KR101703457B1 - 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드 및 이의 자원할당 제어 방법 - Google Patents

멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드 및 이의 자원할당 제어 방법 Download PDF

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KR101703457B1
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Abstract

멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드 및 이의 자원할당 제어방법이 개시된다. 개시된 노드는 상기 노드의 n홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링(firing)하는 경우, 상기 노드와 상기 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교하는 비교부; 및 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 큰 경우, 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 업데이트부;를 포함한다.

Description

멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드 및 이의 자원할당 제어 방법{Node comprised multi hop network and Method for controlling resource allocation in the node}
본 발명의 실시예들은 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드 및 이의 자원할당 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TDMA(Time Division Multiple Access) 환경에서 동기화 수행이 가능한 멀티 홉 네트워크 내의 노드 및 상기 노드의 자원할당 제어 방법에 관한 것이다.
무선 이동 네트워크와 같이 한정된 채널 자원을 공유하여 다수의 노드들이 통신하는 무선 네트워크에서 효율적으로 통신하기 위해서는 다중접속(multiple access) 기술이 필요하다. 다중 접속 기술은 방식에 따라 TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), OFDMA(Othogonal Frequency Division Multiple Access) 등이 있다.
특히, TDMA 기술은 가용 대역폭을 시간구간인 슬롯으로 나누어 자신에게 할당된 슬롯에서 모든 대역폭을 이용하여 통신하는 다중 접속 기술을 의미한다. TDMA에서, 사용자는 다른 사용자들과 시간을 달리하여 채널을 공유하기 때문에, 사용자에게 주어진 슬롯 동안 전체 주파수 대역을 사용할 수 있다.
한편, TDMA 기술을 사용하는 무선 네트워크의 경우, DESYNC 혹은 PCO(Pulse Coupled Oscillator)-DESYNC 등을 사용하여 노드들이 충돌없이 자원을 할당받을 수 있다.
DESYNC 혹은 PCO-DESYNC은 1-홉 형태의 무선 네트워크에서 비동기 방식으로 통신하기 위해 제안된 기법이다. 상기한 기술들은 동기화를 위한 신호나 추가 작업이 필요없고, 무선 네트워크에 참여하는 노드의 수에 관계없이 노드들 스스로 동기를 유지시킬 수 있다. 또한, 무선 네트워크를 구성하는 노드들에 결함이 발생하여 노드가 삭제되거나, 새로운 노드가 추가되는 등 네트워크를 구성하는 요소가 변해도 스스로 네트워크를 유지하는 장점이 있다.
DESYNC 혹은 PCO-DESYNC은 각 노드들은 일정한 간격마다 주기적으로 펄스 신호를 발생시킨다. 즉, 각 노드들은 일정 간격 마다 자신의 전송 범위 내에 있는 주변 노드들에게 파이어링(firing) 신호를 브로드캐스팅한다. 이 때, 각 노드의 파이어링 페이즈는 0으로부터 1까지의 값 중 어느 한 값을 가진다(
Figure 112015125228864-pat00001
).
도 1은 종래의 DESYNC 및 PCO-DESYNC의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1의 (a)를 참조하면,
Figure 112015125228864-pat00002
인 경우 노드 i는 주기 T에서 75%에 위치하는 것을 의미한다. 그리고,
Figure 112015125228864-pat00003
는 시간의 흐름에 따라 증가하며,
Figure 112015125228864-pat00004
이 되면, 노드 i는 파이어링함과 함께
Figure 112015125228864-pat00005
로 초기화한다. ??
종래의 DESYNC에 따르면, 주기 T에서 파이어링한 노드는 직전에 파이어링한 노드와 직후에 파이어링한 노드의 시간차를 이용하여 자신의 다음 파이어링 시각을 결정하고, 모든 노드가 파이어링 간격이 일정해지면 충돌 없는 자원할당이 가능하다.
그리고, 도 1의 (b)를 참조하면, 종래의 PCO-DESYNC에 따르면, 주기 T에서 파이어링한 노드는 직전에 파이어링한 노드의 시간정보를 이용하여 자신의 다음 파이어링 시각을 결정하고, 모든 노드가 파이어링 간격이 일정해지면 충돌 없는 자원할당이 가능하다.
한편, 종래의 DESYNC 혹은 PCO-DESYNC는 완전 접속 연결(Fully connected) 환경에서, 각 노드가 균등하게 자원을 할당받을 수 있었다. 그러나, 무선 멀티 홉 환경에서의 DESYNC 혹은 PCO-DESYNC는 각 노드가 송신노드와 수신노드의 역할을 모두 수행하게 되는데, 각 노드의 이웃의 수가 서로 다르기 때문에 자원의 충돌 문제 등으로 인해 제한적으로 수행되는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 TDMA(Time Division Multiple Access) 환경에서 동기화 수행이 가능하고, 효율적으로 자원 사용이 가능한 멀티 홉 네트워크 내의 노드 및 상기 노드의 자원할당 제어 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드에 있어서, 상기 노드의 n홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링(firing)하는 경우, 상기 노드와 상기 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교하는 비교부; 및 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 큰 경우, 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 업데이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드가 제공된다.
상기 업데이트부는 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈 중 적어도 하나보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 작은 경우, 상기 파이어링 페이즈를 업데이트하지 않을 수 있다.
상기 노드의 파이어링 페이즈는 0으로부터 1까지의 값 중 어느 한 값을 가지고, 상기 타겟 파이어링 페이즈는 1에서 상기 이웃 노드 집합의 원소 개수의 역수를 뺀 값과 대응될 수 있다.
상기 업데이트부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트할 수 있다.
Figure 112015125228864-pat00006
여기서,
Figure 112015125228864-pat00007
는 업데이트된 상기 노드의 파이어링 페이즈,
Figure 112015125228864-pat00008
는 가중치 팩터,
Figure 112015125228864-pat00009
는 업데이트되지 않는 상기 노드의 파이어링 페이즈,
Figure 112015125228864-pat00010
는 상기 타겟 파이어링 페이즈를 각각 의미함.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드의 제어 방법에 있어서, 상기 노드의 n홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링(firing)하는 경우, 상기 노드와 상기 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교하는 단계; 및 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 큰 경우, 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 자원할당 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 멀티 홉 네트워크 내의 노드 및 상기 노드의 자원할당 제어 방법은 TDMA 환경에서 동기화 수행이 가능하고, 효율적으로 자원 사용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래의 DESYNC 혹은 PCO-DESYNC의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 상에서의 멀티 홉 네트워크 상의 각 노드의 위치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 상에서의 멀티 홉 네트워크 상의 각 노드의 위치를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노드(200)는 TDMA(Time Division Multiple Access) 환경에서 동작하고, 멀티 홉 네트워크에 포함되는 것으로서, 통신부(210), 비교부(220) 및 업데이트부(230)를 포함한다.
그리고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
한편, 본 발명에 따른 노드(200)는 n홉 이내(일례로, 2홉 이내)의 이웃 노드 간에 정보를 교환하며, n홉을 벗어난 이웃 노드들 간에는 통신을 수행할 수 없다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 n홉을 "2홉"으로 가정하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 멀티 홉 네트워크 내의 각 노드는 매 주기가 시작할 때 자신의 파이어링 페이즈(firing)를 초기화하고, 자신의 파이어링 페이즈에 맞춰 파이어링함으로서 그 정보를 자신의 2홉 이내의 이웃 노드에게 전송한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 각 구성 요소 별 기능 및 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 단계(310)에서, 노드(200)는 2홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링하는 경우 파이어링 신호를 수신한다. 이 때, 이웃 노드 집합은 노드(200)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 상에서의 멀티 홉 네트워크 상의 각 노드의 위치를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 노드 A(410)가 도 2 및 도 3에서 설명한 노드(200)이고, 검은색으로 표시된 노드는 노드 A(410)에 대한 2홉 이내 이웃 노드 집합을 의미하고, 흰색으로 표시된 노드는 상기 2홉 이내의 이웃 노드 집합을 제외한 나머지 노드를 의미한다. 그리고, 노드 B(420)가 파이어링을 수행하고 있다.
다음으로, 단계(320)에서, 비교부(220)는 노드(200)의 파이어링 페이즈와, 파이어링을 수행한 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교한다.
일례로, 도 4를 참조하면, 노드 B(420)가 파이어링을 수행하고 있으므로, 노드 A(410), 노드 C(430) 및 노드 D(440) 각각이 파이어링 페이즈를 비교한다.
계속하여, 단계(230)에서, 업데이트부(230)는 노드(200)의 파이어링 페이즈와 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈를 비교하여 노드(200)의 파이어링 페이즈의 업데이트 여부를 결정한다.
만약, 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈 중 적어도 하나보다 노드(200)의 파이어링 페이즈가 작은 경우, 업데이트부(230)는 노드(200)의 파이어링 페이즈를 업데이트하지 않는다.
반대로, 노드(200)의 파이어링 페이즈가 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈 보다 크다면, 업데이트부(230)는 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 노드(200)의 파이어링 페이즈를 업데이트한다.
이 때, 앞서 설명한 바와 같이, 노드(200)의 파이어링 페이즈는 0으로부터 1까지의 값 중 어느 한 값을 가지고, 타겟 파이어링 페이즈는 1에서 이웃 노드 집합의 원소 개수의 역수를 뺀 값과 대응될 수 있으며, 이는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015125228864-pat00011
여기서,
Figure 112015125228864-pat00012
는 노드(200)의 타겟 파이어링 페이즈,
Figure 112015125228864-pat00013
는 노드(200)의 2홉 이내의 이웃 노드 집합,
Figure 112015125228864-pat00014
는
Figure 112015125228864-pat00015
의 원소의 개수를 각각 의미한다. 이 때,
Figure 112015125228864-pat00016
는 각각의 노드가 점유하려고 하는 자원의 양을 의미한다.
그리고, 업데이트부(230)는 아래의 수학식 2에 기초하여 노드의 업데이트를 수행할 수 있다.
Figure 112015125228864-pat00017
여기서,
Figure 112015125228864-pat00018
는 업데이트된 노드(200)의 파이어링 페이즈,
Figure 112015125228864-pat00019
는 가중치 팩터,
Figure 112015125228864-pat00020
는 업데이트되지 않는 노드(200)의 파이어링 페이즈를 각각 의미한다.
일례로, 노드 C(430)는 노드 A(410)보다 파이어링 페이즈가 작으므로, 노드 C(430)는 파이어링 페이즈의 업데이트를 수행하지 않는다.
그리고, 노드 A(410)는 노드 C(430) 및 노드 D(440) 보다 파이어링 페이즈가 크므로, 노드 A(410)는 파이어링 페이즈를 수행한다.
이 때, 노드 A(410)는 한번에 타겟 파이어링 페이즈로 이동하는 것이 아니라 반복적으로 조금씩 타겟 파이어링 페이즈로 이동하며(수학식 2 참조), 이에 따라 노드 A(410)는 파이어링 페이즈가 지연된다.
또한, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 상에서의 멀티 홉 네트워크 상의 각 노드의 위치를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 노드 G(510)가 파이어링을 수행하며, 노드 J(540)의 파이어링 페이즈가 업데이트된다. 따라서, 노드 G(510)가 반복적으로 조금씩 타겟 파이어링 페이즈로 이동하며, 이에 따라 노드 A(410)는 파이어링 페이즈가 앞당겨지게 된다.
정리하면, 종래의 DESYNC의 경우, 완전 접속망 환경에서, 각 노드가 자원의 충돌없이 동일한 양의 무선 통신 자원을 점유하지만, 멀티 홉 환경은 각 노드의 이웃 노드의 수가 서로 다르기 때문에 종래의 기법을 적용하는 데 한계가 있다. 이에, 각 노드가 자신의 이웃 노드의 수에 따라서 자원을 충돌없이 점유하기 위해서, 본 발명은 파이어링을 듣는 노드가 파이어링 페이즈를 업데이트할 수 있다. 각 노드는 파이어링을 듣고, 파이어링 페이지를 업데이트하는 과정을 통해 이전 주기가 끝날 때의 페이즈 정보를 바탕으로 다음 주기에서 자원을 점유함으로써 해당 노드가 매 주기마다 충돌 없이 자원을 할당받을 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 경우, 멀티 홉 환경에서, 각 노드는 자신의 이웃 노드들의 파이어링 페이즈 정보와 자신의 2홉 이웃의 수에 대한 정보를 바탕으로 파이어링 페이즈를 업데이트함으로써, 충돌없이 각 노드가 자신의 이웃의 수에 따라 자원을 점유할 수 있게 된다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드에 있어서,
    상기 노드의 n(1 이상의 정수)홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링(firing)하는 경우, 상기 노드와 상기 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교하는 비교부; 및
    상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 큰 경우, 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 업데이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 업데이트부는 상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈 중 적어도 하나보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 작은 경우, 상기 파이어링 페이즈를 업데이트하지 않는 것을 특징으로 하는 노드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노드의 파이어링 페이즈는 0으로부터 1까지의 값 중 어느 한 값을 가지고, 상기 타겟 파이어링 페이즈는 1에서 상기 이웃 노드 집합의 원소 개수의 역수를 뺀 값과 대응되는 것을 특징으로 하는 노드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 업데이트부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 노드.

    Figure 112015125228864-pat00021


    여기서,
    Figure 112015125228864-pat00022
    는 업데이트된 상기 노드의 파이어링 페이즈,
    Figure 112015125228864-pat00023
    는 가중치 팩터,
    Figure 112015125228864-pat00024
    는 업데이트되지 않는 상기 노드의 파이어링 페이즈,
    Figure 112015125228864-pat00025
    는 상기 타겟 파이어링 페이즈를 각각 의미함.
  5. 멀티 홉 네트워크에 포함되는 노드의 자원할당 제어 방법에 있어서,
    상기 노드의 n(1 이상의 정수)홉 이내의 이웃 노드로 구성된 이웃 노드 집합 중 하나의 이웃 노드가 파이어링(firing)하는 경우, 상기 노드와 상기 하나의 이웃 노드를 제외한 나머지 이웃 노드 간의 파이어링 페이즈를 비교하는 단계; 및
    상기 나머지 이웃 노드의 파이어링 페이즈보다 상기 노드의 파이어링 페이즈가 큰 경우, 기 설정된 타겟 파이어링 페이즈에 기초하여 상기 노드의 파이어링 페이즈를 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 자원할당 제어 방법.
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