KR101441433B1 - Method for varying wakwup period based on channel environment in duty-based mac protocol - Google Patents

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KR101441433B1 KR1020120132630A KR20120132630A KR101441433B1 KR 101441433 B1 KR101441433 B1 KR 101441433B1 KR 1020120132630 A KR1020120132630 A KR 1020120132630A KR 20120132630 A KR20120132630 A KR 20120132630A KR 101441433 B1 KR101441433 B1 KR 101441433B1
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Abstract

본 발명은 DutyCycle기반의 MAC 프로토콜에서 채널 환경에 따라 Wakeup period(구간 또는 기간)를 동적으로 가변화시키는 방법에 관한 것으로, DutyCycle의 Wakeup 구간에서 체크한 채널 상태를 근거로 이웃 노드의 트래픽을 카운트하여, 상기 카운트된 이웃노드의 트래픽에 따라 동일 Duty Cycle내에서의 Wakeup 구간을 동적으로 가변시킴으로써 수신 성공률 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. A method for dynamically varying a wakeup period (interval or period) according to a channel environment in a DutyCycle-based MAC protocol, the method comprising: counting traffic of a neighboring node based on a channel state checked in a Wakeup interval of a duty cycle; The reception success rate and the energy efficiency can be improved by dynamically varying the wakeup interval in the same duty cycle according to the traffic of the counted neighbor node.

Description

듀티 싸이클 기반의 맥(MAC) 프로토콜에서 채널 환경에 따라 웨이크업 구간을 동적으로 가변화시키는 방법{METHOD FOR VARYING WAKWUP PERIOD BASED ON CHANNEL ENVIRONMENT IN DUTY-BASED MAC PROTOCOL}[0001] METHOD FOR VARYING WAKWUP PERIOD BASED ON CHANNEL ENVIRONMENT IN DUTY-BASED MAC PROTOCOL [0002] TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for dynamically varying a wake-

본 발명은 듀티(Duty Cycle)기반의 MAC 프로토콜에서 채널 환경에 따라 Wakeup 구간을 동적으로 할당하여 에너지 성능과 수신 성공률을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of dynamically allocating a wakeup interval according to a channel environment in a duty cycle based MAC protocol to improve energy performance and reception success rate.

최근 원격 센서를 통하여 무선으로 환경 데이터를 수집하는 WSN(Wireless Sensor Networks)분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 WSN에서는 고성능, 광대역, 원거리 통신등을 지향하는 기존 네트워크 기술과 달리 에너지 효율이 가장 중요시 된다. Recently, researches on WSN (Wireless Sensor Networks) that collect environmental data wirelessly through remote sensors have been actively conducted. In the above WSN, energy efficiency is most important, unlike existing network technologies that aim at high performance, broadband, and long distance communication.

상기 WSN 분야에서 MAC(Medium Access Control) 프로토콜은 에너지 소모를 줄이기 위해 널리 사용되는 방식으로 듀티 싸이클(Duty Cycle) 방식을 사용한다. 상기 Duty Cycle방식은 RF 트랜시버를 Sleep 상태(휴면상태)와 Wakeup 상태(활동상태)로 구분하고 두 상태를 반복 운영하여 데이터를 송수신하는 방식이다. In the WSN field, the MAC (Medium Access Control) protocol uses a duty cycle method in order to reduce energy consumption. The duty cycle method divides an RF transceiver into a sleep state (sleep state) and a wakeup state (active state), and repeatedly operates two states to transmit and receive data.

상기 Duty Cycle방식의 목표는 Wakeup period(구간 또는 기간)를 줄이고 Sleep period를 증가시켜 에너지 소모를 최소화하는 데 있다. 하지만 이렇게 최소화된 Wakeup 구간은 수신 성공률을 줄이고 지연시간을 증가시킬 수 있으며, 1-hop 내의 이웃 노드가 많을 경우 한정된 Wakeup 구간 내에 채널점유 경쟁이 높아지게 되어 재전송 발생률이 증가하는 단점이 있다. The goal of the duty cycle method is to reduce the wakeup period (interval or period) and to increase the sleep period to minimize energy consumption. However, the minimized wakeup interval can reduce the reception success rate and increase the delay time. If there are many neighboring nodes in 1-hop, there is a disadvantage that the channel occupancy competition increases within the limited wakeup interval and the retransmission rate increases.

대부분의 WSN MAC 프로토콜은 고정된 Duty Cycle방식을 사용하고 있다. Most WSN MAC protocols use a fixed duty cycle method.

고정된 Duty Cycle에서는 Wakeup 구간이 길게 설정된 경우 채널 경쟁이 낮아져 재 전송수와 지연시간이 낮아지고 수신 성공률이 높아지지만 에너지 효율이 낮다. 반대로 Wakeup 구간이 짧게 설정된 경우 에너지 효율은 높아지지만 앞서 언급된 네트워크 성능들이 낮아지게 된다. 즉, 1-hop 내의 이웃 노드의 수가 많고 이에 따른 트래픽(traffic)이 높을 경우 Wakeup 기간은 길게 설정되어야 하며, 그 반대의 경우는 에너지 효율을 위하여 Wakeup 기간이 짧게 설정되어야 한다. In the fixed duty cycle, when the wakeup interval is set long, the channel competition is low, the number of re-transmissions and the delay time are lowered and the reception success rate is increased, but the energy efficiency is low. Conversely, when the wakeup interval is set to be short, the energy efficiency becomes high, but the network performance mentioned above becomes low. That is, when the number of neighboring nodes in 1-hop is high and traffic is high, the wakeup period should be set long, and in the opposite case, the wakeup period should be set short for energy efficiency.

이와같이 종래의 고정된 Duty Cycle기반의 MAC 프로토콜에서는 Duty Cycle내의 Wakeup 구간의 길이에 의해 수신 성공률과 에너지 효율에 trade-off가 발생되어 MAC 프로토콜 성능을 유지하기가 어려운 단점이 있었다. Thus, in the conventional fixed-duty-cycle-based MAC protocol, there is a disadvantage that it is difficult to maintain the MAC protocol performance due to the trade-off between the reception success rate and the energy efficiency due to the length of the wakeup interval in the duty cycle.

본 발명의 목적은 채널 환경에 따라 Wakeup 구간의 길이를 동적으로 할당함으로써 수신 성공률과 에너지 효율을 동시에 보장할 수 있는 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a method of simultaneously guaranteeing a reception success rate and energy efficiency by dynamically allocating a length of a wakeup interval according to a channel environment.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 Wakeup 구간의 동적 가변화 방법은, Duty Cycle의 Wakeup 구간에서 채널 상태를 체크하는 단계; 상기 체크된 채널 상태를 근거로 이웃 노드의 트래픽을 카운트하는 단계; 및 상기 카운트된 이웃 노드의 트래픽에 따라 동일 Duty Cycle내에서의 Wakeup 구간을 동적으로 가변시키는 단계;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of dynamically changing a wakeup interval, comprising: checking a channel state in a wakeup interval of a duty cycle; Counting traffic of a neighboring node based on the checked channel state; And dynamically varying a wakeup interval within the same duty cycle according to the traffic of the counted neighbor node.

상기 채널 상태는 비동기식 MAC 프로토콜의 경우 CSMA/CA 수행을 통해 체크하고, 동기식 MAC 프로토콜의 경우 주기적인 CCA 검사를 통해 체크한다.The channel state is checked through CSMA / CA performance for the asynchronous MAC protocol and periodic CCA check for the synchronous MAC protocol.

상기 이웃 노드의 트래픽은 채널 상태가 busy일 경우 1씩 증가되고, idle일 경우는 1씩 감소되도록 카운트된다. The traffic of the neighbor node is incremented by 1 when the channel state is busy and decremented by 1 when it is idle.

상기 Wakeup 구간을 동적으로 가변시키는 단계는 카운트된 이웃 노드의 트래픽을 제한 범위와 비교하는 단계; 및 비교결과 상기 이웃 노드의 트래픽이 제한 범위를 벗어나면 Wakeup 구간을 2배 증가시키고, 이웃노드의 트래픽이 제한 범위내에 있으면 Wakeup 구간을 1/2로 감소시키는 단계;를 포함한다. The step of dynamically varying the wakeup interval may include comparing the traffic of the counted neighbor node with a limit range; And if the traffic of the neighboring node is out of the limited range, the wakeup interval is doubled, and if the traffic of the neighboring node is within the limited range, the wakeup interval is reduced to 1/2.

상기 채널의 환경이 침입 탐지나 재해 감지인 경우에는, 첫 감지 이벤트 발생시에 Wakeup 구간을 2배로 증가시킨 후 이웃 노드의 트래픽에 따라 Wakeup 구간을 동적으로 가변시킨다.When the environment of the channel is intrusion detection or disaster detection, the wakeup interval is doubled at the time of the first detection event, and then the wakeup interval is dynamically changed according to the traffic of the neighboring node.

본 발명은 Duty Cycle방식을 적용하는 WSN MAC 프로토콜에서 채널 환경을 고려하여 적절한 Wakeup 구간을 찾는다. 이로 인하여 이웃 노드의 트래픽이 높은 환경에서는 수신 성공률을 높이기 위하여 Wakeup 구간(활동 기간)를 증가시키고, 트래픽이 낮은 환경에서는 불필요한 Wakeup 구간의 길이를 줄여 에너지 효율을 증가시킨다.The present invention finds an appropriate wakeup interval in consideration of the channel environment in the WSN MAC protocol using the duty cycle method. This increases the wakeup period (activity period) in order to increase the reception success rate in the environment where the traffic of the neighbor node is high, and increases the energy efficiency by decreasing the length of the wakeup interval unnecessary in the low traffic environment.

본 발명은 Duty Cycle방식을 적용하는 WSN MAC 프로토콜이라면 동기식과 비동기식에 관계없이 어떠한 프로토콜에서라도 적용 가능하도록 설계되었으며, 이로 인하여 기존에 연구되었던 많은 MAC 프로토콜의 동작형태를 그대로 유지하면서 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is designed to be applicable to any protocol regardless of synchronous and asynchronous types with the WSN MAC protocol employing the duty cycle method. Thus, it is possible to improve energy efficiency while maintaining the operation modes of many MAC protocols There is an effect.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 Duty Cycle기반의 MAC 프로토콜에서 채널 환경을 이용한 Wakeup 구간 가변화 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 이웃 노드의 트래픽이 제한 범위를 벗어났을 때 각 Wakeup 구간의 변화를 나타낸 도면.
도 3은 이벤트가 다발적으로 발생되는 상황에서 Wakeup 구간의 가변화 방법을 나타낸 그래프.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of changing a wakeup interval using a channel environment in a Duty Cycle-based MAC protocol according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a change in each wakeup interval when traffic of a neighboring node is out of a limit range.
FIG. 3 is a graph illustrating a method of varying a wakeup interval in a situation where an event is frequently generated.

본 발명에서는 종래의 비동기식 WSN MAC 프로토콜에서 발생되는 문제를 해결하기 위하여, 1-hop 내의 채널 상태를 파악하여 Wakeup period(구간 또는 기간)을 동적으로 할당하는 기법을 제안한다.In order to solve the problem occurring in the conventional asynchronous WSN MAC protocol, the present invention proposes a technique of dynamically allocating a wakeup period (interval or period) by detecting a channel state in a 1-hop.

WSN분야에서 Duty Cycle방식을 사용하는 MAC 프로토콜은 일반적으로 동기식 방식과 비동기식 방식으로 구분된다. 동기식 방식에서는 모든 노드가 Duty Cycle을 동기화하여 idle listening시간(데이터 통신에 참석하지 않음에도 불구하고 계속해서 자신의 통신 전원을 소모해야 하는 시간)을 줄임으로써 에너지 효율을 증가시킨다. 반면에 비동기식 방식에서는 모든 노드가 주기적인 동기신호 교환을 제거하여 에너지 효율을 증가시키고 있다. 상기 두 방식은 센싱 이벤트 발생 특성에 따라 각각 장단점이 존재하며, 각 방식의 장점을 그대로 유지하기 위하여 본 발명은 기존 방식에 Add-on 형태로 적용되도록 설계하여 호환성을 유지하였다. In the WSN field, the MAC protocol using the duty cycle method is generally divided into a synchronous method and an asynchronous method. In synchronous mode, all nodes synchronize the duty cycle to increase energy efficiency by reducing the idle listening time (the amount of time that they must continuously consume their communication power in spite of not participating in data communication). On the other hand, in the asynchronous scheme, all nodes increase the energy efficiency by eliminating periodic synchronous signal exchange. In order to maintain the merits of each method, the present invention is designed to be applied as an add-on type in the conventional method, and the compatibility is maintained.

일반적으로 Duty Cycle기반의 MAC 프로토콜에서는 Duty Cycle내의 Wakeup 구간의 길이가 에너지 효율에 큰 영향을 미친다. 동일한 Duty Cycle내에서 Wakeup 구간이 상대적으로 길 경우 각 노드의 수신 성공률은 높아지지만 에너지 효율은 낮아지며, Wakeup 구간이 짧을 경우에는 에너지 효율이 높아지지만 수신 성공률이 낮아진다. 즉, Wakeup 구간의 길이는 Duty Cycle기반의 MAC 프로토콜 성능을 결정할 때 수신 성공률과 에너지 효율에 큰 영향을 미치는 trade-off 요인이 된다. Generally, in the MAC protocol based on the duty cycle, the length of the wakeup period in the duty cycle greatly affects the energy efficiency. If the wakeup interval is relatively long in the same duty cycle, the energy efficiency becomes lower while the reception success rate of each node is increased. If the wakeup interval is short, the energy efficiency becomes higher but the reception success rate becomes lower. That is, the length of the wakeup interval is a trade-off factor that greatly affects the reception success rate and energy efficiency when determining the MAC protocol performance based on the duty cycle.

본 발명은 이러한 환경적 특성을 고려하여 Duty Cycle방식의 MAC 프로토콜의 성능을 향상시키기 위해, 채널 환경에 따라 유동적으로 Wakeup 구간을 가변화시키는 방식을 제안한다. 즉, 본 발명은 물리계층에서 관측할 수 있는 CCA(Clear Channel Assessment)를 주기적으로 모니터링하여 Wakeup 구간을 가변화시키는 방식을 제안하며, 동기식과 비동기식에 각각 적용할 수 있도록 설계하였다. In order to improve the performance of the MAC protocol of the duty cycle method in consideration of the environmental characteristic, the present invention proposes a method of variably changing the wakeup interval according to the channel environment. That is, the present invention proposes a method of varying the wakeup interval by periodically monitoring the CCA (Clear Channel Assessment) that can be observed in the physical layer, and is designed to be applicable to both the synchronous type and the asynchronous type.

일반적으로 비동기식 MAC 프로토콜에서의 각 노드는 이웃 노드들의 Wakeup 상태를 알지 못하며, 자신의 송신 구간과 수신 구간에 대한 협상과정이 없기 때문에 일반적으로 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 사용하여 데이타를 송신한다. Generally, each node in the asynchronous MAC protocol does not know the wakeup state of the neighboring nodes, and since there is no negotiation process on its own transmission interval and reception interval, it uses CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) And transmits the data.

즉, 송신 노드는 Duty Cycle내의 Wakeup 구간에서 데이터를 전송하기 전에 전송파 감지(Carrier Sensing)를 수행하기 위하여 소정 시간(random back-off delay)을 기다린 후, 채널 상태를 파악하기 위하여 CCA를 검사한다. 이때, 채널 상태가 idle일 경우 송신노드는 데이터를 전송하고, busy일 경우 송신노드는 상기 전송파 감지 단계를 다시 수행한다. 비동기식 MAC 프로토콜은 데이터 전송이 요구되는 모든 상황에서 항상 전송파 감지를 수행하기 때문에 CCA파악을 위한 별도의 절차가 불필요하다. That is, the transmitting node waits for a predetermined time (random back-off delay) to perform carrier sensing before transmitting data in the wakeup interval in the duty cycle, and then checks the CCA to determine the channel state . At this time, if the channel state is idle, the transmitting node transmits data, and if the channel state is busy, the transmitting node performs the transmitting wave detecting step again. Since the asynchronous MAC protocol always performs transmission wave detection in all situations where data transmission is required, there is no need for a separate procedure for CCA identification.

한편 동기식 MAC 프로토콜에서는 모든 노드가 동기화된 Wakeup 시각과 구간을 공유하기 때문에 CSMA/CA 방식을 사용하지 않는다. 따라서, 동기식 MAC 프로토콜에서 모든 노드는 이웃 노드의 트래픽 환경을 실시간으로 파악하지 못한다. 또한, 비동기식 MAC 프로토콜에서도 상대적으로 송신 요구가 발생되지 않는 노드는 오랜 시간동안 전송파 감지를 수행하지 않기 때문에 이웃 노드의 트래픽 환경을 파악하지 못한다. On the other hand, in the synchronous MAC protocol, all nodes do not use the CSMA / CA method because they share the interval with the synchronized wakeup time. Therefore, in the synchronous MAC protocol, all nodes can not grasp the traffic environment of the neighboring node in real time. Also, even in the asynchronous MAC protocol, a node that does not generate a transmission request relatively does not detect the transmission wave for a long time, and therefore can not grasp the traffic environment of the neighboring node.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 상황에서 채널 상태와 이웃 노드의 트래픽 량을 파악하기 위하여 주기적으로 CCA를 모니터링하는 하는 방식을 제안하며, 이를 CCA 샘플링(Sampling)이라 명명한다.Accordingly, the present invention proposes a method of periodically monitoring the CCA in order to grasp the channel state and the traffic volume of the neighboring node in the above situation, and this is called CCA sampling.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 Duty Cycle기반의 MAC 프로토콜에서 채널 환경을 이용한 Wakeup 구간 가변화 방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of changing a wakeup interval using a channel environment in a Duty Cycle-based MAC protocol according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와같이, 각 노드는 채널 상태를 파악하여 이웃 노드의 트래픽량을 모델링한다. 본 발명은 이웃 노드의 트래픽량을 모델링하기 위하여 식(1)과 같은 BHC(Busy-state Hit Count) 변수를 정의한다.As shown in FIG. 1, each node grasps a channel state and models a traffic amount of a neighboring node. The present invention defines a BHC (Busy-state Hit Count) variable as shown in Equation (1) to model the traffic volume of a neighboring node.

Figure 112012096178165-pat00001
.......식(1)
Figure 112012096178165-pat00001
... (1)

상기 BHC변수는 각 노드의 채널 환경에서 이웃 노드의 트래픽 량을 나타내는 변수로서 양수와 음수의 정수형태의 값을 가지며 초기값은 0으로 설정된다. The BHC variable indicates a traffic amount of a neighboring node in a channel environment of each node, and has a positive integer value and a negative integer value, and the initial value is set to zero.

비동기식 MAC 프로토콜의 CSMA/CA 수행 또는 동기식 MAC 프로토콜의 CCA Sampling의 수행 후에 결정되는 CCA값은 busy 또는 idle의 형태로 나타난다. 따라서, 각 노드는 CCA값을 체크하여 CCA값이 busy일 경우 BHC값을 증가시키고(S10_S12), 반대로 CCA 값이 “idle”일 경우 BHC를 감소시킨다(S13). 모든 노드는 이러한 BHC를 관리한다. 상기 BHC의 범위는 최대 임계값을 타나내는 Kmax와 최소 임계값을 나타내는 Kmin으로 제한된다. The CCA value determined after the CSMA / CA execution of the asynchronous MAC protocol or the CCA sampling of the synchronous MAC protocol is shown as busy or idle. Accordingly, each node checks the CCA value and increases the BHC value when the CCA value is busy (S10_S12). On the contrary, if the CCA value is " idle ", the BHC is decreased (S13). All nodes manage these BHCs. The range of the BHC is limited to K max representing the maximum threshold value and K min representing the minimum threshold value.

본 발명에서 제안하는 가변 Wakeup Period 방식은 이웃 노드의 트래픽량을 나타내는 BHC값에 따라 동일 Duty Cycle내에서의 Wakeup 구간을 동적으로 가변화시키는 방식이다. The variable wakeup period scheme proposed in the present invention is a method of dynamically varying the wakeup interval within the same duty cycle according to the BHC value indicating the traffic amount of the neighboring node.

각 노드가 BHC를 운영할 때 BHC값은 CCA값 즉, 채널 상태에 따라 증가 또는 감소한다. 각 노드는 BHC값과 두 임계값(Kmax, Kmin)의 범위를 비교하여 Duty Cycle이 시작될 때 Wakeup 구간을 조정한다(S14~S21). 즉, 비교결과 BHC값이 최대 임계값(Kmax)보다 크면(제한범위를 벗어나면), 노드는 Wakeup 구간을 2배 증가시킨 후 BHC를 0으로 초기화시키고(S16~S18), BHC값이 최소 임계값(Kmin)보다 작으면 Wakeup 구간을 1/2로 감소시킨 후 초기화한다(S19~S21).When each node operates the BHC, the BHC value increases or decreases according to the CCA value, that is, the channel state. Each node compares the BHC value with the range of two thresholds (K max , K min ) to adjust the wakeup interval when the duty cycle starts (S14 to S21). That is, if the BHC value is greater than the maximum threshold value (K max ) as a result of the comparison, the node increases the wakeup interval twice, initializes the BHC to 0 (S16 to S18) If it is smaller than the threshold value ( Kmin ), the wakeup interval is reduced to 1/2 and initialized (S19 to S21).

도 2는 이웃 노드의 트래픽이 제한 범위를 벗어났을 때 각 Wakeup 구간의 변화를 나타낸다.FIG. 2 shows a change in each wakeup interval when the traffic of the neighboring node is out of the limit range.

본 발명에서 제안하는 가변 Wakeup Period 방식에서 BHC 운영에 사용되는 Kmax와 Kmin값은, 네트워크 성능에 매우 큰 영향을 미치는 상수이기 때문에 신중하게 결정해야 하며, 운영상 발생되는 평균 트래픽량과 같은 네트워크의 특성을 고려해야 한다.The K max and K min values used in the BHC operation in the variable wakeup period scheme proposed in the present invention should be determined carefully since they are constants that greatly affect the network performance. Characteristics should be considered.

가변 Wakeup Period 방식은 앞서 언급한 바와 같이 BHC값이 제한 범위를 벗어난 경우 현재 상태의 Wakeup구간을 2배 또는 절반으로 설정하는 방식으로서 다음과 같이 정의될 수 있다. 먼저, 식(2)와 같이 I{A}를 정의한다.As described above, the variable wakeup period method can be defined as a method of setting the wakeup interval of the current state to two or half when the BHC value is out of the limit range as follows. First, I {A} is defined as in Equation (2).

Figure 112012096178165-pat00002
.............식(2)
Figure 112012096178165-pat00002
... (2)

또한, 상기 Kmax와 Kmin값을 식 (3)와 같이 범위를 제한한 다음 최종적으로 가변 Wakeup Period 구간의 변경 정책을 식(4)과 같이 일반화할 수 있다.In addition, the range of K max and K min can be limited as shown in Equation (3), and finally the change policy of the variable wakeup period can be generalized as Equation (4).

Figure 112012096178165-pat00003
...............식(3)
Figure 112012096178165-pat00003
... (3)

Figure 112012096178165-pat00004
........식(4)
Figure 112012096178165-pat00004
(4)

여기서, τw,n은 n번째 Duty Cycle에서의 Wakeup 구간을 나타낸다. n번째 BHC를 나타내는 BHCn의 상태에 따라 n+1번째의 Wakeup 구간(τw,n+1)은 식(2)에서 정의한 I에 의하여 최종적으로 식(4)와 같이 정의될 수 있다.Here, τ w, n represents a wakeup period in the n-th duty cycle. According to the state of BHC n representing the n-th BHC, the ( n + 1 ) -th wakeup interval (τ w, n + 1 ) can be finally defined as Equation (4) by I defined in Equation (2).

상기 식(4)에서 n은 Duty Cycle의 회수를 나타내고, 앞서 언급한 CCA 샘플링은 Duty Cycle interval에 비하여 매우 짧은 간격으로 수행된다. 따라서 BHC의 변경은 동일 Duty Cycle내에서 수회에서 수 십회까지 나타날 수 있으며, Duty Cycle회수와 CCA 샘플링 회수가 다르기 때문에 식(1)의 k와 달리 식(4)에서는 n변수를 사용하였다.In Equation (4), n represents the number of duty cycles, and the above-mentioned CCA sampling is performed at a very short interval in comparison with the duty cycle interval. Therefore, the change of BHC can occur from several times to dozens of times within the same duty cycle, and since the duty cycle number and the CCA sampling number are different, n variable is used in equation (4) unlike k in equation (1).

이와같이 본 발명은 기존 Duty Cycle기반 WSN MAC 프로토콜에서의 trade-off 파라미터인 에너지 효율과 수신 성공률을, 채널 환경에 따른 이웃 노드의 트래픽량을 고려하여 효율적이고 선택적으로 운영하도록 하였다. 또한, 요구되는 최적의 Wakeup 구간을 동적으로 산출하고 네트워크 상황에 적합한 에너지 효율과 수신 성공률의 요구를 만족시켰다.As described above, the present invention efficiently and selectively operates the energy efficiency and the reception success rate, which are trade-off parameters in the existing duty cycle based WSN MAC protocol, considering the traffic volume of neighbor nodes according to the channel environment. In addition, it calculates the optimal wakeup interval dynamically and satisfies the requirements of energy efficiency and reception success rate suitable for the network situation.

한편 여러 응용분야에 따라 트래픽의 속성이 다를 수 있으며 이에 따라 Duty Cycle할당 방법을 변화시키면 에너지 효율을 높일 수 있다. 침입탐지나 재해감지 등의 환경에서는 특정 시간동안 침입자가 이동하거나 발생된 자연재해가 지속적으로 발생할 확률이 높기 때문에 이에 대한 센싱 이벤트 역시 다발적으로 발생된다. 이러한 이벤트는 일반적으로 나타날 확률이 매우 적지만 발생 후에는 다발적으로 이벤트가 생성되는 특성이 있다. Meanwhile, the attributes of traffic may be different according to various application fields, and thus energy efficiency can be improved by changing the duty cycle allocation method. In an environment such as intrusion detection or disaster detection, there is a high probability that an intruder will move for a certain time or a natural disaster will occur continuously. These events are generally very unlikely to occur, but there is a characteristic that events are generated multiple times after occurrence.

따라서, 본 발명은 사용되는 MAC프로토콜이 이벤트가 다발적으로 발생되는 상황(또는 환경)에서 운영될 경우를 고려하여 가변 Wakeup Period 방식의 응용 방안을 추가적으로 제안한다. Therefore, the present invention additionally proposes an application method of a variable wakeup period method in consideration of the case where the MAC protocol to be used is operated in a situation (or an environment) where a plurality of events occur.

본 발명은 이벤트가 다발적으로 발생되는 상황(침입탐지나 재해감지)에서는 각 노드의 수신 성공률을 향상시키기 위해서는 일시적으로 Wakeup 상태를 지속시키는 방법을 제안한다. The present invention proposes a method of temporarily suspending a wakeup state in order to improve the reception success rate of each node in a situation where an event is frequently generated (intrusion detection or disaster detection).

도 3은 이벤트가 다발적으로 발생되는 상황에서 Wakeup 구간의 가변화 방법을 나타낸 그래프이다. FIG. 3 is a graph illustrating a method of changing a wakeup interval in a situation where an event is frequently generated.

도 3에서 X축은 Duty Cycle이고, Y축은 주어진 Duty Cycle내의 Wakeup Period 비율을 백분위 단위로 나타낸 값이다. In FIG. 3, the X-axis represents the duty cycle, and the Y-axis represents the wakeup period ratio within a given duty cycle in units of percent.

도 1에서 채널이 busy할 경우 각 노드는 Wakeup 구간을 점진적으로 증가시킨다. 하지만 이벤트가 다발적으로 발생되는 환경에서는, 이벤트 발생에 대한 수신 성공률을 높이기 위하여 첫 이벤트 발생시 Wakeup 구간을 일시적으로 2배(100%)까지 증가시킨다. 그리고, 모든 이벤트를 성공적으로 수신하는 것을 각 노드가 확인한 후에는 적정 Wakeup 구간을 찾기 위하여 앞에서 설명한 바와같이 BHC를 이용하여 Wakeup 구간을 감소시킨다.In FIG. 1, when the channel is busy, each node gradually increases the wakeup interval. However, in an environment where multiple events occur, the wakeup interval is temporarily increased to twice (100%) at the time of the first event to increase the reception success rate for the event occurrence. After each node confirms that all events are successfully received, the wakeup interval is reduced using the BHC as described above to find an appropriate wakeup interval.

상술한 바와같이 본 발명은 Duty Cycle방식을 적용하는 WSN MAC 프로토콜에서 채널 환경을 고려하여 적절한 Wakeup 구간을 할당한다. 즉 본 발명은 이웃 노드의 트래픽이 높은 환경에서는 Wakeup 구간을 증가시켜 수신 성공률을 높이고, 트래픽이 낮은 환경에서는 불필요한 Wakeup 구간을 감소시켜 에너지 효율을 증가시킨다.As described above, the present invention allocates an appropriate wakeup interval in consideration of the channel environment in the WSN MAC protocol using the duty cycle method. That is, the present invention increases the reception success rate by increasing the wakeup interval in the environment where the traffic of the neighbor node is high, and increases the energy efficiency by reducing the unnecessary wakeup interval in the low traffic environment.

따라서, 본 발명은 Duty Cycle방식을 적용하는 WSN MAC 프로토콜이라면 동기식과 비동기식에 관계없이 어떠한 프로토콜에서라도 적용 가능하며, 특히 기존에 연구되었던 많은 MAC 프로토콜의 동작형태를 그대로 유지하면서 수신 성공률 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention can be applied to any protocol regardless of the synchronous and asynchronous types with the WSN MAC protocol employing the duty cycle method. In particular, the present invention can improve the reception success rate and energy efficiency while maintaining the operation form of many MAC protocols There is an effect that can be made.

상기와 같이 설명된 Wakeup 구간의 동적 가변화 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described dynamic change method of the wakeup period is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively As shown in FIG.

Claims (5)

듀티 싸이클의 웨이크업 구간에서 채널 상태와 주변환경을 체크하는 단계;
상기 체크된 채널 상태에서 이웃 노드의 트래픽을 카운트하는 단계; 및
상기 카운트된 이웃노드의 트래픽과 체크된 주변환경을 선택적으로 이용하여 동일 듀티 싸이클내에서의 웨이크업 구간을 동적으로 가변시키는 단계;를 포함하며, 상기 웨이크업 구간을 동적으로 가변시키는 단계는
상기 체크된 주변환경이 이벤트가 다발적으로 발생되는 상황인 경우 첫 번째 이벤트 발생시 상기 웨이크업 구간을 일시적으로 2배 증가시키는 단계; 및
모든 이벤트가 수신되면 상기 일시적으로 증가된 웨이크업 구간을 상기 카운트된 이웃 노드의 트래픽에 따라 점진적으로 감소시키는 단계;를 포함하며,
상기 체크된 채널 상태는 비동기식 MAC 프로토콜 또는 동기식 MAC 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이크업 구간의 동적 가변화 방법.
Checking a channel state and a surrounding environment in a wakeup period of the duty cycle;
Counting traffic of a neighboring node in the checked channel state; And
And dynamically varying a wakeup interval in the same duty cycle by selectively using the traffic of the counted neighbor node and the checked environment, wherein dynamically varying the wakeup interval comprises:
Temporarily increasing the wake-up interval at the occurrence of the first event when the checked environment has a plurality of events; And
And incrementally decreasing the temporarily increased wakeup interval according to the traffic of the counted neighbor node when all events are received,
Wherein the checked channel state comprises an asynchronous MAC protocol or a synchronous MAC protocol.
제1항에 있어서, 상기 채널 상태는
비동기식 MAC 프로토콜의 경우 CSMA/CA 수행을 통해 체크하고, 동기식 MAC 프로토콜의 경우 주기적인 CCA 검사를 통해 체크하는 것을 특징으로 하는 웨이크업 구간의 동적 가변화 방법.
2. The method of claim 1,
Wherein the asynchronous MAC protocol is checked for CSMA / CA performance and the synchronous MAC protocol is checked for periodic CCA check.
제1항에 있어서, 상기 이웃 노드의 트래픽은
채널 상태가 비지(busy)일 경우 1씩 증가되고, 아이들(idle)일 경우는 1씩 감소되도록 카운트되는 것을 특징으로 하는 웨이크업 구간의 동적 가변화 방법.
2. The method of claim 1, wherein the traffic of the neighboring node
Is incremented by 1 when the channel state is busy and decremented by 1 when the channel state is idle. ≪ RTI ID = 0.0 > 31. < / RTI >
제1항에 있어서, 상기 웨이크업 구간을 동적으로 가변시키는 단계는
카운트된 이웃 노드의 트래픽을 제한 범위와 비교하는 단계; 및
비교결과 상기 이웃 노드의 트래픽이 제한 범위를 벗어나면 웨이크업 구간을 2배 증가시키고, 이웃노드의 트래픽이 제한 범위내에 있으면 웨이크업 구간을 1/2로 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이크업 구간의 동적 가변화 방법.
The method of claim 1, wherein dynamically varying the wakeup interval comprises:
Comparing the traffic of the counted neighbor node with a limit range; And
And if the traffic of the neighboring node is out of the limit range, increasing the wakeup period by a factor of two and decreasing the wakeup period by half when the traffic of the neighboring node is within the limit range, Dynamic Variation Method of Wakeup Period.
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