KR101603098B1

KR101603098B1 - 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법

Info

Publication number: KR101603098B1
Application number: KR1020150107520A
Authority: KR
Inventors: 윤창호; 조아라; 박종원; 임용곤
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-03-15

Abstract

본 발명은 해상 통신을 위한 수중 음향 네트워크의 정밀 시간-경계 시분할 다중 접근 방법에 관한 것으로서, 해상에서 통신 네트워크를 제어하는 모선 및 수중의 클러스터 헤더들간 수중 장거리 통신을 위한 프로토콜 방법에 있어서, 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 통신의 시간 동기화 프로토콜은 (a) 상기 모선이 패킷 트레인 형태의 비콘을 브로드캐스트하는 단계; (b) 상기 클러스터 헤더가 상기 비콘의 연속한 N개의 패킷을 수신하여 패킷 수신 시각을 저장하는 단계; (c) 매체 접속 제어 타임 스탬프를 통해 패킷 송신 시각과 상기 패킷 수신 시각을 이용하여 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 초기 전파 지연 시간을 획득하는 단계; (d) 상기 수신한 패킷의 수신 시각 차이를 이용하여 초기 클록 스큐를 추정하는 단계; (e) 상기 추정된 초기 클록 스큐를 이용하여 상기 수신된 패킷의 전파 지연 시간 변화량을 추정하는 단계; (f) 상기 저장된 패킷 수신 시각, 추정된 상기 초기 클록 스큐 및 상기 전파 지연 시간 변화량을 이용하여 재추정 클록 스큐 및 재추정 클록 오프셋을 도출하는 단계; 및 (g) 도출된 상기 재추정 클록 스큐 및 상기 재추정 클록 오프셋을 이용하여 패킷 수신시 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임을 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법{A time synchronization protocol for long range underwater networks}

본 발명은 시간 동기화 프로토콜 방법에 관한 것으로서, 특히, 수중 통신 네트워크 환경에 효율적으로 동작하도록 단방향 지연 측정의 동기화 방식, 클럭 스큐 제거 방식, 패킷 트레인 방식을 이용하며, 매체 접속 제어의 타임 스탬프 및 연속된 패킷 수신 시각차를 이용하여 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행이 가능한 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법 에 관한 것이다.

삭제

일반적으로, 수중 환경은 지상 환경에 비해 통신 환경이 매우 척박하다. 신호의 전송속도는 매우 느리며, 사용 가능한 채널의 개수도 매우 한정적이고 사용 가능한 대역폭도 매우 좁다.
이러한 척박한 수중 환경에도 불구하고, 다양한 형태의 수중 통신에 대한 요구는 급증하고 있는 실정이다.
수중에도 다양한 노드(node)들이 존재할 수 있는데, 여기에서 노드란 통신 가능한 물체를 의미한다.
이러한 노드는 AUV(Automatic Underwater Vehicle), 잠수함, 다이버와 같은 이동 가능한 대상에 구현될 수도 있고, 고정적인 대상에 구현될 수도 있다.
이와 같은 수중 노드들 간에 통신 네트워크를 구성하는데 있어서, 각자 로컬 클럭(local clock)을 사용하는데, 이는 각 오실레이터(oscillator)에 따라 클럭의 오프셋(offset)과 스큐(skew)가 달라진다.
또한, 노드 간 정확한 데이터 송수신을 위해서 모든 노드들의 로컬 클럭 정보를 공통화(globalize)하여 시간을 맞추는 동기화 과정이 반드시 필요하다.
특히, 타겟 트래킹(target tracking)이나 비상 상황 같이 시간에 민감하게 대처해야 하는 경우, 지역화(Localization)와 같은 위치 추정에 있어서 거리에 따른 데이터 수신시각 차이를 이용하고, 수중 광역 이동 통신에서 TDMA나 CSMA/CA의 DCF(Distributed Coordination Function) 방식, 슬롯 알로하(slotted aloha) 방식은 시간 동기화 과정은 필수적이라 할 수 있다.
한편, 육상 동기화에 대한 연구 역시 활발히 진행되고 있으며, 각종 어플리케이션(application) 특성에 맞는 동기화 프로토콜이 현재 다양하게 연구 개발되고 있다.
육상 동기화 중 상 센서 네트워크 동기화 프로토콜은 단일 홉 대비 다중 홉 동기화, 고정 노드 대비 이동 노드 동기화, MAC 계층 기반 대비 표준 방식 동기화 등으로 분류되어 어플리케이션에 특화된 프로토콜들이 고도화 되어 제안되어 왔다.
동기화는 지연 시간 측정 방식에 따라 왕복 지연 시간(RTT: Round Trip Time)을 측정하는 양방향(two-way) 방식과 단방향(one-way) 방식으로 나누어 진다.
예를들어, VoIP(Voice Over Internet Protocol)와 같은 실시간 응용에서는 네트워크의 비대칭성(asymmetry) 때문에 왕복 지연 시간으로 측정한 지연시간을 단방향 지연 시간으로 대처하기 어려워 단방향 지연 측정 방식으로 동기화가 실시된다.
단방향 동기화 방식은 네트워크 시간 프로토콜(Network Time Protocol, NTP), GPS, IEEE 1588 등과 같은 외부 서버를 이용하는 방식과 두 노드 간 클록의 스큐의 영향을 제거하여 동기화를 수행하는 종단간 측정방식으로 크게 분류된다.
그런데, 수중 통신 네트워크에서는 수중에서의 고유 특성과 제약성으로 인해 육상 네트워크의 동기화 기법을 그대로 사용하기가 적합하지 않다.
즉, 육상 네트워크에서 단방향 지연 방식에서는 전송 지연(transmission delay), 전파 지연(propagation delay)이 일정한 반면, 트래픽(traffic) 변화에 따른 큐잉 지연(Queuing delay)이 가장 가변적인 상황에서 클록의 스큐를 계산하는 기법들이 있다.
또한, GPS의 사용불가, 긴 전파지연(1500m/s), 낮은 전송 속도, 높은 비트 오류율, 해류의 영향으로 인한 노드의 이동성, 도플러 효과, 제한적 전력 소비, 성층화 효과(stratification effect) 등과 같은 수중 네트워크의 고유 특성을 고려한 맞춤형 동기화 기법들이 있다.
예를 들어, 수중 네트워크의 가장 큰 제약 중 하나인 긴 전파지연 시간을 고려한 동기화 프로토콜인 TSHL(time synchronization for high latency)이 최초로 제안되었다.
수중 노드의 이동성을 고려하여 클러스터 기반의 동기화 프로토콜인 MU-Sync 가 제안되었고, 수중 노드 간 공간상관관계를 이용하여 동기화하는 Mobi-Sync 프로토콜이 제시되었다.
도플러 편이를 이용한 최초의 동기화 프로토콜로 D-sync가 있으며, 뒤이어 DA-Sync, TSMU 프로토콜이 제안되었고, JSL(joint time synchronization and localization)은 수중 매질의 비균일성으로 인한 성층화 효과를 보상한 최초의 동기화 프로토콜로 위치 인식(localization)과 시간 동기화를 조합하여 정확도를 높이고자 시도하였다.
하지만, 상기 방식들은 통신 거리가 증가할수록 전파 지연 시간의 변이 요소와 불확실성은 더욱 커지며, 이로 인한 추정 오류는 더욱 증가하는 한계가 있었다.
또한, 동기화를 위해 수 차례의 보정과정을 통해 소요되는 계산량과 오버헤드 등을 고려할 때 비효율적이고, 동기화를 위한 계산 소요 시간이 급격히 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 양방향 지연 방식은 정확성은 어느 정도 확보되나 전파 지연 시간이 매우 길기 때문에 왕복 지연 시간 측정으로 인해 동기화를 위한 과정이 길어지는 단점이 있고, 단방향 지연 방식은 동기화에 소요되는 시간을 줄이기에 좋으나 정확성이 떨어지는 단점이 있었다.

이에 본 발명자는 수중 통신 네트워크에서 주된 지연 요소인 전파 지연을 어떻게 처리할 것인가가 관건이며 전파 지연 시간을 얼마나 정확하게 추정하는가가 수중 동기화 기법에 주요 관심사임에 착안하여, 통신 거리가 증가해도 전파 지연 시간의 추정 없이 동기화시키고, 동기화를 위한 보정과정 없이 동기화를 위한 계산량과 오버헤드를 방지하며, 동기화에 소요되는 시간을 단축함과 동시에 정확성까지 확보할 수 있는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법을 고안하기에 이르렀다.

KR

10-1090402

B

본 발명은 해류의 영향과 노드의 이동성으로 인해 비대칭성이 강하고 전송 속도가 낮은 수중 통신 네트워크 환경에 효율적으로 동작하도록 단방향 지연 측정의 동기화 방식, 클럭 스큐 제거 방식, 패킷 트레인 방식을 이용하며, 매체 접속 제어의 타임 스탬프 및 연속된 패킷 수신 시각차를 이용하여 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행이 가능한 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법을 제공하는 것이다.

삭제

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법은 해상에서 통신 네트워크를 제어하는 모선 및 수중의 클러스터 헤더들간 수중 장거리 통신을 위한 프로토콜 방법에 있어서, 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 통신의 시간 동기화 프로토콜은 (a) 상기 모선이 패킷 트레인 형태의 비콘을 브로드캐스트하는 단계; (b) 상기 클러스터 헤더가 상기 비콘의 연속한 N개의 패킷을 수신하여 패킷 수신 시각(

)을 저장하는 단계; (c) 매체 접속 제어 타임 스탬프를 통해 패킷 송신 시각(

)과 상기 패킷 수신 시각을 이용하여 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 초기 전파 지연 시간(

)을 획득하는 단계; (d) 상기 수신한 패킷의 수신 시각 차이를 이용하여 초기 클록 스큐(

)를 추정하는 단계; (e) 상기 추정된 초기 클록 스큐(

)를 이용하여 상기 수신된 패킷의 전파 지연 시간 변화량(

)을 추정하는 단계; 및 (f) 상기 저장된 패킷 수신 시각(

), 추정된 상기 초기 클록 스큐(

) 및 상기 전파 지연 시간 변화량(

)을 이용하여 재추정 클록 스큐(

) 및 재추정 클록 오프셋(

)을 도출하는 단계; 및 (g) 도출된 상기 재추정 클록 스큐(

) 및 상기 재추정 클록 오프셋(

)을 이용하여 패킷 수신시 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임을 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 의할 경우, 수중 통신 네트워크 환경에서 동기화의 정확성이 향상되고, 동기화 시간이 감축되며, 동기화를 위한 별도의 패킷이 불필요하여 메시지 오버헤드를 최소화할 수 있다.
또한, 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행이 가능하여 시간 추정에 의한 에러의 영향이 최소화되고, 종래의 수중 동기화 프로토콜과 비교할 때 에너지 효율, 동기화 복잡도, 동기화 추정 과정 지연시간 측면에서 성능이 향상된다.

삭제

도 1은 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법을 구현하기 위한 수중 장거리 네트워크 사양을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법 의 고려 사항 및 설계 방향을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법 의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 모선(CS)과 클러스터 헤더(CH) 간 동기화 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 클러스터 헤더(CH)들 상호 간 동기화 동작을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
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 있다는 것을 의미한다.
또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 발명의 기본 원리는 모선과 클러스터 헤더가 송수신하는 신호의 패킷을 일괄전송에 용이한 패킷 트레인 형태로 생성하는 것이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에서 사용하는 클러스터 헤더(CH, Cluster Header)는 모선(CS, Command Ship)과 상대적인 개념으로서, 수중을 이동하는 이동노드를 의미한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법을 구현하기 위한 수중 장거리 네트워크 사양을 나타내는 구성도이다.
통신범위는 30 km 로서, 전파지연 시간은 최대 20 초, 단일 채널(single channel) 및 하프-듀플렉스(half-duplex) 방식이며, 멀티 홉(multi-hop), 전방향(Omni-directional) 안테나, 중앙 집중식(Centralized) 토폴로지(topology)이다.
모선(CS)은 해상에서 네트워크 전체를 제어하며, 수중 모뎀을 장착하여 클러스터 헤더(CH)와 통신하고 육상 기지국과도 통신한다.
모선(CS)과의 통신 거리를 벗어나면 다중홉 통신으로 클러스터 헤더(CH)를 통해 데이터를 하고, 클러스터 헤더(CH)는 수중 이동 노드와 선단을 이루며 모선(CS)과 장거리 통신. 클러스터 헤더(CH)간 통신, 선단을 이루는 이동 노드 간에는 단거리 통신을 수행한다.
데이터 속도(rate)는 100 bps, 최대 노드수는 64 개, 최대 홉수는 3 홉으로 설정한다.
또한, 모선(CS)은 노드들의 초기 위치를 알고, 모선(CS)의 위치는 변경이 안되며, 클러스터 헤더(CH)는 모선(CS)의 초기 위치를 알고 있다고 가정한다.

도 2는 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법 의 고려 사항 및 설계 방향을 나타내는 도면이다.
일반적으로, 수중 통신 네트워크는 해류의 영향과 노드의 이동성으로 인해 비대칭성이 강하므로 본 발명은 단방향(one-way) 지연 측정의 동기화 방식과 클럭 스큐 제거(clock skew removal) 방식을 이용한다.
또한, 수중에서는 채널의 상태가 좋을 때 여러 패킷을 보내는 것이 더 유리하므로, 수중의 낮은 전송 속도를 고려하여 패킷 트레인 방식을 이용한다.
즉, 메시지를 많이 보낼수록 많은 정보를 보낼 수 있을 뿐 아니라, 동기화가 보다 정확해지고, 한번에 여러 패킷을 한 방향으로 받기 때문에 수중 동기화 시간이 줄어들어 재동기화를 위한 수행시간이 빨라진다.
한편, 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control)의 타임 스탬프(time stamp)를 이용하여, 동기화에 필요한 정보는 매체 접속 제어 계층에서 생성하고 동기화를 위한 별도의 패킷을 생성하지 않아, 시간 동기화를 위한 메시지 오버헤드를 최소화한다.
또한, 연속된 패킷 수신 시각차를 이용하여 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행을 가능하게 함으로써 시간 추정에 의한 에러의 영향을 최소화한다.
이를 통하여 본 발명은 종래의 수중 동기화 프로토콜과 비교할 때, 동기화 성능은 비슷하면서, 에너지 효율, 동기화 복잡도, 동기화 추정 과정 지연시간 측면에서 성능이 향상된다.

아울러, 본 발명을 설명하기 위하여 기재한 파라미터들을 다음의 [표 1]에 기재된 파라미터와 그에 대한 정의와 같이 정의하기로 한다.

도 3은 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법 의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 모선(CS)과 클러스터 헤더(CH) 간 동기화 동작을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 모선(CS)과 클러스터 헤더(CH) 간 동기화 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모선(CS)은 거의 움직이지 않고 초기 위치를 유지한 상태에서, 모선(CS)의 클럭은 GPS와 연동되어 네트워크의 기준 클록이 되고, 전송하는 패킷의 길이는 고정되어 있으며, 패킷간 지연 시간은 소정의 고정된 길이와 고정된 패킷간 지연을 포함하는 것으로 가정한다.
도 3에서 보는 바와 같이, CS와 CH간 동기화는 1홉 통신으로서, 모선(CS)이 비콘을 브로드캐스팅할 때(S110), 비콘은 패킷 트레인 형태로 전송되고, 매 패킷마다 매체 접속 제어 타임 스탬프를 이용하여 송신 시간(

)을 함께 전송한다.
클러스터 헤더(CH)는 N개의 연속한 패킷을 수신하고, 수신한 시각(

)을 저장한다(S120).
패킷 트레인 번호가 N번일 때까지 상기 단계들을 반복한다.
클러스터 헤더(CH)의 로컬 클록 타임은 클록 스큐(a)와 클록 오프셋(b)를 이용하여 다음의 수학식과 같이 표현된다.

모선(CS)과 클러스터 헤더(CH)간 초기 전파 지연 시간(

)은 매체 접속 제어 타임 스탬프를 통해 패킷 송신 시각과 패킷 수신 시각을 토대로 획득된다(S130).
연속 수신된 패킷의 수신 시각 차(

)를 계산한 후에, 수중 전파 지연 시간 추정 오류를 최소화하기 위해 수신 시각 차이에 의한 초기 클록 스큐(

)를 다음과 같은 수학식에 따라 추정한다(S140).

추정한 초기 클록 스큐(

)를 이용하여 수신 시각 차이에 의한 전파 지연 변화량(

)을 다음과 같은 수학식에 따라 추정한다(S150).

연속적으로 수신한 패킷의 수신 시각, 초기 클록 스큐, 전파 지연 시간 변화량(

)을 토대로 선형 회귀 수행을 통해 재추정 클록 스큐(

)와 재추정 클록 오프셋(

)을 도출한다(S160).
초기 클록 스큐(

), 상기 송신 시간(

), 상기 초기 전파 지연 시간(

) 및 상기 클록 오프셋(b)을 이용하여 패킷 수신시 클러스터 헤더(CH)의 로컬 클록 타임을 다음과 같은 수학식에 따라 업데이트한다(S170).

도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 클러스터 헤더(CH)들 상호 간 동기화 동작을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 시간 동기화 프로토콜 방법 중 클러스터 헤더(CH)들 상호 간 동기화 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
클러스터 헤더(CH)들 상호 간 동기화는 다중 홉 통신으로서, 먼저 이웃 클러스터 헤더(CH)로부터 비콘을 수신한다(S210).
현재 홉 번호와 수신된 패킷의 홉 번호를 비교하여(S220) 수신된 패킷의 홉 번호가 현재 홉 번호보다 더 크면 수신 비콘을 드롭하고(S290), 수신 패킷의 홉번호가 현재 홉 번호보다 작으면 동기화 함수를 호출한다(S230).
그 후에, 해당 로컬 클록 타임을 갱신한 다음(S240), 현재 홉 번호와 수신된 패킷의 홉 번호의 동일 여부를 판단한다(S250).
만일, 수신 패킷의 홉 번호가 현재 홉 번호와 동일하면 동기화 함수를 호출하고(S260), 현재 클록의 오프셋 및 스큐와 계산된 클록의 오프셋 및 스큐의 평균값을 산출한 후에(S270), 해당 로컬 클록 타임을 갱신한다(S280).
단계(S250)에서 수신된 패킷의 홉 번호가 동일하지 않고, 현재 홉 번호보다 더 크면 수신 비콘을 드롭한다(S290).

이와 같이, 본 발명의 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법은 해류의 영향과 노드의 이동성으로 인해 비대칭성이 강하고 전송 속도가 낮은 수중 통신 네트워크 환경에 효율적으로 동작하도록 단방향 지연 측정의 동기화 방식, 클럭 스큐 제거 방식, 패킷 트레인 방식을 이용하며, 매체 접속 제어의 타임 스탬프 및 연속된 패킷 수신 시각차를 이용하여 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행이 가능하다.
이를 통하여, 수중 통신 네트워크 환경에서 동기화의 정확성이 향상되고, 동기화 시간이 감축되며, 동기화를 위한 별도의 패킷이 불필요하여 메시지 오버헤드를 최소화할 수 있다.
또한, 전파지연 시간의 추정 없이 동기화 진행이 가능하여 시간 추정에 의한 에러의 영향이 최소화되고, 종래의 수중 동기화 프로토콜과 비교할 때 에너지 효율, 동기화 복잡도, 동기화 추정 과정 지연시간 측면에서 성능이 향상된다.
이상, 일부 실시예를 들어서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 이와 같은 설명은 예시적인 것에 불과한 것으로서, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수 없다 할 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하거나 수정 또는 치환하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

삭제

CS: 모선 CH: 클러스터 헤드

Claims

해상에서 통신 네트워크를 제어하는 모선 및 수중의 클러스터 헤더들간 수중 장거리 통신을 위한 프로토콜 방법에 있어서,
상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 통신의 시간 동기화 프로토콜은
(a) 상기 모선이 패킷 트레인 형태의 비콘을 브로드캐스트하는 단계;
(b) 상기 클러스터 헤더가 상기 비콘의 연속한 N개의 패킷을 수신하여 패킷 수신 시각(
)을 저장하는 단계;
(c) 매체 접속 제어 타임 스탬프를 통해 패킷 송신 시각(
)과 상기 패킷 수신 시각을 이용하여 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 초기 전파 지연 시간(
)을 획득하는 단계;
(d) 상기 수신한 패킷의 수신 시각 차이를 이용하여 초기 클록 스큐(
)를 추정하는 단계;
(e) 상기 추정된 초기 클록 스큐(
)를 이용하여 상기 수신된 패킷의 전파 지연 시간 변화량(
)을 추정하는 단계;
(f) 상기 저장된 패킷 수신 시각(
), 추정된 상기 초기 클록 스큐(
) 및 상기 전파 지연 시간 변화량(
)을 이용하여 재추정 클록 스큐(
) 및 재추정 클록 오프셋(
)을 도출하는 단계; 및
(g) 도출된 상기 재추정 클록 스큐(
) 및 상기 재추정 클록 오프셋(
)을 이용하여 패킷 수신시 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임을 업데이트하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는
매 패킷마다 상기 매체 접속 제어 타임 스탬프를 이용하여 상기 패킷 송신 시각(
)을 함께 전송하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서
상기 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임은 클록 스큐(a)와 클록 오프셋(b)를 이용하여
과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서
상기 초기 클록 스큐는 상기 수신 시각(
)의 차이 및 상기 패킷 송신 시각(
)의 차이를 이용하여

과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (e) 단계에서
상기 전파 지연 시간 변화량은 상기 초기 클록 스큐(
) 및 상기 패킷 송신 시각(
)을 이용하여
과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (f) 단계에서
상기 재추정 클록 스큐(
) 및 상기 재추정 클록 오프셋(
)은 선형 회귀 수행을 통해 재추정되는 것을 특징으로 하는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 (g) 단계에서
상기 업데이트되는 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임은 상기 초기 클록 스큐(
) 및 상기 패킷 송신 시각(
), 상기 초기 전파 지연 시간(
) 및 상기 클록 오프셋(b)을 이용하여
와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 클러스터 헤더들 상호간 통신의 시간 동기화 프로토콜은
(h) 이웃 클러스터 헤더로부터 비콘을 수신하는 단계;
(i) 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 크기를 비교하는 단계;
(j) 상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호보다 크면 상기 수신된 비콘을 드롭하는 단계;
(k) 상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호보다 작으면 동기화 함수를 호출하는 단계;
(l) 해당 로컬 클록 타임을 갱신하는 단계;
(m) 상기 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 동일 여부를 판단하는 단계;
(n) 상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호와 동일하면 동기화 함수를 호출하는 단계;
(o) 현재 클록의 오프셋 및 스큐와 계산된 클록의 오프셋 및 스큐의 평균값을 산출하는 단계; 및
(p) 해당 로컬 클록 타임을 갱신하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 (m) 단계에서
상기 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 동일하지 않고 상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호와 크면 상기 수신된 비콘을 드롭하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
해상에서 통신 네트워크를 제어하는 모선 및 수중의 클러스터 헤더들간 수중 장거리 통신을 위한 프로토콜 방법에 있어서,
상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 통신의 시간 동기화 프로토콜은
(a) 상기 모선이 패킷 트레인 형태의 비콘을 브로드캐스트하는 단계;
(b) 상기 클러스터 헤더가 상기 비콘의 연속한 N개의 패킷을 수신하여 패킷 수신 시각(
)을 저장하는 단계;
(c) 매체 접속 제어 타임 스탬프를 통해 패킷 송신 시각(
)과 상기 패킷 수신 시각을 이용하여 상기 모선과 상기 클러스터 헤더간 초기 전파 지연 시간(
)을 획득하는 단계;
(d) 상기 수신한 패킷의 수신 시각 차이를 이용하여 초기 클록 스큐(
)를 추정하는 단계;
(e) 상기 추정된 초기 클록 스큐(
)를 이용하여 상기 수신된 패킷의 전파 지연 시간 변화량(
)을 추정하는 단계;
(f) 상기 저장된 패킷 수신 시각(
), 추정된 상기 초기 클록 스큐(
) 및 상기 전파 지연 시간 변화량(
)을 이용하여 재추정 클록 스큐(
) 및 재추정 클록 오프셋(
)을 도출하는 단계; 및
(g) 도출된 상기 재추정 클록 스큐(
) 및 상기 재추정 클록 오프셋(
)을 이용하여 패킷 수신시 클러스터 헤더의 로컬 클록 타임을 업데이트하는 단계;
를 포함하고,
상기 클러스터 헤더들 상호간 통신의 시간 동기화 프로토콜은
(h) 이웃 클러스터 헤더로부터 비콘을 수신하는 단계;
(i) 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 크기 비교에 따라 상기 수신된 비콘을 드롭하거나, 동기화 함수를 호출하고 해당 로컬 클록 타임을 갱신하는 단계; 및
(j) 상기 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 동일 여부 에 따라 상기 수신된 비콘을 드롭하거나, 동기화 함수를 호출하여 현재 클록의 오프셋 및 스큐와 계산된 클록의 오프셋 및 스큐의 평균값을 산출하고 해당 로컬 클록 타임을 갱신하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 (i) 단계는
상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호보다 크면 상기 수신된 비콘을 드롭하는 단계; 및
상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호보다 작으면 동기화 함수를 호출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 (j) 단계는
상기 수신된 패킷의 홉 번호가 상기 현재 홉 번호와 동일하면,
동기화 함수를 호출하여 현재 클록의 오프셋 및 스큐와 계산된 클록의 오프셋 및 스큐의 평균값을 산출하는 단계; 및
해당 로컬 클록 타임을 갱신하는 단계;를 포함하고,
상기 현재 홉 번호와 상기 수신된 패킷의 홉 번호의 동일하지 않으면,
상기 수신된 비콘을 드롭하는 것을 특징으로 하는,
수중 장거리 네트워크를 위한 시간 동기화 프로토콜 방법.