KR20110069671A - 웨이크업 채널을 이용하는 ｗｂａｎ 제어 장치 및 그의 ｗｂａｎ 탐색 방법, 그리고 그의 웨이크업 패턴 신호 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
WBAN 제어 장치가 개시된다. WBAN 제어 장치는, 웨이크업 채널에 연결되어 웨이크업 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 웨이크업 채널 모뎀, 복수의 데이터 채널과 연결되어 데이터 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 데이터 채널 모뎀 및 WBAN 탐색 명령이 입력되면 웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역에 위치하는 WBAN을 탐색하기 위한 탐색 신호를 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기에 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀을 제어하고, 탐색 신호에 대응하여 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로부터 응답 메시지가 수신되면, 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집하는 WBAN 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 웨이크업 채널을 이용하는 WBAN 제어 장치 및 그의 WBAN 탐색 방법, 그리고 그의 웨이크업 패턴 신호 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이크업 채널을 이용하여 무선 통신 영역에 위치하는 WBAN을 고속으로 탐색하고, 웨이크업시키기 위한 WBAN 제어 장치 및 그의 WBAN 탐색 방법, 그리고 그의 웨이크업 패턴 신호 검출 방법에 관한 것이다.
WBAN(Wireless Body Area Network, 무선 인체 영역 네트워크)는 사람이 착용하는 옷이나, 인체 내부 혹은 외부에 있는 여러 장치들을 상호 연결하여 통신할 수 있는 근거리 무선통신 기술이다. 이러한 기술은 사람이 착용하는 옷이나 인체에 부착된 여러 장치들로 구성된 네트워크를 통해 사람의 몸을 중심으로 다양한 장치 간의 데이터 결합이나 교환을 지원한다.
WBAN은 혈당이나 심전도 등과 같은 사람의 생체신호를 측정하여 무선으로 전송하거나 인체 내 장치들을 구동시키는 의료용과, 인체 주변에서 음성이나 영상 데이터를 전송하거나 엔터테인먼트를 제공하는 비의료용으로 구분할 수 있다.
의료용 WBAN의 경우, 몸에 부착되어 활용되는 착용형(wearable) 장치와, 인체 내에 이식되어 활용되는 이식형(implant) 장치로 구분된다. WBAN 기술은 인체 내부와 외부에서 생체 신호를 측정하여 여러 장치를 통해 네트워크에 접속하는 것으로, 기존의 헬스케어 서비스에 비하여 폭넓은 개념의 헬스케어 서비스를 제공할 수 있다.
WBAN은 사람을 중심으로 하나의 WBAN 코디네이터와 다수의 WBAN 센서들로 구성된다. 사람의 체내에 이식된 WBAN은 배터리의 재충전이나 교체가 쉽지 않기 때문에 저전력 기술이 더욱 중요하다. 대부분의 WBAN 센서는 데이터 량이 많지 않고 주기적인 데이터뿐만 아니라 비주기적인 데이터가 있으므로 언제 있을지 모르는 데이터를 수신하기 위한 수신 대기 상태(idle listening)에서 많은 에너지가 소모된다. 따라서, WBAN는 에너지 절약을 위하여 데이터 송수신이 불가능한 슬립 모드와 데이터 통신이 가능한 활성 모드를 운용하여 가능한 한 슬립 구간을 최대화하여 소모전력을 절약한다. 센서 네트워크는 IEEE 802.15.4 MAC과 같이 주기적으로 슬립 모드와 활성화 모드로 동작하는 슬롯 프로토콜(slotted protocol)을 이용하여 에너지를 크게 절약하였으나, 이러한 슬롯 방식 방식은 데이터 전송에 관계 없이 주기적으로 활성화 시간을 동기화시켜야 한다는 문제점이 있었다. 특히 두 노드가 동기를 잃어버리거나 장시간 무선 링크가 끊어진 경우에는 초기화 과정이 반복되므로 전력 소모를 감소시키는데 한계가 있었다.
한편, 사용자는 자신의 WBAN을 제어하고 관리하기 위한 WBAN 개인 장치(서버)가 필요하다. 그러나 어린이, 중환자, 동물과 같이 WBAN 개인 장치를 운용하기 곤란한 경우 다른 사람이 관리할 수 있다. 이 경우 WBAN 관리 장치는 관리하는 사람이 이동함에 따라 자신의 무선 통신 영역 내에 위치하는 WBAN을 탐색하고 탐색된 WBAN을 관리한다.
종래의 WBAN 개인 장치(서버)는 자신의 WBAN만을 관리하는 장치로서 초기 전원이 공급되면 초기화 과정에서 데이터 채널을 스캔하는 방식을 이용하여 자신의 WBAN 코디네이터를 탐색하고 가입하였다. 데이터 채널을 스캔하는 방식은 각 데이터 채널을 채널 단위로 수신 신호 세기를 측정하여 임계값 이상의 세기를 검출하는 방식이다. 이 경우, 임계값 이상의 세기가 검출되면, WBAN 제어 장치는 해당 데이터 채널을 사용하는 WBAN이 존재하는 것으로 인식한다. 이 같은 방식을 이용하는 경우, WBAN 개인 장치는 WBAN에서 데이터 채널을 통해 임의의 데이터를 송출할 때까지 임계값 이상의 세기를 검출할 수 없으므로, 충분한 시간 동안 수신 신호 세기를 측정해야만 한다.
또한, N개의 데이터 채널이 존재하는 경우, 최대 N개의 데이터 채널을 모두 측정해야 하므로 탐색 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, WBAN 관리장치는 WBAN 개인장치와 달리 연결 설정과 해제가 빈번한 WBAN을 탐색하고 연결을 설정해야 하므로 주변의 WBAN 코디네이터로부터 수신된 메시지를 분석하는 별도의 작업을 필요로 한다.
본 발명의 실시 예는 무선 통신 영역 내에 위치하는 적어도 하나 이상의 WBAN을 한 번의 탐색 작업을 통해 탐색할 수 있는 WBAN 제어 장치 및 그의 WBAN 관련 기기 탐색 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예는 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 감지하여 웨이크업 패킷 신호를 검출하고, 제1 구간 보다 긴 제2 구간 동안 슬립 모드로 동작하여 전력 소모를 감소시킬 수 있는 WBAN 제어 장치 및 그의 웨이크업 패턴 신호 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치는 웨이크업 채널에 연결되어 상기 웨이크업 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 웨이크업 채널 모뎀, 복수의 데이터 채널과 연결되어 상기 데이터 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 데이터 채널 모뎀 및 WBAN 탐색 명령이 입력되면 상기 웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역에 위치하는 WBAN을 탐색하기 위한 탐색 신호를 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기에 전송하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하고, 상기 탐색 신호에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로부터 응답 메시지가 수신되면, 상기 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집하는 WBAN 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치의 WBAN 탐색 방법은, WBAN 탐색 명령을 입력받는 단계, 웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역에 위치하는 적어도 하나의 WBAN 관련 기기를 탐색하기 위한 탐색 신호를 전송하는 단계 및 상기 탐색 신호에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로부터 응답 메시지가 수신되면, 상기 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치의 웨이크업 패킷 신호 검출 방법은, 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 신호 수신이 가능한 활성화 모드로 동작시켜 적어도 하나의 WBAN 관련 기기로부터 상기 웨이크업 채널에 수신되는 웨이크업 패턴 신호를 검출하는 단계 및 상기 제1 구간 동안 상기 웨이크업 패턴 신호가 미검출되면, 상기 제1 구간 보다 긴 제2 구간 동안 상기 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 상기 웨이크업 채널을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치는, 한 번의 탐색 작업을 통해 무선 통신 영역 내에 위치하는 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기(WBAN 센서 또는 WBAN 코디네이터 기기)를 탐색함으로써, 고속으로 탐색할 수 있게 된다.
또한, WBAN 제어 장치는, 제1 구간 동안 웨이크업 패킷 신호를 감지하여 WBAN 관련 기기와 데이터 송수신을 하며, 제1 구간 보다 긴 제2 구간 동안 슬립 모드로 동작하여 전력 소모를 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 RF 송수신부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 WBAN 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 3에 도시된 WBAN 제어 장치의 웨이크업 패킷 신호 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치와 WBAN 간의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 RF 송수신부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 WBAN 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 3에 도시된 WBAN 제어 장치의 웨이크업 패킷 신호 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치와 WBAN 간의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, WBAN(Wireless Body Area Network) 시스템은 WBAN 제어 장치(100) 및 사람 1 내지 3에 내장된 WBAN 관련 기기(1-10)를 포함한다.
WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널을 이용하여 무선 통신 영역 내에 위치한 WBAN 관련 기기(1-10)를 탐색하고, WBAN 관련 기기(1-10)로부터 데이터를 수집하여 관리하는 장치로, 사용자 단말 장치(예를 들어, 휴대 전화, PDA, 그 외 디지털 기기 등)가 될 수 있다.
또한, WBAN 관련 기기(1-10)는 인체, 동물 또는 의류 등에 내장되어 다양한 생체 데이터를 측정하고, 측정된 데이터를 WBAN 제어 장치(100)에 제공한다. WBAN 관련 기기(1-10)로는 WBAN(2, 3, 5-10)이나, WBAN을 관리하는 WBAN 코디네이터 기기(1, 4)가 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인체에는 WBAN 코디네이터 기기가 선택적으로 내장될 수 있다.
WBAN 제어 장치(100)는 사용자(또는 관리자)가 입력한 WBAN 탐색 명령에 따라 탐색 신호를 WBAN 관련 기기로 전송한다. 이 경우, WBAN 제어 장치(100)는 사람 1 내지 2와 같이 WBAN 코디네이터 기기가 내장되어 있는 경우에는, WBAN 코디네이터 기기(1, 4)에 탐색 신호를 전송하여 WBAN 코디네이터 기기(1, 4)로부터 탐색 신호에 대응하는 응답 메시지를 수신한다. 이 경우, 응답 메시지는 WBAN 코디네이터 기기(1, 4)가 관리하는 WBAN(2, 3, 5, 6, 7)에 대한 식별 정보를 포함할 수 있다. 따라서, WBAN 제어 장치(100)는 응답 메시지로부터 WBAN(2, 3, 5, 6, 7)의 식별 정보를 검출하여 수집할 수 있다.
또한, WBAN 제어 장치(100)는 사람 3과 같이 WBAN 코디네이터 기기가 내장되어 있지 않은 경우에는, WBAN(8, 9, 10)에 탐색 신호를 직접 전송하여 응답 메시지를 수신한다. 즉, WBAN 제어 장치(100)가 WBAN 코디네이터 기기의 기능을 수행할 수 있다. 그리고 WBAN 제어 장치(100)는 응답 메시지로부터 WBAN(8, 9, 10)의 식별 정보를 검출하여 수집할 수 있다. 따라서, WBAN 제어 장치(100)는 무선 통신 영역 내에 위치한 복수의 WBAN을 한번의 탐색 과정을 통해 탐색할 수 있게 된다.
한편, WBAN 제어 장치(100)는 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 신호 수신이 가능한 활성화 모드로 동작시켜 적어도 하나의 WBAN 관련 기기로부터 수신되는 웨이크업 패턴 신호를 검출한다.
또한, WBAN 제어 장치(100)는 제1 구간 동안 WBAN 관련 기기로부터 웨이크업 패킷 신호가 수신되면, 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호인지를 확인하고, 식별 정보 요청 신호인 경우에는 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다.
만약, 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, WBAN 제어 장치(100)는 랜덤 백오프(Back-off) 타임만큼 대기한 후, 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 WBAN 관련 기기에 전송하도록 웨이크업 채널을 제어한다. 그리고, WBAN 제어 장치(100)는 응답 메시지를 해당 WBAN 관련 기기에 전송한 후, 제2 구간 동안 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 웨이크업 채널을 제어한다.
한편, 웨이크업 패킷 신호가 웨이크업 요청 신호인 경우에는 WBAN 관리 장치(100)는 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다. 만약, 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, WBAN 관련 기기(100)는 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 해당 WBAN 관련 기기에 전송하도록 웨이크업 채널을 제어하고, 데이터 채널을 활성화 모드로 전환한다. 즉, 데이터 채널을 웨이크업시켜 WBAN 관련 기기와 데이터 송수신할 수 있게 된다. 이 경우, 데이터 채널의 웨이크업은 WBAN 제어 장치(100)를 구성하는 제어 모듈에 의해 수행될 수 있으며, 웨이크업 채널 모듈에 의해 수행될 수도 있다.
한편, WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업된 데이터 채널을 통해 WBAN 관련 기기와 데이터 송수신을 수행하고, 데이터 송수신이 완료되면 데이터 채널을 슬립 모드로 전환하거나 WBAN MAC 프로토콜을 이용하여 WBAN 관련 기기와의 통신 연결을 유지한다. 이 경우, WBAN 제어 장치(100)는 WBAN MAC 프로토콜을 이용하여 WBAN 관련 기기와의 통신 연결을 유지하는 상태에서, 통신 연결이 끊어지면 데이터 채널을 슬립 모드로 전환한다.
한편, WBAN 제어 장치(100)는 제1 구간 동안 웨이크업 패턴 신호가 미검출되면, 제1 구간보다 긴 제2 구간 동안 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 제어한다. 본 발명의 실시 예에서 제1 구간과 제2 구간은 하나의 웨이크업 패킷 확인 주기가 될 수 있으며, 이 웨이크업 패킷 확인 주기는 반복될 수 있다.
또한, WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널을 제1 구간 동안 활성화 모드로 동작시켜 WBAN 탐색 신호를 수신하고, 제2 구간 동안 슬립 모드로 동작시킴으로써, 전력 소모를 감소시킬 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치(100)는 WBAN 시스템을 구성하는 장치로써, WBAN 또는 WBAN 코디네이터 기기들과 연결되어 다양한 생체 데이터를 취합한다. 따라서, 관리자는 WBAN 제어 장치(100)를 이용하여 생체 데이터를 확인할 수 있으며, 그에 따라 WBAN을 내장하고 있는 사람들을 관리할 수 있다.
또한, WBAN 제어 장치(100)는 휴대가 가능하고, 외부 기기와의 무선 통신이 가능한 사용자 단말 장치가 될 수 있다. 이러한 WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역 내에 위치된 WBAN 또는 WBAN 코디네이터 기기와 통신하여 WBAN을 탐색할 수 있으며, 탐색된 WBAN로부터 데이터를 수신하여 WBAN을 관리할 수 있다.
도 2에 도시된 WBAN 제어 장치(100)는 RF 송수신부(110), 웨이크업 채널 모뎀(120), 데이터 채널 모뎀(130), WBAN 제어부(140) 및 저장부(150)를 포함한다.
RF 송수신부(110)는 WBAN 관련 기기들과 신호 송수신한다.
웨이크업 채널 모뎀(120)은 웨이크업 채널과 연결되어 있으며, 이 웨이크업 채널을 이용하여 무선 통신 영역 내에 위치하는 적어도 하나 이상의 WBAN을 탐색하기 위한 탐색 신호를 전송한다. 이 경우, 탐색 신호는 WBAN의 식별 정보를 요청하기 위한 식별 정보 요청 신호가 될 수 있다.
또한, 탐색 신호는 무선 통신 영역 내에 위치하는 불특정 다수의 WBAN을 탐색하기 위한 브로드캐스트 방식의 신호일 수 있으며, 특정 WBAN을 탐색하기 위한 유니캐스트 방식의 신호일 수도 있다. 만약, 탐색 신호가 유니캐스트 방식의 신호이면, 탐색 신호에는 특정 WBAN에 대응하는 식별 정보가 포함되어 있을 수 있다.
또한, 웨이크업 채널 모뎀(120)은 웨이크업 채널을 통해 WBAN 관련 기기로부터 웨이크업 패턴 및 웨이크업 패킷 신호를 수신하고, 그에 대응하는 응답 메시지를 WBAN 관련 기기에 전송한다.
데이터 채널 모뎀(130)은 데이터 송수신을 위한 복수의 데이터 채널과 연결되어 있으며, 데이터 채널을 통해 WBAN 제어 장치(100)로부터 수신된 데이터를 복조하거나, WBAN 제어 장치(100)로 전송될 데이터를 변조한다.
또한, 데이터 채널 모뎀(130)은 WBAN 제어부(140)의 제어에 의해 복수의 데이터 채널을 활성화 모드 또는 슬립 모드로 동작시킨다. 보통의 경우, 데이터 채널 모뎀(130)은 전력 소모를 감소시키기 위하여 복수의 데이터 채널을 슬립 모드로 동작시킨다. 따라서, 복수의 데이터 채널을 통해 데이터 통신을 할 수 없게 된다.
한편, 데이터 채널 모뎀(130)은 복수의 데이터 채널이 활성화 모드로 동작하는 경우, 데이터 통신을 위해 어느 하나의 데이터 채널만을 이용할 수도 있으며, 여러 개의 데이터 채널을 결합하여 이용할 수도 있다. 이 같은 데이터 채널의 이용 형태는 WBAN 제어 장치(100)의 초기화 과정에서 설정될 수 있으며, 초기화 과정은 WBAN 관련 규격에 따른다.
한편, 웨이크업 채널 모뎀(120)에 연결된 웨이크업 채널은 복수의 데이터 채널과는 별도의 무선 채널이 될 수도 있으며, 복수의 데이터 채널 중 어느 하나를 웨이크업 채널로 설정하여 이용할 수도 있다.
WBAN 제어부(140)는 WBAN 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 본 설명에서는 WBAN 제어 장치(100)의 WBAN 탐색 기능 및 웨이크업 패턴 신호 검출 기능과 관련된 WBAN 제어부(140)의 동작을 중점적으로 설명한다.
WBAN 제어부(140)는 입력 수단(미도시)을 통해 WBAN 탐색 명령이 입력되면, WBAN 탐색 시간 동안 적어도 하나 이상의 WBAN에 할당된 웨이크업 채널을 활성화 모드로 전환시킨다. 이 경우, WBAN 탐색 명령은 주기적으로 입력될 수 있으며, 사용자 요청에 의해 입력될 수도 있다. 그리고, 웨이크업 채널의 가용 상태 여부를 확인하고, 가용 상태이면 WBAN 제어부(140)는 웨이크업 채널을 통해 WBAN으로 탐색 신호를 무선 통신 영역 내에 위치하는 WBAN 관련 기기들에 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다.
반면, 웨이크업 채널이 비가용 상태이면, WBAN 제어부(140)는 랜덤 백오프(Back-Off) 타임만큼 대기한 후, 웨이크업 채널의 가용 상태 여부를 재확인한다. 그리고, 웨이크업 채널의 가용 상태가 확인되면, 웨이크업 채널을 통해 WBAN으로 탐색 신호를 무선 통신 영역 내에 위치하는 WBAN 관련 기기들에 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다.
한편, 탐색 신호에 대응하여 웨이크업 채널 모뎀(120)의 수신 대기 시간 동안 적어도 하나의 WBAN으로부터 응답 메시지가 수신되면, WBAN 제어부(140)는 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집한다. 그리고, WBAN 제어부(130)는 수집된 WBAN 식별 정보를 저장부(150)에 저장한다.
또한, WBAN 제어부(140)는 첫 번째 응답 메시지가 수신된 시점에서, 수신 대기 시간을 랜덤 백오프 시간만큼 연장하여 신규 응답 메시지의 수신을 대기한다. 만약, 수신 대기 시간 동안 웨이크업 채널 모뎀(120)에 응답 메시지가 수신되지 않으면, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 채널을 슬립 모드로 전환시킨다.
한편, 탐색 과정을 거쳐 복수의 WBAN 식별 정보가 수집된 후, 이들 중 어느 하나에 대한 웨이크업 요청 명령이 입력되면, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 채널을 통해 해당 WBAN 관련 기기로 웨이크업 요청 신호를 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다. 구체적으로, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 프리앰블을 샘플링하고, 샘플링된 웨이크업 프리앰블을 데이터 패킷에 추가하여, 이것을 WBAN 관련 기기로 전송한다. 이에 따라, WBAN 또는 WBAN 코디네이터 기기는 웨이크업 프리앰블이 추가된 데이터 패킷을 웨이크업 패턴 신호로써 검출하여 웨이크업 하게 된다. 그리고, 웨이크업 요청 신호에 대응하여 WBAN으로부터 응답 메시지가 수신되면, WBAN 제어부(140)는 해당 WBAN과 데이터 통신을 수행할 수 있게 된다.
이하에서는 웨이크업 패턴 검출 기능과 관련된 WBAN 제어부(140)의 동작을 구체적으로 설명한다. WBAN 제어부(140)는 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 활성화 모드로 동작시키도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어하고, 제1 구간 이후의 제2 구간 동안에는 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작시키도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다. 이 경우, 제1 구간은 제2 구간에 비해 매우 짧은 구간일 수 있다. 이에 따라 웨이크업 채널이 활성화 모드로 동작하는 시간이 감소되어 전력 소모를 감소시킬 수 있게 된다. 또한 제1 구간과 제2 구간은 하나의 웨이크업 패킷 확인 주기가 될 수 있으며, 이 웨이크업 패킷 확인 주기는 반복될 수 있다.
WBAN 제어부(140)는 제1 구간 동안 웨이크업 채널 모뎀(120)을 감지하여 WBAN 제어 장치(100)로부터 수신된 웨이크업 패킷 신호를 검출한다. 이 경우, 웨이크업 패킷 신호는 데이터 패킷에 웨이크업 프리앰블이 포함된 구조를 갖는다. 웨이크업 프리앰블은 하나의 웨이크업 패킷 확인 주기와 동일하거나, 긴 길이로 설정될 수 있으며, 웨이크업 패킷 확인 주기에 따라 변경될 수 있다.
제1 구간 동안 웨이크업 패킷 신호가 미검출되면, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 채널을 제2 구간 동안 슬립 모드로 동작하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다.
한편, 웨이크업 패킷 신호가 검출되면, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호인지를 확인하고, 식별 정보 요청 신호인 경우에는 상기 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다. 만약, 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, WBAN 제어부(140)는 랜덤 백오프(Back-off) 타임만큼 대기한 후, 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 상기 WBAN 제어 장치(100)에 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다. 그리고, WBAN 제어부(140)는 응답 메시지를 해당 WBAN 관련 기기에 전송한 후, 제2 구간 동안 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어한다.
한편, 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호가 아닌 경우, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 패킷 신호가 웨이크업 요청 신호인지를 확인한다. 그리고, 웨이크업 요청 신호인 경우에는 WBAN 제어부(140)는 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다. 만약, 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, WBAN 제어부(140)는 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 해당 WBAN 관련 기기에 전송하도록 웨이크업 채널 모뎀(120)을 제어하고, 데이터 채널을 활성화 모드로 전환하도록 데이터 채널 모뎀(130)을 제어한다.
도 2에서는 WBAN 제어 장치(100)에 대해서 설명하였지만, WBAN 코디네이터 기기 역시 WBAN 제어 장치(100)와 동일한 방식으로 WBAN을 탐색할 수 있으며, 웨이크업 패턴 신호를 생성 및 검출할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 RF 송수신부의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, RF 송수신부(110)는 제1 스위치(111), 제2 스위치(112), 제1 주파수 합성기(113), 제2 주파수 합성기(114), 대역 필터(115), 제1 전압 제어 발진기(116), 제2 전압 제어 발진기(117) 및 안테나(118)를 포함한다.
제1 스위치(111)는 WBAN 제어 장치(100)의 신호 송수신 동작에 따라 스위칭 동작한다. 구체적으로, 제1 스위치(111)는 WBAN 관련 기기와의 신호 전송 동작 시에는 신호 전송 단자에 접촉하며, 신호 수신 동작 시에는 신호 수신 단자에 접촉하는 스위칭 동작을 한다.
또한, 제2 스위치(112)는 WBAN 제어 장치(100)에 신호를 전송하는 경우, 웨이크업 채널에서 신호가 전송되면 웨이크업 채널과 연결되는 제1 단자에 접촉하며, 데이터 채널에서 신호가 전송되면 데이터 채널과 연결되는 제2 단자에 접촉하는 스위칭 동작을 한다.
제1 주파수 합성기(113)는 웨이크업 채널 및 데이터 채널의 전송 라인에 연결되어 웨이크업 채널 또는 데이터 채널에서 외부로 전송되는 소정의 신호를 주어진 채널의 주파수로 합성한다.
또한, 제2 주파수 합성기(114)는 외부로부터 수신된 신호를 웨이크업 채널 또는 데이터 채널의 주파수로 합성한다. 그리고, 대역 필터(115)는 제2 주파수 합성기(114)에서 합성된 주파수를 필터링하여 웨이크업 채널 또는 주파수 채널로 전달한다.
제1 전압 제어 발진기(116) 및 제2 전압 제어 발진기(117)는 각각 제1 주파수 합성기(113) 및 제2 주파수 합성기(114)에 연결된다. 제1 전압 제어 발진기(116)는 전압에 따라 제1 주파수 합성기(113)의 주파수를 제어하며, 제2 전압 제어 발진기(117)는 전압에 따라 제2 주파수 합성기(114)의 주파수를 제어한다.
도 3에 도시된 RF 송수신부(110)를 통해, WBAN 제어 장치(100)는 본 발명의 실시 예에서 이용되는 웨이크업 패킷 신호를 수신할 수 있으며, 응답 메시지를 WBAN 관련 기기로 전송할 수 있게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 WBAN 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4를 참조하면, WBAN 제어 장치(100)는 WBAN 탐색 명령이 입력되면(410 단계), 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기에 할당된 웨이크업 채널을 활성화 모드로 전환한다(415 단계).
이후, WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널이 가용 상태인지를 확인하고, 가용 상태이면(420:YES), WBAN 제어 장치(100)의 무선 통신 영역 내에 위치된 적어도 하나 이상의 WBAN에 탐색 신호를 전송한다(430 단계). 이 경우, 탐색 신호는 WBAN 제어 장치(100)의 무선 통신 영역 내에 위치된 WBAN 또는 WBAN을 관리하는 WBAN 코디네이터에 식별 정보를 요청하기 위한 식별 정보 요청 신호가 될 수 있다.
반면, 웨이크업 채널이 비가용 상태이면(420:NO), WBAN 제어 장치(100)는 제1 랜덤 백오프 타임(또는 턴 어라운드 타임)만큼 탐색 신호의 전송을 대기한다(425 단계). 그리고 난 후, 제1 랜덤 백오프 타임이 경과되면, WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널의 가용 상태 여부를 재확인하여 탐색 신호를 WBAN에 전송한다.
한편, WBAN 제어 장치(100)는 탐색 신호 전송 후, 제2 랜덤 백오프 타임만큼 대기한 후(435 단계), 탐색 신호에 대응하는 응답 메시지가 수신되었는지를 확인한다. 만약, 탐색 신호에 대응하는 응답 메시지가 수신되지 않았으면(440:NO), 웨이크업 채널을 슬립 모드로 전환한다(460 단계).
반면, 응답 메시지가 수신되었으면(440:YES), WBAN 제어 장치(100)는 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집한다(445 단계). 그리고, 제3 랜덤 백오프 타임만큼 대기한 후(450 단계), 신규 응답 메시지가 수신되었는지를 확인한다. 이 경우, 신규 응답 메시지가 수신되었으면(455 단계:YES), WBAN 제어 장치(100)는 445 단계 및 450 단계를 재수행한다.
반면, 신규 응답 메시지가 수신되지 않으면(455 단계:NO), WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널을 슬립 모드로 전환한다(460 단계).
도 5는 도 2에 도시된 WBAN 제어 장치의 웨이크업 패킷 신호 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. WBAN 제어 장치(100)는 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 활성화 모드로 동작시킨다(515 단계).
이후, WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 채널 모뎀을 감지하여 웨이크업 채널에서 웨이크업 패턴 신호가 검출되는지를 확인한다(520 단계).
만약, 웨이크업 패턴 신호가 검출되었으면(525:YES 단계), 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호인지를 확인한다(530 단계). 확인 결과, 식별 정보 요청 신호이면(530:YES), 해당 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다(535 단계). 그리고, 자신의 식별 정보에 대응하는 것으로 확인되면(535 단계:YES), 랜덤 백오프 타임만큼 대기한 후(540 단계), 웨이크업 채널이 가용 상태인지를 확인한다(545 단계). 가용 상태로 확인되면(545 단계:YES), WBAN 제어 장치는 자신의 식별 정보를 포함한 응답 메시지를 WBAN 제어 장치(100)에 전송한다(550 단계). 그리고, WBAN 제어 장치는 제2 구간 동안 웨이크업 채널을 슬립 모드로 전환한다(560 단계).
한편, 530 단계의 확인 결과, 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호가 아니면(530 단계:NO), WBAN 제어 장치(100)는 웨이크업 패킷 신호가 웨이크업 요청 신호인지를 확인한다(565 단계).
만약, 웨이크업 요청 신호이면, WBAN 제어 장치(100)는 그것이 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인한다(570 단계). 자신의 식별 정보에 대응하면(570 단계:YES), WBAN 제어 장치(200)는 데이터 통신을 위해 복수의 데이터 채널을 활성화 모드로 전환시킨다(580 단계). 그리고, WBAN 제어 장치(100)는 복수의 데이터 채널에 대한 활성화 모드를 WBAN 관련 기기에 통지하기 위하여 응답 메시지를 전송한다(585 단계). 이후, WBAN 제어 장치(200)는 웨이크업 채널을 슬립 모드로 전환시킨다(560 단계).
WBAN 제어 장치(100)에서 데이터 채널이 웨이크업 되면, 두 노드(WBAN 제어 장치와 WBAN 또는 WBAN 제어 장치와 WBAN 코디네이터 기기) 간 연결을 설정하고 IEEE 802.15.4 MAC을 비롯한 일반적인 슬롯 프로토콜을 사용하거나 일시적인 데이터 송수신 후 다시 슬립 모드로 전환될 수 있다.
또한, 슬롯 프로토콜을 비롯하여 통신 연결이 계속 유지되는 상태에서도, WBAN 제어 장치(100)는 기 설정된 시간 동안 두 노드 간에 동기를 유실하거나 통신 영역을 벗어난 경우에는 통신 연결이 해제되어 슬립 모드로 전환된다. 따라서, 불필요한 전력소모를 절감한다. 슬립 모드로 전환된 경우에는 다시 웨이크업 채널을 통하여 웨이크업될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 WBAN 제어 장치와 WBAN 간의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 WBAN 제어 장치(100)와 제1 내지 제3 WBAN(11, 12, 13) 간의 브로드캐스트 방식의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 WBAN 제어 장치(100)와 제2 WBAN(2) 간의 유니캐스트 방식의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, WBAN 관리 장치(100)는 WBAN 탐색 시간(Td) 동안 WBAN 탐색 신호를 송신한다. 이 WBAN 탐색 신호는 WBAN 제어 장치(100)의 무선 통신 영역 내에 위치된 제1 내지 제3 WBAN(11, 12, 13)에 전송된다. 이 경우, WBAN 탐색 신호는 제1 내지 제3 WBAN(11, 12, 13)에 할당된 웨이크업 채널을 통해 전송되는데, 웨이크업 채널 내에서의 신호 충돌을 방지하기 위하여 웨이크업 채널이 가용 상태인지를 확인한 후 전송할 수 있다.
제1 내지 제3 WBAN(11, 12, 13)는 각각 WBAN 탐색 신호를 수신하고, WBAN 탐색 신호가 유효하고 자신에 해당하는 것으로 판단되면, 그에 대응하는 응답 메시지를 WBAN 제어 장치(100)에 전송한다. 이 경우, 응답 메시지에는 해당 WBAN이 사용하는 데이터 채널 정보 및 해당 WBAN의 식별 정보가 포함될 수 있다.
도 7을 참조하면, WBAN 제어 장치(100)는 WBAN 탐색 시간(Td) 동안 WBAN 탐색 신호를 송신한다. 이 경우, WBAN 탐색 신호는 특정 WBAN(예를 들어, 제2 WBAN(2))를 탐색하기 위한 신호로, 제2 WBAN(2)에 대응하는 식별 정보를 포함한다. 따라서, WBAN 탐색 신호는 제2 WBAN(2)에 전송된다. 그리고, 제2 WBAN(2)는 WBAN 탐색 신호를 식별 정보 요청 신호로 수신하며, 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것으로 판단되면, 응답 메시지를 WBAN 제어 장치(100)에 전송한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 WBAN 제어 장치(100)는 WBAN 탐색 시간 동안 WBAN 탐색 신호를 송신하여 무선 통신 영역 내에 위치하는 WBAN를 한 번에 탐색함으로써 고속 탐색이 가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : WBAN 제어 장치 110 : RF 송수신부
120 : 웨이크업 채널 모뎀 130 : 데이터 채널 모뎀
140 : WBAN 제어부 150 : 저장부
120 : 웨이크업 채널 모뎀 130 : 데이터 채널 모뎀
140 : WBAN 제어부 150 : 저장부
Claims (19)
- 웨이크업 채널에 연결되어 상기 웨이크업 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 웨이크업 채널 모뎀;
복수의 데이터 채널과 연결되어 상기 데이터 채널을 통해 송수신되는 신호를 변/복조 처리하는 데이터 채널 모뎀; 및,
WBAN 탐색 명령이 입력되면, 상기 웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역에 위치하는 WBAN을 탐색하기 위한 탐색 신호를 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기에 전송하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하고, 상기 탐색 신호에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로부터 응답 메시지가 수신되면, 상기 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집하는 WBAN 제어부
를 포함하는 WBAN 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기는,
의류 또는 인체에 내장된 WBAN 또는 상기 WBAN를 관리하는 WBAN 코디네이터 기기인 WBAN 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 WBAN 탐색 명령이 입력되면, 상기 웨이크업 채널을 활성화시켜 가용 상태 여부를 확인하고, 상기 가용 상태이면 상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로 상기 탐색 신호를 전송하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 웨이크업 채널의 수신 대기 시간 동안 상기 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 웨이크업 채널을 슬립(Sleep mode)로 전환시키도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
제1 구간 동안 상기 웨이크업 채널을 신호 수신이 가능한 활성화 모드로 동작시켜 상기 적어도 하나의 WBAN 관련 기기로부터 상기 웨이크업 채널에 수신되는 웨이크업 패턴 신호를 검출하고, 상기 제1 구간 동안 상기 웨이크업 패턴 신호가 미검출되면, 상기 제1 구간 보다 긴 제2 구간 동안 상기 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제5항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 웨이크업 패킷 신호가 검출되면, 상기 웨이크업 패킷 신호가 식별 정보 요청 신호인지를 확인하고, 상기 식별 정보 요청 신호인 경우에는 상기 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인하는 WBAN 제어 장치. - 제6항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 식별 정보 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, 랜덤 백오프(Back-off) 타임만큼 대기한 후, 상기 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 상기 WBAN 관련 기기에 전송하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제7항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 응답 메시지를 상기 WBAN 관련 기기에 전송한 후, 상기 웨이크업 채널을 상기 슬립 모드로 동작하도록 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제5항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 웨이크업 패킷 신호가 검출되면, 상기 웨이크업 패킷 신호가 웨이크업 요청 신호인지를 확인하고, 상기 웨이크업 요청 신호인 경우에는 상기 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것인지를 확인하는 WBAN 제어 장치. - 제9항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, 상기 웨이크업 채널을 통해 응답 메시지를 상기 WBAN 관련 기기에 전송하도록 상기 웨이크업 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 응답 메시지는,
자신의 식별 정보, 상기 데이터 채널에 대한 채널 정보 및 상기 데이터 채널의 활성화 시간 정보를 포함하는 WBAN 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, 상기 데이터 채널을 웨이크업 시키도록 상기 데이터 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제10항에 있어서,
상기 웨이크업 채널 모뎀은,
상기 웨이크업 요청 신호가 자신의 식별 정보에 대응하는 것이면, 상기 데이터 채널을 웨이크업 시키도록 상기 데이터 채널 모뎀을 제어하는 WBAN 제어 장치. - 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 데이터 채널 모뎀은,
상기 웨이크업된 데이터 채널을 통해 상기 WBAN 관련 기기와 데이터 송수신을 수행하고, 상기 데이터 송수신이 완료되면 상기 데이터 채널을 슬립 모드로 전환하거나 WBAN MAC 프로토콜을 이용하여 상기 WBAN 관련 기기와의 통신 연결을 유지하는 WBAN 제어 장치. - 제14항에 있어서,
상기 데이터 채널 모뎀은,
상기 WBAN MAC 프로토콜을 이용하여 상기 WBAN 관련 기기와의 통신 연결을 유지하는 상태에서, 기 설정된 시간 동안 동기를 유실하거나, 상기 통신 연결이 끊어지면 상기 데이터 채널을 슬립 모드로 전환하는 WBAN 제어 장치. - 제5항에 있어서,
상기 WBAN 제어부는,
상기 제1 구간과 상기 제2 구간을 하나의 웨이크업 패턴 확인 주기로 하고, 상기 웨이크업 패킷 확인 주기를 반복하는 WBAN 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 RF 송수신부를 더 포함하며,
상기 RF 송수신부는,
상기 WBAN 관련 기기와의 신호 송수신 동작에 따라 신호 송신 단자 및 신호 수신 단자 중 어느 하나에 접촉하는 제1 스위치;
상기 WBAN 관련 기기로 신호를 송신하는 경우, 상기 웨이크업 채널과 연결되는 제1 단자 및 상기 데이터 채널과 연결되는 제2 단자 중 어느 하나에 접촉하는 제2 스위치;
상기 웨이크업 채널 및 상기 데이터 채널의 전송 라인에 연결되어 상기 WBAN 관련 기기로 전송되는 신호를 주어진 채널의 주파수로 합성하는 제1 주파수 합성기; 및
상기 웨이크업 채널 및 상기 데이터 채널의 수신 라인에 연결되어 상기 WBAN 관련 기기로부터 수신되는 신호를 주어진 채널의 주파수로 합성하는 제2 주파수 합성기
를 포함하는 WBAN 제어 장치. - WBAN 탐색 명령을 입력받는 단계;
웨이크업 채널을 통해 무선 통신 영역에 위치하는 적어도 하나의 WBAN 관련 기기를 탐색하기 위한 탐색 신호를 전송하는 단계; 및
상기 탐색 신호에 대응하여 상기 적어도 하나 이상의 WBAN 관련 기기로부터 응답 메시지가 수신되면, 상기 응답 메시지에 대응하는 WBAN의 식별 정보를 검출하여 수집하는 단계
를 포함하는 WBAN 탐색 방법. - 제1 구간 동안 웨이크업 채널을 신호 수신이 가능한 활성화 모드로 동작시켜 적어도 하나의 WBAN 관련 기기로부터 상기 웨이크업 채널에 수신되는 웨이크업 패턴 신호를 검출하는 단계; 및
상기 제1 구간 동안 상기 웨이크업 패턴 신호가 미검출되면, 상기 제1 구간 보다 긴 제2 구간 동안 상기 웨이크업 채널을 슬립 모드로 동작하도록 상기 웨이크업 채널을 제어하는 단계
를 포함하는 웨이크업 패턴 신호 검출 방법.
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