KR20050085068A - 견고한 통신 시스템을 달성하는 방법과 시스템 및 이를위한 1차 스테이션과 프로그램 - Google Patents

견고한 통신 시스템을 달성하는 방법과 시스템 및 이를위한 1차 스테이션과 프로그램 Download PDF

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KR20050085068A
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폴 알 시몬스
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 사용되는 1차 스테이션(10)에 관한 것으로, 이 시스템은 사전 결정된 프로토콜에 따라 동작한다. 이 1차 스테이션은 개별 논리 무선 채널에서 1차 스테이션과 통신하는 2차 스테이션(12a,b,c)을 갖는 복수의 피코넷을 관리할 수 있다. 특히, 채널에서 이용 가능한 용량이 모니터링(20,25)되고 사용 중인 채널이 제어되므로, 사용양이 폭주하는 기간에도 2차 스테이션은 통신할 수 있다. 이 1차 스테이션은 견고한 저전력 다중 무선 네트워크가 요구되는 공공 장소(공항, 기차역) 및 사무실 또는 가정 시나리오의 무선 액세스 포인트로서의 애플리케이션에 적합하다.

Description

견고한 통신 시스템을 달성하는 방법과 시스템 및 이를 위한 1차 스테이션과 프로그램{ROBUST COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것이며, 또한 이러한 시스템에서 사용되는 1 차 스테이션(PS: Primary station) 및 이러한 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 이에 한정되지는 않지만, 지그비(ZigbeeTM) 근거리 통신 시스템을 포함하는 무선 액세스 포인트로의 특별한 애플리케이션을 갖는다.
최근 몇 년간, 무선 통신 링크를 통해 장치들이 상호 작용할 수 있게 하여 광대한 케이블 설치를 피할 수 있는 기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 무선 링크용으로 사용될 수 있는 통신 시스템의 일례는 지그비 협회(Zigbee Alliance, www.zigbee.com)에 의해 정의된 사양에 따라 동작하는 지그비 네트워크이다. 이러한 네트워크는 이동 컴퓨터(PDA, 랩탑), 이동 전화, 가정/사무실의 조명 장치 및 기타 장치들 사이에 매우 저비용의 근거리 무선 링크를 제공할 것으로 예상된다. 쇼핑 몰 및 공항과 같은 공공 장소에서의 이러한 네트워크의 다른 애플리케이션은 공통적으로 이용자들에게, 예를 들어, 무선 액세스 포인트를 포함하는 전용 정보 단말 또는 스테이션 부근의 그들의 이동 전화/PDA 상으로 정보(예: 특가 판매, 탑승 게이트 번호, 지연 등)를 제공할 것으로 예상된다.
이러한 공항 애플리케이션에서, 특히 예를 들어 항공 교통 제어 문제가 발생한 경우처럼 예상치 못한 사건이 일어난 경우와 같이, 많은 이용자들이 동시에 정보 획득을 바라는 경우가 있을 수 있다. 무선 메시지 트래픽 로드와 함께 이용되는 단일 무선 채널의 용량의 관점에서 보면, 통신 시스템의 리소스는 한정되어 있는데, 다수의 등록된 장치/이용자에게 한꺼번에 접속을 허용하면 과부하가 걸려 시스템 붕괴 및/또는 이용자 불만을 유발할 수 있다.
국제 특허 출원 WO 01/65864에는, 이용자가 충분한 용량의 통신 리소스를 발견하도록 도와주는 방법 및 장치가 설명되어 있다. 이 방법은 이용자에게 이용 가능한 리소스를 갖는 스테이션에 대한 위치 정보를 제공하여, 원하는 통신을 처리하기 위해 충분한 용량을 갖는 고정 통신 스테이션을 발견하도록 이용자를 도와준다. 이 방법은 물리적으로는 분리되지만 상호 접속되는 많은 스테이션이 요구되며, 스테이션을 발견한 이용자가 다른 곳으로 이동해야 하는 불편을 감수해야 한다는 단점을 지닌다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 통신 시스템에 대한 도면이다.
도 2는 무선 채널 블록을 갖는 1 차 스테이션에 대한 개략적인 도면이다.
도 3a는 무선 채널 블록 및 무선 프로토콜 스택을 도시하고 있다.
도 3b는 전형적인 무선 메시지의 도면이다.
도 4는 비컨 슈퍼프레임의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 1 차 스테이션을 동작시키는 방법을 도시한 흐름도이다.
도면은 개략적으로 도시된 것이며 실제 축적대로 도시한 것이 아님을 유의해야 한다. 도면을 명확하고 편리하게 하기 위해, 이들 도면의 부분의 상대적 치수 및 비율은 그 크기가 과장되거나 축소되었다. 전체적으로 동일한 참조 기호는 변형된 실시예 또는 상이한 실시예에서의 대응하는 대상 또는 유사한 대상을 지칭하는 데 사용된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이용자 수요가 폭주하더라도 이용자가 정보를 획득할 수 있는 견고한 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 양태에 따르면 1차 스테이션과 복수의 2차 스테이션을 포함하는 통신 시스템이 제공되는데. 이 1차 스테이션은 사전 결정된 프로토콜에 따라 일정 수의 무선 채널을 통해 2차 스테이션과 무선 메시지를 교환하는 수단과, 그 채널의 용량을 모니터링하는 수단과, 적어도 부분적으로 그 모니터링된 용량에 따라 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 의해 사용되는 채널을 제어하는 수단을 포함한다.
본 발명의 두 번째 양태에 따르면 복수의 2차 스테이션을 포함하는 통신 시스템에서 사용되는 1차 스테이션이 제공되는데. 이 1차 스테이션은 사전 결정된 프로토콜에 따라 일정 수의 무선 채널을 통해 2차 스테이션과 무선 메시지를 교환하는 수단과, 그 채널의 용량을 모니터링하는 수단과, 적어도 부분적으로 그 모니터링된 용량에 따라 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 의해 사용되는 채널을 제어하는 수단을 포함한다.
본 발명의 세 번째 양태에 따르면 1차 스테이션과 복수의 2차 스테이션을 포함하는 통신 시스템을 동작하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 1차 스테이션이 사전 결정된 프로토콜에 따라 일정 수의 무선 채널을 통해 2차 스테이션과 무선 메시지를 교환하는 단계와, 채널의 용량을 모니터링하는 단계와, 적어도 부분적으로 모니터링된 용량에 따라 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 의해 사용되는 채널을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서는 1차 스테이션을 동작하기 위한 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명에 따른 시스템, 스테이션 및 방법은 이용 가능한 채널 용량을 모니터링하고 2차 스테이션을 포함하는 이용자의 장치와 통신하는 채널을 자동적으로 제어함으로써 사용되는 무선 채널이 폭주하는 트래픽 로드를 겪는 상황에서도 이용자에게 정보를 제공한다. 그러므로, 단일 1차 스테이션에서의 견고한 통신이 제공된다.
바람직한 실시예에서, 1차 스테이션을 포함하는 무선 액세스 포인트는 지그비 협약 무선 표준에 따라 동작하고, 이용자 장치는 1차 스테이션에 자동적으로 등록되어 정보를 얻게 된다. 그 후, 시스템 상의 다른 이용자들로 인한 과부하나, 예를 들어 무선 채널 간섭으로 인한 이용자 장치 서비스 문제를 겪게 되는 경우, 시스템이 자동적으로 그 장치를 등록해제하면, 그 채널을 사용하는 등록된 스테이션이 거의 없거나 전혀 없게 되어 채널 용량을 회복하게 되고, 이어서 채널 상에 재등록을 허용한다. 용량이 거의 없는(예를 들어 다수의 이용자 또는 대용량을 요구하는 소수의 이용자) 채널은 이용자들의 등록을 차단한다.
1차 스테이션은 비컨닝 모드에서 유리하게 동작하는데, 비컨 신호는 각 무선 채널 상에 전송되고, 각 채널의 용량은 그 채널에 대한 수퍼프레임당 이용 가능한 시간 슬롯의 수를 모니터링함으로써 모니터링된다. 이 모드에서, 보장된 시간을 요구하는 2차 스테이션은 그러한 용량을 갖도록 결정되는 채널에 할당될 수 있다.
1차 스테이션은 각 무선 채널에 대해 송수신기 수단을 갖는 통신 모듈을 포함하는 것이 유리하다. 이 모듈은 전술한 바와 같이 송수신기를 모니터링하고 제어하는 프로세싱 수단에 링크된다. 이 프로세싱 수단은 콤팩트한 단일 박스 솔루션을 위한 1차 스테이션 내에 위치될 수 있으며, 또는 1차 스테이션으로부터 떨어져서 위치되는 컴퓨터가 모니터링 및 제어 기능을 제공할 수 있다.
따라서, 단일 채널 상의 통신을 규정하는 사전 정의된 프로토콜을 지원하는 통신 시스템은 변화하는 트래픽 로드 조건 하에서 여러 채널을 통해 복수의 이용자에게 서비스를 제공할 수 있게 된다.
이하, 스테이션간의 메시지 통신을 위한 지그비 저전력 근거리 프로토콜을 이용하는 통신 시스템을 특히 고려한다. 또한 이용자들이 탑승 정보를 요구하는 공항에서의 시나리오를 적용하여 이 시스템을 설명할 것이다. 인식되는 바와 같이, 다른 무선 프로토콜 및 시스템 역시 채택될 수 있으며, 동일 위치에서 하나 이상의 무선 채널/피코넷을 동시에 제공하는 것이 유리한 다른 시나리오(예를 들어, 테마 파크, 쇼핑 몰, 영화관, 극장, 버스정류소, 기차역, 가정 또는 사무실 네트워크)가 채택될 수도 있다.
지그비 협회 무선 프로토콜(www.zigbee.com)에 따라 동작하는 실시예를 설명할 것이다. 본 출원 시점에 지그비 협회는 이 프로토콜을 IEEE 802.15.4로 표준화하기 위해 IEEETM과 공동 연구 중이다. 이 프로토콜은 단일의 개인 영역 네트워크(PAN: personal area network) 조정자 장치가 그 네트워크 상의 255개에 이르는 장치를 처리하도록 하며, 이 네트워크는 직접 확산 스펙트럼 시퀀스(DSSS: direct spread spectrum sequencing) 방안을 이용하여 단일 무선 채널 상으로 통신하고, 무선 채널은 2.4GHz에서 무허가(unlicensed) ISM 대역의 16개의 사전 정의된 채널 중의 하나로부터 선택된다. 이 네트워크는 무선 메시지가 폴링 요구에 따라 교환되는 피어-투-피어 모드(peer-to-peer mode)에서 동작할 수 있다. 이와 달리, 이 네트워크는 중심 마스터가 그 네트워크 상의 모든 통신을 조정하는 소위 스타 토폴로지(star topology)에서 동작할 수도 있다(이 구성은 당업자들이 종종 "마스터/슬레이브" 구성이라고도 함). 네트워크의 최대 예상 데이터-레이트는 약 250kbits/s이고, 이는 이 네트워크 상의 모든 장치들간에 공유된다.
실제 여건에서의 잡음 및 방해 문제를 고려할 때, 출원인은 약 100kbits/s의 페이로드 데이터 레이트가 보다 현실적이라고 추정한다. 장치들은 하부 물리(PHY) 및 매체 액세스 제어(MAC) 계층과 상부 계층(HL)을 갖는 프로토콜 계층 스택을 통해 동작한다. 상부 계층은 네트워크(NWK) 계층 및 예를 들어 무선 메시지에 삽입하기 위한 페이로드 데이터를 발생시키고 포맷하는 애플리케이션 코드(AC)를 포함한다. 개념적으로, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 이 메시지는 동작을 계속하거나 헤더 필드를 추가하는 각 계층을 포함하는 계층들을 통해 아래로 (또는 위로) 다음 계층을 향해 전달된다. 결국, 메시지는 의도된 수신 장치에 의한 수신을 위해 패킷 형태로 무선 인터페이스로 전송된다.
프로토콜에 따라 지그비 네트워크가 동작하는 하나의 마스터/슬레이브 모드 또는 스타 모드는 선택된 단일 무선 채널 상의 "비커닝(beaconing)" 데이터의 모드인데, 네트워크 조정자는 주기적 기준 또는 비컨 신호를 2 차 스테이션(이용자 장치)이 수신하고 대응하는 단일 무선 채널 상에 송신해 낸다. 기준 비컨은 데이터가 의도되거나 계류(pending)되는 이들 2 차 스테이션의 표시(고유 ID)를 포함하며, 이 2 차 스테이션은 다중 액세스 프로토콜에 따라 응답한다. 스타 토폴로지 또는 피어-투-피어 토폴로지 상에서 동작하는 모든 장치는 고유 64비트 확장 어드레스를 갖는다. 이 어드레스는 PAN 내에서 직접 통신용으로 사용되거나 장치가 네트워크에 접속되는 경우 PAN 조정자에 의해 할당되는 짧은 어드레스에 사상(mapped)될 수 있다.
PAN 식별자는 무선 영향 범위 내의 임의의 다른 네트워크에 의해 현재 사용되는 어떠한 다른 식별자와도 충돌하지 않게끔 선택된다. 일단 PAN ID가 선택되면, PAN 조정자는 다른 장치가 그 네트워크에 합류하도록 할 수 있다. 일반적으로 패킷의 통신은 지그비에서 승인(ACK)되어 전송된 데이터 패킷의 수신을 확인한다.
지그비의 다른 특성은 장치가 무선 주파수 채널이 전송 전에 비어있는지를 검사하는 반송파 감지 다중 액세스(CSMA: carrier sense multiple access) 알고리즘을 포함한다. 그러나, 이는 제 1 장치가 무선 주파수 채널이 비어있는지를 검사한 후 전송을 준비하는 짧은 간격 동안 그 주파수 채널을 검사하는 제 2 장치로부터 초래되는 충돌을 피하지 못한다. 바람직하게는 랜덤 지수 백오프(random exponential backoff) 방안과 같은 경쟁 해결 방안이 시도를 위해, 그리고 제 1 및 제 2 장치가 동시에 재시도하는 것을 피하기 위해 채택된다.
지그비 방안은 피코넷 합류를 원하는 2 차 스테이션이 비컨을 조사하는 기본 등록 또는 열거 과정을 제공한다. (등록 과정의 일례는 2001년도 10월 25일에 공개된 공동 계류 중의 국제 출원 WO0128157에 설명되어 있으며, 본 명세서에서 참조한다.) 비컨 검출 후, 2 차 스테이션은 네트워크와 장치 ID가 교환되는 등록을 요구할 수 있다(지그비는 장치에 대해 64비트 고유 식별자를 정의하지만, 사용함에 있어서 조정자가 짧은 16 또는 8비트 무선 코드/식별자를 장치에 할당하는 것이 바람직하다). 조정자는 메시지를 위해 이들 할당된 코드의 라우팅 테이블을 저장한다. 등록 후, 이 장치는 조정자와 무선 메시지를 교환할 수 있으며, 무선 메시지의 헤더 필드에서 소스/목적지/네트워크 어드레스를 나타내는 ID를 통한 그 네트워크 상의 다른 네트워크 또는 다른 장치로부터의 메시지를 무시한다.
도 1은 (점선 원(11)에 의해 나타나며 반지름 r인) 유한 무선 범위를 통해 통신하도록 동작 가능하며 다수의 2 차 스테이션(12A,(S1), 12b(S2), 12c(S3))을 갖는 1 차 스테이션(PS)을 포함하는 시스템을 도시하고 있다. 도면에서, S1 및 S2는 제 1 무선 채널(CH1)을 이용하여 PS와 무선 통신하며 스테이션(S3)은 제 2 무선 채널(CH2)을 통해 통신하고 있다. PS와 S1, S2는 제 1 네트워크(또는 피코넷)를 효율적으로 형성하며, PS와 장치(S3)는 제 2 네트워크(또는 피코넷)를 형성한다. 공항 시나리오에 관한 본 실시예에서, S1, S2, S3로 표시되는 스테이션은 전형적으로 지그비 무선 모듈 표준이 제공되는 이동전화, 소형 컴퓨터(PDAs) 및 랩탑과 같은 이용자의 휴대용 장치를 나타낼 것이다. 그러나, 스테이션은 이동 장치에 한정되지 않으며, 가정 네트워킹 시나리오를 고려하는 경우, 스테이션은 예를 들어 램프 스위치, 램프, 서미스터(thermistor), DVD 플레이어, 원격 제어 유닛 및 TV 세트와 같은 지그비 장착 장치를 나타낼 수 있다.
도 2는 휘발성 메모리(22) 및 (예를 들어 광학 콤팩트디스크 및/또는 자기 하드디스크 드라이브를 포함할 수 있는) 비휘발성 기억 장치(24)에 접속되는 마이크로프로세서(20, μp)를 포함하는 1 차 스테이션(10)에 대한 블록도이다. 또한 이 프로세서는 이용자의 장치(12a,b,c)에 제공될 수 있는 정보(예: 탑승 게이트, 운항 지연)를 저장하는 데이터베이스(28, DB)로의 (예를 들어 LAN 또는 인터넷을 통한) 링크(26)를 갖는다. 또한 마이크로프로세서(20)는 통신 모듈(29)에 접속(27)된다. 통신 모듈로의 접속(27)은 예를 들어 종래 PC가 마이크로프로세서 및 기억 장치를 제공하는 데 사용되는 경우에는 범용 직렬 버스(USB) 허브(도시 생략)를 통할 수 있으며, 완전히 집적된 단일 박스 솔루션을 위한 (본 실시예에 도시된 바와 같은) 전용 데이터 버스를 통할 수도 있다.
본 실시예에서 통신 모듈은 16개의 블록(29a, 29b, 29c...29p)을 포함하며 각 채널에 대해 하나의 블록이 2.4GHz에서의 지그비 방안에서 이용 가능하다. 각 블록은 지그비 피코넷 마스터 기능 또는 조정자 장치 기능을 함께 수행하는 마이크로컨트롤러 및 송수신기를 포함하며, 각각 그 블록의 피코넷에 속하는 2 차 스테이션과 무선 메시지의 송신 및 수신을 조정한다.
비휘발성 기억 장치(24)에 저장되는 컴퓨터 프로그램(PRG, 25)이 제공되며, 이 프로그램은 메모리(22)로 로딩되면 마이크로프로세서(20)로 하여금 데이터 버스(27)를 통한 무선 채널의 용량을 모니터링하고 2 차 스테이션이 사용하는 무선 채널(보다 상세히 후술할 것임)을 제어하도록 하는 인스트럭션을 포함한다.
도 3a는 모듈(29)의 블록(29a) 중 하나의 전형적인 예를 개략적으로 도시하고 있다. 블록(29a)은 송수신기(34)에 접속되는 마이크로컨트롤러(30)를 포함한다. 이 블록은 지그비 무선 프로토콜 스택(36)을 저장하기 위해 프로토콜 및 ( 본 실시예에서는 분리되어 제공되었으나 애플리케이션 요구조건에 따라 마이크로컨트롤러 내에 내장될 수도 있는) 애플리케이션 메모리(32)를 포함한다. 스택의 하부 계층은 물리 계층(PHY) 및 매체 액세스 제어(MAC) 계층을 포함하며 이를 통해 수신된 무선 메시지(34)가 상부 네트워크(NWK) 및 애플리케이션 코드(AC) 계층(36a)으로 전달된다.
도 3b는 무선 헤더/페이로드 데이터 패킷 또는 메시지(38) 구조의 예를 도시하고 있다. 메시지는 (예를 들어 전형적으로 지그비에서 장치 제조자 및 장치/2 차 스테이션을 표시하는 8-바이트 고유 번호인) 헤더 정보를 포함하는 여러 필드(38a)를 갖는다. 또한 애플리케이션 데이터(38b) 및 검사합(C) 필드가 제공된다. 패킷 무선 시스템에 대해 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 메시지의 부분들(서비스 및 프로토콜 데이터 유닛(SDU, PDU))은 무선 표준에서 정의되는 여러 계층에서 동작되고 관련된다. 또한 이 메모리(32)는 블록의 피코넷의 구성 요소들의 무선 아이덴터티가 유지되는 라우팅 테이블을 저장한다.
본 실시예의 도 1 및 도 2의 1차 스테이션(10)은 16개에 이르는 지그비 피코넷이 동일 위치에서 동시에 동작될 수 있고 각 피코넷은 분리된 무선 채널에서 동작하는 복합적 액세스 포인트로서 동작 가능한 하드웨어를 제공한다는 점을 유의하자. 또한, 마이크로프로세서(20)는 블록(들)으로부터 각 피코넷에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 특히 각 피코넷의 구성 요소 수와 어느 무선 채널이 사용 중인지를 모니터링 할 수 있다.
본 실시예에서, 블록(29a, 29b)은 전술한 비컨 모드에서 동작하고 있다. 도 4를 참조하면, 비컨 신호(40)는 슈퍼프레임 시간에 의해 분리되며, 편의상 동등한 크기인 16개의 시간 슬롯(42)으로 분할된다. 비컨 신호는 각 슈퍼프레임의 첫 번째 슬롯에 전송되며 비컨 신호들간의 시간은 전형적으로 15ms이다.
이 시간 부분(44)은 2차 스테이션들이 CSMA/CA 메커니즘을 통해 채널을 위해 경쟁하는 경쟁 구간을 포함하고, 지그비 표준은 또한 이 프레임의 나머지 부분이 특정 장치에 대해 보장되도록 한다. 따라서, 이 모드에서, 장치들은 채널 액세스를 위해 경쟁하고 만일 보장되면 요구할 수 있으며 보장된 시간 슬롯(46, GTS)에 할당될 수 있다. 전형적으로 이는 한 프레임 동안 7개에 이르는 장치가 보장된 시간 슬롯을 갖도록 한다.
단일 장치가 대부분의 프레임을 차지하는 보장된 시간 슬롯을 요구하는 경우, 그 채널에 액세스를 시도하는 다른 장치는 무선 메시지의 데이터 패킷을 송신할 시간이 거의 없다(약간의 슬롯(42)). 실제로, 임의의 단일 장치에 이용 가능한 대역폭이 감소된다. 그러므로, 2차 스테이션에 의해 경험되는 데이터 스루풋 레이트는, 경쟁 구간에서 액세스하는 장치에 의존하며, 결과적으로, 얼마만큼의 보장된 시간이 이용 가능한지 및 얼마만큼의 데이터가 송신/수신될 필요가 있는지에 의존한다.
출원인은, 네트워크 조정자로부터 동일/유사 시간에 정보를 요구하는 많은 사람들을 포함하는 공항 또는 유사한 시나리오의 무선 액세스 포인트는 현실적으로 한번에 보장된 시간 슬롯을 요구하는 소수의 장치들에게만 서비스를 제공할 수 있으며, 많은 이용자들이 정보를 요구하는 혼잡한 시간에 견고함을 보장하지 못한다는 점을 발견하였다.
혼잡한 네트워크는 예를 들어 3명의 다른 이용자가 10kbyte(80kbit) 데이터 파일을 동시에 요구하는 경우에 발생할 수 있다. 약 10kbits/s의 용량을 갖는 종래의 단일 채널 1 차 스테이션 조정자에 있어서, 요구된 데이터의 240kbits를 전송하는 데에는 최소 2.4초가 걸릴 것이다. 본 발명에 따라 구성되는 다중 채널 조정자(본 실시예에서는 3개 이상의 채널 블록(29a, 29b, 29c)을 가짐)에 있어서, 이용자 장치는 1초안에 데이터가 동시에 전송되도록 하는 상이한 채널 상에 등록될 수 있다.
다양한 장치 어디에나 존재할 수 있는 저렴한 저전력 무선 프로토콜에는 비용으로 인한 유사한 용량 문제가 존재할 것으로 예상되는데, 이는 동시에 단지 단일 채널 상의 통신을 가능하게 한다.
시스템 동작 방법
본 발명의 방법을 실시하는 시스템을 동작시키는 방식에 대한 일례에서, 마이크로프로세서는 각 블록에 등록된 2 차 스테이션의 수를 모니터링하고, 사전 결정된 임계 수(threshold number) 이상의 2 차 스테이션을 갖는 블록으로 하여금 새롭게 2차 질의 스테이션으로부터의 등록 요구를 거절하도록 지시한다. 평균적으로 소량의 데이터가 많은 이용자들과 1 차 스테이션 사이에서 교환될 것으로 예상되는 애플리케이션에서는, 임계값을 상대적으로 높게 설정하는 것이 유리하다. 예를 들어, 각 채널은 255개에 이르는 이용자 장치가 접속하게 하여, 임계값을 채널 당 약 5명의 이용자로 설정할 수 있다. 이는 각 장치에 상당한 비율의 대역폭(종래 시스템에서 단일 채널 상에서 동작하는 단일 1 차 스테이션 조정자에 80명의 이용자가 접속되는 경우, 8분의 1의 채널 용량과 비교할 때, 평균적으로 장치당 5분의 1의 채널 용량)을 보장하면서 80명의 이용자가 한번에 PS에 접속할 수 있게 한다. 이는 컴퓨터 프로그램(25) 및 버스(27)를 통해 관련 데이터를 전달하는 각 블록(29a, 29b...29p)의 애플리케이션 코드에 의해 달성된다. 예를 들어, 마이크로프로세서(20)는 (애플리케이션 코드를 통해 제공되는) 마이크로컨트롤러 테이블로부터 스테이션 ID 리스트 형태로 관련 데이터를 수집하여 블록당 등록된 장치의 수를 모니터링한다.
블록에 등록된 2 차 스테이션의 수가 임계값 이상되어 블록이 "채워지면(full)", 그 블록의 애플리케이션 코드는 이후의 등록 요구를 금지하라는 명령을 수신한다. 이는 MAC 계층으로 하여금 PAN 정보 베이스(PIB)를 변경하도록 지시하는 블록의 애플리케이션 계층에 의해 제어될 수 있다. 블록은 관리 대상의 데이터베이스를 소지하는 PIB를 관리할 책임을 진다. 보조 장치가 실질적으로 네트워크에 합류하려는 임의의 요구를 거절하기 위해 블록이 (지그비에서 정의된 바와 같은) macAssociatePermit 플래그를 설정하는 경우, 그에 의해 장치는 거절될 것이다.
그 후, 피코넷에 합류하려는 2 차 스테이션으로부터의 임의의 요구는 거절될 것이며, 더 많은 용량을 갖는 다른 블록이 그 요구를 수락하도록 이용 가능할 것이다.
일단 이용자가 (예를 들어, 단순히 무선 액세스 포인트(10)로부터 그의 장치를 범위(r) 밖으로 옮김으로써) 그의 장치를 피코넷으로부터 접속중단/등록해제하면, 블로킹 명령은 재설정되고 그 블록은 새로운 등록을 수락하도록 비어있게 된다.
이와 달리, 임계값 수는 평균 및 피크 데이터 레이트와 같은 팩터를 포함하는 1 차 스테이션의 사용 동안 통계적으로 결정될 수 있는 여러 팩터에 따라 동적으로 조절될 수 있다. 기차역 또는 쇼핑 몰 시나리오에서, 하루 중 혼잡한 시기(출퇴근 시간/점심 시간)와 한가한 시기를 결정하여 그에 따라 동적으로 임계값을 조절할 수 있다.
전술한 바에 대한 주요 단계가 도 5에 도시되어 있는데, 컴퓨터 프로그램(25)은 프로세서(20)로 하여금,
채널(CHi)이 모니터링되고(52) 그 후 피코넷당 임계값을 설정(SET THR)하도록 하며(50), 그 피코넷을 이용하는 2 차 스테이션 수는 프로세서(20)로 복귀되고, 비교 단계(54, COM)에서, 그 수를 임계값과 비교하는데,
그 결과가 임계값 이하이면, 브랜치(56)가 단계(58) 이전에 이어지며 다음 채널이 선택되고(INC i) 프로그램 루프는 모니터링 단계(52)로 돌아간 뒤 계 속되며,
그렇지 않으면, 피코넷을 이용하여 2 차 스테이션의 수가 임계값 이상인지를 판정하는 프로그램은 그 채널을 이용하는 블록(29a)이 추가 등록을 차단하도록 지시되는 제어 단계(60, CTRL)를 실행하며, 루프는 모니터링 단계(52)로 돌아간 뒤 계속된다.
다른 관련된 방법에서, 임계값은 초기에 1로 설정되므로(즉, 채널당 하나의 장치), 추가 요구를 수락하지 않도록 지시되기 이전에는 각 블록은 하나의 등록만을 수락할 것이다. (본 실시예에서) 16개의 블록 모두가 하나의 등록된 이용자를 가지는 경우 컴퓨터 프로그램은 임계값을 증가시킨다. 따라서, 각 채널은 질의하는 이용자의 도달에 따라 순차적으로 사용된다. 이 예에서, 최초 16개의 장치는 비컨들 사이의 모든 이용 가능한 시간 슬롯에 할당될 수 있다. 일단 17번째 장치가 등록을 요구하면 그 요구를 수락하는 블록은 그 피코넷 상의 다른 장치와 이용 가능한 슬롯(및 대역폭)을 공유해야 할 것이다. 이 방법은 대량의 정보를 요구하는 이용자들이 수용될 수 있다는 장점을 지닌다(예를 들어 공항에서 랩탑을 이용하는 이용자가 지연될 수 있으며, 무선 액세스 포인트에 의해 제공되는 게임을 하며 시간을 보내기를 원할 수 있는데, 게임은 낮은 지연 접속을 요구하므로 시간 슬롯(GTS)을 보장한다).
또한 전술한 방법은, 바람직하게 큰 GTS 기간을 요구하는 이용자가 현재 참여하고 있는 피코넷보다 덜 혼잡한 채널/피코넷으로 동적으로 재할당될 수 있는 방법과 결합될 수 있다. 이는 접속해제 통보 명령(스테이션을 네트워크/피코넷으로부터 신속히 제거하는 지그비 명령)을 2 차 스테이션으로 송신하여, 그 스테이션을 이용자가 없거나 적은 블록(모니터링 단계(52)에서 판정되는 블록)에 재등록함으로써 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, (아마도 영상 클립 또는 개인 파일을 교환하는) 높은 용량 요구조건을 갖는 2명 이상의 이용자는 2 차 스테이션이 접속되는 네트워크/채널 사이의 브릿지로서 기능하는 1 차 스테이션을 통해 데이터를 교환한다.
1 차 스테이션을 채택하는 시스템을 전술하였으며, 이 시스템은 접속된 장치의 동작 및 요구조건이 모니터링되는 방법에 따라 동작하며, 접속을 위해 이용 가능한 채널은 모니터링되는 동적 사용에 따라 관리된다. 이 시스템은 지정된 무선 프로토콜에 따라 통신 가능한 통신 모듈을 갖는다.
통신 모듈은 프로토콜 및 설계되는 애플리케이션 시나리오에 따라 상이한 수의 블록을 가질 수 있다. 예를 들어, 가정 네트워크 1 차 스테이션은 조명 장치, 난방 장치 및 가전 제품 피코넷이 동작되는 3개의 블록을 가질 수 있으며, 각각은 분리된 개별 채널 상에서 동작한다.
이와 달리, 통신 모듈은 단일 수신기와 복수의 송신기를 갖는 단일 송수신기 아키텍쳐를 포함할 수 있으며, 이 단일 복합 송수신기는 마이크로프로세서에 의해 직접 제어되며 전술한 바와 같은 방법으로 동작한다.
또한, 지그비 무선 프로토콜을 참조하여 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 방법 및 장치는 네트워크 또는 피코넷이 다수의 로지컬 무선 채널 중 하나에서 동작하는 프로토콜 및 폭주하는 사용 기간에는 용량이 제한될 수 있는 프로토콜과 같은 다른 무선 프로토콜에서의 애플리케이션을 가질 수 있다. 블루투스는 출원 시점에 존재하는 그러한 무선 프로토콜의 일례이다.
통신 시스템에서 사용되는 1 차 스테이션에 대한 전술한 설명에서, 그 시스템은 소정 프로토콜에 따라 동작한다. 1 차 스테이션은 개별 로지컬 무선 채널 상에서 1 차 스테이션과 통신하는 2 차 스테이션을 갖는 복수의 피코넷을 관리할 수 있다. 특히, 채널 상의 이용 가능한 용량이 모니터링되고 사용 중의 채널이 제어되므로 폭주하는 사용 기간에도 2 차 스테이션은 통신 가능하다. 1 차 스테이션은 견고한 저전력 다중 무선 네트워크가 요구되는 공공 장소(공항, 기차역) 및 사업장 또는 가정 시나리오의 무선 액세스 포인트와 같은 애플리케이션에 적합하다.
당업자에게 있어서 본 명세서의 내용에 대한 다른 변경이 명백할 것이다. 이러한 변경은 무선 통신 시스템 및 그 구성부품의 설계, 제조 및 사용에서 이미 알려진 특징들을 포함하며 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 이들 특징에 추가 또는 대신하여 사용될 수 있다.

Claims (14)

1차 스테이션(10) 및 복수의 2차 스테이션(12a,12b,12c)을 포함하는 통신 시스템의 동작 방법으로서,
상기 1차 스테이션(10)이 사전 결정된 프로토콜(36)에 따라 일정 수의 무선 채널(14a,14b)을 통해 상기 2차 스테이션들과 무선 메시지(38)를 교환하는 단계와,
상기 채널의 용량을 모니터링하는 단계와,
적어도 부분적으로 상기 모니터링된 용량에 따라, 하나 이상의 2차 질의 스테이션(enquiring secondary station: 12a)에 의해 사용되는 채널을 제어하는 단계를 포함하는
통신 시스템 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 채널 용량을 모니터링하는 단계는
채널(14a,14b)당 등록된 2차 스테이션(12a,12b,12c)의 수를 사전 결정된 임계값(threshold)에 대해 비교하는 단계와,
상기 사전 결정된 임계값 이상의 채널당 등록된 2차 스테이션의 수를 갖는 채널에 대한 등록을 차단하는 단계를 포함하는
통신 시스템 동작 방법.
제 2 항에 있어서,
등록된 2차 스테이션(12c)의 수가 최소인 모니터링된 채널(14b)을 사용하여 2차 질의 스테이션을 등록하는
통신 시스템 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
비컨 신호(40)가 각 무선 채널(14a,14b) 상으로 전송되고,
각 채널의 용량은 그 채널에 대한 프레임 시간당 이용 가능한 시간 슬롯(42)의 수를 모니터링함으로써 모니터링되는
통신 시스템 동작 방법.
제 4 항에 있어서,
보장된 시간 슬롯(46)을 요구하는 2차 질의 스테이션은 상기 요구에 대해 이용 가능한 미사용 시간 슬롯을 갖는 무선 채널에 할당되는
통신 시스템 동작 방법.
1차 스테이션(10) 및 복수의 2차 스테이션(12a,12b,12c)을 포함하는 통신 시스템으로서,
상기 1차 스테이션(10)은,
사전 결정된 프로토콜에 따라 일정 수의 무선 채널을 통해 상기 2차 스테이션과 무선 메시지(38)를 교환하는 수단(29)과,
상기 채널의 용량을 모니터링하는 수단(20,27)과,
적어도 부분적으로 상기 모니터링된 용량에 따라 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 의해 사용되는 상기 채널을 제어하는 수단(20,25,27)을 포함하는
통신 시스템.
복수의 2차 스테이션을 포함하는 통신 시스템에서 사용되는 1차 스테이션으로서,
사전 결정된 프로토콜에 따라 일정 수의 무선 채널을 통해 상기 2차 스테이션과 무선 메시지(38)를 교환하는 수단(29)과,
상기 채널의 용량을 모니터링하는 수단(20,27)과,
적어도 부분적으로 상기 모니터링된 용량에 따라 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 의해 사용되는 상기 채널을 제어하는 수단(20,25,27)을 포함하는
1차 스테이션.
제 7 항에 있어서,
상기 무선 메시지를 교환하는 수단은 상기 모니터링 및 제어 수단(20)에 접속(35,27)되는 복수의 송수신기(29a,29b,29c)를 갖는 통신 모듈(29)을 포함하고,
각 송수신기는 단일 무선 채널을 동작시키는
1차 스테이션.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 모니터링 수단(20)은 개별 채널 상에서 송수신기에 의해 전송되는 주기적 비컨 신호들(40) 사이의 이용 가능한 시간 슬롯(42)을 모니터링하고,
상기 제어 수단(20)은 이용 가능한 미사용 시간 슬롯을 갖는 무선 채널을 하나 이상의 2차 질의 스테이션에 할당하는
1차 스테이션.
제 7 항에 있어서,
상기 사전 결정된 프로토콜은 지그비(ZigBee) 무선 프로토콜인
1차 스테이션.
1차 스테이션을 구성하는 프로그래밍 가능한 장치 상에서 실행되는 경우에 제 1 항에 기재된 단계들을 수행하도록 하는 코드를 포함하는
컴퓨터 프로그램.
1차 스테이션에 링크되는 컴퓨터 상에서 실행되는 경우에 제 1 항에 기재된 단계들을 수행하도록 하는 코드를 포함하는
컴퓨터 프로그램.
1차 스테이션을 구성하는 프로그래밍 가능한 장치 상에서 실행되는 경우에 제 1 항에 기재된 단계들을 수행하도록 하는 코드를 운반하는 캐리어(24)에 관한
컴퓨터 프로그램.
1차 스테이션에 링크되는 컴퓨터 상에서 실행되는 경우에 제 1 항에 기재된 단계들을 수행하도록 하는 코드를 운반하는 캐리어(24)에 관한
컴퓨터 프로그램.
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