KR20020015688A - Ａｄ-ｈｏｃ 무선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 네트워크(102a, 102b)로 형성된 다수의 스테이션들(100)을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에 있어서, 각 스테이션(100)에는 네트워크(102a)에서 마스터 스테이션의 역할을 수행하기 위한 그 적합성을 나타내는 랭크가 할당된다. 예를 들어 랭크는 스테이션의 안테나(204)의 성능 또는 메인 파워로의 액세스에 따라 결정될 수 있다. 이는 네트워크(102a, 102b)에서 가장 높은 랭크를 갖는 스테이션(100)이 그 네트워크에 대해서 마스터의 역할을 수행하기로 되어 있으며, 그것에 의해 네트워크에서 통신의 효율성이 향상된다.

Description

ＡＤ-ＨＯＣ 무선 통신 시스템{AD-HOC radio communication system}
ad-hoc 네트워크들을 형성할 수 있게 하는 무선 통신 시스템의 일예는 BSIG(Bluetooth Special Interest Group)에 의해 규정된 사양에 따라 동작하는, 블루투스 네트워크이다. 이러한 네트워크는 저비용, 휴대용일 수도 있고 아닐 수도 있는 이동 PC들, 이동 전화들 및 다른 장치들 사이의 근거리 무선 링크들을 제공한다.
블루투스 네트워크에서의 통신은 약 2.45㎓, 억제가 없는(unlicensed) ISM 밴드에서 일어난다. 스테이션들은 피코넷들(piconets)로 공지된 ad-hoc 네트워크들을 형성하며, 그 피코넷들 각각은 마스터 스테이션과 7개까지의 슬레이브 스테이션들을 포함한다. 모든 스테이션들은 동일하며 요청된 마스터 또는 슬레이브로서 동작할 수 있다. 스테이션은 하나보다 많은 피코넷을 원조할 수 있으며, 그것에 의해 피코넷들을 연결하고 확장된 범위를 통해 통신할 수 있게 한다.
본 발명은 ad-hoc 네트워크를 형성할 수 있는 다수의 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명이 블루투스(Bluetooth) 시스템을 각별히 참조하여 기술되었을지라도, 이는 스테이션들이 ad-hoc 네트워크를 형성할 수 있는 임의의 다른 통신 시스템에 적용할 수도 있다.
도 1은 2개의 연결된 피코넷들을 포함하는 ad-hoc 무선 네트워크도.
도 2는 전형적인 블루투스 스테이션의 개략적인 블록도.
도 3은 ad-hoc 무선 네트워크와 결합한 새로운 스테이션에 대한 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도.
본 발명의 목적은 ad-hoc 무선 네트워크의 동작 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크로 형성된 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템이 제공되며, 각 스테이션은 다른 스테이션들과 통신하기 위한 안테나 수단에 결합된 트랜시버 수단, 네트워크에서 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하기 위한 제어 수단, 및 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위한 랭킹 수단을 포함하며, 적어도 하나의 스테이션들은 네트워크에서 모든 스테이션들의 랭크를 결정하기 위한 비교 수단과 가장 높은 랭크를 갖는 스테이션이 네트워크에서 마스터의 역할을 하도록 할 수 있는 전송 수단을 갖는다.
본 발명의 제 2 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크로 형성된 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 스테이션이 제공되며, 안테나 수단에 결합된 트랜시버 수단은 다른 스테이션들과 통신하기 위해 제공되며, 제어 수단은 스테이션이 네트워크에서 요청된 바와 같이 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하도록 하기 위해 제공되며, 랭킹 수단은 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 질의 수단은 네트워크에서 다른 스테이션들의 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 마스터 전송 수단은 스테이션이 슬레이브이고 네트워크에서 가장 높은 랭크를 가지는 경우 마스터의 역할을 이어받아 적어도 하나의 활동들을 수행하고, 스테이션이 마스터이고 네트워크에서 가장 높은 랭크를 갖지 않는 경우 제 2 스테이션에 마스터의 역할을 전송할 수 있도록 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따라 적어도 하나의 네트워크로 형성된 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법이 제공되며, 각 스테이션은 다른 스테이션들과 통신하기 위해 안테나 수단에 연결된 트랜시버 수단을 포함하며, 네트워크에서 마스터 또는 슬레이브로서 기능할 수 있고, 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정할 수 있으며, 상기 방법은 네트워크에서 모든 스테이션들의 랭크를 결정하고 가장 높은 랭크를 갖는 스테이션에 의해 행해질 마스터의 역할을 하기 위해 배열되는 적어도 하나의 스테이션들을 포함한다.
본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이제 일예로서 기술되어질 것이다.
도면들에서 동일한 참조 번호들은 대응하는 특징들을 나타내는데 사용되었다.
본 발명을 수행하기 위한 모드들
기본적인 ad-hoc 네트워크 구성이 도 1에 도시되어 있다. 이러한 구성은 전형적으로 2개의 접속된 호스트 장치들, 예를 들어 휴대 가능한 PC와 셀룰라 폰으로 이루어지며, 부가적으로 접속된 장치들을 포함하기 위해 더 커질 것이다. 광영역(wide range)의 부가적인 호스트 장치들에는, 예를 들어 무선 헤드셋들, 개인용 오거나이저들(personal organisers) 및 가정용 오락 장비(home entertainment equipment)가 포함될 수 있다. 네트워크는 다수의 스테이션들(100)을 포함하며, 각 스테이션은 2개의 피코넷들(102a, 102b)로 형성된, 이러한 호스트 장치내에 포함된다. 일반적으로 모든 스테이션들(100)의 네트워킹 구성 요소들(즉, 블루투스 네트워크에 대한 블루투스 칩)은 동일하게 구현될 것이다. 그러나, 네트워크를 포함하는 모든 스테이션들(100)이 단지 호환 가능한 프로토콜에 따라 동작할 필요가 있다.
제 1 피코넷(102a)은 마스터(A)와 각각의 슬레이브들(A1, A2, A3)간의 양방향 통신 채널들(104)을 갖는 4개의 스테이션들, 마스터(A)와 3개의 슬레이브들(A1, A2, A3)을 포함하는 점-대-다점(point-to-multipoint) 네트워크이다. 제 2 피코넷(102b)은 마스터(B)와 슬레이브(B1)를 포함하는 점-대-점 네트워크이다. 피코넷들(102a, 102b)간의 통신은 제 1 피코넷(102a)에서 마스터(A)로서 또한 제 2 피코넷(102b)에서 슬레이브로서 동작할 수 있게 하며, 그 역도 가능하다. 피코넷들(102a, 102b)간의 링크가 마스터들간에 이루어질 필요는 없다; 링크가 예를 들어 스테이션들(A3 및 B1)간에 또는 스테이션들(A 및 B1)간에 같게 이루어질 수 있다.
블루투스 시스템에서 사용하기 위한 스테이션(100)의 예는 도 2에서 상세히도시되며, 2개의 주요 섹션들을 포함한다. 제 1 섹션은 통신 채널(104)을 통해 무선 신호들을 송신하고 수신하기 위한 안테나(204)를 갖는 무선(RF)(202)을 포함하는 아날로그 유닛이다. 제 2 섹션은 링크 베이스밴드 제어기(LC)(208), 마이크로프로세서(μP)(210) 및 인터페이스 유닛(INT)(212)을 더 포함하는, 디지털 제어기 유닛(206)이다.
링크 제어기(208)는 베이스밴드 처리를 수행하고 물리층에 가까운 기본 프로토콜들의 실행, 예를 들어 에러 정정 코딩을 구현하고, ARQ(Automatic Repeat reQuest)를 발생시키고, 오디오 코딩을 수행하는 수단을 포함한다. 마이크로프로세서(210)는 인터페이스 유닛(212) 및 링크 제어기(208)간의 데이터 전송을 제어하는, 스테이션(100)을 관리한다. 인터페이스 유닛(212)은 스테이션(100)을 휴대 가능한 PC 또는 셀룰라 폰과 같은 호스트 장치에 인터페이스하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 인터페이싱은 링크(214)를 통해 실행되며, 링크(214)는 특정한 응용에 적합한 USB(Universal Serial Bus; 범용 직렬 버스), 외부 메모리 및 다른 아이템들에 대한 인터페이스들을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, ad-hoc 네트워크들을 구현하는데 있어 문제점은 비능률적인 안테나(204)를 갖는 스테이션(100)이 마스터로서 동작하는 것이 가능하다는 것이다. 비능률적인 안테나(204)에 대한 원인들은 장거리일 수 있으며, 비능률적인 안테나는 다음과 같은 안테나를 포함한다:
· 본래 나쁜 효율을 갖는 안테나(204)
· 다른 스테이션들(100)의 나쁜 적용 범위(coverage)를 제공하는 방사 패턴을 갖는 안테나(204)
· 어쩌면 스테이션(100)의 지역 환경에 의해 야기되는, 안테나 미스매치
· 예를 들어 스테이션(100), 호스트 장치 또는 사용자의 신체(body)로 인한 안테나(204)의 새도잉(shadowing)
· 마스터에서 안테나(204)의 분극이 하나 또는 그 이상의 슬레이브들에서 안테나의 분극과 정렬되지 않는 경우 분극 결합 손실.
이 문제는 그 안테나 성능에 관하여 각 스테이션(100)을 랭크함으로써 본 발명에 따라 만들어진 시스템에서 해결된다. 다음에 최상의 안테나 랭킹을 갖는 스테이션(100)은 우선적으로 마스터로 된다. 안테나 랭킹은 정적 조건들 하에서 결정될 수 있고, 또는 예를 들어 측정된 VSWR 또는 몇몇의 다른 신호 품질 측정에 근거하여, 스테이션(100)의 지역 환경에 따라 동적으로 조절될 수 있다. 안테나 다이버시티가 가능한 스테이션(100)은 이것이 제공하는 장점들 때문에 높은 랭킹이 주어질 것이다. 스테이션들(100)은 서로에 대해 그들의 안테나 랭킹들을 결정할 수 있으며, 최적의 마스터 스테이션이 선택되게 할 수 있다.
마스터 스테이션의 선택은 그들의 랭킹들을 비교하기 위해 스테이션들(100)을 요청한다. 이것이 달성될 수 있는 한가지 방법은 표준 블루투스 통신 프로토콜들을 사용하여, 그들의 랭킹들을 제공하기 위해 마스터 스테이션에 대하여 각각의 다른 스테이션들(100)을 요청하는 것이다. 마스터 스테이션이, 그 랭킹이 그 슬레이브 스테이션들 중 하나보다 낮다고 결정하면 이는 블루투스 사양에서 규정된 정규(normal) 방법들을 사용하여, 그 스테이션에 대한 마스터 역할을 핸드 오버한다.
한 스테이션(100)에서 다른 스테이션으로 마스터 기능을 핸드오버하는 것은 새로운 스테이션들(100)이 네트워크와 결합하는 것을 가능하게 하며 브루투스 시스템에 제공된다. 또한 마스터 기능의 핸드 오프가 위치 의존 페이딩(position-dependent fading)의 효과를 완화시킬 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 시스템의 예로서 3개의 장치들:슬롯-인 PC 카드에 위치한 안테나(204)를 사용하는 랩탑 PC; 무선 헤드셋; 및 가정용 전화 기지국을 포함하는 블루투스 피코넷(102a)을 고려하자. 기지국은 그 크기, 다이버시티 및 심하게 새도잉되지 않는 위치 때문에, 가장 높은 랭킹 안테나 시스템을 포함한다. PC 카드가 미니어처 안테나(204)를 갖고 PC에 의해 새도잉되므로 보다 낮은 랭킹 안테나(204)를 갖는다. 헤드셋은 사용자의 머리, 상당한 새도잉 및 나쁘게 규정된 분극에 대한 손실들을 갖는 매우 작고 비효율적인 안테나(204)를 포함하며, 그러므로 가장 낮은 랭킹 안테나(204)를 갖는다.
처음에 네트워크는 PC와 헤드셋간의 통신을 시작한다. 더 높은 안테나 랭킹 때문에 PC는 이 피코넷(102a)에서 마스터로 된다. 예를 들어 PC에 의한 인터넷 액세스를 가능하게 하기 위해 기지국이 네트워크와 결합할 때, 기지국은 마스터로 될 것이며 이는 가장 높은 랭킹 안테나(204)를 갖기 때문이다.
이 절차는 도 3의 흐름도에서 요약된다. 새로운 스테이션(100)(여기서 기지국)이 피코넷(102a)에서 요청될 때 마스터는 단계 302에서 스테이션(100)에 페이징 메시지를 전송한다. 스테이션은 처음에 단계 304에서 슬레이브로서 네트워크와 결합하며, 다음으로 단계 306에서 그 안테나의 랭킹을 피코넷(102a)에서 다른 스테이션들(100)과 비교한다. 스테이션(100)이 그 안테나 랭킹이 임의의 다른 스테이션들(100)보다 높다고 결정하면 이는 이 절차를 수행하기 위해 블루투스 사양에서 규정된 방법들을 사용하여, 단계 308에서, 마스터 그 자체로 되기 위해 요청된 절차를 초기화한다. 대안적으로, 슬레이브가 네트워크와 결합하고 요청되는 경우 마스터를 핸드오프할 때 마스터 스테이션은 그 랭킹을 슬레이브 스테이션의 랭킹과 비교할 수 있다.
ad-hoc 네트워크(102a)는 또한 계획된(planned) 네트워크, 예를 들어 통상적인 셀룰라 전화 네트워크와의 링크들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에 ad-hoc 네트워크에 대한 마스터는 계획된 네트워크를 액세스하는 스테이션(100)을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 계획된 네트워크를 통해 인터넷을 액세스하는데 사용되는 WAP(Wireless Access Protocol) 이동 전화(PDA(Personal Digital Assistant))를 포함하는 ad-hoc 네트워크(100a)를 고려하자. 전화는 전화가 사용할 수 있는 것보다도 더 많은 정보를 디스플레이하기 위해 그 큰 스크린을 사용하기 위해 헤드셋에 대해 블루투스 접속과 텔레비전 수상기에 대한 다른 접속을 갖는다. 이러한 경우에, 이는 크고(효율적인 안테나들을 지원할 수 있고) 사용자의 신체 또는 그 밖의 다른 것에 의한 새도윙이 쉽지 않으므로, 텔레비전은 블루투스 마스터로서 동작할 것이다.
하나 이상의 스테이션들(100)이 동일하게 계획된 네트워크를 액세스할 수 있는 경우에, 계획된 네트워크로 액세스하기 위해 사용될 상술된 것은 유사한 랭킹 구조에 이로울 수 있다. 이러한 시나리오의 예로서, UMTS(Universal MobileTelecommunication System) 이동 전화 및 UMTS가 가능한 랩탑 컴퓨터를 포함하는 블루투스 네트워크를 고려하자. 사용자는 랩탑이 ad-hoc 네트워크에서 2개의 마스터로서 동작하고 UMTS 네트워크로의 액세스 포인트로서 동작하는 동안 통상적인 방식으로 전화를 간단히 사용할 수 있는데, 이는 좋은 안테나(다이버시티를 포함하는)를 갖고 있으며 사용자의 신체를 피하기 때문이다. 랩탑이 옆의 물체들에 의해 새도우될 수 있으므로, 최적의 마스터 스테이션과 UMTS 액세스 포인트는 동적으로 결정될 수 있다.
상기 설명이 그 안테나 성능에 기초하여 스테이션들(100)의 랭킹을 기술한다 하더라도, 안테나 성능에 대신하여 또는 안테나 성능에 부가하여, 다른 요인들이 랭킹에 유용하게 고려될 수 있다. 예를 들어, 메인 전기로의 액세스를 갖는 스테이션(100)은 마스터로서 특히 적합할 수 있는데, 마스터의 역할을 수행하는데 필요한 여분의 파워가 전지식 장치(battery-powered device)에 의해 직면하게 되는 감소된 배터리 수명의 동일한 문제점이 존재하지 않기 때문이다.
본 설명서를 판독하는 것으로부터, 다른 수정예들은 당업자들에게 명백해 질 것이다. 이러한 수정예들은 설계, 제조 및 무선 통신 시스템과 그들의 구성 요소 부분의 사용에 이미 공지되어 있고, 본원에 이미 기재된 특징들 대신에 또는 특징들에 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다. 청구항들이 본 출원에서 특징들의 특정한 조합으로 공식화되었다 하더라도, 이는 본 출원의 기재 범위가 또한 임의의 새로운 특징 또는 명시적으로 또는 함축적으로 본원에 기재된 특징들의 임의의 새로운 조합 또는 임의의 청구항에서 현재 청구된 것과 동일한 발명에 관한 것인지 여부와 본 발명을 행하는 임의의 또는 모든 동일한 기술적 문제들을 완화시키는지 여부, 그것의 임의의 일반화를 포함함을 알 수 있을 것이다. 이것에 의해 출원인들은 본 출원의 또는 임의의 다른 출원의 기소가 그것으로부터 도출되는 동안 새로운 청구항들이 이러한 특징들 및/또는 특징들의 조합들에 공식화될 수 있음을 통지한다.
본 명세서 및 청구항들에서 소자를 앞에 놓인 단어 "하나"("a" 또는 "an")는 다수의 이러한 소자들의 존재를 배제하는 것은 아니다. 또한, 단어 "포함하는"은 그 리스트된 것 외에 다른 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하는 것은 아니다.
본 발명은 ad-hoc 무선 통신 시스템들, 예를 들어 블루투스에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 네트워크로 형성되는 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템으로서, 각 스테이션은 다른 스테이션들과 통신하기 위한 안테나 수단에 연결된 트랜시버 수단, 네트워크에서 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행하기 위한 제어 수단 및 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위한 랭킹 수단을 포함하며,
    적어도 하나의 스테이션들은 네트워크에서 모든 스테이션들의 랭크를 결정하기 위한 비교 수단과 가장 높은 랭크를 갖는 스테이션이 네트워크에서 마스터의 역할을 할 수 있도록 하는 마스터 전송 수단을 포함하는, ad-hoc 무선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 비교 수단은 마스터 스테이션에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는, ad-hoc 무선 통신 시스템.
  3. 적어도 하나의 네트워크로 형성된 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 스테이션에 있어서,
    안테나 수단에 결합된 트랜시버 수단은 다른 스테이션들과 통신하기 위해 제공되며, 제어 수단은 스테이션이 네트워크에서 요청된 바와 같이 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행할 수 있도록 제공되고, 랭킹 수단은 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 질의 수단은 네트워크에서 다른 스테이션들의 랭크를 결정하기 위해 제공되며, 마스터 수단은 스테이션이 슬레이브이고 네트워크에서 가장 높은 랭크를 갖는 경우 마스터의 역할을 이어받아 적어도 하나의 활동들을 수행하고, 스테이션이 마스터이고 네트워크에서 가장 높은 랭크를 갖지 않는 경우 제 2 스테이션에 마스터의 역할을 전송할 수 있도록 제공되는, 스테이션.
  4. 제 3 항에 있어서, 랭킹 수단은 안테나 수단의 성능에 따라 스테이션의 랭크를 결정하는 것을 특징으로 하는, 스테이션.
  5. 제 4 항에 있어서, 안테나 수단의 성능은 동적으로 결정되는, 스테이션.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 랭킹 수단은 메인 파워(mains power)로의 액세스에 의존하여 스테이션의 랭크를 결정하는, 스테이션.
  7. 적어도 하나의 네트워크로 형성된 다수의 스테이션들을 포함하는 ad-hoc 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법으로서, 각 스테이션은 다른 스테이션들과 통신하기 위한 안테나 수단에 결합되는 트랜시버 수단을 포함하며, 네트워크에서 마스터 또는 슬레이브로 기능할 수 있고, 네트워크에서 마스터로서 동작하기 위한 스테이션의 적합성을 나타내는 랭크를 결정할 수 있으며,
    상기 방법은 네트워크에서 모든 스테이션들의 랭크를 결정하고 가장 높은 랭크를 갖는 스테이션에 의해 행해질 마스터의 역할을 하기 위해 배열되는 적어도 하나의 스테이션들을 포함하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 안테나 수단의 성능에 따라 스테이션의 랭크를 결정하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 동적으로 안테나 수단의 성능을 결정하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 파워(mains power)로의 액세스에 의존하여 스테이션의 랭크를 결정하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
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