KR101366362B1 - 계층적 협력 통신을 위한 에너지 효율적인 ｔｄｍａ ｍａｃ 프로토콜을 이용한 통신 방법 - Google Patents

계층적 협력 통신을 위한 에너지 효율적인 ｔｄｍａ ｍａｃ 프로토콜을 이용한 통신 방법 Download PDF

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Abstract

계층적 협력 통신을 위한 에너지 효율적인 TDMA MAC 프로토콜을 이용한 통신 방법이 개시된다. 애드 혹 네트워크(ad hoc network) 환경에서 에너지 효율 기반의 계층적 협력 통신 방법은, TDMA(Time Division Multiple Access) MAC(Media Access Control)을 이용하여 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계는, 노드(node)를 클러스터링 하여 구성된 하위 계층 및 상기 하위 계층을 클러스터링 하여 구성된 상위 계층의 에너지 소모량(power consumption)을 고려하여 상기 하위 계층과 상위 계층에 대한 계층적 협력 통신을 선택할 수 있다.

Description

계층적 협력 통신을 위한 에너지 효율적인 ＴＤＭＡ ＭＡＣ 프로토콜을 이용한 통신 방법{COMMUNICATION METHOD USING ENERGY EFFICIENT TDMA MAC PROTOCOL FOR HIERARCHICAL COOPERATION}
본 발명의 실시예들은 에너지 효율을 고려한 계층적 협력 통신 모델에 관한 것이다.
일반적으로, 애드 혹 네트워크(Ad hoc network) 환경에서는 에너지 소모가 많기 때문에 협력 통신을 주로 이용하게 된다.
계층적 협력 통신의 에너지 효율을 위해서는 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)의 클러스터 헤더 선출(cluster header selection) 기술(수학식 1)을 활용할 수 있다. 여기서, 클러스터 헤더의 구체적인 선출 방법은 논문 [W. R. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "Energy efficient communication protocol for wireless microsensor networks," Proc. 33rd Hawaii Intl Conf. Sys. Sci. (HICSS), pp. 1-10, Jan. 2000.]에 개시되어 있다.
Figure 112012082840582-pat00001
(여기서, r은 현재 라운드(round), p는 클러스터 헤더에 대한 희망 비율(desired percentage)을 의미한다.)
또한, 한국공개특허 제10-2012-0105936호(공개일 2012년 09월 26일)에는 협력 통신에 대한 캐패시터와 단일 셀 통신에 대한 캐패시터 간의 차이를 고려하여 캐패시터 이득을 최대화 하기 위한 클러스터를 생성하는 기술이 개시되어 있다. 그리고, 한국공개특허 제10-2012-0100449호(공개일 2012년 09월 12일)에는 계층적 협력 통신 기반 환경에서 배터리 잔량 에너지와 노드 시간을 고려하여 에너지 효율적인 적응적 시간차 노드 관리기법(ATICC: Adaptive Time for Interval Clustering Control)을 이용한 계층적 클러스터 구조를 생성하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 애드 혹 네트워크 환경에서 협력 통신을 이용할 경우 처리량(throughput)이 상승하기 때문에 자연적으로 에너지 소모(energy consumption) 또한 증가하게 된다. 즉, 처리량과 에너지 소모를 동시에 고려해 볼 때 기존 기술로는 애드 혹 네트워크 환경에서 협력 통신을 사용하는 데에 많은 제약이 따른다.
따라서, 본 명세서에서는 애드 혹 네트워크 환경에서 에너지 소모를 줄이면서 처리량을 확보할 수 있는 계층적 협력 통신 모델을 제안한다.
계층적 협력 통신 기법을 이용하여 에너지 효율적인 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 제공한다.
애드 혹 네트워크 환경에서 에너지 소모를 줄이면서 처리량을 확보할 수 있는 계층적 협력 통신 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 애드 혹 네트워크(ad hoc network) 환경에서 에너지 효율 기반의 계층적 협력 통신 방법은, TDMA(Time Division Multiple Access) MAC(Media Access Control)을 이용하여 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계는, 노드(node)를 클러스터링 하여 구성된 하위 계층 및 상기 하위 계층을 클러스터링 하여 구성된 상위 계층의 에너지 소모량(power consumption)을 고려하여 상기 하위 계층과 상위 계층에 대한 계층적 협력 통신을 선택할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero) 이하이면(L2-L1≤0), 상기 하위 계층과 상위 계층을 함께 사용하여 협력 통신을 수행할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero)보다 크면(L2-L1>0), 상기 하위 계층만을 사용하여 협력 통신을 수행할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 계층적 협력 통신을 위한 TDMA MAC 프로토콜은, 클러스터 헤더(cluster header) 선출, 클러스터 멤버(cluster member) 조인, 라우팅 정보 요청과 응답, 그리고 클러스터 헤더와 클러스터 멤버 간 협력 전송을 위한 제1 과정(phase1); 소스 노드(source node)와 목적 노드(destination node)에 대한 노드 쌍(pairs) 요청과 응답, 클러스터 헤더 공지, 그리고 클러스터 간 전송을 위한 제2 과정(phase2); 및 원본 데이터 복원을 위한 콴타이즈(Quantize)를 요청하는 제3 과정(phase3)을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 계층적 협력 통신은, 하나의 라운드가 상기 하위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제3 과정의 순으로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 클러스터 헤더는 라운드가 바뀔 때 마다 선출되며, 상기 하위 계층 내에서 상기 노드의 잔류 에너지와 클러스터 헤더 선출 경험 여부에 따라 선출될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 계층적 협력 통신은, 하나의 라운드가 상기 하위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 상위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 상위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제3 과정의 순으로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 상위 계층을 통한 상기 제1 과정에서는 상기 협력 전송을 위한 슬롯이 제외될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 클러스터 헤더는 라운드 및 계층이 바뀔 때 마다 선출되며, 상기 상위 계층 내에서 상기 노드의 잔류 에너지와 클러스터 헤더 선출 경험 여부에 따라 선출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 애드 혹 네트워크 환경에서 에너지 효율 기반의 계층적 협력 통신 시스템은, 노드에 대한 에너지 소모량을 수집하는 에너지 수집부; 및 계층적 협력 통신을 위해 TDMA MAC을 이용하여 상기 노드에 대한 클러스터를 구성하는 클러스터링부를 포함할 수 있으며, 이때 상기 클러스터링부는 상기 노드를 클러스터링 하여 구성된 하위 계층 및 상기 하위 계층을 클러스터링 하여 구성된 상위 계층의 에너지 소모량을 고려하여 계층적 협력 통신을 위한 계층을 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 애드 혹 네트워크 환경에서 계층적 협력 통신을 이용하여 처리량을 보장하면서 에너지 소모를 줄일 수 있는 방법으로 계층 전송을 조절할 수 있으며, 이를 통해 클러스터 노드 수에 따라 에너지 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 클러스터 헤더를 균등하게 분배함으로써 애드 혹 네트워크를 구성하는 클러스터 구조의 네트워크 수명(network lifetime)을 효과적으로 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 에너지 효율 기반의 계층적 협력 통신을 위한 클러스터 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계층적 협력 통신 프로토콜의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계층적 협력 통신 프로토콜의 2계층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계층적 협력 통신의 처리량과 에너지 소모량을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 에너지 효율적인 TDMA MAC을 활용한 계층적 협력 통신 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 에너지 효율적인 TDMA MAC을 활용한 계층적 협력 통신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 클러스터의 노드 수에 따른 에너지 소모량 차이를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 애드 혹 네트워크(ad hoc network) 환경에서 처리량(throughput)을 보장하면서 에너지 소모량(energy consumption)를 줄일 수 있는 계층적 협력 통신 모델을 제안한다.
본 실시예들은 애드 훅 네트워크 환경에서 협력 통신을 위해 노드들을 클러스터링(clustering) 하는 통신 시스템에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 효율 기반 계층적 협력 통신 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 애드 혹 네트워크 환경에서는 협력 통신을 위해 클러스터를 구성하게 되며, 이때 소스 클러스터(source cluster)(110)의 소스 노드(source node)들이 목적 클러스터(destination cluster)(120)의 목적 노드(destination node)들로 데이터를 보낼 때 에너지 소모가 적은 구조의 클러스터를 구성하고 이를 통해 에너지 효율적인 계층적 협력 전송을 제어할 수 있다.
소스 클러스터(110)에서는 노드가 클러스터링 되어 이루어진 하위 계층(L2)(111)과, 하위 계층(111)이 클러스터링 되어 이루어진 상위 계층(L1)(112)으로 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 협력 통신을 위해 하위 계층(111)만을 사용할지 혹은 하위 계층(111)과 상위 계층(112)을 함께 사용할지를 선택할 수 있으며, 따라서 처리량을 보장하면서 에너지가 적게 소모되는 쪽으로 계층적 협력 통신을 선택할 수 있다.
도 2는 계층적 협력 통신 프로토콜의 기본 구조로, 하나의 계층만을 사용하는 협력 통신 프로토콜을 도시한 것이다.
본 실시예에서 계층적 협력 통신의 기본 구조는 아래의 3개의 과정(phase1, phase2, phase3)으로 정의될 수 있다.
제1 과정(phase1, P1): 5개의 TDMA 타임 슬롯(time slot)이 필요하다. 이때, 제1 과정(P1)은 클러스터 헤더(cluster header) 선출을 위한 슬롯, 클러스터 멤버(cluster member) 조인을 위한 슬롯, 라우팅 정보 요청을 위한 슬롯, 라우팅 정보 응답을 위한 슬롯, 그리고 클러스터 헤더와 클러스터 멤버 간 협력 전송을 위한 슬롯을 포함할 수 있다.
제2 과정(phase2, P2): 4개의 TDMA 타임 슬롯(time slot)이 필요하다. 이때, 제2 과정(P2)은 소스 노드(source node)와 목적 노드(destination node)에 대한 노드 쌍(pairs) 요청을 위한 슬롯, 상기 노드 쌍 응답을 위한 슬롯, 클러스터 헤더 공지를 위한 슬롯, 그리고 클러스터 간 전송을 위한 슬롯을 포함할 수 있다.
제3 과정(phase3, P3): 콴타이즈(Quantize) 요청을 위한 1개의 TDMA 타임 슬롯으로 이루어질 수 있다. 이때, 콴타이즈 요청이란, 분산된 소스 스트림(src stream)을 모아서 원본 데이터로 복원할 때 디코드를 위한 부호 비트를 사용하는 것을 의미하는 것으로, 원본 데이터 복원을 요청하는 것이다.
상기한 계층적 협력 통신은 분산 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 환경에서 기본적으로 TDMA 한 슬롯 내에서 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 운용될 수 있으며, 이때 제1 과정(P1)과 제3 과정(P3)은 SIMO(single-input and Multiple-output)/MISO(Multiple-input and single-output)를 기반으로 수행되고 제2 과정(P2)은 MIMO를 기반으로 수행될 수 있다.
따라서, 하나의 계층(즉, 하위 계층)만을 사용하는 계층적 협력 통신 프로토콜은 도 2에 도시한 바와 같이 하나의 라운드가 제1 과정(P1)→제2 과정(P2)→제3 과정(P3)의 순으로 이루어질 수 있다.
이때, 클러스터 헤더는 하나의 라운드(제1 과정~제3 과정) 마다 재 선출되며, 협력 통신을 위해 선택된 계층 내에서 노드의 잔류 에너지와 클러스터 헤더 선출 경험 여부를 바탕으로 선출될 수 있다. 예컨대, 새로운 클러스터 헤더 선출(new cluster header election)은 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) 프로토콜의 메커니즘을 따를 수 있으며, 해당 계층 내의 노드 중에서 잔류 파워가 적고 클러스터 헤더 선출 경험이 없는 노드가 새로운 클러스터 헤더로 선출될 수 있다.
도 3은 두 개의 계층을 사용하는 계층적 협력 통신 구조를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 클러스터에 대한 하위 계층과 상위 계층을 함께 사용하는 계층적 협력 통신 구조는 하나의 라운드가 하위 계층을 통한 제1 과정(P1)→하위 계층을 통한 제2 과정(P2)→상위 계층을 통한 제2 과정(P2)→하위 계층을 통한 제2 과정(P2)→하위 계층을 통한 제3 과정(P3)의 순으로 이루어질 수 있다.
이때, 하위 계층에서의 제1 과정(P1), 제2 과정(P2), 및 제3 과정(P3)은 도 2를 통해 설명한 각 과정의 제어 구조와 동일한 구조를 가지므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상위 계층에서의 제2 과정(P2)은 도 2를 통해 설명한 제1 과정(P1)과 제2 과정(P2)의 제어 구조를 그대로 가져와 적용하되, 상위 계층에 적용되는 제1 과정(P1)에서는 협력 전송을 위한 슬롯이 제외된다. 다시 말해, 상위 계층에서의 제2 과정(P2)은 클러스터 헤더 선출, 클러스터 멤버 조인, 라우팅 정보 요청, 라우팅 정보 응답, 노드 쌍 요청, 노드 쌍 응답, 클러스터 헤더 공지, 그리고 클러스터 간 전송을 위해 총 8개의 TDMA 타임 슬롯이 필요하다.
하위 계층과 상위 계층을 사용한 계층적 협력 통신 또한 마찬가지로, 제1 과정(P1)과 제3 과정(P3)은 SIMO/MISO를 기반으로 수행되고 제2 과정(P2)은 MIMO를 기반으로 수행될 수 있다.
하위 계층과 상위 계층을 사용한 계층적 협력 통신에서의 클러스터 헤더는 도 3에 도시한 바와 같이 라운드 및 계층이 바뀔 때(하위→상위, 혹은 상위→하위)마다 재 선출되며, 마찬가지로 상위 계층에 포함된 전체 노드 중에서 잔류 파워가 적고 클러스터 헤더 선출 경험이 없는 노드가 새로운 클러스터 헤더로 선출될 수 있다.
도 4와 도 5는 계층적 협력 통신의 처리량과 에너지 소모량을 비교한 결과를 도시한 것이다.
전체 노드 수가 100개이고, 네트워크 면적이 1000㎡인 환경에 도 2와 도 3의 계층적 협력 통신 구조를 적용하면 계층을 구분 지을수록 처리량은 다소 줄어들게 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 상위 계층(L1)과 하위 계층(L2)을 모두 사용하는 경우 하위 계층(L2)만을 사용하는 경우에 비해 처리량이 조금 적음을 알 수 있다.
전체 노드 수가 100개이고, 네트워크 면적이 1000㎡인 환경에 도 2와 도 3의 계층적 협력 통신 구조를 적용하면 계층을 구분 지을수록 소정 개수 내에서는 에너지가 다소 적게 소모된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 클러스터의 노드 수가 12개까지는 상위 계층(L1)과 하위 계층(L2)을 모두 사용하는 경우가 하위 계층(L2)만을 사용하는 경우에 비해 에너지 소모량이 적음을 알 수 있다.
이와 같이, 애드 혹 네트워크 환경에서 에너지 효율적인 TDMA MAC을 이용하여 클러스터를 구성할 때, 계층적 협력 통신 기법을 이용해서 전체 노드 수가 결정된 상황에서 에너지 프로파일을 분석해 보면 협력 통신 시 하나의 계층을 이용할 때와 두 개의 계층을 이용할 때 에너지 소모량이 다른 형태로 도출됨을 알 수 있다. 이를 토대로, 최대의 처리량을 보장하면서 에너지 관점에서 에너지 효율적인 TDMA MAC 프로토콜(계층 하나만을 사용할지 또는 두 개의 계층을 사용할지)을 선택적으로 적용할 수 있다.
도 6은 애드 혹 네트워크 환경에서 협력 통신을 위한 클러스터를 구성하기 위한 시스템 구성을 도시한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 계층적 협력 통신 시스템(600)은 에너지 수집부(610)와, 클러스터링부(620)를 포함하여 구성될 수 있으며, 앞서 설명한 에너지 효율적인 TDMA MAC 프로토콜을 활용하여 계층적 협력 통신을 구현할 수 있다.
에너지 수집부(610)는 모든 노드의 에너지 관련 정보를 수집할 수 있다. 에너지 관련 정보는 각 노드에 대한 잔류 에너지 레벨, 각 노드에서 소비되는 에너지 소모량 등을 포함할 수 있다.
클러스터링부(620)는 TDMA MAC를 이용하여 계층적 협력 통신을 위한 클러스터를 구성하는 역할을 수행한다. 이때, 클러스터링부(620)는 애드 혹 네트워크를 구성하는 노드를 클러스터링 하여 하위 계층을 구성하고, 하위 계층을 클러스터링 하여 상위 계층을 구성할 수 있다.
본 실시예에서는, 처리량을 보장하면서 에너지 소모량을 줄이기 위하여 협력 통신을 위한 계층을 하나만 사용할지 두 개의 계층을 모두 사용할지에 대한 선택이 가능하다. 즉, 클러스터링부(620)는 하위 계층 및 상위 계층의 에너지 소모량을 고려하여 계층적 협력 통신을 위한 계층을 선택할 수 있다.
도 7은 에너지 효율적인 TDMA MAC을 활용한 계층적 협력 통신 방법을 도시한 흐름도이다. 일 실시예에 따른 에너지 효율적인 계층적 협력 통신 방법은 도 6을 통해 설명한 계층적 협력 통신 시스템에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다.
본 실시예에서는 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이를 활용하여 계층적 협력 통신을 제어할 수 있다.
단계(S701)에서 계층적 협력 통신 시스템은 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero) 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 계층적 협력 통신 시스템에서는 모든 노드에 대한 에너지 소모량을 알고 있으므로 이를 통해 클러스터에 대한 각 계층의 에너지 소모량을 산출할 수 있다.
단계(S702)에서 계층적 협력 통신 시스템은 단계(S701)에서의 판단 결과 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0보다 크면(L2-L1>0), 하위 계층(L2)만을 선택하여 계층적 협력 통신을 수행할 수 있다.
단계(S703)에서 계층적 협력 통신 시스템은 단계(S701)에서의 판단 결과 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0 이하이면(L2-L1≤0), 하위 계층(L2)과 상위 계층(L1)을 모두 선택하여 계층적 협력 통신을 수행할 수 있다.
계층 간의 에너지 소모량 차이가 0을 초과하면 계층을 2개 사용하는 것이 계층을 1개 사용하는 것보다 에너지 소모가 크다는 것을 의미하고, 계층 간의 에너지 소모량 차이가 0 이하이면 계층을 2개 사용하는 것이 계층을 1개 사용하는 것보다 에너지 소모가 적다는 것을 의미한다.
도 8을 참조하면, 클러스터의 노드 수(n) 증가에 따라 예상되는 에너지 프로파일을 통해 보다 에너지가 적게 소모되는 쪽으로 계층적 협력 통신을 선택할 수 있다. 도 5를 통해 설명한 바와 같이, 전체 노드 수가 100이면, 노드가 12개까지는 상위 계층(L1)과 하위 계층(L2)을 기반으로 협력 통신을 하는 것이 에너지 소모가 덜 드는 방법이다. 클러스터의 노드 수가 증가하더라도 협력 통신에 따른 에너지 소모는 도 5에 예시된 그래프의 개형과 유사하다. 따라서, 본 실시예들은 제한된 면적 내에서 전체 노드 수가 증가하는 애드 혹 네트워크 환경에 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 애드 혹 네트워크 환경에서 계층적 협력 통신을 이용하여 처리량을 보장하면서 에너지 소모를 줄일 수 있는 방법으로 계층 전송을 조절할 수 있으며, 이를 통해 클러스터 노드 수에 따라 에너지 소모를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 클러스터 헤더를 균등하게 분배함으로써 애드 혹 네트워크를 구성하는 클러스터 구조의 네트워크 수명을 효과적으로 연장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 시스템을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
600: 계층적 협력 통신 시스템
610: 에너지 수집부
620: 클러스터링부

Claims (12)

  1. 애드 혹 네트워크(ad hoc network) 환경에서 TDMA(Time Division Multiple Access) MAC(Media Access Control)을 이용하여 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 계층적 협력 통신을 위한 클러스터(cluster)를 구성하는 단계는,
    노드(node)를 클러스터링 하여 구성된 하위 계층의 에너지 소모량(power consumption)과 상기 하위 계층을 클러스터링 하여 구성된 상위 계층의 에너지 소모량을 비교하여 상기 하위 계층의 에너지 소모량과 상기 상위 계층의 에너지 소모량의 차이에 따라 상기 하위 계층과 상위 계층에 대한 계층적 협력 통신을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero) 이하이면(L2-L1≤0), 상기 하위 계층과 상위 계층을 함께 사용하여 협력 통신을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero)보다 크면(L2-L1>0), 상기 하위 계층만을 사용하여 협력 통신을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계층적 협력 통신을 위한 TDMA MAC 프로토콜은,
    클러스터 헤더(cluster header) 선출, 클러스터 멤버(cluster member) 조인, 라우팅 정보 요청과 응답, 그리고 클러스터 헤더와 클러스터 멤버 간 협력 전송을 위한 제1 과정(phase1);
    소스 노드(source node)와 목적 노드(destination node)에 대한 노드 쌍(pairs) 요청과 응답, 클러스터 헤더 공지, 그리고 클러스터 간 전송을 위한 제2 과정(phase2); 및
    원본 데이터 복원을 위한 콴타이즈(Quantize)를 요청하는 제3 과정(phase3)
    을 포함하는 계층적 협력 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계층적 협력 통신은,
    하나의 라운드가 상기 하위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제3 과정의 순으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 클러스터 헤더는 라운드가 바뀔 때 마다 선출되며, 상기 하위 계층 내에서 상기 노드의 잔류 에너지와 클러스터 헤더 선출 경험 여부에 따라 선출되는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 계층적 협력 통신은,
    하나의 라운드가 상기 하위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 상위 계층을 통한 상기 제1 과정→상기 상위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제2 과정→상기 하위 계층을 통한 상기 제3 과정의 순으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상위 계층을 통한 상기 제1 과정에서는 상기 협력 전송을 위한 슬롯이 제외되는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 클러스터 헤더는 라운드 및 계층이 바뀔 때 마다 선출되며, 상기 상위 계층 내에서 상기 노드의 잔류 에너지와 클러스터 헤더 선출 경험 여부에 따라 선출되는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 방법.
  10. 애드 혹 네트워크 환경에서 에너지 효율 기반의 계층적 협력 통신 시스템에 있어서,
    노드에 대한 에너지 소모량을 수집하는 에너지 수집부; 및
    계층적 협력 통신을 위해 TDMA MAC을 이용하여 상기 노드에 대한 클러스터를 구성하는 클러스터링부
    를 포함하고,
    상기 클러스터링부는,
    상기 노드를 클러스터링 하여 구성된 하위 계층의 에너지 소모량과 상기 하위 계층을 클러스터링 하여 구성된 상위 계층의 에너지 소모량을 비교하여 상기 하위 계층의 에너지 소모량과 상기 상위 계층의 에너지 소모량의 차이에 따라 계층적 협력 통신을 위한 계층을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 클러스터링부는,
    상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero) 이하이면(L2-L1≤0), 계층적 협력 통신을 위해 상기 하위 계층과 상위 계층을 함께 선택하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 클러스터링부는,
    상기 하위 계층(L2)의 에너지 소모량과 상기 상위 계층(L1)의 에너지 소모량의 차이가 0(zero)보다 크면(L2-L1>0), 계층적 협력 통신을 위해 상기 하위 계층만을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 계층적 협력 통신 시스템.
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