KR20070070120A - 동기화된 서브 프레임 멀티플렉싱 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 노드로부터 동기화 프리앰블을 갖는 통신 신호의 송신을 포함하는 통신 방법을 제공한다. 상기 제1 노드 및 적어도 하나의 제2 노드 사이의 통신을 동기화하기 위하여 상기 동기화 프리앰블 신호에 따라 상기 적어도 하나의 제2 노드의 로컬 클럭을 설정한다. 특정 스위치 포인트가 발생할 때까지 부가적인 프리앰블 없이 상기 제1 노드 및 적어도 하나의 제2 노드 사이의 연속된 데이터 통신을 교환하고, 상기 특정 스위치 포인트가 발생한 후, 데이터 통신을 뒤따르는 감소된 시간 동기화 정확도의 구간을 사용하는 정보를 교환한다.
동기화, 프리앰블(preamble), 노드, 통신 프레임

Description

동기화된 서브 프레임 멀티플렉싱 방법{SUB-FRAME SYNCHRONIZED MULTIPLEXING}
도 1a는 본 발명의 통신 시스템의 일 실시예에 대한 다이어그램.
도 1b는 본 발명의 통신 시스템의 다른 실시예에 대한 다이어그램.
도 1c는 본 발명의 일 실시예의 통신 시스템에서의 노드간 통신에 대한 플로우 차트.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 통신 노드에 대한 블럭도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서의 통신 노드에 대한 블럭도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서의 다양한 시간 동기화 구간을 예시적으로 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 통신을 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시에에서의 다양한 시간 동기화 구간을 이용하는 플로우차트.
일반적인 무선 통신 시스템은 서로 통신하는 2 이상의 송신기/수신기 노드를 포함한다. 노드 간의 메시지 교환 또는 데이터 통신을 위하여, 지역 노드(local node) 제어에 의해 각 노드는 송신 모드와 수신 모드 사이를 선택적으로 스위칭한다. 통신 시스템은 통신 노드의 무선 신호 전파 특성에 의해 정의되는 지리적인 영역 내에서 주어진 시간, 주파수 및 코드에 대하여 시간상의 주어진 인스턴트에서 하나의 송신기만 활성화하도록 시간, 주파수 및 코드 분할 멀티플렉싱을 사용한다.
지리적인 영역 내의 2 이상의 노드는 무선 통신 네트워크를 포함한다. 네트워크 내의 모든 노드는 성공적인 통신이 가능하게 하는 방법으로 시간, 주파수 및 코드에 동기화된다. 동기화의 정밀도(precision) 또는 해상도(resolution)는 전체 통신 네트워크의 성능과 효율을 일부분 결정한다. 특히, 일반적으로 노드 간의 시간 동기화에 대한 요구는 각 노드가 송신 또는 수신을 언제 해야하는지를 결정하는 수단을 제공한다. 일반적으로 각 노드는 특정 무선 네트워크에 의해 채용된 설계에 따라 다른 노드의 로컬 클럭과 동기화되는 로컬 클럭을 포함한다. 동기화 프로세스는 일반적으로 한 노드에 의해 송신되고 하나 이상의 다른 노드에 의해 수신되며 모든 노드에 알려진 프리앰블(preamble)이라 불리우는 정보 시퀀스(sequence of information)를 교환하는 것을 포함한다. 각 수신 노드는 송신된 프리앰블 시퀀스에 맞추도록 로컬 클럭을 조정하여 시간 동기화가 된다.
클럭을 동기화할 수 있는 해상도의 기능으로서, 2 이상의 노드가 동시에 송신하는 경우에 대부분의 무선 네트워크에서 원하지 않는 상황을 잠재적으로 유발할 수 있는 2 이상의 클럭 사이에 소정의 모호함(ambiguity)이 있을 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위한 수단은 각 노드가 송신을 종료하고 다른 노드가 송신하기 전에 "보호 대역(guard band)"을 제공하는 것이다. 보호 대역 시간의 지속 시간은 클럭 모호함이 해결되어 다수의 노드가 동시에 송신하는 상황을 방지할 수 있도록 충분히 길다.
각 노드의 클럭은 특정 안정성을 가지고 다른 모든 노드에서의 클럭에 독립적으로 동작하며, 그 결과 하나 이상의 다른 노드의 클럭과의 동기화가 드리프트(drift)될 수 있다. 노드의 클럭 사이의 시간 동기화(time synchronization)에 필요한 정확성 또는 허용 오차는 노드 사이에서 교환되는 통신 신호의 형식에 의해 결정된다. 따라서, 모든 통신 노드가 포함되는 클럭 동기화 작업이 주기적으로 수행되는 것이 필수적이다. 이와 같은 동기화 작업 사이의 시간 간격이 통신 프레임(communication frame)으로 칭하여진다.
많은 무선 통신 네트워크 내의 노드는 에너지원에 의하여 노드의 요구사항을 초과하는 전원이 공급된다. 통신 프레임의 지속 시간은 일반적으로 노드에서의 클럭 드리프트(drift)에 의해서만 제한되며, 한번에 단일 노드만 송신하는 것을 보장하기 위하여 일반적인 보호 대역 구간을 포함할 수 있다. 다른 무선 통신 네트워크에서의 노드들은 배터리와 같이 제한된 용량의 에너지원에 의해 전원이 공급될 수 있다. 이와 같은 에너지에 제한적인 무선 네트워크에서 통신 프레임은 최소 지속 시간의 보호 대역을 가지도록 에너지 효율적으로 설계되어야만 하며, 따라서 에너지원으로부터 노드의 최대 동작 시간이 획득될 수 있다.
통신 프레임 시간 구간 동안, 무선 통신 네트워크의 노드들은 한 시점에서 한 노드가 송신을 하고 하나 이상의 다른 노드가 정보를 수신함으로써 정보를 교환한다. 일반적으로 정보는 송신 노드에 의해 시변 신호(time-varying signal)로 인코딩되고, 수신 노드 또는 수신 노드들에 의해 디코딩된다. 디코딩 프로세스는 시간 동기화되는 송신 노드 또는 수신 노드에 의존하며, 따라서, 모든 정보 교환은 프리앰블 다음의 통신 프레임과 적용가능한 보호 대역 구간 동안 발생한다.
무선 통신 네트워크는 각 노드에서 하나 이상의 센서 또는 액추에이터를 포함함으로써 검출을 수행하고 애플리케이션을 제어할 수 있다. 영역 내에서 분산되어 있는 경우, 이와 같은 네트워크에서의 다수의 노드들은 단일 노드에 의해 가능한 범위보다 더 큰 범위로 검출 또는 액추에이팅 메카니즘을 제공하기 위하여 협력적인 방법으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 수동 검출 애플리케이션은 특정 음성 신호가 검출될 때 시간-스탬프(time-stamp)를 각각 생성하는 다수의 노드들을 포함할 수 있다. 각 노드에서의 음성 신호의 서로 상이한 도달 시간(Time of arrival, ToA)에 따라, 수신 노드에 관계되는 음원의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 하나 이상의 노드에서 ToA 구간이 통신 프레임의 지속 시간을 초과할 수 있기 때문에 음성 신호가 검출될 때 시간-스탬프를 생성하기 위하여 시간 동기화에 노드가 유보되는 것을 보장하기 위하여 검출된 음성 신호의 ToA 측정 구간 동안 클럭 동기화 작업을 수행하는 것이 필요하다.
에너지가 제한된 무선 센서 노드를 위해서는, 교환되는 새로운 정보는 협력이 완료된 후에 가능하기 때문에 검출 또는 액추에이팅 동안 정보 교환에 적합한 클럭 동기화를 유지하기 위한 요구사항은 협력하고 있는 노드들에 대해서는 차선이다. 그러나, 정보 교환보다 더 조악한 해상도를 갖지만, 그러한 협력은 시간 동기화를 유지하기 위해 협력하고 있는 노드들을 필요로 한다.
본 명세서를 해석하고 이해함에 따라 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백한 전술한 이유 및 후술되는 다른 이유 때문에, 통신 업계에서는 다중 재동기화 프리앰블을 감소시키고 각 노드에서 에너지 소비를 최소화하며 데이터 통신이 현재의 통신 프레임에서 완료된 후에 남아 있는 잔여 클럭 동기화 구간을 사용하는 2 이상의 송신기/수신기 노드 사이에서의 협력을 제공하는 방법이 필요하다.
본 발명은, 다중 재동기화 프리앰블을 감소시킬 수 있으며, 각 노드에서 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 데이터 통신이 현재의 통신 프레임에서 완료된 후에 남아 있는 잔여 클럭 동기화 구간을 사용하는 2 이상의 송신기/수신기 노드 사이에서의 협력을 제공할 수 있는 통신 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에서, 통신 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 노드로부터 동기화 프리앰블을 갖는 통신 신호의 송신을 포함한다. 상기 제1 노드 및 적어도 하나의 제2 노드 사이의 통신을 동기화하기 위하여 상기 동기화 프리앰블 신호에 따라 상 기 적어도 하나의 제2 노드의 로컬 클럭을 설정한다. 특정 스위치 포인트가 발생할 때까지 부가적인 프리앰블 없이 상기 제1 노드 및 적어도 하나의 제2 노드 사이의 연속된 데이터 통신을 교환하고, 상기 특정 스위치 포인트(416)가 발생한 후, 데이터 통신을 뒤따르는 감소된 시간 동기화 정확도의 구간을 사용하는 정보를 교환한다.
다른 실시예에서, 잔여 시간 동기화 구간(residual time synchronization period) 동안 노드 사이의 통신 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 잔여 시간 동기화 구간 동안 발생할 수 있는 노드 사이의 정보 교환을 개시하기 위하여 잔여 스위치 포인트를 배포하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 잔여 스위치 포인트에 응답하여 각 노드에서 스케줄 타이머를 개시하는 단계와, 수신된 스케줄 및 각 노드의 스케줄 타이머에서 선택된 엔트리에 따라 각 노드에서의 작업을 수행하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 통신 노드가 제공된다, 상기 통신 노드는 로컬 클럭, 송신기/수신기 회로, 동기화 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 로컬 클럭은 상기 통신 노드의 클럭 동작을 한다. 상기 송신기/수신기 회로는 통신 신호를 선택적으로 송신 또는 수신한다. 통신 노드간의 통신을 구축하기 위하여, 상기 동기화 회로는 로컬 클럭을 다른 통신 노드로부터 수신된 통신 신호에 동기화한다. 상기 제어 회로는 상기 송신기/수신기 회로와 상기 동기화 회로를 제어하며, 통신 신호를 처리한다. 상기 제어 회로는 소정의 구간 동안 로컬 클럭을 재동기화하지 않고 통신 노드 사이의 통신을 지시한다. 더하여, 상기 제어 회로는 특정 스위치 포인트에 대한 응답으로 정보를 교환한다.
다른 실시예에서, 통신 시스템이 제공된다. 상기 통신 시스템은 적어도 2개의 통신 노드를 포함한다. 각 노드는 초기의 통신 프레임에서 수신된 프리앰블을 동기화하는 것에 따라 통신을 구축하기 위하여 로컬 클럭을 동기화한다. 각 노드는 잔여 스위치 포인트에 따라 서브 프레임에서 다른 정보를 송신하고 수신한다.
마지막으로 다른 실시예에서, 다른 통신 시스템이 제공된다. 상기 통신 시스템은 프리앰블을 갖는 초기 신호가 노드간의 동기화를 구축한 후에 단지 서브 프레임 신호만으로 하나 이상의 노드 사이의 시간 구간 동안 초광대역 데이터 통신을 제공하는 수단과, 특정 스위치 포인트에 따른 데이터 통신에 필요한 것보다 덜 정확한 시간 동기화를 필요로 하는 다른 정보를 교환하기 위한 수단을 포함한다.
아래의 설명에서 본 명세서의 일부를 구성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정한 예시적인 실시예들에 의해 도시된 첨부된 도면이 참조된다. 이 실시예들은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 설명되며, 다른 실시예들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있으며, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 논리적, 기계적 및 전기적인 변환이 가능하다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 한정의 의미로 받아들여져서는 안된다.
본 발명의 실시예들은 현재의 통신 프레임에서 데이터 통신이 종료되고 난 후에 남는 잔여 클럭 동기화 구간을 효율적으로 사용하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명은 본 명세서에서 참조되고 미국특허출원번호 11/181,281호(이하 "'281 출원"이라 한다.)로 2005년 7월 14일 출원된 동기화된 서브-프레임 신호처리에 관한 출원에 관련된다. 동기화된 서브-프레임 신호처리 애플리케이션은 각 송신 프레임의 시작에서 프리앰블에 의해 유발되는 재동기화 구간의 대다수를 방지하기 위한 동기화된 서브-프레임 신호처리 방법 및 장치를 제공하였다.
본 발명의 일 실시예에서, 데이터 송신을 위해 원하는 메시지 교환이 노드 사이에서 발생하면, 2 이상의 노드 사이의 잔여 시간 구간 동기화 동안에 기능들의 멀티플렉싱을 제공하면서, 노드 간의 잔여 시간 동기화는 데이터 통신보다는 애플리케이션(들)을 위한 시간 구간 동안 사용될 수 있다. '281 출원에 따르면 잔여 시간 동기화 구간은 스위치 포인트에 의해 표시되며, 노드 사이의 시간 동기화가 데이터 통신에 적당한 시간 구간뿐만 아니라, 노드 간의 시간 동기화가 데이터 통신이 더 이상 신뢰할 수 없을 정도로 많이 벗어난 후의 소정의 시간 구간을 포함한다. 잔여 시간 동기화 구간의 지속 시간은 잔여 시간 동기화 구간을 사용하는 애플리케이션의 시간 동기화 요구 사항에 의해 결정된다.
도 1a에서, 본 발명의 데이터 통신 시스템(100)의 일 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 데이터 통신 시스템(100)은 통신 노드(102)와 통신 노드들(104-1 내지 104-N)를 포함한다. 통신 노드들(102, 104-1 내지 104-N)은 서로 통신한다. 특히, 도 1a에 도시된 실시예에서, 통신 노드(102)는 통신 노드들(104-1 내지 104-N)과 통신한다. 본 발명의 실시예에서, 제1 통신 노드는 메시지 교환을 개시한다. 그러 나, 본 발명이 하나가 초기 송신 노드인 2 이상의 통신 노드에 일반적으로 적용될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 도 1a의 실시예에서, 초기 송신 노드는 통신 노드(102)이다. 메시지 교환은 통신 노드(102)가 프리앰블을 포함하는 초기 통신 신호를 송신할 때 시작된다. 각 수신 노드는 로컬 클럭을 동기화하기 위하여 프리앰블에 있는 공지의 정보 시퀀스를 사용하며, 따라서 송신 노드와 수신 노드 사이의 통신이 일어날 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 노드 간의 통신은 통신 프레임이 완료될 때까지 추가의 프리앰블을 보내지 않고서 유지된다. 통신 프레임은 잔여 시간 동기화 구간 동안 노드 간의 데이터 통신 교환으로부터 특정 애플리케이션의 통신까지의 멀트플렉싱을 포함한다.
도 1a를 다시 참조하면, 프리앰블 및 교환되어야 할 다른 데이터를 포함하는 제1 통신 신호(110-1, 112-1 및 114-1)가 도시된다. 제1 통신 신호는 동기화 통신 신호 또는 초기 신호로 참조될 수 있다. 노드(102)는 신호(110-1, 112-1 및 114-1)를 송신할 때 송신 노드이며, 노드(104-1 내지 104-N)는 해당 통신 신호(110-1, 112-1 및 114-1)를 수신할 때 수신 노드이다. 각 통신 신호의 마지막에는 신호가 완료되었다는 표시가 있다. 일 실시예에서, 이것은 '281 출원에 나타난 바와 같이 스위치 포인트(switch point)로 언급된다. 상기 스위치 포인트는 수신 노드에게 그 수신 노드가 수신된 신호에 응답하여 통신 신호를 송신하는 송신 노드가 될 수 있다는 것을 표시한다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 스위치 포인트는 노드(102)에서 노드(104-1 내지 104-N)로 송신된 신호가 될 수 있거나, 노드(102)와 노드(104-1 내지 104-N) 사이에 교환되 는 스케줄에 따른 시간상의 지점일 수 있다. 이들의 예는 해당 노드(104-1, 104-2 및 104-N)로부터 미리 정렬된 시퀀스에 따라 차례로 노드(102)로 송신되는 신호(110-2, 112-2 및 114-2)이다. 노드 간의 데이터 통신 신호의 교환은 앞에서 논의된 바와 같이 스위치 포인트가 발생할 때 까지 이와 유사하게 계속된다. 일 실시예에서, 스위치 포인트는 특수한 스위치 포인트 또는 잔여 시간 동기화 구간 동안 발생할 수 있는 정보 교환의 시작을 나타내는 잔여 스위치 포인트이다. 노드(102)와 노드(104-1 내지 104-N) 사이의 마지막 통신 신호는 도 1a에서 신호(110-N, 112-N 및 114-N)로 도시된다.
일 실시예에서, 데이터 통신 시스템(100)은 2개의 노드만이 참여하는 포인트 투 포인트(point to point) 시스템이다. 도 1a의 통신 시스템(100)을 참조하는 본 시스템의 예시는 노드(102)가 노드(104-1)에 제1 신호(110-1)를 보내고, 그 다음 제2 신호(112-1)를 노드(104-2)로 보낸다. 본 발명의 다른 실시예에서, 데이터 통신 시스템(120)은 송신된 신호가 다중 노드에 의해 동시에 수신되는 브로드캐스트 네트워크에 마련된다. 이것의 예시가 도 1b에 도시된다. 이 실시예에서, 하나의 초기 송신 신호가 다중 수신 노드에 보내지기 때문에, 하나의 단일 프리앰블만이 필요하다. 도 1b를 참조하면, 단일 프리앰블을 갖는 초기 신호(130)가 노드(122)에서 노드들(124-1 내지 124-N)에 동시에 브로드캐스트된다. 이 실시예에서, 스위치 포인트는 다음 송신 모드를 표시하는데 사용된다. 예를 들어, 도 1b의 통신 시스템(120)에서, 스위치 포인트로 표시된 바와 같이, 송신하는 다음 노드는 노드(124-2)이다. 도시된 바와 같이, 신호(132)는 노드(124-2)에서 노드(122)로 송신된다. 이 예시에서, 그 다음 노드(124-3)는 신호(134)를 노드(124-4)에 송신하도록 지시된다.
전술한 바와 같이, 특정 스위치 포인트가 발생한 후에, 노드들은 다른 목적을 위해 사용될 수 있는 추가적인 시간 구간을 위해 시간 동기화된다. 이러한 시간 구간은 잔여 시간 동기화 구간 또는 감소된 시간 동기화 구간(period of reduced synchronization)으로 언급된다. 본 발명의 실시예들은 데이터 통신을 위한 목적으로 노드 간에 잔여 시간 동기화를 사용한다. 도 1c의 플로우차트(130)는 본 발명의 일 실시예에서 잔여 시간 동기화의 사용을 도시한다. 도시된 바와 같이, 프로세스는 통신에서 노드들을 동기화하는 것(132)으로 시작한다. 노드들이 동기화되면(132), 잔여 시간 동기화 구간을 위한 스케줄을 포함할 수 있는 데이터 통신이 노드간에 교환된다(134). 각 교환(134)의 후에, 잔여 동기화 구간을 위한 스위치 포인트에 도달했는지 판단한다(136). 잔여 동기화 구간을 위한 스위치 포인트에 도달하지 못했다면(136), 데이터 교환이 계속된다(134).
잔여 동기화 구간을 위한 스위치 포인트에 도달된(136) 후에, 노드들간의 다른 정보가 교환된다(138). 이러한 형식의 정보는 데이터 통신에 필요한 것보다 시간 동기화의 정밀도를 덜 필요로 한다. 노드 간의 다른 정보의 각 교환(138) 후에, 잔여 동기화 구간의 마지막에 도달하였는지를 판단한다(140). 잔여 동기화 구간의 마지막에 도달하지 못했다면(140), 다른 정보의 교환이 노드간에 계속된다(138). 잔여 동기화 구간의 마지막에 도달하였다면(140), 노드들은 재동기화되어야만 한다(132).
다른 정보의 예시는 분류 펄스(ranging pulse)이다. 이 분류 펄스는 데이터 통신에 필요한 시간 동기화 정확도가 초과된 때에 잔여 동기화 구간 동안의 메시지 교환에 임베디드(embedded)된다. 잔여 구간 동안의 시간 동기화 정확도는 분류 펄스와 같은 다른 비-데이터 통신 애플리케이션에 적합하다. 이 분류 펄스는 잔여 동기화 구간 동안의 거리와 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 잔여 구간 동안의 시간 동기화 정밀도는 RF 주파수 전파 측정과 같은 다른 비-데이터 통신 애플리케이션에 적합하다. 또한, 이 측정은 잔여 동기화 구간 동안 수행될 수 있다. RF 주파수 전파를 측정하는 실시예에서, 송신 노드는 잔여 동기화 구간 동안 일련의 펄스를 송신한다. 또한, 수신 노드는 잔여 동기화 구간 동안 신호 레벨을 측정한다. 이 실시예로부터 얻어진 정보는 무선 네트워크에서 유용하며, 라우팅 테이블을 구축하는데 사용된다. 다른 예시에서, 잔여 시간 동기화 구간 동안의 신호는 네트워크가 어떻게 동작하는지를 제어하기 위한 정보와 같은 애플리케이션 레벨 동기화 정보를 포함한다. 애플리케이션 레벨 동기화 정보는 센서가 측정을 하게 하고, 그 측정으로부터 얻어진 정보를 처리하고, 다음 시간 동기화 데이터 통신 구간에서 처리된 정보에 관한 데이터를 되돌려주게 하는데 사용될 수 있다. 다른 형식의 통신이 잔여 동기화 구간 동안 사용될 수 있으며, 본 발명은 상기에서 리스트된 것에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 노드(200)의 실시예를 도시한다. 노드(200)는 데이터 처리 및 제어 회로(202), 송신(Tx)/수신(Rx) 회로(204) 및 로컬 클럭(206)을 포함한다. Tx/Rx 회로(204)는 로컬 클럭(206)을 동기화하기 위해 송신 노드로부터 수신된 프 리앰블을 처리하는 로컬 클럭 동기화 회로를 포함한다. 도시된 바와 같이, 클럭(206)은 제어 회로(202)와 Tx/Rx 회로(204) 모두에 의해 사용된다. Tx/Rx 회로는 상기 클럭을 데이터 사이의 시간 간격을 결정하기 위하여 사용할 수 있다. 제어 회로(202)는 수신된 신호와 잔여 동기화 구간 동안 노드의 시간에 관련된 스케줄링을 언제 송신하고 통과시키는지를 결정하기 위하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 더욱 상세한 노드(300)의 예시가 도 3에 도시된다. 노드(300)는 안테나(322), 송신(T)/수신(R) 스위치(320), CPU(314), Tx(316), Rx(318), 클럭 동기화 회로(305), 로컬 클럭(306) 및 스케줄링 로컬 타이머(310), 측정 로컬 타이머(311) 및 딜레이 로컬 타이머(312)를 포함한다. CPU(314)는 T/R 스위치(320) 및 타이머(310, 311, 312)를 제어하고, 클럭(306)과 타이머(310, 311, 312)로부터의 표시에 응답한다. 노드(300)가 송신할 때 T/R 스위치(320)는 송신 위치에 놓이며, 노드(300)가 수신할 때 T/R 스위치(320)는 수신 위치에 놓인다.
클럭 동기화 회로(305)는 로컬 클럭(306)을 조정하고 모니터링하는데 사용된다. 특히, 프리앰블을 포함하는 초기 송신이 수신기(318)를 통해 수신될 때, 동기화 회로(305)는 클럭(306)을 초기 송신을 보내는 노드의 클럭과 동기화하는데 사용된다. 클럭이 동기화된 후, 클럭 동기화 회로(305)는 클럭의 드리프트를 모니터링한다. 일 실시예에서, 클럭 드리프트는 송신기로부터의 시간 동기화 신호처리를 검출하는데 로컬 클럭을 사용하는 것으로부터 에러율을 측정하는 것에 의하여 모니터링된다. 클럭이 (Tx 클럭으로부터) 드리프트할 때, 에러율은 증가한다. 일 실시예에서, 에러율은 순환 잉여 부호(cyclic redundancy code, CRC) 스킴, 전방 에러 교 정 방법 또는 기타 에러 검출 및 교정 스킴이 데이터 에러를 성공적으로 교정하는 것을 실패할 때를 검출하는 것에 의하여 측정된다. clock
도 3에 도시된 바와 같이, 클럭(306)은 송신 신호의 데이터 송신을 클럭킹하기 위해 송신기(316)와 통신하고, 수신 신호의 데이터 수신을 클럭킹하기 위해 수신기(318)와 통신한다. CPU(314)는 송신되는 데이터를 처리하기 위하여 송신기(316)와 통신한다. 또한, CPU(314)는 수신되는 데이터를 처리하기 위하여 수신기(318)와 통신한다. 또한, 도 3의 실시예는 타이머(310, 311, 312)를 포함한다. CPU(314)는 타이머(310, 311, 312)와 통신한다. 스케줄 타이머(310)는 데이터 통신과 잔여 동기화 구간의 스케줄을 모니터링하는데 사용된다. 측정 타이머(311)는 스케줄의 특정 시간으로부터 분류 펄스를 수신하는 것과 같은 이벤트가 검출될 때까지의 경과 시간을 측정하는데 사용된다. 딜레이 타이머(312)는 스케줄의 특정 시간으로부터 노드가 신호를 송신하여야만 할 때까지의 시간 지연을 생성하는데 사용된다.
도 4는 노드(400)에서의 시간에 따른 동작을 도시한다. 특히, 도 4는 클럭 동기화 프리앰블을 수신(406)하는 동안의 시간 동기화 프로세스의 로컬 클럭(402)에 대한 영향과, 시간 동기화 프리앰블을 송신하는 기준 노드(404)에 관련된 로컬 클럭의 드리프트를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 단일 노드가 기준 노드와의 클럭 동기화 작업에 사용된다. 단일 노드를 사용하는 것은 예시적인 것이고 한정을 위한 것이 아니며, 본 발명은 단일 노드에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 바와 같이, 시변 클럭 편 차(402)는 한 노드에서의 로컬 클럭으로부터 다른 노드의 로컬 클럭까지 가변되며, 시간 상의 다양한 지점에서 양 또는 음의 클럭 편차를 모두 보여줄 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 클럭 동기화 구간(406) 동안, 한 노드의 로컬 클럭은 프리앰블을 공급하는 노드의 기준 클럭(404)과 시간 동기화되어, 로컬 클럭(402)과 기준 클럭(404)의 편차를 최소화한다.
본 발명의 일 실시예에서, 노드의 로컬 클럭은 소정의 구간(408) 동안 데이터 통신에 필요한 허용 오차(420) 내에 있을 것이며, 데이터 메시지 교환이 데이터 통신 동기화 구간(408) 동안에 2 이상의 노드 사이에서 완료된다. 본 발명의 일 실시예에서, 메시지 교환은 참여하는 모든 노드들에게 잔여 동기화 구간(410) 동안 각 노드의 작업을 설명하는 스케줄의 배포를 포함한다. 각 노드에 대한 스케줄은 데이터 통신 구간 동안이 아닌 다른 수단에 의해 노드에 입력된다. 더하여, 노드에 스케줄을 입력하는 방법은 예시적인 것이며 한정을 위한 것이 아니다. 데이터 통신은 '281 출원에 따른 스위치 포인트(416)가 잔여 동기화 구간(410)의 시작을 표시할 때까지 계속된다.
잔여 동기화 구간(410) 동안 각 노드는 잔여 동기화 구간(410) 동안의 노드의 작업을 설명하는 스케줄을 처리한다. 잔여 동기화 구간이 종료하면, 노드에서의 로컬 클럭과 기준 클럭 사이의 편차가 테이터 통신(420)과 잔여 동기화 구간(418) 요구되는 허용 오차를 모두 초과하고, 유용한 클럭 동기화가 깨어진다.
클럭 동기화가 깨어진 구간(412)의 다음에, 다른 클럭 동기화 구간(414)이 프리앰블을 송신하는 노드에 의하여 개시될 수 있다. 클럭 동기화가 깨어진 구 간(412)의 지속 시간은 결정되어 있거나 아닐 수 있으며, 이는 본 발명의 한정이 아니다. '281 출원에 의하면, 노드에 의해 프리앰블의 송신과 함께 시작하는 새로운 시간 동기화 구간과, 프리앰블을 포함하는 초기 신호를 송신하는 노드의 선택은 이전에 프리앰블을 송신한 노드와 동일한 노드이거나 아닐 수 있다.
도 5는 노드들의 시간 동기화의 시작(520)과 잔여 동기화 구간의 마지막(570) 사이의 시간 구간 사이에서 노드 1, 노드 2, ... 노드 N을 포함하는 본 발명의 일 실시예의 시스템(500) 동작에 대한 예시를 도시한다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 바와 같이, 도 5는 예시적인 시스템(500)의 가능한 많은 동작 중 하나일 뿐이다. 도 5에서, '281 출원에 따르면 노드 1은 초기 송신 노드이며, 시간 동기화 프리앰블(502)을 포함하는 신호를 송신한다. 시스템(500)의 다른 노드들은 프리앰블을 포함하는 신호를 수신하고 각 노드(503, 512)의 로컬 클럭들을 동기화한다. 본 발명의 일 실시예에서, 노드 1은 다른 각 노드 2(505), ... 노드 N(514)의 작업을 설명하는 스케줄(504)을 송신하고, 잔여 동기화 구간 동안 수행하여야만 한다.
스위치 포인트(530)는 송신을 위한 다른 노드(도 5의 예시에서는 노드 2(507))를 선택하는데 나타난다. 또한, 도 5의 예시는 송신하는 노드 N(516)을 선택하는 제2 스위치 포인트(535)를 포함한다. '281 출원에 따라 이어지는 스위치 포인트(540과 같은)가 나타날 수 있다. 스위치 포인트의 개수 또는 송신하는 노드의 선택은 본 발명에 대한 한정이 아니다. 특정 스위치 포인트 또는 잔여 스위치 포인트(550)가 잔여 동기화 구간(560)의 시점을 표시하기 위해 나타난다.
잔여 동기화 구간(560) 동안에 각 노드는 각 노드에 대한 잔여 동기화 구간 스케줄에 따라 동작한다. 도 5의 시스템(500)의 예시적인 동작은 노드 2와 노드 N이 노드 1로부터 신호를 수신(509, 518)하는 동안 먼저 송신하는 노드 1(508)을 도시한다. 노드 1과 노드 N이 신호를 수신(510, 520)하는 동안 송신 스케줄에 의해 선택되는 다음 노드는 노드 2(511)이다. 잔여 동기화 구간의 마지막(570)은 스케줄에 의해 결정된다. 예시에서, 시스템(500)은 다른 시간 동기화 구간을 시작하기 위하여 노드가 프리앰블을 포함하는 초기 메시지를 송신할 때까지 비활성화 상태로 있다. 초기 메시지 송신의 주기는 본 발명의 한정이 아니다.
도 5에 표시된 동작과 시스템(500)의 가능한 일 애플리케이션은 무선 네트워크의 다중 노드가 노드 쌍의 거리를 결정하게하는 분류 애플리케이션(ranging application)이다. 예를 들어, 송신 스케줄(504)이 노드 1, ... 노드 N이 잔여 동기화 구간(560) 동안 송신하는 순서를 표시한다. 스위치 포인트(530, 535) 다음의 데이트 송신 링크의 반전 구간 동안, 노드 1, ... 노드 N은 노드 1 및 다른 것과 제한 없이 부가 데이터를 교환할 수 있다. 예시적인 시스템(500)의 모든 노드가 노드 1과 클럭 동기화되어 있기 때문에, 송신 노드와 하나 이상의 수신 노드 사이의 무선 신호 전파의 비행시간(Time-of-Flight, ToF)은 각 수신 노드에서 측정될 수 있다. 잔여 동기화 구간 동안의 스케줄링된 시간에서 노드 1은 분류 펄스 시퀀스(508)를 송신하고, 동시에 노드 2, ... 노드 N은 각 노드에서 측정 타이머를 시작한다. 노드 1, ... 노드 N이 분류 펄스 시퀀스(509, 518)을 수신하면, 각 노드에서의 측정 타이머는 중지한다. 측정 타이머 값은 각 노드에서 저장되고 노드 1로부 터의 송신과 관련된다. 노드 2가 노드 1 및 노드 N에 의해 수신되고 처리(510, 520)되는 분류 펄스 시퀀스를 송신할 때, 잔여 동기화 구간 동안의 이어지는 작업이 수집되는 부가의 분류 데이터를 제공한다. 이어지는 데이터 메시지 교환 동안, 개별 노드 측정의 결과는 노드간의 거리를 계산하기 위하여 무선 센서 네트워크의 다른 노드에 필수적으로 배포될 수 있다.
도 6을 참조하면, 잔여 동기화 구간에서 정보를 교환(도 1c의 138)하는 동안 노드에 의해 수행되는 작업을 설명하는 일 실시예에 대한 플로우차트(600)가 도시된다. '281 출원에서 설명된 바와 같이 스위치 포인트(도 5의 550)는 잔여 동기화 구간의 시간을 나타내면서 발생한다. 각 수신 노드는 잔여 시간 동기화 구간의 스케줄에 따라 스케줄 타이머를 개시(602)하는 것에 의하여 스위치 포인트에 응답한다. 로컬 클럭(도 3의 306)이 스케줄 타이머(도 3의 310)에 시간축(timebase)을 제공하고 모든 노드의 로컬 클럭이 시간 동기화되어 있기 때문에, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 모든 노드의 스케줄 클럭 또한 로컬 컬럭의 시간 동기화 정밀도로 시간 동기화된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
노드가 작업을 수행하는 스케줄 시간 값이 현재 선택된 스케줄 엔트리로부터 얻어진다(604). 이 시간 값은 주기적으로 로컬 클럭과 비교되고(606), 스케줄 타이머는 로컬 클럭이 스케줄 시간 값과 맞지 않을 때 갱신된다(608). 스케줄 클럭을 갱신하기 위한 시간축은 로컬 클럭이다. 스케줄 타이머가 현재 로컬 클럭과 맞는다면, 스케줄링된 작업이 선택된다.
그 다음, 노드 작업은 신호를 송신(616)하거나 신호를 수신(624)할 수 있다. 작업이 신호를 송신하는 것일 때, 노드는 시간 딜레이를 결정(610)하고, 시간축으로 로컬 클럭을 사용하여 시간 딜레이를 초기화하고 갱신하며(612), 그 다음 신호를 송신(616)하기 전에 딜레이 타이머가 종료하는 것을 대기(614)할 수 있다. 딜레이의 지속 시간은 0초와 같거나 클 수 있으며, 이는 본 발명의 한정이 아니다. 신호의 송신 후, 노드는 잔여 동기화 구간의 완료에 따라 플로우차트(600)에 도시된 프로세스를 벗어난다(630). 잔여 시간 구간이 완료되지 않았다면, 노드는 다음 스케줄 엔트리(632)를 선택하고 스케줄 엔트리의 초기화(604)로 시작되는 플로우차트(600)의 프로세스를 수행한다.
노드 작업이 신호를 수신하는 것일 때, 노드는 스케줄에 의해 특정되는 바와 같이 측정 타이머를 초기화한다(620). 측정 타이머는 로컬 클럭을 시간축으로 사용하여 주기적으로 갱신된다(622). 노드가 스케줄에 의해 표시된 신호를 수신할 때, 측정 타이머 값이 복사되고 저장된다(626). 저장된 측정 타이머 값은 노드에서의 애플리케이션에 의해 사용되거나 데이터 메시지 교환 구간 동안 다른 노드로 송신될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 측정 타이머 값을 저장한 후에, 노드는 잔여 동기화 구간의 완료에 따라 플로우차트(600)에 도시된 프로세스를 벗어난다(630).잔여 시간 구간이 완료되지 않았다면, 노드는 다음 스케줄 엔트리(632)를 선택하고, 스케줄 엔트리의 초기화(604)로 시작되는 플로우차트(600)의 프로세스를 수행한다.
특정 실시예가 본 명세서에서 도시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위하여 계산된 다른 배열이 도시된 상기 특정 실시예를 대체할 수 있다느 것을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 이해할 수 있을 것이다. 이 애플리케이션은 본 발명의 적용물 또는 변형물을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 청구범위와 그 균등물에 의해서만 한정되는 것이 명백하게 의도된다.
본 발명의 실시예에 따르면 다중 재동기화 프리앰블을 감소시킬 수 있으며, 각 노드에서 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 데이터 통신이 현재의 통신 프레임에서 완료된 후에 남아 있는 잔여 클럭 동기화 구간을 사용하는 2 이상의 송신기/수신기 노드 사이에서의 협력을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 동기화 프리앰블 신호를 갖는 통신 신호(110-1)를 제1 노드(102)로부터 송신하는 단계;
    상기 제1 노드(102) 및 적어도 하나의 제2 노드(104-N) 사이의 통신을 동기화하기 위하여 상기 동기화 프리앰블 신호에 따라 상기 적어도 하나의 제2 노드(104-N)의 로컬 클럭(206)을 설정하는 단계;
    특정 스위치 포인트(switch point)(416)가 발생할 때까지 부가적인 프리앰블 없이 상기 제1 노드(102) 및 적어도 하나의 제2 노드(104-N) 사이의 연속된 데이터 통신을 교환하는 단계; 및
    상기 특정 스위치 포인트(416)가 발생한 후, 데이터 통신을 뒤따르는 감소된 시간 동기화 정확도의 구간을 사용하는 정보를 교환하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정보는 애플리케이션 레벨의 동기화 정보인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보는 RF 전파 측정을 위한 펄스인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정보는 분류 펄스(ranging pulse)인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정보는 펄스 위치가 인코딩된 데이터인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정 스위치 포인트(416)가 발생한 후, 상기 제1 노드(102) 및 상기 적어도 하나의 제2 노드(104-N) 각각의 작업을 설명하는 상기 제1 노드(102)와 상기 적어도 하나의 제2 노드(104-N) 사이의 스케줄(134)을 배포하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스케줄에 따라 상기 제1 노드(102)와 상기 적어도 하나의 제2 노드(104-N) 각각의 스케줄 타이머(602)를 개시하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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