KR101432033B1 - 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법 및 그 방법이 적용된 무선 신체 영역 통신 시스템 - Google Patents

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KR101432033B1 KR1020130029204A KR20130029204A KR101432033B1 KR 101432033 B1 KR101432033 B1 KR 101432033B1 KR 1020130029204 A KR1020130029204 A KR 1020130029204A KR 20130029204 A KR20130029204 A KR 20130029204A KR 101432033 B1 KR101432033 B1 KR 101432033B1
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Abstract

본 발명은 센서 디바이스의 데이터 전송 시 수신측의 오류율 변화에 따른 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 대한 재전송 크기를 줄이는 방법 및 그 방법이 적용된 무선 신체 영역 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 송신노드가 현재 채널의 오류율을 산출하는 단계; 상기 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 단계; 블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 단계; 버퍼에 저장하는 단계; 수신노드로 패킷의 전송을 수행하는 단계; 수신노드로부터 답신 메시지를 수신받는 단계; 및 다음 오류율 예측 계산을 위해 상태 경우의 수를 갱신한 후 송신작업을 종료하는 단계;를 포함하여 구성된 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법을 제공한다.

Description

동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법 및 그 방법이 적용된 무선 신체 영역 통신 시스템{Method for block retransmission scheme based on IEEE 802.15.4 to reduce communication overheads in WBAN environment and the WBAN system the method applied thereto}
본 발명은 센서 디바이스의 데이터 전송 시 수신측의 오류율 변화에 따른 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 대한 재전송 크기를 줄이는 방법 및 그 방법이 적용된 무선 신체 영역 통신 시스템에 관한 것이다.
무선 신체 영역 통신(Wireless Body Area Network, WBAN)은 인체를 중심으로 3~5m 이내에 존재하는 채내/표면/외부 디바이스를 무선 네트워크로 연결하여 기기 간 상호 통신을 제공하는 근거리 무선통신 기술이다. WBAN은 코디네이터, 의료 디바이스, 개인소비자용 전자제품 등으로 구성되어 있으며, 다양한 유비쿼터스 서비스를 제공할 수 있다.
WBAN은 크게 의료(medical)/비의료(non-medical) 응용 서비스로 구분하여 제공할 수 있다. 의료용 서비스는 체내 또는 표면에 장착되는 의료용 디바이스와 코디네이터간의 데이터 통신을 수행한다. 데이터 교환 시 발생되는 트래픽의 종류에 따라 응급상황에 따른 이벤트 구동형(event-driven) 방식의 비주기적 트래픽과 주기적으로 사람의 혈당이나 심전도 등의 소량의 생체 정보를 측정하여 발생시키는 주기적 트래픽으로 분류할 수 있다. 비의료용 서비스는 3m 이내의 인체 주변에 존재하는 디바이스에서 발생하는 스트리밍과 데이터전송과 같은 엔터테인먼트를 제공하며, 고속(high data rate)의 이벤트 구동형 방식의 트래픽을 발생시킨다.
WBAN 환경에서 다양한 서비스를 제공하는 저출력 센서 디바이스는 데이터 전송 시 화이트 노이즈에서 비롯되는 통신채널에 의한 오류, 하드웨어 잡음으로 인한 오류 등에 쉽게 노출되어 있으며, 이러한 오류는 센서 네트워크에서 상당한 패킷 손실률을 발생시키며 데이터 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 또한, 이를 해결하기 위하여 IEEE 802.15.4 표준에서 사용되고 있는 MAC 프로토콜은 데이터 전송 오류 발생 시 수신한 전체 데이터를 재전송하기 때문에 불필요한 에너지 소모와 오버헤드가 발생한다.
일반적으로 채널 오류율이 증가하면 재전송 방식의 에너지 효율은 급격히 저하되어 기존의 ARQ 방식만을 통한 재전송으로는 효율적인 전송을 보장할 수 없다. 특히 WBAN 환경에서 인체 내부에 이식되는 디바이스는 배터리 교체가 어렵기 때문에 노드의 수명유지를 위해 사용되는 전력 소모량도 중대한 문제가 되고 있으며, 전체 데이터를 재전송하는 기존방식에서 발생하는 에너지 소모는 노드의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 이에 따라, 의료/비의료 서비스를 제공하는 저전력 WBAN 환경에서 빈번히 발생되는 데이터 손실로 인해 재전송 시 드는 불필요한 에너지 소모를 줄이기 위한 개선방법이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 센서 디바이스의 데이터 전송 시 수신측의 오류율 변화에 따른 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 대한 재전송 크기를 줄이는 방법 및 그 방법이 적용된 무선 신체 영역 통신 시스템을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 송신노드가 현재 채널의 오류율을 산출하는 단계; 상기 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 단계; 블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 단계; 버퍼에 저장하는 단계; 수신노드로 패킷의 전송을 수행하는 단계; 수신노드로부터 답신 메시지를 수신받는 단계; 및 다음 오류율 예측 계산을 위해 상태 경우의 수를 갱신한 후 송신작업을 종료하는 단계;를 포함하여 구성된 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 현재 채널의 오류율을 산출하고, 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하여 패킷화를 수행한 뒤 전송하는 송신노드; 및 상기 송신노드로부터 수신받은 패킷의 신뢰성 검사를 수행하며, 신뢰성 검사에 따른 데이터 오류 발생 시, 오류가 발생한 블록들만의 인덱스를 추출하여 상기 송신노드로 재전송을 요청하는 수신노드;를 포함하여 구성되어 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템을 제공한다.
본 발명은 오류 예측 모델과 블록 테이블을 사용하여 데이터의 동적 블록화를 수행하고 오류가 발생한 블록만을 재전송한다. 이를 통해 인체 기반의 WBAN 환경에서 사용되는 저출력 센서 디바이스 간의 패킷 교환 시, 오류 발생으로 인해 재전송되는 데이터의 크기를 효율적으로 줄일 수 있어 불필요한 에너지 소모 및 오버헤드를 감소시켜 전체적인 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신체 영역 통신 시스템의 내부 구성도.
도 2는 길버트 모델 상태 전이도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 전송의 예와 상태전이에 따른 경우의 수를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 블록화 기법에 사용되는 패킷 프레임을 도시한 도면.
도 5는 상기 도 4의 패킷 프레임에서 사용되는 BCF 블록을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송/수신 매커니즘 기준을 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 10은 본 발명의 송신노드에서 동작하는 전송 알고리즘을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 수신노드에서 동작하는 오류 미검출 알고리즘을 도시한 도면.
도 12은 본 발명의 수신노드에서 동작하는 오류 검출 알고리즘을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 신체 영역 통신 시스템의 내부 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 신체 영역 통신 시스템은, 현재 채널의 오류율을 산출하고, 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하여 패킷화를 수행한 뒤 전송하는 송신노드(100) 및 상기 송신노드(100)로부터 수신받은 패킷의 신뢰성 검사를 수행하며, 신뢰성 검사에 따른 데이터 오류 발생 시, 오류가 발생한 블록들만의 인덱스를 추출하여 상기 송신노드(100)로 재전송을 요청하는 수신노드(200)를 포함하여 구성된다.
이를 통해, 본 발명의 무선 신체 영역 통신 시스템은 데이터의 동적 블록화를 수행하고 오류가 발생한 블록만을 재전송 함으로써 오류 발생으로 인해 재전송되는 데이터의 크기를 효율적으로 줄일 수 있어 불필요한 에너지 소모 및 오버헤드를 감소시켜 전체적인 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 송신노드(100)는 현재 채널의 오류율을 산출하는 오류율 산출 모듈(120), 상기 오류율 산출 모듈(120)을 통해 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 블록 결정 모듈(130), 블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 패킷 모듈(140), 상기 수신노드로 패킷을 전송하는 송/수신 모듈(110) 및 블록이 임시 저장되는 버퍼(150)를 포함하여 구성된다.
먼저, 송신노드의 오류율 산출 모듈(120)은 현재 채널의 오류율을 산출하는 구성요소로서, 본 발명에서는 길버트 모델을 사용하여 현재 채널의 오류율을 산출한다.
길버트 모델은 2차원 마코브(two-state markov) 모델로서, 오류율은 크게 다음 전송에 발생할 채널의 수신노드(200)로 임의의 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률과 반대로 패킷이 손실되는 Bad 확률로 구성되며, 두 확률은 4개의 상태전이 경우의 수를 만들어
Figure 112013023672929-pat00001
와
Figure 112013023672929-pat00002
를 산출한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 수신노드(200)로 임의의 패킷이 무사히 도착하는 경우를 하나의
Figure 112013023672929-pat00003
로 보고, 반대로 패킷이 손실되는 경우를
Figure 112013023672929-pat00004
로 본다.
Figure 112013023672929-pat00005
번째 패킷이 도착한 경우,
Figure 112013023672929-pat00006
번째 패킷이 손실되는 것은
Figure 112013023672929-pat00007
에서
Figure 112013023672929-pat00008
로 전이를 의미하고, 그 확률은
Figure 112013023672929-pat00009
로 표현한다. 반대로
Figure 112013023672929-pat00010
번째 패킷이 무사히 도착할 확률은
Figure 112013023672929-pat00011
가 된다. 같은 방식으로,
Figure 112013023672929-pat00012
번째 패킷이 손실된 경우
Figure 112013023672929-pat00013
번째 패킷은 도착할 확률과 손실된 확률이 각각
Figure 112013023672929-pat00014
와
Figure 112013023672929-pat00015
가 된다. 임의의 패킷이 Good 또는 Bad에 있을 확률은 기하 분포의 특성에 따라 각각
Figure 112013023672929-pat00016
와
Figure 112013023672929-pat00017
로 계산되며, 전이확률
Figure 112013023672929-pat00018
,
Figure 112013023672929-pat00019
,
Figure 112013023672929-pat00020
,
Figure 112013023672929-pat00021
에 대응하는 상태전이에 대한 경우의 수를 이용하여 전이확률
Figure 112013023672929-pat00022
와
Figure 112013023672929-pat00023
를 구한다.
이를 기반으로 전송할 다음 패킷의 오류발생율 Pr[State=Bad], Pr[State=Good]을 계산하며, 이를 정리하면 하기의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112013023672929-pat00024
Figure 112014062336515-pat00054
Figure 112013023672929-pat00026
Figure 112014062336515-pat00027

수학식 1에서, St[Good→Bad]는 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률에서 패킷이 손실되는 Bad 확률로 상태전이되는 확률이고, St[Good→Good]은 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률이 유지될 확률이며, St[Bad→Good]은 패킷이 손실되는 Bad 확률에서 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률로 상태전이되는 확률이고, St[Bad→Bad]는 패킷이 손실되는 Bad 확률이 유지될 확률이다.
예를 들어 도 3의 (a)와 같이 총 5개의 패킷을 전송하면서 발생되는 오류에 대한 재전송 상황에서 패킷 3에 재전송이 이루어지게 될 경우, 상태 전이에 대한 경우의 수를 도 3의 (b)와 같이 구성할 수 있다.
이 경우의 수를 이용하여 전이 확률
Figure 112013023672929-pat00028
는 0.25의 값을 얻을 수 있고,
Figure 112013023672929-pat00029
는 1의 값을 얻게 된다. 이때, 패킷 오류율은
Figure 112013023672929-pat00030
번째 패킷이 Bad에 있게 될 확률, 즉
Figure 112013023672929-pat00031
에 의해 0.2가 산출되어 다음 패킷의 오류율을 예측할 수 있게 된다.
블록 결정 모듈(130)은 상기 오류율 산출 모듈(120)을 통해 산출된 오류율과 기 설정된 블록 분할 테이블을 참조하여 전송될 블록의 개수를 결정한다. 본 발명에서의 블록 분할 테이블은 하기의 [표 1]과 같이 수신한 데이터의 오류 발생 확률에 따라 최소 1개부터 최대 3개까지 허용한다. 예를 들어, 오류율 산출 모듈(120)을 통해 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.2로 산출되었을 경우, 하기의 블록 분할 테이블을 참조하여 결정되는 블록 개수는 2가 된다.
Pr[State=Good] Pr[State=Bad] 블록 개수
0.85-1.00 0.00-0.15 1
0.65-0.85 0.15-0.35 2
0.45-0.65 0.35-0.55 3
0.15-0.45 0.55-0.85 2
0.00-0.15 0.85-1 1
패킷 모듈(140)은 블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 구성요소로서, 본 발명에서의 실제 데이터는 각 블록의 1바이트(1-Byte)를 제외한 크기로 분할되어 각 블록에 삽입되며, 각 블록의 신뢰성 확인을 위해 마지막 1바이트 영역은 해당 블록에 대한 CRC-8 체크섬 코드(CRC-8 Checksum code)를 삽입한다.
도 4는 본 발명의 패킷 프레임을 도시한 것이고, 도 5는 상기 도 4의 패킷 프레임에서 사용되는 BCF(Block control frame) 블록을 도시한 것이다.
IEEE 802.15.4 물리계층은 헤더를 제외하고 최대 127바이트의 데이터 패킷(Physical Service Data Unit)을 가질 수 있으며, 결과적으로 MAC 헤더를 제외하면 MAC 계층으로 102바이트의 데이터 패킷(MAC Service Data Unit)를 가질 수 있다. BCF(Block control frame) 블록과 CRC-8 체크섬 코드(1byte) 구간을 제외한 블록에 삽입될 수 있는 데이터는 100~93바이트이다.
2바이트의 BCF 블록은 블록에 대한 정보를 소유하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프레임 타입(Frame Type)은 용도구분을 위한 필드이며, 각각 일반 블록(General Block, 001), 답신(Acknowledgement, 010), 블록 요청(Block Request, 100) 및 회복 블록(Recovery Block, 101) 타입으로 구분된다. 블록개수(Block number) 필드는 블록화 될 블록들의 총 수를 나타내고, 길버트 모델의
Figure 112013023672929-pat00032
,
Figure 112013023672929-pat00033
값으로 계산된 오류율에 따라 최소 1개부터 최대 3개까지 블록으로 분할된다.
송/수신 모듈(110)은 수신노드(200)로 송/수신 매커니즘을 기준으로 패킷을 전송한다. 본 발명의 송/수신 매커니즘은 도 6에 도시된 바와 같이, 패킷 전송 완료 후 56심볼(56-symbol) 동안 수신 노드의 답신(Acknowledgement) 메시지를 기다리며, 수신을 확인하면 다음 오류예측 계산을 위한 상태 경우의 수를 갱신하며 송신 작업을 종료한다.
만약, 답신(Acknowledgement) 메시지를 수신하지 못한 경우, 송신노드의 송/수신 모듈(110)은 26심볼(26-Symbol)을 추가적으로 기다린다. 총 82심볼(82-symbol) 만큼의 대기 작업을 수행한 후, 수신노드(200)로부터 블록 요청(Block request) 메시지 수신을 확인한다. 이어서 송/수신 모듈(110)은 수신된 블록 요청(Block request) 메시지에 포함된 오류블록 인덱스(Index)를 참조하여 버퍼(150)에서 해당 블록들을 추출한다. 추출된 새로운 블록 집합은 회복블록(Recovery Block) 메시지로서 수신노드(200)로 재전송 작업을 수행한다. 전송완료 후에는 다음 패킷 전송의 오류예측 계산을 위한 상태 경우의 수를 갱신하며 송신 작업을 종료한다.
본 발명의 수신노드(200)는 송신노드(100)를 통해 전송되는 패킷을 수신받는 송/수신 모듈(210), 수신 패킷의 신뢰성을 검사하는 검사 모듈(220), 오류를 포함하는 블록을 복구하는 복구 모듈(230), 패킷 수신결과에 따른 메시지를 생성하는 메시지 생성 모듈(240) 및 블록이 임시 저장되는 버퍼(250)를 포함하여 구성된다.
검사 모듈(220)은 상기 송/수신 모듈(210)을 통해 수신한 패킷의 신뢰성 검사를 수행한다. 본 발명의 검사 모듈(220)은 CRC-16 체크섬(CRC-16 Checksum)을 통해 수신한 패킷의 신뢰성 검사를 수행하며, 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생할 경우, 수신한 패킷의 블록집합을 버퍼(250)에 저장한 후, 블록집합의 각 블록에 CRC-8 체크섬(CRC-8 Checksum)을 수행한다.
복구 모듈(230)은 송신노드로부터 전송받은 수신 패킷에 오류가 없는 일반 블록 메시지일 경우에는, 각 블록에 포함된 CRC-8 체크섬 코드를 제외한 데이터를 실제 데이터로 복원하며, 회복 블록(Recovery Block) 메시지일 경우에는 오류 유무와 상관없이, 회복 블록 메시지에 포함된 오류 블록 인덱스를 참조하여 버퍼에 저장된 블록 집합 중 오류를 포함한 블록만을 부분적으로 복구한다.
메시지 생성 모듈(240)은 패킷 수신결과에 따른 메시지를 생성한다. 즉, 검사 모듈(220)을 통해 수신한 패킷의 신뢰성 검사를 수행한 결과 오류가 없는 경우에는 답신(Acknowledgement) 메시지를 생성하며, 오류가 발생한 경우에는 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 뒤 블록요청(Block request) 메시지를 생성한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 송신노드는 현재 채널의 오류율을 확인한다(S310). 이러한 오류율은 오류 예측 모델을 사용하여 산출할 수 있으며, 본 발명에서는 길버트 모델을 사용하여 현재 채널의 오류율을 산출한다.
이어서, 송신노드는 앞서 산출된 오류율과 기 설정된 블록 분할 테이블을 참조하여 전송될 블록의 개수를 결정한다(S312). 이때, 본 발명의 블록 분할 테이블은 수신한 데이터의 오류 발생 확률에 따라 최소 1개부터 최대 3개까지 허용한다.
송신노드는 결정된 블록의 개수에 따라 생성된 블록집합의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행한(S314) 뒤 버퍼에 저장(S316) 및 수신노드로 전송을 수행한다(S318).
전송 완료 후 송신노드는 56심볼(56-symbol) 동안 수신 노드의 답신(Acknowledgement) 메시지를 기다리며(S326), 답신 메시지 수신을 확인한 송신노드는 다음 오류예측 계산을 위한 상태 경우의 수를 갱신한 후(S332) 송신 작업을 종료한다(S334).
만약, 답신 메시지를 수신하지 못한 경우(SS26), 송신노드는 26심볼(26-Symbol)을 추가적으로 기다리며, 총 82심볼(82-symbol) 만큼의 대기 작업을 수행한 송신노드는 블록 요청(Block request) 메시지 수신을 확인한다(S328). 이어서, 송신노드는 수신된 블록 요청 메시지에 포함된 오류블록 인덱스를 참조하여, 버퍼에서 오류 블록들을 추출한다(S330). 추출된 새로운 블록 집합은 회복블록(Recovery Block) 메시지로서 수신노드로 재전송 작업을 수행한다(S318). 전송완료 후 송신노드는 다음 패킷 전송의 오류예측 계산을 위한 상태 경우의 수를 갱신하며(S332) 송신 작업을 종료한다(S334). 이러한, 송신노드에서 동작하는 전송 알고리즘은 도 10에 도시된 바와 같다.
수신노드는 송신노드로부터 패킷을 수신한 경우(S318), 먼저 수신한 패킷에 신뢰성 검사를 위한 CRC-16 체크섬(CRC-16 Checksum)을 수행한 후(S320), 오류 유무에 따라 두 절차(A,B)로 구분된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 수신 패킷에 CRC-16 오류가 없는 경우(S322), 수신노드는 패킷의 프레임 타입을 확인하여 일반 블록(General Block) 메시지와 회복 블록(Recovery Block) 메시지로 구분한다. 수신 패킷이 일반 블록(General Block) 메시지일 경우(S410), 수신노드는 각 블록에 포함된 CRC-8 체크섬 코드(CRC-8 checksum code)를 제외한 데이터를 실제 데이터로 복원한 후(S412), 송신노드 측으로 답신(Acknowelegement) 메시지를 생성하여(S414) 송신한다.
수신 패킷이 회복 블록(Recovery Block) 메시지일 경우(S410), 수신노드는 버퍼에 저장된 블록 집합 중 오류를 포함한 블록만을 부분적으로 복구한(S416) 후 답신(Acknowledgement) 메시지를 생성하여(S414) 송신한다. 이러한, 수신노드에서 동작하는 오류 미검출 알고리즘은 도 11에 도시된 바와 같다.
이와 반대로, 도 9에 도시된 바와 같이 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생한 경우(S322), 수신노드는 패킷의 프레임 타입을 확인하여 일반 블록(General Block) 메시지와 회복 블록(Recovery Block) 메시지로 구분한다. 수신 패킷이 일반 블록(General blcok) 메시지일 경우(S510), 수신노드는 먼저 수신한 패킷의 블록집합을 버퍼에 저장한다(S512). 그리고 블록 집합의 각 블록에 CRC-8 체크섬(CRC-8 checksum)을 수행하고(S514), 오류가 검출된 블록들의 인덱스(Index)를 추출 및 병합한 뒤(S516), 블록요청(Block Request) 메시지를 생성(S518)하여 송신노드에게 재전송을 요청한다.
또한, 수신패킷이 회복블록(Recovery Block) 메시지일 경우(S510), 먼저 오류 블록 인덱스를 참조하여 버퍼에 저장되어 있는 오류를 포함한 수신 패킷의 블록집합에 부분적 덮어쓰기 작업을 수행한다(S520). 이후, 각 블록에 CRC-8 체크섬을 수행하고(S514), 다시 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 뒤(S516), 블록요청(Block Request) 메시지를 구성(S518)하여 송신노드에게 전송한다. 이러한, 수신노드에서 동작하는 오류 검출 알고리즘은 도 12에 도시된 바와 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 오류 예측 모델과 블록 테이블을 사용하여 데이터의 동적 블록화를 수행하고 오류가 발생한 블록만을 재전송한다. 이를 통해 인체 기반의 WBAN 환경에서 사용되는 저출력 센서 디바이스 간의 패킷 교환 시, 오류 발생으로 인해 재전송되는 데이터의 크기를 효율적으로 줄일 수 있어 불필요한 에너지 소모 및 오버헤드를 감소시켜 전체적인 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100 : 송신노드 110, 210 : 송/수신 모듈
120 : 오류율 산출 모듈 130 : 블록 결정 모듈
140 : 패킷 모듈 150, 250 : 버퍼
200 : 수신노드 220 : 검사 모듈
230 : 복구 모듈 240 : 메시지 생성 모듈

Claims (31)

  1. 무선 신체 영역 통신(WBAN)에서 데이터를 재전송하는 방법에 있어서,
    송신노드가 현재 채널의 오류율을 산출하는 단계;
    상기 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 단계;
    블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 단계;
    버퍼에 저장하는 단계;
    수신노드로 패킷의 전송을 수행하는 단계;
    수신노드로부터 답신 메시지를 수신받는 단계; 및
    다음 오류율 예측 계산을 위해 상태전이 경우의 수를 갱신한 후 송신작업을 종료하는 단계;
    를 포함하여 구성된 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 채널의 오류율을 산출하는 단계에서는,
    길버트 모델을 사용하여 현재 채널의 오류율을 산출하는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 현재 채널의 오류율을 산출하는 단계에서는,
    상기 오류율은 다음 전송에 발생할 채널의 수신노드로 임의의 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률과 패킷이 손실되는 Bad 확률로 구성되며, 임의의 패킷이 Good 또는 Bad에 있을 확률은 하기의 [수학식 1]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112014062336515-pat00034

    Figure 112014062336515-pat00035

    Figure 112014062336515-pat00036

    Figure 112014062336515-pat00055

    상기 St[Good→Bad]는 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률에서 패킷이 손실되는 Bad 확률로 상태전이되는 확률이고,
    상기 St[Good→Good]은 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률이 유지될 확률이며,
    상기 St[Bad→Good]은 패킷이 손실되는 Bad 확률에서 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률로 상태전이되는 확률이고,
    상기 St[Bad→Bad]는 패킷이 손실되는 Bad 확률이 유지될 확률.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 단계에서는,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.85이상에서 1.00이하일 경우 1개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.65이상에서 0.85미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.45이상에서 0.65미만일 경우 3개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.15이상에서 0.45미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.00이상에서 0.15미만일 경우 1개의 블록으로 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 단계에서는,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.85이상에서 1.00이하일 경우 1개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.55이상에서 0.85미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.35이상에서 0.55미만일 경우 3개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.15이상에서 0.35미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.00이상에서 0.15미만일 경우 1개의 블록으로 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 단계에서는,
    실제 데이터는 각 블록의 마지막 1바이트를 제외한 크기로 분할되어 각 블록에 삽입되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 각 블록의 마지막 1바이트에는,
    신뢰성 확인을 위해 해당 블록에 대한 CRC-8 체크섬 코드(CRC-8 Checksum Code)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수신노드로부터 답신 메시지를 수신받는 단계에서는,
    전송 완료 후 56심볼 동안 수신노드의 답신 메시지를 기다리는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 송신노드가 수신노드의 답신 메시지를 수신하지 못하였을 경우,
    송신노드가 26심볼을 추가적으로 기다리며, 상기 추가적인 26심볼 대기작업이 완료되었을 경우, 블록 요청 메시지 수신을 확인하는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 송신노드가 블록 요청 메시지 수신을 확인하였을 경우에는,
    수신된 블록 요청 메시지에 포함된 오류블록 인덱스를 참조하여 버퍼에서 해당 블록들을 추출하는 단계와;
    상기 추출된 새로운 블록집합을 회복블록 메시지로서 재전송 작업을 수행하는 단계와;
    전송완료 후 다음 패킷 전송의 오류율 예측 계산을 위해 상태전이 경우의 수를 갱신하며 송신작업을 종료하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 송신노드에서 수신노드로 패킷 전송을 수행하는 단계에서는,
    상기 수신노드는 수신한 패킷에 대한 신뢰성 검사를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 신뢰성 검사는,
    CRC-16 체크섬(CRC-16 Checksum)인 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생되지 않은 경우,
    수신노드는 상기 수신 패킷이 일반 블록 메시지일 경우, 각 블록에 포함된 CRC-8 체크섬 코드를 제외한 데이터를 실제 데이터로 복원한 뒤, 송신노드 측으로 답신 메시지를 송신하고,
    상기 수신 패킷이 회복 블록 메시지일 경우, 버퍼에 저장된 블록집합 중 오류를 포함한 블록만을 부분적으로 복구한 후 답신 메시지를 송신노드 측으로 송신하는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생된 경우,
    수신노드는 상기 수신 패킷이 일반 블록 메시지일 경우, 먼저 수신한 패킷의 블록 집합을 버퍼에 저장하고, 블록집합의 각 블록에 CRC-8 체크섬을 수행하며, 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 블록 요청 메시지를 생성하여 송신노드에게 재전송을 요청하고,
    상기 수신 패킷이 회복 블록 메시지일경우, 먼저 오류 블록 인덱스를 참조하여 버퍼에 저장되어 있는 오류를 포함한 수신 패킷의 블록집합에 부분적 덮어쓰기를 수행한 뒤, 각 블록에 CRC-8 체크섬을 수행하고 다시 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출하여 병합된 블록 요청 메시지를 송신노드에게 전송하는 것을 특징으로 하는 동적 블록화 기법을 사용하여 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄이는 방법.
  15. 무선 신체 영역 통신 시스템에 있어서,
    현재 채널의 오류율을 산출하고, 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하여 패킷화를 수행한 뒤 전송하는 송신노드; 및
    상기 송신노드로부터 수신받은 패킷의 신뢰성 검사를 수행하며, 신뢰성 검사에 따른 데이터 오류 발생 시, 오류가 발생한 블록들만의 인덱스를 추출하여 상기 송신노드로 재전송을 요청하는 수신노드;
    를 포함하여 구성되어 데이터 오류 발생에 따른 재전송 크기를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 송신노드는,
    현재 채널의 오류율을 산출하는 오류율 산출 모듈;
    상기 오류율 산출 모듈을 통해 산출된 오류율에 따라 전송될 블록개수를 결정하는 블록 결정 모듈;
    블록의 전송수행을 위한 패킷화 작업을 수행하는 패킷 모듈;
    상기 수신노드로 패킷을 전송하는 송/수신 모듈; 및
    블록이 임시 저장되는 버퍼;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 오류율 산출 모듈은,
    길버트 모델을 사용하여 현재 채널의 오류율을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 오류율 산출 모듈은,
    상기 오류율을 다음 전송에 발생할 채널의 수신노드로 임의의 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률과 패킷이 손실되는 Bad 확률로 구성하여, 임의의 패킷이 Good 또는 Bad에 있을 확률을 하기의 [수학식 2]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112014062336515-pat00038

    Figure 112014062336515-pat00039

    Figure 112014062336515-pat00040

    Figure 112014062336515-pat00056

    상기 St[Good→Bad]는 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률에서 패킷이 손실되는 Bad 확률로 상태전이되는 확률이고,
    상기 St[Good→Good]은 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률이 유지될 확률이며,
    상기 St[Bad→Good]은 패킷이 손실되는 Bad 확률에서 패킷이 무사히 도착하는 Good 확률로 상태전이되는 확률이고,
    상기 St[Bad→Bad]는 패킷이 손실되는 Bad 확률이 유지될 확률.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 블록 결정 모듈은,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.85이상에서 1.00이하일 경우 1개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.65이상에서 0.85미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.45이상에서 0.65미만일 경우 3개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.15이상에서 0.45미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Good에 있을 확률이 0.00이상에서 0.15미만일 경우 1개의 블록으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 블록 결정 모듈은,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.85이상에서 1.00이하일 경우 1개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.55이상에서 0.85미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.35이상에서 0.55미만일 경우 3개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.15이상에서 0.35미만일 경우 2개의 블록으로,
    임의의 패킷이 Bad에 있을 확률이 0.00이상에서 0.15미만일 경우 1개의 블록으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 패킷 모듈은,
    실제 데이터를 각 블록의 마지막 1바이트를 제외한 크기로 분할하여 각 블록에 삽입시키는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 각 블록의 마지막 1바이트에는,
    신뢰성 확인을 위해 해당 블록에 대한 CRC-8 체크섬 코드(CRC-8 Checksum Code)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  23. 제 16항에 있어서,
    상기 패킷 모듈은,
    해당 블록에 대한 정보를 소유한 BCF 블록(Block Control Frame Block)을 각 블록에 포함시키는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 BCF 블록에는,
    일반 블록(General Block), 답신(Acknowledgement), 블록 요청(Block Request), 회복 블록(Recovery Block) 타입으로 구분된 용도 구분 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  25. 제 16항에 있어서,
    상기 송/수신 모듈은,
    상기 수신노드로부터 데이터 재전송 요청인 블록 요청 메시지를 수신받을 경우, 수신된 블록 요청 메시지에 포함된 오류 블록 인덱스를 참조하여, 오류 블록 들을 추출한 뒤 회복 블록 메시지로서 수신노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  26. 제 16항에 있어서,
    상기 송/수신 모듈은,
    상기 수신노드로부터 데이터 전송 완료 메시지인 답신 메시지를 수신받을 경우, 다음 오류율 예측 계산을 위한 상태전이 경우의 수를 갱신한 후 송신 작업을 종료하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  27. 제 15항에 있어서,
    상기 수신노드는,
    상기 송신노드로부터 패킷을 수신받는 송/수신 모듈;
    상기 수신받은 패킷의 신뢰성 검사를 수행하는 검사 모듈;
    오류를 포함하는 블록을 복구하는 복구 모듈;
    패킷 수신결과에 따른 메시지를 생성하는 메시지 생성 모듈; 및
    블록이 임시 저장되는 버퍼;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 메시지 생성 모듈은,
    상기 검사 모듈을 통해 수신 패킷에 오류가 없는 경우 답신 메시지를 생성하며, 오류가 발생한 경우에는 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 뒤 블록 요청 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 검사 모듈은,
    CRC-16 체크섬(CRC-16 Checksum)을 통해 수신한 패킷의 신뢰성 검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생되지 않은 경우,
    상기 수신 패킷이 일반 블록 메시지면, 상기 복구 모듈은 각 블록에 포함된 CRC-8 체크섬 코드를 제외한 데이터를 실제 데이터로 복원하고, 상기 메시지 생성 모듈은 답신 메시지를 생성하며, 상기 송/수신 모듈은 상기 생성된 답신 메시지를 상기 송신노드로 전송하며,
    상기 수신 패킷이 회복 블록 메시지면, 상기 복구 모듈은 오류 블록 인덱스를 참조하여 상기 버퍼에 저장된 블록집합 중 오류를 포함한 블록만을 부분적으로 복구하고, 상기 메시지 생성 모듈은 답신 메시지를 생성하며, 상기 송/수신 모듈은 상기 생성된 답신 메시지를 상기 송신노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
  31. 제 28항에 있어서,
    상기 수신 패킷에 CRC-16 오류가 발생된 경우,
    상기 수신 패킷이 일반 블록 메시지면, 상기 검사 모듈은 수신한 패킷의 블록집합을 상기 버퍼에 저장하고, 블록집합의 각 블록에 CRC-8 체크섬을 수행하며, 메시지 생성 모듈은 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 블록 요청 메시지를 생성하고, 상기 송/수신 모듈은 상기 생성된 블록 요청 메시지를 상기 송신노드로 전송하며,
    상기 수신 패킷이 회복 블록 메시지면, 상기 복구 모듈은 오류 블록 인덱스를 참조하여 상기 버퍼에 저장된 블록집합 중 오류를 포함한 블록에 부분적 덮어쓰기를 수행하고, 상기 검사 모듈은 각 블록에 CRC-8 체크섬을 수행하며, 상기 메시지 생성 모듈은 다시 오류가 검출된 블록들의 인덱스를 추출 및 병합한 블록 요청 메시지를 생성하고, 상기 송/수신 모듈은 상기 생성된 블록 요청 메시지를 상기 송신노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 신체 영역 통신 시스템.
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