KR20100131015A - 시분할 다중 접속 방법을 애드-혹 멀티호핑 무선 네트워크에 구현하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크를 동기화하는 시스템 및 방법은 제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 맞추어 동작가능한 제1 노드 및 제2 TDMA 방식에 맞추어 동작가능한 제2 노드를 포함하며, 상기 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식은 각기 복수의 틱을 포함하며, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드는 각기 송신이 이루어진 또는 신호가 상기 노드에서 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함한다.

Description

시분할 다중 접속 방법을 애드-혹 멀티호핑 무선 네트워크에 구현하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS METHOD TO AD-HOC MULTIHOPPING WIRELESS NETWORKS}
본 발명은 애드-혹 멀티호핑 네트워크(ad-hoc multihopping networks)로서 구성된 무선 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 네트워크 전송을 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access: TDMA) 방식으로 설계하는 애드-혹 멀티호핑 무선 네트워크에 관한 것이다.
이동 무선 전화 네트워크와 같은 무선 통신 네트워크가 지난 십여년간 점차적으로 보급되어왔다. 이러한 무선 통신 네트워크는 통상 "셀룰러 네트워크"라고 지칭하는데, 그 이유는, 도 1에 도시된 바와 같이, 네트워크 기반시설이 서비스 구역을 "셀"이라 불리우는 다수의 영역으로 분할하여 배열되기 때문이다.
최근에, 메시형 무선 네트워크(meshed wireless networks)라는 개념이 발전되어왔다. 이 개념에 따르면, 네트워크의 각 노드는 디지털 정보를 전달하는 무선 신호를 수신하고 송신하는 능력을 갖는다. 한가지 관점에서 보면, 이것은 다수의 노드가 데이터 패킷이 소스로부터 목적지로 라우트되는 메시를 생성하는 지상 네트워크와 유사하다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 인식될 수 있는 바와 같이, 네트워크 노드는, 제1 노드에서 단일의 송수신기가 그의 커버리지 구역에 있는 여러 다른 노드들과 동시에 통신을 가능하게 해주는, 시분할 다중 접속(TDMA) 방식, 코드 분할 다중 접속(CDMA) 방식, 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식과 같은 다중 방식으로 데이터 패킷 통신을 송신하고 수신한다.
애드-혹 멀티호핑 네트워크에서 동작하는 무선 장치는 세가지의 주요 컴포넌트에서, 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 송수신기, CPU, 및 메모리 컴포넌트를 가지고 있다. 송수신기는 네트워크 내 다른 장치로부터 신호를 수신하고 다른 장치로 신호를 송신하는 복합 무선 수신기/송신기이다. 메모리 컴포넌트는 CPU가 송수신기의 동작을 제어하기 위해 그리고 송신될 데이터 또는 수신된 데이터를 저장하기 위해 사용하는 명령어 및 데이터를 보유한다. 무선 장치가 제공하는 기능성에 따라서, 이 무선 장치는 호스트에 접속될 수 있고, 이 호스트는 다시 임의의 네트워크에 접속될 수 있다. 예를 들어, 이동 전화가 무선 장치인 경우, 호스트 기능은 음성 부호화기 및 복호화기에 의해 제공된다. 또한, 휴대용, 랩탑용, 및 데스크탑용 컴퓨터는 무선 통신 장치의 호스트일 수 있으며, 그러면 이들 컴퓨터는 무선 네트워킹 능력을 갖추어야 한다.
지상 및 무선 메시 네트워크 간에는 많은 차이가 존재한다. 예를 들어, 무선 네트워크에서, 무선 송신은 전파 범위 내에 위치한 모든 이웃 장치들에 의해 수신되며 무선 네트워크의 거의 모든 노드들은 이동성을 갖는다. 유선 지상 네트워크에서, 노드들 간에 와이어가 설치될 때 모든 경로가 계산될 수 있고 데이터베이스에 저장될 수 있다. 그 대신에 무선 애드-혹 네트워크에서는 통신을 필요로 하는 두 노드들 간의 경로는, 링크 경로를 따라서 있는 임의의 노드가 이웃 노드들의 무선 전파 범위를 벗어나 이동함으로써 접속(connction)을 단절시킬 수 있다는 사실로 인하여, (수요가 있는) 이용 시간에 계산되어져야 하며 접속 중에 유지되어야 한다.
네트워크 관계가 필요할 때 그 네트워크 관계를 구축하는데 필요한 요건때문에, 메시형 무선 네트워크는 "애드-혹 네트워크(ad-hoc networks)"라 불리운다. 애드-혹 네트워크는 또한 데이터의 패킷에서 존재하는 정보가 소스로부터 목적지까지 한 노드에서 경로를 따라서 다른 노드로 "홉핑(hopping)" 방식으로 이동하기 때문에 "멀티-홉핑(multi-hoping)"이라고도 불리운다. 단절된 경로를 복구시킬 수 있는 능력때문에, 이러한 네트워크는 "자가 치유(self healing)"된다고 한다. 도 4는 장치(106-1 내지 106-n)가 무선 네트워크를 통신 세계와 연결시켜주는 예시적인 애드-혹 네트워크를 예시한다. 이들 장치는 지상 인터페이스를 이용하기 때문에, 고정된 채로 남아있는 것이 필요하다. 그러나, 다른 모든 장치들은 통신을 요청하는 장치들 간의 경로가 구축될 수 있는 한 어떤 방향으로도 이동할 수 있다.
애드-혹 멀티홉핑 네트워크와 셀룰러 네트워크 간에는 여러가지 다른 차이점이 존재한다. 특히, 예를 들어, 애드-혹 네트워크의 이동성은 거의 모든 노드들이 배터리로 동작하는 것을 필요로 한다. 또한, 각각의 노드는 그 자신의 통신을 지원할 뿐만아니라 이웃 노드들 간의 통신도 지원하여야 하기 때문에, 애드-혹 장치는 통상의 셀룰러 전화보다 더 오랜 간격 동안 신호를 전송하여야 한다. 그러므로, 장치가 배터리를 너무 빨리 소진하지 않도록 보장하기 위하여, 애드-혹 장치의 전송 전력은 통상의 셀폰의 전송 전력보다 훨씬 작아야 한다. 이러한 이유로, 애드-혹 장치는 셀룰러 장치의 10-15 km 최대 범위와 비교하여 볼 때, 통상 1 km 보다 적은 거리에서 통신할 수 있다.
애드-혹 멀티홉핑 네트워크와 셀룰러 네트워크 간의 중요한 차이점은 애드-혹 네트워크가 계층적이 아닌 "수평적" 구조인 반면, 셀룰러 네트워크는 기지국을 셀 네트워크의 "마스터"로서 사용한다는 사실로부터도 유도된다. 네트워크 관계의 수평적이라는 사실로부터 유도된 첫번째 차이점은 애드-혹 네트워크에서 동작하는 모든 장치가 서로 통신하기 위해서는 동일한 무선 주파수를 이용하여야 한다는 것이다. 두번째 차이점은 애드-혹 네트워크는 공통의 자원을 관리하기 위한 분산된 알고리즘을 사용하여야 한다는 것이고, 이와 반대로 셀룰러 네트워크에서는 기지국이 네트워크 활성화에 대한 데이터를 수집하고 자원의 관리를 수행하는 책임이 있다는 것이다.
또한, 이동 노드들이 통상의 애드-혹 네트워크에서와 같이 다른 노드를과 서로 통신을 가능하게 해주는 것 이외에, 추가로 이동 노드들이 공중전화망(PSTN) 및 인터넷과 같은 고정 네트워크에 액세스할 수 있게 해주는 보다 정교한 애드-혹 네트워크가 개발되고 있다. 이러한 진보된 형태의 애드-혹 네트워크의 상세한 사항은 2001년 6월 29일, "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks" 라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 09/897,790 호, "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel" 라는 명칭의 미국 특허 제 6,807,165 호, 및 2001년 3월 22일 "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System" 이라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 09/815,164 호에 기술되어 있으며, 이들 각각의 전체 내용은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
처리량이 (예를 들어, 산업적 원격측정(industrial telemetering)에서와 같이) 성능에 중요하지 않은 몇몇 네트워크의 경우, 네트워크 내에서 개략적인 동기화가 만족될 수 있다. 그러나, 그러한 세밀하지 않은 동기화는 인터랙티브 음성 및 영상 통신 또는 파일 전송을 위한 많은 처리량(예컨대, 초당 수백 메가비트)을 지원하는 요건을 만족하지 못한다. 이와 관련하여, 한동안 애드-혹 네트워크에서는 정밀도가 높은 정확한 동기화 달성이 불가능한 것으로 간주되어 왔다. 실제로, 주파수 호핑을 이용하는 무선 네트워크에서 유사한 동기화 문제가 발생되었다. 그러한 네트워크에서, 연속적인 통신을 보장하기 위하여, 수신기 및 송신기는 동일 순간에 송신 및 수신 주파수를 변경한다. 비록, 동기화가 두 노드들 사이에서만 필요한 경우, 이 문제의 복잡성은 2003년 1월 13일, "Wireless Device And Method Using Frequency Hopping And Sweep Modes" 라는 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제 20040198363 호에서 언급되는데, 이 특허 출원에는 수신기와 송신기 간의 동기화없이 주파수 호핑을 이용하기 위한 방법을 제시하고 있다.
많은 인용문헌들이 하나 또는 동기화된 여러 마스터들이 타임서버로서 동작하는 계층적 무선 네트워크에서 장치들을 동기시키는 것과 관련된다. 예를 들어, 2003년 3월 31일 "Method For Synchronizing A Control Channel To A Working Channel" 라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 20040190487 호는 제어 채널을 워킹 채널과 동기화하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 동기화는 "비트 레벨"에서 약 7.5 ms의 정밀도를 보장한다. 또한, 미국 특허 제 6,792,247 호는 무선 네트워크에서 수신을 동기화하는 방법에 관한 것이며, 이 특허에서 특정 포맷의 "동기화 패킷"은 데이터 패킷이 전송되기 전에 전송된다. 미국 특허 제 6,785,253 호 및 미국 특허 제 6,622,022 호 역시 계층적 무선 네트워크를 동기화하는 방법을 개시하며, 이 특허에서 적어도 하나의 노드는 프레임 동기화 서비스의 제공을 책임지는 "중앙 전송 노드(central transfer node)" 또는 "메인 네트워크 노드(main network node)" 로서 선택된다. 또한, 미국 특허 제 6,546,026 호는 신호를 여러 소스로부터 동시에 수신하고 복호화하는 안테나 배열을 이용하여 기지국에 적용가능한 무선 어플리케이션(예컨대, TDMA)에서의 시간 동기화를 개선하는 방법에 관한 것이다.
GPS 타이밍 신호를 이용하여 셀룰러 무선 네트워크를 동기화하는 방법은 미국 특허 제 6,542,754 호, 및 미국 특허 제 6,538,600 호에서도 찾아볼 수 있다. 또한, 미국 특허 제 6,466,608 호는 네트워크의 계층적 구조를 규정하는데 필요한 동기화 방법에 관한 것으로, 여기서 동기화 프로세스는 할당된 "마스터 노드"에 의해 제어된다. 또한, 무선 LAN에서 엔드 노드들(end nodes)의 동작을 동기화시키는 방법은 미국 특허 제 6,069,887 호에 제시된다. 또한, (전파 시간과 유사한) 라운드 트립 지속기간과의 ATM 네트워크 동기화를 보정하는 방법은 미국 특허 제 6,438,702 호에서 제시된다. 미국 특허 제 5,923,902 호는 상기 702 특허의 방법과 유사한 방법에 관한 것이지만, 여기서 "라운드 트립은 "타임 래그(time lag)" 로 대체된다. 더욱이, 주파수 호핑을 이용하는 무선 LAN에 적용가능한 유사한 방법이 미국 특허 제 5,408,506 호에 기술되며, 이 특허에서 모든 메시지는 그 메시지가 전송된 시간을 포함하는 필드를 갖는다. 또한, 미국 특허 제 5,812,547 호는 고정된 타임 슬롯 또는 중앙 타이밍 메커니즘에 의존하지 않고서도 무선 네트워크에서 데이터 패킷을 전송하는 방법에 관한 것이다.
셀룰러 통신 네트워크(예컨대, GSM)를 통해 음성, 영상 및 데이터 전송을 지원하는 타임 슬롯 및 미니 타임슬롯을 스케쥴링하는 방법은 미국 특허 제 6,438,136 호 및 미국 특허 제 6,618,363 호에 제시된다. 또한, 미국 특허 제 6,594,273 호는 애드-혹 멀티홉핑 네트워크에서 통신하는 방법에 관한 것이며, 여기서 네트워크는 액티브 및 패시브 단말을 포함하며, 액티브 단말만이 라우팅 및 동기화에 참여한다. 미국 특허 제 6,807,165 호 및 미국 특허 제 5,699,388 호는 특유의 타임 소스를 이용하는 방법 및 네트워크에서 업스트림으로부터 다운스트림 단말까지의 동기를 전파하는 방법을 제공한다. 또한, 2002년 7월 5일, "System and method for correcting the clock drift and maintaining the synchronization of low quality clocks in wireless networks" 라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 20040005902 호는 네트워크 마스터로서 동작하는 "기준 클럭"을 이용하여 어떤 정밀도에서도 단말을 동기화하는 방법에 관한 것이다. 전술한 인용문헌들은 모두 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
도 4는 본 발명의 실시예를 이용하는 애드-혹 패킷-교환 무선 통신 네트워크(100)의 일예를 예시하는 블럭도이다. 특히, 네트워크(100)는 다수의 이동 무선 사용자 단말(102-1 내지 102-n)(총칭하여 노드(102) 또는 이동 노드(102)라 함)을 포함하며, 이것이 필수는 아니지만, 노드(102)가 고정 네트워크(104)에 액세스하게 해주는 다수의 액세스 포인트(106-1, 106-2, . . ., 106-n)(총칭하여 노드(106) 또는 액세스 포인트(106)라 함)를 갖는 고정 네트워크(104)를 포함할 수 있다. 고정 네트워크(104)는, 예를 들면, 코어 로컬 액세스 네트워크(LAN), 및 네트워크 노드가 다른 애드-혹 네트워크, 공중망(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크에 액세스하게 해주는 다수의 서버 및 게이트웨이 라우터를 포함할 수 있다. 네트워크(100)는 데이터 패킷을 다른 노드들(102, 106, 또는 107) 사이에서 라우팅하기 위한 다수의 고정 라우터(107-1 내지 107-n (총칭하여 노드(107) 또는 고정 라우터(107)라 함)을 더 포함할 수 있다. 설명 목적상, 전술한 노드들은 집합적으로 "노드(102, 106 및 107)" 또는 간략히 "노드"라고 지칭될 수 있다.
본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 인식될 수 있는 바와 같이, 노드(102, 106 및 107)는 앞에서 인용한 미국 특허 출원 제 09/897,790 호, 미국 특허 6,807,165 호 및 제 09/815,164 호에 기술된 바와 같이, 서로 직접 통신할 수 있고, 또는 노드들 사이에서 전송되는 패킷용의 라우터 또는 라우터들로서 동작하는 하나 이상의 다른 노드(102, 106 또는 107)를 통하여 통신할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 노드(102, 106 및 107)는 송수신기 또는 모뎀(108)을 포함하는데. 이는 안테나(110)에 연결되어 패킷화된 신호와 같은 신호를 제어기(112)의 제어하에 노드(102, 106 또는 107)로 및 그로부터 수신하고 송신할 수 있다. 패킷화된 데이터 신호는, 예를 들어, 음성, 데이터 또는 멀티미디어 정보, 및 노드 업데이트 정보를 포함하는 패킷화된 제어 정보를 포함할 수 있다.
각각의 노드(102, 106 및 107)는 그 중에서도 특히 네트워크(100)에서 그 자신 및 다른 노드에 속하는 라우팅 정보를 저장할 수 있는 메모리(114), 이를테면 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 더 포함한다. 도 3에 더 도시된 바와 같이, 소정의 노드, 특히 이동 노드(102)는 호스트(116)를 포함할 수 있고, 이 호스트는 노트북 컴퓨터 단말, 이동 전화 유닛, 이동 데이터 유닛, 또는 어떤 다른 적절한 장치와 같은 임의 개수의 장치라도 구성될 수 있다. 각각의 노드(102, 106 및 107)는 또한 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 용이하게 인식될 수 있는 목적을 갖는 인터넷 프로토콜(IP) 및 주소 결정 프로토콜(ARP)을 실행하는 적절한 소프트웨어를 포함한다. 전송 제어 프로토콜(TCP) 및 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)을 수행하는 적절한 소프트웨어가 또한 포함될 수 있다.
아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 맞추어 동작가능한 제1 노드 및 제2 TDMA 방식에 맞추어 동작가능한 제2 노드를 포함하는 무선 네트워크를 동기화하는 시스템 및 방법을 제공하며, 여기서 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식은 각기 동일한 복수의 틱(tick)을 포함하고, 제1 노드 및 제2 노드는 각기 송신이 이루어진 또는 신호가 노드에서 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함한다. 본 방법은 (i) 제1 노드에서 제2 노드에게 응답-요청 메시지(reply-requesting message)를 전송하는 단계와; (ii) 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 도달 시간(time of arrival: TOA)을 결정하고, 상기 제2 노드에서 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 전송하는 단계 - 상기 응답 메시지는 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 결정된 TOA에 대한 정보를 포함함 - 와; (iii) 상기 제1 노드에서 상기 응답 메시지의 TOA를 결정하는 단계와; (iv) 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지에 대한 상기 결정된 TOA 값과 상기 제1 노드에서 상기 응답 메시지에 대한 상기 결정된 TOA 값과를 비교하고, 동기 보정값을 결정하는 단계와; (v) 동기 보정값이 기설정된 값보다 크다면, 상기 동기화 보정값을 상기 제1 노드의 틱 카운터에 적용하여, 상기 제1 노드의 틱 카운터가 상기 제2 노드의 틱 카운터와 동기되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 무선 네트워크에서 사용하기에 적합하고, 상기 무선 네트워크에서 제2 노드와 동기화하는데 적합한 노드를 제공하며, 상기 노드는 제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 맞추어 동작가능하고, 상기 제2 노드는 제2 TDMA 방식에 맞추어 동작가능하며, 상기 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식은 각기 복수의 틱을 포함하고, 상기 제1 노드 및 제2 노드는 각기 송신이 이루어진 또는 신호가 상기 노드에서 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함하며, 상기 노드는 (i) 제2 노드에게 응답-요청 메시지(reply-requesting message)를 전송하고, 상기 제2 노드는 상기 응답-요청 메시지의 도달 시간(time of arrival: TOA)을 결정하고 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 전송하고, 여기서 상기 응답 메시지는 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 결정된 TOA에 대한 정보를 포함하며, (ii) 상기 노드에서 상기 응답 메시지의 TOA를 결정하고, (iii) 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지에 대한 상기 결정된 TOA 값과 상기 노드에서 상기 응답 메시지에 대한 상기 결정된 TOA 값을 비교하고, 동기화 보정값을 결정하며, (iv) 상기 동기화 보정값이 기설정된 값보다 크다면, 상기 동기화 보정값을 상기 제1 노드의 틱 카운터에 적용하여, 상기 제1 노드의 틱 카운터가 상기 제2 노드의 틱 카운터와 동기화되기에 적합한 제어기를 포함한다.
본 출원에서 제시된 애드-혹 네트워크의 동기화 방법은 매우 다루기 힘든 동기화를 제공할 수 있어서, 많은 애드-혹 멀티홉핑 네트워크의 동작을 향상시킬 수 있다. 본 방법은 네트워크 동기화를 달성하고 유지시키기 위한 오버헤드 메시지를 필요로 하기 때문에, 본 방법은 저속의 네트워크에는 매우 효과적이 아닐 수 있다. 저속의 네트워크는 큰 인터-슬롯 갭과 관련하여 대략적인 동기화만을 이용함으로써 더욱 효과적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 이들과 다른 목적, 장점 및 신규한 특징은 첨부 도면을 참조하여 읽어볼 때 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 인식될 것이다.
도 1은 예시적인 셀룰러 무선 네트워크의 블럭도이다.
도 2는 애드-혹 네트워크에서 이용된 이동 노드의 일예를 예시하는 개념적인 블럭도이다.
도 3은 애드-혹 네트워크에서 이용된 이동 노드의 또 다른 일예를 예시하는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법을 이용하는 다수의 노드를 포함하는 예시적인 애드-혹 무선 통신 네트워크의 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 4 가지의 시간 측정 단위, 즉 수퍼프레임, 프레임, 슬롯, 및 틱을 포함하는 시분할 다중 접속(TDMA)에서 사용하기 위한 시간 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 슬롯의 시작시 수신 및 송신 클럭이 동기화되고 데이터가 전송되는 예시적인 시나리오를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라서 자동 드리프트 제어가 없는 시스템에 특정된 타이밍 시스템의 하드웨어 컴포넌트를 예시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서, 타이밍 시스템을 제어하는 하드웨어 컴포넌트의 동작들의 일예를 도시하는 상태도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라서, 타이밍 시스템의 소프트웨어 컴포넌트에서 수행된 동작들의 일예를 도시하는 상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라서, 단말 드리프트(drift)를 제어하는 하드웨어 컴포넌트의 일예를 예시하는 블럭도이다.
1. 시분할 다중 접속
TDMA 모드에서 동작하는 네트워크는 "시간 구조(time structure)"를 구현하여야 한다. 일상 생활에서, 시간은 초, 분, 시간, 일, 년, 세기 등으로 측정된다. 본 발명의 방법에서, 시간은 바람직하게 네가지 단위, 즉, 수퍼프레임, 프레임, 슬롯 및 틱으로 측정된다. 이와 관련하여, 도 5에 예시된 바와 같이, "수퍼프레임"은 가장 큰 시간 단위이다. 수퍼프레임은 번호로 구별되지 않는데, 이것은 수퍼프레임이 서로 구별될 수 없음을 의미하며, 본 발명에서 만들어진 수퍼프레임들 간의 유일한 구별은 "현재" 수퍼프레임과 "다음" 수퍼프레임이다. 수퍼프레임은 n개의 연속 프레임으로 만들어지며, 한 프레임은 일련의 m개의 연속 슬롯이다. "슬롯"은 일련의 p개의 연속 틱이며, 여기서 "틱(tick)"은 본 방법의 기본 시간 단위이다. 프레임, 슬롯 및 틱은 셈할 수 있고 개별적으로 식별될 수 있다. "프레임" 및 "슬롯" 이라는 용어는 시간 단위이며 시간을 측정하는 동작과 관련하지 않은 동일 단어들의 다른 의미와 혼동되어서는 않된다.
데이터의 패킷은 특정 개수의 틱으로 이루어진 한 슬롯 동안 전송된다. 본 발명의 방법에서, 데이터의 전송은 바람직하게 슬롯의 제1 틱과 동일한 순간에 시작하고 데이터 패킷을 특정 데이터 속도로 전송하는데 필요로 하는 한 지속한다. 이와 관련하여, 전송이 완료된 이후, 타임슬롯에서 약간의 시간량이 사용되지 않고 남아 있도록 하기 위하여 패킷의 크기가 계산되어야 한다.
도 6은 수신 및 송신 클럭이 완벽하게 동기화되고 데이터가 슬롯의 시작시에 전송되는 시나리오를 예시한다. 수신지에서, 데이터는 송신기와 수신기 사이에서 무선 신호의 전파로 인한 지연을 갖고 수신된다. 이러한 전파 지연은 매 km 거리 마다 약 3.3 ㎲이다. 이와 관련하여, 전송에 적합하게 슬롯을 할당하고 그 타임 슬롯을 계획하는 것이 멀티-슬롯 데이터 전송의 컨텍스트에서 사용될 수 있다. 또한, 본 기술 분야에서 인식되는 바와 같이, 애드-혹 멀티호핑 네트워크의 효율은 본 방법이 구현될 때 허용된 도 6에 예시된 "인터 슬롯 갭"의 크기에 달려있다. 본 발명의 방법은, 예를 들어, 특정한 군사용 및 상업용 어플리케이션의 컨텍스트에서 사용될 때, 하나의 클럭 틱만큼 작은 또는 그보다 작은(예컨대, 크기가 1 ns 보다 작은) 인터 슬롯 갭을 구현한다.
비 계층적인 네트워크에서 TDMA를 구현하려면 모든 네트워크 노드들이 어떤 두 노드들 간의 어떠한 통신이라도 제3의 이웃 노드들에게 무선 간섭을 일어나는 것을 방지하는 동기화된 전송을 수행하는 것이 요구된다. 애드-혹 네트워크 동기화를 달성하기 위하여, 본 발명의 방법은, 예를 들어, GPS 위성과 같은 임의의 시간축으로부터의 신호를 사용하지 않는다. 이러한 능력은 본 방법이 지하, 높은 빌딩들이 있는 좁은 거리, 나뭇잎이 우거진 곳, 실내 등과 같은 어떠한 유형의 환경에서도 구현하기에 적합하게 해준다. 본 방법은 클럭 틱의 길이, 즉, ms, ㎲, ns, ps와 상관없이, 네트워크 전송의 동기화를 하나의 클럭 틱 보다 작은 에러로 제공할 수 있다.
1.1. 셀룰러( Cellular )
무선 시분할 다중 접속(TDMA)은 셀룰러 네트워크에서 동작을 최적화하기 위해 먼저 도입되었다. 이 방식에 따르면, 데이터는 목적지의 식별을 내포하는 패킷의 형태로 기지국에 의해 하나의 주파수로 전송된다. 모든 가입자는 이와 같이 전송된 데이터 패킷을 수신하지만, 다른 장치에 어드레스된 데이터는 무시한다. 동일한 주파수를 사용하여, 기지국은 그의 데이터를 전송할 수 있을 때 각 가입자에게 알려준다. 그 결과, 모든 가입자는 동일한 송신 주파수를 사용하지만, 기지국이 가입자들에게 송신을 허용할 때만 송신한다. 이러한 전송 시간의 계획은 기지국에서 단지 하나의 수신기 및 하나의 송신기만을 그리고 비교적 많은 수의 가입자에게 동시 서비스를 제공하기 위한 (두개의 무선 주파수를 갖는) 단지 하나의 셀룰러 채널만을 사용하는 것이 가능하게 한다. 도 6으로부터 식별될 수 있는 바와 같이, "인터 슬롯 갭"의 크기는 수신기와 송신기가 완전히 동기될 때 송신기와 수신기 사이에서 적어도 전파 시간과 동일한 것이 바람직하다.
셀룰러 네트워크에서 동작하는 장치들이 전파 범위를 계산하기 위한 정보를 제공하지 않기 때문에, 신호가 기지국으로부터 수신될 때 전화의 슬롯이 시작하며, 그러므로, 전화의 슬롯은 기지국의 슬롯과 관련하여 신호 전파 시간으로 지연된다. 따라서, 기지국이 슬롯 내에서 이동 전화로부터 응답을 수신하도록 하기 위하여, 셀룰러 네트워크에서의 "인터 슬롯 갭"은 적어도 전파 시간의 두배인 것이 바람직하다. 더욱이, 15 km 반경의 셀을 커버하는 기지국의 경우, 셀룰러 네트워크의 "인터 슬롯 갭"은 적어도 100 ㎲ 이어야 한다.
1.2. 애드 -혹 멀티홉핑( Ad - Hoc Multihopping )
애드-혹 멀티홉핑 네트워크에서, 데이터 패킷의 전송은 슬롯의 제1 틱에서 시작한다. TDMA 계획의 이득의 모든 장점을 취하기 위하여, 모든 이웃들의 프레이밍 시스템(틱의 수, 슬롯의 수, 프레임의 수)는 규정된 정밀도 내에서 동기화되어야 한다.
본 발명의 방법은 전파 거리에 무관하게, 이웃들 사이에서 틱, 슬롯, 및 프레임의 수의 완전한 동기화를 보장한다. 따라서, 동기화가 완전히 달성될 때, 모든 이웃들의 슬롯은 단지 한 틱의 지속기간 내에서만 시작할 것이다. 또한, "인터 슬롯 갭"의 크기는 3.3 ㎲ (최대 전파 범위)와 규정된 동기화 정밀도와의 합만큼 작을 수 있다.
2. 타이밍 시스템
타이밍 시스템은 무선 장치의 컴포넌트이며 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트를 갖는다. 소프트웨어 컴포넌트는 이웃 테이블을 유지하고, 특정 메시지를 구축하며, 이 특정 메시지를 모뎀으로 제공하여 전송한다. 하드웨어 컴포넌트(타이밍 장치)는 송수신기의 일부이며, 소프트웨어 컴포넌트와 통신하는데 사용되는 일련의 레지스터들과 각종 동작을 수행하는데 사용되는 또 다른 일련의 내부 레지스터들을 갖는다. 타이밍 시스템은 TDMA 방식으로 무선 전송의 스케쥴링 및 제어가 간섭을 받지 않도록 네트워크 노드들의 전송을 동기화한다.
2.1. 하드웨어
도 7에 제시된 하드웨어 컴포넌트는 자동 드리프트 제어가 없는 시스템에 특정한다.
RF 발진기와 무관한 타이밍 장치의 발진기( CLK )는 TD _ COUNTER 에 의해 카운트된 클럭 틱을 생성한다.
TD _ COUNTER 의 비트는 틱 카운터(차상위 비트), 슬롯 카운터, 및 프레임 카운터로서 구성된다. 각각의 서브-카운터에 예약된 비트의 수는 장치가 턴온될 때 설정될 수 있다.
TD _ CORR0 레지스터는 임의의 보정값을 TD _ COUNTER 레지스터에 기록하기 위한 소프트웨어에 의해 사용된다. 이 레지스터에 저장된 보정값은 TD _ COUNTER 레지스터를 그 값으로 변경하게 한다. 네트워크에서 TD _ COUNTER 에 인가된 보정값은 네트워크 내 모든 카운터가 ±1 틱보다 낮은 정밀도로 어느 순간에서도 동일한 값을 보이도록 하는 효과를 갖는다.
2.1.1. 하드웨어 동작
수신기가 수신된 RF 신호와의 동기화를 식별할 때, 수신기는 바람직하게 RX_SYNC 메시지를 생성한다. 수신기가 수신된 신호와 동기하는 순간은 통상 임펄스 응답 필터 또는 또 다른 방법을 이용하여 식별된다. RX - SYNC 신호는 TD_COUNTER의 내용이 TOA 레지스터에 복사되게 해준다. 소프트웨어는 필요할 때 TOA 레지스터를 판독할 수 있다.
타이밍 장치의 CONTROL은 송수신기 모뎀의 동작을 제어하는 신호의 발생을 담당한다. 송수신기 모뎀은 송신, 수신 또는 "휴지 상태(sleeping)"를 수행할 수 있다. 모뎀의 휴지 상태를 계획하는 것은 본 명세서에서 다루지 않는다. 이러한 이유 때문에, 송수신기 모뎀은 수신 또는 송신하는 것으로 간주된다. 모뎀이 (수신 모드 유휴 상태) "듣기(listening)" 모드일 때, 신호를 MODEM _ RX _ IDLE 로 설정한다. 현재의 타임슬롯이 거의 종료될 때, 타이밍 장치는 다음 타임 슬롯에서 전송될 데이터가 있는지를 알기 위하여 계획을 체크한다. 그러한 데이터가 존재하면, 신호를 MODEM _ SW _ TX 로 설정하여 모뎀을 송신 모드로 절환한다. 모뎀이 송신 모드에서 "유휴" 상태가 되면, MODEM _ TX _ IDLE 신호를 설정한다. 타이밍 장치가 새로운 타임슬롯을 시작할 때, 그리고 모뎀이 송신 모드 유휴 상태에 있을 때, 신호를 MODEM _ TX _ OK 로 설정하여 모뎀에게 전송 시작을 알려준다. 타이밍 장치는 모뎀이 수신 모드와 송신 모드 사이를 절환하기 위한 시간을 갖도록 현재의 타임 슬롯의 종료에 앞서, 틱이 적절한 개수가 되는 순간에 데이터가 전송되는지를 체크한다.
모뎀이 송신하는 동안, 타이밍 시스템은 다음 타임슬롯에서 송신될 데이터가 있는지를 체크하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 타이밍 시스템은 전송될 데이터가 있는지 또는 없는지에 따라서 신호를 MODEM _ SW _ TX 또는 MODEM _ SW _ RX 로 설정한다. 현재의 송신이 완료된 후, 모뎀은 타이밍 시스템에 설정된 신호에 따라서 적절한 모드로 절환하며, MODEM _ TX _ IDLE 또는 MODEM _ RX _ IDLE 신호를 설정한다.
소프트웨어가 TD _ COUNTER 레지스터에 대해 보정을 할 필요가 있다고 인식할 때, 소프트웨어는 보정값을 보정 레지스터 TD _ CORR0 에 기록한다. 그런 다음, 장치는 레지스터의 내용이 1 일 때 보정값을 TD _ COUNTER 에 가산한다. 이러한 방식으로, 소프트웨어는 메시지의 전송 시작을 트리거하는 타임슬롯의 시작을 놓쳐버리는 것을 방지한다.
2.1.2. 하드웨어 상태 머신( Hardware state machine )
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 프레이밍 하드웨어의 상태 시퀀스를 도시한다.
시작(Start)
하드웨어가 시작될 때, 도 8의 단계(1000)에서 하드웨어는 "시작" 상태에 있다. 이때, 모든 레지스터는 랜덤한 내용을 가지고 있다.
TD _ COUNTER 에 1 가산
발진기로부터 한 틱을 수신할 때, 단계(1010)에서 레지스터의 내용은 1씩 증가한다.
틱 카운터가 1일 때 보정값 추가
만일 틱 카운터의 비트가 1이라면, 단계(1020)에서 보정값이 TD _ COUNTER 에 가산되며 TD _ CORR0 레지스터는 클리어된다.
모뎀 송신, 슬롯 송신, 카운터 제로
단계(1030)에서, 모뎀이 송신 모드 유휴 상태(신호 MODEM_TX_IDLE)은 온 상태임)인지, 다음 슬롯이 송신을 필요로 하는지, 그리고 카운터의 슬롯 비트가 모두 제로인지를 체크한다.
송신 시작
단계(1040)에서, 타이밍 장치는 모뎀에게 송신이 시작됨을 알려주는 MODEM _TX_OK 신호를 설정한다.
다음 슬롯 체크 시간?
단계(1050)에서는 지금 다음 타임슬롯이 송신 또는 수신을 요구하는지를 체크하기에 알맞은 시간인지를 체크한다.
다음 슬롯 송신, 모뎀 수신?
단계(1060)에서, 모뎀이 수신 모드이고 다음 슬롯이 전송을 요청하는지를 체크한다. 만일 부정이라면, 하드웨어는 시작 상태(단계 1000)로 이동한다.
모뎀을 송신용으로 준비
단계(1070)에서, 장치는 모뎀을 송신용으로 준비하는 신호 MODEM _ SW _ TX 를 설정한다.
2.2. 소프트웨어
타이밍 시스템의 소프트웨어 컴포넌트는 틱 카운터의 동기화를 달성하기 위한 이웃들과 교환되는 적절한 메시지를 구축하는 임무를 수행한다. 소프트웨어 컴포넌트는 낮은 우선순위 작업으로서 동작하며, 어떤 이웃으로부터의 메시지가 너무 일찍 또는 너무 늦게 수신되었다고 인식할 때 그 동작이 시작된다.
2.2.1. 데이터
타이밍 시스템의 소프트웨어 컴포넌트는 모든 이웃에 관한 타이밍 정보, 및 다음의 내용을 갖는 이웃 테이블 TD _ NBR 을 유지한다.
- 이웃 식별(Neighbor identification)
- 마지막 수신된 메시지의 도달 시간(TOA)
- 이웃에 대하여 TD _ COUNTER 시프트
- (틱 내에서) 이웃으로 전파
"이웃 식별"은 네트워크내 각 노드를 식별하는 정보이다. "마지막 수신된 메시지의 TOA"는 수신기에 의해 제공된 도달 시간이다. "이웃에 대하여 TD_COUNTER 시프트"는 로컬 TD _ COUNTER 의 내용과 마지막 타이밍 메시지에서 이웃에서 보고된 TD _ COUNTER의 내용과의 차이를 내포하고 있다. 이웃으로의 신호 전파 시간은 발진기의 틱에서 측정된다. 이에 관하여, 후자의 두가지 필드는 아래의 섹션 3에서 논의되는 동기화 알고리즘에 따라서 계산된다.
*2.2.2. 프레이밍 메시지( Framing Messages )
본 발명의 방법은 (a) 주기적으로, (b) 필요할 때, (c) 다른 이웃의 요청에 따라 방송되는 단지 하나의 프레이밍 메시지 TD _ SYNC 를 사용하는 것이 바람직하다. 이 메시지는 바람직하게 다음과 같은 필드를 갖는다.
- 응답 요청(1 비트)
- 메시지를 송신하는 노드의 식별
- 송신 시간
- 리스트 내 이웃의 개수
- 이웃의 리스트
o 이웃 식별
o 이웃으로부터 마지막 수신된 메시지의 TOA
이와 관련하여, "응답 요청"은 송신 기지국이 적어도 하나의 이웃과 관련하여 큰 타이밍 에러를 발견할 때 설정된다. 설정된 응답 요청에 따라 메시지를 수신하는 모든 기지국은 이에 응답하여야 한다. "송신 시간"은 타임슬롯의 개수 및 타임프레임 개수에 의해 식별된다. 이러한 개수는 송신이 일어나기 전에 알려지기 때문에, 이들 개수는 메시지가 구축될 때 소프트웨어에 의해 메시지 내에 기록된다. 이와 관련하여, 그 값은 메시지의 전송이 수행되어야 하는 순간에 대응한다.
이 메시지는 제1 단말이 그의 클럭을 보정하기 위해 응답을 요청할 때 방송된다. 응답은 리스트 내 모든 단말에게 멀티캐스트로 어드레스된다.
2.2.3. 동작
TD _ SYNC 메시지를 수신하는 노드는 메시지의 타이밍(TOA)을 기록하는 TD _ NBR 테이블에 송신하는 이웃의 엔트리를 갱신한다. 만일, 메시지가 이전의 TD _ SYNC 요청에 대한 응답이라면, "송신 이웃에 대한 범위" 및 그의 클럭 시프트가 계산된다.
바람직하게, 타임프레임당 한번씩, 노드는 모든 이웃들의 클럭 시프트로부터 그 자신의 클럭 보정값을 계산한다. TD _ COUNTER 보정값은 TD _ CORRO 하드웨어 레지스터에 기록될 수 있으며 그에 따라서 TD _ NBR 테이블 내 모든 엔트리는 갱신될 수 있다. 이것은 로컬 TD _ COUNTER 가 보정된 이후 TOA의 추정값을 TD _ NBR 을 통해 보여지게 한다.
만일, 노드 자신의 클럭의 보정값이 허용된 정밀도 보다 크다면, 응답 요청에 대한 TD _ SYNC 메시지가 제공될 수 있다. 만일, 보정값이 작지만, 노드가 응답 요청하는 TD _ SYNC 를 수신하였다면, 응답 요청이 없는 TD _ SYNC 가 송신될 수 있다. 만일, 보정값이 작고 어떠한 응답 요청도 수신되지 않았다면, 어떠한 메시지도 전송되지 않는 것이 바람직하다.
이웃들의 리스트가 너무 크고 하나의 메시지에 삽입될 수 없는 경우, 요청에 응답할 때, 단말은 (a) 이웃들 중 일부만을 랜덤하게 선택할 수 있거나, (b) 응답을 한번이상 송신할 수 있거나, 또는 (c) 멀티-슬롯 송신을 이용할 수 있다.
각각의 TD _ SYNC 메시지는 두번의 송신을 행한 시간이 타임프레임의 크기보다 크게하는 방식으로 송신될 수 있다. 이것은 각각의 노드가 보정값을 계산하고 그 응답을 송신하기 전에 그의 모든 이웃들에게서 전달받게 해준다.
TD _ SYNC 가 다중 요청에 대한 응답일 때, 이웃들의 리스트는 응답을 요청했었던 모든 이웃들을 포함시켜야 한다.
응답 요청이 설정된 TD _ SYNC가 송신될 때, 리스트는 큰 에러를 갖는 이웃들로부터의 데이터를 포함하는 것이 바람직하다.
응답 요청을 갖는 TD _ SYNC 는 자동 드리프트 보정값을 조절하기 위해 주기적으로 송신되는 것이 또한 바람직하다.
2.2.4. 소프트웨어 상태 머신
시작
도 9에 도시된 바와 같이, 단말의 전원이 턴온될 때, 단계(1100)에서 소프트웨어 작업은 "시작" 상태에 있다. 이 상태에서, 타이밍 시스템은 TD _ NBR 테이블에 이웃들로부터 수신된 메시지의 TOA를 기록한다.
송신지의 틱 카운터가 널(null)일 때 어떠한 메시지라도 송신되기 때문에, 네트워크가 동기화된다면, 수신지에서의 틱 카운터의 값은 송신하는 이웃과 수신기 사이에서 신호 전파 시간만큼 커야 한다.
만일, 메시지 TOA와 이웃 범위 간의 차가 동기 정밀도의 절반보다 작다면, 작업은 "시작" 상태에 머무른다.
만일, 차이가 동기 정밀도의 절반보다 크지만, 동기 정밀도보다 작다면, 아래에서 논의되는 바와 같이, 단계(1120)에서 작업은 바람직하게 "TD_SYNC 요청 송신" 을 지속한다. 또한, 소프트웨어는 드리프트 보정값의 조절이 계획될 때 "TD_SYNC 요청 송신" 상태로 절환하여야 한다.
만일, 차이가 동기 정밀도보다 크다면, 아래에서 설명되는 바와 같이, 단계(1110)에서 작업은 상태를 "개략적 보정값 적용" 상태로 변경하는 것이 바람직하다.
"시작" 상태에 있는 동안, 노드가 TD_SYNC 를 수신하면, 아래에서 논의되는 바와 같이, 메시지내 요청 비트의 값 및 수신된 TD_SYNC 메시지 내 자신의 식별의 존재에 따라서, 단계(1150)에서 상태를 "TD_SYNC 응답을 송신" 으로 변경하거나 단계(1140)에서 "보정값을 계산 & 적용" 상태로 변경하는 것이 바람직하다.
개략적인 보정값 적용
만일, TOA와 데이터를 수신한 단말의 범위 간의 차가 동기 정밀도보다 크다면, 단계(1110)에서 개략적인 보정값이 하드웨어 카운터에 적용되는 것이 바람직하다.
이 보정값은 평균 이웃 에러를 보상하도록 계산된다.
TD_SYNC 요청 송신
만일, 기지국이 리스트 내에 어떤 이웃도 갖지 않는다면, 단계(1120)에서 "시작" 상태로 되돌아간다. 만일, 이웃 리스트가 비어있지 않다면, 단말은 응답을 요청하는 TD_SYNC 메시지를 송신한다.
한 프레임 동안 TD_SYNC 수집
단계(1130)에서 단말은 바람직하게 적어도 한 프레임의 지속기간 동안 모든 이웃들로부터 TD_SYNC 메시지를 수집한다. 단계(1120)에서 만일 상기 프레임 동안 어떠한 메시지도 수신되지 않으면, 작업은 이전 상태로 되돌아가서, 테이블 내에 이웃이 여전히 남아 있는지 또는 어떤것도 남아있지 않은지를 체크한다. 대기 기간 동안, TD_NBR 테이블이 갱신될 수 있고, 오래된 이웃들은 제거될 수 있으며, 새로운 이웃들이 추가될 수 있다.
보정값 계산 및 적용
만일, 적어도 한 TD _ SYNC가 수신되면, 단계(1140)에서 바람직하게 작업은 보정값을 계산하고 적용한다. 동기 정밀도는 아래에서 논의되는 알고리즘을 이용하여 계산된다.
만일, 수신된 TD _ SYNC 메시지가 모두 (요청없는)응답이고, 계산된 보정값이 동기 정밀도 보다 작다면, 단계(1100)에서 작업은 "시작" 상태로 되돌아간다. 만일, 보정값이 크다면, 단계(1120)에서 작업은 또 다른 세트의 동기 메시지를 교환하는 "TD_SYNC 요청 송신" 상태로 되돌아간다.
TD_SYNC 요청/응답 송신
만일, 마지막으로 적용된 보정값이 동기 정밀도의 절반보다 작았고 마지막 수신된 TD _ SYNC 메시지가 응답을 요청했다면, 단계(1150)에서 바람직하게 단말은 응답을 요청한 이웃들의 데이터만을 포함하는 TD _ SYNC 응답 메시지를 구축한다.
작업은 전술한 단계(1100)의 "시작" 상태로 되돌아간다.
3. 동기화 알고리즘
3.1. TOA , TOF 및 클럭 시프트
송수신기 모뎀이 "수신" 모드이고 무선 신호를 식별할 때, 바람직하게 송수신기는 반송파 주파수에서 동기하며 데이터를 복호화하기 위한 최적의 "핑거"를 식별한다. 최적의 핑거가 발견되면, 동기가 달성되며 모뎀은 바람직하게 TD 틱 카운터가 TOA 레지스터 내에 저장되게 하는 신호를 생성한다.
송수신기 모뎀이 "송신" 모드일 때, 틱 카운터가 제로일 때 송신이 시작된다.
만일, 송신지 및 수신지에 있는 카운터들이 완벽하게 동기된다면, 수신지에 있는 틱 카운터는 송신이 시작될 때 역시 제로이며, 메시지의 TOA의 값은 신호 전파 시간과 동일하다. 유감스럽게도, 모든 네트워크 단말의 카운터는 동일한 순간에 동일한 값을 보이지 않는다. 더욱이, TDMA 틱을 생성하는 각각의 발진기는 노드들 간에서 약간 상이한 주파수를 가지게 되어, 초기에 동기화된 틱 카운터가 서로에 대하여 서서히 어긋나게 된다.
본 발명의 내용에서 사용된 알고리즘은 네트워크 클럭의 동기화 여지를 주며, 네트워크와 관련하여 각각의 발진기의 드리프트의 영향을 확인하고, 확인된 드리프트에 따라서 틱 카운터의 내용을 보정한다.
3.2. 두개의 단말
단말(A 및 B)의 클럭 카운터는 한 순간에 tA 및 tB 값을 나타낸다. 단말(A)의 틱 카운터에 대하여 단말(B)의 카운터의 시프트는 dBA = tB - tA 이다. 이와 관련하여, 단말(B)의 틱 카운터에 대하여 단말(A)의 틱 카운터의 시프트, dAB 는 값 dAB = tA- tB = - dBA 을 갖는다.
단말(A)이 메시지를 송신하기 시작할 때, 그의 틱 카운터는 제로인 것이 바람직하다. 따라서, 단말(B)의 카운터는 dAB 를 보이는 것이 바람직하다.
메시지가 노드(A 및 B) 사이에서 무선 신호의 전파 시간과 동일한 p 틱 이후에 단말(B)에서 도달한다. 이 순간에, 단말(B)의 틱 카운터는 값 TOABA = dBA + p 를 보여야 한다. 이 값은, 노드(A)에서 송신된 메시지인 경우, 노드(B)에서의 신호의 "도달시간"으로서 식별된다. 몇개의 타임 슬롯 이후, 단말(B)은 "응답" 메시지를 송신하는 것이 바람직하다.
송신 순간에, 단말(B)에서 틱 카운터는 제로인 반면, 노드(A)에서 틱 카운터는 dAB = - dBA를 나타낸다. 신호 전파 시간이 동일하다고 가정하면, (A)가 (B)로부터 신호를 수신할 때 (A)는 TOAAB= -dBA + p 를 기록한다. 노드(B)가 송신된 메시지 내에 값 TOABA 을 포함시켰다면, 노드(A)는 노드(B)에 대하여 전파 시간과 그의 클럭 시프트 모두를 계산하기에 충분한 데이터를 가지고 있어야 한다.
Figure pat00001
만일 노드(A)가 그의 틱 카운터에 계산된 보정값을 적용하면, 양쪽 노드에서 동작하는 카운터가 동기화될 것이다(어느 순간에서도 동일한 값을 나타낼 것이다). 일단 카운터가 동기화되면, 수신지 및 송신지 양측에서의 TOA는 단말들 간의 신호 전파의 지속기간과 동일하여야 한다.
3.3. 네트워크
단말이 네트워크에서 동작할 때, 단말은 모든 또는 실질적으로 모든 이웃들과 동시에 동기화되어야 한다. 그러한 동시적인 동기화는 모든 이웃들이 또한 서로에 대하여 동기화되는 경우에만 가능할 것이다.
본 명세서에서 제시된 알고리즘은 각 노드가 네트워크의 모든 노드들을 서로 동기화되게 하는 "가상 이웃"과 동기화한다는 점에서 분산된다.
3.3.1. 평균화
네트워크 동기화를 위해 사용된 제1 방법은 일련의 계산된 보정값의 평균 값을 사용한다. 특히, 비동기화된 단말(A)은 이웃에게 응답을 요청하는 TD _ SYNC 메시지를 송신한다. 몇몇 이웃(i)은 단말(A)에 의해 송신된 TD _ SYNC 메시지를 수신하였을 때 값 TOA Ai 을 수집한다. 이웃(i)은 메시지 내에 TOA Ai 값을 포함하는 TD_SYNC 응답 메시지로 응답한다. 응답 메시지는 응답이 수신된 TOAAi 일 때의 순간을 측정하는 노드(A)에 의해 수신된다. n개의 이웃으로부터 수신된 메시지로부터, 단말은 다음과 같은 수학식에 따라서 평균 보정값을 계산한다.
Figure pat00002
단말(A)이 계산된 보정값 δA 를 그의 틱 카운터에 적용한다. 이 보정값을 적용한 이후, 단말은 네트워크에 동기화되지만, 단지 다른 모든 이웃들이 이미 동기화되었을 경우에만 해당한다. 만일, 다른 모든 이웃들이 이미 동기화되었다면, 모든 δAi 값은 실질적으로 평균값 δA 와 같아야 한다. 만일, 개개의 보정값 δAi 들간의 차이가 너무 크다면, 단말은 응답을 요청하는 TD _ SYNC 메시지를 다시 송신하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 개개의 보정값들 간의 큰 차이는 다른 이웃들이 동기화되지 않았음을 나타낸다. 그러한 조건에서, 이웃들 중 적어도 하나의 이웃은 큰 차이를 확인하며 바람직하게는 응답을 요청하는 TD _ SYNC 메시지를 또한 송신하는 것이 바람직하다.
시스템의 안정성은 분산 알고리즘과 관련된 매우 중요한 관심사이다. 각각의 시스템 컴포넌트가 데이터를 수집하고 상이한 순간에서 다른 것들과 무관하게 보정값을 계산하기 때문에, 전체 시스템은 요청된 정밀도로 동기화를 달성하지 않고도 발진이나 드리프트를 시작하는 것이 가능하다. 이러한 특정한 경우에서, 네트워크 안정성은 보정값을 반복적으로 계산하고 이를 틱 카운터에게 적용하는 동안, 네트워크 카운터는 한 방향으로 지속적으로 시프트하지 않고 또는 특정 값들 사이에서 발진하지 않을 것이라는 사실에 의해 반영될 것이다.
n+1개 노드를 갖는 폐쇄 네트워크에서, 각각의 노드는 다른 모든 노드들에게서 전달받을 수 있고 n개의 이웃을 갖는다. 스텝(타임프레임) s의 노드 k에서 동기화 보정값은 다음의 수학식에 따라서 계산된
Figure pat00003
이다.
Figure pat00004
대부분의 네트워크는 하나의 개개 노드의 커버리지 보다 훨씬 큰 영역을 가로질러 연장한다. 그러한 사나리오에서, 각 노드(k)는 크기 nk 의 특정한 이웃을 갖고, 그 이웃들은 노드들마다 상이할 수 있다. 대형 네트워크의 경우, 노드(k)의 틱 카운터에게 적용된 스텝 s에서의 동기화 보정값은 다음의 수학식에 따라서 계산된다.
Figure pat00005
수학식 4에서, Ik 는 노드 (k)의 모든 이웃들의 인덱스의 리스트이다. 이와 관련하여, 리스트 Ik 는 길이 nk 을 가지며 노드 k를 포함하지 않는다. 이 리스트에서, 특정한 이웃은
Figure pat00006
로 식별된다.
N 개의 노드를 갖는 네트워크의 경우, 타임프레임 s에서 보정값은 다음의 관계를 증명한다.
Figure pat00007
*3.3.2. 애드 -혹 동기화 기준
본 발명의 실시예는 동기화 서버로서 작용하도록 지정된 하나의 네트워크 단말을 식별하는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 동기화 기준은 설치 시간에서 사전규정될 수 있고 또는 예를 들어, MAC 어드레스, 단말 시리얼 넘버, 또는 클럭값과 같은 어떤 적합한 기준에 근거하여 나중에 "선택"될 수 있다. 바람직하게, 이와 관련하여, 사전규정된 방법의 구현을 위해 네트워크당 단지 하나의 기준이 규정된다. 더욱이, 만일 서버가 이용가능하지 않거나, 이동성 때문에 네트워크의 분절(network fragments)이 있다면, 또 다른 기준을 규정하기 위하여 수동적인 개입이 필요할 수 있다.
동기화 기준의 "선택"은 애드-혹 자가 치유 네트워크의 컨텍스트에서 바람직할 수 있다. 특히, 각 단말은 선택 기준으로서 사용되는 엔티티를 기술하는 메시지를 방송하며, 각 노드는 기준으로서 그 기준에 최상으로 매칭되는 노드를 선택한다. 동기화를 달성한 노드들은 직접적인 기준 노드로부터 기준 속성을 검색하고 네트워크로부터 다른 노드들을 동기화를 위해 이들 노드들을 청하기 위해 이를 방송한다. 이러한 방식으로, 트리가 구축되며, 이 트리에서 루트는, 예를 들어, 가장 작은 또는 가장 큰 MAC 어드레스를 갖는 단말이다. 다시 말해서, 만일 동기를 제공하는 노드가 이용가능하지 않다면, 또는 네트워크가 단절된다면, 새로운 노드가 선택되어야 한다.
선택 기준으로서 클럭 보정값의 크기를 이용하는 것은 어떤 다른 방법보다도 더 효과적일 수 있는데, 그 이유는 이것이 어떤 추가적인 정보를 방송할 필요가 없기 때문이다. 이 방법에 따르면, 단말(A)은 이웃들에게 동기 TD _ SYNC에 대한 요청을 전달한다. 이웃들이 TD _ SYNC를 갖는 메시지에 응답하여서, 단말(A)이 각 이웃 δAi 에게 보정값을 계산하기 위한 데이터를 제공한다. 그런 다음, 단말(A)은 그의 틱 카운터에게 가장 긍정적인 또는 가장 부정적인 δAi 보정값을 적용하여, 하나의 이웃과 동기화된다. 네트워크에서 각 노드는 네트워크가 동기화될 때까지 랜덤하게 선택된 타임슬롯에서 동일한 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
가장 긍정적인 또는 가장 부정적인 보정값과 연관된 이웃의 선택은 선택적인 프로세스이다. 이에 관해서, 네트워크의 모든 노드가 가장 긍정적인 또는 가장 부정적인 보정값을 선택하는 동일한 기준을 적용하는 것이 바람직하다. 어떤 두 단말 간에서 δAB = -δBA 이기 때문에, 설정된 기준과 매칭하는 한 단말이 기준으로서 바람직하다. 그러한 경우에, 클라이언트 노드는 기준을 선택하는 한편, 기준은 누구에게나 선택되지 않는다. 동기화 프로세스의 초기 단계에서, 각 단말은 가장 가까운 이웃과 동기화한다. 잠시 후에, 동기화는 기준과 매칭하는 이웃들을 전혀 발견하지 못한 단말들로부터 모든 네트워크 부재들에게 전파된다. 이러한 방식으로, 이 프로세스는 동기화가 시작될 때 그의 틱 카운터에서 보다 작은 값 또는 보다 큰 값을 갖는 단말에서 라우트된 종속 트리를 생성한다. 이웃의 동기화가 달성된 후, 트리는 각 단말이 동기화된 이웃들의 직접적인 기준으로서 선택할 때 해체한다. 네트워크의 동기화를 제공한 초기 루트 노드가 동작하기 시작하면, 어떤 다른 동기화된 단말이 기준으로서 선택될 수 있는데(예컨대, 실질적으로 동시에 선택될 수 있음), 이것은 네트워크 틱 내 모든 클럭이 동일한 시간에 있기 때문이다.
이러한 방법을 이용하는 동기화 프로세스가 매우 빠를지라도, 네트워크가 동기된 후 이 방법을 사용하면 개개 단말의 발진기의 드리프트를 제어하는데 복잡해진다.
상업적으로 사용된 단말들은 단말이 자동 클럭과 관련하여 매초 2 ㎲ 를 드리프트할 수 있음을 의미하는 2 ppm 까지의 드리프트를 갖는, 또는 또 다른 단말과 관련하여 4 ㎲ 까지의 드리프트를 갖는 저품질 수정 발진기를 사용할 수 있다. 동기화 서버의 애드-혹 선택은 초기에는 카운팅 레지스터의 비정상적인 컨텐트를 갖는 단말일 수 있다. 일단 동기가 달성되면, 클럭 간의 모든 차가 (동기된 것을 의미하는) 제로인 경우에 한해서 네트워크는 어떤 다른 이웃과 동기할 필요가 없다. 발진기 드리프트는 어떤 단말의 속도를 증가시키고 다른 단말의 속도를 감소시킨다. 이로써 어떤 레지스터 카운터를 빠르게 구동하게 하여, 네트워크가 채택된 기준에 따라 가장빠른 속도 또는 가장느린 속도의 단말을 동기화 서버로서 선택하게 한다.
애드-혹 네트워크 내 거의 모든 단말들은 이동 단말이다. 상대적인 이동 방향에 따라서, 120 Km/h 속도는 명백한 발진기 속도에 0.1 ppm 까지 영향을 미친다. 따라서, 속도와 상대적인 이동 방향에 따라서, 어떤 단말을 "더 빠른" 노드로서 볼 것인가는 다른 단말을 "느린 속도" 노드로서 볼 수 있다는 것이다. 그러한 시나리오에서, 동기화 의존 그래프는 네트워크 동기화를 달성하고 유지하는 대다수의 메시지의 교환을 필요로 하고 네트워크가 드리프트되지 못하게 방지하는 하나 또는 많은 루프를 포함할 수 있다.
3.3.3. 섭동( Perturbations )
평균화 방법은 많은 경우에서 네트워크 동기화를 제공하지만, 이것은 이웃들의 틱 카운터들 간의 차가 허용할 수 없을 만큼 클 때 어떤 네트워크 위상 기하학(topogies)에서 계산의 안정화를 얻는 이유가 될 수 있다. 이것은 차 dij의 합이 제로일 때 발생하는 한편, 개개의 보정값 dij 은 절대값이 크지만 반대 부호를 갖는다. 이 상황을 보정하기 위하여, 두가지 방법이 적용될 수 있다. 즉, 두 방법은 이하에서 설명된 가속된 컨버전스accelerated convergence) 및 랜덤화(randomization)일 수 있다.
가속된 컨버전스(Accelerated convergence)
동기화 프로세스의 컨버전스는 무한 개수의 타임프레임에 걸쳐 하나의 특정한 단말에 적용된 총 보정값을 예측함으로써 가속될 수 있다.
단말(k)이 마지막 n 단계에서 다음과 같은 보정값, 즉
Figure pat00008
(δn 은 마지막 계산된 보정값이다)을 계산하였다고 가정해본다. 여기서, 후속하는 무한 개수의 보정값의 합이 존재할 것이라고 예측하기 위하여, 이들 개개의 보정값은 다음의 몇가지 특성을 가져야 한다.
1. 보정값의 크기는 감소해야 한다
Figure pat00009
2. 일련의 감소 비율의 모든 절대값 요소들
Figure pat00010
은 (i=1,2,...n-1 인 경우) 0.999 보다 작어야 한다.
3. 일련의 감소 비율의 절대 값의 표준 편차
Figure pat00011
는 0.1 보다 작아야 한다.
만일, 모든 조건이 충족되면, 단말은 무한 개수의 추가적인 후속 보정값의 합과 동일한 예측된 보정값을 계산할 수 있다. 수학식 6에서 제시된 공식은 정규 계산된 동기화 보정값 대신 하나의 시간 보정값으로서 사용된 무한개수의 타임프레임의 무한개수 후에 예측된 보정값 δk (∞) 을 계산한다.
Figure pat00012
랜덤화된 평균(Randomized average)
만일 계산된 동기화 보정값이 작은 반면, 이웃들로의 시프트가 크다면, 동기화 보정값은 개개 보정값의 의사 평균(pseudo-average)으로서 계산될 수 있다. 이러한 계산에서, 각 이웃으로의 시프트는 랜덤 가중치(random weight)와 연관된다.
Figure pat00013
수학식 7에서, 랜덤 가중치는
Figure pat00014
로 표시되며, 제로와 1 사이의 값을 갖는다. 이와 관련하여, 랜덤화된 평균의 계산은 가속화된 컨버전스가 틱 카운터 레지스터의 시프트와 비교가능한 동기화 보정값을 제공하는데 실패할 때에만 사용되어야 한다.
3.3.4. 시스템 고려사항
어떤 다른 섭동(즉, 랜덤 값의 보정값)은 또한 저속 컨버징 프로세스를 중단하는데 사용될 수 있다.
섭동이 최대의 효과를 갖게 하기 위하여, 이들 섭동은, 예를 들어, 수퍼프레임의 제1 타임프레임 동안과 같은 동일한 타임프레임 동안 전체 네트워크에서 사용되어야 한다.
4. 자동 드리프트 제어
자동 드리프트 제어(ADC)는 장기간동안 노드의 동기화를 그의 이웃들과 관련하여 보존하는 선택적 장치이다. 이 장치를 활용하면 동기화 세션들 간의 간격을 증가시키며, 그럼으로써 매우 정확한 동기화를 유지하면서 대역폭을 절감할 수 있다.
초기 동기화가 달성된 후, ADC는 바람직하게 노드의 틱 카운터의 드리프트를 그의 이웃과 관련하여 모니터하는 것이 바람직하며, 레지스터의 내용을 시간에 따라 틱으로 자동적으로 보정하게 된다.
ADC는 주기적으로 재동기화 세션을 활성화시킴으로써 데이터를 수집하는 것이 바람직하다. 제1 동기화 세션은 동기화가 제1 시간 동안 달성된 후, 예를 들어, 1초 활성화될 수 있다. 만일, 재동기화 세션의 결과인 틱 카운터의 보정값이 특정한 동기화 정밀도보다 작다면, 다음 세션은 2초 후에 계획될 수 있다. 다음 2초 동안, 장치는 시간에 따라 하나의 틱을 가산 또는 감산함으로써 자동적으로 카운터 레지스터의 내용을 보정한다. 2 초가 끝날 무렵, 새로운 재동기화 세션이 시작될 수 있으며, 만일 보정값이 특정한 동기화 정밀도 보다 작다면, 다음 동기화 세션까지의 시간 간격이 다시 두배가 될 수 있다. 만일, 보정값이 동기화 정밀도보다 크다면, 이전의 시간 간격은 새로운 동기화 세션을 계획하는데 사용될 수 있다. 이에 관하여, 보정값이 작은한, 세션간 간격은 사전규정된 제한치까지 증가될 수 있다. 본 발명의 내용에서 사용된 동기화 방법은 동일 시간에서 실제이면서 상대적인 발진기의 드리프트를 보정하는 능력을 갖는다. 더욱이, 본 방법은 TD 틱 카운터의 동작이 네트워크 이동성에 덜 민감하게 한다.
자동적인 드리프트 제어는 타이밍 시스템이 네트워크 컴포넌트의 상대적인 이동시의 변화에 의해 또는 네트워크에 새로운 부재가 추가됨으로 인해 야기될 수 있는 너무 큰 프레이밍 에러를 확인할 때 리셋되는 것이 바람직하다.
4.1. 하드웨어
단말의 드리프트를 제어하는 하드웨어 컴포넌트는 도 10에 도시된다. 장치의 동작은 제어 레지스터의 한 비트로 설정된 CORRECT_DRIFT 신호에 의해 제어될 수 있다. 더욱이, 장치의 동작은 다섯 개의 레지스터, 즉 ADCSO, TO, DCO, DC 및 TD 틱 카운터에 적용가능하다. 그러나, 도 10은 TD 틱 카운터의 네 개의 하위 비트만을 도시하고 있다.
자동 보정값의 부호(긍정인 경우는 1 또는 부정의 경우는 0)는 소프트웨어로 ADCSO 레지스터에 기록되는 것이 바람직하다(자동 드리프트 제어 부호). 또한, 소프트웨어는 TO (세션 타임) 및 DCO (드리프트 보정) 레지스터를 동기화 세션 동안 수집된 데이터로 로드하는 것이 바람직하다.
4.2. 하드웨어 동작
매 틱마다, DCO 레지스터의 컨텐트는 처음에 DC 레지스터에 가산되는 것이 바람직하며, DC 레지스터의 콘텐트는 TO 레지스터와 비교된다. 만일 DC가 TO(설정 안된 CORR _ REQ) 보다 크지 않다면, 틱 카운터의 마지막 비트(BO)에 한 자리수가 가산되는 것이 바람직하다. 만일 DC가 TO 보다 크고, 비트 BO가 1이고, 비트 B1이 0이면, 보정값은 유효하다(CORR_REF 는 온된다). 이러한 시나리오에서, ADCSO가 1이면, 바람직하게 TD 틱 카운터에 (비트 B1에 1을 가산함으로써) 두 자리수가 가산되고, 또는, ADCSO가 0이면 아무것도 가산되지 않는다. 또한, TD 틱 카운터가 보정되면, TO의 카운터는 DC의 콘텐트로부터 감산된다.
보정 행위에는 매번 다른 두 단계(비트 BO이 1일 때, 비트 B1은 0이다)만이 수행하는 것이 적당하다. 보정값 적용의 지연은 장치가 TD 틱 카운터를 송신기의 동작을 제어하는 제로 값을 놓치게 할 수 있는 보정값을 적용하지 못하게 하는데 필요하다. 이것은 또한 정확하게 동작시키기 위하여, 장치는 틱 당 0.5 틱 보다 큰 보정값을 수행할 필요가 없어야 함을 의미한다. 정상적인 조건에서와 같이, 드리프트 보정이 틱 당 10 ppm 또는 틱당 10-5 틱보다 작은 것은 문제가 되어서는 안된다.
5. 결론
본 출원에서 제시된 애드-혹 네트워크의 동기화 방법은 매우 다루기 힘든 동기화를 제공할 수 있어서, 많은 애드-혹 멀티홉핑 네트워크의 동작을 향상시킬 수 있다. 본 방법은 네트워크 동기화를 달성하고 유지시키기 위한 오버헤드 메시지를 필요로 하기 때문에, 본 방법은 저속의 네트워크에는 매우 효과적이 아닐 수 있다. 저속의 네트워크는 큰 인터-슬롯 갭과 관련하여 대략적인 동기화만을 이용함으로써 더욱 효과적으로 동작할 수 있다.
비록 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예만이 앞에서 상세히 기술되었지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 신규한 가르침과 장점을 물리적으로 일탈함이 없이도 예시적인 실시예에서 많은 변형이 가능할 것임을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형은 다음의 특허청구범위에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 하고자 한다.

Claims (20)

  1. 제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라 동작가능한 제1 노드 및 제2 TDMA 방식에 따라 동작가능한 제2 노드를 포함하는 무선 네트워크를 동기화하는 방법 - 상기 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식은 각기 동일한 복수의 틱(tick)을 포함하며, 상기 제1 노드 및 제2 노드는 각기 송신이 이루어진 또는 신호가 상기 제1 및 제2 노드들 각각에 의해 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함함 - 으로서:
    (i) 상기 제1 노드로부터 상기 제2 노드에게 응답-요청 메시지(reply-requesting message)를 보내는 단계와;
    (ii) 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 도달 시간(time of arrival: TOA)을 결정하고, 상기 제2 노드로부터 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 보내는 단계 - 상기 응답 메시지는 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 상기 결정된 TOA에 대한 정보를 포함함 - 와;
    (iii) 상기 제1 노드에서 상기 응답 메시지의 TOA를 결정하는 단계와;
    (iV) 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지에 대해 결정된 TOA 값과 상기 제1 노드에서 상기 응답 메시지에 대해 결정된 TOA 값을 비교하고, 동기화 보정값을 결정하는 단계와;
    (v) 상기 동기화 보정값이 미리 설정된 값보다 크다면, 상기 동기화 보정값을 상기 제1 노드의 틱 카운터에 적용하여, 상기 제1 노드의 틱 카운터가 상기 제2 노드의 틱 카운터와 동기화되도록 하는 단계
    를 포함하는 무선 네트워크 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선 네트워크는 상기 제1 및 제2 노드들이 동작하도록 적응된 무선 애드-혹 피어-투-피어 멀티홉핑 통신 네트워크(ad-hoc peer-to-peer multi-hopping communication network)를 포함하는 무선 네트워크 동기화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 노드는, 상기 제1 노드가 적어도 하나의 이웃 노드와 관련하여 타이밍 에러에 직면하였을 때 상기 제2 노드에게 상기 응답-요청 메시지를 보내는 무선 네트워크 동기화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 다른 노드는 상기 제1 노드로부터 상기 응답-요청 메시지를 또한 수신하고 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 보내며,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 상기 응답 메시지는 상기 적어도 하나의 다른 노드에서의 응답 요청 메시지의 결정된 TOA에 관한 정보를 포함하며,
    상기 제1 노드는 상기 제1 노드에서 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 응답 메시지에 대한 TOA를 결정하는 무선 네트워크 동기화 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 노드는 상기 제2 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 상기 동기화 보정값, 및 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 또 다른 동기화 보정값의 평균에 근거하여 상기 동기화 보정값을 조절하는 무선 네트워크 동기화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 노드는 한 시구간에 대한 결정된 동기화 보정값들을 기록하고, 미래의 동기화 보정값들을 예측하기 위하여 상기 결정된 동기화 보정값들의 기록을 사용하는 무선 네트워크 동기화 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 동기화는 시간축(time base)을 사용하지 않고 수행되는 무선 네트워크 동기화 방법.
  8. 동기화된 무선 시스템으로,
    제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라 동작가능한 제1 노드와;
    제2 TDMA 방식에 따라 동작가능한 제2 노드
    를 포함하며,
    상기 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식은 각기 동일한 복수의 틱을 포함하며,
    상기 제1 노드 및 상기 제2 노드는 각기 송신이 이루어진 또는 신호가 상기 제1 노드 및 제2 노드 각각에 의해 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함하며,
    상기 제1 노드는 제2 노드에게 응답-요청 메시지(reply-requesting message)를 보내도록 적응되며,
    상기 제2 노드는 상기 응답-요청 메시지의 도달 시간(time of arrival(TOA))을 결정하고, 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 보내고, 상기 응답 메시지는 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지의 상기 결정된 TOA에 관한 정보를 포함하며,
    상기 제1 노드는 상기 응답 메시지의 TOA를 결정하고, 상기 제2 노드에서 상기 응답-요청 메시지에 대해서 및 상기 제1 노드에서 상기 응답 메시지에 대해서 각기 결정된 TOA 값들을 비교하고, 동기화 보정값을 결정하며;
    상기 제1 노드가 상기 동기화 보정값이 미리 설정된 값보다 큰 것으로 결정하면, 상기 제1 노드는 상기 동기화 보정값을 그의 틱 카운터에 적용하여, 상기 제1 노드의 상기 틱 카운터가 상기 제2 노드의 상기 틱 카운터와 동기화되도록 하는
    동기화된 무선 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 동기화된 시스템은 무선 애드-혹 피어-투-피어 멀티홉핑 통신 네트워크(ad-hoc peer-to-peer multi-hopping communication network)에서 동작하도록 적응된 동기화된 무선 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 노드는 상기 제1 노드가 적어도 하나의 이웃 노드와 관련하여 타이밍 에러에 직면하였을 때 상기 제2 노드에게 상기 응답-요청 메시지를 보내도록 적응된 동기화된 무선 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 적어도 하나의 다른 노드는 상기 제1 노드로부터 상기 응답-요청 메시지를 또한 수신하고 상기 제1 노드에게 응답 메시지를 전송하도록 적응되고,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 상기 응답 메시지는 상기 적어도 하나의 다른 노드에서의 상기 응답-요청 메시지의 결정된 TOA에 관한 정보를 포함하며,
    상기 제1 노드는 상기 제1 노드에서 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 상기 응답 메시지에 대한 TOA를 결정하도록 적응된 동기화된 무선 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 노드는 상기 제2 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 동기화 보정값, 및 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 또 다른 동기화 보정값의 평균에 근거하여 상기 동기화 보정값을 조절하도록 적응된 동기화된 무선 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1 노드는 한 시구간에 대한 모든 결정된 동기화 보정값들을 기록하고, 미래의 동기화 보정값들을 예측하기 위하여 상기 결정된 동기화 보정값들의 기록을 사용하도록 적응된 동기화된 무선 시스템.
  14. 무선 네트워크에서 사용하기에 적응되고 상기 무선 네트워크에서 제2 노드와 동기화하는데 적응된 노드 - 상기 노드는 제1 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 따라 동작가능하고, 상기 제2 노드는 제2 TDMA 방식에 따라 동작가능하며, 상기 제1 TDMA 방식 및 제2 TDMA 방식들은 각기 동일한 복수의 틱을 포함하며, 상기 노드 및 상기 제2 노드는 각기 전송이 이루어진 또는 신호가 상기 노드 및 상기 제2 노드 각각에서 수신되는 시간 순간을 결정하는 틱 카운터를 포함함 - 로서:
    상기 제2 노드에게 응답-요청 메시지(reply-requesting message)를 보내는 동작 - 상기 제2 노드는 상기 제2 노드에서의 상기 응답-요청 메시지의 도달 시간(time of arrival: TOA)을 결정하고 상기 노드에게 응답 메시지를 보내며, 상기 응답 메시지는 상기 제2 노드에서의 상기 응답-요청 메시지의 상기 결정된 TOA에 대한 정보를 포함함 - 과,
    상기 노드에서 상기 응답 메시지의 TOA를 결정하는 동작과,
    상기 제2 노드에서의 상기 응답-요청 메시지의 상기 결정된 TOA 값과 상기 노드에서의 상기 응답 메시지의 상기 결정된 TOA 값을 비교하고, 동기화 보정값을 결정하는 동작과,
    상기 동기화 보정값이 미리 설정된 값보다 크다면, 상기 동기화 보정값을 상기 노드의 상기 틱 카운터에 적용하여, 상기 노드의 상기 틱 카운터가 상기 제2 노드의 상기 틱 카운터와 동기되도록 하는 동작을 수행하도록 상기 노드를 제어하도록 적응된 제어기
    를 포함하는 노드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 무선 네트워크는 상기 노드 및 상기 제2 노드가 동작하도록 적응된 무선 애드-혹 피어-투-피어 멀티홉핑 통신 네트워크(ad-hoc peer-to-peer multi-hopping communication network)를 포함하는 노드.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노드가 적어도 하나의 이웃 노드와 관련하여 타이밍 에러에 직면하였을 때 상기 제2 노드에게 상기 응답-요청 메시지를 보내도록 상기 노드를 제어하게 또한 적응된 노드.
  17. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 다른 노드는 상기 노드로부터 상기 응답-요청 메시지를 또한 수신하고 상기 노드에게 응답 메시지를 보내며,
    상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 상기 응답 메시지는 상기 적어도 하나의 다른 노드에서의 상기 응답-요청 메시지의 결정된 TOA에 관한 정보를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 노드에서 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터의 상기 응답 메시지에 대한 TOA를 결정하도록 또한 적응된 노드.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제2 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 동기화 보정값, 및 상기 적어도 하나의 다른 노드로부터 수신된 상기 응답 메시지에 근거하여 결정된 또 다른 동기화 보정값의 평균에 근거하여 상기 동기화 보정값을 조절하도록 또한 적응된 노드.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노드를 제어하여 한 시구간에 대한 모든 결정된 동기화 보정값들을 기록하고, 미래의 동기화 보정값들을 예측하기 위하여 상기 결정된 동기화 보정값들의 기록을 사용하도록 또한 적응된 노드.
  20. 제14항에 있어서, 상기 동기화는 시간축을 사용하지 않고 수행되는 노드.
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