KR100930944B1 - 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한엠에이씨 프로토콜의 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스(QoS)를 보장하기 위한 엠에이씨(MAC) 프로토콜의 동작방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 데이터를 송신하는 노드는 메시지에 데이터 패턴과 QoS 레벨을 함께 전송함으로써, 센서에서 에너지를 효율적으로 사용하고, 적합한 QoS를 보장할 수 있도록 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법에 관한 것이다.

본 발명의 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법은 소스 노드에서 전송할 데이터에 데이터 패턴 및 큐오에스 레벨의 정보를 포함하여 데이터를 전송하는 단계와 상기 데이터를 전송받은 중간 노드는 데이터 패턴, 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율을 확인하는 단계와 데이터 패턴, 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율에 따라 듀티 사이클을 결정하는 단계; 및 상기 듀티 사이클에 의해 데이터를 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함함에 기술적 특징이 있다.

센서 네트워크, USN, MAC 프로토콜

Description

유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법{Method for operating MAC protocol to QoS guarantee in ubiquitous sensor network}

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스(QoS)를 보장하기 위한 엠에이씨(MAC) 프로토콜의 동작방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 데이터를 송신하는 노드는 메시지에 데이터 패턴과 QoS 레벨을 함께 전송함으로써, 센서에서 에너지를 효율적으로 사용하고, 적합한 QoS를 보장할 수 있도록 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법에 관한 것이다.

유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network)는 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로써, 사람의 접근이 불가능한 취약지구에 수백 개의 센서 노드를 설치하여 사람이 감시하는 것과 마찬가지의 역할을 하도록 하는 것을 의미한다.

유비쿼터스 센서 네트워크는 많은 양의 센서 노드들이 미리 정해진 형태나 기술 없이 높은 설치 밀도를 가지고 배치되어 있으며 제한된 에너지로 인한 센서 노드들의 소멸과 주변 환경에 의한 고장 등이 발생한다. 이러한 센서 네트워크의 특성으로 인하여 기존의 유무선 네트워크의 프로토콜 및 기술들을 그대로 이용하기에는 많은 어려움이 있다.

따라서 센서 네트워크에서 에너지의 효율적인 라우팅 기술 및 저전력 회로 등 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한, 유비쿼터스 센서 네트워크에서의 응용을 위해 MAC 프로토콜과 라우팅 프로토콜이 응용의 특성과 목적에 맞추어 최적화를 이루어야 한다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 데이터를 송신하는 노드에서 메시지에 데이터 패턴과 QoS 레벨을 포함하여 보냄으로써, 센서의 에너지를 효율적으로 사용하고, 다수 응용 서비스에서 요구되는 QoS를 보장할 수 있도록 하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜토콜의 동의 동작방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 소스 노드에서 목적지 노드로 데이터를 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜토콜의 동의 동작방법은 소스 노드에서 목적지 노드로 데이터를 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜토콜의 동의 동작방법은 상기 소스 노드에서 전송할 데이터를 데이터 특성에 따라 패턴화한다.
상기 데이터의 패턴화는 전송할 데이터를 주기적으로 데이터 리포팅하기 위한 데이터(data reporting), 연속적인 정보를 모니터링하기 위한 데이터, 이벤트 드라이븐 데이터(event-driven data) 및 질의어 기반 데이터(query-based data)로 구분한다.
상기 전송할 데이터를 패턴화하여 패킷헤더에 데이터 패턴 정보를 포함시킨다.
상기 패턴화된 데이들은 각각 에너지 효율성 측면, 지연의 민감성 측면, 신뢰성 측면에서 각각 큐오에스(QoS) 특성에 차이가 있는 점을 고려하여 상기 패턴화된 데이터들의 특성에 따라 QoS를 보장하기 위해 QoS 레벨을 에너지 효율성을 보장하는 제 1단계, 지연 민감성을 고려하는 제 2단계, 신뢰성을 보장하는 제 3단계로 구분한다.
상기 데이터 패턴정보와 상기 QoS 레벨 정보를 포함하여 소스노드로 부터 중간노드로 데이터를 전송한다.
상기 소스노드로부터 상기 데이터를 전송받은 중간 노드는 상기 소스 노드에서 전송된 데이터에 포함된 상기 데이터 패턴, 상기 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율을 확인한다.
상기 데이터 패턴, 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율에 따라 듀티 사이클을 결정한다.
듀티 사이클을 결정함에 있어서, 상기 패턴화된 데이터들 마다 각각 고려되는 QoS 레벨이 다르다.
상기 듀티 사이클을 결정함에 있어서, 주기적으로 데이터 리포팅하기 위한 데이터는 에너지 효율성을 우선적으로 고려하고, 연속적인 정보를 모니터링 하기 위한 데이터는 지연 민감성을 우선적으로 고려하고, 이벤트 드라이븐 데이터(event-driven data)는 에너지 효율성과 지연 민감성을 동시에 고려하고, 질의어 기반 데이터(query-based data)는 지연 민감성과 신뢰성을 동시에 고려하여 듀티 사이클이 결정된다.
상기 결정된 듀티 사이클에 의해 데이터를 목적지 노드로 전송한다.

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따라서, 본 발명의 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법은 데이터 송신 메시지에 데이터 패턴과 QoS 레벨을 포함하여 전송함으로써 센서들의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있고, 다수 응용 서비스에서 요구되는 적합한 QoS를 보장하는 메커니즘을 제공하도록 하는 효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜을 이용한 전송과정을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, N1 노드에서 N9 노드로 데이터를 전송하기 위해서 N1->N2->N5->N6->N9의 경로를 거쳐야 한다고 가정한다. 또한, 상기 경로는 다른 경로를 거쳐서 데이터를 전송할 수도 있으나, 상기 경로가 최적의 경로로 설정되었다고 가정한다.

N1 노드에서 데이터를 전송할 때, N1 노드는 데이터에 데이터 패턴과 QoS(Quality of service) 레벨을 포함하여 전송한다. 상기 데이터 패턴은 주기적 데이터 리포팅, 연속적인 정보 모니터링, 이벤트 드라이븐 데이터, 질의어 기반 데이터 등이 있다. 또한, QoS는 에너지 효율성, 지연 민감성, 신뢰성 보장 등을 나타낸다.
주기적인 리포팅 데이터(reporting data)는 예컨대, 온도나 습도 등 주변 환경 정보를 일정한 시간 간격으로 모니터링하여 싱크노드로 전달하는 데이터이다. 주기적인 모니터링 결과 이전의 데이터와 차이가 적은 경우에는 지연(delay)이나 신뢰성 보다는 에너지 효율성을 고려하여 QoS 레벨을 지정하고, 이전 데이터와 차이가 큰 경우에는 지연과 신뢰성을 고려하여 QoS 레벨을 지정한 후 전송한다.
연속적인 정보 모니터링 데이터는 예컨대, CCTV의 동영상이나 사운드 캡처 장치에서 획득성 소리 정보 등을 연속적으로 전달하는 데이터이다. 키 프레임에 해당되는 데이터는 지연과 신뢰성을 고려하여 높은 QoS 레벨을 지정하고, 기타 보조 프레임이나 차이 프레임의 경우 상대적으로 낮은 QoS 레벨로 설정하여 전송한다.
이벤트 드리븐 데이터(event-driven data)는 예컨대, 센서노드가 감지하는 영역에서 긴급한 상황이 발생한 경우(예컨대, 산불 발생 상황 감시 또는 침입 감지 등) 이를 싱크노드로 신속하게 전달해야 하므로 가장 높은 신뢰성과 최소의 지연(delay)가 보장되도록 최상의 QoS 레벨로 지정하여 전송한다.
질의어 기반 데이터(query-based data)는 싱크노드로부터 질의가 발생하여 해당 센서 노드가 이에 대한 응답을 수행하는 데이터이다. 이러한 질의어 기반의 데이터에 손실이 발생할 경우 싱크노드 주도의 재전송 매커니즘이 수행되므로 중간 수준의 QoS 레벨을 지정하여 전송한다.

N1 노드에서 전송한 데이터를 목적지인 N9으로 전송하기 위해 N2, N5, N6의 노드들이 데이터를 전달하며, 이러한 N2, N5, N6의 노드들은 중간 노드들이다. 상기 중간 노드들은 데이터에 포함된 데이터 패턴과 QoS를 확인하고, 자신의 노드의 Queue 점유율을 확인하여 duty cycle을 가변적으로 적용한다.

상기 duty cycle은 무선 신호를 받거나 보낼 때 센서 노드가 깨어있는 시간을 의미하며, 시간에 따른 비율을 duty rate라 한다.

예를 들어, 데이터에 포함된 QoS 레벨이 지연 민감성일 경우, 센서 노드의 깨어있는 시간을 늘리도록 함으로써 지연을 줄이도록 한다. 에너지 효율성을 요구할 경우에는 기존의 duty cycle 값을 유지하거나, 센서 노드의 깨어있지 않은 시간 을 늘림으로써 에너지 효율성을 보장할 수 있도록 한다.

이러한 데이터 패턴과 QoS 레벨을 이용하여 센서 노드들의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜을 이용한 전송과정을 나타낸 도면이다.

Claims (3)

1. 소스 노드에서 목적지 노드로 데이터를 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법에 있어서,

   상기 소스 노드에서 전송할 데이터를 주기적으로 데이터 리포팅하기 위한 데이터, 연속적인 정보를 모니터링하기 위한 데이터, 이벤트 드라이븐 데이터 및 질의어 기반 데이터로 구분하여, 상기 전송할 데이터를 패턴화하여 패킷헤더에 데이터 패턴을 포함시키고, 상기 패턴화된 데이터 각각에 대하여 에너지 효율성을 보장하는 단계, 지연 민감성을 고려하는 단계, 신뢰성을 보장하는 단계로 구분되는 큐오에스(QoS) 레벨의 정보를 반영하여 데이터를 전송하는 제 1단계;

   상기 소스노드로부터 상기 데이터를 전송받은 중간 노드는 상기 소스 노드에서 전송된 데이터에 포함된 상기 데이터 패턴, 상기 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율을 확인하는 제 2단계;

   상기 데이터 패턴, 큐오에스 레벨 및 노드의 큐 점유율에 따라 듀티 사이클을 결정하되 상기 큐오에스 레벨 중 상기 주기적으로 데이터 리포팅하기 위한 데이터는 상기 에너지 효율성을 보장하는 단계를 우선적으로 고려하고, 상기 연속적인 정보를 모니터링 하기 위한 데이터는 상기 지연 민감성을 고려하는 단계를 우선적으로 고려하고, 상기 이벤트 드라이븐 데이터는 상기 에너지 효율성을 보장하는 단계와 상기 지연 민감성을 고려하는 단계를 동시에 고려하고, 상기 질의어 기반 데이터는 상기 지연 민감성을 고려하는 단계와 상기 신뢰성을 보장하는 단계를 동시에 고려하여 결정되는 제 3단계; 및

   상기 듀티 사이클에 의해 데이터를 목적지 노드로 전송하는 제 4단계

   를 포함하는 유비쿼터스 센서 네트워크에서 큐오에스를 보장하기 위한 엠에이씨 프로토콜의 동작방법.
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