KR100946674B1

KR100946674B1 - 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신네트워크 구성 방법

Info

Publication number: KR100946674B1
Application number: KR1020080050895A
Authority: KR
Inventors: 오정열; 김재영
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-03-12
Also published as: KR20090057874A

Abstract

본 발명은 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 기술에 관한 것으로, 코디네이터에서 설정된 비콘 주기에 이종의 변복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 변조된 비콘 프레임을 전송하고, 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하며, 디바이스로부터의 네트워크 연결요청 유무를 판단하여 디바이스로부터 연결요청이 없을 경우 다른 변복조 방식으로 변환하여 변조된 비콘 프레임을 전송하고, 상기 디바이스로부터 연결 요청을 수신하는 경우, 디바이스로부터의 연결요청에 응답하고 선택된 변복조 방식을 송수신 방식으로 결정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 저속 무선 개인 통신 네트워크에서 다중모드의 변복조가 수행되도록 함으로써, 서로 다른 변복조 방식을 지원하는 디바이스를 이용한 네트워크의 구성을 가능하게 할 수 있으며, 이를 통해 서로 다른 변복조 방식을 이용하는 최적의 네트워크를 구성할 수 있다.

저속 무선 개인 통신 네트워크(LR-WPAN), IEEE 802.15.4, 코디네이터

Description

이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법{METHOD FOR CONFIGURING OF LOW-RATE WIRELESS PERSONAL AREA NETWORK SUPPORTING HETEROGENEOUS MODULATION AND DEMODULATION SCHEMES}

본 발명은 저속 무선 개인 통신 네트워크(Low-Rate Wireless Personal Area Network, 이하 LR-WPAN이라 한다)의 표준에서 정의하는 이종 변복조 방식을 지원하는 디바이스들을 이용하여 무선 네트워크를 구현하는 기술에 관한 것으로서, 특히 저비용(Low cost)의 고정형 또는 휴대용 센서노드를 위한 초저전력 무선 통신을 목표로 하는 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 표준의 868/915MHz 주파수 대역을 이용하는 네트워크 디바이스에 있어서 이종 변복조 방식을 지원할 수 있는 비컨(Beacon)을 이용하는 네트워크 구현을 수행하는데 적합한 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부의 정보통신표준개발지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2006-S-070-02, 과제명 : 홈네트워크용 Congnitive 무선 시스템 개발].

현재 LR-WPAN은 20~250kbps의 낮은 전송 속도와 저렴한 가격, 긴 배터리 수 명, 간단한 구조 및 연결성을 제공하여 10m 이내의 작은 범위 내에서의 무선 연결을 요구하는 분야에 적합한 표준으로 개발되고 있다.

이와 같은 LR-WPAN 기술에 대한 물리계층(Physical Layer, 이하 PHY라 한다)과 매체 접근 제어(Medium Access Control , 이하, MAC라 한다) 표준은 IEEE 802.15.4 표준 그룹에서 2003년 10월에 최초로 제안되었으며 IEEE 802.15.4 표준에 대한 PHY 기술과 MAC의 수정 보완 작업을 거쳐 2006년 9월에 개정된 표준안을 확정하였다.
(표 1)은 개정된 LR-WPAN의 PHY 규격을 나타낸다.

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PHY (MHz)	주파수 대역 (MHz)	확산 파라미터		데이터 파라미터
PHY (MHz)	주파수 대역 (MHz)	칩속도 (kchip/s)	변조 방식	데이터 속도 (kb/s)	심볼 속도 (ksymbol/s)	심볼(Symbols)
868/915	868-868.6	300	BPSK	20	20	Binary
868/915	902-928	600	BPSK	40	40	Binary
868/915 (optional)	868-868.6	400	ASK	250	12.5	20-bit PSSS
868/915 (optional)	902-928	1600	ASK	250	50	5-bit PSSS
868/915 (optional)	868-868.6	400	O-QPSK	100	25	16-ary Orthogonal
868/915 (optional)	902-928	1000	O-QPSK	250	62.5	16-ary Orthogonal
2450	2400-2483.5	2000	O-QPSK	250	62.5	16-ary Orthogonal

LR-WPAN 표준의 네트워크는 IEEE 802.15.4 표준 무선 디바이스로 구성하며 적어도 하나의 PAN(Personal Area Network) 코디네이터(Coordinator) 디바이스와 하나 이상의 네트워크 디바이스가 모여 네트워크를 구성한다. 코디네이터란, 비콘(Beacon) 전송과 슈퍼프레임 구조 생성을 통해 동기화 서비스를 제공할 수 있는 FFD(Full Function Device, 이하 FFD라 한다)를 PAN 코디네이터라고 한다.

IEEE 802.15.4 표준 무선 디바이스에는 FFD와 RFD(Reduced Function Device, 이하 RFD라 한다)의 두 가지 형태의 디바이스가 있다. FFD는 모든 MAC 서비스를 포함해야 하며 네트워크 코디네이터나 라우터, 클러스터 헤드(Head) 또는 네트워크 디바이스로 동작할 수 있다. RFD는 MAC서비스의 일부만을 지원하며 네트워크 디바이스로만 동작한다.

이러한 LR-WPAN는 성형(Star), 메쉬(mesh), 클러스터(Cluster), 클러스터-트리(Cluser-tree) 등 여러 종류의 네트워크 토폴로지를 지원할 수 있도록 설계되고 있다. 이하 하기 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 성형 네트워크(Star Network)를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 성형 네트워크는 동등 계층 통신과 마스터-슬레이브 구성으로 1 홉 또는 2홉 네트워크를 구성할 수 있다. PAN 코디네이터(100)로 FFD를 사용하고, 다른 네트워크 디바이스들은 FFD 혹은 RFD가 될 수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 메쉬 네트워크(Mesh Network)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 동등 계층 디바이스로 구성된 애드 혹(adhoc) 네트워크로서, 여러 대의 동일한 네트워크 디바이스로 구성되어 있으며 모든 디바이스가 어떤 한 디바이스의 범위 내부에 위치할 필요 없이 여러 다양한 라우팅 기법을 통해 근원지 디바이스에서 목적지 디바이스까지 메시지를 전달한다.

도 3은 종래 기술에 따른 클러스터 네트워크(Cluster Network)를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 클러스터 네트워크는 PAN 코디네이터(300)를 최초 디바이스로 구성하여 새로운 디바이스가 PAN 네트워크로 들어오면, 이 디바이스는 PAN 코디네이터(300)의 자식노드(302, 304)가 되고 이 PAN 코디네이터(300)의 자식노드(302, 304) 중 첫 번째 디바이스(304)의 범위 내에 들어오는 두 번째 디바이스(306, 308, 310)는 첫 번째 디바이스(304)의 자식 노드로서 네트워크에 속할 수 있다. 이를 통해 네트워크 디바이스는 많은 자식 노드를 가질 수 있으며, 각각의 네트워크 디바이스들은 하나의 부모 노드만을 가진다.

도 4는 종래 기술에 따른 클러스터 트리 네트워크(Cluster-tree Network)를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 대형 네트워크를 구성하기 위하여 몇 개의 작은 클러스터로 나누어 계층적 트리를 연결한 네트워크로서, 대형 네트워크는 네 개의 작은 클러스터(400, 402, 404, 406)로 이루어져 있고, 각각은 클러스터 헤드(410, 412, 414) 또는 PAN 코디네이터(416)를 갖는다. 클러스터 트리란 계층적 트리 구조를 지원하는 네트워크 디바이스 클러스터 네트워크로서 클러스터 트리의 말단 노드를 제외한 모든 디바이스는 FFD로 구성하고 클러스터 트리의 말단 노드는 메시지를 중계하지 않기 때문에 FFD 이거나 RFD 일 수 있다.　

클러스터 트리 구조의 발전된 형태로 멀티 홉(Multi-hop) 네트워크 토폴로지를 이용하여 통신 거리의 제한 문제를 극복할 수 있다. 멀티 홉 네트워크란 메시지 근원지(Source address)와 목적지 디바이스(Destination address)가 같은 범위 내에 있지 않을 때에도, 메시지를 전달하는 다수의 중간 디바이스를 거쳐 통신하는 네트워크를 의미한다.

한편, LR-WPAN에서는 네트워크 탐색을 위하여 비콘(Beacon)을　 사용한다. 또한 비콘은 네트워크의 조정과 동기화를 위해 유용하게 사용되며, 연속된 두 개의 비콘 프레임 사이의 시간을 활용하여 휴지 구간을 운용할 수 있으므로 전력 효율 면에서도 우수한 장점이 있다.

LR-WPAN 구성을 위해 총 사용 가능한 채널 개수는 27개인데, 868MHz 대역에서 1개의 채널을 사용하고, 915MHz 대역에서 10개의 채널을 사용하며, 2.4GHz대역에서 16개의 채널을 사용한다. 이때, 868MHz 대역과, 915MHz 대역은　 "저주파수대"라 하고, 2.4GHz대역은 "고주파수대" 라고 부른다.

데이터 변조 방식은 868/915MHz 저주파수대에서는 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, 이하 : DSSS)를 통한 확산방식을 기반으로 Raised Cosine 펄스파형을 갖는 BPSK (Binary Phase Shift Keying, 이하 : BPSK) 변조방식을 사용한다. 868MHz 대역에서 원시 데이터 전송율 (이하 : bit rate)은 20Kbps 이고, 915MHz 대역에서 데이터 전송률은 40Kbps 이다. 2.4GHz 고주파수대에서는 DSSS를 기반으로 하여 half-sine 펄스파형을 갖는 O-QPSK (Offset-Quadrature Phase Shift Keying, 이하 : O-QPSK) 변조방식을 사용한다. 데이터 전송률은 250Kbps로 저주파수대 방식보다 빠른 것이 특징이다. 개정된 표준에서는 저주파수대에서도 보다 높은 데이터를 전송할 수 있도록 선택적 통신방식 (Optional)으로 DSSS를 기반으로 하는 병렬 시퀀스 ASK (Amplitude Shift Keying, 이하 : ASK) 변조방식과 O-QPSK 변조방식을 추가하여 데이터 전송률을 250Kbps로 증가하였다.

이와 같이 LR-WPAN은 저주파수대에서 BPSK, ASK 및 OQPSK의 서로 다른 변조방식을 적용함에 따라, 네트워크를 구성하고자 하는 경우 네트워크의 응용에 따라 유리한 변조방식을 사용하는 것이 필요하다. 하기 (표 2)에서는 LR-WPAN의 저주파수대 변조방식에서 서로 다른 특징을 비교하고 있다.

변조방식	주파수대역(MHz)	데이터 속도 (Kbps)	구현복잡도 ( Cost )	수신선택도 (dBm)
BPSK	868-868.6	20	Low	≤ -92
	902-928	40
ASK(optional)	868-868.6	250	High	≤ -85
	902-928	250
O-QPSK(optional)	868-868.6	100	Medium
	902-928	250

(표 2)를 참조하면, BPSK 변조방식은 수신 선택도 특성이 좋아 면적당 노드 개수를 줄일 수 있으며, 구현이 간단하여 비용이 적은 반면에 데이터 전송 속도가 낮은 단점이 있다. ASK변조방식은 데이터 전송 속도가 868/915MHz 대역 모두 2.4GHz 고주파수대 물리계층의 데이터 전송 속도와 같은 250Kbps를 지원하나 구현이 복잡하여 비용이 많이 소요되는 단점이 있다. O-QPSK 변조방식은 915MHz 대역에서 250Kbps의 데이터 전송속도를 지원하나 868MHz 대역에서 그보다 적은 100Kbps를 지원한다. 그러나 복잡도 면에서 ASK방식보다 간단하다는 장점이 있다.

상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 LR-WPAN의 저주파대 네트워크에서는, BPSK 변조방식, ASK변조방식, O-QPSK 변조방식 등과 같이 서로 다른 변조 방식을 적용하고 있으므로, 이러한 서로 다른 변조 방식을 구현하기 위한 이종 변복조 방식을 지원하는 디바이스 기기들이 연구되고 있다.

그러나 이종 변복조 방식을 지원하는 디바이스들 간에 네트워크를 구성하기 위해서는 네트워크의 응용에 따라 유리한 변조방식을 사용하여 구성하거나, 네트워크 구성을 위한 구체적인 방안이 필요하나, 이에 대해서는 구체적으로 제시되거나 연구된 바가 없었다.

이에 본 발명은, 저속 개인 무선 통신 네트워크(LR-WPAN)의 저주파수대에서 서로 다른 변복조 방식을 갖는 무선 네트워크에서 네트워크의 응용에 따라 유리한 변조방식을 사용하여 네트워크의 효율적인 구성을 가능하게 할 수 있는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 저속 개인 무선 통신 네트워크(LR-WPAN)에서 868/915MHz 저주파수대의 이종 변복조 방식을 사용하는 디바이스를 이용하여 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 최적의 네트워크를 구성할 수 있는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예 방법은, 코디네이터에서 설정된 비콘 주기에 이종의 변 복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하며, 디바이스로부터의 네트워크 연결요청 유무를 판단하는 과정과, 상기 디바이스로부터 연결요청이 없을 경우 다른 변복조 방식으로 변환하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 디바이스로부터 연결 요청을 수신하는 경우, 상기 디바이스로부터의 연결요청에 응답하고 상기 선택된 변복조 방식을 송수신 방식으로 결정하는 과정을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예 방법은, 코디네이터와 라우터의 네트워크를 구성하는 과정과, 상기 라우터에서 연결된 상기 코디네이터로부터 비콘을 트래킹 하고, 비콘 주기에 이종 변복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 라우터에서 상기 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하는 과정과, 디바이스로부터의 네트워크 연결요청 유무를 판단하여 상기 디바이스로부터 연결요청이 없을 경우, 다른 변복조 방식으로 변환하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 디바이스로부터의 네트워크 연결요청을 수신한 경우, 이를 응답하고 현재 선택된 변복조 방식으로 송수신 방식을 결정하는 과정을 포함한다.

본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 저속 무선 개인 통신 네트워크에서 다중모드의 변복조가 수행되 도록 함으로써, 서로 다른 변복조 방식을 지원하는 디바이스를 이용한 네트워크의 구성을 가능하게 할 수 있으며, 이를 통해 서로 다른 변복조 방식을 이용하는 최적의 네트워크를 구성할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 저속 개인 무선 통신 네트워크(LR-WPAN)에서 868/915MHz 저주파수대의 서로 다른 변복조 방식을 갖는 무선 네트워크에서 네트워크의 응용에 따라 유리한 변조방식을 사용하여 네트워크의 효율적인 구성을 가능하게 할 수 있으며, 이종 변복조 방식을 사용하는 디바이스를 이용하여 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 최적의 네트워크를 구성하기 위한 것이다.

이와 같이 서로 다른 변복조 방식을 갖는 무선 센서 네트워크를 운용하기 위해서는, 각 변조 방식을 지원하는 송수신 구조가 병렬 결합되어 이종 변복조방식을 지원하는 FFD가 사용된다. 이러한 FFD는 868MHz와 915MHz 대역의 BPSK, ASK 및 OQPSK 변복조 방식 중 하나의 방식을 선택적으로 수행하여 송수신 신호가 디지털 변복조 되도록 제어하게 된다. 그리고 RFD는 이종 변복조 방식 중 한가지 변복조 방식만을 지원하는 디바이스로 정의하여, 하기 실시예에서는 FFD와 RFD를 이용한 네트워크 구성 방식에 대해 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 디바이스의 네트워크 구성 단계를 도시한 흐름도로서, 본 네트워크 구성 단계에서는 하나의 코디네이터와 하나의 디바이스를 네트워크로 구성하는 간단한 모델 구성 방식에 대하여 설명하도록 한다.

도 5를 참조하면, PAN 구성을 수행하기 위한 것으로서, 500단계에서는 코디네이터가 전 채널에 대해 가용 유무를 판단하기 위하여 에너지 스캔(Energy scan)을 수행하고, 502단계에서는 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication, 이하 RSSI라 한다)를 검사한다. RSSI는 채널 주파수 대역의 에너지 크기를 표시하므로, 가장 작은 RSSI 값을 갖는 채널을 가용채널로서 선택하게 된다.

이후 504단계에서는 BO(Beacon order), SO(Superframe order), PAN ID 등의 PAN 관련 파라미터를 설정하고, 506단계에서 코디네이터는 설정된 각 비콘 주기에 이종 변복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 변조된 비콘 프레임을 전송하게 된다.

이에 코디네이터는 508단계에서 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기까지 수신을 대기하고, 510단계에서는 디바이스로부터 네트워크 연결 요청(Association request) 유무를 판단하여, 연결 요청이 없을 경우에는 512단계로 진행하여 다른 변복조 방식으로 변환한 후, 506단계로 복귀하여 변환한 변조 방식으로 비콘 프레임을 전송하게 된다.

그러나 510단계에서 디바이스로부터 네트워크 연결 요청을 받은 경우에는 514단계로 진행하여 현재 선택된 변복조 방식으로 물리계층의 데이터 저장소(PHY PIB : Physical Layer PAN Information Base)에 설정 및 저장을 수행하고, 516단계에서 디바이스 PAN의 연결을 통하여 518단계에서 네트워크 구성을 완료하게 된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 코디네이터와 디바이스간의 네트워크 구성 절차를 도시한 도면으로서, 코디네이터가 비콘을 전송하는 도 5의 506단계로부터 네트워크가 연결되는 516단계까지를 예시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 코디네이터(600)는 설정된 비콘 주기에 맞추어 기본 설정된 BPSK 변조된 비콘 프레임(602)을 전송하게 된다. 비콘 전송이 끝나면 BPSK 복조 상태로 수신대기(604) 한다. 그러나 디바이스(650)로부터 네트워크 연결 요청이 없을 시에는 다음 O-QPSK 변조된 비콘 프레임(606)을 전송한다. 역시 전송이 끝나면 O-QPSK 복조 상태로 수신대기(608) 한다. 이때 디바이스(650)에 전원이 온(Power On) 되어 전 채널에 대해 수동 스캔(Passive scan)(652)을 통해 자신이 접속한 채널을 선택한다. 디바이스(650)의 변복조 방식이 BPSK 방식인 경우 디바이스는 BPSK 변조된 비콘을 수신할 때 까지 대기한다.

한편, 코디네이터(600)는 다음 ASK 변조된 비콘프레임(610)를 전송하고 역시 전송이 끝나면 ASK 복조 상태로 수신대기(612) 한다. 역시 연결 요청이 없을 시 다시 BPSK 변조된 비콘 프레임(614)을 전송한다. 이때 디바이스(650)는 BPSK 비콘 프 레임을 수신하고, 그 비콘으로부터 비콘 트래킹(656) 정보를 알아내고 그 밖에 PAN에 대한 정보를 저장한다. 각종 정보를 바탕으로 코디네이터(600)에 연결(Join)하기 위해 연결요청(Association request)(654)을 보낸다. 코디네이터(600)는 연결요청을 수신하고 네트워크 연결을 위한 일련의 과정(616)을 수행한다. 네트워크가 구성된 후 비콘 및 데이터 통신은 결정된 변조방식으로만, 즉 BPSK 변조된 비콘 프레임(618)만을 송수신하게 된다. 네트워크 구성이 완료되면 간접(Indirect) 통신(620)과 직접(Direct) 통신(658)을 통해 디바이스간 통신이 가능해 진다.

여기서, 간접(Indirect) 통신이란 코디네이터(600)에서 디바이스(650)로 데이터를 전송하는 방식이며, 디바이스로(650)부터 코디네이터(600)로 데이터를 전송하는 방식을 직접(Direct) 통신이라 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 코디네이터와 라우터 및 디바이스의 네트워크 구성 절차를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 코디네이터와 라우터 및 디바이스로 구성되는 트리 구조의 네트워크 구성과정으로서, 코디네이터와 라우터 및 디바이스가 모두 같은 변조방식을 사용하는 경우와, 각기 다른 변조 방식을 사용하는 경우로 분리할 수 있다. 그러나 같은 변조 방식을 사용하는 경우는 도 6에서 설명된 과정과 크게 다를 바 없으며, 다만 코디네이터와 라우터 및 디바이스가 모두 같은 방식을 사용하는 경우에 디바이스는 코디네이터와 라우터로부터 모두 비콘을 수신할 수 있고, 수신신호의 크기를 측정하여 수신 감도가 좋은 쪽으로 연결을 요청하는 단계만 추가된다.

다음으로 코디네이터와 라우터, 라우터와 디바이스 간에 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 네트워크 시스템의 구성 방법은, 먼저 코디네이터(700)와 라우터(710)는 도 6에서와 같은 과정으로 네트워크를 형성할 수 있다. 코디네이터(700) 입장에서 보면 라우터(710)도 역시 디바이스로 인식되기 때문에 디바이스와 네트워크를 구성하는 방법과 동일하게 수행된다.

다만, 라우터(710)가 디바이스 노드와 다른 점이라면 라우터(710)는 코디네이터(700)에 연결된 후 코디네이터(700)로부터 비콘을 트래킹(712) 한 후, 비콘 전송 옵셋(Beacon Tx Offset) 만큼 간격을 두어 자신의 비콘을 전송(712)하는 점이다. 비콘 전송 옵셋을 결정하는 스케쥴링 기법에 대하여는 이미 많은 구조들을 통해 제안되어 있으므로 생략하도록 한다.

일단 비콘 전송 옵셋이 결정되면 라우터(710) 또한 코디네이터(700)와 같이 자신의 비콘을 송신하는데 먼저 코디네이터(700)와 같은 변조 방식으로 비콘을 송신함으로써 같은 변복조 방식을 사용하는 디바이스(740)의 네트워크 연결을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어 코디네이터(700)와 라우터(710)가 BPSK 변복조 방식을 사용하는 경우로서, 처음 발생하는 라우터(710)의 비콘(714)은 BPSK 방식으로 전송한다.

디바이스(740)가 ASK 방식을 사용하는 것으로 가정하면, 라우터(710)는 BPSK(714) 비콘의 전송 후 전송이 끝나면, BPSK 복조 상태로 수신을 대기(716)하고, 이후 OQPSK(718) 비콘을 전송하여 OQPSK(718) 비콘의 전송이 끝나면, OQPSK 복조 상태로 디바이스의 수신을 대기(720)하게 된다. 이때 디바이스(740)는 라우터(710)로부터 BPSK(714), OQPSK(718) 비콘이 전송되는 때에는 수신 대기 상 태(742)에 머물다가 ASK 변조된 비콘(722)이 수신되면, 비콘으로부터 비콘 트래킹(746) 정보를 알아내고 PAN에 대한 정보를 바탕으로 라우터(710)에 연결(Join)하기 위해 연결요청(Association request)(744)을 보낸다.

이때, 라우터(710)는 수신대기(724) 중에 연결요청(744)을 수신하고 네트워크 연결을 위한 일련의 과정(726)을 수행한다. 네트워크 연결이 완료되면 라우터(710)는 ASK 변복조 방식으로 비콘(728)을 전송하며 디바이스(740)간 간접(Indirect) 통신(732)과 직접(Direct) 통신(748, 750)시 ASK 방식을 사용한다.

이와 같이 라우터(710)는 디바이스(740)와 통신에는 ASK 방식을 사용하고, 코디네이터(700)간 직접 통신(730, 734), 간접 통신(704)에는 BPSK 방식을 사용하게 되는 것이다.

종합하면, PAN에서 코디네이터(700)와 라우터(710)는 네트워크가 구성되기 전 서로 다른 변복조 방식으로 변조된 비콘을 순차적으로 전송하여 서로 간에 사용되는 변조 방식이 일치하는 경우에 연결되며, 라우터(710)에서는 코디네이터(700)로부터 비콘을 트래킹 한 후, 비콘 전송 옵셋(Beacon Tx Offset) 만큼 간격을 두어 자신의 비콘을 전송하는 상태에서, 디바이스(740)의 변조 방식과 동일한 수신 방식으로 수신 대기하여 디바이스(740)와 네트워크를 구성하면 변복조 방식을 결정하게 되는 것이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 지원하는 클러스터 네트워크를 도시한 도면으로서, 이하 설명에서 FFD는 이종 변복조 방식을 지원하는 장치를 지칭하며, RFD는 이종 변복조 방식 중 한가지 변복조 방식만을 지 원하는 장치를 지칭함을 가정하도록 한다.

도 8을 참조하면, 코디네이터(800)와 이를 부모 노드로 하는 자식노드 즉, 노드 1(802), 노드 6(812), 노드 7(814)들은 O-QPSK 변복조 방식으로 네트워크를 구성하고 있다. 그러나 같은 클러스터 내에　 노드 5(810)는　 ASK, 노드 4(808)는 BPSK 방식을 사용하는 노드들을 포함하고 있다. 이때 노드 1(802)은 라우터로서 코디네이터(800)와는 O-QPSK 변복조 방식을 사용하면서 자신의 비콘을 통해 노드 5(810), 노드 2(804), 노드 3(806)과는 ASK 변복조 방식으로 네트워크를 구성한다.

마찬가지로 노드 3(806)은 라우터로 부모 노드 1(802)과는 ASK 변복조 방식으로 동작하면서 자신의 비콘으로 노드 4(808)와는 BPSK 변복조 방식을 사용하여 네트워크를 구성한다. 이렇게 하면 하나의 클러스터 내에 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 디바이스로 네트워크를 구성하는 것이 가능하다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 지원하는 멀티 홉 클러스터 트리 네트워크를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 클러스터 트리의 말단 노드들(932, 928, 918, 924)은 메시지를 중계하지 않기 때문에 FFD이거나 RFD로 구성할 수 있다. 그 밖에 네트워크에서 모든 디바이스는 FFD이다. 하나의 디바이스가 PAN 코디네이터(910)의 임무를 맡게 된다. 각 클러스터에는 클러스터 헤드(920, 922, 926, 930)가 클러스터의 코디네이터 역할을 수행한다.

각 클러스터(900, 902, 904, 906, 908) 내부의 모든 디바이스는 같은 동일한 변복조 방식을 사용하고 있으나, 항상 물리적으로 서로 다른 공간영역을 차지하는 것은 아니다. 특정 클러스터(906, 908)를 서로 겹치게 구성하면, 같은 공간상에 서로 다른 변복조 방식으로 구성된 클러스터 트리 네트워크를 구성할 수 있다. 클러스터내의 네트워크는 각 독립적으로 구성된 후 서로 연결되는 것이 바람직하다.

먼저 코디네이터(910)를 포함하는 주 클러스터(900) 내의 라우터(916)와 디바이스(918)는 모두 ASK 변복조 방식으로 사용하고 있다. 같은 동종의 변복조 방식을 사용하는 클러스터 헤드(920)를 통해 ASK 변복조 방식을 사용하는 클러스터(902)를 연결 할 수 있다. 또한 BPSK 방식을 사용하는 클러스터(904)를 연결하기 위해 클러스터 헤드(922)는 부모 노드(914)와는 ASK 통신을 하고 클러스터(904) 내의 노드 간에는 BPSK 통신을 하고 있다. O-QPSK 클러스터(906)의 클러스터 헤드(926)는 부모노드(912)와는 ASK 통신을 하고 클러스터(906) 내부 노드간에는 O-QPSK 통신을 하고 있다. 마지막으로 BPSK 클러스터(908)의 클러스터 헤드(930)는 부모노드와는 O-QPSK 통신을 하고 클러스터(908) 내부 노드간에는 BPSK 통신을 하고 있다.

이와 같은 실시예를 통해 설명한 바와 같이 이종 변복조 방식을 지원하는 PAN 코디네이터는 자신의 클러스터에서 이종 변복조 방식 중 하나의 변복조 방식을 선택하여 다수의 디바이스들과 네트워크를 형성할 수 있으며, 또한 라우터를 통해 다른 클러스터에 메시지를 주고받을 수 있다. 이때 라우터는 이종 변복조 방식의 비콘 송신을 통해 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 클러스터 헤드와 연결하여 이종 변복조 방식을 사용하는 클러스터 간에 연결해 줄 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 저속 개인 무선 통신 네트워크(LR-WPAN)에서 868/915MHz 저주파수대의 서로 다른 변복조 방식을 갖는 무선 네트워크에서 네트워크의 응용에 따라 유리한 변조방식을 사용하여 네트워크의 효율적인 구성을 가능하게 할 수 있으며, 이종 변복조 방식을 사용하는 디바이스를 이용하여 서로 다른 변복조 방식을 사용하는 최적의 네트워크를 구성할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 성형 네트워크(Star Network)를 도시한 도면,

도 2는 종래기술에 따른 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 메쉬 네트워크(Mesh Network)를 도시한 도면,

도 3은 종래기술에 따른 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 클러스터 네트워크(Cluster Network)를 도시한 도면,

도 4는 종래기술에 따른 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 클러스터 트리 네트워크(Cluster-tree Network)를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 디바이스의 네트워크 구성 단계를 도시한 흐름도,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 코디네이터와 디바이스간의 네트워크 구성 절차를 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 갖는 코디네이터와 라우터 및 디바이스의 네트워크 구성 절차를 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 지원하는 클러스터 네트워크를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 변복조 방식을 지원하는 멀티 홉 클러스터 트리 네트워크를 도시한 도면.

Claims

코디네이터에서 설정된 비콘 주기에 이종의 변복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과,

상기 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하며, 디바이스로부터의 네트워크 연결요청 유무를 판단하는 과정과,

상기 디바이스로부터 연결요청이 없을 경우 다른 변복조 방식으로 변환하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과,

상기 디바이스로부터 연결 요청을 수신하는 경우, 상기 디바이스로부터의 연결요청에 응답하고 상기 선택된 변복조 방식을 송수신 방식으로 결정하는 과정

을 포함하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 1항에 있어서,

상기 방법은,

상기 디바이스가 자신의 변복조 방식으로 상기 코디네이터로부터 전송된 상기 비콘 프레임을 수신하는 과정과,

상기 수신된 비콘 프레임으로부터 비콘 트래킹 정보를 추출하는 과정과,

상기 추출한 비콘 트래킹 정보를 통해 상기 코디네이터에 네트워크 연결을 요청하는 과정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
코디네이터와 라우터의 네트워크를 구성하는 과정과,

상기 라우터에서 연결된 상기 코디네이터로부터 비콘을 트래킹 하고, 비콘 주기에 이종 변복조 방식 중 하나의 변조 방식을 선택하여 비콘 프레임을 전송하는 과정과,

상기 라우터에서 상기 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하는 과정과,

디바이스로부터의 네트워크 연결요청 유무를 판단하여 상기 디바이스로부터 연결요청이 없을 경우, 다른 변복조 방식으로 변환하여 변조된 비콘 프레임을 전송하는 과정과,

상기 디바이스로부터의 네트워크 연결요청을 수신한 경우, 이를 응답하고 현재 선택된 변복조 방식으로 송수신 방식을 결정하는 과정

을 포함하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 3항에 있어서,

상기 코디네이터와 상기 라우터의 네트워크를 구성하는 과정은,

상기 코디네이터에서 비콘 주기별로 이종 변복조 방식 중 하나의 변조 방식 을 선택하여 비콘 프레임을 전송한 후, 상기 선택된 변조 방식과 동일한 복조 방식으로 다음 비콘을 전송하기 까지 수신 대기하는 과정과,

상기 라우터로부터 네트워크 연결요청을 수신한 경우, 상기 네트워크 연결 요청 수신 시 사용된 변복조 방식으로 송수신 방식을 결정하여 연결하는 과정

을 포함하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 3항에 있어서,

상기 방법은,

상기 디바이스가 자신의 변복조 방식으로 상기 라우터로부터 비콘을 수신하는 과정과,

상기 수신된 비콘으로부터 비콘 트래킹 정보를 추출하는 과정과,

상기 추출한 비콘 트래킹 정보를 통해 상기 라우터에 연결을 요청하는 과정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 3항에 있어서,

상기 코디네이터는,

이종 변복조 방식을 사용하는 라우터 또는 디바이스와 네트워크를 형성하며, 네트워크가 형성된 상기 라우터를 통해 다른 클러스터와의 메시지 송수신을 수행하 는 것을 특징으로 하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 3항에 있어서,

상기 라우터는,

상기 코디네이터와 연결되어 있으며, 이종 변복조 방식의 비콘 송신을 통해 다른 라우터 또는 디바이스와 연결하여 상기 이종 변복조 방식을 사용하는 클러스터 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.
제 7항에 있어서,

상기 라우터는,

클러스터 내의 헤드와 연결되어 있으며, 이종 변복조 방식의 비콘 송신을 통해 이종 변복조 방식을 사용하는 다른 클러스터 내의 헤드 또는 라우터와 연결하여 상기 이종 변복조 방식을 사용하는 클러스터 간 네트워크 및 멀티 홉 클러스터 트리 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 이종 변복조 방식을 지원하는 저속 무선 개인 통신 네트워크 구성 방법.