KR102101914B1

KR102101914B1 - 분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들

Info

Publication number: KR102101914B1
Application number: KR1020157017567A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 스트라티고스
Original assignee: 코그노소스 인코포레이티드
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2020-05-29
Also published as: ES2649372T3; CN104981985B; US20170201297A1; EP2926469A1; CN104981985A; WO2014084865A1; US9065699B2; US10135499B2; US20150249486A1; EP2926469B1; US20140153674A1; EP2926469A4; KR20150092237A; JP2016506122A; US9584193B2; HK1214041A1

Abstract

본 발명은 분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 각각은 복수 개의 지리적으로 흩어져 있는 노드들 중 제1 노드로부터 데이터의 적어도 일부분을 포함하는 변조 신호들을 개별적으로 수신한다. 상기 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신될 수 있고, 상기 데이터는 제1 위치에서 제1 노드에 의해 수집 또는 발생된다. 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 변조 신호를 수신한다. 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어로서 구성되는 바와 같이, 서버는 데이터를 복원하기 위해 개별적으로 수신된 변조 신호들의 프로세싱을 수행한다. 상기 프로세싱은 변조 신호들의 복조를 포함한다.

Description

분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들{METHODS AND SYSTEMS FOR A DISTRIBUTED RADIO COMMUNICATIONS NETWORK}

관련된 출원

본 출원은 "분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들"이라는 제목의 2012년 11월 30일에 출원된 미국 특허출원번호 제13/690,602호의 이익 및 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허출원은 모든 목적들을 위해 그 전체로서 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.

본 발명의 분야

본 발명은 일반적으로 데이터의 분산된 수집용 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 특별하게는, 본 발명은 분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.

무선 센서 네트워크들(WSNs)과 같은 종래의 데이터 수집 네트워크들은 보통 저비용 및/또는 저전력이 되는 것을 목표로 하는 센서 노드들(sensor nodes)을 이용한 분산된 모니터링을 제공한다. 그러한 네트워크들의 지리적 범위는 한정되고 어떤 네트워크들은 망로 구성(mesh configuration)에서와 같이, 다수의 노드들에 걸친 멀티-홉 송신(multi-hop transmission)을 이용한다. 일부 데이터 수집 시스템들은 종종 디스에이블된 노드들(disabled nodes) 및/또는 낮은 신호-대-잡음 비율들(signal-to-noise ratios)로 인한 네트워크 장애에 직면한다. 어떤 종래의 데이터 수집 네트워크들은 또한 네트워크를 지원하기 위해 배치된 노드들의 개수, 데이터를 수집 또는 프로세싱하기 위한 특수 하드웨어(specialized hardware), 및/또는 이러한 원격 노드들의 유지/업그레이드로 인한 증가된 비용에 직면한다. 농업, 날씨 예측, 재난 관리 및 국토 안보를 포함하는 다수의 산업들에 있어서, 넓은 영역들에 걸친 환경 데이터의 실시간 수집은 핵심 인에이블러(key enabler)이다. 하지만, 망로 네트워크들, 셀룰러 및 위성을 포함하는, 존재하는 무선 기술들은 편재된 모니터링 어플리케이션들을 위한 범위를 갖지 않거나 터무니없이 고가이다.

다양한 양상들에서, 본 발명은 분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 그러한 네트워크는 편재된 무선 센서 네트워크 또는 머신 대 머신(M2M) 네트워크를 포함한다. 분산된 라디오 통신 네트워크의 어떤 실시예들은 소프트웨어 정의 라디오(SDR)를 이용해서 구현될 수 있다. SDR은 하드웨어(예를 들어, 믹싱(mixing), 필터링, 증폭, 변조(modulation)/복조(demodulation), 검출 및 코딩)에 의해 일반적으로 제공되는 기능들을 소프트웨어로 구현한다. 라디오 주파수(RF) 신호들은 아날로그-대-디지털(A/D) 및 디지털-대-아날로그(D/A) 컨버터들을 통해 디지털 도메인으로 그리고 디지털 도메인으로부터 컨버팅(converting)될 수 있다. SDR을 이용함에 의해서, 안테나에 의해 수신되는 RF 신호들은 A/D 컨버터에 의해 샘플링되기 전에 필터링 및/또는 증폭될 수 있다. 소프트웨어 어플리케이션들을 실행하는 프로세서는 A/D 컨버터로부터 샘플들을 프로세싱하고 송신된 정보를 재건(reconstruct)할 수 있다. 반대의 프로세스는 송신될 정보를 취하고 D/A 컨버터에 인가되는 송신된 파형의 샘플들을 구성한다. D/A 컨버터의 출력은 그 후에 안테나에 인가되기 전에 필터링되고 증폭된다. 디지털 또는 아날로그 주파수 컨버전(conversion) 단계들은 원하는 동작 주파수로 또는 원하는 동작 주파수로부터 샘플들을 컨버팅(convert)하기 위해 이용된다. 일부 라디오 통신 응용들에서, 안테나 및 RF 전자기기들로부터 멀리 떨어져 있는 위치에서 수신기 기능들의 일부 또는 전부를 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 일부 수신 기능들의 복잡도가 비싼 프로세싱 시스템들(예를 들어 MIMO, MISO, SIMO 응용들)을 요구할 때 발생할 수 있다. 이러한 기능들을 수신기에서 수행하는 것보다는, RF 정보의 샘플들을 수집하고 네트워크를 통해 중심 위치(예컨대, SDR 프로세싱 기능들이 위치할 수 있고 그리고/또는 다수의 라디오들/안테나들 사이에서 공유될 수 있는 그러한 중심 위치)에 상기 샘플들을 보내는 것이 유리할 수 있다.

일부 양상들에서, 그리고 본 명세서에서 개시되는 바와 같이, 어떤 SDR 피쳐들은 분산된 라디오 통신 네트워크에서 동작하는 특정 디바이스들에서 중심화되거나, 상기 특정 디바이스들에 선택적으로 할당되고, 그리고/또는 상기 특정 디바이스들에 위임될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 특정한 SDR 기능들에 대한 업데이트들은, 네트워크를 통해 이격적인 위치들에 분산되는 것 대신에, SDR 기능들을 호스팅하는 중심 디바이스(또는 디바이스들)에 관한 것일 수 있다. 그러한 업데이트들은 네트워크를 통해 송신될 수 있고, 일부 경우들에서는 무선으로 송신된다. 그러한 SDR 구성들은, 예를 들어, 모든 노드에서의 전용 하드웨어 또는 완전한(full-featured) SDR들의 설치와 비교해서, 더욱 관리가 용이한 유지 및 업데이트를 허용한다. 본 발명은 또한 전리층 전파(ionospheric propagation)와 관련된 도플러 및 다중 경로(multipath)와 같은 장애들을 해결하는 시스템들 및 방법들을 설명하며, 본 발명은 다수의 위치들에서 수신된 데이터를 조합함에 의해 통신 연결 마진(communication link margin)을 향상시킬 수 있다.

일 양상에서, 본 발명은 무선 센서 네트워크(WSNs)를 구현하기 위한 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템을 설명하고, 여기서 센서 노드들은 저비용 송신 및 수신 전자기기들, 그리고 작고 비효율적인 안테나들을 포함한다. 노드들은 온도, 습도, 또는 다른 기상 조건들, 예를 들어, 강 또는 개울의 수량 또는 수질, 또는 토양의 특질, 또는 온도, 수분 함유량, 염분 또는 다른 파라미터들과 같은, 다른 지리적 컴포넌트들과 같은 환경의 일부 양상들을 측정하는 다양한 센서들을 갖추고 있을 수 있다. 설명된 바와 같은 상기 분산된 라디오 통신 네트워크는 노드들로부터 협동 방식으로 다수의 안테나들을 이용함에 의해 노드 송신들을 수신할 수 있고, 상기 노드들의 송신들은 그렇지 않으면 단일 안테나 또는 단일 수신기에 의해서는 검출될 수 없을 것이다. 유사한 방식으로, 송신들은 어떤 하나의 게이트웨이 안테나로부터 저전력 송신들을 이용하는 한편 다수의 게이트웨이 안테나들로부터 매우 저전력의 신호들을 이용하여 네트워크로부터 노드에 보내진다. 다른 양상에서, 본 발명은 노드 송신들이 지상파 및 전리층 전파 모두가 발생할 수 있는 30 MHz 미만의 주파수들을 이용하는, 분산된 라디오 통신 네트워크의 방법을 설명한다. 전리층 전파는 수직 입사에 가까운 공간파(near vertical incidence skywave; NVIS) 또는 긴 경로의 공간파(long path skywave) 모드들을 수반한다. 분산된 안테나들의 네트워크를 이용함에 의해서, 특정한 전파 모드를 용이하게 하는 송신 노드로부터 다양한 거리들만큼 떨어져 위치할 수 있는 게이트웨이 안테나들의 분산 특성(distributed nature)으로 인해 동시에 하나 또는 다수의 노드들에 걸쳐 노드 송신들이 발생할 수 있고 수신될 수 있다.

또 다른 양상에서, 본 발명은 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 개별적으로 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 각각에 의해, 복수 개의 지리적으로 흩어져 있는 노드들(geographically-dispersed nodes) 중 제1 노드로부터 데이터의 적어도 일부분을 포함하는 변조 신호들(modulated signals)을 수신하는 것을 포함한다. 상기 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신될 수 있고, 상기 데이터는 상기 제1 위치에서 제1 노드에 의해 수집 또는 발생된다. 서버는 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이로부터 변조 신호들을 수신한다. 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어에 의해 구성되는 바와 같이, 서버는 데이터를 복원(recover)하기 위해 개별적으로 수신된 변조 신호들의 프로세싱을 수행한다. 상기 프로세싱은 상기 변조 신호들의 복조(demodulation)를 포함한다.

어떤 실시예들에서, 제1 게이트웨이는 상기 제1 게이트웨이에 의해 수신된 변조 신호들을 압축하고, 압축된 변조 신호들을 서버에 전달할 수 있다. 서버는 단일 입력 다중 출력(SIMO) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행한다. 서버는 신호 필터링, 간섭 제거, 압축 해제, 암호화, 암호화 해제, 순방향 오류 정정(FEC), 코딩, 디코딩, 빔포밍(beamforming) 및 안테나 다양성 프로세싱(antenna diversity processing) 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행한다. 일부 실시예들에서, 제1 게이트웨이, 제2 게이트웨이 및 서버는 통신 네트워크를 통해 연결된다.

일부 실시예들에서, 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나는 전리층으로부터 반사된 RF 신호들 중 하나를 수신한다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이는 제1 노드로부터의 직접 경로, 지상파 경로, 및 전리층 반사 중 적어도 2개를 통해 송신된 RF신호들로서 변조 신호들을 수신한다. 제1 노드는 저전력의, 3 MHz와 30MHz 사이의 RF 신호를 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 10 킬로미터를 초과하는 송신 경로를 거쳐 송신한다. 서버는 변조 신호들의 조합에 대해 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 개별적으로 수신된 변조 신호들을 시간에 대해 동기화시킨다. 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 수신된 변조 신호들로부터 간섭 신호들(interfering signals)을 식별할 수 있고 제거할 수 있다.

또 다른 양상에서, 본 발명은 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 복수 개의 지리적으로 흩어진 노드들 중 제1 노드를 포함한다. 제1 노드는 제1 위치에서 데이터를 수집하거나 발생시킨다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이는 제1 노드로부터의 데이터의 적어도 일부분을 포함하는 변조 신호들을 개별적으로 수신한다. 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신된다. 어떤 실시예들에서, 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 변조 신호들을 수신한다. 서버는 데이터를 복원하기 위해 개별적으로 수신된 변조 신호들의 프로세싱을 수행하도록 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어에 의해 구성된다. 상기 프로세싱은 변조 신호들의 복조를 포함한다.

일부 실시예들에서, 제1 게이트웨이는 상기 제1 게이트웨이에 의해 수신된 변조 신호들을 압축하고, 상기 압축된 변조 신호들을 서버에 전달한다. 상기 서버는 단일 입력 다중 출력(SIMO) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행하기 위해 SDR 소프트웨어에 의해 구성된다. 어떤 실시예들에서, 제1 게이트웨이, 제2 게이트웨이 및 서버는 통신 네트워크에 의해 연결된다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나는 전리층으로부터 반사된 RF 신호들 중 하나를 수신한다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이는 제1 노드로부터의 직접 경로, 지상파 경로, 및 전리층 반사 중 적어도 2개를 통해 송신된 RF 신호들로서 변조 신호들을 수신한다.

어떤 실시예들에서, 제1 노드는 10 킬로미터를 초과하는 송신 경로를 거쳐 저전력의, 3 내지 30 메가헤르츠(MHz 또는 메가-헤르츠) 사이의 RF 신호를 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 송신한다. 서버는 신호 필터링, 간섭 제거, 압축 해제, 암호화, 암호화 해제, 순방향 오류 정정(FEC), 코딩, 디코딩, 빔포밍 및 안테나 다양성 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 변조 신호들의 프로세싱을 수행한다. 서버는 변조 신호들의 조합을 위해 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 개별적으로 수신된 변조 신호들을 시간에 대해 동기화시킨다. 일부 실시예들에서, 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 수신된 변조 신호들로부터 간섭 신호들을 식별 및 제거한다.

본 발명의 전술한 그리고 기타의 오브젝트들, 양상들, 피쳐들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 고려되는 다음의 상세한 설명을 참조함에 의해 더 명백해지고 잘 이해될 것이고, 첨부 도면들은:
도 1a는 원격 머신들과 통신하는 클라이언트 머신들(client machines)을 포함하는 네트워크 환경의 실시예를 묘사하는 블럭도이다.
도 1b 및 1c는 본 명세서에서 설명되는 방법들 및 시스템들과 함께 유용한 컴퓨팅 디바이스들의 실시예들을 묘사하는 블럭도들이다.
도 2a는 분산된 라디오 통신 네트워크의 실시예를 설명하는 블럭도이다.
도 2b는 다수의 게이트웨이들로부터 신호들을 조합하기 위해 적용되는 일부 단계들의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 2c는 간섭 신호들의 영향들을 제거하기 위해 적용되는 일부 단계들의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 2d는 무선 센서 노드의 일 실시예를 묘사하는 블럭도이다.
도 2e는 무선 센서 노드의 다른 실시예를 묘사하는 블럭도이다.
도 2f 및 2g는 노드 송신들을 수신 및 프로세싱하기 위한 게이트웨이의 실시예들의 블럭도들이다.
도 2h는 SDR 서버의 일 실시예의 블럭도를 묘사한다.
도 2i는 최종 사용자 어플리케이션(end-user application)에 대한 데이터 흐름도의 일 실시예를 묘사한다.
도 2j는 분산된 라디오 통신 네트워크의 방법에 대한 흐름도의 일 실시예를 묘사하는 블럭도이다.

아래의 다양한 실시예들의 설명을 읽기 위한 목적을 위해, 본 명세서 및 본 명세서의 각각의 컨텐츠들의 섹션들의 다음의 설명은 도움이 될 것이다:

- 섹션 A는 본 명세서에서 설명된 실시예들을 구현하기 위해 유용한 네트워크 환경 및 컴퓨팅 환경을 설명한다; 그리고

- 섹션 B는 분산된 라디오 통신 네트워크용 방법들 및 장치들의 실시예들을 설명한다.

A. 컴퓨팅 및 네트워크 환경

본 발명의 구체적인 실시예들을 논의하기에 앞서서, 동작 환경뿐만 아니라 본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들과 관련된 시스템 컴포넌트들(예를 들어, 하드웨어 소자들)의 양상들을 설명하는 것은 도움이 될 수 있다. 도 1a를 참조하면, 네트워크 환경의 일 실시예가 묘사된다. 간단한 개관으로서, 네트워크 환경은 하나 이상의 네트워크들(104)을 통해 하나 이상의 서버들(106a-106n)(또한 일반적으로 서버(들)(106), 노드(106) 또는 원격 머신(들)(106)로 언급됨)과 통신하는 하나 이상의 클라이언트들(101a-101n)(또한 일반적으로 로컬 머신(들)(101), 클라이언트(들)(101), 클라이언트 노드(들)(101), 클라이언트 머신(들)(101), 클라이언트 컴퓨터(들)(101), 클라이언트 디바이스(들)(101), 종점(들)(101), 종점 노드(들)(101)로 언급됨)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 클라이언트(101)는 서버에 의해 제공되는 자원들에 대한 액세스(access)를 구하는 클라이언트 노드와 다른 클라이언트들(101a-101n)에 대한 호스팅된 자원들에 대한 액세스를 제공하는 서버 둘 모두로서 기능하는 능력을 갖는다.

비록 도 1a는 클라이언트들(101)과 서버들(106) 사이의 네트워크(104)를 도시하지만, 상기 클라이언트들(101)과 상기 서버들(106)은 동일 네트워크(104)상에 있을 수 있다. 상기 네트워크(104)는 회사 인트라넷과 같은 로컬 영역 네트워크(LAN), 대도시 영역 네트워크(MAN), 인터넷 또는 월드 와이드 웹과 같은 광역 네트워크(WAN)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 클라이언트들(101)과 서버들(106) 사이에 다수의 네트워크들(104)이 있다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 네트워크(104')(미도시)는 사설 네트워크일 수 있고 네트워크(104)는 공중 네트워크일 수 있다. 이러한 실시예들과 다른 실시예에서, 네트워크(104)는 사설 네트워크일 수 있고 네트워크(104')는 공중 네트워크일 수 있다. 이러한 실시예들과 또 다른 실시예에서, 네트워크들(104 및 104')은 둘 모두 사설 네트워크들일 수 있다.

네트워크(104)는 어떤 유형 및/또는 형태의 네트워크일 수 있고 다음 중 어느 것을 포함한다: 점대점 네트워크(point-to-point network), 방송 네트워크, 광역 네트워크, 로컬 영역 네트워크, 원격통신 네트워크, 데이터통신 네트워크, 컴퓨터 네트워크, 비동기화 전달 모드(ATM) 네트워크, 동기화 광학 네트워크(SONET), 동기화 디지털 계층(SDH) 네트워크, 무선 네트워크 및 유선 네트워크. 일부 실시예들에서, 네트워크(104)는 적외선 채널 또는 위성 대역과 같은 무선 링크를 포함한다. 네트워크(104)의 토폴로지(topology)는 버스, 스타 또는 링 네트워크 토폴로지이다. 네트워크(104)는 본 명세서에서 설명된 동작들을 지원할 수 있는 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이 그러한 네트워크 토폴로지로 구성된다. 네트워크는 AMPS, TDMA, CDMA, GSM, GPRS , UMTS, WiMAX, 3G 또는 4G를 포함하는 모바일 디바이스들 사이에 통신하기 위해 사용되는 어떤 프로토콜(들) 또는 표준(들)을 활용하는 모바일 전화 네트워크들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 서로 다른 유형들의 데이터는 서로 다른 프로토콜들을 통해 송신된다. 다른 실시예들에서, 동일한 유형들의 데이터는 서로 다른 프로토콜들을 통해 송신된다.

일부 실시예들에서, 시스템은 다수의, 논리적으로 그룹화된 서버들(106)을 포함한다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 서버들의 논리적 그룹은 서버 팜(server farm)(38) 또는 머신 팜(machine farm)(38)으로 언급된다. 이러한 실시예들과 다른 실시예에서, 서버들(106)은 지리적으로 흩어져 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 머신 팜(38)은 단일 엔티티로서 관리된다. 또 다른 실시예들에서, 머신 팜(38)은 복수 개의 머신 팜들(38)을 포함한다. 머신 팜(38) 각각 내의 서버들(106)은 여러 다른 종류들로 이뤄진다(heterogeneous) - 하나 이상의 서버들(106) 또는 머신들(106)은 운영 체제 플랫폼(예를 들어, 워싱턴 레드몬드의 마이크로소프트 코포레이션에 의해 제작된 WINDOWS) 중 한 유형에 따라 동작하는 반면에, 하나 이상의 다른 서버들(106)은 다른 유형의 운영 체제 플랫폼(예를 들어, Unix 또는 Linux)에 따라 동작할 수 있다.

일 실시예에서, 머신 팜(38)에서의 서버들(106)은 관련된 저장 시스템들과 함께 고밀도 랙 시스템들(rack systems)에 저장되고, 엔터프라이즈 데이터 센터(enterprise data center)에 위치된다. 이 실시예에서, 이러한 방식으로 서버들(106)을 통합하는 것은 서버들(106) 및 고성능 저장 시스템들을 로컬화된 고성능 네트워크들 상에 위치시킴에 의해서 시스템 관리가능성, 데이터 보안, 시스템의 물리적 보안 및 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 서버들(106) 및 저장 시스템들을 중심화(centralize)하고 이들을 고급 시스템 관리 도구들과 결합하는 것은 서버 자원들의 더 효율적인 사용을 허용한다.

머신 팜(38) 각각의 서버들(106)은 반드시 동일한 머신 팜(38)의 다른 서버(106)에 물리적으로 근접할 필요는 없다. 그러므로, 머신 팜(38)으로서 논리적으로 그룹화된 서버들(106)의 그룹은 광역 네트워크(WAN) 연결 또는 대도시 영역 네트워크(MAN) 연결을 이용해서 상호연결될 수 있다. 예를 들어, 머신 팜(38)은 서로 다른 대륙들 또는 대륙, 국가, 주, 도시, 캠퍼스, 또는 방의 서로 다른 지역들에 물리적으로 위치된 서버들(106)을 포함한다. 만약 서버들(106)이 로컬 영역 네트워크(LAN) 연결 또는 어떤 형태의 직접 연결을 이용해서 연결된다면, 머신 팜(38)에서 서버들(106) 간의 데이터 송신 속도들이 증가될 수 있다. 추가적으로, 여러 다른 종류들로 이뤄진 머신 팜(38)은 한 유형의 운영 체제에 따라 동작하는 하나 이상의 서버들(106)을 포함하는 반면에, 하나 이상의 다른 서버들(106)은 운영 체제들보다는 하나 이상의 유형들의 하이퍼바이저들(hypervisors)을 실행한다. 이러한 실시예들에서, 하이퍼바이저들은 가상 하드웨어를 에뮬레이트(emulate)하고, 물리적 하드웨어를 파티션(partition)하고, 물리적 하드웨어를 가상화(virtualize)하며, 그리고 컴퓨팅 환경에 대한 액세스를 제공하는 가상 머신들을 실행하기 위해 사용된다. 하이퍼바이저들은 캘리포니아, 팔로 알토의 VMWare 인코포레이티드에 의해 제작된 하이퍼바이저들; Citrix 시스템즈 인코포레이티드가 개발을 감독하는 오픈 소스 제품인 Xen 하이퍼바이저; 마이크로소프트 등에 의해 제공되는 VirtualServer 또는 가상 PC 하이퍼바이저들을 포함한다.

머신 팜(38)을 관리하기 위해서는, 머신 팜(38)에서의 서버들(106)의 성능의 적어도 일 양상이 모니터링되어야 한다. 전형적으로, 서버(106) 각각에 놓인 부하(load) 또는 서버(106) 각각 상에서 실행중인 세션들의 상태가 모니터링 된다. 일부 실시예들에서, 중심화된 서비스(centralized service)는 머신 팜(38)을 위한 관리를 제공한다. 상기 중심화된 서비스는 복수 개의 서버들(106)에 관한 정보를 수집 및 저장하고, 서버들(106)에 의해 호스팅된 자원들에 대한 액세스를 위한 요청들에 응답하며, 그리고 클라이언트 머신들(101)과 서버들(106) 사이의 연결들의 설정(establishment)을 인에이블(enable)한다.

머신 팜(38)의 관리는 분산될(de-centralized) 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 서버들(106)은 머신 팜(38)을 위한 하나 이상의 관리 서비스들을 지원하기 위한 컴포넌트들, 서브시스템들 및 모듈들을 포함한다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 페일오버(failover), 데이터 복제, 및 머신 팜(38)의 로버스트니스(robustness)를 증가시키는 것을 핸들링하는 기법들을 포함해서 하나 이상의 서버들(106)은 동적 데이터의 관리를 위한 기능성을 제공한다. 서버(106) 각각은 영속적 저장소(persistent store)와 통신하고, 일부 실시예에서는, 동적 저장소(dynamic store)와 통신한다.

서버(106)는 파일 서버, 어플리케이션 서버, 웹 서버, 프록시 서버, 기기, 네트워크 기기, 게이트웨이, 게이트웨이, 게이트웨이 서버, 가상화 서버(virtualization server), 배치 서버(deployment server), SSL VPN 서버, 또는 방화벽일 수 있다. 일 실시예에서, 서버(106)는 원격 머신 또는 노드로 언급된다. 다른 실시예에서, 복수 개의 노드들(290)은 어떤 2개의 통신하는 서버들 사이의 경로에 있을 수 있다.

일 실시예에서, 서버(106)는 웹 서버의 기능성을 제공한다. 다른 실시예에서, 서버(106a)는 클라이언트(101)로부터 요청들을 수신하고, 상기 요청들을 제2 서버(206b)에 포워딩하며, 상기 서버(106b)로부터의 상기 요청에 대한 응답으로 클라이언트(101)에 의한 상기 요청에 응답한다. 또 다른 실시예에서, 서버(106)는 상기 클라이언트(101)에 대해 이용가능한 어플리케이션들의 열거(enumeration) 및 어플리케이션의 열거에 의해 식별된 어플리케이션을 호스팅하는 서버(106')와 관련된 어드레스 정보를 획득한다. 또 다른 실시예에서, 서버(106)는 웹 인터페이스를 이용해서 클라이언트(101)에 상기 요청에 대한 응답을 제시한다. 일 실시예에서, 클라이언트(101)는 상기 식별된 어플리케이션에 액세스하기 위해 서버(106)와 직접 통신한다. 다른 실시예에서, 클라이언트(101)는 디스플레이 데이터와 같은, 서버(106) 상의 식별된 어플리케이션의 실행에 의해 발생되는 출력 데이터를 수신한다.

클라이언트(101) 및 서버(106)는 어떤 유형 및 형태의 네트워크상에서 통신하고 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행할 수 있는 컴퓨터, 네트워크 디바이스 또는 기기와 같은 어떤 유형 및 형태의 컴퓨팅 디바이스로서 배치되고 그리고/또는 이들 상에서 실행될 수 있다. 도 1b 및 1c는 클라이언트(101) 또는 서버(106)의 실시예를 실행하는 데 유용한 컴퓨팅 디바이스(100)의 블럭도들을 묘사한다. 도 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(100) 각각은 중앙 프로세싱 유닛(121), 주 메모리 유닛(122)을 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(100)는 저장 디바이스(128), 설치 디바이스(116), 네트워크 인터페이스(118), 입/출력 제어기(123), 디스플레이 디바이스들(124a-101n), 키보드(126) 및 마우스와 같은 포인팅 디바이스(127)를 포함한다. 저장 디바이스(128)는 운영 체제, 소프트웨어, 수요측 플랫폼(120)의 소프트웨어를 포함한다(이에 한정되지 않음). 도 1c에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(100) 각각은 중앙 프로세싱 유닛(121)과 통신하는 메모리 포트(103), 브릿지(170), 하나 이상의 입/출력 디바이스들(130a-130n)(일반적으로 참조 번호 130을 이용해서 언급됨), 그리고 캐시 메모리(140)와 같은 추가적인 선택적 소자들을 포함한다.

중앙 프로세싱 유닛(121)은 주 메모리 유닛(122)으로부터 페치(fetch)된 명령들에 대해 응답하고 상기 명령들을 프로세싱하는 어떤 논리 회로망이다. 많은 실시예들에서, 중앙 프로세싱 유닛(121)은 캘리포니아 마운틴뷰의 인텔 코포레이션에 의해 제작된 것; 일리노이 슈암버그의 모토로라 코포레이션에 의해 제작된 것; 뉴욕 화이트 플레인즈의 인터내셔널 비즈니스 머신즈에 의해 제작된 것; 또는 캘리포니아 써니베일의 어드밴스드 마이크로 디바이시즈에 의해 제작된 것과 같은 마이크로프로세서 유닛에 의해 제공된다. 컴퓨팅 디바이스(100)는 이러한 프로세서들 중 어떤 프로세서, 또는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 동작할 수 있는 어떤 다른 프로세서에 기초할 수 있다.

주 메모리 유닛(122)은 데이터를 저장하고, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 버스트 SRAM 또는 싱크버스트 SRAM(BSRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 패스트 페이지 모드 DRAM(FPM DRAM), 인핸스드 DRAM(EDRAM), 연장 데이터출력 RAM(EDO RAM), 연장 데이터출력 DRAM(EDO DRAM), 버스트 연장 데이터 출력 DRAM(BEDO DRAM), 인핸스드 DRAM(EDRAM), 동기화 DRAM(SDRAM) JEDEC SRAM, PC100 SDRAM, 더블 데이터 레이트 SDRAM(DDR SDRAM), 인핸스드 SDRAM(ESDRAM), 싱크링크 DRAM(SLDRAM), 다이렉트람버스 DRAM(DRDRAM), 강유전성 RAM(FRAM), NAND 플래시, NOR 플래시 및 솔리드스테이트 드라이브들(SSD)과 같은 마이크로프로세서(121)에 의해 어떤 저장 위치가 직접 액세스 되는 것을 허용하는 하나 이상의 메모리 칩이다. 주 메모리(122)는 위에 설명된 메모리 칩들 중 어떤 것, 또는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 동작할 수 있는 어떤 다른 이용가능한 메모리 칩들에 기초한다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 프로세서(121)는 시스템 버스(150)(아래에 더 상세히 설명됨)를 통해 주 메모리(122)와 통신한다. 도 1c는 프로세서가 메모리 포트(103)를 통해 주 메모리(122)와 직접 통신하는 컴퓨팅 디바이스(100)의 일 실시예를 도시한다. 예를 들어, 도 1c에서 주 메모리(122)는 DRDRAM일 수 있다.

도 1c는 주 프로세서(121)가 종종 후측 버스(backside bus)라고 언급되는 2차 버스를 통해 캐시 메모리(140)와 직접 통신하는 일 실시예를 묘사한다. 다른 실시예들에서, 주 프로세서(121)는 시스템 버스(150)를 이용해서 캐시 메모리(140)와 통신한다. 캐시 메모리(140)는 전형적으로 주 메모리(122)보다 빠른 응답 시간을 갖고 전형적으로 SRAM, BSRAM, 또는 EDRAM에 의해 제공된다. 도 1c에 도시된 실시예에서, 프로세서(121)는 로컬 시스템 버스(150)를 통해 다양한 입/출력 디바이스들(130)과 통신한다. 중앙 프로세싱 유닛(121)을 VESA VL 버스, ISA 버스, EISA 버스, 마이크로채널 아키텍처(MCA) 버스, PCI 버스, PCI-X 버스, PCI-익스프레스 버스, 또는 누버스(NuBus)를 포함하는 입/출력 디바이스들(130) 중 어떤 디바이스에 연결하기 위해 다양한 버스들이 사용된다. 입/출력 디바이스가 비디오 디스플레이(124)인 실시예들에 대해, 프로세서(121)는 디스플레이(124)와 통신하기 위해 어드밴스드 그래픽스 포트(AGP)를 이용한다. 도 1c는 주 프로세서(121)가 예를 들어 HYPERTRANSPORT, RAPIDIO, 또는 INFINIBAND 통신 기술을 통해 입/출력 디바이스(130b)와 직접 통신하는 컴퓨터(100)의 일 실시예를 묘사한다. 도 1c는 또한 로컬 버스들 및 직접 통신들이 섞인 실시예를 묘사한다: 프로세서(121)는 입/출력 디바이스(130b)와 직접 통신하는 동안, 로컬 상호연결 버스를 이용해서 입/출력 디바이스들(130a)과 통신한다.

컴퓨팅 디바이스(100)에서 매우 다양한 입/출력 디바이스들(130a-130n)이 있을 수 있다. 입력 디바이스들은 키보드들, 마우스들, 트랙패드들, 트랙볼들, 마이크로폰들, 다이얼들, 터치패드들 및 드로잉 태블릿들을 포함한다. 출력 디바이스들은 비디오 디스플레이들, 스피커들, 잉크젯 프린터들, 레이저 프린터들, 프로젝터들 및 염료 승화 프린터들(dye-sublimation printers)을 포함한다. 상기 입/출력 디바이스들은 도 1b에 도시된 바와 같이 입/출력 제어기(123)에 의해 제어된다. 상기 입/출력 제어기는 키보드(126) 및 마우스 또는 광학 펜과 같은 포인팅 디바이스(127)와 같은 하나 이상의 입/출력 디바이스들을 제어한다. 더욱이, 입/출력 디바이스는 컴퓨팅 디바이스(100)용 저장소 및/또는 설치 매체(116) 또한 제공한다. 또 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 캘리포니아 로스알라미토스의 트윈테크인더스트리 인코포레이티드에 의해 제작된 디바이스들의 USB 플래시 구동 라인과 같은 핸드헬드 USB 저장 디바이스들을 수신하기 위한 USB 연결들(미도시)을 제공한다.

도 1b를 다시 참조하면, 컴퓨팅 디바이스(100)는 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, CD-R/RW 드라이브, DVD-ROM 드라이브, 플래시 메모리 드라이브, 다양한 포맷들의 테이프 드라이브들, USB 디바이스, 하드 드라이브 또는 소프트웨어 및 프로그램들을 설치하기에 적합한 어떤 다른 디바이스와 같은 어떤 적합한 설치 디바이스(116)를 지원한다. 컴퓨팅 디바이스(100)는 하나 이상의 하드 디스크 드라이브들 또는 독립적인 디스크들의 리던던트 어레이들(redundant arrays)과 같은, 운영 체제 및 다른 관련 소프트웨어들을 저장하고 수요측 플랫폼에 대한 소프트웨어(120)와 관련된 어떤 프로그램과 같은 어플리케이션 소프트웨어 프로그램을 저장하기 위한 저장 디바이스를 더 포함한다. 선택적으로, 설치 디바이스들(116) 중 어떤 것도 저장 디바이스로서 사용될 수 있다. 추가적으로, 운영 체제 및 소프트웨어는 부팅 가능한 매체, 예를 들어, 부팅 가능한 CD로부터 실행될 수 있다.

더욱이, 컴퓨팅 디바이스(100)는 표준 전화 라인들, LAN 또는 WAN 링크들(예를 들어, 802.11, T1, T3, 56kb, X.25, SNA, DECNET 등), 광대역 연결들(예를 들어, ISDN, 프레임 릴레이, ATM, 기가비트 이더넷, 이더넷-오버-SONET), 무선 연결들, 또는 위의 것들의 일부 또는 전부의 어떤 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 다양한 연결들을 통해 네트워크(104)에 인터페이스(interface)하기 위한 네트워크 인터페이스(118)를 포함한다. 연결들은 다양한 통신 프로토콜들(예를 들어, TCP/IP, IPX, SPX, NetBIOS, 이더넷, ARCNET, SONET, SDH, 광섬유 분산 데이터 인터페이스(FDDI), RS232, IEEE 802.11, IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, CDMA, GSM, WiMax 및 직접 비동기화 연결들 등)을 이용해서 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 보안 소켓 레이어(SSL), 또는 수송 레이어 보안(TLS), 또는 플로리다 포트 로더데일의 사이트릭스 시스템즈, 인코포레이티드에 의해 제작된 사이트릭스 게이트웨이 프로토콜과 같은 어떤 유형 및/또는 형태의 게이트웨이 또는 터널링 프로토콜을 통해 다른 컴퓨팅 디바이스들(100')과 통신한다. 네트워크 인터페이스(118)는 통신 가능한 어떤 유형의 네트워크에 컴퓨팅 디바이스(100)를 인터페이스하고 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행하기에 적합한 내장 네트워크 어댑터, 네트워크 인터페이스 카드, PCMCIA 네트워크 카드, 카드 버스 네트워크 어댑터, 무선 네트워크 어댑터, USB 네트워크 어댑터, 모뎀 또는 어떤 다른 디바이스를 포함한다.

일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 다수의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)을 포함하거나 상기 디스플레이 디바이스들에 연결되고, 상기 디스플레이 디바이스들 각각은 동일하거나 다른 유형 및/또는 형태일 수 있다. 그와 같이, 입/출력 디바이스들(130a-130n) 및/또는 입/출력 제어기(123) 중 어떤 것은 컴퓨팅 디바이스(100)에 의한 다수의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)의 연결 및 사용을 지원하거나, 인에이블하거나, 또는 제공하는 적합한 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 어떤 유형 및/또는 형태를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(100)는 디스플레이 디바이스들(124a-124n)과 인터페이스하기거나, 이들과 통신하거나, 이들을 연결하거나 혹은 그렇지 않으면 이들을 사용하기 위해 어떤 유형 및/또는 형태의 비디오 어댑터, 비디오 카드, 드라이버 및/또는 라이브러리를 포함한다. 일 실시예에서, 비디오 어댑터는 다수의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)과 인터페이스하기 위해 다수의 커넥터들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 다수의 비디오 어댑터들을 포함하고, 비디오 어댑터 각각은 하나 이상의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)의 운영 체제의 어떤 부분은 다수의 디스플레이들(124a-124n)을 사용하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)은 예를 들어, 네트워크를 통해 컴퓨팅 디바이스(100)에 연결된 컴퓨팅 디바이스들(100a 및 100b)과 같은, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 디바이스들에 의해 제공된다. 이러한 실시예들은 컴퓨팅 디바이스(100)를 위한 제2 디스플레이 디바이스(124a)로서 다른 컴퓨터의 디스플레이 디바이스를 사용하도록 설계되고 구성된 어떤 유형의 소프트웨어를 포함한다. 통상의 기술자는 컴퓨팅 디바이스(100)가 다수의 디스플레이 디바이스들(124a-124n)을 갖도록 구성될 수 있는 다양한 방식들 및 실시예들을 인식하고 이해할 것이다.

추가적인 실시예들에서, 입/출력 디바이스(130)는 USB 버스, 애플 데스크탑 버스, RS-232 시리얼 연결, SCSI 버스, FireWire 버스, FireWire 800 버스, 이더넷 버스, AppleTalk 버스, 기가비트 이더넷 버스, 비동기화 전달 모드 버스, FibreChannel 버스, 시리얼 부착 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스 버스, 또는 HDMI 버스와 같은, 시스템 버스(150)와 외부 통신 버스간의 브릿지일 수 있다.

도 1b 및 1c에 묘사된 부류의 컴퓨팅 디바이스(100)는 운영 체제들의 제어 하에서 전형적으로 동작하고, 상기 운영 체제들은 태스크들의 스케줄링 및 시스템 자원들에 대한 액세스를 제어한다. 컴퓨팅 디바이스(100)는 MICROSOFT WINDOWS 운영 체제들의 버전들 중 어떤 버전, Unix 및 Linux 운영 체제들의 다른 릴리즈들(releases), 매킨토시 컴퓨터들을 위한 MAC OS의 어떤 버전, 어떤 임베드 된 운영 체제, 어떤 실시간 운영 체제, 어떤 오픈 소스 운영 체제, 어떤 등록 상표가 붙은 운영 체제, 모바일 컴퓨팅 디바이스들을 위한 어떤 운영 체제들, 또는 컴퓨팅 디바이스상에서 실행되고 본 명세서에서 설명되는 동작들을 수행할 수 있는 어떤 다른 운영 체제와 같은 어떤 운영 체제를 실행중일 수 있다. 전형적인 운영 체제들은 구글 인코포레이티드에 의해 제작된 안드로이드; 워싱턴, 레드몬드의 마이크로소프트 코포레이션에 의해 제작된 WINDOWS 7 및 8; 캘리포니아 쿠퍼티노의 애플 컴퓨터에 의해 제작된 MAC OS, 리서치 인 모션(RIM)에 의해 제작된 WebOS; 뉴욕 아몽크의 인터내셔널 비즈니스 머신즈에 의해 제작된 OS/2; 및 유타, 솔트레이크 시티의 칼데라 코포레이션에 의해 배포된 자유롭게 이용가능한 운영 체제인 리눅스, 또는 기타 중에서 어떤 유형 및/또는 형태의 Unix 운영 체제를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다.

컴퓨터 시스템(100)은 어떤 워크스테이션, 전화, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 또는 노트북 컴퓨터, 서버, 핸드헬드 컴퓨터, 모바일 전화 또는 다른 휴대 가능한 원격통신 디바이스, 미디어 플레잉 디바이스, 게이밍 시스템, 모바일 컴퓨팅 디바이스, 또는 통신을 할 수 있는 다른 유형 및/또는 형태의 컴퓨팅, 원격통신 또는 미디어 디바이스일 수 있다. 상기 컴퓨터 시스템(100)은 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행하기 위한 충분한 프로세서 능력 및 메모리 용량을 갖는다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(100)은 캘리포니아 쿠퍼티노의 애플 컴퓨터에 의해 제작된 디바이스들 중 IPAD 또는 IPOD 패밀리의 디바이스, 일본 도쿄의 소니 코포레이션에 의해 제작된 디바이스들 중 PLAYSTATION 패밀리의 디바이스, 일본 교토의 닌텐도 코포레이션 리미티드에 의해 제작된 디바이스들 중 NINTENDO/Wii 패밀리의 디바이스, 또는 워싱턴 레드몬드의 마이크로소프트 코포레이션에 의해 제작된 XBOX 디바이스를 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 컴퓨팅 디바이스(100)는 디바이스와 일관되는 서로 다른 프로세서들, 운영 체제들 및 입력 디바이스들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 스마트 폰, 모바일 디바이스, 태블릿 또는 퍼스널 디지털 어시스턴트이다. 또 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 안드로이드에 기초한 모바일 디바이스, 캘리포니아 쿠퍼티노의 애플 컴퓨터에 의해 제작된 iPhone 스마트 폰, 또는 리서치 인 모션 리미티드에 의해 제작된 디바이스들과 같은 블랙베리 핸드헬드 또는 스마트 폰이다. 더욱이, 컴퓨팅 디바이스(100)는 어떤 워크스테이션, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 또는 노트북 컴퓨터, 서버, 핸드헬드 컴퓨터, 모바일 전화, 어떤 다른 컴퓨터, 또는 통신을 할 수 있고 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행하기 위한 충분한 프로세서 능력 및 메모리 용량을 갖는 다른 형태의 컴퓨팅 또는 원격통신 디바이스일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 컴퓨팅 디바이스(100)는 디지털 오디오 플레이어이다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 상기 컴퓨팅 디바이스(100)는 캘리포니아 쿠퍼티노의 애플 컴퓨터에 의해 제작된 Apple IPAD와 같은 태블릿, 또는 Apple IPAD 라인의 디바이스들과 같은 디지털 오디오 플레이어이다. 이러한 실시예들 중 다른 하나에서, 디지털 오디오 플레이어는 휴대용 미디어 플레이어와 대량 저장 디바이스 둘 모두로 기능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 컴퓨팅 디바이스(100)는 MP3 플레이어와 같은 디지털 오디오 플레이어이다. 또 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(100)는 MP3, WAV, M4A/AAC, WMA 프로텍티드 AAC, AIFF, 들을 수 있는 오디오북, 애플 무손실 오디오 파일 포맷들 및 .mov, .m4v, 및 .mp4 MPEG-4 (H.264/MPEG-4 AVC) 비디오 파일 포맷들을 포함하나 이에 한정되지는 않는 파일 포맷들을 지원하는 휴대용 미디어 플레이어 또는 디지털 오디오 플레이어이다.

일부 실시예들에서, 통신 디바이스(101)는 디지털 오디오 플레이어 또는 휴대용 미디어 플레이어와 조합된 모바일폰과 같은 디바이스들의 조합을 포함한다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 통신 디바이스(101)는 예를 들어, 애플 컴퓨터에 의해 제작된 iPhone, 또는 리서치 인 모션 리미티드에 의해 제작된 블랙베리 디바이스와 같은 스마트폰이다. 또 다른 실시예에서, 상기 통신 디바이스(101)는 웹 브라우저, 전화 헤드셋과 같은, 마이크로폰 및 스피커 시스템을 구비한 랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터이다. 이러한 실시예들에서, 통신 디바이스들(101)은 웹에 의해 인에이블되며 전화 통화들을 수신 및 시작할 수 있다.

일부 실시예들에서, 네트워크(104)에서의 하나 이상의 머신들(101, 106)의 상태는 일반적으로 네트워크 관리의 부분으로서 모니터링 된다. 이러한 실시예들 중 하나에서, 머신의 상태는 부하 정보(load information)(예를 들어, 머신 상의 프로세스들의 개수, CPU 및 메모리 활용), 포트 정보(port information)(예를 들어, 이용 가능한 통신 포트들의 개수 및 포트 주소들), 또는 세션 상태(예를 들어, 프로세스들의 지속시간 및 유형, 및 프로세스가 활성인지 또는 대기(idle)하고 있는지)의 식별을 포함한다. 이러한 실시예들 중 다른 실시에에서, 이 정보는 복수 개의 메트릭들에 의해 식별되고, 상기 복수 개의 메트릭들(metrics)은 부하 분산, 네트워크 트래픽 관리, 및 네트워크 실패 회복뿐만 아니라 본 명세서에서 설명되는 본 발명(present solution)의 동작들의 어떤 양상들의 결정들에 대해 적어도 부분적으로 적용될 수 있다. 위에 설명된 동작 환경들 및 컴포넌트들의 양상들은 본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들의 컨텍스트에서 분명해질 것이다.

B. 분산된 라디오 통신 네트워크

본 발명들의 특정한 실시예들을 논의하기에 앞서, 본 명세서에서 설명되는 방법들 및 시스템들과 관련되어 소프트웨어 정의 라디오들(SDRs)의 양상들을 설명하는 것이 도움이 될 것이다. SDR은 라디오 하드웨어에 의해 일반적으로 제공되는 기능들(예를 들어, 믹싱, 필터링, 증폭, 변조/복조, 검출, 디코딩, 인코딩)을 소프트웨어로 구현할 수 있다. 예시의 방식으로서, SDR 소프트웨어는 라디오 주파수 필터링, 오디오 주파수 필터링 및/또는 신호 인핸스먼트(signal enhancement)(예를 들어, 이퀄라이제이션(equalization) 및 스테레오 제시(binaural presentation))를 수행할 수 있다. SDR에서, 신호 프로세싱 중 일부의 양은 예를 들어, 전용 하드웨어(specialized hardware) 대신에 일반 목적 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 그러므로, 도 1a 내지 1c와 관련하여 설명된 것과 같은 다양한 기능들은 컴퓨팅 디바이스 상의 소프트웨어 구성을 통해 구현될 수 있다.

SDR에 의해 구성되는 하드웨어는 예시로서, 임베드 된 시스템들 및 필드 프로그램 가능한 게이트어레이(FPGA) 디바이스들을 통합하는 시스템들을 포함한다. 어떤 응용들 및 구현들에서, 본 명세서에 개시된 SDR 디바이스의 일부 컴포넌트들 및 기능들은, 예를 들어, 아날로그-대-디지털 컨버터와 같이 하드웨어로 남을 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 SDR 소프트웨어는 특수 목적 그리고/또는 구성 가능일 수 있다. 그러므로, SDR들은 다양한 라디오 또는 통신 프로토콜들을 수신하고 송신할 수 있도록 구성된다. SDR 서버(107)의 소프트웨어 구현 모듈들은 C, 어셈블리 언어, Python, Java, Basic 또는 기타 언어들과 같은 다양한 컴퓨터 언어들로 기록될 수 있다.

라디오 주파수(RF) 신호들은 아날로그-대-디지털(A/D) 및 디지털-대-아날로그(D/A) 컨버터들을 통해 디지털 도메인으로 및 디지털 도메인으로부터 컨버팅될 수 있다. SDR에서, 안테나에 의해 수신된 RF 신호들은 A/D 컨버터(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 정의 하드웨어 컴포넌트들)에 의해 샘플링되기 이전에 필터링되고 증폭될 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 정의 하드웨어 컴포넌트들에 의해). 소프트웨어 어플리케이션들을 실행하는 프로세서는 A/D 컨버터로부터 샘플들을 프로세싱하고 송신된 정보를 재구성할 수 있다. 반대의 프로세스는 송신될 정보를 취하고 D/A 컨버터(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 정의 하드웨어 컴포넌트들로서 구현됨)에 인가된 송신된 파형의 샘플들을 구성한다. 이 경우, D/A 컨버터의 출력은 안테나에 인가되기 이전에 필터링되고 증폭될 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 정의 하드웨어 컴포넌트들에 의해). 디지털 또는 아날로그 주파수 컨버전 단계들은 원하는 동작 주파수로 또는 원하는 동작 주파수로부터 샘플들을 컨버팅하기 위해 이용된다(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 정의 하드웨어 컴포넌트들 내에서).

본 방법들 및 시스템들에 관련하여 본 명세서에서 개시된 바와 같은 분산된 라디오 통신 네트워크 구성에 있어서, SDR 소프트웨어 및/또는 관련된 어플리케이션들은 하나 이상의 네트워크 디바이스들 상에 배치된다. 분산된 라디오 통신 네트워크들은 광역의 또는 편재하는 무선 센서 네트워크(WSN) 또는 머신 대 머신(M2M) 네트워크를 포함한다. 그러한 네트워크들은 농업, 정부 및 국방의 소비자들에 대해 물, 날씨 및/또는 에너지에 관한 정보를 모니터링 및/또는 제공하도록 구성된다. 그러한 네트워크는 프로세싱 및/또는 조합을 위한 중심화된 노드에 발생된 데이터를 채널링(channel)한다. 어떤 실시예들에서, 네트워크는 저비용의 배터리에 의해 전력이 공급되는 센서들로부터 데이터를 수집 또는 수신하기 위해 클라우드에 기초한 센서 네트워크(종종 "RadioCloud"로 이후에 언급됨)를 포함한다. 게이트웨이들의 네트워크는 프로세싱 중심 또는 클라우드에 기초한 어플리케이션들에 센서 송신들을 릴레이(relay)하기 위해 (RadioCloud의 부분으로서)배치될 수 있다. 상기 송신들은 예를 들어, 무선 등일 수 있는 IP 네트워크들을 통해 릴레이된다. 클라우드에 기초한 웹 서비스 플랫폼들은 센서 송신들로부터 복원된 데이터에 대한 최종 사용자 액세스(end-user access)를 제공한다.

일부 실시예들에서, 분산된 라디오 통신 네트워크들의 중요한 부분은 SDR들을 이용해서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 센서들 또는 게이트웨이들, 또는 이들의 조합은 구체적으로 적응된 SDR 소프트웨어 및 응용들을 이용해서 구현될 수 있다. 종래의 SDR들은 전형적으로 프론트-엔드(front-end), 디지털 컨버팅 및 소프트웨어 기능들을 단일 디바이스에 조합할 수 있고, 이는 네트워크 내의 모든 디바이스들이 모든 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위한 전력 공급원과 함께 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 기능들을 갖출 것을 요구한다. 본 명세서에서 개시된 SDR 발명들은 구체적인 디바이스들(예를 들어, 중심 서버)로 구성되고, 구체적인 기능들을 제공하지만 모든 기능을 요구하지는 않는다.

어떤 실시예들에서, 분산된 라디오 통신 네트워크는 간섭과 같은 장애들에 대한 네트워크 광역 데이터(network-wide data)를 예를 들어, 중심 위치에 수집하도록 구성된다. 상기 분산된 라디오 통신 네트워크들은 다수의 위치들(예를 들어, 게이트웨이들)에서 수신된 데이터를 조합함에 의해 통신 링크 마진을 향상시킨다. 네트워크에서, SDR 기능들에 대한 업데이트들은 컴퓨터 미디어의 물리적 보급(dissemination)(예를 들어, CD-ROM)을 요구하거나 통신 네트워크에 걸쳐 파일들의 다수의 다운로드를 요구한다. SDR을 이용하는 분산된 라디오 통신 네트워크의 실시예들은 네트워크에서의 일부 또는 전부의 라디오들(예를 들어, 센서 또는 게이트웨이)로부터 안테나 다양성 또는 다중-입력 다중-출력(MIMO), 다중-입력 단일-출력(MISO) 또는 단일-입력 다중-출력(SIMO)과 같은 계산적으로 집중적인 기법들(computationally intensive techniques)을 중심 프로세싱 노드 또는 네트워크 내의 하나 이상의 위치들에서 호스팅되는 구체적인 어플리케이션들에 미루거나 재위치시킬 수 있다. 그러므로 네트워크 내의 모든 라디오들이 계산 하드웨어들을 포함하고 이러한 계산적으로 집중적인 기법들을 핸들링하기 위한 완전한 소프트웨어 기능들을 포함할 필요는 없다.

일부 라디오 통신 어플리케이션들에서, 안테나 및/또는 RF 전자기기들로부터 멀리 떨어져 있는 특정한 위치에서 수신기 기능들의 일부를 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 일부 수신 기능들의 복잡도가 비싼 프로세싱 시스템들(예를 들어, MIMO/MISO/SIMO 어플리케이션들)을 요구할 때 발생할 수 있다. 이러한 기능들을 각 수신기(예를 들어, 게이트웨이 또는 중간 노드)에서 수행하는 것보다는, RF 정보의 샘플들을 수집하고 SDR 프로세싱이 중심화되거나 다수의 라디오들 사이에서 공유될 수 있는 곳인 원격 위치에 네트워크를 통해 이들을 보내는 것이 유리할 수 있다.

설명의 방식으로서, 도 2a는 복수 개의 노드들(100, 101) 및 복수 개의 게이트웨이들(102, 103)을 갖는 분산된 라디오 통신 네트워크의 실시예를 도시한다. 노드들(100, 101)은 하나 이상의 게이트웨이들(102, 103)을 갖는 하나 이상의 라디오 채널들에 걸쳐 통신할 수 있다. 게이트웨이(102, 103) 각각은 하나 이상의 SDR 서버들(107)에 네트워크(104)를 통해 각각의 유선 또는 무선 통신 링크(116, 117)에 걸쳐 연결될 수 있다.

게이트웨이 각각은 안테나, "프론트엔드 모듈," A/D 컨버터, D/A 컨버터, 디지털 업컨버터, 디지털 다운컨버터 및 네트워크 인터페이스를 포함한다. SDR 서버들(107) 상에서 실행되고 있는 하나 이상의 소프트웨어 모듈들, 어플리케이션들 또는 다른 실행 가능한 코드는 게이트웨이들(102, 103)로부터 수신되는 디지털 샘플들에 대해 동작되거나, 게이트웨이들(102, 103)에 의해 노드들에 또한 송신되는 샘플들을 발생시킨다. 적어도 하나의, 그리고 가능하게는 복수 개의 사용자들(105, 106)은 네트워크(104)에 연결된다. 사용자들은 노드들(100, 101)로부터 정보를 보고, 발생시키고 그리고/또는 검색하기 위해 SDR 서버(107)상의 모듈들에 액세스할 수 있다. 사용자들(105)은 노드들(100, 101)에 의해 송신된 데이터에 액세스할 수 있다. 비-한정적인 예시의 방식으로서, 노드들(100, 101)은 환경(예를 들어, 수위, 온도, 습도, 압력, 화재를 검출하기 위한 적외선 레벨들,위치, 방사능, 소리 레벨들, 지질학적 활동 등)으로부터의 일부 파라미터를 측정하는 무선 센서들일 수 있다. 네트워크는 그러한 데이터를 수집하고 웹 페이지들, 맵들, 어플리케이션 인터페이스들, 방송들 등을 통해 사용자들(105)에게 상기 데이터의 일부 또는 전부를 제공할 수 있다. 사용자들(105)은 또한, 예를 들어, 만약 임계값이 초과되는 경우라면 경보를 야기하는 알람 레벨(예를 들어, 수온에 대해)을 설정함에 의해 모듈들(108) 및 노드들(100, 101)과 상호작용(interact)한다. 노드(100, 101)는 WSN에서 사용되는 종래의 센서들, 또는 커스텀-구축 및/또는 구성된 센서 노드들과 같은, 네트워크에 걸쳐 정보를 송신 및/또는 수신하는 어떤 디바이스일 수 있다. RadioCloud 시스템의 어떤 실시예들은 데이터를 보내는 송신 전용 노드들을 포함하는 한편, 다른 실시예들은 명령들, 업데이트들, 구성들, 및 재송신을 위한 데이터를 포함하는 데이터를 보낼 뿐만 아니라 통신들을 수신하는 노드들을 포함한다.

도 2a를 계속 참조하면, 노드들(100, 101)은 하드웨어 라디오들 및/또는 소프트웨어 정의 라디오들을 포함할 수 있다. 이러한 노드들은 라디오 주파수(RF) 채널들을 거쳐 정보를 보내고 수신할 수 있다. 노드들은 단일 안테나(100) 또는 복수 개의 안테나들(101)을 갖출 수 있다. 노드(100)로의 또는 노드(100)로부터의 송신기들(112)은 지상파 전파를 통해서와 같이 게이트웨이(102, 103)에 직접 전파 또는 이동하거나, 지구의 전리층(109)으로부터 반사되어(110, 111) 고주파수(HF) 라디오 네트워크를 형성할 수 있다. 지상파 또는 표면파 전파에 있어서, 라디오파들은 대기에 의해 반사되거나 굴절됨이 없이 지구의 표면 가까이에서 이동할 수 있다. 지상파 전파와 함께, HF 신호들은 강하게 회절되고 주파수에 따라 수십 킬로미터들의 거리까지 지구의 곡률을 따른다. 그러한 지상파 전파는 저주파수들에서의 주된 전파 모드를 포함한다. 노드는 또한 라디오파들이 직선으로 이동하고, 고주파수들에서 주된 모드를 갖는 가시 라인 전파(line-of-sight propagation)를 이용하여 데이터를 보낼 수 있다.

일부 양상들에서, 노드는 공간파를 통해 하나 이상의 게이트웨이에 데이터를 송신한다. 공간파 전파는 라디오 스펙트럼의 중주파수(medium frequency; MF)의 상부 및 모든 고주파수 부분을 포함하는 단파 라디오 주파수들에서 발생한다. 공간파 전파는 전리층으로부터 지구를 향해 다시 반사되거나 굴절되는 라디오파들의 전파를 활용(leverage)한다. 지구의 전리층의 본질(nature) 때문에, HF 범위의 신호들은 반사될 수 있고 긴 거리를 이동할 수 있다. 공간파 전파는, 지구의 곡률에도 불구하고 대륙간 범위까지, 수평선 너머의 수신기들에 데이터를 릴레이하기 위해 사용될 수 있다. 공간파 전파는 높은(NVIS) 또는 낮은(긴 경로) 입사각들 둘 중 하나에서 전리층으로부터 반사된다. 특별히, 단일한 낮은 각도의 반사를 갖는 긴 경로의 전파는 수천 킬로미터들의 송신 경로를 제공할 수 있다.

일부 양상들에서, 노드는 수직 입사에 가까운 공간파(NVIS)를 통해 하나 이상의 게이트웨이들에 데이터를 송신하고, 이는 지상파 및 공간파 거리들 사이의 송신 범위들(예를 들어, 약 50 내지 650 킬로미터)을 지원한다. NVIS 라디오파들은 1.8 MHz와 15 MHz 사이의 주파수들을 사용한다. NVIS 동작은 태양 방사의 이온화 영향들로 인한 일변화(diurnal variations)을 겪는 전리층으로부터 반사될 수 있는 동작 주파수의 선택을 포함한다. NVIS의 일부 이점들은 대응하는 RF 경로 손실이 상대적으로 적고, 이는 낮은 전력의 송신기들의 사용을 허용하며, 그리고 NVIS 존을 넘어선 전파는 크게 약화되어 결과적으로 주파수 재사용을 위한 잠재력이 있게 된다는 점이다. NVIS를 통하여 송신되는 노드들과 함께, 라디오파들은 전리층 위쪽으로 이동하고, 여기서 이들은 아래로 다시 굴절되며 송신기로부터 650 km까지의 지역 내에서 수신될 수 있다.

전리층 전파는 도플러 지연 확산(Doppler delay spread), 전파에 있어서의 시간 변화들로부터의 결과인 다중 경로(multipath), 번개와 같은 자연 소스들로부터의 간섭, 그리고 세계의 다른 지역들에서의 동일한 또는 가까운 스펙트럼을 공유하는 송신기들로부터의 간섭을 포함하는 RF 신호상의 다수의 장애들을 가할 수 있다. 본 시스템들 및 방법들은 전리층 반사들 및 간섭과 관련된 도플러 및 다중 경로와 같은 장애들을 해결할 수 있고, 그리고 다수의 위치들에서 수신된 데이터를 조합함에 의해 통신 링크 마진을 향상시킬 것이다.

WSN들에 대한 HF 스펙트럼을 활용하는 것은 지구의 전리층에서의 일변화들, 자연의 그리고 인공의 잡음 및 세계의 다른 지역들에서 동일한 주파수를 공유하는송신기로부터의 간섭을 포함하는 다수의 과제들을 포함한다. RadioCloud 시스템은 그러한 과제들을 극복하는 동안, HF 전파 및 낮은 자유 공간 손실을 이용한다. SDR 기술 및 전력 효율적인 변조(power efficient modulation)를 이용함에 의해, HF 전파 모드들 둘 모두는 넓은 지리적 커버리지(coverage)와 함께 적은 양의 데이터를 갖는 드문 리포트들(infrequent reports)이 필요한 넓은 환경 데이터 모니터링 및 토양 습기 모니터링과 같은 어플리케이션들을 위해 WSN을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, RadioCloud 시스템은 표면 및 NVIS 전파 모드들을 이용하도록 설계되었고, 그리고 제안된 노드들 및 게이트웨이들의 위치들은 모드 각각의 상대적 성능을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

고주파수들(예를 들어, 3-30 MHz)에서의 신호 전파를 지원하고, 저전력을 이용함에 의해, 그리고 10 km를 넘는 전파 범위들에서, 본 시스템들 및 방법들은 망로 네트워크들과 같은 종래의 WSN의 시스템들 및 방법들과 다르며 이들에 비해 기술적 이점을 제공한다. 망로 네트워크들은, 예를 들어, 목적 디바이스에 도달하기 위해서, 다수의 홉들(hops)에 걸쳐 다른 노드들을 통해 소스 노드로부터 릴레이된 짧은 범위(전형적으로 300m 미만)의 신호들에 의존한다. 중간 노드들은 수신된 신호들의 복조를 수행하고, 그리고 재송신 이전에 변조를 수행한다. 그러한 추가적인 프로세싱은 네트워크 노드 각각의 증가된 복잡도 및 비용의 결과를 낳는다. 큰 스케일의 파밍 동작들(farming operations)에서의 토양 습도의 원격 모니터링과 같은 응용들에서, 비용, 배터리 요구사항들 및 셀룰러 서비스의 제한된 커버리지는 셀룰러 데이터 네트워크들이 환경 모니터링에 부적합하게 만든다. 위성 네트워크들은 셀룰러보다 동작하기 위해 더 비싸고(전형적으로 노드당 매월 15달러를 초과함), 넓은 안테나들을 요구하며 큰 농작물들 또는 나뭇잎들(foliages)을 갖는 사용을 배제하는 가시 라인 제한들(line of sight limitations)을 갖는다.

전력 요구사항들을 감소시키기 위해서, 본 시스템들 및 방법들은 어떤 응용들의 낮은 데이터 레이트들(예를 들어, 100 bps) 요구사항들을 활용할 수 있다. 대역폭 효율적인 파형들(예를 들어, 위상 시프트 키잉(phase-shift keying; PSK))은 주어진 대역폭에 대한 높은 링크 데이터 레이트가 요구될 때 사용될 수 있다. 전력 효율적인 파형들(예를 들어, PSK, M-PSK)은 배터리에 의해 전력이 공급되는 WSN들과 같은 전력이 제한된 어플리케이션들에서 필요한 송신 전력을 감소시키기 위해, 대역폭 효율성을 트레이드 오프(trade off)할 수 있다.

노드(101)로부터의 송신기들(114, 115)은 네트워크 내에 MIMO 또는 MISO 능력을 제공하기 위해 다수의 안테나들을 활용할 수 있다. 일부 경우들에서, 노드들(예를 들어, 송신 전용 노드들)은 이들의 송신들을 스케줄링하기 위해 미디어 액세스 제어(MAC) 프로토콜 또는 일부 다른 프로토콜을 이용할 수 있다. 예를 들어, 시간 및/또는 주파수 분할 멀티플렉싱을 이용함에 의해서, 송신기는 다른 노드들의 송신기들과의 충돌들의 잠재성을 최소화하기 위해 구체적인 시간 및/또는 주파수로 스케줄링될 수 있다. 예를 들어, 각각의 송신기에 대한 구체적인 시간 및/또는 주파수 슬롯을 선택 또는 식별하기 위해서 GPS 좌표들 또는 다른 노드식별자(들)이 사용될 수 있다.

어떤 실시예들에서, 게이트웨이(102, 103)는 트랜시버, 안테나, RF 신호들을 컨버팅 및 증폭하는 하나 이상의 프론트 엔드 컴포넌트들, A/D 및 D/A 컨버터들, 디지털 컨버터 회로 및/또는 네트워크 인터페이스를 포함한다. 게이트웨이는 SDR 트랜시버 또는 SDR 인터페이스를 포함한다. 게이트웨이들 각각은 하나 이상의 노드들로부터 송신기들의 서로 다른 유형들/모드들을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 게이트웨이는 3개의 모드들(지상파, NVIS 및 긴 공간파) 중 어느 하나 이상으로부터 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 게이트웨이는 게이트웨이에서 수신된 신호들에 대해 직접 샘플링을 수행할 수 있다. 게이트웨이는 신호들을 복조함이 없이 수신된 신호들을 다운-컨버팅(예를 들어, 디지털의 다운-컨버터를 통해)할 수 있다. 게이트웨이는 다운-컨버팅된 신호들을 샘플링하고, 네트워크(인터넷과 같은 것)를 통해 이러한 샘플들을 프로세싱을 위한 원격/중심 위치에 송신한다.

게이트웨이는 예를 들어, SDR 서버의 소프트웨어에 의해 명령된 대로, 지정된 시간에 지정된 주파수로 수신된 신호들을 샘플링할 수 있다. 게이트웨이의 네트워크 인터페이스는 네트워크(104)로 그리고 네트워크(104)로부터 RF 스펙트럼의 샘플들을 릴레이 한다. 네트워크는 사설의 패킷이 스위치된 네트워크(private packet switched network), 공중 네트워크, 인터넷, 또는 다른 광역 또는 로컬 영역 네트워크를 포함한다. 네트워크 인터페이스는 이더넷 또는 다른 인터페이스를 포함한다. 네트워크 인터페이스는 라디오 프로세싱 모듈들이 게이트웨이 내부 또는 게이트웨이에 가깝게 연결된 디바이스에 한정되지 않게 하면서 네트워크 상의 어느 곳에든지 원격으로 있는 것을 인에이블한다. 어떤 실시예들에서, 라디오 프로세싱 모듈들은 게이트웨이에 연결된 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, SDR 서버)상의 SDR을 통해 구성된다. 게이트웨이는 압축된 샘플들을 중심 SDR 서버에 릴레이하기 전에 샘플들을 압축한다.

어떤 실시예들에서, 게이트웨이 소프트웨어는 추가적인 프로세싱을 위해 SDR 서버에 신호 샘플들을 보내기 위해 요구되는 대역폭을 감소시키기 위해 수신된 신호들을 기저대역(baseband)로 다운-컨버팅(down-convert)한다. 수신된 신호들이 적절히 그룹화 또는 개별화되고, 샘플들이 적절히 시간에 대해 정렬되도록 노드들 및 게이트웨이들은 GPS 정보에 따라 동기화된다(예를 들어, 수신된 신호들에 임베드됨(embedded)). 노드들로부터의 신호 송신들은 신호들의 페이로드 및/또는 헤더 부분(들)에 임베드된 타이밍, 동기화 및/또는 시퀀싱 정보를 포함한다. 어떤 실시예들에서,노드들 및 게이트웨이들은 높은 정밀도의 시간 동기화를 위해 GPS 소스들로부터 정보를 수신 및/또는 사용할 수 있다. 어떤 실시예들에서, RadioCloud 시스템은 심볼 타이밍을 복원하고 다수의 액세스를 지원하기 위해 GPS 시간 동기화를 사용할 수 있다. 계산적으로 집중적일 수 있는 이러한 프로세싱 단계들 중 일부 또는 전부는, 게이트웨이로부터 SDR 서버로 미뤄질 수 있다. 게이트웨이들의 비용은, 그러한 게이트웨이들이 수신된 노드 송신들을 복조 및/또는 상당히 프로세싱하지 않기 때문에 감소될 수 있다.

어떤 실시예들에서, 네트워크는 복수 개의 노드들, 게이트웨이들 및/또는 사용자들을 포함할 수 있다. 네트워크(104)는 클라우드 컴퓨팅 네트워크에서와 같이 하나 또는 다수의 SDR 서버들(107)에 연결된다. SDR 서버(들) 상에 실행중인 모듈들(108)은 네트워크(104)에 걸쳐 게이트웨이들(102, 103)에 의해 보내진 샘플들로부터 노드 데이터를 복원하기 위한 다양한 기능들을 수행한다. 유사한 방식으로, 이러한 모듈들(108)은 하나 이상의 노드들에 보내질 정보를 포함하는 샘플들을 또한 발생시킨다. 게이트웨이 상의 안테나들은 한 유형의 전파 또는 다른 유형의 전파에 대한 선호를 부여하도록 선택 및/또는 구성될 수 있다(예를 들어, NVIS 전파에 대한 선호를 부여하는 높은 각도의 방사 패턴을 갖는 안테나들).

SDR 서버들(107)은 SDR 소프트웨어를 통해 구성되는 어떤 유형의 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 구성을 통해, SDR 서버는 라디오 신호들의 샘플들의 구체적인 프로세싱을 수행하는 하나 이상의 모듈들을 포함한다. SDR 서버(들)(107) 상의 모듈들은 필터링, 간섭 제거, 변조/복조, 암호화/암호화 해제, 순방향 오류 정정(FEC), 코딩/디코딩, MIMO/MISO/SIMO 프로세싱, 빔포밍 및 안테나 다양성 프로세싱(예를 들어, 최대 가능성 조합 및 다양성 코딩), 데이터베이스 액세스 및 사용자 인터페이스를 수행하기 위한 논리 및 기능성을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다. 일 실시예에서, 모듈들(108) 모두는 단일의 SDR 서버(107) 상에 상주한다. 하지만, 대안적인 실시예들에서, 모듈들(108) 일부는 다수의 SDR 서버들(107) 각각에 상주한다. 사용자(105)는 네트워크(104)를 통해 사용자 인터페이스를 통해서 복원된 노드 데이터에 액세스한다.

일부 양상들에서, MIMO 프로세싱은 통신을 위한 다수의 채널들을 효율적으로 제공함에 의해 통신 성능을 향상시키기 위해 송신기 및 수신기 둘 모두에서 다수의 안테나들의 사용을 수반한다. MIMO는 예를 들어, 스펙트럼 효율성을 향상시키는 어레이 이득을 달성하거나 링크 신뢰성(감소된 페이딩(fading))을 향상시키는 다양성 이득을 달성하기 위해 안테나들에 걸쳐 동일한 전체 송신 전력을 스프레딩(spreading)함에 의해, 추가적인 대역폭 또는 증가된 송신 전력 없이 데이터 처리량 및 링크 범위에 있어서의 상당한 증가들을 제공한다. SIMO는 다양성 이득을 제공할 수 있는 다수의 수신 안테나들을 제공함에 의해 통신 성능을 유사하게 향상시킨다.

빔포밍은 공간적 선택성을 달성하기 위해 방향 신호 송신 또는 수신용 센서 어레이들에서 사용된다. 이는 특정한 각도들에서의 신호들은 보강 간섭(constructive interference)을 겪는 반면에 다른 각도들에서의 신호들은 상쇄 간섭(destructive interference)을 겪는 방식으로 위상을 갖는 어레이들(phased arrays)에서 소자들을 조합함에 의해 달성된다. 일부 실시예들에서, RadioCloud 시스템에서 구현되는 빔포밍은 분산된 빔포밍으로 언급될 수 있다. RadioCloud 시스템은 노드 신호들 상에 위상 및 진폭 정보를 수집하기 위해 긴 거리들만큼 떨어져 분리된 다수의 (게이트웨이) 안테나들을 포함한다. RadioCloud 시스템은 한 방향으로부터 오는 신호들을 선택적으로 강화하고 다른 방향들로부터 오는 신호들을 감소시키는 가상의 '빔들'을 형성하기 위해 SDR 서버 내의 이 정보를 사용한다. 결과적으로, 게이트웨이 안테나들의 이 모음은 하나의 큰 조종 가능한 높은 이득의 안테나와 유사하게 동작한다.

안테나 다양성은 무선 링크의 품질 및 신뢰성을 향상시키기 위해 2개 이상의 안테나들을 사용한다. 종종, 송신기와 수신기 사이에 분명한 가시 라인이 없고, 그리고 신호는 최종적으로 수신되기 전에 다중 경로들을 따라 반사된다. 이러한 바운스들(bounces) 각각은 수신 안테나의 애퍼쳐(aperture)에서 서로 상쇄적으로 간섭할 수 있는 위상 이동, 시간 지연, 감쇠들(attenuations) 및 왜곡들을 도입할 수 있다. 안테나 다양성은 다수의 안테나들이 동일한 신호의 몇몇의 관찰들을 제공하고, 서로 다른 간섭 상황들을 겪게 하기 때문에, 이러한 다중 경로 상황들을 완화시킨다. 그러므로, 만약 한 안테나가 깊은 페이드(fade)를 겪고 있다면, 다른 안테나는 충분한 신호를 가질 가능성이 높다. 집합적으로 그러한 시스템은 로버스트(robust) 링크를 제공한다.

도 2a를 계속 참고하면, 노드(100) 및 노드(101)는 HF, VHF, UHF 또는 다른 주파수들에서 동작하는 상업의, 표준의 또는 구체적으로 구성된 디지털 라디오들을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 3-30 MHz로부터의 스펙트럼을 포함하는, 고 주파수(HF) 범위 내에서 동작하는 라디오들은 RadioCloud에 이용된다. HF 신호들은 지구의 전리층의 다양한 층들에 의해 반사되고 긴 거리들을 이동할 수 있다. HF 스펙트럼은 단파 방송, 해상 또는 항공 통신들 및 기타 상업 또는 국방 통신들과 같은 다양한 서비스들에 넓게 사용되어 왔고, 오늘날, 이 스펙트럼의 대부분은 사용되지 않는다(예를 들어, 단파 방송, 아마추어 라디오 및 국방의 예외를 가짐). 이 스펙트럼의 비활용 및 이용가능성에 더하여, HF 송신들은 저전력 HF 신호들이 긴 거리들을 이동할 수 있기 때문에 옥외(outdoor) 무선 센서들을 위해 바람직할 수 있다.

노드는 수신 게이트웨이의 위치 또는 상기 수신 게이트웨이로부터의 거리에 기초해서 하나 이상의 주파수들 상에서 송신하도록 구성될 수 있다. 노드는 지형, 하루 중 시간, 계절, 날씨, 지원되는 전파 모드들 등과 같은 인자들(factors)에 기초해서 하나 이상의 주파수들 상에서 송신하도록 구성될 수 있다. 노드는 수신 게이트웨이에 대한 성공적인 송신의 기회를 최대화하는 주파수 상에서 송신할 수 있다. 전리층의 전파 특징들은 태양 방사의 영향으로 인해 변화할 수 있다. 이는 최대 사용가능 주파수 또는 범위가 밤에 증가한다는 것을 의미할 수 있다. 단순한 경우에 있어서, 노드의 어떤 실시예들은 낮과 밤 동안 2개의 주파수들 또는 주파수 범위들 사이에서 스위칭할 수 있다. 단일의 송신기는 신호를 수신하는 게이트웨이의 위치에 따라, 지상파에 의해 이동하거나 하나 또는 두 개의 공간파 모드들 상에서 이동한다.

RadioCloud 노드들은 하나 이상의 센서들을 각각 포함하는 무선 노드들을 포함한다. 이러한 노드들은 라디오 주파수 신호들 또는 샘플들로서 디지털 정보를 보내고 그리고/또는 수신하는 라디오를 포함한다. 게이트웨이들(102 또는 103)은 안테나들, RF 컨버터들, 증폭기들, A/D 및 D/A 컨버터들, FPGA들, 마이크로프로세서들 및/또는 SDR 컴포넌트들과 같은, 상업의, 커스텀의 또는 구체적으로 프로그래밍된 라디오 컴포넌트들로부터 구성된다. SDR 서버(들)(107)은 예를 들어 컴퓨팅 디바이스들을 포함할 수 있으나, Microsoft Windows 또는 Linux 운영 체제를 실행하는 표준 컴퓨터 서버들에 한정되지 않는다. SDR 서버(들)은 정의된 어플리케이션/태스크의 전용일 수 있고 하나 이상의 가상 서버들을 활용할 수 있는 클라우드 컴퓨팅 서비스를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 그리고 도 2a를 다시 참조하면, 노드(100)는 게이트웨이(102) 및/또는 게이트웨이(103)에서 수신되는 송신들(112, 113)을 보낸다. 수신된 신호들의 샘플들은 SDR 서버상의 안테나 다양성 모듈에 보내지거나 상기 안테나 다양성 모듈에 다이렉트(direct)되고, 상기 안테나 다양성 모듈에서 상기 수신된 신호들의 샘플들은 신호 대 잡음비(SNR) 및/또는 다른 파라미터들을 향상시키기 위해 시간에 대해 동기화되고 조합된다. 대안적으로, 노드(100) 및 노드(101)는 각각 게이트웨이(102) 및/또는 게이트웨이(103)에 의해 수신되는 시공간에 대해 코딩된 신호를 보내고, 게이트웨이(102) 및/또는 게이트웨이(103) 각각은 신호 송신 속도/처리량, SNR, 또는 수신된 신호의 다른 파라미터를 향상시키기 위해 MIMO/SIMO 모듈에 샘플들을 보낸다. MIMO/SIMO 프로세싱은 소프트웨어에서 전체적으로 수행될 수 있다(예를 들어, SDR 소프트웨어 구성을 통해, 커스텀 라디오 하드웨어 대신에).

하나 이상의 게이트웨이들의 구성은 분산된 안테나들의 세트를 포함할 수 있다. 이러한 분산된 안테나들은 미리 정의된 중심 위치에서의 집합(aggregation)/프로세싱을 위해 하나 이상의 위치들로부터 다중 경로들 또는 전파 모드들로부터 흩어진 신호들을 수집할 수 있다. 상기 분산된 안테나들은 안테나 다양성 및/또는 빔포밍 전략들을 지원하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 게이트웨이(102) 및/또는 게이트웨이(103)는 속도/처리량, SNR 또는 상기 링크의 기타 파라미터들이 향상될 수 있도록 시공간에 대해 코딩된 신호들(114 및 115)을 노드(101)에 송신한다.

도 2b는 도 2a에 도시된 바와 같은 안테나 다양성 모듈을 구현하기 위해 사용될 수 있는 단계들의 예를 도시한 흐름도이다. 단계(200)에서, 노드는 3개의 경로들(201, 202 및 203) 또는 기타 다수의 송신 경로들을 통해 다수의 게이트웨이들에 의해 수신되는 라디오 주파수 신호를 송신한다. 이러한 경로들은, 지상파 경로를 통해, 전리층으로부터의 반사를 통해, 그리고/또는 다른 유형의 경로를 통해, 노드로부터 게이트웨이로 다이렉트 된다. 이러한 경로들로부터의 신호들은, 예를 들어, 기저대역 주파수로 다운-컨버팅되며, 게이트웨이들 각각에서 샘플링된다. 상기 샘플들은 단계(205)에서 예를 들어 로컬 GPS 정보 또는 다른 타이밍 정보를 사용하여 시간에 대해 동기화된다. 상기 샘플들은 단계(206)에서 함께 더해지거나 그렇지 않으면 조합되고(예를 들어, 안테나들/게이트웨이들의 분산된 세트에 걸쳐 수신된 신호들에 기초함에도 불구하고), 그리고 그 후에 조합된 샘플들은 단계(207)에서 복조 모듈에 보내지며, 복조 모듈에서 상기 샘플들은 마치 상기 샘플들이 단일 경로로부터 온 것처럼 프로세싱된다. 그러므로, 복조 및 기타 프로세싱 기법들(예를 들어, SIMO/MIMO)은 마치 비-분산된 시스템처럼 수행된다. 결과적인 신호 대 잡음비는 샘플 가산의 결과로서 향상된다.

도 2c는 도 2a에 도시된 간섭 제거 모듈을 구현하기 위해 사용될 수 있는 단계들의 예를 도시하는 흐름도이다. 단계(300)에서, 노드는 제1 게이트웨이에 의해 수신되는 경로(302)에 걸쳐 라디오 주파수 신호를 송신한다. 단계(301)에서, 간섭 샘플들은 경로(303)를 통해 제1 게이트웨이에서 수신되고 경로(304)를 통해 제2 게이트웨이에 의해 수신된다. 하나 이상의 경로들(303, 304)은, 지상파 경로를 통해, 전리층으로부터의 반사를 통해, 또는 다른 경로를 통해 노드로부터 게이트웨이로 다이렉트된다. 간섭 신호들은 예를 들어 수직 및 수평 모두로 양극화(polarize)된 안테나들을 게이트웨이에 연결함에 의해 식별된다. 예를 들어, 모노폴들(monopoles)과 같은 수직의 안테나들은 루프들과 같은 다른 유형의 HF 안테나들보다 낮은 방사각을 가질 수 있다. 수직으로 양극화된 신호들은 전기 송신 라인들에서의 자동차 점화 및 아크들과 같은 인공의 잡음 소스들로부터 더 두드러진다. 단파 방송 스테이션들과 같은 멀리 떨어진 소스들로부터의 신호들은 이들이 다수의 전리층 반사들에 의해 이동하기 때문에 낮은 반사각들로 도달할 가능성이 높다. 간섭하는 소스들로부터의 신호들은 또한 간섭의 알려진 소스의 방향으로 전체 안테나 패턴에서 널(null)이 생성되는 위상을 가지는 어레이 기법들을 이용해서 감소될 수 있다. 한 유형의 안테나는 예를 들어, 다른 유형의 안테나보다 노드 신호들을 획득하는 성향이 있을 수 있다. 다른 유형의 안테나는 잡음 또는 간섭 신호들, 예를 들어, 제1 유형의 안테나가 잡음 신호들에 더하여 픽-업(pick up)할 수 있는 잡음 또는 간섭 신호들을 획득하는 성향이 있을 수 있다.

단계(305)에서, 간섭 신호가 더해진(plus) 원하는 신호를 포함하는 게이트웨이 1로부터의 샘플들, 그리고 간섭 신호들을 포함하는 게이트웨이 2로부터의 샘플들은 다음 단계(306)로 패스될 수 있다. 단계(306)에서, 간섭 신호들을 포함하는 샘플들은 간섭 신호가 더해진 원하는 신호를 포함하는 샘플들로부터 감산(subtract)된다. 단계(307)에서, 원하는 신호 샘플들은 복조 프로세스에 보내질 수 있고, 상기 복조 프로세스에서 샘플들은 마치 상기 샘플들이 간섭 신호들 없이 수신된 것처럼 프로세싱된다.

설명된 실시예들의 이점들은, 중심의 소프트웨어 정의 라디오 서버 또는 서버들을 사용함에 의해 무선 네트워크를 제공하는 비용을 최소화하는 것을 포함한다(이에 한정되지 않음). 무선 링크들의 신호 대 잡음 비는 다수의 위치들에서 수신된 신호들을 조합함에 의해 향상될 수 있다. SNR은 서로 다른 전파 경로들 및/또는 서로 다른 전파 모드들을 통해 수신되는 신호들을 조합함에 의해 향상될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 신호 경로들은 서로 다른 전파 모드들 및/또는 전리층들의 이동에 의해 생성되는 다중 경로 효과들에 의해 생성될 수 있다. 하루 동안의 전파에 기초해서, 일부 노드 송신들(예를 들어, 단일 노드로부터)은 한 게이트웨이에 의해 수신되고 다른 노드 송신들은 두 게이트웨이 모두에 의해 수신될 수 있다. 복잡한 라디오 파형들과 관련된 프로세싱 기능들은 하나 이상의 강력한 중심화된 서버들에서 수행되거나, 복수 개의 컴퓨팅 자원에 걸쳐 분산될 수 있다. 새로운 무선 표준들을 수용하기 위한 어떤 SDR 기능들에 대한 업데이트들은 SDR 서버들에서 소프트웨어만을 변경함에 의해 빠르게 구현될 수 있다.

설명의 방식으로 그리고 한정을 하려는 의도 없이, RadioCloud 노드는 배터리에 의해 전력이 공급되는 무선 센서를 포함한다. 노드의 배터리는, 예를 들어, 태양 에너지로부터 재충전될 수 있는, 재충전 가능한 배터리를 포함한다. 노드는 (i) 지리적 위치 정보 및 글로벌 타이밍 기준을 획득하기 위한 GPS 모듈, (ii) 예를 들어 마이크로제어기의 I2C 또는 SPI 버스 둘 중 하나에 연결하는 디지털 인터페이스들을 갖는 센서 IC들을 포함하는 디지털 센서들, (iii) 마이크로제어기의 A/D 컨버터들을 연결하는 아날로그 출력들을 갖는 센서 회로들을 포함하는 아날로그 센서들, 그리고 (iv) 예를 들어 디지털로 제어되는 주파수 시프트 키잉(FSK)을 포함하는 라디오 송신기와 같은 한 세트의 주변기기들을 갖는 마이크로제어기(예를 들어, 8비트 프로세서)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 송신기는 위상 시프트 키잉(PSK) 송신기이거나, 어떤 다른 변조 기법들을 지원하는 송신기일 수 있다. 인터페이스 관점에서, 그리고 예시의 방식으로서, 마이크로제어기는 채널을 선택하기 위해 디지털로 제어되는 HF 발진기를 제어하고, 그리고 어떤 필요한 디지털 기저대역 신호들을 제공하기 위해 일반 목적의 입/출력(GPIO) 병렬 출력 포트를 시퀀싱(sequence)한다. 설명을 위해, 도 2d는 노드의 기능적 모듈들을 포함하는 블록도의 일 실시예를 묘사한다. 노드는 다음 중 하나 이상을 또한 제공한다: (v) 라디오 또는 센서 회로들과 같은 노드의 부분들에 대해 선택적으로 전력을 온 또는 오프하여 전력을 절약하기 위해 하나 이상의 GPIO들이 사용되는 제어 신호들, (vi) 제작 또는 설치 시간에 사람과 통신하기 위한 발광 다이오드(LED), 버저(buzzer) 및/또는 버튼들, 그리고 (vii) 예를 들어, 디바이스 구성, 제작 및 디버깅을 위한 커맨드 파서(command parser)를 갖는 동기화된 시리얼 인터페이스를 포함하는 시리얼 콘솔(serial console).

어떤 실시예들에서, 노드 마이크로제어기의 책임들은 다음 중 어떤 하나 이상을 포함한다: (i) 타이머상에서 주기적으로 노드의 어떤 기능들을 깨우는 것, (ii) 센서(들)을 판독하는 것, (iii) GPS와 인터페이싱하는 것, (iv) 실시간 클럭(RTC)을 유지하는 것, (v) 센서 리포트들을 발생시키는 것, (vi) 송신/수신을 위한 적절한 채널 및 타임슬롯을 선택하는 것, (vii) 송신을 위한 리포트들을 인코딩하는 것, (viii) 예를 들어, 비휘발성(NV) 구성 설정들과 같은, 판독/기록 구성 설정들, (ix) 필요하다면 외부 버튼들/입력-디바이스들에 응답하고 LED 또는 버저 출력들을 설정하는 것, (x) 예를 들어, 디바이스 구성, 제작 테스트, 및/또는 디버깅을 위한 시리얼 콘솔을 제공하는 것, 그리고 (xi) 펌웨어의 필드 업그레이드 및/또는 팩토리 프로그래밍에 사용되는 부트로더(bootloader)를 제공하는 것. 일부 실시예들에서, 노드의 소프트웨어는 충분히 단순해서, 예를 들어, 주 루프에 대한 이벤트 구동 상태 머신과 함께 단일의 태스크로서 구현될 수 있다. 교란 핸들러들(interrupt handlers)은 어떤 시간 의존적인 입/출력 및 타이밍 기능들을 지원한다. GPS 위치는 송신 대역폭을 절약하기 위해 종종 또는 설정된 시간들에 보내진다.

일부 실시예들에서, 노드는 하나 이상의 게이트웨이들에 대한 송신을 위해 센서 리포트들을 발생 및/또는 인코딩한다. 노드는 도팅 시퀀스들(dotting sequences), 동기화 워드들(sync words) 또는 프로토콜 식별자들과 같은, 어떤 필수적인 MAC-레벨 제어 정보를 더할 수 있다. 노드는 예를 들어, 레이트 1/2 (k=32) 컨볼루션 코드를 사용해서 패킷들을 오류로부터 보호하는 것처럼, 순방향 오류 정정(FEC) 인코딩을 수행한다. 노드는 인코딩을 구현하기 위해 라이브러리 코드를 포함하거나 통합한다. 상기 노드는 클린 스펙트럼을 보장하기 위해 데이터 화이트닝(data whitening)을 수행한다. 노드는 FSK, PSK 또는 기타 유형들의 인코딩을 수행한다. 변조가 어떻게 수행되는지에 따라, 노드는 디지털 대 아날로그 컨버전(DAC) 값을 출력하면서 각 심볼에 대해 4비트 병렬 워드를 발생시키거나, 명시된 주파수로 시프트하기 위해 수량적으로 제어되는 발진기(NCO)에 대해 커맨드를 발행한다.

도 2e는 RadioCloud 노드의 일 실시예를 묘사한다. 노드는 온도, 습도, 풍속/풍향, 토양 습도를 모니터링하기 위한 것과 같은, 하나 이상의 센서들(406)을 포함한다. 상기 센서(들)은 마이크로-제어기(MCU)(405)에 연결된다. MCU는 A/D 컨버터, 플래시 및 RAM 메모리, I/O 포트들 및/또는 CPU를 포함한다. 예를 들어, MCU에 통합되는 타이머는 배터리 전력을 절약하기 위해 MCU를 저전력 슬립 모드로부터 주기적으로 '깨우기' 위해 사용된다. MCU가 깨어날 때, 센서들(406)로부터의 데이터는 A/D 컨버터에 의해 디지털화되고 동기화 및 순방향 오류 정정(FEC) 정보와 조합되어 패킷을 생성한다. 일단 센서 패킷이 생성되면, 구성 및/또는 GPS 정보의 조합에 기초해서 노드 소프트웨어에 의해 송신 시간 및 주파수가 선택된다. 일단 송신을 위한 적절한 시간 및 주파수가 결정되면, 송신 주기가 시작된다.

송신 주기 동안, 패킷으로부터의 이진 정보는 발진기(404)의 주파수를 변화시키기 위해 사용되며, 발진기(404)는 캐리어 주파수를 발생시키기 위해 사용되는, 전압에 의해 제어되는 수정 발진기(VCXO), 주파수 동기화기 또는 직접 디지털 동기화기(DDS)일 수 있다. 발진기로부터의 출력 신호는 거짓된 신호들을 제거하기 위해 필터링되고(403), 그 후에 전력 증폭기(402)에 의해 송신을 위해 적합한 전력 레벨로 증폭된다. 신뢰성 있는 통신들을 위해 요구되는 전력 출력은 다수의 전파 경로들 및 다수의 게이트웨이들로부터의 정보를 조합하는 중심 SDR 서버의 능력에 의해서 감소된다. 전력 증폭기(402)의 출력은 주파수 변조 캐리어를 포함하고 전력 증폭기(402)에 의해 발생되는 거짓의 신호들을 제거하기 위해 제2 필터(401)에 의해 필터링된다. 필터링된 전력 증폭기 출력은 모노폴, 다이폴(dipole) 또는 Yagi, 또는 그 사이즈를 더 감소시키기 위해 페라이트 부하를 갖는 컴팩트 안테나와 같은 커스텀 또는 종래의 안테나일 수 있는 안테나(400)에 인가될 수 있다. 노드의 소자들은 일회용 1차 셀 또는 재충전 가능한 2차 셀일 수 있는 배터리(407)에 의해 충전된다. 만약 2차 셀이 사용된다면, 이는 광전지(PV) 셀(409)에 의해 재충전된다. 일부 다른 실시예들에서, SDR 기법들 및 D/A 컨버터는 캐리어 주파수를 발생시키기 위해 사용될 수 있고, 이는 FSK, PSK 또는 어떤 다른 유형들의 파형들에 대한 덜 비싼 접근방식일 수 있다.

노드는 데이터를 RF 신호들로서 송신하고, RF 신호들은 데이터 패킷들(종종 프레임들, 데이터그램들 또는 메시지들로 상호교환적으로 언급됨)을 포함한다. 노드는 예를 들어, PHY 층 및 MAC 층과 같이, 패킷들을 2개 이상의 층들로 인코딩한다. PHY 층은 예를 들어, 1.46 baud에서 송신되는 4-FSK(WSPR), 또는 미리 결정된 baud에서 송신되는 16-FSK와 같은 라디오 캐리어상에서 심볼들의 물리적 인코딩을 표현한다. 패킷 데이터 페이로드(packet data payload)는 비록 재구성되거나 연장될 수 있지만, 50 비트들로 한정된다. 노드의 어떤 실시예들은, 듀얼 톤 다중 주파수(DTMF), MFSK8, MFSK16, Olivia MFSK, Coquelet, Piccolo, ALE(MIL-STD 188-141), DominoF, DominoEX, THROB, CIS-36 MFSK 또는 CROWD-36, XPA, XPA2, FSK441, JT6M, JT65와 같은(이에 한정되지 않음), 다중 주파수 시프트 키잉(MFSK) 및 이들의 어떤 유형들/변형들을 지원하거나 이용한다. 일부 실시예들은 차분 위상 시프트 키잉(DPSK), 이진 위상 시프트 키잉(BPSK), 쿼드라쳐 위상 시프트 키잉(QPSK) 및 이들의 변형들(예를 들어, OQPSK, π/4-QPSK, SOQPSK, DPQPSK)과 같은 위상 시프트 키잉(PSK)의 어떤 유형 또는 변형을 지원하거나 이용한다. 노드는 예를 들어, OOK, 8VSB와 같은 진폭 시프트 키잉(ASK), 또는 ASK, PSK 및/또는 FSK의 어떤 조합을 지원할 수도 있다. 노드의 어떤 실시예들은 OFDM과 같은 주파수 분할 다중화(FDM), 위상 분할 다중화(PDM), 쿼드라쳐 진폭 변조(QAM), 울트라-광대역(UWB), 연속 위상 변조(CPM) 및/또는 스프레드-스펙트럼 기법들(spread-spectrum techniques)(예를 들어, DSSS, FHSS, THSS, CSS, UWB)을 지원하거나 이용할 수 있다.

비 한정적인 설명의 방식으로서, PHY 프레임은 N=50 데이터 비트들의 MAC 페이로드를 이용해서 인코딩될 수 있다. 상기 노드는 예를 들어, (k=32, r=1/2) 컨볼루션 코드를 이용해서 (N+k-1)*2=162 코드 비트들을 산출하는 이진 인코딩을 적용한다. 상기 노드는 예를 들어 연속 위상 4-FSK를 이용해서 코드 비트들을 변조하고, 여기서 각 심볼 중 하나의 비트는 예를 들어, 16비트의 의사난수 동기화 벡터(pseudorandom synchronization vector)에 의해 구동된다. 상기 노드는 1.46 baud에서 1.46 Hz의 톤 스페이싱(tone spacing)을 갖고 110.6 초의 최종 송신 길이를 산출하며 결과적인 (162+162)/2=162-심볼 프레임을 송신한다. 각 송신은 협정 세계시(UTC) 기간마다 짝수의 2분 경계에서 시작하는 2초에 타임슬롯된다 (예를 들어, hh:00:02, hh:02:02 등에서). 상기 송신은 대략적으로 6 Hz의 대역폭을 점유한다.

일부 실시예들에서, PHY 프레임은 127비트와 같은 N 비트들의 MAC 페이로드를 이용해서 인코딩된다. 상기 노드는 (k=32, r=1/2) 컨볼루션 코드를 이용해서 (N+k-1)*2=316 코드 비트들을 산출하는 이진 인코딩을 적용한다. 상기 노드는 연속 위상 16-FSK을 이용하여 코드 비트들을 변조하고, 여기서 상기 메시지는 (예를 들어, 16-심볼의) 균형잡힌 동기화(sync) 벡터를 앞세운다. 상기 노드는 특정 톤 스페이싱에서 미리 결정된 baud로 결과적인 (316/4)+16=95 심볼 프레임을 송신한다. 각 송신은 타임슬롯된다. 상기 동기화 벡터는 프레임 디코딩을 용이하게 하기 위해 패킷의 시작에 모호하지 않은 기준을 제공하기 위해 이용된다. 동기화 벡터는 1들과 0들의 평형(even balance)을 제공하고 낮은 자기상관(autocorrelation)을 나타내도록 설계된다. 16 심볼들 중 적어도 14 심볼들은 프레임을 디코딩하려고 시도하기 전에 동기화 벡터와 매칭되어야 한다. 상기 노드는 ±4 심볼들의 마진을 허용하도록 구성된다.

비 한정적인 설명의 방식으로서, MAC 프레임은 고정된 외부 래퍼(fixed outer wrapper) 및 가변의 내부 메시지 페이로드를 포함하며, 다음 필드들 중 하나 이상을 포함한다:

메시지 페이로드의 길이는 메시지의 유형에 의존한다. 예시의 방식으로서, 68 비트의 가장 긴 메시지 유형에 대해, 최대 MAC 프레임 길이는 28+4+68=100 비트이다. 데이터에 대한 더 높은 요청을 처리하기 위해, 127 비트들 이상으로 연장하기 위한 공간이 구현될 수 있다.

일부 실시예들에서, MAC 프레임은 다음 메시지 유형들 중 하나 이상을 포함한다: (i) MsgType 0x0 - INFO (46 비트), 그 설명적인 실시예가 아래에 설명된다:

(ii) MsgType 0x1 - SENSOR_DATA (36 비트), 그 설명적인 실시예가 아래에 설명된다:

이전 SensorRecord의 송신이 수신되지 않았을 경우에 리던던시(redundancy)를 위해, 이전 SensorRecord의 복사본이 메시지에 포함될 수 있다. SensorRecord는 다음과 같이 정의된다:

(iii) MsgType 0xF - TEST (40 비트), 그 설명적인 실시예가 아래에 설명된다:

추가적인 메시지 유형들은 미래의 사용/연장을 위해 구성되거나 예약될 것이다.

위에 논의된 바와 같이, 복수 개의 게이트웨이들은 하나 이상의 노드들에 의해 송신되는 신호들을 수신한다. 게이트웨이는 무선 네트워크(하나 이상의 노드들을 포함함)를 유선 네트워크(SDR 서버를 포함함)에 브릿지(bridge)하는 중간 디바이스를 포함한다. 게이트웨이는 예를 들어, 노드들로부터의 하나 이상의 센서 리포트들을 포함하는 신호들 또는 라디오 패킷들을 수신하고, 이들을 인터넷상에서 서버(종종 클라우드 서버로 언급됨)에 포워딩한다. 어떤 실시예들에서, 라디오 패킷들은 게이트웨이에서 복조되지 않는다. 게이트웨이의 신호 프로세싱은 신호를 I 및 Q 기저대역 샘플들의 블록들로 다운샘플링하는 데 멈춘다. 게이트웨이는 네트워크에 의해 인에이블되는 단일 보드 컴퓨터(SBC)(예를 들어, 게이트웨이 인터페이스 프로세서(GIP))를 포함한다. 게이트웨이는 임베드된 Linux 또는 다른 운영 체제를 실행할 수 있다. 게이트웨이는 직접 또는 네트워크 연결을 통해, SDR 수신기에 연결된다.

어떤 실시예들에서, 게이트웨이는 하드웨어로 구현되거나 게이트웨이의 하드웨어상에 실행되는 소프트웨어로 구현되는 복수 개의 모듈들을 포함한다. 이러한 모듈들 중 일부는: (i) SDR 수신기와 인터페이싱, (ii) 완전히 수신된 HF 대역을 각 채널에 대한 개별적인 기저대역 신호들로 다운샘플링, (iii) 각 기저대역 신호를 채널 및 타임슬롯에 따라 배분하여 "기저대역 블록들"을 산출, (iv) 각 블록에 대한 썸네일 스펙트로그램(thumbnail spectrogram)을 계산, (v) 각 기저대역 블록의 라벨링 및 타임스탬핑, 스펙트로그램을 부착, 그리고 이를 SDR 서버에 업로드, 그리고 (vi) 지리적 위치 및 타이밍 기준을 위해 GPS 모듈과 인터페이싱, (vii) 구성 파일의 판독/기록 중 하나 이상을 포함하는 기능성을 제공한다. 이러한 모듈들 중 일부는 (viii) 구성, 제작 테스트 및 디버깅을 위한 시리얼 콘솔, (ix) 구성, 모니터링 및/또는 이벤트 로깅을 위한 웹 서버 제어 패널을 제공한다. 어떤 모듈들은 Python 또는 C와 같은 프로그래밍 또는 스크립트 언어에 통합되거나 이들로 구현될 수 있다. 도 2f 및 2g는 노드 송신들을 수신 및 프로세싱하기 위한 게이트웨이의 실시예들의 블록도들이다. 신호 프로세싱 프론트에서, 게이트웨이는 GNU 라디오 라이브러리와 같은 라이브러리들을 통합한다. 네트워킹 프론트에서, 게이트웨이는 XML, HTTP, SSL, JSON 등을 위한 라이브러리를 통합한다.

게이트웨이는 연결된 컴퓨팅 디바이스 또는 원격 서버상에서 SDR과 통신하고 그리고/또는 SDR을 제어하는 SDR 인터페이스를 포함한다. SDR 인터페이스는 예를 들어, 이더넷(Ethernet) 인터페이스를 포함한다. 어떤 실시예들에서, SDR 인터페이스는 그래픽 인터페이스를 포함한다. 그래픽 인터페이스는 예를 들어 Linux에서 실행되는 C 및/또는 Qt로 기록된 SDR들을 제어하기 위해 사용된다. SDR 인터페이스는 (i) 예를 들어 아마추어 스테이션 제어 프로토콜(ASCP)을 이용해서 SDR을 제어하기 위한 TCP 소켓, 커스텀 포맷일 수 있는 샘플 데이터의 낮은 오버헤드 전달용 UDP 소켓과 같은 하나 이상의 네트워크 프로토콜상에서 동작하거나 이들을 지원한다. 게이트웨이 또는 SDR 인터페이스는 IP 어드레스를 획득하기 위한 DHCP 클라이언트를 포함하고, 종종 SNDP로 언급되는 UDP 프로토콜을 이용한 디바이스 발견 메커니즘을 포함한다.

어떤 실시예들에서, 게이트웨이는 HF 대역을 샘플링하고, 이는 미리 정의된 개수의 서브채널들(예를 들어, 100 개의 서브채널들)을 포함한다. 게이트웨이는 프로세싱을 위해 각 서브채널을 격리시킨다. 동시에 기저대역으로 신호를 대역통과 필터링, 데시메이팅(decimating) 및 다운컨버팅하는 프로세스는 종종 다운샘플링으로 언급된다. 타임슬롯 경계들을 결정하기 위한 타이밍 동기화는 GPS 소스로부터 도출된다. 설명의 방식으로서, 만약 노드 송신이 노미널하게 1/2의 레이트로 인코딩된 32 바이트들의 정보를 포함하고, 50 baud에서 변조되고, 800 Hz의 대역폭을 점유하며, 2 kSps @ 쿼드라쳐 당 16 비트로 샘플링된다면, 업로드를 위해 준비된 기저대역 블록은 약 22 kBytes를 점유할 것이다.

게이트웨이는 클라이언트로서 SDR 서버와 통신하기 위한 웹 서비스 클라이언트를 포함한다. 웹 서비스 클라이언트는 SOAP 또는 REST와 같은 웹 서비스 원격 절차 요청(RPC) 프레임워크를 사용한다. 웹 서비스 요청들 및 응답들은 HTTP 상에 구축된다. 게이트웨이가 서버에 중간 사이즈 데이터 블록들을 보내는 일부 실시예들(예를 들어, ~22kBytes)에서, 웹 서비스 설계는 이진 인코딩 포맷을 이용하는 것에서 이익을 얻는다.

게이트웨이는 네트워크를 통해 SDR 서버에 변조된 신호들의 샘플들을 전달한다. 이러한 샘플들은 종종 게이트웨이 대 클라우드(G2C) 메시지들로 언급된다. 주어진 타임슬롯에서, 게이트웨이는 SDR 서버에 수신된 샘플 데이터의 블록을 보낸다. 게이트웨이는 메시지들을 보내기 위해 포트(예를 들어, 포트 8081)상에 TCP 연결을 설정한다. 일부 실시예들에서, 게이트웨이는 메시지들을 보내기 위해 대표적 상태 전달(Representational State Transfer, REST)에 기초한 웹 서비스들을 사용한다. 게이트웨이의 시리얼 번호는 그 이더넷 MAC 주소로서 정의된다. 설명의 방식으로서, G2C 메시지들은 다음의 메시지 포맷을 갖는다:

SDR 서버 또는 Cloud 서버는 네트워크 내의 하나 이상의 게이트웨이들로부터 변조된 신호들(종종 샘플 블록들 또는 G2C 메시지들로 언급됨)의 샘플들을 수신한다. 일부 실시예들에서, SDR 서버는 다음의 데이터베이스 기록 포맷을 사용한다. SDR 서버는 G2C 메시지들이 다른 게이트웨이들로부터의 이용 가능한 복사본들과 쌍을 이루고 SIMO가 프로세싱될 때까지 G2C 메시지들을 그러한 포맷들로 저장한다.

일부 실시예들에서, 사후프로세싱 된(post-processed) 샘플 블록의 포맷(예를 들어, 사후-SIMO 프로세싱)은 다음과 같다:

SDR 서버는 샘플 블록들 또는 G2C 메시지들을 프로세싱하고, 그리고 최종 사용자 어플리케이션에 의한 소비를 위해 데이터베이스에 결과적인 데이터 기록들을 놓는다. 설명의 방식으로서, 사후 프로세싱된 샘플 블록으로부터 추출된 디코딩된 센서 리포트는 다음을 포함한다:

SDR 서버는 Linux, Windows 또는 다른 운영 체제를 운영하는 가상 서버를 포함한다. 어떤 실시예들에서, SDR 서버는 예를 들어, 백엔드에 대해 클라우드 데이터베이스 서비스를 활용하고, 프론트 엔드에 대해 라이트웨이트 어플리케이션 서버(lightweight application server)을 활용하는 것처럼, 다수의 서버들에 걸쳐 나눠져 있다. 이 구현은 예를 들어 다수의 SDR 서버들을 지원하기 위해 서로 다른 머신들 상에서, 심지어 서로 다른 URL들에서 실행 중인 동일한 어플리케이션의 다수의 인스턴스들(instances)에 스케일링된다. 각 인스턴스는 동일한 데이터베이스 서버들과 통신하고 어떤 노드들이 어떤 특정한 인스턴스와 관련되는지를 지정한다. SDR 서버 어플리케이션 태스크들은 C, Python 또는 Java와 같은 언어들로 구현될 수 있다.

SDR 서버는 하드웨어, 또는 하드웨어 상에서 실행 중인 소프트웨어로 구현된 모듈들을 포함한다. 어떤 모듈들은: (i) 게이트웨이들로부터 기저대역 샘플 블록들을 수신하기 위한 웹 서비스를 제공하는 것, (ii) 샘플 기록 및 스펙트로그램 데이터를 추출하기 위해 샘플 블록들을 프로세싱하는 것, (iii) 이력 데이터베이스(history database)에 디코딩된 샘플 블록들 및 스펙트로그램들을 기록하는 것, (iv) 최종 사용자 어플리케이션들이 이력 데이터베이스에 액세스하는 것을 허용하기 위한 웹 서비스를 제공하는 것, (v) 구성 및 모니터링을 위해 웹 서버 제어 패널을 제공하는 것, 그리고 (vi) 디버깅/진단들을 위한 이벤트 로깅을 수행하는 것과 같은 기능성들을 제공한다. 설명의 방식으로서, 도 2h는 SDR 서버의 일 실시예의 블록도를 묘사한다.

SDR 서버는 중요한 신호 프로세싱을 수행하기 위해 구성된다. SDR 서버는 SDR 소프트웨어, 어플리케이션들 및/또는 커스텀 코드를 통해 구성된다. SDR 서버는, SIMO 안테나 다양성 조합, FSK 복조, 톤들을 분해하기 위한 이산 퓨리에 변환 구현, 코히어런트 복조를 위한 캐리어 위상의 복원, 및/또는 타이밍 복원의 복원을 포함하는 다양한 신호 프로세싱 기능들을 제공한다. 작은 샘플 지속시간을 갖고, 타이밍 동기화는 명시적인 도팅 시퀀스 전제부(dotting sequence preamble) 없이 산출된다. 노드는 송신기에서 데이터에 대한 스크램블링 시퀀스(scrambling sequence)를 적용함에 의해 데이터에 충분한 개수의 천이들(transitions)을 보장한다. SDR 서버는 각 비트 지속시간에 걸쳐 더해질 때 DFT의 "주파수 버킷(frequency bucket)" 각각에서의 전력을 최대화하는 비트 위상을 찾음에 의해 비트 동기화를 복원한다. SDR 서버는 FEC 디코딩을 수행할 수도 있다.

최종 사용자는 SDR 서버에서 복원된 센서 데이터의 일부 부분에 액세스한다. 하나 이상의 최종 사용자 어플리케이션들은 SDR 서버의 센서 이력 저장소로부터 센서 데이터를 검색하고 이를 최종 사용자에게 그래픽 포맷으로 제시한다. 최종 사용자 어플리케이션은 다음 중 어떤 하나 이상을 수행한다: (i) 센서 데이터를 검색하기 위해 센서 이력 서비스와 상호작용하는 것, (ii) 예를 들어 팝업 박스에 센서 기록들을 갖는 스크롤러 맵 상에 플래그로서 센서 각각을 도시하는, 센서 그래픽 뷰를 제공하는 것, (iii) 예를 들어 각 센서의 가장 최근의 리포트를 갖는 로우로서 센서 각각을 도시하는 센서 테이블 뷰를 제공하는 것, (iv) 예를 들어 단일의 센서 또는 선택된 센서들의 그룹에 대해 로우로서 센서 리포트 각각을 도시하는 이력 테이블 뷰를 제공하는 것, 그리고 (v) 예를 들어 선택된 기간 동안 하나 이상의 선택된 센서들에 대해 모든 센서 값들을 그래핑하는 이력 그래픽 뷰를 제공하는 것. 도 2i는 최종 사용자 어플리케이션에 대한 데이터 흐름도의 일 실시예를 묘사한다.

최종 사용자 어플리케이션은 예를 들어 만약: (a) 센서 값이 명시된 범위를 초과할 경우 그리고/또는 (b) 알람 타임아웃이 만료되기 전에 센서가 리포트를 실패할 경우 새로운 센서 리포트들을 모니터링하고 알람들을 발생시킬 수 있다. 최종 사용자 어플리케이션은 단독의 데스크탑 어플리케이션, 브라우저에 기초한 웹 어플리케이션, 또는 단독의 모바일 어플리케이션을 포함한다.

도 2j를 참조하면, 분산된 라디오 통신 네트워크의 방법에 관한 흐름도의 일 실시예가 묘사된다. 상기 방법은 개별적으로 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 각각에 의해, 복수 개의 지리적으로 흩어진 노드들 중 제1 노드로부터 데이터의 적어도 일부분을 포함하는 변조 신호들을 수신하는 것을 포함한다(501). 상기 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신된다. 상기 데이터는 제1 위치에서 제1 노드에 의해 수집 또는 발생된다. 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 변조 신호들의 샘플들을 수신한다(503). 서버는 변조 신호들의 샘플들로부터 간섭 신호를 제거한다(505). 서버는 샘플들의 조합에 대해 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 수신된 변조 신호들의 샘플들을 시간에 대해 동기화한다(507). 상기 서버는 데이터를 복원하기 위해 변조 신호들의 개별적으로 수신된 샘플들의 프로세싱을 수행하기 위해 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어에 의해 구성된다(509). 상기 프로세싱은 샘플들로부터 복원된 변조 신호들의 복조를 포함한다.

단계(501)을 참조하면, 복수 개의 게이트웨이들 각각은 복수 개의 지리적으로 흩어진 노드들 중 제1 노드로부터 데이터의 적어도 일부분을 포함하는 변조 신호들을 개별적으로 수신한다. 상기 복수 개의 게이트웨이들은 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이를 포함한다. 상기 데이터는 제1 위치에서 상기 제1 노드에 의해 수집 또는 발생된다. 예를 들어, 상기 데이터는, 습도 또는 온도와 같은 환경적 속성들, 또는 예를 들어 경보, 통지 또는 이벤트 로그를 트리거하기 위한 이벤트의 검출 노드에 의해 이루어진 측정을 포함한다. 상기 노드는 송신을 위한 하나 이상의 패킷들, 프레임들, 데이터그램들 또는 메시지들을 포함하는 하나 이상의 신호들에서의 데이터를 포함한다. 상기 노드는 각 신호 또는 패킷에 대한 도팅 시퀀스들, 동기화 워드들 또는 프로토콜 식별자들과 같은 MAC 레벨의 제어 정보를 추가한다.

노드는 예를 들어, 각 신호 또는 패킷을 오류로부터 보호하기 위해 1/2의 레이트(k=32)의 컨볼루션 코드를 사용해서 순방향 오류 정정(FEC) 인코딩을 수행한다. 노드는 비록 다양한 기타 변조 방식이 구현될 수 있지만, 예를 들어, 연속 위상 4-FSK 또는 16-FSK를 사용하여 신호들에서 코드 비트들을 변조한다. 노드는 변조 신호를 송신하기 위한 타임 슬롯 및/또는 주파수를 결정한다. 이 결정은 적어도 부분적으로 다음 중 하나 이상에 기초한다: 수신 게이트웨이의 위치, 수신 게이트웨이로부터의 거리, 지형, 하루 중 시간, 계절, 날씨, 안테나 유형 및/또는 수신 게이트웨이에 의해 지원되는 송신 모드. 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신된다. 상기 제1 노드는 HF 대역 또는 다른 주파수 대역/범위 내에서 3 내지 30 메가헤르츠(MHz) 사이의 저전력의 RF 신호를 송신한다. 제1 노드는 RF 신호를 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 대해 10 킬로미터보다 긴 송신 경로(예를 들어, 50 km, 300 km 또는 600 km)를 통해 RF 신호를 송신한다.

복수 개의 게이트웨이들 각각은 서로 다른 위치들에 위치되며, 다양한 유형들의 신호들 및/또는 송신들을 수신하기 위한 특정한 유형(들)의 안테나들을 포함한다. 상기 변조 신호들은 제1 노드로부터 라디오 주파수(RF) 신호들로서 무선으로 송신된다. 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 각각은 제1 노드로부터의 직접 경로를 통해, 지상파 경로를 통해, 또는 전리층 반사(예를 들어, NVIS 및 긴 공간파)를 통해 송신되는 RF 신호들로서 변조 신호들을 수신한다. 상기 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이는 다음 중 적어도 2개를 통해 송신된 RF 신호들로서 변조 신호들을 수신한다: 제1 노드로부터의 직접 경로, 지상파 경로, 및 전리층 반사. 일부 실시예들에서, 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이 중 적어도 하나는 지구의 전리층으로부터 반사된 RF 신호들 중 하나를 수신한다.

하나 이상의 게이트웨이들은 분산된 안테나들의 세트를 포함하도록 구성된다. 게이트웨이 각각의 안테나들은 전파의 다른 유형에 비하여 전파의 한 유형에 대한 선호를 부여하기 위해 선택 및/또는 구성될 수 있다. 이러한 분산된 안테나들은 미리 정의된 중심 위치에서 집합/프로세싱을 위해 하나 이상의 위치들로부터 다중 경로들 또는 전파 모드들로부터의 흩어진 신호들을 수집한다. 상기 분산된 안테나들은 안테나 다양성 및/또는 빔포밍 전략들을 지원하도록 구성된다. 제1 및 제2 게이트웨이들 중 하나 또는 둘 모두는 상기 노드로부터 특정 신호 송신을 수신한다. 일부 경우들에 있어서, 신호는 특정 게이트웨이에서 수신되기에는 방해되거나, 너무 약하거나, 또는 잡음에 의해 압도당할 수 있다. 예를 들어, 하루 중 전파에 기초해서 일부 노드 송신들은 한 게이트웨이에서 수신되고 다른 노드 송신들은 두 게이트웨이 모두에서 수신될 수 있다.

각 게이트웨이는 수신된 신호들을 샘플링한다. 게이트웨이 각각은 HF 대역에서 검출된 신호들에 대한 샘플링을 수행하고, 이는 미리 정의된 개수의 서브채널들을 포함한다. 게이트웨이는 서브채널 각각을 프로세싱을 위해 격리시킨다. 수신된 신호들은 기저대역 주파수로 다운-컨버팅되고, 각각의 게이트웨이들 각각에서 샘플링된다. 각각의 게이트웨이는 대역 통과 필터링, 데시메이팅 및 기저대역으로의 신호의 다운컨버팅을 포함하는 다운샘플링을 수행한다. 각각의 게이트웨이는 지리적 위치 및 타이밍 기준을 위해 GPS 모듈과 인터페이스한다. 각각의 게이트웨이는 예를 들어, GPS 소스로부터의 타이밍 정보를 사용해서 타임슬롯 경계들을 결정하기 위해 타이밍 동기화를 수행한다.

각각의 게이트웨이는 "기저대역 블록들"을 산출하기 위해 채널 및/또는 타임슬롯에 따라 기저대역 신호 각각을 나눈다. 어떤 실시예들에서, 게이트웨이는 블록 각각에 대한 썸네일 스펙트로그램을 계산한다. 게이트웨이는 기저대역 블록 각각을 라벨링 및/또는 타임스탬핑한다. 게이트웨이는 스펙트로그램을 부착하고, SDR 서버에 각 블록을 업로드한다. 라디오 신호들 또는 패킷들은 게이트웨이에서 복조되지 않는다. 게이트웨이의 신호 프로세싱은 신호를, 예를 들어, I 및 Q 기저대역 샘플들의 블록들로 다운샘플링하는 데 멈춘다.

게이트웨이들 중 하나 또는 둘 모두는 네트워크를 통해 SDR 서버에 변조된 신호들의 샘플들을 전달한다. 이러한 샘플들은 종종 게이트웨이 대 클라우드(G2C) 메시지들 또는 샘플 블록들로 언급된다. 주어진 타임슬롯에서, 게이트웨이는 SDR 서버에 수신된 샘플 데이터의 블록을 보낸다. 게이트웨이는 샘플들을 보내기 위해 포트상에 TCP 연결을 설정한다. 일부 실시예들에서, 게이트웨이는 샘플들을 보내기 위해 대표적 상태 전달(REST)에 기초한 웹 서비스들을 이용한다. 게이트웨이들 중 하나 또는 둘 모두는 각각의 게이트웨이에 의해 수신된 변조 신호들을 압축하고, 상기 압축된 변조 신호들을 추가적인 프로세싱을 위해 중심 위치에 통신한다. 예를 들어, 게이트웨이는 네트워크를 통해 SDR 서버에 전달하기 전에 변조 신호들의 하나 이상의 샘플들을 압축한다.

이제 단계(503)을 참조하면, 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 변조 신호들의 샘플들을 수신한다. SDR 서버는 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 변조 신호들을 수신한다. SDR 서버는 제1 게이트웨이와 제2 게이트웨이 중 하나 또는 둘 모두로부터 변조 신호들을 개별적으로 수신한다. SDR 서버는 게이트웨이 각각으로부터 변조 신호들의 샘플들을 개별적으로 수신한다. 제1 게이트웨이, 제2 게이트웨이 및 서버는 광역 네트워크 또는 인터넷과 같은 통신 네트워크를 통해 연결된다. SDR 서버는, 예를 들어, 게이트웨이들 각각에 할당된 타임슬롯들과 같이, 서로 다른 타임슬롯들 내의 게이트웨이 각각으로부터 샘플들을 수신한다. 일부 실시예들에서, SDR 서버는 위에 설명된 바와 같이, 수신된 샘플을 데이터베이스 기록 포맷으로 저장한다. SDR 서버는 샘플들이 다른 게이트웨이들로부터 이용 가능한 복사본들과 쌍을 이룰 때까지 그러한 포맷으로 수신된 샘플들을 저장한다. SDR 서버는 샘플들이 SIMO/MIMO 프로세싱될 때까지 이 포맷으로 수신된 샘플들을 저장한다.

이제 단계(505)를 참조하면, 서버는 변조 신호들의 샘플들로부터 간섭 신호를 제거한다. 상기 서버는 게이트웨이들 중 하나 또는 둘 모두에 의해 수신된 변조 신호들로부터 간섭 신호를 제거한다. 간섭 신호들은 예를 들어 게이트웨이 또는 개별적인 게이트웨이들에 서로 다른 안테나들(예를 들어, 수평 및 수직으로 양극화된 안테나들)을 연결함에 의해 식별된다. 한 유형의 안테나는 다른 유형의 안테나에 비해 노드 신호들을 더 획득하는 경향이 있다. 다른 유형의 안테나는 예를 들어, 제1 유형의 안테나가 노드 신호들에 더하여 픽-업하는 잡음 또는 간섭 신호들과 같은 잡음 또는 간섭 신호들을 획득하는 성향이 있다.

SDR 서버는 간섭 신호가 더해진 원하는 노드 신호를 포함하는 게이트웨이(예를 들어, 제1 게이트웨이)로부터 샘플들을 수신하고, 간섭 신호를 포함하는 다른 게이트웨이(예를 들어, 제2 게이트웨이)로부터 샘플들을 수신한다. 일부 실시예들에서, SDR 서버는 간섭 신호가 더해진 원하는 노드 신호를 포함하는 (예를 들어, 제1 게이트웨이의)제1 안테나로부터 샘플들을 수신하고, 간섭 신호를 포함하는 (예를 들어, 제1 게이트웨이의)다른 안테나로부터의 샘플들을 수신한다. SDR 서버는 간섭 제거 및/또는 잡음 필터링을 수행한다. SDR 서버는 간섭 신호가 더해진 원하는 신호를 포함하는 샘플들로부터 간섭 신호를 포함하는 샘플들을 제거한다. SDR 서버는 상기 제거에 기초해서 원하는 신호 샘플들을 추출하고, 원하는 신호 샘플들을 복조 프로세스에 보내고, 여기서 상기 샘플들은 마치 상기 샘플들이 간섭 신호들 없이 수신된 것처럼 프로세싱된다.

이제 단계(507)를 참조하면, 서버는 상기 샘플들의 조합을 위해 상기 제1 게이트웨이 및 제2 게이트웨이로부터 수신된 변조 신호들의 샘플들을 시간에 대해 동기화한다. SDR 서버는 수신된 신호들의 샘플들을 SDR 서버상의 안테나 다양성 모듈에 포워딩하고, 여기서 상기 샘플들은, 예를 들어, 신호 대 잡음 비(SNR) 및/또는 다른 파라미터들을 향상시키기 위해, 시간에 대해 동기화되고 조합된다. SDR 서버는 로컬 GPS 정보 또는 다른 타이밍 정보를 이용하여 샘플들을 시간에 대해 동기화한다. 상기 샘플들이 안테나들/게이트웨이들의 분산된 세트를 통해 수신된 신호들에 기초함에도 불구하고 함께 더해지거나 그렇지 않으면 조합된다. SDR 서버는 리던던트한 또는 중복된 샘플들을 드랍(drop)하거나 제거한다. SDR 서버는 조합된 샘플들을 SDR 서버의 복조 모듈에 보내고, 여기서 조합된 샘플들은 마치 상기 샘플들이 단일의 경로로부터 온 것처럼 프로세싱된다. 따라서, 복조 및 기타 프로세싱 기법들(예를 들어, SIMO/MIMO)은 마치 상기 게이트웨이들 및 SDR 서버의 모음이 비-분산된 시스템인 것처럼 수행될 수 있다.

일부 실시예들에서, 개별적인 노드들은 제1 및 제2 게이트웨이들에 의해 수신된 시공간에 대해 코딩된 신호들을 각각 보낸다. 게이트웨이들 각각은 SDR 서버의 MIMO/SIMO 모듈에 샘플들을 보낸다. MIMO/SIMO 모듈은, 신호 송신 속도/처리량, SNR, 또는 수신된 신호의 기타 파라미터들을 향상시키기 위해 시공간 코드들에 기초해서 샘플들을 분리, 그룹화 또는 조합한다.

이제 단계(509)를 참조하면, 서버는 데이터를 복원하기 위해 변조 신호들의 개별적으로 수신된 샘플들의 프로세싱을 수행하기 위해 소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어에 의해 구성된다. 상기 서버는 단계(503, 505 및/또는 507)에서의 프로세싱 중 어떤 것을 수행하기 위해 SDF 소프트웨어에 의해 구성된다. 상기 프로세싱은 게이트웨이들 중 하나 또는 둘 모두로부터 수신된 변조 신호들의 복조를 포함한다. 상기 프로세싱은 제1 및/또는 제2 게이트웨이들에 의해 수신된 변조 신호들의 복조를 포함한다. 상기 프로세싱은 샘플들로부터 복원된 변조 신호들의 복조를 포함한다.

SDR 서버는 중요한 신호 프로세싱을 수행하도록 구성된다. SDR 서버는 게이트웨이로부터 미뤄진 신호 프로세싱 단계들을 수행하도록 구성된다. SDR 서버는, 게이트웨이 각각으로부터 공통되거나 계산적으로 중요한 프로세싱을 오프로딩(offloading)함에 의해, 복수 개의 게이트웨이들에 대해 중심화된 신호 프로세싱을 수행하도록 구성된다. SDR 서버는 게이트웨이/안테나 "리던던시," 다양성 프로세싱 및/또는 간섭 제거로부터 이익을 얻기 위해 안테나들/게이트웨이들의 분산된 세트로부터 수신된 신호들의 조합된 세트의 신호 프로세싱을 수행하도록 구성된다. 따라서, 노드 대 게이트웨이 무선 링크들의 신호 대 잡음 비(SNR)는 다수의 위치들에서 수신된 신호들을 조합함에 의해 향상될 수 있다. SNR은 서로 다른 전파 경로들 및/또는 서로 다른 전파 모드들을 통해 수신되는 신호들을 조합함에 의해 향상된다.

SDR 서버는: 신호 필터링, 간섭 제거, 압축 해제, 암호화, 암호화 해제, 순방향 오류 정정(FEC), 코딩, 디코딩, 빔포밍 및 안테나 다양성 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 변조 신호들의 프로세싱을 수행한다. 예를 들어, SDR 서버는 추가적인 프로세싱을 위해 샘플들을 조합하기 전에, 게이트웨이들로부터 압축된 샘플들을 압축 해제한다. 상기 서버는 SIMO 및 MIMO 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행하기 위해 SDR 소프트웨어에 의해 구성된다. SDR 서버는, SIMO 안테나 다양성 조합, FSK 복조, 임베드된 톤들을 분해하기 위한 이산 퓨리에 변환 구현, 코히어런트 복조를 위한 캐리어 위상의 복원, 및/또는 타이밍 복원의 복원을 포함하는 다양한 신호 프로세싱 기능들을 제공한다.

SDR 서버는 게이트웨이들로부터 기저대역 샘플 블록들을 수신하기 위한 웹 서비스를 포함하거나 제공한다. SDR 서버는 샘플들을 프로세싱하고, 결과적인 데이터 기록들을 최종 사용자 어플리케이션에 의한 소비를 위해 데이터베이스에 놓는다. 샘플 블록들은 샘플 기록 및/또는 스펙트로그램 데이터를 추출하기 위해 프로세싱된다. 앞서 논의된 바와 같이, SDR 서버 또는 MIMO/SIMO 프로세싱 모듈은 데이터베이스에서의 저장을 위한 특정 포맷으로 데이터 기록(예를 들어, SIMO 후의 프로세싱)을 출력한다. SDR 서버는 프로세싱된 후의 샘플 블록으로부터 디코딩된 센서 리포트를 추출한다. SDR 서버는 SDR 서버의 이력 데이터베이스에 디코딩된 샘플 기록들 및 스펙트로그램들을 기록한다.

일부 실시예들에서, SDR 서버는 디버깅 또는 진단들을 위한 이벤트 로깅을 수행하고, 구성 및 모니터링을 위한 웹 서버 제어 패널을 제공한다. SDR 서버는 최종 사용자 어플리케이션들이 이력 데이터베이스에 액세스하는 것을 허용하기 위한 웹 서비스를 제공한다. 최종 사용자는 하나 이상의 최종 사용자 어플리케이션들을 통해 SDR 서버에서 복원된 센서 데이터의 일부 부분에 액세스한다. 최종 사용자 어플리케이션은 SDR 서버의 센서 이력 저장소로부터 센서 데이터를 검색하고 이를 최종 사용자에게 그래픽 포맷으로 제시한다.

위에 설명된 시스템들은 그러한 컴포넌트들 중 어떤 또는 각각의 다수의 컴포넌트들을 제공하고 이러한 컴포넌트들은 단독의 머신 또는 일부 실시예들에서 분산된 시스템의 다수의 머신들로 제공됨이 이해되어야 한다. 이에 더하여, 위에 설명된 시스템들 및 방법들은 제작물의 하나 이상의 물품들(articles)에 구현되거나 이들 내의 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 프로그램들 또는 실행 가능한 명령들에 의해 제공될 수 있다. 제작물의 물품은 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, 플래시 메모리 카드, PROM, RAM, ROM, 또는 자기 테이프일 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 판독 가능 프로그램들은, LISP, PERL, C, C++, C#, PROLOG과 같은 어떤 프로그래밍 언어로 구현될 수 있거나, 또는 JAVA와 같은 어떤 바이트 코드 언어로 구현될 수 있다. 소프트웨어 프로그램들 또는 실행 가능한 명령들은 오브젝트 코드로서 제작물의 하나 이상의 물품들에 저장되거나 이들 내에 있다.

비록 전술한 본 발명의 기록된 설명이 통상의 기술자로 하여금 무엇이 본 발명의 최적 모드(best mode)인 것으로 현재 고려되는지를 생산 및 사용하는 것을 가능하게 하지만, 통상의 기술자는 본 명세서의 특정 실시예, 방법, 및 예시들의 변형들, 조합들, 및 균등물들의 존재를 이해할 것이다. 본 발명은 그러므로 위에 설명된 실시예, 방법 및 예시들에 의해 한정되어서는 안 되고, 오히려 본 발명의 범위 및 사상 내의 모든 실시예들 및 방법들에 의해 한정되어야 한다.

Claims

분산된 라디오 통신 네트워크(distributed radio communications network)를 제공하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
제1 게이트웨이(gateway)와;
제2 게이트웨이와; 그리고
서버를 포함하고,
상기 제1 게이트웨이는,
복수 개의 지리적으로 흩어진 노드들(geographically-dispersed nodes) 중 제1 노드로부터 무선으로 송신된 데이터의 변조 신호들(modulated signals)의 제1 적어도 일부분을 수신하고,
상기 변조 신호들의 상기 제1 적어도 일부분의 제1 샘플들을 발생시키기 위해 아날로그-대-디지털(Aanalog-to-Digital)(A/D) 컨버젼(conversion)을 수행하고, 그리고
상기 제1 샘플들을 상기 서버에 송신하며,
상기 제2 게이트웨이는,
상기 제1 노드로부터 무선으로 송신된 상기 데이터의 상기 변조 신호들의 제2 적어도 일부분을 수신하고,
상기 변조 신호들의 상기 제2 적어도 일부분의 제2 샘플들을 발생시키기 위해 A/D 컨버젼을 수행하고, 그리고
상기 제2 샘플들을 상기 서버에 송신하며,
상기 서버는,
상기 제1 게이트웨이로부터 송신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 게이트웨이로부터 송신된 상기 제2 샘플들을 수신하며,
상기 서버는, 소프트웨어 정의 라디오(Software-Defined Radio, SDR) 소프트웨어에 의해,
상기 데이터의 상기 변조 신호들을 복원(recover)하기 위해 상기 수신된 제1 샘플들 및 제2 샘플들을 조합하도록 구성됨과 아울러
상기 데이터를 복원하기 위해 상기 복원된 변조 신호들을 복조(demodulate)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이는 상기 제1 샘플들을 압축(compress)하며, 상기 압축된 제1 샘플들을 상기 서버에 전달하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버는 단일 입력 다중 출력(Single Input Multiple Output, SIMO) 프로세싱 및 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행하도록 상기 SDR 소프트웨어에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이, 상기 제2 게이트웨이 및 상기 서버는 통신 네트워크에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이 중 적어도 하나는 전리층(ionosphere)으로부터 반사된 상기 변조 신호들 중 하나를 수신하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변조 신호들은 10 킬로미터를 초과하는 송신 경로(transmission path)를 통해 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 전달되는 3 내지 30 메가헤르츠(MHz)의 저전력 라디오 주파수(RF) 신호(low-power, Radio Frequency(RF) signal)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버는, 신호 필터링, 간섭 제거(interference rejection), 압축 해제(decompression), 암호화(encryption), 암호화 해제(decryption), 순방향 오류 정정(Forward Error Correction, FEC), 코딩(coding), 디코딩(decoding), 빔포밍(beamforming) 및 안테나 다양성 프로세싱(antenna diversity processing) 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 수신된 제1 샘플들 및 제2 샘플들의 프로세싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버는 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들의 조합(combination)을 위해 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이로부터 각각 수신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들을 시간에 대해 동기화(time-synchronize)시키는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버는 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이로부터 각각 수신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들로부터 간섭 신호들(interfering signals)을 제거하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는,
상기 제1 노드로부터의 직접 경로(direct path), 지상파 경로(ground wave path) 및 전리층 반사(ionospheric reflection) 중 적어도 2개를 통해 송신되는 라디오 주파수(RF) 신호들로서 상기 변조 신호들의 상기 제1 적어도 일부분 및 상기 제2 적어도 일부분을 수신하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 시스템.
분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법으로서,
제1 게이트웨이에 의해, 복수 개의 지리적으로 흩어진 노드들 중 제1 노드로부터 무선으로 송신된 데이터의 변조 신호들의 제1 적어도 일부분을 수신하는 단계와;
상기 제1 게이트웨이에 의해, 상기 변조 신호들의 상기 제1 적어도 일부분의 제1 샘플들을 발생시키기 위해 아날로그-대-디지털(A/D) 컨버젼을 수행하는 단계와;
상기 제1 게이트웨이에 의해, 상기 제1 샘플들을 서버에 송신하는 단계와;
제2 게이트웨이에 의해, 상기 제1노드로부터 무선으로 송신된 상기 데이터의 상기 변조 신호들의 제2 적어도 일부분을 수신하는 단계와;
상기 제2 게이트웨이에 의해, 상기 변조 신호들의 상기 제2 적어도 일부분의 제2 샘플들을 발생시키기 위해 A/D 컨버젼을 수행하는 단계와;
상기 제2 게이트웨이에 의해, 상기 제2 샘플들을 상기 서버에 송신하는 단계와;
상기 서버에 의해, 상기 제1 게이트웨이로부터 송신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 게이트웨이로부터 송신된 상기 제2 샘플들을 수신하는 단계와;
소프트웨어 정의 라디오(SDR) 소프트웨어에 의해 구성된 상기 서버에 의해, 상기 변조 신호들을 복원하기 위해 상기 수신된 제1 샘플들 및 제2 샘플들을 조합하는 단계와; 그리고
상기 서버에 의해, 상기 데이터를 복원하기 위해 상기 복원된 변조 신호들을 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이에 의해, 상기 제1 샘플들을 압축하는 단계와, 상기 압축된 제1 샘플들을 상기 서버에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 서버에 의해, 단일 입력 다중 출력(SIMO) 프로세싱 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
통신 네트워크를 통해, 상기 제1 게이트웨이, 상기 제2 게이트웨이 및 상기 서버를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 의해, 전리층으로부터 반사된 상기 변조 신호들 중 하나를 수신하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 변조 신호들은 10 킬로미터를 초과하는 송신 경로를 통해 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이 중 적어도 하나에 전달되는 3 내지 30 메가헤르츠(MHz)의 저전력 RF 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 서버에 의해, 신호 필터링, 간섭 제거, 압축 해제, 암호화, 암호화 해제, 순방향 오류 정정(FEC), 코딩, 디코딩, 빔포밍 및 안테나 다양성 프로세싱 중 적어도 하나를 포함하는 프로세싱을 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 서버에 의해, 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들의 조합을 위해 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이로부터 각각 수신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들을 시간에 대해 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 서버에 의해, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이로부터 각각 수신된 상기 제1 샘플들 및 상기 제2 샘플들로부터 간섭 신호들을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이에 의해, 상기 제1 노드로부터의 직접 경로, 지상파 경로 및 전리층 반사 중 적어도 2개를 통해 송신되는 라디오 주파수(RF) 신호들로서 상기 변조 신호들의 상기 제1 적어도 일부분 및 상기 제2 적어도 일부분을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 라디오 통신 네트워크를 제공하기 위한 방법.