KR20170021767A - 통신 네트워크에서 프레임을 인코딩 및 디코딩하기 위한 방법 - Google Patents

통신 네트워크에서 프레임을 인코딩 및 디코딩하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노드에 의해 송출된 데이터 프레임을 수신하는 방법에 관한 것으로, 상기 노드에 있는 엔트리들을 포함하는 데이터베이스와 상기 프레임에 포함된 적어도 하나의 해시코드가 이 프레임을 디코딩하는데 사용된다.

Description

통신 네트워크에서 프레임을 인코딩 및 디코딩하기 위한 방법{METHODS FOR ENCODING AND DECODING FRAMES IN A TELECOMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 통신 네트워크, 특히 낮은 데이터 전송속도 네트워크에서 송신된 인코딩/디코딩 데이터의 영역에 속한다. 본 발명은 송신된 프레임들의 크기를 줄이기 위한 인코딩 및 디코딩 기술을 이용하는 방법에 관한 것이다.
이 방법은 원격장비로 송신될 측정을 수행하는 센서들의 경우에 특히 이점적이다.
사물 인터넷의 발전으로, 더욱더 많은 디바이스들이 연이어 또는 주기적으로 통신 네트워크에 연결되도록 요구된다. 이들 디바이스들은 종종 일반적으로 시간당 1회 송신되는 매우 소량의 데이터, 특히 수 바이트를 송수신할 필요가 있다.
최근까지, 이들 디바이스들은 하기와 같이 확장될 경우 M2M(Machine to Machine) 통신 네트워크들을 존속시킴으로써 정확하게 고려될 필요가 없었다:
- 일반적으로 높은 데이터 전송속도 사용에 의도된 셀룰러 데이터 네트워크, 가령 GPRS(General Packet Radio Service) 또는 3G(3rd generation). 이런 네트워크에 연결된 무선 디바이스들의 에너지 소모는 일반적으로 배터리 구동 센서들(가령 가스 또는 물 센서들)이 수년간 작동되어야 하는 세분시장에 적합하지 못하다;
- wMBUS(wireless M-BUS) 및 유사한 기술은 센서용의 대형 및 고가 배터리들을 필요로 하는 제한된 범위를 갖는다.
극히 좁은 주파수 대역(ultra-narrow frequency bands) 또는 스프레드 스펙트럼 기술을 이용한 신 무선기술들은 최근에 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 주파수 대역을 통한 매우 낮은 데이터 속도(일반적으로 초당 100에서 1000 비트)에 대해 (일반적으로 도시 영역내 1 내지 2km) 확장연결을 제공할 수 있었다.
그러나, 낮은 속도는 드문 스펙트럼 자원들을 동원하면서 상대적으로 긴 OTA(over-the-air) 송신시간을 수반한다. 따라서, 이들 낮은 데이터 전송속도의 M2M 네트워크들이 성공적이기 위해, 가능한 한 많이 송신된 데이터 프레임들의 크기를 줄이는 것이 필수적이다. 프레임 크기는, 특히 디바이스가 프레임을 송신할 때 단지 소량의 데이터만 송신할 경우, 링크 및 네트워크 층들에 대한 헤더들에 크게 의존한다. 셀당 센서들의 최대 개수는 송신된 프레임의 크기에 직접적으로 의존한다:
- 낮은 데이터 전송속도 네트워크는 종종 비동기화되고 낮은 충돌속도를 유지하고 정확하게 동작하기 위해 낮은 점유율(일반적으로 5% 미만의 채널 점유)의 채널을 필요로 한다. 채널 점유율은 단위시간당 송신된 메시지들의 개수에 비례하고 송신된 프레임들의 크기에 비례한다:
- 많은 국가들에서, ISM 스펙트럼규정은 모든 안테나가 주어진 시간 퍼센트 (일반적으로 약 1%)미만으로 송신할 것을 요구한다. 이는 일반적으로 양방향 네트워크를 지배하는 제한 요인이다. 여기서 다시, 기지국 안테나 점유 시간율은 단위시간당 안테나가 송신한 메시지들의 개수와 송신된 프레임의 크기에 비례한다.
유효한 낮은 데이터 속도에 대한 현재 최적화 시스템의 일예는 6LoWPAN (IPv6 Low power Wireless Personal Area Networks)이다. 이런 네트워크는 네트워크 엔드들과 코디네이터 간에 공유상태를 기초로 하고 또한 MAC(Medium Access Control)계층과 IP(Internet Protocol)계층 간에 중복을 이용한다.
MAC계층에서, 최적화 메카니즘은 어드레싱 센서들에 대한 더 작은 공간을 포함하나(가령, 64비트 대신 16비트), 이는 네트워크에서 가능한 센서들의 개수를 줄이는 결과를 갖는다.
그러나, 이런 시스템은 주어진 OSI(Open System Interconnection)계층 내에 다른 PDU(Potocol Data Unit) 필드들 간에 중복을 이용하지 않는다.
2개의 연속적으로 디코딩된 데이터 프레임들 간에 있는 정보의 중복도 또한 이용되지 않는다.
또한, 이들 시스템은 데이터 프레임의 각 요소의 명백한 압축해제를 제공하도록 설계되어 있다. 실제로, 모든 데이터를 디코딩하는데 필요한 모든 정보는 프레임에 직접 포함된다. 특별한 압축해제방법은 주로 각 프레임 요소에 제공되어 있다.
마지막으로, 기존의 기술들에서, 사용된 송수신 방법은 제한된 방식으로 수신된 신호들로부터 발행된 정보의 다양성을 이용한다. 이 정보는 일반적으로 한 수긴기에서 또 다른 수신기로 미그레이션("핸드오버"로 알려진 절차)을 구성하는데만 사용된다.
본 시스템은 M2M의 낮은 데이터 속도 무선통신을 위한 프레임들의 글로벌 크기를 줄이고 속도, 송신채널 점유시간 및 교환된 정보량에 대한 강한 구속조건들과 관련해 동작을 최적화하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 다수의 노드들(Tx1)에 연결된 네트워크에 송출된 데이터 프레임을 수신하는 방법으로서,
어드레스(ADD32) 및 시크릿(SSk)이 각 노드에 각각 할당되고, 상기 방법은:
- 프레임으로부터 인코딩 데이터와 프레임 해시코드를 추출하는 단계;
- 노드들에 대한 각각의 엔트리들로 데이터베이스를 찾는 단계; 및
- 적어도 하나의 데이터베이스 엔트리에 대해:
· 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터와 상기 엔트리에 포함된 시크릿을 포함한 요소들로부터 적어도 하나의 해시코드를 계산하는 단계;
· 계산된 해시코드를 프레임으로부터 추출된 프레임 해시코드와 비교하는 단계; 및
· 비교된 해시코드가 일치할 경우 상기 엔트리를 선택하는 단계;
- 프레임을 처리하는 단계를 포함하고,
엔트리는 노드에 할당된 어드레스와 시크릿을 포함한 정보를 담은 노드에 관한 것인 데이터 프레임을 수신하는 방법을 제안한다.
처리하는 단계는 프레임이 나온 노드에 할당된 어드레스인 것으로 선택된 엔트리에 포함된 어드레스의 식별 및 선택된 엔트리에 포함된 시크릿을 이용해 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터의 디코딩을 포함한다.
"노드"는 적어도 하나의 무선국과 관련된 데이터 획득 디바이스를 말하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서, 프레임의 무결성을 검증하는데 통상적으로 사용되는 해시코드도 또한 프레임을 송출한 디바이스의 어드레스를 식별하는데 기여하도록 이용된다. 따라서, 어드레스가 더 이상 헤더에 전체적으로 송신될 필요가 없기 때문에 헤더크기를 줄이는 것이 가능해진다.
가장 극적인 것은 더 이상 헤더에 전체 어드레스를 포함하지 않는다는 것이나, 이는 너무 큰 데이터베이스를 이용하기 위해 프레임의 수신을 담당하는 통신시스템을 필요로 할 수 있다.
프레임 크기와 프레임의 수신을 담당하는 시스템에 대한 부하를 최소화하는 것 간에 합리적인 타협은 헤더에 포함된 어드레스를 잘라내는 것이다. 예컨대, 헤더에서 어드레스 필드의 크기를 32 비트 대신 16비트로 줄일 수 있다. 따라서, 일실시예로, 불완전한 어드레스 데이터가 또한 프레임으로부터 추출되고 해시코드 게산 및 비교 단계들이 추출된 불완전한 어드레스 데이터에 해당하는 어드레스를 포함하는 데이터베이스로부터의 엔트리들에 대해 실행된다.
데이터베이스 엔트리에 대한 해시코드를 계산하기 위한 요소들도 또한 상기 엔트리에 포함된 어드레스의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
일실시예로, 노드에 관한 데이터베이스 엔트리에 포함된 정보는 또한 수신되고 상기 엔트리에 포함된 어드레스를 식별함으로써 처리된 프레임의 적어도 하나의 시퀀스 넘버의 포인터 정보를 포함한다. 일실시예로, 적어도 하나의 해시코드가 계산되는 요소들은 또한 상기 엔트리에 포함된 포인터 정보에 따라 결정된 정수를 포함한다.
따라서, 이전 프레임들을 디코딩하는 단계로부터 유추된 정보가 현재 프레임에 재사용될 수 있다. 디코딩되었을 경우 마지막 프레임으로부터의 시퀀스 넘버가 이전에 저장되었고, 새 프레임이 해시코드 계산 및 비교 단계에서 테스트될 시퀀스 넘버 또는 프레임 손실이 가능할 경우 시퀀스 넘버의 범위를 식별하기 위해 디코딩되면 읽어질 수 있다. 이는 프레임에 명백히 제공된 정보에 포함할 필요없이 프레임의 수신을 담당하는 시스템에 현재 프레임의 시퀀스 넘버를 알린다.
따라서, 프레임 처리는 식별된 어드레스로부터 송출된 일련의 프레임들 중에서 프레임의 시퀀스 넘버의 결정 및 프레임의 결정된 시퀀스 넘버에 따라 선택된 엔트리에 포함된 포인터 정보의 업데이트를 포함한다.
특별한 실시예로, 해시코드 계산 및 비교단계는 적어도 하나의 데이터베이스 엔트리에 대해 수차례 실행된다. 이들 단계들은 상기 엔트리에 포함된 포인터 정보에 의해 식별된 간격에서 선택된 각각의 정수들로 실행된다. 이 실시예에서, 데이터베이스 엔트리가 선택된 후, 프레임 시퀀스 넘버의 결정은 비교된 해시코드들이 일치하는 정수의 식별을 포함한다.
엔트리에 포함된 포인터 정보에 의해 식별된 간격의 크기는 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 사용된 계산능력에 따라 변할 수 있다.
또 다른 실시예로, 전력레벨 및/또는 프레임의 타임스탬프 정보가 평가된다. 프레임 처리는 그런 후 어드레스가 식별된 노드에 관한 엔트리에서 평가된 전력레벨 및/또는 타임스탬프 정보에 따라 전력정보의 업데이트를 포함한다.
타임스탬프 정보는 프레임 송신의 일시적 태양들에 대한 임의의 정보를 말한다. 이런 정보는 프레임 송신시간, 수신시간 등을 포함할 수 있다.
일반적으로, 이런 전력레벨은 수신된 신호의 신호대잡음비일 수 있고, 평균 에너지 또는 전력은 프레임의 수신에 해당하는 시간간격에 걸쳐 계산될 수 있다. 이 정보는 신호를 수신한 안테나에 관련 있다. 프레임의 수신을 담당하는 시스템은 다수의 안테나를 포함할 수 있고, 다수의 안테나들은 동일한 프레임을 수신할 수 있다. 따라서, 일실시예로, 어드레스가 식별된 노드에 대한 엔트리는 평가된 전력레벨에 따른 전력정보 및/또는 프레임을 수신한 각각의 안테나들에 대한 타임스탬프 정보를 포함한다.
또 다른 실시예로, 어드레스가 식별된 적어도 하나의 노드 송신 파라미터의 적응 메시지가 노드에 프레임의 수신을 담당하는 시스템에 의해 송신된다. 이 적응 메시지는 어드레스가 식별된 이 노드에 관한 엔트리에 포함된 정보에 따라 생성된다.
송신 파라미터는 노드에 의해 송출된 신호의 송신조건에 영향을 끼치는 임의의 가변적 특징을 말한다. 따라서, 적응 메시지는 송신채널, 송신전력, 스프레드 스펙트럼 요인 및 코딩 중복 중에서 적어도 하나의 요소를 변경하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
따라서 관리된 노드 활동이 합리화된다. 실제로, 적응 메시지는 노드와 모든 시스템 간에 프레임 송신조건들에 대한 특정 정보에 따라 생성되기 때문에, 매우 관련있는 적응 메시지를 생성할 수 있다. 전체적으로 관리되는 이들 적응 메시지들은 가령 네트워크 능력이 극대화되게 하거나 시스템의 전체 에너지 소비가 줄어들게 할 수 있다. 예컨대, 평가된 전력이 큰 노드는 적응 메시지를 수신해 너무 많은 에너지를 소비하지 않고 네트워크에 불필요하게 과부하가 걸리지 않도록 송출된 전력을 줄일 수 있다.
어드레스가 식별된 노드에 대한 엔트리는 또한 이점적으로 하기의 요소들:
- 노드의 지리적 위치의 표시; 및
- 노드에 고유한 확인응답수신 대기 및 주기시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 이런 표시는 전력 및/또는 타임스탬프 정보에 대한 데이터로부터 유추되거나 추정될 수 있다. 노드는 프레임의 송신에 이어 기설정된 기간 동안 확인응답 메시지의 수신을 위해 대기로 들어갈 수 있다. 따라서, 가능하게는 노드에 고유한 대기시간은 이 기설정된 대기기간에 해당할 수 있다. 그러므로, 확인응답의 송신을 담당하는 프레임의 수신을 맡고 있는 시스템은 확인응답에 의해 영향받는 노드들이 청취될 가능성이 있을 경우 정확한 시간에 확인응답을 송신할 수 있다. 이는 확인응답을 위한 예상된 채널송신 점유시간의 구체적 할당을 가능하게 한다. ISM 스펙트럼과 같은 점유시간 면에 매우 국한된 주파수들에 대해, 이 점유시간 최적화가 특히 이점적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 노드, 어드레스 및 상기 노드에 할당된 시크릿에 의해 데이터 프레임을 송신하는 방법으로서, 상기 방법은:
- 노드에 할당된 시크릿에 의해 데이터를 인코딩하는 단계;
- 인코딩 데이터와 노드에 할당된 시크릿을 포함한 요소들로부터 해시코드를 생성하는 단계; 및
- 송신 프레임에 인코딩 데이터와 생성된 해시코드를 포함하는 단계를 포함하는 데이터 프레임을 송신하는 방법이다.
일실시예로, 상기 방법은 또한:
- 불완전한 어드레스 데이터를 형성하기 위해 노드에 할당된 어드레스를 잘라내는 단계; 및
- 송신 프레임에 불완전한 어드레스 데이터를 포함하는 단계를 포함한다.
특별한 실시예로, 불완전한 어들세 데이터를 형성하도록 노드에 할당된 어드레스가 32비트에 걸쳐 있고 16비트 크기로 불완전한 어드레스 데이터를 형성하도록 잘라진다.
일실시예로, 해시코드가 계산되는 요소들은 또한 송신 프레임의 시퀀스 넘버를 포함하고, 송신 프레임의 상기 시퀀스 넘버는 송신 프레임으로부터 제외된다.
일실시예로, 노드는 프레임의 송신에 뒤이어 기설정된 기간 동안 확인응답 메시지를 수신하기 위해 대기모드로 들어갈 수 있다. 이 기설정된 기간은 이점적으로 노드에 의해 송신된 프레임을 철히고 이 프레임에 대한 확인응답을 보내도록 프레임의 수신을 맡고 있는 시스템에 의해 요구되는 처리시간(일반적으로 초 단위)에 해당한다. 이 기간은 일반적으로 1초다.
노드는 주기적으로 대기모드로 들어갈 수 있다. 예컨대, 노드는 매 2초마다 1초 동안 대기로 들어갈 수 있다. 따라서, ISM 스펙트럼 규제에 의해 부여된 제약들은 이점적으로 추가 관리노력 없이 배려된다. 실제로, 이 상황에서, 프레임의 수신을 맡고 있는 시스템의 안테나들은 노드의 청취구간이 개방일 경우에(이 노드가 대기에 있지 않을 때)만 송신된다. 이는 송신을 위해 차지된 시간 퍼센트를 실질적으로 줄이는 효과를 갖는다. 본 명세서에서, 송신을 위해 인가된 시간의 이 퍼센트는 대표적으로 ISM 스펙트럼에 대해 일반적으로 약 1%임이 주목된다.
본 발명은 또한 상술한 방법을 실행하기 위한 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은 다수의 노드들과 통신하기 위한 처리 및 최적화 유닛으로서,
- 네트워크의 노드들에 대한 각각의 엔트리들을 갖는 데이터베이스와의 인터페이스;
- 데이터 프레임을 수신하고 이로부터 인코딩 데이터 및 프레임 해시코드를 추출하기 위한 추출유닛;
- 데이터베이스로부터 적어도 하나의 엔트리에 대해:
· 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터와 상기 엔트리로부터 정보에 포함된 시크릿을 포함한 요소들로부터 적어도 하나의 해시코드를 계산하는 단계;
· 계산된 해시코드를 수신된 프레임으로부터 추출된 프레임 해시코드와 비교하는 단계; 및
· 비교된 해시코드가 일치할 경우 상기 엔트리를 선택하는 단계를 실행하도록 배열된 코드 검증기; 및
- 수신된 프레임이 나온 노드에 할당된 어드레스인 것으로서 선택된 엔트리에 담긴 어드레스를 식별하는 단계 및 선택된 엔트리에 담긴 시크릿을 이용해 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터를 디코딩하는 단계를 포함하는 처리를 실행하기 위해 수신된 프레임을 디코딩하기 위한 유닛을 포함하고,
엔트리는 노드에 할당된 어드레스와 시크릿을 포함한 정보를 담은 노드에 대한 것인, 처리 및 최적화 유닛에 의해 구현될 수 있다.
본 발명은 또한 다수의 노드들과 통신하기 위한 시스템으로서,
- 상기 노드들로부터 데이터 프레임을 포함하는 신호들을 수신하기 위한 복수의 안테나들; 및
- 데이터 프레임을 처리하기 위해 상술한 처리 및 최적화 유닛을 포함하는 시스템에 의해 구현될 수 있다.
따라서, 계산자원 면에서 고가인 데이터 프레임 처리단계들은 이점적으로 중앙집중된다. 또한, 처리속도 면에서 식별요인은 데이터베이스와 프레임의 디코딩을 담당하는 유닛 간에 연결이다. 실제로, 처리유닛은 프레임을 송출한 노드의 어드레스를 식별하기 위해 데이터베이스에 있는 모든 엔트리들을 스캔해야 한다. 중앙인 처리 및 최적화 유닛과 데이터베이스 간에 직접적이고 신속한 액세스가 더 쉽게 이행되며, 이는 실질적으로 프레임 처리시간을 줄인다.
본 발명은 또한 통신 네트워크, 노드에 할당된 어드레스 및 노드에 또한 할당된 시크릿을 통해 통신하기 위한 노드로서, 상기 노드는:
- 노드에 할당된 시크릿에 의해 데이터를 인코딩하는 유닛;
- 해시코드 생성기; 및
- 피송출 프레임의 생성기를 포함하고,
해시코드는 인코딩 데이터 및 노드에 할당된 시크릿을 포함한 요소들로부터 생성되고, 프레임은 인코딩 데이터와 생성된 해시코드를 포함하는 노드에 의해 구현될 수 있다.
일실시예로, 프레임은 또한 노드에 할당된 어드레스를 잘라냄으로써 얻은 불완전한 어드레스 데이터를 포함한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명과 예들을 읽고 도면을 검사할 때 명백해진다:
도 1a는 본 발명을 구현할 수 있는 노드의 일예의 개략도이다.
도 1b는 본 발명을 구현할 수 있는 시스템의 일예의 개략도이다.
도 1c는 본 발명을 구현할 수 있는 네트워크 인터페이스 디바이스의 일예의 개략도이다.
도 1d는 본 발명을 구현할 수 있는 프로세싱 및 최적화 유닛의 일예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예로, 본 발명에 따른 프레임을 보내는 방법의 단계들을 개략 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 예로, 본 발명을 구현할 수 있는 수신 방법의 단계들을 개략 도시한 것이다.
도 4는 본 발명을 구현할 수 있는 해시코드 비교방법의 일예로 노드의 식별 실시예의 일예를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 센서 및 액츄에이터 네트워크에서 아래의 비제한적인 적용으로 기술되어 있다. 센서들은 예컨대 지리적위치 물체 또는 사람에 대한 디바이스, 수도 또는 가스 분배망에 대한 측정도구, 공기 또는 소음품질 측정용 디바이스, 전자주차티켓 등이다. 이들 센서들 또는 액츄에이터들은 무선국에 통합되거나 연결된다. 본 명세서에서 무선국과 관련된 센서 또는 액츄에이터를 "노드"라 한다.
본 명세서에 기술된 방법은 노드에서 애플리케이션 서버로 그리고 애플리케이션 서버에서 노드로 디지털 신호 프레임의 통신에 관한 것이다. "시스템"은 애플리케이션 서버와 노드 간에 모든 디바이스들을 말하며, 상기 애플리케이션 서버와 노드는 상기 시스템으로부터 제외된다.
통신은 노드와 애플리케이션 서버 간에 양방향으로 발생할 수 있음이 주목된다. 업링크 통신은 애플리케이션 서버용 네트워크 송신기로서 이용되며 노드에 의해 시스템으로 송신된 통신이다. 다운링크 통신은 애플리케이션 서버용 네트워크 송신기로서 이용되며 시스템에 의해 노드로 송신된 통신이다.
일실시예로, 시스템은 단지 애플리케이션 서버와 함께 안테나와 네트워크 인터페이스 세트만 포함한다. 각 안테나는 도 3 및 도 4를 참조로 후술된 프레임들을 디코딩하는 단계를 실행하는 네트워크 인터페이스에 연결된다.
또 다른 실시예로, 시스템은 하나 이상의 처리 및 최적화 유닛에 의해 관리되는 안테나 및 네트워크 인터페이스 세트를 포함한다. 특히, 이들 처리 및 최적화 유닛은 도 3 및 도 4를 참조로 후술된 프레임들을 디코딩하는 단계를 실행한다. 처리 및 최적화 유닛은 안테나 및 네트워크 인터페이스와 구별된다. 이 처리 및 최적화 유닛은 통신채널을 통해 네트워크 인터페이스에 연결된다. 본 명세서에서, 네트워크 인터페이스는 종래 무선신호 형성단계들을 책임진다. 본 발명은 이 실시예를 참조로 하기에 기술되어 있다.
도 1a를 참조로, 센서(12)는 노드(Tx1)내 관심 데이터를 제공한다. 가령 32비트의 어드레스(ADD32)와 시크릿(SS)이 노드(Tx1)에 할당된다. 단지 노드로 알려진 다른 시크릿이 애플리케이션 데이터를 인코딩하기 위해 이 노드에 의해 사용될 수 있다. 센서(12)로부터 출력 후, 관심 데이터가 프로세서(14)에 제공되며, 이는 피송신 프레임들의 구성을 보장한다.
어드레스(ADD32)는 네트워크내 노드를 식별한다. 시크릿(SS)은 네트워크로 인증된 처리 및 최적화 유닛에만 접근할 수 있는 데이터베이스(DB3)에서 해당 어드레스와 관련해 할당되고 또한 기록된 노드로 단지 알려져 있다. 애플리케이션 시크릿은, 있다면, 애플리케이션 서버에만 알려진다.
노드(Tx1)의 프로세서(14)는 프레임들로 구성된 디지털 신호(B)를 생성하기 위해 관심 데이터를 처리한다. 노드(Tx1)의 무선주파수(RF) 송수신단(16)은 프로세서(14)로부터 각 프레임을 수신하여 그 자체로 공지된 방식으로 낮은 데이터 속도의 무선 M2M 통신에 적용된 무선신호를 형성, 변조 및 증폭시킨다. 이 무선신호는 노드(Tx1)의 안테나(18)를 통해 송신된다.
네트워크 노드(Tx1)의 프로세서(14)는 네트워크에서 센서의 어드레스(ADD32)와 관련된 시크릿(SS)이 기록되는 로컬 메모리(20)에 액세스한다. 이 메모리(20)는 또한 프로세서(14)가 생성한 마지막 프레임의 시퀀스 넘버(SN)를 포함한다. 노드가 생성한 프레임들은 연속으로 번호 매겨지며, 이는 처리 및 최적화 유닛이 시퀀스에 수신된 각 프레임들을 대체하게 할 수 있다.
도 1b에 도시된 시스템(Rx1)의 예는 무선신호를 수신하고 네트워크 인터페이스(26,30,34)에 각각 연결된 다수의 네트워크 안테나들(24,28,32)을 포함한다. 이들 네트워크 인터페이스는 무선신호를 처리하여 신호(Bt)에 포함된 디지털 프레임들을 생성한다. 신호(Bt) 프레임들은 송신에러를 제외하고 원격 노드들로부터의 신호(B)에 포함된 디지털 프레임과 유사하다. 그런 후, 이들 프레임들은 디코딩 데이터를 내보낸 처리 및 최적화 유닛(36)에 적용된다. 이들 데이터는 그런 후 일반적으로 고정 네트워크가 되는 또 다른 네트워크(NTW)를 통해 하나 이상의 애플리케이션 서버들로 보내질 수 있다.
여러 시스템 아키텍쳐들도 가능하다. 따라서, 도 1b에 상술한 바와 같이 여러 시스템들이 있을 수 있다. 다수의 처리 및 최적화 유닛들이 시스템에 있는 것도 또한 가능하다. 대안으로, 적어도 하나의 처리 및 최적화 유닛을 포함한 하나의 시스템이 모든 노드들을 관리할 수 있다.
처리 및 최적화 유닛(36)은 고려되는 노드들에 대한 엔트리들이 저장된 데이터베이스(DB3)에 액세스하기 위한 인터페이스(37)를 포함한다. 데이터베이스(DB3)에 포함된 엔트리(k)는 특히 노드(k)에 할당된 어드레스(ADD32(k))와 시크릿(SS(k)) 및 송신되고 처리 및 최적화 유닛(36)이 정확히 감지된 프레임 시퀀스에 대한 포인터 정보(P(k))를 포함한다.
가능한 실시예로, 포인터 정보(P(k))는 노드(k)로부터 이전에 수신된 프레임의 처리 동안 처리 및 최적화 유닛(36)에 의해 관찰된 최고 시퀀스 넘버(SN(k)), 즉, 노드(k)에 대한 최신 프레임들의 시퀀스 넘버로 구성된다.
또 다른 가능한 실시예로, 포인터 정보(P(k))는 시퀀스 넘버(SN(k))와 위치 비트(q)가 프레임 SN(k+q)이 (1) 또는 (0)이 수신되었는지를 나타내는 비트맵(BM(k))을 포함한다.
네트워크에 다수의 처리 및 최적화 유닛들이 있다면, 데이터베이스(DB3)는 이들 유닛들 간에 공유될 수 있다.
수신 인터페이스로 사용된, 도 1c를 참조로 본 명세서에 기술된 네트워크 인터페이스(26)는 소정 개수의 노드들로부터 무선신호를 안테나(24)로부터 수신하고 이들을 RF 송수신단(38)으로 그런 다음 종래의 필터링, 증폭, 역다중화 및 복조 연산들에 관여하는 입출력부(39)로 전달되어 디지털 프레임을 생성한다. 이들 프레임들은 그런 후 처리 및 최적화 유닛(36)과 함께 인터페이스 디바이스(42)에 의해 프레임들이 처리되길 대기하면서 일시적으로 상기 프레임을 저장하는 버퍼 스토리지(40)에 누적된다. 처리 및 최적화 유닛(36)으로의 통신이 이용가능하면, 디바이스(42)는 버퍼 스토리지(40)에 일시적으로 저장된 프레임 스택으로부터 프레임들을 추출하고 이들을 처리 및 최적화 유닛(36)으로 보낸다.
RF 송수신단은 또한 수신된 프레임의 송신조건들에 대한 정보를 평가하도록 설비될 수 있다. 일반적으로, 이런 정보는 수신된 신호의 전력레벨, 수신 타임스탬프, 수신 안테나 식별 등에 관한 것이다. 이 송신정보는 또한 버퍼 스토리지(40)에 임시로 저장된 다음 처리 및 최적화 유닛(36)이 이용가능한 경우 디바이스(42)에 의해 프레임과 함께 송신된다.
일반적으로, 수신 채널에 의해 이 평가가 수행되고 이 채널의 식별은 이 송신정보에 포함될 수 있다. 채널은 신호의 무선 속성들: 주파수 호핑 주파수 또는 패턴, 변조, 스프레드 및/또는 코딩 파라미터를 특징으로 하는데 사용된 임의의 정조를 말한다.
가능하게는 송신정보에 의해 수반된 디지털 프레임은 그런 후 입출력 인터페이스(44)를 통해 도 1d를 참조로 기술된 처리 및 최적화 유닛(36)에 의해 수신된다. 다수의 다른 처리 및 최적화 유닛들이 동일한 프레임을 디코딩해야 할 수 있다. 실제로, 2개의 다른 안테나들은 동일한 프레임을 수신하고 이들 프레임들을 (동일한 시스템내에 있거나 없는)2개의 다른 처리유닛들로 다시 보낸다. 처리 및 최적화 유닛 관리를 합리화하기 위해, 선택 디바이스(46)는 다른 처리유닛들에 제공된 유사한 디바이스들과 협력하기 위해 상기 처리 및 최적화 유닛들에 포함될 수 있어 이들 유닛들 중 단 하나만 소정 프레임을 디코딩하는데 사용된다. 이 디바이스(46)는 선택적이기 때문에 도 1d에 점선으로 나타나 있다.
이 처리 및 최적화 유닛 선택은 송신정보에 따라 수행될 수 있다. 처리 및 최적화 유닛은 서로 간에 안테나로부터 수신된 정보를 공유할 수 있다. 그러므로, 프레임을 디코딩하는 처리 및 최적화 유닛의 선택은 프레임을 수신한 적어도 하나의 안테나의 식별자 및 이 안테나에 의해 수시된 프레임의 전력레벨의 함수일 수 있다. 수단(46)에 의해 성능지수가 계산되고 다른 처리 및 최적화 유닛들을 선택하기 위해 모듈로부터 이들과 비교된다. 이 비교가 행해진 다음에, 최고 지수를 갖는 처리 및 최적화 유닛만이 프로세서(48)로 프레임의 전송을 인증한다. 선택은 또한 하기의 순서: 신호대잡음비; 수신전력; 프레임을 수신한 안테나의 식별자에 따른 사전식 알고리즘(lexicographical algorithm)에 의해 수행될 수 있다.
가능하게는 송신 정보에 의해 수반된 Bt 신호에 포함된 디지털 프레임들은 그런 후 프로세서(48)로 송신되어 디코딩된다. 절대 시간 기반을 정의하기 위한 모듈(49)이 Rx1 시스템에 사용된 디바이스들을 동기화하는데 사용된다. 예컨대, 이 모듈은 GPS(Global Positioning System) 타입일 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조로 하기에 명시된 바와 같이, 프로세서(48)는 이 프레임이 송신된 노드(k)의 어드레스를 식별한다. 여기서 노드(k)는 DB(3) 데이터베이스에서 엔트리(k)와 관련된 것이 주목된다. 그런 후 디코딩된 데이터가 NTW 네트워크를 통해 하나 이상의 애플리케이션 서버로 보내진다.
그런 후 시스템(Rx1)에서 동일한 처리 및 최적화 유닛(36)에 연결된 여러 안테나들(26,30,34)은 노드(k)로부터 동일한 프레임을 수신한다. 도 3 및 도 4를 참조로 하기에 기술된 바와 일치하는 일실시예로, 다수의 안테나들로부터 수신된 논디코딩 프레임들은 비교되고 디코딩하기 전에 동일한 프레임들 중에서 한 선택이 수행된다. 이 선택은 하나의 프레임, 가령 먼저 수신되거나 수신했던 안테나에 대한 송신정보가 가장 바람직한 프레임을 돌려보낸다.
변형으로, 이 동일한 프레임은 수신한 각 안테나에 대해 수차례 디코딩된다. 이 동일한 프레임을 수신한 안테나들 각각에 구체적인 송신정보는 그런 후 엔트리(k)에 수집된다. 예컨대, 서브-엔트리들의 넘버(e)는 노드(k)로부터 무선신호를 수신한 e 안테나들에 대한 송신정보를 저장하도록 엔트리(k) 내에 생성된다. 이 정보는 새 프레임이 노드(k)로부터 수신될 때마다 업데이트된다. 또 다른 예로, e 안테나에 대한 송신정보가 평균되고 그런 후 엔트리(k) 내에 저장된다.
J 번의 프레임의 수신시, 프레임 디코더(36)의 확인응답을 관리하기 위한 모듈(52)이 확인응답을 돌려보낸다. 노드(Tx1)의 모듈(22)은 RF단(16)에 연결되어 확인응답을 수신하고, 필요하다면, 소정 시간 후에 확인응답되지 않은 프레임들을 재송신한다. 다수의 동일한 프레임들이 디코딩되는 경우, 하나의 확인응답이 돌려보내진다. 확인응답 및 수신 프로세스는 당업자에 잘 알려져 있다.
시스템(Rx1)의 DB3 데이터베이스에서 포인터 정보(P(k))의 정확한 컨텐츠는 선택된 확인응답 및 수신모드(모듈(22 및 52)) 및 프레임 손실을 관리하는 방식에 따른다.
J 번의 이 동일한 프레임에 대해, 네트워크의 중앙 최적화모듈(54)은 프레임(J)을 보낸 노드(k)의 송신 파라미터를 적응하기 위한 메시지를 생성한다. 이 디바이스(54)는 최적화되기 때문에 점선으로 나타나 있다. 이 적응 메시지는 이 송신정보의 분석으로 노드의 현재 송신 파라미터들이 최적화되지 않았다고 하면 데이터베이스(DB3)에 저장된 엔트리(k)에 포함된 송신정보에 따라 모든 디코딩 프레임에 대해 생성된다. 이런 파라미터들은 너무 많은 네트워크 자원들이 연결 품질과 관련해 소비될 경우 최적화되지 않는다. e 서브-엔트리들이 엔트리(k)에 대해 이용가능할 경우, 최적의 적응을 계산하기 위해 최선의 안테나의 수신품질이 유지된다. 추가 서비스, 가령 노드 국소화가 활성화될 경우, N(일반적으로 3)개의 최상의 안테나들의 수신품질이 적응을 수행하도록 사용된다.
따라서, 다양한 송신 파라미터들은 변경될 수 있다. 예컨대, 적응 메시지는 송신전력, 스프레드 스펙트럼 요인, 코딩 중복, 데이터 송신속도 등을 변경하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
모듈(52)에 의해 생성된 확인응답 메시지 및 디바이스(54)에 의해 생성된 적응 메시지가 그런 후 프로세서(56)에 의해 "확인응답" 프레임이라고 하는 프레임에 형성된다. 이 확인응답 프레임은 또한 NTW 네트워크에 연결된 애플리케이션 서버들 및 노드에서 나온 데이터의 수신인들로부터 명령(가령, 고주파 리포팅 모드로 스위치)을 포함할 수 있다.
프로세서(48)에 의해 Bt 프레임들의 디코딩은 상대적으로 (가령 1초 크기로) 길 수 있다. 따라서, 모듈(56)에 의해 형성된 확인응답 프레임들의 송신은 종래 확인응답전송절차에 대한 지연이다. 종래 네트워크에서 양방향 노드들은 각 송신 후에 즉시 듣기 시작한다. 이는 더 긴 처리시간의 경우 에너지 소비 관점에서 차선이다.
따라서, 일실시예로, 프레임을 송신한 후, 확인응답을 대기하는 노드는 계속 청취하지 못하나, 오히려 기설정된 기간 (일반적으로 약 1초) 동안 대기모드로 즉시 들어간다. 이 슬립타임 동안, 처리 및 최적화 유닛은 프레임을 완전히 처리하는데 충분한 시간을 갖는다. 따라서, 상술한 처리단계들에 의해 야기된 가능한 추가 지연이 이점적으로 고려된다.
다른 노드 청취구간들이 설정될 수 있다. 예컨대, 제 1 청취구간은 송신 후 노드에 의해 1초 오픈될 수 있고 제 2 청취구간은 송신 후 5초 오픈될 수 있다. 이는 네트워크 점유율을 관리하는 면에서 더 큰 유연성을 허용하며, 이 파라미터는 주파수 제어에 의해 심각하게 제한된다. 소정의 주파수들의 점유율은, 가령, 1%로 제한될 수 있다.
이들 청취구간들은 또한 주기적(마지막 송신 후 1초 및 그런 후 엔트리를 포함한 데이터베이스로부터 또한 알 수 있는 최대 개수의 구간들까지 매 1초)일 수 있다. 긴 전체 주기에 걸쳐 복수의 수신 구간들은 시스템의 트래픽을 이루며, 이는 규칙에 의해 최대 활동레벨까지 스펙트럼 사용에 국한된다.
확인응답을 송신하는 것은 또한 NTW 네트워크 타임에 연결된 서버들은 데이터를 처리하고 노드에 대한 명령을 처리 및 최적화 유닛(36)으로 보내게 하기 위해 지연될 수 있다. 다른 처리 업무가 수행할 필요가 있는 경우, 지연은 다시 연장될 수 있다. 예컨대, 삼각측량은 복수의 안테나들로부터 수신된 데이터의 처리를 필요로 할 수 있다.
상술한 확인응답의 일시적 관리는 임의의 타입의 디코딩 방법에 대해 실행될 수 있다. 이 관리는 상기 방법이 긴 처리시간을 포함할 경우 특히 이점적이다.
확인응답 메시지가 생성된 프레임이 다수의 안테나들에 의해 수신되었다면, 이들 안테나들 각각에 대한 송신정보가 e 서브-엔트리들에 이용될 수 있다. 이 상황에서, 최상의 안테나를 선택하기 위한 디바이스(58)는 이 송신정보를 비교하고 확인응답 프레임을 송신하기 위한 최상의 안테나가 이로부터 유추된다. 이 디바이스(58)는 선택적이기 때문에 점선으로 나타나 있다. 선택된 안테나에 의해 확인응답 프레임의 송신 파라미터들(송신된 전력, 변조, 중복도, 등)도 또한 각 안테나에 대한 e 서브-엔트리들에 이용될 수 있는 송신정보로부터 이점적으로 유추될 수 있다. 또한, 피송신 프레임의 소정의 송신 타임스탬프가 선택된 송신채널의 현재 스펙트럼 점유율 및 상술한 청취구간에 따라 계산될 수 있다. 확인응답 프레임은 그런 후 인터페이스(44)를 통해 선택된 안테나와 관련된 네트워크 인터페이스, 가령 네트워크 인터페이스(26)로 송신된다.
확인응답 프레임은 처리 및 최적화 유닛과 함께 인터페이스(42)를 통해 본 명세서에서 도 1c를 참조로 기술된 네트워크 인터페이스(26)에 의해 수신된다. 버퍼 스토리지(40)는 임시로 송신될 확인응답 프레임을 저장한다. 그런 다음 입출력부(39) 및 인터페이스(26)의 RF 송수신단은 프레임 송신시간을 포함한 디바이스(58)에 dlm해 정의된 송신 파라미터들을 고려함으로써 이들 프레임들을 송신할 준비를 한다.
디지털 프레임을 구성하기 위한 프로세서(14)의 입력 데이터는, 도 2의 상부에 도시된 바와 같이:
- 메모리(20)에서 읽어지는 어드레스(ADD32);
- 센서(12)로부터 송신되는 관심 데이터(DI);
- 메모리(20)에서 읽어지는 시크릿(SS); 및
- 메모리(20)에서 읽어지는 횟수와 일치하고 1씩 증가하는 프레임에 할당되는 시퀀스 넘버(SN)(단계(S20))를 포함한다.
프로세서(14)에 의해 적용된 처리 단계(S21)는 노드에 할당된 시크릿(SS)에 의해 관심 데이터(DI)를 인코딩하는 것으로 구성된다. 이런 인코딩은 종래 암호기술, 가령 AES (Advanced Encryption Standard) 128에 사용된 대칭 인코딩 알고리즘을 이용할 수 있다.
프로세서(14)에 의해 적용된 처리 단계(S22)는 노드(Tx1)에 할당된 어드레스(ADD32)를 자르는 단계로 구성된다. 예컨대, 노드(Tx1)에 할당된 32비트 어드레스는 16비트의 불완전한 어드레스 데이터를 형성하도록 잘라지며, 본 명세서에서 ADD16으로 언급된다. 예컨대, 이 불완전한 어드레스 데이터는 32비트 어드레스의 낮은 차수의 16 비트만을 포함한다.
그런 후 프로세서(14)는 하기의 요소들로 구성된 워드(D24)를 형성할 수 있다:
- 단계(S22)에서 잘라진 어드레스(ADD16);
- 단계(S21)에 이은 관심 인코딩 데이터(DC);
- 시크릿(SS); 및
- 단계(S20)에서 증가된 시퀀스 넘버(SN).
단계(S23)에서, 프로세서(14)는 워드(D24)로부터 해시코드(H)를 계산한다. 이 해시코드는 종래 암호기술, 가령 MD5(Message Digest 5)에 사용된 일방향 해시함수에 의해 계산된다.
상술한 단계들(S20-S23) 후에, 프로세서(14)는 관련된 예에서:
- 단계(S22)에서 잘라진 어드레스(ADD16);
- 단계(S21)에 이은 관심 인코딩 데이터(DC); 및
- 단계(S23)에서 계산된 해시코드(H).
시퀀스 넘버(SN)는 후술되는 바와 같이 비록 처리 및 최적화 유닛에 액세스될 수 있더라도 송신될 프레임들에 반드시 포함될 필요가 없음이 관찰된다. 따라서, 프레임의 크기가 제한될 수 있고 에너지 소비 및 송신채널 점유가 최적화될 수 있다.
처리 및 최적화 유닛(36) 측에, 신호(Bt)에 포함된 디지털 프레임(D25')을 처리하기 위한 프로세서(48)의 입력 데이터는, 도 3의 상부에 도시된 바와 같이:
- 잘라진 어드레스(ADD16);
- 관심 인코딩 데이터(DC); 및
- 해시코드(H).
데이터베이스(DB3)에 포함되고 잘라진 어드레스(ADD16)에 해당하는 K 엔트리를 식별하는 단계(S31)가 프로세서(48)에 의해 실행된다. 이 식별로 데이터베이스(DB3)에 포함된 N개 엔트리들 중에 소정 개수의 엔트리들이 선택되어 진다. 실제로, 불완전한 어드레스 데이터(ADD16)는 복수의 완전한 어드레스들에 해당할 수 있다. 예컨대, 이 불완전한 어드레스 데이터가 완전한 32비트 어드레스의 단지 더 낮은 차수의 16 비트만을 포함하면, 232-16　= 65536 개까지 완전한 어드레스들은 이 불완전한 어드레스 데이터에 해당할 수 있다.
도 1b를 참조로 상술한 바와 같이, 엔트리들은 노드(k)에 할당된 완전한 어드레스(ADD32(k)), 이 노드(k)에 할당된 시크릿(SS(k)) 및 시퀀스 넘버(SN(k))에 대해 위치된 포인터 정보(P(k))를 포함한 정보가 들어 있다.
수신된 프레임(D25')로부터 추출된 해시코드(H)를 검증하는 단계(S32)가 프로세서(48)에 의해 실행된다. 단계(S31)에 식별된 엔트리들로부터 계산된 해시코드들이 수신된 해시코드(H)와 비교된다. 이 검증 동안 실행되는 단계들은 가령 도 4를 참조로 후술된 단계들이다.
그런 후, 수신된 프레임(D25')로부터 추출된 해시코드(H)와 해시코드가 동일한 엔트리(m)(즉, 노드(m))를 식별하는 단계(S33)가 프로세서(48)에 의해 실행된다. 도 4를 참조로 하기에 명시된 바와 같이, 단계(S32)는 더 이상 비교코드가 식별되지 않는 한 단계(S31)에서 식별된 K 엔트리에 대해 반복된다. 통계적으로, 하나의 엔트리로 해시코드(H)와 동일한 해시코드가 된다. 식별된 엔트리(m)는 노드(m)와 일치하고 따라서 완전한 어드레스(ADD32(m)) 및 이 노드(m)에 할당된 시크릿(SS(m))을 포함한다. 수신된 프레임의 시퀀스 넘버(SN')도 또한 단계(S32 및 S33)으로부터 유추된다.
단계(S34)에서, 포인터 정보(P(m))는 감지된 시퀀스 넘버(SN')를 고려함으로써 어드레스(ADD32(m))에 대해 데이터베이스(DB3)에 저장된 엔트리(m)에 업데이트된다. 이 프레임과 관련된 송신정보도 또한 엔트리(m)에 추가된다. 엔트리(m) 내에, 이 정보는 각 디코딩 프레임에 대해 별개로 저장될 수 있거나 새 프레임이 디코딩될 때마다 단순히 업데이트될 수 있다.
마지막으로, 단계(S35)에서, 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터는 식별된 엔트리(m)에 포함된 시크릿(SS(m))을 이용함으로써 디코딩된다.
상술한 단계들(S31-S35) 다음에, 프로세서(48)는 수신된 프레임을 처리한 결과 발생한 데이터(D26)를 NTW 네트워크를 통해 하나 이상의 애플리케이션 서버들로 송신한다. 프레임용으로 송신된 데이터(D26)는:
- 프레임에 수신된 어드레스(ADD16);
- 단계(S33)에 식별된 시퀀스 넘버(SN'); 및
- 단계(S35)에 디코딩된 관심 데이터(DI)를 포함한다.
이들 데이터는 또한 수신된 프레임으 송신정보를 포함할 수 있다.
도 4를 참조로, 수신된 프레임으로부터 추출된 해시코드(H)를 검증하는 단계(S32)의 구현예를 하기의 단계들:
- S40: 카운팅 변수(q)를 1로 초기화. 이 카운팅 변수(q)는 데이터베이스(DB3)로부터 엔트리(k)의 포인터 정보(P(k))에 포함된 SN(k) 다음에 시퀀스 넘버 세트를 스캔한다.
- S41: 카운팅 변수(k)를 1로 초기화. 카운팅 변수(k)는 단계(S31)에서 식별된 모든 K 엔트리들을 스캔한다.
- S42: 하기의 요소들로 구성된 워드(X)의 형성:
· 노드(k)에 할당되고 엔트리(k)로부터 추출된 완전한 어드레스 ADD32(k);
· 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터(DC);
· 노드(k)에 할당되고 엔트리(k)로부터 추출된 시크릿(SS)(k);
· SN(k)+q와 같은 정수. 시퀀스 넘버(SN(k))가 엔트리(k)에 포함된 포인터 정보로부터 추출된다.
- S43: 워드(X)로부터 해시코드(Y)의 계산(Y=h(X)). 해시함수(h)는 노드(Tx1)에 사용된 것과 같다.
- T44: 해시코드(Y)가 수신된 프레임으로부터 추출된 해시코드(H)와 같은 것을 검증. 노드가 다른 경우 단계(T45)로 그렇지 않으면 단계(S33)으로 이동.
- T45: 카운팅 변수(k)가 단계(S31)에 식별된 엔트리의 최대 개수(K)와 같지 않은 것을 검증. k가 K와 다르면 단계(S46)로, 그렇지 않으면 단계(S47)로 이동.
- S46: 1씩 카운팅 변수(k)를 증가시키고 그런 다음 상술한 단계(S42)로 복귀.
- T47: 카운팅 변수(q)가 카운팅 변수(q)에 인가된 최대 값(Q)과 같지 않은지 검증. 노드에 의해 연속으로 송신된 프레임들의 유용한 넘버, 이용가능한 처리능력, 데이터베이스 저장능력, 디코딩에 가용한 시간 등을 고려함으로써 정수(Q)가 결정될 수 있다. q가 Q와 다른 경우 단계(S48)로, 그렇지 않으면 단계(S49)(실패)로 이동.
- S48: 1씩 카운팅 변수(q)를 증가시킨 후 상술한 단계(S41)로 복귀.
- S33: 하기를 포함한 노드(m)의 식별(도 3에 개략적으로 표현된 단계):
· S33': 엔트리 지수(m)로서 이전 테스트(T44) 동안 양의 결과를 제시한 지수(k)를 보유.
· S33": 시퀀스 넘버(SN')와 함께 프레임의 어드레스 ADD32(m)의 노드로의 수신을 확인하도록 처리 및 최적화 유닛(36)의 모듈(52)을 제어, 및 출력데이터(D26)에 포함될 시퀀스 넘버(SN')를 발행,
- S34(또한 도 3을 참조): 데이터베이스(DB3)의 엔트리(m)에 포함된 포인터 정보(P(m))를 업데이트.
- S49: 실패. 전혀 엔트리가 식별되지 않음.
- S50: 끝
을 포함해 상세히 설명한다.
엔트리(k)의 포인터 정보(P(k))가 노드(k)로부터 수신된 마지막 프레임의 시퀀스 넘버(SN(k))에 제한되는 경우, 단계(S34)는 간단히 SN(m)=SN'을 취하는 단계로 구성된다. 상기 도 4에 따른 해시코드(S32)의 검증은 그런 후 바로 프레임 손실의 경우를 다룬다. 동일한 노드(m)의 p번째 프레임 전(시퀀스의 단절 또는 프레임(p)의 손실)에 처리 및 최적화 유닛에 의해 수신된 노드(m)의 (p+1)번째 프레임의 예를 든다. 이 상황에서, 엔트리(m)에 포함된 시퀀스 넘버의 업데이트 값은 단계(S34)에서 p+1과 같게 취해진다. 따라서, 노드(k)로부터 송출된 다음 프레임의 처리 동안, 시퀀스 넘버를 스캐닝하는 루프가 엔트리(m)에 대해 p+2에서 개시된다. 그러므로, 노드(m)로부터 나오고 시퀀스 넘버로서 p를 갖는 임의의 프레임은 무시될 것이다. 노드(m)에서, 확인응답을 관리하기 위한 모듈(22)이 시퀀스 넘버(p)와 함께 프레임을 다시 보내면, 다음 프레임(p+1)이 정확히 송수신되었는지 반복이 불필요하게 된다. 따라서, 이 상황에서, 프레임의 반복 회수를 제한하는 것이 반드시 필요하다. 예컨대, 3회 반복을 제한할 수 있다.
포인터 정보(P(k))를 (단계(S34)에서 SN(m)=SN'과 함께) 수신된 마지막 프레임의 하나의 시퀀스 넘버(SN(k))로 제한하는 것은 노드가 시퀀스 넘버(SN)를 가진 프레임의 확인응답을 수신한 다음 시퀀스 넘버(SN+1)를 가진 프레임을 송신하도록 단지 인증된 확인응답 및 반복 프로토콜의 경우에 적절하다. 이 상황에서, (도 4에서 q로 색인된) 시퀀스 넘버에 대한 루프가 더 이상 필요하지 않으며, 이는 Q=1을 취하는 것에 해당한다.
상술한 방법의 변형으로, 길이(Q)의 비트맵(BM(k))은 시퀀스 넘버(SN(k)) 포인터 이외에 엔트리(k)의 포인터 정보(P(k))에 포함된다. 이 맵은 단계(S34)에서 엔트리(k=m)에 대해 시퀀스 넘버(SN(k))와 함께 업데이트된다.
이 비트맵(BM(k))은 1에서 Q에 이르는 각 정수(q)에 대해 비트(BM(k)q)를 포함하고, 시퀀스 넘버(SN(k)+q)의 프레임은 이미 노드(k)로부터 수신되었거나(1) 결코 수신되지 않았음을(0) 나타낸다. 여기서, 시퀀스 넘버(SN(k))는 동일한 노드(k)에 의해 송신된, 모두 정확하게 수신된, 시퀀스 프레임들의 마지막 프레임의 시퀀스이다.
비트(BM(k)q)에 대한 테스트가 시퀀스 넘버(SN(k)+q)를 갖는 프레임이 노드(k)로부터 이미 수신되었는지 검증하기 위해 도 4로부터 단계(S42) 바로 전에 (적어도 q>1인 경우)가능하게 추가될 수 있다. 이것이 그 경우(BM(k)q=1)이면, 해시코드가 계산되지 않고, 프로세서(48)는 루프반복 종결테스트(T45)로 바로 간다.
이 변형으로, 단계(S34)에서 비트맵(BM(m))의 업데이트는:
- 비트 BM(m)q를 1로 위치지정하고,
- 모든 BM(m)q이 1에 있으면, r = Q+1을 취함; 그렇지 않으면 BM(k)r=0이 되도록 최소 색인(r)을 식별하며,
- SN(m)=SN(m)+r-1을 취하고,
- r-1 위치만큼 BM(k)를 전진시키고 마지막에 r-1을 0으로 놓는 것으로 구성될 수 있다.
이 변형으로, 프레임 손실은 처리 및 최적화 유닛이 성공적으로 수신된 프레임(p)과 프레임(p+Q+1)의 송신까지 모든 반복을 함이 없이 성공적으로 프레임(p+Q+1)을 수신할 경우에만 발생된다. 시퀀스 넘버(Q)는 이 특별한 경우가 매우 성공할것 같지 않게 하는 크기로 될 수 있다. 대부분의 프레임들이 시퀀스의 손실 없이 수신되기 때문에 Q 증가가 반드시 프로세서(48)에 과부하를 걸 필요가 없다.
프레임 수신구간들을 확인응답 및 관리를 위한 다른 많은 방식들도 본 발명의 내용에서 가능함이 주목된다.
해시코드의 제 1 함수는 일반적으로 디코딩될 경우 프레임의 무결성이 검증될 수 있음을 보장하는 것이다. 본 발명에서, 해시코드(H)는 이 무결성 제어를 위해 사용되나, 또한 명백히 송신될 필요가 없는 기타 유용한 정보를 복구하는데도 사용된다. 이 정보는:
- 프레임에 포함된 잘라진 어드레스(ADD16)의 일부가 아닌 프레임을 발행한 노드에 할당된 어드레스(ADD32)의 비트; 및
- 프레임의 시퀀스 넘버(SN)이다.
노드에 할당된 어드레스가 무결성을 검증하기 위해 32비트에 걸쳐 표현되고, 시퀀스 넘버가 16비트에 걸쳐 표현되며 해시코드가 32비트에 걸쳐 표현되면, 송신된 프레임의 헤더 크기는 80비트(32+16+32=80 비트)에서 불과 48비트(16+32=48 비트)로 줄어든다. 1비트 관심 데이터(알람)의 특별한 경우에서, 이는 광대한 M2M 네트워크에 있는 센서들의 개수가 소정 영역에 걸쳐 곱해지게 하며 (81-49)/81 = 39.5%의 향상을 나타낸다.
물론, 32비트에서 16비트로 노드 어드레스를 잘라내는 것은 단지 본 발명이 국한되지 않는 특별한 경우이다. 2개의 극단적인 경우들: 즉, (1) 전체 어드레스가 송신되고, (2) 어떠한 어드레스 비트도 송신되지 않는 경우들이 있다. (1)의 경우, 처리 및 최적화 유닛의 프로세서(48)의 프로세서 부하가 최소화되나(k로 색인된 루프는 노드가 명확히 식별되기 때문에 반드시 필요치 않으나), 헤더 크기 감소는 있을 수 있는 시퀀스 넘버를 송신하지 않음으로 인해 발생한 것에 국한된다. (2)의 경우, 헤더들은 크기가 매우 작으나, 베이스에 있는 모든 엔트리들을 스캔해야 하는 프로세서(48) 부하에 유해하다. 이들 2개의 극단적인 경우들 간에 임의의 절단길이가 가능하고, 선택은 M2M 네트워크의 전체 크기 및 헤더 압축률과 처리능력 간에 절충에 따라 이루어진다.
해시코드를 계산하는데 사용되고 잘라진 어드레스(ADD16)를 포함하는 워드(D24)의 형성이 상기에 기술되어 있다. 변형으로, 이 워드는 해시코드를 계산하기 위한 잘라진 어드레스(ADD16) 대신 완전한 어드레스(ADD32)를 포함하고, 따라서 프로세서(48)는 단계(S(42))에서 데이터베이스(D23)에 복구된 완전한 어드레스(ADD32(k))를 사용하여 해시될 워드(X)를 구성한다. 이 워드는 또한 길이가 다른 잘라진 어드레스를 포함할 수 있다.
또 다른 변형은 송신된 프레임에서 시퀀스 넘버(SN)를 포함한 단계로 구성되며 대부분의 헤더 크기 감소는 불완전한 어드레스 데이터의 송신에 의해 야기된다. 송신된 프레임은 또한 시퀀스 넘버(SN)의 단지 일부, 가령 낮은 크기의 수 비트들을 포함할 수 있고, 프로세서(48)는 데이터베이스에 업데이트된 정보를 이용해 넘버를 완료할 수 있다.
또 다른 특별한 실시예로, 처리 및 최적화 유닛은 디코딩된 데이터를 애플리케이션 서버로 송신하기 전에 추가 과제를 수행한다. 따라서, 소정 노드에 의해 송신된 프레임이 여러 안테나들을 통해 수신된 경우, 처리 및 최적화 유닛에서 삼각측량을 이용해 지리적 위치 정보를 계산할 수 있다.
또한, 중앙 노드 데이터베이스(DB3)의 이용은 다음과 같이 처리 및 최적화 유닛의 매우 유연한 사용을 가능하게 한다:
- 각 노드는 헤더를 더 어지럽힐 수 있는 MAC 버전 정보를 필요로 하지 않고도 중앙 데이터베이스에서 색인된 MAC(Medium Access Control) 계층의 다른 버전을 이용할 수 있다. 프로세서(48)는 필요하다면 여러 MAC 계층을 시도함으로써 패킷을 디코딩하려고 시도할 수 있다. 이는 특히 업데이트, 네트워크 유지 및 새로운 기능의 도입을 용이하게 한다;
- 확인응답(ACK)와 연결된 슬립타임 및 지연된 확인응답 메카니즘이 각 센서에 대해 구성될 수 있다.
- 사용된 다른 인코딩 기술(해시코드, 관심 인코딩 데이터)에 대한 업데이트 정보는 또한 이 데이터베이스와 통합될 수 있다. 그러므로, 시스템은 이점적으로 투명하게 그리고 유동적으로 업데이트(중앙 데이터베이스의 간단한 업데이트)된다.
보다 일반적으로, 수신, 코딩 및 디코딩 프로세스가 이러한 데이터베이스에 의해 모든 노드에 적용될 수 있다.
본 발명은 예로써 상술한 실시예들에 국한되지 않는다; 본 발명은 다른 변형들에 확장된다.
따라서, 프레임이 32비트 또는 16비트 헤더를 포함하는 실시예가 기술되어 있다. 물론, 이런 프레임의 크기 및 포맷은 바뀔 수 있고 가령 64 또는 128비트 값을 가질 수 있다.

Claims (17)

  1. 다수의 노드들(Tx1)에 연결된 네트워크에 송출된 데이터 프레임을 수신하는 방법으로서,
    어드레스(ADD32) 및 시크릿(SSk)이 각 노드에 각각 할당되고, 상기 방법은:
    - 프레임으로부터 인코딩 데이터와 프레임 해시코드를 추출하는 단계;
    - 노드들에 대한 각각의 엔트리들로 데이터베이스를 찾는 단계; 및
    - 적어도 하나의 데이터베이스 엔트리에 대해:
    · 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터와 상기 엔트리에 포함된 시크릿을 포함한 요소들로부터 적어도 하나의 해시코드를 계산하는 단계;
    · 계산된 해시코드를 프레임으로부터 추출된 프레임 해시코드와 비교하는 단계; 및
    · 비교된 해시코드가 일치할 경우 상기 엔트리를 선택하는 단계;
    - 프레임을 처리하는 단계를 포함하고,
    엔트리는 노드에 할당된 어드레스와 시크릿을 포함한 정보를 담은 노드에 관한 것이고,
    처리하는 단계는 프레임이 나온 노드에 할당된 어드레스인 것으로 선택된 엔트리에 포함된 어드레스의 식별 및 선택된 엔트리에 포함된 시크릿을 이용해 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터의 디코딩을 포함하는, 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    불완전한 어드레스(ADD16)도 또한 프레임으로부터 추출되고, 해시코드를 계산하고 비교하기 위한 단계들이 추출된 불완전한 어드레스 데이터에 해당하는 어드레스를 포함하는 데이터베이스 엔트리들에 대해 실행되는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    데이터베이스 엔트리에 대한 해시코드를 계산하기 위한 요소들도 또한 상기 엔트리에 포함된 어드레스의 적어도 일부를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    노드에 관한 데이터베이스 엔트리에 포함된 정보는 또한 수신되고 상기 엔트리에 포함된 어드레스를 식별함으로써 처리된 프레임의 적어도 하나의 시퀀스 넘버의 포인터 정보(P)를 포함하고,
    상기 엔트리에 대한 적어도 하나의 해시코드가 계산되는 요소들은 또한 상기 엔트리에 포함된 포인터 정보에 따라 결정된 정수를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    프레임 처리는 또한 식별된 어드레스로부터 송출된 일련의 프레임들 중에서 프레임의 시퀀스 넘버의 결정 및 프레임의 결정된 시퀀스 넘버에 따라 선택된 엔트리에 포함된 포인터 정보의 업데이트를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    해시코드 계산 및 비교단계는 상기 엔트리에 포함된 포인터 정보에 의해 식별된 간격내에서 선택된 각각의 정수들로 적어도 하나의 데이터베이스 엔트리에 대해 수차례 실행되고, 데이터베이스 엔트리가 선택된 후, 프레임 시퀀스 넘버의 결정은 비교된 해시코드들이 일치하는 정수의 식별을 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력레벨 및/또는 프레임의 타임스탬프 정보의 평가를 또한 포함하고, 프레임 처리는 또한 어드레스가 식별된 노드에 관한 엔트리에서 평가된 전력레벨 및/또는 타임스탬프 정보에 따라 전력정보의 업데이트를 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 송신 파라미터를 어드레스가 식별된 노드에 적응시키기 위해 메시지를 송신하는 단계를 또한 포함하고,
    상기 적응 메시지는 상기 노드에 관한 엔트리에 포함된 정보에 따라 생성되는 데이터 프레임을 수신하는 방법.
  9. 노드(Tx1), 어드레스(ADD32) 및 상기 노드에 할당된 시크릿(SS)에 의해 데이터 프레임을 송신하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 노드에 할당된 시크릿에 의해 데이터를 인코딩하는 단계;
    - 인코딩 데이터와 노드에 할당된 시크릿을 포함한 요소들로부터 해시코드를 생성하는 단계; 및
    - 송신 프레임에 인코딩 데이터와 생성된 해시코드를 포함하는 단계를 포함하는 데이터 프레임을 송신하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 불완전한 어드레스 데이터를 형성하기 위해 노드에 할당된 어드레스를 잘라내는 단계; 및
    - 송신 프레임에 불완전한 어드레스 데이터를 포함하는 단계를 또한 포함하는 데이터 프레임을 송신하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    해시코드가 계산되는 요소들은 또한 송신 프레임의 시퀀스 넘버를 포함하고, 송신 프레임의 상기 시퀀스 넘버는 송신 프레임으로부터 제외되는 데이터 프레임을 송신하는 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    프레임의 송신에 뒤이어,
    - 기설정된 기간 동안 확인응답 메시지를 수신하기 위해 대기모드로 노드를 진입시키는 단계를 또한 포함하는 데이터 프레임을 송신하는 방법.
  13. 명령어들이 프로세서에 의해 실행될 경우, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는, 명령어들을 수록한 컴퓨터 프로그램.
  14. 다수의 노드들(Tx1)과 통신하기 위한 처리 및 최적화 유닛(36)으로서,
    - 네트워크의 노드들에 대한 각각의 엔트리들을 갖는 데이터베이스(DB3)와의 인터페이스;
    - 데이터 프레임을 수신하고 이로부터 인코딩 데이터 및 프레임 해시코드를 추출하기 위한 추출유닛;
    - 데이터베이스로부터 적어도 하나의 엔트리에 대해:
    · 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터와 상기 엔트리로부터 정보에 포함된 시크릿을 포함한 요소들로부터 적어도 하나의 해시코드를 계산하는 단계;
    · 계산된 해시코드를 수신된 프레임으로부터 추출된 프레임 해시코드와 비교하는 단계; 및
    · 비교된 해시코드가 일치할 경우 상기 엔트리를 선택하는 단계를 실행하도록 배열된 코드 검증기; 및
    - 수신된 프레임이 나온 노드에 할당된 어드레스인 것으로서 선택된 엔트리에 담긴 어드레스를 식별하는 단계 및 선택된 엔트리에 담긴 시크릿을 이용해 수신된 프레임으로부터 추출된 인코딩 데이터를 디코딩하는 단계를 포함하는 처리를 실행하기 위해 수신된 프레임을 디코딩하기 위한 유닛을 포함하고,
    엔트리는 노드에 할당된 어드레스(ADD32)와 시크릿(SS)을 포함한 정보를 담은 노드에 대한 것인, 처리 및 최적화 유닛.
  15. 다수의 노드들(Tx1)과 통신하기 위한 시스템(Rx1)으로서,
    - 상기 노드들로부터 데이터 프레임을 포함하는 신호들을 수신하기 위한 복수의 안테나들; 및
    - 데이터 프레임을 처리하기 위해 제 14 항에 따른 처리 및 최적화 유닛을 포함하는 시스템.
  16. 통신 네트워크, 노드에 할당된 어드레스(ADD32) 및 노드에 또한 할당된 시크릿(SS)을 통해 통신하기 위한 노드(Tx1)로서, 상기 노드는:
    - 노드에 할당된 시크릿에 의해 데이터를 인코딩하는 유닛;
    - 해시코드 생성기; 및
    - 피송출 프레임의 생성기를 포함하고,
    해시코드는 인코딩 데이터 및 노드에 할당된 시크릿을 포함한 요소들로부터 생성되고, 프레임은 인코딩 데이터와 생성된 해시코드를 포함하는 노드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    프레임은 또한 노드에 할당된 어드레스(ADD32)를 잘라냄으로써 얻은 불완전한 어드레스 데이터(ADD16)를 포함하는 노드.
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