무선 Docking 시스템은 기존에 설치된 모니터, 키보드 등의 별도 환경을 통하여 스마트폰 등의 이동형 컴퓨팅 장치 사용에 편의성을 제공하는 환경으로써, 사용자는 Docking 시스템이 구축된 어느 환경에서라도 자신의 이동형 컴퓨팅 장치를 다양한 주변 장치들을 활용하여 편리하게 사용할 수 있다. Docking 시스템은, 컴퓨팅 장치를 중심으로 구축된 기존 데스크탑 및 Laptop 환경과 달리, 컴퓨팅 장치를 제외한 주변 장치들로 구성되어 있다. Wi-Fi Alliance에서는 이러한 환경을 제공하기 위하여 Wi-Fi Docking 표준화를 최근 진행 중이며, 기존에 발표된 Wi-Fi Direct 표준 기술(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.2, 2010)을 활용하고 있다. 하지만, Docking 시스템에서 Bluetooth 장치를 사용할 경우 인터페이스 상이로 인하여 복잡한 Connectivity가 발생될 수 있다. 본 고에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 Wi-Fi Direct 환경에서 Bluetooth 장치 연결을 Tunneling 할 수 있는 기술을 설계하고 실험을 통하여 분석하였다.
무선 Docking 시스템은 기존에 설치된 모니터, 키보드 등의 별도 환경을 통하여 스마트폰 등의 이동형 컴퓨팅 장치 사용에 편의성을 제공하는 환경으로써, 사용자는 Docking 시스템이 구축된 어느 환경에서라도 자신의 이동형 컴퓨팅 장치를 다양한 주변 장치들을 활용하여 편리하게 사용할 수 있다. Docking 시스템은, 컴퓨팅 장치를 중심으로 구축된 기존 데스크탑 및 Laptop 환경과 달리, 컴퓨팅 장치를 제외한 주변 장치들로 구성되어 있다. Wi-Fi Alliance에서는 이러한 환경을 제공하기 위하여 Wi-Fi Docking 표준화를 최근 진행 중이며, 기존에 발표된 Wi-Fi Direct 표준 기술(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.2, 2010)을 활용하고 있다. 하지만, Docking 시스템에서 Bluetooth 장치를 사용할 경우 인터페이스 상이로 인하여 복잡한 Connectivity가 발생될 수 있다. 본 고에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 Wi-Fi Direct 환경에서 Bluetooth 장치 연결을 Tunneling 할 수 있는 기술을 설계하고 실험을 통하여 분석하였다.
Wireless Docking system can provide enhanced convenience to user experience of handheld device such as smart phone by using previously deployed peripheral devises such as monitor and keyboard. In this environment, user can easily use the handheld device with variable peripheral devices at any dockin...
Wireless Docking system can provide enhanced convenience to user experience of handheld device such as smart phone by using previously deployed peripheral devises such as monitor and keyboard. In this environment, user can easily use the handheld device with variable peripheral devices at any docking system place. This system would be composed of peripherals except host computing device contrarily to previous desktop and laptop environment. For this system, Wi-Fi Alliance has been developing standard technology based on Wi-Fi Direct(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.2, 2010) technology. However, this system can make a problem which may lead to complex connectivity on handheld device due to non-compatible communication interface. To address given problem, we designed a new method of Bluetooth tunneling technology via previous Wi-Fi Direct communication, and evaluated it with experiment results.
Wireless Docking system can provide enhanced convenience to user experience of handheld device such as smart phone by using previously deployed peripheral devises such as monitor and keyboard. In this environment, user can easily use the handheld device with variable peripheral devices at any docking system place. This system would be composed of peripherals except host computing device contrarily to previous desktop and laptop environment. For this system, Wi-Fi Alliance has been developing standard technology based on Wi-Fi Direct(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.2, 2010) technology. However, this system can make a problem which may lead to complex connectivity on handheld device due to non-compatible communication interface. To address given problem, we designed a new method of Bluetooth tunneling technology via previous Wi-Fi Direct communication, and evaluated it with experiment results.
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문제 정의
하지만 만약 Peripheral 장치와 Docking Center의 인터페이스가 Bluetooth 기술을 사용할 경우, 대항 Peripheral 인터페이스를 Dockee로 Tunneling 하는 데에는 많은 기술적 제약이 따른다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 Wi-Fi Docking 시스템의 새로운 기술들을 설계하 였다.
또한 일반적으로 Bluetooth 장치는 S/W 영역이 탑재된 Host 부분과 MAC/PHY 등의 Chipset 영역인 Controller로 물리적인 구분이 가능하며, 이때 Host와 Controller의 물리적/논리적 통신 형태를 HCI(Host Controller Interface)로 구분한다. 본 고에서는 위와 같은 배경을 토대로, Dockee와 직접적으로 연결되지 않은 Bluetooth Peripheral 장치를 Dockee에 인식시키기 위하여 다음과 같이 제안한다.
본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, Wi-Fi Docking Center에서 Bluetooth 및 Bluetooth LE 인터페이스를 그대로 지원할 수 있도록 Bluetooth Tunneling 기법을 제안한다. 본 고에서 제안하는 기법은, Bluetooth Host 와 Bluetooth Controller 간 통신 규격인 HCI 정보를 그대로 원격 장치에 Tunneling 하는 방안을 제시함으로써 Wi-Fi Serial Bus 및 Bluetooth 기술 모두에 호환될 수 있으며, 또한 이기종 간 통신 기술 융합 측면에서 명료한 방안을 도출함 으로써 구현 상의 단순함을 제공할 수 있다.
본 절에서는 Dockee 장치와 Docking Center 장치의 Service Discovery 절차를 통하여, 지원 가능한 Profile Matching을 기반으로 Bluetooth Tunneling 기능에 대한 사용 여부를 선택하는 방안을 설명한다. 먼저 그림 4와 같이, A단계에서는 Dockee 장치가 해당 Docking Center에 Docking Connection을 수행한 후, Docking Center에 종속적인 Bluetooth Peripheral 장치가 있을 경우 해당 Bluetooth 장치가 제공하는 Profile 등의 Service를 Discovery 한다.
또한 Bluetooth LE 기술 역시 IoT 테마와 함께 최근 수 많은 소형 Accessary에서 활용되고 있으며, IoT 환경을 고려할 때 이 장치들은 스마트폰 또는 Laptop 등의 Dockee 장치들과의 Connectivity가 반드시 요구됨이 자명하다. 이에 본 고에서는 Bluetooth 및 Bluetooth LE를 활용한 Wi-Fi Docking 시스템의 접속 시간을 시뮬레이션 기반의 실험을 통하여 측정하고 그 결과를 기술하였다. 본 실험은 IEEE 802.
가설 설정
본 환경에서는, Wi-Fi Docking 시스템을 위하여 기존 주변 장치들이 모두 사용자 휴대장치와의 연결을 위하여 Wi-Fi 인터페이스를 보유할 필요는 없으며, 기존 USB 인터페이스 환경을 모니터 장치가 제공한 다는 점을 가정하고 있다. 즉, 모니터 장치는 Wi-Fi Docking 시스템에서 Docking Center 역할을 수행하고, 사용자 휴대장치인 Dockee와의 Wi-Fi 인터페이스를 통하여 기존 주변 장치가 사용하는 USB 인터페이스를 제공한다.
제안 방법
하지만, B단계 이후 Docking Center와 Peripheral 장치의 Bluetooth Pairing은 Peripheral 장치의 Bluetooth Host와 Docking Center의 Bluetooth Host 내에 존재하는 Bluetooth L2CAP에 의하여 이미 전송 계층 단계의 논리적 Session이 완료된 단계이기 때문에, 그림 9에서 설명한 바와 동일하게 새로운 Dockee 의 Bluetooth Host 내의 L2CAP과는 새로운 연결이 형성되어야 한다. 그러나, 본 절차에서는 앞서 기술된 바와 달리, Docking Center와 Peripheral 장치의 Bluetooth Pairing을 그대로 유지하면서, L2CAP Channel만을 재설정한다.
0 표준을 반영하였다. 또한 802.11n 기능 중 Channel Bonding 기능을 배제하고 2.4GHz 대역만을 사용하여 진행하였다.
Wi-Fi Docking MRD 문서에는 Home Office, Enterprise Office, Public Access Workplace, Wireless Meeting Room, Car Docking System, A/V Entertainment, Multiple Dockees 로 구성되는 총 7가지의 사용자 Use-Case가 정의되었고 이를 지원하기 위한 기술적 요구사항을 생성하였다. 또한 위 문서에는 Wi-Fi Docking 시스템을 구성하는 기능 역할을 Dockee, Docking 시스템, Docking Peripheral의 3가지 형태로 구분하였으며, 각 기능 역할에 따른 지원 기술의 종류도 정의하였다.
본 논문에서 제안한 Wi-Fi Docking 시스템의 Bluetooth Tunneling 기법은 Bluetooth 인터페이스를 요구하는 Docking Peripheral 장치를 현재 개발중인 Wi-Fi Docking 표준 기술에 그대로 접목시켜 적용할 수 있는 방안이다. Bluetooth 기술은 현재 무선 헤드 셋과 무선 마우스 등에서 활발히 사용되고 있으며, 시장 영역이 점진적으로 확장되고 있기 때문에 Docking 시스템 환경에서의 고려가 반드시 필요하다.
이에 본 고에서는 Bluetooth 및 Bluetooth LE를 활용한 Wi-Fi Docking 시스템의 접속 시간을 시뮬레이션 기반의 실험을 통하여 측정하고 그 결과를 기술하였다. 본 실험은 IEEE 802.11n을 대상으로 NS-2 (Network Simulator 2)를 통하여 진행되었으며, Dockee, Docking Center, Peripheral 모두 Bluetooth 4.0 표준을 반영하였다. 또한 802.
본 절에서는 Dockee와 Docking Center간 Docking 연결이 시도되기 전에, Docking Center와 Peripheral 장치가 Bluetooth를 통하여 이미 Pairing 되어 있다는 사실을 가정하고, 이를 통하여 Blutooth Host 역할을 담당하는 Dockee 장치와 Bluetooth Controller 역할을 담당하는 Docking Peripheral 장치의 동기화 방법을 제안한다.
본 절차에서는 이러한 L2CAP 재접속 요구를 Bluetooth Pairing 자체의 재접속을 통하여 해결하는 형태를 그림 10에 나타내었으며, 이를 위하여 Dockee 장치는 Docking Center에게 Bluetooth Pairing 재접속을 요청하는 Bluetooth Setup Action 메시지를 송신 한다. 또한 Dockee가 Undocking 할 경우, Docking Center와 Peripheral 역시 Bluetooth Pairing 절차를 다시 수행한다.
이와 같은 방법으로 양 측의 Bluetooth Host 내의 새로운 L2CAP Connection을 설정하고, 그 후 Dockee가 필요한 Profile을 Peripheral 장치와 Matching시키기 위하여 WSB를 통한 Bluetooth Service Discovery 절차를 추가적으로 수행한다. 이경우 Dockee의 Bluetooth 장치는 BT Service Discovery의 Client Role을 수행하고 Peripheral 장치는 BT Service Discovery의 Server Role을 수행한다.
이론/모형
그림 11은 Bluetooth 인터페이스를 사용하는 Docking Peripheral 장치 수의 증가에 따른 Wi-Fi Docking 시스템의 Dockee 장치 접속 시간을 측정하여 타나낸 실험 결과이다. 이 결과에서의 Docking 접속 시간은 Dockee 장치가 Docking Center와의 접속 시간을 포함하여 전체 Docking Peripheral 장치 사용이 가능한 시점까지의 소요시간을 의미하며, 본 논문 에서 제안한 Bluetooth Tunneling 기법을 활용하여 측정되었다.
성능/효과
본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, Wi-Fi Docking Center에서 Bluetooth 및 Bluetooth LE 인터페이스를 그대로 지원할 수 있도록 Bluetooth Tunneling 기법을 제안한다. 본 고에서 제안하는 기법은, Bluetooth Host 와 Bluetooth Controller 간 통신 규격인 HCI 정보를 그대로 원격 장치에 Tunneling 하는 방안을 제시함으로써 Wi-Fi Serial Bus 및 Bluetooth 기술 모두에 호환될 수 있으며, 또한 이기종 간 통신 기술 융합 측면에서 명료한 방안을 도출함 으로써 구현 상의 단순함을 제공할 수 있다.
본 실험 결과와 같이 Docking Peripheral 장치의 Bluetooth 연결은 Method 1 및 Method 2의 접속 유형에 따라 크게 달라지지 않으며, 각 Peripheral 장치가 지원하는 Profile 수 역시 크게 성능에 영향을 미치지 않는다는 결과를 나타내었다. 다만 연결을 시도하는 Bluetooth Docking Peripheral 장치의 수가 많을수록 전체 접속 시간에 영향을 미치는데, 이 결과 또한 Wi-Fi Docking Connection 완료 관점에서 크게 영향을 미치지 않는다.
그림 12는 Bluetooth LE 장치에 대한 실험을 그림 11과 동일한 환경으로 진행한 결과이다. 이 결과에서도 그림 11에서 나타낸 Bluetooth 연결 환경과 성능이 크게 다르지 않는 것으로 측정되었으며, 기존 실험 결과와 비교할 때 접속 시간 증가량의 기울기가 더욱 높은 점을 확인하였다. 이는 Bluetooth LE 기술이 기존 Bluetooth 기술 대비 짧은 접속 시간을 제공하기 때문에 나타난 결과이며, 기존 Bluetooth Pairing 단계에서 수행되는 전체 Channel 대상의 Discovery 절차가 Bluetooth LE 에서는 단지 3개의 Advertising Channel로 축소되었기에 가능한 것으로 판단되었다.
등의 응용 기술로 활발히 적용되고 있다. 이 기술을 활용하면 AP가 존재하지 않는 환경에서 무선 Docking 기능을 용이하게 구현할 수 있으며, 특히 Docking 시스템의 주변 장치를 구성하는 Docking Cluster를 대표적으로 제어하는 Docking Station과 스마트폰 등의 사용자 이동형 컴퓨팅 장치를 손쉽게 연결할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이 결과에서도 그림 11에서 나타낸 Bluetooth 연결 환경과 성능이 크게 다르지 않는 것으로 측정되었으며, 기존 실험 결과와 비교할 때 접속 시간 증가량의 기울기가 더욱 높은 점을 확인하였다. 이는 Bluetooth LE 기술이 기존 Bluetooth 기술 대비 짧은 접속 시간을 제공하기 때문에 나타난 결과이며, 기존 Bluetooth Pairing 단계에서 수행되는 전체 Channel 대상의 Discovery 절차가 Bluetooth LE 에서는 단지 3개의 Advertising Channel로 축소되었기에 가능한 것으로 판단되었다.
하지만 그림 12의 결과 중 Docking Peripheral 장치의 수가 많을 경우의 전체 Wi-Fi Docking Connection 시간은 그림 11에 비하여 증가된 결과가 측정되었다. 이러한 결과는 Bluetooth LE 기술이 기존 Bluetooth 기술 대비 낮은 Data Rate 및 매우 낮은 Throughput 성능에 따라 도출된 것으로 사료된다. 즉, Bluetooth LE 기술은 기존 Bluetooth 대비 매우 높은 Sleep State 시간 점유율을 토대로 Duty Cycle이 운용 되고 있으며, 이는 저전력 프로토콜 특성 상 나타날 수 있는 결과로 판단된다.
다만 연결을 시도하는 Bluetooth Docking Peripheral 장치의 수가 많을수록 전체 접속 시간에 영향을 미치는데, 이 결과 또한 Wi-Fi Docking Connection 완료 관점에서 크게 영향을 미치지 않는다. 즉, Wi-Fi Direct 연결 시간이 전체 성능의 가장 큰 요인이 되며, Bluetooth Tunneling 기능의 부가적인 영향은 사용자 환경 관점에서 무리가 되지는 않는 것으로 확인되었다.
후속연구
본 고에서 제안한 기술은 향후 발표될 Wi-Fi Docking 표준 기술에서 기존 Bluetooth 및 Bluetooth LE 인터페이스를 탑재한 주변 장치들을 그대로 Docking Peripheral 장치로 활용할 수 있기에 향후 적용성이 매우 높게 예측되며, 또한 Bluetooth 표준 및 Wi-Fi Direct를 포함한 향후 발표될 Wi-Fi Docking 표준 기술의 변경 없이 그대로 적용이 가능하기 때문에 확장성 또한 높게 판단된다. 본 기술을 시작으로, 상호 기술적 협력이 어려운 이기종 표준 기술들의 interoperability 측면을 강화한 현실적인 방안들을 추가적으로 연구할 계획이며, 향후 IoT 환경에서 동일 주파수 대역을 사용하는 수 많은 이기종 통신 기술들의 Coexistence 방안 또한 본 논문의 제안 기술과 연관하여 더욱 깊히 연구할 계획이다.
본 고에서 제안한 기술은 향후 발표될 Wi-Fi Docking 표준 기술에서 기존 Bluetooth 및 Bluetooth LE 인터페이스를 탑재한 주변 장치들을 그대로 Docking Peripheral 장치로 활용할 수 있기에 향후 적용성이 매우 높게 예측되며, 또한 Bluetooth 표준 및 Wi-Fi Direct를 포함한 향후 발표될 Wi-Fi Docking 표준 기술의 변경 없이 그대로 적용이 가능하기 때문에 확장성 또한 높게 판단된다. 본 기술을 시작으로, 상호 기술적 협력이 어려운 이기종 표준 기술들의 interoperability 측면을 강화한 현실적인 방안들을 추가적으로 연구할 계획이며, 향후 IoT 환경에서 동일 주파수 대역을 사용하는 수 많은 이기종 통신 기술들의 Coexistence 방안 또한 본 논문의 제안 기술과 연관하여 더욱 깊히 연구할 계획이다.
표준화를 진행하고 있다. 이 기술은 기존에 발표된 Wi-Fi Direct [2] 표준 기술을 활용하여 Docking 시스템 기능을 개발하고 있으며, IEEE 802.11ad [3] 기반의 WiGig [4] 표준에도 적용될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Docking 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?
무선 Docking 시스템은 기존에 설치된 모니터, 키보드 등의 별도 환경을 통하여 스마트폰 등의 이동형 컴퓨팅 장치 사용에 편의성을 제공하는 환경으로써, 사용자는 Docking 시스템이 구축된 어느 환경에서라도 자신의 이동형 컴퓨팅 장치를 다양한 주변 장치들을 활용하여 편리하게 사용할 수 있다. Docking 시스템은, 컴퓨팅 장치를 중심으로 구축된 기존 데스크탑 및 Laptop 환경과 달리, 컴퓨팅 장치를 제외한 주변 장치들로 구성되어 있다. Wi-Fi Alliance에서는 이러한 환경을 제공하기 위하여 Wi-Fi Docking 표준화를 최근 진행 중이며, 기존에 발표된 Wi-Fi Direct 표준 기술(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.
무선 Docking 시스템은 무엇인가?
무선 Docking 시스템은 기존에 설치된 모니터, 키보드 등의 별도 환경을 통하여 스마트폰 등의 이동형 컴퓨팅 장치 사용에 편의성을 제공하는 환경으로써, 사용자는 Docking 시스템이 구축된 어느 환경에서라도 자신의 이동형 컴퓨팅 장치를 다양한 주변 장치들을 활용하여 편리하게 사용할 수 있다. Docking 시스템은, 컴퓨팅 장치를 중심으로 구축된 기존 데스크탑 및 Laptop 환경과 달리, 컴퓨팅 장치를 제외한 주변 장치들로 구성되어 있다.
무선 Docking 시스템을 위해 Wi-Fi Alliance에서는 무엇을 진행중인가?
Docking 시스템은, 컴퓨팅 장치를 중심으로 구축된 기존 데스크탑 및 Laptop 환경과 달리, 컴퓨팅 장치를 제외한 주변 장치들로 구성되어 있다. Wi-Fi Alliance에서는 이러한 환경을 제공하기 위하여 Wi-Fi Docking 표준화를 최근 진행 중이며, 기존에 발표된 Wi-Fi Direct 표준 기술(Wi-Fi Peer-to-Peer Technical Specifications v1.2, 2010)을 활용하고 있다.
IEEE Standard for Information technology--Telecommunications and information exchange between systems--Local and metropolitan area networks--Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 3: Enhancements for Very High Throughput in the 60 GHz Band, IEEE Std 802.11ad, 2012.
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Bluetooth Core Specification 2.1, Bluetooth SIG, Jun. 2007.
Bluetooth Core Specification 4.2, Bluetooth SIG, Dec. 2014.
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H. Joh and I. Ryoo, "A hybrid Wi-Fi P2P with bluetooth low energy for optimizing smart device's communication property," Peer-to-Peer Networking and Appl. 8.4, pp. 567-577, 2015.
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