KR20150058601A - Ｕｗｂ기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법은 독립적인 UWB 기반의 네트워크 간의 충돌을 회피하기 위해 다중 체널 관리 방법을 제안한 것으로서, 채널 검색 기법을 이용하여 새로운 유휴 채널을 검색하고, 새롭게 비콘 프레임 및 데이터 프레임을 전송할 수 있는 타임 오셋을 감지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 데이터 충돌을 감지한 후 유휴 채널로 이동하여 통신을 계속 수행하도록 할 수 있어서, 특정 지연 시간 후 수신한 데이터 프레임의 수가 계속 증가하는 효과가 있다.

Description

ＵＷＢ기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법{Method on the Coexistence among Networks Using Multi-Channel Scheduling in UWB based Networks}

본 발명은 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 와이 미디어 물리계층을 이용하여 네트워크 계층의 패킷을 전송하는 방법에 관한 것이다.

UWB 기반의 와이미디어와 무선 USB 네트워크는 어플리케이션에 따라 같은 무선 환경에서 공존이 가능하며, 이들 네트워크 간 통신이 필요한 경우도 있다.

또한, 원거리에서 존재하는 네트워크 간 통신이 필요한 경우도 발생할 수 있다.

이를 위하여, 와이미디어 연합은 와이미디어 물리계층을 이용하여 네트워크 계층의 패킷을 전송하기 위한 프레임 포맷과 요구사항을 정의한 WLP(WiMedia Logical Link Protocol)규격을 정의하였다.

집이나 사무실과 같은 소규모의 무선 환경에서 UWB 기반의 다양한 네트워크가 혼재할 수 있다.

이들 네트워크들은 각각의 어플리케이션을 위해 독립적으로 동작하기 때문에, 인접한 네트워크 간의 데이터 충돌이 발생할 수 있다.

데이터 충돌을 피하기 위해 다른 시간대의 자원을 사용할 경우, 네트워크 내의 디바이스들이 많아지면 사용 가능한 자원이 줄어들게 되고, 서비스 제공을 위해 필요한 자원이 부족하게 되는 현상이 발생할 수 있다.

즉, 기존의 프로토콜 표준에서는 데이터 프레임의 충돌이 발생하면 더 이상 데이터를 수신하지 못하기 때문에, 수신한 데이터 프레임 수의 합이 더 이상 증가하지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 독립적인 UWB 기반의 네트워크 간의 충돌을 회피하기 위해 다중 체널 관리 방법을 제안한 것으로서, 채널 검색 기법을 이용하여 새로운 유휴 채널을 검색하고, 새롭게 비콘 프레임 및 데이터 프레임을 전송할 수 있는 타임 오셋을 감지하는 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 와이 미디어 및 무선 UWB네트워크 간 공존 방법은 특정 지역에 적어도 2개 이상의 WPAN(Wireless Personal Network, 근거리 무선 개인 통신망)들이 공존하고, 각 WPAN은 WSS이며, 와이 미디어 물리계층을 이용하고, 각각에 포함된 어플리케이션을 위해 독립적으로 동시에 동작하며, 한 개의 Bridge 디바이스를 포함하고, 각 Bridge 디바이스는 이더넷을 이용하여 외부의 네트워크와 통신하며, 무선 USB 프로토콜을 사용하는 WSS는 무선 USB 호스트가 Bridge 디바이스의 역할을 수행하고, 와이 미디어 프로토콜을 사용하는 WSS는 외부와 이더넷으로 연결된 디바이스가 Bridge 디바이스의 역할을 수행하며, 각 bridge 디바이스는 WSS를 초기화 및 구성하고, 다른 디바이스들이 나머지 무선 채널을 사용하고 있는지 여부를 확인하기 위해 Inactive 구간 동안 다른 이용 가능한 무선 채널을 스캔하는 단계; 및 스캔 구간 동안 수신된 데이터 프레임을 분석하여 다른 WSS들의 존재를 간접적으로 인식하되, 비콘 프레임 충돌이 인지되면, 스캔한 유휴 채널에서 자신의 WSS에 속하는 해당 디바이스와 다시 네트워크를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 데이터 충돌을 감지한 후 유휴 채널로 이동하여 통신을 계속 수행하도록 할 수 있어서, 특정 지연 시간 후 수신한 데이터 프레임의 수가 계속 증가하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 시뮬레이션 시간에 따른 수신 데이터 프레임의 총합을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 패킷 손실률에 따른 전송 성공률을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

UWB 기반의 와이 미디어(WiMedia)와 무선 USB 네트워크는 어플리케이션에 따라 같은 무선 환경에서 공존할 수 있으며, 서로 통신이 필요할 수도 있고, 원거리에 존재할 경우라도 이들 네트워크 간 통신이 필요할 수도 있다.

이를 위해, 와이미디어 연합은 와이미디어 물리계층을 이용하여 네트워크 계층의 패킷을 전송하기 위한 프레임 포맷과 요구사항을 포함하는 WLP(WiMedia Logical Link Protocol)규격을 정의함으로써, UWB 기반의 와이 미디어와 무선 USB 네트워크 간 통신이 가능하도록 하였다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 시뮬레이션 시간에 따른 수신 데이터 프레임의 총합을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 패킷 손실률에 따른 전송 성공률을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서는 인접한 지역에 다수의 WPAN(Wireless Personal Network, 근거리 무선 개인 통신망, Bluetooth, Zigbee, UWB)들이 공존하고, 동시에 동작한다.

즉, 모든 WPAN들은 와이 미디어 물리계층을 이용하며, 각각의 어플리케이션을 위해 독립적으로 동작한다.

또한, 각 WPAN은 한 개의 Bridge 디바이스를 포함하고, 한 개의 Bridge 디바이스는 이더넷을 이용하여 외부의 네트워크와 통신한다.

이들 WPAN들은 WSS라 한다.

무선 USB 프로토콜을 사용하는 WSS에서는 무선 USB 호스트가 Bridge 디바이스의 역할도 수행한다.

와이 미디어 프로토콜을 사용하는 WSS에서는 외부와 이더넷으로 연결된 디바이스가 Bridge 디바이스의 역할을 수행하며, 이들 bridge 디바이스들이 WSS를 초기화하고 구성한다.

본 발명은 inactive 구간 동안 다른 이용 가능한 무선 채널을 스캔하고, 디바이스가 비콘 프레임 충돌을 인지하면, bridge 디바이스가 스캔한 유휴 채널에서 자신의 WSS에 속하는 해당 디바이스와 다시 네트워크를 형성하는 것이다.

이를 위해 bridge 디바이스는 다른 디바이스들이 나머지 무선 채널을 사용하고 있는지 여부를 체크하고, 스캔 구간 동안 수신된 데이터 프레임을 분석하여 다른 WSS들의 존재를 간접적으로 인식한다.

WSS를 구성하는 네트워크인 와이미디어와 무선 USB 표준은 슈퍼프레임 내에 별도의 inactive 구간을 정의하지 않았다.

따라서 본 발명은 유휴 채널을 스캔하기 위한 구간을 와이미디어와 무선 USB를 구분하여 정의한다.

와이미디어의 데이터 전송 구간은 크게 PCA(Prioritized Contention Access)구간과 DRP(Distributed Reservation Protocol)구간으로 분류된다.

PCA 구간은 경쟁구간이기 때문에 언제 데이터가 수신될지 알 수 없으므로, 이 구간에서 bridge 디바이스는 유휴 채널을 검색하기 위해 다른 무선 채널로 이동할 수 없다.

DRP 구간은 데이터를 경쟁 없이 교환하기 위해 특정 디바이스들이 예약하는 구간이므로, 이 구간에서 bridge 디바이스는 자신이 예약한 구간이 아닐 경우 데이터를 수신할 수 없다.

따라서, 본 발명은 다른 디바이스들에 의해 예약된 DRP 구간을 inactive 구간으로 정의하고 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행한다.

무선 USB 네트워크의 경우 WiMedia MAC의 슈퍼프레임 내에서 특정 데이터 전송 구간만을 사용하기 때문에, WUSB 호스트는 자신의 WUSB 클러스터가 사용하는 구간을 제외한 나머지 구간을 inactive 구간으로 정의하고 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행한다.

충돌을 감지한 디바이스는 자신이 속한 WSS의 bridge 디바이스에게 충돌이 발생하는 상황을 알려야 한다.

본 발명에서는 충돌 사실을 bridge 디바이스에게 알리기 위한 새로운 WSS Collision IE를 제안한다.

충돌을 감지한 디바이스는 충돌이 발생한 구간을 Collision Period Bitmap 필드에 표시한 후, 비콘 프레임에 포함시켜 Bridge 디바이스에 전송한다.

WSS Collision IE를 수신한 Bridge 디바이스는 유휴 채널 중 하나를 선택하여 이동할 채널을 WSS 내의 디바이스들에게 알린다.

Bridge 디바이스가 WSS 멤버들에게 채널이동에 대한 정보를 제공하기 위해, Channel Change IE를 자신의 비컨에 포함시켜 브로드캐스팅한다.

Bridge 디바이스는 이동할 채널의 정보를 New Channel Number 필드에 저장하며, 이동할 superframe의 Channel Change Countdown 필드에 저장하여 WSS 멤버들에게 알린다.

Channel Change IE를 수신한 WSS 멤버들은 지정된 Superframe구간에서 지정된 채널로 이동하여 기존의 통신을 계속 수행한다.

시간의 흐름에 따라 디바이스가 수신한 데이터 프레임의 수를 비교하면, 도 1에 도시된 바와 같다.

기존의 프로토콜 표준에서는 데이터 프레임의 충돌이 발생하면 더 이상 데이터를 수신하지 못하기 때문에, 수신한 데이터 프레임 수의 합이 더 이상 증가하지 않는다.

그러나, 본 발명의 다중 채널 스케쥴링 방법은 데이터 충돌을 감지한 이후 유휴채널로 이동하여 통신을 계속 수행하기 때문에, 잠깐의 지연 시간 이후에 수신한 데이터 프레임의 수가 계속 증가한다.

delivery success rate대 패킷의 손실률은 도 2에 도시된 바와 같다. 본 발명의 성능을 분석하기 위해, delivery success rate을 사용하였으며 그 정의는 수학식 1과 같다.

시뮬레이션 결과 전송 에러율이 0%일 경우, delivery success rate은 98.19%이며, 전송 에러율이 20%일 경우, delivery success rate은 77.14%이다. 전송 에러율에 따른 데이터 프레임의 손실율을 고려할 경우, 본 발명이 적용된 디바이스는 단지 2.86%의 데이터 프레임만을 잃게 된다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (3)

1. UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 와이 미디어 및 무선 UWB네트워크 간 공존 방법에 있어서,
   특정 지역에 적어도 2개 이상의 WPAN(Wireless Personal Network, 근거리 무선 개인 통신망)들이 공존하고,
   각 WPAN은 WSS이며, 와이 미디어 물리계층을 이용하고, 각각에 포함된 어플리케이션을 위해 독립적으로 동시에 동작하며, 한 개의 Bridge 디바이스를 포함하고,
   각 Bridge 디바이스는 이더넷을 이용하여 외부의 네트워크와 통신하며,
   무선 USB 프로토콜을 사용하는 WSS는 무선 USB 호스트가 Bridge 디바이스의 역할을 수행하고,
   와이 미디어 프로토콜을 사용하는 WSS는 외부와 이더넷으로 연결된 디바이스가 Bridge 디바이스의 역할을 수행하며,
   각 bridge 디바이스는 WSS를 초기화 및 구성하고, 다른 디바이스들이 나머지 무선 채널을 사용하고 있는지 여부를 확인하기 위해 Inactive 구간 동안 다른 이용 가능한 무선 채널을 스캔하는 단계; 및
   스캔 구간 동안 수신된 데이터 프레임을 분석하여 다른 WSS들의 존재를 간접적으로 인식하되, 비콘 프레임 충돌이 인지되면, 스캔한 유휴 채널에서 자신의 WSS에 속하는 해당 디바이스와 다시 네트워크를 형성하는 단계
   를 포함하는 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법.
2. 제1항에 있어서,
   유휴 채널을 스캔하기 위한 구간은 와이미디어와 무선 USB를 구분하여 정의하되,
   와이미디어의 데이터 전송 구간은 PCA(Prioritized Contention Access)구간과 DRP(Distributed Reservation Protocol)구간으로 분류되고,
   PCA 구간에서 bridge 디바이스는 유휴 채널을 검색하기 위해 다른 무선 채널로 이동할 수 없으며,
   DRP 구간에서 bridge 디바이스는 자신이 예약한 구간이 아닐 경우 데이터를 수신할 수 없고,
   상기 스캔하는 단계는,
   다른 디바이스들에 의해 예약된 DRP 구간을 상기 inactive 구간으로 정의하고 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행하되,
   상기 무선 USB 네트워크의 경우, 와이 미디어 맥(WiMedia MAC)의 슈퍼프레임 내에서 특정 데이터 전송 구간만을 사용하기 때문에, 상기 무선 USB 호스트가 자신의 WUSB 클러스터가 사용하는 구간을 제외한 나머지 구간을 상기 inactive 구간으로 정의하고 해당 구간에서 유휴 채널 스캔을 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 형성하는 단계는,
   충돌을 감지한 디바이스가 충돌이 발생한 구간을 Collision Period Bitmap 필드에 표시한 후, 비콘 프레임에 포함시켜 Bridge 디바이스에 전송하는 단계;
   Bridge 디바이스가 이동할 채널의 정보를 New Channel Number 필드에 저장하고, 이동할 superframe의 Channel Change Countdown 필드에 저장하여 WSS 멤버들에게 알리는 단계; 및
   Channel Change IE를 수신한 WSS 멤버들이 지정된 Superframe구간에서 지정된 채널로 이동하여 기존의 통신을 계속 수행하는 단계를 포함하는 것
   인 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 알리는 단계는,
   WSS Collision IE를 수신한 Bridge 디바이스가 유휴 채널 중 하나를 선택하여 이동할 채널에 대한 정보를 WSS 내의 디바이스들(WSS 멤버들)에게 제공하기 위해, Channel Change IE를 자신의 비컨에 포함시켜 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 것
   인 UWB기반 네트워크에서 다중채널 스케줄링을 이용한 네트워크 간 공존 방법.

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