KR101575608B1 - 지향성 ｍａｃ에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WLAN(Wireless local area network)/WPAN(Wireless personal area network) 기술을 이용한 wireless ad hoc network, wireless mesh network 등에서 지향성 전송(directional transmission)이 가능한 안테나를 가진 노드가 존재하는 경우, 이를 고려한 지향성 MAC 프로토콜에서 각 노드가 효율적으로 주변에 존재하는 노드를 파악하는 이웃 디스커버리 기법을 제공하기 위한 것으로서, 실제 무선 네트워크 환경을 고려하여 각기 다른 형태의 기기가 뒤섞여 있고, 이 중 움직일 수 있는 기기의 경우 그 위치와 방향이 바뀔 수 있는 등의 현실을 반영하여 동작 수행이 가능한 이웃 디스커버리 기법을 제공하기 때문에, WLAN/WPAN 기술로 구성된 네트워크에서 노드가 지향성 안테나(directional antenna)를 구비하고 있을 때, 이웃 디스커버리를 효과적으로 수행할 수 있으며, 각 노드의 위치가 이동하거나 회전하는 경우와 각 노드의 기준 방향과 안테나 개수가 다른 경우를 모두 반영한 환경에서 주변 이웃 노드의 방향을 파악할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

Description

지향성 ＭＡＣ에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드{Method for Neighbor Discovery for Directional MAC, and Node therefor}

본 발명은 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 WLAN(Wireless local area network)/WPAN(Wireless personal area network) 기술을 이용한 wireless ad hoc network, wireless mesh network 등에서 지향성 전송(directional transmission)이 가능한 안테나를 가진 노드가 존재하는 경우, 이를 고려한 지향성 MAC 프로토콜에서 각 노드가 효율적으로 주변에 존재하는 노드를 파악하는 이웃 디스커버리 기법을 제공하기 위한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드에 관한 것이다.

WLAN(Wireless local area network)/WPAN(Wireless personal area network) 기술을 이용한 wireless ad hoc network, wireless mesh network 등의 무선 네트워크를 구성하는 노드 들은 자신이 신호를 전송할 수 있는 커버리지(coverage) 안에 존재하는 이웃(neighbor) 노드 들의 존재를 파악하여야 한다. 특히, 기존의 전방향 전송(omni-directional transmission)이 가능한 안테나 대신 지향성 전송(directional transmission)이 가능한 안테나를 가진 노드가 존재하는 경우 이를 고려한 맥 프로토콜(MAC protocol)을 지향성 맥(directional MAC)이라고 한다.

지향성 통신(Directional communication)(transmission/reception)을 사용하는 경우, 장점은 전방향 통신에 비해 적은 공간으로 신호가 전송되므로 공간의 재사용(spatial reuse)를 높일 수 있어 전반적인 시스템 스루풋(system throughput) 향상이 가능하며, 같은 에너지를 좁은 공간에 전송하므로 전력 소모를 줄여 배터리로 동작하는 기기의 수명을 늘리거나, 신호의 도달 거리를 늘려 커버리지를 증가시킴으로써 멀티 홉(multi-hop)으로 전송해야 하던 것을 전달 홉(hop) 수를 줄임으로써 시그널링 오버헤드(signaling overhead)를 줄여 시스템 스루풋 향상이 가능하다.

반면, 단점으로는 지향성 통신이 이루어지고 있는 상황에서 주변 노드가 이를 인지하지 못한 채 송수신 노드에 신호를 전송해 간섭을 줄 수 있는 히든 터미널(hidden terminal) 문제, 지향성 통신을 수행하고 있는 송수신 노드가 해당 방향 이외의 방향에서 전송되는 신호를 듣지 못해서 주변 노드가 통신을 할 수 없는 deafness 문제, 그리고 자신을 기준으로 이웃이 어떤 방향에 위치하는가를 파악해야 하는 문제 등이 있다.

기존에 지향성(directional) MAC에서의 이웃 디스커버리(neighbor discovery) 기법으로는 랜덤 억세스(random access) 기반 방식, 동기 서치(synchronized search) 기반 방식, circular directional RTS 방식 등이 있다.

Random access 기반 방식은 특정 시간에 각 노드가 랜덤한 방향으로 빔(beam)을 송신하거나 수신함으로써 이웃 정보를 교환하는 기법으로, 특별한 코디 네이션(coordination)이나 동기화(synchronization)가 필요 없어 구현이 간단하나 실제 이웃 정보를 주고 받는 성능 측면에서 보장되는 것이 없어 실제 시스템에서 활용이 어렵다.

Synchronized search 기반 방식은 각 노드가 동일한 레퍼런스(reference) 시간을 가져 동기화가 되어 있다는 가정하에 라운드 로빈(round robin) 방식으로 돌아가며 동일한 방향으로 신호를 송신하고 동시에 수신한다. 이 과정을 모든 방향에 대해서 수행하면 각 노드가 자신의 이웃 현황을 모두 파악할 수 있다.

하지만, 이 방식은 동시에 신호를 송신하고 수신할 수 있어야 하고, 동기화가 되어 있다는 가정이 있어 실용성이 떨어진다.

한편, 도 1에서 개시하는 Circular directional RTS(Ready-To-Send) 방식은 대부분의 WLAN/WPAN 기술 규격에서 정의된 데이터 전송 시, RTS, CTS(Clear-To-Send), Data, ACK(Acknowledgement)의 4-way handshake를 수행하는 과정에서, 데이터를 전송하려는 기기가 RTS를 지향성 전송(directional transmission)으로 전 방향을 돌아가며 전송할 때 자신과 수신 노드 아이디, 자신이 송신하는 빔과 수신 노드가 수신하는 빔의 방향을 번호로 알려준다.

각 노드는 주변에서 전송되는 이러한 신호를 수신하면, 신호를 보낸 노드 아이디, 보낸 노드가 사용한 빔의 번호, 자신이 신호를 받은 방향의 번호를 기록하여 관리하는 이웃 위치 테이블(neighbor location table)을 저장한다.

이 방식은 이웃 노드의 방향성 정보를 관리한다는 측면에서 우수하지만, 자신이 전송할 방향을 알면서도 매 데이터 패킷 전송 시마다 각 방향으로 RTS를 전송 해야 한다는 점에서 비효율적이고, 기기가 움직일 수 있는 경우 위치만 바뀌는 것이 아니라, 기기의 방향이 회전되어 바뀔 수 있는 점을 고려하지 않는 다는 문제가 있으며, 각 기기가 모두 동일한 개수의 지향성 안테나를 가지고 있다는 가정이 있다는 문제도 있다.

또한, 처음에 RTS를 보내도 CTS를 받기 전에는 수신 노드가 어떤 방향으로부터 빔을 수신했는지에 대한 정보를 알 수 없는 상태에서 RTS에 해당 정보를 포함해서 전송해야 한다는 모순이 존재한다.

이상을 고려할 때, 이동 기기가 포함된 환경에서는 상술한 기법을 실제로 구현하여 적용하는 것이 어렵고 효과도 크지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실제 무선 네트워크 환경을 고려하여 각기 다른 형태의 기기가 뒤섞여 있고, 이 중 움직일 수 있는 기기의 경우 그 위치와 방향이 바뀔 수 있는 등의 현실을 반영하여 동작 수행이 가능한 이웃 디스커버리 기법을 제공하기 위한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노드는, 노드 상에서 수신 모드로 대기해야 하는 시간을 비롯하여 제어 시간을 관리및 통보하는 타이머;

수신 모드로 대기하는 상태에서 주변의 이웃 노드로부터 전송되는 신호를 수 신하기 위한 신호 수신부;

주변의 이웃 노드로부터 수신한 신호를 파악하는 수신 신호 분석부;

상기 수신 신호 분석부에 의해서 파악된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 정보 테이블로 등록하여 관리하는 이웃 위치 정보 관리부;를 포함한다.

상기 노드가 고정 기기인 경우,

상기 신호 수신부는,

기 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 것이 바람직하다.

상기 신호 수신부가 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우,

임의의 노드 아이디를 설정하고, 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 포함한 신호를 전방향으로 전송하고, 자신의 빔 정보를 복수의 빔 방향으로 각각 지향성 통신을 통해 전송하는 신호 전송부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 자신의 노드 정보는, 자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부를 포함하고,

상기 빔 정보는, 자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

상기 신호 전송부가 지향성 통신을 통해 빔 정보를 전송한 후, 전방향 수신 모드로 대기하는 것이 바람직하다.

상기 이웃 노드의 정보는,

이웃 노드의 아이디, 전체 빔 개수, 이웃 노드의 지향성 전송 중 최상의 빔 번호, 이웃 노드로부터 신호를 수신한 방향의 빔 번호, 이웃 노드와의 거리, 이웃 노드의 고정 기기인지 여부, 이웃 노드의 코디네이터 여부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이웃 노드가 코디네이터인 경우,

상기 신호 전송부는,

자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 자신과 이웃 노드 간의 거리를 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 통보하는 것이 바람직하다.

상기 노드가 이동 기기인 경우,

상기 신호 수신부는,

복수의 빔의 방향 각각으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기하는 것이 바람직하다.

상기 모드 전환부는,

기 설정된 수신 모드 대기 시간이 초과하면, 슬립 모드로 전환하고, 슬립 모드 대기 시간이 경과하면, 다시 수신 모드 대기 상태로 전환하는 것이 바람직하다.

상기 수신 신호 분석부는,

신호를 수신한 주변의 이웃 노드가 코디네이터인 경우 또는, 주변 이웃 노드로부터 전송된 신호에 코디네이터 정보가 포함된 경우, 자신, 이웃, 코디네이터의 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 코디네이터 의 방향을 추정하는 것이 바람직하다.

상기 노드는,

주변의 이웃 노드 중 자신과 직접 통신을 수행할 수 없고, 이웃 노드를 통해 통신을 수행해야 하는 정보를 라우팅 테이블로 기록 및 관리하는 라우팅 테이블 관리부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

다른 본 발명은, 전방향 통신과 지향성 통신이 모두 가능한 노드에서의 이웃 디스커버리 방법으로서,

a) 노드가 미리 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 단계;

b) 수신 모드 대기 중에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신한 경우, 신호를 수신한 이웃 노드의 정보를 분석하는 단계;

c) 분석된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 정보로 등록하는 단계;를 포함한다.

상기 b) 단계 이후,

상기 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인하는 단계;

확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터로 전송하여 자신의 존재를 통보하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 자신의 존재를 통보하는 단계에서,

상기 노드가 자신의 노드 아이디, 전체 빔 개수, 자신이 신호를 전송하는 빔 의 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 두 노드 간 거리로 구성되는 자신의 노드 정보를 전송하는 것이 바람직하다.

상기 자신의 존재를 통보하는 단계에서,

상기 자신의 노드 정보를 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 자신의 존재를 통보하는 단계 이후에,

이웃 노드가 신규 노드의 존재 및 해당 노드의 빔 개수, 신호 수신 방향의 빔 번호, 신호 송신 노드가 사용한 빔의 번호, 수신된 노드 간 거리 정보, 추정 거리의 평균 값, 송신 노드의 고정 기기인지 여부, 송신 노드의 코디네이터인지 여부를 이웃 위치 테이블 정보로 등록하는 것이 바람직하다.

또 다른 본 발명은, 전방향 통신과 지향성 통신이 모두 가능한 노드에서의 이웃 디스커버리 방법으로서,

a) 노드가 미리 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 단계;

b) 수신 모드 대기 중에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우, 노드가 자신을 코디네이터(coordinator)로 하여 임의의 노드 아이디를 설정하고 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 전방향(omni-directional) 통신으로 전송하는 단계;

c) 상기 복수의 빔 방향으로 자신의 빔 정보를 전송하는 단계;

d) 기 설정된 시간 동안 전방향 수신 모드로 대기하여 주변 이웃 노드로부터 자신의 신호에 대한 응답을 대기하는 단계;를 포함한다.

상기 자신의 노드 정보는,

자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부로 구성된 것이 바람직하다.

상기 빔 정보는,

자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)로 구성된 것이 바람직하다.

상기 c) 단계는,

상기 빔 정보를 고정 기기용으로 기 설정된 전송 전력의 세기로 지향성(directional) 통신을 통해 전송하는 단계인 것이 바람직하다.

또 다른 본 발명은, 지향성 통신만 가능한 노드에서 이웃 디스커버리 방법으로서,

a) 노드가 이웃 노드가 감지될 때까지 복수의 빔 방향 각각 순차적으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기하는 단계;

b) 수신 모드 대기 중에 다른 노드로부터 신호를 수신한 경우, 신호를 수신한 주변의 이웃 노드의 정보를 확인하는 단계;

c) 상기 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인하는 단계;

d) 확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 수신된 정보를 이웃 위치 테이블 정보로 등록하고, 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터 에 해당하는 이웃 노드로 전송하여 자신의 존재를 통보하며,

확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터가 아닌 경우, 수신 신호에 포함된 이웃 위치 테이블 정보를 참조하여 자신의 이웃 위치 테이블 정보를 업데이트하는 단계;를 포함한다.

상기 d) 단계에서,

상기 자신의 노드 정보를 이동 기기용으로 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 이웃 노드가 코디네이터인 경우나, 이웃 노드가 코디네이터가 아니고 업데이트된 항목 중에 주변의 코디네이터에 관련된 정보가 포함된 경우,

상기 d) 단계 이후에,

자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 노드가 기 설정된 대기 시간 동안 이웃 노드를 감지하지 못하는 경우, 통신 가능 노드가 없다고 판단하고 자동으로 전원을 차단하고 슬립 모드로 전환하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 노드가 기 설정된 슬립 모드 시간이 경과한 후, 자동으로 전원을 공급하여 대기 모드로 전환하는 단계;를 더 포함하고,

상기 기 설정된 슬립 모드 시간은,

(z-1)*S (z>1, 정수)이며,

S는 수신 모드 대기 시간, 1/z은 작동 주기(duty cycle)인 것이 바람직하다.

또 다른 본 발명의 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법은, a) 노드가 자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정하여 빔 방향의 후보군을 결정하는 단계;

b) 노드가 상기 a) 단계에서 결정된 후보군이 되는 빔 방향 각각에 대해서 기 설정된 시간 동안 코디네이터의 방향으로 지향성 안테나를 설정한 후, 수신 모드로 대기하여 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한지 여부를 확인하는 단계;

c) 확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한 경우, 해당 빔의 번호를 비롯하여 관련 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트하고,

확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 불가능한 경우, 해당 코디네이터의 정보를 라우팅 테이블에 등록하는 단계;를 포함한다.

상기 c) 단계 이후에,

노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우,

노드가 변경된 주변 노드의 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트 하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 c) 단계 이후에,

노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우,

노드가 주변 노드로부터 전송되는 신호를 이전 이웃 위치 테이블에 기록된 정보와 비교하여 주변 노드의 최근 위치 정보로 업데이트하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드는 WLAN/WPAN 기술로 구성된 네트워크에서 노드가 지향성 안테나(directional antenna)를 구비하고 있을 때, 이웃 디스커버리를 효과적으로 수행할 수 있으며, 또한, 각 노드의 위치가 이동하거나 회전하는 경우와 각 노드의 기준 방향과 안테나 개수가 다른 경우를 모두 반영한 환경에서 주변 이웃 노드의 방향을 파악할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서 개시하는 무선 네트워크 환경에는 크게 두 가지로 구분이 되는 기기가 존재한다고 가정한다. 먼저, 고정 기기는 텔레비전과 같이 항시 전원이 공급되고 위치와 방향이 고정된 기기이며, 이 기기에 포함된 무선 네트워크 모듈은 전방향 통신(omni-directional communication)과 지향성 통신(directional communication)이 모두 가능한 안테나를 구비한다.

한편, 이동 기기는 휴대폰, 노트북 등 배터리로 전원이 공급되고 위치와 방향이 변경될 수 있는 기기로, 이 기기에 포함된 무선 네트워크 모듈은 지향성 통신이 가능한 안테나만을 구비한다.

여기에서, 지향성 통신을 수행한다는 의미는 360/n 도(°)를 기준으로 방향을 설정한 n가지의 빔 패턴(beam pattern)을 가질 수 있다는 것으로 가정하기로 한다.

실제로 switched 안테나인 경우, 상술한 가정과 일치하고, 여러 개의 안테나 엘리먼트(antenna element)를 가진 안테나 어레이(antenna array)는 이론적으로는 전방향으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있으나, 본 발명에서는 단순히 하여 생각하기로 한다.

각 빔은 기기의 기본 방향을 기준으로 반시계 방향으로 360/n*(k-1)도 (1≤k≤n)씩의 간격으로 번호를 매기고, 빔의 유효 폭은 360/n*x도 (1≤x≤2)로 하기로 한다.

예를 들어, x=1이면, 바로 이웃한 빔 간에 커버리지(coverage)가 전혀 겹치지 않으며, x=2이면, 바로 이웃한 빔과는 절반이 겹치고, 하나 건너서 위치하는 빔과는 겹치지 않을 정도라고 가정하기로 한다.

또한, 실제로는 3차원 공간 상에서 빔의 커버리지를 고려해야 하나, 본 발명에서는 기기 간의 높이의 차이가 크지 않기 때문에, 빔을 같은 평면 상에서만 고려해도 되는 것으로 가정하기로 한다.

이때, 빔 k는 (360/n*(k-3/2))*x도에서 360/n*(k-1/2)*x도 사이의 각도 범위를 커버하게 된다.

한편, 무선 통신 네트워크 시스템을 이루는 기기 간에는 동일한 기준 시각을 갖지 않고 있다고 가정한다.

맥(MAC)은 기존의 IEEE 802.15.3(WPAN) 또는 IEEE 802.11(WLAN)과 같이 최초에 채널(channel)을 억세스(access)할 때 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)로 동작하고, 이후 자원의 예약을 통한 할당을 할 수 있는 TDMA 방식의 동작이 가능한 일반적인 MAC이라고 가정하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2는 본 발명에 의한 주변 이웃 노드의 위치 관리 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 노드의 구성을 나타내는 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 노드는 주변에 위치하는 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 형태로 등록하여 관리한다.

예를 들어, 노드 A, 노드 B, 노드 C가 위치하는 경우, 노드 A는 주변의 이웃 노드인 노드 B와 노드 C의 정보를 이웃 위치 테이블 형태로 관리하고, 노드 B는 노드 A와 노드 C의 정보를 등록 및 관리하며, 노드 C는 노드 A와 노드 B의 정보를 등록 및 관리하는 것이다.

이웃 위치 테이블로 관리되는 정보는 노드 아이디, 빔 개수, 이웃 노드의 빔 방향, 자신의 빔 방향, 두 노드 간의 거리, 이동 기기인지 고정 기기인지 여부(이하에서는, 고정 기기인지 여부로 기재하기로 함), 코디네이터인지 여부를 포함한다.

노드에 대해서 보다 상세하게 설명하면, 노드(100)는 모드 전환부(110), 타이머(120), 신호 수신부(130), 신호 전송부(140), 수신 신호 분석부(150), 이웃 위치 정보 관리부(160) 및 라우팅 테이블 관리부(170)를 포함한다.

보다 상세히 설명하면, 모드 전환부(110)는 기 설정된 수신 모드 대기 시간이 초과하면, 슬립 모드로 전환하고, 슬립 모드 대기 시간이 경과하면, 다시 수신 모드 대기 상태로 전환한다. 이는, 노드가 이동 기기인 경우 적용되는 것으로, 대 기 모드 상태에서의 전력 소모를 줄이기 위한 것이다.

타이머(120)는 노드(100) 상에서 수신 모드로 대기해야 하는 시간을 비롯하여 제어 시간을 관리 및 통보한다.

예를 들어, 노드가 고정 기기인 경우, 전방향 수신 모드로 대기하는 시간을 관리하거나, 노드가 이동 기기인 경우, 복수의 빔 방향 각각 수신 모드로 대기해야 하는 시간 및 노드가 수신 모드 상태에서 슬립 모드 상태로 전환해야 하는 시간 등을 관리한다.

신호 수신부(130)는 수신 모드로 대기하는 상태에서 주변의 이웃 노드로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 구성이다.

여기에서, 노드가 고정 기기인 경우, 신호 수신부(130)는 기 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기한다.

또한, 노드가 이동 기기인 경우, 신호 수신부(130)는 복수의 빔의 방향 각각으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기한다.

신호 전송부(140)는 주변의 이웃 노드로 신호를 전송한다.

한편, 신호 전송부(140)는 신호 수신부(130)가 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우, 임의의 노드 아이디를 설정하고, 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 포함한 신호를 전방향으로 전송하고, 자신의 빔 정보를 복수의 빔 방향으로 각각 지향성 통신을 통해 전송한다.

여기에서, 자신의 노드 정보는 자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부를 포함한다.

또한, 빔 정보는 자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)를 포함한다.

한편, 신호 전송부(140)가 지향성 통신을 통해 빔 정보를 전송한 후, 신호수신부(140)는 전방향 수신 모드로 대기한다.

다른 한편, 수신 신호 분석부(150)에 의해서 이웃 노드가 코디네이터로 파악된 경우, 신호 전송부(140)는 자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 자신과 이웃 노드 간의 거리를 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 통보하여 자신의 존재를 인지하도록 한다.

수신 신호 분석부(150)는 주변의 이웃 노드로부터 수신한 신호를 파악한다.

여기에서, 수신 신호 분석부(150)에 의해서 파악되는 이웃 노드의 정보는 이웃 노드의 아이디, 전체 빔 개수, 이웃 노드의 지향성 전송 중 최상의 빔 번호, 이웃 노드로부터 신호를 수신한 방향의 빔 번호, 이웃 노드와의 거리, 이웃 노드의 고정 기기인지 여부, 이웃 노드의 코디네이터 여부를 포함한다.

또한, 수신 신호 분석부(150)는 신호를 수신한 주변의 이웃 노드가 코디네이터인 경우 또는, 주변 이웃 노드로부터 전송된 신호에 코디네이터 정보가 포함된 경우, 자신, 이웃, 코디네이터의 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 코디네이터의 방향을 추정한다.

예를 들어, 도 4를 참조하여, 인접한 세 노드 각각의 노드 아이디가 A, B, C 라 하고, 각각의 안테나 개수가 p, q, r개이며, 노드 A와 B 간의 방향 관계는 A는 B가 안테나 beam j번 방향으로 전송한 신호를 안테나 beam i번 방향으로 수신하고, 두 노드 간 추정된 거리가 c라고 가정한다. (1≤i≤p, 1≤j≤q)

또한, 노드 B와 C 간의 방향관계는 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 상에 B가 안테나 beam k번 방향을 통해 C의 안테나 beam l번 방향으로 서로 통신을 할 수 있다고 등록되어 있으며, 두 노드 간 추정된 거리는 a라고 가정한다. (1≤k≤q, 1≤l≤r)

상술한 정보를 기준으로 삼각함수 법칙을 활용하여 계산하면 cot(∠BAC)=c/a/sin(∠ABC)-cot(∠ABC)이다.

이 때, ∠ABC=θ라 하면, 360/n*(d-1)< θ <360/n*(d+1)이 된다. (d=|j-k|)

이를 통해 cot(∠BAC)의 값의 범위를 파악할 수 있고, ∠BAC의 범위도 파악할 수 있다.

따라서, 노드 A에서 B를 기준으로 볼 때 C의 각도의 범위를 추정할 수 있으므로, 이로부터 A와 C 사이에 통신을 할 때 A가 사용하기 적합한 빔(beam) 방향의 후보군을 결정하는 것이다.

이웃 위치 정보 관리부(160)는 수신 신호 분석부(150)에 의해서 파악된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 정보 테이블로 등록하여 관리한다.

또한, 이웃 위치 정보 관리부(160)는 이웃 노드로부터 전송되는 정보를 기초로 이웃 위치 정보 테이블에 기록된 정보를 업데이트한다.

라우팅 테이블 관리부(170)는 주변의 이웃 노드 중 자신과 직접 통신을 수행 할 수 없고, 이웃 노드를 통해 통신을 수행해야 하는 정보를 라우팅 테이블로 기록 및 관리한다.

도 5는 본 발명에 의한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도로서, 전방향 통신과 지향성 통신이 모두 가능한 노드에서의 이웃 디스커버리 방법을 예로 들어 설명하기로 한다. 즉, 노드가 고정 기기인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

먼저, 노드는 미리 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기한다(S101, S103).

수신 모드 대기 중에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신한 경우, 노드는 신호를 수신한 이웃 노드의 정보를 분석한다(S105, S107).

노드는 단계 S107에서 분석된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 정보로 등록한다(S109).

노드는 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인한다(S111).

여기에서, 단계 S111은 운용자의 필요에 따라 단계 S107 이후에 바로 수행하는 것도 가능하다.

확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 노드는 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터로 전송하여 자신의 존재를 통보한다(S113).

여기에서, 자신의 노드 정보는 자신의 노드 아이디, 전체 빔 개수, 자신이 신호를 전송하는 빔의 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 두 노드 간 거리로 구성된다.

또한, 단계 S113에서, 노드는 자신의 노드 정보를 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송한다.

한편, 단계 S113 이후에, 이웃 노드는 신규 노드의 존재 및 해당 노드의 빔 개수, 신호 수신 방향의 빔 번호, 신호 송신 노드가 사용한 빔의 번호, 수신된 노드 간 거리 정보, 추정 거리의 평균 값, 송신 노드의 고정 기기인지 여부, 송신 노드의 코디네이터인지 여부를 이웃 위치 테이블 정보로 등록한다.

다른 한편, 단계 S101의 전방향 수신 모드 대기 상태에서 미리 설정된 시간 내에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우, 노드는 자신을 코디네이터(coordinator)로 하여 임의의 노드 아이디를 설정하고 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 전방향(omni-directional) 통신으로 전송한다. 노드가 자신의 노드 정보를 전송하는 횟수는 바람직하게는 1회이지만, 운용자의 필요에 따라 변경 가능하다.

여기에서, 자신의 노드 정보는 자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부로 구성된다.

이어서, 노드는 복수의 빔 방향으로 자신의 빔 정보를 전송한다(S115).

여기에서, 빔 정보는 자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)로 구성된다.

단계 S115에서, 노드는 빔 정보를 고정 기기용으로 기 설정된 전송 전력의 세기로 지향성(directional) 통신을 통해 전송한다.

여기에서, 고정 기기용으로 기 설정된 전송 전력의 세기로 전송하는 것은 해당 신호를 수신하는 상대방이 수신된 전력 세기를 통해 두 노드 간의 거리를 추정하기 위한 것이다.

이후, 노드는 기 설정된 시간 동안 전방향 수신 모드로 대기하여 주변 이웃 노드로부터 자신의 신호에 대한 응답을 대기하는 단계 S101부터 재 수행한다.

도 6은 본 발명에 의한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도로서, 지향성 통신만 가능한 노드에서 이웃 디스커버리 방법을 예로 들어 설명하기로 한다.

먼저, 노드는 이웃 노드가 감지될 때까지 복수의 빔 방향 각각 순차적으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기한다(S201, S203).

수신 모드 대기 중에 다른 노드로부터 신호를 수신한 경우, 노드는 신호를 수신한 주변의 이웃 노드의 정보를 확인한다(S205).

노드는 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인한다(S207).

확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 노드는 수신된 정보를 이웃 위치 테이블 정보로 등록하고, 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하여 자신의 존재를 통보한다(S209, S211).

여기에서, 노드는 자신의 노드 정보를 이동 기기용으로 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송한다.

이때, 이동 기기용으로 기 설정된 전송 전력의 세기로 전송하는 것은 해당 신호를 수신하는 상대방이 수신된 전력 세기를 통해 두 노드 간의 거리를 추정하기 위한 것이다.

이웃 노드가 코디네이터인 경우나, 노드는 자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정한다(S213).

한편, 단계 S207의 확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터가 아닌 경우, 노드는 수신 신호에 포함된 이웃 위치 테이블 정보를 참조하여 자신의 이웃 위치 테이블 정보를 업데이트한다(S215).

이후, 단계 S211 이후의 동작을 수행하는 데 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

이웃 노드가 코디네이터가 아니고 업데이트된 항목 중에 주변의 코디네이터에 관련된 정보가 포함된 경우, 노드는 자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정한다.

도시하지 않았지만, 노드는 단계 S215에서 이웃 노드로부터 수신된 정보에 주변 코디네이터에 관련된 정보가 포함되어 있는지 여부를 확인하는 절차를 수행한다.

한편, 노드가 단계 S201의 수신 모드 대기 상태에서 기 설정된 대기 시간 동안 이웃 노드를 감지하지 못하는 경우, 노드는 통신 가능 노드가 없다고 판단하고 자동으로 전원을 차단하고 슬립 모드로 전환한다(S217).

이후, 기 설정된 슬립 모드 시간이 경과한 후, 노드는 자동으로 전원을 공급 하여 대기 모드(단계 S201의 수신 모드)로 전환한다(S219).

여기에서, 기 설정된 슬립 모드 시간은 (z-1)*S (z>1, 정수)이며, S는 수신 모드 대기 시간이다.

보다 상세히 설명하면, 노드는 S 동안 대기하며, 이웃 노드를 n개의 방향으로 각각 시간 T 동안 계속 돌아가며 감지하는 것이다. 즉, 작동 주기(duty cycle)가 1/z이 되는 것이다. 이때, S는 각 방향으로 시간 T 동안 대기하는 시간을 모두 합한 것이고, 이 시간의 (z-1)배 만큼을 슬립 모드로 동작하기 때문에, 전체 주기는 zS가 되는 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 노드는 자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정하여 빔 방향의 후보군을 결정한다(S301).

예를 들어, 도 4를 참조하여, 인접한 세 노드 각각의 노드 아이디가 A, B, C라 하고, 각각의 안테나 개수가 p, q, r개이며, 노드 A와 B 간의 방향 관계는 A는 B가 안테나 beam j번 방향으로 전송한 신호를 안테나 beam i번 방향으로 수신하고, 두 노드 간 추정된 거리가 c라고 가정한다. (1≤i≤p, 1≤j≤q)

또한, 노드 B와 C 간의 방향관계는 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 상에 B가 안테나 beam k번 방향을 통해 C의 안테나 beam l번 방향으로 서로 통신을 할 수 있다고 등록되어 있으며, 두 노드 간 추정된 거리는 a라고 가정한다. (1≤k≤q, 1≤l≤r)

상술한 정보를 기준으로 삼각함수 법칙을 활용하여 계산하면 cot(∠BAC)=c/a/sin(∠ABC)-cot(∠ABC)이다.

이 때, ∠ABC=θ라 하면, 360/n*(d-1)< θ <360/n*(d+1)이 된다. (d=|j-k|)

이를 통해 cot(∠BAC)의 값의 범위를 파악할 수 있고, ∠BAC의 범위도 파악할 수 있다.

따라서, 노드 A에서 B를 기준으로 볼 때 C의 각도의 범위를 추정할 수 있으므로, 이로부터 A와 C 사이에 통신을 할 때 A가 사용하기 적합한 빔(beam) 방향의 후보군을 결정하는 것이다.

이어서, 노드는 단계 S301에서 결정된 후보군이 되는 빔 방향 각각에 대해서 기 설정된 시간 동안 코디네이터의 방향으로 지향성 안테나를 설정한 후, 수신 모드로 대기하여 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한지 여부를 확인한다(S303, S305).

확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한 경우, 노드는 해당 빔의 번호를 비롯하여 관련 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트한다(S307).

만약, 단계 S305의 확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 불가능한 경우, 노드는 해당 코디네이터의 정보를 라우팅 테이블에 등록한다(S309).

여기에서, 라우팅 테이블에 등록한다는 의미는 노드가 해당 코디네이터와의 직접 통신이 불가능하기 때문에, 다른 이웃 노드의 중계를 통해 통신을 수행해야 한다는 의미이다. 이는, 노드와 코디네이터와의 거리가 멀기 때문에 직접 통신이 불가능하기 때문이다.

도시하지 않았지만, 단계 S307 또는 단계 S309 이후에, 노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우, 노드는 변경된 주변 노드의 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트한다.

이는, 노드가 자신의 위치 이동이나 회전 이동을 파악할 수 있는 GPS, 자이로(Gyro) 센서 등을 탑재하고 있는 경우에 주변 노드의 위치 정보를 업데이트하는 방법이다.

한편, 노드가 자신의 위치 이동이나 회전 이동을 자체적으로 파악할 수 없는 경우에는 다음과 같은 방법을 적용한다.

단계 S307 또는 단계 S309 이후에, 노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우, 노드는 주변 노드로부터 전송되는 신호를 이전 이웃 위치 테이블에 기록된 정보와 비교하여 주변 노드의 최근 위치 정보로 업데이트한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상과 같이, 본 발명의 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법과 이를 위한 노드는 WLAN/WPAN 기술로 구성된 네트워크에서 노드가 지향성 안테나(directional antenna)를 구비하고 있을 때, 이웃 디스커버리를 효과적으로 수행할 수 있으며, 또한, 각 노드의 위치가 이동하거나 회전하는 경우와 각 노드의 기준 방향과 안테나 개수가 다른 경우를 모두 반영한 환경에서 주변 이웃 노드의 방향을 파악할 필요성이 높은 것에 적합하다.

도 1은 일반적인 주변 이웃 노드의 위치 관리 방법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 의한 주변 이웃 노드의 위치 관리 방법을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 노드의 구성을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 의한 이웃 노드의 위치 및 방향을 파악하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 노드 110 : 노드 전환부

120 : 타이머 130 : 신호 수신부

140 : 신호 전송부 150 : 수신 신호 분석부

160 : 이웃 위치 정보 관리부 170 : 라우팅 테이블 관리부

Claims (28)

1. 노드 상에서 수신 모드로 대기해야 하는 시간을 비롯하여 제어 시간을 관리및 통보하는 타이머;

   수신 모드로 대기하는 상태에서 주변의 이웃 노드로부터 전송되는 신호를 수신하기 위한 신호 수신부;

   주변의 이웃 노드로부터 수신한 신호를 파악하는 수신 신호 분석부;

   상기 수신 신호 분석부에 의해서 파악된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 정보 테이블로 등록하여 관리하는 이웃 위치 정보 관리부;

   를 포함하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노드가 고정 기기인 경우,

   상기 신호 수신부는,

   기 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 신호 수신부가 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우,

   임의의 노드 아이디를 설정하고, 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 포 함한 신호를 전방향으로 전송하고, 자신의 빔 정보를 복수의 빔 방향으로 각각 지향성 통신을 통해 전송하는 신호 전송부;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
4. 제3항에 있어서,

   상기 자신의 노드 정보는, 자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부를 포함하고,

   상기 빔 정보는, 자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
5. 제3항에 있어서,

   상기 신호 전송부가 지향성 통신을 통해 빔 정보를 전송한 후, 전방향 수신 모드로 대기하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
6. 제3항에 있어서,

   상기 이웃 노드의 정보는,

   이웃 노드의 아이디, 전체 빔 개수, 이웃 노드의 지향성 전송 중 최상의 빔 번호, 이웃 노드로부터 신호를 수신한 방향의 빔 번호, 이웃 노드와의 거리, 이웃 노드의 고정 기기인지 여부, 이웃 노드의 코디네이터 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
7. 제6항에 있어서,

   상기 이웃 노드가 코디네이터인 경우,

   상기 신호 전송부는,

   자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 자신과 이웃 노드 간의 거리를 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 통보하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
8. 제1항에 있어서,

   상기 노드가 이동 기기인 경우,

   상기 신호 수신부는,

   복수의 빔의 방향 각각으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
9. 제1항에 있어서,

   기 설정된 수신 모드 대기 시간이 초과하면, 슬립 모드로 전환하고, 슬립 모드 대기 시간이 경과하면, 다시 수신 모드 대기 상태로 전환하는 모드 전환부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
10. 제8항에 있어서,

    상기 수신 신호 분석부는,

    신호를 수신한 주변의 이웃 노드가 코디네이터인 경우 또는, 주변 이웃 노드로부터 전송된 신호에 코디네이터 정보가 포함된 경우, 자신, 이웃, 코디네이터의 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 코디네이터의 방향을 추정하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
11. 제8항에 있어서,

    상기 노드는,

    주변의 이웃 노드 중 자신과 직접 통신을 수행할 수 없고, 이웃 노드를 통해 통신을 수행해야 하는 정보를 라우팅 테이블로 기록 및 관리하는 라우팅 테이블 관리부;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리를 위한 노드.
12. 전방향 통신과 지향성 통신이 모두 가능한 노드에서의 이웃 디스커버리 방법으로서,

    a) 노드가 미리 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 단계;

    b) 수신 모드 대기 중에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신한 경우, 신호를 수신한 이웃 노드의 정보를 분석하는 단계;

    c) 분석된 이웃 노드의 정보를 이웃 위치 테이블(neighbor location table) 정보로 등록하는 단계;

    를 포함하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 b) 단계 이후,

    상기 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인하는 단계;

    확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터로 전송하여 자신의 존재를 통보하는 단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 자신의 존재를 통보하는 단계에서,

    상기 노드가 자신의 노드 아이디, 전체 빔 개수, 자신이 신호를 전송하는 빔의 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 두 노드 간 거리로 구성되는 자신의 노드 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 자신의 존재를 통보하는 단계에서,

    상기 자신의 노드 정보를 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 자신의 존재를 통보하는 단계 이후에,

    이웃 노드가 신규 노드의 존재 및 해당 노드의 빔 개수, 신호 수신 방향의 빔 번호, 신호 송신 노드가 사용한 빔의 번호, 수신된 노드 간 거리 정보, 추정 거리의 평균 값, 송신 노드의 고정 기기인지 여부, 송신 노드의 코디네이터인지 여부를 이웃 위치 테이블 정보로 등록하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
17. 전방향 통신과 지향성 통신이 모두 가능한 노드에서의 이웃 디스커버리 방법으로서,

    a) 노드가 미리 설정된 시간 동안 전방향(omni-directional) 수신 모드로 대기하는 단계;

    b) 수신 모드 대기 중에 주변의 이웃 노드로부터 신호를 수신하지 못하는 경우, 노드가 자신을 코디네이터(coordinator)로 하여 임의의 노드 아이디를 설정하고 기 설정된 주기마다 자신의 노드 정보를 전방향(omni-directional) 통신으로 전송하는 단계;

    c) 복수의 빔 방향으로 자신의 빔 정보를 전송하는 단계;

    d) 기 설정된 시간 동안 전방향 수신 모드로 대기하여 주변 이웃 노드로부터 자신의 신호에 대한 응답을 대기하는 단계;

    를 포함하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 자신의 노드 정보는,

    자신의 노드 아이디, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부로 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 빔 정보는,

    자신의 노드 아이디, 전체 빔(beam) 개수, 신호를 전송하는 방향의 빔 번호, 고정 기기인지 여부, 코디네이터인지 여부, 이웃 위치 테이블 정보(neighbor location table information)로 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 c) 단계는,

    상기 빔 정보를 고정 기기용으로 기 설정된 전송 전력의 세기로 지향성(directional) 통신을 통해 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
21. 지향성 통신만 가능한 노드에서 이웃 디스커버리 방법으로서,

    a) 노드가 이웃 노드가 감지될 때까지 복수의 빔 방향 각각 순차적으로 기 설정된 시간 동안 수신 모드로 대기하는 단계;

    b) 수신 모드 대기 중에 다른 노드로부터 신호를 수신한 경우, 신호를 수신한 주변의 이웃 노드의 정보를 확인하는 단계;

    c) 상기 이웃 노드가 코디네이터인지 여부를 확인하는 단계;

    d) 확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터인 경우, 수신된 정보를 이웃 위치 테이블 정보로 등록하고, 자신의 신호 전송 구간에서 자신의 노드 정보를 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하여 자신의 존재를 통보하며,

    확인 결과, 이웃 노드가 코디네이터가 아닌 경우, 수신 신호에 포함된 이웃 위치 테이블 정보를 참조하여 자신의 이웃 위치 테이블 정보를 업데이트하는 단계;

    를 포함하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 d) 단계에서,

    상기 자신의 노드 정보를 이동 기기용으로 기 설정된 전력 세기로 지향성 통신을 통해 코디네이터에 해당하는 이웃 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
23. 제21항에 있어서,

    상기 이웃 노드가 코디네이터인 경우나, 이웃 노드가 코디네이터가 아니고 업데이트된 항목 중에 주변의 코디네이터에 관련된 정보가 포함된 경우,

    상기 d) 단계 이후에,

    자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정하는 단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
24. 제21항에 있어서,

    상기 노드가 기 설정된 대기 시간 동안 이웃 노드를 감지하지 못하는 경우, 통신 가능 노드가 없다고 판단하고 자동으로 전원을 차단하고 슬립 모드로 전환하는 단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
25. 제24항에 있어서,

    상기 노드가 기 설정된 슬립 모드 시간이 경과한 후, 자동으로 전원을 공급하여 대기 모드로 전환하는 단계;를 더 포함하고,

    상기 기 설정된 슬립 모드 시간은,

    (z-1)*S (z>1, 정수)이며,

    S는 수신 모드 대기 시간, 1/z은 작동 주기(duty cycle)인 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
26. a) 노드가 자신, 이웃, 코디네이터 세 노드 간의 이웃 위치 테이블 정보를 기초로 자신의 위치를 기준으로 한 코디네이터의 방향을 추정하여 빔 방향의 후보군을 결정하는 단계;

    b) 노드가 상기 a) 단계에서 결정된 후보군이 되는 빔 방향 각각에 대해서 기 설정된 시간 동안 코디네이터의 방향으로 지향성 안테나를 설정한 후, 수신 모드로 대기하여 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한지 여부를 확인하는 단계;

    c) 확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 가능한 경우, 해당 빔의 번호를 비롯하여 관련 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트하고,

    확인 결과, 해당 코디네이터와의 직접 통신이 불가능한 경우, 해당 코디네이터의 정보를 라우팅 테이블에 등록하는 단계;

    를 포함하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
27. 제26항에 있어서,

    상기 c) 단계 이후에,

    노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우,

    노드가 변경된 주변 노드의 위치 정보를 이웃 위치 테이블에 업데이트 하는 단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방법.
28. 제26항에 있어서,

    상기 c) 단계 이후에,

    노드의 이동 또는 회전에 의하여 주변 노드의 위치 정보가 변동된 경우,

    노드가 주변 노드로부터 전송되는 신호를 이전 이웃 위치 테이블에 기록된 정보와 비교하여 주변 노드의 최근 위치 정보로 업데이트하는 단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지향성 MAC에서의 이웃 디스커버리 방 법.

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