설정해주고(S700) 첫 번째 비콘 프레임에서는 비경쟁 구간의 보증 시간 슬롯을 이용하여 등록 응답 프레임을 전달해주는 방법에 따라 방법 1의 가변적으로 보증 시간 슬롯을 설정해 주는 경우 N TS =N MAX , N GTS =0로 설정하고, 방법 2의 고정적인 보증 시간 슬롯을 사용하는 경우 N TS =N MAX -N GTS , N GTS =N G 로 설정한다. 비콘 프레임을 수신한 각 디바이스들은 1 ~ N DEV _NEW 사이의 자연수를 선택한다(S705). 경쟁 구간에서 1 ~ N TS 사이의 자연수를 선택한 자연수에 해당하는 시간 슬롯을 통해서 등록요청 명령을 보낸다(S710). 두 번째 수퍼프레임이 시작되면(S715) 등록 응답 프레임을 전달해주는 방법에 따라 방법 1과 방법 2에 의해 N GTS 를 설정하고, N DEV _NEW , N DEV _OLD , N TS 값도 갱신하여 비콘 프레임에 담아 전송하게 되고, 이 비콘 프레임을 수신한 디바이스들 중 피코넷에 등록하지 못한 디바이스들은 1 ~ N DEV _NEW 사이의 자연수를 선택한다(S720). 만약
Figure 112005078372028-pat00019
이면 (S725) 피코넷 구성 시작 및 디바이스 가입 상황을 종료하는 절차를 진행하게 되는데 비콘 페이로드의 모든 비트를 0으로 설정하고(S730), 저전력 대기 상태에 있던 디바이스가 있었다면 해당 수퍼프레임의 비콘 구간에서 모두 깨어나게 되고(S735), 피코넷 구성 시작 및 디바이스 가입 상황을 종료하게 된다(S740).
Figure 112005078372028-pat00020
인 경우에는(S745), 해당 수퍼프레임부터 저전력 대기 상태에서 깨어나는 디바이스가 있다면 아직 대부분의 디바이스가 피코넷에 등록한 상황이 아니므로 계속해서 더 저전력 대기 상태로 있어야 하기 때문에 새롭게 갱신된
Figure 112005078372028-pat00021
개의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태로 전환한다(S750). 경쟁 구간이 시작되면 1 ~ N TS 사이의 자연수를 선택한 디바이스만 선택한 자연수에 해당하는 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 명령을 보낸다 (S755). 비경쟁 구간에서는 이전 수퍼프레임에서 피코넷에 성공적으로 등록 요청 명령을 전달한 디바이스들이 각자 해당하는 보증 시간 슬롯을 통해서 등록 응답 명령을 수신하고
Figure 112005078372028-pat00022
개의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태로 전환하기 시작한다(S760). 이와 같은 과정을
Figure 112005078372028-pat00023
인 상황이 될 때까지 반복하고(S765)
Figure 112005078372028-pat00024
인 상황이 되면 피코넷 구성 시작 및 디바이스 가입 상황을 종료하고 등록을 하지 못한 나머지 N DEV _NEW 개의 디바이스과 피코넷에 이미 등 록한 디바이스가 정상적인 통신 모드에서 통신 및 등록 절차 시작하게 된다.
<정상적인 통신 모드에서 다수 디바이스들의 피코넷 등록 방법>
정상적인 통신 모드 상태에서는 비콘 프레임의 시스템 모드(311), 이 피코넷에 결합 모드(Association with this Piconet Mode)(312), 등록 디바이스의 개수 (Number of Associating Devices)(320) 필드의 값이 모두 0으로 설정되어 있다. 즉, 시스템 모드(311) 자체가 0인 정상 통신 모드(313)이면 이 피코넷에 결합 모드 (Association with this Piconet Mode)(312), 등록 디바이스의 개수(Number of Associating Devices)(320) 필드의 값은 의미를 가지지 않는다. 정상적인 통신 모드 상태에서는 피코넷 등록 요청이 경쟁 구간의 시간 슬롯을 임의로 선택해서 각 디바이스가 등록 요청 명령을 전달하고, 등록 요청 명령이 네트워크 조정자에게 제대로 수신 되었을 경우, 네트워크 조정자는 등록 응답 명령을 경쟁 구간의 시간 슬롯을 통해서 전달한다.
정상 통신 모드 상태에서 다수의 디바이스가 등록을 하려고 하면 경쟁 구간의 각 시간 슬롯에서 수신되는 신호의 세기는 신호가 전혀 없는 잡음 신호를 수신하는 신호 세기 이상이면서 복호 된 신호가 대부분 에러일 확률이 높아지게 된다. 다수의 디바이스가 등록을 하려고 시도를 하려고 한다고 해도 등록을 요청하는 디바이스의 수가 많지 않으면 일정한 개수의 수퍼프레임 후에는 다시 대부분의 디바이스가 등록을 한 상태가 되기 때문에 경쟁 구간의 시간 슬롯에 비해 일정한 비율 이상의 다수의 디바이스가 등록을 시도하려 할 때 이를 효율적으로 관리해주어야 한다.
도 8은 정상 통신 모드 상태에서 다수의 디바이스가 등록을 하려고 하는 상황을 판단하는 절차와 다수의 디바이스가 등록을 하려고 하는 상황으로 판단되었을 때 디바이스들이 피코넷에 효율적으로 등록할 수 있게 하는 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
정상적인 통신 모드에서 네트워크 조정하는 경쟁 구간의 각 시간 슬롯에서 수신되는 신호의 세기 (P RX ) 를 관찰한다. 만약 경쟁 구간의 모든 시간 슬롯에서 P RX ＞P NOISE 이면서 (P NOISE 는 네트워크 조정자가 통신을 하고 있지 않을 때 수신되는 잡음 신호의 세기) 복호 된 신호가 오류를 나타내는 시간 슬롯의 개수 (N ERROR ) 와 N TS 의 비가 λ 이상
Figure 112005078372028-pat00025
인 상황이 N SUP 개의 수퍼프레임 동안 계속 된다면(S800) 다수의 디바이스가 경쟁 구간의 시간 슬롯을 이용해서 등록 요청을 하고 있기 때문에 일어난 상황으로 잠정적으로 판단할 수 있다. 다음 수퍼프레임이 시작되면 네트워크 조정자는 비콘 프레임을 통해서 이미 피코넷에 등록되어 있는 디바이스들이 1개의 해당 수퍼프레임 구간 동안 통신을 하지 않도록 한다(S805) . 해당 수퍼프레임의 경쟁구간에서는 등록 요청을 하는 디바이스의 등록 요청 명령 외에는 어떠한 프레임도 존재하지 않게 되는데 해당 수퍼프레임 경쟁 구간의 모든 시간 슬롯에서 수신되는 신호의 세기 (P RX ) 가 잡음 수신 신호 세기(P NOISE )보다 크면서
Figure 112005078372028-pat00026
인 현상이 계속 되면(S810) 이를 다수의 디바이스가 피코넷에 등록 요청을 하려는 상황으로 판단하여 이 디바이스들을 효율적으로 등록 시킬 수 있게 하는 절차를 시작한다. 그렇지 않으면 단순히 피코넷에 등록되어 있는 디바이스들의 통신 데이터량이 일시적을 증가한 것으로 판단하여 다수 디바이스를 등록 시키기 위한 절차를 시작하지 않는다(S815).
상기 설명한 바와 같이 다수 디바이스가 등록을 시도하고 있는 상황이라고 판단이 되면(S810) 네트워크 조정자는 이 디바이스들을 효율적으로 피코넷에 등록 시키기 위한 절차를 시작하게 된다. 네트워크 조정자는 피코넷에 등록을 시도하고 있는 디바이스의 개수를 정확히 모르기 때문에 임의로 정한다. 피코넷에 등록을 시도하고 있는 디바이스의 개수 N DEV _NEW 는 N SUP ·N TS 로서 초기값을 설정하고, 비콘 페이로드의 시스템 모드(311)를 초기 모드(314)로 설정한다(S820) . 이 상황에서는 등록을 위해서 채널 스캐닝을 하고 있는 디바이스들 모두가 해당 피코넷에 등록할 필요는 없기에 이 피코넷에 결합 모드(Association with this Piconet Mode)(312)는 0으로 설정한다. 등록 디바이스의 개수(Number of Associating Devices)(320) 필드는 앞서 설정한 N DEV _ NEW 를 이진수로 표현한 값으로 저장한다. 상기 설명한 '새로운 피코넷의 시작과 디바이스들의 피코넷 등록 방법'과같이 등록 응답 요청을 전달해주는 방법에 따라 가변적인 N GTS 또는 고정적인 N GTS 를 설정하고 N TS 는 N MAX -N GTS 로 설정한다. 상기 설명한 바와 같이 설정된 비콘 프레임을 네트워크 조정자가 전송하면, 비콘 프레임을 수신한 이미 피코넷에 등록되어있는 디바이스들을 시스템 모드가 초기 모드이기 때문에
Figure 112005078372028-pat00027
개의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태에서 있다가
Figure 112005078372028-pat00028
개의 수퍼프레임이 지난 후 깨어났을 때,
Figure 112005078372028-pat00029
이 아니면 다시 해당 수퍼프레임에서 계산된
Figure 112005078372028-pat00030
개의 수퍼프레임 동안 저전력 대기 상태로 기다리는 과정을 반복한다. 등록 요청을 시도하는 디바이스들은 비콘 프레임을 수신한 뒤, 1 ~ N DEV _NEW 사이의 자연수를 임의로 선택한다(S820). 경쟁 구간에서는 1 ~ N TS 사이의 자연수를 선택한 디바이스만이 선택한 자연수에 해당하는 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 신호를 보낼 수 있다(S825). 다음 수퍼프레임(S830)부터는 상기 설명한 '새로운 피코넷의 시작과 디바이스들의 피코넷 등록 방법'과 같은 절차에 의해서 디바이스가 등록을 하게 되는 데 다른 점이 있다면, N DEV _NEW 의 값이 이전 수퍼프레임의 경쟁 구간을 통해 성공한 디바이스의 개수(N DEV _OLD ) 값과 이전 수퍼프레임의 N TS 값의 비율에 따라서 새롭게 N DEV _NEW 값을 정한다는 것이다(S835).
수퍼프레임이 새로 시작될 때마다 N DEV _NEW 값을 설정하는 방법은 도 9에 나타내었다.
Figure 112005078372028-pat00031
값과 문턱 값 (
Figure 112005078372028-pat00032
) 을 비교하여(S900)
Figure 112005078372028-pat00033
인 경우에는(S910) N DEV _NEW 값이 적당히 설정되었다고 판단하여 N DEV _NEW 값을 새로 설정하지 않는 다.
Figure 112005078372028-pat00034
인 경우(S920)에는 이전 수퍼프레임 경쟁 구간의 각 시간 슬롯에서 충돌이 많아서 등록 요청이 성공한 디바이스의 개수가 적을 수도 있고, N DEV _NEW 값이 너무 크기 때문에 등록 요청 명령을 너무 많이 분산 시켜서일 수도 있다. 전자와 같은 경우에는 이전 수퍼프레임 경쟁 구간의 시간 슬롯에서 충돌이 많이 일어난 경우이므로 모든 시간 슬롯에서 수신되는 신호의 세기를 P NOISE 값과 비교하면(S930) 모드 시간 슬롯에서 P RX ＞P NOISE 의 값을 나타낼 확률이 높으므로 이러한 상황에서는 N DEV _NEW 값이 작게 설정되었다는 것으로 판단하여 N DEV _NEW 값을 증가시키기 위해
Figure 112005078372028-pat00035
값으로 갱신해준다(S940). 모든 시간 슬롯에서 P RX ＞P NOISE 이 아니면 N DEV _NEW 값이 크게 설정되어서 등록 요청 명령을 보내는 디바이스 수의 개수가 적어서 일어난 상황으로 판단하여 N DEV _NEW 값을 감소시키기 위해
Figure 112005078372028-pat00036
값으로 갱신해준다(S950) .
상기 설명한 바와 같이 네트워크 조정자는 새로운 수퍼프레임이 시작될 때마다 N DEV _NEW , N DEV _OLD , N TS ,
Figure 112005078372028-pat00037
, P NOISE , P RX 값을 비교해서 N DEV _NEW 가 어떻게 설정된 것인지를 판단하여, 그 값을 갱신하여, 도 7의 '새로운 피코넷의 시작과 디바이스들의 피코넷 등록 방법'과 같은 절차를 반복하게 된다.
본 발명에 의하면, 피코넷을 새로 시작된 피코넷 또는 이미 정상적인 통신을 하고 있는 피코넷에 다수의 디바이스가 등록을 하려고 할 때 피코넷에 등록하려는 다른 디바이스들과 또는 이미 피코넷에 등록된 디바이스 중 통신을 시도하는 디바이스들과의 충돌을 가능한 피하면서 빠른 시간 내에 모든 디바이스들이 피코넷에 등록할 수 있기에 디바이스들이 피코넷에 가입하면서 소모하는 네트워크 전체의 전력 소모를 줄일 수 있어 네트워크의 수명을 늘릴 수 있다.

Claims (14)

  1. 네트워크 조정자와 하나 이상의 디바이스가 활성화되어 통신이 이루어지는 비콘 구간, 경쟁 구간 및 비경쟁 구간으로 구분되는 활성 구간과, 네트워크 조정자를 포함한 망 내의 모든 디바이스들이 서로 송수신하지 않고 비활성화되는 비활성 구간으로 이루어지는 시간상으로 연속된 수퍼프레임 구조를 갖는 무선 개인지역망에서 여러 디바이스들이 새로운 피코넷을 구성하는 방법에 있어서;
    상기 수퍼프레임의 경쟁구간이 네트워크 조정자를 미리 사람이 수동으로 정하는 1단계;
    새로 시작하는 피코넷에 디바이스를 등록시키기 위해, 네트워크 조정자에게수동적으로 피코넷에 등록하는 디바이스의 개수 정보를 저장하는 2단계;
    새로 시작하는 피코넷에 새로운 디바이스를 등록시키기 위해 피코넷 초기 모드를 알려주는 정보를 비콘 프레임에 싣는 3단계;
    상기 2단계의 정보를 네트워크 조정자가 방송하는 비콘 프레임에 싣는 4단계;
    피코넷에 등록하기 위해 채널 스캐닝을 하는 동안 수신된 비콘 프레임 중 상기 4단계의 비콘 프레임 수신 후 디바이스가 해당 비콘 프레임을 수신한 채널의 피코넷에 등록하는 5단계;
    등록을 하지 못한 디바이스 개수가 해당 수퍼프레임의 시간 슬롯 개수에 대해 일정한 값 이하일 때, 상기 2, 3단계의 정보의 갱신을 통해 새로운 피코넷 구성 시작 및 디바이스 가입 상황을 해제하고 정상적인 통신 모드로 돌아가는 6단계;
    를 통해서 새로운 피코넷을 시작하고 새로 시작된 피코넷에 디바이스를 등록및 완성하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디바이스가 피코넷에 등록 요청을 할 때, 등록 요청을 할 수 있는 한정된 시간 슬롯과 등록을 시도하는 디바이스의 개수 정보를 이용해 디바이스가 시간 슬롯을 확률적으로 선택하게 하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 디바이스가 피코넷에 등록 요청을 할 때, 각 디바이스가 1과 디바이스 개수의 숫자 사이의 자연수를 임의로 고르고, 고른 숫자가 1과 시간 슬롯 개수 사이인 디바이스만 고른 숫자의 시간 슬롯을 통해서 등록 요청 명령을 보내는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 디바이스의 등록 요청 명령을 확률적으로 선택한 특정한 시간 슬롯을 통해서 전송했을 때, 다음 수퍼프레임의 비콘 프레임의 보증 시간 슬롯 (GTS :Guaranteed Time Slot) 할당 정보를 알려주는 필드를 통해 해당 시간 슬롯별 등록 요청의 성공 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 디바이스의 등록 요청 명령이 성공적으로 네트워크 조정자에게 수신되었을 때, 등록 응답 명령을 다음 수퍼프레임의 비경쟁 구간에서 보증 시간 슬롯을 통해서 알려주는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    보증 시간 슬롯을 할당하는 정보를 알려주는 비콘 구간에서 수신 디바이스의 주소로써 디바이스가 이전 수퍼프레임에서 등록 요청 명령을 보내기 위해 사용한 시간 슬롯 번호를 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 디바이스의 등록 요청 명령이 성공한 디바이스에게 전달하는 등록 응답 명령을 보증 시간 슬롯을 통해서 보낼 때, 등록 응답 명령을 수신할 디바이스의 주소 정보로 등록 응답 명령 프레임으로 구성하고, 하나 이상의 디바이스의 등록 응답 명령을 합쳐서 한 개의 보증 시간 슬롯을 통해서 보내는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    경쟁 구간의 하나 이상의 시간 슬롯을 한 개의 그룹으로 나누고, 각 그룹당 한 개의 보증 시간 슬롯을 할당하여, 할당된 보증 시간 슬롯을 통하여 그룹 등록 응답 명령을 보내주어 무선 개인지역망에서 다수 디바이스를 피코넷에 등록시키는 방법.
  9. 청구항 1, 청구항 5 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네트워크 조정자가 새로운 수퍼프레임이 시작될 때마다 비경쟁 구간의 시간 슬롯의 개수를 이전 수퍼프레임에서 등록 요청 명령을 성공적으로 수신한 디바이스에게 등록 응답 명령을 전달하기 위한 최소한의 보증 시간 슬롯 개수만큼만 할당하고 나머지 시간슬롯은 경쟁구간의 시간슬롯으로 모두 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 디바이스가 피코넷 등록 요청에 대한 응답 명령을 받았을 때, 등록하지 않은 디바이스의 개수와 다음 수퍼프레임 경쟁 구간의 시간 슬롯 개수의 비율이 일정한 문턱값 이하가 될 때까지 저전력 대기 상태로 전환시키는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    저전력 대기 상태로 전환 되어 있던 디바이스가 정해진 일정한 개수의 수퍼프레임이 지난 후에 정상적인 통신이 가능한 상태로 돌아왔을 때, 등록되지 않은 디바이스의 개수가 해당하는 수퍼프레임 경쟁구간의 시간 슬롯 개수 이상이면 등록되지 않은 디바이스 개수가 시간 슬롯의 개수보다 작아질 수 있는 최소한의 수퍼프레임 구간 동안 저전력 대기 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    피코넷이 새로 시작할 때 등록 절차에 의해 디바이스가 등록이 되면 네트워크 조정자 사이의 통신을 중지시키고, 피코넷에 등록되지 않은 디바이스의 일정한 비율이 피코넷에 등록된 후 등록된 모든 디바이스가 정상적인 통신을 시작하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  13. 네트워크 조정자와 하나 이상의 디바이스가 활성화되어 통신이 이루어지는 비콘 구간, 경쟁 구간 및 비경쟁 구간으로 구분되는 활성 구간과, 네트워크 조정자를 포함한 망 내의 모든 디바이스들이 서로 송수신하지 않고 비활성화되는 비활성 구간으로 이루어지는 시간상으로 연속된 수퍼프레임 구조를 갖는 무선 개인지역망에서 통신이 이루어지고 있는 환경에서;
    다수의 디바이스가 피코넷에 등록하려는 상황을 경쟁 구간의 시간 슬롯에서 수신되는 신호의 세기와 잡음 신호 세기의 비교하는 1단계;
    이미 피코넷에 가입되어 있는 디바이스의 통신을 중지시키고 등록을 요청하고자 하는 디바이스의 등록 요청 명령만을 수신하여 증가된 트래픽량이 기존의 피코넷에 등록되어 있던 디바이스로부터 오는 것인지, 새로 등록을 요청하는 디바이스들에게서 오는 것인지를 비교하는 2단계;
    새로 등록을 요청하는 디바이스들의 등록 요청 명령에 의한 명령을 먼저 받아들이기 위해 기존의 망에 등록되어 있던 디바이스들의 통신은 일정 시간 동안 중지시키는 3단계;
    를 통해서 다수 디바이스의 등록 요청을 받아들이는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    다수 디바이스의 등록 요청을 받아 들이기 위해 등록 요청 명령을 보내고 있는 디바이스의 수를 이전 수퍼프레임에서 등록에 성공한 디바이스의 개수와, 경쟁 구간의 시간 슬롯 개수, 경쟁 구간의 모든 시간 슬롯에서의 수신 신호의 세기와 잡음 신호의 세기, 디바이스의 개수와 경쟁 구간의 시간 슬롯 개수의 비의 문턱값을 비교해서 다음 수퍼프레임에서 등록 요청 명령을 보내려고 시도하는 디바이스의 개수를 예측하는 것을 특징으로 하는 무선 개인지역망에서 다수 디바이스의 피코넷 등록 방법.
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