KR20110039858A - Throughput enhancement methods in multi-hop ad hoc networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 센서 네트워크에서 발생한 이벤트를 싱크 노드로 전송하는 방안에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발생한 이벤트를 충돌 없이 싱크 노드로 전송하는 방안에 관한 것이다.The present invention relates to a method of transmitting an event generated in a sensor network to a sink node, and more particularly, to a method of transmitting an event generated to a sink node without collision.
일반적인 이동통신 시스템은 이동단말(mobile element)과 기지국(base station)간에 서로 데이터를 송수신한다. 이동단말과 기지국은 다른 이동단말 또는 노드(node)들을 경유하지 않고 직접 데이터를 송수신한다. 하지만, 센서 네트워크(sensor network)는 센서 노드(sensor node)의 데이터를 싱크 노드(sink node)로 전달하고자 할 경우 다른 센서 노드들을 이용한다.In general, a mobile communication system transmits and receives data between a mobile element and a base station. The mobile station and the base station directly transmit and receive data without passing through other mobile terminals or nodes. However, a sensor network uses other sensor nodes when it wants to transfer data from a sensor node to a sink node.
이하에서는, 도 1을 이용하여 일반적인 센서 네트워크의 구조에 대해 알아보기로 한다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 센서 네트워크는 싱크 노드와 복수 개의 센서 노드들로 구성된다. 도 1은 하나의 싱크 노드만을 도시하고 있으나, 사용자의 설정에 따라 센서 네트워크는 적어도 2개 이상의 싱크 노드들로 구성되는 것이 가능하다.Hereinafter, a structure of a general sensor network will be described with reference to FIG. 1. As shown in FIG. 1, the sensor network consists of a sink node and a plurality of sensor nodes. Although FIG. 1 illustrates only one sink node, the sensor network may be composed of at least two sink nodes according to a user's setting.
센서 노드는 지정된 사용자가 설정한 타겟(target) 영역에 관한 정보를 수집한다. 센서 노드가 수집하는 타겟 영역의 정보로는 주위의 온도, 습도나 물체의 이동, 및 가스의 유출 등이 있다. 센서 노드는 타겟 영역에서 수집된 정보의 데이터를 싱크 노드로 전송한다. 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드들이 전송한 데이터들을 전달받는다. 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드로 전달한다. 하지만 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 수집된 데이터를 싱크 노드로 직접 전달하는 대신 싱크 노드에 인접한 센서 노드들로 전송한다.The sensor node collects information about a target area set by a designated user. The information on the target area collected by the sensor node may include ambient temperature, humidity, object movement, and gas leakage. The sensor node transmits data of information collected in the target area to the sink node. The sink node receives data transmitted by the sensor nodes forming the sensor network. The sensor node located within a certain distance from the sink node directly transmits data to be transmitted to the sink node. However, a sensor node that is not located within a certain distance transmits the collected data to sensor nodes adjacent to the sink node instead of passing the collected data directly to the sink node.
상술한 바와 같이 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않는 센서 노드가 인접 센서 노드들을 이용하여 데이터를 전송하는 이유는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 싱크 노드와 센서 노드간의 거리와 센서 노드가 싱크 노드로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 상호 비례한다.As described above, the reason why the sensor node which is not located within a certain distance transmits data by using adjacent sensor nodes is to minimize power consumption due to data transmission. That is, the distance between the sink node and the sensor node and the power consumed by the sensor node to transmit data to the sink node are generally proportional to each other.
따라서 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 복수 개의 센서 노드들을 이용하여 수집된 데이터를 전송함으로써 데이터 전송에 따른 전력소모를 최소화할 수 있게 된다.Therefore, the sensor node that is not located within a certain distance from the sink node can minimize the power consumption due to the data transmission by transmitting the collected data using a plurality of sensor nodes.
일반적으로, IEEE 802. 11 프로토콜은 현재 Medium Access Control (이하, MAC이라고 한다)과 물리 계층으로 표준화되어 있다. 또한, 기본적인 MAC 구조는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)를 바탕으로 하는 분산 조정 함수(Distributed Coordination Function : 이하, DCF라고 한다)로 이루어져 있다. 여기서, DCF는 복수의 노드로 이루어진 네트워크(Network)에서 하 나의 매체를 공유하여 사용하기 위한 방법으로 경쟁에서 이긴 노드만이 데이터를 전송할 수 있다.In general, the IEEE 802. 11 protocol is now standardized in Medium Access Control (hereinafter referred to as MAC) and the physical layer. In addition, the basic MAC structure is composed of a distributed coordination function (hereinafter referred to as DCF) based on carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA). Here, the DCF is a method for sharing and using one medium in a network composed of a plurality of nodes, and only a node winning the competition can transmit data.
도 1은 종래의 DCF 구간에서 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 도면이다. 먼저, 소정의 센서 노드가 전송할 데이터(data)가 있으면, 우선 매체(Medium)가 "busy" 상태인지 "idle" 상태인지를 체크한다. 즉, 다른 센서 노드가 먼저 매체를 점유하여 전송 중인지를 체크한다. 체크 결과 "idle" 상태라면 프레임(Frame)간 간격인 DIFS(DCF Inter Frame Space) 만큼 계속해서 매체가 "idle" 상태인지 관찰하고, 계속해서 "idle" 상태인 경우 프레임을 전송한다.1 is a diagram illustrating a method of transmitting data in a conventional DCF section. First, if there is data to be transmitted by a given sensor node, it is first checked whether the medium is in a "busy" state or an "idle" state. That is, it checks whether another sensor node is occupying the medium and transmitting. If the result of the check is "idle", the medium is continuously observed as "idle" state by DIFS (DCF Inter Frame Space), which is the interval between frames, and when the state is "idle" state, the frame is transmitted.
만약, 체크 결과 매체가 "busy" 상태라면 "idle" 상태로 바뀔 때까지 전송을 미루게 되는데, 이때 다수의 센서 노드들이 매체가 "busy" 상태에서 "idle" 상태로 바뀌기만을 기다리고 있다면, DIFS 기간이 끝나는 시점이 가장 충돌(collision) 확률이 높은 구간이 된다. 이에, IEEE 802.11은 랜덤 백오프 절차(Random Backoff Procedure)를 채택하여 센서 노드들 간의 경쟁 시 충돌을 최소화 한다.If the check indicates that the medium is in the "busy" state, the transmission is delayed until it changes to the "idle" state, where a number of sensor nodes are waiting for the medium to change from the "busy" state to the "idle" state. The end point is the interval with the highest collision probability. Accordingly, IEEE 802.11 employs a random backoff procedure to minimize collisions in competition between sensor nodes.
그 다음, 백오프(backoff)를 수행하여 임의의 시간 동안 기다린 후, 프레임을 전송한다. 여기서, 소정의 센서 노드가 백오프에 들어가면 캐리어 센싱(carrier sensing)을 수행하여 각 백오프 슬롯(backoff slot) 마다 매체의 활동을 확인한다. 매체가 "idle" 하면 a Slot Time만큼 백오프 타임(backoff time)을 감소시키고, 만약 매체가 "busy" 상태라면 backoff time의 감소 없이 그대로 연기된다. 또한, 백오프는 슬롯 시간(slot time)의 개수로 정해지며, 각각의 스테이션은 데이터를 전송하기 전에 경쟁 윈도우(Contention Window: 이하, CW라 한다) 구간 내에서 임의 의 백오프(Random Backoff)의 슬롯 시간의 수를 결정한다. 즉, 백오프를 구하는 식은 다음과 같다.Then, backoff is performed to wait for an arbitrary time before transmitting the frame. In this case, when a predetermined sensor node enters the backoff, carrier sensing is performed to check the activity of the medium for each backoff slot. If the medium is "idle", it reduces the backoff time by a Slot Time, and if the medium is "busy" it is deferred without decreasing the backoff time. In addition, the backoff is determined by the number of slot times, and each station has an arbitrary number of random backoffs within a contention window (hereinafter referred to as CW) before transmitting data. Determine the number of slot times. That is, the equation for obtaining the backoff is as follows.
Backoff Time = Random ( ) × a Slot TimeBackoff Time = Random () × a Slot Time
여기서, a Slot Time은 해당 PHY(physical layer)에 따라 결정되어 지는 값이고, Random()은 폐구간 [0, CW]에서 얻어지는 임의의 정수 값이다. 또한, CW는 CWmin과 CWmax 사이의 정수이며, CW는 CWmin 값에서 시작하여 ACK(acknowledge)를 받지 못하여 재전송 할 때 마다 다음 값(약 2배)으로 증가한다.Here, a Slot Time is a value determined according to a corresponding physical layer (PHY), and Random () is an arbitrary integer value obtained from a closed section [0, CW]. In addition, CW is an integer between CWmin and CWmax, and CW starts from the value of CWmin and increases to the next value (about 2 times) each time it is retransmitted without receiving an acknowledgment.
네트워크 내에 경쟁(contention)이 많이 발생하여 네트워크 상황이 좋지 않을 경우, 해당 프레임에 대한 응답 프레임이 전송되지 않아 해당 프레임에 대한 최대 재전송 시도 횟수를 초과하게 되고, 이에 해당 프레임을 드롭한 후 CW 값을 계속 초기화하게 됨으로써, 경쟁에 참여한 센서 노드들은 연속적인 충돌로 많은 프레임을 버리게 되어 결과적으로 전체 처리량(throughput)이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.If there is a lot of contention in the network and the network condition is not good, the response frame for the frame is not transmitted and the maximum number of retransmission attempts for the frame is exceeded. By continuing to initialize, there is a problem that the sensor nodes participating in the competition drop many frames in successive collisions, resulting in a drop in overall throughput.
본 발명은 센서 노드에서 수집하거나 전송받은 데이터를 충돌이나 유실없이 싱크노드로 전송하는 방안을 제안한다. 또한, 본 발명은 센서 노드에서 수집하거나 전송받은 데이터를 최소 에너지를 이용하여 데이터 전송 지연없이 싱크노드로 전송할 수 있는 방안을 제안한다.The present invention proposes a method of transmitting data collected or received by a sensor node to a sink node without collision or loss. In addition, the present invention proposes a method for transmitting data collected or received by a sensor node to a sink node without delay of data transmission using minimum energy.
상술한 문제점을 해결하기 위해 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드에서 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 방법에 있어서, 수집한 수집 데이터 중 상위 인접 센서 노드로 전송이 필요한 전송 데이터와 상기 전송 데이터 중 즉시 전송이 요구되는 즉시 전송 데이터를 추출하는 단계; 상기 전송 데이터에 대한 상기 즉시 전송 데이터의 비율인 전송 가중치를 산출하는 단계; 산출된 상기 전송 가중치를 포함하는 총 전송 가중치에 반비례하여 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 단계;를 포함하는 최소 경쟁 윈도우 크기 결정 방법을 제안한다.In the method for determining the minimum contention window size in the sensor node constituting the sensor network to solve the above-mentioned problem, the transmission data that needs to be transmitted to the upper neighboring sensor node among the collected data and the immediate transmission of the transmission data Extracting the transmission data as soon as required; Calculating a transmission weight that is a ratio of the immediate transmission data to the transmission data; And determining a minimum contention window size in inverse proportion to the calculated total transmission weight including the transmission weight.
상기 방법에 있어서, 상기 총 전송 가중치는 하위 인접 센서 노드로부터 전달받은 상기 하위 인접 센서 노드의 총 전송 가중치와 상기 센서 노드가 산출한 전송 가중치의 합계이며, 상기 센서 노드는 상기 데이터를 전송할 경로가 다중 경로이면, 상기 총 전송 가중치를 상기 다중 경로의 개수로 제산한 전송 가중치를 상기 상향 인접 센서 노드로 전달한다.In the method, the total transmission weight is the sum of the total transmission weight of the lower neighbor sensor node received from the lower neighbor sensor node and the transmission weight calculated by the sensor node, wherein the sensor node has multiple paths to transmit the data. If it is a path, the transmission weight obtained by dividing the total transmission weight by the number of the multipaths is transmitted to the uplink neighboring sensor node.
상술한 방법에 있어서, 상기 최소 경쟁 윈도우 크기는 상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들 중 특정 이벤트를 감지하는 센서 노드의 수에 비례한다.In the above-described method, the minimum contention window size is proportional to the number of sensor nodes detecting a specific event among the sensor nodes constituting the sensor network.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 수집한 수집 데이터 중 상위 인접 센서 노드로 전송이 필요한 전송 데이터와 상기 전송 데이터 중 즉시 전송이 요구되는 즉시 전송 데이터를 추출하고, 상기 전송 데이터에 대한 상기 즉시 전송 데이터의 비율인 전송 가중치를 산출하는 산출부; 산출된 상기 전송 가중치를 포함하는 총 전송 가중치에 반비례하여 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 결정부; 상기 산출부로 상기 전송 가중치 산출을 지시하며, 상기 결정부로 상기 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하도록 지시하는 제어부;를 포함하는 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 센서 노드를 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention extracts the transmission data that needs to be transmitted to the upper neighboring sensor node among the collected collected data and the immediate transmission data that is required to be immediately transmitted among the transmission data, and the immediate transmission of the transmission data. A calculating unit calculating a transmission weight which is a ratio of data; A determination unit that determines a minimum contention window size in inverse proportion to a total transmission weight including the calculated transmission weight; And a control unit instructing the calculation unit to calculate the transmission weight and instructing the determination unit to determine the minimum contention window size.
상술한 센서 노드의 총 전송 가중치는 하위 인접 센서 노드로부터 전달받은 상기 하위 인접 센서 노드의 총 전송 가중치와 상기 센서 노드가 산출한 전송 가중치의 합계이며, 상기 산출부는 상기 데이터를 전송할 경로가 다중 경로이면, 상기 총 전송 가중치를 상기 다중 경로의 개수로 제산한 전송 가중치를 산출하며, 전송부는 산출한 상기 전송 가중치를 상기 상향 인접 센서 노드로 전송한다.The total transmission weight of the sensor node described above is the sum of the total transmission weights of the lower neighboring sensor nodes received from the lower neighboring sensor nodes and the transmission weights calculated by the sensor nodes. And calculating the transmission weight obtained by dividing the total transmission weight by the number of the multipaths, and the transmitter transmits the calculated transmission weight to the uplink neighboring sensor node.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 상위 센서 노드; 수집한 수집 데이터 중 상기 상위 인접 센서 노드로 전송이 필요한 전송 데이터와 상기 전송 데이터 중 즉시 전송이 요구되는 즉시 전송 데이터를 추출하고, 상기 전송 데이터에 대한 상기 즉시 전송 데이터의 비율인 전송 가중치를 산출하고, 산출된 상기 전송 가중치를 포함하는 총 전송 가중치에 반비례하여 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 센서 노드; 상기 센서 노드로 전송 가중치를 전송하는 하위 센서 노드;를 포함하는 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 센서 네트워크를 제안한다.The present invention to solve the above problems is an upper sensor node; From the collected data, the transmission data that needs to be transmitted to the upper neighboring sensor node and the immediate transmission data that are required for the immediate transmission are extracted, and the transmission weight that is the ratio of the immediate transmission data to the transmission data is calculated. A sensor node for determining a minimum contention window size in inverse proportion to a total transmission weight including the calculated transmission weight; A sensor network for determining a minimum contention window size, including a lower sensor node for transmitting a transmission weight to the sensor node.
상술한 센서 네트워크의 상기 총 전송 가중치는 상기 하위 인접 센서 노드로부터 전달받은 상기 하위 인접 센서 노드의 총 전송 가중치와 상기 센서 노드가 산출한 전송 가중치의 합계이며, 상기 센서 노드는 상기 데이터를 전송할 경로가 다중 경로이면, 상기 총 전송 가중치를 상기 다중 경로 개수로 제산한 전송 가중치를 상기 상향 인접 센서 노드로 전달한다.The total transmission weight of the sensor network described above is the sum of the total transmission weights of the lower neighboring sensor nodes received from the lower neighboring sensor nodes and the transmission weights calculated by the sensor nodes. In the case of the multipath, the transmission weight obtained by dividing the total transmission weight by the multipath number is transmitted to the uplink neighboring sensor node.
상술한 바와 같이 본 발명은 센서 노드에서 수집하거나 전송받은 데이터를 충돌이나 유실없이 싱크노드로 전송한다. 또한, 본 발명은 센서 노드에서 수집하거나 전송받은 데이터를 최소 에너지를 이용하여 데이터 전송 지연없이 싱크노드로 전송한다. 따라서 본 발명은 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드가 효율적으로 싱크 노드로 수집한 데이터를 전송할 수 있게 된다.As described above, the present invention transmits data collected or received by the sensor node to the sink node without collision or loss. In addition, the present invention transmits data collected or received by the sensor node to the sink node without delay of data transmission using minimum energy. Therefore, the present invention can efficiently transmit the data collected by the sensor node constituting the sensor network to the sink node.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through this embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 경로 라우팅과 다중 경로 라우팅을 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 싱글 경로 라우팅과 다중 경로 라우팅에 대해 알아보기로 한다.3 illustrates single path routing and multipath routing according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, single path routing and multipath routing will be described with reference to FIG. 2.
도 3에 의하면, 센서노드1, 센서노드2, 센서 노드3, 센서 노드4는 하나의 그룹을 형성하며, 센서 노드5, 센서 노드6, 센서 노드7, 센서 노드8은 하나의 그룹을 형성한다. 센서 노드1 내지 센서 노드4는 수집한 데이터를 센서 노드9로 전달하며, 센서 노드5 내지 센서 노드8은 수집한 데이터를 센서 노드10으로 전달한다. 따라서 센서 9와 센서 노드10은 일시적으로 전달받은 데이터로 인해 버퍼에 저장할 수 있는 공간이 부족하게 되며, 이로 인해 데이터 유실이 발생한다.According to FIG. 3,
데이터가 유실되면, 센서 노드1 내지 센서 노드8은 유실된 데이터를 재전송해야 하며, 데이터 재전송에 따른 에너지 소모가 발생하게 된다. 따라서 데이터의 충돌이나 유실없이 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송할 수 있는 방안이 필요하다. 본 발명은 수집한 데이터를 충돌이나 유실없이 싱크 노드로 전송할 수 있도록 경쟁 윈도우 크기를 조절하는 방안을 제안한다. 일반적으로 노드는 데이터를 전송하기 위해 경쟁 윈도우 크기를 결정한다.When the data is lost, the
본 발명과 관련하여 센서 노드는 특정 지역에서 랜덤하게 위치하고 있으며, 싱크 노드는 특정 지역의 한 지점에 위치하고 있다. 센서 노드와 싱크 노드는 특정 지역에 위치한 후 고정된다. 또한, 센서 노드와 싱크 노드는 동일한 전송 반경과 센싱 반경을 가지며, 데이터 전송을 위한 패킷은 동일한 사이즈를 가진다.In the context of the present invention, sensor nodes are randomly located in a specific area, and sink nodes are located at a point in a particular area. Sensor nodes and sink nodes are located in a specific area and then fixed. In addition, the sensor node and the sink node have the same transmission radius and sensing radius, and the packet for data transmission has the same size.
[정의 1][Definition 1]
노드i에서 노드j로 데이터 패킷의 흐름을 fij로 정의한다.The flow of data packets from node i to node j is defined as fij.
[정의 2][Definition 2]
다중 경로 라우팅에서 각 노드는 수집한 데이터를 다중 경로 중 하나의 경로 전송한다. 즉, 각 경로는 수집한 데이터를 분할하여 전송한다. 따라서 중계 노드가 전송할 데이터는 자신이 수집한 데이터와 전달받은 데이터의 합이 된다.In multipath routing, each node transmits the collected data in one of the multipaths. That is, each path divides and transmits the collected data. Therefore, the data to be transmitted by the relay node is the sum of the data collected by the relay node and the data received.
Li는 중계 노드의 총 데이터 전송량을 의미하며, 단위는 pps(packet per second)이다. rki는 경로 fki의 데이터 패킷 전송량을 의미하며, gi는 자신의 데이터 패킷 전송량을 의미한다.Li means the total data transmission amount of the relay node, and the unit is pps (packet per second). rki means the data packet transmission amount of path fki, and gi means its data packet transmission amount.
[정의 3][Definition 3]
노드는 전송해야 할 데이터를 즉시 전송해야 하는 데이터와 일정 시간 후 전송해야 하는 데이터로 구분할 수 있다. A node can distinguish between data that needs to be sent immediately and data that needs to be sent after a certain time.
Fi는 전송 가중치를 의미하며, Ri는 즉시 보내야 하는 데이터 전송량을 의미하며, gi는 전송해야 하는 데이터 전송량을 의미한다. 일반적으로 모든 소스 노드는 수집한 데이터를 즉시 전송하는 것으로 가정한다.Fi means a transmission weight, Ri means a data transmission amount to be sent immediately, gi means a data transmission amount to be transmitted. In general, it is assumed that all source nodes send the collected data immediately.
[정의 4][Definition 4]
따라서 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드의 총 전송 가중치는 이전 노드의 가중치와 자신의 가중치의 합이 된다.Therefore, the total transmission weight of the sensor nodes constituting the sensor network is the sum of the weights of the previous nodes and their own weights.
일반적으로 데이터 패킷은 상술한 
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 다중 경로 라우팅을 구성하고 있는 센서 노드1, 센서 노드3, 센서 노드4, 센서 노드9, 센서 노드10에서 전달받은 전송 가중치를 이용해서 자신의 총 전송 가중치를 산출하는데 소요되는 시간을 도시하고 있다.FIG. 4 is based on the transmission weights transmitted from the
도 4에 의하면, 센서 노드1의 총 전송 가중치는 1이며, 센서 노드3의 총 전송 가중치는 2.5, 센서 노드4의 총 전송 가중치는 1.5이며, 센서 노드9의 총 전송 가중치는 4이며, 센서 노드8의 총 전송 가중치는 8이다. 상술한 바와 같이 각 센서 노드는 자신이 수집한 데이터를 즉시 전송하는 것으로 가정한다. 따라서 센서 노드1과 센서 노드2의 총 전송 가중치는 1이다. 센서 노드2는 수집한 데이터를 센서 노드3과 센서 노드4 중 하나로 전송할 수 있으므로, 센서 노드3과 센서 노드4는 센서 노드2로부터 각각 0.5의 전송 가중치를 할당받는다. 따라서 센서 노드3의 총 전송 가중치는 자신의 전송 가중치1과 센서 노드2에 의한 전송 가중치 0.5의 합인 1.5가 된다. 다중 경로 라우팅을 구성하고 있는 다른 센서 노드 역시 동일한 방법으로 총 전송 가중치를 산출한다.According to FIG. 4, the total transmission weight of
도 4에 의하면, 다중 경로 라우팅을 구성하고 있는 센서 노드들은 자신의 총 전송 가중치를 산출하는데 0.2초 이내에서 가능하다. 즉, 센서 노드10은 전달받은 전송 가중치를 이용하여 자신의 총 전송 가중치를 산출하는데 0.2초의 시간이 소요된다.According to FIG. 4, the sensor nodes constituting the multipath routing can be within 0.2 seconds to calculate their total transmission weight. That is, the
하기 수학식은 총 전송 가중치를 이용하여 최소 경쟁 윈도우 크기를 산출하는 예를 나타내고 있다.The following equation shows an example of calculating the minimum contention window size using the total transmission weight.
Wo는 상수로서 
이벤트가 감지되면, 각 소스 노드들은 인접한 두 홉 이내의 노드들로 감지한 이벤트 식별자와 자신의 식별자가 포함된 메시지를 브로드캐스트한다. 즉, 인접 노드로부터 메시지를 수신한 노드는 다른 인접 노드들로 수신한 메시지를 브로드캐스 트한다. 메시지를 수신한 노드는 이벤트와 관련하여 메시지를 전송한 소스 노드의 수를 산출한다. 따라서 C는 네트워크를 구성하고 있는 소스 노드의 밀도에 따라 변하게 된다.When an event is detected, each source node broadcasts a message containing the detected event identifier and its identifier to nodes within two adjacent hops. That is, a node receiving a message from a neighbor node broadcasts a message received to other neighbor nodes. The node receiving the message calculates the number of source nodes that sent the message in relation to the event. Therefore, C changes depending on the density of source nodes that make up the network.
이벤트가 감지되면, 데이터를 생성할 센서 노드의 수가 증가하게 되면 C의 값도 증가하게 된다.When an event is detected, the value of C increases as the number of sensor nodes that generate data increases.
수학식에 의하면 소스 노드는 충돌을 피하기 위해 최소 경쟁 윈도우의 크기를 크게 설정할 수 있다. 중계 노드들은 최소 경쟁 윈도우의 크기를 소스 노드에 비해 작게 설정할 수 있다.According to the equation, the source node can set a large size of the minimum contention window to avoid collisions. The relay nodes may set the minimum contention window size smaller than that of the source node.
하기 표 1은 수학식을 이용하여 도 2의 싱글 경로 라우팅과 다중 경로 라우팅 상에 위치하고 있는 노드들의 총 전송 가중치와 최소 경쟁 윈도우 크기를 나타내고 있다. 부가하여 하기 표 1은 수학식에 기재되어 있는 C는 4로 설정하며, Wo는 32로 설정하고 있다.Table 1 below shows total transmission weights and minimum contention window sizes of nodes located on the single path routing path and the multipath routing path of FIG. 2 using equations. In addition, Table 1 in Table 1 sets C to 4 and Wo to 32.
표 1에 의하면, 싱글 경로 라우팅에서 노드1, 노드2, 노드4, 노드5와 노드6의 Fagg는 1이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 124이다. 싱글 경로 라우팅에서 노드3의 Fagg는 3이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 42이다. 싱글 경로 라우팅에서 노드7의 Fagg는 2이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 62이며, 노드8과 노드9의 Fagg는 4이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 31이다. 싱글 경로 라우팅에서 노드10의 Fagg는 8이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 16이다.According to Table 1, in single path routing, the
또한, 표 1에 의하면 다중 경로 라우팅에서 노드1, 노드2와 노드5의 Fagg는 1이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 124이다. 다중 경로 라우팅에서 노드3의 Fagg는 2.5이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 50이다. 다중 경로 라우팅에서 노드4, 노드7, 노드7의 Fagg는 1.5이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 83이다. 다중 경로 라우팅에서 노드8, 노드9의 Fagg는 4이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 31이며, 노드10의 Fagg는 8이며, 최소 경쟁 윈도우 크기는 16이다.In addition, according to Table 1, in the multipath routing,
본 발명과 관련하여 센서 노드는 상위 인접 센서 노드로 전송이 필요한 데이터와 데이터 중 즉시 전송이 요구되는 데이터의 비율인 총 전송 가중치를 산출하는 산출부와 산출된 전송 가중치에 반비례하여 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하는 결정부를 포함한다. 또한 센서 노드는 산출부로 총 전송 가중치 산출을 지시하며, 결정부로 최소 경쟁 윈도우 크기를 결정하도록 지시하는 제어부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 저장부와 전송부를 포함한 다른 구성이 센서 노드에 포함될 수 있다.In connection with the present invention, the sensor node calculates a minimum contention window size in inverse proportion to the calculation unit calculating a total transmission weight, which is a ratio of data that needs to be transmitted to a higher neighbor sensor node and data that needs to be transmitted immediately. It includes a decision unit to determine. The sensor node also instructs the calculation unit to calculate the total transmission weight, and includes a control unit instructing the determination unit to determine the minimum contention window size. Of course, in addition to the above-described configuration, other components including the storage unit and the transmission unit may be included in the sensor node.
도 5는 본 발명에 따라 최소 경쟁 윈도우 크기를 설정한 방식과 기존 방식인 IEEE 802.11 DCF와 S-MAC 프로토콜을 비교한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a method for setting a minimum contention window size and a conventional IEEE 802.11 DCF and S-MAC protocol according to the present invention.
도 5(a)는 데이터 패킷 전송 시 충돌 횟수를 도시하고 있으며, 도 5(b)는 센서 노드의 버퍼에서 유실되는 데이터 패킷을 수를 도시하고 있다. 도 5(c)는 데이터 패킷 전송률을 도시하고 있으며, 도 5(d)는 센서 노드의 데이터 처리량을 도시하고 있다. 도 5(e)는 데이터 패킷 전송 지연률을 도시하고 있으며, 도 5(f)는 데이터 패킷 전송에 따른 에너지 소모율을 도시하고 있다.FIG. 5 (a) shows the number of collisions during data packet transmission, and FIG. 5 (b) shows the number of data packets lost in the buffer of the sensor node. Fig. 5 (c) shows the data packet rate, and Fig. 5 (d) shows the data throughput of the sensor node. FIG. 5 (e) shows the data packet transmission delay rate, and FIG. 5 (f) shows the energy consumption rate according to the data packet transmission.
도 5에 의하면, 제안한 방식을 이용하여 최소 경쟁 윈도우 사이즈를 결정하여 데이터 패킷을 전송하는 것이 종래 방식에 비해 높은 효과를 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the transmission of data packets by determining the minimum contention window size using the proposed scheme has a higher effect than the conventional scheme.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .
도 1은 일반적인 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드를 도시한 도면이며,1 is a diagram illustrating a sensor node constituting a general sensor network.
도 2는 종래의 DCF 구간에서 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 도면이며,2 is a view showing a method of transmitting data in a conventional DCF interval,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 경로 라우팅과 다중 경로 라우팅을 도시하고 있으며,3 illustrates single path routing and multipath routing according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드에서 총 전송 가중치를 산출하는데 소요되는 시간을 도시하고 있으며,FIG. 4 illustrates the time taken to calculate the total transmission weight in the sensor node constituting the sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 5는 종래 방식과 대비하여 본 발명을 이용한 방식에 따른 효과를 도시한 도면이다.5 is a view showing the effect of the method using the present invention as compared to the conventional method.
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