KR101104430B1 - 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

센서 노드 및 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법이 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 센서 노드는 싱크 노드로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드로서, 상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하는 잔여 에너지량 예측부; 상기 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 크기 결정부; 상기 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 상기 데이터 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는 통신부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 데이터 패킷 전송 시 소모되는 에너지량 및 충돌 확률을 감소시킬 수 있게 된다.
센서 노드, 잔여 에너지량, 경쟁 윈도우, 전송 파워

Description

센서 노드 및 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법{SENSOR NODE AND METHOD FOR TRASSMITING DATA PACKET OF THE SENSOR NODE}
본 발명의 일실시예들은 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 데이터 패킷 전송 시 소모되는 에너지량 및 충돌 확률을 감소시킬 수 있는 센서 노드 및 이의 데이터 패킷 전송 방법에 관한 것이다.
최근 여러 분야에서 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)기술이 이용되고 있다. 특히, 방범 보안 시스템이나, 감시 시스템, 원격 자료수집 시스템 등 여러 분야에 사용되고 있다. 이러한 넓은 적용 가능성을 기반으로 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 무선 센서 네트워크의 성능을 극대화시키기 위해서 MAC(Medium Access Control) 프로토콜의 연구가 중점적으로 다루어지고 있다. 일반적으로 MAC 프로토콜의 성능은 시스템 이득(System Throughput)과, 에너지 소모량을 기준으로 평가한다.
무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드는 제한된 에너지를 가지고 있고, 단 하나의 센서 노드가 잔여 에너지의 부족으로 데이터 패킷을 전송할 수 없는 경 우에도 무선 센서 네트워크의 수명이 완료되므로, 무선 센서 네트워크의 수명을 늘리기 위해서는 에너지 소모를 최소로 줄이면서, 최대한 많고 정확한 정보를 전송할 수 있어야 한다.
그런데, 종래의 MAC 프로토콜인 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), S-MAC(Sensor-Media Access Control), T-MAC(Timeout-Media Access Control) 등에서는 센서 노드의 잔여 에너지량을 고려하지 않았는바, 무선 센서 네트워크의 수명을 증가시키는 데에는 한계가 있었다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 데이터 패킷 전송 시 소모되는 에너지량 및 충돌 확률을 감소시킬 수 있는 센서 노드 및 이의 데이터 패킷 전송 방법을 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 싱크 노드로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드에 있어서, 상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하는 잔여 에너지량 예측부; 상기 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 크기 결정부; 상기 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 상기 데이터 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는 통신부를 포함하는 센서 노드가 제공된다.
이 경우, 상기 경쟁 윈도우 크기 결정부는 상기 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 싱크 노드로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드의 상기 데이터 패킷 전송 방법에 있어서, 상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하는 단계; 상기 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 단계; 및 상기 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 상기 데이터 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 센서 노드가 데이터 패킷을 전송하는 경우에 발생하는 에너지 소모량 및 충돌 확률을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또 는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드(100)는 잔여 에너지량 예측부(110), 경쟁 윈도우 크기 결정부(120), 전송 파워 결정부(130), 및 통신부(140)를 포함할 수 있다. 이하 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드(100)는 싱크 노드(150)로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드이다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 무선 센서 네트워크가 트리 토폴로지 형태로 형성되는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노 드(100)는 1번 노드, 6번 노드, 및 10번 노드에 적용될 수 있고, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 무선 센서 네트워크가 스타 토폴로지 형태로 형성되는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드(100)는 1번 노드 내지 6번 노드에 적용될 수 있다.
잔여 에너지량 예측부(110)는 센서 노드(100)의 잔여 에너지량을 예측한다.
여기서, 예측된 잔여 에너지량은 현재 시점에서의 센서 노드(100)의 잔여 에너지량일 수도 있고, 센서 노드(100)가 현재 시점에서 데이터 패킷을 전송한 후의 잔여 에너지량일 수도 있다.
일례로서, 잔여 에너지량 예측부(110)는 하기의 수학식 1에 따라 현재 시점에서의 센서 노드(100)의 잔여 에너지량을 예측할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00001
여기서,
Figure 112009082109137-pat00002
는 싱크 노드(150)로 데이터 패킷을 전송하는 복수의 센서 노드(100) 중에서 i번째 센서 노드(100)의 현재 시점(k번째 시점)에서의 잔여 에너지량,
Figure 112009082109137-pat00003
는 i번째 센서 노드(100)의 초기 잔여 에너지량,
Figure 112009082109137-pat00004
는 i번째 센서 노드(100)가 이전 시점(j번째 시점)에 데이터 패킷을 전송하는데 소모한 에너지량을 각각 의미한다.
또한, 잔여 에너지량 예측부(110)는 하기의 수학식 2에 따라 센서 노드(100)가 현재 시점에서 데이터 패킷을 전송한 후의 잔여 에너지량을 예측할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00005
여기서,
Figure 112009082109137-pat00006
는 데이터 패킷의 전송 시간,
Figure 112009082109137-pat00007
는 i번째 센서 노드(100)가 k번째 시점에서
Figure 112009082109137-pat00008
동안 데이터 패킷을 전송한 후의 예측된 잔여 에너지량,
Figure 112009082109137-pat00009
는
Figure 112009082109137-pat00010
번째 센서 노드(100)의 k번째 시점에서 할당된 전송 파워를 각각 의미한 다.
경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 센서 노드(100)의 경쟁 윈도우의 크기를 결정한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드(100)는 자신의 잔여 에너지량에 기초하여 데이터 패킷 전송에 이용되는 경쟁 윈도우의 크기를 결정함으로써, 자신의 배터리 사용을 효율적으로 이용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 센서 노드(100)의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
이를 위해, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 센서 노드(100)의 최대 경쟁 윈도우 크기, 센서 노드(100)의 최소 경쟁 윈도우 크기, 및 센서 노드(100)가 가질 수 있는 최대 에너지량 중에서 적어도 하나를 이용할 수 있다. 즉, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 센서 노드(100)의 최대 경쟁 윈도우 크기, 센서 노드(100)의 최소 경쟁 윈도우 크기, 및 센서 노드(100)가 가질 수 있는 최대 에너지량을 이용하여 경쟁 윈도우의 크기와 잔여 에너지량 사이의 변환 상수(비례 상수)를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 하기의 수학식 3에 기초하여 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 센서 노드(100)의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00011
여기서,
Figure 112009082109137-pat00012
는 k번째 시점에서의 i번째 센서 노드(100)의 경쟁 윈도우의 크기, round()는 소수점 이하의 값을 반올림하는 함수,
Figure 112009082109137-pat00013
는 경쟁 윈도우의 크기와 잔여 에너지량 사이의 변환 상수(비례 상수),
Figure 112009082109137-pat00014
i번째 센서 노드(100)의 예측된 잔여 에너지량,
Figure 112009082109137-pat00015
는 i번째 센서 노드(100)의 최대 경쟁 윈도우 크기,
Figure 112009082109137-pat00016
는 i번째 센서 노드(100)의 문턱(threshold) 잔여 에너지량,
Figure 112009082109137-pat00017
는 i번째 센서 노드(100)의 최소 경쟁 윈도우 크기,
Figure 112009082109137-pat00018
는 i번째 센서 노드(100)가 가질 수 있는 최대 에너지량을 각각 의미한다.
일례로서, 예측된 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00019
이 현재 시점에서 데이터 패킷을 전 송한 후의 예측된 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00020
인 경우, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 하기의 수학식 4에 기초하여 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 센서 노드(100)의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00021
즉, 경쟁 윈도우 크기 결정부(120)는 k번째 시점에서의 센서 노드(100)의 예측된 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00022
이 센서 노드(100)의 문턱 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00023
보다 큰 경우에는 경쟁 윈도우의 크기를 결정하고, k번째 시점에서의 센서 노드(100)의 예측된 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00024
이 센서 노드(100)의 문턱 잔여 에너지량
Figure 112009082109137-pat00025
보다 작은 경우에는 데이터 패킷을 전송하지 않으므로, 경쟁 윈도우의 크기를 결정하지 않을 수 있다(이 경우, 센서 노드(100)는 배터리가 충전될 때까지 대기한다).
전송 파워 결정부(130)는 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 싱크 노드(150)로 전송될 데이터 패킷의 전송 파워를 결정한다.
즉, 경쟁 윈도우의 크기가 크게 설정된 경우, 데이터 패킷의 전송이 비교적 드물게 이루어지므로, 전송 파워 결정부(130)는 데이터 패킷의 전송 파워를 크게 설정하여 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 높일 수 있다. 반대로, 경쟁 윈도우의 크기가 작게 설정된 경우, 데이터 패킷의 전송이 비교적 자주 이루어지므로, 전송 파워 결정부(130)는 데이터 패킷의 전송 파워를 작게 설정하여 센서 노드(100)에서 소비되는 에너지량을 감소시킨다.
이 때, 경쟁 윈도우의 크기가 클수록 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 커질 수 있으므로, 전송 파워 결정부(130)는 전송 지연 시간이 최소가 되도록 데이터 패킷의 전송 파워를 결정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전송 파워 결정부(130)는 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 확률을 예측하고, 예측된 센서 노드(100)의 전송 확률에 기초하여 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 예측하고, 예측된 데이터 패킷의 전송 성공 확률에 기초하여 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 최소가 되도록 데이터 패킷의 전송 파워를 결정할 수 있다.
이 때, 잔여 에너지량 예측부(110)에서 예측된 잔여 에너지량이 현재 시점에서 데이터 패킷을 전송한 후의 예측된 잔여 에너지량인 경우, 전송 파워 결정부(130)는 아래에서 설명하는 수학식들에 기초하여 데이터 패킷의 전송 파워를 결정할 수 있다.
먼저, 전송 파워 결정부(130)는 하기의 수학식 5에 따라서 경쟁 윈도우의 크 기에 기초한 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 확률을 예측할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00026
여기서,
Figure 112009082109137-pat00027
는 i번째 센서 노드(100)의 k번째 시점에서의 전송 확률을 의미한다.
수학식 5를 참고하면, 센서 노드(100)의 전송 확률은 경쟁 윈도우의 크기와 반비례함을 확인할 수 있다. 따라서, 경쟁 윈도우의 크기가 크면 전송 확률이 낮고, 반대로 경쟁 윈도우의 크기가 작으면 전송 확률이 높아 진다.
다음으로, 전송 파워 결정부(130)는 하기의 수학식 6에 따라서 예측된 센서 노드(100)의 전송 확률에 기초한 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 예측할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00028
여기서,
Figure 112009082109137-pat00029
는 i번째 센서 노드(100)의 k번째 시점에서의 전송 성공 확률, N은 싱크 노드(150)로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드(100)의 총 개수를 각각 의미한다.
이 때, 상기의 수학식 2, 수학식 4 및 수학식 5를 참고하면, 상기의 수학식 6은 하기의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00030
마지막으로, 전송 파워 결정부(130)는 하기의 수학식 8에 따라서 예측된 데이터 패킷의 전송 성공 확률에 기초한 센서 노드(100)의 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 최소가 되도록 데이터 패킷의 전송 파워를 결정할 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00031
여기서,
Figure 112009082109137-pat00032
는 결정된 전송 파워 값,
Figure 112009082109137-pat00033
는 전송 레이트(rate) 제약 함수(constraint function),
Figure 112009082109137-pat00034
는 k번째 시점에서의
Figure 112009082109137-pat00035
번째 센서 노드(100)의 채널 이득(channel gain),
Figure 112009082109137-pat00036
는 전송 레이트에 대한 문턱값(즉, 최소 전송 레이트 값),
Figure 112009082109137-pat00037
는 전체 센서 노드(100)의 집합,
Figure 112009082109137-pat00038
는 전송 지연 시간에 대한 함수를 각각 의미한다. 이 때, 전송 지연 시간 함수
Figure 112009082109137-pat00039
는 하기의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009082109137-pat00040
여기서, 여기서
Figure 112009082109137-pat00041
는 데이터 패킷의 전송이 성공할 때까지 충돌 횟수를 의미하는 것으로
Figure 112009082109137-pat00042
의 관계를 갖는다. 또한,
Figure 112009082109137-pat00043
는 데이터 패킷의 전송 시까지의 평균 백오프(backoff) 지연 시간,
Figure 112009082109137-pat00044
는 채널간의 충돌이 발생한 경우의 평균 시간,
Figure 112009082109137-pat00045
는 채널이 사용 중일 때 대기하여야 하는 평균 시간,
Figure 112009082109137-pat00046
는 채널이 비어있는 경우 성공적으로 데이터 패킷을 전송하는데 소요되는 평균 시간을 각각 의미한다. 여기서,
Figure 112009082109137-pat00047
가
Figure 112009082109137-pat00048
의 함수이므로,
Figure 112009082109137-pat00049
역시
Figure 112009082109137-pat00050
의 함수가 된다.
즉, 상기의 수학식 8에 따르면, 센서 노드(100)가 k번째 시점에서 데이터 패킷을 전송하는 경우에서 사용자가 원하는 최소한의 데이터 레이트와 사용자가 사용할 수 있는 전송 파워를 제약으로 하여 k번째 시점에서의 전송 지연을 최소화 할 수 있게 된다.
통신부(140)는 결정된 경쟁 윈도우를 통해 결정된 전송 파워로 데이터 패킷을 싱크 노드(150)로 전송한다.
이에 따라, 센서 노드(100)를 포함하는 무선 센서 네트워크는 배터리의 양이 제한되어 있는 센서 노드(100)의 배터리 사용을 효율적으로 이용할 수 있게 된다. 즉, 센서 노드(100)는 자신의 잔여 에너지량에 기반하여 경쟁 윈도우의 크기를 제어함으로써 전송 시의 전송 파워와 전송 확률을 결정하게 되고, 이를 통해서 무선 센서 네트워크의 전체 수명을 최대화시킬 수 있게 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 데이터 전송 방법에 대한 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다. 이하 도 3 및 도 4를 참고하여 각 단계 별로 수행되는 과정을 설명한다.
단계(S310)에서는 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측한다. 예측된 잔여 에너지량은 현재 시점에서의 센서 노드의 잔여 에너지량일 수도 있고, 센서 노드가 현재 시점에서 데이터 패킷을 전송한 후의 예측된 잔여 에너지량일 수도 있다.
단계(S320)에서는 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정한다.
일례로서, 단계(S320)에서는 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다. 이를 위해, 단계(S320)에서는 센서 노드의 최대 경쟁 윈도우 크기, 센서 노드의 최소 경쟁 윈도우 크기, 및 센서 노드가 가질 수 있는 최대 에너지량을 이용하여 경쟁 윈도우의 크기와 잔여 에너지량 사이의 변환 상수(비례 상수)를 결정하고, 결정된 변환 상수를 이용하여 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정할 수 있다.
단계(S330)에서는 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 싱크 노드로 전송될 상기 데이터 패킷의 전송 파워를 결정한다.
보다 상세하게, 단계(S330)에서는 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 센서 노드에서의 데이터 패킷의 전송 확률을 예측하고(단계(S331)), 예측된 센서 노드의 전송 확률에 기초하여 센서 노드에서의 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 예측하고(단계(S332)), 예측된 데이터 패킷의 전송 성공 확률에 기초하여 센서 노드에서의 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 최소가 되도록 데이터 패킷의 전송 파워를 결정할 수 있다(단계(S333)).
마지막으로, 단계(S340)에서는 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 데이터 패킷을 싱크 노드로 전송한다.
지금까지 본 발명에 따른 센서 노드의 데이터 전송 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 1에서 설명한 센서 노드(100)에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드가 적용될 수 있는 무선 센서 네트워크의 토폴로지의 일례들을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 데이터 전송 방법에 대한 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.

Claims (11)

  1. 싱크 노드로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드에 있어서,
    상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하는 잔여 에너지량 예측부;
    상기 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 경쟁 윈도우 크기 결정부;
    상기 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 상기 싱크 노드로 전송될 상기 데이터 패킷의 전송 파워를 결정하는 전송 파워 결정부; 및
    상기 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 상기 결정된 전송 파워에 따라 상기 데이터 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는 통신부를 포함하되,
    상기 잔여 에너지량 예측부는 현재 시점에서의 상기 센서 노드의 잔여 에너지량에서 상기 센서 노드가 현재 시점에서 상기 데이터 패킷을 전송하는데 소모되는 에너지량을 뺀 상기 데이터 패킷 전송 후의 상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하고,
    상기 전송 파워 결정부는 상기 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 상기 센서 노드의 상기 데이터 패킷의 전송 확률을 예측하고, 상기 예측된 센서 노드의 전송 확률에 기초하여 상기 센서 노드의 상기 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 예측하고, 상기 예측된 데이터 패킷의 전송 성공 확률에 기초하여 상기 센서 노드의 상기 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 최소가 되도록 상기 데이터 패킷의 전송 파워를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경쟁 윈도우 크기 결정부는
    상기 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경쟁 윈도우 크기 결정부는
    상기 센서 노드의 최대 경쟁 윈도우 크기, 상기 센서 노드의 최소 경쟁 윈도우 크기, 및 상기 센서 노드가 가질 수 있는 최대 에너지량 중에서 적어도 하나에 기초하여 상기 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 상기 센서 노드의 경쟁 윈 도우의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 경쟁 윈도우 크기 결정부는
    아래의 수학식에 기초하여 상기 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
    Figure 112009082109137-pat00051
    여기서,
    Figure 112009082109137-pat00052
    는 k번째 시점에서의 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기, round()는 소수점 이하의 값을 반올림하는 함수,
    Figure 112009082109137-pat00053
    는 상기 경쟁 윈도우의 크기와 상기 잔여 에너지량 사이의 변환 상수(비례 상수),
    Figure 112009082109137-pat00054
    는 상기 예측된 잔여 에너지량,
    Figure 112009082109137-pat00055
    는 상기 센서 노드의 최대 경쟁 윈도우 크기,
    Figure 112009082109137-pat00056
    는 상기 센서 노드의 문턱(threshold) 잔여 에너지량,
    Figure 112009082109137-pat00057
    는 상기 센서 노드의 최소 경쟁 윈도우 크기,
    Figure 112009082109137-pat00058
    는 상기 센서 노드가 가질 수 있는 최대 에너지량을 각각 의미함.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 싱크 노드로 데이터 패킷을 전송하는 센서 노드의 상기 데이터 패킷 전송 방법에 있어서,
    상기 센서 노드의 잔여 에너지량을 예측하는 단계;
    상기 예측된 잔여 에너지량에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 단계;
    상기 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 상기 싱크 노드로 전송될 상기 데이터 패킷의 전송 파워를 결정하는 단계; 및
    상기 크기가 결정된 경쟁 윈도우를 통하여 상기 결정된 전송 파워에 따라 상기 데이터 패킷을 상기 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 예측된 잔여 에너지량은 현재 시점에서의 상기 센서 노드의 잔여 에너지량에서 상기 센서 노드가 현재 시점에서 상기 데이터 패킷을 전송하는데 소모되는 에너지량을 뺀 상기 데이터 패킷 전송 후의 상기 센서 노드의 잔여 에너지량이고,
    상기 전송 파워를 결정하는 단계는 상기 결정된 경쟁 윈도우의 크기에 기초하여 상기 센서 노드에서의 상기 데이터 패킷의 전송 확률을 예측하는 단계; 상기 예측된 센서 노드의 전송 확률에 기초하여 상기 센서 노드에서의 상기 데이터 패킷의 전송 성공 확률을 예측하는 단계; 및 상기 예측된 데이터 패킷의 전송 성공 확률에 기초하여 상기 센서 노드에서의 상기 데이터 패킷의 전송 지연 시간이 최소가 되도록 상기 데이터 패킷의 전송 파워를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 단계는
    상기 센서 노드의 최대 경쟁 윈도우 크기, 상기 센서 노드의 최소 경쟁 윈도우 크기, 및 상기 센서 노드가 가질 수 있는 최대 에너지량 중에서 적어도 하나 에 기초하여 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기가 상기 예측된 잔여 에너지량과 반비례하도록 상기 센서 노드의 경쟁 윈도우의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 데이터 패킷 전송 방법.
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