KR101617125B1 - 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 산업용 무선 센서 네트워크에서 동일한 트리 깊이의 노드들이 공유하는 공유 슬롯을 트리 깊이 별로 다르게 할당하여 TDMA 방식으로 실시간 데이터 전송을 수행하고, 동일한 트리 깊이의 노드들이 공유 슬롯 내에서 CSMA 방식으로 데이터 전송을 수행하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 수행하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

Description

무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING DATA TRANSMISSION BASED ON SHARED SLOTS IN WIRELESS SENSOR NETWORKS}
본 발명은 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 산업용 무선 센서 네트워크에서 각 트리 깊이의 노드들에게 트리 깊이별로 공유 슬롯을 할당하고 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 센서 노드가 CSMA 방식으로 공유 슬롯을 공유하여 데이터 전송을 수행하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
데이터를 센싱하는 많은 노드들 및 노드들로부터 데이터를 수집하는 싱크노드들로 구성되는 무선 센서 네트워크는 시간에 민감한 산업용 모니터링 분야 혹은 제어 분야에서 응용되어 확대되고 있다. 무선 센서 네트워크가 위험한 작업 환경의 안전 감시에 사용되는 경우 센싱된 데이터의 실시간 전송 및 전송의 보장성을 포함하는 신뢰성 전송이 요구된다. 실시간 전송은 설정된 시간 내에 싱크노드에 데이터를 전달하는 것이고, 보장성 전송은 센싱 데이터를 분실없이 싱크노드에 전달하는 것이다.
그러나, 무선 센서 네트워크의 센서 노드가 이동하거나 토폴로지가 변경되는 경우 실시간 보장 전송을 위하여 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 사용하는데 있어서 많은 제약이 따른다.
특히, TDMA 방식의 슬롯 스케줄링을 수행한 후 두 개의 노드 간 링크가 절단되는 등 비정상 상태가 되거나 토폴로지가 변경되면 무선 센서 네트워크의 전체 슬롯 스케줄링을 다시 수행해야 하므로 오버헤드가 많이 걸리고 효율성이 저하되는 문제가 있다.
한국등록특허 10-1217798호 (2012. 12. 26)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 산업용 무선 센서 네트워크에서 각 트리 깊이의 노드들에게 트리 깊이별로 공유 슬롯을 할당하여 TDMA 방식으로 실시간 데이터 전송을 수행하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 트리 깊이의 노드들이 그 트리 깊이에 할당된 공유슬롯을 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식으로 공유하여 데이터를 전송함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송을 수행하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 각 노드가 트리깊이별로 할당된 공유슬롯을 노드 자신의 트리깊이를 이용하여 계산하여 발견할 수 있어, 부모노드와의 링크가 절단되거나 트리 토폴로지가 변경된 경우에도 변경된 공유슬롯을 계산하여 데이터 전송을 수행할 수 있는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법은, 각 노드가 이웃노드 정보 테이블을 생성하고 이웃노드에 가입하여 트리를 형성하며 시간 동기화를 수행하는 네트워크 형성 단계, 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드에 의해 공유되는 공유슬롯을 트리 깊이별로 각 노드에 할당하는 공유 슬롯 할당 단계, 및 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드가 그 트리 깊이에 할당된 공유 슬롯을 CSMA 방식으로 공유하여 데이터 전송을 수행하는 데이터 전송 단계를 포함하며, 상기 공유 슬롯의 길이는 수신 슬롯의 길이 및 송신 슬롯의 길이로 구분되며, 인접한 트리깊이의 공유 슬롯들 간에 하위 노드의 송신 슬롯의 길이 및 상위노드의 수신 슬롯의 길이가 상호 오버랩 된다.
상기 데이터 전송 단계는, 부모노드로의 업스트림 링크가 단절된 노드는, 이웃노드 정보 테이블로부터 보조 부모노드를 검색하고 보조 부모노드를 선택하는 단계, 및 선택된 보조 부모노드로 공유 슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법은, 트리깊이가 변경된 노드는, 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 계산하는 단계, 갱신된 이웃노드 정보 테이블을 기반으로 부모노드를 선택하는 단계, 및 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯을 CSMA 방식으로 공유하여 상기 선택된 부모노드로 데이터 전송을 수행하는 단계를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치는, 트리 형태를 이루는 복수 개의 노드를 포함하며, 상기 노드는, 주 부모노드, 보조 부모노드 및 자식노드의 정보를 포함하는 이웃노드 정보 테이블을 생성하는 이웃노드 정보 테이블 생성부, 노드 자신의 트리깊이 값에 따라 다르게 할당되는 공유슬롯의 길이를 대기시간생성함수를 이용하여 계산하는 공유슬롯 할당부, 상기 공유슬롯을 이용하여 상기 자식노드로부터 데이터를 수신하고 상기 주 부모노드로 데이터를 송신하는 데이터송수신부, 및 상기 노드 자신의 트리깊이 값과 동일한 트리깊이 값을 갖는 하나 이상의 노드들과 CSMA 방식을 통하여 경쟁하여 상기 공유슬롯을 점유하고, 상기 공유슬롯을 스케줄링하여 데이터 수신 및 데이터 송신을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 공유슬롯 할당부는 상기 공유 슬롯의 길이를 수신 슬롯 및 송신 슬롯의 길이로 구분하며, 인접한 트리깊이의 공유 슬롯들 간에 하위 노드의 송신 슬롯의 길이 및 상위노드의 수신 슬롯의 길이가 상호 오버랩되도록 상기 공유 슬롯을 할당한다.
상기 제어부는, 상기 노드의 주 부모노드로의 업스트림 링크가 단절된 경우, 상기 이웃노드 정보 테이블로부터 보조 부모노드를 검색하고 보조 부모노드를 선택하며 부모노드 변경 플래그를 설정하며, 상기 선택된 보조 부모노드로 상기 공유슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송이 되도록 제어한다.
상기 노드의 트리깊이가 변경된 경우, 상기 공유슬롯 할당부는 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 계산하며, 상기 이웃노드 정보 테이블 생성부는 상기 이웃노드 정보 테이블을 갱신하며, 상기 제어부는, 상기 갱신된 이웃노드 정보 테이블을 기반으로, 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯에 대해 스케줄링하여 데이터 수신, 수신된 데이터와 노드 자신의 데이터의 결합, 결합된 데이터의 송신을 제어한다.
본 발명은 산업용 무선 센서 네트워크에서 각 트리 깊이의 노드들에게 공유 슬롯을 할당하여 TDMA 방식으로 실시간 데이터 전송을 수행할 뿐만 아니라, 동일한 트리 깊이의 노드들이 공유 슬롯 내에서 CSMA 방식으로 데이터 전송을 수행하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 수행하며 채널 활용도도 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 각 노드가 트리깊이별로 할당된 공유슬롯을 노드 자신의 트리깊이를 이용하여 계산하여 발견할 수 있어, 부모노드와의 링크가 절단되거나 트리 토폴로지가 변경된 경우에도 변경된 공유슬롯을 계산하여 데이터 전송을 계속적으로 수행할 수 있는 효과가 있다. 링크가 절단되거나 트리 토롤로지가 변경될 때마다 매번 슬롯 할당 및 스케줄링을 다시 수행할 필요가 없다.
본 발명은 공유 슬롯을 트리 깊이 즉, layer 별로 할당하고 layer 별로 데이터 전송이 가능하도록 함으로써 각 센서노드는 자신과 동일한 깊이에 있는 다른 센서노드들과만 전송경쟁을 하게 됨으로써 센서노드들 간 데이터 전송을 위한 경쟁이 최소화되어 간섭이 최소화되는 효과가 있다.
또한, 특정 깊이에 있는 센서노드들이 해당 깊이에 할당된 공유 슬롯을 이용하여 데이터를 전송할 때 그보다 하나 낮은 깊이에 있는 부모노드들을 제외하고는 네트워크의 모든 노드들이 슬리핑 상태에 들어감으로써 소비 전력이 절감되며, 노드들간의 균형적 에너지 소모를 효과적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치가 적용되는 무선 센서 네트워크의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치의 블럭 구성도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법을 나타내는 흐름도
도 4는 본 발명에 의한 대기시간생성함수의 베이스 a의 값에 따른 트리깊이별 대기 시간의 변화 정도를 나타내는 그래프
도 5는 인접한 트리깊이 별 공유 슬롯의 길이 관계도
도 6은 본 발명이 적용되는 데이터 전송을 위한 타이밍 차트
도 7은 본 발명에 의한 공유 슬롯을 이용한 패킷 스케줄링 알고리즘을 구현한 예시도
도 8은 정적 네트워크에서 채널 활용도를 비교한 그래프
도 9는 동적 네트워크에서 데이터 패킷 신뢰도를 비교한 그래프
도 10은 동적 네트워크에서 에너지 소비를 비교한 그래프
도 11은 동적 네트워크에서 채널 활용도를 비교한 그래프
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치가 적용되는 무선 센서 네트워크의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치의 블럭 구성도이다.
본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크는, 싱크노드(S) 및 싱크노드(S)로부터 트리 형태로 형성되는 복수 개의 센서노드(1-13)들을 포함한다. 싱크노드(S)의 트리깊이 값은 1이며, 싱크노드(S)의 자식노드(하위노드)들(1)(7)(10)은 트리깊이 값이 2이며, 말단노드(리프노드)들(4)(5)(6)(9)(13)은 트리깊이 값 4를 갖게 된다. 이와 같이 트리깊이 값이 낮아질수록 싱크노드 측에 위치하는 노드를 나타내게 되며 트리깊이 값이 커질수록 말단노드 측에 위치하는 노드를 나타내게 된다.
센서노드(1) 및 센서노드(2) 사이의 링크가 절단 등의 이유로 훼손된 경우, 종래의 무선 센서 네트워크는 트리구조가 복구되고 슬롯 재스케줄링이 이루어질 때까지 센서노드(2) 및 센서노드(4)에 할당된 슬롯들이 사용되지 못하는 상태로 낭비될 것이다.
그러나, 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크에서는 센서노드(2)가 센서노드(7)를 새로운 부모노드로 변경하여 데이터 전송을 수행할 수 있다.
본 발명에 의한 노드(100)는, 도 1의 복수개의 노드 각각(S,1-13)을 나타내며, 도 2에 도시된 바와 같이, 주 부모노드, 보조 부모노드 및 자식노드의 정보를 포함하는 이웃노드 정보 테이블을 생성하는 이웃노드 정보 테이블 생성부(110), 자신의 트리깊이에 해당되는 공유슬롯의 길이를 대기시간생성함수(이에 대해서는 후술하기로 함)를 이용하여 계산하는 공유슬롯 할당부(120), 자신의 트리깊이에 할당된 공유슬롯을 이용하여 자식노드로부터 데이터를 수신하고 주 부모노드로 데이터를 송신하는 데이터송수신부(130), 및 자신의 트리깊이와 동일한 트리깊이에 있는 하나 이상의 노드들과 CSMA 방식을 통하여 경쟁하여 상기 공유슬롯을 점유하고, 상기 공유슬롯을 스케줄링하여 데이터 수신 및 데이터 송신을 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
상기 제어부(140)는, 상기 노드(100)의 주 부모노드로의 업스트림 링크가 단절된 경우, 이웃노드 정보 테이블로부터 보조 부모노드를 검색하고 보조 부모노드를 선택하며 부모노드 변경 플래그를 설정하고, 상기 선택된 보조 부모노드로 상기 공유슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송이 되도록 제어한다.
상기 노드(100)의 트리깊이가 변경된 경우, 상기 공유슬롯 할당부(120)는 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 대기시간생성함수를 이용하여 계산하며, 상기 이웃노드 정보 테이블 생성부(110)는 상기 이웃노드 정보 테이블을 갱신하며, 상기 제어부는(140), 상기 갱신된 이웃노드 정보 테이블을 기반으로, 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯에 대해 스케줄링하여 CSMA 방식을 통한 데이터 전송을 제어한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명에서는, 유일한(unique) 슬롯을 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드들에게 할당하고 동일한 트리 깊이의 노드들이 데이터 전송 시 그 유일한 슬롯을 공유하도록 한다. 노드가 자신의 트리 깊이를 알고 있는 동안에는 슬롯 스케줄링을 위한 별도의 메시지 교환이 불필요하게 된다. 노드는 자신의 부모노드가 변경되더라도 동일한 트리 깊이가 유지된다면 공유 슬롯을 변경할 필요가 없다. 그러나 트리 깊이가 변경된다면 변경된 트리 깊이에 할당된 다른 공유슬롯을 이용할 수 있다.
공유슬롯 내에서 데이터 전송을 위하여 CSMA(Carrier Sense Multiple Access; 캐리어 감지 다중 액세스) 기법을 채용함으로써 데이터 전송의 경쟁으로 인해 충돌 및 지연이 발생될 수도 있다. 그러나 이는 데이터 전송의 경쟁이 동일 트리 깊이에 있는 노드들로 한정되며, 다른 한편으로는, 기회주의적(opportunistic) 병렬 전송이 가능해진다. 동일 트리 깊이에 있는 두 노드가 CSMA 동작 측면에서 서로 간섭을 주지 않는다면, 그 두 노드는 동시에 그들 각자의 부모노드들에게 패킷을 전송할 수 있다. 도 1의 노드(4) 및 노드(13)의 경우에 각자의 부모노드들에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다.
본 발명에서는 트리 깊이 값이 낮아질수록 길이가 지수함수적으로(exponentially) 증가되는 공유슬롯을 생성하는 수학식을 제안하며, 이에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
공유슬롯(SS; Shared Slot)은 동일한 트리 깊이 값을 갖는 하나 이상의 노드가 자식노드로부터 데이터 패킷들을 수신 및 각각의 부모노드에게 데이터 패킷을 송신하기 위해 CSMA 방식으로 공유되는 시간 간격이다. 이러한 공유슬롯은 트리깊이 별로 유일하게 할당되는 것이다.
트리 깊이 i에서 노드들에 할당된 공유슬롯은 SS(i)로 표시된다. SS(i)는 SSRx(i) 및 SSTx(i) 두 부분으로 나누어져 있다. SSRx(i)는 트리깊이 i에 있는 노드들이 각자의 자식노드들로부터 데이터 패킷들을 수신하기 위한 부분이고, SSTx(i)는 트리깊이 i에 있는 노드들이 각자의 부모노드들에게 데이터 패킷들을 송신하기 위한 부분이다.
한편, 본 발명에서 수퍼프레임(Super Frame; SF)은 아래 수식과 같이 트리 깊이가 상이한 노드들에 트리 깊이 값별로 할당된 모든 공유슬롯들의 송신 부분의 합이다. 이러한 수퍼프레임은, 싱크노드가 대기하는 최대 대기시간을 나타내는 것이다.
Figure 112015027207244-pat00001

이제, 본 발명에 의한 대기 시간 생성 함수에 대해 설명하기로 한다.
먼저 일반적인 대기 시간 생성 함수의 형태는 다음과 같다.
Figure 112015027207244-pat00002
................(1)
여기서, WTime(d)는 깊이 d의 노드가 데이터 전송 주기(RDTP)의 시작 시간에 자신의 부모노드로 데이터 패킷을 송신하기 위해 대기해야 하는 시간이다. 지수 함수의 베이스(base)인 a는 대기 시간의 길이를 조절하기 위한 파라미터이고 그 범위는 0 초과 1 이하의 범위, 즉 (0, 1]이다.
수식 (1)의 일반적인 대기 시간 생성 함수는, 무선 센서 네트워크에서 사용되는 응용프로그램의 실시간 제약 조건을 만족하기 위해서, 본 발명에서는 아래의 수식 (2)와 같이 변경할 수 있다.
Figure 112015027207244-pat00003
.................(2)
싱크노드의 트리깊이 값(d)이 1로 설정될 때, 수식 (2)에서 d=1을 치환하여 싱크노드의 대기 시간은 W1이 된다. 그러므로 싱크노드의 최대 대기 길이, 즉, WTime(1)은 W1과 같다. 싱크노드의 대기 시간 W1은 싱크노드가 슬리핑하는 시간 길이 및 슬리핑 상태로부터 깨어나서 하위노드로부터 데이터를 수신하는 시간 길이를 포함한다. 즉, 본 발명에서 싱크노드의 대기 시간 W1과 수퍼프레임(SF)의 길이가 동일하다고 할 수 있다.
이러한 W1의 값은, 무경쟁 모드에서 각 노드로부터 싱크노드로 모든 패킷들의 전송시간들의 합과 동일하거나 크게, 그리고 경쟁 모드에서 각 노드로부터 싱크노드로 모든 패킷들의 전송시간들의 합과 동일하거나 작게 설정되어야 한다. 따라서, W1의 경계는 수학적으로 아래의 수식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015027207244-pat00004
.........(3)
여기서, H는 트리의 최대 깊이값이고, nd는 트리깊이 d에 있는 노드들의 개수이며, T는 무경쟁 모드에서 패킷의 한 홉 전송 시간을 나타내며, E[D]는 CSMA(경쟁 모드)를 이용하여 노드가 그의 부모노드로 패킷을 송신할 때 패킷의 예상 지연을 나타낸다. 본 발명에서 이러한 W1의 값은 싱크노드에 의해 결정될 수 있도록 한다.
또한 대기 시간 결정 함수의 베이스인 a는, 노드가 그 부모 노드로 데이터 패킷을 송신하기 전에 양보해야 하는 대기 시간 기간을 조절하기 위한 파라미터이며, 이 a의 값 또한 싱크노드에 의해 결정될 수 있도록 한다.
도 4는 결정된 W1에 대해, 상이한 베이스 값에 대한 대기 시간 분포를 나타낸다. a의 값이 0.7, 0.6, 0.5 등등으로 감소함에 따라 인접한 트리깊이 사이의 대기 시간 차이가 증가되고 있음을 알 수 있다.
각 센서 노드가 균일하게 분포된 무선 센서 네트워크에서, 싱크노드는 W1 및 a의 값을 결정할 수 있다. 그러므로, 모든 노드들이 트리깊이 값에 따른 공유 슬롯 길이를 계산하고 슬롯 스케줄링을 분산적으로 수행하는 것을 자각할 수 있도록, W1 및 a는, 트리를 형성하기 위하여 전송되는 TCR, JREQ 및 JRES 메시지들에 포함될 수 있다.
이제, 본 발명에 의한 대기 시간 생성 함수로부터 공유 슬롯을 생성하는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 전술된 수식 (2)를 이용하여 공유 슬롯(SS)의 길이가 계산될 수 있다. 깊이가 i인 노드의 수신 슬롯 길이, SSRx(i)는 아래 수식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015027207244-pat00005
...(4)
깊이 i인 동일 노드의 송신 슬롯 길이, SSTx(i)는, 수식 (5)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015027207244-pat00006
......(5)
깊이 i의 노드의 공유 슬롯의 크기(SS(i))를 확인하기 위해서는, 수식 (4) 및 수식 (5)를 아래의 수식 (6)과 같이 요약할 수 있다.
Figure 112015027207244-pat00007
.......(6)
수식 (6)에 따르면, 트리깊이 값이 낮은 상위 노드들이 트리깊이 값이 높은 하위 노드들보다 큰 공유 슬롯(SS)을 이용할 수 있도록, 공유 슬롯(SS) 크기는 노드의 트리 깊이 값이 낮아질수록 지수함수적으로 증가된다. 인접하는 깊이의 공유슬롯의 크기가 서로 오버랩되므로 모든 공유 슬롯의 크기의 합은 수퍼프레임(SF) 크기보다 크게 된다.
그러므로, 본 발명에서 각 노드는 수식 (6)과 같은 대기 시간 생성 함수를 이용하여 트리 깊이 별로 다르게 할당되는 공유 슬롯을 생성할 수 있다. 도 5는 트리 깊이 값에 따라 다르게 할당되는 공유 슬롯에 대하여, 인접하는 트리 깊이의 공유 슬롯 간의 길이 관계를 나타낸다. 공유 슬롯 SS(i)는 SSRx(i) 및 SSTx(i)로 구분된다. 모든 노드가 자신의 자식노드로부터 데이터 패킷을 수신하고 자신의 부모노드에 데이터 패킷을 송신할 수 있도록, SSRx(i) 및 SSTx(i)는 각각 SSTx(i+1) 및 SSRx(i-1)와 오버랩된다.
다음으로, 본 발명에 의한 각 트리 깊이에 할당되는 공유 슬롯을 스케줄링하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
시간 동기화가 완료되면 각 노드는 수식 (6)을 이용하여 완전히 분산된 방식으로 슬롯 스케줄링을 수행한다. 'sTime'은 각 RDTP 사이클의 시작 시간을 나타낸다. 트리깊이 i값을 갖는 노드는 아래 수식(7)(8)(9)와 같이 공유 슬롯 스케줄링을 수행한다.
Figure 112015027207244-pat00008
..............(7)
Figure 112015027207244-pat00009
..............(8)
Figure 112015027207244-pat00010
..............(9)
여기서, sTime은 각 RDTP 사이클의 시작 시간을 나타내며, WTime(i)는 트리깊이 i값을 갖는 노드의 대기시간을 나타내는 것으로서, W1×ai-1에 의하여 계산되며, W1은 본 발명에 의한 수퍼프레임의 길이를 나타내고 a는 대기 시간 기간을 조절하기 위한 파라미터이며, WTime(i+1)은 트리 깊이 i+1 값을 갖는 노드의 대기 시간을 나타낸다.
도 6은 데이터 수신 및 데이터 송신을 위한 타이밍 시퀀스를 나타낸다. 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치는, 기준 시간, 즉, 싱크노드의 범용시간(GT(0))에서 트리 형성 프로세스를 초기화함으로써 동작을 시작한다. 모든 노드는 초기 형성 기간(Initial Construction Period; ICP) 내에서 싱크노드로부터 리프 노드(leaf node; 말단 노드)를 향해 연속적으로 해당 트리의 형성을 완료하고, 'GT(0)+MaxICP'의 시간에 RDTP(Reliable Data Delivery Period; 신뢰가능 데이터전송기간)을 시작한다. 여기서 MaxICP는 모든 노드가 트리 참여(일예로, 트리 멤버로부터 JRES 메시지를 수신함), 시간 동기화 및 슬롯 스케줄링을 완료하는, 최대 초기네트워크 형성 기간이다.
그런 다음, 트리깊이 i값을 갖는 하나 이상의 노드는 sTime 값을 인지하고 있기 때문에 수식 (7) 및 수식 (8)로부터 데이터 수신을 위한 수신시간 RxTime(i) 및 데이터 송신을 위한 송신시간 TxTime(i)를 획득할 수 있다.
이제, 본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 패킷 스케줄링 기법을 구현한 예시를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법은, 도 3 및 도 7을 참조하면, 각 노드가 이웃노드 정보 테이블을 생성하고 이웃노드에 가입하여 트리를 형성하며 시간 동기화를 수행하는 네트워크 형성 단계(S10), 각 노드가 자신의 트리깊이에 대응하는 대기시간생성함수를 이용하여 공유 슬롯의 길이를 계산하여 동일 트리깊이의 노드에 공유 슬롯을 할당하는 공유 슬롯 할당 단계(S20), 및 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드가 그 트리깊이에 할당된 공유 슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송을 수행하는 데이터 전송 단계(S30)를 포함한다.
먼저, 네트워크 형성 단계(S10)에서, 트리를 형성하는 동안, 모든 노드 i는 이웃 정보 테이블인 NIT(i)를 구성한다. NIT(i)= {(x, 상태, 깊이(x)) | x∈N(i)}를 나타낸다. 여기서 상태∈{주 부모노드, 보조 부모노드, 자식노드}이다. 즉, 상태는 주 부모노드, 보조 부모노드 및 자식노드 중 하나를 나타낸다. N(i)는 노드 i의 이웃노드들 집합을 나타낸다. 모든 링크는 양방향 전송 가능하다.
그런 다음 싱크노드는 트리 형성 요청 메시지(tree construction request message; TCR)를 발행함으로써 트리 형성을 초기화한다. TCR 메시지는 TCR=(노드ID, 범용시간)를 나타낸다. TCR 메시지를 수신하면, 단독 노드는 가입 요청 메시지(join request message; JREQ)를 송신함으로써 싱크노드에 가입한다. JREQ 메시지는 JREQ = (발신노드, 수신노드, 깊이, 범용시간)을 나타낸다. JREQ 메시지를 수신하면, 멤버 노드는 가입 응답 메시지(join response message; JRES)(JRES=(발신노드, 수신노드, 깊이, 범용시간))를 그 단독노드로 전송하고 그 단독노드를 자식노드로서 취한다. 또한 단독노드가 JRES 메시지를 수신하면, 단독노드는 멤버노드를 자신의 부모노드로 선택한다. JREQ 메시지를 우연히 수신한 다른 단독노드는 멤버노드가 되기 위하여 동일한 절차를 수행할 수 있다. 단독노드가 상이한 멤버노드들로부터 다중 JREQ 메시지들을 우연히 수신하게 되면, 그 단독노드는 싱크노드로의 최단 거리(최단 깊이)를 제공하는 멤버노드를 주 부모노드로 선택하고 동일한 거리(동일한 깊이)를 갖는 다른 멤버노드들을 보조 부모노드로 선택한다.
본 발명에 의한 공유 슬롯 스케줄링시, 노드 간에 스케줄을 교환할 필요가 없기 때문에 시간 동기화는 매우 단순하게 된다. 대신에, 각각의 노드는 네트워크에서 해당 노드의 깊이에 따라 이웃노드의 스케줄 뿐만 아니라 노드 자신의 스케줄을 결정할 수 있다. 싱크노드가 싱크노드 자신의 로컬 시간인 범용시간을 TCR 메시지에 포함하여 전송하고, 다른 노드들도 JREQ 메시지 및 JRES 메시지에 범용시간을 포함하여 전송함으로써, 모든 노드는 무선센서 네트워크(WSN)의 최종 목적지인 싱크노드에 동기화된다.
이와 같이 트리가 형성되면, 각 노드는 각자의 공유슬롯할당부(120)를 통해 노드 자신의 트리깊이에 대응되는 공유슬롯을 할당받는다. 이때 노드의 공유슬롯할당부(120)는 전술된 수식 (4)(5)(6)을 이용하여 공유슬롯을 계산한다(S20).
그런 다음 각 노드는 전술된 바와 같이 sTime 값(sTime = GT(0) + MaxICP)을 인지하고 있기 때문에 전술된 수식 (7)(8)을 이용하여 RxTime(i) 및 TxTime(i)을 계산하고 전술된 수식 (9)를 이용하여 SleepTime(i)을 계산한다.
이후, 트리깊이 i값을 갖는 어느 하나의 노드가, 트리깊이 i에 할당된 공유슬롯에 대한 사용권을 CSMA를 통해 획득한 경우, 그 노드와 그 부모노드만이 액티브 상태가 된다. 그리고 그 노드는 상기 계산된 수신시간(RxTime(i))에, 상기 트리깊이 i에 할당된 공유슬롯의 수신슬롯을 통해 하나 이상의 자식노드로부터 데이터를 수신한다. 모든 자식노드로부터 데이터 수신이 완료되면 슬리핑 상태가 된다.
또한, 그 노드는 상기 계산된 송신시간(TxTime(i))에, 상기 수신된 데이터 및 노드 자신의 데이터를 결합하여 부모노드로 상기 공유슬롯의 송신슬롯을 통해 송신한다.
그런 다음, 그 노드는 슬리핑시간(SleepTime(i))에 슬리핑 상태로 전환하는 것이다.
이제, 공유슬롯을 이용한 데이터 수신 및 데이터 송신에 대한 예시를 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 노드가 ICP 동안 트리 연결 및 동기화될 수 있는 경우, line 4에서, 노드는 RDTP 시작을 알리는 RDTPtimer를 sTime 값으로 셋팅하고, 에너지 절약을 위해 잔여 ICP 기간 동안 슬리핑 상태로 전환한다. RDTPtimer가 종료되면, 도 6의 RDTP 기간이 시작되었음을 인지하고 트리깊이 i의 노드는 자식노드가 존재하는지를 확인하며, 자식노드가 존재하면 데이터 수신 동작을 위한 수신웨이크업타이머(RxWakeuptimer)를 상기 RxTime(i) 값으로 셋팅한 후 슬리핑 상태로 전환한다.
상기 수신웨이크업타이머가 경과되면, 노드는 공유슬롯 사용권을 획득한 자식노드로부터 데이터를 수신하고 데이터 송신 동작을 위한 송신웨이크업타이머(TxWakeuptimer)를 TxTime(i) 값으로 셋팅하며 모든 자식노드로부터 데이터 수신이 완료되면 슬리핑 상태로 전환한다.
그러나, 상기 자식노드가 존재하는지를 확인한 결과 자식노드가 존재하지 않으면 노드는 데이터 수신을 생략하고 데이터 송신 동작을 위한 상기 송신웨이크업타이머를 TxTime(i) 값으로 셋팅한 후 슬리핑 상태로 전환한다.
상기 송신웨이크업타이머가 경과되면, 노드는 TxTime(i) 시점에서 깨어나서 송신 종료를 위한 송신종료타이머(TxEndtimer)를 TxTime(i)+SSTx(i)로 셋팅하고 수신된 데이터들 및 노드 자신의 데이터를 결합한다(도 9의 line 28 참조). 그런 다음 노드는 CSMA 방식으로 공유슬롯을 점유하여 상기 결합된 데이터를 부모 노드로 전송한다.
부모노드로 데이터 송신이 완료되지 못하면, 노드는 소정의 백오프 시간 이후에 데이터 재전송을 수행한다. 송신종료타이머(TxEndtimer)가 TxTime(i)+SSTx(i) 시점에 종료될 때까지 부모노드로 데이터 전송이 실패되면, 노드는 부모노드로의 링크가 절단되었다고 판단하고, 이웃노드 정보 테이블을 참조하여 보조 부모노드를 선택하며 부모노드 변경 플래그를 설정함으로써 동일한 전송 절차를 수행한다. 결합된 패킷의 전송을 완료하자마자, 노드는 MP 기간의 시작을 알리는 MP타이머를 셋팅한 후 line 31의 슬리핑 모드로 전환한다.
상기 MP타이머가 경과되면, 노드는 다음 RDTP 기간의 시작을 알리는 RDTP타이머를 셋팅한다.
이와 같이 각 노드는 노드 자신의 트리깊이에 따른 대기시간생성함수를 이용하여 자신의 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 계산하며, 데이터 수신, 데이터 송신 및 슬리핑 동작에 대한 스케줄링을 수행함으로써 토폴로지가 변경되거나 부모노드로의 링크가 절단된 경우에도 트리깊이에 할당된 공유슬롯을 이용할 수 있으며, 유휴 대기 시간을 단축하고 슬리핑 모드로 전환하여 에너지 소비를 절감할 수 있다.
또한, 모든 노드가 자신의 데이터를 전송하기 전에 자신의 자식노드로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터와 자신의 데이터를 결합한 후 부모노드로 전송하기 때문에, 이러한 데이터 결합 동작은 데이터 패킷의 헤더 및 트레일러 뿐만 아니라 많은 MAC 제어 메시지들이 불필요하게 되어 부하를 감소시키고 전력 소비를 감소시키게 된다. 아울러, 싱크노드(게이트웨이)에 더 가까운 노드들이 이러한 데이터 결합 동작으로부터 더 많은 혜택을 받게 되며, 이로써 전체 노드들 간 전력 소비의 균형이 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치에 대한 성능 평가 결과를 설명하기로 한다.
전술된 수식 (3)에 H=7, T=3.125ms, E[D]=30ms를 대입하여 W1의 이론적인 범위 0.25s≤ W1 ≤ 2.4s 가 획득되었다. 그러나 시뮬레이션에 의해 W1의 최적 값으로서 1.6이 선택되었다. [표 1]은 성능 평가를 위한 시뮬레이션의 중요한 파라미터 및 값을 나타낸다. 소형 트리 기반 네트워크에서 대기시간생성함수의 베이스 a의 대략적인 범위는 0.63≤a≤ 0.82 로 결정된다.
성능 평가를 위한 시뮬레이션은 노드간 링크가 안정된 상태의 정적 네트워크 및 랜덤하게 링크 절단이 발생되는 동적 네트워크에 대해 수행되었다. 노드의 전송 범위가 20m로 설정된 100m×100m 영역에 배치된 1 개의 싱크노드 및 25개의 센서노드들에 대해 성능 평가가 이루어졌다.
파라미터 값
노드의 개수, n 싱크노드 1개, 센서노드 25개
영역, d 100m ×100m
시뮬레이션 시간, T 600s
W1(본 발명) 1.6s
a (본 발명) 0.7
슬롯 크기(종래 기술: I-MAC) 20ms
전송 범위 20m (-25dBm)
채널 주파수, Fr 2.4GHz
경로 손실 모델 2-ray ground
센서 에너지 모델 MicaZ
배터리 모델 Linear
최대 Tx 시간(MAX_TIMES in I-MAC) 2
데이터 패킷 길이 100바이트
도 8은 정적 네트워크에서 채널 활용도를 비교한 그래프이며, 본 발명(SSAS)이 종래 기술(I-MAC)의 경우보다 채널 활용도가 매우 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 동적 네트워크에서 데이터 패킷 신뢰도를 비교한 그래프이며, 본 발명(SSAS)이 종래 기술(I-MAC)의 경우보다 패킷 신뢰도가 매우 높음을 알 수 있다.
도 10은 동적 네트워크에서 에너지 소비를 비교한 그래프이며, 본 발명(SSAS)이 종래 기술(I-MAC)의 경우보다 네트워크 전반적으로 에너지 소비량이 더 적은 것으로 나타난다.
도 11은 동적 네트워크에서 채널 활용도를 비교한 그래프이며, 본 발명(SSAS)이 종래 기술(I-MAC)의 경우보다 채널 활용도가 매우 높다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 성능 평가를 위한 시뮬레이션 결과, 본 발명은 노드간 링크가 안정된 상태의 정적 네트워크의 경우보다 랜덤하게 링크 절단이 발생되는 동적 네트워크의 경우에 데이터 패킷 신뢰도 및 채널 활용도가 종래 기술에 비해 매우 높으며 에너지 소비는 더욱 절감됨을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 그러므로 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
S: 싱크노드 1-13: 센서노드
100: 노드 110: 이웃노드 정보 테이블 생성부
120: 공유슬롯 할당부 130: 데이터 송수신부
140: 제어부

Claims (17)

  1. 각 노드가 이웃노드 정보 테이블을 생성하고 이웃노드에 가입하여 트리를 형성하며 시간 동기화를 수행하는 네트워크 형성 단계;
    동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드에 의해 공유되는 공유슬롯을 트리 깊이별로 각 노드에 할당하는 공유 슬롯 할당 단계; 및
    동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드가 그 트리 깊이에 할당된 공유 슬롯을 CSMA 방식으로 공유하여 데이터 전송을 수행하는 데이터 전송 단계를 포함하며,
    상기 공유 슬롯의 길이는 수신 슬롯의 길이 및 송신 슬롯의 길이로 구분되며, 인접한 트리깊이의 공유 슬롯들 간에 하위 노드의 송신 슬롯의 길이 및 상위노드의 수신 슬롯의 길이가 상호 오버랩되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 단계는,
    부모노드로의 업스트림 링크가 단절된 노드는, 이웃노드 정보 테이블로부터 보조 부모노드를 검색하고 보조 부모노드를 선택하는 단계; 및
    선택된 보조 부모노드로 노드 자신의 트리 깊이에 할당된 공유 슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    트리깊이가 변경된 노드는, 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 계산하는 단계;
    갱신된 이웃노드 정보 테이블을 기반으로 부모노드를 선택하는 단계; 및
    상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯을 CSMA 방식으로 공유하여 상기 선택된 부모노드로 데이터 전송을 수행하는 단계를 더 포함하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공유 슬롯의 길이는, 트리 깊이 값이 낮은 상위 노드들이 트리 깊이 값이 높은 하위 노드들보다 큰 공유 슬롯이 할당되도록, 트리 깊이 값이 낮아질수록 지수함수적으로 증가되는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 공유 슬롯 할당 단계는,
    트리깊이에 따른 노드의 대기시간을 계산하는 대기시간생성함수를 이용하여 각 트리깊이의 공유 슬롯의 길이를 계산하며,
    상기 대기시간생성함수는, 트리 내 위치하는 노드의 종류에 따라 달라지는 하기와 같은 세 가지의 수식을 포함하며, 계수 W1은 싱크노드가 모든 센서노드로부터 데이터를 수집하는데 요구되는 최대허용시간 즉, 수퍼프레임의 크기를 나타내고, 지수함수의 베이스 a는 서로 다른 트리깊이에 위치한 노드가 깨어나기 전까지 슬립상태로 대기하는 시간을 조절하기 위한 파라미터이며, i는 노드의 트리깊이를 나타내며, W1 및 a는 싱크노드에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
    Figure 112016032492618-pat00011

  7. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 단계는,
    트리깊이 i에 있는 하나 이상의 노드가 수신시간(RxTime), 송신시간(TxTime) 및 슬리핑시간(SleepTime)을 아래의 수식을 이용하여 각각 계산하는 것을 포함하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
    Figure 112016032492618-pat00012

    Figure 112016032492618-pat00013

    Figure 112016032492618-pat00014

    여기서, sTime은 각 RDTP 사이클의 시작 시간을 나타내며, WTime(i)는 트리깊이 i값을 갖는 노드의 대기시간을 나타내는 것으로서, W1×ai-1에 의하여 계산되며, W1은 싱크노드가 모든 센서노드로부터 데이터를 수집하는데 요구되는 최대허용시간 즉, 수퍼프레임의 크기를 나타내고 a는 서로 다른 트리깊이에 위치한 노드가 깨어나기 전까지 슬립상태로 대기하는 시간을 조절하기 위한 파라미터이며, WTime(i+1)은 트리 깊이 i+1 값을 갖는 노드의 대기 시간을 나타냄.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 데이터 전송 단계는,
    상기 트리깊이 i에 있는 어느 하나의 노드가, 상기 트리깊이 i에 할당된 공유슬롯에 대한 사용권을 CSMA를 통해 획득한 경우,
    상기 수신시간(RxTime)에, 상기 트리깊이 i에 할당된 공유슬롯의 수신슬롯을 통해 하나 이상의 자식노드로부터 데이터를 수신하고,
    상기 송신시간(TxTime)에, 상기 수신된 데이터 및 노드 자신의 데이터를 결합하여 부모노드로 상기 공유슬롯의 송신슬롯을 통해 송신하며,
    상기 슬리핑시간(SleepTime)에 슬리핑 상태로 전환하는 것을 포함하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 동일한 트리 깊이에 있는 하나 이상의 노드들 중 그 트리 깊이에 할당된 공유슬롯에 대한 사용권을 CSMA를 통해 획득한 노드와 그의 부모노드만이 액티브 상태로 동작되는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 방법.
  10. 트리 형태를 이루는 복수 개의 노드를 포함하며,
    상기 노드는,
    주 부모노드, 보조 부모노드 및 자식노드의 정보를 포함하는 이웃노드 정보 테이블을 생성하는 이웃노드 정보 테이블 생성부;
    노드 자신의 트리깊이 값에 따라 다르게 할당되는 공유슬롯의 길이를 대기시간생성함수를 이용하여 계산하는 공유슬롯 할당부;
    상기 공유슬롯을 이용하여 상기 자식노드로부터 데이터를 수신하고 상기 주 부모노드로 데이터를 송신하는 데이터송수신부; 및
    상기 노드 자신의 트리깊이 값과 동일한 트리깊이 값을 갖는 하나 이상의 노드들과 CSMA 방식을 통하여 경쟁하여 상기 공유슬롯을 점유하고, 상기 공유슬롯을 스케줄링하여 데이터 수신 및 데이터 송신을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 공유슬롯 할당부는 상기 공유 슬롯의 길이를 수신 슬롯 및 송신 슬롯의 길이로 구분하며, 인접한 트리깊이의 공유 슬롯들 간에 하위 노드의 송신 슬롯의 길이 및 상위노드의 수신 슬롯의 길이가 상호 오버랩되도록 상기 공유 슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 노드의 주 부모노드로의 업스트림 링크가 단절된 경우, 상기 이웃노드 정보 테이블로부터 보조 부모노드를 검색하고 보조 부모노드를 선택하며,
    상기 선택된 보조 부모노드로 상기 공유슬롯을 이용하여 CSMA 방식으로 데이터 전송이 되도록 제어하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 노드의 트리깊이가 변경된 경우, 상기 공유슬롯 할당부는 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯의 길이를 계산하며,
    상기 이웃노드 정보 테이블 생성부는 상기 이웃노드 정보 테이블을 갱신하며,
    상기 제어부는, 상기 갱신된 이웃노드 정보 테이블을 기반으로, 상기 변경된 트리깊이에 할당된 공유슬롯에 대해 스케줄링하여 데이터 수신, 수신된 데이터와 노드 자신의 데이터의 결합, 결합된 데이터의 송신을 제어하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 공유슬롯 할당부는,
    트리 깊이 값이 낮아질수록 지수함수적으로 증가되는 공유 슬롯의 길이를 상기 노드 자신의 트리깊이 값을 이용하여 계산하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 공유슬롯 할당부는,
    상기 대기시간생성함수가, 트리 내 위치하는 노드의 종류에 따라 달라지는 하기와 같은 세 가지의 수식을 포함하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
    여기서, 계수 W1은 싱크노드가 모든 센서노드로부터 데이터를 수집하는데 요구되는 최대허용시간 즉, 수퍼프레임의 크기를 나타내고, 지수함수의 베이스 a는 서로 다른 트리깊이에 위치한 노드가 깨어나기 전까지 슬립상태로 대기하는 시간을 조절하기 위한 파라미터이며, i는 노드의 트리깊이를 나타내며, W1 및 a는 싱크노드에 의해 결정됨.
    Figure 112016032492618-pat00015

  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 노드가 말단 노드인 경우 상기 공유슬롯은 송신슬롯만을 구비하며,
    상기 노드가 트리의 중간 노드인 경우 상기 공유슬롯은 수신슬롯 및 송신슬롯을 구비하며,
    상기 노드가 싱크노드인 경우 상기 공유슬롯은 수신슬롯만을 구비하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 노드가 데이터를 수신하기 위한 수신시간(RxTime), 데이터를 송신하기 위한 송신시간(TxTime) 및 데이터 송신 후 슬리핑 상태로 전환하기 위한 슬리핑시간(SleepTime)을 아래의 수식을 이용하여 각각 계산하는 무선 센서 네트워크의 공유 슬롯 기반 데이터 전송 제어 장치.
    Figure 112016032492618-pat00016

    Figure 112016032492618-pat00017

    Figure 112016032492618-pat00018

    여기서, sTime은 각 RDTP 사이클의 시작 시간을 나타내며, WTime(i)는 트리깊이 i값을 갖는 노드의 대기시간을 나타내는 것으로서, W1×ai-1에 의하여 계산되며, W1은 싱크노드가 모든 센서노드로부터 데이터를 수집하는데 요구되는 최대허용시간 즉, 수퍼프레임의 크기를 나타내고 a는 서로 다른 트리깊이에 위치한 노드가 깨어나기 전까지 슬립상태로 대기하는 시간을 조절하기 위한 파라미터이며, WTime(i+1)은 트리 깊이 i+1 값을 갖는 노드의 대기 시간을 나타냄.
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KR100569303B1 (ko) 2003-04-11 2006-04-10 임재성 블루투스 시스템에서 7개 이상의 단말과의 통신방법 및 장치

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