KR102223408B1 - 블루투스 저전력 파라미터 설정 방법 - Google Patents

블루투스 저전력 파라미터 설정 방법 Download PDF

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KR102223408B1 KR1020200125864A KR20200125864A KR102223408B1 KR 102223408 B1 KR102223408 B1 KR 102223408B1 KR 1020200125864 A KR1020200125864 A KR 1020200125864A KR 20200125864 A KR20200125864 A KR 20200125864A KR 102223408 B1 KR102223408 B1 KR 102223408B1
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Abstract

본 명세서는 대상 광고자(Target Advertiser, TA)의 블루투스 저전력 파라미터를 설정하는 방법에 있어서, N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트(AdvEvents)의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정하는 단계; 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성하는 단계; 및 상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

블루투스 저전력 파라미터 설정 방법{METHOD TO SET BLUETOOTH LOW ENERGY PARAMETER}
본 명세서는 사물인터넷 통신을 위하여 사용되는 블루투스 로우 에너지 (Bluetooth Low Energy, BLE) 규격 5.0에서 BLE 장치가 전송할수 있는 데이터의 최대 전송 성능을 구하기 위한 방법과 이를 달성하기 위하여 BLE에서 정의된 주요 파라메터들을 설정하는 방법이다.
본 명세서의 배경이 되는 BLE는 소형, 저비용 및 낮은 에너지 소비 기능으로 인해 근거리 통신 특성을 필요로 하는 다양한 사물 인터넷 (Internet of Things, IoT) 서비스에 채택되고 있다. BLE를 사용하는 IoT 서비스의 경우 각 BLE 장치는 서로 데이터를 교환하기 위해 이웃 BLE 장치들을 검색하는 과정이 필요하다. 많은 관련된 연구들에서는 이러한 프로세스를 이웃 발견 과정 (Neighbor Discovery Process NDP)라고 한다. 또한 BLE 4.x 규격에서 정의한 NDP를 기본 NDP (Basic NDP, B-NDP), BLE 5.0 규격에서 새로 정의한 NDP를 개선된 NDP (Advanced NDP, A-NDP)라고 연구들에서는 명명하여 사용하고 있다. NDP에서 정보를 수집하고 중계하는 장치를 스캐너 (scanner)라 하고, 정보를 제공하거나 수신하는 장치를 광고자 (advertiser)라고 한다.
B-NDP에서는 광고자가 스캐너에게 패킷을 전송하기 위해 3개의 채널을 사용한다. 그런데, 3개의 채널만 사용함으로써, 많은 수의 광고자들이 통신 범위에 포함될 때 심각한 신호 충돌이 발생하고, 성능이 저하될수 있다. B-NDP를 위하여 파라메터를 조절하여 성능을 높이기 위한 많은 연구들이 있었으나, 근본적인 한계를 벗어나지는 못한다.
개선된 방법으로 A-NDP가 BLE규격 5.0에서 제시되었는데, 이 기술은 BLE에서의 40개 채널을 모두 사용하고, 파라메터 범위를 확장하여 성능을 개선할수 있도록 하였다. 그러나, A-NDP는 제시된지가 얼마 않되어, 성능을 높일 수 있는 방법들에 대한 연구가 거의 없다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 명세서에서는 A-NDP의 성능을 최적화할수 있는 새로운 기술로서, A-NDP의 동작 특징을 기반으로 성능을 확인 할 수 있는 모델을 제시한다.
또한, 본 명세서의 목적은, 이를 사용하여 BLE 운영 환경에서 A-NDP를 위하여 정의된 파라메터들을 조정하여 A-NDP 성능을 최대화 할 수 있도록 한다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 일 양상은, 대상 광고자(Target Advertiser, TA)의 블루투스 저전력 파라미터를 설정하는 방법에 있어서, N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트(AdvEvents)의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정하는 단계; 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성하는 단계; 및 상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는 상기 제1 지시자를 전송하는 채널 및 상기 스캐너가 스캔하는 채널이 동일하고, 상기 제1 지시자의 전송시간이 상기 스캐너의 스캔 시간에 포함되는 제1 조건(E1) 및 상기 제1 지시자가 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제2 조건(E2)에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제1 조건은 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00001
에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제2 조건은 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00002
에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는 상기 광고 메시지의 전송시간 동안 적어도 하나 이상의 상기 제1 지시자가 상기 스캐너에 수신되는 제3 조건(A1) 및 상기 제2 지시자가 상기 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제4 조건(A2)에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00003
에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00004
에 근거하며, 상기 M은 상기 제2 지시자가 전송될 수 있는 채널의 수일 수 있다.
또한, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값(Rtran)은, 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00005
에 근거하며, 상기 psucc는 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00006
에 근거할 수 있다.
또한, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는 1) 가능한 상기 제1 파라미터의 값 및 2) 기설정된 범위에서의 상기 제2 파라미터에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값(Rtran)을 계산하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스캐너는 다음의 수학식 :
Figure 112020103198806-pat00007
에 근거하여, 상기 광고 메시지를 수신하기 위한 파라미터가 설정될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 일 양상은, 블루투스 저전력 파라미터를 설정하는 방법에 있어서 대상 광고자(Target Advertiser, TA)는, 외부 디바이스와 유선 및/또는 무선으로 신호를 송수신하기 위한 통신부; 및 상기 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트(AdvEvents)의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정하고, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성하며, 상기 통신부를 통해, 상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따르면, A-NDP의 성능을 최적화할수 있는 새로운 기술로서, A-NDP의 동작 특징을 기반으로 성능을 확인 할 수 있는 모델을 구현할 수 있다.
또한 본 명세서의 실시예에 따르면, 이를 사용하여 BLE 운영 환경에서 A-NDP를 위하여 정의된 파라메터들을 조정하여 A-NDP 성능을 최대화 할 수 있다.
본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서에서 제안하는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 광고자 및 스캐너를 포함하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 방법들을 구현할 수 있는 디바이스의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 5는 블루투스 저전력 에너지의 GATT(Generic Attribute Profile)의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
도 6은 디바이스간 블루투스 LE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 명세서에서 적용될 수 있는 A-NDP 의 동작을 예시한다.
도 8은 본 명세서가 적용될 수 있는 여러 N에 대한 TAP 및 K 변화에 따른 Rtran값 변화를 예시한다.
도 9는 본 명세서가 적용될 수 있는 광고자의 일 실시예이다.
본 명세서에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 명세서에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 명세서의 기술적 특징을 설명한다.
본 명세서의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 명세서는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 명세서와 관련된 방법 및 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 명세서에서 제안하는 블루투스 저전력 에너지 기술을 이용하는 광고자 및 스캐너를 포함하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 개략도이다.
무선 통신 시스템(100)은 적어도 하나의 서버 디바이스(Server Device, 120) 및 적어도 하나의 클라이언트 디바이스(Client Device, 110)를 포함한다. 본 명세서에서 서버 디바이스는 광고자를 포함할 수 있고, 클라이언트 디바이스는 스캐너를 포함할 수 있다. 따라서, 무선 통신 시스템(100)은 다수 개의 광고자(Advertiser, 120) 및 적어도 하나의 스캐너(Scanner, 110)를 포함할 수 있다.
서버 장치와 클라이언트 장치는 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE, 이하 편의상 'BLE'로 표현한다.) 기술을 이용하여 블루투스 통신을 수행한다.
먼저, BLE 기술은 블루투스 BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate) 기술과 비교하여, 상대적으로 작은 duty cycle을 가지며 저 가격 생산이 가능하고, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어 코인 셀(coin cell) 배터리를 이용할 경우 1년 이상 동작이 가능하다.
또한, BLE 기술에서는 디바이스 간 연결 절차를 간소화하였으며, 패킷 사이즈도 블루투스 BR/EDR 기술에 비해 작게 설계되어 있다.
BLE 기술에서, (1) RF 채널수는 40개이며, (2) 데이터 전송 속도는 1Mbps(예를 들어, BLE 5.0에서는 2Mbps)를 지원하며, (3) 토폴로지는 스캐터넷 구조이며, (4) latency는 3ms 이며, (5) 최대 전류는 15mA이하이며, (6) 출력 전력은 10mW(10dBm)이하이며, (7) 휴대폰, 시계, 스포츠, 헬스케어, 센서, 기기제어 등의 어플리케이션에 주로 사용된다.
상기 서버 장치(120)는 다른 장치와의 관계에서 클라이언트 장치로 동작할 수 있고, 상기 클라이언트 장치는 다른 장치와의 관계에서 서버 장치로 동작할 수 있다. 즉, BLE 통신 시스템에서 어느 하나의 장치는 서버 장치 또는 클라이언트 장치로 동작하는 것이 가능하며, 필요한 경우, 서버 장치 및 클라이언트 장치로 동시에 동작하는 것도 가능하다.
상기 서버 장치(120)는 데이터 서비스 장치(Data Service Device), 슬레이브 디바이스(slave device) 디바이스, 슬레이브(slave), 서버, 컨덕터(Conductor), 호스트 디바이스(Host Device), 게이트웨이(Gateway), 센싱 장치(Sensing Device), 모니터링 장치(monitoring device), 제 1 디바이스 등으로 표현될 수 있으며, 상기 클라이언트 디바이스(110)는 마스터 디바이스(master device), 마스터(master), 클라이언트, 멤버(Member), 센서 디바이스, 싱크 디바이스(Sink Device), 콜렉터(Collector), 제 2 디바이스, 제 3 디바이스 등으로 표현될 수 있다.
서버 장치와 클라이언트 장치는 상기 무선 통신 시스템의 주요 구성요소에 해당하며, 상기 무선 통신 시스템은 서버 장치 및 클라이언트 장치 이외에도 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
상기 서버 장치는 클라이언트 장치로부터 데이터를 제공 받고, 클라이언트 장치와 직접 통신을 수행함으로써, 클라이언트 장치부터 데이터 요청을 수신하는 경우, 응답을 통해 클라이언트 장치로 데이터를 제공하는 장치를 말한다.
또한, 상기 서버 장치는 클라이언트 장치로 데이터 정보를 제공하기 위해 클라이언트 장치에게 알림(Notification) 메시지, 지시(Indication) 메시지를 보낸다. 또한, 상기 서버 장치는 상기 클라이언트 장치로 지시 메시지를 전송하는 경우, 상기 클라이언트로부터 상기 지시 메시지에 대응하는 확인(Confirm) 메시지를 수신한다.
또한, 상기 서버 장치는 알림, 지시, 확인 메시지들을 클라이언트 디바이스와 송수신하는 과정에서 출력부(Display Unit)을 통해서 사용자에게 데이터 정보를 제공하거나 입력부(User Input Interface)를 통해 사용자로부터 입력되는 요청을 수신할 수 있다.
또한, 상기 서버 장치는 상기 클라이언트 장치와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리(memory unit)로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
또한, 하나의 서버 장치는 다수의 클라이언트 장치들과 연결될 수 있으며, 본딩(Bonding) 정보를 활용하여 클라이언트 장치들과 쉽게 재 연결(또는 접속)이 가능하다.
상기 클라이언트 장치 (120)는 서버 장치에게 데이터 정보 및 데이터 전송을 요청하는 장치를 말한다.
클라이언트 장치는 상기 서버 장치로부터 알림 메시지, 지시 메시지 등을 통해 데이터를 수신하고, 지시 메시지를 상기 서버 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 지시 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 보낸다.
상기 클라이언트 장치도 마찬가지로 상기 서버 장치와 메시지들을 송수신하는 과정에서 출력부를 통해서 사용자에게 정보를 제공하거나 입력부를 통해서 사용자로부터의 입력을 수신할 수 있다.
또한, 상기 클라이언트 장치는 상기 서버 장치와 메시지를 송수신하는 과정에서 메모리로부터 데이터를 읽어 오거나 새로운 데이터를 해당 메모리에 쓸 수 있다.
상기 서버 장치 및 클라이언트 장치의 출력부, 입력부 및 메모리 등과 같은 하드웨어 구성요소에 대해서는 도 2에서 구체적으로 살펴보기로 한다.
또한, 상기 무선 통신 시스템은 블루투스 기술을 통해 개인 영역 네트워킹(Personal Area Networking:PAN)을 구성할 수 있다. 일 예로, 상기 무선 통신 시스템에서는 디바이스 간 개인적인 피코넷(private piconet)을 확립함으로써 파일, 서류 등을 신속하고 안전하게 교환할 수 있다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 방법들을 구현할 수 있는 디바이스의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서버 디바이스는 출력부(Display Unit, 111), 입력부(User Input Interface, 112), 전력 공급부(Power Supply Unit, 113), 프로세서(Processor, 114), 메모리(Memory Unit, 115), 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 116), 다른 통신 인터페이스(Other Interface, 117) 및 통신부(또는 송수신부, 118)를 포함한다.
상기 출력부(111), 입력부(112), 전력 공급부(113), 프로세서(114), 메모리(115), 블루투스 인터페이스(116), 다른 통신 인터페이스(117) 및 통신부(118)는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
또한, 클라이언트 디바이스는 출력부(Display Unit, 121), 입력부(User Input Interface, 122), 전력 공급부(Power Supply Unit, 123), 프로세서(Processor, 124), 메모리(Memory Unit, 125), 블루투스 인터페이스(Bluetooth Interface, 126) 및 통신부(또는 송수신부, 127)를 포함한다.
상기 출력부(121), 입력부(122), 전력 공급부(123), 프로세서(124), 메모리(125), 블루투스 인터페이스(126), 및 통신부(127)는 본 명세서에서 제안하는 방법을 수행하기 위해 기능적으로 연결되어 있다.
상기 블루투스 인터페이스(116,126)는 블루투스 기술을 이용하여 디바이스들 간의 요청/응답, 명령, 알림, 지시/확인 메시지 등 또는 데이터 전송이 가능한 유닛(또는 모듈)을 말한다.
상기 메모리(115,125)는 다양한 종류의 디바이스에 구현되는 유닛으로서, 다양한 종류의 데이터가 저장되는 유닛을 말한다.
상기 프로세서(114,124)는 서버 디바이스 또는 클라이언트 디바이스의 전반적인 동작을 제어하는 모듈을 말하며, 블루투스 인터페이스 및 다른 통신 인터페이스로 메시지를 전송 요청 및 수신받은 메시지를 처리하도록 제어한다.
상기 프로세서(114,124)는 제어부, 제어 유닛(Control Unit), 컨트롤러 등으로 표현될 수 있다.
상기 프로세서(114,124)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(114,124)는 서버 디바이스로부터 광고(Advertising) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 디바이스로 스캔 요청(Scan Request) 메시지를 전송하고, 상기 서버 디바이스로부터 상기 스캔 요청에 대한 응답으로 스캔 응답(Scan Response) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 디바이스와 블루투스 연결 설정을 위해 상기 서버 디바이스로 연결 요청(Connect Request) 메시지를 전송하도록 상기 통신부를 제어한다.
또한, 상기 프로세서(114,124)는 상기 연결 절차를 통해 블루투스 LE 커넥션(Connection)이 형성된 이후, 상기 서버 디바이스로부터 속성 프로토콜을 이용하여 데이터를 읽어오거나(Read), 기록(Write)할 수 있도록 상기 통신부를 제어한다.
상기 메모리(115,125)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
상기 통신부(118,127)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
상기 메모리(115,125)는 프로세서(114,124) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(114,124)와 연결될 수 있다.
상기 출력부(111,121)는 디바이스의 상태 정보 및 메시지 교환 정보 등을 화면을 통해서 사용자에게 제공하기 위한 모듈을 말한다.
상기 전력 공급부(전원 공급부, 113, 123)는 제어부의 제어 하에 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급해주는 모듈을 말한다.
앞에서 살핀 것처럼, BLE 기술에서는 작은 duty cycle을 가지며, 저속의 데이터 전송률을 통해 전력 소모를 크게 줄일 수 있어, 상기 전력 공급부는 적은 출력 전력으로도(10mW(10dBm)이하) 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
상기 입력부(112,122)는 화면 버튼과 같이 사용자의 입력을 제어부에게 제공하여 디바이스의 동작을 사용자가 제어할 수 있게 하는 모듈을 말한다.
도 3은 블루투스 저전력 에너지 토폴로지(Topology)의 일 예를 나타낸다.
상기 도 3을 참조하면, 디바이스 A는 디바이스 B와 디바이스 C를 슬레이브(slave)로 가지는 피코넷(피코넷 A, 음영부분)에서 마스터(master)에 해당한다.
여기서, 피코넷(Piconet)이란, 다수의 디바이스들 중 어느 하나가 마스터이고, 나머지 디바이스들이 마스터 디바이스에 연결되어 있는 공유된 물리 채널을 점유하고 있는 디바이스들의 집합을 의미한다.
BLE 슬레이브는 마스터와 공통 물리 채널을 공유하지 않는다. 각각의 슬레이브는 별개의 물리 채널을 통해 마스터와 통신한다. 마스터 디바이스 F와 슬레이브 디바이스 G를 가지는 또 다른 피코넷(피코넷 F)이 있다.
디바이스 K는 스캐터넷(scatternet K)에 있다. 여기서, 스캐터넷(scatternet)은 다른 피코넷들 간 연결이 존재하는 피코넷의 그룹을 의미한다.
디바이스 K는 디바이스 L의 마스터이면서, 디바이스 M의 슬레이브이다.
디바이스 O 역시 스캐터넷(scatternet O)에 있다. 디바이스 O는 디바이스 P의 슬레이브이면서, 디바이스 Q의 슬레이브이다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 5개의 다른 디바이스 그룹들이 존재한다.
1. 디바이스 D는 광고자(advertiser)이고, 디바이스 A는 개시자(initiator)이다(그룹 D).
2. 디바이스 E는 스캐너(scanner)이며, 디바이스 C는 광고자이다(그룹 C).
3. 디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너들이다(그룹 H).
4. 디바이스 K 또한 광고자이며, 디바이스 N은 개시자이다(그룹 K).
5. 디바이스 R은 광고자이며, 디바이스 O는 개시자이다(그룹 R).
디바이스 A와 B는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
디바이스 A와 C는 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 D에서, 디바이스 D는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고하며, 디바이스 A는 개시자이다. 디바이스 A는 디바이스 D와 연결을 형성할 수 있고, 피코넷 A로 디바이스를 추가할 수 있다.
그룹 C에서, 디바이스 C는 스캐너 디바이스 E에 의해 캡쳐되는 광고 이벤트의 어떤 타입을 사용하여 광고 물리 채널 상으로 광고를 한다.
그룹 D와 그룹 C는 충돌을 피하기 위해 서로 다른 광고 물리 채널을 사용하거나 다른 시간을 사용할 수 있다.
피코넷 F에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 F와 G는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 F는 마스터이고, 디바이스 G는 슬레이브이다.
그룹 H에는 하나의 물리 채널이 있다. 디바이스 H, I 및 J는 하나의 BLE 광고 물리 채널을 사용한다. 디바이스 H는 광고자이며, 디바이스 I 및 J는 스캐너이다.
스캐터넷 K에서, 디바이스 K와 L은 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 K와 M은 또 다른 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다.
그룹 K에서, 디바이스 K는 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 N은 개시자이다. 디바이스 N은 디바이스 K와 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 K는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
스캐터넷 O에서, 디바이스 O와 P는 하나의 BLE 피코넷 물리 채널을 사용한다. 디바이스 O와 Q는 또 다른 BLE 피코넷 물리채널을 사용한다.
그룹 R에서, 디바이스 R은 광고 물리 채널 상으로 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하여 광고를 하며, 디바이스 O는 개시자이다. 디바이스 O는 디바이스 R과 연결을 형성할 수 있다. 여기서, 디바이스 O는 두 디바이스들의 슬레이브가 되면서 동시에 한 디바이스의 마스터가 된다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 4을 참고하면, 상기 도 4의 (a)는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타내며, (b)는 블루투스 LE(Low Energy)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 상기 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 블루투스 BR/EDR 프로토콜 스택은 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, HCI, 18)를 기준으로 상부의 컨트롤러 스택(Controller stack, 10)과 하부의 호스트 스택(Host Stack, 20)을 포함할 수 있다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈)(20)은 2.4GHz의 블루투스 신호를 받는 무선 송수신 모듈과 블루투스 패킷을 전송하거나 수신하기 위한 하드웨어를 말하며, 상기 컨트롤러 스택(10)인 블루투스 모듈과 연결되어 블루투스 모듈을 제어하고 동작을 수행한다.
상기 호스트 스택(20)은 BR/EDR PHY 계층(12), BR/EDR Baseband 계층(14), 링크 매니저 계층(Link Manager, 16)을 포함할 수 있다.
상기 BR/EDR PHY 계층(12)은 2.4GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation을 사용하는 경우 79 개의 RF 채널을 hopping 하여 데이터를 전송할 수 있다.
상기 BR/EDR Baseband 계층(14)은 Digital Signal을 전송하는 역할을 담당하며, 초당 1400번 hopping 하는 채널 시퀀스를 선택하며, 각 채널 별 625us 길이의 time slot을 전송한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 LMP(Link Manager Protocol)을 활용하여 Bluetooth Connection의 전반적인 동작(link setup, control, security)을 제어한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 아래와 같은 기능을 수행할 수 있다.
- ACL/SCO logical transport, logical link setup 및 control을 한다.
- Detach: connection을 중단하고, 중단 이유를 상대 디바이스에게 알려준다.
- Power control 및 Role switch를 한다.
- Security(authentication, pairing, encryption) 기능을 수행한다.
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스 계층(18)은 Host 모듈과 Controller 모듈 사이의 인터페이스 제공하여 Host 가 command와 Data를 Controller에게 제공하게 하며, Controller가 event와 Data를 Host에게 제공할 수 있도록 해준다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈, 20)은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21), 보안 매니저(Security manager, SM, 22), 속성 프로토콜(Protocol, 23), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 24), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 25), BR/EDR 프로파일(26)을 포함한다.
상기 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21)은 특정 프로토콜 또는 포로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(21)은 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 멀티플렉싱(multiplexing)할 수 있다.
블루투스 BR/EDR의 L2CAP에서는 dynamic 채널 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode를 지원하고, Segmentation 및 reassembly, per-channel flow control, error control을 제공한다.
상기 보안 매니저는(Security Manager, SM, 22)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 24)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(23)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(24)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(24) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 23)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
상기 속성 Protocol(23) 및 Profiles(26)은 블루트스 BR/EDR를 이용하는 서비스 (profile)의 정의 및 이들 데이터를 주고 받기 위한 application 프로토콜을 정의하며, 상기 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 25)은 디바이스 발견, 연결, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, privacy를 제공한다.
상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 블루투스 LE 프로토콜 스택은 타이밍이 중요한 무선장치 인터페이스를 처리하도록 동작 가능한 컨트롤러 스택(Controller stack, 30)과 고레벨(high level) 데이터를 처리하도록 동작 가능한 호스트 스택(Host stack, 40)을 포함한다.
먼저, 컨트롤러 스택(30)은 블루투스 무선장치를 포함할 수 있는 통신 모듈, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있는 프로세서 모듈을 이용하여 구현될 수 있다.
호스트 스택은 프로세서 모듈 상에서 작동되는 OS의 일부로서, 또는 OS 위의 패키지(package)의 인스턴스 생성(instantiation)으로서 구현될 수 있다.
일부 사례들에서, 컨트롤러 스택 및 호스트 스택은 프로세서 모듈 내의 동일한 프로세싱 디바이스 상에서 작동 또는 실행될 수 있다.
상기 컨트롤러 스택(30)은 물리 계층(Physical Layer, PHY, 32), 링크 레이어(Link Layer, 34) 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, 36)를 포함한다.
상기 물리 계층(PHY, 무선 송수신 모듈, 32)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation과 40 개의 RF 채널로 구성된 frequency hopping 기법을 사용한다.
블루투스 패킷을 전송하거나 수신하는 역할을 하는 상기 링크 레이어(34)는 3개의 Advertising 채널을 이용하여 Advertising, Scanning 기능을 수행한 후에 디바이스 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 257bytes 의 데이터 패킷을 주고 받는 기능을 제공한다.
상기 호스트 스택은 GAP(Generic Access Profile, 40), 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 41), 보안 매니저(Security Manager, SM, 42), 속성 프로토콜(Attribute Protocol, ATT, 440), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 44), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, 25), LT 프로파일(46)을 포함할 수 있다. 다만, 상기 호스트 스택(40)은 이것으로 한정되지는 않고 다양한 프로토콜들 및 프로파일들을 포함할 수 있다.
호스트 스택은 L2CAP을 사용하여 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 다중화(multiplexing)한다.
먼저, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41)은 특정 프로토콜 또는 프로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(41)은 상위 계층 프로토콜들 사이에서 데이터를 다중화(multiplex)하고, 패키지(package)들을 분할(segment) 및 재조립(reassemble)하고, 멀티캐스트 데이터 송신을 관리하도록 동작 가능할 수 있다.
블루투스 LE 에서는 3개의 고정 채널(signaling CH을 위해 1개, Security Manager를 위해 1개, Attribute protocol을 위해 1개)을 사용한다.
반면, BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)에서는 동적인 채널을 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode 등을 지원한다.
SM(Security Manager, 42)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 43)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 디바이스의 데이터를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. ATT에는 아래의 6가지의 메시지 유형(Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation)이 있다.
① Request 및 Response 메시지: Request 메시지는 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 정보를 요청하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 전송되는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 디바이스는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 디바이스로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 디바이스는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 디바이스는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지(Confirm message)를 서버 디바이스로 전송한다.
본 명세서는 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)을 사용하는 GATT 프로파일에서 긴 데이터 요청 시 데이터 길이에 대한 값을 전송하여 클라이언트가 데이터 길이를 명확히 알 수 있게 하며, UUID를 이용하여 서버로부터 특성(Characteristic) 값을 전송 받을 수 있다.
상기 일반 접근 프로파일(GAP, 45)은 블루투스 LE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, 블루투스 LE 디바이스들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, 상기 일반 접근 프로파일(45)은 디바이스 발견, 연결 생성 및 보안 절차 부분에 주로 사용되며, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, 하기와 같은 attribute의 type을 정의한다.
① Service: 데이터와 관련된 behavior의 조합으로 디바이스의 기본적인 동작을 정의
② Include: 서비스 사이의 관계를 정의
③ Characteristics: 서비스에서 사용되는 data 값
④ Behavior: UUID(Universal Unique Identifier, value type)로 정의된 컴퓨터가 읽을 수 있는 포맷
상기 LE 프로파일(46)은 GATT에 의존성을 가지는 profile 들로 주로 블루투스 LE 디바이스에 적용된다. LE 프로파일(46)은 예를 들면, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, Object Delivery Service 등이 있을 수 있으며, GATT-based Profiles의 구체적인 내용은 하기와 같다.
① Battery: 배터리 정보 교환 방법
② Time: 시간 정보 교환 방법
③ FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④ Proximity: 배터리 정보 교환 방법
⑤ Time: 시간 정보 교환 방법
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 44)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(43)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(44)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(44) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
이하에서, 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE) 기술의 절차(Procedure)들에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
BLE 절차는 디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure), 광고 절차(Advertising Procedure), 스캐닝 절차(Scanning Procedure), 디스커버링 절차(Discovering Procedure), 연결 절차(Connecting Procedure) 등으로 구분될 수 있다.
디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure)
디바이스 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 디바이스들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 디바이스에서 요청 수신 시, 이에 대해 응답하는 것이 불필요하기 때문에, 컨트롤러 스택은 요청을 전송하는 개수를 줄여서, BLE 컨트롤러 스택에서 전력 소비가 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
광고 디바이스 또는 스캐닝 디바이스는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 디바이스를 제한하기 위해 상기 디바이스 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 디바이스는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 디바이스를 말하며, 광고자(Advertiser)라고도 표현된다.
스캐닝 디바이스는 스캐닝을 수행하는 디바이스, 스캔 요청을 전송하는 디바이스를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 디바이스가 일부 광고 패킷들을 광고 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 상기 광고 디바이스로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 디바이스 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 디바이스 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 디바이스 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 상기 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차(Advertising Procedure)
광고 디바이스는 영역 내 디바이스들로 비지향성의 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트는 특정 방향으로의 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 방향으로의 브로드캐스트를 말한다.
이와 달리, 지향성 브로드 캐스트는 특정 방향으로의 브로드캐스트를 말한다. 비지향성 브로드캐스트는 광고 디바이스와 리스닝(또는 청취) 상태에 있는 디바이스(이하, 리스닝 디바이스라 한다.) 간에 연결 절차 없이 발생한다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 사용자 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
상기 스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, '블루투스 디바이스'라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 연결을 개시할 수 있다.
다음으로, BLE 기술에서의 동작 상태 즉, 광고 상태(Advertising State), 스캐닝 상태(Scanning State), 개시 상태(Initiating State), 연결 상태(connection state)에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
광고 상태(Advertising State)
링크 계층(LL)은 호스트 (스택)의 지시에 의해, 광고 상태로 들어간다. 링크 계층이 광고 상태에 있을 경우, 링크 계층은 광고 이벤트들에서 광고 PDU(Packet Data Unit)들을 전송한다.
각각의 광고 이벤트는 적어도 하나의 광고 PDU들로 구성되며, 광고 PDU들은 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 전송된다. 광고 이벤트는 광고 PDU가 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 각각 전송되었을 경우, 종료되거나 광고 디바이스가 다른 기능 수행을 위해 공간을 확보할 필요가 있을 경우 좀 더 일찍 광고 이벤트를 종료할 수 있다.
스캐닝 상태(Scanning State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 스캐닝 상태로 들어간다. 스캐닝 상태에서, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들을 리스닝한다.
스캐닝 상태에는 수동적 스캐닝(passive scanning), 적극적 스캐닝(active scanning)의 두 타입이 있으며, 각 스캐닝 타입은 호스트에 의해 결정된다.
스캐닝을 수행하기 위한 별도의 시간이나 광고 채널 인덱스가 정의되지는 않는다.
스캐닝 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우(scanWindow) 구간(duration) 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다. 스캔인터벌(scanInterval)은 두 개의 연속적인 스캔 윈도우의 시작점 사이의 간격(인터벌)으로서 정의된다.
링크 계층은 스케쥴링의 충돌이 없는 경우, 호스트에 의해 지시되는 바와 같이 스캔윈도우의 모든 스캔인터벌 완성을 위해 리스닝해야한다. 각 스캔윈도우에서, 링크 계층은 다른 광고 채널 인덱스를 스캔해야한다. 링크 계층은 사용 가능한 모든 광고 채널 인덱스들을 사용한다.
수동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 단지 패킷들만 수신하고, 어떤 패킷들도 전송하지 못한다.
능동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 광고 디바이스로 광고 PDU들과 광고 디바이스 관련 추가적인 정보를 요청할 수 있는 광고 PDU 타입에 의존하기 위해 리스닝을 수행한다.
개시 상태(Initiating State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 개시 상태로 들어간다.
링크 계층이 개시 상태에 있을 때, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들에 대한 리스닝을 수행한다.
개시 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우 구간 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다.
연결 상태(connection state)
링크 계층은 연결 요청을 수행하는 디바이스 즉, 개시 디바이스가 CONNECT_REQ PDU를 광고 디바이스로 전송할 때 또는 광고 디바이스가 개시 디바이스로부터 CONNECT_REQ PDU를 수신할 때 연결 상태로 들어간다.
연결 상태로 들어간 이후, 연결이 생성되는 것으로 고려된다. 다만, 연결이 연결 상태로 들어간 시점에서 확립되도록 고려될 필요는 없다. 새로 생성된 연결과 기 확립된 연결 간의 유일한 차이는 링크 계층 연결 감독 타임아웃(supervision timeout) 값뿐이다.
두 디바이스가 연결되어 있을 때, 두 디바이스들은 다른 역할로 활동한다.
마스터 역할을 수행하는 링크 계층은 마스터로 불리며, 슬레이브 역할을 수행하는 링크 계층은 슬레이브로 불린다. 마스터는 연결 이벤트의 타이밍을 조절하고, 연결 이벤트는 마스터와 슬레이브 간 동기화되는 시점을 말한다.
이하에서, 블루투스 인터페이스에서 정의되는 패킷에 대해 간략히 살펴보기로 한다. BLE 디바이스들은 하기에서 정의되는 패킷들을 사용한다.
패킷 포맷(Packet Format)
링크 계층(Link Layer)은 광고 채널 패킷과 데이터 채널 패킷 둘 다를 위해 사용되는 단지 하나의 패킷 포맷만을 가진다.
각 패킷은 프리앰블(Preamble), 접속 주소(Access Address), PDU 및 CRC 4개의 필드로 구성된다.
하나의 패킷이 광고 물리 채널에서 송신될 때, PDU는 광고 채널 PDU가 될 것이며, 하나의 패킷이 데이터 물리 채널에서 전송될 때, PDU는 데이터 채널 PDU가 될 것이다.
광고 채널 PDU(Advertising Channel PDU)
광고 채널 PDU(Packet Data Unit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 1에서 정의된 바와 같은 PDU 타입을 나타낸다.
PDU Type Packet Name
0000 ADV_IND
0001 ADV_DIRECT_IND
0010 ADV_NONCONN_IND
0011 SCAN_REQ
0100 SCAN_RSP
0101 CONNECT_REQ
0110 ADV_SCAN_IND
0111-1111 Reserved
광고 PDU(Advertising PDU) 아래 광고 채널 PDU 타입들은 광고 PDU로 불리고 구체적인 이벤트에서 사용된다.
ADV_IND: 연결 가능한 비지향성 광고 이벤트
ADV_DIRECT_IND: 연결 가능한 지향성 광고 이벤트
ADV_NONCONN_IND: 연결 가능하지 않은 비지향성 광고 이벤트
ADV_SCAN_IND: 스캔 가능한 비지향성 광고 이벤트
상기 PDU들은 광고 상태에서 링크 계층(Link Layer)에서 전송되고, 스캐닝 상태 또는 개시 상태(Initiating State)에서 링크 계층에 의해 수신된다.
스캐닝 PDU(Scanning PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 스캐닝 PDU로 불리며, 하기에서 설명되는 상태에서 사용된다.
SCAN_REQ: 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
SCAN_RSP: 광고 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
개시 PDU(Initiating PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 개시 PDU로 불린다.
CONNECT_REQ: 개시 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
데이터 채널 PDU(Data Channel PDU)
데이터 채널 PDU는 16 비트 헤더, 다양한 크기의 페이로드를 가지고, 메시지 무결점 체크(Message Integrity Check:MIC) 필드를 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본, BLE 기술에서의 절차, 상태, 패킷 포맷 등은 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
도 5는 블루투스 저전력 에너지의 GATT Profile의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 5를 참조하면 블루투스 저전력 에너지의 프로파일 데이터(Profile Data) 교환을 위한 구조를 살펴볼 수 있다.
구체적으로, GATT(Generic Attribute Profile)는 블루투스 LE 장치간의 서비스(Service), 특성(Characteristic)을 이용해서 데이터를 주고 받는 방법을 정의한 것이다.
일반적으로, 페리페럴(Peripheral) 장치(예를 들면, 센서 장치)가 GATT 서버(Server)역할을 하며, 서비스(Service), 특성(Characteristic)에 대한 정의를 가지고 있다.
데이터를 읽거나 쓰기 위해서 GATT 클라이언트는 GATT 서버로 데이터 요청을 보내게 되며, 모든 동작(Transaction)은 GATT client에서 시작되어 GATT 서버로부터 응답을 받게 된다.
블루투스 LE에서 사용하는 GATT 기반 동작구조는 프로파일(Profile), 서비스(Service), 특성(Characteristic)에 기초하며, 상기 도 5와 같은 수직 구조를 이룰 수 있다.
상기 프로파일(Profile) 하나 또는 그 이상의 서비스들로 구성되어 있으며, 상기 서비스는 하나 이상의 특성 또는 다른 서비스들로 구성되어 있을 수 있다.
상기 서비스(Service)는 데이터를 논리적인 단위로 나누는 역할을 하며 하나 이상의 특성(Characteristic) 또는 다른 서비스들을 포함하고 있을 수 있다. 각 서비스는 UUID(Universal Unique Identifier)라 불리는 16bit 또는 128bit의 구분자를 가지고 있다.
상기 특성(Characteristic)은 GATT 기반 동작 구조에서 가장 하위 단위이다. 상기 특성은 단 하나의 데이터를 포함하며, 상기 서비스와 유사하게 16 bit 또는 128 bit의 UUID를 가지고 있다.
상기 특성은 여러 가지 정보들의 값으로 정의되고, 각각의 정보를 담기 위해서 속성(Attribute) 하나씩을 필요로 한다. 상기 특성 여러 개의 연속된 속성을 사용할 수 있다.
상기 속성(Attribute)는 네 개의 구성 요소로 이루어지며, 아래와 같은 의미를 가진다.
- handle: 속성의 주소
- Type: 속성의 유형
- Value: 속성의 값
- Permission: 속성에 대한 접근 권한
본 명세서에서는 상기 블루투스 LE의 GATT기반 동작 구조를 이용하여 센서가 인간의 활동을 측정하여 저장하고, 클라이언트가 상기 센서로부터 저장된 정보를 불러오는 방법을 제안한다.
도 6은 디바이스간 블루투스 LE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 디바이스(300)와 제 2 디바이스(400)간 블루투스 LE 연결을 위해서 상기 제 1 디바이스(300)는 상기 제 2 디바이스에게 광고 메시지(Advertising Message)를 전송한다(S6010).
상기 광고 메시지는 앞에서 살펴본 바와 같이, 블루투스 LE를 활용해서 자신의 정보를 다른 디바이스에게 제공하기 위해 사용되며, 디바이스가 제공하는 서비스 정보, 사용자 정보 등 다양한 정보가 포함될 수 있다.
상기 제 2 디바이스(400)는 상기 제 1 디바이스(300)가 전송한 상기 광고 메시지에 포함된 정보를 확인 후, 상기 제 1 디바이스(300)에게 블루투스 LE 연결을 요청하기 위한 연결 요청 메시지(Connection request message)를 전송하고(S6020), 상기 제 1 디바이스(300)와 상기 제 2 디바이스(400)는 블루투스 LE(Low Energy) 커넥션을 형성하게 된다(S6030).
도 7은 본 명세서에서 적용될 수 있는 A-NDP 의 동작을 예시한다.
A-NDP 프로세스
A-NDP는 BLE 규격 5.0에 수많은 BLE 장치를 포함하는 애플리케이션 시나리오를 수용하도록 지정되었다. A-NDP에서 BLE 기기는 광고자와 스캐너 두 종류로 분류된다. 광고자는 지속적으로 패킷을 방송하여 스캐너가 패킷을 식별할 수 있게 한다. A-NDP에서는 광고자가 이용할 수 있는 세 가지 광고 이벤트, 즉 연결 가능, 스캔 가능, 연결 불가 및 비연결 가능 이벤트 등이 있다. 연결 가능하고 스캔 가능한 이벤트에서 스캐너는 광고자로부터 패킷을 받은 후 응답 패킷을 보내야 한다. 비연결성 및 비스캔성 이벤트에서 광고자와 스캐너는 각각 광고 패킷을 방송하고 회신 없이 이러한 패킷을 수신하는 것에 대해서만 책임을 진다. 따라서 단방향 소형패킷 전송을 지원하기 위해 비연결 및 비스캔 이벤트를 적용할 수 있다.
A-NDP에서는 1차 채널 3개, 2차 채널 37개 등 40개 채널이 이용될 수 있다. 3개의 1차 채널과 37개의 2차 채널은 각각 37, 38, 39, 0-36으로 인덱스화 될 수 있다.
도 7(a)는 광고자의 동작을 예시한다.
도 7(a)를 참조하면, 광고자는 주기적으로 광고 이벤트(AdvEvents)를 생성한다. 각 AdvEvent에서, 3개의 주요 채널은 도 7(a)에서 예시한 바와 같이, ADV_EXT_IND라고 하는 패킷을 전송하기 위해, 광고자가 차례로 사용할 수 있다. K AdvEvents 이후, 광고자에 의해, AUX_ADV_IND라는 이름의 패킷이 전송 될 수 있으며, 여기서 K는 1, 2,....가 될 수 있다. 여기서 K ADV_EXT_IND와 AUX_ADV_IND는 GK라는 그룹을 형성할 수 있다. GK에서 AUX_ADV_IND에 관한 정보는 매개변수 x 및 오프셋과 같이 각 ADV_EXT_IND에 포함되어 있다.
도 7(a)에서 x는 AUX_ADV_IND 전송에 사용되는 2차 채널의 인덱스로, 오프셋은 ADV_EXT_INT와 AUX_ADV_INT의 시작 시간 사이의 간격이다.
예를 들어, GK와 함께 3rd ADV_EXT_IND에 포함된 오프셋과 x는 각각 오프셋 3,37과 2일 수 있다. 따라서, 스캐너가 K AdvEvents에서 ADV_EXT_IND 중 하나를 수신하는 경우, 스캐너는 관련 AUX_ADV_IND의 전송 시작 시간과 사용할 채널 인덱스를 알 수 있다. 광고 데이터(AdvData)는 AUX_ADV_IND에 포함되어 있으며, 스캐너는 AUX_ADV_IND를 성공적으로 수신한 후에, AdvData를 획득할 수 있다.
다시 도 7(a)를 참조하면, AdvEvent의 생성기간은 TAP 로 표현될 수 있으며, TAP는 TAI 와 임의의 값인 TRD로 구성된다. TAI의 범위는 20ms~ 10,485.759375초이며, TAI는 0.625ms의 정수 배수일 수 있다. 또한 TRD는 0~10ms 사이의 임의의 값일 수 있다.
AUX_ADV_IND의 전송 시간은 KTAP이다. 또한, ADV_EXT_IND와 AUX_ADV_IND를 전송하는데 필요한 시간은 각각 TADV와 TAUX이다. AdvEvent에서, 두 개의 인접한 ADV_EXT_IND 사이의 시간 간격은 TGAP이다. 마지막 ADV_EXT_IND와 연관된 AUX_ADV_IND 사이의 시간 간격은 TMAFS이다. 여기서, ADV_EXT_IND의 패킷 크기는 18바이트, AUX_ADV_IND의 패킷 크기는 20~ 265바이트일 수 있다.
도 7(b)는 스캐너의 동작을 예시한다.
도 7(b)를 참조하면, 스캐너는 주기적으로 세 개의 기본 채널을 차례로 스캔할 수 있다. 스캐너는 ADV_EXT_IND를 수신한 후, x, 오프셋 등 관련 AUX_ADV_IND의 파라미터를 수신 패킷으로부터 얻을 수 있다. 그런 다음 스캐너는 오프셋으로 표시된 지정 시점에서 채널 x를 사용하여 AUX_ADV_IND를 수신하려고 시도할 수 있다. ADV_EXT_IND 및 관련 AUX_ADV_IND가 스캐너에 의해 성공적으로 수신될 때, 전송이 성공적으로 수행될 수 있다.
1차 채널에서 스캔한 시간은 TSW로 표시되며, 스캔 윈도우의 기간은 TSI로 표시될 수 있다. 여기서 TSW는 TSI보다 작거나 같아야 하며, TSI는 40.96s보다 클 수 없다. 만일, TSI = TSW일 경우, 스캐너는 절전 모드 없이 연속적으로 스캔한다.
A-NDP에서 극대화된 유효 전송 속도 모델
본 명세서는 동일한 통신 영역에 스캐너와 N개의 광고자가 분포하고, 각 광고자가 센서 역할을 하는 A-NDP 운영 환경을 고려한다.
이하에서는 N개의 광고자 중에, 임의의 한 광고자를 Target Advertiser(TA)로 지정하여, 이 TA의 A-NDP 성능 분석을 위한 모델을 도출한다.
A-NDP에서, 스캐너는 TA가 보낸 ADV_EXT_IND와 이에 연계된 AUX_ADV_IND를 모두 수신하여야 TA 및 TA가 보낸 데이터를 모두 인식 할 수 있다.
우선 스캐너가 TA로부터 ADV_EXT_IND를 성공적으로 수신하려면, 다음 두 가지 조건이 충족되어야 한다.
1) 조건 1 (E1) : TA가 ADV_EXT_IND를 보내는 채널과 스캐너가 스캔하는 채널이 동일하여야 하며, ADV_EXT_IND 전송시간이 스캐너의 스캔 시간에 포함되어야 한다.
2) 조건 2 (E2) : TA가 보내는 ADV_EXT_IND는 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않아야 한다.
ADV_EXT_IND에는 실제 데이터가 포함된 AUX_ADV_IND가 전송되는 시간과 채널에 대한 정보를 포함한다. 따라서, 스캐너는 ADV_EXT_IND 수신후, 지정된 채널과 시간에서 AUX_ADV_IND를 수신하여야, 광고자가 전송하는 데이터를 수신 할 수 있다. 따라서, AUX_ADV_IND의 성공적인 수신을 위하여는 다음의 두 가지 추가 조건이 충족되어야 한다.
3) 조건 3 (A1) : GK 시간 동안 TA가 보내는 ADV_EXT_IND들 중 적어도 하나가 스캐너에 수신되어야 한다.
4) 조건 4 (A2) : 전송되는 AUX_ADV_IND에서 충돌이 발생하지 않아야 한다.
조건 1 (E1)을 충족시키는 확률인
Figure 112020103198806-pat00008
은 다음의 수학식 1에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00009
조건 2 (E2)을 충족시키는 확률인
Figure 112020103198806-pat00010
은 다음의 수학식 2에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00011
또한, ADV_EXT_IND는 조건 E1과 조건 E2이 동시에 충족될 때 수신될 수 있으므로, 수신되는 확률은
Figure 112020103198806-pat00012
와
Figure 112020103198806-pat00013
의 곱으로 계산될 수 있다.
따라서, 조건 A1은 GK개 중 적어도 하나의 ADV_EXT_IND가 스캐너에 의해 수신될 때 충족되므로, 조건 A1을 만족시키는 확률은 다음의 수학식 3에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00014
AUX_ADV_IND를 전송하기 위해서 M개의 보조 채널이 사용될 수 있다. 예를 들어, M은 37일 수 있다. GK 기간 동안 하나의 AUX_ADV_IND가 전송되므로 AUX_ADV_IND의 전송주기는
Figure 112020103198806-pat00015
로 계산될 수 있다.
충돌은 두 개 이상의 AUX_ADV_IND가 전송 시간 동안, 동일한 보조 채널에서 전송될 때 발생하므로, 이러한 충돌이 발생될 확률은
Figure 112020103198806-pat00016
로 계산될 수 있다.
따라서, 조건 A2에 대한 확률은 다음의 수학식 4에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00017
AUX_ADV_IND의 성공적인 수신은 성공적인 데이터 전송을 의미할 수 있다. 예를 들어, 조건 A1과 A2가 모두 충족되면, AUX_ADV_IND는 성공적으로 수신될 수 있으므로, 수학식 3 및 4로 부터, 성공적인 데이터 전송 확률 Psucc는 다음의 수학식 5에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00018
또한, 본 명세서에서는 A-NDP의 성능을 나타내는 지표로서 Rtran을 정의한다. 이는 단위시간 (예를 들어, 1초)당 성공적으로 전송된 데이터의 평균 전송 수로 정의될 수 있다. AUX_ADV_IND는
Figure 112020103198806-pat00019
에 1개 전송되므로, 수학식 5로부터 Rtran은 다음의 수학식 6에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00020
N개의 광고자들이 혼재하는 상황에서, 수학식 6의 Rtran을 최대화 하기 위하여, 조정 가능한 파라미터들로는 TSI, TSW, TAP, K가 있다.
R tran 최대화 조건 1
TSI가 주어진 환경에서 TSW는 TSI에 근접할수록 수학식 1의
Figure 112020103198806-pat00021
는 커질 수 있다. 따라서 Rtran을 최대화하기 위한 조건은 수학식 7에 근거한다.
Figure 112020103198806-pat00022
R tran 최대화 조건 2
표 2는 주어진 N에 대한
Figure 112020103198806-pat00023
를 최대화 하는 TAP 및 K 값의 선정방법의 예시이다. 수학식 6에서 Rtran의 최대값은 다음의 표 2와 같은 수치해석 방법으로 구할 수 있다.
단계 동작
1 주어진 N에 대하여, 수학식 6을 사용하여
Figure 112020103198806-pat00024
로 정의함
2 for K = 1:
Figure 112020103198806-pat00025
3 [20ms, 10,485.759375s] 범위에서 가능한 모든 TAP 값을 대입하여,
Figure 112020103198806-pat00026
값이 최대인
Figure 112020103198806-pat00027
와
이때의 TAP 값인
Figure 112020103198806-pat00028
를 구함.
4
Figure 112020103198806-pat00029
값에 따라 최적 TAP 값을 다음과 같이 정의함.
Figure 112020103198806-pat00030
5 end
6
Figure 112020103198806-pat00031
들 중에서 가장 큰 값을 나타내는 K인 K opt 를 구함
7 주어진 N에 대한, 최대
Figure 112020103198806-pat00032
을 제공하는 K와 TAP는 다음과 같이 정의함.
Figure 112020103198806-pat00033
표 2의 단계 4에서는, BLE 규격에 따라서,
Figure 112020103198806-pat00034
=20ms,
Figure 112020103198806-pat00035
= 10,485.759375s,
Figure 112020103198806-pat00036
= 0.625ms일 수 있다. 또한, 여기서 Round(x)는 x에 가장 가까운 정수를 나타내는 함수이다.도 8은 본 명세서가 적용될 수 있는 여러 N에 대한 TAP 및 K 변화에 따른 Rtran값 변화를 예시한다.
도 8을 참조하면, N이 50, 100, 500, 1000개일 때, 수학식 6을 적용하여, TAP 및 K 변화에 따른 Rtran값 변화를 실험결과로서 예시한다.
도 8(a)를 참조하면, N=50으로 비교적 작은 수인 경우, Rtran은 TAP 가 증가함에 따라 지속적으로 감소한다. 동일한 TAP의 경우, K가 증가하면, Rtran은 감소한다. 이는 수학식 8에서
Figure 112020103198806-pat00037
<
Figure 112020103198806-pat00038
인 경우로서,
Figure 112020103198806-pat00039
이 될 수 있다.
반면에 도 8(b),(c),(d)를 참조하면, N이 50보다 큰 경우로서, Rtran 곡선은 각 K에 대하여 볼록한 모양을 보여준다. 즉,
Figure 112020103198806-pat00040
에서 최대
Figure 112020103198806-pat00041
이 나타날 수 있다. 특히, 이러한 경우는
Figure 112020103198806-pat00042
이 되어,
Figure 112020103198806-pat00043
가 된다,
이러한 결과로부터, 주어진 N에 대하여, 표 2의 최대 Rtran 을 위한 TAP와 K의 선정 방법이 타당함을 알수 있다.
최대 Rtran은 N개의 BLE 광고자가 운영 환경에서 개별 BLE 광고자가 스캐너에게 센싱한 데이터를 성공적으로 전달 할 수 있는 초당 최대 전송 횟수를 의미한다. 이로부터, 주어진 N개의 BLE 광고자가 하나의 스캐너에게 센싱한 데이터를 보내는 주기의 상한을 결정할수 있다.
즉, 한 BLE 광고자가 센싱한 데이터를 전송하는 AUX_ADV_IND의 초당 최대 전송횟수를
Figure 112020103198806-pat00044
라 할 때, 주어진 N에 대하여, 표 2의 방법으로 최대 Rtran 인
Figure 112020103198806-pat00045
을 구하였을때, 다음의 수학식 8이 충족되도록 하여야 한다.
Figure 112020103198806-pat00046
도 9는 본 명세서가 적용될 수 있는 광고자의 일 실시예이다.
도 9를 참조하면, N개의 광고자들이 혼재하는 환경에서의 특정 광고자를 타켓으로하는 대상 광고자의 동작이 예시 될 수 있다.
대상 광고자는 N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정한다(S900). 예를 들어, 제1 파라미터는 K 파라미터, 제2 파라미터는 TAP파라미터를 의미할 수 있다.
대상 광고자는 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성한다(S910). 예를 들어, 광고 이벤트는 도 7(a)의 AdvEvent를 의미할 수 있다.
대상 광고자는 상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송한다(S920). 예를 들어, 제1 지시자는 ADV_EXT_IND, 제2 지시자는 AUX_ADV_IND 를 의미할 수 있다.
보다 자세하게, 제1 파라미터 및 제2 파라미터는 전술한 제1 조건, 제2 조건, 제3 조건 및/또는 제4 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
상기 제2 지시자의 초당 최대 전송횟수는 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값 보다 작거나 같게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는
1) 가능한 상기 제1 파라미터의 값 및 2) 기설정된 범위에서의 상기 제2 파라미터에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값을 계산하는 단계를 포함 할 수 있다.
이를 통해, 본 명세서는 BLE 규격 5.0의 A-NDP를 사용할 때, BLE 광고자가 센싱한 데이터를 최대로 전송할수 있는 한계를 구하는 방법과 이를 위한 주요 파라미터 설정 방법을 제공한다. 이를 사용하여, 주어진 BLE 운용환경에서 최적의 성능을 구할수 있는 설계 자료로 활용할수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 명세서의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 명세서의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 명세서의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 명세서에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 명세서의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 명세서의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 명세서는 본 명세서의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 대상 광고자(Target Advertiser, TA)의 블루투스 저전력 파라미터를 설정하는 방법에 있어서,
    N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트(AdvEvents)의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정하는 단계;
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성하는 단계; 및
    상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는
    상기 제1 지시자를 전송하는 채널 및 상기 스캐너가 스캔하는 채널이 동일하고, 상기 제1 지시자의 전송시간이 상기 스캐너의 스캔 시간에 포함되는 제1 조건(E1) 및 상기 제1 지시자가 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제2 조건(E2)에 근거하고,
    상기 제2 조건은 다음의 수식 :
    Figure 112021006183106-pat00068

    에 근거하며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 지시자의 초당 최대 전송횟수는 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값보다 작거나 같게 설정되는, 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는
    상기 광고 메시지의 전송시간 동안 적어도 하나 이상의 상기 제1 지시자가 상기 스캐너에 수신되는 제3 조건 및 상기 제2 지시자가 상기 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제4 조건에 근거하는, 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00048

    에 근거하며,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것인, 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00049
    에 근거하며,
    상기 M은 상기 제2 지시자가 전송될 수 있는 채널의 수 이고,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것이며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값(Rtran)은,
    다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00050
    에 근거하며,
    상기 psucc는 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00051
    에 근거하고,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것이며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정하는 단계는
    1) 가능한 상기 제1 파라미터의 값 및 2) 기설정된 범위에서의 상기 제2 파라미터에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값을 계산하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너는 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00052
    에 근거하여, 상기 광고 메시지를 수신하기 위한 파라미터가 설정된, 방법.
  11. 블루투스 저전력 파라미터를 설정하는 방법에 있어서 대상 광고자(Target Advertiser, TA)는,
    외부 디바이스와 유선 및/또는 무선으로 신호를 송수신하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부와 기능적으로 연결되는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는,
    N개의 광고자들에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수를 최대화하기 위해, 광고 이벤트(AdvEvents)의 개수와 관련된 제1 파라미터 및 상기 광고 이벤트의 주기와 관련된 제2 파라미터를 설정하고,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 근거하여, 적어도 하나 이상의 상기 광고 이벤트를 생성하며,
    상기 통신부를 통해, 상기 광고 이벤트에 근거하여, 상기 스캐너에게 상기 광고 이벤트와 관련된 적어도 하나 이상의 제1 지시자 및 광고 데이터와 관련된 제2 지시자가 포함된 광고 메시지를 전송하고,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터의 설정은
    상기 제1 지시자를 전송하는 채널 및 상기 스캐너가 스캔하는 채널이 동일하고, 상기 제1 지시자의 전송시간이 상기 스캐너의 스캔 시간에 포함되는 제1 조건(E1)및 상기 제1 지시자가 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제2 조건(E2)에 근거하며,
    상기 제2 조건은 다음의 수식 :
    Figure 112021006183106-pat00069

    에 근거하며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 장치.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 지시자의 초당 최대 전송횟수는 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값보다 작거나 같게 설정되는, 장치.
  14. 삭제
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터를 설정은
    상기 광고 메시지의 전송시간 동안 적어도 하나 이상의 상기 제1 지시자가 상기 스캐너에 수신되는 제3 조건 및 상기 제2 지시자가 상기 다른 광고자들의 신호와 충돌하지 않는 제4 조건에 근거하는, 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00054

    에 근거하며,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것인, 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제3 조건은 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00055
    에 근거하며,
    상기 M은 상기 제2 지시자가 전송될 수 있는 채널의 수 이고,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것이며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값(Rtran)은,
    다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00056
    에 근거하며,
    상기 psucc는 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00057
    에 근거하고,
    상기 K는 상기 제1 파라미터와 관련된 것이며,
    상기 TAP는 상기 제2 파라미터와 관련된 것인, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터의 설정을 위해,
    1) 가능한 상기 제1 파라미터의 값 및 2) 기설정된 범위에서의 상기 제2 파라미터에 근거하여, 상기 대상 광고자에서 스캐너로 성공적으로 전송될 수 있는 데이터의 단위시간 당 평균 전송 수의 최대값을 계산하는 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 스캐너는 다음의 수학식 :
    Figure 112020103198806-pat00058
    에 근거하여, 상기 광고 메시지를 수신하는, 장치.

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