KR20110050313A - 채널 연결 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 인체주변 통신 네트워크(Wireless Body Area Network)에서 디바이스 단말이 코디네이터 단말에 접속하기 위해 채널을 탐색하고 연결하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 코디네이터 단말이 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 디바이스 단말에게 제공하고, 디바이스 단말은 이를 참조하여, 채널을 연결한다.
Figure P1020090107240
WBAN, 최근 사용 채널, 사용 불가 채널

Description

채널 연결 방법 및 장치{CHANNEL CONNECTION METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 근거리 무선 통신에 관한 것으로, 특히 무선 인체주변 통신 네트워크(Wireless Body Area Network)에서 디바이스 단말이 코디네이터 단말에 접속하기 위해 채널을 탐색하고 연결하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
개인영역 네트워크라고 불리는 PAN(Personal Area Network)은 널리 알려진 근거리통신망(LAN)이나 원거리통신망(WAN)과 대비되는 개념으로 개인마다 각각 고유한 네트워크를 가지게 됨을 의미한다. 즉, 한 사람이 소유하고 있는 단말기들이 제각기 그 사람의 편리를 목적으로 하나의 네트워크를 구성하게 한다는 것이다. 이와 같은 PAN을 무선으로 구성한다는 개념이, 무선 개인영역 네트워크(Wireless Personal Area Network : WPAN)이다.
PAN을 무선으로 구현하기 위한 노력으로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15 워킹그룹(Working Group)은 단거리 무선 네트워크의 표준으로 WPAN을 정하고 있다. IEEE 802.15 워킹그룹에서는 블루투스(Bluetooth)로 알려진 IEEE 802.15.1 표준, 고속(high rate) WPAN에 관련된IEEE 802.15.3 및IEEE 802.15.3a 표준, 지그비(ZigBee)로 알려진 IEEE 802.15.4 표준에 대한 작업을 수행하고 있다. 특히 최근에는 3미터(meter) 내외의 인체 주변에서의 통신 네트워크를 통해, 원격 진료 등 의료 서비스와 착용 컴퓨팅(Wearable Computing)을 위한 착용 장비나 모션 센서를 사용하는 엔터테인먼트 서비스를 제공하기 위한 무선 인체영역 네트워크(Wireless Body Area Network; WBAN)에 대한 표준화 작업이 802.15.6 TG6에 의해 진행되고 있다.
도 1은 일반적인 WBAN의 구성을 예시하는 개념도이다. 도 1을 참조하면, WBAN는 개인이 하나의 네트워크, 즉 피코넷(10,20)을 구성한다. 피코넷은 이동통신 단말과 같은 코디네이터(coordinator) 단말(11,21)과, 신체 외부에 장착될 수 있는 다양한 주변 장치 또는 신체 내부에 이식될 수 있는 이식(implant) 장치 또는 센서와 같은 다수의 디바이스 단말(12,13,14,15,16,22,23,24,25)을 구비한다. 이후 코디네이터 단말은 간략히 코디네이터로, 디바이스 단말은 간략히 디바이스라 칭한다. 이러한 무선 인체영역 네트워크는 주로 전력여건이 열악한 센서 등 크기가 작고 이동 전원을 구비한 장치를 대상으로 하므로, 저전력이 가장 중요한 시스템 요구사항이 된다.
한편, WBAN에서 신체 이식 장치를 디바이스로 포함하는 피코넷이 구성되는 경우, 해당 피코넷은 400 - 1680 MHz의 MICS(Medical Implant Communication Service) 대역을 이용한다. 그리고 신체에 이식되어 의학적으로 이용되는 이식 장치의 특성 때문에, 이식 장치는 접속요청을 먼저 코디네이터에게 보낼 수 없고, 코디네이터는 하나의 채널을 일정 시간 이상 독점하고 있을 수 없으며, 비콘(beacon) 사용이 금지되어 있다.
또한, MICS 대역에 대한 제1서비스는 기상 관측용 장비를 위한 통신 서비스이기 때문에, 기상 관측 서비스가 채널 점유에 대한 우선권을 가진다.
도1에서 제1피코넷(10)이 이식 장치를 디바이스로서 포함한 피코넷이라고 가정했을 때, 코디네이터 C1(11)은 MICS 규제에 따라 하나의 MICS 채널을 계속해서 점유할 수 없다. 그리고 비콘(beacon)의 사용도 금지되어 있다. 따라서 코디네이터 C1(11)은 미리 정해진 슈퍼프레임 구간 내에서 특정 채널을 통해 데이터 통신을 수행하다가 다음 슈퍼프레임에서는 다른 채널로 이동하여야 한다. 이 때, 코디네이터 C1(11)은 이동할 채널로 임의의 채널을 선택하고, 선택한 채널의 에너지 레벨 등을 확인하여 해당 채널이 타 시스템 또는 임의의 디바이스에 의해 점유되고 있는지를 판단한다. 만약, 해당 채널이 점유중인 것으로 판단이 되면, 코디네이터 C1(11)은 다시 다른 채널을 선택해야 한다. 해당 채널이 사용 가능하다면, 코디네이터 C1(11)은 접속 유도 메시지를 주기적으로 송신한다.
제1피코넷(10)의 디바이스(12,13,14,15,16)도 MICS 규제에 따라 능동적으로 코디네이터에게 접속 요청을 할 수 없다. 따라서 디바이스는 수신 가능 상태를 유지하면서 코디네이터 C1(11)이 송신하는 접속 유도 메시지를 기다리다가, 접속 유도 메시지를 수신하면 미리 정해진 프로토콜에 의해 응답하는 방법으로 동작해야 한다.
그런데 MICS 대역은 총 10개의 채널이 있고 코디네이터는 주기적으로 사용 MICS 채널을 전환하므로, 디바이스(12,13,14,15,16)는 이에 따른 채널 탐색 과정을 수행해야한다. 즉, 디바이스(12,13,14,15,16)는 하나의 채널에서 코디네이터 C1(11)에서 송신되는 접속 유도 메시지의 수신을 대기하다가, 미리 정해진 기간 동안 접속 유도 메시지가 수신되지 않으면 다른 채널로 전환하여 접속 유도 메시지의 수신 여부를 확인한다. 그리고 접속 유도 메시지를 수신하면, ACK(acknowledge) 메시지를 전송하거나 상향 데이터를 전송함으로써, 데이터 통신이 이루어진다.
이와 같은 기본적인 MICS 채널 탐색 및 접속 과정에 있어서, 디바이스가 비콘에 의해서 항상 코디네이터와 접속해 있는 상태가 아니기 때문에, 본질적으로 디바이스는 코디네이터가 전환한 채널이 어디인지 미리 알 수가 없다. 따라서 데이터 전송이 요구될 때마다 채널 탐색 과정이 필요하며 평균적으로 일정 횟수 이상의 채널 탐색을 해야 현재 코디네이터가 사용하고 있는 채널을 찾을 수 있게 되며, 이에 따라 접속 시간이 지연되고, 전력 소모가 촉진된다.
본 발명은 이식 장치를 위한 WBAN에서, 디바이스와 코디네이터 간 채널 연결시 무작위 탐색을 할 수 밖에 없는 상황에서, 디바이스의 평균적인 채널 탐색 횟수를 줄이는 방법 및 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 이식 장치를 위한 WBAN에서, 디바이스와 코디네이터 간 채널 연결시 탐색 성공 지연 시간을 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 이식 장치를 위한 WBAN에서, 디바이스와 코디네이터 간 채널 연결시 디바이스의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
한편, 본 발명은 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷의 코디네이터가 디바이스와 채널을 연결하기 위해, 상기 피코넷에 서 사용하는 복수의 채널 중 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보를 실시간으로 수집하는 과정과, 상기 복수의 채널 중 다음 슈퍼프레임의 전송 채널을 선택하는 과정과, 상기 최근 사용 채널 정보 및 상기 사용 불가 채널 정보를 포함하는 접속 유도 메시지를 구성하여, 상기 다음 슈퍼프레임 상기 전송 채널을 통해 브로드캐스팅하는 과정과, 특정 디바이스로부터 상기 접속 유도 메시지에 대한 응답이 수신되면 상기 특정 디바이스와 상기 전송 채널을 통해 데이터 통신을 하는 과정을 포함한다.
그리고 본 발명은 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷의 디바이스가 코디네이터와 채널을 연결하기 위해, 채널 탐색시 과거의 슈퍼프레임에서 상기 코디네이터로부터 수신하여 저장한 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널의 정보 및 사용 불가 채널의 정보에 따라, 상기 피코넷에서 사용하는 복수의 채널 중 상기 최근 사용 채널 및 상기 사용 불가 채널을 제외한 나머지 채널 중에서 하나의 채널을 선택하는 과정과, 상기 선택된 채널을 통해 접속 유도 메시지가 수신되면, 상기 선택된 채널을 통해 상기 코디네이터와 통신을 수행하고, 상기 수신된 접속 유도 메시지를 저장하는 과정을 포함한다.
본 발명은 이식 장치를 위한 WBAN에서, 디바이스와 코디네이터 간 채널 연결시 무작위 탐색을 할 수 밖에 없는 상황에서, 디바이스의 평균적인 채널 탐색 횟수를 줄임으로써, 탐색 성공 지연 시간을 단축시킨다. 그리고 본 발명은 이식 장치를 위한 WBAN에서, 디바이스와 코디네이터 간 접속시 디바이스의 전력 소모를 감소시 킬 수 있고, 코디네이터의 접속 유도 메시지 송신에 의한 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
무선 인체영역 네트워크(Wireless Body Area Network; WBAN)에서 신체 이식 장치를 디바이스로 포함하는 피코넷은 400 - 1680 MHz의 MICS(Medical Implant Communication Service) 대역을 이용한다. 그리고 신체에 이식되어 의학적으로 이용되는 이식 장치의 특성 때문에, 이식 장치는 접속요청을 먼저 코디네이터에게 보낼 수 없고, 코디네이터는 하나의 채널을 일정 시간 이상 독점하고 있을 수 없으며, 비콘(beacon) 사용이 금지되어 있다.
또한, MICS 대역에 대한 제1서비스는 기상 관측용 장비를 위한 통신 서비스이기 때문에, 기상 관측 서비스가 채널 점유에 대한 우선권을 가진다.
이와 같은 규제에 따른 코디네이터 C1(11)과 제1디바이스(12)의 일반적인 채널 액세스 과정의 일예를 도2에 나타내었다.
도2를 참조하면, 2개의 슈퍼프레임 구간이 진행되는 가운데, 코디네이터 C1(11)은 첫 번째 슈퍼프레임(31)에서는 채널 4를 이용하다가 두 번째 슈퍼프레임(32)에서 채널 2로 전환한다. 각 슈퍼프레임에 대응하여, 제1디바이스(12)는 순차적으로 채널 탐색을 수행하다가 코디네이터 C1(11)이 디바이스의 수신을 고려하여 짧은 주기로 브로드캐스팅하고 있는 접속(access) 유도 메시지(33)를 수신하게 되면 데이터 송신을 수행한다.
상향 데이터일 경우 바로 상향 데이터가 코디네이터 C1(11)에게 송신되고, 코디네이터 C1(11)은 수신 성공 여부에 따라 ACK(acknowledge)/NACK(no acknowledge) 메시지로 응답한다. 하향 데이터일 경우 제1디바이스(12)가 코디네이터 C1(11)로부터 수신된 접속 유도 메시지(33)에 대해, 제1디바이스(12)가 일단 ACK 메시지로 응답한다. 그리고 코디네이터 C1(31)은 ACK 메시지를 받으면, 하향 데이터를 제1디바이스(12)에 송신하고 디바이스는 수신 성공 여부에 따라 ACK/NACK 메시지로 응답한다.
MICS 대역의 규제안을 만족시키면서 코디네이터와 디바이스 간에 채널 접속을 제공하는 방법은 상기한 방식 이외에도 여러 안이 존재할 수 있다. 그러나 채널 접속 과정의 구체적인 동작과는 무관하게, 채널 접속 관련 정보가 디바이스로 제공되어지지 않는 상태에서 무작위의 채널 탐색 과정은 필연적으로 구성될 수밖에 없다.
본 발명은 이러한 무작위 채널 탐색 과정에서 소요되는 탐색 성공 시간을 단축시키기 위한 것으로, 접속 과정의 구체적인 동작이 다소 달라지더라도 무작위로 사용 채널을 탐색해야 하는 한 본 발명이 적용될 수 있다.
신체 이식 장치를 디바이스로 포함하는 피코넷의 특성상 코디네이터는 사용하려는 채널에 대해 수신 에너지 레벨을 확인하는 방법 등에 의해 타 피코넷 또는 타 서비스가 점유하고 있는지 확인한 후에야 해당 채널을 사용할 수 있으므로, 앞으로 사용할 채널에 대한 정보를 디바이스에게 제공할 수 없기 때문에, 디바이스의 평균적인 채널 탐색 횟수를 줄이기 위해 본 발명에서는 과거의 채널전환 정보를 사용하며, 과거의 채널 전환 정보를 이용하여 채널전환 방식을 결정한다. 코디네이터는 가능한 동일한 채널을 연속적으로 이용하지 않기 때문에, 가장 최근에 사용한 채널은 선택되지 않을 가능성이 높으며, 본 발명은 이러한 특성을 이용하는 것이다.
코디네이터가 전송 채널을 변경할 때 본 발명에 따라 과거의 채널 전환 정보는 코디네이터 또는 디바이스 어느 단말에라도 저장될 수 있으나, 디바이스별 전송 데이터가 간헐적으로 발생하는 WBAN 상황에 맞추어 코디네이터에서 과거의 채널전환 정보를 수집하여 디바이스에게 알려주는 것이 더 바람직하다. 때문에, 본 발명에서 코디네이터는 접속 유도 메시지에 최근 사용 채널 정보를 포함시켜 연속으로 브로드캐스트(broadcast)한다. 이에 따라, 디바이스는 접속 유도 메시지를 통해 최근 사용한 채널에 대한 정보를 획득할 수 있고, 전송 데이터가 발생했을 때 획득한 채널 정보를 이용하여 채널 탐색을 수행할 수 있다.
또한 최근의 사용채널 정보 외에, 코디네이터는 현재 사용중인 채널에 대한 정보를 디바이스에게 알려줄 수도 있다. 채널은 코디네이터와 다른 디바이스 간의 통신에 의해 점유될 수도 있고, WBAN 서비스가 아닌 다른 서비스에 의해 점유될 수 도 있다. 이는 MICS 대역이 WBAN 서비스 전용 대역이 아닌 다른 서비스와 공유하고 있는 대역이며, 현재 MICS 대역에 대해 채널 점유 우선순위가 가장 높은 제1서비스는 WBAN 서비스가 아니기 때문이다. MICS 대역의 제1서비스는 기상관측용 장비를 위한 통신 서비스로써 400 ~ 1680 MHz 대역을 사용한다. MICS 대역의 규제에 따르면 WBAN 서비스의 채널 점유 우선권이 제1서비스에 비해 낮기 때문에, 제1서비스의 시스템에서 사용중인 채널은 WBAN 서비스가 사용할 수 없다.
이에 따라, 코디네이터는 자신이 사용하고 있지 않는 채널 중에, 일정 기간 계속하여 채널 점유가 감지된 채널을 사용 불가 채널로 판단하고 이를 디바이스에게 알려줄 수 있다. 사용 불가 채널 정보 역시 접속 유도 메시지에 포함되어 전달될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 코디네이터가 수집한 최근 사용 채널 정보 및 사용불가 채널 정보를 접속유도 메시지를 통해 알려주고, 디바이스는 획득한 채널 정보를 이용하여 최근 사용 채널 및 사용 불가 채널을 제외한 나머지 채널부터 채널 탐색을 수행한다.
이와 같은 본 발명이 적용되는 코디네이터 및 디바이스의 구성을 도3 및 도4에 도시하였다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터의 구성을 나타낸 도면이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스의 구성을 나타낸 도면이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 코디네이터는 제1프로세서(110), 제1송수신부(120), 제1메모리부(130)를 포함한다.
제1송수신부(120)는 제1프로세서(110)의 제어하에, 디바이스와 형성된 통신 링크를 통해 데이터를 송신 또는 수신하며, 이에 따라 데이터를 처리한다.
제1메모리부(130)는 WBAN에서에서 무선 통신을 수행하는데 필요한 각종 정보를 저장하며, 제1프로세서(110)에 의해 수집된 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 저장한다.
제1프로세서(110)는 WBAN 피코넷의 각 디바이스와의 데이터 통신 동작에 따라, 제1송수신부(120)와 제1메모리부(130)를 제어한다. 그리고 본 발명에 따라 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 수집한다.
사용 불가 채널은 또는 타 시스템에 의해 사용중인 채널이다. 그리고 제1프로세서(110)는 제1송수신부(120)를 이용해, 채널 중에서 피코넷의 각 디바이스에 의해 사용되고 있지 않은 채널의 에너지 수준을 측정할 수 있고, 측정된 에너지 수준이 최소 기간 동안 기준값 이상이면, 해당 채널을 사용중인 채널로 판단하고 사용 불가 채널로 결정한다. 그리고 제1프로세서(110)는 해당 채널이 일정 기간 이상 사용중인 것으로 판단되면, 해당 채널을 다른 시스템, 예를 들어, 상기한 제1서비스에 의한 시스템에서 점유하고 있는 것으로 판단하고, 사용 불가 기간을 예측한다. 타 시스템에서 채널을 사용하는 경우, 채널 사용에 대한 정보가 실시간으로 코디네이터로 전달되는 것은 아니지만, 타 시스템에서 일정한 패턴으로 채널을 사용하는 경우 이에 대한 정보가 제1메모리(130)에 미리 저장될 수 있다. 또는 이전 사용 기록 등이 참조되어 타 시스템의 채널 점유 기간이 예측될 수도 있다. 따라서 제1프로세서(110)는 사용 불가 채널에 대한 사용 불가 기간을 예측할 수 있으며, 예측된 사용 불가 기간은 사용 불가 채널 정보에 포함될 수 있다.
그리고 제1프로세서(110)는 최근 사용 채널 정보를 수집한다. 최근 사용 채널 정보는 인체 이식 디바이스로 구성된 피코넷에서 디바이스와 데이터 통신을 위해 사용된 채널에 대한 정보이다. 피코넷에서 채널 결정권은 코디네이터에 있기 때문에, 제1프로세서(110)는 최근 사용 채널 정보를 실시간으로 수집할 수 있다. 최근 사용 채널 정보에는 WBAN의 이전 슈퍼프레임에서 사용된 채널은 물론, 관련 접속 유도 메시지를 브로드캐스팅할 현재 슈퍼프레임에서 사용할 예정인 채널에 대한 정보까지 포함된다. 왜냐하면, 디바이스는 최근 사용 채널 정보를 현재 슈퍼프레임이 아닌 다음 슈퍼프레임을 위한 채널 탐색시 이용하기 때문이다.
그리고 제1프로세서(110)는 수집된 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 포함하는 접속 유도 메시지를 구성하여 제1송수신부(120)를 통해 브로드캐스팅한다.
한편, 도4를 참조하면, 디바이스는 제2프로세서(210), 제2송수신부(220), 제2메모리부(230)를 포함한다.
제2송수신부(220)는 제2프로세서(210)의 제어하에, 디바이스와 형성된 통신 링크를 통해 데이터를 송신 또는 수신하며, 이에 따라 데이터를 처리한다.
제2메모리부(230)는 WBAN에서에서 무선 통신을 수행하는데 필요한 각종 정보를 저장하며, 코디네이터로부터 수신한 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 저장한다.
제2프로세서(210)는 WBAN 피코넷의 코디네이터와의 데이터 통신 동작에 따라, 제2송수신부(220)와 제2메모리부(230)를 제어한다. 그리고 제2프로세서(210)는 본 발명의 실시예에 따라, 채널 탐색시 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 참조하여, 최근 사용 채널 및 사용 불가 채널을 제외한 나머지 채널에 대한 채널 탐색을 우선 실시한다.
이와 같이 구성되는 코디네이터와 디바이스의 동작 과정을 도5와 도6에 도시하였다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터의 동작 과정이고, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스의 동작 과정이다.
도5를 참조하면, 코디네이터는 301단계에서 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 에너지 레벨 등을 통하여 채널 검출(detection)하는 과정을 통해 채널 정보를 실시간으로 수집한다. 그리고 303단계에서 코디네이터는 채널 검출 과정을 수행하여 채널이 점유되어 있지 않음을 확인하여 현재 사용 가능한 채널 중에서 이번 슈퍼프레임에서 이용할 전송 채널을 선택하고 305단계로 진행한다. 305단계에서 코디네이터는 수집된 채널 정보를 이용해 접속 유도 메시지를 구성한다. 이때, 상기 303단계에서 선택한 전송 채널이 최근 사용 채널 정보로서 접속 유도 메시지에 포한된다. 그리고 307단계에서 코디네이터는 선택한 전송 채널을 통해 접속 유도 메시지를 디바이스의 채널 탐색 구간의 길이를 고려한 주기로 브로드캐스팅한다.
이후, 309단계 및 311단계에서 코디네이터는 현재의 슈퍼프레임 구간 내에 임의의 디바이스로부터 애크 메시지 또는 상향 데이터가 수신되는지 확인한다. 만약, 애크 메시지 또는 상향 데이터가 슈퍼프레임 구간 내에 수신되지 않으면 코디네이터는 상기 303단계로 진행하여 새로운 전송 채널을 선택함으로써, 전송 채널을 전환하게 된다. 그리고 상기 305단계 내지 311단계로 반복 수행한다.
한편, 현재의 슈퍼프레임 구간 동안 애크 메시지 또는 상향 데이터가 수신되면, 코디네이터는 313단계로 진행하여 해당 디바이스와 데이터 통신을 수행한다. 그리고 코디네이터는 315단계에서 당 슈퍼프레임의 만료 시점이 가까워지는 것이 확인되면, 상기 303단계로 진행하여 다음 전송 채널을 선택한다. 그리고 305단계로 진행하여 접속 유도 메시지를 구성한 후 다음 슈퍼프레임이 시작되면 접속 유도 메시지를 브로드캐스팅하여, 상기한 과정을 반복 한다.
이와 같은 코디네이터의 동작에 따른 디바이스의 동작을 도6을 참조해 살펴보면 다음과 같다. 디바이스가 최초로 코디네이터에 접속하는 경우, 디바이스는 아직 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보를 코디네이터로부터 제공받지 못한 상태이기 때문에, 401단계에서 무작위로 탐색할 채널을 선택하고, 대기 기간 동안 선택된 채널을 통한 접속 유도 메시지의 수신을 대기함으로써, 채널 탐색을 시작한다. 403 단계에서 디바이스는 대기 기간 동안 접속 유도 메시지가 수신되는지 확인한다. 만약 대기 기간 동안 유도 메시지가 수신되지 않으면 디바이스는 401단계로 진행하여 다른 채널을 선택하고, 다시 대기 기간 동안 다른 채널을 통한 접속 유도 메시지의 수신을 대기한다.
이후, 403단계에서 접속 유도 메시지 수신이 확인 되면 디바이스는 405단계로 진행하여 애크 메시지를 전송하거나 상향 데이터를 전송하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보는 제2메모리부(230)에 저장된다. 그리고 407단계에서 통신이 완료되면 409단계로 진행하여 채널 탐색이 필요한지 판단하여, 채널 탐색이 필요하면 411단계로 진행한다. 채널 탐색은 디바이스가 코디네이터로 전송할 데이터가 존재하거나, 또는 코디네이터로부터 수신할 데이터가 존재할 경우 필요할 수 있다.
채널 탐색이 필요한 경우 디바이스는 411단계에서, 가장 최근에 수신한 접속 유도 메시지에 포함된 채널 정보에 따라, 최근 사용 채널 및 사용 불가 채널을 채널 선택 대상 채널에서 제외한다. 그리고 상기 401단계로 진행하여, 탐색할 채널을 선택하여 채널 탐색을 재시작 한다.
만약, 상기 411단계에서 설정한 선택 대상 채널 내에서 유효한 채널이 탐색되지 않는 다면, 다음으로 제외된 채널들을 탐색할 수도 있다. 즉, 상기 411단계에서 선택 대상 채널에서 제외시킨다는 의미는 일시적으로 탐색을 보류시킨다는 의미가 될 수 있으며, 선택 대상 채널 중에서 접속 유도 메시지가 전송되는 채널이 탐색되지 않는다면 보류시킨 채널들을 탐색할 수도 있다. 이때, 사용 불가 채널에 대한 탐색 여부는 본 발명의 실시예에 따라 선택적으로 설정할 수 있다. 사용 불가 채널의 경우, 사용 불가 기간까지 디바이스로 제공되기 때문에, 사용 불가 기간이 지난 후에 해당 채널이 탐색될 수 있도록 설정할 수 있다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터와 디바이스 간　채널 탐색 과정 및 데이터 통신 과정을 나타낸다. 도7에서 디바이스는 코디네이터에 제1슈퍼프레임 구간(501)에 최초 접속한 것이라고 가정한다. 그리고 전체 채널의 개수가 10개이고, 채널 탐색시 디바이스의 채널 선택 순서는 채널 번호에 따라 오름차순과 내림차순을 한번씩 번갈아 가면서 수행하는 것으로 가정한다.
도7을 참조하면, 제1슈퍼프레임(501)에서 코디네이터는 접속 유도 메시 지(503)를 채널 4를 통해 연속적으로 브로드캐스팅한다. 이에 따라, 접속 유도 메시지(503)에 포함되는 최근 사용 채널 정보에는 채널 4가 포함될 것이다. 그리고 이때의 사용 불가 채널은 채널 6 내지 채널 10으로 가정한다.
디바이스는 채널 1부터 채널 탐색을 시작하여, 접속 유도 메시지(503)가 수신될 때 까지 오름차순에 따라 순차적으로 채널을 선택, 전환한다. 제1슈퍼프레임(501)에서 접속 유도 메시지(503)는 채널 4를 통해 브로드캐스팅되고 있기 때문에, 디바이스는 채널 1, 채널 2, 채널3에서는 접속 유도 메시지(503)를 수신할 수 없고, 채널 4에서 접속 유도 메시지(503)를 수신하게 된다. 이에 따라, 디바이스는 채널 4에서 접속 유도 메시지(503)를 수신하게 되면 코디네이터로 상향 데이터(UL Data)를 전송할 수 있게 된다. 그리고 디바이스는 접속 유도 메시지(503)에 포함된 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보를 저장한다.
코디네이터는 상향 데이터(UL Data)를 수신하면 애크 메시지(ACK)를 디바이스로 송신한다. 제1슈퍼프레임 구간(501)이 만료되기 전에, 코디네이터는 채널 점유 여부를 확인하여 다음 전송 채널로 채널 2를 선택한다. 그리고 최근 사용 채널 정보에 채널 2를 추가하여 접속 유도 메시지(504)를 구성하고, 제2슈퍼프레임 구간(502) 동안 채널 2에서 접속 유도 메시지(504)를 브로드캐스팅한다.
한편, 디바이스는 제2슈퍼프레임 구간(502)에서의 채널 탐색시 제1슈퍼프레임구간(501)에서 수신한 최근 채널 사용 정보 및 사용 불가 채널 정보를 이용한다. 이에 따라, 디바이스는 접속 유도 메시지(503)에 포함돼 전달된 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보를 바탕으로, 채널 탐색을 할 때 최근에 사용한 채널과 사용 불가 채널에 대해선 일단 탐색을 미루고 최근에 사용하지 않은 채널에 대해서 먼저 탐색을 한다. 즉, 디바이스는 사용 불가 채널인 채널 6 내지 채널 10, 그리고 최근 사용 채널인 채널 4는 일단 채널 검색 대상에서 제외시킨다. 이에 따라, 디바이스는 내림차순의 채널 선택 순서에 따라 채널 5부터 채널 탐색을 시작하여, 채널 4를 건너뛰고, 코디네이터가 사용하고 있는 채널 2를 빠르게 찾을 수 있다.
접속 유도 메시지는 본 발명의 일 실시예에 따라, 표1과 표2와 같은 MAC 프레임 형식으로 구성할 수 있다.
헤더 프레임 페이로드 FCS
코디네이터 ID 디바이스 ID 프레임 제어
표1은 접속 유도 메시지를 MAC 프레임 형식으로 구성할 때 기본 구조의 예시이며, 표2는 표1의 헤더에 포함되는 필드를 나타낸 것으로, 헤더에는 코디네이터 ID, 디바이스 ID, 프레임 제어가 포함된다.
코디네이터 ID 필드에는 코디네이터의 ID가 포함되고, 디바이스 ID 필드에는 관련 디바이스의 ID가 포함된다. 예를 들어, 특정한 디바이스를 지정하지 않고 방송할 경우에는 디바이스 ID 필드에는 방송 ID가 설정되고, 코디네이터가 특정 디바이스를 대상으로 송신하는 경우에는 디바이스 ID 필드에 특정 디바이스의 ID가 설정된다. 프레임 제어 영역 필드에는 접속 유도 메시지의 종류 및 전송 방식을 나타내는 식별 정보가 포함된다. 예를 들어, 접속 유도 메시지가 초기 접속을 위한 것인지, 또는 이미 알고 있는 디바이스에 대해 순차적으로 데이터 전송 기회를 주는 폴링(polling) 메시지인지에 따라 프레임 제어 필드의 설정이 달라질 것이고, 이에 따라 표1의 프레임 페이로드 필드 역시 다르게 설정된다.
본 발명에 따른 최근 사용 채널 정보와 사용 불가 채널 정보는 본 발명의 일 실시예에 따라 프레임 페이로드 필드에 포함될 수 있다.
간단한 실험을 통하여 최근 사용 채널 정보가 어떻게 평균 채널 탐색 횟수를 감소시킬 수 있는지 볼 수 있다. 표3은 코디네이터와 디바이스가 각각 세 가지 채널 전환 방식을 사용할 때, 코디네이터가 최근 사용 채널 정보(trace)를 디바이스에게 제공해주는 경우 하나의 디바이스의 평균 MICS 채널 탐색 횟수를 내타낸 것이다.
코디네이터
디바이스		 random random sort sequential
random without trace 8.7369 8.7776 8.7925
random sort without trace 5.4863 5.4910 5.5013
sequential without trace 5.5105 5.4890 5.5012
random with trace 10.1286 6.4740 6.1679
random sort with trace 10.8527 3.4417 3.4429
sequential with trace 7.5773 3.1105 2.0112
세 가지 채널전환 방식은 각각 랜덤(random), 랜덤 소트(random sort), 시퀀셜(sequential)이며, 랜덤은 매 채널 전환 마다 임의로 채널을 선택하는 방식이고, 랜덤 소트는 선택 순서는 일정하지 않지만 한 주기 내에 각 채널을 한번씩 선택하는 방식이고, 시퀀셜은 미리 정해진 수열, 예를 들어, 채널 번호에 대한 오름차순 또는 내림차순으로 채널을 선택하는 방식이다.
실험 환경은 다음과 같다. 전체 MICS 채널 수는 10개, 랜덤 소트와 시퀀셜을 위한 수열의 크기는 10, 전체 슈퍼프레임 수는 100000, 최근 사용채널 정보는 최근 5번까지의 정보를 저장하여 사용한다. 표 3은 각 경우에 대한 평균 MICS 채널 탐색 횟수를 보여준다. 이에 따르면 코디네이터가 임의로 채널을 전환하는 랜덤의 경우, 최근 사용채널정보를 활용하면 오히려 평균 탐색 횟수가 더 크다. 이는 랜덤의 경우, 비교적 짧은 구간 내에 최근에 사용한 채널이 또 사용될 확률이 있기 때문이다. 하지만, 랜덤 소트와 시퀀셜의 경우 최근 사용채널 정보를 활용하면 평균 탐색 횟수가 상당히 줄어들게 된다. 성능결과로 보아 코디네이터가 시퀀셜하게 채널전환을 하고 디바이스도 시퀀셜하게 채널전환을 하면서 최근 사용채널 정보를 활용하는 경우가 2회 정도로 가장 성능이 좋으나 실제로는 MICS대역에서 코디네이터가 채널전환을 할 경우 미리 다른 시스템이 선점하고 있는 경우 등 변수가 있기 때문에 랜덤 소트가 실제적인 동작이 될 것이다.
본 발명은 FCC 규제에 의해 본질적으로 임의 탐색이 될 수밖에 없는 MICS 대역의 접속에 있어 최소한의 채널 탐색 횟수를 제공하기 위한 메시지 교환과 최근 사용채널 정보를 활용한 채널 탐색 과정을 보였다. 앞서 설명하였지만, 실험 결과는 최근 사용채널 정보만을 사용하여 얻은 결과이며 실제적으로는 제1시스템이 채널을 장시간 점유하고 있는 상황이 있을 수 있으므로, 코디네이터가 디바이스에게 사용 불가 채널 정보를 전송한다면 더 효과적인 채널 탐색이 가능하다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
도1은 일반적인 WBAN의 피코넷을 나타낸 도면,
도2는 종래의 채널 연결 과정을 나타낸 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터의 구성을 나타낸 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스의 구성을 나타낸 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코디네이터의 동작 과정을 나타낸 도면,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스의 동작 과정을 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 연결 과정을 나타낸 도면.

Claims (16)

  1. 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷의 코디네이터가 디바이스와 채널을 연결하는 방법에 있어서,
    상기 피코넷에서 사용하는 복수의 채널 중 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보를 실시간으로 수집하는 과정과,
    상기 복수의 채널 중 다음 슈퍼프레임의 전송 채널을 선택하는 과정과,
    상기 최근 사용 채널 정보 및 상기 사용 불가 채널 정보를 포함하는 접속 유도 메시지를 구성하여, 상기 다음 슈퍼프레임 상기 전송 채널을 통해 브로드캐스팅하는 과정과,
    특정 디바이스로부터 상기 접속 유도 메시지에 대한 응답이 수신되면 상기 특정 디바이스와 상기 전송 채널을 통해 데이터 통신을 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최근 사용 채널 정보는 상기 전송 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 다른 시스템에 의해 사용되고 있는 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 해당 채널에 대한 사용 불가 기간을 포함하고 있음을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  5. 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷에서 디바이스와 채널을 연결하는 코디네이터 장치에 있어서,
    근거리 무선 통신을 수행하는 송수신부와,
    상기 피코넷에서 사용하는 복수의 채널 중 최근 사용 채널 정보 및 사용 불가 채널 정보를 실시간으로 수집하고, 상기 복수의 채널 중 다음 슈퍼프레임의 전송 채널을 선택하고, 상기 최근 사용 채널 정보 및 상기 사용 불가 채널 정보를 포함하는 접속 유도 메시지를 구성하여, 상기 다음 슈퍼프레임 상기 전송 채널을 통해 브로드캐스팅하고, 특정 디바이스로부터 상기 접속 유도 메시지에 대한 응답이 수신되면 상기 특정 디바이스와 상기 전송 채널을 통해 데이터 통신을 하는 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 최근 사용 채널 정보는 상기 전송 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 다른 시스템에 의해 사용되고 있는 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 해당 채널에 대한 사용 불가 기간을 포함하고 있음을 특징으로 하는 코디네이터 장치.
  9. 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷의 디바이스가 코디네이터와 채널을 연결하는 방법에 있어서,
    채널 탐색시 과거의 슈퍼프레임에서 상기 코디네이터로부터 수신하여 저장한 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널의 정보 및 사용 불가 채널의 정보에 따라, 상기 피코넷에서 사용하는 복수의 채널 중 상기 최근 사용 채널 및 상기 사용 불가 채널을 제외한 나머지 채널 중에서 하나의 채널을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 채널을 통해 접속 유도 메시지가 수신되면, 상기 선택된 채널을 통해 상기 코디네이터와 통신을 수행하고, 상기 수신된 접속 유도 메시지를 저장하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수신된 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널 정보는 상기 선택 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 다른 시스템에 의해 사용되고 있는 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 해당 채널에 대한 사용 불가 기간을 포함하고 있음을 특징으로 하는 채널 연결 방법.
  13. 무선 인체 주변 통신 네트워크에서 인체 이식 디바이스를 포함하는 피코넷의 코디네이터와 채널을 연결하는 디바이스 장치에 있어서,
    근거리 통신을 수행하는 송수신부와,
    채널 탐색시 과거의 슈퍼프레임에서 상기 코디네이터로부터 수신하여 저장한 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널의 정보 및 사용 불가 채널의 정보에 따라, 상기 피코넷에서 사용하는 복수의 채널 중 상기 최근 사용 채널 및 상기 사용 불가 채널을 제외한 나머지 채널 중에서 하나의 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널을 통해 접속 유도 메시지가 수신되면, 상기 선택된 채널을 통해 상기 코디네이터와 통신을 수행하고, 상기 수신된 접속 유도 메시지를 저장하는 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 디바이스 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수신된 접속 유도 메시지에 포함된 최근 사용 채널 정보는 상기 선택 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 디바이스 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 다른 시스템에 의해 사용되고 있는 채널에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 디바이스 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 사용 불가 채널 정보는 해당 채널에 대한 사용 불가 기간을 포함하고 있음을 특징으로 하는 디바이스 장치.
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