KR101468934B1 - 시간 동기 획득 방법 및 그 장치 - Google Patents

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고상순
전민환
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Abstract

시간 동기 획득 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법은 코디네이터 노드와 복수의 노드들을 포함하는 시스템에서 상기 복수의 노드들 각각에서의 시간 동기 획득 방법에 있어서, 제1 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅(broadcasting)된 제1 메시지 - 상기 제1 메시지는 상기 복수의 노드들에 대한 노드 식별자(ID), 상기 복수의 노드들에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함함 - 를 수신하는 단계; 상기 제1 프레임에서 상기 제1 메시지를 수신한 후 상기 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되면 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 단계; 제2 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지 - 상기 제2 메시지는 상기 복수의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함함 - 를 수신하는 단계; 및 상기 제2 프레임에서 상기 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 상기 연산된 상기 전파 지연 시간을 이용하여 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 단계를 포함한다.

Description

시간 동기 획득 방법 및 그 장치 {Method for acquisition of timing synchronization and apparatus therefor}
본 발명은 시간 동기 획득에 대한 것으로, 상세하게는 전파 지연이 큰 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 브로드캐스팅을 기반으로 네트워크에 가입된 모든 노드들이 시간 동기를 획득하기 위한 메시지 수를 줄이고, 메시지 전송 순서 기반으로 가드 타임(guard time)을 적응적으로 적용하여 가드 타임을 최소화할 수 있는 시간 동기 획득 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 미래창조과학부,교육부 및 정보통신산업진흥원,한국연구재단의 대학 IT 연구센터 육성지원사업,중견연구자지원사업 (도약-도전)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: S-2013-A0488-00001,S-2013-A0403-00088 과제명: 국방 IT 전술통신 기술 연구,항공우주노드 통신 중계를 활용한 측위/통신 융합 기술].
전파 지연이 큰 공중 전술 네트워크는 시간 동기 획득에 있어서 전파 지연이 큰 비중을 차지한다. 전술 네트워크에서 사용하는 기존의 전술 데이터링크에서는 TDMA를 운영하기 위한 시간 동기 방식으로 GPS(global positioning system) 위성을 사용하여 시간 동기를 획득하거나, 노드 간 1:1 통신으로 시간 동기를 획득하고 있다.
하지만, GPS는 신호세기가 매우 약하기 때문에 실내에서 사용할 수 없고 전파 교란에 취약하다는 단점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해, GPS가 없는 환경에서 시간 동기를 획득하는 방법이 제안되었으나, 고정적인 가드 타임을 사용함으로써, 가드 타임을 줄일 수 없는 문제점이 있었다.
1:1 통신을 이용한 시간 동기 획득 방법은 네트워크 내에 가입된 노드의 수가 증가하면 메시지 수의 증가를 초래하고, 이는 전체 네트워크의 트래픽을 증가시켜 시간 동기 획득을 위해 많은 시간이 필요한 문제점이 있었다.
그리고, 전파 지연 시간을 무시하는 방법으로 제안된 기술도 있지만, 이러한 기술은 전파 지연이 긴 공중 네트워크나 수중 네트워크에 적용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 시간 동기를 위한 종래 일 실시예 기술인 한국등록특허공보 제10- 1033528호는 공중 전술 네트워크와 유사하게 통신의 전파 지연 시간이 긴 수중 음향 통신 환경에서 적용되는 기술이다. 상기 선행기술은 각 노드에 마스터가 타임 슬롯을 할당하기 위하여 RTT(Round Trip Time) 정보를 확인하며, 클러스터 내의 전체적인 지연시간을 줄이고자 하는 기술이다. 상기 선행기술에 따르면, 마스터로부터 신호를 수신한 노드들이 주변 노드와 상관 없이 자신의 존재를 알리는 메시지를 마스터로 전송하고, 마스터와 통신하는 각 노드는 마스터로부터 신호를 수신한 즉시 응답 신호를 보내어 마스터에서 RTT를 계산할 수 있도록 하며, 마스터는 RTT/K(슬롯의 크기) 정보를 담은 비콘 신호를 전송하고, 각 노드는 비콘을 수신한 TOA(Time Of Arrival)에 따라 자신의 순서를 알게 되며, 각 노드가 자신의 전파 지연 시간만큼 먼저 데이터를 전송함으로써 자신에게 할당된 슬롯 시간 내에 통신을 완료하는 기술이다. 상기 선행기술은 전파 지연 시간이 긴 통신 환경에서 지연시간을 줄이고자 하는 기본적인 목적은 유사하다.하지만, 해당 기술은 인접한 노드로부터의 메시지는 고려하지 않고 있으며, 마스터로부터 유사한 거리만큼 떨어진 노드들로부터 응답 메시지가 전송될 때에는 마스터 측에서 신호 간섭으로 인하여 정확한 RTT를 계산할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10- 1033528호 (등록일 2006.02.08)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 브로드캐스팅을 기반으로 네트워크에 가입된 모든 노드들이 시간 동기를 획득하기 위한 메시지 수를 줄이고, 메시지 전송 순서 기반으로 가드 타임(guard time)을 적응적으로 적용하여 가드 타임을 최소화할 수 있는 시간 동기 획득 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보에 기초하여 앞선 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신하고, 메시지 전송 순서 정보에 기반하여 가드 타임을 적용하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅 한 후 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 메시지에 기초하여 전파 지연 시간을 연산함으로써, 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키고, 메시지 송수신 수를 줄이며, 적응적 가드 타임을 적용하여 가드 타임을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 전파 지연이 길고 시간 동기가 맞지 않은 단일 홉 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크 환경에서 GPS에 독립적으로, 가입된 노드의 시간 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있는 시간 동기 획득 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법은 코디네이터 노드와 복수의 노드들을 포함하는 시스템에서 상기 복수의 노드들 각각에서의 시간 동기 획득 방법에 있어서, 제1 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅(broadcasting)된 제1 메시지 - 상기 제1 메시지는 상기 복수의 노드들에 대한 노드 식별자(ID), 상기 복수의 노드들에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함함 - 를 수신하는 단계; 상기 제1 프레임에서 상기 제1 메시지를 수신한 후 상기 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되면 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 단계; 제2 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지 - 상기 제2 메시지는 상기 복수의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함함 - 를 수신하는 단계; 및 상기 제2 프레임에서 상기 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 상기 연산된 상기 전파 지연 시간을 이용하여 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 단계를 포함한다.
상기 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 단계는 상기 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 상기 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임(guard time)을 적용하고, 상기 적용된 상기 가드 타임을 고려하여 상기 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅할 수 있다.
상기 자신의 시간 동기 요청 메시지 및 제2 메시지는 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프(time stamp)를 포함할 수 있다.
상기 동기화시키는 단계는 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 지피에스(GPS)에 독립적으로 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 장치는 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅(broadcasting)된 제1 메시지 - 상기 제1 메시지는 복수의 노드들에 대한 노드 식별자(ID), 상기 복수의 노드들에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함함 - 를 수신하고, 제2 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지 - 상기 제2 메시지는 상기 복수의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함함 - 를 수신하는 메시지 수신부; 상기 제1 프레임에서 상기 제1 메시지를 수신한 후 상기 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되면 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 메시지 전송부; 및 상기 제2 프레임에서 상기 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 상기 연산된 상기 전파 지연 시간을 이용하여 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 시간 동기화부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보에 기초하여 앞선 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신하고, 메시지 전송 순서 정보에 기반하여 가드 타임을 적용하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅 한 후 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 메시지에 기초하여 전파 지연 시간을 연산함으로써, 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키고, 메시지 송수신 수를 줄이며, 적응적 가드 타임을 적용하여 가드 타임을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전파 지연이 길고 시간 동기가 맞지 않은 단일 홉 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크 환경에서 GPS에 독립적으로, 가입된 노드의 시간 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 각 노드의 시간 동기가 맞지 않은 상황에서 노드와 코디네이터 노드 간에 세 번의 메시지 교환을 통해 코디네이터 노드와의 시간 동기를 빠르게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 전파 지연이 긴 단일 홉 기반의 TDMA 네트워크에 적용이 가능하다. 즉, 전파 지연이 긴 환경에서는 시간 동기에 전파 지연 시간이 가장 큰 비중을 차지하는데, 본 발명은 전파 지연을 이용하여 코디네이터 노드와의 시간 동기를 획득하기 때문에 전파 지연이 긴 환경의 네트워크에서 시간 동기 획득을 위해 사용할 수 있다. 따라서, 메시지의 브로드캐스팅을 보장해야 하는 군 전술 네트워크나 항공 네트워크에 적용 및 응용이 가능하다.
이런 본 발명은 전체 네트워크의 시간 동기 획득을 위해 모든 메시지 전송에 브로드캐스팅을 이용하여, 시간 동기가 안 맞은 순서에서도 전송 순서를 기반으로 낭비되는 가드타임을 최소화하여 네트워크 시간 동기를 획득하고, 이를 기반으로 TDMA 네트워크를 운영하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 일 실시예의 네트워크 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅되는 제1 메시지의 구조에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 각 노드에서 브로드캐스팅되는 시간 동기 요청 메시지의 구조에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅되는 제2 메시지의 구조에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 최대 가드 타임을 보장할 때의 네트워크 구성도에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시간 동기 획득 방법 및 그 장치를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 전파 지연이 길고 시간 동기가 맞지 않은 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크 환경에서 GPS 없이 가입된 노드와 코디네이터(coordinator) 노드의 시간 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 줄이고, 코디네이터 노드에서 결정된 메시지 전송 순서 기반으로 가드 타임을 적응적으로 적용하여 가드 타임을 최소화하는 것을 그 요지로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 코디네이터 노드와 코디네이터 노드에 가입된 복수의 노드들로 이루어진 시스템에서 복수의 노드들 각각에서의 시간 동기 획득 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시간 동기 획득 방법은 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제1 메시지를 수신하고, 수신된 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보를 통해 자신의 순서를 확인한다(S110, S120).
이 때, 제1 메시지는 가입된 복수의 노드들 각각에 대한 노드 식별자(ID)와 복수의 노드들 각각에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함할 수 있는데, 복수의 노드들 각각에 대한 메시지 전송 순서 정보는 복수의 노드들 각각에 대한 우선 순위, 지휘 체계 등을 고려하여 코디네이터 노드에서 결정할 수 있으며, 이 뿐만 아니라 메시지 전송 순서를 고려할 수 있는 다양한 정보를 고려함으로써, 결정될 수 있다.
각 노드는 자신의 순서가 최우선 순위 또는 최우선 순서 노드인지 확인하여 최우선 순위 노드인 경우 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제1 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임(guard time)을 적용하고, 제1 프레임에서 적용된 가드 타임을 고려하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 코디네이터 노드와 나머지 노드들로 브로드캐스팅한다(S130, S150, S160). 즉, 최우선 순위의 노드인 경우 해당 노드는 제1 프레임에서 제1 메시지를 수신하면 바로 가드 타임을 적용하고, 제1 프레임에서 적용된 가드 타임을 고려하여 시간 동기를 요청하는 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅한다.
여기서, 가드 타임은 통신 시스템에서 두 개 이상의 메시지가 동시에 수신될 경우 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위한 시간으로, 메시지를 송신하는 송신 노드 측에서 전송을 지연시키는 일정 시간을 의미한다.
이 때, 시간 동기 요청 메시지는 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프(time stamp)와 자신의 노드에 대한 식별자를 포함할 수 있다.
자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅한 후 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지를 수신하고, 수신된 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 자신의 노드에 대한 전파 지연 시간을 연산한다(S170, S180).
이 때, 제2 메시지는 복수의 노드들 각각으로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 코디네이터 노드로 수신된 시간 정보를 포함할 수 있고, 제2 메시지의 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프를 포함할 수 있다.
코디네이터 노드로 수신된 전파 지연 시간이 연산되면, 제2 프레임에서 연산된 전파 지연 시간을 이용하여 코디네이터 노드와 자신의 노드를 시간 동기화시킨다(S190).
반면 단계 S130 판단 결과, 자신의 노드가 최우선 노드가 아닌 경우 제1 프레임에서 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신하고, 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임을 적용한다(S140, S150).
제1 프레임에서 앞선 순서의 노드들로부터 수신된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 적용된 가드 타임을 고려하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 코디네이터 노드와 나머지 노드들로 브로드캐스팅한다(S160).
자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅한 후 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지를 수신하고, 수신된 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 자신의 노드에 대한 전파 지연 시간을 연산한다(S170, S180).
코디네이터 노드와의 전파 지연 시간이 연산되면, 제2 프레임에서 연산된 전파 지연 시간을 이용하여 코디네이터 노드와 자신의 노드를 시간 동기화시킨다(S190).
이와 같은 과정을 통해 시간 동기를 획득하는 본 발명에 따른 방법에 대해 도 2를 참조하여 조금 더 설명한다.
도 2는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 일 실시예의 네트워크 구성도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된, TS, TMS는 각각 타임 슬롯의 길이, 미니 슬롯의 길이를 의미하고, 타임 슬롯은 다수의 미니 슬롯으로 구성된다. 프레임의 구조에 따라 타임 슬롯을 구성하는 미니 슬롯의 개수가 다를 수 있지만, 도 2에서는 TS가 10개의 TMS로 구성된 것으로 가정한다. ts ,i는 i번째 노드가 메시지를 보낸 시간을 의미하고, tr ,i,j는 j번째 노드가 i번째 노드의 메시지를 수신한 시간을 의미한다. 그리고, 코디네이터 노드와 코디네이터 노드에 가입된 N개의 노드 즉, Node 1 ~ Node N으로 네트워크를 구성하고 있으며, 코디네이터 노드는 모든 노드에 타임 슬롯을 할당하는 역할을 담당한다.
코디네이터 노드와 각각의 노드는 브로드캐스팅된 메시지를 모두 수신할 수 있으며, 모든 노드는 시스템 변수로 프레임 구조, 타임 슬롯, 미니 슬롯의 길이를 가진다.
본 발명은 N개의 노드들 각각에서 코디네이터 노드와 시간 동기를 획득하고자 하는 것이고, 시간 동기를 시작하는 부분에서 시간 동기가 맞아 있지 않기 때문에 각 노드는 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 첫 메시지(제1 메시지)를 받는 순간을 첫 번째 프레임(제1 프레임)의 시작으로 인지하여 시간을 조정한다.
코디네이터 노드는 프레임의 시작에 시간 동기를 위해 노드 ID와 타임스탬프, 메시지 전송 순서 정보를 제1 메시지(ts ,C)에 포함하여 브로드캐스팅하고, 모든 노드들은 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제1 메시지를 수신(tr ,C,1 내지 tr ,C,N)하여 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보를 통해 메시지 전송 순서를 인지한다.
여기서, 제1 메시지는 시간 동기 과정의 시작을 알리는 역할을 하는 메시지로서, 시간 동기 요청 메시지의 전송 순서를 알려주는 역할을 하며, 도 3에 도시된 제1 메시지의 구조에 대한 일 예와 같이, 제1 메시지는 제1 메시지를 송신한 노드의 식별을 위해 코디네이터의 ID 정보와 N개의 노드들 각각에 대한 메시지 전송 순서 정보(transmission order information)를 포함할 수 있으며, 비록 도시하진 않았지만, 제1 메시지의 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프를 포함할 수 있다.
이 때, 메시지 전송 순서 정보는 N개의 노드들 각각에 대한 정보 예를 들어, 노드 ID와 노드 ID 각각에 대한 메시지 전송 순서 정보가 포함될 수 있다.
N개의 노드들 각각은 제1 메시지를 수신한 후 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보에 따라서 시간 동기 요청 메시지(ts ,1 내지 ts ,N)를 전송한다.
여기서, 노드들 각각은 도 4에 도시된 일 예와 같이, 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 노드를 식별하기 위한 노드 ID 정보와 각 노드에서 전파 지연 시간을 계산하는데 필요로 하는 타임스탬프 즉, 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 시간의 타임스탬프(sending time stamp)를 포함할 수 있다.
시간 동기 요청 메시지는 가드 타임을 줄이는 방식으로 전송되며, 각각의 노드는 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임을 적용하고, 적용된 가드 타임을 고려하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅할 수 있다. 즉, 각각의 노드는 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보를 통해 전송 순서를 인지하고 있기 때문에 앞선 순서의 노드 또는 이전 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신한 후 자신의 시간 동기 요청 메시지를 전송함으로써, 낭비되는 가드 타임을 줄일 수 있다. 예컨대, 메시지 전송 순서가 Node 1, Node 2, Node 3, ..., Node N으로 가정하면, Node 2는 제1 메시지(ts ,C)와 Node 1의 시간 동기 요청 메시지(ts ,1)를 수신(tr ,C,2와 tr ,1,2)하고 하나의 미니 슬롯 길이만큼 가드 타임을 적용한 후 자신의 시간 동기 요청 메시지(ts ,2와 tr ,1,2)를 브로드캐스팅한다.
N개의 노드가 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하면, 두 번째 프레임(제2 프레임)에서 코디네이터 노드가 N개의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지를 수신한 시간과 타임스탬프를 포함하는 제2 메시지를 답변으로 브로드캐스팅한다.
이 때, 코디네이터 노드가 브로드캐스팅하는 제2 메시지는 제2 프레임에서 시간 동기 요청에 대한 응답 메시지로서, 도 5에 도시된 일 예와 같이, 제2 메시지는 각 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 도착 시간 정보(Node 1 내지 N message arrival time information), 제2 메시지의 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프(sending time stamp) 및 코디네이터 노드의 ID(coordinator ID)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 메시지에 포함된 시간 동기 요청 메시지의 도착 시간 정보는 제1 메시지의 전송 시간, 각 노드에서 제1 메시지의 수신 시간, 각 노드의 시간 동기 요청 메시지의 브로드캐스팅 시간, 코디네이터 노드에서 각 노드의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함할 수 있다. 물론, 코디네이터 노드는 시간 동기 요청 메시지의 도착 시간 정보를 이용하여 코디네이터 노드와 각 노드 간의 전파 지연 시간을 계산하고, 계산된 각 노드와의 전파 지연 시간 정보를 제2 메시지에 포함시켜 전송할 수도 있다.
제2 메시지에 포함된 시간 동기 요청 메시지의 도착 시간 정보와 제2 메시지의 타임스탬프는 각 노드에서 전파 지연 시간을 연산하는데 사용될 수 있다.
N개의 각 노드는 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지를 수신하고, 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 연산된 전파 지연 시간을 이용하여 코디네이터 노드와의 시간 동기를 획득한다.
이 때, 각 노드는 자신의 시간 동기 요청 메시지의 타임스탬프, 제2 메시지에 포함된 자신의 시간 동기 요청 메시지가 코디네이터 노드로 수신된 수신 시간, 제2 메시지의 타임스탬프 등을 이용하여 전파 지연 시간을 연산할 수 있다.
물론, 각 노드는 제2 메시지에 코디네이터 노드와의 전파 지연 시간 정보가 포함된 경우에는 제2 메시지에 포함된 전파 지연 시간 정보를 이용하여 코디네이터 노드와의 시간 동기를 획득할 수도 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 메시지 전송 순서를 기반으로 적응적 가드 타임을 적용함으로써, 가드 타임을 최소화할 수 있고, 시간 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
예컨대, 메시지가 최대 거리에 있는 노드까지 브로드캐스팅될 수 있을 만큼의 충분한 가드 타임을 적용한 도 6과 본 발명을 비교하면, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 메시지 전송 순서에 따라 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점을 기반으로 가드 타임을 적응적으로 적용하기 때문에 도 6에 도시된 같은 크기의 프레임 길이에서 최대 가드타임을 가지는 경우에 비해 효율이 높은 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 시간 동기 획득 방법은 전파 지연이 길고 시간 동기가 맞지 않은 단일 홉 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크 환경에서 GPS에 독립적으로, 가입된 노드의 시간 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 각 노드의 시간 동기가 맞지 않은 상황에서 각 노드와 코디네이터 노드 간에 세 번의 메시지 교환을 통해 코디네이터 노드와의 시간 동기를 빠르게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 전파 지연을 이용하여 코디네이터 노드와의 시간 동기를 획득하기 때문에 전파 지연이 긴 환경의 네트워크에서 시간 동기 획득을 위해 사용할 수 있다. 따라서, 메시지의 브로드캐스팅을 보장해야 하는 군 전술 네트워크나 항공 네트워크에 적용 및 응용이 가능하다.
이런 본 발명은 전체 네트워크의 시간 동기 획득을 위해 모든 메시지 전송에 브로드캐스팅을 이용하여, 시간 동기가 안 맞은 순서에서도 전송 순서를 기반으로 낭비되는 가드타임을 최소화하여 네트워크 시간 동기를 획득하고, 이를 기반으로 TDMA 네트워크를 운영하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 코디네이터 노드로부터 거의 동일한 거리에 위치한 노드들 사이에서도 미리 정해진 순서에 의하여 메시지를 브로드캐스팅하기 때문에 코디네이터 노드 또는 각 노드에서 신호의 간섭 가능성을 최소화할 수 있고, 따라서 정밀한 시간 동기화를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 2에 도시된 복수의 노드들 각각에 적용될 수 있으며, 시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 GPS에 독립적으로 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키기 위한 장치를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 시간 동기 획득 장치(700)는 메시지 수신부(710), 가드 타임 적용부(720), 메시지 전송부(730) 및 시간 동기화부(740)를 포함한다.
메시지 수신부(710)는 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제1 메시지를 수신하고, 제2 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지를 수신한다.
이 때, 제1 메시지는 시간 동기 과정의 시작을 알리는 역할을 하는 메시지로서, 시간 동기 요청 메시지의 전송 순서를 알려주는 역할을 하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 메시지를 송신한 노드의 식별을 위해 코디네이터의 ID 정보와 복수의 노드들 각각에 대한 메시지 전송 순서 정보(transmission order information)를 포함할 수 있으며, 상황에 따라, 제1 메시지의 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프를 포함할 수도 있다.
이 때, 제2 메시지는 제2 프레임에서 시간 동기 요청에 대한 응답 메시지로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 도착 시간 정보(Node 1 내지 N message arrival time information), 제2 메시지의 브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프(sending time stamp) 및 코디네이터 노드의 ID(coordinator ID)를 포함할 수 있다.
또한, 메시지 수신부(710)는 코디네이터 노드 또는 네트워크에 가입된 복수의 노드들 중 자신의 노드를 제외한 다른 노드들로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신한다.
이 때, 시간 동기 요청 메시지는 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 노드를 식별하기 위한 노드 ID 정보와 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 시간을 나타내는 타임스탬프(sending time stamp)를 포함할 수 있다.
가드 타임 적용부(720)는 메시지 수신부(710)로 수신되는 제1 메시지에 포함된 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임을 적용한다.
즉, 가드 타임 적용부(720)는 해당 노드가 최우선 순위 노드인 경우에는 제1 메시지를 수신한 수신 시점을 고려하여 가드 타임을 적용하고, 해당 노드가 최우선 순위 노드가 아닌 경우에는 제1 메시지와 앞선 순서 또는 앞선 순위의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지를 수신한 수신 시점을 고려하여 가드 타임을 적용한다.
메시지 전송부(730)는 메시지 수신부(710)에서 제1 프레임의 제1 메시지를 수신한 후 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되고, 가드 타임 적용부(720)에 의해 가드 타임이 적용되면 적용된 가드 타임을 고려하여 자신의 시간 동기 요청 메시지를 코디네이터 노드와 나머지 노드들로 브로드캐스팅한다.
시간 동기화부(740)는 메시지 수신부(710)를 통해 수신된 제2 프레임의 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 연산된 전파 지연 시간을 이용하여 코디네이터 노드와 시간을 동기화시킨다.
이 때, 시간 동기화부(740)는 제2 메시지에 포함된 타임스탬프, 자신의 시간 동기 요청 메시지가 코디네이터 노드에 수신된 시간, 자신의 시간 동기 요청 메시지의 타임스탬프 등을 이용하여 전파 지연 시간을 연산할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 코디네이터 노드와 복수의 노드들을 포함하는 시스템에서 상기 복수의 노드들 각각에서의 시간 동기 획득 방법에 있어서,
    제1 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅(broadcasting)된 제1 메시지 - 상기 제1 메시지는 상기 복수의 노드들에 대한 노드 식별자(ID), 상기 복수의 노드들에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함함 - 를 수신하는 단계;
    상기 제1 프레임에서 상기 제1 메시지를 수신한 후 상기 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되면 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 단계;
    제2 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지 - 상기 제2 메시지는 상기 복수의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함함 - 를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 프레임에서 상기 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 상기 연산된 상기 전파 지연 시간을 이용하여 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 단계
    를 포함하는 시간 동기 획득 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 단계는
    상기 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 상기 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임(guard time)을 적용하고, 상기 적용된 상기 가드 타임을 고려하여 상기 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자신의 시간 동기 요청 메시지 및 제2 메시지는
    브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프(time stamp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동기화시키는 단계는
    시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 지피에스(GPS)에 독립적으로 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
  5. 제1 프레임에서 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅(broadcasting)된 제1 메시지 - 상기 제1 메시지는 복수의 노드들에 대한 노드 식별자(ID), 상기 복수의 노드들에 대한 메시지 전송 순서 정보를 포함함 - 를 수신하고, 제2 프레임에서 상기 코디네이터 노드로부터 브로드캐스팅된 제2 메시지 - 상기 제2 메시지는 상기 복수의 노드들 각각의 시간 동기 요청 메시지의 수신 시간을 포함함 - 를 수신하는 메시지 수신부;
    상기 제1 프레임에서 상기 제1 메시지를 수신한 후 상기 복수의 노드들 중 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지가 수신되면 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 메시지 전송부; 및
    상기 제2 프레임에서 상기 제2 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전파 지연 시간을 연산하고, 상기 연산된 상기 전파 지연 시간을 이용하여 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 시간 동기화부
    를 포함하는 시간 동기 획득 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메시지 전송 순서 정보를 기반으로 상기 앞선 순서의 노드로부터 브로드캐스팅된 시간 동기 요청 메시지의 수신 시점에 기초하여 가드 타임을 적용하는 가드 타임 적용부
    를 더 포함하고,
    상기 메시지 전송부는
    상기 적용된 상기 가드 타임을 고려하여 상기 자신의 시간 동기 요청 메시지를 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자신의 시간 동기 요청 메시지 및 제2 메시지는
    브로드캐스팅 시간을 나타내는 타임스탬프를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 시간 동기화부는
    시간 분할 다중 접속(TDMA) 네트워크에서 지피에스(GPS)에 독립적으로 상기 코디네이터 노드와 시간을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 장치.
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