KR101751757B1 - 트리형 네트워크 기반 타임슬롯 및 주파수 슬롯 할당 방법 - Google Patents

트리형 네트워크 기반 타임슬롯 및 주파수 슬롯 할당 방법 Download PDF

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Abstract

타임슬롯 할당방법이 제공되며, 트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드 중 소스 노드(Source Node)로부터 목적 노드(Destination Node)까지의 패킷(Packet)을 전송하기 위한 노드 경로(Node Path)를 결정하여 라우팅 테이블(Routing Table)을 생성하는 단계, 생성된 라우팅 테이블에 기반하고, TSAA(Time Slot Allocation Algorithm)를 이용하여 노드 경로의 타임 슬롯(Slot)을 할당하는 단계, 및 FSAA(Frequency Slot Allocation Algorithm)을 이용하여 적어도 하나의 노드 중 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간의 동일한 타임 슬롯인 경우, 하나의 노드와 이웃한 노드는 서로 다른 주파수를 가지도록, 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 설정하는 단계를 포함한다.

Description

트리형 네트워크 기반 타임슬롯 및 주파수 슬롯 할당 방법{TIME SLOT ALLOCATION AND FREQUENCY SLOT ALLOCATION ALGORITHM IN A TREE-BASED WIRELESS SENSOR NETWORK}
본 발명은 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 및 주파수 슬롯 할당 방법에 관한 것이다.
최근, 트리형 센서 네트워크에서 감지 데이터의 송수신 뿐만 아니라, 음성 및 데이터를 양방향으로 전송하고자 하는 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라, TDMA 및 CSMA 기반의 MAC 프로토콜이 개발 및 적용되고 있다.
이때, TDMA에서의 MAC 구조 및 할당 방법은, 라우팅 프로토콜과 계층적 최적화가 반영된 MAC 프로토콜의 프레임 구조 및 할당 방법으로 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 선행기술인 한국등록특허 제10-1007397호(2011.01.13 공고) 및 한국공개특허 제2009-0106394호(2009.10.08 공개)에는, MAC 프로토콜의 프레임 구조 및 이를 이용하여 타임 슬롯을 할당하는 방법이 개시된다.
다만, 타임슬롯을 할당할 때, 각 경로별로 단일 주파수를 사용함으로 인하여 트리형 센서 네트워크에서 누화(Overhearing)가 발생하고, 전송 대역폭 제한과 감지 네트워크의 딜레이 특성으로 인하여 일정한 딜레이를 보장해야 하는 음성 통신을 지원하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예는, 트리 노드에 포함된 적어도 하나의 디바이스 간 음성 및 데이터 통신을 지원하면서도 누화를 방지할 수 있는, 타임슬롯 및 주파수 슬롯 할당 방법을 포함하는, 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC 및 타임슬롯 할당방법을 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드 중 소스 노드(Source Node)로부터 목적 노드(Destination Node)까지의 SF(Super Frame)을 전송하기 위한 노드 경로(Node Path)를 결정하여 라우팅 테이블(Routing Table)을 생성하는 단계, 생성된 라우팅 테이블에 기반하고, TSAA(Time Slot Allocation Algorithm)를 이용하여 노드 경로의 타임 슬롯(Slot)을 할당하는 단계, 및 FSAA(Frequency Slot Allocation Algorithm)을 이용하여 적어도 하나의 노드 중 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간의 동일한 타임 슬롯인 경우, 하나의 노드와 이웃한 노드는 서로 다른 주파수를 가지도록, 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 설정하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 패킷을 전송하기 전, SF(Super Frame)의 제어 채널을 이용하여 ADOV 알고리즘으로 라우팅 경로를 생성한 후, 트리형 센서 네트워크의 노드 간에 서로 독립적인 타임 슬롯이 포함된 적어도 하나의 노드에 필요한 타임 슬롯을 할당함으로써 적시 전송(Timely Delivery) 및 보장 전송(Guaranteed Delivery)을 실현가능하도록 하고, 패킷을 전송하는 노드 경로(Node Path)별로 주파수를 다르게 할당함으로써, 적어도 하나의 노드에 포함된 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간 누화(Overhearing)를 제거하고, 할당되지 않은 타임 슬롯은 유휴(Idle, 이하 'Idle' 이라 칭함) 상태를 유지함으로써, 저전력 MAC의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 타임슬롯 할당장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 프레임 구조, 트리형 센서 네트워크의 구조 및 노드 경로에 따른 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법의 일 실시예를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 할당한 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 타임슬롯 할당장치가 복수인 경우의 트리형 센서 네트워크 및 비콘 브로드캐스팅의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.
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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당 시스템(1)은, 적어도 하나의 디바이스(100) 및 타임슬롯 할당장치(300)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 1의 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당 시스템(1)은, 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1을 통해 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니다.
이때, 도 1의 각 구성요소들은 일반적으로 네트워크(network, 200)를 통해 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 네트워크(200)를 통하여 서로 연결될 수 있고, 타임슬롯 할당장치(300)는, 적어도하나의 디바이스(100)와 네트워크(200)를 통하여 연결될 수 있다.
여기서, 네트워크(200)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(200)의 일 예는, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 3G, 4G, LTE, VoLTE, Wi-Fi, Bluetooth, NFC, RFID, Zigbee, 홈 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다. 도 1에 도시된 적어도 하나의 디바이스(100) 및 타임슬롯 할당장치(300)는, 도 1에 도시된 것들로 한정 해석되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크(200)는, IEEE 802.15.4 PHY(Physical Layer)에 기반할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당방법은, 트리형 센서 네트워크(Tree Topology Senser Network)에서, 트리 노드에 포함된 적어도 하나의 디바이스(100) 간 음성 및 데이터 통신을 지원하기 위한 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC(Time Division Multiple Access Medium Access Control) 및 타임슬롯 할당방법(TSAA: Time Slot Allocation Algorithm)을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당방법은, 패킷을 전송하기 전, 슈퍼 프레임(Super Frame, 이하, 'SF' 이라 칭함)의 제어 채널을 이용하여 ADOV(Ad hoc On demanded Distance Vector) 알고리즘으로 라우팅 경로를 생성한 후, 트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드에 필요한 타임 슬롯을 할당함으로써 적시 전송(Timely Delivery) 및 보장 전송(Guaranteed Delivery)을 실현가능하도록 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당방법은, 패킷을 전송하는 노드 경로(Node Path)별로 주파수를 다르게 할당함으로써, 적어도 하나의 노드에 포함된 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간 누화(Overhearing)를 제거하고, 할당되지 않은 타임 슬롯은 유휴(Idle, 이하 'Idle' 이라 칭함) 상태를 유지함으로써, 저전력 MAC을 가능하도록 한다.
적어도 하나의 디바이스(100)는, 센서 네트워크의 수집을 목적으로 하는 디바이스일 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드에 배치된 디바이스일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 음성 및 데이터 통신 채널을 통하여 음성 및 데이터를 적시 및 보장되도록 전송하는 디바이스일 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 디바이스(100)는 패킷을 전송할 때, 타임슬롯 할당장치(300)에서 설정한 서로 다른 주파수 경로를 통하여 패킷을 전송하는 디바이스일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 타임슬롯 할당장치(300)에 의하여 양방향 통신을 수행하는 디바이스일 수 있다. 이때, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 네트워크(200)를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 네트워크(200)를 통해 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 단말로도 구현될 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 디바이스(100)는, 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(smartphone), 스마트 패드(smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
타임슬롯 할당장치(300)는, 소스 노드(Source Node)로부터 목적 노드(Destination Node)까지 노드 경로(Node Path)를 생성하는 장치일 수 있다. 또한, 타임슬롯 할당장치(300)는, 생성된 노드 경로에 포함된 적어도 하나의 노드에 타임 슬롯을 할당하는 장치일 수 있다. 이때, 타임슬롯 할당장치(300)는, 생성된 노드 경로별로 주파수를 서로 다르게 설정하는 장치일 수 있다. 또한, 타임슬롯 할당장치(300)는, SF 단위로 패킷을 전송하도록 하고, SF의 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반으로 동작하는 제어 채널을 통하여 AODV(Ad hoc On demanded Distance Vector) 알고리즘을 이용한 라우팅 테이블을 생성 및 디바이스 연동의 제어를 수행하고, SF의 트래픽 채널을 통하여 음성 및 데이터 통신을 TDMA MAC을 기반으로 수행하도록 함으로써, 누화 및 센서 네트워크의 노드 간 음성을 포함한 데이터 통신이 가능하도록 하는 장치일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 타임슬롯 할당장치를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 프레임 구조, 트리형 센서 네트워크의 구조 및 노드 경로에 따른 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법의 일 실시예를 설명하기 위한 동작 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 할당한 프레임의 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 타임슬롯 할당장치가 복수인 경우의 트리형 센서 네트워크 및 비콘 브로드캐스팅의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 타임슬롯 할당장치(300)는, 생성부(310), 할당부(320) 및 설정부(330)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당장치(300) 또는 타임슬롯 할당장치(300)와 연동되어 동작하는 다른 서버(미도시)가 연관규칙탐사 분석 애플리케이션, 프로그램, 웹 페이지 등을 적어도 하나의 디바이스(100)로 전송하면, 적어도 하나의 디바이스(100)는 해당 서비스에 대한 애플리케이션, 프로그램, 웹 페이지 등을 설치하거나 열 수 있다. 또한, 웹 브라우저에서 실행되는 스크립트를 이용하여 적어도 하나의 디바이스(100)에서 구동될 수도 있다. 여기서, 웹 브라우저는 웹(WWW: world wide web) 서비스를 이용할 수 있게 하는 프로그램으로 HTML(hyper text mark-up language)로 서술된 하이퍼 텍스트를 받아서 보여주는 프로그램을 의미하며, 예를 들어 넷스케이프(Netscape), 익스플로러(Explorer), 크롬(chrome) 등을 포함한다. 또한, 애플리케이션은 단말 상의 응용 프로그램(application)을 의미하며, 예를 들어, 모바일 단말(스마트폰)에서 실행되는 앱(app)을 포함한다.
이때, 네트워크(200) 연결은 적어도 하나의 디바이스(100) 및 타임슬롯 할당장치(300)가 네트워크(200)로 연결되어 단말과 통신을 위해 통신 접점에 통신 객체를 생성하는 것을 의미한다. 또한, 타임슬롯 할당장치(300)는, 통신 객체를 통해 서로 데이터를 교환할 수 있다.
생성부(310)는, 트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드 중 소스 노드(Source Node)로부터 목적 노드(Destination Node)까지의 패킷(Packet)을 전송하기 위한 노드 경로(Node Path)를 결정하여 라우팅 테이블(Routing Table)을 생성할 수 있다. 이때, 라우팅 테이블은 AODV(Ad hoc On demanded Distance Vector) 알고리즘으로 생성될 수 있고, 라우팅 테이블에 기반하여 노드 경로에 포함되지 않은 노드의 SF(Super Frame)는 Idle 상태가 유지되도록 할 수 있다. 또한, 패킷을 전송하기 위한 노드 경로는 SF 단위로 예약될 수 있다.
할당부(320)는, 생성된 라우팅 테이블에 기반하고, TSAA(Time Slot alloCation Algorithm)를 이용하여 노드 경로의 타임 슬롯(Slot)을 할당할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 노드에 포함된 하나의 노드와 이웃한 노드 간의 채널은 서로 다른 주파수가 할당되어 주파수 호핑(Frequency Hopping)으로 인한 직교성(Orthogonality)을 유지할 수 있다. 또한, 타임슬롯 할당 장치(300)는, 패킷을 전송하기 위한 제어 채널(Control Channel) 및 트래픽 채널(Traffic Channel)을 생성할 수 있고, 제어 채널은, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반으로 동작하여 AODV 알고리즘으로 라우팅 테이블을 생성하고, 각 노드의 디바이스 연동(Device Association)을 위한 채널일 수 있고, 트래픽 채널은, TDMA MAC(Time Division Multiple Access Medium Access Control) 기반으로 동작하여 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드의 디바이스 간의 음성 및 데이터의 통신을 위한 채널(Communication Channel)일 수 있다. 여기서, 트래픽 채널에서, 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 깊이(Depth)가 홀수(Odd)인 경우, 타임 슬롯은 전송 슬롯(Transmitter Slot) 및 수신 슬롯(Receive Slot) 순으로 교차되도록 생성될 수 있고, 트래픽 채널에서, 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 깊이(Depth)가 짝수(Even)인 경우, 타임 슬롯은 수신 슬롯 및 전송 슬롯 순으로 교차되도록 생성될 수 있다.
설정부(330)는, 적어도 하나의 노드 중 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간의 동일한 타임 슬롯인 경우, 하나의 노드와 이웃한 노드는 서로 다른 주파수를 가지도록, 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 설정할 수 있다.
한편, 타임슬롯 할당 장치(300)는 복수개인 경우, 타임슬롯 할당 장치(300)는 주(Master) 타임슬롯 할당 장치(300) 및 그 이외의 타임슬롯 할당장치로 구성될 수 있다. 그리고, 복수개의 타임슬롯 할당 장치(300)는, 비콘(Beacon)을 전송 후, 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 디바이스로부터 비콘 수신에 대한 ACK(Acknowledge) 정보를 수집하여, 복수개의 타임슬롯 할당 장치(300)별 최대 깊이를 주 타임슬롯 할당 장치(300)로 전송하고, 주 타임슬롯 할당 장치(300)는, 그 이외의 타임슬롯 할당 장치(300)의 최대 깊이에 대한 데이터가 수신되기 전까지, 비콘 정보를 전송하지 않을 수 있다.
상술한 구성을 가지는 타임슬롯 할당장치(300)의 일 실시예를 도 3 내지 도 6을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3의 (a)를 참조하면, 트리형 센서 네트워크에서 음성 및 데이터를 양방향(Full Duplex)으로 전송하기 위한 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC의 SF의 구조를 도시한다. 이때, TDMA MAC의 SF의 타임슬롯 규격은 이하 표 1과 같다.
Name Value Etc.
aBaseSuperframeInterval 1250 symbol 20ms/(16us/1symbol)=1250symbol
aBaseTrafficDuration 80 symbol 40byte, 80*16us=1.28ms
aBaseTrafficCount 12 slot
aTrafficInterval 960 symbol 80 symbol/slot x 12 slot= 960 symbol
aBaseBeaconDuration 10 symbol
aBaseControlDuration 230 symbol
aBaseGuardDuration 50 symbol 25byte
aBaseMaxSFDistance 100
일반적으로, 네트워크에서 음성 통신을 지원하기 위해서는 56kbps 이상의 전송 대역폭이 요구되는데, IEEE 802.15.4의 센서 네트워크의 전송 대역폭은 250kbps로 제한되기 때문에, 오버 헤드(Over Head)를 제외하더라도 총 4 개 이상의 TDMA 채널을 수용하기 어려우며, 오버 헤드까지 고려하는 경우, 1 내지 3 개의 채널만을 지원할 수 밖에 없는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 제한된 전송 대역폭을 극복하기 위해서, 일반적으로 음성 코덱을 사용하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 G.729 음성 코덱을 기준으로 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC을 설계하기로 한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, G.729 음성 코덱은 입출력 주기를 20ms 단위로 압축 및 해제를 수행한다고 가정하고, 20ms 와 10ms의 두 가지 옵션이 있기 때문에, 표 1에서 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC 프레임의 SF 주기인 aBaseSuperframeInterval를 1250 Symbol로 설정하기로 한다. 즉, IEEE 802.15.4에서 1 Symbol이 16us이므로, 20ms는 1250 Symbol이기 때문이다. 여기서, 트래픽 채널은 G.729 음성 코덱이 20ms 단위로 20 바이트(Byte) 데이터를 생성함으로써, 트래픽 페이로드(Payload)는 20 바이트가 필요하고, 오버 헤드 및 채널 간 심볼 간섭(Symbol Interference)를 고려하여, 총 40 바이트로 설계하기로 한다. 즉, 심볼 단위로 환산하면, 80 심볼(Symbol)이므로 aBaseTrafficDurationdefault는 80 심볼을 사용하고, 트래픽 채널의 개수 aBaseTrafficCount는 12 개의 타임 슬롯을 포함한다.
비콘 길이(Beacon Duration)인 aBaseBeaconDuration는, 노드 간 동기 및 이웃 노드의 정보를 획득하기 위한 것으로, 디폴트 값으로 10 심볼을 사용하고, aBaseControlDuration는, 제어 채널의 길이로 AODV 알고리즘의 라우팅, 메세지의 송수신, 이웃 노드의 네트워크 연동 및 디스패치(Dispatch) 정보를 업데이트하고, 적기 전송이 필요없는 단문 메세지(Short Message)를 전송하기 위하여 사용되는 채널은, 디폴트 값으로 230 심볼로 설정하기로 한다.
그리고, 가드 타임(Guard Time)은 트리형 센서 네트워크에서 노드 간 SF 동기, 전파 지연(Propagation Delay) 및 SF 간 심볼 간 간섭을 보정하기 위하여 사용될 수 있고, aBaseGuardDuration의 파라미터 디폴트값은 50 심볼로 설정하기로 한다.
도 3의 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC에 도시된 바와 같이, 활성(Active) SF 및 비활성(Inactive) SF를 관리함으로써, 에너지 소비를 최소화할 수 있다. 이때, 에너지 소비를 최소화할 수 있는 SF의 활성 슬롯 주기는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015071065087-pat00001
여기서, SF 간 거리인 d는 1 내지 100(1, 2,...,100)이므로, 최대값을 aBaseMaxSFDistance=100로 설정할 수 있다. 이때, d가 최대값을 가질 때 SF 시간이 20ms인 것을 고려하면, 활성 SF의 최대 주기는 2 초[sec]가 됨을 알 수 있다. 이때, 타임슬롯 할당장치(300)는, 종속된 노드로부터 2 초마다 패킷 전송을 위한 누적 버퍼 크기 정보를 제어 채널을 통하여 전송받아야 한다. 그리고, 타임슬롯 할당장치(300)는, SF의 활성 주기를 종속 노드 중 최대 버퍼 크기 정보를 보유한 종속 노드의 버퍼 크기가 0이 될 때까지 d의 값을 1씩 감소시키며, 만일 종속 노드의 패킷 전송을 위한 버퍼 크기가 0이 되는 경우, 최대값이 aBaseMaxSFDistance이 될 때까지 d의 값을 1 씩 증가시켜 서비스 품질(Quality of Service)을 관리할 수 있다. 여기서, 타임슬롯 할당장치(300)는, 팬 조절자(Pan Coordinator)로 지칭될 수도 있다.
도 3의 (b)는, 도 3의 (a) 및 표 1의 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC을 이용한 트리 토폴로지의 일 실시예이고, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)를 기반으로 생성된 노드별 채널 구조를 도시한다.
도 3의 (c)를 참조하면, 트래픽 채널은 전송 슬롯과 수신 슬롯이 교차면서 생성되는데, 이때 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 깊이가 홀수이면 전송 슬롯 및 수신 슬롯 순으로 생성되고, 짝수이면 수신 슬롯 및 전송 슬롯 순서로 교차되도록 채널이 생성될 수 있다. 일반적인 트리 구조에서는 상위 싱크 노드(Sink Node)로 올라갈수록 타임 슬롯이 증가하게 되는데, 도 3의 (c)와 같이, 트래픽이 모이는 중간 노드에 많은 타임 슬롯이 필요하게 된다. 이는, 다대일(多對一) 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC 구조에서, 혼잡도 증가 및 출력 성능 저하의 원인이 되기도 하므로, 혼잡도를 감소시키고 출력 성능을 최대로 높이기 위하여, SF 단위로 라우팅 경로를 설정하고, 라우팅 경로를 기준으로 부모 노드 및 자식 노드의 개수에 따라 타임 슬롯을 최적으로 스케줄링해야 한다. 이때, 하기 표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 사용되는 용어를 정리한 표이다.
용어 정의
SFm a m 번째할당된 active super frame
dn tree topology에서node n의 depth
pn node의 pending packet 개수
Cn node의 children set
ck n node의 k번째 child
ni d
i번째node에 depth가 d인 node
ll d
i 번째 node에서 depth가 d인 path
sj ld
l번째routing path에서 depth d인 node 중 j번째 traffic slot
Bld l번째routing path에서 depth d인 node의 data buffer
본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에서 사용되는 토폴로지의 노드는 총 10 개이고, 깊이가 5 인 트리 토폴로지 구조로 설정하기로 한다. 여기서, n1 노드는 타임슬롯 할당장치(300, 또는 Pan Coordinator)로 사용되고, n2 내지 n10 노드는 적어도 하나의 디바이스(100)의 노드로 사용될 수 있다. 이때, 타임슬롯 할당장치(300)는, 동일 타임슬롯 할당장치(300)의 트리에 위치한 적어도 하나의 디바이스(100)에게 기준 비콘(Reference Beacon)을 제공하고, 다른 타임슬롯 할당장치(300)와 동기 프로토콜을 이용하여 동기를 맞출 수 있다. 그리고, 하위 노드에 위치한 적어도 하나의 디바이스(100)는, 타임슬롯 할당장치(300)의 비콘 신호를 수신하여 SF의 동기를 유지하고, 하위 노드에 비콘 신호를 전달할 수 있다.
도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 트리형 센서 네트워크에서 경로의 집합을 도시한다. 즉, 트리형 센서 네트워크에서 경로에 따른 노드 n1 1~n7 5, n7 5~n1 1, n1 1~n9 5, n9 5~n1 1까지의 4 가지의 라우팅 경로를 AODV 알고리즘을 이용하여 최단 경로 테이블로 생성한 후, 이 경로의 집합을 l={l1,l2,l3,l4}라고 하면, 각각의 경로 원소는 l1={l1 1, l1 2, l1 3, l1 4, l1 5} = {n1 1, n2 2, n3 3, n5 4, n7 5}, l2={l2 1, l2 2, l2 3, l2 4, l2 5}={n1 1, n2 2, n3 3, n5 4, n7 5}, l3={l3 1, l3 2, l3 3, l3 4, l3 5}={n1 1, n2 2, n4 3, n6 4, n9 5}, l4={l4 1, l4 2, l4 3, l4 4, l4 5}={n1 1, n2 2, n4 3, n6 4, n5 9}의 경로 집합으로 표현할 수 있다.
이때, ll d의 경로의 원소는 도 4의 타임슬롯 할당방법에 따라 sld j의 노드별 타임 슬롯으로 변환되어, 각 노드의 SF별 슬롯 할당 테이블을 만들게 된다.
도 3의 (a)와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 트리형 센서 네트워크의 TDMA MAC은 에너지 효율을 높이기 위하여, 각 노드 내의 SF의 트래픽 채널을 트래픽의 발생 여부에 따라, 활성 또는 비활성(유휴) 상태로 설정할 수 있다. 이때, SF의 타임 슬롯은 전송, 수신 및 슬립(Sleep)의 3 가지의 상태 중 어느 하나를 가질 수 있다. 도 3의 (c)는 음성 2 채널 양방향 및 데이터 업다운(Up/Down) 2 개의 채널의 트래픽 부하를 가정하고, 프레임-슬롯 할당 알고리즘으로 각 노드의 SF에 타임 슬롯을 할당한 결과를 도시한다.
이 과정에서, 타임슬롯 할당장치(300)는, AODV 라우팅 경로 생성 후, 라우팅 경로 l의 집합 원소인 ll d의 세트(Set)는, 해당 노드의 SF가 활성 상태인 경우, 경로 집합 ll d의 세트에는 없는 노드의 타임 슬롯이 슬립 상태인 경우에는, 송신기를 오프시켜 에너지 소모를 최소화하도록 할 수 있다.
한편, 각 노드는 송수신에 필요한 버퍼를 보유한다고 가정하고, 소스 노드에서 목적 노드까지 패킷을 전송하는 과정에서, 이웃 노드에 데이터를 전송하는 경우, 타겟 이웃 노드에 동일한 SF의 수신 슬롯 자원이 존재하지 않으면, 도 3의 (c)에서 n3 노드의 R4 슬롯과 같이, 패킷의 전송은 연기(Pending)되고, 그 다음 SF에 프레임-슬롯 할당 알고리즘을 이용하여 타임 슬롯을 재할당 받은 후, 패킷을 재전송할 수 있다.
도 4를 참조하면, 동기화 노드에서 최하위 노드로 패킷을 전송할 때, 경로상 노드의 SF에 타임 슬롯을 할당하기 위한 타임슬롯 할당방법을 도시한 도면이다. 우선, 타임슬롯 할당방법은, 초기 AODV로 형성된 라우팅 경로로 집합 l={l1,l2,l3,l4...,ㅣd}을 생성한 후, 도 4의 순서로 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
우선, 초기 트리의 각 노드에 할당된 모든 슬롯 집합은 미사용이므로 0 으로 초기화하고, SF는 인덱스인 SF=0에서 시작한다. 그리고, 패킷 데이터 전송이 필요한 노드에서 소스 노드와 목적 노드가 결정되고, 최단 경로를 ADOV 알고리즘을 이용하여 경로 l을 도 3의 (c)와 같이 생성한다고 가정한다. 그리고, 현재 SF에서 전송되지 못한 패킷은 해당 노드의 버퍼에 저장되고, 다음 SF에서 전송된다. 도 3의 (c)와 같이 타임 슬롯은 깊이 d가 홀수이면 전송 슬롯 및 수신 슬롯 순으로 반복되고, 깊이 d가 짝수이면 수신 슬롯 및 전송 슬롯 순으로 교차되도록 생성된다. 이때, 싱크 노드에서 하위 노드로 패킷이 전송되는 경우, 도 3의 (c)와 같이 경로 l=1, 깊이 d=1, 슬롯 넘버 j=0에서부터 슬롯을 할당하고, 할당된 슬롯과 d+1의 슬롯이 사용중인지의 여부를 확인 후, d 및 d+1의 슬롯을 할당한다. 그리고, 최종 목적 노드의 깊이 D까지 슬롯을 할당한 후, 경로 l의 값을 1씩 증가시키면서 l이 L이 될 때까지 슬롯 할당을 반복한다. 그리고, 도 3의 (c)와 같이 타임 슬롯의 할당이 완료된 후, 패킷 전송 경로 l={l1,l2,l3,l4 ...,ㅣd}의 생성 순서에 따라, 주파수 F1, F2,...,Fmax, F1, F2...순서로 주파수를 도 5와 같이 설정하고, 타임슬롯 할당장치(300)는, 라우팅 경로가 설정된 후, 경로에 따라 주파수 할당 정보를 각각의 노드에 알려준다. 이때, Fmax는 16으로 설정된다.
그리고, 도 5와 같이 비콘, 제어, 가드 타임 슬롯에 F0 채널을 할당하고, 그 이외에 사용하지 않는 타임 슬롯은 슬립 상태로 설정한다.
일반적인 경로 ll d의 노드에서 누화(Overhearing)가 될 수 있는 노드는, 경로가 ll d +2, ll d -2라고 가정할 때, ll d의 노드에서 할당된 k 번째 타임 슬롯 Sk와, ll d +2에 할당된 k번째 타임 슬롯 Sk가 누화될 수 있는 타임 슬롯일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법을 이용하는 경우, 도 5에서 도시된 바와 같이, 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 할당하므로, 하나의 노드와 이웃한 노드의 타임 슬롯에서는 항상 다른 주파수가 할당되거나, 슬립 타임 슬롯이 할당되어 누화가 발생되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 하나의 타임슬롯 할당장치(300) 뿐만 아니라, 복수의 타임슬롯 할당장치(300)를 이용하는 구조에도 적용가능하다. 즉, 도 6과 같이 다중 타임슬롯 할당장치(300)를 연결할 수 있는데, 이 때에는 주 타임슬롯 할당장치(300)와 그 이외의 타임슬롯 할당장치(300)로 구성될 수 있다.
여기서, 주 타임슬롯 할당장치(300)는, 그 이외의 타임슬롯 할당장치(300)로부터 타임슬롯 할당장치(300)와 동일한 트리 내에 위치하는 적어도 하나의 디바이스(100)로부터 정보를 수집 및 관리할 수 있고, 그 이외의 타임슬롯 할당장치(300)는, 동일한 트리 내에 위치한 적어도 하나의 디바이스(100)와의 동기(Sync), 데이터 수집 및 전송 게이트웨이의 역할을 수행할 수 있다.
도 6과 같은 트리형 센서 네트워크에서, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)의 n7 노드에서 그 이외의 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #3)의 n9 노드까지 패킷이 전달된다고 가정할 때, 홉(Hop)은 총 13 개이고, 최소한 12 홉의 지연이 발생할 수 있다.
이에 따라, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)는 이웃한 타임슬롯 할당장치(300)와 동일한 트리 내에 존재하는 적어도 하나의 디바이스(100)에게 동기 신호인 비콘 신호를 브로드캐스팅함으로써, 네트워크의 동기를 맞출 수 있다. 이때, 트리형 센서 네트워크 내에 최대 깊이-1, 즉 홉의 개수에 따라 최소 전송 주기가 결정되는데, 이러한 방법을 사용하는 이유는 비콘의 누화를 방지하기 위함이다. 이때, 초기에는 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)에서 그 이외의 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #3)의 최대 깊이를 파악할 수 없을 수 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)는 비콘을 전송 후, 각각의 노드에 위치한 적어도 하나의 디바이스(100)로부터 비콘 수신에 대한 ACK 정보를, 이외의 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #3)로부터 수집할 수 있다. 이에 따라, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)는 이외의 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #3)로부터 적어도 하나의 디바이스(100)의 깊이 정보를 파악할 때까지 비콘을 전송하지 않는 것이 바람직하다.
도 7은 도 6의 환경에서 비콘이 브로드캐스팅되는 일 실시예를 도시한다. 여기서, 트리 구조의 각각의 깊이가 5이므로, 전체 네트워크에 비콘을 전송하는 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)의 비콘 주기는 d가 4인 등차 수열로 나타낼 수 있다. 여기서, 타임슬롯 할당장치(300) 및 적어도 하나의 디바이스(100)는, 초기 RX 수신 상태를 유지하며, 이외의 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #3)는, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)로부터 전송되는 비콘 신호를 수신하고, 주 타임슬롯 할당장치(300, PAN Coordinator #1)의 비콘 주기에 맞춰 하위 노드에 비콘을 전송할 수 있다. 이때, 각각의 노드는 자신의 주기에 해당하지 않는 SF 주기에는, 송신기, 전력 증폭기 및 LNA(Low Noise Amplifier)를 오프시켜 전력 소모를 최소화할 수 있다.
이와 같은 도 2 내지 도 6의 타임슬롯 할당방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1을 통해 타임슬롯 할당방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 성능 실험 결과를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 따른 성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법의 성능을 테스트하기 위한 시뮬레이션 파라미터는 표 3 내지 표 6과 같다.
Parameter Value Etc.
Tx Max Power 7 dBm
Receiver Sensitivity -97 dBm
Mode Beacon
BI(Beacon Interval) 1250 symbol 1250 symbol ->40ms
SD(Superframe Duration) 625 symbol 625 symbol ->20ms
Data Rate 250 Kbps
CW(Contention Window) 2
NB(Number of Back off) 0
BP(Backoff Period) 80 symbol
Parameter Value Etc.
Tx Max Power -25 dBm
Receiver Sensitivity -97 dBm
Slot Size 1.11 ms
Frame Size 3 slot
Cycle Size 18 slot 20ms
Bandwidth demand update interval 10 sec
Schedule update interval 8 sec
FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol) message interval 5 sec
Name Size Etc.
Tx Max power 0 dBm
Receiver sensitivity -97 dBm
Beacon & schedule transmission power -15 ~ 0 dBm
Number of Traffic CH 12 Rx: 6, Tx: 6
Control CH 1
Beacon interval 20 ms
Name Size Etc.
Tx Max power 0 dBm
Receiver sensitivity -97 dBm
Beacon & schedule transmission power -15 ~ 0 dBm
Number of Traffic CH 12 Rx: 6, Tx: 6
Control CH 1
Beacon interval 20 ms
우선, 하나의 타임슬롯 할당장치(300)를 이용하는 경우의 네트워크 전송률은, 도 7의 (a)와 같이, 초당 50 내지 600 패킷을 발생시켰으며, 이는 트리형 센서 네트워크에서 하나의 트래픽 채널이 80 심볼에 해당하고, 이는 40 바이트이므로, 데이터 전송률로 변환하는 경우, 16 내지 192Kbps의 데이터 전송을 시도한 것이다. 본 발명의 타임슬롯 할당 방법은 다른 MAC에 비하여 좋은 성능을 보이고 있다. 초기에, SF 별 경로에 타임 슬롯을 할당하고 전송하기 때문에 패킷이 집중되는 노드의 타임 슬롯 리소스가 소모될 때까지 전송률이 선형적으로 증가하다가, 더 이상의 타임 슬롯을 할당하지 못하는 경우, 전송률이 증가하지 못하게 된다. 또한, TreeMAC의 경우, 반이중 방식(Half Duplex)의 통신만을 허용하고, 슬롯 용량이 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법에 비하여 적기 때문에, 전송률 성능이 본 발명의 타임슬롯 할당방법에 비하여 낮게 나타나고 있으며, CSMA/CA의 경우, 데이터 전송률 증가에 따라 데이터 신호 충돌(Collision)이 증가하고, 재전송이 증가함에 따라 전송률 특성이 가장 좋지 않은 결과를 보이고 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 패킷을 타임 슬롯에 할당하는 방식으로, 패킷 증가에 따른 네트워크 지연이 SF의 타임 슬롯 자원이 소모되기 전까지 변화가 없다가, SF의 타임 슬롯 자원이 모두 소진되면, 네트워크 지연이 급격히 증가함을 알 수 있다. 반면, TreeMAC은, 하나의 프레임에 3 개의 송수신 슬롯이 포함된 구조이므로, 사이클 수에 따라 선형적으로 증가하는 구조를 가지고 있으며, 슬롯 자원이 소진되는 시점도 더 빠르게 발생함을 알 수 있다.
도 7의 (c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, SF 기간 동안 패킷을 전송하기 전에 채널 할당을 미리 정하고 전송하기 때문에, 중간 트리 노드의 트래픽 채널 슬롯이 풀(Full) 상태가 되기 전까지는, 패킷 손실이 발생하지 않는다. 반면, CSMA MAC은 부모 노드 및 자식 노드에 전송할 때, 채널이 유휴 상태인지의 여부를 확인하므로, 데이터 신호 충돌이 발생하고, 에너지 효율이 현저히 낮아지게 된다.
도 7의 (d)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 다른 방법에 비하여 에너지 소비량이 현저히 낮은 것을 알 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 소스 노드와 목적 노드의 거리 증가는 홉 수의 증가와 같고, 홉 수의 증가에 따른 네트워크 전송률의 저하를 일으키지만 많은 차이는 나지 않는 것을 알 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법이 다중 센서 네트워크의 환경에서도 잘 동작하고 있음을 나타낸다.
도 8의 (b)를 참조하면, 다중 센서 네트워크 환경에서 소스 노드와 목적 노드의 거리 증가가 네트워크 딜레이의 증가로 이어지고, 지연이 증가하는 데이터 전송률 시점도 반비례하여 낮아지고 있음을 알 수 있다.
도 8의 (c)를 참조하면, 다중 센서 네트워크 환경에서, 소스 노드와 목적 노드의 거리가 낮은 경우, 데이터 전송률이 100%에 가까운 효율을 보이다가, 이후 급격한 저하를 보이는 것을 알 수 있다. 이는, 거리가 멀수록 사용하지 못하는 타임 슬롯이 많아지기 때문에 발생하는데, 만일 거리가 가까운 트래픽과 거리가 먼 트래픽을 랜덤하게 사용하는 경우, 네트워크 효율은 거리의 증가에 비례하지 않을 수 있다.
도 8의 (d)를 참조하면, 소스 노드와 목적 노드의 거리의 증가 및 홉의 증가에 따라 에너지 사용량이 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 도 7 및 도 8의 타임슬롯 할당방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1을 통해 타임슬롯 할당방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
상술한 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은, 단말기에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 단말기에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있고, 사용자가 애플리케이션 스토어 서버, 애플리케이션 또는 해당 서비스와 관련된 웹 서버 등의 애플리케이션 제공 서버를 통해 마스터 단말기에 직접 설치한 애플리케이션(즉, 프로그램)에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 타임슬롯 할당방법은 단말기에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기에 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 트리형 센서 네트워크 기반 타임슬롯 할당장치에서 실행되는 타임슬롯 할당방법에 있어서,
    트리형 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드 중 소스 노드(Source Node)로부터 목적 노드(Destination Node)까지의 패킷(Packet)을 전송하기 위한 노드 경로(Node Path)를 결정하여 라우팅 테이블(Routing Table)을 생성하는 단계;
    상기 생성된 라우팅 테이블에 기반하여 상기 노드 경로의 타임 슬롯(Slot)을 할당하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 노드 중 하나의 노드와 이웃한 노드(One Hop Neighbor) 간의 동일한 타임 슬롯인 경우, 하나의 노드와 이웃한 노드는 서로 다른 주파수를 가지도록, 상기 노드 경로별로 서로 다른 주파수를 가지도록 설정하는 단계;
    를 포함하는, 타임슬롯 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블은 AODV(Ad hoc On demanded Distance Vector) 알고리즘으로 생성되고,
    상기 라우팅 테이블에 기반하여 상기 노드 경로에 포함되지 않은 노드의 SF(Super Frame)는 Idle 상태가 유지되도록 하는, 타임슬롯 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킷을 전송하기 위한 노드 경로는 SF 단위로 예약된, 타임슬롯 할당 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타임슬롯 할당 장치는, 상기 패킷을 전송하기 위한 제어 채널(Control Channel) 및 트래픽 채널(Traffic Channel)을 생성하고,
    상기 제어 채널은, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반으로 동작하여 AODV 알고리즘으로 라우팅 테이블을 생성하고, 각 노드의 디바이스 연동(Device Association)을 위한 채널이고,
    상기 트래픽 채널은, TDMA MAC(Time Division Multiple Access Medium Access Control) 기반으로 동작하여 상기 센서 네트워크에 포함된 적어도 하나의 노드의 디바이스 간의 음성 및 데이터의 통신을 위한 채널(Communication Channel)인, 타임슬롯 할당 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노드에 포함된 하나의 노드와 이웃한 노드 간의 채널은 서로 다른 주파수가 할당되어 주파수 호핑(Frequency Hopping)으로 인한 직교성(Orthogonality)을 유지하는, 타임슬롯 할당 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 트래픽 채널에서, 상기 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 깊이(Depth)가 홀수(Odd)인 경우, 상기 타임 슬롯은 전송 슬롯(Transmitter Slot) 및 수신 슬롯(Receive Slot) 순으로 교차되도록 생성되고,
    상기 트래픽 채널에서, 상기 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 깊이(Depth)가 짝수(Even)인 경우, 상기 타임 슬롯은 수신 슬롯 및 전송 슬롯 순으로 교차되도록 생성되는, 타임슬롯 할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타임슬롯 할당 장치는 복수개인 경우, 상기 타임슬롯 할당 장치는 주(Master) 타임슬롯 할당 장치 및 그 이외의 타임슬롯 할당장치로 구성되고,
    상기 복수개의 타임슬롯 할당 장치는, 비콘(Beacon)을 전송 후, 상기 트리형 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드의 디바이스로부터 상기 비콘 수신에 대한 Ack(Acknowledge) 정보를 수집하여, 상기 복수개의 타임슬롯 할당 장치별 최대 깊이를 상기 주 타임슬롯 할당 장치로 전송하고,
    상기 주 타임슬롯 할당 장치는, 상기 그 이외의 타임슬롯 할당 장치의 최대 깊이에 대한 데이터가 수신되기 전까지, 비콘 정보를 전송하지 않는, 타임슬롯 할당 방법.
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