KR100813883B1 - 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코디네이터 디바이스와 종단 디바이스를 구비하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법으로서, (a) 상기 종단 디바이스들로부터 샘플링 시간을 수신하여 비컨 간격을 설정하는 단계와, (b) 상기 설정된 비컨 간격을 이용하여 비컨 차수를 결정하는 단계와, (c) 상기 결정된 비컨 간격을 이용하여 새로운 비컨 간격을 결정하는 단계와, (d) 상기 결정된 비컨 간격을 상기 종단 디바이스들에게 전송하는 단계를 포함하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, IEEE 802.15.4 등의 무선 네트워크에서 각 디바이스의 샘플링 시간을 이용하여 전체 네트워크의 비컨 간격을 변형하고 각 디바이스의 샘플링 시간을 재조정하면 비컨 수의 감소에 따라서 비컨 전송과 수신에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있으며 또한 재조정된 비컨 간격의 변경에 따라 상대적으로 많은 구간이 슬리프 구간 상태로 되므로 에너지 소비를 줄일 수 있고 또한 비컨 간격에 각 디바이스에서 사용하는 심벌과 각 활성 구간마다 접속하는 디바이스의 개수를 가지고 적응적으로 샘플링 차수를 설정할 수 있으므로 최소화된 활성 구간을 가지도록 구성하여 증가하는 비활성 구간 만큼의 에너지를 보존할 수 있다.
IEEE 802.15.4, 지그비, 비컨 간격, 비컨 차수, 샘플링 차수, 무선 센서 네트워크

Description

샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체{METHOD OF DECIDING NETWORK PARAMETER BASED ON SAMPLING TIME AND COMPUTER-READABLE MEDIUM HAVING THEREON PROGRAM PERFORMING FUNCTION EMBODYING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법이 적용되는 네트워크 구성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 예시적인 흐름도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 따른 적응적 비컨 차수 및 샘플링 시간 재조정을 적용하기 전과 적용한 후의 전체 네트워크 비컨 간격과 샘플링 시간을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서 코디네이터 디바이스와 종단 디바이스 사이에 샘플링 시간과 새로운 비컨 간격을 주고 받는 시퀀스를 나타내는 도면.
도 6 내지 도 7은 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서 고정적 샘플링 차수를 사용하는 경우와 적응적 샘플링 차수를 사용하는 경우 활성 구간과 비활성 구간을 포함하는 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 코디네이터 디바이스 120: 종단 디바이스
본 발명은 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 IEEE 802.15.4 등의 무선 네트워크에서 각 디바이스의 샘플링 시간을 이용하여 전체 네트워크의 비컨 간격을 변형하고 각 디바이스의 샘플링 시간을 재조정하면 비컨 수의 감소에 따라서 비컨 전송과 수신에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있으며 또한 재조정된 비컨 간격의 변경에 따라 상대적으로 많은 구간이 슬리프 구간 상태로 되므로 에너지 소비를 줄일 수 있고 또한 비컨 간격에 각 디바이스에서 사용하는 심벌과 각 활성 구간마다 접속하는 디바이스의 개수를 가지고 적응적으로 샘플링 차수를 설정할 수 있으므로 최소화된 활성 구간을 가지도록 구성하여 증가하는 비활성 구간 만큼의 에너지를 보존할 수 있는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
네트워크에 대한 일반인들이 관심이 크게 증가하면서, 10 m 내외의 단거리에서 사용하는 개인 무선 네트워킹 솔루션인 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술이 주목을 받고 있다. WPAN 기술이 이더넷, PLC, HomePNA 등과 같은 기존 유선 홈 네트워킹 기술들보다 주목을 받고 있는 이유는 배선 작업이 필요 없는 사용의 편리함 때문이다.
특히 각 가정의 가옥은 기업의 사무실과 달리 본래 네트워킹을 고려하여 설계되지 않았기 때문에, 가정의 여러 기기들을 유선 케이블로 일일이 연결하는 것은 매우 번거롭고 불편한 일이 아닐 수 없다. 따라서 가급적이면 케이블을 이용하지 않고 무선으로 각 가정의 기기들을 연결할 수 있는 저렴한 단거리 무선 네트워킹 기술에 대한 수요가 점차 커지고 있다.
IEEE 802.15.4는 저전력, 저비용, 낮은 데이터 처리율을 목표로 제안된 WPAN 기술이다. IEEE 802.15.4는 네트워크 계층 이하에 대한 기술로서 이 계층 이상에 대한 기술은 지그비(Zigbee)라고도 지칭된다.
이러한 IEEE 802.15.4는 현재 스타 토폴로지(star topology)와 트리 토폴로지(tree topology)를 지원하며 홈 네트워크, 센서 네트워크 등 여러 분야에서 활발히 연구가 진행되고 있는 상황이다.
IEEE 802.15.4는 비컨(beacon) 모드와 논-비컨(non-beacon) 모드로 나눌 수 있다.
특히 이하 비컨 모드를 중심으로 설명한다.
비컨 모드의 경우 트래킹(tracking)을 수행한 이후 비컨에 대한 동기를 맞추게 된다. 또한 주기적인 데이터 전송을 가정한다.
이러한 비컨 모드의 IEEE 802.15.4는 비컨을 이용하여 디바이스 사이의 동기를 맞추는 것을 기초로 네트워크를 형성하고 있는 다수의 디바이스들을 적절히 조 절하여 에너지 소비를 줄이는 방식을 사용한다.
일반적으로 디바이스는 주기적으로 데이터를 수집하여 전송하는 디바이스와 이벤트에 따라 수시로 동작하는 디바이스로 나누어진다. 전자는 주기적 디바이스라 하고 후자를 비주기적 디바이스라 지칭한다.
비주기적 디바이스는 비록 주기는 없지만 비주기적 발생 빈도를 가상 주기로 변환하여 주기 디바이스로 간주하여 설계하는 경우가 많다.
각 디바이스는 각기 다른 샘플링 시간(sampling time)을 가진다. 이는 비컨 간격(beacon interval)의 배수의 값으로 나타나지만, 최악의 경우 샘플링 시간은 비컨 간격과 같게 된다. 이러한 최악의 경우를 제외하고는 디바이스의 샘플링 시간이 비컨 간격의 배수로 나타나기 때문에 중간 중간에 쓸모없이 보내어지는 비컨에 의해 낭비되는 에너지가 발생한다.
또한 고정적으로 활성(active) 구간과 비활성(inactive) 구간이 정해지면 그 활성 구간을 이용하는 디바이스의 수가 적은 경우에도 계속 리슨(listen) 상태로 있어야 한다.
한정된 에너지를 가지고 오랫동안 데이터를 주고받아야 하는 IEEE 802.15.4를 비롯한 무선 네트워크 기술에 있어서의 주요한 관심사는 에너지 효율이다.
본 발명은 IEEE 802.15.4 등을 이용한 무선 네트워크의 구현에 있어서 이러한 쓸모없는 비컨 전송에 따라서 낭비되는 에너지를 줄이고, 활성 구간을 최소화하고 슬리프(sleep) 구간을 최대한으로 증가시켜서 효율적인 에너지 소비를 제공하는 방안에 대한 것이다.
본 발명의 목적은 IEEE 802.15.4 등의 무선 네트워크에서 각 디바이스의 샘플링 시간을 이용하여 전체 네트워크의 비컨 간격을 변형하고 각 디바이스의 샘플링 시간을 재조정하면 비컨 수의 감소에 따라서 비컨 전송과 수신에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있으며 또한 재조정된 비컨 간격의 변경에 따라 상대적으로 많은 구간이 슬리프 구간 상태로 되므로 에너지 소비를 줄일 수 있고 또한 비컨 간격에 각 디바이스에서 사용하는 심벌과 각 활성 구간마다 접속하는 디바이스의 개수를 가지고 적응적으로 샘플링 차수를 설정할 수 있으므로 최소화된 활성 구간을 가지도록 구성하여 증가하는 비활성 구간 만큼의 에너지를 보존할 수 있는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 각 단계를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 코디네이터 디바이스와 종단 디바이스를 구비하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법으로서, (a) 상기 종단 디바이스들로부터 샘플링 시간을 수신하여 비컨 간격을 설정하는 단계와, (b) 상기 설정된 비컨 간격을 이용하여 비컨 차수를 결정하는 단계와, (c) 상기 결정된 비컨 간격을 이용하여 새로운 비컨 간격을 결정하는 단계와, (d) 상기 결정된 비컨 간격을 상기 종단 디바이스들에게 전송하는 단계를 포함 하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, (e) 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계와, (f) 상기 결정된 비컨 간격 마다 적응적으로 샘플링 차수를 결정하는 단계와, (g) 상기 결정된 비컨 간격 마다 상기 적응적으로 결정된 샘플링 차수를 가지는 비컨을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (a)는, (a-1) 상기 종단 디바이스들로부터 수신되는 상기 샘플링 시간 중에서 최소값과 이전의 비컨 간격을 비교하여 작은 값을 상기 비컨 간격으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (b)는, (b-1) 다음 수학식
Figure 112006073102788-pat00001
[여기서 aBaseSuperframeDuration은 IEEE 802.15.4의 표준에서 정해진 값이고, (x) 연산은 (x+1) 보다 크지 않은 정수를 출력하는 연산이며, BO는 비컨 차수를 나타냄.]을 이용하여 비컨 차수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (c)는, (c-1) 상기 결정된 비컨 차수를 이용하여 종래 비컨 간격의 2의 배수로서 새로운 비컨 간격을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (c-1)는, (c-2) 상기 종래 비컨 간격의 홀수배로 상기 새로운 비컨 간격이 계산되는 경우 상기 새로운 비컨 간격의 값과 가까운 비컨 간격의 2의 배수 중에서 작은 값을 상기 새로운 비컨 간격으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (c-1)는, (c-3) 상기 종래 비컨 간격의 홀수배로 상기 새로운 비컨 간격이 계산되는 경우 상기 새로운 비컨 간격의 값과 가까운 비컨 간격의 2의 배수 중에서 큰 값을 상기 새로운 비컨 간격으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (e)는, (e-1) 다음 수학식
TS= (TS-TSmod(BI))+BI [TSmod(BI)가 0이 아닌 경우]
TS= TS-TSmod(BI) [TSmod(BI)가 0인 경우]
[Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타냄]을 이용하여 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (e)는, (e-2) 다음 수학식
TS= (TS-TSmod(BI))-BI [TSmod(BI)가 0이 아닌 경우]
TS= TS-TSmod(BI) [TSmod(BI)가 0인 경우]
[Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타냄]을 이용하여 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (f)는, (f-1) 상기 적응적 샘플링 차수를 이용하여 상기 비컨의 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (f-1)은, (f-2) 상기 결정된 비컨 간격 마다 참여할 상기 종단 디바이스의 개수를 계산하는 단계와, (f-3) 상기 종단 디바이스의 데이터 전송 충돌을 고려하여 여유 시간을 추가하는 단계와, (f-4) 상기 종단 디바이스의 개수와 상기 여유 시간을 기초로 상기 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (f-4)는, (f-5) 상기 슈퍼프레임 지속의 활성 구간 동안 접속 가능한 종단 디바이스와 상기 접속 가능한 종단 디바이스에서 사용하는 심볼 의 개수를 미리 지정한 테이블로부터 상기 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (f-5)는 상기 샘플링 시간의 최소 공배수인 간격마다 반복하여 상기 테이블을 이용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서, 상기 단계 (g) 이후에, (h) 새로운 종단 디바이스가 진입하는 경우 상기 단계 (a)로 점프하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 각 단계를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
이하, 본 발명의 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 첨부한 도면을 참조로 하여 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법이 적용되는 네트워크 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도시되듯이 네트워크를 구성하는 각 디바이스는 코디네이터 디바이스(110)와 종단(end) 디바이스(120a 내지 120l)로 구분할 수 있다.
코디네이터 디바이스(110)는 종단 디바이스(120a 내지 120l)로부터 정보를 수신하여 네트워크의 코디네이션을 수행하는 디바이스며, 종단 디바이스는 네트워 크에 구비되는 디바이스 중에서 코디네이터 디바이스(110)가 아닌 다른 디바이스를 의미한다.
도시된 종단 디바이스(120a 내지 120l) 각각의 샘플링 시간은 각각 다를 수 있다.
예컨대 종단 디바이스(120a 내지 120b)는 4인 샘플링 시간을 가질 수 있고, 종단 디바이스(120c 내지 120d)는 5인 샘플링 시간을 가질 수 있고, 종단 디바이스(120e 내지 120f)는 8인 샘플링 시간을 가질 수 있고, 종단 디바이스(120g 내지 120h)는 9인 샘플링 시간을 가질 수 있고, 종단 디바이스(120i 내지 120j)는 13인 샘플링 시간을 가질 수 있고, 종단 디바이스(120k 내지 120l)는 18인 샘플링 시간을 가질 수 있다.
이하 도 1을 참조로 하여 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 예시적인 흐름도이다.
본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법은 크게 적응적으로 비컨 차수를 결정하는 것과, 적응적으로 샘플링 차수를 결정하는 것으로 구분된다.
우선 적응적으로 비컨 차수를 설정하는 단계들(S110 내지 S140)에 대해서 설명한다.
비컨 차수를 적응적으로 설정하기 위해서 우선 코디네이터 디바이스(110)에 서 샘플링 시간 비교를 통하여 비컨 간격을 갱신한다(S110).
이를 위하여 코디네이터 디바이스(110)는 연관(association)을 수행할 때 각 종단 디바이스(120a 내지 120l 중 어느 하나)의 샘플링 시간을 전송 받아 이를 다른 종단 디바이스(120a 내지 120l)의 샘플링 시간과 비교한다. 이러한 각 종단 디바이스(120a 내지 120l)의 샘플링 시간 중에서 가장 작은 샘플링 시간과 종래의 비컨 간격을 비교하여 전체 네트워크의 새로운 비컨 간격을 설정한다. 즉 종래의 비컨 간격이 각 종단 디바이스(120a 내지 120l)의 샘플링 시간 중에서 가장 작은 샘플링 시간보다 크다면 새로운 비컨 간격은 가장 작은 샘플링 시간으로 새롭게 설정되고 아닌 경우에는 종래의 비컨 간격을 그대로 새로운 비컨 간격으로 설정한다.
종단 디바이스(120a 내지 120l)의 개수를 i개라고 가정하면 모든 종단 디바이스(120a 내지 120l)에 대해서 다음 수학식 1이 성립한다.
BI = min(Ti S)
여기서 Ti S는 i번째 종단 디바이스의 샘플링 시간을 의미하며, min() 연산은 최소값을 나타내며, BI는 비컨 간격을 나타낸다.
이후 단계 S110에서 갱신한 비컨 간격을 기초로 비컨 차수를 결정한다(S120).
비컨 차수를 결정하기 위해서는 수학식 1에서 결정한 비컨 간격을 다음과 같 이 수학식 2를 통하여 연산할 수 있다.
Figure 112006073102788-pat00002
여기서 aBaseSuperframeDuration은 IEEE 802.15.4의 표준에서 정해진 값이고, (x) 연산은 (x+1) 보다 크지 않은 정수를 출력하는 연산이며, BO는 비컨 차수를 나타낸다. 예컨대 (2.3)은 3을 출력한다.
이러한 비컨 차수가 결정되면, 이를 이용하여 새로운 비컨 간격을 결정한다(S130).
즉 비컨 간격을 결정하는데 사용된 비컨 차수 값이 변화되었으므로 새로운 비컨 간격을 다시 지정할 수 있다. 이 경우 비컨 차수를 변화시켜서 비컨 간격을 새로이 재지정하는 것이므로, 비컨 간격의 재지정은 종래의 비컨 간격의 2의 배수로서만이 가능하다.
따라서 기존 비컨 간격의 홀수 배의 샘플링 시간이 새로운 비컨 간격으로 선택되었다면 이는 기존 비컨 간격의 가까운 2의 배수로서 재정의하여 새로운 비컨 간격을 결정한다.
이때 두 가지 경우가 발생할 수 있다.
우선 첫 번째로 가장 적은 샘플링 시간이 비컨 간격의 3배라면 이보다 크면서 2의 배수인 4배의 비컨 간격을 새로운 비컨 간격으로서 재지정할 수 있다.
또는 두 번째로 가장 적은 샘플링 시간이 비컨 간격의 3배라면 이보다 작으 면서 2의 배수인 2배의 비컨 간격을 새로운 비컨 간격으로서 재지정할 수도 있다.
이러한 두 가지 경우에 대한 새로운 비컨 간격의 결정 방법은 각각의 장단점을 가진다. 첫 번째 방법은 에너지 효율적인 면에서 두 번째 방법에 비해 효과적이지만 데이터 손실에 대한 측면이 단점이 될 수 있다. 두 번째 방법의 경우 첫 번째 방법의 경우보다 더 자주 비컨을 전송해야 하는 것에 따른 에너지 소비 증가의 단점이 있지만 비컨 간격이 작아지므로 데이터 손실의 가능성이 감소한다.
따라서 에너지 효율을 중시하는 경우에는 첫 번째 방법이, 신뢰성있는 데이터 전송을 중시하는 경우에는 좀 더 빈번한 비컨을 받게 되는 두 번째 방법이 효과적이다.
단계 S130을 통하여 최종적으로 결정된 비컨 간격은 각 종단 디바이스(120a 내지 120l)에게 전송된다(S140).
이러한 단계 S110 내지 S140을 통하여 적응적으로 비컨 차수를 결정하고 이를 통하여 비컨 간격의 재설정이 가능해진다.
이하 적응적으로 샘플링 차수를 설정하는 단계들(S150 내지 S180)에 대해서 설명한다.
종단 디바이스(120a 내지 120l)의 입장에서 보면 네트워크에 연관될 때 자신의 샘플링 시간을 코디네이터 디바이스(110)에게 전송한다.
이러한 네트워크 전체에서 단계 S110 내지 S140을 통하여 새롭게 결정된 비컨 간격에 적합하게 데이터를 주고 받기 위해서는 코디네이터 디바이스(110)로부터 수신되는 새로운 비컨 간격과 동기를 맞추어야 한다.
이러한 새로운 비컨 간격과의 동기를 맞추는 방안은 새로운 샘플링 시간을 선택하는 것에 의해서 수행되며(S150), 다음 수학식 3 또는 수학식 4로 표현되는 경우 또는 수학식 5 내지 수학식 6으로 표현되는 경우와 같이 두 가지 방식을 사용할 수 있다.
TS= (TS-TSmod(BI))+BI (여기서 TSmod(BI)는 0이 아님)
TS= TS-TSmod(BI) (여기서 TSmod(BI)는 0임)
수학식 3 또는 수학식 4에서 Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격을 나타내며, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타낸다.
TS= (TS-TSmod(BI))-BI (여기서 TSmod(BI)는 0이 아님)
TS= TS-TSmod(BI) (여기서 TSmod(BI)는 0임)
수학식 5 또는 수학식 6에서 Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격을 나타내며, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타낸다.
수학식 3 내지 수학식 6에서 각 종단 디바이스(120a 내지 120l)에서 새로운 비컨 간격에 적응적으로 대응하기 위하여 새로운 샘플링 시간을 선택하는 경우 수학식 3 내지 수학식 4와 같은 방식 또는 수학식 5 내지 수학식 6과 같은 방식의 두 가지 방법으로 나누어 사용하는 것은 적용 용도에 따라서 적절히 선택하여 사용할 수 있기 때문이다.
즉 수학식 3 내지 수학식 4의 방법은 수학식 5 내지 수학식 6의 방법에 비해서 좀 더 효율적으로 에너지 절감이 가능하지만 샘플링 시간이 실제 시간보다 작을 수 있기 때문에 중요한 데이터를 제 시간에 전달하지 못할 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 수학식 3 내지 수학식 4의 방법은 데이터 손실에 대한 피해가 크지 않은 네트워크에 사용하는 것이 바람직하다.
이에 반해 수학식 5 내지 수학식 6의 방법은 수학식 3 내지 수학식 4의 방법과는 반대로 데이터 생성에 따른 데이터 손실에 대한 데미지가 적지만 같은 네트워크 상황에서 수학식 3 내지 수학식 4를 적용하는 것에 비해 상대적으로 많은 에너지를 소모한다는 단점이 있다.
따라서 네트워크의 특성에 따라서 이러한 수학식 3 내지 수학식 4와 같은 방식 또는 수학식 5 내지 수학식 6과 같은 방식을 적절히 선택하여 샘플링 시간을 재설정하여 사용할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 따른 적응적 비컨 차수 및 샘플링 시간 재조정을 적용하기 전과 적용한 후의 전체 네트워크 비컨 간격과 샘플링 시간을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시되듯이 각 종단 디바이스에 대해서 샘플링 시간과 비컨 간격은 각 디바이스에 따라서 서로 다르게 구성되어 있다.
이러한 네트워크에 대해서 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 따른 적응적 비컨 차수 및 샘플링 시간 재조정을 적용하면 도 4와 같이 비컨 간격과 샘플링 시간이 재조정된다.
즉 샘플링 시간이 4 내지 5였던 종단 디바이스의 경우 샘플링 시간이 4로 재조정되고, 샘플링 시간이 8, 9 또는 13이었던 종단 디바이스의 경우 샘플링 시간이 8로 재조정되며, 샘플링 시간이 16이었던 종단 디바이스의 경우 샘플링 시간이 16으로 재조정된다.
이와 같이 샘플링 시간과 비컨 간격을 재조정하여 보다 효율적으로 무선 네트워크를 이용할 수 있다.
종단 디바이스와 코디네이터 디바이스 사이의 비컨 간격에 대한 전송 시퀀스에 대해서 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서 코디네이터 디바이스와 종단 디바이스 사이에 샘플링 시간과 새로운 비컨 간격을 주고 받는 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도시되듯이 종단 디바이스에서는 비컨 요청을 코디네이터 디바이스로 전송하고, 이에 대응하여 코디네이터 디바이스는 종단 디바이스로 승인(Ack)을 전송한다.
종단 디바이스는 코디네이터 디바이스에게로 샘플링 시간 TS을 기초로 연관 요청을 전송한다. 이런한 연관 요청 명령은 종단 디바이스로부터 코디네이터 디바이스로의 패킷 포맷 형태를 사용할 수 있다.
이러한 연관 요청에 대응하여 코디네이터 디바이스로부터 종단 디바이스로 승인(Ack)을 전송한다.
한편 이러한 과정이 수행된 이후에 종단 디바이스로부터 코디네이터 디바이스로 데이터 요청이 전송된다. 이러한 데이터 요청 전송에 대응하여 코디네이터 디바이스로부터 종단 디바이스로 승인(Ack)을 전송하며, 이에 대응하여 코디네이터 디바이스로부터 종단 디바이스로 연관 응답이 새로이 갱신된 비컨 간격으로 전송된다. 이에 대응하여 종단 디바이스로부터 코디네이터 디바이스로 승인(Ack)을 전송한다.
전술한 방식에 의하여 새로운 비컨 간격이 정해진 경우 비컨 차수 값은 고정된다.
이 경우 샘플링 차수를 적응적으로 결정한다면 에너지 효율 측면에서 좀 더 개선이 가능하다(S160).
즉 하나의 비컨 간격에서 실제 데이터를 보내고 종단 디바이스(120a 내지 120l)가 깨어 있는 구간을 활성 구간이라고 지칭하는데, 이는 전술한 과정을 통하여 정해진 비컨 차수와 샘플링 차수에 의해서 정해진다.
비컨 차수와 샘플링 차수의 관계는 다음 수학식 7을 만족한다.
0 ≤ SO ≤BO ≤ 16
여기서 BO는 비컨 차수, SO는 샘플링 차수를 나타낸다.
따라서 샘플링 차수는 최대의 경우 비컨 차수의 값과 같을 수 있고 최소 0의값을 가질 수 있다. 따라서 어떠한 비컨 차수값이 정해지던지 간에 샘플링 차수는 비컨 간격의 절반 이상이 될 수는 없다.
슈퍼프레임 지속(Superframe Duration)은 샘플링 차수를 이용하여 다음 수학식 8에 의해서 구할 수 있다.
SD = aBaseSuperframeDuration×2SO
여기서 aBaseSuperframeDuration은 IEEE 802.15.4의 표준에서 정해진 값이고, SO는 샘플링 차수이다.
보통은 샘플링 차수의 값이 초기에 정해진 값에 따라 정해지므로 슈퍼프레임 지속 값도 또한 고정된다. 이러한 경우 해당 비컨 간격에 의해서 데이터를 전송하는 종단 디바이스의 수가 적은 경우에도 정해진 구간에서는 종단 디바이스들이 깨어 있어야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 각 종단 디바이스에서는 에너지를 소비하는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명에서의 경우 각 비컨 간격마다 서로 다른 활성 구간을 설정하여 해당 활성 구간에서만 각 종단 디바이스들이 깨어 있도록 구성하여 에너지 효율을 높이도록 한다.
즉 전술한 적응적 비컨 차수 결정 및 이에 따른 비컨 간격 결정에 따라서 샘 플링 시간이 재조정되었을 때, 하나의 비컨 간격 동안에서는 여러 개의 종단 디바이스가 데이터를 보내자고 하는 반면, 다른 비컨 간격 동안에서는 이보다 적은 수의 종단 디바이스가 데이터를 보내자고 할 수 있다. 즉 비컨 간격마다 서로 다른 개수의 종단 디바이스가 데이터를 전송하게 된다.
따라서 비컨의 슈퍼프레임 지속이 고정되어 있을 경우에는 데이터를 보내려고 하는 종단 디바이스의 개수가 적을 때에도 종단 디바이스들이 깨어 있는 상태가 되어 있으므로 이에 따른 에너지 낭비가 발생한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서 고정적 샘플링 차수를 사용하는 경우와 적응적 샘플링 차수를 사용하는 경우 활성 구간과 비활성 구간을 포함하는 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시되듯이 샘플링 차수와 비컨 차수의 값이 동일하게 지정되는 경우에는 슈퍼프레임의 활성 구간과 비활성 구간이 거의 대등하게 구성된다. 그러나 디바이스의 수와 데이터 크기에 따라서 샘플링 차수를 결정하는 경우 도 7에 도시되듯이 슈퍼프레임 내의 활성 구간을 최소화하고 비활성 구간을 증가시킬 수 있다.
이러한 방식으로 본 발명에서는 각 비컨 간격마다 데이터 전송을 원하는 종단 디바이스의 개수에 따라서 적응적으로 슈퍼프레임 지속을 결정하여 에너지 소비를 줄이도록 구성한다.
각 종단 디바이스에서 보내어지는 데이터의 크기를 40 심볼(symbol)로 가정하고, CCA 처리 등에 따르는 20 심볼을 추가하여 총 60 심볼이 소요된다고 가정하 자.
이 경우 각 종단 디바이스에서 차지하는 심볼을 정하였다면 해당 비컨 간격에서 데이터 전송을 시도하는 종단 디바이스의 수에 대한 정의가 있어야 한다. 각각의 샘플링 시간이 서로 다르다고 할때 위에서 재조정된 샘플링 시간을 기초로 각 비컨 구간마다 접속하는 종단 디바이스의 개수를 계산할 수 있다. 이러한 사항은 여러 개의 샘플링 시간의 최소 공배수일 때 가장 많은 개수의 종단 디바이스가 접속을 할 수 있다. 또한 최소 공배수일 때를 기점으로 반복적으로 접속하는 종단 디바이스의 개수를 계산할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 각 활성 구간마다 접속가능한 종단 디바이스의 수를 표 1과 같은 테이블 형태로 저장하고, 이를 바탕으로 샘플링 시간의 최소 공배수마다 반복하여 사용한다.
표 1은 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법에 있어서 각 비컨 구간에 대해서 전송에 참여하는 종단 디바이스의 수를 예시적으로 나타낸다.
비컨 개수 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 …
디바 이스 개수 12 4 8 6 2 4 10 4 10 6 8 4 12 4 8 …
심벌 5460 2100 3780 2940 4620 2100 4620 2100 4620 2940 3780 2100 5460 2100 3780 …
샘플링 차수 4 3 3 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3 …
이때 비컨은 다음 활성 구간에서 몇 번째의 테이블 요소를 가져오는지 미리 알고 있다고 가정한다.
각 종단 디바이스에서 차지하는 심볼과 액티브 구간에서의 접속 가능 종단 디바이스의 개수를 알고 있는 경우 이를 이용하여 적절한 샘플링 차수를 결정하여야 하는데 이러한 샘플링 차수는 슈퍼프레임 지속에 영향을 미친다.
기본적으로 샘플링 차수가 0일 때 슈퍼프레임 지속은 960 심볼이다.
가령 한 활성 구간 내에서 비컨 개수가 16일 때 10개의 종단 디바이스가 접속한다면 60 심볼×10 종단 디바이스로서 즉 600개의 심볼이고 각 활성 구간당 이벤트성 메시지가 하나 들어온다고 가정하면 총 660 심볼이 필요하다. 이 경우 샘플링 차수가 0일때 960 심볼보다 작으므로 샘플링 차수를 0으로 설정하여 최소한의 활성 구간을 형성한다.
데이터 전송 순서에 대한 스케줄링(scheduling)이 안 되어 있기 때문에 데이터 전송시 충돌이 가능하고, 충돌이 일어나면 주어진 슈퍼프레임 지속 시간 동안 데이터를 보내지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우를 대비하여 일정한 여유분의 시간을 더 추가하여야 한다.
따라서 이러한 방식으로 샘플링 시간을 이용하여 활성 구간동안 접속하는 종단 디바이스의 수를 테이블화하고 각 종단 디바이스에서 차지하는 심볼 정도를 가지고 각 비컨 간격마다 활성 구간을 적응적으로 최적화한다. 이 경우 샘플링 차수는 비컨 차수값을 넘을 수 없다는 점을 유의하여야 한다.
이러한 방식으로 각 비컨 간격 마다 다른 샘플링 차수를 가지는 비컨이 결정되면 이를 전송한다(S170). 이 경우 새로운 종단 디바이스가 네트워크 내에 진입하는 경우에는 종단 디바이스의 개수 등의 변화가 발생하므로 다시 단계 S110으로 돌아가서 비컨 간격의 설정부터 다시 수행하게 된다.
단계 S170을 통하여 비컨을 전송한 이후 데이터의 전송 또는 수신이 수행된다(S180).
또한 본 발명은 전술한 본 발명에 따른 샘샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 각 단계를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
그러나 이러한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 대한 설명은 도 1 내지 도 7을 참조로 설명한 본 발명에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법과 중복되므로 생략한다.
비록 본 발명의 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 IEEE 802.15.4 등의 무선 네트워크에서 각 디바이스의 샘플링 시간을 이용하여 전체 네트워크의 비컨 간격을 변형하고 각 디바이스의 샘플링 시간을 재조정하면 비컨 수의 감소에 따라서 비컨 전송과 수신에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있으며 또한 재조정된 비컨 간격의 변경에 따라 상대적으로 많은 구간이 슬리프 구간 상태로 되므로 에너지 소비를 줄일 수 있고 또한 비컨 간격에 각 디바이스에서 사용하는 심벌과 각 활성 구간마다 접속하 는 디바이스의 개수를 가지고 적응적으로 샘플링 차수를 설정할 수 있으므로 최소화된 활성 구간을 가지도록 구성하여 증가하는 비활성 구간 만큼의 에너지를 보존할 수 있다. 따라서 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

Claims (15)

  1. 코디네이터 디바이스와 종단 디바이스를 구비하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법으로서,
    (a) 상기 종단 디바이스들로부터 샘플링 시간을 수신하여 비컨 간격을 설정하는 단계와,
    (b) 상기 설정된 비컨 간격을 이용하여 비컨 차수를 결정하는 단계와,
    (c) 상기 결정된 비컨 차수를 이용하여 새로운 비컨 간격을 결정하는 단계와,
    (d) 상기 결정된 새로운 비컨 간격을 상기 종단 디바이스들에게 전송하는 단계
    를 포함하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (e) 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계와,
    (f) 상기 결정된 비컨 간격 마다 적응적으로 샘플링 차수를 결정하는 단계와,
    (g) 상기 결정된 비컨 간격 마다 상기 적응적으로 결정된 샘플링 차수를 가지는 비컨을 전송하는 단계
    를 더 포함하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는,
    (a-1) 상기 종단 디바이스들로부터 수신되는 상기 샘플링 시간 중에서 최소값과 이전의 비컨 간격을 비교하여 작은 값을 상기 비컨 간격으로 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)는,
    (b-1) 다음 수학식
    Figure 112007066124066-pat00003
    [여기서 aBaseSuperframeDuration은 IEEE 802.15.4의 표준에서 정해진 값이고, (x) 연산은 (x+1) 보다 크지 않은 정수를 출력하는 연산이며, BI는 비컨 간격, BO는 비컨 차수를 나타냄.]
    을 이용하여 비컨 차수를 결정하는 단계를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    (c-1) 상기 결정된 비컨 차수를 이용하여 종래 비컨 간격의 2의 배수로서 새로운 비컨 간격을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (c-1)는,
    (c-2) 상기 종래 비컨 간격의 홀수배로 상기 새로운 비컨 간격이 계산되는 경우 상기 새로운 비컨 간격의 값과 가까운 비컨 간격의 2의 배수 중에서 작은 값을 상기 새로운 비컨 간격으로 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 단계 (c-1)는,
    (c-3) 상기 종래 비컨 간격의 홀수배로 상기 새로운 비컨 간격이 계산되는 경우 상기 새로운 비컨 간격의 값과 가까운 비컨 간격의 2의 배수 중에서 큰 값을 상기 새로운 비컨 간격으로 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 단계 (e)는,
    (e-1) 다음 수학식
    TS= (TS-TSmod(BI))+BI [TSmod(BI)가 0이 아닌 경우]
    TS= TS-TSmod(BI) [TSmod(BI)가 0인 경우]
    [Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타냄]
    을 이용하여 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 단계 (e)는,
    (e-2) 다음 수학식
    TS= (TS-TSmod(BI))-BI [TSmod(BI)가 0이 아닌 경우]
    TS= TS-TSmod(BI) [TSmod(BI)가 0인 경우]
    [Ts는 새로운 샘플링 시간, BI는 코디네이터 디바이스로부터 수신한 새로운 비컨 간격, mod(x)는 x에 대한 모듈러(modular) 연산을 나타냄]
    을 이용하여 상기 종단 디바이스의 샘플링 시간을 상기 결정된 비컨 간격에 동기화하는 단계를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 단계 (f)는,
    (f-1) 상기 적응적 샘플링 차수를 이용하여 상기 비컨의 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 단계 (f-1)은,
    (f-2) 상기 결정된 비컨 간격 마다 참여할 상기 종단 디바이스의 개수를 계산하는 단계와,
    (f-3) 상기 종단 디바이스의 데이터 전송 충돌을 고려하여 여유 시간을 추가하는 단계
    (f-4) 상기 종단 디바이스의 개수와 상기 여유 시간을 기초로 상기 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단계 (f-4)는,
    (f-5) 상기 슈퍼프레임 지속의 활성 구간 동안 접속 가능한 종단 디바이스 및 상기 접속 가능한 종단 디바이스에서 사용하는 심볼의 개수를 미리 지정한 테이블에 기초하여, 상기 슈퍼프레임 지속을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (f-5)는 상기 샘플링 시간의 최소 공배수인 간격마다 반복하여 상기 테이블을 이용하는 것인 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  14. 제2항에 있어서, 상기 단계 (g) 이후에,
    (h) 새로운 종단 디바이스가 진입하는 경우 상기 단계 (a)로 점프하는 단계
    를 더 포함하는 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 샘플링 시간에 기반한 적응적 네트워크 파라미터 설정 방법의 각 단계를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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