KR101071213B1 - 무선 멀티 홉 네트워크를 위한 방법 - Google Patents

무선 멀티 홉 네트워크를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

무선 멀티 홉 네트워크를 위한 기술이 개시된다. 일실시예에 따른 노드의 동작 방법은 복수의 프리앰블 패킷들 - 데이터 패킷이 송신될 것임을 적어도 하나의 타 노드에게 알리기 위한 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 을 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신하는 단계; 및 상기 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 타 노드는 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하여 상기 복수의 프리앰블 패킷들 중 적어도 하나가 수신되는지를 판단한다. 일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 길다.

Description

무선 멀티 홉 네트워크를 위한 방법 {method for a wireless multi-hop network}
개시된 기술은 무선 멀티 홉 네트워크에 관한 것이며, 보다 상세하지만 제한됨이 없이는(more particularly, but not exclusively), 비동기식(asynchronous) 매체 접근 제어(Medium Access Control : 이하, MAC)를 이용하는 무선 센서 네트워크의 성능 향상을 위한 노드의 동작 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크 및 모바일 애드혹 네트워크와 같은 무선 멀티 홉 네트워크에서, 소스(source) 노드로부터 송신되는 데이터는 중간(intermediate) 노드(들)의 무선 중계를 거쳐 목적(destination) 노드에 도달할 수 있다.
이러한 무선 멀티 홉 네트워크를 설계할 때, 다른 통신 시스템들과 마찬가지로 단대단 전송 지연, 전송률 등과 같은 전송 성능이 고려되며, 무선 멀티 홉 네트워크를 이루는 노드들이 에너지 제한적인 경우에는 에너지 효율성도 고려될 수 있다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
개시된 기술의 일 측면은 복수의 프리앰블 패킷들 - 데이터 패킷이 송신될 것임을 적어도 하나의 타 노드에게 알리기 위한 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 을 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신하는 단계; 및 상기 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함하는 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법을 제공한다. 일실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 타 노드는 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하여 상기 복수의 프리앰블 패킷들 중 적어도 하나가 수신되는지를 판단한다. 일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 길다. 일실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 시간 간격은 상기 채널 감지 기간보다 짧다.
일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 적어도 하나의 타 노드가 상기 데이터 패킷이 송신되는 시점을 예측할수 있도록 하는 정보를 더 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 예측할 수 있도록 하는 정보는 해당 프리앰블 패킷의 송신 시점과 상기 데이터 패킷의 송신 시점 간의 시간 간격에 대한 정보를 포함한다.
일실시예에 있어서, 상기 무선 멀티 홉 네트워크는 무선 센서 네트워크이다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해, 개시된 기술의 다른 측면은 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 단계; 및 상기 리스닝 동작으로 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인지를 결정하는 단계를 포함하는 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법을 제공한다. 일실시예에 있어서, 상기 무선 멀티 홉 네트워크에서 데이터 패킷이 송신되기 전에 복수의 프리앰블 패킷들이 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신되며, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 길다.
일실시예에 따른 방법은, 노드 자신이 수신 노드가 아닌 것으로 판단되는 경우, 슬립 상태로 천이하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 따른 방법은, 노드 자신이 수신 노드인 것으로 판단되는 경우, 상기 해당 데이터 패킷의 수신을 대기하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷의 송신 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함하고, 일실시예에 따른 방법은 송신할 데이터 패킷을 구비한 상태에서 노드 자신이 수신 노드인 것으로 판단되는 경우, 상기 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도할 시점을 예측하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 따른 방법은, 상기 송신 시점을 예측한 후, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점 - 상기 대응되는 데이터 패킷을 수신하기 위해 활성 상태로 천 이하는 시점 - 이다. 일실시예에 따른 상태 천이 시점은 슬립 상태로부터 활성 상태로의 천이에 필요한 시간 만큼, 상기 예측된 송신 시점보다 앞선 시점이다.
일실시예에 따른 방법은, 상기 대응되는 데이터 패킷이 정상적으로 수신되는경우, 확인 응답(ACK)을 송신하고, 미리 정해진 시간 동안 활성 상태를 유지하여 후속 데이터 패킷의 수신을 대기하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 후속 데이터 패킷은 상기 대응되는 데이터 패킷 이후에 랜덤 백오프 기반의 경쟁 방식으로 송신되는 데이터 패킷이며, 상기 미리 정해진 시간은, 하나의 프리앰블 패킷의 송신에 필요한 시간, 상기 경쟁 방식에서 사용되는 최대 랜덤 백오프 시간, 및 상기 채널 감지 기간의 합이다.
일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 해당 프리앰블 패킷의 송신 시점과 해당 데이터 패킷의 송신 시점 간의 시간 간격에 대한 정보를 더 포함하고, 일실시예에 따른 방법은, 송신할 데이터 패킷을 구비한 상태에서 상기 수신 노드가 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 수신된 프리앰블 패킷에 포함된 시간 간격에 대한 정보를 기초로 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도할 시점을 예측하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 송신을 시도할 시점은 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 전송이 완료된 이후에 발생한다. 일실시예에 따른 방법은 상기 시도할 시점을 예측한 후, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점 - 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도하기 위해 활성 상태로 천이할 시점 - 까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에 따른 방법은, 상기 상태 천이 시점에 활성 상태로 천이하여, 랜덤 백오프 기반의 경 쟁 방식으로 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도하는 단계를 더 포함한다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 따르면, 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 에너지 소모량을 감소시킬 수 있으며, 이를 통하여 네트워크 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전송 지연이 작은 무선 멀티 홉 네트워크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 멀티 홉 네트워크에서 슬립 상태와 활성 상태를 반복하는 노드에 대한 하드웨어 구현이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시가능 한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나 이상"을 의미하는 것으로, 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 및 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
본 발명에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
개시된 기술은 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드들이 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 환경에 적용될 수 있다. 이하에서는, 편의상, 무선 센서 네트워크를 위주로, 개시된 기술을 설명할 것이나, 개시된 기술의 적용 범위는 반드시 이에 한정되는 것은 아님은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
무선 센서 네트워크는 센서 노드들이 무선 링크로 상호 연결되어 있는 네트워크로서 환경 감시/제어, 홈 유비쿼터스 환경 구축, 모바일 헬스 케어, 보안 등에 응용될 수 있다.
도 1은 무선 센서 네트워크를 예시하는 도면이다.
도 1에 도시된 원들 각각은 무선 센서 네트워크(100)의 센서 노드를 나타내며, 도 1에 도시된 네모는 무선 센서 네트워크(100)의 수집 노드(또는 싱크 노드)를 나타낸다. 도 1에 예시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크는 센싱 값에 해당하는 데이터를 제공하는 센서 노드와 상기 데이터를 상기 센서 노드로부터 수집하는 수 집 노드로 구성될 수 있다. 상기 수집 노드는 수집된 데이터를 식별, 분류, 통합하여 유무선 네트워크(미도시)를 통해 사용자에게 전달할 수 있다. 일례로, 도 1에 예시된 바와 같이, 제1 센서 노드(N1)로부터 송신되는 데이터는 제2 내지 제7 센서 노드(N2 내지 N7)의 무선 중계를 통하여 수집 노드(SN)에 도달하게 된다.
일반적으로, 이러한 센서 노드들은 감지 대상에 대한 접근이 어려운 환경에 배치되므로, 지속적인 전원의 공급 또는 전원의 교체가 용이하지 않아 에너지 제한적인 기기에 속한다. 특히 센서 노드는 자신이 구비한 무선 송수신기에 의해 상당량의 에너지가 소모되므로, 이와 같은 에너지 소모를 감소시키기 위한 무선 센서 네트워크의 MAC 프로토콜에 대한 연구가 진행되고 있다.
이러한 무선 센서 네트워크의 MAC 프로토콜은 센서 노드들 간의 동기 여부에 따라 동기식(synchronous) MAC 프로토콜과 비동기식 MAC 프로토콜로 대별될 수 있다.
동기식 MAC 프로토콜에 따르면, 모든 센서 노드들이 주기적으로 동기를 맞추고 사전에 정의된 프레임 내에서만 주기적으로 통신을 수행하고 나머지 시간에는 무선 송수신기의 전원을 차단하는 슬립(sleep) 상태로 전환하여 에너지를 절감할 수 있다. 그러나, 송신할 데이터가 없는 상황에서도 모든 센서 노드들이 동기를 맞추고 그에 따른 리스닝 동작을 수행해야 하므로 불필요한 에너지 소모를 야기할 수 있다.
비동기식 MAC 프로토콜에 따르면, 데이터 통신에 참여하는 송신 노드 및 수신 노드만 일시적으로 동기를 맞추어 통신을 하고 나머지 센서 노드들은 슬립 상태 에 있게 되어 에너지를 절감할 수 있다. 이러한 비동기식 MAC 프로토콜의 예로는, W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, "Medium Access Control With Coordinated Adaptive Sleeping for Wireless Sensor Networks," IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol. 12, No. 3, June 2004로 특정되는 논문에서 제안된 B-MAC이 있으며, 상기 논문의 내용은 개시된 기술과 모순되지 않는 범위 내에서 본 명세서에 포함(incorporate)된다.
B-MAC은 저전력 리스닝(Low Power Listening : 이하, LPL) 방식을 이용하여 송신 노드와 수신 노드 간의 동기화를 수행함으로써 센서 노드의 에너지 소모를 감소시킬 수 있으며, 도 2는 LPL 방식의 동작 과정을 예시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, LPL 방식에 따르면, 각 노드들(N_1, N_2, N_3, N_4)은 주기(twake-up)적으로 반복되는 채널 감지 기간(tCCA)동안 수신 상태로 전환하여 CCA(Clear Channel Assessment)와 같은 리스닝 동작을 수행하고, 나머지 기간 동안에는 슬립 상태를 유지하는 주기적인 프리앰블 샘플링 동작을 기본적으로 수행한다. 이러한 리스닝 동작은, 송신할 데이터가 있는 경우 타 노드의 채널(즉, 무선 매체)점유 여부를 확인하거나, 송신할 데이터가 없더라도 프리앰블 비트열이 수신되는지를 확인하는데 사용될 수 있다.
채널이 사용 가능하다고 판단되면, 송신 노드(예컨대, 도 2에서 제1 노드)는 프리앰블 비트열을 브로드캐스트하여 수신 노드(예컨대, 도 2에서 제2 노드)와의 동기화를 꾀한 후, 데이터 패킷을 송신한다. 여기서, 프리앰블 비트열의 지속 시 간(tPA)은 프리앰블 샘플링 주기(즉, twake-up)보다 긴 값이 사용된다.
채널 감지 기간 동안, 채널에 어떠한 신호도 감지하지 못한 노드들은 수신할 데이터가 없다고 판단하고 다음 채널 감지 기간까지 슬립 상태로 전환하여 에너지 절감을 꾀한다.
만약 채널 감지 기간 동안의 리스닝 동작으로 타 노드로부터 송신되는 프리앰블 비트열을 감지하는 노드(예컨대, 도 2에서 제2 내지 제4 노드)는 프리앰블 수신 및 부가 처리 동작을 수행한다. 여기서, 프리앰블 수신 및 부가 처리 동작은 프리앰블 비트열의 나머지 부분과 데이터 패킷의 헤더 영역을 모두 수신하고, 해당 데이터 패킷의 헤더 영역에 포함되어 있는 데이터 패킷의 목적지를 확인하는 동작을 의미한다.
프리앰블 수신 및 부가 처리 동작을 수행하여 자신이 해당 데이터 패킷을 수신할 노드라고 판단한 노드(이하, 수신 노드)(예컨대, 도 2에서 제2 노드)는 데이터 패킷의 나머지 부분까지 수신하며, 프리앰블 수신 및 부가 처리 동작을 수행하여 자신이 수신 노드가 아니라고 판단한 노드(이하, 비수신 노드)(예컨대, 도 2에서 제3 노드)는 슬립 상태로 천이한다.
즉, 송신 노드의 전송 범위에 위치하는 노드들은, 해당 프리앰블 비트열을 수신함으로써 데이터 패킷의 전송이 수반될 수 있다는 정도의 내용만 인지할 수 있을 뿐, 해당 데이터 패킷의 목적지와 전송 시점을 알 수 없기 때문에 프리앰블 비트열의 나머지 부분 및 이어지는 데이터 패킷의 헤더 영역을 모두 수신하여야 한 다. 따라서, 수신 노드는 데이터 패킷과는 직접적으로 연관이 없는 프리앰블 비트열을 모두 수신해야하고, 비수신 노드들은 프리앰블 비트열 및 이어지는 데이터 패킷의 헤더 영역을 결과적으로 오버히어링해야 하므로, 불필요한 에너지 소모를 야기하며, 그로 인해 네트워크 수명이 단축될 수 있다. 또한, 긴 프리앰블 비트열의 전송은 패킷 전송 기반의 무선 송수신기를 구비한 센서 노드를 구현하는데 어려움을 야기한다. 예를 들어, Chipcon사의 패킷 기반 무선 송수신기인 CC2420은 전송 속도가 250kbps이며 최대 128비트까지 프리앰블 비트열을 전송할 수 있으므로, 최대 프리앰블 비트열 전송 시간은 0.512ms이다. 따라서, CC2420 기반의 무선 센서 네트워크에서 LPL 방식을 적용하기 위해서는 센서 노드들이 0.512ms 이하의 프리앰블 샘플링 주기를 가져야 한다. 이때 0.512ms마다 무선 송수신기의 슬립 상태 및 활성 상태를 변화시키는 것은 하드웨어적인 제약으로 인하여 쉽지 않으며 오히려 더 큰 에너지 소모를 가져올 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 패킷 형식의 프리앰블(즉, 프리앰블 패킷)을 정의하여 기존의 LPL 방식에서 연속적인 프리앰블 비트열을 사용함으로써 발생하는 하드웨어적인 제약을 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 프리앰블 패킷을 통하여 데이터 패킷의 목적지, 데이터 패킷의 송신 시점 및/또는 수신 시점을 예측할 수 있도록 하여 에너지 절감을 꾀할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 수신 노드의 확장된 데이터 수신 기간을 이용하여, 또 다른 송신 노드가 상기 수신 노드에게 데이터 패킷을 송신하는데 필요한 동기화를 위해 소모 되는 에너지 및 전송 지연(도 2에 도시됨)을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 멀티 홉 네트워크에서의 노드들의 동작 방법을 시계열적으로 예시하는 도면이다.
도 3의 상단에는 제1 내지 제4 노드(N_1, N_2, N_3, N_4)의 상태가 시간축 상으로 도시되어 있으며, 도 3의 하단에는 각 상태에 대한 정보가 도시되어 있다. 도 3의 하단에서 괄호 표기된 부분은 송신기 및/또는 수신기가 활성 상태(예컨대, 전원 ON 상태)에 있어야 하는지 여부를 표기하였다. 일례로, 슬립 상태에서는 에너지 절감을 위하여 노드에 구비된 송신기 및 수신기를 비활성 상태(예컨대, 전원 OFF 상태)로 유지시켜도 되며, 프리앰블 패킷 송신 상태에서는 적어도 송신기는 활성 상태를 유지시켜야 한다.
도 2에서 설명한 바와 마찬가지로, 제1 내지 제4 노드(N_1, N_2, N_3, N_4)는 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 활성 상태를 유지하고, 나머지 기간 동안 슬립 상태를 유지하는 주기적인 동작을 원칙적으로 수행하되, 예외적인 경우(예컨대, 프리앰블 패킷 또는 데이터 패킷을 송신하거나, 프리앰블 패킷을 수신하여 수신 노드인 것을 인지한 경우)에는 채널 감지 기간 외에도 활성 상태를 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 노드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 즉, 도 4는 도 3의 제1 및 제 3 노드(N_1, N_3)과 같이 송신할 데이터 패킷이 있는 노드의 동작 방법을 예시하는 흐름도이다.
송신할 데이터를 가진 노드는 리스닝 동작을 수행하여 채널이 사용 가능한지를 판단한다(S410).
타 센서 노드의 채널 점유가 없어 채널이 사용 가능하다고 판단되면(S410), 상기 노드는 복수의 프리앰블 패킷들을 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 무선 매체 상으로 브로드캐스트한 후(S420), 데이터 패킷을 송신한다(S422).
일실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 시간 간격 즉, 프리앰블 패킷 간의 시간 간격(ti)을 채널 감지 기간(tCCA) 보다 짧게 설정하고, 상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간(tPA)은 상기 채널 감지 기간(tCCA)이 발생하는 주기(twake-up)보다 길게 설정하여, twake-up 마다 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간(tCCA) 동안 리스닝 동작을 수행하는 노드들로 하여금, 프리앰블 패킷을 수신할 수 있도록 한다.
일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들은 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함한다. 일실시예에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 적어도 하나의 타 노드가 상기 데이터 패킷이 송신되는 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함할 수 있다. 상기 예측할 수 있도록 하는 정보의 예로는, 해당 프리앰블 패킷의 송신 시점과 상기 데이터 패킷의 송신 시점 간의 시간 간격에 대응되는 시간 정보 Δt를 들 수 있다. 도 3을 참조하면, 두 번째 프리앰블 패킷의 송신 시점과 데이터 패킷의 송신 시점 간의 시간 간격에 대응되는 값 Δt이 도시되었음을 알 수 있으며, 나머지 프리앰블 패킷들도 마찬가지의 원리로 해당 시간 간격에 대응되는 시간 정보를 포함하여 전송된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 송신 노드가 동일한 수신 노드로 데이터 전송을 원하는 경우 채널 점유를 하지 못한 송신 노드는 추가적인 전송 지연을 겪는다. 이러한 문제를 해결하기 위한 일실시예에 따른 방법에 있어서, 송신할 데이터 패킷을 구비하고 있지만 채널을 점유하지 못한 노드(예컨대, 도 3에서 제3 노드) 는 S430 내지 S442를 수행할 수 있다.
일실시예에 있어서, 리스닝 동작으로 채널이 타 노드에 의해 점유 중이라고 판단되면(S410), 노드(예컨대, 도 3에서 제3 노드)는 해당 프리앰블 패킷을 수신하여(S430), 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷(예컨대, 도 3에서 제1 노드가 전송하려는 데이터 패킷)의 목적지를 확인한다(S432). 이를 위하여 일실시예에 따른 프리앰블 패킷은 대응되는 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 대응되는 데이터 패킷의 목적지와 자신이 송신할 데이터 패킷의 목적지가 동일하지 않는 경우(S432), S410으로 복귀한다.
상기 대응되는 데이터 패킷의 목적지와 자신이 송신할 데이터 패킷의 목적지가 동일한 경우(S432), 상기 대응되는 데이터 패킷의 전송 시점을 예측하고, 슬립 상태로 천이하여 예측된 전송 시점까지 슬립 상태를 유지한다(S434). 이를 위하여 일실시예에 따른 프리앰블 패킷은 대응되는 데이터 패킷의 전송 시점 tw을 예측할 수 있도록 하는 정보를 포함할 수 있다. 상기 예측할 수 있도록 하는 정보의 예로는 상술한 Δt 를 들 수 있다. 일실시예에 있어서, 예상 데이터 전송 시점 tw는 tw=tr+Δt-α로 산출된다. 여기서, tr은 해당 프리앰블 패킷을 수신 완료한 시점이다. 또한, α는 데이터 송신 시점 이전에 미리 수신 상태로 전환할 수 있도록 사용하는 여분의 값으로서 하나의 프리앰블 패킷을 전송하는데 필요한 시간 tp와 프리앰블 패킷을 수신하고 하드웨어적인 처리를 위해 소모하는 지연 시간인 trd의 합으로 결정될 수 있다.
노드는 tw 시점에 활성 상태로 천이하여 해당 데이터 패킷의 전송이 완료되었는지 여부를 판단한다(S436). 일실시예에 있어서, 해당 노드는 상기 대응되는 데이터 패킷의 목적지에 해당하는 노드로부터 송신되는 확인 응답 패킷를 검출하는 경우, 해당 데이터 패킷의 전송이 완료된 것으로 결정한다.
해당 데이터 패킷의 전송이 완료되지 않았다고 판단되면(S436), S410으로 복귀한다.
해당 데이터 패킷의 전송이 완료되었다고 판단되면(S436), 임의의 시간 동안 대기하는 랜덤 백오프(random backoff) 동작을 수행한다(S438). 랜덤 백오프 후, 해당 노드는 확장된 데이터 수신 기간(te)이 도과되었는지를 판단한다(S438). 일실시예에 있어서, te는, 송신 노드가 임의의 백오프 시간을 결정하더라도 데이터의 수신을 보장할 수 있도록 하기 위해, 최대 백오프 시간, 채널 감지 기간(tcca) 및 하 나의 프리앰블 패킷의 송신에 필요한 시간인 tp의 합으로 결정된다.
확장된 데이터 수신 기간(te)이 랜덤 백오프 동작의 반복 등으로 인해 도과되었다면(S440), 해당 목적지 노드와의 새로운 동기화가 필요하므로 S410으로 복귀한다. 만약, 확장된 데이터 수신 기간(te)이 도과되지 않았다면(S440), 해당 노드는 리스닝 동작을 수행하여 채널이 사용 가능한지를 판단한다(S442).
채널이 사용 가능하지 않다면(S442), S438으로 복귀하여 다시 데이터 패킷의 송신을 시도하고, 채널이 사용 가능하다면(S442), 데이터 패킷을 송신한다(S444).
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 노드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 즉, 도 5는 도 3의 제2 및 제4 노드(N_2, N_4)과 같이 송신할 데이터 패킷이 없는 노드의 동작 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 노드는 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간을 대기한다(S510). 채널 감지 기간 외에서는 슬립 상태를 유지하여 에너지 절감을 도모할 수 있으며, 채널 감지 기간에는 상술한 리스닝 동작을 수행하기 위해 적어도 수신 모듈을 활성화한다.
채널 감지 기간이 도래한 경우(S510), 채널에 프리앰블 패킷이 존재하는지를 판단한다(S512).
프리앰블 패킷이 존재하지 않는 경우(S512), 노드는 슬립 상태로 천이하여 S510으로 복귀한다.
프리앰블 패킷이 존재하는 경우(S512), 노드는 해당 프리앰블 패킷을 수신하여(S514), 수신된 프리앰블 패킷에 포함된 목적지 정보를 기초로, 자신이 수신 노드(즉, 해당 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 목적지)인지를 판단한다(S516).
자신이 수신 노드가 아니라고 판단되면(S516), 노드(예컨대, 도 3에서 제4 노드)는 슬립 상태로 천이하여 S510으로 복귀하고, 자신이 수신 노드라고 판단되면(S516), 노드(예컨대, 도 3에서 제2 노드)는 수신된 프리앰블 패킷에 포함된 Δt를 이용하여 예상 데이터 전송 시점(tw)를 계산하고, 슬립 상태로 천이하여 예상 데이터 전송 시점까지 슬립 상태를 유지한다(S518).
그 다음, 노드는 예상 데이터 전송 시점(tw)에 활성 상태로 천이하여 데이터 수신을 대기한 후, 데이터 패킷이 수신되면, 확인 응답을 송신하고 확장된 데이터 수신 기간(te) 동안 데이터 패킷의 수신을 대기한다(S520). 여기서, 확인 응답을 송신하고 바로 슬립 상태로 천이하지 않는 이유는 도 3의 제3 노드(N_3)와 같이 자신에게 그 다음으로 데이터 패킷을 송신할 노드가 있을 수 있기 때문이며, 이를 통하여 전송 지연을 단축시킬 수 있게 된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스 템에 의해 읽혀질 수 있는 패킷이 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 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. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 따르면, 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 에너지 소모량을 감소시킬 수 있으며, 이를 통하여 네트워크 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전송 지연이 작은 무선 멀티 홉 네트워크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 멀티 홉 네트워크에서 슬립 상태와 활성 상태를 반복하는 노드에 대한 하드웨어 구현이 용이할 수 있다.
도 1은 무선 센서 네트워크를 예시하는 도면이다.
도 2는 LPL 방식의 동작 과정을 예시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 멀티 홉 네트워크에서의 노드들의 동작 방법을 시계열적으로 예시하는 도면이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일실시예에 따른 노드의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (17)

  1. 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법에 있어서,
    복수의 프리앰블 패킷들 - 데이터 패킷이 송신될 것임을 적어도 하나의 타 노드에게 알리기 위한 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 을 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 타 노드는 주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하여 상기 복수의 프리앰블 패킷들 중 적어도 하나가 수신되는지를 판단하고,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 긴 것으로 하되,
    상기 미리 정해진 시간 간격은,
    상기 채널 감지 기간보다 짧은 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은
    상기 적어도 하나의 타 노드가 상기 데이터 패킷이 송신되는 시점을 예측할수 있도록 하는 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 예측할 수 있도록 하는 정보는
    해당 프리앰블 패킷의 송신 시점과 상기 데이터 패킷의 송신 시점 간의 시간 간격에 대응되는 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 멀티 홉 네트워크는 무선 센서 네트워크인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 멀티 홉 네트워크에서 데이터 패킷이 송신되기 전에 복수의 프리앰블 패킷들 - 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 이 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신되고,
    주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 리스닝 동작으로 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인지를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 긴 것으로 하되,
    상기 수신 노드인 것으로 결정하는 것에 응답하여, 상기 대응되는 데이터 패킷의 수신을 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신 노드가 아닌 것으로 결정하는 것에 응답하여, 슬립 상태로 천이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷의 송신 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함하고,
    상기 수신 노드인 것으로 결정하는 것에 응답하여, 상기 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 송신 시점을 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 송신 시점을 예측하는 것에 응답하여, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상태 천이 시점은 상기 대응되는 데이터 패킷을 수신하기 위해 활성 상태로 천이하는 시점인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 멀티 홉 네트워크에서 데이터 패킷이 송신되기 전에 복수의 프리앰블 패킷들 - 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 이 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신되고,
    주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 리스닝 동작으로 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인지를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 긴 것으로 하되,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷의 송신 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함하고,
    상기 수신 노드인 것으로 결정하는 것에 응답하여, 상기 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 송신 시점을 예측하는 단계를 더 포함하고,
    상기 송신 시점을 예측하는 것에 응답하여, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상태 천이 시점은 상기 대응되는 데이터 패킷을 수신하기 위해 활성 상태로 천이하는 시점인 것으로 하고,
    상기 상태 천이 시점은
    슬립 상태로부터 활성 상태로의 천이에 필요한 시간 만큼, 상기 예측된 송신 시점보다 앞선 시점인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 멀티 홉 네트워크에서 데이터 패킷이 송신되기 전에 복수의 프리앰블 패킷들 - 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 이 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신되고,
    주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 리스닝 동작으로 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인지를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 긴 것으로 하되,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷의 송신 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함하고,
    상기 수신 노드인 것으로 결정하는 것에 응답하여, 상기 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 송신 시점을 예측하는 단계를 더 포함하고,
    상기 송신 시점을 예측하는 것에 응답하여, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상태 천이 시점은 상기 대응되는 데이터 패킷을 수신하기 위해 활성 상태로 천이하는 시점인 것으로 하고,
    상기 대응되는 데이터 패킷을 정상적으로 수신하는 것에 응답하여 확인 응답을 송신하고, 미리 정해진 시간 동안 활성 상태를 유지하여 후속 데이터 패킷의 수신을 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 후속 데이터 패킷은 상기 대응되는 데이터 패킷 이후에 랜덤 백오프 기반의 경쟁 방식으로 송신되는 데이터 패킷이며,
    상기 미리 정해진 시간은, 하나의 프리앰블 패킷의 송신에 필요한 시간, 상기 경쟁 방식에서 사용되는 최대 랜덤 백오프 시간, 및 상기 채널 감지 기간의 합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 무선 멀티 홉 네트워크에 있는 노드의 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 멀티 홉 네트워크에서 데이터 패킷이 송신되기 전에 복수의 프리앰블 패킷들 - 상기 데이터 패킷이 송신될 것임을 알리는 패킷으로서, 상기 데이터 패킷의 목적지에 대한 정보를 포함함 - 이 미리 정해진 시간 간격으로 순차적으로 송신되고,
    주기적으로 발생하는 채널 감지 기간 동안 리스닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 리스닝 동작으로 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷을 수신하는 수신 노드인지를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들의 송신이 차지하는 시간은 상기 채널 감지 기간이 발생하는 주기보다 긴 것으로 하되,
    상기 복수의 프리앰블 패킷들 각각은 상기 데이터 패킷의 송신 시점을 예측할 수 있도록 하는 정보를 더 포함하고,
    송신할 데이터 패킷을 구비한 상태에서 상기 수신 노드가 아닌 것으로 결정하는 것에 응답하여, 상기 수신된 프리앰블 패킷을 기초로 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도할 시점을 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 송신을 시도할 시점은
    상기 수신된 프리앰블 패킷에 대응되는 데이터 패킷의 전송이 완료된 이후에 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 시도할 시점을 예측하는 것에 응답하여, 슬립 상태로 천이하되, 상태 천이 시점까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상태 천이 시점은 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도하기 위해 활성 상태로 천이할 시점인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 상태 천이 시점에 활성 상태로 천이하여, 랜덤 백오프 기반의 경쟁 방식으로 상기 구비한 데이터 패킷의 송신을 시도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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