KR20190109426A - 전자 기기를 위한 비전 인텔리전스 관리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중통신에서 저전력 제어가 이루어지도록 물리채널정보를 구성하여 전송하는 신호전송방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 중앙집중형 수중통신 네트워크에서 순방향 통신이 이루어질 때, 수신노드 측에서 프리앰블의 조합을 통해서 자신에게 제공된 신호인지를 확인할 수 있도록 물리채널정보를 구성한다. 따라서 본 발명은 순방향 통신 과정에서 모든 수신노드가 항상 복조를 수행할 필요없이, 데이터 수신을 필요로 하는 해당 수신노드만이 복조 동작이 이루어지도록 제어된다. 이러한 과정을 통해서 순방향 통신 과정에서 많은 수신노드는 불필요한 복조동작을 수행하지 않게 되면서 불필요한 전력 소모를 방지하는 효과를 얻는다.

Description

수중통신에서 신호전송방법 및 장치
본 발명은 수중통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중통신에서 저전력 제어가 이루어지도록 물리채널정보를 구성하여 전송하는 신호전송방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 해양 자원 탐사, 해양 환경 감시, 수중 군사 방어 등에 대한 관심과 중요성이 높아지면서, 해양에서 다양한 수중 정보를 수집할 수 있는 수중 통신에 대한 수요가 증가하고 있다. 상기 수중 통신은 매체의 특성상 초음파를 이용하여 통신을 수행한다. 상기 수중 정보 전송을 위한 통신망은 수중환경에 수중정보의 송수신을 수행할 수 있는 센서노드를 설치하고, 상기 센서노드로부터 수중정보를 취득하고 제어하는 구성으로 이루어진다.
상기 수중 통신망은 초음파를 이용한 수중 통신 환경 때문에, 육상 통신에 비해 상대적으로 전송되는 신호의 대역폭이 작고, 거리에 대한 신호감쇠도 매우 크다. 즉, 수중 통신망에 이용되어지는 주파수는, 수 km에서 수십 km까지의 거리에서 신뢰성 있는 통신을 수행하기 위해서 매우 제한적일 수 밖에 없다.
더구나 수중 통신망을 이용한 수중 정보 취득에 대한 수요가 증가하게 되면, 수중에서 통신을 수행하는 센서노드의 수가 증가하게 된다. 그러나 종래의 수중 통신망에서는 수중채널 환경에서 사용 가능한 주파수의 제한 때문에, 복수개의 센서노드를 효율적으로 제어하지 못하였다.
즉, 종래의 수중 통신망에서 하나의 주파수만을 이용하여 통신을 수행하는 경우, 하나의 센서노드에 해당 주파수가 할당되면, 그 이외의 모든 센서노드는 신호를 송수신할 수 없었다.
또한, 종래의 수중 통신망에서 복수개의 주파수를 이용하여 통신을 수행하는 경우, 수중에서 통신을 원하는 센서 노드의 수가 할당된 주파수보다 많으면, 할당된 주파수를 초과하는 수 만큼의 수중 센서 노드는 신호를 송수신할 수 없었다. 더욱이 이 경우 모든 센서 노드는 주변의 센서 노드가 어떠한 주파수를 할당 받아 사용하고 있는지를 계속 점검해야 하기 때문에, 수중에서 배터리의 소모량이 크게 증가하여 수중 센서 노드의 운용 기간이 크게 감소한다.
따라서 종래의 수중 통신망에서는 복수개의 센서노드를 효율적으로 관리하지 못하여, 통신 가능한 센서 노드수를 제한시켰다. 그러나 해양정보에 대한 다양한 수요 증가로 센서노드 수 증가가 불가피하게 되고 있고, 여러가지 부분에서 수중 통신망의 효율적인 제어가 더욱 필요한 실정이다.
또한 한번 수중에 설치되거나 위치된 센서노드는, 수중통신을 수행하기 위하여 필수적으로 전원을 사용하게 된다. 그러나 한번 수중에 설치되어진 수중 센서노드에 전원을 재공급하거나 배터리를 교체하는 작업은 매우 어렵다. 그렇기 때문에 수중 센서노드의 저전력 동작 제어는 필수적이다.
따라서 본 발명의 목적은 중앙집중형 수중통신 네트워크에서 물리채널정보를 효율적으로 구성하여 수신노드 측의 저전력 동작 제어가 이루어지도록 하는 수중통신의 신호전송장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수중통신의 신호전송방법은, 수중 정보를 검출하는 복수개의 수신노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 중앙집중형 네트워크 수중 통신에서, 상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역에서 가장 낮은 주파수 대역을 순방향 통신을 위한 주파수 대역으로 설정하는 설정단계; 송신을 위한 프레임 데이터의 프리앰블에 물리 채널 정보와 상기 물리 채널 신호를 복조해야 할 수신 노드 정보를 포함하여 구성하는 구성단계; 및 상기 중앙노드에서 상기 설정된 주파수 대역을 이용해서 신호를 송신하는 송신단계를 포함하여 구성된다.
바람직하게는 상기 복수개의 수신노드는 신호를 수신하고, 프레임 데이터에 포함된 프리앰블 값을 조합해서 상기 프리 앰블의 물리 채널 정보가 자신의 데이터인지를 판단하는 판단단계; 상기 판단 결과에 따라서 물리 채널 정보가 자신의 데이터를 포함하는 수신노드만이 데이터 복조 동작을 수행하는 동작단계를 더 포함하여 구성된다.
바람직하게는 상기 구성단계는, 복수개의 물리 채널 정보와, 복수개의 수신 노드 그룹 정보와, 복수개의 수신 노드 정보를 조합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 구성단계는, 복수개의 물리 채널 정보와, 복수개의 수신 노드 정보를 조합하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 송신단계는, 여러개의 반송파에 데이터를 실어보내는 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 수중통신에서 신호전송장치는, 수중 정보를 검출하는 복수개의 수신노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 중앙집중형 네트워크 수중 통신에서, 상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역에서 가장 낮은 주파수 대역을 순방향 통신을 위한 주파수 대역으로 설정하는 주파수 설정 모듈; 송신을 위한 프레임 데이터의 프리앰블에 물리 채널 정보와 상기 물리 채널 신호를 복조해야 할 수신 노드 정보를 포함하여 구성하는 구성 모듈; 상기 중앙노드에서 상기 설정된 주파수 대역을 이용해서 상기 신호를 송신하는 송신 모듈을 포함하여 구성된다.
바람직하게는 상기 복수개의 수신노드에서 신호를 수신하고, 프레임 데이터에 포함된 프리앰블 값을 조합해서 상기 프리 앰블의 물리 채널 정보가 자신의 데이터인지를 판단하는 수신 모듈; 상기 판단 결과에 따라서 물리 채널 정보가 자신의 데이터를 포함하는 수신노드만이 데이터 복조 동작을 수행하는 복조 모듈을 더 포함하여 구성된다.
바람직하게는 상기 구성 모듈은, 복수개의 물리 채널에서 임의의 물리 채널을 결정하는 유닛; 복수개의 수신 노드 그룹에서 임의의 수신 노드 그룹을 결정하는 유닛; 복수개의 수신 노드에서 임의의 수신 노드를 결정하는 유닛; 상기 물리 채널, 수신 노드 그룹, 수신 노드를 조합하여 프리 앰블 값을 생성하는 프리앰블 생성기; 상기 프리앰블을 물리 채널 신호에 삽입하는 프리앰블 삽입 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 수중 통신의 신호전송장치 및 방법은, 중앙집중형 수중통신 네트워크에서 순방향 통신이 이루어질 때, 수신노드 측에서 프리앰블의 조합을 통해서 자신에게 제공된 신호인지를 확인할 수 있다. 따라서 본 발명은 순방향 통신 과정에서 모든 수신노드가 항상 복조를 수행할 필요없이, 데이터 수신을 필요로 하는 해당 수신노드만이 복조 동작이 이루어지도록 제어된다. 이러한 과정을 통해서 순방향 통신 과정에서 많은 수신노드는 불필요한 복조동작을 수행하지 않게 되면서 불필요한 전력 소모를 방지하는 효과를 얻는다.
도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 수중 통신에 이용되어지는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 수중 통신을 위하여 주파수 대역을 분할한 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 통신거리에 따라서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 전체적으로 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 센서노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 중앙노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신에서 송신신호로 구성되는 프레임 데이터의 구조도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블 데이터의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신에서 송신 측의 일부 구성도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신에서 수신 측의 동작 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부" 와 "노드", '축' 과 '차원', "모듈"과 "부", "유닛"과 "부"은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 도시하고 있는 수중 통신에 이용되어지는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.
도1에 도시된 수중 통신망은, 복수개의 센서노드(1)와, 싱크노드(5), 그리고 상기 센서노드(1)와 싱크노드(5) 사이의 정보 전달 역할을 수행하는 중간노드(3)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 수중 통신망에서 수중 정보의 전송은 다음과 같이 이루어진다. 상기 복수개의 센서노드(1) 중에서 검출한 수중정보를 전송하고자 하는 센서 노드(1)가 여러 단계로 구성되고 있는 중간노드(3)를 통해서 싱크노드(5)로 수중정보를 전송한다.
그러나 이와 같이 구성되는 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 검출한 수중정보를 전달함에 있어서 여러단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 한다. 따라서 센서노드(1)와 여러 단계의 중간노드(3) 그리고 싱크노드(5)까지 연결되는 수중 통신망에서, 검출한 수중정보를 전송하기 위한 라우팅 알고리즘이 복잡하게 구현되어진다.
또한 상기 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 수중정보를 전달하는 과정에서 전송 에러가 발생하게 되면, 검출한 수중정보의 재전송을 위한 과정이 번거롭다.
또한, 상기 수중 통신망은 여러단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 하는 문제 때문에, 수중 정보를 전달하는 중간노드에 문제가 발생하면, 문제가 발생된 중간노드와 관련된 센서노드의 사용이 안된다.
이러한 부분들 때문에 도 1에 도시된 일반적인 수중 통신망은 다양한 수중정보를 취득, 전달하는 과정에서 데이터 전송 효율을 비롯한 장비의 이용 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 이러한 점들을 개선해서 본 발명은 중앙 제어형 수중 통신망을 구현하고자 한다.
이하 본 발명의 설명에서 "주파수 대역" 그리고 "주파수"가 혼용하여 사용되는 경우가 있다. 상기 "주파수"는 "주파수 대역"에 포함되고 있는 주파수를 지칭하고 있고, 주파수는 그 주파수의 일정 범위 안에 포함되는 주파수에는 거의 같은 신호가 실리므로, 상기 두 단어가 같은 의미로 표현 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어형 수중 통신망은, 수중 환경에서 중앙 집중형으로 센서노드들을 연결하여 구성되어진다.
상기 중앙 제어형 수중 통신망은, 하나 이상의 센서노드(10)를 포함한다. 상기 센서노드(10)는, 수중환경에 고정 또는 이동 가능하도록 설치되어진다. 상기 센서노드(10)는, 많은 수중 정보를 취득하기 위해서 가능한 많이 설치되어진다.
상기 중앙 제어형 수중 통신망은, 상기 복수개의 센서노드(10)에서 취득한 수중 정보를 취합하는 중앙노드(20)를 포함한다. 상기 중앙노드(20)는, 복수개의 센서노드(10)에서 취합한 수중정보를 지상 네트워크(도시하지 않음)로 전송하는 기능을 수행한다.
상기와 같이 구성되어지는 중앙 제어형 수중 통신망은 전체적으로 다음과 같이 제어 되어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신을 제어하기 위해서 제한된 주파수 대역 내에서 일정갯수의 작은 주파수 대역으로 분할한 과정을 나타내는 도면이다.
도면을 참조해서 설명하면, 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서 이루어지는 수중 통신은 기본적으로 초음파로 행해진다. 그리고 상기 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역을 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다. 여기서 중앙노드(20)가 사용 가능한 전체 주파수 대역이라 함은, 중앙노드(20)와 각기 다른 거리에 설치되고 있는 센서노드(10) 사이에서 수중 통신이 가능한 영역에 포함되어지는 주파수 대역을 말한다. 즉, 중앙노드(20)에서 임의의 위치에 설치된 센서노드(10)로 신호 전송이 가능하고, 센서노드(10)에서 전송한 신호를 중앙노드(20)에서 수신 가능하도록 이용되어지는 주파수 대역을 표현한다.
상기 순방향 주파수 대역은, 중앙노드(20)에서 복수개의 센서노드(10)로 신호를 전송할 때 사용한다. 이때 사용되는 주파수 대역은, 중앙노드(20)가 사용 가능한 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역(f0)으로 설정한다.
통상적으로 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가한다. 따라서 중앙노드(20)에서 센서노드(10)로 신호 전송시에는 거리에 관계없이 모든 센서노드에서 신호 수신이 가능해야만 한다. 그러므로 가장 낮은 주파수를 갖는 주파수 대역(f0)이 순방향 주파수 대역으로 결정되어서, 중앙노드(20)에서 복수개의 센서노드(10)로 신호 전송시에 이용되어진다.
그리고 역방향 주파수 대역은, 각각의 복수개의 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송을 수행할 때 사용된다. 여기서 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역 중에서, 상기 순방향 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역 전체가 역방향 주파수 대역에 포함되어진다.
그리고 상기 역방향 주파수 대역은, 다시 복수개의 작은 주파수 대역으로 분할되어진다. 이때 작은 주파수 대역으로 분할은, 중앙노드를 기준으로 센서노드와의 거리 사이에서 동일한 주파수 대역으로 신호 송수신이 가능한 센서노드를 같은 영역으로 묶고, 상기 분할된 영역 수 만큼 작은 주파수 대역 수(후술되는 영역 M 개)로 분할한다.
그리고 각각 분할되어진 작은 주파수 대역이 각기 다른 위치에 설치된 센서노드(10)의 신호전송에 이용되어지도록 할당된다. 예를 들면, 중앙노드(20)와 가장 먼거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역 (f1)이 할당된다. 그리고 중앙노드(20)와 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역(fM)이 할당된다.
이 경우 상기 중앙노드(20)를 기준으로 해서, 가장 먼거리에 위치하고 있는 센서노드(10)일수록 상기 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역이 할당되어진다. 반대로 상기 중앙노드(20)를 기준으로 해서 가장 가까운거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에게 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 높은 주파수 대역이 할당되어진다. 이는 앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가하기 때문에, 낮은 주파수 대역의 주파수(f1)가 가장 장거리 통신용 주파수로 할당된다. 그리고 가장 높은 주파수 대역의 주파수(fM)가 가장 단거리 통신용 주파수로 할당된다.
이와 같은 과정으로 각각의 센서노드(10)에 수중 통신을 위한 주파수 대역이 할당되어지고, 이후 센서노드(10)에서 검출한 수중정보가 할당된 주파수 대역을 이용하여 중앙노드(20)로의 수중정보의 전송이 이루어지는 수중통신이 행해진다.
다음, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 나타내는 도면이다.
수중 통신은 지상 통신과 비교해서 더 많이 환경적인 요인에 영향을 받는다. 그렇기 때문에 센서노드(10) 내에서 수중 센서를 이용하여 수중 정보를 검출하는 과정에서, 환경적인 영향으로 센서노드(10)의 분실 상황이 발생될 수 밖에 없다. 또한 임의의 센서노드(10)가 수중 정보를 정상적으로 검출하였다고 해도, 상기 검출한 수중 정보를 중앙노드(20)까지 전송되는 과정에서 데이터 전송 성공률이 항상 100% 만족될 수가 없다. 따라서 수중 통신망의 여건이 허락만 된다면, 센서노드(10)의 수를 가능한 많이 설치하는 것이, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 얻는 것이 가능해진다.
한편, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 사이에는 같은 주파수 대역으로 신호의 전송이 가능한 영역이 존재한다. 즉, 중앙노드(20)를 기준으로 가장 가까운 거리에 포함되는 영역1에 존재하는 센서노드들에는 분할된 주파수 대역(fM)이 동일하게 할당된다. 그리고 중앙노드(20)를 기준으로 가장 먼 거리에 포함되는 영역(M)에 존재하는 센서노드들에는 분할된 주파수 대역(f1)이 동일하게 할당된다.
상기 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 동일 영역 또는 다른 영역으로의 영역 분할은, 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 신호 송수신이 가능한 범위 내에서 분할되어진다. 즉, 동일한 주파수 대역(fM)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역1에 포함되어진다. 그리고 동일한 주파수 대역(f1)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역M에 포함되어진다.
이와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생되어진다. 이때 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.
한편, 상기와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당한 경우, 같은 주파수 대역을 할당 받은 같은 영역에 있는 복수개의 센서노드(10)는 중앙노드(20)의 제어에 의해 다양한 다중접속 방식(주파수 분할 다중접속방식, 시분할 다중 접속 방식, 코드 분할 다중 접속 방식, 캐리어 센싱 다중접속 방식 등)을 이용하여 중앙노드(20)와의 통신을 수행한다. 상기 공지된 다중 접속 방식에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신망에서 중앙노드와 센서노드 사이의 거리에 따른 적응형 통신이 가능하기 위해서는 중앙노드에서 센서노드 사이의 거리 정보를 검출하는 과정을 필요로 한다. 이러한 설명에 앞서서 본 발명의 중앙노드와 센서 노드 사이의 수중정보 송수신을 위한 대략적인 구성을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되어지는 센서노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되어지는 중앙노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도5를 참조해 보면, 다수개의 센서노드(10) 들은 수중 정보를 채집하고, 중앙노드(20)로 전송한다. 이때 다수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이에는 수중 통신망(50) 내에서 매체의 특성상 신호 전송을 가능케하는 초음파를 이용한 수중정보의 송수신이 이루어진다. 그리고 상기 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송시에 자신의 위치 데이터도 같이 포함하여 전송한다. 상기 센서노드(10)의 위치정보는 센서 노드(10)가 수중의 임의의 위치에 설치되는 시점에서 센서 노드(10)에 기록되어 저장되어지는 것이 바람직하다. 그러나 상기 센서노드(10)의 위치는 수중 환경의 특성상 고정 설치되는 것이 어렵다. 따라서 상기 위치정보라고 표현했지만, 단지 센서 노드(10) 식별 정보로 이해하는 것이 바람직하다.
상기 중앙노드(20)는 다수개의 센서노드(10) 들로부터 취합한 수중정보를 지상으로 전송한다. 상기 중앙노드(20)는 지상 통신망(60)의 관리노드(64)로 취득한 수중 정보를 전송한다. 따라서 상기 중앙노드(20)는 수중 통신망(50) 내에서 복수개의 센서노드(10) 들과 수중 통신을 수행함과 동시에 지상의 관리노드(64)와 통신을 수행하게 된다. 그리고 상기 관리노드(64)는 중앙노드(20)를 통해서 전송받은 수중정보를 무선신호를 이용하여 지상통신망(62)과 연결하는 기능을 수행한다.
도 6을 참조하면, 상기 센서노드(10)는 수중에서 필요한 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서부(30), 각 센서부(30)에 의해 센싱된 데이터를 변조하고, 초음파로 변환한 후 중앙노드(20)로 전송하는 데이터 송신부(36), 상기 중앙노드(20)에서 전송한 초음파신호를 수신해서 복조하는 데이터 수신부(38)를 포함한다. 상기 데이터 송신부(36)와 데이터 수신부(38)는 송수신부(40)에 포함되고, 상기 센서부(30)와 송수신부(40) 사이의 제어를 수행하는 제어부(32)가 더 포함되어진다. 그리고 센서노드(10)의 전체적인 동작 제어를 위해 필요로 하는 각종 데이터 및 알고리즘을 저장하고, 상기 센서부(30)로부터 검출한 수중정보를 저장하는 메모리(34) 등을 포함하여 구성된다.
상기 복수개의 센서부(30)는 자신의 목적에 맞게 물의 온도, 용존산소량, 지진파를 비롯한 각종 수중 정보를 센싱하고, 센싱한 데이터를 제어부(32)로 출력한다. 상기 센서부(30)는 디지털 센서일 수도 있지만, 아날로그 신호로 센싱한 데이터를 디지털로 변환해서 출력할 수 있도록 구성 가능하다. 이 경우 상기 센서부(30)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 모든 구성에서 신호처리된 데이터는 디지털 신호임을 기본으로 한다.
상기 송수신부(40)는, 수중에서 초음파를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신받는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 송신부(36)는, 상기 센서부(30)에서 검출한 수중정보를 변조하고, 초음파신호로 변환한 후 중앙노드(20)로 송신한다. 그리고 데이터 수신부(38)는, 상기 중앙노드(20)에서 송신한 초음파신호를 수신하고 복조한 후, 제어부(32)로 출력한다.
도시되고 있는 센서노드(10)는, 데이터 수신부(38)를 통해서 중앙노드(20)에서 전송한 수중정보를 수신한다. 이때 중앙노드(20)에서 전송한 신호의 수신을 가능케 하기 위하여 상기 데이터 수신부(38)는, 상기 순방향 주파수 대역에 포함되고 있는 주파수로 주파수 설정이 이루어진다. 또한 데이터 송신부(36)는, 이후 자신에게 할당된 주파수 대역에 포함된 특정 주파수로 설정되어져서 중앙노드(20)로 전송하기 위한 정보를 상기 설정된 특정 주파수에 실어서 전송하게 된다. 따라서 상기 송수신부(40)에는 제어부(32)의 제어하에 주파수 설정이 이루어지는 구성이 포함되어진다. 이러한 구성은 이미 공지되어 있는 기술에 의해서 이루어지므로 부연설명은 생략한다. 그리고 각 센서노드(10)의 주파수 설정이 이루어지지 않은 상태인 초기 설정과정에서는 중앙노드(20)로부터의 신호 수신시에는 순방향 주파수 대역으로 설정되고, 초기 설정 전에 중앙노드(20)로 신호 전송시에는 분할된 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되도록 제어한다.
또한, 본 발명에서 상기 센서노드(10)는, 수중 환경에서 특정 위치에 고정 설치될 수도 있으나, 해류 등의 영향으로 수중 환경 상 대부분 일정 영역 내에서 이동 되어질 수 밖에 없다. 이와 같이 센서노드(10)가 이동될 우려가 많기 때문에, 중앙노드(20)와의 거리 측정은 수중 정보 측정이 이루어지는 시간에 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 실시간 제어가 불합리할 경우, 수중 통신이 이루어지는 시간을 피해서 일정시간 간격으로 반복 측정하는 것도 바람직하다. 이와 같이 거리 대비 사용 주파수가 변경될 수 있으므로, 상기 센서노드(10)는, 중앙노드(20)와의 수중통신을 위하여 사용 가능한 주파수 대역을 실시간으로 가변 제어할 필요성이 있다.
이와 같은 부분에서 상기 센서노드(10)의 송수신부(40)는, 설정 주파수를 가변 제어 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 센서노드(10)의 현재 위치에 따라서 정보의 송신을 위한 주파수가 가변 제어되어져서 전송하고자 하는 정보를 중앙노드(20)로 전송 가능하도록 구성되어진다. 그리고 상기 센서노드(10)의 이동 위치는, 중앙노드(20)와의 신호 송수신이 가능한 특정 반경 내에서만 이루어지도록 하여, 센서노드(10)의 분실 위험을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(32)는, 상기 센서부(30)에서 검출된 각종 수중 정보를 메모리(34)에 저장하는 제어를 수행하거나, 송수신부(40)를 통해서 이루어지는 수중정보의 송수신을 제어하는 기능을 수행한다.
또한 상기 제어부(32)는, 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 거리검출을 위한 제어를 수행한다. 이를 위해서 상기 제어부(32)는 중앙노드(20)에서 거리 검출을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(38)에 의해 수신하고, 수신전력의 크기를 검출 가능한 구성을 포함한다. 상기 수신신호의 전력세기는, 수신신호의 전력을 직접 검출하거나 또는 전류, 전압 등을 검출하여 간단한 연산과정으로 검출 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출구성은 공지되고 있는 파워 검출기를 포함한 다양한 기술에 의해서 적용 가능하다. 또한 전류크기는, 수신부에 전류 검출용 저항을 설치하는 것에 의해서 간단하게 검출 가능하다. 이러한 검출부분들은 공지되고 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략하기로 한다. 그리고 검출된 수신신호의 전력세기를 이용한 거리 추정은 메모리(34)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
또한 상기 제어부(32)는, 거리 검출을 위한 다른 방법으로서, 상기 중앙노드(20)에서 신호를 송신한 후 센서노드(10)에 도착하기까지 소요된 지연시간을 검출해서 이용하는 것이 가능하다. 상기 지연시간 검출은, 일 예로 중앙노드(20)에서 신호 송신을 시작하는 시점정보와 신호가 도착한 시점정보를 비교하여 그 차에 의해서 검출 가능하다. 그리고 도착한 시점 정보를 검출하기 위해서, 상기 제어부(32)에 시간 계수 기능 등을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 검출된 지연시간을 이용한 거리 추정은, 상기 메모리(34)에 기저장되고 있는 지연시간 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
그리고 메모리(34)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보 저장에 이용되어진다. 상기 센서부(30)의 검출정보도 메모리(34)에 저장되어진다. 특히, 상기 메모리(34)에는, 센서노드(10)에서 거리 검출이 직접 이루어질 때, 거리 검출에 이용될 각종 정보들을 저장하게 된다. 일 예로, 수신전력의 세기를 판단하기 위한 정보, 지연시간을 검출하기 위한 정보, 수신전력의 세기를 이용하여 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 거리를 판단하기 위한 정보, 그리고 추정된 거리정보에 따라서 수중 통신이 가능한 주파수 대역 정보 등을 저장한다. 이렇게 메모리(34)에 저장된 각종 정보들을 이용하여 제어부(32)는 거리 추정, 특정 주파수 대역 요청 등의 과정을 수행한다.
도 7을 참조하면, 상기 중앙노드(20)는, 상기 센서노드(10)와 초음파로 수중신호의 송수신을 수행하기 위한 제 1 송수신부(22)와, 상기 관리노드(64)와 신호의 송수신을 수행하기 위한 제 2 송수신부(21)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 중앙노드(20)는, 상기 제 1,2 송수신부의 제어를 수행하고, 정보 저장을 제어하는 제어부(28)와, 각종 정보를 저장하는 메모리(29)를 포함한다. 상기 제 2 송수신부(21)는, 상기 중앙노드(20)의 위치가 수면 위인지 또는 수면 아래인지에 따라서 초음파로 전송 가능토록 구성되거나, 무선 신호 등으로 전송 가능토록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙노드(20)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 구분하고, 다시 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하기 위한 주파수 분할기(27)를 포함하고 있다. 상기 주파수 분할기(27)는, 센서노드(10)와 수중정보를 송수신할 때 이용되어지므로 제 1 송수신부(22)에 포함되어질 수도 있다.
상기 주파수 분할기(27)는, 도4에 도시하고 있는 바와 같이, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역을 영역수(M개) 만큼 작은 주파수 대역으로 분할 가능하도록 구성된다. 따라서 상기 제어부(28)는, 상기 주파수 분할기(27)의 주파수 분할을 제어하고, 이후 임의의 센서노드(10)와의 신호 송수신시에 상기 주파수 분할기(27)의 주파수를 해당 주파수로 분할토록 제어하여 신호의 송수신이 정상적으로 이루어지도록 제어한다.
상기 제 1 송수신부(22) 내의 데이터 송신부(26)는 모든 센서노드로의 신호 전송이 가능하도록 순방향 주파수대역(f0)으로 설정하고 있다. 그리고 상기 제 1 송수신부(22) 내의 데이터 수신부(24)는 수중 통신이 행해질 임의의 센서노드에 할당된 주파수 대역 내에 존재하는 모든 역방향 주파수로 설정되어진다. 단, 각 센서노드(20)에 주파수가 설정되지 않은 초기 설정과정에서는, 상기 데이터 수신부(24)는 분할된 역방향 주파수 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진다. 이것은, 센서노드(10)가 주파수 설정이 이루어지기 전이므로, 모든 거리에 존재하는 센서노드에서 송신한 신호를 수신 가능하도록 하기 위함이다.
이를 위해서 제어부(28)의 제어하에 주파수 분할기(27)를 통해서 주파수 분할되고, 상기 분할된 주파수로 데이터수신부(24)의 주파수가 설정되는 일련의 과정을 제어한다. 상기 주파수분할기의 주파수 분할 동작은 디지털식으로 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 데이터 수신부(24)는, 모든 센서노드와의 신호 송수신과정에서 정상적인 신호 수신이 가능하도록 주파수 가변 제어 구성을 포함한다.
또한, 상기 제어부(28)는, 각 센서노드(10)에 대한 전력관리, 트래픽제어와 유사한 거리에 존재하는 센서노드(10)에 대한 다중접속 제어 및 필요에 의해서 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 거리검출을 위한 제어를 수행한다. 본 발명에서는 센서노드(10)의 제어부(32)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하나, 중앙노드(20)의 제어부(28)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하다.
따라서 상기 제어부(28)는 센서노드의 주파수 설정이 이루어지지 않은 초기설정과정에서, 센서노드(10)에서 거리 검출을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(24)에 의해 수신하고, 수신전력의 크기를 검출 가능한 구성을 포함한다. 상기 수신신호의 전력세기는, 수신신호의 전력을 직접 검출하거나 또는 전류, 전압 등을 검출하여 간단한 연산과정으로 검출 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출구성은 공지되고 있는 파워 검출기를 포함한 다양한 기술에 의해서 적용 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출은, 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공 받는 것도 물론 가능하다. 또한 전류크기는, 수신부에 전류 검출용 저항을 설치하는 것에 의해서 간단하게 검출 가능하다. 마찬가지로 상기 전류크기 검출도 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공받는 것도 가능하다. 이러한 검출부분들은 공지되고 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략하기로 한다. 그리고 검출된 수신신호의 전력세기를 이용한 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
또한 상기 제어부(28)는, 거리 검출을 위한 다른 방법으로서, 상기 센서노드(10)에서 신호를 송신한 후 중앙노드(20)에 도착하기까지 소요된 지연시간을 검출해서 이용하는 것이 가능하다. 상기 지연시간 검출은, 일 예로 센서노드(10)에서 신호 송신을 시작하는 시점정보와 중앙노드(20)에 신호가 도착한 시점정보를 비교하여 그 차에 의해서 검출 가능하다. 그리고 도착한 시점 정보를 검출하기 위해서, 상기 제어부(28)에 시간 계수 기능 등을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 검출된 지연시간을 이용한 거리 추정은, 상기 메모리(29)에 기저장되고 있는 지연시간 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
그리고 메모리(29)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보 저장에 이용되어진다. 특히, 상기 메모리(29)에는, 중앙노드(20)에서 거리 검출이 이루어질 때, 거리 검출에 이용될 각종 정보들을 저장하게 된다. 일 예로, 센서노드(10)로부터 제공받은 수신전력의 세기, 지연시간등을 이용하여 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 거리를 판단하기 위한 정보, 그리고 추정된 거리정보에 따라서 할당 가능한 수중 통신이 가능한 주파수 대역 정보 등을 저장한다. 이렇게 메모리(29)에 저장된 각종 정보들을 이용하여 제어부(28)는 거리를 추정하고, 임의의 센서노드에 할당할 특정 주파수 대역을 선택하게 된다. 그리고 상기 메모리(29)에는 주파수 분할을 위한 제어정보들도 포함하고, 분할된 주파수 대역과 그에 설정된 센서노드 등의 연관되어진 정보들도 저장한다. 그리고 센서노드들로부터 취합한 수중정보도 저장한다.
다음, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.
도시되고 있는 도 8은, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 1 제어방법에 따른 동작 과정이다.
본 발명의 수중 통신망에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10) 간의 거리 정보를 검출해야 한다. 그리고 검출된 거리정보에 따라서 센서노드(10)에 특정 주파수 대역이 할당되어진다. 즉, 검출된 거리 정보에 따라 적응적으로 특정 주파수가 할당될 필요성이 있다.
먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(200 단계)
또한, 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(205 단계). 상기 200 단계와 205 단계는, 상기 중앙노드의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되어져서 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함되어진 모든 센서노드(10)로 송신되고, 센서노드(10)의 수신부(38)는 기준신호를 수신한다(210 단계).
상기 210 단계에서 기준신호를 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 이용하여 중앙노드(20)와의 거리를 추정한다(220 단계). 상기 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 거리 추정은, 수신신호의 전력세기를 이용해서 추정된다.
상기 220 단계에서 거리 추정이 이루어진 후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)로 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역을 자신의 주파수 대역으로 할당해 줄 것을 요청한다(230 단계). 상기 230 단계에서 특정 주파수 대역 요청 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에서는 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진 주파수 대역을 이용하여 주파수 대역 요청신호가 송신되어진다. 또한 상기 230 단계에서 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역값도 기설정되어 저장되고 있는 메모리(34)의 저장값에 근거하여 선택이 이루어진다.
이후, 중앙노드(20)는, 복수개의 센서노드(10)로부터 요청되어진 주파수 대역 정보를 취합하고, 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(240 단계). 따라서 상기 240 단계까지 상기 중앙노드(20)의 데이터 수신부(24) 또한 순방향 주파수 대역으로 설정되어진다.
이후부터 상기 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.
이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행되어진다. 따라서 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)에 각각의 거리에 따른 적정 주파수가 할당되므로서, 할당 주파수가 불합리함에 따른 사용 불가능한 센서노드가 발생되지 않게 된다. 즉, 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 수중 통신이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하게 된다.
다음, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.
도시되고 있는 도 9는, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 2 제어방법에 따른 동작 과정이다. 도시되고 있는 실시예는 중앙노드(20)에서 자신의 판단하에 각 센서노드(10)와의 거리를 추정하고, 추정된 거리에 따라서 각각의 센서노드(10)에 주파수를 할당하기 위한 제어 과정이다.
먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(300 단계).
그리고 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역 수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(305 단계). 상기 300 단계와 305 단계는, 상기 중앙노드(20)의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 초음파신호로 변환되어져서 모든 센서노드(10)로부터 중앙노드(20)로 송신동작이 제어된다. 복수개의 센서노드(10)로부터 송신된 기준신호를 데이터수신부(24)를 통해서 수신한 중앙노드(20)는, 각 센서노드로부터의 수신신호의 전력세기, 전송시간에 이용되어진 지연시간 등을 검출한다. 상기 검출신호를 위한 신호 송수신 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전 상태이다. 따라서 상기 센서노드(10)의 데이터송신부(36) 및 중앙노드(20)의 데이터수신부(24)는, 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진 주파수 대역을 이용하여 신호의 송수신을 수행한다(310 단계). 한편, 상기 신호 검출 동작을 직접 센서노드(10)에서 수행하고, 그 검출제어정보를 중앙노드(20)에서 입력해서 이후 거리 추정에 이용하는 것도 가능하다.
상기 310 단계에서 거리 추정을 위한 신호를 검출한 중앙노드(20)는, 각각의 센서노드의 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(320 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기저장되고 있는 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(330 단계,340 단계).
이후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.
이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행되어진다. 따라서 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 수중 통신이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하게 된다.
다음, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.
도시되고 있는 도 10은, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 3 제어방법에 따른 동작 과정이다. 도시되고 있는 실시예에서는 복수개의 센서노드에 동일한 주파수 대역이 설정 가능함을 보여주기 위한 과정도이다.
중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(400 단계).
또한, 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(405 단계). 상기 400 단계와 405 단계는, 상기 중앙노드의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되어져서 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함되어진 모든 센서노드(10)로 송신된다(410 단계).
상기 410 단계에서 송신된 기준신호를 데이터수신부(38)를 통해서 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 또는/및 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 중앙노드(20)로 송신한다. 상기 검출신호 송신 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에서는 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역을 이용하여 검출신호가 중앙노드(20)로 송신되어진다.
상기 검출신호를 수신한 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 각각의 센서노드로부터 입력된 수신신호의 전력세기 또는/및 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(420 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기저장되고 있는 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.
이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당한다(430 단계). 상기 430 단계에서 센서노드(10)에 주파수 할당시, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 동일거리 또는 유사 거리에 있는 센서 노드에 같은 주파수 대역을 할당한다. 이때 중앙노드(20)는 자신을 기준으로 해서 동일한 주파수 대역으로 신호의 송수신이 가능한 센서노드를 동일 영역으로 묶는다. 그리고 동일 영역에는 동일한 주파수 대역을 할당한다.
그리고 상기 430 단계에서 각 영역에 따라서 할당된 주파수 대역 정보를 복수개의 센서노드로 전송한다(440 단계).
상기 센서노드(10)는 이후 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.
한편, 상기 동일 영역 내에 존재하는 센서노드는 동일한 주파수대역을 가지고 수중신호의 전송이 이루어진다. 따라서 이 경우 중앙노드(20) 내 제어부(28)는, 동일 영역 내에 존재하는 복수개의 센서노드와의 수중 통신을 적절히 제어할 필요성이 있다. 이 경우에 앞서 설명한 바와 같이 다중 접속 방식에 따른 수중 통신 제어가 이루어진다(450 단계).
이와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수를 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생되어진다. 이때 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.
도 10의 실시예에 따르면, 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)에 동일한 주파수 대역을 할당하고, 중앙노드(20)의 다중 접속 방식의 제어로 복수개의 센서노드들을 효율적으로 제어하여 수중 통신을 수행한다. 따라서 분할된 주파수 대역 수보다 많은 센서노드에 대해서도 효율적인 수중 통신 제어를 가능하게 한다.
한편, 상기에서 기술한 본 발명의 설명에서 상기 순방향 주파수 대역은, 중앙노드(20)에서 복수개의 센서노드(10)로 신호를 전송할 때 사용하는 것을 일 예로 설명하였다. 그리고 이때 사용되는 주파수 대역은, 중앙노드(20)가 사용 가능한 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역(f0)으로 설정함을 기재하였다.
또한 역방향 주파수 대역은, 각각의 복수개의 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송을 수행할 때 사용됨을 설명하였다. 이때 역방향 주파수 대역은, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역 중에서, 상기 순방향 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역 전체가 역방향 주파수 대역에 포함됨을 기재하였다. 그리고 상기 역방향 주파수 대역은 다시 복수개의 작은 주파수 대역으로 분할되어져서 각각의 센서노드에 할당되어져서 이용됨을 설명하였다.
이러한 구성은 상기 한개의 중앙노드와 복수개의 센서노드가 중앙집중형 수중통신 네트워크 시스템을 구성하고 있는 일 예로서 설명한 것이다. 따라서 상기 중앙노드는 수중 기지국으로 표현될 수 있고, 상기 복수개의 센서노드는 복수개의 수신노드로 표현 가능하며, 상기 수중 기지국을 중심으로 다수개의 수신노드들이 구비되어서 중앙집중형 수중통신 네트워크 시스템을 구현하는 것으로 설명도 가능하다.
한편, 상기 중앙노드에서 복수개의 센서노드로 신호를 전송하는 경우, 사용되어지는 순방향 주파수 대역은, 상기 중앙노드의 관리하에 있는 모든 복수개의 센서노드에서 신호를 수신 가능한 대역으로 설정되고 있다. 따라서 상기 중앙노드가 신호를 송신했을 때, 상기 중앙노드 관리하에 있는 모든 복수개의 센서노드는 상기 중앙노드에서 송출한 신호를 수신 가능한 상태가 된다. 다시 말해서 모든 복수개의 센서노드가 신호를 수신함을 의미한다.
이와 같이 모든 복수개의 센서노드가 신호를 수신하면, 상기 모든 복수개의 센서노드는 수신신호를 복조하여 자신의 신호인지를 확인하는 과정을 수행하게 된다. 즉, 모든 복수개의 센서노드가 수신신호를 복조하는 동작을 수행하게 되는 것이다. 그러나 중앙노드가 모든 복수개의 센서노드에 신호를 송출하는 경우도 있지만, 대부분의 경우 일부의 센서노드에만 신호를 송출하는 과정을 통해서 임의의 센서노드와 중앙노드 사이의 중앙집중형 네트워크 방식에 따른 수중통신이 행해진다. 따라서 신호 수신을 필요로 하는 일부의 센서노드만이 복조동작을 수행하면 되는데도 불구하고, 모든 센서노드들이 복조동작을 수행하게 되면서 불필요한 동작에 따른 소비전력을 발생하게 되는 것이다. 본 발명에서는 이러한 부분을 해소하기 위해서, 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이에서 순방향 통신이 행해질 때, 신호를 수신해야 하는 일부의 센서노드를 제외한 다른 센서노드들에서는 수신신호의 복조동작을 최소한으로 제한할 수 있도록 프레임 신호를 구성한다.
다음은 상기에서 설명한 바와 같이 한정된 주파수 대역 내에서 한개의 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 중앙집중형 수중통신 네트워크를 구현하고, 순방향 수중통신을 수행할 때, 저전력 제어가 이루어지도록 하는 동작에 대해서 살펴본다.
앞서 과정에서 중앙노드(20)와 임의의 센서노드(10) 사이에서 사용할 주파수(또는 주파수 대역 또는 작은 주파수 대역)가 할당되었다. 이후 중앙노드(20)와 임의의 센서노드(10) 사이에서 신호를 전송함에 있어서 상기에서 할당된 주파수를 이용하게 된다. 그리고 중앙노드(20)에서 센서노드(10)로 신호를 송신할 때는, 순방향 주파수 대역을 이용하게 된다.
이와 같이 주파수 대역을 할당하고 사용하게 되는 중앙집중형 수중 통신의 네트워크에서는 동기를 위해서 프리앰블 데이터를 사용하게 되고, 또한 물리 계층간의 동기를 위해서 모든 노드가 순방향 링크의 프리앰블을 검출하는 과정을 수행하게 된다.
그리고 본 발명의 수중통신은 여러개의 반송파에 데이터를 실어보내는 OFDM, FBMC, FMT 방식을 이용한다.
이하의 설명과정에서는 본 발명의 중앙집중형 수중통신에 대한 하나의 예로서 OFDM 통신 방식을 적용하여, 수중 통신을 수행하는 과정을 설명한다. 도 11에서는 OFDM 통신 방식에 이용되는 하나의 프레임 데이터를 도시하고 있다. 즉, 도시되고 있는 바와 같은 하나의 프레임 데이터를 생성하기 위해 인코딩되는 데이터를 복수의 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 심볼들로 매핑하게 되고, 또한 상기 프레임 데이터는 OFDM 방식으로 변조를 행하여 송신신호를 구성하며, 각각 분리된 N개의 부반송파에 실어서 송신한다.
그리고 상기 중앙노드와 수신 노드 사이에서는 상호 정보를 알 수 없기 때문에, 물리계층의 프레임 데이터에는 셀 내 모든 노드가 공유할 수 있는 프리앰블을 포함한다. 즉, 상기 OFDM 통신에 이용되어지는 프레임 데이터는, 모든 전송데이터의 앞단에 프리앰블 데이터를 포함한다. 상기 프리앰블 데이터에 의해 전달되는 프리앰블의 목적은 그 프레임의 송신타입 및 기본 송신 파라미터를 지시하는 것이다. 따라서 상기 프리앰블은 시간 및 주파수 동기화, 채널 추정, 셀 선택, 등화 및 채널 디코딩을 위하여 활용되어진다. 이와 더불어서 본 발명에서는 프리앰블 데이터에 상기 일반적인 물리채널의 정보와 해당 물리 채널 신호를 복조해야 하는 수신노드에 대한 정보를 포함하게 된다.
즉, 본 발명에서는 도 11에 도시하고 있는 바와 같이, 수신노드에서 상기 프리앰블의 ID(또는 값, 또는 데이터)를 획득하고 조합을 통해서, 물리 채널 정보와 물리 채널 데이터가 자신에게 전송된 데이터인지를 확인할 수 있도록 구성한다. 즉, 수신노드 측은 상기 프리앰블 ID의 검출을 통해서 물리 채널 데이터가 자신에게 해당하지 않는 데이터의 경우에서는 이후 물리 채널 데이터의 복조를 생략해서 불필요한 동작에 의해서 발생될 수 있는 불필요한 전력소비를 방지한다.
본 발명의 프리앰블 데이터는 일 실시예로서 도 12에 도시하고 있는 형태로 구성 가능하다. 즉, 프리앰블 데이터(ID C)는, 물리채널정보를 지시하는데, 상기 물리채널 정보에는 브로드캐스팅채널, 제어채널, 데이터채널에 대한 정보를 포함하여 구성 가능하다. 그리고 프리앰블 데이터(ID G)는, 수신노드 그룹 정보를 지시하는데, 상기 수신노드 그룹 정보에는 모든 수신노드 그룹, 4개의 각기 다른 수신 노드 그룹에 대한 정보를 포함하여 구성 가능하다. 또한 프리앰블 데이터(ID M)는 수신노드 정보를 지시하는데, 상기 수신노드 정보에는 해당 수신그룹 내 모든 수신 노드, 9개의 각기 다른 수신 노드 정보를 포함하여 구성 가능하다. 이와 같이 구성되는 프리앰블 데이터는 도 11에 도시되고 있는 프리앰블 위치에 각각 삽입되어서 전송을 위한 프레임 데이터를 구성하게 된다. 따라서 상기 물리채널정보, 수신노드 그룹 정보, 수신 노드 정보를 조합하면 필요한 수신 노드 지시 정보를 얻게 되는 것이다.
일 예로서, 총 N C개의 서로 다른 물리 채널이 있고, N G개의 수신노드 그룹과 각 수신노드 그룹에 N M개의 수신노드가 존재할 때, 총 수신 노드의 개수는 N G * N M 개가 된다.
이 경우 필요한 총 프리앰블 ID 의 개수는 N C * (N G +1) * (N M +1) 개가 된다. 여기서 N G 와 N M 이 아닌 (N G +1) 와 (N M +1)을 고려한 이유는 모든 그룹과 각 그룹 내 모든 수신 노드를 지시하기 위함이다.
따라서 프리앰블 ID P는 물리채널 ID인 ID C, 수신노드 그룹 ID인 ID G, 수신노드 ID인 ID M의 조합으로 구성 가능하게 된다. 만약 수신노드 그룹이 없는 경우에서는 물리 채널 ID인 ID C와 수신노드 ID인 ID M의 조합으로 프리앰블 ID P가 구성된다.
그리고 프리앰블은, 총 K개의 프리앰블이 있고, 각 프리앰블 별로 가질 수 있는 ID의 갯수가 각각 M1,M2,...,Mk일 때 다음의 조건을 만족하는 프리앰블을 선택해야 한다.
M1 * M2 * ...*Mk ≥ N C * (N G +1) * (N M +1)
일 실시예로써 본 발명에 따른 프리앰블 ID P의 생성을 위하여 다음의 식을 적용할 수 있다.
ID P = ID M * (N G +1) * N C + ID G * (N C)+ ID C
여기서 N G =5, N C = 3, N M =10 이면, ID P 는 ID M , ID G , ID C 에 의해서 다음과 같이 결정된다.
ID P = ID M * 18 + ID G * 3 + ID C 로 설정되는 프리앰블 ID가 생성된다.
이때, 프리앰블의 선택을 위하여 K=3, M1 = 2, M2 = 3, M3 = 33이라고 가정했을 때,
각 프리앰블 ID는, n i = {0,1,...,M i-1}의 경우, 하기를 만족하는 값을 갖게 된다.
ID P = n1 * M2 * M3 + n2 * M3 + n3
= n1 * 99 + n2 * 33 + n3
따라서 도 13에 도시되고 있는 각각의 프리앰블 ID 생성 및 선택은 다음의 실시예를 통해서 제어된다.
상기 브로드캐스팅 채널은, ID C = 0, ID G = 0, ID M =0 일 때, 식 ID P = ID M * 18 + ID G * 3 + ID C 에 의해서 ID P = 0 의 프리앰블 ID가 생성되고, 이를 식 ID P = n1 * 99 + n2 * 33 + n3 에 적용하면, n1 = 0, n2 = 0, n3 = 0 의 프리앰블 ID가 선택된다.
상기와 같은 과정 및 식을 통해서, 상기 그룹 ID가 2인 수신 노드 그룹의 모든 수신 노드에 전송하는 제어채널은, ID G = 2, ID M = 0, ID C = 1 일 때, ID P = 7 이고, n1 = 0, n2 = 0, n3 = 7 이다.
그리고 상기와 같은 과정 및 식을 통해서, 상기 그룹 ID가 3인 수신 노드 그룹의 수신 노드 ID가 8인 수신 노드에 전송하는 데이터채널은, ID G = 3, ID M = 8, ID C = 2 일 때, ID P = 155 이고, n1 = 1, n2 = 1, n3 = 23 이다.
또한, 모든 수신 노드 그룹 내 수신 노드 ID가 4인 수신 노드에 전송하는 제어 채널의 경우, ID G = 0, ID M = 4, ID C = 1 일 때, ID P = 73 이고, n1 = 0, n2 = 2, n3 = 11 이다.
따라서 다수개의 물리 채널정보, 다수개의 수신노드 그룹, 다수개의 수신 노드를 기설정된 알고리즘을 통해서 조합하면, 프리앰블 ID를 생성하고 선택하는 것이 가능하게 된다.
도 12는 본 발명에 따른 수중통신에서 프리앰블에 물리 채널의 정보와 해당 물리 채널 신호를 복조해야할 수신 노드 정보를 포함하여 구성한 물리채널정보를 전송하기 위한 송신측의 일부 구성도이다.
본 발명에서는 수중 통신에 이용되는 복수의 물리 채널 중에서 전송을 위한 물리 채널을 결정하기 위한 물리 채널 결정 유닛(500)과, 복수의 수신 노드 그룹 중에서 해당하는 수신노드 그룹을 결정하기 위한 수신 노드 그룹 결정 유닛(501), 복수의 수신 노드 중에서 해당하는 수신 노드를 결정하기 위한 수신 노드 결정 유닛(502)을 포함한다. 상기 유닛에서 결정되어 출력되는 신호(값)는 프리 앰블 ID 생성기(504)에 입력되고, 상기 프리 앰블 ID 생성기(504)에서 저장되고 있는 알고리즘을 통해서 프리앰블 ID가 생성된다. 그리고 생성된 프리앰블의 ID는 프리앰블 선택 유닛(506)으로 제공된다. 상기 프리앰블 선택 유닛(506)은, 상기 프리앰블 ID 값을 이용하여 기설정되고 있는 알고리즘을 통해서 프리앰블을 선택하여 출력한다.
한편, 상기 수신 노드가 결정되어지고, 전송을 위한 물리 채널이 결정되면, 물리 채널 신호 생성 유닛(503)에서 결정된 물리 채널에 따른 신호를 생성한다. 그리고 프리앰블 삽입 유닛(505)에서 상기 물리 채널 신호에 상기 선택된 프리앰블이 삽입된다. 이러한 과정을 통해서 물리 채널 신호에 프리앰블이 삽입되어져서 OFDM 심볼로 맴핑된 프레임 데이터가 구성되고, 이렇게 구성된 프레임 데이터는 OFDM 방식에 따라 송신된다.
즉, 도시되고 있는 도 13에서는 복수의 물리 채널, 복수의 수신노드 그룹, 복수의 수신 노드를 이용하여 프리앰블 ID를 생성하는 구성을 설명하고 있다. 이때 물리 채널 결정 유닛(500), 수신 노드 그룹 결정 유닛(501), 수신 노드 결정 유닛(502)의 제어는, 도시하지 않는 제어부의 제어를 통해서 이루어지고, 상기 제어부의 제어는 송신할 신호 및 이를 수신해야 하는 수신 노드 그리고 제어 알고리즘 등에 의해서 이루어진다. 상기 제어부는 중앙노드에 포함된 제어부를 공용으로 이용하거나 또는 별도의 제어부를 추가적으로 구비하여 사용할 수 있다.
또한 상기 프리앰블 ID 생성기(504)는, 앞서 실시예에서 언급하고 있는 실시형태로 가능하지만, 그 외 다른 알고리즘을 통해서 물리 채널 정보, 수신 노드 그룹 정보, 수신 노드 정보를 이용해서 다양하게 생성할 수 있음은 당연하다. 마찬가지로 상기 프리앰블 선택 유닛(506)도 앞서 실시예에서 언급하고 있는 실시형태로 가능하지만, 그 외 다른 알고리즘을 통해서 다양하게 생성할 수 있음은 당연하다.
즉, 도 13에 도시되고 있는 송신측의 일부 구성은 중앙노드 또는 수중 기지국과 같이 중앙집중형 네트워크 수중통신에서 순방향 통신을 위하여 송신측으로 이용되어지는 노드에 포함되어진다. 또한 본 발명의 프리앰블 데이터의 제어 및 구성을 위하여 그리고 OFDM 방식에 따른 신호 처리를 위한 제어를 위한 구성들은 상기 송신측에 포함된다. 마찬가지로 본 발명의 프리앰블 데이터의 제어 및 복조를 위하여 그리고 OFDM 방식에 따른 신호 처리를 위한 제어 구성들도 수신측 노드에 포함되어진다. 일 예로 송신측과 수신측은 공통의 프리앰블ID 생성을 위한 룰을 가지고 있어야 한다. 또한 송신측과 수신측은 공통의 프리앰블 선택을 위한 룰을 가지고 있어야 한다. 이것은 송신측에서 송신한 신호를 원 신호로 복호하기 위해서 당연한 부분이다. 이러한 제어와 필요한 제어 알로리즘 또는 룰의 저장은 각각의 송신측 노드와 수신측 노드에 포함되고 있는 제어부와 메모리를 이용해서 이루어질 수 있다.
다음, 상기와 같은 과정을 통해서 물리 채널 정보가 포함된 송신신호가 순방향 통신을 통해서 중앙노드에서 송출되어지면, 복수의 수신 노드 측에서 신호를 수신한다. 도 14는 본 발명에서 수신측에서 이루어지는 동작 구성도를 설명하고 있다.
수중통신이 시작되면, 중앙집중형 네트워크 수중통신에서는 물리 계층간의 동기를 위해서 모든 수신 노드가 순방향 통신에서 송수신부(40)를 통해서 수신되는 수신신호에서 프리앰블을 검출하게 된다(600).
그리고 제어부(32)는 검출된 프리앰블에서 프리앰블 ID를 획득하고(601), 상기 획득한 프리앰블 ID로부터 물리 채널 ID와, 수신 노드 그룹 ID , 수신 노드 ID를 획득한다(602, 603, 604).
상기 물리 채널 정보가 브로드 캐스팅 채널 인 경우에서는, 모든 수신 노드에게 일괄적으로 보내지는 데이터이므로, 모든 수신 노드에서 물리 채널 신호를 복조하는 과정을 수행하게 된다(605,606).
그러나 상기 물리 채널 정보가 브로드 캐스팅 채널이 아닌 경우에서는 상기 획득한 수신 노드 그룹 ID와 수신 노드 ID가 동일한 수신 노드에서만이 물리 채널 신호를 복조하는 동작을 수행한다(607,608).
그리고 수신 노드 ID가 다른 복수개의 수신 노드들은 이후의 물리 채널 신호를 복조하는 동작을 생략한다(609). 상기 608 및 609 이후, 수신신호를 수신해서 복조하기 위한 동작이 계속해서 수행될 때는 600 으로 리턴되고, 모든 동작이 완료된 때는 종료된다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 수중 정보를 검출하는 복수개의 수신노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 중앙집중형 네트워크 수중 통신에서,
    상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역에서 가장 낮은 주파수 대역을 순방향 통신을 위한 주파수 대역으로 설정하는 설정단계;
    송신을 위한 프레임 데이터의 프리앰블에 물리 채널 정보와 상기 물리 채널 신호를 복조해야 할 수신 노드 정보를 포함하여 구성하는 구성단계; 및
    상기 중앙노드에서 상기 설정된 주파수 대역을 이용해서 신호를 송신하는 송신단계를 포함하여 구성되는 수중통신에서 신호전송방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 수신노드는 신호를 수신하고, 프레임 데이터에 포함된 프리앰블 값을 조합해서 상기 프리 앰블의 물리 채널 정보가 자신의 데이터인지를 판단하는 판단단계;
    상기 판단 결과에 따라서 물리 채널 정보가 자신의 데이터를 포함하는 수신노드만이 데이터 복조 동작을 수행하는 동작단계를 더 포함하여 구성되는 수중통신에서 신호전송방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구성단계는, 복수개의 물리 채널 정보와, 복수개의 수신 노드 그룹 정보와, 복수개의 수신 노드 정보를 조합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 수중통신에서 신호전송방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구성단계는, 복수개의 물리 채널 정보와, 복수개의 수신 노드 정보를 조합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 수중통신에서 신호전송방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신단계는, 여러개의 반송파에 데이터를 실어보내는 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 수중통신에서 신호전송방법.
  6. 수중 정보를 검출하는 복수개의 수신노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 중앙집중형 네트워크 수중 통신에서,
    상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역에서 가장 낮은 주파수 대역을 순방향 통신을 위한 주파수 대역으로 설정하는 주파수 설정 모듈;
    송신을 위한 프레임 데이터의 프리앰블에 물리 채널 정보와 상기 물리 채널 신호를 복조해야 할 수신 노드 정보를 포함하여 구성하는 구성 모듈;
    상기 중앙노드에서 상기 설정된 주파수 대역을 이용해서 상기 신호를 송신하는 송신 모듈을 포함하여 구성되는 수중통신에서 신호전송장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수개의 수신노드에서 신호를 수신하고, 프레임 데이터에 포함된 프리앰블 값을 조합해서 상기 프리 앰블의 물리 채널 정보가 자신의 데이터인지를 판단하는 수신 모듈;
    상기 판단 결과에 따라서 물리 채널 정보가 자신의 데이터를 포함하는 수신노드만이 데이터 복조 동작을 수행하는 복조 모듈을 더 포함하여 구성되는 수중통신에서 신호전송장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 구성 모듈은, 복수개의 물리 채널에서 임의의 물리 채널을 결정하는 유닛;
    복수개의 수신 노드 그룹에서 임의의 수신 노드 그룹을 결정하는 유닛;
    복수개의 수신 노드에서 임의의 수신 노드를 결정하는 유닛;
    상기 물리 채널, 수신 노드 그룹, 수신 노드를 조합하여 프리 앰블 값을 생성하는 프리앰블 생성기;
    상기 프리앰블을 물리 채널 신호에 삽입하는 프리앰블 삽입 유닛을 포함하여 구성되는 수중통신에서 신호전송장치.
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