KR101372232B1 - 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법에 관한 것으로, 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 채널을 탐색하여 자신의 수신 채널을 선택하는 채널 탐색 과정; 및 상기 새로운 노드가 상기 선택된 자신의 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하는 수신채널 정보 전송 과정을 포함하여 구성된다.

Description

무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법 {ASYNCHRONOUS MULTI CHANNEL ADAPTATION METHOD FOR WIRELESS AD-HOC NETWORK}

본 발명은 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 각 노드가 자신의 수신 채널을 통해 주변 노드로부터 데이터를 수신하고, 목적지 노드의 수신 채널을 통해 데이터를 송신하도록 하기 위해, 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 채널 탐색, 수신 채널 정보 전송 및 채널 변경 과정을 거쳐 다중채널을 활용할 수 있도록 함으로써, 무선 에드혹 네트워크에서 데이터 전송의 신뢰성 및 확장성을 개선하기 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 한국산업기술평가원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-052, 과제명: QoS 및 확장성지원(S-MoRe) 센서네트워크 고도화 기술개발 (표준화연계)].

무선 에드혹 네트워크에서의 무선 데이터 전송은 노드들간의 주파수 간섭 및 불안정한 RF 채널 특성으로 인하여 신뢰성 및 확장성 부분에서 취약성을 가진다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 기술 중 다중채널을 사용하는 방법으로는, 채널 호핑 방식과 채널 적응 방식이 있다.

채널 호핑 방식에 의하면, 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 모든 노드가 동기 신호를 주고 받아 동기화된 구조에서 주기적으로 채널 호핑을 수행한다. 그러나, 이 경우, 네트워크 전체가 동기를 유지하여야 하기 때문에 이에 따른 오버헤드 및 안정성이 문제가 될 수 있다.

또한, 채널 적응 방식에 의하면, 주어진 채널에서 데이터 통신을 수행하다가 사용 중인 채널의 품질이 나빠지면 새로운 채널로 이동하여 데이터 통신을 계속하여 수행한다. 이러한 채널 적응 방식은 동기식과 비동기식으로 구분할 후 있는데, 동기식 방식은 상술한 채널 호핑 방식과 마찬가지로 동기에 따른 문제점이 있다.

따라서, 간단하면서도 낮은 제어 오버헤드를 가지는 비동기식으로 다중채널을 할당하고 유지하기 위한 기술이 요구되는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 각 노드가 자신의 수신 채널을 통해 주변 노드로부터 데이터를 수신하고, 목적지 노드의 수신 채널을 통해 데이터를 송신하도록 하기 위해, 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 채널 탐색, 수신 채널 정보 전송 및 채널 변경 과정을 거쳐 다중채널을 활용할 수 있도록 함으로써, 무선 에드혹 네트워크에서 데이터 전송의 신뢰성 및 확장성을 개선할 수 있도록 하는 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법은, 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 채널을 탐색하여 자신의 수신 채널을 선택하는 채널 탐색 과정; 및 상기 새로운 노드가 상기 선택된 자신의 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하는 수신채널 정보 전송 과정을 포함한다.

이에 따라, 상기 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 각 노드는 자신의 수신 채널을 통해서만 데이터를 수신하고, 데이터의 송신을 위해 데이터의 목적지인 목적지 노드의 수신 채널로 이동하여 데이터를 송신할 수 있다.

또한, 상기 채널 탐색 과정은, 상기 새로운 노드가 액티브 스캔(Active Scan) 방식에 따라 모든 가용채널에서 기 설정된 시간 간격으로 비컨 요청(Beacon Requset)을 전송하는 단계; 상기 비컨 요청을 수신한 조정자 노드(Coordinator)가 상기 모든 가용채널에서 기 설정된 시간 간격으로 비컨(Beacon)을 송신하는 단계; 및 상기 새로운 노드가 상기 조정자 노드로부터 수신한 비컨에서 획득한 주변 노드에 대한 채널 정보를 이용하여 자신의 수신 채널을 선택하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 수신 채널을 선택하는 단계는, 상기 새로운 노드가 복수의 채널을 통해 복수의 비컨을 수신한 경우, 상기 복수의 채널 중 품질이 가장 좋은 채널을 자신의 수신 채널로 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 채널 탐색 과정은, 상기 새로운 노드가 상기 조정자 노드의 수신 채널을 통해 자신의 수신 채널 정보가 실린 접속 요청(Association Request)을 전송하는 단계; 및 상기 새로운 노드가 자신의 수신 채널을 통해 상기 조정자 노드로부터 상기 접속 요청에 대한 접속 응답(Association Response)을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수신채널 정보 전송 과정은, 상기 새로운 노드가 상기 모든 가용채널에서 자신의 수신 채널 정보가 실린 헬로우(HELLO) 프레임을 전송하는 단계; 및 상기 새로운 노드가 자신의 수신 채널을 통해 상기 헬로우 프레임을 수신한 하나 이상의 이웃노드로부터 헬로우 응답을 수신하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 에드혹 네트워크에서의 비동기 다중채널 적응 방법은, 상기 수신채널 정보 전송 과정 이후에, 상기 새로운 노드가 주변 채널 정보를 획득하여 채널 변경을 수행하는 채널 변경 과정을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 채널 변경 과정은, 상기 새로운 노드가 이웃 노드로 채널에 대한 검사를 위한 채널 프로브 프레임을 요청하기 위한 채널 프로브 요청을 전송하는 단계; 및 상기 새로운 노드가 상기 이웃 노드로부터 상기 채널 프로브 요청에 대한 채널 프로브 응답 및 채널 프로브를 차례로 수신하는 단계를 포함한다.

이에 따라, 상기 새로운 노드는 상기 채널 프로브로부터 획득한 주변 채널 정보를 이용하여 자신의 수신 채널을 변경할 수 있다.

본 발명에 의하면, 무선 에드혹 네트워크에서의 데이터 전송의 신뢰성 및 네트워크의 확장성 문제를 해결하기 위하여, 간단하면서도 낮은 제어 오버헤드를 갖는 비동기 다중채널 적응 방식을 제안한다.

이러한 비동기 다중채널 적응 방식을 이용하면, 무선 채널의 간섭 및 안정성을 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 공간의 재사용 및 네트워크 전체의 자원을 절약할 수 있는 추가적인 장점을 가진다.

특히, 무선 에드혹 네트워크가 대규모로 구성될 경우에는 채널 환경이 공간적으로 또는 시간적으로 불안정한 특성을 가지게 되는데, 본 발명에 의하면 가용한 다중채널을 비동기적으로 사용함으로써 간단하며 네트워크 부하가 적은 이점을 갖게 된다.

또한, 무선 에드 혹 네트워크를 구성하는 모든 노드들 간의 링크 채널을 비대칭적이라고 가정하여 실제 무선 환경의 특성을 최대한 반영함으로써, 우수성 및 활용성이 높은 비동기 다중채널 적응 방식을 제공할 수 있다.

도 1은 수신자 기반의 비대칭적 채널 사용 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 의한 비동기 다중채널 적응 방법의 흐름도,
도 3은 채널탐색 과정의 상세 흐름도,
도 4는 수신채널 정보 전송 과정의 상세 흐름도, 그리고
도 5는 채널 변경 과정의 상세 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 수신자 기반의 비대칭적 채널 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따르면, 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 모든 노드는 자신이 데이터를 수신하기 위해서 사용하는 수신 채널을 가지며, 이러한 수신 채널을 통해서만 데이터를 수신한다.

또한, 각 노드는 데이터를 송신하기 위해서 데이터의 목적지인 목적지 노드의 수신 채널로 이동하여 데이터를 전송한다.

이때, ACK 프레임은 채널 환경이 대칭적이라면 동일한 채널, 즉 수신 노드의 수신 채널을 통해서 수신할 수 있으며, 그렇지 않을 경우에는 송신 노드의 수신 채널로 이동하여 ACK 프레임을 수신하게 된다.

본 발명은, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 수신 노드의 수신 채널을 통해 데이터를 수신하는 방식으로 데이터 통신을 수행하기 위해, 후술하는 비동기 다중채널 적응 과정을 거쳐 수신 채널을 선택하고 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하며 필요에 따라 채널 변경을 수행하게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 비동기 다중채널 적응 방법의 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비동기 다중채널 적응 방법은, 크게, 새로운 노드가 무선 에드혹 네트워크에 참여하기 위해 채널을 탐색하고 자신의 수신 채널을 선택하는 채널탐색 과정(S10), 새로운 노드가 자신의 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하는 수신채널 정보 전송 과정(S20) 및 채널 변경을 위한 채널 변경 과정(S30)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 채널 변경 과정(S30)은 채널 변경이 필요한 경우 선택적으로 수행된다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 비동기 다중채널 적응 방법의 각 과정에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 채널탐색 과정의 상세 흐름도로, 새로운 노드가 무선 에드혹 네트워크에 참여하기 위해 채널을 탐색하고 자신의 수신 채널을 선택하는 과정을 도시한다.

도 3에서는, 가용채널의 개수가 4개(C1 내지 C4)이고, 가용채널 탐색횟수를 2회라고 가정하고 설명한다. 그러나, 가용채널의 개수와 가용채널 탐색횟수가 이에 제한되는 것은 아니다.

일단, 새로운 노드는 액티브 스캔(Active Scan) 방식에 따라 모든 가용채널에서 기 설정된 일정한 시간간격 T로 비컨 요청(Beacon Requset)을 전송한다(S11).

이에 따라, 비컨 요청을 수신한 주변 노드인 조정자 노드(Coordinator)는 새로운 노드와 마찬가지로, 모든 가용채널에서 기 설정된 일정한 시간간격 T로 비컨(Beacon)을 송신한다(S12). 이때, 조정자 노드라 함은 무선 에드혹 네트워크에서 라우팅 기능 및 네트워크 참여 기능을 가지는 노드를 일컫는 것이다.

이에 따라, 새로운 노드가 조정자 노드로부터 수신한 비컨 프레임을 이용하여 주변 노드에 대한 채널 정보를 획득하게 되고, 이에 따라 자신의 수신 채널을 선택할 수 있게 된다. 이 경우, 새로운 노드가 복수의 채널에서 각각 복수의 비컨 프레임을 수신한 경우에는, 수신한 비컨 프레임으로부터 획득한 채널 정보를 이용하여 품질이 보다 좋은 채널을 자신의 수신 채널로 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 경우, 새로운 노드는 비컨 프레임을 수신한 두 채널(C1 및 C3) 중에 하나의 채널(C1)을 자신의 수신 노드로 선택할 수 있다.

이 후, 새로운 노드는 조정자 노드의 수신 채널(C4)를 통해 접속 요청 (Association Request)(S13)을 전송하는데, 접속 요청 메시지에는 새로운 노드에 의해 선택된 수신 채널 정보가 포함된다.

이 후, 새로운 노드로부터 접속 요청을 수신한 조정자 노드는 새로운 노드의 수신 채널(C1)을 통해 접속 응답(Association Response)(S14)을 전송하게 된다.

도 4는 수신채널 정보 전송 과정의 상세 흐름도로, 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 자신의 수신 채널을 결정하면 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하는 과정을 도시한다.

도 3에 도시된 과정을 거쳐 자신의 수신 채널을 선택한 새로운 노드는, 자신의 수신 채널 정보를 헬로우(HELLO) 프레임에 실어서 주변에 위치한 하나 이상의 이웃 노드로 전송한다(S21). 이때, 새로운 노드는 C3을 자신의 수신 채널로 선택한 것으로 가정한다.

이에 따라, 새로운 노드로부터 헬로우 프레임을 수신한 이웃노드 1 및 2는 헬로우 프레임으로부터 새로운 노드의 수신 채널 정보를 획득하게 되고, 이후 새로운 노드의 수신 채널을 통해 데이터의 전송이 가능해 진다. 또한, 이웃노드 1 및 2는 수신한 헬로우 프레임에 대한 헬로우 응답(HELLO REPLY)을 새로운 노드의 수신 채널인 C3를 통해 전송한다(S22).

도 5는 채널 변경 과정의 상세 흐름도로, 채널 변경이 필요한 경우 이웃노드로 채널 프로브 프레임의 전송을 요청함으로써 주변 채널 정보를 획득하여 채널 변경을 수행하는 과정을 도시한다.

무선 에드혹 네트워크에서, 임의의 요청 노드가 동작 중에 특정 채널이 더 이상 유효하지 않은지 확인하거나, 새로운 채널에 대한 정보를 획득하기 위해, 이웃 노드로 채널에 대한 검사를 위한 채널 프로브 프레임을 요청하는 채널 프로브 요청을 전송할 수 있다 (S31).

이에 따라, 채널 프로브 요청을 수신한 이웃 노드는 일단 채널 프로브 요청에 대한 채널 프로브 응답을 요청 노드로 전송하고(S32), 채널에 대한 정보 제공을 위해 채널 프로브를 요청 노드로 전송한다(S33).

이에 따라, 요청 노드는 수신한 채널 프로브로부터 주변 채널 정보를 획득하고 이를 이용하여 새로운 채널을 수신 채널로 선택할 수 있게 된다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

S10: 채널 탐색 과정
S20: 수신채널 정보 전송 과정
S30: 채널 변경 과정

Claims (10)

1. 삭제
2. 무선 에드혹 네트워크에 참여하는 새로운 노드가 채널을 탐색하여 자신의 수신 채널을 선택하는 채널 탐색 과정; 및
   상기 새로운 노드가 상기 선택된 자신의 수신 채널 정보를 주변 노드로 전송하는 수신채널 정보 전송 과정을 포함하며,
   상기 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 각 노드는 자신의 수신 채널을 통해서만 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 무선 에드혹 네트워크를 구성하는 각 노드는 데이터의 송신을 위해 데이터의 목적지인 목적지 노드의 수신 채널로 이동하여 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 채널 탐색 과정은,
   상기 새로운 노드가 액티브 스캔(Active Scan) 방식에 따라 모든 가용채널에서 기 설정된 시간 간격으로 비컨 요청(Beacon Requset)을 전송하는 단계;
   상기 비컨 요청을 수신한 조정자 노드(Coordinator)가 상기 모든 가용채널에서 기 설정된 시간 간격으로 비컨(Beacon)을 송신하는 단계; 및
   상기 새로운 노드가 상기 조정자 노드로부터 수신한 비컨에서 획득한 주변 노드에 대한 채널 정보를 이용하여 자신의 수신 채널을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 수신 채널을 선택하는 단계는,
   상기 새로운 노드가 복수의 채널을 통해 복수의 비컨을 수신한 경우, 상기 복수의 채널 중 품질이 가장 좋은 채널을 자신의 수신 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 채널 탐색 과정은,
   상기 새로운 노드가 상기 조정자 노드의 수신 채널을 통해 자신의 수신 채널 정보가 실린 접속 요청(Association Request)을 전송하는 단계; 및
   상기 새로운 노드가 자신의 수신 채널을 통해 상기 조정자 노드로부터 상기 접속 요청에 대한 접속 응답(Association Response)을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
7. 제 2 항에 있어서, 상기 수신채널 정보 전송 과정은,
   상기 새로운 노드가 모든 가용채널에서 자신의 수신 채널 정보가 실린 헬로우(HELLO) 프레임을 전송하는 단계; 및
   상기 새로운 노드가 자신의 수신 채널을 통해 상기 헬로우 프레임을 수신한 하나 이상의 이웃노드로부터 헬로우 응답을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 수신채널 정보 전송 과정 이후에,
   상기 새로운 노드가 주변 채널 정보를 획득하여 채널 변경을 수행하는 채널 변경 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 채널 변경 과정은,
   상기 새로운 노드가 이웃 노드로 채널에 대한 검사를 위한 채널 프로브 프레임을 요청하기 위한 채널 프로브 요청을 전송하는 단계; 및
   상기 새로운 노드가 상기 이웃 노드로부터 상기 채널 프로브 요청에 대한 채널 프로브 응답 및 채널 프로브를 차례로 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 새로운 노드는 상기 채널 프로브로부터 획득한 주변 채널 정보를 이용하여 자신의 수신 채널을 변경하는 것을 특징으로 하는 비동기 다중채널 적응 방법.

Images