KR101674968B1 - 화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법 - Google Patents

화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재 현장에서의 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화재 현장에서 무선 통신 시스템의 충돌 회피 방법에 있어서, 각각의 노드들은 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하는 단계, 사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인하는 단계, 상기 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교하는 단계, 그리고 상기 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우 제1범위 내에서 선택된 백오프 값이 지연된 후 데이터를 전송하고, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연없이 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 화재 또는 재난이 발생된 공간에서 단말 또는 로봇 또는 특수 장비와 같은 각종 객체들 사이에 데이터 통신이 필요한 경우, 온도를 고려하여 무선 주파수의 오류를 최소화할 수 있다.
또한, 온도 센서 및 위험을 탐지할 환경 센서를 장착하면 CSMA/CA 기반의 네트워크 시스템에 활용이 가능하다.

Description

화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법{Wireless Communication System for collision avoidance in the fire area and Method for collision avoidance using the same}
본 발명은 화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CSMA/CA MAC 기법을 이용하여 단말간 통신을 수행할 때, 고온으로 인한 신호의 충돌 및 손실을 최소화할 수 있는 화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법에 관한 것이다.
Wi-Fi, ZigBee 등은 무선 단말의 통신을 지원하는 대표적인 솔루션들이다. 이들 기술의 핵심 원리는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access and Collision Avoidance)라는 기법을 이용하여 다수의 단말과 기기들이 충돌없이 원활하게 무선으로 상호 데이터를 송수신한다.
CSMA/CA는 기본적으로 통신 채널이 정상일 때, 주변의 노드들에게 공정한 채널 접근을 보장하지만, 화재현장과 같이 고온의 상황에서는 물리적인 신호의 왜곡현상으로 통신 성능이 급격하게 떨어지는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 무선통신에서의 온도의 변화에 따른 MAC 계층 및 CCA 의 성능 변화를 나타낸다. 도 1에서는 통신을 하는 송신단말(TX)의 온도의 변화를 알아보기 위해 수신단말(RX)의 온도는 일정하다고 가정한다.
무선통신 환경은 MAC 계층과 LLC 계층으로 나누어지는데, 이중 MAC 계층은 전송 매체의 물리적 특성과 연결구조에 영향을 많이 받는다. 도 1의 (a)의 그래프들을 보면, 송신단말(TX)의 온도가 상승하는 경우, 링크 레이어 전파가 상승하고 그에 따른 에너지가 상승하면서, 결과적으로 수신신호세기(RSSI)가 낮아진다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 1의 (b)의 그래프들은 송신단말(TX)의 온도가 상승하는 경우, CCA(Clear Channel Assessment)의 성능의 변화를 나타낸 것으로, 여기서 CCA는 현재 채널의 상태가 유휴상태인지 물리적으로 확인하는 기술이다.
즉, 도 1에서와 같이, 온도가 70~80℃의 고온일 경우, RSSI(dbm)이 떨어지고 이로 인해 MAC 계층에서 프레임 전송이 빈번하게 발생되며 에너지 소모도 증가함을 알 수 있다. 즉, RSSI가 낮아짐은 신호의 세기가 낮아짐을 의미하는데, 이는 단말의 CCA능력이 저하됨을 의미한다. 이처럼, CCA 능력이 저하되면, 채널이 유휴상태가 아님에도 유휴상태로 판단하는 오류를 범하게 된다. 즉, 채널은 다른 단말의 통신에 사용되고 있음에도 유휴상태로 판단하고 프레임을 전송할 경우, 프레임 충돌로 인한 데이터 손실이 발생하여 전체적인 통신 성능이 떨어지는 결과로 나타난다.
그러므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 현재 단말기기에서 자신의 온도를 모니터링하여 고온의 경우 데이터를 즉시 전송하지 않고 추가적인 백오프(backoff)를 수행하여 충돌을 최소화하는 기술이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1155049호(2012.06.11 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 CSMA/CA MAC 기법을 이용하여 단말간 통신을 수행할 때, 고온으로 인한 신호의 충돌 및 손실을 최소화할 수 있는 화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 화재 현장에서 충돌 회피를 위한 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 충돌 회피 방법에 있어서, 각각의 노드들은 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하는 단계, 사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인하는 단계, 상기 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교하는 단계, 그리고 상기 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우 제1범위 내에서 선택된 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하고, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연없이 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 채널의 상태가 유휴(Idle) 상태가 아닌 점유(busy)상태인 경우 대기하는 단계, 상기 채널 상태가 유휴상태로 변경되면, 상기 제1범위보다 넓은 제2범위 내에서 백오프 값을 선택하여 상기 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1범위는 0내지 2K-1 사이의 범위(K는 정수)이고, 상기 제2범위는 0 내지 2K+a-1 사이의 범위이며, 상기 a는 다음과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112015107424244-pat00001
여기서
Figure 112015107424244-pat00002
는 소수점 이하는 버리는 바닥함수(floor function)이다.
상기 데이터의 전송에 대한 수신 여부를 포함하는 응답 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 응답 신호를 수신하지 않은 경우, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도 이하면, N회 반복하여 신호를 재전송하며, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 높으면 N+a회 반복하여 신호를 재전송할 수 있다.
상기 현재 온도는, 상기 노드의 실시간으로 측정된 온도이거나 상기 노드가 특정 임계 시간 동안 측정되는 온도의 평균값 또는 특정 거리에 있는 이웃 노드들 또는 특정 클러스터 그룹 내에서 각각 측정되는 온도들의 평균 값일 수 있다.
상기 무선 통신 시스템은 반송파 감지 다중 접속/ 충돌 회피(CSMA/CA)프로토콜을 기반으로 하며, Wi-Fi와 지그비(ZigBee)를 포함하는 근거리 통신 방식 중에서 적어도 하나의 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
본 발명에 다른 실시예에 따르면, 복수의 노드들이 네트워크를 형성하는 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 노드는, 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하는 온도 측정부, 사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인하는 채널 상태 확인부, 상기 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교하는 온도 비교부, 그리고 상기 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우 제1범위 내에서 선택된 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하고, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연없이 데이터를 전송하는 통신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 화재 또는 재난이 발생된 공간에서 단말 또는 로봇 또는 특수 장비와 같은 각종 객체들 사이에 데이터 통신이 필요한 경우, 온도를 고려하여 무선 주파수의 오류를 최소화할 수 있다.
또한, 온도 센서 및 위험을 탐지할 환경 센서를 장착하면 CSMA/CA 기반의 네트워크 시스템에 활용이 가능하다.
도 1은 종래의 무선통신에서의 온도의 변화에 따른MAC 계층 및 CCA 의 성능 변화를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함되는 노드의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 충돌 회피 방법에 관한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지그비 통신 시스템의 고온에서의 충돌 회피 방법에 관한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
일반적인 무선통신시스템에서는 처음 동작이 시작하고 논리적 채널 감지를 통해 채널의 유휴상태인지 또는 점유상태인지의 여부를 확인한다. 즉, NAV=0이면, 무선통신 시스템은 다음으로 물리적으로 실제 채널의 상태를 파악하기 위해 그 채널의 신호를 측정하게 된다. 이때 채널이 최고 DIFS(DCF Interframe Space)시간 동안 유휴상태라고 판단되면 전송하고자 하는 데이터를 전송하게 된다. 만약, 채널이 점유상태일 경우 백오프 과정을 통하여 임의의 시간동안 대기한 후, 다시 채널이 유휴상태임을 확인하고 전송하는 과정을 수행한다.
이때, 물리적으로 실제 채널의 상태를 파악하는 CCA 과정은 해당 채널의 RSSI(dbm) 값을 측정하고 사전에 정의된 CCA 임계값보다 클 경우, 채널이 점유상태임을 판단한다. 이때, 고온의 상황일 경우, RSSI 값이 실제 값보다 낮게 측정되므로 채널의 유휴상태인지, 점유상태인지 확인하는 과정에서 점유상태임에도 불구하고 유휴상태로 판단하여 데이터 전송에 실패할 확률이 높다.
그러므로 본 발명은 고온의 화재 현장에서 CSMA/CA MAC 기법을 이용하여 단말간 통신을 수행할 때, 고온으로 인해 발생하는 신호의 충돌 및 손실을 극복하기 위하여 각 노드들은 각각의 온도를 모니터링하여 데이터의 손실을 최소화할 수 있는 매체접근 기법을 제안한다.
이하에서는 본 발명에서 제안하는 무선 통신 시스템의 복수의 노드는 각각 온도를 측정할 수 있는 센서를 장착하고 있으며, 모든 무선 노드들은 동일한 CSMA/CA 프로토콜을 사용하고 동일한 채널 주파수를 사용하는 것으로 가정한다.
또한, CSMA/CA 프로토콜 이외에 add-on 기능들(예를 들면, RTS/CTS exchange)도 동일하게 구비하고 있음을 가정한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함되는 노드의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에 포함되는 적어도 하나의 노드(100)는 온도 측정부(110), 채널상태확인부(120), 온도 비교부(130) 및 통신부(140)를 포함한다.
온도 측정부(110)는 노드(100)에 장착된 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정한다. 그리고 온도 측정부(110)는 측정한 현재 온도를 저장할 수 있으며, 별도의 데이터베이스에 저장할 수 있다.
채널상태 확인부(120)는 사용하고자 하는 채널이 유휴상태(Idle)인지, 점유상태(Busy)인지의 상태를 파악한다.
이때, 채널이 점유상태인 경우는 다른 노드와 연결되어 통신을 하고 있다는 것을 의미하고, 채널이 유휴상태인 경우는 연결하여 통신 가능한 채널이라는 것을 의미한다.
온도 비교부(130)는 채널상태 확인부(120)에서 채널의 상태가 유휴 상태라고 확인되면, 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계온도를 비교한다.
그리고 온도 비교부(130)는 응답 신호를 수신하지 못했을 경우, 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계온도를 비교할 수 있다.
통신부(140)는 온도 비교부(130)에서 비교한 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우, 제1 범위 내에서 선택된 백오프 값이 지연된 후 데이터를 전송한다. 그리고 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연 없이 데이터를 전송한다.
여기서, 제1 범위는 사용자에 의해 기 설정된 0 내지 2K-1 사이의 범위를 나타내며, 통신부(140)는 이와 같은 제1 범위내에 하나의 백오프 값을 선택한 후, 선택된 백오프 값만큼 데이터 전송 시간을 지연하여 전송한다.
이하에서는 도 3을 이용하여 IEEE 802.11 기반의 Wi-Fi 네트워크를 이용하는 무선통신 시스템의 충돌 회피 방법에 대해서 설명하며, 무선 통신 시스템의 논리적 채널 감지 상태가 0이라는 가정하에서 다음 진행사항에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 충돌 회피 방법에 관한 순서도이다.
먼저, 무선 통신 시스템에 포함된 노드(100)는 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정한다(S310).
노드(100)는 실시간 또는 일정한 시간 간격에 따라 현재 온도를 측정하며 저장할 수 있다. 여기서, 현재 온도란, 노드(100)에 포함되거나 장착된 온도 센서로부터 실시간으로 측정된 온도이거나 특정 임계 시간동안 측정되는 온도의 평균값 또는 특정 거리에 있는 이웃 노드들 또는 특정 클러스터 그룹 내에서 각각 측정되는 온도들의 평균 값일 수 있다. 이와 같이, 현재 온도는 추후에 사용자에 의해 용이하게 변경 및 설정 가능하다.
다음으로 노드(100)는 사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인한다(S320).
여기서 채널은 유휴상태(Idle)과 점유상태(Busy)로 나누어지는데, 유휴상태란 채널이 현재 통신에 사용되지 않고 있는 것을 의미하고 점유상태란 채널이 다른 노드와 통신에 사용되고 있는 것을 의미한다.
채널의 유휴 상태를 확인하는 방식은 채널의 RSSI를 측정하여 채널의 상태를 판단하는 CCA 과정을 통해 확인한다.
이때, 채널의 상태가 유휴 상태인 경우 노드(100)는 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교한다(S330). 여기서 임계 온도는 임의로 설정 가능하지만 본 발명의 실시예에서는 30℃ 이상이 되면 RSSI(dbm) 측정값이 급격하게 낮아지기 시작하므로 임계 온도를 30℃이상의 값으로 설정한다.
다음으로 노드(100)는 현재 온도가 임계 온도보다 큰 경우, 제1 범위 내에서 선택된 백오프 값만큼 지연된 후 데이터를 전송한다(S340).
이때, 제1 범위 내의 백오프 값은 0 내지 2k-1 사이의 범위(k는 정수)이다. 이와 같은 제1 범위의 백오프 값은 추후에 사용자에 의해서 용이하게 변경 설계될 수 있다.
채널의 상태가 유휴 상태이면서, 해당 노드(100)의 현재 온도가 임계 온도보다 클 경우, 과도한 백오프 설정은 오히려 전송지연을 발생시키므로 제1 범위와 같이 일정 범위 내의 백오프 값을 선택한다.
그리고 앞선 S330 단계에서 현재 온도가 임계 온도보다 작거나 같으면, 노드(100)는 별도의 지연 없이 데이터를 전송한다(S345).
노드(100)는 현재 온도가 임계 온도보다 낮으면 채널의 상태를 확인하는 CCA과정에서 오류 발생률이 낮기 때문에 백오프 설정이 없이 곧바로 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 앞서 S320 단계에서 채널의 상태가 점유(busy) 상태인 경우, 노드(100)는 일정 시간 동안 대기하며(S350), 주기적으로 또는 실시간으로 채널의 상태를 확인한다(S355).
이때, 노드(100)는 일정 시간 또는 일정 횟수가 넘어가면, 통신을 할 수 있는 다른 채널을 검색하거나 검색된 다른 채널의 상태를 확인할 수 있도록 설정될 수 있다.
그리고 채널의 상태가 점유 상태에서 유휴 상태로 바뀌면, 노드(100)는 제2 범위 내에서 백오프 값을 선택하여 선택된 백오프 값만큼 지연된 후 데이터를 전송한다(S360).
여기서, 제2 범위는 앞서 설명한 제1 범위보다 넓은 범위로, 제1 범위가 0내지 2K-1 사이의 범위를 나타냈다면, 제2 범위는 0 내지 2K+a-1 사이의 범위를 나타낸다(K, a는 정수이다).
즉, 채널 상태가 점유 상태에서 유휴 상태로 변한 경우, 온도에 의해 오류가 발생하거나 전송중인 다른 노드가 있을 확률이 높기 때문에 2a만큼 백오프 시간을 연장한제2 범위 내에서 백오프 값을 선택한다.
이때, a의 값은 다음 수학식 1과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112015107424244-pat00003
여기서,
Figure 112015107424244-pat00004
는 소수점 이하는 버리는 바닥함수(floor function)이다.
예를 들어 현재 온도가 52℃이고 임계온도가 30℃이면,
Figure 112015107424244-pat00005
로 a 값은 2가 된다. a값을 포함한 제2 범위는 기존의 백오프 제1 범위보다 2배 큰 랜덤값을 취하게 된다. 이때, 계산된 백오프 값은 표준에서 명시한 최대값인 1023을 넘지 않는다.
다음으로 노드(100)는 S340, S345, S360단계 중에서 하나의 단계를 통해 데이터 전송을 한 후, 데이터 전송에 대한 수신 여부를 포함하는 응답 신호를 수신한다(S370).
노드(100)는 수신 노드로부터 응답 신호를 받으면 데이터 전송이 성공적으로 완료되었음을 판단한다.
만일 일정 시간 내에 응답 신호를 수신하지 못하면, 노드(100)는 현재 온도와 임계 온도를 비교한다(S375).
여기서, 현재 온도와 임계 온도를 비교하는 것은 S330 단계의 비교 결과를 재이용할 수도 있고 응답 신호 수신하지 못했음을 판단할 시기에 측정된 현재 온도와 임계온도를 비교할 수 있다.
이때, 노드(100)의 현재 온도가 임계 온도 이하이면, 노드(100)는 N회 반복하여 신호를 수신 노드로 재전송한다(S380).
한편, 노드(100)의 현재 온도가 임계 온도보다 크면, 노드(100)는 N+a 회 반복하여 신호를 수신 노드로 재전송한다(S385).
현재온도가 임계온도보다 크면 고온으로 추정하며, 고온에서 통신이 원활하지 못하기 때문에 응답신호를 제대로 수신하지 못할 가능성이 크므로, 앞서 수학식 1을 통해 연산한 a값 만큼 재전송 시도를 추가하여 데이터의 전송 확률을 높인다.
즉, 수신 노드로부터 응답신호를 수신하지 않은 경우, 통신 환경이 원활하지 못하다고 판단되므로 S360단계로 회귀하여 노드(100)는 제2 범위 내에서 백오프 값을 선택하고 선택된 백오프 값만큼 지연된 후 신호를 재전송할 수 있다.
여기서, 재전송 하는 신호는 데이터 전송을 뜻하거나 혹은 채널의 유휴상태를 확인하여 데이터 전송까지의 일련의 과정을 포함할 수도 있다.
그리고 S380 및 S385 단계에서 각각 지정된 횟수(N회, N+a회)를 넘어서면, 노드(100)는 해당 데이터 전송이 실패한 것으로 판단한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예인 무선통신 시스템의 충돌방지 방법은, 제1 실시예로 IEEE 802.11 기반의 Wi-Fi 네트워크를 사용하는 무선통신을 중심으로 설명하였으나, 이외에도 BEB(Binary Exponential Backoff)를 기반으로 하는 다른 네트워크에도 적용이 가능하다.
이하에서는 도 4를 통해 본 발명의 제2 실시예에 따른 IEEE 802.15.4 기반의 지그비 네트워크를 이용하는 무선통신 시스템의 충돌방지 방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지그비 통신 시스템의 고온에서의 충돌 회피 방법에 관한 순서도이다.
도 4는 지그비 통신 시스템에서의 노드의 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 높은 경우에 대한 충돌 회피 방법에 대한 순서도로써, 설명의 편의상 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 같거나 낮으면 통신이 종료된다고 가정하였지만, 실제로는 기존의 프로세서 또는 별도의 프로세서를 통해 통신을 수행할 수 있다.
먼저, 지그비 통신 시스템의 노드(100)는 NB=0, BE=macMinBE 를 설정한다(S410). 여기서, NB(Number of backoff)는 백오프 수행의 수를 나타내며 BE는 CCA(Channel Clear Access)를 수행하기 전에 기다려야 하는 랜덤 딜레이 값을 결정하는 백오프 범위에 쓰이는 상수이다.
다음으로는 노드(100)는 장착된 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하고 현재 온도와 임계 온도를 비교한다(S420).
여기서, 노드(100)의 현재 온도가 임계 온도보다 작거나 같은 경우, 기존의 프로세서를 실행하거나 다른 프로세서를 실행할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 중복되는 설명을 생략하며, 노드(100)의 현재 온도가 임계 온도보다 큰 경우, 노드(100)는 제2 범위에서 백오프 값을 선택하고 선택된 백오프 값만큼 지연된 후 CCA 과정을 수행한다(S430).
즉, 노드(100)의 현재 온도를 측정하여 임계온도와 비교한 후, 기존의 백오프 범위에 앞서 설명한 수학식 1에 따른 a값을 연산하고, 2a값을 추가하여 0 내지 2BE+a-1의 범위(BE는 정수)내에서 백오프 값을 선택하고 해당 백오프 값만큼 지연된 후 CCA과정을 수행할 수 있다.
다음으로 노드(100)는 CCA 과정을 통해 채널이 유휴상태인지 판단하고(S440) 채널이 유휴상태이면, 노드(100)는 제1 범위의 백오프 값을 선택하고 선택된 백오프 값만큼 지연된 후 데이터를 전송한다(S450).
즉, 노드(100)는 현재 온도가 임계 온도보다 높기 때문에 채널이 유휴상태라고 판단해도, 바로 전송하지 않고 0 내지 2BE-1의 범위인 제1 범위 내에서 선택한 백오프 값만큼 지연된 후 데이터를 전송할 수 있다.
그리고 노드(100)는 데이터를 전송한 후 응답 신호를 수신 여부를 확인하고(S460) 기존의 N회에서 수학식1을 통해 연산된 a 값을 추가하여 N+a회만큼 신호를 재전송한다(S470).
한편, 앞선 S440 단계에서 채널의 상태가 유휴상태가 아닌 점유상태인 경우, 백오프 수행의 카운트를 세면서 백오프 범위를 결정하는 BE 값을 재조정한다(S480).
노드(100)는 BE의 값을 백오프 범위를 결정한 BE값에 1를 더한 값과 BE가 가질 수 있는 최대의 값 중에서 작은 수를 선택하여 재조정할 수 있다. 즉, 백오프 수행 카운트가 늘어나는 것에 대응하여 백오프의 범위를 결정하는 BE의 값도 1씩 증가하게 된다.
다음으로, 백오프 수행의 수(NB)와 최대 백오프 수행의 수(macMaxCSMABackoffs)와 비교하여(S480), 백오프 수행의 수가 같거나 작으면 S420단계로 회귀하고 백오프 수행의 수가 크면 데이터 전송이 실패하였다고 판단하고 통신을 종료한다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예인 IEEE 802.15.4 기반의 지그비 네트워크를 이용하는 무선통신 시스템에서도 각각의 노드의 온도를 측정하고 백오프 범위를 조절하여 데이터 충돌을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템은 화재 또는 재난이 발생된 공간에서 단말 또는 로봇 또는 특수 장비와 같은 각종 객체들 사이에 데이터 통신이 필요한 경우, 온도를 고려하여 무선 주파수의 오류를 최소화할 수 있다.
또한, 온도 센서 및 위험을 탐지할 환경 센서를 장착하면 CSMA/CA 기반의 네트워크 시스템에 활용이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 노드 110: 온도 측정부
120: 채널 상태 확인부 130: 온도 비교부
140: 통신부

Claims (12)

  1. 화재 현장에서 무선 통신 시스템의 충돌 회피 방법에 있어서,
    각각의 노드들은 온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하는 단계,
    사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인하는 단계,
    상기 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교하는 단계, 그리고
    상기 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우 제1범위 내에서 선택된 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하고, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연없이 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 충돌 회피 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널의 상태가 유휴 상태가 아닌 점유(busy)상태인 경우 대기하는 단계,
    상기 채널 상태가 유휴상태로 변경되면, 상기 제1범위보다 넓은 제2범위 내에서 백오프 값을 선택하여 상기 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 충돌 회피 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1범위는 0내지 2K-1 사이의 범위(K는 정수)이고,
    상기 제2범위는 0 내지 2K+a-1 사이의 범위이며,
    상기 a는 다음과 같이 연산되는 충돌 회피 방법:
    Figure 112016105989238-pat00006

    여기서
    Figure 112016105989238-pat00014
    는 소수점 이하는 버리는 바닥함수(floor function)이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데이터의 전송에 대한 수신 여부를 포함하는 응답 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며,
    상기 응답 신호를 수신하지 않은 경우,
    상기 현재 온도가 상기 임계 온도 이하면, N회 반복하여 신호를 재전송하며,
    상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 높으면, N+a회 반복하여 신호를 재전송하는 충돌 회피 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 현재 온도는,
    상기 노드의 실시간으로 측정된 온도이거나 상기 노드가 특정 임계 시간 동안 측정되는 온도의 평균값 또는 특정 거리에 있는 이웃 노드들 또는 특정 클러스터 그룹 내에서 각각 측정되는 온도들의 평균 값인 충돌 회피 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 반송파 감지 다중 접속/ 충돌 회피(CSMA/CA)프로토콜을 기반으로 하며,
    Wi-Fi와 지그비(ZigBee)를 포함하는 근거리 통신 방식 중에서 적어도 하나의 방식으로 통신을 수행하는 충돌 회피 방법.
  7. 복수의 노드들이 네트워크를 형성하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 노드는,
    온도 센서를 통해 현재 온도를 측정하는 온도 측정부,
    사용하고자 하는 채널의 유휴 상태를 확인하는 채널 상태 확인부,
    상기 채널의 상태가 유휴 상태인 경우, 상기 노드의 현재 온도와 기 설정된 임계 온도를 비교하는 온도 비교부, 그리고
    상기 현재 온도가 기 설정된 임계 온도보다 큰 경우 제1범위 내에서 선택된 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하고, 상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 작거나 같은 경우 지연없이 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 무선 통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 상태 확인부는,
    상기 채널의 상태가 유휴 상태가 아닌 점유(busy)상태인 경우 대기하고,
    상기 통신부는,
    상기 채널 상태가 유휴상태로 변경되면, 상기 제1범위보다 넓은 제2범위 내에서 백오프 값을 선택하여 상기 백오프 값에 대응하여 지연된 후 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1범위는 0내지 2K-1 사이의 범위(K는 정수)이고,
    상기 제2범위는 0 내지 2K+a-1 사이의 범위이며,
    상기 a는 다음과 같이 연산되는 무선 통신 시스템:
    Figure 112016105989238-pat00008

    여기서
    Figure 112016105989238-pat00015
    는 소수점 이하는 버리는 바닥함수(floor function)이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 데이터의 전송에 대한 수신 여부를 포함하는 응답 신호를 수신하며,
    상기 응답 신호를 수신하지 않은 경우,
    상기 현재 온도가 상기 임계 온도 이하이면, N회 반복하여 신호를 재전송하며,
    상기 현재 온도가 상기 임계 온도보다 높으면, N+a회 반복하여 신호를 재전송하는 무선 통신 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 현재 온도는,
    상기 노드의 실시간으로 측정된 온도이거나 상기 노드가 특정 임계 시간 동안 측정되는 온도의 평균값 또는 특정 거리에 있는 이웃 노드들 또는 특정 클러스터 그룹내에서 각각 측정되는 온도들의 평균 값인 무선 통신 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 반송파 감지 다중 접속/ 충돌 회피(CSMA/CA)프로토콜을 기반으로 하며,
    Wi-Fi와 지그비(ZigBee)를 포함하는 근거리 통신 방식 중에서 적어도 하나의 방식으로 통신을 수행하는 무선 통신 시스템.
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