KR20160129205A - 중계에 기반한 분산 시간 동기 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

주파수 미러링을 이용한 동기화 방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 동기화 시스템은 주파수 미러링 기법을 이용한 중계국을 이용하여 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보를 전송한다. 또한, 기준국과 중계국, 중계국과 단말기간의 시간 지연을 측정하고, 시간 지연과 기준 시간에 대한 정보를 이용하여 동기화를 수행한다. 개시된 동기화 방법 및 시스템은 단말기가 기준국으로부터 기준 시간에 대한 정보를 직접 수신하지 못하거나, 단말기에 타임 슬롯이 할당되지 않은 경우에도 시간 동기를 획득할 수 있다.

Description

중계에 기반한 분산 시간 동기 방법 및 시스템 {RELAY-BASED DISTRIBUTED TIME SYNCHRONIZATION METHOD AND SYSTEM}
하기의 실시예들은 시간 동기 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 분산 네트워크 환경에서 중계기를 이용하여 시간 동기를 확보하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 미래창조과학부 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:S-2015-A0403-00016, 과제명: 항공우주노드 통신 중계를 활용한 측위/통신 융합 기술].
위성을 이용한 통신 망에서는 위성을 이용하여 시간 동기를 획득한다. 시간 동기 절차에서, 위성은 기준국과 메시지를 송수신하는데, 제1 타임 슬롯 동안에 메시지를 전송하고, 제2 타임 슬롯 동안에 메시지를 수신하므로 단말기가 동기를 획득하기 위하여 2개 이상의 타임 슬롯이 필요하다. 따라서 시간 동기를 확보하기 위하여 많은 시간이 소요되고, 서비스의 품질이 저해된다.
또한 메쉬 구조의 분산 통신망에서는 단말기들이 기준국으로부터 직접 기준 시간에 대한 정보를 수신하기 어려우므로 시간 동기를 확보하기 위해 많은 어려움이 있었다. 전송 지연이 긴 환경에서는 전송되는 횟수가 많을수록 시간 동기 획득까지의 지연이 크게 발생하며 이에 따라 정확도가 떨어질 수 있다.
뿐만 아니라, 종래의 기술들에 따르면, 단말기는 시간 동기를 획득하기 위하여 반드시 타임 슬롯을 할당 받아야만 했다. 따라서, 타임 슬롯을 할당 받기 위한 제어 신호의 송수신 등에 불필요한 리소스를 낭비하는 경우도 많아 시간 동기를 획득하기 위한 절차가 번거롭고, 시간도 많이 소모하였으며, 정확도도 높지 않았다.
전시 및 재난 발생 등 비상 상황에서 분산 네트워크 기반의 재난 대응 통신을 구현하기 위한 네트워크 프로토콜의 일종으로서 미국등록특허 제 8,078,162 호 "AIRBORNE WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS, AIRBORNE COMMUNICATION METHODS, AND COMMUNICATION METHODS" 가 제안된 바 있다. 상기 선행기술은 지향성 빔 및 지향성 안테나를 이용하여 재난 지역의 coverage를 높이고자 하는 기술로서, 항공기에 탑재된 형태의 중계국이 재난 지역을 둘러싸고 순회 비행하면서 재난 지역에 대한 coverage를 높이는 기법을 제안하였다.
그러나 선행기술에 의하더라도 비상 상황의 멀티 홉 네트워크에서는 시간 동기를 획득하기 위해서는 별도의 타임 슬롯을 할당받아야 하며, 이 과정에서 많은 시간 리소스를 소비해야 하는 문제점이 여전하다.
미국등록특허 제8,078,162호 (등록일 2011.12.13)
하기의 실시예들의 목적은, 단말기가 기준국으로부터 기준 시간에 대한 정보 및 왕복 시간을 수신하지 못하는 경우에도 동기화를 수행하는 것이다.
하기의 실시예들의 목적은, 단말기가 타임 슬롯을 할당 받지 못한 경우에도 시간 동기를 획득하는 것이다.
하기의 실시예들의 목적은 분산 환경에서 단말기가 실시간으로 정확한 시간 동기를 획득하는 것이다.
예시적 실시예에 따르면, 중계국을 경유하여 기준국과 동기화하는 단말기에 있어서, 상기 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보 및 상기 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간(RTT: Round Trip Time)을 상기 중계국을 경유하여 수신하는 수신부, 상기 기준 시간에 대한 정보 및 상기 제1 왕복 시간에 기반하여 상기 중계국의 가상 기준 시간을 설정하는 가상 기준 시간 설정부, 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 왕복 시간 측정부, 상기 가상 기준 시각 및 상기 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정하고, 상기 단말기가 상기 기준국 또는 상기 기준국과 동기화된 제2 단말기로부터 데이터를 수신한 시간과 상기 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출하는 타이밍 오차 산출부 및 상기 산출된 타이밍 오차에 기반하여 상기 기준 시간에 동기화하는 동기화부를 포함하는 단말기가 제공된다.
여기서, 상기 단말기에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 전송부를 더 포함하고, 상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하고, 상기 왕복 시간 측정부는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 전송부는 상기 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송할 수 있다.
또한, 전송부 및 제3 단말기에 할당된 타임 슬롯을 오버히어(overhear)하여 상기 타임 슬롯이 사용되고 있는지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하고, 상기 타임 슬롯이 상기 제3 단말기에 의해 사용되지 않는 경우에, 상기 전송부는 상기 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하고, 상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하고, 상기 왕복 시간 측정부는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 전송부는 상기 타임 슬롯 내의 제1 시간 구간 동안에 상기 제1 데이터를 전송하고, 상기 수신부는 상기 타임 슬롯 내의 제2 시간 구간 동안에 상기 제2 데이터를 수신하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 상기 중계국으로부터 상기 단말기까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 상기 제1 시간 구간으로부터 지연될 수 있다.
그리고, 상기 가상 기준 시간 설정부는 상기 제1 왕복 시간의 절반을 상기 기준 시간에 더하여 상기 가상 기준 시간을 설정할 수 있다.
또한, 상기 타이밍 오차 산출부는 상기 제2 왕복 시간의 절반을 상기 가상 기준 시간에 더하여 상기 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 중계국을 경유하여 기준국과 연결된 단말기가 상기 기준국과 동기화하는 방법에 있어서, 상기 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보 및 상기 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간(RTT: Round Trip Time)을 상기 중계국을 경유하여 수신하는 단계, 상기 기준 시간에 대한 정보 및 상기 제1 왕복 시간에 기반하여 상기 중계국의 가상 기준 시간을 설정하는 단계, 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 단계, 상기 가상 기준 시각 및 상기 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정하는 단계, 상기 단말기가 상기 기준국 또는 상기 기준국과 동기화된 제2 단말기로부터 데이터를 수신한 시간과 상기 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출하는 단계 및 상기 산출된 타이밍 오차에 기반하여 상기 기준 시간에 동기화하는 단계를 포함하는 동기화 방법이 제공된다.
여기서, 상기 단말기에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 단계 및 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단계는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 제1 데이터를 전송하는 단계는 상기 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송할 수 있다.
또한, 제3 단말기에 할당된 타임 슬롯을 오버히어(overhear)하여 상기 타임 슬롯이 사용되고 있는지 여부를 판단하는 단계, 상기 타임 슬롯이 상기 제3 단말기에 의해 사용되지 않는 경우에, 상기 전송부는 상기 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 단계 및 상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단계는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 제1 데이터를 전송하는 단계는 상기 타임 슬롯 내의 제1 시간 구간 동안에 상기 제1 데이터를 전송하고, 상기 제2 데이터를 수신하는 단계는 상기 타임 슬롯 내의 제2 시간 구간 동안에 상기 제2 데이터를 수신하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 상기 중계국으로부터 상기 단말기까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 상기 제1 시간 구간으로부터 지연될 수 있다.
그리고, 상기 가상 기준 시간을 설정하는 단계는 상기 제1 왕복 시간의 절반을 상기 기준 시간에 더하여 상기 가상 기준 시간을 설정할 수 있다.
또한, 상기 로컬 기준 시간을 설정하는 단계는 상기 제2 왕복 시간의 절반을 상기 가상 기준 시간에 더하여 상기 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다.
하기의 실시예들에 따르면, 단말기가 기준국으로부터 기준 시간에 대한 정보 및 왕복 시간을 수신하지 못하는 경우에도 단말기는 시간 동기를 획득할 수 있다.
하기의 실시예들에 따르면, 단말기가 타임 슬롯을 할당 받지 못한 경우에도 시간 동기를 획득할 수 있다.
하기의 실시예들에 따르면, 중계국이 이동하는 경우에도 신속하게 동기화를 수행하여 동기화의 성공률 및 정확성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 하기의 실시예들에 따르면 단말기가 중계국을 경유하여 실시간으로 시간 동기를 정확하게 획득할 수 있다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 동기화 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따라서 중계국이 주파수 미러링 기법을 사용하는 경우 왕복 시간을 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 또 다른 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 5는 또 다른 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 7은 또 다른 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 8은 또 다른 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 동기화 시스템을 도시한 도면이다.
예시적 실시예에 따른 동기화 시스템은 기준국(110), 중계국(120) 및 단말기(130, 140)을 포함한다.
기준국(110)은 기준 시간을 설정한다. 단말기(130)는 기준 시간에 맞춰 동기화해야만 다른 단말기(140)나 중계국(120)과 통신할 수 있다. 일반적인 경우, 기준국(110)은 기준 시간을 설정하고, 설정된 기준 시간을 중계국(120) 및 단말기(130, 140)로 전송한다. 중계국(120) 및 단말기(130, 140)는 기준국(110)으로부터 수신한 기준 시간에 따라 동기화하여 다른 단말기(140)나 중계국(120)과 통신할 수 있다.
그러나, 경우에 따라서 단말기(130)는 기준국(110)으로부터 기준 시간에 대한 정보를 수신할 수 없을 수 있다. 예시적 실시예에 따르면, 단말기(130)는 중계국(120)을 경유하여 기준 시간에 대한 정보를 수신할 수 있고, 수신된 기준 시간에 대한 정보를 이용하여 기준국(110)과 동기화할 수 있다.
일측에 따르면, 기준국(110)은 기준 시간에 대한 정보를 제1 주파수로 변조하고, 제1 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보를 중계국(120)으로 전송할 수 있다. 중계국(120)은 제1 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보를 수신하고, 이를 제2 주파수로 변조할 수 있다. 즉, 중계국(120)은 기준 시간에 대한 정보를 기저대역(baseband)로 변조하지 않고, 제1 주파수에서 제2 주파수로 직접 변조한다. 이와 같이 직접 변조하는 경우, 중계국(120)은 기저대역의 처리를 생략할 수 있으며, 중계국(120)는 제1 주파수 및 제2 주파수와 같은 RF 대역의 처리만을 위한 부품만을 탑재하므로, 소형화, 경량화 할 수 있다. 이에 따라, 중계국(120)은 높은 탑 위에 설치하거나, 위성 등에 탑재하기 용이하며, 풍선, 비행선, 드론 등을 이용하여 공중에 설치될 수도 있다.
중계국(120)이 제1 주파수로 변조된 데이터를 제2 주파수로 직접 변조하는 경우, 변조에 소요되는 시간 지연은 극히 작은 값으로 무시할 수 있다. 중계국(120)은 데이터에 대해서는 아무런 처리를 하지 않으므로, 중계국(120)이 수신한 제1 주파수로 변조된 데이터의 내용과 중계국(120)이 전송하는 제2 주파수로 변조된 데이터의 내용은 동일하다.
중계국(120)은 제2 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보를 단말기(130)로 전송한다. 단말기(130)는 제2 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보를 수신하고, 기저대역으로 복조한다. 단말기(130)는 복조된 기준 시간에 대한 정보를 디코딩하여 기준국(110)이 생성한 기준 시간을 파악할 수 있다.
중계국(120)은 기준 시간에 따라 동기화하여 기준국(110), 중계국(120) 또는 다른 단말기(140)와 통신할 수 있다.
예시적 실시예에 따르면, 기준국(110)에서 생성한 기준 신호에 대한 정보는 중계국(120)을 경유하여 단말기(130)로 전송된다. 단말기(130)로 전송된 기준 신호에 대한 정보는 전송 과정에서 지연된 것이므로, 단말기(130)는 전송 과정에서의 지연 시간을 알아야만 정확히 동기화 할 수 있다.
일측에 따르면, 기준국(110)은 기준국(110)으로부터 중계국(120)까지의 제1 왕복 시간(RTT: Return Trip Time)을 측정하고, 측정된 제1 왕복 시간을 기준 시간에 대한 정보와 함께 중계국(120)으로 전송할 수 있다.
단말기(130)는 중계국(120)을 경유하여 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 수신할 수 있다. 또한, 단말기(130)는 단말기(130)로부터 중계국(120)까지의 제2 왕복 시간을 측정하고, 측정된 제2 왕복 시간에 기반하여 동기화를 수행할 수 있다.
단말기(130)가 단말기(130)로부터 중계국(120)까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서는 이하 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 예시적 실시예에 따라서 중계국이 주파수 미러링 기법을 사용하는 경우 왕복 시간을 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 2는 단말기가 단말기로부터 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서 설명하지만, 기준국도 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간을 유사한 방법으로 측정할 수 있다.
단말기(210)는 타임 슬롯(241~242) 내에 포함된 제1 시간 구간(251)동안에 제1 주파수로 변조된 데이터를 중계국으로 전송한다.
중계국(220)은 단말기(210)로부터 중계국(220)까지의 전송으로 인한 시간 지연 이후에 제1 주파수로 변조된 데이터를 수신한다. 중계국(220)은 제1 주파수로 변조된 데이터를 제2 주파수로 변조한다. 중계국(220)은 제2 주파수로 변조된 데이터를 단말기(210)로 전송한다. 단말기(210)는 타임 슬롯(241~242) 내에 포함된 제2 시간 구간(252) 동안에 제2 주파수로 변조된 데이터를 수신한다.
중계국(220)이 제1 주파수로부터 제2 주파수로 변조하는 시간은 무시할 수 있을 정도로 극히 짧은 시간이다. 따라서, 단말기(210)가 데이터를 전송한 시간으로부터 단말기(210)가 데이터를 수신한 시간의 차이는 전송 지연에만 영향 받는다. 따라서, 단말기(210)는 제2 왕복 시간(253)을 정확히 측정할 수 있다.
단말기(210)는 단말기(210)가 데이터를 전송한 시간으로부터 전송 장치(410)가 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 단말기(210)로부터 중계국(220)까지의 제2 왕복 시간(253)을 측정할 수 있다.
도 2에는 도시되지 않았으나, 기준국도 도 2에 도시된 바와 유사한 방법을 이용하여 기준국으로부터 중계국(220)까지의 제1 왕복 시간을 측정할 수 있다. 이 경우에, 기준국은 기준 시간에 대한 정보와 제1 왕복 시간을 중계국(220)으로 전송할 수 있다.
중계국(220)은 기준국으로부터 수신한, 기준 시간에 대한 정보와 제1 왕복 시간을 단말기로 전송할 수 있다. 일측에 따르면, 중계국(230)은 기준 시간에 대한 정보와 제1 왕복 시간을 제3 주파수로 변조하여 단말기(210)로 전송할 수 있다.
중계국(230)은 타임 슬롯(241~242) 동안에 반복하여(261, 262, 263, 264) 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 전송할 수도 있다. 이 경우에, 단말기(210)는 하나의 타임 슬롯(241~242) 동안에 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 수신하며, 또한 제2 왕복 시간을 측정할 수도 있다. 따라서, 단말기(210)는 하나의 타임 슬롯(241~242) 동안에 중계국(220)을 경유한 동기 획득 절차를 마무리할 수 있다.
일측에 따르면, 중계국(220)은 풍선, 비행선, 드론 등을 이용하여 공중에 설치될 수 있으며, 빠른 속도로 이동할 수도 있다. 따라서, 중계국(220)의 위치는 시간에 따라 변경될 수 있으며, 동기 획득 절차에 시간이 많이 소요되는 경우, 단말기(210)는 정확히 동기화하지 못할 수도 있다. 예시적 실시예에 따르면, 단말기(210)는 하나의 타임 슬롯 동안에 동기화를 수행할 수 있어 동기 획득의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
예시적 실시예에 따른 단말기(300)는 수신부(310), 가상 기준 시각 설정부(320), 왕복 시간 측정부(330), 타이밍 오차 산출부(340) 및 동기화부(350)를 포함할 수 있다.
수신부(310)는 기준국(370)이 생성한 기준 시간에 대한 정보를 중계국(360)을 경유하여 수신한다. 또한, 수신부(310)는 기준국(370)으로부터 중계국(360)가지의 제1 왕복 시간을 중계국(360)을 경유하여 수신할 수 있다. 일측에 따르면, 기준국(370)은 도 2에서 설명된 실시예와 유사한 방법으로 기준국(370)으로부터 중계국(360)가지의 제1 왕복 시간을 측정할 수 있다.
기준국(370)은 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 제1 주파수로 변조할 수 있다. 중계국(360)은 제1 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 수신하고, 이를 제2 주파수로 변조할 수 있다. 중계국(360)이 제1 주파수로부터 제2 주파수로 변조하는 시간은 왕복 시간과 비교하면 극히 짧은 시간으로서, 무시할 수 있다.
중계국(360)은 제2 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 단말기(300)로 전송할 수 있다.
수신부(310)는 제2 주파수로 변조된 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 수신하고, 이를 기저대역으로 복조한다. 수신부(310)는 기준 시간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간을 디코딩한다.
가상 기준 시각 설정부(320)는 기준 식간에 대한 정보 및 제1 왕복 시간에 기반하여 중계국(360)의 가상 기준 시간을 설정한다. 일측에 따르면, 가상 기준 시각 설정부(320)는 하기 수학식 1과 같이 제1 왕복 시간의 절반을 기준 시간에 더하여 가상 기준 시간을 설정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001

여기서,
Figure pat00002
는 가상 기준 시간 설정부(320)가 설정하는 가상 기준 시간이고,
Figure pat00003
는 기준국(370)이 설정한 기준 시간이다. 또한,
Figure pat00004
는 제1 왕복 시간이다.
왕복 시간 측정부(330)는 단말기(300)로부터 중계국(360)까지의 제2 왕복 시간을 측정한다. 왕복 시간 측정부(330)는 도 2에서 설명된 실시예에 따라서 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
일측에 따르면 단말기(330)에는 타임 슬롯이 이미 할당되었을 수 있다. 이 경우에 왕복 시간 측정부(330)가 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 또 다른 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
예시적 실시예에 따른 단말기(400)는 전송부(410)를 더 포함한다. 수신부(420) 및 왕복 시간 측정부(430)는 도 3에서의 수신부(310) 및 왕복 시간 측정부(330)에 각각 대응된다. 또한 중계국(440)은 도 3에서의 중계국(360)에 대응된다.
전송부(410)는 단말기(400)에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제1 주파수로 변조된 제1 데이터를 중계국(440)으로 전송한다. 이 경우에, 전송부(410)는 타임 슬롯 내의 제1 시간 구간 동안에 제1 데이터를 중계국(440)으로 전송할 수 있다.
중계국(440)은 제1 주파수로 변조된 제1 데이터를 수신하고, 제1 데이터를 제2 주파수로 변조한다. 이하 제2 주파수로 변조된 제1 데이터를 간단히 제2 데이터라고 한다. 중계국(440)은 제2 주파수로 변조된 제2 데이터를 단말기(400)로 전송한다.
수신부(420)는 중계국(440)으로부터 제2 주파수로 변조된 제2 데이터를 수신한다. 일측에 따르면, 수신부(420)는 제1 데이터를 전송한 타임 슬롯과 동일한 타임 슬롯 내의 제2 시간 구간에 제2 데이터를 수신할 수 있다. 이 경우에, 제2 시간 구간은 제1 시간구간과 동일한 타임 슬롯에 포함되며, 단말기(400)로부터 중계국(440)까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 중계국(440)으로부터 단말기(400)까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 제1 시간 구간으로부터 지연된 시간 구간이다.
중계국(440)이 제1 주파수로부터 제2 주파수로 변조하는 시간은 무시할 수 있을 정도로 극히 짧은 시간이다. 따라서, 전송부(410)가 제1 데이터를 전송한 시간으로부터 수신부(420)가 제2 데이터를 수신한 시간의 차이는 전송 지연에만 영향 받는다. 그러므로, 왕복 시간 측정부(430)는 제1 시간 구간과 제2 시간 구간의 시간 차이로부터 제2 왕복 시간을 손쉽게 측정할 수 있다.
일측에 따르면 단말기(330)에는 타임 슬롯이 할당되어 있지 않을 수도 있다. 이 경우에 왕복 시간 측정부(330)가 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 또 다른 예시적 실시예에 따른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
예시적 실시예에 따른 단말기(500)는 수신부(510), 판단부(520), 전송부(530) 및 왕복 시간 측정부(530)을 포함한다. 수신부(510) 및 왕복 시간 측정부(540)는 도 3의 수신부(310) 및 왕복 시간 측정부(330)에 대응된다. 또한 중계국(560)은 도 3에서의 중계국(360)에 대응된다.
도 5에서, 단말기(500)에 타임 슬롯이 할당되지 않은 경우, 단말기(500)는 다른 단말기(550)에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제2 왕복 시간을 측정할 수 있다.
수신부(510)는 다른 단말기(550)에 할당된 타임 슬롯 동안에, 다른 단말기(550) 또는 중계국(560)으로부터 전송되는 신호를 수신한다.
판단부(520)는 다른 단말기(550)에 할당된 타임 슬롯을 오버히어링 하여 해당 타임 슬롯이 다른 단말기(550) 또는 중계국(560)에 의해 사용되고 있는지 여부를 판단한다.
만약 해당 타임 슬롯이 다른 단말기(550) 또는 중계국(560)에 의해 사용되고 있지 않은 경우에, 전송부(530)는 해당 타임 슬롯을 이용하여 제1 주파수로 변조된 제1 데이터를 제1 시간 구간 동안 중계국(560)으로 전송하고, 수신부(510)는 제2 주파수로 변조된 제2 데이터를 제2 시간 구간 동안 중계국(560)으로부터 수신할 수 있다. 왕복 시간 측정부(540)는 제1 시간 구간과 제2 시간 구간의 시간 차이로부터 제2 왕복 시간을 손쉽게 측정할 수 있다.
도 4 또는 도 5에서 전송부(410, 510)는 다른 단말기(550) 등이 중계국(560)으로 전송하는 신호와의 충돌을 방지하기 위하여 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송할 수 있다.
만약 여러 대의 단말기들이 중계국(560)으로 데이터를 전송한 경우, 충돌이 발생하고, 단말기(500)는 제2 데이터를 수신할 수 없다. 이 경우, 단말기(500)는 임의의 시간 동안 대기하고 다른 슬롯에서 다시 동기화를 수행할 수 있다.
타이밍 오차 산출부(340)는 가상 기준 시각 및 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다. 이 경우에, 타이밍 오차 산출부(340)는 하기 수학식 2와 같이 제2 왕복 시간의 절반을 가상 기준 시간에 더하여 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005

여기서,
Figure pat00006
은 타이밍 오차 산출부(340)가 설정하는 로컬 기준 시간이고,
Figure pat00007
는 가상 기준 시간 설정부(320)가 설정한 가상 기준 시간이다. 또한,
Figure pat00008
는 왕복 시간 측정부(330, 430, 540)가 측정한 제2 왕복 시간이다.
수신부(510)는 기준국(370), 중계국(360)으로부터 데이터를 수신한다. 또는 수신부(510)는 기준국(370)이나 중계국(360)과 동기화된 또 다른 단말기로부터 데이터를 수신할 수 있다.
이 경우에, 타이밍 오차 산출부(340)는 데이터를 수신한 시간과 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출한다.
동기화부(350)는 산출된 타이밍 오차에 기반하여 기준 시간에 동기화할 수 있다.
도 3 내지 5에서 설명된 실시예에 따르면, 단말기가 기준국으로부터 기준 시간에 대한 정보를 직접 수신하지 못한 경우에도 단말기는 기준국에 동기화할 수 있다. 또한, 단말기에 타임 슬롯이 할당되지 않은 경우에도 단말기는 기준국에 동기화할 수 있다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(S610)에서, 단말기는 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보 및 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간을 중계국을 경유하여 수신한다.
단계(S620)에서, 단말기는 중계국의 가상 기준 시간을 설정한다. 일측에 따르면, 단말기는 수학식 1과 같이 제1 왕복 시간의 절반을 기준 시간에 더하여 가상 기준 시간을 설정할 수 있다.
단계(S630)에서, 단말기는 단말기로부터 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정한다. 일측에 따르면, 단말기는 제1 데이터를 제1 주파수로 변조하고, 제1 주파수로 변조된 제1 데이터를 제1 시간 구간 동안 중계국으로 전송할 수 있다. 또한, 단말기는 제2 주파수로 변조된 제2 데이터를 제2 시간 구간 동안 중계국으로부터 수신할 수 있다.
여기서, 제2 데이터는 제1 데이터가 중계국에서 제2 주파수 대역으로 변조되어 생성된 것이다. 중계국이 제1 주파수를 제2 주파수로 변조하는 시간은 데이터 전송으로 인한 시간 지연에 비하여 극히 짧은 시간으로서 무시할 수 있는 시간이다. 따라서, 단계(S630)에서 단말기는 제1 시간 구간과 제2 시간 구간과의 시간 차이로부터 제2 왕복 시간을 손쉽게 측정할 수 있다.
일측에 따르면, 단말기에는 타임 슬롯이 이미 할당되었을 수 있다. 단말기가 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 또 다른 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(S710)에서, 단말기는 할당된 타임 슬롯 내에 포함된 제1 시간 구간 동안에 제1 데이터를 전송한다. 일측에 따르면 단말기는 다른 단말기 등이 중계국으로 전송하는 신호와의 충돌을 방지하기 위하여 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송할 수 있다.
단계(S720)에서, 단말기는 제2 시간 구간 동안에 제2 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 제2 시간 구간은 제1 시간구간과 동일한 타임 슬롯에 포함되며, 단말기로부터 중계국까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 중계국으로부터 단말기까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 제1 시간 구간으로부터 지연된 시간 구간이다.
단계(S630)에서, 단말기는 제1 시간 구간과 제2 시간 구간의 시간 차이로부터 제2 왕복 시간 구간을 측정할 수 있다.
일측에 따르면, 단말기에는 타임 슬롯이 할당되어 있지 않을 수도 있다. 이었을 수 경우에 단말기가 제2 왕복 시간을 측정하는 실시예에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 또 다른 예시적 실시예에 따른 동기화 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(S810)에서, 단말기는 다른 단말기에 할당된 타임 슬롯을 오버히어링 할 수 있다.
단계(S820)에서, 단말기는 해당 타임 슬롯이 다른 단말기 또는 중계국에 의해 사용되고 있는지 여부를 판단한다.
만약 해당 타임 슬롯이 다른 단말기 또는 중계국에 의해 사용되고 있지 않은 경우에, 단말기는 단계(S710)에서, 단말기는 할당된 타임 슬롯 내에 포함된 제1 시간 구간 동안에 제1 데이터를 전송한다. 또한, 단말기는 단계(S720)에서 제2 데이터를 수신할 수 있다. 이후 단말기는 단계(S630)에서 제2 왕복 시간 구간을 측정할 수 있다.
만약 해당 타임 슬롯이 다른 단말기 또는 중계국에 의해 사용되고 있는 경우에, 단말기는 임의의 시간 동안 대기할 수 있다. 단말기는 임의의 시간 이후에 다시 단계(S810)에서 오버히어를 시도할 수 있다.
단계(S640)에서, 단말기는 가상 기준 시각 및 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다. 이 경우에, 단말기는 상기 수학식 2와 같이 제2 왕복 시간의 절반을 가상 기준 시간에 더하여 로컬 기준 시간을 설정할 수 있다.
단계(S650)에서, 단말기는 기준국, 중계국으로부터 데이터를 수신한다. 또는 단말기는 기준국이나 중계국과 동기화된 또 다른 단말기로부터 데이터를 수신할 수 있다. 단말기는 데이터를 수신한 시간과 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출한다.
단계(S660)에서, 단말기는 산출된 타이밍 오차에 기반하여 기준 시간에 동기화할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 기준국
120: 중계국
130, 140, 300, 400, 500 : 단말기

Claims (15)

  1. 중계국을 경유하여 기준국과 동기화하는 단말기에 있어서,
    상기 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보 및 상기 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간(RTT: Round Trip Time)을 상기 중계국을 경유하여 수신하는 수신부;
    상기 기준 시간에 대한 정보 및 상기 제1 왕복 시간에 기반하여 상기 중계국의 가상 기준 시간을 설정하는 가상 기준 시간 설정부;
    상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 왕복 시간 측정부;
    상기 가상 기준 시각 및 상기 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정하고, 상기 단말기가 상기 기준국 또는 상기 기준국과 동기화된 제2 단말기로부터 데이터를 수신한 시간과 상기 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출하는 타이밍 오차 산출부; 및
    상기 산출된 타이밍 오차에 기반하여 상기 기준 시간에 동기화하는 동기화부
    를 포함하는 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말기에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 전송부
    를 더 포함하고,
    상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하고,
    상기 왕복 시간 측정부는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단말기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전송부는 상기 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송하는 단말기.
  4. 제1항에 있어서,
    전송부; 및
    제3 단말기에 할당된 타임 슬롯을 오버히어(overhear)하여 상기 타임 슬롯이 사용되고 있는지 여부를 판단하는 판단부
    를 더 포함하고,
    상기 타임 슬롯이 상기 제3 단말기에 의해 사용되지 않는 경우에, 상기 전송부는 상기 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하고,
    상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하고,
    상기 왕복 시간 측정부는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단말기.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전송부는 상기 타임 슬롯 내의 제1 시간 구간 동안에 상기 제1 데이터를 전송하고,
    상기 수신부는 상기 타임 슬롯 내의 제2 시간 구간 동안에 상기 제2 데이터를 수신하고,
    상기 제2 시간 구간은 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 상기 중계국으로부터 상기 단말기까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 상기 제1 시간 구간으로부터 지연된 단말기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가상 기준 시간 설정부는 상기 제1 왕복 시간의 절반을 상기 기준 시간에 더하여 상기 가상 기준 시간을 설정하는 단말기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 오차 산출부는 상기 제2 왕복 시간의 절반을 상기 가상 기준 시간에 더하여 상기 로컬 기준 시간을 설정하는 단말기.
  8. 중계국을 경유하여 기준국과 연결된 단말기가 상기 기준국과 동기화하는 방법에 있어서,
    상기 기준국이 생성한 기준 시간에 대한 정보 및 상기 기준국으로부터 중계국까지의 제1 왕복 시간(RTT: Round Trip Time)을 상기 중계국을 경유하여 수신하는 단계;
    상기 기준 시간에 대한 정보 및 상기 제1 왕복 시간에 기반하여 상기 중계국의 가상 기준 시간을 설정하는 단계;
    상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 제2 왕복 시간을 측정하는 단계;
    상기 가상 기준 시각 및 상기 제2 왕복 시간에 기반하여 로컬 기준 시간을 설정하는 단계;
    상기 단말기가 상기 기준국 또는 상기 기준국과 동기화된 제2 단말기로부터 데이터를 수신한 시간과 상기 로컬 기준 시간을 비교하여 타이밍 오차를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 타이밍 오차에 기반하여 상기 기준 시간에 동기화하는 단계
    를 포함하는 동기화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단말기에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 단계; 및
    상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단계는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 동기화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 데이터를 전송하는 단계는 상기 제1 데이터를 미리 설정된 값 이하의 전송 전력으로 전송하는 동기화 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    제3 단말기에 할당된 타임 슬롯을 오버히어(overhear)하여 상기 타임 슬롯이 사용되고 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 타임 슬롯이 상기 제3 단말기에 의해 사용되지 않는 경우에, 상기 전송부는 상기 타임 슬롯을 이용하여 제1 데이터를 상기 중계국으로 전송하는 단계; 및
    상기 수신부는 상기 데이터에 응답하여 상기 중계국으로부터 제2 데이터를 수신하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제2 왕복 시간을 측정하는 단계는 상기 제1 데이터를 전송한 시간과 상기 제2 데이터를 수신한 시간의 차이로부터 상기 제2 왕복 시간을 측정하는 동기화 방법.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 데이터를 전송하는 단계는 상기 타임 슬롯 내의 제1 시간 구간 동안에 상기 제1 데이터를 전송하고,
    상기 제2 데이터를 수신하는 단계는 상기 타임 슬롯 내의 제2 시간 구간 동안에 상기 제2 데이터를 수신하고,
    상기 제2 시간 구간은 상기 단말기로부터 상기 중계국까지의 전송에 따른 제1 시간 지연 및 상기 중계국으로부터 상기 단말기까지의 전송에 따른 제2 시간만큼 상기 제1 시간 구간으로부터 지연된 동기화 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 가상 기준 시간을 설정하는 단계는 상기 제1 왕복 시간의 절반을 상기 기준 시간에 더하여 상기 가상 기준 시간을 설정하는 동기화 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 로컬 기준 시간을 설정하는 단계는 상기 제2 왕복 시간의 절반을 상기 가상 기준 시간에 더하여 상기 로컬 기준 시간을 설정하는 동기화 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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