KR102171972B1 - 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법 - Google Patents

수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 본 발명의 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법은 복수의 송신 노드들 중에서 현재 웨이크-업 상태의 제1 송신 노드가 이전에 웨이크-업한 제2 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 참조하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 웨이크-업 스케쥴을 편성하는 단계와, 상기 복수의 송신 노드들 각각은 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 상기 수신 노드로 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법{METHOD FOR SCHEDULING DUTY CYCLE FOR UNDERWATER WIRELESS SENSOR NETWORKS}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 수중 무선 센서 네트워크에서 패킷 충돌을 회피할 수 있는 방법에 관한 것이다.
수중 무선 센서 네트워크는 수중에서 음파를 이용하여 무선 통신을 수행하는 센서 노드들과 수면에서 음파와 전자기파를 이용하여 통신을 수행하는 싱크 노드를 포함한다. 센서 노드들은 음파로 감지한 정보를 수면에 있는 싱크 노드에게 전송하고, 상기 싱크 노드는 상기 센서 노드들로부터 수신한 정보를 전자기파를 이용하여 지상에 있는 관제탑에 전송한다. 센서 노드는 자신의 통신 범위 내에 싱크 노드가 존재하지 않을 경우 근처의 센서 노드를 이용하여 싱크 노드에게 여러 홉(hop)을 걸쳐 감지한 정보를 전송한다.
공기에 비해 밀도가 높은 수중에서의 전송 특성은 좁은 대역폭, 높은 감쇠, 및 느린 전파 속도를 가지므로, 음파를 이용한 통신이 주로 이용된다. 그러나, 수중에서 음파를 이용한 통신은 전파 지연(propagation delay), 이용 가능한 대역폭 제한, 도플러 확산(doppler spread), 다중경로(multipath), 잡음(noise), 높은 경로 손실(path loss), 및 낮은 배터리 전력과 같은 한계가 있다.
이러한 한계로 인해, 수중 네트워크에서의 패킷 충돌(packet collision)은 지상파 네트워크에서의 패킷 충돌보다 더욱 치명적이다. 예컨대, 패킷 충돌로 인해 패킷 재전송과 같은 복구 과정을 추가적으로 수행할 때 느린 전파 속도로 인해 통신의 실시간성을 떨어뜨리고 더 많은 전력 소모를 일으킨다.
등록특허공보 제10-0810661호에는 무선 자원 할당 장치가 송신 노드들의 잔여 에너지 크기를 이용하여 상기 송신 노드들로 타임 슬롯을 할당하는 발명이 개시되어 있다. 그러나, 상기 선행기술문헌은 수중 네트워크에서의 패킷 충돌 문제를 여전히 가지고 있다.
등록특허공보 제10-0810661호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법은 송신 노드들 각각의 다음 웨이크-업 시간을 고려하여 상기 송신 노드들의 전송 스케쥴을 결정하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법은 복수의 송신 노드들 중에서 현재 웨이크-업 상태의 제2 송신 노드가 이전에 웨이크-업한 제1 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 참조하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 웨이크-업 스케쥴을 편성하는 단계와, 상기 복수의 송신 노드들 각각은 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 상기 수신 노드로 데이터 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 수신 노드는 상기 복수의 송신 노드들 각각으로부터 상기 데이터 패킷을 수신하기 위해 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 상기 제2 송신 노드는 이후에 웨이크-업한 제3 송신 노드가 상기 송신 노드로 상기 웨이크-업 스케쥴을 전송하도록 상기 제3 송신 노드로 상기 웨이크-업 스케쥴을 전송하는 단계와, 상기 제2 송신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 제2 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법은 복수의 송신 노드들 각각의 다음 웨이크-업 시간을 포함하는 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계와, 상기 복수의 송신 노드들 각각은 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 상기 수신 노드로 데이터 패킷을 전송하는 단계와, 상기 수신 노드는 상기 복수의 송신 노드들 각각으로부터 상기 데이터 패킷을 수신하기 위해 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계를 포함한다.
상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계는, 상기 복수의 송신 노드들 중에서 가장 먼저 웨이크-업한 제1 웨이크-업 송신 노드가 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송하는 단계와, 상기 제1 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업한 이후에 웨이크-업한 제2 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드로부터 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 수신하는 단계와, 상기 제2 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 이용하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간과 함께 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송하는 단계와, 상기 제2 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업한 이후에 웨이크-업한 제3 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간과 상기 제2 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 포함하는 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 제3 웨이크-업 송신 노드가 데이터 패킷과 함께 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 피기백하여 전송하는 단계와, 상기 제3 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업한 이후에 웨이크-업한 수신 노드가 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블과 상기 데이터 패킷을 수신하는 단계와, 상기 데이터 패킷을 수신한 후 상기 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블에 포함된 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 더 포함한다.
상기 수신 노드가 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계는, 상기 수신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간에 맞춰 웨이크-업하는 단계와, 상기 제1 웨이크-업 송신 노드로부터 데이터 패킷을 수신하는 단계와, 상기 데이터 패킷을 수신한 후 상기 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블에 포함된 상기 제2 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계를 포함한다.
상기 제1 웨이크-업 송신 노드가 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송한 후 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 자신의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법은 송신 노드들 각각의 다음 웨이크-업 시간을 고려하여 상기 송신 노드들의 전송 스케쥴을 결정함으로써, 상기 송신 노드들이 동시에 패킷을 전송하고자 하는 경우에도 패킷 충돌을 회피할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 패킷 충돌을 회피함으로써 데이터 처리량이 증가하고, 에너지 소모량을 줄임으로써 전체적인 네트워크 수명이 증가하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 RI-MAC에서 패킷 충돌을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법을 설명하기 위한 타임 테이블을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비컨 신호와 데이터 패킷을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 잔여 에너지 테이블을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 수신 노드의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다.
도 1은 RI-MAC에서 패킷 충돌을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 수신자 기반의 MAC(receiver-initiated MAC(RI-MAC))은 비동기 듀티 사이클 방식으로, 수신 노드(A)의 웨이크업 시간에 기초하여 송신 노드들의 웨이크업 스케쥴을 조절하는 것이다. RI-MAC에서, 송신 노드(B, C, 또는 D)는 패킷을 전송하기 전에 항상 채널을 듣고(listen)있다가, 수신 노드(A)가 웨이크업 하고 비컨을 전송하면, 전송 노드(B, C, 또는 D)는 비컨을 수신하고 패킷을 전달한다.
이 때, 다중 전송 노드들(B, C, D)이 동시에 패킷을 전송하는 경우, 패킷 충돌이 발생할 수 있다.
본 발명은 수중 무선 센서 네트워크에서 송신 노드들 각각의 다음 웨이크-업 시간을 고려하여 상기 송신 노드들의 전송 스케쥴을 결정함으로써 상기 송신 노드들이 동시에 패킷을 전송하고자 하는 경우에도 패킷 충돌을 회피할 수 있는 동적 듀티 사이클을 조절 방법에 관한 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시 예 및 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상술한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 수중 무선 센서 네트워크(10)는 수중 음향 링크들을 사용하여 선택된 영역에서 감지한 정보를 제공하기 위해 배치된 다양한 수의 감지 노드들, 즉 수신 노드(receiver node; R)와 복수의 송신 노드들(sender nodes; S1 내지 S8)로 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법을 설명하기 위한 타임 테이블을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 통신은 수신 노드 슬립 모드와 수신 노드 웨이크-업 모드 두 부분으로 나눌 수 있다.
수신 노드 슬립 모드
수신 노드(R)가 슬립 모드일 때, 수신 노드(R)에게 전송할 데이터가 있는 송신 노드들(A,B,C) 중에서 가장 먼저 웨이크-업한 송신 노드(A)는 클리어 채널 평가(clear channel assessment(CCA))를 수행한 후, 채널이 비어 있으면 웨이크-업 비컨(wake-up beacon(WB)) 패킷을 브로드캐스트한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비컨 신호와 데이터 패킷을 나타낸다. 도 4를 참조하면, WB 패킷은 프레임 제어 필드, 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드(또는 목적지 ID 필드), 및 웨이크-업 시간 필드를 포함할 수 있다. 예컨대, 프레임 제어 필드의 크기는 2 octets 이고, 프레임 제어 필드는 프레임 유형(frame type), 단편화 오프셋(fragmentation offset), 단편화 시작점(fragmentation start), 단편화 끝점(fragmentation end), 및 보안(security) 정보를 포함할 수 있다.
송신자 ID 필드의 크기는 1 octet 이고 송신자 ID 필드는 송신 노드를 식별하기 위한 송신 노드 ID를 포함할 수 있다. 수신자 ID 필드의 크기는 1 octet 이고, 수신자 ID 필드는 수신 노드를 식별하기 위한 수신 노드 ID를 포함할 수 있다. 웨이크-업 시간 필드의 크기는 1 octet 이고, 웨이크-업 시간 필드는 송신 노드 자신의 현재 웨이크-업 시간을 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 송신 노드(A)는 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(A)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)을 식별하기 위한 ID), 및 송신 노드(A) 자신의 현재 웨이크-업 시간을 포함하는 WB 패킷을 브로드캐스트한다.
송신 노드(A)보다 먼저 일어난 송신 노드가 있다면, 송신 노드(A)는 가장 첫 번째로 일어난 송신 노드로부터 웨이크-업 비컨 응답(wake-up beacon reply(WBR)) 패킷을 수신할 수 있다.
그러나, 송신 노드(A)가 WB 패킷에 대한 WBR 패킷을 수신하지 못하면 송신 노드(A)는 자신이 가장 먼저 일어난 송신 노드 즉, 제1 웨이크-업 노드라고 판단하고, 다른 송신 노드들로부터 패킷이 수신될 때까지 웨이크-업 상태로 대기한다.
이 후, 송신 노드(B)가 웨이크-업하고, 웨이크-업 상태의 송신 노드(B)가 WB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, WB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(B)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)을 식별하기 위한 ID), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 송신 노드(B) 자신의 현재 웨이크-업 시간)을 포함할 수 있다. 송신 노드(B)는 WB 패킷을 브로드캐스트한 후 계속 채널을 듣는다.
제1 웨이크-업 노드(A)는 송신 노드(B)로부터 WB 패킷을 수신한다. 제1 웨이크-업 노드(A)는 자신의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 포함하는 웨이크-업 스케줄(wake-up schedule(WU)) 테이블을 생성한다. 제1 웨이크-업 노드(A)는 WU 테이블을 포함하는 WBR 패킷을 브로드캐스트하고, 제1 웨이크-업 노드(A)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
도 4에 도시된 바와 같이, WBR 패킷은 프레임 제어 필드, 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드, 및 WU 테이블을 포함할 수 있다. 예컨대, 송신자 ID 필드는 송신 노드(A)를 식별하기 위한 송신 노드 ID를 포함할 수 있고, 수신자 ID 필드는 수신 노드(B)를 식별하기 위한 수신 노드 ID를 포함할 수 있다. WU 테이블에는 제1 웨이크-업 노드(A) 자신의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 WU 테이블을 나타낸다. 도 5를 참조하면, WU 테이블은 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드, 및 송신자 ID 에 대응하는 자신의 다음 웨이크-업 시간 필드를 포함할 수 있다. 제1 웨이크업 노드(A)는 WU 테이블에 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(A)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)을 식별하기 위한 ID), 및 제1 웨이크-업 노드(A) 자신의 다음 웨이크-업 시간을 포함하는 WU 테이블을 생성할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제1 웨이크-업 노드(A)는 자신의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 포함하는 WU 테이블을 생성하고, 생성된 WU 테이블을 포함하는 WBR 패킷을 브로드캐스트한다. 제1 웨이크-업 노드(A)는 WBR 패킷을 브로드캐스트한 후 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
송신 노드(B)가 제1 웨이크-업 노드(A)로부터 WBR 패킷을 수신하면, 송신 노드(B)는 제1 웨이크-업 노드(A)로부터 수신된 WU 테이블을 참조하여 자신의 WU 테이블에 제1 웨이크-업 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 업데이트한다. 송신 노드(B)는 자신의 WU 테이블을 업데이트하고 계속 채널을 듣는다.
이 후, 송신 노드(C)가 웨이크-업 하고, 웨이크-업 상태의 송신 노드(C)가 WB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, WB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(C)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)를 식별하기 위한 ID), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 송신 노드(C) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보)를 포함할 수 있다. 송신 노드(C)는 WB 패킷을 브로드캐스트한 후 계속 채널을 듣는다.
송신 노드(B)가 송신 노드(C)로부터 WB 패킷을 수신하면, 송신 노드(B)는 제1 웨이크-업 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간과 제1 웨이크-업 노드(A)가 비컨 패킷을 전송하는데 필요한 시간을 고려하여 송신 노드(B) 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산한다. 다시 말하면, 송신 노드(B)는 제1 웨이크-업 노드(A)와 패킷 충돌을 회피할 수 있도록 자신의 다음 웨이크-업 시간을 조절한다.
송신 노드(B)는 자신의 WU 테이블에 송신 노드(B) 자신의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 저장한다. 따라서, 송신 노드(B)의 WU 테이블에는 제1 웨이크-업 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보와 송신 노드(B)의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 포함한다.
송신 노드(B)는 프레임 제어 정보, 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(B)의 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(C)을 식별하기 위한 ID), 및 WU 테이블(예컨대, 송신 노드(B)의 WU 테이블)을 포함하는 WBR 패킷을 생성한다. 송신 노드(B)는 WBR 패킷을 브로드캐스트하고, 송신 노드(B)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
송신 노드(C)가 송신 노드(B)로부터 WBR 패킷을 수신하면, 송신 노드(C)는 송신 노드(B)로부터 수신된 WU 테이블을 참조하여 자신의 WU 테이블에 제1 웨이크-업 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보와 송신 노드(B)의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 업데이트한다.
현재 웨이크-업 상태의 송신 노드가 이전에 웨이크-업한 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간에 기초하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 현재 웨이크-업 상태의 송신 노드는 이전에 웨이크-업한 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간과 함께 자신의 다음 웨이크-업 시간을 이후에 웨이크-업하는 송신 노드에게 전송하는 방식으로 송신 노드들(A, B, 및 C)의 전송 스케쥴을 결정함으로써 최적의 듀티 사이클을 조절할 수 있다.
수신 노드 웨이크-업 모드
수신 노드(R)가 웨이크-업하면 수신 노드(R)는 CCA를 수행한 후, 채널이 비어 있으면 RWB 패킷을 브로드캐스트한다.
도 4에 도시된 바와 같이, RWB 패킷은 WB 패킷의 구조와 동일하다, 예컨대, RWB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)가 처음 웨이크-업한 경우에 어떤 송신 노드가 자신에게 데이터를 전송하려고 하는지 모르기 때문에 이 경우에는 브로드캐스트로 표기됨), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 수신 노드(R) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보)를 포함할 수 있다.
수신 노드(R)가 RWB 패킷을 브로드캐스트하면, 송신 노드(C)는 RWB 패킷에 응답하여 데이터 패킷과 함께 WU 테이블을 피기백(piggyback)하여 수신 노드(R)에게 전송한다. 도 4에 도시된 바와 같이 데이터 패킷은 프레임 제어 필드, 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드, 및 데이터를 포함할 수 있다. 예컨대, 송신자 ID 필드는 송신 노드(C)를 식별하기 위한 ID를 포함할 수 있고, 수신자 ID는 수신 노드(R)를 식별하기 위한 ID를 포함할 수 있다.
수신 노드(R)가 송신 노드(C)로부터 WU 테이블과 함께 데이터 패킷을 수신하면, 수신 노드(R)는 송신 노드(C)로 데이터를 정상적으로 수신하였음을 나타내는 응답(ACK)을 전송한다. 송신 노드(C)는 수신 노드(R)로부터 응답(ACK)을 수신하고, 송신 노드(C)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
수신 노드(R)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다. 이 때, 수신 노드(R)는 송신 노드(C)로부터 수신된 WU 테이블을 참조하여 송신 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지한다.
수신 노드(R)는 송신 노드(A)의 다음 웨이크-업 시간에 맞춰 웨이크-업하고, 송신 노드(A)는 웨이크-업 하자마자 CCA를 수행한 후, 채널이 비어 있으면, 상기 채널로 WB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, WB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(A)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)을 식별하기 위한 ID), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 송신 노드(A) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보)를 포함할 수 있다.
송신 노드(A)로부터 WB 패킷을 수신한 수신 노드(R)는 RWB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, RWB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 송신 노드(A)를 식별하기 위한 ID), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 수신 노드(R) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보)를 포함할 수 있다.
수신 노드(R) 로부터 RWB 패킷을 수신한 송신 노드(A)는 RWB 패킷에 응답하여 수신 노드(R)로 데이터 패킷을 전송한다. 송신 노드(A)로부터 데이터 패킷을 수신한 수신 노드(R)는 데이터를 정상적으로 수신하였음을 나타내는 응답(ACK)을 송신 노드(A)로 전송한다. 송신 노드(A)는 수신 노드(R)로부터 전송된 응답(ACK)에 응답하여 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
수신 노드(R)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고 송신 노드(B)의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지한다.
수신 노드(R)는 송신 노드(B)의 다음 웨이크-업 시간에 맞춰 웨이크-업하고, 송신 노드(B)는 웨이크-업 하자마자 CCA를 수행한 후, 채널이 비어 있으면, 상기 채널로 WB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, WB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 송신 노드(B)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)을 식별하기 위한 ID), 및 송신 노드(B) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보를 포함한다.
송신 노드(B)로부터 WB 패킷을 수신한 수신 노드(R)는 RWB 패킷을 브로드캐스트한다. 예컨대, RWB 패킷은 송신자 ID(예컨대, 수신 노드(R)를 식별하기 위한 ID), 수신자 ID(예컨대, 송신 노드(B)을 식별하기 위한 ID), 및 웨이크-업 시간(예컨대, 수신 노드(R) 자신의 현재 웨이크-업 시간에 대한 정보)를 포함할 수 있다.
수신 노드(R) 로부터 RWB 패킷을 수신한 송신 노드(B)는 RWB 패킷에 응답하여 수신 노드(R)로 데이터 패킷을 전송한다.
송신 노드(B)로부터 데이터 패킷을 수신한 수신 노드(R)는 데이터를 정상적으로 수신하였음을 나타내는 응답(ACK)을 송신 노드(B)로 전송한다. 송신 노드(B)는 수신 노드(R)로부터 전송된 응답(ACK)에 응답하여 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다. 수신 노드(R)는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 수신 노드의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 송신 노드가 웨이크-업하고(S110), 채널 사용중 여부를 감지하기 위해 채널을 듣고(listen) 있다가(S115), 채널이 비어 있으면, 상기 채널로 WB 패킷을 브로드캐스트한다(S120). 송신 노드는 WB 패킷을 브로드캐스트한 후 계속 채널을 듣는다(S125). 이하, (1), (2), (3), (4)의 4가지 경우로 나누어 설명한다.
(1) 송신 노드가 WBR 패킷을 수신하면(S130의 YES), 상기 송신 노드는 상기 WBR 패킷에 포함된 WU 테이블의 데이터를 자신의 WU 테이블에 업데이트하고(S135) 계속 채널을 듣는다.
(2) 송신 노드는 WBR 패킷이 수신되지 않고(S130의 NO) 다른 송신 노드로부터 WB 패킷을 수신하면(S140의 YES), 자신이 가장 먼저 웨이크-업한 송신 노드 즉, 제1 웨이크-업 송신 노드라고 판단하고, 상기 WB 패킷에 기초하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고 자신의 다음 웨이크-업 시간에 대한 정보를 WU 테이블에 업데이트한다. 송신 노드는 WU 테이블을 포함하는 WBR 패킷을 생성한다. 송신 노드는 WBR 패킷을 브로트캐스트하고 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
(3) 송신 노드는 WBR 패킷이 수신되지 않고(S130의 NO) 다른 송신 노드로부터 WB 패킷을 수신하지 못하고(S140의 NO) RWB 패킷을 수신하면(S160의 YES), 송신 노드는 WU 테이블과 함께 데이터 패킷을 수신 노드로 전송한다. 송신 노드는 수신 노드로부터 데이터를 정상적으로 수신하였음을 나타내는 응답(ACK)을 수신하면 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환한다.
(4) 송신 노드는 WBR 패킷이 수신되지 않고(S130의 NO) 다른 송신 노드로부터 WB 패킷을 수신하지 못하고(S140의 NO) RWB 패킷을 수신하지 못하면(S160의 NO) 계속 채널을 듣는다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 무선 센서 네트워크에서 수신 노드의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 수신 노드가 웨이크-업 하면(S210), 채널을 듣고 있다가 채널이 비어 있으면, 상기 수신 노드가 패킷을 수신할 수 있음을 의미하는 RWB 패킷을 브로드캐스트 한다(S215). 상기 수신 노드는 계속 채널을 듣는다(S220).
이하, (1), (2), (3)의 3가지 경우로 나누어 설명한다.
(1) 수신 노드가 송신 노드로부터 데이터 패킷을 수신하면(S225의 YES), 상기 데이터 패킷을 정상적으로 수신했음을 나타내는 응답을 송신 노드로 전송한다(S230). 실시 예에 따라, 수신 노드는 WU 테이블의 유효성을 검사하고(S235) 검사의 결과 WU 테이블의 엔트리가 유효하면(S240의 YES) WU 테이블에 다음에 웨이크-업 할 송신 노드의 정보가 있다는 것이므로, 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 다음 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지한다. 그러나, WU 테이블의 엔트리가 유효하지 않으면(S240의 NO) 송신 노드들 모두가 이때까지 수집한 데이터를 수신 노드에게 전송 성공한 것이므로(즉, 한 라운드가 끝난 것이므로) 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 다음 라운드의 수신 노드 자신의 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지한다.
(2) 수신 노드는 송신 노드로부터 데이터 패킷이 수신되지 않고(S225의 NO), WB가 수신되면(S255의 YES) 수신 노드는 RWB를 브로드캐스트한다.
(3) 수신 노드는 송신 노드로부터 데이터 패킷이 수신되지 않고(S225의 NO), WB가 수신되지 않으면(S225의 NO) 송신 노드로부터 데이터를 수신하기 위해 채널을 계속 듣는다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
A, B, C; 송신 노드
R; 수신 노드

Claims (8)

  1. 복수의 송신 노드들 중에서 현재 웨이크-업 상태의 제2 송신 노드가 이전에 웨이크-업 한 제1 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 참조하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 웨이크-업 스케쥴을 편성하는 단계; 및
    상기 복수의 송신 노드들 각각은 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 수신 노드로 데이터 패킷을 전송하는 단계;를 포함하며,
    상기 송신 노드들의 웨이크-업 스케쥴은,
    현재 웨이크-업 상태의 송신 노드가 이전에 웨이크-업 한 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간에 기초하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 현재 웨이크-업 상태의 송신 노드는 이전에 웨이크-업 한 송신 노드들의 다음 웨이크-업 시간과 함께 자신의 다음 웨이크-업 시간을 포함하여 이후에 웨이크-업 하는 송신 노드에게 전송하는 방식으로 결정하되,
    상기 현재 웨이크-업 상태의 송신 노드와 상기 이후에 웨이크-업하는 송신 노드는 웨이크-업 구간이 일부 중복되고,
    웨이크-업 스케쥴 테이블은, 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드, 송신자 ID에 대응하는 자신의 다음 웨이크-업 시간 필드가 포함되어 구성되는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 노드는 상기 복수의 송신 노드들 각각으로부터 상기 데이터 패킷을 수신하기 위해 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계;를 더 포함하는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 송신 노드는 이후에 웨이크-업한 제3 송신 노드가 상기 송신 노드로 상기 웨이크-업 스케쥴을 전송하도록 상기 제3 송신 노드로 상기 웨이크-업 스케쥴을 전송하는 단계; 및
    상기 제2 송신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 제2 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계;를 더 포함하는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  4. 복수의 송신 노드들 각각의 다음 웨이크-업 시간을 포함하는 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계;
    상기 복수의 송신 노드들 각각은 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 수신 노드로 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및
    상기 수신 노드는 상기 복수의 송신 노드들 각각으로부터 상기 데이터 패킷을 수신하기 위해 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계;를 포함하고,
    상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계는,
    상기 복수의 송신 노드들 중에서 가장 먼저 웨이크-업 한 제1 웨이크-업 송신 노드가 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송하는 단계;
    상기 제1 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업 한 이후에 웨이크-업 한 제2 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드로부터 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 수신하는 단계;
    상기 제2 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 이용하여 자신의 다음 웨이크-업 시간을 계산하고, 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간과 함께 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송하는 단계; 및
    상기 제2 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업 한 이후에 웨이크-업 한 제3 웨이크-업 송신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간과 상기 제2 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간을 포함하는 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 웨이크-업 스케쥴 테이블은, 송신자 ID 필드, 수신자 ID 필드, 송신자 ID에 대응하는 자신의 다음 웨이크-업 시간 필드가 포함되어 구성되는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3 웨이크-업 송신 노드가 데이터 패킷과 함께 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블을 피기백하여 전송하는 단계;
    상기 제3 웨이크-업 송신 노드가 웨이크-업한 이후에 웨이크-업한 수신 노드가 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블과 상기 데이터 패킷을 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷을 수신한 후 상기 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블에 포함된 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계;를 더 포함하는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신 노드가 상기 웨이크-업 스케쥴에 따라 웨이크-업하는 단계는,
    상기 수신 노드가 상기 제1 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간에 맞춰 웨이크-업하는 단계;
    상기 제1 웨이크-업 송신 노드로부터 데이터 패킷을 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷을 수신한 후 상기 수신 노드는 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 상기 웨이크-업 스케쥴 테이블에 포함된 상기 제2 웨이크-업 송신 노드의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 단계;를 포함하는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 웨이크-업 송신 노드가 자신의 다음 웨이크-업 시간을 전송한 후 웨이크-업 상태로부터 슬립 상태로 전환하고, 자신의 다음 웨이크-업 시간까지 슬립 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법.
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