KR102577253B1 - Ble 기반 스캐너 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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KR102577253B1
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Abstract

본 발명은 스캐너 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법은 본 발명은 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 단계, 상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계 및 상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계는, 상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 단계를 포함하고, 상기 백오프 시간은 0 이상이고 제1 시간 이하일 수 있다.

Description

BLE 기반 스캐너 및 이의 동작 방법{SCANNER BASED ON BLUETOOTH LOW ENERGY AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 BLE(Bluetooth Low Energy) 기반 스캐너 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, BLE 5.0 규격을 따르는 스캐너 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
BLE(Bluetooth Low Energy)는 소형, 저비용 및 낮은 에너지 소비 기능으로 인해 근거리 통신 특성을 필요로 하는 다양한 사물 인터넷 (Internet of Things, IoT) 서비스에 채택되고 있다. BLE 장치들은 광고 모드(Advertise mode) 또는 연결 모드(Connection mode)를 사용하여 상호간에 통신을 수행할 수 있다. BLE 장치들 가운데 광고자(advertiser)는 정보가 담긴 광고 패킷을 주기적으로 전송할 수 있고, 스캐너(scanner)는 광고 패킷을 수신하여 광고 패킷에 포함된 정보를 인식할 수 있다. BLE 장치는, 광고 모드에서, 정보를 전송할 특정 장치를 지정하지 않고, 주변의 모든 BLE 장치들에게 광고 패킷 (advertising packet)을 주기적으로 전송할 수 있고, 이를 광고(advertisement)라 할 수 있다. 한편, BLE 4.X에 규격에서 광고자는 3개의 채널을 사용하여 광고 패킷을 전송할 수 있으나, 많은 수의 광고자들이 동일한 채널을 사용하는 경우 신호의 신호 충돌이 발생할 수 있고, 이는 성능 저하로 이어질 수 있다.
본 발명의 목적은 BLE 5.0 규격에서 스캐너의 능동 스캐닝 성능을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법은 본 발명은 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 단계, 상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계 및 상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계는, 상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 단계를 포함하고, 상기 백오프 시간은 0 이상이고 제1 시간 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너는 프로세서(processor) 및 상기 프로세서에 의해 수행되는 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고, 상기 명령은, 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 것, 상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 것 및 상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 것을 포함하고, 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 것은, 상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 것을 포함하고, 상기 백오프 시간은 0 이상이고 제1 시간 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐너의 동작 방법은, 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 단계, 상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계 및 상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계는, 상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 단계를 포함하고, 상기 백오프 시간은 제1 시간 및 시간 슬롯을 기초로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너는 프로세서(processor) 및 상기 프로세서에 의해 수행되는 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고, 상기 명령은, 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 것, 상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 것 및 상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 것을 포함하고, 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 것은, 상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 것을 포함하고, 상기 백오프 시간은 제1 시간 및 시간 슬롯을 기초로 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 스캐너들이 능동 스캐닝을 수행하는 경우에 발생할 수 있는 충돌을 감소할 수 있고 이에 따라 속도가 향상될 수 있다.
본 발명에 대해 더욱 이해하기 위해 포함되며 본 출원에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 원리를 설명하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예를 나타낸다.
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 장치의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 3는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 4는 블루투스 저전력 에너지의 GATT Profile의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
도 5는 장치간 BLE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6(a)는 광고자의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6(b)는 스캐너의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 스캐닝을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법의 흐름도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 효과를 나타내는 그래프이다.
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 장치(Server Device, 110) 및 적어도 하나의 클라이언트 장치(Client Device, 120)를 포함한다. 본 명세서에서 서버 장치는 광고자(advertiser)일 수 있고, 클라이언트 장치는 스캐너(scanner)일 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 장치 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 3ms이며, (5) 최대 전류는 15mA이하이며, (6) 출력 전력은 10mW(10dBm)이하이며, (7) 휴대폰, 시계, 스포츠, 헬스케어, 센서, 기기제어 등의 어플리케이션에 주로 사용된다.
상기 서버 장치(110)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(110)는 데이터 서비스 장치(Data Service Device), 슬레이브 장치(slave device) 장치, 슬레이브(slave), 서버, 컨덕터(Conductor), 호스트 장치(Host Device), 게이트웨이(Gateway), 센싱 장치(Sensing Device), 모니터링 장치(monitoring device), 제 1 장치 등으로 표현될 수 있으며, 상기 클라이언트 장치(110)는 마스터 장치(master device), 마스터(master), 클라이언트, 멤버(Member), 센서 장치, 싱크 장치(Sink Device), 콜렉터(Collector), 제 2 장치, 제 3 장치 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 제공받고, 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 장치와 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 데이터 정보 및 데이터 전송을 서버 장치(110)에 요청하는 장치를 말한다.
클라이언트 장치는 상기 서버 장치로부터 알림 메시지, 지시 메시지 등을 통해 데이터를 수신하고, 지시 메시지를 상기 서버 장치로부터 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.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 방법들을 구현할 수 있는 장치의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서버 장치(110)는 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.
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 장치(120)는 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 장치들 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 장치에 구현되는 유닛으로서, 다양한 종류의 데이터가 저장되는 유닛을 말한다.
상기 프로세서(114,124)는 서버 장치 또는 클라이언트 장치의 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 장치로부터 광고(Advertising) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 장치로 스캔 요청(Scan Request) 메시지를 전송하고, 상기 서버 장치로부터 상기 스캔 요청에 대한 응답으로 스캔 응답(Scan Response) 메시지를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 서버 장치와 블루투스 연결 설정을 위해 상기 서버 장치로 연결 요청(Connect Request) 메시지를 전송하도록 상기 통신부를 제어한다.
또한, 상기 프로세서(114,124)는 상기 연결 절차를 통해 BLE 커넥션(Connection)이 형성된 이후, 상기 서버 장치로부터 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 장치의 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 인가받아 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 장치의 동작을 사용자가 제어할 수 있게 하는 모듈을 말한다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 4을 참고하면, 상기 도 3의 (a)는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타내며, (b)는 BLE(Low Energy)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 상기 도 3의 (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 장치에게 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 장치를 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 장치의 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 주고받기 위한 application 프로토콜을 정의하며, 상기 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 25)은 장치 발견, 연결, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, privacy를 제공한다.
상기 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, BLE 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 장치를 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 장치 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 장치 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 257bytes의 데이터 패킷을 주고받는 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.
BLE 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 장치를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 43)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 장치의 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 장치에서 서버 장치로 특정 정보를 요청하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 장치에서 클라이언트 장치로 전송되는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 장치에서 서버 장치로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 장치는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 장치로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 장치에서 클라이언트 장치로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 장치는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 장치로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 장치에서 클라이언트 장치로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 장치는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지(Confirm message)를 서버 장치로 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 제공받을 수 있다.
상기 일반 접근 프로파일(GAP, 45)은 BLE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, BLE 장치들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, 상기 일반 접근 프로파일(45)은 장치 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 장치의 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 BLE 장치에 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 장치의 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 장치 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.
장치 필터링 절차(Device Filtering Procedure)
장치 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 장치들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 장치에서 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 장치 또는 스캐닝 장치는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 장치를 제한하기 위해 상기 장치 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 장치는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 장치를 말하며, 광고자일 수 있다.
스캐닝 장치는 스캐닝을 수행하는 장치, 스캔 요청을 전송하는 장치를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 장치가 일부 광고 패킷들을 광고 장치로부터 수신하는 경우, 상기 스캐닝 장치는 상기 광고 장치로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 장치 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 상기 스캐닝 장치는 광고 장치로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 장치 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 장치 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 상기 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차(Advertising Procedure)
광고 장치는 영역 내 장치들로 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 장치와 리스닝(또는 청취) 상태에 있는 장치(이하, 리스닝 장치라 한다.) 간에 연결 절차 없이 발생한다.
광고 절차는 근처의 개시 장치와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 장치들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 장치들은 광고 장치로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 장치들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 장치는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 장치로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 장치는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 장치로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 장치가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 장치가 장치 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 장치는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 장치는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 장치 즉, 스캐닝 장치는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 장치들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 장치는 광고 장치로부터 추가적인 사용자 데이터를 요청하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 장치로 전송한다. 광고 장치는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 장치에서 요청한 추가적인 사용자 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
만약, 스캐닝 장치가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 장치는 광고 물리 채널을 통해 광고 장치로 연결 요청을 전송함으로써 광고 장치와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 장치가 광고 장치로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 장치는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 장치(이하, '블루투스 장치'라 한다.)들은 근처에 존재하는 장치들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 장치들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 장치를 찾으려고 하는 블루투스 장치를 디스커버링 장치(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 장치들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 장치로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 장치를 디스커버러블 장치(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 장치가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 장치가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 장치는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 장치만 광고에 응답할 것이다. 광고 장치로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 장치로 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 장치가 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 장치로 광고 PDU들과 광고 장치 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 장치 즉, 개시 장치가 CONNECT_REQ PDU를 광고 장치로 전송할 때 또는 광고 장치가 개시 장치로부터 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) 값일 수 있다.
두 장치가 연결되어 있을 때, 두 장치들은 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 장치들은 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 4는 블루투스 저전력 에너지의 GATT Profile의 구조의 일 예를 나타낸 도이다.
상기 도 4를 참조하면 블루투스 저전력 에너지의 프로파일 데이터(Profile Data) 교환을 위한 구조를 살펴볼 수 있다.
구체적으로, GATT(Generic Attribute Profile)는 BLE 장치간의 서비스(Service), 특성(Characteristic)을 이용해서 데이터를 주고받는 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.
BLE에서 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)은 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 BLE의 GATT기반 동작 구조를 이용하여 센서가 인간의 활동을 측정하여 저장하고, 클라이언트가 상기 센서로부터 저장된 정보를 불러오는 방법을 제안한다.
도 5는 장치간 BLE(Low Energy)를 이용하여 커넥션을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 장치(300)와 제 2 장치(400)간 BLE 연결을 위해서 상기 제 1 장치(300)는 상기 제 2 장치에게 광고 메시지(Advertising Message)를 전송한다(S5010).
상기 광고 메시지는 앞에서 살펴본 바와 같이, BLE를 활용해서 자신의 정보를 다른 장치에게 제공하기 위해 사용되며, 장치가 제공하는 서비스 정보, 사용자 정보 등 다양한 정보가 포함될 수 있다.
상기 제 2 장치(400)는 상기 제 1 장치(300)가 전송한 상기 광고 메시지에 포함된 정보를 확인 후, 상기 제 1 장치(300)에게 BLE 연결을 요청하기 위한 연결 요청 메시지(Connection request message)를 전송하고(S5020), 상기 제 1 장치(300)와 상기 제 2 장치(400)는 BLE 커넥션을 형성하게 된다(S5030).
도 6(a)는 광고자의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 6(b)는 스캐너의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, BLE 기기는 광고자와 스캐너 두 종류로 분류될 수 있다. 광고자는 지속적으로 패킷을 방송(broadcast)하여 스캐너가 패킷을 식별할 수 있게 한다.
BLE 5.0 규격에서 기본 채널 3개, 보조 채널 37개 등 40개 채널이 이용될 수 있다. 3개의 기본 채널은 37, 38 및 39로 인덱스화 될 수 있고, 37개의 보조 채널은 0 내지 36으로 인덱스화될 수 있다.
각각의 AdvEvent에서, 광고자는 ADV_EXT_IND라고 하는 패킷을 전송하기 위해, 3개의 기본 채널을 사용할 수 있다. 광고자는 3개의 주요 채널의 순서를 임의로 사용할 수 있다. 예를 들어, 광고자는 37. 39 및 38의 순서 38, 37 및 39의 순서, 37, 39, 38의 순서 및 37. 38 및 39의 순서로 기본 채널을 사용할 수 있으나 이는 일 예시일 뿐이며 이에 한정하지 아니한다.
K AdvEvents 이후, 광고자에 의해, AUX_ADV_IND라는 이름의 패킷이 전송될 수 있으며, 여기서 K는 1 및 2와 같은 양의 정수일 수 있다. 여기서 K ADV_EXT_IND와 AUX_ADV_IND는 GK라는 그룹을 형성할 수 있다. GK에서 AUX_ADV_IND에 관한 정보는 각각 ADV_EXT_IND에 포함되어 있다. 예를 들어, AUX_ADV_IND에 관한 정보는 파라미터 x 및 오프셋 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
x는 AUX_ADV_IND 전송에 사용되는 보조 채널의 인덱스로, 오프셋은 ADV_EXT_INT의 시작 지점 및 AUX_ADV_INT의 시작 시점 사이의 간격일 수 있다. 예를 들어, GK와 함께 3rd ADV_EXT_IND에 포함된 오프셋은 3, 37일 수 있고, x는 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 포함될 수 있다. 스캐너는 AUX_ADV_IND를 성공적으로 수신한 후에, AdvData를 획득할 수 있다.
AdvEvent의 생성기간은 TAP로 표현될 수 있으며, TAP는 TAI와 임의의 값인 TRD로 구성될 수 있다. 예를 들어, TAI의 범위는 20ms 내지 10,485.759375초이며, TAI는 0.625ms의 정수 배수일 수 있다. 또한 TRD는 0~10ms 사이의 임의의 값일 수 있다.
AUX_ADV_IND의 전송 시간은 KTAP일 수 있다. 또한, ADV_EXT_IND와 AUX_ADV_IND를 전송 소요 시간은 각각 TADV와 TAUX일 수 있다. AdvEvent에서, 두 개의 인접한 ADV_EXT_IND 사이의 시간 간격은 TGAP일 수 있다. 마지막 ADV_EXT_IND와 연관된 AUX_ADV_IND 사이의 시간 간격은 TMAFS일 수 있다. 여기서, ADV_EXT_IND의 패킷 크기는 18바이트, AUX_ADV_IND의 패킷 크기는 20~ 265바이트일 수 있다.
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_IND의 수신을 시도할 수 있다. ADV_EXT_IND 및 관련 AUX_ADV_IND가 스캐너에 의해 성공적으로 수신되는 경우 전송이 성공적으로 수행될 수 있다.
기본 채널에서 스캐너의 스캔 소요시간은 TSW일 수 있고, 스캔 윈도우의 기간은 TSI일 수 있다. 여기서 TSW는 TSI보다 작거나 같을 수 있고, TSI는 40.96s보다 작을 수 있다. 만일, TSI=TSW일 경우, 스캐너는 절전 모드 없이 연속적으로 스캔할 수 있다.
한편, BLE 5.0 규격에서는 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 하며, 이를 능동 스캐닝(active scanning)이라 할 수 있다.
비연결성 및 비스캔성 이벤트에서 광고자와 스캐너는 각각 광고 패킷을 방송하고 회신 없이 이러한 패킷을 수신하는 것에 대해서만 책임을 질 수 있고, 이를 수동 스캐닝(passive scanning)이라 할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 스캐닝을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7(a)를 참조하면, BLE 5.0 규격에서, 스캐너는 광고자가 기본 채널들(37, 38, 39)을 통해 전송한 ADV_EXT_IND(37), ADV_EXT_IND(38) 및 ADV_EXT_IND(39) 중 하나(예를 들어, 도 7(a)의 ADV_EXT_IND(37))를 수신할 수 있다. 스캐너는 오프셋으로 표시된 지정 시점에서 보조 채널인 채널 x를 사용하여 AUX_ADV_IND(x)를 수신할 수 있다. 이러한 과정을 통해 스캐너는 광고자를 인식할 수 있다.
ADV_EXT_IND 및 관련 AUX_ADV_IND를 수신한 경우, 스캐너는 채널 x를 사용하여 추가적인 데이터를 요구하는 패킷인 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에 전송할 수 있다. 광고자는 AUX_SCAN_REQ(x)를 수신하고 채널 x를 사용하여 이에 대한 응답 패킷인 AUX_SCAN_RSP(x)를 스캐너에 전송할 수 있다. 여기에서, offset 37, 38 및 39는 채널 x로 전송된 ADV_EXT_IND 시간 이후, 관련된 AUX_ADV_IND를 추가적으로 전송하게 되는 시간 차이를 의미할 수 있다.
한편, BLE에서 다수개의 스캐너들과 다수개의 광고자들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 7(b)와 같이 하나의 광고자 및 복수의 스캐너들(제1 스캐너 및 제2 스캐너)이 존재하는 경우, 복수의 스캐너들은 하나의 광고자로부터 전송된 ADV_EXT_IND를 수신할 수 있고, 상기 광고자에게 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송할 수 있다. 다만, 이러한 경우, 복수의 스캐너들은 동일한 시점에 AUX_SCAN_REQ(x)을 전송할 수 있고, 이러한 경우, AUX_SCAN_REQ(x) 사이에 충돌이 발생할 수 있다. 본 명세서에서는 AUX_SCAN_REQ(x)을 기준으로 설명하나 AUX_SCAN_REQ(x)는 SCAN_REQ(x)일 수 있다.
이러한 패킷들 사이의 충돌을 방지하기 위하여, BLE에는 두개의 파라미터들인 백오프 카운트(backoffcount)와 상한(upperLimit)이 정의될 수 있다. 스캐너가 스캔을 시작할 때, 백오프 카운트와 상한은 1로 세팅될 수 있다. 하나의 광고자로부터의 전송되는 광고 패킷을 성공적으로 수신할 때마다, 스캐너는 백오프 카운트를 1씩 감소시킬 수 있다. 이때, 백오프 카운트의 하한은 0이일 수 있다. 스캐너는 백오프 카운트가 0인 경우에만 AUX_SCAN_REQ를 광고자에 전송할 수 있다.
스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송한 후, 정상적으로 AUX_SCAN_RSP(x)를 수신하게 되면, 스캐너는 성공 (success)으로, 그렇지 않으면 실패 (failure)로 판단할 수 있다. 연속하여 2번의 실패가 발생시, 스캐너는 상한을 이전 값의 2배로 증가시키고, 연속하여 2번의 성공시에는 상한을 이전 값의 1/2로 줄일 수 있다. 이때, 상한의 최소 값과 최대 값은 각각 1과 256일 수 있다. 성공이나 실패 발생시마다, 스캐너는 백오프 카운트를 1과 상한 사이의 정수값들 중에서 임의로 결정할 수 있다. 이 경우에도, 스캐너는 백오프 카운트가 0이 되는 경우에만 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 AUX_SCAN_RSP(x)을 기준으로 설명하나, AUX_SCAN_RSP(x)는 SCAN_RSP(x)일 수 있다.
상기 과정을 통해 복수의 스캐너들이 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x)의 충돌은 감소할 수 있다. 다만, 스캐너들 각각은 백오프 카운트가 0이 될 때까지 대기해야할 수 있고, 이로 인해, 스캐너들 각각이 원하는 추가적인 데이터 패킷을 수신하는데 소요되는 시간이 길어질 수 있다. 스캐너들의 숫자가 많아질수록 스캐너들 각각이 원하는 추가적인 데이터 패킷을 수신하는데 소요되는 시간은 더욱 커질 수 있다. 스캐너들 각각이 원하는 추가적인 데이터 패킷을 수신하는데 소요되는 시간을 감소시키기 위하여 백오프 시간(Backofftime)을 정의할 수 있다. 백오프 시간은 스캐너들이 AUX_SCAN_REQ를 전송하기 전에 지연되는 시간인 전송 지연일 수 있다. 즉, 스캐너는 기존의 AUX_SCAN_REQ 전송 시점인 기준 시점에서 백오프 시간만큼 지연된 시점에 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송할 수 있다. 백오프 시간은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1에서, BackOffTime은 백오프 시간일 수 있고, W는 미리 설정된 값일 수 있고, 정수일 수 있다. TSLOT은 광고자가 AUX_ADV_IND를 전송하는데 소요되는 시간 및 프레임 간 시간 간격(interframe space)을 더한 값일 수 있다. 수학식 1에 따른 백오프 시간은 TSLOT에 의존적일 수 있고, 다수의 스캐너들이 AUX_SCAN_REQ를 전송하는 경우 충돌 가능성이 줄지 않을 수 있다. 또한, W가 커지면, 전송 지연이 커질 수 있고, W를 작게 설정하면 충돌 가능성이 커질 수 있다. 따라서, TSLOT에 의존적이지 않은 백오프 시간이 필요할 수 있고, 이는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 2에서 Tri는 임의의 정수 값일 수 있다. 수학식 2를 따르는 경우, 백오프 시간은 0 내지 Tri 구간 내의 정수 값일 수 있다. 이는 수학식 1과 달리 TSLOT에 의존적이지 않을 수 있어 AUX_SCAN_REQ(x)의 전송 지연을 감소시킬 수 있다.
Tri 값이 커지면, AUX_SCAN_REQ(x) 간의 충돌 확률은 감소할 수 있으나, 전송 지연이 커질 수 있다. 반대로, Tri 값이 커지면, AUX_SCAN_REQ(x) 간의 충돌 확률은 커질 수 있으나, 전송 지연이 감소할 수 있다. 따라서, AUX_SCAN_REQ 간의 충돌 확률 및 전송 지연을 모두 감소시킬 수 있는 Tri를 결정할 필요가 있다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)를 참조하면, 도 8(a)는 인 경우, 도 8(b)는 인 경우, 도 8(c)는 인 경우에 발생할 수 있는 충돌을 각각 나타낸다. 여기에서, Treq는 기준 스캐너가 하나의 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송할 때 소요되는 시간일 수 있고, t는 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송하는 시작 시점일 수 있고, [0, Tri] 내의 임의의 시간일 수 있다.
도 8(a)를 참조하면, 기준 스캐너가 t에서 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송하고, 다른 스캐너가 [0, Tri] 내의 임의의 시간에 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송하는 경우, 기준 스캐너가 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x) 및 다른 스캐너들이 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x) 사이의 충돌 가능성은 1일 수 있다.
도 8(b)를 참조하면, 인 경우, [0, Tri]는 (0, Tri-Treq) 구간의 시간 영역 A, [Tri-Treq, Treq] 구간의 시간 영역 B 및 (Treq, Tri) 구간의 시간 영역 C를 포함할 수 있다. 기준 스캐너가 t에서 AUX_SCAN_REQ의 전송을 시작하는 경우이며, t가 각각 시간 영역 A, B 및 C 내에 있을 때 기준 스캐너가 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x) 및 다른 스캐너들이 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x) 사이의 충돌 확률은 다음 수학식 3 내지 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 3 내지 5에서, 은 t가 시간 영역 A 내에 있을 때의 충돌 확률일 수 있고, 는 t가 시간 영역 B 내에 있을 때의 충돌 확률일 수 있으며, t가 시간 영역 C 내에 있을 때의 충돌 확률일 수 있다.
기준 스캐너가 전송하는 AUX_SCAN_REQ 및 다른 스캐너들이 전송하는 AUX_SCAN_REQ(x)들과의 충돌이 발생하지 않는 경우, 기준 스캐너는 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 수 있다. t가 각각 시간 영역 A, B 및 C 내에 있을 때 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률은 다음 수학식 6 내지 8과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 5 내지 수학식 8에서 N은 스캐너들의 총개수일 수 있다.
한편, t가 시간 영역 A, B 및 C에 속할 확률은 다음 수학식 9 내지 11과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 9 내지 11에서, 및 은 각각 t가 시간 영역 A, B 및 C에 속할 확률일 수 있다.
인 경우, 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률은 다음 수학식 12와 같을 수 있다.
수학식 12에서, 는 인 경우, 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률일 수 있다.
이와 유사한 방법으로, 도 8(c)와 같이 인 경우, 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률은 다음 수학식 13과 같을 수 있다.
인 경우, 인 경우 및 인 경우 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률을 다음 수학식 14와 같이 하나의 수학식 나타낼 수 있다.
수학식 14에서, 은 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률일 수 있다. 수학식 14를 기초로 획득할 수 있는 전송 지연은 다음 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 15에서, 는 전송 지연일 수 있고, Tap는 광고 주기일 수 있고, AdvEvent 사이의 시간 간격일 수 있다. Offset37은 채널 37로 전송한 ADV_EXT_IND의 시작 시점부터 AUD_ADV_IND의 시작 시점 까지의 시간 간격일 수 있고, Taux는 기준 스캐너가 하나의 AUX_ADV_IND를 전송하는 경우 소요되는 시간일 수 있고, Tifs는 AUX_ADV_IND와 AUX_SCAN_REQ(x) 및 AUX_SCAN_REQ(x)와 AUX_SCAN_RSP(x) 사이의 시간 간격일 수 있으며, Trsp는 기준 스캐너가 하나의 AUX_SCAN_RSP(x)를 전송하는 경우 소요되는 시간일 수 있다.
Tri>>2Treq인 경우, 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 성공적으로 전송할 확률은 다음 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
전송 지연()을 최소화할 수 있는 Tri 값은 다음 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
는 전송 지연()을 최소화할 수 있는 Tri 값일 수 있다.
다만, 수학식 2와 같이 백오프 시간을 정수 값으로 결정하고, AUX_SCAN_REQ(x)를 백오프 시간만큼 지연시켜 전송하는 것은 구현이 어려울 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 백오프 시간을 시간 슬롯(τ) 단위로 구분할 수 있고, 전송 시간을 시간 슬롯 단위에 맞출 수 있다. 이 경우, 수학식 2의 랜덤 윈도우인 은 개의 시간 단위로 구분될 수 있고, 스캐너들은 개의 시간 단위에서 각각 AUX_SCAN_REQ(x)을 전송할 수 있다. 예를 들어, 스캐너들은 0, τ, 2τ, ..., nτ에서 각각 AUX_SCAN_REQ(x)을 전송할 수 있다. 이 경우, 백오프 시간은 다음 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 18에서, n은 일 수 있다.
만일 τ를 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 전송하는 데 소요되는 시간으로 결정하는 경우, n은 다음 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 전송할 확률은 다음 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
는 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 광고자에게 전송할 확률일 수 있다.
이러한 경우, 수학식 20을 기초로 획득할 수 있는 지연은 다음 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 21에서, 는 전송 지연일 수 있다. 전송 지연()을 최소화할 수 있는 Tri 값 및 n 값은 다음 수학식 22 및 23과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 22에서, 는 전송 지연()을 최소화할 수 있는 Tri 값일 수 있고, 수학식 23에서 는 전송 지연()을 최소화할 수 있는 n 값일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법의 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 스캐너는 광고자가 전송한 제1 데이터 패킷을 수신할 수 있다(S910). 스캐너는 광고자가 기본 채널을 통해 전송한 제1 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 기본 채널은 BLE 5.0 규격에서 37, 38 및 39 가운데 하나일 수 있고, 제1 데이터 패킷은 AUX_EXT_IND일 수 있다.
스캐너는 광고자가 전송한 제2 데이터 패킷을 수신할 수 있다(S920). 스캐너는 보조 채널을 통해 전송한 제2 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 보조 채널은 BLE 5.0 규격에서 0 내지 36 및 40 중 하나일 수 있고, 제2 데이터 패킷은 AUX_ADV_IND일 수 있다.
스캐너는 요청 데이터 패킷을 광고자에게 전송할 수 있다(S930). 스캐너는 보조 채널을 사용하여 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 요청 데이터 패킷을 광고자에게 전송할 수 있다. 요청 데이터 패킷은 광고자에게 추가적인 데이터를 요구하는 데이터 패킷일 수 있고, AUX_SCAN_REQ(x)일 수 있다. 보조 채널은 S1020에서 스캐너가 제2 데이터 패킷을 수신한 보조 채널과 동일할 수 있다. 스캐너는 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 제2 응답 데이터 패킷을 광고자에 전송할 수 있다. 백오프 시간은 수학식 2 내지 17 또는 수학식 18 내지 23을 기초로 결정될 수 있다.
스캐너는 응답 데이터 패킷을 광고자로부터 수신할 수 있다(S940). 스캐너는 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 응답 데이터 패킷을 광고자로부터 수신할 수 있다. 응답 데이터 패킷은 스캐너가 요청 데이터 패킷을 통해 요청한 데이터를 포함할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은 N 값 및 Tri 값의 변화에 따라, 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 성공적으로 전송할 확률 및 전송 지연을 각각 나타낸 그래프이고, 도 12 및 도 13은 N 값의 변화에 따라, 기준 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 성공적으로 전송할 확률 및 전송 지연을 각각 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 BLE 5.0 규격에서 정의한 값을 기초로 Tsi=Tsw=10sec, Top=0.5sec, Offset=30ms. BLE 링크 속도는 1Mbps이고, Tadv=0.144ms, Taux=0.176ms, Treq=0.176ms, Trsp=2.12ms의 파라미터를 사용하여 측정한 확률 및 지연에 대한 그래프이다.
도 10 및 도 11에서 RSS는 수학식 17을 통해 연산한 Tri()를 기초로 측정한 값일 수 있고, SRRS는 수학식 22를 통해 연산한 Tri()를 기초로 연산한 값일 수 있다.
도 10을 참조하면, Tri가 증가함에 따라 수학식 2 또는 수학식 18을 기초로 정하는 백오프 시간이 커질 수 있고, 스캐너들이 정하는 값이 중복될 확률이 적어질 수 있어, 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 성공적으로 전송할 확률이 커질 수 있다.
도 11을 참조하면, Tri가 일정한 기준 값 이하가 되는 경우, 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 성공적으로 전송할 확률이 낮아질 수 있고, 다음 스캔 주기에 재전송을 시도함으로써 전송 지연이 증가할 수 있다. 여기에서, 전송 지연은 백오프 시간일 수 있다. 한편, Tri가 일정한 기준 값을 초과하는 되는 경우, 전송 확률은 커지나 전송 지연도 증가할 수 있다. 한편, 전송 확률과 지연의 조화를 이루는 최적의 Tri가 존재함을 확인할 수 있다. 예를 들어, 최적의 Tri는 각 그래프의 변곡점에 해당하는 Tri 값일 수 있다.
도 12 및 도 13에서 RSS는 수학식 17을 통해 연산한 Tri()를 기초로 측정한 값일 수 있고, SRRS는 수학식 22를 통해 연산한 Tri()를 기초로 연산한 값일 수 있다. RAWS(Responsive Advertising with the Wait Slot scheme)는 동일한 Tri에 다른 Tgap 값을 적용한 것일 수 있다. 도 13 및 도 14를 참조하면, RAWS는 Tgap에 의존적이지 않고, N이 커짐에 따라 스캐너가 AUX_SCAN_REQ(x)를 성공적으로 전송할 확률을 높게 유지하며, 전송 지연도 낮게 유지할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 대부분의 용어는 해당 분야에서 널리 사용되는 일반적인 것들에서 선택되지만, 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선택되며 그 의미는 필요에 따라 다음 설명에서 자세히 서술한다. 따라서 본 발명은 용어의 단순한 명칭이나 의미가 아닌 용어의 의도된 의미에 근거하여 이해되어야 한다.
본 발명은 본 발명의 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 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (16)

  1. 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및
    상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계는,
    상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 백오프 시간은 0 이상이고 제1 시간 이하이고,
    상기 제1 시간은 스캐너들의 개수, 상기 광고자의 광고 주기 및 상기 스캐너들이 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간을 기초로 연산되는, 스캐너의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백오프 시간은,
    0 이상이고 제1 시간 이하의 정수 값인, 스캐너의 동작 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 프로세서(processor); 및
    상기 프로세서에 의해 수행되는 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 명령은,
    광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 것;
    상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 것; 및
    상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 것을 포함하고,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 것은,
    상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 것을 포함하고,
    상기 백오프 시간은 0 이상이고 제1 시간 이하이고,
    상기 제1 시간은 스캐너들의 개수, 상기 광고자의 광고 주기 및 상기 스캐너들이 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간을 기초로 연산되는, 스캐너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 백오프 시간은,
    0 이상이고 제1 시간 이하의 정수 값인, 스캐너.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및
    상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 단계는,
    상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 백오프 시간은 제1 시간 및 시간 슬롯을 기초로 결정되는,
    상기 제1 시간은, 스캐너들의 개수, 상기 광고자의 광고 주기 및 상기 스캐너들이 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간을 기초로 연산되는, 스캐너의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시간 슬롯은,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간인, 스캐너의 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 프로세서(processor); 및
    상기 프로세서에 의해 수행되는 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 명령은,
    광고자로부터 제1 데이터 패킷 및 제2 데이터 패킷을 수신하는 것;
    상기 제2 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자에게 요청 데이터 패킷을 전송하는 것; 및
    상기 요청 데이터 패킷에 대한 응답으로 상기 광고자로부터 응답 데이터 패킷을 수신하는 것을 포함하고,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 것은,
    상기 요청 데이터 패킷을 미리 설정된 기준 시간으로부터 백오프 시간만큼 지연시켜 상기 광고자에게 전송하는 것을 포함하고,
    상기 백오프 시간은 제1 시간 및 시간 슬롯을 기초로 결정되고,
    상기 제1 시간은, 스캐너들의 개수, 상기 광고자의 광고 주기 및 상기 스캐너들이 상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간을 기초로 연산되는, 스캐너.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 시간 슬롯은,
    상기 요청 데이터 패킷을 전송하는 데 소요되는 시간인, 스캐너.
  15. 삭제
  16. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102102396B1 (ko) * 2018-04-10 2020-04-21 엘지전자 주식회사 이동 단말기
KR102600892B1 (ko) * 2018-08-08 2023-11-10 삼성전자주식회사 블루투스 저전력을 이용하여 통신을 수행하는 장치 및 방법
US10812958B2 (en) * 2019-01-16 2020-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Bluetooth low energy (BLE) device transmitting BLE advertising data, and method of transmitting BLE advertising data

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102221849B1 (ko) 2020-06-09 2021-03-03 (주)한성기술단 무선 통신시스템에서 데이터의 송수신 방법, 장치 및 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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