KR101639388B1 - 채널 자원 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

노드의 채널 자원 관리 장치는 사용할 채널 호핑 시퀀스 및 채널 호핑 오프셋 값을 설정하고, 할당된 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하고 전송할 데이터 프레임을 복수의 서브 프레임을 분할한 후, 상기 채널 호핑 시퀀스, 상기 채널 호핑 오프셋 값, 상기 시간 슬롯의 인덱스, 서브 프레임을 전송할 서브 슬롯의 인덱스를 이용한 채널 호핑을 통해서 복수의 서브 슬롯에서 각각 복수의 서브프레임을 전송할 채널을 선택한다.

Description

채널 자원 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING CHANNEL RESOURCE}
본 발명은 채널 자원 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 비컨 기반 무선 개인 네트워크에서 MAC(Medium Access Control) 계층과 PHY(Physical) 계층의 채널 호핑을 위한 채널 자원 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
저전력 기반의 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network) 시스템에서 실시간성 및 높은 신뢰성을 요구하는 서비스를 구현하기 위한 가장 대표적인 매체 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 기술은 스케줄링 방법에 따라 독립된 활성 구간(active duration)을 할당하고, 해당 활성 구간 동안 통신을 지원한다.
노드 장치는 다른 노드 장치와의 통신을 위해 CAP(Contention Access Period)라 불리는 구간 동안 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance)를 사용하여 데이터를 전달 받게 된다.
비컨 기반의 활성 모드에서 노드 장치가 결정론적 채널 접근을 원할 경우, 노드 장치는 GTS(guaranteed time slot)라 불리는 독립적인 시간 슬롯을 할당 받아 채널 접근을 할 수 있다. 하지만, 이러한 MAC 시스템에서는 링크의 사용 기간 동안 단일 주파수를 사용하기 때문에 동일 RF 대역의 간섭 신호에 대해 취약하고, 통신 링크 대역폭을 가변적으로 스케줄하기 어렵다는 문제점을 갖고 있다.
단일 주파수를 사용하는 MAC 시스템에서 이러한 문제점을 개선하고자 IEEE802.15.4e 표준 규격은 시분할 기반의 채널 호핑 방식의 채널 접근 방식인 DSME (Deterministic Synchronous Multi-channel Extension) MAC을 제안하였다.
DSME MAC의 채널 호핑 방식(MAC Frequency Hopping, MAC FH)은 MAC 계층에서 이루어지는 채널 호핑 방식으로써, 노드 장치가 네트워크 접속과 시간 슬롯 할당 과정을 거쳐, 할당된 시간 슬롯 별로 미리 정해진 채널 호핑 시퀀스에 의해 설정된 주파수 채널로 데이터 프레임을 전송하는 방식(MAC Frequency Hopping, MAC FH)이다.
한편, 무선 구간의 간섭 및 다경로 채널 페이딩과 같은 물리적 수신신호 열화를 극복하기 위해 PHY 계층에서도 채널 호핑 방식(PHY Frequency Hopping, PHY FH)이 사용되어 왔다. 이는 협대역을 갖는 다수의 채널을 미리 정해진 채널 호핑 시퀀스에 의해 도약시키는 방식이다.
PHY FH은 하나의 PPDU 프레임을 여러 개의 서브프레임으로 나누어 서브 프레임 단위로 주파수를 도약시키는 방식으로, MAC 계층에서 생성하여 프레임 단위로 주파수 채널을 변경하는 MAC FH과는 다르다. 하지만, 자원관리 측면에서 채널 호핑 시퀀스를 관리하는 MAC 계층의 상위 계층에서는 MAC-FH과 PHY-FH를 위한 두 개의 호핑 시퀀스를 가져야 하는 자원 낭비의 문제가 있다. 또한, 몇 년 이상의 네트워크 운용 시간을 필요로 하는 센서네트워크와 같은 어플리케이션에서는 작은 크기의 데이터 전송을 위해 DSME MAC에서와 같이 네트워크 접속과 시간 슬롯 할당 과정을 별도로 두어 사용할 경우, 큰 오버헤드를 필요로 해 상대적으로 많은 통신 에너지 소비를 요구할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 채널 호핑 시퀀스를 이용하여 MAC-FH과 PHY-FH를 관리할 수 있는 채널 자원 관리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 데이터 전송에 소비되는 전력과 통신 오버헤드를 줄일 수 있는 채널 자원 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 무선 네트워크의 노드에서 채널 자원을 관리하는 방법이 제공된다. 채널 자원 관리 방법은 시간 슬롯을 할당하는 단계, 상기 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하는 단계, 데이터 프레임을 복수의 서브프레임으로 분할하는 단계, 그리고 상기 복수의 서브 슬롯에서 각각 복수의 서브프레임을 전송할 채널을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 선택하는 단계는 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 해당 서브 프레임을 전송할 채널을 다음의 관계식을 통해 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 관계식은 CH(i,j) = 채널 호핑 시퀀스(( i + j + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)일 수 있다.
상기 채널 자원 관리 방법은 상기 시간 슬롯을 할당하기 전에, 상기 비컨 프레임을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 채널 자원 관리 방법은 상기 비컨 프레임을 통해서 상기 무선 네트워크에서 사용되는 상기 채널 호핑 시퀀스와 상기 채널 호핑 오프셋 값을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 할당하는 단계는 상기 비컨 프레임을 통해서 비어 있는 시간 슬롯 중에서 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계는 상기 비어 있는 시간 슬롯 중 동일한 선택 확률을 가지는 난수를 발생하여 상기 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 할당하는 단계는 상기 노드의 상위 노드와 시간 슬롯 할당 협상을 통해서 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택하는 단계는 상기 복수의 서브 프레임을 전송할 전송 시점을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송 시점을 계산하는 단계는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)의 백오프에 의한 전송 지연 시간을 이용할 수 있다.
상기 선택하는 단계는 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 해당 서브 프레임을 전송할 채널을 다음의 관계식을 통해 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 관계식은 CH(i,j) = 채널 호핑 시퀀스(( i + j + d + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)이며, 상기 d는 상기 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값일 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 무선 네트워크에서 데이터 프레임을 전송할 채널 자원을 관리하는 장치가 제공된다. 채널 자원 관리 장치는 설정부, 시간 슬롯 할당부, 시간 슬롯 및 프레임 분할부, 그리고 채널 선택부를 포함한다. 상기 설정부는 사용할 채널 호핑 시퀀스 및 채널 호핑 오프셋 값을 설정한다. 상기 시간 슬롯 할당부는 시간 슬롯을 할당한다. 상기 시간 슬롯 및 프레임 분할부는 상기 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하고, 데이터 프레임을 복수의 서브프레임으로 분할한다. 그리고 상기 채널 선택부는 상기 채널 호핑 시퀀스, 상기 채널 호핑 오프셋 값, 상기 시간 슬롯의 인덱스, 서브 프레임을 전송할 서브 슬롯의 인덱스를 이용하여 상기 복수의 서브 슬롯에서 각각 복수의 서브프레임을 전송할 채널을 선택한다.
상기 채널 선택부는 채널 호핑 시퀀스(( i + j + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)를 이용하여 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 채널을 선택할 수 있다.
상기 채널 선택부는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)의 백오프에 의한 전송 지연 시간을 이용하는 상기 복수의 서브 프레임을 전송할 전송 시점을 계산할 수 있다.
상기 채널 선택부는 채널 호핑 시퀀스(( i + j + d + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)를 이용하여 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 채널을 선택하고, 상기 d는 상기 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 비컨 기반 무선 개인 네트워크에서 하나의 채널 호핑 시퀀스를 이용하여 MAC-FH과 PHY-FH를 관리함으로써, 자원 낭비의 문제를 해결할 수 있고, 채널 호핑 시퀀스의 유사 임의성(Pseudo randomness)에 기인하여 이종의 무선 장치와의 무선 간섭을 줄일 수 있으며, 두 계층간의 채널 호핑 방식을 동일 채널 자원으로 관리하기 때문에 채널 관리에 대한 오버헤드를 감소할 수 있다.
또한, 노드 장치가 별도의 시간 슬롯 할당 협상 과정 없이 시간 슬롯에 직접 데이터 프레임을 전송 할 수 있도록 함으로써, 노드 장치에서 소비되는 전력과 통신 오버헤드를 줄일 수 있다. 이에 따라서 극히 낮은 에너지 소모를 요구하는 저가의 노드 장치의 저전력 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 다중 슈퍼프레임(multi-superframe) 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 호핑 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 비컨 프레임의 시간 슬롯 할당 비트맵의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 도 4 내지 도 7에서 설명한 채널 호핑을 수행하는 말단 노드의 채널 자원 관리 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 채널 자원 관리 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 무선 네트워크 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 네트워크 시스템은 PAN(Personal Area Network) 코디네이터 노드(30), 코디네이터 노드(20) 및 말단 노드(10a, 10b)를 포함한다.
PAN 코디네이터 노드(30)는 네트워크의 생성을 담당하는 장치로, 주기적인 비컨을 방송하여 네트워크에 접속하고자 하는 노드에게 네트워크 구성에 관련된 정보를 제공한다. 네트워크 구성에 관련된 정보에는 네트워크 프레임 구조, 채널 호핑 시퀀스 식별자, 시간 슬롯 점유 상태 비트맵 및 시각 정보가 포함될 수 있다.
코디네이터 노드(20)는 PAN 코디네이터 노드(30) 혹은 다른 코디네이터 노드를 통해 네트워크에 접속하며, 말단 노드(10a, 10b) 혹은 다른 코디네이터 노드와 프레임을 교환한다.
코디네이터 노드(20)는 주기적인 비컨을 방송하는 역할을 하고, 네트워크에서 데이터 프레임 등을 중계하는 릴레이 노드로도 동작한다.
말단 노드(10a, 10b)는 네트워크의 최말단에 존재하며, 센싱 정보를 취득하여 코디네이터 노드(20)에게 전달하는 장치이다.
말단 노드(10a, 10b)와 코디네이터 노드(20)간 데이터 프레임 전송은 비경쟁구간(Contention Free Period, CFP)에서 채널 호핑을 통해 채널에 접근하여 이루어진다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 다중 슈퍼프레임(multi-superframe) 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 다중 슈퍼프레임은 복수의 슈퍼프레임을 포함한다.
각 슈퍼프레임은 비컨 프레임, 경쟁 접근 기간(contention access period, CAP) 및 비경쟁 기간(contention free period, CFP)을 포함한다. CFP에는 복수의 시간 슬롯이 할당된다. CFP는 시간 축 방향으로 복수의 시간 슬롯으로 분할되고, 주파수 축 방향으로 복수의 채널로 분할되는데, 하나의 시간 슬롯과 하나의 채널에 의해 정의되는 영역을 결정론적 및 동기적 다채널 확장-보장 시간 슬롯(deterministic and synchronous multi-channel extension guaranteed time slot, DSME-GTS)이라 정의할 수 있다.
그리고 말단 노드(10a, 10b)는 채널 호핑을 통해서 비경쟁구간(Contention Free Period, CFP)에서 채널에 접근하여 데이터 프레임을 코디네이터 노드(20)로 전송한다.
하나의 말단 노드가 한 슈퍼프레임에서 사용할 수 있는 DSME-GTS의 수에 제한이 있으므로, 도 2에 도시한 것처럼 복수의 슈퍼프레임을 묶은 다중 슈퍼프레임이 사용된다. 다중 슈퍼프레임의 크기와 구조는 BO(beacon order), SO(superframe order) 및 MO(multi-superframe order) 값에 의해 결정될 수 있다. BO는 코디네이터노드가 비컨 프레임을 전송하는 간격이고, SO는 슈퍼프레임의 길이이며, MO는 다중 슈퍼프레임의 길이로 반복되는 DSME-GTS 할당 스케줄의 사이클이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 호핑 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 말단 노드(10a, 10b)는 PPDU(PHY protocol data unit)를 전송할 하나의 시간 슬롯을 할당 받으면, PPDU를 복수의 서브 프레임으로 나누고, 하나의 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 나눈 후, 서브 슬롯 단위의 주파수 호핑을 통해서 각 서브 프레임을 전송한다.
이때 말단 노드(10a, 10b)는 i번째 시간 슬롯에서 수학식 1을 이용하여 j번째 서브 슬롯에서 서브 프레임을 전송할 채널을 계산한다.
Figure 112012080563256-pat00001
여기서, i는 해당 다중 슈퍼프레임내의 해당 시간 슬롯의 인덱스 값이고, j는 전송하고자 하는 서브프레임의 인덱스 값이다. macHoppingSequenceList는 네트워크에서 사용되는 채널 호핑 시퀀스이고, macChannelOffset는 말단 노드가 프레임을 송신하고자 하는 목적 노드의 채널 호핑 오프셋 값이며, macPANCoordBSN은 해당 다중 슈퍼프레임의 PAN 코디네이터 노드(30)가 사용하는 비컨 프레임의 시퀀스 번호이다. phyChannelsSupported는 PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수로 말단 노드(10a, 10b)가 사용하는 PHY에 따라 가변적이다. 그리고 %는 나머지 연산자(Modulus Operator)를 나타낸다.
이와 같이, 채널이 계산되면, 말단 노드(10a, 10b)는 할당된 슬롯에서 계산된 채널을 통해 해당 서브 프레임을 전송한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 말단 노드(예를 들면, 10a)는 주변의 코디네이터 노드들이 방송하는 비컨을 통해 부모 코디네이터 노드를 선택하고 부모 코디네이터 노드를 통해 네트워크에 가입한다(S400).
말단 노드(10a)는 네트워크 가입 절차를 통해서 네트워크에서 사용되는 채널 호핑 시퀀스와 자신이 사용하게 될 채널 호핑 오프셋 값을 설정한다.
이후, 말단 노드(10a)는 데이터 프레임의 전송을 위해 코디네이터 노드(20)와 시간 슬롯 할당 협상 과정을 거쳐 시간 슬롯을 할당 받는다(S410). 할당된 시간 슬롯은 주기적으로 말단 노드(10a)가 데이터 전송을 위해 사용할 수 있는 시간 구간으로, 전송할 데이터의 유무와 상관없이 할당된 슬롯은 해당 노드에게 전용된다.
말단 노드(10a)는 할당된 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하고(S420), PPDU를 복수의 서브 슬롯에서 전송할 복수의 서브 프레임으로 분할한다(S430).
그리고 나서 말단 노드(10a)는 첫 번째 서브 슬롯부터 마지막 서브 슬롯까지 수학식 1을 이용하여 각 서브 슬롯에서 해당 서브 프레임을 전송할 채널을 계산한다(S440).
이와 같이 하여 모든 서브 슬롯에서 서브 프레임을 전송할 채널이 계산되면, 말단 노드(10a)는 할당된 시간 슬롯에서 계산된 채널을 통해 해당 서브 프레임을 연속적으로 전송한다(S450).
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다. 말단 노드(10a)는 PAN 접속 이후에 시간 슬롯 할당 협상 과정을 거치지 않고, 비어 있는 시간 슬롯에서 직접 채널을 접근한다. 시간 슬롯 할당 협상 과정을 거치지 않기 때문에, 시간 슬롯 할당 협상 과정에 의한 오버헤드를 줄일 수 있지만 한 시간 슬롯에 여러 개의 말단 노드가 채널을 접근하려 할 때 충돌을 피할 수가 없다.
도 5를 참고하면, 이러한 충돌 확률을 줄이기 위해, 말단 노드(10a)는 우선 코디네이터 노드가 방송하는 비컨 프레임을 수신하고(S500), 수신한 비컨 프레임을 통해 어떤 시간 슬롯이 현재 사용하고 있지 않은지 시간 슬롯의 사용 현황을 확인한다(S510).
도 6은 비컨 프레임의 시간 슬롯 할당 비트맵의 일 예를 나타낸 도면으로, 코디네이터 노드 A와 코디네이터 노드 B로부터 방송되는 비컨 프레임의 시간 슬롯 할당 비트맵을 나타낸다.
예시를 위해 채널 호핑 시퀀스 {1,2,3,4,5,6,7}이 사용되었다 가정하고, 코디네이터 노드 A와 코디네이터 노드 B의 채널오프셋 값은 각각 2, 5라 가정한다. 비트맵의 0은 해당 시간 슬롯이 사용되고 있지 않음을 나타내고, 비트맵의 1은 해당 시간 슬롯이 다른 노드 장치에 의해 사용되고 있음을 나타낸다. 이때, 코디네이터 노드 A, B에서 사용하는 채널 오프셋 값이 다르므로, 네트워크에서 동일한 호핑 시퀀스를 사용한다 하더라도, 특정 시간 슬롯에서 코디네이터 노드(20)가 사용하는 채널 자원은 서로 중첩되지 않는다. 말단 노드(10a)는 비컨 프레임을 청취하여 비트맵에서 0으로 표시된 시간 슬롯을 선택한다(S520). 비컨 프레임을 청취한 복수의 말단 노드(10a)가 같은 시간 슬롯에서 서브 프레임을 송신할 경우가 발생할 경우 프레임 충돌을 피할 수 없게 된다. 이러한 충돌 확률을 줄이기 위하여 말단 노드(10a)는 비트맵에 0으로 표시된 시간 슬롯 중 동일한 선택확률을 갖는 난수를 발생하여 시간 슬롯을 선택한다. 예를 들어, 첫 번째, 네 번째 및 다섯 번째 시간 슬롯이 다른 노드 장치에 의해 점유되지 않을 경우, 프레임 전송을 원하는 말단 노드(10a)는 이 3개의 시간 슬롯 중 하나를 1/3의 확률로 선택한다.
다음, 말단 노드(10a)는 선택된 시간 슬롯에서 도 4에서 설명한 바와 같이 수학식 1의 채널 호핑을 통해서 서브 프레임을 전송할 채널을 계산한다(S530~S550).
이와 같이 하여 모든 서브 슬롯에서 서브 프레임을 전송할 채널이 계산되면, 말단 노드(10a)는 할당된 시간 슬롯에서 계산된 채널을 통해 복수의 서브 프레임을 연속적으로 전송한다(S560).
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 말단 노드의 채널 호핑 방법을 나타낸 흐름도이다. .
도 7을 참고하면, 말단 노드(10a)는 도 5에서 설명한 방법이나 도 4에서 설명한 방법을 통해서 데이터 프레임을 전송할 시간 슬롯이 선택되면(S700), 서브 프레임을 전송하기 위해 해당 시간 슬롯에 도달할 때까지 타이머를 동작시킨다(S710). 타이머의 시간 값이 해당 시간 슬롯에 다다르면, 말단 노드(10a)는 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance)를 이용하여 전송 시점을 계산한다(S720). 전송 시점은 첫 서브 프레임이 CSMA-CA의 백오프로 인해 갖게 되는 임의의 전송 지연 시간(td)에 의해 결정 되는데, j번째 서브 슬롯에서 전송할 서브 프레임의 실제 전송 시간은 해당 시간 슬롯의 시작점을 기준으로 서브 프레임 전송 시간(tsubframe)의 배수 단위로 설정된다.
즉, j번째 서브 슬롯에서 전송할 서브 프레임의 전송 시간(tsend)은 수학식 2와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012080563256-pat00002
여기서, d = ceil(td/ tsubframe)로 정의 된다. Ceil(x)는 x를 초과하는 최소 양의 정수를 나타낸다.
다음, 말단 노드는 선택된 시간 슬롯에서 채널 호핑 방식으로 서브프레임을 전송할 채널을 계산하는데(S730~S750), 말단 노드(10a)는 i번째 시간 슬롯에서 다음 수학식 3을 이용하여 j번째 서브 슬롯에서 서브프레임을 전송할 채널을 계산한다.
Figure 112012080563256-pat00003
이와 같이 하여 모든 서브 슬롯에서 서브 프레임을 전송할 채널이 계산되면, 말단 노드(10a)는 할당된 시간 슬롯에서 계산된 전송 시점에서 계산된 채널을 통해 해당 서브프레임을 연속적으로 전송한다(S760).
각 서브 프레임은 수학식 3의 채널 호핑 방식으로 전송되며, 첫 서브프레임의 전송은 CSMA-CA 방식으로 이루어지며, 나머지 서브프레임은 CSMA-CA 없이 연속으로 전송된다. 이는 해당 시간 슬롯에 복수 개의 말단 노드가 프레임 전송을 위해 동시에 채널 접근을 할 경우 충돌을 최소화하기 위한 것이다.
도 8은 도 4 내지 도 7에서 설명한 채널 호핑을 수행하는 말단 노드의 채널 자원 관리 장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 채널 자원 관리 장치(800)는 설정부(810), 시간 슬롯 할당부(820), 시간 슬롯 및 프레임 분할부(830) 및 채널 선택부(840)를 포함한다. 이러한 채널 자원 관리 장치(800)는 도 1의 말단 노드(10a, 10b)에 구현될 수 있다.
설정부(810)는 네트워크에서 사용되는 채널 호핑 시퀀스와 자신이 사용하게 될 채널 호핑 오프셋 값을 설정한다. 채널 호핑 시퀀스와 채널 호핑 오프셋 값은 네트워크 가입 절차를 통해서 획득될 수 있다. 네트워크에서 사용되는 채널 호핑 시퀀스는 비컨 프레임에 포함된 채널 호핑 시퀀스를 통해서 획득될 수 있다. 시간 슬롯 할당 협상 과정을 수행하는 경우 자신이 사용하게 될 채널 호핑 오프셋 값을 협상할 수도 있고, 자신이 사용할 슈퍼 프레임에서 비컨 프레임을 방송하고 있는 노드의 채널 호핑 오프셋 값과 동일한 값으로 자신이 사용하게 될 채널 호핑 오프셋 값을 사용할 수도 있다.
시간 슬롯 할당부(820)는 PPDU를 전송할 시간 슬롯을 할당한다. 시간 슬롯 할당부(820)는 도 4에서 설명한 바와 같이 코디네이터 노드(20)와 시간 슬롯 할당 협상 과정을 거쳐 코디네이터 노드(20)로부터 시간 슬롯을 할당 받을 수도 있고, 도 5에서 설명한 바와 같이 비컨 프레임을 수신하여 다른 말단 노드에 의해 사용되고 있지 않은, 비어 있는 시간 슬롯을 할당할 수도 있다.
시간 슬롯 및 프레임 분할부(830)는 시간 슬롯 할당부(820)에 의해 할당 받은 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할한다. 또한 시간 슬롯 및 프레임 분할부(830)는 PPDU를 복수의 서브 슬롯에서 각각 전송할 수 있는 복수의 서브프레임으로 분할한다.
채널 선택부(840)는 각 서브 슬롯에서 서브프레임을 전송할 채널을 선택한다. 채널 선택부(840)는 수학식 1을 통해서 서브프레임을 전송할 채널을 선택할 수도 있고 수학식 3을 통해서 서브프레임을 전송할 채널을 선택할 수 있다.
채널 자원 관리 장치(800)에서 이와 같은 채널 호핑 방식을 사용하면, MAC 계층과 PHY 계층에서 채널 호핑을 따로 수행할 필요가 없어진다. 따라서 MAC 계층과 PHY 계층간의 채널 호핑을 동일 채널 자원으로 관리할 수 있기 때문에 채널 관리에 대한 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 무선 네트워크의 노드에서 채널 자원을 관리하는 방법으로서,
    시간 슬롯을 할당하는 단계,
    상기 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하는 단계,
    데이터 프레임을 복수의 서브프레임으로 분할하는 단계, 그리고
    무선 네트워크에서 사용되는 채널 호핑 시퀀스와 채널 호핑 오프셋 값, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)의 백오프에 의한 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값을 이용하여 상기 복수의 서브 슬롯에서 각각 복수의 서브프레임을 전송할 채널을 선택하는 단계
    를 포함하는 채널 자원 관리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 시간 슬롯을 할당하기 전에, 상기 채널 호핑 시퀀스와 상기 채널 호핑 오프셋 값을 포함한 비컨 프레임을 수신하는 단계
    를 더 포함하는 채널 자원 관리 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에서,
    상기 할당하는 단계는 상기 비컨 프레임을 통해서 비어 있는 시간 슬롯 중에서 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함하는 채널 자원 관리 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계는 상기 비어 있는 시간 슬롯 중 동일한 선택 확률을 가지는 난수를 발생하여 상기 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함하는 채널 자원 관리 방법.
  7. 제3항에서,
    상기 할당하는 단계는 상기 노드의 상위 노드와 시간 슬롯 할당 협상을 통해서 하나의 시간 슬롯을 선택하는 단계를 포함하는 채널 자원 관리 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에서,
    상기 선택하는 단계는 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 해당 서브 프레임을 전송할 채널을 관계식을 통해 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 관계식은
    CH(i,j) = 채널 호핑 시퀀스(( i + j + d + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)이며,
    상기 d는 상기 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값이고, 상기 %는 나머지 연산자(Modulus Operator)를 나타내는 채널 자원 관리 방법.
  11. 무선 네트워크에서 데이터 프레임을 전송할 채널 자원을 관리하는 장치로서,
    사용할 채널 호핑 시퀀스 및 채널 호핑 오프셋 값을 설정하는 설정부,
    시간 슬롯을 할당하는 시간 슬롯 할당부,
    상기 시간 슬롯을 복수의 서브 슬롯으로 분할하고, 데이터 프레임을 복수의 서브프레임으로 분할하는 시간 슬롯 및 프레임 분할부, 그리고
    상기 채널 호핑 시퀀스, 상기 채널 호핑 오프셋 값, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)의 백오프에 의한 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값, 상기 시간 슬롯의 인덱스, 서브 프레임을 전송할 서브 슬롯의 인덱스를 이용하여 상기 복수의 서브 슬롯에서 각각 복수의 서브프레임을 전송할 채널을 선택하는 채널 선택부
    를 포함하는 채널 자원 관리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에서,
    상기 채널 선택부는 채널 호핑 시퀀스(( i + j + d + 채널 호핑 오프셋 값 + 비컨 프레임의 시퀀스 번호) % PHY 계층이 지원하는 물리적 주파수 채널의 개수)를 이용하여 i번째 시간 슬롯의 j번째 서브 슬롯에서 채널을 선택하고,
    상기 d는 상기 전송 지연 시간에 의해 결정되는 파라미터 값이고, 상기 %는 나머지 연산자(Modulus Operator)를 나타내는 채널 자원 관리 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 시간 슬롯 할당부는 비컨 프레임을 수신하여 비어 있는 시간 슬롯 중에서 하나의 시간 슬롯을 선택하는 채널 자원 관리 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 시간 슬롯 할당부는 상기 비어 있는 시간 슬롯 중 동일한 선택 확률을 가지는 난수를 이용하여 상기 하나의 시간 슬롯을 선택하는 채널 자원 관리 장치.
  17. 제11항에서,
    상기 시간 슬롯 할당부는 상위 노드와 시간 슬롯 할당 협상을 통해서 상기 상위 노드로부터 하나의 시간 슬롯을 할당 받는 채널 자원 관리 장치.
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