KR100939783B1 - 근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신시스템 - Google Patents

근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근거리 무선 통신 시스템 및 이를 이용한 근거리 무선 통신 시스템을 개시한다. 본 발명은 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용하여 근거리 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 동기 유지용 제1 동기 프레임으로 할당되는 마스터 장치, 상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하는 슬레이브 장치 및 상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하기 위한 제2 동기 프레임으로 할당되는 중계 장치를 포함하되, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치와 동기를 상실하는 경우, 상기 제2 동기 프레임을 이용하여 상기 중계 장치와 동기를 유지한다. 본 발명에 따르면 복수의 무선 장치가 각각 동기를 유지하면서 안정적으로 사용자 데이터를 송수신할 수 있다.
근거리, 마스터, 슬레이브, 중계, 동기 프레임, 페이로드 프레임, 모뎀

Description

근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신 시스템{Relay apparatus and system for short range wireless}
본 발명은 근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 근거리 무선 장치 사이에서 멀티미디어 데이터를 효율적으로 중계할 수 있는 장치 및 시스템에 관한 것이다.
전 세계적으로 허가를 받지 않고 사용할 수 있는 ISM Band 대역을 이용하여 다양한 소출력 무선 장치들이 개발되어 사용되고 있다. 국내에서도 전파법에 규정된 기준을 충족하는 조건으로 2.4GHz 대역과 5.7GHz 대역을 비면허 소출력용으로 다양한 용도로 사용할 수 있도록 주파수를 개방하였다.
상기한 주파수 대역을 이용하여 무선 헤드폰, 무선 마이크, 무선 스피커 등 무선 오디오 송신과 무선 감시 카메라, 무선 인터넷 방송 등 무선 비디오 신호를 송신할 수 있는 무선 멀티미디어 송신을 위한 장치 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이 주파수 대역은 용도 제한 없이 누구라도 비면허로 사용하도록 허용되어 있어 다양한 응용 상품이 동일한 지역에서 사용될 수 있다. 이러한 주파수 대역을 멀티미디어 데이터의 무선 송수신 용으로 사용하는 경우 사용자 간의 주파수 간섭으로 인해 심각한 송신 품질 저하 현상이 발생한다.
또한 단일 무선 장치만으로 사용되는 경우에도 사용 주파수 대역의 파장의 길이가 15cm 이하가 되어 주변 시설과 가구 등에 의한 반사파의 멀티패스 신호로 인한 페이딩 현상 때문에 송신 품질 저하 현상이 심각하게 나타난다.
지금까지 2.4GHz ISM Band 대역에서 사용되고 있는 근거리 무선 멀티미디어 송신방식 중 대표적인 기술은 Bluetooth와 무선 LAN이 있다.
Bluetooth 기술은 상호간섭에 의한 송신 품질 저하를 방지하기 위해 주파수 도약방식을 사용하여 특정 주파수의 간섭이 있는 경우에도 사용 주파수를 바꾸어가며 데이터를 확실히 송신할 수 있는 장점이 있다. 그러나 실시간 멀티미디어 데이터 송신에서는 사용자 간의 주파수 충돌이 있을 경우 재송신 방식을 사용하기 때문에 송신 지연이 크게 발생한다.
한편 무선 LAN 기술도 가변 프레임 다중 접속 구조로 항상 일정속도를 유지하는 기능이 약해 고품질 멀티미디어 송신에 적합하지 않은 것은 물론 전력소모가 많아 배터리의 용량에 제한이 있는 무선 장치에 사용하기에 부적합하고 점유 대역폭이 넓어 동일 지역에서 동시에 사용할 수 있는 사용자 수가 제한되는 문제를 갖고 있다.
이를 해결하기 위해, 등록특허 제799885호(발명의 명칭: 근거리 피코 셀 내에서 방송과 통신 및 제어의 융합이 가능한 무선 네트워크 프로토콜)에서와 같이 마스터 장치와 슬레이브 장치 사이에 동기를 유지하면서 데이터를 송수신할 수 있 는 방법이 제안되었다.
도 1은 종래기술에 네트워크 사이클의 구조를 도시한 것이고, 도 2 내지 3은 종래기술에 따른 근거리 무선 통신 시스템에 속하는 마스터 장치 및 슬레이브 장치 사이의 통신 구조를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면 종래기술에 따른 네트워크 사이클은 복수의 제어 프레임(10) 및 페이로드 프레임(12)을 포함한다.
종래기술에 따른 마스터 장치(20)는 제어 프레임 중 하나를 동기 프레임(24)으로 할당하여 복수의 슬레이브 장치(22)로 송신하며, 이를 통해 마스터 장치(20)와 각 슬레이브 장치(22)를 동기를 유지하면서 사용자 데이터를 송수신한다.
그러나 종래기술에 따르면, 모든 슬레이브 장치(22)는 마스터 장치(20)에 동기를 맞추기 때문에, 마스터 장치(20)의 동기 신호를 수신할 수 있는 제한된 지역 내에서만 통신을 할 수 있다. 즉 슬레이브 장치(22)가 마스터 장치(20)의 커버리지를 벗어나는 경우에는 마스터 장치(20)와 통신을 할 수 없는 문제점이 있다.
또한 종래기술에 따르면, 복수의 슬레이브 장치(22)가 하나의 마스터 장치(20)에 대해서만 동기가 유지되기 때문에 하나의 장치가 데이터를 송신하는 경우 나머지 장치는 수신 상태가 되며, 이에 따라 많은 수의 장치가 동시에 양방향으로 데이터를 송수신할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 슬레이브 장치가 마스터 장치의 커버리지를 벗어나는 경우에도 마스터 장치와 데이터를 송수신할 수 있는 근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 무선 장치가 동시에 단방향 또는 양방향으로 통신할 수 있도록 하는 근거리 무선 중계 장치 및 이를 이용한 근거리 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용하여 근거리 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 동기 유지용 제1 동기 프레임으로 할당되는 마스터 장치;
상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하는 슬레이브 장치; 및 상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하기 위한 제2 동기 프레임으로 할당되는 중계 장치를 포함하되, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치와 동기를 상실하는 경우, 상기 제2 동기 프레임을 이용하여 상기 중계 장치와 동기를 유지하는 근거리 무선 통신 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용하여 근거리 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 동기 유지용 제1 동기 프레임으로 할당되는 제1 무선 장치; 상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 제1 무선 장치와 동기를 유지하며, 상기 제1 동기 프레임과 서로 다른 제어 프레임에 제2 동기 프레임이 할당되는 제2 무선 장치; 및 상기 제2 동기 프레임을 통해 상기 제2 무선 장치와 동기를 유지하는 제3 무선 장치를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용하여 근거리 무선 통신하는 마스터 장치 및 슬레이브 장치 사이에서 데이터 송수신을 중계하는 장치에 있어서, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나에 할당된 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나에 할당된 제2 동기 프레임을 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하는 모뎀부; 및 상기 마스터 장치로부터 상기 제1 동기 프레임을 수신하며, 상기 슬레이브 장치로 상기 제2 동기 프레임을 송신하는 RF부를 포함하는 근거리 무선 중계 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 중계 장치가 마스터 장치와는 별개의 동기 프레임을 사용하기 때문에 슬레이브 장치가 마스터 장치의 커버리지를 벗어나는 경우에도 안정적으로 통신할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면 근거리에 속하는 복수의 무선 장치가 전단의 무선 장 치에 순차적으로 동기를 맞추고 있기 때문에 복수의 무선 장치가 동시에 데이터를 송수신할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근거리 무선 통신 시스템은 마스터 장치(40), 슬레이브 장치(42) 및 중계 장치(44)를 포함할 수 있다.
마스터 장치(40)는 소정 반경(예를 들어, 반경 수 10m 이내인 피코 셀 범위)에 속하는 슬레이브 장치(42)에 주기적으로 동기 신호를 송신하여 하나 이상의 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지한다.
상기와 같이 동기가 유지되는 동안 마스터 장치(40)와 슬레이브 장치(42)는 음성, 영상과 같은 멀티미디어 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명에 따른 중계 장치(44)는 상기한 마스터 장치(40)에 동기를 유지하는 한편, 슬레이브 장치(42)로 상기한 마스터 장치(40)와 다른 동기 신호를 송신한다.
슬레이브 장치(42)가 마스터 장치(40)로부터 거리가 멀어져 마스터 장치(40)와의 동기를 상실하는 경우, 본 발명에 따른 중계 장치(44)는 마스터 장치와는 다른 동기 신호를 통해 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지한다.
즉, 중계 장치(44) 마스터 장치(40) 및 슬레이브 장치(42) 각각과 동기를 유지하며, 마스터 장치(40)로부터 수신된 사용자 데이터를 슬레이브 장치(42)로 전달한다. 만일 마스터 장치(40)와 슬레이브 장치(42)가 양방향 통신을 하는 경우, 본 발명에 따른 중계 장치(44)는 슬레이브 장치(42)에서 수신된 사용자 데이터를 마스터 장치(40)로 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 네트워크 사이클 구조를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 단위 네트워크 사이클 내에 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임이 포함된다.
제어 프레임(50)은 제어 정보가 송수는 되는 구간이며, 동기 정보 혹은 상위층의 제어 정보가 포함될 수 있다.
보다 상세하게, 제어 프레임(50)은 싱크 워드 필드 및 메시지 필드를 포함할 수 있으며, 만일 소정 제어 프레임이 다른 장치와의 동기 유지용으로 할당되는 경우, 동기 유지용 제어 프레임의 메시지 필드에는 주파수 셋 정보, 호핑 시퀀 스(hopping) 정보 및 오프셋(offset) 정보가 포함될 수 있다.
일반적으로 도 5와 같은 네트워크 사이클 구조를 이용하여 근거리 무선 통신 하는 경우 마스터 장치(40)만이 제어 프레임 중 하나를 동기 유지용 동기 프레임(제1 동기 프레임)으로 사용하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 마스터 장치(40)뿐만 아니라, 중계 장치(44)도 마스터 장치(40)와 독립적으로 상기한 제어 프레임 중 하나를 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지하기 위한 동기 프레임(제2 동기 프레임)으로 이용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 중계 장치(44)의 제2 동기 프레임은 마스터 장치(40)의 제1 동기 프레임과 동일한 제어 프레임 또는 서로 다른 제어 프레임에 할당될 수 있다.
제1 및 제2 동기 프레임은 동일한 주파수 셋 또는 서로 다른 주파수 셋을 사용할 수 있다.
여기서 주파수 셋은 마스터 장치(40) 등에 의해 결정된 우수한 복수의 주파수에 관한 정보로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 주파수 셋은 16개의 주파수 정보를 포함할 수 있다.
중계 장치(44)가 마스터 장치(40)와 동일한 주파수 셋을 사용하는 경우, 중계 장치(44)는 마스터 장치(40)로부터 수신된 주파수 셋 정보를 저장하며, 호핑 시퀀스 정보를 이용하여 매 사이클 마다 초기 주파수 셋 주소를 랜덤하게 출력하며, 출력된 랜덤 주소에 매 프레임(정해진 송수신 시간대)마다 할당된 오프셋 값을 더 하여 결정된 주소(0 내지 15)에 상응하는 주파수(f1 내지 f16)를 송신 주파수로 사용한다.
예를 들어, 마스터 장치(40)와 중계 장치(44)가 동일한 주파수 셋을 사용하는 경우, 마스터 장치(40)의 오프셋은 0, 중계 장치(44)의 오프셋은 3으로 할당될 수 있으며, 소정 시간(t0)에 마스터 장치(40)의 송신 주파수가 0번 주파수(f1)로 결정되면, 같은 시간에 중계 장치(44)는 도 6에서 0에서 3만큼 차이가 나는 3번 주파수(f4)를 슬레이브 장치(42)로의 송신 주파수로 사용하게 된다.
즉, 주파수 셋에 대한 오프셋 값으로 인해 동일한 시간대에 마스터 장치(40)와 중계 장치(44) 사이의 송수신 주파수와 중계 장치(44)와 슬레이브 장치(42) 사이의 송수신 주파수가 달라질 수 있다.
이처럼 마스터 장치(40)와 중계 장치(44)가 동일한 주파수 셋을 사용하더라도 해당 주파수 셋에서 마스터 장치(40) 및 중계 장치(44) 각각의 오프셋 값이 다르게 설정되기 때문에 주파수 충돌이 발생하지 않게 된다.
한편, 마스터 장치(40)와 중계 장치(44)가 서로 다른 주파수 셋을 사용하는 경우에는 중계 장치(44)는 마스터 장치(40)의 주파수 셋을 저장할 필요가 없다.
본 발명에 따르면, 중계 장치(44)가 마스터 장치(40)와는 독립된 방식으로 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지하기 때문에 슬레이브 장치(42)가 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우에도 계속적으로 데이터를 송수신할 수 있다.
하기에서는 본 발명에 따른 중계 장치가 다양한 방식으로 마스터 장치와 슬 레이브 장치 사이에서 중계 서비스를 제공하는 예를 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 하나의 중계 장치를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템의 단방향 선형 토폴로지를 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 단방향 선형 토폴로지에서 송수신 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 마스터 장치와 슬레이브 장치가 동기를 상실하여 중계 장치가 슬레이브 장치로 음성을 단방향으로 중계하며, 하나의 중계 장치(44)가 마스터 장치와 다른 제어 프레임을 제2 동기 프레임으로 할당한 구조를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 마스터 장치(40)는 네트워크 사이클의 제어 프레임 중 하나에 제1 동기 프레임(80)을 할당하여 중계 장치(44)로 송신한다.
한편, 슬레이브 장치(42)는 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우, 중계 장치(44)가 송신하는 제2 동기 프레임(82)을 통해 중계 장치(44)와 동기를 유지한다.
중계 장치(44)는 제1 동기 프레임(80)을 통해 상기 마스터 장치(40)와 동기를 유지하며, 마스터 장치(40)의 사용자 데이터(A)를 수신하며, 수신된 사용자 데이터(A)를 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
실질적으로 중계 장치(44)는 사용자 데이터(A)를 포함하는 페이로드 프레임을 마스터 장치(40)로부터 수신하여 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
도 9는 본 발명에 따른 두 개의 중계 장치를 포함하는 단방향 근거리 무선 통신 시스템의 선형 토폴로지를 도시한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 단방향 선형 토폴로지에서 송수신 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 10을 참조하면, 두 개의 중계 장치(44-1,44-2)가 제공되는 경우, 제1 중계 장치(44-1)는 마스터 장치(40)의 동기 프레임(100)을 이용하여 마스터 장치(40)와 동기를 유지하며, 제2 중계 장치(44-2)는 제1 중계 장치(44-1)의 동기 프레임(102)을 이용하여 제1 중계 장치(44-1)와 동기를 유지한다.
그리고, 슬레이브 장치(42)는 제2 중계 장치(44-2)의 동기 프레임(104)을 이용하여 제2 중계 장치(44-2)와 동기를 유지한다.
상기와 같은 순차적인 동기 유지를 통해 제1 중계 장치(44-1)는 마스터 장치(40)로부터 수신한 사용자 데이터를 제2 중계 장치(44-2)로 송신하며, 제2 중계 장치(44-2)는 제1 중계 장치(44-1)로부터 수신한 사용자 데이터를 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
사용자 데이터의 송신에 있어 채널 디코딩 및 에러 복원으로 인해 약간의 시간 지연이 있을 수 있으나, 단위 네트워크 사이클의 길이가 256msec인 경우, 중계로 인한 지연 시간은 30msec에 불과한 바 사용자들이 의식하지 못하는 정도의 시간 지연만이 발생한다.
상기에서는 1개 또는 2개의 중계 장치를 포함하는 선형 토폴로지를 설명하였으나, 본 발명에 따른 근거리 무선 통신 시스템은 도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 중계 장치를 포함하는 트리형 토폴로지 또는 방사형 토폴로지로 구성될 수 있으며, 트리형 토폴로지로 구성되는 경우에도 마스터 장치와 슬레이브 장치 사이에 위치한 중계 장치가 전단의 장치와 동기를 순차적으로 유지하기 때문에 안정적으로 사용자 데이터를 다음 단으로 전달할 수 있다.
상기에서는 단방향 중계를 설명하였으나, 본 발명에 따른 근거리 통신 시스템은 도 13에 도시된 바와 같이, 양방향 중계 서비스를 제공할 수 있다.
상기와 같은 단방향 및 양방향 근거리 무선 통신 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 개별 중계 장치는 도 14에 도시된 바와 같이, 모뎀부(140) 및 RF부(142)를 포함할 수 있다.
모뎀부(140)는 마스터 장치(40) 또는 전단의 중계 장치의 동기 프레임을 통해 전단의 무선 장치와 동기를 유지하며, 또한 자신의 동기 프레임을 통해 후단의 무선 장치와 동기를 유지한다.
한편, RF부(142)는 전단의 무선 장치가 송신하는 동기 프레임 및 사용자 데이터를 수신하거나 또는 후단의 무선 장치가 송신한 사용자 데이터를 수신한다.
또한, RF부(142)는 전단의 무선 장치가 송신하는 사용자 데이터를 후단의 무선 장치로 송신하며, 후단 무선 장치가 송신하는 사용자 데이터를 전단의 무선 장치로 송신한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 중계 장치는 두 개의 모뎀부를 포함할 수 있다.
도 15는 중계 장치가 두 개의 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템을 도시한 도면이고, 도 16은 도 15에 도시된 시스템에서 제1 동기 프레임이 제2 동기 프레임이 동일한 제어 프레임이 할당되는 경우의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계 장치의 모뎀부는 마스터 장치(40)에 동기를 유지하는 제1 모뎀부(150) 및 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지하 는 제2 모뎀부(152)를 포함할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1 동기 프레임(160)과 제2 동기 프레임(162)이 동일한 제어 프레임에 할당되는 경우, 마스터 장치(40)와 중계 장치의 제2 모뎀부(152)는 주파수 충돌을 피하기 위해 서로 다른 주파수 셋을 사용하는 것이 바람직하다.
슬레이브 장치(42)는 제1 동기 프레임이 수신되는 동안에는 마스터 장치(40)와 동기를 유지하면서 마스터 장치(40)가 제공한 제1 주파수 셋을 이용하여 동기 프레임 및 페이로드 프레임을 송수신한다.
이후, 슬레이브 장치(42)가 이동하여 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우, 슬레이브 장치(42)는 중계 장치(44)의 제2 주파수 셋 정보를 사용하여 프레임을 송수신한다.
이때, 중계 장치(44)는 제1 모뎀부(150)를 통해 마스터 장치(40)로부터 사용자 데이터를 수신하며, 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지하는 제2 모뎀부(152)는 상기와 같이 수신된 사용자 데이터를 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
본 발명에 따른 슬레이브 장치(42)는 마스터 장치(40)의 제1 주파수 셋과 중계 장치(44)가 사용하는 제2 주파수 셋 정보를 모두 저장한다. 슬레이브 장치(42)는 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우, 재스캔 과정을 통해 중계 장치(44)가 송신하는 제2 동기 프레임을 수신하여 중계 장치(44)와 동기를 유지하며, 상기한 제2 주파수 셋을 이용하여 통신하게 된다.
중계 장치(44)가 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지하는 경우, 제1 모뎀 부(150)는 마스터 장치(40)로부터 사용자 데이터(A)을 수신하며, 같은 시간대에 제2 모뎀부(152)는 슬레이브 장치(42)로부터 사용자 데이터(B)을 수신할 수 있다.
이때, 제1 모뎀부(150)는 마스터 장치(40)로부터 수신한 사용자 데이터(A)을 제2 모뎀부(152)로 전달하며, 제2 모뎀부(152)는 슬레이브 장치(42)로부터 수신한 사용자 데이터(B)를 제1 모뎀부(150)로 전달한다.
이후, 제1 모뎀부(150)는 수신된 슬레이브 장치(42)의 사용자 데이터(B)을 마스터 장치(40)로 송신하며, 제2 모뎀부(152)는 수신된 마스터 장치(40)의 사용자 데이터(A)을 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
상기와 같이, 제1 및 제2 모뎀부(150,152)는 같은 시간대에 사용자 데이터를 수신하거나 송신할 수 있다. 한편, 슬레이브 장치(42)는 중계 장치(44)와 동기가 유지되는 경우에는 사용자 데이터 송수신 순서를 초기 상태에서 변경하여 중계 장치(44)와 통신한다.
도 17은 도 15에 도시된 시스템에서 제1 동기 프레임이 제2 동기 프레임이 서로 다른 제어 프레임이 할당되는 경우에, 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실하기 전, 도 18은 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실한 후 중계 장치와 동기를 유지하는 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 17 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 마스터 장치(40)의 제1 동기 프레임(170) 및 중계 장치(44)의 제2 동기 프레임이 서로 다른 제어 프레임(172)에 할당된 경우, 마스터 장치(40)와 중계 장치(44)는 동일한 주파수 셋을 사용하는 것이 바람직하다.
두 개의 동기 프레임이 하나의 제어 프레임에 할당되는 경우에도 본 발명에 따른 제1 모뎀부(150)는 제1 동기 프레임을 통해 마스터 장치(40)와 동기를 유지하며, 제2 모뎀부(152)는 제2 동기 프레임을 통해 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬레이브 장치(42)는 제1 동기 프레임(170)이 수신되는 동안에는 마스터 장치(40)와 동기를 유지하면서 프레임을 송수신한다. 마스터 장치(40)와 중계 장치(44)가 동일한 주파수 셋을 사용하기 때문에 마스터 장치(40)와 동기가 유지되는 동안에도 슬레이브 장치(42)가 중계 장치(44)로부터 제2 동기 프레임(172)을 수신할 수 있으나, 제1 동기 프레임(170)이 수신되는 동안에 슬레이브 장치(42)는 중계 장치(44)로부터 수신되는 프레임을 무시(폐기)할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 슬레이브 장치(42)가 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우, 슬레이브 장치(42)는 이전부터 수신되던 중계 장치(44)의 제2 동기 프레임을 통해 중계 장치(44)의 제2 모뎀부(152)와 동기를 유지하게 된다.
슬레이브 장치(42)가 중계 장치(44)와 동기를 유지하는 경우, 사용자 데이터의 송수신 순서를 변경한다.
이처럼 동일한 주파수 셋을 사용하면서 제1 동기 프레임이 제2 동기 프레임과 서로 다른 제어 프레임에 할당되는 경우 슬레이브 장치(42)는 마스터 장치(40)와의 동기 유지 중에서 중계 장치(44)로부터 제2 동기 프레임을 수신하고 있었으므로 재스캔 과정 없이 마스터 장치(40)와 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 중계 장치가 하나의 모뎀부만을 구비하는 경우에도 마스터 장치와 슬레이브 장치 사이의 데이터 중계를 수행할 수 있다.
도 19는 중계 장치가 하나의 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템을 도시한 도면이고, 도 20은 도 19에 도시된 시스템에서 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실하기 전, 도 21는 도 19에 도시된 시스템에서 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실한 후 중계 장치와 동기를 유지하는 경우의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 19 내지 도 21을 참조하면, 중계 장치가 하나의 모뎀부(190)만을 포함하는 경우, 중계 장치의 모뎀부(190)는 제1 동기 프레임을 통해 마스터 장치(40)와 동기를 유지할 수 있으며, 이와 동시에 제2 동기 프레임을 통해 슬레이브 장치(42)와 동기를 유지할 수 있다.
하나의 모뎀부(190)를 사용하는 경우, 본 발명에 따른 마스터 장치(40), 슬레이브 장치(42) 및 중계 장치(44)는 두 개의 모뎀부를 사용하는 것에 비해 하나의 페이로드 프레임 내에서 사용자 데이터의 양을 반으로 줄여 통신하게 된다.
도 20에 도시된 바와 같이, 슬레이브 장치(42)는 초기에 마스터 장치(40)와 제1 동기 프레임(200)을 통해 동기를 유지하면서 통신한다.
이후, 마스터 장치(40)와 동기를 상실하는 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 슬레이브 장치(42)는 중계 장치(44)의 제2 동기 프레임(202)을 통해 중계 장치(44)와 통신 상태를 유지한다.
이때, 중계 장치(44)는 마스터 장치(40)로부터 수신된 사용자 데이터(A)를 미리 설정된 프레임만큼(예를 들어, 사용자 데이터(B) 송신을 위한 프레임 만큼) 시프트(shift)하여 슬레이브 장치(42)로 송신한다.
상기한 시프트는 하나의 모뎀부 사용으로 인해 페이로드 프레임 내에 송신을 위해 할당된 사용자 데이터의 양이 반으로 감소되었기 때문이다.
한편, 하나의 모뎀부를 사용하는 경우, 슬레이브 장치(42)의 사용자 데이터 송수신 순서는 초기 마스터 장치(40)와 동기가 유지되는 경우의 송수신 순서가 유지된다.
상기에서는 양방향 근거리 무선 통신 시스템에서 마스터 장치(40)와 슬레이브 장치(42) 사이에 하나의 중계 장치(44)가 제공되는 경우에 대해서 설명하였다.
그러나, 도 22 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 근거리 무선 통신 시스템은 복수의 중계 장치(44-1 내지 44-3)를 포함할 수 있으며, 각 중계 장치는 개별 동기 프레임(230 내지 236)을 이용하여 전단의 무선 장치(마스터 장치 또는 다른 중계 장치)와 동기를 유지하면서 마스터 장치(40) 및 슬레이브 장치(42)의 사용자 데이터를 중계할 수 있다.
한편, 상기에서는 중계 장치가 마스터 장치(40)와 슬레이브 장치(42) 사이에서 사용자 데이터를 단순히 중계하는 것만을 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 무선 장치는 양방향으로 각 사용자 데이터를 부가하여 통신할 수 있다.
도 24는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 근거리 무선 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 25는 도 24에 도시된 시스템에서의 송수신 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 24 내지 도 25를 참조하면, 제2 무선 장치(240-2)는 제1 무선 장치(240-1)의 제1 동기 프레임(250)을 통해 제1 무선 장치(240-1)와 동기를 유지하며, 제3 무선 장치(240-3)는 제2 동기 프레임(252)을 통해 제2 무선 장치(240-2)와 동기를 유지한다.
제4 무선 장치(240-4)는 제3 무선 장치(240-3)에, 제5 무선 장치(240-5)는 제4 무선 장치(240-4)에 순차적으로 동기를 맞추면서 통신하게 된다.
상기와 같이, 전단의 무선 장치에 순차적으로 동기를 유지하고 있는 상태에서, 제1 무선 장치(240-1)와 제5 무선 장치(240-5) 사이에 위치한 각 무선 장치(240-2 내지 240-4)는 전단의 무선 장치로부터 수신된 사용자 데이터에 다른 사용자 데이터를 부가하여 후단의 무선 장치로 송신할 수 있으며, 반대로 후단의 무선 장치로부터 수신된 사용자 데이터에 다른 사용자 데이터를 부가하여 전단의 무선 장치로 송신할 수 있다.
예를 들어, 제1 무선 장치(240-1)가 제1 사용자 데이터(1)를 제2 무선 장치(240-2)로 송신하는 경우, 제2 무선 장치(240-2)는 수신된 사용자 데이터(1)에 제2 사용자 데이터(2)를 부가할 수 있으며, 제3 무선 장치(240-3)와 동기를 유지하면서 제1 및 제2 사용자 데이터를 제3 무선 장치(240-3)로 송신한다.
또한, 제3 무선 장치(240-3)는 제1 및 제2 사용자 데이터에 제3 사용자 데이터(3)를 부가할 수 있으며, 이를 제4 무선 장치(240-4)로 송신할 수 있다.
반대로, 제2 무선 장치(240-2)는 제3 내지 제5 무선 장치(240-3 내지 240-5)에서 순차적으로 부가된 제3 내지 제5 사용자 데이터(3,4,5)를 수신할 수 있으며, 여기서 제2 사용자 데이터(2)를 부가하여 제2 내지 제5 사용자 데이터(2,3,4,5)를 제1 무선 장치(240-1)로 송신할 수 있다.
상기와 같이, 다음 단의 무선 장치로 송신함에 있어 해당 단에서의 사용자 데이터가 부가되는 경우, 각 무선 장치는 다른 무선 장치가 송신한 사용자 데이터를 모두 포함할 수 있다.
따라서, 각 무선 장치가 자신의 동기 프레임을 이용하여 순차적으로 동기를 유지하고 있는 경우, 모든 무선 장치는 양방향 통신 서비스를 제공할 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 각 동기 프레임(250 내지 256)이 서로 다른 제어 프레임에 할당되는 경우, 각 무선 장치는 사용자 데이터를 송신하는데 있어 동일한 주파수 셋을 사용할 수 있다.
동일한 주파수 셋을 사용하면서, 각 무선 장치의 오프셋이 다르게 설정되어 있어 각 무선 장치가 사용자 데이터를 송신하는데 있어 주파수 충돌이 발생하지 않게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 네트워크 사이클의 구조를 도시한 도면.
도 2 내지 3은 종래기술에 따른 근거리 무선 통신 시스템에 속하는 마스터 장치 및 슬레이브 장치 사이의 통신 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신 시스템의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 네트워크 사이클 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 셋의 일 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 하나의 중계 장치를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템의 단방향 선형 토폴로지를 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시된 단방향 선형 토폴로지에서 송수신 프레임 구조를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 두 개의 중계 장치를 포함하는 단방향 근거리 무선 통신 시스템의 선형 토폴로지를 도시한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 단방향 선형 토폴로지에서 송수신 프레임 구조를 도시한 도면.
도 11 내지 도 12는 본 발명에 따른 트리형 토폴로지 및 방사형 토폴로지를 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 양방향 근거리 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 14는 본 발명에 따른 중계 장치의 블록도.
도 15는 중계 장치가 두 개의 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 16은 도 15에 도시된 시스템에서 제1 동기 프레임이 제2 동기 프레임이 동일한 제어 프레임이 할당되는 경우의 프레임 구조를 도시한 도면.
도 17은 도 15에 도시된 시스템에서 제1 동기 프레임이 제2 동기 프레임이 서로 다른 제어 프레임이 할당되는 경우에, 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실하기 전 프레임 구조를 도시한 도면.
도 18은 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실한 후 중계 장치와 동기를 유지하는 프레임 구조를 도시한 도면.
도 19는 중계 장치가 하나의 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 20은 도 19에 도시된 시스템에서 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실하기 전 프레임 구조를 도시한 도면.
도 21는 도 19에 도시된 시스템에서 슬레이브 장치가 마스터 장치와 동기를 상실한 후 중계 장치와 동기를 유지하는 경우의 프레임 구조를 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 근거리 무선 통신 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 23은 도 22에 도시된 시스템에서의 송수신 프레임 구조를 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 근거리 무선 통신 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 25는 도 24에 도시된 시스템에서의 송수신 프레임 구조를 도시한 도면.

Claims (18)

  1. 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용한 근거리 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임 중 적어도 하나가 동기 유지용 제1 동기 프레임으로 할당되는 마스터 장치;
    상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하는 슬레이브 장치; 및
    상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나가 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하기 위한 제2 동기 프레임으로 할당되는 중계 장치를 포함하되,
    상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치와 동기를 상실하는 경우, 상기 제2 동기 프레임을 이용하여 상기 중계 장치와 동기를 유지하는 근거리 무선 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동기 프레임 및 제2 동기 프레임은 동일한 제어 프레임에 할당되는 근거리 무선 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동기 프레임 및 제2 동기 프레임은 서로 다른 제어 프레임에 할당되는 근거리 무선 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중계 장치는,
    상기 제1 동기 프레임을 이용하여 상기 마스터 장치와 동기를 유지하는 제1 모뎀부; 및
    상기 제2 동기 프레임을 이용하여 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하는 제2 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 동기 프레임이 상기 제1 동기 프레임과 동일한 제어 프레임에 할당되고, 서로 다른 동기 주파수 셋을 사용하는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 서로 다른 주파수 셋 정보를 모두 저장하며, 상기 마스터 장치와의 동기 상실 후 재스캔을 통해 상기 제2 동기 프레임을 수신하여 상기 제2 모뎀부와 동기를 유지하는 근거리 무선 통신 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 모뎀부의 제2 동기 프레임이 상기 제1 동기 프레임과 서로 다른 제어 프레임에 할당되고, 동일한 동기 주파수 셋을 사용하는 경우, 상기 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치와의 동기 상실 전에 상기 제2 모뎀부로부터 수신된 데이터를 폐기하는 근거리 무선 통신 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는 제2 모뎀부와 동기가 유지되는 경우, 사용자 데이터 송수신 순서를 변경하는 근거리 무선 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중계 장치는 상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제1 동기 프레임과 서로 다른 제어 프레임에 할당된 제2 동기 프레임을 상기 제1 동기 프레임과 동일한 주파수 셋을 사용하여 상기 슬레이브 장치로 송신하는 모뎀부를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는 상기 모뎀부와 동기가 유지되는 경우, 사용자 데이터의 송수신 순서를 초기 마스터 장치와의 통신 상태와 동일하게 유지하는 근거리 무선 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모뎀부는 미리 설정된 프레임만큼 지연된 시간에 상기 마스터 장치로부 터 수신된 사용자 데이터를 상기 슬레이브 장치로 송신하는 근거리 무선 통신 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 중계 장치는 상기 마스터 장치와 상기 슬레이브 장치 사이에서 사용자 데이터를 단방향 또는 양방향으로 중계하는 근거리 무선 통신 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중계 장치는 복수로 제공되며, n번째(n은 1이상의 자연수) 중계 장치는 n+1번째 중계 장치와 동기를 유지하는 근거리 무선 통신 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마스터 장치, 중계 장치 및 슬레이브 장치는 선형 및 트리형 토폴로지 중 적어도 하나를 구성하는 근거리 무선 통신 시스템.
  14. 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용한 근거리 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임 중 적어도 하나가 동기 유지용 제1 동기 프레임으로 할당되는 제1 무선 장치;
    상기 제1 동기 프레임을 통해 상기 제1 무선 장치와 동기를 유지하며, 상기 제1 동기 프레임과 서로 다른 제어 프레임에 제2 동기 프레임이 할당되는 제2 무선 장치; 및
    상기 제2 동기 프레임을 통해 상기 제2 무선 장치와 동기를 유지하는 제3 무선 장치를 포함하는 근거리 무선 통신 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 동기 프레임은 서로 다른 제어 프레임에 할당되는 근거리 무선 통신 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 무선 장치는 미리 설정된 프레임만큼 지연된 시간에 상기 제1 무선 장치로부터 수신된 사용자 데이터를 상기 제3 무선 장치로 송신하는 근거리 무선 통신 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    n번째(2이상의 자연수) 무선 장치는 n-1번째 무선 장치로부터 제1 사용자 데이터가 수신되는 경우, n+1번째 무선 장치로 송신하는 페이로드 프레임에 상기 제1 사용자 데이터 및 제2 사용자 데이터를 부가하여 송신하는 근거리 무선 통신 시스템.
  18. 복수의 제어 프레임 및 페이로드 프레임을 포함하는 네트워크 사이클을 이용하여 근거리 무선 통신하는 마스터 장치 및 슬레이브 장치 사이에서 데이터 송수신을 중계하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 제어 프레임 중 적어도 하나에 할당된 제1 동기 프레임을 통해 상기 마스터 장치와 동기를 유지하며, 상기 제어 프레임 중 적어도 하나에 할당된 제2 동기 프레임을 상기 슬레이브 장치와 동기를 유지하는 모뎀부; 및
    상기 마스터 장치로부터 상기 제1 동기 프레임을 수신하며, 상기 슬레이브 장치로 상기 제2 동기 프레임을 송신하는 RF부를 포함하는 근거리 무선 중계 장치.
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