KR20080107380A

KR20080107380A - 분산된 네트워크의 동기화

Info

Publication number: KR20080107380A
Application number: KR20087020370A
Authority: KR
Inventors: 키란 에스. 찰라파리; 카르로스 엠. 코르데이로
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-12-10
Also published as: TW200803317A; US8284755B2; JP2009527975A; TWI434541B; CN101390346A; CN101390346B; JP5079712B2; WO2007096823A1; US20090041003A1; KR101340908B1; EP1989841B1; EP1989841A1

Abstract

시스템(400), 장치(300) 및 방법(100)이 독립 노드(401_i)의 분산된(달리 통합되지 않은:otherwise uncoordinated) 네트워크(400)를 동기화시키기 위해 제공된다. 이러한 동기화는 많은 다른 방법으로 사용될 수 있다. 무선 인지의 상황에서, 이러한 동기화는 휴지 기간을 동기화하기 위해 사용될 수 있다. 휴지 기간은, 점유 사용자가 확실하게 검출될 수 있도록 하기위해 (만약 그렇지 않다면, 통합되지 않은) 모든 무선 인지 휴지상태(quiet)가 되는 경우의 시간이다. 본 발명의 기술은 신속히 수렴되고(converge) 크기조정(scale)이 잘 된다.

Description

분산된 네트워크의 동기화{SYNCHRONIZATION OF DISTRIBUTED NETWORKS}

본 발명은 분산된, 그렇지 않으면 통합되지 않은 네트워크에서 비콘 주기를 동기화하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 무선 인지 네트워크 사이에서 더 나은 공존을 가능하게 하는 동기화에 관한 것이다.

동기화에 대한 여러 접근법이 존재한다. 그러나 통합되지 않은 네트워크/디바이스/노드/스테이션의 대형 무선 네트워크에 대한 이들의 크기조정가능성(scalability)은 전혀 증명되지 않았다.

달리 통합되지 않은 네트워크/디바이스/노드/스테이션으로 하여금 유사 디바이스/노드/스테이션 사이에서의 공존(제2차 공유) 또는 휴지 기간의 통합(제1차 공유)을 위한 무선 매체를 공유하는 것과 같은 목적으로 신속하게 통합되도록 허용하여, 모든 유사 디바이스가 동시에 휴지상태가 되어서 네트워크 밖의 이미터가 더 견고하게 그리고 더 신속하게 검출될 수 있도록 하기위해서는 수렴성의(convergent) 및 크기조정 가능한(scalable) 해결 방안이 필요하다.

본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 무선 네트워크/디바이스/노드/스테이션의 달리 통합되지 않은 네트워크를 동기화하는 것을 보장하는 효율적인 알고리즘을 제공한다. 이후에, 오직 토론의 목적으로, 디바이스/노드/스테이션은 오직 노드로 언급되지만 그 어떤 제한도 이에 의해 수반되지 않는다.

바람직한 실시예에서, 달리 통합되지 않은 네트워크의 각 노드(j)는 동일한 동기화 알고리즘을 실행하기 위해 본 발명을 통해 수정된다. 각각의 노드(j)는 비컨(beacon)을 발행하는데, 이 비컨 내에서 상기 노드는 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)을 삽입한다. 노드(j)가 노드(i)에 의해 전송된 비컨을 수신하고 성공적으로 디코딩하는 경우, 노드(i)는 노드(j)의 이웃 내에 존재하고 이 노드(i)는 노드(j)의 이웃 노드로 간주된다. 이러한 이웃 노드(i)를 검출하자마자, 각 노드(j)는 상기 검출된 이웃 노드(i)에 관하여 바람직한 실시예의 적어도 한번의 동기화 알고리즘 반복을 실행한다. 상기 노드(j)는 노드(i)의 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)과 알고리즘 반복 횟수의 카운터를 포함하는 검출된 이웃 노드(i)에 대한 통계치(statistics)를 국부적으로 관리하는데, 상기 알고리즘은 주어진 이웃 노드(i)의 각 검출을 위해 노드(j)에 의해 실행되었다. 본 발명은, 각 노드(j)가 그 자신의 비컨 시작 시간이 검출된 노드(i)의 비컨 주기의 처음 절반부에 존재하는 것으로 상기 노드(j)가 결정할 때마다 노드(j) 자신의 BPST_j이 BPST_i와 동일하도록 조정하거나 또는 상기 노드(i)에 유니크한 카운터를 증가시켜서 다시 조정을 시도하도록 하는 기술을 제공한다. 상기 노드(j)는 이러한 결정과 증분을 (상기 카운터에 의해 계산된) 미리 결정된 최대 횟수 번으로 실행하고, 상기 최대 횟수가 BPST_j를 노드(i)의 BPST_i로 정렬시키는 것 없이 도달되는 경우, 노드(j)는 이의 BPST_j를 무작위수로 설정하고 상기 검출된 노드(i)에 대한 국부적으로 유지되는 모든 통계치를 제거한다. 노드(j)가 노드(j)의 이웃에서 노드(i)를 다시 검출하는 것을 조건으로, 본 발명의 검출과 차후의 반복 프로세스가 발생할 수 있다.

주어진 이웃에 있는 각각의 노드(j)는 상기와 동일한 알고리즘을 실행하고, 자신의 비컨 주기 시작 시간의 상대적인 위치에 의존하여 그 자신의 BPST_j를 상기 주어진 이웃에서 각각 검출된 다른 노드(i)의 그것으로 조정한다.

상기 통합되지 않은 노드의 비컨 주기 시작 시간은 특정한 이웃에 있는 통합되지 않은 노드의 개수에 상관없이 공통의 시작 시간으로 아주 빨리 수렴한다. 즉, 상기 알고리즘은 크기조정(scalable)이 잘 된다.

도 1은 본 발명에 따라서, 달리 통합되지 않은 네트워크를 동기화하는 방법을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라서, 통합되지 않은 노드 네트워크를 동기화하는 유일한 예로서 사용된 프레임워크를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따라서, 통합되지 않은 노드 네트워크를 동기화하기 위한 장치를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따라서, 통합되지 않은 노드의 비컨 시작 시간을 동기화하기 위한 시스템을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 기술에 대한 수렴성(convergence) 및 크기조정성(scalability)을 도시한 도면.

본 발명은 오직 예시적인 목적으로 나타낸 동반하는 도면을 참고하여 다음의 상세한 설명을 고려하여 당업자에 의해 쉽게 이해될 수 있다. 도면에서, 동일한 참조기호는 구성요소의 중복 설명을 배제하기 위해 동일한 구성요소를 표시한다.

달리 통합되지 않은 무선 노드를 동기화하는 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 예컨대, 미리 결정된 지속시간의 고정된 길이를 갖는 슈퍼프레임으로 채널 시간을 체계화하는 것에 기초될 수 있는 분산된 방식을 채용한다. 각각의 이러한 슈퍼프레임 초기에, 모든 통합된 노드가 비컨을 교환하는 동안에 비컨 주기가 할당된다. 상기 비컨은 기본적인 "노드 존재 고시(notification of node existence)"매커니즘 또는 노드 "하트-비트(heart-beat)"를 제공한다. 통합되지 않은 노드는 매체를 감지하고 달리 사용되지 않는 채널 용량을 이용하는 비컨을 전송한다. 다른 통합되지 않은 노드의 비컨이 검출되는 경우에, 달리 이러한 통합되지 않은 모든 노드는 초기 비컨 주기를 갖는 일치하는 고정된 길이를 갖는 슈퍼프레임 내에서 비컨 주기 시작 시간을 통합하기 위해 본 발명의 방법을 실행한다. 즉, 각각의 통합되지 않은 스테이션은 (상기 비컨 주기가 각각의 슈퍼프레임의 시작에서 나타나기 때문에 비컨 주기 시작 시간과 같은)그 자신의 슈퍼프레임 시작 시간을 독립적으로 조정하기 위해 본 발명의 기술을 이용한다. 당업자가 인지하고 있는 바와 같이, 디바이스가 자신의 비컨을 전송하는 비컨 주기 내에서 고유한 시간을 할당하는 기술이 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서 언급되지 않는다. 상기 슈퍼프레임은 노드 중에서 종합적인 통합 수단의 예이고, 슈퍼프레임에 대한 참조가 전혀 없는 첨부된 청구범위에서 설명되는 본 발명에서 어떠한 의미로든지 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

지금부터 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 방법의 예가 도시된다. 단계 101에서 노드(j)와, 미리 결정된 노드(j)의 이웃에서 즉, 노드(j)의 무선 범위에서 그리고 j의 비컨을 디코딩할 수 있는 검출된 적어도 하나의 노드(i)가 주어지면, 단계 102에서 상기 노드(j)는 카운터가 상기 노드(i)를 위해 국부적으로 존재하는지에 대한 여부를 결정하려고 검사한다. 이러한 카운터가 전혀 존재하지 않을 경우, 단계 103에서 노드(j)는 노드(i)를 위한 카운터를 0으로 시작한다. 단계 104에서 노드(j)는 노드(j)를 위한 카운터가 최대치(MAX)에 도달했는지 즉, 노드(j)가 노드(i)에 비례해서 BPST_j를 MAX번(a MAX number of times) 조정하도록 시도하였는지에 대한 여부를 결정한다. 즉, 본 발명의 조정 알고리즘이 노드(i)에 관하여 노드(j)에 의해 미리 결정된 MAX번 실행되었는지를 결정한다. 노드(i)에 관하여 상기 반복하는 것은 (예컨대, 오직 본 발명의 그 당시 현재 예에 의해서) 모두 한번에 실행되고, 본 발명에 따른 반복이 노드(j)에 의해 실행될 때마다 노드(i)의 추가 검출이 디스에이블되고(disabled), 본 발명의 방법의 현재 예가 종료되는 경우(도 1에서 실예가 도시되지 않는데 이것은 본 발명을 구현하는 방법에 관한 단지 예이기 때문이다) 다시 인에이블된다(enabled)는 사실에 유의한다. 상기 조정이 성공하지 않고 MAX번 시도되어진 경우, 단계 105에서 노드(j)는 이의 BPST_j를 랜덤 시작 시간으로 재설정하고 노드(i)에 대해 임의의 국부적으로 유지되는 데이터를 삭제한다.(예컨대, 오직 노드(i)의 검출을 가능케하고 본 발명의 능동적인 예를 종료한다)

단지 예로서 도 2는 슈퍼프레임(20i)의 시퀀스(200)를 도시하고, 각각의 슈퍼프레임은 관련된 비컨 주기(20i.2)를 갖는 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)(20i.1)을 갖는다. 이러한 예에서, 각각의 비컨 주기(20i.2)는 그동안 노드가 자신들의 비컨을 전송하는 다수의 비컨 슬롯(20i.2.k)을 가지므로 상기 달리 통합되지 않은 노드 네트워크의 통합을 달성하는데, 예컨대 상기 각각의 슬롯은 하나의 노드와 연관된다. 전송을 통합하기 위해서, 비컨 주기는 각각의 노드에 의해 동시에 시작되어야만 하는데, 이는 즉, 다음의 슈퍼프레임을 위한 동일한 비컨 주기 시작 시간을 가져야만 하는 것이다. 본 발명은 신속히 수렴되고 크기조정이 잘 되는(converge quickly and scale well) 동기화 방법을 제공한다. 또 한편, 슈퍼프레임은 통합 매커니즘의 예이고 어떠한 제한의 의미로 표현되지 않는다. 오로지 비컨 주기 시작의 동기화 기술은 본 발명으로서 개시되고 있다.

도 3은 검출된 노드(i)를 위한 데이터를 노드(j)를 이용하여 국부적으로 저장하기 위한 동기화 메모리(302)와, 본 발명의 방법(100)을 실행하기 위한 동기 장치 모듈(303)을 포함하는 비컨 정렬 장치(300)를 도시한다. 이 비컨 정렬 장치(300)는 다른 디바이스 비컨(301) 즉, 노드(j)의 이웃에서 검출된 노드(i)의 비컨을 수신하기 위해 안테나(305)에 실시 가능하게 연결된다. 동기 장치 모듈(303)은 가능성 있는 BPST_j의 조정을 하기 위해 본 발명의 방법(100)을 실행한다. 상기 비컨 정렬 장치(300)는 (상기 가능성 있게 조정된) 자신의 BPST_j에서 자신의 Beacon_j(304)를 전송하기 위한 안테나(305)에 실시 가능하게 연결된다.

지금부터 도 4를 참고하면, 통합되지 않은 노드(401_i)의 네트워크(400)를 포함하는 시스템이 도시되는데, 각각의 노드는 본 발명에 따라 비컨 정렬 장치(300_i)로 수정되므로, 서로의 무선 범위 내에 존재하고 서로로부터 비컨을 수신함으로써 상기 노드(401_i)는 각각 본 발명의 방법(100)을 실행하고 이에 의해 이들의 비컨 주기 시작 시간에 관하여 통합될 수 있다.

더욱이, 지금부터 도 5를 참고하면, 통합되지 않은 네트워크(501_i)로 구성된 네트워크(500) 그룹이 도시되는데, 각각의 네트워크는 본 발명에 따라 비컨 정렬 장치(300_i)로 수정되므로 서로의 무선 범위 내에 존재함으로써 네트워크(501_i)는 각각 본 발명의 방법(100)을 실행하고 이에 의해 이들의 비컨 주기 시작 시간에 관하여 통합될 수 있다. 이러한 시나리오는 네트워크가 시분할 다중 액세스(TDMA:Time- Division-Multiple-Access) 접근 매커니즘(가령, IEEE 802.15, IEEE 802.16 또는 IEEE 802.22)을 이용하는 경우에 특히 적용가능 하다.

도 6은 수렴성과 크기조정성에 대한 강하고 고유한 안정성을 보이는 이러한 동기화 알고리즘의 확장 시뮬레이션의 결과를 도시한다. 도시된 바와 같이, 고유하게, 본 발명의 동기화 기술은 아주 안정적인데, 이것이 의미하는 바는 모든 노드가 아주 짧은 시간에 하나의 슈퍼프레임으로 수렴한다는 것이다. 또한, 도 6에서 도시된 결과가 증명하는 바는, 이러한 동기화 기술이 노드의 개수를 증가시키면서 크기 조정이 잘 된다는 사실이다.

본 발명은 무선 인지 네트워크에서 휴지 기간을 동기화하기 위해 사용될 수 있다. 휴지 기간은 (달리 통합되지 않은)모든 무선 인지가 휴지상태가 되는 시간이므로 네트워크 밖의 이미터 예컨대, 점유 또는 제1차 사용자는 확실하게 검출될 수 있다. 이것은 "제1차 공유(primary sharing)"으로 기재된다. 또한, 이러한 동기화 매커니즘은 또한, 제2차 네트워크 사이에서 공존을 위해 사용될 수 있다. 일단 달리 통합되지 않은 이웃하는 네트워크가 동기화되면, 이들은 공통 매체를 공유하기 위해 정보(예컨대, 시간과 주파수 사용을 포함하는 공존 비컨)를 교환할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자는, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 달리 통합되지 않은 네트워크를 동기화하기 위한 시스템, 장치 및 방법이 예시적이고, 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있고, 동등물이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이들의 구성요소를 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 많은 수정이 본 발명의 가르침을 본 발명의 중심 범위에서 벗어나지 않고 특별한 상황에 적응시키도록 이루어질 수 있다. 그러므로 본 발명을 실행하기 위해 계획된 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예에 본 발명이 제한되어서는 안 되지만, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 있는 모든 실시예를 포함해야 하는 것으로 의도된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 분산된, 달리 통합되지 않은 네트워크에서 콘 주기를 동기화하는 시스템, 장치 및 방법에 이용가능 하며, 더 상세하게는, 본 발명은 무선 인지 네트워크 사이에서 더 나은 공존을 가능하게 하는 동기화에 이용가능 하다.

Claims

무선 네트워크를 위한 동기화 시스템(400)으로서,

- 모든 디바이스{i(401_i)는 j(401_j)와 같지 않음}에 대해, 비컨 주기 시작 시간(BPST_j)(20j.1)을 갖는 비컨 주기(20j.2)에서 비컨(20j.2.1)을 전송하고, 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)(20i.1)을 갖는 비컨 주기(20i.2)에서 비컨(20i.2.1)을 수신하도록 구성된 복수의 통합되지 않은 무선 디바이스(j)(401_j)와,

- 모든 디바이스(j는 i와 같지 않음)에 대해 BPST_j(20j.1)이 BPST_i(20i.1)와 같도록 하기위해 디바이스(j)의 BPST_j를 정렬하는 비컨 정렬 장치(300)를 포함하되,

상기 비컨 정렬 장치(300)는 상기 디바이스(j)가 상기 복수의 디바이스 중 또 다른 디바이스(i)로부터 비컨(20i.2.1)을 수신하고, BPST_j(20j.1)와 BPST_i(20i.1)이 다를 때마다 각각의 디바이스(j)에 의해 사용되는, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2 20j.2)는 슈퍼프레임(20i 20j)의 초기에 발생하는, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 복수의 디바이스 중 각각의 디바이스(401_j)는 자신의 비컨 정렬 장치(300)를 포함하도록 더 구성되는, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 비컨 정렬 장치(300)는 알고리즘이 미리 지정된 횟수 번으로 수행되는 것과 BPST_j∈BPST_i의 제1 절반부(20i.1)인 것으로 구성된 그룹으로부터 선택된 상태 보류 중 하나(one of conditions holds)까지 미리 결정된 조정 방법(100)을 실행하고 그 후, BPST_j(20j.1)을 무작위수(a random number) 및 BPST_i(20i.1)로 각각 설정하기 위한 동기 장치 모듈(303)을 포함하도록 구성된, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2, 20j.2)는 슈퍼프레임(20i, 20j)의 초기에 발생하는, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 비컨 정렬 장치(300)는 알고리즘이 미리 지정된 횟수 번으로 수행되는 것과 BPST_j(20j.1)∈BPST_i(20i.1)의 제1 절반부(20i.1)인 것으로 구성된 그룹으로부 터 선택된 상태 보류 중 하나(one of conditions holds)까지 미리 결정된 조정 방법(100)을 실행하고 그 후, BPST_j(20j.1)을 무작위수(a random number) 및 BPST_i(20i.1)로 각각 설정하기 위한 동기 장치 모듈(303)을 포함하도록 구성된, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2, 20j.2)는 슈퍼프레임(20i, 20j)의 초기에 발생하는, 무선 네트워크를 위한 동기화 시스템.
비컨 정렬 장치(300)에 있어서,

- 비컨 주기 시작 시간(BPST_j)(20j.1)을 갖는 비컨 주기(20j.2)에서 자신의 비컨(304, 20j.2.1)을 전송하고, 또 다른 무선 디바이스(i)(401_i)의 비컨(301 20i.2.1)을 수신하기 위한 안테나(305)로서, 상기 수신된 비컨(301 20i.2.1)은 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)(20i.1)을 갖는 비컨 주기(20i.2)에서 수신되고 있는, 안테나와,

- 상기 수신된 비컨(301 20i.2.1)과 상기 수신된 비컨(301 20i.2.1)을 위한 동기화 카운터를 저장하기 위한 동기화 메모리(302)와,

- 상기 안테나(305)에 실시 가능하게 연결되어, 안테나(304)로부터 상기 수 신된 비컨(301 20i.2.1)을 수용하고, 상기 동기화 메모리(302)에 실시 가능하게 연결되어 상기 수용된 수신된 비컨(301, 20i.2.1)을 동기화 메모리(302)에 저장하고, 상기 동기화 카운터(302)를 이용하여, 상기 자신의 비컨(304, 20j.2.1)에 관하여 미리 결정된 조정 방법(100)을 실행하는 동기 장치 모듈을

포함하는, 비컨 정렬 장치.
제 8항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2, 20j.2)는 슈퍼프레임(20i, 20j)의 초기에 발생하는, 비컨 정렬 장치.
제 8항에 있어서,

상기 동기화 카운터는 미리 결정된 조정 방법(100)을 실행하기 위해 미리 결정된 횟수 번으로 설정되고,

상기 미리 결정된 조정 방법은, 반복(iteration)이 미리 결정된 횟수 번 수행되는 것과, BPST_j∈BPST_i(20i.1)의 제1 절반부인 것으로 구성된 그룹으로부터 선택된 상태 보류까지의 반복 단계와, 이후 BPST_j(20j.1)를 무작위수 및 BPST_i(20i.1)로 각각 설정하는 단계를 포함하는, 비컨 정렬 장치.
제 10항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2, 20j.2)는 슈퍼프레임(20i, 20j)의 초기에 발생하는, 비컨 정렬 장치.
복수의 통합되지 않은 무선 디바이스를 동기화시키는 방법(100)으로서,

- 비컨 주기 시작 시간(BPST_j)(20j.1)을 갖는 비컨 주기(20j.2)에서 자신의 비컨(20j.2.1)을 전송하는 또 다른 통합되지 않은 무선 디바이스(j)에 의해 통합되지 않은 무선 디바이스(i)로부터 비컨 주기 시작 시간(BPST_i)(20i.1)을 갖는 비컨 주기(20i.2)에서 비컨(20i.2.1)을 수신하는 단계와(여기서, j와 i는 같지 않음),

- 조정 절차(100)가 통합되지 않은 디바이스(i)를 위한 디바이스(j)에 의해 미리 결정된 횟수 번으로 실행되는 경우(104), 상기 디바이스(j)를 위한 비컨 주기 시작 시간(BPST_j)을 무작위수로 설정하고(105), 만약 그렇지 않을 경우 만약 BPST_j∈BPST_i의 제1 절반부(20i.1)라면, BPST_j를 BPST_i(20j.1)로 설정(108)하는 단계와,

- 상기 비컨 주기 시작 시간(BPST_j)(20j.1)을 갖는 비컨 주기(20j.2)에서 디바이스(j)(20j.2.1)에 의해 자신의 비컨을 전송하는 단계

를 포함하는, 복수의 통합되지 않은 무선 디바이스를 동기화시키는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 비컨 주기(20i.2, 20j.2)는 슈퍼프레임(20i, 20j)의 초기에 발생하는, 복수의 통합되지 않은 무선 디바이스를 동기화시키는 방법.