KR100814404B1 - 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및그 채널 할당 제어방법 - Google Patents

적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및그 채널 할당 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법은 수신 노드가 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계; 상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계에서 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷이 수신되면, 상기 수신 노드가 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계; 상기 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계에서 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점이면, 상기 수신 노드가 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정하는 단계; 및 상기 수신 노드가 패킷을 전송한 상기 송신 노드와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료하는 단계를 포함하는 것으로, 무선 메쉬 네트워크 시스템의 패킷 전송 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

Description

적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법{Adaptive channel allocation is possible Wireless mesh network system and the channel allocation control method}
도 1은 종래 MMAC의 채널 협상과 데이터 교환 과정을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 기능블록도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 기능블록도.
도 4는 도 3에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 ETT를 나타낸 도면.
도 5는 도 3에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 트래픽 양에 따른 채널 할당을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 수신 노드 20 : 송신 노드
100 : 제 1 판단부 200 : 제 2 판단부
300 : 단위 기간 설정부 400 : 채널 설정부
500 : PNCS 관리부 510 : PNCS 테이블
600 : 전송 예상 시간 연산부 700 : 채널 할당부
본 발명은 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법에 관한 것이다.
무선 메쉬 네트워크의 성능 향상을 위해 다중 채널 선정 모델이 고려되고 있는 실정이며, 그에 적합한 MAC 프로토콜에 대한 연구가 진행 중이다.
다중채널을 이용하면 인접한 노드와의 간섭 없이 동시에 통신이 가능하기 때문에 단일채널을 사용하는 것보다 더 높은 네트워크의 throughput을 달성할 수 있다.
이와 관련하여, 각 노드에 채널마다 하나의 인터페이스를 갖는 프로토콜이 제안되었는데 이는 구현상 비용이 증가한다는 단점이 있다.
또한 각 노드에 두 개의 인터페이스를 갖는 프로토콜이 제안되었으며, 하나 의 인터페이스는 제어 목적(채널 할당을 위한 패킷과 RTS/CTS 등의 제어 패킷을 전송하기 위한 공통 채널로 할당)으로 사용되고 나머지 하나의 인터페이스는 채널들 사이에서 스위칭되며 데이터 교환을 위해 사용되는 것이다.
상기 두 개의 인터페이스를 갖는 프로토콜의 단점은 공통 제어 채널이 성능에 대한 병목이 되기 쉽다는 것이다. 즉, RTS/CTS 교환은 각 데이터 전송보다 앞서야 하는데 이러한 접근은 데이터 채널의 수가 증가할 때는 맞지 않은 문제점을 가지고 있었다.
즉, MMAC(Multi-channel MAC) 프로토콜을 이용하는 종래의 무선 메쉬 네트워크 시스템은 각 노드가 단일 인터페이스를 가지며 다중 채널 환경에서의 은닉 노드 문제의 해결과 채널 할당을 위해서 IEEE 802.11 PSM(Power Saving Mechanism)을 확장 적용한다.
여기서, 상기 PSM은 도 1에 도시된 바와 같이 시간을 일정한 비콘 주기로 나누고 각 비콘 주기의 시작마다 ATIM 윈도우라고 하는 채널 협상 기간을 갖는 것이다. 이 때, 모든 노드는 활성화(awake) 상태로 있어야 한다.
송신 노드는 전송할 데이터에 대한 정보를 ATIM(Adhoc Traffic Indication Message) 패킷으로 수신 노드에 알리고, 수신 노드는 ATIM-ACK 패킷으로 응답하며 ATIM 윈도우 종료 후 데이터 전송에 참여하는 노드들만 활성화 상태로 통신하고 나머지 노드들은 대기(sleep) 상태(패킷을 송수신할 수 없는 상태)로 전환하여 전체적인 에너지 소비를 줄이는 메커니즘이다.
종래의 MMAC를 이용한 무선 메쉬 네트워크 시스템은 ATIM 윈도우 동안 모든 노드들이 공통 채널을 이용하여 채널을 협상하고 ATIM 윈도우 종류 후 협상한 채널로 스위칭하여 데이터를 전송하는 방식을 사용한다.
그러나 종래의 MMAC를 이용한 무선 메쉬 네트워크 시스템은 각 노드에 하나의 인터페이스를 사용하여 비용을 줄이고 기존의 IEEE 802.11과 호환이 가능하다는 점에서 장점을 갖지만, PSM과 같은 고정된 ATIM 윈도우의 사용으로 인해 오버헤드가 크다는 단점을 가지고 있었다.
따라서 종래의 MMAC를 이용한 무선 메쉬 네트워크 시스템은 채널 할당을 위해 모든 노드가 동일한 크기의 고정된 ATIM 윈도우를 사용하는데 ATIM 윈도우가 너무 크게 설정될 경우 이 기간 동안 데이터 전송을 할 수 없으므로 채널 사용율의 저하를 가져오고, 너무 작게 설정될 경우 채널 할당에 실패하여 하나의 비콘 주기 전체를 낭비할 가능성이 있었다.
그 뿐만 아니라, 종래 MMAC를 이용한 무선 메쉬 네트워크 시스템은 한 비콘 주기의 20%에 해당하는 시간을 채널 협상에 사용하므로(이 시간 동안은 채널 협상을 마친 노드도 데이터를 전송할 수 없다) 채널 사용율 관점에서 심각한 낭비를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 종래의 MMAC를 이용한 무선 메쉬 네트워크 시스템은 노드가 ATIM 윈도우에서 데이터 전송을 위해 채널을 선택한 경우 가장 좋은 채널)(SNR로 판단, 신호 의 세기가 가장 큰 채널)을 할당하는 구조로 구현되어 있다.
그러나 이것은 "한 비콘 주기 동안 보낼 트래픽의 양(패킷의 크기와 수)"이라는 측면을 간과한 것으로 적은 데이터를 가진 노드에게 상대적으로 좋은 채널이 할당되고 많은 데이터를 가진 노드에게 상대적으로 나쁜 상태의 채널이 할당되는 모순이 생길 가능성이 존재한다. 따라서 전송할 데이터의 양이 많은 노드에게 상태가 좋지 않은 채널이 할당될 경우 데이터의 양만큼 패킷 손실로 인한 재전송의 횟수가 증가하게 되고 결과적으로 네트워크 성능에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 채널 협상을 통해 채널을 할당하기 위한 ATIM 윈도우의 기간을 유동적으로 변경하여 네트워크의 성능을 향상시키는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법을 제공하는 데 있다.
또한, 채널 할당 시 많은 패킷을 전송하는 노드에게 최상의 채널을 할당하여 네트워크의 성능을 향상시키는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무 선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법의 일 측면에 따르면, 수신 노드가 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계; 상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계에서 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷이 수신되면, 상기 수신 노드가 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계; 상기 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계에서 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점이면, 상기 수신 노드가 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정하는 단계; 및 상기 수신 노드가 패킷을 전송한 상기 송신 노드와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계에서 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷이 수신되지 않으면, 상기 수신 노드가 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간(NPT ; No Packet Time - 자신에게 오는 패킷이 없는 연속적인 시간)이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단하는 단계; 상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계에서 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 상기 수신 노드가 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계; 및 상기 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계에서 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않으면, 상기 수신 노드가 ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계에서 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나 현재 시점이 ATIM 윈도 우 종료 시점을 초과하면, 상기 수신 노드가 현재 ATIM 윈도우를 종료하는 더 단계를 포함한다.
그리고 상기 수신 노드가 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계는, 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함하며, 상기 ATIM 단위 기간은 AIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간이다.
본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 일 측면에 따르면, ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 제 1 판단부; 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신한 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 제 2 판단부; ATIM 패킷의 수신 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점임이 확인되면, 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정하는 단위 기간 설정부; 및 패킷을 전송한 상기 송신 노드와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료하는 채널 설정부를 포함한다.
상기 제 1 판단부는, 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단하는 한편, 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하며, 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않음이 확인되면, ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기한다.
그리고 상기 제 1 판단부는, 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면 현재 ATIM 윈도우를 종료하며, 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함한다.
상기 ATIM 단위 기간은, ATIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법의 다른 측면에 따르면, 수신 노드가 ATIM 윈도우 기간 동안 송수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블을 업데이트하는 단계; 상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 계산하는 단계; 및 상기 수신 노드가 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블을 비교하여 송/수신 채널을 할당하는 단계를 포함한다.
상기 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블은, 현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함한다.
그리고 상기 PNCS 테이블의 대기 채널의 우선순위는, 비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선순위 할당한다.
상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)은, 하기의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112007012691134-pat00001
n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
Figure 112007012691134-pat00002
= k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
Figure 112007012691134-pat00003
= k 번째 패킷의 전송 예상시간.
본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서의 다른 측면에 따르면, ATIM 윈도우 기간 동안 송수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블을 업데이트하는 PNCS 관리부; 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 계산하는 전송 예상 시간 연산부; 상기 전송 예상 시간 연산부를 통해 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블을 비교하여 송/수신 채널을 할당하는 채널 할당부를 포함한다.
상기 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블은, 현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함한다.
그리고 상기 PNCS 테이블의 대기 채널의 우선순위는 비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최 우선순위 할당한다.
상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)은, 하기의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112007012691134-pat00004
n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
Figure 112007012691134-pat00005
= k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
Figure 112007012691134-pat00006
= k 번째 패킷의 전송 예상시간.
이하, 본 발명에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다. 이 때, 아래에서 설명하는 시스템 구성은 본 발명의 설명을 위해서 인용한 시스템으로써 아래 시스템으로 본 발명을 한정하지 않음을 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해해야할 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 각 노드는 제 1 판단부(100), 제 2 판단부(200), 단위 기간 설정부(300), 및 채널 설정부(400)를 포함한다.
상기 제 1 판단부(100)는 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드(20)로부터 ATIM 패 킷의 수신 여부를 판단한다. 여기서, 상기 제 1 판단부(100)는 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단하는 한편, 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하며, 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않음이 확인되면, ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기한다.
이러한, 상기 제 1 판단부(100)는 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나, 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면, 현재 ATIM 윈도우를 종료하며, 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함하고 있다.
그리고 상기 제 2 판단부(200)는 상기 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신한 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단한다. 여기서, 상기 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점은 수신 노드(10)가 ATIM ACK를 전송할 수 있는 기간이거나, ATIM ACK를 전송하더라도 송신 노드(20)로부터 ATIM RES를 수신할 수 없는 기간을 의미한다.
또한 상기 단위 기간 설정부(300)는 ATIM 패킷의 수신 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점임이 확인되면, 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정한다. 여기서, 상기 ATIM 단위 기간은 ATIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간이다.
그리고 상기 채널 설정부(400)는 패킷을 전송한 상기 송신 노드(20)와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료한다.
상기한 각 구성들에 대한 일반적인 기능 및 각각의 상세한 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명의 제 1 실시예에 상응하는 동작 위주로 그 동작들을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 무선 메쉬 네트워크에는 적어도 하나 이상의 노드로 구성되어 있다.
상기 노드들은 다중 채널을 통해 통신을 수행하게 된다.
이 때, 상기 노드들은 MMAC의 채널 협상 과정과 데이터 교환 과정을 거처야 한다.
일반적으로 수신 노드(10)는 비콘 신호를 전송한 후 ATIM 윈도우 기간 동안 송신 노드(20)와의 채널을 협상한 후 패킷의 송/수신 채널이 결정된다.
먼저, 상기 수신 노드(10)의 상기 제 1 판단부(100)는 ATIM 윈도우 기간 중 임의의 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단한다.
만약, 상기 임의의 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷이 수신되면 상기 수신 노드(10)의 제 2 판단부(200)는 상기 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신한 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단한다.
이 때, 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신한 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인 경우 상기 수신 노드(10)의 단위 기간 설정부(300)는 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정한다. 즉, ATIM 윈도우의 기 간을 ATIM 단위 기간만큼 더 늘리는 것이다.
이후, 상기 채널 설정부(400)는 패킷을 전송한 상기 송신 노드(20)와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료한다. 즉, ATIM 패킷을 전송한 송신 노드(20)로 ATIM ACK를 전송하고 상기 송신 노드(20)로부터 ATIM RES를 수신하여 채널 협상을 종료한다.
여기서, 상기 제 1 판단부(100)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함할 수 있다.
한편, 상기 수신 노드(10)의 제 1 판단부(100)는 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단한다.
만약, 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하고, 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않음이 확인되면, ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기한다.
이 후, 상기 수신 노드(10)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷이 수신되지 않음으로 판단하고 현재 비콘 주기에서는 패킷의 송수신을 하지 않고 다음 비콘 주기까지 대기한다.
만약, 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임 계치를 초과하거나 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면, 상기 제 1 판단부(100)는 현재 ATIM 윈도우를 종료하며, 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷이 수신되지 않음으로 판단하고 현재 비콘 주기에서는 패킷의 송수신을 하지 않고 다음 비콘 주기까지 대기한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템의 각 노드는 PNCS 관리부(500), 전송 예상 시간 연산부(600), 및 채널 할당부(700)를 포함하며, 상기 PNCS 테이블(510)을 더 포함한다.
상기 PNCS 관리부(500)는 ATIM 윈도우 기간 동안 송/수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS 테이블(510)을 업데이트한다. 여기서, 상기 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블은 하기의 [표 1]과 같이 현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함하며, 상기 PNCS 테이블(510)의 대기 채널의 우선순위는 비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선 순위가 할당된다.
Figure 112007012691134-pat00007
그리고 상기 전송 예상 시간 연산부(600)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 하기의 [수학식 1]과 같이 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112007012691134-pat00008
n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
Figure 112007012691134-pat00009
= k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
Figure 112007012691134-pat00010
= k 번째 패킷의 전송 예상시간.
또한 상기 채널 할당부(700)는 상기 전송 예상 시간 연산부(600)를 통해 계산된 패킷 전송 예상 시간과 자신의 PNCS 테이블(510)을 비교하여 송/수신 채널을 할당한다.
상기한 각 구성들에 대한 일반적인 기능 및 각각의 상세한 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명의 제 2 실시예에 상응하는 동작 위주로 그 동작들을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 수신 노드(10)와 송신 노드(20)는 ATIM 윈도우 기간 중 채널 협상을 진행하여 채널을 할당하게 된다.
여기서, 상기 수신 노드(10)의 PNCS 관리부(500)는 ATIM 윈도우 기간 동안 송/수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS 테이블(510)을 업데이트한다.
즉, 상기 수신 노드(10)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 윈도우 기간 중 공통 채널을 통해 ATIM 패킷을 수신하면, ATIM ACK를 송신 노드(20)로 전송하고 송신 노드(20)로부터 ATIM RES를 수신함으로써 채널의 협상 및 할당을 하게 된다.
이 때, 상기 수신 노드(10)의 PNCS 관리부(500)가 업데이트하는 PNCS 테이블은 [표 1]에 도시된 바와 같이, 현재의 비콘 주기 동안의 전송을 위해 송/수신 노드(10)에 의해 이미 할당된 채널을 나타내는 현재 채널(CUR), 전송범위 내에서 아직 사용하고 있지 않은 대기 채널(IDL), 비콘 주기가 시작될 때 ATIM 윈도우라는 채널 할당 시간에 이용되는 제어 채널(COM), 및 전송 범위 내에서 이웃 노드에 의해 사용되는 비지 채널(BUS)을 포함하고 있다.
여기서, 상기 PNCS 테이블(510)의 대기 채널은 우선순위를 가지고 있다. 한편, 상기 우선순위를 정하는 기준은 비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선 순위가 할당된다.
즉, 상기 수신 노드(10)의 전송 예상 시간 연산부(600)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 [수학식 1]에 의해 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112007012691134-pat00011
n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
Figure 112007012691134-pat00012
= k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
Figure 112007012691134-pat00013
= k 번째 패킷의 전송 예상시간.
상기 ETT는 도 4에 도시된 바와 같다. 따라서 상기 송신 노드(20)의 채널 할당부(700)는 상기 전송 예상 시간 연산부(600)를 통해 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블(510)을 비교하여 송/수신 채널을 할당한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전송 예상 시간 연산부(600)를 통해 패킷의 전송 예상 시간이 IDL_1과 같이 패킷의 크기가 크면, 상기 채널 할당부(700)는 대기 채널 중 채널 상태가 가장 좋은 채널(4)을 할당하며, IDL_n과 같이 패킷의 크기가 작으면 채널 상태가 가장 나쁜 채널(n+3)을 할당한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법에 대해 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 수신 노드(10)는 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단한다(S1). 상기 단계(S1)는 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함한다.
상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계(S1)에서 상기 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷이 수신되면(YES), 상기 수신 노드(10)는 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단한다(S2).
상기 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계(S2)에서 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점이면(YES), 상기 수신 노드(10)는 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정한다(S3). 여기서, 상기 ATIM 단위 기간은 ATIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간이다.
이어서, 상기 수신 노드(10)는 패킷을 전송한 상기 송신 노드(20)와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료한다(S4).
한편, 상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계(S1)에서 상기 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷이 수신되지 않으면(NO), 상기 수신 노드(10)는 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단한다(S5).
상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계(S5)에서 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면(YES), 상기 수신 노드(10)는 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단한다(S6).
상기 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계(S6)에서 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않으면(NO), 상기 수신 노드(10)는 ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기한다(S7).
반면에 상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계(5)에서 송신 노드(20)로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나 상기 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계(S6)에서 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면, 상기 수신 노드(10)가 현재 ATIM 윈도우를 종료한다(S8).
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법에 대해 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 수신 노드(10)는 ATIM 윈도우 기간 동안 송/수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블을 업데이트한다(S100). 이 때, 상기 PNCS 테이블(510)은 현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함하며, 상기 PNCS 테이블(510)의 대기 채널의 우선순위는 비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선순위 할당한다.
이어서, 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신한 상기 수신 노드(10)는 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 계산한다(S200). 이 때, 상기 수신 노드(10)가 송신 노드(20)로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)은, 하기의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112007012691134-pat00014
n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
Figure 112007012691134-pat00015
= k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
Figure 112007012691134-pat00016
= k 번째 패킷의 전송 예상시간.
그런 후, 상기 수신 노드(10)는 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블(510)을 비교하여 송/수신 채널을 할당한다(S300).
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템 및 그 채널 할당 제어방법에 의하면, 무선 메쉬 네트워크 시스템의 패킷 전송 효율을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 적어도 하나 이상의 노드로 이루어진 무선 메쉬 네트워크에서 채널 할당 제어 방법에 있어서,
    수신 노드가 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계;
    상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계에서 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷이 수신되면, 상기 수신 노드가 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계;
    상기 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 단계에서 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점이면, 상기 수신 노드가 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정하는 단계; 및
    상기 수신 노드가 패킷을 전송한 상기 송신 노드와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료하는 단계를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계에서 상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷이 수신되지 않으면, 상기 수신 노드가 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단하는 단계;
    상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계에서 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 상기 수신 노드가 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계;
    상기 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 단계에서 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않으면, 상기 수신 노드가 ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기하는 단계를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 NPT 임계치 초과여부 판단 단계에서 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면, 상기 수신 노드가 현재 ATIM 윈도우를 종료하는 단계를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 노드가 비콘 전송 후 ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 단계는,
    송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 ATIM 단위 기간은,
    ATIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간인 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  6. 적어도 하나 이상의 노드로 이루어진 무선 메쉬 네트워크에서 채널 할당 방법에 있어서,
    수신 노드가 ATIM 윈도우 기간 동안 송수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블을 업데이트하는 단계;
    상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 계산하는 단계; 및
    상기 수신 노드가 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블을 비교하여 송/수신 채널을 할당하는 단계를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네 트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블은,
    현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 PNCS 테이블의 대기 채널의 우선순위는,
    비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선순위 할당하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)은,
    하기의 [수학식 1]과 같은 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템에서 채널 할당 제어방법.
    [수학식 1]
    Figure 112007012691134-pat00017
    n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
    Figure 112007012691134-pat00018
    = k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
    Figure 112007012691134-pat00019
    = k 번째 패킷의 전송 예상시간.
  10. 적어도 하나 이상의 노드로 이루어진 무선 메쉬 네트워크에서 채널 협상 제어 장치에 있어서,
    ATIM 윈도우 기간 중 송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신 여부를 판단하는 제 1 판단부;
    상기 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신한 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점인지를 판단하는 제 2 판단부;
    ATIM 패킷의 수신 시점이 ATIM 윈도우 기간의 종료 시점임이 확인되면, 수신된 노드의 채널 협상 시간을 위한 ATIM 단위 기간을 더 설정하는 단위 기간 설정부; 및
    패킷을 전송한 상기 송신 노드와 채널 협상을 수행한 후 ATIM 윈도우를 종료하는 채널 설정부를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 판단부는,
    송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과했는지를 판단하는 한편, 송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하지 않았으면, 현재 시점이 ATIM 윈도우의 종료 시점을 초과하였는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 판단부는,
    현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하지 않음이 확인되면, ATIM 윈도우 종료 시점까지 대기하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 판단부는,
    송신 노드로부터 패킷이 수신되지 않은 기간이 기 설정된 NPT 임계치를 초과하거나 현재 시점이 ATIM 윈도우 종료 시점을 초과하면, 현재 ATIM 윈도우를 종료하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 판단부는,
    송신 노드로부터 ATIM 패킷의 수신여부를 판단하지 않는 최소 ATIM 윈도우 기간을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 ATIM 단위 기간은,
    ATIM ACK의 전송과 ATIM RES의 수신이 가능한 최소 시간인 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  16. 적어도 하나 이상의 노드로 이루어진 무선 메쉬 네트워크에서 채널 할당 장치에 있어서,
    ATIM 윈도우 기간 동안 송수신되는 패킷을 참고하여 생성한 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블을 업데이트하는 PNCS 관리부;
    송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)을 계산하는 전송 예상 시간 연산부;
    상기 전송 예상 시간 연산부를 통해 계산된 패킷 전송 예상 시간과 PNCS 테이블을 비교하여 송/수신 채널을 할당하는 채널 할당부를 포함하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 PNCS(Priority-based Neighbor Channel State) 테이블은,
    현재 채널 정보, 대기 채널의 우선순위 정보, ATIM 윈도우 기간 동안 채널 협상을 지원하는 공통 제어 채널 정보, 및 외부 노드가 사용하는 채널 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 PNCS 테이블의 대기 채널의 우선순위는,
    비콘 주기의 나머지 시간(RT)을 대기 채널 수만큼 나누고, 패킷 전송 예상 시간이 큰 노드에게 채널의 최우선순위 할당하는 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 수신 노드가 송신 노드로부터 ATIM 패킷을 수신하면, 패킷 전송 예상 시간(ETT)은,
    하기의 [수학식 1]과 같은 것을 특징으로 하는 적응적 채널 할당이 가능한 무선 메쉬 네트워크 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112007012691134-pat00020
    n = 팬딩(pending) 패킷의 수,
    Figure 112007012691134-pat00021
    = k 번째 패킷의 DATA 부분의 전송시간,
    Figure 112007012691134-pat00022
    = k 번째 패킷의 전송 예상시간.
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