KR20100052247A

KR20100052247A - 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100052247A
Application number: KR1020080111181A
Authority: KR
Inventors: 김종완
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-19
Also published as: US20100118850A1

Abstract

본 발명은 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 복수 디바이스에 대응하는 복수 데이터 그램을 묶고 이를 캡슐화하여 만든 프레임을 이용하여 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 전송함으로 IFS(Inter Frame Space)와 프레임 헤더를 확보하기 위한 시간 간격을 제외시킬 수 있어 전송 효율을 높일 수 있다.

WPAN, PNC, 피코넷, MAC

Description

무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치{Method for transmitting data in wireless network and apparatus thereof}

본 발명은 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 데이터 전송 효율을 높이기 위한 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

우리 주변에서 DVD 플레이어, DTV(Digital TV), PC(Personal Computer)과 같이 다양한 디지털 제품들이 현재 출시되었거나 개발 중에 있다. 이러한 디지털 제품들은 단독으로 사용될 수 있지만 하나의 네트워크로 연결해서 사용할 수도 있다.

이러한 네트워크를 Personal Area Network(이하 "PAN"이라 함)라고 하는데, 과거의 PAN은 주로 케이블 등 유선망으로 구축하였으나, 무선 통신 기술이 발달함에 따라 점차 무선(Wireless) PAN(이하, WPAN이라 함)이 증가하고 있다.

최근에는 가정용 로봇에서 상위 제어기(cpu)와 센서 모듈의 하위 제어기(cpu) 사이에 무선 네트워크를 이용하기도 한다.

WPAN을 구현하기 위한 통신 방법의 하나로서 UWB(Ultra wide band)가 있다. UWB는 단거리 구간에서 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위한 무선 기술이다. IEEE 802.15.3에는 물리층(PHY)과 매체접근제어층(MAC)에 관해서 다루고 있는데, 본 발명은 IEEE 802.15.3 MAC 개선을 통하여 WPAN에서 데이터 전송 효율을 높이는 방법을 제공한다.

802.15.3 MAC은 무선 네트워크의 형성이 신속하게 이루어지는 특징이 있다. 그리고 기존 WLAN과 같이 접속점(access point; AP) 기반이 아니라 피코넷 코디네이터(Piconet coordinator; 이하 "PNC"라 함)를 중심으로 한 피코넷이라고 하는 애드혹 네트워크(Ad Hoc Network)를 기반으로 한다.

본 발명의 목적은 피코넷에서의 데이터 전송 효율을 높이기 위한 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법은, 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 프레임을 전송하는 피코넷의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 피코넷 코디네이터에서 적어도 2개 디바이스를 위한 공통 프레임을 생성하는 단계; 상기 생성된 공통 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 디바이스가 상기 공통 프레임에서 자신의 데이터를 식별하여 가져오는 단계;를 포함한다.

또한 본 발명은, 상기 피코넷 코디네이터는 정기적으로 공통 프레임을 전송한다.

또한 본 발명은, 상기 공통 프레임의 생성은 복수 디바이스에 공통 대응하는 프레임 헤더와 상기 복수 디바이스에 개별 대응하는 복수 데이터 그램이 결합된 프레임 바디를 캡슐화하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명은, 상기 프레임 헤더는 프레임 타입과 목적지 아이디를 설정하기 위한 필드를 포함하고, 상기 프레임 타입은 유보된 값으로 설정하며, 상기 목적지 아이디는 브로드캐스트 아이디로 설정한다.

또한 본 발명은, 상기 복수 데이터 그램은 이웃하는 어느 한 데이터 그램과 다른 데이터 그램 사이에 빈 구간이 없이 결합한다.

또한 본 발명은, 상기 각각의 데이터 그램은 디바이스 아이디와 데이터 그램 바디를 포함한다.

또한 본 발명은, 상기 디바이스 자신의 주소와 상기 데이터 그램의 디바이스 아이디가 일치하면 그 데이터 그램 바디의 데이터를 읽어 낸다.

또한 본 발명은, 상기 디바이스가 데이터를 가져오기 전에 상기 프레임 헤더에 설정된 정보를 확인한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치는, 피코넷의 데이터 전송 장치에 있어서, 상기 피코넷을 구성하며 적어도 2개 디바이스를 위한 공통 프레임을 생성하고, 생성된 공통 프레임을 전송하는 피코넷 코디네이터; 및 상기 피코넷을 구성하며 상기 공통 프레임에서 자신의 데이터를 가져오는 복수 디바이스;를 포함한다.

또한 본 발명은, 상기 피코넷 코디네이터는 프레임 헤더와 프레임 바디를 캡슐화하여 공통 프레임을 생성하되, 상기 복수 디바이스에 개별 대응하는 복수 데이터 그램을 묶어 상기 프레임 바디를 만든다.

또한 본 발명은, 상기 피코넷 코디네이터는 복수 데이터 그램 중 이웃하는 어느 한 데이터 그램과 다른 데이터 그램 사이에 빈 구간이 없이 결합시킨다.

또한 본 발명은, 상기 피코넷 코디네이터는 상기 프레임 헤더의 프레임 타입을 유보된 값으로 설정하며, 상기 목적지 아이디를 브로드캐스트 아이디로 설정한다.

또한 본 발명은, 상기 디바이스는 데이터를 가져오기 전에 상기 프레임 헤더에 설정된 정보를 확인하고, 상기 디바이스 자신의 주소와 상기 데이터 그램의 디바이스 아이디가 일치하면 그 데이터 그램 바디의 데이터를 읽어 낸다.

본 발명은 IEEE 802.15.3 WPAN을 사용하는 가정용 로봇과 같이 정해진 시간 간격으로 복수 디바이스를 제어하는 시스템에서 각각의 디바이스로 전송되는 데이터 프레임들을 하나의 수퍼 데이터 프레임으로 묶어서 보냄으로서 IFS(Inter Frame Space)와 프레임 헤더를 확보하기 위한 시간 간격을 제외시킬 수 있으므로 이러한 시간 간격으로 인해 생기는 대역폭의 낭비를 방지함으로서 전송 효율을 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 피코넷의 구성 요소를 보여 주는 도면이다.

IEEE 802.15.3 피코넷(200)은 기본적으로 복수 디바이스(201-205)로 구성된다. 디바이스들 중에서 특별한 기능을 가진 디바이스가 필요한데 피코넷 코디네이터(205)(PicoNet Coordinator; 이하 "PNC"라 함)가 이에 해당한다. PNC의 가장 큰 역할은 비콘(Beacon)을 통해 피코넷을 위한 기본 타이밍을 제공하는 것이다. PNC는 이 밖에도 서비스의 질(Quality Of Service; 이하, "QoS"라 함), 전력 절감 모드, 및 접속 제어를 관리한다. 이러한 피코넷은 사전 계획없이 필요할 때만 형성되는, 즉 애드 훅 네트워크로만 존재한다.

피코넷 코디네이터(205)가 디바이스들(201-204)과 데이터 전송하는 경우, IEEE 802.15.3 표준안에 따른 프레임 포맷을 적용하여 만든 프레임을 이용한다. 여기서 피코넷 코디네이터가 특정 디바이스와 개별적으로 통신하는 경우는 물론 그 이외에 피코넷 코디네이터가 복수 디바이스를 대상으로 일정 시간마다 제어 데이터를 전송하기도 한다.

그런데 후자의 경우에 있어 IEEE 802.15.3 표준안을 그대로 적용하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수 디바이스에 대응하는 프레임(F)을 전송 시 하나의 프레임을 전송하고 나서 턴어라운드(turnaround)를 확보하기 위한 차원에서 물리층(PHY)에 따라 결정되는 빈 구간(S)(Short Inter Frame Space; SIFS)을 두고 있다. 즉, 프레임들(Frame 1)(Frame 2)...(Frame n) 사이에는 빈 구간(S)이 배치된다. 따라서 피코넷 코디네이터에서 데이터를 보낼 디바이스의 개수가 많을 수록 빈 구간(S)이 늘어나게 된다. 그 뿐 아니라 프레임마다 프레임 헤더가 포함되므로, 프레임 개수가 늘어남에 따라 프레임 헤더를 처리하는데 걸리는 시간만큼 처리량(throughput)이 악화된다.

이러한 문제는 전송 효율을 크게 저하시키는 요인이 될 수 있다. 하나의 예를 가정해보면 가정용 로봇에는 많은 수의 로봇 관절이 있고, 로봇 관절을 가동하는 엑츄에이터에는 센서 모듈이 각각 장착된다. 가정용 로봇의 전반적인 동작을 제 어하는 상위 제어기(CPU)가 로봇의 관절의 센서 모듈을 통제하기 위한 하위 제어기들(CPU)과 통신하기 위하여 피코넷을 도입할 수 있다. 이 경우 상위 제어기(CPU)가 피코넷 코디네이터가 되고 하위 제어기(CPU)는 디바이스가 되는데, 일정 시간 마다 상위 제어기(CPU)에서 복수의 하위 제어기(CPU)로 제어 명령을 보낸다고 하면, 도 2와 같이 프레임 사이에 빈 구간을 확보해야 하는 부담이 있어 한정된 대역에서 전송 효율이 저하된다.

도 3은 IEEE 802.15.3 표준안에 따른 일반적인 프레임 포맷을 나타내는 도면이다.

MAC 프레임 헤더(header)는 프레임 제어(Frame control) 21바이트(byte), 피코넷 아이디(PNID) 2바이트, 목적지 아이디(DestID)와 발신지 아이디(SrcID) 각 1바이트, 프래그먼트 제어(Fragmentation control) 3바이트, 및 스트림 인덱스(Stream index) 1바이트로 구성된다. MAC 프레임 바디(frame body)는 프레임 페이로드(Frame Payload)와 프레임 체크 시퀀스(FCS)로 구성된다.

프레임 제어(Frame control)는 처음 3비트가 프로토콜 버전 필드(Protocol version)를 나타내고, 그 다음 3비트는 프레임 타입(Frame type)을 나타내고, 그 다음 1비트는 보안 필드(SEC)를 나타내고, 그 다음 2비트는 확인응답 정책(ACK policy)을 나타내고, 그 다음 1비트는 재전송여부(Retry)를 나타내고, 그 다음 1비트는 할당받은 CTA(Channel Time Allocation;채널시간할당)의 남은 시간의 사용여부(More data)를 나타내고, 나머지 5비트는 유보(Reserved)되어 있다.

피코넷 아이디(PNID)는 피코넷을 위한 유일한 확인자(Unique Identifier)를 포함하고 있다. 프래그먼트 제어(Fragmentation control)는 MSDU(MAC Service Data Unit)들과 명령 프레임들을 조각화하고 재결합하기 위하여 사용된다. 스트림 인덱스(Stream index)는 스트림의 종류를 나타낸다.

프레임 바디(frame body)는 피코넷 안의 디바이스나 디바이스들의 그룹에 정보(데이타)를 전송하기 위한 가변 길이를 갖는 프레임 페이로드(frame payload)와, 프레임의 전송과정에서 생긴 에러를 검출하기 위한 프레임 체크 시퀀스(FCS)를 포함한다.

본 발명은 피코넷에서 피코넷 코디 네이터가 복수 디바이스로 데이터 전송하는데 적합하도록 프레임 포맷을 개선하고, 개선된 프레임 포맷에 따라 생성한 프레임을 이용하여 데이터 전송 효율을 높이도록 한다.

이를 위해 프레임 헤더의 프레임 타입(Frame type)과 목적지 아이디(DestID)에 대하여 특별한 설정을 하고, 프레임 바디는 도 4에서 설명하는 결합 형태의 데이터 그램을 가지도록 형성한다.

먼저, 피코넷 코디네이터는 프레임 헤더의 목적지 아이디(302)(DestID)를 브로드캐스트 아이디(BcstID)로 설정한다.

프레임 타입(Frame type)(301)은 프레임 제어(300)에 속하는 하나의 필드로서 3비트가 할당된다. 이러한 프레임 타입의 유형이 표 1에 도시되어 있다.

[표1] 프레임 타입

프레임 타입 값 000은 비콘 프레임(Beacon frame)을, 001은 즉시 확인응답 프레임(Immediate ACK frame)을, 010은 지연 확인응답 프레임(Delay ACK frame)을, 011은 명령 프레임(Command frame)을, 100은 데이터 프레임(Data frame)을 각각 나타낸다.

802.15.3 표준안에 따르면 프레임 타입 값 101 ~ 111은 유보(Reserved)되어 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에서는 그 유보된 프레임 타입 중 하나를 특별하게 사용한다. 즉, 표 1과 같이 프레임 타입 값 101이 수퍼 데이터 프레임(Super data frame)을 정의하기 위해 사용한다. 여기서 프레임 타입이 수퍼 데이터 프레임으로 설정된다고 하는 것은 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 데이터 전송 시 도 4와 같이 공통 프레임 헤더에 결합 형태의 데이터 그램으로 이루어진 프레임 포맷을 사용하는 것을 의미한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 수퍼 데이터 프레임은 MAC 프레임 헤더(400)와 MAC 프레임 바디(500)를 포함한다.

프레임 헤더(400)의 포맷은 도 3에서 설명한 구성과 동일하다.

프레임 바디(500)는 데이터를 수신할 디바이스의 개수에 대응하여 데이터그램들(Datagram 1)(Datagram 2)...(Datagram N)이 직렬로 결합되어 형성되는데, 어느 한 디바이스에 대응하는 데이터 그램과 그 다음에 위치하는 다른 한 디바이스의 데이터 그램 사이에는 빈 공간이 존재하지 않는다. 각각의 데이터 그램은 디바이스 자신의 아이디와 그 디바이스에 해당하는 데이터 그램 바디로 구성한다. 도 4에 도시한 바와 같이 프레임 헤더(400) 다음에 배치되는 첫 번째 데이터 그램(501)은 어느 한 디바이스 자신의 아이디(511)(DEVID), 실제 데이터에 대응하는 데이터그램 바디(512)(Datagram Body)를 포함한다. 이러한 데이터 그램(501)의 구성은 그 외 데이터 그램(Datagram 2)...(Datagram N)에서도 동일하게 적용된다.

이와 같이 개선된 프레임 포맷을 이용하여 데이터 전송하는 방법은 IEEE 802.15.3 WPAN을 통신수단으로 사용하는 가정용 로봇에서 매우 유용하다. 즉, 로봇의 상위 제어기가 피코넷 코디네이터의 역할을 하고 복수 하위 제어기가 디바이스의 역할을 하여 일정 시간마다 데이터 전송을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 데이터를 전송하기 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스가 수신한 프레임에서 자신의 데이터를 가져오는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

피코넷 코디네이터는 프레임 헤더의 목적지 아이디(DestID)를 브로드캐스트 아이디(BcstID)로 설정한다(600). 또한 프레임 헤더의 프레임 타입을 수퍼 데이터 프레임으로 설정하는데, 표1과 같이 프레임 타입 값을 101로 설정한다(602). 이러한 프레임 헤더의 전송 제어 정보를 설정한 피코넷 코디네이터는 데이터를 수신할 디바이스를 대상으로 하나의 디바이스에 하나의 데이터 그램을 대응하도록 데이터 그램을 생성하는데, 각 데이터 그램은 해당 디바이스의 아이디(DEVID)와 데이터 그램 바디(Datagram Body)를 포함한다(604). 그런 다음 디바이스에 생성된 복수 데이터 그램을 하나로 묶고, 프레임 헤더와 함께 캡슐화하여 프레임을 생성한다(606). 그런 다음 피코넷 코디네이터는 생성한 프레임을 전송한다(608).

피코넷에서 각각의 디바이스는 피코넷 코디네이터의 프레임을 수신되었는지 판단한다(700). 프레임이 수신되면 각 디바이스는 프레임 헤더의 목적지 아이디(DestID)가 브로드캐스트 아이디(BcstID)이고 프레임 타입(frame type)이 수퍼 데이터 프레임(super data frame)으로 설정된 것임을 확인하게 되면(702)(704), 그 수퍼 데이터 프레임에 결합된 복수 데이터 그램 중 디바이스 아이디(DEVID)가 디바이스 자신의 주소와 일치하는 데이터 그램에서 데이터를 읽어 낸다(706).

도 1은 피코넷의 구성요소를 나타내는 도면이다.

도 2는 IEEE 802.15.3 표준안에 따라 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 전송하는 프레임들의 배치를 나타내는 도면이다.

도 3은 IEEE 802.15.3 표준안에 따른 일반적인 프레임의 포맷을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수퍼 데이터 프레임의 포맷을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 데이터를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스가 수신한 프레임에서 자신의 데이터를 가져오는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

200 : 피코넷(piconet) 201-204 : 디바이스

205 : 피코넷 코디네이터

Claims

피코넷 코디네이터에서 복수 디바이스로 프레임을 전송하는 피코넷의 데이터 전송 방법에 있어서,

상기 피코넷 코디네이터에서 적어도 2개 디바이스를 위한 공통 프레임을 생성하는 단계;

상기 생성된 공통 프레임을 전송하는 단계; 및

상기 디바이스가 상기 공통 프레임에서 자신의 데이터를 식별하여 가져오는 단계;를

포함하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 피코넷 코디네이터는 정기적으로 공통 프레임을 전송하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 공통 프레임의 생성은 복수 디바이스에 공통 대응하는 프레임 헤더와 상기 복수 디바이스에 개별 대응하는 복수 데이터 그램이 결합된 프레임 바디를 캡슐화하는 단계를 포함하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제3항에 있어서,

상기 프레임 헤더는 프레임 타입과 목적지 아이디를 설정하기 위한 필드를 포함하고, 상기 프레임 타입은 유보된 값으로 설정하며, 상기 목적지 아이디는 브로드캐스트 아이디로 설정하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제3항에 있어서,

상기 복수 데이터 그램은 이웃하는 어느 한 데이터 그램과 다른 데이터 그램 사이에 빈 구간이 없이 결합하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제3항에 있어서,

상기 각각의 데이터 그램은 디바이스 아이디와 데이터 그램 바디를 포함하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제6항에 있어서,

상기 디바이스 자신의 주소와 상기 데이터 그램의 디바이스 아이디가 일치하면 그 데이터 그램 바디의 데이터를 읽어 내는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
제3항에 있어서,

상기 디바이스가 데이터를 가져오기 전에 상기 프레임 헤더에 설정된 정보를 확인하는 무선 네트워크의 데이터 전송 방법.
피코넷의 데이터 전송 장치에 있어서,

상기 피코넷을 구성하며 적어도 2개 디바이스를 위한 공통 프레임을 생성하고, 생성된 공통 프레임을 전송하는 피코넷 코디네이터; 및

상기 피코넷을 구성하며 상기 공통 프레임에서 자신의 데이터를 가져오는 복수 디바이스;를

포함하는 무선 네트워크의 데이터 전송 장치.
제9항에 있어서,

상기 피코넷 코디네이터는 프레임 헤더와 프레임 바디를 캡슐화하여 공통 프레임을 생성하되, 상기 복수 디바이스에 개별 대응하는 복수 데이터 그램을 묶어 상기 프레임 바디를 만드는 무선 네트워크의 데이터 전송 장치.
제10항에 있어서,

상기 피코넷 코디네이터는 복수 데이터 그램 중 이웃하는 어느 한 데이터 그램과 다른 데이터 그램 사이에 빈 구간이 없이 결합시키는 무선 네트워크의 데이터 전송 장치.
제10항에 있어서,

상기 피코넷 코디네이터는 상기 프레임 헤더의 프레임 타입을 유보된 값으로 설정하며, 상기 목적지 아이디를 브로드캐스트 아이디로 설정하는 무선 네트워크의 데이터 전송 장치.
제9항에 있어서,

상기 디바이스는 데이터를 가져오기 전에 상기 프레임 헤더에 설정된 정보를 확인하고, 상기 디바이스 자신의 주소와 상기 데이터 그램의 디바이스 아이디가 일치하면 그 데이터 그램 바디의 데이터를 읽어 내는 무선 네트워크의 데이터 전송 장치.