KR100646824B1 - 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 ｔｄｍａ기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 ｔｄｍａ기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 클러스터(cluster)를 형성하기 위해서 클러스터 헤드(cluster-head)를 결정하는 단계와, (b) 상기 결정된 클러스터 헤드에서 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하는 단계와, (c) 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간(contention period)에 대한 정보를 방송하는 단계와, (d) 상기 경쟁 구간 내에서 상기 클러스터 내의 각 노드들로부터 송신 의사(interest to send, IS) 정보를 상기 클러스터 헤드에서 수신하는 단계와, (e) 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성하는 단계와, (f) 상기 생성된 전송 스케줄을 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대해서 방송하는 단계와, (g) 상기 전송 스케줄에 따라서 상기 클러스터 내의 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 단계와, (h) 전송할 데이터가 남아있는 경우 단계 (d)로 점프하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료하는 단계를 포함하는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 특히 센서 네트워크 등의 무선 네트워크에서 사용되는 SMAC 프로토콜 등의 종래의 데이터 전송 제어 방법이 매번 CTS와 RTS 송수신 과정 또는 매번 비컨(beacon)을 생성하여 동기를 맞추는 과정에 따른 전력 소모가 발생하던 단점을 개선하여 하나의 클러스터 헤드(Cluster Head)를 중심으로 매 세션 단위마다 각 노드들이 IS(Interest to Send) 패킷을 사용하여 전송할 데이터에 관한 정보를 TDMA를 기반으로 전달하여 전송의 효율을 높이며 클러스터 헤드가 클러스터 형성 기간 동안에만 활동하게 함으로써 전송 과정에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.
802.15.4, MAC 프로토콜, 저전력, PAN, QoS, 무선 네트워크, 송신 의사, TDMA, 전송 스케줄, 클러스터 형성, 경쟁 구간, 데이터 전송 구간

Description

다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 ＴＤＭＡ 기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체{METHOD FOR CONTROLLING DATA TRANSMISSION BASED ON TDMA IN A WIRELESS NETWORK SYSTEM INCLUDING A PLURALITY OF NODES, SENSOR NETWORK USING THE SAME AND COMPUTER-READABLE MEDIUM HAVING THEREON A PROGRAM PERFORMING FUNCTION EMBODYING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 S-MAC 프로토콜에서의 타이밍 관계를 나타내는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 TDMA 기반의 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임 구조를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법의 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에 있어서 라운드(round) 구성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에서 데이터 전송 구간 내의 예시적인 상태를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
본 발명은 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 특히 센서 네트워크 등의 무선 네트워크에서 사용되는 SMAC 프로토콜 등의 종래의 데이터 전송 제어 방법이 매번 RTS(request to send)와 CTS(clear to send) 송수신 과정 또는 매번 비컨(beacon)을 생성하여 동기를 맞추는 과정에 따른 전력 소모가 발생하던 단점을 개선하여 하나의 클러스터 헤드(Cluster Head)를 중심으로 매 세션 단위마다 각 노드들이 IS(Interest to Send) 패킷을 사용하여 전송할 데이터에 관한 정보를 TDMA를 기반으로 전달하여 전송의 효율을 높이며 클러스터 헤드가 클러스터 형성 기간 동안에만 활동하게 함으로써 전송 과정에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술을 실현하기 위한 핵심 기술적인 인프라이다. 무선 센서 네트워크의 노드는 제한된 용량의 배터리를 이용하여 센싱 또는 컴퓨팅 등의 기능을 수행한다. 그러나 센서 네트워크는 기존의 무선 네트워크와는 달리 제한된 용량의 배터리 전원을 사용하므로 최소의 에너지를 사용하여 감지 된 센싱 데이터를 전달하는 구성이 요구된다.
따라서 무선 네트워크를 구성하는 여러 계층 가운데 데이터의 에러 및 흐름을 제어하고 자원을 관리하는 MAC(media access control) 계층에서의 에너지 효율적인 MAC 프로토콜이 요구된다. 기존의 MANET(Mobile Ad-hoc Network) 또는 IEEE 802.11과 같은 구성의 MAC 프로토콜을 센서 네트워크에 적용하는 경우 패킷 충돌(collision), 오버히어링(overhearing), 제어 패킷 오버헤드(overhead), 아이들 리스닝(idle listening) 등의 문제점이 발생하기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위해서 특히 센서 네트워크에 특화된 MAC 프로토콜 구조, 예컨대 S-MAC 또는 TDMA 기반의 프로토콜 구조가 개발되었다.
우선 S-MAC(Sensor MAC) 프로토콜은 무선 네트워크에서 가장 큰 에너지 낭비 요소인 아이들 리스닝을 줄이기 위해서 듀티 사이클(duty cycle)을 적용하여 각 센서 노드를 주기적으로 슬리핑(sleeping) 모드로 전환하게 하는 것이다. 이러한 슬리핑 모드로의 주기적인 전환을 통하여 에너지를 절감하고 경쟁(contention) 기반의 스케줄링(scheduling)을 사용하여 확장성을 개선하며 패킷의 충돌을 회피할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 S-MAC 프로토콜에서의 타이밍 관계(timing relationship)를 나타내는 도면으로서, 송신기(sender)가 수신기(receiver)에게로 전송하는 3가지 가능한 상황에 대한 타이밍 관계를 도시한다.
도시되듯이 수신기 1은 리슨(listen) 구간을 포함하여 송신기들과 RTS 또는 CTS 패킷을 송수신하고 동기(SYNC)를 위한 패킷을 교환한다. 송신기 1은 SYNC 패킷 만을 송신하며, 송신기 2는 데이터의 송신만을 원하여 RTS 패킷만을 송신하며, 송신기 3은 SYNC 패킷과 RTS 패킷을 송신한다. 이 경우 송신기 2 또는 송신기 3은 CTS 패킷을 수신받는 경우 데이터를 전송하며, 송신기 1은 슬리프(sleep) 모드로 전환된다. 각 노드는 주기적으로 인접 노드에게 SYNC 패킷을 방송(broadcast)하여 새로운 노드가 기존의 노드들에 합류하도록 한다.
그러나 이러한 S-MAC 구조는 실제 데이터를 전송하기 위하여 매번 전송시마다 리스닝 구간에서 RTS와 CTS 패킷을 전송하고 동기를 위한 패킷을 교환하기 때문에 에너지 효율이 감소되는 문제점이 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 TDMA(time division multiple access) 기반의 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임 구조를 도시하는 도면이다.
도시되듯이 TDMA 기반의 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임은 프레임 비컨(Frame Beacon, FB)과 경쟁 구간(Contention Access Period, CAP)과 경쟁 자유 구간(Contention Free Period, CFP)을 포함한다. 슈퍼프레임 내에서 프레임 비컨과 경쟁 구간과 경쟁 자유 구간은 반복하여 포함된다.
프레임 비컨은 동기를 맞추기 위한 구간으로서 비컨을 생성하여 전송한다. 경쟁 구간은 각 노드들의 슬롯 사용을 스케줄링하기 위한 구간이다. 경쟁 자유 구간은 데이터 전송을 위한 구간이다.
그러나 이러한 TDMA 기반의 MAC 프로토콜은 실제 데이터를 전송하기 위하여 매번 전송시마다 동기를 맞추기 위한 비컨을 생성한다. 따라서 비컨을 생성하는 노드에서 전원 소모가 집중적으로 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 특히 센서 네트워크 등의 무선 네트워크에서 사용되는 SMAC 프로토콜 등의 종래의 데이터 전송 제어 방법이 매번 RTS와 CTS 송수신 과정 또는 매번 비컨을 생성하여 동기를 맞추는 과정에 따른 전력 소모가 발생하던 단점을 개선하여 하나의 클러스터 헤드를 중심으로 매 세션 단위마다 각 노드들이 IS 패킷을 사용하여 전송할 데이터에 관한 정보를 TDMA를 기반으로 전달하여 전송의 효율을 높이며 클러스터 헤드가 클러스터 형성 기간 동안에만 활동하게 함으로써 전송 과정에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 클러스터(cluster)를 형성하기 위해서 클러스터 헤드(cluster-head)를 결정하는 단계와, (b) 상기 결정된 클러스터 헤드에서 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하여 클러스터를 형성하는 단계와, (c) 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간(contention period)에 대한 정보를 방송하는 단계와, (d) 상기 경쟁 구간 내에서 상기 클러스터 내의 각 노드들로부터 전송되는 송신 의사(interest to send, IS) 정보를 상기 클러스터 헤드에서 수신하는 단계와, (e) 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성하는 단계와, (f) 상기 생성된 전송 스케줄을 상기 클러스터 내의 모든 노 드들에 대해서 방송하는 단계와, (g) 상기 전송 스케줄에 따라서 상기 클러스터 내의 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 단계와, (h) 전송할 데이터가 남아있는 경우 단계 (d)로 점프하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료하는 단계를 포함하는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 센서 네트워크 시스템으로서, 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법을 사용하여 구현되는 하나 이상의 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 (a) 클러스터를 형성하기 위해서 클러스터 헤드를 결정하는 기능과, (b) 상기 결정된 클러스터 헤드에서 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하여 클러스터를 형성하는 기능과, (c) 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간에 대한 정보를 방송하는 기능과, (d) 상기 경쟁 구간 내에서 상기 클러스터 내의 각 노드들로부터 전송되는 송신 의사 정보를 상기 클러스터 헤드에서 수신하는 기능과, (e) 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성하는 기능과, (f) 상기 생성된 전송 스케줄을 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대해서 방송하는 기능과, (g) 상기 전송 스케줄에 따라서 상기 클러스터 내의 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 기능과, (h) 전송할 데이터가 남아있는 경우 기능 (d)로 점프하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
이하, 본 발명의 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 도면을 참조로 하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법의 흐름도이다.
우선 무선 네트워크 내의 각 노드들을 포함하는 클러스터(cluster)를 형성하기 위해서 클러스터 헤드(cluster-head)를 결정한다(S110).
무선 네트워크, 예컨대 센서 네트워크의 각 노드들은 클러스터 헤드가 될지 여부를 결정하게 된다. 클러스터 헤드는 예컨대 각 노드에 남아있는 전원 레벨에 따라서 결정될 수 있다. 클러스터는 예컨대 감지 반경(sensing radius)에 따라서 형성된다. 만약 좀더 정밀한 감지를 위해서라면 감지 반경을 작게 조절할 수 있다. 이러한 클러스터는 무선 네트워크 내에서 다수 개 형성될 수 있다.
클러스터 헤드가 되려고 하는 노드들은 우선 자신의 전원 잔량을 포함하는 메시지를 클러스터 내의 다른 모든 노드들에게 전송한다. 클러스터 헤드가 되려고 하는 노드들 중에서 가장 높은 전원 잔량을 가지는 노드가 클러스터 헤드로 결정된다.
또는 무선 네트워크가 형성되어 각 노드들에 전원이 들어오는 경우 가장 먼저 전원이 인가된 노드를 클러스터 헤드로 결정할 수도 있다. 즉 처음 센서 네트워크를 설치하는 경우와 같이 모든 노드에서 전원 잔량이 동일한 경우라면 가장 먼저 전원이 인가된 노드가 클러스터 헤드로 결정되는 것이다.
또한 일단 클러스터 헤드가 결정된 이후라도 현재 클러스터 헤드의 전원 잔량이 일정 기준 이하로 감소하는 경우에는 새로운 클러스터 헤드를 결정할 수 있다. 즉 클러스터 내의 모든 노드들에게 전원 잔량에 대한 정보를 요청하고, 각 노드들로부터 전원 잔량에 대한 정보를 수신하게 된다. 이후 각 노드들 중에서 전원 잔량이 가장 높은 노드를 새로운 클러스터 헤드로 결정할 수 있다. 이러한 방식으로 클러스터 헤드를 동적으로 설정할 수 있다.
클러스터 헤드가 결정되면 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하여 클러스터를 형성한다(S120).
즉 하나의 클러스터 내에서 클러스터 헤드가 아닌 다른 모든 노드들이 자신의 정보, 예컨대 식별 번호를 클러스터 헤드에 송신하여 클러스터에 합류(join)한다. 일단 클러스터가 형성된 이후에도 새로운 노드들이 추가되거나 또는 제거될 수 있다. 이러한 클러스터의 동적인 형성은 이후 경쟁 구간에 대한 설명을 통하여 상세히 서술한다.
클러스터가 형성된 이후 클러스터 헤드는 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간(contention period)에 대한 정보를 방송한다(S130). 즉 클러스터 내의 노드들에게 경쟁 구간의 시작에 대한 정보를 알려줌으로써 별도의 동기 신호 또는 RTS 또는 CTS 정보를 반복적으로 송수신하지 않고 경쟁 구간 내에서 각 노드가 송신 의사를 전송하고 이를 통하여 전송 스케줄을 생성함으로서 클러스터 헤드에서의 전력 소모를 줄이는 것이다.
경쟁 구간에서는 클러스터 내의 각 노드들은 클러스터 헤드로 송신 의사 (interest to send, IS) 정보를 송신하고 클러스터 헤드는 이를 수신한다(S140).
이후 클러스터 헤드에서는 각 노드들 사이의 데이터 전송을 위해서 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성한다(S150).
생성된 전송 스케줄은 이후 클러스터 내의 각 노드들에게 생성된 전송 스케줄을 방송한다(S160).
클러스터 내의 각 노드들은 전송 스케줄을 수신하면 이에 따라서 데이터 전송을 수행한다(S170).
미리 지정된 전송 스케줄이 종료하는 경우 전송할 데이터가 남아있는 경우라면 단계(S140)로 점프하여 클러스터 내의 각 노드들로부터 송신 의사 정보를 수신받아 데이터 전송을 수행하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료한다.
도 4는 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에 있어서 라운드(round) 구성을 도시하는 도면이다. 라운드는 하나의 노드가 이벤트에 대한 관심(interest)을 전파하는 것에서 해당 이벤트에 대한 응답을 수신하기까지의 구간이다.
도 4에 도시되듯이 하나의 라운드는 클러스터 형성 페이즈(Cluster Formation Phase)와 전송 페이즈(Transmission Phase)로 구성된다. 또한 각 라운드 마다, 현재의 상황, 예컨대 전원 레벨과 노드의 이동(movement)에 따른 변화에 대응하여 새로운 클러스터를 형성할 수 있다.
클러스터 형성 페이즈는 노드들이 클러스터를 형성하기까지의 지속 시간이다. 즉 도 3을 참조로 설명된 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워 크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에서 단계 S110 및 단계 S120 및 단계 S130이 수행되는 구간이다.
클러스터 형성 페이즈 내에서 클러스터가 형성되지만 클러스터 형성 페이즈 이후에 다른 노드들이 해당 클러스터에 합류(join)하거나 또는 클러스터 내의 노드가 해당 클러스터에서 이탈(leave)하려고 하는 경우가 생길 수 있다.
이러한 경우에는 전송 페이즈 내에서 합류 또는 이탈을 위한 메시지를 클러스터 헤드로 전송하여 합류 또는 이탈을 수행할 수 있다. 이러한 방법을 통하여 클러스터 형성 페이즈 이후에도 클러스터는 동적으로 형성될 수 있다. 또한 현재의 클러스터 헤드가 비정상적인 상황으로 동작을 멈추면, 그 다음 전원 레벨을 가지는 노드가 새로운 클러스터 헤드가 된다.
클러스터 형성 페이즈를 통하여 클러스터가 형성되면 이후 전송 페이즈가 시작된다.
전송 페이즈는 노드들이 채널에 접속하여 데이터를 전송하기까지의 지속 시간이다. 전송 페이즈는 다시 여러 개의 세션(Session)으로 구성된다. 또한 각 세션은 경쟁 구간(Contention Period)과 데이터 전송 구간(Data Transmission Period)으로 구성된다.
경쟁 구간에서 각 노드들은 송신 의사(interest to send, IS) 패킷을 클러스터 헤드에 전송한다. IS 패킷은 해당 노드가 데이터를 송신하고자 한다는 것을 나타낸다. 또한 IS 패킷은 전술하였듯이 특정 노드가 클러스터에 합류하거나 또는 이탈하고자 하는 경우를 나타내는 합류 또는 이탈 메시지와 같은 정보를 포함할 수 도 있다. 각 경쟁 구간 동안에 모든 노드들은 자신의 라디오(radio)를 온(ON)상태로 유지한다. 경쟁 구간은 도 3을 참조로 설명된 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에서 단계 S140이 수행되는 구간이다.
경쟁 구간에서 수신되는 IS 패킷을 통하여 클러스터 헤드는 클러스터 내의 모든 노드들에 대해서 데이터 송신을 원하는지에 대한 정보를 알 수 있게 된다.
데이터 전송 구간은 여러 개의 시간 슬롯(time slot)을 포함한다. 시간 슬롯의 개수는 예컨대 클러스터 내의 노드들의 개수와 동일하게 설정할 수 있다.
데이터 전송 구간 내에서 클러스터 헤드는 TDMA에 기반하여 전송 스케줄을 생성하고 이를 클러스터 내의 모든 노드들에게 방송한다. 이러한 전송 스케줄의 방송은 예컨대 제1 시간 슬롯을 사용하여 방송될 수 있다.
클러스터 내의 노드들은 수신된 전송 스케줄에 따라서 라디오를 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태로 변경할 수 있다.
데이터 전송 구간은 도 3을 참조로 설명된 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에서 단계 S150 내지 단계 S170이 수행되는 구간이다.
경쟁 구간과 데이터 전송 구간을 포함하는 하나의 세션이 종료되면 다시 새로운 세션이 시작될 수 있다. 이 경우 클러스터를 새로 생성하거나 또는 동기화를 위한 비컨 등의 신호를 발생시키지 않으며 새로이 IS 패킷 정보를 클러스터 헤드가 수신하여 전송 스케줄을 생성하게 된다. 따라서 종래의 방식에서의 반복적인 동기 비컨 생성 또는 RTS 및 CTS 송수신에 따른 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법에서 데이터 전송 구간 내의 예시적인 상태를 나타내는 도면이다.
도시되듯이 제1 시간 슬롯에서는 클러스터 헤드에서 방송되는 전송 스케줄 데이터를 포함하고 있다. 예컨대 제2 슬롯에서 노드 1이 노드 2로 유니캐스트(unicast)하도록 할당되고, 제3 슬롯에서 노드 2가 클러스터 내의 모든 노드들에 방송하도록 할당되고, 제4 슬롯에서는 노드 3이 노드 2로 유니캐스트하도록 할당되고, 제5 슬롯에서는 노드 4가 노드 3으로 유니캐스트하도록 할당되었다는 스케줄 정보를 생성하고 이를 클러스터 내의 모든 노드들에게 방송한다. 제1 시간 슬롯에서 클러스터 내의 모든 노드들은 온(ON) 상태를 유지한다.
이후 각 시간 슬롯에서는 각 노드들은 자신이 데이터를 송신하거나 수신하는 경우를 제외하면 오프(OFF) 상태로 변경된다.
예컨대 제2 시간 슬롯은 노드 1이 노드 2로 유니캐스트하도록 할당된 슬롯이므로 노드 1과 노드 2는 온(ON) 상태로, 노드 3과 노드 4는 오프(OFF) 상태이다. 또한 제3 시간 슬롯은 노드 2가 클러스터 내의 모든 노드들에 방송하도록 할당된 슬롯이므로 모든 노드들이 온(ON) 상태를 유지한다.
또한 더 이상 전송할 데이터가 없는 경우에는 세션을 종료함으로써 전송 페이즈를 종료한다. 이 경우 향후 데이터 전송이 필요한 경우를 위하여 미리 다음의 클러스터 형성 페이즈의 시작, 즉 새로운 클러스터를 형성하기 위해 지정된 시간을 클러스터 내의 각 노드들에게 방송할 수 있다. 이러한 클러스터 형성 페이즈를 위해 지정된 시간을 알려줌으로써 동기 신호의 생성을 위한 반복적인 전송 과정을 생략할 수 있다.
또한 도 3 내지 도 5를 참조로 설명된 본 발명에 따른 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법이 하나의 클러스터를 기준으로 설명되었지만 무선 네트워크 내에서 클러스터는 다수 개 존재할 수 있다.
즉 무선 네트워크 내에서 클러스터는 하나 이상이고 클러스터 각각에 대해서 하나씩의 클러스터 헤드가 형성되며, 각각의 클러스터에서 각 클러스터 헤드는 도 3 내지 도 5를 참조로 설명된 본 발명에 따른 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법을 사용하여 데이터 전송을 수행할 수 있다.
또한 클러스터의 개수는 동적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 예컨대 무선 네트워크 내의 특정 노드를 기준으로 생각할 때, 특정 노드에서 클러스터 헤드로부터의 방송 데이터를 수신하지는 못하지만 인접한 노드들 사이의 데이터 송수신이 감지되는 경우가 있을 수 있다. 이 경우 특정 노드를 새로운 클러스터 헤드로 하여 새로운 클러스터가 동적으로 형성될 수 있다.
비록 본 발명이 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 정하여진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 특히 센서 네트워크 등의 무선 네 트워크에서 사용되는 SMAC 프로토콜 등의 종래의 데이터 전송 제어 방법이 매번 RTS와 CTS 송수신 과정 또는 매번 비컨을 생성하여 동기를 맞추는 과정에 따른 전력 소모가 발생하던 단점을 개선하여 하나의 클러스터 헤드를 중심으로 매 세션 단위마다 각 노드들이 IS 패킷을 사용하여 전송할 데이터에 관한 정보를 TDMA를 기반으로 전달하여 전송의 효율을 높이며 클러스터 헤드가 클러스터 형성 기간 동안에만 활동하게 함으로써 전송 과정에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. (a) 클러스터(cluster)를 형성하기 위해서 클러스터 헤드(cluster-head)를 결정하는 단계와,
    (b) 상기 결정된 클러스터 헤드에서 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하여 클러스터를 형성하는 단계와,
    (c) 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간(contention period)에 대한 정보를 방송하는 단계와,
    (d) 상기 경쟁 구간 내에서 상기 클러스터 내의 각 노드들로부터 전송되는 송신 의사(interest to send, IS) 정보를 상기 클러스터 헤드에서 수신하는 단계와,
    (e) 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성하는 단계와,
    (f) 상기 생성된 전송 스케줄을 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대해서 방송하는 단계와,
    (g) 상기 전송 스케줄에 따라서 상기 클러스터 내의 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 단계와,
    (h) 전송할 데이터가 남아있는 경우 단계 (d)로 점프하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료하는 단계
    를 포함하는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 노드들 중에서 클러스터 헤드가 되려는 노드가 자신의 전원(power) 잔량 정보를 포함하는 메시지를 방송하는 단계와,
    상기 메시지를 방송한 노드 중에서 가장 높은 전원 잔량을 가지는 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    전원이 가장 먼저 인가된 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드의 전원 잔량이 일정 기준 이하로 감소하는 경우 상기 클러스터 내의 모든 노드들로부터 전원 잔량에 대한 정보를 수신하는 단계와,
    전원 잔량이 가장 높은 노드를 새로운 클러스터 헤드로 결정하는 단계
    를 더 포함하는 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    상기 클러스터에 합류(join) 또는 이탈(leave)하고자 하는 노드로부터 합류 또는 이탈 메시지를 수신받는 단계를 더 포함하는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    상기 클러스터 내의 각 노드들이 상기 전송 스케줄에 기초하여 자신이 데이터를 송신하거나 수신하는 시간에는 온(ON) 상태로 변경하고 자신이 데이터를 송신하거나 수신하는 시간이 아닌 경우에는 오프(OFF) 상태로 변경하는 단계를 포함하는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (h)는,
    전송할 데이터가 없는 경우 이후의 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 새로운 클러스터를 형성하기 위한 시간을 미리 지정하여 상기 노드들에게 방송하는 단계
    를 포함하는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터는 하나 이상이고 상기 클러스터 각각에 대해서 하나씩의 클러스터 헤드가 형성되는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    특정 노드에서 상기 하나 이상의 클러스터 헤드 중 어느 하나의 클러스터 헤드로부터도 데이터를 전송받지 못하지만 하나 이상의 다른 노드로부터의 데이터 송수신이 감지되는 경우 새로운 클러스터가 형성되며 상기 특정 노드는 상기 새로운 클러스터를 위한 클러스터 헤드로 결정되는 것인 다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법.
  10. 센서 네트워크 시스템으로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 다수의 노드를 포함하는 무선 네 트워크에서의 TDMA 기반 데이터 전송 제어 방법을 사용하여 구현되는 하나 이상의 노드
    를 포함하는 센서 네트워크 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서 네트워크 시스템은,
    무선 네트워크의 각 노드들을 포함하는 클러스터의 형성을 위한 클러스터 형성 페이즈와,
    하나 이상의 세션을 사용하여 데이터 전송을 수행하는 전송 페이즈를 포함하는 라운드(round)를 이용하여 데이터 전송을 수행하며,
    상기 세션은,
    전송 스케줄 생성을 위해서 각 노드들의 송신 의사 정보를 수신하는 경쟁 구간과, 전송 스케줄을 생성하여 각 노드들에게 방송하는 시간 슬롯과 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 하나 이상의 시간 슬롯을 구비하는 데이터 전송 구간을 포함하는 것인 센서 네트워크 시스템.
  12. (a) 클러스터를 형성하기 위해서 클러스터 헤드를 결정하는 기능과,
    (b) 상기 결정된 클러스터 헤드에서 클러스터 내의 모든 노드들의 정보를 수신하여 클러스터를 형성하는 기능과,
    (c) 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에게 경쟁 구간 에 대한 정보를 방송하는 기능과,
    (d) 상기 경쟁 구간 내에서 상기 클러스터 내의 각 노드들로부터 전송되는 송신 의사 정보를 상기 클러스터 헤드에서 수신하는 기능과,
    (e) 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대한 전송 스케줄을 생성하는 기능과,
    (f) 상기 생성된 전송 스케줄을 상기 클러스터 내의 모든 노드들에 대해서 방송하는 기능과,
    (g) 상기 전송 스케줄에 따라서 상기 클러스터 내의 각 노드들 사이의 데이터 전송을 수행하는 기능과,
    (h) 전송할 데이터가 남아있는 경우 기능 (d)로 점프하고 전송할 데이터가 없는 경우 데이터 전송을 종료하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기능 (a)는,
    상기 노드들 중에서 클러스터 헤드가 되려는 노드가 자신의 전원 잔량 정보를 포함하는 메시지를 방송하는 기능과,
    상기 메시지를 방송한 노드 중에서 가장 높은 전원 잔량을 가지는 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 기능
    을 포함하는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기능 (a)는,
    전원이 가장 먼저 인가된 노드를 클러스터 헤드로 결정하는 기능
    을 포함하는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드의 전원 잔량이 일정 기준 이하로 감소하는 경우 상기 클러스터 내의 모든 노드들로부터 전원 잔량에 대한 정보를 수신하는 기능과,
    전원 잔량이 가장 높은 노드를 새로운 클러스터 헤드로 결정하는 기능
    를 더 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기능 (d)는,
    상기 클러스터에 합류 또는 이탈하고자 하는 노드로부터 합류 또는 이탈 메시지를 수신받는 기능을 더 포함하는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 기능 (g)는,
    상기 클러스터 내의 각 노드들이 상기 전송 스케줄에 기초하여 자신이 데이 터를 송신하거나 수신하는 시간에는 온(ON) 상태로 변경하고 자신이 데이터를 송신하거나 수신하는 시간이 아닌 경우에는 오프(OFF) 상태로 변경하는 기능을 포함하는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 기능 (h)는,
    전송할 데이터가 없는 경우 이후의 데이터 전송을 위해서 상기 클러스터 헤드에서 새로운 클러스터를 형성하기 위한 시간을 미리 지정하여 상기 노드들에게 방송하는 기능
    을 포함하는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 클러스터는 하나 이상이고 상기 클러스터 각각에 대해서 하나씩의 클러스터 헤드가 형성되는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  20. 제19항에 있어서,
    특정 노드에서 상기 하나 이상의 클러스터 헤드 중 어느 하나의 클러스터 헤드로부터도 데이터를 전송받지 못하지만 하나 이상의 다른 노드로부터의 데이터 송수신이 감지되는 경우 새로운 클러스터가 형성되며 상기 특정 노드는 상기 새로운 클러스터를 위한 클러스터 헤드로 결정되는 것인 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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