KR20080049557A - 무선 통신 시스템의 시간 동기화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TDMA 방식의 무선 통신 시스템에서, 비콘 신호를 생성하여 전송하는 코디네이터와 주변 장치 간의 통신 시에, 비콘 신호 외에 시간 정보와 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 주기적으로 전송함으로써 주변 장치가 비콘 신호를 손실하는 경우에도 시간을 동기화시킬 수 있는 동기화 방법 및 통신 장치에 관한 것이다.

무선, TDMA, 시간 동기, TSEPB, 스케줄 정보, 시간 정보

Description

무선 통신 시스템의 시간 동기화 방법 및 장치{Method for time synchronization in wireless communication system and device using the same}

도1은 TDMA 기반의 단거리 통신 시스템의 구성도이다.

도2는 종래 방식에 따른 TDMA 기반의 단거리 무선 통신 시스템의 통신 방법을 시간에 따라 나타낸 다이어그램이다.

도3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 과정을 시간에 따라 나타낸 다이어그램이다.

도4는 본 발명에 따른 시간 정보를 포함하는 데이터 패킷(TSEPB)의 구조를 나타낸다.

본 발명은 시분할다중접속(TDMA) 방식을 사용하는 단거리 무선 통신 시스템에서, 각 통신 장치간의 시간을 동기화시킬 수 있는 방법 및 통신 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 TDMA 방식의 무선 통신 시스템에서, 비콘 신호를 생성하여 전송하는 코디네이터와 주변 장치 간의 통신 시에, 비콘 신호 외에 시 간 정보와 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 주기적으로 전송함으로써 주변 장치가 비콘 신호를 손실하는 경우에도 시간을 동기화시킬 수 있는 동기화 방법 및 통신 장치에 관한 것이다.

본 발명은 가정 또는 사무실용 단거리 무선 통신 방식인 UWB(Ultra Wide Band)(IEEE 802.15.3), mmWave(millimeter Wave)(IEEE 802.15.3c)을 사용하는 통신 시스템에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.

가정 또는 사무실 내 HD급 무선 전송을 위해 무선랜 외에 현재 UWB (IEEE 802.15.3), mmWave (IEEE 802.15.3c) 기술 등의 광대역 (High Throughput) 무선 기술 표준이 제안되어 개발 중에 있다.

이와 같은 단거리 무선 네트워크 시스템의 MAC(Media Access Control) 계층은 대부분 높은 처리율을 위해 시분할다중접속 방식(TDMA) 기반의 채널 액세스 방법을 채용한다.

TDMA 방식의 통신 시스템에서는 통신에 참여하는 모든 장치의 시간 동기화가 필요하다.

도1은 TDMA 기반의 단거리 통신 시스템의 구성도를 나타내고, 도2는 종래 방식에 따른 TDMA 기반의 단거리 무선 통신 시스템의 통신 방법을 시간에 따라 나타낸 것이다.

도1과 같이 코디네이터는 주변장치들(A,B)과 TDMA 방식으로 통신한다. 코디네이터는 데이터 패킷을 전송하는 외에, 비콘 인터벌을 주기로 비콘 신호를 생성하여 전송하며, 주변장치들은 코디네이터로부터 수신한 비콘 신호를 기반으로 시간을 동기화시키게 된다.

도2를 참조하면, 코디네이터는 주기적인 시간 간격마다 시간 정보, 정보 스케줄 정보 등 무선 통신 시스템의 통신 수행을 위해 요구되는 각종 정보들을 담은 비콘 신호를 생성하여 전송하고, 다른 주변장치A,B는 이 비콘 신호를 수신하여 각 장치의 시간을 코디네이터와 동기화시킨다.

도2에 도시된 바와 같이, 무선 통신 중에 주변 장치A가 데이터1을 수신한 후에 통신 장애나 기타 사유로 비콘 신호를 수신하지 못하는 경우, 주변장치A는 다음 비콘 신호를 수신할 때까지 일시적으로 시간 동기를 맞추지 못하게 되며, 2번째 비콘 인터벌 구간 중 자신에게 할당된 타임 슬롯을 사용하지 못하게 된다.

이 경우 손실된 비콘 신호 다음의 비콘 신호를 수신한 다음에야 데이터를 통신할 수 있게 되므로 연속적으로 다수의 비콘 신호를 놓치게 되는 경우는, 장시간 시간 동기를 맞출 수 없어 통신이 불가능한 상태에 놓이게 된다.

이것은 보통 비콘 인터벌의 길이가 패킷 전송 시간 보다 훨씬 큰 고성능 무선 네트워크에서는 여러 개의 데이터 패킷 전송 실패를 의미하므로 1개의 데이터 패킷 손실에 비해 MAC 효율 저하에 미치는 영향이 상대적으로 크다.

종래에는 비콘 신호를 놓치는 경우 주변 장치들에서 새로이 비콘 신호를 요구하는 리퀘스트 신호를 전송하여 시간 정보를 재전송 받는 알고리즘도 고려되고 있으나, 리퀘스트 신호를 보내고 비콘 신호를 재전송 받는 알고리즘은 점차 고속화되고 있는 무선 통신에 적용하기에는 무리가 있으며 새로운 시간 동기화 방법이 요구된다.

본 발명은 TDMA 기반 무선 통신 시스템에서, 비콘 신호를 손실하였을 경우, 시간 동기를 복구할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 TDMA 기반 무선 통신 시스템에서, 시간 정보 및 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 주기적으로 전송함으로써, 비콘 신호 외에 부가적으로 시간 동기화를 보장할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 TDMA 기반 무선 통신 시스템에서, 비콘 신호를 손실한 경우, 코디네이터용 통신 장치에 복구를 위한 리퀘스트 신호를 전송하지 않고도 시간 동기화를 복구할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 방법은, 코디네이터에서 시간 정보가 포함된 비콘 신호를 주기적으로 전송하는 단계; 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 전송하는 단계; 주변 장치에서 상기 비콘 신호를 수신하여 상기 코디네이터와 시간 동기화하는 단계; 및 상기 주변 장치에서 상기 비콘 신호를 수신하지 못한 경우 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 수신하여 상기 코디네이터와 시간 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 코디네이터용 통신 장치는, 시간 정보가 포함된 비콘 신호 및 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 생성하여 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 주변 장치용 통신 장치는, 코디네이터용 통신 장치로부터 비콘 신호를 수신하여 시간을 동기화하고, 상기 비콘 신호를 수신하지 못한 경우 상기 데이터 패킷을 수신하여 시간을 동기화하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 과정을 시간에 따라 나타낸 다이어그램이다.

도1 및 도3을 참조하면, 코디네이터는 비콘 인터벌마다 주기적으로 비콘 신호를 생성하여 전송한다. 비콘 인터벌 간격 사이에, 코디네이터와 주변장치들은 서로 데이터 패킷들(데이터1,2...,7)을 송수신하게 된다.

코디네이터와 주변 장치들은 TDMA 통신 방식을 기반으로 비콘 신호에 할당된 타임 슬롯을 이용하여 통신하게 되며, 주변 장치들은 코디네이터로부터 수신하는 비콘 신호에 포함된 시간 정보를 기반으로 시간을 동기화하고, 스케줄 정보를 기반으로 시간 슬롯을 할당한다.

비콘 신호에는 MAC 헤더, 비콘 콘트롤 정보, 가변 정보 필드, 스케줄 엘리먼트들이 포함된다.

MAC 헤더는 MAC 데이터 전송을 위해 필요한 헤더로서, MAC 송신주소, 수신주소, 에러 보호 정보, ACK 정보 등이 포함된다.

비콘 콘트롤 정보는 비콘 인터벌에 대한 정보를 포함하며, 기지국 이전이나 접속(association) 가능 여부에 대한 정보 등이 포함된다.

가변 정보 필드는 실시예에 따라 다양한 정보를 담을 수 있는 가변 데이터 영역이다.

스케줄 엘리먼트는 스케줄 액세스를 위한 가변 정보 데이터로서, 예약된 송신의 개수, 예약된 송신 주소, 송신자 수조, 수신자 수조, 해당 데이터 전송에 할당된 송신 시간 정보 등이 포함된다.

TDMA 방식을 기반으로 하는 무선 통신 방식에서는, 비콘 신호를 손실하게 되면, 비콘 신호가 손실된 해당 비콘 인터벌 동안에는 데이터를 송수신할 수 없게 된다. 또한, 비콘 신호를 연속으로 여러 개 수신하지 못하는 경우는 장시간 통신 불능 상태에 빠지게 된다.

본 발명에 따른 시간 동기화 방법 및 장치에서는, 주기적으로 전송되는 비콘 신호 외에, 비콘 신호 사이마다 시간 정보 및 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 전송하거나, 소정 개수의 비콘 신호 마다, 또는 송수신되는 소정 개수의 데이터 패킷 마다 주기적으로 시간 정보를 포함하는 데이터 패킷(TSEPB;Terminal Switching Exchange Piggybacker)을 생성하여 전송함으로써 시간 동기화를 부가적으로 보장할 수 있는 수단을 제공하게 된다.

도4는 본 발명에 따른 시간 정보를 포함하는 데이터 패킷(TSEPB)의 구조를 나타낸다.

일반 데이터 패킷과 달리 헤더와 MPDU(MAC Packet Data Unit) 사이에 확장 필드(Extenstion Field)가 마련되고, 확장 필드에는 이 확장 필드가 TSE라는 것을 나타내는 TSE 표시 필드, 잔여 시간 필드, 스케줄 정보 필드가 포함된다.

잔여 시간 필드는 해당 비콘 인터벌에서 다음 비콘 신호를 수신할 때까지 남은 시간을 나타낸다. 실시예에 따라서는, 잔여 시간 필드에 남은 시간 대신 손실된 비콘 신호로부터 TSEPB를 수신한 시점까지의 소요시간을 포함시킬 수도 있다.

TSE 표시필드의 마지막 1 비트는 잔여시간을 나타낼 것인지, 소요시간을 나타낼 것인지를 나타낸다. 스케줄 정보 필드에는 TDMA 통신에서 할당될 타임 슬롯에 대한 정보가 포함된다.

도3과 같이, 주변 장치 A가 오류 등의 이유로 두번째 비콘 신호를 수신하지 못하면, 두번째 비콘 인터벌 동안은 데이터 송수신을 할 수 없게 되어, 데이터5를 수신할 수 없게 된다. 그러나, 주변장치 A가 시간 정보를 포함하는 데이터 패킷(TESPB)을 수신하면, 이 패킷의 확장 필드에 포함된 정보를 이용하여 시간을 동기화하고, 스케줄 정보를 이용하여 데이터 송수신을 할 수 있게 된다.

이러한 TSEPB가 없는 종래 시스템의 경우에, 일단 코디네이터와 시간 동기화되면, 주변 장치들 내에도 클록 장치가 있으므로, 타임 슬롯을 할당하는 스케줄 정보에도 변동사항이 없다면 비콘 신호를 한 두개 정도 손실되는 경우는 소량의 데이터 패킷만 손실되고 다시 통신을 재개할 수 있다. 그러나, 연속적으로 수개의 비콘 신호가 손실되거나, 비콘 신호 없이 통신을 수행해야 하는 경우, 코디네이터의 클록과 주변 장치 내의 클록에 오차가 발생할 수 있고, 이 오차로 인해 시간 동기화를 잃어버릴 수 있다.

장시간 비콘 신호 없이 통신을 수행해야 하는 경우 본 발명에 따른 TSEPB는 소정 수, 예컨대 100개의 비콘 인터벌마다 전송될 수 있다. TSEPB 전송의 주기가 되는 비콘 인터벌 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 비콘 신호 없이 통신이 진행될 경우 코디네이터 클록와 주변 장치 내의 클록 간에 발생하는 오차가 허용가능한 범위를 넘어가기 전에 TSEPB가 전송되도록 하는 것이 바람직하다.

다른 실시예에서는, 본 발명에 따른 TSEPB는 매 비콘 인터벌 마다 한 개씩 삽입되어 비콘 신호를 보조하여 시간 정보 및 스케줄 정보를 전달하도록 할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 TSEPB는 비콘 신호와 관계없이 송신, 또는 송수신되는 데이터 패킷의 개수를 설정하고, 그 설정된 수의 데이터 패킷의 개수 마다 한번씩 전송되도록 할 수도 있다.

이 경우는 TSEPB 전송의 주기가 되는 데이터 개수(MaxTSE)를 설정하고, 코디네이터 장치 내의 메모리에 송수신되는 데이터의 개수를 나타내는 변수(PckCnt)를 할당하고, 데이터를 전송하거나, 송수신할 때마다 그 변수 값을 하나씩 증가시키고, 그 변수값(PckCnt)이 전송 주기(MaxTSE)를 넘어선 경우 전송될 데이터 패킷에 TSEPB를 내장시키고 전송한다. 주변장치에서는 TSEPB가 내장된 데이터 패킷을 수신하고, 비콘 신호가 손실된 경우에 시간을 동기화시키고, 비콘 인터벌을 복구함으로써 비콘 신호의 역할을 보조한다.

본 발명은 TDMA 기반 무선 통신 시스템에서, 비콘 신호를 손실하였을 경우에 도 시간 동기를 복구하여 통신을 유지할 수 있다.

본 발명의 무선 통신 시스템에 따르면 시간 정보 및 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 주기적으로 전송함으로써, 비콘 신호를 사용할 수 없는 경우에도 부가적으로 시간 동기화를 보장할 수 있다.

본 발명에 따르면 비콘 신호를 손실한 경우, 코디네이터용 통신 장치에 복구를 위한 리퀘스트 신호를 전송하지 않고도 시간 동기화를 복구할 수 있다.

본 발명은 60Ghz 대역의 무선 근거리 네트워크 시스템 뿐만 아니라 시간 동기화가 필요한 모든 무선 네트워크 시스템에서 적용이 가능하며, 예를 들어 IEEE 802.11a, IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.4, 3GPP, 4G 등의 통신 시스템이 있다.

Claims (9)

1. 코디네이터에서 시간 정보가 포함된 비콘 신호를 주기적으로 전송하는 단계;

   시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 전송하는 단계;

   주변 장치에서 상기 비콘 신호를 수신하여 상기 코디네이터와 시간 동기화하는 단계; 및

   상기 주변 장치에서 상기 비콘 신호를 수신하지 못한 경우 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 수신하여 상기 코디네이터와 시간 동기화하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 전송하는 단계는,

   소정 수의 일반 데이터 패킷이 전송될 때마다, 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 전송하는 단계는,

   소정 수의 비콘 신호가 전송될 때마다, 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
4. 시간 정보가 포함된 비콘 신호 및 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 주기적으로 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 코디네이터용 통신 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 코디네이터는, 소정 수의 일반 데이터 패킷이 전송될 때마다 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 코디네이터용 통신 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 코디네이터는, 소정 수의 비콘 신호가 전송될 때마다 상기 시간 정보가 포함된 데이터 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 코디네이터용 통신 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 코디네이터용 통신 장치는 주변 장치들과 시분할다중접속 방식(TDMA)에 의해 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 코디네이터용 통신 장치.
8. 코디네이터용 통신 장치로부터 비콘 신호를 수신하여 시간을 동기화하고, 상기 비콘 신호를 수신하지 못한 경우 상기 데이터 패킷을 수신하여 시간을 동기화하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 주변 장치용 통신 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 무선 통신 주변 장치용 통신 장치는 시분할다중접속 방식(TDMA)에 의해 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 주변 장치용 통신 장치.

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