KR100869272B1 - 근거리 Ａｄ―ｈｏｃ 통신망에서의 다중접속제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법에 관한 것으로서, 다수개의 통신노드가 존재하는 근거리 무선통신망에서의 다중접속제어방법에 있어서, 근거리 무선 통신망에서의 망 구조를 기본 네트웍과 서브 네트웍으로 구성하는 제1 단계와, 네트웍 제어기가 없는 상황에서도 각 노드간 데이터 충돌이 회피되도록 시분할 다중접속제어 방식과 주파수도약 다중접속제어 방식을 혼합 적용하는 제2 단계를 포함하고, 무선 통신망에서의 망 구조를 기본 네트웍과 서브 네트웍으로 구성하여, 네트웍 제어기가 없는 상황에서도 각 노드간 데이터 충돌이 회피되도록 시분할 다중접속제어 방식과 주파수도약 다중접속제어 방식을 혼합 적용하여, 시분할 다중접속시는 각 노드의 ID를 이용하여 노드간 간섭이 발생하지 않도록 하며, 망 접속 노드가 없는 걸로 확인 될 경우 각 노드별로 상이한 시간 지연요소를 적용하여 전송 타이밍 중복으로 인한 연속적인 데이터 패킷 충돌을 방지하였으며, 동기 블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 빠른 초기 동기 및 재동기를 획득하며, 동기 블록에 주파수 국부변동 방식을 적용하여 특정 동기주파수에 신호 간섭이 있거나 두 통신 노드간 시간 오차가 큰 경우에도 빠른 초기동기 및 재동기를 획득할 수 있도록 하였다.

또한 각 데이터 노드의 주파수 인덱스 값을 상호간 연관성이 있도록 순차적으로 증가시켜 동일 망 내의 어떤 데이터 노드가 패킷을 송신하더라도 자신의 음성 패킷 전송 타이밍을 빨리 획득할 수 있도록 하는 방법을 고안하였다.

네트웍, 시분할 다중 접속, 주파수도약 다중 접속, 슬롯

Description

근거리 Ａｄ―ｈｏｃ 통신망에서의 다중접속제어 방법{A MULTIPLE ACCESS CONTROL METHOD IN A SHORT DISTANCE Ad-hoc COMMUNICATION NETWORK}

도 1은 본 발명에 따른 다자간 데이터 및 음성 통신을 위한 네트웍 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 데이터 및 음성 패킷의 슬롯 구조,

도 3은 본 발명에 따른 각 슬롯별 동기블럭과 정보블럭의 패킷 구조,

도 4는 본 발명에 따른 시분할 다중접속제어를 위한 송수신 타이밍도,

도 5는 본 발명에 따른 충돌회피를 위한 TDMA 상태 천이도,

도 6은 각 슬롯 구간에서의 서로 직교적인 주파수 인덱스 (m=8, q=16인 경우의 예)이다.

본 발명에서는 근거리 무선 통신망에서 다수개의 통신 노드가 존재할 경우에 상호간의 충돌 없이 안정적으로 데이터 패킷을 송신 및 수신 처리토록 하는 다중접속제어 기법을 고안하였다. 기존의 상용 이동통신, 무선랜, 블루투스 등의 통신방 식에서는 각각 기지국, AP(Access Point), Master 등 망 구성 노드들 간에 간섭이 발생하지 않도록 조정하는 네트웍 제어기를 이용하는데, 이러한 기술들은 네트웍 제어기가 오동작하는 경우에 네트웍을 구성하는 모든 노드들간의 통신이 불가능 해지는 문제점을 가지고 있으므로, 어떤 상황에서도 네트웍 노드들 간에 안정된 통신이 이루어져야 하는 군용 Ad-hoc 통신망 등에서는 적합한 방식이라 할 수 없다.

또한 상용 이동통신망의 경우 기지국(BS; Base Station)과 단말기(MS; Mobile Station)간의 1:1 통신 방식으로 운용되므로 단말기간 다중 통신이 불가능하다는 단점이 있으며, Bluetooth의 경우 단말기간 다중 통신이 가능하긴 하나 슬레이브/슬레이브 장비간 통신시에도 마스터 장비의 중재를 받아야 하므로 전체 시간 슬롯중 절반이 항상 허비되는 것과, 또한 동시 통화 가능한 음성채널이 최대 3개(HV3의 경우)로 제한되는 문제점이 있다. 무선랜의 경우 무선 상의 캐리어를 감지한 후 다른 노드의 망 점유가 없을 시 망에 접근하는 CSMA/CA 방식을 사용하는데, 이 방식은 채널을 효율적으로 사용하는 장점은 있으나, 기본적으로 경쟁에 의한 망접속 방식이므로 긴급 정보나 음성 정보 등 전달지연이 적어야 하고 고 전송률이 요구되는 패킷 전송의 경우 다른 전송 노드와의 경쟁 및 충돌로 인해 원하는 시간에 전송을 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 네트웍 제어기가 없는 경우에도 각 망을 구성하는 노드들이 동등한 입장에서 스스로 망을 형성하고 안정적인 데이터 송수신이 가능토록 하는 Ad-hoc 다중접속제어(MAC; Multiple Access Control) 기법을 제안하였다.

본 발명에서는 데이터 노드와 음성 노드가 혼재된 네트웍에서 망구조를 데이터 통신을 위한 기본 네트웍(Primary Network)과 음성 통신을 위한 서브넷(Subnet)으로 구성하고, 각 통신 노드간 접속제어방식을 시분할 다중접속(TDMA; Time Division Multiple Access)과 주파수도약 다중접속 (FHMA; Frequency Hopping Multiple Access)를 혼용하는 방식으로 설계하였다.

본 발명은, 다수개의 통신노드가 존재하는 근거리 무선통신망에서의 다중접속제어방법에 있어서, 근거리 무선 통신망에서의 망 구조를 기본 네트웍과 서브 네트웍으로 구성하는 제1 단계와, 각 노드간 데이터 충돌이 회피되도록 시분할 다중접속제어 방식과 주파수도약 다중접속제어 방식을 혼합 적용하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2단계에서는, 시분할 다중접속시 각 노드의 ID를 이용하여 노드간 간섭이 발생하지 않도록 하며, 망 접속 노드가 없는 것으로 확인될 경우 각 노드별로 상이한 시간 지연요소를 적용하여 전송 타이밍 중복으로 인한 연속적인 데이터 패킷 충돌을 방지한다.

그리고, 상기 각 노드 간 시분할 다중 접속시 다중접속제어방법은, 전원이 인가되고, 시스템이 초기화된 후, 초기 동기시간동안 다른 노드가 송신하고 있는 데이터 패킷이 있는 지에 대하여 채널상태를 감시하는 과정과, SB주파수에서 상기 초기 동기 시간내에 유효 패킷을 수신하지 못할 경우, 네트웍 상에 다른 노드가 없는 것으로 판단하여 자신의 존재를 알리기 위하여 얼라이브(Alive) 패킷을 전송하는 과정과, 나중 접속 노드는 기존 노드가 전송하고 있는 얼라이브(Alive) 패킷의 수신 시간을 기준으로 하여 자신의 전송 타이밍(timing)을 설정한 후, 새로 할당된 타임 슬롯에 자신의 데이터 패킷을 송신하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계의 동기 블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 빠른 초기 동기 및 재동기를 획득하며, 동기 블록에 주파수 국부변동 방식을 적용하여 특정 동기주파수에 신호 간섭이 있거나 두 통신 노드간 시간 오차가 큰 경우에도 빠른 초기동기 및 재동기 획득하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 동기블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 주파수 도약 다중접속제어방식은, 빠른 동기획득 시간을 갖는 동기블럭에 정보블럭의 주파수 정보를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 각 데이터 노드의 주파수 인덱스 값을 상호간 연관성이 있도록 순차적으로 증가시켜 동일 망 내의 어떤 데이터 노드가 패킷을 송신하더라도 자신의 음성 패킷 전송 타이밍을 빨리 획득할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다자간 데이터 및 음성 통신을 위한 네트웍 구성도이 고, 도 2는 본 발명에 따른 데이터 및 음성 패킷의 슬롯 구조이며, 도 3은 본 발명에 따른 각 슬롯별 동기블럭과 정보블럭의 패킷 구조이고, 도 4는 본 발명에 따른 시분할 다중접속제어를 위한 송수신 타이밍도이며, 도 5는 본 발명에 따른 충돌회피를 위한 TDMA 상태 천이도이고, 도 6은 각 슬롯 구간에서의 서로 직교적인 주파수 인덱스 (m=8, q=16인 경우의 예)이다.

본 발명에서 고안한 접속기법은 주로 전투차량 간의 실시간 전술정보 및 음성정보를 공유하기 위한 용도로 사용되며, 관련 네트웍 구조는 도 1과 같다.

각 노드의 주소는 “x.y” 형태로 표기되는데, 앞 부분의 x는 서브넷 식별자 (SID; Subnet ID)를, 뒷 부분의 y는 단말기 식별자 (TID; Terminal ID)를 나타낸다. 기본 네트웍의 데이터 노드 개수가 m 개인 경우 각 노드의 SID는 1 에서 m 까지 순차적으로 할당되며, 각 서브넷 내에서 데이터/음성 통신을 수행하는 차량용 통신기의 TID는 1, 음성 전용 휴대용 단말기의 TID는 2, 3으로 각각 할당된다. 노드간 간섭을 회피하기 위한 다중접속제어는 각 노드의 ID(데이터 통신의 경우 SID, 음성 통신의 경우 TID) 번호에 의해 이루어진다. 차량 내/외부간에는 각각의 서브넷을 통해 다자간 전이중 음성통신이 이루어지며, 음성통화 중에도 차량 간에는 작전운용 개념상 필요한 각 차량의 위치, 상태정보 및 긴급 정보 등의 데이터 패킷을 안정적으로 실시간 고속 전송하게 된다.

한편, 데이터 및 음성 패킷 전송을 위한 슬롯 구조는 도 2와 같다. 각각의 슬롯은 기본 슬롯(PS; Primary Slot)과 다중 슬롯(MS; Multi-layer Slot) 으로 구성되는데, 이들은 각각 데이터 패킷 전송구간과 음성 패킷 전송 구간을 의미한다.

각 데이터 노드는 응용 계층에서 생성된 데이터 패킷을 각 노드별로 SID에 의해 결정되는 PS 타이밍에 맞춰 TDMA 방식으로 망 내의 모든 노드에 무선 전송하는데, 이때 데이터 노드의 패킷 전송주기는 T_SF (super frame period) 이다. 차량 내/외부간 음성통화를 위해 서브넷을 구성하는 각 음성노드는 SID 및 TID에 의해 결정되는 MS 타이밍에 맞춰 TDMA 방식으로 음성 패킷을 전송한다.

그리고, 음성 전송노드들은 같은 차량에 소속된 노드들끼리 서브넷을 구성하여 각 서브넷 간에만 음성을 송수신하며, 동일 시간에 전송되는 다른 서브넷의 트래픽으로부터 간섭을 받지 않도록 설계하였다.

한편, PS와 MS는 각각 동기 블럭(SB; Synchronous Block)과 정보 블럭(IB; Information Block)으로 구성된다. IB는 실제 유저가 필요로 하는 정보(데이터 및 음성 정보)를 전송하는 구간이며, SB는 시분할 다중접속을 위한 시간 동기 및 주파수도약 다중접속시 IB의 도약 주파수에 대한 정보를 제공하는 블럭이다.

여기서, 각 블럭별 패킷 구조는 도 3과 같다.

도 3의 패킷 구조에서 각 블럭별 Preamble과 Sync 필드는 비트 동기와 프레임 동기를 위해 사용되며, 헤더 필드에는 다중접속제어를 위한 각종 파라메터들이, 정보블럭(IB)의 Payload 필드에는 데이터정보와 음성정보가 포함된다.

먼저 각 노드간 시분할 다중접속을 위해 필요한 절차를 살펴보면 다음과 같다. 각 데이터 노드는 전원이 켜지고 시스템 초기화를 마친 후 일정시간(초기동기 시간) 동안 다른 노드가 송신하고 있는 데이터 패킷이 있는지 채널 상태를 감시한 다. 정해진 SB 주파수(고정 혹은 도약주파수)에서 초기동기 시간 내에 유효 패킷을 수신하지 못하면 네트웍 상에 다른 노드가 없는 것으로 판단하고, 자신의 존재를 알리기 위해 얼라이브(Alive) 패킷을 전송한다. 얼라이브 패킷은 최초 전송 시점을 기준으로 T_SF 주기마다 반복 송신하여 나중에 망에 접속되는 노드들의 전송 타이밍 산출시 기준 패킷으로 활용토록 고려하였다. 나중 접속 노드는 기존 노드가 전송하고 있는 얼라이브 패킷의 수신 시간을 기준으로 자신의 전송 타이밍을 설정한 후, 새로 할당된 타임 슬롯에 자신의 데이터 패킷을 송신한다.

도 4에 두 노드 사이의 송신 타이밍 도를 보이며, 식 1 에 동기블럭의 송신 타이밍 산출식을 보인다.

[식 1]

t_SB(i) = t_SB(j) + {(m+i-j)mod m}*T_PS

t_SB(i) = t_RxIBH(j) + ΔT

여기서, ΔT = {(m+i-j)mod m}*T_PS - RxLag - L_IBH - MacPrc

여기서 i 는 수신 데이터 노드의 SID 번호, j 는 송신 데이터 노드의 SID 번호, m 은 최대 데이터 노드 수, T_PS 는 PS 주기, t_RxIBH 는 유효 MAC 헤더의 수신 확인시간, RxLag 는 전파의 무선구간 전달 지연시간, L_IBH는 동기블럭 전체 크기와 정보블럭 헤더 크기를 합한 시간, 그리고 MacPrc 는 MAC 프로세싱 지연 시간이다.

식 1 에서 볼 수 있듯이 자기 노드의 다음 패킷 전송시점까지의 잔여 시간 ΔT 는 RxLag, MacPrc 등에 의해서 결정되는데 이 값들을 별도로 측정하여 상기 계산식에 적용할 경우에는 각각의 측정 오차가 누적되어 송신 타이밍의 부정확성이 증대될 수 있으므로 식 2 와 같이 다음 전송 슬롯까지의 잔여 시간인 δT 만을 측정한 후 전체 MAC 지연 시간을 산출하게 되면 보다 정확한 송신 타이밍을 얻을 수 있게 된다.

[식 2]

ΔT = {(m+i-j) mod m} * T_PS - L_PS + δT

여기에서 L_PS 는 기본슬롯(PS) 할당시간을 나타내며, 일단 두 개 이상의 노드로 망이 구성되고 나면 각각의 노드는 가장 최근에 수신한 노드의 SID 번호를 이용하여 자신의 슬롯 타이밍을 지속적으로 갱신하여 전체 노드 상호 간에 데이터 충돌없이 망이 운용되도록 접속제어를 유지한다.

한편 두 개의 통신기가 비슷한 시간에 켜지게 되거나, 두 번째 통신기가 켜진 후 초기동기 시간동안 일시적인 통신 불량으로 인해 첫 번째 통신기의 패킷 감지가 불가하여, 두 노드 간 송신 타이밍이 일부 중복되는 등의 경우에는 그 후 전송되는 두 노드의 모든 패킷들이 연속적으로 충돌하게 되어 정상적인 패킷 수신이 불가능하게 된다. 이를 방지하기 위해서 일정 시간 동안 다른 송신기로부터 패킷 수신이 이루어 지지 않는 경우에는 식 3 과 같이 자신의 패킷 송신 시점에 일정 시 간 지연을 줌으로써 타 노드의 송신 타이밍과 충돌을 회피하도록 하였다.

[식 3]

t_SB(i) = t_SB(i) + SID * T_PS

위 식에서처럼 지연 구간을 노드 별로 SID를 이용하여 달리 설정하는 것은 모든 노드에 동일 지연 시간을 주게 될 경우에 노드간 재충돌이 지속으로 발생하는 것을 방지함과 동시에 음성 노드의 동기 상실을 방지하고자 위함이다.

도 5에 충돌 회피를 위한 TDMA의 상태 천이도가 나타나 있다.

위에서와 같이 TDMA 방식을 사용하여 기본 네트웍의 데이터 노드 및 단일 서브넷의 음성 노드들 간에 안정적인 망 접속제어를 확보할 수 있게 된다. TDMA 방식은 그 특성상 CSMA 방식과 달리 고부하(high traffic load) 상태에서도 노드간 접속 충돌과 이로 인한 재전송이 발생하지 않아 긴급 정보나 음성 정보 등과 같이 저 지연, 고 전송률을 요하는 경우에 적합한 방식이라 할 수 있다.

하지만 단일 시간에 단 하나의 패킷만을 전송하게 됨으로써 주파수 활용률이 떨어지는 문제점이 발생하며, 특히 본 발명이 적용된 네트웍 시스템의 경우 모든 음성노드들의 패킷을 TDMA 방식으로 전송할 경우 정해진 주파수 대역폭 내에서 트래픽 수용이 불가능 하다는 문제점이 발생한다.

이에 본 발명에서는 여러 서브넷의 음성 노드간 다중접속제어는 단일 시간에 보다 높은 전송률을 확보할 수 있는 TDMA 기반의 주파수 도약 다중 접속(FHMA) 방 식을 적용하였다. 이 방식은 TDMA 방식의 데이터 패킷을 통해 각 서브넷간 시간 동기를 획득하고 이를 기준으로 하여 다자간 주파수 도약 다중접속을 취하는 방법이다.

주파수 도약 통신의 경우 초기동기 및 재동기 시간은 도약 주파수 채널 수에 비례하여 증가하므로, 도약 채널수가 많을 경우에는 과다한 동기 시간이 소요된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 설계에서는 빠른 동기획득 시간을 갖는 동기블럭(SB)에 정보블럭(IB)의 주파수 정보를 포함하여 전송함으로써, IB의 동기시간을 단축토록 하는 방법을 고안하였다. 이 방법은 SB 없이 곧바로 IB의 주파수도약 동기를 획득할 경우에 소요되는 과다한 동기시간을 감소시킬 수 있는 방법이 된다.

동기블럭(SB)의 도약 주파수는 각 노드 내부의 시간정보(TOD; Time of Day), 도약코드, 망 번호를 이용하여 산출하게 된다. 송신 노드와 수신 노드간 도약코드, 망 번호가 일치하고 시간정보 오차가 일정 값 이내(SFC; 동기블럭 주파수 변환 주기)인 경우에 최대 3 * T_SF 이내의 빠른시간에 동기블럭의 도약주파수를 감지할 수 있게 된다. PS 구간에서의 SB 주파수함수 f_{SB , PS} 과 IB 주파수함수 f_{IB , PS}는 각각 식 4, 5 와 같다.

[식 4]

f_{SB , PS} = FHLUT{NID, {ti(TOD/SFC) + HC} mod q}

여기서,

ti(x) = round(x) + (inc(dither) mod 3) - 1, @Tx

round(x), @Rx

TOD = 3600*hour + 60*min + sec

[식 5]

f_{SB , PS} = FHLUT{NID,(FI_PS + HC) mod q}

상기 식에서 q, FI_PS, HC, TOD, NID는 각각 도약 채널수, PS 구간에서의 주파수 인덱스 (Frequency Index), 도약 코드(Hopping Code), 시간정보(Time of Day), 망번호(Network ID)를 나타내며, 동일 망 내의 각 노드는 같은 도약코드를 사용하여, 같은 도약 코드를 사용하는 노드 간에만 SB 및 IB의 도약 주파수를 공유하도록 설계하였다.

실제 정보를 송신하게 되는 IB의 도약 주파수는 FHLUT(Frquency Hopping Look-up Table)에서 FI에 해당하는 번지의 주파수를 참조하여 사용한다. FHLUT에는 도약 주파수 패턴이 각 망 번호별로 지정되어 있으며, 각 주파수 도약 패턴은 직교성이 양호한 패턴, 즉 식 6으로 표현되는 해밍 상호상관 값을 최소화하는 패턴들로 구성되어 있어서 여러 개의 망들이 인접지역에서 운용될 때에도 상호간 주파수 간섭이 최소화 되도록 하였다.

[식 6]

Hxy(τ)=

h(x_i, y_{i +τ}), for 0≤τ≤q-1

여기서,

1) h(a, b) = 0; a≠b, 1; a = b

2) y_{i +τ} 의 아래첨자의 합 i+τ은 모듈로 q 연산임.

3) x = (x₀, x₁,...x_{q -1}), y = (y₀, y₁,...y_{q -1})

ti(time information) 함수는 주기적으로(SFC 와 T_SF의 혼합 주기) 동기용 주파수를 바꾸어 재밍 혹은 기타 주파수 간섭을 회피하기 위한 용도로 사용한다. 송신기에서는 시간정보(TOD) 및 도약코드(HC)를 이용하여 주파수 값을 계산하고 이를 기준으로 하여 주파수 변환 주기(SFC) 마다 SB의 기본주파수를 변환시키며, 국부적으로는 매 SF 주기에 맞추어 SB 패킷을 전송할 때마다 기본 주파수에 +1/0/-1 만큼씩의 옵셋을 순차적으로 가하여 전송한다.

이렇게 송신기에서 주파수 국부 변동(dithering)을 시키는 목적은 특정 동기 주파수에 신호 간섭이 있는 경우나 두 통신 노드간 시간(TOD) 오차가 큰 경우에도 빠른 동기를 획득하기 위함이다.

예를 들면 주파수 국부 변동(dithering)을 적용하지 않을 경우, 동기 주파수에 재밍 등의 주파수 간섭이 있게 되면 기본적으로 주파수 유지시간 (SFC) 동안 동기블럭(SB) 패킷을 수신못하게 되며, 특히 이 상황에서 두 통신 노드간 시간 차이가 오차 범위(SFC) 내에서 최대로 발생할 경우에는 거의 2배의 SFC 시간만큼 동기 블럭(SB) 수신이 불가능하게 된다. 이럴 경우 SFC 에 비해 아주 빠른 주기를 갖는 T_SF 로 주파수 국부 변동을 시킴으로 최대 3*T_SF 만큼의 빠른 시간내에 동기블럭(SB) 주파수 획득이 가능해 진다.

전체 채널에서의 고른 주파수 도약 통신 및 노드간 동기 유지를 위해 매 PS 패킷을 전송할 때마다 SB 헤더에 포함되는 FI 값은 식 7 과 같이 +1씩 순차적으로 증가시켜서 전송한다.

[식 7]

FI_PS(i) = (FI_PS(i) + 1) mod q

상기와 같이 송신 주파수 인덱스 (FI) 를 조정할 경우 수신기에서는 특정 노드로부터 유효 SB가 수신된 시점을 기준으로 다음 SF 주기 후에는 해당 노드의 FI 값에 +1을 더하고 modulus q 연산을 취한 값으로 주파수 설정을 하면 해당 노드의 IB 패킷을 수신할 수 있다. 즉, 특정 노드의 유효 SB를 한번만 수신하면 그 노드의 FI 변화를 예측할 수 있으므로 FI 값을 알기 위해서 SB 패킷을 지속적으로 수신할 필요가 없게 된다. 단, 망 이탈 시 혹은 일정 시간(T_SF의 3배 정도)을 초과하는 동안 다른 노드의 IB 패킷 수신이 지속적으로 안 되는 경우는, 자신의 시간정보(TOD) 및 도약코드 (HC) 등을 이용하여 SB 패킷을 수신하여 FI 값을 다시 알아내야 한다.

한편 SID 번호 i를 갖는 데이터 노드가 SID 번호 j를 갖는 데이터 노드로부터 PS의 동기블럭(SB)을 수신했을 경우, 자신의 SID 번호가 송신 노드의 SID 번호 보다 클 경우에 한해 PS의 FI 값은 식 8 과 같이 갱신한다.

[식 8]

FI_PS(i) = (FI_PS(j) + i - j - 1), if i>j

이렇게 함으로써 하나의 SF(Super Frame) 주기 내에서 각 데이터 노드의 FI는 순차적으로 증가하게 되며, 음성 노드는 동일 망 내의 어떤 데이터 노드가 SB를 송신하더라도 송신 노드의 FI를 이용하여 자신의 음성 패킷 전송 타이밍을 계산 할 수 있게 된다.

MS 구간에서 동기블럭(SB)의 주파수는 식 9 와 같이 동일 시간에 송출되는 여러 음성 노드간에 주파수 간섭이 발생하지 않도록, 각 노드별 SID에 기반한 옵셋을 이용하여 결정한다. 각 음성 노드간 주파수 이격을 채널 간격의 2배로 하는 것은 인접 채널에서 통신 주파수가 공존할 경우에 발생하는 상호 간섭을 감소시키기 위함이다.

[식 9]

f_{SB , MS} = (f_{SB , PS} + 2 * SID ) mod q

MS 구간에서 음성 노드의 주파수 인덱스(FI_MS)를 구하는 방법은 다음과 같다. SID 번호=i, TID 번호=k인 음성 노드가 PS 구간에서 SID 번호=j인 데이터 노드로부터 송신되는 유효 패킷을 수신했을 경우, 주파수 인덱스(FI)는 식 10과 같이 초기 설정하며,

[식 10]

FI_MS(i)=(FI_PS(j) + (i-1) + k) mod q

n_PS = j

여기에서 nps는 PS 패킷의 일련번호이며, PS 구간에서 유효 데이터 노드의 패킷을 수신하지 못하는 경우는, 음성 노드는 자신의 MS 주기에 맞추어 식 11 과 같이 FI 값을 조정한다.

[식 11]

FI_MS = (FI_MS + 1)mod q, n_PS = n_PS + 1, if(n_PS<m)

(q + (FI_MS - (m-1))+1) mod q, n_PS = 1, otherwise

식 11에서 구한 FI 값을 이용하여 최종적으로 MS 구간에서의 정보블럭 (IB)의 주파수는 식 12 와 같이 구해진다.

[식 12]

f_{IB , MS} = FHLUT{NID,(FI_MS + HC)mod q}

위와 같이 설계함으로써 도 6의 예(m=8, q=16)와 같이 동일 망 내에서 SID가 다른 경우에 각 주파수 인덱스가 직교적인(orthogonal) 특성을 가짐으로 데이터 노드 및 음성 노드간 주파수 간섭을 회피할 수 있게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에서는 근거리 무선 통신망에서 다수개의 통신 노드가 존재할 경우에 상호간의 충돌 없이 안정적으로 데이터 패킷을 송신 및 수신 처리토록 하는 Ad-hoc 다중접속제어 기법을 고안하였다.

무선 통신망에서의 망 구조를 기본 네트웍과 서브 네트웍으로 구성하여, 네트웍 제어기가 없는 상황에서도 각 노드간 데이터 충돌이 회피되도록 시분할 다중접속제어 방식과 주파수도약 다중접속제어 방식을 혼합 적용하였다.

시분할 다중접속시는 각 노드의 ID를 이용하여 노드간 간섭이 발생하지 않도록 하며, 망 접속 노드가 없는 걸로 확인 될 경우 각 노드별로 상이한 시간 지연요소를 적용하여 전송 타이밍 중복으로 인한 연속적인 데이터 패킷 충돌을 방지하였다.

동기 블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 빠른 초기 동기 및 재동기를 획득하며, 동기 블록에 주파수 국부변동 방식을 적용하여 특정 동기주파수에 신호 간섭 이 있거나 두 통신 노드간 시간 오차가 큰 경우에도 빠른 초기동기 및 재동기를 획득할 수 있도록 하였다.

또한 각 데이터 노드의 주파수 인덱스 값을 상호간 연관성이 있도록 순차적으로 증가시켜 동일 망 내의 어떤 데이터 노드가 패킷을 송신하더라도 자신의 음성 패킷 전송 타이밍을 빨리 획득할 수 있도록 하는 방법을 고안하였다.

Claims (6)

1. 다수개의 통신노드가 존재하는 근거리 무선통신망에서의 다중접속제어방법에 있어서,

   근거리 무선 통신망에서의 망 구조를 데이터 통신을 위한 기본 네트웍과 음성 통신을 위한 서브 네트웍으로 구성하는 제1 단계와,

   상기 제1 단계에서 구성된 근거리 무선 통신망 내의 모든 데이터 노드 및 음성 노드간에 접속 충돌이 회피되도록 시분할 다중접속 기반의 주파수 도약 다중접속제어 방식을 적용하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2단계에서, 시분할 다중접속시 상기 근거리 무선 통신망 내의 각 노드의 ID를 이용하여 노드간 간섭이 발생하지 않도록 하며, 망 접속 노드가 없는 것으로 확인될 경우 각 노드별로 상이한 시간 지연요소를 적용하여 전송 타이밍 중복으로 인한 연속적인 데이터 패킷 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 단계에서, 동기 블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 빠른 초기 동기 및 재동기를 획득하며, 동기 블록에 주파수 국부변동 방식을 적용하여 특정 동기주파수에 신호 간섭이 있거나 두 통신 노드간 시간 오차가 큰 경우에도 빠른 초 기동기 및 재동기 획득하는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   각 데이터 노드의 주파수 인덱스 값을 상호간 연관성이 있도록 순차적으로 증가시켜 동일 망 내의 어떤 데이터 노드가 패킷을 송신하더라도 자신의 음성 패킷 전송 타이밍을 빨리 획득할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법.
5. 제 2항에 있어서,

   각 노드 간 시분할 다중 접속시 다중접속제어방법은,

   전원이 인가되고, 시스템이 초기화된 후, 초기 동기시간동안 다른 노드가 송신하고 있는 데이터 패킷이 있는 지에 대하여 채널상태를 감시하는 과정;,

   SB주파수에서 상기 초기 동기 시간내에 유효 패킷을 수신하지 못할 경우, 네트웍 상에 다른 노드가 없는 것으로 판단하여 자신의 존재를 알리기 위하여 얼라이브(Alive) 패킷을 전송하는 과정;

   나중 접속 노드는 기존 노드가 전송하고 있는 얼라이브(Alive) 패킷의 수신 시간을 기준으로 하여 자신의 전송 타이밍(timing)을 설정한 후, 새로 할당된 타임 슬롯에 자신의 데이터 패킷을 송신하는 과정;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중 접속제어 방법.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 동기블럭을 이용하여 주파수 도약 통신시 주파수 도약 다중접속제어방식은, 빠른 동기획득 시간을 갖는 동기블럭에 정보블럭의 주파수 정보를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 근거리 Ad-hoc 통신망에서의 다중접속제어 방법.

Images