KR20180036822A - 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯을 할당하고, 송신 메시지를 방송하는 마스터 장치 및 상기 송신 메시지를 수신하면 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 복수 개의 슬레이브 장치를 포함하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템을 개시한다.

Description

수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템{WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM USING ACKNOWLEDGEMENT TIME SLOT}
본 발명은 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 메시지가 없는 무변조 확인반송파 신호만을 송신하여 수신확인을 응답하는 기술에 관한 것이다.
사물(device, machine)들이 유무선 인터넷으로 연결되는 IoT(Internet of Things) 시대를 맞아 스마트홈, 원격제어, 무선 검침, 재난 안전 및 조명 시설 등 다양한 분야에서 서비스되고 있고, IoT 디바이스는 전 세계적으로 기하급수적으로 증가하고 있다.
디바이스 무선 네트워크 시스템은 일반적으로 개별 또는 그룹단위의 디바이스를 관리하는 서버 또는 관리장치인 마스터 장치와 개별 디바이스인 각각의 슬레이브 장치와 통신을 한다.
하나의 마스터 장치는 송신 메시지를 방송(broadcast)하고, 다수의 슬레이브 장치는 송신 메시지에 응답하여 수신확인(acknowledgement) 메시지를 보내는 방법을 사용하고 있다.
비특허문헌 1은 무선 네트워크에서 방송 메시지를 위한 통보 방법에 관한 것으로서, 주파수 영역 중 부반송파(subcarrier) 주파수를 각 수신장치마다 할당되어 각 수신장치가 해당 부반송파 주파수 신호를 송신장치로 송신하고, 송신장치에서 각 신호를 해석하여 수신여부를 확인한다. 그러나, 비특허문헌 1은 OFDM 통신 방식에서만 동작하는 문제점이 있다.
비특허문헌 2는 무선 애드혹 네트워크에서 방송 전송에 대한 수신확인 방법에 관한 것으로서, 송신장치에서 방송 방식으로 송신 메시지를 송신할 때, 수신확인이 필요한 수신장치의 순서를 정하고, 순서에 관련된 순서 정보를 추가하여 송신하며, 수신장치들은 순서 정보를 참조하여 해당 시간에 수신확인 메시지를 보낸다. 그러나, 비특허문헌 2는 보내고자 하는 송신 메시지보다 순서 정보가 더 커질 수 있으므로, 데이터 전송률이 낮은 협대역 통신에서 사용하기 어렵고, 다수 개의 수신장치로부터 수신확인에 대한 빠른 보고를 받기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 협대역 저속 데이터 통신 방식에 적용할 수 있고, 다량의 수신장치의 수신확인에 대한 빠른 보고를 받을 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
1. Aveek Dutta1, Dola Saha, Dirk Grunwald, Douglas Sicker, "SMACK - A SMart ACKnowledgment Scheme for Broadcast Messages in Wireless Networks," SIGCOMM'09 Barcelona, Spain, pp.15-26, August 17??21, 2009. 2. Jenhui Chen and Muwen Huang,"BEAM: Broadcast Engagement ACK Mechanism to Support Reliable Broadcast Transmission in IEEE 802.11 Wireless Ad Hoc Networks,"IEEE pp2838-2842, 2004.
본 발명은 각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯이 할당되고, 슬레이브 장치 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 메시지가 없는 무변조 확인반송파 신호만을 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 무선통신 시스템을 제공한다.
본 발명은 무변조 확인반송파 신호를 대신하는 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호를 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 무선통신 시스템을 제공한다.
본 발명의 하나의 마스터 장치와 복수 개의 슬레이브 장치가 무선통신에 참여하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템은, 각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯을 할당하고, 송신 메시지를 방송하는 마스터 장치 및 상기 송신 메시지를 수신하면 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 복수 개의 슬레이브 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스터 장치는 상기 슬레이브 장치 등록시 수신확인 타임슬롯을 할당하는 할당부 및 상기 송신 메시지를 방송하는 무선 통신부를 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 장치는 상기 무변조 확인반송파 신호를 생성하는 신호 생성부 및 상기 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치에게 송신하는 무선 통신부를 포함할 수 있다.
상기 신호 생성부는 상기 무변조 확인반송파 신호를 대신하는 설정된 패턴의 온-오프 변조(OOK: On-OFF Keying) 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 신호 생성부는 상기 수신확인을 나타내는 수신확인 응답패턴 신호와 슬레이브 장치의 동작을 나타내는 슬레이브 장치 동작패턴 신호를 포함하는 온-오프 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 신호 생성부는 상기 송신 메시지 수신여부에 상관없이 온-오프 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯이 할당되고, 슬레이브 장치 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 메시지가 없는 무변조 확인반송파 신호만을 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답함으로써, 응답 메시지 송수신을 위한 동기 과정이 줄어 협대역 저속 데이터 통신 방식에서 다량의 슬레이브 장치의 수신확인 보고를 빠르게 받을 수 있다.
본 발명은 무변조 확인반송파 신호를 대신하여 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호를 송신하여 무선채널의 잡음 등 외부간섭 신호와 쉽게 구분할 수 있다.
본 발명은 온-오프 변조 신호에서 수신확인을 나타내는 수신확인 응답패턴과 슬레이브 장치의 동작을 나타내는 슬레이브 장치 동작패턴의 신호를 송신하여 수신확인 이외의 슬레이브 장치 동작패턴에 대한 메시지를 마스터 장치로 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 마스터 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 슬레이브 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 메시지 프레임을 도시한 예이다.
도 5는 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 수신하는 예를 도시한 것이다.
도 6은 할당된 수신확인 타임슬롯에서 온-오프 변조 신호를 수신하는 예를 도시한 것이다.
도 7은 복수 개의 패턴으로 구성되는 온-오프 변조 신호를 도시한 예이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 네트워크 시스템을 도시한 블록도로서, 무선통신 네트워크 시스템은 무선통신(10)에 참여하는 하나의 마스터 장치(100)와 복수 개의 슬레이브 장치(200)를 포함한다.
마스터 장치(100)는 복수 개의 슬레이브 장치(200)를 모니터링하고, 각각의 슬레이브 장치(200)를 제어 또는 관리하기 위해 마스터로 동작한다. 예를 들어 센서 무선 네트워크 시스템에서 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)에 포함된 센서의 감지신호를 수신하여 슬레이브 장치(200)를 관리하고 제어할 수 있다.
복수 개의 슬레이브 장치(200)는 스마트홈, 주차 시설 및 조명 시설 등 다양한 장소에 설치된 다양한 센서 디바이스일 수 있다. 또한, 복수 개의 슬레이브 장치(200)는 기능 또는 장소에 따라 개별 또는 그룹 단위로 이루어지고, 개별 또는 그룹 단위별로 무선통신 센서 네트워크(50)가 형성될 수 있다.
마스터 장치(100)는 복수 개의 슬레이브 장치(200)를 제어 또는 모니터링하기 위해 송신 메시지를 방송(broadcast)하고, 복수 개의 슬레이브 장치(200)는 송신 메시지에 응답하여 수신확인(acknowledgement) 메시지를 보낸다.
도 2는 도 1의 마스터 장치를 도시한 블록도로서, 마스터 장치(100)는 등록부(110), 할당부(120), 생성부(130), 통신부(140) 및 마스터 제어부(150)를 포함한다.
등록부(110)는 그룹 단위로 슬레이브 장치의 식별 정보를 등록한다. 식별 정보는 슬레이브 장치를 식별하는 아이디 및 시리얼 번호를 포함하고, 슬레이브 장치(200)가 배치된 배치 정보를 포함한다.
할당부(120)는 복수 개의 슬레이브 장치(200)로부터 동시에 빠른 보고를 받고, 송신 메시지에 대한 수신확인을 응답받으며, 복수 개의 슬레이브 장치(200) 간의 수신확인 충돌을 방지하기 위하여 각각의 슬레이브 장치(200)마다 설정된 간격으로 타임슬롯을 할당한다. 이러한 타임슬롯은 주기적으로 반복된다.
생성부(130)는 복수 개의 슬레이브 장치(200) 간의 시간 동기(time synchronization)를 맞추거나, 복수 개의 슬레이브 장치(200)가 신호 포착(acquisition)을 할 수 있도록 비콘 신호를 생성한다.
생성부(130)는 복수 개의 슬레이브 장치(200)의 동작 상태에 대한 요청 또는 복수 개의 슬레이브 장치(200)를 제어하기 위한 송신 메시지를 생성한다. 예를 들어, 센서 네트워크 시스템에서 생성부(130)는 복수 개의 슬레이브 장치(200)의 감지신호에 대한 요청과 관련된 송신 메시지를 생성한다.
통신부(140)는 송신 메시지를 방송하고, 복수 개의 슬레이브 장치(200)로부터 무변조 확인반송파 신호 또는 무변조 확인반송파 신호를 대신하는 설정된 패턴의 온-오프 변조(OOK: On-OFF Keying) 신호를 수신한다. 온-오프 변조 신호에 대한 설명은 슬레이브 장치(200)에서 설명하기로 한다.
마스터 제어부(150)는 등록부(110), 할당부(120), 생성부(130) 및 통신부(140)의 동작을 제어한다.
도 3은 도 1의 슬레이브 장치를 도시한 블록도로서, 슬레이브 장치(200)는 마스터 장치의 송신 메시지를 수신하면 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치(100)에게 송신하여 수신확인을 응답한다.
도 4는 본 발명의 메시지 프레임을 도시한 예로서, 무선통신 시스템에서 송신 메시지 프레임은 복수 개의 타임슬롯으로 구성되고, 설정된 간격으로 타임슬롯이 반복되는 구조이다.
메시지 프레임은 시간 동기 또는 신호 포착을 위한 비콘 타임슬롯(310)을 포함하고, 비콘 타임슬롯(310)에서 방송하기 위해 준비하거나 메시지 송수신을 결정하는 구간이다.
메시지 프레임은 실제 메시지가 전송되는 메시지 타임슬롯(330)을 포함하고, 각각의 슬레이브 장치(200)마다 할당된 수신확인 타임슬롯(320)이 존재하고 설정된 간격으로 반복된다. 수신확인 타임슬롯(320)은 반복구간(300)에서 비콘 타임슬롯(310)과 메시지 타임슬롯(330) 사이에 배치된다.
슬레이브 장치(200)는 신호 생성부(220), 무선 통신부(230) 및 슬레이브 제어부(240)를 포함한다.
신호 생성부(220)는 메시지가 없고 무변조 상태인 무변조 확인반송파 신호를 생성하거나 OOK 신호를 생성한다.
도 5는 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 수신하는 예를 도시한 것으로서, 신호 생성부(220)는 마스터 장치(100)로부터 송신 메시지를 수신하면 무변조 확인반송파 신호를 생성하고, 무선 통신부(230)는 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯(320)에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치(100)에게 송신한다.
마스터 장치(100)는 무변조 확인반송파 신호의 존재 유무에 따라 복수 개의 슬레이브 장치(200)에 대한 수신확인을 할 수 있다. 본 발명은 무변조 확인반송파 신호의 존재 유무에 따라 수신확인을 함으로써, 응답 메시지 송수신을 위한 동기와 메시지 용량 부담을 줄여 협대역 저속 데이터 통신 방식에서 복수 개의 슬레이브 장치(200)의 수신확인에 대한 보고를 신속히 받을 수 있다.
도 5를 참조하면, 수신확인 타임슬롯(320)은 10개의 타임슬롯으로 구성되고, 각각의 타임슬롯은 각각의 슬레이브 장치(200)에서 무변조 확인반송파 신호를 송신하는 구간으로 사용된다. 수신확인 타임슬롯(320)에는 제1, 3, 4, 및 6 타임슬롯에 무변조 확인반송파가 존재하므로, 마스터 장치(100)는 제1, 3, 4, 및 6 슬레이브 장치에서 수신확인을 했음을 알 수 있다.
수신확인 타임슬롯(320)은 무선통신 시스템 설계에 따라 다양한 개수의 타임슬롯으로 구성할 수 있어 다수의 슬레이브 장치(200)를 관리 운용할 수 있다.
복수 개의 슬레이브 장치(200)는 마스터 장치(100)의 간에 무선통신(10)인 무선채널이 형성되고, 무선채널은 잡음 등 외부간섭 신호가 포함될 수 있어 각각의 슬레이브 장치(200)는 무선채널의 상태에 따라 외부간섭 신호와 구분하기 어려울 수도 있다.
슬레이브 장치(200)는 신호 선택부(210)를 더 포함하고, 신호 선택부(210)는 무선채널의 상태를 고려하여 무변조 확인반송파 신호 또는 온-오프 변조 신호 중 하나의 생성을 선택한다.
신호 생성부(220)는 신호 선택부(210)에서 온-오프 변조 신호의 생성을 선택하면 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호를 생성한다.
도 6은 할당된 수신확인 타임슬롯에서 온-오프 변조 신호를 수신하는 예를 도시한 것으로서, 신호 생성부(220)는 잡음이 심할 경우 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯(320)에서 무변조 확인반송파 신호를 대신하는 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호를 생성하여 송신함으로써, 무선채널의 잡음 등 외부간섭 신호와 쉽게 구분된 수신확인 신호를 전송할 수 있다.
도 7은 약속된 복수 개의 패턴으로 구성되는 온-오프 변조 신호를 도시한 예로서, 신호 생성부(220)는 수신확인을 나타내는 약속된 수신확인 응답패턴 신호와 슬레이브 장치(200)의 동작 상태를 나타내는 슬레이브 장치 동작패턴 신호를 포함하는 온-오프 변조 신호를 생성한다. 동작 상태는 센서 네트워크에서 감지신호에 따라 구분된다.
본 발명은 무변조 확인반송파 신호의 존재 유무에 따라 패턴이 없어도 수신확인을 나타낼 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 패턴으로 구분하여 수신확인을 나타내는 약속된 수신확인 응답패턴과 슬레이브 장치(200)의 동작 상태를 나타내는 슬레이브 장치 동작패턴 신호로 구분할 수 있다. 슬레이브 장치 동작패턴 신호는 비교적 간단한 슬레이브 장치의 정보를 마스터 장치(100)로 전달하기 위한 신호이다.
예를 들어, 도 7a의 온-오프 변조 신호는 수신확인을 나타내는 수신확인 응답패턴이 형성되고, 도 7b의 온-오프 변조 신호는 슬레이브 장치(200)의 동작에 대한 긍정을 나타내는 긍정 동작패턴 신호가 형성되며, 도 7c의 온-오프 변조 신호는 반대로 부정 동작패턴 신호가 형성된다. 상세하게는, 슬레이브 장치 동작패턴 신호는 슬레이브 장치(200)의 알람 발생여부, 사전에 보낸 메시지의 존재여부, 간단한 동작의 실행여부 또는 수신확인 외에 보고할 내용이 있다고 의사 표시를 하는 등 긍정과 부정의 약속된 동작패턴으로 나타낸다.
온-오프 변조 신호의 패턴은 무선통신 시스템 설계에 따라 다양한 개수의 패턴으로 구성되고, 이에 한정하지 않는다.
신호 선택부(210)는 송신 메시지 또는 슬레이브 장치(200)의 동작을 분석하여 온-오프 변조 신호에서 수신확인 응답패턴 신호 및 슬레이브 장치 동작패턴 신호 중 하나를 선택하고, 신호 생성부(220)는 신호 선택부(210)의 선택에 대응하는 신호를 생성한다.
신호 생성부(220)는 송신 메시지 수신여부에 상관없이 온-오프 변조 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(220)는 신호 선택부(210)의 선택에 의해 송신 메시지 수신여부에 상관없이 자발적으로 슬레이브 장치 동작패턴 신호를 생성하고, 무선 통신부(230)는 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯(320)에서 슬레이브 장치 동작패턴 신호를 마스터 장치(100)에게 송신한다. 슬레이브 장치 동작패턴 신호는 전술한 설명과 같이 슬레이브 장치(200)의 동작과 관련하여 비교적 간단한 정보를 마스터 장치(100)로 전달하기 위한 신호이다.
슬레이브 제어부(240)는 신호 선택부(210), 신호 생성부(220) 및 무선 통신부(230)의 동작을 제어한다.
10: 무선통신 50: 무선 센서 네트워크
100: 마스터 장치 110: 등록부
120: 할당부 130: 생성부
140: 통신부 150: 마스터 제어부
200: 슬레이브 장치 210: 신호 선택부
220: 신호 생성부 230: 무선 통신부
240: 슬레이브 제어부

Claims (4)

  1. 하나의 마스터 장치와 복수 개의 슬레이브 장치가 무선통신에 참여하는 무선통신 시스템에 있어서,
    각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯을 할당하고, 송신 메시지를 방송하는 마스터 장치 및
    상기 송신 메시지를 수신하면 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 무변조 확인반송파 신호를 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 복수 개의 슬레이브 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템.
  2. 하나의 마스터 장치와 복수 개의 슬레이브 장치가 무선통신에 참여하는 무선통신 시스템에 있어서,
    각각의 슬레이브 장치마다 설정된 간격으로 반복되는 수신확인 타임슬롯을 할당하고, 송신 메시지를 방송하는 마스터 장치 및
    상기 송신 메시지를 수신하면 자신에게 할당된 수신확인 타임슬롯에서 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호를 마스터 장치에게 송신하여 수신확인을 응답하는 복수 개의 슬레이브 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호는 수신확인 응답패턴인 것을 특징으로 하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 설정된 패턴의 온-오프 변조 신호는 슬레이브 장치의 동작상태를 나타내는 동작패턴 신호인 것을 특징으로 하는 수신확인 타임슬롯을 이용한 무선통신 시스템.
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