KR101977297B1 - 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치 - Google Patents

무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101977297B1
KR101977297B1 KR1020170108841A KR20170108841A KR101977297B1 KR 101977297 B1 KR101977297 B1 KR 101977297B1 KR 1020170108841 A KR1020170108841 A KR 1020170108841A KR 20170108841 A KR20170108841 A KR 20170108841A KR 101977297 B1 KR101977297 B1 KR 101977297B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
packet
node
power intensity
transmission power
energy efficiency
Prior art date
Application number
KR1020170108841A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190023313A (ko
Inventor
황호영
김호성
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020170108841A priority Critical patent/KR101977297B1/ko
Publication of KR20190023313A publication Critical patent/KR20190023313A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101977297B1 publication Critical patent/KR101977297B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H04W52/46—TPC being performed in particular situations in multi hop networks, e.g. wireless relay networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/22—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing using selective relaying for reaching a BTS [Base Transceiver Station] or an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/26—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service]
    • H04W52/262—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account adaptive modulation and coding [AMC] scheme

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치가 개시된다. 소스 노드는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 포함하는 제1 패킷을 생성하고, 제1 패킷에 적어도 하나 이상의 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 추가하여 제2 패킷으로 캡슐화한 후 이를 중계 노드를 경유하여 상기 허브 노드로 전송하되, 전송 전력 세기는 상기 소스 노드와 상기 허브 노드 사이의 홉 수 또는 페이로드 길이에 따라 에너지 효율이 최대가 되도록 결정된다.

Description

무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치{Communication method and apparatus in wireless body area network}
본 발명은 무선 인체 영역 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중계 노드를 포함하는 다중 홉 환경의 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 다양한 분야에서 사람의 신체 위에 기기를 부착하거나 신체 속에 기기를 심는 형태로 통신하는 무선 인체 영역 네트워크(WBAN, Wireless Body Area Network)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 무선 인체 영역 네트워크를 위한 기기들은 사람의 신체와 밀착되어 있고 의료 목적으로도 사용되기 때문에 제한된 전력이 요구된다. 또한, 인체 위나 인체 속에서 기기들 간에 무선으로 통신이 이루어지기 때문에 이들 기기에 대한 배터리 소모 문제도 해결되어야 할 문제이다. 따라서 무선 인체 영역 네트워크에서 에너지 효율은 중요한 문제로 주목받고 있다.
등록특허공보 제10-1506041호 "WBAN에서 통신 방법 및 장치"
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무선 인체 영역 네트워크에서 에너지 효율이 높은 방법으로 통신할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 일 예는, 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법에 있어서, 소스 노드는 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 포함하는 제1 패킷을 생성하고, 상기 제1 패킷에 적어도 하나 이상의 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 추가하여 제2 패킷으로 캡슐화하는 단계; 및 상기 소스 노드는 상기 제2 패킷을 중계 노드를 경유하여 상기 허브 노드로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 전송하는 단계는, 상기 소스 노드와 상기 허브 노드 사이의 홉 수 또는 페이로드 길이에 따라 에너지 효율이 최대가 되는 전송 전력 세기를 결정하는 단계를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 다른 예는, 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법에 있어서, 소스 노드는 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 포함하는 제1 패킷을 생성하고, 상기 제1 패킷에 적어도 하나 이상의 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 추가하여 제2 패킷으로 캡슐화하는 단계; 및 상기 소스 노드는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 경유하여 기 설정된 전송 전력 세기로 상기 제2 패킷을 상기 허브 노드로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 적어도 하나 이상의 중계 노드는, 상기 전송 전력 세기에서 에너지 효율이 최대화되는 홉 수 또는 홉 사이의 거리를 기초로 배치된다.
본 발명에 따르면, 무선 인체 영역 네트워크에서 최적의 에너지 효율로 통신이 가능하다. 다중 홉 전송 환경에서 노드의 전송 전력 세기를 최적화하여 각 노드의 배터리 소모 문제를 해결할 수 있다. 또한, 각 노드의 전송 전력 세기에 따른 최적의 홉 수 및 홉 사이의 거리를 파악하여 중계 노드를 배치할 수 있다. 또한, 에너지 효율을 최대화할 수 있는 인코딩 방법 및 페이로드의 길이를 기초로 통신이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 인체 영역 네트워크의 적용 예를 도시한 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 개념을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크에서 사용하는 물리 계층의 UWB(Ultra Wide Band) 패킷 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신을 위한 캡슐화 개념을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크에서 에너지 효율을 최적화하는 파라메타를 구하는 방법의 일 예를 도시한 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 일 예를 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크의 소스 노드의 일 예를 도시한 도면,
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라, 페이로드 길이 및 홉 수에 따른 패킷 전송 성공률 및 에너지 효율을 각각 도시한 그래프, 그리고,
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따라, 인코딩 방법 및 홉 수에 따른 패킷 전송 성공률 및 에너지 효율을 각각 도시한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 무선 인체 영역 네트워크의 적용 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 인체 내 또는 인체 위에 적어도 하나 이상의 노드(100,110,120,130)가 존재한다. 각 노드(100,110,120,130)는 무선통신이 가능한 물리적 장치이며 각자 배터리를 포함하고 있다.
소스 노드(100,130)와 최종 목적지인 허브 노드(140)는 직접 패킷을 송수신하거나 적어도 하나 이상의 노드(110,120)를 경유하여 패킷을 송수신할 수 있다. 이하에서는, 패킷을 전송하는 노드(100,130)를 소스 노드라고 하고, 패킷의 최종 목적지인 노드를 허브 노드(140)라고 하며, 소스 노드(100,130)와 허브 노드(140) 사이에서 패킷을 중계하는 노드를 중계 노드(110,120)라고 한다.
예를 들어, 제1 소스 노드(100)가 허브 노드(140)에 패킷을 전송할 때, 패킷은 제1 소스 노드(100)와 허브 노드(140) 사이에 위치하에 두 개의 중계 노드(110,120)를 경유하여 전송된다. 다른 예로, 제2 소스 노드(130)가 허브 노드(140)에 패킷을 전송할 때, 패킷은 하나의 중계 노드(120)를 경유하여 전송된다.
본 실시 예는 허브 노드(140)를 인체 외부에 존재하는 것으로 도시하고 있으나, 실시 예에 따라 허브 노드(140)는 인체 내 또는 인체 위에 존재할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 개념을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 소스 노드(200)와 허브 노드(220)는 하나의 중계 노드(210)를 경유하여 패킷을 송수신하므로 소스 노드(200)와 허브 노드(220) 사이의 통신은 2홉(hop) 통신으로 구성된다.
도 3을 참조하면, 소스 노드(300)와 허브 노드(330)는 두 개의 중계 노드(310,320)를 경유하여 패킷을 송수신하므로 소스 노드(300)와 허브 노드(330) 사이는 3홉 통신으로 구성된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 실시 예에 따라 중계 노드 없이 소스 노드와 허브 노드 사이에 통신이 직접 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 4개 이상의 중계 노드를 포함할 수 있는 등 다양하게 변형 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크에서 사용하는 물리 계층의 UWB(Ultra Wide Band) 패킷 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, UWB 패킷(400)은 IEEE 802,15.6 표준에 따라 SHR(Synchronization Header)(410), PHR(Physical Layer Header)(420) 및 PSDU(Physical Layer Service Data Unit)(430)로 구성된다.
SHR(410)은 프리앰블(preamble) 및 SFD(Start of Frame Delimiter)로 구성되고, PHR(420)은 물리 계층 헤더(PHY Header), 체크썸(checksum) 및 패리티 비트(parity bits)로 구성된다.
PSDU(430)는 MPDU(MAC Protocol Data Unit), 패리티 비트 및 패드 비트(pad bits)로 구성되고, MPDU는 MAC 헤더, 페이로드 및 FCS(Frame Check Sequence)로 구성된다. 소스 노드가 허브 노드에 전송할 데이터는 MPDU의 페이로드(payload)에 포함된다.
패킷을 전송할 때 오류 제어를 위한 코딩 방법으로 전향 오류 정정(FEC, Forward Error Correction)의 블록부호(Block Code)의 일종인 BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 부호 방식이 사용될 수 있다. BCH 부호 방식은 BCH(n,k,t)로 표현되며, n,k,t는 각각 코드워드 길이, 데이터워드 길이, 정정가능 오류 개수를 나타낸다. 정정가능 오류 개수는 하나의 블록을 전송하는데 수정할 수 있는 비트의 길이를 의미한다.
예를 들어, SHR(410)의 프리앰블은 63 Kasami 시퀀스 4개 블록으로 구성되고, SFD는 반전된 63 Kasami 시퀀스 1개 블록으로 구성될 수 있다. 프리앰블의 전송에서 4개의 시퀀스 블록 중 한 개 블록만 전송이 성공하여도 프리앰블의 전송이 성공한 것으로 가정하면, SHR(410)의 전송 성공률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00001
여기서, p는 전송 전력 세기, d는 홉 사이의 거리를 나타낸다. PKasami(p,d)와 [1-(1-PKasami(p,d))4]는 각각 SFD 및 프리앰블의 전송 성공률을 나타낸다. 그리고 PKasami(p,d)는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00002
여기서, PBSR(Pb(p,d),n,t)은 n의 코드워드 길이와 t개의 정정가능 오류 개수로 인코딩된 블록에 대한 블록 전송 성공률(BSR, Block Success Rate)을 나타내고, Pb(p,d)는 OOK(on-off keying) 변조 기법을 사용하는 경우의 비트 에러율을 나타내고, r(p,d)는 전송 전력 세기 p와 홉 사이의 거리 d를 고려하여 계산한 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 나타낸다. Bl은 UWB 저대역의 대역폭, Rd는 인코딩된 비트의 데이터율, 10r( p,d )/ 10는 신호대잡음비를 dBm 단위에서 mW단위로 환산한 것을 의미하고, 또한 PL0은 경로손실의 초기값(dBm), α는 경로손실 계수, pn은 잡음세기(dBm)을 나타내고, X(σ)는 쉐도우 페이딩으로 σ(dBm)의 표준편차를 갖는 정규분포를 따른다.
PHR 필드의 전송 성공률은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00003
예를 들어, PHR이 24비트의 물리 계층 헤더, 4비트의 체크썸으로 구성되고, 단축 BCH(40,28)로부터 12비트의 패리티 비트를 포함하는 경우에, 코드워드 길이 n과 정정가능 오류 개수 t는 각각 40과 2이다.
한 블록은 코드워드의 길이인 63 비트로 인코딩되며 데이터워드 길이 이하인 블록은 비트 채우기를 통해 데이터워드 길이로 맞추어 인코딩된다. 따라서 PSDU의 전송 성공률은 페이로드의 길이에 따라 코드워드 블록의 개수가 변하므로, 코드워드 길이가 63비트이고 BCH(63,51,2)를 사용하는 경우에 페이로드의 길이를 고려한 PSDU의 전송 성공률은 다음과 같다.
Figure 112017083238961-pat00004
여기서, l은 페이로드 길이(bits)를 나타내고,
Figure 112017083238961-pat00005
은 페이로드 길이와 비트 채우기를 고려한 전체 코드워드 블록의 개수를 나타낸다.
최종적으로 한 패킷의 전송 성공률은 SHR, PHR, PSDU의 전송 성공률을 모두 곱해 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00006
본 실시 예의 UWB 패킷 구조는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예시에 불과하며 본 발명이 반드시 이 패킷 구조에 한정되는 것은 아니다. 실시 예에 따라 다른 패킷 구조가 사용될 수 있을 뿐만 아니라 IEEE 등의 표준에 따라 패킷 구조가 변경되면 변경된 패킷 구조를 본 발명의 실시 예에 그대로 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신을 위한 PSDU의 캡슐화 개념을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 소스 노드와 허브 노드는 도 2 및 도 3과 같이 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용하여 데이터를 전송하기 위하여 패킷을 캡슐화하여 전송한다.
예를 들어, 도 3과 같이 두 개의 중계 노드를 포함하는 3홉 통신인 경우에, 소스 노드는 실제 전송할 데이터를 페이로드(504)에 포함하고 최종 목적지인 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더(502)와 FCS(506)를 포함하는 제1 PSDU(500)를 생성한 후, 제2 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더(512) 및 FCS(516)와 제1 PSDU(500)를 페이로드(514)에 포함하는 캡슐화 과정을 통해 제2 PSDU(510)를 생성한다. 그리고 소스 노드는 제2 PSUD(510)에 제1 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더(522) 및 FCS(526)와 제2 PSDU(510)를 페이로드(524)에 포함하는 캡슐화 과정을 통해 제3 PSDU(520)를 생성한다.
소스 노드는 제3 PSDU(520)에 SHR, PHR을 추가하여 제1 및 제2 중계 노드를 경유하여 허브 노드로 전송한다. 이때 제3 PSDU(520)를 수신한 제1 중계 노드는 제3 PSDU(520)를 디코딩하여 자신의 정보를 담고 있는 MAC 헤더(522)와 FCS(526)를 제거하는 디캡슐화 과정을 통해 페이로드(524)에 포함된 제2 PSDU(510)를 얻은 후, 제2 PSDU(510)에 다시 SHR 및 PHR을 추가하여 제2 중계 노드로 전송한다. 제2 중계 노드는 제2 PSDU(510)를 수신하면 이를 디캡슐화하여 제1 PSDU(500)를 얻은 후, 제1 PSDU(500)에 SHR 및 PHR을 추가하여 제1 PSDU(500)를 허브 노드로 전송한다. 허브 노드는 제1 PSDU(500)의 페이로드(504)를 읽어 소스 노드가 전송한 데이터를 얻는다.
본 실시 예는 3홉의 경우를 도시하고 있으나, 중계 노드가 하나인 2홉인 경우에는 한 번의 캡슐화가 이루어지고, 4홉 이상인 경우에는 3번 이상의 캡슐화가 이루어진다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크에서 에너지 효율을 최적화하는 파라메타를 구하는 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
본 실시 예의 방법은 소스 노드, 허브 노드 또는 중계 노드 등 적어도 하나의 노드에 의해 수행되거나 노드 외의 별도 장치에 의해 수행될 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위한 본 실시 예의 방법을 수행하는 노드나 별도 장치를 통신 장치라고 한다.
도 6을 참조하면, 통신 장치는 패킷을 전송하는 노드의 전송 전력 세기, 소스 노드와 허브 노드 사이의 홉 수 및 홉 사이 거리, 페이로드 길이 등에 따른 소스 노드와 허브 노드 사이의 패킷 전송 성공률을 파악한다(S600).
예를 들어, 1홉 전송에서의 소스 노드와 허브 노드 사이의 패킷 전송 성공률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00007
여기서, l은 페이로드 길이, p는 전송 전력 세기, h는 홉수, d는 홉 사이의 거리를 나타내고, PSHR(p,dh =1) 및 PPHR(p,dh=1)는 각각 SHR과 PHR의 전송 성공률을 나타낸다. PPSDU(p,dh=1)는 PSDU의 전송 성공률을 나타낸다.
2홉 전송에서의 소스 노드와 허브 노드 사이의 패킷 전송 성공률과 3홉 전송에서의 소스 노드와 허브 노드 사이의 패킷 전송 성공률은 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00008
여기서, d1|h=2는 두 홉 전송에서 첫 번째 홉에 대한 거리, d2|h=2는 두 홉 전송에서 두 번째 홉에 대한 거리, LOH는 오버헤드에 대한 길이로 MAC 헤더와 FCS에 해당한다.
Figure 112017083238961-pat00009
여기서, d1|h=2, d2|h=2, d3|h=2는 각각 세 홉 전송에서 첫 번째, 두 번째, 세 번재 홉에 대한 거리를 나타낸다.
통신 장치는 패킷 전송이 성공한 경우에 페이로드의 전송을 위해 소모한 에너지 대 전체 소모 에너지의 비율을 기초로 에너지효율을 파악한다(S610). 예를 들어, 1홉, 2홉, 3홉의 각각에 대한 에너지 효율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017083238961-pat00010
여기서, EB(p)는 1비트를 전송하기 위해 소모되는 에너지를 나타내고 단위는 [J/bit]이다. LSHR, LPHR, LPSUD,1(l)은 각각 SHR, PHR, PSDU가 인코딩된 후의 길이로 단위는 [bit]이다. ESHR, EPHR, EPSUD,1(l)은 각각 SHR, PHR, PSDU을 인코딩 및 디코딩하는데 소모되는 에너지로 단위는 [J]이다.
Figure 112017083238961-pat00011
여기서, LPSDU,2(l)은 도 5에서 살펴본 제2 PSDU(510)가 인코딩된 후의 길이, EPSDU,2(l)는 제2 PDSU를 인코딩 및 디코딩하는데 소모되는 에너지를 나타낸다. 두 홉 전송에서 전체 소비 에너지는 위 수학식의 분모로 나타나는데, i=1일 때 중계 노드에서 허브 노드로 전송하는데 소모되는 에너지와 i=2일 때 소스 노드에서 중계 노드로 전송하는데 소모되는 에너지의 합이다.
Figure 112017083238961-pat00012
세 홉 전송에서 전체 소비 에너지는 위 수학식의 분모로 나타나는데, i=1일때 두 번째 중계 노드에서 허브 노드로 전송하는데 소모되는 에너지, i=2일때 첫 번째 중계 노드에서 두 번째 중계 노드로 전송하는데 소모되는 에너지, i=3일때 소스 노드에서 첫 번째 중계 노드로 전송하는데 소모되는 에너지의 합이다.
통신 장치는 에너지 효율을 최대화하는 전송 전력 세기, 홉 수, 홉 사이의 거리, 페이로드 길이 등을 파악한다(S620). 예를 들어, 실시 예에 따라 소스 노드와 허브 노드 사이에 중계 노드의 위치 및 개수, 페이로드 길이 등이 이미 정해져 있다면, 통신 장치는 위 수학식을 기초로 에너지 효율이 최대가 되는 전송 전력 세기를 결정할 수 있다. 다른 예로, 노드의 전송 전력 세기와 페이로드 길이가 결정되어 있다면, 통신 장치는 홉 수와 홉 사이의 거리에 따른 에너지 효율을 파악하여 에너지 효율이 최대가 되는 홉 수와 홉 사이 거리를 결정할 수 있다. 이 외에도, 통신 장치는 에너지 효율에 영향을 미치는 여러 파라메타를 조합하여 에너지 효율을 최대화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 소스 노드는 홉 수에 따라 패킷을 캡슐화한다(S700). 예를 들어, 소스 노드와 허브 노드가 두 개의 중계 노드를 경유하여 연결되는 3홉 통신인 경우에, 소스 노드는 도 5와 같이 두 번의 캡슐화 과정을 통해 패킷을 캡슐화한다. 이때 소스 노드는 허브 통신 경로에 존재하는 중계기에 대한 정보를 종래의 여러 방법을 통해 미리 알고 있다고 가정한다.
홉 수와 홉 사이의 거리, 페이로드 길이 등이 미리 결정되어 있는 경우에, 소스 노드는 에너지 효율을 최대화하는 전송 전력 세기를 결정한다(S710). 그리고 소스 노드는 결정한 전송 전력 세기로 캡슐화된 패킷을 중계 노드를 경유하여 허브 노드로 전송한다(S720). 이 외에도 소스 노드는 캡슐화된 패킷의 생성시 실시 예에 따라 페이로드 길이 또는 인코딩 방법 등을 에너지 효율을 고려하여 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 10 및 도 11과 같이 홉 수가 증가하는 경우에 더 낮은 전송 전력 세기에서 에너지 효율을 최적화화여 패킷 전송을 성공할 수 있으므로, 통신 장치는 홉 수와 반비례하는 전송 전력 세기를 결정할 수 있다. 실시 예에 따라 홉 수와 전송 전력 세기 간의 반비례 관계를 미리 파악하여 저장한 후 홉 수에 따른 전송 전력 세기를 바로 파악할 수 있다.
다른 예로, 도 10 및 도 11과 같이 페이로드 길이가 짧을수록 더 낮은 전송 전력 세기에서 에너지 효율을 최적화화여 패킷 전송을 성공할 수 있으므로, 통신 장치는 페이로드 길이에 비례하는 전송 전력 세기를 결정할 수 있다. 실시 예에 따라 페이로드 길이와 전송 전력 세기 간의 비례 관계를 미리 파악하여 저장한 후 페이로드의 길이에 따른 전송 전력 세기를 바로 파악할 수 있다.
또 다른 예로, 도 12 및 도 13과 같이 에러정정코드를 포함하는 인코딩 방법의 에러 정정 가능 길이가 길수록 더 낮은 전송 전력 세기에서 최대 전송 성공률에 도달하지만 에너지 효율은 더 낮아지므로, 통신 장치는 에러 정정 가능 길이를 기초로 적절한 전송 전력 세기를 결정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 소스 노드의 전송 전력 세기가 결정되어 있는 경우에, 통신 장치는 에너지 효율을 최대화하기 위한 홉 수 및 홉 사이의 거리 등을 결정한다(S800).
소스 노드는 패킷을 캡슐화하여 미리 결정된 전송 전력 세기를 이용하여 전송하되, 해당 패킷은 에너지 효율이 최대화되는 홉 수 또는 홉 사이의 거리를 기초로 배치된 중계 노드를 경유하여 전송된다(S810).
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 인체 영역 네트워크의 소스 노드의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 소스 노드는 캡슐화부(900), 최적화부(910) 및 전송부(920)를 포함한다.
캡슐화부(900)는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 경유하여 허브 노드와 연결된 경우에 각 중계 노드에 대한 정보를 포함하도록 패킷을 캡슐화한다. 예를 들어, 캡슐화부(900)는 최종 목적지인 허브 노드에 대한 패킷을 생성한 후 그 패킷을 중계 노드를 목적지로 하는 패킷의 페이로드에 캡슐화하여 추가한다. 중계 노드의 개수가 여러 개이면, 캡슐화부(900)는 여러 번의 캡슐화 과정을 수행한다.
최적화부(910)는 패킷 전송에 따른 에너지 효율이 최적화되는 전송 전력 세기, 페이로드 길이, 인코딩 방법, 홉 수 또는 홉 사이의 거리 등을 결정한다. 최적화부(910)는 전송 전력 세기 등의 여러 파라메타에 따른 시뮬레이션 과정을 통해 에너지 효율이 최적화되는 값을 파악할 수 있다. 예를 들어, 홉 수와 홉 사이의 거리가 이미 결정되어 있다면, 최적화부(910)는 에너지 효율이 최적화되는 전송 전력 세기를 결정할 수 있다. 다른 예로, 전송 전력 세기가 이미 결정되어 있다면, 최적화부는 에너지 효율이 최적화되는 홉수 또는 홉 사이의 거리를 결정할 수 있다.
전송부(920)는 최적화부(910)에 의해 최적화된 전송 전력 세기, 홉 수, 홉 사이의 거리 또는 페이로드 길이를 기초로 패킷을 전송한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라, 페이로드 길이 및 홉 수에 따른 패킷 전송 성공률 및 에너지 효율을 각각 도시한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 홉 수가 증가하면 소스 노드와 허브 노드 사이의 패킷 전송 성공률의 최대값이 더 낮은 전송 전력 세기에서 도달하는 것을 알 수 있다. 홉의 수가 많을수록 더 짧은 거리로 전송이 이루어지므로 낮은 전송 전력 세기에서도 전송이 가능하다. 동일 홉 수를 갖는 전송에서 서로 다른 페이로드 길이를 가지는 전송을 살펴보면, 작은 차이지만 페이로드 길이가 짧을수록 더 낮은 전력 전송 세기에서 전송이 가능함을 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 동일 페이로드 길이를 가지는 경우에 홉 수가 많을수록 더 낮은 전송 전력 세기에서 에너지 효율이 최대값에 도달하는 것을 알 수 있다. 그러나 홉의 수가 많을수록 전체 소비 에너지가 증가하기 때문에 에너지 효율의 최대값은 한 홉, 두 홉, 세 홉 전송 순서로 큰 것을 알 수 있다. 동일 홉 전송에 대해 서로 다른 페이로드 길이를 가지는 전송을 살펴보면, 도 10과 같이 페이로드 길이가 짧을수록 더 낮은 전송 전력 세기에서 전송이 가능함을 알 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따라, 인코딩 방법 및 홉 수에 따른 패킷 전송 성공률 및 에너지 효율을 각각 도시한 그래프이다.
도 12 및 도 13은 코딩 기법 BCH(63,51,2) 및 BCH(63,36,5)에 대한 평가 결과를 도시한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 더 많은 에러를 정정할 수 있는 BCH(63,36,5)가 BCH(63,51,2) 보다 더 낮은 전송 전력 세기에서 패킷 전송 성공률의 최대값에 도달함을 알 수 있다.
도 13을 참조하면, 더 많은 에러를 정정할 수 있는 BCH(63,36,5)가 BCH(63,51,2) 보다 더 낮은 전송 전력 세기에서 최대 전송 성공률에 도달하지만, 인코딩 후 늘어나는 패킷의 길이가 더 길고 인코딩 및 디코딩에 대한 에너지 소비가 더 크기 때문에 최대 에너지 효율은 더 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서 전송 전력 세기에 따라 전송 시 홉의 수 및 코딩 기법을 결정하여 효율적인 전송을 수행할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법에 있어서,
    소스 노드는 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 포함하는 제1 패킷을 생성하고, 상기 제1 패킷에 적어도 하나 이상의 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 추가하여 제2 패킷으로 캡슐화하는 단계; 및
    상기 소스 노드는 상기 제2 패킷을 중계 노드를 경유하여 상기 허브 노드로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 전송하는 단계는, 상기 소스 노드와 상기 허브 노드 사이의 홉 수 또는 페이로드 길이에 따라 에너지 효율이 최대가 되는 전송 전력 세기를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 전송 전력 세기를 결정하는 단계는,
    상기 소스 노드와 상기 허브 노드 사이의 각 홉에 대하여, 홉 사이의 거리, 페이로드 길이 및 전송 전력 세기에 따른 데이터 전송 성공률을 파악하는 단계;
    전체 홉에 대한 데이터 전송 성공률과 페이로드를 전송하는데 소요되는 에너지의 곱을, 각 노드에서 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는데 사용되는 에너지와 인코딩된 데이터를 전송하는데 소요되는 에너지의 합으로 나누어 에너지 효율을 파악하는 단계; 및
    상기 에너지 효율을 최대화하는 전송 전력 세기를 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 전력 세기는 홉 수와 반비례하고, 페이로드 길이와 비례하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전송하는 단계는,
    에러정정코드를 포함하는 인코딩 방법으로 상기 제2 패킷을 인코딩하는 단계; 및
    상기 인코딩 방법의 에러 정정 가능 길이를 기초로 상기 전송 전력 세기를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    중계 노드는 상기 제2 패킷을 수신하면 상기 제2 패킷을 디캡슐화하여 제1 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  6. 적어도 하나 이상의 중계 노드를 이용한 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법에 있어서,
    소스 노드는 허브 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 포함하는 제1 패킷을 생성하고, 상기 제1 패킷에 적어도 하나 이상의 중계 노드에 대한 정보를 포함하는 MAC 헤더와 FCS를 추가하여 제2 패킷으로 캡슐화하는 단계; 및
    상기 소스 노드는 적어도 하나 이상의 중계 노드를 경유하여 기 설정된 전송 전력 세기로 상기 제2 패킷을 상기 허브 노드로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나 이상의 중계 노드는, 상기 전송 전력 세기에서 에너지 효율이 최대화되는 홉 수 또는 홉 사이의 거리를 기초로 배치되고,
    상기 전송 전력 세기는,
    상기 소스 노드와 상기 허브 노드 사이의 각 홉에 대하여, 홉 사이의 거리, 페이로드 길이 및 전송 전력 세기에 따른 데이터 전송 성공률을 파악하는 단계;
    전체 홉에 대한 데이터 전송 성공률과 페이로드를 전송하는데 소요되는 에너지의 곱을, 각 노드에서 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는데 사용되는 에너지와 인코딩된 데이터를 전송하는데 소요되는 에너지의 합으로 나누어 에너지 효율을 파악하는 단계; 및
    상기 에너지 효율을 최대화하는 전송 전력 세기를 파악하는 단계;를 수행하여 파악되는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전송하는 단계는,
    상기 전송 전력 세기에서 에너지 효율이 최대화되는 인코딩 방법으로 상기 제2 패킷을 인코딩하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 제2 패킷으로 캡슐화하는 단계는,
    상기 전송 전력 세기에서 에너지 효율이 최대화되는 페이로드 길이를 가진 상기 제2 패킷을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020170108841A 2017-08-28 2017-08-28 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치 KR101977297B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170108841A KR101977297B1 (ko) 2017-08-28 2017-08-28 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170108841A KR101977297B1 (ko) 2017-08-28 2017-08-28 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190023313A KR20190023313A (ko) 2019-03-08
KR101977297B1 true KR101977297B1 (ko) 2019-05-10

Family

ID=65801340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170108841A KR101977297B1 (ko) 2017-08-28 2017-08-28 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101977297B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146850A (ja) * 2010-01-13 2011-07-28 Hitachi Ltd 無線マルチホップ通信装置及びその送信電力制御方法
JP2012095220A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Oki Electric Ind Co Ltd 無線通信装置、無線通信システム及び送信電力制御方法
JP2013115785A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Fujitsu Ltd 無線通信装置および無線通信方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1681785B1 (en) * 2003-09-24 2015-05-13 NEC Corporation Mobile communication system, radio base station, transmission power control method used therein, and program thereof
KR101506041B1 (ko) 2009-07-13 2015-03-26 삼성전자주식회사 Ｗｂａｎ에서 통신 방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146850A (ja) * 2010-01-13 2011-07-28 Hitachi Ltd 無線マルチホップ通信装置及びその送信電力制御方法
JP2012095220A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Oki Electric Ind Co Ltd 無線通信装置、無線通信システム及び送信電力制御方法
JP2013115785A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Fujitsu Ltd 無線通信装置および無線通信方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190023313A (ko) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104025488B (zh) 无线通信中用于生成和解码短控制帧的系统和方法
ES2766527T3 (es) Procedimientos y aparato para comunicaciones de múltiples usuarios en redes inalámbricas
ES2710320T3 (es) Aparatos y procedimientos para la compresión de cabeceras de control de acceso a medios
ES2642513T3 (es) Gestión de mensajes de confirmación desde varios destinos para transmisiones multiusuario MIMO
ES2724496T3 (es) Sistemas y procedimientos para la comunicación de información de estado de canal
JP6306147B2 (ja) ワイヤレス通信システムにおいてｎｄｐｃｆ＿ｅｎｄ制御フレームを生成し送信するための方法およびデバイス
Deepak et al. Improving energy efficiency of incremental relay based cooperative communications in wireless body area networks
US20110026429A1 (en) Network Coded Data Communication
ES2658063T3 (es) Aparatos y procedimientos para compresión de cabeceras mac
CN101222299A (zh) 对数据分组进行中继的中继设备
EP1958394A2 (en) Wireless systems and methods including cooperative communication medium access control
CN101971671A (zh) 多跳网络中的健壮编码
Zhang et al. Packet size optimization for goodput and energy efficiency enhancement in slotted IEEE 802.15. 4 networks
Munari et al. Phoenix: Making cooperation more efficient through network coding in wireless networks
KR101977297B1 (ko) 무선 인체 영역 네트워크에서의 통신 방법 및 그 장치
US11502951B2 (en) Network communication system with node energy reduction packet protocol
Aravind et al. Energy efficient and reliable communication in IEEE 802.15. 6 IR-UWB WBAN
Manirabona et al. Decode and merge cooperative MAC protocol for intra WBAN communication
Selinis et al. Eliminating the Use of IEEE 802.11 Acknowledgements; A Network Coding Approach
WO2019154065A1 (zh) 一种用于无线光通信的方法及通信装置
Paul et al. Frame length optimization in IEEE 802.15. 6 UWB cooperative body area networks
WO2022050018A1 (ja) 情報処理装置および情報処理方法
James et al. Enhanced packet delivery in delay limited rateless coded multihop networks
James et al. Spectrally efficient packet recovery in delay constrained rateless coded multihop networks
Mohana et al. Realization of MAC layer functions of ZigBee protocol stack in FPGA

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right