KR101332818B1 - Method and apparatus for communicating on multi-channel wireless network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티 채널 무선 네트워크의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 데이터를 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 사용하여 데이터 채널을 스누핑(snooping) 하는 방법과 데이터 채널 선택시에 상기 스누핑한 결과를 이용하여 유휴 데이터 채널(idle data channel)을 선택하는 방법이 제공된다. 이에 따라 데이터 채널의 충돌을 방지하고 반복되는 채널 선택 과정을 방지함으로써 결과적으로 복수의 데이터 채널을 보다 효과적으로 사용하여 네트워크의 성능을 높일 수 있다.The present invention relates to a communication method and apparatus for a multi-channel wireless network, wherein a method of snooping a data channel using a data radio while not transmitting or receiving data and a result of the snooping when selecting a data channel A method of selecting an idle data channel using is provided. This prevents data channel collisions and prevents repeated channel selection processes, resulting in more efficient use of multiple data channels, resulting in higher network performance.
멀티 채널, 멀티 홉, 무선 네트워크, 채널 선택, MAC, DCA Multi Channel, Multi Hop, Wireless Network, Channel Selection, MAC, DCA
Description
도 1은 일반적인 DCA 미디어 접근 제어 방식에 따른 데이터 채널 선택 과정을 도시한 참고도,1 is a diagram illustrating a data channel selection process according to a general DCA media access control scheme;
도 2는 본 발명에 따른 통신 노드의 구성의 일 예,2 is an example of configuration of a communication node according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 과정을 도시한 참고도,3 is a reference diagram illustrating a snooping method and a data channel selection process of a data channel according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법을 설명하기 위한 멀티 채널 무선 네트워크의 일 예,4 is an example of a multi-channel wireless network for explaining a snooping method of a data channel according to the present invention;
도 5는 일반적인 DCA 미디어 접근 제어 방식에 따른 데이터 채널 선택 방법의 일 예,5 is an example of a data channel selection method according to a general DCA media access control scheme;
도 6은 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 방법의 일 예,6 is an example of a snooping method and a data channel selection method of a data channel according to the present invention;
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 방법의 효과를 도시한 그래프이다.7 and 8 are graphs illustrating the effects of a snooping method and a data channel selection method of a data channel according to the present invention.
본 발명은 멀티 채널 무선 네트워크의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 멀티 홉 애드혹 네트워크나 무선망 네트워크와 같은 멀티 채널 무선 네트워크 환경에서 복수의 채널로 데이터를 동시에 전송하는 경우 채널간의 충돌을 방지하는 방법 및 장치에 관련된다.The present invention relates to a communication method and apparatus for a multi-channel wireless network, and more particularly, to a method of preventing collision between channels when transmitting data in multiple channels simultaneously in a multi-channel wireless network environment such as a multi-hop ad hoc network or a wireless network. And an apparatus.
종래의 네트워크 환경은 복수의 노드 간 통신을 위하여 하나의 채널을 제공하는 단일 채널(Single channel) 미디어 접근 제어(Media Access Control: 이하 MAC이라 약칭한다)이 주를 이루었다. 이 경우 하나의 데이터 링크가 하나의 채널을 사용하므로 채널간의 충돌 가능성이 없었다.In the conventional network environment, a single channel media access control (hereinafter, referred to as MAC) mainly provides one channel for communication between a plurality of nodes. In this case, since one data link uses one channel, there is no possibility of collision between channels.
한편, 최근에는 멀티 홉 애드혹 네트워크(Multi-hop Ad hoc Network)나 무선망 네트워크(Wireless Mesh Network)와 같은 멀티 채널 무선 네트워크 환경에서 네트워크의 전송 성능을 높이기 위하여 서로 다른 채널을 통해 데이터를 동시에 전송하는 멀티 채널 MAC(Multi-channel MAC) 기술이 연구되고 있다. IEEE 802.11b나 802.11g 표준의 경우 동시에 3개의 채널로 데이터를 전송할 수 있으며, 802.11a 표준의 경우 동시에 12개의 채널로 데이터를 전송할 수 있다. 멀티 채널 MAC은 데이터를 전송하기 위한 데이터 채널을 선택할 때 여러 개의 링크가 서로 다른 채널을 사용하도록 채널 선택과정을 조정하는 역할을 한다. Recently, in order to improve the transmission performance of a network in a multi-channel wireless network environment such as a multi-hop ad hoc network or a wireless mesh network, data is simultaneously transmitted through different channels. Multi-channel MAC technology has been studied. The IEEE 802.11b or 802.11g standard can transmit data on three channels at the same time, and the 802.11a standard can transmit data on 12 channels at the same time. Multi-channel MAC plays a role in adjusting the channel selection process so that multiple links use different channels when selecting a data channel for transmitting data.
그러나, 멀티 채널 MAC에서 통신거리 밖의 숨겨진 노드가 사용중인 채널을 선택함으로써 데이터 전송 시 충돌이 발생하는 문제점이 있다. 이를 "hidden node problem"이라고 한다. 예를 들면, 통신 거리 내의 A와 B 노드가 데이터 채널 1을 통해 통신 중에 있는데, 통신 거리 밖의 C 노드가 A 노드와 통신을 하기 위하여 데이터 채널 1을 선택하는 경우에 채널간 충돌이 발생한다. However, there is a problem that a collision occurs in data transmission by selecting a channel that is used by a hidden node outside a communication distance in a multi-channel MAC. This is called the "hidden node problem." For example, if A and B nodes within a communication distance are communicating via
이와 같이 데이터 채널(data channel)에서 충돌이 발생하는 이유는 다음과 같다. 소스 노드와 목적지 노드가 선택한 데이터 채널을 CTS, RES와 같은 제어 프레임(control frame)에 실어 보내면, 두 노드의 통신 거리 안에 위치한 노드는 두 노드가 선택한 데이터 채널을 알 수 있다. The reason for the collision in the data channel is as follows. When the data channel selected by the source node and the destination node is sent in a control frame such as CTS or RES, the node located within the communication distance of the two nodes can know the data channel selected by the two nodes.
그러나 통신 거리와 캐리어 감지 거리(통신거리의 두 배) 사이에 위치한 노드는 캐리어(carrier)를 인지할 수는 있어도 CTS난 RES와 같은 제어 프레임을 해석할 수 없기 때문에 두 노드 간에 선택된 데이터 채널이 무엇인지 알 수 없다. 즉, "hidden node problem"이 발생하는 것이다. 따라서 데이터 채널 선택 시 현재 사용중인 데이터 채널을 선택할 가능성이 있으며, 선택한 데이터 채널로 바로 데이터를 전송하면 데이터 충돌이 발생한다. 그러면 전송 중이던 데이터와 충돌을 일으킨 데이터는 다시 데이터 채널을 선택하는 과정을 반복하여 다른 채널로 전송되어야 한다. However, because a node located between the communication distance and the carrier sensing distance (double the communication distance) can recognize the carrier but cannot interpret the control frame such as CTS or RES, what data channel is selected between the two nodes? I do not know. In other words, a "hidden node problem" occurs. Therefore, when selecting a data channel, there is a possibility to select a data channel currently in use, and data collision occurs if data is sent directly to the selected data channel. Then, data that has collided with the data being transmitted should be transmitted to another channel by repeating the process of selecting a data channel.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 소스 노드가 선택한 데이터 채널로 채널을 스위칭한 후 캐리어 감지(carrier sensing)를 하여 선택된 채널이 유휴 상태(idle)일 때만 데이터를 전송하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이 방법은 캐리어 감지 후 선택된 데이터 채널이 사용중이면 다시 데이터 채널을 선택하는 과정을 반복해야 하는 문제점이 있다. 즉, 제어 채널(control channel)의 트래픽을 늘리고 데이터 전송 지연(delay)이 증가하여 네트워크의 전송 성능을 저하시는 문제 를 근본적으로 해결하지 못하는 것이다. To solve this problem, a method of transmitting data only when the selected channel is idle by performing carrier sensing after switching the channel to the selected data channel by the source node can be used. However, this method has a problem of repeating the process of selecting the data channel again if the selected data channel is in use after carrier sensing. That is, it does not fundamentally solve the problem of reducing the transmission performance of the network by increasing traffic of a control channel and increasing data transmission delay.
또한, 다시 데이터 채널을 선택하는 경우에도 현재 사용중인 데이터 채널을 다시 선택할 확률이 높아, 결과적으로는 데이터 전송 시 복수의 채널을 사용함에도 불구하고 이를 효과적으로 활용하지 못해 전송 성능이 충분히 향상되지 못한다. 시뮬레이션을 통해 확인해본 결과 멀티 홉 네트워크에서 14개의 링크가 5개의 데이터 채널을 사용하여 데이터를 전송하는 경우, 동시에 2.13개의 채널만을 사용하는 것으로 나타났다. 즉, 전체 5개의 채널 중 2.87개의 채널이 전혀 활용되지 못하고 낭비되고 있음을 확인할 수 있다. In addition, even if the data channel is selected again, the probability of reselecting the data channel currently in use is high. As a result, even though a plurality of channels are used for data transmission, the transmission performance is not sufficiently improved because it is not effectively utilized. Simulation results show that in a multi-hop network, 14 links use only 2.13 channels simultaneously to transmit data using 5 data channels. That is, it can be seen that 2.87 channels out of five channels are not utilized at all and are wasted.
따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 멀티 채널 무선 네트워크 환경에서 효과적으로 데이터 채널을 선택하여 데이터 채널의 충돌을 방지하고 반복되는 채널 선택 과정을 방지함으로써 결과적으로 복수의 데이터 채널을 보다 효과적으로 사용하여 네트워크의 성능을 높일 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by effectively selecting a data channel in a multi-channel wireless network environment to prevent the collision of the data channel and to prevent repeated channel selection process as a result It is an object of the present invention to provide a communication method and apparatus that can increase the performance of a network by using the data channel more effectively.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 데이터 라디오(data radio)를 사용하여 데이터 채널을 스누핑하는 방법과 데이터 채널 선택시에 상기 스누핑한 결과를 이용하여 유휴 데이터 채널(idle data channel)을 선택하는 방법을 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of snooping a data channel using a data radio and a method of selecting an idle data channel using the result of the snooping when selecting a data channel. Suggest.
보다 구체적으로 본 발명의 일 양상에 따르면 전술한 목적은, 복수의 통신 노드 간에 공유되는 복수의 데이터 채널을 통하여 데이터 패킷을 송수신하는 통신 노드에 있어서, 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 감지하는 스누핑부(snooping unit)를 포함하며, 스누핑부를 통해 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 노드에 의해 달성된다. More specifically, according to an aspect of the present invention, in the communication node for transmitting and receiving data packets through a plurality of data channels shared between a plurality of communication nodes, a data radio (data radio) while not transmitting and receiving data packets It includes a snooping unit (snooping unit) for detecting the state of each data channel while circulating a plurality of data channels, using the idle data channel detected through the snooping unit as a data channel for transmitting and receiving data packets Selected by a communication node.
이때, 스누핑부는 소정의 짧은 시간 동안 특정 데이터 채널의 에너지 레벨을 측정하여 캐리어를 검출함으로써 특정 데이터 채널이 현재 사용중인지 여부를 확인하는 것이 특히 바람직하다.In this case, it is particularly preferable that the snooping unit detects a carrier by measuring an energy level of a specific data channel for a predetermined short time to determine whether the specific data channel is currently in use.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따르면 전술한 목적은, 복수의 통신 노드; 복수의 통신 노드 간에 공유되며 각 통신 노드 간의 데이터 패킷의 송수신을 제어하는 제어 채널(control channel); 및 데이터 패킷이 송수신 되는 복수의 데이터 채널(data channel)을 포함하며, 각 통신 노드는 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 감지하는 스누핑(snooping) 기능을 제공하며, 스누핑 기능을 통해 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에 의해서 달성된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention the above object, a plurality of communication nodes; A control channel shared between the plurality of communication nodes and controlling transmission and reception of data packets between each communication node; And a plurality of data channels through which data packets are transmitted and received, wherein each communication node traverses the plurality of data channels using a data radio while not transmitting or receiving data packets. It provides a snooping (snooping) function for detecting, and is achieved by a wireless network characterized in that the idle data channel detected through the snooping function (selected) as a data channel for transmitting and receiving data packets.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따르면 전술한 목적은, 복수의 통신 노드 간에 공유되는 복수의 데이터 채널을 통하여 데이터 패킷을 송수신하는 통신 방법에 있어서, (a) 각 통신 노드가 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상 태를 감지하는 단계; (b) 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 단계; 및 (c) 선택된 데이터 채널로 데이터 라디오를 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법에 의해서 달성된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention is a communication method for transmitting and receiving data packets through a plurality of data channels shared between a plurality of communication nodes, (a) each communication node does not transmit and receive data packets Sensing the state of each data channel while circulating a plurality of data channels using a data radio during the data radio; (b) selecting the detected idle data channel as a data channel for transmitting and receiving data packets; And (c) switching the data radio to the selected data channel.
또 한편, 본 발명의 다른 양상에 따르면 전술한 목적은, 무선 네트워크 환경에서 복수의 데이터 채널간 충돌을 방지하는 방법에 있어서, (a) 무선 네트워크 환경을 구성하는 각 통신 노드가 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 스누핑(snooping)하는 단계; 및 (b) 스누핑 결과를 이용하여 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 데이터 채널간 충돌 방지 방법에 의해서 달성된다.According to another aspect of the present invention, another object of the present invention is to provide a method for preventing a collision between a plurality of data channels in a wireless network environment, wherein (a) each communication node constituting the wireless network environment does not transmit or receive data packets. Snooping the state of each data channel while traversing the plurality of data channels using a data radio while the device is not operating; And (b) selecting the detected idle data channel as a data channel for transmitting and receiving data packets using the snooping result.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따르면 전술한 목적은, 멀티 채널 무선 네트워크 환경을 위한 미디어 접근 제어(Media Access Control) 프로토콜 모듈에 있어서, 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 감지하는 스누핑부(snooping unit)를 포함하며, 스누핑부를 통해 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 미디어 접근 제어 프로토콜 모듈에 의해서 달성된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, the above object, in the media access control (Media Access Control) protocol module for a multi-channel wireless network environment, using a data radio (data radio) while not transmitting and receiving data packets And a snooping unit for sensing a state of each data channel while circulating a plurality of data channels, and selecting an idle data channel detected through the snooping unit as a data channel for transmitting and receiving data packets. Is achieved by a media access control protocol module.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, 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. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
멀티 채널 MAC은 크게 네트워크 전체의 동기가 필요한 동기(synchronous) 방식 멀티 채널 MAC과 동기가 필요 없는 비동기(asynchronous) 방식 멀티 채널 MAC으로 나뉘며, 본 발명은 특히 비동기 방식 멀티 채널 MAC에 관한 것이다.The multi-channel MAC is largely divided into a synchronous multi-channel MAC that requires synchronization of the entire network and an asynchronous multi-channel MAC that does not require synchronization, and the present invention relates in particular to an asynchronous multi-channel MAC.
특히, DCA는 대표적인 비동기방식 멀티 채널 MAC이다. DCA는 복수의 채널을 사용하며, 그 중 하나의 채널을 제어 채널(control channel)로 지정하고, 나머지 채널들은 데이터 패킷을 전송하는 데이터 채널(data channel)로 사용한다. 또한, DCA는 2개의 라디오(radio)를 하며, 그 중 하나는 제어 라디오(control radio)로, 다른 하나는 데이터 라디오(data radio)로 사용한다. In particular, DCA is a representative asynchronous multi-channel MAC. The DCA uses a plurality of channels, one of which is designated as a control channel, and the other channels are used as a data channel for transmitting data packets. In addition, DCA uses two radios, one of which is used as a control radio and the other as a data radio.
데이터 라디오는 복수의 채널간에 스위칭(switching)할 수 있으며, 데이터 전송시에 선택한 데이터 채널로 스위칭하여 데이터 패킷을 전송한다. 제어 라디오(control radio)는 제어 채널에 고정시켜 동작하며 데이터 채널을 선택하기 위하여 RTS, CTS, RES와 같은 제어 프레임을 송수신하는 통로로 사용된다. 제어 채널 로 전송되는 제어 프레임은 통신 거리(transmission range) 내에 위치한 모든 노드가 수신할 수 있기 때문에, 각 링크의 통신 거리 내에 위치한 다른 노드는 그 링크가 선택한 데이터 채널을 알 수 있으므로, 데이터 채널을 선택할 때 사용중인 채널을 피해 선택할 수 있다. The data radio may switch between a plurality of channels, and transmit data packets by switching to a selected data channel during data transmission. The control radio operates by being fixed to the control channel and is used as a path for transmitting and receiving control frames such as RTS, CTS, and RES to select a data channel. Since the control frame transmitted on the control channel can be received by all nodes located within the transmission range, other nodes located within the communication distance of each link can know the data channel selected by the link, thus selecting a data channel. You can choose to avoid the channel you are using.
한편, DCA는 데이터 채널을 선택하면 데이터 라디오를 데이터 채널로 스위칭하여 바로 데이터를 전송한다. 이와 같은 방식은 모든 노드가 서로의 통신 거리 내에 위치하는 단일 홉 네트워크(Single hop Network)에서는 문제되지 않지만, 애드혹 네트워크나 무선망 네트워크와 같은 멀티 채널 네트워크에서는 데이터 채널간에 많은 충돌을 일으킨다. 이에 따라 데이터 전송 성능이 심각하게 저하된다. On the other hand, when the data channel is selected, the DCA switches the data radio to the data channel and immediately transmits data. This approach is not a problem in a single hop network where all nodes are located within a communication distance of each other, but in a multi-channel network such as an ad hoc network or a wireless network network, many collisions occur between data channels. This severely degrades data transmission performance.
보다 구제적으로 도 1은 일반적인 DCA 미디어 접근 제어 방식에 따른 데이터 채널 선택 과정을 도시한 참고도이다.More specifically, FIG. 1 is a reference diagram illustrating a data channel selection process according to a general DCA media access control scheme.
도 1을 참조하면, 소스 노드(S)가 목적지 노드(D)에게 데이터를 보내기 위하여 데이터 채널을 선택하는 과정이 도시된다. Referring to FIG. 1, a process in which a source node S selects a data channel to send data to a destination node D is illustrated.
먼저 소스 노드(S)는 제어 채널을 통해 RTS(Request-To-Send) 제어 프레임을 전송한다. 이때 소스 노드는 채널 사용 리스트 중에서 현재사용 가능한 채널을 찾아 프리 채널 리스트(free channel list)를 만들어 RTS 제어 프레임에 실어 보낸다. First, the source node S transmits a Request-To-Send (RTS) control frame through a control channel. At this time, the source node finds the currently available channel among the channel usage list, creates a free channel list, and sends it to the RTS control frame.
RTS를 수신한 목적지 노드는 자신의 채널 사용 리스트를 보고 현재 사용 가능한 채널을 찾아 자신의 프리 채널 리스트(free channel list)를만든 후 상기 소 스 노드의 프리 채널 리스트와 비교하여 양 쪽에서 모두 사용 가능한 채널을 데이터 채널로 선택한다. 그리고 SIFS(Short InterFrame Space) 시간 후 선택한 데이터 채널을 CTS(Clear-To-Send) 제어 프레임에 실어 보내고 전송이 완료되면 선택한 데이터 채널로 데이터 라디오를 스위칭한다. The destination node receiving the RTS sees its own channel usage list, finds the currently available channel, creates its own free channel list, and compares the free node list of the source node with both available channels. Select as the data channel. After the SIFS (Short InterFrame Space) time, the selected data channel is loaded into a clear-to-send control frame, and when the transmission is completed, the data radio is switched to the selected data channel.
CTS 제어 프레임을 수신한 소스 노드는 선택된 데이터 채널을 RES 제어 프레임에 실어 보내 소스 노드의 이웃 노드들에게 선택된 데이터 채널을 알린다. 이와 동시에 데이터 라디오를 선택된 데이터 채널로 스위칭하여 목적지 노드와 데이터를 교환한다. 이제 CTS와 RES 제어 프레임을 수신한 소스 노드나 목적지 노드 주변의 노드들은 선택된 데이터 채널을 사용하지 않는다. The source node receiving the CTS control frame sends the selected data channel to the RES control frame to inform neighbor nodes of the source node of the selected data channel. At the same time, the data radio is switched to the selected data channel to exchange data with the destination node. Now, nodes around the source or destination nodes that receive the CTS and RES control frames do not use the selected data channel.
그러나 통신 거리와 캐리어 감지 거리(통신거리의 두배) 사이에 위치한 노드들은 캐리어(carrier)를 인지할 수는 있어도 CTS난 RES와 같은 제어 프레임을 해석할 수 없기 때문에 두 노드 간에 선택된 데이터 채널이 무엇인지 알 수 없다. 즉, "hidden node problem"이 발생하는 것이다. 따라서 데이터 채널 선택 시 현재 사용중인 데이터 채널을 선택할 가능성이 있으며, 선택한 데이터 채널로 바로 데이터를 전송하면 데이터 충돌이 발생한다. 그러면 전송 중이던 데이터와 충돌을 일으킨 데이터는 다시 데이터 채널을 선택하는 과정을 반복하여 다른 채널로 전송되어야 하는 문제점이 있다.However, nodes located between the communication distance and the carrier sensing distance (twice the communication distance) can recognize the carrier but cannot interpret the control frame such as CTS or RES. I can not know. In other words, a "hidden node problem" occurs. Therefore, when selecting a data channel, there is a possibility to select a data channel currently in use, and data collision occurs if data is sent directly to the selected data channel. Then, the data that has collided with the data being transmitted has a problem that must be transmitted to another channel by repeating the process of selecting the data channel.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 데이터 라디오(data radio)를 사용하여 데이터 채널을 스누핑하는 방법과 데이터 채널 선택시에 상기 스누핑한 결과를 이용하여 유휴 데이터 채널(idle data channel)을 선택하는 방법을 제안한 다. 즉, 종전의 DCA 미디어 접근 제어 방식은 데이터를 송수신하는 동안만 데이터 라디오를 사용하고 그 외의 시간에는 사용하지 않는다. 이러한 점에 착안하여 본 발명은 데이터를 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널의 상태를 감지함으로써 네트워크 성능을 높이는 것을 특징으로 한다.In order to solve this problem, the present invention provides a method of snooping a data channel using a data radio and a method of selecting an idle data channel using the result of the snooping when selecting a data channel. Suggest. In other words, the conventional DCA media access control method uses the data radio only while transmitting and receiving data and not at other times. With this in mind, the present invention is characterized by improving network performance by detecting the state of a plurality of data channels using data radio while not transmitting or receiving data.
보다 구체적으로, 도 2는 본 발명에 따른 통신 노드의 구성의 일 예를 도시한다. More specifically, Figure 2 shows an example of the configuration of a communication node according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 통신 노드(1)는, 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 감지하는 스누핑부(snooping unit)(10)와, 복수의 통신 노드 간에 공유되는 제어 채널(control channel)을 통해 데이터 패킷의 송수신을 제어하는 제어신호 처리부(20)를 구비한다. 또한 본 발명에 따른 통신 노드(1)는 스누핑부(10)를 통해 감지된 유휴(idle) 데이터 채널을 데이터 패킷을 송수신하기 위한 데이터 채널로 선택하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 2, the
이 때, 스누핑부(10)는 약 20μs 정도의 상당히 짧은 시간 동안 특정 데이터 채널의 에너지 레벨을 측정하여 캐리어(carrier)를 검출한다. 캐리어가 검출되면 해당 데이터 채널은 현재 사용중으로 판단한다.At this time, the snooping
또한 스누핑부(10)는 각 데이터 채널의 사용 상태를 기록한 채널 사용 리스트(channel usage list: 이하 제1 리스트라 한다. 도 6 참조)를 생성하고 이에 더하여 각 채널의 상태를 감지한 결과에 기초하여 각 채널의 스누핑 결과를 기록한 스누핑 채널 리스트(snooping channel list: 이하 제2 리스트라 한다. 도 6 참조)를 생성한다. 나아가, 제1 리스트 및 제2 리스트를 이용하여 현재 사용중이 아니며 캐리어가 검출되지 않은 데이터 채널 정보를 기록한 캐리어 프리 채널 리스트(carrier free channel list: 이하 제3 리스트라 한다. 도 6 참조)를 생성한다.In addition, the snooping
보다 구체적으로 도 3은 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 과정을 도시한 참고도이다.More specifically, FIG. 3 is a reference diagram illustrating a snooping method and a data channel selection process of a data channel according to the present invention.
도 3을 참조하면, 스누핑부(10)는 데이터 패킷을 송수신하지 않는 동안 데이터 라디오(data radio)를 이용하여 복수의 데이터 채널을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 감지한다. 또한, 채널 사용 리스트(제1 리스트)와 스누핑 채널 리스트(제2 리스트)를 이용하여 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)를 생성한다. Referring to FIG. 3, the snooping
한편 제어신호 처리부(20)는 소스 노드가 목적지 노드에게 RTS(Request To Send) 제어신호를 보낼 때 소스 노드(S)에서 생성된 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)를 실어 보낸다. Meanwhile, the
또한 스누핑부(10)는 상기 RTS 제어신호를 수신한 목적지 노드가 데이터 채널을 선택하기 전에 자신의 채널 사용 리스트(제1 리스트)와 스누핑 채널 리스트(제2 리스트)를 이용하여 캐리어가 검출되지 않은 채널 정보를 기록한 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)를 생성한다. 스누핑부(10)는 목적지 노드(D)에서 생성된 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)와 소스 노드(S)로부터 RTS 제어 프레임을 통해 수신한 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)를 참조하여 양자 간에 모두 사용할 수 있는 캐리어 프리 채널(carrier free channel)을 데이터 채널로 선택한다.Also, the snooping
제어신호 처리부(20)는 목적지 노드(D)가 소스 노드(S)에 CTS 제어신호를 보낼 때 상기 선택된 데이터 채널 정보를 실어 보낸다.The
한편, 스누핑부(10)는 CTS 제어신호를 수신한 소스 노드(S)가 선택된 데이터 채널로 데이터 라디오(data radio)를 스위칭하는 동안 다른 링크가 조금 먼저 선택된 데이터 채널을 선택해서 사용하는 경우를 찾아내기 위하여 소정의 시간, 예를 들면 SIFS 시간 동안 선택된 채널의 사용상태를 감지한다. On the other hand, the snooping
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 스누핑할 데이터 채널의 수가 많아 시스템에 부하가 걸리는 경우를 방지하기 위하여, 전술한 채널 사용 리스트(제1 리스트)에 유휴(idle) 채널로 기록된 채널만을 선택적으로 순회하도록 변형하여 스누핑 시간을 줄이는 것도 가능하다.Meanwhile, as another embodiment of the present invention, only a channel recorded as an idle channel in the above-described channel use list (first list) is selectively selected in order to prevent the system load due to the large number of data channels to snoop. It is also possible to reduce the snooping time by modifying the circuit to
또 한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 전술한 스누핑의 경우 일정 정도 전원을 소모하게 되므로, 시스템의 최적화를 위하여 통신 노드의 전원(power) 상태가 미리 정한 기준값 이하로 떨어지면 스누핑부(10)의 동작을 오프(OFF) 시키도록 구현할 수 있다.On the other hand, as another embodiment of the present invention, since the above-mentioned snooping consumes a certain amount of power, when the power state of the communication node falls below a predetermined reference value for the optimization of the system, the snooping
또는 본 발명의 다른 실시예로서, 통신 노드(1)가 고정 전원을 구비한 경우 스누핑부(10)의 동작을 온(ON) 시키고 휴대용 전원을 구비한 경우 스누핑부(10)의 동작을 오프(OFF) 시키도록 구현할 수 있다.Alternatively, in another embodiment of the present invention, when the
나아가, 전원을 절약하기 위하여 평소에 데이터를 송수신하지 않을 때는 스누핑부(10)의 동작을 오프(OFF)시키고, 데이터 패킷의 전송에 실패한 경우에만 스누핑부의 동작을 온(ON) 시키도록 구현할 수도 있다.Furthermore, in order to save power, the operation of the snooping
이상에서 설명한 본 발명에 따른 통신 노드(1)의 구성에 기초하여 데이터 채널 스누핑 방법 및 이를 이용한 데이터 채널 선택방법을 정리하면 다음과 같다.The data channel snooping method and the data channel selection method using the same based on the configuration of the
먼저, 본 발명에 따르면 복수의 채널을 공유하는 모든 통신 노드(1)들은 데이터를 송수신하지 않을 때, 도 3에 도시된 바와 같이 데이터 라디오(data radio)로 각각의 데이터 채널(data channel)을 순회하면서 각 데이터 채널의 상태를 스누핑한다. 즉, 아주 짧은 시간 동안 데이터 채널의 에너지 레벨을 측정하여 해당 데이터 채널이 현재 사용중인지 아닌지를 알아낸다. 이 때, 데이터 채널의 수가 많으면 채널 사용 리스트에 유휴 채널로 기록된 채널만 스누핑하여 소용되는 시간을 줄일 수 있다. First, according to the present invention, when all
다음, 각 데이터 채널을 스누핑한 결과를 이용하여 스누핑 채널 리스트(제2 리스트, 도 6 참조)를 생성한다. 도 6에 도시된 바와 같이 스누핑 채널 리스트에서 '0'은 채널이 유휴상태(idle)인 것을, '1'은 캐리어가 검출되어 채널이 사용상태(busy)임을 나타낸다. 또한, '-'은 채널 사용 리스트에 사용상태(busy)로 나타나서 스누핑을 하지 않은 것을 의미한다.Next, a snooping channel list (second list, see FIG. 6) is generated using the result of snooping each data channel. As shown in FIG. 6, '0' in the snooping channel list indicates that the channel is idle, and '1' indicates that the carrier is detected and the channel is busy. In addition, '-' indicates busy in the channel usage list and means no snooping.
전송할 데이터가 발생하면, 소스 노드(S)는 목적지 노드(D)에게 RTS 제어 프레임을 보낸다. 이때 채널 사용 리스트(제1 리스트)와 스누핑 채널 리스트(제2 리스트)를 이용하여 사용중이 아니면서 캐리어가 검출되지 않은 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)를 생성하여 RTS 제어 프레임에 실어 보낸다. 캐리어 프리 채널 리스트는 도 6에 도시된 바와 같이, 통신 거리 내의 이웃 노드가 사용하지 않으면 서 캐리어가 검색되지 않은 데이터 채널을 '0'으로 표시하고 나머지 채널은 '1'로 표시한다.When the data to be transmitted, the source node (S) sends an RTS control frame to the destination node (D). At this time, a carrier free channel list (third list) in which carriers are not detected while not being used by using the channel use list (first list) and the snooping channel list (second list) is generated and sent to the RTS control frame. As shown in FIG. 6, the carrier free channel list displays a data channel for which a carrier is not searched as '0' and the remaining channels as '1' without using a neighbor node within a communication distance.
한편 RTS 제어 프레임을 수신한 목적지 노드(D)는 데이터 채널을 선택하기 전에 자신의 채널 사용 리스트와 스누핑 채널 리스트를 이용하여 캐리어 프리 채널 리스트를 별도로 생성한다. 이제 자신이 생성한 캐리어 프리 채널 리스트와 소스 노드(S)로부터 수신한 캐리어 프리 채널 리스트를 비교하여 양쪽에서 모두 유휴상태(idle)인 채널을 데이터 채널로 선택하여 CTS 제어 프레임에 실어 소스 노드(S)로 보낸다. 그리고 CTS 제어 프레임의 전송이 끝나면 선택한 데이터 채널로 데이터 라디오를 스위칭하여 데이터를 수신할 준비를 완료한다.Meanwhile, before receiving the RTS control frame, the destination node D separately generates a carrier free channel list using its channel usage list and snooping channel list before selecting a data channel. Now, the carrier free channel list generated by the carrier node is compared with the carrier free channel list received from the source node S, and both channels are idle as the data channel, and the CTS control frame is loaded into the source node S. Send to). When the transmission of the CTS control frame is completed, the data radio is switched to the selected data channel to complete the reception of the data.
한편 소스 노드(S)는 CTS 제어 프레임을 수신하면, 선택된 데이터 채널로 데이터 라디오를 스위칭하여 데이터 전송을 준비한다. 동시에 RES 제어 프레임에 선택된 데이터 채널 정보를 실어 제어 채널을 통해 전송한다.On the other hand, upon receiving the CTS control frame, the source node S switches the data radio to the selected data channel to prepare for data transmission. At the same time, the selected data channel information is loaded in the RES control frame and transmitted through the control channel.
이 때, 소스 노드(S)는 선택된 데이터 채널로 데이터 라디오를 스위칭한 후, 데이터 채널의 충돌을 방지하기 위해 소정의 시간, 예를 들면 SIFS보다 긴 시간(slot time, 20us) 동안 선택된 데이터 채널의 상태를 감지한다. 선택된 데이터 채널의 캐리어 감지 결과, 해당 채널이 유휴상태이면 데이터를 전송하고, 해당 채널이 사용중이면 제어 채널을 통해 다시 전술한 데이터 채널 선택과정을 반복한다. At this time, the source node (S) after switching the data radio to the selected data channel, in order to prevent the collision of the data channel of the selected data channel for a predetermined time, for example a slot time (20us) longer than SIFS. Detect the condition. As a result of carrier detection of the selected data channel, if the channel is idle, data is transmitted, and if the channel is in use, the aforementioned data channel selection process is repeated through the control channel.
이제 목적지 노드(D)는 데이터 채널에서 데이터를 수신하면 ACK 제어 프레임을 보내서 데이터를 잘 받았음을 알린 후, 데이터 라디오로 데이터 채널 스누핑을 다시 시작한다. 또한 전송할 데이터가 있으면 전술한 과정과 같이 제어 채널을 통해 RTS 전송을 시도한다.Now, when the destination node (D) receives the data in the data channel, it sends an ACK control frame to indicate that the data is well received, and then resumes data channel snooping with the data radio. In addition, if there is data to be transmitted, RTS transmission is attempted through the control channel as described above.
소스 노드(S)는 ACK 제어 프레임을 받으면 데이터 전송 과정을 마치고 데이터 라디오로 데이터 채널 스누핑을 다시 시작한다. 또한 전송할 데이터가 있으면 전술한 과정과 같이 제어 채널을 통해 RTS 전송을 시도한다.When the source node S receives the ACK control frame, the source node S completes the data transmission process and resumes data channel snooping with the data radio. In addition, if there is data to be transmitted, RTS transmission is attempted through the control channel as described above.
도 4는 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법을 설명하기 위한 멀티 채널 무선 네트워크의 일 예로서, 5개의 데이터 채널이 도시되어 있다. 4 is an example of a multi-channel wireless network for explaining the snooping method of the data channel according to the present invention, five data channels are shown.
도 4를 참조하면, Z각 링크는 현재 상태에 따라 달리 표시된다. 여기서 실선의 작은 원(800)은 소스 노드(S)의 통신 거리 범위를, 실선의 큰 원(802)은 소스 노드의 캐리어 감지 거리(통신거리의 2배)를 나타내며, 점선의 작은 원(000)은 목적지 노드(D)의 통신 거리 범위를, 점선의 큰 원(902)은 목적지 노드의 캐리어 감지 거리(통신거리의 2배)를 각각 나타낸다. 통신 거리 내의 노드들은 이웃 노드의 제어 프레임을 해석하여 현재 사용중인 데이터 채널을 알아낼 수 있으나, 통신 거리와 캐리어 감지 거리 사이에 놓인 노드들은 이웃 노드의 제어 프레임을 해석할 수 없고, 다만 이웃 노드의 캐리어를 검출할 수 있을 뿐이다.Referring to FIG. 4, the Z angle link is displayed differently according to the current state. Here, the
도 5는 일반적인 DCA 미디어 접근 제어 방식에 따른 데이터 채널 선택 방법의 일 예이다.5 is an example of a data channel selection method according to a general DCA media access control scheme.
도 5를 참조하면, 소스 노드(S)와 목적지 노드(D)의 채널 사용 리스트(제1 리스트)가 각각 도시된다. 좌측의 채널 사용 리스트를 살펴 보면, 소스 노드(S)를 중심으로 데이터 채널 1은 통신 거리 밖에 있는 다른 노드에 의해 실제 사용중이지 만, 이웃 노드의 제어 프레임을 해석할 수 없어 유휴 상태 '0'로 표시된다. 데이터 채널 2도 마찬가지 이유로 사용 중이만 유휴 상태 '0'로 표시된다. 반면 데이터 채널 3 및 4는 모두 통신 거리 내의 통신 노드들에 의해 사용 중으로 사용상태 '1'로 표시된다. 한편, 데이터 채널 5는 통신 거리 내의 통신 노드에 의해 데이터 채널 선택중인 링크이므로 유휴 상태 '0'로 표시된다. 5, the channel usage list (first list) of the source node S and the destination node D is shown, respectively. Looking at the channel usage list on the left, the
결국, 소스 노드(S)의 채널 사용 리스트를 참조하면 채널 1, 2 및 5가 사용가능한 유휴상태로 표시 되어 데이터 채널로 선택가능하지만, 실제로 채널 1 및 2는 통신거리 밖의 다른 노드에 의해 이미 사용 중이므로, "hidden node problem" 에 따라 채널 1 또는 채널 2를 데이터 채널로 선택하면 충돌 문제가 발생하게 된다.Eventually, referring to the channel usage list of the source node S,
한편, 도 6은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 방법의 일 예이다.6 is an example of a data channel snooping method and a data channel selection method according to the present invention proposed to solve the above-mentioned problem.
도 6을 참조하면, 소스 노드(S)와 목적지 노드(D)의 채널 사용 리스트(제1 리스트)와, 스누핑 채널 리스트(제2 리스트) 및 이들을 이용한 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)가 각각 도시된다. Referring to FIG. 6, the channel usage list (first list) of the source node S and the destination node D, the snooping channel list (second list), and the carrier free channel list (third list) using them are respectively. Shown.
소스 노드(S)를 중심으로 데이터 채널 1 및 2는 통신 거리 밖에 있는 다른 노드에 의해 실제 사용중이지만, 이웃 노드의 제어 프레임을 해석할 수 없어 채널 사용 리스트(제1 리스트)에 각각 유휴 상태 '0'로 표시된다. 그러나, 채널 1 및 2는 캐리어 감지 거리 내의 노드들에 의해 사용되므로 스누핑 채널 리스트(제2 리스트)에서 채널 1 및 채널 2의 캐리어를 검출할 수 있어 각각 사용상태 '1'로 표시된 다. 결국 캐리어 프리 채널 리스트(제3 리스트)에 의하면 채널 1 및 채널 2는 채널 사용 리스트에 사용중으로 표시되지는 않으나 캐리어가 검출되어 사용상태 '1'로 각각 표시된다. 이에 따라, 채널 1 및 2는 데이터 채널로 선택할 수 없게 된다. 반면, 채널 5의 경우 채널 사용 리스트에 사용중으로 표시되지 않고, 또한 캐리어도 검출되지 않아 캐리어 프리 채널 리스트에 유휴상태 '0'로 표시된다. 따라서, 본 발명에 따르면 채널 5만 유휴상태로 데이터 채널로 선택 가능하게 되어, 데이터 충돌을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 목적지 노드가 데이터 채널을 선택할 때, 유휴 채널을 선택하는 확률을 크게 향상시킴으로써, 동시에 전송되는 데이터 수가 증가하고 결과적으로 네트워크의 전송 성능이 향상된다. 도 5 및 도 6을 비교하면, 본 발명에 따르면 유휴 채널 선택 확률이 33.3%에서 100%로 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. According to the present invention, when the destination node selects a data channel, the probability of selecting an idle channel is greatly improved, thereby increasing the number of data transmitted simultaneously and consequently improving the transmission performance of the network. 5 and 6, according to the present invention, it can be seen that the idle channel selection probability is greatly improved from 33.3% to 100%.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 데이터 채널의 스누핑 방법 및 데이터 채널 선택 방법의 효과를 도시한 그래프이다.7 and 8 are graphs illustrating the effects of a snooping method and a data channel selection method of a data channel according to the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 멀티 홉 애드혹 네트워크에서 5개의 채널을 사용하는 경우의 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 데이터 채널 스누핑 방법을 사용하는 경우 종래의 캐리어 감지만 하는 경우보다 처리효율(throughput)이 30%가량 증가한 것을 확인할 수 있다.7 and 8 show simulation results when five channels are used in a multi-hop ad hoc network. As shown, when using the data channel snooping method according to the present invention it can be seen that the throughput (throughput) is increased by about 30% than the conventional carrier detection only.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 멀티 채널 무선 네트워크 환경에서 효과적으로 데이터 채널을 선택하여 데이터 채널의 충돌을 방지하고 반복되는 채널 선택 과정을 방지함으로써 결과적으로 복수의 데이터 채널을 보다 효과적으로 사용하여 네트워크의 성능을 높일 수 있는 통신 방법 및 장치가 제공된다. As described above, according to the present invention, a data channel is effectively selected in a multi-channel wireless network environment to prevent collision of data channels and a repeated channel selection process, resulting in more efficient use of a plurality of data channels. Provided are a communication method and an apparatus capable of increasing.
즉, 본 발명에 따라 데이터 라디오(data radio)를 사용하여 데이터 채널을 스누핑하는 방법과 데이터 채널 선택시에 상기 스누핑한 결과를 이용하여 유휴 데이터 채널(idle data channel)을 선택하는 방법을 제공함으로써, 데이터의 충돌을 방지하고 데이터 채널을 선택할 때 유휴 채널 선택확률을 크게 향상시킬 수 있다.That is, according to the present invention, a method of snooping a data channel using a data radio and a method of selecting an idle data channel using the result of the snooping when selecting a data channel, This can prevent data collisions and greatly improve the idle channel selection probability when selecting data channels.
또한, 동시에 전송되는 데이터 수가 증가하고 결과적으로 네트워크의 전송 성능이 향상된다. 시뮬레이션 결과에 따르면 본 발명에 따른 데이터 채널 스누핑 방법을 사용하는 경우 종래의 캐리어 감지만 하는 경우보다 처리효율(throughput)이 30%가량 증가한 것을 확인할 수 있다.In addition, the number of data transmitted simultaneously increases, and consequently, the transmission performance of the network is improved. According to the simulation results, the data channel snooping method according to the present invention shows that the throughput is increased by about 30% compared to the case of conventional carrier sensing only.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
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