KR102276239B1 - 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법 - Google Patents

시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시분할다중접속 기반의 멀티 홉 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하는 노드들이, 메시지를 송수신할 수 있는 구조를 가진다. 이에, 네트워크에 가입되지 않은 노드들이 서로 메시지를 송수신하면서 서로 랑데부하여 네트워크를 형성하거나, 서로 다른 네트워크에 가입된 노드들이 서로 메시지를 송수신하면서 네트워크들을 통합하기가 용이해질 수 있으며, 네트워크를 안정적으로 유지할 수 있다.

Description

시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법{MESSAGE RECEIVING/SENDING METHOD OF NODE BASED ON TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS}
본 발명은 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네트워크를 안정적으로 구성할 수 있는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법에 관한 것이다.
최근 한정된 주파수 자원에 대한 수요가 증가함에 따라, 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이에, 인지 무선(CR: Cognitive Radio)과 같은 주파수 공유 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
인지 무선 기술에서는 주파수 자원에 대해 정당한 권리를 가지는 주 사용자(PU: Primary User)와, 정당한 권리를 가지지 않는 부 사용자(SU: Secondary User)를 설정한다. 그리고 주 사용자가 권리를 가지는 주파수 자원 중 현재 점유하고 있지 않은 주파수 자원을 탐지하여, 부 사용자가 사용할 수 있도록 할당한다. 즉, 인지 무선 기술은, 주 사용자가 정당한 권리를 획득하여 할당받은 주파수 대역에서, 미사용 중인 주파수 채널을 찾아 부 사용자가 이용하게 하므로, 주파수의 사용 효율을 높일 수 있다.
그러나 부 사용자가 주 사용자의 주파수 자원 이용함으로 인해, 주 사용자나 부 사용자가 피해를 입는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 부 사용자가 사용 중인 주파수 채널에 주 사용자가 출연하는 경우, 부 사용자가 이미 해당 주파수 채널을 사용하고 있기 때문에, 주 사용자가 해당 주파수 채널을 사용하지 못할 수 있다. 또는, 주 사용자가 출연으로, 부 사용자가 자신이 사용 중이던 주파수 채널을 갑자기 사용하지 못해, 부 사용자의 네트워크가 불안정해질 수 있다.
KR 10-1032604 B
본 발명은 노드들 또는 네트워크들을 서로 용이하게 동기화할 수 있는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법을 제공한다.
본 발명은 네트워크를 안정적으로 구성할 수 있는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법을 제공한다.
본 발명은, 시분할다중접속 기반의 멀티 홉 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하는 노드들이, 네트워크를 구성하고 데이터를 교환하는데 사용하며, 오드프레임 및 이븐프레임을 구비하는 슈퍼프레임으로서, 상기 오드프레임과 상기 이븐프레임 각각은, 노드들 간 동기화 및 네트워크들을 통합을 위한 제어 메시지를 전송할 수 있는 랑데부 슬롯; 제어, 라우팅, 데이터 메시지를 송신할 수 있는 다기능 슬롯; 동적 예약 후 데이터 전송을 위해 사용될 수 있는 데이터 슬롯; 및 동기화된 센싱을 수행하기 위해 사용될 수 있는 센싱 슬롯;을 포함한다.
상기 랑데부 슬롯이 전송하는 메시지는, 인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), 랑데부 메시지 종류(MSG TYPE), 메시지 내용(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함한다.
상기 다기능 슬롯과 상기 데이터 슬롯은, 복수개의 매체접근제어 서비스 데이터 유닛(MSDU)이 합쳐진 매체접근제어 프로토콜 데이터 유닛(MPDU)을 전송할 수 있고,
상기 MPDU는, 인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 동기 기준 노드까지의 홉 수(SYNC Hop), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 개수(NUM MSDU), MPDU 길이(LEN), 한 개 이상의 MSDU(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함한다.
상기 MSDU는, 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 종류(PAYLOAD TYPE), MSDU 길이(LEN), 데이터(PAYLOAD)를 포함하고,
MSDU 종류는, 자원할당, 네트워크 관리, 라우팅, 음성, 문자, 동영상을 포함하고,
상기 데이터 메시지에는, 자원할당, 주 사용자 발생 공지, 네트워크 통합, 네트워크 재동기, 라우팅의 제어 메시지, 및 음성, 문자, 동영상을 포함한다.
본 발명은, 네트워크에 가입되지 않은 노드들을 동기화하여 시분할다중접속 기반 네트워크를 구성하는 방법으로서, 네트워크 아이디가 저장된 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태와, 상기 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태 중 어느 한 상태가 되도록, 상기 노드들의 상태를 미리 정해진 시간마다 전환하는 과정; 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 탐색상태의 노드에서 수신하여, 서로의 네트워크 아이디를 비교하는 과정; 서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 송신상태의 노드와, 탐색상태의 노드가 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정; 및 선택된 주파수 채널에서, 송신상태의 노드와 탐색상태의 노드를 동기화하여 네트워크를 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 송신상태의 노드와 탐색상태의 노드를 동기화하는 과정은, 송신상태의 노드를 동기화 기준 노드로 선택하는 과정; 및 상기 동기화 기준 노드에서 탐색상태의 노드로 패킷을 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명은, 서로 다른 두 네트워크를 통합하여 하나의 시분할다중접속 기반 네트워크를 구성하는 방법으로서, 각 네트워크에 가입된 노드들 중 일부는 네트워크 아이디가 저장된 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태로 동작시키고, 다른 일부는 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태로 동작시키는 과정; 두 네트워크 중 어느 한 네트워크에 가입된 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 다른 네트워크에 가입된 탐색상태의 노드에서 수신하여, 서로의 네트워크 아이디를 비교하는 과정; 서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정; 및 선택된 주파수 채널에서, 두 네트워크를 통합하여 하나의 네트워크를 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 두 네트워크를 통합하는 과정은, 두 네트워크의 우선순위를 비교하는 과정; 및 우선순위가 높은 네트워크에, 우선순위가 낮은 네트워크를 통합하는 과정;을 포함한다.
두 네트워크의 우선순위를 비교하는 과정은, 두 네트워크 각각에 가입된 노드들의 수를 비교하는 과정; 및 가입된 노드들의 수가 더 많은 네트워크의 우선순위는 높고, 가입된 노드들의 수가 더 적은 네트워크의 우선순위는 낮다고 판단하는 과정;을 포함한다.
상기 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정은, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널을, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 사용할 수 있는지 확인하는 과정; 및 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 상기 공통 채널을 사용할 수 있으면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널로 상기 공통 채널을 선택하고, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 상기 공통 채널을 사용할 수 없으면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 모두 사용할 수 있는 다른 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정;을 포함한다.
상기 우선순위가 높은 네트워크에, 우선순위가 낮은 네트워크를 통합하는 과정은, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널에서, 상기 네트워크 메시지를 수신한 노드가, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 다른 노드들에, 상기 선택된 주파수 채널에 대한 정보가 저장된 네트워크 통합 메시지를 송신하는 과정; 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들을, 상기 선택된 주파수 채널로 이동시키는 과정; 및 상기 선택된 주파수 채널에서, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들에, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들의 프레임을 동기화하는 과정;을 포함한다.
상기 네트워크 메시지를 수신한 노드가 네트워크 통합 메시지를 송신하는 과정은, 상기 네트워크 메시지를 수신한 노드가, 플러딩을 통하여 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들로, 네트워크 통합 메시지를 전달하는 과정을 포함한다.
상기 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들에, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들의 프레임을 동기화하는 과정은, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드를 동기화 기준 노드로 선택하는 과정; 및 상기 동기화 기준 노드에서 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드로 패킷을 전송하는 과정을 포함한다.
상기 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를 탐색상태의 노드에서 수신하는 과정은, 상기 네트워크 메시지를 송수신할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 랑데부 채널 리스트를 마련하는 과정; 및 송신상태의 노드가 상기 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 송신하고, 탐색상태의 노드가 상기 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 탐색하는 과정; 및 상기 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들 중 어느 하나에서, 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 탐색상태의 노드에서 수신하는 과정;을 포함한다.
상기 동기화 기준 노드에서 패킷을 전송하는 과정은, 패킷을 수신하는 노드를 상기 동기화 기준 노드에 동기화시키는 과정; 및 상기 동기화 기준 노드로 패킷을 주기적으로 전송하여, 패킷을 수신하는 노드의 타임슬롯 경계의 오차를 주기적으로 보정하는 과정을 포함한다.
본 발명은 시분할다중접속 기반 네트워크가 사용할 주파수 채널을 할당하는 방법으로서, 청구항 5 내지 청구항 13의 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 공통 채널 리스트를 마련하는 과정; 상기 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 어느 한 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 다른 주파수 채널을 백업 채널로 설정하는 과정; 네트워크에 가입된 노드들 중 어느 하나가 공통 채널에서 주파수 자원에 대해 권리를 가지는 주 사용자를 인지하면, 다른 노드들에 주 사용자가 발생했다는 공지 메시지를 전달하는 과정; 및 네트워크 가입된 노드들을, 공통 채널에서 백업 채널로 이동시키는 과정;을 포함한다.
상기 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 어느 한 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 다른 주파수 채널을 백업 채널로 설정하는 과정은, 상기 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 첫 번째 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 두 번째 주파수 채널을 백업 채널로 선택하는 과정을 포함한다.
상기 네트워크에 가입된 노드들 중 어느 하나가 다른 노드들에 주 사용자가 발생했다는 공지 메시지를 전달하는 과정은, 상기 네트워크에 가입된 노드들 중 어느 하나가 자신 주변의 노드들에 상기 공지 메시지를 전송하는 과정; 및 상기 공지 메시지를 수신한 노드가 자신 주변의 다른 노드들에 상기 공지 메시지를 전송하는 과정;을 포함한다.
네트워크 가입된 노드들을 공통 채널에서 백업 채널로 이동시키는 과정은,
네트워크 가입된 노드들 중 상기 공지 메시지를 전송한 노드들을 백업 채널로 이동시키고, 상기 공지 메시지를 인식하지 못한 노드는 네트워크에서 분리되었다고 판단하는 과정을 포함한다.
상기 네트워크는 멀티 홉 인지 무선 네트워크를 포함하고,
상기 멀티 홉 인지 무선 네트워크에 가입된 노드들은, 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 기반으로 서로 다른 주파수 채널로 통신 가능한 복수개의 프레임을 가지는 슈퍼프레임의 구조로 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 네트워크 아이디를 확인하여 동일한 네트워크 아이디를 가지는 노드들 또는 네트워크들을 통합할 수 있다. 이에, 네트워크 아이디에 따라 노드들 또는 네트워크들을 서로 용이하게 동기화할 수 있다. 따라서, 동일 지역에서 서로 다른 네트워크 아이디를 가지는 복수개의 네트워크를 용이하게 운영할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 부 사용자가 사용 중인 주파수 채널에 주 사용자가 출연하면, 부 사용자가 사용하는 주파수 채널을 용이하게 변경할 수 있다. 이에, 주 사용자와 부 사용자가 서로 다른 주파수 채널을 사용하게 되어 네트워크를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 랑데부 슬롯이 전송하는 메시지 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다기능 슬롯과 데이터 슬롯의 MPDU의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MSDU의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 구성방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크에 가입되지 않은 노드들이 동기화하여 네트워크를 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크에 가입되지 않은 노드가 기존에 존재하는 네트워크에 가입하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네트워크 구성방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크들이 결합되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 동기 상태가 천이하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 탐색상태의 노드의 프레임이 동기화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 관리상태의 노드의 프레임이 동기화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크의 분리를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크가 통합될 때 수신 보장 구간을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 할당방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 프레임 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 랑데부 슬롯이 전송하는 메시지 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다기능 슬롯과 데이터 슬롯의 MPDU의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MSDU의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 프레임과 메시지의 구조에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노드는, 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 기반 인지 무선 모바일 애드 혹(Mobile Ad-Hoc Network)를 위한 시분할다중접속 프레임 구조를 가진다. 상세하게는 노드가 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 기반으로 서로 다른 주파수 채널로 통신 가능한 복수개의 프레임을 가지는 슈퍼프레임(Superframe)의 구조로 형성된다.
도 1을 참조하면 슈펴프레임은, 오드프레임(DF: Odd Frame), 및 이븐프레임(EF: Even Frame)을 포함된다. 오드프레임과 이븐프레임 각각은, 랑데부 슬롯(RS: Rendezvous Slot), 다기능 슬롯(MFS: Multi-Function Slot), 데이터 슬롯(DS: Data Slot), 및 센싱 슬롯(SS: Sensing Slot)을 포함된다.
랑데부 슬롯은, 노드들 간 동기화 및 네트워크들을 통합을 위한 제어 메시지를 전송할 수 있다. 예를 들어, 오드프레임의 랑데부 슬롯은, 네트워크 아이디를 비교하기 위한 네트워크 메시지를 전송할 수 있다. 이븐프레임의 랑데부 슬롯은, 네트워크 통합을 위한 통합 요청, 공통 채널 변경 요청 등의 메시지를 전송할 수 있다.
다기능 슬롯은 각 노드에 고정 할당된다. 다기능 슬롯은 제어, 라우팅, 데이터 메시지 등을 송신하기 위해 사용한다.
데이터 슬롯은 동적 예약 후 사용되는 타임 슬롯(Time Slot)이다. 타임 슬롯 예약을 위해 분산 또는 중앙집중 방식의 자원할당 프로토콜을 사용할 수 있다.
이때, 다기능 슬롯과 데이터 슬롯은, 하나의 매체접근제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜 데이터 유닛(PDU: Protocol Data Unit)을 전송한다. 매체접근제어 프로토콜 데이터 유닛(이하, MPDU)은, 여러개의 매체접근제어 서비스 데이터 유닛(MSDU: MAC Service Data Unit, 이하, MSDU)이 합쳐진 형태이다. MSDU는, 헤더, 제어, 라우팅, 음성, 문자, 동영상 등의 데이터로 구성되는 매체접근제어의 최소 메시지 처리 단위이다.
센싱 슬롯은 센싱을 위해 사용되는 타임 슬롯이다. 주파수 자원에 대해 권리를 가지는 주 사용자나 다른 네트워크를 인지하기 위해, 한 네트워크 내의 모든 노드가 동기화되어 센싱을 수행한다. 센싱 슬롯의 위치, 센싱 주파수, 대역폭 등은 별도의 센싱 스케쥴에 의해 결정될 수 있다.
랑데부 슬롯이 전송하는 메시지는 도 2와 같은 구조를 가진다. 즉, 랑데부 슬롯이 전송하는 메시지는, 인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), 랑데부 메시지 종류(MSG TYPE), 메시지 내용(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함한다. 이때, 랑데부 메시지의 종류에 따른 메시지 내용은 아래의 표 1과 같을 수 있다.
MSG TYPE PAYLOAD
네트워크 공지 사용 중인 공동 채널 리스트
공동 채널 변경 요청 변경 요청 채널 주파수
공동 채널 변경 응답 공동 채널 변경에 대한 응답
네트워크 통합 요청 변경 운용 채널 리스트
네트워크 통합 응답 네트워크 통합 요청에 대한 응답
다기능 슬롯과 데이터 슬롯의 MPDU는 도 3과 같은 구조를 가질 수 있다. 즉, MPDU는, 인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 동기 기준 노드까지의 홉 수(SYNC Hop), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 개수(NUM MSDU), MPDU 길이(LEN), 한 개 이상의 MSDU(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함한다.MSDU는 도 4와 같은 구조를 가질 수 있다. 즉, MSDU는 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 종류(PAYLOAD TYPE), MSDU 길이(LEN), 데이터(PAYLOAD)를 포함한다. 이때, MSDU 종류에는 자원할당, 네트워크 관리, 라우팅, 음성, 문자, 동영상 등이 포함되고, 데이터에는 자원할당, 주 사용자 발생 공지, 네트워크 통합, 네트워크 재동기, 라우팅 등의 제어 메시지, 및 음성, 문자, 동영상 등의 데이터가 포함된다.
이처럼 노드들이 메시지를 송수신할 수 있는 구조를 가진다. 따라서, 노드들이 서로 메시지를 송수신하면서, 노드들이 랑데부하여 네트워크를 형성하거나, 네트워크들을 통합하기가 용이해질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 구성방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크에 가입되지 않은 노드들이 동기화하여 네트워크를 형성하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크에 가입되지 않은 노드가 기존에 존재하는 네트워크에 가입하는 과정을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 구성방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 구성방법은, 네트워크에 가입되지 않은 노드들을 동기화하여 시분할다중접속 기반 네트워크를 구성하는 방법이다. 도 5를 참조하면, 네트워크 구성방법은, 네트워크 아이디가 저장된 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태와, 상기 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태 중 어느 한 상태가 되도록, 노드들의 상태를 미리 정해진 시간마다 전환하는 과정(S111), 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 탐색상태의 노드에서 수신하여, 서로의 네트워크 아이디를 비교하는 과정(S112), 서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 송신상태의 노드와, 탐색상태의 노드가 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정(S113), 및 선택된 주파수 채널에서, 송신상태의 노드와 탐색상태의 노드를 동기화하여 네트워크를 형성하는 과정(S114)을 포함한다.
먼저, 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태와, 상기 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태 중 어느 한 상태가 되도록, 네트워크에 가입되지 않은 노드들의 상태를 미리 정해진 시간마다 전환할 수 있다. 즉, 노드들이 송신상태와 탐색상태 중 어느 한 상태로 임의 선택되어 동작할 수 있고, 임의 시간 간격으로 두 상태를 천이할 수 있다.
이때, 노드들은 네트워크에 가입되어 있지 않기 때문에, 단독으로 상태가 선택되어 동작할 수 있다. 따라서, 네트워크에 가입되지 않은 노드의 송신상태를 단일 송신상태(Standalone-Stay)라고 하고, 네트워크에 가입되지 않은 노드의 탐색상태를 단일 탐색상태(Standalone-Search)라고 할 수 있다.
또한, 노드들의 상태는 서로 다를 수 있다. 즉, 노드들 중 어느 하나는 단일 송신상태이고, 다른 하나는 단일 탐색상태일 수 있다. 이에, 어느 하나의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 다른 하나의 노드에서 수신할 수 있다. 따라서, 단일 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 단일 탐색상태의 노드에서 수신할 수 있다.
이때, 노드들이 네트워크 메시지를 송수신할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 랑데부 채널 리스트를 미리 마련할 수 있다. 따라서, 노드들은 랑데부 채널 리스트 내의 주파수 채널들에서 네트워크 메시지를 송신하거나 수신할 수 있다. 이에, 단일 송신상태의 노드가, 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 송신하고, 단일 탐색상태의 노드가 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 탐색할 수 있다. 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들 중 어느 하나에서, 단일 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 단일 탐색상태의 노드에서 수신할 수 있다.
예를 들어, 노드가 단일 송신상태에서 다기능 슬롯과 데이터 슬롯 때는 공통 채널에 있고, 랑데부 슬롯 때는 랑데부 채널들을 순회하며 네트워크 메시지를 전송할 수 있다. 단일 대기상태의 노드는, 하나의 랑데부 채널에서 슈퍼프레임 시간 × 랑데부 채널 리스트에 포함된 채널 수만큼의 설정시간 동안 머무를 수 있다. 노드는 랑데부 채널에 머물면서 오드프레임의 랑데부 슬롯에서 네트워크 공지 메시지를 송신하다. 설정시간이 경과하면(또는, 설정시간 동안 동기화할 다른 신규 노드를 찾지 못하면), 단일 송신상태의 노드는 랑데부 채널 리스트 내 다른 채널로 이동한다.
또한, 단일 탐색상태의 노드는 슈퍼프레임의 시간 동안 하나의 랑데부 채널에 머무를 수 있다. 슈퍼프레임 시간이 경과하면(또는, 슈퍼프레임시간 동안 동기화할 다른 신규 노드를 찾지 못하면), 단일 탐색상태의 노드는 랑데부 채널 리스트 내 다른 채널로 이동한다.
네트워크 메시지에는, 단일 송신상태의 노드의 네트워크 아이디가 저장된다. 따라서, 단일 탐색상태의 노드가 네트워크 메시지를 수신하면, 단일 송신상태의 노드의 네트워크 아이디와, 자신의 네트워크 아이디를 비교할 수 있다. 즉, 단일 탐색상태의 노드와 단일 송신상태의 노드가, 서로의 네트워크 아이디를 비교할 수 있다.
서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 단일 송신상태의 노드와, 단일 탐색상태의 노드가 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택할 수 있다. 즉, 두 노드의 공통 채널을 찾아 동기화를 수행하기 위한 채널로 선택할 수 있다. 필요한 경우, 센싱 슬롯에서 수행하는 센싱을 통해 사용 가능한 주파수 채널을 확인할 수 있다.
이때, 두 노드가 함께 사용할 수 있는 공통 채널의 리스트를 마련할 수 있다. 리스트 내 주파수 채널 중 첫 번째 주파수 채널을 공통 채널로 선택할 수 있다. 리스트 내 주파수 채널 중 첫 번째 주파수 채널이 사용하기 어려운 경우, 리스트 내 다른 주파수 채널을 공통 채널을 변경할 수 있다. 공통 채널이 변경될 때, 이븐프레임의 랑데부 슬롯에서 공통채널변경 요청을 할 수 있다.
그 다음, 선택된 주파수 채널에서, 단일 송신상태의 노드와 단일 탐색상태의 노드를 동기화하여 하나의 네트워크를 형성할 수 있다. 즉, 선택된 주파수 채널로 두 노드를 이동시킨 후, 두 노드의 프레임을 동기화할 수 있다. 이에, 두 노드가 하나의 새로운 네트워크를 구성할 수 있다.
이때, 두 노드를 동기화하기 위해, 단일 송신상태의 노드를 동기화 기준 노드로 선택할 수 있다. 동기화 기준 노드는, 단일 탐색상태의 노드에 패킷을 전송할 수 있다. 따라서, 단일 송신상태의 노드의 프레임에, 패킷을 수신한 단일 탐색상태의 노드의 프레임이 동기화될 수 있다.
또한, 동기화 기준 노드로 선택된 송신상태의 노드는 패킷을 주기적으로 전송할 수 있다. 이에, 패킷을 수신하는 단일 탐색상태의 노드의 타임슬롯 경계의 오차를 주기적으로 보정할 수 있다.
이후, 새로운 네트워크는, 네트워크에 가입되지 않은 노드를 동기화하여, 가입된 노드의 수를 증가시킬 수 있다. 또는, 새로운 네트워크가 다른 네트워크와 통합될 수 있다.
예를 들어, 새로운 네트워크에 가입된 노드들 중 일부는 네트워크 메시지를 송신하고, 다른 일부는 네트워크 메시지를 수신하는 상태가 될 수 있다. 이러한 상태는 동기화 기준 노드가 결정할 수 있다. 즉, 동기화 기준 노드는 송신상태에서 동작할 노드와, 탐색상태로 동작할 노드를 결정하여 공지할 수 있다. 따라서, 새로운 네트워크가 네트워크에 가입되지 않은 노드나, 다른 네트워크를 찾아 인지하여 통합될 수 있다.
이때, 네트워크에 가입된 노드들 중 송신상태의 노드들은 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 미리 설정된 오차(Offset)만큼 떨어져 순회할 수 있다. 따라서 송신상태의 노드가 동시에 여러 개의 랑데부 채널에서 네트워크 메시지를 송신할 수 있기 때문에, 네트워크에 가입되지 않은 노드나 다른 네트워크를 발견하는 시간을 단축할 수 있다.
도 6을 참조하여 노드들 간 네트워크를 형성하는 과정을 예시적으로 설명하면, 노드 A가 단일 송신상태에서 네트워크 메시지를 송신하는 중에, 노드 B가 단일 탐색상태로 동작을 시작할 수 있다. 노드 B는 3개의 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순회하는 중에, 노드 B가 사용 가능한 주파수 채널인 FREQ3에서 노드 A가 송신한 네트워크 메시지를 수신할 수 있다. 두 노드의 네트워크 아이디가 동일하고, 노드 A의 공통 채널을 노드 B도 사용할 수 있기 때문에, 노드 B가 노드 A의 공통 채널로 이동할 수 있다. 따라서, 노드 A의 공통 채널에서 노드 A에 노드 B가 동기화되어 새로운 네트워크가 형성될 수 있다.
도 7을 참조하여, 네트워크에 가입되지 않은 노드가 기존에 존재하는 네트워크에 가입하는 과정을 설명하면, 노드 A, B, C로 구성된 네트워크에서 노드 A와 B가 송신상태로 동작하고, 노드 C는 탐색상태로 동작할 수 있다. 노드 A와 B는 랑데부 채널 리스트를 오차인 2만큼 떨어져 순회하며, 네트워크 메시지를 전송할 수 있다. 네트워크에 가입되지 않은 노드 D가 단일 탐색상태로 동작하면서 랑데부 채널 리스트를 순회하는 중에, 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들 중 하나인 FREQ3에서 네트워크 메시지를 수신할 수 있다. 이후 노드 D는 노드 A, B, C로 구성된 네트워크의 공통 채널로 노드 D가 이동하여 프레임 동기화가 진행될 수 있다. 따라서, 노드 D가 기존에 존재하는 네트워크에 합류할 수 있다.
이처럼 네트워크 아이디를 확인하여 동일한 네트워크 아이디를 가지는 노드들을 통합할 수 있다. 따라서, 네트워크 아이디에 따라 노드들을 서로 용이하게 동기화할 수 있다. 이에, 동일 지역에서 서로 다른 네트워크 아이디를 가지는 복수개의 네트워크를 용이하게 운영할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네트워크 구성방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크들이 결합되는 과정을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네트워크 구성방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 구성방법은, 서로 다른 두 네트워크를 통합하여 하나의 시분할다중접속 기반 네트워크를 구성하는 방법이다. 도 8을 참조하면, 네트워크 구성방법은, 각 네트워크에 가입된 노드들 중 일부는 네트워크 아이디가 저장된 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태로 동작시키고, 다른 일부는 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태로 동작시키는 과정(S121), 두 네트워크 중 어느 한 네트워크에 가입된 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 다른 네트워크에 가입된 탐색상태의 노드에서 수신하여, 서로의 네트워크 아이디를 비교하는 과정(S122), 서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택하는 과정(S123), 및 선택된 주파수 채널에서, 두 네트워크를 통합하여 하나의 네트워크를 형성하는 과정(S124)을 포함한다.
먼저, 네트워크에 가입된 노드들 중 일부는 네트워크 아이디가 저장된 네트워크 메시지를 송신하는 송신상태로 동작시키고, 다른 일부는 네트워크 메시지를 수신하는 탐색상태로 동작시킬 수 있다.
이때, 노드들은 네트워크에 가입되어 있기 때문에, 네트워크 내에서 상태가 선택되어 동작할 수 있다. 따라서, 네트워크에 가입된 노드의 송신상태를 네트워크 송신상태(Networked-Stay)라고 하고, 네트워크에 가입된 노드의 탐색상태를 네트워크 탐색상태(Networked-Search)라고 할 수 있다.
또한, 한 네트워크에서 노드들의 상태는 서로 다를 수 있다. 즉, 네트워크 내 노드들 중 일부는 네트워크 송신상태이고, 다른 일부는 네트워크 탐색상태일 수 있다. 이에, 네트워크 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 네트워크에 가입되지 않은 노드나, 다른 네트워크의 노드에서 수신할 수 있다. 또는, 네트워크 탐색상태의 노드가, 네트워크에 가입되지 않은 노드나, 다른 네트워크의 노드에서 송신하는 네트워크 메시지를 수신할 수 있다.
이때, 노드들이 네트워크 메시지를 송수신할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 랑데부 채널 리스트를 미리 마련할 수 있다. 따라서, 네트워크 내 노드들은 랑데부 채널 리스트 내의 주파수 채널들에서 네트워크 메시지를 송신하거나 수신할 수 있다. 이에, 네트워크 송신상태의 노드가, 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 송신하고, 네트워크 탐색상태의 노드가 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 순환하면서 네트워크 메시지를 탐색할 수 있다. 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들 중 어느 하나에서, 한 네트워크에 가입된 네트워크 송신상태의 노드가 송신한 네트워크 메시지를, 다른 네트워크에 구비되는 네트워크 탐색상태의 노드에서 수신할 수 있다.
한편, 네트워크 송신상태의 노드들은 랑데부 채널 리스트 내 주파수 채널들을 미리 설정된 오차(Offset)만큼 떨어져 순회할 수 있다. 따라서 네트워크 송신상태의 노드가 동시에 여러 개의 랑데부 채널에서 네트워크 메시지를 송신할 수 있기 때문에, 다른 네트워크를 발견하는 시간을 단축할 수 있다.
네트워크 메시지에는, 네트워크 송신상태의 노드가 가입된 네트워크의 네트워크 아이디가 저장된다. 따라서, 네트워크 탐색상태의 노드가 네트워크 메시지를, 다른 네트워크에 가입된 네트워크 탐색상태의 노드가 수신하면, 수신된 네트워크 메시지에 저장된 네트워크 아이디와, 자신이 가입한 네트워크의 네트워크 아이디를 비교할 수 있다. 즉, 두 네트워크 중 어느 한 네트워크에 가입된 네트워크 송신상태의 노드와, 다른 네트워크에 가입된 네트워크 탐색상태의 노드가, 서로의 네트워크 아이디를 비교할 수 있다.
서로의 네트워크 아이디가 동일하면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택할 수 있다. 즉, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 공통 채널을 찾아 동기화를 수행하기 위한 채널로 선택할 수 있다. 필요한 경우, 센싱 슬롯에서 수행하는 센싱을 통해 사용 가능한 주파수 채널을 확인할 수 있다
그 다음, 선택된 주파수 채널에서, 두 네트워크를 통합하여 하나의 네트워크를 형성할 수 있다. 선택된 주파수 채널로 두 네트워크의 노드들을 이동시킨 후, 두 네트워크의 노드들의 프레임을 동기화할 수 있다. 이에, 두 네트워크가 하나의 통합된 네트워크를 구성할 수 있다.
이때, 두 네트워크를 통합하기 위해, 두 네트워크의 우선순위를 비교할 수 있다. 네트워크의 우선순위는 가입된 노드들의 수에 의해 결정될 수 있다. 즉, 두 네트워크 각각에 가입된 노드들의 수를 비교한 후, 가입된 노드들의 수가 더 많은 네트워크의 우선순위는 높고, 가입된 노드들의 수가 더 적은 네트워크의 우선순위는 낮다고 판단할 수 있다. 만약 두 네트워크에 가입된 노드들의 수가 동일한 경우, 동기 노드의 주소가 큰 네트워크의 우선순위가 높다고 판단할 수 있다.
그 다음, 우선순위가 높은 네트워크에, 우선순위가 낮은 네트워크를 통합할 수 있다. 즉, 우선순위가 판단되면, 네트워크 메시지를 수신한 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드가, 자신의 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널로 돌아갈 수 있다. 네트워크 메시지를 수신한 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드는, 자신의 공통 채널에서 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 다른 노드들에, 네트워크 통합 메시지를 송신할 수 있다.
예를 들어, 네트워크 메시지를 수신한 노드가, 플러딩을 통하여 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들로, 네트워크 통합 메시지를 전달할 수 있다. 즉, 네트워크 메시지를 수신한 노드가 자신 주변(또는, 인접한 거리)의 노드들에 네트워크 통합 메시지를 전송하고, 네트워크 통합 메시지를 전송받은 노드들은 자신 주변(또는, 인접한 거리)의 다른 노드들에 네트워크 통합 메시지를 전송할 수 있다. 예컨대, 어느 한 노드는 자신과 1홉(Hop) 거리 내의 노드에 네트워크 통합 메시지를 전달할 수 있다. 따라서, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들에 네트워크 통합 메시지가 신속하게 전달될 수 있다.
네트워크 통합 메시지에는, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 이동해야 할 주파수 채널(또는, 선택된 주파수 채널)에 대한 정보가 저장되어 있다. 즉, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 공통 채널에 대한 정보가 저장되어 있다. 이에, 네트워크 통합 메시지를 수신한 노드들은 이동해야 할 주파수 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다.
그 다음, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들을, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 공통 채널로 이동시킬 수 있다. 따라서, 두 네트워크의 공통 채널에서, 두 네트워크를 통합할 준비를 할 수 있다.
이때, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널을 찾아 선택할 때, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널을, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 사용할 수 있는지 확인할 수 있다. 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널을 사용할 수 있으면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널로 우선순위가 높은 네트워크의 공통 채널을 선택할 수 있다. 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들이 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들이 사용하는 공통 채널을 사용할 수 없으면, 두 네트워크에 가입된 노드들이 모두 사용할 수 있는 다른 주파수 채널을 찾아 선택할 수 있고, 다른 주파수 채널로 두 네트워크의 노드들이 이동할 수 있다.
그 다음, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드들에, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드들의 프레임을 동기화할 수 있다. 즉, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드를 동기화 기준 노드로 선택하고, 동기화 기준 노드에서 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드로 패킷을 전송할 수 있다. 따라서, 우선순위가 높은 네트워크에 가입된 노드의 프레임에, 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드의 프레임이 동기화될 수 있다.
또한, 동기화 기준 노드로 선택된 노드는 패킷을 주기적으로 전송할 수 있다. 이에, 패킷을 수신하는 우선순위가 낮은 네트워크에 가입된 노드의 타임슬롯 경계의 오차를 주기적으로 보정할 수 있다.
도 9를 참조하여 서로 다른 두 네트워크가 통합되는 과정을 예시적으로 설명하면, 네트워크 A의 노드 a는 네트워크 송신상태로 동작시키고, 네트워크 B의 노드 b는 네트워크 탐색상태로 동작시킬 수 있다. 이에, 두 네트워크 간 통신 가능한 주파수 채널인 FREQ3에서 노드 b가 노드 a의 네트워크 메시지를 수신할 수 있다.
그 다음, 노드 b는 네트워크들의 노드 수를 비교한 후 두 네트워크의 우선순위를 판단할 수 있다. 이에, 노드 b는 우선순위가 낮다고 판단된 네트워크 B에서, 우선순위가 높다고 판단된 네트워크 A로 통합을 결정할 수 있다. 네트워크 B에서 네트워크 A의 공통 채널을 사용 가능한 것으로 판단되면, 노드 b는 자신의 네트워크의 공통 채널로 돌아와 네트워크 통합 메시지를 송신한다. 이에 네트워크 통합 메시지가 플러딩을 통해 네트워크 B 전체로 전송될 수 있다. 이후 네트워크 B의 노드들이 네트워크 A의 공통 채널로 이동하고, 프레임 동기화하여 두 네트워크가 통합된 하나의 네트워크를 형성할 수 있다.
이처럼 네트워크 아이디를 확인하여 동일한 네트워크 아이디를 가지는 네트워크들을 통합할 수 있다. 따라서, 네트워크 아이디에 따라 네트워크들을 서로 용이하게 동기화할 수 있다. 이에, 동일 지역에서 서로 다른 네트워크 아이디를 가지는 복수개의 네트워크를 용이하게 운영할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 노드의 동기 상태가 천이하는 것을 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 탐색상태의 노드의 프레임이 동기화하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 관리상태의 노드의 프레임이 동기화하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크의 분리를 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크가 통합될 때 수신 보장 구간을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 노드들의 프레임 동기화에 대해 설명하기로 한다.
프레임 동기화란, 타임 슬롯 경계(Slot Boundary)와 프레임의 시작점을 일치시키는 것을 의미한다. 본 발명의 실시 예에서는 타임스탬프(Timestamp)를 교환하지 않고, 메시지 수신 시점과, 수신되는 메시지의 정보를 기반으로 프레임을 동기화할 수 있다.
이때, 프레임 동기화는, 단일 탐색상태의 노드가, 단일 송신상태의 노드의 네트워크 메시지를 수신한 후, 노드들이 공통 채널로 이동하는 경우 진행될 수 있다. 단일 탐색상태의 노드가, 네트워크 송신상태의 노드가 송신하는 네트워크 메시지를 수신한 후, 단일 탐색상태의 노드가, 네트워크 송신상태의 노드의 공통 채널로 이동하는 경우 프레임 동기화가 진행될 수 있다. 또는, 네트워크 탐색상태의 노드가, 네트워크 송신상태의 노드가 송신하는 네트워크 메시지를 수신한 후, 우선순위가 낮은 네트워크의 노드들이 우선순위가 높은 네트워크의 공통 채널로 이동하는 경우 진행될 수 있다.
도 10과 같이 노드는 동기화 기준(SYNC-Reference) 상태, 동기화 탐색(SYNC-Search), 및 동기화 관리(SYNC-Management) 상태와 같은 세 가지의 동기 상태를 가질 수 있다. 동기화 기준상태는 현재 네트워크의 동기 기준이 되는 것을 의미한다. 동기화 탐색상태는 합류하려는 네트워크에 동기화하기 위해 패킷 수신을 기다리는 상태이다. 동기화 관리상태는 수신되는 패킷에 대한 첫 동기화에 성공한 후 주기적으로 수신되는 패킷을 기준으로 슬롯 경계의 오차(Offset)을 보정하는 상태이다.
네트워크의 동기 기준 노드는, 네트워크 형성 과정에서 정해진다. 신규 노드들을 랑데부하여 네트워크 형성하는 경우, 단일 송신상태의 노드가 기준이 되며, 네트워크들을 통합할 때는 우선순위가 높은 네트워크의 노드가 전체 네트워크의 동기 기준이 될 수 있다.
이때, 동기 기준 노드는, 동기화 기준상태에서 타임 슬롯 길이의 타이머(Timmer)를 반복 동작시키며, 시간경과(Timeout) 시 슬롯 번호를 증가시킨다. 동기 기준 노드는, 자신이 송신 슬롯인 경우 MPDU를 생성하여 송신할 수 있다. 동기 기준 노드와 1홉(Hop) 거리인 노드는 네트워크 동기 기준의 MPDU에 동기화할 수 있다. 동기 기준 노드와 2홉 거리 이상인 노드는 네트워크 동기 기준에 가까운 노드의 MPDU를 기준으로 동기화할 수 있다.
즉, 동기 기준 노드에서 전송되는 패킷을, 다른 노드에서 수신하는 경우, 동기 기준 노드와 1홉 거리 이내의 노드가 동기 기준 노드와 동기화할 수 있다. 동기 기준 노드와 2홉 거리 이상의 노드는, 동기 기준 노드에 동기화된 노드들 중 가장 가까운 노드와 동기화할 수 있다. 홉 수가 같은 경우, 프레임 에러율(FER: Frame Error Rate), 비트 에러율(BER: Bit Error Rate) 등을 비교하여 링크 품질이 좋은 노드에 동기화할 수 있다.
도 11과 같이 동기화 탐색상태 노드가 MPDU에 동기화하는 경우, MPDU의 수신 타이밍에 슬롯 경계를 맞춘다. 이후, MPDU의 슬롯 번호와 자신의 슬롯 번호를 일치시켜 프레임의 시작점을 동기화한다.
이때, 수신 타이밍은 모뎀에서 수신 시작 시 MAC에 전달하는 인터럽트 발생시점(Ta)이다. 그리고 MAC에서 MPDU 수신 시 수신 타이밍(Tb)에서 첫 슬롯 경계를 알리는 타이머 설정값을 하기의 식 1에 의하여 계산할 수 있다.
식 1: 타이머 설정값 = Ttimeslot × 2-(Tb-Ta)
(여기서, Ttimeslot은 타임 슬롯 시간이고, Ta는 수신 시작 시 MAC에 전달하는 인터럽트 발생시점이고, Tb는 MAC에서 MPDU 수신 시 수신 타이밍이다.)
식 1을 이용하여 타이머 설정값을 계산하면 타이머를 시작하고, 현재의 슬롯 번호를 수신 패킷의 슬롯 번호 + 1로 설정할 수 있다. 이후 노드는 동기화 탐색상태에서 동기화 관리상태가 된다. 타이머의 시간경과 시 슬롯 번호를 증가시키고 해당 슬롯 번호에서의 동작을 수행할 수 있다. 이때, 전송지연에 의한 오차는 슬롯 타임의 보호 구간에 반영하여 슬롯 간 패킷 충돌을 방지할 수 있다.
동기화 관리상태에서는 자신의 슬롯 경계와, 자신의 동기 기준 노드의 슬롯 경계 사이의 오차를 지속적으로 보정하는 동작을 수행할 수 있다. 즉, 동기 기준 노드가 송신하는 MPDU의 수신 시점과 자신의 슬롯 경계의 오차를 계산하여 다음 슬롯의 타이머 설정 시 오차를 보정하여 적용할 수 있다. 따라서, 동기 기준 노드에서 전송되는 패킷을 다른 노드에서 수신한 후에, 다른 노드를 상기 동기 기준 노드와 동기화에 성공하면, 주기적으로 수신되는 패킷을 기준으로 타임슬롯 경계의 오차를 주기적으로 보정할 수 있다.
도 12를 참조하여 동기화 관리상태에서의 오차 보정 과정을 설명하면, 송신 노드가 MFSn-1에서 보낸 MPDU를, 수신 노드의 MAC에서 수신할 수 있다. 수신 노드는 Tb 시점에 슬롯 경계의 오차를 계산할 수 있다. 그리고 MFSn+2의 슬롯 경계 타이머 설정 시, 시간 경과 값을 타임 슬롯 + 오차로 설정한다. 오차(Offset)는 아래의 식 2 또는 식 3에 의해 계산될 수 있다.
식 2: Offset = Ta (Ta < Ttimeslot/2인 경우)
식 3: Ta - Ttimeslot (Ta ≥ Ttimeslot/2인 경우)
(여기서, Offset은 오차이고, Ta는 수신 노드에 수신신호가 수신되는 시점이고, Ttimeslot은 타임 슬롯 시간이다.)
계산되는 오차가 0보다 크면, 수신 노드의 슬롯 경계가 빠르다는 것을 의미한다. 이에, MFSn+2의 슬롯 경계 타이머 설정 시, 오차만큼 길게 타이머 값을 설정할 수 있다. 반대로 오차가 0보다 작은 경우, 수신 노드의 슬롯 경계가 느리기 때문에, MFSn+2 의 슬롯 경계 타이머 설정 시, 오차만큼 짧게 타이머를 설정할 수 있다. 도 15의 예시에서는 수신 노드의 슬롯 경계가 송신 노드보다 빠르기 때문에, 다음 슬롯 경계 타이머 설정 시 오차만큼 길게 설정하였다.
한편, 네트워크의 노드들이 이동 중 두 개 이상의 그룹으로 분리되는 경우, 각 그룹 내에서 동기 기준 노드를 선정하여 TDMA 동기를 유지한다. 이때, 자신의 동기 기준 노드로부터 일정 시간 MFS의 MPDU를 받지 못한 노드가 먼저 알 수 있기 때문에, 분리 전에 동기 기준에 가까웠던 노드가 기준 역할 수행할 수 있다. 분리를 인지한 노드가 복수개인 경우, 동기 기준 우선순위에 따라 주소가 큰 노드가 동기 기준이 될 수 있다.
도 13을 참조하여 네트워크 분리 시 두 그룹에서 각기 동기 기준이 형성되는 과정을 예시적으로 설명하면, 노드 1, 2, 3으로 구성된 그룹은 기존의 동기 기준 노드가 그 역할을 계속할 수 있다. 노드 4, 5로 구성된 그룹에서는 4번 노드가 3번으로부터 분리된 것을 5번 노드보다 먼저 인지하기 때문에, 4번 노드가 동기 기준 노드가 될 수 있다.
이때, 동일 네트워크에서 분리되었던 네트워크들, 또는 지역적으로 떨어져 형성된 네트워크가 가까워지면 하나의 네트워크로 통합되는 경우, 노드들의 프레임이 동기화되어야 한다.
두 네트워크를 동기화하기 위해서는, 두 네트워크의 우선순위를 비교해야 한다. 이에, 우선순위가 낮은 네트워크를, 우선순위가 높은 네트워크에 합칠 수 있다. 즉, 우선순위가 낮은 네트워크의 노드는 자신의 MFS에서 네트워크 재동기 메시지를 송신하여, 주변에 우선순위가 높은 네트워크가 존재하는 사실을 알린다. 따라서, 동기화 탐색상태가 되어 우선순위가 높은 네트워크의 프레임에 동기화할 수 있다. 통합 메시지를 수신한 노드들은 메시지를 다른 노드들에 재전송한 후 동기화 탐색상태가 될 수 있다.
이때, 두 네트워크가 근접했을 때 유통되는 패킷이 많은 경우, 또는 패킷 송신 구간이 겹치는 경우, 충돌로 인하여 두 네트워크가 서로 간에 인지하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 노드의 프레임의 여러개의 타임 슬롯 중에서 임의로 n개의(n>=2) 연속된 타임 슬롯을 리슨 구간(Listen Period)으로 설정하여, 수신 대기 상태로 동작할 수 있다. 리슨 구간 사이의 간격은 PRBS(Pseudorandom Binary Sequence)를 이용하여 계산하며, 그 식은 아래의 식 4와 같다.
식 4: Listen period interval = x + PRBS% y (y≤x)
예를 들어, x = 10, PRBS = 1011010(2진수), y = 8인 경우, 리슨 구간의 간격은 다음과 같이 12가 된다. x, y 및 PRBS 초기값은 네트워크 분리/통합 때마다, 동기 기준 노드가 결정하여 네트워크 전체로 공유한다. 따라서 동일 네트워크의 노드들은 동일한 리슨 구간을 가지며, 네트워크 간에는 리슨 구간의 주기가 서로 다르기 때문에, 패킷 송신량이 많거나 송신 구간이 겹치는 상황에서도 상대 네트워크의 패킷 수신이 가능하여 네트워크 통합이 시작될 수 있다.
또한, 노드는 MPDU의 에러가 많은 경우 자체적으로 n 값을 증가시켜 충돌 환경에 빠르게 대응할 수 있다. 이에, 도 14와 같이, 프레임이 동기화되지 않은 인접한 두 네트워크 간에 리슨 구간을 통해 수신이 보장되는 구간을 확보할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 할당방법을 나타내는 플로우 차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 할당방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 주파수 할당방법은, 네트워크가 사용할 주파수 채널을 할당하는 방법이다. 도 15를 참조하면, 주파수 할당방법은, 하나의 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 공통 채널 리스트를 마련하는 과정(S210), 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 어느 한 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 다른 주파수 채널을 백업 채널로 설정하는 과정(S220), 네트워크에 가입된 노드들 중 어느 하나가 공통 채널에서 주파수 자원에 대해 권리를 가지는 주 사용자를 인지하면, 다른 노드들에 주 사용자가 발생했다는 공지 메시지를 전달하는 과정(S230), 및 네트워크 가입된 노드들을, 공통 채널에서 백업 채널로 이동시키는 과정(S240)을 포함한다.
이때, 네트워크는 부 사용자가 사용하는 네트워크일 수 있고, 멀티 홉 인지 무선 네트워크일 수 있다. 멀티 홉 인지 무선 네트워크의 노드들은, 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 기반으로 서로 다른 주파수 채널로 통신 가능한 복수개의 프레임을 가지는 슈퍼프레임의 구조로 통신을 수행할 수 있다.
우선, 하나의 네트워크에 가입된 노드들이 함께 사용할 수 있는 주파수 채널들의 리스트를 가지는 공통 채널 리스트를 마련할 수 있다. 즉, 네트워크에서 어느 하나의 노드를 대표 노드로 선택할 수 있고, 대표 노드는 다른 노드들의 주파수 센싱 결과를 수집하여, 네트워크 내 모든 노드들이 사용할 수 있는 공통 주파수 채널들의 공통 채널 리스트를 생성할 수 있다.
그 다음, 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 어느 한 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 다른 주파수 채널을 백업 채널로 설정할 수 있다. 예를 들어, 공통 채널 리스트에 있는 주파수 채널들 중 첫 번째 주파수 채널을 공통 채널로 설정하고, 두 번째 주파수 채널을 백업 채널로 선택할 수 있다.
이때, 네트워크에 가입된 노드들 중 어느 하나가 공통 채널에서 주파수 자원에 대해 권리를 가지는 주 사용자를 인지하면, 다른 노드들에 주 사용자가 발생했다는 공지 메시지를 전달할 수 있다. 즉, 네트워크에 가입된 노드들 중 주 사용자를 인지한 노드가 자신 주변(또는, 인접한 거리)의 노드들에 공지 메시지를 전송할 수 있다. 공지 메시지를 수신한 노드는 자신 주변(또는, 인접한 거리)의 다른 노드들에 공지 메시지를 전송할 수 있다. 예컨대, 어느 한 노드는 자신과 1홉(Hop) 거리 내의 노드에 공지 메시지를 전달할 수 있다. 따라서, 플러딩을 통하여 네트워크 내 노드들로 공지 메시지가 신속하게 전달될 수 있다.
공지 메시지에는 백업 채널에 대한 정보가 저장되어 있다. 따라서, 공지 메시지를 수신한 네트워크 내 노드들을, 공통 채널에서 백업 채널로 이동시킬 수 있다. 즉, 주파수를 변경할 수 있다. 일정 시간이 내에 네트워크 가입된 노드들 중 공지 메시지를 전송한 노드들을 백업 채널로 이동시켜 네트워크를 계속 안정적으로 유지할 수 있다.
네트워크에 가입된 노드들이 백업 채널로 이동을 완료하면, 백업 채널이 새로운 공동 채널이 되고, 공동 채널 리스트 내 다른 주파수 채널이 새로운 백업 채널이 될 수 있다. 따라서, 새로운 공동 채널에 주 사용자가 나타나도, 새로운 백업 채널로 네트워크에 가입된 노드들을 이동시켜 네트워크를 계속 안정적으로 유지할 수 있다.
이때, 링크 상태에 따라 공지 메시지 전달의 신뢰성을 향상시키기, 위해 공지 메시지를 복수회 전송할 수 있다. 공지 메시지를 복수회 전송하였음에도 불구하고, 메시지를 인지하지 못한 노드들은 네트워크에서 분리되었다고 판단할 수 있다. 이러한 노드들도 일정 시간 후, 주 사용자를 인지하거나, 기존 네트워크를 발견하여 하나의 네트워크로 통합될 수 있다.
이처럼 부 사용자가 사용 중인 주파수 채널에 주 사용자가 출연하면, 부 사용자가 사용하는 주파수 채널을 용이하게 변경할 수 있다. 따라서, 주 사용자와 부 사용자가 서로 다른 주파수 채널을 사용하게 되어 네트워크를 안정적으로 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하며, 실시 예들 간에 다양한 조합도 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 시분할다중접속 기반의 멀티 홉 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크를 구성하기 위하여, 랑데부 슬롯, 다기능 슬롯, 데이터 슬롯, 및 센싱 슬롯을 각각 포함하는 오드프레임 및 이븐프레임을 구비하는 슈퍼프레임을 이용하여 노드들 사이에서 메시지를 송수신하는 노드의 메시지 송수신 방법으로서,
    상기 노드들 중 일부가, 설정된 주파수 채널로 통신 가능한 상기 오드프레임에 할당되는 랑데부 슬롯을 통하여 네트워크 아이디를 비교하기 위한 네트워크 메시지를 전송하거나, 상기 오드프레임과 다른 주파수 채널로 통신 가능한 상기 이븐프레임에 할당되는 랑데부 슬롯을 통하여 네트워크 통합을 위한 통합 요청과 공통 채널 변경 요청 메시지를 전송하는 과정; 및
    상기 노드들 중 다른 일부가 상기 네트워크 메시지나 상기 통합 요청과 공통 채널 변경 요청 메시지를 수신하는 과정;을 포함하고,
    상기 랑데부 슬롯은, 상기 노드들이 동기화 및 네트워크들을 통합을 위한 제어 메시지를 전송하도록 상기 오드프레임 및 상기 이븐프레임에 각각 할당되고,
    상기 다기능 슬롯은, 상기 노드들이 제어, 라우팅, 데이터 메시지를 송신하도록 상기 오드프레임 및 상기 이븐프레임에 각각 고정 할당되고,
    상기 데이터 슬롯은, 상기 노드들이 동적 예약 후 데이터 전송을 위해 사용하도록 상기 오드프레임 및 상기 이븐프레임에 각각 할당되고,
    상기 센싱 슬롯은, 상기 노드들이 동기화된 센싱을 수행하기 위해 사용하도록 상기 오드프레임 및 상기 이븐프레임에 각각 할당되고,
    상기 노드들은 네트워크를 구성하기 위한 데이터를 교환하도록, 메시지를 송신하는 송신상태와, 메시지를 수신하는 탐색상태를 미리 정해진 시간마다 전환하는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 랑데부 슬롯이 전송하는 메시지는,
    인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), 랑데부 메시지 종류(MSG TYPE), 메시지 내용(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함하는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다기능 슬롯과 상기 데이터 슬롯은, 복수개의 매체접근제어 서비스 데이터 유닛(MSDU)이 합쳐진 매체접근제어 프로토콜 데이터 유닛(MPDU)을 전송할 수 있고,
    상기 MPDU는, 인지 무선 모바일 애드혹 네트워크 식별자(NET ID), 인지 무선 모바일 애드 혹 네트워크 구성 노드 수(NET SIZE), 동기 기준 노드 주소(SYNC ADDR), 동기 기준 노드까지의 홉 수(SYNC Hop), 타임 슬롯 종류(SLOT TYPE), 타임 슬롯 번호(SLOT NUM), 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 개수(NUM MSDU), MPDU 길이(LEN), 한 개 이상의 MSDU(PAYLOAD), 및 순환 중복 검사결과(CRC)를 포함하는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 MSDU는, 수신 노드 주소(RECV ADDR), 송신 노드 주소(SNDR ADDR), MSDU 종류(PAYLOAD TYPE), MSDU 길이(LEN), 데이터(PAYLOAD)를 포함하고,
    MSDU 종류는, 자원할당, 네트워크 관리, 라우팅, 음성, 문자, 동영상을 포함하고,
    상기 데이터 메시지에는, 자원할당, 주 사용자 발생 공지, 네트워크 통합, 네트워크 재동기, 라우팅의 제어 메시지, 및 음성, 문자, 동영상을 포함하는 시분할다중접속 기반 노드의 메시지 송수신 방법.
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