KR101719503B1 - Adaptive forward error correction system for increase reliability in wireless body area network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동적 순방향 오류 정정 시스템에 대한 것으로서, 특히 길버트 모델로 송신측 노드로부터 오류 발생률을 예측하여 RS 코드의 적용 여부를 판단하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 예측된 채널의 상태가 좋지 않을 때 수신측 노드로부터 순방향 오류 정정 알고리듬을 통하여 재전송 횟수를 줄여 오류율을 감소시키고 신뢰성을 증가시킬 수 있는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템을 제공할 수 있다.The present invention relates to a dynamic forward error correction system, and more particularly, to a dynamic forward error correction system for enhancing reliability in a human body communication environment for predicting whether an RS code is applied by predicting an error occurrence rate from a transmitting side node in a Gilbert model will be. The present invention relates to a dynamic forward error correction method for improving reliability in a human body communication environment that can reduce an error rate and increase reliability by reducing a number of retransmissions through a forward error correction algorithm from a receiving node when a predicted channel state is poor, System can be provided.
Description
본 발명은 동적 순방향 오류 정정 시스템에 대한 것으로서, 특히 길버트 모델로 송신측 노드로부터 오류 발생률을 예측하여 RS 코드의 적용 여부를 판단하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic forward error correction system, and more particularly, to a dynamic forward error correction system for enhancing reliability in a human body communication environment for predicting whether an RS code is applied by predicting an error occurrence rate from a transmitting side node in a Gilbert model will be.
WBAN은 인체 내부, 표면, 외부에 장착된 장치들 간의 통신을 의미한다. 인체에 장착되는 특징 때문에 네트워크 내부의 이동성이 증가하며, 다수의 WBAN 또는 이기종 무선 통신으로 인한 간섭은 연속적인 오류를 발생시킨다. 생체 데이터를 주로 다루는 WBAN 환경에서는 이와 같은 링크 단절이나 데이터 전송 실패, 지연이 일어나게 된다면 사용자의 응급 상황에 올바르게 대처하지 못할 수 있다.WBAN refers to communication between devices mounted inside the body, on the surface, and on the outside. Because of the features attached to the human body, mobility within the network increases, and interference from multiple WBANs or heterogeneous wireless communications results in continuous errors. In the WBAN environment, which mainly deals with biometric data, if such a link disconnection, data transmission failure, or delay occurs, the user may not be able to cope with the emergency situation correctly.
이를 해결하기 위해서 IEEE 802.15.4 표준의 MAC 프로토콜에서는 데이터 전송 오류 발생 시 오류가 발생한 비트의 크기에 상관없이 해당 패킷 전체를 재전송한다. 이와 같이 작은 크기의 오류가 발생하더라도 오류가 포함된 패킷 전체의 재전송이 이루어지기 때문에 많은 양의 에너지를 소비한다. 또한, 재전송을 요청하고 패킷을 다시 받아야 하기 때문에 전송 지연이 발생되어 네트워크의 신뢰성을 떨어뜨린다. 이는 쉽게 배터리를 교환할 수 없는 인체 내부 장치들의 수명을 단축시키는 원인이 되며, 전송 지연으로 인한 응급 상황에 대한 대처가 늦어질 수 있다.In order to solve this problem, the MAC protocol of the IEEE 802.15.4 standard retransmits the entire packet regardless of the size of the error bit when a data transmission error occurs. Even if such a small error occurs, the entire packet including the error is retransmitted, which consumes a large amount of energy. In addition, since a retransmission is requested and a packet is received again, a transmission delay occurs and the reliability of the network is degraded. This can shorten the life span of human internal devices that can not easily replace the battery, and delay the response to emergencies due to transmission delays.
본 발명의 목적은 수신된 패킷에서 오류 발생 시, 추가적인 패킷의 재전송 없이 오류가 발생된 패킷을 빠르게 복구할 수 있는 동적 순방향 오류 정정 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a dynamic forward error correction system capable of quickly recovering an error packet without retransmission of an additional packet when an error occurs in the received packet.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 주파수 채널의 전송 상태를 체크하여 패킷 오류율(Packet Error Rate, PER)을 산출하고, 송신 노드로부터 연속적으로 패킷 전송 오류가 발생할 확률인 오류 발생률을 예측하는 채널 상태 예측 모듈과, 상기 패킷 오류율을 패킷 오류율 허용 한계와 비교하는 패킷 오류율 허용 한계 비교 모듈, 및 상기 예측된 오류 발생률이 상기 패킷 오류율 허용 한계를 초과할 경우, 송신측 노드에서 전송되는 패킷에 패리티 비트를 부가하는 패리티 비트 부가 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for calculating a Packet Error Rate (PER) by checking a transmission state of a frequency channel, calculating a channel error rate A packet error rate tolerance comparison module for comparing the packet error rate with a packet error rate tolerance; and a packet error rate limiter for comparing the packet error rate tolerance with a parity bit And a parity bit adding module for adding a parity bit adding module to the received signal.
상기 채널 상태 예측 모듈에서 예측되는 채널의 상태는 패킷 전송이 성공하였을 때인 수신 상태와, 패킷 전송이 실패하였을 때인 손실 상태로 나누어지며, 상기 수신 상태와 손실 상태 간의 전이 확률은 와 이고, 상기 는 이며, 상기 은 이다.The channel state predicted by the channel state estimation module is divided into a reception state when the packet transmission is successful and a loss state when the packet transmission has failed and the transition probability between the reception state and the loss state is Wow , And The , And silver to be.
상기 수신 상태와 손실 상태가 유지될 확률은 과 이며, 상기 은 이고, 상기 은 이다.The probability that the reception state and the loss state are maintained is and , And silver , And silver to be.
상기 오류 발생률은, 이며, 상기 는 패킷 오류율 허용 한계이다.The error rate , And Is the packet error rate tolerance limit.
상기 패리티 비트 부가 모듈은 8비트 심볼 크기를 사용하는 코드워드 RS 코드(Reed-Solomon Code)를 적용한다. 구체적으로, 상기 패리티 비트 부가 모듈은 패킷의 235Byte에 20Byte 패리티 비트를 추가하는 인코딩을 수행한다. 상기 패리티 비트 부가 모듈에서 인코딩된 코드워드는 패킷화 작업 후 전송되며, 전송이 완료된 후 상기 송신 노드는 수신 노드의 Acknowledgement 수신을 확인한 후 상기 오류 발생률을 갱신한다.The parity bit addition module applies a codeword RS code (Reed-Solomon Code) using an 8-bit symbol size. Specifically, the parity bit adding module performs encoding to add a 20-byte parity bit to 235 bytes of a packet. The codeword encoded in the parity bit appending module is transmitted after the packetizing operation. After the transmission is completed, the transmitting node confirms receiving acknowledgment of the receiving node and updates the error incidence rate.
상기 패리티 비트 부가 모듈은 상기 예측된 오류 발생률이 상기 패킷 오류율 허용 한계를 초과하지 않을 경우, 송신측 노드에서 전송되는 패킷에 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식을 사용하여 패킷을 전송한다.The parity bit appending module transmits a packet to a packet transmitted from a transmitting node using an ARQ (Automatic Repeat Request) method when the predicted error rate does not exceed the packet error rate tolerance limit.
본 발명은 예측된 채널의 상태가 좋지 않을 때 수신측 노드로부터 순방향 오류 정정 알고리듬을 통하여 재전송 횟수를 줄여 오류율을 감소시키고 신뢰성을 증가시킬 수 있는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템을 제공할 수 있다.The present invention relates to a dynamic forward error correction method for improving reliability in a human body communication environment that can reduce an error rate and increase reliability by reducing a number of retransmissions through a forward error correction algorithm from a receiving node when a predicted channel state is poor, System can be provided.
도 1은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 시퀀스 다이어그램.
도 3은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에 적용된 길버트 모델의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 IEEE 802.15.4에 기반한 ZigbeX note.
도 5는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에서 데이터 획득을 위한 DAQpad-6015 장비.
도 6은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4의 전체 패킷 크기를 비교한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4의 전송 실패 횟수를 비교한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4d의 에너지 소모를 비교한 그래프.1 is a conceptual diagram of a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
2 is a sequence diagram of a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
3 is a conceptual diagram of a Gilbert model applied to a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram of a ZigbeX note based on IEEE 802.15.4 of a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
5 is a block diagram of a DAQpad-6015 system for data acquisition in a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
FIG. 6 is a graph comparing the total packet size of IEEE 802.15.4 with a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
7 is a graph comparing the number of transmission failures of IEEE 802.15.4 with a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
8 is a graph comparing the energy consumption of IEEE 802.15.4d with a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 시퀀스 다이어그램이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a dynamic forward error correction system for enhancing reliability in a human body communication environment according to the present invention. FIG. 2 is a sequence diagram of a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention. It is a diagram.
본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 채널의 상태를 예측하는 채널 상태 예측 모듈과, 채널 상태 예측 결과와 PER 허용 한계를 비교하는 PER 허용 한계 비교 모듈, 패킷에 패리티 비트를 부가하는 패리티 비트 부가 모듈을 포함한다.As shown in FIG. 1, a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention includes a channel state predicting module for predicting a state of a channel, And a parity bit adding module for adding a parity bit to the packet.
채널 상태 예측 모듈은 패킷을 전송하기 전, 채널의 상태를 예측하여 RS 코드를 적용할지 적용하지 않을지를 결정한다. 채널 상태 예측 모듈은 주파수 채널의 전송 상태를 체크하여 현재 패킷 오류율(Packet Error Rate, PER; 이하, PER이라 함)을 산출한다. 또한, 송신측 노드로부터 오류 예측 모델인 길버트 모델을 활용하여 현재 채널에서 연속적으로 일어날 오류 발생 여부를 확률적 예측, 즉, 오류 발생률을 예측한다.The channel state estimation module determines the state of the channel before transmitting the packet and decides whether to apply the RS code or not. The channel state estimation module checks the transmission state of the frequency channel and calculates a current packet error rate (PER). In addition, a probabilistic prediction, that is, an error occurrence rate, is predicted by using a Gilbert model, which is an error prediction model, from the transmitting node to determine whether an error occurs continuously in the current channel.
도 3은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에 적용된 길버트 모델의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a Gilbert model applied to a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
도 3을 참조하면, 길버트 모델이 제안하는 '수신'상태와 '손실' 상태를 보여준다. 본 발명은 '수신' 상태 (R)과 '손실' 상태 (L)의 일반적인 표시를 따른다. 길버트 모델에서 채널의 상태는 패킷 전송을 성공하였을 때 '수신' 상태와 패킷 전송이 실패하였을 때의 '손실'로 나뉜다. 본 발명은 (R)에서 (L)로부터 전송 확률 p를 정의하고, (L)에서 (R)로부터 전송 확률 r을 정의한다. 즉, 각 상태들 간의 전이 확률은 p와 r로 표현되며, 상태 전이하는 p와 r은 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.Referring to FIG. 3, a 'receive' state and a 'loss' state proposed by the Gilbert model are shown. The present invention follows a general indication of a 'receive' state (R) and a 'lost' state (L). In Gilbert model, channel state is divided into 'reception' state when packet transmission is successful and 'loss' when packet transmission fails. The present invention defines a transmission probability p from (R) to (L), and defines a transmission probability r from (L) to (R). That is, the transition probability between states is represented by p and r, and the state transitions p and r are defined by
이전 패킷이 성공적으로 전송되었거나 전송되지 않았을 때, 패킷이 성공적으로 전송되었거나 전송되지 않은 횟수를 , , , 로 둔다. , 는 이전 ACKs가 성공적으로 수신되었거나 수신되지 않았을 때, ACKs가 수신되지 않은 횟수를 정의한다. , 는 이전 ACKs가 성공적으로 수신되거나 수신되지 않았을 때 수신된 ACKs 횟수를 정의한다.When the previous packet was successfully transmitted or not transmitted, the number of times the packet was successfully transmitted or not transmitted , , , . , Defines the number of times ACKs were not received when previous ACKs were successfully received or not received. , Defines the number of ACKs received when previous ACKs were successfully received or not received.
수학식 1의 전송 확률 p와 r이 존재할 확률은 , 이다. p와 r이 존재할 확률은 아래의 수학식 3과 같다.The probability of existence of the transmission probabilities p and r in Equation (1) , to be. The probability that p and r exist is expressed by Equation 3 below.
전이 행렬 A는 아래의 두 전이에 의해 주어진다.Transition matrix A is given by the following two transitions.
각 상태에서 머무를 확률 과 은 아래의 수학식 5와 같다.The probability of staying in each state and Is expressed by the following equation (5).
채널의 상태가 나빠진 것으로 판단되는 연속적으로 패킷 전송 오류가 발생할 확률은 정상 상태(steady state)에서 얻을 수 있으며, 이는 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.The probability of a continuous packet transmission error that is determined to be deteriorated in a channel state can be obtained in a steady state, which can be expressed by Equation (6) below.
수학식 6에서, 는 사용자가 정의한 PER의 허용 한계치이다.In Equation (6) Is the permissible limit value of the PER defined by the user.
한편, 전술된 수학식의 상수값은 미리 연산되어 메모리에 저장되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the constant value of the above-mentioned equation is calculated in advance and stored in the memory.
PER 허용 한계 비교 모듈은 채널 상태 예측 모듈에서 예측된 채널 상태 예측 결과가 PER의 허용 한계를 초과하였는지 비교하여 판단한다. 즉, 수학식 6에 따른 연속적으로 패킷 전송 오류가 발생할 확률이 사용자가 정의한 PER의 허용 한계치를 초과한다면, 현재 채널에서 오류가 연속적으로 발생할 것으로 판단한다.The PER permissible comparison module compares the predicted channel state prediction result in the channel state prediction module with the permissible limit of the PER. That is, if the probability of successive packet transmission errors according to Equation (6) exceeds the allowable limit value of the PER defined by the user, it is determined that an error continuously occurs in the current channel.
패리티 비트 부가 모듈은 PER 허용 한계 비교 모듈의 결과가 PER의 허용 한계를 초과할 경우, RS 코드(Reed-Solomon Code)와 원래의 프레임을 부호화하고 복구하기 위해서 패리티 비트를 부가한다. 상세하게, 패리티 비트 부가 모듈은 8비트의 심볼 크기를 사용하는 코드워드(255, 235) RS 코드를 적용한다. 즉, 기존의 데이터 235-Byte에 RS 코드 알고리듬을 이용하여 20-Byte의 패리티 비트를 추가하는 인코딩 과정을 거친다. 만약 산출된 연속적 패킷 전송 오류율이 발생되지 않을 것으로 판단된다면 기존의 표준과 동일한 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식을 사용하여 패킷을 전송한다.The parity bit addition module adds the RS code (Reed-Solomon Code) and the parity bit to encode and recover the original frame when the result of the PER tolerance comparison module exceeds the permissible limit of PER. In detail, the parity bit addition module applies a code word (255, 235) RS code using an 8-bit symbol size. That is, an encoding process of adding a 20-byte parity bit to an existing data 235-byte using an RS code algorithm is performed. If it is determined that the calculated continuous packet transmission error rate will not be generated, the packet is transmitted using the same ARQ (Automatic Repeat Request) scheme as the existing standard.
인코딩된 코드워드는 각 MAC 표준에 맞는 전송을 위한 패킷화 작업이 수행된 뒤, 버퍼에 저장 및 송/수신 매커니즘 기준에 따라 전송된다. 전송 완료 후 송신 노드는 수신 노드의 Acknowledgement 응답을 기다리며, 수신을 확인한 송신 노드는 다음의 연속적 오류 예측을 위한 확률을 갱신한 후 송신 작업을 종료한다.The encoded codeword is transmitted according to the storage and transmission / reception mechanism criteria in the buffer after the packetization operation for the transmission conforming to each MAC standard is performed. After the transmission is completed, the transmitting node waits for the Acknowledgment response of the receiving node, and the transmitting node confirming the receiving ends the transmission operation after updating the probability for the next continuous error prediction.
도 4는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 IEEE 802.15.4에 기반한 ZigbeX note이다.4 is a ZigbeX note based on IEEE 802.15.4 of a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
전술된 구성을 구현하기 위해서, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 IEEE 802.15.4에 기반한 ZigbeX note를 적용하였다.To implement the above-described configuration, the present invention applies the ZigbeX note based on IEEE 802.15.4 as shown in FIG.
표 1은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에 적용된 IEEE 802.15.4에 기반한 ZigbeX note의 사양이다.Table 1 is a specification of a ZigbeX note based on IEEE 802.15.4 applied to a dynamic forward error correction system for enhancing reliability in a human body communication environment according to the present invention.
(IEEE 802.15.4 PHY)CC2420 2.4GHz
(IEEE 802.15.4 PHY)
(20~100m)PCB Antenna
(20-100 m)
표 1을 참조하면, 본 발명에 적용된 IEEE 802.15.4에 기반한 ZigbeX note는 8비트 저전력 마이크로 컨트롤러인 Atmega128, 2.4ghZ의 비허가 ISM 대역에서 강력한 무선 통신을 위한 저비용 고집적 솔루션인 CC2420로 구성된다. 또한, RF, 전자, 통신 및 네트워크 원칙은 802.15.4 LR-WPAN 표준을 따른다.Referring to Table 1, the ZigbeX note based on IEEE 802.15.4 applied to the present invention consists of Atmega128, an 8-bit low-power microcontroller, and CC2420, a low-cost and highly integrated solution for robust wireless communication in a 2.4GHz unlicensed ISM band. In addition, RF, electronic, communication and network principles follow the 802.15.4 LR-WPAN standard.
도 5는 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템에서 데이터 획득을 위한 DAQpad-6015 장비이다.5 is a DAQpad-6015 device for data acquisition in a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention.
본 발명에 적용된 DAQPad-6015는 그림 4와 같이 다양한 어플리케이션에서 수집, 생성 및 데이터 로깅을 위한 플러그 앤 플레이 연결을 제공하는 다기능 데이터 수집 장치이다. 또한, DAQPad-6015는 추가비용 없이 연결 센서와 신호들을 직접 연결하는 스크류 터미널들 또는 BNC 커넥터들을 제공한다.The DAQPad-6015 applied to the present invention is a multifunctional data acquisition device that provides plug-and-play connectivity for acquisition, generation, and data logging in various applications, In addition, the DAQPad-6015 provides screw terminals or BNC connectors that connect the connection sensors and signals directly at no additional cost.
다음은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템의 성능과 IEEE802.15.4의 성능을 비교한다.Next, the performance of the dynamic forward error correction system and the performance of IEEE802.15.4 are compared to improve the reliability in the human body communication environment according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4의 전체 패킷 크기를 비교한 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4의 전송 실패 횟수를 비교한 그래프이다. 도 7은 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07 및 0.10에서 5000번을 전송했을 때 전송 실패 횟수를 나타낸다.FIG. 6 is a graph comparing a total packet size of IEEE 802.15.4 with a dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention. FIG. It is a graph comparing the number of transmission failure times of IEEE 802.15.4 with the dynamic forward error correction system for improving reliability. FIG. 7 shows the number of transmission failures when the number of transmissions is 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, and 0.10 to 5000.
BER이 0.005일 때, 모든 패킷은 실패한 전송에 더하여 성공적인 전송도 포함하며, 결과는 모든 패킷과 전송 실패한 횟수의 양쪽 크기가 같음을 나타낸다. 이는, 채널 상태 예측 모델이 길버트 모델에 의해 확률 조건에 만족되지 않기 때문이다. RS코드가 굳이 좋은 채널 상태에서 사용된다면, 리던던트 비트(redundant bits)와 컴퓨팅 오버헤드(computing overhead)가 추가적으로 들기 때문에 기존의 IEEE 802.15.4보다 좋지 않은 성능을 나타낼 수 있다. IEEE 802.15.4에서는, 전송 횟수와 전체 패킷 크기는 높은 BER 영역으로 갈 수록 가파르게 증가되지만(성능이 급격히 안 좋아지지만), 본 발명에서는 전체 패킷 크기가 급격히 안 좋아지지 않고 일정하게 성능을 보인다.When the BER is 0.005, all packets include successful transmissions in addition to failed transmissions, and the result indicates that both packets are equal in size to the number of failed transmissions. This is because the channel state prediction model is not satisfied with the probability condition by the Gilbert model. If the RS code is used in a good channel condition, the performance may be lower than that of the existing IEEE 802.15.4 because additional redundant bits and computing overhead are added. In IEEE 802.15.4, although the number of transmissions and the total packet size increase steeply toward the higher BER region (although performance improves sharply), the overall packet size does not sharply improve and the performance is constant.
IEEE 802.15.4에서 전송 실패 횟수는 0.005를 제외하고 본 발명보다 많다. 특히, RS 코드는 오류 비트의 대부분을 복구하기 때문에, 0.01과 0.03에서 전송 횟수는 본 발명에서 거의 0이다. 본 발명은 전송 실패와 전체 패킷이 모두 감소된다.In IEEE 802.15.4, the number of transmission failures is more than the present invention except for 0.005. In particular, since the RS code restores most of the error bits, the number of transmissions at 0.01 and 0.03 is almost zero in the present invention. The present invention reduces both the transmission failure and the entire packet.
도 8은 본 발명에 따른 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템과 IEEE 802.15.4d의 에너지 소모를 비교한 그래프이다. 여기서, 도 8은 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.10에서 5000번 전송했을 때 IEEE 802.15.4와 본 발명의 에너지 소비를 비교하여 나타낸 것이다.8 is a graph comparing the energy consumption of the IEEE 802.15.4d and the dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment according to the present invention. 8 is a graph comparing the energy consumption of the present invention with IEEE 802.15.4 when transmitted from 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, and 0.10 to 5000 times.
BER이 0.005일 때, 길버트 모델에 의해 확률 조건이 만족하지 않기 때문에 본 발명의 에너지 소비는 IEEE 802.15.4의 에너지 소비와 다르지 않다. IEEE 802.15.4는 반복적으로 전체 패킷을 재전송하기 때문에 IEEE 802.15.4의 에너지 소비량은 본 발명보다 높다. 그 결과, 본 발명은 장치의 배터리 수명을 연장한다.Since the probability condition is not satisfied by the Gilbert model when the BER is 0.005, the energy consumption of the present invention is not different from that of IEEE 802.15.4. Since IEEE 802.15.4 retransmits the entire packet repeatedly, the energy consumption of IEEE 802.15.4 is higher than that of the present invention. As a result, the present invention prolongs the battery life of the device.
상술한 바와 같이, 예측된 채널의 상태가 좋지 않을 때 수신측 노드로부터 순방향 오류 정정 알고리듬을 통하여 재전송 횟수를 줄여 오류율을 감소시키고 신뢰성을 증가시킬 수 있는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템을 제공할 수 있다.As described above, when the state of the predicted channel is not good, forward error correction algorithm is used to reduce the number of retransmissions from the receiving node, thereby reducing the error rate and increasing the reliability. An error correction system can be provided.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.
100: 채널 상태 예측 모듈 200: PER 허용 한계 비교 모듈
300: 패리티 비트 부가 모듈100: channel state prediction module 200: PER threshold comparison module
300: Parity bit addition module
Claims (8)
상기 패킷 오류율을 패킷 오류율 허용 한계와 비교하는 패킷 오류율 허용 한계 비교 모듈, 및
상기 예측된 오류 발생률이 상기 패킷 오류율 허용 한계를 초과할 경우, 송신 노드에서 전송되는 패킷에 패리티 비트를 부가하는 패리티 비트 부가 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.A channel state prediction module for calculating a packet error rate (PER) by checking a transmission state of a frequency channel, and estimating an error occurrence rate, which is a probability of successive packet transmission errors,
A packet error rate tolerance comparison module for comparing the packet error rate with a packet error rate tolerance;
And a parity bit adding module for adding a parity bit to a packet transmitted from the transmitting node when the predicted error rate exceeds the packet error rate tolerance. Forward error correction system.
상기 채널 상태 예측 모듈에서 예측되는 채널의 상태는 패킷 전송이 성공하였을 때인 수신 상태와, 패킷 전송이 실패하였을 때인 손실 상태로 나누어지며,
상기 수신 상태와 손실 상태 간의 전이 확률은 와 이고,
상기 는 이며,
상기 은 이고,
상기 은 수신 상태,
상기 은 손실 상태,
상기 는 수신 상태 에서 손실 상태 로 상태 전이하는 확률,
상기 은 손실 상태 에서 수신 상태 로 상태 전이하는 확률인 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method according to claim 1,
The channel state predicted by the channel state estimation module is divided into a reception state when the packet transmission is successful and a loss state when the packet transmission fails,
The transition probability between the reception state and the loss state is Wow ego,
remind The Lt;
remind silver ego,
remind Reception state,
remind A loss state,
remind The reception state Lost state The probability of transition to state,
remind Is the loss state Receive state from Wherein the probability of transition to the state forwarding state is a probability of transition to the state forwarding state.
상기 수신 상태와 손실 상태가 유지될 확률은 과 이며,
상기 은 이고,
상기 은 인 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 2,
The probability that the reception state and the loss state are maintained is and Lt;
remind silver ego,
remind silver And a dynamic forward error correction system for enhancing reliability in a human body communication environment.
상기 오류 발생률은,
이며,
상기 는 패킷 오류율 허용 한계인 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 3,
The error rate
Lt;
remind Is a packet error rate tolerance limit. The dynamic forward error correction system for improving reliability in a human body communication environment.
상기 패리티 비트 부가 모듈은 8비트 심볼 크기를 사용하는 코드워드 RS 코드(Reed-Solomon Code)를 적용하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 4,
Wherein the parity bit adding module applies a codeword RS code (Reed-Solomon Code) using an 8-bit symbol size to improve reliability in a human body communication environment.
상기 패리티 비트 부가 모듈은 패킷의 235Byte에 20Byte 패리티 비트를 추가하는 인코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 5,
Wherein the parity bit appending module performs encoding to add a 20-byte parity bit to 235 bytes of a packet, to improve reliability in a human body communication environment.
상기 패리티 비트 부가 모듈에서 인코딩된 코드워드는 패킷화 작업 후 전송되며, 전송이 완료된 후 상기 송신 노드는 수신 노드의 Acknowledgement 수신을 확인한 후 상기 오류 발생률을 갱신하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 6,
Wherein the codeword encoded in the parity bit appending module is transmitted after the packetizing operation, and after the transmission is completed, the transmitting node confirms reception of acknowledgment of the receiving node and updates the error incidence rate. Dynamic Forward Error Correction System for Improving Reliability.
상기 패리티 비트 부가 모듈은 상기 예측된 오류 발생률이 상기 패킷 오류율 허용 한계를 초과하지 않을 경우, 송신 노드에서 전송되는 패킷에 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식을 사용하여 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 인체 영역 통신 환경에서의 신뢰성을 높이기 위한 동적 순방향 오류 정정 시스템.The method of claim 7,
Wherein the parity bit appending module transmits a packet to a packet transmitted from a transmitting node using an ARQ (Automatic Repeat Request) method when the predicted error rate does not exceed the packet error rate tolerance. Dynamic Forward Error Correction System for Improving Reliability in Communication Environment.
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