KR101386635B1 - 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법에 관한 것으로, 다수의 슬레이브로 메시지를 송신하는 단계; 상기 메시지에 대한 Ack를 각 슬레이브로부터 수신하는 단계; 각 슬레이브로부터 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 다수의 슬레이브로부터 메시지가 모두 수신되면 마스터가 하나의 통합 Ack를 생성하여 모든 슬레이브에게 송신하는 단계;를 포함하여, 종래 메시지 송수신 소요시간을 현저히 단축시킨다.

Description

무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법{METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING MULTIPLE MESSAGE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 단일 무선망을 이용하여 다중(1:N) 메시지를 송수신하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법에 관한 것이다.

1개의 마스터(Master)와 N개의 슬레이브(Slave)로 구성되는 1:N 무선통신 시스템에서 단일망을 이용하여 메시지를 송수신할 때 메시지 송수신에 소요되는 시간을 최소화하고 복수의 사용자가 동시에 망을 사용함으로써 발생하는 망 충돌을 회피하기 위하여 한 번에 하나의 사용자만 망을 사용할 수 있는 1:N 메시지 송수신 방법이 사용되고 있다.

일반적으로 단일 무선망을 이용한 다중(1:N) 메시지 송수신을 위하여 CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 통신방식을 사용한다. 상기 CSMA는 어떤 사용자가 망을 사용하고자할 때 먼저 다른 사용자가 망을 사용하고 있는지 여부를 반송파를 검출(Carrier Sense or Carrier Detect)하여 검사한 후 망을 사용하고 있지 않다면 경쟁적으로 접근(Multiple Access)하여 가장 빠른 하나의 사용자만 망의 사용권을 얻는 방식이다. 이때, 망의 사용권을 얻지 못한 나머지 사용자들은 일정한 시간을 대기한 후 다시 상기 절차를 반복한다.

그런데, 2개 이상의 사용자가 서로 망이 사용 가능하다고 판단하여 동시에 메시지를 송신하는 경우에는 필연적으로 망 충돌이 발생하게 된다. 만약, 망 충돌이 발생하면 전송된 메시지는 상호 충돌에 의해 깨지게 되기 때문에 충돌이 발생한 사용자들은 일정한 시간만큼 대기한 후 메시지를 재송신하는 절차를 수행해야 하는데 이로 인하여 메시지의 송수신 소요시간이 지연된다.

따라서, 종래에는 상기와 망 충돌 확률을 줄이기 위해서 모든 사용자에게 망 사용권에 대한 우선순위, 즉 순번을 부여하였다. 메시지를 송신하는 경우에는 어떤 사용자가 망을 사용할 것인지를 전혀 모르는 상태이기 때문에 순번에 따라 반송파 감지(CD: Carrier Detection) 검사시간을 차등적으로 설정하여, 망의 사용권에 대하여 경쟁할 경우 순번이 빠른 사용자가 CD검사를 빨리 완료하여 먼저 사용권을 얻을 수 있도록 하였다.

또한, 메시지를 수신한 후 이에 대한 응답(Acknowledgement : Ack)을 송신하는 경우에는 망의 사용자를 이미 알고 있는 상태이므로, 모든 사용자에게 동일한 CD검사시간을 적용하였으며, 망 충돌 확률을 줄이기 위해서 순번에 따라 차등적으로 설정된 시간을 대기한 후 응답(Ack)을 송신하도록 하였다. 이때, 순번이 빠른 사용자가 송신이 성공하면 나머지 사용자들은 자신의 순번을 재조정함으로서 송수신 소요시간을 가능한 한 줄일 수 있도록 하였다.

따라서 종래의 단일 망을 이용한 1:N 메시지 송수신 방법에서 마스터에서 N개의 슬레이브로 메시지를 송신하는 절차는 마스터가 방송(Broadcast)으로 메시지를 송신하면 N개의 슬레이브에서는 이를 수신한 후 자신의 순번에 따라 응답(Ack)을 송신하고, 상기 마스터가 N개의 슬레이브로부터 응답(Ack)을 모두 수신하면 완료된다.

또한, N개의 슬레이브에서 마스터로 메시지를 송신하는 절차는 N개의 슬레이브가 순번에 따라 메시지를 송신하면 마스터는 이를 수신한 후 Stop and Wait 방식으로 Ack를 송신하고, 상기 N개의 슬레이브가 마스터로부터 Ack를 모두 수신하면 완료된다. 이때, 모든 사용자는 자신의 순번에 따라 차등적으로 설정된 CD검사시간 동안 또는 대기시간 후 CD 검사를 수행한 후 망의 사용권을 획득하여 메시지 또는 응답(Ack)을 송신한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 단일망을 이용한 다중 메시지 송수신방법은 모든 사용자에게 강제적으로 설정된 고정시간을 가지고 있고, 슬레이브수만큼의 Stop and Wait 방식으로 개별 응답(Ack)을 송수신하기 때문에 원천적으로 메시지의 송수신 소요시간이 많이 지연되는 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 메시지 송수신시 발생되는 시간 지연 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법은, 다수의 슬레이브로 메시지를 송신하는 단계; 상기 메시지에 대한 Ack를 각 슬레이브로부터 수신하는 단계; 각 슬레이브로부터 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 다수의 슬레이브로부터 메시지가 모두 수신되면 마스터가 하나의 통합 Ack를 생성하여 모든 슬레이브에게 송신하는 단계;를 포함한다.

상기 마스터와 각 슬레이브는 단일 무선망을 통해 메시지 또는 Ack를 송수신한다.

상기 마스터와 각 슬레이브는 자신에게 할당된 Slot을 통해 메시지를 송신한다. 특히 각 슬레이브는 마스터로 메시지를 송신할 때 자신에게 할당된 Slot이 되기 전에 경쟁 Slot을 통해 메시지를 송신할 수 있다.

상기 무선통신 시스템은 포병대대 사격지휘체계(BTCS : Battalion Tactical Command System)이다. 이 경우 상기 마스터는 BTCS 체계의 경우 포대이고, 다수의 슬레이브는 포반이다.

상기 통합 Ack는 다음 프레임의 Ack Slot를 통해 전송되고, 상기 마스터의 송신은 브로드캐스트(broadcast)이다.

상기와 같이 본 발명에서 제안한 실시예를 적용할 경우 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 본 발명은 (N+1)개의 모든 사용자에 대한 시간 Slot 할당으로 인하여 망 충돌을 근본적으로 회피할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 통합 Ack를 위한 Ack Slot의 도입으로 Ack의 처리시간을 종래의 개별 Ack보다 약 1/N로 줄일 수 있으므로 메시지의 송수신 소요시간을 크게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 경쟁 Slot의 도입으로 메시지를 송신하고자 하는 슬레이브 수가 적을 경우 자신의 Slot이 되기까지 기다리지 않게 되므로 메시지 송수신 소요시간을 추가적으로 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 통신 프레임 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법을 나타낸 순서도.
도 3은 종래의 BTCS 체계의 메시지 송수신 방법에서 포대에서 6개 포반으로 사격명령 하달시의 타이밍도.
도 4는 종래의 6개 포반에서 포대로 준비완료 보고시의 타이밍도.
도 5는 본 발명에 따른 BTCS 체계의 메시지 송수신 방법에서 포대에서 6개 포반으로 사격명령 하달시의 타이밍도.
도 6은 본 발명에 따른 6개 포반에서 포대로 준비완료 보고시의 타이밍도.

본 발명은 다중(1:N) 메시지 송수신시 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 통신방식에 TDMA(Time Division Multiple Access) 통신방식을 혼합 적용하고, 통합 응답(Ack)을 적용함으로써 메시지 송수신 소요시간을 현저히 단축시킬 수 있는 메시지 송수신 방법을 제안한다.

상기 TDMA통신방식은 망의 사용 시간을 일정한 구간(Slot)으로 나누어 N+1개의 사용자에게 할당(Time Division)하여 모든 사용자(Multiple)가 자신에게 할당된 Slot에만 접근(Access)하는 방식이다. 또한, 상기 통합 응답(Ack)은 마스터가 N개의 슬레이브로부터 메시지를 모두 수신한 후 N개의 슬레이브로 하나의 통합된 Ack를 방송하는 알고리즘이다. 이 경우 상기 통합 Ack는 N개의 슬레이브에서 송신한 메시지에 대한 모든 Ack 처리가 되도록 구성된다.

도 1은 본 발명에 적용되는 통신 프레임 구성도이다.

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 적용되는 각 통신 프레임은 TDMA통신방식을 적용하여 N+1개의 사용자(1개의 마스터와 N개의 슬레이브) 할당 슬롯(Slot), Ack Slot 및 경쟁 Slot으로 구성된 N+3개의 슬롯으로 구성된다.

상기 1개의 마스터 Slot(110)과 N개의 슬레이브 Slot(140)은 각각 마스터 및 슬레이브들에게 할당된 Slot이고, Ack Slot(220)은 마스터가 통합 Ack를 송신하기 위해 할당된 Slot이다. 또한, 경쟁 Slot(130)은 메시지를 송신할 N개의 슬레이브가 자신에게 할당된 Slot이 되기 전에 CD검사방법을 통한 경쟁을 통하여 메시지를 송신할 수 있도록 할당된 Slot이다.

마스터는 자신의 슬롯(마스터 Slot)을 통해 메시지를 브로드캐스트 (Broadcast:방송))하여 N개의 슬레이브로 메시지를 송신하고, N개의 슬레이브는 상기 브로드캐스트된 메시지를 수신하여, 정상적으로 수신한 경우(에러가 발생하지 않은 경우)는 각각 자신에게 할당된 Slot(슬레이브 #1~슬레이브 #N)을 통해 응답(Ack)을 송신한다(개별 Ack방식).

반면에, N개의 슬레이브에서 마스터로 메시지를 송신하는 경우 N개의 슬레이브는 순번에 따라 메시지를 송신하고, 마스터는 다음 프레임의 Ack Slot을 이용하여 통합 Ack를 N개의 슬레이브로 브로드캐스트한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와같이, 임의의 사용자로부터 메시지(또는 Ack)의 송신이 요청되면 해당 사용자가 마스터인지 슬레이브인지가 판단된다(S10).

판단결과 상기 사용자가 슬레이브일 경우 해당 슬레이브는 자신에게 할당된 Slot구간이 되기전에 현재 Slot이 경쟁 Slot구간인지를 판단하여, 경쟁 Slot구간이고 망 사용이 가능한 경우 상기 요청된 메시지를 송신한다(S13, S16). 반면에 현재 Slot이 경쟁 Slot구간이 아닌 경우에는 자신에게 할당된 Slot구간이 될 때까지 기다린 후 메시지를 전송한다(S15).

한편 상기 단계(S10)에서 상기 사용자가 마스터인 경우 마스터는 현재 Slot이 Ack Slot 구간인지를 판단한다(S14). 판단결과, 현재 Slot이 Ack Slot 구간이 아니면 할당된 Slot구간 즉, 마스터 Slot에서 사용자가 요청한 메시지를 전송하고(S15,S16), 현재 Slot이 Ack Slot 구간이면 해당 Ack Slot 구간이 통합 Slot구간인지 다시 판별한다(S17).

판단결과, 해당 Ack Slot 구간이 통합 Slot구간이면 마스터는 이전 프레임에서 메시지를 수신한 모든 슬레이브(슬레이브 #1~슬레이브 #N)에게 전송할 통합 Ack를 생성한 후 다음 프레임의 Ack Slot을 이용하여 상기 생성된 통합 Ack를 모든 슬레이브에게 전송한다(S18, S16). 이때, 현재 Ack Slot 구간이 통합 Ack구간이 아니면 상기 단계(S14)로 되돌아 간다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 단일 무선망을 이용한 다중 메시지 송수신방법은 포병대대 사격지휘체계(BTCS : Battalion Tactical Command System)에 효과적으로 적용될 수 있다. BTCS는 육군 포병대대에서 사격지휘를 하는 장비로서, 지상전술 C4I체계 및 표적탐지체계로부터 표적좌표를 접수하여 사격제원을 산출한 후 6개의 포반으로 사격명령을 하달하는 임무를 수행하며, 포반과 직접적인 메시지의 송수신은 포대장비인 포대통제기(BCC : Battery Conrol Computer)가 담당하고 있다. 포대 및 6개 포반에서 운용하고 있는 무선 통신장비로는 군용 FM 무전기를 사용하고 있으며, 전송속도가 1,200bps로 비교적 느린 통신체계이다.

상기 BTCS 체계의 경우 마스터는 포대가 되며, 슬레이브는 6개의 포반으로 구성된다. 포대에서 6개의 포반(포반#1~포반#6)으로 사격명령을 하달하면 포반에서는 사격명령을 수신한 후 1포부터 6포 순서대로 Ack를 포대로 송신한다. 이후 각 포반별로 사격할 준비가 되면 포반별로 포대로 준비완료를 보고하며, 1포반(포반#1)이 메시지를 송신하면 포대는 해당 메시지를 수신한 후 개별 Ack를 송신하고, 이와 같은 방식으로 1포반에서 6포반까지 진행된다.

도 3은 종래의 BTCS 체계의 메시지 송수신 방법에서 포대에서 6개 포반으로 사격명령 하달시의 타이밍도이다.

도 3에 도시된 바와같이, 포대가 6개의 포반(포반#1~포반#6)으로 사격명령을 하달한 후 Ack를 전송할 때까지 걸리는 시간, 즉, 메시지 송수신 소요시간은 약 26.5초이다. 여기서 CD검사시간은 포대가 메시지를 송신할 경우 실험을 통하여 최적으로 도출된 1.4초, 포반이 Ack를 송신할 경우 이미 포반별로 순번이 정해져 있으므로 자신의 순번에 해당하는 시점에서 최초 한번의 CD 검사를 위하여 0.1초로 설정하였다.

또한 포대가 메시지(사격명령)를 송신하고 포반이 Ack를 송신하는데 소요되는 시간은 CSMA 통신방식 특성상 소정의 송신준비시간과 송신한 메시지가 수신측 단말기까지 도달하여야만 송신절차가 완료되므로 수신측 무전기의 데이터 인식시간 및 수신측 무전기에서 수신측 단말기까지 도달시간이 포함되어야 하며, 송신하는 데이터의 길이를 고려하여 각각 다음과 같이 설정하였다.

포대 메시지 송신시간(5.9초) = 송신준비시간(450ms) + Preamble(600ms) + 229Bytes 데이터(1,500ms) + Postamble(200ms) + 수신측 무전기 데이터 인식시간 (850ms)+ 수신측 무전기에서 수신측 단말기까지 도달시간(2.3s)

포반 Ack 송신시간(3.1초) = 송신준비시간(450ms) + Preamble(600ms) + 14 Bytes데이터(93ms) + Postamble(200ms) + 수신측 무전기 데이터 인식시간(850ms) + 수신측 무전기에서 수신측 단말기까지 도달시간(900ms)

도 4는 6개 포반에서 포대로 준비완료 보고시의 타이밍도이다.

2개 이상의 포반에서 동시에 단일망을 사용하는 경우에 망 충돌이 발생할 수 있으나, 이로 인한 시간 지연은 없다고 가정하면 메시지 송수신 소요시간은 86.4초가 예상된다. 여기서 초기지연시간은 CSMA 통신방식에서 모든 사용자에게 다중 경쟁을 위하여 공통적으로 적용한 초기 동기화 시간(3.0초)이다. 또한 CD 검사시간은 포대가 Ack를 송신할 경우 바로 이전에 포반이 송신한 메시지에 대하여 응답하는 것으로서 모든 사용자가 포대가 망을 사용할 것임을 인지하고 있으므로 불필요(0초)하며, 포반(포반#1~포반#6)이 메시지를 송신할 경우 자신의 순번에 따라 차등적으로 설정(1.4초×순번)하였다.

도 5 및 도 6은 본 발명에서 제안한 방법을 BTCS 체계에 적용할 경우 도 3 및 도 4와 동일한 메시지 송수신에 대한 타이밍도로서, 양쪽 모두 20.7초가 예상된다.

여기서 Slot 할당시간은 메시지 중 가장 큰 데이터 길이(229Bytes)를 고려하여 다음과 같이 2.3초로 동일하게 설정할 수 있다.

Slot 할당시간(2.3초) = Preamble(600ms) + 229Bytes데이터(1,500ms) + Postamble(200ms)

이때 송신준비시간은 사용자별로 각각 할당된 Slot이 도달하기 이전에 미리 송신 준비를 할 수 있으므로 불필요하며, 초기지연시간은 자신의 Slot이 할당되어 있으므로 CSMA 방식과 같은 다중 경쟁을 위한 초기 동기화 시간이 필요하지 않고, 수신측 무전기의 데이터 인식시간과 수신측 무전기에서 수신측 단말기까지 도달시간은 다른 Slot에 영향을 주지 않고 데이터의 전달이 수행될 수 있으므로 포함될 필요가 없다.

따라서 본 발명으로 사격명령 하달 시에는 약 22% 그리고 준비완료 보고시에는 약 76%의 메시지 송수신 소요시간의 단축효과를 발휘할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 본 발명의 기술적인 내용은 이러한 예에 국한되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않은 범위 내에서 수정, 변경 및 치환을 통하여 다양하게 응용될 수 있음은 물론이다.

상술한 바와같이 본 발명은 다중(1:N) 메시지 송수신시 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 통신방식에 TDMA(Time Division Multiple Access) 통신방식을 혼합 적용함과 함께 통합 응답(Ack)방식을 적용함으로써 메시지 송수신 소요시간을 현저히 단축시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 설명된 단일 무선망을 이용한 다중 메시지 송수신방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

1. 시분할방식(TDMA)을 사용하는 무선통신 시스템에서 하나의 포대가 복수의 포반으로 다중 메시지를 송수신하는 방법에 있어서,
   소정 프레임에서 복수의 포반이 포대로 준비완료 보고 메시지를 순차적으로 전송하는 단계; 및
   다수의 포반으로부터 준비완료 보고 메시지가 모두 수신되면 포대가 다음 프레임의 Ack슬롯에서 모든 포반에게 Ack를 공통으로 송신하는 단계;를 포함하며,
   상기 Ack를 공통으로 송신하는 단계는
   Ack전송이 요청되면 현재 슬롯이 Ack슬롯구간인지 판별하는 단계;
   현재 슬롯이 Ack슬롯구간이면 통합 슬롯구간인지 판별하는 단계; 및
   상기 Ack슬롯이 통합 슬롯구간이면 동일한 Ack를 모든 포반에게 브로드캐스트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 포대와 각 포반은
   단일 무선망을 통해 메시지 또는 Ack를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 포대와 각 포반은
   자신에게 할당된 슬롯을 통해 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 각 포반은
   포대로 메시지를 송신할 때 자신에게 할당된 Slot이 되기 전에 경쟁 슬롯을 통해 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 무선통신 시스템은
   포병대대 사격지휘체계(BTCS : Battalion Tactical Command System)인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 다중 메시지 송수신방법.
6. 삭제
7. 삭제

Images