KR20140119857A - 무선 통신 시스템에서의 동기 그룹 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140119857A
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Abstract

동기 그룹 관리 장치는 이동성을 가지는 그룹들이 이동하여 같은 영역에 존재하게 되는 경우에 서로 다른 그룹에 속하는 노드를 인지하고, 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각을 변경함으로써, 하나의 그룹으로 병합하는 동작을 수행한다.

Description

무선 통신 시스템에서의 동기 그룹 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING SYNCHRONIZATION GROUP IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 동기 그룹 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 메쉬 네트워크 혹은 이동 애드혹 네트워크와 같은 무선 통신 시스템에서 서로 다른 동기 그룹간 간섭을 줄이기 위한 동기 그룹 관리 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 무선 애드-혹 네트워크 기술로는 대표적으로 802.11 무선랜 기술이 있다. 802.11 무선랜 기술의 DCF(Distributed Coordination Function) 모드에서의 각 노드는 분산 접근 방법을 사용한다. 802.11 DCF 모드에서의 분산 접근 방법은 CSMA(Carrier sense multiple access)를 기반으로 동작하며, CSMA를 통하여 각 노드는 인접 노드들이 전송하지 않는 시점에 자신의 데이터를 전송한다.
802.11 DCF 모드에서 서로 다른 두 네트워크가 인접하여 존재하는 경우에도 두 그룹의 노드들은 CSMA를 통해서 서로 다른 그룹의 노드의 전송을 인지할 수 있으며, 다른 그룹의 노드가 전송하지 않는 시점에 자신의 데이터를 전송할 수 있다.
하지만 802.11 PCF(Point Coordination Function) 모드, 802.15.4 GTS (Guaranteed Time Slot) 구간 등 CSMA를 사용하지 않는 TDMA 기반의 프레임을 사용하는 무선 기술에서의 각 노드는 자신에게 전송 또는 수신이 할당된 슬롯에서 데이터 전송 및 수신을 시도한다. 이때 슬롯 할당은 같은 네트워크에 속하는 노드만을 고려하여 할당되며, 따라서 인접 네트워크가 존재하는 경우 할당된 슬롯에서 데이터 전송을 시도하는 경우 그룹간 간섭을 미칠 수 있다.
또한 인접 네트워크의 존재 유무를 판단하기 위해서는 인접 네트워크의 노드의 방송 메시지를 수신할 수 있어야 한다. 하지만 각 네트워크의 TDMA 프레임 시작 시각이 다른 경우에는 방송 메시지 수신을 위한 시간이 서로 다르기 때문에 인접 네트워크의 존재 유무도 판단하기 어렵다.
즉, TDMA 기반의 프레임을 사용하는 기존 무선 기술에서 서로 다른 네트워크로부터 지속적인 간섭을 받는 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 TDMA 기반의 무선 네트워크에서 발생하는 인접 그룹간 간섭을 줄일 수 있는 무선 통신 시스템에서의 동기 그룹 관리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 복수의 그룹을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 어느 하나의 그룹에 속하는 노드의 동기 그룹 관리 장치에서 상기 복수의 그룹을 관리하는 방법이 제공된다. 동기 그룹 관리 방법은 상기 노드가 속한 그룹과 다른 인접 그룹을 탐색하는 단계, 상기 노드가 속한 그룹이 마스터 그룹인지 슬레이브 그룹인지 상기 그룹의 역할을 판단하는 단계, 그리고 상기 노드가 슬레이브 그룹인 경우에 상기 인접 그룹과 그룹 병합을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 그룹 병합을 수행하는 단계는 상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 상기 마스터 그룹의 동기 기준 시각으로 변경하는 단계, 그리고 상기 슬레이브 그룹의 그룹 식별자를 상기 마스터 그룹의 그룹 식별자로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는 상기 슬레이브 그룹의 프레임 시작 시각을 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각으로 변경하는 단계, 그리고 상기 슬레이브 그룹의 프레임 인덱스를 상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스로를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 프레임 시작 시각을 변경하는 단계는 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각을 획득하는 단계, 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각과 동일한 프레임 시작 시각을 가지기 위한 중단 기간을 계산하는 단계, 상기 프레임 시작 시각 변경을 수행할 시간 및 상기 계산한 중단 기간을 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고 상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 모든 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 프레임 인덱스를 변경하는 단계는 상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스를 획득하는 단계, 상기 프레임 인덱스의 변경 시간 및 변경할 상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스를 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고 상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 그룹 식별자를 변경하는 단계는 상기 마스터 그룹의 그룹 식별자를 획득하는 단계, 상기 그룹 식별자를 변경할 시간 및 상기 획득한 마스터 그룹의 그룹 식별자를 변경할 그룹 식별자로 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고 상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는 상기 슬레이브 그룹 내 노드로부터 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 단계, 수신한 상기 그룹 구성 업데이트 메시지로부터 그룹 구성 변경 시간 및 프레임 시작 시각 변경을 위한 중단 기간, 새로운 프레임 인덱스 및 새로운 그룹 식별자를 추출하는 단계, 그리고 상기 그룹 구성 변경 시간 이후, 상기 중단 기간, 새로운 프레임 인덱스 및 새로운 그룹 식별자를 이용하여 그룹 구성을 변경하고 변경된 그룹 구성을 이용하여 동작하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는 상기 슬레이브 그룹 내의 노드가 복수 개의 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 경우, 수신한 복수 개의 그룹 구성 업데이트 메시지 중 하나의 유효 메시지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동기 그룹 관리 방법은 GPS 가능 노드인 상기 노드가 비 GPS 동기 그룹에 진입한 경우, 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스 및 그룹 식별자의 변경을 상기 비 GPS 동기 그룹에 속한 노드로 지시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동기 그룹 관리 방법은 상기 노드의 그룹이 비 GPS 동기 그룹인 경우에, 주기적으로 그룹 식별자를 변경하는 단계, 그리고 상기 변경한 그룹 식별자를 상기 비 GPS 동기 그룹으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그룹 식별자를 변경하는 단계는 그룹의 GPS 가능한 노드의 유무 및 상기 그룹의 크기를 토대로 변경할 상기 그룹 식별자를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 탐색하는 단계는 인접 노드로부터 제어 신호를 수신하는 단계, 그리고 상기 제어 신호에 포함된 그룹 식별자, 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스를 각각 상기 노드가 속한 그룹의 그룹 식별자, 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스와 비교하여 상기 인접 노드가 속한 그룹이 상기 인접 그룹인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 신호는 설정된 제어 신호 전송 주기의 배수가 되는 슈퍼프레임의 첫 번째 서브프레임에서 전송되며, 상기 제어 신호를 수신하는 단계는 매 주기마다 위치가 변경되는 유휴 프레임에서 상기 제어 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 그룹의 역할을 판단하는 단계는 상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값과 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값을 비교하여 더 큰 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하는 단계, 그리고 상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값이 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값과 동일한 경우, 상기 제어 신호의 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스를 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스와 비교하여 더 빠른 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 복수의 그룹을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 어느 하나의 그룹에 속하는 노드의 그룹 관리 장치가 제공된다. 동기 그룹 관리 장치는 수신부, 그리고 제어부를 포함한다. 상기 수신부는 인접 노드로부터 제어 신호를 수신한다. 그리고 상기 제어부는 상기 인접 노드로부터 수신한 제어 신호로부터 상기 인접 노드가 속한 그룹이 상기 노드가 속한 그룹과 다른 그룹인지 판단하고, 상기 인접 노드가 속한 그룹이 마스터 그룹이고 상기 노드가 속한 그룹이 슬레이브 그룹인 경우에 상기 노드가 속한 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각을 상기 인접 노드가 속한 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각으로 변경한다.
상기 제어부는 상기 제어 신호를 통해서 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각을 획득할 수 있다.
상기 동기 그룹 관리 장치는 송신부를 더 포함할 수 있다. 상기 노드의 그룹이 비 GPS 동기 그룹인 경우에, 상기 제어부는 주기적으로 그룹 식별자를 변경하며, 상기 송신부는 상기 변경한 그룹 식별자를 포함한 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 비 GPS 동기 그룹에 전송할 수 있다.
상기 동기 그룹 관리 장치는 송신부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 변경할 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스를 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고, 상기 송신부는 상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송할 수 있다.
상기 제어부는 상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값과 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값을 비교하여 더 큰 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하고, 상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값이 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값과 동일한 경우, 상기 제어 신호의 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스를 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스와 비교하여 더 빠른 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단할 수 있다.
상기 수신부는 동일 그룹 내의 노드로부터 그룹 설정 업데이트 메시지를 수신하고, 상기 제어부는 상기 수신한 그룹 설정 업데이트 메시지에 따라 프레임 기준시간, 프레임 인덱스, 그룹 식별자 등을 변경할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 하나의 네트워크는 여러 개의 그룹으로 나뉘어 동작할 수 있으며, 각 그룹이 이동성에 의하여 인접하게 되어 간섭을 미칠 수 있는 경우에는 그룹간 동기를 조정하는 절차와 그룹을 병합하는 절차가 각각 수행되어 하나의 그룹으로 병합할 수 있다. 또한 하나의 그룹이 물리적으로 여러 개의 그룹으로 나누어 동작하게 되는 경우, 서로 다른 그룹으로 인식되도록 할 수 있다.
이와 같은 그룹의 병합 또는 분리 기능뿐만 아니라, 그룹내의 노드들의 동기 기준 시각을 GPS를 활용하는 소수의 노드를 활용하여 조정할 수 있도록 함으로써, 모든 노드가 GPS를 소지하지 않아도 그룹의 노드들의 시각을 GPS에 기준한 시각으로 조정하여 그룹간 병합이 일어나는 경우 동기 기준 시각 조정이 일어나지 않도록 동작할 수 있으며, 이를 통해서 인접 그룹간 간섭을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 기준 시각의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 인접한 두 동기 그룹의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 그룹 관리 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 비콘 신호와 NCFG 메시지의 신호 도달 범위를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 구성 업데이트 방법을 설명한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 비콘 신호의 전송 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유휴 프레임의 할당 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 병합을 위한 프레임 시작 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 병합을 위한 동기 기준 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 그룹 내에서의 동기 기준 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 그룹 내에서의 주기적인 그룹 식별자 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 관리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서의 동기 그룹 관리 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 이동 애드혹 네트워크 또는 무선 메쉬 네트워크와 같은 무선 통신 네트워크는 같은 무선 기술을 사용하는 노드들의 집합이며, 같은 네트워크에 속한 노드들은 연결된 링크를 통해서 데이터 교환이 가능하다. 도 1에서는 무선 메쉬 네트워크를 도시하였다.
무선 메쉬 네트워크의 노드들은 노드의 위치에 따라서 복수의 그룹으로 나뉘어질 수 있다. 각 그룹에 속하는 노드는 연결성이 제공된다면 서로 데이터를 교환할 수 있다.
동기 그룹은 직접 또는 다중 홉으로 연결된 노드들의 집합이며, 같은 동기 그룹에 속하는 노드들은 같은 동기 기준 시각을 유지할 수 있는 것으로 가정한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 기준 시각의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 동기 기준 시각은 여러 노드들이 같은 슈퍼프레임(SU) 구조로 동작하기 위해서 유지해야 하는 기준 시각 예를 들면, 프레임 인덱스 0번(superframe #0)의 시작 시점을 동기 기준 시각으로 정의할 수 있다. 같은 동기 기준 시각을 유지하는 노드들은 프레임 구조의 각 프레임 시작 시각을 동일하게 알고 있으며, 또한 같은 프레임 인덱스 값을 공유한다.
각 네트워크는 네트워크 식별자(NWID)로 식별되고, 각 동기 그룹은 그룹 식별자(MGID)로 식별된다. 예를 들어서, 도 1과 같이 네트워크 식별자(NWID)가 0x01인 무선 메쉬 네트워크 내 노드들은 그룹 식별자(MGID)가 46, 17 및 24인 3개의 동기 그룹으로 나뉘어질 수 있다.
각 동기 그룹(예를 들면, MGID=46, MGID=17, MGID=24)은 GPS를 이용한 동기 기준 시각 설정 여부에 따라 GPS 동기 그룹과 비 GPS 동기 그룹으로 나뉠 수 있다.
GPS 동기 그룹은 동기 그룹에서의 동기 기준 시각을 특정 절대 시각(예를 들면, 2000년 1월 1일 0시 0분 0초)으로 설정한 그룹을 의미하며, 이를 위해서는 최소한 하나 이상의 노드가 GPS를 이용한 시각 정보를 획득할 수 있어야 한다.
비 GPS 동기 그룹은 동기 그룹의 동기 기준 시각이 특정 절대 시각이 아니라 임의로 설정된 시간으로 설정된 그룹을 의미한다. 그룹을 처음 형성하는 노드가 GPS를 사용하지 못하는 경우에는 동기 기준 시각(프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스)을 임의로 설정하기 때문에 비 GPS 동기 그룹이 형성된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 인접한 두 동기 그룹의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 무선 메쉬 네트워크의 노드들은 이동성이 제공된다. 따라서, 이동성에 의해서 어느 하나의 동기 그룹(MGID=17)이 이동하여 다른 동기 그룹(MGID=24)과 인접하게 되는 경우, 서로 다른 동기 그룹에 속하는 노드간 간섭이 발생할 수 있다. 이하에서는 서로 다른 동기 그룹에 속하는 노드들간 간섭을 줄일 수 있는 방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 그룹 관리 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 동기 그룹의 노드는 인접 동기 그룹을 탐색한다(S402). 동기 그룹의 노드는 인접 동기 그룹의 탐색을 위해서 인접 동기 그룹에 속하는 노드들이 전송하는 신호를 수신할 수 있어야 한다.
동기 그룹 탐색을 위해 사용되는 신호는 장거리 비콘 신호와 NCFG(Network Configuration) 메시지가 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 비콘 신호와 NCFG 메시지의 신호 도달 범위를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 장거리 비콘 신호는 NCFG 메시지의 도달 거리 밖에 존재하는 그룹간 시각 및 주파수 동기를 맞추기 위하여 사용될 수 있으며, 이때의 시각 동기는 프레임 시작 시각을 의미한다.
장거리 비콘 신호를 전송하는 노드는 자신의 그룹 식별자(MGID)를 신호의 코드(Code)로 전송하고, 이를 수신하는 노드는 수신된 코드를 이용하여 송신한 노드가 속한 그룹의 그룹 식별자(MGID)를 알 수 있다.
NCFG 메시지는 그룹 식별자뿐만 아니라 프레임 인덱스를 포함하며, 이는 두 동기 그룹이 메시지 도달 거리 내에 존재하게 될 때 NCFG 메시지 내 프레임 인덱스를 이용하여 동기 기준 시각을 맞추게 된다.
동기 그룹 탐색을 위한 신호의 수신 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 동기 그룹 내 모든 노드에서 동기화된 방법으로 유휴 프레임(Idle Frame)을 할당하고, 할당된 유휴 프레임에서 모든 노드가 인접 동기 그룹으로부터의 신호를 수신하는 방법이다. 이 방법을 유휴 프레임 탐색(Idle Frame Scanning)이라고 한다. 두 번째는 별도의 유휴 프레임을 할당하지 않고, 각 노드가 송신하지 않는 서브 프레임(Subframe) 또는 프레임에서 수신기를 활성화하여 인접 노드로부터 송신되는 신호를 탐색하는 방법이며, 이를 백그라운드 탐색(Background Scanning)이라고 한다. 백그라운드 탐색 방법은 사용하지 않거나 유휴 프레임 탐색과 병행하여 사용될 수 있다.
다시, 도 4를 보면, 인접 동기 그룹 탐색 절차에서 인접 노드로부터 장거리 비콘 신호 또는 NCFG 메시지를 수신한 노드는 신호를 송신한 인접 노드가 다른 동기 그룹에 속하는지 판별한다. 이때 판별 방법은 그룹 식별자와 동기 기준 시각의 비교를 통해 수행될 수 있다.
노드는 수신한 장거리 비콘 신호 또는 NCFG 메시지의 그룹 식별자를 자신이 속한 그룹의 그룹 식별자와 비교하여 다른 그룹 식별자를 가지고 있는 경우 다른 동기 그룹으로 판단한다.
이와 같이, 노드의 동기 그룹과 인접 노드의 동기 그룹이 다른 것으로 판단되면, 노드는 자신이 속한 동기 그룹의 역할을 결정한다(S404). 즉, 노드는 자신이 속한 동기 그룹이 마스터(Master) 그룹인지 슬레이브(Slave) 그룹인지 판단한다. 마스터 그룹 또는 슬레이브 그룹의 판단은 그룹 식별자 값의 비교를 통해서 수행될 수 있다. 노드는 더 큰 그룹 식별자 값을 가지는 그룹이 마스터 그룹이 되는 것으로 판단한다.
한편, 노드가 속한 동기 그룹의 그룹 식별자와 인접 노드로부터 수신한 NCFG 메시지의 그룹 식별자가 같더라도 인접 노드와 시각 동기가 맞지 않는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 동기 그룹에서 그룹 식별자를 업데이트할 때 다른 동기 그룹에서 사용하고 있는 그룹 식별자(MGID)로 변경되는 경우가 발생할 수가 있다. 따라서, 노드는 노드가 속한 동기 그룹의 그룹 식별자와 인접 노드로부터 수신한 NCFG 메시지의 그룹 식별자가 같은 경우, 동기 기준 시각을 비교하여 신호를 송신한 인접 노드가 다른 동기 그룹에 속하는지를 판별한다.
노드는 인접 노드로부터 그룹 식별자가 같은 장거리 비콘 신호 또는 NCFG 메시지를 수신하는 경우 동기 기준 시각을 비교하여 동기 기준 시각이 서로 같다면 인접 노드를 같은 동기 그룹에 속해 있는 노드로 판단한다. 동기 기준 시각의 비교는 NCFG 메시지를 수신한 경우 인접 동기 그룹의 프레임 인덱스(frame Index)의 비교를 통해 수행될 수 있고, 프레임 인덱스를 수신할 수 없는 경우 즉, 장거리 비콘 신호만을 수신한 경우에는 프레임 시작 시각의 비교를 통해 수행될 수 있다.
동기 기준 시각 또는 프레임 시작 시각이 다름을 판별하는 기준은 두 동기 그룹의 각 동기 기준 시각 또는 프레임 시작 시각이 설정된 드리프트 시간(Drift Time)의 최대값 이상 차이가 나는지의 비교로 수행될 수 있다.
같은 그룹 식별자(MGID)를 가지는 인접 노드로부터 수신한 NCFG 메시지를 이용하여 동기 기준 시각을 비교한 결과, 자신 노드와 다른 동기 기준 시각인 경우, 다른 동기 그룹인 것으로 판단하고, 동기 그룹의 역할을 결정한다. 이 경우, 그룹 식별자 값이 같기 때문에 노드는 각 동기 그룹의 동기 기준 시각을 비교하여 더 빠른 동기 기준 시각을 가지는 그룹을 마스터 그룹이 되는 것으로 결정할 수 있다.
같은 그룹 식별자(MGID)를 가지는 인접 노드로부터 수신한 장거리 비콘 신호를 이용하여 프레임 시작 시각을 비교한 결과, 자신 노드와 다른 프레임 시작 시각을 가진 경우, 다른 동기 그룹인 것으로 판단하고, 프레임 시작 시각을 이용하여 동기 그룹의 역할을 결정할 수 있다. 이때 노드는 각 동기 그룹의 프레임 시작 시각을 비교하여 더 빠른 프레임 시작 시각을 가진 그룹이 마스터 그룹이 되는 것으로 결정할 수 있다. 즉, 어느 한 동기 그룹의 노드 관점에서 인접 동기 그룹의 프레임 시작 시각이 자신의 프레임 시작 시각을 기준으로 -[1/2 * 슈퍼프레임 구간(Superframe Duration)] ~ 0 시간에 존재한다면 인접 동기 그룹이 마스터 그룹이 되고, 반대의 경우 노드가 속한 동기 그룹이 마스터 그룹이 된다.
다른 인접 그룹을 탐색한 노드의 동기 그룹이 마스터 그룹인 경우(S406), 그룹 병합을 시작하지 않으며, 반대로 다른 인접 그룹을 탐색한 노드의 동기 그룹이 슬레이브 그룹인 경우(S406), 노드는 그룹 병합을 시작한다(S408).
그룹 병합 절차는 그룹 구성 업데이트 절차를 통해 수행되며, 그룹 구성 업데이트 절차는 그룹 병합 절차뿐만 아니라, 비 GPS 동기 그룹에서 GPS 가능 노드를 이용하여 그룹의 동기 기준 시각 또는 그룹 식별자를 변경하기 위해서도 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 구성 업데이트 방법을 설명한 흐름도이다. 도 6을 참고하면, 슬레이브 그룹에서 그룹 병합 절차를 시작하는 노드, 그룹 내에서 동기 기준 시각 변경을 시작하는 노드, 또는 그룹 내에서의 그룹 식별자 변경을 시작하는 노드 등 그룹 구성 업데이트 절차를 시작하는 노드를 대표 노드(Delegate Node)라고 한다.
그룹 구성 업데이트 절차 시작 단계에서는 그룹을 구성하는 노드 중 하나 또는 복수 개의 노드가 대표 노드가 되어 그룹 구성 업데이트 절차를 시작한다.
그룹 병합 절차에서는 인접 동기 그룹을 탐색한 노드가 대표 노드가 되어 그룹 구성 업데이트 절차를 시작한다.
동기 그룹 내에서의 동기 시각 변경 절차는 GPS를 가진 노드가 비 GPS 동기 그룹에 진입하는 경우, GPS를 가진 노드가 대표 노드가 되어 그룹 구성 업데이트 절차를 시작한다.
동기 그룹 내에서의 그룹 식별자 변경 절차는 그룹 식별자 변경 주기에 따라 그룹 내에서 가장 노드 식별자(Node Identifier, NID)가 작은 노드가 대표 노드가 되어 그룹 구성 업데이트 절차를 시작한다.
그룹 구성 업데이트가 시작되면(S602), 그룹 구성 업데이트 메시지 생성 단계(S604)가 수행된다. 그룹 구성 업데이트 메시지 생성 단계(S604)에서는 대표 노드가 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계이다.
그룹 구성 업데이트 메시지가 생성되고 나면, 그룹 구성 업데이트 메시지 전송 단계(S606)가 수행된다. 그룹 구성 업데이트 메시지 전송 단계(S606)에서는 대표 노드가 생성한 그룹 구성 업데이트 메시지가 그룹 내 모든 노드로 전송되는 단계이다. 이를 위하여 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신한 노드는 수신한 메시지를 다시 재전송 하는 절차를 수행하여 이 그룹 구성 업데이트 메시지를 그룹의 모든 노드로 전파할 수 있다.
추가적으로, 보다 효율적인 네트워크 브로드캐스트 방법이 있는 경우, 이를 이용하여 그룹 구성 업데이트 메시지를 그룹 내 모든 노드에게 전송하도록 할 수 있다.
만약, 그룹 병합 절차를 위하여 그룹 구성 업데이트 절차가 수행되는 경우, 여러 노드가 동시에 인접한 마스터 그룹을 탐색하는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우 복수 개의 대표 노드가 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하여 송신할 수 있다. 이 경우에는 각 대표 노드별 우선수위에 따라 하나의 대표 노드만이 유효하게 된다.
대표 노드별 우선순위는 대표 노드가 인접 그룹을 탐색한 시점을 통해 결정될 수 있다. 이 시점은 그룹 구성 업데이트 메시지의 탐색 시간(Discovery Time) 필드를 통해서 알 수 있다. 만약, 같은 시점을 가지는 여러 대표 노드가 존재할 경우에는 작은 노드 식별자(NID)를 가진 대표 노드가 가장 높은 우선 순위를 가지며, 해당 노드의 그룹 구성 업데이트 메시지를 따른다.
슬레이브 그룹의 중간 노드들은 수신되는 그룹 구성 업데이트 메시지의 대표 노드의 우선 순위를 비교하여, 낮은 우선 순위를 가지는 대표 노드의 메시지를 높은 우선 순위를 가지는 대표 노드의 메시지보다 늦게 수신하는 경우, 낮은 우선 순위를 가지는 대표 노드의 메시지를 전달하지 않는다.
그룹 구성 업데이트 적용 단계(S608)에서는 수신된 그룹 구성 업데이트 메시지의 적용 시간 및 적용 항목에 따라 슬레이브 그룹 내의 모든 노드가 동일한 시점에 시각, 주파수, 그룹 식별자 등을 변경하는 단계이다.
그룹 구성 업데이트 메시지는 표 1과 같이 구성될 수 있다.
Syntax Size (bits) Description
Group Configuration Update MSG(){
Delegate Node ID 12 NID of Delegate Node
Transmission Time 16 Frame index of transmission start time at Delegate Node
Repetition Number 3 Number of repeated transmission of this MSG
Configuration Update Time 16 Frame Index of configuration change start time
Frame Reference Time Change Flag 1 Indicates the changes of Frame reference time
If this bit is set to 1, all the nodes in the group changes frame reference time after Configuration Update Time by delaying Pause Duration
Frame Index Change Flag 1 Indicates the change of Frame Index
If this bit is set to 1, all the nodes in the group changes Frame Index after Configuration Update Time
Frequency Offset Change Flag 1 Indicates the change of Frequency Offset
If this bit is set to 1, all nodes in the group changes Frequency Offset after Configuration Update Time
Group ID Change Flag 1 Indicates the changes of Group ID
If this bit is set to 1, all the nodes in the group changes Group ID after Configuration Update Time as New MGID
If(Frame Reference Time Change Flag==1) {
Pause Symbols 8 Number of symbols to pause after Configuration Update Time
Pause Samples 8 Number of samples to pause after Configuration Update Time
}
If(Frame Index Change Flag == 1) {
New Frame Index 16 New Frame Index after Configuration Update Time
}
If(Frequency Offset Change Flag == 1) {
Frequency offset adjustment 9 The correction is 1% of the subcarrier spacing (
Figure pat00001
) multiplied by the 9-bit number interpreted as a signed integer.
MSB 1bit represents the sign of the value. That is, the value is negative(-) if the MSB=0b1, and the value is positive(+)
if the MSB=0b0.
LSB 8 bits represent frequency offset correction value of [1..256] that corresponds to 0x00 ~ 0xFF, respectively.
}
If(Group ID Change Flag == 1) {
New MGID 8 New MGID after Configuration Update Time
}
}
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 비콘 신호의 전송 방법을 나타낸 도면이다.
원거리에서의 인접 그룹 탐색을 위해서는 각 동기 그룹의 노드들이 정해진 위치에서 장거리 비콘 신호를 전송한다.
장거리 비콘 신호는 동기 그룹의 모든 노드가 같은 시간에 전송하며, 이는 전송하는 비콘 신호에 의한 동기 그룹 내 간섭을 최소화하고, 인접 동기 그룹에서 수신하는 신호의 세기를 더 크게 하기 위해서이다.
도 7을 참고하면, 장거리 비콘 신호는 네트워크 제어 프레임(network control frame, NCF)의 NENT(Network entry) 서브프레임 즉, 첫 번째 서브프레임에서 전송된다. 비콘 신호의 전송 주기(PBCN)는 NWCD(network configuration descriptor) 정보 요소(information element, IE)의 비콘 주기 파라미터에 의해 결정되며, NCF 주기의 배수로 정의된다.
슈퍼 프레임(SU)은 복수의 프레임을 포함하며, NCF 주기에 따라서 하나 이상의 슈퍼 프레임(SU)에서 하나의 프레임이 네트워크 제어 프레임(network control frame, NCF)일 수 있고 나머지 프레임은 스케줄링 및 데이터 프레임(scheduling and data frame, SDF)일 수 있다.
만약 비콘 신호의 전송 주기(PBCN) 파라미터가 0인 경우, 그룹 내 모든 노드들은 비콘 신호를 전송하지 않는다. 비콘 신호의 전송 주기(PBCN) 파라미터가 0이 아닌 경우, 각 노드는 PBCN의 배수가 되는 슈퍼프레임(SU)의 NENT 서브프레임에서 비콘 신호를 전송한다. 즉, 각 노드는 mod(SFN, PBCN)=0을 만족하는 슈퍼 프페임에서만 비콘 신호를 전송한다. 여기서, SFN는 슈퍼프레임 번호를 나타낸다. 전체 NENT 서브프레임 중 비콘 신호의 전송을 위해 사용되는 슈퍼프레임(SU)의 비율은 1/PBCN일 수 있다.
이러한 장거리 비콘 신호는 장거리 비콘 신호가 송신되는 슈퍼프레임의 NENT 서브프레임에서 진입 노드의 접속보다 우선하며, 이를 위하여 진입 노드는 비콘 신호가 전송되는 NENT 서브프레임에서 레인징 코드(Ranging Code) 및 진입 절차를 위한 메시지를 전송하지 않으며, 또한 스폰서 노드 역시 비콘 신호가 전송되는 NENT 서브프레임의 자원을 진입 노드에게 할당하지 않는다.
비콘 신호의 전송은 또한 유휴 프레임의 할당에 대해서도 우선한다. 비콘 신호를 전송하기 위한 NCF 프레임이 유휴 프레임으로 선정된 경우에도 NENT 서브프레임에서 비콘 신호를 전송한 후, 나머지 서브프레임이 유휴 프레임으로 동작한다.
유휴 프레임을 사용하여 인접 동기 그룹을 탐색하는 동기 그룹의 노드는 유휴 프레임을 아이들 주기(PIdle)마다 할당하며, 이를 유휴 프레임 스케줄링이라 한다.
각 동기 그룹의 NCF 주기(PNCF)는 프레임 구조에 의해 정의된다. 유휴 주기(PIdle)는 유휴 프레임이 할당되는 주기를 슈퍼 프레임 단위로 나타낸다. 유휴 주기(PIdle)는 F 유휴 프레임 주기 파라미터로 정의되며, 슈퍼 프레임의 단위를 가진다. F 유휴 프레임 주기 파라미터가 0인 경우, 해당 동기 그룹은 유휴 프레임을 이용한 인접 그룹 탐색을 사용하지 않는다.
유휴 프레임은 유휴 주기(PIdle)마다 하나의 프레임에서 할당이 된다. 하나의 슈퍼 프레임(SU)은 4개의 프레임을 포함하므로, 유휴주기(PIdle)에는 4*PIdle개의 프레임이 존재하며, k번째 유휴 주기에서의 유휴 프레임의 위치[i(k)]는 수학식 1로 결정된다.
Figure pat00002
수학식 1에서, k는 유휴 주기마다 1씩 증가하는 값이며, o(k)는 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure pat00003
위에서 설명한 유휴 프레임 할당 방법은 매 유휴 주기마다 유휴 프레임의 위치를 변경하며, 또한 매 유휴 프레임 반복 주기(4*PIdle개의 유휴 주기)마다 오프셋을 변경하는 방법이다. 이와 같은 유휴 프레임 스케줄링을 사용하는 경우에는 4*(PIdle)*2보다 작거나 같은 PBCN을 가지는 그룹의 탐색이 가능하다. 유휴 프레임이 할당되는 방법의 일 예는 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유휴 프레임의 할당 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 유휴 프레임은 유휴 주기(PIdle)마다 하나의 프레임에서 할당이 된다.
유휴 프레임은 할당되는 위치가 시간에 따라 변경되며, 이는 NCF 또는 SDF 프레임의 위치가 된다. 유휴 프레임은 NCF 프레임 및 SDF 프레임보다 우선하여 사용되며 유휴 프레임에서는 그룹 내 모든 노드들이 프레임을 송신하지 않는다.
동기 그룹 내 노드들이 유휴 프레임 스케줄링을 사용할 때 NWCD IE의 유휴 프레임 주기가 0이 아닌 경우, 유휴 프레임의 위치를 고려하여 NCFG 메시지 및 데이터 전송의 스케줄링을 위해 전송되는 분산 스케줄링(Distributed Scheduling) 메시지의 송신이 가능하며, 또한 SDF 프레임의 데이터 서브프레임(DATA Subframe)의 스케줄링 역시 유휴 프레임의 위치를 고려하여 할당된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 시작 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 프레임 시작 시각 변경은 두 그룹이 서로 간섭의 영향을 직접적으로 미치는 범위에 도달하기 전에 동기 그룹간 간섭을 완화하기 위해서 수행된다.
이 절차는 마스터 그룹을 탐색한 노드가 슬레이브 그룹에 속한 노드들의 프레임 시작 시각을 마스터 그룹의 프레임 시작 시각과 동기화시키기 위하여 수행된다.
슬레이브 그룹 내 프레임 시작 시각의 변경을 시작하는 대표 노드는 마스터 그룹의 노드로부터의 장거리 비콘 신호를 통하여 마스터 그룹의 프레임 시작 시각을 알 수 있다.
대표 노드는 수신한 장거리 비콘 신호가 유효한지를 판단한다(S902). 이를 위해 대표 노드는 수신한 비콘 신호의 SNR을 측정한 후 시스템 파라미터인 임계값(BC_Threshold)보다 큰 비콘 신호에 대해 설정된 개수(BC_Repetition)까지 수신한 후에 추정한 시간/주파수 동기와 그룹 식별자의 값을 이용하여 그룹 병합을 수행한다.
다음, 대표 노드는 수신한 비콘 신호가 유효한 경우, 수신한 비콘 신호로부터 시간/주파수 동기와 그룹 식별자를 추정한다(S904).
시간/주파수 동기를 추정한 이후, 대표 노드는 동기 그룹 판별 단계를 수행한다(S906). 동기 그룹 판별 단계(S906)에서는 추정한 시간/주파수 및 그룹 식별자를 이용하여 비콘 신호를 전송한 노드가 다른 동기 그룹에 속하는지를 판별하는 절차를 수행한다. 다른 동기 그룹에 속하는 노드로부터 비콘 신호를 수신하는 경우, 자신이 속한 그룹의 역할을 마스터 또는 슬레이브 그룹으로 결정한다.
대표 노드는 슬레이브 그룹에 속하는 경우, 동기 그룹 병합을 위한 프레임 시작 시각 변경 절차를 수행하며, 이를 위하여 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고(S908), 그룹 구성 업데이트 메시지를 그룹의 모든 노드로 전송한다(S910).
그룹 구성 업데이트 메시지 생성 절차에서, 대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지의 구성 업데이트 시간(Configuration Update Time)을 현재의 동기 그룹 설정이 유지되는 마지막 슈퍼프레임의 다음 인덱스로 지정한다. 즉, 대표 노드는 구성 업데이트 시간을 그룹 구성 업데이트 메시지가 네트워크의 모든 노드로 전달이 된 이후의 시간으로 지정하며, 이를 위하여 현재 프레임 인덱스보다 충분히 큰 프레임 인덱스로 지정할 수 있다.
또한 대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지의 슈퍼프레임 시작 시각 변경 플래그를 1로 설정하고, 그룹 구성 업데이트 시간 이후 삽입되는 중단 기간(Pause Duration)을 위하여 그룹 구성 업데이트 메시지에 중단 심볼(Pause Symbols) 필드와 중단 샘플(Pause Samples) 필드를 각각 포함한다. 만약 마스터 그룹과 주파수 오프셋의 조정이 필요한 경우, 대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지에 주파수 오프셋 조정 필드를 포함하고, 주파수 오프셋 변경 플래그를 1로 설정할 수 있다.
그룹 구성 업데이트 메시지를 수신한 슬레이브 그룹의 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신한 이후(S912), 그룹 구성 업데이트 메시지의 동작을 따른다. 즉, 프레임 기준시각 변경을 위하여 그룹의 각 노드는 메시지에 표시된 그룹 구성 업데이트 시간에서 지정된 중단 기간(Pause Duration)을 삽입하여 프레임 시작 시각을 조정하며(S914), 주파수 오프셋의 조정이 요청되는 경우 프레임 오프셋 조정 필드의 값을 참조하여 주파수 오프셋을 조정한다. 중단 기간은 대표 노드가 설정하며, 예를 들어, 대표 노드가 마스터 그룹의 프레임 시작 시각을 추정하여 자신의 프레임 시작 시각보다 보다 a 만큼 뒤쳐져 있는 경우, 중단 기간을 a로 설정하여 마스터 그룹의 프레임 기준시각에 맞도록 설정한다.
슬레이브 그룹 내의 노드가 복수개의 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 경우 수신한 복수개의 그룹 구성 업데이트 메시지 중 하나의 유효 메시지를 판단할 수 있다.
대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지를 이용하여 슬레이브 그룹 내에서의프레임 시작 시각 조정이 수행된 후에도 수신되는 장거리 비콘 신호에 대해 시간/주파수 동기를 추정한 후 각각 시스템 파라미터인 시간 차이 임계값/주파수 차이 임계값(BC_Estimation_Time_Difference / BC_Estimation_Frequency_Difference) 이상 차이가 생길 경우 다시 그룹 구성 업데이트 메시지를 이용하여 시간/주파수 동기 값을 변경할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 병합을 위한 동기 기준 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 두 동기 그룹이 병합되기 위해서는 슬레이브 그룹의 모든 노드의 동기 기준 시각이 마스터 그룹의 동기 기준 시각으로 맞추어져야 한다. 이를 위해서 프레임 시작 시각과 프레임 인덱스를 맞추어야 한다. 따라서 NCFG 메시지 수신을 통하여 프레임 시작 시각 탐색뿐만 아니라 프레임 인덱스를 수신한 후 그룹 병합 절차를 수행할 수 있다.
그룹 병합을 위하여 동기 기준 시각을 조정하고자 하는 대표 노드는 프레임 시작 시각의 변경과 마찬가지로 그룹 구성 업데이트 메시지를 이용한다.
대표 노드는 인접 그룹으로부터 NCFG 메시지를 수신한다(S1002).
이후, 대표 노드는 NCFG 메시지를 송신한 노드가 다른 동기 그룹에 속해있는지 판별한다(S1004).
대표 노드는 다른 동기 그룹에 속해있는 노드로부터 NCFG 메시지를 수신한 경우, 그룹 병합을 위한 그룹 구성 업데이트 절차를 시작한다. 이를 위하여 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고(S1006), 그룹 구성 업데이트 메시지를 전송한다 (S1008).
대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지의 프레임 시작 시각 변경 플래그와 프레임 인덱스 변경 플래그를 모두 1로 설정한다. 만약 장거리 비콘 신호를 이용한 프레임 시작 시각이 마스터 그룹과 같게 설정되었을 경우, 프레임 시작 시각 변경 플래그는 0으로 설정되어 생략될 수 있다.
또한 그룹 병합을 위해서는 동기 기준 시각 변경과 함께 그룹 식별자의 변경이 필요하고, 이를 위하여 그룹 구성 업데이트 메시지의 그룹 식별자 변경 플래그(MGID Change Flag)를 1로 설정하여 그룹 구성 업데이트 시간 이후의 그룹 식별자 필드를 포함한다.
슬레이브 그룹의 노드들은 대표 노드로부터 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하면(S1010), 그룹 구성 업데이트 메시지의 동작을 따른다. 즉, 동기 기준 시각 변경을 위하여 그룹의 각 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지에 표기된 구성 업데이트 시간 이후 중지 기간을 삽입하여 프레임 시작 시각을 동기화하며(S1012), 프레임 인덱스와 그룹 식별자를 변경하며(S1014), 중지 구간 이후 변경된 프레임 인덱스와 변경된 그룹 식별자로 동작한다. 변경된 프레임 인덱스와 변경된 그룹 식별자는 모두 그룹 구성 업데이트 메시지에 포함된다.
슬레이브 그룹 내의 노드가 복수개의 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 경우 수신한 복수개의 그룹 구성 업데이트 메시지 중 하나의 유효 메시지를 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 그룹 내에서의 동기 기준 시각 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 11을 참고하면, 비 GPS 동기 그룹은 동기 기준 시각이 임의의 시간으로 설정된 그룹을 의미한다. 모든 노드가 GPS 가능 노드가 아닌 경우에도 하나 이상의 GPS 가능 노드를 통한 시각 정보 획득이 가능하며, 이를 이용한 그룹의 동기 기준 시각을 절대 기준 시각으로 조정할 수 있다.
임의의 시간을 기준으로 동작하는 그룹의 동기 기준 시각을 GPS에 기반한 절대 기준 시간으로 조정하는 절차는 GPS 가능 노드가 그룹으로 진입을 완료한 시점에 시작될 수 있다.
동기 그룹 내에서의 동기 기준 시각 조정 역시 그룹 병합을 위한 동기 기준 시각 변경에서와 같이 그룹 구성 업데이트 메시지를 통하여 시작되며, 이때의 대표 노드는 GPS 가능 노드가 된다.
대표 노드는 동기 그룹 내에서 동기 기준 시각 조정을 위해 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고(S1102), 그룹 구성 업데이트 메시지를 슬레이브 그룹 내의 모든 노드로 전송함으로써(S1104), 동기 그룹 내 동기 기준 시각 변경 절차를 시작한다.
대표 노드는 그룹 병합을 위한 동기 기준 시각 변경과 동일하게 그룹 구성 업데이트 메시지의 프레임 시작 시각 변경 플래그(Frame Reference Time Change Flag), 프레임 인덱스 변경 플래그(Frame Index Change Flag) 그리고 그룹 식별자 변경 플래그(MGID Change Flag)를 모두 1로 설정한다. 대표 노드는 구성 업데이트 시간 이후의 중지 기간과 프레임 인덱스를 절대 기준 시각과 현재 시각의 차이를 이용하여 설정한다. 새로운 그룹 식별자는 GPS 동기 그룹으로의 동작을 의미하는 255로 설정한다.
동기 그룹의 노드들은 대표 노드로부터 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하면(S1106), 그룹 구성 업데이트 메시지의 구성 업데이트 시간 이후 중지 기간을 삽입하여 프레임 시작 시각을 동기화하며(S1108), 프레임 인덱스와 그룹 식별자를 변경하며, 중지 구간 이후 변경된 프레임 인덱스와 변경된 그룹 식별자로 동작한다(S1110).
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 그룹 내에서의 주기적인 그룹 식별자 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 12를 참고하면, 비 GPS 동기 그룹은 절대 시각을 기준으로 동기 기준 시각을 조정할 수 없기 때문에 하나의 동기 그룹에서 분리된 노드들은 일정 시간이 지나게 되면 원래의 동기 그룹의 노드들과 동기 기준 시각이 같지 않게 된다. 따라서 분리된 노드들은 일정 시간이 지난 이후에 서로 다른 동기 그룹으로 인식된다. 이를 위하여 각 동기 그룹의 노드들은 일정 시간 간격으로 그룹 식별자를 새로운 값으로 변경한다.
그룹 식별자의 업데이트 절차를 시작하는 대표 노드는 동기 그룹 내에서 노드 식별자가 가장 작은 노드로 선정된다. 그룹 식별자의 업데이트 주기는 NWCD IE의 그룹 식별자 업데이트 간격(Group ID Update Interval) 필드로 정의된다.
그룹 식별자의 업데이트를 시작하는 대표 노드는 프레임 인덱스가 그룹 식별자 업데이트 간격의 배수로 바뀔 때마다 그룹 식별자 변경을 위한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고(S1202), 그룹 구성 업데이트 메시지를 네트워크로 전송한다(S1204). 대표 노드는 그룹 구성 업데이트 메시지의 그룹 식별자 변경 플래그를 1로 설정하며, 구성 업데이트 시간 이후에 적용할 새로운 그룹 식별자를 새로운 그룹 식별자 필드에 포함한다.
노드는 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하면(S1206), 그룹 구성 업데이트메시지의 구성 업데이트 시간까지 기존의 그룹 식별자로 동작하며, 해당 슈퍼프레임인 구성 업데이트 시간의 슈퍼프레임부터는 새로운 그룹 식별자로 변경한다(S1208).
GPS 동기 그룹은 동기 기준 시각을 GPS 가능 노드가 수신하는 시각 정보를 이용하여 조정할 수 있기 때문에 주기적으로 그룹 식별자를 필요가 없다. 따라서 그룹 식별자가 255인 그룹에 속한 노드들은 그룹 식별자 업데이트 주기가 돌아와도 대표 노드 선정 및 그룹 구성 업데이트 메시지의 전송을 시작하지 않는다.
동기 그룹 내 모든 노드는 주기적으로 전송하는 라우팅 업데이트 메시지 중 GPS 가능 노드 플래그(GPS Enabled Node Flag)를 통하여 GPS 가능 여부를 동기 그룹의 다른 노드로 알린다. 라우팅 업데이트 메시지는 표 2와 같이 구성될 수 있다.
Syntax Size (bits) Description
Routing Update MSG(){
Source Node ID 12 bits Source of Routing Information
Sequence Number 8 Sequence number of this Routing Update MSG
GPS Enabled Node Flag 1 bit Indicates the use of GPS in this node
Num NIDs 4 bits Number of neighbor nodes at the source node
For(j=0;j<Num NIDs;j++) {
NID 12 bits NID of the neighbor node
SINR 4 bits SINR of link to neighbor node
Bits 0-3 : If bit 0-3 are represent the binary representatio nof the integer N, then the SINR = -4 + 2*N [dB]
}
}
동기 그룹의 노드들은 수신하는 라우팅 업데이트 메시지를 통하여 동기 그룹에 GPS 가능 노드가 존재하는지 여부를 알 수 있으며, 만약 GPS 동기 그룹에 GPS 가능 노드가 하나도 존재하지 않음이 발견되는 경우, 다음 그룹 식별자 업데이트 주기에서 대표 노드를 선정하여 그룹 식별자를 비 GPS 동기 그룹에서와 같은 방법을 통해서 변경할 수 있다.
각 동기 그룹의 그룹 식별자는 그룹의 특성을 반영하여 할당된다. 그룹 식별자의 할당 및 변경은 대표 노드에 의해서 시작된다.
그룹 식별자에 반영될 수 있는 특성은 동기 그룹의 GPS 동기 여부 및 동기 그룹의 크기가 될 수 있다. 동기 그룹의 크기는 동기 그룹의 노드 수 또는 최대 홉 수를 통해서 알 수 있다.
동기 그룹의 동기 기준 시각을 GPS에 기반한 절대 기준 시각에 기반하여 조정하기 위해서는 그 동기 그룹에 GPS 가능 노드가 하나 이상 존재해야 한다. 또한 GPS 가능 노드가 절대 기준 시각에 기반한 동기 그룹의 프레임 기준 시각 및 프레임 인덱스를 설정한 경우를 GPS 동기 그룹이라고 한다.
GPS 동기 그룹의 대표 노드는 모두 그룹 식별자를 0xFF(255)로 할당하며, 주기적인 그룹 업데이트를 수행하지 않는다. 또한 두 GPS 동기 그룹이 병합될 때에는 별도의 동기 기준 시각 조정 절차를 수행하지 않는다.
비 GPS 동기 그룹의 대표 노드는 그룹의 크기에 기반하여 그룹 식별자를 할당한다. 그룹 식별자는 해당 그룹에서의 최대 홉 수(Max Number of Hops, H)에 기반하여 할당될 수 있다. 그룹에서의 최대 홉 수는 라우팅 정보를 통해 얻을 수 있으며, 그룹의 노드간 연결성을 나타내는 그래프에서 네트워크의 임의의 두 노드 사이의 최소 홉 수 경로들의 최대 값을 의미한다.
그룹에서 최대 홉 수(H)는 1~16의 범위를 가질 수 있으며, 대표 노드는 수학식 3과 같이 각 홉수(H)의 구간에서 랜덤하게 그룹 식별자를 선택할 수 있다.
Figure pat00004
그룹의 크기는 그룹 내 노드의 이동성 및 그룹의 병합 등에 의해 동적으로 변경되나, 변경된 그룹의 크기는 다음 그룹 식별자 업데이트 절차에서 반영된다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 관리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13을 참고하면, 그룹 관리 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 무선 통신 네트워크의 노드는 그룹 관리 장치(100)를 포함한다.
송신부(110)와 수신부(120)는 인접 노드와 통신을 수행한다. 송신부(110)는 장거리 비콘 신호, NCFG 메시지, 그룹 구성 업데이트 메시지 및 라우팅 업데이트 메시지 등을 송신하고, 수신부(120)는 장거리 비콘 신호, NCFG 메시지, 그룹 구성 업데이트 메시지 및 라우팅 업데이트 메시지 등을 수신한다.
제어부(130)는 도 4 내지 도 12에서 설명한 동작들을 수행한다. 즉 제어부(130)는 이동성을 가지는 그룹들이 이동하여 같은 영역에 존재하게 되는 경우에 서로 다른 그룹에 속하는 노드를 인지하고, 하나의 그룹으로 병합하는 동작을 수행할 수 있다. 특히 제어부(130)는 그룹 병합을 위해 프레임 시작 시각을 변경하고 동기 기준 시각 및 그룹 식별자를 변경한다. 그리고 제어부(130)는 그룹 식별자를 할당하거나 주기적으로 그룹 식별자를 변경할 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 그룹을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 어느 하나의 그룹에 속하는 노드의 동기 그룹 관리 장치에서 상기 복수의 그룹을 관리하는 방법으로서,
    상기 노드가 속한 그룹과 다른 인접 그룹을 탐색하는 단계,
    상기 노드가 속한 그룹이 마스터 그룹인지 슬레이브 그룹인지 상기 그룹의 역할을 판단하는 단계, 그리고
    상기 노드가 슬레이브 그룹인 경우에 상기 인접 그룹과 그룹 병합을 수행하는 단계
    를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 그룹 병합을 수행하는 단계는
    상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 상기 마스터 그룹의 동기 기준 시각으로 변경하는 단계, 그리고
    상기 슬레이브 그룹의 그룹 식별자를 상기 마스터 그룹의 그룹 식별자로 변경하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는
    상기 슬레이브 그룹의 프레임 시작 시각을 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각으로 변경하는 단계, 그리고
    상기 슬레이브 그룹의 프레임 인덱스를 상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스로를 변경하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 프레임 시작 시각을 변경하는 단계는
    상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각을 획득하는 단계,
    상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각과 동일한 프레임 시작 시각을 가지기 위한 중단 기간을 계산하는 단계,
    상기 프레임 시작 시각 변경을 수행할 시간 및 상기 계산한 중단 기간을 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고
    상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 모든 노드로 전송하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  5. 제3항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 프레임 인덱스를 변경하는 단계는
    상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스를 획득하는 단계,
    상기 프레임 인덱스의 변경 시간 및 변경할 상기 마스터 그룹의 프레임 인덱스를 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고
    상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  6. 제2항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 그룹 식별자를 변경하는 단계는
    상기 마스터 그룹의 그룹 식별자를 획득하는 단계,
    상기 그룹 식별자를 변경할 시간 및 상기 획득한 마스터 그룹의 그룹 식별자를 변경할 그룹 식별자로 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하는 단계, 그리고
    상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  7. 제2항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는
    상기 슬레이브 그룹 내 노드로부터 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 단계,
    수신한 상기 그룹 구성 업데이트 메시지로부터 그룹 구성 변경 시간 및 프레임 시작 시각 변경을 위한 중단 기간, 새로운 프레임 인덱스 및 새로운 그룹 식별자를 추출하는 단계, 그리고
    상기 그룹 구성 변경 시간 이후, 상기 중단 기간, 새로운 프레임 인덱스 및 새로운 그룹 식별자를 이용하여 그룹 구성을 변경하고 변경된 그룹 구성을 이용하여 동작하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 슬레이브 그룹의 동기 기준 시각을 변경하는 단계는
    상기 슬레이브 그룹 내의 노드가 복수 개의 그룹 구성 업데이트 메시지를 수신하는 경우, 수신한 복수 개의 그룹 구성 업데이트 메시지 중 하나의 유효 메시지를 판단하는 단계를 더 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  9. 제1항에서,
    GPS 가능 노드인 상기 노드가 비 GPS 동기 그룹에 진입한 경우, 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스 및 그룹 식별자의 변경을 상기 비 GPS 동기 그룹에 속한 노드로 지시하는 단계
    를 더 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 노드의 그룹이 비 GPS 동기 그룹인 경우에, 주기적으로 그룹 식별자를 변경하는 단계, 그리고
    상기 변경한 그룹 식별자를 상기 비 GPS 동기 그룹으로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 그룹 식별자를 변경하는 단계는 그룹의 GPS 가능한 노드의 유무 및 상기 그룹의 크기를 토대로 변경할 상기 그룹 식별자를 결정하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  12. 제1항에서,
    상기 탐색하는 단계는
    인접 노드로부터 제어 신호를 수신하는 단계, 그리고
    상기 제어 신호에 포함된 그룹 식별자, 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스를 각각 상기 노드가 속한 그룹의 그룹 식별자, 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스와 비교하여 상기 인접 노드가 속한 그룹이 상기 인접 그룹인지 판단하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제어 신호는 설정된 제어 신호 전송 주기의 배수가 되는 슈퍼프레임의 첫 번째 서브프레임에서 전송되며,
    상기 제어 신호를 수신하는 단계는 매 주기마다 위치가 변경되는 유휴 프레임에서 상기 제어 신호를 수신하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 그룹의 역할을 판단하는 단계는
    상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값과 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값을 비교하여 더 큰 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하는 단계, 그리고
    상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값이 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값과 동일한 경우, 상기 제어 신호의 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스를 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스와 비교하여 더 빠른 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하는 단계를 포함하는 동기 그룹 관리 방법.
  15. 복수의 그룹을 포함하는 무선 통신 네트워크에서 어느 하나의 그룹에 속하는 노드의 그룹 관리 장치로서,
    인접 노드로부터 제어 신호를 수신하는 수신부, 그리고
    상기 인접 노드로부터 수신한 제어 신호로부터 상기 인접 노드가 속한 그룹이 상기 노드가 속한 그룹과 다른 그룹인지 판단하고, 상기 인접 노드가 속한 그룹이 마스터 그룹이고 상기 노드가 속한 그룹이 슬레이브 그룹인 경우에 상기 노드가 속한 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각을 상기 인접 노드가 속한 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각으로 변경하는 제어부
    를 포함하는 동기 그룹 관리 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제어부는 상기 제어 신호를 통해서 상기 마스터 그룹의 프레임 시작 시각 및 동기 기준 시각을 획득하는 동기 그룹 관리 장치.
  17. 제15항에서,
    송신부를 더 포함하며,
    상기 노드의 그룹이 비 GPS 동기 그룹인 경우에, 상기 제어부는 주기적으로 그룹 식별자를 변경하며,
    상기 송신부는 상기 변경한 그룹 식별자를 포함한 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 비 GPS 동기 그룹에 전송하는 동기 그룹 관리 장치.
  18. 제15항에서,
    송신부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 변경할 프레임 시작 시각 및 프레임 인덱스를 설정한 그룹 구성 업데이트 메시지를 생성하고,
    상기 송신부는 상기 그룹 구성 업데이트 메시지를 상기 슬레이브 그룹 내 노드로 전송하는 동기 그룹 관리 장치.
  19. 제15항에서,
    상기 제어부는
    상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값과 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값을 비교하여 더 큰 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하고, 상기 인접 그룹의 그룹 식별자 값이 상기 노드가 속한 그룹의 식별자 값과 동일한 경우, 상기 제어 신호의 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스를 상기 노드가 속한 그룹에 할당된 프레임 시작 시각 또는 프레임 인덱스와 비교하여 더 빠른 값을 가진 그룹을 마스터 그룹으로 판단하는 동기 그룹 관리 장치.
  20. 제15항에서,
    상기 수신부는 동일 그룹 내의 노드로부터 그룹 설정 업데이트 메시지를 수신하고,
    상기 제어부는 상기 수신한 그룹 설정 업데이트 메시지에 따라 프레임 기준시간, 프레임 인덱스, 그룹 식별자 등을 변경하는 동기 그룹 관리 장치.
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