KR20050071610A

KR20050071610A - 주파수 홉핑 무선 장치 및 이를 이용한 통신 방법, 서비스제공 방법, 액세스 포인트 그룹, 소프트웨어

Info

Publication number: KR20050071610A
Application number: KR1020057006947A
Authority: KR
Inventors: 폴 엠 풀톤; 이자스쿤 오제린; 솔 알 둘레이
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-07-07
Also published as: GB0224753D0; CN1708919A; AU2003267754A1; EP1556957B1; EP1556957A1; JP2006504317A; US20060039450A1; ATE422734T1; DE60326160D1; WO2004038938A1

Abstract

블루투스와 같은 주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치와 통신하는 이동 장치는, 범위 내의 다른 장치를 발견하기 위해, 여러 주파수 상으로 메시지 시퀀스를 각각 송신하며, 하나 이상의 응답 주파수 상에서 후속 응답 윈도우 동안 응답을 청취한다. 이동 장치는 주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 다른 장치로부터 위치 정보와 같은 정보를 수신한다. 응답 윈도우는 하나 이상의 응답을 수신하기에 충분히 길다. 장치 발견에 대한 단일 요구 및 응답과 같은 짧은 트랜잭션 동안의 전체 시간이 짧게 유지될 수 있다. 이는 결국 이동 장치에 의한 전력 소모를 줄이고 장치들 사이의 간섭 가능성을 낮춘다. 메시지 시퀀스 사이의 간격이 증가될 수 있으므로, 패킷 브로드캐스팅의 총량을 낮출 수 있다.

Description

주파수 홉핑 무선 장치 및 이를 이용한 통신 방법, 서비스 제공 방법, 액세스 포인트 그룹, 소프트웨어{BEACON CHANNEL FOR FREQUENCY HOPPING WIRELESS DEVICES}

본 발명은, 주파수 홉핑 인터페이스(a frequency hopping interface)를 이용하여 통신하고 범위 내의 다른 장치를 발견하는 장치, 그러한 장치들 사이의 통신 방법, 이들 방법에 의해 이동 장치로 전송된 정보를 이용하는 위치 기반 서비스를 제공하는 방법, 대응하는 소프트웨어 및 그러한 이동 장치용 액세스 포인트 그룹에 관한 것이다.

이동 단말이 그 위치를 갱신 가능하도록 하기 위해 무선 통신 네트워크의 기지국으로부터 비컨 신호(beacon signals)가 전송되게 하는 것이 알려져 있다. 비컨 채널을 브로드캐스팅(broadcast)하는 시분할 멀티플랙스 채널 사이의 가드 밴드(guard band)의 사용을 포함하는 CT2 무선 인터페이스 표준(I-ETS 300 131, 1994년도 11월)에 관한 영국 특허 제2298108호에 일례가 개시되어 있다. 보다 최근의 무선 인터페이스 프로토콜은 주파수 홉핑 기술을 사용하며, ad-hoc 네트워크를 발생시킬 수 있다. 블루투스 특별 개발팀(SIG)에 의해 개발된 블루투스(상표명) 표준이 잘 알려진 예이다. 이 시스템은 주파수 홉핑을 작은 풋프린트(footprint)를 갖는 저전력, 저비용 무선의 구성을 가능하게 하는데 적용한다. 이 시스템은 데이터와 음성 모두를 지원하고, 견고한(robust) 음성 코딩과 함께 신속한 주파수 홉핑을 적용한다. 주파수 홉핑은 80MHz 폭인 전체 2.4GHz ISM 대역을 거쳐 초당 1600홉(hops/s)의 공칭 비율을 갖는다. 블루투스 무선 기술에 기초한 장치들은 FH(frequency hopping)를 통해 피코넷(piconet) 채널에 접속되는 마스터 장치 및 하나 이상의 슬레이브 장치를 포함하는 피코넷을 구성할 수 있다. 슬레이브 장치는 채널에 동기화된 채로 전력을 절감하는 파크 모드(parked mode)에 있을 수 있다.

표준은 비컨 채널의 규약(provision)을 포함한다. 비컨 채널은 하나의 비컨 슬롯 또는 일정한 시간 간격으로 주기적으로 전송되는 등거리 비컨의 트레인(train)으로 구성된다. 비컨 채널은 표준에 따라 4개의 수행을 제공한다.

1. 파크 슬레이브(parked slave)가 재동기화를 위해 사용할 수 있는 마스터-슬레이브 패킷의 전송

2. 메시지를 파크 슬레이브에 전송하여 비컨 파라미터를 변경

3. 범용 브로드캐스팅 메시지를 대기 중의 슬레이브에 전송

4. 하나 이상의 파크 슬레이브를 언파크시킴.

PCT 특허 공보 WO 0249272에는, 블루투스를 이용하는 ad hoc 무선 근거리 네트워크를 형성하고, 일단 범위 내에 있는 것으로 식별되면 앵커 유닛(anchor unit)의 범위 내의 휴대용 장치를 파크하기 위한 비컨 채널을 이용하여 접속의 설치 및 해제에 소비되는 시간을 감소시키는 기술이 알려져 있다.

휴대용 장치는, 이동 통신 이용자가 휴대용 장치와 기지국 사이에 접속이 설치되는 동안 기지국 근처에 머무르거나 상호작용을 특별히 개시하는 등의 조치를 취할 필요가 없도록 기지국으로부터 신속하고 효율적으로 데이터를 수집해야 한다. 이상적인 경우, 이동 단말은 고정 비컨 기지국을 검출하면 아무런 정보도 전송할 필요없이 기지국으로부터 기본 정보를 추출할 것이다. 그러나, 현재 블루투스 사양은 이 종류의 브로드캐스팅 동작을 기술하지 않는다. 무선 비컨을 구현하는 기존 방법은 2단계 접속 과정, 즉, 먼저 장치를 발견하고, 뒤이어 동일한 장치를 이용하여 정보를 실제 전송하는 과정을 수행하는 것이다. 블루투스는 발견 과정이 전송이 일어나기 이전에 완료될 것을 요구한다. 동적 이동 환경에서 사용되는 경우, 이 과정에서 수 초 내지 수십 초의 시간이 소모될 수 있으며, 이는 종종 장치가 범위 내에 있는 실제 시간보다 길 수 있어서 정보가 클라이언트에게 도달하지 못하게 한다.

시스템의 주파수 홉핑 성질은, 브로드캐스팅 메시지(또는, 임의의 메시지)가 통과하는 단말에 의해 수신되도록 단말이 시간과 주파수 모두에서 기지국과 동기화되어야 한다는 것을 의미한다. 단말은 기지국 클록과 자신의 클록을 동기화시켜야 하고, 기지국의 특성(identity)으로부터 여러 홉핑 시퀀스 중 어느 것을 채택할지 결정한다.

이를 위해, 단말은 기지국에 의해 관리되는 피코넷에 슬레이브로서 합류해야 한다. 2개의 과정 세트인 조회(INQUIRY) 및 페이지(PAGE)가 사용된다. 조회는 한 장치가 다른 장치의 어드레스를 발견하도록 한다. 페이지는 지망하는 마스터(would-be master)로 하여금 피코넷에 합류하기 위해 자신이 선택한 슬레이브를 초대하도록 한다.

이로부터, 완료되는 트랜잭션 동안 소모되는 시간이 관건이라는 것을 알 수 있다. 클라이언트의 이동성과 블루투스 기지국의 전형적으로 작은 범위로 인해, 수행되는 트랜잭션 동안 소모되는 시간은 결정적일 수 있다. 만일 이 상호작용이 완전히 수행되는 (즉, 조회 스테이지에서 실제 서비스 상호작용까지의) 시간이 너무 길게 되면, 클라이언트는 비컨 범위에서 벗어나게 될 것이고 서비스 정보를 수신하지 못할 것이다.

또 다른 관건은 이동 장치의 전력 소비이다. 이동 장치는 컴팩트하고 가벼울 것이 요구되므로, 이동 장치에 추가적인 기능성을 부가하는 경우에 관건이 된다. 각 송신은 수신보다 현저히 많은 전력을 요구하므로, 이것은 이동 장치의 배터리로부터의 이용 가능한 전력을 급속히 소비시킬 수 있다.

각각 그들 고유의 조회를 수행하는 많은 개별 기지국은 무선 통신 상의 총 패킷 수를 증가시킬 것이며, 이는 다른 장치와의 간섭을 일으키기 때문에 바람직하지 못하다.

특히 마스터와 슬레이브를 함께 가져오는 문제점을 해결하기 위해 조회 과정이 발명되어 왔으며, PCT 특허 공보 WO 0201814에 개시된 하나의 해결책은 마스터에 의해 발신된 조회 메시지에 관한 브로드캐스팅 채널을 피기백(piggy-back) 방식으로 전송하는 것이다. 이것은 접속을 설정하는 지연 없이 휴대용 장치에 상점, 지도, 식당 등과 같은 적은 양의 위치 정보를 얻도록 도와 준다. 무선 인터페이스에서, 이 메커니즘은 기존 블루투스 시스템과 전체적으로 호환 가능할 수 있다.

PCT 특허 공보 WO 02058331에서, 이것은 비컨 장치가 조회 메시지의 확산 스펙트럼 기술을 이용하여 추가적인 데이터를 송신하도록 하여 확장된다. 이것은 주파수 홉핑 접속을 설정하는데 포함되는 지연 없이 더 많은 데이터가 더 견고하게 송신될 수 있게 한다.

속도와 전력 소비를 향상시키기 위해, 제 1 고정 비컨 장치가 일련의 조회 메시지를 브로드캐스팅하는데 전용되는 분산 비컨 기술이 PCT 특허 공보 WO 0201815에 개시되어 있다. 휴대용 장치는 제 2 고정 비컨으로 전달되는 식별자로 응답하고, 제 2 고정 비컨은 모든 서비스 상호작용을 실행한다. 조회 패킷을 연속해서 발신하는 제 1 비컨의 기능은 그 프로세스를 더 신속하게 만들 수 있다. 제 2 비컨이 모든 상호작용을 처리하도록 하여, 제 1 비컨이 페이지 메시지를 발신하기 위해 동작을 정지할 필요가 없고, 쌍방향 트래픽을 허용하기 위해 정지할 필요도 없다. 결과적으로, 이 휴대용 장치는 제 1 비컨이 조회 모드로 들어가는 것을 기다릴 필요가 없으므로, 현저한 시간 절약을 유도할 수 있다.

또한, 고정 장치로부터의 전송 청취에 전체적으로 의존하기보다는 휴대용 장치가 발견을 개시하는 것이 알려져 있다. 그 주변 장치를 항상 인식하고 있는 이동 블루투스 장치에 있어서, 정기적으로 조회하여, 예를 들어, 현재 블루투스 사양의 주기적 조회 프로세스를 설정하여 주변 장치를 발견할 수 있다.

이 주기적 조회 프로세스는 여러 주파수 상에서 전송되는 적어도 3.2s의 연속적 패킷 평균 간격에서 적어도 1.28s 길이의 ID 패킷의 전송 시퀀스를 포함한다. 하나의 응답 윈도우가 각 패킷 사이에 제공된다. 주파수들 중 하나를 청취하는 조회 주사(scan) 모드의 임의의 장치는 FHS(frequency hopping and syncronisation) 패킷을 송신하는 다음 응답 시간 슬롯을 이용할 수 있다. 각 응답 윈도우는 하나의 응답만을 허용하므로, 렌덤 백오프 체계(random backoff scheme)는 차후에 응답 윈도우를 이용하기 위해 평균 지연 320ms을 일으키고 여러 장치로부터의 FHS 패킷이 서로 충돌하는 가능성을 감소시킨다.

계속적이고 반복적인 조회의 사용은 다른 블루투스 장치에 현저한 간섭을 초래할 것이며 주사 장치(scanning device)의 과도한 부하를 유발할 수 있기 때문에 주기적 조회는 대부분의 블루투스 장치에 대해 실질적인 해결책이 되지 못한다.

그 과도한 부하의 일례는 다음과 같다. 주사 장치는 하나의 ID 패킷을 청취하며, 임의의 간격 동안 백오프하고 나서 두번째 ID 패킷을 청취하면 FHS 패킷에 응답한다. 그 후, 즉시 주사 모드로 복귀하고 그 프로세스를 반복한다. 이 반복은 모든 조회 주기가 여러 시간 및 주파수에서 일련의 FHS 패킷을 발생시키는 것을 보장한다. 불행하게도, 주사 장치가 ID 패킷을 청취할 때마다 수신하게 되면, 다른 마스터 장치가 범위 내에 있는 경우 발생할 수 있는 바와 같이, 주사 장치는 이 시퀀스에서 트랩(trapped)될 수 있다. 지속적인 검출 능력이 요구되고, 주기적 조회를 수행하는 일정 수의 블루투스 장치가 존재하는 장치에서는 주사 장치가 루프에서 트랩되는 문제점이 더욱 가중된다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 액세스 포인트를 통해 네트워크에 결합되는 이동 장치의 종래 배열을 도시하고 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비컨 채널 과정의 개략도를 도시하고 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비컨 채널 시퀀스를 이용하는 이동 장치 및 고정 장치의 개략도를 도시하고 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 윈도우 및 응답 윈도우 타이밍을 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 포맷을 도시하고 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예의 메시지에 대한 주파수 세트를 도시하고 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 선택 방안을 도시하고 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비컨 채널 구조를 도시하고 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 응답 패킷을 도시하고 있다.

본 발명의 목적은 그러한 문제점을 해결하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치와 통신하는 제 1 장치로서, 제 1 장치는 범위 내의 다른 장치(AP1 내지 AP3)를 발견하기 위해 여러 주파수 상으로 각각 메시지 시퀀스(ID)를 송신하고, 모든 가능한 응답 주파수보다 작은 서브셋(subset)인 하나 이상의 응답 주파수 상에서 후속 응답 윈도우 동안 응답을 청취하되며, 주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 다른 장치로부터 복귀 정보를 수신하고, 이 응답 윈도우는 하나 이상의 응답을 수신하기에 충분한 시구간을 갖는 장치가 제공된다.

일정수의 메시지를 송신하고, 하나의 메시지 후에 하나의 응답을 제공하는 것보다 다중 응답을 위해 충분히 더 긴 응답 윈도우를 제공함으로써, 프로세스가 이전 보다 신속해질 수 있다. 이것은 송신 시간 슬롯과 수신 시간 슬롯 사이에서 가드 밴드에 의해 낭비되는 시간이 줄어들기 때문이다. 더 명백하게는, 다른 장치들이 제 1 장치로부터 다른 메시지가 검출되는 것을 기다릴 필요가 없으므로, 주지의 블루투스 주기적 조회 프로세스의 백오프 시간보다 훨씬 짧은 백오프 시간을 가질 수 있다. 감소된 수의 응답 주파수는 이동 장치가 모든 주파수를 청취할 필요를 줄여주며, 이는 각 주파수를 청취하기 위한 시간 및 시간 슬롯들 사이의 가드 밴드의 수를 감소시킨다. 이것이 응답 윈도우가 짧게 유지되도록 할 수 있다. 이러한 특징들의 조합은 응답이 첫번째로 이용 가능한 응답 윈도우에서 수신되는 가능성을 높이고, 따라서, 장치 발견에 대한 단일 요구 및 응답과 같은 짧은 트랜잭션 동안의 전체 시간이 짧게 유지될 수 있다. 결국 이것이 전력 소비를 줄이며 장치들 사이의 간섭 가능성을 줄인다. 또한, 다른 장치들이 더 신속히 응답할 수 있으므로, 메시지 시퀀스들 사이의 간격이 증가될 수 있으며, 제 1 장치에서의 프로세싱 양을 줄이며, 이 모든 것이 전력 소비를 절감시킨다. 또한, 다른 장치가 주사 모드로 복귀할 필요가 없으므로 주사 모드 트랩(scanning mode trap)을 피할 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 메시지의 주파수 시퀀스는 사전 결정되며 응답 윈도우의 시작 시각에 관련된다. 이것은 응답 윈도우의 시작이 다른 장치에 의해 결정될 수 있도록 한다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 제 1 장치는 이동 장치이다. 이동 장치가 발견 프로세스를 개시한 경우, 범위 내에 이동 장치가 없으면 고정 기지국은 전송할 필요가 없다. 또한, 이동 장치는 전력 소비를 낮추는 방법으로부터 크게 이득을 얻는다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 메시지 시퀀스는 응답 채널의 표시를 갖는다. 이것은 다른 장치가 응답에 대해 어떤 주파수를 사용할 것인지를 쉽게 계산하도록 할 수 있으며, 응답 주파수는 스펙트럼의 사용까지도 보장하도록 변화될 수 있다. 장치 발견에 대한 단일 요구 및 응답과 같은 짧은 트랜잭션 동안의 전체 시간이 짧게 유지될 수 있고, 전력 소비를 낮추며 장치들 사이의 간섭 가능성을 줄인다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 복귀 정보는 다른 장치 또는 장치들로부터의 수신된 신호 강도 정보를 포함한다. 이것은 핸드오프(handoff)할 시기를 결정하는데 유용할 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 복귀 정보는 다른 장치 또는 장치들로부터의 위치 정보를 포함한다. 이것은 "상황 인식(context aware)" 또는 위치 기반 서비스용으로 유용할 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 복귀 정보는 주파수 홉핑 및 동기화 정보를 포함한다. 이것은 종래 주파수 홉핑 기술을 이용하여 더 많은 정보가 교환될 수 있도록 할 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 무선 인터페이스는 블루투스와 호환 가능하다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 다른 장치는 네트워크 액세스 포인트이다. 이것은 이동 장치가 광대역 고정 네트워크를 건너서 이동하도록 할 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 응답 주파수 표시는 4비트 코드를 포함한다. 이것은 16개의 주파수 중의 하나 또는 주파수 그룹을 표시한다. 후자의 경우, 실제 주파수 및 응답 윈도우 시작 시각은 메시지가 수신되는 주파수와 같은 다른 정보를 갖는 다른 장치에 의해 결정될 수 있다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 응답 채널 표시는 주기적으로 변경된다. 이것은 스펙트럼 사용을 더 가능하게 한다.

다른 실시예의 추가적인 특징으로서, 제 1 장치는 이동 전화 또는 이동 개인 컴퓨터를 갖는다. 이것은 이러한 장치가 상황 인식 서비스에 대한 위치 정보를 수신하고 이용하도록 할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는, 제 1 장치와 함께 사용하기 위한 다른 장치 중의 하나로서, 하나 이상의 메시지를 청취하고, 메시지 시퀀스 후의 응답 윈도우의 시간을 결정하고, 주파수 홉핑 접속을 설치할 필요없이 그 응답 주파수에 관한 복귀 정보를 제 1 장치로 송신하는 장치를 제공한다.

추가적인 특징으로서, 메시지는 응답 채널 표시를 포함하고, 다른 장치는 응답 채널 표시를 이용하여 응답 윈도우의 시간을 결정한다.

본 발명의 제 3 양태는, 주파수 홉핑 무선 인터페이스를 갖는 제 1 장치와 다른 장치 사이의 통신 방법으로서,

범위 내의 다른 장치를 발견하기 위해, 제 1 장치로부터 메시지 시퀀스를 각각 여러 주파수 상으로 송신하는 단계와,

하나 이상의 응답을 수신하기에 충분한 시구간을 갖는 응답 윈도우 동안, 하나의 응답 주파수 또는 모든 가능한 응답 주파수보다 작은 서브셋 주파수 상에서 제 1 장치를 청취하는 단계와,

메시지 시퀀스 후의 응답 윈도우의 시간동안, 범위 내의 다른 장치의 각각을 결정하는 단계와,

주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 범위 내의 다른 장치의 각각으로부터 응답을 복귀 정보를 포함하는 제 1 장치에 응답 윈도우 동안 송신하는 단계를 포함하는 통신 방법을 제공한다.

본 발명의 제 4 양태는, 이동 장치에 서비스를 제공하는 방법으로서, 전술한 방법에 의해 이동 장치로 송신된 복귀 정보를 이용하고, 제 1 장치는 이동 장치인 서비스 제공 방법을 제공한다.

이것은 전술한 장치 또는 방법에 의해 가능하게 되는 서비스의 부가되는 가치가 전술한 장치 또는 방법의 가치보다 훨씬 큰 경우에 명백하게 청구된다.

제 5 양태는, 각각이 다른 장치를 포함하며, 위치 정보를 제공하거나 다른 원격 통신 네트워크에 액세스하도록 결합되는 액세스 포인트 그룹을 제공한다. 이 그룹은 넓은 유효 범위를 제공할 수 있고 전송망 사업자에 의해 소유 또는 운영될 수 있으며 가치-생산 서비스에 중요한 인프라스트럭쳐의 매우 가치있는 부분이 될 수 있다.

제 6 양태는, 주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치와 통신하는 제 1 장치로서, 제 1 장치는 범위 내의 다른 장치를 발견하기 위해 여러 주파수 상에 각각 메시지 시퀀스를 송신하고, 메시지는 응답 채널 표시를 포함하며, 하나 이상의 응답 주파수 상에서 후속 응답 윈도우 동안 응답을 청취하며, 주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 다른 장치로부터 복귀 정보를 수신하는 제 1 장치를 제공한다.

이러한 특징들은 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 애플리케이션 특정 집적 회로 등과 같은 종래 펌웨어 또는 하드웨어의 운영 또는 작동을 위한 소프트웨어의 형태일 수 있다. 추가적인 특징들은 발명의 양태와 함께 또는 그 일부가 조합될 수 있다는 것은 당업자에게 있어서 명백할 것이다. 다른 장점들, 특히 발명자가 알지 못하는 종래 기술에 관한 장점들이 당업자에게 명백할 수 있다.

블루투스 사양을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이지만, 다른 주파수 홉핑 무선 인터페이스 표준에도 적용 가능하다는 것은 명백하다. 실시예에 대한 하나의 이용은, 예를 들어, 전력-효율 방식으로 블루투스 네트워크 액세스 포인트(Network Access Point: NAP) 네트워크와 같은 네트워크에서 지속적인 위치 인식을 제공하는 것이다. 이것은 NAP로의 접속을 요구하지 않고 이동 블루투스 장치가 어느 NAP와 가장 근접한지를 알게 하며, 신속하고 최소의 노력으로 네트워크 정보를 얻을 수 있게 한다. 후술할 비컨 채널은 지역 위치(Local Positioning) 프로파일을 통해 더 상세한 지리적 정보를 교환하는 데에도 적합하다.

핸드셋 동작은 20ms 시구간 폴(poll)/응답 시퀀스를 포함하고, 응답 충돌을 피하기 위해 독립형 백오프 과정(self-contained backoff procedure)을 포함한다. 시스템을 최대한 고속으로 하기 위해, 고정 블루투스 NAP가 이전에 사용된 듀티 사이클보다 높은 사이클로 주사하도록 배열된다. 비컨 채널은 낮은 지연, 낮은 핸드셋 전력 사용 및 낮은 레벨의 무선 패킷으로서 유명하다. 접속 설치에 앞서 또는 접속 설치를 대신하여 블루투스 유닛들 사이의 데이터 통신에 대한 소정 기본 레벨을 많이 사용하게 된다. 개인 영역 네트워킹(Personal Area Networking: PAN)은 핸드오프(handoff)를 포함하는 접속 셋업 및 유지관리를 지원하기 위해 무접속 데이터 교환의 사용에 의해 향상될 수 있다. 특히, PAN 유저 장치는 어느 NAP가 접속 범위에 있는지를 계속해서 인식하여야 한다. 비컨 채널은 PAN용으로 사용될 수 있는 새로운 동작 모드를 블루투스에 제공한다. 또한, 위치 기반 서비스용 지역 위치 찾기 과정도 AP와 지리적 위치 데이터를 교환하기 위해 통상의 블루투스 접속을 이용하는 것보다 비컨 채널을 이용하여 향상될 수 있다. 특히 정기적인 짧은 간격으로 위치 체크가 필요한 경우에 이러한 향상이 두드러진다. 비컨 채널은 시간 교환, 프라이버시 및 시스템 로딩에 있어서 향상을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 주지의 장치의 세트가 도 1에 도시되어 있다. 이것은 소정 영역에서 다수의 고정 블루투스 액세스 포인트(AP1 내지 AP3)로 구성되고, 이들 중 몇몇은 함께 접속되어 네트워크를 구성할 수 있다. 이동 블루투스 장치(MD1 내지 MD3)는 이 영역에서 이동하고, 인접 장치를 계속해서 인식할 필요가 있다. 백본(backbone)은 액세스 포인트를 외부 네트워크(40) 및 예를 들어 인터넷 서버와 같은 통신 목적지 또는 종단점(50)에 결합시킨다.

도 2 비컨 채널 시퀀스의 개략도:

도 2는 몇몇 주요 단계에 대한 시퀀스 챠트를 도시하고 있다. 좌측열은 제 1 장치의 동작을 도시하고 있고, 중간열과 우측열은 다른 2개 장치의 동작을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 장치는 이동 장치(MD1)일 수 있고 나머지 장치는 네트워크 액세스 포인트(AP1, AP2)와 같은 고정 기지국일 수 있다. 단계(100)에서, 제 1 장치는 여러 주파수에서 메시지의 시퀀스를 송신하고, 단계(102)에서 응답 윈도우 동안에 응답 주파수에서 응답을 청취한다. 단계(104)에서, 응답의 복귀 정보를 청취하고, 복귀 정보를 이용한다. 그것이 위치 정보이면, 이동 장치는 그 위치를 갱신하거나 위치 기반 서비스에 대한 정보를 이용한다. 그 후, 제 1 장치는 단계(106)에서 휴면하고 이 과정을 적합하게 수 초마다 또는 수 분마다 반복한다.

(첨자 A 및 B에 의해 도면 참조 번호로 각각 식별되는) 다른 장치는 개별 주파수(f1,f2)에서 청취하고(단계(108A,B)) 개별 메시지를 수신하며(단계(110A,B)), 응답 주파수를 결정하고(단계(112A,B)), 응답 윈도우의 타이밍을 결정한다. 다른 장치는 응답 윈도우 내의 응답을 송신하고(단계(114A,B)), 임의의 백오프 기간 후, 청취 상태(단계(116A,B))로 복귀한다.

블루투스 표준에 적용하면, 비컨 채널은 특별히 예약된 액세스 코드(비컨 액세스 코드 또는 BAC) 및 보조 4-비트 응답 채널 표시자(Response Channel Indicator)를 갖는 ID(즉, 조회) 패킷을 이용하여 이동 장치가 정기적으로 다른 장치를 발견하도록 한다.

이동 장치는 (BAC 기반) 짧은 ID 패킷 그룹을 정기적 간격으로 전송하고, 각 그룹에는 짧은 주사 윈도우가 후속된다. 이들 ID 패킷은 응답 채널 표시자(RCI)를 포함하고 라벨(ID+)로 식별된다.

각 주사 액세스 포인트가 ID+ 메시지를 수신하는 경우 RCI에 의해 주어진 채널 상에 송신된 "비컨(BEA)" 패킷으로 응답한다. 비컨 패킷은 접속이 발생되도록 하는 FHS에서와 동일한 데이터를 포함하거나 사용자 데이터(예를 들어 PAN 네트워크 데이터)를 전송할 수 있다.

NAP로부터 데이터를 얻기 위해 비컨 채널을 사용하는 데에는 여러 장점이 있다.

ㆍ 무선 패킷의 수가 최대한 낮게 유지됨에 따라 공존 관련 사항(coexistence concerns)이 최소로 유지된다. 또한, 이동 장치가 그 과정을 시작함에 따라, 액세스 포인트의 빈(empty) 네트워크는 트래픽을 발생시키지 않는다.

ㆍ 이동 장치의 전력 사용은 낮은 듀티 사이클 동작을 지정함으로써 통상 페이지 및 조회 주사와 근사한 레벨로 유지된다.

ㆍ 이는 이동 장치에서 요구되는 프로세싱의 관점에서 볼 때 주기적인 조회보다 더 효율적인 과정이다.

도 3은 비컨 채널 프로세스를 이용하는 액세스 포인트 및 이동 장치의 개략도를 도시하고 있다. 3개의 액세스 포인트는 네트워크로 접속되고, 다른 하나는 이 예에서 독립형 액세스 포인트이다. 도시된 이동 장치는 휴대용 개인 정보 단말기(PDA), 이동 전화 및 기타 핸드셋을 포함한다. PDA는 메시지 시퀀스를 전송하지만, 액세스 포인트들 중 어떠한 액세스 포인트의 범위 내에도 존재하지 않는다. 핸드셋은 이미 범위 내의 2개의 액세스 포인트를 발견하였고 대량의 정보를 수신하기 위한 FH 접속을 설정하도록 하는 FHS 패킷과 같은 복귀 정보를 수신할 것이다. 이동 전화는 메시지 시퀀스를 전송하고 FHS 패킷을 수신할 것이다. 이론적으로, 이동 장치는 청취자로서도 기능할 수 있으며, 다른 이동 장치에 의해 발견될 수 있고, 고정 장치로부터 이전에 얻어진 위치 정보 또는 홉핑 시퀀스, 타이밍, 장치 특성 등 기타 제어 정보와 같은 어떠한 복귀 정보도 전달할 수 있다.이 종류의 ad hoc 네트워킹은 유효 범위(coverage)를 확장할 수 있고 고정 액세스 포인트에 투자되는 오퍼레이터에 대한 필요를 감소시킬 수 있다.

도 4의 타이밍 챠트에 도시된 바와 같이, 이동 장치의 비컨 채널은 약 20ms가 소모되며 응답 윈도우가 후속하는 16개 메시지 시퀀스를 포함한다. 이것은 비컨_간격이라는 간격으로 반복해서 전송된다. 대부분의 경우에, 이 값은 수 초로 선택되는 것이 가장 적절하다. 이것은 이동 장치들이 반복해서 서로 중첩하는 것을 방지하는 임의의 요소를 포함한다. 적합한 제한의 일례가 아래 표 1에 나타나 있다.

비컨 채널은 우선 일련의 ID+ 패킷을 전송하고 다음으로 복귀된 메시지를 주사하는 2부분으로 구성된다. ID+ 패킷은 RCI(응답 채널 표시자) 필드가 있거나 또는 없이 도 5 아래에 나타나 있다. 이것은 64비트 동기 워드가 후속하는 4비트 프리앰블(preamble)로 구성된다. 마지막은 4비트 트레일러(trailer), 즉, 장치가 응답해야 하는 공통 응답 주파수 채널을 표시하는 추가적 RCI 필드이다. 16 ID+ 패킷의 시퀀스는 슬롯의 1/2 간격으로 트레인(a train)으로서 송신된다. 선택적으로, 이 트레인은 총 N비컨_반복 횟수만큼 반복될 수 있다. 패킷이 더 많이 송신 될수록, 응답이 더 많이 돌아오게 될 것이다. 표 2에 계산이 나타나 있다.

표준 조회 과정에 관해서는, 79개의 이용 가능한 주파수 중에서 64개의 주파수가 비컨 채널에 대해 이용 가능한 것으로 가정한다. 세트의 1/2이 이동 장치로부터의 전송을 위해 사용되고, 액세스 포인트에 의해 1/2이 사용된다. 이동 장치는 다시 그 할당을 A 및 B 트레인인 2개의 부분으로 분할한다. 통상적인 조회의 A 및 B 트레인과는 달리, 이 그룹핑은 고정이며 블루투스 클록의 값을 변경하지 않는다. 이것은 도 6에 나타난 채널의 배열을 유도한다(이것으로부터, 사용된 적합한 주파수가 BAC를 이용하여 계산될 수 있다).

모든 주파수를 동등하게 이용하기 위해, 다음 선택 과정이 사용된다.

사용된 채널 = (m+(k*16)+N)mod 32+(X*32)

m= 시퀀스에서의 위치, 0 내지 16

k= 세트 선택자: 0(세트 A)

1(세트 B)

N= 간격 카운터, 0 내지 15

X= Rx/Tx 스위치: 0(Tx)

1(Rx)

A 및 B 트레인은 각 비컨 간격에 대해 선택적으로 선택되고, 주파수가 사용된 순서는 매번 순환된다. 응답 주파수는 항상 그 세트의 첫번째 주파수를 기준으로 한다. 도 6에 나타난 바와 같이 세트(A)가 채널(1 내지 16)을 포함하면, 처음으로 전송되고 그 후 순서대로 주파수가 사용된다. 최초 전송 주파수는 1이며, 33은 그 대응하는 응답 주파수로서 사용된다. 이 메시지에 대한 RCI 값은 1이다. 이것은 도 7에 도시되어 있다.

다음 비컨 간격에서, B 트레인이 유사한 방식으로 사용된다. 도 7의 3번째 열은 세트(A)를 다시 사용하지만, 이제 시퀀스는 채널(2) 상에서 시작하기 위해 순환되었다. 대응하는 응답 주파수는 34이다. RCI 표시자는 1일 것이어서, 청취 장치는 이 순환의 상태를 결정할 수 있고, 응답 윈도우의 시작 타이밍 및 응답 주파수를 결정할 수 있다.

ID+ 패킷이 전송된 후, 이동 장치는 비컨_윈도우 기간 동안 단일 주파수를 주사하도록 전환한다. 이 시간 동안, ID+ 패킷을 수신한 모든 액세스 포인트는 FHS 패킷에 응답할 것으로 예상된다. 이 값은 후술할 백오프 과정을 액세스 포인트에 대해 적응시키도록 계산된다.

비컨_윈도우= (백오프 길이+디폴트 이동 전송 시간+디폴트 AP 전송 시간)= 25슬롯+8슬롯+1슬롯= 21.25ms

적합한 주사 주파수는 수신된 조회 메시지의 RCI로부터 직접 얻어진다. 액세스 포인트는 ID+ 패킷 내에 포함되는 BAC를 주사해야 하고, RCI로부터 판독된 대로 주파수 채널을 이용하여 응답 BEA 패킷을 전송해야 한다. 비컨 채널의 유용한 특징은 액세스 포인트가 최대한 많은 시간 동안 주사해야 한다는 것이다. 이것은 액세스 포인트 주사 시간과 시스템에 대해 낮은 지연을 유지시키는 ID+ 전송 회수 사이의 트레이드-오프(trade-off)이다. 최적의 액세스 포인트는 관련된 BAC에 전용되는 분리된 채널을 가질 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 사용을 보장하기 위해, 액세스 포인트는 매번 A 및 B 트레인을 변경시키며 매 2.56s마다 새로운 주사 주파수로 순환한다. ID+ 패킷을 수신하면, 액세스 포인트는 임의로 계산된 백오프 시간에 대해 정지하고, 312.5㎲이 간격으로 일련의 반복된 BEA 패킷을 이동 장치로 다시 전송한다. BEA 패킷이 도 9에 도시되어 있다. 이들은 통상의 FHS 패킷과 동일한 필드를 포함하지만, 통상의 2/3 FEC (순방향 에러 교정) 보호는 없다. 72비트 액세스 코드에 이어 54비트 헤더(header)가 후속된다. 패러티 비트, 클록, BD_ADDR, 모드 플래그 (mode flag) 등과 같은 통상의 160비트 FHS 데이터는 액세스 포인트의 결정에 따라 다른 필드와 교체될 수 있다. 특히, PAN NAP 분할 식별 또는 LP 위치 추정치가 주어질 수 있다. BEA 응답 패킷은 표 3에 나타난 바와 같이 계산되는 N_{FHS_반복}에 따라 반복된다.

비컨_백오프 시간은 블루투스 조회 과정용으로 사용되는 것보다 현저히 짧으며, 다음과 같이 계산된다.

비컨_백오프= (8+(N/2))*625㎲

0 <= N <= 51

이것은 1과 1/2 슬롯 간격으로 분배된 52개의 상이한 백오프 값을 효율적으로 제공한다. 8개의 추가적 슬롯 오프셋은 이동 장치가 주사 상태로 이동하기 전에 응답이 발생하지 않도록 보장한다.

전술한 바와 같이, 블루투스와 같은 주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치와 통신하는 이동 장치는, 범위 내의 다른 장치를 발견하기 위해 여러 주파수 상에 시퀀스 메시지를 각각 송신하고, 하나 이상의 응답 주파수 상에 후속 응답 윈도우 동안 응답을 청취한다. 이동 장치는 주파수 홉핑 접속을 설정할 필요 없이 다른 장치로부터 지역 정보와 같은 정보를 수신한다. 응답 윈도우는 하나 이상의 응답을 수신하기에 충분히 길다. 장치 발견에 대한 단일 요구 및 응답과 같은 짧은 트랜잭션 동안의 전체 시간이 짧게 유지될 수 있다. 이는 결국 이동 장치에 의한 저전력을 제공하고 장치들 사이의 간섭 가능성을 낮춘다. 메시지의 시퀀스 사이의 간격이 증가될 수 있으므로, 패킷 브로드캐스팅의 총량을 낮출 수 있다. 당업자에게 있어서 청구 범위 내에서의 다양한 수정 및 변경이 명백할 것이다.

Claims

주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치와 통신하는 제 1 장치(MD1-3)로서,

상기 제 1 장치는 범위 내의 다른 장치(AP1 내지 AP3)를 발견하기 위해 여러 주파수 상으로 각각 메시지 시퀀스(ID)를 송신하고,

모든 가능한 응답 주파수보다 작은 서브셋(subset)인 하나 이상의 응답 주파수 상에서 후속 응답 윈도우 동안 응답을 청취하며,

주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 상기 다른 장치로부터 복귀 정보를 수신하며,

상기 응답 윈도우는 하나 이상의 응답을 수신하기에 충분한 시구간(duration)을 갖는

장치.
제 1 항에 있어서,

상기 메시지의 주파수 시퀀스는 사전 결정되며 상기 응답 윈도우의 시작 시각에 관련되는

장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 1 장치는 이동 장치(MD1 내지 MD 3)인

장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 메시지 시퀀스는 응답 채널의 표시(RCI)를 갖는

장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복귀 정보는 상기 다른 장치 또는 장치들로부터 수신된 신호 강도 정보(received signal strength information: RSSI)를 갖는

장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복귀 정보는 상기 다른 장치 또는 장치들로부터의 위치 정보를 갖는

장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복귀 정보는 주파수 홉핑 및 동기화 정보(FHS)를 포함하는

장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 무선 인터페이스는 블루투스 표준과 호환 가능한

장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다른 장치는 네트워트 액세스 포인트(AP1 내지 AP3)인

장치.
제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응답 채널 표시는 4비트 코드를 포함하는

장치.
제 4 항 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응답 채널 표시는 주기적으로 변경되는

장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 장치는 이동 전화 또는 이동 개인 정보 단말기(PDA)를 포함하는

장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 제 1 장치(MD1 내지 MD3)와 함께 사용하기 위한 다른 장치(AP1 내지 AP3)로서,

상기 다른 장치는 상기 하나 이상의 메시지를 청취하고,

상기 메시지 시퀀스 후의 상기 응답 윈도우의 시간을 결정하며,

주파수 홉핑 접속을 설치할 필요없이 그 응답 주파수에 관한 복귀 정보를 상기 제 1 장치로 송신하는

장치.
제 13 항에 있어서,

상기 메시지는 응답 채널의 표시(RCI)를 포함하고,

상기 다른 장치는 응답을 송신하기 위해 상기 응답 채널 표시자를 이용하는

장치.
주파수 홉핑 무선 인터페이스를 갖는 제 1 장치(MD1 내지 MD3)와 다른 장치(AP1 내지 AP3) 사이의 통신 방법으로서,

범위 내의 다른 장치를 발견하기 위해, 상기 제 1 장치로부터 메시지 시퀀스(ID)를 각각 여러 주파수 상으로 송신하는 단계와,

하나 이상의 응답을 수신하기에 충분한 시구간을 갖는 응답 윈도우 동안, 하나의 응답 주파수 또는 모든 가능한 응답 주파수보다 작은 서브셋 주파수 상에서 상기 제 1 장치를 청취하는 단계와,

상기 메시지 시퀀스 후의 응답 윈도우의 시간동안, 범위 내의 상기 다른 장치의 각각을 결정하는 단계와,

주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이, 상기 응답 윈도우 동안 범위 내의 상기 다른 장치의 각각으로부터 상기 제 1 장치로 복귀 정보를 포함하는 응답을 송신하는 단계를 포함하는

통신 방법.
이동 장치(MD1 내지 MD3)에 서비스를 제공하는 방법으로서,

제 15 항에 기재된 방법에 의해 이동 장치로 송신된 복귀 정보를 이용하고,

상기 제 1 장치는 이동 장치인

서비스 제공 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 복귀 정보는 위치 정보를 가지며, 상기 서비스는 위치 기반 서비스이고, 상기 이동 장치는 이동 전화를 포함하는

서비스 제공 방법.
액세스 포인트 그룹으로서,

각각 제 13 항에 기재된 다른 장치(AP1 내지 AP3)를 포함하고,

위치 정보를 제공하거나 다른 원격 통신 네트워크에 액세스하기 위해 결합되는

액세스 포인트 그룹.
주파수 홉핑 무선 인터페이스를 이용하여 다른 장치(AP1 내지 AP3)와 통신하는 제 1 장치(MD1-3)로서,

범위 내의 다른 장치(AP1 내지 AP3)를 발견하기 위해 여러 주파수 상으로 응답 채널 표시자(RCI)를 포함하는 메시지 시퀀스(ID)를 각각 송신하고,

후속 응답 윈도우 동안 하나 이상의 응답 주파수 상의 응답을 청취하며,

주파수 홉핑 접속을 설정할 필요없이 상기 다른 장치로부터 복귀 정보를 수신하는

장치.
제 15 항에 기재된 방법에서 사용되는 제 1 장치(MD1 내지 MD3)용 소프트웨어로서,

범위 내의 다른 장치(AP1 내지 AP3)를 발견하기 위해, 상기 제 1 장치로부터의 메시지 시퀀스(ID)를 각각 여러 주파수 상으로 송신하는 단계와,

하나 이상의 응답을 수신하기에 충분한 시구간을 갖는 응답 윈도우 동안, 하나의 응답 주파수 또는 모든 가능한 응답 주파수보다 작은 서브셋 주파수 상에서 제 1 장치를 청취하는 단계를 실행하는

소프트웨어.