KR20180123868A - 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법은 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임에서, 제1 통신규격의 제1 활성 구간과 제2 통신규격의 제2 활성 구간을 설정하고, 상기 제1 활성 구간은 2m(0 = m < n, m은 정수) 개의 슬롯으로 구성되는 설정 단계; 상기 제1 활성 구간에서 상기 제1 통신규격의 제1 비콘 신호를 전송하는 제1 통신 단계; 및 상기 제1 활성 구간 종료 후 상기 제2 활성 구간에서 상기 제2 통신규격의 제2 비콘 신호를 전송하는 제2 통신 단계를 포함한다.

Description

다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법{communication method of gateway for multi- wireless communication standard}
본 발명은 무선통신 시스템에 있어서, 다중 무선통신표준을 지원하는 게이트 웨이의 통신 방법에 관한 것이다.
스마트 그리드(Smart Grid), AMI(Advanced Metering Infrastructure), 전력 사물 인터넷(IoT) 등의 기술을 활용한 전력 시스템은 전력 에너지를 효율화하고 다양한 부가 서비스를 창출해 경제적 효과를 제공할 수 있다. 이러한 전력 시스템의 네트워크에는 SUN(Smart Utility Network), LPWA(Low Power Wide Area), TVWS(TV White Space), TRS(trunked radio service) 등의 통신 방식에 대한 통신 표준이 적용될 수 있다.
한편, 상기 SUN 방식은 전력정보를 고속으로 전송할 수 있다는 장점을 가지나, 장거리 전송에 불리할 수 있다. 또한, 상기 LPWA 방식은 전송속도가 상대적으로 낮은 반면 우수한 수신감도를 가지므로 장거리 전송에 유리하다.
서비스 별로 요구사항이 존재하므로, 이를 만족시키기 위해 다양한 통신 방식이 동시에 적용될 수 있고, 게이트 웨이는 각각의 통신 방식을 지원하기 위한 개별적인 모뎀과 안테나를 구비하여야 하므로 비용 및 운영의 측면에서 비효율의 문제점을 가질 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2010-0073559호
본 발명의 일 실시 예에 따르면, IEEE 802.15.4 표준을 따르는 두 개 이상의 통신 방식을 하나의 채널에서 구현할 수 있는 게이트 웨이의 통신 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 무선통신 표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법은 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임에서, 제1 통신규격의 제1 활성화 구간과 제2 통신규격의 제2 활성화 구간을 설정하고, 상기 제1 활성화 구간은 2m(0 = m < n, m은 정수) 개의 슬롯으로 구성되는 설정 단계; 상기 제1 활성화 구간에서 상기 제1 통신규격의 제1 비콘 신호를 전송하는 제1 통신 단계; 및 상기 제1 활성화 구간의 종료 후 상기 제2 활성화 구간에서 상기 제2 통신규격의 제2 비콘 신호를 전송하는 제2 통신 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 무선통신 표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법은 두 개 이상의 통신 방식을 하나의 채널에서 구현할 수 있도록 하여 게이트 웨이 구축 및 운영 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이를 포함하는 통신망을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이를 포함하는 통신망을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 네트워크망은 게이트 웨이(100), 제1 통신규격을 따르는 노드들(노드 A, 노드 B), 및 제2 통신규격을 따르는 노드들(노드 X, 노드 Y)을 포함한다. 또한, 게이트 웨이(100)는 프로세서(110), RF 모뎀(120)을 포함한다. 프로세서(110)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들을 구현하고, RF 모뎀(120)은 프로세서(110)와 연결되어 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
여기서, 상기 노드는 단말(Terminal), UE(User Equipment), MS(Mobile Station), 장치(device) 등의 용어로 대체될 수 있다. 또한, 상기 게이트 웨이(100)는 상기 노드들과 직접적으로 통신을 수행하고, 기지국(BS: Base Station), 액세스 포인트(AP: Access Point), 코디네이터(coordinator)의 용어로 대체될 수 있다.
상기 게이트 웨이(100)는 제1 통신 및 제2 통신을 IEEE 802.15.4 표준에 정의된, 주기적으로 방송(broadcast)되는 비콘(beacon)을 기반으로 네트워크를 운용하는 비콘 인에이블(beacon-enable) 모드를 통해 하나의 채널을 시간 분할하여 선택적으로 수행할 수 있다. 여기서, 제1 통신은 제1 통신규격에 의해 수행되는 데이터 송수신 동작을 의미하고, 제2 통신은 제2 통신규격에 의해 수행되는 데이터 송수신 동작을 의미한다. 또한, 상기 1 통신규격 및 제2 통신규격은 SUN, LPWA를 포함하여 IEEE 802.15.4 표준을 따르는 다양한 통신 방식이 될 수 있다.
비콘 인에이블 모드의 네트워크에서, 게이트 웨이(100)는 비콘을 주기적으로 송신하고, 노드들은 네트워크에 동기화하고 접속하기 위해 상기 비콘을 주기적으로 청취한다. 상기 송신 및 상기 접속은 프레임 단위로 순차적으로 이루어질 수 있다.
상기 프레임은 게이트 웨이가 주기적으로 송신하는 비콘간의 간격인 비콘 구간(beacon interval) 사이에서 데이터 송수신을 위한 복수의 슬롯(예를 들어, 2n개)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 또한 각각의 프레임은 활성 구간(active period) 및 비활성 구간(inactive period)을 포함하도록 구성될 수 있다.
활성 구간은 각각의 통신규격에 따라 데이터 송수신이 수행되는 구간으로서, 각각의 통신규격의 활성 구간은 데이터 송수신을 위한 슬롯으로 구성된다. 비활성 구간은 데이터 송수신이 이루어지지 않는 구간을 의미한다. 또한, 활성 구간 및 비활성 구간의 비율을 듀티 사이클(duty cycle)이라 한다.
상기 활성 구간은 경쟁적 액세스 구간(CAP: Contention Access Period) 및 특정한 노드의 보장된 접속을 위한 비경쟁적 액세스 구간(CFP: Contention Free Period)를 포함한다.
CAP는 네트워크에 참여한 장치들이 경쟁적으로 데이터 프레임을 전송하기 위한 시간 슬롯들로 구성되고, CFP는 특정 장치가 데이터 프레임을 전송할 수 있도록 할당된 타임 슬롯인 GTS(Guaranteed Time Slot)들로 구성된다. 또한, CFP는 하나의 장치를 위하여 복수의 GTS가 할당되도록 구성될 수도 있다.
게이트 웨이(100)는 CFP 내의 각 GTS가 어느 장치에게 할당되는지 결정하고 게이트 웨이(100)에 의해 결정된 CFP의 GTS할당 정보는 프레임의 최초 슬롯인 비콘 프레임에 포함되어 전송될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이(100, 도 1)의 통신 방법은 제1 통신규격 및 제2 통신규격에 따르는 통신을 수행하기 위해 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임에서 비콘 인에이블 모드의 듀티 사이클을 설정할 수 있다.
즉, 게이트 웨이는 상기 프레임에서, 제1 통신규격의 제1 활성 구간과 제2 통신규격의 제2 활성 구간을 설정한다(S110). 여기서, 상기 제1 활성 구간은 2m(0 = m < n, m은 정수) 개의 슬롯으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 m이 n-1로 설정된 경우 제1 통신규격의 제1 활성 구간과 제2 통신규격의 제2 활성 구간은 하나의 프레임을 1/2씩 점유할 수 있다. 또한, 상기 제1 활성 구간은 상기 제2 통신규격의 제2 비활성 구간으로 설정되고, 상기 제2 활성 구간은 상기 제1 통신규격의 제1 비활성 구간을 설정될 수 있다. 이러한 경우, 제1 통신규격의 듀티 사이클과 제2 통신규격의 듀티 사이클은 50%로 설정될 수 있다.
이후, 게이트 웨이는 상기 제1 활성 구간에서 상기 제1 통신규격의 제1 비콘 신호를 전송할 수 있다(S120). 다음으로, 게이트 웨이는 상기 제1 활성 구간 종료 후 상기 제2 활성 구간에서 상기 제2 통신규격의 제2 비콘 신호를 전송할 수 있다(S130).
이와 같이, 게이트 웨이는 하나의 프레임에서, 제1 통신규격의 제1 활성 구간과 제2 통신규격의 제2 활성 구간을 설정하므로, 제1 통신규격에 의한 제1 통신 동작과 제2 통신규격에 의한 제2 통신 동작이 충돌하지 않는다.
또한, IEEE 802.15.4 표준 프로토콜을 유지하므로, 상기 게이트 웨이에 접속하는 노드들은 고유의 통신규격과 동일하게 통신을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
게이트 웨이의 통신 동작을 나타내는 프레임들(GF)을 살피면, 게이트 웨이는 제1 통신규격의 비콘 신호(B)를 전송하여 제1 통신규격에 따르는 제1 통신을 수행하고, 상기 제1 통신이 수행되는 제1 활성 구간(AP1)이 끝나는 시점에 제2 활성 구간(AP2)이 시작되고, 제2 통신규격의 비콘 신호(B)를 전송하여 제2 통신규격에 따르는 제2 통신을 수행한다.
제1 통신규격을 따르는 노드 A 및 노드 B의 통신 동작을 나타내는 프레임들(AF, BF)를 살피면, 제1 활성 구간(AP1)에 대응하여 활성 구간(AP)을 가지고 시점 T에서 비활성 구간(IP)으로 진입한다. 또한, 제2 통신규격을 따르는 노드 X 및 노드 Y의 통신 동작을 나타내는 프레임들(XF, YF)를 살피면, 시점 T에서 활성 구간(AP)이 시작된다. 따라서, 제1 통신규격을 따르는 노드들과 제2 통신규격을 따르는 노드들은 충돌하지 않고 게이트 웨이에 접속할 수 있다.
이러한 노드들의 활성 구간 및 비활성 구간과 대응하여, 게이트 웨이의 프레임에서, 상기 제1 활성 구간(AP1)은 상기 제2 통신규격의 제2 비활성 구간으로 설정되고, 상기 제2 활성 구간(AP2)은 상기 제1 통신규격의 제1 비활성 구간을 설정될 수 있다.
이와 같이, 게이트 웨이는 제1 통신규약의 활성 구간과 제2 통신규약을 활성 구간을 변경하여 연속적으로 제1 통신 및 제2 통신을 수행할 수 있고, 노드들 각각의 활성 구간은 상이한 통신규격을 가지는 다른 노드들의 활성 구간과 중첩되지 않는다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 제2 통신규격에 따라 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수가 제1 통신규격에 따라 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수보다 수 배 이상 많은 경우를 가정할 수 있다.
이러한 경우, 게이트 웨이는 제2 통신이 수행되는 시간을 제1 통신이 수행되는 시간보다 더 길게 설정하기 위해, 하나의 프레임에서 제1 활성 구간보다 제2 활성 구간을 길게 설정할 수 있다.
이를 위해, 게이트 웨이는 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임에서 상기 제1 활성 구간을 2m(0 = m < n-1, m은 정수)개의 슬롯으로 구성되도록 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 m이 n-2로 설정된 경우 도 4의 제1 프레임들(GF1)과 같이, 제1 통신규격의 제1 활성 구간은 하나의 프레임의 전체 슬롯 중 1/4개의 슬롯을 점유할 수 있다.
한편, IEEE 802.15.4 표준에서, 비콘 신호에는 SO(macSuperFrameOrder)가 포함되고, 활성 구간에 포함되는 슬롯의 개수는 2SO로 결정된다. 여기서, SO는 자연수이고 프레임을 구성하는 n보다 같거나 작다. 따라서, 2SO 는 2n과 동일하거나 2n-1, 2n-2 등과 동일한 값을 가질 수 밖에 없고, 2SO 가 2n보다 작아 비활성 구간이 존재하는 경우에는 활성 구간이 비활성 구간보다 더 길게 설정될 수는 없다.
즉, IEEE 802.15.4 표준에서는 제1 프레임들(GF1)과 같이 제2 통신규약의 제2 활성화 구간(AP2)을 하나의 프레임의 전체 슬롯 중 3/4개의 슬롯을 점유하도록 설정할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 웨이는 상기 제2 활성 구간을 2n개의 슬롯을 가지도록 설정하고, 상기 제1 활성 구간에 대응하는 구간을 제2 통신규격의 비경쟁적 액세스 구간(CFP: Contention Free Period)으로 할당할 수 있다.
이러한 게이트 웨이의 동작을 게이트 웨이에 접속하는 제1 통신규격을 따르는 노드 1과 제2 통신규격을 따라는 노드 2의 동작에 대비하여 설명한다.
노드 1의 프레임들(NF1)을 살피면, 제1 비콘 간격(BI1) 내에서 제1 활성 구간과 비활성 구간(IP)을 포함한다. 또한, 노드 2의 프레임들(NF2)을 살피면, 제2 비콘 간격(BI2) 내에서 CAP(Contention Access Period), 제1 CFP, 및 상기 프레임의 다음 프레임의 제1 활성 구간에 대응하는 제2 CFP를 포함한다. 여기서, 상기 제2 비콘 간격(BI2)은 게이트 웨이의 제2 활성 구간에 대응한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 웨이는 제1 통신이 수행되는 시간과 제2 통신이 수행되는 시간의 비율을 1:3으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 제2 CFP로 할당되는 슬롯의 수를 조절하여 제1 통신이 수행되는 시간과 제2 통신이 수행되는 시간의 비율을 1:7, 1:15 등으로 설정할 수 있다.
또한, 게이트 웨이는 상기 비율을 제1 통신규격에 따라 상기 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수와 상기 제2 통신규격에 따라 상기 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수에 따라 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 게이트 웨이의 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 게이트 웨이는 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임을 통해 제1 통신규격 및 제2 통신규격을 포함하는 복수의 통신규격에 의한 통신을 수행할 수 있다. 즉, 상기 프레임은 복수의 통신규격에 의해 공유될 수 있다.
또한, 각각의 통신규격에 대한 듀티 사이클은 상기 프레임을 공유하는 복수의 통신규격의 수에 따라 결정될 수 있다.
또한, 게이트 웨이는 각각의 통신규격에 대한 듀티 사이클을 IEEE 802.15.4 표준에서 적용될 수 있는 듀티 사이클(100%, 50%, 25%, 12.5% 등)로 설정한다.
예를 들어, 3개의 통신규격이 하나의 게이트 웨이에서 동작될 경우 하나의 채널을 적정하게 시간 분할하기 위한 듀티 사이클은 25%이다. 즉, 3개의 통신규격 각각의 활성 구간을 구성하는 슬롯의 개수는 2n의 1/4로 설정될 수 있다.
게이트 웨이의 프레임들(GF3)을 살피면, 제1 통신규격의 제1 활성 구간(AP1)에서 제1 통신이 수행되고, 제2 통신규격의 제2 활성 구간(AP2)에서 제2 통신이 수행되며, 제3 통신규격의 제3 활성 구간(AP3)에서 제3 통신이 수행될 수 있다. 또한, 활성 구간이 설정되지 않은 구간(None)은 절전을 위해 슬리프(Sleep)될 수 있다.
또한, 제1 통신규약을 따르는 노드 A의 프레임들(AF), 제2 통신규약을 따르는 노드 X의 프레임들(XF), 및 제3 통신규약을 따르는 노드 I의 프레임들(IF)을 살피면, 각각의 비콘 간격(BI1, BI2, BI3)이 순차적으로 진행되어. 각각의 노드들의 프레임의 활성 구간(AP)과 비활성 구간(IP)이 충돌하지 않고 번갈아 설정된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 게이트 웨이
110: 프로세서
120: RF 모뎀

Claims (7)

  1. 2n(n은 자연수)개의 슬롯으로 구성되는 프레임에서, 제1 통신규격의 제1 활성 구간과 제2 통신규격의 제2 활성 구간을 설정하고, 상기 제1 활성 구간은 2m(0 ≤ m < n, m은 정수)개의 슬롯으로 구성되는 설정 단계;
    상기 제1 활성 구간에서 상기 제1 통신규격의 제1 비콘 신호를 전송하는 제1 통신 단계; 및
    상기 제1 활성 구간 종료 후 상기 제2 활성 구간에서 상기 제2 통신규격의 제2 비콘 신호를 전송하는 제2 통신 단계;
    를 포함하는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 활성 구간은 상기 제2 통신규격의 제2 비활성 구간으로 설정되고, 상기 제2 활성 구간은 상기 제1 통신규격의 제1 비활성 구간을 설정되는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 활성 구간을 2n개의 슬롯을 가지도록 설정하고, 상기 제1 활성 구간에 대응하는 구간을 제2 통신규격의 비경쟁적 액세스 구간(CFP: Contention Free Period)으로 할당하는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 활성 구간은 CAP(Contention Access Period), 제1 CFP, 및 상기 프레임의 다음 프레임의 제1 활성 구간에 대응하는 제2 CFP를 포함하는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 활성 구간은 2m(0 ≤ m < n-1, m은 정수)개의 슬롯으로 구성되는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 복수의 통신규격에 의해 공유되고, 상기 복수의 통신규격의 수에 따라 상기 복수의 통신규격 각각의 활성 구간을 구성하는 슬롯의 개수가 결정되는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 활성 구간과 상기 제2 활성 구간을 구성하는 슬롯의 개수는 상기 제1 통신규격에 따라 상기 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수와 상기 제2 통신규격에 따라 상기 게이트 웨이에 접속하는 노드의 개수에 따라 결정되는 다중 무선통신표준을 위한 게이트 웨이의 통신 방법.
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