KR101306067B1 - Ｔｄｍａ 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중환경에서 노드에서 전송할 데이터 유무에 따라 타임슬롯을 동적으로 할당하여 데이터 전송시간을 단축하도록 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 수중통신 방법은, 노드 간에 TDMA 기반 무선통신을 수행하는 무선통신시스템에서 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법에 있어서, 스케줄 노드에서 다수의 다른 노드로 타임슬롯 할당을 위한 스케줄 메시지를 전송하는 단계; 상기 각각의 다른 노드에서 전송할 데이터 프레임이 있으면 자신에게 할당된 타임슬롯에 상기 데이터 프레임을 전송하고, 전송할 데이터 프레임이 없으면 IHND 프레임을 상기 스케줄 노드로 전송하는 단계; 및 상기 스케줄 노드에서 상기 IHND 프레임이 수신되면 상기 IHND 프레임이 전송된 타임슬롯을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

ＴＤＭＡ 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법{UNDERWATER COMMUNICATION METHOD TDMA BASED DYNAMIC TIME SLOT ASSIGNMENT}

본 발명은 수중통신방법에 관한 것으로서, 특히 수중환경에서 노드에서 전송할 데이터 유무에 따라 타임슬롯을 동적으로 할당하여 데이터 전송시간을 단축하도록 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법에 관한 것이다.

수중 센서 네트워크는 수중환경 감시, 재난방지, 해양자원 탐사, 해양생명체 연구, 침몰선박 탐색 등 수중환경의 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 수중환경에서 다중 데이터 통신을 위해서는 효율적인 MAC(Medium Access Control) 프로토콜의 설계가 필요하다.

프로토콜의 가장 기본적인 기법으로 Aloha 방식이 있지만 Aloha 방식은 데이터 충돌이 자주 발생하는 단점이 있다. 지상에서는 충돌이 발생하여 데이터가 손실되더라도 재전송함으로써 충돌 문제를 해결할 수 있지만 수중환경에서는 전송속도가 매우 느린 저주파를 사용하기 때문에 재전송에 어려움이 따른다. 따라서, 충돌을 피하기 위한 기법으로 시분할다중접속(TDMA:Time Division Multiple Access) 기반의 MAC 프로토콜이 많이 사용되고 있다.

종래의 TDMA 방식은 다수의 노드가 접속한 토폴로지(topology) 내에서 각 노드에게 타임슬롯(time slot)을 할당하여 각자 자신에게 할당된 타임슬롯 구간에 맞춰 데이터를 송수신하도록 함으로써 노드들 간 데이터 충돌을 방지하도록 한다.

그런데, 종래 TDMA 기반의 수중통신방법에서는 정적 데이터 전송구간을 가지므로 데이터 전송구간 동안 전송할 데이터가 없어도 노드에 항상 정해진 타임슬롯이 할당됨으로써 타임슬롯의 낭비가 발생하는 단점이 있다. 즉, 특정 노드에서 자신에게 할당된 타임슬롯 구간에 전송할 데이터가 없는 경우 아무런 동작을 하지 않은 채 할당된 시간을 모두 사용하게 되므로 시간낭비를 초래한다는 문제점이 있다.

본 발명은 수중환경의 노드에서 전송할 데이터의 유무에 따라 각 라운드마다 타임슬롯을 동적으로 할당하여 데이터 전송시간을 단축하도록 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 TDMA 기반의 수중통신시 노드에서 자신에 할당된 타임슬롯 구간에서 전송할 데이터가 없는 경우 데이터의 길이보다 짧은 IHND를 보내 해당 타임슬롯을 단축하도록 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중통신방법은,

노드 간에 TDMA 기반 무선통신을 수행하는 무선통신시스템에서 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법에 있어서, 스케줄 노드에서 하나의 라운드에서 다수의 다른 노드로 타임슬롯 할당을 위한 스케줄 메시지를 전송하는 제1 단계; 상기 각각의 다른 노드에서 상기 스케쥴 노드로 응답 프레임을 전송하되, 전송할 데이터 프레임이 있으면 자신에게 할당된 타임슬롯에 상기 데이터 프레임을 전송하고, 전송할 데이터 프레임이 없으면 상기 데이터 프레임보다 길이가 짧은 최소길이의 IHND 프레임을 상기 스케줄 노드로 전송하는 제2 단계; 및 상기 스케줄 노드에서 상기 IHND 프레임이 수신되면 상기 IHND 프레임을 수신받은 타임슬롯의 시간을 상기 제1 단계에서 할당된 타임슬롯의 시간보다 단축하는 제3 단계; 상기 다른 노드에서 상기 단축된 타임슬롯의 시간이 반영되어 상기 제1 단계에서 할당된 자신의 타임슬롯보다 더 빨라진 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터 프레임 또는 IHND 프레임 중 어느 하나를 상기 스케쥴 노드로 전송하는 제4 단계; 를 포함하며, 상기 제1 단계 내지 제4 단계는 동일한 라운드에서 수행된다.

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본 발명의 실시 예에서, 상기 스케줄 노드는 상기 IHND 프레임을 수신하면 상기 IHND 프레임을 전송한 노드가 자신이 속한 클러스터에 가입되어 있음을 인지한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 IHND 프레임은 상기 해당 타임슬롯에 전송할 데이터 프레임이 없다는 정보를 포함한다.

본 발명에 의하면 TDMA 방식의 수중통신시 노드에서 전송할 데이터 유무에 따라 해당 노드에 할당된 타임슬롯을 동적으로 변경함으로써 해당 노드에 할당된 데이터 전송시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 TDMA 기반의 수중통신 네트워크 시스템에서 타임슬롯을 동적으로 변경함으로써 전체적인 데이터 전송량을 증가시키는 효과가 있다.

나아가, 본 발명에 의하면 특정 노드에서 자신에 할당된 타임슬롯에 데이터를 전송하지 않는 경우에도 그 노드가 고아 노드인지 전송할 데이터가 없는 노드인지를 구분할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 수중센서 네트워크 토폴로지의 예시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 프로토콜의 구조도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실험 예에 따른 데이터 처리량을 비교한 그래프.
도 5는 발명의 실험 예에서 노드 수에 따른 채널 효율을 비교한 그래프.
도 6은 본 발명의 실험 예에서 데이터 전송속도에 따른 채널 효율을 비교한 그래프.

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.

도 1은 본 발명이 적용되는 수중센서 네트워크 토폴로지의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예의 수중센서 네트워크 토폴로지에서는 3개의 클러스터(10,20,30)를 예시적으로 도시한다. 이들 클러스터(10,20,30)는 각각 다수의 노드(A~I)를 포함한다. 이러한 다수의 노드(A~I)는 서로 무선으로 통신하는 Ad-hoc 무선 네트워크를 구성한다. Ad-hoc 네트워크는 기지국이나 AP(Access Point)의 도움없이 순수하게 이동 노드들로 구성된, 인프라가 없는 수중센서 네트워크이다.

이러한 수중센서네트워크에서는 각 클러스터(10,20,20)마다 노드들의 스케줄 관리를 위해 스케줄 노드가 필요하다. 본 실시 예에서 스케줄 노드를 선정하기 위해 예컨대, LEACH-C(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized) 방식을 이용할 수 있다. LEACH-C는 노드들의 에너지 효율성에 중점을 두고 고안된 프로토콜로서, 노드들의 에너지 레벨을 각각 확인하여 가장 높은 에너지 레벨을 갖는 노드를 스케줄 노드로 결정한다.

제1 클러스터(10)에서 예컨대, A노드가 스케줄 노드로 결정된 것으로 가정하면, 스케줄 노드(A)는 자신이 속한 제1 클러스터(10) 내의 다른 노드(B,C,D)로 동기화를 알리고 자신을 포함한 각 노드(A,B,C,D)에 대한 타임슬롯을 할당한다. 여기서, 각 노드는 자신에게 할당된 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터를 전송하게 된다. 이때, 자신의 타임슬롯에 전송할 데이터가 없는 경우에는 전송할 데이터 프레임이 없다는 프레임(이하, 본 실시 예에서는 IHND(I Have No Data) 프레임이라 칭함)를 전송하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 프로토콜의 구조도이다.

도 2와 같이 본 발명에 따른 수중통신 프로토콜은 초기 토폴로지 형성 및 시간 동기화를 위한 구간으로서 노드 간에 시간 동기화 작업을 수행하고 다수의 노드들이 적절한 클러스터에 가입하는 초기화 구간(initializaion period)(100)과, 데이터 프레임 또는 IHND 프레임 전송하고 초기화 구간(100)에 의해 형성된 네트워크 토폴리지의 유지보수를 위한 수퍼프레임 구간(superframe period)(200)으로 이루어진다.

초기화 구간(100)은 프리엠블 구간(Preamble period)(110), 조인 구간(Join period)(120) 및 스케줄 구간(Schedule period)(130)으로 구분된다.

프리엠블 구간(110)은 스케줄 노드가 자신이 속한 클러스터에 조인되지 않은 노드들이 조인 메시지(Join Message)(JM)를 보낼 수 있도록 동기화를 알리는 구간이다. 프리엠블 구간(110)에 스케줄 노드는 초기화 메시지(Initial Message)(IM)를 생성하여 일정한 시간간격으로 다른 노드들에게 브로드캐스팅한다.

조인 구간(120)은 프리엠블 구간(110)에 의해 수집된 정보를 기초로 네트워크 토콜로지를 형성하는 구간이다. 이러한 조인 구간(120)에서는 스케줄 노드로부터 브로드캐스팅되는 초기화 메시지(IM)를 수신한 각 노드들이 랜덤 백오프 시간(random backoff time) 이후, 자신이 클러스터 내에 존재함을 알리고 타임슬롯을 할당받기 위해 조인 메시지(JM)를 스케줄 노드로 전송한다.

스케줄 구간(230)은 스케줄 노드에서 조인 메시지(JM)를 바탕으로 각 노드들의 타임슬롯을 할당하는 구간이다. 이러한 스케줄 구간(230)에서는 다수의 노드들로부터 조인 메시지(JM)를 수신한 스케줄 노드에서 각 노드 간의 데이터 전송시 다른 노드와 데이터 충돌을 막기 위해 각 노드에게 할당된 타임슬롯 할당 메시지, 즉 스케줄 메시지(Schedule Message)(SM)를 생성하여 다른 노드들에게 브로드캐스팅한다. 여기서, 할당할 수 있는 타임슬롯의 수는 가변적이며 정책적으로 최대 노드 수를 설정해 놓는 것이 바람직하다. 그 이유는 노드 수의 제한 없이 많은 수의 타임슬롯을 할당하게 된다면 많은 시간을 데이터 수신에 할당하게 되어 실시간성 데이터 송수신을 보장할 수 없게 되기 때문이다. 각 노드는 스케줄 메시지(SM)을 통해 가입 승인 여부를 확인할 수 있으며, 스케줄 구간(230) 동안 충돌과 같은 다양한 오류로 인해 가입되지 않은 노드는 다음 조인 구간(220)에서 다시 가입할 수 있다.

수퍼프레임 구간(200)은 데이터 전송구간(data transmission period)(210) 또는 IHND 전송구간(220) 중 어느 하나로 구성된다. 데이터 전송구간(210)은 전송할 데이터 프레임이 있는 경우를 위한 것이고, IHND 전송구간(220)은 전송할 데이터 프레임이 없는 경우를 위한 것이다.

데이터 전송구간(210)은 각 노드에서 자신에 할당된 타임슬롯에 맞춰 데이터 프레임을 전송하는 구간이다. 각 노드에서는 자신이 수집한 정보를 내부의 버퍼장치(미도시)에서 버퍼링한 후 하나의 메시지로 통합(merging)하는 과정을 통해 생성된 통합 메시지를 암호화하여 전송한다.

IHND 전송구간(220)은 각 노드에서 자신에게 할당된 특정 타임슬롯 동안 전송할 데이터 프레임이 없는 경우에 IHND 프레임을 전송하는 구간이다. 이때, IHND 프레임은 전송할 데이터가 없다는 정보를 포함하며, 특히 전송할 데이터 프레임보다 프레임 길이가 짧다는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 데이터 프레임보다 프레임 길이가 짧은 IHND 프레임을 스케줄 노드에서 수신하면 해당 타임슬롯 구간을 단축하여 타임슬롯을 재할당하도록 한다. 이로써 각 노드들은 시간 동기화 작업을 통해 타임슬롯을 앞당기게 된다. 이는 종래에 고정된 타임슬롯의 경우 전송할 데이터 프레임이 없어도 이미 정해진 타임슬롯 구간을 낭비해야 하는 문제점을 해결할 수 있고, 타임슬롯을 단축시킴으로써 전체적인 데이터 전송량을 증가시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 이용한 수중통신방법을 보이는 도면이다.

도 3에서는 일례로 제1 클러스터(10)에 속한 다수의 노드(A,B,C,D) 중 A노드를 스케줄 노드로 하고 하나의 라운드 동안 다른 노드(B,C,D)와 데이터를 전송하는 예를 설명한다.

본 실시 예에서 스케줄 노드(A)는 초기화 구간(100)의 프리엠블 구간(110)에서 초기화 메시지(IM)를 생성하여 미리 설정된 시간간격으로 다른 노드(B,C,D)로 브로드캐스팅한다(S101). 이로써 초기화 메시지(IM)를 수신한 각 노드(B,C,D)는 조인구간(120)에서 각각 자신이 가입할 클러스터를 선정하고, 그 선정된 클러스터에 가입하기 위하여 자신의 위치정보를 포함한 조인 메시지(JM)를 생성하여 스케줄 노드(A)로 전송한다(S103). 스케줄 노드(A)는 각 노드(B,C,D)로부터 수신된 조인 메시지(JM)를 근거로 자신이 속한 클러스터(10) 내에 해당 노드들(B,C,D)이 가입되어 있음을 인지하게 된다.

스케줄 노드(A)는 스케줄 구간(130)에서 스케줄 메시지(SM)를 생성하여 다른 노드(B,C,D)로 브로드캐스팅한다(S105). 이러한 스케줄 메시지(SM)를 이용하여 각 노드(B,C,D)의 위치정보에 따라 각 노드별로 데이터 프레임 전송을 위한 타임슬롯을 할당한다.

이후에, 각 노드별(A,B,C,D)로 할당된 타임슬롯에 맞춰 데이터 프레임을 전송하는데, 먼저 스케줄 노드(A)에서 자신의 타임슬롯에 따라 데이터 프레임을 다른 노드(B,C,D)로 브로드캐스팅함으로써 전송한다(S107). 이어, B노드가 자신의 타임슬롯에 따라 자신의 데이터 프레임을 다른 노드(A,C,D)로 데이터 프레임을 브로드캐스팅한다(S109).

그런데, 도면에서 C노드와 같이 자신의 타임슬롯 구간에 전송할 데이터 프레임이 없는 경우에는 IHND 프레임을 전송한다(S111). 이는 C노드에서는 해당 타임슬롯에서는 전송할 데이터 프레임이 없다는 정보를 포함하며 이러한 IHND 프레임을 수신한 다른 노드(A,B,D)는 C노드가 고아 노드(orphan node)가 아니라 단지 해당 타임슬롯에서는 전송할 데이터가 없음을 인식하게 된다. 이때, 고아 노드는 해당 클러스터를 탈퇴하거나 해당 클러스터에 가입되어 있더라도 데이터 송수신이 불가능한 노드를 의미한다.

이후, 상기한 바와 같이 스케줄 노드(A)에서 C노드로부터 전송된 IHND 프레임을 수신하면 C노드의 경우 상기 IHND 프레임이 전송된 해당 타임슬롯에는 전송할 데이터 프레임이 없음을 인식하여 상기 S105 단계에서 할당된 타임슬롯을 동적으로 변경하도록 한다(S113). 특히, 해당 타임슬롯 시간을 단축하도록 한다. 이로써, 이후의 다른 노드(D)는 더 단축된 자신의 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터 프레임을 전송하도록 한다(S115). 도면에서 알 수 있듯이 상기한 S101 단계부터 S115 단계까지의 과정은 하나의 라운드에서 실행된다. 즉, IHND 프레임이 수신되면 즉시 타임슬롯 시간을 단축함으로써 그 동일 라운드에서 바로 다음 노드에 더 빨리 데이터 프레임을 전송할 수 있게 된다.

도 3에서, 도면부호 X는 상기 S105 단계에서 할당된 타임슬롯 시간이고 도면부호 Y는 상기 S113 단계에서 변경된 타임슬롯 시간이다. X와 Y를 비교해 보면 Y가 X보다 짧음을 알 수 있다. 종래에는 C노드에서 자신의 타임슬롯에 전송할 데이터 프레임이 없는 경우에도 정해진 타임슬롯 시간(X)을 다 소비해야 하지만, 본 발명에서는 동일 라운드에서 데이터 프레임보다 프레임 길이가 짧은 IHND 프레임을 해당 타임슬롯에 맞춰 전송함으로써 해당 타임슬롯 시간을 즉시 단축시키도록 한다. 이는 스케줄 노드(A)에서 IHND 프레임을 수신하는 즉시 앞서 이미 할당된 타임슬롯 시간(X)이 경과할 때까지 기다리지 않고 해당 타임슬롯을 단축하도록 하는 것이다.

나아가, 그 이후 다른 노드(D)는 상기와 같이 변경된 C노드의 타임슬롯이 반영된 자신의 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터 프레임을 전송하게 된다. 이는 D노드에서 자신의 데이터 전송시간이 앞당겨진다는 것을 의미한다. 이때, D노드에서도 전송할 데이터 프레임이 없는 경우에는 IHND 프레임을 전송할 수도 있다.

이러한 본 실시 예는 특정 노드에서 자신에게 할당된 타임슬롯 동안 IHND 프레임을 보내기 때문에 스케줄 노드에서는 그 특정 노드를 고아 노드로 인식하지 않고 실제 전송할 데이터 프레임이 없어서 전송하지 않는 것인지 파악하게 된다. 이와 비교해서, 종래기술에서는 아무런 데이터 프레임을 보내지 않는 경우 고아 노드인지 전송할 데이터 프레임이 없는지를 판단하기 어렵다.

[실험 예]

본 실험 예에서는 수중센서 네트워크의 범위를 500×500m로 설정하고, 테스트 기준에 따라 노드 개수를 다르게 적용하였다. 나아가, 수중에서의 전송 지연과 데이터 프레임의 크기를 수식 1)에 적용한 결과 타임슬롯 사이즈는 1초로 설정되었다.

본 실험 예에서 사용된 모뎀은 기존의 상용화된 WHOI micro-modem의 성능을 적용하여 데이터 전송율 최대 1kbps, 데이터 프레임의 사이즈는 400bits로 설정하였다. 수식 모델에 사용된 기호에 대한 설명은 하기 표 1과 같다.

기호(Symbol)	설명 (Description)
D	노드 간 최대 거리(Max Distance of node)
N	노드 수 (Number of nodes)
L_Data	데이터 프레임 길이 (Length of data)
L_IHND	IHND 프레임 길이 (Length of IHND)
V	음파속도 (Sound wave speed)
R	데이터 비트율 (Data bit rate)
G	가드 타임 (Guard time)
N_IHND	IHND 수 (Number of IHND)
T	적용 시간 (Total offered time)
P_Delay	전송 지연 (Propagation delay)
Ts_Data	데이터 프레임의 타임슬롯 (Time slot of data)
Ts_IHND	IHND 프레임의 타임슬롯 (Time slot of IHND)
L_Packet	패킷 길이 (Packet length)

본 실험 예에서는 전체 사이클을 기준으로 성능을 평가하였다. 하기 수식 1)은 하나의 노드에서 브로드캐스팅할 때 데이터 프레임을 충돌 없이 보낼 수 있는 타임슬롯 시간을 구하는 수식이며, 수식 2)는 수중환경에서 발생하는 전송지연에 관련된 수식 모델이다. 수식 3)은 하나의 노드에서 브로드캐스팅할 때 IHND 프레임을 충돌없이 보낼 수 있는 한 노드에 할당된 타임슬롯 시간을 구하는 수식이다. 또한, 수식 4)는 데이터 프레임을 처리하는데 걸리는 시간이다.

1) Ts_Data = P_Delay + L_Data/R + G

2) P_Delay = D/V

3) Ts_IHND = P_Delay + L_IHND/R + G

4) L_Packet = L_Data/R

또한, 하기 수식 5)는 본 실험 예에 따른 동적 TDMA의 데이터 처리량을 구하는 수식모델이고, 수식 6)은 종래기술에 따른 TDMA의 데이터 처리량을 구하는 수식모델이다.

5) 본 실험 예에 따른 동적 TDMA_데이터 처리량

= L_Data×│T/Ts_Data - [T/(Ts_Data×N)×N_IHND × Ts_IHND]│

6) 종래기술에 따른 TDMA 데이터 처리량

= L_Data×│T/Ts_Data - [T/(Ts_Data×N)×N_IHND × Ts_Data]│

또한, 하기 수식 7) 및 8)은 한 사이클에서 측정되는 채널 효율에 관련된 수식모델이며, 노드 개수와 데이터 전송속도에 따른 채널 효율에 대한 수식이다. 나아가, 수식 9)는 본 발명에 따른 동적 TDMA에서의 채널 효율에 대한 종래기술에 따른 TDMA에서의 채널 효율을 비율로 나타낸 수식이다.

7) 본 실험 예에 따른 동적 TDMA에서의 채널 효율(Ep)

= (N-N_IHND)×L_Packet/[(N-N_IHND)×Ts_Data+(N_IHND×Ts_IHND)]

8) 종래기술에 따른 TDMA에서의 채널 효율(Ea)

= (N-N_IHND)×L_Packet/(N×Ts_Data)

9) 채널효율 비율 = Ea / Ep

하기 표 2는 데이터 처리량과 채널 효율에 대한 본 실험 예에서 사용된 세부적인 네트워크 환경을 나타낸다.

구분	데이터 처리량	노드수에 따른 채널효율	전송속도에 따른 채널효율
D	500 ×500m	500 ×500m	500 ×500m
N	10 ea	(5,10,15,20) ea	10 ea
L_Data	400 bits	400 bits	400 bits
L_IHND	40 bits	40 bits	40 bits
V	1500 m/s	1500 m/s	1500 m/s
R	1000 bps	1000 bps	1000~4000 bps
G	0.2667 sec	0.2667 sec	0.2667 sec
N_IHND	(0,1,4) ea	0~9 ea	0~9 ea
T	(10,40,90,160,250)sec	-	-

도 4는 본 실험 예의 결과에 따른 데이터 처리량을 도시한 것으로, 종래기술과 비교한 비교 예를 나타내고 있고, 도 5는 본 실험 예에서 노드 수에 따른 채널 효율을 비교한 비교 예를 도시하며, 도 6은 본 실험 예에서 데이터 전송속도에 따른 채널 효율을 비교한 비교 예를 도시하고 있다.

먼저, 도 4에서는 수식 5) 및 6)를 이용하여 IHND 개수와 제공된 시간을 변화시키면서 데이터 처리량을 평가한 결과를 나타낸다. 도 4에서와 같이 IHND가 많을수록 더 많은 데이터를 처리할 수 있음을 알 수 있다. 구체적으로, IHND가 0일 때 본 실험 예에 따른 TDMA(41)는 종래기술에 따른 TDMA(44)의 총 데이터 처리량이 같지만, IHND가 1일 때는 본 실험 예에 따른 TDMA(42)와 종래기술에 따른 TDMA(45)는 데이터 처리량에 차이가 발생함을 알 수 있다. 나아가, IHND가 4일 때는 IHND가 1일 때보다 데이터 처리량에서 더 많은 차이가 발생함을 알 수 있다.

또한, 도 5의 채널 효율은 노드 수와 IHND의 수를 변화시키면서 성능을 평가한 결과를 도시하고 있다. 도 5에서와 같이, IHND가 많을수록 채널효율이 좋음을 알 수 있다. 이는 IHND가 많을수록 해당 IHND를 전송하는 타임슬롯 시간이 더 많이 단축할 수 있기 때문이다. 도 5는 본 실험 예에 따른 TDMA 방식의 채널 효율에 대한 종래기술에 따른 TDMA 방식의 채널 효율의 비율이기 때문에 1보다 작으면 종래의 TDMA 방식보다 좋음을 의미한다. 이때, 도 5에서와 같이 노드 수가 5일 때 IHND의 수가 5보다 크거나 같으면 0으로 비율이 떨어진다.

나아가, 도 6은 데이터 전송속도와 IHND의 수를 변화시키면서 채널효율 성능을 평가한 결과이다. 도 5의 노드 수에 따른 채널효율과 마찬가지로 IHND가 많을수록 본 실험 예에 따른 TDMA의 채널효율이 더 좋아짐을 알 수 있다. 이때, 전체적으로 데이터 전송속도가 높을수록 채널효율이 떨어진다. 그 이유는 정해진 타임슬롯 구간동안 데이터 전송속도를 높여 데이터를 빨리 처리한다면 그만큼 채널을 사용하지 않고 낭비하는 시간이 많아지기 때문에 채널효율이 떨어지는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 효율적인 타임슬롯의 동적 할당을 위해 기존의 정적 타임슬롯 중 전송할 데이터 프레임이 없는 타임슬롯을 단축시키도록 함으로써 데이터 전송량을 증가시킬 수 있도록 한다. 기존의 수중환경에서의 TDMA 방식에서 전송할 데이터가 없어도 항상 정해진 타임슬롯을 가지지만 본 발명에서는 데이터보다 짧은 길이의 IHND를 보냄으로써 매 라운드마다 타임슬롯을 동적으로 단축시킬 수 있다.

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 있다. 최근 다수의 응용분야가 융합화됨에 따른 수중통신 기술도 고려되고 있다. 특히, 수중환경의 열악한 조건에서도 데이터의 충돌 없이 다양한 수중환경 정보를 전송함은 물론 데이터 전송량을 증가시키는 것이 요구된다.

이러한 측면에서 본 발명은 수중환경에서 TDMA 방식으로 데이터를 전송하는 경우 각 노드에서의 전송할 데이터 유무에 따라 데이터 전송구간을 단축하도록 하여 네트워크 내에서 데이터 전송량을 증가시킬 수 있어 수중환경에서의 수중통신 분야에 매우 유용하게 적용된다.

100 : 초기화 구간 110 : 프리엠블 구간
120 : 조인 구간 130 : 스케줄 구간
200 : 슈퍼프레임 구간 210 : 데이터전송 구간
220 : IHND전송 구간

Claims (6)

1. 노드 간에 TDMA 기반 무선통신을 수행하는 무선통신시스템에서 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법에 있어서,
   스케줄 노드에서 매 라운드마다 다수의 다른 노드로 타임슬롯 할당을 위한 스케줄 메시지를 전송하는 제1 단계;
   상기 각각의 다른 노드에서 상기 스케쥴 노드로 응답 프레임을 전송하되, 전송할 데이터 프레임이 있으면 자신에게 할당된 타임슬롯에 상기 데이터 프레임을 전송하고, 전송할 데이터 프레임이 없으면 상기 데이터 프레임보다 길이가 짧은 최소길이의 IHND 프레임을 상기 스케줄 노드로 전송하는 제2 단계; 및
   상기 스케줄 노드에서 상기 IHND 프레임이 수신되면 상기 IHND 프레임을 수신받은 타임슬롯의 시간을 상기 제1 단계에서 할당된 타임슬롯의 시간보다 단축하는 제3 단계;
   상기 다른 노드에서 상기 단축된 타임슬롯의 시간이 반영되어 상기 제1 단계에서 할당된 자신의 타임슬롯보다 더 빨라진 타임슬롯에 맞춰 자신의 데이터 프레임 또는 IHND 프레임 중 어느 하나를 상기 스케쥴 노드로 전송하는 제4 단계; 를 포함하며,
   상기 제1 단계 내지 제4 단계는 동일한 라운드에서 수행되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 스케줄 노드는 상기 IHND 프레임을 수신하면 상기 IHND 프레임을 전송한 노드가 자신이 속한 클러스터에 가입되어 있음을 인지하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   상기 IHND 프레임은 해당 타임슬롯에 전송할 데이터 프레임이 없다는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 동적 타임슬롯 할당을 통한 수중통신방법.
   

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