KR101430072B1 - Prioritized data transmission method in wireless sensor networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 IEEE 802.15.4 기반의 무선 센서 네트워크에서 로드 밸런싱과 QoS 우선순위에 기반하여 긴급 데이터를 효율적으로 전송하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for transmitting data in a wireless sensor network, and more particularly, to a method for efficiently transmitting emergency data based on load balancing and QoS priority in a wireless sensor network based on IEEE 802.15.4 .
IEEE 802.15.4 기반의 무선 센서 네트워크는 기본적으로 저속통신을 이용하여 개인 및 주변기기들 사이의 통신을 지원하는 기술이므로, 긴급처리를 요구하는 의료용 데이터 및 이와 관련된 QoS(Quality of Service) 패킷을 처리하기에는 제약사항이 많다. Since the IEEE 802.15.4-based wireless sensor network is basically a technology for supporting communication between individuals and peripherals using low-speed communication, it is difficult to process medical data and urgent quality of service (QoS) packets requiring urgent processing There are a lot of restrictions.
물론, GTS(Guaranteed Time Slot)를 이용하여 독립적인 슬롯을 통하여 QoS를 보장할 수도 있지만, 이러한 방법은 동기화 유지를 위한 오버헤드와 네트워크의 확장성 측면에서 통신상태 유지의 어려움이 많다. Of course, although it is possible to guarantee QoS through independent slots by using GTS (Guaranteed Time Slot), this method has many difficulties in maintaining communication state in terms of overhead for maintaining synchronization and expandability of network.
또한 네트워크 내의 모든 노드들은 MAC 계층에서 동일한 확률의 백오프(backoff) 알고리즘을 이용하여 채널에 접근을 하므로, QoS 및 차별화된 전송을 제공할 수 없다. Also, all the nodes in the network access the channel using the same probability backoff algorithm in the MAC layer, and thus can not provide QoS and differentiated transmission.
이를 해결하기 위하여, 노드 레벨의 홉바이홉(hop-by-hop) 솔루션들이 선행연구로써 제시되었지만, 멀티홉 기반의 엔드투엔드(end-to-end) 라우팅까지 고려한 방법은 거의 없다. 물론 엔드투엔드 접근방법도 있지만, 기존의 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing) 혹은 DSR(Dynamic Source Routing)과 같은 라우팅 표준은 QoS를 고려하고 있지 않다. In order to solve this, node-level hop-by-hop solutions have been proposed as previous studies, but there are few ways to consider multi-hop based end-to-end routing. There are, of course, end-to-end approaches, but routing standards such as the existing Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV) or Dynamic Source Routing (DSR) do not consider QoS.
또한 멀티홉 환경에서 QoS를 제공하는 기법들은 많이 제시되었으나, 최근 멀티미디어 통신의 증가로 네트워크의 혼잡이 동시에 발생할 경우, 혼잡을 회피하면서 QoS까지 고려하는 방법들은 많지 않다. 또한 의료용 응용서비스에 적용가능한 통신설계도 부족한 수준이다.In addition, many techniques to provide QoS in multi - hop environment have been proposed. However, when congestion of network occurs simultaneously due to increase of multimedia communication, there are not many methods to consider QoS while avoiding congestion. In addition, there is a lack of communication design applicable to medical application services.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 무선 센서 네트워크에서 긴급을 요하는 의료용 데이터를 다른 데이터들보다 빠르고 안정적으로 목적지까지 전달할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above technical background, and it is an object of the present invention to provide a data transmission method capable of transmitting medical data urgently required in a wireless sensor network to a destination faster and more reliably than other data .
본 발명의 다른 과제는 무선 센서 네트워크에서 서비스 품질을 보장할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a data transmission method capable of ensuring quality of service in a wireless sensor network.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 네트워크가 혼잡한 상황에서 혼잡구간을 회피하여 경로를 설정하고, 동시에 QoS 요구사항에 기반하여 채널접근 우선순위를 결정한다. In order to solve the above problem, the present invention avoids a congestion period in a congested network, sets a path, and simultaneously determines a channel access priority based on QoS requirements.
즉, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법은, 상기 무선 센서 네트워크 내의 송신자와 상기 송신자와 이웃하는 수신자 사이에서 현재 시점에서 요구되는 패킷전달 시간, 미리 정해진 일정 시간 동안의 평균 전송지연, 상기 현재 시점에서 상기 송신자의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이 및 상기 일정 시간 동안의 상기 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이의 평균에 기반하여, 채널 상태 정보를 확인하는 단계; 상기 채널 상태 정보의 누적값에 기반하여 지연과 혼잡이 가장 적은 경로를 선택하는 단계; 전송하고자 하는 패킷에 정의된 액세스 카테고리(Access Category: AC)에 따라 백오프 값을 조절하는 단계; 및 상기 백오프 값을 이용하여 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다. That is, a method for transmitting data in a wireless sensor network according to the present invention is characterized in that a method of transmitting data in a wireless sensor network includes transmitting a packet transmission time required at a current point in time between a sender in the wireless sensor network and a receiver adjacent to the transmitter, Checking channel state information based on an average of a usable space length of the interface buffer of the sender at the current time and an available space length of the interface buffer during the predetermined time; Selecting a path having the least delay and congestion based on the accumulated value of the channel state information; Adjusting a backoff value according to an access category (AC) defined in a packet to be transmitted; And transmitting the packet using the backoff value.
여기에서, 상기 전송하고자 하는 패킷이 제어 패킷인 경우, 상기 제어 패킷의 헤더에는 {채널 상태 정보, AC, 타임아웃 시간}의 필드가 포함되는 것이 바람직하며, 상기 제어 패킷은 RREQ (Route Request) 또는 RREP (Route Reply) 패킷일 수 있다. Here, if the packet to be transmitted is a control packet, it is preferable that a header of the control packet includes a {channel state information, AC, timeout time} field, and the control packet includes a RREQ RREP (Route Reply) packet.
상기 패킷 전달 시간은 패킷 가공시간, 큐잉 지연, 백오프(backoff) 지연, 전송 및 전파지연을 포함한다.The packet delivery time includes packet processing time, queuing delay, backoff delay, transmission and propagation delay.
상기 채널 상태 정보를 QF(i)라 할 때, 이는 다음의 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있다. When the channel state information is QF (i), it can be determined by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
(여기에서, 는 송신자와 수신자 사이에서 현재 시점 t에서 요구되는 패킷전달 시간, 는 일정 시간 θ 동안의 평균 전송지연, 는 t에서 송신자의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이, 는 θ 동안의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이의 평균이다)(From here, Between the sender and the receiver, the packet delivery time required at the current time t, Is the average transmission delay for a certain time? Is the length of the available space of the sender's interface buffer at t, Is the average of the available space length of the interface buffer for theta)
상기 AC는 긴급을 요하는 긴급 데이터, 감시용 데이터, 일반 데이터, 양보 데이터를 포함할 수 있으며, 이때 상기 백오프 값을 조절하는 단계에서는 긴급 데이터, 감시용 데이터, 일반 데이터, 양보 데이터의 순으로 큰 백오프 값을 갖도록 조절하는 것이 바람직하다.The AC may include urgent data, surveillance data, general data, concession data urgently required. In the step of adjusting the backoff value, emergency data, surveillance data, general data, It is preferable to adjust to have a large backoff value.
또한, 상기 무선 센서 네트워크에 포함된 각 노드는, {이웃 노드의 식별자, 이웃 노드의 AC, 타임아웃 시간}의 필드를 갖는 이웃 테이블을 유지하며, 상기 각 노드는 상기 이웃 테이블을 참조하여, 자신이 전송하고자 하는 제1 패킷의 AC가 일반 데이터이고, 자신의 이웃 노드가 전송하고자 하는 제2 패킷의 AC가 긴급 데이터인 경우, 상기 제1 패킷의 AC를 양보 데이터로 설정할 수 있다. In addition, each node included in the wireless sensor network maintains a neighbor table having fields of {neighbor node's ID, neighbor node's AC, timeout time}, and each node refers to the neighbor table, If the AC of the first packet to be transmitted is general data and the AC of the second packet to be transmitted by its neighbor node is emergency data, AC of the first packet can be set as concession data.
상기 백오프 값을 조절하는 단계에서는, 상기 채널 상태 정보를 더 이용하여 상기 백오프 값을 조절할 수 있다. In the step of adjusting the backoff value, the backoff value may be adjusted by further using the channel state information.
본 발명의 다른 면에 따른 무선 센서 네트워크에 포함되는 노드는, 전송하고자 하는 패킷에 대해 액세스 카테고리(Access Category: AC)를 정의하는 AC 정의부; 상기 무선 센서 네트워크 내의 송신자와 상기 송신자와 이웃하는 수신자 사이에서 현재 시점에서 요구되는 패킷 전달 시간, 미리 정해진 일정 시간 동안의 평균 전송지연, 상기 현재 시점에서 상기 송신자의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이 및 상기 일정 시간 동안의 상기 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이의 평균에 기반하여, 채널 상태 정보를 모니터링하는 모니터링부; 상기 채널 상태 정보의 누적값에 기반하여 상기 무선 센서 네트워크 내에서 상기 패킷을 전송하기 위해 혼잡이 가장 적은 경로를 선택하는 라우팅 제어부; 상기 라우팅 제어부에서 관리하는 라우팅 테이블; 정의된 상기 AC에 따라 백오프 값을 조절하는 백오프 설정부; 및 상기 백오프 값을 이용하여 상기 패킷을 전송하는 전송부를 포함한다.A node included in a wireless sensor network according to another aspect of the present invention includes an AC definition unit defining an access category (AC) for a packet to be transmitted; A packet transmission time required at a current point in time between a sender in the wireless sensor network and a receiver adjacent to the sender, an average transmission delay during a predetermined fixed time, a length of a usable space of the sender's interface buffer at the current point, A monitoring unit for monitoring channel state information based on an average of the available space length of the interface buffer for the predetermined time; A routing controller for selecting a route with the least congestion to transmit the packet in the wireless sensor network based on the accumulated value of the channel state information; A routing table managed by the routing control unit; A backoff setting unit for adjusting a backoff value according to the defined AC; And a transmitter for transmitting the packet using the backoff value.
본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 의료용 데이터와 같은 긴급 데이터를 포함한 각종 데이터들이 혼재할 때 멀티홉 네트워크의 특성상 혼잡이 발생하더라도, 가장 혼잡이 적은 경로를 선택하고 차별화된 백오프 값을 설정하여 지연을 최소화함으로써, 긴급을 요하는 의료용 데이터가 다른 데이터들보다 빠르고 안정적으로 목적지까지 전달될 수 있다. According to the present invention, when various data including urgent data such as medical data are mixed in a wireless sensor network, even if congestion occurs due to the characteristics of the multi-hop network, a route with the least congestion is selected, a different backoff value is set, The urgent medical data can be delivered to the destination more quickly and stably than other data.
또한, 무선 센서 네트워크 전체의 로드 밸런싱 효과도 함께 얻을 수 있다. Also, the load balancing effect of the entire wireless sensor network can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법 전체를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법에서 RREQ 및 RREP 헤더에 추가되는 필드를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법에서 MAC 계층에서의 구체적인 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법을 실시하기 위하여 각 노드에 포함되는 전송 시스템의 구성을 나타낸다.FIG. 1 is a flowchart schematically showing an entire data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
2 shows fields added to the RREQ and RREP headers in the data transmission method of the wireless sensor network according to the embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are flowcharts illustrating specific operations in the MAC layer in the data transmission method of the wireless sensor network according to the embodiment of the present invention.
6 shows a configuration of a transmission system included in each node to implement a data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for transmitting data in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법 전체를 개략적으로 나타낸 흐름도이다. FIG. 1 is a flowchart schematically showing an entire data transmission method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에서는, 먼저 소스 노드가 채널 평가 메트릭인 QF 값을 이용하여 QF 값을 최소로 하는 전송 경로를 선택한다(S110). As shown in FIG. 1, in a data transmission method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention, a source node selects a transmission path that minimizes a QF value using a QF value, which is a channel estimation metric (S110 ).
채널 평가 메트릭인 QF 값은 혼잡이 예상되는 센서 네트워크에서 채널의 상태를 확인하고자 정의한 것으로서, 각각의 노드 i에서 다음의 [수학식 1]과 같이 QF(i)를 정의한다.The QF value, which is a channel estimation metric, is defined to check the channel state in a sensor network in which congestion is expected. In each node i, QF (i) is defined as follows.
이때,는 송신자와 이와 이웃하는 수신자 사이에서 현재시간 t 시점에서 요구되는 패킷전달 시간이다. 는 미리 정해진 θ시간 동안의 평균 전송지연이다. 즉 θ는 [t-θ, t]로 표현이 가능하다. 유사하게는 현재시간 t에서 노드 i의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이이며, 는 θ시간 동안의 평균적인 버퍼길이를 의미한다. 한편, 패킷 전달 시간은 패킷 가공시간, 큐잉 지연, 백오프(backoff) 지연, 전송 및 전파지연을 포함한다. 이때, 전송지연이라 함은 채널의 대역폭(bandwidth)에 기반한 데이터 전송률(data rate)을 의미한다. At this time, Is the packet delivery time required at the current time instant t between the sender and its neighbor. Is an average transmission delay over a predetermined &thetas; time. That is, θ can be expressed as [t-θ, t]. Similarly Is the length of the available space of the interface buffer of node i at the current time t, The means the average buffer length over the [theta] time. On the other hand, the packet delivery time includes packet processing time, queuing delay, backoff delay, transmission and propagation delay. Here, the transmission delay means a data rate based on a bandwidth of a channel.
상기와 같은 QF 메트릭을 이용하여, 소스 노드는 목적 노드로의 경로탐색을 수행한다. 즉, 소스 노드 s는 자신의 측정값인 QF(s)를 RREQ (Route Request) 패킷에 실어서 브로드캐스트하고, 이를 전달받은 이웃 노드는 다시 자신의 QF 값을 합산하여 목적 노드로 재전송한다. 결국 이를 전달받은 목적 노드는 QF의 합이 가장 작은 경로를 선택하고 RREP (Route Reply)를 소스 노드로 전송하여 경로설정을 마친다. Using the QF metric as described above, the source node performs a path search to the destination node. In other words, the source node s broadcasts its measured value QF (s) in a RREQ (Route Request) packet, and the neighboring node that received it sums its QF value again and retransmits it to the destination node. Finally, the destination node receives the route with the smallest sum of QFs and sends the route reply (RREP) to the source node to complete the route setup.
이는 기존의 AODV 및 DSR 에서 RREQ/RREP 사용과 유사하지만 최소 홉 경로선택이 아닌, 최소 QF 값을 찾는다는 점에서 다르다. 결국, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘을 통하여 지연과 혼잡이 가장 적은 경로를 선택하게 되며, 이를 수식으로 표현하면 다음의 [수학식 2]와 같다. This is similar to using RREQ / RREP in existing AODV and DSR, but it differs in that it finds the minimum QF value rather than the minimum hop path selection. As a result, the path with the least delay and congestion is selected through the algorithm according to the embodiment of the present invention, and it can be expressed by the following equation (2).
이때, R은 하나의 경로를 구성하는 노드들의 집합이다. At this time, R is a set of nodes constituting one path.
또한, 소스 노드는 긴급을 요하는 의료용 데이터 전송을 위하여 경로를 설정할 때, QoS 요구사항을 설정하기 위하여 AC(Access Category)를 정의하고 RREQ 및 RREP에 함께 추가한다. 이 AC 정보는 MAC 계층에서 데이터 패킷을 전송할 때, 차별화된 우선순위 접근을 미리 예약하게 하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에서는 AC에 따라 동적으로 조절된 백오프 값을 이용하여 MAC 계층에서 패킷을 전송한다(S120). In addition, the source node defines an AC (Access Category) and sets it together with RREQ and RREP to set QoS requirements when routing for emergency medical data transmission. The AC information is used to reserve a differentiated priority access when transmitting a data packet in the MAC layer. In the data transmission method in the wireless sensor network according to the embodiment of the present invention, And the MAC layer transmits the packet using the value (S120).
S110 단계 및 S120 단계를 통해 패킷을 전송하기 위하여 RREQ 및 RREP 헤더에 추가되는 필드는 도 2에 나타난 바와 같다. The fields added to the RREQ and RREP headers to transmit a packet through steps S110 and S120 are as shown in FIG.
첫번째 필드의 값은 상술한 QF(i)의 누적값이며, 두번째 필드는 소스 노드 s의 AC 값인 AC(s)이다. TEX는 타임아웃 값으로써, 해당 시간 동안 AC 설정값이 유효함을 나타낸다. 이 TEX 값은 노드가 소스로부터 새로운 데이터 패킷을 전달받을 때마다 갱신되며, TEX가 타임아웃되면 일반적인 Best effort 방법으로 패킷을 전송한다. The value of the first field is the cumulative value of QF (i), and the second field is the AC value of the source node s, AC (s). T EX is a timeout value, which indicates that the AC setting value is valid for the time. This T EX value is updated every time a node receives a new data packet from the source, and if T EX times out, it sends the packet in the usual best effort manner.
한편, 목적 노드는 여러 경로로부터 QF 합산 값들을 받을 수 있는데, 만약, 모든 경로가 동일한 값을 갖는다면, 기존의 라우팅 프로토콜과 마찬가지로 최소홉 기반으로 경로를 설정한다.On the other hand, the destination node can receive the QF summation values from multiple routes. If all the routes have the same value, the route is set based on the minimum hop as in the existing routing protocol.
상기와 같이 S110 단계를 통해 최적의 경로가 설정되면, 경로 내 노드들은 MAC 계층에서 패킷을 전송하게 되는데(S120), 이때 다음의 [표 1]과 같이 미리 예약된 AC 별로 차별적인 백오프 파라미터를 이용하여 채널에 접근하게 된다. When the optimal path is set in step S110 as described above, the nodes in the path transmit the packet in the MAC layer (S120). At this time, different back-off parameters for each AC reserved in advance as shown in [Table 1] To access the channel.
MaxBE=5
If (BE-QF > MinBE) then
Adaptive Backoff = 2BE - QF-1,
Else
Adaptive Backoff = 2MinBE-1MinBE = 1
MaxBE = 5
If (BE-QF> MinBE) then
Adaptive Backoff = 2 BE - QF -1,
Else
Adaptive Backoff = 2 MinBE -1
MaxBE = 5
| Default Backoff - QF |MinBE = 3
MaxBE = 5
| Default Backoff - QF |
MaxBE = 6
If (BE+QF < MaxBE) then
Adaptive Backoff = 2BE + QF-1,
Else
Adaptive Backoff = 2MaxBE-1MinBE = 3
MaxBE = 6
If (BE + QF < MaxBE) then
Adaptive Backoff = 2 BE + QF -1,
Else
Adaptive Backoff = 2 MaxBE -1
일반적인 IEEE 802.15.4 표준에서는 채널 접근을 위한 backoff 시간이 (2BE-1)에서 임의로 선택되며, MinBE(최소 BE값), MaxBE(최대 BE값)이 각각 3, 5로 고정되어 있다. 이는 다양한 환경에서 차별적인 채널접근을 어렵게 하므로, 본 발명의 실시예에서는 상기 [표 1]에서와 같이 AC에 따라 동적으로 조절하도록 한다. In the general IEEE 802.15.4 standard, the backoff time for channel access is arbitrarily selected at (2 BE -1), and MinBE (minimum BE value) and Max BE (maximum BE value) are fixed at 3 and 5, respectively. This makes it difficult to access different channels in various environments. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is dynamically adjusted according to AC as shown in Table 1 above.
[표 1]에서 AC3은 긴급을 요하는 의료용 데이터를 의미하고 빠른 채널접근을 위하여 MinBE는 1로 줄이며, 측정된 QF 값에 따라 adaptive backoff 값을 새롭게 계산한다. AC2는 의료용 데이터보다는 상대적으로 우선순위가 낮지만, 일반 데이터보다는 다소 높은 감시용 데이터를 의미한다. (예: 온도, 습도, 가스 등의 환경감시 센서 등). In Table 1, AC3 refers to urgent medical data. For fast channel access, MinBE is reduced to 1, and the adaptive backoff value is newly calculated according to the measured QF value. AC2 refers to surveillance data that is relatively lower in priority than medical data but somewhat higher than general data. (Eg, environmental monitoring sensors such as temperature, humidity, and gas).
AC1은 default값을 가지는 best effort 데이터를 나타내며, AC0는 AC3에게 채널의 접근을 양보하는 데이터를 정의한다. 즉, AC0는 AC1 데이터 중에서 자신의 이웃 노드가 AC3의 데이터를 전송할 때, AC3가 원활히 채널에 접근할 수 있도록 AC0로 자신의 backoff 시간을 더 길게 설정하는 것이다. 이는 의료용 트래픽이 많은 상황에서, 많은 노드들이 backoff시간을 줄이게 되면 패킷충돌의 가능성이 증가하므로, Yield 데이터를 통하여 채널의 충돌을 완화시키는 역할도 한다.AC1 represents the best effort data with the default value, and AC0 defines the data that yields access to the channel to AC3. In other words, AC0 is to set its own backoff time to AC0 so that AC3 can smoothly access the channel when its neighbor node transmits data of AC3 from AC1 data. This is because, in a situation where medical traffic is heavy, if many nodes reduce the backoff time, the probability of a packet collision increases, thereby also mitigating a channel collision through the yield data.
이를 위하여 각 노드는 자신의 이웃노드들이 어떠한 종료의 AC를 전송하는지 모니터링하며, 그 결과를 이웃 테이블(Neighbor Table)로 정의하여 유지한다. 이웃 테이블에 포함되는 필드 정보는 다음과 같다.For this purpose, each node monitors its neighboring nodes to transmit an ending AC, and maintains the result as a neighbor table (Neighbor Table). The field information included in the neighbor table is as follows.
{이웃 노드의 ID, 이웃 노드의 AC, TEX} {ID of neighbor node, AC of neighbor node, T EX }
이 테이블도 타임아웃 필드 TEX에 따라 해당 시간 동안만 유효하며, 새로운 데이터 패킷을 받거나 엿듣기(overhear)를 할 때마다 새롭게 갱신된다. 이 테이블 정보를 이용하여, 이웃 노드 중에서 AC3를 갖는 노드가 있고 자신의 데이터는 AC1일 때, 자신의 데이터를 AC0로 변경하여 채널을 양보하게 된다.This table is also valid only for the time according to the timeout field T EX and is updated every time a new data packet is received or overhear. Using this table information, when there is a node having AC3 among the neighbor nodes and its data is AC1, it changes its data to AC0 and yields the channel.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에서 MAC 계층에서의 구체적인 동작을 나타내는 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a data transmission method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. FIGS. 4 and 5 are flowcharts of a method of transmitting data in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 3에 나타난 바와 같이, 임의의 노드에 패킷이 수신되면(S300), 해당 패킷이 제어 패킷인지 판단한다(S310). 제어 패킷이 아니면, 즉 데이터 패킷이면(S310의 "아니오"), 라우팅 테이블을 검색하고(S312), QF 값을 계산하여(S314), 혼잡이 예상되는지 판단한다(S316). 혼잡이 예상되는 경우(S316의 "예"), RERR을 생성한다. 데이터 패킷(S316의 "아니오"인 경우) 또는 생성된 RERR 패킷(S318)은 MAC 계층으로 전달되어 전송된다(S360). As shown in FIG. 3, when a packet is received at an arbitrary node (S300), it is determined whether the packet is a control packet (S310). If it is not a control packet, that is, if it is a data packet ("NO" in S310), the routing table is searched (S312), and the QF value is calculated (S314) to determine whether congestion is expected (S316). If congestion is expected ("YES" in S316), RERR is generated. The data packet (if NO in S316) or the generated RERR packet (S318) is transmitted to the MAC layer and transmitted (S360).
수신된 패킷이 제어 패킷인 경우(S310의 "예"), RREQ이면(S320의 "예"), 해당 패킷을 수신한 노드가 목적 노드인지 판단하여(S322), 목적 노드이면(S322의 "예"), 최소 QF 값을 갖는 경로를 선택하고(S324), 이에 따른 RREP를 전송한다(S326, S360).If the received packet is a control packet (Yes in S310), if the received packet is a RREQ (Yes in S320), it is determined whether the node receiving the packet is a destination node (S322) ), Selects a path having the minimum QF value (S324), and transmits the RREP accordingly (S326, S360).
해당 패킷을 수신한 노드가 목적 노드가 아니면(S322의 "아니오"), 새로운 RREQ인지 판단하여(S330), 새로운 RREQ이면(S330의 "예"), QF 값을 계산하여 수신 QF 값과 합산하고(SS332), 해당 QF 값으로 RREQ를 재전송(rebroadcast)한다(S334, S360). 새로운 RREQ가 아니면(S330의 "아니오"), RREQ는 폐기한다(S336).If the node receiving the packet is not the destination node (No in S322), it is determined whether it is a new RREQ (S330). If it is a new RREQ (Yes in S330), the QF value is calculated and added to the received QF value (SS332) and rebroadcasts the RREQ with the corresponding QF value (S334, S360). If it is not a new RREQ ("NO" in S330), the RREQ is discarded (S336).
수신된 패킷이 RREP이면(S340의 "예"), 라우팅 테이블을 갱신하고(S342), 해당 노드가 소스 노드인지 판단하여(S344), 소스 노드가 아니면 RREP를 전송하고(S326, S360), 소스 노드이면 S342 단계에서 갱신된 라우팅 테이블에 따른 경로를 수립한다(S346).If the received packet is RREP (YES in S340), the routing table is updated (S342), and it is determined whether the node is a source node (S344). If the received packet is not a source node, RREP is transmitted (S326, S360) If it is a node, in step S342, a route is established according to the updated routing table (S346).
수신된 패킷이 RERR이면(S350의 "예"), 전송 오류가 발생한 것이므로 경로를 보수한다(S352). If the received packet is a RERR (Yes in S350), a transmission error has occurred and thus the path is updated (S352).
S360 단계는 MAC 계층에서의 패킷 전송을 나타내는 것으로서, 상위 계층으로부터 패킷이 전달되면(S362), 이웃 AC 테이블을 갱신하고(S400), 예약된 AC 별로 차별적인 백오프를 결정하여(S500), PHY 계층으로 패킷을 전달하는 단계(S364)를 포함한다. In step S360, the packet transmission in the MAC layer is performed. When a packet is transmitted from the upper layer in step S362, the neighboring AC table is updated in step S400, a differential backoff is determined on a reserved AC basis in step S500, And delivering the packet to the layer (S364).
이 중, 이웃 AC 테이블을 갱신하는 단계(S400)와 예약된 AC 별로 차별적인 백오프를 결정하는 단계(S500)는 각각 도 4 및 도 5에 자세히 도시되어 있다.Among these, the step of updating the neighboring AC table (S400) and the step S500 of determining the back-off discriminated for each reserved AC are shown in detail in FIG. 4 and FIG. 5, respectively.
도 4에 나타난 바와 같이, 상위 계층으로부터 MAC 계층으로 패킷이 전달되면(S362), 전달된 패킷의 종류에 따라, PREP이면(S420의 "예"), 이웃 AC 테이블에 엔트리를 삽입하고(S422), RERR이면(S430의 "예"), 이웃 AC 테이블로부터 엔트리를 삭제한(S432) 다음, 이웃 AC 테이블의 TEX를 갱신한다(S440).4, when a packet is transferred from the upper layer to the MAC layer in step S362, the preprocessor inserts an entry into the neighboring AC table (step S422) , ( "Yes" in S430) If the RERR, and updates the T EX of deleting an entry from the neighbor table AC (S432), then AC neighbor table (S440).
이제 갱신된 이웃 AC 테이블을 바탕으로 차별적인 백오프를 결정하여 이에 따른 채널 접근을 하도록 한다. Now, a differential backoff is determined based on the updated neighboring AC table, and channel access is performed accordingly.
즉, 도 5에 나타난 바와 같이, 해당 노드가 AC1 노드이고 AC3인 이웃 노드가 존재하면(S510의 "예"), 해당 AC1 노드는 AC0으로 전환하여 채널의 접근을 양보한다(S512).That is, as shown in FIG. 5, if there is a neighbor node having AC1 node and AC3 (YES in S510), the corresponding AC1 node changes to AC0 to yield access to the channel (S512).
해당 노드가 AC1 노드가 아니거나 AC3인 이웃 노드가 존재하지 않으면(S510의 "아니오"), MinBE와 MaxBE 값으로 AC를 맵핑한다(S520). 다음, NB=0, BE=MinBE(AC)로 하고(S522), AC에 따른 차별적인 백오프 지연을 수행한다(S524). 이제 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행하여(S526), 채널이 유휴 상태이면(S528의 "예"), 프레임을 전송한다(S530).If the corresponding node is not the AC1 node or there is no neighboring node with AC3 (No in S510), AC is mapped to the MinBE and MaxBE values (S520). Next, NB = 0 and BE = MinBE (AC) (S522), and a differential backoff delay according to AC is performed (S524). If the channel is in an idle state (Yes in S528), a frame is transmitted (S530).
채널이 유휴 상태가 아니면(S528의 "아니오"), NB=NB+1, BE=Min(BE+1, MaxBE(AC))로 하고(S522), NB가 통상적인 CSMA/CA의 최대 백오프인 MaxCSMABACKoffs 이하이면(S542의 "아니오"), AC에 따른 차별적인 백오프 지연을 수행하는 S524 단계로 돌아가고, NB가 MaxCSMABACKoffs보다 크면(S542의 "예"), 전송은 실패한다(S544).If the channel is not in the idle state (NO in S528), NB = NB + 1 and BE = Min (BE + 1, MaxBE (No in S542), the process returns to step S524 in which differential backoff delay according to AC is performed. If NB is greater than MaxCSMABACKoffs (YES in S542), transmission fails (S544).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 실시하기 위하여 각 노드에 포함되는 전송 시스템의 구성을 나타낸다.6 illustrates a configuration of a transmission system included in each node to implement a data transmission method according to an embodiment of the present invention.
도 6에 나타난 바와 같이, 애플리케이션 계층에서 AC를 정의하는 AC 정의부(610)가 있으며, IP 계층에서 경로를 설정하는 라우팅 제어부(620)가 라우팅 테이블(630)을 관리하고 있다.As shown in FIG. 6, there is an
모니터링부(640)는 QF 및 이웃 테이블을 모니터링하며, 이에 따라 백오프 설정부(650)에서 차별적인 백오프 지연을 설정한다.The
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. While the invention has been described in terms of the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. It is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.
Claims (5)
상기 무선 센서 네트워크 내의 송신자와 상기 송신자와 이웃하는 수신자 사이에서 현재 시점에서 요구되는 패킷 전달 시간, 미리 정해진 일정 시간 동안의 평균 전송지연, 상기 현재 시점에서 상기 송신자의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이 및 상기 일정 시간 동안의 상기 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이의 평균에 기반하여, 채널 상태 정보를 확인하는 단계;
상기 채널 상태 정보의 누적값에 기반하여 혼잡이 가장 적은 경로를 선택하는 단계;
전송하고자 하는 패킷에 정의된 액세스 카테고리(Access Category: AC)에 따라 백오프 값을 조절하는 단계; 및
상기 백오프 값을 이용하여 상기 패킷을 전송하는 단계;
를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법.A method of transmitting data in a wireless sensor network,
A packet transmission time required at a current point in time between a sender in the wireless sensor network and a receiver adjacent to the sender, an average transmission delay during a predetermined fixed time, a length of a usable space of the sender's interface buffer at the current point, Determining channel state information based on an average of the available space length of the interface buffer for the predetermined time;
Selecting a path with the least congestion based on the cumulative value of the channel state information;
Adjusting a backoff value according to an access category (AC) defined in a packet to be transmitted; And
Transmitting the packet using the backoff value;
And transmitting the data to the wireless sensor network.
상기 제어 패킷의 헤더에는
{채널 상태 정보, AC, 타임아웃 시간}
의 필드가 포함되는 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법.2. The method of claim 1, wherein if the packet to be transmitted is a control packet,
In the header of the control packet,
{Channel state information, AC, timeout time}
The method comprising the steps of:
패킷 가공시간, 큐잉 지연, 백오프(backoff) 지연, 전송 및 전파지연을 포함하는 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법.2. The method of claim 1,
A method for transmitting data in a wireless sensor network, including packet processing time, queuing delay, backoff delay, transmission and propagation delay.
상기 AC는 긴급 데이터, 감시용 데이터, 일반 데이터, 양보 데이터를 포함하며,
상기 백오프 값을 조절하는 단계에서는,
상기 긴급 데이터, 감시용 데이터, 일반 데이터, 양보 데이터의 순으로 큰 백오프 값을 갖도록 상기 백오프 값을 조절하고,
상기 무선 센서 네트워크에 포함된 각 노드는,
{이웃 노드의 식별자, 이웃 노드의 AC, 타임아웃 시간}
의 필드를 갖는 이웃 테이블을 유지하며,
상기 각 노드는 상기 이웃 테이블을 참조하여, 자신이 전송하고자 하는 제1 패킷의 AC가 일반 데이터이고, 자신의 이웃 노드가 전송하고자 하는 제2 패킷의 AC가 긴급 데이터인 경우, 상기 제1 패킷의 AC를 양보 데이터로 설정하는 무선 센서 네트워크에서 데이터를 전송하는 방법.The method according to claim 1,
The AC includes emergency data, monitoring data, general data, concession data,
In the step of adjusting the backoff value,
The backoff value is adjusted to have a large backoff value in the order of the urgent data, the monitoring data, the general data, and the concession data,
Each node included in the wireless sensor network,
{Identifier of neighboring node, AC of neighboring node, timeout time}
Lt; RTI ID = 0.0 > field < / RTI >
Each node refers to the neighbor table, and if the AC of the first packet to be transmitted by the node is general data and the AC of the second packet to be transmitted by its neighbor node is emergency data, A method for transmitting data in a wireless sensor network that sets AC as concession data.
전송하고자 하는 패킷에 대해 액세스 카테고리(Access Category: AC)를 정의하는 AC 정의부;
상기 무선 센서 네트워크 내의 송신자와 상기 송신자와 이웃하는 수신자 사이에서 현재 시점에서 요구되는 패킷 전달 시간, 미리 정해진 일정 시간 동안의 평균 전송지연, 상기 현재 시점에서 상기 송신자의 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이 및 상기 일정 시간 동안의 상기 인터페이스 버퍼의 사용가능한 공간의 길이의 평균에 기반하여, 채널 상태 정보를 모니터링하는 모니터링부;
상기 채널 상태 정보의 누적값에 기반하여 상기 무선 센서 네트워크 내에서 상기 패킷을 전송하기 위해 혼잡이 가장 적은 경로를 선택하는 라우팅 제어부;
상기 라우팅 제어부에서 관리하는 라우팅 테이블;
정의된 상기 AC에 따라 백오프 값을 조절하는 백오프 설정부; 및
상기 백오프 값을 이용하여 상기 패킷을 전송하는 전송부를 포함하는 노드.As a node included in a wireless sensor network,
An AC definition unit for defining an access category (AC) for a packet to be transmitted;
A packet transmission time required at a current point in time between a sender in the wireless sensor network and a receiver adjacent to the sender, an average transmission delay during a predetermined fixed time, a length of a usable space of the sender's interface buffer at the current point, A monitoring unit for monitoring channel state information based on an average of the available space length of the interface buffer for the predetermined time;
A routing controller for selecting a route with the least congestion to transmit the packet in the wireless sensor network based on the accumulated value of the channel state information;
A routing table managed by the routing control unit;
A backoff setting unit for adjusting a backoff value according to the defined AC; And
And a transmitter for transmitting the packet using the backoff value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130095442A KR101430072B1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | Prioritized data transmission method in wireless sensor networks |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020130095442A KR101430072B1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | Prioritized data transmission method in wireless sensor networks |
Publications (1)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020130095442A KR101430072B1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | Prioritized data transmission method in wireless sensor networks |
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KR (1) | KR101430072B1 (en) |
-
2013
- 2013-08-12 KR KR1020130095442A patent/KR101430072B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
최재원, "무선 센서 네트워크에서 채널 상태를 고려하여 빠른 경로를 선택하는 기법", 전자공학회 논문지 제46권 TC편 제7호, pp.45-51, 2009.07. * |
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