KR100968269B1 - Wireless communication system using fault tolerant time synchronization protocol and the method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고장 허용 시간 동기 방식을 갖는 무선 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 상기 무선 통신 시스템은 다수 개의 일반 노드 및 중계 노드를 갖는 클러스터를 다수 구비하며, 상기 일반 노드는 자신이 속한 클러스터의 다른 노드와 데이터 송수신하며, 상기 중계 노드는 자신이 속한 클러스터의 다른 노드 및 외부 클러스터의 중계 노드와 데이터 송수신한다. 상기 일반 노드 및 상기 중계 노드는 자신에게 할당된 타임 슬롯동안에는 마스터 노드로 동작하여 다른 노드로 시간 동기화 정보를 전송하며, 그 외의 타임 슬롯동안에는 슬레이브 노드로 동작하여 다른 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한다. 상기 중계 노드의 초기 상태 플래그는 제0 상태이며, 전원이 온(ON)되는 경우 상태 플래그는 제1 상태로 설정된다. 중계 노드의 상태 플래그가 제1 상태인 경우, 외부 클러스터의 중계 노드 및 자신이 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신하거나 외부 클러스터의 중계 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한 후, 상태 플래그를 제2 상태로 설정한다. 상기 중계 노드의 상태 플래그가 제2 상태인 경우, 자신이 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신한 후, 상태 플래그를 제1 상태로 설정한다.The present invention relates to a wireless communication system having a fault-tolerant time synchronization scheme and a method thereof. The wireless communication system includes a plurality of clusters having a plurality of general nodes and relay nodes, and the general node transmits and receives data to and from other nodes of the cluster to which the wireless node belongs, and the relay node includes other nodes and external clusters of the cluster to which the general node belongs. Send and receive data with the relay node. The general node and the relay node operate as a master node to transmit time synchronization information to other nodes during the time slots allocated thereto, and operate as slave nodes during other time slots to receive time synchronization information from other nodes. The initial state flag of the relay node is a zero state, and when the power is turned on, the state flag is set to the first state. If the state flag of the relay node is in the first state, the time flag is sent to the relay node of the outer cluster and other nodes of the cluster to which it belongs, or after receiving the time synchronization information from the relay node of the outer cluster, the status flag is removed. Set to 2 state. If the state flag of the relay node is the second state, after transmitting time synchronization information to another node of the cluster to which the relay node belongs, the state flag is set to the first state.
노드, 시간 동기화, 공유, 고장 허용, 중계 노드, 클러스터 Node, time synchronization, sharing, fault tolerance, relay node, cluster
Description
본 발명은 고장 허용 시간 동기 방식을 이용한 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다수 개의 클러스터로 구성되는 무선 통신 시스템에 적용할 수 있는 고장 허용 시간 동기 방식을 제공하여 낮은 대역폭을 이용하여 일부 노드들의 고장에 대처할 수 있는 무선 통신 시스템 및 고장 허용 시간 동기 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless communication system using a fault-tolerant time synchronization method, and more particularly, to provide a fault-tolerant time synchronization method that can be applied to a wireless communication system composed of a plurality of clusters, thereby using some nodes using low bandwidth. The present invention relates to a wireless communication system and a fault-tolerant time synchronization method that can cope with a failure of the service.
IEEE802.15.4 표준 중 하나인 지그비(Zigbee)는 가정이나 사무실 등에 채용되는 근거리 무선 통신 방식으로, 무선 제어 시스템 등에 널리 적용되고 있다. 그런데, 무선 제어 시스템의 고장은 심각한 사고로 이어질 수 있는 위험을 내포하기 때문에, 상기 무선 제어 시스템에 적용되는 통신 네트워크에는 확정적 실시간 특성(determinism), 높은 수준의 신뢰도와 안정성 등이 요구된다. 그러나 상기 IEEE802.15.4에서 제공하는 MAC 알고리즘은 상기 확정적 실시간특성과 신뢰성 등의 요구 사양을 만족시키지는 못하는 문제가 있었다. Zigbee, one of the IEEE802.15.4 standards, is a short-range wireless communication method used in homes or offices, and is widely applied to wireless control systems. However, since the failure of the radio control system involves a risk that may lead to a serious accident, a deterministic real-time determinism, a high level of reliability and stability are required for the communication network applied to the radio control system. However, the MAC algorithm provided by the IEEE802.15.4 does not satisfy the requirements such as the definite real-time characteristics and reliability.
이러한 문제를 해소하기 위해 본 출원인은 무선통신방법 및 그에 따른 시스템을 명칭으로 하는 특허출원 10-2007-0016347호를 대한민국 특허청에 특허출원한 바 있다. 상기 출원된 발명은 무선통신 네트워크를 구성하는 다수의 노드간에 독점적인 통신채널인 타임슬롯을 할당하고, 상기 타임슬롯을 통해 무선통신을 이행함으로써, 확정적 실시간 특성과 신뢰성의 요구를 만족시킬 수 있다.
하지만, 무선 통신 네트워크를 구성하는 다수의 노드가 고장나게 되는 경우, 정확한 시간 동기를 수행할 수 없게 되는 문제점이 발생하였다. In order to solve this problem, the applicant has filed a patent application No. 10-2007-0016347 with the name of the wireless communication method and system according to the Korean Patent Office. According to the present invention, a time slot, which is an exclusive communication channel, is allocated between a plurality of nodes constituting a wireless communication network, and wireless communication is performed through the time slot, thereby satisfying the requirements of definite real-time characteristics and reliability.
However, when a plurality of nodes constituting the wireless communication network fails, there is a problem that cannot perform accurate time synchronization.
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본 발명은 낮은 대역폭을 이용하며 일부 노드의 고장이 시간 동기에 영향을 미치지 않게 하는 고장 허용 시간 동기 방식의 무선 통신 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a fault-tolerant time-synchronized wireless communication system and method using low bandwidth and preventing some node failures from affecting time synchronization.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 다수의 일반 노드 및 중계 노드로 구성되는 클러스터가 다수 구비되는 무선 통신 시스템의 상기 중계 노드의 고장 허용 시간 동기 방법에 관한 것으로서, 상기 고장 허용 시간 동기 방법은, A feature of the present invention for achieving the above technical problem relates to a failure tolerance time synchronization method of the relay node of a wireless communication system having a plurality of clusters consisting of a plurality of general nodes and relay nodes, the failure tolerance time synchronization Way,
(a) 중계 노드의 전원이 온(ON) 되는 경우 중계 노드의 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 설정하는 단계; (b) 중계 노드의 상태 플래그가 제1 상태인 경우, 외부 클러스터의 중계 노드 및 상기 중계 노드가 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신하거나 외부의 클러스터의 중계 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한 후, 상태 플래그를 제2 상태로 설정하는 단계; (c) 중계 노드의 상태 플래그가 제2 상태인 경우, 상기 중계 노드가 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신한 후, 상태 플래그를 제1 상태로 설정하는 단계;를 구비한다.(a) setting a state flag of the relay node to the first state S1 when the relay node is powered on; (b) When the state flag of the relay node is in the first state, time synchronization information is transmitted to the relay node of the external cluster and another node of the cluster to which the relay node belongs, or the time synchronization information is received from the relay node of the external cluster. Then setting the state flag to the second state; (c) if the state flag of the relay node is in the second state, transmitting time synchronization information to another node of the cluster to which the relay node belongs, and then setting the state flag to the first state.
전술한 특징을 갖는 고장 허용 시간 동기 방법에 있어서, 상기 중계 노드는 자신에게 할당된 타임 슬롯동안에는 마스터 노드로 동작하여 다른 노드로 시간 동기화 정보를 전송하며, 자신에게 할당되지 않은 타임 슬롯 동안에는 슬레이브 노드로 동작하여 다른 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신하는 것이 바람직하다. In the fault-tolerant time synchronization method having the above-described feature, the relay node operates as a master node during a time slot assigned to the node and transmits time synchronization information to another node, and transmits time synchronization information to a slave node during a time slot not allocated to the relay node. It is desirable to operate to receive time synchronization information from another node.
본 발명의 다른 특징은 다수 개의 노드를 갖는 클러스터를 다수 구비하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 상기 무선 통신 시스템의 상기 클러스터는,Another aspect of the invention relates to a wireless communication system having a plurality of clusters having a plurality of nodes, wherein the cluster of the wireless communication system,
자신이 속한 클러스터의 다른 노드와 데이터 송수신하는 다수 개의 일반 노드; 및 자신이 속한 클러스터의 다른 노드 및 외부 클러스터의 중계 노드와 데이터 송수신하는 중계 노드;를 구비하며, A plurality of general nodes for data transmission and reception with other nodes of a cluster to which the cluster belongs; And a relay node for transmitting and receiving data to and from another node of the cluster to which the cluster belongs and a relay node of an external cluster.
상기 일반 노드 및 상기 중계 노드는 자신에게 할당된 타임 슬롯동안에는 마스터 노드로 동작하여 다른 노드로 시간 동기화 정보를 전송하며, 그 외의 타임 슬롯동안에는 슬레이브 노드로 동작하여 다른 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한다. The general node and the relay node operate as a master node to transmit time synchronization information to other nodes during the time slots allocated thereto, and operate as slave nodes during other time slots to receive time synchronization information from other nodes.
전술한 특징을 갖는 무선 통신 시스템의 상기 중계 노드는 상태 플래그를 구비하며, 상기 상태 플래그는 제0 상태(S0), 제1 상태(S1) 및 제2 상태(S2) 중 하나로 설정되며, 중계 노드의 초기 상태 플래그는 제0 상태이며, 전원이 온(ON)되는 경우 상태 플래그는 제1 상태로 설정되는 것을 특징으로 하며, 중계 노드의 상태 플래그가 제1 상태인 경우, 외부 클러스터의 중계 노드 및 자신이 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신하거나 외부 클러스터의 중계 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한 후, 상태 플래그를 제2 상태로 설정하는 것을 특징으로 하며, The relay node of the wireless communication system having the above-described feature has a status flag, and the status flag is set to one of a zero state S0, a first state S1, and a second state S2, and the relay node. The initial state flag of is a zero state, and when the power is turned on (ON), the state flag is set to the first state, when the state flag of the relay node is the first state, the relay node of the outer cluster and After sending the time synchronization information to another node of the cluster to which it belongs or after receiving the time synchronization information from the relay node of the external cluster, characterized in that the state flag is set to the second state,
중계 노드의 상태 플래그가 제2 상태인 경우, 자신이 속한 클러스터의 다른 노드로 시간 동기화 정보를 송신한 후, 상태 플래그를 제1 상태로 설정하는 것이 바람직하다. When the state flag of the relay node is the second state, it is preferable to set the state flag to the first state after transmitting time synchronization information to another node of the cluster to which the relay node belongs.
상기한 본 발명은 낮은 대역폭을 이용하여 전체 시스템을 구성하는 노드들에 대하여 순방향 및 역방향으로 시간 동기화 정보를 교환하여 시간 동기를 맞춤으로써, 안정적인 시간 동기를 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은 각 노드가 해당 타임 슬롯 동안 마스터 노드로 동작되도록 함으로써, 멀티 마스터 방식으로 구현되도록 하여 일부 노드의 고장에 효율적으로 대처할 수 있게 된다. The present invention described above can secure time synchronization by exchanging time synchronization information in the forward and reverse directions with respect to the nodes constituting the entire system using a low bandwidth. In addition, in the wireless communication system according to the present invention, each node is operated as a master node during a corresponding time slot, so that the node can be implemented in a multi-master manner to efficiently cope with a failure of some nodes.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템의 다수의 노드들이 자신의 시간 동기화 정보를 브로드캐스팅하여 공유함으로써, 일부 노드가 고장나더라도 시간 동기에 영향을 미치지 않게 할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect that a plurality of nodes of the wireless communication system by broadcasting their time synchronization information to share, so that even if some nodes fail, it does not affect the time synchronization.
<무선 통신 시스템의 구성><Configuration of Wireless Communication System>
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 전체적으로 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다. 설명의 편이상, 상기 무선 통신 시스템은 제1 내지 제12노드로 구성되며, 제1 노드 내지 제4노드는 제1 클러스터에 속하며, 제5내지 제8 노드는 제2 클러스터에 속하며, 제9 노드 내지 제12 노드는 제3 클러스터에 속하는 것으로 상정하여 설명한다. 1 is a block diagram showing an overall wireless communication system according to a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration and operation of a wireless communication system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. For convenience of explanation, the wireless communication system is composed of first to twelfth nodes, the first to fourth nodes belong to the first cluster, and the fifth to eighth nodes belong to the second cluster, The twelfth node is assumed to belong to the third cluster.
상기 제1 내지 제12노드는 각각 순차적으로 설정된 자신의 타임슬롯이 할당되며, 각 노드는 자신에게 할당된 타임슬롯동안에는 마스터 노드로 동작하여 다른 노드들로 메시지를 송신하는 등의 능동적인 동작을 이행하고, 나머지 구간에서는 슬레이브 노드로 동작하여 메시지 수신 등의 수동적인 동작을 이행한다. 여기서, 상기 제1 내지 제12노드는 0X00, 0X01, 0X02, 0X03 .. 0X0b의 타임슬롯이 순차적으로 할당된다. Each of the first to twelfth nodes is assigned its own time slot, which is sequentially set, and each node performs an active operation such as transmitting a message to other nodes by operating as a master node during the assigned time slot. In the remaining sections, it operates as a slave node and performs passive operations such as receiving a message. Here, the first to twelfth nodes are sequentially assigned timeslots of 0 X 00, 0 X 01, 0 X 02, 0 X 03 .. 0 X 0b.
또한 상기 제1 내지 제12의 노드는 무선 통신 환경을 고려하여 다수의 클러스터를 형성되며, 각 클러스터는 다수 개의 일반 노드들과 외부 클러스터와의 통신을 위한 중계노드를 구비하며, 상기 중계 노드는 사전에 설정된다. 도 1에서는, 상기 제1 클러스터는 제4노드가, 제2클러스터는 제5 및 제8노드가, 제3클러스터는 제9노드가 중계 노드로 설정된다. In addition, the first to twelfth nodes form a plurality of clusters in consideration of a wireless communication environment, and each cluster includes a plurality of general nodes and a relay node for communication with an external cluster, and the relay node is a dictionary node. Is set to. In FIG. 1, the first cluster is configured as the fourth node, the second cluster is set as the fifth and eighth nodes, and the third cluster is set as the ninth node.
각 클러스터의 일반 노드들은, 자신에게 할당된 타임 슬롯동안 마스터 노드로 동작하여 시간 동기화 정보를 자신이 속한 클러스터의 모든 노드들로 브로드캐스팅하게 되며, 그외의 타임 슬롯동안 슬레이브 노드로 동작하여 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로부터 시간 동기화 정보를 수신할 수 있다.Normal nodes in each cluster operate as master nodes during their assigned time slots to broadcast time synchronization information to all nodes in their cluster, and act as slave nodes during other time slots. Receive time synchronization information from other nodes in the cluster.
각 클러스터의 중계노드들은, 시간 동기화 정보를 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들뿐만 아니라 외부 클러스터의 중계 노드로 전송하거나, 외부 클러스터의 중계 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신받을 수 있으며, 외부 클러스터의 중 계 노드로부터 수신받은 시간 동기화 정보를 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로 송신할 수 있다.Relay nodes of each cluster may transmit time synchronization information to relay nodes of an external cluster as well as other nodes of their cluster, or receive time synchronization information from relay nodes of an external cluster. The time synchronization information received from the node may be transmitted to other nodes of the cluster to which the node belongs.
상기한 제1 내지 제12노드들은 다른 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신받아 공유하며, 상기 시간 동기화 정보를 이용하여 시간 동기화를 이행하다. 상기 시간 동기화 정보는 노드 식별정보와 자신의 타임 슬롯 식별정보 등으로 구성될 수 있다. The first to twelfth nodes receive and share time synchronization information from other nodes, and perform time synchronization using the time synchronization information. The time synchronization information may include node identification information and its own time slot identification information.
이하, 도 2를 참조하여, 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 중계노드에 대한 동작 및 구성을 설명한다. 상기 중계 노드는 상태 플래그를 구비하며, 상기 상태 플래그는 중계 노드의 상태를 나타내는 것으로서, 제0 내지 제2상태(S0~S2) 중 하나를 갖는다. 도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 중계 노드에 대하여 도시한 상태 천이 다이어그램이다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, the operation and configuration of the relay node of the wireless communication system according to the preferred embodiment of the present invention will be described. The relay node has a state flag, and the state flag indicates a state of the relay node, and has one of the first to second states S0 to S2. 2 is a state transition diagram illustrating a relay node of a wireless communication system according to the present invention.
먼저, 도 2를 참조하면, 상기 중계노드는 초기 상태에서는 상태 플래그가 제0상태(S0)로 설정되며, 전원이 온되면 상태 플래그는 제1상태(S1)로 전환한다. 상기 상태 플래그가 제1상태(S1)인 경우, 중계노드는 자신이 저장하고 있는 시간 동기화 정보를 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들 및 외부 클러스터의 중계 노드로 브로드캐스팅하거나, 외부 클러스터의 중계 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신받을 수 있으며, 이 경우 상태 플래그는 제2상태(S2)로 설정된다. 상기 상태 플래그가 제2상태(S2)인 경우, 상기 중계노드는 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 송신할 수 있으며, 이 경우 상태 플래그는 제1상태로(S1)로 설정된다. 이와 같이, 중계 노드는 전원이 온 되면 제1 상태 및 제2 상태를 반복적으 로 수행하게 됨에 따라, 전체 시스템은 순방향 및 역방향으로 시간 동기화 정보를 반복적으로 전송하게 된다. First, referring to FIG. 2, in the initial state, the relay node sets the state flag to the 0th state S0, and when the power is turned on, the state flag switches to the first state S1. When the state flag is the first state S1, the relay node broadcasts the time synchronization information stored by the relay node to other nodes of the cluster to which it belongs and the relay node of the outer cluster, or from the relay node of the outer cluster. Time synchronization information may be received, in which case the state flag is set to the second state (S2). When the state flag is the second state S2, the relay node may transmit time synchronization information to other nodes of the cluster to which the relay node belongs, and in this case, the state flag is set to the first state S1. . As such, the relay node repeatedly performs the first state and the second state when the power is turned on, so that the entire system repeatedly transmits time synchronization information in the forward and reverse directions.
<시간 동기화를 위한 프로세스><Process for time synchronization>
상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 구성하는 각 노드들에 대한 시간 동기화 과정을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 3은 무선 통신 시스템의 전체 노드들의 시간 동기화 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이며, 도 4는 도 3의 첫번째 프레임의 동작을 순차적으로 도시한 흐름도이며, 도 5는 도 3의 두번째 프레임의 동작을 순차적으로 도시한 흐름도이다. The time synchronization process for each node constituting the wireless communication system according to the preferred embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIGS. 3 is a flowchart sequentially illustrating a time synchronization method of all nodes of a wireless communication system, FIG. 4 is a flowchart sequentially illustrating the operation of the first frame of FIG. 3, and FIG. 5 is a flowchart of the second frame of FIG. 3. It is a flow chart showing the operation sequentially.
먼저, 첫번째 프레임을 설명한다(단계 100). First, the first frame is described (step 100).
첫번째 프레임에서는 각 중계 노드들이 초기 전원을 온(On)시킨 상태로서, 상태 플래그가 제1 상태(S1)가 되며, 일반 노드들은 자신의 타임 슬롯 동안에는 마스터 노드로 작동되어 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송한다. 따라서, 제1 클러스터의 일반 노드인 제1, 제2 및 제3 노드는 각각 자신에게 할당된 타임 슬롯동안 제1 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송하게 된다(단계 101). 이때, 상기 시간 동기화 정보는 해당 노드의 식별정보와 타임슬롯 식별정보 등으로 구성된다. 시간 동기화 정보를 수신한 노드들은 시간 정보의 갱신 등의 동기화를 이행하게 된다. In the first frame, each relay node has the initial power-on (On), the status flag is the first state (S1), the normal nodes act as a master node during its time slot, so that other nodes in the cluster to which it belongs Send time synchronization information. Accordingly, the first, second and third nodes, which are normal nodes of the first cluster, respectively transmit time synchronization information to the other nodes of the first cluster during the time slots allocated thereto (step 101). In this case, the time synchronization information is composed of identification information and timeslot identification information of the corresponding node. Nodes receiving the time synchronization information perform synchronization such as updating of time information.
제1 클러스터의 중계 노드인 제4 노드는 제1 상태(S1)이므로, 자신의 타임 슬롯 동안 자신이 속한 제1 클러스터의 다른 노드 및 외부 클러스터인 제2 클러스 터의 제5 노드로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 재설정한다(단계 102). 한편, 제1 상태(S1)인 제5 노드는 외부 클러스터의 중계 노드인 제4 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신함에 따라 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 재설정한다(단계 103). 제2 상태(S2)인 제5 노드는 자신에게 할당된 타임 슬롯 동안에는 자신이 속한 제2 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 송신한 후, 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 재설정한다(단계 104). Since the fourth node, which is the relay node of the first cluster, is in the first state S1, time synchronization information is transmitted to the other node of the first cluster to which it belongs and the fifth node of the second cluster, which is an external cluster, during its time slot. After transmitting, reset the state flag to the second state S2 (step 102). Meanwhile, the fifth node in the first state S1 resets the state flag to the second state S2 in response to receiving time synchronization information from the fourth node, which is a relay node of the external cluster (step 103). The fifth node in the second state S2 transmits time synchronization information to the other nodes of the second cluster to which it belongs during the time slot allocated to the fifth node, and then resets the state flag to the first state S1 ( Step 104).
다음, 제2 클러스터의 일반 노드인 제6 내지 제7 노드는 각각 자신의 타임 슬롯동안 제2 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송하게 된다(단계 105). 제8 노드는 제1 상태(S1)로서, 자신의 타임 슬롯 동안 자신이 속한 제2 클러스터의 다른 노드 및 외부 클러스터인 제3 클러스터의 제9 노드로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 106). 한편, 제1 상태(S1)인 제9 노드는 외부 클러스터의 중계 노드인 제8 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신함에 따라 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 107). 제2 상태(S2)인 제9 노드는 자신의 타임 슬롯 동안에는 자신이 속한 제2 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 송신한 후, 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 설정한다(단계 108). 다음, 제3 클러스터의 일반 노드인 제10 내지 제12 노드는 각각 자신의 타임 슬롯동안 제3 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송하게 된다(단계 109). Next, the sixth to seventh nodes, which are normal nodes of the second cluster, respectively transmit time synchronization information to other nodes of the second cluster during their time slots (step 105). The eighth node is the first state S1, and during the time slot, transmits time synchronization information to other nodes of the second cluster to which it belongs and to the ninth node of the third cluster, which is an external cluster, and then sets a status flag. 2, the state is set (S2) (step 106). Meanwhile, the ninth node having the first state S1 sets the state flag to the second state S2 in response to receiving time synchronization information from the eighth node which is the relay node of the external cluster (step 107). The ninth node in the second state S2 transmits time synchronization information to other nodes in the second cluster to which it belongs during its time slot, and then sets the state flag to the first state S1 (step 108). ). Next, the tenth to twelfth nodes, which are normal nodes of the third cluster, respectively transmit time synchronization information to other nodes of the third cluster during their time slots (step 109).
이와 같이, 제1 내지 제3 클러스터의 모든 노드들이 시간 동기화 정보를 전송함으로써, 첫번째 프레임이 완료된다. As such, all nodes in the first to third clusters transmit time synchronization information, thereby completing the first frame.
다음, 두번째 프레임의 동작을 설명한다(단계 120). Next, the operation of the second frame will be described (step 120).
제1 클러스터의 일반 노드인 제1 내지 제3 노드는 각각 자신의 타임슬롯동안 시간동기화정보를 제1 클러스터의 다른 노드들로 전송한다(단계 121). The first to third nodes, which are general nodes of the first cluster, respectively transmit time synchronization information to other nodes of the first cluster during their timeslots (step 121).
제1 클러스터의 중계 노드인 제4 노드는 상태 플래그가 제2 상태(S2)로 설정되어 있으므로, 자신의 타임 슬롯 동안 제1 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 설정한다(단계 122). Since the fourth node, which is a relay node of the first cluster, has the state flag set to the second state S2, after transmitting time synchronization information to other nodes of the first cluster during its time slot, the fourth node removes the state flag. The state is set to one state S1 (step 122).
제2 클러스터의 중계 노드인 제5 노드는 상태 플래그가 제1 상태(S1)로 설정되어 있으므로, 자신의 타임 슬롯동안 제2 클러스터의 다른 노드 및 제1 클러스터의 중계 노드인 제4 노드로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 123). 한편, 제5 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한 제4 노드는 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 124).The fifth node, which is the relay node of the second cluster, has its state flag set to the first state S1, and therefore, during its time slot, time synchronization with other nodes of the second cluster and the fourth node, which is the relay node of the first cluster, during its time slot. After the information is transmitted, the state flag is set to the second state S2 (step 123). On the other hand, the fourth node receiving the time synchronization information from the fifth node sets the state flag to the second state (S2) (step 124).
다음, 제2 클러스터의 일반 노드인 제6 내지 제7노드는 각각 자신의 타임슬롯동안 시간동기화정보를 제2 클러스터의 다른 노드들로 전송한다(단계 125). Next, the sixth to seventh nodes, which are general nodes of the second cluster, respectively transmit time synchronization information to other nodes of the second cluster during their timeslot (step 125).
다음, 제2 클러스터의 중계 노드인 제8 노드는 상태 플래그가 제2 상태(S2)로 설정되어 있으므로, 자신의 타임 슬롯 동안 제2 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 설정한다(단계 126). Next, since the eighth node, which is a relay node of the second cluster, has the state flag set to the second state S2, after transmitting time synchronization information to other nodes of the second cluster during its time slot, the state flag Is set to the first state S1 (step 126).
제3 클러스터의 중계 노드인 제9 노드는 상태 플래그가 제1 상태(S1)로 설정되어 있으므로, 자신의 타임 슬롯동안 제3 클러스터의 다른 노드 및 제2 클러스터의 중계 노드인 제8 노드로 시간 동기화 정보를 전송한 후, 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 127). 한편, 제9 노드로부터 시간 동기화 정보를 수신한 제8 노드는 상태 플래그를 제2 상태(S2)로 설정한다(단계 128).The ninth node, which is the relay node of the third cluster, has its state flag set to the first state S1, and thus, during its time slot, time synchronization with other nodes of the third cluster and the eighth node, which is the relay node of the second cluster, during its time slot. After the information is transmitted, the state flag is set to the second state S2 (step 127). On the other hand, upon receiving the time synchronization information from the ninth node, the eighth node sets the state flag to the second state S2 (step 128).
이와 같이, 제1 내지 제3 클러스터의 모든 노드들이 시간 동기화 정보를 전송함으로써, 두번째 프레임이 완료된다. As such, all nodes of the first to third clusters transmit time synchronization information, thereby completing the second frame.
다음, 세번째 프레임의 동작을 설명한다(단계 140). Next, operation of the third frame will be described (step 140).
각 클러스터의 일반 노드들은 자신의 타임 슬롯 동안 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로 시간 동기화 정보를 전송한다. 또한, 세번째 프레임의 모든 클러스터의 중계 노드들은 제2 상태(S2)이므로, 자신의 타임 슬롯동안 자신이 속한 클러스터의 다른 노드들로만 시간 동기화 정보를 전송한 후 상태 플래그를 제1 상태(S1)로 설정한다. 이와 같이, 제1 내지 제3 클러스터의 모든 노드들이 시간 동기화 정보를 전송함으로써, 세번째 프레임이 완료된다. 세번째 프레임의 완료시, 모든 클러스터의 중계 노드들의 상태 플래그는 제1 상태(S1)가 되며, 그 결과 첫번째 프레임의 시작시와 동일한 상태가 된다. 그 결과, 전술한 첫번째 프레임을 반복 수행하게 된다. Normal nodes in each cluster transmit time synchronization information to other nodes in their cluster during their time slots. In addition, since the relay nodes of all the clusters of the third frame are in the second state (S2), after transmitting time synchronization information only to other nodes of the cluster to which they belong during their time slots, the state flag is set to the first state (S1). do. As such, all nodes of the first to third clusters transmit time synchronization information, thereby completing the third frame. Upon completion of the third frame, the state flags of the relay nodes of all clusters are in the first state S1, and as a result, are in the same state as at the start of the first frame. As a result, the first frame described above is repeatedly performed.
따라서, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은 전술한 첫번째 프레임 내지 세번째 프레임을 순차적으로 반복 수행함으로써, 순방향과 역방향으로 시간 정보를 교환할 수 있게 되어 안정적인 시간 동기화를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 일부 노드의 고장에도 대처할 수 있게 된다. Accordingly, the wireless communication system according to the present invention can repeatedly exchange the time information in the forward and reverse directions by sequentially repeating the first frame to the third frame described above to implement stable time synchronization and to prevent failure of some nodes. You can cope.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다. 1 is a system configuration diagram schematically showing a wireless communication system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계 노드에 대한 상태 천이 다이어그램이다.2 is a state transition diagram for a relay node according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 무선 통신 시스템의 전체 노드들의 시간 동기화 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이며, 도 4는 도 3의 첫번째 프레임의 동작을 순차적으로 도시한 흐름도이며, 도 5는 도 3의 두번째 프레임의 동작을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 3 is a flowchart sequentially illustrating a time synchronization method of all nodes of a wireless communication system, FIG. 4 is a flowchart sequentially illustrating an operation of the first frame of FIG. 3, and FIG. 5 is an operation of the second frame of FIG. 3. It is a flowchart shown in sequence.
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2008
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