KR101250531B1 - 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템 - Google Patents

무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템 Download PDF

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KR101250531B1
KR101250531B1 KR1020110087772A KR20110087772A KR101250531B1 KR 101250531 B1 KR101250531 B1 KR 101250531B1 KR 1020110087772 A KR1020110087772 A KR 1020110087772A KR 20110087772 A KR20110087772 A KR 20110087772A KR 101250531 B1 KR101250531 B1 KR 101250531B1
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Abstract

본 발명은 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 전송 노드가 상기 수신 노드로 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하는 계산 단계; 및 상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송 단계를 포함하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 제공한다.

Description

무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템{DATA TRASMISSION METHOD, APPARATUS AND DATA TRANSMISSION AND RECEPTION SYSTEM IN WIRELESS NETWORK}
본 발명은 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 네트워크에서 적절한 재전송 임계치를 설정하여 노드들이 에너지를 효율적으로 사용하면서 동시에, 관리자가 원하는 데이터 전송 신뢰성을 보장하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템에 관한 것이다.
최근에 많은 연구들은 무선 네트워크에서의 링크들이 신뢰도가 낮고, 비대칭적인 것을 보여주고 있다. 하지만 무선 네트워크에서 신뢰성 있는 통신은 매우 중요하고, 특히 에너지의 효율성을 중요시하는 무선 센서 네트워크에서는 더욱 그러하다. 따라서, 신뢰성 있는 통신 방법과 에너지 효율성을 극대화하는 통신 방법들이 제안되어 왔다. 종래 제안된 Pure 기법(Pure ACK-based retransmission scheme)은 데이터를 전송한 전송 노드가 수신 노드로부터 ACK 패킷을 수신하지 않으면 데이터를 다시 전송함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
하지만 이 기법은 링크의 퀄리티(quality)에 대한 고려 없이 모든 링크에 동일한 재전송 임계치를 적용하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 PDF 기법(Probability-based Data Forwarding retransmission Scheme)이 제안되었다. PDF 기법은 Pure 기법과는 다르게 재전송 임계치를 설정한다.
도 1은 종래 PDF 기법에 따라 전송 노드와 수신 노드간 데이터와 ACK를 송수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 전송 성공률과 ACK 전송 성공률은 0.7과 0.5로 각각 다르다. 따라서, 종래 Pure 기법은 정방향/역방향 링크 퀄리티에 관계없이 임의의 임계치(예컨대, 10번)를 설정하여 데이터를 전송하는 반면, PDF 기법은 정방향 링크 퀄리티가 0.7이므로 이를 1/0.7=2(올림) 연산을 수행하여, 2번의 데이터 전송시 수신 노드로부터 ACK 메시지를 수신하지 못해도 데이터가 성공적으로 도착했다고 가정하고, 데이터 전송을 중단한다. 이와 같은 임계치 조정을 통해 통신 신뢰도를 제고시킬 수 있고, 무선 센서 네트워크의 경우에는 에너지 효율을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
하지만, PDF 기법은 데이터 재전송 임계치를 구할 때, (1/정방향 링크 퀄리티(올림)) 연산을 수행하여 구하기 때문에, 실제 데이터 전송 성공률이 정방향 링크의 퀄리티에 따라 매우 다른 값을 갖는 문제점이 있다.
예컨대, PDF 기법을 사용하여 데이터를 송수신하는 시스템에서, 정방향 링크 퀄리티가 0.7인 경우 재전송 임계치는 1/0.7=2(올림)로, 2가 된다. 이때, 데이터 전송 성공률은 1-(0.3*0.3)=0.91로, 0.91이 된다. 반면, 정방향 링크 퀄리티가 0.5인 경우 재전송 임계치는 1/0.5=2(올림)로, 앞서 0.7인 경우와 마찬가지로 2가 된다. 그러나, 데이터 전송 성공률은 1-(0.5*0.5)=0.75로, 앞선 경우와 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같이 재전송 임계치가 동일한 경우에도 데이터 전송 성공률이 크게 차이가 나기 때문에, 데이터 전송의 신뢰성이 매우 떨어지고, 안정적인 데이터 전송이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0862186 ("이동 감지 센서를 구비한 이동 노드 및 동체 감지 센서를 구비한 고정 노드간 저전력 구현 및 이동 노드의 식별자의 중복 전송을 방지하기 위한 방법 및 이동 노드", 주식회사 아트시스템, 2008.10.01 등록)
본 발명의 목적은 적절한 재전송 임계치를 설정하여 전송 노드들이 관리자가 원하는 데이터 전송 신뢰성을 보장하도록 하여, 무선 네트워크의 안정적인 데이터 전송을 보장하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템를 제공하는 거이다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 센서 네트워크에 적용되었을 때, 센서 노드들이 에너지를 효율적으로 사용하면서 데이터 전송의 신뢰성도 확보할 수 있는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템를 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법은 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 전송 노드가 상기 수신 노드로 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하는 계산 단계; 및 상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송 단계를 포함할 수 있다.
상기 계산 단계는 상기 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 외부로부터 입력받는 입력 단계; 상기 전송 노드와 상기 수신 노드 간의 데이터 송수신을 통해 정방향 링크 퀄리티를 계산하는 정방향 링크 퀄리티 계산 단계; 및 상기 데이터 전송 성공률과 상기 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 상기 재전송 임계치를 구하는 재전송 임계치 계산 단계를 포함할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산 단계에서, 상기 전송 노드는
Figure 112011067954232-pat00001
(여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산 단계에서, 상기 전송 노드는
Figure 112011067954232-pat00002
을 만족하는 가장 작은 재전송 임계치(n)를 상기 재전송 임계치로 계산할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산 단계에서, 상기 전송 노드는 역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않고, 상기 정방향 링크 퀄리티만을 고려하여 상기 재전송 임계치를 계산할 수 있다.
상기 전송 단계에서, 상기 전송 노드는 상기 계산된 재전송 임계치의 수(n)만큼 상기 데이터를 반복 전송할 수 있다.
상기 무선 네트워크는 무선 센서 네트워크일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치는 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 수신 노드로 데이터를 전송하는 장치에 있어서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하는 계산부; 및 상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송부를 포함할 수 있다.
상기 계산부는 상기 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 외부로부터 입력받는 입력부; 상기 수신 노드와의 데이터 송수신을 통해 정방향 링크 퀄리티를 계산하는 정방향 링크 퀄리티 계산부; 및 상기 데이터 전송 성공률과 상기 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 상기 재전송 임계치를 구하는 재전송 임계치 계산부를 포함할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산부는
Figure 112011067954232-pat00003
(여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산부는
Figure 112011067954232-pat00004
을 만족하는 가장 작은 재전송 임계치(n)를 상기 재전송 임계치로 계산할 수 있다.
상기 재전송 임계치 계산부는 역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않고, 상기 정방향 링크 퀄리티만을 고려하여 상기 재전송 임계치를 계산할 수 있다.
상기 전송부는 상기 계산된 재전송 임계치의 수(n)만큼 상기 데이터를 반복 전송할 수 있다.
상기 무선 네트워크는 무선 센서 네트워크일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 무선 네트워크에서의 데이터 송수신 시스템은 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 전송 노드가 상기 수신 노드로 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하고, 상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송 노드; 및 상기 전송 노드로부터 상기 데이터를 수신하는 수신 노드를 포함할 수 있다.
상기 전송 노드는
Figure 112011067954232-pat00005
(여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산할 수 있다.
본 발명의 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템에 따르면, 무선 네트워크에서 링크 퀄리티를 고려하지 않고 모든 링크에 특정 임계치를 설정하여 재전송하는 기법(Pure 기법)과 단순히 정방향 링크 퀄리티에 따라 임계치를 설정하는 기법(PDF 기법)에 비해 관리자가 원하는 데이터 전송 성공률을 보다 안정적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법, 장치 및 송수신 시스템이 무선 센서 네트워크에 사용되는 경우 센서 네트워크의 효율을 늘리며 데이터 전송 성공률도 보장할 수 있어 센서 네트워크의 원활한 작동을 보장하는 효과가 있다.
도 1은 종래 PDF 기법에 따라 전송 노드와 수신 노드간 데이터와 ACK를 송수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 중 계산 단계를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치 중 계산부를 구체적으로 나타낸 상세 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 7은 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 0.9로 설정하였을 때, 종래 기법과 본 발명의 데이터 전송 방법에서 링크 퀄리티에 따라 계산된 재전송 임계치를 도시한 표,
도 8은 관리자가 요구하는 데이터 전송률이 0.9일 때, 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 전송할 경우, 실제로 데이터가 성공적으로 도착한 확률을 보여주는 그래프,
도 9는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 0.8로 설정하였을 때, 종래 기법과 본 발명의 데이터 전송 방법에서 링크 퀄리티에 따라 계산된 재전송 임계치를 도시한 표,
도 10은 관리자가 요구하는 데이터 전송률이 0.8일 때, 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 전송할 경우, 실제로 데이터가 성공적으로 도착한 확률을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 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 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 시간 정보를 활용한 블로그 카테고리 분류 방법은 반드시 블로그에 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 블로그 외의 다른 인터넷 커뮤니티에서도 활용할 수 있고, 일반적인 정보 검색시에도 시간 정보를 활용하고자 한다면, 본 발명의 방법을 선택 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법은 종래 문제점인 무선 네트워크에서 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 보장하지 못하거나, 에너지를 효율적으로 사용하지 못하는 문제점을 방지하기 위해 제안된 것이다. 이를 위해, 정방향 링크 퀄리티와 관리자가 요청하는 데이터 전송 성공률에 따라 전송 노드의 재전송 임계치를 계산한다. 링크마다 데이터 전송 성공률이 매우 다른 이유는 종래 기법(Pure 기법 또는 PDF 기법(도 1 참조))이 단순히 1/정방향 링크 퀄리티(올림)를 이용하여 재전송 임계치를 결정하기 때문이다. 따라서, 본 발명은 이를 해결하고자 정방향 링크 퀄리티와 관리자가 요청하는 데이터 저송 성골율에 따라 재전송 임계치를 결정하는 RRT 기법(Reliable Retransmission Threshold)을 제안한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법(RRT 기법)을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법은 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 계산하는 계산 단계(210) 및 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 수신 노드로 전송하는 전송 단계(220)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전송 노드와 수신 노드 간에 데이터를 송수신 함에 있어서, 무선 네트워크를 사용하는 환경을 기본으로 한다. 여기서 무선 네트워크는 무선 센서 네트워크 또는 애드혹(AD HOC) 무선 네트워크일 수도 있다. 또한 네트워크에서의 통신은 IEEE 802. 11을 사용할 수 있다. 특히, 무선 센서 네트워크 환경이라면, 센서 노드의 수명이 중요하기 때문에 네트워크의 에너지 효율 특성이 보다 더 중요하게 고려되야 한다.
계산 단계(210)에서, 전송 노드는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률에 따라 재전송 임계치를 계산한다. 데이터 전송 성공률은 미리 설정되어 있을 수 있다. 여기서, 정방향 링크 퀄리티를 고려해서 재전송 임계치를 구한다는 것에 특징이 있다. 재전송 임계치는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률이 높을수록 커지게 되고, 정방향 링크 퀄리티가 높을수록 작아지게 된다. 이는 요구하는 데이터 전송 성공률이 높으면 그만큼 재전송을 많이 하여야 설정된 성공률에 부합할 수 있기 때문이고, 또한 정방향 링크 퀄리티가 높으면 재전송하지 않아도 데이터가 성공적으로 수신 노드에 도착할 확률이 높기 때문에 재전송할 필요성이 작아지기 때문이다. 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법(RRT)은 정방향 링크 퀄리티만을 고려하고 역방향 링크 퀄리티는 고려하지 않는다. 이는 도 3을 참조하여 설명하고자 한다.
전송 단계(220)에서, 전송 노드는 계산 단계(210)에서 계산된 재전송 임계치를 이용하여 데이터를 수신 노드로 전송한다. 재전송 임계치를 이용한다는 것을 재전송 임계치만큼 데이터를 반복 전송한다는 것을 의미한다. 이는 데이터 전송을 효율적으로 하기 위해 가장 효율적인 데이터 전송을 위한 전송 횟수를 의미하는 재전송 임계치를 활용하기 위함이다. 그렇다고, 재전송 임계치를 너무 작게 설정하면 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률에 부합하지 않을 수 있기 때문에 계산 단계(210)에서는 재전송 임계치를 효율성도 고려하면서, 데이터 전송 신뢰성까지 고려하여 계산해야 한다. 전송 노드는 데이터 패킷을 재전송 임계치만큼 반복 전송함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송을 완료할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법 중 계산 단계(210)를 구체적으로 나타낸 상세 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 계산 단계(210)는 데이터 전송 성공률을 입력받는 단계(310), 정방향 링크 퀄리티를 계산하는 단계(320) 및 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 계산하는 단계(330)를 포함할 수 있다.
데이터 전송 성공률 입력 단계(310)에서, 전송 노드는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 입력받는다. 데이터 전송 성공률은 미리 설정되어 있을 수 있다. 데이터 전송 성공률은 전술한 바와 같이, 재전송 임계치를 결정하는 중요한 팩터(factor)가 된다.
정방향 링크 퀄리티 계산 단계(320)에서, 전송 노드는 수신 노드와 데이터를 주고 받음으로써 데이터가 성공적으로 전송된 확률을 계산하여 링크 퀄리티를 계산한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 재전송 임계치 계산 단계(330)에서 역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않는다. 즉, 정방향 링크 퀄리티만을 고려한다. 따라서, 정방향 링크 퀄리티 계산 단계(320)에서도 역방향 링크 퀄리티를 계산하지 않고, 정방향 링크 퀄리티만 계산하면 된다. 이는 무선 네트워크가 비대칭일 가능성이 존재하기 때문이다. 따라서, 데이터가 성공적으로 전송되었음에도 불구하고 수신 노드에서 보내는 ACK 메시지는 성공적으로 전송되지 않을 수 있다. 하지만, 전송 노드가 ACK 메시지를 수신하지 못하였다고 해서 다시 데이터를 재전송한다면, 이는 분명히 전송 효율을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 따라서, 정방향 링크 퀄리티만을 이용해 데이터 전송의 성공률을 계산하여 ACK 메시지를 받지 못해도, 전송 노드는 데이터가 성공적으로 전송되었을 것이라 예상하여 불필요한 데이터 전송을 방지할 수 있다. 특히, 무선 센서 네트워크에서는 전송 노드와 수신 노드간 비대칭이 더 심하기 때문에 정방향 링크 퀄리티만을 고려해야 하는 이유도 더 명확해지게 된다. 더욱이, 데이터 전송 효율의 증가는 에너지 효율의 증가로 이어진다.
다음으로, 재전송 임계치 계산 단계(330)에서, 전송 노드는 데이터 전송 성공률 입력 단계(310)에서 입력된 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티 계산 단계(320)에서 계산된 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 계산한다. 역방향 링크 퀄리티는 고려하지 않는다. 여기서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률에 관계 없이 정방향 링크 퀄리티에 따라 데이터 전송 성공률이 변화하는 것을 방지하기 위해 다음의 수학식을 이용한다.
Figure 112011067954232-pat00006
여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티를 나타내며, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타낸다. 수학식 1은 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.
Figure 112011067954232-pat00007
전송 노드는 수학식 2를 이용하여 재전송 임계치를 계산한다. 여기서, 수학식 2를 만족하는 무수히 많은 재전송 임계치(n)가 존재할 수 있으나, 데이터 전송 효율을 고려하여 가장 작은 n 값을 재전송 임계치로 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률(X)이 90%라면, X=0.9가 되고, 여기서, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.9인 경우, 재전송 임계치(n)는 1이 될 수 있다. 또한, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.8인 경우에는 재전송 임계치(n)는 2가 된다. 따라서, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.9인 경우에는 재전송 임계치(n)가 1이기 때문에, 전송 노드는 1번의 데이터 전송만으로 데이터가 성공적으로 전송되었다고 예상하여 더 이상의 재전송을 하지 않고, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.8인 경우에는 재전송 임계치(n)는 2가 되기 때문에, 전송 노드는 데이터를 2번 전송한다.
본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 따르면, 종래 기법(Pure 기법, PDF 기법(도 1 참조))에 비해, 정방향 링크 퀄리티에 따라 재전송 임계치가 다르게 계산되므로, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 보다 확실하게 보장할 수 있다.
이후, 전송 노드는 전송 단계(220)로 넘어가서, 재전송 임계치에 따른 전송 횟수만큼 데이터를 반복 전송하여 데이터 전송을 완료한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치(400)를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치(400)는 계산부(410) 및 전송부(420)를 포함할 수 있다.
계산부(410)는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률에 따라 재전송 임계치를 계산한다. 데이터 전송 성공률은 미리 설정되어 있을 수 있다. 재전송 임계치는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률이 높을수록 커지게 되고, 정방향 링크 퀄리티가 높을수록 작아지게 된다. 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치(400)는 데이터 전송의 효율성을 위해, 정방향 링크 퀄리티만을 고려하고 역방향 링크 퀄리티는 고려하지 않는다.
전송부(420)는 계산부(410)에서 계산된 재전송 임계치를 이용하여 데이터를 수신 노드로 전송한다. 재전송 임계치를 이용한다는 것을 재전송 임계치만큼 데이터를 반복 전송한다는 것을 의미한다. 이는 데이터 전송을 효율적으로 하기 위해 가장 효율적인 데이터 전송을 위한 전송 횟수를 의미하는 재전송 임계치를 활용하기 위함이다. 계산부(410)에서는 재전송 임계치를 효율성도 고려하면서, 데이터 전송 신뢰성까지 고려하여 계산해야 한다. 전송부(420)는 데이터 패킷을 재전송 임계치만큼 반복 전송함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송을 완료할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치(400) 중 계산부(410)를 구체적으로 나타낸 상세 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 계산부(410)는 입력부(510), 정방향 링크 퀄리티 계산부(520) 및 재전송 임계치 계산부(530)를 포함할 수 있다.
입력부(510)는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 입력받는다. 데이터 전송 성공률은 미리 설정되어 있을 수 있다. 데이터 전송 성공률은 정방향 링크 퀄리티와 함께 재전송 임계치를 결정하는 중요한 팩터가 된다.
정방향 링크 퀄리티 계산부(520)는 수신 노드와 데이터를 주고 받음으로써 데이터가 성공적으로 전송된 확률을 계산하여 정방향 링크 퀄리티를 계산한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 재전송 임계치 계산부(530)가 역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않고, 정방향 링크 퀄리티만을 고려하기 때문에 정방향 링크 퀄리티 계산부(520)는 역방향 링크 퀄리티를 계산하지 않고, 정방향 링크 퀄리티만 계산하면 된다. 이는 전술한 바와 같이, 무선 네트워크가 비대칭일 수 있기 때문이다. 따라서, 정방향 링크 퀄리티만을 이용해 데이터 전송의 성공률을 계산하여 수신 노드로부터 ACK 메시지를 받지 못해도, 데이터 전송 장치(400)는 데이터가 성공적으로 전송되었을 것이라 예상하여 불필요한 데이터 전송을 방지할 수 있다. 무선 센서 네트워크에서는 전송 노드와 수신 노드간 비대칭이 더 심하기 때문에 정방향 링크 퀄리티만을 고려해야 하는 이유도 더 명확해지게 된다.
다음으로, 재전송 임계치 계산부(530)는 입력부(510)에서 입력된 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티 계산부(520)에서 계산된 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 계산한다. 역방향 링크 퀄리티는 고려하지 않는다. 여기서, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률에 관계없이 정방향 링크 퀄리티에 따라 데이터 전송 성공률이 변화하는 것을 방지하기 위해
Figure 112011067954232-pat00008
를 이용하여 재전송 임계치를 계산한다. 여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티를 나타내며, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타낸다.
위의 수학식을 만족하는 재전송 임계치(n)는 무수히 많이 존재할 수 있으나, 본 발명의 데이터 전송 장치(400)는 데이터 전송 효율을 고려하여 가장 작은 n 값을 재전송 임계치로 설정한다. 예컨대, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률(X)이 90%라면, X=0.9가 되고, 여기서, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.9인 경우, 재전송 임계치(n)는 1이 될 수 있다. 또한, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.8인 경우에는 재전송 임계치(n)는 2가 된다. 따라서, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.9인 경우에는 재전송 임계치(n)가 1이기 때문에, 데이터 전송 장치(400)의 전송부(420)는 1번의 데이터 전송만으로 데이터가 성공적으로 전송되었다고 예상하여 더 이상의 재전송을 하지 않고, 정방향 링크 퀄리티(FPRR)가 0.8인 경우에는 재전송 임계치(n)는 2가 되기 때문에, 데이터 전송 장치(400)의 전송부(420)는 데이터를 2번 전송한다.
본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치(400)에 따르면, 종래 기법(Pure 기법, PDF 기법(도 1 참조))에 비해, 정방향 링크 퀄리티에 따라 재전송 임계치가 다르게 계산되므로, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 보다 확실하게 보장할 수 있다.
이후, 전송부(420)는 계산부(410)에서 계산된 재전송 임계치에 따른 전송 횟수만큼 데이터를 반복 전송하여 데이터 전송을 완료한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 송수신 시스템은 전송 노드(610) 및 수신 노드(620)를 포함할 수 있다. 전송 노드(610)는 수신 노드(620)로 데이터를 전송한다.
전송 노드(610)는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 계산한다. 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 수신 노드로 전송한다. 재전송 임계치 계산은
Figure 112011067954232-pat00009
를 이용하여 계산하는 것이 바람직하다. 여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티를 나타내며, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타낸다. 재전송 임계치는 위의 수학식을 만족하는 n 값 중 가장 작은 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
수신 노드(620)는 전송 노드(610)로부터 데이터를 수신한다.
도 7은 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 0.9로 설정하였을 때, 종래 기법과 본 발명의 데이터 전송 방법에서 링크 퀄리티에 따라 계산된 재전송 임계치를 도시한 표이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 종래 Pure 기법의 경우에는 정방향 링크 퀄리티가 변화하여도 동일한 재전송 임계치를 나타낸다. PDF 기법은 정방향 링크 퀄리티가 변화함에 따라 재전송 임계치가 변화하나 정방향 링크 퀄리티가 0.5일 때부터 0.9일 때까지 모두 재전송 임계치가 2로 동일함을 알 수 있다. 따라서, 재전송 임계치에 따라 전송 횟수를 조절하여도, 실제 데이터 전송 성공률은 매우 다른 값을 갖게 될 수 있다. 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 사용하는 경우, 정방향 링크 퀄리티에 따라 재전송 임계치도 적절하게 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 모두 고려하여 실제 데이터 전송 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 8은 관리자가 요구하는 데이터 전송률이 0.9일 때, 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 전송할 경우, 실제로 데이터가 성공적으로 도착한 확률을 보여주는 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, PDF 기법에 비해 높은 데이터 전송률을 보임을 알 수 있다. Pure 기법의 경우 링크 퀄리티가 높은 경우 본 발명의 데이터 전송 방법보다 더 좋은 전송률을 보이나, Pure 기법은 재전송 임계치를 고정하는 방식을 사용하기 때문에 데이터 전송 효율 면에서 매우 좋지 못하다.
도 9는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 0.8로 설정하였을 때, 종래 기법과 본 발명의 데이터 전송 방법에서 링크 퀄리티에 따라 계산된 재전송 임계치를 도시한 표이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 종래 Pure 기법의 경우에는 정방향 링크 퀄리티가 변화하여도 재전송 임계치가 20으로 동일한 재전송 임계치를 나타낸다. PDF 기법은 정방향 링크 퀄리티가 변화함에 따라 재전송 임계치가 변화하나 정방향 링크 퀄리티가 0.5일 때부터 0.9일 때까지 모두 재전송 임계치가 2로 동일함을 알 수 있다. 따라서, 실제 데이터 전송 성공률은 매우 다른 값을 갖게 될 수 있다. 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 사용하는 경우, 정방향 링크 퀄리티에 따라 재전송 임계치도 적절하게 변화하는 것을 알 수 있다. 다만, 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률이 0.9인 경우보다는 재전송 임계치의 변화가 둔화된 것을 알 수 있다. 이는 관리자가 0.9보다 낮은 데이터 전송 성공률을 요구하고 있기 때문에 이에 맞춰 적절하게 재전송 임계치도 변화폭을 적게 하였다고 분석된다. 따라서, 본 발명에 따른 데이터 전송 방법은 정방향 링크 퀄리티뿐만 아니라 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 모두 고려한다는 것을 알 수 있다.
도 10은 관리자가 요구하는 데이터 전송률이 0.8일 때, 계산된 재전송 임계치에 따라 데이터를 전송할 경우, 실제로 데이터가 성공적으로 도착한 확률을 보여주는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, PDF 기법에 비해 링크 퀄리티가 낮은 곳에서는 높은 실제 데이터 전송률을 보이나 링크 퀄리티가 높은 곳에서는 PDF 기법보다 낮은 실제 데이터 전송률을 보임을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 전송 방법은 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률도 고려하기 때문에, 도 8에 비해 요구하는 데이터 전송 성공률이 낮아졌기 때문에 실제 데이터 전송 성공률도 그만큼 낮아진 것으로 볼 수 있다. Pure 기법의 경우 링크 퀄리티가 높은 경우 본 발명의 데이터 전송 방법보다 더 좋은 전송률을 보이나, Pure 기법은 재전송 임계치를 고정하는 방식을 사용하기 때문에 데이터 전송 효율이 좋지 못하다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 계산 단계 220: 전송 단계
310: 데이터 전송 성공률 입력 단계
320: 정방향 링크 퀄리티 계산 단계
330: 재전송 임계치 계산 단계
400: 데이터 전송 장치 410: 계산부
420: 전송부
510: 입력부 520: 정방향 링크 퀄리티 계산부
530: 재전송 임계치 계산부
600: 데이터 송수신 시스템 610: 전송 노드
620: 수신 노드

Claims (16)

  1. 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 전송 노드가 상기 수신 노드로 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하는 계산 단계; 및
    상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송 단계를 포함하되, 상기 계산 단계는
    Figure 112012085099749-pat00025
    (여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산하고, 상기 수학식을 만족하는 최소 자연수를 상기 재전송 임계치(n)로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 계산 단계가,
    상기 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 외부로부터 입력받는 입력 단계;
    상기 전송 노드와 상기 수신 노드 간의 데이터 송수신을 통해 상기 정방향 링크 퀄리티를 계산하는 정방향 링크 퀄리티 계산 단계; 및
    상기 데이터 전송 성공률과 상기 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 상기 재전송 임계치를 구하는 재전송 임계치 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 재전송 임계치 계산 단계에서,
    상기 전송 노드가 역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않고, 상기 정방향 링크 퀄리티만을 고려하여 상기 재전송 임계치를 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 단계에서,
    상기 전송 노드가 상기 계산된 재전송 임계치의 수(n)만큼 상기 데이터를 반복 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 네트워크가 무선 센서 네트워크인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  8. 무선 네트워크 상에서 수신 노드로 데이터를 전송하는 장치에 있어서,
    관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하는 계산부; 및
    상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 계산부는
    Figure 112013019041687-pat00026
    (여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산하고, 상기 수학식을 만족하는 최소 자연수를 상기 재전송 임계치(n)로 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 계산부가,
    상기 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 외부로부터 입력받는 입력부;
    상기 수신 노드와의 데이터 송수신을 통해 상기 정방향 링크 퀄리티를 계산하는 정방향 링크 퀄리티 계산부; 및
    상기 데이터 전송 성공률과 상기 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 상기 재전송 임계치를 구하는 재전송 임계치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 재전송 임계치 계산부가,
    역방향 링크 퀄리티를 고려하지 않고, 상기 정방향 링크 퀄리티만을 고려하여 상기 재전송 임계치를 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 전송부가,
    상기 계산된 재전송 임계치의 수(n)만큼 상기 데이터를 반복 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선 네트워크가 무선 센서 네트워크인 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 전송 장치.
  15. 전송 노드와 수신 노드로 구성된 무선 네트워크 상에서 상기 전송 노드가 상기 수신 노드로 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
    관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률과 정방향 링크 퀄리티를 이용하여 재전송 임계치를 구하고, 상기 계산된 재전송 임계치에 따라 상기 데이터를 상기 수신 노드로 전송하는 전송 노드; 및
    상기 전송 노드로부터 상기 데이터를 수신하는 수신 노드를 포함하되, 상기 전송 노드는
    Figure 112012085099749-pat00027
    (여기서, FPRR은 정방향 링크 퀄리티, n은 재전송 임계치, X는 관리자가 요구하는 데이터 전송 성공률을 나타냄)을 이용하여 상기 재전송 임계치를 계산하고, 상기 수학식을 만족하는 최소 자연수를 상기 재전송 임계치(n)로 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 데이터 송수신 시스템.
  16. 삭제
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