KR101135432B1 - Method for duty cycle of sleep/active mode based on TDMA in a wireless sensor network system and sensor network system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법으로서, 시간 프레임의 자유경쟁 구간에서 1-홉 거리의 이웃 노드와 핸드셰이크를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하고, 초기 활성화 스케줄을 선택하는 단계; 및 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 가상 클러스터의 크기를 직접 통신에 참여하는 임의의 노드와 1-홉 거리의 이웃 노드로만 구성되도록 최소화하기 때문에 채널 재사용의 효율을 극대화할 수 있다. The present invention is an active sleep / active duty cycle method in a wireless sensor network, in which a handshake is performed with a neighbor node of 1-hop distance in a free competition section of a time frame to search for a neighbor node of 1-hop distance, and the initial activation is performed. Selecting a schedule; And selecting one's own activation schedule by exchanging information about the activation schedule with a neighboring node one-hop distance in a non-competition period of a time frame. According to the present invention, it is possible to maximize the efficiency of channel reuse because the size of the virtual cluster is minimized to consist only of arbitrary nodes participating in direct communication and neighboring nodes of 1-hop distance.

Description

무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법 및 이를 이용한 센서 네트워크 시스템{Method for duty cycle of sleep/active mode based on TDMA in a wireless sensor network system and sensor network system using the same}Active sleep / active duty cycle method in wireless sensor network and sensor network system using the same {Method for duty cycle of sleep / active mode based on TDMA in a wireless sensor network system and sensor network system using the same}

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 링크 계층에서 무선 센서 네트워크를 구성하는 각각의 노드들이 최소 크기의 가상 클러스터를 형성하고, TDMA 방식으로 경쟁없는 전송을 허용하기 위한 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active sleep / active duty cycle method in a wireless sensor network. More particularly, the present invention relates to an active sleep / active duty cycle method for allowing each node constituting the wireless sensor network at the link layer to form a virtual cluster of a minimum size and to allow contention-free transmission in a TDMA manner.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신성장동력핵심기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2006-S-085-03, 과제명:자동차 센서노드용 초소형 운영체제 개발].This study was derived from the research conducted as part of the IT new growth engine core technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunication Research and Development. [Task management number: 2006-S-085-03, Task name: Micro operating system for automotive sensor node Development].

무선 센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술을 실현하기 위한 핵심적인 기술 인프라이다. 무선 센서 네트워크의 노드는 제한된 용량의 배터리를 이용하여 센싱 또는 컴퓨팅 등의 기능을 수행한다. 그러나, 무선 센서 네트워크는 기존의 무선 네트워크와는 달리 제한된 용량의 배터리 전원을 사용하므로 최소의 에너지를 사용 하여 감지된 센싱 데이터를 전달하는 기술적 구성이 요구된다.Wireless sensor networks are a key technology infrastructure for enabling ubiquitous computing technology. Nodes of the wireless sensor network use a limited capacity battery to perform functions such as sensing or computing. However, unlike conventional wireless networks, a wireless sensor network uses a limited amount of battery power, and thus a technical configuration for transmitting sensed data using minimum energy is required.

따라서, 무선 네트워크를 구성하는 여러 계층 가운데 데이터의 에러 흐름 및 흐름을 제어하고 자원을 관리하는 MAC(media access control) 계층에서의 효율적인 MAC 프로토콜이 요구된다. 기존의 MANET(Mobile Ad-hoc Network) 또는 IEEE 802.11과 같은 구성의 MAC 프로토콜을 센서 네트워크에 적용하는 경우 패킷 충돌(collision), 오버히어링(overhearing), 제어 과부하(control overhead), 유휴 리스닝(idle listening) 등의 문제점이 발생하기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위해서 특히 센서 네트워크에 특화된 MAC 프로토콜 구조가 개발되었다.Accordingly, there is a need for an efficient MAC protocol in a media access control (MAC) layer that controls error flow and flow of data and manages resources among the various layers constituting the wireless network. When applying the MAC protocol of the existing MANET (Mobile Ad-hoc Network) or IEEE 802.11 to the sensor network, packet collision, overhearing, control overhead, idle listening In order to solve this problem, a MAC protocol structure specially designed for a sensor network has been developed.

단일 무선 채널(Single radio channel)을 공유하는 무선 네트워크에서 MAC(Medium Acess Control) 프로토콜은 신호를 성공적으로 전송하기 위해 인접한 다수의 노드들 중에서 오직 한 노드만이 무선 채널에 접근하는 것을 허용하는 기본 기능을 제공한다. CSMA(Carrier Sense Multiple Access)와 TDMA(Time Division Multiple Access)는 무선 네트워크에서 단일 채널을 공유하는 대표적인 통신 메커니즘이다.In wireless networks that share a single radio channel, the Medium Access Control (MAC) protocol is a basic feature that allows only one node among multiple adjacent nodes to access a wireless channel in order to successfully transmit a signal. To provide. Carrier Sense Multiple Access (CSMA) and Time Division Multiple Access (TDMA) are representative communication mechanisms that share a single channel in a wireless network.

CSMA 기법은 단순하고 견고하기 때문에 무선 네트워크 환경에서 가장 보편적으로 이용되며, 클록 동기화와 전반적 네트워크 위상 정보를 필요하지 않는다. CSMA는 캐리어 센싱(Carrier sensing) 기법을 이용하여 1홉 거리 이웃 노드들 사이의 패킷 충돌(Collision) 문제를 회피한다. 그러나 2홉 거리 이상 떨어져 있는 이웃 노드들은 서로 간의 캐리어를 감지할 수 없기 때문에 충돌이 발생할 수 있다. 이 문제를 "hidden terminal" 문제라고 하며, CSMA 기반의 무선 네트워크에서 심각 한 네트워크 성능 감소를 야기할 수 있다.Because of its simplicity and robustness, the CSMA technique is most commonly used in wireless network environments and does not require clock synchronization and overall network topology information. CSMA uses a carrier sensing technique to avoid packet collision problems between neighboring nodes of one hop distance. However, neighboring nodes that are more than two hops apart can not detect carriers from each other, so collision may occur. This problem is called the "hidden terminal" problem and can cause serious network performance degradation in CSMA based wireless networks.

TDMA 기법은 시간을 다수의 타임슬롯(Time slot)으로 분할하고, 인접한 노드들의 프레임 전송을 서로 다른 타임슬롯에서 수행되도록 제어한다. 기존의 TDMA 기법은 타임슬롯을 효율적으로 스케줄하기 위해 중재 노드를 필요로 하고, 네트워크 위상 변화가 빈번할 경우 CSMA 기법만큼 적응적이지 못하며, 일반적으로 CSMA와 비교하여 낮은 채널 이용율과 전송 지연을 갖는다. 그러나, TDMA 기법은 무경쟁 전송이 가능하기 때문에 CSMA의 "hidden terminal" 문제를 자연스럽게 해소할 수 있으며, 효율적인 에너지 관리가 가능하다.The TDMA technique divides time into a plurality of time slots and controls frame transmission of adjacent nodes to be performed in different timeslots. Conventional TDMA schemes require arbitration nodes to efficiently schedule timeslots, and are not as adaptive as CSMA schemes when network topology changes frequently, and generally have low channel utilization and transmission delay compared to CSMA. However, since the TDMA technique is capable of contention-free transmission, the "hidden terminal" problem of CSMA can be naturally solved and efficient energy management is possible.

IEEE 802.11과 같은 기존의 무선 MAC 프로토콜에서 공정성이나 전송지연, 대역폭 이용율 등이 주요 성능평가 요소였던 것과는 달리 무선 센서 네트워크는 배터리 전원으로 동작하는 많은 센서 노드들로 구성되기 때문에 효율적인 에너지 관리가 무선 네트워크의 전체 성능을 결정하는 중요한 요인이다.Unlike conventional wireless MAC protocols such as IEEE 802.11, where fairness, transmission delay, and bandwidth utilization are major performance evaluation factors, wireless sensor networks are composed of many battery-powered sensor nodes. This is an important factor in determining overall performance.

전술한 바와 같이, 에너지의 주요 소모요인은 패킷 충돌(collision)과 오버히어링(overhearing), 제어 과부하(control overhead), 유휴 리스닝(idle listening)으로 구분될 수 있다. As described above, the main consumption factors of energy may be classified into packet collision, overhearing, control overhead, and idle listening.

특히, 애드 훅 모드의 IEEE 802.11이나 CSMA의 MAC 프로토콜의 경우에 각 노드는 데이터를 수신하기 위해 대부분의 시간을 유휴 리스닝 모드 상태에서 대기해야 하며, 데이터를 수신하기 위해 소모되는 전체 에너지의 50~100%를 유휴 리스닝 상태에서 소모한다. 충돌과 오버히어링, 유휴 리스닝으로 인한 에너지를 줄이기 위해 종래 기술에 따르면 노드가 공통 스케줄에 따라 주기적으로 활성 모드(active mode)와 수면 모드(sleep mode)를 반복하는 듀티 사이클 모드(duty cycle mode)로 동작하고, 수면 모드에서 활성 모드로 깨어난 각각의 노드는 CSMA/CA 방식에 따라 채널의 접근 권한을 얻기 위해 경쟁한다.In particular, in the case of the IEEE protocol of the ad hoc mode or the MAC protocol of the CSMA, each node has to wait most of the time in the idle listening mode to receive data, and 50 to 100 of the total energy consumed to receive the data. Consumes% on idle listening. In order to reduce energy due to collisions, overhearing and idle listening, the prior art has a duty cycle mode in which a node repeats an active mode and a sleep mode periodically according to a common schedule. Each node that operates and wakes up from the sleep mode to the active mode competes to gain access to the channel according to the CSMA / CA scheme.

종래 무선 센서 네트워크에서의 수면/활성 듀티 사이클 모드에서 공통 스케줄을 공유하는 노드들은 가상 클러스터(virtual cluster)를 형성한다. 이때 가상 클러스터의 크기는 스케줄을 공유하는 노드의 수와 노드 간의 홉 거리로 정의될 수 있다. 만약 네트워크를 구성하는 모든 노드가 하나의 공통 스케줄을 공유한다면, 네트워크는 하나의 가상 클러스터만을 형성하고, 모든 노드들은 동시에 수면하고, 활성화하는 과정을 반복할 것이다. 가상 클러스터의 크기는 동적인 네트워크의 상황 변화에 적응적으로 대처하기 어려운 문제점을 갖는다. 또한 각각의 노드는 활성화 모드에서 채널에 접근하기 위해 CSMA/CA 방식으로 상호 경쟁하기 때문에 제어 패킷의 교환으로 인한 에너지 소모와 전송 지연 등의 문제점이 발생한다.Nodes sharing a common schedule in sleep / active duty cycle mode in a conventional wireless sensor network form a virtual cluster. In this case, the size of the virtual cluster may be defined by the number of nodes sharing the schedule and the hop distance between the nodes. If all nodes in the network share a common schedule, the network will form only one virtual cluster, and all nodes will sleep and activate at the same time. The size of the virtual cluster has a problem that it is difficult to adaptively cope with changes in the situation of the dynamic network. In addition, each node competes with each other in CSMA / CA to access a channel in an active mode, causing problems such as energy consumption and transmission delay due to exchange of control packets.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,The present invention is designed to solve the above problems,

가상 클러스터의 크기를 임의의 노드와 1-홉 이웃 거리의 이웃 노드로만 구성되도록 최소화하고, 가상 클러스터 내의 노드들이 활성화될 때 TDMA를 기반으로 경쟁이 없는 채널 접근을 허용하여 제어 패킷의 교환으로 인한 에너지 소모와 전송 지연 등을 최소화해줌으로써, 에너지와 대역폭 등 제한된 네트워크 자원의 효율성 을 극대해주는 것을 목적으로 한다. Minimize the size of the virtual cluster so that it consists only of arbitrary nodes and neighboring nodes with 1-hop neighbor distances, and allow uncompetitive channel access based on TDMA when the nodes in the virtual cluster are activated, resulting in the exchange of control packets. It aims to maximize the efficiency of limited network resources such as energy and bandwidth by minimizing consumption and transmission delay.

본 발명의 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법은, 시간 프레임의 자유경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 핸드셰이크를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하고, 초기 활성화 스케줄을 선택하는 단계; 및 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계를 포함한다.In the wireless sensor network of the present invention, the active sleep / active duty cycle method performs a handshake with a 1-hop distance neighbor node in a free competition period of a time frame to search for a 1-hop distance neighbor node, and performs an initial activation schedule. Selecting; And selecting one's own activation schedule by exchanging information about an activation schedule with a neighboring node one-hop distance in a non-competition period of the time frame.

특히, 상기 1-홉 거리의 이웃 노드와 핸드셰이크를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하는 단계는, 상기 1-홉 거리의 이웃 노드와 Beacon/Approval/ACK 프레임의 3 단계 핸드셰이크를 수행하여 상기 1-홉 거리 이웃 노드를 동적으로 탐색하는 것을 특징으로 한다.In particular, searching for a 1-hop distance neighbor node by performing a handshake with a neighbor node of 1-hop distance may perform a 3-step handshake of a Beacon / Approval / ACK frame with the neighbor node of the 1-hop distance. And dynamically search for the 1-hop distance neighbor node.

또한, 상기 Beacon/Approval/ACK 프레임의 3 단계 핸드셰이크를 수행하는 단계는, Beacon 프레임을 생성하여 1-홉 거리 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 단계를 포함하고, 상기 Beacon 프레임은 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.In addition, performing a three-stage handshake of the Beacon / Approval / ACK frame includes generating a Beacon frame and broadcasting it to a 1-hop distance neighbor node, wherein the Beacon frame is a non-competition period of the time frame. It is characterized in that it contains information indicating whether or not preemption of the timeslots located within a certain range.

또한, 상기 1-홉 거리의 이웃 노드와 핸드셰이크를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하는 단계는, 상기 1-홉 거리 이웃 노드의 활성화 스케줄에 대한 정보를 획득하여 활성화 스케줄 테이블에 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한 다.In addition, searching for a 1-hop distance neighbor node by performing a handshake with the 1-hop distance neighbor node may include obtaining information about an activation schedule of the 1-hop distance neighbor node and maintaining it in an activation schedule table. Characterized in that it comprises a step.

또한, 상기 활성화 스케줄 테이블은, 1-홉 거리 이웃 노드의 식별자, 자신과 상대 노드와의 논리적인 홉 수, 상기 비경쟁 구간에서 수면 모드의 노드가 활성 모드로 전환하는 타임슬롯에 관한 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.The activation schedule table may further include information about an identifier of a neighboring node in a 1-hop distance, a logical number of hops between itself and a counterpart node, and timeslots at which a node in a sleep mode switches to an active mode in the non-competition period. It is characterized by being.

또한, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계는, 상기 초기 활성화 스케줄에 해당하는 타임슬롯에서 오너로써 활성 모드로 전환하는 단계; 및 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보가 포함된 Beacon 프레임을 생성하여 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the non-competition period of the time frame, the step of selecting an activation schedule by exchanging information about an activation schedule with a neighboring node at a distance of 1-hop, may be performed in an active mode as an owner in a time slot corresponding to the initial activation schedule. Switching; And generating a beacon frame including information indicating whether the time slots located within a predetermined range are in a non-competition period of the time frame and broadcasting to a neighbor node.

또한, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계는, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보가 포함된 Approval 프레임을 상기 1-홉 거리 이웃 노드로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the non-competition period of the time frame, the step of selecting an activation schedule by exchanging information about an activation schedule with a neighboring node 1-hop distance may include: And receiving an approval frame including information indicating whether a preemption is received from the 1-hop distance neighbor node.

또한, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간은, 복수의 타임슬롯들로 구성되고, 각 타임슬롯은 제어 구간과 데이터 전송구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.The non-competition section of the time frame may include a plurality of timeslots, and each timeslot includes a control section and a data transmission section.

한편, 본 발명의 센서 네트워크 시스템은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법을 사용하여 구현되는 복수 개의 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 관한 것이 다.Meanwhile, the sensor network system of the present invention relates to a sensor network system including a plurality of nodes implemented using an active sleep / active duty cycle method in the wireless sensor network according to any one of claims 1 to 8. All.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention has the following effects.

가상 클러스터의 크기를 직접 통신에 참여하는 임의의 노드와 1-홉 거리의 이웃 노드로만 구성되도록 최소화하기 때문에 채널 재사용의 효율을 극대화할 수 있다.The efficiency of channel reuse can be maximized because the size of the virtual cluster is minimized to consist only of arbitrary nodes participating in direct communication and neighbor nodes 1-hop away.

또한, 가상 클러스터 내의 노드들이 활성화될 때 TDMA를 기반으로 경쟁없는 채널 접근을 지원하기 때문에 효율적인 에너지 관리가 가능하다.In addition, efficient node management is possible because nodes in the virtual cluster support contention-free channel access based on TDMA.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the repeated description, well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

기존의 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식은 중재 노드에 의해서, 혹은 분산 방식으로 타임슬롯을 노드들에게 정적으로 할당한다. 이와는 달리 본 발명에서 각각의 노드는 자신의 필요에 의해서 1-홉 이웃 노드와 협력하여 자율적으로 자신의 초기 활성화 스케줄(AS:Active Schedule)을 선택할 수 있다. 활성화 스케줄(AS)은 노드가 수면 모드(sleep mode)에서 활성 모드(active mode)로 전환하는 타임슬롯을 의미한다. 이를 위해 각각의 노드는, 도 1에 도시한 바와 같은 활성화 스케줄 테이블(이하, 'AS 테이블')을 정의하고 1-홉 거리 이웃 노드 정보를 관리한다.Conventional time division multiple access (TDMA) scheme statically assigns timeslots to nodes either by an arbitration node or in a distributed manner. In contrast, in the present invention, each node may autonomously select its initial activation schedule (AS) in cooperation with 1-hop neighbor nodes according to its own needs. The activation schedule (AS) refers to a time slot in which a node switches from a sleep mode to an active mode. To this end, each node defines an activation schedule table (hereinafter, referred to as an 'AS table') as shown in FIG. 1 and manages one-hop distance neighbor node information.

도 1은 본 발명에 적용되는 AS 테이블의 일예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an example of an AS table applied to the present invention.

도 1을 참고하면, 'macNodeID' 속성은 1-홉 거리 이웃 노드의 식별자를 의미하고, 'macHopCount' 속성은 자신과 상대 노드와의 논리적인 홉 수를 나타낸다. 'nextAS' 속성은 비경쟁 구간(CFP:Contention Free Period)에서 수면 모드의 노드가 활성 모드로 전환하는 타임슬롯을 가리킨다.Referring to FIG. 1, the 'macNodeID' attribute represents an identifier of a 1-hop distance neighbor node, and the 'macHopCount' attribute represents a logical hop number between itself and a counterpart node. The 'nextAS' attribute indicates a time slot in which a node in a sleep mode transitions to an active mode in a contention free period (CFP).

도 2는 본 발명에 따른 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법에서의 시간 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a time frame structure in an active sleep / active duty cycle method according to the present invention.

본 발명에 따른 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법은 도 2에 도시한 시간 프레임 구조에 따라 시간을 시간 프레임들로 분할하고, 시간 프레임은 CSMA를 기반으로 채널에 접근하기 위해 경쟁하는 자유경쟁 구간(CAP:Contention Access Period)과 TDMA 기반으로 단일 노드에게 채널의 접근 권한을 부여하는 비경쟁 구간(CFP)으로 구분된다. The active sleep / active duty cycle method according to the present invention divides the time into time frames according to the time frame structure shown in FIG. 2, and the time frame competes to access a channel based on CSMA. : Contention Access Period) and a non-competition interval (CFP) that grants a single node access to a channel based on TDMA.

각 노드는 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 Beacon/Approval/ACK 프레임의 3 단계 핸드셰이크(handshake)를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 동적으로 탐색하고, 초기 활성화 스케줄(AS)을 선택하는 단계를 수행한다. Each node performs a three-step handshake of the Beacon / Approval / ACK frame in the free-competition interval (CAP) of the time frame to dynamically discover one-hop distance neighbor nodes and select an initial activation schedule (AS). Follow the steps.

시간 프레임의 비경쟁 구간(CFP)은 다수의 타임슬롯들로 구성되고, 각 타임슬롯은 제어 구간이라 불리는 CP(Control Period)와 데이터 전송구간인 DP(Data Period)를 포함한다. The non-competition period (CFP) of the time frame is composed of a plurality of timeslots, and each timeslot includes a control period (CP) called a control period and a data period (DP), which is a data transmission period.

해당 타임슬롯에서 활성화한 노드는 제어 구간(CP)에서 Beacon/Approval 프레임의 2 단계 핸드셰이크를 수행하여 다음 활성화 스케줄(AS), 즉 수면 모드에서 활성 모드로 전환할 다음 타임슬롯을 선택한다. 또한, 해당 타임슬롯에서 오너(owner)로써 활성화한 노드는 해당 타임슬롯 동안에 배타적 채널 접근 권한을 가지며, 데이터 전송구간(DP)에서 데이터를 전송한다.The node activated in the corresponding timeslot performs a two-stage handshake of the Beacon / Approval frame in the control interval (CP) to select the next activation schedule (AS), that is, the next timeslot to switch from the sleep mode to the active mode. In addition, a node activated as an owner in the corresponding timeslot has an exclusive channel access right during the corresponding timeslot and transmits data in the data transmission section DP.

능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법은 네트워크 과부하를 줄이기 위해 정확한 이웃 노드의 정보를 필요로 하며, 이웃 노드의 정보는 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 동적으로 확보할 수 있다.The active sleep / active duty cycle method requires accurate neighbor node information to reduce network overload, and the neighbor node information can be dynamically obtained in a free competition period (CAP) of a time frame.

시간 프레임의 길이는 노드의 이동성 정도에 따라 유동적으로 설정될 수 있다. 즉, 노드의 이동이 빈번한 동적 네트워크라면 시간 프레임의 길이를 짧게 설정해야 하며, 노드의 이동이 없는 정적 네트워크라면 시간 프레임의 길이를 노드의 생명 주기만큼 길게 설정할 수 있다.The length of the time frame may be set fluidly according to the degree of mobility of the node. That is, if the dynamic network in which node movement is frequent, the length of the time frame should be set short. In the static network without node movement, the length of the time frame may be set as long as the life cycle of the node.

도 2에서 각각의 타임슬롯은 CP와 DP로 분할되어 있고, CP는 다수의 미니슬롯들로 분할되어 있다. 미니슬롯의 수는 다음과 같이 계산된다.In FIG. 2, each timeslot is divided into CP and DP, and CP is divided into a plurality of minislots. The number of minislots is calculated as follows.

- 미니슬롯의 수 = Beacon 프레임을 전송하는 노드의 1-홉 이웃노드의 수 + 2-Number of minislots = number of 1-hop neighbors of nodes transmitting Beacon frames + 2

도 3은 시간 프레임의 자유경쟁 구간에서 동적 이웃 노드 탐색과 초기 활성화 스케줄을 선택하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a process of searching for a dynamic neighbor node and selecting an initial activation schedule in a free competition section of a time frame.

도 2에 도시한 바와 같은 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 Beacon/Approval(or NApproval)/ACK 프레임의 3 단계 핸드셰이크 과정에 따라 각 노드는 자신의 초기 활성화 스케줄(AS)를 선택하고, 1-홉 거리 이웃 노드의 정보를 획득하여 활성화 스케줄 테이블(이하, 'AS 테이블')에 유지한다. Each node selects its initial activation schedule (AS) according to the 3-step handshake process of the Beacon / Approval (or NApproval) / ACK frame in the free contention interval (CAP) of the time frame as shown in FIG. 1-hop distance neighbor node information is obtained and maintained in an activation schedule table (hereinafter referred to as an 'AS table').

자유경쟁 구간(CAP)에서 'Beacon 프레임'은 자신이 선택한 활성화 스케줄(AS)을 1-홉 거리 이웃 노드들에게 알리는 역할을 하고, 'Approval 프레임'은 'Beacon 프레임'에 포함된 활성화 스케줄(AS)의 이용을 허가하는 역할을 한다. 'ACK 프레임'은 다수의 'Approval 프레임'이 동시에 전송될 때, 충돌로 인하여 'Approval 프레임'이 분실되는 문제를 해결하기 위해 이용되며, 'Approval 프레임'이 성공적으로 수신되었음을 알리는 역할을 수행한다.In the CAP, the 'Beacon frame' informs neighboring nodes of one-hop distance of the selected activation schedule (AS), and the 'Approval frame' is an activation schedule included in the 'Beacon frame'. ) Is used to authorize the use. The 'ACK frame' is used to solve the problem of losing the 'Approval frame' due to a collision when a plurality of 'Approval frames' are transmitted at the same time, and serves to inform that the 'Approval frame' has been successfully received.

도 4는 Beacon, Approval(or NApproval), 및 ACK 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 AS_window[WinSize]의 구성 예를 나타내는 도면이다. 4 is a view for explaining the structure of a Beacon, Approval (or NApproval), and ACK frame, Figure 5 is a view showing an example of the configuration of AS_window [WinSize].

도 4를 참고하면, Beacon, Approval(or NApproval), 및 ACK 프레임에서의 MHR(MAC Header)와 MFR(MAC Footer)는 종래의 IEEE 802.15.4 MAC 프로토콜과 동일한 구조를 갖는다.4, the Beacon, Approval (or NApproval), and MHR (MAC Header) and MFR (MAC Footer) in the ACK frame have the same structure as the conventional IEEE 802.15.4 MAC protocol.

"Beacon 프레임"의 'NAS(Next Active Schedule) 필드'는 Beacon 프레임을 전송한 노드가 수면 모드에서 활성 모드로 전환하는 타임슬롯을 가리킨다. 각 노드는 자신의 활성화 스케줄(AS)을 선택할 때 동적으로 AS_window[WinSize]를 생성하고, 자신의 데이터 버퍼나 현재 네트워크의 상황 변화를 고려하여 AS_window[WinSize] 범위 내의 빈 타임슬롯 중에서 하나를 활성화 스케줄(AS)로 선택한다. The 'Next Active Schedule (NAS) field' of the "Beacon frame" indicates a time slot in which the node transmitting the Beacon frame switches from the sleep mode to the active mode. Each node dynamically creates an AS_window [WinSize] when it selects its activation schedule (AS) and schedules one of the empty timeslots within the AS_window [WinSize] range, taking into account its data buffers or changes in current network conditions. Select with (AS).

보다 상세하게는, AS_window[WinSize]은 WinSize 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 가리키는 비트들로 구성되며, 비트가 '1'로 설정되면 대응하는 타임슬롯이 이미 다른 이웃 노드에 의해서 선점되었다는 것을 의미하고, 비트가 '0'으로 설정되면 대응하는 타임슬롯이 이미 다른 이웃 노드에 의해서 선점되지 않았다는 것을 의미한다 'WinSize'는 노드가 AS로 선택할 수 있는 타임슬롯의 최대 범위 크기를 의미하며, 'WinSize' 크기는 네트워크에 분포된 노드의 밀도에 따라 유동적으로 조정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 기본값으로 16을 갖는다(도 5참고). 예컨대, 네트워크에 분포된 노드의 밀도가 높다면, 'WinSize' 크기는 증가할 것이고, 네트워크에 분포된 노드의 밀도가 낮다면, 'WinSize'의 크기는 감소할 것이다. More specifically, AS_window [WinSize] consists of bits indicating whether to occupy time slots located within the WinSize range, and if the bit is set to '1' it indicates that the corresponding timeslot has already been preempted by another neighbor node. If the bit is set to '0', it means that the corresponding timeslot has not already been preempted by another neighbor node. 'WinSize' means the maximum range size of the timeslot that the node can select as an AS. WinSize 'size can be flexibly adjusted according to the density of nodes distributed in the network. In the embodiment of the present invention, the default value is 16 (see FIG. 5). For example, if the density of nodes distributed in the network is high, the size of 'WinSize' will increase, and if the density of nodes distributed in the network is low, the size of 'WinSize' will decrease.

"Beacon 프레임"의 'REPLY Order 필드'는 "Beacon 프레임"에 대한 응답으로 다수의 이웃 노드들이 "Approval 프레임"을 전송할 때 발생하는 충돌을 예방하기 위해 비경쟁 구간(CFP)에서 "Beacon 프레임"을 생성할 때만 설정되며, "Approval 프레임"이 전송되는 순서를 나타낸다. 'REPLY Order 필드'는 'NN(n) 필드'와 복수의 'Addr of Nn 필드'를 포함하며, 전자는 현재 자신의 1-홉 이웃 노드들의 수를 나타내며, 후자는 1-홉 이웃 노드의 주소를 가리킨다. 네트워크 부하를 줄이기 위해 자유경쟁 구간(CAP)에서 생성되는 "Beacon 프레임"의 'REPLY Order 필드'는 Null로 설정되는 것이 바람직하다.The "REPLY Order field" of the "Beacon frame" generates a "Beacon frame" in the non-competition interval (CFP) to prevent a collision that occurs when multiple neighbor nodes transmit an "Approval frame" in response to the "Beacon frame". It is set only when doing so, and indicates the order in which the "Approval frames" are transmitted. The 'REPLY Order field' contains a 'NN (n) field' and a plurality of 'Addr of Nn fields', the former representing the current number of its 1-hop neighbors, the latter the address of the 1-hop neighboring node. Point to. In order to reduce the network load, the 'REPLY Order field' of the 'Beacon frame' generated in the free competition section (CAP) is preferably set to Null.

"Approval(or NApproval) 프레임"은 'AS_check_window 필드'를 포함한다. "Beacon 프레임"을 수신한 노드는 자신의 AS 테이블을 확인하여 AS_check_window[WinSize]를 생성하고, 생성한 AS_check_window[WinSize]를 'AS Check Window 필드'에 삽입하여 "Approval 또는 NApproval 프레임"을 생성한다. "Approval 혹은 NApproval 프레임"은 "Beacon 프레임"을 송신한 노드에게 유니캐스트된다.The "Approval (or NApproval) frame" includes an 'AS_check_window field'. The node receiving the "Beacon frame" checks its AS table to generate AS_check_window [WinSize], and inserts the generated AS_check_window [WinSize] into the 'AS Check Window field' to generate an "Approval or NApproval frame". The "Approval or NApproval Frame" is unicast to the node that sent the "Beacon Frame".

"ACK 프레임"은 종래의 MAC 프로토콜과 동일한 구조를 갖는다. The "ACK frame" has the same structure as the conventional MAC protocol.

도 6 및 도 7은 초기 활성화 스케줄(AS)을 선택하는 과정에서 임의의 노드가 Beacon 프레임을 생성하여 전송한 후에 Approval 혹은 NApproval 프레임의 수신에 따라 ACK 프레임을 생성하고 전송하는 과정을 기술하는 흐름도이다.6 and 7 are flowcharts illustrating a process of generating and transmitting an ACK frame in response to receiving an Approval or NApproval frame after a node generates and transmits a Beacon frame in selecting an initial activation schedule (AS). .

시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)이 시작되면 모든 노드는 CAP_TIMER()를 초기화한 뒤(S122), 시간 카운트를 시작한다(S124). CAP_TIMER()의 타이머는 도 2에서 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP) 길이로 설정되며, CAP_TIMER()의 타이머 종료는 시간 프레임에서 자유경쟁 구간(CAP)의 종료 또는 비경쟁 구간(CFP)의 시작을 가리키고, 초기 활성화 스케줄(AS) 선택 단계의 종료를 의미한다.When the free competition section (CAP) of the time frame starts, all nodes initialize the CAP_TIMER () (S122) and then start time counting (S124). The timer of CAP_TIMER () is set to the length of the free competition interval (CAP) of the time frame in FIG. 2, and the end of the timer of CAP_TIMER () starts the end of the free competition interval (CAP) or the start of the non-competition interval (CFP) in the time frame. It indicates the end of the initial activation schedule (AS) selection step.

도 3의 노드 N3 를 예로 들어 설명하면, 노드 N3 는 CAP_TIMER()를 초기화하고, Beacon 프레임을 생성한다(S110). 노드 N3 는 Beacon 프레임을 생성한 후, 무작 위 백오프(random backoff) 동안 대기한 후에 채널 상태를 확인한다(S120, S126). S120 단계에서의 무작위 백오프는 Beacon 프레임의 동시 전송으로 인한 충돌 문제를 줄인다.Referring, for the node N 3 of FIG. 3 as an example, the node N 3 is the initialization CAP_TIMER (), and generates a Beacon frame (S110). After generating the Beacon frame, the node N 3 checks the channel state after waiting for random backoff (S120 and S126). Random backoff in step S120 reduces the collision problem due to simultaneous transmission of Beacon frames.

그리고, S126 단계에서의 확인 결과, 채널이 비어있으면, 이웃 노드들, 즉 노드 N2 와 노드 N4 에게 Beacon 프레임을 브로드캐스트하고(S128), 이에 대한 응답으로 노드 N2 와 노드 N4 로부터 Approval(또는 NApproval) 프레임의 수신을 대기한다(S130). 한편, 126 단계에서의 확인 결과, 채널이 비어있지 않으면, 무작위 백오프 동안 대기한 후 다시 채널 상태를 확인한다 If the channel is empty as a result of checking in step S126, a Beacon frame is broadcasted to neighbor nodes, that is, node N 2 and node N 4 (S128), and in response to the approval from node N 2 and node N 4 . (Or NApproval) wait for reception of a frame (S130). On the other hand, if the channel is not empty as a result of the check in step 126, after waiting for random backoff, the channel state is checked again.

노드 N3가 노드 N2와 노드 N4로부터 Approval 프레임을 수신하면(S134), Approval 프레임의 AS_check_window필드에 삽입된 AS_check_window와 자신의 AS_window를 OR 비트 연산하여 AS_window를 갱신하고(S138), 자신의 AS 테이블을 갱신한다(S140).When node N 3 receives an approval frame from nodes N 2 and N 4 (S134), it updates the AS_window by OR-biting its AS_check_window and its AS_window inserted into the AS_check_window field of the approval frame (S138), and then owns AS. The table is updated (S140).

AS_window와 AS_check_window는 각각 자신과 자신의 1-홉 이웃노드들에 의한 WinSize 범위 내 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내기 때문에 두 변수의 OR 비트 연산의 결과는 WinSize 범위 내에서 자신과 자신의 2-홉 이웃노드들이 선점하고 있는 타임슬롯을 나타내게 된다.Since AS_window and AS_check_window indicate whether or not the time slots within the WinSize range are occupied by themselves and their 1-hop neighbors, the result of the OR bit operation of the two variables is the result of the self and their 2-hop neighbors within the WinSize range. This will indicate the timeslot that the nodes are preempting.

만약, S134 단계에서 노드 N3가 NApproval 프레임을 수신하면, NApproval 프레임의 AS_check_window필드에 삽입된 AS_check_window와 자신의 AS_window를 OR 비트 연산하여 갱신하고(S136), Beacon 생성 및 전송 과정을 재반복한다.If the node N 3 receives the NApproval frame in step S134, the AS_check_window inserted into the AS_check_window field of the NApproval frame and its AS_window are updated by OR bit operation (S136), and the Beacon generation and transmission process is repeated.

다음으로, 노드 N3 는 Approval 프레임에 대한 응답으로 ACK 프레임을 생성하여 유니캐스트하고(S142, S144), 계속해서 다른 이웃 노드로부터의 Approval(or NApproval) 프레임 수신을 대기한다(S130).Next, the node N 3 generates and unicasts an ACK frame in response to the approval frame (S142, S144), and subsequently waits for reception of an approval (or NApproval) frame from another neighbor node (S130).

도 7을 참고하여 S110 단계를 보다 상세하게 설명하면, 먼저, AS_window가 존재하는지를 판단한다(S112), S112 단계에서의 판단 결과, AS_window가 이미 존재한다면 AS_window를 갱신(S115)한 후에 AS_window내의 비어있는 타임슬롯 중에서 하나를 활성화 스케줄(AS)로 선택한다(S116). 반면, AS_window가 존재하지 않는다면 AS_window를 생성(S114)한 후에 AS_window[WinSize] 내의 비어있는 타임슬롯 중에서 하나를 활성화 스케줄(AS)로 선택한다(S116). 그리고, 네트워크 부하를 줄이기 위해 자유경쟁 구간(CAP)에서 생성되는 REPLY Order 필드는 Null로 설정하고(S117), MHR 과 MFR을 설정하여 Beacon 프레임을 생성한다(S118).Referring to FIG. 7, the step S110 will be described in more detail. First, it is determined whether the AS_window exists (S112). If the AS_window already exists, the AS_window is updated (S115) after the AS_window already exists. One of the timeslots is selected as the activation schedule (AS) (S116). On the other hand, if AS_window does not exist, after generating AS_window (S114), one of the empty timeslots in AS_window [WinSize] is selected as the activation schedule (AS). In order to reduce the network load, the REPLY Order field generated in the free competition section (CAP) is set to Null (S117), and a Beacon frame is generated by setting MHR and MFR (S118).

도 8은 도 3의 노드 N2와 노드 N4가 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 이웃 노드로부터 Beacon 프레임을 수신할 때의 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart for describing a processing procedure when nodes N 2 and N 4 of FIG. 3 receive a Beacon frame from a neighbor node in a free competition period (CAP) of a time frame.

도 3 및 8을 참고하여 설명하면, 노드 N2와 노드 N4가 노드 N3로부터 Beacon 프레임을 수신하면, 노드 N2와 노드 N4는 노드 N3로부터 동일 Beacon 프레임을 수신한 적이 있는지 확인한다(S210). 예컨대, 노드 N3가 갖는 위치 식별자(예컨대, 소스 IP)를 이용하여 이전에 노드 N3로부터 Beacon 프레임을 수신한 적이 있는 지를 판단한다. Referring to FIGS. 3 and 8, when nodes N 2 and N 4 receive a Beacon frame from node N 3 , the nodes N 2 and N 4 check whether they have received the same Beacon frame from node N 3 . (S210). For example, it is determined whether prior to using the node N 3 is the location identifier (e.g., a source IP) has been received in the Beacon frame from the node N 3.

만약 이전에 노드 N3로부터 Beacon 프레임을 수신한 적이 있다면, 새로이 수신한 Beacon 프레임이 이전에 수신한 Beacon 프레임 보다 최근 것인지를 판단한다(S212). 새로이 수신한 Beacon 프레임이 이전에 수신한 Beacon 프레임 보다 최근 것이면, 이전 Beacon 프레임 수신 후에 도 8의 과정에 따라 수행했던 처리 내용을 무효화하고, S218 단계로 이동하여 도 8의 과정을 재수행한다. 그리고, S212 단계에서 새로이 수신한 Beacon 프레임이 이전에 수신한 Beacon 프레임 보다 최근 것이 아니면, 노드 N3 로부터 수신한 Beacon 프레임은 폐기한다(S216).If the Beacon frame has been received from the node N 3 before, it is determined whether the newly received Beacon frame is more recent than the previously received Beacon frame (S212). If the newly received Beacon frame is more recent than the previously received Beacon frame, the processing performed according to the process of FIG. 8 after the previous Beacon frame is invalidated, and the process moves to step S218 to perform the process of FIG. 8 again. If the newly received Beacon frame is not newer than the previously received Beacon frame in step S212, the Beacon frame received from the node N 3 is discarded (S216).

만약, 이전에 노드 N3로부터 Beacon 프레임을 수신한 적이 없다면, 노드 N2와 노드 N4는 노드 N3로부터 수신한 Beacon 프레임에 포함된 NAS 필드 값를 추출하고(S218), 자신의 AS 테이블에서 유지하고 있는 각 엔터티(entity)의 nextAS 필드 값과 비교하여 AS 테이블 내에 동일 NAS 필드 값이 존재하는 지를 판단한다(S220).If no Beacon frame has been received from node N 3 before, node N 2 and node N 4 extract the NAS field value included in the Beacon frame received from node N 3 (S218) and maintain it in its AS table. It is determined whether the same NAS field value exists in the AS table by comparing with the nextAS field value of each entity (S220).

S220 단계에서의 판단 결과, AS 테이블의 nextAS 필드에 Beacon 프레임에 포함된 NAS 필드와 동일한 값이 존재한다면 NApproval 프레임을 생성하고(S228), 그렇지 않다면 자신의 AS 테이블을 갱신하고 Approval 프레임을 생성한다(S222,S224). As a result of the determination in step S220, if the same value as the NAS field included in the Beacon frame exists in the nextAS field of the AS table, the NApproval frame is generated (S228), otherwise, the own AS table is updated and an Approval frame is generated ( S222, S224).

S220 단계에서, AS 테이블의 nextAS 필드에 NAS 필드와 동일한 값이 존재한 다는 것은 노드 N3가 활성화 스케줄로 선택한 타임슬롯이 이미 다른 이웃하는 노드에 의해서 선점되었다는 것을 의미한다. 즉, 만약 노드 N3와 이웃 노드가 동일한 타임슬롯에서 동시에 활성화하여 데이터를 전송하면 충돌이 발생하여 원활한 통신이 이루어질 수 없게됨을 의미한다. 따라서, 이를 회피하기 위해 노드 N3는 다른 타임슬롯을 자신의 활성화 스케줄(AS)로 재선택할 필요가 있고, 이를 위해 Approval 프레임 대신에 NApproval 프레임이 이용한다. 즉, NApproval 프레임은 노드 N3가 선택한 활성화 스케줄의 이용을 허가하지 않는 것이고, Approval 프레임은 노드 N3가 선택한 활성화 스케줄의 이용을 허가한다는 것을 의미한다.In step S220, the same value as the NAS field in the nextAS field of the AS table means that the timeslot selected by the node N 3 as the activation schedule has already been preempted by another neighboring node. That is, if node N 3 and the neighbor node simultaneously activate data transmission in the same timeslot, it means that a collision occurs and smooth communication cannot be achieved. Therefore, to avoid this, node N 3 needs to reselect another timeslot as its activation schedule (AS), which is used by the NApproval frame instead of the Approval frame. That is, the NApproval frame means that the node N 3 does not allow the use of the activation schedule selected by the node, and the Approval frame means that the node N 3 permits the use of the selected activation schedule.

다음으로, 충돌을 줄이기 위해 노드 N2과 노드 N4는 무작위 백오프 동안 대기(S226)한 후에 채널 상태를 확인한다(S240). S240 단계에서 채널이 비어있으면, 노드 N2과 노드 N4는 노드 N3에게 Approval(또는 NApproval) 프레임을 브로드캐스트하고(S242), 이에 대한 응답으로 노드 N3가 전송하는 ACK 프레임의 수신을 대기한다(S244). 그리고, 해당 ACK 프레임이 수신되는지를 확인하여(S246), 수신한 ACK 프레임이 해당 ACK 프레임이 아니면 폐기하고(S248), 해당 ACK 프레임이면 처리과정을 종료한다. Next, in order to reduce the collision, the node N 2 and the node N 4 check the channel state after waiting for a random backoff (S226) (S240). If at S240 step the channel is empty, the node N 2 and the node N 4 is waiting to receive the ACK frame to the node N 3 transmitted to the node N 3 for Approval (or NApproval) frame broadcast, and (S242), In response, (S244). If the corresponding ACK frame is received (S246), if the received ACK frame is not the corresponding ACK frame, it is discarded (S248). If the corresponding ACK frame is received, the process is terminated.

지금까지는 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 각 노드가 초기 활성화 스케줄을 선택하는 처리 과정에 대해 설명하였다.So far, the process of selecting each initial activation schedule by each node in the free competition interval (CAP) of the time frame has been described.

이하에서는, 자유경쟁 구간(CAP)이 종료된 후에 비경쟁 구간(CFP)에서 수행되는 능동적 수면/활성 듀티 사이클 과정에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, an active sleep / active duty cycle process performed in the non-competition period CFP after the free competition period CAP will be described.

도 9는 시간 프레임에서 자유경쟁 구간(CAP)이 종료된 후에 비경쟁 구간(CFP)에서 수행되는 능동적 수면/활성 듀티 사이클 과정의 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining an example of an active sleep / active duty cycle process performed in a non-competition period (CFP) after the free competition period (CAP) ends in a time frame.

도 9에서의 각 노드는 자유경쟁 구간(CAP)이 종료하면 활성 모드에서 수면 모드로 전환한다. 비경쟁 구간(CFP)에서 각 노드는 계속해서 수면 모드를 유지하고, AS 테이블을 확인하여 자신의 활성화 스케줄과 1-홉 거리 이웃 노드들의 활성화 스케줄에만 수면 모드에서 활성 모드로 전환한다.Each node in FIG. 9 switches from the active mode to the sleep mode when the CAP ends. In the non-competition period (CFP), each node continuously maintains the sleep mode, checks the AS table, and switches from the sleep mode to the active mode only in its own activation schedule and the activation schedule of neighboring nodes 1-hop distance.

도 9를 참고하면, 이전 자유경쟁 구간(CAP)의 초기 활성화 스케줄 선택 단계에서 노드 N1, 노드 N2, 노드 N3, 노드 N4, 노드 N5는 t8, t2, t5, t8, t10 타임슬롯을 각각 자신의 활성화 스케줄로 선택했고, 이를 기초로 AS 테이블을 구성하였다고 가정하기로 한다.9, node N 1 , node N 2 , node N 3 , node N 4 , and node N 5 are t 8 , t 2 , t 5 , t in the initial activation schedule selection step of the previous free competition interval (CAP). It is assumed that 8 and t 10 timeslots are selected as their activation schedules, and an AS table is configured based on these.

예를 들어, 노드 N2는 t2 타임슬롯에서 오너(owner)로써 활성 모드로 전환하고, 이때 노드 N1, 노드 N3은 넌오너(non-owner)로써 활성 모드로 전환한다. 그리고, 노드 N3는 t5 타임슬롯에서 오너로써 활성 모드로 전환하고, 이때 노드 N2, 노드 N4은 넌오너로써 활성 모드로 전환한다. 여기서 타임슬롯의 오너는 해당 타임슬 롯 동안에 채널의 배타적 접근 권한을 갖는 노드이고, 넌오너는 단지 데이터를 수신만 할 수 있는 노드를 의미한다. 넌오너는 오너의 1-홉 거리 이웃노드이다. 오너로써 활성화된 노드는 Beacon 프레임을 생성하여 브로드캐스트한다.For example, node N 2 switches to active mode as an owner in a t 2 timeslot, where node N 1 and node N 3 switch to active mode as a non-owner. The node N 3 switches to the active mode as the owner at the t 5 timeslot, and at this time, the nodes N 2 and N 4 switch to the active mode as the non-owner. Here, the owner of the timeslot is a node having exclusive access rights of the channel during the timeslot, and the non-owner means a node which can only receive data. The non-owner is the owner's one-hop street neighbor. The node activated as the owner creates and broadcasts a Beacon frame.

도 10 및 도 11은 무선 센서 네트워크에서의 각 노드들이 타임슬롯의 경계에서 수면 모드로부터 활성 모드로의 전환 여부를 결정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.10 and 11 are flowcharts illustrating a process of determining whether each node in the wireless sensor network switches from a sleep mode to an active mode at a boundary of a timeslot.

이하, 모드 전환을 결정하는 처리 과정은 무선 센서 네트워크를 구성하는 모든 노드에서 동일하게 적용된다. 따라서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 9의 노드 N4가 타임슬롯의 경계에서 수면 모드로부터 활성 모드로의 전환 여부를 결정하는 과정을 예로 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, the process of determining the mode switching is equally applied to all nodes constituting the wireless sensor network. Therefore, in order to facilitate understanding of the present invention, a process of determining whether the node N 4 of FIG. 9 switches from the sleep mode to the active mode at the boundary of the timeslot will be described as an example.

타임슬롯이 시작되면, 즉 비경쟁 구간(CFP)이 시작되면 노드 N4는 자신의 AS테이블을 확인한다(S310). 그리고, 노드 N4는 자신의 AS테이블을 확인하여 해당 타임슬롯의 경계에서 자신이 활성 모드로 전환해야하는지를 판단한다(S320). 노드 N4 의 경우, 도 9에 도시된 AS 테이블을 참조하면, t5, t8, t10 타임슬롯에서 활성화 모드로 전환해야한다. S310에서의 판단 결과, 해당 타임슬롯의 경계에서 활성 모드로 전환해야 하면, AS 테이블을 참조하여 자신이 오너로써 활성 모드로 전환해야 하는지 넌오너로써 활성 모드로 전환해야하는 지를 판단한다(S330). 도 11의 단계 S312 내지 단계 S318은 도 10의 활성 모드 전환을 위한 판단 과정 및 오너로써 활성 모드로 전환해야 하는지 넌오너로써 활성 모드로 전환해야하는 지를 판단하는 과정을 구체적으로 나타낸다. 노드 N4 의 경우, t8 타임슬롯에서는 오너로써 활성 모드로 전환하고, t5 타임슬롯과 t10 타임슬롯에서 넌오너로써 활성 모드로 전환해야한다.When the timeslot starts, that is, when the non-competition section (CFP) starts, the node N 4 checks its AS table (S310). The node N 4 checks its AS table to determine whether it should switch to the active mode at the boundary of the corresponding timeslot (S320). For node N 4 , referring to the AS table shown in FIG. 9, it is necessary to switch to the active mode in the t 5 , t 8 , and t 10 timeslots. As a result of the determination in S310, if it is necessary to switch to the active mode at the boundary of the corresponding timeslot, it is determined whether the user should switch to the active mode as the owner or the non-owner to the active mode with reference to the AS table (S330). Steps S312 to S318 of FIG. 11 specifically illustrate a determination process for switching the active mode of FIG. 10 and a process of determining whether to switch to the active mode as the owner or to the active mode as the non-owner. For node N 4 , we need to switch to active mode as the owner at t 8 timeslot and to active mode as the non-owner at t 5 timeslot and t 10 timeslot.

S330 단계에서의 판단 결과, 오너로써 활성 모드로 전환해야하면, 즉 t8 타임슬롯이면 노드 N4는 Beacon 프레임을 생성하여 이웃 노드에게 브로드캐스트한다(S340). As a result of the determination in step S330, if the owner needs to be switched to the active mode, that is, if t 8 timeslot, node N 4 generates a Beacon frame and broadcasts it to the neighbor node (S340).

S330 단계에서의 판단 결과, 넌오너로써 활성 모드로 전환해야 하면, 즉, t5 타임슬롯과 t10 타임슬롯이면 노드 N4는 이웃 노드로부터 Beacon 프레임을 수신한 뒤, 그에 대응하는 Approval(또는 NApproval) 프레임을 이웃 노드에 유니캐스트한다(S350).As a result of the determination in step S330, if it is necessary to switch to the active mode as the non-owner, that is, if t 5 timeslot and t 10 timeslot, the node N 4 receives the Beacon frame from the neighbor node, and then receives the corresponding Approval (or NApproval). ) Unicast the frame to the neighbor node (S350).

한편, S320 단계에서 AS 테이블을 확인한 결과, 해당 타임슬롯이 노드 N4가 활성 모드로 전환할 타임슬롯이 아니라면 TIMESLOT_TIMER()를 초기화하고(S326), 타임슬롯의 길이만큼 시간을 카운트한 뒤 과정을 종료한다(S326).On the other hand, after checking the AS table in step S320, if the corresponding time slot is not a time slot for node N 4 to switch to active mode, it initializes TIMESLOT_TIMER () (S326), counts the time by the length of the time slot, and then proceeds. It ends (S326).

도 12는 시간 프레임의 자유경쟁 구간이 종료된 후에 비경쟁 구간(CFP)에서 능동적 수면/활성 듀티 사이클을 위한 Beacon/Approval 2단계 핸드셰이크 처리 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 13 내지 도 16은 도 12의 임의의 노드에서 Beacon 프레임을 생성하고 전송하는 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 12 is a conceptual view illustrating a Beacon / Approval two-step handshake process for an active sleep / active duty cycle in a non-competition period (CFP) after the free competition period of the time frame is finished, and FIGS. 13 to 16 are FIGS. A flowchart for describing a process of generating and transmitting a beacon frame in any 12 nodes.

이하에서는, 도 12에 도시한 노드 N2를 예로 들어 설명하기로 한다. 이때, 노드 N2는 도 9에 정의된 AS 테이블을 구성하고 있다고 가정하기로 한다. Hereinafter, the node N 2 illustrated in FIG. 12 will be described as an example. In this case, it is assumed that the node N 2 configures the AS table defined in FIG. 9.

도 9에 정의된 AS 테이블에 따라 t2 타임슬롯에서 깨어난 노드 N2는 현재 타임슬롯(t2)과 WinSize(16)를 고려하여 자신의 AS_window[st, et] 범위를 결정하고, AS 테이블을 확인하여 AS_window를 생성한다(S410). 이때, WinSize 사이즈가 16이고, 노드 N3와 노드 N1에 의해 t5 타임슬롯과 t8 타임슬롯이 각각 선점되어 있으므로, AS_window[0010010000000000]와 같은 AS_window가 생성된다. S410 단계에서 AS_window를 생성하는 과정은 도 14의 S412 내지 S417 단계를 통해 달성될 수 있다. 여기서 st = current_ts + 1, et = current_ts + WinSize, current_ts는 현재 타임슬롯을 의미한다. According to the AS table defined in FIG. 9, the node N 2 waking from the t 2 timeslot determines its AS_window [st, et] range in consideration of the current timeslot t 2 and WinSize (16), and the AS table. Check and generate an AS_window (S410). At this time, WinSize and size is 16, so the node N 3 and the node N by 1 time slot and t 5 t 8 time slots are reserved, respectively, such as a AS_window AS_window [0010010000000000] is generated. The process of generating the AS_window in step S410 may be achieved through steps S412 to S417 of FIG. 14. Where st = current_ts + 1, et = current_ts + WinSize, current_ts represents the current timeslot.

다음으로, 노드 N2는 S410 단계에서 생성된 AS_window[0010010000000000]에서 현재 선점되지 않은 타임슬롯들 중 하나를 자신의 다음 활성화 스케줄(AS)로 선택한다(S420). 여기서 노드 N2 가 타임슬롯 t10 을 자신의 다음 활성화 스케줄로 선택하였다고 가정하기로 한다. 노드 N2는 타임슬롯 t10을 활성화 스케줄로 선택하였음을 표시하여 Beacon 프레임의 'NAS 필드'에 삽입하고(S425), 자신의 AS 테이블에서 1-홉 이웃노드의 주소, 즉 노드 N1과 노드 N3를 추출한다. 그리고, 각 노드를 추 출한 순서에 따라 노드 N1과 노드 N3의 주소를 'REPLY Order 필드'에 삽입하여 Beacon 프레임을 생성한다(S430). S430 단계에서 자신의 AS 테이블에서 1-홉 이웃노드의 주소를 추출하여 'REPLY Order 필드'를 설정하는 과정은 도 15의 S432 단계 내지 S436을 통해 달성될 수 있다.Next, node N 2 selects one of timeslots not currently preempted in its AS_window [0010010000000000] generated in step S410 as its next activation schedule (AS) (S420). It is assumed here that node N 2 has selected timeslot t 10 as its next activation schedule. Node N 2 indicates that time slot t 10 has been selected as an activation schedule and is inserted into the 'NAS field' of the Beacon frame (S425), and the address of the 1-hop neighbor node in its AS table, that is, node N 1 and node Extract N 3 . In addition, the beacon frame is generated by inserting the addresses of the node N 1 and the node N 3 into the 'REPLY Order field' according to the order of extracting each node (S430). The process of setting the 'REPLY Order field' by extracting the address of the 1-hop neighbor node from its AS table in step S430 may be accomplished through steps S432 to S436 of FIG. 15.

도 2를 통해 전술한 바와 같이, 시간 프레임의 비경쟁 구간(CFP)에서 각각의 타임슬롯은 CP와 DP로 분할되어 있고, CP는 다수의 미니슬롯들로 분할되어 있다. 노드 N2는 CP의 첫번째 미니슬롯에서 Beacon 프레임을 브로드캐스트한다(S435).As described above with reference to FIG. 2, each time slot is divided into a CP and a DP, and the CP is divided into a plurality of mini slots in a non-competition period (CFP) of the time frame. The node N 2 broadcasts a Beacon frame in the first minislot of the CP (S435).

그리고, 노드 N2는 노드 N1 또는 노드 N3 으로부터 Approval 프레임 또는 NApproval 프레임의 수신을 대기한다(S440,S445). S445 단계에서 노드 N2가 Approval 프레임을 수신하면, 자신의 AS_window를 갱신하고(S445), 타임슬롯에서 CP 구간이 종료할 때까지 다음 Approval 프레임의 수신을 대기한다. 만약 S445 단계에서 노드 N2가 NApproval 프레임을 수신하면, 이전에 자신이 선택한 활성화 스케줄(AS)이 다른 이웃 노드에 의해서 선점되었다는 것으로 인지하고, 전술한 바와 같이 NApproval 프레임에 포함된 AS_check_window 필드를 이용하여 자신의 AS_window를 갱신(S460)한 후에 Beacon 생성 및 전송 과정을 재반복한다(S470). S445 단계 또는 S460 단계에서 AS_window를 갱신하는 과정은 도 16의 S462 단계 내지 S465 단계를 통해 달성될 수 있다. 즉, Approval 프레임 또는 NApproval 프레임에 포함된 AS_check_window 필드와 자신의 AS_window 필드를 OR 비트 연산하여 갱신한다.And node N 2 is node N 1 or node Wait for the reception of the approval frame or the NApproval frame from N 3 (S440, S445). When the node N 2 receives the approval frame in step S445, it updates its AS_window (S445) and waits for reception of the next approval frame until the CP section ends in the timeslot. If the node N 2 receives the NApproval frame in step S445, it is recognized that the previously selected activation schedule (AS) has been preempted by another neighbor node, and as described above, the AS_check_window field included in the NApproval frame is used. After updating its AS_window (S460), the process of generating and transmitting the beacon is repeated (S470). The process of updating the AS_window in step S445 or step S460 may be accomplished through steps S462 to S465 of FIG. 16. In other words, the AS_check_window field and its own AS_window field included in the Approval frame or NApproval frame are updated by OR bit operation.

CP 구간이 종료되면(S446,S447), DP 구간에서 노드 N2는 배타적으로 채널에 접근하여 데이터 패킷을 전송한다. 이후 DP구간이 종료하면, 노드 N2, 노드 N1, 및 노드 N3는 활성 모드에서 수면 모드로 전환하여 대기한다. When the CP section ends (S446, S447), in the DP section, the node N 2 exclusively accesses the channel and transmits a data packet. After the DP section ends, node N 2 , node N 1 , and node N 3 switches from the active mode to the sleep mode and waits.

도 17은 도 12의 노드 N1과 노드 N3가 노드 N2로부터 Beacon 프레임을 수신한 후 Approval(또는 NApproval)프레임을 생성한 후 전송하는 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 17 is a flowchart illustrating a process in which nodes N 1 and N 3 of FIG. 12 generate a Approval (or NApproval) frame after receiving a Beacon frame from node N 2 , and then transmit it.

노드 N2로부터 Beacon 프레임을 수신하면, 노드 N1과 노드 N3는 수신한 Beacon 프레임에서 NAS 필드 값을 추출한다(S510,S520). 그리고, 노드 N1과 노드 N3 는 각각 자신의 AS 테이블을 이용하여 Beacon 프레임에서 추출한 NAS 필드 값이 중복되는지 여부를 확인한다(S530,S540). S540 단계에서의 판단 결과, 자신의 AS 테이블에서 Beacon 프레임의 NAS 필드 값이 존재하면, NApproval 프레임을 생성하고(S545), 자신의 AS 테이블에서 Beacon 프레임의 NAS 필드 값이 존재하지 않으면 Approval 프레임을 생성한다(S547). 이때 노드 N1과 노드 N3는 전술한 바와 같이 AS_check_window[st,et] 범위를 결정하고, 자신의 AS 테이블을 확인하여 AS_check_window[st,et]를 설정한다. When the Beacon frame is received from the node N 2 , the nodes N 1 and N 3 extract NAS field values from the received Beacon frame (S510 and S520). The nodes N 1 and N 3 respectively check whether the NAS field values extracted from the Beacon frame are duplicated using their AS tables (S530 and S540). As a result of the determination in step S540, if the NAS field value of the Beacon frame exists in its AS table, a NApproval frame is generated (S545), and if the NAS field value of the Beacon frame does not exist in its AS table, an Approval frame is generated. (S547). At this time, the node N 1 and the node N 3 determine the range of AS_check_window [st, et] as described above, check their own AS table, and set AS_check_window [st, et].

이후 노드 N1과 노드 N3은 Beacon 프레임의 REPLY Order 필드에 기술된 전송 순서에 따라 CP의 해당하는 미니슬롯 동안에 Approval 프레임을 유니캐스트한 다(S560 내지 S575). 도면 18은 도 9의 예에서 노드 N2의 Beacon 프레임에 대한 응답으로 노드 N3가 Approval 프레임을 전송할 때, Approval 프레임에 포함되는 AS_check_window 필드의 구성을 나타낸 도면이다. 노드 N3는 자신의 AS 테이블에서 자신과 1-홉 거리 이웃노드의 AS(즉, 타임슬롯 t5와 타임슬롯 t8)를 추출하고, AS_check_window[3]과 AS_check_window[6]의 비트를 1로 설정한다.Thereafter, the nodes N 1 and N 3 unicast the approval frame during the corresponding minislot of the CP according to the transmission order described in the REPLY Order field of the Beacon frame (S560 to S575). FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an AS_check_window field included in an Approval frame when the node N 3 transmits an Approval frame in response to a Beacon frame of the node N 2 in FIG. 9. Node N 3 extracts the ASs (ie timeslot t 5 and timeslot t 8 ) of its own and one-hop distance neighbor nodes from its AS table and sets the bits of AS_check_window [3] and AS_check_window [6] to 1 Set it.

한편, 노드 N1과 노드 N3는 노드 N2로부터 Beacon 프레임을 수신하면 TIMESLOT_TIMER()를 초기화하고(S512), 타임슬롯의 길이만큼 시간을 카운트한 뒤 처리 과정을 종료한다(S514).On the other hand, when the node N 1 and the node N 3 receive the Beacon frame from the node N 2 , it initializes the TIMESLOT_TIMER () (S512), counts the time by the length of the time slot, and ends the process (S514).

본 발명은 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, 플로피 디스크 및 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 캐리어 웨이브(예컨대, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage. Also included are those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, the best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 본 발명에 적용되는 활성 스케줄 테이블의 일예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of an active schedule table applied to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법에서의 시간 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a time frame structure in an active sleep / active duty cycle method according to the present invention.

도 3은 시간 프레임의 자유경쟁 구간에서 동적 이웃 노드 탐색과 초기 활성화 스케줄을 선택하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a process of searching for a dynamic neighbor node and selecting an initial activation schedule in a free competition section of a time frame.

도 4는 Beacon, Approval(or NApproval), 및 ACK 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the structure of the Beacon, Approval (or NApproval), and ACK frame.

도 5는 AS_window[WinSize]의 구성 예를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of a configuration of AS_window [WinSize].

도 6 내지 도 7은 초기 활성화 스케줄(AS)을 선택하는 과정에서 임의의 노드가 Beacon 프레임을 생성하여 전송한 후에 Approval 혹은 NApproval 프레임의 수신에 따라 ACK 프레임을 생성하고 전송하는 과정을 기술하는 흐름도이다. 6 to 7 are flowcharts illustrating a process of generating and transmitting an ACK frame according to reception of an Approval or NApproval frame after a node generates and transmits a Beacon frame in selecting an initial activation schedule (AS). .

도 8은 시간 프레임의 자유경쟁 구간(CAP)에서 임의의 노드가 이웃 노드로부터 Beacon 프레임을 수신할 때의 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 8 is a flowchart illustrating a processing process when an arbitrary node receives a Beacon frame from a neighbor node in a free contention period (CAP) of a time frame.

도 9는 시간 프레임에서 자유경쟁 구간(CAP)이 종료된 후에 비경쟁 구간(CFP)에서 수행되는 능동적 수면/활성 듀티 사이클 과정의 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining an example of an active sleep / active duty cycle process performed in a non-competition period (CFP) after the free competition period (CAP) ends in a time frame.

도 10 및 도 11은 무선 센서 네트워크에서의 각 노드들이 타임슬롯의 경계에서 수면 모드로부터 활성 모드로의 전환 여부를 결정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.10 and 11 are flowcharts illustrating a process of determining whether each node in the wireless sensor network switches from a sleep mode to an active mode at a boundary of a timeslot.

도 12는 시간 프레임의 자유경쟁 구간이 종료된 후에 비경쟁 구간(CFP)에서 능동적 수면/활성 듀티 사이클을 위한 Beacon/Approval 2단계 핸드셰이크 처리 과정을 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a Beacon / Approval two-step handshake processing process for an active sleep / active duty cycle in a non-competition period (CFP) after the free competition period of the time frame is finished.

도 13 내지 도 16은 도 12의 임의의 노드에서 Beacon 프레임을 생성하고 전송하는 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.13 to 16 are flowcharts for describing a process of generating and transmitting a beacon frame in any node of FIG. 12.

도 17은 도 12의 노드 N1과 노드 N3가 노드 N2로부터 Beacon 프레임을 수신한 후 Approval(또는 NApproval)프레임을 생성한 후 전송하는 처리 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 17 is a flowchart illustrating a process in which nodes N 1 and N 3 of FIG. 12 generate a Approval (or NApproval) frame after receiving a Beacon frame from node N 2 , and then transmit it.

도면 18은 도 9의 예에서 노드 N2의 Beacon 프레임에 대한 응답으로 노드 N3가 Approval 프레임을 전송할 때, Approval 프레임에 포함되는 AS_check_window 필드의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an AS_check_window field included in an Approval frame when the node N 3 transmits an Approval frame in response to a Beacon frame of the node N2 in the example of FIG. 9.

Claims (9)

무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법으로서,An active sleep / active duty cycle method in a wireless sensor network, 시간 프레임의 자유경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 핸드셰이크를 수행하여 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하고, 초기 활성화 스케줄을 선택하는 단계; 및Performing a handshake with a one-hop distance neighbor node in a free contention period of a time frame, searching for a one-hop distance neighbor node, and selecting an initial activation schedule; And 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계를 포함하며,In the non-competition period of the time frame, exchanging information about an activation schedule with a neighboring node one-hop distance, and selecting an activation schedule thereof; 상기 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하고, 초기 활성화 스케줄을 선택하는 단계는Searching for the 1-hop distance neighbor node and selecting an initial activation schedule 활성화 스케줄 테이블을 이용하여 제1 활성화 스케줄을 선택하는 단계;Selecting a first activation schedule using an activation schedule table; 상기 제1 활성화 스케줄에 대한 정보를 포함하는 Beacon 프레임을 상기 1-홉 거리 이웃 노드로 브로드캐스트하는 단계; 및Broadcasting a beacon frame including information about the first activation schedule to the 1-hop distance neighbor node; And 상기 1-홉 거리 이웃 노드로부터 Approval 프레임이 수신되면 상기 Approval 프레임에 포함된 AS Check Window 필드를 이용하여 상기 활성화 스케줄 테이블을 갱신하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.And updating an activation schedule table using an AS Check Window field included in the approval frame when an approval frame is received from the 1-hop distance neighbor node. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 1-홉 거리 이웃 노드를 탐색하고, 초기 활성화 스케줄을 선택하는 단계는Searching for the 1-hop distance neighbor node and selecting an initial activation schedule 상기 1-홉 거리 이웃 노드로부터 NApproval 프레임이 수신되면 상기 NApproval 프레임에 포함된 AS Check Window 필드를 이용하여 상기 활성화 스케줄 테이블을 갱신하는 단계;Updating the activation schedule table using an AS Check Window field included in the NApproval frame when a NApproval frame is received from the 1-hop distance neighbor node; 갱신된 활성화 스케줄 테이블을 이용하여 제2 활성화 스케줄을 선택하는 단계; 및Selecting a second activation schedule using the updated activation schedule table; And 상기 제2 활성화 스케줄에 대한 정보를 포함하는 Beacon 프레임을 상기 1-홉 거리 이웃 노드로 브로드캐스트하는 단계를 더 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.And broadcasting a Beacon frame including information about the second activation schedule to the 1-hop distance neighbor node. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 Beacon 프레임은 The Beacon frame 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.Active sleep / active duty cycle method in a wireless sensor network, characterized in that it comprises information indicating whether the time slots located within a predetermined range in the non-competition period of the time frame. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 활성화 스케줄 테이블을 갱신하는 단계는Updating the activation schedule table 상기 Approval 프레임에 포함된 상기 1-홉 거리 이웃 노드의 활성화 스케줄에 대한 정보를 획득하여 상기 활성화 스케줄 테이블에 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.And obtaining information on an activation schedule of the 1-hop distance neighbor node included in the approval frame and maintaining the information on the activation schedule in the activation schedule table. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 활성화 스케줄 테이블은,The activation schedule table, 1-홉 거리 이웃 노드의 식별자, 자신과 상대 노드와의 논리적인 홉 수, 상기 비경쟁 구간에서 수면 모드의 노드가 활성 모드로 전환하는 타임슬롯에 관한 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.Wireless sensor network comprising an identifier of a 1-hop distance neighbor node, a logical number of hops between itself and a counterpart node, and timeslots at which a node in sleep mode transitions to an active mode in the non-competition interval Active sleep / active duty cycle method in 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계는,In the non-competition period of the time frame, the step of selecting an activation schedule by exchanging information about an activation schedule with a neighboring node 1-hop distance, 상기 초기 활성화 스케줄에 해당하는 타임슬롯에서 오너로써 활성 모드로 전환하는 단계; 및Switching to an active mode as an owner in a timeslot corresponding to the initial activation schedule; And 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보가 포함된 Beacon 프레임을 생성하여 이웃 노드에게 브로드캐스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.Active sleep in the wireless sensor network, comprising the step of generating a Beacon frame containing information indicating whether the time slots located within a certain range in the non-competition period of the time frame to a neighboring node / Active duty cycle method. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 1-홉 거리 이웃 노드와 활성화 스케줄에 대한 정보를 상호 교환하여 자신의 활성화 스케줄을 선택하는 단계는,In the non-competition period of the time frame, the step of selecting an activation schedule by exchanging information about an activation schedule with a neighboring node 1-hop distance, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간에서 일정 범위 내에 위치하는 타임슬롯들의 선점 여부를 나타내는 정보가 포함된 Approval 프레임을 상기 1-홉 거리 이웃 노드로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.Receiving an approval frame from the 1-hop distance neighbor node including information indicating whether the time slots within a predetermined range are preempted in the non-competition period of the time frame. Sleep / Active Duty Cycle Method. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 시간 프레임의 비경쟁 구간은,The non-competition section of the time frame, 복수의 타임슬롯들로 구성되고, 각 타임슬롯은 제어 구간과 데이터 전송구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 능동적 수면/활성 듀티 사이클 방법.An active sleep / active duty cycle method in a wireless sensor network comprising a plurality of timeslots, each timeslot comprising a control interval and a data transmission interval. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012083512A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 Alcatel-Lucent Shanghai Bell Co., Ltd. Methods and apparatuses for communication in a personal area network
KR101475934B1 (en) * 2013-07-02 2014-12-23 고려대학교 산학협력단 Mode controlling node and method thereof in an ad-hoc network
CN106792574B (en) * 2015-11-19 2019-11-22 普天信息技术有限公司 A kind of cluster direct communication method based on terminal-to-terminal service
KR101999128B1 (en) 2017-05-10 2019-07-11 한국전력공사 communication method of gateway for multi- wireless communication standard
CN109951450B (en) * 2019-01-18 2020-06-26 紫光云引擎科技(苏州)有限公司 Server-based information security collection and interaction method and system
CN110855326A (en) * 2019-12-09 2020-02-28 华能澜沧江水电股份有限公司 Photovoltaic array area component level power carrier communication system and working method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080050984A (en) * 2006-12-04 2008-06-10 한국전자통신연구원 Method for determining the superframe for beacon scheduling
KR20080075806A (en) * 2007-02-13 2008-08-19 에스케이 텔레콤주식회사 Method for allocating a beacon slot using a beacon table in wireless personal area network(wpan) and wpan device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080050984A (en) * 2006-12-04 2008-06-10 한국전자통신연구원 Method for determining the superframe for beacon scheduling
KR20080075806A (en) * 2007-02-13 2008-08-19 에스케이 텔레콤주식회사 Method for allocating a beacon slot using a beacon table in wireless personal area network(wpan) and wpan device

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