KR20160010408A - 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(Device to Device; D2D)을 하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 채널 호핑을 하며 단말 간 통신을 하고 있는 제1 단말이 새로운 단말 간 통신의 대상이 되는 제2 단말을 발견하는 단계로서, 상기 제1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제1 시간 구간에서 제1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제2 단말을 발견하고, 상기 제1 단말이 상기 전체 발견 주기의 제2 시간 구간에서 제2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하도록 설정되며, 상기 제1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제2 시간 구간에서의 제2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 단말 간 통신하는 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR MAKING DEVICE TO DEVICE COMMUNICATION IN WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 관한 것으로서, 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 효율적인 단말 간 통신(Device to Device; D2D) 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단말 간 통신을 하는 단말이 새로운 단말을 발견하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

셀룰러 통신(Cellular communication)에서 셀 내에 존재하는 단말은 통신을 수행하기 위하여 기지국에 접속하여 기지국으로부터 데이터를 주고 받기 위한 제어 정보를 수신한 다음에 기지국과 데이터를 송수신한다. 즉, 단말은 기지국을 통해서 데이터를 송수신하기 때문에 다른 셀룰러 단말에게 데이터를 전송하기 위해서는 자신의 데이터를 기지국에 전송하고 이를 수신한 기지국은 수신한 데이터를 다른 단말에게 전송하여 준다. 이렇게 한 단말이 다른 단말에게 데이터를 전송하려면 기지국을 통해서만 데이터를 전송할 수 있기 때문에 기지국은 데이터 송수신을 위한 채널 및 자원(resource)에 대한 스케줄링(scheduling)을 수행하며 채널 및 자원 스케줄링 정보를 각 단말에게 전송한다. 이와 같이 기지국을 통하여 단말 간 통신을 수행하려면 각 단말은 기지국으로부터 데이터를 송수신하기 위한 채널 및 자원 할당이 필요하지만 단말 간 통신은 단말이 기지국이나 중계기를 통하지 않고 데이터를 전송하기 원하는 단말에게 직접 신호를 송수신하는 구조를 가지고 있다.

단말 간 직접적으로 데이터를 송수신하는 단말 간 통신(Device-to-Device Communication)이 위와 같은 기존의 셀룰러 네트워크와 자원을 공유하여 통신이 수행되는 경우, 각 단말은 단말 간 통신을 위한 자원 할당이 이루어진 후 단말 간 통신을 진행하나 현재 단말 간 통신이 개시되기 위한 최초 신호의 전송 방식에 대하여 정의되지 않은 실정이다. 또한, 단말 간 직접적으로 데이터를 송수신하는 단말 간 통신이 위와 같은 기존의 셀룰러 네트워크와 자원을 공유하여 통신이 수행되는 경우, 단말 간 통신 중인 단말은 셀룰러 네트워크와 통신 중인 단말과의 동기가 어긋나거나 또한 서로 다른 단말들과 단말 간 통신 중인 단말들 간의 동기가 어긋나는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(D2D) 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다. 특히, 채널 호핑을 하는 단말의 동기화 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 양상인 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(D2D)하는 방법에 있어서, 제 1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제 1 시간 구간에서 제 1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제 2 단말을 발견하는 단계; 및 상기 제 1 단말이 상기 전체 발견 주기의 제 2 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제 2 시간 구간에서의 제 2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제 2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 단말은 상기 제 1 시간 구간에서 상기 제 1 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하여 채널 호핑할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 시간 구간에서의 상기 제 1 채널 호핑 시퀀스는 상기 제 2 시간 구간에서의 상기 제 2 채널 호핑 시퀀스와 상이할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 시간 구간에서의 상기 제 1 채널 호핑 시퀀스는 상기 제 2 시간 구간에서의 상기 제 2 채널 호핑 시퀀스와 동일할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 단말이 상기 제 2 단말을 발견하는 단계는, 상기 제 1 단말이 프로브 요청 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 제 2 단말로부터 상기 프로브 요청 메시지에 대한 응답으로 프로브 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 단말이 상기 프로브 요청 메시지를 전송하는 방식은, 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 및 브로드캐스트(broadcast) 중 하나의 전송 방식이다.

바람직하게는, 상기 제 1 단말은 상기 제 1 시간 이후에 상기 제 2 단말과 동기를 맞추는 단계를 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 단말은 상기 제 2 단말과 동기를 맞춘 후에, 상기 제 1 단말에 기존 연결되어 있는 단말과 동기를 맞추는 단계를 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 단말은 상기 제 2 단말 및 상기 기존 연결되어 있는 단말과 동기를 맞춘 후에, 소정의 시간을 경과하고, 단말 간 통신을 수행할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 단말이 상기 제 2 단말과 동기를 맞추는 단계는, 상기 제 1 단말 및 상기 제 2 단말 중 기존에 연결되어 있는 단말 간 통신의 개수가 더 많은 단말을 채널 동기 기준 단말로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 단말이 상기 제 2 단말과 동기를 맞춘 후에, 상기 제 2 단말에게 연결 요청 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 제 2 단말로부터 상기 연결 요청 메시지에 대한 응답으로 연결 응답 메시지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 양상인 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(Device to Device; D2D)하는 방법에 있어서, 제 2 단말이 제 1 단말로부터 프로브 요청 메시지를 수신하는 단계; 상기 프로브 요청 메시지에 대한 응답으로, 상기 제 1 단말에게 프로브 응답 메시지을 전송하는 단계; 및 상기 제 1 단말과 동기를 맞추는 단계를 포함하고, 상기 제 1 단말은, 상기 제 1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제 1 시간 구간에서 제 1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제 2 단말을 발견하고, 상기 전체 발견 주기의 제 2 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하는 단말이고, 상기 제 1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제 2 시간 구간에서의 제 2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제 2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(D2D)을 효율적으로 수행할 수 있는 방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 채널 호핑을 하는 단말이 새로운 단말과 단말 간 통신을 하는 경우에 있어서, 동기화를 효율적으로 수행하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
본 발명의 실시예들은 무선 액세스 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 액세스 시스템에 사용될 수 있다. CDMA 는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 IEEE 802.11 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 3GPP LTE 에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 4 는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5 는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 6 및 도 7 은 단말 간 통신이 적용되는 예를 도시한 도면이다.
도 8 은 단말의 채널 호핑의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 9 는 D2D 통신 환경에서 채널 호핑의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 10 은 단말 간 통신의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12 는 단말 간 통신의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14 는 본 발명의 단말 간 통신의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 15 는 채널 동기화 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16 은 채널 동기화 과정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 17 은 채널 동기화 과정의 또 다른 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 18 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 발견 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 19 내지 도 21 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 발견 주기를 나타내는 도면이다.
도 22 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경우에 단말을 발견하는 확률을 실험적으로 나타내는 그래프이다.
도 23 내지 도 26 은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 단말 발견 과정을 나타내는 도면이다.
도 27 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비콘 프레임의 구조를 나타낸다.
도 28 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 요청 프레임 및 연결 응답 프레임의 구조를 나타낸다.
도 29 는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE 의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동 통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정하며, 기기(device)와 혼용되어 사용될 수 있다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

본 발명이 적용될 수 있는 이동통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함), LTE-Advanced(이하 'LTE-A' 라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA 는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA 는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA 를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA 를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA 를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE 의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A 를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE/LTE-A 시스템

도 1 은 3GPP LTE 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 S101 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색 (Initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널 (P-SCH: Primary Synchronization Channel) 및 부동기 채널 (S-SCH: Secondary Synchronization Channel)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득한다.

그 후, 단말은 기지국으로부터 물리방송채널 (PBCH: Physical Broadcast Channel) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 단말은 S102 단계에서 물리하향링크제어채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel) 및 물리하향링크제어채널 정보에 따른 물리하향링크공유 채널 (PDSCH: Physical Downlink Shared Channel)을 수신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.

이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S103 내지 단계 S106 과 같은 임의 접속 과정 (Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리임의접속채널 (PRACH: Physical Random Access Channel)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고(S103), 물리하향링크제어채널 및 이에 대응하는 물리하향링크공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S104). 경쟁 기반 임의 접속의 경우, 단말은 추가적인 물리임의접속채널 신호의 전송(S105) 및 물리하향링크제어채널 신호 및 이에 대응하는 물리하향링크공유 채널 신호의 수신(S106)과 같은 충돌해결절차 (Contention Resolution Procedure) 를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 물리하향링크제어채널 신호 및/또는 물리하향링크공유채널 신호의 수신(S107) 및 물리상향링크공유채널 (PUSCH: Physical Uplink Shared Channel) 신호 및/또는 물리상향링크제어채널 (PUCCH: Physical Uplink Control Channel) 신호의 전송(S018)을 수행할 수 있다.

단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보(UCI: Uplink Control Information)라고 지칭한다. UCI 는 HARQ-ACK/NACK (Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR (Scheduling Request), CQI (Channel Quality Indication), PMI (Precoding Matrix Indication), RI (Rank Indication) 정보 등을 포함한다.

LTE 시스템에서 UCI 는 일반적으로 PUCCH 를 통해 주기적으로 전송되지만, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH 를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH 를 통해 UCI 를 비주기적으로 전송할 수 있다.

도 2 는 3GPP LTE 에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.

셀룰라 OFDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향링크/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE 표준에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 의 무선 프레임 구조를 지원한다.

도 2(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10 개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2 개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms 이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(RB: Resource Block)을 포함한다. 3GPP LTE 는 하향링크에서 OFDMA 를 사용하므로 OFDM 심볼은 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것이다. OFDM 심볼은 하나의 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. 자원 할당 단위로서의 자원 블록(RB: Resource Block)은, 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함한다.

하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치(CP: Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP 에는 확장 순환 전치(extended CP)와 일반 순환 전치(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 순환 전치에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7 개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 순환 전치에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 순환 전치인 경우보다 적다. 확장 순환 전치의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6 개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 순환 전치가 사용될 수 있다.

일반 순환 전치가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7 개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14 개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 최대 3 개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.

도 2 의 (b)는 타입 2 프레임 구조(frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 무선 프레임은 2 개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5 개의 서브프레임으로 구성되고, 1 개의 서브프레임은 2 개의 슬롯으로 구성된다. 5 개의 서브프레임 중 특히, 스페셜 서브프레임(special subframe)은 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(GP: Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)로 구성된다. DwPTS 는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS 는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.

상술한 무선 프레임의 구조는 하나의 예시에 불과하며, 무선 프레임에 포함되는 서브 프레임의 수 또는 서브 프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 3 은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.

도 3 을 참조하면, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7 개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 12 개의 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

자원 그리드 상에서 각 요소(element)를 자원 요소(RE: resource element)하고, 하나의 자원 블록은 12 × 7 개의 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록들의 수 NDL 은 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

도 4 는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 4 를 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 앞의 최대 3 개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심볼들은 PDSCH 이 할당되는 데이터 영역(data region)이다. 3GPP LTE 에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 일례로 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH, PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다.

PCFICH 는 서브 프레임의 첫번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 서브 프레임 내에 제어 채널들의 전송을 위하여 사용되는 OFDM 심볼들의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH 는 상향 링크에 대한 응답 채널이고, HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 나른다. PDCCH 를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보(DCI: downlink control information)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송(Tx) 파워 제어 명령을 포함한다.

도 5 는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 5 를 참조하면, 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 할당된다. 데이터 영역은 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해 하나의 단말은 PUCCH 와 PUSCH 을 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH 에는 서브 프레임 내에 RB 쌍이 할당된다. RB 쌍에 속하는 RB 들은 2 개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH 에 할당된 RB 쌍은 슬롯 경계(slot boundary)에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.

본 발명의 다양한 실시예들은 전술한 바와 같은 LTE 또는 LTE-A 시스템에 적용될 수도 있으며, 후술하는 바와 같이 WLAN 시스템에도 적용될 수 있다.

무선랜(WLAN) 시스템의 구조

IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호작용에 의해 상위계층에 대해 트랜스패런트한 STA 이동성을 지원하는 WLAN 이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(Basic Service Set; BSS)는 IEEE 802.11 LAN 에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다. BSS 에 포함된 STA 들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 칭할 수 있다. STA 이 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA 들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.

IEEE 802.11 LAN 에서 가장 기본적인 타입의 BSS 는 독립적인 BSS(Independent BSS; IBSS)이다. 예를 들어, IBSS 는 2 개의 STA 만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 이러한 구성은 STA 들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN 은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN 이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.

STA 의 켜지거나 꺼짐, STA 이 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS 에서의 STA 의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS 의 멤버가 되기 위해서는, STA 은 동기화 과정을 이용하여 BSS 에 조인할 수 있다. BSS 기반구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA 은 BSS 에 연관(associated)되어야 한다. 이러한 연관(association)은 동적으로 설정될 수 있고, 분배시스템서비스(Distribution System Service; DSS)의 이용을 포함할 수 있다.

LAN 에서 직접적인 스테이션-대-스테이션의 거리는 PHY 성능에 의해서 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 스테이션 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배시스템(Distribution System; DS)이 구성될 수 있다.

DS 는 BSS 들이 상호연결되는 구조를 의미한다. BSS 가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS 들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS 가 존재할 수도 있다.

DS 는 논리적인 개념이며 분배시스템매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(Wireless Medium; WM)와 분배시스템매체(DSM)을 논리적으로 구분하고 있다. 각각의 논리적 매체는 상이한 목적을 위해서 사용되며, 상이한 구성요소에 의해서 사용된다. IEEE 802.11 표준의 정의에서는 이러한 매체들이 동일한 것으로 제한하지도 않고 상이한 것으로 제한하지도 않는다. 이와 같이 복수개의 매체들이 논리적으로 상이하다는 점에서, IEEE 802.11 LAN 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 LAN 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 LAN 구조가 특정될 수 있다.

DS 는 복수개의 BSS 들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 기기를 지원할 수 있다.

액세스 포인트(AP)는, 연관된 STA 들에 대해서 WM 을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 의미한다. AP 를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 또한, 모든 AP 는 기본적으로 STA 에 해당하므로, 모든 AP 는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.

임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS 들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 ESS 네트워크라고 칭한다. ESS 는 하나의 DS 에 연결된 BSS 들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS 는 DS 를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 LLC(Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS 에 포함되는 STA 들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA 들은 LLC 에 트랜스패런트하게 하나의 BSS 에서 다른 BSS 로 (동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.

IEEE 802.11 에서는 BSS 들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS 들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS 들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS 들은 물리적으로 동일한 위치에 위치할 수 있고, 이는 리던던시를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 하나 (또는 하나 이상의) IBSS 또는 ESS 네트워크들이 하나 (또는 하나 이상의) ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 애드-혹 네트워크가 동작하는 경우나, 상이한 기관(organizations)에 의해서 물리적으로 중첩되는 IEEE 802.11 네트워크들이 구성되는 경우나, 동일한 위치에서 2 이상의 상이한 액세스 및 보안 정책이 필요한 경우 등에서의 ESS 네트워크 형태에 해당할 수 있다.

이하의 설명에서 non-AP STA 은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장치(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(Mobile Subscriber Station; MSS) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP 는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(Base Station; BS), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(evolved Node-B; eNB), 기저 송수신 시스템(Base Transceiver System; BTS), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.

다음으로, IEEE 802.11 시스템에서의 링크 셋업 과정에 대해서 간략하게 설명한다.

STA 이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연관(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연관, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연관 과정이라고 칭할 수도 있다.

STA 이 무선랜에서 동작하기 위해서, 먼저 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA 의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA 이 네트워크에 접속하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA 은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다.

스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.

능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP 가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA 에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS 에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA 일 수 있다. BSS 에서는 AP 가 비콘 프레임을 전송하므로 AP 가 응답자가 되며, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1 번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1 번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2 번 채널)로 이동하여 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2 번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.

또한, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11 에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA 으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS 에서 AP 가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA 은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS 에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.

능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.

STA 이 네트워크를 발견한 후에, 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.

인증 과정은 STA 이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다.

인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당하고, 인증 관련 정보(예를 들어, Authentication algorithm number, Authentication transaction sequence number, Status code, Challenge text, RSN(Robust Security Network), Finite Cyclic Group 등)을 포함할 수 있다. AP 는 STA 으로부터 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA 에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP 는 인증 처리의 결과를, 예를 들어, 인증 응답 프레임을 통하여 STA 에게 제공할 수 있다.

STA 이 성공적으로 인증된 후에, 연관 과정이 수행될 수 있다. 연관 과정은 STA 이 연관 요청 프레임(association request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 연관 응답 프레임(association response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다.

예를 들어, 연관 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연관 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임 아웃 간격(연관 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS 맵 등의 정보를 포함할 수 있다. 상기 예시는 연관 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시를 나타낸 것이며 추가적인 정보들이 더 포함될 수 있다.

STA 이 네트워크에 성공적으로 연관된 후에, 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있다.

보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹을 통해서, 프라이빗 키 셋업 (private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.

단말 간 통신(D2D: Device-to-Device communication)

근거리 통신(Short range communication)에서 단말 간 통신은 보통 피어 투 피어(peer-to-peer) 형태로 정의된다. 이 통신 주체들은 서로간의 임의 접속 방식이 정의되고 규약된 형태로 통신을 상호 수행하며, 어느 한쪽이 실제 공중 인터넷 망에 연결되어 있는지에 대한 고려가 필요하지 않다.

반면에, 셀룰러 네트워크에서의 통신은 반드시 기지국과 단말 간, 혹은 기지국과 등가의 존재와 단말 간의 통신으로 정의되며, 모든 통신의 행위는 모두 기지국 혹은 이의 등가 존재로부터 제어를 받는다. 이러한 규약 상에서 셀룰러 네트워크는 모든 단말의 동작을 일정한 규칙에 의거하여 제약 시킴으로써 최대의 수율(throughput)을 얻을 수 있는 구조를 갖는다. 반면에 이러한 규칙은 오히려 어플리케이션(application)에 따라서 혹은 단말의 채널 환경에 따라서 과도한 규칙의 측면(over-ruled aspect)이 존재하게 된다. 예를 들어 단말이 같은 데이터 트래픽을 전송하는데 소모할 파워의 결정도 기지국에서 하게 되고, 단말이 같은 데이터 트래픽을 전송하는데 있어서의 모든 동작(behavior)은 기지국으로부터 통제 받음으로써 근거리 통신에 대해서도 기지국을 중간에 두는 형식으로 동작해야 한다. 저전력을 소모하면서도 근거리 통신을 가능하게 하기 위해서, 단말은 또 다른 무선 접속 기술(RAT: radio access technology)을 활용하는 구조를 가져야 하거나 아니면 셀룰러 네트워크의 불편함으로 그대로 수용해야 한다. 이러한 구조적인 문제점은 단말의 채널 환경이 취약하여 네트워크에 접속할 때, 새로운 접속 경로를 찾아서 접속하면서 최적의 통신 경로를 사용하는 것에 대해서 제약을 가하는 형태이다.

도 6 및 도 7 은 단말 간 통신이 적용되는 예를 도시한 도면이다.

소스 단말과 기지국 사이의 전달손실(propagation loss)이 크거나 채널 품질이 일정 수준 이하인 경우에 단말 간 통신이 트리거(trigger)될 수 있다. 예를 들어, 도 6 의 (a)와 같이, 실내에 다수의 단말이 위치하는 경우, 단말 위치에 따라 채널의 상황이 달라질 수 있으므로, 소스 단말은 단말 간 통신을 통하여 데이터 처리량을 향상시키거나, 데이터 수신 품질을 증가시킬 수 있다. 또한, 도 6 의 (b)과 같이, 고층 빌딩 골목 사이에 소스 단말이 위치하여 소스 단말이 음영지역에 포함되어 있으나, 근처에 있는 다른 단말과의 채널은 좋은 상태라면, 단말은 근처의 단말과 통신하고 해당 채널이 좋은 단말은 기지국과 통신하여 데이터 트래픽의 소스가 되는 단말의 전력의 효율성과 수율(throughput)을 개선시킬 수 있다. 이와 같이, 복수의 단말들이 존재하고 이들을 관리하는 경우, 서버가 기지국을 통해서 각 단말들에게 접근하는 형태에서 특정 단말이 복수의 단말들에 대한 집합자(aggregator)역할을 수행하는 모델을 생각할 수 있다.

또 다른 예로써, 도 7 과 같이 단말이 셀룰러와는 다른 RAT 을 사용하지 않고, 셀룰러 만의 RAT 을 활용하여 근처의 단말과 통신하고자 한다면, 해당 데이터를 주고 받을 것을 기지국으로부터 통제를 받는다. 하지만, 물리적으로 아무리 가까운 단말 간이라도 상호간에 송수신하는 데이터는 반드시 기지국으로 전달되었다가 다시 목적된 단말에게 재전송되는 구조를 갖는 매우 비합리적인 통신구조를 수반하고 있다. 이 경우, 단말 간 직접 통신을 수행하는 단말들을 관리하는 소유자가 해당 단말들에 인접해서 관리하는 경우에, 기지국으로 데이터가 전달되기 보다는 바로 해당 소유자의 관리 단말로 바로 전달되는 것이 바람직하다.

이렇게 할 때, 또 다른 RAT (예를 들어 Wi-Fi, 블루투스, 지그비(Zigbee) 등)을 사용하는 경우와 비교한다면, 단말은 다중의 RAT 을 위한 모뎀을 포함하지 않아도 되기 때문에 저렴한 에코-시스템(eco-system)을 구성할 수 있으며, 또한 다중 RAT 을 사용하지 않음으로써, 불필요한 어플리케이션 계층(application layer)를 위한 프로세싱 구성을 구현할 필요도 없어진다. 또한, 단일의 RAT 기반으로 단말간 통신과 단말-기지국 간 통신을 위한 무선 인터페이스(air-interface)를 통합성 있게 설계함으로써, 다중의 RAT 기반에서 독립적으로 설계되었을 때 가질 수 있는 비효율성을 극복할 수도 있다. 즉 하나의 RAT 을 활용하여 근거리 통신과 셀룰러 네트워크 접속까지 허용한다면 매우 효율적인 D2D 장치들의 에코-시스템이 구성될 수 있다. 이러한 특징은 사용자 기기(human device)에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 이때는 적은 전력과 적은 복잡도를 가지는 장치를 통해서 근거리와 원거리 통신을 모두 수행할 수 있으며, 전력 소모 레벨(power consumption level)이나 수율 관리(throughput management)를 효율적으로 하기 위한 동적인 QoS 관리(active Quality of Service management)가 가능해진다.

이하, 본 발명에서 단말 간 (직접) 통신이란, 둘 이상의 단말 간 채널 상태가 좋거나, 단말들이 인접해 있는 경우 등의 상황에서, 기지국을 거치지 않고, 단말 간에 직접 통신을 수행하는 방법을 말한다. 이때, 각 단말은 데이터는 직접 통신을 통해 교환하나, 본 발명에 연관된 단말 간 통신은 단말 간 통신을 위한 소정 제어 정보가 기지국에 의해 제공된다는 점에서, 기지국의 관여 없이 단말 간에 데이터가 교환되는 블루투스(BT) 통신, 적외선 통신 등과 다르다.

이와 같은 단말 간 직접 통신은 단말-대-단말 통신(D2D communication/M2M(MS-to-MS) communication) 또는 피어 투 피어 통신 (P2P (Peer-to-Peer) communication) 등과 같은 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.

단말 간 통신 수행 방법

D2D 단말이 D2D 통신을 위한 자원을 할당 받은 후 이루어지는 최초 전송은 각 D2D 단말이 모두 D2D 통신을 위한 자원을 명확히 알고 있는 점에서 기존의 셀룰러 네트워크와의 최초 전송과 차이가 있다.

또한, D2D 통신이 기존의 셀룰러 네트워크와 자원을 공유하여 통신이 수행되는 경우, 셀룰러 네트워크 통신 중인 단말과 D2D 통신 중인 D2D 단말 간 또는 서로 다른 D2D 단말들과 D2D 통신을 수행 중인 D2D 단말 간의 동기(예를 들어, 서브프레임 시간 동기)가 어긋나는 문제가 발생할 수 있다. 셀룰러 네트워크를 사용하는 단말의 경우 기지국과 동기를 맞추어 신호를 전송하게 되나 이때의 경로에 따른 지연들이 D2D 통신 중인 D2D 단말과 상이하게 되므로 D2D 통신 중인 D2D 단말은 동기의 어긋남으로 인하여 인터-캐리어 간섭(inter-carrier interference)을 받게 된다. 따라서, 이로 인하여 발생되는 성능 저하를 방지하기 위한 방안이 필요하다.

D2D 통신의 경우 D2D 단말은 상호간의 대략적 동기(coarse synchronization)는 셀룰러 네트워크의 기지국을 이용하여 맞출 수 있으나, 셀룰러 네트워크와 경로가 상이하므로 직접 통신을 수행하는 D2D 단말 간의 미세 동기(fine synchronization)는 셀룰러 네트워크에서 기지국과의 동기 또는 서로 다른 D2D 단말들과 D2D 통신 중인 D2D 단말들 간의 동기와 상이할 수 밖에 없는 문제가 발생된다. 또한, D2D 통신에서는 D2D 단말의 하드웨어(H/W)적 한계로 인하여 하향링크 채널 구조로 데이터를 전송하는 것이 어려울 수 있으며, 상향링크 채널 구조로 데이터를 전송하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, D2D 통신을 수행하는 D2D 단말 간의 D2D 통신을 위하여 미세 동기(fine synchronization)를 맞추기 위한 참조 신호(또는 동기 신호)가 필요하다. 특히, 셀룰러 네트워크와는 달리 타 단말들과의 간섭을 최소화하기 위하여 송수신 D2D 단말들 모두 전송 전력에 제약이 있을 수 밖에 없는 직접 통신에서 동기를 정확하게 맞추는 것은 데이터 전송 성능과 밀접한 영향이 있으므로 동기를 위한 참조 신호의 설정은 매우 중요하다.

채널 호핑(channel hopping)

도 8 은 단말의 채널 호핑의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(이하, 단말) A 는 단말 B 및 단말 C 와 각각 세션을 설정하여 동시에 통신하고 있다. 단말 A 와 단말 B 의 단말 간 통신에 있어서는 채널 1 을 이용하여 통신하고 있고, 단말 A 와 단말 C 의 단말 간 통신에 있어서는 채널 2 를 이용하여 통신하고 있다. 본 발명에서는 IEEE 802.11 시스템을 가정하고 있으며, 이 중에서도 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance)를 가정한다. IEEE 802.11 의 CSMA-CA 시스템에서는 단말은 항상 고정된 채널을 센싱하는 것을 규정하고 있다. 다시 말해서, 단말 A 가 단말 B 와 채널 1 에서 송수신 통신하고 있는 경우에는, 단말 A 는 단말 C 와 송수신을 할 수 없게 된다.

동시에 두 단말과 송수신을 할 수 없는 상황에서 이를 해결하는 방안으로 크게 두 가지를 생각할 수 있다. 하나의 방법은, 두 세션 (예를 들어, 도 8 에서는 A-B, A-C)의 채널을 동일하게 설정하는 것이다. 단말 C 에게 통신 채널을 채널 1 로 변경하도록 요청할 수 있으며, 마찬가지로, 단말 B 에게 통신 채널을 채널 2 로 변경하도록 요청할 수도 있다. 단말 A 가 단말 B 및 단말 C 에게 둘 다 또 다른 채널 3 으로 변경하도록 요청하는 것도 가능하다.

하지만 하나의 채널에서 다수의 단말과 통신하는 경우에, 단말 A 는 항상 하나의 채널만 센싱하면 되지만, 단말 B 및 단말 C 의 통신 채널을 고려하지 못하는 방안이 될 수 있다. 단말 C 가 채널 1 을 이용하지 못하는 통신 환경에 놓일 수도 있으며, 혹은, 단말 A 와 연결된 단말이 단말 B 및 단말 C 뿐만 아니라, D, E, F, ... 등 다수의 단말들이 존재하는 경우에 하나의 채널로 통일 시키는 것은 자원을 비효율적으로 사용하게 되며, 성능을 저하시키는 문제가 있다.

또 다른 방법은, 단말 A 가 채널 1 및 채널 2 를 번갈아가며 통신을 하는 것이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 한 채널에서 동작하고 있는 동안에 다른 채널에서 오는 데이터를 수신하거나, 데이터를 전송하는 것은 불가능하다. 단말 A 와 마찬가지로, 단말 B 및 단말 C 도 다수의 단말들과 세션을 연결하여 통신할 수 있으므로, 단말 B 및 단말 C 도 복수의 채널을 번갈아가며(또는 일정한 순서로) 통신할 수 있다. 이렇게 단말마다 자기의 채널을 번갈아가며 통신하는 경우에, 단말 간에 정보가 충분하지 않으면 특정 시간에 같은 채널에서 동작하는 것은 통신 방해 변수로 인하여 정상적으로 통신하지 못할 수 있다. 따라서, 채널을 바꾸어가며 동작하는 것에 대한 일정한 규칙 또는 표준의 정의가 필요하다.

도 9 는 D2D 통신 환경에서 채널 호핑의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 단말은 A, B 및 C 로 3 명을 가정하고, 채널은 1,2,3 및 4 의 4 개를 가정한다. 도면에서, 단말 A, B 및 C 는 모두 같은 채널 시퀀스(ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4)로 호핑하고 있는 것을 알 수 있다. 이 채널 시퀀스는 반복되고 있으며, 단말 A, B 및 C 는 같은 시간에 같은 채널로 호핑하므로, IEEE 802.11 CSMA-CA 시스템에서 가정하는 하나의 채널만 센싱하는 것을 만족하므로, 원하는 단말과 데이터 송수신을 할 수 있다. 가장 먼저 동작을 시작한 단말이 자기의 채널 환경에 따라 자기의 채널 시퀀스(호핑 시퀀스)를 설정하고, 이 정보를 주변의 다른 단말들에게 제공하여, 다른 단말들은 이 정보를 참고하여 자기만의 채널 시퀀스를 설정하고, 원하는 단말과 세션을 만든다. 세션이 연결되면 서로의 채널 시퀀스 정보를 교환하여, 각 단말이 어느 시점에 어느 채널에서 동작하는지를 알 수 있게 된다.

도 10 은 단말 간 통신의 일 예를 보여주는 도면이다.

단말 간 통신(D2D) 방법으로, 제 1 채널 시퀀스로 동작하는 제 1 단말이 제 2 채널 시퀀스로 동작하는 제 2 단말과 새로운 세션을 연결하는 방법 중에서, 채널 시퀀스를 설정하는 방법을 설명한다.

먼저 제 1 단말은 제 2 단말로부터 단말 간 통신 요청 메시지를 수신하게 되고, 제 1 단말이 제 2 단말과의 통신을 원하는 경우, 요청 수락 메시지를 제 2 단말에게 전송할 수 있다. 제 1 단말이 제 2 단말과의 통신 요청을 수락하지 않는 경우에는 단말 간 통신은 이후 재요청이 있을 때까지 보류될 수 있다.

제 1 단말은 제 2 단말에게 자신의 채널 호핑 시퀀스인 제 1 채널 호핑 시퀀스를 전송할 수 있다. 이후, 제 2 단말로부터 제 2 채널 호핑 시퀀스 정보를 수신하고, 제 1 단말이 제 1 채널 호핑 시퀀스 정보 및 제 2 채널 호핑 시퀀스 정보에 기초하여, 제 3 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있다. 이 때, 제 3 채널 호핑 시퀀스 정보는, 제 1 단말에 세션 연결된 단말과의 통신에 대한 채널 정보 및 제 1 단말에 세션 연결된 단말과의 통신의 시간 구간 정보를 포함하게 된다. 즉 다시 말해서, 제 3 채널 호핑 시퀀스 정보에는 제 1 단말이 어떠한 주기로 동작하고 있으며, 주기 내에서 어떻게 채널 호핑을 하는지를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.

도 10 에 도시된 바와 같이, 단말 A, B 및 C 는 도 9 에서 설명한 바와 같이 같은 채널 호핑 시퀀스 (ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4)로 호핑하고 있는 상황을 전제하였다. 따라서, 단말 A, B 및 C 는 같은 시간 구간에 동일한 채널에서 A-B 간, A-C 간 및 B-C 간 통신이 가능하여, 서로 데이터를 송수신 할 수 있다. 다만, 하나의 단말이 둘 이상의 단말과 동일한 시간에 동시에 데이터를 송수신 하는 것은 CSMA-CA 시스템상 한계가 있는 것을 주의한다.

도 10 에서, 단말 A, B 및 C 는 일정한 채널 시퀀스로 호핑(hopping)하고 있다. 이 때, 새로운 사용자 단말 D 가 C 와 단말 간 통신(D2D)를 하려고 하는 경우가 문제된다. 먼저 단말 C 의 입장에서 볼 때, 단말 C 는 일정한 채널 호핑 시퀀스 (ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4)를 하나의 주기로 하여 반복 동작하며 통신하고 있다. 이 때, 단말 D 로부터 단말 간 통신 요청을 수신하는 경우, 단말 C 는 단말 D 와 통신하기 위해서 기존 단말 간 통신을 하고 있는 단말 A 및 B 와 새로운 단말 D 와 모두 통신할 수 있는 채널 호핑 시퀀스로의 설정 변경이 요구된다. 도 10 에서 하나의 주기는 4 개의 시간 구간으로 나누어지며, 첫번째 시간 구간에서는 ch.1 에서 통신하고 있으며, 두번째 시간 구간에서는 ch.3 에서, 세번째 구간에서는 ch.2 에서, 네번째 시간 구간에서는 ch.4 에서 통신하고 있다. 이때, 단말 C 가 단말 D 와의 단말 간 통신을 추가하기 위해서는 단말 D 의 채널 호핑 시퀀스 정보를 알아야 한다. 단말 D 는 단말 C 에게 단말 간 통신을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다. 단말 C 는 단말 D 와의 통신 요청을 수락하는 경우에, 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함하는 메시지를 단말 D 에게 전송할 수 있다. 채널 호핑 시퀀스를 포함하는 메시지를 전송하는 것은, 현재 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스 정보를 단말 D 와 교환하여야 단말 D 도 새로운 채널 호핑 시퀀스를 설정하는데 참고할 수 있기 때문이다. 단말 D 는 단말 C 로부터 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스 정보를 수신하고, 단말 D 의 채널 호핑 시퀀스를 단말 C 에게 전송할 수 있다. 이때, 단말 D 의 채널 호핑 시퀀스는 첫번째 시간 구간에서는 ch.3 에서, 두번째 시간 구간에서는 ch.2 에서, 세번째 시간 구간에서는 ch.3 에서, 네번째 시간 구간에서는 ch.2 에서 동작하고 있는 것을 알 수 있으며, 이는 단말 C 의 주기의 반 주기에 해당하는 주기로 ch.3 과 ch.2 를 번갈아가며 동작하고 있음을 알 수 있다(ch.2 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.3). 따라서, 단말 C 는 기존의 채널 호핑 시퀀스에서는 단말 D 와 통신할 수 없음을 알게 되어, 새로운 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있다. 이때, 한 예로 단말 C 는 두번째 시간 구간 및 4 번째 시간 구간을 단말 D 에 맞추어 이 구간들에서 단말 D 와 통신하도록 설정할 수 있다. 이렇게 설정할 경우, 단말 C 는 단말 D 와 통신하기 위하여 단말 A 및 단말 B 와는 일부 시간 구간에서 통신할 수 있다. 단말 C 는 첫번째 시간 구간에서 단말 A 및 B 와 통신하고, 두번째 시간 구간에서 단말 D 와 통신하고, 세번째 구간에서는 어느 단말과도 통신하지 않으며(다만, 단말 A 및 단말 B 는 세번째 구간에서 통신하고 있다), 네번째 시간 구간에서는 단말 D 와 통신할 수 있도록 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있다(ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.1 -＞ ch.2). 이 경우, 단말 C 가 전체 한 주기에서 세번째 시간 구간을 비워두는 것은, 하나의 예시로서 비워둔 것이고, 세번째 구간에서도 단말 A, B 및 D 중 어느 단말과 통신하도록 설정할 수도 있는 것이어서 성능 상으로 저하되는 문제는 발생하지 않는다. 또한 적극적으로 일부 시간 구간을 또 다른 단말과의 단말 간 통신 채널을 위해 남겨 놓을 수도 있는 것이어서, 그 활용을 다양하게 설정할 수 있다.

도 10 에서의 기본 가정을 다르게 설정할 수도 있다. 먼저 단말 C 가 D 와 통신하고 있는 상황을 전제로 하고, 단말 C 가 단말 A 및 B 와 새로운 단말 간 통신을 하려는 경우도 생각할 수 있다. 쉽게 예를 들어 말하면, 단말 C 가 단말 D 와 데이터 송수신을 하는 상황에서, 단말 C 가 단말 A 및 B 와 3 자간 D2D 가 지원되는 게임을 하는 상황을 예로 들 수 있다. 이 경우에도 앞에서 설명한 바와 마찬가지로 설명할 수 있다. 먼저 단말 C 가 단말 D 와 ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.3 -＞ ch.2 로 통신하고 있을 것이다. 이 때, 단말 A 및 B 에 새로운 단말 간 통신 요청 메시지를 전송할 수 있으며, 단말 A 및 B 는 수락 여부를 결정할 수 있다. 단말 A, 단말 B 및 단말 C 간의 다자간 단말 간 통신(D2D)가 허용되면, 단말 C 는 자신의 채널 호핑 시퀀스 정보를 단말 A 및 단말 B 에 전송할 수 있다. 이 채널 호핑 시퀀스 정보에는 새로운 통신 이전에 단말 C 가 단말 D 와 주기 중 어느 시간 구간에 어느 채널에서 통신을 하였는지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 단말 A 및 단말 B 는 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스 정보에 기초하여, 이후 새로운 통신에서 동작하는 채널 호핑 시퀀스를 결정하여 변경할 수 있다. 변경된 채널 호핑 시퀀스를 단말 C 에게 전송할 수 있으며, 이를 수신한 단말 C 는 자신의 채널 호핑 시퀀스에 반영하여 자신의 호핑 채널 시퀀스를 변경할 수 있다. 단말 A 및 단말 B 에 의해서 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스가 변경될 경우, 단말 C 는 기존 통신이 유지되고 있는 단말 D 에게 자신의 변경된 채널 호핑 시퀀스를 전송할 수 있으며, 변경된 채널 호핑 시퀀스 정보에 기초하여 단말 D 와 통신할 수 있다.

도 11 은 단말 간 통신의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.

도 11 에 도시된 바와 같이, 단말 A, 단말 B 및 단말 C 는 일정한 주기의 첫번째 시간 구간에서 ch.1 을 이용하여 단말 간 통신을 하고 있는 상황을 가정한다. 마찬가지로, 앞의 도 9 에서와 같이, ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4 의 채널 시퀀스로 세 단말이 동작하고 있는 상황을 가정한다. 이 때, 단말 A 이 새로운 단말과 세션을 연결하려고 하고, 단말 B 및 단말 C 도 각각 새로운 단말과 세션을 연결하려고 하는 경우를 예시하였다. 각 단말과 연결하려는 단말의 채널 호핑 시퀀스는 각각 다르며(물론 같을 수도 있다), 세 단말은 앞에서 설명한 바와 같이, 자신의 채널 호핑 시퀀스 정보와 새로운 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 교환하여 새로운 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있으며, 결정된 채널 호핑 시퀀스로 동작할 수 있다. 도 11 에서는 세 단말이 모두 변경된 채널 호핑 시퀀스로 동작하는 예를 보여주고 있다. 세 단말의 한 주기 내에서 채널 호핑 시퀀스를 보면, 먼저 단말 A 는 ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4 의 채널 호핑 시퀀스를 가지는 것을 알 수 있고(단말 A 의 채널 호핑 시퀀스는 변경되지 않았다), 단말 B 는 ch.1 -＞ ch.4 -＞ ch.3 -＞ ch.2 의 변경된 채널 호핑 시퀀스를 가지는 것을 알 수 있으며, 단말 C 는 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.1 -＞ ch.3 의 변경된 채널 호핑 시퀀스를 가지는 것을 알 수 있다.

도 12 는 단말 간 통신의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.

도 12 에 도시된 바와 같이, 단말 A 가 단말 B 및 단말 C 와 일정한 주기를 가지고 단말 간 통신을 하고 있는 상황을 가정한다. 앞의 도 11 에서와의 구별되는 점은, 도 11 에서는 단말 A, 단말 B 및 단말 C 가 다자간 단말 간 통신을 하는 경우를 설명하였지만, 도 12 에서는, 단말 A 가 단말 B 와 하나의 단말 간 통신 세션을 연결하고 있고, 단말 A 가 단말 C 와 또 다른 하나의 단말 간 통신 세션을 연결하고 있는 경우를 설명한다. 하나의 단말이 복수의 단말 간 통신을 하고 있는 경우에도 새로운 단말과 단말 간 통신을 추가하려는 경우에 앞에서 설명한 것과 같은 방식으로 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있다. 단말 A 는 단말 B 와 주기의 첫번째 시간 구간에서 ch.1 을 이용하여 통신하고, 세번째 시간 구간에서 ch.2 를 이용하여 통신한다. 단말 A 는 단말 C 와는 주기의 두번째 시간 구간에서 ch.3 을 이용하여 통신하고, 네번째 시간 구간에서 ch.4 를 이용하여 통신한다. 이러한 경우에 있어서, 단말 B 및 단말 C 가 단말 A 와의 단말 간 통신 외에, 각각 새로운 단말과 단말 간 통신을 추가할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 단말 B 및 단말 C 는 자신의 기존의 채널 호핑 시퀀스 정보를 새로운 단말과 교환하여, 채널 호핑 시퀀스를 변경할 수 있다. 채널 호핑 시퀀스가 변경된 경우라면, 기존 단말 간 통신의 상대 단말인 단말 A 에게 변경된 채널 시퀀스를 전송하여, 단말 A 와의 통신도 유지할 수 있다.

단말 간 통신의 동기화

도 13 및 도 14 는 단말 간 통신의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.

도 13 은 단말들의 채널 호핑 시퀀스가 동기화(synchronization)가 되지 않은 경우를 설명한다. 앞서, 도 10 에서 가정한 상황은, 단말 A, 단말 B 및 단말 C 의 채널 호핑 시퀀스에 중점을 두었고, 채널 동기는 고려하지 않았다. 각 단말은 각각의 단말 간 통신을 할 수 있으며, 제각각 다른 채널 동기를 가질 수 있다. 따라서, 단말 A, 단말 B 및 단말 C 가 통신하고 있는 경우, 새로운 단말 D 가 단말 C 와 세션을 추가하는 경우라면, 단말 C 는 기존의 통신 채널(단말 A 및 단말 B 간의 채널 동기는 맞춰져있다)의 동기에 맞출 것인지, 아니면 새롭게 추가하는 통신의 상대 단말의 채널 동기에 맞출 것인지 또는 새로운 동기를 설정할 것인지 결정하여야 한다.

새로운 통신을 추가하려는 단말 C 의 입장에서, 기존의 통신 세션과 새로운 통신 세션에 대한 동기화를 수행하지 않는 경우라면, 효율적인 통신을 저해하고, 자원을 낭비하는 경우를 초래할 가능성이 커진다. 예를 들면 도면에서 단말 C 를 기준으로 설명하면, 단말 C 의 첫번째 시간 구간에서는 ch.1 에서 단말 A 및 단말 B 와 통신하지만, ch.3 으로 호핑한 시간 구간에서는, 단말 A 및 단말 B 에 비해 상당히 짧은 시간 구간이 단말 A 및 단말 B 와의 통신 시간으로 할당되었기 때문에, 채널 초기 제어 시간 등을 고려하면, 실질적으로 통신을 하지 못하는 경우가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 이렇게 채널 동기가 맞춰지지 않은 상황이 단말 A 내지 단말 D 뿐만 아니라, 이들과 통신을 연결하고 있는 단말들까지 적용된다면, 복잡한 시퀀스로 비효율적인 통신을 하게 된다.

도 14 는 단말들의 채널 호핑 시퀀스가 동기화 되지 않은 또 다른 경우를 설명한다. 도 13 에서는 단말 A, 단말 B 및 단말 C 가 기존 통신을 하고 있는 경우를 가정하였으므로, 동기화가 완료된 상황에서 단말 C 가 기존의 채널 동기를 따를 것인지, 아니면 새로운 단말의 채널 동기를 따를 것인지의 문제였다. 이번 경우는 단말 A, 단말 B 및 단말 C 가 각각 단말 간 통신을 하고 있는 상황에서 세 단말이 단말 간 통신을 연결하려는 경우에 동기화 문제를 다룬다.

단말은 각각의 채널 호핑 시퀀스 및 채널 동기를 가지고 동작하고 있으므로, 새로운 단말과의 통신을 위하여 채널 호핑 시퀀스를 변경하여야 하고, 채널 동기도 맞추어야 한다. 채널 호핑 시퀀스의 경우라면, 연결되어 있는 모든 단말과 통신하도록 자신의 채널 호핑 시퀀스를 변경할 수 있을 것이다. 즉 다시 말해서, 단말 자신의 채널 호핑 시퀀스를 결정하여, 결정된 채널로 정해진 시간에 호핑하면 되지만, 동기의 문제는 이와 다르다. 동기는 채널을 생성하면서, 통신을 하는 단말들 사이에 특정 단말의 채널 동기를 기준으로 할 것인지를 결정하거나 전혀 새로운 채널 동기를 설정할 것인지의 문제이므로, 상대 단말의 채널 동기까지 고려해야 하는 문제가 발생한다. 현재까지는 단말 간 통신에 있어서 채널 호핑하는 단말들 사이에 채널 동기화에 대하여 명확한 기준이나, 표준이 채택되지 않고 있어 이에 대한 명확한 기준 설정이 요구된다.

이하에서는, 단말 간 통신을 하는 단말들의 동기화에 있어서, 채널 동기 기준 단말을 결정하는 방법을 설명하도록 한다. 채널 동기화는 적어도 두 단말이 존재해야 하므로, 자기 단말과 상대 단말 모두의 채널 동기를 만족시켜야 한다. 또한, 단말이 또 다른 통신 세션을 유지하고 있는 경우라면, 1-홉(hop), 2-홉 등 파생하는 동기화 과정이 뒤따를 가능성이 있으므로, 단순히 두 단말의 문제라고 보기도 어렵다.

채널 동기 기준 단말

이하에서는, 두 단말이 각각의 채널 동기를 가지고 동작하는 경우에 두 단말 중 하나의 단말을 채널 동기 기준 단말로 결정하는 방법을 설명한다.

도 15 는 채널 동기화 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.

단말 간 통신(Device to Device)을 하는 두 단말은 각각의 채널 호핑 시퀀스를 가지고 있다. 복수의 채널을 호핑하며 동작할 수도 있고, 단일 채널에서 통신할 수도 있다. 이러한 단말들끼리 새로운 통신 세션 연결을 하는 것이므로, 두 단말의 기존 채널 호핑 시퀀스를 모두 만족시키는 것은 상당히 어렵다. 따라서 기존 연결된 단말과 새로 연결하는 단말을 모두 만족시키는 채널 호핑 시퀀스로 변경하도록 결정하여야 하고, 변경된 채널 호핑 시퀀스로 동작할 수 있다(S1510).

앞으로 동작할 채널 호핑 시퀀스를 결정한 단말들은, 채널 동기에 있어서 어느 단말을 채널 동기의 기준 단말로 정할 것인지를 협상(negotiation)할 수 있다(S1520). 일련의 과정을 통해, 채널 동기 기준 단말을 결정하면, 기준 단말의 채널 동기에 맞추어서 채널 동기화를 수행할 수 있다(S1530).

도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 동기화 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 16 에 도시된 바와 같이, 두 단말 간에 서로 메시지를 교환하며 채널 동기의 기준 단말을 결정할 수 있다. 먼저, 제 1 채널 호핑 시퀀스로 동작하는 제 1 단말이 제 2 채널 호핑 시퀀스로 동작하는 제 2 단말에게 동기 요청(Sync request) 메시지를 전송한다(S1610). 새로운 단말 간 통신에 있어서, 먼저 상대 단말을 발견한 단말이 동기 요청 메시지를 전송하는 것이 바람직하나, 다른 기준에 의해서 동기 요청 메시지를 전송하는 것도 가능하다. 예를 들어 제 1 단말이 제 2 단말을 먼저 발견하였지만, 제 1 단말이 제 2 단말에게 단말 간 통신(D2D) 통신을 요청하여, 제 2 단말이 이 요청을 수락하면서 수락의 응답으로 동기 요청 메시지를 전송하는 것도 가능하다.

동기 요청 메시지에는 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함한다. 또한, 동기 요청 메시지에는 제 1 단말의 채널 동기 정보를 더 포함할 수 있다. 두 단말이 통신을 하기 전에, 채널 호핑 시퀀스 결정 및 동기화를 완료하는 것이 이후 통신에서 효율적인 자원 관리를 도모하기 때문이다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 단말은 자신의 채널 호핑 시퀀스 정보(예를 들어, ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4)를 제 2 단말에게 전송할 수 있다. 제 2 단말은 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 수신하여, 제 1 단말과 어느 시간 구간에서 어느 채널로 통신할지를 결정할 수 있다.

제 1 단말로부터 동기 요청 메시지를 수신한 제 2 단말은, 제 1 단말과의 동기화를 위하여, 일정한 알고리즘을 이용하여 채널 동기 기준 단말을 결정할 수 있다. 일정한 알고리즘을 통하여 채널 동기 기준 단말이 결정되었다면, 제 2 단말은 결정된 채널 동기 기준 단말 정보가 포함된 동기 응답 (Sync response) 메시지를 제 1 단말에게 전송할 수 있다(S1620). 이 때 동기 응답 메시지에는, 제 2 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보(제 2 단말의 채널 호핑 시퀀스도, 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스를 변경하는 것과 마찬가지로 변경할 수 있다), 제 2 단말의 채널 동기 정보 및 어느 단말이 채널 동기 기준 단말인지를 나타내는 정보를 포함하고 있다. 제 2 단말로부터 동기 응답 메시지를 수신한 제 1 단말은 동기 응답 메시지를 통하여, 다양한 정보를 획득할 수 있다. 먼저, 제 2 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보에 기초하여, 자신의 채널 호핑 시퀀스를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스가 ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.4 이고, 제 2 단말의 채널 호핑 시퀀스가 ch.3 -＞ ch.2 -＞ ch.3 -＞ ch.2 라면, 제 1 단말은 자신의 채널 호핑 시퀀스를 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.1 -＞ ch.2 로 변경하여, 제 3 의 채널 호핑 시퀀스로 동작할 수 있을 것이다.

제 1 단말은 제 2 단말의 동기 응답 메시지를 통하여, 두 단말 간의 채널 동기 기준 단말이 어느 단말인지를 알 수 있다. 제 1 단말 및 제 2 단말은 일정한 알고리즘을 저장하고 있으며, 어느 단말이 동기 요청 메시지를 수신하든지 일정한 알고리즘을 통해 채널 동기 기준 단말을 결정할 수 있다.

채널 동기 기준 단말이 어느 단말인지 서로 확인한 두 단말이 실질적으로 통신을 하기 전에, 제 1 단말은, 다시 한번 채널 동기 기준 단말을 제 2 단말에게 확인하는 동기 확인(Sync confirm) 메시지를 전송할 수 있다(S1630). 기준 단말이 정해진 후에 다시 동기 확인 메시지를 전송하는 이유는, 제 2 단말이 일정한 알고리즘을 이용하여 채널 동기 기준 단말로 결정되는 경우라도, 제 2 단말의 채널 환경을 고려하여 채널 동기 기준 단말이 되는 것을 거절할 수 있게 하기 위함이다. 제 1 단말이 채널 동기 기준 단말로 결정되는 경우라면, 제 2 단말이 결정사항을 변경하지 못한다. 이는 제 1 단말의 채널 상황을 온전히 알지 못하기 때문이다. 다만, 제 2 단말은 제 2 단말이 채널 동기 기준 단말이 된 경우, 이를 수행할 하드웨어/소프트웨어 능력이 불충분한 경우라면, 제 1 단말이 기준 단말이 되도록 메시지를 전송할 수 있다. 따라서, 동기 확인 메시지를 통해서 최종적으로 채널 동기 기준 단말이 어느 단말이고, 어느 시점에 동기화를 할 것인지를 나타내는 시간 정보를 전송함으로써 두 단말 간의 동기화가 수행될 수 있다. 동기 확인 메시지를 교환한 두 단말은 일정 시간의 동기화 지연(Sync delay) 시간을 가질 수 있으며, 이 시간이 경과한 후에 동기화되어, 변경된 채널 시퀀스에 기초하여 동작할 수 있다.

채널 동기 기준 단말 결정 알고리즘

이하에서는, 앞에서 언급한 채널 동기 기준 단말을 결정하는 알고리즘에 대하여 설명하기로 한다.

바람직한 방법으로는, 동기 요청 메시지를 수신하는 수신 측 단말을 채널 동기 기준 단말로 결정하는 방법을 고려할 수 있다. 이는, 새로운 단말 간 통신을 함에 있어서, 통신을 요청하는 측 단말이, 요청 메시지 수신 측 단말의 동기에 따라가는 것이, 수신 측 단말의 채널 동기에 영향을 주지 않기 때문이다. 이 경우, 동기 요청 수신 측 단말은 채널 동기화에 대하여 동작에 큰 부담을 가지지 않을 수 있는 장점이 있다. 수신 측 단말은 새로 연결되는 단말과 통신을 위하여 채널 호핑 시퀀스만 고려하면 되기 때문이다.

동기 요청 메시지를 수신하는 단말이 채널 동기 기준 단말이 되는 것은, 단순히 두 단말의 채널 동기화를 수행하는 경우에는 큰 어려움이 없으나, 새로운 단말 이외에도 기존 단말과 통신하고 있는 단말에 있어서는, 채널 동기를 변경하는 것이 파생적으로 1-홉, 2-홉 단말에서 다시 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 단말 A 가 단말 B 와 기존 통신을 하고 있는 상황에서, 단말 A 가 단말 C 와 새로운 단말 간 통신을 하려고 단말 C 에게 동기 요청 메시지를 전송한다면, 알고리즘을 이용할 때, 수신 측 단말인 단말 C 가 채널 동기 기준 단말이 된다. 단말 A 가 단말 C 의 채널 동기에 맞추는 경우, 단말 A 와 통신을 하고 있던 1-홉 단말 B 의 채널 동기가 문제가 되며, 단말 B 의 채널 동기를 단말 A 에 맞춘다고 하여도, 또 단말 B 의 1 홉 단말인 단말 A 의 2 홉 단말도 다시 동기화를 해야 하는 연쇄적인 동작이 요구된다. 따라서, 기본적으로는 동기 요청 메시지를 수신하는 수신 측 단말을 채널 동기 기준 단말로 결정하도록 하고, 이러한 결정이 통신 환경에 적합하지 않는다고 판단되는 경우에 다른 기준을 적용하는 것이 바람직할 것이다.

새로운 단말 간 통신을 하려는 두 단말 중 연결된 통신 세션 수가 많은 단말을 채널 동기 기준 단말로 결정할 수 있다. 이는, 동기화가 이루어진 다음의 연쇄적인 동기화 작업에 있어서, 좀더 적은 동기화를 거치는 것이 효율적이기 때문이다. 예를 들어, 단말 A 가 단말 A - B, 단말 A - C 의 두 개의 단말 간 통신을 하는 경우에 있어서, 새로운 단말 간 통신의 상대 단말인 단말 D 가 하나 이하의 기존 통신이 있는 경우라면, 단말 A 를 채널 동기 기준 단말로 결정하여, 단말 D 가 단말 A 의 채널 동기를 따르는 것이 효율적이나, 반대의 경우로, 단말 D 가 단말 E, 단말 F, 단말 G 와 세 개의 통신을 하는 경우라면, D 가 채널 동기 기준 단말이 되어, 단말 A 가 단말 D 의 채널 동기를 따르는 것이 효율적이다.

단말에 연결된 통신 세션 수를 결정하는 것도 기준이 필요하다. 먼저, 단말 간 통신(D2D) 통신의 개수로 한정하는 것도 하나의 방안이 될 수 있다. 단말은 단말 간 통신 이외에도 여러 타입의 통신을 동시에 수행할 수 있다. 하지만, 단말 간 통신으로 한정함으로써, 단말에 연결된 통신 세션 수를 정확하게 결정하는 것이 가능하다.

연결된 통신 세션 수를 결정함에 있어서, 단말의 일정 홉(hop) 수 이내의 단말로 한정하는 것도 가능하다. 단말 간 통신을 하는 단말은 또 다른 단말과 통신을 할 수도 있으므로, 채널 동기가 바뀌는 경우에 연쇄적으로 채널 동기를 바꾸게 되는 과정이 뒤따를 수 있다. 따라서, 1-홉 또는 2-홉의 일정 수로 기준을 정하여, 단말에 연결된 통신 세션 수를 결정하는 것이 하나의 기준이 될 수 있다.

단말이 가지는 채널 동기 정보 중 더 오래된 채널 동기를 가지는 단말을 채널 동기 기준 단말로 정할 수 있다. 단말은 복수의 단말 간 통신을 할 수 있으므로, 두 단말 중 채널 동기 정보가 더 오래된 단말로부터 그만큼 같은 채널 동기를 가지는 단말이 있음을 알 수 있으므로, 채널 동기 정보의 생성 시점을 통해서 채널 동기 기준 단말을 정하는 것도 가능하다.

더불어, 가장 오래된 채널 동기 정보를 가지는 단말로부터의 홉(hop) 수를 하나의 기준으로 정할 수 있다. 이 경우, 홉 수가 더 적은 단말을 채널 동기 기준 단말로 정하는 것이 바람직하다. 가장 오래된 채널 동기를 가지는 단말로부터 홉 수가 적다는 것은, 다시 말해서 이 단말 또한 오래된 채널 동기를 가지는 것으로 이해할 수 있으며, 그 많음 동일한 동기를 가지는 가지는 단말이 많게 될 가능성이 크기 때문이다.

앞에서 설명한 몇 가지 기준들은 공통점이 있다. 최대한 파생되는 연쇄 동기화를 적게 함으로써 단말들 전체의 동기의 안정을 도모하는 것이다. 따라서, 앞에서 언급한 기준들 이외에도 단말들 전체의 동기가 안정되는 방향으로 채널 동기 기준 단말을 결정하는 것이 바람직하다.

도 17 은 채널 동기화의 또 다른 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 17 에 도시된 바와 같이, 제 1 단말 제 2 단말 및 제 3 단말에 동시에 동기 요청 메시지를 전송하는 경우를 나타낸 것이다. 동시에 복수의 단말과 채널 동기를 맞추는 것은 두 단말 간의 동기화에 비하여 복잡한 과정을 거친다. 먼저 제 2 단말 및 제 3 단말과 단말 간 통신을 하려는 제 1 단말은 제 2 단말 및 제 3 단말 각각에게 동기 요청 메시지를 전송할 수 있다(S1710). 이때 동기 요청 메시지에는 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함할 수 있으며, 제 1 단말의 채널 동기 정보를 포함할 수 있다. 제 1 단말로부터 동기 요청 메시지를 수신한 제 2 단말은 제 1 단말에게 동기 응답 메시지를 전송할 수 있다. 이때에는 제 2 단말이 앞에서 말한 일정한 기준을 가지는 알고리즘을 이용하여 채널 동기 기준 단말을 결정하여, 채널 동기 기준 단말 정보를 동기 응답 메시지에 포함하여 전송할 수 있다(S1720). 예를 들어, 동기 요청 메시지를 수신한 제 2 단말은 자신이 수신 측 단말이므로, 제 2 단말을 단말 간 통신의 채널 동기 기준 단말로 정하여 제 1 단말에게 전송할 수 있다. 이 때 동기 응답 메시지에는 제 2 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보가 포함될 수 있으며, 제 2 단말의 채널 동기 정보가 포함될 수 있다. 제 1 단말은 제 2 단말로부터 동기 응답 메시지를 수신하여, 제 2 단말이 채널 동기 기준 단말인지를 알 수 있다(만약, 제 2 단말이 채널 동기 기준 단말이 되기를 거절한 상황이라면, 제 1 단말이 채널 동기 기준 단말이 된 것을 알 수도 있다). 따라서, 제 1 단말은 제 2 단말이 채널 동기 기준 단말이고, 일정 시점에 동기화를 하기로 하자는 내용을 포함하는 동기 확인 메시지를 다시 제 2 단말에게 전송할 수 있다(S1730). 이러한 과정은 두 단말 간 동기화이므로 앞에서 설명한 부분과 동일하다.

제 1 단말은, 채널 동기 기준 단말로 제 2 단말로 정한 것으로 알고 있는 상황에서, 제 3 단말로부터 동기 응답 메시지를 수신할 수 있다(S1740). 제 3 단말의 동기 응답 메시지에는 제 1 단말 및 제 3 단말 간의 채널 동기 기준 단말 정보를 포함할 수 있으며, 제 3 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보 및 채널 동기 정보를 더 포함할 수 있다. 앞의 예와 마찬가지로, 동기 요청 메시지를 수신한 수신 측 단말인 제 3 단말이 채널 동기 기준 단말로 정해져 있을 수 있다. 이 때, 제 1 단말이, 다시 제 3 단말의 채널 동기를 따르는 것은 앞의 동기화 과정을 무의미하게 할 수 있으므로, 제 1 단말은 제 3 단말에게 제 2 단말의 채널 동기를 따르기로 했다는 정보를 포함하는 동기 확인 메시지를 전송할 수 있다(S1750). 제 1 단말의 동기 확인 메시지를 수신한 제 3 단말이 제 1 단말의 채널 동기를 따름으로써, 제 1 단말, 제 2 단말 및 제 3 단말 간의 채널 동기화가 수행될 수 있다.

하지만, 제 1 단말이 제 3 단말에게 제 2 단말의 채널 동기를 따르기로 했다는 정보를 전송하지 않을 수도 있다. 제 1 단말은, 제 2 단말 및 제 3 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보 및 채널 동기 정보를 알게 되었으므로, 이에 기초하여 판단하였을 때, 단말 간 통신의 채널 환경이 제 3 단말을 채널 동기 기준 단말로 결정하는 것이 더 효율적이라고 판단되면, 제 3 단말의 채널 동기를 따를 수도 있다. 이렇게 되는 경우라면, 제 1 단말은 제 2 단말에게 제 3 단말의 채널 동기를 따른다고 동기 확인 메시지를 추가적으로 전송하여, 채널 동기화를 수행할 수도 있다.

이하에서는, 상기 설명한 바와 같이 사용자 단말 간 채널 동기화를 하기에 앞서, 단말이 단말간 통신의 대상이 되는 단말을 발견하는 과정을 설명하기로 한다.

도 18 은 단말 발견 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 18 에 도시된 바와 같이, 단말은 최초에 전원이 들어오거나 초기화 등의 설정을 통하여 단말 간 통신(D2D)을 수행하지 않는 상황을 전제하고 설명하기로 한다.

단말(제 1 단말)은 단말 간 통신의 대상 단말을 발견하기 위하여 프로브 요청 프레임(probe request frame) 정보를 전송할 수 있다. 또는 별도의 정보를 전송하여 단말 간 통신의 대상 단말을 발견할 수도 있다. 이 때, 프로브 요청 프레임을 하나 이상의 특정 단말에게 전송(unicast 또는 multicast)할 수 있으며, 불특정 단말에게 전송(broadcast)할 수도 있다.

단말이 전송한 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 타 단말로부터 프로브 응답 프레임을 수신할 수 있다. 하나 이상의 프로브 응답 프레임을 수신할 수 있으며, 단말은 프로브 응답 프레임을 리스트의 형태로 저장할 수 있다. 단말은 수신한 프로브 응답 프레임에 기초하여, 대상 단말을 발견할 수 있다(S1810).

단말은 발견된 대상 단말 중에서 단말 간 통신을 할 단말을 선택할 수 있다(S1820). 하나의 단말을 선택할 수 있고, 복수의 단말들을 선택하는 것도 가능하다. 복수의 단말들을 선택하는 경우, 이를 동시에 또는 순차적으로 세션 연결을 시도할 수 있다.

단말은 선택된 단말과 단말 간 통신을 위하여, 동기를 맞출 수 있다(S1830). 선택된 단말과 다른 통신 환경에서 동작하므로, D2D 통신을 위해서 하나의 공통된 통신 환경을 만들 수 있다. 이 때, 앞서 설명한 바와 같이 단말 각각의 채널 호핑 시퀀스를 결정할 수 있으며, 단말 간의 동기를 맞출 수 있다.

단말은 대상 단말과 통신 세션을 연결할 수 있다(S1840). 단말은 대상 단말에게 연결 요청 프레임을 전송하고, 이에 대한 응답으로 연결 응답 프레임을 수신함으로써, 단말 간 통신의 제어 정보를 교환 및 설정할 수 있다.

단말은 대상 단말과 통신 세션이 연결되고, 단말 간 통신을 수행할 수 있다(S1850). 연결 방법은 기존의 IEEE 802.11 의 연관(association) 과정과 유사할 수 있다. 이 때, 단말 및 대상 단말이 채널 호핑(channel hopping)을 하면서 데이터를 송수신 할 수 있다. 데이터를 수신한 단말은 수신 긍정(ACK) 또는 수신 부정(NACK) 신호 등으로 수신이 제대로 되었는지 응답할 수 있다.

단말 간 통신을 수행하는 단말이 필요 또는 기 설정된 설정 정보 등에 의하여 새로운 단말을 발견하는 과정을 수행할 수 있다. 새로운 단말(제 2 단말)을 발견한 단말은 새로운 단말 간 통신을 수행하기 위하여 새로운 단말에 다시 동기를 맞추게 되고(Re-synchronization), 통신 세션을 연결할 수 있다.

도 19 는 단말 발견 과정을 나타내는 도면이다.

도 19 에 도시된 바와 같이, 단말 간 통신의 대상이 되는 단말을 발견하는 시간(전체 발견 주기; discovery period)은 채널을 호핑하며 데이터를 전송하는 시간 구간(이하, 호핑 시간 구간) 및 대상 단말을 발견하기 위하여 채널을 호핑하는 시간 구간(이하, 발견 시간 구간)으로 구분될 수 있다.

본 문서에서 설명하는 단말 발견 방법은, 자신의 채널 호핑 시퀀스에 따라서 채널 호핑을 하며 동작 중인 단말이 D2D 통신을 위하여 대상 단말을 발견하는 과정을 위한 것이다. 단말 발견의 주체가 되는 단말(제 1 단말)이 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 동작 중이며, 이 때, 제 1 단말이 다른 단말과 통신하고 있을 수도 있으며, 통신을 하지 않고서도 채널 호핑을 수행할 수도 있다. 이하에서는 본 발명 설명의 편의를 위하여, 제 1 단말은 기존에 다른 단말과 연결되어 단말 간 통신을 하고 있는 것을 설명하기로 한다.

호핑 시간 구간 동안 제 1 단말은 자신의 채널 호핑 시퀀스(제 1 채널 호핑 시퀀스)에 기초하여 동작한다. 예를 들어, ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 으로 동작할 수 있다. 채널 호핑 시퀀스를 n 번(n 은 2 이상의 자연수) 반복하여 동작하는 것도 가능하다. 호핑 시간 구간은 각 채널에 대하여 동일한 시간 구간으로 구성될 수 있다. 예를 들어, ch.1 에서 T 시간 동안 동작하고, ch.2 및 ch.3 에서도 T 시간 동안 동작할 수 있다.

발견 시간 구간 동안 제 1 단말은 자신의 채널 호핑 시퀀스(제 2 채널 호핑 시퀀스)에 기초하여 동작한다. 이 때, 발견 시간 구간 동안의 채널 호핑 시퀀스는 호핑 시간 구간 동안의 채널 호핑 시퀀스와 동일할 수 있으며, 설정 또는 필요에 따라서 다를 수도 있다(예를 들어, ch.2 -＞ ch.3 -＞ ch.1).

호핑 시간 구간에서의 하나의 채널에 머무는 시간 구간은, 제 1 단말이 발견 시간 구간에서 전체 채널을 호핑하는 채널 호핑 주기와 동일하게 설정될 수 있다. 즉, 전체 발견 주기(discovery period)는 호핑 시간 구간에서의 제 1 채널 호핑 주기 및 발견 시간 구간에서의 제 2 채널 호핑 주기로 구분될 수 있다. 제 1 채널 호핑 주기 내의 하나의 시간 구간 즉, 제 1 단말이 하나의 채널에 머무는 시간이 T 시간이라 할 때, 제 1 단말이 발견 시간 구간에서 전체 채널을 호핑하는 주기가 T 시간이 될 수 있다. 도 19 를 참고하여 설명하면, 제 1 단말은 3 개의 채널을 호핑하며 동작할 수 있고, ch.1 내지 ch.3 에서 동일하게 T 시간을 머물 수 있다. 발견 시간 구간에서는 제 1 단말이 ch.1 내지 ch.3 을 호핑하지만, 각 채널에 머무는 시간이 T 시간이 아니라, 전체 채널을 호핑하는 시간이 T 시간이 되도록 설정할 수 있다. 따라서, 발견 시간 구간에서 하나의 채널에 머무는 시간은 전체 T 시간을 채널의 수로 나눈 시간이 될 수 있다. 예를 들어, 발견 시간 구간에서 3 개의 채널에서 동작하는 제 1 단말이 하나의 채널에 머무는 시간은 T/3 시간이 될 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 호핑 시간 구간에서 하나의 채널에 머무는 시간과, 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 동일하게 설정하는 이유를 설명하기로 한다. 제 1 단말이 호핑하는 채널의 개수가 통신 환경에 따라 달라질 수 있으며, 호핑 시간 구간에서의 제 1 채널 호핑 시퀀스도 통신 환경에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 호핑 시간 구간에서 각 채널에 머무는 시간을 소정의 시간 T 로 설정할 경우, 새로 연결되는 단말과 동기를 맞추면, 이후 채널 호핑에 대하여 동일한 시간 T 로 동작하므로 추가적인 동기를 맞추는 과정을 생략할 수 있는 유리한 효과가 있다.

또한, 발견 시간 구간을 전체 채널에 대하여 T 시간, 즉 호핑 시간 구간 중 하나의 채널에 머무는 시간과 동일하도록 설정할 경우, 발견 시간 구간 내에서 채널 호핑 시퀀스를 n 번 반복하여도, 전체 발견 주기(discovery period)는 항상 T 의 배수가 되므로, 한번의 동기화 과정만으로도 동기를 맞출 수 있는 유리한 효과가 있다. 제 1 단말은 호핑 시간 구간에서 제 1 채널 호핑 시퀀스를 반복할 수 있고, 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 시퀀스를 반복할 수 있다. 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간 모두 시간 T 의 배수이므로, 전체 발견 주기 또한 시간 T 의 배수가 되므로 한번의 동기화 과정만으로 효율적인 단말 간 통신을 수행할 수 있다. 도 19 를 참조하면, 호핑 시간 구간에서 단말은 제 1 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하여 제 1 채널 호핑 시퀀스 주기 3T 의 2 배인 6T 의 시간이 소요되었고, 발견 시간 구간에서는 제 2 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하여 제 2 채널 호핑 시퀀스 주기 T 의 2 배인 2T 의 시간이 소요되었다. 따라서, 전체 발견 주기(discovery period)는 8T 의 시간이 되며, 역시 T 의 배수이므로 한 번의 동기화 만으로 전체 동기화가 가능해진다.

도 20 내지 도 21 은 단말 발견 과정의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 20 은 제 1 단말이 새로운 단말 C 를 발견하지 못하는 경우를 나타내는 도면이다. 새로운 단말 간 통신(D2D)을 하려는 제 1 단말은 전체 시간 주기(discovery period)에 대하여, 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간을 구분하여 동작할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 호핑 시간 구간에서는 제 1 채널 호핑 시퀀스로 동작하면서, 기존의 단말(미도시 단말 B)과 데이터를 송수신할 수 있다. 기존의 단말이 연결되지 않은 경우라면, 자신의 설정 정보에 의하여 제 1 채널 호핑 시퀀스로 동작할 수 있다. 도 20 에서는 제 1 채널 호핑 시퀀스는 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 이 되며, 각 채널에 대하여 동일한 시간(T)동안 머물 수 있다. 제 1 단말은 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 시퀀스로 동작하며, 제 2 단말인 단말 C 를 발견 절차를 수행할 수 있다. 도 20 에서는 제 2 채널 호핑 시퀀스 또한 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 으로 1 회의 제 2 채널 호핑 주기로 동작하는 것을 볼 수 있다. 도 20 에서 제 1 단말은 제 2 단말을 발견하지 못하는데 발견 시간 구간에서 제 1 단말이 제 2 단말에게 보내는 프로브 요청 메시지(프레임)에 대한 응답인 프로브 응답 메시지(프레임)를 수신하지 못하였기 때문이다. 제 2 단말인 단말 C 는 제 1 단말과 서로 발견하지 못한 상태이고 동기 또한 맞추지 않은 상태이므로 각 채널에 머무는 시간 또한 다를 수 있다. 따라서, 제 1 단말이 제 2 채널 호핑 주기 동안에서 제 2 단말을 낮은 확률로 발견하게 된다.

도 21 은 제 1 단말이 제 2 단말을 발견하는 경우를 나타내는 도면이다.

도 21 이 도 20 과 다른 부분은, 제 1 단말이 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 2 회 반복하면서 동작하는 것이다. 제 1 단말이 호핑 시간 구간 동안 동작하는 것은 도 20 에서와 동일하다. 발견 시간 구간에서 제 1 단말이 제 2 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하면서, 제 2 단말을 발견하는 시간 구간이 2 배로 증가되었다. 도면에서 2 번째 제 2 채널 호핑 주기의 ch.2 에서 제 2 단말로부터 프로브 응답 프레임을 수신하는 것을 볼 수 있다. 이러한 경우와 같이 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 1 회 반복하였을 때 발견하지 못한 제 2 단말을 2 회 반복시에 발견할 수 있는 경우가 있으므로, 전체적인 제 2 단말 발견 확률은 증가된다.

상기 설명한 바와 같이, 제 1 단말은 호핑 시간 구간 이후에 발견 시간 구간을 n 번 반복하여 제 2 단말을 발견하는 확률을 증가할 수 있다. 하지만, 전체 발견 주기(discovery period)는 단말이 기존 연결 단말과의 통신을 수행하는 호핑 시간 구간을 포함하므로, 발견 시간 구간을 긴 시간으로 설정할 경우, 기존 연결 단말과의 통신의 품질이 저해될 수 있다. 따라서, 전체 발견 주기 중에서 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간을 효율적으로 제어하는 방법이 요구된다.

도 22 는 본 발명의 일 실시예에 따른 발견 시간 구간의 반복 횟수에 따른 제 2 단말 발견 확률을 보여주는 실험값이다.

도 22(a) 내지 도 22(d)는 자기 신호 간섭(ISI)는 없는 환경을 전제하며, 타임 슬롯 1 구간 (1T)은 10msec 이며, 발견 시간 구간은 1T 에 해당하므로 역시 10msec 이다. 또한, 호핑 채널은 총 3 개이므로 호핑 시간 구간은 3 T, 즉 30msec 인 조건에서 수행되었다.

도 22(a) 및 도 22(b)는 와이파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 환경에서 단말을 발견하는 시간을 나타낸다. 도 22(a)는 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 1 회 반복하였을 때 제 2 단말을 발견하는 시간이 평균적으로 276ms 소요되는 것을 보여준다. 반면에, 도 22(b)에서와 같이 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 2 회 반복하였을 때 제 2 단말을 발견하는 시간은 평균적으로 247ms 소요되므로, 1 회 반복하였을 때와 비교할 때 약 10.5% 단축되는 것을 알 수 있다. 단말을 발견하는 시간이 단축되는 것은 소정 시간 동안 단말을 발견하는 확률이 증가하는 것으로도 설명이 가능하다.

도 22(c) 및 도 22(d)는 본 발명과 같이 D2D 통신에서 단말을 발견하는 시간을 나타낸다. 도 22(c)는 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 1 회 반복하였 때 제 2 단말을 발견하는 시간이 평균적으로 99ms 소요되는 것을 보여준다. 반면에, 도 22(d)에서와 같이 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 2 회 반복하였을 때 제 2 단말을 발견하는 시간은 평균적으로 71ms 소요되므로, 1 회 반복하였을 때와 비교할 때 약 28.3% 단축되는 것을 알 수 있다. 단말을 발견하는 시간이 단축되는 것은 소정 시간 동안 단말을 발견하는 확률이 증가하는 것으로도 설명이 가능하다.

앞선 도 22 에서 설명한 바와 같이, 발견 시간 구간을 오랫동안 설정할수록 즉, 제 2 채널 호핑 주기의 반복 횟수를 증가할수록 제 2 단말을 발견하는 확률이 증가된다. 하지만, 전체 발견 주기(discovery period)는 발견 시간 구간 이외의 호핑 시간 구간에서 기존 연결 단말과 데이터를 송수신하는 시간을 포함하므로, 효율적인 시간 배분이 필요하다. 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기를 2 번 반복하였을 때, 1 번 반복하였을 때에 비하여 제 2 단말을 발견하는데 소요되는 시간이 가장 많이 단축되고, 제 2 채널 호핑 주기를 많이 반복하는 것은 기존의 D2D 통신 품질을 저해할 수 있으므로, 본 발명에서는 제 2 채널 호핑 주기를 2 회 반복하는 것을 제안한다. 하지만 반드시 제 2 채널 호핑 주기를 2 회 반복하는 것으로 제한하려는 것이 아니며, 다른 반복 횟수로 설정하는 것도 가능함에 유의할 필요가 있다.

도 23 내지 도 24 는 재동기화(re-synchronization) 과정을 나타내는 도면이다.

도 23 은 전체 발견 주기 중 발견 시간 구간 이후에 재동기화가 수행되는 과정을 나타낸다. 도 23 을 참조하여, 제 1 단말은 발견 시간 구간에서 제 2 채널 호핑 주기(T)동안 제 2 채널 호핑 시퀀스를 2 회에 반복하면서 제 2 단말을 발견한 상황을 전제하여 설명한다. 발견 시간 구간에서 제 2 단말을 발견한 제 1 단말은 기존 연결 단말과 통신을 바로 수행하지 않고, 새로 발견한 제 2 단말과 우선적으로 동기를 맞출 수 있다. 제 1 단말은 제 2 단말과 동기를 맞추기 위하여 소정의 시간을 소비할 수 있다. 제 2 단말과 동기를 맞춘 제 1 단말은 기존 연결 단말 및 새로 발견한 제 2 단말과 통신하기 위한 이후 단계를 수행할 수 있다.

도 24 는 기존 연결 단말과 통신 중에, 즉 데이터를 송수신하는 도중에 재동기화를 수행하는 과정을 나타낸다. 반드시 발견 시간 구간 이후에 재동기화를 수행하는 것이 아니라, 호핑 시간 구간에서 재동기화가 수행될 수 있음을 나타낸다.

도 25 는 타 단말 발견을 수행하는 제 1 단말의 동작을 나타내는 도면이다.

도 25 에 도시된 바와 같이, 제 1 단말은 전원이 켜지거나 초기화 동작을 통하여, 시간에 따라 채널을 호핑하면서 단말 간 통신의 대상(단말 B)을 발견할 수 있다. 유의할 점은 제 1 단말은 기존 연결된 단말이 없다는 점이다. 제 1 단말은 발견 시간 구간 동안 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하며 프로브 요청 메시지를 전송할 수 있다. 발견 시간 구간 동안 타 단말로부터 프로브 요청 메시지에 대한 응답으로 프로브 응답 메시지를 수신할 수 있다. 타 단말로부터 프로브 응답 메시지를 수신한 제 1 단말은 프로브 응답 메시지를 전송한 단말의 정보를 획득하여, 연결을 시도할 수 있다. 만약, 둘 이상의 단말로부터 프로브 응답 메시지를 수신한 경우라면, 하나의 단말을 선택하여 연결을 시도할 수 있다.

제 1 단말은 선택된 단말(단말 B)과 세션을 연결하기 위하여, 동기화 과정을 수행할 수 있다. 동기가 맞춰진 이후에는 선택된 단말과 연결 요청 메시지(peering request frame)를 전송하고, 이에 대한 응답으로 연결 응답 메시지(peering response frame)을 수신할 수 있으며, 연결을 완료할 수 있다. 연결 과정에서 두 단말은 채널 호핑 시퀀스 및 동기화 정보를 교환하였으므로, 각각 자신의 채널 호핑 시퀀스에 따라 동작하며 단말 간 통신을 수행하게 된다. 이 때 제 1 단말은 연결된 단말과 통신을 할 때에 데이터 이외에 비콘 프레임에 단말의 정보를 포함하여 주기적으로 전송할 수 있다. 비콘 프레임의 경우 오버헤드를 고려하여 매 호핑 때마다 전송되지 않고, 일정한 주기를 가지고 전송될 수 있다.

제 1 단말은 새로운 단말을 발견하기 위하여 프로브 요청 메시지를 전송하는 능동적 스캐닝(active scanning)을 수행할 수도 있지만, 타 단말이 전송하는 비콘 프레임(beacon frame)을 수신하여 이에 기초하여 타 단말을 발견하는 수동적 스캐닝(passive scanning)을 할 수도 있음에 유의한다.

도 26 은 타 단말 발견을 수행하는 제 1 단말 동작의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 26 은 기존 연결된 단말 B 가 있다는 점에서, 도 25 와 차이가 있음에 유의할 필요가 있다. 도 26 에서는 제 1 단말이 기존 단말 간 통신을 수행하는 도중에 새로운 단말 C (제 2 단말)을 발견하고, 연결을 수행하는 과정을 나타낸다. 제 1 단말은 호핑 시간 구간 동안 기존 연결 단말 (단말 B)과 채널을 호핑하면서 통신을 할 수 있다. 제 1 단말은 발견 시간 동안에서는 채널 호핑 시퀀스를 2 회를 반복하면서, 새로운 단말을 발견하는 절차를 수행할 수 있다. 발견 시간 구간동안 프로브 요청 메시지를 전송하고, 새로운 단말로부터 프로브 응답 메시지를 수신하면 새로 발견한 제 2 단말과 연결을 시도할 수 있다. 발견 시간 이후, 제 1 단말은 새로 발견한 제 2 단말 (단말 C)에게 연결 요청 메시지(peering request frame)을 전송할 수 있으며, 제 2 단말은 연결 요청 메시지에 대한 응답으로 연결 응답 메시지(peering response frame)을 제 1 단말에게 전송할 수 있다.

제 2 단말과 통신 세션 연결에 대한 정보를 교환한 제 1 단말은, 기존 연결 단말과도 기존 통신 환경에 대한 재설정을 할 수 있다. 만약 제 1 단말(단말 A)이 새로 발견한 제 2 단말과 동기화를 수행하는 과정에서 제 2 단말의 동기를 따르게 된다면, 제 1 단말의 기존 연결 단말(단말 B)은 제 1 단말과 동기를 다시 맞추어야 할 필요가 있다. 채널 동기 기준 단말을 정함에 있어서는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 기준을 적용할 수 있다.

제 1 단말이 제 2 단말 및 기존 연결 단말과 동기를 맞춘 이후에는 세 단말들이 같은 동기 정보에 의해 동작해야 하므로, 소정의 가드 시간(guard time)을 가질 수 있다. 두 단말의 동기화의 경우에는 동기화 후 바로 통신을 수행할 수 있지만, 세 단말의 경우에는 기존 연결의 동기를 재조정하므로 소정의 가드 시간을 둠으로써 전체 단말의 동기를 맞추는 것이 가능하다. 가드 시간이 경과한 후에 세 단말들은 자신의 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑을 하며 단말 간 통신을 수행할 수 있다.

도 27 은 비콘 프레임의 구조를 나타낸다.

제 1 단말은 단말 자신의 정보를 타 단말에 전송하기 위하여, 비콘 프레임에 단말 자신의 정보를 포함하여 전송할 수 있다. 이를 수신한 단말은 제 1 단말의 채널 호핑 시퀀스 및 동기화 정보 등을 알 수 있다.

비콘 프레임은 동기 시간(Synchronization Time) 필드, 호핑 시퀀스(Hopping Sequence) 필드, 발견 주기(Discovery Period) 필드, 동기 방법(Synchronization Metric) 필드 및 연결 링크 정보(Peered Link Information) 필드를 포함할 수 있다.

동기 시간(Synchronization Time) 필드는 단말의 동기 시간 정보를 포함한다. 비콘 프레임이 전송된 시간을 기준으로 다음 채널 호핑 시간까지 남은 시간 정보를 표현할 수 있고, 경과 시간을 표현하는 것도 가능하다.

호핑 시퀀스(Hopping Sequence) 필드는 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함한다. 복수의 채널을 어떠한 순으로 동작하는지를 나타내는 정보이다.

발견 주기(Discovery Period) 필드는 전체 발견 주기를 나타내는 정보이다. 전체 발견 주기는 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간으로 구분되고, 호핑 시간 구간에서는 단말 간 통신의 실질적인 데이터 송수신이 이루어지고, 발견 시간 구간에서는 단말을 발견하는 과정을 수행한다.

동기 방법(Synchronization Metric) 필드는 두 단말 간 채널 동기를 맞추는데 있어서 어느 단말을 기준으로 할 것인지 또는 어떠한 기준에 의하여 채널 동기를 맞출 건인지에 대한 정보를 나타낸다. 채널 동기 기준 단말을 결정하는 방법은 앞서 설명하였으므로 생략한다.

연결 링크 정보(Peered Link Information) 필드는 단말에 연결된 링크 정보를 나타낸다. 연결 링크 정보 필드는 연결 링크 개수(Number of Peered Link) 필드, 주소(Address) 필드, 어플리케이션 정보(Application Information) 필드 및 호핑 시퀀스(Hopping Sequence) 필드를 포함할 수 있다.

연결 링크 개수 필드는 단말에 현재 연결된 세션의 개수를 나타내고, 주소 필드는 해당 단말의 연결 주소를 나타낸다. 어플리케이션 정보 필드는 해당 단말에서 현재 동작 중인 어플리케이션에 대한 정보를 포함하고, 호핑 시퀀스 필드는 연결된 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함한다. 연결 링크 정보 필드 중에서 연결 링크 개수 필드를 제외한, 주소 필드, 어플리케이션 정보 필드 및 호핑 시퀀스 필드는 연결된 단말 별로 반복되어 표현될 수 있다.

도 28 은 연결 요청/응답 프레임의 구조를 나타낸다.

단말은 발견한 단말과 동기를 맞추고 난 후, 통신 세션을 연결하기 위하여 연결 요청 프레임 및 연결 응답 프레임을 송수신한다. 연결 요청/응답 프레임은 동기 시간(Synchronization Time) 필드, 호핑 시퀀스(Hopping Sequence) 필드, 발견 주기(Discovery Period) 필드, 어플리케이션 정보(Application Information) 필드, 동기 방법(Synchronization Metric) 필드 및 가드 시간(Guard Time) 필드를 포함할 수 있다.

동기 시간(Synchronization Time) 필드는 단말의 동기 시간 정보를 포함한다. 비콘 프레임이 전송된 시간을 기준으로 다음 채널 호핑 시간까지 남은 시간 정보를 표현할 수 있고, 경과 시간을 표현하는 것도 가능하다.

호핑 시퀀스(Hopping Sequence) 필드는 단말의 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함한다. 복수의 채널을 어떠한 순으로 동작하는지를 나타내는 정보이다. 제 1 단말은 새로 발견한 제 2 단말에 대하여 연결 요청 프레임의 호핑 시퀀스 필드에 자신의 채널 호핑 시퀀스 대신에, 제 2 단말이 사용하도록 요청하는 변경된 채널 호핑 시퀀스 정보를 포함할 수 있다. 연결 요청 프레임을 수신한 제 2 단말은 제 1 단말이 전송한 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 동작할 수 있고, 제 1 단말이 전송한 채널 호핑 시퀀스 정보를 변경하여 연결 응답 프레임의 호핑 시퀀스 필드에 포함시켜 전송할 수 있다.

발견 주기(Discovery Period) 필드는 전체 발견 주기를 나타내는 정보이다. 전체 발견 주기는 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간으로 구분되고, 호핑 시간 구간에서는 단말 간 통신의 실질적인 데이터 송수신이 이루어지고, 발견 시간 구간에서는 단말을 발견하는 과정을 수행한다.

어플리케이션 정보(Application Information) 필드는 해당 단말에서 현재 동작 중인 어플리케이션에 대한 정보를 포함한다.

동기 방법(Synchronization Metric) 필드는 두 단말 간 채널 동기를 맞추는데 있어서 어느 단말을 기준으로 할 것인지 또는 어떠한 기준에 의하여 채널 동기를 맞출 건인지에 대한 정보를 나타낸다.

가드 시간(Guard Time) 필드는 동기를 맞추고 난 단말이 실질적으로 통신을 하기까지의 준비하는 시간을 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이, 제 1 단말은 전체 발견 주기(discovery period) 내에서, 호핑 시간 구간 및 발견 시간 구간으로 나누어지며, 두 시간 구간은 서로 번갈아가며 할당된다. 즉 다시 말해서, 제 1 단말은 호핑 시간 구간에서 채널 호핑을 하면서 데이터 등을 전송할 수 있다. 호핑 시간 구간 이후에는 발견 시간 구간으로서, 새로운 단말을 발견하기 위한 절차를 수행하고, 다시 호핑 시간 구간에서 수행하게 된다. 전체 발견 주기는 하나의 호핑 시간 구간 및 하나의 발견 시간 구간으로 구성되며, 이하에서는 설명의 편의상, 하나의 호핑 시간 구간 내의 채널 호핑 주기를 H 라 나타내고, 하나의 발견 시간 구간을 D 라고 나타내기로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 단말을 발견하는데 소요되는 시간을 단축하기 위하여, 단말은 발견 시간 구간 D 내에서, 채널 호핑 주기를 2 회 반복하는 것이 바람직하다. 따라서, 발견 시간 구간 내의 채널 호핑 주기를 T 라고 할 경우, 2 회 반복하게 되면, 발견 시간 구간은 총 2T 의 시간이 될 수 있다.

또한, 전체 발견 주기의 동기화 편의를 위하여, 호핑 시간 구간에서 단말이 하나의 채널에 머무는 시간을 T 라고 설정하는 것이 바람직하며, 단말이 n 개의 채널을 호핑할 경우, 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기는 nT 의 시간이 될 수 있다.

도 29 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 발견 주기를 나타낸 도면이다.

도 29 에 도시된 바와 같이, 단말의 채널 호핑에 대한 전체 발견 주기(discovery period)는 발견 시간 구간 및 호핑 시간 구간으로 구분될 수 있다. 이 때, 앞서 도 19 에서 설명한 바와 같이, 발견 시간 구간에서 단말이 전체 채널을 호핑하는 채널 호핑 주기를 T 라고 할 경우, 이 주기 T 는 호핑 시간 구간에서 단말이 하나의 채널에 머무는 시간과 동일하게 설정할 수 있다. 이는 한번의 동기화에 의해서 여러 번 동기를 맞출 불필요를 제거하는 유리한 효과가 있기 때문이다.

따라서, 단말은 T 의 배수의 전체 발견 주기로서 채널 호핑을 하게 되며, 동기를 맞추는데 걸리는 추가적인 시간 등을 고려하지 않는다면, 계속 T 의 배수의 주기로서 동작하게 된다.

제 1 단말이 T 의 배수의 주기로서 동작하고 있는 경우, 제 2 단말도 같은 T 의 배수 주기로 동작한다면, 제 1 단말은 제 2 단말을 발견하지 못할 수가 있다. 도 29 를 참조하여 설명하면, 제 1 단말은 발견 시간 구간 D 와 호핑 시간 구간 H 를 차례로 동작한다. 만약 제 2 단말이 먼저, 호핑 시간 구간 H 를 설정하고, 발견 시간 구간 D 를 설정한다면, 두 단말은 서로 발견 시간 구간이 겹치는 시간이 존재하지 않게 된다. 따라서, 서로 프로브 요청 프레임을 전송하더라도, 그에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임을 수신할 수 없게 되고, 새로운 단말을 발견하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 단말의 전체 발견 주기(discovery period)를 일정한 값으로 고정하기 보다는, 변화를 주어 단말들 간에 서로 발견 시간 구간이 겹치게 될 확률을 높일 수 있다. 도 29 를 참조하여 설명하면, 단말은 발견 시간 구간 D 가 2T 가 되고, 호핑 시간 구간 H 가 3T 가 되어, 전체 발견 주기는 5T 가 된다. 이 때, 발견 시간 구간 D 또는 호핑 시간 구간 H 를 변경하여, 채널 호핑을 수행할 경우, 기존의 5T 의 전체 발견 주기에서 발견하지 못하는 단말을 발견할 확률을 높일 수 있다.

단말은 호핑 시간 구간 H 을 반복하여 전체 발견 주기를 변경할 수 있다. 즉 호핑 시간 구간 H 에서의 채널 호핑 시퀀스를 n 번 반복하게 될 경우, 전체 발견 주기는 반복한 시간 구간만큼 증가될 수 있다. 도 29 를 참조하여 설명하면, 단말이 세 개의 채널을 호핑하는 호핑 시간 구간에서는 채널 호핑 주기가 3T 가 되며, 2 번 반복할 경우 6T 의 호핑 시간 구간으로 변경된다. 이 경우, 기존의 전체 발견 주기 5T 는 3T 가 증가된 8T 로 변경이 된다. 단말의 전체 발견 주기가 8T 로 변경될 경우, 기존의 전체 발견 주기 5T 에서 발견하지 못하는 단말을 발견할 가능성이 증가된다.

단말이 발견 시간 구간 D 를 변경하여 전체 발견 주기를 변경할 수도 있지만, 발견 시간 구간의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 발견 시간 구간을 늘이는 것이 기존 연결된 단말 간의 통신의 품질을 저해할 필요가 있으므로, 발견 시간 구간에서 채널 호핑 주기를 2 주기로 하여 채널 호핑 시퀀스를 2 회 반복하는 것이 바람직하다.

실시예 1

도 30 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전체 발견 주기를 나타내는 도면이다.

도 30 에 도시된 바와 같이, 단말이 3 개의 채널을 호핑하는 경우를 예를 들어 설명한다. 단말은 발견 시간 구간 D 동안 채널 호핑 주기 T 를 2 회 반복하는 시간 2T 동안 발견 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 을 2 회 반복하며 단말을 발견하는 절차를 수행한다. 프로브 요청 메시지(프레임)를 전송하고, 이에 대한 응답으로 프로브 응답 메시지(프레임)의 수신을 기다린다. 발견 시간 구간이 경과되면, 호핑 시간 구간에서 호핑 시간 구간의 채널 호핑 주기 3T 시간 동안, 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스 ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 에 기초하여 채널 호핑을 수행한다. 이렇게 하나의 발견 시간 구간 및 호핑 시간 구간으로 구성된 시간 5T 는 단말의 전체 발견 주기(discovery period)로 표현된다.

단말은 전체 발견 주기를 변경할 수 있다. 5T 의 시간이 경과된 후에 단말은 다시 발견 시간 구간 D 에서 채널 호핑 주기 T 를 2 회 반복하는 시간 2T 동안 발견 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 을 2 회 반복하며 단말을 발견하는 절차를 수행한다. 발견 시간 구간이 경과되면, 단말은 호핑 시간 구간에서 채널 호핑을 하는 바, 이때, 호핑 시간 구간에서 채널 호핑 주기 3T 를 2 회 반복하여, 채널 호핑 시간 구간을 6T 로 변경할 수 있다. 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스인 ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 에 기초하여 채널 호핑을 수행한다. 이렇게 변경될 경우, 전체 발견 주기가 8T 로 변경되어, 단말이 기존의 전체 발견 주기 5T 에서 발견하지 못하는 단말을 발견할 확률을 증가시킬 수 있다.

도 30 에서의 채널 호핑 시퀀스를 D H D H H 로 설정할 수 있고, 이러한 D H D H H 가 반복되는 형태로 단말이 동작할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 단말의 채널 호핑 시퀀스는 호핑 시간 구간에서의 반복 횟수에 기초하여 결정될 수 있다. 이를 좀더 명확하게 표현하기 위하여 하기와 같은 방식으로, 즉 채널 호핑 시퀀스 및 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 대한 2 차원적 표현으로 나타낼 수 있다.

[n1, n2, n3,...] [ch.1, ch.2, ch.3,...]

여기서, n1, n2, n3 는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기가 반복되는 횟수를 나타내고, ch.1, ch.2, ch.3 는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스를 나타낸다. 예를 들어, 도 30 에서는 D H D H H 와 같이 나타낼 수 있으며, 첫번째 발견 주기에서는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기가 반복되지 않고 1 회 수행되었고, 두번째 전체 발견 주기에서는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기가 2 회로 반복되었으므로, [1, 2]로 표현할 수 있다. 또한, 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스는 ch.1 -＞ ch.3 -＞ ch.2 이므로, [1, 3, 2]로 나타낼 수 있고, 도 30 에서의 단말의 채널 호핑 시퀀스를 [1,2] [1,3,2]와 같이 나타낼 수 있다. 상기 설명한 도 29 에서의 단말의 채널 호핑 시퀀스를 나타낸다면, D H 와 같이 나타낼 수 있고, [1][1,3,2]로 나타낼 수 있다.

실시예 2

도 31 은 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 전체 발견 주기를 나타내는 도면이다.

도 31 에 도시된 바와 같이, 단말이 3 개의 채널을 호핑하는 경우를 예를 들어 설명한다. 단말은 발견 시간 구간 D 동안 채널 호핑 주기 T 를 2 회 반복하는 시간 2T 동안 발견 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스 ch.1 -＞ ch.2 -＞ ch.3 을 2 회 반복하며 단말을 발견하는 절차를 수행한다. 프로브 요청 메시지(프레임)를 전송하고, 이에 대한 응답으로 프로브 응답 메시지(프레임)의 수신을 기다린다. 발견 시간 구간이 경과되면, 호핑 시간 구간에서 호핑 시간 구간의 채널 호핑 주기 3T 시간 동안, 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스 ch.2 -＞ ch.1 -＞ ch.3 에 기초하여 채널 호핑을 수행한다.

도 31 에서의 채널 호핑 시퀀스를 D H H D H 로 설정할 수 있고, 이러한 D H H D H 가 반복되는 형태로 단말이 동작할 수 있다. 첫번째 발견 주기에서는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기가 2 회로 반복 수행되었고, 두번째 전체 발견 주기에서는 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 주기가 반복없이 1 회 채널 호핑 하였으므로, [2, 1]로 표현할 수 있다. 또한, 호핑 시간 구간에서의 채널 호핑 시퀀스는 ch.2 -＞ ch.1 -＞ ch.3 이므로, [2, 1, 3]로 나타낼 수 있고, 도 30 에서의 단말의 채널 호핑 시퀀스를 [2,1] [2,1,3]와 같이 나타낼 수 있다.

도 32 는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

도 32 를 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(3210)과 기지국(3210) 영역 내에 위치한 다수의 D2D 단말(3220)을 포함한다. 여기서, D2D 단말은 상술한 소스 단말 또는 타겟 단말이 해당될 수 있다.

기지국(3210)은 프로세서(processor, 3211), 메모리(memory, 3212) 및 RF 부(또는 송수신기 radio frequency unit, 3213)을 포함한다. 프로세서(3211)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(3211)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(3212)는 프로세서(3211)와 연결되어, 프로세서(3211)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 부(3213)는 프로세서(3211)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

D2D 단말(3220)은 프로세서(3221), 메모리(3222) 및 RF 부(또는 송수신기 3223)을 포함한다. 프로세서(3221)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(3221)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(3222)는 프로세서(3221)와 연결되어, 프로세서(3221)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 부(3223)는 프로세서(3221)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

메모리(3212, 3222)는 프로세서(3211, 3221) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(3211, 3221)와 연결될 수 있다. 또한, 기지국(3210) 및/또는 D2D 단말(3220)은 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국(fixed station), Node B, eNodeB(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다.

상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신을 위한 단말 발견 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(D2D)하는 방법에 있어서,
   제1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제1 시간 구간에서 제1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제2 단말을 발견하는 단계; 및
   상기 제1 단말이 상기 전체 발견 주기의 제2 시간 구간에서 제2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하는 단계
   를 포함하고,
   상기 제1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제2 시간 구간에서의 제2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정되는, 단말 간 통신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단말은 상기 제1 시간 구간에서 상기 제1 채널 호핑 시퀀스를 2회 반복하여 채널 호핑하는, 단말 간 통신 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 시간 구간에서의 상기 제1 채널 호핑 시퀀스는 상기 제2 시간 구간에서의 상기 제2 채널 호핑 시퀀스와 상이한, 단말 간 통신 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 시간 구간에서의 상기 제1 채널 호핑 시퀀스는 상기 제2 시간 구간에서의 상기 제2 채널 호핑 시퀀스와 동일한, 단말 간 통신 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단말이 상기 제2 단말을 발견하는 단계는,
   상기 제1 단말이 프로브 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
   상기 제2 단말로부터 상기 프로브 요청 메시지에 대한 응답으로 프로브 응답 메시지를 수신하는 단계
   를 포함하는, 단말 간 통신 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 단말이 상기 프로브 요청 메시지를 전송하는 방식은, 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 및 브로드캐스트(broadcast) 중 하나의 전송 방식인, 단말 간 통신 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단말은 상기 제1 시간 이후에 상기 제2 단말과 동기를 맞추는 단계를 더 포함하는, 단말 간 통신 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 단말은 상기 제2 단말과 동기를 맞춘 후에, 상기 제1 단말에 기존 연결되어 있는 단말과 동기를 맞추는 단계를 더 포함하는, 단말 간 통신 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 단말은 상기 제2 단말 및 상기 기존 연결되어 있는 단말과 동기를 맞춘 후에, 소정의 시간을 경과하고, 단말 간 통신을 수행하는, 단말 간 통신 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말이 상기 제2 단말과 동기를 맞추는 단계는,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말 중 기존에 연결되어 있는 단말 간 통신의 개수가 더 많은 단말을 채널 동기 기준 단말로 하는, 단말 간 통신 방법.
11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말이 상기 제2 단말과 동기를 맞춘 후에, 상기 제2 단말에게 연결 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 제2 단말로부터 상기 연결 요청 메시지에 대한 응답으로 연결 응답 메시지를 수신하는 단계
    를 더 포함하는, 단말 간 통신 방법.
12. 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(Device to Device; D2D)하는 방법에 있어서,
    제2 단말이 제1 단말로부터 프로브 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 프로브 요청 메시지에 대한 응답으로, 상기 제1 단말에게 프로브 응답 메시지을 전송하는 단계; 및
    상기 제1 단말과 동기를 맞추는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 단말은, 상기 제1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제1 시간 구간에서 제1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제2 단말을 발견하고, 상기 전체 발견 주기의 제2 시간 구간에서 제2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하는 단말이고,
    상기 제1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제2 시간 구간에서의 제2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정되는, 단말 간 통신 방법.
13. 무선 통신 시스템에서 단말 간 통신(Device to Device; D2D)하는 단말에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 단말이 상기 송수신기를 이용하여 상기 제1 단말이 채널 호핑하는 주기인 전체 발견 주기 내의 제1 시간 구간에서 제1 채널 호핑(channel hopping) 시퀀스에 기초하여 제2 단말을 발견하고, 상기 제1 단말이 상기 전체 발견 주기의 제2 시간 구간에서 제2 채널 호핑 시퀀스에 기초하여 채널 호핑하도록 설정되며,
    상기 제1 단말의 상기 전체 발견 주기는, 상기 제2 시간 구간에서의 제2 채널 호핑 시퀀스 및 상기 제2 채널 호핑 시퀀스의 반복 횟수에 기초하여 결정되는, 단말 간 통신 단말.

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