KR20090118815A - 중앙 제어식 ｍａｃ 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

중앙 제어식 ｍａｃ 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법을 개시한다. 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법은 대응 디바이스로의 다이렉트 경로 및 피코넷 코디네이터로의 릴레이 경로를 각각 설정하는 단계와 다이렉트 경로와 릴레이 경로 중 하나의 경로를 선택하는 단계와, 선택된 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 단계를 포함한다.
LOS(Line of Sight), 릴레이 경로

Description

중앙 제어식 ＭＡＣ 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법{Apparatus and Method for Transmitting and Receiving Data in Wireless Communication System of Centralized MAC}
본 발명은 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서 디바이스들 간의 LOS(Line of Sight: 가시거리)의 다이렉트 경로가 차단되거나 채널의 상태가 좋지 못한 경우에도 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 원활하게 통신할 수 있는 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-002-02, 과제명: Multi-Gigabit 무선 인터페이스 기술개발].
중앙 제어식 MAC(Medium Access Control) 기반의 무선통신 시스템에서, 사용중인 경로의 채널이 사람 혹은 장애물 등에 의해 차단되거나 채널 상태가 나빠지는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 경우, 사람 혹은 장애물은 영구히 존재하지 않고 움직이기 때문에 통신 차단 상태가 바로 해소될 수 있다. 그러나, 60 GHz 대역의 무선통신 시스템의 경우 3 Gbps급의 고속으로 데이터를 교환하기 때문에 통신 차단 시간이 아주 짧더라도 심각한 문제를 초래하게 된다.
따라서, 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서 사람 혹은 장애물이 존재하여 사용중인 채널이 차단되거나 채널 상태가 나빠지는 경우에도 데이터를 원활하게 통신할 수 있는 데이터 송수신 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디바이스(device; DEV)들 간의 LOS(Line of Sight: 가시거리)의 다이렉트 경로가 차단되거나 채널의 상태가 좋지 못한 경우에도, 피코넷 코디네이터(Piconet Coordinator; PNC)를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 원활하게 통신할 수 있는 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 디바이스 간에 다이렉트 경로 및 릴레이 경로를 순차적으로 이용함으로써, 비디오 스트리밍과 같은 지연민감정보를 다이렉트 경로가 차단되었을 때에도 데이터를 원활하게 통신할 수 있는 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스는 대응 디바이스 및 피코넷 코디네이터로의 통신 경로를 각각 설정하는 경로 설정부와, 상기 설정된 통신 경로들의 사용가능 여부를 판단하는 경로 판단부와, 상기 사용가능 여부 판단에 따라서 상기 통신 경로들 중 하나의 경로를 선택하는 경로 선택부와, 상기 선택된 경로를 통해 데이터를 교환하는 데이터 송수신부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법은 대응 디바이스로의 다이렉트 경로 및 피코 넷 코디네이터로의 릴레이 경로를 각각 설정하는 단계와, 상기 다이렉트 경로와 상기 릴레이 경로 중 하나의 경로를 선택하는 단계와, 상기 선택된 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 피코넷 코디네이터의 데이터 송수신 방법은 제1 디바이스 및 상기 제1 디바이스와 통신하고자 하는 제2 디바이스와의 통신 경로를 각각 설정하는 단계와, 상기 제1 디바이스로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 상기 제2 디바이스로 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법은 디바이스(device; DEV)들 간의 LOS(Line of Sight: 가시거리)의 다이렉트 경로가 차단되거나 채널의 상태가 좋지 못한 경우에도, 피코넷 코디네이터(Piconet Coordinator; PNC)를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 원활하게 통신할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법은 IEEE 802.15.3 무선매체접근제어 기술에 적용될 수 있다. 이 에, 본 발명의 실시예가 적용되는 IEEE 802.15.3 무선매체접근제어 기술에 대해 간략하게 설명한다.
IEEE 802.15 Task Group 3(TG3)은 high rate WPAN의 표준화를 진행하고 있으며, 무선매체접근제어는 기본적으로 centralized control로 동기화 시키는 구조이다. IEEE 802.15.3 WPAN은 기본적으로 피코넷(piconet)이라고 부르는 무선 ad-hoc network들로 구성된다. 하나의 피코넷(piconet)은 하나의 피코넷 코디네이터(piconet coordinator: PNC)와 여러 개의 디바이스(device: DEV)로 구성되며, 피코넷 코디네이터(PNC)는 비콘(beacon)을 통해 피코넷(piconet)의 timing information을 제공하며, QoS requirement, power save mode, access control을 관리한다. IEEE 802.15.3 MAC은 CSMA/CA와 TDMA를 모두 사용할 수 있는 superframe 구조를 가진다. Superframe은 beacon, Contention Access Period(CAP) and Channel Time Allocation Period(CTAP)로 구성된다. Beacon은 PNC가 생성하며, superframe 길이, CAP과 CTAP 구간 길이, piconet ID, 동기화 정보와 같은 piconet 관련 정보를 포함한다. 피코넷(Piconet) 안의 모든 디바이스(DEV)는 beacon에 포함한 PNC reference clock에 자신의 local clock을 동기화시켜야 한다. CAP 구간은 asynchronous data나 command를 전송하기 위해 CSMA/CA로 채널 접근하는 반면, CTAP는 TDMA를 사용하여 QoS sensitive traffic data 전송을 위해 reserve 되어 있다. CTAP 구간은 여러 개의 Channel Time Allocation(CTA)와 Management Channel Time Allocation (MCTA)들이 스케쥴링되며, 각각 data 전송과 command 전송을 위해 사용된다.
IEEE 802.11과 마찬가지로 IEEE 802.15.3 MAC은 CAP 구간에서 CSMA/CA protocol을 사용한다. 이와는 달리 CTAP 구간동안에는 TDMA가 사용된다. 이 구간은 PNC에 의해 관리되는 여러 개의 CTAs로 나눠진다. 하나의 CTA는 start time과 reserved transmission duration으로 대표되며, 이 구간동안 다른 DEVs는 channel time 사용을 위해 경쟁할 수 없다. CTA는 PNC에 의해 isochronous flow와 asynchronous data packet 모두에 대해 할당될 수 있다. 매 superframe당 주기적으로 CTA가 할당되는 것에 반해, asynchronous data 전송은 하나의 superframe에 필요한 시간을 요청한다.
Channel time 요청은 CTAP에 전송하고자 하는 data를 가진 DEV가 CAP구간에서 행해진다. 요청하는 시간은 data 전송시간 뿐만 아니라 SIFS와 ACK까지 포함한 시간이며, 이것을 통해 PNC가 성공적으로 전송된 DATA에 대해 ACK을 보낼 수 있다. 요청을 받은 PNC는 현재의 채널 사용상태와 pending되어 있는 요청들을 evaluate하고, 다음 superframe의 비콘에 CTA 할당에 대해 알림을 통하여 CTAs을 DEVs에게 할당한다. 할당된 CTA는 TDMA 채널처럼 소유한 DEV에 의해 사용되고, 다른 DEV는 사용할 수 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 디바이스의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치(100)는 제1 및 제2 디바이스(101, 103)와 피코넷 코디네이터(105)를 포함한다.
여기서, 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템은 60 GHz 이나 THz 대역을 사용하며, 제1 및 제2 디바이스(101, 103)는 가시 선상에 위치한다.
제1 및 제2 디바이스(101, 103)는 가시 선상에 형성되는 다이렉트 경로(1) 또는 피코넷 코디네이터(105)를 통한 릴레이 경로(2,3)를 이용하여 데이터를 통신할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 디바이스(101, 103)는 릴레이의 지원이 가능한 장치이다.
제1 디바이스(101)는 경로 설정 및 빔 형성부(201), 경로 판단부(203), 유효경로 저장부(205), 경로 선택부(207), 및 데이터 송수신부(500)를 포함한다.
경로 설정 및 빔 형성부(201)는 제2 디바이스(103)와의 다이렉트 경로(1)와 피코넷 코디네이터(105)와의 릴레이 경로(2)를 설정하고, 빔을 형성한다. 여기서, 제2 디바이스(103)는 제1 디바이스(101)와 통신하고자 하는 대응 디바이스이다.
경로 판단부(203)는 경로 설정 및 빔 형성부(201)를 통해 설정된 다이렉트 경로(1) 및 릴레이 경로(2)의 사용가능 여부를 판단한다. 즉, 경로 판단부(203)는 다이렉트 경로(1) 및 릴레이 경로(2)를 포함하는 통신 경로들의 차단 여부를 검출하거나, 데이터를 송신한 후 제2 디바이스(103) 또는 피코넷 코디네이터(105)로부터 피드백(feedback)되는 채널 상태 정보를 이용하여, 사용가능 여부를 판단할 수 있다. 이때, 제1 디바이스(101)는 command frame을 이용하거나, 채널 상태 정보의 필드가 추가된 ACK 프레임을 이용하여 채널 상태 정보를 피드백받을 수 있다. 여기 서, 피드백되는 채널 상태 정보는 제2 디바이스(103)에 의해 PHY 단에서 preamble을 통해 계산된 SNR, 또는 RF단에서 RSSI를 측정하여 추정된 정보일 수 있다.
경로 판단부(203)는 사용가능한 경로를 유효경로 저장부(205)에 전달하되, 채널 상태가 좋은 순서대로 경로를 저장하거나 기설정된 문턱값 보다 높은 채널 상태를 갖는 경로만을 저장할 수 있다. 유효경로 저장부(205)는 경로 판단부(203)에 의해 주기적으로 통신 경로들의 채널 상태를 확인함에 따라, 무선환경에 의해 변경되는 통신 경로 데이터가 업데이트될 수 있다.
경로 선택부(207)는 유효경로 저장부(205)부터 사용가능한 경로를 제공받고, 경로들 중 채널 상태가 좋은 하나의 경로를 선택한다. 경로 선택부(207)는 제2 디바이스(103)와의 다이렉트 경로(1)를 우선적으로 선택하고, 다이렉트 경로가 차단되거나 채널 상태 정보가 기설정된 문턱값보다 낮은 경우에는 피코넷 코디네이터(105)와의 릴레이 경로(2)를 선택할 수 있다. 또한, 경로 선택부(207)는 다이렉트 경로(1) 또는 릴레이 경로(2)가 모두 사용 가능한 경우, 두 경로의 사용순서에 따라 시분할 방식에 의해 교대로 선택할 수 있다.
데이터 송수신부(500)는 선택된 경로를 통해 제2 디바이스(103) 또는 피코넷 코디네이터(105)와 데이터를 송수신한다. 이때, 피코넷 코디네이터(105)에 송신된 데이터는 다시 릴레이 경로(3)을 통해 제2 디바이스(103)으로 전달된다.
제1 및 제2 디바이스(101, 103)는 전방향 전송을 지원할 수 있도록 sector antenna 또는 array antenna을 사용할 수 있다. 이는 제1 및 제2 디바이스(101, 103)가 다른 장치(통신하고자 하는 device, PNC)와의 경로를 설정(device association)하기 전에는 다른 장치가 어느 곳에 위치하는 지를 알 수 없기 때문에, 피코넷 코디네이터(105)가 보낸 비콘(beacon)에 대한 응답이나 디바이스들 간의 데이터 전송을 위한 CTAP 채널 타임 요청을 전방향 전송을 통해 피코넷 코디네이터(105)로 알린다. 반면, 제1 및 제2 디바이스(101, 103)는 피코넷 코디네이터(105)로 비콘(beacon)이 아닌 데이터(data)를 전송하는 경우에는, 전방향이 아닌 특정 방향으로만 데이터 전송을 수행할 수 있다.
피코넷 코디네이터(105)는 제1 및 제2 디바이스(101, 103)에 대해 우회 경로를 제공할 수 있다. 여기서, 우회 경로는 제1 및 제2 디바이스(101, 103)의 가시 선상에 형성되는 다이렉트 경로(1) 외에, 제1 및 제2 디바이스(101, 103)의 데이터 통신이 가능하도록 하는 릴레이 경로(2, 3)를 의미한다. 구체적으로, 우회 경로는 제1 디바이스(101)과 피코넷 코디네이터(105) 간의 제1 릴레이 경로(2)와 제2 디바이스(103)과 피코넷 코디네이터(105) 간의 제2 릴레이 경로(3)를 포함한다. 여기서, 우회 경로와 다이렉트 경로(1)는 충돌하지 않도록 설정되어야 한다.
피코넷 코디네이터(105)는 Beacon Period나 CAP구간에는 일반 PNC 장치와 동일하게 비컨을 송신하거나 command frame을 송수신한다. 그 외의 CTAP 구간에서는 DEV-DEV에 relaying 기능을 수행하지 않는 경우, 두 개의 RF chain은 모두 수신 모드(Rx mode)로 동작한다. 그러나, 피코넷 코디네이터(105)는 amplify-and-forward 중계 기능을 수행하는 경우, 데이터 전송 방향에 따라 각 모드로 스위칭함으로써, 한 개의 RF chain은 수신 모드(Rx mode), 다른 한 개의 RF chain은 송신 모드(Tx mode)로 동작하게 된다.
구체적으로, 피코넷 코디네이터(105)는 중계 기능을 수행할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, amplify-and-forward 방식으로, 데이터를 전달하면서 동시에 패킷 헤더를 디코딩하여 어떠한 ACK policy를 사용하는지 확인하고, 그에 따라 RF Chain의 모드 전환을 수행한다. 여기서, ACK policy는 No-ACK, Immediate ACK, Block ACK 중 하나일 수 있다. Amplify-and-forward 방식은 decode-and-forward 방식을 제외한 방식을 뜻한다. Decode-and-forward 방식을 적용하지 않는 이유는 패킷을 완전히 디코딩하여 에러를 수정하고 다시 인코딩하여 전송하는 방식이 디코딩하여 에러를 수정하지 않고 바로 전송하는 방식보다 에러율이 낮음에도 불구하고, 딜레이(delay)가 2배의 SIFS(Short Inter Frame Space) 정도로 커짐에 따라, 제 1 디바이스와 제 2 디바이스의 동작 스펙과 매치(match)하지 않을 가능성이 크기 때문이다. 다시 말하면, 1 디바이스와 제 2 디바이스의 동작 스펙과 매치(match)가 되는 한도에서의 딜레이(delay)는 문제가 되지 않는다. 왜냐하면 동시에 두 개의 경로로 데이터를 전송하지 않으므로, 각 경로의 도착하는 패킷의 시간의 차이로 인한 간섭을 주지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에서의 amplify-and-forward의 의미는 단순히 신호를 증폭하여 전송하는 것 뿐만 아니라 약간의 잡음 또는 간섭을 줄이기 위한 신호처리를 수행한 후 전송하거나 부분적으로 디코딩하고 전송하는 방법도 포함할 수 있다.
즉, 피코넷 코디네이터(105)는 디코딩된 패킷 헤더의 ACK policy 필드가 No-ACK 일 경우에는 두 개의 RF Chain을 tx와 rx 모드를 그대로 유지한다. 피코넷 코디네이터(105)는 디코딩된 패킷 헤더의 ACK policy 필드가 Immediate ACK 일 경 우에는 두 개의 RF Chain의 모드를 스위칭한다. 즉, 피코넷 코디네이터(105)는 tx 모드인 RF Chain를 rx 모드로 스위칭하고, rx 모드인 RF Chain를 tx 모드로 스위칭한다. 이때, 피코넷 코디네이터(105)는 현재 중계 중인 패킷의 전송을 완료한 후에 스위칭한다. 또한, 피코넷 코디네이터(105)는 디코딩된 패킷 헤더의 ACK policy 필드가 Block ACK 인 경우에는 디코딩된 패킷 헤더에 포함된 ACK의 송신 시점에 따라, 두 개의 RF Chain의 모드를 스위칭한다.
본 발명에 따른 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치는 피코넷 코디네이터(105)를 사용함으로써, 사람 혹은 장애물로 인해 다이렉트 경로(1)가 차단될 경우에도 피코넷 코디네이터(105)를 통한 우회 경로를 이용함에 따라, 제1 및 제2 디바이스(101, 103) 간의 데이터를 원활하게 통신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다. 이때, 제1 디바이스 및 제2 디바이스 간의 다이렉트 경로는 미리 설정되어 있으며, 제1 및 제2 디바이스는 릴레이의 지원이 가능한 것으로 가정한다.
도 4을 참조하면, 디바이스는 피코넷 코디네이터를 이용하여 릴레이 경로를 설정한다(S401).
제1 디바이스 및 제2 디바이스는 가시 선상에 위치한 다이렉트 경로를 통해 통신할 수 있다. 제1 및 제2 디바이스는 각 디바이스의 타입과 디바이스에 포함되어 있는 안테나의 타입에 따라 하나 혹은 그 이상의 릴레이 경로를 설정할 수 있다.
우선, 각 디바이스(device)는 피코넷 코디네이터(PNC)를 찾기 위해 비콘을 수신하고, 피코넷 코디네이터로 응답을 송신한다. 만약, 디바이스(device)는 비컨을 수신하지 않는 경우, 비콘을 송신함으로써 피코넷 코디네이터가 될 수도 있다. 이때, 디바이스는 피코넷 코디네이터로부터 릴레이 가능 필드(relay capability field)가 1로 설정된 비콘을 수신한 경우, 릴레이 지원 가능 필드(relay support capability field)를 1로 설정하여 피코넷 코디네이터로 송신한다. 그렇지 않은 경우, 디바이스들이 릴레이를 지원할 수 있어도 피코넷 코디네이터가 지원하지 않아 사용할 수 없다.
한편, 디바이스는 릴레이가 가능한 피코넷 코디네이터(relay-PNC)가 늦게 연결(join)되어, 피코넷 코디네이터가 되지 않았을 경우를 대비하여 차일드 피코넷(child piconet)의 피코넷 코디네이터(PNC)를 등록해 둔다. 그러면, 디바이스는 피코넷 코디네이터가 릴레이를 지원하지 않을 경우 차일드 피코넷의 피코넷 코디네이터가 릴레이를 지원하는지를 확인하고, 지원하면 차일드 피코넷의 피코넷 코디네이터와 연결(association)하여 릴레이 경로를 설정할 수 있다.
결과적으로, 제1 및 제2 디바이스가 피코넷 코디네이터를 사용하여 통신하고자 할 때, 릴레이를 지원하는 피코넷 코디네이터가 존재하고, 제1 및 제2 디바이스가 릴레이 기능을 지원하면, 제1 및 제2 디바이스는 피코넷 코디네이터와의 릴레이 경로를 설정할 수 있다. 이때, 디바이스 및 피코넷 코디네이터는 릴레이 동작 절차에 관련하여, 비컨 혹은 커멘드 프레임을 통해 새로이 릴레이 관련 정보를 포함하도록 정의한 릴레이 IE를 사용해서 전송하게 된다. 이러한 relay IE는 information element중 하나를 사용해 새로이 정의할 수 있다.
이어서, 디바이스는 피코넷 코디네이터와의 빔 형성을 수행한다(S403).
제1 및 제2 디바이스는 CAP구간에서 피코넷 코디네이터가 제1 및 제2 디바이스와의 빔 형성을 위해 각각 할당한 구간에서, 피코넷 코디네이터와의 빔 형성을 수행한다. 이후, 제1 및 제2 디바이스 간의 다이렉트 링크를 통한 빔 형성은 릴레이를 사용하지 않을 경우와 동일하게, 피코넷 코디네이터가 CTAP 구간을 할당하여 알려주면, 그 구간에서 제1 및 제2 디바이스 간의 빔 형성을 수행한다. 제1 및 제2 디바이스 및 피코넷 코디네이터 간의 세 개의 링크 즉, 다이렉트 경로 및 두 개의 릴레이 경로에 대한 빔 형성이 완료되면, 제1 및 제2 디바이스와 피코넷 코디네이터는 피코넷 코디네이터가 할당한 CTAP구간에서 데이터를 전송할 수 있다.
여기서, 디바이스는 하나의 피코넷 코디네이터와의 릴레이 경로 설정에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 릴레이 기능을 지원하는 여러 장치를 포함하는 경우, 여러 장치에 대응하는 다수의 릴레이 경로를 설정할 수 있다. 또한, 디바이스는 두 개 이상의 장치가 직렬로 연결된 multi-hop의 릴레이 경로도 설정할 수 있다.
이어서, 디바이스는 통신 경로 모드를 확인한다(S405).
디바이스 간의 통신 경로 모드는 단일 경로 모드와 다중 경로 모드를 포함할 수 있다.
여기서, 단일 경로 모드는 디바이스 간의 다중 경로 중 하나의 경로를 이용하여 데이터를 송수신하는 모드이다. 다중 경로 모드는 디바이스 간의 다중 경로 를 교대로 이용하여 데이터를 송수신하는 모드이다. 여기서, 다중 경로는 디바이스 간의 가시 선상에 위치한 다이렉트 경로 및 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 포함한다.
이어서, 통신 경로 모드가 단일 경로 모드인 경우, 디바이스는 다중 경로 중 하나의 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다(S407).
구체적으로, 디바이스는 다이렉트 경로와 릴레이 경로 중 하나의 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다. 이때, 디바이스는 선택된 하나의 경로가 차단되거나 채널 상태가 나빠지기 전까지, 선택된 경로를 이용하여 계속 데이터를 송수신할 수 있다. 이후, 디바이스는 선택된 경로가 차단되면 다른 하나의 경로를 재선택하고, 재선택된 경로를 통해 계속 통신할 수 있다.
예를 들어, 디바이스는 우선적으로, 다이렉트 경로를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 다이렉트 경로는 사람 혹은 장애물 등으로 인하여, 일시적 또는 영구적으로 차단되거나 채널 상태가 나빠질 수 있다. 그러면, 디바이스는 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이후, 디바이스는 통신 경로들의 채널 상태를 주기적으로 확인하여, 다이렉트 경로의 사용이 가능하게 되면, 다시 다이렉트 경로를 통해 통신할 수 있다.
디바이스의 통신 경로 차단 또는 채널 상태 변경에 따른 경로 변경 방법은 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)을 이용하는 explicit 방법과 통신의 차단 시간을 이용한 Implicit 방법을 포함한다. 이러한 경로 변경 방법은 도 5 및 도 6를 이용하여 구체적으로 후술할 것이다.
이어서, 다중 경로 모드인 경우, 디바이스는 다중 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다(S409).
구체적으로, 디바이스는 다이렉트 경로와 우회 경로의 이용 순서를 결정하고, 결정된 순서에 따라 교대로 경로를 선택하고, 선택된 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다. 그러나, 두 개의 경로 중 하나의 경로가 차단되면, 디바이스는 사용 가능한 경로만을 이용하여 데이터를 송수신한다. 이후, 차단된 경로의 사용이 가능하게 되면, 디바이스는 다시 순서에 따라 교대로 다중 경로를 이용하여 통신할 수 있다.
예를 들어, 디바이스는 먼저, 다이렉트 경로를 이용하여 데이터를 송수신하고, 다음으로 우회 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다. 이후, 디바이스는 다이렉트 경로 및 우회 경로를 교대로 이용하여 통신한다. 그러나, 다이렉트 경로가 차단되면, 디바이스는 우회 경로만을 이용하여 통신한다. 이후, 다이렉트 경로의 사용이 가능게 되면, 디바이스는 다시 다이렉트 경로 및 우회 경로를 순차적으로 이용하여 통신할 수 있다.
상기 데이터 통신시, 다이렉트 경로 및 릴레이 경로는 사용가능 여부에 따라 사용가능 경로 목록으로 관리될 수 있다. 사용가능 경로 목록은 경로의 주기적 사용가능 여부의 확인에 따라 업데이트된다.
이하, 디바이스 통신시 이용할 수 있는 다이렉트 경로 및 릴레이 경로 간의 경로 변경 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
예를 들어, 디바이스는 다이렉트 경로가 차단된 경우, 피코넷 코디네이터 를 통한 릴레이 경로를 통해 통신할 수 있다. 이때, 디바이스의 릴레이 경로 선택 방법은 우회 명령 의한 explicit 방법과 우회 명령을 사용하지 않고, 통신의 차단 시간을 이용한 Implicit 방법이 있다.
도 5는 디바이스에서 우회 명령에 의해 릴레이 경로를 선택하는 explicit 방법을 나타내는 도면이다.
explicit 방법은 디바이스 간의 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 이용하여 경로를 변경하는 방법이다.
도 5를 참조하면, 제1 디바이스(source DEV)는 데이터를 전송한 후, 제2 디바이스(sink DEV)로부터 일정 횟수(NO ACK Received) 이상 데이터에 대한 에크(ACK)를 수신하지 못하면, 릴레이 경로(relay link)를 통해 제2 디바이스로 릴레이 스위치 요구 메시지(Relay Switch Request Command)를 전송한다.
제2 디바이스는 제1 디바이스로부터 다이렉트 경로를 통해 데이터를 수신하지 못하면, 빔 형성(beam forming) 결과로 인식한 피코넷 코디네이터 쪽으로 빔을 조절한다. 이후, 제2 디바이스는 릴레이 스위치 요구 메시지(Relay Switch Request Command)를 수신한 후, 우회 경로를 사용하는 시점을 가르키는 우회시간(DETOUR Start Duration) 정보요소가 포함된 릴레이 스위치 응답 메시지(Relay Switch Response Command)를 제1 디바이스로 전송한다. 이러한 제2 디바이스는 우회시간부터 릴레이 스위칭하여 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 사용하여 데이터 전송을 시작한다.
제1 디바이스는 릴레이 스위치 응답 메시지(Relay Switch Response Command)를 수신하고, 상기 메시지에 포함된 우회시간 정보요소를 이용하여 피코넷 코디네이터를 통한 우회시점을 결정한다. 이후, 제1 디바이스는 결정한 우회시점부터, 릴레이 스위칭함으로써 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 사용하여 데이터 전송을 시작한다. 만약, 제1 디바이스는 결정된 우회시점에, 릴레이 경로를 통한 데이터 통신이 불가능한 경우, 다시 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 이용하여 다이렉트 경로를 사용할 수 있다. 이러한 explicit 방법은 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 이용함으로써, 안정적으로 우회 경로를 선택할 수 있으며, 우회 경로 사용 시기를 조절할 수도 있다. 또한, 두 경로 모두 blocking이 발생한 경우에는 “No Service” 이벤트를 MLME를 통해 상위 계층으로 통보한 후 데이터 전송 절차를 종료한다. 여기서, 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)는 Relay IE와 relay command type 구분에 정의될 수 있다.
도 6은 디바이스에서 통신의 차단 시간을 이용하여 릴레이 경로를 선택하는 Implicit 방법을 나타내는 도면이다.
Implicit 방법은 디바이스 간의 데이터 통신이 차단된 시간을 이용하여 경로를 변경하는 방법이다.
도 6을 참조하면, 제1 디바이스(source DEV)는 데이터를 전송한 후, 제2 디바이스(sink DEV)로부터 일정 횟수(NO ACK Received) 이상 데이터에 대한 에크(ACK)를 수신하지 못하면, 릴레이 스위칭하여 바로 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다.
제2 디바이스 또한, 주기적으로 데이터를 수신하는 상황에서 일정 시간 동 안 제1 디바이스로부터 데이터를 수신하지 못한 경우, 릴레이 스위칭하여 바로 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 송수신한다.
한편, 제1 디바이스가 피코넷 코디네이터를 통한 릴레이 경로를 이용하여 데이터를 전송하였으나, 제2 디바이스로부터 데이터에 대한 에크(ACK)를 수신하지 못하는 경우, explicit 방법을 통해 릴레이 경로 선택을 재확인할 수 있다. 이후, 디바이스는 릴레이 경로를 통한 데이터 통신이 불가능한 경우, explicit 방법과 마찬가지로 다시 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 이용하여 다이렉트 경로를 사용할 수 있다. 또한, 두 경로 모두 blocking이 발생한 경우에는 “No Service” 이벤트를 MLME를 통해 상위 계층으로 통보한 후 데이터 전송 절차를 종료한다.
여기서, 제1 디바이스의 릴레이 스위칭이 제2 디바이스의 릴레이 스위칭보다 먼저 이루어질 수 있으나, 그 반대로 수행될 수도 있다.
이러한 Implicit 방법은 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 사용하지 않음에 따라, 보다 빠르게 통신 경로를 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 송수신 장치에서, 디바이스가 단일 경로 모드인 경우, 선택된 통신 경로가 차단될 때 explicit 및 Implicit 방법을 이용함으로써 통신 경로를 변경할 수 있다.
그러나, 디바이스가 다중 경로 모드인 경우, 디바이스는 교대로 다중 경로를 사용함에 따라 Implicit 방법이 자연스럽게 적용될 수 있다. 이러한 경우, 디바이스는 릴레이 스위치 메시지(Relay Switch Command)를 이용하지 않으며, 디바이스 의 스위칭 및 피코넷 코디네이터의 송수신에 대한 안테나 모드 설정이 불필요함에 따라, 통신 경로의 변경 시간을 단축시킬 수 있다. 결과적으로, 디바이스가 다중 경로 모드인 경우, 스위칭 시간이 감소됨에 따라, 데이터의 전송 지연 및 손실을 효과적으로 개선할 수 있다. 따라서, 디바이스의 다중 경로 모드는 데이터가 비디오 스트리밍과 같은 지연민감정보인 경우 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치는 다중 경로를 사용함에 따라, 경로가 차단될 경우에도 데이터를 원활하게 송수신할 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 디바이스의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 피코넷 코디네이터 내부 동작에 대한 메시지 챠트를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어식 MAC 기반의 무선통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 디바이스에서 우회 명령에 의해 릴레이 경로를 선택하는 explicit 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 디바이스에서 통신의 차단 시간을 이용하여 릴레이 경로를 선택하는 Implicit 방법을 나타내는 도면이다.

Claims (15)

  1. 대응 디바이스(device: DEV) 및 피코넷 코디네이터(Piconet Coordinator: PNC)로의 통신 경로를 각각 설정하는 경로 설정부;
    상기 설정된 통신 경로들의 사용가능 여부를 판단하는 경로 판단부;
    상기 사용가능 여부 판단에 따라서 상기 통신 경로들 중 하나의 경로를 선택하는 경로 선택부; 및
    상기 선택된 경로를 통해 데이터를 교환하는 데이터 송수신부를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경로 판단부는 상기 통신 경로들의 차단 여부를 검출하거나 상기 대응 디바이스 또는 상기 피코넷 코디네이터로부터 수신하는 채널 상태 정보를 이용하여, 상기 통신 경로들의 사용가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경로 선택부는 상기 대응 디바이스와의 통신 경로를 우선적으로 선택하고, 상기 선택된 통신 경로가 차단되거나 채널 상태 정보가 기설정된 문턱값보다 낮은 경우, 상기 피코넷 코디네이터와의 통신 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경로 선택부는 상기 대응 디바이스와의 통신 경로와 상기 피코넷 코디네이터와의 통신 경로를 교대로 선택하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신 경로들 중 사용 가능한 경로를 저장하는 유효경로 저장부를 더 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스.
  6. 대응 디바이스로의 다이렉트 경로 및 피코넷 코디네이터로의 릴레이 경로를 각각 설정하는 단계;
    상기 다이렉트 경로와 상기 릴레이 경로 중 하나의 경로를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 단계를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    릴레이 경로를 설정하는 상기 단계는,
    상기 피코넷 코디네이터로부터 릴레이 가능 필드가 1로 설정된 MAC 데이터를 수신하는 단계; 및
    릴레이 지원 가능 필드가 1로 설정된 MAC 데이터 상기 피코넷 코디네이터로 송신하여, 상기 릴레이 경로를 설정하는 단계
    를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    경로를 선택하는 상기 단계는,
    상기 다이렉트 경로 및 상기 릴레이 경로의 사용가능 여부를 주기적으로 확인하는 단계; 및
    상기 확인 결과에 기초하여 상기 다이렉트 경로와 상기 릴레이 경로 중 차단될 때까지 사용하기 위한 하나의 경로를 선택하는 단계
    를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    경로를 선택하는 상기 단계는,
    상기 다이렉트 경로 및 상기 릴레이 경로의 사용가능 여부를 주기적으로 확인하는 단계; 및
    상기 확인 결과에 기초하여 상기 다이렉트 경로와 상기 릴레이 경로의 순서를 결정하고, 상기 결정된 순서에 따라 교대로 경로를 선택하는 단계
    를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 다이렉트 경로 및 상기 릴레이 경로 중 하나의 경로가 차단되거나 채널 상태 정보가 기설정된 문턱값보다 낮은 경우, 다른 하나의 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 대응 디바이스 또는 피코넷 코디네이터로부터 일정 시간 동안 에크를 수신하지 못한 경우,
    데이터를 송수신하는 상기 단계는,
    상기 선택된 경로 이외의 다른 경로로 스위칭하는 단계; 및
    상기 스위칭을 통해 재선택된 경로로 상기 데이터를 송수신하는 단계를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    데이터를 송수신하는 상기 단계는,
    상기 선택된 경로 이외의 다른 경로로 스위칭하기 위한 릴레이 스위치 요구 메시지를 상기 대응 디바이스로 전송하는 단계; 및
    상기 릴레이 스위치 요구 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 디바이스의 데이터 송수신 방법.
  13. 제1 디바이스 및 상기 제1 디바이스와 통신하고자 하는 제2 디바이스와의 통신 경로를 각각 설정하는 단계; 및
    상기 제1 디바이스로부터 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 상기 제2 디바이스로 전달하는 단계를 포함하는 중앙 제어식 MAC 기반의 피코넷 코디네이터의 데이터 송수신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 데이터를 앰플리파이 앤 포워드(amplify-and-forward) 방식으로 전달하되,
    상기 데이터의 패킷 헤더를 디코딩하고, 상기 디코딩된 정보에 따라 두 개의 RF 중 하나의 RF를 수신 모드로 설정하고 다른 하나의 RF를 송신 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 피코넷 코디네이터의 데이터 송수신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 앰플리파이 앤 포워드 방식은
    상기 수신 모드의 RF에 대응하는 안테나로 수신한 상기 데이터를 상기 송 신 모드의 RF에 대응하는 안테나로 송신하되,
    상기 데이터를 증폭하여 전송하는 방식, 상기 데이터에 대해 잡음 또는 간섭을 줄이기 위한 신호처리를 수행한 후 전송하는 방식, 또는 상기 데이터를 부분적으로 디코딩한 후 신호처리하고 디코딩한 부분만 재인코딩하여 전송하는 방식 중 적어도 하나의 방식을 이용하여 전송하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어식 MAC 기반의 피코넷 코디네이터의 데이터 송수신 방법.
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