KR101998371B1 - 동적으로 채널을 변경하는 루트 단말 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 루트 단말은 복수의 무선 단말과 무선 다중 홉 네트워크를 구성하는 루트 단말로서, 현재 채널의 상태를 측정하는 제1 송수신 장치, 상기 현재 채널을 제외한 하나 이상의 후보 채널들의 채널 품질을 측정하는 제2 송수신 장치, 그리고 상기 현재 채널의 상태 및 상기 하나 이상의 후보 채널들의 채널 품질을 토대로 상기 복수의 무선 단말의 채널을 동적으로 변경하는 제어부를 포함한다.

Description

동적으로 채널을 변경하는 루트 단말{ROOT TERMINAL FOR CHANGING CHANNEL DYNAMICALLY}
본 발명은 동적으로 채널을 변경하는 루트 단말에 관한 것으로서, 상세하게는 데이터 전송을 위해 사용중인 채널의 상태가 악화되었을때, 사용 가능한 채널을 파악하여 채널을 신속하게 변경하는 무선 네트워크에서 효율적인 채널 선택을 위한 동적 채널 적응 기술에 관한 것이다.
이동성이 적은 고정형 무선 네트워크는 다중 홉 경로를 구축하는 무선 단말들과 무선 단말을 관리하고 외부 네트워크 망과의 연결을 구축하는 루트 단말로 구성된다. 무선 단말들은 에너지 문제 및 장치의 성능 제한으로 인해 단일 송수신 장치를 사용하여 데이터를 전송하도록 구성되어 있으며, 루트 단말은 두 개 이상의 송수신 장치를 활용할 수 있다.
이때, 무선 통신 망은 물리계층의 표준으로서 ISM(Industrial Scientific and Medical equipment) 밴드를 활용하는 무선 표준들을 활용할 수 있다. 이러한 표준들은 ISM 밴드에 포함되어 있는 2.4GHz 및 5.0GHz 대역의 주파수를 활용한다.
그런데, 이러한 ISM 밴드들은 상용망 이외에 여러 용도로 인하여 무료로 사용될 수 있는 특징이 있다. 따라서, 해당 주파수들의 전체 사용량이 비교적 큰 문제가 있다.
여러 장치에 의한 전파 방해는 해당 무선 네트워크의 전송 효율을 저하시킬 수 있는 요소가 된다. 이로 인하여 해당 무선 네트워크를 활용하는 서비스가 요구하는 서비스 품질 및 안정성을 네트워크 단에서 제공하지 못하는 문제가 발생한다.
특히, 광범위한 네트워크를 포함할 수 있는 다중 홉 무선 네트워크에서는 전파 방해로 인한 전파 음영 지역이 발생하는 문제 또한 발생할 수 있다.
2.4GHz 와 5.0GHz의 주파 대역은 각각 3개와 12개의 직교 채널을 제공하여 ISM 밴드를 활용하는 다른 장치들의 전파 방해를 회피할 수 있는 요소를 가지고 있다. 해당 주파 대역을 활용하는 각 무선 단말은 네트워크 초기시 가장 전파 방해가 낮은 채널을 선택하고 고정하여, 이 채널을 통하여 전파 방해를 회피할 수 있는 특징을 가지고 있다.
반면, 네트워크 초기시 채널을 고정하는 방법은 네트워크의 상황이 변화함에 따라 해당 채널의 상황이 악화되어도, 해당 채널을 그대로 사용해야 하는 문제점이 있다. 이러한 문제가 있음에도 불구하고 2.4GHz 와 5.0GHz의 대역을 활용하는 IEEE 802.11a/b/g/n 표준은 채널의 상황에 맞추어 현재 네트워크가 활용하고 있는 채널을 적응적으로 변경해주는 알고리즘을 제공하고 있지 않다.
상기 문제를 해결하기 위하여 네트워크의 채널 상태를 수시로 감지하고, 채널 상태에 맞춰 적응적으로 효율이 높은 채널을 사용하는 알고리즘이 필요한 실정이다.
채널의 상황을 효율적으로 판단하기 위하여 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR), 패킷 전송 오류율(Packet Error Ratio, PER), 수신 신호 강도 (Received Signal Strength, RSS) 등의 물리 계층 파라미터들을 활용할 수 있다. SNR 및 PER, RSS 값은 무선 단말이 자신에게 수신 된 패킷을 성공적으로 해독한 후 얻을 수 있는 값들이다.
반면, 단일 송수신 장치만을 사용하고 있는 일반 무선 단말들이 설치된 경우, 해당 무선 단말들은 다른 채널의 상황을 인지하기 위하여 사용 중인 송수신 장치의 채널을 변경해야 하기 때문에 채널을 변경하는 순간 다른 무선 단말과의 데이터 전송이 끊기게 된다. 따라서, 다른 채널의 상황을 판단하기 위해서는 다른 무선 단말 간의 통신을 통해 측정할 수 있는 SNR, PER 및 RSS를 활용할 수 없다.
본 발명이 해결하려는 과제는 무선 단말이 사용중인 채널의 상태가 악화되었을 때 사용 가능한 채널로 변경하는 루트 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 물리 계층에서 계산 가능한 신호대잡음비와 채널 통신 여부 평가(CCA, Clear Channel Assessment) 값을 사용하여 사용 가능한 후보 채널 중 상태가 기존 채널보다 좋은 채널을 선택하여 동적으로 채널을 변경하는 루트 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 사용 가능한 채널이 다수 개가 있을 경우, 주변 무선 단말들의 채널 상황 정보를 수집하여 가장 효율적인 채널을 선택하는 루트 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 선택된 채널 정보를 모든 무선 단말에게 전달하여 네트워크 전체의 채널을 실시간적으로 변경하는 루트 단말을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 루트 단말은 복수의 무선 단말과 무선 다중 홉 네트워크를 구성하는 루트 단말로서, 현재 채널의 상태를 측정하는 제1 송수신 장치, 상기 현재 채널을 제외한 하나 이상의 후보 채널들의 채널 품질을 측정하는 제2 송수신 장치, 그리고 상기 현재 채널의 상태 및 상기 하나 이상의 후보 채널들의 채널 품질을 토대로 상기 복수의 무선 단말의 채널을 동적으로 변경하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면 상술한 바와 같이, 통신을 사용하고 있는 현재 채널의 상태를 신속하고 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 데이터를 받을 수 없어 신호대잡음비 값을 계산할 수 없는 후보 채널들의 정확한 상황 파악을 위하여 CCA 를 사용하여 측정하므로 효율적으로 모든 채널의 상태를 파악할 수 있다.
또한, 채널 변경 알고리즘을 통하여 사용 중인 채널을 효율이 더 높은 채널로 변경하게 되므로 전송률, 전송량 및 안정성 면에서 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크 환경의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 채널 요청을 하기 위한 무선 단말을 선택하는 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 요청을 하기 위한 무선 단말을 선택하는 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 단말이 후보 채널들의 CCA 감지를 위하여 채널을 변경할 경우 네트워크 상황을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 패킷을 송수신 했을 때의 무선 단말의 동작을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 루트 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 루트 단말의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 단말의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 단말의 동작을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 이동국(mobile station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(mobile terminal, MT), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장치(user equipment, UE), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile sation, HR-MS) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 고신뢰성 기지국(high reliability base sation, HR-BS) 등을 지칭할 수도 있고, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크 환경의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 네트워크 환경은 송수신 장치(100)가 두 개 이상 장착된 루트 단말(200)과 송수신 장치(100)를 한 개 장착한 복수개의 무선 단말(300) 간의 무선 다중 홉 네트워크로 구현된다.
이때, 네트워크는 타 네트워크 기기 및 재밍 기기로 인하여 통신 방해를 받을 수 있고, 이로 인하여 현재 사용 중인 채널의 상태가 악화될 수 있다고 가정한다.
루트 단말(200)은 두 개 이상의 송수신 장치(100)를 장착하여 무선 단말(300)과 다중 홉 토폴로지를 구축하여 네트워크를 형성한다. 그리고 각 무선 단말(300)은 하나의 송수신 장치(100)를 장착하여 데이터를 송수신한다.
루트 단말(200)은 두 개 이상의 송수신 장치(100) 중 하나의 송수신 장치(100)를 다른 무선 단말(300)과 데이터 통신을 위하여 사용하며, 데이터 통신을 위하여 무선 단말(300)과의 채널을 통일한다.
루트 단말(200)은 데이터 통신을 위하여 사용하는 송수신 장치(100)를 제외한 나머지 송수신 장치(100)를 이용하여 실시간으로 채널을 변경하면서 각 채널의 채널 통신 여부 평가(Clear Channel Assessmnet, 이하, CCA로 통칭함) 값을 감지한다. 여기서, CCA 값은 순수 대기 중 에너지 사용량 만을 측정하여 해당 채널의 품질을 감지할 수 있다.
무선 단말(300)은 송수신 장치(100)를 루트 단말(200)이 사용하고 있는 채널과 통일하여 데이터를 전송한다. 무선 단말(300)은 송수신 장치(100)가 하나밖에 없기 때문에 주기적인 각 채널에 대한 CCA를 감지하지 않는다.
무선 단말(300)은 채널 변경을 위해 루트 단말(200)이 요청할 경우에만 후보 채널들의 CCA를 감지하여 루트 단말(200)에게 전송한다.
이때, 무선 단말(300)이 각 채널에 대한 CCA를 감지하지 않는 이유는 CCA를 감지하기 위하여 사용 중인 채널을 변경하게 되면, 다른 무선 단말(300) 및 루트 단말(200)과의 연결이 끊어지기 때문이다. 또한, 채널이 변경된 상태에서 데이터를 송신 및 수신 할 수 없어 네트워크의 데이터 처리량이 감소되는 것을 방지하기 위함이다.
루트 단말(200)은 무선 네트워크에서 사용 중인 채널의 상태가 데이터 전송에 영향을 미칠 정도로 악화되었을 때, 이것을 감지하고 사용 가능한 채널을 인지하여 채널을 신속하게 변경할 수 있다.
루트 단말(200)은 무선 단말(300)과의 데이터 통신을 통하여 수신 받고 있는 패킷의 신호 대 잡음비를 계산할 수 있다. 루트 단말(200)은 수신한 패킷들의 신호 대 잡음비의 이동 평균을 구하여 현재 사용되고 있는 채널의 상황을 감지한다.
루트 단말(200)은 사용 가능한 모든 채널의 상황을 파악하기 위하여 하나의 송수신 장치(100)의 채널을 주기적으로 변경한다.
이때, 송수신 장치(100)는 채널을 변경할 때마다 각 채널의 CCA 값을 측정하고, 각 채널 CCA 값의 이동 평균을 구하여 기록한다.
여기서, 이동 평균은 주기적으로 감지하는 CCA 값 중에서 가장 최근에 값들만 반영하여 평균을 구하는 방식이다. 즉 모든 CCA 값 들 중에 최근 X개의 CCA 값만 반영하여 평균을 계산하며, CCA 값들이 계속 변하기 때문에 이동 평균이라고 정의된다.
그리고 주기적으로 변경하는 채널의 순서는 순환 순서 방식을 통하여 각 채널의 CCA를 공평하게 감지한다. 각 채널의 CCA 감지를 위한 순환 순서 방식은 현재 데이터를 전송하고 있는 송수신 장치(100)가 사용하고 있는 채널의 CCA 감지를 포함한다.
여기서, 모든 채널의 상황을 계산하기 위하여 CCA 값을 계산하는 이유는 CCA 값은 해당 채널에서 데이터가 송-수신 되지 않아도 계산할 수 있는 값이기 때문이다. 현재 사용 중인 채널은 수시로 데이터를 송-수신 하고 있기 때문에 대신 신호 대 잡음비를 통하여 악화 상황을 감지할 수 있다.
루트 단말(200)은 가장 최근에 수신한 패킷의 신호 대 잡음비가 이동 평균 신호 대 잡음비에 비해 임계값(SNR_Threshold) 이상으로 낮을 경우, 현재 사용 채널의 이상 발생을 판단한다. 여기서, 루트 단말(200)에서 사용하는 임계값(SNR_Threshold)은 환경 및 네트워크의 상황에 따라 가변적일 수 있는 값이다.
이때, 임계값(SNR_Threshold)이 높을 경우, 이상 발생 판단 정도가 높아져 환경에 대한 반응성이 높아진다. 또한, 임계값(SNR_Threshold)이 낮을 경우, 이상 발생 판단 정도가 낮아져 심각한 환경 문제가 발생하지 않은 이상 네트워크가 반응하지 않게 된다.
루트 단말(200)은 임계값(SNR_Threshold)을 통해 현재 사용 채널의 이상 발생을 판단할 경우, 사용 가능한 모든 후보 채널의 CCA 값을 현재 사용 중이던 채널의 CCA 값과 비교한다. 여기서, 사용 가능한 모든 후보 채널의 CCA 값과 현재 사용 중이던 채널의 CCA 값을 비교할 경우, 현재 사용 중인 채널의 CCA 값은 현재 전송 중인 데이터 트래픽의 영향도 포함한다.
만약, 후보 채널이 선정될 경우, 이 데이터 트래픽의 영향이 후보 채널에게 전가되기 때문에 현재 사용 중인 채널의 CCA 값에서 데이터 트래픽의 영향을 제외하여야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음 수학식들을 사용한다.
Figure 112018119774990-pat00001
Figure 112018119774990-pat00002
수학식 1 및 2에서 TP는 신호 대 잡음비 계산에서 이상 발생이 판단되었을 당시의 데이터 처리량 값을 의미한다.
또한, TPMax 와 TPMin는 현재 사용 중인 채널 k을 사용할 당시의 최대 및 최소 데이터 처리량 값을 의미한다.
또한, CCA(chk)은 루트 단말(200)에서 측정한 현재 CCA 값,
Figure 112018119774990-pat00003
은 채널 k를 사용 중에 TPMax 가 기록되었을 때의 CCA 값을 의미한다. 또한,
Figure 112018119774990-pat00004
은 채널 k를 사용 중에 TPMin 가 기록되었을 때의 CCA 값을 의미한다.
수학식 1을 통하여 루트 단말(200)은 데이터 처리량이 최대일 경우와 최소일 경우의 CCA 값을 구하여 데이터 전송이 CCA에 미치는 영향을 계산할 수 있다. 그리고 계산된 CCA 값은 수학식 2와 같이 루트 단말(200)이 측정한 현재 CCA 값에서 데이터 전송이 주는 영향을 제외하여 보다 정확한 CCA 값 비교를 할 수 있다.
이처럼, 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 사용 중이던 채널의 CCA 값 보다 좋은 CCA 값을 가지고 있는 후보 채널이 없을 경우, 루트 단말(200)은 현재 사용 중인 채널을 변경하지 않고 사용한다.
반면, 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 사용 중이던 채널의 CCA 값 보다 좋은 CCA 값을 가지고 있는 후보 채널이 하나 있을 경우, 루트 단말(200)은 데이터 전송을 위하여 사용하고 있는 송수신 장치의 채널을 해당 채널로 변경한다. 그리고 무선 단말(300)의 채널을 변경하기 위한 제어 패킷에 해당 채널의 정보를 포함하여 모든 무선 단말(300)에게 전송한다.
또한, 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 사용 중이던 채널의 CCA 값 보다 좋은 CCA 값을 가지고 있는 후보 채널이 다수 개 존재할 경우, 루트 단말(200)은 무선 단말(300)의 채널 상황을 파악하기 위하여 채널 요청 메시지를 전송한다. 이러한 채널 요청 메시지는 좋은 CCA 값을 가지고 있는 모든 후보 채널에 대한 정보를 포함한다.
이처럼, 루트 단말(200)은 각 무선 단말(300)이 단일 채널을 통해 데이터를 전송하는 무선 네트워크 통신 망에서 현재 사용 중인 채널에 문제가 발생하였을 때, 이 문제를 신속하게 감지하여 네트워크의 문제를 인지한다. 그리고 자신이 감지한 현재 채널의 상태 및 다른 후보 채널들의 상태를 비교하여 가장 효율이 높은 채널을 선택한다. 그리고 새로운 채널 선택 후 각 무선 단말(300)에게 이 정보를 브로드캐스트 하여 네트워크 전체를 해당 채널로 변경시킨다. 이렇게 하면, 무선 단말(300)들의 사용 중인 채널이 악화될 경우 이를 신속하게 변경하여 각 무선 단말(300)의 데이터 전송 효율 및 안정성을 유지할 수 있다.
한편, 채널 요청을 하기 위한 무선 단말(300)들을 선택하기 위하여 다음과 같은 두 가지 방법을 사용할 수 있다.
먼저, 한 가지 방법은 도 2와 같다. 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 채널 요청을 하기 위한 무선 단말을 선택하는 방법을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 데이터를 전송하던 무선 단말의 채널 상황을 우선적으로 고려하는 경우, 채널 요청 메시지의 전송을 나타낸다. 즉 루트 단말(200)이 채널을 변경하기 위하여 무선 단말(300)의 정보를 수신할 때, 정보를 수신하는 무선 단말(300)을 현재 데이터를 전송하고 있는 무선 단말(303)로 제한하였을 때의 결과를 반영한다.
이때, 임의의 무선 단말(301)은 데이터를 전송하는 하나 이상의 무선 단말(303)에게 다중 홉으로 채널 요청 메시지를 전송하고, 데이터를 전송하고 있는 단말(303)은 자신의 채널 상황을 감지하여 다중 홉으로 루트 단말(200)에게 채널 요청 메시지를 전송한다. 즉 채널 요청 메시지를 수신한 무선 단말(303)은 메시지 안에 포함된 후보 채널의 정보를 기록한 후, 각 채널의 CCA를 채널 응답 메시지에 기록하여 루트 단말(200)에게 전송한다.
또한, 다른 방법은 도 3과 같다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 요청을 하기 위한 무선 단말을 선택하는 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 루트 단말(200)과 단일 홉 거리에 존재하는 무선 단말(305)의 채널 상황을 우선적으로 고려하는 경우의 채널 요청 메시지 전송을 나타낸다. 즉 루트 단말(200)이 채널을 변경하기 위하여 무선 단말(305)의 정보를 수신할 때, 정보를 수신하는 무선 단말(305)을 루트 단말(200)에 단일 홉 거리에 존재하는 무선 단말(305)로 제한하였을 때의 결과를 반영한다.
루트 단말(200)에 근접한 무선 단말(305)의 채널 상황을 우선적으로 고려할 경우, 루트 단말(200)과 단일 홉 거리에 존재하는 무선 단말(305)들에게 단일 홉으로 채널 요청 메시지를 전송한다. 그러면, 루트 단말(200)과 단일 홉 거리에 존재하는 무선 단말(305)들은 자신의 채널 상황을 감지하여 단일 홉으로 루트 단말(200)에게 전송한다.
이때, 채널 요청 메시지를 수신한 무선 단말(305)은 채널 요청 메시지 안에 포함된 후보 채널의 정보를 기록한 후, 각 채널의 CCA를 채널 응답 메시지에 기록하여 루트 단말(200)에게 전송한다. 여기서, 각 무선 단말(305)은 채널 요청 메시지를 수신하면, 사용하고 있는 송수신 장치(100)를 채널 요청 메시지 안에 포함된 후보 채널로 변경한 후 CCA 값을 기록한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 단말이 후보 채널들의 CCA 감지를 위하여 채널을 변경할 경우 네트워크 상황을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 루트 단말(200)이 채널을 변경하기 위하여 무선 단말(307)의 정보를 수신할 때, 무선 단말(307)이 후보 채널들의 CCA를 감지하는 과정에서 채널을 변경함에 따라 이웃 무선 단말(300) 간 연결성이 끊어지는 현상을 보여주고 있다. CCA 감지시 채널을 변경하기 때문에 CCA를 감지하는 무선 단말(307)은 다른 무선 단말(300)에게 데이터를 전송할 수 없다.
다수 개의 후보 채널을 선택하여 채널 요청 메시지를 전송하고 채널 응답 메시지를 수신한 루트 단말(200)은 선택한 후보 채널 중 가장 효율이 높은 채널을 선택한다. 각 채널의 효율은 루트 단말(200)이 계산한 CCA 이동 평균 값과, 해당 무선 단말(307)이 계산한 CCA 값을 포함하여 가장 계산합이 높은 채널을 선택한다.
현재 사용하고 있는 채널을 대체할 후보 채널 중 가장 효율적인 채널을 선택한 루트 단말(200)은 데이터 전송을 위하여 사용하고 있는 송수신 장치(100)의 채널을 해당 채널로 변경하고, 무선 단말(307)의 채널을 변경하기 위한 제어 패킷에 해당 채널의 정보를 포함하여 모든 무선 단말(300)에게 전송한다.
무선 단말(307)의 채널을 변경하기 위하여 채널의 정보가 포함된 제어 패킷을 수신한 무선 단말(307)은 패킷 안에 포함된 채널 정보를 기록하고 해당 제어 패킷을 재 브로드캐스트 한다. 이때, 패킷이 브로드캐스트 된 이후 무선 단말(307)은 자신의 채널을 변경하여 루트 단말(200)과의 무선 통신을 재개한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 패킷을 송수신 했을 때의 무선 단말의 동작을 나타낸다.
이때, 루트 단말(200)에서 무선 단말(300)의 채널을 변경하기 위하여 전송하는 제어 패킷의 전송 상태를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 처음 루트 단말(200)은 변경 채널의 정보가 포함된 제어 패킷을 브로드캐스트한다. 브로드캐스트 패킷을 수신한 무선 단말(300)은 패킷 안에 포함된 채널 정보를 기록하고 해당 제어 패킷을 재 브로드캐스트 한다. 패킷이 브로드캐스트 된 이후 무선 단말(300)은 자신의 채널을 변경하여 루트 단말(200)과의 무선 통신을 재개한다.
이때, 도 5의 ①은 루트 단말(200)의 제어 패킷 전송 상태를 나타낸다. 도 5의 ②는 무선 단말(300)의 제어 패킷 수신 후, 재전송 상태를 나타낸다. 도 5의 ③은 무선 단말(300)이 제어 패킷을 전송한 후, 자신의 채널을 변경하는 상태를 나타낸다.
무선 단말(300)은 채널이 변경된 후, 데이터 전송을 재개할 수 있다. 루트 단말(200)은 채널 변경 후 하나의 송수신 장치(100)를 무선 단말(300)과 통신하는데 사용한다. 루트 단말(200)은 나머지 송수신 장치(100)를 순환 순서 방식을 통하여 각 채널의 CCA 값을 계산하는데 사용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 루트 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 루트 단말(200)은 송수신 장치(100) 및 제어부(210)를 포함한다.
여기서, 송수신 장치(100)는 제1 송수신장치(101) 및 제2 송수신장치(103)를 포함한다. 즉 루트 단말(200)은 둘 이상의 송수신 장치(101, 103)를 포함한다.
따라서, 루트 단말(200)은 다중 인터페이스 즉 둘 이상의 송수신장치(101, 103)를 사용하여 신호대잡음비(SNR) 및 CCA 값을 활용하여 현재 채널 및 다른 후보 채널들의 채널 상황을 감지한다.
이때, 제1 송수신장치(101)는 현재 채널의 신호대잡음비를 측정하여 현재 채널의 상태를 측정한다.
제2 송수신장치(103)는 하나 이상의 후보 채널들의 채널 상황을 감지한다.
제어부(210)는 무선 네트워크에서 신호대잡음비 및 CCA 값을 활용하여 현재 채널 및 다른 후보 채널들의 채널 상황을 감지한다.
이때, 제어부(210)는 현재 채널 사용의 문제 감지시 CCA 값을 비교하여 사용 가능한 후보 채널을 선택한다. 그리고 일반 무선 단말이 사용하는 채널의 CCA 값을 감지하기 위하여 채널 요청 메시지를 전송한다. 그리고 무선 단말(300) 및 루트 단말(200)의 CCA 값을 합산하여 가장 효율적인 채널을 선택한다. 그리고 선택한 채널을 무선 단말(300)에게 브로드캐스팅한다.
또한, 제어부(210)는 제1 송수신장치(101)가 측정한 현재 채널의 신호대잡음비의 이동 평균을 계산하여 기록한다.
또한, 제어부(210)는 제1 송수신장치(101)가 측정한 현재 채널의 CCA 값 및 제2 송수신장치(103)가 측정한 하나 이상의 후보 채널들의 CCA 값을 측정하여 이동 평균을 계산하여 기록한다.
또한, 제어부(210)는 제1 송수신장치(101)가 측정한 신호대잡음비를 통한 현재 채널 사용 문제가 감지되면, 계산된 CCA 값들의 이동 평균을 비교하여 현재 채널 보다 효율이 높은 채널을 후보 채널로 선정한다. 이때, 현재 채널의 CCA 값을 계산할 때, 데이터 전송이 CCA 값에 미치는 영향을 고려하여 해당 값을 제외하여 비교한다.
여기서, 제어부(210)는 CCA 값의 이동 평균을 사용하여 현재 채널 보다 효율이 높은 채널이 후보 채널로 없을 경우, 현재 채널을 유지한다. 그리고 CCA 값의 이동 평균을 사용하여 현재 채널 보다 효율이 높은 채널이 후보 채널로 하나 존재할 경우, 해당 채널로 강제 변경한다. 이때, 제어 패킷을 전송하여 모든 무선 단말(300)의 채널을 변경한다.
또한, 제어부(210)는 CCA 값들의 이동 평균을 사용하여 현재 채널보다 효율이 높은 채널이 후보 채널로 다수개 존재할 경우, 채널 요청 메시지를 송수신한다. 그리고 무선 단말(300)이 채널 요청 메시지를 수신하여 다수의 후보 채널 정보를 획득할 경우, 무선 단말(300)이 사용하고 있는 장치의 채널을 변경하여 각각 후보 채널의 CCA 값을 감지한다.
또한, 제어부(210)는 채널 요청 메시지를 송신 할 때, 데이터를 전송하고 있는 다중 홉 경로에 존재하는 무선 단말(300)에게 채널 요청 메시지를 선택적으로 전송한다.
또한, 제어부(210)는 루트 단말(300)이 송신한 제어 패킷을 수신하지 못한 무선 단말(300)이 채널 요청 메시지를 수신하여 획득한 후보 채널 정보를 검사하여 주변 무선 단말(300)이 사용하는 채널로 변경한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 루트 단말의 동작을 나타낸 순서도이며, 도 6의 제어부(210)의 동작을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 루트 단말(200)은 두 개의 인터페이스(인터페이스1, 인터페이스2)를 사용하여 모든 채널의 상태를 실시간으로 감지한다.
이때, 루트 단말(200)은 인터페이스 1(Interface 1)을 사용하여 현재 채널의 상태를 판단하고, 인터페이스 2(Interface2)를 사용하여 채널을 변경한다.
여기서, 인터페이스 1은 루트 단말(200)의 제1 송수신 장치(101)를 의미하고, 인터페이스 2는 루트 단말(200)의 제2 송수신 장치(103)를 의미한다.
먼저, 루트 단말(200)은 초기 상태(Initial State)(S101)에서 제2 송수신 장치(103)를 사용하여 순차적인 방식에 따라 채널을 변경한다(S103). 즉 라운드 로빈(Round-Robin) 방식을 이용하여 다음 채널을 선택한다.
다음, 루트 단말(200)은 S103 단계에서 채널을 변경한 후, 해당 채널의 CCA 값을 감지하여 감지된 값을 저장한다(S105). 그리고 다음 차례의 채널로 변경하여 해당 프로세스를 반복한다(S103, 105).
또한, 루트 단말(200)은 초기 상태(Initial State)(S101)에서 제1 송수신 장치(101)를 사용하여 현재 채널의 상태를 판단하기 위해 사용 중인 현재 채널의 신호대잡음비(SNR)를 주기적으로 감지한다(S107).
다음, 루트 단말(200)은 S107 단계에서 감지된 신호대잡음비(SNR)가 임의로 설정될 수 있는 임계값(SNR_Threshold)보다 작은지 판단한다(S109).
이때, 작다면, 사용 중인 현재 채널에 문제가 없음을 판단하고 특정 시간 지연(S111)후 신호대잡음비(SNR)를 재감지한다.
반면, 작지 않다면, 즉 신호대잡음비(SNR)가 임계값(SNR_Threshold)보다 클 경우, 현재 사용 중인 채널에 문제가 발생함을 감지한다. 따라서, 루트 단말(200)은 사용 가능한 모든 채널 중에서 수학식 1과 2를 통해 현재 사용중인 채널보다 품질이 높은 채널을 후보 채널로 선택한다(S113). 이때, 채널을 변경하기 위하여 제2 송수신 장치(103)를 통해 획득한 CCA 값을 참조한다.
S111 단계에서 선택된 채널의 수를 판단한다(S115).
이때, 선택된 채널이 없을 경우, 채널을 변경하지 않는다. 일정 시간 지연(S111) 후, S107 단계를 수행한다.
또한, 선택된 채널이 하나일 경우, 해당 후보 채널을 선정하여 모든 무선 단말(300)의 채널을 변경한다(S117).
또한, 선택된 채널이 하나 이상일 경우, 루트 단말(200)은 후보 채널들을 모든 무선 단말(300)에게 브로드캐스트한다(S119).
다음, 루트 단말(200)은 무선 단말(300)들에게서 정보를 획득하여 무선 단말(300)의 채널 상황을 고려하여 가장 좋은 채널을 선택하여 모든 무선 단말(300)의 채널로 결정한다(S121).
다음, 루트 단말(200)은 S121 단계에서 결정한 가장 좋은 채널로 변경할 것을 요청하는 채널 변경 메시지를 모든 무선 단말(300)에게 브로드캐스트한다(S119).
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 단말의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무선 단말(300)은 루트 단말(200)로부터 수신한 제어 패킷의 종류에 따라 행동 순서가 결정된다.
무선 단말(300)이 표준 상태(Normal State)(S201)에서 수신(S203)한 채널 적응 제어 패킷(Channel Adaptation Control Packet)이 채널 요청(Channel Request) 메시지인지 또는 채널 변경(Channel Switch) 메시지인지를 판단한다(S205).
이때, 무선 단말(300)이 채널 요청 메시지를 수신한 경우, 무선 단말(300)은 루트 단말(200)로부터 수신한 후보 채널들의 CCA 값을 감지한다(S207).
다음, 무선 단말(300)은 S207 단계에서 감지한 CCA 값을 삽입한 응답 제어 패킷을 루트 단말(200)로 전송한다(S209).
다음, 수신한 채널 요청 메시지는 이웃 노드 즉 이웃 무선 단말(300)에게 재브로드캐스팅한다(S211). 그리고, 무선 단말(300)은 제어 패킷을 수신하기 위한 준비 상태로 진입한다(S217).
한편, 무선 단말(300)이 채널 변경 메시지를 수신한 경우, 수신한 채널 변경 메시지를 이웃 무선 단말(300)에게 재브로드캐스팅한다(S213). 그리고 채널 변경 메시지에 기록된 채널로 자신의 채널을 변경(S215)한 후, 표준 상태(S201)로 돌입한다.
이처럼, 무선 단말(300)은 선택적으로 제한된 수의 채널 CCA 값만을 계산한다. 이렇게 하면, 단일 인터페이스만을 장착하고 있는 무선 단말(300)의 오버헤드를 줄일 수 있고, CCA 계산으로 인해 발생할 수 있는 통신 두절 및 채널 변경 지연 시간을 감소시키기 때문에 효율적이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 단말의 동작을 나타낸 순서도이다. 만약 무선 단말이 준비 상태로 진입한 상황에서 채널 요청 메시지를 일정 기간 동안 수신하지 못하거나, 연결성이 끊어져 일정 량 이상의 패킷을 수신하지 못할 경우를 보여주고 있다.
도 9를 참조하면, 무선 단말(300)이 준비 상태(Ready State)로 진입(S301)한 상황에서 채널 요청 메시지를 일정 기간 동안 수신하지 못하였을 경우를 나타낸다.
이때, 무선 단말(300)이 채널 변경 메시지를 수신(S303)하는 경우, 이웃 무선 단말(300)에게 재브로드캐스팅한다(S305).
다음, S303 단계에서 수신한 채널 변경 메시지에 포함된 채널 정보를 참조하여 채널을 변경(S307)한다.
다음, 데이터를 전송하기 위한 표준 상태로 진입한다(S309).
한편, 무선 단말(300)이 일정 시간 어떠한 제어 메시지도 수신하지 못하여 타이머가 만료(Timeout)(S311)하면, 도 7에서 채널 요청 메시지 및 채널 변경 메시지를 수신할 때 기록한 후보 채널을 각각 스캐닝(S313)하여 루트 단말(200) 및 이웃 무선 단말(300)이 사용하고 있는 채널을 검색한다.
다음, 무선 단말(300)은 루트 단말(200) 및 이웃 무선 단말(300)이 사용하고 있는 채널이 발견되는지 판단한다(S315).
이때, 발견되지 않으면, S313 단계를 반복한다. 즉, 루트 단말(200) 및 이웃 무선 단말(300)이 사용하고 있는 채널을 발견하지 못할 경우, 무선 단말(300)은 사용 중인 채널을 찾을 때까지 모든 채널을 검색한다.
반면, 발견되면, 무선 단말(300)은 발견된 채널로 변경한다(S317).
다음, 데이터를 전송하기 위한 표준 상태로 진입한다(S309).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. 복수의 무선 단말과 무선 다중 홉 네트워크를 구성하는 루트 단말로서,
    상기 복수의 무선 단말과 데이터를 송수신하는 현재 채널의 상태를 측정하는 제1 송수신 장치,
    상기 현재 채널을 포함한 사용 가능한 적어도 하나의 후보 채널 각각의 채널 품질을 측정하는 제2 송수신 장치, 그리고
    상기 현재 채널의 상태 및 상기 각각의 채널 품질에 기초하여 상기 현재 채널을 유지하거나 또는 상기 적어도 하나의 후보 채널 중에서 선택된 하나의 후보 채널로 상기 현재 채널을 변경하는 제어부를 포함하고,
    상기 제2 송수신 장치는,
    상기 현재 채널의 CCA(Clear Channel Assessmnet)값 및 상기 적어도 하나의 후보 채널 각각의 CCA값을 측정하고,
    상기 제어부는,
    상기 각각의 CCA값 중에서 상기 현재 채널의 CCA값보다 큰 값을 가지는 후보 채널이 없으면, 상기 현재 채널을 유지하고,
    상기 각각의 CCA값 중에서 상기 현재 채널의 CCA값보다 큰 값을 가지는 하나의 후보 채널이 존재하면, 해당하는 후보 채널로 상기 현재 채널을 변경하고,
    상기 각각의 CCA값 중에서 상기 현재 채널의 CCA값보다 큰 값을 가지는 둘 이상의 후보 채널이 존재하면, 상기 둘 이상의 후보 채널의 CCA값을 상기 복수의 무선 단말에게 요청하여 수신하고, 상기 제2 송수신 장치가 측정한 CCA값들과 상기 복수의 무선 단말로부터 수신한 CCA값들을 합산하여 가장 큰 값을 가지는 후보 채널로 상기 현재 채널을 변경하는, 루트 단말.
  2. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 현재 채널의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 임계값 보다 높을 경우 상기 현재 채널에 문제가 있다고 판단하여, 상기 현재 채널 및 상기 적어도 하나의 후보 채널 각각의 CCA값에 기초하여 상기 현재 채널을 유지할지 또는 변경할지를 결정하는, 루트 단말.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 무선 단말 중에서 상기 현재 채널로 데이터를 전송하는 적어도 하나의 무선 단말에게 상기 둘 이상의 후보 채널의 CCA값을 요청하는, 루트 단말.
  4. 제2항에서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 무선 단말 중에서 상기 루트 단말과 단일 홉(Hop) 거리에 존재하는 적어도 하나의 무선 단말에게 상기 둘 이상의 후보 채널의 CCA값을 요청하는, 루트 단말.
  5. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    변경한 채널 정보를 포함하는 채널 변경 메시지를 상기 복수의 무선 단말에게 전송하는, 루트 단말.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 송수신 장치가 측정한 CCA값들은,
    채널 별로 CCA값들의 이동 평균(Moving-Average)값이 사용되는, 루트 단말.
  7. 제1항에서,
    상기 현재 채널의 CCA값은,
    상기 현재 채널을 사용할 때 데이터 처리량 및 상기 제2 송수신 장치가 측정한 CCA값을 이용하여 계산된 값인, 루트 단말.
  8. 제7항에서,
    상기 데이터 처리량은,
    상기 현재 채널에서의 최대 데이터 처리량, 최소 데이터 처리량 및 상기 현재 채널의 SNR가 임계값보다 높다고 판단된 시점의 데이터 처리량 중에서 적어도 하나를 포함하는, 루트 단말.
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