KR101243321B1 - 무선통신 시스템에서 ａｃｋ/ｎａｋ 전송방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 ａｃｋ/ｎａｋ 전송방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 노드로부터 수신된 패킷에 대한 ACK/NAK를 선택적으로 동시에 브로드캐스팅하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법에 관한 것이다.
본 발명은, 다수의 노드 간에 무선통신하는 무선통신 시스템에서의 ACK/NAK 전송방법에 있어서, 다수의 센서노드로부터 마스터 노드로 패킷을 각각 전송하는 제1단계와, 상기 마스터 노드에서 상기 전송된 다수의 패킷의 수신여부에 대한 응답정보를 포함한 하나의 응답 패킷을 생성하여 상기 다수의 센서노드로 브로드캐스팅하는 제2단계를 포함하고, 상기 응답정보는, ACK, NAK, Block ACK 또는 Block NAK 중 선택된 하나의 전송타입을 나타내는 전송타입 정보 및 상기 선택된 전송타입에 해당하는 센서노드의 노드ID 정보를 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 ＡＣＫ/ＮＡＫ 전송방법{ACK/NAK TRANSMISSION METHOD IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법에 관한 것으로서, 특히 다수의 노드로부터 수신된 다수의 패킷에 대한 응답으로 ACK/NAK를 선택적으로 브로드캐스팅하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법에 관한 것이다.
무선통신기술이 발달함에 따라 새로운 영역에서의 통신이 많아지고 있다. 최근 수중환경에서의 무선통신에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되기 시작하고 있는 것은 주목할 만하다.
수중에서 무선통신을 수행하는 경우 주로 음파신호를 사용하는데 음파신호는 수중에서 공기보다 빠른 속도로 원거리까지 전파되는 특성을 이용하여 원거리에서도 통신이 가능한 장점이 있으나 주변환경에 많은 영향을 받기 때문에 열악한 환경으로 인해 발생하는 문제들을 고려해야 한다.
이러한 이유들로 아직까지 수중환경에서 이루어지는 무선통신은 지상에 비해 많이 활성화되지 않은 상태이다. 그러나 수중환경에서도 해양학적 정보수집, 오염도측정, 해양탐사, 항해정보 제공 등 다양한 분야에서 무선통신을 응용할 수 있다. 이때, 열악한 주변환경의 특성들을 인해 패킷손실, 전송에러 등이 발생하므로 패킷전송에 대한 신뢰성을 보장하는 것이 중요하다. 이를 위해 패킷전송에 대한 긍정응답(Acknowlege)(이하, "ACK"라 함) 및 부정응답(Negative ACK)(이하, "NAK"라 함)의 효율적인 전송이 필요하다.
종래의 대표적인 ACK/NAK 전송기법은 Normal ARQ(Automatic Repeat Request)를 들 수 있다. 이러한 Normal ARQ는 송신측이 보낸 패킷마다 수신측이 ACK를 보내 패킷수신을 알려준다. 송신측은 ACK가 도착하면 다음 패킷을 전송하고 ACK가 타임아웃 내에 도착하지 않거나 또는 NAK가 도착하는 경우 패킷을 재전송한다.
그러나, 종래의 Normal ARQ 기법은 데이터 전송의 신뢰성을 가지지만 패킷의 크기가 커질수록 전파지연율이 높아 링크 효율이 낮으며, 송신측에서 ACK/NAK를 수신하거나 타임아웃이 발생할 때까지 다음 데이터프레임을 전송할 수 없으므로 전송효율이 저하되는 문제점이 있다.
이를 개선하고자 Multiple ACK(이하, "MA"라 칭함) 기법이 제시되었다. MA는 송신측이 보낸 패킷마다 ACK를 보내는 것이 아니라 이들 패킷에 대해 ACK를 한번에 동시에 전송한다. 이는 패킷프레임에 ACK와 송신측ID 정보를 담아 브로드캐스팅한다. 이를 위해 패킷프레임은 1bit의 ACK 정보와 각각 1bit씩의 모든 송신측 ID 정보를 포함하는데, 그 모든 송신측 ID는 1bit의 ACK를 수신할 모든 송신측 고유정보이다. 이후, 송신측에서는 그 패킷프레임에 자신의 ID가 존재하는지 확인한다. 이때, 자신의 ID가 존재하면 ACK로 인지하여 다음 패킷을 전송하고, 존재하지 않으면 NAK로 인지하여 해당 패킷을 재전송하도록 한다.
하지만, 이러한 종래의 MA는 패킷의 전송시간과 횟수를 줄일 수 있는 장점은 있지만 무선통신시스템에 참여하는 노드별로 ACK 정보를 실어 보내므로 노드 수가 많을수록 데이터 프레임이 급격하게 길어지고 이를 전송하기 위한 에너지 소모가 증가하는 문제점이 있다.
최근 ACK/NAK의 전송효율을 개선하고자 IEEE 802.11e에서 적응적 응답 기법으로서 Block ACK(이하, "BA"라 함)를 제시한다. BA는 단일 송신측에서 MPDUs(MAC Protocol Data Units)를 전송할 때에 SIFS(Short Inter Frame Space) 간격(period)을 통해 분할된 다수의 블록단위로 나누어 전송하도록 하며 각각의 블록마다 응답을 보내지 않고 마지막 블록을 받은 후에 통합된 응답(aggregating ACK)을 BA로 보내준다. BA를 MA 기법에 적용한 Multiple Block ACK(이하, "MBA"라 칭함)도 제시된다.
이러한 BA 또는 MBA 기법은 BA를 송수신하기 위한 셋업 및 메시지 시퀀싱 과정에서 컨트롤 패킷이 많아 수중환경과 같은 열악한 무선환경에서는 과다한 오버로드를 가지며 전송지연율이 높아 현실적으로 활용이 어려운 문제점을 안고 있다.
이에, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 열악한 환경의 무선통신 시스템에서도 패킷 전송에 따른 ACK/NAK 전송을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 정보가 담긴 패킷 프레임의 길이를 줄이고 패킷의 전송횟수를 줄일 수 있도록 하여 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
다수의 노드 간에 무선통신을 수행하는 무선통신 시스템에서의 ACK/NAK 전송방법에 있어서, 다수의 센서노드로부터 마스터 노드로 패킷을 전송하는 제1단계; 및 상기 마스터 노드에서 상기 전송된 다수의 패킷의 수신여부에 대한 응답정보를 포함하는 하나의 응답 패킷을 생성하여 상기 다수의 센서노드로 브로드캐스팅하는 제2단계; 를 포함하고, 상기 응답정보는, ACK, NAK, Block ACK 또는 Block NAK 중 선택된 하나의 전송타입 정보 및 상기 선택된 전송타입정보에 해당하는 센서노드의 노드ID 정보를 포함하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 제1항에 있어서, 상기 응답정보를 포함한 응답 패킷을 생성하는 단계는, 상기 전송된 패킷의 수신결과에 따라 상기 센서 노드를 ACK 노드, NAK 노드, Block ACK 노드, Block NAK 노드 중 하나로 결정하는 제1 결정단계; 및 상기 결정된 각 노드의 개수를 이용하여 상기 전송타입정보 및 센서노드의 ID정보를 결정하는 제2 결정단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2 결정단계는, 상기 ACK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 NAK로 결정하고, 상기 NAK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 ACK로 결정한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2 결정단계는, 상기 Block ACK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 Block NAK로 결정하고, 상기 Block NAK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 Block ACK로 결정한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2단계 이후에, 상기 다수의 센서노드에서 상기 응답 패킷을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 응답 패킷에 포함된 전송타입 정보 및 노드ID 정보를 확인하여 상기 제1단계에서 자신이 전송한 패킷의 전송성공 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전송성공 여부를 판단하는 단계는, 상기 전송타입 정보에 ACK가 포함된 경우, 상기 노드ID 정보에 자신의 노드 ID가 존재하면 전송성공으로 인식하고, 자신의 노드 ID가 존재하지 않으면 전송실패로 인식한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전송성공 여부를 판단하는 단계는, 상기 전송타입 정보에 NAK가 포함된 경우, 상기 노드ID 정보에 자신의 노드 ID가 존재하면 전송실패로 인식하고, 자신의 노드 ID가 존재하지 않으면 전송성공으로 인식한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 노드 ID의 수는 0~N(N는 센서 노드의 수)이다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 노드ID 정보에는 각각 1 바이트(byte)씩 할당된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전송타입 정보에는 2 비트(bit)가 할당된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 응답 패킷을 생성하는 단계는, 상기 다수의 센서 노드로부터 전송된 패킷이 Normal 패킷인지 또는 Block 패킷인지를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 판단결과, Normal 패킷이면 상기 전송타입정보에 상기 ACK 또는 NAK 중 선택된 하나를 포함하고, Block 패킷이면 상기 전송타입정보에 상기 Block ACK 또는 Block NAK 중 선택된 하나를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 응답 패킷은, 상기 전송타입정보에 ACK 또는 Block ACK를 포함한 경우, 상기 ACK 또는 Block ACK의 개수를 표시하는 길이(Len)정보를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 길이정보에는 0~(26-1) 비트(bit)가 할당된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 열악한 환경의 무선통신 시스템에서 ACK/NAK를 효율적으로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무선통신 시스템에서 패킷의 전송시간, 전송횟수, 패킷의 길이를 줄일 수 있으므로 패킷 전송에 따른 에너지 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 토폴로지 예시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송 절차를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 기법의 패킷 프레임의 구조도.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 ACK/NAK 및 Block ACK/NAK 전송에 따른 Type 필드 및 Node ID 필드의 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법을 보이는 흐름도.
본 발명은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지의 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 예에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부된 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이들 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하기로 한다. 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.
본 발명은 상기한 MA 및 MBA 기법의 기본적 기능을 이용하면서 패킷의 전송횟수 및 전송시간을 줄이고 무선통신장치의 패킷 전송에 따른 에너지 소모량을 줄이며, 나아가 ACK/NAK를 보다 효율적으로 전송할 수 있도록 하는 개선된 ACK/NAK 전송방법을 제공한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 ACK/NAK 중 동시에 브로드캐스팅하되, ACK/NAK 중 하나를 선택하고 그 선택된 ACK/NAK에 해당하는 다수의 노드ID 정보를 포함한 패킷을 브로드캐스팅한다. 본 발명에서는 이러한 기법을 선택적 다중 ACK/NAK(이하, 'Selective Multiple ACK/NAK'라 칭함)라 한다. 또한, 본 발명에서 패킷을 블록단위로 전송하는 경우 이에 대한 응답으로 Block ACK/NAK를 전송한다. 이하에서는, 블록단위로 전송되는 패킷을 Block 패킷으로 칭하고, 이에 대비하여 블록단위가 아닌 개별적으로 전송되는 일반적인 패킷을 Normal 패킷으로 칭한다. 따라서, Normal 패킷에 대한 응답은 ACK/NAK으로, Block 패킷에 대한 응답은 Block ACK/NAK으로 규정한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템의 토폴로지 예시도이다.
도 1에서 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템의 토폴로지(topology)는 설명의 편의상 3개의 클러스터(10,20,30)를 예시적으로 도시한다. 이들 클러스터(10,20,30)는 각각 다수의 노드(A~I)를 포함한다. 다수의 노드(A~I)는 서로 무선으로 통신하는 애드혹(Ad-hoc) 무선 네트워크를 구성한다. Ad-hoc 무선 네트워크는 기지국이나 AP(Access Point)의 도움없이 순수하게 노드들로 구성된, 인프라가 없는 네트워크 시스템이다.
이러한 무선통신 시스템에서는 각 클러스터(10,20,20)마다 노드들의 스케줄 관리를 위해 마스터 노드(master node)가 필요하다. 본 실시 예에서 마스터 노드를 설정하기 위해 LEACH-C(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized) 방식을 이용할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. LEACH-C는 노드들의 에너지 효율성에 중점을 두고 고안된 프로토콜로서, 노드들의 에너지 레벨을 각각 확인하여 가장 높은 에너지 레벨을 갖는 노드를 마스터 노드로 결정한다. 본 실시 예에서 마스터 노드에 대응하여 다른 노드를 센서 노드로 칭한다. 이러한 센서 노드는 주변환경에 대한 정보를 센싱하여 마스터 노드로 전송한다.
예컨대, 제1클러스터(10)에서 A노드가 마스터 노드로 결정된 것으로 가정하면 마스터 노드(A)는 자신이 속한 클러스터(10) 내 다른 센서 노드(B,C,D)로 동기화를 알리고 자신을 포함한 각 노드들에 대한 타임슬롯을 할당한다. 이로써, 각 노드는 자신에게 할당된 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터를 전송하게 된다. 그러면, 마스터 노드(M)는 이들 각각의 센서 노드(B,C,D)로부터 전송된 데이터의 수신 여부에 대하여 ACK, NAK, Block ACK, Block NAK 중 하나를 선택적으로 결정하여 다수의 노드(B,C,D)로 이를 동시에 전송하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송 절차를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 마스터 노드(M)에서 다수의 센서 노드(S1,S2,S3)와 데이터를 송수신하는 과정에서 선택적 다중 ACK/NAK(SMA) 기법을 설명한다. 도면에서 본 실시 예는 일례로서 마스터 노드(M)와 3개의 센서노드(S1,S2,S3)에 대해 도시하고 있으나, 발명은 이에 한정되지 않으며 더 많거나 적은 노드로 구현할 수도 있다.
본 실시 예에서의 패킷 데이터의 전송은 초기화 구간(Initializaion period)과 슈퍼프레임 구간(Super-frame period)으로 구분될 수 있다. 먼저, 본 실시 예에서 마스터 노드(M)는 초기화 구간의 프리엠블 구간에서 다수의 센서노드(S1,S2,S3)에게 동기화를 알리기 위해 프리엠블 메시지(preamble message:PM)를 생성하여 설정된 일정 시간간격으로 다수의 센서노드(S1,S2,S3)로 브로드캐스팅한다(S101). 이들 센서 노드(S1,S2,S3)는 초기화 구간의 조인 구간에서 상기 브로드캐스팅된 프리엠블 메시지(PM)를 수신하여 각자 자신이 가입할 클러스터를 선정하고 선정된 클러스터에 가입하기 위해 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지(join message:JM)를 생성하여 마스터 노드(M)로 전송한다(S103).
이후, 마스터 노드(M)는 슈퍼프레임 구간에서 비콘 메시지(beacon message)를 생성하여 다수의 센서 노드(S1,S2,S3)로 브로드캐스팅한다(S105). 각각의 센서 노드(S1,S2,S3)는 이러한 비콘 메시지를 이용하여 각자 자신의 위치정보에 따라 각 센서 노드(S1,S2,S3)별 데이터 전송을 위한 타임슬롯(time slot)을 할당한다. 이후에, 이들 센서 노드(S1,S2,S3)는 자신에 할당된 타임슬롯에 맞춰 데이터를 마스터 노드(M)로 전송한다(S107). 이때, 도면에는 도시하지 않았으나 이러한 데이터는 SIFS 간격을 통해 블록단위로 구분된 블록 데이터(block data:BD) 형태로 전송될 수도 있다. 본 실시 예에서 비콘 메시지는 해당 클러스터에 참여한 노드의 정보, 타임슬롯 할당정보, 슈퍼프레임의 간격 및 반복주기, 활성화 및 비활성화 정보 등을 포함한다
계속해서, 마스터 노드(M)는 각 센서 노드(S1,S2,S3)로부터 전송된 데이터를 수신하고 이에 대한 응답으로 ACK 또는 NAK를 전송하는데, 이를 위해 마스터 노드(M)는 선택된 ACK/NAK 정보와 그 ACK/NAK에 해당하는 센서 노드(S1,S2,S3)의 고유정보(ID)가 포함된 비콘 메시지를 생성하고, 생성된 비콘 메시지를 다음 주기의 슈퍼프레임 구간에서 다수의 센서 노드(S1,S2,S3)로 브로드캐스팅한다(S109). 이로써, 센서 노드(S1,S2,S3)로부터 전송된 데이터마다 ACK/NAK를 보내지 않고 상기 S109 단계의 브로드캐스팅을 통해 ACK/NAK를 한번에 동시에 보낸다. 이는 Normal 패킷에 대한 ACK/NAK을 보내는 예시이다. 이러한 과정은 Block 패킷에도 동일하게 적용된다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 특정 노드에서 블록단위의 블록 데이터(BD) 형태로 전송한 경우에는 각 블록 데이터마다 ACK/NAK를 보내지 않고 마지막 블록 데이터를 받은 후에 Block ACK/NAK를 한번에 동시에 보내준다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에서는 비콘 메시지 대신에 별도의 패킷을 전송할 수도 있다. 즉, 상기와 같이 Block ACK/NAK, 센서 노드 ID 및 Block ACK/NAK 정보가 포함된 별도의 패킷 데이터를 생성하여 센서 노드(S1,S2,S3)로 브로드캐스팅할 수도 있다. 하지만, 각각의 센서 노드(S1,S2,S3)의 타임슬롯 할당을 위해 전송하는 비콘 메시지에 상기 정보들을 담아 전송함으로써 패킷 전송시간 및 전송횟수를 줄일 수 있기 때문에, 바람직한 실시 예에서는 비콘 메시지를 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비콘 메시지의 형식을 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 ACK/NAK 전송을 위한 비콘 메시지이고, 도 3의 (b)는 Block ACK/NAK 전송을 위한 비콘 메시지이다. 이들 비콘 메시지(300)는 현재 전송되고 있는 프레임의 종류를 표시하는 Smart Block type 필드(310,410), 본 프레임을 전송하는 출발지 노드의 ID를 표시하는 Source ID 필드(320,420), 본 프레임을 수신하는 목적지 노드의 ID를 표시하는 Destination ID 필드(330,430), 본 프레임의 전송 시퀀스를 관리하는 Seq Control 필드(340,440), 프레임의 전송정보를 담는 Normal-control Payload 필드(350)/Blocked-control Payload 필드(450), 본 프레임의 보안 및 에러판별을 위한 FCS 필드(360,460)으로 구성된다.
Normal-control Payload 필드(350)는 TDMA의 전송간격(Interval) 정보, 게인시간(Gain Time:GT) 정보, 가드타임(Guard Time of Listening:GTL) 정보를 포함하는 TDMA Info. 필드(351)와, ACK, NAK, Block ACK, Block NAK인지를 표시하는 Ack mode 정보, 저파워 모드를 표시하는 LP mode 정보, 전송모드/비전송모드를 표시하는 NAV flag정보를 포함하는 Control 필드(352)와, ACK/NAK 정보를 포함하는 Type 필드(353a), ACK의 개수정보를 포함하는 Len 필드(353b), ACK/NAK에 대응하는 노드 ID를 표시하는 다수의 Node ID 필드(353c)를 포함하는 Selective ACK 필드(353)를 포함한다.
또한, 위와 유사하게 Blocked-control Payload 필드(450)는 TDMA Info. 필드(451)와, Control 필드(452)와, Block ACK/NAK 정보를 포함하는 Type 필드(453a), Block ACK의 개수 정보를 포함하는 Len 필드(453b), Block ACK/NAK에 대응하는 각 노드 ID를 표시하는 노드 ID 정보와 Block ACK를 표시하는 Bitmap ACk 정보로 구성된 다수의 Subset 필드(453c)를 포함하는 Selective ACK 필드(453)를 포함한다.
여기서, 기존의 MA 기법과 비교할 때 본 발명의 ACK/NAK 전송방법에서는 상기한 Selective (Blocked) ACK 필드(353,453)가 상이하다. 보다 구체적으로, Type 필드(353a,453a), Len 필드(353b,453b) 및 Node ID 필드(353c,453c)가 상이하다. 이하에서, Selective ACK 필드(353)의 Type 필드(353a), Len 필드(353b) 및 Node ID 필드(353c)에 대하여 상세하게 설명한다. 물론, Selective Blocked ACK 필드(453)도 동일하게 적용된다.
본 실시 예에서, 도 3의 (a)에서 Type 필드(353a)는 ACK 전송타입, NAK 전송타입, Block ACK 전송타입 또는 Block NAK 전송타입 중 어느 하나의 전송타입정보를 포함한다. 이로써, Type 필드(353a)를 통해 수신된 데이터에 대한 응답 종류가 ACK 전송인지, NAK 전송인지, Block ACK 전송인지 또는 Block NAK 전송인지를 판단할 수 있다. 이는 곧 해당 비콘 메시지가 어떤 종류의 전송을 포함하는지를 확인하기 위한 것이다. 본 실시 예에서 이러한 Type 필드(353a)에는 2 비트(bit)가 할당된다.
또한, 본 실시 예에서, Len 필드(353b)는 ACK의 개수 정보를 포함한다. 이때, Len 필드(353b)에는 0~(26-1) 비트(bit)가 할당된다. 따라서, Type 필드(353a) 및 Len 필드(353b)에는 총 1 바이트(byte)가 할당된다.
이러한 실시 예에 따른 Type 필드(353a) 및 Len 필드(353b)의 크기 및 내용은 각각 하기 표 1 및 표 2와 같다.
필드구분 비트(bit) 내용

Type 필드		 00 ACK 전송 (ACK Transmission)
01 NAK 전송 (NAK Transmission)
10 Block ACK 전송 (Block ACK Transmission)
11 Block NAK 전송 (Block NAK Transmission)
필드구분 비트(bit) 내용
Len 필드 0 ~ (26-1) ACK/Block ACK의 개수 (# of (Block) ACK)
- ACK : less than (Node ID 1byte / ACK or NAK)/2
- Block ACK : less than (Node ID Block ACK 3bytes)/2
상기 표 1에서 알 수 있듯이, ACK 전송은 '00', NAK 전송은 '01', Block ACK 전송은 '10', 그리고 Block NAK 전송은 '11'로 표시된다. Type 필드는 2 비트가 할당되고 Type 필드와 Len 필드는 총 1 바이트가 할당되므로, 표 2에서와 같이 Len 필드는 0~ (26-1)비트가 할당된다.
또한, 본 실시 예에서, Node ID 필드(353c)는 Type 필드(353a)에 표시되는 ACK/NAK, Block ACK/NAK 전송 정보에 해당하는 노드의 ID 정보를 나타낸다. 즉, 전송할 비콘 메시지의 Type 필드(353a)에 ACK 정보가 표시되면 그 ACK 정보를 수신하게 될 노드의 ID를 Node ID 필드(353c)에 표시하는 것이다. 이를 도 4a 내지 도 4b의 예시를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 ACK/NAK 및 Block ACK/NAK 전송에 따른 Type 필드 및 Node ID 필드의 예시도이다.
먼저, 도 4a에서는 마스터 노드(M)과 5개의 센서 노드 간의 패킷전송에 대한 ACK/NAK 전송에 대한 예를 도시하고 있다. 도면의 일례에서는 마스터 노드(M)가 5개의 센서 노드로부터 Normal 패킷을 수신한 후 그 패킷 수신에 대한 ACK 또는 NAK를 전송하되, 제1 노드, 제2 노드 및 제5 노드로 ACK를 전송하고, 제3 센서노드 및 제4 노드로 NAK를 전송하고자 한다. 이 경우, 패킷 프레임의 구성은 도 4a의 (a-1) 및(a-2)와 같이 2가지 경우가 가능하다.
도 4a의 (a-1)는 ACK 전송타입으로서, Type 필드에 ACK 전송을 나타내는 '00'을 표시하고, Node ID 필드에는 ACK를 전송하고자 하는 노드, 즉 제1,2,5 노드의 ID인 '001','010','100'을 각각 표시한다. 이는 제1,2,5 노드로 ACK를 전송한다는 것을 의미한다. 동시에 이는 제3,4 노드에게는 ACK를 전송하지 않는다는 것을 의미하여 NAK를 전송함을 의미한다.
이로써, 이후에 제1~5 노드에서 (a-1)의 프레임을 수신하면, 제1,2,5 노드는 ACK 전송타입과 자신의 ID가 존재함을 확인하고 자신의 Normal 패킷의 전송이 성공이었음을 인식하여 다음 패킷을 전송한다. 반대로 제3,4 노드는 ACK 전송타입과 자신의 ID가 존재하지 않음을 확인하고 패킷전송 실패로 인식하여 패킷을 재전송하도록 한다.
다음으로, 도 4a의 (a-2)는 NAK 전송타입으로서, Type 필드에 NAK 전송을 나타내는 "01"을 표시하고 Node ID 필드에는 NAK를 전송하고자 하는 노드, 즉 제3,4 노드의 ID, '011','100'을 각각 표시한다. 이는 제3,4 노드에게 NAK를 전송한다는 것을 의미한다. 이는 동시에 제1,2,5 노드에게는 NAK를 전송하지 않는다는 것, 즉 제1,2,5 노드에게는 ACK를 전송한다는 것을 의미한다.
이로써, 이후 제1~5 노드에서 (a-2)의 프레임을 수신하면, 제1,2,5 노드는 NAK 전송타입과 자신의 ID가 존재하지 않음을 확인함으로써 자신의 Normal 패킷 전송이 성공이었음을 인식하여 다음 패킷을 전송한다. 반대로 제3,4 노드는 NAK 전송타입과 자신의 ID가 존재함을 확인하고 패킷전송 실패로 인식하여 패킷을 재전송하도록 한다.
이와 같이, (a-1)과 (a-2) 프레임은 동일한 결과를 의미한다. 하지만, 위 둘을 패킷 길이를 비교해 보면 (a-2)가 (a-1)보다 짧은 것을 알 수 있다. 이는 ACK 노드 수와 NAK 노드 수에 의해 결정되는데 도면에서와 같이 ACK 노드의 수가 많을 경우 NAK 전송타입을 선택하고, 반대로 NAK 노드 수가 많을 경우 ACK 전송타입을 선택함이 바람직하다.
이러한 예는 도 4b에 도시된 Block ACK/NAK에도 동일하게 적용된다. 다만, 도 4b는 Node ID에 대응하는 Block ACK/NAK를 더 포함된다. 도 4b에 알 수 있듯이 Block ACK 노드 수와 Block NAK 노드 수가 동일한 경우에는 프레임의 길이가 동일하다. 이는 ACK 노드 수와 NAK 노드 수가 동일한 경우에도 마찬가지다. 그러므로 이 경우에는 (Block) ACK/NAK 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여도 무방하다.
한편, 도 4c는 4개의 노드에 대해 모두 ACK를 전송하는 경우에 대한 예시이다. 이 경우도 (c-1)과 (c-2)와 같이 선택적으로 패킷 프레임을 보낼 수 있다. 즉, (c-1)에서는 Type 필드에 ACK 전송타입을 표시하는 '00'을 표시하고 Node ID 필드에는 모든 노드의 ID('001','010','011')가 표시된다. 왜냐하면 모든 노드에게 ACK를 전송하기 때문이다. 반면, NAK 전송인 (c-2)의 경우에는 Type 필드에 ACK 전송타입을 표시하는 '00'을 표시하고 Node ID 필드에 해당되는 노드가 없음을 나타내는 '000'이 표시된다. 이후, 각 노드에서 (c-1) 프레임이 수신되면 ACK 전송타입에 자신의 노드 ID가 존재하므로 전송성공으로 인식하고 (c-2) 프레임이 수신되면 NAK 전송타입에 자신의 노드 ID가 존재하지 않으므로 역시 전송성공으로 인식하게 된다. (c-1)과 (c-2)는 결국 동일한 결과를 가지지만, 프레임 길이를 비교해 보면 (c-2)가 훨씬 짧음을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 예에서는 (c-2) 프레임 형태로 전송함이 바람직하다. 이는 NAK 노드 수가 ACK 노드 수보다 작기 때문이다.
도 4a 내지 도 4c의 예시에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 다수의 노드로 ACK/NAK를 패킷 프레임에 포함하여 전송하는 경우, 그 패킷 프레임에 ACK 또는 NAK 전송 타입 중 어느 하나를 선택적으로 결정하여 표시하고, 그 ACK 또는 NAK 전송 타입에 따라 해당되는 노드의 ID를 표시한다. 이로써 다수의 노드에 대해 다중 ACK/NAK 전송이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법을 보이는 흐름도이다.
도 5에서는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 마스터 노드(M)와 다수의 센서 노드 간의 패킷 전송에 대한 ACK/NAK 전송방법에 대하여 설명한다.
본 실시 예에서는, 먼저 다수의 센서 노드에서 마스터 노드(M)로 패킷을 전송하면(S201), 마스터 노드(M)는 이를 수신하여 확인한다(S203,S205).
상기 확인결과 수신된 패킷이 Normal 패킷이면(S207), ACK 또는 NAK 중 선택된 하나의 전송타입을 나타내는 전송타입 정보 및 그 선택된 전송타입에 해당하는 센서 노드의 노드ID 정보를 포함하는 응답정보를 포함한 응답 패킷을 생성하여 다수의 센서 노드로 브로드캐스팅한다(S209). 만약, 상기 확인결과, 그 수신된 패킷이 Block 패킷이면(S211), Block ACK 또는 Block NAK 중 선택된 하나의 전송타입을 나타내는 전송타입 정보 및 그 선택된 전송타입에 해당하는 센서 노드의 노드ID 정보를 포함하는 응답정보를 포함한 응답 패킷을 생성하여 다수의 센서 노드로 브로드캐스팅한다(S213). 이로써, 예컨대 다수의 센서 노드 중 특정 노드로 ACK를 전송할 때, 전송타입을 ACK로 선택하는 경우 노드ID 정보에는 그 특정 노드의 ID가 포함되고, 반대로 전송타입을 NAK로 선택하는 경우 노드ID 정보에는 그 특정 노드의 ID가 포함되지 않는 것이다.
여기서, 이러한 응답정보를 포함한 응답 패킷을 생성하는 단계에서는 마스터 노드(M)에서 수신한 패킷의 수신결과에 따라 다수의 센서 노드를 ACK 노드, NAK 노드, Block ACK 노드, Block NAK 노드 중 하나로 결정하고, 그 결정된 각 노드별 개수를 이용하여 전송타입 정보 및 노드ID 정보를 결정한다. 구체적으로는, ACK 노드의 개수가 많으면 전송타입 정보를 NAK로 결정하고, NAK 노드의 개수가 많으면 전송타입 정보를 ACK로 결정함이 바람직하다. 그 이유는 노드ID 정보에 들어가는 데이터 양은 노드ID의 개수가 적어야만 줄어들 수 있다. 따라서, 적은 개수의 노드를 따라 ACK/NAK를 결정하는 것이 바람직하다. 이는 Block ACK/NAK도 동일하게 적용된다.
이후, 다수의 센서 노드에서 마스터 노드(M)로부터 전송된 응답 패킷을 수신하고(S115), 그 수신된 응답 패킷에 포함된 전송타입 정보 및 노드ID 정보를 확인하여 자신이 마스터 노드(M)로 보냈던 패킷에 대한 전송성공 여부를 확인하도록 한다(S217). 이러한 확인과정을 살펴보면, 전송타입 정보에 ACK가 포함된 경우에 노드ID 정보에 자신의 노드 ID가 존재하면 전송성공으로 인식하고, 자신의 노드 ID가 존재하지 않으면 전송실패로 인식하고, 반대로, 전송타입 정보에 NAK가 포함된 경우에 노드ID 정보에 자신의 노드 ID가 존재하면 전송실패로 인식하고, 자신의 노드 ID가 존재하지 않으면 전송성공으로 인식한다. 이러한 인식과정은 Block ACK/NAK에도 동일하게 적용된다.
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.
최근 해양자원의 개발이 요구됨에 따라 수중통신 기술에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 수중통신 기술은 다양한 분야로 확대되고 있는 실정이다. 최근 다수의 응용분야가 융합화됨에 따른 수중통신 기술도 고려되고 있다. 특히, 수중환경의 열악한 조건을 고려할 때 데이터의 충돌없이 동일한 데이터 전송하면서도 전송횟수 및 시간을 줄이는 기술이 요구된다.
이러한 측면에서 볼 때, 본 발명은 데이터 전송에 대한 ACK/NAK 전송시 데이터 길이, 전송횟수 및 전송시간을 줄임으로써 무선통신 장치의 에너지 소모를 줄일 수 있으므로 무선통신 시스템 분야에서 매우 유용하게 적용될 수 있다.
10,20,30 : 클러스터 A~I : 노드
M : 마스터 노드

Claims (14)

  1. 다수의 노드 간에 무선통신을 수행하는 무선통신 시스템에서의 ACK/NAK 전송방법에 있어서,
    다수의 센서노드로부터 마스터 노드로 패킷을 각각 전송하는 제1단계;
    상기 패킷의 수신여부에 대한 응답정보로서, ACK, NAK, Block ACK 또는 Block NAK 중 하나의 전송타입을 나타내는 전송타입 정보 및 상기 전송타입에 해당하는 센서노드의 노드ID 정보로 이루어진 응답정보를 포함한 응답패킷을 생성하여 상기 다수의 센서노드로 브로드캐스팅하는 제2단계;
    상기 다수의 센서노드에서 상기 응답 패킷을 수신하고 상기 수신된 응답 패킷에 포함된 전송타입 정보 및 노드ID 정보를 확인하여 상기 제1단계에서 자신이 전송한 패킷의 전송성공 여부를 판단하는 제3단계; 를 포함하고,
    상기 제3단계는,
    상기 전송타입정보가 ACK 또는 Block ACK인 경우, 상기 노드ID 정보에 자신의 노드 ID가 존재하면 전송성공으로 인식하고, 자신의 노드ID가 존재하지 않으면 전송실패로 인식하며, 상기 전송타입정보가 NAK 또는 Block NAK인 경우, 상기 노드ID 정보에 자신의 노드ID가 존재하면 전송실패로 인식하고, 자신의 노드ID가 존재하지 않으면 전송성공으로 인식하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 응답정보를 포함한 응답 패킷을 생성하는 단계는,
    상기 전송된 패킷의 수신결과에 따라 상기 센서 노드를 ACK 노드, NAK 노드, Block ACK 노드, Block NAK 노드 중 하나로 결정하는 제1 결정단계; 및
    상기 결정된 각 노드의 개수를 이용하여 상기 전송타입 정보 및 노드ID 정보를 결정하는 제2 결정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 결정단계는,
    상기 ACK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 NAK로 결정하고, 상기 NAK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 ACK로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 결정단계는,
    상기 Block ACK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 Block NAK로 결정하고, 상기 Block NAK 노드의 개수가 많으면 상기 전송타입 정보를 Block ACK로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노드ID의 개수는 0~N(N는 센서 노드의 수)인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 노드ID 정보에는 각각 1 바이트(byte)씩 할당됨을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전송타입 정보에는 2 비트(bit)가 할당됨을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 응답 패킷을 생성하는 단계는,
    상기 다수의 센서 노드로부터 전송된 패킷이 Normal 패킷인지 또는 Block 패킷인지를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 판단결과, Normal 패킷이면 상기 전송타입 정보에 상기 ACK 또는 NAK 중 선택된 하나를 포함하고, Block 패킷이면 상기 전송타입 정보에 상기 Block ACK 또는 Block NAK 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 응답 패킷은,
    상기 전송타입정보에 ACK 또는 Block ACK를 포함한 경우, 상기 ACK 또는 Block ACK의 개수를 표시하는 길이(Len)정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 길이정보에는 0~(26-1) 비트(bit)가 할당됨을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 응답 패킷은 상기 다수의 센서 노드의 타임슬롯 할당을 위해 브로드캐스팅되는 비콘 메시지인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NAK 전송방법.
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