KR20120102368A - 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법 - Google Patents

간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 현채 사용 채널에 간섭이 발생하여 새로운 채널로 변경해야하는 경우에 새롭게 변경할 대상 채널의 특성을 파악하여 채널을 변경하는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법은, 디바이스 간에 소정의 주파수 대역에서 통신하고, 소정의 주파수 대역은 하나 이상의 채널을 포함하는 무선 네트워크에서, 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하고; 점유가 있는 경우에 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하고; 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있으면, 하나 이상의 채널 중 어느 한 채널로 사용 채널을 변경하고, 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있지 않으면, 다른 소스에 의해 점유되고 있는 채널 정보를 저장하고; 변경되는 사용 채널은 저장된 채널 정보에 따라 다른 소스에 의해 가장 최근에 점유되지 않은 채널로 변경된다.
이를 통해, 주기적으로 통신 환경을 모니터링하여 Interference Source가 사용하는 채널을 파악하여 간섭이 발생하면 민첩하게 채널을 변경할 수 있다. Interference Source의 Frequency locality특성을 파악함으로써 현재뿐만 아니라 미래에도 사용되지 않을 채널을 선택함으로써 간섭의 발생빈도를 줄일 수 있고, 채널을 변경의 횟수를 줄일 수 있다.

Description

간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법{Wireless Network Channel Allocation Method For Interference Avoidance}
본 발명은 무선 네트워크에서 통신을 할 때 발생하는 간섭을 회피하기 위해 무선 네트워크의 통신 채널을 할당하는 방법에 관한 것이다.
많은 무선 기기의 보급에 따라, 사용하고자 하는 무선 기기가 다른 통신 네트워크 또는 Microwave Oven 등의 전파를 사용하는 장치에 의해 통신 간섭을 받는다. 이러한 통신 간섭은 무선 기기의 통신 성능을 저하시키는 요인이 된다.
실제로 Control-based Application에 주로 사용되는 Zigbee Network(IEEE 802.15.4)의 경우, WLAN(IEEE 802.11 b/g/n)과 Microwave Oven들이 사용하는 주파수 대역과 동일 대역뿐만 아니라 인접 대역을 사용하게 되면 심각한 성능저하를 겪게 된다. 이러한 간섭을 피하기 위해서는 Interference Source가 통신하는 시간대를 회피하거나, 사용하는 주파수 대역을 회피하는 방법이 있다.
종래의 통신하는 시간대를 회피하는 방법은 Interference Source가 장시간 채널을 점유하는 경우 Communication Latency가 길어지는 등 통신성능이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 간섭회피를 위해 Interference Source가 사용하는 주파수 대역을 회피하는 방법에는 채널 할당 시에 간섭을 회피하기 위해서 현재 사용하고 있는 채널과 가장 멀리 떨어진 채널을 선택하는 방법 등이 있었다. 이러한 방법은 현재의 무선 통신 상태 및 Interference Source의 특성을 파악하지 않고 간단하게 채널을 선택하므로 구현이 용이하나, Interference Source가 많은 환경에서는 빈번하게 채널을 변경해야하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 현채 사용 채널에 간섭이 발생하여 새로운 채널로 변경해야하는 경우에 현재의 무선환경 및 노이즈의 패턴을 파악하여 채널을 변경함으로써 간섭을 회피하는 무선 네트워크 채널 할당 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법은, 디바이스 간에 소정의 주파수 대역에서 통신하고, 소정의 주파수 대역은 하나 이상의 채널을 포함하는 무선 네트워크에서, 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하고; 점유가 있는 경우에 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하고; 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있으면, 하나 이상의 채널 중 어느 한 채널로 사용 채널을 변경하고, 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있지 않으면, 다른 소스에 의해 점유되고 있는 채널 정보를 저장하고; 변경되는 사용 채널은 저장된 채널 정보에 따라 다른 소스에 의해 가장 최근에 점유되지 않은 채널로 변경된다.
또한, 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하는 것은, 하나 이상의 채널 각각이 가지는 에너지 값의 변화를 소정의 주기로 감지하고, 각 채널 중에서 감지된 에너지 값의 변화가 소정의 값 이상인 채널이 있으면 소정의 값 이상인 채널에 다른 소스의 점유가 있다고 판단하고, 감지된 에너지 값의 변화가 소정의 값 미만인 채널이 있으면 소정의 값 미만인 채널에 다른 소스의 점유가 없다고 판단한다.
또한, 다른 소스의 점유가 있는 경우에 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은, 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스 간의 통신 프레임의 응답 유무를 통해 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단한다.
또한, 소정의 주기는 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스의 특성에 따라 결정된다.
또한, 소정의 주기는 에너지 값의 변화가 소정의 값 이상인 채널 개수의 변동에 따라 가변될 수 있다.
또한, 다른 소스에 의해 점유되고 있는 채널 정보를 저장하는 것은, 다른 소스의 점유가 있는 하나 이상의 채널의 발생 순서를 저장하는 것이다.
또한, 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스 간의 통신 프레임의 응답 유무를 통해 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은, 디바이스 간의 통신 프레임 중 송신 프레임에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK(Acknowlege) 신호의 전달 유무를 통해 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것이다.
또한, 디바이스 간의 통신 프레임 중 송신 프레임에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK(Acknowlege) 신호의 전달 유무를 통해 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은,송신 신호에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK 신호의 비전달 횟수가 소정의 횟수 이상인 경우에는 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있다고 판단하고, 소정의 횟수 미만인 경우에는 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있지 않다고 판단하는 것이다.
또한, 저장되는 채널의 정보는, 하나 이상의 채널이 다른 소스의 사용 주파수 대역에 의해 점유되는 시간이고, 변경되는 사용 채널은, 저장된 채널의 시간을 기초로 가장 최근에 다른 소스의 점유가 발생하지 않은 채널로 변경된다.
또한, 저장되는 채널의 정보는, 다른 소스의 점유가 발생한 채널의 번호이다.
또한, 채널의 번호는, 다른 소스에 의한 점유 발생 시간 순서로 스택(Stack)의 위에 추가되면서 스택 형태로 저장된다.
또한, 채널의 번호는, 가장 최근에 다른 소스에 의해 사용된 채널일 수록 스택의 위쪽에 쌓이고, 최근에 다른 소스에 의해 사용된 적이 없는 채널일 수록 스택의 아래쪽에 쌓인다.
또한, 변경되는 사용 채널은, 스택 형태로 저장된 채널의 번호 중 가장 아래에 위치한 채널로 변경된다.
또한, 무선 네트워크는 지그비(Zigbee) 통신 프로토콜을 통해 디바이스 간에 소정의 주파수 대역에서 통신한다.
본 발명의 일 측면에 의한 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 통해, 주기적으로 통신 환경을 모니터링하여 Interference Source가 사용하는 채널을 파악하여 간섭이 발생하면 민첩하게 채널을 변경할 수 있다. 또한, Interference Source가 현재뿐만 아니라 미래에도 사용하지 않을 가능성이 높은 채널을 선택하여 채널을 변경의 횟수를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에 다른 소스에 의한 간섭이 발생하는 것을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하는 과정을 상세히 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 과정을 상세히 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3에 도시된 소정의 주기(Ts)를 가변하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에 다른 소스에 의한 간섭이 발생하는 것을 도시한 개략도이다.
여러 가지 디바이스가 무선 통신을 하기 위해 무선 네트워크 망에 접속하게 된다. 무선 통신을 하기 위해서는 소정의 통신 네트워크 망이 있어야 하고, 소정의 통신 네트워크 망은 소정의 범위를 가지는 주파수 대역에서 통신이 가능하도록 한다.
이 때, 사용하고자 하는 무선 네트워크 망(1)은 다른 무선 네트워크 망이나 전자 기기 등에 의해서 간섭을 받을 수 있는데, 이와 같은 간섭 현상은 제한된 주파수 대역을 여러 개의 네트워크 망이나 전자 기기 등이 사용함에 따라 발생하게 되는 것이다.
도 1에 도시된 무선 네트워크 망(1)은 지그비(Zigbee) 통신망, Wifi 통신망, Bluetooth 통신망, 이동 통신망 등이 될 수 있다. 또한, 무선 네트워크 망(1)에 간섭을 일으킬 수 있는 다른 무선 네트워크 망(2)도 도 1에 도시된 바와 같은 Wifi 통신망 뿐만 아니라 지그비(Zigbee) 통신망, Bluetooth 통신망, 이동 통신망 등이 될 수 있다. 도 1은 이 중에서 다른 무선 네트워크 망(2)이 Wifi 망인 경우를 도시하고 있다.
또한, 무선 네트워크 망(1)에 간섭을 일으킬 수 있는 것으로 전자 기기를 들 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 전기오븐(3)이 그 일 예이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 사용하고자 하는 무선 네트워크(1)가 지그비 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 이하 지그비 통신 프로토콜을 사용하는 무선 네트워크(1)에 대해 간섭을 일으킬 수 있는 장치 또는 네트워크 망에 대해 설명한다.
지그비 장치가 사용하는 주파수 대역인 2.4GHz ISM Band와 유사한 주파수 대역을 사용하는 대표적인 장치는 다음과 같다.
Smart Phone, Tablet PC, Note PC, 인터넷전화기(VoIP)에서 사용하는 WiFi (802.11b/g/n), Headset, hand-free earphones에서 상용하는 Bluetooth, 음식 조리 시에 사용하는 Microwave Oven(이하 MWO라 한다)이 대표적인 장치이다.
이 중에서 Bluetooth는 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)방식을 사용하는데, 이 방식은 계속 채널을 변경하면서 통신하는 방식이다.
WiFi의 경우는 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) 또는 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)방식을 사용하는데, Bluetooth와는 달리 사용자가 강제로 변경하지 않는 이상 설정된 채널을 계속 유지하면서 사용한다. Bluetooth는 채널당 Bandwidth가 1MHz인데 반해 WiFi는 채널당 Bandwidth 22MHz/40MHz로 주파수 채널이 넓다.
Microwave Oven (MWO)의 경우에는 중심주파수가 2.45GHz로 고정되어 있다.
이상에서 살펴보았듯이, Bluetooth를 제외한 다른 무선 장치들은 채널을 빈번하게 변경하지 않고 통신을 하고 있으며, Bluetooth는 무선 장치 중에서 상대적으로 작은 출력으로 통신을 한다. WiFi, MWO, Bluetooth를 상호 비교해 보면 Bluetooth가 가장 작은 출력으로 동작하고, MWO가 가장 큰 출력으로 동작하므로 Bluetooth의 의한 간섭 영향은 상대적으로 가장 작다. 따라서 사용하자고 하는 무선 네트워크(1)의 간섭 문제를 해결하고자 할 때, Bluetooth를 제외한 나머지 Interference Source만 고려하여도 충분한 성능향상을 기대할 수 있다.
또한, 2.4GHz ISM밴드를 사용하는 무선 장치는 다양한데, 최근에 Smart Phone, Tablet PC, DLNA (Digital Living Network Association)를 지원하는 PC, TV, Phone 등 WiFi를 사용하는 장치 및 서비스 등을 들 수 있다. 이와 같은 장치 및 서비스 역시 지그비 통신에 간섭을 일으킬 수 있다.
이하에서는 위에서 살펴본 바와 같은 통신 장치 및 네트워크의 간섭을 회피할 수 있는 방법을 도 2 내지 도 6를 통해 설명한다.
일반적으로 외부 소스에 의한 간섭 현상을 회피하기 위한 방법으로, 외부 소스에 의해 간섭이 발생한 현재 사용 채널을 임의의 다른 채널 중 하나로 변경하는 방법이 사용된다. 이런 방식은 간섭이 일어나는 그 시점만을 고려하므로, 추후에 간섭이 다시 발생하면 또 사용 채널을 변경해야해서 결국 채널의 변경 횟수가 증가하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법은 무선 네트워크(1)가 현재 사용하는 채널에 간섭이 발생하는 경우 뿐만 아니라 현재 사용하는 채널에 간섭이 발생하지 않는 경우에도 다른 소스의 간섭 가능성을 파악한다. 즉, 사용하고자 하는 무선 네트워크(1)의 현재 사용 채널의 주파수 뿐만 아니라 현재 사용하고 있지 않은 채널까지에 대해서도 외부 소스에 의한 간섭이 있는지 여부를 고려해서, 추후에 무선 네트워크(1)의 사용 채널에 간섭이 발생했을 때 미리 고려한 채널의 특성을 반영하여 사용 채널을 변경하여 할당한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 무선 네트워크(1)에 영향을 주는 간섭원이 있는지 파악하기 위해 주파수 대역을 스캔한다(100). 여기서 주파수 대역을 스캔하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있는데, 일 예로, 소정의 주기로 전 채널을 스캔하고, 각 채널을 스캔할 때 에너지 값이 소정의 값 이상인지 또는 미만인지에 따라 채널을 검출하는 방법이 있다.
다음, 스캔한 주파수 대역에서 다른 소스의 점유가 감지되었는지를 판단한다(200). 스캔한 주파수 대역에서 다른 소스의 점유가 감지되었는지를 판단하는 방법도 여러 가지가 있을 수 있는데, 일 예로 위에서 설명한 스캔한 채널의 에너지를 통해 다른 소스의 점유를 감지할 수 있다. 이에 대한 상세한 과정은 후술한 도 3에서 설명한다.
다음으로, 다른 소스에 의해 사용이 감지된 채널이 현재 무선 네트워크(1)가 사용하고 있는 채널인지를 판단한다(300). 만약 다른 소스의 사용이 감지된 채널이 현재 무선 네트워크(1)가 사용하고 있지 않은 채널이면, 추후에 채널을 할당할 때 이용하기 위해서 감지된 채널의 정보를 메모리 등에 저장한다(500). 여기서 저장되는 채널의 정보는 감지된 채널의 번호 또는 감지된 시간(순서) 또는 해당 채널에 감지된 다른 소스의 정보를 포함한다. 다른 소스의 사용이 감지된 채널의 정보를 메모리 등에 저장한 후에는 무선 네트워크(1)가 현재 사용하고 있는 채널에 간섭이 발생할 때까지 소정의 주기에 따라 주파수 대역 전체를 스캔한다(100 단계로 복귀).
만약 감지된 채널이 현재 무선 네트워크(1)가 사용하고 있는 채널이면, 다른 소스에 의해 현재 사용 채널이 간섭을 받는 것이므로 간섭이 없는 다른 채널로 사용 채널을 변경하는 단계를 수행한다. 즉, 다른 소스에 의해 점유되었는지 알 수 있는 채널별 정보를 기초로 가장 최근에 다른 소스에 의해 사용되지 않은 채널을 새로운 사용 채널로 변경하여 할당한다(400).
가장 최근에 다른 소스에 사용되지 않은 채널을 선택하는 이유는 그 채널이 현재에도 다른 소스에 의해 사용되지 않을 뿐만 아니라, 미래에도 사용되지 않을 확률이 높기 때문이다. 왜냐하면, Bluetooth를 제외한 대분분의 간섭 소스(Interference Source)는 사용자가 강제로 설정하지 않는 한 계속 하나의 채널을 사용하는 특성이 있기 때문이다. 이러한 성질을 Frequency Locality라고 한다.그 다음에는 새롭게 할당된 채널을 통해 통신을 수행하고, 계속해서 간섭을 일으킬 수 있는 다른 소스의 존재를 스캔한다(100 단계로 복귀).
도 2을 통해 설명한, 스캔한 주파수 대역에서 다른 소스의 점유가 감지되었는지를 판단하는 단계는 여러 형태로 실시될 수 있는데 본 발명의 일 실시예에 따른 판단 방법은 도 3과 같은 실시예로 실시될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하는 과정을 상세히 도시한 순서도이다.
먼저, 무선 네트워크(1)가 포함하는 하나 이상의 채널이 다른 소스가 사용하는 주파수 대역에 의해 간섭이 발생하는지 여부를 판단하기 위해, 무선 네트워크(1)의 채널 각각의 에너지 값 변화를 소정의 주기(Ts)로 스캔한다(210). 여기서 채널 각각의 에너지 값 변화를 소정의 주기로 스캔하는 것은 ED(Energy Detection) Scan 방식을 이용한 것이다. 여기서 ED Scan 방식을 적용하여 스캔하는 채널은 무선 네트워크(1)가 현재 사용하고 있는 채널 뿐만 아니라 무선 네트워크(1)가 포함하는 전 채널이 될 수 있다.
다음, 위의 스캔을 통해 감지된 에너지 값 또는 변화량이 소정의 값 이상인지를 판단한다(220). 만약 채널의 에너지 값 또는 변화량이 소정의 값 미만이면 다른 소스에 의한 간섭이 없는 것이므로 다시 간섭을 일으킬 수 있는 다른 소스를 스캔하는 단계(도 2의 100 단계)로 이동한다. 만약 채널의 에너지 값 또는 변화량이 소정의 값 이상이면 해당 채널은 다른 소스에 의해 점유되어 있는 것으로 판단한다(230). 이렇게 다른 소스에 의해 각 채널의 점유 여부를 판단한 후에는 다시 도 2에 도시된 단계 300으로 이동한다.
Zigbee의 경우를 예로 들면, 총 2.4GHz ISM밴드 내에서 16개의 채널이 있으며 이 중에 한 채널이 현재 통신용으로 사용되고 있을 수 있다. 주기적으로 16개의 채널을 순차적으로 스캔하여 현재 통신하고 있는 채널뿐만 아니라, 다른 전 채널에 대해서도 스캔을 수행하여 채널 중에서 어느 채널이 다른 소스에 의해 점유되고 있는지를 감시한다.
본 발명의 일 실시예에서는 Ts를 주기로 하여 한 채널씩 스캔하는 것으로 정의하였지만, Zigbee chip의 특성을 고려해 볼 때, 한 번에 전 채널을 스캔하고, Ts값을 크게 하는 방법도 적용 가능하다. 만약 ED Scan을 수행하던 중에 미리 정의한 소정의 값인 threshold value보다 높은 값이 감지되면, 다른 소스에 의해 해당 주파수 대역(채널)이 점유되어 있다고 판단할 수 있고, 그 채널이 무선 네트워크(1)의 현재 사용 중인 채널인 경우에는 바로 해당 채널에 간섭이 발생했다고 판단하거나 또는 더 정확한 간섭 여부를 감지하기 위해 간섭 가능성 지수(Interference Detection Count)를 하나 증가시킬 수 있다. 즉, 더 정확한 간섭 여부를 감지하기 위해 사용되는 간섭 가능성 지수가 소정의 값 이상이 되면 해당 채널에 간섭이 발생했다고 판단할 수 있다. 만약 다른 소스에 의해 사용 중인 것으로 판단된 채널이 무선 네트워크(1)의 현재 사용 중인 채널이 아닌 경우에는, 채널 별로 다른 소스에 의한 사용이 감지된 시간(순서)를 기록한다.
위에서 설명한, 에너지 변화량 값인 threshold value를 작게 설정하면 작은 노이즈에 대해서도 다른 소스에 의한 점유 여부를 감지하므로 민첩하게 채널을 변경할 수 있지만, 통신이 가능한 약간의 노이즈에도 채널을 바꾸게 되는 경우가 발생하여 빈번하게 채널이 변경될 수 있는 단점이 있다. 반면 threshold value를 크게 설정하면 큰 노이즈만 감지하므로 채널을 변경하는 횟수는 줄어들지만, 간섭에 민첩하게 대응하지 못하는 경우가 발생한다.
위에서 설명한 바와 같이, 간섭원이 되는 다른 소스의 주파수 특성(Frequency locality)을 파악하가 위해 소정의 주기(Ts)로 채널을 스캔하는데, 주기적으로 스캔하는 것으로 인해서 추가적인 오버헤드가 필요하게 될 수 있다.
간단하게는 Ts를 고정시켜서 사용할 수 있지만, 스캔한 결과가 변하지 않고 일정하거나, 간섭이 발생할 가능성이 낮은 채널에서만 부분적으로 변하는 경우, 주파수 특성을 확장시켜 현 무선 네트워크 환경이 안정화 되어 있다고 판단할 수 있다.
이와 같은 경우 오버헤드를 줄이기 위해, Ts를 증가시켜 채널 스캔을 상대적으로 덜 빈번하게 하다가, 채널 스캔 시 의미있는 변화가 감지되면, 다시 Ts를 감소시켜 채널을 자주 스캔할 수 있다. 즉, 스캔이 필요한 경우에만 스캔 주기를 작게 하여 정밀도 있게 채널의 변화를 감지할 수 있다. 이러한 Ts의 증감 폭은 무선 네트워크(1)의 통신 프로토콜 또는 각 어플리케이션인 무선 네트워크(1)의 디바이스 특성에 따라 결정된다.
또한, Ts는 스캔되는 채널의 에너지 값의 변화가 소정의 값 이상인 채널 개수의 변동에 따라 결정될 수 있다. 즉, 무선 네트워크(1)가 포함하는 하나 이상의 채널 중에 어느 한 채널이 다른 소스에 의해 점유되는 것으로 판단된 상태에서, 다음 스캔 주기 동안 스캔된 다른 한 채널이 다른 소스에 의해 점유되는 것으로 판단되면, 총 두 개의 채널에서 다른 소스에 의한 점유가 발생하는 것이므로 정밀도 있게 간섭 가능성을 스캔하기 위해서 Ts를 감소시켜 무선 네트워크(1)의 채널을 스캔할 수 있다.
이러한 스캔 주기(Ts)를 네트워크 환경에 따라 적절하게 조절할 수 있는데, 이에 대해서는 도 5를 통해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3에 도시된 소정의 주기(Ts)를 가변하는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저 무선 네트워크(1)가 포함하는 하나의 채널 또는 전체 채널의 에너지 변화를 소정의 주기로 스캔한다(211). 그 다음, 소정의 주기를 통해 스캔된 채널 각각의 에너지 변화가 이전 주기인 이전 시간의 상태와 달라졌는지 여부를 판단한다(212). 이는 고정된 주기로 채널을 스캔하다가 의미있는 변화가 채널에서 발생하는지 여부를 판단하는 것이다. 의미 있는 변화가 있다면 좀 더 정밀한 스캔이 필요하기 때문이다.
만약 스캔을 통해 감지된 채널별 에너지 변화가 이전 주기의 상태와 달라졌다면 다른 소스가 일정 부분의 주파수 대역을 사용하고 있다는 것이므로, 이를 정밀하게 감지하기 위해서 스캔 주기(Ts)를 감소시킨다(213). 만약 스캔을 통해 감지된 어느 한 채널의 에너지 변화가 이전 주기의 상태와 차이가 거의 없다면 현재 메모리에 저장되어 있는 채널별 다른 소스에 의해 점유되어진 시간(순서) 정보의 변화 가 없는 것이므로, 에너지 스캔의 오버해드를 줄이기 위해서 스캔 주기(Ts)를 증가시킨다(214). 이러한 스캔 주기의 조정을 수행한 후에는 다시 조정된 스캔 주기로 무선 네트워크(1) 채널의 에너지 변화를 스캔한다(211 단계로 복귀).
다음으로, 사용하고자 하는 무선 네트워크(1)의 디바이스 간에 송수신되는 프레임에 대한 ACK(Acknowledge) 신호의 수신여부를 검사하여, ACK 신호의 수신 유무를 통해 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 실시예에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 소스의 점유가 있는 채널이 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 과정을 상세히 도시한 순서도이다.
먼저, 무선 네트워크(1) 망에 접속되는 디바이스 간에서 프레임을 송신한다.(340). 간섭확인을 위해 별도의 프레임을 사용할 수 있고, 각 네트워크별 기능 구현을 위해 사용되는 일반적인 데이터 프레임을 사용할 수 있다. 여기서 ACK 신호는 무선 네트워크(1) 망을 통해 송수신되는 프레임이 올바르게 송신되고 수신되었는지를 확인시키는 신호이다. 다음으로, ACK 신호가 송신 프레임에 대응하여 올바르게 수신되는지 여부를 판단한다(350). 즉, 하나의 프레임을 무선 네트워크(1) 망의 채널을 통해 송신하면, 프레임을 수신하는 수신 디바이스에서 정확하게 프레임을 수신하였다고 ACK 신호를 전송하게 되고, 이 ACK 신호를 다시 프레임을 전송한 디바이스에서 수신하여야 무선 네트워크(1)를 통해 통신하는 채널이 다른 소스에 의해 간섭을 받고 있지 않다는 것이다.
만약 ACK 신호가 송신단에서 수신되지 않으면, ACK 신호가 비정상적으로 수신됨을 나타내는 NACK 값을 1 증가시킨다(360). 만약 ACK 신호가 송신 단에 정상적으로 수신되면 해당 채널이 다른 소스에 의해 간섭이 발생하고 있지 않은 것이므로, 다른 소스의 점유가 감지된 채널의 정보를 저장하는 단계 500으로 이동한다.
다음으로, ACK 신호가 송신단에 정상적으로 수신되지 않아 증가되는 NACK 값이 소정의 값 이상인지를 판단한다(370). 만약 NACK 값이 소정의 값 이상이면 해당 채널에서 이루어지는 통신이 정상적이지 않다는 것을 의미하므로, 통신 디바이스가 현재 통신하고 있는 채널에 간섭이 있는 것으로 판단한다(380). 만약 NACK 값이 소정의 값 미만이면 해당 채널에서 이루어지는 통신이 정상적이거나 또는 다른 소스가 간섭원은 되지만 그 영향이 무시할 만큼 작은 것이므로 다른 소스의 점유가 감지된 채널의 정보를 저장하는 단계 500으로 이동한다.
마지막으로, 도 2에 도시된 저장된 다른 소스의 채널 사용 정보를 통해 가장 최근에 다른 소스에 의한 점유가 발생하지 않은 채널로 사용 채널을 변경하여 할당하는 단계 400에 대해 설명한다.
사용하고자 하는 무선 네트워크(1)의 현재 사용 채널이 다른 소스의 사용 주파수에 의해 간섭을 받는 경우, 이를 회피하여 새로운 채널을 사용 채널로 변경하여 할당할 수 있는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 두 가지 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 주기로 각 채널의 에너지 값 변화를 스캔하여 채널별로 다른 소스의 사용 여부 및 사용시간을 관리하고, 현재 사용 중인 채널에 다른 소스의 사용 주파수에 의한 점유가 발생하면 그 점유가 발생한 시간을 저장하고, 무선 네트워크(1)의 현재 사용 채널에 그 점유가 발생한 경우 현재의 시간과 저장된 각 채널의 점유 발생 시간을 비교하여, 가장 최근에 사용되지 않은(Least Recently Used) 채널로 사용 채널을 변경, 할당하는 방법이다. 이와 같은 방법은 도 3에 도시된 ED Scan에서 다른 소스에 의한 채널 사용이 감지되면 그 시점을 기록하고, 그 시간을 활용하는 Time Stamp 기법이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 간섭 회피 방법도 역시 도 3에 도시된 ED Scan 과정에서 채널 별 다른 소스에 의해 사용되는 것을 감지한 정보를 사용한다. 다만, 무선 네트워크(1)의 전 채널에 대해 다른 소스의 사용이 감지되면 그 다른 소스에 의해 사용된 시간을 저장할 때, 스택(stack)을 활용하여 다른 소스에 의해 채널이 사용된 순서를 저장한다. stack을 활용하여 채널 별 다른 소스에 의한 사용 정보를 저장하고 이를 통해 간섭 회피를 수행하는 과정을 도 6을 통해 이하 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 도시한 순서도이다.
ED scan 시에 소정의 값인 Threshold value보다 높은 값이 감지되면, 그 채널 번호를 stack에서 제거하고 stack의 top에 다시 추가한다. 이런 과정을 반복하게 되면 오랜 시간 동안 사용(점유)되지 않은 채널 번호는 stack의 아래쪽에 위치하게 되고, 다른 소스에 의해 최근에 사용된 채널 번호는 stack의 위쪽에 위치하게 된다.
도 6에 도시된 것 stack은 지그비 통신의 경우를 예로 들어 나타낸 것이다. 지그비 통신의 경우 일반적으로 사용 주파수 대역을 16개의 채널로 나누어 통신을 수행한다.
도 6의 좌측에 도시된 초기 상태인 stack을 볼 때, 초기에 채널 번호 11부터 26까지 순서대로 stack에 들어있다. 사용하고자 하는 지그비 통신 무선 네트워크(1)가 활성화 된 상태에서, 다른 소스인 WiFi 네트워크의 WiFi 채널 1과 6이 동작하게 되면, 두 개의 WiFi Network 채널에 의해 지그비 네트워크에서는 12, 13, 14, 17, 18 채널이 ED scan시에 채널의 에너지 변화가 감지가 되게 된다.
초기 stack 상태에서 다른 소스인 WiFi 네트워크의 WiFi 채널 1과 6이 동작하게 됨에 따라, 초기 상태의 stack은 도 6에 도시된 좌측 두 번째 stack 상태로 변하게 된다. 즉, 에너지 변화가 감지가 된 채널(12, 13, 14, 17, 18 채널)은 stack에서 임시로 제거된 후 stack의 top에 추가된다.
다음으로, 도 6에 도시된 좌측 세 번째 stack 상태에 대해 설명한다. MWO(3)가 동작하게 되면 두 번째 stack 상태에서 Zigbee 채널 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21에서 MWO(3)에 의한 점유가 감지되고, 이 채널들은 stack에서 제거되고 stack의 top에 추가되어서, 세 번째 stack 상태를 형성하게 된다.
다음으로, 도 6에 도시된 좌측 네 번째 stack 상태에 대해 설명한다. 다른 소스인 WiFi가 채널 6에서 다시 동작하게 되면 지그비 통신 네트워크(1)의 채널 16, 17, 18, 19에서 WiFi의 점유가 감지되고, 세 번째 stack 상태에서 점유되는 주파수 채널들은 일시적으로 stack에서 제거된 후 stack의 top에 추가된다.
이런 과정을 반복하면서 stack을 변경해 나가면, 최근에 다른 소스(2)에 의해 사용되었던 채널은 stack의 윗 쪽에 위치하게 되고, 오랜 시간 동안 사용되지 않은 채널일수록 stack의 아래 쪽에 위치하게 된다. 만약 현재 채널에 다른 소스에 의한 점유가 발생하여 다른 소스에 의한 간섭이 있다고 판단되면, stack의 가장 아래 쪽에 있는 채널로 채널을 변경하여 새로운 사용 채널로 할당한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법을 통해, 주기적으로 사용하고자 하는 무선 네트워크(1)의 통신환경을 모니터링 함으로써, 다른 소스가 사용하는 채널을 파악하여 간섭이 발생하면 민첩하게 채널을 변경할 수 있다.
그래서, 간섭이 발생하면 그 때부터 어떤 순서에 의해 채널을 스캐닝하여 그 시점에 다른 장치에 의해 사용되지 않는 채널을 선택하는 종래의 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법에 비해, 다른 소스에 의해 채널이 점유되는 상태를 모니터링하고, 간섭이 발생할 경우 변경할 새로운 채널을 선정하고 있으므로, 채널을 변경하는데 소요되는 시간이 작게 된다. 또한, 종래의 간섭 회피 방법은 현재의 무선 상태만 고려하여 채널을 선택하므로 간섭이 발생하여 새로운 채널을 찾기 위해 검사하는 당시는 사용되지 않았지만 다른 소스에 의해 빈번하게 사용되는 채널로 변경될 경우가 발생할 수 있다. 만약 다른 소스에 의해 빈번하게 사용되는 채널로 변경되었다면, 새로운 채널로 변경하지 얼마 되지 않아 또다시 간섭회피를 위해 채널을 변경해야 한다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법은 다른 소스의 주파수의 지역적 특성(Frequency Locality)를 이용하므로, 현재뿐만 아니라 미래에도 사용되지 않을 채널을 선택할 수 있고 종래 방법에 비하여 간섭이 발생하는 경우에 수행하는 채널 변경 횟수를 줄일 수 있다.
1 : 무선 네트워크 2 : 다른 소스
3 : MWO

Claims (14)

  1. 디바이스 간에 소정의 주파수 대역에서 통신하고, 상기 소정의 주파수 대역은 하나 이상의 채널을 포함하는 무선 네트워크에서,
    상기 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하고;
    상기 점유가 있는 경우에 상기 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하고;
    상기 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있으면, 상기 하나 이상의 채널 중 어느 한 채널로 사용 채널을 변경하고,
    상기 다른 소스에서 점유하고 있는 하나 이상의 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있지 않으면, 상기 다른 소스에 의해 점유되고 있는 상기 채널 정보를 저장하고;
    상기 변경되는 사용 채널은 상기 저장된 채널 정보에 따라 상기 다른 소스에 의해 가장 최근에 점유되지 않은 채널로 변경되는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상 채널의 일부 또는 전부가 다른 소스에 의해 점유되는지 여부를 판단하는 것은,
    상기 하나 이상의 채널 각각이 가지는 에너지 값의 변화를 소정의 주기로 감지하고, 각 채널 중에서 감지된 에너지 값의 변화가 소정의 값 이상인 채널이 있으면 상기 소정의 값 이상인 채널에 다른 소스의 점유가 있다고 판단하고, 감지된 에너지 값의 변화가 소정의 값 미만인 채널이 있으면 상기 소정의 값 미만인 채널에 다른 소스의 점유가 없다고 판단하는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다른 소스의 점유가 있는 경우에 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은,
    상기 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스 간의 통신 프레임의 응답 유무를 통해 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것인 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 주기는 상기 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스의 특성에 따라 결정되는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소정의 주기는 상기 에너지 값의 변화가 소정의 값 이상인 채널 개수의 변동에 따라 가변될 수 있는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다른 소스에 의해 점유되고 있는 채널 정보를 저장하는 것은,
    상기 다른 소스의 점유가 있는 하나 이상의 채널의 발생 순서를 저장하는 것인 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 무선 네트워크에서 통신하는 디바이스 간의 통신 프레임의 응답 유무를 통해 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은,
    상기 디바이스 간의 통신 프레임 중 송신 프레임에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK(Acknowlege) 신호의 전달 유무를 통해 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것인 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디바이스 간의 통신 프레임 중 송신 프레임에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK(Acknowlege) 신호의 전달 유무를 통해 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있는지 여부를 판단하는 것은,
    상기 송신 신호에 대응하여 발생하는 확인 신호인 ACK 신호의 비전달 횟수가 소정의 횟수 이상인 경우에는 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있다고 판단하고, 소정의 횟수 미만인 경우에는 상기 다른 소스의 점유가 있는 채널이 상기 무선 네트워크에서 현재 사용되고 있지 않다고 판단하는 것인 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 저장되는 채널의 정보는,
    상기 하나 이상의 채널이 상기 다른 소스의 사용 주파수 대역에 의해 점유되는 시간이고,
    상기 변경되는 사용 채널은, 상기 저장된 채널의 시간을 기초로 가장 최근에 상기 다른 소스의 점유가 발생하지 않은 채널로 변경되는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 저장되는 채널의 정보는,
    상기 다른 소스의 점유가 발생한 채널의 번호인 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채널의 번호는,
    상기 다른 소스에 의한 점유 발생 시간 순서로 스택(Stack)의 위에 추가되면서 스택 형태로 저장되는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 채널의 번호는,
    가장 최근에 상기 다른 소스에 의해 사용된 채널일 수록 상기 스택의 위쪽에 쌓이고, 최근에 다른 소스에 의해 사용된 적이 없는 채널일 수록 상기 스택의 아래쪽에 쌓이는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변경되는 사용 채널은,
    상기 스택 형태로 저장된 채널의 번호 중 가장 아래에 위치한 채널로 변경되는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 지그비(Zigbee) 통신 프로토콜을 통해 상기 디바이스 간에 소정의 주파수 대역에서 통신하는 간섭 회피를 위한 무선 네트워크 채널 할당 방법.
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