KR102147114B1 - 재난 안전 통신을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

재난 안전 통신을 위한 방법 및 장치가 개시된다. 재난 안전 통신 방법으로서, 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 기지국에 전송하는 단계, 그룹캐스트 설정 요청 메시지에 대한 응답으로 그룹캐스트 자원 정보를 포함한 상향링크 승인 메시지를 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 송신 단말과 동일한 그룹에 속한 수신 단말들로 전송할 데이터를 그룹캐스트 자원 정보가 지시하는 자원을 통해 기지국에 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 재난 안전 통신이 효과적으로 수행될 수 있다.

Description

재난 안전 통신을 위한 방법 및 장치{METHOD FOR PUBLIC SAFETY COMMUNICATION AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 재난 안전 통신을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
셀룰러(cellular) 통신 환경에서 단말들이 데이터(data)를 송수신하는 일반적인 방법은 기지국을 통한 방법이다. 즉, 제2 단말에 전송할 데이터가 있는 경우, 제1 단말은 그 데이터를 자신이 속한 제1 기지국으로 전송한다. 제1 기지국은 제1 단말로부터 수신한 데이터를 코어망을 통해 제2 단말이 속한 제2 기지국으로 전송한다. 마지막으로, 제2 기지국은 제1 기지국으로부터 수신한 데이터를 제2 단말에 전송한다. 여기서, 제1 기지국과 제2 기지국은 동일한 기지국일 수 있고, 서로 다른 기지국일 수 있다.
한편, 단말 간 직접(device-to-device, D2D) 통신은 단말들이 기지국을 거치지 않고 직접 통신하는 것을 의미한다. 예를 들어, 단말은 음영지역에 위치하거나 주변 기지국이 일시적으로 붕괴되는 경우 기지국의 신호를 수신하지 못한다. 이 경우에 단말은 D2D 통신 방식을 기반으로 다른 단말과 통신을 수행할 수 있다.
이러한 무선 통신 시스템에 재난 안전 통신(public safety communication) 이 도입될 수 있다. 재난 안전 통신은 재난 상황의 예측, 재난 발생 현장에서 정보 전송, 재난 대응 등을 지원하기 위해 사용될 수 있다. 재난 안전 통신은 유니캐스트(unicast) 방식, 그룹캐스트(groupcast) 방식, 브로드캐스트(broadcast) 방식 등을 기반으로 수행될 수 있다. 또한, 재난 안전 통신은 기지국이 존재하는 환경에서의 재난 안전 통신, 기지국이 존재하지 않는 환경(예를 들어, 기지국이 붕괴된 경우나 기지국의 신호를 수신할 수 없는 경우)에서의 재난 안전 통신 등으로 분류될 수 있다.
현재 기지국이 존재하는 환경에서의 그룹캐스트 또는 브로드캐스트 기반의 재난 안전 통신, 기지국이 존재하지 않는 환경에서 유니캐스트, 그룹캐스트 또는 브로드캐스트 기반의 재난 안전 통신을 지원하기 위한 동작 절차는 명확하게 규정되어 있지 않다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선 통신 시스템에서 재난 안전 통신을 효과적으로 수행하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 재난 안전 통신을 효과적으로 수행하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 재난 안전 통신 방법으로서, 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 기지국에 전송하는 단계, 상기 그룹캐스트 설정 요청 메시지에 대한 응답으로 그룹캐스트 자원 정보를 포함한 상향링크 승인 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 송신 단말과 동일한 그룹에 속한 수신 단말들로 전송할 데이터를 상기 그룹캐스트 자원 정보가 지시하는 자원을 통해 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 재난 안전 통신 방법은, 상기 동일한 그룹에 속한 수신 단말들로 전송할 데이터가 없는 경우, 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 상기 기지국에 전송하는 단계, 및 상기 그룹캐스트 종료 요청 메시지에 대한 응답으로 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 재난 안전 통신 방법은, 데이터 전송 중 상기 기지국으로부터 그룹캐스트 중지 요청 메시지를 수신한 경우 데이터 전송을 중지하는 단계, 및 상기 기지국으로부터 상향링크 재승인 메시지를 수신한 경우 상기 기지국으로의 데이터 전송을 재개하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 그룹캐스트 설정 요청 메시지는 물리 상향링크 공유 채널을 통해 전송될 수 있다.
여기서, 상기 상향링크 승인 메시지는 물리 다운링크 제어 채널을 통해 수신될 수 있다.
여기서, 상기 상향링크 승인 메시지는 상기 송신 단말이 속한 그룹 식별자를 기반으로 스크램블링될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 재난 안전 통신 방법으로서, 상기 재난 안전 통신 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며, 그룹캐스트 또는 브로드캐스트 링크 설정을 지원하기 위해 그룹캐스트 ID 또는 브로드캐스트 ID를 포함한 k번째 L-REQ 채널을 전송하는 단계, 및 그룹캐스트 또는 브로드캐스트를 위한 링크 설정이 수락된 경우 상기 k번째 L-REQ 채널과 대응하는 L-RLY 채널을 통해 수신 노드로부터 널) 메시지를 수신하고, 그룹캐스트 또는 브로드캐스트를 위한 링크 설정이 수락되지 않은 경우 상기 k번째 L-REQ 채널과 대응하는 L-RLY 채널을 통해 상기 수신 노드로부터 미리 설정된 시퀀스 메시지를 수신한다.
여기서, 상기 수신 노드로부터 널 메시지를 수신한 경우 다음 프레임부터 그룹캐스트를 수행하고, 상기 수신 노드로부터 미리 설정된 시퀀스 메시지를 수신한 경우 다음 프레임에서 그룹캐스트 링크 설정을 재시도할 수 있다.
여기서, 그룹캐스트 링크가 설정되어 그룹캐스트가 수행되는 경우, 그룹캐스트 링크 보호를 위해 미리 설정된 신호가 ACK 채널을 통해 수신 노드로부터 전송될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 우선호 처리를 지원하는 방법으로서, 상기 우선호 처리를 지원하는 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며, 송신해야 할 우선호를 가진 노드가 n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 특정 데이터 채널을 사용하는 우선호 링크 설정을 요청하는 단계, 상기 특정 데이터 채널의 전송 사용권을 가진 노드가 n+1번째 프레임에서 상기 특정 데이터 채널을 통해 전송 중단을 알리는 정보를 전송하는 단계, 및 상기 전송 중단을 알리는 정보를 수신한 노드가 상기 특정 데이터 채널에 대응하는 ACK 채널을 통해 전송 중단을 인식한 것을 나타내는 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 우선호 처리를 지원하는 방법으로서, 상기 우선호 처리를 지원하는 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며, 송신해야 할 우선호를 가진 노드가 n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 특정 데이터 채널을 사용하는 우선호 링크 설정을 요청하는 단계, 상기 특정 데이터 채널을 수신하는 노드가 n+1번째 프레임에 포함된 상기 특정 데이터 채널과 대응하는 ACK 채널을 통해 상기 특정 데이터 채널의 사용 중단을 요청하는 단계, 및 상기 특정 데이터 채널의 전송 사용권을 가진 노드가 상기 특정 데이터 채널의 사용 중단 요청을 수락한 경우 n+2번째 프레임부터 상기 특정 데이터 채널의 사용을 중단하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재난 안전 통신 방법으로서, 상기 재난 안전 통신 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 BCH, 상기 BCH의 점유 상태를 확인하기 위해 사용되는 복수의 bcoi 채널 및 복수의 echo 채널을 포함하며, n+1번째 프레임에 포함된 BCH을 점유할 것임을 알리기 위해 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널을 통해 미리 설정된 직교 코드를 전송하는 단계, 송신 노드가 n번째 프레임에 포함된 echo 채널을 통해 수신 노드가 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널에서 획득한 직교 코드 정보를 수신하는 단계, 및 상기 직교 코드 정보에 상기 송신 노드가 전송한 직교 코드만이 포함된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 BCH를 통해 데이터를 전송하고, 상기 직교 코드 정보에 복수의 직교 코드가 포함된 경우 미리 설정된 조건에 부합하면 n+1번째 프레임에 포함된 BCH를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임은, 데이터 전송을 위한 영역, 및 동기 신호 전송을 위한 영역을 포함하되, 송수신 전환 시간의 확보를 위해 각 전송 사이에 갭이 형성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재난 안전 통신 방법으로서, 동기 획득을 위해 미리 설정된 기간 동안 동기 참조 신호를 모니터링하는 단계, 및 상기 미리 설정된 기간 동안 동기 참조 신호가 검출된 경우 검출된 동기 참조 신호를 기반으로 동기를 획득하고, 상기 미리 설정된 기간 동안 동기 참조 신호가 검출되지 않은 경우 동기원으로 동작하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 재난 안전 통신이 효과적으로 수행될 수 있다.
도 1은 재난 안전 통신이 수행되는 방식을 도시한 개념도이다.
도 2는 재난 안전 통신이 수행되는 네트워크 환경을 도시한 개념도이다.
도 3은 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 CSMA 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는 CSMA 과정을 도시한 개념도이다.
도 10은 숨겨진 노드 문제를 도시한 개념도이다.
도 11은 노출 노드 문제를 도시한 개념도이다.
도 12는 RTS 프레임과 CTS 프레임의 교환 과정을 도시한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널 프레임을 도시한 블록도이다.
도 14는 OFDM 기반의 비동기식 단일 채널 CSMA/CA 방식을 도시한 개념도이다.
도 15는 OFDMA 기반의 동기식 분산 제어 방식을 도시한 개념도이다.
도 16은 승인 테이블을 생성하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 17은 링크 설정 절차에서 충돌이 발생된 상황을 도시한 개념도이다.
도 18은 노드 쌍들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 19는 노드 쌍들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 20은 노드 쌍들이 서로 교차되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 21은 수신 노드들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 22는 송신 노드들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 채널 프레임을 도시한 블록도이다.
도 24는 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 설정 절차의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 25는 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 유지 절차의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 채널 프레임의 물리적 구조를 도시한 블록도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 우선권 처리 절차를 도시한 개념도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 브로드캐스트 프레임를 도시한 블록도이다.
도 29는본 발명의 일 실시예에 따른 제2 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스트 절차를 도시한 개념도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal), 릴레이 노드(relay node), MTC(machine type communication) 디바이스(device) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.
명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국은 하나의 셀(cell)을 제어하는 제어 장치를 의미할 수 있다. 통신 시스템에서 물리적인 기지국은 복수의 셀을 제어할 수 있으며, 이 경우에 물리적인 기지국은 여러 개의 제어 장치를 포함하는 것을 의미할 수 있다. 각 제어 장치는 셀마다 서로 다른 파라미터(parameter)를 할당할 수 있다.
재난 안전(public safety) 통신은 LTE(long term evolution), IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.16 등에 도입되기 시작하였다. 재난 안전 통신은 크게 유니캐스트(unicast) 기반의 재난 안전 통신, 그룹캐스트(groupcast) 기반의 재난 안전 통신, 브로드캐스트(broadcast) 기반의 재난 안전 통신으로 분류될 수 있다.
도 1은 재난 안전 통신이 수행되는 방식을 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 유니캐스트 기반의 네트워크(100)에서 각 단말은 하나의 단말과 재난 안전 통신을 수행할 수 있다. 그룹캐스트 기반의 네트워크(101)에서 각 단말은 동일한 그룹에 속한 단말들과 재난 안전 통신을 수행할 수 있다. 브로드캐스트 기반의 네트워크(102)에서 각 단말은 모든 단말들과 재난 안전 통신을 수행할 수 있다.
재난 안전 통신은 기지국이 지원하는 셀 범위 내에서(in network) 수행되거나, 또는 기지국이 지원하는 셀 범위 밖에서(out of network) 수행될 수 있다.
도 2는 재난 안전 통신이 수행되는 네트워크 환경을 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 기지국이 지원하는 셀 범위 내의 네트워크 환경(200)에서 기지국은 동기 신호 전송, 자원 할당, 제어 정보 전송 등을 수행함으로써 재난 안전 통신을 지원할 수 있다. 기지국이 지원하는 셀 범위 밖의 네트워크 환경(201)은 기지국이 파괴된 경우나 기지국의 신호가 도달하지 않는 경우를 의미할 수 있다. 이 경우 기지국은 재난 안전 통신을 지원할 수 없다.
기존 LTE 표준에는 유니캐스트 기반의 재난 안전 통신, 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신, 브로드캐스트 기반의 재난 안전 통신 등이 규정되어 있지 않다. 그러나 아래 표 1과 같이 모든 네트워크 환경에서 재난 안전 통신이 수행될 수 있다.
Figure 112014063722469-pat00001
다음으로, 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 기반의 재난 안전 통신 방식이 상세하게 설명될 것이다. 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 두 가지 방식으로 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신이 수행될 수 있다. 첫 번째 방식은 송신 단말이 기지국을 통해 특정 그룹에 속한 수신 단말들에 정보를 전달하는 방식을 의미한다. 두 번째 방식은 기지국이 제어 채널을 통해 특정 그룹에 속한 단말들에 그룹캐스트를 위한 자원을 할당하면 특정 그룹 내의 송신 단말이 그룹캐스트를 위해 할당된 자원을 기반으로 특정 그룹에 속한 수신 단말들에 정보를 그룹캐스트하는 방식을 의미한다.
도 3은 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 특정 그룹에 속한 송신 단말(20)은 기지국(30)에 정보를 전송할 수 있고, 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 수신한 정보를 특정 그룹 내의 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송하는 릴레이(relay) 역할을 수행할 수 있다.
도 4는 기지국 범위 내의 네트워크 환경에서 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 기지국(30)은 임의의 채널(예를 들어, LTE의 경우 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH) 등)을 통해 그룹캐스트 자원을 할당할 수 있고 제어 정보를 전송할 수 있다. 특정 그룹에 속한 단말들(20, 21, 22, 23)은 기지국(30)으로부터 할당된 그룹캐스트 자원 정보를 수신할 수 있다. 특정 그룹에 속한 송신 단말(20)은 할당된 그룹캐스트 자원을 기반으로 기지국을 경유하지 않고 특정 그룹에 속한 수신 단말들(21, 22, 23)에 정보를 직접 전송할 수 있다. 수신 단말들(21, 22, 23)은 할당된 그룹캐스트 자원을 통해 전송되는 정보를 수신할 수 있다.
홉(hop) 이득은 단말 간 직접(device-to-device, D2D) 통신을 통해 얻을 수 있는 주요 장점 중의 하나이다. 상기 도 3에 도시된 통신 방식에서 재난 안전 통신의 수행을 위해 상향링크(uplink) 및 하향링크(downlink)는 모두 필요하지만, 상기 도 4에 도시된 통신 방식에서 하나의 링크를 사용하여 재난 안전 통신이 수행될 수 있다. 유니캐스트 기반의 통신에서 홉 이득은 무시될 수 없는 중요한 요소이나, 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 기반의 통신에서 홉 이득은 무시될 수 있다.
다음으로 재난 안전 통신에서 사용되는 RNTI(radio network temporary identifier)가 상세하게 설명될 것이다. LTE 표준에서 기지국은 PDCCH를 통해 다수의 DCI(downlink control information)를 다중화(multiplexing)하여 전송할 수 있다. DCI는 자원 할당 정보 및 제어 정보를 포함할 수 있다. PDCCH를 구성하는 시간-주파수 자원의 단위는 CCE(control channel element)로 정의될 수 있다. 단말은 DCI를 수신하기 위해 모든 CCE에 대한 디코딩(decoding)을 수행하지 않을 수 있다. 단말이 자원 할당 정보 및 제어 정보를 수신하기 위해 모니터링(monitoring)해야 하는 CCE의 집합은 탐색 공간(search space)로 정의될 수 있다. CCE의 위치는 시그널링(signaling)을 통해 명시적으로 단말에 전달되지 않을 수 있다. 단말은 RNTI 및 서브프레임 번호(subframe number)를 사용하여 탐색 공간을 알 수 있다. 기지국은 정보 보호(security)를 위해 RNTI를 사용하여 DCI를 스크램블링(scrambling) 할 수 있다.
그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 기반의 재난 안전 통신을 지원하기 위해서는 재난 안전 통신을 위한 RNTI가 정의되어야 한다. 즉, 재난 현장에는 경찰관, 소방관 등과 같이 다양한 그룹에 속한 사람들이 활동하므로, 많은 종류의 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) RNTI가 정의되어야 한다.
아래 표 2는 LTE 표준에서 규정된 RNTI를 나타낸다.
Figure 112014063722469-pat00002
표 2와 같이 LTE 표준에는 이미 다양한 형태의 RNTI가 존재하므로, 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) RNTI를 새롭게 정의하는 것은 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 아래과 같이 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) RNTI가 정의될 수 있다.
- 공통 그룹캐스트 RNTI(CG(common groupcast)-RNTI)
- 개인 그룹캐스트 RNTI(PG(private groupcast)-RNTI)
- 브로드캐스트 RNTI(B(broadcast)-RNTI)
단말은 자신이 속한 그룹에 따라 결정되는 PG-RNTI와 자신이 속한 그룹과 무관한 CG-RNTI를 가질 수 있다. CG-RNTI는 탐색 공간을 찾는데 사용될 수 있다. 즉, 기지국이 그룹캐스트를 위해 PDCCH를 통해 자원을 할당하면 단말은 CG-RNTI를 사용하여 해당 CCE의 위치를 알 수 있다. PG-RNTI는 DCI를 스크램블링 하는데 사용될 수 있다. 단말은 자신이 속한 그룹과 관련된 그룹캐스트 전송인 경우 자신의 PG-RNTI를 기반으로 DCI를 성공적으로 디코딩 할 수 있다. 반면, 단말은 자신이 속한 그룹과 관련없는 그룹캐스트 전송인 경우 DCI를 디코딩 할 수 없다.
한편, 기지국은 브로드캐스트 전송인 경우 B-RNTI를 사용하여 탐색 공간과 해당 DCI를 스크램블링 할 수 있다. 기지국은 서비스의 특성에 따라 브로드캐스트 전송을 위한 DCI를 스크램블링 하지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23)은 동일한 그룹에 속한 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신을 수행하고자 하는 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 물리 상향링크 공유 채널(physical uplink shared channel, PUSCH)을 통해 그룹캐스트 설정 요청 메시지(groupcast setup request message)를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S100).
그룹캐스트 설정 요청 메시지를 수신한 기지국(30)은 PUSCH를 통한 전송을 승인하는 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 승인 메시지(uplink grant message)를 송신 단말(20)에 전송할 수 있다(S110). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 하향링크 자원을 수신 단말들(21, 22, 23)에 할당할 수 있다(S120). 즉, 기지국(30)은 PDCCH를 통해 하향링크 스케줄링 메시지(downlink scheduling message)를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다.
송신 단말(20)은 기지국(30)을 경유하여 데이터를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다. 즉, 송신 단말(20)은 PUSCH를 통해 데이터를 기지국(30)에 전송할 수 있고(S130), 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 수신한 데이터를 물리 하향링크 공유 채널(physical downlink shared channel, PDSCH)을 통해 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다(S140).
송신 단말(20)은 수신 단말들(21, 22, 23)로 전송할 데이터가 없는 경우 PUSCH를 통해 그룹캐스트 종료 요청 메시지(groupcast end request message)를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S150). 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 수신한 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지(groupcast end notification message)를 송신 단말(20)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S160). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S170).
한편, 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 수행 중에 동일한 그룹에 속한 다른 단말로부터 전송 요청이 발생할 수 있다. 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신에서 하나의 그룹 내에 두 개 이상의 동시 전송은 허용되지 않으므로, 아래와 같은 절차를 통해 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신이 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23)은 동일한 그룹에 속한 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신을 수행하고자 하는 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 PUSCH을 통해 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S200). 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 수신한 기지국(30)은 PUSCH를 통한 전송을 승인하는 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 승인 메시지를 송신 단말(20)에 전송할 수 있다(S210). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 하향링크 자원을 수신 단말들(21, 22, 23)에 할당할 수 있다(S220). 즉, 기지국(30)은 PDCCH를 통해 하향링크 스케줄링 메시지를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다.
송신 단말(20)은 기지국(30)을 경유하여 데이터를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다. 즉, 송신 단말(20)은 PUSCH를 통해 데이터를 기지국(30)에 전송할 수 있고(S230), 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 수신한 데이터를 PDSCH을 통해 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다(S240).
한편, 송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23) 간의 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신이 수행되는 중, 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신을 수행하고자 하는 제2 수신 단말(22)은 PUSCH을 통해 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S250).
그룹캐스트 설정 요청 메시지를 수신한 기지국(30)은 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 임시 승인 메시지(uplink temporary grant message)를 제2 수신 단말(22)에 전송할 수 있다(S260). 상향링크 임시 승인 메시지는 제2 수신 단말(22)의 그룹캐스트 설정 요청이 대기 상태에 있음을 나타낼 수 있다. 즉, 제2 수신 단말(22)은 상향링크 임시 승인 메시지를 수신한 경우 기지국(30)으로부터 상향링크 정식 승인 메시지(uplink official grant message)를 수신할 때까지 데이터를 전송하지 않을 수 있다.
송신 단말(20)은 수신 단말들(21, 22, 23)로 전송할 데이터가 없는 경우 PUSCH를 통해 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S270). 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 수신한 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 송신 단말(20)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S280). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S290).
송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23) 간의 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 절차가 종료된 경우, 기지국(30)은 PUSCH를 통한 전송을 승인하는 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 정식 승인 메시지를 제2 수신 단말(22)에 전송할 수 있다(S300). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 하향링크 자원을 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 할당할 수 있다(S310). 즉, 기지국(30)은 PDCCH를 통해 하향링크 스케줄링 메시지를 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다.
제2 수신 단말(22)은 기지국(30)을 경유하여 데이터를 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다. 즉, 제2 수신 단말(22)은 PUSCH를 통해 데이터를 기지국(30)에 전송할 수 있고(S320), 기지국(30)은 제2 수신 단말(22)로부터 수신한 데이터를 PDSCH을 통해 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다(S330).
제2 수신 단말(22)은 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)로 전송할 데이터가 없는 경우 PUSCH를 통해 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S340). 기지국(30)은 제2 수신 단말(22)로부터 그룹캐스트 종료 요청 메시지를 수신한 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 제2 수신 단말(22)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S350). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 PDCCH를 통해 그룹캐스트 종료 알림 메시지를 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송함으로써 그룹캐스트의 종료를 알릴 수 있다(S360).
한편, 기지국은 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 수행 중 할당된 자원을 회수할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 CG-RNTI/PG-RNTI를 기반으로 스크램블링 된 DCI를 포함한 자원 회수 메시지를 송신 단말과 수신 단말에 전송함으로써 할당된 자원을 회수하는 것을 송신 단말과 수신 단말에 알릴 수 있다. 자원 회수 메시지를 수신한 경우, 송신 단말은 기지국으로부터 자원을 재할당 받을 때까지 데이터의 전송을 중지할 수 있고, 수신 단말은 기지국으로부터 자원을 재할당 받을 때까지 데이터의 수신을 중지할 수 있다. 그 후에 기지국은 송신 단말과 수신 단말에 자원을 재할당 하고자 하는 경우 송신 단말에 상향링크 승인 메시지를 전송할 수 있고, 수신 단말에 하향링크 스케줄링 메시지를 전송할 수 있다. 송신 단말은 재할당받은 자원을 통해 데이터를 기지국에 전송할 수 있고, 수신 단말은 재할당받은 자원을 통해 기지국으로부터 데이터를 수신할 수 있다.
한편, 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신의 수행 중에 동일한 그룹에 속한 다른 단말로부터 높은 우선권을 가지는 트래픽(high priority traffic)의 전송 요청이 발생될 수 있다. 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신에서 하나의 그룹 내에 두 개 이상의 동시 전송은 허용되지 않으므로, 아래와 같은 절차를 통해 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신이 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신 방법을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23)은 동일한 그룹에 속한 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신을 수행하고자 하는 단말을 의미할 수 있다. 송신 단말(20)은 PUSCH을 통해 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다(S400). 그룹캐스트 설정 요청 메시지를 수신한 기지국(30)은 PUSCH를 통한 전송을 승인하는 경우 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 승인 메시지를 송신 단말(20)에 전송할 수 있다(S410). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 하향링크 자원을 수신 단말들(21, 22, 23)에 할당할 수 있다(S420). 즉, 기지국(30)은 PDCCH를 통해 하향링크 스케줄링 메시지를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다.
송신 단말(20)은 기지국(30)을 경유하여 데이터를 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다. 즉, 송신 단말(20)은 PUSCH를 통해 데이터를 기지국(30)에 전송할 수 있고(S430), 기지국(30)은 송신 단말(20)로부터 수신한 데이터를 PDSCH을 통해 수신 단말들(21, 22, 23)에 전송할 수 있다(S440).
한편, 송신 단말(20)과 수신 단말들(21, 22, 23) 간의 그룹캐스트 기반의 재난 안전 통신이 수행되는 중, 제2 수신 단말(22)은 높은 우선권을 가지는 트래픽이 발생된 경우 우선 그룹캐스트 요청 메시지(priority groupcast request message)를 기지국(30)에 전송함으로써 높은 우선권을 가지는 트래픽의 전송을 요청할 수 있다(S450). 이 경우, 제2 수신 단말(22)은 PUSCH 또는 물리 상향링크 제어 채널(physical uplink control channel, PUCCH)를 통해 우선 그룹캐스트 요청 메시지를 기지국(30)에 전송할 수 있다.
기지국(30)은 우선 그룹캐스트 요청 메시지를 수신한 경우 DCI 형태로 그룹캐스트 중지 요청 메시지(groupcast interrupt request message)를 송신 단말(20)에 전송할 수 있다(S460). 송신 단말(20)은 그룹캐스트 중지 요청 메시지를 수신한 경우 데이터 전송을 중지할 수 있다.
그 후에, 기지국(30)은 C-RNTI(또는, CG-RNTI, PG-RNTI)를 사용하여 PDCCH를 통해 상향링크 승인 메시지를 제2 수신 단말(22)에 전송할 수 있다(S470). 또한, 기지국(30)은 CG-RNTI/PG-RNTI를 사용하여 하향링크 자원을 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 할당할 수 있다(S480). 즉, 기지국(30)은 PDCCH를 통해 하향링크 스케줄링 메시지를 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다.
제2 수신 단말(22)은 기지국(30)을 경유하여 데이터를 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다. 즉, 제2 수신 단말(22)은 PUSCH를 통해 데이터를 기지국(30)에 전송할 수 있고(S490), 기지국(30)은 제2 수신 단말(22)로부터 수신한 데이터를 PDSCH을 통해 송신 단말(20), 제1 수신 단말(21) 및 제3 수신 단말(23)에 전송할 수 있다(S500).
다음으로, 기지국 범위 밖의 네트워크 환경에서 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 기반의 재난 안전 통신 방식이 상세하게 설명될 것이다. 기지국 범위 밖의 네트워크 환경에서 분산 제어 방식을 기반으로 자원 할당 정보 및 제어 정보 전송이 수행될 수 있다. 기존의 분산 제어 방식으로 WLAN(wireless local area network)에서 사용되는 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance) 방식이 있다. CSMA/CA 방식은 두 단계로 구성되어 있다. 첫 번째 단계인 CSMA 과정은 반드시 수행되어야 하는 과정이고, 두 번째 단계인 CA 과정은 선택사항이므로 반드시 수행되지 않을 수 있다.
먼저, 첫 번째 단계인 CSMA 과정이 상세하게 설명될 것이다. 패킷을 전송하고자 하는 노드(node)는 DIFS(distributed interframe space) 동안 채널의 점유 상태를 모니터링 할 수 있다. DIFS는 SIFS(short interframe space) 보다 긴 시간이며 IEEE 802.11 표준에서 아래 수학식 1과 같이 정의되어 있다.
Figure 112014063722469-pat00003
아래 표 3은 IEEE 802.11 표준에서 정의된 aSlotTime, SIFS, DIFS를 나타낸다.
Figure 112014063722469-pat00004
만일 노드는 채널 점유 상태의 모니터링 결과 DIFS 동안 채널이 비지(busy) 상태인 경우 패킷 전송을 연기할 수 있다. 한편, 노드는 채널 점유 상태의 모니터링 결과 DIFS 동안 채널이 논-비지(non-busy) 상태인 경우에도 DIFS 경과 후 패킷을 바로 전송할 수 없다. 그 이유는 모든 노드가 DIFS 경과 후 동시에 패킷 전송을 시도하는 경우 충돌이 발생하기 때문이다. 따라서, 노드는 DIFS 동안 채널이 논-비지 상태인 경우 백오프 시간(backoff time)이 경과한 후에 패킷 전송을 시도할 수 있다. 백오프 시간은 아래 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014063722469-pat00005
도 8은 CSMA 과정을 도시한 흐름도이고, 도 9는 CSMA 과정을 도시한 개념도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 송신 노드는 패킷을 생성할 수 있고(S600), 생성된 패킷을 전송하기 위해 DIFS 동안 채널 점유 상태를 모니터링 할 수 있다(S610). 송신 노드는 채널 점유 상태의 모니터링 결과 DIFS 동안 채널이 비지 상태인 경우 패킷의 전송을 연기할 수 있다. 반면, 송신 노드는 채널 점유 상태의 모니터링 결과 DIFS 동안 채널이 논-비지 상태인 경우 랜덤 백오프 절차(random backoff procedure)를 기반으로 패킷 전송을 시도할 수 있다. 즉, 송신 노드는 DIFS 경과 후 랜덤 백오프 시간 동안 채널 점유 상태를 모니터링 할 수 있고(즉, 랜덤 백오프 시간 동안 패킷 전송 대기)(S620), 모니터링 결과 랜덤 백오프 시간 동안 채널이 논-비지 상태인 경우 랜덤 백오프 시간의 경과 후 패킷을 전송할 수 있다(S630).
송신 노드는 패킷 전송을 완료한 시점부터 SIFS 후에 패킷에 대한 응답인 ACK(acknowledge) 메시지의 수신 여부를 확인할 수 있다(S640). 송신 노드는 ACK 메시지를 수신한 경우 수신 노드에서 패킷이 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 패킷 전송 절차를 종료할 수 있다. 반면, 송신 노드는 미리 설정된 시간 내에 ACK 메시지를 수신하지 못한 경우 수신 노드에서 패킷이 수신되지 않은 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 패킷 재전송을 시도할 수 있다. 한편, 데이터 패킷과 ACK 메시지 간의 시간 간격은 DIFS 보다 작은 SIFS이기 때문에 다른 노드는 해당 채널을 가로챌 수 없다.
다음으로, 두 번째 단계인 CA 과정이 상세하게 설명될 것이다. CA 과정의 설명에 앞서 CSMA 과정의 성능 저하의 주요 원인인 숨겨진(hidden) 노드 문제와 노출(exposed) 노드 문제가 설명될 것이다.
도 10은 숨겨진 노드 문제를 도시한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 노드 A가 노드 B에 프레임을 전송하는 경우 노드 C에서 채널 점유 상태의 모니터링 결과는 논-비지 상태이다. 이 경우, 노드 C가 노드 B에 프레임을 전송하는 경우 노드 B에서 프레임들 간의 충돌이 발생한다. 즉, 노드 C가 사용하지 말아야 할 자원을 사용하는 경우 IEEE 802.11 표준에 따른 통신 시스템의 성능이 저하될 수 있다.
도 11은 노출 노드 문제를 도시한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 노드 B가 노드 A에 프레임을 전송하는 경우 노드 C에서 채널 점유 상태의 모니터링 결과는 비지 상태이다. 이 경우, 노드 C는 노드 D에 프레임을 전송할 수 있음에도 불구하고 프레임을 전송할 수 없다. 즉, 노드 C가 사용 가능한 자원을 사용하지 않는 경우 IEEE 802.11 표준에 따른 통신 시스템의 성능이 저하될 수 있다.
IEEE 802.11 표준에서는 숨겨진 노드 문제 및 노출 노드 문제를 해결하기 위해 CA 과정(즉, RTS(request to send) 프레임/CTS(clear to send) 프레임 교환 과정)을 도입하였다.
도 12는 RTS 프레임과 CTS 프레임의 교환 과정을 도시한 개념도이다.
도 12를 참조하면, 송신 노드는 DIFS 동안 채널 점유 상태를 모니터링 할 수 있고, 모니터링 결과 DIFS 동안 채널이 논-비지 상태인 경우 랜덤 백오프 절차를 수행할 수 있다. 즉, 송신 노드는 DIFS 경과 후 랜덤 백오프 시간 동안 채널 점유 상태를 모니터링 할 수 있다. 송신 노드는 모니터링 결과 랜덤 백오프 시간 동안 채널이 논-비지 상태인 경우 랜덤 백오프 시간의 경과 후 RTS 프레임을 전송할 수 있다.
수신 노드는 RTS 프레임을 수신한 경우 RTS 프레임에 대한 응답인 CTS 프레임을 전송할 수 있다. 송신 노드는 CTS 프레임을 수신한 경우 데이터 프레임을 수신 노드에 전송할 수 있고, 수신 노드는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 송신 노드에 전송할 수 있다.
CSMA/CA 방식이 적용되는 경우, 도 10에 도시된 노드 A는 RTS 프레임을 노드 B에 전송할 수 있고, 노드 B는 RTS 프레임에 대한 응답으로 CTS 프레임을 노드 A에 전송할 수 있고, 노드 C는 RTS 프레임을 수신하지 못하지만 CTS 프레임을 수신할 수 있다. CTS 프레임을 수신한 노드 C는 채널을 비지 상태로 인식하므로 CTS 프레임에 명시된 기간 동안 프레임을 전송하지 않는다. 이를 통해, 숨겨진 노드 문제는 해결될 수 있다.
CSMA/CA 방식이 적용되는 경우, 도 11에 도시된 노드 B는 RTS 프레임을 노드 A에 전송할 수 있고, 노드 A는 RTS 프레임에 대한 응답으로 CTS 프레임을 노드 B에 전송할 수 있고, 노드 C는 RTS 프레임을 수신할 수 있지만 CTS 프레임을 수신하지 못한다. 이 경우, 노드 C는 자신이 노출 노드에 해당하는 것으로 추정할 수 있고 현재 채널을 사용 가능한 채널로 판단할 수 있다. 이를 통해, 노출 노드 문제는 해결될 수 있다.
아래 표 4는 IEEE 802.11 표준에서 채널 점유 상태의 판단 기준을 나타낸다.
Figure 112014063722469-pat00006
한편, RTS 프레임은 송신 노드의 채널 점유 상태를 판단하기 위해 사용되고 CTS 프레임은 수신 노드의 채널 점유 상태를 판단하기 위해 사용되므로, 각 노드는 데이터 프레임 또는 ACK 프레임을 사용하여 채널 점유 상태를 판단할 수 있다. 그 이유는 데이터 프레임은 송신 노드의 채널 점유 상태를 판단하기 위해 사용될 수 있고 ACK 프레임은 수신 노드의 채널 점유 상태를 판단하기 위해 사용될 수 있기 때문이다.
다시 상기 도 12를 참조하면, IEEE 802.11 표준에서 프레임의 형태는 크게 RTS 프레임, CTS 프레임, 데이터 프레임, ACK 프레임으로 분류될 수 있다. 또한, 동기 및 네트워크 관리를 위해 데이터 프레임의 형태로 전송되는 비컨(beacon) 프레임을 고려하면 IEEE 802.11 표준에서 프레임의 형태는 크게 5개로 분류될 수 있다.
IEEE 802.11 표준에 따른 통신 시스템에서 사용되는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 비동기식(asynchronous) CSMA/CA 방식은 다수의 노드들이 다양한 형태의 프레임을 전송하기 위해 하나의 채널을 두고 경쟁하는 방식이다. 따라서, 노드의 수가 많아지거나 트래픽이 증가하면 통신 시스템의 성능이 급격히 저하될 수 있다.
IEEE 802.11 표준에 따른 통신 시스템에 OFDMA(orthogonal frequency division multiplex access) 기반의 동기식 분산 제어 알고리즘(synchronous distributed control algorithm)(또는, 동기식 자율적인 스케줄링 알고리즘(synchronous autonomous scheduling algorithm))이 도입되는 경우 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
동기식 방식(네트워크 내의 모든 노드들이 프레임의 시작점과 끝점을 동일하게 인식하는 네트워크 동기를 의미함)은 비동기식 방식에 비해 처리량을 증가시킬 수 있고 노드의 소모 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, OFDMA 방식은 모든 서브캐리어(subcarrier)를 동시에 사용하는 OFDM 방식에 비해 필요한 서브캐리어만 사용하므로 전력 집중을 통해 통신 거리를 증가시킬 수 있고 시간-주파수 자원을 효과적으로 사용할 수 있다.
동기식 방식을 사용하기 위해 프레임 구조는 미리 정의되어야 한다. 또한, 네트워크 내의 모든 노드들은 프레임의 시작점, 주기, 구조 등을 알고 있어야 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널 프레임을 도시한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 하나의 다중 채널 프레임은 16개의 데이터 채널, 16개의 ACK 채널, 5개의 링크 요청(link-request(L-REQ)) 채널, 5개의 링크 응답(link-reply(L-RLY) 채널을 포함할 수 있다. 데이터 채널은 ACK 채널과 일대일로 매핑될 수 있다(예를 들어, DATA 1 - ACK 1, DATA 2 - ACK 2). L-REQ 채널은 L-RLY 채널과 일대일로 매핑될 수 있다(예를 들어, L-REQ 1 - L-RLY 1, L-REQ 2 - L-RLY 2). 그러나 데이터 채널은 L-REQ 채널 또는 L-RLY 채널과 일대일로 매핑되지 않고, ACK 채널도 L-REQ 채널 또는 L-RLY 채널과 일대일로 매핑되지 않는다.
이러한 다중 채널 프레임은 앞서 설명한 OFDMA 기반의 동기식 분산 제어 방식의 장점 외에 다른 장점들을 제공할 수 있다. 아래 표 5는 다중 채널 프레임이 제공하는 장점들을 나타낸다.
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하나의 프레임이 데이터 자원 풀, ACK 자원 풀, L-REQ 자원 풀, L-RLY 자원 풀 및 비컨 풀을 포함하도록 구성된 경우, 통신 시스템은 상당한 정도의 유연성을 얻을 수 있다. 하나의 프레임 내에서 하나의 노드 쌍은 링크 설정 절차를 수행할 수 있고, 다른 노드 쌍은 VoIP(voice over internet protocol)를 수행할 수 있고, 또 다른 노드 쌍은 비교적 큰 대역폭을 요구하는 동영상을 전송할 수 있다. 또한, 각 노드는 데이터 채널을 예약하여 사용할 수 있으므로 스트리밍(streaming) 서비스의 QoS(quality of service)가 보장될 수 있다. 또한, 하나의 노드는 다중 데이터 채널을 동시에 처리할 수 있으므로 다중-홉 기능을 수행할 수 있다.
도 14는 OFDM 기반의 비동기식 단일 채널 CSMA/CA 방식을 도시한 개념도이다.
도 14를 참조하면, 송신 노드(C)는 RTS 프레임을 수신 노드(D)에 전송할 수 있다. 수신 노드(D)는 RTS 프레임에 대한 응답으로 CTS 프레임을 송신 노드(C)에 전송할 수 있다. 송신 노드(C)는 CTS 프레임을 수신한 경우 데이터 프레임을 수신 노드(D)에 전송할 수 있다. 수신 노드(D)는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 ACK 프레임을 송신 노드(C)에 전송할 수 있다.
다음으로, OFDMA 기반의 동기식 분산 제어 방식에서 링크 설정 절차가 상세하게 설명될 것이다.
도 15는 OFDMA 기반의 동기식 분산 제어 방식을 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 15를 참조하면, 링크 설정 절차에서 먼저 송신 노드는 n번째 프레임에 포함된 ACK 채널의 점유 상태를 센싱(sensing)한 후 논-비지 상태인 ACK 채널 정보를 포함한 논-비지 ACK 테이블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 논-비지 ACK 채널이 'ACK 채널 1 ~ ACK 채널 16'인 경우, 송신 노드는 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2, …, 16}'을 생성할 수 있다. 여기서, 논-비지 ACK 테이블은 비트맵(bitmap) 형식으로 표현될 수 있다. 송신 노드는 출발지 노드(즉, 송신 노드) 식별자, 목적지 노드(즉, 수신 노드) 식별자, 송신 노드의 버퍼(buffer) 상태 정보, 논-비지 ACK 테이블을 포함한 L-REQ 메시지를 생성할 수 있고, n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 L-REQ 메시지를 전송할 수 있다.
한편, 수신 노드는 n번째 프레임에 포함된 데이터 채널의 점유 상태를 센싱한 후 논-비지 상태인 데이터 채널 정보를 포함한 논-비지 데이터 테이블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 논-비지 데이터 채널이 '데이터 채널 1 ~ 데이터 채널 3'인 경우, 수신 노드는 '논-비지 데이터 테이블 = {1,2,3}'을 생성할 수 있다. 여기서, 논-비지 데이터 테이블은 비트맵 형식으로 표현될 수 있다.
수신 노드는 L-REQ 메시지를 수신한 경우 L-REQ 메시지에 포함된 논-비지 ACK 테이블과 자신이 생성한 논-비지 데이터 테이블을 기반으로 승인(grant) 테이블을 생성할 수 있다. 즉, 수신 노드는 논-비지 ACK 테이블과 논-비지 데이터 테이블에 포함된 정보 중 공통된 정보(즉, 논-비지 ACK 테이블 n 논-비지 데이터 테이블)를 포함하는 승인 테이블을 생성할 수 있다. 여기서, 수신 노드는 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2, …, 16}'이고 '논-비지 데이터 테이블 = {1,2,3}'이므로 '승인 테이블 = {1,2,3}'을 생성할 수 있다. 여기서, 승인 테이블은 비트맵 형식으로 표현될 수 있다. 수신 노드는 n번째 프레임에 포함된 L-RLY 채널을 통해 승인 테이블 등을 포함한 L-RLY 메시지를 송신 노드에 전송할 수 있다. L-RLY 메시지는 출발지 노드의 식별자, 목적지 노드의 식별자, 승인 테이블 등을 포함할 수 있다.
송신 노드는 n+1번째 프레임부터 '승인 테이블 = {1,2,3}'에 해당하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송할 수 있고, '승인 테이블 = {1,2,3}'에 해당하는 ACK 채널을 통해 데이터에 대한 응답인 ACK 메시지를 수신할 수 있다. 수신 노드는 n+1번째 프레임부터 '승인 테이블 = {1,2,3}'에 해당하는 데이터 채널을 통해 데이터를 수신할 수 있고, '승인 테이블 = {1,2,3}'에 해당하는 ACK 채널을 통해 데이터에 대한 응답인 ACK 메시지를 전송할 수 있다. 송신 노드와 수신 노드는 스스로 채널 점유를 해제할 때까지 데이터 채널과 ACK 채널을 점유할 수 있다. 그 이유는 송신 노드와 수신 노드가 데이터 채널과 ACK 채널을 점유하고 있는 한 다른 노드들은 해당 채널을 비지 상태로 인식하기 때문이다.
도 16은 승인 테이블을 생성하는 방법을 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 16을 참조하면, 제2 수신 노드(RN 2)는 L-REQ 채널을 통해 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2, …, 16}'을 포함한 L-REQ 메시지를 제2 송신 노드(TN 2)로부터 수신할 수 있다. 만일 제2 수신 노드(RN 2)가 제2 송신 노드(TN 2)로부터 수신한 논-비지 ACK 테이블만을 고려하여 승인 테이블(즉, 승인 테이블 = {1,2, …, 16})을 생성하는 경우 데이터들 간의 충돌이 발생할 수 있다. 즉, 제3 송신 단말(TN 3)이 '데이터 채널 4 ~ 데이터 채널 16'을 통해 데이터를 전송하므로, 제2 송신 단말(TN 2)이 '데이터 채널 4 ~ 데이터 채널 16'을 통해 데이터를 전송하는 경우 데이터들 간의 충돌이 발생될 수 있다.
한편, 송신 노드는 무작위로 L-REQ 채널을 선택할 수 있고, 선택한 L-REQ 채널을 통해 L-REQ 메시지를 전송할 수 있다. L-REQ 채널은 L-RLY 채널과 일대일로 매핑되므로, 송신 노드는 k번째 L-REQ 채널을 통해 L-REQ 메시지를 전송한 경우 반드시 k번째 L-RLY 채널을 통해 L-RLY 메시지를 수신해야 한다. 만일 송신 노드는 현재 프레임의 L-RLY 채널을 통해 L-RLY 메시지를 수신하지 못한 경우 다음 프레임에서 데이터를 전송할 수 없기 때문에 링크 설정 절차(즉, L-REQ 메시지와 L-RLY 메시지의 교환 절차)를 다시 수행해야 한다.
링크 설정 절차를 위해 노드는 인접 노드들을 인지해야 한다. 노드는 비컨 채널을 통해 전송되는 비컨을 기반으로 인접 노드들을 인지할 수 있다. 즉, 노드는 무작위로 선택된 비컨 채널을 통해 자신의 존재를 인접 노드들에 알릴 수 있고, 다른 비컨 채널을 통해 전송되는 인접 노드들의 정보를 획득함으로써 인접 노드 리스트(list)를 생성할 수 있다.
노드는 L-REQ 채널과 마찬가지로 일정한 간격으로 비컨 채널을 무작위로 선택할 수 있고, 무작위로 선택된 비컨 채널을 통해 비컨을 전송할 수 있다. 비컨은 동기 참조 신호와 함께 전송될 수 있다. 노드는 동기 참조 신호를 사용하여 동기를 획득할 수 있다. 여기서, 동기 참조 신호를 통해 획득된 동기는 네트워크 동기가 아닌 링크 레벨(level) 동기를 의미할 수 있다. 링크 레벨 동기를 획득한 노드는 비컨 채널의 시작점을 알 수 있으므로 비컨 채널을 통해 전송되는 비컨을 수신할 수 있다.
비컨의 송수신을 통해 서로의 존재를 확인한 노드들 중에서 데이터를 전송하고자 하는 송신 노드는 동기 참조 신호와 비컨을 주기적(예를 들어, 2 프레임 단위)으로 전송할 수 있다. 여기서, 송신 노드는 동기 참조 신호를 연속적으로 전송하는 것을 나타내는 표시자(indicator)를 포함한 비컨을 전송할 수 있다. 이 경우, 다른 노드들은 송신 단말로부터 수신한 동기 참조 신호를 기반으로 네트워크 동기를 획득할 수 있고, 다중 채널 프레임 구조에 따라 메시지들을 송수신할 수 있다. 데이터를 전송하고자 하는 송신 노드가 없는 경우, 노드들은 네트워크 동기 없이 비컨을 송수신할 수 있다.
상기에서 설명한 링크 설정 절차에서 다음과 같은 충돌이 발생될 수 있다.
도 17은 링크 설정 절차에서 충돌이 발생된 상황을 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 송신 노드(TN 1), 제2 송신 노드(TN 2), 제1 수신 노드(RN 1) 및 제2 수신 노드(RN 2)는 서로 통신이 가능한 거리 내에 위치할 수 있다. 제1 송신 노드(TN 1)는 제1 L-REQ 채널을 통해 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2,4,5}'을 포함한 L-REQ 메시지를 제1 수신 단말(RN 1)에 전송할 수 있다. 제1 수신 단말(RN 1)은 제1 송신 노드(TN 1)로부터 수신한 논-비지 ACK 테이블을 기초로 '승인 테이블 = {1,2,4}'를 생성할 수 있고, 생성한 '승인 테이블 = {1,2,4}'을 포함한 L-RLY 메시지를 제1 L-RLY 채널을 통해 제1 송신 단말(TN 1)에 전송할 수 있다.
한편, 제2 송신 노드(TN 2)는 제2 L-REQ 채널을 통해 '논-비지 ACK 테이블 = {1,4,6,7}'을 포함한 L-REQ 메시지를 제2 수신 단말(RN 2)에 전송할 수 있다. 제2 수신 단말(RN 2)은 제2 송신 노드(TN 2)로부터 수신한 논-비지 ACK 테이블을 기초로 '승인 테이블 = {1,7}'를 생성할 수 있고, 생성한 '승인 테이블 = {1,7}'을 포함한 L-RLY 메시지를 제2 L-RLY 채널을 통해 제2 송신 단말(TN 2)에 전송할 수 있다. 이 경우, 다음 프레임에서 제1 송신 노드(TN 1)와 제2 송신 노드(TN 2)가 제1 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하면 데이터들 간의 충돌이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위해 각 수신 노드(RN 1, RN 2)는 인접한 송신 노드들(TN 1, TN 2)로부터 수신한 논-비지 ACK 테이블을 모두 고려하여 충돌 테이블을 생성할 수 있다. 즉, 제1 수신 노드(RN 1)는 제1 송신 노드(TN 1)로부터 수신한 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2,4,5}'과 제2 송신 노드(TN 2)로부터 수신한 '논-비지 ACK 테이블 = {1,4,6,7}'을 고려하여 '충돌 테이블 = {1,4}'을 생성할 수 있고, 생성한 충돌 테이블 및 승인 테이블을 포함한 L-RLY 메시지를 제1 L-RLY 채널을 통해 제1 송신 노드(TN 1)에 전송할 수 있다. 또한, 제2 수신 노드(RN 2)는 제2 송신 노드(TN 2)로부터 수신한 '논-비지 ACK 테이블 = {1,4,6,7}'과 제1 송신 노드(TN 1)로부터 수신한 '논-비지 ACK 테이블 = {1,2,4,5}'을 고려하여 '충돌 테이블 = {1,4}'을 생성할 수 있고, 생성한 충돌 테이블 및 승인 테이블을 포함한 L-RLY 메시지를 제2 L-RLY 채널을 통해 제2 송신 노드(TN 2)에 전송할 수 있다.
한편, k번째 L-RLY 채널을 통해 L-RLY 메시지를 수신한 송신 노드의 동작은 다음과 같다. 송신 노드는 L-RLY 메시지에 승인 테이블만 존재하는 경우 k번째 L-RLY 채널 외의 다른 L-RLY 채널을 디코딩하지 않고 링크 설정 절차를 수행할 수 있다. 반면, 송신 노드는 L-RLY 메시지에 승인 테이블뿐만 아니라 충돌 테이블이 존재하는 경우 k번째 L-RLY 채널뿐만 아니라 다른 L-RLY 채널을 디코딩할 수 있다.
여기서, 각 송신 단말(TN 1, TN 2)이 제1 L-RLY 메시지와 제2 L-RLY 메시지를 모두 수신한 경우 제1 데이터 채널이 경쟁 상태에 있음을 알 수 있다. 이 경우, 각 송신 단말(TN 1, TN 2)은 경쟁 상태의 채널을 사용하지 않을 수 있고(즉, 충돌 회피 방식), 또는 우선권을 가지는 송신 단말(TN 1 또는 TN 2)이 경쟁 상태의 채널을 사용할 수 있고(즉, 우선 점유 방식), 또는 경쟁 노드의 수가 n인 경우 1/n의 확률로 경쟁 상태의 채널을 점유하여 사용할 수 있다(랜덤 점유 방식).
이와 같은 방법을 통해 메시지들 간의 충돌을 방지하기 위해, L-REQ 메시지는 출발지 노드 식별자, 목적지 노드 식별자, 버퍼 상태 정보, 논-비지 ACK 테이블, 우선권(priority) 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, L-RLY 메시지는 출발지 노드 식별자, 목적지 노드 식별자, 승인 테이블, 충돌 테이블, 우선권 정보 등을 포함할 수 있다.
도 18은 노드 쌍들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이고, 도 19는 노드 쌍들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 다른 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 제1 수신 노드(RN 1)는 제2 송신 노드(TN 2)와의 통신이 가능한 거리 밖에 위치하므로 제2 송신 노드(TN 2)로부터 제2 L-REQ 메시지를 수신할 수 없다. 따라서, 제1 수신 노드(RN 1)는 충돌 테이블을 생성할 수 없다. 마찬가지로, 제2 수신 노드(RN 2)는 제1 송신 노드(TN 1)와의 통신이 가능한 거리 밖에 위치하므로 제1 송신 노드(TN 1)로부터 제1 L-REQ 메시지를 수신할 수 없다. 따라서, 제2 수신 노드(RN 2)는 충돌 테이블을 생성할 수 없다.
도 20은 노드 쌍들이 서로 교차되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 수신 노드(RN 1)는 제1 L-REQ 메시지, 제2 L-REQ 메시지를 모두 수신할 수 있으므로 '승인 테이블 = {1,4,5}'과 '충돌 테이블 = {1,4}'을 생성할 수 있고, 생성한 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제1 L-RLY 메시지를 제1 L-RLY 채널을 통해 제1 송신 노드(TN 1)에 전송할 수 있다. 제1 송신 노드(TN 1)는 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제1 L-RLY 메시지를 수신한 경우 충돌 회피 방식, 우선 점유 방식 및 랜덤 점유 방식 중 하나의 방식을 통해 데이터 채널을 점유할 수 있다.
한편, 제2 수신 노드(RN 2)는 제2 L-REQ 메시지만을 수신할 수 있으므로 '승인 테이블 = {1,4}'를 생성할 수 있고, 생성한 승인 테이블을 포함한 제2 L-RLY 메시지를 제2 L-RLY 채널을 통해 제2 송신 노드(TN 2)에 전송할 수 있다. 제2 송신 노드(TN 2)는 수신한 승인 테이블을 참조하여 데이터 채널을 점유할 수 있다. 만일, 제2 송신 노드(TN 2)는 제1 L-RLY 메시지를 수신한 경우 자신이 노출 노드에 해당하는 것을 알 수 있다.
도 21은 수신 노드들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 21을 참조하면, 제1 수신 단말(RN 1)은 제1 송신 단말(TN 1) 및 제2 송신 단말(TN 2)과 통신이 가능한 거리 내에 위치할 수 있고, 제2 수신 단말(RN 2)과 통신이 가능한 거리 밖에 위치할 수 있다. 또한, 제2 수신 단말(RN 2)은 제1 송신 단말(TN 1) 및 제2 송신 단말(TN 2)과 통신이 가능한 거리 내에 위치할 수 있고, 제1 수신 단말(RN 1)과 통신이 가능한 거리 밖에 위치할 수 있다.
따라서, 제1 수신 단말(RN 1)은 제1 송신 단말(TN 1)로부터 제1 L-REQ 메시지를 수신할 수 있고 제2 송신 단말(TN 2)로부터 제2 L-REQ 메시지를 수신할 수 있으므로, 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제1 L-RLY 메시지를 제1 송신 단말(TN 1)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제1 송신 단말(TN 1)은 충돌 회피 방식, 우선 점유 방식 및 랜덤 점유 방식 중 하나의 방식을 통해 데이터 채널을 점유할 수 있다.
또한, 제2 수신 단말(RN 2)은 제1 송신 단말(TN 1)로부터 제1 L-REQ 메시지를 수신할 수 있고 제2 송신 단말(TN 2)로부터 제2 L-REQ 메시지를 수신할 수 있으므로, 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제2 L-RLY 메시지를 제2 송신 단말(TN 2)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 송신 단말(TN 2)은 충돌 회피 방식, 우선 점유 방식 및 랜덤 점유 방식 중 하나의 방식을 통해 데이터 채널을 점유할 수 있다.
도 22는 송신 노드들이 서로 이격되어 위치한 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 22를 참조하면, 제1 송신 단말(TN 1)은 제2 송신 단말(TN 2)과 통신이 가능한 거리 밖에 위치할 수 있다. 제1 수신 단말(RN 1)은 제1 송신 단말(TN 1), 제2 송신 단말(TN 2) 및 제2 수신 단말(RN 2)과 통신이 가능한 거리 내에 위치할 수 있다. 제2 수신 단말(RN 2)은 제1 송신 단말(TN 1), 제2 송신 단말(TN 2) 및 제1 수신 단말(RN 1)과 통신이 가능한 거리 내에 위치할 수 있다.
따라서, 제1 수신 단말(RN 1)은 제1 송신 단말(TN 1)로부터 제1 L-REQ 메시지를 수신할 수 있고 제2 송신 단말(TN 2)로부터 제2 L-REQ 메시지를 수신할 수 있으므로, 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제1 L-RLY 메시지를 제1 송신 단말(TN 1)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제1 송신 단말(TN 1)은 충돌 회피 방식, 우선 점유 방식 및 랜덤 점유 방식 중 하나의 방식을 통해 데이터 채널을 점유할 수 있다.
또한, 제2 수신 단말(RN 2)은 제1 송신 단말(TN 1)로부터 제1 L-REQ 메시지를 수신할 수 있고 제2 송신 단말(TN 2)로부터 제2 L-REQ 메시지를 수신할 수 있으므로, 승인 테이블 및 충돌 테이블을 포함한 제2 L-RLY 메시지를 제2 송신 단말(TN 2)에 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 송신 단말(TN 2)은 충돌 회피 방식, 우선 점유 방식 및 랜덤 점유 방식 중 하나의 방식을 통해 데이터 채널을 점유할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 채널 프레임을 도시한 블록도이다.
도 23을 참조하면, 하나의 다중 채널 프레임은 16개의 데이터 채널, 16개의 ACK 채널, 16개의 L-REQ 채널, 16개의 L-RLY 채널을 포함할 수 있다. 데이터 채널, ACK 채널, L-REQ 채널, L-RLY 채널 간은 일대일로 매핑될 수 있다(예를 들어, DATA 1 - ACK 1 - L-REQ 1- L-RLY-1). 즉, 노드 수가 적거나 트래픽이 적은 경우 이와 같은 구조의 다중 채널 프레임이 사용될 수 있다. 여기서, L-REQ 채널(또는 L-RLY 채널)의 위치는 데이터 채널 및 ACK 채널의 위치를 나타내기 때문에, 비트맵 형식의 논-비지 ACK 테이블, 승인 테이블, 충돌 테이블 등은 사용되지 않을 수 있다.
한편, 데이터 채널 및 ACK 채널이 특정 노드들에 의해 점유된 경우 점유된 데이터 채널(또는 ACK 채널)에 대응하는 L-REQ 채널 및 L-RLY 채널은 사용되지 않을 수 있다(즉, 링크 설정 절차가 완료되었기 때문에 데이터 전송시에 L-REQ 채널 및 L-RLY 채널은 사용되지 않음). 이 경우, 처리량 향상을 위해 L-REQ 채널 및 L-RLY 채널은 데이터 전송을 위해 사용될 수 있다. 또한, L-REQ 채널 및 L-RLY 채널은 우선 처리(handling) 절차를 위해 사용될 수 있다. 우선 처리 절차는 채널을 점유 중인 노드에게 채널의 양보를 요청하고, 채널을 점유 중인 노드로부터 해당 채널을 양보받아 사용하는 것을 의미한다.
다음으로, 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 기반의 재난 안전 통신에서 링크 설정 절차가 상세하게 설명될 것이다. 여기서, 각 노드는 도 23에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 전송을 하고자하는 송신 노드는 L-REQ 채널을 사용하여 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 설정을 요청할 수 있다. 즉, 송신 노드는 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) ID를 포함한 L-REQ 메시지를 k번째 L-REQ 채널을 통해 전송할 수 있다. k번째 L-REQ 채널을 통해 L-REQ 메시지를 수신한 수신 노드는 데이터 채널 사용의 허가 여부를 k번째 L-RLY 채널을 통해 송신 노드에 알려줄 수 있다.
수신 노드는 데이터 채널의 사용을 허가하는 경우 k번째 L-RLY 채널을 통해 널(null) 데이터 메시지를 송신 노드에 전송할 수 있고, 데이터 채널의 사용을 거부하는 경우 k번째 L-RLY 채널을 통해 노드들이 공통으로 사용하는 미리 설정된 코드(code)를 송신 노드에 전송할 수 있다. 즉, 수신 노드는 해당 데이터 채널이 다른 노드에 의해 점유된 경우에 미리 설정된 코드를 송신 노드에 전송할 수 있다. 한편, 송신 노드는 복수의 수신 단말이 k번째 L-RLY 채널을 통해 미리 설정된 코드를 동시에 전송하여도 해당 코드들을 검출할 수 있다.
미리 설정된 코드는 논-코히어런트(non-coherent) 방식(즉, 채널 추정이 필요 없는 방식) 또는 코히어런트 방식(즉, 채널 추정이 필요한 방식)으로 전송될 수 있다. 코히어런트 방식이 사용되는 경우, 동일한 그룹에 속한 모든 수신 노드들은 채널 추정을 지원하기 위해 동일한 패턴을 가지는 파일럿(pilot) 신호를 전송할 수 있다.
송신 노드는 미리 설정된 코드가 검출된 경우 데이터 채널을 사용할 수 없는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 송신 노드는 미리 설정된 코드가 검출되지 않은 경우 데이터 채널을 사용할 수 있는 것으로 판단할 수 있고, 해당 데이터 채널을 통해 데이터를 그룹캐스트(또는 브로드캐스트)할 수 있다. 한편, 미리 설정된 코드가 검출된 경우라도 송신 단말이 해당 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하도록 규칙이 정의될 수 있다.
도 24는 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 설정 절차의 일 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 23에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 24를 참조하면, 제1 송신 노드(TN 1)는 k번째 L-REQ 채널을 통해 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 설정을 요청하는 L-REQ 메시지를 전송할 수 있다. L-REQ 메시지를 수신한 수신 노드들(RN 1, RN 2, RN 3, RN 4)은 데이터 채널의 사용을 허가하는 경우 k번째 L-RLY 채널을 통해 널 데이터 메시지를 제1 송신 노드(TN 1)에 전송할 수 있다.
도 25는 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 링크 유지 절차의 일 실시예를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 23에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 25를 참조하면, 제1 송신 단말(TN 1)은 k번째 데이터 채널을 통해 데이터를 그룹캐스트(또는 브로드캐스트) 할 수 있다. 데이터를 수신한 수신 노드들(RN 1, RN 2, RN 3, RN 4)은 데이터 채널의 점유 상태를 유지하기 위해 k번째 ACK 채널을 통해 임의의 메시지(예를 들어, 링크 유지용 ACK 메시지)를 전송할 수 있다. 즉, 수신 노드들(RN 1, RN 2, RN 3, RN 4)은 임의의 메시지를 전송함으로써 데이터 채널의 점유 상태를 다른 노드들에 알릴 수 있다. ACK 채널을 통해 임의의 메시지를 수신한 다른 노드들은 데이터 채널이 점유되어 있는 것으로 판단하므로 해당 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하지 않는다. 이와 같은 링크 유지 절차에 의하면, 데이터들 간의 충돌이 방지될 수 있다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 채널 프레임의 물리적 구조를 도시한 블록도이다.
도 26을 참조하면, 다중 채널 프레임은 16개의 데이터 채널, 16개의 ACK 채널, 5개의 L-REQ 채널, 5개의 L-RLY 채널, 5개의 비컨 채널 등을 포함할 수 있다. 또한, 다중 채널 프레임에 포함된 각 채널의 수와 위치는 다양하게 구성될 수 있다. 짧은 프리앰블(short preamble)은 자동 이득 제어(auto gain control, AGC)를 위해 사용될 수 있고, 짧은 OFDM 심볼(symbol)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 짧은 프리앰블은 'A, -A, A' 형태의 연속된 3개의 짧은 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 비컨 채널 이전에 위치한 제1 동기 참조 신호는 링크 레벨 동기를 위해 사용될 수 있고, 비컨 채널 이후에 위치한 제2 동기 참조 신호는 전파 지연 보정을 위해 사용될 수 있다.
이러한 다중 채널 프레임을 기초로 한 통신 절차는 다음과 같다. 비컨을 전송하고자 하는 노드는 미리 설정된 기간 동안 다른 노드가 전송하는 비컨을 디코딩할 수 있다. 비컨은 동기 참조 신호와 함께 전송되므로, 네트워크 동기를 획득하지 못한 노드도 다른 노드가 전송하는 비컨을 수신할 수 있다. 그 이유는 노드가 동기 참조 신호를 사용하여 링크 레벨 동기를 획득할 수 있기 때문이다.
미리 설정된 시간 동안 비컨을 수신한 경우, 노드는 현재 네트워크 내에서 통신이 수행되고 있는지 또는 비컨의 송수신이 수행되고 있는지를 판단할 수 있다. 네트워크 내에서 통신이 수행되고 있는 경우, 노드는 동기 참조 신호와 비컨을 주기적으로 전송하는 노드가 존재하는 것으로 판단할 수 있고, 해당 노드가 전송하는 비컨을 디코딩함으로써 현재 상태를 알 수 있다. 노드는 네트워크 내에서 통신이 수행되고 있지 않은 경우 임의의 시간-주파수 자원을 사용하여 비컨을 전송할 수 있다. 반면, 노드는 네트워크 내에서 통신이 수행되고 있는 경우 다중 채널 프레임에 포함된 비컨 채널을 통해 비컨을 전송할 수 있다.
다음으로, 우선 처리 절차가 상세하게 설명될 것이다. 모든 채널이 점유된 상태에서 긴급한 통신 요구가 발생한 경우 노드는 채널을 점유 중인 노드의 양보를 통해 채널을 사용할 수 있다. 즉, 노드는 '논-비지 ACK 테이블 =
Figure 112014063722469-pat00008
'인 경우 랜덤하게 L-REQ 채널을 선택할 수 있고, 선택한 L-REQ 채널을 통해 양보 요청 테이블(yield request table)을 전송함으로써 점유된 채널의 양보를 요청할 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 우선권 처리 절차를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 노드는 도 13, 도 23 또는 도 26에 도시된 다중 채널 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 27을 참조하면, 모든 채널이 점유된 상태에서 긴급한 통신 요구가 발생한 경우 긴급 노드(EN)는 n번째 프레임에 포함된 임의의 L-REQ 채널을 통해 '양보 요청 테이블 = {1}'을 포함한 메시지를 전송할 수 있다. 여기서, '양보 요청 테이블 = {1}'은 프레임에 포함된 제1 데이터 채널의 양보를 요청하는 것을 의미할 수 있다. 제1 송신 노드(TN 1)는 양보 요청 테이블을 수신한 경우 n+1번째 프레임에 포함된 제1 데이터 채널을 통해 제1 데이터 채널의 사용을 중지할 것임을 제1 수신 노드(RN 1)에 알릴 수 있다. 제1 수신 노드(RN 1)는 n+1번째 프레임에 포함된 제1 데이터 채널을 디코딩할 수 있고, 디코딩 결과를 n+1번째 프레임에 포함된 점유 중인 ACK 채널을 통해 응답 메시지(예를 들어, ACK 메시지, NACK(negative acknowledge) 메시지 등)를 제1 송신 노드(TN 1)에 전송할 수 있다. 그 후에, 제1 송신 노드(TN 1)와 제1 수신 노드(RN 1)는 n+2번째 프레임부터 제1 데이터 채널과 제1 ACK 채널의 사용을 중지할 수 있다.
다른 방법으로, 제1 송신 노드(TN 1)는 n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 '양보 요청 테이블 = {1}'을 수신한 경우 n+1번째 프레임부터 제1 데이터 채널의 사용을 중지할 수 있다. 제1 수신 노드(RN 1)는 n+1번째 프레임에 포함된 제1 데이터 채널을 통해 데이터를 수신하지 못한 경우 제1 데이터 채널의 사용이 중지된 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 제1 ACK 채널의 사용을 중지할 수 있다. 즉, 제1 송신 노드(TN 1)와 제1 수신 노드(RN 1)는 n+1번째 프레임부터 점유 중인 채널(즉, 제1 데이터 채널, 제1 ACK 채널)을 양보할 수 있다.
한편, 제2 수신 노드(RN 2)는 n번째 프레임에 포함된 임의의 L-REQ 채널을 통해 '양보 요청 테이블 = {1}'을 포함한 메시지를 수신한 경우 n+1번째 프레임에 포함된 제1 ACK 채널을 통해 n+2번째 프레임에 포함된 제1 데이터 채널의 사용 중지를 제2 송신 노드(TN 2)에 요청할 수 있다. 여기서, 제1 ACK 채널은 ACK 메시지, NACK 메시지, 데이터 채널의 사용 중지를 요청하는 메시지, 널 데이터 메시지 등의 전송을 위해 사용될 수 있다. 제2 송신 노드(TN 2)는 n+1번째 프레임에 포함된 제1 ACK 채널을 통해 제1 데이터 채널의 사용 중지를 요청받은 경우 n+2번째 프레임부터 제1 데이터 채널의 사용을 중지할 수 있다. 제2 수신 노드(RN 2)도 n+2번째 프레임부터 제1 ACK 채널의 사용을 중지할 수 있다.
다른 방법으로, 제2 수신 노드(RN 2)는 n번째 프레임에 포함된 임의의 L-REQ 채널을 통해 '양보 요청 테이블 = {1}'을 포함한 메시지를 수신한 경우 n+1번째 프레임부터 제1 ACK 채널의 사용을 중지할 수 있다. 제2 송신 노드(TN 2)는 n+1번째 프레임에 포함된 제1 ACK 채널을 통해 ACK 메시지 또는 NACK 메시지 수신하지 못한 경우(즉, 제1 ACK 채널을 통한 메시지 전송이 없는 경우) 제1 데이터 채널의 사용이 중지된 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 n+2번째 프레임부터 제1 데이터 채널의 사용을 중지할 수 있다. 즉, 제2 수신 노드(RN 2)는 n+1번째 프레임부터 제1 ACK 채널의 사용을 중지할 수 있고, 제2 송신 노드(TN 2)는 n+2번째 프레임부터 제1 데이터 채널의 사용을 중지할 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 모든 채널이 점유된 상태에서 긴급한 통신 요구가 발생한 경우 긴급 노드(EN)는 다른 노드들에 의해 사용되고 있는 채널을 양보받을 수 있다. 즉, 긴급 노드(EN)는 다른 노드들이 양보한 채널을 통해 우선권 정보를 포함한 L-REQ 메시지를 전송함으로써 링크 설정 절차를 수행할 수 있고, 링크 설정 후 해당 채널을 통해 데이터 메시지를 전송할 수 있다.
한편, 인프라스트럭쳐(infrastructure)가 파괴된 재난 안전 어플리케이션(application)에서는 브로드캐스트 기반의 재난 안전 통신이 가장 중요한 수단이 될 수 있다. 또한, 물리계층에서 브로드캐스트가 지원되는 경우 상위계층에서 유니캐스트, 그룹캐스트의 지원이 가능하도록 기능이 정의될 수 있다. 다음으로, 앞서 설명된 기술을 기반으로 물리계층에서 브로드캐스트를 지원하는 방법이 설명될 것이다.
인프라스트럭처 기능이 중지된 경우 송수신 주체는 단말이다. 브로드캐스트는 일대다(one-to-all) 전송이므로 송신 단말을 제외한 모든 단말은 프레임을 수신할 수 있다. 브로드캐스트 전송의 경우 송신 단말을 제외한 모든 단말은 수신기 기능을 수행하므로, 송신 단말이 브로드캐스팅 채널(broadcasting channel, BCH)을 점유하기 위해 스케줄링을 요청한 다음 모든 수신 단말로부터 스케줄링을 승인 받는 것은 매우 비효율적이다. 그 이유는 수신 단말은 네트워크 및 자신의 상태에 따라 스케줄링을 승인하거나 거절하여야 하므로, 동시에 모든 수신 단말이 스케줄링을 승인하거나 거절할 확률은 매우 낮기 때문이다.
따라서, 상용 시스템인 TETRA(terrestrial trunked radio) DMO(direct mode operation) 기반의 브로드캐스트 전송에서 송신 단말은 논-비지 채널을 검출한 경우 특별한 절차(예를 들어, 스케줄링 요청, 스케줄링 승인 등)를 수행하지 않고 논-비지 채널을 통해 메시지를 브로드캐스트 할 수 있다. 만일 복수의 송신 단말이 동일한 채널을 통해 메시지를 브로드캐스트 하는 경우 메시지들 간의 충돌이 발생될 수 있다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 브로드캐스트 프레임를 도시한 블록도이다.
도 28을 참조하면, 제1 브로드캐스트 프레임의 시간-주파수 자원은 크게 두 부분으로 구성될 수 있다. 제1 브로드캐스트 프레임 중 대부분 자원은 BCH로 구성될 수 있고 나머지 자원은 동기 채널로 구성될 수 있다. 여기서, ACK 채널과 같이 수신 단말의 피드백(feedback)을 위해 사용되는 채널은 제1 브로드캐스트 프레임에 포함되지 않을 수 있다. 도 26에 도시된 자동 이득 제어를 위한 프리앰블, TX/RX 스위칭(switching)을 위한 갭(gap)은 제1 브로드캐스트 프레임에 적용될 수 있다.
송신 단말은 n번째 프레임에서 캐리어 센싱(carrier sensing) 등과 같은 방법을 통해 다른 단말에 의해 점유되지 않은 BCH를 검출할 수 있고, 검출한 BCH 중 적어도 하나의 BCH를 선택할 수 있다. 송신 단말은 n+1번째 프레임부터 선택한 BCH를 통해 메시지를 브로드캐스트 할 수 있다. 송신 단말은 자신이 점유를 해제할 때까지 해당 BCH를 통해 메시지를 전송할 수 있다. 한편, 이와 같이 제1 브로드캐스트 프레임이 사용되는 경우 다수의 송신 단말이 동시에 동일한 BCH를 점유할 수 있기 때문에 메시지들 간의 충돌이 발생될 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 29를 참조하면, 제2 브로드캐스트 프레임의 시간-주파수 자원은 크게 세 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 제2 브로드캐스트 프레임은 BCH, BCH 점유 상태를 확인하기 위해 사용되는 채널(즉, bcoi(BCH occupancy indication) 채널, echo 채널), 동기 채널을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 브로드캐스트 프레임은 16개의 BCH, 16개의 bcoi 채널, 16개의 echo 채널, 1개의 동기 채널을 포함할 수 있다. BCH, bcoi 채널 및 echo 채널 간은 일대일로 매핑될 수 있다. 도 26에 도시된 자동 이득 제어를 위한 프리앰블, TX/RX 스위칭을 위한 갭은 제2 브로드캐스트 프레임에 적용될 수 있다.
송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH를 통해 메시지를 전송하고자 하는 경우 n번째 프레임에 포함된 k번째 bcoi 채널을 통해 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH를 점유할 것임을 알릴 수 있다. 즉, 송신 단말은 k번째 bcoi 채널을 통해 물리적 서명(예를 들어, 직교 코드)을 포함한 bcoi 메시지를 전송함으로써 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH를 점유할 것임을 알릴 수 있다. bcoi 메시지의 전송을 위해 M(임의의 수)개의 직교 코드가 정의될 수 있다.
구체적으로, 송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH를 통해 메시지를 전송하고자 하는 경우 자신의 식별자, BCH 번호(k)를 입력으로 하는 해쉬 함수(hash function)를 기반으로 M개의 직교 코드 중에서 하나의 직교 코드를 선택할 수 있고, 선택한 직교 코드 정보를 포함한 bcoi 메시지를 n번째 프레임에 포함된 k번째 bcoi 채널을 통해 전송할 수 있다. 다른 단말들은 k번째 bcoi 채널을 통해 수신한 bcoi 메시지로부터 직교 코드를 검출할 수 있고, 검출한 직교 코드 정보를 포함한 echo 메시지를 n번째 프레임에 포함된 k번째 echo 채널을 통해 송신 단말에 전송할 수 있다. 만일 임의의 단말은 k번째 bcoi 채널을 통해 복수의 직교 코드(예를 들어, 직교 코드 1, 직교 코드 2) 정보를 포함한 bcoi 메시지를 수신한 경우 n번째 프레임에 포함된 k번째 echo 채널을 통해 복수의 직교 코드 정보를 포함한 echo 메시지를 송신 단말에 전송할 수 있다.
송신 단말은 n번째 프레임에 포함된 k번째 echo 채널을 통해 echo 메시지를 수신할 수 있고, echo 메시지로부터 복수의 직교 코드가 검출되는 경우 복수의 단말이 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 점유하려고 하는 것을 알 수 있다. 이 경우, 송신 단말은 echo 메시지로부터 자신보다 낮은 직교 코드 번호가 검출된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH의 사용을 포기할 수 있고, echo 메시지로부터 자신보다 높은 직교 코드 번호가 검출된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 통해 메시지를 브로드캐스팅 할 수 있다. 예를 들어, n번째 프레임에 포함된 k번째 bcoi 채널을 통해 직교 코드 1을 전송한 송신 단말은 n번째 프레임에 포함된 k번째 echo 채널을 통해 수신한 echo 메시지로부터 직교 코드 1 및 직교 코드 3을 검출한 경우 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 점유하려는 단말이 다수이지만 k번째 BCH을 통해 메시지를 브로드캐스팅할 수 있다.
이와 같이 제2 브로드캐스트 프레임이 사용되는 경우 동일한 BCH가 다수의 송신 단말에 의해 점유되는 것이 방지될 수 있고, 이에 따라 메시지들 간의 충돌 발생 확률이 감소될 수 있다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스트 절차를 도시한 개념도이다. 여기서, 각 단말은 도 29에 도시된 제2 브로드캐스트 프레임을 기반으로 동작할 수 있다.
도 30을 참조하면, 제1 단말(UE 1)은 캐리어 센싱 등을 통해 k번째 BCH이 사용 가능한 것으로 판단한 경우 n+1번째 프레임부터 k번째 BCH를 사용하기 위해 n번째 프레임에 포함된 k번째 bcoi를 통해 k번째 BCH의 점유 상태 확인을 요청할 수 있다. 한편, k번째 BCH가 제3 단말(UE 3)에 의해 사용되고 있음을 알고 있는 제2 단말(UE 2)은 제1 단말(UE 1)로부터 k번째 bcoi 채널을 통해 bcoi 메시지(즉, k번째 BCH의 점유 상태 확인 요청)를 수신한 경우 n번째 프레임에 포함된 k번째 echo 채널을 통해 널 데이터 메시지 또는 k번째 BCH의 사용 거절을 나타내는 메시지를 제1 단말(UE 1)에 전송함으로써 k번째 BCH이 다른 단말에 의해 점유되고 있음을 알릴 수 있다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 31을 참조하면, 제3 브로드캐스트 프레임의 시간-주파수 자원은 크게 세 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 제3 브로드캐스트 프레임은 BCH, BCH 점유 상태를 확인하기 위해 사용되는 채널(즉, bcoi 채널, echo 채널), 동기 채널을 포함할 수 있다. 제3 브로드캐스트 프레임에 포함된 bcoi 채널과 echo 채널의 개수는 서로 동일하고, bcoi 채널은 echo 채널과 일대일로 매핑될 수 있다. 그러나 BCH는 bcoi 채널(또는 echo 채널)과 일대일로 매핑되지 않을 수 있다. 여기서, 직교 코드는 프레임에 포함된 BCH의 수만큼 정의될 수 있다. 도 26에 도시된 자동 이득 제어를 위한 프리앰블, TX/RX 스위칭을 위한 갭은 제3 브로드캐스트 프레임에 적용될 수 있다.
송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 통해 메시지를 전송하고자 하는 경우 n번째 프레임에 포함된 m번째 bcoi 채널을 통해 n+1번째 프레임부터 k번째 BCH을 점유할 것임을 알릴 수 있다(즉, 직교 코드 k를 포함한 bcoi 메시지 전송). 다른 단말들은 n번째 프레임에 포함된 m번째 bcoi 채널을 통해 수신한 bcoi 메시지로부터 직교 코드를 검출할 수 있고, 검출한 직교 코드 정보를 포함한 echo 메시지를 n번째 프레임에 포함된 m번째 echo 채널을 통해 송신 단말에 전송할 수 있다. 만일 임의의 단말은 bcoi 메시지에 복수의 직교 코드 정보가 포함된 경우 n번째 프레임에 포함된 m번째 echo 채널을 통해 복수의 직교 코드 정보를 포함한 echo 메시지를 송신 단말에 전송할 수 있다.
한편, k번째 BCH을 사용 중인 임의의 단말이 m번째 bcoi 채널을 통해 bcoi 메시지를 수신한 경우 n번째 프레임에 포함된 m번째 echo 채널을 통해 널 데이터 메시지 또는 k번째 BCH의 사용 거절을 나타내는 메시지를 송신 단말에 전송함으로써 k번째 BCH이 다른 단말에 의해 점유되고 있음을 알릴 수 있다.
송신 단말은 bcoi 메시지에 대한 응답으로 m번째 echo 채널을 통해 echo 메시지를 수신할 수 있고, 수신한 echo 메시지로부터 복수의 직교 코드가 검출되는 경우 복수의 단말이 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 점유하려고 하는 것을 알 수 있다. 이 경우, 송신 단말은 echo 메시지로부터 자신보다 낮은 직교 코드 번호가 검출된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH의 사용을 포기할 수 있고, echo 메시지로부터 자신보다 높은 직교 코드 번호가 검출된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 통해 메시지를 브로드캐스트 할 수 있다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 32를 참조하면, 제4 브로드캐스트 프레임의 시간-주파수 자원은 크게 세 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 제4 브로드캐스트 프레임은 BCH, BCH 점유를 확인하기 위해 사용되는 채널(즉, bcoi 채널, echo 채널), 동기 채널을 포함할 수 있다. 제4 브로드캐스트 프레임은 1개의 bcoi 채널과 1개의 echo 채널을 포함할 수 있다. 여기서, 직교 코드의 수는 BCH 수의 정수배(예를 들어, L배)로 정의될 수 있다. 즉, 각 BCH는 L개의 직교 코드와 매핑될 수 있다. 도 26에 도시된 자동 이득 제어를 위한 프리앰블, TX/RX 스위칭을 위한 갭은 제4 브로드캐스트 프레임에 적용될 수 있다.
송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 통해 메시지를 전송하고자 하는 경우 k번째 BCH에 대응하는 L개의 직교 코드 중 하나의 직교 코드를 선택할 수 있고, 선택한 직교 코드 정보를 포함한 bcoi 메시지를 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널을 통해 전송할 수 있다. 다른 단말들은 bcoi 메시지를 수신한 경우 bcoi 메시지로부터 직교 코드를 검출할 수 있고, 검출한 직교 코드 정보를 포함한 bcoi 메시지를 n번째 프레임에 포함된 echo 채널을 통해 전송할 수 있다.
송신 단말은 bcoi 메시지에 대한 응답으로 echo 메시지를 수신할 수 있고, echo 메시지로부터 복수의 직교 코드 정보가 검출되는 경우 복수의 단말이 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 점유하려고 하는 것을 알 수 있다.
만일 BCH와 대응하는 직교 코드 집합이 {Ck,1 Ck,2 … Ck,l}이고 송신 단말이 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널을 통해 Ck,i을 포함한 bcoi 메시지를 전송하고 이에 대한 응답으로 {Ck,i Ck,j}을 포함한 echo 메시지를 수신한 경우, 'Ck,i<Ck,j'이면 송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH 통해 메시지를 브로드캐스트 할 수 있고, 그 이외의 경우 송신 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 통한 메시지 전송을 포기할 수 있다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 브로드캐스트 프레임을 도시한 블록도이다.
도 33을 참조하면, 제5 브로드캐스트 프레임의 시간-주파수 자원은 크게 네 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 제5 브로드캐스트 프레임은 BCH, 긴급한 통신 요구를 처리하기 위한 선제(pre-emptive) 채널, BCH 점유를 확인하기 위해 사용되는 채널(즉, bcoi 채널, echo 채널), 동기 채널을 포함할 수 있다. 제5 브로드캐스트 프레임은 1개의 선제 채널, 1개의 bcoi 채널, 1개의 echo 채널을 포함할 수 있다. 도 26에 도시된 자동 이득 제어를 위한 프리앰블, TX/RX 스위칭을 위한 갭은 제5 브로드캐스트 프레임에 적용될 수 있다.
모든 채널이 점유된 상태에서 긴급한 통신 요구가 발생된 경우 긴급 단말은 n+1번째 프레임에 포함된 k번째 BCH을 우선적으로 점유하기 위해 n번째 프레임에 포함된 선제 채널을 통해 직교 코드 k를 포함한 선제 메시지를 전송할 수 있다. 다른 단말들은 n번째 프레임에 포함된 선제 채널로부터 선제 메시지를 수신한 경우 수신한 선제 메시지로부터 직교 코드 k를 검출할 수 있고, n+1번째 프레임부터 k번째 BCH을 사용하지 않을 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 그룹캐스트(groupcast) 또는 브로드캐스트(broadcast)를 지원하는 송신 노드(node)에서 수행되는 재난 안전 통신 방법으로서,
    상기 재난 안전 통신 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며,
    그룹캐스트 또는 브로드캐스트 링크(link) 설정을 지원하기 위해 그룹캐스트 ID(identifier) 또는 브로드캐스트 ID를 포함한 k번째 L-REQ 채널을 전송하는 단계; 및
    그룹캐스트 또는 브로드캐스트를 위한 링크 설정이 수락된 경우 상기 k번째 L-REQ 채널과 대응하는 L-RLY 채널을 통해 수신 노드로부터 널(null) 메시지를 수신하고, 그룹캐스트 또는 브로드캐스트를 위한 링크 설정이 수락되지 않은 경우 상기 k번째 L-REQ 채널과 대응하는 L-RLY 채널을 통해 상기 수신 노드로부터 미리 설정된 시퀀스(sequence) 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 재난 안전 통신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 널 메시지를 수신한 경우 다음 프레임부터 그룹캐스트를 수행하고, 상기 수신 노드로부터 미리 설정된 시퀀스 메시지를 수신한 경우 다음 프레임에서 그룹캐스트 링크 설정을 재시도하는 것을 특징으로 하는 재난 안전 통신 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    그룹캐스트 링크가 설정되어 그룹캐스트가 수행되는 경우, 그룹캐스트 링크 보호를 위해 미리 설정된 신호가 ACK 채널을 통해 수신 노드로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 재난 안전 통신 방법.
  10. 우선호 처리를 지원하는 방법으로서,
    상기 우선호 처리를 지원하는 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며,
    송신해야 할 우선호를 가진 노드가 n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 특정 데이터 채널을 사용하는 우선호 링크 설정을 요청하는 단계;
    상기 특정 데이터 채널의 전송 사용권을 가진 노드가 n+1번째 프레임에서 상기 특정 데이터 채널을 통해 전송 중단을 알리는 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 전송 중단을 알리는 정보를 수신한 노드가 상기 특정 데이터 채널에 대응하는 ACK 채널을 통해 전송 중단을 인식한 것을 나타내는 정보를 전송하는 단계를 포함하는 우선호 처리를 지원하는 방법.
  11. 우선호 처리를 지원하는 방법으로서,
    상기 우선호 처리를 지원하는 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 데이터 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 ACK 채널, 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-REQ 채널 및 상기 복수의 데이터 채널에 대응하는 복수의 L-RLY 채널을 포함하며,
    송신해야 할 우선호를 가진 노드가 n번째 프레임에 포함된 L-REQ 채널을 통해 특정 데이터 채널을 사용하는 우선호 링크 설정을 요청하는 단계;
    상기 특정 데이터 채널을 수신하는 노드가 n+1번째 프레임에 포함된 상기 특정 데이터 채널과 대응하는 ACK 채널을 통해 상기 특정 데이터 채널의 사용 중단을 요청하는 단계; 및
    상기 특정 데이터 채널의 전송 사용권을 가진 노드가 상기 특정 데이터 채널의 사용 중단 요청을 수락한 경우 n+2번째 프레임부터 상기 특정 데이터 채널의 사용을 중단하는 단계를 포함하는 우선호 처리를 지원하는 방법.
  12. 송신 노드에서 수행되는 재난 안전 통신 방법으로서,
    상기 재난 안전 통신 방법에서 사용되는 프레임은 복수의 BCH(broadcast channel), 상기 BCH의 점유 상태를 확인하기 위해 사용되는 복수의 bcoi(BCH occupancy indication) 채널 및 복수의 echo 채널을 포함하며,
    n+1번째 프레임에 포함된 BCH을 점유할 것임을 알리기 위해 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널을 통해 미리 설정된 직교 코드를 전송하는 단계;
    송신 노드가 n번째 프레임에 포함된 echo 채널을 통해 수신 노드가 n번째 프레임에 포함된 bcoi 채널에서 획득한 직교 코드 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 직교 코드 정보에 상기 송신 노드가 전송한 직교 코드만이 포함된 경우 n+1번째 프레임에 포함된 BCH를 통해 데이터를 전송하고, 상기 직교 코드 정보에 복수의 직교 코드가 포함된 경우 미리 설정된 조건에 부합하면 n+1번째 프레임에 포함된 BCH를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 재난 안전 통신 방법.
  13. 삭제
  14. 노드에서 수행되는 재난 안전 통신 방법으로서,
    미리 설정된 기간 동안 제1 동기 참조 신호를 수신하기 위한 모니터링(monitoring)을 수행하는 단계; 및
    상기 미리 설정된 기간 동안 상기 제1 동기 참조 신호가 수신된 경우, 수신된 상기 제1 참조 신호를 기반으로 동기화를 수행하고, 상기 미리 설정된 기간 동안 상기 제1 동기 참조 신호가 수신되지 않은 경우, 상기 노드의 동기화 정보가 포함된 제2 동기 참조 신호를 전송하는 단계를 포함하는 재난 안전 통신 방법.
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