근거리 네트워크 통신 환경에서의 자기조직적 자원 접속 장치 및 방법 document_id A220623105691

통상적으로 사용되는 대표적인 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 및 BAN(Bady Area Network) 등이 있다. 이러한 근거리 통신은 셀룰러 통신과 같이 복잡한 MAC 알고리즘을 구현하기가 어렵기 때문에, 가능한 단순하면서도 시스템의 목적을 당성 할 수 있는 시스템의 설계가 중요시 되고 있다. 특히, BAN은 통신이 가능한 범위가 작은 반면, 초저전력 구현이 가능한 시스템 구현이 가능하다. 상기에 언급된 근거리 통신에 대하여 구체적으로 살펴보면 하기와 같다. 블루투스는 기본적으로 마스터 노드(Master Node)와 슬레이브 노드(Slave Node)를 시간으로 구분한 슬롯에 각각 할당하는 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 사용한다. 하나의 슬롯은 시간 구간으로 625usec의 길이를 가지고 있다. 홀수 슬롯은 마스터 노드에게, 짝수 슬롯은 슬레이브 노드에게 할당이 된다. 또한, 다수의 슬레이브 노드를 지원하기 위하여 79개의 1MHz 다중 채널을 주파수 상에서 구성하고, 매 슬롯마다 다른 채널로 홉핑(Hopping)하여 슬레이브 노드 간 충돌 확률을 감소시킨다. 하지만, 잦은 채널 홉핑은 전력소모를 증가시켜 센서 등 전력 제한적인 환경에서 사용이 용이하지 않다. 또한, 서로 다른 트래픽 요구사항을 가지는 다수의 노드를 지원하는 경우, 고정된 TDMA 할당 방식은 비어있는 슬롯을 발생시킬 수 있고, 이를 해결하기 위해 가변적인 TDMA 할당 방식을 사용할 경우, 제어 신호의 부하가 증가하게 되는 문제점이 생긴다. 지그비는 제한된 전력과 낮은 데이터 전송률이 적용되는 환경에서의 무선 접속을 위한 저비용 통신 시스템을 지향한다. 채널 접속 방식은 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access/Collision Avoidance) 외에, TDMA 방식에 기초한 GTS(Guaranteed Time Slot)을 제공하여, CSMA/CA의 단점인 실시간 데이터 트래픽을 위한 QoS(Quality of Service) 보장 측면을 보완해주고 있다. 하지만, 마스터 노드에 대한 GTS 요청 과정을 거쳐야하고, 매 수퍼 프레임(Super Framed)마다 GTS 할당 노드 수와 할당 슬롯 정보를 알려줘야 하는 번거로움이 있다. 슬레이브 노드의 수가 자주 변하거나 각 슬레이브 노드의 요구 전송률이 서로 다르거나, 고정 전송률 대신 가변 전송률을 요구할 경우, GTS 할당에 의한 시스템 성능은 감소하게 된다. 또한 CSMA/CA는 노드 개수와 트래픽 부하에 대한 확장성은 우수하지만, 충돌 방지를 위해 다른 노드의 전송을 감지할 경우, IFS(Inter Frame Spacing)와 임의의 슬롯 수의 대기시간이 경과한 후 전송을 수행하기 때문에 시간에 대한 자원 효율성이 좋지 않은 문제점이 생긴다. BAN은 IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.15.6 TG6 BAN이라는 국제표준으로 표준화를 진행 중이며, 2미터 내외의 인체 주변에서의 통신 네트워크를 통하여 원격 진료 등 의료 서비스와 착용 컴퓨팅(Wearable Computing)을 위한 착용 장비나 모션 센서를 사용하는 엔터테인먼트 서비스를 지향한다. 다양한 서비스 지원성과 환경변화에 대한 적응성을 제공하면서도 초저전력 요구조건을 만족하기 위하여서 기존의 TDMA나 CSMA/CA 방식만으로는 한계가 있어, BAN 표준에 적합한 새로운 자원접속 방법이 제안될 필요성이 있다.