KR101662687B1 - Apparatus and Method of Energy-efficient Hybrid MAC Protocol in Cognitive Radio enabled Sensor Networks - Google Patents

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노병희
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for improving energy efficiency during spectrum access in a cognitive radio enabled sensor network (CRSN). A method for transmitting data in a CRSN according to the present invention comprises: a sensing step of checking the state of a channel for report (CRF) and a channel for use (CFU) by each secondary user who transceives a control message by using a control channel and transceives data by using a data channel; a reporting step of transceiving the state of the channels, which is checked by the secondary users, between the secondary users by using the control channel; a contention step of reserving the CRF according to the state of the channels by the secondary users; and a data transmission step of transmitting the data through the channel reserved by the secondary users. The method of the present invention can improve energy efficiency during MAC protocol operation in the CRSN of a multi-channel environment with limited power supply.

Description

인지 무선 기반 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 하이브리드 매체접근제어 장치 및 방법{Apparatus and Method of Energy-efficient Hybrid MAC Protocol in Cognitive Radio enabled Sensor Networks}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy-efficient hybrid medium access control

본 발명은 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN, cognitive radio enabled sensor network)에서의 스펙트럼 접근 시 에너지 효율성을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for improving energy efficiency in a spectral approach in a cognitive radio enabled sensor network (CRSN).

다양한 사물 또는 객체를 네트워크로 연결시켜 활용하고자 하는 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 환경은 객체 간에 정보를 전달하는 통신망을 활용함으로써 구현이 가능하다. 이와 같은 통신망 중에서 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network)는 근래에 들어, 스마트 파워 그리드, 지능형 교통 체계, 구조적 건강 상태 모니터링, 환경 방호, 스마트 농업, 재난 관리 등 다양한 특정 도메인 산업 애플리케이션들에서 사용되고 있다. 그리고 이와 같은 무선 센서 네트워크에서 스펙트럼 자원을 효율적으로 활용하기 위한 다양한 다중 채널 매체접근제어(MAC, Medium Access Control) 프로토콜들이 제안되어 왔다.The Internet of Things (IoT) environment in which various objects or objects are connected by a network can be realized by utilizing a communication network for transferring information between objects. Among these communication networks, Wireless Sensor Network (WSN) has been used in various specific domain industrial applications such as smart power grid, intelligent traffic system, structural health status monitoring, environmental protection, smart agriculture and disaster management . Various multi-channel MAC (Medium Access Control) protocols have been proposed to efficiently utilize spectrum resources in such a wireless sensor network.

그런데 사물 인터넷을 사용하는 다양한 서비스와 시스템들이 증가함에 따라 이를 구성하는 센서 노드들의 수 역시 빠른 속도로 증가할 예정이다. 일 예로 시스코(Cisco)에 따르면, 2020년에 이르러서는 센서 노드의 수가 세계 인구의 7배에 해당하는 500억에 달할 것이라 예상하고 있기도 하다. 따라서 동일한 스펙트럼 자원 상에서, 예를 들면 동일한 비인가 대역 스펙트럼(License Free Spectrum) 상에서, 여러 개의 네트워크들이 공존하면서 한정된 스펙트럼 자원을 공유하여 사용하는 네트워크 기술이 필요하다고 할 것이다. 즉 다수의 센서 노드들이 동일한 스펙트럼 대역에서 동작함으로써 발생할 수 있는 간섭 문제와 스펙트럼 자원 부족 문제가 해결되어야 할 필요가 있다.However, as the number of various services and systems using the Internet of objects increases, the number of sensor nodes constituting it will also increase rapidly. For example, according to Cisco, by 2020, the number of sensor nodes is expected to reach 50 billion, which is seven times the world's population. Therefore, a network technology that uses a limited spectrum resource while using several networks coexist on the same spectrum resource, for example, the same License Free Spectrum, is required. That is, there is a need to solve the interference problem and the shortage of spectrum resources that can be caused by a plurality of sensor nodes operating in the same spectrum band.

인지 무선 기술(Cognitive Radio Technology)은 무선 센서 네트워크 상에서의 위와 같은 스펙트럼 자원 부족 문제를 해결하기 위한 차세대 무선 네트워크 기술 중 하나이다. 그리고 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN, Cognitive Radio enabled Sensor Network)는 비인가된 부 사용자(SU, Secondary User)들이 중앙 네트워크 유닛(Central network unit)이 없이 애드 혹(Ad-hoc) 방식으로 서로 통신하는 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN, Distributed Cognitive Radio Networks)의 구조를 가질 수 있다. Cognitive Radio Technology (Cognitive Radio Technology) is one of the next generation wireless network technologies to solve the problem of lack of spectrum resources on wireless sensor networks. The Cognitive Radio-Enabled Sensor Network (CRSN) is a distributed wireless sensor network in which unauthorized Secondary Users (SUs) communicate with each other in an ad hoc manner without a central network unit And may have a structure of Distributed Cognitive Radio Networks (DCRN).

이와 같이 중앙에서 부 사용자(SU)들 간의 통신을 통제하지 않는 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN)에서는, 부 사용자(SU)들 간에 스펙트럼 자원을 공유하여 사용하기 위한 MAC 프로토콜의 설정이 중요한 이슈이다. 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN)에서의 MAC 프로토콜은 크게 임의 접근(Random Access) 방식, 타임 슬롯(Time Slotted) 방식, 하이브리드(Hybrid) 방식의 3가지 방식으로 구분될 수 있다. 여기서 하이브리드 방식은 임의 접근 방식과 타임슬롯 방식의 장점을 가져와 만든 것으로 일반적으로 보다 효율적인 MAC 프로토콜으로 여겨지고 있다.In the DCRN, which does not control the communication between sub-users (SUs) at the center, setting up a MAC protocol for sharing spectrum resources among sub-users (SUs) is an important issue. The MAC protocol in the distributed decryption radio network (DCRN) can be roughly divided into three types: a random access method, a time slotted method, and a hybrid method. Here, the hybrid method is made by taking advantage of random access method and time slot method, and is generally regarded as a more efficient MAC protocol.

그러나 지금까지 제안되어 온 대부분의 하이브리드 방식의 MAC 프로토콜은 스펙트럼 자원을 효율적으로 공유하는 것에 주된 초점을 두어 설계되었을 뿐, 에너지 효율성 측면에서 보다 적은 전력으로 동작이 가능하도록 설계되지는 못하였다는 한계점이 있다.However, most of the proposed hybrid MAC protocols have been designed to efficiently share spectrum resources, but they have not been designed to operate with less power in terms of energy efficiency have.

(학술논문 001) H. Su and X. Zhang, "Cross-Layer Based Opportunistic MAC Protocols for QoS Provisioning Over Cognitive Radio Wireless Networks," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 26, no. 1, pp. 118-129, Jan. 2008. (Academic Publication 001) H. Su and X. Zhang, "Cross-Layer Based Opportunistic MAC Protocols for QoS Provisioning Over Cognitive Radio Wireless Networks," IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 26, no. 1, pp. 118-129, Jan. 2008.

(학술논문 002) S. C. Jha, U. Phuyal, M. M. Rashid, and V. K. Bhargava, "Design of OMC-MAC: An Opportunistic Multi-Channel MAC with QoS Provisioning for Distributed Cognitive Radio Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, no. 10, pp. 3414-3425, Oct. 2011.(Proceedings of the International Conference on Wireless Communications), IEEE Trans., Vol. 2, pp. Wireless Commun., Vol. 10, no. 10, pp. 3414-3425, Oct. 2011.

(학술논문 003) M. Timmers, S. Pollin, A. Dejonghe, L. Van der Perre, and F. Atthoor, "A distributed multichannel MAC protocol for multihop cognitive radio network," IEEE Trans. Veh. Tech., vol. 59, nol. 1, pp. 446-459, Jan. 2010. (Paper No. 003) M. Timmers, S. Pollin, A. Dejonghe, L. Van der Perre, and F. Atthoor, "A Distributed Multichannel MAC Protocol for Multihop Cognitive Radio Network," IEEE Trans. Veh. Tech., Vol. 59, no. 1, pp. 446-459, Jan. 2010.

(학술논문 004) S. M. Kamaruzzaman, and M. A. Hamid, and M. Abdullah-Al-Wadud, "An energy-efficient MAC protocol for QoS provisioning in cognitive radio ad hoc networks," Radioengineering, vol. 19, no. 4, pp. 567-578, Dec. 2010.S. M. Kamaruzzaman and M. A. Hamid, and M. Abdullah-Al-Wadud, "An Energy-efficient MAC Protocol for QoS provisioning in cognitive radio ad hoc networks," Radioengineering, vol. 19, no. 4, pp. 567-578, Dec. 2010.

위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN, cognitive radio enabled sensor network)에서 하이브리드 MAC 프로토콜에서 데이터 채널 사용 시, 감지 시간(sensing time)은 최소화하고, 데이터 전송 시간(data transmission time)은 최대화하여, 에너지 효율성을 향상시키는 스펙트럼 접근 방빕 및 그에 관한 장치를 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a method and apparatus for minimizing a sensing time when using a data channel in a hybrid MAC protocol in a cognitive radio enabled sensor network (CRSN) To maximize the data transmission time, thereby providing a spectral approach to improve energy efficiency and an apparatus therefor.

또한 본 발명은 CRSN에에 존재하는 모든 사용자들의 평균 에너지 소모량을 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides an apparatus and method for minimizing the average energy consumption of all users existing in the CRSN.

또한 본 발명은 다중 채널 환경의 인지 무선 기반 센서 네트워크에서, 제어 채널을 이용하여 제어 메시지를 송수신하고 데이터 채널을 이용하여 데이터를 송수신하는 각 부 사용자(SU)들이 감지 단계에서 종래기술 보다 적은 시간을 이용하여 채널 상태를 확인할 수 있는 구성을 제안한다.Further, in the present invention, in a cognitive radio-based sensor network in a multi-channel environment, each subuser (SU) that transmits and receives a control message using a control channel and transmits and receives data using a data channel, And the channel status can be confirmed by using the channel status information.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 유형에 따른 매체접근제어 방법은, 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서, 상기 네트워크에 포함된 부 사용자가 상기 네트워크에 포함된 데이터 채널 중 보고 대상 채널을 선택하고, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지하는 감지 단계, 적어도 하나 이상의 상기 부 사용자가 각 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태를, 상기 부 사용자들 간에 상기 네트워크에 포함된 제어 채널을 이용하여 송수신하는 보고 단계, 및 상기 보고 단계에서 상기 보고 대상 채널의 상태를 기초로 파악된 상기 데이터 채널 중 가용 채널에 관한 정보를 이용하여, 상기 부 사용자가 데이터 전송을 위하여 사용할 채널인 사용 대상 채널을 예약하는 경쟁 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a medium access control method in a distributed-type wireless network in a multi-channel environment, wherein a secondary user included in the network, Detecting a state of the selected reporting target channel; detecting a status of the reporting target channel detected by each of the at least one or more sub users by using a control channel included in the network among the sub users; Receiving and reporting information on available channels among the data channels based on the status of the reporting target channel in the reporting step, And a competition step in which

여기서, 상기 부 사용자는 적어도 두 개 이상의 트랜스시버를 구비하고, 상기 트랜스시버 중 제어 용 트랜스시버를 이용하여 상기 제어 채널을 통하여 제어 신호를 송수신하고, 상기 트랜스시버 중 데이터 용 트랜스시버를 이용하여 상기 데이터 채널을 통하여 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the secondary user has at least two transceivers, and transmits / receives a control signal through the control channel using the control transceiver among the transceivers, and transmits / receives data through the data channel using the data transceiver among the transceivers. And transmits and receives the data.

여기서 상기 감지 단계는 이전 타임슬롯의 상기 경쟁 단계에서 예약된 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the detecting step may include detecting a state of the use target channel reserved in the competing step of the previous time slot.

여기서 상기 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 상기 부 사용자가 예약한 상기 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the medium access control method according to the present invention may further include a data transmission step of transmitting data through the use target channel reserved by the sub user.

여기서 상기 데이터 전송 단계는, 상기 감지 단계에서 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지한 결과 상기 사용 대상 채널이 사용 가능한 상태로 감지된 경우, 상기 감지된 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.The data transmission step may include transmitting the data through the use target channel when the use target channel is detected as being usable as a result of detecting the status of the use target channel in the sensing step .

여기서 상기 감지 단계는 상기 네트워크에 포함된 상기 데이터 채널 중 일부인 상기 보고 대상 채널 및 상기 사용 대상 채널을 감지하는 것을 특징할 수 있다.Wherein the detecting step detects the report target channel and the use target channel that are part of the data channels included in the network.

여기서 상기 감지 단계는 타임슬롯에 포함된 두 개의 미니슬롯을 이용하여 상기 보고 대상 채널과 상기 사용 대상 채널을 각각 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein the detecting step detects the reporting target channel and the use target channel using two minislots included in the time slot, respectively.

여기서 상기 감지 단계는, 각 상기 부 사용자들이 상기 데이터 채널 중 서로 다른 채널을 상기 보고 대상 채널로 선택하도록 미리 정해진 규칙에 따라, 상기 부 사용자가 상기 보고 대상 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the detecting step may be such that the secondary user selects the reporting target channel according to a predetermined rule that each of the secondary users selects a different channel among the data channels as the reporting target channel.

여기서 상기 감지 단계는, 감지 결과의 신뢰도를 향상시키기 위하여, 매 타임슬롯 마다 각 상기 데이터 채널이 서로 다른 상기 부 사용자에 의하여 상기 보고 대상 채널로 선택되도록 미리 정해진 규칙에 따라, 상기 부 사용자가 상기 보고 대상 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, in order to improve the reliability of the detection result, the sensing step may be performed in accordance with a predetermined rule that each data channel is selected as the reporting target channel by the different sub-users for each time slot, And a target channel is selected.

여기서 상기 감지 단계는, 상기 부 사용자가 상기 네트워크 상에 존재하는 상기 데이터 채널의 수와 상기 부 사용자의 수 중 적어도 하나 이상의 정보와 상기 부 사용자의 인덱스 정보를 이용하여 상기 보고 대상 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the sensing step may include selecting the reporting target channel using at least one of the number of the data channels existing on the network and the number of the secondary users and the index information of the secondary user .

여기서 상기 감지 단계는 상기 부 사용자가 하기 식 1과 같은 규칙에 따라 상기 보고 대상 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the detecting step may be characterized in that the secondary user selects the reporting target channel according to the rule of Equation (1).

[식 1][Formula 1]

Figure 112015069102233-pat00001
Figure 112015069102233-pat00001

(여기서 N pu 는 상기 데이터 채널의 수이고, N su (t) 는 t 번째 타임슬롯에 존재하는 상기 부 사용자의 수이고, mod(a, b)는 a를 b로 나눈 나머지를 획득하는 module 연산이고, I (t , i )는 t 번째 타임슬롯에서 i 번째 상기 데이터 채널을 상기 보고 대상 채널로 선택하는 상기 부 사용자의 인덱스이다.)(Where N pu is the number of the data channel, N su (t) is the number of the sub-user present in the t-th time slots, mod (a, b) is a module operation for obtaining a remainder obtained by dividing the a to b And I ( t , i ) is an index of the sub-user for selecting the i- th data channel as the reporting target channel in the t- th time slot.

여기서 상기 감지 단계에서, 상기 부 사용자가 상기 네트워크에 포함된 주 사용자가 상기 보고 대상 채널을 사용 중인지 여부를 감지하여, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, in the detecting step, the sub-user detects whether the main user included in the network is using the reporting target channel, and detects the status of the selected reporting target channel.

여기서 상기 보고 단계에서, 상기 부 사용자는 상기 감지 단계에서 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태에 관한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 제어 채널을 통해 적어도 하나 이상의 다른 상기 부 사용자에게 전송하고, 각 상기 부 사용자는 전송받은 상기 보고 메시지를 기초로 상기 데이터 채널 중 상기 가용 채널을 파악하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the reporting step, the secondary user transmits a report message including information on the status of the reporting target channel sensed in the sensing step to at least one of the other secondary users through the control channel, And the user can identify the available channel among the data channels based on the received report message.

여기서 상기 보고 단계에서, 상기 부 사용자는 적어도 하나 이상의 다른 상기 부 사용자로부터 상기 제어 채널을 통해 전송받은 상기 보고 메시지에 따라, 상기 네트워크 상의 상기 가용 채널에 관한 정보를 담고 있는 가용 채널 목록을 관리 및 갱신하는 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein, in the reporting step, the sub-user manages and updates an available channel list containing information on the available channels on the network in accordance with the reporting message transmitted from the at least one other sub-user via the control channel .

여기서 상기 경쟁 단계에서, 상기 부 사용자가 상기 보고 단계에서 파악된 상기 가용 채널들 중에서 데이터를 전송하는데 사용하기 위한 상기 사용 대상 채널을 예약하기 위하여 경쟁하고, 상기 경쟁에서 우선순위를 획득한 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약하는 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein in the competing step, the secondary user competes to reserve the channel to be used for transmitting data among the available channels identified in the reporting step, and the secondary user who has obtained priority in the competition And the channel to be used is reserved.

여기서 상기 경쟁 단계에서, 상기 경쟁에서 우선순위를 획득한 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약한 다음, 나머지 상기 부 사용자들 간에 상기 경쟁을 다시 수행하여 각 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, in the competing step, the sub-user who has obtained the priority in the competition reserves the use-target channel, and then performs the competition again among the remaining sub-users, so that each of the sub- .

여기서 상기 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은, 비콘 메시지를 이용하여 상기 네트워크에 포함된 상기 부 사용자들 간에 시간을 동기화하고, 상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자의 정보를 동기화하여 초기화를 수행하는 네트워크 초기화 단계를 더 포함할 수 있다.Herein, the medium access control method according to the present invention is a method of synchronizing time between sub-users included in the network using a beacon message, synchronizing information of the sub-users participating in the network, Step < / RTI >

여기서 상기 네트워크 초기화 단계는, 상기 부 사용자들 중에서 선정된 마스터 부 사용자가 시간 정보를 포함한 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하고, 상기 비콘 메시지를 수신한 상기 부 사용자들은 상기 비콘 메시지에 포함된 상기 시간 정보를 이용하여 상기 마스터 부 사용자와 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계, 및 상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자가 상기 제어 채널을 통하여 참여 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하고, 상기 마스터 부 사용자는 각 타임슬롯에 상기 네트워크 상에 존재하는 상기 부 사용자들에 관한 정보를 포함하는 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하는 부 사용자 정보 동기화 단계를 포함할 수 있다.In the network initialization step, a master user selected by the selected sub-users transmits the beacon message including time information to the other sub-users, and the sub-users receiving the beacon message include the beacon message A time synchronization step of synchronizing the time with the master part user using the time information, and the sub-user participating in the network transmits the participation message to the other sub-users via the control channel, User information synchronization step of transmitting the beacon message including information on the sub-users existing on the network to each of the sub-users in each time slot.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 유형의 실시예는, 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서 상기 네트워크에 포함되는 부 사용자 장치들과 결합하여, 상술한 매체접근제어 방법을 수행하기 위하여 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램이 될 수 있다.In order to solve the above problems, another type of embodiment of the present invention is a method for performing a medium access control method in combination with sub-user devices included in the network in a distributed-type wireless network in a multi-channel environment, And may be a computer program recorded on a medium.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 유형에 따른 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서에 포함된 부 사용자 장치는, 상기 네트워크에 포함된 데이터 채널 중 보고 대상 채널을 선택하고, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지하는 감지부; 상기 감지부가 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태를 상기 네트워크에 포함된 제어 채널을 이용하여 송신하는 보고부; 및 다른 부 사용자 장치로부터 수신한 상기 보고 대상 채널의 상태를 기초로 파악된 상기 데이터 채널 중 가용 채널에 관한 정보를 이용하여, 데이터 전송을 위하여 사용할 채널인 사용 대상 채널을 예약하는 채널 예약부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a secondary user equipment included in a distributed cognitive radio network of a multi-channel environment according to another aspect of the present invention selects a reporting target channel among data channels included in the network, A sensing unit for sensing a state of the reporting target channel; A reporting unit for transmitting the state of the reporting object channel detected by the sensing unit using a control channel included in the network; And a channel reservation unit for reserving a use target channel, which is a channel to be used for data transmission, by using the information about the available channels among the data channels, which is grasped based on the status of the reporting target channel received from another auxiliary user apparatus .

본 발명에 따른 인지 무선 기반 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 따르면, 전력 공급이 제한적인 다중 채널 환경의 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN)에서 MAC 프로토콜 동작 시에 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the data transmission method in the cognitive radio-based sensor network according to the present invention, the energy efficiency can be improved during the MAC protocol operation in the cognitive radio-based sensor network (CRSN) in a multi-channel environment with limited power supply .

보다 구체적으로 본 발명에 의하면, 기존의 방법에서 감지 단계에서 모든 데이터 채널의 상태를 확인하기 위하여 (데이터 채널 수) X (채널당 감지시간(T)) 만큼의 시간을 소모하였던 것과는 달리, 두 개의 채널 상태를 확인하기 위하여 2 X (채널당 감지시간(T)) 의 시간 만을 필요로 한다는 장점이 있다. More specifically, according to the present invention, unlike the conventional method in which the time required to detect the state of all the data channels (the number of data channels) X (the detection time per channel (T)) is consumed in the sensing step, There is an advantage in that it requires only a time of 2 X (detection time per channel (T)) in order to check the state.

이와 같이 본 발명에 따르면 감지 시간을 감소시킴에 따라 보다 적은 시간 동안 IDLE 모드로 동작하여 전력 소모량을 감소시킬 수 있고, 또한 동시에 남은 보다 많은 타임슬롯에서 데이터를 전송할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce power consumption by operating the IDLE mode for a shorter period of time by decreasing the sensing time, and to transmit data in more time slots remaining at the same time.

도 1은 하이브리드 MAC 프로토콜에서 수행하는 상술한 4가지 단계를 나타낸 참고도이다.
도 2는 데이터 채널에서 수행되는 감지, 경쟁, 데이터 전송 단계에서 필요한 상대적 시간의 길이를 나타낸 참고도이다.
도 3은 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 동작을 시간의 흐름에 따라 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 감지 단계가 각 데이터 채널을 감지할 부 사용자의 인덱스를 결정하는 예를 나타낸 참고도이다.
도 6은 데이터 채널에서 4가지 단계별 전력 소모 모드(mode) 또는 상태(state)를 나타낸 참고도이다.
도 7은 본 발명에 따른 메체접근제어 방법을 수행하는 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에 포함된 부 사용자 장치의 블록도이다.
FIG. 1 is a reference diagram showing the above-described four steps performed in the hybrid MAC protocol.
FIG. 2 is a reference diagram showing the length of relative time required in the sensing, competition, and data transmission steps performed in the data channel.
3 is a flowchart of a medium access control method according to the present invention.
4 is a reference diagram for explaining the operation of the medium access control method according to the present invention with the passage of time.
5 is a reference diagram illustrating an example in which the detection step determines an index of a secondary user to detect each data channel.
6 is a reference diagram showing a power consumption mode or a state in four stages in the data channel.
FIG. 7 is a block diagram of a secondary user equipment included in a distributed cognitive radio network in a multi-channel environment performing a media access control method according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

다양한 사물 또는 객체를 네트워크로 연결시켜 활용하고자 하는 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 환경은 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network)를 통하여 구현이 가능하다. 근래에 들어, 스마트 파워 그리드, 지능형 교통 체계, 구조적 건강 상태 모니터링, 환경 방호, 스마트 농업, 재난 관리 등 다양한 특정 도메인 산업 애플리케이션들에서 사용되고 있다. 그리고 이와 같은 무선 센서 네트워크에서 스펙트럼 자원을 효율적으로 활용하기 위한 다양한 다중 채널 매체접근제어(MAC, Medium Access Control) 프로토콜들이 제안되어 왔다. 그런데 사물 인터넷을 사용하는 다양한 서비스와 시스템들이 증가함에 따라 이를 구성하는 센서 노드들의 수 역시 빠른 속도로 증가할 예정이다. 따라서 동일한 스펙트럼 자원 상에서, 예를 들면 동일한 비인가 대역 스펙트럼(License Free Spectrum) 상에서, 여러 개의 네트워크들이 공존하면서 한정된 스펙트럼 자원을 공유하여 사용하는 네트워크 기술이 필요하다고 할 것이다. 즉 다수의 센서 노드들이 동일한 스펙트럼 대역에서 동작함으로써 발생할 수 있는 간섭 문제와 스펙트럼 자원 부족 문제가 해결되어야 할 필요가 있다.The Internet of Things (IoT) environment, in which various objects or objects are connected by a network, can be implemented through a wireless sensor network (WSN). In recent years, it has been used in a variety of specific domain industrial applications such as smart power grids, intelligent transportation systems, structural health monitoring, environmental protection, smart agriculture, and disaster management. Various multi-channel MAC (Medium Access Control) protocols have been proposed to efficiently utilize spectrum resources in such a wireless sensor network. However, as the number of various services and systems using the Internet of objects increases, the number of sensor nodes constituting it will also increase rapidly. Therefore, a network technology that uses a limited spectrum resource while using several networks coexist on the same spectrum resource, for example, the same License Free Spectrum, is required. That is, there is a need to solve the interference problem and the shortage of spectrum resources that can be caused by a plurality of sensor nodes operating in the same spectrum band.

이와 같이 인지 무선 기술(Cognitive Radio Technology)은 무선 센서 네트워크 상에서의 위와 같은 스펙트럼 자원 부족 문제를 해결하기 위한 차세대 무선 네트워크 기술 중 하나이다. 상술한 스펙트럼 자원 부족을 해결하기 위해 인가 대역에서 비인가 장치, 즉 부 사용자들(SU, secondary user)이 스펙트럼 자원을 사용하기 위하여 동적 스펙트럼 접속 (DSA, dynamic spectrum access) 기술이 제안되었고, 이 기술은 인지 무선 네트워크에 활용되어 스펙트럼 자원의 효율성을 향상시켰다. 인지 무선 네트워크에서는 무선 채널 상에서 통신을 제어 및 관리하기 위해서는 효율적이고 지능적인 매체접근제어 (MAC, medium access control) 프로토콜의 개발이 필요하다. 그리고 MAC 프로토콜은 인지 무선 네트워크의 특징을 스마트하게 적응할 수 있어야 하며, 동적인 환경에서도 성능을 유지할 수 있어야 한다. Cognitive Radio Technology (Cognitive Radio Technology) is one of the next generation wireless network technologies to solve the problem of lack of spectrum resources on wireless sensor networks. Dynamic spectrum access (DSA) techniques have been proposed for use of spectrum resources by unauthorized devices, i.e., secondary users, in the applied band to solve the above-mentioned spectrum resource shortage, It is used in cognitive wireless networks to improve the efficiency of spectrum resources. In cognitive wireless networks, it is necessary to develop an efficient and intelligent MAC (medium access control) protocol to control and manage communication on a wireless channel. And the MAC protocol should be able to smartly adapt the characteristics of the cognitive radio network and maintain its performance even in a dynamic environment.

이와 같은 인지 무선 네트워크는 집중형(centralized) 구조과 분산형(distributed) 구조로 구분될 수 있다. 집중형 구조는 기지국(BS, base station)과 같은 중앙 유닛(central unit)을 가지는데, 중앙 유닛이 무선 환경에 관한 정보를 수집하고 그것의 커버리지 영역 안에 있는 부 사용자(SU)들 간의 통신을 관리한다. 반면, 분산형 구조, 즉 분산형 인지 무선 네트워크(DCRNs, distributed cognitive radio networks)는 무선 환경 정보를 수집하는 셀룰러 네트워크에서의 기지국이나, 무선 근거리통신 네트워크(WLAN, wireless local area network)에서의 접속점(AP, access point)이 존재하지 않은 인지 무선 네트워크로서, 부 사용자(SU)들 간에 피어투피어(P2P, peer-to-peer) 네트워크를 형성한다. 일반적으로 분산형 인지 무선 네트워크에서는 부 사용자(SU)들이 채널을 감지하고, 채널의 사용을 위한 협상을 수행하는 기능을 가지고 있다. Such a cognitive radio network can be divided into a centralized structure and a distributed structure. The centralized architecture has a central unit, such as a base station (BS), in which the central unit collects information about the wireless environment and manages communication between the sub-users (SUs) within its coverage area do. On the other hand, a distributed structure, that is, distributed cognitive radio networks (DCRNs), can be used for a base station in a cellular network collecting radio environment information or a connection point in a wireless local area network (WLAN) (Peer-to-peer) network between sub-users (SUs) as a cognitive wireless network in which there is no access point (AP). Generally, in a distributed type wireless network, SUs have a function of detecting a channel and performing negotiation for use of the channel.

분산형 인지 무선 네트워크에서는, 부 사용자(SU)들이 스스로 채널을 감지하여 주 사용자(Primary User, PU)가 본래 사용하는 채널들에 대해 주 사용자의 사용 여부를 알아내고, 주 사용자가 사용하지 않는 유휴(idle) 상태의 채널을 통해 다른 부 사용자(SU)와 애드혹(Ad-hoc) 방식으로 통신한다. 그러나 부 사용자(SU)가 채널을 감지하는 범위 및 기간, 하드웨어의 제약 등으로 인해 전체 스펙트럼의 정보 중 일부 만을 획득할 수 있으며 정확한 정보를 획득하기 어렵다. 이를 극복하기 위해, 분산형 무선 인지 네트워크 내의 부 사용자(SU)들은 자신이 감지한 부분적인 스펙트럼의 정보를 다른 부 사용자(SU)들과 서로 교환하는 방법으로 전체 채널 정보를 파악하는 협력적 스펙트럼 감지(Cooperative Spectrum Sensing) 기능을 수행한다. 그리고 이때 분산형 무선 인지 네트워크 환경에서 부 사용자(SU)들은 중앙 유닛 없이 주 사용자 채널(이하, PU 채널)의 감지 결과 교환, 사용할 PU 채널의 협상 및 선택, 그리고 시간 동기화 작업을 유기적으로 수행해야 한다. 이러한 동작들은 부 사용자(SU)들에게 인가되거나 부 사용자(SU)들이 공통적으로 알고 있는 공통 제어 채널(Common Control Channel, CCC)을 통해 보다 효율적으로 수행될 수 있다. In the distributed cognitive radio network, the SUs themselves detect the channel and find out whether the main user is using the channels that the primary user (PU) originally uses, and the idle (SU) through an idle channel in an Ad-hoc manner. However, it is difficult to acquire accurate information because it is possible to acquire only a part of information of the entire spectrum due to the range and duration of the channel sensing by the secondary user (SU), hardware constraints, and the like. In order to overcome this problem, sub-users (SUs) in a distributed wireless perceived network exchange information of a partial spectrum sensed by themselves with other sub-users (SUs) (Cooperative Spectrum Sensing) function. At this time, in the distributed wireless perceived network environment, the SUs should organically perform the exchange of the detection result of the main user channel (PU channel), the negotiation and selection of the PU channel to be used, and the time synchronization operation without the central unit . These operations can be performed more efficiently through the Common Control Channel (CCC), which is granted to the SUs or is commonly known by the SUs.

이와 같이 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN, Cognitive Radio enabled Sensor Network)는 비인가된 부 사용자(SU, Secondary User)들이 중앙 네트워크 유닛(Central network unit)이 없이 애드 혹(Ad-hoc) 방식으로 서로 통신하는 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN, Distributed Cognitive Radio Networks)의 구조를 가질 수 있다. As described above, the cognitive radio enabled sensor network (CRSN) is a system in which unauthorized secondary users (SUs) communicate with each other in an ad hoc manner without a central network unit And may have a structure of Distributed Cognitive Radio Networks (DCRN).

이와 같이 중앙에서 부 사용자(SU)들 간의 통신을 통제하지 않는 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN)에서는, 부 사용자(SU)들 간에 스펙트럼 자원을 공유하여 사용하기 위한 MAC 프로토콜의 설정이 중요한 이슈이다. 분산형 인지 무선 네트워크(DCRN)에서의 MAC 프로토콜은 크게 임의 접근(Random Access) 방식, 타임 슬롯(Time Slotted) 방식, 하이브리드(Hybrid) 방식의 3가지 방식으로 구분될 수 있다. 여기서 하이브리드 방식은 임의 접근 방식과 타임슬롯 방식의 장점을 가져와 만든 것으로 일반적으로 보다 효율적인 MAC 프로토콜으로 여겨지고 있다.In the DCRN, which does not control the communication between sub-users (SUs) at the center, setting up a MAC protocol for sharing spectrum resources among sub-users (SUs) is an important issue. The MAC protocol in the distributed decryption radio network (DCRN) can be roughly divided into three types: a random access method, a time slotted method, and a hybrid method. Here, the hybrid method is made by taking advantage of random access method and time slot method, and is generally regarded as a more efficient MAC protocol.

그러나 지금까지 제안되어 온 대부분의 하이브리드 방식의 MAC 프로토콜은 스펙트럼 자원을 효율적으로 공유하는 것에 주된 초점을 두어 설계되었을 뿐, 에너지 효율성 측면에서 보다 적은 전력으로 동작이 가능하도록 설계되지는 못하였다는 한계점이 있다. 즉 기존의 하이브리드 매체접근제어(MAC) 프로토콜 방식들은 에너지 효율성 측면에서 한계점이 있었다.However, most of the proposed hybrid MAC protocols have been designed to efficiently share spectrum resources, but they have not been designed to operate with less power in terms of energy efficiency have. In other words, existing hybrid medium access control (MAC) protocol schemes have limitations in terms of energy efficiency.

예를 들어 기존의 대표적인 하이브리드 MAC 프로토콜에는 O-MAC, OMC-MAC, MMAC-CR, ECRQ-MAC 등이 있다. 여기서 O-MAC 프로토콜 방식은 "H. Su and X. Zhang, "Cross-Layer Based Opportunistic MAC Protocols for QoS Provisioning Over Cognitive Radio Wireless Networks," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 26, no. 1, pp. 118-129, Jan. 2008."에서, OMC-MAC 프로토콜 방식은 "S. C. Jha, U. Phuyal, M. M. Rashid, and V. K. Bhargava, "Design of OMC-MAC: An Opportunistic Multi-Channel MAC with QoS Provisioning for Distributed Cognitive Radio Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, no. 10, pp. 3414-3425, Oct. 2011."에서, MMAC-CR 프로토콜 방식은 "M. Timmers, S. Pollin, A. Dejonghe, L. Van der Perre, and F. Atthoor, "A distributed multichannel MAC protocol for multihop cognitive radio network," IEEE Trans. Veh. Tech., vol. 59, nol. 1, pp. 446-459, Jan. 2010."에서, ECRQ-MAC 프로토콜 방식은 "S. M. Kamaruzzaman, and M. A. Hamid, and M. Abdullah-Al-Wadud, "An energy-efficient MAC protocol for QoS provisioning in cognitive radio ad hoc networks," Radioengineering, vol. 19, no. 4, pp. 567-578, Dec. 2010."에서 각각 상세히 기재하고 있다.For example, O-MAC, OMC-MAC, MMAC-CR, and ECRQ-MAC are typical hybrid MAC protocols. The O-MAC protocol scheme is described in "H. Su and X. Zhang," Cross-Layer Based Opportunistic MAC Protocols for QoS Provisioning Over Cognitive Radio Wireless Networks, IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. , pp. 118-129, Jan. 2008. "The OMC-MAC protocol scheme is described in" SC Jha, U. Phuyal, MM Rashid, and VK Bhargava, "Design of OMC- MMAC-CR protocol scheme is described in "M. Timmers, S. Pollin ", " Provisioning for Distributed Cognitive Radio Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 10, no. 10, pp. 3414-3425, Oct. 2011. & , A. Dejonghe, L. Van der Perre, and F. Atthoor, "A distributed multichannel MAC protocol for multihop cognitive radio network," IEEE Trans. Veh. Tech., Vol. 59, no. 1, pp. 446-459 , Jan. 2010. ", the ECRQ-MAC protocol scheme is described in "SM Kamaruzzaman, and MA Hamid, and M. Abdullah-Al-Wadud," An energy-efficient MAC protocol for QoS provisioning in cognitive radio ad hoc networks, , vol. 19, no. 4, pp. 567-578, Dec. 2010. "

이와 같은 하이브리드 MAC 프로토콜 방식들에서는 에너지 소모량을 결정하는 주된 요소가 각 부 사용자(SU)들이 감지 단계, 보고 단계, 경쟁 단계, 데이터 전송 단계로 이루어지는 채널 접근 방법을 어떠한 형태로 구성하는지 이다.In such hybrid MAC protocol schemes, a main factor for determining the energy consumption is how the SU forms the channel access method including the sensing step, the reporting step, the competing step, and the data transmitting step.

도 1은 하이브리드 MAC 프로토콜에서 수행하는 상술한 4가지 단계를 나타낸 참고도이다. 일반적으로 하이브리드 MAC 프로토콜은 시간 동기화 후, 도 1과 같이 시간을 타임슬롯으로 나눠 채널 접근에 필요한 상기 4가지 단계를 수행한다. 먼저 감지 단계에서는 스펙트럼 감지 기능을 사용해 채널 상태를 확인한다. 다음으로 보고 단계에서는 하나의 부 사용자(SU)가 감지 단계에서 감지한 결과를 자신이 속한 네트워크 내의 부 사용자(SU)들에게 제공할 수 있다. 이때 만일 부 사용자(SU)가 본인이 감지한 감지 결과만을 이용하여 채널에 접근하는 지역 스펙트럼 감지 방법을 이용하는 경우에는, 보고 단계가 생략될 수 있다. 다음으로 경쟁 단계는 상기 감지 단계와 보고 단계를 거쳐 확보된 가용 채널 정보를 토대로 각 부 사용자(SU)들이 해당 타임슬롯의 사용권을 획득하기 위하여 경쟁한다. 마지막으로 데이터 전송 단계에서는 상술한 감지 단계, 보고 단계, 경쟁 단계를 거쳐 예약된 채널의 타임슬롯에서 데이터 패킷을 전송한다.FIG. 1 is a reference diagram showing the above-described four steps performed in the hybrid MAC protocol. Generally, the hybrid MAC protocol divides time into time slots as shown in FIG. 1 after time synchronization to perform the four steps necessary for channel access. First, in the detection phase, the channel state is checked using the spectrum detection function. Next, in the reporting step, one SU (SU) can provide the result detected by the SU to the SUs in its own network. At this time, if the sub-user (SU) uses the regional spectrum sensing method of accessing the channel using only the detection result of the user, the reporting step may be omitted. Next, in the competition step, each sub-user (SU) competes to acquire the usage right of the corresponding time slot based on the available channel information obtained through the sensing step and the reporting step. Finally, in the data transmission step, the data packet is transmitted in the time slot of the reserved channel through the sensing step, the reporting step, and the competition step.

이때 일정한 길이의 타임슬롯 내에서는 감지 단계, 보고 단계, 경쟁 단계에 할당된 시간(자원)이 적으면 적을수록 데이터 전송 단계에 할당될 수 있는 시간(자원)이 증가하여 보다 많은 양의 데이터를 전송할 수 있음을 확인할 수 있다.In this case, the smaller the time (resource) allocated to the sensing step, the reporting step, and the competition step in the time slot of a certain length, the more time (resources) that can be allocated to the data transmission step increases and the larger amount of data is transmitted .

도 2는 데이터 채널에서 수행되는 감지, 경쟁, 데이터 전송 단계에서 필요한 상대적 시간(자원)의 길이(양)을 나타낸 참고도이다. O-MAC은 공통 제어 채널을 활용한 접근 방법을 사용하고, 그에 따라 채널 예약을 위한 감지 단계에서 모든 데이터 채널 상태를 확인한 다음, 제어 채널에서 감지 결과에 대한 보고를 수행한다. 따라서 제어 채널 사용을 위한 추가적인 트랜스시버가 필요하다. 여기서 데이터 채널의 수가 N pu 이고, 하나의 채널 상태를 확인하는데 필요한 시간은 T sens 라 했을 때, 감지 단계에서는 총 N pu X T sens 의 시간이 소요된다. 그리고 이 감지 결과를 토대로 경쟁 단계는 제어 채널에서 수행되어 사용할 채널들이 예약된다. 한편 MMAC-CR, ECRQ-MAC, OMC-MAC은 하나의 트랜스시버만을 사용하여 채널 접근을 위한 각 단계들을 순차적으로 수행한다. 따라서 감지 단계에서는 O-MAC과 마찬가지로 N pu X T sens 의 시간이 소요된다. 경쟁 단계에 대하여는 MMAC-CR과 ECRQ-MAC은 고정으로 할당되도록 하였으나, OMC-MAC의 경우 데이터 채널의 수, 경쟁하는 부 사용자(SU)의 수에 따른 제어 메시지 충돌 확률 등을 고려하여 그 길이가 가변이다. 따라서 고정 길이를 가지는 타임슬롯을 가정하였을 때, 데이터 전송 단계의 길이는 MMAC-CR과 ECRQ-MAC은 고정이고, OMC-MAC은 가변이다.FIG. 2 is a reference diagram showing the length (amount) of relative time (resource) required in the sensing, competition, and data transmission steps performed in the data channel. The O-MAC uses an access method using a common control channel, thereby detecting all the data channel states in the detection step for channel reservation, and then reporting the detection result in the control channel. Therefore, additional transceivers are needed to use the control channel. Here, when the number of data channels is N pu, and the time required for confirming one channel state is T sens , a total N pu X T sens time is required in the sensing step. Based on the detection result, the contention stage is performed in the control channel, and the channels to be used are reserved. On the other hand, MMAC-CR, ECRQ-MAC, and OMC-MAC sequentially perform each step for channel access using only one transceiver. Therefore, N pu X T sens takes time as in O-MAC. In the case of the OMC-MAC, the MMAC-CR and the ECRQ-MAC are fixedly allocated for the contention stage, but considering the number of data channels and the number of competing sub-users (SU) It is variable. Therefore, assuming a time slot having a fixed length, the length of the data transmission step is fixed for MMAC-CR and ECRQ-MAC, and OMC-MAC is variable.

여기서 O-MAC, MMAC-CR, ECRQ-MAC 방식은 네트워크에 존재하는 모든 데이터 채널이 가용한 경우를 고려하여 경쟁 단계의 자원(시간)의 양이 할당되어 있으므로, 가용한 데이터 채널의 수 또는 한 번의 경쟁에 사용된 자원(시간)의 양을 제외한 나머지는 낭비될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 경쟁 단계에서 남은 자원(시간)만큼 idle 모드로 동작해야 하므로 이에 따른 전력이 낭비될 수 있다는 문제점이 있다. 또한 OMC-MAC 방식은 가용한 데이터 채널이 많은 경우 경쟁 후 남은 자원(시간)을 데이터 전송에 사용하므로 가용한 데이터 채널이 적은 경우보다 상대적으로 적은 양의 자원으로 채널 내에서 데이터 전송을 수행해야 하고, 따라서 가용한 데이터 채널이 적은 경우보다 데이터 전송이 상대적으로 늦게 수행되므로 doze 상태에 늦게 돌입해 전력 낭비가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.Since the O-MAC, MMAC-CR, and ECRQ-MAC schemes are used to allocate resources (time) in the contention stage in consideration of availability of all data channels existing in the network, There is a problem that the remainder excluding the amount of resources (time) used in the competition can be wasted. Therefore, there is a problem in that power is wasted due to the need to operate in the idle mode as much as the remaining resources (time) in the competition stage. In the OMC-MAC scheme, when there is a large number of available data channels, the remaining resources (time) after the competition are used for data transmission. Therefore, it is required to perform data transmission within a channel with a relatively small amount of resources Therefore, data transmission is performed relatively later than when the number of usable data channels is small, so that the system goes into the doze state late and power dissipation may occur.

여기서 상술한 O-MAC, MMAC-CR, ECRQ-MAC, OMC-MAC과 같은 기존의 하이브리드 MAC 프로토콜 방식들은 도 3의 감지 단계에 대한 도시와 같이 모두 N pu X T sens 의 시간을 소요하여 감지를 수행한다는 한계점이 있다. Conventional hybrid MAC protocol schemes such as O-MAC, MMAC-CR, ECRQ-MAC, and OMC-MAC described above take time of N pu X T sens as shown in the sensing step of FIG. There is a limitation that it performs.

본 발명에서는 상술한 기존의 하이브리드 매체접근제어 방법들의 문제점을 해결하기 위한 에너지 효율적인 하이브리드 매체접근제어 방법 및 그에 관한 장치를 제안한다. 이를 위하여 본 발명에 따른 매체접근제어(MAC) 프로토콜은 감지 단계, 보고 단계, 경쟁 단계, 데이터 전송 단계를 포함하면서, 특히 감지 단계를 보다 에너지 효율적으로 설계하고 그에 따라 기타 단계들의 동작 역시 설계하여 에너지 효율성이 향상된 방식을 제안한다.The present invention proposes an energy efficient hybrid medium access control method and apparatus for solving the problems of the conventional hybrid medium access control methods described above. To this end, the MAC protocol of the present invention includes a sensing step, a reporting step, a competition step, a data transmission step, and more particularly, to design a sensing step more energy-efficient, We propose an improved method of efficiency.

먼저 본 발명에 따른 매체접근제어 방법이 동작하는 장치 및 시스템의 구조에 대하여 설명한다.First, the structure of an apparatus and a system in which the medium access control method according to the present invention operates will be described.

본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 다중 채널 환경의 인지 무선 센서 네트워크(CRSN) 상에서 동작한다. 여기서 네트워크에는 주 사용자(PU, primary user)의 수에 따른 N pu 개의 데이터 채널들이 존재하며, 각 데이터 채널은 본래 인가된 주 사용자(PU)에게 할당되어 사용된다.The medium access control method according to the present invention operates on a cognitive radio sensor network (CRSN) in a multi-channel environment. In this case, there are N pu data channels according to the number of primary users (PUs), and each data channel is allocated and used to the originally authorized main user (PU).

본 발명에 따른 매체접근제어 장치 및 그 방법에서는 동시에 제어 신호와 데이터 전송을 동시에 처리하기 위하여 공통 제어 채널(Common Control Channel)을 사용할 수 있다. 공통 제어 채널은 데이터 채널과 구별되는 부 사용자(SU)들 간에 제어 신호를 송수신하기 위하여 공통으로 사용하는 채널로서, 이와 같은 공통 제어 채널을 이용함으로써 데이터의 송수신과는 별도로 제어 신호를 송수신할 수 있다. 본 발명에 따른 매체접근제어 장치 및 그 방법에서는 보다 효율적으로 스펙트럼 자원을 활용하기 위해 공통 제어 채널 접근 방법을 적용하여 제어 신호(control signal)의 송수신과 데이터 전송이 동시에 수행될 수 있도록 한다. 그리고 이때 공통 제어 채널은 부 사용자(SU)들이 전용으로 사용하는 채널이 되는 것이 바람직하다.In the medium access control apparatus and method according to the present invention, a common control channel may be used to simultaneously process control signals and data transmission. The common control channel is a channel commonly used for transmitting / receiving a control signal between sub-users (SUs) distinguished from data channels, and can transmit / receive a control signal separately from data transmission / reception by using such a common control channel . In the medium access control apparatus and method according to the present invention, a common control channel access method is applied to more efficiently utilize spectrum resources, so that transmission and reception of control signals and data transmission can be performed simultaneously. At this time, it is preferable that the common control channel is a channel dedicated for use by SUs.

이를 위해 각 부 사용자(SU)들은 각각 적어도 두 개의 트랜스시버(Transceiver)를 구비하고 각 트랜시버를 이용하여 제어 신호와 데이터 전송을 동시에 처리할 수 있다. 여기서 부 사용자(SU)는 하나는 제어 채널을 위한 트랜스시버 용도로, 또 다른 하나는 데이터 채널들을 위한 트랜스시버 용도로 각 트랜스시버를 사용할 수 있다. 예를 들면 부 사용자(SU)는 두 개의 반이중(Half-duplex) 트랜스시버를 구비할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 각 부 사용자(SU)는 데이터 용 트랜스시버를 사용해 데이터 송수신을 수행함과 동시에 제어 용 트랜스시버를 사용해 제어 신호들을 송수신할 수 있다. 또한 부 사용자(SU)들은 제어 용 트랜스시버를 이용하여 공통 제어 채널에서 이웃하는 부 사용자(SU)들 간에 교환되는 제어 신호들을 지속적으로 파악할 수 있으므로, 다중 채널에서의 히든 터미널 문제(MHTP, Multi-channel Hidden Terminal Problem)가 보다 손쉽게 해결될 수 있다는 장점이 있다.To this end, each subscriber (SU) has at least two transceivers, and can simultaneously process control signals and data transmissions using each transceiver. Where the secondary user (SU) can use each transceiver for one transceiver purpose for the control channel and another one transceiver for the data channels. For example, the secondary user (SU) may have two half-duplex transceivers. With such a configuration, each sub user SU can perform data transmission / reception using a data transceiver and transmit / receive control signals using a control transceiver. In addition, since the SUs can continuously grasp the control signals exchanged between neighboring SUs on the common control channel using the control transceiver, Hidden Terminal Problem) can be more easily solved.

다음으로는 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 각 단계의 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation of each step of the medium access control method according to the present invention will be described.

도 3은 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a medium access control method according to the present invention.

도 3과 같이 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 감지 단계(SP, Sensing Phase)(S100), 보고 단계(RP, Reporting Phase)(S200), 경쟁 단계(CP, Contention Phase)(S300)를 포함할 수 있다. 또한 필요에 따라 데이터 전송 단계(DTP, Data Transportation Phase)(S400)를 더 포함할 수 있고, 또한 필요에 따라 네트워크 초기화 단계(NIP, Network Initialization Phase)(S50)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the method of controlling access to media according to the present invention includes a sensing step (SP) (S100), a reporting step (RP) (S200), and a contention phase (CP) can do. In addition, it may further include a data transfer phase (DTP) (S400) as required, and may further include a network initialization phase (NIP) (S50) as needed.

감지 단계(S100)는 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서, 상기 네트워크에 포함된 부 사용자(SU)가 상기 네트워크에 포함된 데이터 채널 중 보고 대상 채널을 선택하고, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지한다.In the sensing step S100, a sub-user (SU) included in the network selects a reporting target channel among the data channels included in the network in a distributed-type wireless network in a multi-channel environment, Lt; / RTI >

보고 단계(S200)는 적어도 하나 이상의 상기 부 사용자(SU)가 각 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태를, 상기 부 사용자(SU)들 간에 상기 네트워크에 포함된 제어 채널을 이용하여 송수신한다. 여기서 보고 단계(S200)에서 상기 부 사용자(SU)는 감지 단계(S100)에서 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태에 관한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 제어 채널을 통해 적어도 하나 이상의 다른 상기 부 사용자(SU)에게 전송하고, 각 상기 부 사용자(SU)는 전송받은 상기 보고 메시지를 기초로 상기 데이터 채널 중 사용 가능한 채널을 파악할 수 있다.The reporting step S200 transmits and receives the states of the reporting target channels detected by at least one or more of the sub users SU using the control channel included in the network between the sub users SU. Here, in step S200, the secondary user SU transmits a report message including information on the status of the reporting target channel sensed in the sensing step S100 to at least one of the other secondary users SU), and each of the secondary users (SU) can grasp a usable channel among the data channels based on the received report message.

경쟁 단계(S300)는 보고 단계(S200)에서 상기 보고 대상 채널의 상태를 기초로 파악된 상기 데이터 채널 중 사용 가능한 채널에 관한 정보를 이용하여, 상기 부 사용자(SU)가 데이터 전송을 위하여 사용할 채널인 사용 대상 채널을 예약한다. 경쟁 단계(S300)에서는 상기 부 사용자(SU)가 보고 단계(S200)에서 파악된 사용 가능한 채널들 중에서 데이터를 전송하는데 사용하기 위한 상기 사용 대상 채널을 예약하기 위하여 경쟁하고, 상기 경쟁에서 우선순위를 획득한 상기 부 사용자(SU)가 상기 사용 대상 채널을 예약한다.In the competing step S300, the information about the usable channel among the data channels, which is grasped based on the status of the reporting target channel in the reporting step S200, To-be-used channel. In the competing step S300, the secondary user (SU) competes to reserve the channel to be used for transmitting data among the available channels identified in the reporting step S200, And the acquired sub-user (SU) reserves the use target channel.

여기서 감지 단계(S100)는 이전 타임슬롯의 경쟁 단계(S300)에서 예약된 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 감지 단계(S100)는 상기 네트워크에 포함된 상기 데이터 채널 중 일부인 상기 보고 대상 채널 및 상기 사용 대상 채널을 감지할 수 있고, 이를 위하여 타임슬롯에 포함된 두 개의 미니슬롯을 이용하여 상기 보고 대상 채널과 상기 사용 대상 채널을 각각 감지할 수 있다.Here, the detecting step S100 may include detecting the state of the use target channel reserved in the competing step S300 of the previous time slot. Here, the sensing step S100 may detect the reporting target channel and the target channel, which are a part of the data channels included in the network, and use the two minislots included in the time slot to detect the reporting target channel And the use target channel, respectively.

데이터 전송 단계(S400)는 상기 부 사용자(SU)가 예약한 상기 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송한다. 여기서 상기 감지 단계(S100)에서 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지한 결과 상기 사용 대상 채널이 사용 가능한 상태로 감지된 경우, 상기 감지된 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송할 수 있다.The data transfer step (S400) transmits data through the use target channel reserved by the secondary user (SU). If it is detected that the use target channel is available as a result of detecting the status of the use target channel in the sensing step S100, data can be transmitted through the used target channel.

네트워크 초기화 단계(S50)는 비콘 메시지를 이용하여 상기 네트워크에 포함된 상기 부 사용자(SU)들 간에 시간을 동기화하고, 상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자(SU)의 정보를 공유하여 초기화를 수행한다. The network initialization step (S50) synchronizes time between the sub-users (SU) included in the network using a beacon message, and performs initialization by sharing information of the sub-users (SU) participating in the network.

이하에서는 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a medium access control method according to the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 동작을 시간의 흐름에 따라 설명하기 위한 참고도이다.4 is a reference diagram for explaining the operation of the medium access control method according to the present invention with the passage of time.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each step of the medium access control method according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 and FIG.

도 4를 참조하면 본 발명에 따른 매체접근제어 방법이 동작하는 시간 축은 소정의 길이를 가지는 다수의 주기적 타임슬롯으로 나뉜다. 여기서 각 타임슬롯들은 모두 동일한 소정의 길이를 가질 수 있다. 여기서 도 4와 같이 데이터 채널(Data Channel)과 제어 채널(Control Channel)은 모두 동일한 Ts의 시간 길이의 타임슬롯들로 주기적으로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 4, the time axis on which the media access control method according to the present invention operates is divided into a plurality of periodic time slots having a predetermined length. Where each time slot may all have the same predetermined length. As shown in FIG. 4, the data channel and the control channel can be periodically divided into time slots having the same time length of Ts.

여기서 타임슬롯은 추가적으로 소정의 길이를 가지는 여러 개의 미니슬롯으로 구분될 수 있다. 도 4를 참조하면, 데이터 채널에 도시된 CFR, CFU와 제어 채널에 도시된 B, J, 1, 2, ..., M과 같이 하나의 타임슬롯을 구분하는 부분 슬롯들이 상기 미니슬롯(Minislot)이다. 여기서 하나의 타임슬롯 내에 존재하는 미니슬롯의 개수는 데이터 채널의 개수와 네트워크에 존재하는 부 사용자(SU)의 수에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어 도 4와 같이 보고 단계(S200)와 경쟁 단계(S300)에 각 포함된 미니슬롯의 개수는 소정의 수인 M개가 될 수 있다. 그리고 여기서 M은 N pu 보다 크거나 같은 수가 될 수 있다. 여기서 하나의 미니슬롯의 길이는 부 사용자(SU)가 미니슬롯에 할당된 시간 내에서 데이터 채널의 상태를 확인하거나, 또는 네트워크 참가나 채널 경쟁을 위한 제어 메시지를 교환할 수 있도록 하는 시간 길이가 되도록 설정될 수 있다. 여기서 각 미니슬롯의 길이는 T ms 로 지칭한다.Here, the time slot may be further divided into a plurality of mini-slots having a predetermined length. Referring to FIG. 4, partial slots that distinguish one time slot, such as CFR and CFU shown in the data channel and B, J, 1, 2, ..., M shown in the control channel, )to be. Here, the number of minislots in one time slot can be set according to the number of data channels and the number of sub users (SU) existing in the network. For example, as shown in FIG. 4, the number of minislots included in the reporting step (S200) and the contention step (S300) may be a predetermined number (M). And where M can be greater than or equal to N pu . Here, the length of one minislot is set so that the length of time for allowing the secondary user (SU) to check the status of the data channel within the time allocated to the minislot, or to exchange control messages for network participation or channel contention Can be set. Wherein the length of each mini-slot is referred to as T ms.

네트워크 초기화 단계(S50)에서는 타임슬롯이 시작할 때 제어 채널을 통하여 채널들 간의 동기화가 수행될 수 있다. 이를 위하여 제어 채널의 타임슬롯과 데이터 채널의 타임슬롯이 비콘(Beacon) 메시지를 통하여 동기화될 수 있다. 여기서 비콘 메시지는 제어 채널을 통하여 매번의 타임슬롯이 시작할 때 브로드캐스팅될 수 있다.In the network initialization step (S50), synchronization between the channels can be performed through the control channel when the time slot starts. For this purpose, the time slot of the control channel and the time slot of the data channel may be synchronized via a beacon message. Where the beacon message may be broadcast at the start of each time slot through the control channel.

네트워크 초기화 단계(NIP, Network Initialization Phase)(S50)는 네트워크에 참여하는 부 사용자(SU)들의 시간을 동기화한다. 이를 위하여 부 사용자(SU)들 중에서 마스터 부 사용자(MSU, Master Secondary Unit)와 일반 부 사용자(NSU, Normal Secondary Unit)이 선정될 수 있다.The network initialization phase (NIP) (S50) synchronizes the time of sub-users (SUs) participating in the network. For this purpose, a Master Secondary Unit (MSU) and a Normal Secondary Unit (NSU) may be selected from SUs.

여기서 마스터 부 사용자(MSU)는 다음과 같이 선정될 수 있다. 먼저 네트워크에 처음 참가한 부 사용자(SU)는 비콘 메시지를 수신하려고 시도한다. 만일 소정의 시간 동안 비콘 메시지가 수신되지 않으면 해당 부 사용자(SU)가 본인을 네트워크에 처음 참가한 부 사용자(SU)로 판단하고, 본인을 마스터 부 사용자(MSU)로 설정할 수 있다. 그리고 마스터 부 사용자(MSU)로 설정된 부 사용자는 타임스탬프와 같은 시간 정보를 포함하는 비콘 메시지를 네트워크 상에 주기적으로 전송할 수 있다. 한편 만일 네트워크에 처음 참가한 부 사용자(SU)가 소정의 시간 동안 비콘 메시지를 수신하는 경우는 본인을 일반 부 사용자(NSU)로 설정할 수 있다. 그리고 비콘 메시지에 포함된 시간 정보를 이용하여 마스터 부 사용자(MSU)와 시간을 동기화할 수 있다.Here, the master sub user (MSU) can be selected as follows. First, the first SU participating in the network attempts to receive a beacon message. If the beacon message is not received for a predetermined time, the SU can determine that the SU is the first SU participating in the network and set the MS as the MSU. A secondary user set as the master subscriber (MSU) may periodically transmit a beacon message including time information such as a time stamp on the network. On the other hand, if the first SU participating in the network receives a beacon message for a predetermined time, it can set the NSU as a general user. And synchronize the time with the MSU using the time information included in the beacon message.

여기서 만일 마스터 부 사용자(MSU)가 네트워크 상에서 사라지는 경우, 일반 부 사용자(NSU) 중에서 미리 정해진 규칙에 따라 특정 부 사용자를 선정하여 마스터 부 사용자(MSU)로 설정할 수 있다. 이를 위하여 만일 소정의 시간 동안 비콘 메시지가 수신되지 않는 경우, 각 부 사용자(SU)들은 마스터 부 사용자(MSU)가 부재함을 인식하고, 미리 정해진 규칙에 따라 부 사용자(SU)들 중에서 마스터 부 사용자(MSU)를 선정할 수 있다. 예를 들면 부 사용자(SU)의 인덱스가 가장 크거나 가장 작은 부 사용자(SU)를 선택하거나 또는 인덱스에 관하여 미리 설정된 규칙에 따라 부 사용자(SU)를 선택하여, 마스터 부 사용자(MSU)를 선정할 수 있다.Here, if the master subscriber unit (MSU) disappears on the network, the subscriber unit can be selected and set as the master subscriber unit (MSU) according to predetermined rules among the NSUs. For this, if a beacon message is not received for a predetermined time, each sub-user (SU) recognizes that the master sub-user (MSU) is absent and, according to a predetermined rule, (MSU) can be selected. For example, a sub-user (SU) having the largest or smallest index of the sub-user (SU) is selected, or a sub-user (SU) is selected according to a predetermined rule regarding the index, can do.

여기서 마스터 부 사용자(MSU)는 각 타임슬롯이 시작할 때 비콘 메시지를 전송한다. 그리고 이때 비콘 메시지는 제어 채널을 통해 전송될 수 있다. 이와 같은 동작은 도 4와 같이 'B' 미니슬롯에서 수행될 수 있다.Here, the master subscriber unit (MSU) transmits a beacon message at the beginning of each time slot. At this time, the beacon message can be transmitted through the control channel. This operation can be performed in the 'B' minislot as shown in FIG.

상술한 동기화 과정 다음에 네트워크에 참여하는 부 사용자(SU)는 제어 채널을 통하여 참여 메시지(Join Message)를 전송할 수 있다. 이와 같은 동작은 도 4와 같이 'J' 미니슬롯에서 수행될 수 있다. 그리고 참여한 부 사용자(SU)가 전송한 참여 메시지에 응답하여, 마스터 부 사용자(MSU)는 제어 채널을 통하여 비콘 메시지를 전송할 수 있다. 여기서 마스터 부 사용자(MSU)가 전송하는 비콘 메시지에는 각 타임슬롯에 네트워크 상에서 존재하는 부 사용자(SU)들의 수와 부 사용자(SU)의 인덱스 및 MAC 주소를 포함할 수 있다. 따라서 새로운 부 사용자(SU)가 네트워크에 참여한 경우 부 사용자(SU)의 인덱스가 새롭게 추가된 비콘 메시지가 전송되므로, 각 부 사용자(SU)들은 새로운 부 사용자(SU)의 참여를 파악할 수 있고, 그에 따라 부 사용자 식별 목록(SIT, Secondary Unit Identifier List)을 업데이트할 수 있다. 여기서 부 사용자(SU)의 인덱스는 네트워크 상에 존재하는 복수개의 부 사용자(SU)들을 식별하기 위한 식별자로써, 미리 정해진 규칙에 따라 부 사용자(SU) 별로 할당될 수 있다. 예를 들면 부 사용자(SU)의 인덱스는 네트워크에 참여한 순서대로 부여될 수 있고, 또는 일정한 범위 내에서 랜덤으로 부여될 수도 있고, 특정 자원을 기준으로 부여될 수도 있는 등 다양한 규칙에 따라 부여될 수 있는 바, 여기서 인덱스를 부여하는 방법을 특정 규칙에 한정하지 않는다.After the synchronization process described above, a sub-user (SU) participating in the network can transmit a join message through a control channel. This operation can be performed in the 'J' minislot as shown in FIG. In response to the participation message transmitted by the participating secondary user (SU), the master subscriber unit (MSU) can transmit the beacon message through the control channel. Here, the beacon message transmitted by the master subscriber unit (MSU) may include the number of sub users (SU) present on the network and the index and MAC address of the subscriber (SU) in each time slot. Therefore, when a new sub-user (SU) participates in a network, a beacon message to which an index of a sub-user (SU) is newly added is transmitted, so that each sub-user (SU) can grasp the participation of a new sub- It is possible to update the secondary user identifier list (SIT). Here, the index of the secondary user (SU) is an identifier for identifying a plurality of secondary users (SU) existing on the network, and can be allocated for each secondary user (SU) according to a predetermined rule. For example, the indexes of the secondary users (SU) may be assigned in the order in which they participate in the network, or they may be assigned according to various rules such as being given randomly within a certain range, Here, we do not limit the method of assigning indices to specific rules.

예를 들어 비콘 메시지에 포함되는 필드는 (<MAC addr>, <SU index>), (<Nsu(t)>)가 될 수 있다. 여기서 <MAC addr>는 부 사용자(SU)의 MAC 주소를 나타내는 필드이고, <SU index>는 부 사용자(SU)의 인덱스를 나타내는 필드이고, <Nsu(t)>는 네트워크에 t 번째 타임슬롯에 존재하는 부 사용자(SU)들의 수 Nsu(t)를 나타내는 필드이다.For example, the fields included in the beacon message may be (<MAC addr>, <SU index>), (<Nsu (t)>). Here, < MAC addr > is a field indicating a MAC address of a sub user (SU), < SU index > is a field indicating an index of a sub user Is a field indicating the number Nsu (t) of sub-users (SUs) present.

한편 부 사용자는 상술한 동기화 과정 다음에 네트워크에 참여하기 이전 네트워크에 참여하기 위한 경쟁을 수행할 수 있고, 경쟁에서 승리한 부 사용자가 네트워크에 참여할 수 있다. 여기서 경쟁은 IEEE 802.11 DCF와 같은 백오프 메커니즘(Backoff Mechanism) 방식을 사용할 수 있다.On the other hand, the secondary user can compete to participate in the network before joining the network after the synchronization process described above, and the secondary user who has won the competition can participate in the network. Here, the competition may use a backoff mechanism such as IEEE 802.11 DCF.

이처럼 네트워크 초기화 단계(S50)는, 상기 부 사용자(SU)들 중에서 선정된 마스터 부 사용자(MSU)가 시간 정보를 포함한 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자(SU)들에게 전송하고, 상기 비콘 메시지를 수신한 상기 부 사용자(SU)들은 상기 비콘 메시지에 포함된 상기 시간 정보를 이용하여 상기 마스터 부 사용자(MSU)와 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계와, 상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자(SU)가 상기 제어 채널을 통하여 참여 메시지를 다른 상기 부 사용자(SU)들에게 전송하고, 상기 마스터 부 사용자(MSU)는 각 타임슬롯에 상기 네트워크 상에 존재하는 상기 부 사용자(SU)들에 관한 정보를 포함하는 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자(SU)들에게 전송하는 부 사용자 정보 동기화 단계를 포함할 수 있다.In the network initialization step S50, a master subscriber MSU selected among the SUs transmits the beacon message including time information to the other SUs, and transmits the beacon message A time synchronization step of synchronizing the time with the MSU using the time information included in the beacon message; and a time synchronization step of synchronizing the sub- (SUs) through a control channel, and wherein the master subscriber unit (MSU) includes information about the SUs existing on the network in each time slot And a secondary user information synchronization step of transmitting the beacon message to the other SUs.

다음으로 감지 단계(S100)에서는 각 부 사용자(SU)가 소정의 시간 동안 미리 정해진 규칙에 따라 정해진 채널을 감지한다. 여기서 감지의 대상이 되는 채널은 네트워크 상에 존재하는 데이터 채널에 속한 채널이다. 여기서 부 사용자(SU)는 상기 정해진 채널이 사용중인지 여부를 감지하는데, 이를 위하여 데이터 용 트랜스시버를 이용하여 다른 사용자가 해당 데이터 채널을 사용하고 있는지 여부를 확인할 수 있다. 여기서 타임슬롯 상에서 감지 단계(S100)가 지속되는 시간을 T sp 라고 지칭한다.Next, in the sensing step S100, each sub user SU senses a channel determined according to a predetermined rule for a predetermined time. Here, the channel to be detected is a channel belonging to a data channel existing on the network. Here, the secondary user (SU) detects whether the determined channel is in use or not, and can use the data transceiver to check whether another user is using the corresponding data channel. Wherein the amount of time that the duration detection step (S100) on the time slots are referred to as T sp.

이때 감지 단계(S100)에서 부 사용자(SU)는 보고 대상 채널(CFR, Channel For Report)을 감지할 수 있다. 여기서 보고 대상 채널은 부 사용자(SU)가 상태를 감지하여 다음 보고 단계(S200)에서 감지한 상태를 보고할 대상이 되는 채널이다. 또한 감지 단계(S100)에서 부 사용자(SU)는 사용 대상 채널(CFU, Channel For Use)을 감지할 수 있다. 여기서 사용 대상 채널은 부 사용자(SU)가 예약하여 사용할 채널이 된다. At this time, the sub-user (SU) can sense the CFR (Channel For Report) in the sensing step S100. Here, the report target channel is a channel to which a secondary user (SU) detects a state and reports the state detected in the next reporting step (S200). Also, in the sensing step S100, the secondary user (SU) can detect the CFU (Channel For Use). Here, the target channel is a channel to be reserved and used by the secondary user (SU).

그리고 상기 보고 대상 채널과 사용 대상 채널을 감지하기 위하여, 감지 단계(S100)는 각각의 채널의 감지를 위해 할당된 두 개의 미니슬롯을 이용할 수 있다. 감지 단계(S100)에서 사용하는 미니슬롯의 수는 가능하면 적을수록 바람직하다. 이는 감지 단계(S100)에 할당되는 미니슬롯의 수가 적을수록 감지 단계(S100)의 지속 시간이 단축되고, 그에 따라 동일한 길이의 타임슬롯 내에서 데이터 전송을 위하여 할당할 수 있는 시간의 길이가 증가할 수 있기 때문이다.In order to detect the reporting target channel and the target channel, the sensing step S100 may use two minislots allocated for sensing each channel. The number of minislots used in the sensing step S100 is preferably as small as possible. This is because the smaller the number of minislots allocated to the sensing step S100 is, the shorter the duration of the sensing step S100 is, and thus the length of time that can be allocated for data transmission within the same length of time slot increases It is because.

이와 같이 본 발명에 따른 감지 단계(S100)는, 기존의 방법들이 네트워크에 존재하는 N pu 개의 데이터 채널을 모두 감지하였던 것과는 달리, 상기 2 채널만을 감지할 수 있다. 예를 들면 감지 단계(S100)에서 각 부 사용자(SU)는 보고 대상 채널(CFR)과 사용 대상 채널(CFU)의 상태가 어떠한지, 예를 들면 유휴 상태(IDLE)인지, 사용중 상태(BUSY)인지 여부를 감지할 수 있다. 위와 같은 구성을 통하여 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 보다 많은 시간 자원을 데이터 전송 단계(S400)에 할당할 수 있다.As described above, the sensing step S100 according to the present invention can detect only the two channels, unlike the conventional methods in which all the N pu data channels existing in the network are detected. For example, in the sensing step S100, each sub-user (SU) determines whether the state of the reporting target channel CFR and the use target channel CFU is, for example, idle state (IDLE) or in use state (BUSY) Can be detected. Through the above configuration, the medium access control method according to the present invention can allocate more time resources to the data transmission step (S400).

다음으로는 감지 단계(S100)에서 각 부 사용자(SU)들이 감지할 보고 대상 채널(CFR)을 결정하는 동작에 대하여 설명한다. 이하 설명하는 바와 같이 각 부 사용자(SU)들은 아래와 같이 미리 정해진 규칙에 따라 네트워크 상의 데이터 채널 중 보고 대상 채널(CFR)을 선택하여 이를 감지한다.Next, the operation of determining the report target channel (CFR) to be sensed by each sub-user (SU) in the sensing step (S100) will be described. As will be described below, each sub-user (SU) selects a report target channel (CFR) among the data channels on the network according to a predetermined rule and detects it.

여기서 각 부 사용자(SU)는 미리 정해진 규칙에 따라 네트워크 상의 데이터 채널 중 하나의 채널을 선택하여 보고 대상 채널(CFR)로 하여 감지할 수 있다. 그리고 여기서 미리 정해진 규칙은 각 부 사용자(SU)들 간에 네트워크 상의 데이터 채널 중 서로 다른 하나의 채널을 보고 대상 채널로 선택하도록 정해진 규칙이 될 수 있다. 그리고 이때 네트워크 상에 존재하는 부 사용자(SU)들이 지역적으로 서로 다른 조건을 가지고 있으므로, 감지 결과의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 감지 단계(S100)는 매 타임슬롯 마다 각 데이터 채널에 대해 서로 다른 부 사용자(SU)가 감지를 수행하도록, 각 부 사용자(SU)가 감지할 데이터 채널을 선택하는 것이 바람직하다. Here, each sub-user (SU) can select one of the data channels on the network according to a predetermined rule and detect it as a report target channel (CFR). Here, the predetermined rule may be a rule determined between the sub-users (SU) to select one of the data channels on the network as a target channel. In this case, since the SUs existing in the network have different conditions locally, in order to improve the reliability of the detection result, the sensing step S100 is performed for each data channel in each time slot, It is preferable that the data channel to be sensed by each secondary user (SU) is selected so that the secondary user (SU) performs detection.

그리고 이를 위하여 감지 단계(S100)는 네트워크 상에 존재하는 데이터 채널의 수와 부 사용자(SU)의 수 중 적어도 하나 이상의 정보와 부 사용자(SU)의 인덱스 정보를 이용하여 특정 데이터 채널을 선택할 수 있다.For this, the detection step S100 may select a specific data channel using at least one of the number of data channels existing on the network and the number of sub users (SU) and the index information of the sub user (SU) .

이때 보고 대상 채널(CFR)을 결정하는 규칙은 다음 수학식 1, 2와 같이 될 수 있다.At this time, the rules for determining the CFR can be expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 112015069102233-pat00002
Figure 112015069102233-pat00002

Figure 112015069102233-pat00003
Figure 112015069102233-pat00003

여기서 mod(a, b)는 a를 b로 나눈 나머지를 획득하는 module 연산이다.Where mod (a, b) is a module operation that obtains the remainder of dividing a by b.

여기서 I (t , i )는 t 번째 타임슬롯에서 i 번째 채널을 보고 대상 채널(CFR)로 선정하여 해당 채널의 상태를 감지하는, 부 사용자(SU)의 인덱스를 나타낸 것이다. 다시 말하면 I (t , i ) 번째 인덱스를 가지는 부 사용자(SU)는 t 번째 타임슬롯에서 데이터 채널 중 i 번째 채널을 보고 대상 채널로 선택하여 감지한다. Here, I ( t , i ) represents an index of a sub-user (SU) that selects the i- th channel as a reporting target channel (CFR) in the t- th time slot and detects the status of the corresponding channel. In other words, the secondary user (SU) having the I ( t , i ) index selects and detects the i-th channel of the data channel as the target channel in the t-th time slot.

여기서 상기 수학식 1은 데이터 채널의 개수보다 부 사용자(SU)의 수가 많은 경우(N su (t)≥N pu )에 사용될 수 있고, 수학식 2는 데이터 채널의 개수보다 부 사용자(SU)의 수가 적은 경우(N su (t)<N pu )에 사용될 수 있다.Equation (1) can be used for a case where the number of sub users (SU) is larger than the number of data channels ( N su ( t ) ≥ N pu ) Can be used for a small number ( N su ( t ) < N pu ).

도 5는 데이터 채널의 수보다 부 사용자(SU)의 수가 많거나 적은 두 가지 경우에 감지 단계(S100)가 i 번째 데이터 채널을 감지할 부 사용자(SU)의 인덱스 I (t , I )를 결정하는 예를 나타낸 참고도이다. FIG. 5 is a flow chart illustrating an operation of detecting an index I ( t , I ) of a secondary user (SU) to detect an i-th data channel in two cases in which the number of sub- Fig.

감지 단계(S100)는 도 5(a)와 같이 데이터 채널의 수(N pu )보다 부 사용자(SU)의 수(N su (t))가 많은 경우, 매 타임슬롯마다 하나의 데이터 채널에 대해 매번 다른 부 사용자(SU)가 감지를 수행하는 것이 바람직하다.5 (a), when the number N (su) of sub users ( N su ( t )) is larger than the number of data channels ( N pu ) as shown in FIG. 5 It is desirable that each time a different secondary user (SU) performs the detection.

한편 도 5(b)와 같이 데이터 채널의 수보다 부 사용자(SU)의 수가 적은 경우(N su (t)<N pu ), (N pu-N su(t ))개의 데이터 채널을 제외한 나머지 데이터 채널에 대하여 부 사용자(SU)들이 감지를 수행할 수 있다. 이것은 부 사용자(SU)가 한 번에 감지 가능한 데이터 채널의 수는 하나이고, 하나의 부 사용자(SU)는 하나의 가용한 데이터 채널을 사용해 데이터 전송이 가능하기 때문에 이와 같이 할당되는 것이다.In Figure 5 (b), if the number of users (SU) unit than the number of data channel is small as (N su (t) <N pu), (N pu - N su (t)) the remaining data other than the data channel Sub-users (SUs) can perform detection on the channel. This is because the number of data channels that can be sensed by the secondary user (SU) is one, and one secondary user (SU) is allocated such that data can be transmitted using one available data channel.

감지 단계(S100)에서는 위와 같이 각 부 사용자(SU)가 보고 대상 채널을 선택한 다음 선택한 보고 대상 채널에 대하여 감지를 수행한다.In the sensing step S100, each sub user SU selects a report target channel and then performs detection on the selected report target channel.

감지 단계(S100)에서 각 부 사용자(SU)들은 데이터 채널을 감지하기 위하여, 예를 들면 기존의 인지 무선 네트워크에서 사용되고 있는 에너지 감지 메커니즘을 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 에너지 감지 메커니즘의 동작은 "Optimal spectrum sensing framework for cognitive radio networks, Won-Yeol Lee and Akyildiz, I.F., Wireless Communications, IEEE Transactions on Vol. 7, no. 10, October 2008"에서 소개되고 있다. 여기서 각 부 사용자(SU)들은 각 데이터 채널을 해당 주 사용자가 사용하고 있는지 여부를 감지할 수 있다.In the sensing step S100, each sub-user (SU) may use an energy sensing mechanism, for example, used in a conventional cognitive radio network, to sense the data channel. For example, the operation of the energy sensing mechanism is introduced in "Optimal spectrum sensing framework for cognitive radio networks, Won-Yeol Lee and Akyildiz, IF, Wireless Communications, IEEE Transactions on Vol. 7, . Herein, each sub-user (SU) can detect whether or not each data channel is used by the corresponding main user.

그리고 이와 같은 감지 결과에 따라, t번째 타임슬롯에서 i번째 데이터 채널(1 ≤ i ≤ N pu )이 주 사용자에 의하여 점유 즉 사용되고 있는지 여부는 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.According to the detection result, whether or not the i-th data channel (1? I? N pu ) in the t-th time slot is occupied or used by the main user can be expressed by Equation (3).

Figure 112015069102233-pat00004
Figure 112015069102233-pat00004

이상과 같이 감지 단계(S100)에서 부 사용자(SU)들이 서로 다른 데이터 채널을 보고 대상 채널(CFR)로 선택하여 감지하는 구성으로 인하여, 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 복수개의 부 사용자(SU)들이 동일한 채널을 감지하고 보고하는 과정에서 발생하는 충돌 문제, 예를 들면 O-MAC과 같은 기존의 하이브리드 MAC 프로토콜 방식에서 발생하는 충돌 문제를 해결할 수 있다.As described above, in the sensing step S100, the SUs select different data channels and select the target data channel (CFR) for sensing. Thus, the medium access control method according to the present invention includes a plurality of sub users SU Can solve the collision problem occurring in the process of sensing and reporting the same channel, for example, the collision problem occurring in the conventional hybrid MAC protocol method such as O-MAC.

또한 감지 단계(S100)에서 부 사용자(SU)들이 모든 데이터 채널에 대하여 감지를 수행하는 것이 아니라, 미리 정해진 규칙에 따라 선택된 채널에 대하여만 감지를 수행하도록 함으로써, 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 복수개의 채널을 감지하고 보고하는데 소모되는 시간과 전력을 단축 및 절약할 수 있다는 장점이 있다.Also, in the sensing step S100, the SUs perform detection on only the selected channel according to a predetermined rule, rather than performing detection on all data channels, so that the medium access control method according to the present invention It has the advantage of shortening and saving the time and power consumed in detecting and reporting a plurality of channels.

다음으로는 감지 단계(S100)에서 사용 대상 채널(CFU)를 감지하는 동작에 대하여 설명한다.Next, an operation of sensing the CFU in the sensing step S100 will be described.

여기서 감지 단계(S100)가 감지하는 사용 대상 채널(CFU)은 그 이전 타임슬롯의 경쟁 단계(S300)에서 부 사용자(SU)가 사용을 위하여 예약한 채널이다. 예를 들면 t 타임슬롯의 경쟁 단계(S300)에서 예약된 사용 대상 채널(CFU)에 대하여, t + 1 타임슬롯의 감지단계(S100)에서 감지를 수행하는 것이다.Here, the use target channel CFU detected by the sensing step S100 is a channel reserved for use by the secondary user SU in the competition step S300 of the previous time slot. For example, detection is performed in the sensing step S100 of the (t + 1) th time slot for the use target channel CFU reserved in the competing step S300 of the t time slot.

이와 같이 이전 t 타임슬롯에서 사용 대상 채널(CFU)로 예약된 채널은 t + 1 타임슬롯의 감지 단계(S100)에서 상태가 감지되는데, 이때 사용 가능한 상태로 감지되는 경우 해당 채널을 사용 대상 채널(CFU)로 예약한 부 사용자(SU)가 t + 1 타임슬롯의 데이터 전송 단계(S400)에서 사용 대상 채널(CFU)을 통하여 데이터를 전송하게 된다. In this manner, a channel reserved in the use target channel CFU in the previous t time slot is detected in the sensing step S100 of the (t + 1) time slot. If the channel is detected as usable at this time, (SU) that is reserved with the CFU transmits the data through the use target channel CFU in the data transmission step S400 of the (t + 1) th time slot.

그러나 만일 t + 1 타임슬롯의 감지 단계(S100)에서, 사용 대상 채널(CFU)로 이전 t 타임슬롯에서 예약된 채널을 감지한 결과 사용 가능하지 않은 상태로 감지되는 경우는, 부 사용(SU)자가 이를 이용하여 데이터 전송 단계(S400)에서 데이터를 전송하지 않는다. 그리고 이와 같은 경우 부 사용자(SU)는 t + 1 타임슬롯의 경쟁 단계(S300)에서 다시 채널 예약을 위한 경쟁을 수행할 수 있다.However, if it is detected that the reserved channel is not available as a result of detecting the reserved channel in the previous t time slot in the use target channel CFU in the sensing step S100 of the (t + 1) It does not transmit data in the data transmission step (S400). In this case, the secondary user SU may compete for channel reservation again in the competing step S300 of the (t + 1) time slot.

보고 단계(S200)에서는 각 부 사용자(SU)가 감지 단계(S100)에서 감지한 보고 대상 채널(CFR)을 다른 부 사용자(SU)들에게 보고한다. 이를 위하여 각 부 사용자(SU)는 감지한 보고 대상 채널에 관한 정보를 공통 제어 채널을 사용하여 다른 부 사용자(SU)들에게 전송함으로써 보고할 수 있다.In the reporting step S200, each sub-user SU reports the report target channel CFR detected in the sensing step S100 to the other sub-users SU. To this end, each sub-user (SU) can report information about the detected target channel by transmitting to the other sub-users (SU) using the common control channel.

이를 위하여 보고 단계(S200)에서 부 사용자(SU)는 보고 메시지(Report Message)를 제어 채널을 통하여 전송할 수 있다. 여기서 상기 보고 메시지는 부 사용자(SU)의 인덱스, 보고 대상 채널, 보고 대상 채널을 상태에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 보고 메시지는 (<SU index>, <CFR>, <Result>)와 같은 필드들을 포함할 수 있다. 여기서 <SU index>, <CFR>, <Result>는 각각 부 사용자(SU)의 인덱스, 보고 대상 채널, 보고 대상 채널을 나타내는 필드이다. 그리고 여기서 <Result> 필드는 상기 수학식 1과 같이 0(idle) 또는 1(busy)를 가질 수 있다.To this end, the secondary user (SU) can transmit the report message through the control channel in the reporting step (S200). Herein, the report message may include information on an index of a secondary user (SU), a report target channel, and a status of a report target channel. For example, the reporting message may include fields such as (<SU index>, <CFR>, <Result>). Here, < SU index >, < CFR >, and < Result > are fields indicating the index of the secondary user (SU), the report target channel, and the report target channel. Here, the < Result > field may have 0 (idle) or 1 (busy) as in Equation (1).

보고 단계(S200)에서는 각 미니슬롯에서 해당 미니슬롯에 할당된 보고 대상 채널에 대한 부 사용자(SU)의 감지 결과가 상기 보고 메시지의 형태로 제어 채널에서 전송될 수 있다. 예를 들면 i번째 미니슬롯에서는 i번째 보고 대상 채널을 감지한 부 사용자(SU)가 그 감지 결과를 상기 보고 메시지의 형태로 제어 채널에서 전송할 수 있다.In the reporting step S200, the detection result of the secondary user (SU) for the reporting target channel allocated to the corresponding minislot in each minislot may be transmitted in the form of the reporting message in the control channel. For example, in the i-th minislot, a secondary user (SU) detecting the i-th reporting target channel may transmit the detection result in the form of the reporting message in the control channel.

그리고 보고 단계(S200)에서는 각 부 사용자(SU)들이 가용 채널 목록(ACL, Available Channel List)를 생성할 수 있다. 여기서 각 부 사용자(SU)들은 다른 부 사용자(SU)들로부터 제어 채널을 통하여 전송받은 정보를 이용하여 네트워크 상의 데이터 채널들의 가용 정보를 담고 있는 가용 채널 목록을 생성 및 관리할 수 있다. 그리고 아래에서 설명하는 경쟁 단계(S300)에서는 상기 가용 채널 목록을 이용하여 부 사용자(SU)들 간에 채널을 예약하기 위한 경쟁을 수행할 수 있다.In step S200, each sub-user (SU) can generate an available channel list (ACL). Here, each sub-user (SU) can generate and manage an available channel list containing available information of data channels on the network using information received from other sub-users (SU) through the control channel. In the competition step S300 described below, a competition for reserving a channel between sub-users (SUs) using the available channel list can be performed.

이와 같이 감지 단계(S100)에서 각 부 사용자(SU)가 본인의 보고 대상 채널(CFR)을 감지하고 그 감지 결과를 보고 단계(S200)에서 공유하는 방식의 협업 스펙트럼 감지(Cooperative Spectrum Sensing)를 사용함으로써, 감지 단계(S100)에서는 2개의 채널만을 감지하여 감지 시간을 줄일 수 있고, 동시에 다수의 부 사용자(SU)들은 본인들이 감지한 채널들 이외에 다른 부 사용자(SU)들이 각각 감지한 보고 대상 채널(CFR)의 상태를 파악할 수 있다.In this manner, in the sensing step S100, each sub-user SU senses the CFR of the user's own report channel, reports the sensing result, and uses the cooperative spectrum sensing in a manner of sharing in step S200 Accordingly, in the sensing step S100, it is possible to reduce the sensing time by sensing only two channels, and at the same time, a plurality of sub users (SUs) (CFR) can be grasped.

경쟁 단계(S300)에서는 각 부 사용자(SU)들이 보고 단계(S200)에서 파악된 사용 가능한 채널들 중에서 본인이 데이터를 전송하는데 사용하기 위한 사용 대상 채널(CFU)을 예약하기 위하여 경쟁한다. 상술한 바와 같이 각 부 사용자(SU)들은 보고 단계(S200)에서 전송받은 정보를 이용하여 가용 채널 목록을 업데이트하고 관리한다. 그리고 부 사용자(SU)들은 가용 채널 목록에서 유휴(Idle) 상태로 보고되어 사용 가능한 채널을 예약하기 위하여 경쟁한다. In the competing step S300, each sub-user (SU) competes to reserve a CFU to be used for transmitting data among the usable channels identified in the reporting step S200. As described above, each sub-user (SU) updates and manages the available channel list using the information transmitted in the reporting step (S200). And the secondary users (SU) are reported in an idle state in the available channel list and compete to reserve available channels.

경쟁 단계(S300)에서는 부 사용자(SU)들 중 경쟁에서 우선 순위를 획득한 즉 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)가 가용 채널 목록 중 사용 대상 채널(CFU)를 선택할 수 있다. 그리고 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)는 그 선택한 사용 대상 채널(CFU) 정보를 서로 데이터를 주거나 받을 다른 부 사용자(SU)에게 전송할 수 있다. 여기서 사용 대상 채널 정보를 전송받은 부 사용자(SU)는 그에 대한 응답을 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)에게 전송할 수 있다. 여기서 사용 대상 채널 정보를 전송받은 부 사용자(SU)는 본인이 관리하는 가용 채널 목록에서 전송받은 사용 대상 채널이 가용한지 여부를 확인하고, 가용한 경우 그에 대한 승낙 신호를 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)에게 전송할 수 있다. 여기서 승낙 신호로 예를 들면 전송받은 것과 동일한 사용 대상 채널을 가리키는 신호를 전송할 수 있다. 바람직하게는 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)는 상술한 사용 대상 채널(CFU) 정보를 RTS 메시지에 포함시켜 전송할 수 있고, 사용 대상 채널 정보를 전송받은 부 사용자(SU)는 그에 대한 응답을 CTS 메시지에 포함시켜 전송할 수 있다.In the competing step (S300), a sub-user (SU) that has obtained a priority in the competition among the sub-users (SU), that has won the competition, can select the use target channel (CFU) among the available channel lists. The sub-user (SU) that has won the competition can transmit the selected target channel (CFU) information to another sub-user (SU) to receive or receive data from each other. Here, the secondary user (SU) having received the use target channel information can transmit a response thereto to the secondary user (SU) who has won the competition. Here, the SU (Subscriber) having received the use target channel information checks whether or not the use target channel received from the available channel list managed by the user is available, and if the available channel is available, SU). Here, it is possible to transmit a signal indicating the same use target channel as the received signal, for example, as the acceptance signal. Preferably, the sub-user (SU) that has won the competition can transmit the above-mentioned target channel (CFU) information in the RTS message and transmit the response to the sub-user (SU) Message and transmit it.

여기서 경쟁 단계(S300)에서 부 사용자(SU)들이 송수신하는 신호들은 제어 채널을 통하여 전송될 수 있다.Here, in the competing step S300, the signals transmitted and received by the SUs may be transmitted through the control channel.

이와 같이 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)와 사용 대상 채널 정보를 전송받은 부 사용자(SU) 간에 신호 교환이 완료되어 승낙 신호가 송수신되면, 해당 사용 대상 채널은 경쟁에서 승리한 부 사용자(SU)가 사용 대상 채널 정보를 전송받은 부 사용자(SU) 간에 사용하는 것으로 예약될 수 있다. 그리고 나머지 부 사용자(SU)들은 이와 같은 사용 대상 채널의 예약 결과를 제어 채널을 통하여 파악할 수 있다. 그리고 그에 따라 가용 채널 목록에서 사용 대상 채널을 삭제할 수 있다.When the acceptance signal is transmitted and received between the sub user (SU) that has won the competition and the sub user (SU) that receives the use target channel information, the corresponding target channel is a sub user (SU) May be reserved for use between sub-users (SU) that receive the channel information to be used. The remaining sub-users (SU) can grasp the reservation result of the use target channel through the control channel. Then, the target channel can be deleted from the available channel list accordingly.

그리고 부 사용자(SU)들은 상술한 경쟁 과정을 새롭게 업데이트 된 가용 채널 목록을 기반으로 수행하여, 나머지 가용 채널들에 대하여 각 부 사용자(SU) 별로 사용 대상 채널(CFU)을 예약할 수 있다.The secondary users SU can perform the above-described competition process based on the newly updated available channel list, and can reserve the used channel CFU for each of the available users SU for the remaining available channels.

이때 유휴 상태의 채널을 다수의 부 사용자(SU)들 중 어느 하나의 부 사용자(SU)가 예약하기 위하여 경쟁하는 방식은 기존의 다양한 경쟁 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면 여기서 경쟁 방식은 백오프 타임(Backoff Time)과 RTS(Request To Send) 및 CTS(Clear To Send) 신호를 교환하여 우선하는 부 사용자(SU)가 특정 채널을 점유하는 방식을 사용할 수 있다. 여기서 경쟁 단계(S300)는 IEEE. 802.11의 분산 조정 함수(DCF, Distrubuted Coordination Function) 방식을 사용할 수 있다.At this time, a variety of existing competitive schemes can be used for a scheme in which an idle channel is competing for reservation by one of a plurality of sub users (SU). For example, the contention scheme can use a scheme in which a secondary user (SU) occupies a specific channel by exchanging a backoff time, a request to send (RTS), and a clear to send (CTS) . Herein, the competition step (S300) A distributed coordination function (DCF) method of 802.11 can be used.

위와 같은 과정을 통하여 사용 대상 채널(CFU)로 예약된 채널은 다음 타임슬롯의 감지 단계(S100)에서 상태가 감지되고, 사용 가능한 상태로 감지되는 경우 데이터 전송 단계(S400)에서 해당 채널을 사용 대상 채널(CFU)로 예약한 부 사용자(SU)가 이를 이용하여 데이터를 전송하게 된다. In the case where the channel reserved in the use target channel CFU through the above process is detected in the detection step S100 of the next time slot and is detected as the usable state, in the data transmission step S400, And a sub user (SU) reserved on the channel (CFU) transmits the data using it.

그러나 만일 다음 타임슬롯의 감지 단계(S100)에서 사용 대상 채널(CFU)로 예약된 채널을 감지한 결과 사용 가능하지 않은 상태로 감지되는 경우는, 부 사용자(SU)가 이를 이용하여 데이터 전송 단계(S400)에서 데이터를 전송하지 않는다. 그리고 이와 같은 경우 부 사용자(SU)는 경쟁 단계(S300)에서 다시 채널 예약을 위한 경쟁을 수행할 수 있다.However, if it is detected that the channel is not available as a result of sensing a channel reserved for the use target channel (CFU) in the next time slot sensing step S100, the sub-user (SU) S400). In this case, the secondary user (SU) can compete for channel reservation again in the contention stage (S300).

데이터 전송 단계(S400)에서는 부 사용자(SU)가 위와 같이 사용 대상 채널(CFU)에 대한 감지 단계(S100)의 감지 결과에 따라, 사용 대상 채널(CFU)를 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 즉 사용 대상 채널로 예약한 채널에 대하여 감지 단계(S100)에서 감지한 결과 사용 가능한 상태로 감지된 경우, 이를 이용하여 데이터를 전송할 수 있는 것이다. 여기서 사용 가능한 상태는 유휴(Idle) 상태가 될 수 있다.In the data transmission step (S400), the secondary user (SU) can transmit data using the use target channel (CFU) according to the detection result of the sensing step (S100) for the use target channel (CFU). That is, if it is detected that the channel reserved by the use target channel is usable as a result of sensing in the sensing step S100, data can be transmitted using the channel. The usable state here can be an idle state.

이와 같이 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에서는, 감지 단계(S100)에서 각 부 사용자(SU)들이 감지한 보고 대상 채널(CFR)의 상태가 확인되면, 보고 단계(S200)에서 제어 채널을 통해 네트워크에 존재하는 다른 부 사용자(SU)들과 협력적으로 보고 대상 채널(CRF)의 정보를 공유하게 된다. 따라서 기존의 하이브리드 MAC 방식들이 모든 데이터 채널의 상태를 확인하고자 할 때 감지 단계(S100)에서 (데이터 채널 수(N pu )) X (채널 당 감지 시간)의 시간을 필요로 했던 것과는 달리, 본 발명에 따른 매체접근제어 방법은 단 2 X (채널 당 감지 시간) 의 시간 동안 만 감지 단계(S100)를 수행한다. 여기서 채널 당 감지 시간은 상술한 바 미니슬롯 길이(T ms )가 될 수 있다. 따라서 감지 단계(S100)를 수행하는 시간을 단축함으로써 전력 소모를 감축할 수 있는 것이다. 이하 설명할 바와 같이 감지 단계(S100)는 전력 소모 모드 중 유휴(idle) 모드로 동작하는데, 이와 같은 유휴 모드로 동작하는 시간을 단축함으로써 전력 소모를 줄일 수 있는 것이다.As described above, in the medium access control method according to the present invention, when the state of the report target channel (CFR) sensed by the respective sub users (SU) in the sensing step S100 is confirmed, in the reporting step S200, (SU) cooperatively share the information of the CRF. Therefore, unlike the conventional hybrid MAC schemes, when it is required to check the status of all the data channels, it takes a time of (data channel number ( N pu )) X (detection time per channel) in the sensing step S100 The medium access control method according to the present invention is only 2 X (detection time per channel) Lt; RTI ID = 0.0 &gt; S100. &Lt; / RTI &gt; Here, the detection time per channel may be the minislot length ( T ms ) described above. Therefore, power consumption can be reduced by shortening the time for performing the sensing step S100. As described below, the sensing step S100 operates in the idle mode during the power consumption mode, and the power consumption can be reduced by shortening the time for operating in the idle mode.

또한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 의하면 감지 시간을 최소화하고 타임슬롯의 남은 시간을 데이터 전송 단계(S400)의 시간(T DTP ) 에 할애할 수 있으므로, 데이터 전송을 수행하지 않는 부 사용자(SU)들은 doze 상태에 돌입해 전력 소모를 최소화할 수 있다. Also, according to the medium access control method of the present invention, since the detection time can be minimized and the remaining time of the time slot can be allocated to the time ( T DTP ) of the data transmission step S400, ) Can enter the doze state to minimize power consumption.

또한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 의하면, 보고 단계(S200)와 경쟁 단계(S300)가 제어 채널을 사용해 수행되므로 각 데이터 채널에서 채널 상태 정보를 공유하고 채널을 예약하는데 사용되는 전력의 낭비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Also, according to the medium access control method of the present invention, since the reporting step (S200) and the competing step (S300) are performed using the control channel, a waste of power used for sharing the channel state information and reserving the channel in each data channel There is an effect that can be minimized.

따라서 본 발명에 따른 인지 무선 기반 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 따르면, 전력 공급이 제한적인 다중 채널 환경의 인지 무선 기반 센서 네트워크(CRSN)에서 MAC 프로토콜 동작 시에 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the data transmission method in the cognitive radio-based sensor network according to the present invention, the energy efficiency can be improved in the MAC protocol operation in the cognitive radio-based sensor network (CRSN) have.

본 발명의 또 다른 실시예는 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서 상기 네트워크에 포함되는 부 사용자 장치들과 결합하여, 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법을 수행하기 위하여 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램이 될 수 있다.Another embodiment of the present invention relates to a method for controlling a medium access control method in a distributed cognitive radio network in a multi-channel environment, It can be a program.

또한 본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 따라 동작하는 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에 포함된 부 사용자 장치가 될 수 있다.Yet another embodiment of the present invention can be a secondary user equipment included in a distributed cognitive radio network operating in a multi-channel environment operating according to the medium access control method according to the present invention described above.

도 7은 본 발명에 따른 메체접근제어 방법을 수행하는 다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에 포함된 부 사용자 장치의 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram of a secondary user equipment included in a distributed cognitive radio network in a multi-channel environment performing a media access control method according to the present invention.

여기서 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 부 사용자 장치(10)는, 상기 네트워크에 포함된 데이터 채널 중 보고 대상 채널을 선택하고, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지하는 감지부(100); 상기 감지부가 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태를 상기 네트워크에 포함된 제어 채널을 이용하여 송신하는 보고부(200); 및 다른 부 사용자 장치로부터 수신한 상기 보고 대상 채널의 상태를 기초로 파악된 상기 데이터 채널 중 가용 채널에 관한 정보를 이용하여, 데이터 전송을 위하여 사용할 채널인 사용 대상 채널을 예약하는 채널 예약부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, a secondary user device 10 according to the present invention includes a sensing unit 100 for selecting a reporting target channel among data channels included in the network and sensing a state of the selected reporting target channel; A reporting unit (200) for transmitting the state of the reporting object channel sensed by the sensing unit using a control channel included in the network; And a channel reservation unit 300 for reserving a channel to be used, which is a channel to be used for data transmission, using the information on the available channels among the data channels that are grasped based on the status of the reporting target channel received from the other auxiliary user equipment ).

여기서 감지부(100)는 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에서 설명된 감지 단계(S100)의 동작을 비롯하여 보고 대상 채널을 선택하고 그 상태를 감지하는 부분에 해당하는 동작을 동일하게 수행할 수 있다.Here, the sensing unit 100 may perform the same operation as the operation of the sensing step S100 described in the medium access control method according to the present invention, .

또한 보고부(200)는 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에서 설명된 보고 단계(S200)의 동작을 비롯하여 보고 대상 채널의 상태를 제어 채널을 이용하여 송신하는 동작에 해당하는 부분에 해당하는 동작을 동일하게 수행할 수 있다.In addition, the reporting unit 200 may include an operation of the reporting step S200 described in the medium access control method according to the present invention, and the operation of transmitting the state of the reporting target channel using the control channel The same operation can be performed.

또한 채널 예약부(300)는 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에서 설명된 경쟁 단계(S300)의 동작을 비롯하여 사용 대상 채널을 예약하는 부분에 해당하는 동작을 동일하게 수행할 수 있다.In addition, the channel reservation unit 300 may perform operations corresponding to the reservation of the channel to be used, including the operation of the contention step S300 described in the medium access control method according to the present invention.

여기서 상기 부 사용자는 상술한 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 따라 동작할 수 있다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.Herein, the secondary user can operate according to the medium access control method according to the present invention. Therefore, redundant description will be omitted.

이하에서는 본 발명에 따른 매체접근제어 방법 및 그 장치의 에너지 효율성을 수학적으로 검증한다.Hereinafter, the medium access control method according to the present invention and the energy efficiency of the apparatus are mathematically verified.

도 6은 데이터 채널에서 상술한 4가지 단계별 전력 소모 모드(mode) 또는 상태(state)를 나타낸 참고도이다. 6 is a reference diagram showing a power consumption mode or a state in each of the four stages in the data channel.

여기서 감지 단계(S100)는 스펙트럼 감지 기능이 수행되므로 전력 소모 모드 중 idle 모드로 동작한다. 다음으로 보고 단계(S200)는 채널 상태 정보를 전송할 때 송신(transmit) 모드, 이를 수신 대기할 때는 수신(receive) 모드로 동작한다. 다음으로 경쟁 단계(S300)는 모든 하이브리드 MAC 프로토콜에서 RTS/CTS 교환을 사용하여 채널을 예약하므로 제어 메시지를 전송할 때 전송(transmit) 모드, 제어 메시지를 수신 대기할 때는 수신(receive) 모드로 동작한다. 마지막으로 데이터 전송 단계(S400)에서 데이터 패킷을 전송하는 장치는 송신(transmit) 모드, 데이터 패킷을 수신하는 장치는 수신(receive) 모드로 동작하며, 그 외에 데이터 패킷을 송수신하지 않는 이웃 장치(들)의 경우에는 경쟁 단계(S300)에서 자신이 데이터 패킷을 송수신할 필요가 없음을 알고 있으므로 doze 상태로 돌입한다.Here, since the spectrum sensing function is performed in the sensing step S100, the idle mode is operated during the power consumption mode. Next, the reporting step S200 operates in a transmit mode when transmitting channel state information and in a receive mode when receiving the channel state information. Next, the contention step S300 is a transmission mode when transmitting a control message and a receive mode when a control message is received, because the channel is reserved using RTS / CTS exchange in all hybrid MAC protocols . Finally, in the data transmission step S400, the device transmitting the data packet operates in the transmit mode, the device receiving the data packet operates in the receive mode, and the neighboring devices ), It enters the doze state because it knows that it does not need to transmit and receive data packets in the competing step (S300).

먼저 본 발명에 따른 매체접근제어 방법의 에너지 효율성 평가를 위해 초기 할당된 에너지가 떨어지는데 걸리는 시간인 네트워크 수명 성능(network lifetime)을 측정할 수 있다. 인지 무선 기반의 MAC 프로토콜의 경우, 데이터 채널들의 감지 수행을 위한 자원(시간)이 할당되어야 하고, 그 감지 결과에 따라 네트워크의 전체적인 성능을 좌우될 수 있다. First, in order to evaluate the energy efficiency of the medium access control method according to the present invention, it is possible to measure the network lifetime, which is the time required for the initial allocated energy to decrease. In the case of the cognitive radio based MAC protocol, a resource (time) for performing detection of data channels must be allocated, and the overall performance of the network can be determined according to the detection result.

전력 소모는 앞서 언급한 것처럼 transmit, receive, idle 모드와 doze 상태로 구분되며, 운용되는 장비 사양에 맞춰 그 값을 할당하면 된다. Power consumption is divided into transmit, receive, idle mode and doze state as mentioned above.

감지 단계(S100)에서의 전력 소모는 idle 모드로 동작하므로 줄(joule) 단위 평균 전력 소모량은 하기 수학식 4와 같다.Since the power consumption in the sensing step S100 operates in the idle mode, the average joule power consumption is expressed by Equation (4).

Figure 112015069102233-pat00005
Figure 112015069102233-pat00005

여기서 e idle 은 idle 모드의 와트(watt) 단위 전력 소모량을 나타낸다. 따라서 스펙트럼 감지 기술에서는 T SP 의 길이가 전력 소모량의 관건이다. 따라서 본 발명에 따른 매체접근제어 방법에 의하면 상술한 바와 같이 기존의 하이브리드 MAC 프로토콜 방법들에 비하여 감지 단계(S100) 소요 시간 T SP 의 길이를 단축함으로써, 전력 소모량을 감소시켜 에너지 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.Where e idle represents the power consumption in watts per idle mode. Therefore, in the spectrum sensing technology, the length of T SP is the key to power consumption. Therefore, according to the medium access control method of the present invention, as compared with the conventional hybrid MAC protocol methods, it is possible to reduce the length of time T SP required in the sensing step S100, thereby reducing the power consumption and improving the energy efficiency It is effective.

또한 경쟁 단계(S300)에서는 제어 메시지를 전송할 때를 제외하고는 모두 receive 모드로 동작한다. 부 사용자(SU)들은 그 역할에 따라 sender, receiver, neighbor로 구분되며, 각각의 줄 단위 평균 전력 소모량은 하기 수학식 5와 같다.In the contention phase (S300), all of the mobile stations operate in a receive mode except for transmitting control messages. Sub users (SUs) are classified into senders, receivers, and neighbors according to their roles, and the average power consumption per row is expressed by Equation (5).

Figure 112015069102233-pat00006
Figure 112015069102233-pat00006

여기서 e tx e rx 는 각각 transmit과 receive 모드의 와트 단위 전력 소모량을 나타낸다. T RTS T CTS 는 네트워크에서 RTS와 CTS 메시지를 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다. 그리고 T RTS 는 경쟁 단계(S300)의 시간 길이를 나타낸다. 경쟁에서 진 neighbor들은 sender와 receiver들의 제어 메시지 교환을 엿듣기(overhear) 위해 receive 모드로 동작한다. Where e tx and e rx represent the power consumption in watts of the transmit and receive modes, respectively. T RTS and T CTS represent the time required to transmit RTS and CTS messages in the network. And T RTS represents the time length of the contention step S300. Competing neighbors operate in receive mode to overhear the exchange of control messages between senders and receivers.

그에 따라 경쟁 단계(S300)에서의 줄 단위 평균 전력 소모량은 하기 수학식 6과 같다.Accordingly, the line unit average power consumption in the competition step S300 is expressed by Equation (6).

Figure 112015069102233-pat00007
Figure 112015069102233-pat00007

여기서 2·N avg 는 데이터 채널 경쟁에서 이긴 N avg 개의 sender들과 해당 receiver들의 수를 나타낸 것이다.Where 2 · N avg is the number of N avg senders and corresponding receivers in the data channel competition.

데이터 전송 단계(S400)에 대하여는, 계산의 편의성을 위하여 데이터 전송 시에 이에 대한 확인(acknowledgement) 메시지는 없는 것으로 가정하면, 부 사용자(SU)들에게 부여된 역할에 따라 데이터 전송 단계(S400)에서의 줄 단위 평균 전력 소모량은 하기 수학식 7과 같다.In the data transmission step S400, it is assumed that there is no acknowledgment message at the time of data transmission for convenience of calculation. In the data transmission step S400 according to the role assigned to the sub users SU Is expressed by Equation (7). &Quot; (7) &quot;

Figure 112015069102233-pat00008
Figure 112015069102233-pat00008

여기서 e doze 는 doze 상태의 와트 단위 전력 소모량을 나타낸다. 여기서 T DTP 는 데이터 전송 단계(S400)의 시간 길이를 나타낸다. 여기서 데이터 패킷을 수신하지 않는 neighbor들은 doze 상태에 돌입하는 것이다. 이는 불필요한 대기청취(idle listening)로 인한 전력 낭비 문제를 해결할 수 있다. Where e doze represents the doze state power consumption in watts. Here, T DTP represents the time length of the data transmission step (S400). Here, the neighbors that do not receive the data packet enter the doze state. This can solve the power dissipation problem due to unnecessary idle listening.

따라서 데이터 전송 단계(S400)에서의 줄 단위 평균 전력 소모량은 하기 수학식 8과 같다.Therefore, the average power consumption per line in the data transmission step S400 is expressed by Equation (8).

Figure 112015069102233-pat00009
Figure 112015069102233-pat00009

마지막으로, 와트 단위 초기 전력량(E init )이 주어졌을 때, 네트워크 수명(T life )은 하기 수학식 9와 같다.Finally, the same as when the initial amount of power in watts (E init) is given, the following equation 9, network lifetime (T life).

Figure 112015069102233-pat00010
Figure 112015069102233-pat00010

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all elements constituting the embodiment of the present invention described above are described as being combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them.

또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer to implement an embodiment of the present invention. As the recording medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, and the like can be included.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Furthermore, all terms including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined in the Detailed Description. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

S50 : 네트워크 초기화 단계
S100 : 감지 단계
S200 : 보고 단계
S300 : 경쟁 단계
S400 : 데이터 전송 단계
S50: Network initialization phase
S100: Detection step
S200: Reporting step
S300: Competitive stage
S400: Data transfer step

Claims (20)

매체접근제어 방법에 있어서,
다중 채널 환경의 분산형 인지 무선 네트워크에서, 상기 네트워크에 포함된 적어도 하나 이상의 부 사용자는 상기 네트워크에 포함된 데이터 채널 중 서로 다른 채널을, 상기 데이터 채널의 수와 상기 부 사용자의 수 중 적어도 하나 이상의 정보 및 상기 부 사용자의 인덱스 정보를 이용하여 보고 대상 채널로 선택―여기서, 상기 보고 대상 채널은 소정의 길이를 가지는 매 타임슬롯 마다 선택되고, 각 보고 대상 채널은 서로 상이함―하고, 상기 선택한 보고 대상 채널 및 데이터 전송 채널인 사용 대상 채널을 각각 감지하는 감지 단계;
적어도 하나 이상의 상기 부 사용자가 각 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태를, 상기 부 사용자들 간에 상기 네트워크에 포함된 제어 채널을 이용하여 송수신하는 보고 단계; 및
상기 보고 단계에서 상기 보고 대상 채널의 상태를 기초로 파악된 상기 데이터 채널 중 가용 채널에 관한 정보를 이용하여, 상기 부 사용자가 데이터 전송을 위하여 사용할 채널인 상기 사용 대상 채널을 예약하는 경쟁 단계를 포함하는 매체접근제어 방법.
A medium access control method comprising:
In a distributed cognitive radio network in a multi-channel environment, at least one or more sub-users included in the network may transmit different channels among data channels included in the network, at least one of the number of data channels and the number of sub- Wherein the reporting target channel is selected for each time slot having a predetermined length and each reporting target channel is different from the reporting target channel using index information of the secondary user, A sensing step of sensing a use target channel as a target channel and a data transmission channel, respectively;
A reporting step of transmitting and receiving the state of the reporting object channel detected by at least one or more of the secondary users using the control channel included in the network among the secondary users; And
And a competition step of reserving the use target channel, which is a channel to be used by the secondary user for data transmission, using the information about the available channel among the data channels, which is grasped based on the status of the reporting target channel in the reporting step / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 부 사용자는 적어도 두 개 이상의 트랜스시버를 구비하고, 상기 트랜스시버 중 제어 용 트랜스시버를 이용하여 상기 제어 채널을 통하여 제어 신호를 송수신하고, 상기 트랜스시버 중 데이터 용 트랜스시버를 이용하여 상기 데이터 채널을 통하여 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary user has at least two transceivers and transmits and receives control signals through the control channel using the control transceiver among the transceivers and transmits and receives data through the data channel using the data transceiver among the transceivers To the medium access control method.
제1항에 있어서,
상기 감지 단계는 이전 타임슬롯의 상기 경쟁 단계에서 예약된 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing step comprises sensing a state of the use target channel reserved in the contention step of the previous time slot.
제3항에 있어서,
상기 부 사용자가 예약한 상기 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method of claim 3,
Further comprising a data transmission step of transmitting data through the use target channel reserved by the secondary user.
제4항에 있어서,
상기 데이터 전송 단계는, 상기 감지 단계에서 상기 사용 대상 채널의 상태를 감지한 결과 상기 사용 대상 채널이 사용 가능한 상태로 감지된 경우, 상기 감지된 사용 대상 채널을 통하여 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the data transmission step transmits data through the use target channel when the use target channel is detected as a usable channel as a result of detecting the status of the use target channel in the sensing step. Access control method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 감지 단계는 타임슬롯에 포함된 두 개의 미니슬롯을 이용하여 상기 보고 대상 채널과 상기 사용 대상 채널을 각각 감지하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing step detects each of the reporting target channel and the use target channel using two minislots included in the time slot.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서 상기 감지 단계는,
상기 부 사용자가, t번째 상기 타임슬롯에 존재하는 상기 부 사용자의 수가 상기 데이터 채널의 수와 같거나, 상기 데이터 채널의 수보다 큰 경우에는 상기 데이터 채널의 수, 상기 부 사용자의 수 및 상기 부 사용자의 인덱스 정보를 연산한 값을 이용하여 상기 보고 대상 채널을 선택하고,
상기 t번째 상기 타임슬롯에 존재하는 상기 부 사용자의 수가 상기 데이터 채널의 수보다 작은 경우에는, 상기 데이터 채널의 수 및 상기 부 사용자의 인덱스 정보를 연산한 값을 이용하여 상기 보고 대상 채널을 선택하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1,
When the number of the sub-users existing in the t-th time slot is equal to or greater than the number of the data channels, the number of the data channels, the number of the sub- Selects the reporting target channel using a value obtained by calculating the index information of the user,
If the number of sub-users existing in the t-th time slot is smaller than the number of data channels, the report target channel is selected using a value obtained by calculating the number of data channels and index information of the sub-user Lt; / RTI &gt;
제10항에 있어서,
상기 부 사용자의 인덱스는 하기 식 1과 같은 규칙에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
[식 1]
Figure 112016088323780-pat00011

(여기서 Npu 는 상기 데이터 채널의 수이고, Nsu (t) 는 t 번째 타임슬롯에 존재하는 상기 부 사용자의 수이고, mod(a, b)는 a를 b로 나눈 나머지를 획득하는 module 연산이고, I (t , i )는 t 번째 타임슬롯에서 i 번째 상기 데이터 채널을 상기 보고 대상 채널로 선택하는 상기 부 사용자의 인덱스이다.)
11. The method of claim 10,
Wherein the index of the secondary user is determined according to the following equation (1).
[Formula 1]
Figure 112016088323780-pat00011

Mod (a, b) is a module operation for obtaining a remainder obtained by dividing a by b, where Npu is the number of data channels, Nsu ( t ) is the number of sub- And I ( t , i ) is an index of the sub-user for selecting the i- th data channel as the reporting target channel in the t- th time slot.
제7항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 단계에서, 상기 부 사용자가 상기 네트워크에 포함된 주 사용자가 상기 보고 대상 채널을 사용 중인지 여부를 감지하여, 상기 선택한 보고 대상 채널의 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
12. A method according to any one of claims 7, 10 and 11,
Wherein the secondary user senses whether the main user included in the network is using the reporting target channel and detects the status of the selected reporting target channel in the sensing step.
제1항에 있어서, 상기 보고 단계에서,
상기 부 사용자는 상기 감지 단계에서 감지한 상기 보고 대상 채널의 상태에 관한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 제어 채널을 통해 적어도 하나 이상의 다른 상기 부 사용자에게 전송하고,
각 상기 부 사용자는 전송받은 상기 보고 메시지를 기초로 상기 데이터 채널 중 상기 가용 채널을 파악하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the reporting step,
Wherein the secondary user transmits a report message including information on the status of the reporting target channel sensed in the sensing step to at least one of the other secondary users via the control channel,
Wherein each of the sub-users grasps the available channel among the data channels based on the received report message.
제13항에 있어서,
상기 보고 단계에서, 상기 부 사용자는 적어도 하나 이상의 다른 상기 부 사용자로부터 상기 제어 채널을 통해 전송받은 상기 보고 메시지에 따라, 상기 네트워크 상의 상기 가용 채널에 관한 정보를 담고 있는 가용 채널 목록을 관리 및 갱신하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
14. The method of claim 13,
In the reporting step, the sub-user manages and updates an available channel list containing information on the available channels on the network according to the reporting message transmitted from the at least one other sub-user via the control channel Lt; / RTI &gt;
제13항에 있어서, 상기 경쟁 단계에서,
상기 부 사용자가 상기 보고 단계에서 파악된 상기 가용 채널들 중에서 데이터를 전송하는데 사용하기 위한 상기 사용 대상 채널을 예약하기 위하여 경쟁하고,
상기 경쟁에서 우선순위를 획득한 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the secondary user competes to reserve the channel to be used for transmitting data among the available channels identified in the reporting step,
And the sub-user obtaining the priority in the competition reserves the use target channel.
제15항에 있어서, 상기 경쟁 단계에서,
상기 경쟁에서 우선순위를 획득한 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약한 다음,
나머지 상기 부 사용자들 간에 상기 경쟁을 다시 수행하여 각 상기 부 사용자가 상기 사용 대상 채널을 예약하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
16. The method of claim 15,
After the sub-user having obtained the priority in the competition reserves the use target channel,
And the contention is re-performed between the remaining sub-users, and each of the sub-users reserves the use target channel.
제1항에 있어서,
비콘 메시지를 이용하여 상기 네트워크에 포함된 상기 부 사용자들 간에 시간을 동기화하고, 상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자의 정보를 동기화하여 초기화를 수행하는 네트워크 초기화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a network initialization step of synchronizing time between the sub-users included in the network using a beacon message and performing initialization by synchronizing information of the sub-users participating in the network, Way.
제17항에 있어서, 상기 네트워크 초기화 단계는,
상기 부 사용자들 중에서 선정된 마스터 부 사용자가 시간 정보를 포함한 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하고, 상기 비콘 메시지를 수신한 상기 부 사용자들은 상기 비콘 메시지에 포함된 상기 시간 정보를 이용하여 상기 마스터 부 사용자와 시간을 동기화하는 시간 동기화 단계; 및
상기 네트워크에 참여한 상기 부 사용자가 상기 제어 채널을 통하여 참여 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하고, 상기 마스터 부 사용자는 각 타임슬롯에 상기 네트워크 상에 존재하는 상기 부 사용자들에 관한 정보를 포함하는 상기 비콘 메시지를 다른 상기 부 사용자들에게 전송하는 부 사용자 정보 동기화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체접근제어 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the master user selected by the master user transmits the beacon message including time information to the other sub users and the sub users receiving the beacon message use the time information included in the beacon message A time synchronization step of synchronizing time with the master part user; And
Wherein the sub-user participating in the network transmits the participation message to the other sub-users via the control channel, and the master sub-user includes information about the sub-users existing on the network in each time slot And transmitting the beacon message to the other sub-users.
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