KR20210070797A - Tdma mac operating method on communication system based low speed variable transmission - Google Patents

Tdma mac operating method on communication system based low speed variable transmission Download PDF

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KR20210070797A
KR20210070797A KR1020190160951A KR20190160951A KR20210070797A KR 20210070797 A KR20210070797 A KR 20210070797A KR 1020190160951 A KR1020190160951 A KR 1020190160951A KR 20190160951 A KR20190160951 A KR 20190160951A KR 20210070797 A KR20210070797 A KR 20210070797A
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Abstract

The present invention relates to a time division multiple access (TDMA) media access control (MAC) operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, capable of defining a repetition period of a super frame is based on 24 hours since a transmission period of sensing data is long due to characteristics of a low-speed low power wide area (LPWA) network, configuring a super frame in a set of frames in units of one hour and a frame in sub-frames in units of one minute, using a beacon of a sync time slot to maintain synchronization without using a PPS signal of GPS, providing a protocol so that a length of a data time slot to be operated variably according to a G/W and a distance, and performing scheduling of all time slots by the G/W, and broadcasting slot information by the G/W in each sub-frame. Therefore, the present invention has an effect of effectively increasing the battery life of a sensor node in collecting sensing information of the sensor node located at a long distance of 10 Km or more (LOS standard).

Description

저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법{TDMA MAC OPERATING METHOD ON COMMUNICATION SYSTEM BASED LOW SPEED VARIABLE TRANSMISSION}TDMA MAC OPERATING METHOD ON COMMUNICATION SYSTEM BASED LOW SPEED VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 10Km이상(LOS 기준) 장거리에 존재하는 sensor node의 sensing 정보를 수집하는데 있어 sensor node의 battery 수명을 효과적으로 높일 수 있고, 공장 자동화 등 정확한 데이터 전달이 필요한 시스템에 저전력/실시간 정보전달 기능을 지원할 수 있으며, LPWA 망에서 시분할 통신 방식을 사용함으로써 sensor node의 wake-up 및 sleep time을 정확하게 제어가 가능하여 sensor node의 수명을 연장시킬 수 있는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, and more particularly, to effectively improve the battery life of a sensor node in collecting sensing information of a sensor node that exists at a long distance of 10Km or more (LOS basis). Low power/real-time information transfer function can be supported for systems that require accurate data transfer such as factory automation, and the wake-up and sleep times of sensor nodes can be precisely controlled by using the time division communication method in the LPWA network. It relates to a TDMA MAC operation method in a communication system based on a low-speed variable transmission rate that can extend the lifespan of a node.

일반적으로 저속의 LPWA 망에서 sensor node가 깨어있는 시간은 battery life time과 밀접한 관계를 가진다.In general, the awake time of the sensor node in a low-speed LPWA network is closely related to the battery life time.

LPWA 망은 전송 rate에 따라서 거리가 결정되는 spreading factor를 정의하며, 이에 따라 data 전송거리가 변경된다.The LPWA network defines a spreading factor whose distance is determined according to the transmission rate, and the data transmission distance is changed accordingly.

통신거리에 따른 가변 spreading factor를 적용할 경우 균등한 timeslot을 가지는 시분할통신방식을 사용하면 효율이 매우 떨어진다.When a variable spreading factor according to the communication distance is applied, the efficiency is very low when the time division communication method having an equal timeslot is used.

LPWA 망에서 매체 접근 제어(MAC) 방식은 CSMA/CA 방식을 사용하고 있다.In the LPWA network, the MAC method uses the CSMA/CA method.

G/W를 통해 수집되는 데이터의 간격이 주변 sensor node의 수에 따라서 가변적으로 변화되는 현상이 발생한다.A phenomenon occurs that the interval of data collected through G/W is variably changed according to the number of peripheral sensor nodes.

CSMA/CA 방식을 사용함으로써 특정 상황에서의 sensor node간 데이터 전달 시도로 인한 혼잡 발생으로 인해 sensor node의 대기 시간 및 송신 오류가 증가한다.By using the CSMA/CA method, the waiting time and transmission error of the sensor node increase due to congestion caused by data transmission attempts between sensor nodes in a specific situation.

대기 시간 증가 및 송신 오류의 증가는 sensor node의 battery life time과 직결되어 sensor node의 수명이 현저하게 떨어진다.The increase in waiting time and transmission error is directly related to the battery life time of the sensor node, and the lifespan of the sensor node is significantly reduced.

대한민국 등록특허공보 제1366362호 - 계층적 협력 통신을 위한 에너지 효율적인 TDMA MAC 프로토콜을 이용한 통신 방법Republic of Korea Patent Publication No. 1366362 - Communication method using energy-efficient TMDA protocol for hierarchical cooperative communication

본 발명의 목적은 10Km이상(LOS 기준) 장거리에 존재하는 sensor node의 sensing 정보를 수집하는데 있어 sensor node의 battery 수명을 효과적으로 높일 수 있는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system that can effectively increase the battery life of a sensor node in collecting sensing information of a sensor node that exists over a long distance (LOS basis) of 10Km or more. have.

본 발명의 목적은 공장 자동화 등 정확한 데이터 전달이 필요한 시스템에 저전력/실시간 정보전달 기능을 지원할 수 있는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system capable of supporting a low-power/real-time information transfer function in a system requiring accurate data transfer such as factory automation.

본 발명의 목적은 LPWA 망에서 시분할 통신 방식을 사용함으로써 sensor node의 wake-up 및 sleep time을 정확하게 제어가 가능하여 sensor node의 수명을 연장시킬 수 있는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to operate TDMA MAC in a communication system based on a low-speed variable transmission rate that can extend the lifespan of a sensor node by precisely controlling the wake-up and sleep times of a sensor node by using a time division communication method in an LPWA network. to provide a method.

본 발명의 목적은 TDMA MAC을 사용하는 sensor node가 서로 다른 거리에 존재하는 경우 timeslot의 길이를 가변으로 운용할 수 있도록 정의함으로써 spreading factor를 변경하여 다양한 거리의 sensor node와 TDMA 통신이 가능한 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to change the spreading factor by defining the length of the timeslot to be variably operated when the sensor nodes using TDMA MAC exist at different distances, thereby enabling TDMA communication with sensor nodes at various distances. An object of the present invention is to provide a TDMA MAC operation method in a rate-based communication system.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법은, 저속 LPWA 망 특성상 sensing data의 전송 주기가 길기 때문에 super frame의 반복 구간을 24시간 기준으로 정의하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.The TDMA MAC operation method in the low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention for achieving the above object is to define the repetition period of the super frame based on 24 hours because the transmission period of sensing data is long due to the characteristics of the low-speed LPWA network. It is the basic characteristic of the technical method.

본 발명은 10Km이상(LOS 기준) 장거리에 존재하는 sensor node의 sensing 정보를 수집하는데 있어 sensor node의 battery 수명을 효과적으로 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of effectively increasing the battery life of the sensor node in collecting sensing information of the sensor node existing at a long distance of 10Km or more (LOS standard).

본 발명은 공장 자동화 등 정확한 데이터 전달이 필요한 시스템에 저전력/실시간 정보전달 기능을 지원할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of supporting a low-power/real-time information transfer function in a system requiring accurate data transfer, such as factory automation.

본 발명은 LPWA 망에서 시분할 통신 방식을 사용함으로써 sensor node의 wake-up 및 sleep time을 정확하게 제어가 가능하여 sensor node의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the wake-up and sleep times of the sensor node can be precisely controlled by using the time division communication method in the LPWA network, thereby extending the lifespan of the sensor node.

TDMA MAC을 사용하는 sensor node가 서로 다른 거리에 존재하는 경우 timeslot의 길이를 가변으로 운용할 수 있도록 정의함으로써 spreading factor를 변경하여 다양한 거리의 sensor node와 TDMA 통신이 가능한 효과가 있다.When sensor nodes using TDMA MAC exist at different distances, by defining the length of timeslot to be variably operated, there is an effect that TDMA communication with sensor nodes of various distances is possible by changing the spreading factor.

도 1은 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 ??나 기본 망 구조를 나타내는 블록도.
도 3은 설계된 TDMA MAC의 superframe 구조를 나타내는 그래프.
도 4는 G/W와 sensor node간 거리에 따른 SF 변경을 나타내는 흐름도.
도 5는 이런 역할을 수행하는 sync timeslot의 구조를 나타내는 그래프.
도 6은 Shared timeslot의 구성을 나타내는 그래프.
도 7은 data timeslot의 구성을 나타내는 그래프.
1 is a configuration diagram for explaining a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention or a basic network structure.
3 is a graph showing the superframe structure of the designed TDMA MAC.
Figure 4 is a flow chart showing the SF change according to the distance between the G / W and a sensor node.
5 is a graph showing the structure of a sync timeslot that performs this role.
6 is a graph showing the configuration of a shared timeslot.
7 is a graph showing the configuration of a data timeslot.

본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.A preferred embodiment of a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention will be described with reference to the drawings, and a plurality of the embodiments may exist. A better understanding of the purpose, features and advantages will be achieved.

1 개요1 Overview

1.1 상세 개요1.1 Detailed overview

본 발명은 "해상/산업용 IoT 복합센싱 Chip 개발 및 상용화" 과제의 주 개발항목으로 CSMA/CA MAC과 TDMA MAC을 함께 사용할 수 있는 hybrid MAC을 개발함으로써 센서노드의 용도에 따라서 사용방법을 선택하여 운용함으로써 망 운용의 효율을 높일 수 있도록 지원한다.The present invention develops a hybrid MAC that can use both CSMA/CA MAC and TDMA MAC as the main development item of the "Marine/Industrial IoT Complex Sensing Chip Development and Commercialization" task, so that the method of use is selected and operated according to the purpose of the sensor node. This helps to increase the efficiency of network operation.

본 발명에서 제시하는 최소한의 지연 또는 효율을 보장하는 TDMA 기반의 매체 제어를 위한 방안을 제시하고자 한다.An object of the present invention is to propose a method for TDMA-based media control that guarantees the minimum delay or efficiency.

1.2 범위1.2 Scope

본 발명의 범주를 아래와 같이 정의한다.The scope of the present invention is defined as follows.

■ Hybrid MAC - Dual mode (TDMA + CSMA/CA) 운용기능■ Hybrid MAC - Dual mode (TDMA + CSMA/CA) operation function

- TDMA : 저전력/저지연 운용기능- TDMA: Low power/low delay operation function

- CSMA/CA : 다양한 요구조건을 지원하는 자원할당 기능- CSMA/CA: Resource allocation function to support various requirements

- 자가망 운용기능 및 상용망 접속기능- Own network operation function and commercial network connection function

1.3 참고문헌1.3 References

1.4 약어 및 용어 정의1.4 Abbreviations and Definitions

TDMA(Time-Division Multiplexing Access)Time-Division Multiplexing Access (TDMA)

- 시간축을 여러 시간으로 나누어 각 사용자가 자신에게 할당된 시간구간을 다른 사용자의 시간과 겹치지 않게 사용할 수 있도록 서비스를 제공하는 매체 접속 제어방식- A media access control method that divides the time axis into several times and provides a service so that each user can use the time section assigned to him/her without overlapping with the time of other users

LoRa(Long Range)LoRa (Long Range)

- 저전력 광역 네트워크 기술로 Chirp Spread Spectrum(CSS) 기술에서 파생된 확산 스펙트럼 변조기술을 기반으로 한다. 저전력으로 통신할 수 있는 저전력 장거리 통신망으로 최소한의 전력소모로 10㎞ 이상 통신을 지원- It is a low-power wide area network technology based on spread spectrum modulation technology derived from Chirp Spread Spectrum (CSS) technology. It is a low-power long-distance communication network that can communicate with low power and supports communication over 10km with minimal power consumption.

LPWA(Low Power Wide Area)Low Power Wide Area (LPWA)

- 최소한의 전력으로 먼 거리까지(통산10㎞ 이상) 통신할 수 있는 무선통신 시스템으로 저전력 저가기반으로 소량의 데이터를 장거리 전송과 안정적인 통신을 지원하는 사물 인터넷을 위한 통신기술- A communication technology for the Internet of Things that supports long-distance transmission and stable communication of small amounts of data based on low power and low cost as a wireless communication system that can communicate over long distances (over 10km in total) with minimal power.

SF(Spreading Factor)SF (Spreading Factor)

- 원래의 데이터 비트를 몇 개의 비트열로 확산하여 얻어진 신호대 잡음비를 이용하여 통신의 이득을 높이는 인자- A factor that increases the gain of communication using the signal-to-noise ratio obtained by spreading the original data bit into several bit strings

SuperframeSuperframe

시분할다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access) 방식의 MAC이 특정 시간 동안 반복되는 시간 배치구조를 정의Time division multiple access (TDMA: Time Division Multiple Access) type MAC defines a time arrangement structure that repeats for a specific time

2 시스템 개요2 System overview

2.1 시스템 개발 목표2.1 System Development Goals

본 발명은 단일 CPU에서 2종의 LPWA RF transceiver를 선택 운용할 수 있는 hybrid MAC 설계로 하드웨어 구조 소형화 및 경량화를 지원하는 MAC S/W의 제작을목적으로 한다.The present invention is a hybrid MAC design that can selectively operate two types of LPWA RF transceivers in a single CPU, and aims to manufacture MAC S/W supporting hardware structure miniaturization and light weight.

해당 개발을 통해 상용망과 자가망을 동시에 지원함으로써 자가망 구축에 따른 한계를 극복하고 호환성 및 확장성을 확보하고자 하였다.Through this development, it was attempted to overcome the limitations of self-network construction and secure compatibility and scalability by supporting both commercial and private networks at the same time.

특히, MAC의 운용방식을 2가지 형태로 지원하도록 하고 있으며, 해당 형태들은 센서노드의 운용형태에 따라서 그 기능동작을 결정할 수 있도록 구성한다. 즉, TDMA 기반의 저속 MAC을 개발함으로써 IoT 센서노드의 TX/RX/Sleep scheduling이 가능하도록 TDMA 기반의 MAC을 적용하여 저전력 운용 및 망효율을 극대화하였으며, CSMA/CA를 적용하여 전송효율을 증대할 수 있도록 구성하였다.In particular, the operation method of MAC is supported in two types, and the corresponding types are configured so that the functional operation can be determined according to the operation type of the sensor node. In other words, by developing TDMA-based low-speed MAC, TDMA-based MAC was applied to enable TX/RX/Sleep scheduling of IoT sensor nodes to maximize low-power operation and network efficiency, and to increase transmission efficiency by applying CSMA/CA. configured to be able to.

도 1은 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram for explaining a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention.

특히, 본 발명에서는 시분할 중심의 MAC 구조 설계를 통하여 hybrid MAC 중, TDMA 관련구조를 정의하는 것을 목표로 한다.In particular, the present invention aims to define a TDMA-related structure among hybrid MACs through time-division-oriented MAC structure design.

3 TDMA MAC (Time Division Multiple Access MAC)3 TDMA MAC (Time Division Multiple Access MAC)

본 발명에서는 제한된 무선매체를 이용하여 효율적인 송/수신을 가능하게 하기 위한 통신체계의 하나인 시분할다중접속방식에 대한 설계를 포함한다. 특히, 본 발명의 기반이 되는 저속 LPWA 망에서 사용되는 TDMAMAC(Media Access Control) 방식을 정의한다.The present invention includes a design for a time division multiple access method, which is one of the communication systems for enabling efficient transmission/reception using limited wireless media. In particular, it defines a TDAMAC (Media Access Control) scheme used in a low-speed LPWA network, which is the basis of the present invention.

3.1 망 구성3.1 Network Configuration

아래 그림은 본 발명의 근간이 되는 망구조를 나타낸다. 망의 구조는 기본적으로 G/W가 전체망을 관할하는 star 구조를 가진다.The figure below shows the network structure that is the basis of the present invention. The network structure basically has a star structure in which G/W controls the entire network.

도 2는 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 ??나 기본 망 구조를 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention or a basic network structure.

G/W는 모든 관할 node들의 통신에 대한 결정권한을 가지며, 자원에 대한 배분을 담당한다. 즉, LPWA node간 통신은 원칙적으로 불가하며, G/W를 통해서만 통신이 가능한 구조를 정의한다. Sensor node의 특성상 저전력으로 운용됨을 기본으로 하고 있고, 각 sensor node의 sensing 값을 center로 전달하는 역할을 수행하기 때문에 단방향의 데이터가 존재하게 되고, 필요에 따라서 ACK를 수신하여 별도의 처리를 수행할 수도 있다.G/W has decision-making authority for communication of all competent nodes and is responsible for resource allocation. That is, communication between LPWA nodes is not possible in principle, and it defines a structure in which communication is possible only through G/W. Due to the nature of the sensor node, it is based on low power operation, and because it plays the role of transmitting the sensing value of each sensor node to the center, unidirectional data exists, and if necessary, it receives ACK and performs separate processing. may be

이러한 통신구조에서 근거리 LPWA node는 낮은 spreading factor를 사용해서도 통신이 가능하며, 이는 동일 용량을 전송할 때, 전송시간이 빠르다는 결론을 얻는다. 마찬가지로 G/W와 멀리 떨어져 있는 LPWA node는 높은 spreading factor를 사용해야 통신이 가능하게 된다. 즉, 동일한 데이터의 송신시간이 상대적으로 길게 된다.In this communication structure, a short-distance LPWA node can communicate even using a low spreading factor, and it is concluded that the transmission time is fast when transmitting the same capacity. Likewise, LPWA nodes far away from G/W must use a high spreading factor to enable communication. That is, the transmission time of the same data becomes relatively long.

3.2 망운용parameter3.2 Network operation parameters

본 발명에서는 여러 LPWA 통신방법 중에서 LoRa를 선정하여 설계를 수행하였으며, LoRa에서 사용하는 modulation 방식인 Chirp spread spectrum(CSS)에 대한 parameter는 아래 표 1과 같이 정리할 수 있다.In the present invention, LoRa was selected from among various LPWA communication methods to design, and parameters for Chirp spread spectrum (CSS), a modulation method used in LoRa, can be summarized as shown in Table 1 below.

[표 1] Chip Spread Spectrum(Css) PHY parameter[Table 1] Chip Spread Spectrum (Css) PHY parameter

Figure pat00001
Figure pat00001

이를 기반으로 MAC 설계에 필요한 parameter를 아래 식 1과 같이 도출할 수 있다.Based on this, parameters necessary for MAC design can be derived as shown in Equation 1 below.

[식 1] LoRa 기준의 time 관련 parameter 정의[Equation 1] LoRa standard time-related parameter definition

Figure pat00002
Figure pat00002

아래 표 2는 spreading factor에 따른 전송속도를 나타낸다.Table 2 below shows the transmission rate according to the spreading factor.

[표 2] Lora 기준의 송수신 속도 및 수신 감도[Table 2] Lora transmission/reception speed and reception sensitivity

Figure pat00003
Figure pat00003

LPWA망 운용은 원거리에 있는 LPWA node와 G/W간에 원활한 통신이 가능하도록 지원하여야 하고, 위 표에서 보는 바와 같이 동일 전송 데이터양에 대해 낮은 spreading factor의 송신시간과 높은 spreading factor의 송신 시간이 너무 많은 차이를 갖는다.LPWA network operation should support smooth communication between distant LPWA nodes and G/W, and as shown in the table above, the transmission time of a low spreading factor and a transmission time of a high spreading factor are too short for the same amount of transmitted data. There are many differences.

이런 망을 동일 길이의 timeslot을 배정하여 TDMA로 구성하는 것은 자원낭비가 심하므로 무선 자원을 효율적으로 사용하기 위해서는 가까운 노드와의 통신을 위해서는 짧은 timeslot을 멀리 떨어져 있는 노드와의 통신을 위해서는 긴 timeslot을 배정하여 통신을 수행하여야 한다.TDMA configuration of such a network by allocating timeslots of the same length is very wasteful of resources. In order to efficiently use radio resources, a short timeslot is used for communication with a nearby node and a long timeslot is used for communication with a distant node. It should be assigned to perform communication.

3.3 TDMAMAC superframe 구성3.3 TDAMAC superframe configuration

본 발명에서 설계된 TDMA MAC은 저속의 LPWA 망에서 동작한다. 해당 저속망의 특징은 통신대상의 거리에 따라서 SF(Spreading Factor)를 변경함으로써 전송rate를 조절하고 이를 통해 전송거리를 조절할 수 있다.The TDMA MAC designed in the present invention operates in a low-speed LPWA network. The characteristic of the low-speed network is that the transmission rate can be adjusted by changing the SF (Spreading Factor) according to the distance of the communication target, and the transmission distance can be adjusted through this.

TDMA MAC에서는 이렇게 먼 거리와 가까운 거리 모두를 지원하고 효율을 높이기 위해 TDMA frame에 가변 Spreading Factor를 적용함으로써 거리에 따른 망 효율을 높일 수 있도록 구성한다.TDMA MAC is configured to support both long and near distances and to increase network efficiency according to distance by applying a variable spreading factor to the TDMA frame to increase efficiency.

저속으로 동작하는 LPWA 망의 특성상 최소 하루 1회 이상으로 송신하는 것을 기본 조건으로 지정하였으며, Spreading Factor에 따라서 송신의 횟수를 제한한다.Due to the characteristics of the LPWA network operating at low speed, the basic condition is to transmit at least once a day, and the number of transmissions is limited according to the spreading factor.

즉, Spreading Factor 12에서는 association 되어있는 node 수에 따라서 전송간격을 조절할 수 있도록 정의한다.That is, Spreading Factor 12 defines that the transmission interval can be adjusted according to the number of associated nodes.

아래 도 3은 설계된 TDMA MAC의 superframe 구조를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the superframe structure of the designed TDMA MAC.

저속 LPWA 망 특성상 sensing data의 전송 주기가 길기 때문에 super frame의 반복 구간을 24시간 기준으로 정의한다.Since the transmission period of sensing data is long due to the characteristics of the low-speed LPWA network, the repetition period of the super frame is defined based on 24 hours.

Super frame을 1시간 단위의 frame의 집합으로 frame을 1분 단위의 sub-frame으로 구성한다.Super frame is a set of frames in units of 1 hour, and frames are composed of sub-frames in units of 1 minute.

GPS의 PPS 신호를 사용하지 않고 동기를 유지하기 위해 sync timeslot의 beacon을 활용한다.Use the sync timeslot beacon to keep the sync without using the GPS's PPS signal.

Data timeslot의 길이를 G/W와 거리에 따라서 가변으로 운용할 수 있도록protocol을 제공한다.A protocol is provided so that the length of data timeslot can be operated variably according to G/W and distance.

모든 timeslot의 scheduling은 G/W가 수행하며 각 sub-frame 마다 G/W가 slot 정보를 방송한다.All timeslot scheduling is performed by G/W, and slot information is broadcast by G/W in each sub-frame.

저속으로 운용되지만 장거리 통신범위를 제공하는 LPWA망은 CSMA/CA 매체 접속제어(MAC)으로 구현되어 경쟁방식으로 동작한다.The LPWA network, which operates at low speed but provides long-distance communication range, is implemented in CSMA/CA Media Access Control (MAC) and operates in a contention manner.

이로 인하여 느린 속도에 각 sensor node의 경쟁이 발생하게 되면 sensor node의 통신을 위한 waiting time이 필연적으로 길어진다.Due to this, if each sensor node competes at a slow speed, the waiting time for sensor node communication inevitably becomes longer.

결국, battery 소모가 빠르게 증가하게 된다.As a result, battery consumption increases rapidly.

이를 극복하는 효과적인 방법은 시간을 분할하여 모든 sensor node들이 겹치지 않고 통신을 가능하게 하는 TDMA방식을 사용하여 통신할 수 있도록 하는 것이다.An effective way to overcome this is to divide the time so that all sensor nodes can communicate using the TDMA method that enables communication without overlapping.

이렇게 구성함으로써 각 sensor node는 자신의 송신 timing에 깨어나 경쟁 없이 송신하고 다시 sleep 상태로 천이할 수 있어 battery system에 대한 효율을 높일 수 있다.By configuring in this way, each sensor node wakes up at its own transmission timing, transmits without contention, and can transition to sleep state again, increasing the efficiency of the battery system.

하지만, 기존의 동일 size의 timeslot을 사용할 경우 거리에 따른spreading factor 적용에 따른 data 길이의 엄청난 차이로 인하여 무선 자원의 손실이 많이 발생하게 된다.However, when using the existing timeslot of the same size, radio resources are greatly lost due to the huge difference in data length according to the application of the spreading factor according to the distance.

이를 극복하기 위해서 data에 대한 times lot의 길이를 G/W와 sensor node 사이의 거리에 비례하여 변경시킴으로써 무선자원의 활용성을 극대화할 수 있다.To overcome this, the utilization of radio resources can be maximized by changing the length of the timeslot for data in proportion to the distance between the G/W and the sensor node.

OBU를 설치한 차량에서 응급상황이 발생하면 해당정보를 V2V(차량간 통신), V2I(차량과 인프라간 통신)을 통해 다른 차량으로 전파하고, V2I를 통해 센터에 해당하는 운영 시스템으로 상황을 알리도록 구성되어 있다.When an emergency situation occurs in the vehicle in which the OBU is installed, the information is propagated to other vehicles through V2V (vehicle-to-vehicle communication) and V2I (vehicle-to-infrastructure communication), and the situation is notified to the operating system corresponding to the center through V2I. is composed of a list.

Superframe의 반복 간격은 1일(24시간)을 기준으로 하며, 각 superframe은 1시간 간격의 frame으로 구성되고, 각 frame은 1분 간격의 sub-frame으로 구성된다. Superframe은 반복되는 구조를 가지며, frame과 sub-frame은 세부적으로 여러 개의 timeslot으로 구성되지만 반복되는 구조를 갖지는 않는다.The repetition interval of the superframe is based on 1 day (24 hours), and each superframe is composed of a frame with an interval of 1 hour, and each frame consists of a sub-frame with an interval of 1 minute. Superframe has a repeating structure, and although frame and sub-frame are composed of several timeslots in detail, they do not have a repeating structure.

앞서 전제한 바와 같이, 각 통신노드가 data 통신을 위해 사용하는 timeslot은 동적인 시간 길이를 가지게 되며, 망관리 및 timeslot 관리를 위해서 추가적인 timeslot을 할당하여 사용한다.As previously premised, the timeslot used by each communication node for data communication has a dynamic time length, and additional timeslots are allocated and used for network management and timeslot management.

1. Guard time1. Guard time

- 각 timeslot 사이에 할당되는 공간- space allocated between each timeslot

- Spreading Factor와 무관하게 고정길이를 가짐- It has a fixed length regardless of the spreading factor

- Processing delay + Propagation delay + RX/TX switching time- Processing delay + Propagation delay + RX/TX switching time

2. Sync timeslot2. Sync timeslot

- 동기화를 위한 용도로 활용되는 timeslot- timeslot used for synchronization

- Gateway가 beacon frame을 송신하는 구간- The section in which the gateway transmits the beacon frame

- 고정된 길이를 가짐- have a fixed length

- 최대 Spreading Factor- Maximum Spreading Factor

3. Shared timeslot3. Shared timeslot

- 새로운 통신노드가 접속을 수행하거나 접속을 끊는데 사용되는 구간- A section used by a new communication node to establish or disconnect a connection

- CSMA/CA 방식으로 동작하는 contention 구간- Contention section operated by CSMA/CA method

- 고정된 길이를 가짐- have a fixed length

- 최대 Spreading Factor- Maximum Spreading Factor

4. Data timeslot4. Data timeslot

- Sensing data frame 및 ACK frame이 송신되는 timeslot- Timeslot where Sensing data frame and ACK frame are transmitted

- 가변 Spreading Factor로 timeslot의 길이가 가변으로 운영- Variable length of timeslot with variable spreading factor

- Spreading Factor는 통신노드와 G/W간 거리에 따라 결정- Spreading Factor is determined according to the distance between communication node and G/W

- Timeslot의 길이는 ACK 수신시간을 포함하거나 포함하지 않게 정의할 수 있음- Timeslot length can be defined with or without ACK reception time.

다음 표 3은 superframe 및 sub-frame, frame, timeslot의 점유시간 등의 특징을 정의한다.Table 3 below defines the characteristics of superframe, sub-frame, frame, and timeslot occupancy time.

[표 3] TDMA Superfarame 구성요소 별 특징[Table 3] Characteristics of each component of TDMA Superfarame

Figure pat00004
Figure pat00004

또, 각 통신노드가 전달하는 frame의 format은 일정 주기의 report성 frame과 비주기성을 가진 event성 frame으로 나눌 수 있다.In addition, the format of the frame delivered by each communication node can be divided into a report frame with a certain period and an event frame with aperiodicity.

주기성 frame의 경우 그 크기가 동일하며, 이것은 등록절차에 의해 알려진 frame의 size가 G/W에 의해 파악되며, frame의 길이 결정에 사용되어 timeslot의 낭비없이 꽉차여진 할당이 가능하다는 결론을 얻을 수 있다.In the case of a periodic frame, the size is the same, and it can be concluded that the size of the frame known by the registration procedure is grasped by G/W and is used to determine the length of the frame, so that full allocation is possible without wasting timeslots. .

이와 반대로, 가변의 길이를 가진 frame의 전달이 필요할 경우, event성 frame으로 분류하여 임의 전송할 수 있도록 정의할 수 있다.Conversely, when it is necessary to transmit a frame with a variable length, it can be defined to be arbitrarily transmitted by classifying it as an event frame.

이러한 모든 일련의 timeslot 길이 및 superframe 내의 timeslot 구성에 대한 결정은 G/W가 가지게 된다.All these series of timeslot lengths and decisions about timeslot configuration within superframes are left to G/W.

3.4 각 노드의 timeslot 동기화3.4 Synchronize timeslots on each node

앞서 언급한 바와 같이 하나의 망은 G/W를 중심으로 운용되며, TDMA system은 동기정보의 유지가 가장 중요한 요소 가운데 하나이다. 대부분의 정밀 TDMA system의 경우 GPS의 PPS 정보를 이용하여 time 동기화를 수행한다. 하지만, 본 발명인 인 sensor node의 경우에는 저가의 저전력 시스템을 기본으로 동작하여야 한다. GPS module을 장착할 경우 이 두 가지를 모두 이루기 어려워진다.As mentioned above, one network is operated centered on G/W, and in the TDMA system, maintenance of synchronization information is one of the most important factors. In most precision TDMA systems, time synchronization is performed using PPS information of GPS. However, in the case of the sensor node of the present invention, a low-cost, low-power system should be operated as a basis. When a GPS module is installed, it becomes difficult to achieve both of these.

그래서, 본 발명에서는 G/W가 송신하는 가장 높은 level의 spreading factor를 적용한 beacon frame을 이용하여 동기를 수행하도록 한다. 최소한의 동기정보 및 timeslot 관련 정보만을 포함한 beacon frame을 송신함으로써 관리하는 모든 망에 시간정보 및 망정보를 전달할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, synchronization is performed using a beacon frame to which a spreading factor of the highest level transmitted by G/W is applied. By transmitting a beacon frame containing only the minimum synchronization information and timeslot related information, time information and network information can be delivered to all managed networks.

G/W는 주기적(1 sub-frame 간격)으로 beacon frame을 전송하고 각 단말은 전력효율설정에 따라서 주기적으로 wake-up하여 beacon frame을 수신하도록 동작한다. 이를 통해 G/W가 운용하는 망의 superframe 동기를 획득하게 된다. Superframe의 동기정보는 superframe의 시작, frame의 시작, sub-frame의 시작 정보를 말한다.G/W transmits beacon frames periodically (1 sub-frame interval), and each terminal operates to receive beacon frames by periodically waking up according to the power efficiency setting. Through this, superframe synchronization of the network operated by G/W is acquired. The synchronization information of the superframe refers to the start information of the superframe, the start of the frame, and the start of the sub-frame.

단말 node는 아래와 같은 절차로 beacon frame의 수신을 통한 동기화를 수행하게 된다.The terminal node performs synchronization through the reception of the beacon frame in the following procedure.

1. 설정된 SF에 따른 Beacon frame의 Time on Air와 frame 수신 후 처리시간을 더한다.1. Add the time on air of the beacon frame according to the set SF and the processing time after receiving the frame.

2. 1의 결과에 Guard time을 더한다.2. Add the guard time to the result of 1.

3. Superframe 전체 시간에서 2의 결과값을 빼서 다음 superframe의 시작점까지 남은 시간을 도출한다.3. Subtract the result of 2 from the total time of the superframe to derive the time remaining until the start of the next superframe.

4. 3의 결과값을 타이머의 타임 아웃값으로 설정한다.4. Set the result value of 3 as the timer timeout value.

타임 아웃되는 시점을 대략적인 superframe의 시작점으로 볼 수 있다. 이후 좀 더정확한 동기화를 위하여 보정작업을 수행한다.The time-out point can be viewed as the approximate starting point of the superframe. After that, calibration is performed for more accurate synchronization.

보정작업은 다음과 같이 수행한다.Correction work is performed as follows.

1. Superframe의 시작점과 Beacon frame을 수신한 시간차이를 구한다.1. Find the time difference between the start point of the superframe and the reception of the beacon frame.

2. 설정된 SF에 따른 Beacon frame의 Time on Air, frame 수신 후 처리시간과 Guard time을 더한다.2. Time on Air of Beacon frame according to set SF, processing time and guard time after frame reception are added.

3. 1과 2의 결과의 차를 구하고 이 과정을 3회 반복하여 평균값을 도출한다.3. Find the difference between the results of 1 and 2 and repeat this process 3 times to derive the average value.

4. 평균값을 반영하여 다음 Superframe의 타임아웃 시간을 결정한다.4. Decide the timeout time of the next Superframe by reflecting the average value.

이후 타임아웃되는 시점이 동기화된 Superframe의 시작점으로 간주할 수 있다. 각 노드들은 자신의 data 전송 slot에 data frame을 전송한다.After that, a timeout point can be regarded as the starting point of the synchronized Superframe. Each node transmits a data frame in its own data transmission slot.

3.5 Data frame에 대한 가변 SF3.5 Variable SF for Data Frame

대부분의 LPWA 망은 G/W가 고정되어 있으며, sensor node도 고정되어 있는 경우가 많다. 그러나, 경우에 따라서는 G/W도 이동 가능하고 sensor node도 이동가능한 구조가 생길 수 있다. 이런 경우, 고정된 spreading factor를 가지고 서로 통신을 수행하는 것은 망에서 이탈했다가 다시 연결하는 동작을 반복하여야 한다.In most LPWA networks, G/W is fixed, and the sensor node is also fixed in many cases. However, there may be a structure in which G/W is also movable and the sensor node is also movable in some cases. In this case, to communicate with each other with a fixed spreading factor, it is necessary to repeat the operation of disconnecting from the network and then connecting again.

이런 경우를 G/W단에서 판단하여 결정할 수 있도록 아래 도 4와 같은 가변 SF 적용 가능한 구조를 정의할 수 있다.In order to determine and determine this case in the G/W stage, a structure applicable to variable SF as shown in FIG. 4 below may be defined.

도 4는 G/W와 sensor node간 거리에 따른 SF 변경을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating SF change according to a distance between G/W and a sensor node.

저속의 sensor node는 저전력으로 동작하는 오랜 시간의 battery 수명을 지원해야 한다. Sensor node가 하루에 적어도 한번은 wake-up하여 sensing data를 송신한다는 가정으로 super frame duration을 24시간으로 정의하고, 각각 frame, sub-frame의 하부구조를 정의하여 timeslot의 scheduling정보를 G/W가 관리할 수 있도록 정의한다.A low-speed sensor node must support a long battery life with low power consumption. Assuming that the sensor node wakes up at least once a day and transmits sensing data, the super frame duration is defined as 24 hours, and the substructure of frame and sub-frame is defined, respectively, and the scheduling information of timeslot is managed by G/W. define what can be done

대부분의 LPWA망은 G/W가 고정되어 있으며, sensor node도 고정되어 있는 경우가 많다.In most LPWA networks, G/W is fixed, and the sensor node is also fixed in many cases.

그러나, 경우에 따라서는 G/W도 이동 가능하고 sensor node도 이동 가능한 구조가 생길 수 있다.However, in some cases, a structure in which G/W can be moved and a sensor node can also be moved.

이런 경우 고정된 spreading factor를 가지고 서로 통신을 수행하는 것은 망에서 이탈했다가 다시 연결하는 동작을 반복하여야 한다.In this case, to communicate with each other with a fixed spreading factor, it is necessary to repeat the operation of disconnecting from the network and then connecting again.

이런 경우를 G/W단에서 판단하여 결정할 수 있도록 도 b와 같은 가변 SF 적용 가능한 구조를 정의할 수 있다.In such a case, a structure applicable to variable SF as shown in FIG. b can be defined so that the G/W stage can determine it.

Association시에 결정된 spreading factor를 이용하여 sensor node가 G/W로 데이터를 전달하게 되며 시간이 흐름에 따라서 sensor node 또는 G/W가 이동하여 서로간의 거리가 바뀌게 되면 이를 G/W가 판단하여 ACK frame을 이용하여 spreading factor를 변경할 수 있게 된다.The sensor node transmits data to G/W using the spreading factor determined at the time of association. As the time passes, the sensor node or G/W moves and the distance between each other changes, the G/W determines this and the ACK frame can be used to change the spreading factor.

Association 시에 결정된 spreading factor를 이용하여 sensor node가 G/W로 데이터를 전달하게 되며, 시간이 흐름에 따라서 sensor node 또는 G/W의 위치가 바뀌어 서로간의 거리가 바뀌게 되면, 이를 G/W가 판단하여 ACK frame을 이용하여 spreading factor를 변경할 수 있게 된다.The sensor node transmits data to G/W using the spreading factor determined at the time of association, and if the location of the sensor node or G/W changes over time and the distance between them changes, the G/W judges this. Thus, the spreading factor can be changed using the ACK frame.

3.6 TDMA MAC frame format3.6 TDMA MAC frame format

앞서 설명한 바와 같이 timeslot은 3가지로 구분할 수 있다. G/W에 전달되는 sync timeslot과 단말 node에서 망가입/탈퇴 등의 처리를 위해 사용하는 shared timeslot, 단말통신 node에서 전달하는 data timeslot으로 구분된다.As described above, timeslot can be divided into three types. It is divided into sync timeslot transmitted to G/W, shared timeslot used for processing such as breaking in/out at terminal node, and data timeslot transmitted from terminal communication node.

3.6.1 Sync timeslot3.6.1 Sync timeslot

Sync timeslot의 가장중요한역할은 G/W가 가지고 있는 동기정보를 전달하는 역할이다. 해당 frame의 시작점은 단말에 의해 frame의 수신되는 시점으로 인지되며, 이는 정해진 spreading factor(최대값12)를 기준으로 frame의 길이를 통해 시간으로 환산될 수 있다. 즉, frame의 전체 수신시각을 통해 frame의 송신시작점을 유추할 수 있게 된다.The most important role of Sync timeslot is to deliver the synchronization information possessed by G/W. The starting point of the frame is recognized by the terminal as the reception time of the frame, which can be converted into time through the length of the frame based on a determined spreading factor (maximum value 12). That is, the transmission start point of the frame can be inferred from the total reception time of the frame.

Sync timeslot의 중요한 두 번째 임무는 해당 sub-frame에 구성되는 timeslot의 길이를 결정하게 해준다. 즉, 현재 sub-frame을 구성하는 data timeslot의 개수와 언제 각 data timeslot이 시작하는지를 각 노드 ID 별로 구분하여 전달해 준다.The second important task of the sync timeslot is to determine the length of the timeslot composed of the sub-frame. That is, the number of data timeslots constituting the current sub-frame and when each data timeslot starts are divided and delivered for each node ID.

Data timeslot의 길이는 G/W에 의해 결정되며, 뒤에 설명하겠지만 association 시에 각 노드가 전송하게 될 sensing data의 길이 및 거리에 따른 SF에 의해 결정된다. 이런 의사결정은 모두 G/W에 의해 이루어진다.The length of data timeslot is determined by G/W, and as will be explained later, it is determined by SF according to the length and distance of sensing data to be transmitted by each node during association. All of these decisions are made by G/W.

아래 도 5는 이런 역할을 수행하는 sync timeslot의 구조를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the structure of a sync timeslot that performs this role.

Sync timeslot의 가장 중요한 역할은 G/W가 가지고 있는 동기정보를 전달하는 역할이다.The most important role of Sync timeslot is to deliver synchronization information possessed by G/W.

해당 frame의 시작점은 단말에 의해 frame의 수신되는 시점으로 인지되며, 이는 정해진 spreading factor(최대값12)를 기준으로 frame의 길이를 통해 시간으로 환산될 수 있다.The starting point of the frame is recognized by the terminal as the reception time of the frame, which can be converted into time through the length of the frame based on a determined spreading factor (maximum value 12).

즉, frame의 전체 수신시각을 통해 frame의송신시작점을 유추할 수 있게 된다.That is, the transmission start point of the frame can be inferred from the total reception time of the frame.

Sync timeslot의 중요한 두 번째 임무는 해당 sub-frame에 구성되는 timeslot의 길이를 결정하게 해준다. 즉, 현재 sub-frame을 구성하는 data timeslot의 개수와 언제 각 data timeslot이 시작하는지를 각 노드 ID별로 구분하여 전달해 준다.The second important task of the sync timeslot is to determine the length of the timeslot composed of the sub-frame. That is, the number of data timeslots constituting the current sub-frame and when each data timeslot starts are divided and delivered by each node ID.

Data timeslot의 길이는 G/W에 의해 결정되며, 뒤에 설명하겠지만 association시에 각 노드가 전송하게 될 sensing data의 길이 및 거리에 따른 SF에 의해 결정된다. 이런 의사결정은 모두 G/W에 의해 이루어진다.The length of data timeslot is determined by G/W, and as will be explained later, it is determined by SF according to the length and distance of sensing data to be transmitted by each node during association. All of these decisions are made by G/W.

위 구성되는 field들은 아래 표 4와 같이 정의할 수 있다.The fields configured above can be defined as shown in Table 4 below.

[표 4] Sync timeslot의 구성 field 정의[Table 4] Sync timeslot configuration field definition

Figure pat00005
Figure pat00005

3.6.2 Shared timeslot3.6.2 Shared timeslot

단말노드는 G/W가 송신하는beacon 정보를 바탕으로 G/W의 존재를 파악하고 G/W가 관리하는 망에 접속할 것을 요청할 수 있다. 또, 이미 망에 접속되어 동작하는 노드는 특정 상황에서 망에서 탈퇴할 수 있는 방법이 존재해야 한다.The terminal node can determine the existence of the G/W based on the beacon information transmitted by the G/W and request access to the network managed by the G/W. Also, a node that is already connected to the network and operating must have a way to leave the network in a specific situation.

이런 처리를 수행하는 timeslot이 필요하며, 어떤 timeslot도 할당받지 못한 상태에서 망에 접속을 수행하여야 한다. 즉, 동기정보는 취득하였으나, timeslot을 할당받기 위한 절차를 수행할 별도의 timeslot이 필요하게 된다. 이에 해당하는 역할을 수행하는 timeslot이 shared timeslot이다.A timeslot to perform this process is required, and access to the network must be performed in the state that no timeslot is allocated. That is, although the synchronization information is acquired, a separate timeslot is required to perform the procedure for allocating a timeslot. A timeslot that performs a corresponding role is a shared timeslot.

Shared timeslot에서는 가입 및 탈퇴의 처리가 이루어지며, 아래 도 6과 같은 구성을 갖는다.In the shared timeslot, subscription and withdrawal are processed, and has a configuration as shown in FIG. 6 below.

도 6은 Shared timeslot의 구성을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the configuration of a shared timeslot.

단말노드는 G/W가 송신하는 beacon 정보를 바탕으로 G/W의 존재를 파악하고 G/W가 관리하는 망에 접속할 것을 요청할 수 있다.The terminal node can determine the existence of the G/W based on the beacon information transmitted by the G/W and request access to the network managed by the G/W.

또, 이미 망에 접속되어 동작하는 노드는 특정 상황에서 망에서 탈퇴할 수 있는 방법이 존재해야 한다. 이런 처리를 수행하는 timeslot이 필요하며, 어떤 timeslot도 할당받지 못한 상태에서 망에 접속을 수행하여야 한다.Also, a node that is already connected to the network and operating must have a way to leave the network in a specific situation. A timeslot to perform this process is required, and access to the network must be performed in the state that no timeslot is allocated.

즉, 동기정보는 취득하였으나, timeslot을 할당받기 위한 절차를 수행할 별도의 timeslot이 필요하게 된다. 이에 해당하는 역할을 수행하는 timeslot이 shared timeslot이다.That is, although the synchronization information is acquired, a separate timeslot is required to perform the procedure for allocating a timeslot. A timeslot that performs a corresponding role is a shared timeslot.

Shared timeslot에서는 가입 및 탈퇴의 처리가 이루어지며, 도면과 같은 구성을갖는다.In the shared timeslot, subscription and withdrawal are processed and have the same configuration as the drawing.

Shared timeslot에 포함되는 frame은 가입과 관련된 association request frame, association response frame과 망 탈퇴와 관련된 dis-association request, dis-association response frame으로 구성된다.The frame included in the shared timeslot consists of an association request frame and an association response frame related to subscription, and a dis-association request and dis-association response frame related to leaving the network.

Shared timeslot에 포함되는 frame은 가입과 관련된association request frame, association response frame과 망탈퇴와 관련된 dis-association request, dis-association response frame으로 구성된다.The frame included in the shared timeslot consists of an association request frame and an association response frame related to joining, and a dis-association request and dis-association response frame related to network withdrawal.

다음 표 5는 association request frame에 포함되는 field의 구성을 정의한다.Table 5 below defines the composition of fields included in the association request frame.

[표 5][Table 5]

Figure pat00006
Figure pat00006

다음 표 6은 association response frame에 포함되는 field의 구성을 정의한다.Table 6 below defines the composition of fields included in the association response frame.

[표 6] Association request frame의 구성 field 정의[Table 6] Association request frame configuration field definition

Figure pat00007
Figure pat00007

다음 표 7은 망에 대한 탈퇴절차를 수행하는 dis-association request frame에 포함되는 field의 구성을 정의한다.Table 7 below defines the composition of fields included in the dis-association request frame that performs the disconnection procedure for the network.

[표 7] Association request frame의 구성 field 정의[Table 7] Association request frame configuration field definition

Figure pat00008
Figure pat00008

3.6.3 Data timeslot3.6.3 Data timeslot

Data timeslot은 각 노드에 포함하고 있는 sensor의 구성에 따라서 결정되므로, payload의 값은 sensor node의vendor 정의에 따라 결정된다.Since the data timeslot is determined according to the configuration of the sensor included in each node, the payload value is determined according to the vendor definition of the sensor node.

아래 도 7은 data timeslot의 구성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the configuration of data timeslot.

Data timeslot은 각 노드에 포함하고 있는 sensor의 구성에 따라서 결정되므로, payload의 값은 sensor node의 vendor 정의에 따라 결정된다.Since the data timeslot is determined according to the configuration of the sensor included in each node, the payload value is determined according to the vendor definition of the sensor node.

data timeslot은 spreading factor 및 pay load 길이에 따라서 가변의 길이를 갖는다. Data timeslot에서 전달되는 data는 G/W의 정책에 따라서 ACK frame 전달여부를 결정하게 된다.The data timeslot has a variable length according to the spreading factor and the payload length. The data transmitted in the data timeslot determines whether to transmit the ACK frame according to the G/W policy.

앞서 언급한 바와 같이 data timeslot은 spreading factor 및 payload 길이에 따라서 가변의 길이를 갖는다. Data timeslot에서 전달되는 data는 아래 표 8과 같이 G/W의 정책에 따라서 ACK frame 전달여부를 결정하게 된다.As mentioned above, the data timeslot has a variable length according to the spreading factor and the payload length. As for the data transmitted in the data timeslot, as shown in Table 8 below, whether to transmit the ACK frame is determined according to the G/W policy.

[표 8] Association request frame의 구성 field 정의[Table 8] Association request frame configuration field definition

Figure pat00009
Figure pat00009

아래 표 9는 ACK frame의 구조를 나타낸다. ACK frame에 포함되어 있는 Change SF field는 G/W가 각 노드의 data frame을 수신하면서 신호세기가 일정 수준 이상으로 변동되는 경우, spreading factor를 변경시켜 거리에 따른 전송방법을 변경할 수 있도록 정의한다.Table 9 below shows the structure of the ACK frame. The Change SF field included in the ACK frame defines that the transmission method according to the distance can be changed by changing the spreading factor when the signal strength varies over a certain level while the G/W receives the data frame of each node.

[표 9][Table 9]

Figure pat00010
Figure pat00010

본 발명은 공장 자동화 등 정확한 데이터 전달이 필요한 시스템에 저전력/실시간 정보전달 기능을 지원할 수 있는 산업분야에 이용될 수 있다.The present invention can be used in industrial fields that can support a low-power/real-time information transfer function to a system requiring accurate data transfer, such as factory automation.

도 1은 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법을 설명하기 ??나 기본 망 구조를 나타내는 블록도.
도 3은 설계된 TDMA MAC의 superframe 구조를 나타내는 그래프.
도 4는 G/W와 sensor node간 거리에 따른 SF 변경을 나타내는 흐름도.
도 5는 이런 역할을 수행하는 sync timeslot의 구조를 나타내는 그래프.
도 6은 Shared timeslot의 구성을 나타내는 그래프.
도 7은 data timeslot의 구성을 나타내는 그래프.
1 is a configuration diagram for explaining a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating a TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system according to the present invention or a basic network structure.
3 is a graph showing the superframe structure of the designed TDMA MAC.
Figure 4 is a flow chart showing the SF change according to the distance between the G / W and a sensor node.
5 is a graph showing the structure of a sync timeslot that performs this role.
6 is a graph showing the configuration of a shared timeslot.
7 is a graph showing the configuration of a data timeslot.

Claims (5)

저속 LPWA 망 특성상 sensing data의 전송 주기가 길기 때문에 super frame의 반복 구간을 24시간 기준으로 정의하는 것을 특징으로 하는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법.TDMA MAC operation method in low-speed variable transmission rate based communication system, characterized in that the repetition period of super frame is defined based on 24 hours because the transmission period of sensing data is long due to the characteristics of the low-speed LPWA network. 제1항에 있어서,
Super frame을 1시간 단위의 frame의 집합으로 frame을 1분 단위의 sub-frame으로 구성하는 것을 특징으로 하는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법.
According to claim 1,
A TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, characterized in that a super frame is a set of 1-hour frames and a frame is configured as a 1-minute sub-frame.
제2항에 있어서,
GPS의 PPS 신호를 사용하지 않고 동기를 유지하기 위해 sync timeslot의 beacon을 활용하는 것을 특징으로 하는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법.
3. The method of claim 2,
A TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, characterized in that a beacon of sync timeslot is used to maintain synchronization without using the PPS signal of GPS.
제3항에 있어서,
Data timeslot의 길이를 G/W와 거리에 따라서 가변으로 운용할 수 있도록protocol을 제공하는 것을 특징으로 하는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법.
4. The method of claim 3,
TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, characterized in that it provides a protocol so that the length of data timeslot can be variably operated according to G/W and distance.
제4항에 있어서,
모든 timeslot의 scheduling은 G/W가 수행하며 각 sub-frame 마다 G/W가 slot 정보를 방송하는 것을 특징으로 하는 저속가변전송 rate 기반 통신 시스템에서의 TDMA MAC 운용방법.
5. The method of claim 4,
All timeslot scheduling is performed by G/W, and TDMA MAC operation method in a low-speed variable transmission rate-based communication system, characterized in that G/W broadcasts slot information in each sub-frame.
KR1020190160951A 2019-12-05 2019-12-05 Tdma mac operating method on communication system based low speed variable transmission KR20210070797A (en)

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