KR100927600B1 - 센서 노드의 오버히어링(ｏｖｅｒｈｅａｒｉｎｇ) 감소를위한 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법 - Google Patents

센서 노드의 오버히어링(ｏｖｅｒｈｅａｒｉｎｇ) 감소를위한 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법 Download PDF

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Abstract

일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 송신할 데이터의 목적지 주소, 긴 프리앰블의 잔량, 송신할 데이터의 길이에 관한 정보를 가진 짧은 프리앰블(preamble)들을 포함하는 긴 프리앰블을 생성하고, 긴 프리앰블과 송신할 데이터를 차례로 송신하며, 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 송신 노드가 송신한 유효한 신호를 감지한 수신 노드가 송신 노드가 송신한 짧은 프리앰블을 수신하여 이를 기초로 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정하여 센서 네트워크에서의 오버히어링(ovehearing)을 감소시킨다.
센서 네트워크, overhearing

Description

센서 노드의 오버히어링(ｏｖｅｒｈｅａｒｉｎｇ) 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법{Method of transmitting/receiving data in sensor network for reducing overhearing of sensor nodes}
본 발명은 센서 노드의 오버히어링(overhearing) 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법 및 이를 구현하는 센서 네트워크(sensor network)에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2005-S-106-03, 과제명: RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술 개발].
비동기 방식으로 동작하는 센서 네트워크, 특히 센서 네트워크의 매체 접근 제어(Media Access Control)에서 송신을 하고자 하는 노드가 인근 이웃 노드들에게 자신이 송신할 데이터가 있음을 알리는 동작을 수행하거나 데이터를 송신할 때 인근 이웃 노드들이 상기 동작이나 송신에 따른 신호가 자신에게 필요하지 않음에도 불구하고 수신하는 것을 오버히어링(overhearing)이라 한다. 이러한 오버히어링을 하게 되는 센서 노드는 전력, 즉 에너지를 그만큼 소모하게 되고, 이러한 불필요한 에너지 소모를 줄이는 방법에 대하여 몇 가지 종래 기술이 존재한다.
먼저 첫 번째 종래 기술, 즉 Berkeley MAC(Media Access Control), 또는 B-MAC(J. Polastre & J. Hill & D. Culler, 'Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks', 'Proceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems', pp. 95-107, Nov. 2004)은 프리앰블 샘플링(Preamble Sampling)을 사용하여 네트워크를 비동기 방식으로 동작하게 함으로써 동기화를 맞추기 위한 프로토콜의 오버헤드를 줄였고, 데이터의 전달이 이루어지지 않는 환경에서 각 노드가 자신의 인근 노드들이 자신에게 보낼 데이터가 있는지 확인하는 Awake 동작을 최소화하여 에너지 소모를 줄였다.
도 1은 Berkeley MAC에 따른 센서 노드(Sensor node)들의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 각 노드들(101, 102, 103)이 각각 다른 시간에 체크 간격(Check Internval)이라 불리는 일정한 간격으로 깨어나서(Wake), 채널이 사용 중인지 여부를 확인하는 저전력 수신(Low Power Listening:LPL) 동작을 수행한다. 송신할 데이터가 있는 노드(101)는 LPL 동작을 통해 채널이 Idle 상태임을 확인하고 체크 간격보다 긴 길이의 프리앰블(Preamble)을 송신하여 주변 수신이 가능한 이웃노드들(102, 103)에게 자신이 송신할 데이터가 있음을 알린다. 그리고 나서 송신 노드(101)는 프리앰블에 이어서 전송하고자 하는 프레임, 즉 전송하고자 하는 데이터를 송신한다. 이를 수신하는 인근 노드들(102, 103)은 체크 간격으로 깨어나서 LPL을 수행하다가 송신 노드(101)가 전송한 프리앰블을 감지하게 되면 그 송신 노드(101)의 송신 데이터의 수신 대상이 자신일지도 모르므로 그 송신 데이터의 목적지주소(Destination Address:DA)를 수신할 때까지 오버히어링을 하게 된다. 목적지주소를 수신하여 수신 대상이 자신인 경우에는 데이터를 끝까지 수신하게 되고, 수신 대상이 자신이 아닌 경우에는 슬립(Sleep) 모드로 동작하게 된다. 그러나 상기 종래기술은 송신노드(101)의 이웃노드들(102, 103) 모두 송신 데이터의 목적지 주소를 수신할 때까지 불필요하게 프리앰블 구간을 수신하는 오버히어링을 하여야 하는 문제점이 있다. 덧붙여서 송신과정에서는 긴 프리앰블을 사용하고, 수신과정에서는 데이터를 오버히어링(104)하게 되는 경우가 발생한다. 결국 센서 노드들의 에너지 소모가 크다는 문제점이 있다.
두 번째 종래기술, 즉 B-MAC+(Marco Avvenuti & Paolo Corsini & Paolo Masci & Alessio Vecchio, 'Increasing the efficiency of preamble sampling protocols for wireless sensor networks', 'Mobile Computing and Wireless Communications International Conference', Sep. 2006)에서는 이러한 첫 번째 종래기술의 문제점을 어느 정도 개선하였다.
도 2는 B-MAC+에 따른 센서 노드(Sensor node)들의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 첫번째 종래기술과 마찬가지로 각 센서 노드들(211, 212, 213)은 LPL과 슬립(Sleep)을 반복한다.
그렇지만 송신 노드(211)는 첫번째 종래기술에서의 프리앰블 구간에서 웨이크업 프리앰블(Wake-Up Preamble)(201)이라는 짧은 프리앰블을 연속적으로 송신하 여 송신 노드(211)의 이웃 노드들(212, 213)에게 송신 데이터의 목적지주소와 웨이크업 프리앰블의 남은 수를 알려준다. 즉 송신할 데이터가 있는 노드인 송신 노드(211)는 LPL 이후에 웨이크업 프리앰블의 프리앰블(Preamble of Wake-Up Preamble:PWP), 시작 프레임 구분자(Start Frame Delimiter:SFD), 목적지 주소(Destination Address:DA) 및 웨이크업 프리앰블의 카운트다운(Countdown) 정보로 구성된 웨이크업 프리앰블을 연속적으로 송신한다.
그리고 각자의 체크 간격 동안 슬립(Sleep)하고 깨어나(Wake) LPL을 수행하는 인근 노드들(212, 213)이 트래픽(Traffic)이 있음을 감지하고 깨어나 웨이크업 프리앰블을 수신하게 된다.
이 경우 송신 노드(211)의 송신 데이터의 수신 대상이 아닌 노드들은 웨이크업 프리앰블에 수납된 웨이크업 프리앰블의 카운트다운 정보를 보고 긴 프리앰블(Long Preamble)이 끝나는 시점까지 슬립(Sleep)하며, 수신 대상인 노드들은 마찬가지로 웨이크업 프리앰블에 수납된 웨이크업 프리앰블의 카운트다운 정보를 보고 긴 프리앰블(Long Preamble)이 끝나는 시점까지 슬립(Sleep)하였다가 깨어나 상기 송신 데이터를 수신한다.
상기와 같은 프로세스를 통하여 도 3의 프리앰블 구간에 해당하는 도 4의 긴 프리앰블 구간 동안 그 긴 프리앰블 모두를 수신하는 것을 피할 수 있으므로, 첫번째 종래기술에 따른 오버히어링 문제를 개선하였다. 하지만 만약 송신노드(211)의 송신 데이터의 수신 대상이 아닌 이웃노드들(213) 중의 일부가 일찍 웨이크업 프리앰블을 수신하여 슬립(Sleep)을 하게 되었다면, 다음 LPL 동작을 위해 송신노드(211)가 데이터를 송신하는 중에 깨어나게 된다.(214) 그런 경우에 도 2의 213a의 시간축에 나타난 동작을 수행하는 센서 노드들은 LPL을 수행하고 웨이크업 프리앰블을 수신하기 위해 오버히어링을 하게 되는 문제점이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 두 번째 종래기술에서 송신 노드의 이웃 노드들이 송신 노드가 데이터를 송신하는 중에 깨어나서 오버히어링을 하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 센서 노드의 오버히어링 (overhearing) 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법, 수신 방법, 송수신 방법, 그리고 이 방법들을 구현하는 센서 네트워크를 제공함에 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법의 일 실시예는, 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 데이터를 송신하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하는 단계; 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 단계;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 프리앰블 각각은 상기 송신할 데이터의 목적지 주소, 자신의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신할 데이터의 길이에 관한 정보를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법의 일 실시예는, 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다 수 개의 노드들 중에 포함된 수신 노드가 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 유효한 신호를 감지하는 단계; 상기 다수 개의 노드들 중에 포함된 상기 유효한 신호를 송신한 송신 노드로부터 송신된 제1 프리앰블을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 정보 중에서 상기 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 수신된 제1 프리앰블을 포함하는 제2 프리앰블의 잔량, 상기 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법의 일 실시예는, 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 다른 노드들에서의 오버히어링(Overhearing)을 감소시키기 위한 적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하는 단계; 상기 송신 노드가 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 단계; 상기 다수 개의 노드들 중 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 상기 송신 노드가 송신한 유효한 신호를 감지한 수신 노드가 상기 송신 노드가 송신한 제1 프리앰블을 수신하는 단계; 및 상기 제1 프리앰블 수신이 이루어지면 상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 상기 수신 노드가 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크의 일 실시예는, 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들을 포함하는 센서 네트워크에 있어서, 상기 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 경우 다른 노드들에서의 오버히어링(overhearing)을 감소시키기 위한 적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하고, 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 송신 노드; 및 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 상기 송신 노드가 송신한 유효한 신호를 감지한 경우 상기 송신 노드가 송신한 제1 프리앰블을 수신하여 상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 수신 노드;를 포함한다.
이로써, 송신 노드의 이웃 노드들이 송신 노드가 데이터를 송신하는 중에 깨어나서 오버히어링을 하는 문제점을 해결한다.
본 발명에 따르면, 송신 노드의 이웃 노드들이 송신 노드가 데이터를 송신하는 중에 깨어나서 오버히어링을 하는 문제점을 개선할 수 있다. 즉 센서 네트워크 환경, 특히 매체 접근 제어(Media Access Control)를 이용하는 센서 네트워크 환경 에서 센서 노드들의 오버히어링을 최소화시켜, 그 센서 노드들의 전력 소모, 즉 에너지 소모를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 센서 네트워크 내에서 송신 노드의 신호를 수신하는 수신 노드들이 소모하는 에너지를 줄일 수 있기 때문에 센서 노드들의 밀집도가 높은 환경에서 더 많은 에너지를 절약할 수 있다.
기타 본 발명에 따르면 데이터 수신과정에서의 오버히어링(Overhearing)을 없애기 때문에 데이터의 길이가 클수록, 데이터의 발생 빈도가 높을수록 더 많은 에너지를 절약할 수 있다.
마지막으로 본 발명에 따르면 상기의 에너지 소모 최소화, 에너지 절약 등의 효과로 인하여 센서 노드의 수명을 연장하여 센서 네트워크가 더 오랜 시간 동안 유지될 수 있도록 할 것이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 (overhearing) 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법, 수신 방법, 송수신 방법, 그리고 이 방법들을 구현하는 센서 네트워크에 대해 상세히 설명한다. 가능한 한 같거나 유사한 부분들을 참조하는 참조 번호들은 명세서나 도면을 통하여 동일하게 기재하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 센서 노드들의 동작을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 송신 노드(311)가 송신을 하고 송신 데이터의 수신 대상인 수신 노드(312)가 송신 노드(311)의 신호를 수신하고 송신 데이터의 수신 대상이 아닌 송신 노드(311)의 주변 노드들 두 개가 수신을 하는 예를 나타내고 있다. 여기서 각 노드들(311, 312, 313)은 매체 접근 제어(Media Access Control) 방식을 이용할 수 있다.
각 노드들(311, 312, 313)은 각기 다른 시점에서 저전력 수신(Low Power Listening:LPL)을 수행하며 동일한 슬립(Sleep) 상태의 간격인 체크 간격(Check Interval)을 갖는다. 여기서 어떤 센서 노드가 '슬립(Sleep) 상태'라 함은 그 센서 노드가 다른 센서 노드들의 신호 수신이나 채널 검사를 수행할 수 없는 상태, 즉 비활성화 상태를 의미한다.
여기서 LPL이란 주기적으로 깨어나 채널을 샘플링하는 동작을 말한다. LPL을 통하여 채널이 깨끗한지 여부를 검사한다. 즉 그 채널에 유효한 신호가 감지되었는지를 결정한다.
송신 노드(311)가 두 번째 LPL을 마치고 채널이 깨끗하다고 - 즉 그 채널에 유효한 신호가 감지되지 않았다고 - 판단하고 자신이 보낼 데이터가 있는 경우 (ⅰ) 데이터를 수신하는 상대 노드를 위한 짧은 프리앰블(Short Preamble, 301)(제1 프리앰블)의 연속으로 구성된 긴 프리앰블(Long Preamble)(제2 프리앰블)과 (ⅱ) 데이터를 차례로 송신한다. 이때 긴 프리앰블의 길이(지속시간)는 체크 간격과 하나의 짧은 프리앰블의 길이와 한번의 LPL 동작을 수행하는 시간 길이의 합보다 길어야 한다. 그 이유는 송신노드(311)의 모든 인근노드들(312, 313)이 긴 프리앰블을 감지하고 하나의 짧은 프리앰블을 충분히 수신할 수 있도록 하기 위해서이다.
여기서 짧은 프리앰블을 연속해서 보내는 이유는 LPL이 매우 짧은 시간 동안 채널의 유효한 신호만을 감지해 내는 동작이기 때문이다. 만약 긴 프리앰블을 송신 시에 발생하는 에너지를 아끼기 위해 짧은 프리앰블을 간격을 두어 송신하게 되면 LPL 구간의 길이를 길게 만들어야 하고 그만큼 모든 센서 노드들이 데이터 송수신이 이루어지지 않는 상태에도 긴 LPL 동작을 하므로 전체적인 센서 네트워크에서의 에너지 소모가 커진다.
짧은 프리앰블(301)은 짧은 프리앰블의 프리앰블(Preamble of Short Preamble:PSP), 시작 프레임 구분자(Start Frame Delimiter:SFD), 목적지 주소(Destination Address:DA), 긴 프리앰블의 잔량(Remainder of Long Preamble), 데이터 길이(Data Length)로 구성되어 있다.
PSP는 비트(bit) 동기를 맞추기 위해서 필요하고, SFD는 바이트 단위의 유효한 정보가 시작됨을 알린다. DA는 송신 노드(311)가 송신할 데이터를 송신하고자 하는 목적지 주소 정보를 담고 있고, 긴 프리앰블의 잔량은 그것을 포함하고 있는 짧은 프리앰블의 시간 위치에서 남아있는 긴 프리앰블에 관한 정보를 담는다. 데이터 길이는 송신할 데이터의 길이에 관한 정보를 담고 있다.
수신 노드(312)는 LPL과 슬립(Sleep)을 반복하다가 세 번째 LPL 동작 중에 채널에 유효한 신호가 감지되었다고 판단하고 라디오를 켜서 짧은 프리앰블을 수신한다. 그리고 수신 노드(312)는 짧은 프리앰블에 포함된 DA를 보고 자신이 수신 대상임을 판단하고 긴 프리앰블의 잔량에 적힌 길이, 즉 시간만큼 슬립(Sleep) 상태를 유지한다. 이후 긴 프리앰블의 잔량에 적힌 길이가 지나면 깨어나서 송신 노드(301)가 송신한 데이터를 수신한다.
수신 대상이 아닌 타 노드들(313)은 짧은 프리앰블을 수신하여 DA를 보고 자신이 수신 대상이 아님을 알고 긴 프리앰블의 잔량에 적힌 길이와 데이터 길이에 적힌 길이의 합만큼 슬립(Sleep) 상태를 유지한다.
두번째 종래 기술에서는 짧은 프리앰블에 대응되는 웨이크업 프리앰블 내에 상기와 같은 데이터 길이 부분이 없기 때문에 송신 노드(201)가 데이터를 송신하는 중에 일부 센서 노드가 깨어나서 LPL을 수행하면 채널에 유효한 신호를 감지하고 짧은 프리앰블을 수신하기 위해 에너지를 소모한다. 하지만 본 발명은 송신 노드(301)가 송신하고 있을 때에도 도 3의 313b의 시간축에 나타난 동작을 수행하는 센서 노드들은 슬립(Sleep) 상태를 유지하기 때문에(314) 오버히어링을 하지 않고 그만큼의 에너지를 절약하게 된다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크 내의 하나의 센서 노드의 데이터송수신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4a를 참조하면, 하나의 센서 노드가 LPL 동작을 수행하여(S410) 채널이 깨끗하다고 판단한 상태에서, 즉 그 채널에 유효 신호가 감지되지 않은 경우(S420) 송신 모드로 전환하여 이에 따른 동작을 수행한다(S430) 만일 그 채널에 유효 신호가 감지된 경우(S420) 수신 모드로 전환하여 이에 따른 동작을 수행한다.(S440) 이후 그 센서 노드는 자신의 다음의 LPL 시점까지 비활성화 상태를 유지하고(S450) 다시 LPL 동작을 반복한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a의 구성 단계 중 하나의 센서 노 드의 송신 모드의 동작 단계(S430)의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4b를 참조하면, 채널에 유효 신호가 감지되지 않은 경우(S420) 송신할 데이터가 존재하는지를 판단한다(S431). 송신할 데이터가 존재하면 오버히어링을 감소시키기 위한 짧은 프리앰블들을 연속적으로 송신하고, 그 뒤에 송신하고자 하는 데이터를 붙여서 송신한다.(S432)
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a의 구성 단계 중 하나의 센서 노드의 수신 모드의 동작 단계(S440)의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4c를 참조하면, 하나의 센서 노드가 채널에 유효한 신호를 감지한다면(S420), 짧은 프리앰블을 수신하기 위해 라디오를 켜고 무선신호를 수신 한다. 이 경우 짧은 프리앰블을 충분히 수신할 수 있는 시간, 즉 미리 정해진 짧은 프리앰블 수신의 유효시간 동안 짧은 프리앰블을 수신해 본다(S441) 그 후 짧은 프리앰블 수신이 완료되었는지 판단한다(S442) 만일 짧은 프리앰블 수신이 완료되지 않았으면, 정해진 짧은 프리앰블 수신의 유효시간이 만료되었는지를 확인한다. (S443) 이 경우 짧은 프리앰블 수신의 유효시간이 만료되었다면, 즉 충분한 시간 동안에도 짧은 프리앰블을 수신하지 못했다면, 그 센서 노드는 더미 데이터(Dummy Data)를 수신했다고 생각하고 라디오를 꺼서 자신의 LPL 시점까지 비활성화 상태를 유지하다가(S450) 다시 LPL 동작을 수행한다. 그리고 만일 짧은 프리앰블 수신의 유효 시간이 만료되지 않았으면(S443) 짧은 프리앰블 수신의 유효시간 동안 짧은 프리앰블을 수신하는 단계(S441)를 반복한다.
만약 짧은 프리앰블 수신이 완료되었다면(S442) 짧은 프리앰블에 포함된 DA, , 긴 프리앰블의 잔량, 데이터 길이라는 정보를 얻게 된다. 짧은 프리앰블을 수신한 노드는 DA를 통해 자신이 송신 데이터의 수신 대상인지 아닌지, 즉 DA에 수신 노드가 포함되었는지를 확인한다.(S444)
여기서 자신이 수신 대상임을 확인하면 그 수신된 짧은 프리앰블의 시간 위치에서의 긴 프리앰블의 남은 구간 동안, 즉 긴 프리앰블의 잔량만큼의 시간 동안 비활성화 상태를 유지하여 에너지를 절약하고(S445) 송신노드가 데이터를 송신하는 시점에서 깨어나 데이터를 수신한다.(S446) 이 때 긴 프리앰블의 잔량에 관한 정보를 통해 나머지 연속된 짧은 프리앰블들이 얼마나 남았는지 알 수 있다.
수신 대상 노드가 아니라면(S444) 긴 프리앰블의 남은 구간, 즉 그 수신된 짧은 프리앰블의 시간 위치에서의 긴 프리앰블의 잔량만큼의 시간과 데이터 길이에 기재된 데이터가 전송될 시간, 즉 송신 노드가 송신하는 데이터의 길이를 합한 길이만큼 비활성화 상태를 유지하여 에너지 소모를 줄인다.(S447)
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
참고로 도 5의 구성 단계들은 도 4b의 제432단계에 대응될 수 있는 바, 즉 이미 송신 노드가 자신의 LPL 동작을 수행하여 채널에 유효 신호를 감지하지 못하였고, 송신할 데이터를 가지고 있는 경우를 보여준다.
도 5를 참조하면, 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 다른 노드들에서의 오버히어링(overhearing)을 감소시키 기 위한 적어도 하나의 짧은 프리앰블(preamble)을 포함하는 긴 프리앰블을 생성한다.(S510) 여기서 짧은 프리앰블은 상기의 내용들에서 설명한 바와 같이 상기 송신할 데이터의 목적지 주소, 자신의 시간 위치에서의 상기 긴 프리앰블의 잔량, 상기 송신할 데이터의 길이에 관한 정보를 포함한다.
이후 송신 노드는 긴 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신한다. (S520)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
참고로 도 6의 구성 단계들은 도 4a의 제420단계와 도 4c의 구성 단계들에 대응될 수 있는 바, 즉 이미 수신 노드가 자신의 LPL 동작을 수행하여 채널에 유효 신호를 감지한 경우에 대응한다.
도 6을 참조하면, 먼저 일정한 시간 간격을 두고 비동기 방식으로 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에 포함된 수신 노드가 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 유효한 신호를 감지한다.(S610)
상기 과정에서 유효한 신호가 감지되면 수신 노드는 상기 다수 개의 노드들 중에 포함된 상기 유효한 신호를 송신한 송신 노드로부터 송신된 짧은 프리앰블을 수신한다.(S620)
상기 과정에서 수신이 성공하면 수신 노드는 상기 수신된 짧은 프리앰블에 포함된 정보 중에서 상기 송신 노드로부터 송신될 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 짧은 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 수신된 짧은 프리앰블을 포함하는 긴 프리앰블의 잔량, 상기 송신 노드로부터 송신될 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정한다.(S630)
도 4 내지 도 6을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터의 송신 방법과 수신 방법을 살펴보았는데, 이를 통해 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터의 송수신 방법은 어떤 하나의 노드, 예를 들면 송신 노드가 상기 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법을 수행하고, 다른 하나의 노드 예를 들면, 수신 노드가 상기 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법을 수행함에 의해 이루어질 수 있다. 그러므로 이 데이터 송수신 방법은 상세히 설명하지 않기로 한다.
마찬가지로 센서 네트워크 또한 상기 도 4 내지 도 6의 기능을 구현하는 센서 노드들로 이루어질 수 있음은 자명하므로 이 센서 네트워크의 구체적인 구성은 도면에 도시하지 않았다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 Berkeley MAC에 따른 센서 노드(Sensor node)들의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 B-MAC+에 따른 센서 노드(Sensor node)들의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 센서 노드들의 동작을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크 내의 하나의 센서 노드의 데이터송수신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a의 구성 단계 중 하나의 센서 노드의 송신 모드의 동작 단계(S430)의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a의 구성 단계 중 하나의 센서 노드의 수신 모드의 동작 단계(S440)의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 오버히어링 감소를 위한 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.

Claims (19)

  1. 비동기 방식으로 일정한 시간 간격을 두고 깨어나 채널이 사용중인지 여부를 확인하는 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 데이터를 송신하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하는 단계;
    상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 프리앰블 각각은 상기 송신할 데이터의 목적지 주소, 자신의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신할 데이터의 길이에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제2 프리앰블의 길이는
    상기 일정한 시간 간격과 하나의 제1 프리앰블의 길이와 상기 저전력 수신을 수행하는 시간 길이의 합보다 긴 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 송신하는 단계 이후에 다음의 저전력 수신 시점까지 비활성화 상태를 유지하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 프리앰블 각각은
    비트 동기를 맞추기 위한 프리앰블, 바이트 단위의 유효한 정보의 시작을 알리기 위한 시작 프레임 구분자(Start Frame Delimiter)를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 노드들은 각기 다른 시점에서 저전력 수신을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 노드들은 매체 접근 제어(Media Access Control)를 이용하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송신 방법.
  7. 비동기 방식으로 일정한 시간 간격을 두고 깨어나 채널이 사용중인지 여부를 확인하는 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에 포함된 수신 노드가 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 유효한 신호를 감지하는 단계;
    상기 다수 개의 노드들 중에 포함된 상기 유효한 신호를 송신한 송신 노드로부터 송신된 제1 프리앰블을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 정보 중에서 상기 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 수신된 제1 프리앰블을 포함하는 제2 프리앰블의 잔량, 상기 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계;를 포함하고
    상기 제2 프리앰블의 길이는
    상기 일정한 시간 간격과 하나의 제1 프리앰블의 길이와 상기 저전력 수신을 수행하는 시간 길이의 합보다 긴 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결정된 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지 시간에 기초하여 비활성화 상태로 전환하는 단계;
    상기 데이터의 목적지 주소에 상기 수신 노드가 포함된 경우 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지 시간 이후에 상기 송신 노드가 송신하는 데이터를 수신하는 단계; 및
    다음의 저전력 수신 시점까지 비활성화 상태를 유지하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 프리앰블을 수신하는 단계는
    상기 제1 프리앰블 수신이 완료되었는지를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 프리앰블 수신이 완료되지 않았으면, 정해진 상기 제1 프리앰블 수신의 유효시간이 만료되었는지 확인하는 단계;
    상기 제1 프리앰블 수신 유효시간이 만료되지 않았으면, 상기 제1 프리앰블 수신이 완료되었는지를 판단하는 것을 반복하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지 시간을 결정하는 단계는
    상기 데이터의 목적지 주소에 상기 수신 노드가 포함되었는지를 확인하는 단계;
    상기 수신 노드가 포함되었음이 확인되면, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량에 해당하는 시간 구간에 기초하여 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계; 및
    상기 수신 노드가 포함되었음이 확인되지 않으면, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량에 해당하는 시간 구간과 상기 데이터의 길이에 해당하는 시간 구간을 합산한 시간 구간에 기초하여 상기 수신 노드의 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1 프리앰블은
    비트 동기를 맞추기 위한 제1 프리앰블, 바이트 단위의 유효한 정보의 시작을 알리기 위한 시작 프레임 구분자(Start Frame Delimiter)를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 다수 개의 노드들은 각기 다른 시점에서 저전력 수신을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 다수 개의 노드들은 매체 접근 제어(Media Access Control)를 이용하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 수신 방법.
  15. 비동기 방식으로 일정한 시간 간격을 두고 깨어나 채널이 사용중인지 여부를 확인하는 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 송신 노드가 다른 노드들에서의 오버히어링(Overhearing)을 감소시키기 위한 적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하는 단계;
    상기 송신 노드가 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 단계;
    상기 다수 개의 노드들 중 저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 상기 송신 노드가 송신한 유효한 신호를 감지한 수신 노드가 상기 송신 노드가 송신한 제1 프리앰블을 수신하는 단계; 및
    상기 제1 프리앰블 수신이 이루어지면 상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 상기 수신 노드가 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 단계;를 포함하고
    상기 제2 프리앰블의 길이는
    상기 일정한 간격과 하나의 제1 프리앰블의 길이와 상기 저전력 수신을 수행하는 시간 길이의 합보다 긴 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에의 데이터 송수신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송신 노드가 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 송신하는 단계 이후에 상기 송신 노드가 자신의 다음의 저전력 수신 시점까지 비활성화 상태를 유지하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 결정된 비활성화 상태의 유지 시간에 기초하여 상기 수신 노드가 비활 성화 상태로 전환하는 단계; 및
    상기 비활성화 상태의 유지 시간 이후에 상기 수신 노드가 상기 송신 노드가 송신하는 데이터를 수신하거나, 다시 저전력 수신을 수행하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 데이터 송수신 방법.
  18. 비동기 방식으로 일정한 시간 간격을 두고 깨어나 채널이 사용중인지 여부를 확인하는 저전력 수신(Low Power Listening)을 수행하는 다수 개의 노드들을 포함하는 센서 네트워크에 있어서,
    상기 다수 개의 노드들 중에서 송신할 데이터를 가지고 있는 경우 다른 노드들에서의 오버히어링(overhearing)을 감소시키기 위한 적어도 하나의 제1 프리앰블(preamble)을 포함하는 제2 프리앰블을 생성하고, 상기 제2 프리앰블과 상기 송신할 데이터를 차례로 송신하는 송신 노드; 및
    저전력 수신에 의한 활성화 시간 동안 상기 송신 노드가 송신한 유효한 신호를 감지한 경우 상기 송신 노드가 송신한 제1 프리앰블을 수신하여 상기 수신된 제1 프리앰블에 포함된 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 목적지 주소, 상기 수신된 제1 프리앰블의 시간 위치에서의 상기 제2 프리앰블의 잔량, 상기 송신 노드가 송신하는 데이터의 길이에 관한 정보를 기초로 비활성화 상태의 유지시간을 결정하는 수신 노드;를 포함하고
    상기 제2 프리앰블의 길이는
    상기 일정한 간격과 하나의 제1 프리앰블의 길이와 상기 저전력 수신을 수행하는 시간 길이의 합보다 긴 것을 특징으로 하는 비동기 방식 센서 네트워크 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 다수 개의 노드들은 매체 접근 제어(Media Access Control)를 이용하는 것을 특징으로 하는 비동기 방식 센서 네트워크 시스템.
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