KR101495750B1 - 무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법에 관한 것이다.
본 발명의 무선 센서 노드는 복수의 무선 센서 노드들 각각과 데이터를 송수신하며, 무선 센서 노드별로 설정된 RF(Radio Frequency) 파워값으로 기초로 송신 전력을 조절하여 데이터를 각각의 무선 센서 노드들로 송신하는 RF 송수신부; 무선 센서 노드들 각각으로부터 수신되는 메시지를 이용하여 무선 센서 노드별 수신 신호 세기값 및 링크 품질값을 측정하는 상태 측정부; 및 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 무선 센서 노드별로 RF 파워값을 설정하는 제어부를 포함한다.
이러한, 본 발명에 따르면, 근접한 무선 센서 노드들간 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 최적의 RF 파워값을 갖도록 RF 송신부의 송신 전력을 조절함으로써, 송신 시 주변 무선 센서 노드와의 간섭을 최소화하여 최적의 통신을 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법{WIRELESS SENSOR NODE AND METHOD FOR COMMUNICATING RADIO USING THE NODE}
본 발명은 무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법에 관한 것으로, USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템과 같이 근거리 무선 센서 네트워크 시스템에서, 근접한 다른 무선 센서 노드로 데이터 전송 시에 RF 파워 테이블을 이용하여 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하는 무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법에 관한 것이다.
USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템은 매우 많은 센서 노드들이 네트워크를 구성하는 무선 센서 네트워크 시스템으로, 인간 중심 지향적이면서도 장소에 영향을 받지 않고 언제 어디서나 컴퓨팅 환경에 접속할 수 있는 유비쿼터스 패러다임의 통신 기술 중 하나이다. 특히, 유비쿼터스 패러다임이 확대되면서 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있는 기술 중 하나이다.
이러한, USN 시스템과 같은 대규모 근거리 무선 센서 네트워크에서 중요한 것은 통신이 가능한 네트워크 경로를 확보하는 것과 가능한 가장 적은 출력으로 통신하는 것이다.
이는 현재 대두되고 있는 USN 시스템에서의 가장 큰 이슈들로, 네트워크의 망 부하를 줄이고, 효율적으로 관리하기 위해 타-노드의 트래픽을 유발하지 않으면서도 적은 출력으로 통신을 가능하게 하는 새로운 방식의 전송 기술이 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 특허등록번호 제10-0668228호(2007. 01. 16 공고)에 기재되어 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템과 같이 근거리 무선 센서 네트워크 시스템에서, 근접한 다른 무선 센서 노드로 데이터 전송 시에 RF(Radio Frequency) 파워 테이블을 이용하여 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하는 무선 센서 노드 및 이를 이용한 무선 통신 방법에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드는, 복수의 무선 센서 노드들 각각과 데이터를 송수신하며, 무선 센서 노드별로 설정된 RF(Radio Frequency) 파워값을 기초로 송신 전력을 조절하여 데이터를 각각의 무선 센서 노드들로 송신하는 RF 송수신부; 무선 센서 노드들 각각으로부터 수신되는 메시지를 이용하여 무선 센서 노드별 수신 신호 세기값 및 링크 품질값을 측정하는 상태 측정부; 및 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 무선 센서 노드별로 RF 파워값을 설정하는 제어부를 포함한다.
여기서, 무선 센서 노드는, 무선 센서 노드들의 ID(Identification)에 매칭하여 측정된 수신 신호 세기값, 링크 품질값 및 RF 파워값 중 적어도 하나를 테이블 형식으로 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제어부는, 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값이 설정된 범위 값에 포함되는지 여부에 따라 RF 파워값을 증감하여 RF 파워값을 설정할 수 있다.
여기서, 제어부는, 링크 품질값이 기 설정된 제1 기준값보다 작으면, RF 파워값을 증가시키며, 링크 품질값이 제1 기준값보다 높은 제2 기준값이면서 측정된 수신 신호 세기값이 기 설정된 제1 신호 세기값보다 작으면, RF 파워값을 증가시키고, 링크 품질값이 제2 기준값이면서 측정된 수신 신호 세기값이 제1 신호 세기값보다 높은 제2 신호 세기값보다 크면, RF 파워값을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 무선 센서 노드들과 데이터를 송수신하는 무선 센서 노드의 무선 통신 방법은, 무선 센서 노드들 각각으로부터 수신되는 메시지를 이용하여 무선 센서 노드별 수신 신호 세기값 및 링크 품질값을 측정하는 단계; 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 무선 센서 노드별로 RF 파워값을 설정하는 단계; 및 설정된 RF(Radio Frequency) 파워값으로 기초로 송신 전력을 조절하여 데이터를 무선 센서 노드들로 각각 송신하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 근접한 무선 센서 노드들간 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 최적의 RF 파워값을 갖도록 RF 송신부의 송신 전력을 조절함으로써, 송신 시 주변 무선 센서 노드와의 간섭을 최소화하여 최적의 통신을 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 무선 센서 노드들로 구성된 근거리 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드의 RF 파워 테이블을 저장하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드의 데이터 송신 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 무선 센서 노드들로 구성된 근거리 네트워크 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드를 나타낸 도면이다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 근거리 네트워크 시스템은 복수의 무선 센서 노드(100)를 포함하며, 무선 센서 노드(100)는 RF(Radio Frequency) 송수신부(110), 상태 측정부(120), 저장부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
RF 송수신부(110)는 근접한 다른 무선 센서 노드(100)들과 RF 송수신을 수행하며, 제어부(140)의 제어에 따라 설정된 RF 파워값을 기초로 RF 송신 전력을 조절하여 근접한 무선 센서 노드(100)들로 데이터를 송신한다.
상태 측정부(120)는 근접한 무선 센서 노드(100)들로부터 수신한 메시지들을 이용하여 각 무선 센서 노드(100)별로 수신 신호 세기값(RSSI; Received Signal Strength Indication)과 링크 품질값(LQI; Link Quality Indication)을 측정하고, 측정된 값을 테이블화하여 저장부(130)에 저장한다. 이때, 상태 측정부(120)는 해당 무선 센서 노드(100)의 Id(Identification), 수신 신호 세기값(RSSI), 링크 품질값(LQI) 및 통신시 적용되는 RF 파워값을 저장부(130)에 저장한다.
저장부(130)는 근접한 무선 센서 노드(100)의 Id(Identification), 수신 신호 세기값(RSSI), 링크 품질값(LQI) 및 통신시 적용되는 RF 파워값을 포함하는 RF 전력 테이블을 저장한다.
제어부(140)는 RF 송수신부(110), 상태 측정부(120) 및 저장부(130)간의 데이터 흐름을 제어하며, 근접한 무선 센서 노드(100)로 데이터를 전송하는 경우에, 저장부(130)에 저장된 RF 파워 테이블의 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 기초로 RF 파워값을 설정하고, 설정된 RF 파워값을 기초로 RF 송수신부(110)의 송신 전력을 제어한다.
여기서, 도 1의 무선 센서 노드 A(100-1)에 저장된 RF 파워 테이블을 참조하면, 상태 측정부(120)는 주변 무선 센서 노드 B(100-2), D(100-4), E(100-5), F(100-6)로부터 수신되는 메시지를 이용하여 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 측정하여 저장부(130)에 저장하고, 제어부(140)는 저장된 값을 기초로 RF 송수신부(110)의 RF 파워값을 설정하여 최적의 송신 전력으로 데이터를 주변 무선 센서 노드(100-2, 100-4, 100-5, 100-6)로 송신한다.
다음은 도 3 및 도 4를 통해 무선 센서 노드 A(100-1)와 근접한 무선 센서 노드(100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, 100-n)들 간의 무선 통신 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드의 RF 파워 테이블을 저장하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 노드의 데이터 송신 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 도 3을 통해 무선 센서 노드 A(100-1)의 RF 파워 테이블을 저장하는 방법에 대하여 설명한 후, 도 4를 통해 저장된 RF 파워 테이블을 이용하여 무선 센서 노드 A(100-1)가 데이터를 송신하는 방법에 대해 순차적으로 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 무선 센서 노드 A(100-1)의 RF 송수신부(110)는 주변 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 메시지를 수신하고(S300), 상태 측정부(120)는 RF 송수신부(110)로부터 수신한 메시지를 이용하여 무선 센서 노드 B(100-2)의 Id, 링크 품질값(LQI)과 수신 신호 세기값(RSSI)을 RF 파워 테이블에 저장한다(S302).
제어부(140)는 저장된 RF 파워 테이블의 링크 품질값(LQI)이 90%보다 작은지 여부를 판단하고(S304), 상기 S304단계의 판단결과, 90%보다 작으면, 제어부(140)는 저장부(130)에 저장된 무선 센서 노드 B(100-2)의 RF 파워 테이블에 포함된 RF 파워값을 설정치만큼 증가시켜 저장한다(S306).
이때, 제어부(140)는 무선 센서 노드 C(100-3)로부터 처음 메시지를 수신하여 등록하는 경우(신규 접속한 무선 센서 노드인 경우)에, 기 설정된 기본 RF 파워값을 RF 파워 테이블에 저장하고, 무선 센서 노드 C(100-3)로 최초 데이터 송신 시에, 저장된 기본 RF 파워값에 기초하여 데이터를 송신하게 된다.
상기 S304 단계의 판단결과, 90%보다 작지 않으면, 제어부(140)는 링크 품질값(LQI)이 100%인지 여부를 판단한다(S308).
상기 S308 단계의 판단결과, 100%가 아니면, 제어부(140)는 상기 S300 내지 S304 단계를 반복한다. 즉, 제어부(140)는 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 다음 메시지가 수신될 때까지 대기한다.
상기 S308 단계의 판단결과, 100%이면, 제어부(140)는 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 수신한 수신 신호 세기값(RSSI)이 기 설정된 최저 수신 신호 세기값보다 작은지 여부를 판단한다(S310).
상기 S310 단계의 판단결과, 수신한 수신 신호 세기값이 설정된 최저 수신 신호 세기값보다 작으면, 제어부(140)는 저장부(130)에 저장된 무선 센서 노드 B(100-2)의 RF 파워 테이블에 포함된 RF 파워값을 설정치만큼 증가시켜 저장한다(S306).
상기 S310 단계의 판단결과, 수신 신호 세기값이 설정된 최저 수신 신호 세기값보다 작지 않으면, 제어부(140)는 수신 신호 세기값이 기 설정된 최고 수신 신호 세기값보다 큰지 여부를 판단한다(S312).
상기 S312 단계의 판단결과, 수신한 수신 신호 세기값이 설정된 최고 수신 신호 세기값보다 크지 않은 경우에, 제어부(140)는 상기 S300 내지 S310 단계를 반복한다. 즉, 제어부(140)는 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 다음 메시지가 수신될 때까지 대기한다.
상기 S312 단계의 판단결과, 수신한 수신 신호 세기값이 설정된 최고 수신 신호 세기값보다 큰 경우에, 제어부(140)는 저장부(130)에 저장된 무선 센서 노드 B(100-2)의 RF 파워 테이블에 포함된 RF 파워값을 설정치만큼 감소시켜 저장한다(S314).
여기서, 품질값의 임계치, 최저 수신 신호 세기값과 최고 수신 신호 세기값은 무선 통신 환경에 따라서 설계 변경이 가능하다.
다음은 도 4를 통해 무선 센서 노드가 근접한 무선 센서 노드로 데이터를 송신하기 위한 무선 통신 방법에 대하여 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 무선 센서 노드 A(100-1)의 제어부(140)는 무선 센서 노드 B(100-2)로 전송할 데이터가 있으면, 데이터를 전송할 무선 센서 노드 B(100-2)의 Id가 RF 파워 테이블에 저장되어 있는지 여부를 판단한다(S400).
상기 S400의 판단결과, 무선 센서 노드 B(100-2)의 Id가 RF 파워 테이블에 저장되어 없는 경우에, 제어부(140)는 데이터를 전송하지 않고, 근접한 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 수신되는 메시지를 통해 RF 파워 테이블이 생성될 때까지 대기한다.
상기 S400의 판단결과, 근접한 무선 센서 노드(100-2)의 Id가 RF 파워 테이블에 저장되어 있는 경우에, 제어부(140)는 RF 파워 테이블에 저장된 RF 파워값으로 RF 송수신부(110)의 RF 파워를 설정하고(S402), 설정된 RF 파워로 데이터를 송신한다(S404).
그리고, 제어부(140)는 송신한 데이터의 송신 성공 여부를 판단하기 위해 송신한 데이터에 대응되는 응답 메시지가 기 설정된 시간 내에 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 수신되는지 여부를 판단한다(S406).
상기 S406단계의 판단결과, 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 응답 메시지를 수신하는 경우에, 제어부(140)는 데이터 송신이 잘 이루어진 것으로 판단하여 송신을 종료한다.
상기 S406단계의 판단결과, 무선 센서 노드 B(100-2)로부터 응답 메시지를 수신하지 못한 경우에, 제어부(140)는 송신 횟수를 1만큼 증가 시킨 후 송신 횟수가 기 설정된 최대 송신 횟수보다 작은지 여부를 판단하고(S408), 상기 S408단계의 판단 결과, 송신 횟수가 기 설정된 최대 송신 횟수보다 작지 않으면(크거나 같으면), 제어부(140)는 데이터 송신을 종료한다.
상기 S408단계의 판단결과, 송신 횟수가 기 설정된 최대 송신 횟수보다 작으면, 제어부(140)는 RF 송수신부(110)의 RF 파워값을 설정치만큼 증가시켜 더 높은 RF 출력으로 데이터를 재송신하고(S410), RF 파워 테이블의 RF 파워값을 설정치만큼 증가시킨 변경 사항에 대해 RF 파워 테이블에 저장한다(S412). 그 후, 제어부(140)는 상기 S402 내지 S408 단계를 반복한다.
이러한, 본 발명에 따르면, 근접한 무선 센서 노드간의 최적의 RF 파워값을 수신 신호 세기값과 링크 품질값을 이용하여 조절함으로써, 송신시 주변 무선 센서 노드와의 간섭을 최소화하여 최적의 통신을 할 수 있는 큰 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 무선 센서 노드 110: RF 송수신부
120: 상태 측정부 130: 저장부
140: 제어부

Claims (8)

  1. 복수의 무선 센서 노드들 각각과 데이터를 송수신하며, 상기 무선 센서 노드별로 설정된 RF(Radio Frequency) 파워값으로 기초로 송신 전력을 조절하여 상기 데이터를 각각의 무선 센서 노드들로 송신하는 RF 송수신부;
    상기 무선 센서 노드들 각각으로부터 수신되는 메시지를 이용하여 상기 무선 센서 노드별 수신 신호 세기값 및 링크 품질값을 측정하는 상태 측정부; 및
    상기 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값이 설정된 범위 값에 포함되는지 여부에 따라 상기 무선 센서 노드별로 상기 RF 파워값을 증감시키도록 설정하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 링크 품질값이 기 설정된 제1 기준값보다 작으면, 상기 RF 파워값을 증가시키며,
    상기 링크 품질값이 상기 제1 기준값보다 높은 제2 기준값이면서 상기 측정된 수신 신호 세기값이 기 설정된 최저 신호 세기값보다 작으면, 상기 RF 파워값을 증가시키고,
    상기 링크 품질값이 상기 제2 기준값이면서 상기 측정된 수신 신호 세기값이 기 설정된 최고 신호 세기값보다 크면, 상기 RF 파워값을 감소시키는 무선 센서 노드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 센서 노드들의 ID(Identification)에 매칭하여 상기 측정된 수신 신호 세기값, 링크 품질값 및 RF 파워값 중 적어도 하나를 테이블 형식으로 저장하는 저장부를 더 포함하는 무선 센서 노드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 복수의 무선 센서 노드들과 데이터를 송수신하는 무선 센서 노드의 무선 통신 방법에 있어서,
    상기 무선 센서 노드들 각각으로부터 수신되는 메시지를 이용하여 무선 센서 노드별 수신 신호 세기값 및 링크 품질값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 신호 세기값과 링크 품질값이 설정된 범위 값에 포함되는지 여부에 따라 상기 무선 센서 노드별로 RF 파워값을 증감시키도록 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 RF(Radio Frequency) 파워값으로 기초로 송신 전력을 조절하여 데이터를 상기 무선 센서 노드들로 각각 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 RF 파워값을 설정하는 단계는,
    상기 링크 품질값이 기 설정된 제1 기준값보다 작으면, 상기 RF 파워값을 증가시키는 단계;
    상기 링크 품질값이 상기 제1 기준값보다 높은 제2 기준값이면서 상기 측정된 수신 신호 세기값이 기 설정된 최저 신호 세기값보다 작으면, 상기 RF 파워값을 증가시키는 단계; 및
    상기 링크 품질값이 상기 제2 기준값이면서 상기 측정된 수신 신호 세기값이 기설정된 최고 신호 세기값보다 크면, 상기 RF 파워값을 감소시키는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선 센서 노드들의 ID(Identification)에 매칭하여 상기 측정된 신호 세기값과 링크 품질값 및 RF 파워값 중 적어도 하나를 테이블 형식으로 저장하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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