KR100889216B1 - The backoff time decision method and The channel access method in wireless sensor network - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용한 채널 접근 방법과 상기 각 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터 전송 우선순위(priority)별로 서로 다른 가우시안(gaussian) 분포를 갖도록 데이터 전송(채널 접근)에 관한 백오프 시간(backoff time)을 결정하고서, 채널 상태에 따라 상기 결정한 백오프 시간을 조정하여 채널에 접근하기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용한 채널 접근 방법과 상기 각 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 한다.The present invention relates to a method for determining a backoff time in a wireless sensor network, a method of accessing a channel using the same, and a computer-readable recording medium recording a program for realizing each method. To determine the backoff time for data transmission (channel access) to have different Gaussian distributions for each priority, and to adjust the determined backoff time according to the channel state to access the channel. A method of determining a backoff time in a sensor network, a channel access method using the same, and a computer-readable recording medium recording a program for realizing each method are provided.

이를 위하여, 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법에 있어서, 백오프 수행 횟수, 채널 접근 시도 횟수, 및 백오프 길이 설정 변수를 초기화하는 단계, 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 단계, 상기 확인한 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정하는 단계, 및 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간에서 랜덤한 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 단계를 포함한다.To this end, the present invention, in the method for determining the backoff time in the wireless sensor network, initializing the number of backoff performed, the number of channel access attempts, and the backoff length setting parameters, the priority of the transmission target data Setting a Gaussian function by selecting a predetermined average value and a variance value according to the identified priority, and determining a random backoff time in a backoff time interval using the set Gaussian function. Steps.

무선 센서 네트워크, IEEE 802.15.4, MAC, 채널 접근, 백오프 시간(backoff time), 우선순위, 가우시안(gaussian) 분포, QoS, 채널 상태 Wireless Sensor Networks, IEEE 802.15.4, MAC, Channel Access, Backoff Time, Priority, Gaussian Distribution, QoS, Channel Status

Description

무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용한 채널 접근 방법{The backoff time decision method and The channel access method in wireless sensor network}The backoff time determination method and the channel access method using the same in the wireless sensor network

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용한 채널 접근 방법과 상기 각 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터 전송 우선순위(priority)별로 서로 다른 가우시안(gaussian) 분포를 갖도록 데이터 전송(채널 접근)에 관한 백오프 시간(backoff time)을 결정하고서, 채널 상태에 따라 상기 결정한 백오프 시간을 조정하여 채널에 접근하기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용한 채널 접근 방법과 상기 각 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a backoff time in a wireless sensor network, a method of accessing a channel using the same, and a computer-readable recording medium recording a program for realizing each method. To determine the backoff time for data transmission (channel access) to have different Gaussian distributions for each priority, and to adjust the determined backoff time according to the channel state to access the channel. A method for determining a backoff time in a sensor network, a channel access method using the same, and a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for realizing each method.

최근에 표준화가 진행 중인 무선 센서 네트워크(WSN; Wireless Sensor Network)는 노드들 간에 자체 구비된 센서로 수집한 특정 정보를 무선으로 전달해 외부의 장치에게 제공하는 네트워크를 말한다. 이러한 무선 센서 네트워크에 사용되는 대표적인 프로토콜로는 "IEEE 802.15.4"에 제안된 데이터 전송 품질(Qos) 보장 등을 위한 MAC(Media Access Control) 프로토콜[이하, "IEEE 802.15.4 프로토콜"이라 함]이 있다.Recently, the Wireless Sensor Network (WSN), which is being standardized, refers to a network that wirelessly delivers specific information collected by sensors provided between nodes to external devices. A representative protocol used in such a wireless sensor network is a media access control (MAC) protocol for guaranteeing data transmission quality (Qos) proposed in "IEEE 802.15.4" (hereinafter referred to as "IEEE 802.15.4 protocol"). There is this.

도 1은 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에 관한 계층도이다.1 is a hierarchical diagram of a known IEEE 802.15.4 protocol.

도 1에 도시된 바와 같이, IEEE 802.15.4 프로토콜은 무선 채널 접근 제어가 이루어지는 MAC 계층(MAC Layer)(11)과 데이터 통신이 이루어지는 물리 계층(PHY Layer)(12)으로 구조화되어 있다. 덧붙여, 도 1에 도시된 IEEE 802.15.4 프로토콜 구조는 공지, 공용의 기술이기에 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.As shown in FIG. 1, the IEEE 802.15.4 protocol is structured as a MAC layer 11 in which wireless channel access control is performed and a physical layer 12 in which data communication is performed. In addition, since the IEEE 802.15.4 protocol structure shown in FIG. 1 is a well-known and common technology, a detailed description thereof will be omitted.

상기 IEEE 802.15.4 프로토콜에서는 MAC 계층(11)의 상위 계층(Upper Layer)(13)[일명 어플리케이션 계층]에 대한 표준을 정의하고 있지 않으며, 개발자 독립적으로 해당 계층에 대응되는 모듈을 설계하도록 권고하고 있다.The IEEE 802.15.4 protocol does not define a standard for the upper layer 13 (aka application layer) of the MAC layer 11, and it is recommended that developers independently design modules corresponding to the layer. have.

도 2는 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에서 정의한 프레임 구조도이다.2 is a frame structure diagram defined in a known IEEE 802.15.4 protocol.

IEEE 802.15.4 프로토콜에서는 채널 접근 제어를 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 슈퍼 프레임(super frame)을 사용한다.The IEEE 802.15.4 protocol uses a super frame as shown in FIG. 2 for channel access control.

상기 슈퍼 프레임은 액티브(active) 구간과 비액티브(inactive) 구간으로 나누어지며, 상기 액티브 구간은 노드간 데이터 전송 경쟁 기반의 채널 접근 구간인 CAP(Contention Access Period) 구간과 노드간 데이터 전송 비경쟁 기반의 채널 접근 구간인 CFP(Contention Free Period) 구간으로 나누어진다.The super frame is divided into an active section and an inactive section, and the active section is a contention access period (CAP) section, which is a channel access section based on a data transmission competition between nodes, and a non-competition based data transmission between nodes. It is divided into a CFP (Contention Free Period) section, which is a channel access section.

상기 슈퍼 프레임의 크기는 무선 센서 네트워크상에서 싱크 노드(sync node) 등에 의해 송신되는 비콘(beacon) 메시지의 주기에 의해 결정되며, 이러한 비콘 주기는 네트워크 관리자(network manager)에 의해 설정된다.The size of the super frame is determined by a period of a beacon message transmitted by a sync node or the like on the wireless sensor network, and the beacon period is set by a network manager.

그리고, 각 노드들은 상기 무선 센서 네트워크에서 주기적으로 발생되는 비콘 메시지를 리스닝(listening)하여 해당 비콘에 자신의 동기를 맞춘 후에 상기 슈퍼 프레임의 액티브 구간 상에서 다른 노드들과 데이터 통신을 수행한다.Each node listens to a beacon message periodically generated in the wireless sensor network to synchronize its beacon with the corresponding beacon, and then performs data communication with other nodes on the active period of the super frame.

또한, 각 노드들은 상기 액티브 구간, 바람직하게는 CAP 구간 상에서 채널 접근을 위해 "슬롯 알로하(Slotted Aloha) 방식"[일명 "Slotted CSMA/CA"]을 사용한다. 여기서, 슬롯 알로하(Slotted Aloha) 방식은 패킷 전송 시점을 슬롯 단위로 구분해서 랜덤하게 통신을 수행하는 무선 통신 프로토콜이다.In addition, each node uses a "Slotted Aloha" (aka "Slotted CSMA / CA") for channel access on the active period, preferably the CAP period. Here, the slotted Aloha scheme is a wireless communication protocol that randomly performs communication by dividing a packet transmission time point into a slot unit.

도 3은 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에서 사용하는 슬롯 알로하(Slotted Aloha) 동작 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a slotted Aloha operation used in a known IEEE 802.15.4 protocol.

먼저, 무선 센서 네트워크 상의 각 노드는 백오프 수행 횟수(NB; Number of Backoffs)[이하, "NB"라 함], 채널 접근 시도 횟수(CW; Contention Window)[이하, "CW"라 함], 백오프 길이 설정 변수(BE; Backoff Exponent)[이하, "BE"라 함]의 기본값을 각각 "0", "2" 및 "macMinBE"로 초기화한다(301). 여기서, "macMinBE"는 해당 무선 센서 네트워크에서 채널 접근을 위해 사전에 설정해 놓은 "최소 BE값"을 나타낸다.First, each node on the wireless sensor network has a number of backoffs (NB) (hereinafter referred to as "NB"), a channel access attempt (CW) (hereinafter referred to as "CW"), The default value of the backoff length setting variable BE (hereinafter referred to as "BE") is initialized to "0", "2" and "macMinBE", respectively (301). Here, "macMinBE" represents the "minimum BE value" preset in advance for channel access in the wireless sensor network.

그런 후, 상기 각 노드는 백오프 시간 구간인 [0, 2BE-1] 구간에서 유니폼(uniform) 분포를 갖는 랜덤 변수를 발생시켜 백오프 시간(backoff time)을 결정 한다(302). 여기서, 백오프 시간이란 노드의 채널 접근 순서를 나타낸다.Then, each node determines a backoff time by generating a random variable having a uniform distribution in the interval [0, 2 BE -1], which is a backoff time interval (302). Here, the backoff time indicates the channel access order of the node.

이후, 상기 각 노드는 백오프 시간이 도래하면(백오프 시간 동안 기다린 후에), 채널 접근을 위해 상기 "CW값" 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행한다(303). 여기서, CCA는 채널이 현재 비지(busy) 상태인지 아이들(idle) 상태인지를 검사하는 과정을 말한다.Thereafter, when the backoff time arrives (after waiting for the backoff time), each node performs a Clear Channel Assessment (CCA) by the "CW value" for channel access (303). Here, the CCA refers to a process of checking whether the channel is currently busy or idle.

상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태가 아닌 경우에는 상기 각 노드는 상기 백오프 시간 결정 과정을 재수행하며, 채널이 아이들 상태인 경우에는 상기 각 노드는 상기 "CW값"을 "1" 감소시키고서 다시 CCA를 재수행한 결과로 채널이 아이들 상태이면 데이터(패킷)를 전송한다(304, 305, 306, 307).As a result of performing the CCA, when the channel is not in the idle state, each node performs the backoff time determination process. When the channel is in the idle state, each node decreases the "CW value" by "1". If the channel is in the idle state as a result of performing the CCA again, data (packets) are transmitted (304, 305, 306, 307).

한편, 상기 CCA를 재수행한 결과로 채널이 비지 상태이면 상기 각 노드는 상기 "NB값"을 "1" 증가시키고 상기 "BE값"을 "1" 증가시킨 값과 사전에 설정해 놓은 "최대 BE값["aMaxBE"] 중에서 작은 값으로서 상기 "BE값"을 조정한다(308).On the other hand, if the channel is busy as a result of re-executing the CCA, each node increases the "NB value" by "1" and increases the "BE value" by "1" and a preset "maximum BE value". The "BE value" is adjusted as the smaller of ["aMaxBE"] (308).

그런 후, 상기 각 노드는 상기 "NB값", "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가 상기 조정(증가)된 "NB값"이 "macMaxCSMABackoffs"[일명 백오프 수행 제한 횟수]를 초과하면 데이터 전송 실패로 간주한다. 여기서, "macMaxCSMABackoffs"는 백오프가 계속 일어나지 않도록 하기 위해 일정 횟수 이상으로 백오프 수행 횟수가 넘어가면 데이터 전송 실패를 판단하기 위한 변수이다(309, 310).Then, each node waits for channel access while adjusting the " NB value " and " BE value " and when the adjusted (incremented) " NB value " exceeds " macMaxCSMABackoffs " It is regarded as a data transmission failure. Here, "macMaxCSMABackoffs" is a variable for determining data transmission failure when the number of backoffs is exceeded a predetermined number of times to prevent the backoff from continuing (309 and 310).

전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 노드의 데이터 전송을 보장하기 위해 "CW", "NB", 및 "BE" 등과 같은 변수를 조정하는 방식을 사용한다.As described above, the prior art uses a method of adjusting variables such as "CW", "NB", "BE", etc. to ensure data transmission of the node.

특히, 종래 기술에서는 우선순위(priority)가 높은 데이터와 우선순위가 낮 은 데이터를 구분해 각각의 우선순위에 따라 해당 변수의 값을 서로 다르게 셋팅함으로써 데이터 전송 품질(QoS)을 보장한다.Particularly, in the prior art, data transmission quality (QoS) is guaranteed by distinguishing high priority data from low priority data and differently setting the value of the variable according to each priority.

즉, 종래 기술에서 보편적으로 사용하는 방식으로는 "CW값"을 "2"가 아닌 다른 값으로서 설정한다. 예컨대, 종래 기술에서는 우선순위가 높은 데이터에 대해서는 "CW값"을 더 큰 값으로 설정하고 우선순위가 낮은 데이터에 대해서는 "CW값"을 더 작은 값으로 설정함으로써, 우선순위가 높은 데이터를 전송하는 노드가 보다 빨리 채널 접근을 성공할 수 있도록 하는 것이다.In other words, the "CW value" is set as a value other than "2" in a method commonly used in the prior art. For example, in the prior art, by setting the "CW value" to a higher value for data having a higher priority and a "CW value" to a smaller value for data having a lower priority, the high priority data is transmitted. This allows nodes to succeed in channel access more quickly.

그러나, 상기와 같은 종래 기술은 노드들에 의해 제공되는 서비스 종류, 노드의 숫자 등에 따라 데이터 전송 우선순위를 몇 개로 구분할 것인지가 각 무선 센서 네트워크의 상태 및 상황에 따라 서로 상이하며, 특히 해당 변수의 값을 어느 정도로 조정하여 설정해야되는 지가 문제이다. 즉, 상기 종래 기술에서는 각각의 무선 센서 네트워크상의 "CW값" 등을 변경하는 것이 해당 네트워크 성능을 어느 정도 효율화시키는 지가 명확하지 못한 문제점이 있다.However, according to the related art, the number of data transmission priorities according to the type of service provided by the nodes, the number of nodes, and the like is different depending on the state and the situation of each wireless sensor network. The problem is how much the value needs to be adjusted. That is, in the prior art, there is a problem in which it is not clear how to change the "CW value" and the like on each wireless sensor network to improve the network performance.

또한, 현재 IEEE 802.15.4 프로토콜의 표준화에 맞추어 시중에 제품[노드]이 출시된 상태에서 상기와 같은 종래 기술을 기존 제품에 적용할 경우에 호환이 되지 않는 문제점이 있다. 즉, 상기 종래 기술을 무선 센서 네트워크에 적용하기 위해서는 노드의 하드웨어를 상당 부분 변경해야 되는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that is incompatible when applying the prior art as described above in the state where a product [node] is released in the market in accordance with the standardization of the IEEE 802.15.4 protocol. That is, in order to apply the prior art to the wireless sensor network, there is a problem in that the hardware of the node needs to be changed substantially.

따라서, 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜 스펙과의 호환성을 유지하면서도 다양한 경우의 데이터 전송 우선순위, 데이터 전송 품질 등을 무선 센서 네트워크의 상태에 상관없이 효율적으로 지원할 수 있는 알고리즘이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for an algorithm capable of efficiently supporting data transmission priorities and data transmission quality in various cases regardless of the state of the wireless sensor network while maintaining compatibility with the known IEEE 802.15.4 protocol specification.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 데이터 전송 우선순위(priority)별로 서로 다른 가우시안(gaussian) 분포를 갖도록 데이터 전송(채널 접근)에 관한 백오프 시간(backoff time)을 결정하고서, 채널 상태에 따라 상기 결정한 백오프 시간을 조정하여 채널에 접근하기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법 및 이를 이용 한 채널 접근 방법과 상기 각 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in order to solve the above problems and meet the above requirements, and provides a data transmission (channel access) method having a different Gaussian distribution for each data transmission priority. A method for determining a backoff time in a wireless sensor network, a channel access method using the same, and each method for determining an off time and accessing a channel by adjusting the determined backoff time according to a channel state It is an object of the present invention to provide a computer-readable recording medium that records a program for realization.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법에 있어서, 백오프 수행 횟수, 채널 접근 시도 횟수, 및 백오프 길이 설정 변수를 초기화하는 단계, 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 단계, 상기 확인한 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정하는 단계, 및 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간에서 랜덤한 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 단계를 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a method for determining a backoff time in a wireless sensor network includes: initializing a number of backoffs, a number of channel access attempts, and a backoff length setting variable; Determining a priority of the gaussian, setting a Gaussian function by selecting a predetermined average value and a variance value according to the identified priorities, and using the set Gaussian function, a random backoff time ( backoff time).

또한, 상기 본 발명의 방법은, 상기 백오프 시간을 결정한 후에 해당 채널에 접근하지 못함에 따라, 해당 백오프 시간 구간 증가분만큼 평균값과 분산값을 증가시켜 상기 가우시안 함수를 재설정하는 단계를 더 포함한다.The method may further include resetting the Gaussian function by increasing the mean value and the variance value by the corresponding backoff time interval increase as the channel is not accessed after determining the backoff time. .

한편, 본 발명은, 무선 센서 네트워크에 연결된 노드에, 백오프 수행 횟수, 채널 접근 시도 횟수, 및 백오프 길이 설정 변수를 초기화하는 기능, 송신 대상 데 이터의 우선순위를 확인하는 기능, 상기 확인한 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정하는 기능, 및 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간에서 랜덤한 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a function of initializing the number of backoff executions, the number of channel access attempts, and the backoff length setting variable to a node connected to the wireless sensor network, a function of checking the priority of data to be transmitted, and the identified priority. To realize a function of setting a Gaussian function by selecting a predetermined average value and a variance value according to the ranking, and determining a random backoff time in a backoff time interval using the set Gaussian function. A computer readable recording medium having recorded a program is provided.

또한, 상기 본 발명은, 상기 백오프 시간을 결정한 후에 해당 채널에 접근하지 못함에 따라, 해당 백오프 시간 구간 증가분만큼 평균값과 분산값을 증가시켜 상기 가우시안 함수를 재설정하는 기능을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In addition, the present invention, the program for further realizing the function of resetting the Gaussian function by increasing the mean value and the variance value by the increment of the back off time interval, as the channel is not accessed after determining the back off time. Provide a computer readable recording medium having recorded thereon.

한편, 본 발명의 다른 방법은, 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법에 있어서, 백오프 수행 횟수(이하, "NB값"), 채널 접근 시도 횟수(이하, "CW"값) 및 백오프 길이 설정 변수(이하, "BE값")를 초기화하는 단계, 송신 대상 데이터의 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정해, 해당 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 단계, 상기 결정한 백오프 시간이 도래함에 따라, 상기 "CW"값 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 단계, 상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태이면 상기 데이터를 송신하고, 채널이 비지 상태이면 상기 "NB값" 및 상기 "BE값"을 조정하는 단계, 및 상기 "NB값" 및 "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 결정한 백오프 시간의 구간이 끝남에 따라, 상기 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하여 상기 백오프 시간을 재결정한 후에 상기 CCA를 재수행하는 단계를 포함한다.On the other hand, another method of the present invention, in the channel access method in the wireless sensor network, the number of backoff performed (hereinafter referred to as "NB value"), the number of channel access attempts (hereinafter referred to as "CW" value) and backoff length setting Initializing a variable (hereinafter, referred to as "BE value"), setting a Gaussian function by selecting a predetermined average value and a dispersion value according to the priority of the data to be transmitted, and determining a corresponding backoff time; As the determined backoff time arrives, performing a Clear Channel Assessment (CCA) as much as the "CW" value. As a result of performing the CCA, when the channel is in an idle state, the data is transmitted. When the channel is busy, the " Adjusting the NB value "and" BE value ", and waiting for channel access while adjusting the" NB value "and" BE value ", and as the determined backoff time interval ends, Mean and variance Appointed and a step of performing the re CCA After recrystallization the back-off time.

한편, 본 발명은, 무선 센서 네트워크에 연결된 노드에, 백오프 수행 횟수(이하, "NB값"), 채널 접근 시도 횟수(이하, "CW"값) 및 백오프 길이 설정 변수(이하, "BE값")를 초기화하는 기능, 송신 대상 데이터의 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정해, 해당 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 기능, 상기 결정한 백오프 시간이 도래함에 따라, 상기 "CW"값 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 기능, 상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태이면 상기 데이터를 송신하고, 채널이 비지 상태이면 상기 "NB값" 및 상기 "BE값"을 조정하는 기능, 및 상기 "NB값" 및 "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 결정한 백오프 시간의 구간이 끝남에 따라, 상기 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하여 상기 백오프 시간을 재결정한 후에 상기 CCA를 재수행하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.Meanwhile, the present invention relates to a node connected to the wireless sensor network, the number of backoffs performed (hereinafter referred to as "NB value"), the number of channel access attempts (hereinafter referred to as "CW" value), and the backoff length setting variable (hereinafter referred to as "BE"). Value "), a function of setting a Gaussian function by selecting a preset average value and a variance value according to the priority of the data to be transmitted, and determining a corresponding backoff time, and the determined backoff time arrives. As a result, a function of performing a Clear Channel Assessment (CCA) as much as the "CW" value, and as a result of performing the CCA, transmits the data when the channel is in the idle state, and transmits the data when the channel is busy. A function of adjusting the "BE value", and waiting for channel access while adjusting the "NB value" and "BE value", and adjusts the average value and the variance value of the Gaussian function as the interval of the determined backoff time ends. The backoff time It provides a computer readable recording medium having a program for realizing the function of the re CCA After recrystallization computer.

상기와 같은 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 우선순위별로 서로 다른 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of ensuring different quality of service (QoS) for each data transmission priority in the wireless sensor network.

또한, 본 발명은 백오프 시간을 각 데이터 전송 우선순위별로 서로 다른 가우시안 분포를 갖도록 함으로써, 무선 센서 네트워크상에서 전송하고자 하는 데이터의 평균 지연 시간을 조정할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the average delay time of the data to be transmitted on the wireless sensor network can be adjusted by having a different Gaussian distribution for each data transmission priority.

또한, 본 발명은 각 데이터 전송 우선순위의 평균값 차이와 분산값을 서로 다르게 설정함으로써, 무선 센서 네트워크상에서 전송하고자 하는 데이터의 전송 속도를 조정할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of adjusting the transmission rate of the data to be transmitted on the wireless sensor network by setting the difference between the average value and the dispersion value of each data transmission priority differently.

또한, 본 발명은 노드의 숫자, 데이터 전송 우선순위의 숫자 등에 따라 서로 다른 평균값과 분산값을 갖는 다양한 가우시안 함수들을 설정해 사용하면 되기 때문에 무선 센서 네트워크의 상태에 상관없이 효율적으로 노드의 데이터 전송을 지원할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention can set and use various Gaussian functions having different average and variance values according to the number of nodes, the number of data transmission priorities, etc. It can be effective.

또한, 본 발명은 노드의 하드웨어 변경 등을 하지 않고서도 무선 센서 네트워크에 적용이 가능하며, 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜과의 호환을 지원할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can be applied to the wireless sensor network without changing the hardware of the node, and there is an effect that can support the compatibility with the known IEEE 802.15.4 protocol.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features, and advantages will become more apparent from the detailed description given hereinafter with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains may share the technical idea of the present invention. It will be easy to implement. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 백오프 시간 결정 알고리즘을 보여주기 위한 일실시 예 설명도이다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a backoff time determination algorithm according to the present invention.

본 발명에서는 데이터 전송(채널 접근)에 관한 백오프 시간(backoff time)을 각 데이터 전송 우선순위(priority)별로 서로 다른 가우시안(gaussian) 분포를 갖도록, 예컨대 가우시안 함수를 사용해 백오프 시간을 발생시킨다.In the present invention, for example, a Gaussian function is used to generate the backoff time so that the backoff time for data transmission (channel access) has a different Gaussian distribution for each data transmission priority.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 무선 센서 네트워크 상의 각 노드는 자신이 전송하고자 하는 데이터(패킷)의 우선순위[데이터 전송 우선순위]에 따라 서로 다른 특성을 갖는 가우시안 함수 중 어떠한 가우시안 함수를 선택할 지를 결정한다.As shown in FIG. 4, each node on the wireless sensor network according to the present invention may apply any Gaussian function among Gaussian functions having different characteristics according to the priority [data transmission priority] of data (packet) to be transmitted. Decide whether to choose.

예를 들어, 무선 센서 네트워크상에서 데이터 전송 우선순위를 2가지로 설정한 경우에는, 각각의 데이터 전송 우선순위에 대응되는 각 가우시안 함수는, 평균이 "mH", 분산이 "

Figure 112007063297143-pat00001
"인 가우시안 함수와 평균이 "mL", 분산이 "
Figure 112007063297143-pat00002
"인 가우시안 함수가 되며, 상기 가우시안 함수 중 어느 하나의 가우시안 함수를 사용해 해당 데이터 전송 우선순위에 따른 백오프 시간을 결정한다. 여기서, 데이터 전송 우선순위가 상대적으로 더 높은 데이터에 대해서는 상기 평균이 "mH", 분산이 "
Figure 112007063297143-pat00003
"인 가우시안 함수를 사용하고, 데이터 전송 우선순위가 상대적으로 더 낮은 데이터에 대해서는 상기 평균이 "mL", 분산이 "
Figure 112007063297143-pat00004
"인 가우시안 함수를 사용한다.For example, when two data transmission priorities are set on a wireless sensor network, each Gaussian function corresponding to each data transmission priority has an average of "m H " and a variance of ".
Figure 112007063297143-pat00001
Gaussian function with "m L " and variance "
Figure 112007063297143-pat00002
Is a Gaussian function, and a Gaussian function of either of the Gaussian functions is used to determine the backoff time according to the corresponding data transmission priority. For the data having a relatively higher data transmission priority, the average is " m H ", dispersion"
Figure 112007063297143-pat00003
For data with a Gaussian function of ", where the data transfer priority is relatively lower, the mean is " m L "
Figure 112007063297143-pat00004
Use a Gaussian function.

본 발명에서 제시하는 상기 가우시안 함수들에 있어, 각 분산값, 예컨대 "

Figure 112007063297143-pat00005
"와 "
Figure 112007063297143-pat00006
"의 값이 서로 동일하고 각 평균값 중 "mH"가 "mL"보다 작다면, 데이터 전송 우선순위가 높은 데이터가 평균적으로 더 짧은 백오프 시간을 갖게 된다. 따라서 본 발명에서는 데이터 전송 우선순위가 높아 평균 백오프 시간이 짧은 데이터가 채널에 접근할 확률이 더 높아지고 채널에 접근하는 시간도 더 짧아지게 할 수 있으므로, 각각의 데이터 전송 우선순위에 따른 QoS를 서로 다르게 결정할 수 있는 것이다.In the Gaussian functions proposed in the present invention, each variance value,
Figure 112007063297143-pat00005
"Wow "
Figure 112007063297143-pat00006
If the values of "are equal to each other and" m H "of each average value is smaller than" m L ", data having a higher data transmission priority has a shorter backoff time on average. Thus, in the present invention, data transmission priority The higher the data, the shorter the average backoff time is, the more likely it is to access the channel and the shorter the time to access the channel. Therefore, the QoS of each data transmission priority can be determined differently.

즉, 본 발명에서는 데이터 전송 우선순위에 따라 가우시안 함수의 평균값 "m"을 서로 다르게 설정함으로써, 무선 센서 네트워크상에서 전송하고자 하는 데이터의 평균 지연 시간을 조정할 수 있으며, 또한 각 데이터 전송 우선순위의 평균값 차이와 분산값을 서로 다르게 설정함으로써, 무선 센서 네트워크상에서 전송하고자 하는 데이터의 전송 속도도 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 노드의 숫자, 데이터 전송 우선순위의 숫자 등에 따라 서로 다른 평균값과 분산값을 갖는 다양한 가우시안 함수들을 설정해 사용하면 되기 때문에 무선 센서 네트워크의 상태에 상관없이 효율적으로 노드의 데이터 전송을 지원할 수 있다.That is, in the present invention, by setting the average value "m" of the Gaussian function differently according to the data transmission priority, the average delay time of the data to be transmitted on the wireless sensor network can be adjusted, and the average value difference of each data transmission priority is different. By setting the and variance values differently, the transmission speed of data to be transmitted on the wireless sensor network can also be adjusted. In addition, in the present invention, since various Gaussian functions having different average and variance values may be set and used according to the number of nodes, the number of data transmission priorities, and the like, the data transmission of the nodes may be efficiently supported regardless of the state of the wireless sensor network. Can be.

한편, 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에서는 백오프 시간 결정 후에 채널을 사용(접근)하지 못하는 경우에 "BE값"을 "1"만큼 증가시켜 [0, 2BE-1] 구간에서 백오프 시간을 다시 결정한다. 예컨대, 노드의 채널 접근 실패 시에 백오프 시간을 넓은 구간에 분산시켜 데이터 전송 충돌이 일어나지 않도록 한다.Meanwhile, in the known IEEE 802.15.4 protocol, when the channel cannot be used (accessed) after the backoff time is determined, the "BE value" is increased by "1" to increase the backoff time in the interval [0, 2 BE -1]. Decide again. For example, when a node fails to access a channel, the backoff time is distributed over a wide interval so that data transmission collision does not occur.

이에, 본 발명에서도 백오프 시간을 결정하는데 있어 백오프 시간 구간인 [0, 2BE-1] 구간이 넓어짐에 따라 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 변경시킨다. 즉, 본 발명에서는 다음의 [수학식 1]을 사용하여 "BE값"의 증가에 따른 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 계산한다.Accordingly, the present invention also changes the average value and the variance value of the Gaussian function as the backoff time interval becomes wider [0, 2 BE- 1] interval. That is, in the present invention, the following equation (1) is used to calculate the mean and variance of the Gaussian function according to the increase of the "BE value".

Figure 112007063297143-pat00007
Figure 112007063297143-pat00007

상기 [수학식 1]을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에서는 "BE값"이 "1" 증가하게 되면 "

Figure 112007063297143-pat00008
"만큼의 백오프 시간 구간이 증가하게 되며, 이에 상기 백오프 시간 구간 증가분만큼 평균값과 분산값을 증가시키면 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜과 호환성을 갖으면서 노드의 채널 접근 실패 시에 백오프 시간을 넓은 구간에 분산시켜 데이터 전송 충돌이 일어나지 않도록 할 수 있는 것이다.As can be seen from the above [Equation 1], when the "BE value" is increased to "1" in the present invention "
Figure 112007063297143-pat00008
"Increases the backoff time interval, and increasing the average value and the variance value by the backoff time interval increase increases the backoff time when the node fails to access the channel while being compatible with the known IEEE 802.15.4 protocol. It can be distributed over a wide interval to prevent data transmission collisions.

한편, 본 발명에서는 무선 센서 네트워크상에서 데이터 전송 우선순위를 알 수 있도록 데이터 구조에 대해서도 정의한다. 이를 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the present invention also defines a data structure to know the data transmission priority on the wireless sensor network. This will be described in detail with reference to FIG. 5 as follows.

도 5는 본 발명에 따른 데이터 구조도이다.5 is a data structure diagram according to the present invention.

공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에 정의된 데이터 구조는, 프레임 제어(Frame Control), 시퀀스 번호(Sequence Number), 어드레싱 필드(Addressing fields), 시큐리티 헤더(Security Header), 데이터 페이로드(Data Payload), 및 FCS로 이루어지며, 이는 공지, 공용의 기술이기에 각 항목에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.The data structure defined in the known IEEE 802.15.4 protocol includes frame control, sequence number, addressing fields, security header, data payload, And FCS, which is a well-known and common technology, and thus a separate description of each item will be omitted.

본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜과의 호환성을 위해 프레임 제어(Frame Control), 시퀀스 번호(Sequence Number), 어드레싱 필드(Addressing fields), 시큐리티 헤더(Security Header), 데이터 페이로드(Data Payload), 및 FCS로 데이터를 구조화하되, 명령 프레임 식별자(Command Frame Identifier)를 새로이 설정하여 데이터 전송 우선순위를 명시할 수 있도록 한다.In the present invention, as shown in Figure 5, for compatibility with the known IEEE 802.15.4 protocol Frame Control (Frame Control), Sequence Number (Address Sequence), Addressing fields, Security Header (Security Header) The data is structured with a data payload and an FCS, but a new command frame identifier can be set to specify the data transmission priority.

도 6은 본 발명에서 제시하는 명령 프레임 식별자(Command Frame Identifier)를 설명하기 위한 일실시예 테이블이다.FIG. 6 is a table for explaining a command frame identifier shown in the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 명령 프레임 식별자의 "0x01 ~ 0x09" 부분을 기존 명령을 송수신하는데 사용하며, 나머지 부분, 예컨대 "0x0a ~ 0xff" 부분을 사용해 데이터 전송 우선순위[MAC frame priority]를 명시한다.As shown in FIG. 6, in the present invention, the "0x01 to 0x09" portion of the command frame identifier is used to transmit and receive an existing command, and the data transmission priority [MAC frame priority] is used using the remaining portion, for example, the "0x0a to 0xff" portion. ] Is specified.

그럼, 이하 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법과 채널 접근 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Next, a method of determining a backoff time and a channel access method in the wireless sensor network according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7.

도 7은 본 발명에 따른 백오프 시간 결정 방법과 채널 접근 방법에 대한 일실시예 흐름도이며, 본 발명에서는 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜과의 호환성을 위해 슬롯 알로하(Slotted Aloha) 방식[일명 Slotted CSMA/CA]을 기반으로 한다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for determining a backoff time and a channel access method according to the present invention. / CA].

먼저, 무선 센서 네트워크상의 각 노드는 백오프 수행 횟수(NB; Number of Backoffs), 채널 접근 시도 횟수(CW; Contention Window), 백오프 길이 설정 변수(BE; Backoff Exponent)의 기본값을 각각 "0", "2" 및 "macMinBE"로 초기화한다(701). 여기서, "macMinBE"는 해당 무선 센서 네트워크에서 채널 접근을 위해 사전에 설정해 놓은 "최소 BE값"을 나타낸다.First, each node on the wireless sensor network sets the default value of the number of backoffs (NB), the number of channel access attempts (CW), and the backoff length setting variable (BE; Backoff Exponent), respectively. Initialize to "2" and "macMinBE" (701). Here, "macMinBE" represents the "minimum BE value" preset in advance for channel access in the wireless sensor network.

이후, 상기 각 노드는 무선 센서 네트워크상으로 송신할 데이터(패킷)의 우선순위(데이터 전송 우선순위)를 확인한다(702). 이때, 각 노드는 다른 노드로부터 수신받아 또 다른 노드로 중계(relay)할 데이터에 대해서는 해당 데이터에 포함되어 있는 명령 프레임 식별자의 우선순위를 체크해 그 우선순위대로 해당 데이터를 송신하면 되며, 한편 각 노드는 어플리케이션 계층 상에서 새로이 생성된 데이터에 대해서는 MAC 계층 상에서 이 어플리케이션 계층으로부터 통보받은 우선순위를 체크해 해당 데이터의 명령 프레임 식별자에 기록하면 된다.Then, each node checks the priority (data transmission priority) of the data (packet) to be transmitted on the wireless sensor network (702). In this case, each node should check the priority of the command frame identifier included in the data for data to be received from another node and relay to another node, and transmit the corresponding data in the priority order. For the newly generated data on the application layer, the priority received from the application layer on the MAC layer is checked and recorded in the command frame identifier of the corresponding data.

그런 후, 상기 각 노드는 상기 확인한 우선순위에 따라 해당 평균값["mk"]과 분산값["vk"]을 선택하여 가우시안 함수를 설정한다(703). 여기서, 가우시안 함수의 평균값과 분산값은 무선 센서 네트워크상에서 관리자 등에 의해 사전에 데이터 전송 우선순위별로 미리 정해 둔 해당 값을 사용하면 된다.Thereafter, each node sets the Gaussian function by selecting the corresponding average value ["m k "] and variance value ["v k "] according to the checked priority (703). Here, the average value and the variance value of the Gaussian function may use a corresponding value previously determined for each data transmission priority by an administrator or the like on the wireless sensor network.

그런 후, 상기 각 노드는 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간인 [0, 2BE-1] 구간에서 랜덤한 백오프 시간을 결정한다(발생시킨다)(704). 이와 같이 본 발명에서 결정한 백오프 시간은 각 데이터 전송 우선순위별로 서로 다른 평균값과 분산값을 갖는 가우시안 분포를 갖게 된다.Then, each node determines (generates) a random backoff time in the interval [0, 2 BE −1], which is the backoff time interval, using the set Gaussian function. As described above, the backoff time determined by the present invention has a Gaussian distribution having different average and variance values for each data transmission priority.

다음으로, 상기와 같은 백오프 시간을 결정한 후에, 노드가 이를 이용해 채널에 접근하는 방법에 대해 설명하기로 한다.Next, after determining the backoff time as described above, a method of accessing the channel using the node will be described.

이후, 상기 각 노드는 상기 결정한 백오프 시간이 도래하면(백오프 시간 동안 기다린 후에), 채널 접근을 위해 상기 "CW값" 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행한다(705). 여기서, CCA는 채널이 현재 비지(busy) 상태인지 아이들(idle) 상태인지를 검사하는 과정을 말한다.Thereafter, when the determined backoff time arrives (after waiting for the backoff time), each node performs a Clear Channel Assessment (CCA) by as much as the "CW value" for channel access (705). Here, the CCA refers to a process of checking whether the channel is currently busy or idle.

상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태인 경우에는 상기 각 노드는 상기 "CW값"을 "1" 감소시키고서, 다시 CCA를 재수행해 이 CCA 재수행 결과로 채널이 아이들 상태이면 데이터를 송신한다(706, 707, 708, 709).As a result of performing the CCA, when the channel is in the idle state, each node decreases the " CW value " by " 1 " and re-performs the CCA again and transmits data when the channel is in the idle state as a result of the CCA re-execution ( 706, 707, 708, 709).

한편, 상기 CCA 수행 또는 재수행 결과, 채널이 비지 상태이면 상기 각 노드는 상기 "NB값"을 "1" 증가시키고 상기 "BE값"을 "1" 증가시킨 값과 사전에 설정해 놓은 "최대 BE값"["aMaxBE"] 중에서 작은 값으로서 상기 "BE값"을 조정한다(710).On the other hand, when the channel is busy as a result of the CCA execution or re-execution, each node increases the "NB value" by "1" and increases the "BE value" by "1" and the preset "maximum BE". The "BE value" is adjusted as the smaller of the value "[" aMaxBE "] (710).

그런 후, 즉 상기 각 노드는 상기 "NB값", "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 조정(증가)된 "NB값"이 "macMaxCSMABackoffs"[일명 백오프 수행 제한 횟수]를 초과하면 데이터 전송 실패로 간주하며(711, 712), 상기 조정(증가)된 "NB값"이 "macMaxCSMABackoffs"[일명 백오프 수행 제한 횟수]를 초과하지 않은 상태에서 백오프 시간 구간이 모두 끝났으면 상기 조정(증가)된 "BE값"에 따라 백오프 시간 구간을 변경하기 위해 상기 [수학식 1]을 사용하여 상기 설정한 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 각각 조정한다(713, 714). 여기서, "macMaxCSMABackoffs"는 백오프가 계속 일어나지 않도록 하기 위해 일정 횟수 이상으로 백오프 수행 횟수가 넘어가면 데이터 전송 실패를 판단하기 위한 변수이다.Then, that is, each node waits for channel access while adjusting the "NB value" and "BE value", and the adjusted (increased) "NB value" is set to "macMaxCSMABackoffs" (also called "backoff performance limit times"). If exceeded, it is considered to be a data transmission failure (711, 712), and if all the backoff time intervals have ended when the adjusted (incremented) "NB value" does not exceed "macMaxCSMABackoffs" (also called "backoff performance limit count"). In order to change the backoff time interval according to the adjusted (increased) "BE value", the average value and the variance value of the set Gaussian function are adjusted using Equation 1 (713 and 714). Here, "macMaxCSMABackoffs" is a variable for determining a data transmission failure when the number of times of performing the backoff exceeds a certain number of times so that the backoff does not continue.

이후, 상기 각 노드는 상기와 같이 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하고서, [0, 2BE-1] 구간에서 랜덤한 백오프 시간을 다시 결정한 후에 백오프 시간이 도래하기를 대기한다.Thereafter, each node adjusts the average value and the variance of the Gaussian function as described above, waits for the backoff time to arrive after determining the random backoff time again in the interval [0, 2 BE −1].

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

도 1은 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에 관한 계층도이고,1 is a hierarchy diagram of a known IEEE 802.15.4 protocol,

도 2는 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에서 정의한 프레임 구조도이고,2 is a frame structure diagram defined in a known IEEE 802.15.4 protocol,

도 3은 공지의 IEEE 802.15.4 프로토콜에서 사용하는 슬롯 알로하(Slotted Aloha) 동작 흐름도이고,3 is a flowchart illustrating a slotted Aloha operation used in a known IEEE 802.15.4 protocol.

도 4는 본 발명에 따른 백오프 시간 결정 알고리즘을 보여주기 위한 일실시예 설명도이고,4 is an exemplary explanatory diagram for illustrating a backoff time determination algorithm according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 데이터 구조도이고,5 is a data structure diagram according to the present invention;

도 6은 본 발명에서 제시하는 명령 프레임 식별자(Command Frame Identifier)를 설명하기 위한 일실시예 테이블이고,FIG. 6 is a table for explaining a command frame identifier (Command Frame Identifier) according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 백오프 시간 결정 방법과 채널 접근 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of determining a backoff time and a channel access method according to the present invention.

Claims (13)

무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법에 있어서,A method for determining backoff time in a wireless sensor network, 백오프 수행 횟수, 채널 접근 시도 횟수, 및 백오프 길이 설정 변수를 초기화하는 단계;Initializing the number of backoff executions, the number of channel access attempts, and the backoff length setting variable; 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 단계;Checking the priority of the data to be transmitted; 상기 확인한 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정하는 단계; 및Setting a Gaussian function by selecting a preset average value and a variance value according to the checked priorities; And 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간에서 랜덤한 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 단계Determining a random backoff time in a backoff time interval using the set Gaussian function 를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.Method for determining a backoff time in a wireless sensor network comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 백오프 시간을 결정한 후에 해당 채널에 접근하지 못함에 따라, 해당 백오프 시간 구간 증가분만큼 평균값과 분산값을 증가시켜 상기 가우시안 함수를 재설정하는 단계Resetting the Gaussian function by increasing the mean value and the variance value by the corresponding backoff time interval increase as the channel is not accessed after determining the backoff time. 를 더 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.The method of determining a backoff time in a wireless sensor network further comprising. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 송신 대상 데이터는,The transmission target data, 해당 데이터의 우선순위를 나타내기 위한 명령 프레임 식별자(Command Frame Identifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.And a command frame identifier (ID) for indicating the priority of corresponding data. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 단계는,Checking the priority of the transmission target data, 다른 노드로부터 수신받아 또 다른 노드로 중계할 데이터에 대해서는 해당 데이터에 포함되어 있는 명령 프레임 식별자의 우선순위를 체크해 해당 우선순위를 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.The method of determining a backoff time in a wireless sensor network according to claim 1, wherein the data received from another node and relayed to another node are checked by checking the priority of the command frame identifier included in the data. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 단계는,Checking the priority of the transmission target data, 노드 자체적으로 생성한 데이터에 대해서는 내부 어플리케이션 계층으로부터 통보받은 우선순위를 체크해 해당 데이터의 우선순위를 확인하고서 해당 데이터의 명령 프레임 식별자에 상기 우선순위를 기록하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.For the data generated by the node itself, the priority of the data received from the internal application layer is checked to confirm the priority of the corresponding data, and the priority is recorded in the command frame identifier of the corresponding data. How time is determined. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가우시안 함수를 설정하는 단계는,Setting the Gaussian function, 상기 확인한 데이터의 우선순위가 높음에 따라 해당 평균값을 다른 데이터의 우선순위에 관한 평균값보다 상대적으로 더 작은 값을 선택하여 해당 가우시안 함수를 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 백오프 시간 결정 방법.A method of determining a backoff time in a wireless sensor network, characterized in that a corresponding Gaussian function is set by selecting a corresponding average value smaller than an average value of other data priorities as the checked data has a higher priority. . 무선 센서 네트워크에 연결된 노드에,On a node connected to a wireless sensor network, 백오프 수행 횟수, 채널 접근 시도 횟수, 및 백오프 길이 설정 변수를 초기화하는 기능;A function of initializing the number of backoff executions, the number of channel access attempts, and the backoff length setting variable; 송신 대상 데이터의 우선순위를 확인하는 기능;A function of confirming priority of transmission target data; 상기 확인한 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정하는 기능; 및Setting a Gaussian function by selecting a preset mean value and a variance value according to the checked priority; And 상기 설정한 가우시안 함수를 사용하여 백오프 시간 구간에서 랜덤한 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 기능A function of determining a random backoff time in a backoff time interval using the set Gaussian function 을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for realizing this. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 백오프 시간을 결정한 후에 해당 채널에 접근하지 못함에 따라, 해당 백오프 시간 구간 증가분만큼 평균값과 분산값을 증가시켜 상기 가우시안 함수를 재설정하는 기능After determining the backoff time, as the channel is not accessed, a function of resetting the Gaussian function by increasing the mean value and the variance value by the corresponding backoff time interval increase. 을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium that records a program for further realization. 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법에 있어서,In the channel access method in the wireless sensor network, 백오프 수행 횟수(이하, "NB값"), 채널 접근 시도 횟수(이하, "CW"값) 및 백오프 길이 설정 변수(이하, "BE값")를 초기화하는 단계;Initializing the number of backoff executions (hereinafter referred to as "NB value"), the number of channel access attempts (hereinafter referred to as "CW" value) and the backoff length setting variable (hereinafter referred to as "BE value"); 송신 대상 데이터의 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정해, 해당 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 단계;Determining a corresponding backoff time by setting a Gaussian function by selecting a predetermined average value and a dispersion value according to the priority of the data to be transmitted; 상기 결정한 백오프 시간이 도래함에 따라, 상기 "CW"값 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 단계;Performing the Clear Channel Assessment (CCA) as much as the "CW" value as the determined backoff time arrives; 상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태이면 상기 데이터를 송신하고, 채널이 비지 상태이면 상기 "NB값" 및 상기 "BE값"을 조정하는 단계; 및As a result of performing the CCA, transmitting the data when the channel is in the idle state, and adjusting the "NB value" and the "BE value" when the channel is busy; And 상기 "NB값" 및 "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 결정한 백오프 시간의 구간이 끝남에 따라, 상기 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하여 상기 백오프 시간을 재결정한 후에 상기 CCA를 재수행하는 단계Waiting for channel access while adjusting the " NB value " and " BE value ", and after determining the backoff time by adjusting the average value and the variance value of the Gaussian function, Re-executing the CCA 를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법.Channel access method in a wireless sensor network comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 "NB값" 및 상기 "BE값"을 조정하는 과정은,Adjusting the "NB value" and the "BE value", 상기 "NB값"을 소정값 만큼 증가시키고, 상기 "BE값"을 일정값 증가시킨 값과 사전에 설정해 놓은 "최대 BE값" 중에서 작은 값으로서 상기 "BE값"을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법.Wherein the "NB value" is increased by a predetermined value, and the "BE value" is adjusted as a smaller value between a value of increasing the "BE value" by a predetermined value and a preset "maximum BE value". Channel approach in sensor networks. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하는 과정은,Adjusting the mean and variance of the Gaussian function, 상기 결정한 백오프 시간의 구간이 끝남과 아울러 상기 조정된 "NB값"이 기 설정된 백오프 수행 제한 횟수를 초과하지 않은 경우에 해당 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법.And a mean value and a variance value of a corresponding Gaussian function when the determined backoff time interval ends and the adjusted "NB value" does not exceed a preset number of backoff execution limits. Channel approach at. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 "NB값" 및 "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 조정된 "NB값"이 기 설정된 백오프 수행 제한 횟수를 초과함에 따라 데이터 전송 실패로 간주하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 채널 접근 방법.The wireless sensor, characterized in that it is regarded as a data transmission failure while waiting for channel access while adjusting the "NB value" and "BE value", when the adjusted "NB value" exceeds a preset backoff execution limit. Channel approach on the network. 무선 센서 네트워크에 연결된 노드에,On a node connected to a wireless sensor network, 백오프 수행 횟수(이하, "NB값"), 채널 접근 시도 횟수(이하, "CW"값) 및 백오프 길이 설정 변수(이하, "BE값")를 초기화하는 기능;A function of initializing the number of backoff executions (hereinafter referred to as "NB value"), the number of channel access attempts (hereinafter referred to as "CW" value) and the backoff length setting variable (hereinafter referred to as "BE value"); 송신 대상 데이터의 우선순위에 따라 기 설정된 평균값과 분산값을 선택하여 가우시안 함수를 설정해, 해당 백오프 시간(backoff time)을 결정하는 기능;Selecting a preset average value and a variance value according to the priority of the transmission target data to set a Gaussian function to determine a corresponding backoff time; 상기 결정한 백오프 시간이 도래함에 따라, 상기 "CW"값 만큼의 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하는 기능;Performing the Clear Channel Assessment (CCA) as much as the "CW" value as the determined backoff time arrives; 상기 CCA 수행 결과, 채널이 아이들 상태이면 상기 데이터를 송신하고, 채널이 비지 상태이면 상기 "NB값" 및 상기 "BE값"을 조정하는 기능; 및As a result of performing the CCA, transmitting the data when the channel is in the idle state and adjusting the "NB value" and the "BE value" when the channel is busy; And 상기 "NB값" 및 "BE값"을 조정하면서 채널 접근을 대기하다가, 상기 결정한 백오프 시간의 구간이 끝남에 따라, 상기 가우시안 함수의 평균값과 분산값을 조정하여 상기 백오프 시간을 재결정한 후에 상기 CCA를 재수행하는 기능Waiting for channel access while adjusting the " NB value " and " BE value ", and after determining the backoff time by adjusting the average value and the variance value of the Gaussian function, Re-execution of the CCA 을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for realizing this.
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