KR20120030753A

KR20120030753A - 기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법

Info

Publication number: KR20120030753A
Application number: KR1020100092472A
Authority: KR
Inventors: 임재진; 김우재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-03-29
Also published as: US20140187144A1; US9071332B2; US20120069943A1; US8666009B2

Abstract

본 발명은 기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국의 클락 동기화 방법은, 위성 신호를 송신하는 위성 및 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 스캔 단계, 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 모드 동작 단계 및 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하지 못하고 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 슬레이브 모드 동작 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 마스터 기지국이나 슬레이브 기지국의 역할이 제한됨이 없이 상황에 따라 동적으로 마스터 기지국 동작과 슬레이브 기지국 동작을 수행하는 기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법{BASE STATION AND METHOD FOR CLOCK SYNCHRONIZATION THEREOF}

본 발명은 인빌딩(in-building) 기지국 환경에서 기지국간 클락(Clock) 동기화를 위하여 동적으로 마스터(Master) 기지국을 선정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

기지국간 동기화는 이동통신 기술에서 필수적으로 이루어져야 하는 것으로 일반적인 옥외형 기지국에서는 위성을 이용한 GPS(Global Positioning System) 신호를 이용하여 동기를 맞추고 있다. 하지만 인빌딩(in-building: 건물 내부) 환경에서는 기지국의 설치 위치에 따라 위성의 GPS 신호를 받을 수 없는 환경이 나타날 수 있고, 이는 인빌딩 기지국을 설치하는데 장애 요인이 된다.

이를 해결하기 위한 방법으로 IEEE 1588을 활용할 수 있지만, 기존의 IEEE 1588을 활용한 방식에서는 인빌딩 기지국들 중 어느 기지국이 마스터(Master) 기지국이고 어느 기지국이 슬레이브(Slave) 기지국인지를 기지국 설치 시 미리 설정하여야 하며, 그에 따라 슬레이브(Slave) 기지국들이 정해진 마스터(Master) 기지국과 동기화를 수행한다. 이는 설정된 마스터(Master) 기지국이 GPS 신호를 수신하지 못하여 마스터(Master) 기지국으로서 동작하지 못하는 경우 모든 기지국들의 동기화가 이루어지지 못하는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 슬레이브(Slave) 기지국들은 미리 마스터 기지국으로 설정된 기지국만을 마스터(Master) 기지국으로 인식하기 때문에 네트워크에 다른 기지국이 마스터(Master) 기지국으로 동작할 수 있고 더 안정적인 클락(clock) 신호를 전달해줄 수 있다고 하여도 마스터(Master) 기지국을 변경할 수 없다. 더군다나 슬레이브(Slave) 기지국으로 설정된 기지국은 GPS 신호를 수신하여 안정적인 마스터(Master) 기지국으로 동작이 가능하더라도 마스터(Master) 기지국이 될 수 없다.

먼저 IEEE 1588에 대하여 간략히 설명한다.

IEEE 1588은 기본적으로 측정 및 제어 시스템 내에서 분산된 장치들의 클락(clock)들을 정확하게 동기화하기 위해 정의된 표준 프로토콜이다. IEEE 1588에는 클락(clock)을 가지는 각 장치를 마스터(Master) 장치와 슬레이브(Slave) 장치로 나누어서 슬레이브(Slave) 장치의 클락(clock)을 마스터(Master) 장치의 클락(clock)에 동기화할 수 있는 프로토콜이 정의되어 있다. 따라서, 인빌딩 기지국 환경에서 GPS 신호를 수신할 수 있는 기지국을 마스터(Master) 기지국으로 선정하고 이 신호를 IEEE 1588 프로토콜을 이용하여 슬레이브(Slave) 기지국에 전달함으로써 인빌딩 기지국 환경에서의 동기화를 가능하게 한다.

일반적인 마스터(Master) 기지국과 슬레이브(Slave) 기지국의 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다. 본 설명에서는 클락(clock) 관점에서의 동작만 설명하도록 하고 기타 기지국 관리 측면이나 시스템 측면에서는 설명하지 않는다. 우선 마스터(Master) 기지국의 동작에 대해서 살펴보면, 마스터(Master) 기지국은 초기 부팅을 한 후 A-GPS와 연결을 수행하고 GPS 스캔(scan) 과정을 거친다. GPS 스캔 과정은 GPS 정보를 수신하기 위한 위성을 찾는 것으로 적절한 위성을 찾게 되면 GPS 로킹(locking) 상태가 된다. 그리고 이 신호가 요구 조건을 만족하게 되면 마스터(Master) 기지국으로서 클락(clock) 정보를 슬레이브(Slave) 기지국에게 전달해 줄 수 있게 된다.

슬레이브(Slave) 기지국은 마스터(Master) 기지국으로 동작할 수 없으므로 위성 신호를 찾기 위한 GPS 스캔 과정은 수행하지 않고 초기 부팅 후 MST(마스터) 스캔 과정을 수행한다. MST 스캔 과정은 네트워크 내에 IEEE 1588 마스터(Master)로 동작하는 기지국을 찾기 위한 과정으로 이 과정에서 획득한 마스터 정보를 이용하여 자신의 클락(clock)을 동기화한다. 슬레이브(Slave) 기지국에서 마스터(Master) 정보가 기록되어 있는 경우 MST 스캔 과정은 필요하지 않다. 슬레이브(Slave) 기지국은 마스터(Master) 기지국을 선택한 후 마스터(Master)와 클락(clock) 정보를 교환함으로써 마스터(Master) 기지국의 클락(clock)에 자신의 클락(clock)을 동기화시킨다.

앞서 설명하였듯이 기존의 기지국 동기화를 위한 IEEE 1588 프로토콜은 기지국의 역할을 마스터(Master) 기지국과 슬레이브(Slave) 기지국으로 구분하고 마스터(Master) 기지국에서 위성을 통한 클락(clock) 신호를 획득한 후 이를 슬레이브(Slave) 기지국들에게 IEEE 1588 프로토콜로 전송하는 구조를 가지고 있다. 하지만 이러한 환경에서 각 기지국은 자신이 마스터(Master) 기지국과 슬레이브(Slave) 기지국 중 어느 역할을 수행할 지가 기지국 설치 시에 이미 결정되어 운용된다. 즉, 마스터(Master) 기지국 역할을 수행하게 되는 기지국은 자신이 관리해야 하는 슬레이브(Slave) 기지국에 대한 정보를 미리 설정하게 되며, 슬레이브(Slave) 기지국들은 자신들의 마스터(Master)로 동작하게 되는 기지국에 대한 정보를 미리 설정하게 된다. 따라서 설정된 정보를 기반으로 슬레이브(Slave) 기지국들은 설치 후 마스터(Master) 기지국을 찾게 되고 마스터(Master) 기지국으로부터 클락(clock) 정보를 전달받아서 네트워크 동기화를 이루게 된다. 슬레이브(Slave) 기지국에서 MST 스캔 과정을 통하여 동적으로 마스터(Master) 기지국을 선택하는 경우가 존재하지만 한 번 설정된 마스터(Master) 기지국을 변경하는 방법이 존재하지 않기 때문에 미리 설정하는 것과 같다고 볼 수 있다.

이 경우 마스터 기지국은 위성으로부터 GPS 신호를 받지 못하게 되면 슬레이브 기지국에게 클락(clock) 정보를 전달할 수 없게 되고, 이는 네트워크 전체의 동기화를 이루지 못하는 결과를 초래하며, 결국 서비스 중단을 야기하게 된다. 또한 마스터(Master) 기지국이 위성 신호를 제대로 수신하는 상황이라고 하더라도 슬레이브(Slave) 기지국과의 네트워크 연결에 문제가 생기는 경우 또한 해당 슬레이브(Slave) 기지국에서 클락(clock) 정보를 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 슬레이브(Slave) 기지국에서는 자신의 마스터(Master) 기지국으로 설정된 기지국 이외에는 다른 기지국을 마스터(Master) 기지국으로 설정할 수 없기 때문에 해당 마스터(Master) 기지국에서 클락(clock) 신호를 받지 못하는 경우 더 이상 클락(clock) 정보를 유지할 수 있는 방법이 없다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 마스터 기지국이나 슬레이브 기지국의 역할이 제한됨이 없이 상황에 따라 동적으로 마스터 기지국 동작과 슬레이브 기지국 동작을 수행하는 기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국의 클락 동기화 방법은, 위성 신호를 송신하는 위성 및 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 스캔 단계, 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 모드 동작 단계 및 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하지 못하고 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 슬레이브 모드 동작 단계를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 클락 동기화를 수행하는 기지국은, 위성 신호를 송신하는 위성을 스캔하고 위성 신호를 수신하는 GPS 칩, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하고 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하며, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 통신부 및 상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 상기 GPS 칩을 통하여 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 상기 통신부를 통해 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하며, 상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하지 못하고 상기 통신부가 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 DMS 모듈을 포함할 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 마스터 기지국이나 슬레이브 기지국의 역할이 제한됨이 없이 상황에 따라 동적으로 마스터 기지국 동작과 슬레이브 기지국 동작을 수행하는 기지국 및 기지국의 클락 동기화 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 인빌딩 기지국(100)의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국(100)의 동작에 따른 상태 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국(100a, 100b)의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 마스터 스캔에 사용되는 패킷의 구조를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 [발명의 명칭]을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 인빌딩 기지국(100)의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 기지국(100)은 GPS 칩(110)과 1588 칩(120), 제어부(130), DMS 모듈(140) 및 OAM 모듈(150)을 포함할 수 있다.

GPS 칩(110)은 위성 신호(GPS 신호)를 수신하는 구성부이다. GPS 칩(100)은 클락 동기화 신호를 포함하는 위성 신호를 수신할 수 있다. 이하에서 별다른 설명 없이 "위성 신호" 또는 "GPS 신호"라는 표현을 사용하는 경우 클락 동기화 신호를 포함하는 위성 신호를 의미한다.

1588 칩(120)은 IEEE 1588 프로토콜의 통신을 담당한다. 본 실시 예에서는 IEEE 1588 프로토콜의 예를 들었지만 클락 동기화를 정의하는 다른 프로토콜을 지원하는 통신모듈도 사용될 수 있다. 1588 칩(120)은 일반적으로 다른 기지국과 클락 동기화를 위한 통신을 수행하는 통신모듈의 일 실시 예로 이해되어야 할 것이다.

제어부(130)는 기지국의 전체적인 동작을 제어한다.

DMS (Dynamic Multi-master Selection) 모듈(140)은 본 발명에서 제안하는 방식에 따라 마스터 기지국을 선택하거나, 마스터 기지국으로 동작할지 아니면 슬레이브 기지국으로 동작할지 여부를 검색하는 역할을 한다.

OAM(Operations, Administration and Maintenance) 모듈(150)은 네트워크 결함 표시, 성능정보, 그리고 데이터와 진단 기능을 제공하는 네트워크 관리 기능군이다.

GPS 칩(110), 1588 칩(120)과 DMS 모듈(140)은 UART(Universal asynchronous receiver/transmitter)를 통하여 서로 신호를 주고받을 수 있다.

각 구성부의 자세한 동작 및 구성은 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 후술한다.

다음으로, 마스터 기지국 및 슬레이브 기지국에 대해서 설명한다.

여기서 어떠한 기지국이 마스터 기지국 및 슬레이브 기지국으로서 동작할 수 있는지에 따라서 그 기지국은 동적으로 마스터 기지국 또는 슬레이브 기지국이 될 수 있다. 마스터 기지국은 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화한다. 기지국이 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화하면 그 기지국이 마스터 모드로 동작한다고 표현한다. 기지국이 마스터 모드로 동작하는 경우 클락 동기화 신호를 슬레이브 기지국에 제공할 수 있다. 슬레이브 기지국은 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화 한다. 기지국이 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화하면 그 기지국이 슬레이브 모드로 동작한다고 표현한다.

아래에서 언급한 마스터 기지국 및 슬레이브 기지국의 조건은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 것으로, 세부적인 조건은 실시 예에 따라 달라질 수 있다.

(1) 마스터(Master) 기지국 및 슬레이브(Slave) 기지국의 조건

기지국은 다음과 같은 조건을 만족하여야 마스터(Master) 기지국이 될 수 있다.

- GPS 칩(chip)은 최소 4개 이상의 위성으로부터 신호를 수신할 수 있어야 하고, 수신하는 각 위성의 신호 레벨은 A-GPS/위치 데이터가 없는 경우 -144dbm 이상, A-GPS 연동 시 -160dbm 이상이 되어야 한다. 이러한 조건이 만족되어야 GPS 로킹(locking) 상태가 된다.

- GPS 로킹(locking) 상태가 된 후 최소 1분간 신호가 유지되어야 하고 GPS 신호를 기반으로 측정한 위치 정보의 오차가 표준편차 50m 이내이어야 한다. 이러한 조건이 만족되어야 GPS 로킹(locking) 상태에서 픽스트(Fixed) 상태로 전환이 가능하다. 기지국은 픽스트(Fixed) 상태가 되어야 마스터(Master) 기지국으로서 동작이 가능하며 픽스트(Fixed) 상태가 된 마스터(Master) 기지국은 신호 수신이 가능한 위성의 수가 1개 이상이 되면 마스터(Master) 기지국으로 동작이 가능하다.

- 정상 운용에 필요한 0.02ppm +/- 3us의 클락(clock) 정확도를 유지해야 하고 클락 정확도를 유지하지 못하는 경우 더 이상 마스터 기지국으로 동작할 수 없고 RF(Radio Frequency) 유닛의 동작을 중지(shutdown)시킨다. 즉 클락 동기화 신호의 제공을 중단하고, 기지국 동작도 중단한다. 다만 후술하는 마스터 스캔, GPS 스캔 동작은 계속한다.

상술한 마스터 기지국의 조건은 일 실시 예에 불과하며, 시스템 특성에 따라 조건은 달라질 수 있다. 기지국이 마스터 기지국으로 동작할 수 있는 조건은 미리 설정된 조건이 될 수 있다.

기지국은 다음과 같은 조건을 만족하여야 슬레이브(Slave) 기지국이 될 수 있다.

- 마스터(Master) 기지국으로부터 수신하는 클락의 정확도가 0.02ppm +/- 3us를 만족해야 하고 이러한 정확도를 만족하지 못하는 경우 RF 유닛의 동작을 중지(shutdown)시킨다. 즉 기지국 동작을 중단한다. 다만 후술하는 마스터 스캔, GPS 스캔 동작은 계속한다.

상술한 슬레이브 기지국의 조건은 일 실시 예에 불과하며, 시스템 특성에 따라 조건은 달라질 수 있다. 기지국이 슬레이브 기지국으로 동작할 수 있는 조건은 미리 설정된 조건이 될 수 있다.

(2) 기지국 초기 설정 정보

각 기지국은 초기에 자신이 속할 그룹의 정보, 즉 그룹 식별자(Group ID)를 설정하여야 한다. 같은 그룹 식별자를 가지는 기지국들은 서로 클락 동기화를 유지한다. 같은 그룹 식별자를 가지는 기지국들은 서로 같은 그룹 내에 있다고 한다. 또한 같은 그룹 식별자를 가지는 기지국의 집합을 그룹이라고 한다. 각 기지국은 자신의 그룹 내에서 마스터/슬레이브 기지국으로서 의미를 가진다. 이러한 그룹 정보는 동적으로 설정할 수 있으나 아래 실시 예에서는 각 기지국에 미리 자신이 속할 그룹의 정보가 저장되어 있다고 가정한다. 또한 각 기지국에는 그 기지국과 동일한 그룹에 속하는 다른 기지국의 식별 정보가 저장된다. 상술한 정보는 기지국 자체에 저장될 수도 있고, 혹은 기지국 부팅 시에 관리 시스템으로부터 각 기지국에 전달될 수 있다. 저장되는 동일한 그룹 내의 기지국의 식별 정보는 동일한 그룹 내의 각 기지국의 MAC 주소 또는 IP 주소 중 어느 하나가 될 수 있다.

그리고 기지국은 초기 설치 시에 A-GPS 서버 정보가 설정된다. GPS 신호를 이용하는 시스템은 일반적으로 A-GPS 서버의 도움을 받아서 보다 정확한 클락 정보를 획득하게 되는데, 본 발명의 시스템에서도 이러한 A-GPS 정보를 설정하여 A-GPS 서버를 이용한다. 마지막으로 본 발명에서 슬레이브(Slave) 기지국이 마스터(Master) 기지국의 정보를 얻기 위한 스캔 과정에 필요한 UDP 서버 포트를 설정하여야 한다. 스캔 과정은 UDP/IP 상에서 동작하는 프로토콜로 UDP 포트(port) 5218을 사용할 수 있다.

이러한 그룹 정보, 동일 그룹에 속한 기지국 정보, A-GPS 서버 정보 및 UDP 포트 정보는 기지국이 재부팅되는 경우에도 유지되어야 한다.

(3) Master / Slave 기지국의 동작

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국(100)의 동작에 따른 상태 변화를 나타내는 도면이다. 좌측 끝의 번호(1 내지 7)는 기지국의 각 경우를 나타낸다. 1-7의 경우 모두 공통되는 단계(210, 211, 212, 213)를 먼저 설명한다.

우선 기지국(100)은 초기 부팅 시 자동 모드(Auto-mode)로 설정된 경우 전원 인가(power-up, 210) 및 초기화 정보 설정(211) 후에 GPS 스캔과 MST 스캔을 동시에 진행(212)한다. 자동 모드는 GPS 스캔과 MST 스캔을 동시에 수행하는 모드를 말한다.

GPS 스캔은 자신이 마스터가 되기 위한 조건을 만족시킬만한 위성 신호(클락 동기화 신호를 포함하는)를 받을 수 있는지 스캔하는 단계를 말한다. 위에서 설명한 바와 같이 기지국(100)이 일정한 수준의 위성 신호(GPS 신호)를 수신할 수 있으면 GPS 로킹(locking) 상태가 되고 GPS 로킹(locking) 상태가 된 후 일정 기간 신호가 유지되면서 GPS 신호를 기반으로 측정한 위치 정보의 오차가 미리 설정된 수준 이내이면 픽스트(Fixed) 상태가 된다. 기지국(100)이 픽스트(Fixed)상태가 되면 마스터 기지국으로 동작할 수 있다. GPS 스캔은 GPS 칩(110)에 의하여 수행된다. 즉, GPS 스캔은 클락 동기화 신호를 포함하는 위성 신호를 송신하는 위성이 있는지 스캔하고 그 위성 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지 판단하는 과정이다.

MST 스캔(마스터 스캔)은 자신이 속한 그룹과 동일한 그룹 내에 마스터 기지국이 있는지 스캔하는 단계를 말한다. 마스터 스캔은 1588 칩(120)에 의하여 수행된다. 마스터 기지국은 클락 동기화 신호를 자신에게 송신해 주어야 하며, 마스터 기지국이 송신하는 신호는 미리 설정된 조건(예를 들어 클락의 정확도가 클락의 정확도가 0.02ppm +/- 3us)을 만족시켜야 한다. 즉, 마스터 스캔은 자신에게 미리 설정된 조건을 만족시키는 클락 동기화 신호를 송신하는 마스터 기지국이 있는지 스캔하는 과정이다.

만약 전원 인가(210) 후 동기화 대기 시간(ClockInServiceWait, 213)이 경과된 후에도 클락 동기화가 이루어지지 않는 경우에는 DMS 모듈(140)은 동기화 대기 시간 경과 알람(No-CLK 알람, 214)을 발생시켜 OAM 모듈(150)로 전달한다. NO-CLK 알람(214)은 동기화 대기 시간 내에 동기화가 되지 않았음을 알리는 알람이다. 동기화 대기 시간(ClockInServiceWait) 값은 다음과 같이 결정한다.

- ClockInServiceWait = D1 + MAX{D2, D5+D6} 이상의 고정값 (기본값은 10분)

MAX{A,B}는 A, B 중 최대값을 말한다.

여기에서 각 파라미터는 다음을 의미한다.

- D1: NE 리셋(reset)의 평균 시간 (기본값은 3분)

- D2: A-GPS 셋업(setup) 이후 GPS 액티브(Active) / 픽스트 모드(Fixed mode)에 이르기까지의 평균 시간 (기본값은 7분)

- D5: 마스터 스캔(Master scan, MST scan)에 이르기까지의 평균 예상 시간 (기본값은 2분)

- D6: 마스터 IP 설정 이후 마스터 활성화(MST Active)에 이르기까지의 평균 시간 (기본값은 2분)

각 상태에 따른 설명을 하면 다음과 같다. 각 경우의 일련번호는 도 2의 왼쪽에 나열된 번호를 가리킨다.

1번 경우는 기지국(100)이 동기화 대기 시간(213) 이내에 GPS 스캔을 통하여 GPS 신호를 수신한 경우이다. 이 경우에는 단계 220에서 DMS 모듈(140)은 기지국(100)이 마스터 모드, 즉 마스터 기지국으로서 동작하도록 제어한다. 상술한 바와 같이 미리 설정된 조건을 만족시키는 GPS 신호(위성 신호)를 발생시키는 위성을 발견하면, 기지국(100)은 마스터 모드로 동작하여 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공한다. 기지국이 마스터 모드로 동작하면 마스터 스캔 동작은 중단된다.

2번 경에서 기지국(100)은 동기화 대기 시간(213) 이내에 GPS 스캔을 통하여 GPS 신호를 수신하여 단계 230에서 마스터 모드로 동작한다. 이후 단계 231에서 GPS 신호의 수신이 중단되면, DMS 모듈(140)은 기지국이 홀드오버(Holdover) 상태로 동작하도록 제어한다. 홀드오버(Holdover) 상태는 외부 클락 신호(이 경우 GPS 신호)를 수신하지 못하여 자체적으로 클락을 생성하는 상태를 의미한다. 홀드오버 상태에서는 GPS 스캔 및 마스터 스캔이 수행된다. 이어 기지국(100)이 단계 232에서 홀드오버 유지 시간(215) 내에 다시 GPS 신호를 발견하지 못하고 대신 마스터 스캔 결과 마스터 기지국을 발견하면, DMS 모듈(140)은 기지국(100)이 슬레이브 모드로 동작하도록 제어한다. 물론 기지국(100)이 홀드오버 유지 시간(215) 내에 다시 GPS 신호를 발견하면 기지국(100)은 다시 마스터 모드로 동작할 수 있다.

3번 경우는 2번 경우와 유사하게, 단계 240에서 기지국(100)이 GPS 신호를 수신하여 마스터 모드로 동작하던 중 단계 241에서 GPS 신호의 수신이 중단되어 홀드오버 상태에 진입한 경우이다. 다만, 단계 242에서 기지국(100)이 홀드오버 유지 시간(215) 내에 GPS 신호를 수신하지 못하게 되면 DMS 모듈(140)은 기지국(100)을 제어하여 더 이상 마스터 기지국으로서 동작하지 않고 언록트(Unlocked) 상태로 동작하도록 제어한다. 홀드오버 상태에서 기지국(100)은 자체적으로 클락을 생성하므로 실제 클락과 달라질 수 있다. 따라서 일정 시간 홀드오버 상태가 유지되면 더 이상 클락의 정확도를 보장할 수 없게 된다. 언록트 상태에서는 기지국(100)은 GPS 스캔과 함께 MST 스캔을 수행한다. 언록트 상태에서 GPS 스캔을 통해 GPS 신호를 감지하면 마스터 기지국으로서 동작하게 되고, MST 스캔을 통해 마스터 기지국을 발견하면 슬레이브 기지국으로서 동작하게 된다. 두 조건을 모두 만족하였을 경우 마스터 기지국으로서 동작하는 것을 우선적으로 적용할 수 있다. 홀드오버 상태에서 홀드오버 유지 시간(215) 내에 GPS 스캔에도 성공하지 못하고 마스터 스캔에도 성공하지 못한 경우(언록트 상태로 전이해야 하는 경우)에는 DMS 모듈(140)은 홀드오버 유지 시간 경과 알람(Holdover-Exceed Alarm, 216)을 발생시켜 OAM 모듈(150)로 전달한다. 그에 따라 언록트(Unlocked) 상태에서 OAM 모듈(150)은 RF 모듈의 동작을 중단시킬 수 있다.

4번 경우는 기지국(100)이 초기화 후 GPS 스캔과 MST 스캔을 수행한 결과 GPS 신호는 수신하지 못하고 MST 스캔 과정에서 마스터 기지국을 선정한 경우이다. 그에 따라 단계 250에서 기지국(100)은 슬레이브 모드로 동작한다. 이후 단계 251에서 기지국(100)이 슬레이브 모드로 동작하는 도중 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호 송신하는 위성을 발견하면 그 위성으로부터 클락 동기화 신호를 포함하는 위성 신호를 수신하여 자신의 클락을 동기화 하고 다른 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 모드로 동작하게 된다.

5번 경우에서 기지국(100)은 초기화 후 GPS 스캔과 MST 스캔을 수행한 결과 마스터 기지국을 선정하고 단계 260에서 슬레이브 모드로 동작한다. 이후 기지국(100)은 선정한 마스터 기지국으로부터 클락 신호를 더 이상 받지 못하면 단계 261에서 홀드오버 상태가 되어 GPS 스캔과 MST 스캔을 같이 수행한다. 그리고 기지국(100)이 홀드오버 유지 시간(215) 내에 MST 스캔에 성공하는 경우 단계 262에서 슬레이브 모드로 동작한다. 물론 홀드오버 상태에서 GPS 신호를 수신하게 되는 경우 마스터 모드로 동작하게 된다.

6번 경우에서 기지국(100)이 초기화 후 GPS 스캔과 MST 스캔 과정을 수행한 결과 동기화 대기 시간 이내에 GPS 신호를 수신하지 못하고, 또한 마스터 기지국에 대한 정보도 획득하지 못하였다. 이 때에는 기지국(100)은 단계 270에서 MST 스캔을 한 번 더 수행한다. 이 과정에서 마스터 기지국을 선정한 기지국(100)은 단계 271에서 슬레이브 모드로 동작한다. 이후 단계 272에서 마스터 기지국으로부터 클락 신호를 수신하지 못하게 된 기지국(100)은 홀드오버 상태가 된다. 이후 최소 홀드오버 유지 시간(215) 동안 GPS 스캔과 MST 스캔 과정을 수행하게 된다. 만약 GPS 신호의 획득에 실패하고 마스터 정보 획득에도 실패하는 경우 기지국(100)은 단계 273에서 RF 모듈의 동작을 중단하고, 언록트(unlocked) 상태에서 GPS 스캔과 MST 스캔 과정을 반복한다.

7번 경우에서 기지국(100)은 초기화 후 GPS 스캔과 MST 스캔을 수행하였으나 GPS 신호의 획득에 실패하고 마스터 정보 획득에도 실패하였다. 기지국(100)은 단계 280에서 MST 스캔을 재수행하지만 마스터 기지국을 선정하지 못하여 단계 281에서 RF 모듈의 동작을 중단하고, 언록트(unlocked) 상태에서 GPS 스캔과 MST 스캔 과정을 반복한다.

도 2에도 표현되어 있듯이 기지국(100)은 초기화 이후 자신이 어느 상태이건 상관없이 GPS 스캔을 계속적으로 수행한다. 이는 GPS 스캔 과정을 통하여 GPS 신호를 수신하게 되고 수신한 GPS 신호가 자신이 마스터 기지국이 되기에 충분한 경우 언제든지 마스터 모드로 전환하기 위해서다. 이미 마스터 기지국으로 동작 중인 기지국(100)은 마스터 모드의 유지 여부의 판단을 위해 GPS 스캔을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라 이미 마스터 기지국으로 동작하는 경우에는 GPS 스캔을 수행하지 않을 수도 있다.

GPS 칩(110)은 GPS 활성화 및 GPS 비활성화를 감지하면 이를 DMS 모듈(140)에 통지한다. DMS 모듈(140)은 GPS 칩(110)으로부터 수신한 GPS 활성화, GPS 비활성화 통지 및 GPS 스캔 정보를 기초로 하여 기지국(100)이 어떠한 모드로 동작할지를 판단한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국(100a, 100b)의 동작을 나타낸 도면이다. 제1 기지국(100a) 및 제2 기지국(100b)는 기지국(100)과 동일한 구성을 가지고 있으나, 환경에 따라 제1 기지국(100a)은 마스터 기지국으로서 동작하고 제2 기지국(100b)은 슬레이브 기지국으로서 동작한다.

단계 310에서 제1 기지국(100a)에 전원이 인가된다. 또한 단계 311에서 제2 기지국(100b)에 전원이 인가된다. 이후 단계 313에서 제1 기지국(100a)이 GPS 스캔(315) 및 마스터 스캔(316)을 수행하여 GPS 스캔에 성공(GPS 활성화 통지 수신)하고 D1동안 GPS 로킹(Locking)을 수행한다. 단계 314에서 제2 기지국(100b)은 GPS 스캔(317) 및 마스터 스캔(318)을 수행하지만 GPS 스캔(317) 및 마스터 스캔(318) 모두 시간 내에는 성공하지 못하였다. GPS 스캔(315)에 성공한 제1 기지국(100a)은 단계 319에서 마스터 모드(GPS Locked)로 동작하고, 마스터 스캔(316)을 중단한다. 또한 제2 기지국(100b)은 마스터 스캔(318)을 수행하여 마스터 기지국으로서 동작하는 제1 기지국(100a)을 발견하게 된다. 그에 따라 단계 320에서 제2 기지국(100b)은 D6동안 마스터 로킹(Locking)을 수행한다. 이후 단계 321에서 마스터 스캔에 성공한 제2 기지국(100b)은 마스터 스캔을 중단하고 슬레이브 모드(Master Locked)로 동작한다.

이후 단계 322에서 제1 기지국(100a)이 GPS 신호를 수신하지 못하게 되어 D4동안 홀드오버 상태로 동작한다. 제1 기지국(100a)은 홀드오버 상태로 진입하면 GPS 스캔(315)을 계속 진행하면서 단계 323에서 및 마스터 스캔을 수행하고 자신이 홀드오버 상태로 진입했다는 사실 및 마스터 스캔 및 GPS 스캔의 결과(여기서는 모두 실패)를 자신의 슬레이브 기지국인 제2 기지국(100b)에 통지한다. 마스터 스캔의 결과 다른 마스터를 발견한 경우 그 마스터의 식별자를 슬레이브 기지국에 전달해 줄 수 있고, 슬레이브 기지국은 제1 기지국(100a)이 발견한 다른 마스터를 새로운 마스터로 선정할 수 있다. 이후 제1 기지국(100a)은 단계 324에서 마스터 스캔을 계속한다.

단계 324에서 자신의 마스터 기지국인 제1 기지국(100a)이 홀드오버 상태로 진입했음을 통지받은 제2 기지국(100b)은 마스터 스캔(326)을 재개하여 이를 마스터 선정(Early Master Selection)을 수행한다.

D4 시간 내에 GPS 스캔(315)에 성공하지 못하고 마스터 스캔(325)에도 성공하지 못한 제1 기지국(100a)은 단계 328에서 언록트 상태로 GPS 스캔(315) 및 마스터 스캔(325)을 계속한다. 제1 기지국(100a)이 언록트 상태가 되면 제2 기지국(100b)은 단계 329에서 D7동안 홀드오버 상태로 동작하면서 GPS 스캔(317) 및 마스터 스캔(326)을 수행한다. D7 내에 GPS 스캔(317)에 성공하지 못하고 마스터 스캔(326)에도 성공하지 못한 제2 기지국(100b)은 단계 330에서 언록트 상태로 GPS 스캔(317) 및 마스터 스캔(326)을 계속 수행한다.

도 2 및 도 3의 동작을 이벤트 중심으로 설명하면 아래와 같다.

1) DMS 모듈(140)이 GPS 칩(110)으로부터 "GPS 활성화" 통지를 수신한 경우 단계 319와 같이 GPS 록트(Locked), 즉 마스터 모드로 진입한다. 이 때 동기화 대기 시간 알람(214)은 동작하지 않도록 해제한다. DMS 모듈(140)이 1588 칩(120)으로부터 "MST 활성화" 통지를 수신한 경우 단계 321과 같이 MST 록트(Locked), 즉 슬레이브 모드로 진입한다. 이때 동기화 대기 시간 알람(214)은 동작하지 않도록 해제한다. GPS 활성화 및 MST 활성화는 각 칩(110, 120)이 클락 정보를 서비스 가능한 수준으로 획득하였을 때 전달한다. 각 칩(110, 120)이 클락 정보를 서비스 가능한 수준으로 획득하는 과정을 GPS를 통한 정보획득의 경우 GPS 로킹(Locking)(단계 313), 마스터 기지국을 통한 정보획득의 경우 마스터 로킹(Locking)(단계 320)이라고 한다.

2) DMS 모듈(140)이 마스터 모드로 동작하는 동안 GPS 칩(110)으로부터 "GPS 비활성화" 통지를 수신한 경우 단계 322와 같이 홀드오버 상태로 진입한다. DMS 모듈(140)이 슬레이브 모드로 동작하는 동안 1588 칩(120)으로부터 "MST 비활성화" 통지를 수신한 경우 단계 329과 같이 홀드오버 상태로 진입한다.

3) DMS 모듈(140)이 마스터 모드에서 GPS 비활성화 통지를 수신하여 단계 322와 같이 홀드오버 상태로 진입하는 경우, GPS 스캔(315)과 함께 모든 멤버 노드들에 대한 마스터 스캔(323, 325)을 수행하고, 자신을 마스터 기지국으로서 선정한 슬레이브들(자신의 슬레이브들)에게 자신이 홀드오버 상태에 진입했음을 알린다(Master Holdover Advertisement, 323). 또한 GPS 스캔 및 마스터 스캔의 수행이 완료되면 그 결과를 자신의 슬레이브들에게 송신(323)할 수 있다.

4) DMS 모듈(140)이 슬레이브 모드에서 단계 329과 같이 MST 비활성화 통지를 수신하여 홀드오버 상태로 진입하는 경우, 단계 327과 같이 마스터 스캔 및 마스터 선정 절차를 수행한다.

5) DMS 모듈(140)이 슬레이브 모드에서 자신이 선정한 마스터 기지국으로부터 그 마스터 기지국이 홀드오버 상태에 진입하였음을 통보받은 경우 마스터 스캔 및 마스터 선정 절차를 수행한다. 즉, 도 3의 단계 326과 같이 이른 마스터 선정(Early Master Selection) 기능을 수행한다. 마스터 기지국으로부터의 통지 메시지에 다른 마스터의 선정 정보가 있으면 그 마스터를 선정할 수 있다. 마스터 기지국으로부터의 통지 메시지에 다른 마스터의 선정 정보가 없으면 슬레이브 기지국이 마스터 스캔 및 마스터 선정을 수행한다.

6) 기지국(100)이 GPS 록트(Locked) 또는 MST 록트(Locked) 상태에서 홀드오버(Holdover) 상태로 천이하는 경우, 그 모드에 관계없이 마스터 스캔 및 마스터 선정을 수행한다.

7) 홀드오버 상태에서 홀드오버 유지 시간이 경과한 경우 DMS 모듈(140)은 홀드오버 유지 시간 경과(HOLDOVER-EXCEED) 알람을 발생시켜 OAM 모듈(150)로 전달하고 기지국(100)은 언록트(Unlocked) 상태로 진입한다.

8) 기지국(100)이 언록트(Unlocked) 상태인 경우 운용자의 중단이 없는 경우 노드 동작 모드에 관계 없이 마스터 스캔 및 마스터 선정을 수행한다.

(4) 마스터 스캔 및 마스터 선정 관련 동작

각 기지국은 유니캐스트(Unicast) UDP/IP 기반의 마스터 스캔 메시지 교환을 통하여 그룹 내 마스터 정보를 획득한다. 이때 슬레이브 기지국은 획득한 마스터 정보를 이용하여 마스터를 선택하고 마스터 IP 주소를 1588 칩(120)에 설정하여 동작을 개시하여 슬레이브 모드로 전환한다.

마스터 선정을 위해서 마스터 기지국과 슬레이브 기지국은 다음과 같은 정보를 관리할 수 있다.

마스터 기지국은 현재 상태 (UNLOCKED, GPSLOCKED, HOLDOVER), GPS 정보 (위성 개수, 위성 수신 신호 (snr)), 자신을 마스터 기지국으로 하는 슬레이브 기지국 정보 (슬레이브 기지국 개수, 각 슬레이브 기지국의 IP 주소(또는 기타 식별자)) 등을 관리할 수 있다. 각 슬레이브 기지국은 자신의 마스터 기지국의 IP 주소(또는 기타 식별자)를 관리할 수 있다.

그리고 마스터 및 슬레이브 기지국은 마스터 운영 현황에 대한 정보 (M-MAP) 를 관리할 수 있다. M-MAP은 24시간 동안 30분 단위로 동작 모드를 기록한 48비트 맵으로서, 1은 GPS 록트(Locked) (마스터) 상태를 의미하며 0은 그 외의 상태 (마스터 홀드오버/언록트, 슬레이브)를 의미한다. M-MAP은 초기 값으로 모두 1을 가진다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 마스터 스캔에 사용되는 패킷의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4의 패킷은 스캔을 요청한 기지국의 마스터 스캔 요청에 대한 응답으로 스캔 대상 기지국이 전달하는 패킷의 구조이다.

NodeID(410)는 스캔 대상 기지국의 식별자이다. IP 주소 등이 식별자가 될 수 있다.

NodeMode(420)는 해당 스캔 대상 기지국의 상태를 나타낸다. 1은 GPS 록트(Locked) (마스터) 상태를 의미하며 0은 그 외의 상태 (마스터 홀드오버/언록트, 슬레이브)를 의미한다.

ClkState(430)는 현재 해당 스캔 대상 기지국의 클락의 상태(GPSLocked, MSTLocked, Holdover, Unlocked)를 나타내는 필드이다.

NodeMap(440)은 해당 스캔 대상 기지국의 M-MAP이다.

필드(450)는 해당 스캔 대상 기지국이 슬레이브 모드일 때에는 해당 스캔 대상 기지국의 마스터 기지국의 IP 주소(기타 식별자)이다. 필드(450)는 해당 스캔 대상 기지국이 마스터 모드일 때에는 해당 스캔 대상 기지국의 슬레이브 기지국 개수(#slaves), 위성 개수(#sats) 및 위선 수신 감도(maxSnr)을 포함할 수 있다.

Last Update Timestamp(470) 필드는 해당 스캔 대상 기지국의 정보가 마지막으로 갱신된 시점의 타임스탬프를 포함한다.

기지국은 그룹 내 멤버들에 대해서 마스터 스캔 및 마스터 선정 수행 시 도 4에 나타난 바와 같은 정보를 수집하고 이를 기반으로 마스터를 선정하게 된다. 만약 수집한 정보를 기반으로 판단했을 때 적당한 마스터 기지국이 없을 경우에도 전체 멤버에 대해서 마스터 스캔 과정을 반복한다.

(5) 마스터 선정 알고리즘

슬레이브 기지국들은 마스터 스캔 과정으로 수집한 그룹 내 멤버들에 대한 정보를 기반으로 마스터 기지국을 선정한다. 마스터 기지국을 선정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나 본 발명에서는 두 가지를 제안한다.

우선 슬레이브 기지국은 마스터 스캔 과정을 통하여 각 마스터에 대하여 M-MAP, 현재 위성 개수(#sats), 현재 서비스 중인 슬레이브 기지국 개수(#slaves), 그리고 현재 위성으로부터의 신호 수신 감도(maxSnr) 등의 값을 획득할 수 있다. 만약 마스터 기지국이 많은 경우 비교 선정할 마스터 기지국의 개수를 줄이는 방법을 사용할 수 있다. 마스터 기지국의 개수가 많으면 선정 과정에서 시간이 많이 필요하게 되고, 이는 슬레이브 기지국이 최종적으로 서비스를 시작하는 시간을 더욱 많이 필요로 하기 때문에 보다 빠른 서비스 시작을 위해서는 비교 대상인 마스터 기지국의 개수를 줄일 필요가 있을 수 있다. 이때 각 마스터 기지국의 M-MAP을 사용한다.

M-MAP은 현재 시점부터 이전 24시간 동안의 마스터 운용 현황에 대한 정보가 30분 단위로 기록되어 있다. 일반적으로 GPS 위성은 주기적으로 지구를 중심으로 회전하기 때문에 어느 시점에서의 기지국이 감지할 수 있는 위성의 위치는 반복된다고 볼 수 있다. 이러한 기지국 위치의 반복이 24시간 단위가 아니라고 하더라도 그 주기에 따라 M-MAP을 관리할 수 있으므로 충분히 적용 가능하다. 이러한 정보를 기반으로 각 마스터 기지국의 M-MAP 정보에서 현재 시점을 나타내는 슬롯을 결정한 다음 그 다음 슬롯에 마스터로서 동작한 마스터 만을 마스터 후보로 선정한다. M-MAP에는 각 시점 별로 마스터 기지국이 마스터로서 동작하였는지 혹은 슬레이브로 전환하였는지 등의 정보가 기록되어 있으므로 이를 기반으로 판단할 수 있다. 이러한 정보로 비교하여야 하는 마스터 기지국의 개수를 줄일 수 있다.

슬레이브 기지국은 마스터 스캔 과정으로 획득한 마스터 정보, 혹은 그 정보를 기반으로 M-MAP 검토를 통한 마스터 후보 정보를 기반으로 다음과 같은 두 가지 알고리즘을 적용하여 자신의 마스터를 선택한다.

1) 순차적 결정(Sequential decision)

- 마스터 기지국 중에서 현재 서비스하고 있는 슬레이브 기지국의 수가 가장 작은 마스터 기지국을 선정한다.

- 위 선정의 결과로 복수의 마스터 기지국이 선정될 경우 GPS 신호를 수신하는 위성의 개수가 가장 많은 마스터 기지국을 선정한다.

- 위 선정의 결과로 여러 마스터 기지국이 선정될 경우 각 마스터 기지국의 위성 수신 감도(SNR)가 가장 좋은 마스터 기지국을 선정한다.

- 위 선정 결과로 여러 마스터 기지국이 선정될 경우 임의로 하나의 기지국을 마스터로 선정한다.

2) 가중치에 따른 결정(Weighted decision)

이 방법은 각 마스터 기지국이 서비스 중인 슬레이브 개수 (#Slaves), 위성 개수 (#Sats), 위성 신호 수신 감도 (maxSNR)를 기반으로 각각의 항목에 가중치를 두어 비교하여 가장 높은 값을 가지는 마스터 기지국을 선정하는 방법이다. 이를 위하여 각 마스터 기지국에 대해 다음 수학식 1을 이용하여 각 마스터 기지국의 값을 계산한다. 수학식에서 #Node는 그룹에 속한 기지국의 전체 수를 의미한다. #Slaves는 해당 마스터 기지국의 슬레이브 기지국의 개수이다. #Sats는 해당 기지국이 신호를 수신하는 위성의 개수이다. min{#Sats} 및 max{#Sats}는 각각 해당 그룹에 속하는 각 마스터 기지국이 신호를 수신하는 위성의 개수의 최소값 및 최대값이다. maxSNR은 해당 마스터 기지국의 위성 신호 수신 감도이고, min{maxSNR} 및 max{maxSNR}는 각각 해당 그룹에 속하는 각 마스터 기지국의 위성 신호 수신 감도의 최소값 및 최대값이다.

수식의 첫 번째 항목(a × (#Node - #Slaves) / #Node)은 각 마스터 기지국이 서비스하는 슬레이브 기지국의 수가 많을 수록 작은 값을 가지도록 하여 서비스하는 슬레이브 기지국 수가 작은 마스터 기지국을 선택하기 위한 항목이다. 두 번째 항목(b × (#Sats - min{#Sats}) / (max{#Sats} - min{#Sats}))은 마스터 기지국이 GPS 신호를 수신하는 위성의 수가 많을 수록 큰 값을 가지도록 하여 현재 신호를 수신하는 위성의 수가 많은 마스터 기지국을 선택하기 위한 항목이다. 세 번째 항목(c × (maxSNR - min{maxSNR}) / (max{maxSNR} - min{maxSNR})은 위성 신호의 수신 감도가 클수록 큰 값을 가지도록 하여 위성 수신 감도가 가장 좋은 마스터 기지국을 선택하기 위한 항목이다. 즉 각 슬레이브 기지국들은 현재 서비스 중인 슬레이브 기지국의 수가 적고 GPS 신호를 수신하는 위성의 수가 많으며 GPS 신호의 수신 감도가 좋은 마스터 기지국을 선택하게 된다. 여기서 각 항목의 가중치인 a, b, c는 어떤 항목의 가중치를 더 둘 것인지에 따라 선택할 수 있으며 예를 들면 a=0.4, b=0.4, c=0.3 등과 같이 설정할 수 있다.

(6) DMS 동작을 위한 메시지 처리

본 발명에서 제안하는 알고리즘이 동작하기 위해서는 기지국간 메시지 교환이 필요하다. 기지국의 DMS 모듈은 다른 기지국의 DMS 모듈과 UDP/IP 기반 SCAN-REQ/RSP를 교환한다. 이 SCAN-REQ/RSP는 마스터 또는 슬레이브 관계없이 요청하고 응답한다.

1) 마스터 기지국은 GPS 활성화 상태가 되면 마스터 정보를 모든 노드에게 SCAN-REQ를 통해 전달한다 (Master GPSLocked Advertisement).

2) 마스터 기지국은 GPS 비활성화 상태가 되어 홀드오버 상태에 진입하면, 자신의 슬레이브가 아닌 다른 노드들을 조회하여 마스터 정보를 획득하고 자신의 슬레이브 노드에게 자신의 홀드오버 상태 진입 정보와 함께 전송한다 (Master Holdover Advertisement).

3) 모든 기지국은 SCAN-REQ/RSP 전달 과정에서 송신자의 노드 모드 {마스터, 슬레이브}, 클락 상태 {GPSLocked, MSTLocked, Holdover, Unlocked}, M-MAP 정보를 관리한다. 그리고 모든 기지국은 SCAN-REQ/RSP 전달 과정에서 송신자가 마스터인 경우 슬레이브 정보 {#Slaves, 슬레이브 IP list}를 관리하고 송신자가 슬레이브인 경우 마스터 정보 {masterIpAddress}를 관리한다.

SCAN-REQ/RSP 메시지는 UDP/IP 상에서 전달되고 메시지의 구성은 다음과 같다.

1) SCAN-REQ 메시지

version: DMS_MSGVERSION_1_0

msgType: DMS_MSGTYPE_SCANREQ

ackRequired: 0 or 1 (응답을 요구하는지 나타내는 필드)

sequenceId: 단조증가(monotonically increasing) 값

groupId: 그룹 식별자

originTimestamp: 메시지 전송 시간

myProfile.nodeId.ipAddress: 기지국의 IP 주소

myProfile.nodeId.identifier: 기지국의 MAC 주소

myProfile.nodeMode: 기지국의 동작 모드 (마스터 or 슬레이브)

myProfile.nodeMMap: 기지국의 M-MAP 정보

myProfile.clkState: 기지국의 클락 상태 (GPS Locked, MST Locked, Unlocked 등)

(nodeMode == 마스터 인 경우)

myProfile.masterProfile.howmanySlaves: 현재 서비스중인 슬레이브 기지국 개수

myProfile.masterProfile.howmanySats: 현재 신호 수신 중인 위성 개수

(위성 개수가 0 이상인 경우)

myProfile.masterProfile.satProfiles[0-3]: 최대 4개까지 위성의 SNR 값, 높은 값부터 기록

(nodeMode == 슬레이브 인 경우)

myProfile.slaveProfile.masterIpAddress: 현재 마스터로 동작 중인 기지국의 IP address

(Master Holdover Advertisement 일 때)

othersProfile [5]: 최대 5개까지의 다른 기지국에 대한 정보

2) SCAN-RSP 메시지

version: DMS_MSGVERSION_1_0

msgType: DMS_MSGTYPE_SCANRSP

ackRequired: 0 or 1 (Ack을 요구하는지 나타내는 필드)

sequenceId: SCAN_REQ.sequenceId 와 동일한 값

groupId: 그룹 식별자

originTimestamp: 메시지 전송 시간

reqOriginTimestamp: SCAN-REQ 메시지에 있는 originTimestamp 값

reqReceitTimestamp: SCAN-REQ 메시지를 받은 시간

myProfile.nodeId.ipAddress: 기지국의 IP 주소

myProfile.nodeId.identifier: 기지국의 MAC 주소

myProfile.nodeMode: 기지국의 동작 모드 (마스터 or 슬레이브)

myProfile.nodeMMap: 기지국의 M-MAP 정보

(nodeMode == 마스터 인 경우)

myProfile.masterProfile.howmanySats: 현재 신호 수신 중인 위성 개수

(위성 개수가 0 이상인 경우)

(nodeMode == 슬레이브 인 경우)

myProfile.slaveProfile.masterIpAddress: 현재 마스터로 동작 중인 기지국의 IP 주소

마스터와 슬레이브 노드는 UDP/IP 상에 구현된 SCAN-REQ, SCAN-RSP를 교환한다. 이때 수신한 SCAN-REQ/RSP의 그룹 식별자가 자신의 그룹 식별자와 다른 경우 메시지를 무시한다. 그리고 전송한 SCAN-REQ에 대해 수신한 SCAN-RSP의 동일한 시퀀스 식별자(sequence Id)에 대해 일치 여부를 확인하여 일치하지 않을 경우 수신한 메시지는 무시하고 전송 실패로 간주한다.

SCAN-REQ는 응답이 필요없는 경우(Request only) 또는 응답을 요구하는 경우(Request-Response)로 구분하여 처리하기 위해, 응답을 요구하는 SCAN-REQ의 경우 재전송을 수행한다. 이때 메시지의 시퀀스 식별자(Sequence Id)는 변경되지 않는다. 그리고 SCAN-RSP는 응답만 필요한 경우(Response only) 또는 Ack이 필요한 경우(Response-Ack)로 구분하여 처리하며, 메시지 헤더 정보의 필드를 보고 구분한다.

응답을 요구하는 유니캐스트 SCAN-REQ 메시지에 대해서 재전송 타임아웃은 4초로 설정하고 재전송 횟수는 3회로 설정할 수 있다. 따라서 응답을 요구하는 SCAN-REQ 메시지 전송 후 4초간 응답이 없으면 재전송하고, 3회 재전송 후에도 응답이 없으면 전송 실패로 간주한다.

SCAN-REQ/RSP를 수행하는 경우는 클락 상태가 GPS 록트(Locked)에서 홀드오버(Holdover)로 바뀌는 경우 Master Holdover Advertisement를 전달하기 위해서 전송하고, 홀드오버(Holdover)나 언록트(Unlocked) 상태에서 마스터 스캔 및 마스터 선정을 수행하는 경우 메시지를 교환한다. 그리고 클락의 상태가 GPS 록트(locked)로 변경되는 경우 마스터로 동작 모드가 변경되었으므로 Master GPS Locked Advertisement를 수행하기 위해서 응답이 필요없는 SCAN-REQ 메시지를 전송한다.

SCAN-REQ/RSP를 이용한 메시지 교환은 다음과 같다.

1) Master GPS Locked Advertisement: 마스터가 전송하며 마스터 모드로 동작하게 되었을 때 그룹 내의 멤버들에게 unicast로 전송한다. 응답은 필요없으므로 ackRequired 필드는 "no"가 된다. 이 메시지는 전체 멤버에 대해서 2회 전송함으로써 신뢰성을 보장하도록 한다.

2) Master Holdover Advertisement: 마스터가 전송하며 클락의 상태가 홀드오버(Holdover) 상태로 변경되었음을 알리기 위해서 전송한다. 이 메시지는 그룹내의 멤버들에게 유니캐스트로 전송되며 응답을 요청하여 메시지를 받았음을 확인한다.

3) 마스터 스캔: 마스터를 찾기 위해서 슬레이브 기지국이 전송하며 그룹에 속한 전체 멤버에 대해서 유니캐스트로 전송한다. 마스터 기지국으로부터 응답을 받아야 하므로 ackRequired 필드는 "yes"가 된다.

상술한 설명에서 기지국의 예를 들었으나, 기지국 외에 클락 동기화가 필요한 네트워크 노드에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있을 것이다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

기지국의 클락 동기화 방법에 있어서,
위성 신호를 송신하는 위성 및 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 스캔 단계;
상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 모드 동작 단계; 및
상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하지 못하고 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 슬레이브 모드 동작 단계를 포함하는 클락 동기화 방법.
제1항에 있어서,
상기 마스터 모드 동작 단계는 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 동작을 중지하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제2항에 있어서,
상기 마스터 모드 동작 단계 도중 상기 발견된 위성으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면, 상기 기지국이 스스로 클락 신호를 생성하여 상기 슬레이브 기지국에 제공하고, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 홀드오버 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제3항에 있어서,
상기 홀드오버 단계 도중 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 발견하면 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제3항에 있어서,
상기 마스터 모드 동작 단계 도중 상기 발견된 위성으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면, 상기 슬레이브 기지국에 위성으로부터의 클락 동기화 신호가 중단되었음을 알리는 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬레이브 모드 동작 단계는 상기 스캔 단계에서 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 동작을 중지하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제6항에 있어서,
상기 슬레이브 모드 동작 단계 도중 상기 발견된 마스터 기지국으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면 상기 기지국이 스스로 클락 신호를 생성하고, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 홀드오버 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제7항에 있어서,
상기 홀드오버 단계 도중 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
제6항에 있어서,
상기 슬레이브 모드 동작 단계 도중 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 위성으로부터의 클락 동기화 신호가 중단되었음을 알리는 신호를 수신하면 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 단계를 더 포함하는 클락 동기화 방법.
클락 동기화를 수행하는 기지국에 있어서,
위성 신호를 송신하는 위성을 스캔하고 위성 신호를 수신하는 GPS 칩;
클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하고 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하며, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 통신부; 및
상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 상기 GPS 칩을 통하여 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 상기 통신부를 통해 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하며, 상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하지 못하고 상기 통신부가 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 DMS 모듈을 포함하는 기지국.
제10항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 동작을 중지하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제11항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 GPS 칩을 통하여 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하는 도중 상기 발견된 위성으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면, 클락 신호를 생성하여 상기 슬레이브 기지국에 제공하고, 상기 통신부가 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제12항에 있어서,
상기 발견된 위성으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지한 뒤 미리 설정된 홀드오버 유지 시간 이내에 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 발견하면 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제12항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 GPS 칩을 통하여 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하는 도중 상기 발견된 위성으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면, 상기 슬레이브 기지국에 위성으로부터의 클락 동기화 신호가 중단되었음을 알리는 신호를 송신하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제10항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 통신부가 미리 설정된 조건을 만족하는 마스터 기지국을 발견하면, 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하는 동작을 중지하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제15항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 도중 상기 발견된 마스터 기지국으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지하면 상기 기지국이 스스로 클락 신호를 생성하고, 상기 통신부가 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제16항에 있어서,
상기 발견된 마스터 기지국으로부터의 클락 동기화 신호의 중단을 감지한 뒤 상기 GPS 칩이 미리 설정된 조건을 만족하는 위성 신호를 송신하는 위성을 발견하면 상기 발견된 위성으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하고, 슬레이브 기지국에 클락 동기화 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제15항에 있어서,
상기 DMS 모듈은 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 클락 동기화 신호를 수신하여 상기 기지국의 클락을 동기화하는 도중 상기 발견된 마스터 기지국으로부터 위성으로부터의 클락 동기화 신호가 중단되었음을 알리는 신호를 수신하면 클락 동기화 신호를 제공하는 마스터 기지국을 스캔하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.