KR101213535B1 - Underwater communication method using multi-channel modem - Google Patents

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김창화
김상경
홍창기
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강릉원주대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An underwater communication method which uses a multiple channel modem is provided to secure inter-communication by avoiding frequency interference between multi-channel modems which uses respectively different frequency channels. CONSTITUTION: A sensor node confirms transmission priority with reference to the predetermined transmission priority table(S105). The sensor node transmits data to a transmission slot allocated according to a transmission priority through predetermined channels. The sensor node determines whether there is frequency interference of channels. In case there is frequency of all channels(S111), the sensor node allocates a transmission slot to each channel(S113). The sensor node transmits data to each channel. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S101) Setting a table of transmission priority of sensing nodes; (S103) Determining data transmission priority for sensing nodes; (S105) Confirming transmission priority with reference to the predetermined transmission priority table; (S107) Generating the frequency interference of channels ?; (S109) Transmitting data according to a table of transmission priority; (S111) Generating the frequency interference of channels?; (S113) Allocating a transmission slot to each channel; (S115) Simultaneously transmitting data to the same transmission slot for channel without frequency interference and successively transmitting data to remaining transmission slot by channel for channel with frequency interference

Description

다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법{UNDERWATER COMMUNICATION METHOD USING MULTI-CHANNEL MODEM}Underwater communication method using multi-channel modem {UNDERWATER COMMUNICATION METHOD USING MULTI-CHANNEL MODEM}

본 발명은 수중 통신방법에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 다수의 채널을 사용하는 다중 채널 모뎀에서 각 채널의 주파수 간섭 없이 수중 통신을 가능하도록 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater communication method, and more particularly, to an underwater communication method using a multi-channel modem to enable underwater communication without frequency interference of each channel in a multi-channel modem using a plurality of different channels.

최근 초음파를 이용한 다양한 통신 방법의 연구들이 진행되고 있다. 또한 통신 거리와 데이터 전송량에 따라 초음파 주파수 특성과 전송 파워 특성을 통한 수중통신 방법이 연구되고 있다. 이러한 다양한 수중통신은 각각의 프로토콜을 가지고 있어 한 개의 시스템에서 이들을 통신에 사용하기 쉽지 않으며 사용하더라도 전송시 주파수 간섭으로 인해 통신 혹은 서비스 자체를 사용할 수 없게 된다.Recently, researches on various communication methods using ultrasonic waves have been conducted. In addition, the underwater communication method through the ultrasonic frequency characteristics and the transmission power characteristics according to the communication distance and the amount of data transmission has been studied. These various underwater communications have their own protocols, so it is not easy to use them for communication in one system, and even if they are used, the communication or service itself cannot be used due to frequency interference during transmission.

도 1은 수중통신에서 주파수 간섭에 의한 통신 에러 상황을 나타낸다. 서로 다른 다수의 채널을 사용하는 다중 채널 모뎀을 사용하더라도 상단의 파형(1)의 마지막 부분으로 인해 하단의 수신 파형(2)이 변형된다. 결과적으로 이러한 파형(2)의 변형으로 수신부에서 에러 데이터를 수신하게 된다.1 illustrates a communication error situation due to frequency interference in underwater communication. Even when using a multi-channel modem using a plurality of different channels, the last part of the upper waveform 1 causes the lower received waveform 2 to be deformed. As a result, the deformation of the waveform 2 causes the receiver to receive the error data.

따라서, 초음파 특성과 같이 작은 대역폭을 갖는 수중통신에서 체계적인 통신 제어방법을 제공하는 것이 절대적으로 필요하다. 특히, 임의의 수중통신에서 서로 다른 주파수를 사용하는 다양한 수중통신 모뎀을 동시에 사용하고자 할 때 이러한 요구조건을 효과적으로 처리할 수 있는 시스템이 아주 중요하다.Therefore, it is absolutely necessary to provide a systematic communication control method in underwater communication having a small bandwidth, such as ultrasonic characteristics. In particular, a system capable of effectively dealing with these requirements is very important when simultaneously using various underwater modems using different frequencies in any underwater communication.

본 발명은 수중 통신에서 서로 다른 주파수 채널을 사용하는 다중 채널 모뎀 간의 주파수 간섭을 회피하여 상호 간의 통신을 보장하도록 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an underwater communication method using a multi-channel modem to ensure mutual communication by avoiding frequency interference between multi-channel modems using different frequency channels in underwater communication.

또한, 본 발명은 수중 통신거리에 따라 다수의 채널을 동시에 사용하여 수중통신 네트워크의 데이터 전송량을 증가시키도록 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an underwater communication method using a multi-channel modem to increase the data transmission amount of the underwater communication network by using a plurality of channels simultaneously according to the underwater communication distance.

나아가, 본 발명은 다중 채널 모뎀에서 서로 다른 채널의 주파수가 상호 간섭을 일으키는 경우 서로 간의 전송 슬롯을 제어하여 데이터의 송수신을 보장하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide an underwater communication method using a multi-channel modem to ensure transmission and reception of data by controlling transmission slots between different channels when frequencies of different channels cause mutual interference in a multi-channel modem.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법은,Underwater communication method using a multi-channel modem according to the present invention for achieving the above object,

다중 채널 모뎀을 구비한 싱크노드와 싱글 채널 모뎀을 각각 구비한 다수의 센서노드 간에 설정된 다수의 채널을 통해 데이터를 전송하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법에 있어서, 동일한 클러스터 내의 상기 싱크노드 및 다수의 센서노드에 미리 결정된 데이터 전송 순위표를 설정하는 단계; 상기 싱크노드에서 상기 데이터 전송 순위표를 참조하여 데이터 전송순위를 상기 다수의 센서노드로 전송하는 단계; 상기 센서노드에서 상기 데이터 전송순위를 수신하면 상기 설정된 전송 순위표를 참조하여 자신의 전송순위를 확인하고 미리 설정된 다수의 채널을 통해 상기 확인된 전송순위에 따라 할당된 전송슬롯으로 데이터를 각각 전송하는 단계; 상기 데이터의 송수신 중에 상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하는지를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과, 모든 채널의 주파수 간섭이 발생한 경우 각 채널별로 순차적으로 전송슬롯을 할당하고 상기 할당된 슬롯으로 상기 각 채널별로 순차적으로 데이터를 전송하는 단계; 를 포함한다.An underwater communication method using a multi-channel modem for transmitting data through a plurality of channels established between a sync node having a multi-channel modem and a plurality of sensor nodes each having a single-channel modem, wherein the sink node and the multi-channel modem are in the same cluster. Setting a predetermined data transfer ranking table at the sensor node of the; Transmitting a data transmission rank to the plurality of sensor nodes by referring to the data transmission ranking table at the sink node; When the sensor node receives the data transmission rank, checking its own transmission rank with reference to the set transmission rank table, and transmitting data to the allocated transmission slots according to the identified transmission ranks through a plurality of preset channels, respectively. ; Determining whether frequency interference between the plurality of channels occurs during transmission and reception of the data; And sequentially assigning transmission slots for each channel when frequency interference of all channels occurs and sequentially transmitting data for each channel to the allocated slots. It includes.

본 실시 예에서, 상기 판단결과, 일부 채널의 주파수 간섭이 발생한 경우 주파수 간섭이 발생하지 않은 채널은 동일한 전송슬롯으로 동시에 데이터를 전송하고 주파수 간섭이 발생한 채널은 상기 데이터를 전송한 전송슬롯을 제외한 나머지 전송슬롯으로 해당 채널별로 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함한다.In the present embodiment, as a result of the determination, when frequency interference of some channels occurs, channels without frequency interference simultaneously transmit data to the same transmission slot, and channels with frequency interference except the transmission slots that transmit the data. The method may further include sequentially transmitting data for each channel to a transmission slot.

본 실시 예에서, 상기 판단결과, 상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하지 않은 경우 상기 전송 순위표에 따라 상기 할당된 전송슬롯으로 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present embodiment, as a result of the determination, if the frequency interference between the plurality of channels does not occur, the method may further include transmitting and receiving data in the allocated transmission slots according to the transmission ranking table.

본 실시 예에서, 상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하지 않은 경우 상기 전송 순위표에 따라 상기 각 채널별로 동일한 전송슬롯으로 동시에 데이터를 전송한다.In the present embodiment, when frequency interference between the plurality of channels does not occur, data is simultaneously transmitted in the same transmission slot for each channel according to the transmission ranking table.

본 실시 예에서, 상기 싱크노드는 다른 클러스터의 싱크노드 및 상기 다수의 센서노드와는 상대적으로 낮은 제1 주파수를 이용한 채널을 통해 데이터를 전송하고, 상기 다수의 센서노드는 상호 간에 상기 제1 주파수보다 상대적으로 높은 제2 주파수를 이용한 채널을 통해 데이터를 송수신한다.In the present embodiment, the sink node transmits data through a channel using a first frequency relatively lower than the sink node of the other cluster and the plurality of sensor nodes, and the plurality of sensor nodes mutually transmit the first frequency. Data is transmitted and received through a channel using a relatively higher second frequency.

본 실시 예에서, 상기 데이터 전송 순위표는 상기 전송슬롯별로 각 노드에서 데이터를 전송하는 전송순위를 포함한다.In this embodiment, the data transmission ranking table includes a transmission ranking for transmitting data in each node for each transmission slot.

본 실시 예에서, 상기 싱크노드는 상기 전송순위를 변경하고 상기 변경된 전송순위를 상기 다수의 센서노드로 전송한다.In the present embodiment, the sink node changes the transmission rank and transmits the changed transmission rank to the plurality of sensor nodes.

본 발명에 의하면 수중통신에서 서로 다른 채널의 주파수를 사용하는 다중 채널 모뎀에서 각 채널의 주파수 간 간섭을 회피함으로써 수중통신에서의 데이터 전송의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the reliability of data transmission in underwater communication can be improved by avoiding the interference between frequencies of each channel in a multi-channel modem using different channel frequencies in underwater communication.

또한, 본 발명에 의하면 다중 채널 모뎀을 사용하므로 수중 통신 네트워크에서 데이터 전송량을 증대시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, since the multi-channel modem is used, the data transmission amount can be increased in the underwater communication network.

도 1은 종래의 수중통신에서 주파수 간섭에 의한 통신에러를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다중 채널 모뎀으로 구성가능한 네트워크 토폴로지의 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 채널 모뎀의 구성도.
도 4는 본 발명의 다중 채널 모뎀에서 설정된 채널의 예시도.
도 5는 본 발명의 다중 채널 모뎀을 이용한 노드 간 전송 순위의 예시도.
도 6은 본 발명의 다중 채널 모뎀을 이용한 노드의 수중 통신방법을 보이는 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 채널의 주파수 간섭시 각 노드에서의 데이터 전송 예.1 is a view showing a communication error due to frequency interference in the conventional underwater communication.
2 is an exemplary network topology configurable with a multi-channel modem of the present invention.
3 is a block diagram of a multi-channel modem according to the present invention.
4 is an exemplary view of a channel established in a multi-channel modem of the present invention.
5 is an exemplary diagram of a node-to-node transmission rank using a multi-channel modem of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for underwater communication of a node using a multi-channel modem of the present invention.
7 is an example of data transmission at each node in the case of frequency interference of multiple channels according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 다중 채널 모뎀으로 구성가능한 네트워크 토폴로지의 예시도이다.2 is an exemplary diagram of a network topology configurable with a multi-channel modem of the present invention.

도 2의 일례를 참조하면, 클스터링(clustering) 기반의 구조화된 네트워크 토폴리지가 형성됨을 알 수 있다. 본 실시 예에서 네트워크 토폴리지는 예컨대 3개의 클러스터(21,22,23)가 도시되고, 각 클러스터(21~23)는 싱크노드(S1,S2) 및 센서노드(A 내지 F)가 구비되어 구성된다.Referring to the example of FIG. 2, it can be seen that a clustering-based structured network topology is formed. In the present embodiment, for example, three clusters 21, 22, and 23 are illustrated, and each cluster 21 to 23 includes a sink node S1 and S2 and a sensor node A to F. do.

동일한 클러스터(21,22) 내의 센서노드(A 내지 F)는 수중환경에서 서로 간에 수중통신을 수행하면서 각종 센싱 데이터를 주기적으로 수집하고 그 수집한 정보를 자신이 속한 클러스터(21,22) 내의 싱크노드(S1,S2)에게 전송한다.Sensor nodes A to F in the same cluster 21 and 22 periodically collect various sensing data while performing underwater communication with each other in the underwater environment, and sink the collected information in the clusters 21 and 22 to which they belong. Send to node S1, S2.

싱크노드(S1,S2)는 클러스터 헤드(cluster head)로서 역할을 수행하면서 다수의 센서노드(A 내지 F)가 전송한 수중환경 정보를 주기적으로 수집하여 데이터베이스(DB)를 생성 및 갱신하는 역할을 수행한다. 또한, 싱크노드(S1,S2)는 데이터베이스(DB)에 저장된 정보를 기초로 하여 센서노드(A 내지 F)와의 데이터 전송뿐만 아니라, 센서노드(A 내지 F) 간의 데이터 전송시 발생할 수 있는 주파수 간섭 현상을 방지하기 위한 동작도 제어한다.The sink nodes S1 and S2 serve as cluster heads, and periodically generate and update a database by collecting underwater environment information transmitted from a plurality of sensor nodes A through F. To perform. In addition, the sink nodes S1 and S2 may not only transmit data to the sensor nodes A through F based on information stored in the database DB, but also frequency interference that may occur when transmitting data between the sensor nodes A through F. It also controls the action to prevent the phenomenon.

본 발명에 따른 네트워크 토폴리지 구조에서는 서로 다른 채널 주파수를 이용하여 데이터 전송이 이루어진다. 이를 위하여, 싱크노드(S1,S2)와 센서노드(A 내지 F)는 서로 다른 다수의 주파수를 사용하는 다중 채널 모뎀을 구비한다. 예컨대, 싱크노드(S1,S2) 간에는 제1 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하고 센서노드(A 내지 F)와는 제2 주파수를 이용하여 데이터를 송수신한다. 또한, 센서도느(A 내지 F) 상호 간에는 제2 주파수를 이용하여 데이터를 송수신한다. 예컨대, 제1 클러스터(21)의 싱크노드(S1)는 다수의 센서노드(A 내지 C)와는 각각 상대적으로 높은 주파수의 채널을 통해 근거리 수중통신(Local Communication Flow)을 수행하고, 제2 클러스터(22)의 싱크노드(S2)와는 상대적으로 낮은 주파수의 채널을 사용하여 원거리 수중통신(Wide Communication Flow)을 수행한다. 이처럼, 싱크노드(S1,S2)는 높은 주파수와 낮은 주파수의 채널을 사용하여 근거리 및 원거리 수중통신을 동시에 수행하고, 센서노드(A 내지 F)는 낮은 주파수를 사용하여 근거리 수중통신을 수행한다.In the network topology structure according to the present invention, data transmission is performed using different channel frequencies. To this end, the sync nodes S1 and S2 and the sensor nodes A to F have a multi-channel modem using a plurality of different frequencies. For example, data is transmitted and received between the sink nodes S1 and S2 using a first frequency, and data is transmitted and received with the sensor nodes A through F using a second frequency. In addition, the sensors (A to F) transmit and receive data using the second frequency. For example, the sink node S1 of the first cluster 21 performs local communication flow through a channel having a relatively high frequency with each of the plurality of sensor nodes A through C, and performs a second cluster ( Wide communication flow is performed by using a channel of a relatively low frequency with the sink node S2 of FIG. As such, the sink nodes S1 and S2 simultaneously perform short-range and long-range underwater communication using high and low frequency channels, and the sensor nodes A through F perform short-range underwater communication using low frequencies.

이와 같이, 본 실시 예에서는 데이터 송수신 시 주파수 간섭이 발생하지 않은 다중 채널 모뎀을 사용함으로써 데이터 전송량을 증가시키는 효과가 있다. 이는 상대적으로 높은 주파수 및 상대적으로 낮은 주파수가 서로 간섭을 일으키지 않는다면 서로 다른 주파수를 동시에 사용하여 전체 네트워크의 데이터 전송량을 증가시킬 수 있도록 하는 것이다. 만약, 이들 주파수의 간섭이 발생한다면 전송순위에 따라 전송슬롯을 제어함으로써 데이터 송수신의 신뢰성을 보장하도록 한다.As described above, according to the present embodiment, the data transmission amount is increased by using a multi-channel modem in which frequency interference does not occur during data transmission and reception. This allows the use of different frequencies simultaneously to increase the data throughput of the entire network unless relatively high and relatively low frequencies interfere with each other. If interference of these frequencies occurs, the transmission slot is controlled according to the transmission order to ensure the reliability of data transmission and reception.

본 발명에서는 이와 같은 네트워크 토폴리지 구조에서 수중환경에 적합한 수중통신 프로토콜이 제공되어 각 노드 간 데이터 통신을 수행하게 되며, 본 실시 예의 다중 채널 모뎀에서는 서로 다른 다수의 채널 주파수를 사용하면서 각 채널 간의 주파수 간섭을 회피하여 상호 간의 수중통신을 보장하는 것이다. 이를 위해 각각의 수중 통신 프로토콜을 제어하여 주파수 간섭시 발생하는 데이터 전송 문제를 해결한다.
In the present invention, in such a network topology structure, an underwater communication protocol suitable for an underwater environment is provided to perform data communication between nodes. In the multi-channel modem of this embodiment, a frequency between each channel is used while using a plurality of different channel frequencies. Interference is avoided to ensure underwater communication with each other. For this purpose, each underwater communication protocol is controlled to solve the data transmission problem caused by frequency interference.

도 3은 본 발명에 따른 다중 채널 모뎀의 구성도이다.3 is a block diagram of a multi-channel modem according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다중 채널 모뎀(100)은 서로 다른 다수의 주파수 채널(CH1,CH2,CH3)을 이용하여 수중통신을 수행하는 다수의 모뎀을 포함한다. 이러한 다중 채널 모뎀(100)은 어플리케이션 계층(110), 다중 채널 제어 미들웨어 계층(120) 및 물리 계층(130)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the multi-channel modem 100 according to the present invention includes a plurality of modems for performing underwater communication using a plurality of different frequency channels CH1, CH2, and CH3. The multi channel modem 100 includes an application layer 110, a multi channel control middleware layer 120, and a physical layer 130.

상위의 어플리케이션 계층(application layer)(110)은 고유의 수중통신 기능의 응용프로그램을 수행한다.The upper application layer 110 executes an application of a unique underwater communication function.

다중 `채널 제어 미들웨어 계층(120)은 가상 미디어 접속 제어 계층(Virtual Media Access Control Layer)(121) 및 가상 네트워크 계층(Virtual Network Layer)(122)을 포함하여 구성된다. 가상 미디어 접속 제어 계층(이하, '가상 MAC 계층'이라 칭함)(121)은 외부의 다른 모뎀과 물리 계층(130) 간의 연결을 담당하고 다중채널 제어 미들웨어(120)에서 다중 채널 모뎀(100)의 제어가 가능하도록 서로 다른 물리계층에 대하여 상위의 어플리케이션 계층(110)에 동일한 인터페이스를 제공한다. 또한, 가상 네트워크 계층(122)은 서로 다른 채널 간의 통신을 보장하고 이를 기반으로 네트워크 형성을 수행한다.The multi-channel control middleware layer 120 includes a virtual media access control layer 121 and a virtual network layer 122. The virtual media access control layer (hereinafter referred to as a 'virtual MAC layer') 121 is responsible for the connection between the external modem and the physical layer 130, and the multi-channel modem 100 in the multi-channel control middleware 120 The same interface is provided to the upper application layer 110 with respect to different physical layers to enable control. In addition, the virtual network layer 122 ensures communication between different channels and performs network formation based thereon.

구체적으로, 가상 MAC 계층(121)은 도 3에서 채널1(CH1)과 같이 데이터링크계층이 없는 물리계층(130a)에 미디어 접속 제어기능을 수행하고, 채널2(CH2)와 같이 미디어 접속 제어 계층이 있는 물리계층(130b)에는 다른 채널과 연결가능하도록 가상 미디어 접속 제어 기능을 수행하며 데이터 링크 계층을 지원한다. 또한, 채널3(CH3)과 같이 상위 계층을 가지는 경우에는 직접 물리계층(130c)에 대해 제어가능한 기능을 제공하여 각 계층 간의 지연을 최소화한다.In detail, the virtual MAC layer 121 performs a media access control function on the physical layer 130a having no data link layer, such as channel 1 (CH1) in FIG. 3, and the media access control layer, such as channel 2 (CH2). The physical layer 130b includes a virtual media access control function so as to be connectable with other channels and supports a data link layer. In addition, in the case of having a higher layer such as channel 3 (CH3), a controllable function is directly provided to the physical layer 130c to minimize delay between layers.

가상 네트워크 계층(122)은 라우터(122a), 다수의 우선순위 큐(122b), 스케줄러(122c) 및 계층스위치(122d)를 포함하여 구성된다. 라우터(122a)는 동일한 채널 또는 다른 채널을 사용하는 다수의 모뎀 간의 통신을 연결해주고 이들의 연결설정을 라우팅 테이블에 유지한다. 우선순위 큐(122b)는 각 채널별로 하위계층으로부터 송수신되는 데이터를 저장해둔다. 스케줄러(122c)는 우선순위 큐(122b)의 송수신 데이터의 우선순위에 관여한다. 계층스위치(122d)는 하위계층과 상위계층, 그리고 다중 채널 제어 미들웨어(120) 계층을 연결하는 인터페이스 기능을 담당하고 이를 통해 상위계층이 최단 하위계층을 직접 제어하는 기능을 제공한다.
The virtual network layer 122 includes a router 122a, a plurality of priority queues 122b, a scheduler 122c, and a layer switch 122d. Router 122a connects communication between multiple modems using the same channel or different channels and maintains their connection settings in a routing table. The priority queue 122b stores data transmitted and received from the lower layer for each channel. The scheduler 122c is involved in the priority of the transmission / reception data of the priority queue 122b. The layer switch 122d is responsible for an interface function connecting the lower layer, the upper layer, and the multi-channel control middleware 120 layer, thereby providing a function of directly controlling the shortest lower layer.

도 4는 본 발명의 다중 채널 모뎀에서 설정된 채널의 예시도이다.4 is an exemplary diagram of a channel established in a multi-channel modem of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중 채널 모뎀(100)은 수중환경에서 다수의 센서노드(A 내지 F)의 모뎀과 물리 계층(130)을 통해 송수신되는 데이터를 처리한다. 본 실시 예에서 바람직하게는 다중 채널 모뎀(100)은 싱크노드(S1,S2)에 구비된다. 싱크노드(S1,S2)는 상호 간에 다중 채널을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 또한, 각 센서노드(A 내지 F)는 싱글 채널 모뎀(41)을 구비한다. 다중 채널 모뎀(100)에 대응되는 각 싱글 채널 모뎀(41)은 각각의 채널을 설정하여 데이터 송수신을 수행한다. 이때, 서로 다른 채널을 통해 데이터 통신을 수행하는 경우에도 본 실시 예의 다중 채널 제어 미들웨어(120)는 상위의 어플리케이션 계층(110)에 대해서는 동일한 인터페이스를 제공하도록 한다.
As shown in FIG. 4, the multi-channel modem 100 of the present invention processes data transmitted and received through modems and physical layers 130 of a plurality of sensor nodes A to F in an underwater environment. In the present embodiment, preferably, the multi-channel modem 100 is provided in the sync nodes S1 and S2. The sync nodes S1 and S2 perform data communication using multiple channels. In addition, each sensor node (A to F) is provided with a single channel modem (41). Each single channel modem 41 corresponding to the multi channel modem 100 sets up a respective channel to transmit and receive data. In this case, even when data communication is performed through different channels, the multi-channel control middleware 120 of the present embodiment may provide the same interface to the upper application layer 110.

도 5는 본 발명의 다중 채널 모뎀을 이용한 노드 간 전송 순위를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary diagram showing a ranking between nodes using a multi-channel modem of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다중 채널 모뎀(100)을 갖는 싱크노드(S1,S2)와 다수의 센서노드(A~F) 간에는 미리 설정된 전송순위에 따라 결정된 슬롯(slot)에서 데이터를 송수신한다. 이를 위하여 싱크노드(S1,S2)와 다수의 센서노드(A~F)는 미리 설정된 전송 순위표를 가지고 있으며, 다중 채널 미들웨어(120)는 MAC 프로토콜을 이용하여 전송 순위표에 따라 데이터를 송수신하도록 한다. 일례로, 하기 표 1은 제1 클러스터(21) 내의 싱크노드(S1)와 다수의 센서노드(A~C)에 대한 전송 순위표를 예시적으로 나타낸 것이다.Referring to FIG. 5, data is transmitted / received in a slot determined according to a preset transmission rank between a sync node S1 and S2 having a multi-channel modem 100 of the present invention and a plurality of sensor nodes A to F. FIG. do. To this end, the sync nodes S1 and S2 and the plurality of sensor nodes A to F have a predetermined transmission rank table, and the multi-channel middleware 120 transmits and receives data according to the transmission rank table using the MAC protocol. For example, Table 1 below shows a transmission ranking table for the sink node S1 and the plurality of sensor nodes A to C in the first cluster 21 by way of example.

SendSend NumNum slot1slot1 slot2slot2 slot3slot3 slot4slot4 slot5slot5 slot6slot6 1One 66 SS AA SS BB SS CC 22 66 SS AA SS CC SS BB 33 66 SS BB SS AA SS CC ...... ...... 3131 1One SS

상기의 표 1의 전송 순위표에서, 예컨대 싱크노드(S1)에서 Send의 1번을 다른 센서노드(A~C)로 브로드캐스팅하면 각 센서노드(A~C)에서는 이를 수신하여 각자의 전송 순위표에서 Send 1에 해당하는 전송 순위를 확인한다. 따라서, Send 1의 전송 순위에 따라 싱크노드(S)가 slot 1에서 데이터를 먼저 전송하고, 이어 순차적으로 slot 2에서 제1 센서노드(A)가, slot 3에서 제2 센서노드(B)가, slot 3에서 제3 센서노드(C)가 데이터를 전송한다.In the transmission ranking table of Table 1 above, for example, when broadcasting No. 1 of a Send in a sink node S1 to other sensor nodes A to C, each sensor node A to C receives it in its transmission ranking table. Check the send rank for Send 1. Accordingly, the sink node S first transmits data in slot 1 according to the transmission order of Send 1, followed by sequentially the first sensor node A in slot 2, and the second sensor node B in slot 3. In slot 3, the third sensor node C transmits data.

이와 같이, 각각의 노드(S,A,B,C)는 설정된 전송 순위표를 참조하여 현재 자신의 전송 순위를 확인하고 해당 구간이 자신의 구간인지 판별하여 자신의 구간에서만 데이터를 전송하게 된다. 이러한 전송 순위표에서 Num는 데이터 전송 수를 나타낸다. 즉, Unm가 6이면 6개의 데이터 전송이 실행된다는 의미이다. In this way, each node (S, A, B, C) checks its current transmission rank with reference to the set transmission ranking table and determines whether the corresponding section is its own section to transmit data only in its own section. In this transmission ranking table, Num represents the number of data transmissions. That is, if Unm is 6, it means that six data transfers are performed.

이때, 전송 순위를 변경할 수도 있다. 예컨대, 상기의 전송 순위에서 싱크노드(S1)에서 Send의 2번를 브로드캐스팅하면 각 센서노드(A~C)는 이를 수신하여 자신의 전송 구간을 확인한다. 이 경우, 전송 순위는 상기 표 1에서와 S-A-S-C-S-B의 순서가 된다.
At this time, the transmission rank may be changed. For example, when broadcasting No. 2 of the Send in the sink node S1 in the above transmission rank, each sensor node A to C receives this and confirms its own transmission interval. In this case, the transmission order is in the order of Table 1 and SASCSB.

도 6은 본 발명의 다중 채널 모뎀을 이용한 노드의 수중 통신방법을 보이는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method for underwater communication of a node using a multi-channel modem of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 수중 통신방법에서는 설명의 편의상 제1 클러스터(21) 내에 속한 싱크노드(S1) 및 다수의 센서노드(A~C) 간의 수중통신에 대해 설명하기로 한다. 본 실시 예에서 싱크노드(S1) 및 다수의 센서노드(A~C)는 미리 결정된 데이터 전송 순위표를 설정한다(S101). 싱크노드(S1)는 데이터 전송 순위표를 참조하여 전송순위를 전송한다(S103). 각 센서노드(A~C)는 전송순위를 수신하면 미리 결정된 데이터 전송 순위표를 참조하여 자신의 전송순위를 확인한다(S105). 이와 같이 확인된 자신의 전송순위에 따라 각 노드(S1,A,B,C)는 자신에 할당된 슬롯으로 데이터를 각각 전송한다. 여기서, 이러한 데이터 전송은 싱크노드(S1)의 다중 채널 모뎀(100)과 다수의 센서노드(A~C)의 각 싱글 채널 모뎀(41) 간에 통신 채널을 형성하고 이들 통신 채널을 이용하여 데이터를 송수신한다. 이때, 싱크노드 간에는 상대적으로 낮은 주파수를 사용하여 원거리 수중통신을 수행하고, 싱크노드와 각 센서노드 간에는 상대적으로 높은 주파수를 사용하여 근거리 수중통신을 수행한다.Referring to FIG. 6, in the underwater communication method of the present invention, underwater communication between the sink node S1 and the plurality of sensor nodes A to C belonging to the first cluster 21 will be described for convenience of description. In the present embodiment, the sink node S1 and the plurality of sensor nodes A to C set a predetermined data transmission ranking table (S101). The sink node S1 transmits a transmission rank by referring to a data transmission ranking table (S103). Each sensor node (A to C) checks its own transmission rank with reference to a predetermined data transmission ranking table when receiving the transmission rank (S105). Each node S1, A, B, and C transmits data to slots assigned thereto according to its own transmission rank. Here, the data transmission forms a communication channel between the multi-channel modem 100 of the sink node S1 and each single channel modem 41 of the plurality of sensor nodes A to C and uses the communication channels to establish data. Send and receive In this case, remote underwater communication is performed using a relatively low frequency between the sink nodes, and short-range underwater communication is performed using a relatively high frequency between the sink node and each sensor node.

계속해서, 상기와 같은 데이터 송수신 시, 각 채널 간 주파수 간섭이 발생하는지를 판단한다(S107). 채널 간 주파수 간섭이 발생하지 않으면 상기 전송 순위표에 따라 계속 데이터 송수신을 수행하고(S109), 채널 주파수의 간섭이 발생한 경우 모든 채널의 주파수 간섭이 발생하였는지를 판단한다(S111).Subsequently, it is determined whether frequency interference between channels occurs during data transmission and reception (S107). If frequency interference does not occur between channels, data transmission and reception is continuously performed according to the transmission ranking table (S109). When interference of channel frequencies occurs, it is determined whether frequency interference of all channels has occurred (S111).

먼저, 모든 채널 간에 주파수의 간섭이 발생하였으면 각 채널별로 순차적으로 전송슬롯을 할당하여 상기 할당된 슬롯으로 각 채널별로 순차적으로 데이터를 전송한다(S113). 만약 일부 채널의 주파수 간섭이 발생하였으면 주파수 간섭이 발생하지 않은 채널은 동일한 전송슬롯으로 동시에 데이터를 전송하고 주파수 간섭이 발생한 채널은 위 전송슬롯을 제외한 나머지 전송슬롯으로 해당 채널별로 순차적으로 데이터를 전송한다(S115). 이러한 데이터 전송은 필요에 따라 상기한 표 1의 전송 순위표에 미리 나타낼 수도 있다.
First, when frequency interference occurs between all channels, transmission slots are sequentially allocated to each channel to sequentially transmit data for each channel to the allocated slots (S113). If frequency interference of some channels occurs, channels without frequency interference simultaneously transmit data to the same transmission slot, and channels with frequency interference transmit data sequentially to the corresponding transmission slots except for the above transmission slots. (S115). Such data transmission may be indicated in advance in the transmission ranking table of Table 1 as necessary.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 채널의 주파수 간섭시 각 노드에서의 데이터 전송 예를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of data transmission at each node in case of frequency interference of multiple channels according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 실시 예에서는 다중 채널 모뎀을 구비한 싱크노드와 싱글 채널 모뎀을 구비한 다수의 센서노드 간에 통신 채널을 설정하여 각 채널별로 서로 다른 주파수를 이용하여 데이터를 송수신한다. 이때, 도 7의 (a)는 모든 채널 간에 주파수 간섭이 발생한 경우에 대한 각 채널별 데이터 전송 예를 도시하고 있으며, 도 7의 (b)는 일부 채널 간에 주파수 간섭이 발생한 경우에 대한 각 채널별 데이터 전송 예를 도시하고 있다.Referring to FIG. 7, in this embodiment, a communication channel is set between a sync node having a multi-channel modem and a plurality of sensor nodes having a single channel modem to transmit and receive data using different frequencies for each channel. 7A illustrates an example of data transmission for each channel when frequency interference occurs between all channels, and FIG. 7B illustrates each channel when frequency interference occurs between some channels. An example of data transmission is shown.

먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 모든 채널 간에 주파수 간섭이 발생하기 때문에 데이터 송수신의 신뢰성을 보장하기 위해 각각의 채널별로 순차적으로 전송 슬롯을 할당하고 해당 전송 슬롯에 따라 각 채널별로 순차적으로 데이터를 전송한다. 반면, 도 7의 (b)에서와 같이 일부 채널 간에 주파수 간섭이 발생하면 주파수 간섭이 발생하지 않은 채널(채널1, 채널3) 간에는 동일한 전송 슬롯에 데이터를 동시에 전송하고 주파수 간섭이 발생한 채널(채널2)은 상기 동일한 전송 슬롯을 제외한 다른 전송 슬롯을 이용하여 해당 주파수 간섭이 발생한 채널별로 순차적으로 데이터를 전송한다.First, referring to FIG. 7A, since frequency interference occurs between all channels, transmission slots are sequentially allocated for each channel to ensure reliability of data transmission and reception, and sequentially for each channel according to the corresponding transmission slot. Send the data. On the other hand, if frequency interference occurs between some channels as shown in FIG. 7B, data between the channels (channels 1 and 3) that do not have frequency interference are simultaneously transmitted to the same transmission slot and the channel (channels where frequency interference occurs) 2) sequentially transmits data for each channel having a corresponding frequency interference by using another transmission slot except for the same transmission slot.

상기와 같이, 본 발명에서는 다중 채널 모뎀을 사용하는 노드에서 수중통신을 수행하는 경우 다수의 채널 간 주파수 간섭을 회피하도록 하여 통신 대역폭 증가 및 데이터 전송량 증대를 가져올 수 있다.
As described above, in the present invention, when performing the underwater communication in the node using the multi-channel modem to avoid the frequency interference between a plurality of channels can increase the communication bandwidth and data transmission amount.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the appended claims, The genius will be so self-evident. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

21,22 : 클러스터 41 : 싱글 채널 모뎀
100 : 다중 채널 모뎀 110 : 어플리케이션 계층
120 : 다중 채널 제어 미들웨어 계층 130 : 물리계층
121 : 가상 미디어 접속 제어 계층 122 : 가상 네트워크 계층
S1,S2 : 싱크노드 A~F : 센서노드21,22: cluster 41: single channel modem
100: multi-channel modem 110: application layer
120: multi-channel control middleware layer 130: physical layer
121: virtual media access control layer 122: virtual network layer
S1, S2: Sync node A ~ F: Sensor node

Claims (7)

다중 채널 모뎀을 구비한 싱크노드와 싱글 채널 모뎀을 각각 구비한 다수의 센서노드 간에 설정된 다수의 채널을 통해 데이터를 전송하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법에 있어서,
동일한 클러스터 내의 상기 싱크노드 및 다수의 센서노드에 미리 결정된 데이터 전송 순위표를 설정하는 단계;
상기 싱크노드에서 상기 데이터 전송 순위표를 참조하여 데이터 전송순위를 상기 다수의 센서노드로 전송하는 단계;
상기 센서노드에서 상기 데이터 전송순위를 수신하면 상기 설정된 전송 순위표를 참조하여 자신의 전송순위를 확인하고 미리 설정된 다수의 채널을 통해 상기 확인된 전송순위에 따라 할당된 전송슬롯으로 데이터를 각각 전송하는 단계;
상기 데이터의 송수신 중에 상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하는지를 판단하는 단계; 및
상기 판단결과, 모든 채널의 주파수 간섭이 발생한 경우 각 채널별로 순차적으로 전송슬롯을 할당하고 상기 할당된 슬롯으로 상기 각 채널별로 순차적으로 데이터를 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.In the underwater communication method using a multi-channel modem for transmitting data through a plurality of channels established between a sync node having a multi-channel modem and a plurality of sensor nodes each having a single channel modem,
Setting a predetermined data transmission rank table for the sink node and multiple sensor nodes in the same cluster;
Transmitting a data transmission rank to the plurality of sensor nodes by referring to the data transmission ranking table at the sink node;
When the sensor node receives the data transmission rank, checking its own transmission rank with reference to the set transmission rank table, and transmitting data to each of the allocated transmission slots according to the identified transmission ranks through a plurality of preset channels. ;
Determining whether frequency interference between the plurality of channels occurs during transmission and reception of the data; And
As a result of the determination, when frequency interference of all channels occurs, sequentially transmitting transmission slots for each channel and sequentially transmitting data for each channel to the assigned slots; Underwater communication method using a multi-channel modem comprising a. 제1항에 있어서,
상기 판단결과, 일부 채널의 주파수 간섭이 발생한 경우 주파수 간섭이 발생하지 않은 채널은 동일한 전송슬롯으로 동시에 데이터를 전송하고 주파수 간섭이 발생한 채널은 상기 데이터를 전송한 전송슬롯을 제외한 나머지 전송슬롯으로 해당 채널별로 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method of claim 1,
As a result of the determination, when frequency interference of some channels occurs, channels without frequency interference simultaneously transmit data to the same transmission slot, and channels with frequency interference correspond to other transmission slots except the transmission slots that transmit the data. Underwater communication method using a multi-channel modem further comprising the step of sequentially transmitting data for each. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 판단결과, 상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하지 않은 경우 상기 전송 순위표에 따라 상기 할당된 전송슬롯으로 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method according to claim 1 or 2,
And transmitting and receiving data to and from the allocated transmission slots according to the transmission ranking table when the frequency interference between the plurality of channels does not occur as a result of the determination. 제3항에 있어서,
상기 다수의 채널 간 주파수 간섭이 발생하지 않은 경우 상기 전송 순위표에 따라 상기 각 채널별로 동일한 전송슬롯으로 동시에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method of claim 3,
The method of underwater communication using a multi-channel modem, characterized in that simultaneously transmitting data in the same transmission slot for each channel according to the transmission ranking table when the frequency interference between the plurality of channels does not occur. 제1항에 있어서,
상기 싱크노드는 다른 클러스터의 싱크노드 및 상기 다수의 센서노드와는 상대적으로 낮은 제1 주파수를 이용한 채널을 통해 데이터를 전송하고, 상기 다수의 센서노드는 상호 간에 상기 제1 주파수보다 상대적으로 높은 제2 주파수를 이용한 채널을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method of claim 1,
The sink node transmits data through a channel using a first frequency relatively lower than the sink node and the plurality of sensor nodes of another cluster, and the plurality of sensor nodes are mutually higher than the first frequency. Underwater communication method using a multi-channel modem, characterized in that for transmitting and receiving data through a channel using two frequencies. 제1항에 있어서,
상기 데이터 전송 순위표는 상기 전송슬롯별로 각 노드에서 데이터를 전송하는 전송순위를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method of claim 1,
The data transmission ranking table includes a transmission rank for transmitting data in each node for each of the transmission slots. 제6항에 있어서,
상기 싱크노드는 상기 전송순위를 변경하고 상기 변경된 전송순위를 상기 다수의 센서노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 모뎀을 이용한 수중 통신방법.The method according to claim 6,
And the sink node changes the transmission rank and transmits the changed transmission rank to the plurality of sensor nodes.
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