KR102320395B1 - 이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들 - Google Patents
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Abstract
이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 이기종 무선 통신 방법은 제1 무선 통신 방식의 제1 통신 장치가 제2 무선 통신 방식의 제2 통신 장치에게 전송할 입력 심볼을 변조하는 단계와, 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들을 생성하는 단계와, 상기 비콘 프레임들을 브로드 캐스팅하는 단계를 포함한다.
Description
아래 실시예들은 이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들에 관한 것이다.
사물 인터넷(internet of things; IoT)은 인터넷에 연결된 장치의 생태계를 의미한다. 사물 인터넷은 업계에서 많은 관심을 끌었으며 스마트 시티, 스마트 홈, 스마트 팩토리, 스마트 운송 및 스마트 팜과 같은 유망한 새로운 서비스를 제공했다. IoT의 개념은 인터넷을 통해 모든 이기종 전자 물체를 연결하는 것이다. 따라서, 가까운 시일 내에는 통신 기기의 수가 크게 증가할 것으로 예상된다.
많은 무선 통신 기기는 제한된 주파수 스펙트럼을 공유한다. Wi-Fi, Bluetooth, BLE, ZigBee 등 2.4 GHz 산업, 과학 및 의료(ISM) 대역을 활용한 무선 통신 기술은 중복 주파수를 공유하는 기술의 예이다. 그러나, 이기종의 무선 통신 기기들은 물리적 계층의 차이 때문에 서로 직접 통신을 할 수 없다.
multi-radio gateway는 이기종 통신 기기들이 서로 통신할 수 있게 해주지만 추가 하드웨어 비용과 오버헤드를 발생시킨다. 또한, multi-radio gateway는 활용도, 서비스 품질 및 에너지 효율성 측면에서 네트워크 품질을 저하시킨다.
Cross-technology Communication(CTC)은 멀티 라디오 게이트웨이를 사용하지 않은 이기종 통신 기술 간의 통신에 대한 새로운 접근 방식이다. CTC는 멀티 라디오 게이트웨이에 비해 하드웨어 비용을 줄이고 오버 헤드를 제어할 수 있다. 또한, 일부 애플리케이션은 최적화된 채널 활용, 에너지 소비 및 링크 신뢰성의 이점을 얻을 수 있다. 다만, CTC 기술은 기존 프레임에 중복성을 추가해야 하고, 하드웨어 수정이 필요하고, 레거시 Wi-Fi AP 호환되지 않고, RSS(Received Signal Strength)에 지속적으로 업데이트해야 하는 문제점이 있다. 또한, CTC 기술은 물리적 레벨 에뮬레이션을 위해 주파수 스펙트럼을 낭비하고, 수신기에서 비교적 높은 듀티 사이클을 가지며 높은 듀티 사이클로 인해 배터리 소모가 큰 문제점이 있다.
실시예들은 이기종 통신 장치로 전송할 입력 심볼의 정보에 기초하여 비콘 프레임(또는 비콘 신호)의 신호 세기(또는 전송 전력) 또는 신호 길이를 변조함으로써, 변조된 비콘 프레임을 통해 이기종 통신 장치들의 통신이 원활하게 수행되게 하는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 이기종 무선 통신 방법은 제1 무선 통신 방식의 제1 통신 장치가 제2 무선 통신 방식의 제2 통신 장치에게 전송할 입력 심볼을 변조하는 단계와, 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들을 생성하는 단계와, 상기 비콘 프레임들을 브로드 캐스팅하는 단계를 포함한다.
상기 생성하는 단계는 상기 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 상기 비콘 프레임들의 전송 전력 레벨이 상이하도록 상기 비콘 프레임들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송 전력 레벨은 제1 비트 값에 할당되는 제1 전송 전력 레벨 및 제2 비트 값에 할당되는 제2 전송 전력 레벨을 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계는 상기 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 상기 비콘 프레임들의 에너지 버스트 길이를 조절함으로써 상기 비콘 프레임들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 버스트 길이를 조절하여 상기 비콘 프레임들을 생성하는 단계는 비콘 프레임 구조의 옵션 필드에 포함된 공급 업체별 IE 필드를 이용하여 상기 에너지 버스트 길이를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 더미 심볼을 상기 공급 업체별 IE 필드에 추가함으로써 상기 공급 업체별 IE 필드의 길이를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 브로드 캐스팅하는 단계는 상기 제1 무선 통신 방식으로 상기 비콘 프레임들을 브로드 캐스팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비콘 프레임들은 IEEE 802.11 비콘 프레임일 수 있다.
상기 이기종 무선 통신 방법은 비콘 검출 시간 동안 상기 제2 무선 통신 기술을 이용하여 채널 스캐닝을 수행하는 단계와, 상기 제2 무선 통신 기술로 검출된 비콘 프레임들을 식별하는 단계와, 상기 비콘 검출 시간 이후 연속하는 시간 동안 비콘 프레임을 수신하면서 식별된 비콘 프레임들의 신호 강도 또는 에너지 버스트 시간을 이용하여 상기 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들을 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이기종 무선 통신 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 통신 장치 및 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 전송 전력 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 신호 세기 및 RSSI를 나타낸다.
도 4는 비콘 프레임의 데이터 형식을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다.
도 5a는 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 신호 길이 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 도시된 옵션 필드의 구조를 나타낸다.
도 6a는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 일 예를 나타낸다.
도 6b는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 다른 예를 나타낸다.
도 6c는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 또 다른 예를 나타낸다.
도 7은 심볼 정보를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 비콘 식별 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다.
도 9는 비콘 식별 체계 알고리즘을 나타낸다.
도 10은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 11은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 통신 장치 및 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 전송 전력 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 신호 세기 및 RSSI를 나타낸다.
도 4는 비콘 프레임의 데이터 형식을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다.
도 5a는 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 신호 길이 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 도시된 옵션 필드의 구조를 나타낸다.
도 6a는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 일 예를 나타낸다.
도 6b는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 다른 예를 나타낸다.
도 6c는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 또 다른 예를 나타낸다.
도 7은 심볼 정보를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 비콘 식별 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다.
도 9는 비콘 식별 체계 알고리즘을 나타낸다.
도 10은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 11은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이기종 무선 통신 시스템의 블록도를 나타낸다.
이기종 통신 시스템(10)은 특정 주파수 대역을 공유하는 이기종 무선 통신 장치들(100 및 300) 사이에 정보 교환(또는 통신)이 가능한 CTC-CSMA/CA(cross-technology communication based CSMA/CA) 통신 시스템일 수 있다.
이기종 통신 시스템(10)은 제1 통신 장치(100) 및 제2 통신 장치(300)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 통신 장치(100) 및 제2 통신 장치(300)는 서로 다른 통신 방식으로 통신을 수행하고, 특정 주파수 대역을 공유하는 이기종 무선 통신 장치일 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 장치(100) 및 제2 통신 장치(300)는 서로 호환되지 않는 물리 계층을 이용하고, 2.4 GHz 대역의 통신 채널을 공유할 수 있다. 특정 주파수 대역은 2.4 GHz 대역일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 통신 장치(100)는 제1 무선 통신 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 장치(100)는 제2 통신 장치(300), 및 제1 통신 장치(100) 주변에 위치한 하나 이상의 다른 통신 장치와 통신을 수행할 수 있다. 제1 통신 장치(100) 주변에 위치한 하나 이상의 통신 장치는 제1 무선 통신 방식으로 통신을 수행하며, 제1 통신 장치(100)와 동일하거나 유사한 통신 장치일 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 Wi-Fi AP등 WLAN(wireless local area network) 기반의 통신 중계 장치일 수 있다. 제1 통신 장치(100) 주변에 위치한 하나 이상의 통신 장치는 Wi-Fi 스테이션(Wi-Fi station, 또는 Wi-Fi 단말) 등 WLAN(wireless local area network) 기반의 통신 장치일 수 있다. 제1 무선 통신 방식은 Wi-Fi 무선 통신 등 WLAN(wireless local area network) 기반의 통신 방식일 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 제2 통신 장치(300)로 전송할 입력 심볼의 정보에 기초하여 비콘 프레임(또는 비콘 신호)의 신호 세기(또는 전송 전력) 또는 신호 길이를 변조함으로써, 변조된 비콘 프레임을 통해 이기종 통신 장치들의 통신이 원활하게 수행되게 할 수 있다.
이를 통해, 제1 통신 장치(100)는 비콘 프레임 송신기 및/또는 수신기에 대한 하드웨어 또는 표준 수정이 필요하지 않고, 기존의 통신 메커니즘에 영향을 미치지 않으면서 추가 기술 비용 없이 CTC 기술을 추가하여 이기종 통신 장치들 간의 무선 통신이 원활하게 수행되게 할 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 IEEE 802.11 비콘 프레임을 사용하여 추가 주파수 스펙트럼을 거의 또는 전혀 사용하지 않아 스펙트럼 낭비가 적고, 상용 제품과의 호환성을 향상시킬 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 기존의 통신 방법과의 호환성을 고려하여 매체 접근 제어 프로토콜을 설계한다면 실제로 다양한 IoT 어플리케이션에 적용할 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 제2 무선 통신 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 장치(300)는 제1 통신 장치(100), 및 제2 통신 장치(300) 주변에 위치한 하나 이상의 다른 통신 장치와 통신을 수행할 수 있다. 제2 통신 장치(300) 주변에 위치한 하나 이상의 통신 장치는 제2 무선 통신 방식으로 통신을 수행하며, 제2 통신 장치(300)와 동일하거나 유사한 통신 장치일 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 지그비(Zigbee), 지그파이(ZigFi) 및 블루투스 등 WPAN(wireless personal area nerwork) 기반의 통신 장치일 수 있다. 제2 무선 통신 방식은 듀티 사이클이 작은 무선 통신 방식으로 Zigbee 통신 방식, ZigFi 통신 방식 및 블루투스 통신 방식 등 WPAN(wireless personal area nerwork) 기반의 통신 방식일 수 있다. 예를 들어, 제2 무선 통신 방식은 IEEE 802.15.4으로, ZigBee, Thread 및 6LoWPAN과 함께 IoT 서비스를 제공하는 데 사용할 수 있는 무선 통신 기술일 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 비콘 검출 시간 동안 수신된 비콘 프레임들의 신호 강도(RSSI) 및/또는 신호 길이에 기초하여 제1 통신 장치(100)로부터 전송된 비콘 프레임을 식별함으로써, 비콘 프레임이 의미하는 심볼의 정보를 해석할 수 있다. 이때, 제2 통신 장치(300)는 비콘 간격에 따라 반응할 수 있다.
이를 통해, 제2 통신 장치(300)는 낮은 듀티 사이클에서 동작할 수 있어 배터리를 절약할 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 비콘 프레임의 신호 강도 및/또는 신호 길이를 이용한 비콘 식별 체계를 통해 비콘 식별 및 비콘 해석시 신호 오류율을 줄여 높은 처리량을 제공할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 통신 장치(100)가 Wi-Fi AP인 송신기이고, 제2 통신 장치(300)가 ZigBee기반 센서 노드인 수신기라고 가정하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 통신 장치 및 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
제1 통신 장치(100)는 주기적으로(또는 정기적으로) 비콘 프레임(또는 비콘 신호)을 제2 통신 장치(300)에 브로드 캐스팅하기 위해, 제2 통신 장치(300) 및/또는 제1 통신 장치(100) 주변의 다양한 이기종 통신 장치에게 전송할 입력 심볼을 변조할 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 입력 심볼이 변조될 때 마다 전송할 입력 심볼의 정보에 따라 비콘 프레임의 신호 세기(또는 전송 전력) 또는 신호 길이를 변조하여 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들을 생성할 수 있다. 비콘 프레임의 신호 세기를 변조하는 동작은 도 3 및 도 4에서 상세하게 설명하고, 비콘 프레임의 신호 길이를 변조하는 동작은 도 5a 내지 도 7에서 상세하게 설명하도록 한다.
제1 통신 장치(100)는 생성된 비콘 프레임을 제2 통신 장치(300) 및/또는 주변 이기종 통신 장치에 정기적으로 브로드 캐스팅하여 신호가 있음을 알릴 수 있다. 이때, 비콘 프레임은 IEEE 802.11 비콘 프레임으로, 제1 무선 통신 방식으로 브로드 캐스팅될 수 있다. 비콘 간격은 1.204 ms의 시간 단위(TU)로 측정되어 기본 비콘 간격이 100 TU(즉 102.4ms)로 설정될 수 있으나, 제1 통신 장치(100)를 사용하는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 변조된 심볼은 IEEE 802.11 표준을 위반하지 않고 일반적인 IEEE 802.11 비콘 프레임에 추가될 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 비콘 수신(또는 비콘 식별) 기간 동안에만 제1 통신 장치(100)로부터 브로드 캐스팅된 비콘 프레임을 수신하여 비콘 프레임을 식별할 수 있다. 이에, 제2 통신 장치(300)는 매우 낮은 듀티 사이클을 유지할 수 있다. 변조된 비콘 신호는 제2 통신 장치(300)에 의해 심볼로 복조될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 전송 전력 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 신호 세기 및 RSSI를 나타내고, 도 4는 비콘 프레임의 데이터 형식을 설명하기 위한 일 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 이기종 통신 장치들은 서로 다른 통신 기술을 사용하는 경우에 비콘 프레임을 디코딩할 수 없지만, 비콘 프레임의 에너지를 감지할 수 있다. 비콘 프레임의 전송 전력은 비콘 프레임의 수신 신호 강도인 RSSI를 결정하는 제어 가능한 파라미터일 수 있다. 도 3과 같이 비콘 프레임의 전송 전력이 5, 10, 15, 20 및 23 dBm인 경우, 각 전송 전력에 대응하는 비콘 프레임의 RSSI는 각 전송 전력에 따라 상이할 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 RSSI들 간의 차이가 전송 전력에 따라 분명함을 활용하고, RSSI를 분류하여 비콘 프레임을 변조할 수 있다. 심볼은 비콘 프레임의 비콘 프레임인 펄스 신호의 진폭으로 인코딩될 수 있다. 이에, 제2 통신 장치(300)는 비콘 프레임의 전송 전력의 변화를 통해 심볼의 정보를 식별 및 구별할 수 있다.
구체적으로, 제1 통신 장치(100)는 심볼 정보가 비콘 프레임의 전송 전력에 반영되게 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 비콘 프레임들의 전송 전력 레벨을 조절함으로써, 전송 전력이 상이한 비콘 프레임들을 생성할 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 제2 통신 장치(300)에서 수행되는 심볼 해석을 위해서 두 개의 연속 비콘 프레임 사이의 상대적인 전송 전력 레벨을 사용할 수 있다. 전송 전력 레벨은 제1 비트 값에 해당되는 제1 전송 전력 레벨 및 제2 비트 값에 할당되는 제2 전송 전력 레벨을 포함할 수 있다. 제1 비트 값은 0 비트일 수 있다. 제2 비트 값은 1 비트일 수 있다.
예를 들어, 실제 통신 환경은 항상 이상적인 상태가 아닐 수 있다. 비콘 프레임의 RSSI가 거리, 환경 및 시간의 영향을 많이 받기 때문에 전송 전력 레벨(또는 신호 강도)은 절댓값으로 지정하여 사용될 수 없다.
제1 통신 장치(100)는 RSSI가 때때로 불안정하다는 특성을 고려하여 RSSI 차이가 환경 영향을 견딜 수 있을 정도로 큰 두 가지 전송 전력 수준만을 사용할 수 있다. 2 개의 전송 전력으로 표시되는 심볼은 1비트, 즉 ‘0’과 ‘1’ 비트일 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 비콘 프레임의 안정적인 전파를 위해서 일반적으로 최대 전송 전력 레벨(Pmax)에서 비콘 프레임을 브로드 캐스팅할 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 장치(100)는 비트 “1”을 Pmax에, 비트 “0”을 Pmax보다 낮은 전송 전력 레벨(P0)에 할당할 수 있다. 이에, 제2 통신 장치(100)는 수신되는 비콘 프레임들의 상대적인 신호 강도 차이를 이용하여 각 비콘 프레임이 의미하는 심볼 정보를 해석할 수 있다. 2 개의 수신 비콘 프레임 중에서 첫번째 비콘 프레임의 신호 강도가 더 큰 경우, 제2 통신 장치(100)는 첫번째 비콘 프레임을 1 비트로 해석하고, 두번째 비콘 프레임을 0 비트로 해석할 수 있다.
P0에서 비콘 프레임이 전송되는 경우, 제1 통신 장치(100)로부터 멀리 떨어진 스테이션은 스캐닝 단계 동안 비콘 프레임을 수집하지 못할 수 있다. 그러나, 스캔 지속 시간은 일반적으로 비콘 간격보다 훨씬 길고 반복되므로 중요한 문제를 일으키지 않는다.
도 4를 참조하면, 비콘 프레임의 데이터 형식은 UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 직렬 통신과 유사하게 시작 비트, 데이터 비트 및 정지 비트로 구성될 수 있다. 시작 비트는 ‘0’ 비트이고, 정지 비트는 ‘1’ 비트일 수 있다. 제1 통신 장치(100)는 두 가지 비트 값에 따라 각 비콘 프레임의 전송 전력 레벨을 조정할 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 시작 비트를 검출하여 비콘 프레임을 심볼 데이터로써 디코딩할 수 있다. 제2 통신 장치(300)는 비콘 프레임의 신호 강도를 주기적으로 모니터링하여 감지된 RSSI에 기초하여 비트 값을 결정할 수 있다. 이때, 제2 통신 장치(300)는 RSSI들 간의 상대적인 차이에 기초하여 비트 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 장치(300)는 유휴 상태에서 검출된 RSSI가 RSSI의 특정 값보다 작은 경우, ‘0’ 비트 즉, 시작 비트로 간주할 수 있다.
도 5a는 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 신호 길이 변조 동작을 설명하기 위한 비콘 프레임의 구조를 나타내고, 도 5b는 도 5a에 도시된 옵션 필드의 구조를 나타낸다.
동일한 통신 방식을 사용하는 통신 장치들은 송수신되는 비콘 프레임의 신호 길이(또는 심볼의 길이)를 알 수 있다. 하지만 이기종 통신 장치들은 비콘 프레임의 신호 길이를 알 수 없지만, 신호 길이에 따른 에너지를 감지할 수 있다. 이때, 비콘 프레임의 신호 길이는 통신 조건의 영향을 거의 받지 않을 수 있다. 이에, 비콘 프레임의 신호 길이를 이용하는 이기종 통신 방법은 모든 통신 조건에서 강력한 솔루션일 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 통신 장치(100)는 비콘 프레임의 신호 길이를 활용하여 심볼을 임베드함으로써, 비콘 프레임을 변조할 수 있다. 심볼은 비콘 프레임의 신호 펄스 폭으로 인코딩될 수 있다. 이에, 제2 통신 장치(300)는 비콘 프레임의 신호 길이의 변화를 통해 심볼의 정보를 식별 및 구별할 수 있다.
예를 들어, 제1 통신 장치(100)는 심볼 정보가 비콘 프레임의 신호 길이에 반영되게 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 비콘 프레임들의 신호 길이인 에너지 버스트 길이(또는 에너지 버스트 시간, 채널의 에너지 점유 시간)를 조절함으로써, 신호 길이가 상이한 비콘 프레임들을 생성할 수 있다. 심볼을 보내는 경우에는 에너지가 발생할 수 있다. 에너지 버스트 길이는 심볼을 보낼 때 에너지가 발생하는 시간을 의미할 수 있다. 비콘 프레임은 심볼을 담아서 송수신되거나 심볼을 담지 않고 송수신해도 되지만, 심볼을 담게 되면 그만큼 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간이 늘어날 수 있다.
제1 통신 장치(100)가 송신하는 비콘 프레임은 IEEE 802.11 비콘 프레임으로, IEEE 802.11 표준은 비콘 프레임 본체의 선택적 부분인 공급 업체별 정보 요소(information element; IE) 필드를 제공할 수 있다. 전용 요소 ID는 221을 가지며 225 바이트로 제한될 수 있다. 비콘 프레임의 구조는 도 5a와 같으며 옵션 필드를 포함할 수 있다. 옵션 필드는 도 5b와 같으며 공급 업체별 IE 필드를 포함할 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 비콘 프레임 구조의 옵션 필드에 포함된 공급 업체별 IE 필드(또는 공급 업체별 IE 필드의 크기)를 이용하여 비콘 프레임의 에너지 버스트 길이를 조절할 수 있다. 공급 업체별 IE 필드는 심볼을 담을 수 있는 필드일 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 장치(100)는 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 더미 심볼을 공급 업체별 IE 필드에 추가함으로써, 공급 업체별 IE 필드의 길이를 조절할 수 있다. 더미 심볼은 vendor-specific element 필드에 추가될 수 있다. 이에, 제1 통신 장치(100)는 IEEE 802.11 표준을 위반하지 않으며 추가 프레임을 만들지 않고 비콘 프레임의 신호 길이를 조정할 수 있다. 신호 길이가 변조된 비콘 프레임은 비콘 프레임을 수신하는 다른 Wi-Fi 장치에 영상을 미치지 않을 수 있다.
도 6a는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 일 예를 나타내고, 도 6b는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 다른 예를 나타내고, 도 6c는 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간의 또 다른 예를 나타내고, 도 7은 심볼 정보를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 도 6a에 도시된 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간은 심볼을 담지 않았을 때의 에너지 버스트 시간일 수 있다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간은 심볼을 담았을 때 에너지 버스트 시간으로, 도 6a에 도시된 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간보다 늘어남을 알 수 있다. 제2 통신 장치(300)는 각 비콘 프레임의 에너지 버스트 시간을 주기적으로 확인하여 비콘 프레임들 각각의 에너지 버스트 시간을 통해 비콘 프레임들 각각에 포함된 심볼 정보의 의미를 해석할 수 있다.
도 7을 참조하면, 에너지 버스트 시간은 도 7에 도시된 바와 같이 심볼로 디코딩될 수 있다. 예를 들어, 에너지 버스트 시간은 심볼의 정보에 따른 벤더별 IE 필트의 길이에 따라 변조될 수 있다.
제1 통신 장치(100)는 많은 심볼의 정보(또는 심볼 비트)를 단일 비콘 프레임에 내장할 수 있기에, 높은 데이터 속도를 제공할 수 있다. 이때, 비콘 프레임의 크기는 항상 일정하게 유지될 수 있다. 이에, 제1 통신 장치(100)는 심볼을 전달하기 위해 비콘 프레임에 더 많은 비트를 추가하여 수신기의 듀티 사이클을 증가시키는 문제를 해결할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해서, 비콘 프레임을 전송하는 Wi-Fi AP가 3개이고, 3개의 Wi-Fi AP 중에서 어느 하나가 제1 통신 장치(100)이고, 제2 통신 장치(300)가 3개의 Wi-Fi AP가 전송한 비콘 프레임을 모두 수신한다고 가정하도록 한다.
도 8은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 비콘 식별 동작을 설명하기 위한 일 예를 나타내고, 도 9는 비콘 식별 체계 알고리즘을 나타낸다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 통신 장치(receiver; 300)는 ZigBee 수신기로 3개의 Wi-Fi AP(sender 1 내지 sender 3)로부터 전송된 비콘 프레임들을 수신하여 제1 통신 장치(sender 3; 100)가 전송한 비콘 프레임들(Bsense beacons)을 식별할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 장치는 1) 채널 스캐닝, 2) 비콘 식별 및 3) 비콘 분류 세 단계로 비콘 식별 체계의 기본 동작 과정을 구분할 수 있다.
1) 채널 스캐닝
제2 통신 장치(300)는 비콘 검출 시간 동안 제2 무선 통신 기술을 이용하여 채널 스캐닝을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 장치(300)의 라디오가 켜지는 경우 초기에 채널 스캐닝 단계에서 비콘 검출 시간 동안 채널을 청취할 수 있다. 비콘 탐지 시간은 제2 통신 장치(300)를 사용하는 사용자 및/또는 제2 통신 장치(300)를 개발한 개발자가 구성할 수 있는 고정된 값일 수 있다. 비콘 검출 확률은 비콘 검출 시간이 길수록 높아질 수 있다. 라디오는 전체 스캐닝 단계 동안 채널로부터 신호를 수집하기 위해 완전히 깨어 있을 수 있다. 제2 통신 장치(300)는 sender 2 및 3에서 정의된 RSSI 임계값을 초과하는 모든 신호의 시작 시간을 저장할 수 있다.
2) 비콘 식별
제2 통신 장치(300)는 제2 무선 통신 기술로 검출된 비콘 프레임들을 식별할 수 있다. 예를 들어, 채널 스캐닝 단계 이후, 제2 통신 장치(300)는 주기성을 사용하여 다양한 저장된 신호들 중에서 비콘 신호를 식별할 수 있다. 제2 통신 장치(300)가 이미 sender의 비콘 간격을 알고 있는 경우, 비콘 프레임의 시작 시간은 해당 비콘 간격의 두 신호에서 알게 될 수 있다. 반대의 경우, 각 sender의 비콘 간격을 알기 위해서는 3개 이상의 주기적 신호가 필요할 수 있다. 더 많은 신호 샘플을 제공하는 비콘 감지 시간을 늘리는 경우에는 잘못된 시작 시간을 결정할 가능성이 줄어들 수 있다. 비콘 식별 단계에서는 제2 통신 장치(300)가 식별된 비콘 간격에서 웨이크-업(wake-up)할 수 있다. 다만, 제2 통신 장치(300)는 비콘 식별 단계에서 여전히 3개의 Wi-Fi AP 중에서 제1 통신 장치(100)로부터 전송된 비콘 프레임(Bsense beacon)을 다른 비콘 프레임(nonBsense beacon)과 구별할 수 없다.
3) 비콘 분류
제2 통신 장치(300)는 비콘 검출 시간 이후 연속하는 시간 동안 비콘 프레임을 수신하면서 식별된 비콘 프레임들(Bsense beacons 및 nonBsense beacons)의 신호 강도(RSSI) 또는 에너지 버스트 시간을 이용하여 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들(Bsense beacons)을 분류할 수 있다.
제1 통신 장치(100)에 의해 신호 강도가 변조된 비콘 프레임(Bsense-S)는 항상 같은 신호 길이가 유지되지만 기호에 따라 신호 강도가 다를 수 있다. 한편 제1 통신 장치(100)에 의해 신호 길이가 변조된 비콘 프레임(Bsense-L)은 신호 강도가 일정하지만 기호에 따라 신호 길이가 다를 수 있다. 제2 통신 장치(300)는 Bsense 비콘 프레임의 속성들을 사용하여 3개의 Wi-Fi AP 중에서 제1 통신 장치(100)로부터 전송된 Bsense 비콘 프레임을 구별할 수 있다.
제2 통신 장치(300)는 α 연속 비콘 기간 내에 어떠한 Bsense 심볼도 수신하지 않는 경우에 수신된 비콘 프레임을 nonBsense 비콘 프레임으로 간주하고 웨이크 업을 해제할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 장치(300)는 도 9에 도시된 바와 같이 α 연속 비콘 기간 이후에 Bsense 비콘 프레임을 식별하기 위한 웨이크 업을 중단할 수 있다. α는 사용자 및/또는 개발자가 설정한 임의의 비콘 프레임 구별 기간일 수 있다. 이를 위해 발신자는 α 비콘 기간 내에 심볼이 없는 경우 더미 심볼을 의도적으로 전송한다. 예를 들어, Bsense 송신기는 Bsense 수신기의 웨이크 업 중단을 방지하기 위해서 연속 비콘 기간 내에 심볼이 없는 경우에도 더미 심볼이 의도적으로 추가된 비콘 프레임(Bsense beacon)을 전송할 수 있다.
이에, 제2 통신 장치(300)는 도 9에 요약된 Bsense 비콘 식별 체계를 통해 초기 비콘 탐지 시간을 제외하고 낮은 듀티 사이클을 유지할 수 있다.
도 10은 도 1에 도시된 제1 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
제1 통신 장치(100)는 메모리(110) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
메모리(110)는 프로세서(130)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(또는 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서(130)의 동작 및/또는 프로세서(130)의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(130)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.
프로세서(130)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 제1 통신 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 메모리(110)의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 도 1 내지 도 9에서 설명된 제1 통신 장치(100)의 동작을 실질적으로 동일하게 수행할 수 있다. 이에, 프로세서(130)의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11은 도 1에 도시된 제2 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
제2 통신 장치(300)는 메모리(310) 및 프로세서(330)를 포함할 수 있다.
메모리(310)는 프로세서(330)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(또는 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서(330)의 동작 및/또는 프로세서(330)의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
프로세서(330)는 메모리(310)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(330)는 메모리(310)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(330)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.
프로세서(330)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(330)는 제2 통신 장치(300)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(330)는 메모리(310)의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(330)는 도 1 내지 도 9에서 설명된 제2 통신 장치(300)의 동작을 실질적으로 동일하게 수행할 수 있다. 이에, 프로세서(330)의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
Claims (9)
- 제1 무선 통신 방식의 제1 통신 장치가 제2 무선 통신 방식의 제2 통신 장치에게 전송할 입력 심볼을 변조하는 단계;
상기 제1 통신 장치가 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 비콘 프레임들의 에너지 버스트 길이를 조절함으로써 상기 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 상기 비콘 프레임들을 생성하는 단계; 및
상기 제1 통신 장치가 상기 비콘 프레임들을 브로드 캐스팅하는 단계
를 포함하고,
상기 생성하는 단계는,
상기 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 더미 심볼을 비콘 프레임 구조의 옵션 필드에 포함된 공급 업체별 IE 필드에 추가하여 상기 공급 업체별 ID 필드의 길이를 조절함으로써 상기 에너지 버스트 길이를 조절하는 단계
를 포함하는, 이기종 무선 통신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 생성하는 단계는,
상기 변조된 입력 심볼의 정보에 기초하여 상기 비콘 프레임들의 전송 전력 레벨이 상이하도록 상기 비콘 프레임들을 생성하는 단계
를 포함하는 이기종 무선 통신 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 전송 전력 레벨은 제1 비트 값에 할당되는 제1 전송 전력 레벨 및 제2 비트 값에 할당되는 제2 전송 전력 레벨을 포함하는
이기종 무선 통신 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 브로드 캐스팅하는 단계는,
상기 제1 무선 통신 방식으로 상기 비콘 프레임들을 브로드 캐스팅하는 단계
를 포함하는 이기종 무선 통신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비콘 프레임들은 IEEE 802.11 비콘 프레임인 이기종 무선 통신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 통신 장치가 비콘 프레임을 수집하는 비콘 검출 시간 동안 상기 제2 무선 통신 기술을 이용하여 채널 스캐닝을 수행하는 단계;
상기 제2 통신 장치가 상기 제2 무선 통신 기술로 검출된 비콘 프레임들을 식별하는 단계; 및
상기 제2 통신 장치가 상기 비콘 검출 시간 이후 연속하는 시간 동안 비콘 프레임을 수신하면서 식별된 비콘 프레임들의 신호 강도 또는 에너지 버스트 시간을 이용하여 상기 변조된 입력 심볼의 정보가 반영된 비콘 프레임들을 분류하는 단계
를 더 포함하는 이기종 무선 통신 방법.
Priority Applications (1)
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KR1020200017620A KR102320395B1 (ko) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | 이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들 |
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KR1020200017620A KR102320395B1 (ko) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | 이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들 |
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KR20210103193A KR20210103193A (ko) | 2021-08-23 |
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KR1020200017620A KR102320395B1 (ko) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | 이기종 통신 장치들 간의 통신 방법 및 이를 수행하는 장치들 |
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KR (1) | KR102320395B1 (ko) |
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2020
- 2020-02-13 KR KR1020200017620A patent/KR102320395B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Sun, Weiping, et al. "BlueCoDE: Bluetooth coordination in dense environment for better coexistence." 2017 IEEE 25th International Conference on Network Protocols (ICNP). IEEE, 2017. (2017.10.13.)* |
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