KR101713931B1

KR101713931B1 - 네트워크장치 및 기지국장치, 그 장치에 의해 수행되는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법

Info

Publication number: KR101713931B1
Application number: KR1020160100844A
Authority: KR
Inventors: 장재성; 박창민; 김대혁; 서정석; 이상민; 고득녕
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2017-03-08

Abstract

본 발명은, 기지국에서 인지하는 다운링크패킷 충돌을 해결하기 위한 새로운 방안을 제안하여, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써, 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시키는 기술을 개시한다.

Description

네트워크장치 및 기지국장치, 그 장치에 의해 수행되는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법{NETWORLK DEVICE, BASE STATION, DOWNLINK PACKET TRANSMITTING BASE-STATION RESELECTION METHOD}

본 발명은, 사물인터넷(IoT) 기술과 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

헬스케어, 원격검침, 스마트홈, 스마트카, 스마트팜 등 다양한 분야에서 생활 속의 사물을 유무선 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기술이 등장하여 주목 받고 있다.

이러한 사물인터넷(IoT) 기술을 기반으로 사물인터넷(IoT) 서비스를 제공하기 위한 IoT 네트워크 구조를 간단히 설명하면, 다음과 같다.

IoT 네트워크는, 원격지의 사물인터넷단말과, 원격지의 사물인터넷단말의 데이터를 확인하고 사물인터넷단말을 제어하기 위한 사물인터넷용 어플리케이션(이하 IoT앱이라 함)이 설치된 고객단말과, 사물인터넷단말 및 고객단말(IoT앱) 간을 유무선 네트워크를 통해 연결해 주는 네트워크장치(또는, IoT앱 서버), 사물인터넷단말 및 네트워크장치 사이에서 패킷 송수신을 수행하는 게이트웨이(예: 기지국)로 구성된다.

이러한 IoT 네트워크 구조에서 제공되는 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질은, 사물인터넷단말/기지국/네트워크장치 3개의 노드 간에 송수신되는 업링크패킷/다운링크패킷 수신 성공률에 따른 영향을 많이 받게 된다.

사물인터넷단말이 업링크패킷을 네트워크장치로 전송할 때에는, 사물인터넷단말이 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하고 이를 다수의 기지국이 수신하여 네트워크장치로 송신하기 때문에, 업링크패킷의 수신 성공률은 우수하다고 볼 수 있다.

반면, 네트워크장치가 다운링크패킷을 사물인터넷단말로 전송할 때에는, 네트워크장치가 사물인터넷단말에 대하여 기 선택한 하나의 기지국으로 다운링크패킷을 송신하고 이를 수신한 하나의 기지국이 사물인터넷단말에 전송하게 되는데, 기지국이 다른 사물인터넷단말로 다운링크패킷을 전송하고 있거나 전송을 위해 주파수자원을 점유하고 있는 등의 상황에서는 다운링크패킷 충돌로 인지하고 다운링크패킷을 드롭(Drop)시키기 때문에, 다운링크패킷의 수신 성공률은 우수하다고 볼 수 없다.

하지만, 현재 사물인터넷(IoT) 기술에서는, 기지국에서 인지하는 다운링크패킷 충돌에 대한 별도의 개선 방안을 제시하고 있지 않은 실정이다.

이에, 본 발명에서는, 기지국에서 인지하는 다운링크패킷 충돌을 해결하기 위한 새로운 방안을 제안하여, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높이고자 한다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써, 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시키는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 네트워크장치는, 각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 패킷송신부; 특정 기지국에서, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말을 인지하는 인지부; 및 상기 특정 단말이 인지되면, 상기 특정 단말이 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 특정 단말은, 업링크패킷 송신 후, 상기 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간의 시간구간 단위로 특정 횟수만큼 수신 가능하며, 상기 인지부는, 업링크패킷에 대하여 상기 특정 횟수 중 첫번째 시간구간에서 송신한 다운링크패킷과 관련하여, 상기 특정 기지국으로부터 다운링크패킷의 전송 실패를 예측한 실패예측결과가 수신된 단말을, 상기 특정 단말로 인지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 특정 단말이 인지되는 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 상기 특정 기지국과의 패킷송수신시간을 추정하고, 상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신한 수신시점, 상기 일정 시간 및 상기 패킷송수신시간을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 상기 특정 단말이 상기 첫번째 시간구간에서 다운링크패킷 수신이 가능한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 수신 불가능한 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 판단 결과 수신 가능한 경우, 상기 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 판단 결과 수신 가능하나 상기 특정 단말에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신하여 상기 네트워크장치로 송신한 기지국 중에서, 상기 특정 단말과의 채널상태(SNR: Signal to noise ratio)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른, 단말 및 네트워크장치 간 패킷을 송수신하는 기지국장치는, 상기 네트워크장치로부터 수신된 다운링크패킷을 단말로 전송하는 과정에서, 다운링크패킷의 전송 실패가 예측되는 특정 단말이 있는지 확인하는 예측부; 상기 특정 단말이 확인되면 상기 특정 단말에 대한 실패예측결과를 상기 네트워크장치로 제공하는 실패예측결과제공부를 포함한다.

바람직하게는,상기 예측부는, 상기 기지국장치가 임의의 단말로 다운링크패킷을 전송한 후 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 점유하는 동안 상기 네트워크장치로부터 다른 단말의 다운링크패킷을 수신하면, 상기 다른 단말을 다운링크패킷의 전송 실패가 예측되는 특정 단말로 확인할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 관점에 따른 네트워크장치의 동작 방법은, 각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 패킷송신단계; 특정 기지국에서, 다운링크패킷 전송 실패가 예측되는 특정 단말을 인지하는 인지단계; 및 상기 특정 단말이 인지되면, 상기 특정 단말이 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 재선택단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 특정 단말은, 업링크패킷 송신 후, 상기 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간의 시간구간 단위로 특정 횟수만큼 수신 가능하며, 상기 인지단계는, 업링크패킷에 대하여 상기 특정 횟수 중 첫번째 시간구간에서 송신한 다운링크패킷과 관련하여, 상기 특정 기지국으로부터 다운링크패킷의 전송 실패를 예측한 실패예측결과가 수신된 단말을, 상기 특정 단말로 인지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재선택단계는, 상기 특정 단말이 인지되는 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 상기 특정 기지국과의 패킷송수신시간을 추정하고, 상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신한 수신시점, 상기 일정 시간 및 상기 패킷송수신시간을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 상기 특정 단말이 상기 첫번째 시간구간에서 다운링크패킷 수신이 가능한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 수신 불가능한 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재선택단계는, 상기 판단 결과 수신 가능한 경우, 상기 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재선택단계는, 상기 판단 결과 수신 가능하나 상기 특정 단말에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 관점에 따른 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법은, 네트워크장치가, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 단계; 기지국이, 상기 네트워크장치로부터 수신된 다운링크패킷을 단말로 전송하는 과정에서 다운링크패킷의 전송 실패가 예측되는 특정 단말이 있는지 확인하는 단계; 상기 기지국이, 상기 특정 단말 확인 시 상기 특정 단말에 대한 실패예측결과를 상기 네트워크장치로 제공하는 단계; 및 상기 네트워크장치가, 상기 기지국으로부터 상기 특정 단말에 대한 실패예측결과를 수신하면 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 단계를 포함한다.

이에, 본 발명의 네트워크장치 및 기지국장치, 그 장치에 의해 수행되는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법에 따르면, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시키는 효과를 도출할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 사물인터넷(IoT) 네트워크 구조를 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 기존 기술에 따라서 다운링크패킷 충돌 시 다운링크패킷의 수신이 실패하는 상황을 보여주는 예시도이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법(방안)에 따라서 다운링크패킷 충돌 시에도 다운링크패킷의 수신이 성공하는 상황을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법(방안)을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크장치의 동작 방법을 보여주는 동작 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 은 본 발명이 적용되는 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 네트워크 구조를 보여주고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 사물인터넷(IoT) 네트워크 구조는, 원격지의 사물인터넷단말(예: 단말1,2,...X), 원격지의 사물인터넷단말의 데이터를 확인하고 사물인터넷단말을 제어하기 위한 IoT앱이 설치된 고객단말(미도시)과, 사물인터넷단말 및 고객단말(IoT앱) 간을 유무선 네트워크를 통해 연결해 주는 네트워크장치(200, IoT앱 서버), 사물인터넷단말 및 네트워크장치(2000) 사이에서 패킷 송수신을 수행하는 게이트웨이(예: 기지국1,2,...L)로 구성된다.

반면, 네트워크장치가 다운링크패킷을 사물인터넷단말로 전송할 때에는, 네트워크장치가 사물인터넷단말에 대하여 기 선택한 하나의 기지국으로 다운링크패킷을 송신하고 이를 수신한 하나의 기지국이 사물인터넷단말에 전송하게 되는데, 기지국이 다른 사물인터넷단말로 다운링크패킷을 전송하고 있거나 전송을 위해 주파수자원을 점유하고 있는 등의 상황에서는 다운링크패킷 충돌로 인지하고 다운링크패킷을 드롭(Drop)시킨다.

따라서, 기지국에서 다운링크패킷 충돌로 인지 시 다운링크패킷을 드롭시키기 때문에 다운링크패킷의 수신 실패가 발생하게 된다.

보다 구체적으로, 본 발명에서는, 다운링크패킷 충돌을 해결하기 위한 새로운 방안을 실현하는 기지국장치, 네트워크장치를 제안하고자 한다.

먼저, 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국장치를 구체적으로 설명하겠다.

본 발명의 기지국장치(100)는, 전술의 도 1에 도시된 게이트웨이로서의 기지국1,2,...L 중 하나일 수 있으며, 설명의 편의상 기지국1인 것으로 가정하여 설명하겠다.

아울러, 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 사물인터넷단말로서의 단말1,2,...X 및 네트워크장치(200)를 언급하여 설명하도록 하겠다.

본 발명에 따른 기지국장치(100)는, IoT 네트워크에서 게이트웨이 역할을 수행하며, 이를 위해 단말연동부(110) 및 네트워크연동부(120)를 포함한다.

단말연동부(110)는, 기지국장치(100)의 커버리지 내에 있는 단말(예: 단말1)이 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 송신하는 업링크패킷을 수신하여 네트워크연동부(120)로 전달하고, 네트워크연동부(120)를 통해 수신된 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷을 해당되는 단말(예: 단말1)로 송신한다.

네트워크연동부(120)는, 단말연동부(110)를 통해 수신된 단말(예: 단말1)로부터의 업링크패킷을 네트워크장치(200)로 송신하고, 네트워크장치(200)로부터 수신되는 다운링크패킷을 해당 단말(예: 단말1)로 송신하도록 단말연동부(110)로 전달한다.

이에, 기지국장치(100)는, 단말연동부(110) 및 네트워크연동부(120)를 통해서, 사물인터넷단말로서의 단말(예: 단말1) 및 네트워크장치(200) 간 패킷을 송수신하는 게이트웨이 역할을 수행하게 된다.

이처럼 IoT 네트워크에서 게이트웨이 역할을 수행하는 본 발명의 기지국장치(100)는, 다운링크패킷 충돌을 해결하기 위해 제안하는 본 발명의 방안을 실현하기 위해, 예측부(130) 및 실패예측결과제공부(140)를 포함한다.

예측부(130)는, 네트워크장치(200)로부터 수신된 다운링크패킷을 단말로 전송하는 과정에서, 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 특정 단말이 있는지 확인한다.

예측부(130)에 대해 구체적으로 설명하기에 앞서, 도 4를 참조하여 기존 기술에 따라서 다운링크패킷 충돌 시 다운링크패킷의 수신이 실패하는 상황을 설명하겠다.

우선, 네트워크장치는, 각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위한 기지국을 선택하게 된다.

예를 들어, 단말1 및 단말2를 언급하여 설명하면, 단말1이 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하면, 이를 수신하는 다수의 기지국이 단말1의 업링크패킷을 네트워크장치로 송신하게 된다.

이때, 네트워크장치는, 단말1의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국들 중에서 단말1과의 채널상태(SNR: Signal to noise ratio)가 가장 우수한 기지국을, 단말1과의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다.

이와 마찬가지 방식으로, 네트워크장치는, 단말2의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국들 중에서 단말2과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말2와의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다.

이에, 도 4에서는, 네트워크장치가 단말1 및 단말2 각각에 대해 기지국을 선택한 결과, 단말1 및 단말2 모두 기지국1을 선택한 것으로 가정하고 있다.

이에, 네트워크장치는, 앞서 수신된 단말1의 업링크패킷에 대하여 단말1로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말1의 다운링크패킷을 기지국1로 송신한다.

이렇게 되면, 기지국1은 네트워크장치로부터 수신한 단말1의 다운링크패킷을 단말1로 전송할 것이다.

이때, 기지국1은, 단말1의 다운링크패킷을 단말1로 전송한 후 단말1의 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 지정된 시간(a) 동안 점유하게 된다.

이처럼, 기지국1이 주파수자원을 지정된 시간(a) 동안 점유하는 이유는, 다음의 2가지에 근거한다.

첫째, IoT 네트워크에서 단말(사물인터넷단말)은, 다운링크패킷 수신 방식에 있어서 수신가능시간에 따라 몇가지 타입으로 구분되는데, 이러한 타입 중 저전력 지원을 위해 업링크패킷 송신 후 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간(예: 1초)의 시간구간 단위로 특정 횟수(예: 2회)만큼 수신 가능한 타입(이하, A타입)이 있다.

일정 시간을 1초, 특정 횟수를 2회로 가정하면, A타입으로 동작하는 단말(사물인터넷단말)은, 업링크패킷 송신 후, 1초 동안의 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷 수신이 가능하고, 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 후 1초 동안의 두번째 시간구간(RX2)에서 다운링크패킷 수신이 가능하다. 이때, 첫번째 시간구간(RX1)과 두번째 시간구간(RX2) 사이는, 연속될 수도 있고 일정한 시간간격으로 이격될 수도 있다.

전술한 A타입은, 사물인터넷(IoT) 기술 중에서도 광역 커버리지를 대상으로 하여 저속 전송(<1kbps) 및 저 전력을 지원하는 소량 데이터 전송에 특화된 IoT 기술(LoRa: Long Range)에서 사용되는 단말(사물인터넷단말)이 주로 채택/동작한다.

둘째, 네트워크장치와 게이트웨이로서의 기지국 사이에는 물리적 거리가 존재하므로 물리적 거리에 따른 전송 시간이 소요된다.

특히, 광역 커버리지/저속 전송(<1kbps)/저 전력/소량 데이터 전송에 특화된 IoT 기술(LoRa: Long Range)이 적용된 IoT 네트워크 즉 LoRa 네트워크에서는, 네트워크장치와 및 기지국 사이의 물리적 거리가 멀기 때문에 전송 시간이 길게 소요될 수 있다.

이에, 기지국1은, 다운링크패킷의 수신에 있어서 시간구간 및 횟수 제한이 있는 A타입으로 동작하는 단말(사물인터넷단말)이라는 요인1 및 네트워크장치와 및 기지국 사이의 물리적 거리가 멀기 때문에 전송 시간이 길게 소요되는 요인2 때문에, 단말(사물인터넷단말)로 전송해야 하는 다운링크패킷이 있을 경우 반드시 제한된 시간구간 및 횟수 내에 단말이 수신할 수 있도록 하기 위해, 단말1의 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 네트워크장치로부터 수신하여 단말1로 전송한 후 필요 시 단말1의 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 지정된 시간(a) 동안 우선적으로 점유하는 것이다.

한편, 네트워크장치는, 앞서 수신된 단말2의 업링크패킷에 대하여 단말2로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말2의 다운링크패킷을 기지국1로 송신한다.

이렇게 되면, 기지국1은 네트워크장치로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷을 단말2로 전송해야 한다.

하지만, 기지국1의 관점에서 볼 때, 단말1로 다운링크패킷을 전송한 후 주파수자원을 점유하고 있는 지정된 시간(a) 동안 단말2의 다운링크패킷이 수신된 경우라면, 기지국1은 이 상황을 다운링크패킷 충돌로 인지한다.

이는, IoT 네트워크에서 게이트웨이로서의 기지국은, 다운링크패킷 전송 시 동시에 여러 단말로 다운링크패킷을 전송할 수 없다는 제약이 있기 때문이다.

이에, 기존이라면 기지국1은, 도 4에 도시된 바와 같이, 단말1로 다운링크패킷을 전송한 후 주파수자원을 점유하고 있는 지정된 시간(a) 동안 단말2의 다운링크패킷이 수신된 경우, 다운링크패킷 충돌로 인지하고 단말2의 다운링크패킷을 드롭(Drop)시킨다.

이에, 다운링크패킷의 수신에 있어서 일정 시간(예: 1초)의 시간구간 및 횟수(예: 2회) 제한이 있는 A타입으로 동작하는 단말2에서는, 업링크패킷 송신 후 업링크패킷에 대하여 첫번째 시간구간(RX1) 이내에 다운링크패킷을 수신하지 못하게 된다.

다시 도 2를 참조하여 본 발명의 기지국장치(100)의 구성에 대해 구체적으로 설명하겠다.

전술과 같이 단말1,2를 언급하여 구체적으로 설명하면, 예측부(130)는, 기지국장치(100)가 임의의 단말 예컨대 단말1로 다운링크패킷을 전송한 후 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 점유하는 동안(a), 네트워크장치(200)로부터 다른 단말 예컨대 단말2의 다운링크패킷을 수신하면, 단말2를 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 특정 단말로 확인할 수 있다.

실패예측결과제공부(140)는, 예측부(130)에서 특정 단말이 확인되면, 특정 단말에 대한 실패예측결과를 네트워크장치(200)로 제공한다.

즉, 실패예측결과제공부(140)는, 전술과 같이 특정 단말로서 단말2가 확인된 경우라면, 확인 즉시 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공하는 것이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 기지국장치(100, 기지국1)는, 단말1로 다운링크패킷을 전송한 후 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 점유하는 동안(a) 단말2의 다운링크패킷이 수신되어, 다운링크패킷 충돌을 인지하는 시점 즉 단말2를 확인하는 시점에 즉시, 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공한다.

이처럼, 본 발명의 기지국장치(100)는, 다운링크패킷 충돌을 인지하는 시점에, 단말2의 다운링크패킷을 드롭시키는 기존 방식 대신, 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공함으로써, 실제로 단말2에서 다운링크패킷의 수신 실패를 확인하게 되는 시점 보다 앞서서, 네트워크장치(200)로 하여금 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2를 인지하게 할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크장치를 구체적으로 설명하겠다.

본 발명의 네트워크장치(20)는, 각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 패킷송신부(210)와, 특정 기지국에서, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말을 인지하는 인지부(220)와, 특정 단말이 인지되면, 특정 단말이 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 제어부(240)를 포함한다.

아울러, 네트워크장치(200)는, 업링크패킷을 수신하는 패킷수신부(220)도 포함한다.

패킷수신부(220)는, 기지국을 통해서 수신되는 단말로부터의 업링크패킷을 수신한다.

패킷송신부(210)는, 각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신한다.

앞서 설명한 바와 같이, 네트워크장치(200) 예컨대 제어부(240)는, 단말의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국들 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말과의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다.

예를 들어, 단말1 및 단말2를 언급하여 설명하면, 단말1이 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하면, 이를 수신하는 다수의 기지국1,2,3이 단말1의 업링크패킷을 네트워크장치(200)로 송신하게 된다.

또한, 단말2가 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하면, 이를 수신하는 다수의 기지국1,2,3이 단말2의 업링크패킷을 네트워크장치(200)로 송신하게 된다.

이에, 제어부(240)는, 단말1의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말1과의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다.

또한, 제어부(240)는, 단말2의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말2와의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 네트워크장치(200)가 단말1 및 단말2 각각에 대해 기지국을 선택한 결과, 단말1 및 단말2 모두 기지국1을 선택한 것으로 가정하겠다.

이 경우, 패킷송신부(210)는, 앞서 수신된 단말1의 업링크패킷에 대하여 단말1로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말1의 다운링크패킷 즉 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷을 기지국1로 송신한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 첫번째 시간구간(RX1)에서 송신하는 다운링크패킷을, 다운링크패킷(RX1)이라 정의하여 통칭하겠다.

또한, 패킷송신부(210)는, 앞서 수신된 단말2의 업링크패킷에 대하여 단말2로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말2의 다운링크패킷 즉 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1)을 기지국1로 송신한다.

인지부(220)는, 특정 기지국에서, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말을 인지한다.

여기서, 특정 단말은, 업링크패킷 송신 후, 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간(예: 1초)의 시간구간 단위로 특정 횟수(예: 2회)만큼 수신 가능한 단말, 즉 전술한 바 있는 다운링크패킷의 수신에 있어서 시간구간 및 횟수 제한이 있는 A타입으로 동작하는 단말인 것이 바람직하다.

그리고, 인지부(220)는, 수신된 업링크패킷에 대하여 특정 횟수(예: 2회) 중 첫번째 시간구간(RX1)에서 송신한 다운링크패킷(RX1)과 관련하여, 특정 기지국으로부터 다운링크패킷의 전송 실패를 예측한 실패예측결과가 수신된 단말을, 특정 단말로 인지한다.

구체적으로 설명하면, 네트워크장치(200)가 송신한 단말의 다운링크패킷을 수신하여 해당 단말로 전송하는 기지국1,2,...L 중에서, 전술한 바와 같이 임의의 단말 예컨대 단말1로 다운링크패킷을 전송한 후 다음 다운링크패킷을 전송하기 위해 주파수자원을 점유하는 동안(a), 다른 단말 예컨대 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 수신함에 따라 다운링크패킷 충돌을 인지하는 기지국이 있으면, 해당 기지국 예컨대 기지국1은 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공한다.

이 경우에서 알 수 있듯이, 전술의 특정 기지국은, 다운링크패킷 충돌을 인지하고 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공하는 기지국을 의미한다.

이에, 인지부(220)는, 전술한 예시와 같이 기지국1로부터 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)가 수신되면, 실제로 단말2에서 다운링크패킷의 수신 실패를 확인하게 되는 시점 보다 앞서서, 특정 기지국 즉 기지국1에서 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말 즉 단말2를 인지할 수 있게 된다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말로서, 전술의 예시에 따른 단말2를 언급하도록 하겠다.

제어부(240)는, 특정 단말로서 단말2가 인지되면, 단말2가 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷을 재송신한다.

즉, 제어부(240)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2에 대하여 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 수행하기까지 보류하는 일정 대기시간을, 단말2가 인지된 시점 즉 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)가 수신된 시점에 따라서 다르게 적용하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면 제어부(240)는, 특정 단말 즉 단말2가 인지되는 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 기지국1과의 패킷송수신시간을 추정한다.

제어부(240)는, 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)에서 송신한 다운링크패킷(RX1)의 송신시점(B) 및 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 기지국1로부터 수신한 수신시점(C)을 기반으로 기지국1과의 패킷송수신시간(RTT)을 추정한다.

예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 실패예측결과(TxACK)를 수신한 수신시점(C)에서 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 송신한 송신시점(B)을 빼면, 네트워크장치(200) 및 기지국1 사이에서 패킷이 송수신된 시간(RTT)를 계산하여 추정할 수 있다.

그리고, 제어부(240)는, 특정 단말 즉 단말2의 업링크패킷을 수신한 수신시점(A), 단말2가 채택한 A타입이 갖는 일정 시간(예: 1초) 및 추정한 패킷송수신시간(RTT)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 여부를 판단한다.

예를 들어, 단말2로 다운링크패킷을 재송신한다면 재송신된 다운링크패킷이 단말2에 수신되는데 까지 걸리는 시간은, 앞서 추정한 패킷송수신시간(RTT)의 반(RTT/2)이라고 예측해도 무방할 것이다.

따라서, 단말2의 업링크패킷을 수신한 수신시점(A)에 단말2가 채택한 A타입이 갖는 일정 시간(예: 1초)을 더하면(A+1), 단말2에서 업링크패킷 송신 후 다운링크패킷(RX1) 수신 가능한 최대한의 제한 시간을 알 수 있고, 이 최대한의 제한 시간(A+1)에서 현재시점을 빼면, 최대한의 제한 시간(A+1)까지 남아있는 잔여시간을 의미한다.

이에, 제어부(240)는, 최대한의 제한 시간(A+1)에서 현재시점을 뺀 잔여시간((A+1)-현재시점)이 RTT/2보다 큰 경우, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 것으로 판단할 수 있다.

제어부(240)는, 전술의 판단 결과 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우, 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷을 재송신한다.

즉, 본 발명의 네트워크장치(200)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우라면, 즉시(일정 대기시간=0) 단말2에 대하여 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 수행하는 것이다.

이때, 제어부(240)는, 특정 단말 즉 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서, 특정 기지국 즉 기 선택된 기지국1을 제외하고 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다.

즉, 제어부(240)는, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서, 기 선택된 기지국1을 통해서는 단말2의 다운링크패킷 수신 실패가 예측되므로, 기지국1을 제외한 나머지 기지국2,3 중 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택하는 것이다.

이하에서는, 설명의 편의 상 기지국2를 재선택한 것으로 설명하겠다.

이에, 제어부(240)는, 전술과 같이 단말2에 대하여 기지국을 재선택(기지국1->기지국2)하고, 단말2에 전송하기 위한 다운링크패킷(RX1)을 재선택한 기지국2로 재송신한다.

이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 네트워크장치(200)는, 기지국1로 송신해서 다운링크패킷 충돌로 인해 수신 실패가 예측되는 단말2에 대하여, 다운링크패킷(RX1) 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우라면, 재선택한 기지국2로 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 재송신한다.

이렇게 되면, 기지국2는, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 단말2로 전송할 것이고, 단말2는 첫번째 시간구간(RX1) 이내에 기지국2로부터 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷(RX1)을 수신할 수 있게 된다.

헌데, 도 5에 도시된 바와 같이, 단말2에 대하여 재선택한 기지국2에서도, 다른 단말을 위해 주파수자원을 점유하고 있어 다운링크패킷 출동이 다시 인지되는 경우라면, 기지국2도 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공할 것이다.

이렇게 되면, 제어부(240)는, 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 기지국2로부터 수신한 수신시점(C)을 기반으로 기지국2와의 패킷송수신시간(RTT)을 추정하고, 최대한의 제한 시간(A+1)에서 현재시점을 뺀 잔여시간((A+1)-현재시점)이 RTT/2보다 큰지 여부를 판단하여, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 여부를 판단하는 과정을 반복할 것이다.

이에, 제어부(240)는, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 여전히 가능한 경우, 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷을 재송신할 것이다.

이때, 제어부(240)는, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서, 기 선택된 기지국1,2을 통해서는 단말2의 다운링크패킷 수신 실패가 예측되므로, 기지국1,2를 제외하고 남은 하나의 기지국3을 재선택하고, 재선택한 기지국3으로 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 재송신한다.

한편, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우라도, 단말2에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않을 수도 있다.

예를 들어, 단말2의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국부터 1->2->3의 순서로 선택하여 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 송신하였으나 기지국1,2,3 모두에서 단말2의 다운링크패킷 수신 실패가 예측된 경우라면, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능하다 하더라도, 단말2에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는다.

이처럼, 제어부(240)는, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능하지만 단말2에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우, 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 재선택한 기지국으로 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 재송신한다.

앞서 설명한 바와 같이, 단말2는, 업링크패킷 송신 후 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간(예: 1초)의 시간구간 단위로 특정 횟수(예: 2회)만큼 수신 가능한 A타입으로 동작한다.

이에, 단말2에서는, 업링크패킷 송신 후, 1초 동안의 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷 수신이 가능하고, 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 후 1초 동안의 두번째 시간구간(RX2)에서 다운링크패킷 수신이 가능하다. 이때, 첫번째 시간구간(RX1)과 두번째 시간구간(RX2) 사이는, 연속될 수도 있고 일정한 시간간격으로 이격될 수도 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 두번째 시간구간(RX2)에서 송신하는 다운링크패킷을, 다운링크패킷(RX2)라 정의하여 통칭하겠다.

즉, 본 발명의 네트워크장치(200)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 더 이상 재선택할 수 있는 기지국이 존재하지 않아 다운링크패킷 재송신이 불가능한 경우라고 판단하면, 단말2에 대한 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 불필요하게 수행하지 않고, 기지국 상황(주파수자원 점유)이 개선되어 기지국 재선택이 가능해지는 두번째 시간구간(RX2)에 진입할 때까지 일정 대기시간 동안 보류하는 것이다.

한편, 제어부(240)는, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 판단한 결과 수신 불가능한 경우, 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 재송신한다.

이때, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 불가능한 경우는, 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 경우로 보아도 무방할 것이다.

즉, 본 발명의 네트워크장치(200)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 경우라고 판단하면, 다운링크패킷을 재송신하더라도 단말2가 수신할 수 없기 때문에, 단말2에 대한 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 불필요하게 수행하지 않고, 단말2가 다운링크패킷을 수신할 수 있는 두번째 시간구간(RX2)에 진입할 때까지 일정 대기시간 동안 보류하는 것이다.

이때, 제어부(240)는, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서, 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다.

즉, 제어부(240)는, 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 상황이기 때문에, 기지국1,2,3 중 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)에서 선택한 이력이 있는 기지국을 제외할 필요 없이, 기지국1,2,3 모두를 대상으로 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다.

이렇게 되면, 기지국2는, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 단말2로 전송할 것이고, 단말2는 첫번째 시간구간(RX1)에 다운링크패킷(RX1) 수신에는 실패했지만 두번째 시간구간(RX2)에 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷(RX2)을 수신할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기지국장치(100)는, 네트워크장치(200)로부터 수신된 다운링크패킷을 단말(사물인터넷단말)로 전송하는 과정 즉 IoT 네트워크에서 게이트웨이 역할을 수행하는 과정에서, 다운링크패킷 충돌 인지 시 다운링크패킷을 드롭시키는 대신 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말을 네트워크장치(200)로 즉시 알려 인지시킨다.

그리고, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 네트워크장치(200)는, 기지국에서의 다운링크패킷 충돌로 인한 다운링크패킷 수신 실패를 전혀 인지할 수 없었던 기존 방식과 달리, 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말(사물인터넷단말)을 빠르게 인지하여 인지 시점을 기반으로 판단한 재송신 시점(즉시_첫번째시간구간(RX1), 또는 일정 대기시간 대기 후_두번째 시간구간(RX2))에 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 수행함으로써, 단말(사물인터넷단말)로의 다운링크패킷 수신 성공률을 높일 수 있다.

이에, 본 발명에 의하면, 기지국/네트워크장치 2 노드 간 연동을 통해 기지국에서 인지하는 다운링크패킷 충돌을 해결하는 새로운 방안을 제안하여, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써, 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시키는 효과를 도출한다.

이하에서는, 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법(방안)을 설명하겠다.

그리고, 설명의 편의 상, 이하의 설명에서는 전술한 실시예와 마찬가지로 단말1,2 및 기지국1,2를 언급하여 설명하도록 한다.

단말1이 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하면, 이를 수신하는 다수의 기지국1,2,3이 단말1의 업링크패킷을 네트워크장치(200)로 송신하게 된다(S1).

또한, 단말2가 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 업링크패킷을 송신하면, 이를 수신하는 다수의 기지국1,2,3이 단말2의 업링크패킷을 네트워크장치(200)로 송신하게 된다(S2).

네트워크장치(200)는, 단말1의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말1과의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다(S10).

또한, 네트워크장치(200)는, 단말2의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말2와의 패킷 송수신을 위한 기지국으로 선택한다(S20).

네트워크장치(200)는, 앞서 수신된 단말1의 업링크패킷에 대하여 단말1로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말1의 다운링크패킷 즉 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1)을 기지국1로 송신한다(S30,S32).

기지국1은, 단말1의 다운링크패킷(RX1) 수신 시 다른 단말을 위해 주파수자원 점유하고 있는 상황이 아니기 때문에, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말1의 다운링크패킷(RX1)을 단말1로 전송할 것이다(S34).

이에, 단말1은, 업링크패킷 송신 후 첫번째 시간구간(RX1) 이내에 기지국1로부터 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷(RX1)을 수신할 수 있게 된다.

한편, 네트워크장치(200)는, 앞서 수신된 단말2의 업링크패킷에 대하여 단말2로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면, 단말2의 다운링크패킷 즉 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1)을 기지국1로 송신한다(S40,S42).

이때, 기지국1은, 단말1을 위해 주파수자원을 점유하는 동안(a) 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 수신함에 따라, 다운링크패킷 충돌을 인지하고, 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공한다(S44).

네트워크장치(200)는, 기지국1로부터 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 수신하면, 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말2를 인지하고, 단말2가 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후(S46), 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷을 재송신한다.

예를 들어, 네트워크장치(200)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우라면, 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이 즉시, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고(S50) 및 다운링크패킷(RX1)을 재송신할 것이다(S52).

재선택한 기지국을 기지국2라고 가정하면, 기지국2는, 단말2의 다운링크패킷(RX1) 수신 시 다른 단말을 위해 주파수자원 점유하고 있는 상황이 아니기 때문에, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 단말2로 전송할 것이다(S54).

이에, 단말2는, 업링크패킷 송신 후 첫번째 시간구간(RX1) 이내에 기지국2로부터 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷(RX1)을 수신할 수 있게 된다.

한편, 네트워크장치(200)는, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 불가능한 경우, 즉 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 경우라면, 단말2의 두번째 시간구간(RX2)에 진입할 때까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고(S50) 및 다운링크패킷(RX2)을 재송신할 것이다(S52).

재선택한 기지국을 기지국2라고 가정하면, 기지국2는, 단말2의 다운링크패킷(RX2) 수신 시 다른 단말을 위해 주파수자원 점유하고 있는 상황이 아니기 때문에, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 단말2로 전송할 것이다(S54).

이에, 단말2는, 업링크패킷 송신 후 두번째 시간구간(RX2) 이내에 기지국2로부터 네트워크장치(200)로부터의 다운링크패킷(RX2)을 수신할 수 있게 된다.

이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크장치의 동작 방법을 구체적으로 설명하겠다.

본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 기지국을 통해서 수신되는 단말로부터의 업링크패킷을 수신한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 예시와 마찬가지로, 단말2를 언급하여 설명하겠다.

즉, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 기지국을 통해서 수신되는 단말2로부터의 업링크패킷을 수신한다(S100). 그리고, 단말2의 업링크패킷을 수신한 시점을 수신시점(A)라고 한다.

이때, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 업링크패킷을 제공(송신)한 다수의 기지국1,2,3 중에서 단말과의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을, 단말2와의 패킷 송수신을 위한 기지국(예: 기지국1)으로 선택한다.

이후, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 앞서 수신된 단말2의 업링크패킷에 대하여 단말2로 전송하기 위한 다운링크패킷이 발생하면(S110), 단말2의 다운링크패킷 즉 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1)을 기 선택한 기지국1로 송신한다(S120). 이때, 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 송신한 시점을 송신시점(B)라고 한다.

이에, 기지국1은, 네트워크장치(200)로부터 수신한 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 단말2로 전송해야 한다.

헌데, 기지국1은, 단말1을 위해 주파수자원을 점유하고 있는 지정된 시간(a) 동안 단말2의 다운링크패킷이 수신된 경우, 이 상황을 다운링크패킷 충돌로 인지하고, 다운링크패킷의 수신 실패가 예측되는 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 네트워크장치(200)로 제공한다.

이에, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 다운링크패킷(RX1)을 기지국1로 송신하고 실패예측결과(TxACK)가 수신되는지 판단한다(S130). 이때, 실패예측결과(TxACK)가 수신된 시점을 수신시점(C)라고 한다.

본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 실패예측결과(TxACK)가 수신되면(S130 Yes), 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고 단말2의 다운링크패킷을 재송신한다.

구체적인 실시예를 언급하면, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2에 대하여 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 수행하기까지 보류하는 일정 대기시간을, 단말2가 인지된 시점 즉 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)가 수신된 시점에 따라서 다르게 적용한다.

보다 구체적으로 설명하면 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)에서 송신한 다운링크패킷(RX1)의 송신시점(B) 및 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 기지국1로부터 수신한 수신시점(C)을 기반으로 기지국1과의 패킷송수신시간(RTT)을 추정한다(ㄴ140).

그리고, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 업링크패킷을 수신한 수신시점(A), 단말2가 채택한 A타입이 갖는 일정 시간(예: 1초) 및 추정한 패킷송수신시간(RTT)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 여부를 판단한다(S150).

이에, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 최대한의 제한 시간(A+1)에서 현재시점을 뺀 잔여시간((A+1)-현재시점)이 RTT/2보다 큰 경우, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 것으로 판단할 수 있다(S150 Yes).

본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 전술의 판단 결과 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우(S150 Yes), 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서 재선택 가능한 기지국이 존재하는지 판단한다(S160).

전술의 예시와 같이, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서 기지국1을 통해서만 단말2의 다운링크패킷 수신 실패가 예측된 경우라면, 재선택 가능한 기지국2,3이 존재하는 것으로 판단할 것이다(S160 Yes).

본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 재선택 가능한 기지국2,3이 존재하는 것으로 판단하면, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중 기 선택된 기지국1을 제외한 나머지 재선택 가능한 기지국2,3 중에서, 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택한다(S170).

이에, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 전술과 같이 단말2에 대하여 기지국을 재선택(기지국1->기지국2)하고, 단말2에 전송하기 위한 다운링크패킷(RX1)을 재선택한 기지국2로 재송신한다(S120).

즉, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한 경우라면, 즉시(일정 대기시간=0) 단말2에 대하여 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을 수행하는 것이다.

이렇게 되면, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2에 대한 실패예측결과(TxACK)를 기지국2로부터 수신한 수신시점(C)을 기반으로 기지국2와의 패킷송수신시간(RTT)을 추정하고, 최대한의 제한 시간(A+1)에서 현재시점을 뺀 잔여시간((A+1)-현재시점)이 RTT/2보다 큰지 여부를 판단하여, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 여부를 판단하는 S120~S150과정을 반복할 것이다.

본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능하지만(S150 Yes) 단말2에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우(S160 No), 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후(S190), 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고(S200) 재선택한 기지국으로 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 재송신한다(S210).

이에, 단말2에서는, 업링크패킷 송신 후, 1초 동안의 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷 수신이 가능하고, 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 후 1초 동안의 두번째 시간구간(RX2)에서 다운링크패킷 수신이 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 더 이상 재선택할 수 있는 기지국이 존재하지 않아 다운링크패킷 재송신이 불가능한 경우라고 판단하면(S160 No), 단말2에 대한 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을, 기지국 상황(주파수자원 점유)이 개선되어 기지국 재선택이 가능해지는 두번째 시간구간(RX2)에 진입할 때까지 일정 대기시간 동안 보류하는 것이다(S190).

이때, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 업링크패킷을 수신하여 네트워크장치(200)로 송신한 기지국1,2,3 중에서, 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 상황이기 때문에, 기지국1,2,3 중 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)에서 선택한 이력이 있는 기지국을 제외할 필요 없이, 기지국1,2,3 모두를 대상으로 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다(S200).

한편, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 재송신 시 단말2가 첫번째 시간구간(RX1)에서 다운링크패킷(RX1) 수신이 가능한지 판단한 결과 수신 불가능한 경우(s150 No), 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후(S190), 단말2에 대하여 기지국을 재선택하고(S200) 단말2의 다운링크패킷(RX2)을 재송신한다(S210).

즉, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 단말2가 인지된 시점(실패예측결과 수신 시점)을 기반으로, 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)이 종료된 경우라고 판단하면(S150 No), 다운링크패킷을 재송신하더라도 단말2가 수신할 수 없기 때문에, 단말2에 대한 기지국 재선택 및 다운링크패킷 재송신을, 단말2가 다운링크패킷을 수신할 수 있는 두번째 시간구간(RX2)에 진입할 때까지 일정 대기시간 동안 보류하는 것이다(S190).

이때, 본 발명에 따른 네트워크장치(200)의 동작 방법은, 단말2의 두번째 시간구간(RX2) 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 상황이기 때문에, 기지국1,2,3 중 단말2의 첫번째 시간구간(RX1)에서 선택한 이력이 있는 기지국을 제외할 필요 없이, 기지국1,2,3 모두를 대상으로 단말2와의 채널상태(SNR)가 가장 우수한 기지국을 재선택할 수 있다(S200).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법 및 네트워크장치의 동작 방법에 의하면, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높임으로써, 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시키는 효과를 도출한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법 및 네트워크장치의 동작 방법은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

본 발명의 네트워크장치 및 기지국장치, 그 장치에 의해 수행되는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법에 따르면, 사물인터넷단말로 전송하는 다운링크패킷의 수신 성공률을 높여 사물인터넷(IoT) 서비스의 품질을 향상시킨다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

100 : 기지국장치
110 : 단말연동부 120 : 네트워크연동부
130 : 예측부 140 : 실패예측결과제공부
200 : 네트워크장치
210 : 패킷송신부 220 : 패킷수신부
230 : 인지부 240 : 제어부

Claims

각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 패킷송신부;
특정 기지국에서, 다운링크패킷 수신 실패가 예측되는 특정 단말을 인지하는 인지부; 및
상기 특정 단말이 인지되면, 상기 특정 단말이 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
제 1 항에 있어서,
상기 특정 단말은,
업링크패킷 송신 후, 상기 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간의 시간구간 단위로 특정 횟수만큼 수신 가능하며,
상기 인지부는,
업링크패킷에 대하여 상기 특정 횟수 중 첫번째 시간구간에서 송신한 다운링크패킷과 관련하여, 상기 특정 기지국으로부터 다운링크패킷의 전송 실패를 예측한 실패예측결과가 수신된 단말을, 상기 특정 단말로 인지하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 특정 단말이 인지되는 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 상기 특정 기지국과의 패킷송수신시간을 추정하고,
상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신한 수신시점, 상기 일정 시간 및 상기 패킷송수신시간을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 상기 특정 단말이 상기 첫번째 시간구간에서 다운링크패킷 수신이 가능한지 여부를 판단하고,
상기 판단 결과 수신 불가능한 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 판단 결과 수신 가능한 경우, 상기 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 판단 결과 수신 가능하나 상기 특정 단말에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신하여 상기 네트워크장치로 송신한 기지국 중에서, 상기 특정 단말과의 채널상태(SNR: Signal to noise ratio)가 가장 우수한 기지국을 재선택하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치.
각 단말 별로, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 패킷송신단계;
특정 기지국에서, 다운링크패킷 전송 실패가 예측되는 특정 단말을 인지하는 인지단계; 및
상기 특정 단말이 인지되면, 상기 특정 단말이 인지된 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 재선택단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치의 동작 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 특정 단말은,
업링크패킷 송신 후, 상기 업링크패킷에 대한 다운링크패킷을 일정 시간의 시간구간 단위로 특정 횟수만큼 수신 가능하며,
상기 인지단계는,
업링크패킷에 대하여 상기 특정 횟수 중 첫번째 시간구간에서 송신한 다운링크패킷과 관련하여, 상기 특정 기지국으로부터 다운링크패킷의 전송 실패를 예측한 실패예측결과가 수신된 단말을, 상기 특정 단말로 인지하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치의 동작 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 재선택단계는,
상기 특정 단말이 인지되는 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 상기 특정 기지국과의 패킷송수신시간을 추정하고,
상기 특정 단말의 업링크패킷을 수신한 수신시점, 상기 일정 시간 및 상기 패킷송수신시간을 기반으로, 다운링크패킷 재송신 시 상기 특정 단말이 상기 첫번째 시간구간에서 다운링크패킷 수신이 가능한지 여부를 판단하고,
상기 판단 결과 수신 불가능한 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치의 동작 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 재선택단계는,
상기 판단 결과 수신 가능한 경우, 상기 일정 대기시간을 0으로 하여 대기 없이, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치의 동작 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 재선택단계는,
상기 판단 결과 수신 가능하나 상기 특정 단말에 대하여 재선택 가능한 기지국이 존재하지 않는 경우, 상기 특정 단말의 두번째 시간구간 진입 시점까지 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 것을 특징으로 하는 네트워크장치의 동작 방법.
네트워크장치가, 단말과의 패킷 송수신을 위해 선택한 기지국으로 단말에 전송하기 위한 다운링크패킷을 송신하는 단계;
기지국이, 상기 네트워크장치로부터 수신된 다운링크패킷을 단말로 전송하는 과정에서 다운링크패킷의 전송 실패가 예측되는 특정 단말이 있는지 확인하는 단계;
상기 기지국이, 상기 특정 단말 확인 시 상기 특정 단말에 대한 실패예측결과를 상기 네트워크장치로 제공하는 단계; 및
상기 네트워크장치가, 상기 기지국으로부터 상기 특정 단말에 대한 실패예측결과를 수신하면 상기 실패예측결과 수신 시점을 기반으로 일정 대기시간 동안 대기한 후, 상기 특정 단말에 대하여 기지국을 재선택하고 상기 특정 단말의 다운링크패킷을 재송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운링크패킷 전송 기지국 재선택 방법.