KR20120140110A

KR20120140110A - 매크로셀 ｍ2ｍ 네트워크 매체 접근 제어 방법 및 그를 이용한 ｍ2ｍ 장치

Info

Publication number: KR20120140110A
Application number: KR1020110059789A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 강수진; 권우현; 김상언; 허성필
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-28
Also published as: KR101731654B1

Abstract

본 명세서는 매크로셀 M2M 네트워크 매체접근제어 방법 및 그를 이용한 M2M장치에 관한 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 M2M 네트워크 매체접근제어 방법은 사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 액세스 포인트(Access Point)의 정보를 수신하는 단계, 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하는 단계, 상기 액세스 포인트로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하는 단계, 및 상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

매크로셀 Ｍ2Ｍ 네트워크 매체 접근 제어 방법 및 그를 이용한 Ｍ2Ｍ 장치{Media Access Control Method for macro-cell based M2M network and its appratus therof}

본 명세서는 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법 및 그를 이용한 M2M 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 듀티사이클로 동작하는 매크로셀 네트워크의 사물통신 디바이스의 매체 접근 제어를 위한 기술에 관한 것이다.

사물통신은 M2M(Machine to Machine communication), MTC(Machine type communication), IoT(Internet of Thing), 스마트 디바이스 통신(Smart Device communication), 사물 지능 통신, 또는 사물 지향 통신(Machine oriented communication) 등으로 다양하게 불려지고 있다. 사물통신은 사람이 통신 과정에 개입하지 않고 통신이 이루어지는 방식의 모든 통신 방식을 지칭한다. 한편 사물통신은 적용되는 마켓, 어플리케이션, 또는 이용하고자 하는 서비스에 따라 통신하는 패턴이 다양하다. 특히, 사물통신은 항상 통신이 연결될 것을 요구하는 것은 아니며, 송수신되는 정보 역시 일정한 패턴을 가지고 송수신될 수도 있고, 패턴 없이 데이터를 송수신할 수도 있다. 이러한 특성을 가지는 사물통신에서는 해당 사물통신 개체의 특성 혹은 해당 사물통신 개체가 제공하고자 하는 기능의 특성에 따라 효율적인 네트워킹을 수행하는 것이 필요하다. 특히, 대규모의 사물통신을 수행하는 디바이스(device)들이 결합하게 되는 매크로 셀(Macro-cell)에서는 사물통신 디바이스의 저전력 소비, 낮은 듀티 사이클(Duty cycle)을 고려하는 효율적인 매체 접근 제어(Media Access Control)가 필요하나 현재 사물통신에서 현재 사물통신에서 제시되지 않고 있다.

본 명세서에서는 매크로셀 M2M(Machine-to-Machine Communication)네트워크를 위한 매체접근제어에 관한 것으로서 특히 낮은 듀티사이클로 동작하는 대규모의 사물통신 디바이스를 지원하고자 한다.

즉, 본 명세서에서는 다수의 타임슬롯을 가지고 상향 및 하향의 경쟁자유구간과 공용의 경쟁접속구간으로 구성된 MAC 프레임구조를 제시하고, 다수의 사물통신 디바이스에 대해 경쟁자유구간을 통한 주기적인 트래픽과 경쟁접속구간을 통한 비주기적이고 긴급한 트래픽의 전송을 지원한다. 이러한 주기적/비주기적 트래픽의 전송을 지원함으로써 사물통신 디바이스의 대규모 액세스 포인트(Access Point) 접속 및 저지연 트래픽전송을 제공할 수 있도록 하며, 낮은 듀티사이클로 동작하는 매크로셀 네트워크를 위한 매체접근제어 방법을 제공하고자 한다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법은 사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 액세스 포인트(Access Point)의 정보를 수신하는 단계, 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하는 단계, 상기 액세스 포인트로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하는 단계, 및 상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 다른 실시예에 의한 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법은 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 송신하는 단계, 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하는 메시지 또는 트래픽 전송과 관련된 메시지를 사물통신 디바이스로부터 수신하는 단계, 및 상기 수신한 메시지가 접속을 요청하는 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하며, 상기 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 또다른 실시예에 의한 사물통신 디바이스는 무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하는 수신부, 상기 무선 네트워크에 신호를 전송하는 송신부, 및 상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 수신부가 사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 수신하도록 제어하며, 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하도록 상기 송신부를 제어하며, 상기 제어부는 상기 수신부가 상기 AP로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하도록 제어하며, 상기 제어부는 상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간을 통하여 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하도록 상기 수신부 및 상기 송신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서의 또다른 실시예에 의한 액세스 포인트는 무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하는 수신부, 상기 무선 네트워크에 신호를 전송하는 송신부, 및 상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 송신부가 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 송신하고, 상기 수신부가 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)을 통하여 랜덤 접속을 이용하여 메시지를 수신하도록 제어하며, 상기 제어부는, 상기 수신한 메시지가 접속을 요청하는 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하도록 상기 송신부를 제어하며, 상기 제어부는, 상기 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신하도록 상기 송신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서의 또다른 실시예에 의한 매크로셀 M2M네트워크 매체접근제어 방법은 M2M디바이스가 무선링크를 통해 AP에 접속하고 트래픽채널을 할당받는 초기접속 단계, 전송되어야 할 데이터 및 제어 트래픽에 유형을 판별하고 판별된 트래픽을 위한 전송채널을 선택하는 트래픽판별 단계, 선택된 전송채널을 통해 해당 트래픽을 전송하는 트래픽전송단계, 및 무선링크의 설정해제 사유에 따라 더 이상 유효하지 않은 M2M디바이스와 AP의 접속을 해제하는 접속해제 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 명세서에서는 낮은 듀티사이클의 매크로셀 네트워크에서 전용 타임슬롯이 시분할 방식으로 다수의 사물통신 디바이스에 의해 공유되고 비주기성 데이터를 위한 전송채널이 해당 사물통신 디바이스의 웨이크업 스케줄과 데이터의 생성시점을 고려하여 결정 및 선택하는 것을 지원할 수 있기 때문에 전용 타임슬롯의 갯수를 현저히 초과하는 대규모 사물통신 디바이스를 동시에 수용하고 또한 임의의 사물통신 디바이스와 관련된 다양한 트래픽에 대한 신속한 양방향 전송을 지원함으로써 낮은 듀티사이클의 사물통신 디바이스를 위한 매체접근제어의 효율성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예가 적용되는 매크로 셀 M2M 네트워크에 결합한 M2M 디바이스들의 동작을 보여주는 도면이다.
도 2는 경쟁 접속 구간과 무경쟁 구간으로 나뉘어지는 매체의 제어 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로 셀 M2M네트워크를 위한 MAC프레임의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 의한 초기 접속 단계를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 의한, 비주기성 트래픽을 위한 전용 트래픽 채널을 할당하는 경우를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 명세서의 다른 실시예에 의한, 비주기성 트래픽을 위한 전용 트래픽 채널을 할당하는 경우를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 명세서의 일실시예에 따른 대량의 M2M디바이스를 지원하는 매체접근제어 프로세스를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시예에 의한 AP가 비주기적으로 트래픽을 전송할 경우, 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하도록 AP에서 무선 네트워크를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 명세서의 다른 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하도록 AP에서 무선 네트워크를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 명세서의 일 실시예에 의한 사물통신 디바이스와 무선 네트워크를 제어하는 AP의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매체접근 프로세스를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서는 사물통신을 중심으로 설명한다. 사물통신은 앞서 살펴본 바와 같이 M2M, MTC, IoT, 스마트 디바이스 통신, 사물 지향 통신, 사물 기능 통신 등 다양한 분야로 나누어지며, 본 명세서에서는 M2M을 중심으로 설명한다. 그러나 이러한 설명이 M2M에 한정되는 것은 아니며, 기기간 통신, 즉 사물통신을 제공하는 모든 시스템 및 구조와 이들 시스템에서 발생하는 통신에 적용 가능하다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예가 적용되는 매크로 셀 M2M 네트워크에 결합한 M2M 디바이스들의 동작을 보여주는 도면이다.

본 명세서는 대규모의 M2M 디바이스들이 존재하는 네트워크에 효율적으로 적용할 수 있으나, 소규모의 M2M 디바이스들이 존재하는 네트워크에도 적용할 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 그 효과가 크게 발휘되는 대규모, 매크로 셀(Macro Cell)에서의 적용을 중심으로 설명하고자 한다.

도 1에서는 하나의 AP(Access Point, 액세스 포인트)(110)에 넓은 범위에 산재되어 있는 많은 수의 M2M 디바이스들(111, 112, ...., 150, 151, 199)들이 동작하는 상황을 보여주고 있다.

일정한 영역의 사람/사물에 대한 원격 모니터링 및 제어 서비스를 제공하기 위해서는 무선 커버리지에 따라 다양한 M2M네트워크기술이 사용될 수 있다. 그 중에서 매크로셀 M2M네트워크는 M2M디바이스의 무선 커버리지가 최대 100m에 이르는 일반적인 M2M네트워크 보다 더 넓은 영역을 커버리지로 한다. 도 1에 나타난 AP(100)는 수 Km에 이르는 무선 커버리지를 가지고, 상당히 낮은 듀티사이클(Duty-Cycle)로 동작하는 많은 M2M디바이스(111~199)를 지원할 수 있다.

통상 하나의 AP(100)에 결합한 M2M디바이스들은 낮은 듀티사이클을 가지고 동작하기 때문에 하나의 AP(100)의 커버리지 내에 있는 수만~수십만 개의 M2M디바이스가 수용될 수 있다. 본 명세서에서의 M2M 디바이스는 센서 및 액추에이터에 대한 통신을 지원하는 다양한 센서노드를 포함한다. 또한 본 명세서에서의 M2M 네트워크의 각 M2M 디바이스는 각기 다른 응용(application)을 지원할 수 있기 때문에 AP는 셀 내에 혼재하는 다양한 응용서비스를 동시에 제공할 수 있다. M2M 네트워크에서 제공할 수 있는 전형적인 응용서비스로는 가스/전기/수도 등 원격검침, 귀중품보관함의 개폐 상태 및 위치의 원격확인, 명함 등 사물정보의 간헐적인 원격갱신, 기상/수질정보 수집 등이 대표적이다. 이 같은 응용서비스는 수 십분에서 수 시간, 수 일, 심지어 수 개월에 1회씩 소량의 데이터를 발생시키는 특징을 가지며, 일반적인 통신 디바이스보다 상대적으로 긴 데이터 전송주기를 요구한다. 따라서, 에너지의 효율성을 위해 배터리를 사용하는 M2M디바이스는 매우 낮은 듀티사이클에 의해 동작되어야 한다. 동시에 데이터 및 제어명령은 지체없이 적시에 응용서비스 서버 또는 M2M디바이스로 전송될 있어야 한다. 따라서 이 같은 매크로셀 센서네트워크, M2M 네트워크에서 고품질의 서비스를 제공하기 위해서는 매우 낮은 듀티사이클로 동작하는 대규모 M2M디바이스를 위한 매체접근제어(Media Access Control) 방법이 필요하다.

무선 매체를 이용하기 위한 방법으로는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)로, 장치들은 네트워크의 반송파(carrier)를 감지하고 있다가, 네트워크가 비어있을 때(데이터가 전송되지 않는 상황) 자신의 정해진 순서 또는 위치 등에 따라 정해진 만큼의 시간(Back-off time)을 기다렸다가 데이터를 보내는 방식이다. CSMA/CA는 누구나 접속할 수 있는 무선 구간에서, 다른 장치의 데이터 전송 요부를 확인하여 데이터를 보내는 것을 의미하며, 무선 자원을 사용함에 있어 일종의 경쟁이 있다. 한편, 각각의 장치에게 미리 사용할 수 있는 무선 자원의 영역을 배분할 경우, 경쟁은 없다.

이하, 장치들이 경쟁하여 매체접근을 수행/제어하는 구간을 경쟁 접속 구간(Contention Access Period, 또는 CAP)이라 하며, 장치들이 경쟁 없이 매체 접근을 수행/제어하는 구간을 무경쟁 구간(Contention Free period, 또는 경쟁 자유 구간)이라고 한다. 이하 실시예에서는 경쟁 접속 구간에서의 랜덤 접속 방식으로 CSMA/CA를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, CSMA/CA를 포함하는 다양한 랜덤 접속 방식을 적용할 수 있다.

도 2는 경쟁 접속 구간과 무경쟁 구간으로 나뉘어지는 매체의 제어 구조를 보여주는 도면이다. 도 2에서는 프레임(frame)(200)의 구성을 보여준다. 프레임은 슈퍼프레임이라고 불리며, 일정한 크기를 가지는 다수의 슬롯(slot)으로 구성될 수 있다.

네트워크 접속을 위한 매체 접근 제어의 방식으로 도 2와 같이 경쟁 접속 구간(220)과 무경쟁구간(230)을 구분할 수 있다. 충돌이 허용되는 경쟁 접속 구간(220) 및 경쟁이 허용되지 않고 배타적으로 사용되는 무경쟁구간(경쟁 자유 구간)(230)은 데이터 전송이 가능한 활성 구간(active period)이다. 한편, 네트워크를 식별하기 위해 비컨(beacon) 등을 송신하는 구간(201, 202)이 프레임 내에 존재할 수 있다. 비컨 간격은 연속적인 두 비컨 프레임 사이의 시간을 의미하며 비컨차수(BO, Beacon Order)에 의해서 2^BO로서 결정될 수 있다. 활성구간의 길이는 슈퍼 프레임차수(SO, Superframe Order)에 의해 2^SO로서 결정될 수 있다. 도 2의 프레임의 구성에서는 비컨구간을 포함한 활성구간은 슈퍼프레임 차수와 무관하게 항상 16개의 타임슬롯을 가지는 경우를 보여주고 있다.

도면에 미도시되었으나, 슬립 모드에 해당하는 비활성 구간(inactive period)도 도 2의 프레임 내에 존재할 수 있다. 이러한 경쟁 접속 구간 및 무경쟁 구간의 동작 방식을 살펴보면 다음과 같다.

도 2의 슈퍼프레임의 무경쟁구간(경쟁자유구간)(230)은 7개의 타임슬롯으로 구성되어 있다. 이 구간(230)은 노드(장치) 간의 접속 경쟁에 따른 접속 지연 및 데이터전송 지연이 상존하는 경쟁 접속구간(220)과 달리, 특정한 노드에 의해 전적으로 사용할 수 있는 타임슬롯으로 구성된다. 즉, 도 2의 230 구간은 하나 이상의 슬롯으로 구성되는 GTS(Guaranteed Time Slot)로 구성될 수 있으며, 슬롯이 7개이므로 최대 7개의 노드에 대해 GTS를 할당할 수 있다. 물론, 슬롯 3개 또는 2개를 할당할 경우, 할당 받을 수 있는 노드들의 숫자는 줄어들 수 있다. 활성구간이 고정된 길이를 가지는 경우, 무경쟁 구간(경쟁자유구간)(230)의 타임슬롯이 7개 미만인 경우, 경쟁접속구간(220)은 무경쟁 구간(230)이 축소된 부분만큼 증가된 타임슬롯을 가질 수 있다.

도 2와 같이 매체 접근 제어를 디바이스들에 적용할 경우, 낮은 듀티사이클의 디바이스를 지원할 수는 있다. 그러나, AP 또는 코디네이터(Coordinator) 등에 접속하는 모든 M2M디바이스가 동시에 활성모드와 비활성모드를 반복하게 되는 동일한 웨이크업(Wakeup) 스케줄을 가지게 될 경우, 활성구간이 16개의 타임슬롯을 가졌다고 하더라도 낮은 듀티사이클 동작모드에서의 활성구간은 듀티사이클에 비례하는 기간으로 한정되며, M2M디바이스의 다양한 데이터의 전송을 위한 유효하게 통신할 수 있는 구간으로 허용된다. 따라서 낮은 듀티사이클로 동작하는 M2M디바이스는 데이터가 생성되는 시점에 바로 무선링크를 점유할 수 없기 때문에 신속하게 데이터를 전송할 수 없다. 더구나 짧은 활성구간 때문에 무선링크를 점유하는 M2M디바이스 개수가 해당구간에서 제한적일 뿐 아니라 활성구간 특히 경쟁 접속 구간(220)에서 동시 다발적으로 다수의 M2M 디바이스가 접속을 시도함에 따라 빈번한 무선링크의 비지상태가 발생할 수 있다. 이로 인해 M2M 디바이스는 곧바로 무선링크를 점유하지 못하거나 또는 무선링크를 점유했다고 하더라도 다른 M2M디바이스들의 빈번한 전송시도 때문에 데이터 전송이 지연되는 현상도 발생하게 된다. 따라서 이 같은 매체 접근 제어 방법은 많은 M2M디바이스를 효율적으로 지원하지 못하는 문제점이 있다.

따라서 낮은 듀티사이클로 동작하는 대량의 M2M디바이스를 위하여, 다양한 트래픽이 서비스 QoS에 따른 지연시간 이내에 전송 가능하도록 하며, 그러한 M2M디바이스의 대규모 접속을 동시에 제공할 수 있는 매크로셀 M2M네트워크를 위한 매체접근제어 방법이 필요하다.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로 셀 M2M네트워크를 위한 MAC프레임의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3의 MAC 프레임(300)은 다원접속방식으로서 TDMA/TDD (Time Division Multiple Access/Time Division Duplex) 방식을 지원할 수 있도록 많은 타임슬롯으로 이루어진 상향링크(Uplink, 320)와 하향링크(Downlink, 310, 330)로 구성된다. 하향링크(310, 330)에는 AP 및 무선채널에 대한 다양한 일반 및 제어정보를 제공하는 방송 구간(Broadcast Period)이 포함되는데, 본 명세서의 일 실시예에 의하면, 방송채널(BCH; Broadcast Channel), 프레임제어채널(FCCH; Frame Control Channel), 무선링크제어채널(LCCH; Radio Link Control Channel), 접속응답채널(AFCH; Access Feedback Channel)을 포함할 수 있다. 물론, 상기 방송 구간을 구성하는 다수의 채널들은 본 명세서의 실시예를 구현함에 있어서, 추가, 변경 될 수 있다.

방송구간(315)의 첫 번째 타임슬롯은 방송채널(BCH, Broadcast Channel)로서 AP에 관한 속성 정보를 제공하며, 추가적으로, 페이징(paging) 기능도 제공한다. 상기 페이징 기능은 트래픽이 AP에 수신되었음을 수신노드에게 통지할하는 방송정보의 하나로, 수신노드 ID의 리스트를 이용하여 제공된다. 이 외에 방송메시지는 FCCH 메시지의 변경여부, 그리고 LCCH 메시지의 변경여부에 대해서도 통지한다.

방송구간(315)의 두 번째 타임슬롯은 프레임제어채널(FCCH)로, AP가 제어하는 셀(AP Cell)내의 모든 M2M디바이스에게 MAC프레임 구조에 대한 정보를 방송하는데 사용된다. 방송구간(315)의 세 번째 타임슬롯은 무선링크제어채널(LCCH)로서 랜덤접속 파라미터(Random Access Parameter), AP셀 및 무선링크에 대한 제어 등의 정보를 방송하는데 사용된다. 또다른 방송구간(335)을 구성하는 접속응답채널(AFCH; Access Feedback Channel)은 특정 M2M디바이스에게 AP 접속에 필요한 정보를 제공하거나 데이터수신 결과를 통지할 목적으로 사용된다. AP접속을 위한 정보는 특정 M2M디바이스를 위한 트래픽 채널 할당 내역, 할당 ID 등을 포함한다. 트래픽 채널 및 M2M디바이스 ID의 할당은 기존의 방법도 가능하지만 관리 및 운용 효율을 향상시킬 수 있는 별도의 메카니즘이 적용될 수도 있다. 상기 접속응답채널을 위한 해당 슬롯은 상향링크구간(320)에 이어서 시작되는 하향링크구간(330)의 첫 번째 슬롯으로 지정될 수 있으며, 일 실시예로, 두 슬롯의 길이를 가질 수 있다.

도 3에서 접속응답채널의 방송 구간(335)을 다른 방송구간(315)의 다른 채널과 시간적으로 분리한 것은, 해당 타임슬롯을 통해 많은 M2M디바이스에 의해 동시에 시도되는 랜덤접속 결과를 그들에게 한꺼번에 방송할 수 있을 뿐 만 아니라 비 주기적인 질의나 제어 데이터가 수신될 때 슬립모드에 있는 M2M디바이스에게 그것을 전송할 수 있는 임시 타임슬롯을 용이하게 제공할 수 있기 때문이다.

상향링크 구간(320)은 모든 M2M디바이스가 랜덤하게 접속할 수 있는 경쟁접속구간(320)과 M2M디바이스가 배타적으로 사용할 수 있는 무경쟁구간(경쟁자유구간, 324, 338)으로 구성된다.

상향링크(320)의 경쟁접속구간(322)은 CSMA/CA 방식에 의한 M2M디바이스의 랜덤 접속을 지원한다. 경쟁접속구간(322)에서 M2M디바이스는 슬롯단위의 랜덤 백오프(Random Back-off)를 통해 채널 점유를 시도할 수 있으며, 경쟁접속구간(322)은 다수의 M2M디바이스가 동시에 그리고 균등한 기회를 가지고 접속을 시도할 수 있는 구간이다. 경쟁접속구간(322)은 M2M디바이스가 초기에 AP접속을 위해서 그리고 비주기적인 데이터 전송을 위해서 사용된다.

트래픽 전송구간(Traffic TX period, 324, 338)은 트래픽 채널(Traffic channel, TCH)을 제공한다. 상향링크(320) 및 하향링크(330) 각각의 트래픽 전송구간(324, 338)은 각각 동일한 개수의 타임슬롯으로 구성될 수 있으며, 각 타임슬롯은 하나의 트래픽 채널로 사용된다. 각 링크의 타임슬롯이 단방향이기 때문에 하나의 트래픽 채널로서 양방향으로 트래픽을 전송하기 위해서는 1개의 상향링크 타임슬롯과 1개의 하향링크 타임슬롯이 쌍을 이루어 제공되어야 한다. 한 쌍의 타임슬롯은 본 명세서의 일 실시예에 의하면, 각 구간에서 동일한 슬롯번호 즉, 동일한 위치의 슬롯으로 할당된다. 본 명세서의 다른 실시예로, 빠른 응답 또는 빠른 양방향 통신이 필요한 M2M디바이스에 대해서는 서로 다른 번호의 타임슬롯이 할당될 수도 있다.

상기 MAC프레임 구조는 시간 순에 따라 연속적으로 반복된다. 이 같이 반복되는 MAC 프레임 시간구간을 구분하기 위해 순서번호가 적용되고 방송 구간(315)의 BCH를 통해 방송된다.

이하, 매체접근제어 프로세스를 살펴보면 다음과 같다.

매체접근제어 프로세스의 각 단계는 AP 및 M2M디바이스에서 상호 작용으로 수행된다. 무선링크에서 신뢰성있는 통신을 지원하기 위해 링크상의 두 객체간에는 확인모드에 의한 트래픽(Traffic) 전송에 제공한다. 본 명세서에서의 트래픽 전송은 데이터 전송을 의미한다. 즉, MAC 프레임을 통해 전송된 트래픽에 대하여 수신 객체는 그의 수신이 오류없이 이루어졌음을 확인해주기 위해 ACK에 해당하는 MAC프레임으로 응답한다. 이 경우, 수신자가 송신자에게 전송할 별도의 트래픽을 가지고 있다면 ACK에 해당하는 MAC프레임을 통해 별도로 전송할 해당 트래픽을 전송할 수 있다. 수신자는 이렇게 함으로써 응답과 함께 트래픽을 동시에 전송할 수 있다. 이 같은 절차는 전송되어야 할 트래픽의 대기시간을 감소시키는 효과를 제공한다.

또한 M2M디바이스는 낮은 듀티사이클(duty-cycle)을 사용하기 때문에 트래픽 생성주기 즉, 필요한 트래픽의 전송간격이 매우 낮다. 응용에 따라서는 수 십분 또는 수 시간, 수 일에 한 번씩 발생할 수도 있다. 더구나 M2M 디바이스는 배터리와 같은 한정된 에너지를 가질 수 있기 때문에 에너지 효율의 극대화를 위해 트래픽을 전송할 때를 제외한 대부분의 시간동안에는 슬립모드(sleep mode)를 유지하는 것이 필요하다.

한편, 매크로셀 M2M네트워크에서는 대규모의 M2M디바이스를 지원하기 때문에 AP가 그에 접속된 M2M디바이스에 대한 모든 링크 연결성을 원활하게 관리하는 것이 용이하지 않다. 그러므로 M2M디바이스는 링크 연결성에 대한 유효성, 즉 링크유지에 대한 책임을 가지도록 구현할 수 있다. 따라서 M2M디바이스는 트래픽 전송 이외에도 일정한 간격으로 활성화하고 방송구간의 여러 채널을 청취한다.

이후 매체접근제어 프로세스를 구성하는 각 단계에서 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 의한 초기 접속 단계를 보여주는 도면이다.

도 4에는 연속된 401, 402 MAC 프레임이 제시되어 있다. 초기접속 단계는 M2M디바이스(405)가 무선링크를 통해 AP에 접속하고 트래픽 채널을 할당받는 단계이다. M2M디바이스(405)는 먼저 401의 방송구간(415)의 BCH를 통해 AP관련 정보를 수신하고, 역시, 401의 방송구간(415)의 FCCH 및 LCCH를 통해 MAC 프레임 구조 정보 및 랜덤접속 정보(Random Access information)를 수신한다. 접속할 AP를 선택한 M2M디바이스(405)는 AP의 ID를 수신자로 하는 접속요청 메시지를 생성한다.

접속요청 메시지에는 M2M디바이스(405)가 자신을 식별하기 위해 일시적으로 사용하기 위해 선택한 임시 식별자(Temporary ID), M2M디바이스(405)가 그의 데이터를 일정한 간격으로 AP에 전송하는 데이터 전송주기가 포함된다. 또한, 접속 요청 메시지에는 BCH를 통해 전송되는 방송 메시지를 수신하고 AP와의 동기를 유지하기 위해 슬립상태에서 활성화되는 간격인 최소 웨이크업 주기 등이 포함된다. 일반적인 구현에 있어서는 데이터 전송주기가 최소 웨이크업 주기보다 훨씬 크다. 그러나, 다른 실시예에 의하여 데이터 전송주기가 최소 웨이크업 주기와 같거나 작다면 해당 M2M디바이스를 위한 최소 웨이크업 주기는 별도로 지정되지 않을 수 있다. 최소 웨이크업 주기는 모든 M2M디바이스에 대해 공통적으로 적용되며 네트워크 환경을 고려한 별도의 기준에 따라 정해질 수 있다. 최소 웨이크업 주기가 각 M2M디바이스에 적용되지만 모든 M2M디바이스의 동시 웨이크업을 의미하지는 않는다. 또한 최소 웨이크업 주기에 따른 M2M디바이스의 활성상태 유지기간은 통상 BCH구간에 한정되지만 수신되는 BCH 방송 메시지의 내용에 따라 결정될 수 있다.

M2M 디바이스(405)는 랜덤접속 정보를 이용해서 백오프 윈도우크기 및 백오프 값을 설정한 후, MAC 프레임 구조 정보로부터 확인된 RACH(Random Access CHannel)의 시작시점과 RACH의 개수의 범위에서 CSMA/CA에 의한 채널점유를 시도한다. 채널 점유는 401의 경쟁 접속 구간(422)에서 이루어진다.

CSMA/CA 메카니즘에 따라 M2M디바이스(405)는 설정된 백오프 구간만큼 기다린 후에 링크가 비지상태인지를 평가한다. 링크가 깨끗한 상태에 있다면 앞서 생성한 접속요청 메시지를 AP로 전송한다. 만약 비지상태라고 판단된다면 M2M디바이스(405)는 새로운 백오프 값을 선택한 후, 설정된 백오프 구간만큼 기다린 후에 다시 링크상태를 검사한다. 만약 이 때에도 링크가 비지상태에 있다면 M2M디바이스(405)는 백오프 윈도우의 크기를 2배로 증가시킨다. 이후 상기 과정을 반복한다. 여기에서 백오프 설정값은 [0, 백오프 윈도우 크기] 구간에서 랜덤하게 선택되며 그 값은 타임슬롯 갯수와 같다.

만약 현재의 MAC 프레임(401)의 경쟁접속구간 이내에 통신이 모두 완료되지 않는 경우에 M2M디바이스(405)는 다음 MAC 프레임(402)의 경쟁접속구간(472)에서 채널 점유 시도를 지속하기 위하여 동일한 백오프 조건을 적용할 수 있다. M2M디바이스(405)는 마치 각 MAC프레임(401, 402)의 경쟁접속구간이 모두 연결되어 있는 것과 같이 백오프 동작을 수행한다. 예를 들면, 이전 경쟁접속구간(422)에서 남은 백오프 값에 이어서 새로운 경쟁접속구간(472)에서 백오프를 지속한다. 다른 예로서 이전 경쟁접속구간(422)에서 백오프가 완료 되었다면 같은 조건에 의해 현재의 경쟁접속구간(472)에서 새로운 백오프 값을 다시 설정할 수 있다.

경쟁접속구간을 통한 접속요청에 대한 응답은 방송구간(485)의 AFCH을 통해 제공된다. 도 4에서는 402 프레임의 방송구간(485)의 AFCH를 통하여 응답을 제공받는 경우를 보여주고 있다. 만약 접속요청이 수락되었다면 AP는 ACK응답과 함께 M2M디바이스 ID, 그리고 그의 트래픽 채널로서 상하향 타임슬롯의 번호를 전송한다. 접속응답을 수신한 M2M 디바이스는 이후 생성되는 트래픽에 대한 전송을 위해 해당 상하향 타임슬롯을 자신의 트래픽 채널로 설정한다.

도 4의 과정은 초기 접속 단계에도 사용되지만 비주기적 트래픽을 전송할 경우에도 사용될 수 있다.

M2M 디바이스와 AP 간에 전송되는 트래픽은 크게 주기성과 비주기성이 있으며, 트래픽 판별 단계에서는, 전송되어야 할 데이터 및 제어 트래픽에 대한 유형에 따라, 필요한 트래픽을 정상적으로 전송할 수 있도록 하는 트래픽 채널을 선택하는 단계이다. 전술한 바와 같이, AP 및 M2M디바이스에 의해 제공되는 트래픽은 주기성(periodic) 트래픽과 비주기성(aperiodic) 트래픽과 같이 2가지로 구분된다.

주기성 트래픽은 생성 데이터, 상태정보 등 데이터 전송주기에 따라 전송되는 트래픽이며, 비주기성 트래픽은 데이터전송주기 이외의 시간에 일시적으로 전송되어야 하는 알람(Alarm), 질의(query), 데이터 및 정보 등에 해당하는 트래픽이다. 이 같은 두 종류의 트래픽은 생성 및 전송시점에 따라 다른 트래픽 채널을 통해 전송된다. 따라서 트래픽 판별 단계는 트래픽 유형, 즉 주기성인지 비주기성인지를 판별하여, 해당 트래픽을 전송할 채널을 선택하는 과정으로 이루어진다. 트래픽 유형의 판별은 생성 또는 전송되어야 할 트래픽이 주기적인 것인지, 또는 비주기적인 것인지를 판단하는 과정으로서 트래픽의 생성 또는 전송 시점에 의해 결정될 수 있다.

측정 및 보고 데이터, 질의, 제어명령 등의 데이터가 해당 데이터의 송수신을 위한 전용의 트래픽 채널, 즉 타임슬롯에 해당하는 시점에 존재하고 있다면 그것은 주기성 트래픽으로 판별된다. 이와 달리 전용의 트래픽 채널 즉, 타임슬롯에 해당하지 않는 시점에 한시적으로 존재하는 트래픽이라면 그것은 비주기적인 트래픽으로 판별될 수 있다.

주기성 트래픽을 위한 전송채널은 도 3의 경우, 전용의 트래픽 채널 즉, 324, 328의 트래픽 전송 구간 내의 타임슬롯으로 선택된다. 이 트래픽 채널은 도 4에서 살펴본 초기접속 단계에서 할당된 것으로서 M2M디바이스와 AP 모두에게 이미 알려져 있는 채널이다. M2M디바이스는 접속요청에 대한 응답 메시지로서 그의 할당된 트래픽 채널을 수신함으로써, 그리고 AP는 유효한 접속요청에 대해 해당 M2M디바이스를 위한 트래픽 채널과 M2M디바이스 ID를 별도의 방법을 이용하여 할당하고 채널할당 내역을 자체적으로 생성함으로써 특정 M2M디바이스의 트래픽 채널을 알고 있는 것이다.

도 5는 본 명세서의 일 실시예에 의한, 비주기성 트래픽을 위한 전용 트래픽 채널을 할당하는 경우를 보여주는 도면이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 비주기성 트래픽을 위한 전송채널은 전용 트래픽 채널이 이미 할당되어 있고 그것이 사용될 수 없는 시점에서, 전용 트래픽 채널과 다른 것으로 선택되고 한시적으로 할당된다. 이것은 트래픽의 전송방향(상향 또는 하향)에 따라 AP 또는 M2M 디바이스에 의해 선택된다. 510 및 530은 하향링크, 520은 상향링크 구간을 의미한다. M2M 디바이스에서 선택되는 경우를 살펴보면 다음과 같다. M2M 디바이스(505)의 경우 비주기성 트래픽은 알람 또는 긴급통지와 같이 AP 및 응용서비스 서버에 지체없이 보고되어야 할 정보이다. M2M 디바이스는 이와 같은 데이터가 발생하면 즉시 깨어나서 하향 방송구간(510)의 BCH, FCH, LCCH를 청취한다(S550). 수신된 BCH(512), FCCH(514), LCCH(516) 메시지를 바탕으로 링크 정보를 확인한 다음 그것에 이어진 상향링크(520)의 경쟁접속구간(522)에서 RACH를 선택하기 위한 링크점유를 시도한다(S555). 이때의 랜덤접속은 초기접속과 동일한 방식으로 이루어지지만 그보다 높은 우선순위를 가지도록 구현할 수 있다. 따라서 초기접속을 수행하는 M2M디바이스보다 상대적으로 먼저 전송에 필요한 특정의 RACH를 점유할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 도 5의 M2M 디바이스(505)는 S555에서 점유된 RACH를 통하여 정보를 송신할 수 있다. RACH(522)를 통하여 전송된 정보에 대한 수신 여부 또는 전송 여부는 해당 프레임 구간의 AFCH(535)를 통하여 AP가 송신하는 ACK 값을 확인하는 방식으로 구현할 수 있다.

도 6은 본 명세서의 다른 실시예에 의한, 비주기성 트래픽을 위한 전용 트래픽 채널을 할당하는 경우를 보여주는 도면이다.

AP(605)의 경우 비주기성 트래픽은 M2M디바이스(603)에 대해 상태정보를 요구하는 질의 메시지이거나 소기의 동작을 유발케 하는 제어명령과 같은 간헐적이지만 지체없이 전송되어야 할 데이터이다. AP는 이같은 메시지가 발생되거나 수신된다면 그것을 가장 신속하게 해당 M2M디바이스(603)에게 전송할 수 있는 시점을 결정한다. 이것은 데이터의 전송이 가능한 MAC프레임 구간을 선정하는 것이며, 해당 M2M디바이스(603)의 웨이크업 스케줄에 대한 검사를 통해 가장 빨리 도래하는 M2M디바이스의 웨이크업 시점을 선정하는 것을 의미한다. 선정된 웨이크업 시점의 MAC 프레임 구간이 도래할 때 AP는 그 구간의 하향링크(610)의 BCH(612)를 통해 해당 M2M디바이스(603)에게 통지하는 페이징 메시지를 전송한다(S650). 전송된 페이징 메시지는 S652와 같이 M2M 디바이스(603)가 수신하게 되며, 이와 함께 상기 MAC프레임 구간의 AFCH(635)를 통해 해당 M2M디바이스(603)가 상기 데이터를 수신하는데 이용할 수 있는 임시 트래픽 채널(639), 즉 하향 타임슬롯에 대한 정보를 전달받는다(S660, S662). 임시 트래픽 채널은 다양한 방법에 의해 해당 MAC프레임 기간의 하향 링크(630)의 하향 트래픽 전송구간(638)에서 비어있는 타임슬롯 중에서 선택된 것이며, S670과 같이 상기 M2M디바이스와의 한시적인 통신링크를 제공한다. 임시 트래픽 채널을 통한 상향링크는 상기와 동일한 슬롯번호의 상향 타임슬롯으로서 선택할 수 있다. 예를 들어, 다음 프레임의 상향 링크(640)의 상향 트래픽 전송 구간(644)에서 S660에서 수신한 슬롯 번호와 동일한 슬롯 번호를 가지는 상향 트래픽 전송구간(644)의 타임슬롯(646)을 통하여 M2M 디바이스(603)은 AP(605)에게 트래픽을 상향 전송할 수 있다.

도 4, 5, 6의 과정을 거쳐 초기 접속을 수행하거나, 전송할 트래픽이 주기성인지 비주기성인지를 파악하여 트래픽을 전송할 수 있다. 즉, 트래픽전송 단계에서는 판별된 트래픽을 위해 선택된 채널을 통해서 해당 트래픽을 전송하는 단계이다.

주기성 트래픽은 할당된 트래픽 채널 즉, 상하향 타임슬롯을 이용한다. 특정 타임슬롯이 특정의 M2M디바이스를 위해 배타적으로 할당되기 때문에 다른 M2M디바이스가 경쟁을 통해 동일한 시점에 동일한 타임슬롯을 점유하는 하는 것을 허용하지 않는다. 그러므로 임의의 M2M디바이스를 위한 데이터는 해당 M2M디바이스에 할당된 전용 트래픽 채널을 통해 지체없이 전송될 수 있다. 따라서 M2M디바이스는 전용의 상향 타임슬롯에서 자신의 데이터를 전송하고 마찬가지로 AP는 특정 M2M디바이스의 전용 하향 타임슬롯에서 상기 M2M디바이스를 위한 데이터를 전송한다.

이러한 트래픽 전송 단계는 확인모드로 운용할 수 있는데, 전송된 데이터에 대해 송신측은 ACK 메시지를 또는 송신측에게 전송될 데이터가 있는 경우 그것을 포함하는 ACK메시지를 원한다. 그러므로 수신측은 즉시 상기 메시지를 응답으로서 전송해야 한다. 트래픽 전송은 이와 같이 데이터 프레임과 그의 응답프레임을 교환하는 것으로서 완전하게 종료된다.

한편, 비주기성 트래픽의 경우, 임시 트래픽 채널을 통한 전송은 임시 할당된 상하향 타임슬롯에서 상기와 동일한 방법으로 이루어진다. 이 경우 수신측에 의해 응답으로서 제공되는 ACK메시지는 다음 MAC프레임 기간의 상향링크를 통해 전송된다. 하지만 경쟁접속구간을 통한 전송은 RACH을 이용한 접속 방법과 동일하게 데이터를 전송하고 동일한 MAC프레임 기간의 AFCH에서 그에 대한 응답으로서 ACK메시지를 수신하는 과정으로서 이루어진다.

마지막으로 접속해제 단계는 무선링크의 설정해제 사유에 따라 더 이상 유효하지 않은 M2M디바이스와 AP의 접속을 해제하는 단계이다. 설정된 무선링크 즉, 트래픽 채널이 유효하지 않는다면 더 이상 무선링크를 유지할 수 없다. 그렇기 때문에 해당 무선링크가 지속적으로 유지되기 위해서는 링크의 유효성이 검사되어야 한다. 따라서 각 M2M디바이스는 몇가지 방법을 이용해서 자신의 트래픽 채널에 대한 유효성을 반복적이고 지속적으로 검사한다. 먼저 BCH 등 방송구간의 각 채널이 정상적인지를 확인하는 것이다. 웨이크업 스케줄에 따라 웨이크업 할 때마다 청취되는 상기 채널에서 방송 메시지가 존재하는지 그리고 수신된 방송 메시지들이 유효한 것인지를 검사한다. 다음으로는 전용 트래픽 채널을 다른 M2M디바이스가 점유하는지를 그리고 일정한 임계치 이상의 채널간섭이 존재하는지를 검사한다. 무선링크의 유효성에 대한 평가는 AP에서도 수행할 수 있다. 각 M2M디바이스가 그의 트래픽 채널을 통해 주기성 트래픽을 전송하는지, 즉 각 타임슬롯에서 해당 M2M디바이스의 트래픽이 정해진 간격으로 수신되는지를 검사한다. 또한 페이징과 임시 트래픽 채널을 통해 특정 M2M디바이스를 위한 트래픽 전송에 대한 응답 유무에 의해서도 해당 무선링크의 유효성이 평가된다.

이러한 과정을 통해 무선링크가 유효하다고 판단되고 전달되어야 할 트래픽이 발생한다면 상기 트래픽 판별 단계가 수행된다. 그러나 만약 무선링크가 유효하지 않다고 판단된다면 M2M디바이스 또는 AP는 일련의 메시지 또는 프로세스를 통해 그 트래픽 채널 즉, 특정 M2M디바이스에 할당된 타임슬롯을 회수하고 그것과의 접속을 해제할 수 있다.

도 7은 본 명세서의 일실시예에 따른 대량의 M2M디바이스를 지원하는 매체접근제어 프로세스를 보여주는 도면이다. 앞서 기술된 바와 같이 도 7의 프로세스는 M2M디바이스(701)와 AP(702)의 상호작용으로 수행된다. 그러므로 M2M디바이스(701)가 네트워크에 참여하고자 할 때 시작되고 무선링크가 유지되는 한 구성단계의 반복수행을 통해 무한히 지속된다.

네트워크에 참여하고자 하는 임의의 M2M디바이스(701)는 네트워크 일원으로서 동작하기 위해 무선링크를 설정해야 한다. 도 7의 M2M 디바이스(701) 및 AP(702) 간에 전송되는 정보는 앞서 도 3, 4, 5, 6 등에서 살펴본 프레임을 통하여 송수신되는 정보를 의미한다. 따라서 M2M 디바이스(701) 및 AP(702) 간에 화살표는 상기 프레임의 해당 채널 또는 슬롯에 포함된 정보의 흐름을 의미한다. 네트워크에서 AP(702)는 매 프레임 구간의 방송구간의 BCH, FCCH, LCCH 등에 무선 및 AP의 정보가 포함되도록 한다(S710, S711).

먼저 미연결 M2M디바이스(701)는 도 3의 하향링크의 방송구간(315)의 BCH를 찾아서 BCH, FCCH, LCCH를 청취한다(S712). 이들에 대한 청취과정에서 BCH, FCH, LCCH 메시지를 순차적으로 수신하고, 네트워크 접속에 필요한 모든 정보, 즉 AP관련 정보, MAC프레임 정보, 랜덤접속관련 정보, 링크제어 관련 정보 등을 확인한다. 이들 정보는 또한 네트워크와의 동기된 동작 및 통신을 위해 사용된다.

M2M디바이스(701)는 경쟁자유구간의 RACH을 이용한 랜덤접속을 통해 접속요청을 한다(S714). AP(702)는 그 요청이 유효한 것일 경우 시분할 슬롯공유 방법을 통해 전용 트래픽채널을 배정하고 노드ID를 할당한다(S716). 할당 정보를 포함하는 할당 결과는 동일 MAC프레임 구간에서 하향링크 구간을 시작하는 AFCH를 통해 전달됨으로써(S718) 접속요청이 정상적으로 수락되었음을 M2M디바이스(701)에게 통지한다. 또한 M2M디바이스(701)는 그것을 수신함으로써 네트워크 접속이 정상적으로 이루어졌음을 확인하게 된다.

S716 단계의 시분할 슬롯공유 방법은 스펙트럼 효율을 높이기 위해 여러 M2M디바이스가 특정 타임슬롯을 서로 다른 시점에 각각 사용하도록 하는 것으로, M2M디바이스들의 데이터전송 간격을 고려된다. 이 방법을 통해 M2M디바이스(701)에게 데이터 전송주기에 따라 배타적으로 사용가능한 타임슬롯이 제공될 수 있다. 예를 들어, MAC 프레임 번호가 1, 2, 3, ... 이며, 타임 슬롯이 1~100 까지 할당할 수 있는 경우, 제 1 M2M 디바이스의 데이터 전송 간격이 3 MAC 프레임 길이에 해당할 경우, 3, 6, 9, .... 3n(n은 1 이상의 정수)번째 MAC 프레임의 5번 타임 슬롯을 할당받도록 할 수 있다. 한편 제 2 M2M 디바이스의 데이터 전송 간격 역시 3 MAC 프레임 길이에 해당할 경우, 1, 4, 7, ..., 3n+1(n은 1 이상의 정수)번째 MAC 프레임의 5번 타임 슬롯을 할당받도록 할 수 있다. 이 경우, 제 1, 2 M2M 디바이스는 모두 5번 타임 슬롯을 할당받지만, 이용하는 MAC 프레임이 서로 상이하므로, 각각의 M2M 디바이스들은 전용 슬롯을 배타적으로 사용할 수 있다.

트래픽채널로서 전용 타임슬롯이 할당된 이후 M2M디바이스(701)는 데이터전송 주기에 의한 전송스케줄에 따라 자신의 타임슬롯에서, 그리고 방송 및 페이징정보를 청취하기 위한 웨이크업 스케줄에 따라 하향 방송구간에서 활성상태를 유지할 수 있다(S720). 접속을 완료하고 활성상태를 유지하며 주기성 트래픽과 비주기성 트래픽을 지원한다.

주기성 트래픽이 발생하는 경우, M2M디바이스(701)는 할당받은 전용 트래픽 전송 구간 내의 타임슬롯을 통하여 트래픽을 전송한다(S710). 이 트래픽 채널은 S716 단계에서 살펴본 초기접속 단계에서 할당된 것으로서 M2M디바이스와 AP 모두에게 이미 알려져 있는 채널이다. AP(702)는 M2M디바이스(701)의 전용 트래픽 전송 구간의 타임슬롯을 알고 있으므로, 이를 통하여 수신된 M2M 디바이스(701)의 트래픽 전송을 수신할 수 있다.

한편, M2M디바이스(701)에게 전송스케줄 이외의 시점에서 알람과 같은 긴급 전송을 요하는 데이터가 발생하면(S730), M2M디바이스(701)는 즉시 깨어나서 AP(702)가 제공하는(S731) 하향 방송구간의 방송채널을 청취하고(S732) RACH를 이용한 랜덤접속을 통해 상기 트래픽을 AP(702)로 전송한다(S734). AP(702)는 전송된 트래픽을 확인하고, 이에 대한 확인 응답(ACK)을 생성한다(S736). 그리고, AP(702)동일 MAC프레임 구간의 AFCH를 통해 그에 대한 확인응답을 전송하고, M2M디바이스(701)는 이를 수신함으로써 트래픽 전송을 완료한다(S738).

한편, 만약 AP(702)가 전송스케줄 이외의 시점에서 제어명령과 같은 긴급 전송을 요하는 데이터를 갖게 된다면(S740), AP(702)는 해당 M2M디바이스(701)의 웨이크업 스케줄을 확인하고(S742) 가장 빠른 웨이크업 시간에 해당하는 MAC프레임의 하향 방송채널을 통해 전송대기중인 트래픽 정보를 페이징으로서 해당 M2M디바이스(701)에 통지한다(S744).

M2M디바이스(701)는 웨이크업 스케줄에 따라 슬립모드에서 깨어나 방송채널을 수신한다(S750). M2M디바이스(701)가 수신한 트래픽이 AP(701)에서 전송대기상태에 있음을 통지하는 페이징이 포함된 경우, M2M디바이스(701)는 나머지 방송구간의 채널을 수신해서 자신이 이전에 알고 있는 MAC프레임구조 및 무선링크 정보가 올바른 것인지를 확인할 수 있다.

한편, AP(702)는 상기 대기 트래픽의 전송에 사용가능한 임시 트래픽채널을 선택하고 그것을 AFCH를 통해 해당 M2M디바이스(701)에 전송한다(S752). 임시트래픽채널은 긴급 데이터의 전송이 완료될 수 있는 시간동안 운용되는 것이 타당하며, 최소 2개의 MAC프레임 구간동안 유효한 것으로 선택될 수 있다.

S750에서 M2M디바이스(701)는 자신이 수신해야 하는 트래픽을 확인하였으므로, 다음 AFCH(S752의 AFCH)를 청취함으로써 자신을 위한 임시트래픽채널 정보를 전달, 즉 수신하게 된다(S754). 임시트래픽채널 정보는 상하향 타임슬롯번호, 임시트래픽채널의 시작시점과 유효기간(MAC프레임구간을 단위로 함)을 포함한다. 임시트래픽채널의 시작시점은 현재의 MAC프레임구간과 그 시점의 차를 의미할 수도 있는데, 그것이 현재의 MAC프레임구간일 때 0값을 가질 수 있다. 물론, 미리 약속된 메커니즘에 의한 MAC 프레임 구간이 될 수도 있다.

AP(702)는 임시 트래픽 채널을 통하여 트래픽을 전송하게 되며, M2M디바이스(701)는 이를 통하여 트래픽을 수신하게 된다(S760).

만약 임시트래픽채널이 현재 MAC프레임의 하향링크 타임슬롯이 아니라면 M2M디바이스(701)는 슬립모드로 천이한 다음 AP(702)가 선택된 MAC프레임 구간에서 다시 깨어나서 AP가 통지한 트래픽을 수신할 수 있다.

앞서, 간략히 설명된 타임 슬롯의 할당에 대해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. 타임슬롯의 할당은 각 타임슬롯에 대해 접속요청된 M2M디바이스의 데이터전송주기에 따른 전송스케줄과 해당 슬롯에 이미 배정된 다른 M2M디바이스의 전송스케줄과의 중첩성을 검사하는 것으로 이루어진다. 여기에서 전송스케줄은 타임슬롯에서 데이터전송이 가능한 주기성의 시간열이다. 즉, 현재의 MAC프레임구간을 기준시점으로 삼아서 웨이크업되는 시점들의 모음이다. 그리고 접속요청된 M2M디바이스(701)의 전송스케줄은 현재의 MAC프레임구간부터 시작된다고 가정한다. 그러므로 그 시점에서 해당 시점의 타임슬롯은 점유상태인 비지상태를 유지한다. 만약 검사결과 중첩된 것으로 확인된다면 접속요청된 M2M디바이스(701)의 전송스케줄은 다음 MAC프레임구간부터 시작되는 것으로 간주한다. 중첩성 검사는 상기와 동일한 방법으로 수행된다. 만약 상기 타임슬롯이 모든 시점에서 이용될 수 있다고 판단된다면 다음 순서의 타임슬롯에 대해 상기 과정을 반복한다. 그리고 만약 검사결과 중첩되지 않은 것으로 확인된다면 접속요청된 M2M디바이스(701)는 미중첩으로 확인된 타임슬롯을 할당받고 또한 그 때를 전송시점으로 하는 전송스케줄을 가진다.

예를 들면 임의의 타임슬롯에 5개의 M2M디바이스가 이미 배정되어 있는 경우, 이들은 각각 다른 전송스케줄 {TS_i; i=1,2,3,4,5}을 가지고 있으며, 새로이 접속을 요청한 M2M디바이스는 TS_r의 전송케줄을 갖는다고 하자. 전송스케줄은 (TB_i(j), TI_i, j=0,1,2,...)와 같이 전송시점과 전송주기로 구성되고, 전송시점은 MAC프레임 구간을 단위로 하며 현 시점에서 상대적인 기간이자 곧 데이터 전송이 가능한 시점까지의 잔여기간이다. TS_r의 전송시점 TB_r(j)는 항상 비교대상시점이다. 즉, 중첩성 검사대상이 되는 MAC프레임 구간부터 전송하는 것을 의미한다. 전송시점은 1씩 감소되는 모듈로 TI-1의 값이고, j는 시간순의 MAC프레임 순서를 나타낸다. 그러므로 중첩성 검사는 TS_r와 {TS_i; i=1,2,3,4,5}를 비교하는 것과 같다. 그 결과가 중첩으로 판별된다면 비교대상시점은 다음 MAC프레임 구간으로 변경되고 그에 따라 TS_r의 전송스케줄 즉, 전송시점도 TB_r(j)=j와 같이 갱신된다. 전송주기가 서로 다른 경우에는 그들의 최대 공배수에 해당하는 기간에 걸쳐서 순차적으로 비교와 갱신을 반복한다. 만약 j=n일때 중첩이 없다고 판별된다면 접속을 요청한 M2M디바이스는 트래픽 채널로서 그 타임슬롯을 배정받고 또한 전송시점이 TB_r(n)=n인 전송스케줄을 할당받게 된다. 따라서 이 같은 방법에 의하면 각 타임슬롯이 많은 M2M디바이스를 지원하는 것이 가능하다.

AP는 모든 네트워크 M2M 디바이스의 에너지 효율 및 네트워크의 수명을 향상시킬 수 있도록 각 M2M 디바이스의 주기적인 활성/비활성 상태전환을 위한 동기모드 동작을 지원하는 방송 채널의 일종인 비컨 프레임의 주기적인 생성 및 방송을 수행할 수 있다. 도 7에서 살펴본 M2M 디바이스들은 이러한 방송 정보가 포함된 비컨 프레임을 수신할 경우, 네트워크접속뿐만 아니라 그 이후, 긴급하게 송신해야 하는 비주기적 트래픽을 전송하기 위해 활성구간의 경쟁접속구간을 사용할 수 있다. 또한 M2M디바이스가 일정한 QoS(Quality of Service)의 응용서비스를 지원하는 경우에는 그의 데이터 및 제어명령을 위해서 전용으로 전송 가능한 것으로 결정된 무경쟁구간(경쟁자유구간)의 타임 슬롯을 사용할 수도 있다. 즉, M2M디바이스 응용서비스의 QoS에 따라서 데이터 전송을 위해 경쟁접속구간과 무경쟁 구간(경쟁자유구간)을 선택적으로 제공할 수 있으므로, 채널 점유빈도가 높지 않고 M2M디바이스의 개수가 많을 경우에 효율적이다.

이하, 사물통신 디바이스가 무선링크를 통해 AP에 접속하고 트래픽채널을 할당받는 초기접속 단계, 전송되어야 할 데이터 및 제어 트래픽에 유형을 판별하고 판별된 트래픽을 위한 전송채널을 선택하는 트래픽판별 단계, 선택된 전송채널을 통해 해당 트래픽을 전송하는 트래픽전송단계, 무선링크의 설정해제 사유에 따라 더 이상 유효하지 않은 사물통신 디바이스와 AP의 접속을 해제하는 접속해제 단계에 대해 살펴보고자 한다.

도 8은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하는 과정을 보여주는 도면이다.

사물통신 디바이스는 앞서 살펴본 M2M 디바이스를 포함한다.

사물통신 디바이스는 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 수신한다(S810). 여기서 상기 AP의 정보를 수신하는 것은 상기 AP가 제공하는, 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 방송 구간의 채널에 포함된 정보를 수신하는 것을 포함한다. 보다 상세하게, 상기 수신한 정보는 상기 AP의 정보, 상기 무선 네트워크의 매체 접근 제어(MAC)를 위한 프레임 구조 정보, 상기 경쟁 접속 구간에 대한 랜덤 접속 정보, 상기 무선 네트워크의 무선 링크 제어 정보 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 더욱 상세히 살펴보면, S810에서는 앞서 살펴본 도 3의 방송구간(315)에 포함된 여러 채널들에서 방송정보를 수신할 수 있는데, 각 방송정보는 방송채널(BCH), 프레임제어채널(FCCH), 링크제어채널(LCCH)를 통해 전달되는 주기적으로 셀내에 방송된다. 따라서, 새로운 디바이스가 무선 네트워크에 결합하여도, 해당 셀에서 주기적으로 제공되는 상기 방송 정보를 통하여 무선 네트워크에 접속할 수 있다.

사물통신 디바이스는 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)을 통하여, 즉 경쟁 접속 구간에서, 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청한다(S820). 도 8의 프레임은 MAC 프레임이 될 수 있다. 경쟁 접속 구간은 RACH를 통해 이루어질 수 있으며, 이러한 RACH 구간은 모든 디바이스들이 접속을 시도할 수 있는 구간으로, 랜덤 접속을 수행하게 된다. 상기 랜덤 접속은 상기 사물통신 디바이스가 타임 슬롯 단위의 랜덤 백오프를 이용하여 채널 점유를 시도하는 접속이며, CSMA/CA 방식을 적용할 수 있다. 상기 랜덤 백오프를 적용함에 있어서, 일관성있는 백오프를 운영할 수 있다.

백오프 조건을 적용함에 있어서, 해당 프레임 내에 완료되지 않을 경우, 마치 모든 프레임의 경쟁 접속 구간이 연결되어 있는 것과 같이 백오프 동작을 수행할 수도 있고, 새로운 백오프 값을 적용하여 백오프 동작을 수행할 수도 있다. 이는 구현 방식, 해당 사물통신 디바이스의 우선 순위 등을 고려하여 다양하게 적용할 수 있다.

접속 요청이 성공할 경우, 사물통신 디바이스는 상기 AP로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신한다(S830). 상기 무경쟁 구간에 대한 정보로는 상기 무경쟁구간 중 상향 링크 및 하향 링크의 타임 슬롯(time slot) 번호 및 상기 사물통신 디바이스의 식별정보(Identifier)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 사물통신 디바이스는 상기 무선 네트워크의 프레임 구간 중 무경쟁 구간에서 접속 스케쥴에 따라, 상기 타임 슬롯 번호로 지시되는 구간에서 배타적으로 상향링크 및 하향링크를 점유하여 상기 AP와 트래픽 전송을 수행할 수 있다. 상기 타임 슬롯 번호는 상향 링크와 하향 링크가 동일하게 설정될 수도 있고, 상이하게 설정될 수도 있다. 접속 요청이 성공할 경우 수신할 수 있는 정보의 다른 실시예로, 상기 스케쥴 정보, 또는 데이터를 전송하는 주기에 대한 정보, 그리고 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업 주기와 관련된 정보도 함께 수신할 수 있다. 또한, 상기 S830에서 수신하는 정보로, 상/하향 타임슬롯과 함께 사물통신 디바이스가 주기적인 데이터전송을 시작하게 되는 시점, 예를 들어, 프레임 단위를 기준으로 하는 시작 시점에 대한 정보도 포함될 수 있다. 이러한 시작 시점 및 앞서 언급된 스케쥴 정보, 전송 주기, 그리고 타임 슬롯 등을 이용하여 사물통신 디바이스는 트래픽을 전송할 수 있다.

또한 S830에서 무경쟁 구간에 대한 정보를 수신하는 것은 트래픽 채널을 할당받는 것으로, 상기 접속을 요청한 제 1 프레임 구간에서 정보를 수신할 수 있다. 즉, 앞서 살펴본 바와 같이, 프레임 구간이 두 개의 방송 구간으로 나뉘어지며, 두번째 방송 구간의 접속응답채널인 AFCH를 통하여 접속 요청에 대한 응답 정보 및 트래픽 채널의 할당에 필요한 정보를 수신할 수 있다. 접속요청에 대한 응답은 AFCH를 통해 접속요청한 모든 사물통신 디바이스에 대해 일괄적으로 통지되도록 구현할 수 있다.

S830 단계에서 수신한 무경쟁 구간에서는 사물통신 디바이스가 배타적으로 이용할 수 있다. 이 경우, 스케쥴, 데이터 전송 주기 등에 따라, 사물통신 디바이스가 트래픽을 전송할 수 있는 프레임 구간이 한정될 수 있으므로, 이들 스케쥴/주기 등을 프레임 단위로 적절히 조절할 경우, 많은 수의 사물통신 디바이스들이 무선 네트워크에서 배타적인 구간을 가지며 데이터를 송수신할 수 있다.

이후 사물통신 디바이스가 비주기적으로 트래픽 전송이 필요한지 확인한다(S840). 그 결과, 비주기적 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행한다(S850). 상기 제 2 프레임 구간은 앞서, 접속을 요청한 제 1 프레임 구간과 중복되지 않는, 시간상 뒤따르는 프레임 구간이다. 이 구간의 경쟁접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 트래픽 전송을 수행할 수 있으며, 이 과정은 앞서 도 5 및 도 7에서 살펴보았다. S850의 랜덤 접속과 S820의 랜덤 접속에 있어서, S850의 랜덤 접속의 우선 순위를 보다 높일 수 있다. 이는 비주기적 트래픽 전송이 보다 빨리 이루어지도록 하기 위함이다.

한편, 주기적 트래픽 전송인 경우, 앞서 수신한 무경쟁 구간에 대한 정보를 이용하여 전용할 수 있는 타임 슬롯에서 트래픽 전송을 수행한다. 즉, 상기 사물통신 디바이스는 상기 무선 네트워크의 프레임 구간 중 무경쟁 구간에서 접속 스케쥴 및 상기 타임 슬롯 번호로 지시되는 구간을 판별하여, 배타적으로 상향링크 및 하향링크를 점유하여 상기 AP와 트래픽 전송을 수행한다(S860).

도 9는 본 명세서의 일 실시예에 의한 AP가 비주기적으로 트래픽을 전송할 경우, 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 8에서 살펴본 매체접근제어 과정과 중복되는 S910, S920, S930 과정은 도 8의 S810, S820, S830과정에 대한 설명으로 대신하고자 한다. S930 단계 이후에 사물통신 디바이스는 별도로 전송할 데이터가 없으면 슬립 모드에 있으며, 웨이크업 스케쥴에 따라 웨이크업을 하게 된다.

즉, 웨이크업 스케쥴에 따라 웨이크업 후 제 1 프레임의 제 1 방송 채널 수신한다. 상기 웨이크업 후 상기 AP가 제공하는 제 2 프레임 구간의 제 1 방송 구간의 채널을 수신한다(S940). 그리고, 페이징 메시지가 포함된 경우(S950), 이는 AP에서 비주기적으로 전송하려는 트래픽이 발생하였음을 알리는 것이므로, 제 2 방송 채널, 예를 들어 AFCH에서 임시 트래픽 채널 정보를 수신하여, 상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여, 해당 트래픽 채널에서 AP로부터 트래픽을 전송받는다(S960). 즉, 임시 트래픽 채널 정보는 상향 링크와 하향링크의 타임 슬롯 번호, 임시 트래픽 채널이 시작하는 시점, 그리고 해당 임시 트래픽 채널이 유효한 기간 등의 정보를 포함한다. 한편, 별도의 페이징 메시지가 없으며, 사물통신 디바이스에서 전송할 트래픽도 없는 경우에는 다시 슬립 모드를 진행할 수 있다(S970).

도 8, 9의 과정에서 살펴본 프레임, 즉 MAC 프레임의 구조는 하향링크상의 반송구간, 상향링크상의 경쟁접속구간, 상하향 링크상의 트래픽전송구간으로 이루어지며, 하향링크상의 방송구간은 AP정보 및 페이징 정보를 방송하는 BCH, 프레임구조 및 랜덤접속관련 정보를 방송하는 FCCH, 무선링크제어 관련 접보를 방송하는 LCCH, 접속응답 및 채널할당 결과를 방송하는 AFCH로 이루어진다. 이때, 방송 구간이 둘로 나뉘어져 BCH/FCCH/LCCH가 하나의 방송 구간이 되며, AFCH는 별도의 방송 구간으로 될 수 있다. 또한, 상향링크상의 경쟁접속구간은 다수의 랜덥점속채널 RACH로 구성될 수 있다.

무경쟁 구간을 구성하는 트래픽 전송구간은 상향링크와 하향링크로 구분되고 각각 다수의 타임슬롯을 갖되 동수로 구성되도록 할 수 있다.

또한, 도 3에서 살펴본 바와 같이, 트래픽 전송구간은 상향링크와 하향링크가 AFCH에 의해 시간적으로 구분되도록 배치될 수 있다. 또한, 프레임 구조는 상향 및 하향링크의 트래픽구간이 각각 하향링크의 방송구간에 연접하여 시작되도록 구현할 수 있다.

또한, 무경쟁 구간인 트래픽전송구간의 각 링크의 각 타임슬롯은 다수의 사물통신 디바이스에 의해 서로 다른 시점에 점유되도록 구현할 수 있다. 이는 데이터 전송 주기, 스케쥴 등에 의하여 동일한 타임 슬롯을 가진다 하여도, 각기 다른 시점의 다른 프레임에서 점유하도록 구현되는 것을 포함한다.

도 8, 9에서는 특정한 트래픽이 비주기성인지, 혹은 주기성인지를 판단하여 무경쟁 구간을 이용하거나, 혹은 경쟁 접속 구간을 이용할 수 있다. 이 경우, 전송하고자 하는 트래픽의 긴급성, 점유하여 트래픽 전송이 가능한 무경쟁 구간에서의 타임 슬롯이 언제 도래하는지에 따라 트래픽을 비주기성으로 전송할 것인지, 주기성으로 전송할 것인지를 판단할 수 있다.

도 8, 9의 프레임 구조를 이용한 트래픽 전송은 송신측에 의한 트래픽 전송과 수신측에 의한 수신응답 전송에 따른 확인동작에 의해 이루어지도록 구현할 수 있다. 한편, 주기성 트래픽 전송의 경우 송신측이 할당된 타임슬롯을 통해서 전송하고, 이에 대한 확인응답은 그 반대방향 링크의 타임슬롯를 통해서 수신측이 전송한다. 이러한 확인 동작에 의한 트래픽 전송은 비주기성을 위해서 사물통신 디바이스는 경쟁 접속 구간인 RACH를 통해서 전송하고 AP가 전송하는 응답은 접속응답채널인 AFCH로 도록 구현할 수 있다.

도 10은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하도록 AP에서 무선 네트워크를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 8, 9에서 살펴본 사물통신 디바이스의 매체 접근 제어를 설명하는 과정에서 언급된 내용 중 동일하게 적용되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.

AP(Access Point)는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP의 정보를 송신한다(S1010). 상기 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP의 정보는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 무선 네트워크의 상기 제 1 프레임 구간의 방송 구간의 채널에 상기 AP의 정보, 상기 무선 네트워크의 매체 접근 제어(MAC)를 위한 프레임 구조 정보, 상기 경쟁 접속 구간에 대한 랜덤 접속 정보, 상기 무선 네트워크의 무선 링크 제어 정보 등이 될 수 있다.

그리고, 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 사물통신 디바이스가 송신한 메시지를 수신한다(S1020). 이러한 경쟁 접속 구간은 앞서 살펴본 랜덤 접속을 수행하는 RACH 구간이 될 수 있다. 상기 랜덤 접속은 상기 사물통신 디바이스가 타임 슬롯 단위의 랜덤 백오프를 이용하여 채널 점유를 시도하는 접속이며, CSMA/CA 방식을 적용할 수 있다.

수신한 메시지는 접속을 요청하는 메시지이거나 또는 트래픽 전송과 관련된 메시지가 될 수 있다(S1030). 초기 접속을 요청하는 메시지인 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하게 된다(S1040). 상기 무경쟁구간에 대한 정보는 상기 무경쟁구간 중 상향 링크 및 하향 링크의 타임 슬롯(time slot) 번호 및 상기 사물통신 디바이스의 식별정보(Identifier)가 될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다. 상기의 무경쟁 구간에 대한 정보를 수신한 상기 사물통신 디바이스는 상기 무선 네트워크의 프레임 구간 중 무경쟁 구간 중 접속 스케쥴 및 상기 타임 슬롯 번호로 지시되는 구간에서 배타적으로 상향링크 및 하향링크를 점유하여 상기 AP와 트래픽 전송을 수행하게 된다.

한편, 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신한다(S1050). 즉, 랜덤 접속을 통하여 사물통신 디바이스가 비주기적 트래픽을 RACH 구간에서 전송한 경우, 이에 대한 처리결과를 포함하는 응답을 사물통신에 송신할 수 있다.

AP는 상기 S1020 단계에서, 접속을 요청하는 랜덤 접속에서의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위보다 상기 트래픽 전송과 관련된 랜덤 접속에서의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위를 높여서 상기 랜덤 접속을 처리할 수 있다.

도 11은 본 명세서의 다른 실시예에 의한 매크로셀 네트워크에서 사물통신 디바이스가 매체 접근 제어를 수행하도록 AP에서 무선 네트워크를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 10에서의 초기 접속 요청을 수행한 후, AP가 비주기성 트래픽을 사물통신 디바이스에 전송하고자 하는 경우 적용할 수 있다. AP는 무선 네트워크에 결합한 사물통신 디바이스에게 비주기성 트래픽 전송이 필요한 지 판단한다(S1110). 판단 결과, 비주기적 트래픽 전송이 필요한 경우(S1120), 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업 스케쥴을 확인하여, 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업이 수행되는 프레임의 제 1 방송 구간에 페이징 메시지를 포함시켜 전송한다(S1130). 그리고, 상기 프레임의 제 2 방송 구간에 상기 비주기성 트래픽이 전송될 임시 트래픽 채널 정보를 포함시켜 전송한다(S1140).

상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 사물통신 디바이스에게 비주기적인 트래픽을 전송한다(S1150). 도 11의 과정은 도 6, 7 등에서 살펴본 바와 같다.

도 10, 11에서의 AP는 상기 무선 네트워크를 제어하는 제어 기능을 제공하는 장치이며, 엑세스 포인트라는 명칭에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 10, 11 및 전술한 실시예는 무선 네트워크를 제어하는 기능을 제공하는 모든 장치에 적용될 수 있다.

도 8, 9, 10, 11에 미도시 되었으나, 접속 해제 단계를 포함할 수 있다.

접속해제 단계는 앞서 살펴본 바와 같이, 무선링크의 설정해제 사유에 따라 더 이상 유효하지 않은 사물통신 디바이스와 AP의 접속을 해제하는 것을 의미한다. 사물통신 디바이스는 전술한 방법들을 이용해서 자신의 트래픽 채널에 대한 유효성을 반복적이고 지속적으로 검사할 수 있으며, 이를 통하여 이러한 과정을 통해 무선링크가 유효하다고 판단되고 전달되어야 할 트래픽이 발생한다면 상기 트래픽 판별 단계가 수행된다. 그러나 만약 무선링크가 유효하지 않다고 판단된다면 사물통신 디바이스 또는 AP는 일련의 메시지 또는 프로세스를 통해 그 트래픽 채널 즉, 특정 M2M디바이스에 할당된 타임슬롯을 회수하고 그것과의 접속을 해제할 수 있다.

도 12는 본 명세서의 일 실시예에 의한 사물통신 디바이스와 무선 네트워크를 제어하는 AP의 구성을 보여주는 도면이다.

무선 네트워크(1200)를 통하여 사물통신 디바이스(1210)와 AP(Access point)(1220)이 트래픽을 전송하게 된다.

각각의 구성을 살펴보면, 사물통신 디바이스(1210)는 수신부(1216), 송신부(1214), 제어부(1212)로 구성된다. 사물통신 디바이스(1210)는 앞서 살펴본 도 8, 9의 프로세스를 구현하는 장치이다. 도 8, 9에서 살펴본 사물통신 디바이스의 매체 접근 제어를 설명하는 과정에서 언급된 내용 중 동일하게 적용되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.

수신부(1216)는 무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하며, 송신부(1214)는 상기 무선 네트워크에 신호를 전송한다. 그리고 제어부(1212)는 상기 수신부(1216) 및 송신부(1214)를 제어한다. 보다 상세히 살펴보면, 상기 제어부(1212)는 상기 수신부(1216)가 사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 수신하도록 제어하며, 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하도록 상기 송신부(1214)를 제어한다.

그리고, 상기 수신부(1216)가 상기 AP로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하게 되면, 상기 제어부(1212)는 상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하도록 상기 수신부(1216) 및 상기 송신부(1214)를 제어한다.

또한, AP에서 비주기적 정보를 송신하고자 할 경우 상기 제어부(1212)는 웨이크업 후 상기 수신부(1216)가 상기 AP가 제공하는 제 3 프레임 구간의 제 1 방송 구간의 채널에 포함된 페이징 메시지를 수신하는 경우, 이를 AP로부터 비주기적 트래픽 전송이 있음을 판단하고, 상기 제 3 프레임 구간의 제 2 방송 구간의 채널에 포함된 임시 트래픽 채널 정보를 상기 수신부(1216)가 수신하도록 제어한다. 이후, 상기 제어부(1212)는 상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 AP로부터 비주기적인 트래픽을 전송받도록 상기 송신부(1214)를 제어하게 된다.

AP(1220)는 앞서 살펴본 도 10, 11의 프로세스를 구현하는 장치이다. 각각의 구성을 살펴보면, AP(1220)는 수신부(1226), 송신부(1224), 제어부(1222)로 구성된다. 도 8, 9, 10, 11에서 언급된 내용 중 동일하게 적용되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고자 한다.

수신부(1226)는 무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하며, 송신부(1224)는 상기 무선 네트워크에 신호를 전송한다.

상기 수신부(1226) 및 송신부(1224)를 제어하는 제어부(1222)를 포함하며,

상기 제어부(1222)는 상기 송신부(1224)가 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 송신하고, 상기 수신부(1226)가 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 메시지를 수신하도록 제어한다.

상기 제어부(1222)는, 상기 수신한 메시지가 접속을 요청하는 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하도록 상기 송신부(1224)를 제어하게 된다.

그리고, 제어부(1222)는, 상기 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 것으로 판단한 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신하도록 상기 송신부(1224)를 제어하게 된다.

한편, AP(1220)가 비주기성 트래픽을 전송하고자 할 경우, 상기 제어부(1222)는 상기 사물통신 디바이스에게 비주기성 트래픽 전송이 필요한 것으로 판단하여, 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업 스케쥴을 확인하게 된다.

그리고, 상기 제어부(1222)는 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업이 수행되는 제 2 프레임의 제 1 방송 구간에 페이징 메시지를 포함시킨 후, 상기 송신부(1224)가 전송하도록 제어하며, 또한, 상기 제 2 프레임의 제 2 방송 구간에 상기 비주기성 트래픽이 전송될 임시 트래픽 채널 정보를 포함시켜 상기 송신부(1224)가 전송하도록 제어한다.

이후, 상기 제어부(1222)는 상기 송신부(1224)를 제어하여 상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 사물통신 디바이스에게 비주기적인 트래픽을 전송하도록 한다.

도 13은 본 명세서의 일 실시예에 의한 매체접근 프로세스를 나타내는 도면이다. 네트워크에 참여하고자 하는 임의의 M2M디바이스는 초기 접속(S1310)을 진행한다. 앞서 설명한 바와 같이, M2M 디바이스는 네트워크 일원으로서 동작하기 위해 무선링크를 설정하기 위하여, BCH를 찾아서 BCH, FCH, LCCH를 청취하며, 이 과정에서 BCH, FCH, LCCH 메시지를 순차적으로 수신하고, 네트워크 접속에 필요한 모든 정보, 즉 AP관련 정보, MAC프레임 정보, 랜덤접속관련 정보, 링크제어 관련 정보 등을 확인한다.

이후 M2M 디바이스는 트래픽 채널을 할당받는다(S1320). 트래픽 채널을 할당받기 위하여, M2M디바이스는 경쟁자유구간의 RACH을 이용한 랜덤접속을 통해 접속요청을 하고 AP는 그 요청이 유효한 것일 경우 시분할 슬롯공유 방법을 통해 전용 트래픽채널을 배정하고 노드ID를 할당한다. 그 결과는 동일 MAC프레임 구간에서 하향링크 구간을 시작하는 AFCH를 통해 전달됨으로써 접속요청이 정상적으로 수락되었음을 M2M디바이스에게 통지한다. 또한 M2M디바이스는 그것을 수신함으로써 네트워크 접속이 정상적으로 이루어졌음을 확인하게 된다.

트래픽채널로서 전용 타임슬롯이 할당된 이후 M2M디바이스는 데이터전송 주기에 의한 전송스케줄에 따라 자신의 타임슬롯에서 그리고 방송 및 페이징정보를 청취하기 위한 웨이크업 스케줄에 따라 하향 방송구간에서 활성상태를 유지하면서 주기성 트래픽과 비주기성 트래픽을 지원한다.

전송하게 되는 트래픽이 주기적인지 확인하여(S1330), 주기적인 경우라면, 할당된 구간 내에서 트래픽을 전송한다(S1360). 한편, 주기적이지 않은 경우, 상향 트래픽인지 확인한다(S1340). 상향 트래픽인 경우에는, M2M 디바이스는 하향 방송구간의 방송채널을 청취하고 RACH를 이용한 랜덤접속을 통해 상기 트래픽을 AP로 전송하고 동일 MAC프레임 구간의 AFCH를 통해 그에 대한 확인응답을 수신함으로써 트래픽 전송을 완료한다.

한편, 상향 트래픽이 아닌 경우, 즉, AP가 전송스케줄 이외의 시점에서 제어명령과 같은 긴급 전송을 요하는 데이터를 갖게 된다면 AP는 임시 트래픽 채널을 지정한다(S1350) 즉, AP는 해당 M2M디바이스의 웨이크업 스케줄을 확인하고 가장 빠른 웨이크업 시간에 해당하는 MAC프레임의 하향 방송채널을 통해 전송대기중인 트래픽 정보를 페이징으로서 해당 M2M디바이스에 통지한다. AP는 상기 대기 트래픽의 전송에 사용가능한 임시 트래픽채널을 선택하고 그것을 AFCH를 통해 해당 M2M디바이스에 전송한다. 임시트래픽채널은 긴급 데이터의 전송이 완료될 수 있는 시간동안 운용되는 것이 타당하며, 최소 2개의 MAC프레임 구간동안 유효한 것으로 선택될 수 있다. 한편 해당 M2M디바이스는 웨이크업 스케줄에 따라 슬립모드에서 깨어나 방송채널을 수신한다. 만약 상기와 같이 자신이 수신한 트래픽이 AP에서 전송대기상태에 있음을 통지하는 페이징을 수신하게 되면, M2M디바이스는 나머지 방송구간의 채널을 수신해서 자신이 이전에 알고 있는 MAC프레임구조 및 무선링크 정보가 올바른 것인지를 확인한 다음 AFCH를 청취함으로써 자신을 위한 임시트래픽채널 정보를 전달받는다. 임시트래픽채널 정보는 상하향 타임슬롯번호, 임시트래픽채널의 시작시점과 유효기간(MAC프레임구간을 단위로 함)을 포함한다. 임시트래픽채널의 시작시점은 현재의 MAC프레임구간과 그 시점의 차를 의미하며 그것이 현재의 MAC프레임구간일 때 0값을 가진다. 만약 임시트래픽채널이 현재 MAC프레임의 하향링크 타임슬롯이 아니라면 M2M디바이스는 슬립모드로 천이한 다음 AP가 선택된 MAC프레임 구간에서 다시 깨어나서 AP가 통지한 트래픽을 수신한다. 이후 현재의 무선 링크가 유효한지 확인하고(S1370), 유효하지 않은 경우에는 트래픽 채널을 해제한다(S1380).

이와 같이 본 발명에 따라 MAC프레임구조는 낮은 듀티사이클로 동작하는 많은 M2M디바이스가 하나의 트래픽채널을 공유토록 하고 데이터전송주기 이외의 시점에서도 양방향의 긴급 데이터를 신속하게 전송하도록 하는 매체접근제어가 가능하다.

따라서 본 명세서에 의한 매체접근방법에 의하면 전용 타임슬롯이 시분할 방식으로 공유되고 비주기성 데이터의 전송시점이 웨이크업 스케줄을 바탕으로 결정되기 때문에 낮은 듀티사이클로 동작하는 다수의 M2M디바이스를 동시에 지원하고 그들의 다양한 트래픽에 대한 신속한 양방향 전송이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 액세스 포인트(Access Point)의 정보를 수신하는 단계;
상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하는 단계;
상기 액세스 포인트로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하는 단계를 포함하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 1항에 있어서,
상기 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP의 정보를 수신하는 단계는
상기 AP가 제공하는, 상기 무선 네트워크의 상기 제 1 프레임 구간의 방송 구간의 채널에 포함된 정보를 수신하는 단계를 포함하며,
상기 수신한 정보는 상기 AP의 정보, 상기 무선 네트워크의 매체 접근 제어(MAC)를 위한 프레임 구조 정보, 상기 경쟁 접속 구간에 대한 랜덤 접속 정보, 상기 무선 네트워크의 무선 링크 제어 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 1항에 있어서,
상기 무경쟁구간에 대한 정보는
상기 무경쟁구간 중 상향 링크 및 하향 링크의 타임 슬롯(time slot) 번호 및 상기 사물통신 디바이스의 식별정보(Identifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 1항에 있어서,
상기 접속을 요청하는 단계에서의 랜덤 접속에서의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위보다 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하는 단계에서의 랜덤 접속의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위가 높은 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 1항에 있어서,
상기 사물통신 디바이스는 웨이크업을 수행하는 단계;
상기 웨이크업 후 상기 AP가 제공하는 제 3 프레임 구간의 제 1 방송 구간의 채널에 포함된 페이징 메시지 및 상기 제 3 프레임 구간의 제 2 방송 구간의 채널에 포함된 임시 트래픽 채널 정보를 수신하는 단계; 및
상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 AP로부터 비주기적인 트래픽을 전송받는 단계를 포함하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 송신하는 단계;
상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하는 메시지 또는 트래픽 전송과 관련된 메시지를 사물통신 디바이스로부터 수신하는 단계; 및
상기 수신한 메시지가 접속을 요청하는 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하며,
상기 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신하는 단계를 포함하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 6항에 있어서,
상기 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP의 정보는
상기 무선 네트워크의 상기 제 1 프레임 구간의 방송 구간의 채널에 상기 AP의 정보, 상기 무선 네트워크의 매체 접근 제어(MAC)를 위한 프레임 구조 정보, 상기 경쟁 접속 구간에 대한 랜덤 접속 정보, 상기 무선 네트워크의 무선 링크 제어 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 6항에 있어서,
상기 무경쟁구간에 대한 정보는
상기 무경쟁구간 중 상향 링크 및 하향 링크의 타임 슬롯(time slot) 번호 및 상기 사물통신 디바이스의 식별정보(Identifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 6항에 있어서,
상기 수신하는 단계에 있어서,
접속을 요청하는 랜덤 접속에서의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위보다 상기 트래픽 전송과 관련된 랜덤 접속에서의 상기 사물통신 디바이스의 우선 순위를 높여서 상기 랜덤 접속을 처리하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 6항에 있어서,
사물통신 디바이스에게 비주기성 트래픽 전송이 필요한 것으로 판단하여, 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업 스케쥴을 확인하여, 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업이 수행되는 제 2 프레임의 제 1 방송 구간에 페이징 메시지를 포함시켜 전송하는 단계;
상기 제 2 프레임의 제 2 방송 구간에 상기 비주기성 트래픽이 전송될 임시 트래픽 채널 정보를 포함시켜 전송하는 단계; 및
상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 사물통신 디바이스에게 비주기적인 트래픽을 전송하는 단계를 포함하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법.
무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하는 수신부;
상기 무선 네트워크에 신호를 전송하는 송신부; 및
상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 수신부가 사물통신 디바이스가 접속하고자 하는 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 수신하도록 제어하며, 상기 수신한 정보를 이용하여 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)에서 랜덤 접속을 이용하여 접속을 요청하도록 상기 송신부를 제어하며,
상기 제어부는 상기 수신부가 상기 AP로부터 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 수신하도록 제어하며,
상기 제어부는 상기 AP에 비주기적인 제 1 트래픽 전송이 필요한 경우, 상기 무선 네트워크의 제 2 프레임 구간의 경쟁 접속 구간에서 랜덤 접속을 이용하여 상기 제 1 트래픽 전송을 수행하도록 상기 수신부 및 상기 송신부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법을 이용한 사물통신 디바이스.
제 11항에 있어서,
상기 제어부는 웨이크업 후 상기 수신부가 상기 AP가 제공하는 제 3 프레임 구간의 제 1 방송 구간의 채널에 포함된 페이징 메시지를 수신하는 경우, 상기 제 3 프레임 구간의 제 2 방송 구간의 채널에 포함된 임시 트래픽 채널 정보를 상기 수신부가 수신하도록 제어하며,
상기 제어부는 상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 AP로부터 비주기적인 트래픽을 전송받도록 상기 송신부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법을 이용한 사물통신 디바이스.
무선 네트워크에서 전송되는 신호를 수신하는 수신부;
상기 무선 네트워크에 신호를 전송하는 송신부; 및
상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 송신부가 무선 네트워크의 방송 채널을 통하여 무선 네트워크 및 상기 무선 네트워크를 제어하는 AP(Access Point)의 정보를 송신하고, 상기 수신부가 상기 무선 네트워크의 제 1 프레임 구간의 경쟁 접속 구간(Contention Access Period)을 통하여 랜덤 접속을 이용하여 메시지를 수신하도록 제어하며,
상기 제어부는, 상기 수신한 메시지가 접속을 요청하는 경우, 상기 접속 요청에 대한 응답 및 상기 무선 네트워크에서 상기 사물통신 디바이스가 전용으로 사용할 수 있는 무경쟁 구간(Contention Free Period)에 대한 정보를 송신하도록 상기 송신부를 제어하며,
상기 제어부는, 상기 수신한 메시지가 트래픽 전송과 관련된 메시지인 경우, 메시지에 포함된 상기 사물통신 디바이스가 전송한 비주기적 트래픽에 대한 응답을 송신하도록 상기 송신부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법을 이용한 액세스 포인트.
제 13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 사물통신 디바이스에게 비주기성 트래픽 전송이 필요한 것으로 판단하여, 상기 사물통신 디바이스의 웨이크업 스케쥴을 확인하여, 상기 송신부가
상기 사물통신 디바이스의 웨이크업이 수행되는 제 2 프레임의 제 1 방송 구간에 페이징 메시지를 포함시켜 전송하며, 상기 송신부가 상기 제 2 프레임의 제 2 방송 구간에 상기 비주기성 트래픽이 전송될 임시 트래픽 채널 정보를 포함시켜 전송하도록 제어하며,
상기 제어부는 상기 송신부를 제어하여 상기 임시 트래픽 채널 정보가 지시하는 하향링크 타임 슬롯을 이용하여 상기 사물통신 디바이스에게 비주기적인 트래픽을 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M 네트워크 매체 접근 제어 방법을 이용한 액세스 포인트.
M2M디바이스가 무선링크를 통해 AP에 접속하고 트래픽채널을 할당받는 초기접속 단계,
전송되어야 할 데이터 및 제어 트래픽에 유형을 판별하고 판별된 트래픽을 위한 전송채널을 선택하는 트래픽판별 단계,
선택된 전송채널을 통해 해당 트래픽을 전송하는 트래픽전송단계, 및
무선링크의 설정해제 사유에 따라 더 이상 유효하지 않은 M2M디바이스와 AP의 접속을 해제하는 접속해제 단계로 이루어짐을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서
상기 초기접속 단계는 M2M디바이스가 AP에 의해 제공되는 방송구간 채널을 청취하고 관련정보를 수신하는 방송정보 수신과정과 자신의 전용 타임슬롯과 노드 ID를 할당받는 트래픽채널 할당과정으로 이루어짐을 특징으로 하며,
상기 방송정보는 방송채널 BCH, 프레임제어채널 FCCH, 링크제어채널 LCCH를 통해 전달되어 주기적으로 셀내에 방송되며, AP정보, MAC 프레임구조 정보, 랜덤접속정보, 무선링크제어정보 등을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서,
상기 초기접속 단계는 M2M디바이스가 AP에 의해 제공되는 방송구간 채널을 청취하고 관련정보를 수신하는 방송정보 수신과정과 자신의 전용 타임슬롯과 노드 ID를 할당받는 트래픽채널 할당 단계로 이루어짐을 특징으로 하며,
상기 트래픽채널할당 단계는 랜덤접속채널 RACH을 통해 이루어지고 M2M디바이스의 데이터전송주기와 웨이크업 주기를 AP에게 제공하는 접속요청에 대한 응답으로서 M2M디바이스가 배타적으로 사용하는 상하향 타임슬롯과 그의 ID를 M2M디바이스에게 통보하며, 상하향 타임슬롯과 함께 M2M디바이스가 주기적인 데이터전송을 시작하는 시점을 결정하고 통지하는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 17항에 있어서
트래픽채널 할당 단계는 접속요청에 대한 응답이 동일 MAC프레임 구간에서 이루어지며,
상기 접속요청은 일관성있는 백오프를 바탕으로 한 슬롯기반 CSMA/CA에 의해 이루어지며,
상기 접속요청에 대한 응답은 접속응답채널 AFCH를 통해 접속요청한 모든 M2M디바이스에 대해 일괄적으로 통지되는 것을 특징으로 하는 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서
상기 트래픽 판별 단계는 AP와 M2M디바이스에서 각각 전송이 필요한 생성 트래픽에 대해 수행되며, 상기 생성된 트래픽에 대해 주기성인지 비주기성인지를 데이터전송주기를 바탕으로 판별하는 것을 특징으로 하는 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서
상기 트래픽 전송채널은 주기성을 위해서는 전용 타임슬롯인 트래픽 채널로서, 그리고 비주기성을 위해서는 M2M디바이스의 경우 랜덤접속채널로서, AP의 경우 임시트래픽채널로서 선택되는 것을 특징으로 하며,
상기 선택된 트래픽 전송채널은 상하향 타임슬롯번호, 임시트래픽채널의 시작시점과 유효기간 등의 정보로 구성되며, 비주기성을 위해서 AP가 접속응답채널 AFCH를 통해서 통지되는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서
상기 트래픽 전송 단계는 송신자에 의한 트래픽 전송과 수신자에 의한 수신응답 전송에 따른 확인동작에 의해 이루어지며, 상기 확인 동작에 의한 트래픽 전송은 비주기성을 위해서 M2M디바이스는 RACH를 통해서 전송하고 그 응답이 접속응답채널 AFCH로 전송되는 과정으로 이루어지며,
상기 주기성 트래픽의 경우 생성 측이 할당 타임슬롯을 통해서 전송하고 확인응답이 그 반대방향 링크의 타임슬롯를 통해서 전송되는 것을 특징으로 하는 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.
제 15항에 있어서
상기 매체접근제어를 위한 MAC프레임 구조는 AP정보 및 페이징 정보를 방송하는 BCH, 프레임구조 및 랜덤접속관련 정보를 방송하는 FCCH, 무선링크제어 관련 접보를 방송하는 LCCH, 접속응답 및 채널할당 결과를 방송하는 AFCH로 이루어지는 하향링크상의 반송구간, 다수의 랜덥점속채널 RACH로 구성되는 상향링크상의 경쟁접속구간, 상향링크와 하향링크로 구분되고 각각 다수의 타임슬롯을 갖되 동수로 구성되는 트래픽전송구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하며
상기 MAC프레임 구조는 상향 및 하향링크의 트래픽구간이 각각 하향링크의 방송구간에 연접하여 시작되며,
상기 하향링크의 방송구간은 AP와 M2M디바이스간의 프레임 타이밍 동기를 제공하며,
상기 트래픽전송구간은 상향링크와 하향링크가 AFCH에 의해 시간적으로 구분되도록 배치되며, 트래픽전송구간의 각 링크의 각 타임슬롯은 다중의 M2M디바이스에 의해 서로 다른 시점에 점유하는 것을 통해 공유되는 것을 특징으로 하는, 매크로셀 M2M네트워크 매체 접근 제어 방법.