KR20030047570A

KR20030047570A - 무선통신기기 및 그 무선통신방법

Info

Publication number: KR20030047570A
Application number: KR1020010078273A
Authority: KR
Inventors: 김용석; 박종헌
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-18
Also published as: US20030108010A1; EP1320210A2; EP1320210A3; JP2003199152A; CN1224230C; KR100426535B1; US7426200B2; JP3828863B2; CN1427597A

Abstract

패킷에러율에 따라 패킷타입을 변화하여 데이터를 전송할 수 있는 무선통신기기 및 그 방법이 개시된다. 무선통신기기는 외부기기와 데이터패킷을 송수신하는 송수신부, 데이터패킷의 패킷타입을 선택하는 패킷타입선택부, 전송되는 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산하는 연산부, 및 패킷에러율과 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입이 선택되도록 패킷타입선택부를 제어하는 제어부를 구비한다. 또한, 제어부는 후속되는 데이터패킷이 선택된 패킷타입으로 전송되도록 송수신부를 제어한다. 이로써, 무선통신기기는 패킷에러율에 따라 패킷타입을 변화하여 데이터패킷을 전송할 수 있게 됨으로써, 전송효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

Description

무선통신기기 및 그 무선통신방법{Wireless communication apparatus and a method using the same}

본 발명은 무선통신기기 및 그 데이터 전송방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터에 대한 패킷타입을 선택하여 전송할 수 있는 무선통신기기 및 그 방법에 관한 것이다.

근거리 무선데이터 통신에 사용되는 대표적인 기술로 IrDA(Infrared Data Association), 무선 LAN(IEEE802.11), 블루투스(Bluetooth), 및 SWAP(Shared Wireless Access Protocol) 등을 들 수 있다.

특히, 블루투스는 전기통신, 네트워킹, 컴퓨팅, 소비재 부문 전반에 걸친 무선데이터 통신기술의 코드명이다. 블루투스 기술은 근거리 내에서 하나의 무선 연결을 통해서 장치간에 필요한 여러 케이블 연결을 대신하게 해준다. 예들 들어, 블루투스 무선기술이 휴대폰과 랩탑 컴퓨터 안에 구현되면, 케이블없이도 연결되어 사용할 수 있게 된다. 블루투스 시스템의 일부가 될 수 있는 장치들로는 프린터, PDA(personal digital assistant), 데스크탑, FAX, 키보드, 조이스틱은 물론이고, 사실상 모든 디지털 장비들이 블루투스 시스템의 일부가 될 수 있다.

일반적으로, 블루투스는 최대 데이터 전송속도 1Mbps 및 최대 전송거리 10 m를 갖는다. 1Mbps는 사용자가 면허없이 이용할 수 있는 2.4 GHz의 ISM(Industrial Scientific Medical) 주파수대역 내의 범주에 있는 주파수로서 손쉽고 저렴한 비용으로 실현될 수 있는 전송속도이다. 또한, 전송거리 10 m는 사무실 내에서 사용자가 휴대하고 있는 기기와 책상에 설치해 둔 PC 간 전송거리로 충분하다는 판단에 따른 결정이다.

블루투스는 잡음이 많은 라디오주파수 환경에서 작동되도록 고안되었기 때문에, 초당 1600회에 이르는 주파수 호핑(Frequency Hopping)방식을 사용함으로써 잡음이 많은 무선 주파수에서도 안정적으로 데이터를 주고 받을 수 있게 한다. 여기서, 주파수 호핑방식은 다이렉트 시퀀스(Direct Sequence)방식과 함께 신호를 확산시키는 스프레드 스펙트럼(Spread Spectrum) 기술 중의 하나이며, 캐리어(carrier) 신호가 매초마다 여러번 주파수를 바꿔가면서 전송된다는 점에서 다이렉트 시퀀스방식과 차이가 있다.

블루투스 시스템은 일대일 뿐만아니라 일대다중 연결을 지원한다. 블루투스 시스템은 도 1과 같이, 여러개의 피코넷(piconet)들이 함께 조직되고 연결될 수 있으며, 각각의 피코넷들은 서로 다른 주파수 호핑 순서에 의해 구분된다. 여기서, 피코넷이란 하나의 마스터(master) 기기에 대해 하나 이상의 슬레이브(slave) 기기가 연결되어 형성된 블루투스 유닛의 구성단위를 말하며, 피코넷은 하나의 마스터와 최대 7개의 슬레이브를 가질 수 있다. 마스터 기기와 슬레이브 기기는 기본적으로는 1호핑슬롯(625μs=1/1600초)을 단위로 하여 시분할방식(Time Division Duplex: TDD)에 의해 양방향 통신을 수행한다. 복수의 피코넷이 함께 조직적으로 연결된 것을 스캐터넷(scatternet)이라 한다.

도 2는 마스터와 슬레이브 간의 TDD에 의한 통신을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 타임슬롯으로 배당된 각 채널의 길이는 625 ㎲이다. 타임슬롯의 수는 피코넷 마스터의 블루투스 클록에 따라 결정된다. 또한, 타임슬롯에 의해 마스터와 슬레이브는 택일적으로 패킷을 전송할 수 있다. 즉, 마스터는 짝수로 표기된 타임슬롯에서만 패킷을 전송하며, 슬레이브는 홀수로 표기된 타임슬롯에서만 패킷을 전송한다. 또한, 마스터나 슬레이브에 의해 전송되는 패킷은 5개 이내의 타임슬롯 내에서 구현되어야 한다. 다중 슬롯을 전송하는 경우에, 전체 패킷에 사용될 호핑 주파수는 전송패킷이 시작된 타임슬롯의 호핑 주파수가 계속 사용된다. 여기서, 패킷은 피코넷 채널에서 전송되는 데이터의 단위를 말한다.

각 패킷은 3개의 개체 즉, 엑세스코드(access code), 헤더(header), 및 패이로드(payload)로 구성된다. 엑세스코드는 패킷의 존재를 검출하고 특정장치에 패킷을 전달하는데 사용된다. 헤더는 패킷이 의미하는 슬레이브 어드레스와 같은 패킷과 링크에 관련된 모든 제어정보를 포함한다. 마지막으로 패이로드는 L2CAP(Logical Link Controller and Adaptation Protocol)이나 LM(Link Manager)로부터 보내지는 메세지가 상위 계층의 프로토콜 메세지일 때는 실제 메세지 정보를 포함하고, 또 이것이 스택에 저장된 실제 데이터일 때는 데이터를 포함한다.

엑세스코드 및 헤더는 고정된 크기를 가지며, 각각 72비트와 54비트로 구성되는 것이 대표적이다. 패이로드는 0에서 2745비트 사이의 크기로 이루어질 수 있다. 그러나, 송수신 장비들이 채널의 주파수를 다시 튜닝하는 시간을 확보하기 위하여 패킷의 크기는 366비트로 제한된다. 또한, 366비트 내에는 패킷헤더가 포함되어야 하기 때문에 패킷의 패이로드는 216비트만을 사용할 수가 있다. 또한, 에러 수정을 위하여 FEC(Forward Error Correction)를 사용하는 경우는 에러코드의 부담으로 인하여 136비트만을 유효한 패이로드로 사용할 수가 있다. 이와 같이, ACL(Asynchronous Connectionless Link) 접속에서 하나의 슬롯만을 사용하는 패킷 타입은 FEC를 사용하지 않는 패킷 타입을 DH1(Data-High rate, 1 slot)이라고 하고 FEC를 사용하는 패킷 타입을 DM1(Data-Medium rate, 1 slot)이라고 한다. DH패킷은 패킷에서 오류 정정을 위한 FEC를 사용하지 않기 때문에 DM패킷보다 더욱 높은 전송율을 얻을 수 있다. 여기서, ACL 접속은 데이터를 전송하기 위해 블루투스 시스템이 사용하는 링크를 말한다.

더욱 효율적인 데이터 전송을 위하여 블루투스에서는 3슬롯, 5슬롯을 차지하는 패킷 타입을 정의하고 있으며, 각각 DH3, DH5 패킷 타입이라고 한다. DH3, DH5 패킷 타입은 DH1에 비하여 하나의 슬롯에 더 많은 정보를 보낼 수 있기 때문에 더욱 효율적이다. 또한, DM1에 대응하는 DM3, DM5도 존재한다. 여기서, DM1패킷은 오직 데이터정보만을 전송하는 패킷이다. 이와 같이, 데이터 전송을 위한 패킷 타입은 6개가 존재하며, 각각의 패킷 타입은 길이 및 에러 정정의 유무에 따라 구별된다. 6개의 패킷 타입을 요약하여 표 1에 나타내었다.

타입	최대 패이로드(바이트)	FEC	최대 비율(Kbps)
DM1	17	O	108.8
DH1	27	X	172.8
DM3	121	O	387.2
DH3	183	X	585.6
DM5	224	O	477.8
DH5	339	X	723.2

블루투스에서 데이터 전송을 위해 사용하는 6개의 패킷 타입은 각각 채널의 에러율에 따라 다른 성능을 보인다. 만약 에러가 발생하는 않는 상황이라면 DH5 패킷 타입이 단위 슬롯당 가장 많은 정보를 전송할 수 있으므로 가장 좋은 성능을 보이게 된다. 비트 에러율이 증가된 상황을 가정하면, DH5의 패킷 에러율은 작은 크기의 패킷 타입의 패킷 에러율에 비해서 급격히 커지게 된다. 즉, 패킷 크기가 증가하면 데이터 전송률은 증가되나 그에 따라 패킷에러율도 증가하게 된다. 반면에, 패킷 크기가 감소되면, 패킷 에러율은 감소되지만 데이터 전송률도 감소된다.

종래의 기술에 따른 무선통신기기는, ACL 접속에서 DM1, DH1, DM3, DH3, DM5, 및 DH5 중의 어느 하나의 패킷 타입을 선택하여 사용하기 때문에 전송되는 데이터패킷에 대한 패킷에러율의 변화에 적응하지 못하여 전송효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전송되는 데이터패킷의 패킷에러율에 따라서 동적으로 적합한 패킷타입으로 변환하여 전송할 수 있는 무선통신기기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 블루투스 시스템의 스캐터넷을 나타낸 도면,

도 2는 마스터와 슬레이브 간의 TDD에 의한 통신을 보여주는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 무선통신기기를 개략적으로 나타낸 블록도,

도 4는 DH 패킷타입의 유효대역폭을 비교하기 위해 도시된 도면,

도 5는 도 3의 무선통신기기에 의한 상태전이를 설명하기 위해 도시된 도면,

도 6은 DH 및 DM 패킷타입의 유효대역폭을 비교하기 위해 도시된 도면,

도 7은 동시에 다량의 에러가 발생한 경우의 도 3의 무선통신기기에 의한 상태전이를 설명하기 위해 도시된 도면,

도 8은 도 3의 무선통신방법을 나타낸 흐름도,

도 9는 비트에러가 동일 분포로 발생한 상황을 시뮬레이션하여 나타내 보인 도면,

도 10은 도 9의 시뮬레이션 결과를 부분확대하여 나타내 보인 도면,

도 11은 버스트비트 에러에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면, 그리고

도 12는 도 11의 개선된 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20, 30 : 무선통신기기 21, 31 : 송수신부

23, 33 : 검출부 25, 35 : 연산부

27, 37 : 제어부 29, 39 : 패킷타입 선택부

40, 50 : 호스트

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선통신기기는, 외부기기와 데이터패킷을 송수신하는 송수신부, 상기 데이터패킷의 패킷타입을 선택하는 패킷타입선택부, 전송되는 상기 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산하는 연산부, 및 상기 패킷에러율 및 상기 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입이 선택되도록 상기 패킷타입선택부를 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 후속되는 상기 데이터패킷이 선택된 상기 패킷타입으로 전송되도록 상기 송수신부를 제어한다.

또한, 상기 무선통신기기는 전송되는 상기 데이터패킷에 대한 비트에러율을 검출하는 검출부를 더 포함하며, 상기 연산부는 검출된 상기 비트에러율에 기초하여 다음의 식에 의해 상기 패킷에러율을 연산한다.

PER(X) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

여기서, 상기 PER(X)는 상기 패킷타입 X에 대한 패킷에러율, 그리고 상기 BER은 현재의 비트에러율을 일컫는다.

또한, 상기 연산부는 다음의 식에 의해 상기 전송시간을 연산한다.

전송시간 = 1/(1 - PER) ×패킷 수 ×패킷 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 패킷당 비트 수

×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 효율 / 대역폭

여기서, (패킷당 슬롯 + 1)은 하나의 패킷이 차지하는 슬롯의 수와 응답을 위한 하나의 슬롯을 더한 값, 슬롯 길이는 비트 단위의 슬롯 길이, 그리고 효율은 하나의 슬롯에 포함된 데이터 정보양의 비율로서 패킷당 비트 수 ×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이와 같다.

상기 제어부는 각각의 패킷타입에 대한 유효대역폭을 비교하여 상기 유효대역폭이 가장 큰 패킷타입이 선택되도록 상기 패킷타입선택부를 제어한다. 여기서, 상기 제어부는 선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 큰 경우에는 상태가 전이되는 패킷에러율의 임계값을 상향조절하고, 선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 작은 경우에는 상태전이되는 패킷에러율의 임계값을 하향조절한다.

또한, 상기 연산부는 상기 패킷타입 X에 대한 효율과 {1 - PER(X)}의 곱에 의해 상기 유효대역폭을 산출한다.

한편, 상기의 무선통신기기에 따르면, 외부기기와 데이터패킷을 송수신하는 단계, 전송되는 상기 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산하는 단계, 상기 패킷에러율 및 상기 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입을 선택하는 단계, 및 후속되는 상기 데이터패킷이 선택된 상기 패킷타입으로 전송되도록 제어하는 단계를 포함하는 무선통신방법이 제공된다.

이로써, 무선통신기기는 송수신되는 데이터패킷의 패킷에러율에 따라 최적의 패킷타입을 선택하여 데이터를 전송할 수 있게 됨으로써, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 무선통신기기를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도면을 참조하면, 무선통신기기(20, 30)는 송수신부(21, 31), 검출부(23, 33), 연산부(25, 35), 제어부(27, 37), 및 패킷타입 선택부(29, 39)를 구비한다. 또한, 무선통신기기(20, 30)의 제어부(27, 37)는 호스트(40, 50)와 연결되어 있다. 여기서, 동일 구성요소에 대해 병기된 참조부호 중 20, 21, 23, 25, 27, 및 29는 슬레이브로 동작되는 무선통신기기(20)의 구성요소에 부여한 것이고, 참조부호 30, 31, 33, 35, 37, 및 39는 마스터로서 동작되는 무선통신기기(30)의 구성요소에 대해 부여한 것이다. 마스터로서 동작되는 무선통신기기(30)에서의 각 구성요소는 슬레이브로서 동작되는 무선통신기기(20)와 그 기능이 동일하므로 이하, 슬레이브로서 동작되는 무선통신기기(20)를 주로 하여 설명한다.

송수신부(21)는 외부로부터 수신된 신호 예컨대, RF(Radio Frequency)신호를 처리하고, 전송대상 데이터패킷을 외부로 송출한다. 패킷타입선택부(29)는 데이터패킷의 패킷타입을 선택한다. 패킷타입은 에러수정을 위한 FEC 사용여부에 따라 DH 패킷타입과 DM 패킷타입으로 대별된다. 또한, 각각의 DH 패킷타입과 DM 패킷타입은 차지하는 슬롯의 크기에 따라 DH1, DH3, 및 DH5 패킷타입과 DM1, DM3, 및 DM5 패킷타입으로 나뉘어진다. 각각의 패킷타입에 대한 최대 패이로드 및 최대 비율은 상술한 표 1과 같다.

검출부(23)는 전송되는 데이터패킷에 대한 비트에러율을 검출한다. 비트에러율(Bit Error Rate : BER)은 링크의 품질을 측정하는데 사용된다. 연산부(25)는 전송되는 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산한다. 패킷타입 X에 대한 패킷에러율은 수학식 1에 기술한 바와 같이,

PER(X) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

에 의해 구할 수 있다. 여기서, PER(X)는 패킷타입 X에 대한 패킷에러율, 그리고 상기 BER은 현재의 비트에러율을 일컫는다. 그리고, 전송시간은 수학식 2에 기술한 바와 같이,

전송시간 = 1/(1 - PER) ×패킷 수 ×패킷 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 패킷당 비트 수

×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 효율 / 대역폭

에 의하여 구할 수 있다. 여기서, (패킷당 슬롯 + 1)은 하나의 패킷이 차지하는 슬롯의 수와 응답을 위한 하나의 슬롯을 더한 값, 슬롯 길이는 비트 단위의 슬롯 길이, 그리고 효율은 하나의 슬롯에 포함된 데이터 정보양의 비율로서 패킷당 비트 수 ×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이와 같다. 표 2는 각 패킷타입별 효율을 나타낸다.

패킷타입	효율
DM1	0.10
DH1	0.17
DM3	0.39
DH3	0.59
DM5	0.48
DH5	0.72

제어부(27)는 연산부(25)에 의해 연산된 패킷에러율 및 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입이 선택되도록 패킷타입선택부(29)를 제어한다. 여기서, 제어부(27)는 각각의 패킷타입에 대한 유효대역폭을 비교하여 유효대역폭이 가장 큰 패킷타입이 선택되도록 패킷타입선택부(29)를 제어한다. 유효대역폭은 연산부(25)에 의해 패킷타입 X에 대한 효율과 {1 - PER(X)}의 곱으로 산출된다. 예를 들어, PER(DH5)를 0.3으로 하고 PER(DH3)을 0.1로 했을 때, DH3 패킷타입의 유효대역폭은

유효대역폭(DH3) = 효율(DH3) ×{1 - PER(DH3)}

= 0.59 ×(1 - 0.1) = 0.531

이고, DH5 패킷타입의 유효대역폭은

유효대역폭(DH5) = 효율(DH5) ×{1 - PER(DH5)}

= 0.72 ×(1 - 0.3) = 0.504

이다. 즉, 유효대역폭(DH3)가 유효대역폭(DH5)보다 크기 대문에 DH3가 DH5에 비해서 더 나은 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제어부(27)는 상기의 경우에는 DH3 패킷타입이 선택되도록 패킷타입선택부(29)를 제어한다.

패킷타입선택부(29)에서 적절한 패킷 타입을 선택하기 위해서는 다른 타입의 패킷 에러율 계산이 선행되어야 한다. 서로 다른 타입의 패킷 에러율은 다음과 같이 현재의 패킷 에러율을 기반으로 유도할 수 있다. 비트 에러율이 동일한 분포로 발생한다고 가정할 때(즉, 비트 에러율은 서로에 대해서 독립적이다), BER을 현재의 비트 에러율이라고 하고, bit per packet(X)를 패킷 타입 X에서의 데이터 비트수라고 하면, 패킷 에러율은 상술한 수학식 1과 같이 계산된다.

PER(X) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

PER이 충분히 긴 시간 동안 측정된다고 가정을 하면, 위의 식에서

BER = 1 - (1 - PER(X))^{1/패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

로 유도할 수 있다. 위의 두 식을 이용하여 패킷타입 X에 대한 패킷 에러율 PER(X)가 주어졌을 때 다른 패킷 타입 Y의 패킷 에러율은 다음과 같이 계산된다.

PER(Y) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수}

= 1 - (1 - PER(X))^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수/패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

위의 식으로 계산된 PER(Y)와 기존의 PER(X)로부터 두 패킷 타입에 대한 유효대역폭을 각각 구할 수 있으며, 두 값을 비교함으로써 패킷 타입 X에서 패킷 타입 Y로 바꾸는 것이 효율적인가 하는 것을 판단할 수 있다.

패킷타입 X에서 패킷타입 Y로의 변환은 패킷타입 Y의 유효대역폭이 패킷타입 X의 유효대역폭보다 더 클 때 발생한다. 일반적으로 패킷타입의 변환시점은 도 4에 나타낸 바와 같이 패킷타입 DH5와 패킷타입 DH3 사이에서는 유효대역폭(DH5) = 유효대역폭(DH3) = 0.45인 지점에서 발생하고, 패킷타입 DH3와 패킷타입 DH1 사이에서는 유효대역폭(DH3) = 유효대역폭(DH1) = 0.15인 지점에서 발생한다. 이와 같은, 무선통신기기에 의한 상태전이는 도 5에 잘 나타나 있다. 유효대역폭을 패킷타입 X에 대한 효율과 {1 - PER(X)}의 곱으로 정의했으므로, 다른 패킷타입 Y에 대한 패킷에러율 PER(Y)를 구할 수도 있다.

마찬가지로 DM 패킷타입에 대하여도 현재의 패킷타입에 대한 비트에러율을 검출하고, 이것을 이용하여 다른 패킷타입의 패킷에러율을 예측할 수 있다. DM 패킷타입에서는 다섯 비트의 에러 정정 코드가 열 비트의 데이터비트에 첨가되어서 모든 종류의 한 비트 에러를 수정가능하게 한다. 이것을 고려하면 DM 패킷타입이 성공적으로 전송되는 경우는 15비트 중 하나도 에러가 발생하지 않거나 한 개의 에러가 발생하는 경우로 모델링 할 수 있다. 이것을 식으로 표현하면 다음과 같다.

PER(X) = 1 - {(1 - BER)¹⁵+ 15 ×BER ×(1 - BER)¹⁴}^{패킷타입 X의 크기/10}

제어부(27)는 후속되는 데이터패킷이 패킷타입선택부(29)에 의해 선택된 패킷타입으로 전송되도록 송수신부(21)를 제어한다. 또한, 제어부(27)는 호스트(40)와 데이터를 송수신한다.

호스트(40)는 무선통신기기(20)가 구비된 장치의 본래의 목적을 수행시킨다. 예컨대, 무선통신기기(20)가 구비된 장치가 프린터인 경우에는, 호스트(40)는 그 프린터로서의 기능 즉, 프린팅작업을 수행시킨다. 무선통신기기(20)가 구비된 장치의 본래의 목적을 수행하는데 필요한 데이터 및 그 장치에 의해 처리된 데이터는 제어부(27)에 의해 제어되어 외부기기와 송수신된다.

도 6은 DH 및 DM 패킷타입의 유효대역폭을 비교하기 위해 도시된 도면이다. DH 패킷타입에서와 같이 DM 패킷타입 역시 비트에러율에 따라 유효대역폭이 교차하는 지점이 있음을 알 수 있다. 그러나, 모든 경우에 있어서 DM 패킷타입의 유효대역폭이 같은 종류의 DH 패킷타입의 유효대역폭보다 나은 지점이 존재하지 않는다. 이것은 DM 패킷타입의 사용으로 해서 얻어지는 에러 정정의 이득이 다수의 데이터비트를 전송하는 DH 패킷타입의 이득보다 크지 않다는 것을 의미한다.

지금까지는 비트에러율이 동일한 분포로 발생한다고 가정하고 이러한 가정하에서 다른 패킷타입에 대한 패킷에러율의 근사치를 구하였다. 그러나, 에러가 한꺼번에 몰려서 발생하는 상황이 자주 발생한다면 이러한 근사치의 계산은 정확성이 떨어진다. 에러가 한꺼번에 몰려서 발생하는 상황을 표현한 대표적인 모델로서 도 7과 같은 두 가지 상태 마르코프 프로세스를 들 수 있다. 이 모델에서는 동일 분포의 비트에러율을 나타내는 두 가지 상태를 두며, 하나의 상태는 채널 상태가 좋은 때를, 또 다른 하나의 상태는 채널 상태가 나쁜 때를 나타낸다. 이 모델에서 대부분의 경우 채널이 좋은 상태에 있고 그 때의 비트에러율은 매우 낮다. 하지만, 두 상태 모두 비트에러율의 차이만 있을 뿐, 비트에러는 동일 분포로 발생한다. 이 모델이 의미하는 바는 제안하는 동적 패킷타입의 변환방법이 도 5에서의 상태전이를 충분히 빠르게만 할 수 있다면 에러가 한꺼번에 몰려서 발생하는 상황에도 대처할 수 있음을 의미한다. 다만, 블루투스 시스템에서는 패킷별로 다른 주파수를 사용하여 패킷을 전송하기 때문에 현재의 패킷 상태와 다음 패킷의 상태가 서로 독립적이다. 따라서, 패킷타입의 변화로 인한 성능향상을 도모하기 위하여 상태전이의 임계값 자체를 변화시킬 필요가 있다. 즉, 현재의 패킷타입에서 다음 패킷타입으로 패킷타입이 크게 변화한 경우에는 상태전이의 패킷에러율 임계값을 상향조절하고, 현재의 패킷타입에서 다음 패킷타입으로 패킷타입이 작게 변화한 경우에는 상태전이의 패킷에러율 임계값을 하향조절한다.

도 8은 도 3의 무선통신방법을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무선통신기기의 작용을 보다 상세하게 설명한다.

송수신부(21)는 외부기기와 데이터패킷을 송수신한다(S801). 제어부(27)는 외부기기로 전송되는 데이터패킷에 에러가 발생된 경우에 데이터패킷의 재 전송이 필요한지를 판단한다(S803). 그러나, 본 발명에 따른 무선통신기기(20)는 데이터패킷에 에러가 발생된 경우에 한하는 것은 아니므로, 이 과정은 생략되어도 무방하다. 검출부(23)는 외부기기로 전송되는 데이터패킷에 대한 비트에러율을 검출한다(S805). 검출된 비트에러율은 연산부(25)로 전송된다. 연산부(25)는 검출부(23)에 의해 검출된 비트에러율에 기초하여 수학식 1에 의해 패킷에러율을 연산한다(S807). 또한, 연산부(25)는 연산된 패킷에러율에 기초하여 외부기기로 전송되는 데이터패킷에 대한 전송시간을 연산한다(S807). 제어부(27)는 연산부(25)에 의해 연산된 패킷에러율 및 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입을 선택하도록 패킷타입선택부(29)를 제어한다. 패킷타입선택부(29)는 제어부(27)의 제어에 의해 후속되는 데이터패킷에 대한 최적의 패킷타입을 선택한다(S809).

아울러, 제어부(27)는 패킷타입선택부(29)에 의해 선택된 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 크게 변경되었는지를 판단한다(S811). 선택된 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 크게 변경되었으면, 제어부(27)는 상태전이의 패킷에러율의 임계값을상향조절한다(S813). 선택된 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 작게 변경되었으면(S815), 제어부(27)는 상태전이의 패킷에러율의 임계값을 하향조절한다(S817).

제어부(27)는 재 전송되는 데이터패킷이 패킷타입선택부(29)에 의해 선택된 패킷타입으로 재 전송되도록 또는 후속되는 데이터패킷이 패킷타입선택부(29)에 의해 선택된 패킷타입으로 전송되도록 송수신부(21)를 제어한다.

제안된 방법을 검증하기 위하여 비트에러가 동일 분포로 발생하는 상황과 한꺼번에 몰려서 발생하는 상황 모두를 시뮬레이션 하였다. 도 9는 비트에러가 동일 분포로 발생하는 상황을 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면, 10^-4이전에는 DH5 패킷타입을 사용하는 것이 그리고, 10^-4이후에는 DH3 패킷타입을 사용하는 것이 유리함을 알 수 있다.

도 10은 도 9의 시뮬레이션 결과를 부분확대하여 나타내 보인 도면이다. 도면은 비트에러율이 10^-4에서 10^-3사이인 구간을 확대하여 보여주고 있다. 여기서, 이 시뮬레이션의 결과는 상술한 확률적 모델과 그 결과가 동일한데 이것은 비트에러가 발생하는 분포가 본 발명에 따른 방법이 예측하는 것과 동일하기 때문이다.

도 11은 버스트비트 에러에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 11은 비트에러가 두 가지 상태 마르코크 프로세스에 의하여 한꺼번에 몰려서 발생하는 경우를 나타낸 것이다. 여기서, X축은 좋은 상태에 있을 때의 비트에러율을 표시한 것이다. 나쁜 상태에 있을 경우의 비트에러율은 좋은 상태의 비트에러율의100배로 가정하였다. 또한, 좋은 상태에 있을 확률을 0.8로 두었고 두 상태에 머물러 있는 평균시간은 슬롯시간에 비해 매우 크다고 가정하였다. 결과를 살펴보면, 고정된 임계값을 가지고 동적으로 상태를 변화시키는 경우 일부 지점에서 좋지 않은 결과를 보여주고 있다. 예를 들면, 비트에러율이 0.0007일 때 적용된 방식은 DH1 패킷타입으로 변경되는데, 이때 오히려 DH3 패킷타입에 계속해서 있는 것이 더 좋은 성능을 보이게 된다. 이러한 현상은 비트에러가 제안하는 방안이 예측하는 것과 다르게 발생하기 때문에 생긴다.

이러한 현상을 방지하기 위하여 상술한 바와 같이, 임계값 자체를 조절하는 방안을 시뮬레이션하였다. 도 12는 그 결과를 나타내고 있으며, 임계값의 조절이 잘못된 상태전이를 방지하는 역할을 하는 것을 보여주고 있다.

이로써, 본 발명에 따른 무선통신기기는 패킷에러율에 따라 패킷타입을 변화하여 데이터패킷을 전송할 수 있게 됨으로써, 전송효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 무선통신기기는 패킷에러율에 따라 패킷타입을 변화하여 데이터를 전송할 수 있을 뿐만아니라, 에러가 한꺼번에 몰려서 발생하는 경우에도 최적의 패킷타입을 선택하여 데이터를 전송할 수 있게 됨으로써 전송효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

외부기기와 데이터패킷을 송수신하는 송수신부;

상기 데이터패킷의 패킷타입을 선택하는 패킷타입선택부;

전송되는 상기 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산하는 연산부; 및

상기 패킷에러율 및 상기 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입이 선택되도록 상기 패킷타입선택부를 제어하는 제어부;를 포함하며,

상기 제어부는 후속되는 상기 데이터패킷이 선택된 상기 패킷타입으로 전송되도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
제 1항에 있어서,

전송되는 상기 데이터패킷에 대한 비트에러율을 검출하는 검출부를 더 포함하며,

상기 연산부는 검출된 상기 비트에러율에 기초하여 다음의 식에 의해 상기 패킷에러율을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기:

PER(X) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

(여기서, 상기 PER(X)는 상기 패킷타입 X에 대한 패킷에러율, 그리고

상기 BER은 현재의 비트에러율).
제 2항에 있어서,

상기 연산부는 상기 연산부는 연산된 상기 패킷에러율에 기초하여 다음의 식에 의해 다른 패킷타입 Y에 대한 패킷에러율을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기:

PER(Y) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수}

= 1 - (1 - PER(X))^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수/패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

(여기서, 상기 PER(Y)는 상기 패킷타입 Y에 대한 패킷에러율).
제 3항에 있어서,

상기 연산부는 다음의 식에 의해 상기 전송시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기:

전송시간 = 1/(1 - PER) ×패킷 수 ×패킷 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 패킷당 비트 수

×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 효율 / 대역폭

{여기서, (패킷당 슬롯 + 1)은 하나의 패킷이 차지하는 슬롯의 수와 응답을

위한 하나의 슬롯을 더한 값,

슬롯 길이는 비트 단위의 슬롯 길이, 그리고

효율은 하나의 슬롯에 포함된 데이터 정보양의 비율).
제 4항에 있어서,

상기 제어부는 각각의 패킷타입에 대한 유효대역폭을 비교하여 상기 유효대역폭이 가장 큰 패킷타입이 선택되도록 상기 패킷타입선택부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
제 5항에 있어서,

상기 유효대역폭은 상기 패킷타입 X에 대한 효율과 {1 - PER(X)}의 곱으로 산출되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
제 6항에 있어서,

상기 제어부는 선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 큰 경우에는 상태가 전이되는 패킷에러율의 임계값을 상향조절하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
제 6항에 있어서,

상기 제어부는 선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 작은 경우에는 상태가 전이되는 패킷에러율의 임계값을 하향조절하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
외부기기와 데이터패킷을 송수신하는 단계;

전송되는 상기 데이터패킷에 대한 패킷에러율 및 전송시간을 연산하는 단계;

상기 패킷에러율 및 상기 전송시간에 기초하여 후속되는 데이터패킷을 최소시간에 최적의 효율로 전송할 수 있는 패킷타입을 선택하는 단계; 및

후속되는 상기 데이터패킷이 선택된 상기 패킷타입으로 전송되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
제 9항에 있어서,

전송되는 상기 데이터패킷에 대한 비트에러율을 검출하는 단계를 더 포함하며,

상기 연산단계는 검출된 상기 비트에러율에 기초하여 다음의 식에 의해 상기 패킷에러율을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법:

PER(X) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

(여기서, 상기 PER(X)는 상기 패킷타입 X에 대한 패킷에러율, 그리고

상기 BER은 현재의 비트에러율).
제 10항에 있어서,

상기 연산단계는 상기 연산부는 연산된 상기 패킷에러율에 기초하여 다음의 식에 의해 다른 패킷타입 Y에 대한 패킷에러율을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기:

PER(Y) = 1 - (1 - BER)^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수}

= 1 - (1 - PER(X))^{패킷타입 Y에서의 데이터비트 수/패킷타입 X에서의 데이터비트 수}

(여기서, 상기 PER(Y)는 상기 패킷타입 Y에 대한 패킷에러율).
제 11항에 있어서,

상기 연산단계는 다음의 식에 의해 상기 전송시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법:

전송시간 = 1/(1 - PER) ×패킷 수 ×패킷 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 패킷당 비트 수

×(패킷당 슬롯 + 1) ×슬롯 길이 / 대역폭

= 1/(1 - PER) ×메세지 길이 / 효율 / 대역폭

{여기서, (패킷당 슬롯 + 1)은 하나의 패킷이 차지하는 슬롯의 수와 응답을

위한 하나의 슬롯을 더한 값,

슬롯 길이는 비트 단위의 슬롯 길이, 그리고

효율은 하나의 슬롯에 포함된 데이터 정보양의 비율).
제 12항에 있어서,

상기 제어단계는 각각의 패킷타입에 대한 유효대역폭을 비교하여 상기 유효대역폭이 가장 큰 패킷타입이 선택되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
제 13항에 있어서,

상기 유효대역폭은 상기 패킷타입 X에 대한 효율과 {1 - PER(X)}의 곱으로 산출되는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
제 14항에 있어서,

선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 큰 경우에는 상태가 전이되는 패킷에러율의 임계값을 상향조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
제 14항에 있어서,

선택된 상기 패킷타입이 기존의 패킷타입보다 작은 경우에는 상태가 전이되는 패킷에러율의 임계값을 하향조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.