KR101866685B1 - Method and system for topology controlled channel assignment with power control in wireless mesh network - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 설명은 무선 메시 네트워크를 형성하는 메쉬 노드들의 전력을 제어하고, 메쉬 노드들 각각으로 채널을 할당하는 기술에 관한 것이다.The following discussion relates to techniques for controlling the power of mesh nodes forming a wireless mesh network and assigning channels to each of the mesh nodes.
무선 메시 네트워크(Wireless Mesh Network, WMN)는 배치가 간편하고, 유지 보수가 효율적이고, 확장성, 연결성이 좋아 넓은 범위의 지역을 커버(cover)한다. 무선 메쉬 네트워크는 유선망을 설치하기 어려운 곳이나 즉각적인 망 구축이 필요한 지역에 사용이 가능하다. 예를 들어, 무선 액세스 네트워크(Wireless Access Network), 재난이나 재해로 인해 망이 파괴된 지역, 트래픽 증가로 인해 추가적인 망 구축이 필요한 지역 등에 사용 가능하다.The Wireless Mesh Network (WMN) covers a wide range of areas because of its ease of deployment, efficient maintenance, scalability and connectivity. The wireless mesh network can be used in places where it is difficult to install a wired network or in an area where an immediate network construction is required. For example, it can be used in wireless access networks, areas where a network has been destroyed by a disaster or a disaster, and areas where additional networking is required due to increased traffic.
이처럼, 무선 메쉬 네트워크는 재난 재해로 인해 망이 파괴된 지역이나 트래픽 증가로 인해 추가적인 망 구축이 필요한 지역에서 사용가능하기 때문에, 라우터(router) 등의 무선 메시 노드는 유선 공급을 통해 안정적으로 전력을 공급받는 것이 쉽지가 않다. 이에 따라, 무선 메쉬 네트워크를 구축함에 있어서, 라우터(router) 등의 무선 메쉬 노드의 전력 소모를 줄이는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 프리스의 공식(Friis's Formula)에 따라 수신 전력은 송신 전력에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례한다. 그리고, 거리가 먼 이웃 노드에 연결하기 위해 큰 송신 전력을 사용하는 것은 오히려 한정된 전력에서 정전으로 인한 네트워크 망의 성능 저하를 발생시키므로 무선 메쉬 노드의 전력 소모를 줄이는 것은 WMN 구축 시 상당히 중요한 요소이다.Thus, the wireless mesh network can be used in a region where a network is destroyed due to a disaster, or in an area where additional network construction is required due to an increase in traffic, so that a wireless mesh node such as a router can reliably supply power Getting supplies is not easy. Accordingly, in establishing the wireless mesh network, it is very important to reduce the power consumption of the wireless mesh node such as a router. For example, according to the Friis's Formula, the received power is proportional to the transmit power and inversely proportional to the square of the distance. Also, using large transmission power to connect to distant neighbors causes performance degradation of network due to power outage at limited power, so reducing power consumption of wireless mesh nodes is a very important factor when constructing WMN.
그리고, 무선 메쉬 노드 간의 연결을 유지하기 위해 전송 파워(power)를 증가시키면 채널 간 간섭이 증가한다. 이에 따라, 적절한 전송파워를 제어함으로써, 네트워크 용량을 향상시키고, 채널 사용도 효율적으로 사용할 필요가 있다. 아래의 비특허 문헌 [1]Marina , Mahesh K., Samir R. Das , and Anand Prabhu Subramanian. "A topology control approach for utilizing multiple channels in multi-radio wireless mesh networks." Computer networks 54.2 (2010): 241-256.은 그리디 휴리스틱(greedy heuristic)한 중앙집중적 채널 할당 방식인 CLICA에 관한 것으로서, 프로토콜 간섭 모델을 활용하여 네트워크 연결성을 보장하고, 최대 간섭을 최소화하는 기술을 제시하고 있으나, 파워 소모를 고려하지 않았으며, 실제 환경을 고려한 physical 간섭 모델을 사용하지 않음에 따라 실제 통신 환경에 적용하는데 어려움이 존재한다.And, increasing the transmission power to maintain the connection between wireless mesh nodes increases interchannel interference. Accordingly, it is necessary to improve the network capacity and effectively use the channel by controlling an appropriate transmission power. Non-Patent Document [1] Marina , Mahesh K., Samir R. Das , and Anand Prabhu Subramanian. "A topology control approach for multiple channels in multi-radio wireless mesh networks." Computer networks 54.2 (2010): 241-256. Is a greedy heuristic centralized channel allocation scheme, CLICA, which uses a protocol interference model to guarantee network connectivity and minimize the maximum interference, but does not consider power consumption , There is a difficulty in applying the physical interference model considering the actual environment to the actual communication environment.
한국등록특허 제 10-1018141호는 무선 메쉬 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 링크 비용을 계산하고, 계산된 링크 비용을 기반으로 전송 전력 조정 및 라우팅 결정을 함으로써 무선 네트워크에서 토폴로지 제어를 수행하는 구성을 제시하고 있으며, 특히, 무선 메쉬 네트워크 환경보다는 릴레이 네트워크 환경인 애드혹(ad-hoc) 네트워크 환경에서의 토폴로지 제어를 수행하는 구성을 제시하고 있다.Korean Patent No. 10-1018141 is directed to a system and method for performing topology control in a wireless mesh network. The system calculates a link cost and determines transmission power adjustment and routing based on the calculated link cost. And a topology control in an ad-hoc network environment, which is a relay network environment, rather than a wireless mesh network environment, is proposed.
일 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 토폴로지 제어를 위한 전력 제어와 채널 할당 방법 및 시스템은 비콘 패킷을 활용하여 측정된 이웃 노드 간의 송수신 파워에 기초하여 무선 메쉬 네트워크 토폴로지를 구성하고, SINR에 기초하여 채널을 할당함으로써, 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 메쉬 노드들의 에너지 소비를 절약하기 위한 것이다.A power control and channel allocation method and system for controlling topology of a wireless mesh network according to an exemplary embodiment of the present invention includes configuring a wireless mesh network topology based on transmission / reception power between neighboring nodes measured using beacon packets, So as to save energy consumption of the mesh nodes forming the wireless mesh network.
또한, 토폴로지 구성 시 표준화가 완료된 라우팅 프로토콜인 HWMP(Hybrid Wireless Mesh Protocol)에 따라 게이트웨이(GW) 메쉬 노드의 연결성을 확보함으로써, 다중 경로를 생성하여 트래픽을 분산시키기 위한 것이다.In addition, in order to distribute traffic by creating multipath by ensuring the connectivity of the gateway (GW) mesh node according to the Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP), which is a standardized routing protocol in the topology configuration.
또한, SINR에 기초하여 불필요한 링크 생성을 방지함으로써, 채널간 간섭을 줄이고, 연결성이 낮은 메쉬 노드의 경우 송신 파워를 증가시켜 연결성을 확보함으로써, 망 전체의 처리량(throughput)을 증가시키고, 플로우(flow)의 지연 시간을 감소시키기 위한 것이다. In addition, by preventing unnecessary link generation based on the SINR, inter-channel interference is reduced, and in the case of a mesh node with low connectivity, transmission power is increased to secure connectivity, thereby increasing throughput of the entire network, In order to reduce the delay time.
무선 메쉬 네트워크(wires mesh network)에서의 전력 제어 및 채널 할당 방법에 있어서, 상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 단계, 측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 단계, 및 생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.A method for power control and channel allocation in a wireless mesh network, the method comprising: measuring transmission and reception power of a neighboring node for a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network; And generating a topology graph G T corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on the received power and generating a topology graph G T corresponding to the generated topology graph and SINR to Interference plus Noise Ratio (MIMO) to allocate a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes.
일측면에 따르면, 상기 측정하는 단계는, 미리 정의된 비콘 주기마다 미리 설정된 송신 파워로 비콘 패킷을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 비콘 패킷에 대한 응답으로서 확인(ACK) 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정하는 단계, 및 상기 송신 파워 및 상기 수신 파워를 상기 확인 패킷을 전송한 해당 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the measuring step includes broadcasting a beacon packet at a predetermined transmission power for each predefined beacon period, calculating a reception power when receiving an acknowledgment (ACK) packet as a response to the beacon packet, And matching the transmission power and the reception power with an identifier of a corresponding mesh node to which the confirmation packet has been transmitted.
다른 측면에 따르면, 상기 측정하는 단계는, 상기 확인(ACK) 패킷에 기초하여 상기 비콘 주기에 현재 설정된 상기 송신 파워로 연결 가능한 이웃 노드의 개수를 갱신하는 단계, 및 갱신된 상기 이웃 노드의 개수가 인터페이스의 개수와 같아질 때까지 상기 송신 파워를 한 단계씩 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the measuring step includes the steps of: updating the number of neighborable nodes connectable to the transmission power currently set in the beacon period based on the acknowledgment (ACK) packet; and updating the number of neighboring nodes And increasing the transmission power by one level until it becomes equal to the number of interfaces.
또 다른 측면에 따르면, 상기 비콘 패킷을 수신할 때에 측정된 수신 파워 및 상기 송신 파워는, 상기 비콘 패킷을 수신한 이웃 노드에서 상기 비콘 패킷을 전송한 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장할 수 있다.According to another aspect, the measured received power and the transmit power when receiving the beacon packet may be stored in the neighboring node that received the beacon packet, by matching with the identifier of the mesh node that transmitted the beacon packet.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널을 할당하는 단계는, 상기 복수의 메쉬 노드들 중 현재 연결된 이웃 노드가 하나인 경우, 송신 파워를 증가시켜 다른 이웃 노드와 연결되도록 연결성 강화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of allocating the channel includes a step of increasing the transmission power and performing the connectivity enhancement so as to be connected to another neighbor node when the neighboring node is currently connected among the plurality of mesh nodes .
또 다른 측면에 따르면, 상기 연결성 강화를 통해 상기 다른 이웃 노드와 연결됨에 따라 다중 경로가 생성됨에 따라 트래픽이 분산될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the traffic may be distributed as the multipath is generated as the neighboring node is connected to the other neighbor through the connection enhancement.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널을 할당하는 단계는, 상기 복수의 메쉬 노드들을 대상으로 서로 이웃하는 세 개의 메쉬 노드가 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지(triangle topology)가 생성된 경우, 상기 세 개의 메쉬 노드 중 어느 하나의 노드를 기준으로 연결된 두 개의 이웃 노드에 해당하는 SINR에 기초하여 두 개의 이웃 노드에 해당하는 링크(link) 중 어느 하나의 링크를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, in the step of allocating the channel, when a triangle topology in which three neighboring mesh nodes are connected in a triangle shape is generated for the plurality of mesh nodes, And selecting one of the links corresponding to two neighboring nodes based on the SINR corresponding to two neighboring nodes connected based on any one of the nodes.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널을 할당하는 단계는, 상기 복수의 메쉬 노드들 중 외부망과 연결되는 게이트웨이(GW) 노드, 비 에지(non-edge) 노드 및 에지(edge) 노드 순서로 채널 할당을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of allocating the channel includes: allocating channel allocation to a gateway node, a non-edge node, and an edge node, which are connected to an external network among the plurality of mesh nodes, And performing the steps of:
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널을 할당하는 단계는, 비콘 패킷을 수신 가능한 이웃 노드들을 대상으로, 이웃 노드들 각각에 해당하는 채널의 SINR을 계산하는 단계, 계산된 상기 SINR이 높은 채널에 기초하여 채널 매트릭스(Channel Matrix)를 생성하는 단계, 생성된 상기 채널 매트릭스를 공통 채널(common channel)을 통해 상기 복수의 메쉬 노드들로 분배하는 단계, 및 분배된 상기 채널 매트릭스에 기초하여 기정의된 특정 시간에 채널 할당을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of allocating the channel includes calculating SINR of a channel corresponding to each neighboring node with respect to neighboring nodes capable of receiving a beacon packet, Comprising the steps of: generating a channel matrix, distributing the generated channel matrix to the plurality of mesh nodes via a common channel, and determining a predetermined specific time based on the distributed channel matrix And performing channel allocation on the channel.
무선 메쉬 네트워크(wires mesh network)에서의 전력 제어 및 채널 할당 시스템에 있어서, 상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 측정부, 측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 토폴로지 그래프 생성부, 및 생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 채널 할당부를 포함할 수 있다.1. A power control and channel allocation system in a wire mesh network, comprising: a measurement unit for measuring transmission and reception powers of a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network, A topology graph generator for generating a topology graph G T corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on transmission and reception powers, And a channel allocation unit allocating a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes based on SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio).
일측면에 따르면, 상기 측정부는, 미리 정의된 비콘 주기마다 미리 설정된 송신 파워로 비콘 패킷을 브로드캐스팅하고, 상기 비콘 패킷에 대한 응답으로서 확인(ACK) 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정하고, 상기 송신 파워 및 상기 수신 파워를 상기 확인 패킷을 전송한 해당 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the measurement unit broadcasts a beacon packet at a predetermined transmission power for each predefined beacon period, measures reception power when receiving an acknowledgment (ACK) packet as a response to the beacon packet, The transmission power and the reception power may be matched with the identifier of the mesh node that transmitted the confirmation packet and stored.
다른 측면에 따르면, 상기 측정부는, 상기 확인(ACK) 패킷에 기초하여 상기 비콘 주기에 현재 설정된 상기 송신 파워로 연결 가능한 이웃 노드의 개수를 갱신하고, 갱신된 상기 이웃 노드의 개수가 인터페이스의 개수와 같아질 때까지 상기 송신 파워를 한 단계씩 증가시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, the measurement unit updates the number of neighbor nodes connectable to the transmission power currently set in the beacon period based on the acknowledgment (ACK) packet, and updates the number of the updated neighbor nodes to the number of interfaces The transmission power can be increased by one step until it becomes the same.
또 다른 측면에 따르면, 상기 비콘 패킷을 수신할 때에 측정된 수신 파워 및 상기 송신 파워는, 상기 비콘 패킷을 수신한 이웃 노드에서 상기 비콘 패킷을 전송한 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장할 수 있다.According to another aspect, the measured received power and the transmit power when receiving the beacon packet may be stored in the neighboring node that received the beacon packet, by matching with the identifier of the mesh node that transmitted the beacon packet.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널 할당부는, 상기 복수의 메쉬 노드들 중 현재 연결된 이웃 노드가 하나인 경우, 송신 파워를 증가시켜 다른 이웃 노드와 연결되도록 연결성 강화를 수행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the channel allocation unit may increase the transmission power and perform the connection enhancement so as to be connected to another neighbor node when the current neighbor node among the plurality of mesh nodes is one.
또 다른 측면에 따르면, 상기 연결성 강화를 통해 상기 다른 이웃 노드와 연결됨에 따라 다중 경로가 생성됨에 따라 트래픽이 분산될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the traffic may be distributed as the multipath is generated as the neighboring node is connected to the other neighbor through the connection enhancement.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널 할당부는, 상기 복수의 메쉬 노드들을 대상으로 서로 이웃하는 세 개의 메쉬 노드가 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지(triangle topology)가 생성된 경우, 상기 세 개의 메쉬 노드 중 어느 하나의 노드를 기준으로 연결된 두 개의 이웃 노드에 해당하는 SINR에 기초하여 두 개의 이웃 노드에 해당하는 링크(link) 중 어느 하나의 링크를 선택할 수 있다.According to another aspect of the present invention, when a triangle topology in which three neighboring mesh nodes are connected in a triangle shape to the plurality of mesh nodes is generated, It is possible to select any one of the links corresponding to two neighboring nodes based on the SINR corresponding to two neighboring nodes connected based on one node.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널 할당부는, 상기 복수의 메쉬 노드들 중 외부망과 연결되는 게이트웨이(GW) 노드, 비 에지(non-edge) 노드 및 에지(edge) 노드 순서로 채널 할당을 수행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the channel allocator performs channel allocation in the order of a gateway (GW) node, a non-edge node, and an edge node connected to an external network among the plurality of mesh nodes .
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널 할당부는, 비콘 패킷을 수신 가능한 이웃 노드들을 대상으로, 이웃 노드들 각각에 해당하는 채널의 SINR을 계산하고, 계산된 상기 SINR이 높은 채널에 기초하여 채널 매트릭스(Channel Matrix)를 생성하고, 생성된 상기 채널 매트릭스를 공통 채널(common channel)을 통해 상기 복수의 메쉬 노드들로 분배하고, 분배된 상기 채널 매트릭스에 기초하여 기정의된 특정 시간에 채널 할당을 수행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the channel allocator calculates the SINR of a channel corresponding to each of the neighboring nodes with respect to neighboring nodes capable of receiving the beacon packet, and calculates a channel matrix And distributing the generated channel matrix to the plurality of mesh nodes through a common channel and performing channel allocation at a predetermined specific time based on the distributed channel matrix. have.
일 실시예에 따른 무선 메쉬 네트워크의 토폴로지 제어를 위한 전력 제어와 채널 할당 방법 및 시스템은 비콘 패킷을 활용하여 측정된 이웃 노드 간의 송수신 파워에 기초하여 무선 메쉬 네트워크 토폴로지를 구성하고, SINR에 기초하여 채널을 할당함으로써, 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 메쉬 노드들의 에너지 소비를 절약할 수 있다.A power control and channel allocation method and system for controlling topology of a wireless mesh network according to an exemplary embodiment of the present invention includes configuring a wireless mesh network topology based on transmission / reception power between neighboring nodes measured using beacon packets, The energy consumption of the mesh nodes forming the wireless mesh network can be saved.
또한, 토폴로지 구성 시 표준화가 완료된 라우팅 프로토콜인 HWMP(Hybrid Wireless Mesh Protocol)에 따라 게이트웨이(GW) 메쉬 노드의 연결성을 확보함으로써, 다중 경로를 생성하여 트래픽을 분산시킬 수 있다.In addition, according to the Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP), which is a standardized routing protocol in the topology configuration, the connectivity of the gateway (GW) mesh node is ensured, and the traffic can be distributed by generating the multipath.
또한, SINR에 기초하여 불필요한 링크 생성을 방지함으로써, 채널간 간섭을 줄이고, 연결성이 낮은 메쉬 노드의 경우 송신 파워를 증가시켜 연결성을 확보함으로써, 망 전체의 처리량(throughput)을 증가시키고, 플로우(flow)의 지연 시간을 감소시킬 수 있다.In addition, by preventing unnecessary link generation based on the SINR, inter-channel interference is reduced, and in the case of a mesh node with low connectivity, transmission power is increased to secure connectivity, thereby increasing throughput of the entire network, Can be reduced.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복수의 메시 노드들을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 토폴로지 제어를 위한 전력 제어 및 채널 할당 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 및 수신 파워를 측정하여 토폴로지를 제어하는 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 토폴로지 제어 및 채널 할당하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 연결성 강화 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 트라이앵글 토폴로지(triangle topology) 생성을 방지하는 프로세스를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 및 수신 파워 측정에 기초하여 토폴로지 제어 및 채널 할당을 수행한 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 처리량(throughput)과 E2E 지연 시간의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 HWMP 프로액티브 모드(proactive mode)와 리액티브 모드(reactive mode)의 처리량(throughput)을 비교한 그래프이다.Figure 1 is a diagram illustrating a plurality of mesh nodes in one embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a power control and channel allocation method for topology control according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an internal configuration of a power control and channel allocation system in an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation of measuring topology by measuring transmission and reception power in an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an operation of topology control and channel allocation in an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram provided to illustrate connectivity enhancement operations in one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram provided to illustrate a process for preventing triangle topology generation in one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a result of performing topology control and channel allocation based on transmission and reception power measurements in an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing performance analysis results of throughput and E2E delay time in an embodiment of the present invention.
10 is a graph comparing the throughputs of the HWMP proactive mode and the reactive mode.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예들은, 무선 메시 네트워크(wireless mesh network, WMN)에서 토폴로지(topology) 구성을 위한 전력 제어 및 채널 할당에 관한 것을, 특히, 비콘 패킷을 이용하여 수신 파워와 송신 파워를 측정하고, 측정된 수신 및 송신 파워에 기초하여 네트워크 토폴로지를 구성하고, 각 채널 링크의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 채널을 할당하는 기술에 관한 것이다.The embodiments relate to power control and channel allocation for topology configuration in a wireless mesh network (WMN), in particular, to measure receive power and transmit power using beacon packets, To a technique for allocating channels based on the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) of each channel link, by constructing a network topology based on reception and transmission power.
본 실시예들에서, 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 복수의 메쉬 노드들은 메시 라우터(mesh router)에 해당하는 일반적인 메쉬 노드, 외부망과 연결되는 게이트웨이(Gateway)에 해당하는 메쉬 노드(GW 노드)를 포함할 수 있다. 그리고, 일반적인 메쉬 노드들은 에지(edge) 노드와 비에지(non-edge) 노드로 구분될 수 있다. In this embodiment, the plurality of mesh nodes forming the wireless mesh network include a general mesh node corresponding to a mesh router, and a mesh node (GW node) corresponding to a gateway connected to an external network can do. In addition, general mesh nodes can be classified into an edge node and a non-edge node.
본 실시예들에서, 에지(edge) 노드는 무선 센서 네트워크의 종단(또는 말단에 위치하는) 노드를 나타내고, 비에지(non-edge) 노드는 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 복수의 메쉬 노드들 중 게이트웨이에 해당하는 메쉬 노드 및 에지 노드를 제외한 나머지 노드 전체를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 에지 노드(edge node)는 무선 센서 네트워크에서 화재 감지, 지진 감지, 온도 변화 감지, 풍속 감지, 진동 감지 등을 수행하기 위해 해당 건물, 장소 등에 배치 또는 설치된 노드를 나타낼 수 있다.In the present embodiment, an edge node represents an end node (or end node) of a wireless sensor network, and a non-edge node represents a node of a plurality of mesh nodes forming a wireless mesh network. And all the remaining nodes except for the mesh node and the edge node corresponding to the edge node. For example, an edge node may represent a node disposed or installed in a building, a place, or the like in order to perform fire detection, earthquake detection, temperature change detection, wind speed detection, vibration detection, and the like in a wireless sensor network.
본 실시예들에서, 이웃 노드는 무선 메쉬 네트워크에 포함된 특정 메쉬 노드(예컨대, GW 노드, 비에지 노드 또는 에지 노드)에서 비콘 패킷을 전송하면, 전송된 비콘 패킷을 수신 가능한 메쉬 노드를 나타낼 수 있다. In the present embodiments, when a neighboring node transmits a beacon packet from a specific mesh node (e.g., a GW node, a non-edge node, or an edge node) included in the wireless mesh network, the neighbor node can indicate a mesh node capable of receiving the transmitted beacon packet have.
본 실시예들에서, '전력 제어 및 채널 할당 시스템'은 게이트웨이 기능을 가진 GW 노드를 나타낼 수도 있고, 일반적인 메쉬 노드, 즉, 에지(edge) 노드 또는 비에지(non-edge) 노드를 나타낼 수도 있다.In the present embodiments, the 'power control and channel allocation system' may represent a GW node with a gateway function and may represent a general mesh node, that is, an edge node or a non-edge node .
본 실시예들에서는, GW 노드에서 비콘 패킷을 활용하여 송수신 파워 측정, 토폴로지 제어 및 채널 할당을 수행하는 것을 중심으로 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 비콘 패킷 전송, 비콘 패킷을 송신할 때의 송신 파워, 비콘 패킷을 수신할 때의 수신 파워 측정 동작은 모든 메쉬 노드들에서 수행될 수 있다. 그리고, 측정된 송신 및 수신 파워에 기초하여 토폴로지 제어(즉, 송신 파워를 제어)하고, 채널을 할당하는 동작(즉, TCCA 알고리즘 동작)은 GW 노드에서 수행될 수 있다. In the present exemplary embodiments, transmission / reception power measurement, topology control, and channel allocation are performed using a beacon packet in a GW node. However, this is an embodiment, and the beacon packet transmission and beacon packet transmission The reception power measurement operation when receiving the transmission power and the beacon packet can be performed in all the mesh nodes. Then, an operation of performing topology control (i.e., controlling transmission power) and allocating a channel (i.e., TCCA algorithm operation) based on the measured transmission and reception powers can be performed at the GW node.
또한, 본 실시예들에서 토폴로지 제어를 위한 전력 제어 및 채널 할당을 위해 이용되는 용어들은 아래의 표 1과 같이 정의될 수 있다.Further, terms used for power control and channel allocation for topology control in the present embodiments can be defined as shown in Table 1 below.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 복수의 메시 노드들을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating a plurality of mesh nodes in one embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 게이트웨이(Gateway)에 해당하는 메쉬 노드(GW 노드, 101)는 인터넷(110) 등의 외부망과 연결될 수 있으며, 나머지 메쉬 노드들(예컨대, 에지 노드 및 비에지 노드)은 GW 노드(101)를 통해 인터넷(110)에 접속할 수 있다. 1, a mesh node (GW node) 101 corresponding to a gateway may be connected to an external network such as the
그리고, 복수의 메쉬 노드들 중 GW 노드(101)를 제외한 나머지 메쉬 노드들은 에지 노드 및 비에지 노드로 구분될 수 있다. 여기서, 에지(edge) 노드는 무선 센서 네트워크의 종단(또는 말단에 위치하는) 노드를 나타내고, 비에지(non-edge) 노드(102)는 전체 메쉬 노드들 중 에지 노드 및 GW 노드(101)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 에지 노드(edge node)는 무선 센서 네트워크에서 화재 감지, 지진 감지, 온도 변화 감지, 풍속 감지, 진동 감지 등을 수행하기 위해 해당 건물, 장소 등에 배치 또는 설치된 노드를 나타낼 수 있다.Among the plurality of mesh nodes, the remaining mesh nodes other than the
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 토폴로지 제어를 위한 전력 제어 및 채널 할당 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a power control and channel allocation method for topology control according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart illustrating a power control and channel allocation method according to an exemplary embodiment of the present invention. Fig.
도 3의 전력 제어 및 채널 할당 시스템(300)은 측정부(310), 토폴로지 그래프 생성부(320) 및 채널 할당부(330)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 2의 각 단계들(210 내지 240)은 도 3의 구성 요소인 측정부(310), 토폴로지 그래프 생성부(320) 및 채널 할당부(330)에 의해 수행될 수 있다. 도 2에서는 전력 제어 및 채널 할당 시스템(300)인 GW 노드인 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 측정부(310)의 동작은 모든 메쉬 노드들 즉, GW 노드 이외에, 에지 노드 및 비에지 노드에서 수행될 수 있다.The power control and
210 단계에서, 측정부(310)는 미리 주어진 무선 메쉬 네트워크 토폴로지에 기초하여 무선 메쉬 네트워크 그래프 G를 생성(즉, 획득)할 수 있다.In
무선 메쉬 네트워크 그래프 G=(V, E)는 메쉬 노드들의 집합인 V와 메쉬 노드들 간의 링크 집합 E를 포함할 수 있다. 예컨대, 메쉬 노드 와 간의 링크 집합을 포함할 수 있다.The wireless mesh network graph G = (V, E) may include a set V of mesh nodes and a link set E between mesh nodes. For example, Wow Lt; / RTI > link set.
220 단계에서, 미리 주어진 상기 무선 메쉬 네트워크 토폴리지에 따라 측정부(310)는 이웃 노드들의 송신 파워 또는 수신 파워를 측정할 수 있다.In
예를 들어, 측정부(310)는 비콘 패킷(beacon packet)을 이웃 노드들로 전송할 때의 송신 파워를 측정할 수 있으며, 측정된 송신 파워를 이웃 노드들의 식별자(예컨대, 노드 ID)와 매칭하여 저장 및 유지할 수 있다. 이때, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(300)이 비콘 패킷을 수신하는 입장인 경우, 측정부(310)는 비콘 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정할 수 있으며, 측정된 수신 파워를 해당 패킷을 전송한 노드의 식별자(예컨대, 노드 ID)와 매칭하여 저장 및 유지할 수 있다.For example, the measuring
230 단계에서, 토폴로지 그래프 생성부(320)는 TCCA(Topology Controlled Channel Assignment) 알고리즘에 기초하여 송신 파워가 제어된 토폴로지 그래프 GT=(V, ET)를 생성할 수 있다. 여기서, 송신 파워를 제어하는 토폴로지 그래프를 생성하는 동작은 분산(distributed) 방식에 기초하여 수행될 수 있다. 그리고, 송신 파워 또는 수신 파워를 측정 및 제어 하는 자세한 동작은 아래의 도 4에서 후술하기로 한다.In
240 단계에서, 채널 할당부(330)는 생성된 상기 토폴로지 그래프 GT에 따라 SINR이 가장 좋은 채널을 할당하는 채널 할당 그래프 GCA=(V, ECA)를 생성할 수 있다. 여기서, 채널을 할당하는 채널 할당 그래프를 생성하는 동작은 중앙 집중(Centralized) 방식에 기초하여 수행될 수 있다. 그리고, 송신 파워를 제어하고, 채널을 할당하는 자세한 동작은 아래의 도 5를 참고하여 상세히 설명하기로 한다.In
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 및 수신 파워를 측정하여 토폴로지를 제어하는 동작을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of measuring topology by measuring transmission and reception power in an embodiment of the present invention.
도 4에서, 각 단계들(410 내지 412, 416 내지419 단계)은 도 3의 측정부(310)에 의해 수행될 수 있다.In FIG. 4, the
전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 메쉬 노드들 중 비콘 패킷을 전송하는 전송 노드 입장에서 동작하는 메쉬 노드를 나타낼 수 있으며, 도 4에서는 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)이 GW 노드가 전송 노드로 동작하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 이는 실시예에 해당되며, GW 노드는 수신 노드로 동작할 수도 있다. 메쉬 노드(402)는 은 무선 메쉬 네트워크를 형성하는 메쉬 노드들 중 비콘 패킷을 수신하는 수신 노드 입장에서 동작하는 메쉬 노드를 나타낼 수 있으며, 도 4에서는 에지 노드 또는 비에지 노드가 수신 노드로 동작하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, GW 노드가 수신 노드로 동작할 수도 있다.The power control and
도 4에서, vt는 전송 노드로 동작하는 메쉬 노드(즉, 송신 측 노드), vr은 수신 노드로 동작하는 메쉬 노드(즉, 수신측 노드)를 나타낼 수 있다. In FIG. 4, v t may denote a mesh node (i.e., a transmitting node) operating as a transmitting node, and v r may denote a mesh node (i.e., a receiving node) operating as a receiving node.
410 단계에서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 노드 초기화(k=1, i=0)를 수행하고, 모든 인터페이스를 공통 채널(common channel)로 설정하여 모든 메쉬 노드들이 공통 채널을 통해 송수신을 수행하도록 설정할 수 있다. 여기서, i는 현재 송신 파워로 연결 가능한 이웃 노드의 개수를 나타낼 수 있다.In
411 단계에서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 송신 파워를 TxPk로 초기화할 수 있다.In
412 단계에서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 미리 정의된 비콘 전송 시각에 이웃 노드들(즉, 메쉬 노드들)로 비콘 패킷을 전송할 수 있다.In
예를 들어, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 미리 정의된 비콘 주기마다 비콘 패킷을 전송할 수 있으며, 현재 비콘 주기에 해당하는 비콘 전송 시각에 미리 정의된 송신 파워(예컨대, 상기 초기화된 송신 파워)로 이웃 노드들로 브로드캐스팅(broadcasting)할 수 있다. For example, the power control and
413 단계에서, 복수의 메쉬 노드들 중 적어도 하나의 메쉬 노드(이하, '이웃 노드'라 칭함, 402)에서 상기 비콘 패킷을 수신할 수 있으며, 이웃 노드(402)에서 비콘 패킷을 수신한 경우(413: YES), 414 단계에서, 이웃 노드(402)는 비콘 패킷을 수신할 때의 수신 파워와 상기 비콘 패킷을 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)에서 전송할 때의 송신 파워를 에 저장할 수 있다.In
예를 들어, 이웃 노드(402)는 상기 비콘 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정할 수 있다. 그리고, 측정된 수신 파워와 비콘 전송 시각에 상기 비콘 패킷이 전송될 때의 송신 파워, 및 비콘 패킷을 전송한 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)의 식별자(예컨대 GW 노드의 ID)를 매칭하여 테이블 에 저장 및 유지할 수 있다. 이때, 해당 GW 노드의 ID에 이미 저장된 송신 파워 및 수신 파워가 존재하는 경우, 이웃 노드(402)는 측정된 수신 파워와 상기 송신 파워로 테이블 를 갱신할 수 있다.For example, the
415 단계에서, 이웃 노드(402)는 측정된 수신 파워 및 미리 정의된 기준 파워(Ped)에 기초하여 비콘 확인 패킷을 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)으로 전송할 수 있다.In
예를 들어, 이웃 노드(402)는 측정된 상기 수신 파워와 기준 파워(Ped)의 크기를 비교하고, 비교 결과 수신 파워가 기준 파워(Ped)보다 크면 수신된 비콘 패킷에 대한 응답으로서 확인(ACK) 패킷을 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)으로 전송할 수 있다. 그리고, 상기 비교 결과 수신 파워가 기준 파워(Ped)보다 크지 않으면, 이웃 노드(402)는 상기 확인(ACK) 패킷을 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)으로 전송하지 않을 수 있다.For example, the
416 단계에서, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 이웃 노드(402)로부터 확인(ACK) 패킷을 수신할 수 있다. 그리고, 확인(ACK) 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정할 수 있으며, 측정된 확인(ACK) 패킷의 수신 파워와 해당 비콘 주기에 전송된 비콘 패킷(즉, 상기 확인 패킷에 대응하는 비콘 패킷)의 송신 파워를 테이블 에 저장할 수 있다. In
예를 들어, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 상기 확인 패킷의 수신 파워와 상기 송신 파워를 확인 패킷을 전송한 노드의 식별자(예컨대, 노드의 ID)와 매칭하여 테이블 에 저장 및 유지할 수 있다. 이때, 해당 노드와 관련하여 테이블 에 이미 저장된 송신 파워 및 수신 파워가 존재하는 경우, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 이웃 노드(402)의 식별자에 해당하는 이미 저장된 수신 파워와 송신 파워를 상기 측정된 수신 파워와 송신 파워로 테이블 를 갱신할 수 있다.For example, the power control and
417 단계에서, 테이블 를 갱신한 이후, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(401)은 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i를 갱신할 수 있다.In step 417, The power control and
예를 들어, 채널 할당 시스템(401)은 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i를 한 개 증가시킬 수 있다. 이처럼, 확인 패킷이 수신되어 가 갱신될 때마다 연결 가능한 이웃 노드의 개수 역시 한 개씩 증가하도록 갱신될 수 있다.For example, the
418 단계에서, 채널 할당 시스템(401)은 갱신된 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i가 인터페이스의 개수 K보다 큰지 여부를 확인할 수 있다.In
419 단계에서, 크지 않은 것으로 확인되면, 채널 할당 시스템(401)은 송신 파워의 레벨을 한 단계 증가시킬 수 있다.If it is determined in
예를 들어, 갱신된 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i가 인터페이스의 개수 K보다 크지 않은 경우, 채널 할당 시스템(401)은 411 단계에서 초기화된 상기 송신 파워의 레벨을 한 단계 증가시킬 수 있다(k=k+1). 그리고, 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i가 인터페이스의 개수 K보다 큰 경우(i>|K|), 송신 파워를 한 단계 증가시키지 않고 현재 레벨을 그대로 유지할 수 있다.For example, if the updated number i of connectable neighbor nodes is not greater than the number K of interfaces, the
이처럼, 채널 할당 시스템(401)은 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i가 인터페이스의 개수 |K|와 같아질 때까지 송신 파워 레벨을 한 단계씩 증가 시키면서, 412 내지 419 단계에 해당하는 동작(즉, 비콘 패킷 전송, 확인 패킷 수신하여 수신 파워 측정 및 송신 파워의 레벨 증가 등의 일련의 과정)을 반복 수행할 수 있다. 그러면, 토폴로지 그래프 생성부(320)는 연결 가능한 이웃 노드의 개수 i가 인터페이스의 개수 |K|와 같아질 때까지 송시 파워 레벨을 증가시키는 동작을 통해 제어된 송신 파워에 기초하여 토폴로지 그래프 GT를 생성할 수 있다.As such, the
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 토폴로지 제어 및 채널 할당하는 동작을 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an operation of topology control and channel allocation in an embodiment of the present invention.
도 5에서는 TCCA 알고리즘에 따라 측정된 송신 및 수신 파워에 기초하여 구성된 테이블 (전송 노드 및 수신 노드 측의 테이블 포함)에 기초하여 토폴로지를 구성 및 제어하고, SINR에 기초하여 간섭이 최소화되도록 채널을 할당하는 동작(즉, 도 2의 230 및 240 단계에 해당하는 토폴로지 제어 및 채널 할당하는 동작)을 상세히 설명하고자 한다. In FIG. 5, a table configured based on the transmission and reception powers measured according to the TCCA algorithm (I. E., Topology control corresponding to
도 5에서 각 단계들(510 내지 590 단계)은 도 3의 토폴로지 그래프 생성부(320) 및 채널 할당부(330)에 의해 수행될 수 있다. 도 5에서, 토폴로지 제어 및 채널 할당은 GW 노드에서 수행될 수 있으며, 전력 제어 및 채널 할당 시스템(300)은 GW 노드를 나타낼 수 있다.5,
510 단계에서, 토폴로지 제어 및 채널 할당을 위해 먼저, 채널 할당 매트릭스(Channel assignment matrix) 및 토폴로지 인접 매트릭스(Topology adjacency matrix) 가 초기화될 수 있다.In
520 단계에서, 토폴로지 그래프 생성부(320)는 비콘 주기마다 측정되어 갱신된 송신 파워 및 수신 파워를 포함하는 테이블 (전송 노드 및 수신 노드 측의 테이블 포함)을 모든 메쉬 노드들(즉, 에지 노드 및 비에지 노드)로부터 수집할 수 있다.In
530 단계에서, 토폴로지 그래프 생성부(320)는 수집된 상기 테이블 에 기초하여 송신 파워가 제어된 토폴로지 그래프 GT를 생성할 수 있다.In
예를 들어, 토폴로지 그래프 생성부(320)는 수신 가능한 이웃 노드(즉, 이웃 메쉬 노드)의 개수 j가 인터페이스의 개수 |K|보다 크거나 같을 때, 해당 송신 파워를 송신 파워로 설정하고(), 토폴로지 그래프 GT를 생성할 수 있다. For example, when the number j of receivable neighbor nodes (i.e., neighboring mesh nodes) is equal to or greater than the number of interfaces K |, the
540 단계에서, 채널 할당부(330)는 인터페이스 개수에 기초하여 이웃 노드와 연결하기 위해 PT, T를 재설정할 수 있다.In
예를 들어, 채널 할당부(330)는 GW 노드와 이웃 노드들 간의 연결성을 보장해주기 위해 인터페이스 개수(|K|)만큼 링크(link)를 설정하고, PT, T를 재설정할 수 있다. 그러면, 복수의 메쉬 노드들을 대상으로 채널 할당이 수행될 수 있으며, 이때, GW 노드, 비에지(non-edge) 노드, 및 에지(edge) 노드 순으로 채널 할당이 수행될 수 있다.For example, the
550 단계에서, 채널 할당부(330)는 GW 노드를 대상으로 채널 할당을 수행할 수 있다().In
예를 들어, 채널 할당부(330)는 토폴로지 인접 매트릭스 T에 기초하여 GW 노드에서 연결 가능한 이웃 노드의 집합 을 찾을 수 있다. 그리고, 채널 할당부(330)는 이웃 노드의 집합에 포함된 이웃 노드들을 대상으로 트라이앵글 토폴로지(triangle topology) 생성을 방지하기 위한 링크 선택 프로세스를 수행할 수 있다. 여기서, 트라이앵글 토폴로지의 생성을 방지하는 프로세스는 도 7에서 후술하기로 한다. 이어, 채널 할당부(330)는 이웃 노드의 집합 에 포함된 복수의 이웃 노드들을 대상으로 각 링크(즉, GW 노드와 복수의 이웃 노드들 각각 간의 채널 링크, )에 해당하는 모든 채널의 SINR을 계산할 수 있다. 그리고, 채널 할당부(330)는 복수의 이웃 노드들을 대상으로 SINR이 가장 높은 채널을 순차적으로 채널 할당 매트릭스 CA에 할당할 수 있다.For example, the
560 단계에서, 채널 할당부(330)는 모든 비에지(non-edge) 노드들을 대상으로 채널 할당을 수행할 수 있다(). In
이때, 채널 할당부(330)는 550 단계에서 설명한 바와 같이, GW 노드를 대상으로 채널 할당한 프로세스와 동일한 프로세스로 모든 비에지 노드들을 대상으로 채널 할당을 수행할 수 있다. 즉, 토폴로지 인접 매트릭스 T에 기초하여 비에지 노드들 각각에서 연결 가능한 이웃 노드 집합을 비에지 노드 별로 찾을 수 있다. 그리고, 트라이앵글 토폴로지 생성 방지 프로세스를 수행하고, 이웃 노드의 집합에 포함된 모든 이웃 노드들을 대상으로 SINR을 계산할 수 있으며, 계산된 SINR이 가장 높은 채널을 순차적으로 CA에 할당함으로써 비에지 노드들 별로 채널 할당을 수행할 수 있다.At this time, as described in
570 단계에서, 채널 할당부(330)는 모든 에지(edge) 노드들을 대상으로 채널 할당을 수행할 수 있다(). In
이때, 채널 할당부(330)는 550 및 560 단계에서 설명한 바와 같이, GW 노드 또는 비에지 노드들을 대상으로 채널을 할당하는 것과 동일한 방법으로 모든 에지 노드들을 대상으로 채널 할당을 수행할 수 있다. 예컨대, 에지 노드들 각각을 대상으로 이웃 노드의 집합을 찾고, 트라이앵글 토폴로지 생성 방지 프로세스를 수행하고, SINR 계산 및 계산된 SINR이 가장 높은 채널을 순차적으로 CA에 할당하는 동작이 수행될 수 있다.At this time, as described in
575 단계에서, 채널 할당부(330)는 모든 메쉬 노드(GW 노드, 에지 노드 및 비에지 노드)를 대상으로, 해당 노드와 연결된 이웃 노드가 하나인 노드에 대한 연결성 강화를 수행할 수 있다.In
예를 들어, 채널 할당부(330)는 모든 메쉬 노드(GW 노드, 에지 노드 및 비에지 노드) 중에서 현재 연결된 이웃 노드가 하나인 노드를 대상으로, 해당 노드와 토폴로지가 형성된 어느 하나의 노드의 송신 파워를 증가시켜 다른 이웃 노드와 연결되도록 연결성 강화를 수행할 수 있다. 여기서, 연결성 강화를 수행하는 자세한 동작은 도 6에서 상세히 설명하기로 한다.For example, the
580 단계에서, 채널 할당부(330)는 모든 메쉬 노드들(GW 노드, 에지 노드 및 비에지 노드)을 대상으로, 해당 노드의 CA에 기초하여 불필요한 송신 파워를 최소화할 수 있다.In
예를 들어, 채널 할당부(330)는 CA에 기초하여 송신파워가 이웃 노드 대비 기정의된 일정값 이상에 해당하는 노드의 경우, 해당 노드의 송신 파워가 이웃 노드의 연결 상태에 맞게 최소화시킬 수 있다.For example, if the transmission power of a node corresponding to a predetermined value or more of the neighboring node is greater than a predetermined value, the
585 단계에서, 채널 할당부(330)는 불필요한 송신 파워를 최소화한 CA 결과, 즉, 채널 할당 매트릭스를 공통 채널(common channel)을 통해 모든 메쉬 노드들로 전송하여 분배할 수 있다. In
590 단계에서, 채널 할당부(330)는 미리 정의된 특정 시간에 채널 할당 매트릭스 CA에 따라 채널 할당을 수행할 수 있다. In
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 연결성 강화 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.Figure 6 is a diagram provided to illustrate connectivity enhancement operations in one embodiment of the present invention.
도 6에서, 복수의 메쉬 노드들 중 이웃 노드가 하나인 메쉬 노드를 대상으로 연결성 강화가 수행될 수 있다.In FIG. 6, connectivity enhancement may be performed on a mesh node having a neighboring node among a plurality of mesh nodes.
도 6에서, 실선은 메쉬 노드 간에 형성된 링크를 나타내고, 점선 원은 비콘 패킷을 전송 가능한 범위를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 601은 노드 A에서 비콘 패킷을 전송 가능한 범위, 602는 노드 B에서 비콘 패킷을 전송 가능한 범위를 나타낼 수 있다.In Fig. 6, the solid line represents the link formed between the mesh nodes, and the dotted circle represents the range in which the beacon packet can be transmitted. For example, 601 indicates a range in which a beacon packet can be transmitted from the node A, and 602 indicates a range in which a beacon packet can be transmitted in the node B.
610과 같이 토폴로지가 형성된 경우, 노드 A(611)은 링크가 형성된 이웃 노드가 1개이고, 노드 B(612)는 링크가 형성된 이웃 노드가 2개임을 확인할 수 있다. 이때, 노드 B(612)의 송신 파워의 레벨을 한 단계 증가시킴으로써, 노드 A(611)와 노드 B(612) 간의 링크가 형성될 수 있다. 예를 들어, 620을 참고하면, 노드 B(612)의 송신 파워의 레벨이 한 단계 증가함에 따라, 점선 원 602가 603과 같이 확장될 수 있다. 이에 따라, 노드 A(621)와 노드 B(622) 간의 링크(623)가 형성되어, 노드 A(621)의 연결성(connectivity)가 강화될 수 있다. 이처럼, 연결성 강화를 통해 노드 A(621)와 링크가 형성된 노드가 2개가 되어 다중 경로 형성이 가능하며, 결국, 트래픽이 분산될 수 있다.When the topology is formed as shown in 610, the
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 트라이앵글 토폴로지(triangle topology) 생성을 방지하는 프로세스를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.Figure 7 is a diagram provided to illustrate a process for preventing triangle topology generation in one embodiment of the present invention.
도 7은 도 5의 550 내지 570 단계에서 모든 메쉬 노드들(GW 노드, 에지 노드, 및 비에지 노드)을 대상으로 채널 할당을 수행함에 있어서, SINR을 계산하기 이전에 이웃 노드의 집합에 포함된 노드들이 트라이앵글 토폴로지 형태로 생성되지 않도록 방지하기 위한 프로세스의 동작을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of performing channel allocation to all mesh nodes (GW node, edge node, and non-edge node) in
도 7에 따르면, 복수의 메쉬 노드들 중 특정 노드(예컨대, GW 노드, 어느 하나의 에지 노드 또는 어느 하나의 비에지 노드)에 해당하는 이웃 노드의 집합에 포함된 이웃 노드들이 삼각형 형태로 링크가 형성되는 트라이앵글 토폴로지(720)가 생성된 경우, 채널 할당부(330)는 삼각형 형태로 링크가 형성된 세 개의 노드들(노드 A, B, C) 중 어느 하나의 노드를 기준으로 링크가 형성된 두 개의 이웃 노드에 해당하는 SINR에 기초하여 두 개의 이웃 노드에 해당하는 링크 중 어느 하나의 링크를 선택할 수 있다. 7, neighboring nodes included in a set of neighboring nodes corresponding to a specific node (for example, a GW node, an edge node, or a non-edge node) among a plurality of mesh nodes are linked When the
예를 들어, 710을 참고하면, 노드 A와 노드 B가 연결되어 링크가 형성되어 있고, 노드 A와 노드 C 간에 링크가 형성될 수 있다. 이때, 720과 같이 노드 B와 노드 C가 연결되어 링크가 형성되면, 노드 A, B, C가 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지가 형성될 수 있다. 이때, 730을 참고하면, 노드 C를 기준으로 하는 경우, 노드 C에서 링크 A-C(731) 또는 링크 B-C(732) 중 SINR이 상대적으로 더 높은 링크를 하나 선택함으로써 인터페이스와 채널을 효율적으로 사용할 수 있다. 즉, 링크 A-C(731)는 연결을 해제하고, 선택한 링크 B-C(732)만 연결을 유지함으로써, 노드 A, B, C 간에 삼각형 형태로 링크가 형성되는 트라이앵글 토폴로지의 생성을 방지할 수 있다. 이처럼, SINR에 기초하여 링크를 선택함으로써, 트라이앵글 토폴로지가 생성된 경우에 불필요하게 인터페이스와 채널을 할당하여 연결성(connectivity)을 저하시키는 현상 및 간섭의 증가를 감소 또는 방지할 수 있다.For example, referring to 710, a node A and a node B are connected to form a link, and a link can be formed between the node A and the node C. At this time, if a node B and a node C are connected to form a link as in 720, a triangle topology in which nodes A, B, and C are connected in a triangle shape may be formed. At this time, referring to 730, when the node C is used as a reference, an interface and a channel can be efficiently used by selecting a link having a relatively higher SINR among the
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 송신 및 수신 파워 측정에 기초하여 토폴로지 제어 및 채널 할당을 수행한 결과를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a result of performing topology control and channel allocation based on transmission and reception power measurements in an embodiment of the present invention.
도 8에서, 토폴로지 제어 및 채널 할당 알고리즘(즉, TCCA 알고리즘)의 시뮬레이션 환경은 아래와 같을 수 있다.8, the simulation environment of the topology control and channel allocation algorithm (i.e., the TCCA algorithm) may be as follows.
토폴로지 구성은, 메쉬 라우터는 5*5(즉, 25개의 메쉬 라우터) 격자형으로 구성될 수 있으며, 각 노드 간 거리는 170 meters일 수 있다. 그리고, 각 메쉬 라우터는 격자형 현재 위치에서 랜덤으로 상하, 좌우로 -60meter~60meter 내에 재배치될 수 있다. 예컨대, 네트워크 사업자가 무선 메쉬 네트워크 구성 시 임의로 메쉬 라우터를 설치하게 되면 비효율적일 뿐만 아니라 망 구성에 따라 큰 성능 차이를 보이기 때문에, 격자 형태로 메쉬 라우터를 구성 하는 것이 가장 효율적이나 지리학적인 문제로 인해, 위와 같이 메쉬 라우터들(즉, 메쉬 노드들)이 격자형 현재 위치에서 랜덤으로 상하, 좌우 -60~+60 미터 내에 재배치될 수 있다.In the topology configuration, the mesh router may be configured as a grid of 5 * 5 (i.e., 25 mesh routers), and the distance between each node may be 170 meters. And, each mesh router can be rearranged within -60meter ~ 60meter from the grid current position randomly up and down, left and right. For example, if a network operator installs a mesh router arbitrarily in a wireless mesh network, it is inefficient and shows a large performance difference depending on the network configuration. Therefore, it is most efficient to construct a mesh router in a grid form, As mentioned above, mesh routers (i.e., mesh nodes) can be relocated within a grid-like current location randomly up and down, from -60 to +60 meters.
시뮬레이션 환경은 아래의 표 2와 같을 수 있다.The simulation environment can be as shown in Table 2 below.
TCCA알고리즘의 스테이지 1(state 1), 즉, 도 2의 220 단계에 해당하는 송수신 파워를 측정하는 동작은 시뮬레이션 시작 후 5초 이내에 완료되고, 다음으로 TCCA 알고리즘의 스테이지 2(stage 2), 즉, 도 2의 230 및 240 단계에 해당하는 토폴로지 그래프 생성 및 채널 할당 그래프 생성 동작이 10초 이내에 완료될 수 있다.The operation of measuring the transmit / receive power corresponding to stage 1 (state 1) of the TCCA algorithm, that is, the
이때, 트래픽 구성을 보면, 시뮬레이션 시간 100초 동안 100개의 TCP 플로우가 임의로 생성될 수 있으며, 각 플로우의 지속시간은 exponential 분포 10을 따를 수 있다. 트래픽 패턴을 보면, 50:50 traffic의 경우, 절반의 플로우는 G/W 메쉬 노드를 통해 들어오고 나가는 트래픽이고, 나머지 플로우는 무선 메쉬 네트워크 내의 P2P 트래픽에 해당할 수 있다. 0:100 traffic의 경우, 모든 플로우가 무선 메쉬 네트워크 내의 P2P 트래픽에 해당할 수 있다.In this case, 100 TCP flows can be arbitrarily generated for a simulation time of 100 seconds, and the duration of each flow can follow the
그리고, HWMP 라우팅 프로토콜에 따른 성능 분석이 수행될 수 있다. 예를 들어, GW 메쉬 노드 기반의 라우팅 경로 설정하는 프로액티브 모드 라우팅(Proactive mode routing)이 수행되고, 플로우 생성시 on-demand 방식으로 경로를 생성하는 리액티브 모드 라우팅(Reactive mode routing)이 수행될 수 있다.Performance analysis according to the HWMP routing protocol can be performed. For example, Proactive mode routing is performed to set up a routing path based on a GW mesh node, and reactive mode routing is performed to generate a path on-demand when a flow is generated. .
아래의 표 3은 각 메쉬 노드의 송신 파워 결과를 표 형태로 정리한 것이다.Table 3 below shows the transmission power results of each mesh node in tabular form.
도 8 및 표 3을 참고하면, 링크에 SINR이 가장 좋은 채널을 할당하기 때문에 채널이 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 각 노드의 송신 파워는 이웃 노드와의 거리가 고려되어 설정된 것임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 and Table 3, it can be confirmed that the channel is distributed evenly because the channel with the best SINR is allocated to the link. It can be confirmed that the transmission power of each node is set considering the distance from the neighboring node.
예를 들어, 노드 7(810)의 경우, 이웃 노드들(노드 6, 노드 8, 노드 12)와 연결하기 위해 송신 파워를 14dBm보다 크게 설정할 필요가 없으며, 노드 21(820)의 경우, 이웃 노드들(노드 16, 노드 22)와 연결하기 위해 송신 파워를 최소 21dBm으로 설정해야만 함을 확인할 수 있다.For example, in the case of
도 8에서, 노드 4(830)와 노드 15(840)는 처음에 이웃 노드가 하나였으나, 연결성 강화를 통해 이웃 노드가 2개가된 노드에 해당할 수 있다.In FIG. 8, node 4 (830) and node 15 (840) may correspond to a node having two neighboring nodes through connection enhancement although there was initially one neighboring node.
예를 들어, 노드 9(831)의 송신 파워의 레벨을 한 단계 증가시킴으로써, 링크 4-9(832)가 형성될 수 있다. 마찬가지로, 노드 10(841)의 송신 파워의 레벨을 한 단계 증가시킴으로써, 링크 10-15(842)가 형성될 수 있다. 그러면, 링크 4-9(832)와 링크 10-15(842)로 인해 노드 4(830)와 노드 15(840)는 연결성이 강화되었으며, 결국 해당 링크를 통해 트래픽이 분산될 수 있다.For example, by increasing the level of transmission power of
그리고, 도 8에서, 노드 집합(노드 7, 8, 12), (노드 9, 10, 14) 및 (노드 13, 14, 18)은 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지가 생성될 수 있으나, 트라이앵글 토폴로지 방지 프로세스를 통해 SINR이 상대적으로 높은 어느 하나의 링크를 선택하는 동작을 통해, 트라이앵글 토폴로지가 생성되지 않은 노드에 해당할 수 있다. 이처럼, 트라이앵글 토폴로지의 생성을 사전에 방지함으로써 링크와 채널을 효율적으로 사용할 수 있으며, 망 전체의 캐패시티(capacity)가 증가할 수 있고, 공간 채널 이용(spatial channel usage)이 가능할 수 있다.8, a triangle topology in which a node set (
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 처리량(throughput)과 E2E 지연 시간의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 10은 HWMP 프로액티브 모드(proactive mode)와 리액티브 모드(reactive mode)의 처리량(throughput)을 비교한 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing a result of performance analysis of throughput and E2E delay time in an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a graph showing a result of performance analysis of HWMP proactive mode and reactive mode And the throughput.
도 9 및 도 10의 그래프는 시뮬레이션의 정확한 결과를 위해 10번의 수행한 결과의 평균값에 기초하여 생성된 그래프이다. 도 9 및 도 10에서, 성능 분석 결과 비교 대상 알고리즘(Same power case)은 TCCA 알고리즘의 파워 제어하는 부분만 제외하고 같은 채널 할당 방법을 사용하는 경우 모든 노드의 송신 파워는 동일할 수 있다. The graphs of FIGS. 9 and 10 are graphs generated based on the average of the results of 10 runs for the exact results of the simulation. 9 and 10, as a result of the performance analysis, the transmission power of all the nodes may be the same when the same channel allocation method is used except for the power control part of the TCCA algorithm.
먼저, 도 9를 참고하면, 도 9의 910은 HWMP 프로액티브 모드(proactive mode)의 성능 분석 결과를 도시한 것이고, 920은 리액티브 모드(reactive mode)의 성능 분석 결과를 도시한 그래프이다.Referring to FIG. 9, a performance analysis result of the HWMP proactive mode is shown in 910 of FIG. 9, and a
HWMP 프로액티브 모드(proactive mode)(810)을 참고하면, 처리량(Throughput) 측면에서 TCCA 알고리즘이 Same power case 보다 더 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다. 그리고, E2E 지연시간의 경우 TCCA 알고리즘이 확연히 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다. Same power 경우 토폴로지가 최적화 되어있지 않고 채널 간섭이 높기 때문에 성능 저하를 보이는 반면 TCCA 알고리즘은 GW 노드의 연결성을 보장해주고, 메쉬 네트워크 토폴로지에 맞추어 전송파워를 조절하기 때문에 더 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다. 전체적으로 프로액티브(proactive) 모드의 경우 루트(root) 기반의 라우팅이기 때문에 GW 노드로 향하는 트래픽이 몰릴수록 성능 저하가 일어남을 확인할 수 있다.Referring to the HWMP
HWMP 리액티브 모드(reactive mode)(920)을 참고하면, HWMP 프로액티브 모드(proactive mode, 910)와 비슷한 경향을 보임을 확인할 수 있다. 즉, On-demand 기반의 리액티브(reactive) 모드는 P2P 트래픽이 많을 때 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다. 그리고, 트래픽이 GW 노드로 몰리지 않고 망 전체적으로 분산되기 때문에 프로액티브(proactive) 모드(910) 보다 더 낮은 지연시간을 보임을 확인할 수 있다.Referring to the HWMP
도 10을 참고하면, 50:50 트래픽(traffic)의 경우, 프로액티브 모드(1001)가 리액티브 모드(1002)보다 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있다. Referring to FIG. 10, in the case of 50:50 traffic, it can be seen that the
그리고, 0:100 트래픽(traffic)의 경우, 리액티브 모드(1003)가 프로액티브 모드(1004)보다 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있다. 도 10에 따르면, TCCA 알고리즘을 실시간으로 트래픽 패턴에 따라 HWMP 라우팅 프로토콜을 선택함으로써 성능을 향상시킴을 알 수 있다. 예를 들어, GW 노드로 트래픽이 몰리면 프로액티브 모드를 이용하고, P2P 트래픽이 많을 경우 리액티브 모드를 사용함으로써 성능(throughput)을 향상시킴을 알 수 있다.It can be seen that in the case of 0: 100 traffic, the reactive mode 1003 exhibits better performance than the proactive mode 1004. According to FIG. 10, it can be seen that the performance is improved by selecting the HWMP routing protocol according to the traffic pattern in real time in the TCCA algorithm. For example, it can be seen that throughput is improved by using proactive mode when traffic is crowded with GW node and by using reactive mode when there is a large amount of P2P traffic.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 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. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (18)
상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 단계;
측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬 노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 단계; 및
생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 단계
를 포함하고,
상기 측정하는 단계는,
미리 정의된 비콘 주기마다 미리 설정된 송신 파워로 비콘 패킷을 브로드캐스팅하는 단계;
상기 비콘 패킷에 대한 응답으로서 확인(ACK) 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정하는 단계;
상기 송신 파워 및 상기 수신 파워를 상기 확인 패킷을 전송한 해당 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장하는 단계;
상기 확인(ACK) 패킷에 기초하여 상기 비콘 주기에 현재 설정된 상기 송신 파워로 연결 가능한 이웃 노드의 개수를 갱신하는 단계; 및
갱신된 상기 이웃 노드의 개수가 인터페이스의 개수와 같아질 때까지 상기 송신 파워를 한 단계씩 증가시키는 단계
를 포함하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.A method of power control and channel allocation in a wire mesh network,
Measuring transmission and reception power of a neighboring node for a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network;
Generating a topology graph GT corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on the measured transmit and receive powers; And
Allocating a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes based on the generated topology graph and Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR)
Lt; / RTI >
Wherein the measuring step comprises:
Broadcasting a beacon packet at a predetermined transmit power for each predefined beacon period;
Measuring a received power when receiving an acknowledgment (ACK) packet as a response to the beacon packet;
Matching the transmission power and the reception power with an identifier of a corresponding mesh node to which the confirmation packet has been transmitted;
Updating the number of neighboring nodes connectable to the transmission power currently set in the beacon period based on the acknowledgment (ACK) packet; And
Incrementing the transmission power by one step until the number of updated neighbor nodes equals the number of interfaces
/ RTI > The method of claim 1,
상기 비콘 패킷을 수신할 때에 측정된 수신 파워 및 상기 송신 파워는, 상기 비콘 패킷을 수신한 이웃 노드에서 상기 비콘 패킷을 전송한 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.The method according to claim 1,
Wherein the received power and the transmit power measured when the beacon packet is received are matched with an identifier of a mesh node that has transmitted the beacon packet at a neighbor node that has received the beacon packet, Way.
상기 채널을 할당하는 단계는,
상기 복수의 메쉬 노드들 중 현재 연결된 이웃 노드가 하나인 경우, 송신 파워를 증가시켜 다른 이웃 노드와 연결되도록 연결성 강화를 수행하는 단계
를 포함하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.The method according to claim 1,
Wherein the assigning of the channel comprises:
When the number of the currently connected neighboring nodes is one among the plurality of mesh nodes, increasing the transmission power to perform connection enhancement so as to connect with other neighboring nodes
/ RTI > The method of claim 1,
상기 연결성 강화를 통해 상기 다른 이웃 노드와 연결됨에 따라 다중 경로가 생성됨에 따라 트래픽이 분산되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 방법. 6. The method of claim 5,
Wherein the traffic is distributed as the multipath is generated as the neighboring node is connected to the neighboring node through the connectivity enhancement.
상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 단계;
측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬 노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 단계; 및
생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 단계
를 포함하고,
상기 채널을 할당하는 단계는,
상기 복수의 메쉬 노드들을 대상으로 서로 이웃하는 세 개의 메쉬 노드가 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지(triangle topology)가 생성된 경우, 상기 세 개의 메쉬 노드 중 어느 하나의 노드를 기준으로 연결된 두 개의 이웃 노드에 해당하는 SINR에 기초하여 두 개의 이웃 노드에 해당하는 링크(link) 중 어느 하나의 링크를 선택하는 단계
를 포함하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.A method of power control and channel allocation in a wire mesh network,
Measuring transmission and reception power of a neighboring node for a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network;
Generating a topology graph GT corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on the measured transmit and receive powers; And
Allocating a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes based on the generated topology graph and Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR)
Lt; / RTI >
Wherein the assigning of the channel comprises:
When a triangle topology in which three neighboring mesh nodes are connected to each other in a triangle shape is generated for the plurality of mesh nodes, two neighboring nodes, which are connected based on any one of the three mesh nodes, Selecting one of the links corresponding to the two neighboring nodes based on the SINR corresponding to the neighboring node
/ RTI > The method of claim 1,
상기 채널을 할당하는 단계는,
상기 복수의 메쉬 노드들 중 외부망과 연결되는 게이트웨이(GW) 노드, 비 에지(non-edge) 노드 및 에지(edge) 노드 순서로 채널 할당을 수행하는 단계
를 포함하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.The method according to claim 1,
Wherein the assigning of the channel comprises:
Performing channel assignment in a sequence of a gateway (GW) node, a non-edge node, and an edge node connected to an external network among the plurality of mesh nodes
/ RTI > The method of claim 1,
상기 채널을 할당하는 단계는,
비콘 패킷을 수신 가능한 이웃 노드들을 대상으로, 이웃 노드들 각각에 해당하는 채널의 SINR을 계산하는 단계;
계산된 상기 SINR이 가장 높은 채널에 기초하여 채널 매트릭스(Channel Matrix)를 생성하는 단계;
생성된 상기 채널 매트릭스를 공통 채널(common channel)을 통해 상기 복수의 메쉬 노드들로 분배하는 단계; 및
분배된 상기 채널 매트릭스에 기초하여 기정의된 특정 시간에 채널 할당을 수행하는 단계
를 포함하는 전력 제어 및 채널 할당 방법.The method according to claim 1,
Wherein the assigning of the channel comprises:
Calculating an SINR of a channel corresponding to each of the neighboring nodes with respect to neighboring nodes capable of receiving a beacon packet;
Generating a channel matrix based on the calculated channel having the highest SINR;
Distributing the generated channel matrix to the plurality of mesh nodes through a common channel; And
Performing channel assignment at a predetermined specific time based on the distributed channel matrix
/ RTI > The method of claim 1,
상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 측정부;
측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬 노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 토폴로지 그래프 생성부; 및
생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 채널 할당부
를 포함하고,
상기 측정부는,
미리 정의된 비콘 주기마다 미리 설정된 송신 파워로 비콘 패킷을 브로드캐스팅하고, 상기 비콘 패킷에 대한 응답으로서 확인(ACK) 패킷을 수신할 때의 수신 파워를 측정하고, 상기 송신 파워 및 상기 수신 파워를 상기 확인 패킷을 전송한 해당 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장하고,
상기 확인(ACK) 패킷에 기초하여 상기 비콘 주기에 현재 설정된 상기 송신 파워로 연결 가능한 이웃 노드의 개수를 갱신하고, 갱신된 상기 이웃 노드의 개수가 인터페이스의 개수와 같아질 때까지 상기 송신 파워를 한 단계씩 증가시키는 것
을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.1. A power control and channel allocation system in a wire mesh network,
A measurement unit measuring a transmission power and a reception power of a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network;
A topology graph generation unit for generating a topology graph GT corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on the measured transmission and reception powers; And
A channel allocation unit for allocating a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes based on the generated topology graph and SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)
Lt; / RTI >
Wherein the measuring unit comprises:
Broadcasting a beacon packet at a predetermined transmission power per predetermined beacon period, measuring reception power when receiving an acknowledgment (ACK) packet as a response to the beacon packet, and transmitting the transmission power and the reception power Matches the identifier of the mesh node to which the confirmation packet is transmitted,
Updates the number of neighboring nodes connectable with the transmission power currently set in the beacon period based on the acknowledgment (ACK) packet, and updates the transmission power until the updated number of neighboring nodes becomes equal to the number of interfaces Step-by-step
Wherein the power control and channel allocation system comprises:
상기 비콘 패킷을 수신할 때에 측정된 수신 파워 및 상기 송신 파워는, 상기 비콘 패킷을 수신한 이웃 노드에서 상기 비콘 패킷을 전송한 메쉬 노드의 식별자와 매칭하여 저장하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.11. The method of claim 10,
Wherein the received power and the transmit power measured when the beacon packet is received are matched with an identifier of a mesh node that has transmitted the beacon packet at a neighbor node that has received the beacon packet, system.
상기 채널 할당부는,
상기 복수의 메쉬 노드들 중 현재 연결된 이웃 노드가 하나인 경우, 송신 파워를 증가시켜 다른 이웃 노드와 연결되도록 연결성 강화를 수행하는 것
을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.11. The method of claim 10,
The channel assigning unit,
If one of the plurality of mesh nodes is currently connected to one of the neighboring nodes, increasing the transmission power and enhancing connectivity so as to be connected to another neighboring node
Wherein the power control and channel allocation system comprises:
상기 연결성 강화를 통해 상기 다른 이웃 노드와 연결됨에 따라 다중 경로가 생성됨에 따라 트래픽이 분산되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템. 15. The method of claim 14,
And the traffic is distributed as the multipath is generated as the neighboring node is connected to the other neighbor through the connectivity enhancement.
상기 무선 메쉬 네트워크에 포함된 복수의 메쉬 노드들을 대상으로, 이웃 노드의 송신 및 수신 파워를 측정하는 측정부;
측정된 상기 송신 및 수신 파워에 기초하여 복수의 메쉬 노드들 및 메쉬 노드들 간의 링크 정보를 나타내는 상기 무선 메쉬 네트워크에 해당하는 토폴로지 그래프(topology graph) GT를 생성하는 토폴로지 그래프 생성부; 및
생성된 상기 토폴로지 그래프 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 복수의 메쉬 노드들 각각에 해당하는 채널을 할당하는 채널 할당부
를 포함하고,
상기 채널 할당부는,
상기 복수의 메쉬 노드들을 대상으로 서로 이웃하는 세 개의 메쉬 노드가 삼각형 형태로 연결되는 트라이앵글 토폴로지(triangle topology)가 생성된 경우, 상기 세 개의 메쉬 노드 중 어느 하나의 노드를 기준으로 연결된 두 개의 이웃 노드에 해당하는 SINR에 기초하여 두 개의 이웃 노드에 해당하는 링크(link) 중 어느 하나의 링크를 선택하는 것
을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.1. A power control and channel allocation system in a wire mesh network,
A measurement unit measuring a transmission power and a reception power of a plurality of mesh nodes included in the wireless mesh network;
A topology graph generation unit for generating a topology graph GT corresponding to the wireless mesh network indicating link information between a plurality of mesh nodes and mesh nodes based on the measured transmission and reception powers; And
A channel allocation unit for allocating a channel corresponding to each of the plurality of mesh nodes based on the generated topology graph and SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)
Lt; / RTI >
The channel assigning unit,
When a triangle topology in which three neighboring mesh nodes are connected to each other in a triangle shape is generated for the plurality of mesh nodes, two neighboring nodes, which are connected based on any one of the three mesh nodes, And selecting one of the links corresponding to the two neighboring nodes based on the SINR corresponding to the neighboring node
Wherein the power control and channel allocation system comprises:
상기 채널 할당부는,
상기 복수의 메쉬 노드들 중 외부망과 연결되는 게이트웨이(GW) 노드, 비 에지(non-edge) 노드 및 에지(edge) 노드 순서로 채널 할당을 수행하는 것
을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.11. The method of claim 10,
The channel assigning unit,
Performing channel allocation in the order of a gateway (GW) node, a non-edge node, and an edge node connected to an external network among the plurality of mesh nodes
Wherein the power control and channel allocation system comprises:
상기 채널 할당부는,
비콘 패킷을 수신 가능한 이웃 노드들을 대상으로, 이웃 노드들 각각에 해당하는 채널의 SINR을 계산하고, 계산된 상기 SINR이 가장 높은 채널에 기초하여 채널 매트릭스(Channel Matrix)를 생성하고, 생성된 상기 채널 매트릭스를 공통 채널(common channel)을 통해 상기 복수의 메쉬 노드들로 분배하고, 분배된 상기 채널 매트릭스에 기초하여 기정의된 특정 시간에 채널 할당을 수행하는 것
을 특징으로 하는 전력 제어 및 채널 할당 시스템.11. The method of claim 10,
The channel assigning unit,
Calculates a SINR of a channel corresponding to each of neighboring nodes that are capable of receiving a beacon packet, generates a channel matrix based on the calculated channel having the highest SINR, Distributing the matrix to the plurality of mesh nodes via a common channel and performing channel assignment at a predetermined specific time based on the distributed channel matrix
Wherein the power control and channel allocation system comprises:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020170025007A KR101866685B1 (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Method and system for topology controlled channel assignment with power control in wireless mesh network |
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