KR102459462B1 - 우주 탐사용 근거리 무선 통신의 초기 연결 설정 (Hailing)과정을 통한 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

우주 탐사용 근거리 무선 통신의 초기 연결 설정 (Hailing)과정을 통한 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법 및 장치에 대한 발명으로 송수신 파라미터 및 기 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성하는 단계 및 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 상기 전송 전력을 증가시켜 재전송하는 것을 포함하여 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법을 제공한다.

Description

우주 탐사용 근거리 무선 통신의 초기 연결 설정 (Hailing)과정을 통한 전력 제어 방법 및 장치 {Power Control method and system using hailing process in Proximity-1 communications}
본 발명은 우주 탐사용 근거리 무선 통신의 초기 연결 설정 (Hailing)과정을 통한 전력 제어 방법에 대한 발명으로, 우주 탐사용 근거리 무선통신에서 통신 링크 형성의 성공률을 높이고 데이터 통신에 적합한 전송 전력을 찾기 위한 연결 기술에 관한 것이다.
우주 탐사에 사용되는 Proximity-1 시스템은 데이터 링크 계층 및 물리 계층을 포함하고 있는 CCSDS의 표준으로 1m에서 100,000Km 정도에 이르는 두 Spacecraft 간의 근거리 무선 통신에 사용된다, Proximity-1 시스템에서는 두 Spacecraft 사이에 통신 링크 형성을 위한 초기 연결 설정 과정 (Hailing)이 수행되고 이를 바탕으로 데이터 통신 링크를 형성하여 데이터를 전송한다. 초기 연결 설정 과정에서 두 Spacecraft는 각각 Caller와 Responder로 동작하며 Caller는 링크 형성을 요구하는 프레임 (Hail frame)을 전송하고 Responder는 이에 대한 응답 프레임 (Response frame)을 Caller에 전송함으로써 연결 설정이 이루어진다. 링크 형성을 요구하는 프레임은 정해진 시간 동안 연결 설정이 성공할 때까지 반복해서 전송되며 이 시간 동안 연결 설정이 성공하지 못하면 일정 시간 후에 재시도 하도록 되어있다.
이러한 연결 설정 과정은 두 Spacecraft 사이의 채널 상황을 고려하지 않고 이루어지기 때문에 계속해서 연결에 실패할 경우 반복된 프레임의 전송과 재시도에도 연결 설정의 성공률이 높아질 가능성은 크지 않다. 또한 연결 설정이 성공한 이후 데이터 전송에 연결 설정 시 사용했던 전력을 사용한다면 이 값은 전력 자원에 한계가 있는 탐사 Spacecraft에 부담을 줄 정도로 높거나 통신 성능 저하를 야기 할 정도로 낮을 수 있다.
따라서 Hailing 성공률을 높이면서 데이터 전송에 사용할 적절한 전송전력을 얻는 방안을 찾는 것은 전체적인 시스템의 안정화와 성능 향상의 측면에서 꼭 필요하다.
본 발명은 우주 탐사용 근거리 무선 통신에서 자율적으로 통신 링크를 형성하는 두 Spacecraft 간 링크 연결 성공률을 높이는데 그 목적이 있다.
본 발명은 우주 탐사용 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 사용할 적절한 전력을 찾는 초기 연결 설정 과정을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 근거리 무선 통신에서 자율적으로 통신 링크를 형성하는 두 단말기간 링크 연결 성공률을 높이는데 그 목적이 있다.
본 발명은 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 사용할 적절한 전력을 찾는 초기 연결 설정 과정을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법을 제공할 수 있다. 이때, 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법은 송신기(Caller)의 전송 전력을 설정하는 단계, 송수신 파라미터 및 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성하는 단계, 생성된 초기 연결 프레임을 수신기(Responder)에 전송하는 단계 및 초기 연결 시간(Hail lifetime)동안 수신기로부터 수신 프레임(Response frame)의 수신을 기다리는 단계를 포함할 수 있다. 또한 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 전송 전력을 증가시켜 재전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 초기 연결 프레임에 증가된 전송전력에 대한 정보를 더 포함시켜 재전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 종료 후 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 동안 연결 최대 시도 후 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 수행한 초기 연결 재시도를 실패한 경우, 통신 연결 실패 이유가 판단되고, 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전송 전력을 증가시키는 경우 최초로 설정된 전송 전력 값에서 재전송 회수와 전력 제어 단위를 곱한 만큼 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법을 제공할 수 있다. 이 때 송신기(Caller)로부터 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기 설정된 전송 전력으로 수신하는 단계, 초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 기준 SNR 값보다 수신된 전송 전력의 SNR값이 높은지 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 작은 경우, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재수신하고, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재 수신 할 경우 송신기로부터 전송 전력을 증가시켜 재 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 높다고 판단된 경우, 수신 프레임(Response frame)을 송신기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 초기 연결 시간 종료 후 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 상기 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 상기 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 초기 연결 시간 동안 연결 최대 시도 후 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 상기 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 상기 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 수행한 초기 연결 재시도를 실패한 경우, 통신 연결 실패 이유가 판단되고, 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치를 제공할 수 있다. 이 때 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치를 구현하기 위하여, 송신부, 수신부, 송신부 및 수신부를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 전송 전력을 설정하고, 송수신 파라미터 및 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성하고, 생성된 초기 연결 프레임을 수신기(Responder)에 전송하고, 초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 수신기로부터 수신 프레임(Response frame)의 수신을 기다리되, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 전송 전력을 증가시켜 재전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 초기 연결 프레임에 증가된 전송전력에 대한 정보를 더 포함시켜 재전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 종료 후 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 수행한 초기 연결 재시도를 실패한 경우, 통신 연결 실패 이유가 판단되고, 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전송 전력을 증가시키는 경우 최초로 설정된 전송 전력 값에서 재전송 회수와 전력 제어 단위를 곱한 만큼 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치를 제공할 수 있다. 이 때 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치는 송신부, 수신부 및 송신부 및 수신부를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 송신기(Caller)로부터 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기 설정된 전송 전력으로 수신하고, 초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 기준 SNR 값보다 수신된 전송 전력의 SNR값이 높은지 판단하되, 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 작은 경우, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재수신하고, 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재 수신 할 경우 상기 송신기로부터 전송 전력을 증가시켜 재 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 계산된 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 높은 경우, 수신 프레임(Response frame)을 송신기로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초기 연결 시간 종료 후 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 초기 연결을 재시도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 수행한 초기 연결 재시도를 실패한 경우, 통신 연결 실패 이유가 판단되고, 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 우주 탐사용 근거리 무선 통신에서 자율적으로 통신 링크를 형성하는 두 Spacecraft 간 링크 연결 성공률을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 우주 탐사용 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 사용할 적절한 전력을 찾는 초기 연결 설정 과정을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 사용할 적절한 전력을 찾는 초기 연결 설정 과정을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 근거리 무선 통신에서 자율적으로 통신 링크를 형성하는 두 Spacecraft 간 링크 연결 성공률을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 효율적인 전력 사용 환경을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 우주 탐사용 근거리 무선 통신에서 데이터 통신 시 효율적인 전력 사용 환경을 제공할 수 있다.
본 발명에서 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 우주 탐사용 근거리 무선통신의 연결 설정을 위한 Lander와 Rover간 Hailing 과정에 대한 도면이다.
도 2는 Caller에서 수행하는 일반적인 Hailing 흐름도이다.
도 3은 Responder에서의 일반적인 Hailing 흐름도이다.
도 4는 초기 연결 프레임(Hail frame)의 구조 도면이다.
도 5는 Caller에서의 전력 제어가 추가 된 Hailing 과정에 대한 도면이다.
도 6은 전송 전력 값이 포함된 Hail frame 구조 도면이다.
도 7은 Responder에서 목표 SNR 값을 이용한 Hail frame 수신 성공 판단 절차에 대한 도면이다.
도 8은 Hailing시 링크 연결 상태에 대한 도면이다.
도 9는 Hailing 재시도 과정에 대한 흐름도이다.
도 10은 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치에 대한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 발명에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성 요소들을 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 우주 탐사용 근거리 무선 통신의 초기 연결 설정 (Hailing)과정을 통한 전력 제어 방법에 대한 발명으로, 우주 탐사용 근거리 무선통신에서 통신 링크 형성의 성공률을 높이고 데이터 통신에 적합한 전송 전력을 찾기 위한 연결 기술에 관한 것이다.
일 예로, Proximity-1 표준, 우주 탐사용 근거리 무선통신을 사용하는 Spacecraft를 포함하는 통신 장치와 통신 장치 사이의 데이터 통신을 하는 경우 및 송신단말, 수신단말을 포함하여 데이터 통신을 하는 경우에 적용될 수 있다.
발명의 설명에서는 본 발명의 Lander와 Rover가 Proximity-1으로 통신하는 예로 설명하나, 이에 한정할 것은 아니다.
또한 발명의 설명에서는 Lander와 Rover가 Proximity-1으로 통신하는 예로 설명하는바, Spacecraft 각각을 Caller 또는 Responder로 표현하고 있다. 다만 본 발명은 우주탐사용 목적 외에도 근거리 무선 통신에 적용되는 분야에도 적용될 수 있다. 따라서 데이터 통신분야에서는 단말기가 서로 정보를 주고 받는 역할을 하고, 데이터를 송신하는 역할을 하는 단말을 송신기, 데이터를 수신하는 역할을 하는 단말을 수신기라고 하는바 Caller는 송신기, Responder는 수신기로도 표현할 수 있을 것이다. 청구항에서는 Caller를 송신기, Responder를 수신기로 표현하여 데이터 통신 분야에서 일반적으로 통용될 수 있는 용어를 사용하였다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대해서 설명한다.
도 1은 우주 탐사용 근거리 무선통신의 연결 설정을 위한 Lander와 Rover간 Haling 과정에 대한 도면이다.
Lander와 Rover가 Proximity-1(or 우주 탐사용 근거리 무선 통신)을 사용하여 통신하는 경우 Hailing 과정을 통해 초기 연결 설정을 수행하며 이 과정에서 주고 받은 송수신 파라미터를 바탕으로 데이터 통신 링크를 형성한다.
Hailing은 Proximity-1 시스템에서 두 Spacecraft 사이에 통신 링크 형성을 위한 초기 연결 설정 과정을 의미한다. Hailing 과정은 도 1에서와 같이 송신기(Caller)와 수신기(Responder) 사이에 데이터 통신에서 사용 될 송수신 파라미터 정보를 가지고 있는 초기 연결 프레임(Hail frame)과 이에 대한 응답인 수신 프레임(Response frame)을 차례로 주고 받는 과정으로 이루어진다.
Caller와 Responder의 역할은 미리 설정되며 Hailing을 위한 송수신 파라미터 또한 미리 설정된다. Hail frame과 Response frame을 주고 받으면 연결 설정 과정이 성공적으로 이루어 진 것이다. 그 이후에는 Hail 메시지에 포함 된 송수신 설정 파라미터를 이용하여 Working 채널에서 데이터 통신 링크를 형성하고 이를 통해 데이터 통신을 수행한다.
Hailing 과정에서 Caller가 Responder로부터 정해진 시간 (Hail Wait Duration) 동안 응답을 받지 못하면, Caller는 초기 연결 시간(Hail Lifetime) 동안 계속해서 Hail frame을 전송하며 이 시간 동안 연결 설정에 실패하게 되면 Lander와 Rover는 처음 상태로 돌아가고 각각의 Local controller에서 정한 시간에 Hailing을 재시도 하게 된다.
초기 연결 시간(Hail Lifetime)은 초기 연결(Hailing)을 시도하기 위한 시간이다. 초기 연결을 하기 위한 일정한 시간 값으로, 초기 연결을 하기 위한 충분한 시간으로 생각할 수 있다.
그러나 Caller와 Responder가 Hailing 시도 때마다 동일 조건으로 단순히 Hailing frame 또는 Response frame을 반복해서 전송한다면 채널의 상황에 따라 계속해서 Hailing 실패가 일어날 가능성이 높게 된다.
도 1은 일반적인 Hailing 과정의 개념도이며, 처음과 두 번째 시도에서 각각 Response frame과 Hail frame의 전송 실패로 인해 Hailing 성공까지 Caller가 총 3번의 Hail frame을 보내는 것을 보여주고 있다.
도 2는 Caller에서 수행하는 일반적인 Hailing 흐름도이다.
Caller에서 Hailing을 수행하는 구체적인 절차는 다음과 같다.
1. 송신기(Caller)는 수신기(Responder)가 초기 연결(Hailing)을 시도하는 시간과 동일한 시간에 송수신기를 켜고 Hailing을 위해 미리 정의 된 채널과 데이터 전송 속도에 맞게 송수신기를 설정한다. (S201)
2. 데이터 통신에 사용할 송수신 파라미터를 데이터 필드로 하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성한다. (S202)
3. 미리 정해진 대로 송신기의 전송전력 레벨을 설정한다. (S203)
4. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 전송한다. (S204)
5. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 전송하고 나서 Wait for Hail Responder 상태에서 수신 프레임(Response frame) 수신을 기다린다. (S205)
6. 5번 절차에서 수신 프레임(Response frame)을 수신하면 초기 연결 프레임(Hail frame)을 통해 수신기(Responder)와 공유한 데이터 통신 링크용 송수신 파라미터로 송수신기를 설정한다. (S206)
7. 6번 절차에서 송수신기 설정이 끝나면 데이터 통신 링크 형성 과정을 시작한다. (S207)
8. 5번 절차에서 수신 프레임(Response frame)을 기다리며 Hail Wait Duration이 경과하는지 체크한다. (S208)
9. Response frame을 수신하지 못한 채 Hail Wait Duration이 경과하면 초기 연결 시간(Hail Lifetime)의 경과 여부를 체크하여 Hail Lifetime이 지나지 않았으면 초기 연결 프레임(Hail frame)을 전송하는 과정으로 돌아간다. (S209)
10. 9번 절차에서 초기 연결 프레임(Hail Lifetime) 내에 수신 프레임(Response frame)을 수신하지 못하면 Hailing을 끝내고 Local controller의 지시를 기다린다. (S210)
도3은 Responder에서의 일반적인 Hailing 흐름도이다.
수신기(Responder)에서 Hailing을 수행하는 구체적인 절차는 아래와 같다.
1. 수신기(Responder)는 송신기(Caller)가 Hailing을 시도하는 시간과 동일한 시간에 송수신기를 켜고 Hailing을 위해 미리 정의 된 채널과 데이터 전송 속도에 맞게 송수신기를 설정한다. (S301)
2. Wait for Hail 상태에서 초기 연결 프레임(Hail frame)의 수신을 기다린다. (S302)
3. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하는지 체크한다. (S303)
4. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하면 CRC를 체크하여 CRC 에러가 발생하면 다시 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기다리는 과정으로 돌아간다. (S304)
5. CRC 체크 결과가 정상이면. 송신기(Caller)로 수신 프레임(Response frame)을 전송한다. (S305)
6. 5번 절차에서 수신 프레임(Response frame) 전송이 끝나면 초기 연결 프레임(Hail frame)을 통해 송신기(Caller)로부터 전달받은 데이터 통신 링크용 송수신 파라미터로 송수신기를 설정한다. (S306)
7. 6번 절차에서 송수신기 설정이 끝나면 데이터 통신 링크 형성 과정을 시작한다. (S307)
8. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기다리며 초기 연결 프레임(Hail Lifetime)이 경과하는지 체크한다. (S308)
9. 초기 연결 프레임(Hail Lifetime) 동안 CRC 에러가 없는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하지 못하면 Hailing을 끝내고 Local controller의 지시를 기다린다. (S309)
도4는 초기 연결 프레임(Hail frame)의 구조 도면이다.
도 2의 '2. 데이터 통신에 사용할 송수신 파라미터를 데이터 필드로 하는 Hail frame을 생성한다.' (S202) 절차에서 초기 연결 프레임(Hail frame)은 데이터 통신 링크 형성에 필요한 송수신 파라미터를 프로토콜에서 Directive라 정의한 형식에 맞춰 Hail frame의 데이터 필드에 포함시켜 만든다.
도 4은 Hail frame의 구조를 나타내고 있으며 송신, 수신과 관련된 파라미터는 각각 SET TRANSMITTER PARAMETERS Directive와 SET RECEIVER PARAMETER Directive에 설정한다.
도 3의 '5. CRC 체크 결과가 정상이면. Caller로 Response frame을 전송한다.' (S305) 절차에서 수신 프레임(Response frame)은 수신기(Responder)의 상태를 나타내는 Status frame으로 전송하도록 되어있으며 프로토콜에 Status frame의 형식은 정의되어있지 않다.
도 5는 Caller에서의 전력 제어가 추가 된 Hailing 과정에 대한 도면이다.
본 발명은 도 2의 연결 설정 과정을 전력 제어 기능이 추가된 형태로 변경하여 초기 연결(Hailing) 성공률을 높임과 동시에 통신 Session 동안 사용할 적절한 전력을 찾고자 한다.
기존의 연결 설정 과정에서는 Spacecraft가 Caller 또는 Responder로서의 고정된 역할을 수행하며 Caller는 Hailing이 성공하기까지 동일 전송전력으로 Hail frame을 반복하여 전송하며 Responder는 Hail frame을 CRC 에러 없이 수신했을 때 Response frame을 전송한다. 본 발명에서는 Hail frame을 재전송 할 때 마다 전송전력을 증가하여 전송하게 된다.
도 5는 Caller가 Hail frame을 재전송 할 때마다 전송전력을 증가하여 전송하는 본 발명에 대한 절차를 보여주고 있다.
전력 제어가 추가 된 경우 Caller에서 Hailing을 수행하는 구체적인 절차는 다음과 같다. 4~9번 절차는 Caller에서의 일반적인 Hailing 과정의 4~9번 절차와 동일하다.
1. Caller는 Responder가 Hailing을 시도하는 시간과 동일한 시간에 송수신기를 켜고 Hailing을 위해 미리 정의 된 채널과 데이터 전송 속도에 맞게 송수신기를 설정한다. (S501)
2. 데이터 통신에 사용할 송수신 파라미터와 Hail frame을 전송하는데 사용할 전송전력 값을 데이터 필드에 갖는 Hail frame을 생성한다. 최초의 Hail frame 전송 시에는 미리 정해진 초기 전송전력 값, PHT(0) (dB)을 사용한다. (S502)
3. 송신기의 전송전력 레벨을 설정한다. (S503)
4. Hail frame을 전송한다. (S504)
5. Hail frame을 전송하고 나서 Wait for Hail Responder 상태에서 Response frame 수신을 기다린다. (S505)
6. 5번 절차에서 Response frame을 수신하면 Hail frame을 통해 Responder와 공유한 데이터 통신 링크용 송수신 파라미터로 송수신기를 설정한다. (S506)
7. 6번 절차에서 송수신기 설정이 끝나면 데이터 통신 링크 형성 과정을 시작한다. (S507)
8. 5번 절차에서 Response frame을 기다리며 Hail Wait Duration이 경과하는지 체크한다. (S508)
9. Response frame을 수신하지 못한 채 Hail Wait Duration이 경과하면 Hail Lifetime의 경과 여부를 체크하여 Hail Lifetime이 지나지 않았으면 Hail frame을 전송하는 과정으로 돌아간다. (S509)
10. 9번 절차에서 Hail Lifetime이 지나지 않았으면 Hail frame을 재전송하게 되는데 이 때 전송전력 값을 다음과 같이 증가하여 재전송한다. (S510)
Figure 112018039131033-pat00001
여기서 n은 전송 횟수, a는 전력 제어 단위, PHT는 n회 전송에서 사용되는 Hailing 전송전력이며 PTmax는 최대 전송전력을 의미한다.
첫 번째 재전송에는 n=1을 대입하여 아래와 같이 전송전력 값을 결정한다.
Figure 112018039131033-pat00002
a는 전력 제어 단위로서, 전력제어를 위해 임의로 지정한 값이 될 수 있으며, 임의의 실수인 상수 값을 사용할 수 있다.
전송전력 값을 재설정 한 이후 Hail frame 내 Transmitted Power를 수정하기 위해 일반적이 Hailing 절차와 다르게 Hail frame을 생성하는 절차로 다시 돌아간다.
11. Hail Lifetime 내에 Response frame을 수신하지 못하면 Hailing을 끝내고 Local controller의 지시를 기다린다. (S511)
도 6은 전송 전력 값이 포함된 Hail frame 구조 도면이다.
또한 Caller는 현재 Hail frame을 전송하는데 사용할 전송전력 값을 Hail frame에 포함시켜 전송함으로써 Responder도 동일한 전송전력을 사용하도록 한다. 이를 위해 도 4에서와 같이 사용자의 특별한 용도를 위해 정의한 RESERVED Directive에 전송전력 값을 추가하여 Hail frame에 포함시키도록 한다.
도 7은 Responder에서 목표 SNR 값을 이용한 Hail frame 수신 성공 판단 절차에 대한 도면이다.
일반적인 Hailing 과정의 Responder에서는 도3의 4. 와 같이 '초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하면 CRC를 체크하여 CRC 에러가 발생하면 다시 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기다리는 과정으로 돌아간다.' (S304) 절차에서, Hail frame의 수신 성공은 오류 없이 Hail frame을 수신했을 때, 즉 CRC 체크가 성공했을 때이다.
이 때 채널 상황이 좋지 않음에도 CRC 체크가 정상일 수 있다. 이러한 경우 앞서 언급한 대로 연결 설정 과정에서 얻은 전송전력을 통신 Session 중 데이터 전송에서도 사용하게 되면 통신 성능이 떨어질 수 있다.
따라서 Hailing 과정을 통해 얻은 전송전력을 통신 Session에 그대로 사용하기 위해서는 좀더 정교한 전력제어가 필요하다. 만일 Responder의 수신기에서 수신 frame에 대한 SNR 계산이 가능하다면 이를 전송전력 제어에 사용할 수 있다. 즉, Responder는 목표 SNR이 만족할 때를 Hail frame 수신 성공으로 설정하여 원하는 통신 성능을 얻을 수 있는 전송전력 레벨까지 전력제어를 할 수 있다.
목표 SNR 값은 청구항에서의 기준 SNR값과 같다. 기준 SNR 값은 임의의 값이고 일정한 오차를 갖는 값으로서 변경 설정 가능한 값으로 설정될 수 있다.
Hailing 과정 중 얻은 전송전력 값을 데이터 통신 링크 연결 이후에도 사용하기 위해 Responder는 Hail frame의 수신 성공을 Hail frame을 CRC 에러 없이 수신했을 때가 아닌 목표 SNR이 만족했을 때로 설정 함으로써 원하는 통신 성능을 얻기 위한 전송전력 레벨까지 전력 제어가 가능하도록 한다.
도 7은 Responder에서 목표 SNR 값을 이용해 Hailing을 수행하는 과정을 보여준다. Responder에서 수신 SNR 값을 이용해 Hailing을 수행하는 구체적인 절차는 다음과 같다. 1~3번 절차 및 7~11번 절차는 Responder에서의 일반적인 Hailing 과정의 1~3번 및 5~9번 절차와 동일하다.
1. 수신기(Responder)는 송신기(Caller)가 Hailing을 시도하는 시간과 동일한 시간에 송수신기를 켜고 Hailing을 위해 미리 정의 된 채널과 데이터 전송 속도에 맞게 송수신기를 설정한다. (S701)
2. Wait for Hail 상태에서 초기 연결 프레임(Hail frame)의 수신을 기다린다. (S702)
3. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하는지 체크한다. (S703)
4. Hail frame을 수신하면 Hail frame의 SNR을 계산한다. (S704)
5. CRC를 체크하여 CRC 에러가 발생하면 다시 Wait for Hail 상태로 돌아간다. (S705)
6. CRC 체크 결과가 정상이면 수신 SNR 값과 목표 SNR 값을 비교하여 수신 SNR 값이 목표 값보다 작으면 다시 Hail frame을 기다리는 과정으로 돌아간다. (S706)
7. CRC 체크 결과가 정상이고 수신 SNR이 목표 SNR 이상이면, 송신기(Caller)로 수신 프레임(Response frame)을 전송한다. (S707)
8. 7번 절차에서 수신 프레임(Response frame) 전송이 끝나면 초기 연결 프레임(Hail frame)을 통해 송신기(Caller)로부터 전달받은 데이터 통신 링크용 송수신 파라미터로 송수신기를 설정한다. (S708)
9. 8번 절차에서 송수신기 설정이 끝나면 데이터 통신 링크 형성 과정을 시작한다. (S709)
10. 초기 연결 프레임(Hail frame)을 기다리며 초기 연결 프레임(Hail Lifetime)이 경과하는지 체크한다. (S710)
11. 초기 연결 프레임(Hail Lifetime) 동안 CRC 에러가 없는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하지 못하면 Hailing을 끝내고 Local controller의 지시를 기다린다. (S711)
도 8은 Hailing시 링크 연결 상태에 대한 도면이다.
여러 차례 Hail frame을 재전송하여도 상황에 따라 Hail lifetime 동안 Hailing에 실패할 수 있다. Hailing이 실패하면 Caller와 Responder는 Local controller의 지시에 따라 Hailing을 재시도하게 된다. 만일 Hailing 실패가 Caller에서의 Response frame 수신 실패에 있고 그 원인이 Response frame의 CRC 에러나 낮은 수신 SNR에 있다면, 적어도 Responder는 Hail frame의 수신에 성공했음을 알 수 있다. 이런 경우, Hailing 재시도 전에 Local controller의 지시에 따라 채널 환경을 개선하기 위해 Rover를 이동시키거나 목표 SNR을 낮추는 등의 조치를 취하고 동일한 방법으로 Hailing을 재시도 한다. 그러나 Caller가 Response frame을 받지 못한 채로 Hailing에 실패 했다면 Hailing 실패의 원인이 Hail frame의 전송 실패에 있는지 Response frame의 전송 실패에 있는지 알 수 없다.
그러므로 Hailing 실패의 원인을 분석하기 위해 Caller와 Responder의 역할을 바꾸어 Hailing을 재시도한다.
이 때 Hail lifetime 이 종료된 경우 Caller와 Responder의 역할을 바꾸어 Hailing을 재시도 할 수 있다.
또한 상기 초기 연결 시간 동안 연결 최대 시도를 수행한 후 실패의 원인을 분석하기 위해 Caller와 Responder의 역할을 바꾸어 Hailing을 재시도 할 수 있다.
Caller와 Responder의 역할을 바꾸어 Hailing을 재시도하게 되면 도 8(a)에서와 같이 Return 링크에 이상이 있는 경우에는 Rover가, 도 8(b)에서와 같이 Forward 링크에 이상이 있는 경우에는 Lander가 이를 판단할 수 있게 된다.
이러한 결과를 바탕으로 Lander나 Rover의 Local controller에서는 송수신 장치 점검, 목표 SNR 하향 조정 등의 적절할 조치를 취한다.
채널 환경 개선을 위해 Rover의 이동이 요구되는 경우에는 Rover의 이동을 고려해 Hailing 재시도 시점을 다시 설정해야 한다. 그러나 이런 경우 통신 링크가 설정 되어 있지 않아 재시도 시점에 대한 Spacecraft 간 공유가 어렵다. 필요 시, 재연결 시점을 산출한 쪽에서 상대방으로 비상 통신 (중계) 수단을 활용하여 재시도 시점을 전달한다.
도 9는 Hailing 재시도 과정에 대한 흐름도이다.
Hail Lifetime내에 Hailing이 성공하지 못하면 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 Caller와 Responder의 역할을 바꾸어 Hailing을 재시도한다.
먼저, Hailing을 시작하여 도 5 및 도 7의 과정을 거쳐 데이터 통신 링크를 연결하는 과정을 수행한다. Hail life time 경과 전에는 Hailing을 재시도 하되 수신기와 송신기의 역할의 교체가 없으며, 데이터 통신 링크가 연결되었는지를 확인하는 과정을 반복한다. (S910)
이 때 데이터 통신 링크가 연결되지 않고 Hail Lifetime이 종료된 경우(S920), 수신기와 송신기의 역할을 교체하여 Hailing을 재시도한다. (S930) 만약 이때 Hailing이 성공된다면, 데이터 통신 링크 형성 과정을 시작한다. (S960)
만약, 수신기와 송신기의 역할을 교체하였음에도 불구하고 Hailing 재시도에 실패한다면 통신 연결 실패 이유를 판단하고 조치를 취하게 된다. (S940) 통신 연결 실패 이유를 제거하기 위한 조치로서 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
즉 Caller의 초기 연결 최대 시도 후에, Caller와 Responder를 바꾸어 초기 연결을 다시 시도해서도 초기 연결이 실패하는 경우, Caller 상태에서의 결과와 Responder에서의 결과를 결합하여 현재 통신 연결이 실패한 이유를 판단하고, 통신 연결이 성공하도록 조치를 취하는 단계를 포함할 수 있다.
도 10은 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치에 대한 도면이다.
근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치를 구현하기 위하여 수신부(1010), 송신부(1020) 및 프로세서(1030)를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 설명에서 수신 측 역할을 강조한 경우 수신기 및 Responder, 송신 측 역할을 강조한 경우 송신기 및 Caller라는 용어를 사용하였으나 모두 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치에 해당될 수 있다. 또한 송신 및 수신이 가능한 모든 장치를 의미할 수 있는바, 앞서 언급한 기기에 한정할 것은 아니다.
프로세서는 수신부와 송신부를 제어할 수 있는 기능을 가진 장치를 의미하며, 본 발명의 설명에서는 Local controller가 동일한 의미로 사용되었다.
프로세서는 송신기(Caller)의 전송 전력을 설정하고, 송수신 파라미터 및 상기 송신기의 설정된 전송 전력을 데이터 필드로 하는 초기 연결 프레임(Hail frame) 을 설정하고, 설정된 초기 연결 프레임을 수신기(Responder)에 전송하고, 초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 상기 수신기로부터 수신 프레임(Response frame)의 수신을 기다린다.
일 예로, 프로세서는 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 전송 전력을 재설정하되, 전송 전력을 증가시켜 재전송하여 전력 제어를 할 수 있다.
프로세서는 초기 연결 시간 내 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 증가된 전송전력에 대한 정보를 상기 초기 연결 프레임에 포함하여 재설정된 초기 연결 프레임을 재전송할 수 있다.
또한 상기 초기 연결 시간 동안 연결 최대 시도 후, 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 증가된 전송전력에 대한 정보를 상기 초기 연결 프레임에 포함하여 재설정된 초기 연결 프레임을 재전송할 수 있다.
일 예로, 상기 전송 전력을 증가시키는 경우, 전송전력의 값은 최초로 설정된 상기 전송 전력 값에서 재전송 회수와 전력 제어 단위를 곱한 만큼 증가시킬 수 있다.
Figure 112018039131033-pat00003
여기서 n은 전송 횟수, a는 전력 제어 단위, PHT는 n회 전송에서 사용되는 Hailing 전송전력이며 PTmax는 최대 전송전력을 의미한다.
첫 번째 재전송에는 n=1을 대입하여 아래와 같이 전송전력 값을 결정한다.
Figure 112018039131033-pat00004
a는 전력 제어 단위로서, 전력제어를 위해 임의로 지정한 값이 될 수 있으며, 임의의 실수인 상수 값을 사용할 수 있다.
프로세서는 초기 연결 시간 종료 후, 연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 송신기와 수신기의 역할을 교체하여 상기 초기 연결을 재시도하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어할 수 있다.
프로세서는 송신기와 수신기가 역할을 바꾸어 초기 연결을 시도했음에도 불구하고, 초기 연결을 실패한 경우, Caller 상태의 결과와 Responder에서의 결과를 결합하여 통신 연결 실패 이유를 판단하고 프로세서가 통신 연결이 성공하도록 조치를 취할 수 있다.
프로세서는 초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 송신기(Caller)로부터 초기 연결 프레임(Hail Frame)을 수신하고, 수신한 초기 연결 프레임의 SNR을 계산하고, 초기 연결 프레임의 CRC 체크를 한다. 또한 초기 연결 프레임의 수신 성공 여부를 CRC 체크와 계산된 SNR을 이용하여 판단할 수 있다.
프로세서는 계산된 초기 연결 프레임의 SNR 값이 목표 SNR 값보다 높은 경우, 수신 프레임(Response frame)을 송신기로 전송할 수 있다.
1010: 수신부
11020: 송신부
1030: 프로세서

Claims (20)

  1. 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    송신기(Caller)의 전송 전력을 설정하는 단계;
    송수신 파라미터 및 상기 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성하는 단계;
    생성된 상기 초기 연결 프레임을 수신기(Responder)에 전송하는 단계; 및
    초기 연결 시간(Hail lifetime)동안 상기 수신기로부터 수신 프레임(Response frame)의 수신을 기다리는 단계;
    를 포함하되,
    상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 상기 전송 전력을 증가시켜 재전송하는 것
    을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우
    상기 초기 연결 프레임에 상기 증가된 전송전력에 대한 정보를 더 포함시켜 재전송하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 초기 연결 시간 종료 후
    상기 송신기와 상기 수신기의 역할을 교체하여 상기 초기 연결을 재시도하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서
    상기 초기 연결 시간 동안 연결 최대 시도 후
    연결 실패에 대한 원인을 분석하기 위해 상기 송신기와 상기 수신기의 역할을 교체하여 상기 초기 연결을 재시도하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서
    상기 송신기와 상기 수신기의 역할을 교체하여 수행한 상기 초기 연결 재시도를 실패한 경우,
    통신 연결 실패 이유가 판단되고, 통신 연결에 대한 추가 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서
    상기 전송 전력을 증가시키는 경우
    최초로 설정된 상기 전송 전력 값에서 재전송 회수와 전력 제어 단위를 곱한 만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  7. 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    송신기(Caller)로부터 기 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하는 단계;
    초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 기준 SNR 값보다 상기 수신된 전송 전력의 SNR값이 큰 값인지 판단하는 단계;
    를 포함하되
    상기 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 작은 경우, 상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재수신하고,
    상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재 수신 할 경우 상기 전송 전력이 증가된 것
    을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서
    상기 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 높다고 판단된 경우,
    수신 프레임(Response frame)을 상기 송신기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치에 있어서,
    송신부;
    수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 프로세서; 를 포함하되,
    상기 프로세서는 전송 전력을 설정하고,
    송수신 파라미터 및 상기 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 생성하고,
    생성된 상기 초기 연결 프레임을 수신기(Responder)에 전송하고,
    초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 상기 수신기로부터 수신 프레임(Response frame)의 수신을 기다리되, 상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재전송 할 경우 상기 전송 전력을 증가시켜 재전송하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치에 있어서,
    송신부;
    수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 프로세서;
    를 포함하되,
    상기 프로세서는
    송신기(Caller)로부터 기 설정된 전송 전력에 대한 데이터 필드를 포함하는 초기 연결 프레임(Hail frame)을 수신하고,
    초기 연결 시간(Hail lifetime) 동안 기준 SNR 값보다 상기 수신된 전송 전력의 SNR값이 큰 값인지 판단하되,
    상기 초기 연결 프레임의 SNR 값이 기준 SNR 값보다 작은 경우, 상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재수신하고,
    상기 초기 연결 시간 내 상기 초기 연결 프레임을 재 수신 할 경우 상기 전송 전력이 증가된 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신에서 전력을 제어하는 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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