KR20070029612A

KR20070029612A - 무선 메쉬 구조를 위한 통신 프로토콜

Info

Publication number: KR20070029612A
Application number: KR1020067002538A
Authority: KR
Inventors: 마크 제이. 리치; 랜디 프레이; 폴 고든
Original assignee: 스카이파일럿 네트웍스, 인코포레이티드
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2007-03-14
Also published as: EP1652351B1; CA2534375A1; CA2534375C; WO2005015845A3; US20050030968A1; WO2005015845A2; EP1652351A2; US20080310346A1; JP2007502056A; US7336642B2; US8644271B2

Abstract

본 발명은 통신 시간 슬롯들 및 주파수들을 메쉬 노드들에 동적으로 할당하는 무선 메쉬 통신 프로토콜에 관한 것이다. 제 1 노드는 다른 노드들을 순차적으로 폴링하는 PC로서 형성된다. 제 2 노드는 미리결정된 시간에 데이터베이스 기록들을 포함하는 정보를 사용하여 응답하며, 제 3 노드 또한 이와 유사하게 응답한다. 이후에 제 2 노드는 PC로서 형성되며, 제 1 노드는 제 2 노드의 데이터베이스 기록들에 따라 결정된 시간 슬롯들 및 주파수가 동적으로 할당되는 동안 폴링된다. 제 3 노드는 PC로서 형성되며, 상기 제 1 노드와 유사하게 동작한다. 두 경우 모두에서, 제 1 노드는 정보 및 데이터 기록들을 전송함으로써 응답한다. 제 1 노드는 제 1 노드의 데이터베이스 기록들에 따라 시간들 및 주파수들에서 제 2 및 제 3 노드들을 폴링한다.

Description

무선 메쉬 구조를 위한 통신 프로토콜{COMMUNICATION PROTOCOL FOR A WIRELESS MESH ARCHITECTURE}

본 발명은 일반적으로 무선 네트워크들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 무선 메쉬 네트워크들에 적합한 통신 프로토콜들에 관한 것이다.

정보에 대한 욕구로 인해 인터넷은 계속적으로 성장하고 있다. 상기와 같은 성장으로 인해, 항상 새로운 정보가 추가되어야 하며, 심지어 더 많은 성장을 부추기게 된다. 상기와 같은 성장은 다수의 지역들에서 대역폭 문제들을 발생한다. 또한, 이전의 한정된 대역폭의 전화기 다이얼-업 서비스들은 디지털 가입자 라인들(DSL) 및 케이블 모뎀들과 같은 넓은 대역폭의 시스템들로 급격하게 대체되고 있다. 불행하게도, 상기 시스템들은 상당수의 대중들에게 사용될 수 없다. 또한, 상기 시스템들과 연관된 동기포착 및 설치 비용들로 인해 상기 시스템들은 몇몇 사용자들 및 몇몇 서비스 제공자들에게 매력적으로 작용하지 못한다.

유선 통신 시스템들에 대한 대안은 무선 통신 시스템들이다. 무선 통신 시스템은 매우 고속으로 전개되며, 유선 통신 시스템들에 비하여 그 비용이 적게 든다. 셀룰러 전화 기술들을 사용하는 무선 통신 시스템들은 주로 이동 인터넷 접속을 제공하기 때문에 평범한 편이다. 불행하게도, 대부분의 셀룰러 전화 시스템들 은 엄격하게 대역폭이 제한되는 경향이 있다.

DSL 및 케이블 모뎀 기술들과 동등하게 대역폭을 제공할 수 있지만, 설치하기에 용이하며, 비용이 많이 드는 무선 통신 시스템은 메쉬 네트워크를 사용한다. 2002년 4월 15일에 제출된 미국 특허 출원 번호 10/122,886(대리인 문서 번호 No. SKY/004-1) 및 2002년 4월 15일에 제출된 미국 특허 출원 번호 10/122,762(대리인 문서 번호 SKY/005-1)에 기술된 것과 같이, 상기 메쉬 네트워크는 넓은 지역을 통해 정보 트래픽을 통신하는 다수의 무선 접속된 노드들을 포함하며, 상기 문서들은 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 메쉬 네트워크의 개별 노드들은 메쉬 게이트웨이 및 소비자 전제의 장비(CPE) 사이에서 정보를 전송하기 위해 무선 또는 마이크로파 신호들을 사용하여 통신한다. 메쉬 게이트웨이 자체는 예를 들어, 케이블 또는 광섬유에 의해 인터넷의 나머지 부분에 접속되는 반면, CPE들은 지붕에 장착된 다중 방향 안테나들을 사용하여 메쉬 네트워크에 접속된다. 상기 안테나들은 선택적으로 스위칭되는 방향성을 제공하는 안테나 어레이 기술을 구현한다. 상기 루프 탑 방향성 안테나들은 서로다른 방향들로 지향될 수 있고, 인접하는 노드들과 접속하는데 매우 효율적이며, 하기에서 더 상세히 설명된다.

다중 방향성 안테나들을 가지는 메쉬 노드들은 문제점을 갖는다. 적절한 안테나 또는 링크를 사용하도록 요구되는 메쉬 통신 링크의 종단 사용자들 모두는 폐쇄되지 않는다. 다수의 안테나들이 각각의 노드에서 가능할 때, 통신을 조정하기 위한 메카니즘이 요구된다. 무선 및 유선 통신들에 대한 인터넷 통신 프로토콜들은 종종 IEEE 802.11 표준의 프로토콜 그룹을 사용한다. 상기 프로토콜들은 일반 적으로 분산 조정 함수(DCF)를 사용하는 비동기식이며, 선택적인 포인트 조정 함수(PCF)는 선택 사항이다. PCF는 네트워크 조정 스테이션이 알고 있는 다른 네트워크노드들이 네트워크에 접속되도록 폴링하는 폴링 기술에 기초한다. 상기와 같이 수행하기 위해, 네트워크 조정 스테이션은 폴링 시퀀스의 시작을 알리는 비컨을 전송 범위내의 모든 네트워크 노드들에 전송한다. 네트워크 조정 스테이션은 그후에 정보를 상기 노드에 전송할 때 또는 상기로부터 정보를 요청할 때 각각의 네트워크 노드를 순차적으로 폴링한다. 네트워크 노드들은 폴링되었는지를 확인한 후, 정보를 조정 스테이션에 수신 또는 전송한다. 확인은 일반적으로 후속 폴링 시퀀스들에서 수행된다.

물론, 전술된 내용은 네트워크 조정 스테이션이 다른 네트워크 노드들이 전송 범위 내에 있는지를 알 것을 요구한다. 상기 정보를 획득하기 위해, IEEE 802.11b 프로토콜내에서 발견된 분산 조정 함수(DCF) 프로토콜이 사용된다. DCF는 네트워크내에서 새로운 입력들을 발견하는 제어 방법을 제공하며, 따라서 PCF가 폴링하기를 원하는 한 동작하도록 허용한다. 실질적으로, PCF 폴링은 거의 등시성의 트래픽을 전송할 수 있다.

폴링을 조정하기 위해, 단일 스테이션에는 폴링 조정자(PC)의 역할이 할당된다. PC는 네트워크의 범위 내의 다양한 스테이션들의 폴링을 조정한다.

다수의 애플리케이션들에서 사용할 수 있는, PCF 및 PC는 IEEE 802.11 프로토콜 그룹에 따라서는 다수의 애플리케이션에서 사용할 수 없다. 예를 들어, IEEE 802.11 PCF 함수는 다수의 노드들이 폴링을 조정해야 하는 무선 메쉬 네트워크 구 조에서 사용이 제한된다. 상기 분산된 폴링 조정은 802.11에 의해 지원되지는 않으나, 메쉬 네트워크 함수에 필요하다. 따라서, 폴링 조정 분산을 용이하게 하는 통신 프로토콜이 필요하다.

본 발명은 시간-슬롯들 및 주파수들을 메쉬 노드들에 동적으로 할당함으로써 메쉬 노드 대역폭들을 제어하는 무선 메쉬 통신 프로토콜을 제공하며, 즉, 종래의 폴링 조정자(PC)의 역할이 메쉬 네트워크의 노드들 사이에서 분산된다. 제 1 노드는 다른 노드들을 순차적으로 폴링하는 PC로서 형성된다. 제 2 노드는 미리결정된 시간에 제 2 노드 데이터베이스 기록을 포함하는 정보를 사용하여 제 1 노드에 응답한다. 제 3 노드는 제 2 노드와 유사하게 응답한다. 제 2 노드는 그후에 PC로서 형성되며, 제 1 노드는 제 2 노드의 데이터베이스 기록들에 따라 결정되는 시간-슬롯들 및 주파수가 동적으로 할당되는 동안 폴링된다. 제 3 노드는 그후에 PC로서 형성되며, 제 1 노드와 유사하게 동작한다. 상기 두 경우 모두에서, 제 1 노드는 정보 및 제 1 노드 데이터 기록들을 전송함으로써 응답하며, 상기 제 1 노드 데이터 기록들은 이후에 제 1 노드가 PC로서 동작될 때 전송될 정보에 따라 결정된다. 제 1 노드는 그후에 PC로서 재형성된다. 제 1 노드는 제 1 노드의 데이터 기록들에 따라 결정되는 시간, 지속기간, 주파수들에서 제 2 및 제 3 노드들을 폴링한다.

본 발명의 전술된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식을 위해, 상기와 같이 간단하게 요약된 본 발명의 특정 설명들은 첨부된 도면들에서 설명되는 몇몇 실시예들을 참조하여 제공될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 설명할 뿐이며, 따라서 본 발명의 사상을 제한하지 않는다면 다른 동일한 실시예들에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 메쉬 네트워크를 도시하는 네트워크 다이어그램이다.

도 2는 메쉬 네트워크내의 노드의 일부를 형성하는 소비자 전제의 장비(CPE)를 가지는 소비자 위치(하우스)의 다이어그램이다.

도 3은 노드의 예시적인 부분의 블럭 다이어그램이다.

도 4A-4D는 본 발명에 다른 예시적인 데이터베이스 기록들의 테이블들을 도시한다.

도 5는 노드들에 의해 사용되는 메쉬 통신 프로토콜의 동작 흐름도이다.

도 6은 예시적인 메쉬 네트워크 인접 노드를 도시한다.

도 7은 도 6의 메쉬 네트워크 인접 노드에 대한 전송 및 수신 패킷들을 도시한다.

도 8은 도 7에서 사용되는 전송 패킷을 도시한다.

본 발명은 소비자 전제의 장비(CPE) 디바이스들 및 인터넷과 같은 네트워크의 휴지(rest)중에 정보를 공유하도록 인에이블하는 무선 메쉬 통신 프로토콜을 제공한다. 정보는 메쉬 노드들의 결과물을 통해 네트워크와 CPE 디바이스들 사이에서 전송된다(하기에서 설명됨). 몇몇의 메쉬 노드들은 라우터들로서 제공될 수 있 지만, 종래의 유선 인터넷 라우터들보다 더 많은 변화들을 갖는다. 종래의 유선 라우터는 단지 최종 목적지로 데이터를 라우팅하는 방법을 결정해야 하는 반면, 메쉬 노드 라우터는 최종 목적지로 트래픽을 라우팅하는 방법; 최종 목적지와 직접 통신하는 디바이스들; 및 다른 메쉬 노드들과 통신하는 시각 및 방법을 선택한다. 상기 영역들 중 임의의 영역에 대한 결정들은 다른 결정들에 영향을 줄 수 있다.

무선 메쉬 통신 프로토콜은 2개의 독립적인 특징들을 갖는다: 동적 대역폭 할당 및 정보 라우팅. 메쉬 네트워크 구조 및 그 통신 프로토콜은 하나의 메쉬 노드에 사용할 수 있는 임의의 정보가 다른 메쉬 노드들과 공유되어 메쉬가 그 기능들을 수행할 수 있도록 한다. 상기 정보 공유는 각각의 메쉬 노드 라우터내의 유일한 데이터베이스를 통합함으로써 수행되며, 상기 메쉬 노드의 데이터베이스 내의 상기 정보 중 몇몇은 인접하는 메쉬 노드들과 공유된다. 데이터베이스 공유는 통신 범위가 연장되고 간섭이 발생하는 경우에도 서비스가 유지될 수 있도록 한다. 상기 데이터베이스 공유는 메쉬 노드들이 데이터베이스 내의 정보를 사용하여 주변 네트워크의 문제점들에 적용되고 라우팅 되도록 함으로써 수행된다. 메쉬 네트워크 구조 및 그 통신 프로토콜은 메쉬 네트워크 구성이 설치된 노드들에 따라 스스로 결정되기 때문에 전개 비용이 감소되도록 한다.

도 1은 2002년 4월 15일에 제출된 미국 특허 출원 번호 10/122,886(대리인 문서 번호 SKY/004-1) 및 2002년 4월 15일에 제출된 미국 특허 출원 번호 10/122,762(대리인 문서 번호 SKY/005-1)에 개시된 원칙들에 따르는 메쉬 네트워크(100)를 도시한다. 메쉬 네트워크(100)는 하나 또는 그이상의 메쉬 게이트웨이들 (103), 다수의 네트워크 액세스 포인트들(NAPs;101), 및 다수의 네트워크 노드들(102)을 포함한다. 네트워크 노드(102)로부터의 인터넷 트래픽은 상기 트래픽이 의도된 목적지로 라우팅될 때까지 NAP(101)로 라우팅되거나 하나의 네트워크 노드(102)로부터 또다른 네트워크 노드로 라우팅된다. 특히, 메쉬 게이트웨이들(103), NAPs(101) 및 네트워크 노드들(102)은 무선 메쉬 네트워크(100)를 형성하기 위해 다른 메쉬 게이트웨이들, NAPs 및 네트워크 노드들과 통신한다.

메쉬 게이트웨이들(103)은 네트워크(106)에 접속된 하나 또는 그이상의 백홀들(105)과 결합되어 운영 센터(OC;104)에 접속될 수 있다. 네트워크(106)는 인터넷 또는 개인 네트워크의 일부분을 포함할 수 있다.

NAPs(101)는 백홀 통신 링크들(107)을 통해 네트워크(106)에 직접 연결된 메쉬 게이트웨이들(103)과 통신하고 및/또는 인접 네트워크 노드들(102)과 통신할 수 있다. 백홀들은 유선 또는 무선이 될 수 있음이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 메쉬 게이트웨이들(103)과 NAP(101) 사이의 무선 포인트-투-포인트 통신은 비허가 국내 정보 인프라구조(UNII) 대역을 통해 이루어진다. 그러나, 다른 대역들이 사용될 수 있다. 유선 접속이 사용가능한 지역들에서, 유선 접속이 사용될 수 있다.

각각의 네트워크 노드(102)는 적어도 하나의 NAP(101) 또는 또다른 네트워크 노드(102)와 무선 통신한다. 따라서, 네트워크 노드들(102)은 무선 인터링크들(108)을 사용하여 무선 광대역 네트워크(WAN)를 적어도 부분적으로 형성한다. 네트워크 노드들(102) 및 NAPs(101)는 브로드캐스팅, 포인트-투-포인트 통신, 및 멀 티캐스팅의 임의의 조합을 위해 형성되는 것이 이해되어야 한다. 브로드캐스팅은임의의 특정 목표 수신자에게 시그널링하지 않고 전송하는 것을 의미한다. 포인트-투-포인트 통신은, 특정 목표 수신자에게 시그널링하여 전송하는 것을 의미한다. 멀티캐스팅은 다수의 특정 목표 수신자들에게 시그널링하여 전송하는 것을 의미한다. 네트워크 노드들(102) 사이, NAPs(101) 사이, NAP(101) 및 네트워크 노드(102) 사이, 및 NAP(101) 및 메쉬 게이트웨이(103) 사이에서 사용되는 메쉬 통신 프로토콜은 하기에서 더 상세히 설명된다.

도 2를 다시 참조하여, 네트워크 노드(102)는 물리적으로 하우스(102)의 지붕 위, 창문, 다락방, 전화기 폴 등등에 위치될 수 있다. 하우스(200)는 컴퓨터들, 프린터들, 셋톱 박스들, PDA들, 및 유사한 디바이스들과 같은 다수의 네트워크 결합된 CPE 디바이스들 중 몇몇을 가질 수 있다. 설명을 위해, 무선 로컬 지역 네트워크(WLAN)과 같은 무선 접속을 사용하여 네트워크 노드(102)에 전기적으로 접속된 컴퓨터(202), 노트북 컴퓨터(201) 및 PDA(204)이 도시된다.

도 3을 참조로하여, NAP(101) 및 네트워크 노드(102)의 예시적인 부분의 블럭 다이어그램이 도시된다. NAP(101)는 메쉬 네트워크(100)의 에지 근처에 위치된 네트워크 노드(102)임이 이해되어야 한다. 따라서, NAPs(101) 및 네트워크 노드들(102)은 총체적으로 하기에서 간단히 노드(300)로 참조된다. 각각의 노드(300)는 섹터들(301-0 내지 301-7)을 갖는 멀티-섹터 안테나(301)를 포함한다. 8-섹터 안테나(301)가 설명되지만, 안테나(301)는 8-섹터 이상이거나 미만일 수 있다. 섹터화된 안테나(301)가 설명되지만, 전방향성 안테나, 개별 지향성 안테나들의 집합, 섹터화 안테나와 전방향성 안테나의 조합 등등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 안테나 구성들이 사용될 수 있다.

안테나(301)는 섹터들(301-0 내지 301-7) 중 하나의 섹터에 선택적으로 접속하기 위한 다중 방식의 스위치(302)에 접속된다. 섹터들(301-0 내지 301-7)은 뱅크 내부에 위치되어 다중 방식의 스위치(302)가 뱅크를 선택하는데 사용될 수 있도록 한다. 다중 방식의 스위치(302)는 라디오(304) 트랜시버에 접속된다. 일 실시예에서, 라디오(304)는 5.8GHz UNII 대역 라디오를 사용하여 구현될 수 있다. 그러나, 다른 주파수들을 가지는 다른 라디오들 또한 사용될 수 있다. 라디오(304)는 라디오 제어기(305)에 접속된다. 일 실시예에서, 라디오 제어기(305)는 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이를 사용하여 구현된다. 라디오 제어기(305)는 데이터 구조(312)를 저장하기 위한 메모리(307)를 포함하는 단일 보드 컴퓨터(SBC;306)에 접속된다. 데이터 구조(312)는 노드(300)의 동작을 위해 사용할 수 있는 다수의 데이터 기록들로 구성된 데이터베이스이다. 상기 데이터베이스와 그 데이터 기록들 및 데이터 베이스의 사용들은 하기에서 상세히 설명된다. SBC(306)는 라우팅 트래픽을 위해 구성되며, 이와 관련하여 라우터로 고려될 수 있다.

SBC(306)는 WLAN 카드, 이더넷 카드, 등등이 될 수 있는 인터페이스(309)에 접속된다. 백홀 통신 디바이스(308)는 인터페이스(309)를 통해 SBC(306)에 접속된다. 그러나, 백홀 통신 디바이스(308)는 선택적으로 SBC(306)에 직접 접속될 수 있다. 사용되는 특정 백홀 통신 디바이스(308)는 백홀의 타입에 따라 결정된다.

선택적으로, 위성 위치측정 시스템(GPS) 카드(310) 및 안테나(11)가 포함될 수 있다. GPS 안테나(311)는 GPS 카드(310)에 접속되며, 차례로 라디오 제어기(305) 및 SBC(306)에 접속된다. GPS 시스템은 모든 노드들(300) 뿐만 아니라 모든 다른 시스템 엘리먼트들이 시간적으로 동기화될 수 있기 때문에 시간 관리에 있어 효과적으로 사용될 수 있다. 선택적인 시간-관리 시스템들이 공지되어 있다. 임의의 경우에, 노드들(300)의 정확한 시간 동기화가 메쉬 통신 프로토콜에 중요하다.

메쉬 네트워크(100)의 몇가지 중요한 특징은 본 발명의 이해를 도울 수 있다. 먼저, 노드들(300)은 시분한 듀플렉스(TDD)를 사용하여 통신한다. TDD에서, 각각의 노드에는 특정 전송 시간 및 특정 수신 시간이 제공된다. 다음에, 각각의 노드(300)는 시간 프레임의 시작부로 참조되는 짧은 시간-슬롯들 동안 정보를 송신 및 수신함으로써 메쉬 네트워크(100)내에서 통신하는 라디오를 포함한다. 1초의 시간 프레임내에서 1000개의 동일한 크기의 시간-슬롯들을 가지는 메쉬 네트워크에서, 각 초마다 1000회의 통신 기회들이 제공된다. 노드의 전체 대역폭이 2000 메가비트/초인 경우에, 각각의 시간-슬롯은 20000 비트(오버헤드는 존재하지 않는다고 가정할 때)를 전송하는데 사용될 수 있다. 만약 노드(300)가 50개의 슬롯들을 사용하면(전체 사용가능한 정도의 5%), 노드(300)의 스루풋은 약 500000 비트/초(DSL 또는 케이블 모뎀보다 양호함)이다.

각각의 노드(300)는 두가지 기본적인 타입들 중 하나이다. 제 1 타입은 루프탑(rooftop) 라디오라 참조된다. 루프탑 라디오들은 슬레이브형(slave-only) 유니트들이며, 고정된 주파수로 동작한다. 따라서, 루프탑 라디오들은 신중하게 구 형되어 인접하는 루프탑 라디오들이 서로 간섭하지 않도록 해야 한다. 다른 타입의의 노드(300)는 IP 패킷들을 그들의 인접 지역으로/인접 지역으로부터 라우팅하는 라우터로서 동작할 수 있다.

일반적으로 도 1-3에 도시된 시스템이 사용될 수 있지만, 실제로 IEEE 802.11 프로토콜 그룹의 요구조건을 만족하는 디바이스들을 사용하는 것이 편리하다. 이는 저비용의, 용이하게 사용할 수 있는 디바이스들이 메쉬 네트워크(100)와 함께 사용되도록 한다. 그러나, IEEE 802.11 프로토콜 그룹은 메쉬 네트워크들에 적합하지 않은 방식으로 PCF를 사용하여 포인트-투-포인트 폴링을 수행한다. 예를 들어, 메쉬 네트워크(100)는 노드들(300)이 메쉬 게이트웨이(103) 뿐만 아니라 서로 양방향으로 통신하고, 메쉬 게이트웨이(103)로부터 추가로 홉핑하는 노드들(300)인 "아이들(children)"과 양방향으로 통신하는 계층형 구조를 포함한다. 추가로, 적어도 몇몇의 노드들(300)은 CPE들과 통신한다. 따라서, 메쉬 통신 프로토콜은 PCF 기능이 다른 인접 노드들(300)로 "핸드오프"되는 PCF 폴링 포맷을 사용한다.

메쉬 통신 프로토콜은 노드들(300)을 통신 시간-슬롯들 및 주파수들로 할당함으로써 대역폭을 할당한다. 도 1을 참조로 하여, NAP들(101) 및 네트워크 노드들(102)은 시간 프레임의 시작으로 참조되는 정확히 스케줄링된 짧은 시간-슬롯들 동안 정보를 전송 및 수신함으로써 서로 통신한다. 예로서 사용되나 이에 제한되지 않는 경우, 각각의 시간 프레임은 약 1초 길이가 될 수 있고, 거의 매초마다 시작하고 종료할 수 있다. 예로서 사용되나 이에 제한되지 않는 경우, 시간-슬롯은 거의 1 밀리초 길이가 될 수 있다. 따라서, 대략적으로 1000개의 시간-슬롯들이 1초의 시간 프레임내에서 사용가능할 수 있다. 편리를 위해, 각각의 시간 프레임은 서브프레임들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 1초의 시간 프레임은 각각 2000ms의 시간-슬롯들을 포함하는 5개의 2000ms 서브 프레임들로 분할될 수 있다.

메쉬 통신들은 시간 기준을 사용하여 시간-슬롯들로 동기화되는 반면, 상기 시간 기준은 실시간 또는 임의의 동기 시간이 될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이, GPS 카드(310)를 통한 위성에 의해 실시간 기준이 제공될 수 있다. 선택적으로, 임의의 시간 프레임 기준 신호가 특정 목적의 시간-슬롯을 사용하는 시간 프레임의 시작시 노드들(300) 사이에서 전송될 수 있다. 예로서 사용되나 이에 제한되지 않는 경우, 상기 특정 목적의 시간-슬롯은 지속 기간이 약 2000 마이크로초가 될 수 있다.

동기화된 시간 프레임들 및 시간-슬롯들을 사용함으로써, PCF 타입의 폴링 방식이 메쉬 네트워크(100) 내에 구현될 수 있다. IEEE 802.11 프로토콜 그룹에 따라, 단일 스테이션(포인트)에는 포인트 조정자(PC)의 역할이 할당된다. 메쉬 통신 프로토콜은 메쉬 통신을 수행하기 위해 PC의 개념을 사용하지만, PC의 역할은 분산된 PC 함수를 형성하기 위해 메쉬 네트워크(100) 내의 라우터 노드로부터 라우터 노드로 전달된다. PC를 사용할 때, 함수는 메쉬 네트워크(100)가 IEEE 802.11을 위해 설계된 디바이스들을 사용하도록 하는 반면, 라우터 노드로부터 라우터 노드로 PC 함수를 전달하는 것은 동적 메쉬가 가능하게 한다. 현재 PC 함수에 할당된 노드(300)는 본 명세서에서 PC라 참조된다. PC가 PC 함수라 가정할 때, 상기 PC는 인접하는 노드들(300) 및 모든 CPE들에 그들이 폴링될 때까지 임의의 트래픽(정보)를 전송하지 않을 것을 통지하는 비컨을 전송한다.

편리를 위해, 하기에서 노드(300)는 서브프레임의 시작에서 PC가 되는 것으로 가정하고, 또한, PC의 역할은 서브프레임의 종료에서 포기되는 것으로 가정된다. 노드(300)는 PC가 아닌 경우에 수신 노드가 될 수 있다.

PC가 다른 메쉬 디바이스들(노드들(300) 또는 CPE들)을 폴링하는 서브프레임 간격 동안, PC는 상기 다른 메쉬 디바이스들에 데이터를 전송하거나 수신한다. 라우터 노드들(300)은 차례로 데이터를 수신 및 전송하는 PC들이 된다. 상기 방식에서, 하나의 노드(300)는 또다른 메쉬 디바이스에 상기 노드가 정보를 수신하여 입력하고 있다는 정보 또는 적절한 시간-슬롯에 전송되어야 한다는 정보를 통지한다. 폴링 통신의 양방향 특성으로 인해, 하나의 라우터 노드(300)는 또다른 라우터 노드에 메세지가 수신되었음을 통지할 수 있다.

따라서, 모든 노드마다 엔티티는 일정 시간 간격을 공유한다. 메쉬 통신 프토콜은 네트워크 메쉬내의 PC들에 PCF 함수를 동적으로 할당하여 각각의 메쉬 노드(300)가 데이터를 수신하기 위해 폴링하도록 한다. 부가적으로, PCF는 802.11b 프로토콜이기 때문에, CPE 디바이스들은 메쉬 네트워크에 쉽게 통합될 수 있다. 따라서, 데이터는 두가지 타입의 디바이스들 모두에 통신될 수 있다.

전술한 네트워크 통신 프로토콜이 동적 메쉬 구조를 제공하는 반면, 선택적인 실시예는 단방향 통신의 몇몇 경우에서만 통신을 강요한다. 노드(300)가 PC가 되는 실시예에서, 노드는 한 방향으로만 데이터를 전송한다. 한 방향에서의 터미 널 액세스 노드(최종 홉에서)는 다른 방향에서 전송하기 시작한다. 상기 방식으로, 각각의 액세스 노드는 데이터를 전송하지만 각각의 라우터 노드(300)는 다른 노드들(300)과 양방향으로 통신한다.

전술한 메쉬 통신 프로토콜의 부가의, 그러나 선택적인 특징은 UII 대역에서의 포인트-투-포인트 통신들에 대한 역할들과 일치하는 방식의 PC 폴링이다. 포인트-투-포인트 통신들은 단일 송신기가 단일 수신기와 통신해야 하는 것을 요구한다. 이는 간단한 시간-슬롯화된 통신에서 쉽게 수행될 수 있지만, 메쉬 네트워크(100)에서 개별 노드(300)와의 통신의 지속 기간은 공지되어 있지 않고, 매우 가변적이다. 고정된 시간-슬롯들로 인한 통신의 지연으로 인한 대역폭 소비없이 포인트-투-포인트 통신들에 대한 요구조건을 만족하기 위해, 폴링 스케줄은 정보 공유 이전에 형성된다. 상기 스케줄은 메쉬 게이트웨이들(103), PC 노드(300), 다른 노드들(300) 및 CPE 디바이스들과 통신된다. 이는 시간-슬롯 크기들 및 노드 시퀀스들을 조정하는 일련의 스케줄링 메세지들을 사용하여 수행된다.

스케줄링 결정은 각각의 노드(300)에서 반자동적으로(semi-autonomously) 형성되는 것이 이해되어야 한다. 이는 메쉬 네트워크(100)의 크기에 대한 무한 스케일링을 허용한다. 반자동적이라는 것은 각각의 노드가 간섭 영역이라 공지된 영역내의 다른 노드들(300)에 대한 지식에 기초하여 스케줄링 결정들을 수행하는 것을 의미한다. 간섭 영역은 또다른 노드(300)가 잠재적으로 간섭할 수 있는 노드(300)의 주변 영역을 표시한다. 간섭 영역은 편리하게 RF 전파 모델을 사용하여 계산될 수 있는 반경, r로 근사화된다. 상기 모델은 주파수 대역, 송신 전력, 환경, 식물 환경, 빌딩들 등등에 따라 결정된다. 간섭 영역은 주어진 노드와 또다른 노드 사이의 통신이 실제로 발생하는 영역 보다 더 큰 영역임이 이해되어야 한다.

메쉬 통신 프로토콜은 특정 디바이스(노드(300) 또는 CPE)를 위해 예약된 시간-슬롯이 상기 디바이스에 어떤 정보도 전송되지 않을 때 발생되도록 하거나, 이전에 스케줄링된 디바이스에 정보가 여전히 전송되는 경우에 특정 디바이스가 다른 작업들을 수행하는데 자유롭도록 한다. 이는 메쉬 네트워크 디바이스들이 어떤 정보도 공유되지 않는 경우에 디바이스가 다음 스케줄링된 시간-슬롯까지 다른 작업들을 수행하는데 자유롭도록 하는 방식으로 정보 공유 시간들을 스케줄링하도록 한다.

메쉬 네트워크(100)내의 임의의 다른 노드(300)에 간섭하지 않고 사용될 수 있는 시간-슬롯들의 동적 결정은 두 종류의 정보를 사용한다. 제 1 정보는 노드가 간섭 영역내에 있음을 나타내고, 제 2 정보는 다른 노드들이 현재 사용하는 시간-슬롯들을 나타낸다. 두 종류의 정보는 새로운 노드들(300)이 부가될 수 있도록 동적이지만 상대적으로 느린 레이트를 가지는 반면에, 시간-슬롯 할당들은 신속하게 변화한다(예를 들면, 매 초마다).

두 종류의 정보는 각각의 라우터 노드(300)에서 동적이며, 부분적으로 공유되는 데이터베이스를 통합함으로써 라우터 노드들 사이에서 전달된다. 모든 라우터 노드(300)는 데이터 베이스를 변경시킬 수 있고, 상기 변경들 중 몇몇은 인접하는 노드들에 전송된다. 인접 노드들은 차례로 그들의 데이터베이스를 업데이트하고, 상기 변경들 중 몇몇의 그들의 인접 노드들로 전달한다. 상기 데이터베이스 정보의 공유는 수신중인 노드(300)가 발신자 노드(300;발신 계획을 수행하는 노드)가 수신중인 노드의 간섭 영역 이외의 영역에 있음을 발견할 때 수신중인 노드(300)가 임의의 수신중인 노드의 이웃 노드들 중 몇몇에 발신자 노드에 대한 임의의 정보를 더이상 전달하지 않도록 하는 방식으로 구현된다. 상기 방식에서, 각각의 라우터 노드는 위치 주변의 메쉬 네트워크의 구성요소들에 대한 정보를 가지고 데이터 베이스를 형성하고, 유지하며, 부분적으로 공유한다. 그러나, 어떤 노드(300)도 메쉬 네트워크에 대하여 완전히 파악하고 있지는 않으며, 상기 메쉬 네트워크를 필요로 하지 않는다.

도 3에서, 노드(300)의 데이터베이스는 데이터 구조(312) 내에 저장된다. 상기 데이터베이스는 다른 정보 타입들 중에서 노드 위치들, 안테나 방향들, 슬롯 사용, 제어 파라미터들 및 라우팅에 대한 정보를 포함한다. 도 4A 내지 4D는 데이터베이스의 데이터 기록들의 예들을 도시한다. 도 4A 내지 4D의 정보는 예로서 제공되며, 따라서 다른 필드들 및 필드 정보 타입들 및 값들이 사용될 수 있다. 각각의 예에서, 데이터 기록은 "필드", "키", "타입", "단위" 및 "바이트수" 열을 포함한다. "필드"는 필드에 대한 정보의 타입을 표시한다. "키"는 데이터베이스내의 키 필드를 표시한다. "타입"은 노드 식별, 정수, 시간, 및 변동 포인트값과 같은 필드 정보를 표시한다. "단위"는 측정 단위를 표시한다. "바이트 수"는 상기 필드 정보에 대하여 할당된 저장 공간을 표시한다.

"노드"는 개별 데이터 기록이 관련된 노드(300)를 표시한다. "시간(At)" 필드는 데이터 기록이 생성되거나 수정된 시간을 표시한다. "노드 종류(By)"는 상기 데이터 기록을 생성하거나 수정한 노드의 종류를 표시한다. 각 기록내의 "시퀀스" 필드는 보상 프로토콜, 특히 네트워크(100)에 대한 노드(300)에서의 데이터베이스의 형성을 위해 사용된 증가된 기록 번호를 표시한다.

도 4A의 데이터 기록(401)은 위치 기록이며, 전술된 다른 필드들 사이에서 "위도" 및 "경도" 필드들을 포함한다. "위도" 필드는 데이터 기록(401)이 속하는 노드(300)의 위도 위치를 표시하고, "경도" 필드는 상기 노드(300)의 경도 위치를 표시한다. 상기 정보는 GPS 또는 상기 정보의 다른 소스로부터 획득될 수 있다. 필드 "위치 정확성(Laccuracy)"은 위치 측정치(미터)의 정확성을 표시한다. 다시 말해서, 노드는 특정 위도 및 경도의 수 미터내에 존재한다. 필드 "안테나 갯수(Lantenna)"는 안테나 섹터들의 개수를 표시한다. 필드 "방위"는 안테나 섹터(예를 들면, 섹터 0)가 가리키는 방향을 표시한다. 상기 값은 실제 북위와 관련하여 도 단위로 표시된다. 동일한 간격의 안테나 섹터들의 고정된 어레이와 함께, 다른 섹터들의 방위들은 필드 "안테나 갯수" 및 "방위"를 사용하여 계산될 수 있다. 필드 "방위 정확성(Oaccuracy)"은 방위 측정치(도)의 정확성을 표시한다. 데이터 기록(401)으로부터의 정보를 사용함으로써, 안테나 방위 및 빔 폭은 노드(300)에 의해 유도될 수 있다.

도 4B의 데이터 기록(402)은 슬롯 사용 데이터 기록이다. 데이터 기록(402)은 통신 시간-슬롯을 할당 또는 할당 해제하기 위해 업데이트된다. 임의의 노드(300)는 데이터 기록(402)을 업데이트할 수 있다. 시간-슬롯 할당 기록들에 대한 업데이트들은 기록 쌍들을 송신(tx) 및 수신(rx)함으로써 수행될 수 있다. 데이터 기록(402)은 본 명세서에 개시된 다른 필드들 중에서 "기능", "시간 슬롯", "주파수", "안테나", "다른 노드" 및 "종료 시간" 필드를 포함한다.

"기능" 필드는 현재 할당되지 않음("없음"), 송신 또는 수신과 같은 통신 시간-슬롯에 대한 기능을 표시한다. "시간 슬롯" 필드는 기능을 송신 또는 수신 기능의 실행을 위한 m개의 시간 슬롯들 중 선택된 시간 슬롯 t(0 내지 m-1)을 표시한다. "주파수" 필드는 송신 및 수신 기능의 실행을 위한 n개의 주파수들 중 선택된 주파수 f(0 내지 n-1)를 표시한다. "안테나" 필드는 송신 또는 수신 기능의 실행을 위해 선택된 섹터를 표시한다. "다른 노드" 필드는 메세지에 대한 목표 수신 노드를 식별한다. 그러나, 다른 노드 필드는 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 표시자가 될 수 있다. "종료 시간" 필드는 기능을 위한 슬롯의 할당에 대한 종료 시간을 표시한다. 종료 시간이 경과된 후에, 노드들은 "없음"과 같은 데이터 기록(402)의 기능을 처리한다. 그러나, 종료 시간이 경과하기 전에, 종료 시간은 추가의 통신 시간-슬롯 사용을 위해 리셋될 수 있다. "우선순위" 필드는 슬롯 할당을 위한 우선순위 값을 표시한다. 모든 슬롯들이 할당된 경우에, 우선순위는 우선순위 값에 기초하여 또다른 가입자들에 대하여 하나의 가입자에게 제공될 수 있다. 상기 우선순위 값은 0으로부터 임의의 정수 p가 될 수 있다. "노드 종류", "시간" 및 "시퀀스" 필드는 전술되었다.

도 4C의 데이터 기록(403)은 제어 파라미터 데이터 기록이다. 노드, 우선순위, 노드 종류, 시간 및 시퀀스 필드는 전술되었으며, 데이터 기록(403)은 데이터 기록에서 식별된 노드에 할당된 최대 대역폭 한계를 표시하는 "최대 대역폭" 필드 를 포함한다.

도 4D의 데이터 기록(404)은 라우팅 비용의 데이터 기록이다. 전술된 노드 종류, 시간 및 시퀀스 필드들에 부가하여, 데이터 기록(404)은 "시퀀스 노드", "목적지 노드", "비용", "동적 정도" 및 "홉" 필드들을 포함한다. "소스 노드" 필드는 루트 상의 소스 노드 또는 시작 포인트를 표시한다. "목적지 노드" 필드는 상기 루트의 목표 목적지, 즉, 상기 루트에 대한 최종 목적지를 표시한다. "동적 정도" 필드는 동적 라우팅이 사용될 것인지 또는 정적 라우팅이 사용될 것인지의 여부를 표시한다. "홉" 필드는 소스 노드로부터 목적지 노드로의 라우팅 트래픽을 위한 하나 또는 그이상의 공지된 루트들로부터 선택된 루트를 표시한다. "비용" 필드는 소스 노드로부터 목적지 노드로 메세지를 전송하기 위해 결정된 비용을 표시한다. 상기 비용은 정적 또는 동적으로 결정될 수 있다.

도 4A 내지 4D에 도시된 데이터 기록들은 모든 가능한 데이터 기록들을 포함지 않음이 이해되어야 한다. 다른 데이터 기록들은 현재의 선택적인 루트들, 제어 및 상태 정보, 각각의 노드 쌍 사이의 거리 및 방위각을 포함할 수 있다. 또한, 도시된 하나 또는 그이상의 필드들은 본 발명의 하나 또는 그이상의 양상들을 설명할 때 생략될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 노드들(300)은 각각 전체 메쉬 네트워크(100)에 대한 데이터 베이스의 일부분을 포함하며, 따라서, 노드들(300) 사이에서 공유되거나 분산된 데이터베이스가 제공된다. 또한, 메쉬 네트워크(100)는 중앙 제어 없이 기능할 수 있다.

전술된 것과 같이, 데이터베이스는 스케줄링을 위해 사용된다. PC 노드 (300)는 전송 루트를 따라 다음 노드(300)에 정보를 전송(홉핑)하기 위해 할당된 시간-슬롯들내에서 충분한 대역폭을 가지도록 보장되어야 한다. 또한, 각각의 노드(300)는 다른 노드들을 전송 또는 수신함으로써 다른 노드들과 폴링할 시점을 알아야 한다. 이를 위해, 각각의 노드는 폴링 정보를 현존하는 시간-슬롯 할당들(데이터베에스 기록들내에서 사용가능한)과 비교해야 한다. 만약 PC가 초과 갯수의 시간-슬롯들(및 따라서 초과 대역폭)을 가지면, 시간-슬롯들은 다른 노드들에 대한 시간-슬롯들(대역폭)에 자유롭도록 할당이 해제되어야 한다. 그러나, 만약 더 많은 시간-슬롯들(대역폭)이 요구되면, PC는 먼저 시간 프레임의 어떤 시간-슬롯들이 사용가능한지를 결정한다. 이는 간섭 영역내의 다른 노드들의 사용을 고려하여 결정된다. 상기 분석으로부터, 지정된 수신 노드와 통신하기 위해 사용될 수 있는 사용가능한 시간-슬롯들의 행렬이 개발된다. PC는 그후에 요구되는 만큼의 다수의 시간-슬롯들을 랜덤하게 선택하고, 적절한 데이터베이스 업데이트들을 수행하며, 간섭 영역내의 다른 노드들(300)에 대한 결정을 통보한다. 동일한 시간에, 다른 노드들은 그들 자신의 요구에 기초하여 결정을 획득한다.

도 5는 노드들(300)에 의해 사용되는 메쉬 통신 프로토콜의 동작 흐름도를 도시한다. 도시된 것과 같이, 프로토콜(500)은 단계(502)에서 시작한다. 단계(504)에서, 현재 시간이 할당된 프로토콜 시간-슬롯 내에 있는지의 여부가 결정된다. 이를 위해, 호스트 노드(300; 프로토콜(500) 동작이 설명되는 노드)는 할당된 프로토콜 시간-슬롯들의 데이터베이스기록을 탐색한 후, GPS 카드(310)를 사용하여 현재 시간과 비교한다. 만약 현재 시간이 할당된 프로토콜 시간-슬롯내에 있지 않 다면, 단계(506)에서, 호스트 노드(300)는 메쉬 통신 할당을 계속하고, 단계(504)로 루프 백(loop back)한다.

만약 단계(504)에서 현재 시간이 할당된 프로토콜 시간-슬롯내에 있는 것으로 발견되면, 단계(508)에서, 호스트 노드(300)가 PC 또는 폴링된 노드인지의 여부가 결정된다. 만약 호스트 노드(300)가 폴링된 노드이면, 단계(510)에서 호스트 노드는 PC로부터 정보를 수신한다. 상기 정보는 PC의 간섭 영역내에서 호스트 노드를 포함하여 노드들에 대한 시간 및 주파수 정보를 포함한다. 시간 및 주파수 정보는 간섭 영역내의 노드들이 폴링되거나 PC들로 동작하는 시간들 및 주파수들에 관한 것이다.

단계(512)에서, 호스트 노드는 수신된 정보를 호스트 노드의 데이터베이스내의 정보와 비교한다. 단계(514)에서, 임의의 스케줄링 결함이 존재하는지의 여부가 결정된다. 예를 들어, 스케줄링 결함은 호스트 노드의 간섭 영역 내의 두개의 노드들이 동시에 PC들로서 동작하는 경우 또는 호스트 노드의 간섭 영역 내의 임의의 두개의 노드들이 동일한 시간과 주파수로 폴링되는 경우에 발생할 것이다.

만약 단계(514)에서, 어떤 스케줄링 결함도 확인되지 않으면, 단계(516)에서 호스트 노드의 데이터베이스는 새로운 정보로 업데이트된다. 그러나, 만약 스케줄링 결함이 확인되면, 단계(518)에서, 호스트 노드(300)는 확인된 결함을 방지하기 위한 새로운 폴링 시간 및 주파수들을 발견하기 위해 데이터베이스를 탐색한다. 그후에, 단계(516)에서, 호스트 노드의 데이터베이스가 업데이트된다. 단계(519)에서, 호스트 노드의 데이터베이스에 저장된 폴링 정보는 PC로 전송되며, 단계 (520)에서 프로토콜(500)은 중단된다.

만약 단계(508)에서 호스트 노드(300)가 PC인 것으로 발견되면, 단계(522)에서 호스트 노드는 폴링될 노드를 선택한다. 상기 선택은 현재 시간 및 호스트 노드의 데이터베이스에 저장된 정보에 기초한다. 노드 선택 이후에, 단계(524)에서, 호스트 노드들은 선택된 노드에 정보를 전송한다. 상기 정보는 호스트 노드의 간섭 영역내의 노드들의 폴링에 관한 시간 및 주파수 정보를 포함한다. 상기 시간 및 주파수 정보는 호스트 노드의 간섭 영역내의 각각의 노드들이 수신중인 노드들 또는 PC들로 동작하도록 하기 위해 제안된 시간들 및 주파수들을 나타낸다.

단계(524) 이후에, 단계(526)에서 호스트 노드는 선택된 노드로부터 다시 정보를 수신한다. 수신된 정보는 선택된 노드가 호스트의 간섭 영역내의 노드들의 각각이 수신중인 노드들 및 PC들로서 동작해야하는 시간들 및 주파수들로서 제안되는 시간들 및 주파수들에 관한 시간 및 주파수 데이터를 포함한다. 단계(528)에서, 호스트 노드는 수신된 정보를 임의의 결함을 확인하기 위해 이전에 전송된 정보와 비교한다. 이상적으로, 수신된 정보 및 이전에 전송된 정보는 동시에 발생한다. 상기 경우가 정확하다면, 단계(530)에서, 폴링될 또다른 노드가 존재하는지의 여부가 결정된다. 만약 그렇다면, 프로토콜(500)은 단계(522)로 루프 백하여 또다른 노드를 선택한다. 그와 달리, 또다른 노드가 존재하지 않는다면, 단계(520)에서 프로토콜(500)은 중단된다.

그러나, 정보를 전송하기 위해 변경이 수행되면, 단계(528)에서 스케줄링 결함이 존재하는지의 여부가 결정된다. 선택된 노드가 스케줄링 결함들에서 발생하 지 않는 변경들을 수행할 수 있음이 이해되어야 한다. 만약, 어떠한 결함도 발생하지 않으면, 프로토콜(500)은 단계(530)로 진행하여 전술된 것과 같이 동작한다. 그러나, 만약 결함이 존재하면, 단계(532)에서 호스트 노드는 데이터베이스를 탐색하여 확인된 결함을 방지하는 새로운 시간들 및 주파수들을 확인한다. 그후에, 프로토콜(500)은 단계(524)로 루프 백하여 제안된 새로운 정보를 선택된 노드로 전송한다.

선택된 노드 및 PC가 스케줄링에 동의하면, 상기 노드들의 데이터베이스들은 동의된 정보로 업데이트되고, 정규 메쉬 통신 동작들을 계속한다.

새로운 폴링 시간-슬롯들의 사용은 수신 노드 및 PC가 동의하자마자 시작된다. 상기 동의는 명백해야할 필요는 없다. 수신 노드 또는 PC 모두가 결함을 발견하지 못하면, 변경된 정보는 전송되지 않는다. 이는 동의시 추론적으로 발생한다. 또한 임시적으로 간섭하는 다른 간섭 노드들로부터 응답이 생성되거나 요구되지 않는다. 결함들은 시간-주파수-공간 결정 간격이 매우 클 때 감소되지만, 결함들은 때때로 발생할 수 있다. 메쉬 프로토콜은 하나의 노드(300)가 원하는 시간-슬롯을 획득하지 못하거나 서로다른 시간-슬롯을 선택하는 것을 따르도록 함으로써 상기와 같은 충돌들을 검출 및 처리해야 한다. 충분히 자유로운 시간-슬롯들이 존재하지 않는 경우에, 노드(300)는 더 낮은 우선순위의 트래픽을 위해 사용되는 시간-슬롯들의 할당을 해제한다.

도 6는 본 발명에 따라 통신하는 노드들(300)의 예시적인 인접 노드(142)를 도시한다. 인접 노드(142)는 도 1의 메쉬 네트워크(100)의 서브섹션으로서 이해되 어야 한다. 도시된 것과 같이, 인접 노드(142)는 노드들 A, B, C 및 D를 포함한다. 상기 시간-슬롯들은 도 7의 타이밍 다이어그램(140)에 도시된 TDD 시간 주기이다.

도 6 및 7 모두를 참조하여, 시간-슬롯들(143, 144, 145 및 146)은 각각 노드들 A, B, C 및 D의 통신 시간 주기들과 일치한다. 시간-슬롯들(143)을 참조하여, 제 1 패킷(141)은 노드 A는 초기에 PC(TX A)임을 표시한다. 다음 4개의 시간-슬롯들(143) 동안, 노드 A는 수신한다. 예를 들면, 제 2 패킷(141A)은 노드 A가 노드 B로부터 수신중임을(RX B) 도시하고, 제 3 패킷(141B)은 노드 A가 노드 C로부터 수신중임(RX C)을 도시한다. 노드 A는 PC로서 동작하고 노드들 B, C, 및 D은 수신기들로서 동작한다. 패킷들 사이의 시간 주기들에 촛점을 맞추어, 상기 시간 주기들은 갭들(151)로 참조된다. 임의의 시간-슬롯들(143-146)의 연속적인 패킷들은 갭에 의해 구별된다. 각각의 패킷의 시작부는 도 3의 GPS 카드(310)를 사용하여 시간적으로 동기화된다.

도 8을 참조로 하여, 예시적인 패킷(141)의 블럭 다이어그램이 도시된다. 패킷(141)은 동기 헤더(151), 어드레스 정보 필드(152), 서비스 정보 필드(153), 주기적 중복 검사(CRC) 헤더(154), 정보 또는 페이로드 필드(155), CRC 필드(156), 및 보호 대역(157)을 포함한다.

동기 헤더(151)는 패킷의 시작부에서 발생한다. 동기 헤더는 패킷의 시작부를 식별하고 및/또는 수신을 준비하기 위해 수신기에 의해 사용될 수 있는 동기 신호들을 포함한다. 어드레스 정보 필드(152)는 전송 소스, 전송 목적지, 특정 라우 팅 또는 유사 어드레스 정보를 포함할 수 있다. 서비스 정보 필드(153)는 페이로드 필드(155)내의 페이로드의 타입을 표시하는 정보를 포함할 수 있다. 페이로드들의 타입들의 예는 충만, 국부적, 제한적 및 동작 및 유지를 포함한다. 다른 서비스 정보는 페이로드 길이, 패킷 시그널링 레이트, 서비스 정보의 우선순위 또는 다른 품질 등등을 포함할 수 있다. 특히, 페이로드(155)는 도 5에 도시된 메쉬 통신 프로토콜을 지원하는 폴링 정보를 포함한다. 또한, 부분적인 페이로드는 임시 중계 노드들에 채워질 수 있다. 내부 페이로드 구조는 부분적으로 전송 계층의 정의들에 따라 결정된다. 예로서 사용되나 제한되지 않는 경우에, 페이로드 필드(155)가 530 바이트였다면, 비동기 데이터 패킷들을 나타낼 수 있다.

각각의 시간 프레임의 시작 시간이 모든 노드들(300)에 의해 공지되기 때문에, 전술된 것과 같은 시간-슬롯들을 할당함으로써, 개별 노드들(300)은 그들이 PC들로 동작할 때와 수신기들로서 동작할 때를 알게 된다. 이는 공유된 데이터베이스의 콘텐츠를 업데이트 및 저장함으로써 수행된다. 도 6의 노드 A가 PC라고(TX A) 가정하자. 통신을 미리 스케줄링함으로써, 노드(즉, 노드 C)는 스케줄링된 시간에 PC로부터 정보를 수신해야할 것임을 알게 된다. 노드 C는 스케줄링된 시간에 청취한다. 만약 노드 A가 이전의 시간-슬롯들에서 사용된 동일한 폴링 시간들과 주파수들이 향후에도 사용될 경우 발생되는 노드 C에 대한 정보를 가지고 있지 않다면, 노드 A는 스케줄링된 시간에 폴링하지 못한다. 이에 응답하여, 노드 C는 정규 동작을 계속한다. 그러나, 만약 노드(즉, 노드 B)가 새로운 정보를 수신할 것이라면, 이전에 스키줄링된 시간에 노드 A는 도 5와 관련하여 전술된 것과 같은 향 후의 폴링 이벤트들과 관련된 정보와 함께 패킷(141)을 전송함으로써 노드 B를 폴링한다. 노드 B는 정보를 수신하여, 내부 데이터베이스와 비교하여, 전술된 것과 같이 노드 A에 응답한다. 동의된 향후 시간에서, 노드 B는 PC로서 동작한다. 차례로, 노드 B는 노드들 A 및 C를 순차적으로 폴링한다.

노드C가 폴링되는 것으로 스케줄링될 때 노드 A가 여전히 노드 B에 데이터를 전송하면, 잠재적인 혼란이 발생한다. 즉, 향후의 폴링 이벤트들에 대한 동의는 너무 오랜 시간이 걸리기 때문에 C의 스케줄링된 폴링 시간으로 연장된다. 이와 같은 문제점은 적어도 2가지의 서로다른 방식들로 처리될 수 있다. 먼저, 노드 C는 패킷(141)의 시작부를 찾을 수 있다. 만약, 동기 헤더(151) 및 어드레스 정보(152)가 발견되지 않는다면, 노드 C는 진행중인 메세지가 찾고 있는 대상이 아님을 알 것이다. 선택적으로, 노드 C는 스케줄링 시간에 메세지의 시작부를 찾을 수 있다. 메세지의 시작부는 에너지가 존재하지 않는 상태에서 에너지가 존재하는 상태로 점프하는 수신된 신호에 의해 검출될 수 있다. 만약 폴링 이벤트의 시작이 스케줄링된 시간에 발견되지 않으면, 노드 C는 진행중인 메세지가 찾고있는 대상이 아님을 알 것이다.

시간-슬롯들의 발생들이 공지되고, 정보가 이를 의미하는 시점을 수신중인 노드가 인식하면, 메쉬는 스스로 동적으로 구성될 수 있다. 따라서, 메쉬 네트워크(100)내의 각각의 노드의 구성은 인접 노드에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 따라서, 각각의 노드(300)는 요구에 따라 폴링 결정을 수행할 수 있다.

전술된 설명이 본 발명의 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 다 른 실시예들 및 향후의 실시예들 또한 본 발명의 기본 사상으로 벗어나지 않고 유도될 수 있으며, 그 사상은 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims

분산 폴링 조정 함수(a distributed polling coordination function)를 사용하는 메쉬 네트워크로서,

미리결정된 제 1 및 제 2 시간-슬롯들에서 제 1 폴링 정보와 제 2 폴링 정보를 발생함으로써 PC로서 동작하는 소스;

상기 제 1 시간-슬롯 동안 상기 제 1 폴링 정보를 수신하고, 상기 소스에 제 1 응답 정보를 전송하는 제 1 노드; 및

상기 제 2 시간-슬롯 동안 상기 제 2 폴링 정보를 수신하고, 상기 소스에 제 2 응답 정보를 전송하는 제 2 노드를 포함하며,

상기 제 1 및 제 2 시간-슬롯들은 공통 시간 프레임과 관련하여 발생되고,

상기 제 1 응답 정보는 상기 소스에 의한 상기 제 1 노드의 향후 폴링을 위한 시간 및 주파수, 및 상기 제 1 노드가 PC로서 동작하기 위한 시간을 지정하고,

상기 제 2 응답 정보는 상기 소스에 의한 상기 제 2 노드의 향후 폴링을 위한 시간 및 주파수, 및 상기 제 2 노드가 PC로서 동작하기 위한 시간을 지정하고,

상기 제 2 응답 정보는 상기 제 1 응답 정보에 따라 결정되는 메쉬 네트워크.
제 1항에 있어서, 상기 소스는 메쉬 게이트웨이(a Mesh Gateway)인 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 노드는 상기 PC 시간에 상기 소스를 폴링하는 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 노드는 상기 제 1 폴링 정보와 데이터베이스 정보를 비교하여 스케줄링 결함들을 검출하는 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
제 4항에 있어서, 상기 제 1 응답 정보는 스케줄링 결함이 검출되는지의 여부에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
제 5항에 있어서, 상기 제 1 응답 정보는 상기 소스에 스케줄링 결함이 검출된다고 통지하는 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
제 1항에 있어서, 상기 소스는 CPE 디바이스인 것을 특징으로 하는 메쉬 네트워크.
노드들을 가지는 무선 메쉬 네트워크 내에서 통신하는 방법으로서,

시간 프레임들의 시퀀스 중 각각의 시간 프레임 내에서 다수의 시간-슬롯들을 형성하는 단계;

제 1 시간 프레임 내의 제 1 시간-슬롯 동안 제 1 폴링 정보를 제 2 노드로 전송함으로써 제 1 노드가 PC로서 동작하도록 하는 단계;

상기 제 1 시간-슬롯 내에 상기 제 2 노드가 상기 제 1 폴링 정보를 수신하도록 하는 단계 - 상기 제 2 노드는 스케줄링 결함이 존재하는지를 결정하기 위해 상기 제 1 폴링 정보를 제 2 노드 데이터베이스 정보와 비교함 - ;

상기 제 2 노드가 제 1 응답 정보를 전송함으로써 상기 제 1 노드에 응답하도록 하는 단계 - 상기 제 1 응답 정보는 스케줄링 결함이 존재하는지의 여부에 따라 결정됨 - ;

상기 제 1 시간 프레임 내의 제 2 시간-슬롯 동안 제 3 노드에 제 2 폴링 정보를 전송함으로써 상기 제 1 노드가 PC로서 동작하도록 하는 단계 - 상기 제 2 시간-슬롯은 상기 제 1 시간-슬롯과 오버랩(overlap)되며, 상기 제 2 폴링 정보는 상기 제 1 응답 정보에 따라 결정됨 - ;

제 2 시간 프레임 내의 제 1 시간-슬롯동안 상기 제 1 노드에 제 1 폴링 정보를 전송함으로써 상기 제 2 노드가 PC로서 동작하도록 하는 단계; 및

제 3 시간 프레임 내의 제 1 시간-슬롯 동안 상기 제 1 노드에 제 1 폴링 정보를 전송함으로써 상기 제 3 노드가 PC로서 동작하도록 하는 단계를 포함하는 통신 방법.
제 8항에 있어서, 상기 제 3 시간 프레임 내의 상기 제 1 시간-슬롯은 상기 제 1 응답 정보에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 8항에 있어서, 상기 제 1 응답 정보는 상기 제 2 노드 데이터베이스 정보로부터의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 10항에 있어서, 상기 제 2 노드 데이터베이스 정보는 상기 제 2 노드의 위치와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 11항에 있어서, 상기 제 2 노드 데이터베이스 정보는 상기 제 2 노드가 상기 제 2 시간 프레임 내의 상기 제 1 시간-슬롯에서 상기 제 1 노드와 통신하는 주파수에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 12항에 있어서, 상기 제 2 노드 데이터베이스 정보는 상기 제 2 노드의 간섭 영역에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 13항에 있어서, 상기 간섭 영역은 주파수, 송신 전력 및 상기 제 2 노드 근처의 환경에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 8항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 노드들은 시간 분할 듀플렉스 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 8항에 있어서, 상기 시간 프레임은 클럭에 동기화되는 것을 특징으로 하 는 통신 방법.
제 16항에 있어서, 상기 각각의 시간 프레임은 특정 목적의 시간-슬롯에 의해 식별되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
노드들을 가지는 무선 메쉬 네트워크와 통신하는 방법으로서,

시간 프레임들의 시퀀스 중 다수의 서브 프레임들 내에 다수의 시간-슬롯들을 형성하는 단계

제 1 노드를 PC로서 형성하는 단계;

제 1 서브프레임 내의 미리결정된 제 1 시간에서 상기 제 1 노드가 제 2 노드에 정보를 폴링하도록 하는 단계;

상기 제 1 서브프레임 내의 제 1 시간-슬롯 세트 동안 상기 제 2 노드가 상기 제 1 노드에 정보를 전송하도록 하는 단계;

상기 제 1 서브프레임 내의 미리결정된 제 2 시간에서 상기 제 1 노드가 제 3 노드에 정보를 폴링하도록 하는 단계;;

제 2 서브프레임 동안 상기 제 2 노드를 PC로서 형성하는 단계;

상기 제 2 서브프레임 내의 미리결정된 제 1 시간에서 상기 제 2 노드가 상기 제 1 노드에 정보를 폴링하도록 하는 단계;

상기 제 2 서브프레임 내의 제 1 시간-슬롯 세트 동안 상기 제 1 노드가 상기 제 2 노드에 정보를 전송하도록 하는 단계; 및

상기 제 2 서브프레임 내의 미리결정된 제 2 시간에서 상기 제 2 노드가 상기 제 3 노드에 정보를 폴링하도록 하는 단계를 포함하며,

상기 제 2 노드에 폴링하는 단계는 상기 제 2 서브프레임 내의 상기 제 1 시간-슬롯 세트에서 시간-슬롯들의 개수를 결정하는 데이터베이스 정보를 전송하는 단계를 포함하는 통신 방법.
제 18항에 있어서, 상기 제 2 서브프레임 내의 상기 미리결정된 제 1 시간은 상기 제 1 서브프레임 내의 상기 제 1 시간 동안 폴링함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 19항에 있어서, 제 3 서브프레임 동안 상기 제 3 노드를 PC로서 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
제 20항에 있어서, 상기 시간-슬롯들의 개수는 상기 제 2 서브프레임 동안 전송될 정보의 양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
다수의 노드들을 가지는 무선 메쉬 네트워크내에서 통신하는 방법으로서,

다수의 시간-슬롯들을 형성하는 단계;

PC를 형성하는 단계;

상기 PC의 인접 노드들을 결정하는 단계;

상기 제 1 시간 프레임 내의 미리결정된 제 1 시간 동안 제 1 인접 노드에 대한 제 1 폴링 신호를 스케줄링하는 단계;

상기 제 1 시간 프레임 내의 미리결정된 제 2 시간 동안 제 2 인접 노드에 대한 제 2 폴링 신호를 스케줄링하는 단계;

상기 미리결정된 제 1 시간에서 상기 제 1 인접 노드가 상기 스케줄링된 제 1 폴링 신호의 시작을 탐색하도록 하는 단계;

상기 스케줄링된 제 1 폴링 신호의 상기 시작이 발견되면 상기 제 1 인접 노드가 상기 PC에 정보를 전송하도록 하는 단계; 및

상기 미리결정된 제 2 시간에서 상기 제 2 인접 노드가 상기 스케줄링된 제 1 폴링 신호의 시작을 탐색하도록 하는 단계를 포함하는 통신 방법.