KR101623439B1 - 수신자 개시 방식의 비동기 mac 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법 및 장치, 데이터 수신 방법 및 장치, 및 데이터 송수신 시스템 - Google Patents

수신자 개시 방식의 비동기 mac 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법 및 장치, 데이터 수신 방법 및 장치, 및 데이터 송수신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서, 송신 노드가 수신 노드로의 데이터 전송을 예약하는 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은, 상기 수신 노드로부터 기본 비콘 프레임을 수신하는 단계 및 상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송할 때, 상기 데이터 프레임의 헤더의 일부에 예약 필드 값을 설정하여 전송하는 단계를 포함한다.

Description

수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법 및 장치, 데이터 수신 방법 및 장치, 및 데이터 송수신 시스템{DATA TRANSMISSION RESERVATION METHOD AND APPARATUS, DATA RECEPTION METHOD AND APPARATUS, AND DATA TRANSMISSION AND RECEPTION SYSTEM IN RECEIVER-INITIATED ASYNCHRONOUS MEDIUM ACCESS CONTROL PROTOCOL}
본 발명은 무선 네트워크 환경에서 매체 접속 제어 프로토콜에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 송신 노드의 전송 예약을 신청하여 송신 노드들의 전송 순서를 스케줄링하여 송신 패킷 간 충돌을 줄이는 방법에 관한 것이다.
유선 통신과는 달리, 무선 통신에서는 전 방위적으로 퍼지는 전파의 전달 특성상 공기라는 매체를 모든 노드들이 공유하는 특징이 있다. 따라서 무선 통신에서는 공유 자원을 사용할 때 생길 수 있는 간섭과 충돌을 줄임으로써 신뢰성 있는 통신을 가능하게 하는 MAC(Medium Access Control) 프로토콜이 중요하다.
MAC 프로토콜 중에서도 노드를 주기적으로 슬립 모드(sleep mode)로 만들어서 노드의 전력 소모량을 줄이는 듀티 사이클링(duty cycling) 기법을 사용하는 MAC 프로토콜들은 슬립 모드 전환 방법에 따라 크게 동기 방식과 비동기 방식 MAC 프로토콜로 구분할 수 있다. 동기 방식 MAC 프로토콜은 네트워크를 구성하는 모든 노드들이 같은 슬립 모드 전환 주기와 전환 시점을 공유하는 MAC 프로토콜이다. 즉, 모든 노드들이 동시에 슬립 모드로 전환하며, 슬립 모드에서 머무르는 시간 또한 모두 동일하다. 동기 방식 MAC 프로토콜의 장점은 전송 지연시간이 비동기 방식 MAC 프로토콜에 비해 짧은 반면, 슬립 모드 동기화를 위해 주기적으로 전송하는 제어 프레임으로 인해 프로토콜 오버헤드가 증가하는 단점이 있다. 이에 반해 비동기 방식 MAC 프로토콜은 노드들이 슬립 모드로 전환하는 주기와 시점을 각 노드들이 자율적으로 관리하는 MAC 프로토콜이다. 비동기 방식 MAC 프로토콜의 장점은 슬립 주기 동기화가 필요 없기 때문에 제어 프레임 교환으로 인한 프로토콜 오버헤드가 적다는 점이다. 또한 비동기 방식 MAC 프로토콜은 개별 노드의 특수성, 즉 사용 가능한 에너지나 전송 버퍼(buffer)의 용량 등을 감안하여 각 노드가 자율적으로 자신의 슬립 주기를 결정할 수 있다는 장점도 있다.
비동기 방식 MAC 프로토콜은 통신을 개시하는 노드에 따라 송신자 개시 방식(transmitter-initiated)과 수신자 개시 방식(receiver-initiated)으로 구분할 수 있는데, 수신자 개시 방식 프로토콜의 대표적인 프로토콜로 RI-MAC(Receiver-Initiated MAC)프로토콜이 있다. 모든 노드들은 슬립 주기가 끝나면 기본 비콘 프레임(base beacon frame)을 브로드캐스트(broadcast) 함으로써 자신이 수신 준비가 되었음을 주변에 있는 노드들에게 알린다. 송신 노드들은 자신이 보낼 데이터 프레임이 생기면 슬립 모드를 끝내고 깨어나게 되며, 해당 데이터 프레임의 잠재적 수신 노드로부터 기본 비콘 프레임을 수신할 때까지 기다렸다가, 해당 수신 노드로부터 기본 비콘 프레임을 수신하면 데이터 프레임을 전송하는 방식으로 동작한다. 기본 비콘 프레임을 브로드캐스트 한 후 수신 노드가 자신에게 송신되는 데이터 프레임을 성공적으로 수신하면, 응답 비콘(Acknowledge beacon) 프레임을 브로드캐스트해서 해당 데이터 프레임을 잘 수신하였음을 알리는 한편, 수신 준비가 되었다는 것을 다시 한 번 잠재적 송신 노드들에게 알리게 된다. 응답 비콘 프레임에는 데이터 프레임을 송신한 노드의 주소가 포함되어 있어서, 응답 비콘 프레임을 수신한 송신 노드는 자신이 보낸 데이터가 잘 전송되었음을 확인할 수 있게 된다. 만약 동시에 여러 명의 송신 노드가 수신 노드에게 데이터 프레임을 전송하는 등의 이유로, 수신 노드가 자신에게 송신되는 데이터 프레임을 성공적으로 수신하지 못했을 경우, 수신 노드는 응답 비콘 프레임에 0이 아닌 백오프 윈도우(backoff window) 값을 포함시켜서 브로드캐스트 하게 된다. 송신 노드들은 백오프 윈도우 값이 포함된 응답 비콘 프레임을 수신하고 백오프 윈도우 값이 지정하는 범위 내에서 각각 임의의 시간을 선택하여 해당 시간 동안 다른 누구도 데이터 프레임을 전송하지 않을 경우 자신의 데이터 프레임을 전송한다. 정상적으로 데이터 프레임을 수신했을 때 브로드캐스트되는 응답 비콘 프레임이나 슬립 주기가 끝났을 때 브로드캐스트되는 기본 비콘 프레임의 경우에는 백오프 윈도우 값을 0으로 설정해서 보내는 것도 가능하다. 백오프 윈도우 값이 0인 경우, 해당 비콘 프레임을 수신한 송신 노드들은 즉시 자신의 데이터 프레임을 전송할 수 있다.
도 1은 복수의 송신 노드들이 존재하는 네트워크 환경에서 수신자 개시 방식의 비동기 방식 MAC 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 복수의 송신 노드들(노드 2(120)와 노드 3(130))이 수신 노드(110)로 데이터를 전송한다. 이번 예시에서는 2개의 송신 노드와 1개의 수신 노드가 존재하는 환경을 나타내고 있지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 3 이상의 보다 많은 수의 노드가 존재하는 환경에 적용될 수 있음은 이해될 수 있을 것이다.
네트워크(100)는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크일 수 있다. 노드들은 M2M(Machine to Machine) 및 IoT(Internet of Things) 기반 근거리 통신을 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 노드들은 모바일 노드일 수도 있고, 센서 노드일 수도 있다. 수신자 개시 방식 MAC 프로토콜에서는, 수신자, 즉, 수신 노드인 노드 1(110)의 비콘 프레임에 의해 송신 노드들이 데이터 전송을 개시한다. 비콘 프레임을 수신한 복수의 송신 노드들(노드 2(120)와 노드 3(130))이 동시에 데이터 전송을 수행할 경우, 충돌이 발생하여 데이터 전송에 사용된 자원이 낭비될 수 있다. 특히, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 경우 사용 가능한 에너지가 한정되어 있기 때문에, MAC 프로토콜 설계 시 충돌에 대한 고려가 필요하다.
도 2는 복수의 송신 노드들(노드 2(220)와 노드 3(230))이 존재하는 환경에서 데이터 프레임이 충돌한 경우 종래 기술의 동작 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 노드 2(220)와 노드 3(230)이 각각 노드 1(210)에게 데이터 프레임을 전송하려고 하는 상황을 가정하였다. 노드 2(220)와 노드 3(230)은 노드 1(210)의 기본 비콘 프레임 전송 시작 전에 깨어났기 때문에 대기 상태에 있다가 기본 비콘 프레임 수신 후 데이터 프레임을 전송하여 충돌이 발생한다. 노드 1(210)은 수신된 데이터 프레임에서 충돌을 감지하고 백오프 윈도우 값이 포함된 응답 비콘 프레임을 전송한다. 응답 비콘 프레임을 수신한 노드 2(220)와 노드 3(230)은 백오프 경쟁을 시작하는데, 노드 2(220)와 노드 3(230)이 각각 2와 9를 선택하여 노드 2(220)가 경쟁에 이겼기 때문에 데이터 프레임 송수신과 응답 비콘 프레임 송수신이 차례대로 이루어진다. 노드 2(220)는 보낼 데이터 프레임이 아직 하나 더 남아 있기 때문에, 응답 비콘 프레임을 수신한 후 데이터 프레임 전송 기회를 얻기 위해 노드 3과 백오프 경쟁을 다시 시작하게 된다. 노드 2(220)와 노드 3(230)이 각각 4와 3을 선택하여 노드 3(230)이 경쟁에서 이기고 데이터 프레임 송신 및 응답 비콘 프레임 수신이 이루어진다. 더 이상 보낼 데이터 프레임이 없어진 노드 3(230)은 응답 비콘 프레임을 수신한 후 슬립 모드로 전환하고, 노드 2(220)는 응답 비콘 프레임 수신 후 백오프 경쟁에 성공하여 두 번째 데이터 프레임 전송 및 응답 비콘 프레임 수신에 성공한다. 노드 2(220)는 더 이상 보낼 데이터 프레임이 없어서 슬립 모드로 전환하고, 노드 1(210)도 응답 비콘 프레임 브로드캐스트 후 일정 시간(dwell time)을 기다리면서 데이터 프레임이 수신되지 않자 슬립 모드로 전환한다. 노드 1(210)이 슬립 상태에 있는 동안 노드 2(220)와 노드 3(230)은 보낼 데이터 프레임이 생겨서 슬립 모드에서 깨어나게 되며, 노드 1(210)은 슬립 주기가 끝나서 기본 비콘 프레임을 브로드캐스트한다. 노드 1(210)의 기본 비콘 프레임을 수신한 노드 2(220), 노드 3(230)은 보낼 데이터 프레임을 동시에 전송하게 되어 노드 1(210)에서 충돌을 일으키게 된다.
종래 기술의 경우 데이터 트래픽이 적은 네트워크에서는 송신 노드들이 대부분의 시간을 슬립 모드에서 보내기 때문에 동기 방식 프로토콜에 비해 소비 전력이 적을 수 있지만, 도 2에서처럼 데이터 트래픽이 많은 경우 잦은 충돌 및 재전송이 발생하는 문제가 있다. 충돌과 그로 인한 재전송은 송신 노드와 수신 노드 모두에게 에너지 소모량 증가와 처리율 성능 저하를 가져올 수 있으며, 센서 네트워크의 경우 노드의 수명 단축 및 네트워크의 연결성 단절로 이어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수신자 개시 방식 비동기 MAC 프로토콜에서, 보낼 데이터가 많은 노드들은 수신 노드에게 전송 기회를 미리 예약함으로써 충돌 및 재전송으로 인해 발생할 수 있는 에너지 소모량 증가 및 처리율 성능 저하를 방지하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법 및 장치, 데이터 수신 방법 및 장치, 및 데이터 송수신 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서, 송신 노드가 수신 노드로의 데이터 전송을 예약하는 방법은, 상기 수신 노드로부터 기본 비콘 프레임을 수신하는 단계 및 상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송할 때, 상기 데이터 프레임의 헤더의 일부에 예약 필드 값을 설정하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송되는 데이터 프레임은 프레임 타입 정보, 목적지(destination) 정보, 소스(source) 정보, 예약 필드 값 정보 및 데이터를 포함할 수 있다.
상기 예약 필드 값은 추가 전송될 데이터가 있으면 1로, 그렇지 않으면 0으로 설정하여 전송될 수 있다.
상기 데이터 전송 예약 방법은 상기 수신 노드로부터 응답 비콘 프레임을 수신하는 단계 및 상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 포함된 주소 정보를 확인하여 예약 전송 노드의 지정 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 응답 비콘 프레임에 포함된 주소 정보를 확인하여 예약 전송 노드의 지정 여부를 판단하는 단계는, 상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 상기 송신 노드 자신의 주소 정보와 일치하지 않는 주소 정보가 포함되어 있으면 다음 듀티 사이클(duty cycle)의 해당 예약 구간에서 데이터 전송을 보류하는 단계 및 상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 상기 송신 노드 자신의 주소 정보와 일치하는 주소 정보 또는 브로드캐스트 주소 정보가 포함되어 있으면 데이터 프레임을 상기 예약 구간에서 전송하는 단계 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 예약 구간은 듀티 사이클의 지정된 경쟁 구간으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드간에 약속된 구간일 수 있다.
상기 송신 노드 및 수신 노드는 센서 네트워크 내에서 동작하는 기기일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서 수신 노드로 데이터 전송을 예약하는 장치는, 상기 수신 노드로부터 기본 비콘 프레임을 수신하는 수신부 및 상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 전송되는 데이터 프레임은 헤더의 일부에 예약 필드 값을 설정하여 전송할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 수신 노드의 데이터 수신 방법은 상기 적어도 하나의 송신 노드로 기본 비콘 프레임을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계, 상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값이 있는지를 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계 및 상기 응답 비콘 프레임을 상기 적어도 하나의 송신 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계는 적어도 두 개의 데이터 프레임을 동시에 수신함으로써 충돌을 감지하는 단계 및 상기 응답 비콘 프레임에 백오프 윈도우 값을 포함시켜 상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계는 상기 수신되는 데이터 프레임의 상기 예약 필드 값이 1로 설정되어 있는지 파싱하는 단계, 상기 예약 필드 값을 1로 설정하여 전송한 제 1 송신 노드가 존재한다면, 상기 제 1 노드를 예약 테이블에 추가하는 단계 및 상기 예약 테이블을 참조하여 응답 비콘 프레임의 예비(reserved) 필드 값에 상기 제 1 송신 노드의 주소를 설정하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 수신 방법은 해당 듀티 사이클이 끝난 후 깨어난 수신 노드가 다음 듀티 사이클의 기본 비콘 프레임을 전송할 때, 예약 테이블을 참조하여 예비 필드 값에 상기 제 1 송신 노드의 주소를 설정하여 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 예약 필드 값을 1로 설정하여 전송하는 제 1 송신 노드의 수가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 제 1 송신 노드 중 예약 구간에서 전송된 데이터 프레임을 통해 예약을 요청하는 송신 노드보다 상기 예약 구간이 아닌 구간에서 전송된 데이터 프레임을 통해 예약을 요청하는 송신 노드의 우선순위가 높도록 우선 순위를 설정할 수 있다.
상기 제 1 송신 노드를 상기 예약 테이블에 추가할 때, 상기 제 1 송신 노드의 주소와 우선 순위 정보를 함께 추가시키고, 상기 응답 비콘 프레임을 생성시 우선 순위가 가장 높은 제 1 송신 노드의 주소를 포함시키고, 예약 테이블에서 삭제시킬 수 있다.
상기 예약 구간은 듀티 사이클의 지정된 경쟁 구간으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드간에 약속된 구간일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 장치는 상기 적어도 하나의 송신 노드로 기본 비콘 프레임 또는 응답 비콘 프레임을 전송하는 전송부, 상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하는 수신부 및 상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값을 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드와 수신 노드 간에 데이터를 송수신하는 시스템은 상기 수신 노드로부터 기본 또는 응답 비콘 프레임을 수신하고, 상기 전송되는 데이터 프레임은 헤더의 일부에 예약 필드 값을 설정하여 상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송하는 적어도 하나의 송신 노드 및 상기 적어도 하나의 송신 노드로 기본 비콘 프레임 또는 응답 비콘 프레임을 전송하고, 상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하며, 상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값을 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 수신 노드를 포함할 수 있다.
본 발명의 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법 및 장치, 데이터 수신 방법 및 장치, 및 데이터 송수신 시스템에 따르면, 송신 노드들은 수신 노드 쪽에서 예약을 호출하는 것을 기다렸다가 백오프 경쟁이나 충돌 및 그로 인한 재전송 없이 데이터 프레임을 성공적으로 전송할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 불필요한 재전송이 줄어듦으로 인해서 네트워크 처리율 성능이 향상될 수 있으며 재전송에 소모되는 에너지를 줄어들기 때문에 에너지 소비 효율이 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 복수의 송신 노드들이 존재하는 네트워크 환경에서 수신자 개시 방식의 비동기 방식 MAC 프로토콜을 설명하기 위한 도면,
도 2는 복수의 송신 노드들이 존재하는 환경에서 데이터 프레임이 충돌한 경우 종래 기술의 동작 예시를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 사용되는 비콘 프레임의 포맷을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 사용되는 데이터 프레임의 포맷을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 데이터 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 기본 비콘 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 응답 비콘 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법과 종래 방법과의 처리율 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜로써, 전송 기회 예약을 통해 데이터 트래픽이 많은 경우 충돌 및 재전송으로 인한 에너지 소모나 처리율 성능 저하를 방지할 수 있다. 예약 요청 및 응답이 별도의 제어 메시지로 존재하는 것이 아니라, 데이터 및 비콘 프레임의 헤더를 통해 예약 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 노드 2(320), 노드 3(330)은 노드 1(310)에게 보낼 데이터를 각각 2개 및 1개씩 가지고 있다고 가정한다. 노드 2(320)는 자신이 보낼 데이터가 2개 있기 때문에 전송 기회 예약을 위해 헤더의 예약 필드 값을 1로 설정한 데이터 프레임을 생성한다. 노드 1(310)은 자신의 슬립 주기가 끝나고 깨어났을 때 예약 테이블이 비어 있는 것을 확인하고 예비 필드 값을 브로드캐스트 값으로 설정한 기본 비콘 프레임을 브로드캐스트 한다. 노드 2(320)와 노드 3(330)은 노드 1(310)의 기본 비콘 프레임을 수신한 후 예비 필드 값을 확인했을 때 브로드캐스트 주소이기 때문에 예약 전송 노드가 지정되지 않았다고 판단하고 동시에 데이터 프레임을 전송하게 되어 충돌이 발생하게 된다. 충돌을 감지한 노드 1(310)은 비콘 프레임에 백오프 윈도우 값을 넣어서 브로드캐스트하고, 백오프 경쟁에서 이긴 노드 2(320)는 자신의 데이터 프레임을 성공적으로 전송한다. 이때 전송된 데이터 프레임 헤더에는 예비 필드 값이 1로 설정되어 있어서, 노드 1(310)은 노드 2(320)의 주소를 예약 테이블에 추가한다. 이후 백오프 경쟁을 통해 노드 3(330)과 노드 2(320)가 차례로 충돌 없이 데이터 프레임을 전송하게 되고, 노드 1(310)은 일정 시간 동안 자신에게 데이터를 전송하는 노드가 없음을 확인한 후 슬립 모드로 전환한다.
노드 1(310)이 슬립 모드로 작동하는 동안, 노드 2(320)와 노드 3(330)은 노드 1(310)에게 보낼 패킷이 생겨서 슬립 모드에서 깨어나 노드 1(310)의 기본 비콘 프레임 혹은 응답 비콘 프레임을 기다리게 된다. 슬립 주기가 끝나고 깨어난 노드 1(310)은 예약 테이블을 참고해서 예비 필드 값을 노드 2(320)의 주소로 설정해서 기본 비콘 프레임을 브로드캐스트 한다. 기본 비콘 프레임을 수신한 노드 2(320)는 자신의 주소가 기본 비콘 프레임의 예비 필드 값과 일치하는 것을 확인하고 데이터 프레임을 전송하지만, 노드 3(330)은 예비 필드 값이 브로드캐스트 주소가 아니며 자신의 주소가 예비 필드 값과 일치하지 않기 때문에 데이터 프레임 전송을 보류하고 노드 1(310)의 비콘 프레임을 다시 기다리게 된다. 즉, 이전 듀티 사이클에서 예비 필드 값을 설정함으로써 예약이 성공적으로 이루어진 이후, 수신 노드(본 실시예에서는 노드 1(310))은 다음 듀티 사이클의 기본 비콘 프레임에 예약에 성공한 노드(본 실시예에서는 노드 2(320)의 주소를 포함시켜 전송한다. 그러고 나면, 노드 2(320)는 예약 구간에서 노드 2(320)의 예약 구간임을 네트워크 내의 주변 노드가 모두 알고 전송을 보류하므로, 충돌 없이 전송할 수 있다. 여기서, 예약 구간은 하나의 듀티 사이클 내의 지정된 경쟁 구간으로 송신 노드와 수신 노드간에 약속된 구간일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 듀티 사이클의 첫 번째 경쟁 구간으로 설정되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전송 예약에 의해 노드 2(320)의 데이터 프레임 전송이 성공적으로 이루어진 후, 노드 2(320)는 더 이상 보낼 패킷이 없기 때문에 노드 1(310)의 응답 비콘을 수신한 후 슬립 모드로 전환한다. 노드 1(310)의 기본 비콘 프레임 수신 후 데이터 프레임 전송을 보류하고 있던 노드 3(330)은 노드 2(320)의 데이터 프레임 전송이 끝난 후 노드 1(310)이 브로드캐스트한 응답 비콘을 수신하게 된다. 해당 응답 비콘에는 예비 필드가 브로드캐스트 주소로 설정되어 있기 때문에 백오프 경쟁을 수행한 후 데이터 프레임을 전송하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 사용되는 비콘 프레임(400)의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 비콘 프레임(400)은 수신 노드가 데이터 수신 준비가 되었음을 알리는 프레임으로, 프레임 타입 필드, 목적지 필드, 소스 필드, 백오프 윈도우를 포함하는 프레임 헤더와 예비 필드(410)를 포함하는 페이로드(payload)를 포함할 수 있다.
프레임 타입 필드는 비콘 프레임(400)인지를 알리는 필드이다. 본 필드를 통해, 전송되는 프레임이 비콘 프레임인지, 데이터 프레임인지를 구분할 수 있다.
목적지 필드는 직전에 수신한 데이터 프레임의 응답 확인을 위한 필드이다. 목적지 필드에는 데이터 프레임을 전송하는 소스 노드의 주소가 올 수도 있고, 브로드캐스팅을 위해 브로드캐스트 주소가 올 수도 있다.
소스 필드에는 현재 프레임의 소스의 주소 정보를 포함할 수 있다. 즉, 비콘 프레임(400)을 전송하는 수신 노드의 주소 정보가 포함될 수 있다.
백오프 윈도우 필드는 백오프 윈도우의 범위를 지정한다. 전술한 바와 같이, 충돌을 감지한 경우, 수신 노드는 비콘 프레임(400)에 0이 아닌 백오프 윈도우 값을 넣어서 브로드캐스트할 수 있다. 이때, 최소 백오프 윈도우 값을 설정할 수 있다. 만약, 충돌없이 성공적으로 데이터를 수신하는 경우에는 백오프 윈도우 값에 0을 넣어서 전송할 수 있다.
예비 필드(410)는 비콘 프레임(400)의 페이로드 부분에 포함될 수 있다. 즉, 페이로드 부분에 해당하는 예비 필드(410)에 예약 노드의 주소를 포함시켜 전송할 수 있다. 이를 통해, 수신 노드의 비콘 프레임(400)을 수신한 송신 노드측에서 자신의 주소와 예비 필드(410) 값을 비교해서 일치하는 경우 또는 예비 필드(410) 값이 브로드캐스트 주소인 경우에만 자신의 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 만약, 예약 노드가 없는 경우, 기본 비콘 프레임 또는 응답 비콘 프레임의 예비 필드(410)의 값을 브로드캐스트 주소로 설정하여 전송할 수 있다. 이때, 해당 비콘 프레임(400)을 수신한 모든 송신 노드는 백오프 경쟁을 통해 전송을 시도할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 사용되는 데이터 프레임(500)의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 프레임(500)은 데이터 전송을 담당하면서 예약 메시지까지 포함할 수 있는 프레임으로, 프레임 타입 필드, 목적지 필드, 소스 필드, 예약 필드(510)를 포함하는 데이터 헤더와 데이터를 포함하는 페이로드를 포함할 수 있다.
프레임 타입 필드는 데이터 프레임(500)인지를 알리는 필드이다. 본 필드를 통해, 전송되는 프레임이 비콘 프레임인지, 데이터 프레임인지를 구분할 수 있다.
목적지 정보는 전송되는 목적지의 주소 정보가, 소스 정보에는 데이터 프레임을 전송하는 송신 노드의 주소 정보가 포함될 수 있다.
예약 필드(510)는 추가적으로 보낼 데이터가 있으면 1로, 그렇지 않으면 0으로 설정하여 전송되는 필드로써, 수신 노드에서는 예약 필드(510)의 값이 1로 설정되어 있는 데이터 프레임(500)을 수신하면, 해당 노드에게 다음 예약 구간에서 전송 기회를 부여하게 된다.
이러한 데이터 프레임(500) 포맷을 사용하면, 송신 노드는 데이터 프레임(500)을 보내면서 동시에 프레임 헤더(header)에 포함된 예약 필드(510) 값을 1로 설정함으로써 수신 노드에게 전송 기회 예약을 요청할 수 있다. 해당 데이터 프레임(500)을 성공적으로 수신한 수신 노드는 프레임 헤더의 예약 필드(510) 값이 1로 설정되어 있는 것을 확인하고, 헤더의 소스 필드 값에 포함된 주소를 참고하여 데이터 프레임을 보낸 노드의 주소를 획득해서 자신의 예약 테이블에 추가한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 예약 테이블의 크기나, 예약 우선 순위 등은 본 발명의 구현을 위한 단계에서 임의로 설정할 수 있다. 각 노드는 기본 비콘 프레임 혹은 응답 비콘 프레임에 자신의 예약 테이블에 저장된 예약 노드들의 주소를 포함시킴으로써 예약된 노드가 전송을 시도하도록 유도할 수 있다. 예약 테이블은 FIFO(First In First Out) 방식으로 기록될 수 있다. 즉, 먼저 예약 필드 값을 1로 설정하여 전송되는 데이터 프레임의 송신 노드의 주소가 나중에 전송되는 데이터 프레임의 송신 노드보다 먼저 기록되고, 수신 노드가 예약 구간 할당시 먼저 예약에 성공할 수 있다. 또한, 예약 구간에 전송되는 데이터 프레임에 예약 필드 값을 1로 설정하여 하나의 노드가 계속하여 데이터 프레임을 전송하는 것을 방지하기 위해, 예약 구간에 전송되는 데이터 프레임에 포함된 예약 요청은 예약 구간이 아닌 구간에 전송되는 데이터 프레임에 포함된 예약 요청보다 낮은 우선 순위를 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 설정은 사용자 인터페이스를 통해 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 데이터 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 데이터 전송 예약 장치(도 1의 노드 2 및 노드 3과 같은 송신 노드일 수 있음)에서 상위 계층 데이터가 도착하면(S610), 송신 버퍼에 대기 중인 패킷이 임계값(qth) 이상인지 판단한다(S620). 임계값 이하의 경우, 대기 중인 패킷과 도착된 데이터를 하나의 전송 프레임으로 생성할 수 있고, 이럴 경우, 예약이 필요없게 되어 예비 필드값을 0으로 설정할 수 있다(S625).
만약, 임계값 이상인 경우, 둘 이상의 데이터 프레임으로 생성해야 하고, 따라서, 백 오프 경쟁에서 이길 경우, 다음 데이터 전송을 예약하기 위해, 예약 필드 값을 1로 설정할 수 있다(S630).
그리고는, 프레임 타입 정보를 데이터 프레임 타입으로 설정하여(S640), 데이터 프레임을 생성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 기본 비콘 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 데이터 수신 장치(도 1의 노드 1과 같은 수신 노드일 수 있음)는 기본 비콘 프레임을 생성할 때, 먼저 예약 테이블이 비어있는지 확인한다(S710). 만약, 예약 테이블이 비어 있으면, 예약된 송신 노드가 없다는 것을 나타내기 위해, 비콘 프레임의 예비 필드에 브로드캐스트 주소를 설정할 수 있다(S720). 만약, 예약 테이블이 비어있지 않고, 하나 이상의 송신 노드가 존재한다면, 예약 테이블로부터 주소 하나를 가져와서 예비 필드에 기록할 수 있다. 이때, 둘 이상의 송신 노드가 존재하는 경우, 우선 순위 정보를 따져서 높은 우선 순위를 갖는 송신 노드를 기록할 수 있다. 이렇게, 예비 필드에 주소를 적고 나면 해당 주소를 예약 테이블에서 삭제할 수 있다. 이후, 비콘 프레임 타입 정보를 설정하고(S730), 비콘 프레임의 목적지 정보를 브로드캐스트 주소로 설정한다(S740). 이는 기본 비콘 프레임은 모든 송신 노드에 브로드캐스트되므로 목적지 정보를 브로드캐스트 주소로 설정하는 것이다. 이후, 백오프 윈도우를 최소 백오프 윈도우로 설정하여(S750), 기본 비콘 프레임을 생성한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법에서 응답 비콘 프레임을 생성하는 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 데이터 수신 장치(미도시)(도 1의 노드 1과 같은 수신 노드일 수 있음)는 응답 비콘 프레임을 생성할 때, 먼저 수신된 데이터 프레임에 예약 필드 값이 1인지 확인한다(S810). 만약 예약 필드 값이 1이면, 현재 데이터 프레임을 수신한 구간이 예약 구간인지 확인한다(S820). 이는 예약 구간에 전송되는 데이터에 포함된 전송 예약은 예약 구간에는 다른 노드와의 경쟁이 없음을 이용하여 하나의 데이터 프레임만 전송하는 것이 아니라 복수 개의 데이터 프레임을 비경쟁으로 연속하여 보낼 수 있고, 이럴 경우, 다른 노드들은 경쟁에 참여할 수 없어 비효율적이기 때문이다. 다른 노드에도 예약 전송할 데이터 프레임이 없는 경우라면 문제되지 않을 수 있지만, 다른 노드에 예약 전송할 데이터 프레임이 있는 경우, 예약 구간 내에서 전송된 데이터 프레임에 포함된 예약 필드 값을 통한 전송 예약은 다른 일반적인 전송 예약(경쟁 구간에서 전송되는 데이터 프레임을 통한 전송 예약)보다 낮은 우선 순위를 갖는다. 즉, 데이터 수신 장치는 예약 구간에서 수신되는 데이터에 예약 필드가 1인 경우, 해당 프레임을 전송한 송신 노드를 예약 테이블에 추가하면서 데이터 소스 주소 및 우선 순위 정보(낮은 우선 순위임을 지시하는 정보)를 함께 추가한다(S830). 반대로, 예약 구간이 아닌 구간에서 수신되는 데이터에 예약 필드가 1인 경우에는, 해당 프레임을 전송한 송신 노드를 예약 테이블에 추가하면서 데이터 소스 주소 및 우선 순위 정보(높은 우선 순위임을 지시하는 정보)를 함께 추가시킨다(S835).
그리고는, 비콘 프레임 타입 정보를 추가시키고(S840), 목적지 정보를 수신되는 데이터 프레임의 소스 정보를 참조하여 설정한다(S850). 그리고는, 응답 비콘 프레임을 전송하는 구간이 예약 구간인지 판단한다(S860). 이는, 예약 구간은 듀티 사이클마다 송신 노드와 수신 노드가 약속해 놓은 구간이므로, 복수 개의 구간일 수 있기 때문이다. 즉, 데이터 전송 프레임을 예약 구간에서 수신한 후, 다시 예약 구간에 응답 비콘 프레임을 전송할 수 있다. 만약 예약 구간인 경우에, 예약 테이블이 비어있는지 확인하여(S870), 비어 있는 경우에는, 예약된 노드가 없음을 알리기 위해, 예비 필드에 브로드캐스트 주소를 설정한다(S880). 그리고는 백오프 윈도우를 최소 백오프 윈도우 사이즈로 설정하여(S890), 응답 비콘 프레임을 생성한다.
만약, 단계(S860)에서의 판단 결과 예약 구간이 아니거나 또는 단계(S870)의 판단 결과, 예약 테이블에 하나 이상의 송신 노드가 존재하는 경우, 응답 비콘 프레임의 페이로드의 예비 필드에 예약 테이블로부터 주소 하나를 획득하여 기록한다(S885). 이때, 예약 테이블에서 가장 우선 순위가 높은 주소 하나를 획득하고 테이블에서 해당 주소를 삭제하는 작업을 동시에 진행한다. 그리고는, 백오프 윈도우 값을 0으로 설정하여(S895), 응답 비콘 프레임을 생성한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법과 종래 방법과의 처리율 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명과 종래 기술의 처리율 성능 비교를 위해 두 기술을 TinyOS에서 구현하고 근거리 통신이 가능한 IEEE 802.15.4 호환 모트(mote)에 탑재하여 처리율 성능을 측정하였다. 3개의 노드를 이용하여 노드 1을 수신 노드, 노드 2와 노드 3을 송신 노드로 설정하였으며, 노드 2와 노드 3에서는 1초에 생성되는 데이터 프레임 개수를 20, 40, 60, 80, 100개로 설정하였다. 노드의 슬립 주기는 1초로 설정하였으며, 10초마다 처리율 성능을 측정하여 10번씩 측정한 값을 평균한 처리율 성능을 비교하였다.
도 9에 도시된 바와 같이, 데이터 트래픽이 적은 경우, 즉 40 packets/s 이하의 경우에는 본 발명과 종래 기술의 처리율 성능이 거의 유사한 것을 볼 수 있는데, 이것은 처리율 성능이 포화되기 전이고 충돌이 많이 발생하지 않아 본 발명을 적용했을 때 전송 기회 예약을 통한 충돌 완화 및 이로 인한 처리율 성능 향상이 많지 않기 때문이다. 하지만 데이터 트래픽이 60 packets/s 이상일 때 종래 기술은 처리율 성능이 포화되어 정체되는 반면, 본 발명은 트래픽 증가에 따라 처리율 성능도 증가하는 것을 확인하였다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서, 송신 노드가 수신 노드로의 데이터 전송을 예약하는 방법에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 상기 비동기 MAC 프로토콜의 기본 비콘 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송할 때, 상기 데이터 프레임의 헤더의 일부에 다음 듀티 사이클 내의 특정 구간에서 독립적으로 추가 데이터를 전송할 것으로 예약하는 예약 필드 값을 설정하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송되는 데이터 프레임은 프레임 타입 정보, 목적지(destination) 정보, 소스(source) 정보, 예약 필드 값 정보 및 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 예약 필드 값은 추가 전송될 데이터가 있으면 1로, 그렇지 않으면 0으로 설정하여 전송되는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 응답 비콘 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 포함된 주소 정보를 확인하여 예약 전송 노드의 지정 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 응답 비콘 프레임에 포함된 주소 정보를 확인하여 예약 전송 노드의 지정 여부를 판단하는 단계는,
    상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 상기 송신 노드 자신의 주소 정보와 일치하지 않는 주소 정보가 포함되어 있으면 다음 듀티 사이클(duty cycle)의 해당 예약 구간에서 데이터 전송을 보류하는 단계; 및
    상기 응답 비콘 프레임의 예비 필드에 상기 송신 노드 자신의 주소 정보와 일치하는 주소 정보 또는 브로드캐스트 주소 정보가 포함되어 있으면 데이터 프레임을 상기 예약 구간에서 전송하는 단계 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 예약 구간은 듀티 사이클의 지정된 경쟁 구간으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드간에 약속된 구간인 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 노드 및 수신 노드는 센서 네트워크 내에서 동작하는 기기인 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 방법.
  8. 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서 수신 노드로 데이터 전송을 예약하는 장치에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 상기 비동기 MAC 프로토콜의 기본 비콘 프레임을 수신하는 수신부; 및
    상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 전송되는 데이터 프레임은 헤더의 일부에 다음 듀티 사이클 내의 특정 구간에서 독립적으로 추가 데이터를 전송할 것으로 예약하는 예약 필드 값을 설정하여 전송하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 전송 예약 장치.
  9. 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 수신 노드의 데이터 수신 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 노드로 상기 비동기 MAC 프로토콜의 기본 비콘 프레임을 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하는 단계;
    상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값이 있는지를 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계; 및
    상기 응답 비콘 프레임을 상기 적어도 하나의 송신 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 예약 필드는 다음 듀티 사이클 내의 특정 구간에서 독립적으로 추가 데이터를 전송할 것으로 예약하는 필드인 것을 특징으로 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계는
    적어도 두 개의 데이터 프레임을 동시에 수신함으로써 충돌을 감지하는 단계; 및
    상기 응답 비콘 프레임에 백오프 윈도우 값을 포함시켜 상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계는
    상기 수신되는 데이터 프레임의 상기 예약 필드 값이 1로 설정되어 있는지 파싱하는 단계;
    상기 예약 필드 값을 1로 설정하여 전송한 제 1 송신 노드가 존재한다면, 상기 제 1 송신 노드를 예약 테이블에 추가하는 단계; 및
    상기 예약 테이블을 참조하여 응답 비콘 프레임의 예비(reserved) 필드 값에 상기 제 1 송신 노드의 주소를 설정하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    해당 듀티 사이클이 끝난 후 깨어난 수신 노드가 다음 듀티 사이클의 기본 비콘 프레임을 전송할 때, 예약 테이블을 참조하여 예비 필드 값에 상기 제 1 송신 노드의 주소를 설정하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 예약 필드 값을 1로 설정하여 전송하는 제 1 송신 노드의 수가 복수 개인 경우,
    상기 복수 개의 제 1 송신 노드 중 예약 구간에서 전송된 데이터 프레임을 통해 예약을 요청하는 송신 노드보다 상기 예약 구간이 아닌 구간에서 전송된 데이터 프레임을 통해 예약을 요청하는 송신 노드의 우선순위가 높도록 우선 순위를 설정하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 송신 노드를 상기 예약 테이블에 추가할 때, 상기 제 1 송신 노드의 주소와 우선 순위 정보를 함께 추가시키고,
    상기 응답 비콘 프레임을 생성시 우선 순위가 가장 높은 제 1 송신 노드의 주소를 포함시키고, 예약 테이블에서 삭제시키는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 예약 구간은 듀티 사이클의 지정된 경쟁 구간으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드간에 약속된 구간인 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 방법.
  16. 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 노드로 상기 비동기 MAC 프로토콜의 기본 비콘 프레임 또는 응답 비콘 프레임을 전송하는 전송부;
    상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하는 수신부; 및
    상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값을 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 제어부를 포함하되,
    상기 예약 필드는 다음 듀티 사이클 내의 특정 구간에서 독립적으로 추가 데이터를 전송할 것으로 예약하는 필드인 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 수신 장치.
  17. 수신자 개시 방식의 비동기 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에서, 적어도 하나의 송신 노드와 수신 노드 간에 데이터를 송수신하는 시스템에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 상기 비동기 MAC 프로토콜의 기본 또는 응답 비콘 프레임을 수신하고, 전송되는 데이터 프레임은 헤더의 일부에 다음 듀티 사이클 내의 특정 구간에서 독립적으로 추가 데이터를 전송할 것으로 예약하는 예약 필드 값을 설정하여 상기 수신 노드로 데이터 프레임을 전송하는 적어도 하나의 송신 노드; 및
    상기 적어도 하나의 송신 노드로 기본 비콘 프레임 또는 응답 비콘 프레임을 전송하고, 상기 적어도 하나의 송신 노드로부터 데이터 프레임을 수신하며, 상기 수신된 데이터 프레임의 헤더에 포함된 예약 필드 값을 파싱하여 응답 비콘 프레임을 생성하는 수신 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신자 개시 방식의 비동기 MAC 프로토콜에서의 데이터 송수신 시스템.
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