KR102502926B1 - 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 fec를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치 - Google Patents

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Abstract

태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신하는 단계; 노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계; 수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산하는 단계; 에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정하는 단계; 및 결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 수확된 에너지를 최적으로 사용하여 통신의 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Description

태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{METHOD FOR DATA COMMUNICATION USING FORWARD ERROR CORRECTION IN SOLAR POWERED WIRELESS SENSOR NETWORKS, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}
본 발명은 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크를 기반으로 에너지와 링크 품질을 고려한 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 노드 간의 데이터 통신의 신뢰도를 극대화하기 위한 기술에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크 (WSN)는 여러 무선 센서 노드로 구성되며 일반적으로 특정 지역의 온도, 습도 및 압력과 같은 환경 데이터를 수집하는데 사용된다. 이는 군사 작전, 환경 모니터링 및 농업을 포함한 다양한 분야에서 사람이 접근하기 어려운 지역에서 응용될 수 있다.
한편, 무선 센서 노드는 제한된 하드웨어 성능으로 인하여 배터리의 에너지 용량이 부족하다. 이러한 이유로 다양한 컴퓨터 과학 연구 분야(예: 네트워크, 시스템, 보안 및 데이터베이스)에서 WSN의 에너지 소비를 최소화하기 위해 많은 기술이 연구되어왔다.
최근에는 주변 환경에서 에너지 자원을 사용하여 충전할 수 있는 충전식 배터리를 노드를 사용하는 에너지 수집형 센서 노드에 대한 연구가 광범위하게 진행 되고 있다. 주목할 것은, 태양 에너지를 사용하는 무선 센서 노드는 높은 전력 밀도를 가지고 있으며, 에너지 수집의 주기성으로 인해 예측할 수 있기 때문에 가장 유용하다.
이러한 환경에서 태양 에너지 수집형 노드의 배터리 용량보다 더 많은 에너지가 수집되면 잉여의 에너지가 버려질 수 있다. 반대로 노드의 에너지 소비가 수집된 에너지보다 높으면 에너지가 고갈되고, 이로 인하여 노드가 정전될 수 있다.
따라서, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크에서는 배터리 용량으로 인해 수집된 태양 에너지가 버려지지 않고, 동시에 노드가 필수적으로 사용해야 할 노드 동작 에너지가 부족하지 않도록 에너지 사용을 극대화하는데 초점을 맞춰야 한다.
한편, 네트워크 환경에서 발생하는 데이터 전송 오류를 처리하기 위해 일반적으로 ARQ(Automatic Repeat Request) 방식 또는 FEC(Forward Error Correction) 방식이 사용된다.
ARQ는 데이터 전송 후 특정 시간 프레임 내에 ACK 메세지가 수신되지 않을 때 데이터를 재전송하는 방식이다. 반면, FEC는 데이터 송신 시 원본 데이터를 인코딩하여 추가 패리티 비트를 함께 전송하고, 수신기에서 패리티 비트를 디코딩하여 오류를 수정한다.
자원이 제한된 노드로 구성된 무선 센서 네트워크 환경에서는 무선 송수신기의 성능도 제한되어 빈번한 통신 오류가 발생한다. ARQ는 오류가 자주 발생하는 경우 많은 재전송을 일으켜 데이터 전송에 많은 에너지를 소비하게 된다. 반대로 FEC 방식은 데이터와 함께 전송되는 패리티 비트를 사용하여 오류를 복구하기 때문에 재전송이 요구되지 않는다. 하지만 패리티를 추가하여 데이터를 전송하기 때문에, 이를 위한 처리 오버헤드가 발생한다.
무선 통신에서는 일반적으로 추가적인 데이터 처리를 위한 에너지 소비가 데이터 전송보다 훨씬 작다. 따라서 무선 센서 네트워크에서는 데이터의 재전송이 요구되지 않는 FEC가 에너지 소비의 효율적인 측면에서 ARQ보다 더 적합하다. 주목할 점은, 통신의 신뢰성과 에너지 소비는 서로 절충 관계에 놓여있다는 사실이다. FEC의 경우 오류 수정 능력은 패리티 비트의 크기에 비례하여 증가한다.
따라서, 패리티 크기를 늘린다면, 데이터 통신의 높은 신뢰성을 보장할 수 있다. 그러나 패리티 비트가 데이터 패킷에 추가되어 패리티 크기가 증가함에 따라 데이터를 송수신하는데 더 많은 에너지가 요구되기 때문에 패리티 크기를 적절하게 사용해야 한다. 이러한 이유로 에너지 소비를 줄이면서 안정적인 데이터 통신을 위한 FEC 방식의 사용에 대한 연구가 수행되었다.
최근에는 에너지 측면에서 합리적인 크기의 패리티를 도출할 수 있는 센서 노드의 에너지 모델을 제안했다. 그러나 패리티의 크기를 결정할 때 링크 품질도 고려해야 한다. 현재 채널 상태가 좋다고 가정하면 여분의 에너지양이 많더라도, 적은 양의 패리티로도 충분하기 때문이다. 이 경우 FEC가 소비하는 에너지를 절약하고 절약된 에너지를 사용하여 다른 유형의 서비스 품질(QoS, 예: 듀티 사이클, 센싱 속도 및 라우팅)을 개선하는 것이 유용하다.
반대로 채널 상태가 좋지 않으면 에너지를 많이 소모하여 더 긴 패리티를 사용해야 한다. 따라서 FEC에서 안정적인 데이터 통신을 위해서는 채널 상태 및 가용 에너지 측면에서 적절한 패리티 길이를 고려해야 한다.
KR 10-1825993 B1 KR 10-1619855 B1 KR 10-2015-0105206 A
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신하는 단계; 노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계; 수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산하는 단계; 에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정하는 단계; 및 결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계는, 수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 단계; 노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 단계; 및 계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 작으면, 이번 라운드에서 데이터 전송을 중단하고, 다음 라운드까지 연기하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 단계는, 페이로드와 패리티 필드를 포함하는 RS 블록을 이용하여 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신하는 패킷 수신부; 노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 에너지 패리티 선택부; 수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산하는 채널 상태 패리티 계산부; 에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정하는 최종 패리티 결정부; 및 결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 패킷 전송부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 에너지 패리티 선택부는, 수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 상대 노드 패리티 계산부; 노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 셀프 패리티 계산부; 및 계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택하는 에너지 패리티 비교부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 패리티 결정부는, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 작으면, 이번 라운드에서 데이터 전송을 중단하고, 다음 라운드까지 연기할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치는, 수신한 데이터 패킷으로부터 오류가 감지되면, 데이터 패킷에 포함된 패리티 비트를 사용하여 오류를 복구하는 오류 복구부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 패킷 전송부는, 페이로드와 패리티 필드를 포함하는 RS 블록을 이용하여 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
이와 같은 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법에 따르면, 패리티 크기를 결정하기 위해 에너지와 채널 상태를 동시에 고려하므로, 노드의 정전 시간을 최소화하면서 안정적인 통신을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명이 적용하는 FEC 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명이 적용하는 FEC 방식 중 RS 방식의 코드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 장치가 적용된 노드가 상대 노드로 데이터를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 태양 에너지 수집형 노드의 일반적인 에너지 모델링을 보여주는 도면이다.
도 7은 고정형 FEC 방식과 본 발명에 따른 FEC 방식을 비교하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방식을 수행하는 슈도 코드의 예시이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법의 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치(10, 이하 장치)는 패리티 크기를 결정하기 위해 에너지와 채널 상태를 동시에 고려하여, 태양 에너지 수집형 센서 네트워크에 맞게 조정된 향상된 FEC(Forward Error Correction) 방식을 제안한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 패킷 수신부(110), 에너지 패리티 선택부(130), 채널 상태 패리티 계산부(150), 최종 패리티 결정부(170) 및 패킷 전송부(190)를 포함한다. 상기 장치(10)는 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 센서 노드이거나 센서 노드의 일부일 수 있다.
본 발명의 상기 장치(10)는 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 패킷 수신부(110), 상기 에너지 패리티 선택부(130), 상기 채널 상태 패리티 계산부(150), 상기 최종 패리티 결정부(170) 및 상기 패킷 전송부(190)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
또한, 상기 패킷 수신부(110), 상기 에너지 패리티 선택부(130), 상기 채널 상태 패리티 계산부(150), 상기 최종 패리티 결정부(170) 및 상기 패킷 전송부(190)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 FEC 모델과 태양 에너지 모델(에너지 수확 및 소비 모델)을 기반으로 노드가 정전되지 않고 사용할 수 있는 패리티 크기를 계산한다. 동시에 채널 상태 모델을 기반으로 안정적인 통신을 위한 최상의 패리티 크기를 선택한다. 그 결과, 본 발명은 노드의 정전 시간을 최소화하면서 안정적인 통신을 가능하게 한다.
본 발명에서 사용하는 FEC는 데이터 송신자가 원본 데이터에 오류 정정 코드(ECC)를 추가하여 수신자가 도 3과 같이 잡음이 있는 채널에서 제한된 수의 오류를 감지하고 정정할 수 있도록 하는 방식이다. 하나의 센서가 여러 수신기로 전송해야 하는 경우 재전송에 대한 피드백이 어렵거나 잡음이 많은 전송 채널이 자주 발생한다.
추가적인 ECC 전송할 때 패킷 크기가 커진다는 단점이 있지만, ECC를 사용하면 수신기가 전송 중 잡음이나 간섭으로 인한 오류를 수정할 수 있다. 결과적으로 ECC를 사용하는 시스템은 주어진 신호 대 잡음 비(SNR) 내에서 어느 정도의 비트 오류율(BER)을 극복할 수 있다. FEC는 블록 코드와 컨볼루션 코드의 두 가지 유형으로 나뉜다.
가장 일반적인 블록 코드는 Hamming 코드, Golay 코드, Bose-Chadhuri-Hocquenghem 코드 및 Reed-Solomon(RS) 코드 등이 있다. 이 코드는 간단하고 버스트 오류에 대한 강력한 특성을 가지고 있다. 하드웨어 자원이 제한되고 버스트 오류가 자주 발생하는 무선 네트워크에서는 주로 블록 코드가 사용 된다.
컨볼루션 코드는 블록 코드보다 수학적으로 덜 복잡하며 가산성 가우시안 노이즈 환경에서 강력한 특성을 가지고 있다. 전형적인 예는 터보 코드이다.
본 발명의 일 실시예에서는 FEC 방식 중 RS 방식을 사용하여 통신하는 노드를 대상으로 설계할 수 있다. RS 방식은 FEC 방식 중 가장 일반적이고 효율적인 방식이다.
도 4는 RS의 패킷 구조의 예시를 보여준다.
도 4를 참조하면, RS의 블록은 페이로드와 패리티 필드로 구성된다. 전송해야 할 원본 데이터는 페이로드 필드에 배치되고 오류 복원을 위한 패리티는 패리티 필드에 배치된다.
RS 방식의 블록에는 n개의 기호가 있다. 페이로드가 k개의 심볼로 구성된 경우 패리티는 일반적으로 RS(n, k)로 표시되는 (n-k) 심볼로 구성된다. n개의 심볼로 구성된 RS 블록이 전송될 경우 수신 노드에서 복구 할 수 있는 최대 심볼 수는 (n-k)/2개이다. 또한, RS코드의 심볼 크기가 m비트인 경우, 사용되는 코드 워드의 최대 크기 n은 (2m-1) 심볼 또는 (2m-1)m 비트이다.
RS 방식은 본질적으로 페이로드에 피기백 된 패리티 비트를 전송하기 때문에, 필연적으로 추가 에너지 소비가 발생하게 된다. 또한, 원본 데이터의 페이로드를 인코딩하여 패리티를 생성하기 때문에 송신기와 수신기에서 각각 추가적인 인코딩 및 디코딩 에너지가 필요하다. 요약하면, RS 방식에서는 긴 패리티를 사용하여 통신 신뢰성을 높일 수 있다. 그러나, 그만큼의 데이터 패킷을 인코딩, 디코딩, 전송 및 수신하는 데 더 많은 에너지를 소비하게 된다.
도 5는 본 발명의 개요를 보여준다.
도 5를 참조하면, 노드 ni가 노드 nj로 데이터를 전송할 때 본 발명에 따라 가장 합리적인 패리티 크기를 결정하는 방법을 설명한다.
① : ni는 노드 nj로부터 nj의 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신한다. 그런 다음 nj가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산한다.
② : ni는 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산한다.
③ : ① 단계와 ② 단계에서 결정된 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택한다. 이 값은 에너지 측면에서의 최적의 패리티 크기이다.
④ : ni는 단계 ①에서 수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 자신과 nj 사이의 채널 상태를 추정한다. 그런 다음 현재 링크 상태에 필요한 패리티 크기를 계산한다.
⑤ : 단계 ③에서 결정된 패리티 크기와 단계 ④에서 결정된 패리티 크기를 비교한다. 전자가 후자보다 크면 최종적으로 두 값을 선택해도 오류 없이 데이터를 전송할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 에너지 절약을 위한 최종 패리티 크기로 후자를 선택한다. 한편, 반대의 경우, 즉 전자가 후자보다 작은 경우 데이터 전송은 이번 라운드에서 중단되고 다음 라운드까지 연기하게 된다.
이는 에너지 측면에서 사용할 수 있는 최대 패리티 크기를 사용하여 데이터를 전송하더라도 오류가 복구되지 않을 수 있기 때문이다. 즉, 심각한 채널 상태를 의미하며 링크에 필요한 패리티로 데이터를 전송하는 데 충분한 에너지를 사용할 수 있을 때까지 데이터 전송이 연기된다.
⑥ : ni는 단계 ⑤에서 최종 결정된 패리티 비트를 포함하는 데이터 패킷을 nj로 전송한다.
⑦ : nj는 오류가 감지되면 수신된 데이터 패킷에 포함된 패리티 비트를 사용하여 오류를 복구한다.
태양 에너지를 항상 사용할 수 있는 것은 아니기 때문에 노드는 도 6과 같이 충전식 배터리 또는 저전력 슈퍼 커패시터를 사용하여 수확된 에너지를 저장해야 한다. 이러한 에너지 모델을 기반으로 무선 센서 네트워크의 다양한 QoS를 향상시키는데 사용할 수 있는 잉여 에너지의 양을 계산하기 위한 에너지 문턱 값을 이용한다. 이 에너지 모델은 날씨, 계절, 시간 및 배터리 유형과 무관하기 때문에 매우 유용하고 효율적이다.
본 발명은 이러한 에너지 모델을 기반으로 한다.
현재 노드의 잔여 에너지가 Eresidual일 때, 노드가 완전히 충전될 때까지 걸리는 예상 시간 Tfull(Eresidual)은 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.
[수학식 1]
Figure 112021036822312-pat00001
여기서, Psolar 및 Psys는 각각 노드의 수확 및 소비 전력의 이동 평균값이고, C는 총 배터리 용량을 의미한다. 중요한 문제는 다음의 수학식 2의 조건이 충족될 때만 배터리가 충전되기 때문에 평균 에너지 소비율이 평균 태양 에너지 수확률 보다 낮아야 한다는 것이다.
[수학식 2]
Figure 112021036822312-pat00002
Psolar는 제어할 수 없지만 Psys는 듀티 사이클 또는 센싱 속도 제어를 조정하여 대략적으로 제어할 수 있다. 따라서, 적절한 시스템 구성을 통하여 수학식 2의 조건을 만족시킬 수 있다. Psolar는 노드의 수집 된 전력 비율의 이동 평균이므로 시간이 지남에 따라 수집된 전력의 변동에 크게 영향을 받지 않는다.
그러나, 비교적 그 변화량이 상당히 큰 센서 배치를 시작하는 시기에는 수학식 2의 조건이 충족되지 않을 수 있다. 이 경우, QoS를 향상시키기 위한 잉여 에너지가 없으므로 노드의 기본 동작만 수행하게 된다. 그런 다음 주기가 시작될 때, 노드가 수학식 2의 조건을 충족하도록 Psys를 조정한다.
최악의 경우 Psys를 가능한 한 낮게 조정하더라도 수집된 전력 비율이 매우 작기 때문에 수학식 2의 조건이 충족되지 않을 수 있다. 이 경우, 노드의 기본 동작만 수행해도 노드 정전이 발생할 가능성이 있으므로 수학식 2의 조건이 만족 될 때까지 노드는 슬립 모드로 동작하게 된다.
노드를 지속적으로 사용하려면 다음에 배터리가 가득 찰 때까지 충분한 에너지가 남아있어야 한다. 따라서 노드를 영구적으로 유지하려면 노드의 에너지 상태는 다음의 수학식 3의 조건을 충족해야 한다.
[수학식 3]
Figure 112021036822312-pat00003
수학식 1을 수학식 3에 대입하면 다음의 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure 112021036822312-pat00004
따라서, 배터리의 잔류 에너지가 (Psys/Psolar)C 이상이면 노드의 정전이 발생하지 않는다. 따라서 이를 최소 에너지 문턱 값 Ethreshold로 설정한다. 따라서, 현재 남은 에너지 Eresidual이 주어지면 노드가 정전되지 않고 추가로 사용할 수 있는 에너지 △E(노드의 잉여 에너지)는 다음의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112021036822312-pat00005
네트워크 환경에는 채널 상태를 의미하는 대한 몇 가지 지표가 있다
본 발명에서는 수신된 데이터에서 오류가 발생한 데이터의 양을 추정하기 위해 수신된 모든 데이터에서 오류가 발생한 비트 비율에 대한 정보를 제공하는 BER을 사용한다. 무선 네트워크에서 데이터 송수신시, 변조 및 복조 과정이 수행된다. M-ary 위상 편이 변조의 경우 Pb로 표시되는 BER은 다음의 수학식 6 및 수학식 7과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure 112021036822312-pat00006
[수학식 7]
Figure 112021036822312-pat00007
여기서, M은 2k이고, FEC 심볼의 크기가 k비트라는 것을 의미한다. Q는 가우시안 확률 분포를 갖는 오류 함수를 나타낸다. Eb는 수신된 신호의 비트 당 에너지를 뜻하고, N0은 잡음 전력 스펙트럼 밀도를 의미한다. 결과적으로 Eb/N0은 비트 당 SNR을 나타내며, 이는 하드웨어 수준에서 측정된 수신 무선 신호의 강도에서 파생될 수 있다.
측정된 SNR과 수학식 6을 통해 송수신 노드 간 링크의 BER을 추정하면 수신 데이터에서 오류가 발생하는 데이터의 양을 추정할 수 있다. 따라서, 성공적인 통신에 필요한 패리티의 크기를 예측할 수 있다.
RS 방식에서는 패리티 크기가 클수록 데이터 송수신에 사용되는 에너지가 크기 때문에 송수신 노드의 에너지 상태를 고려하여 패리티 크기를 결정한다. 또한, 인코딩 및 디코딩에 필요한 에너지양도 패리티 크기에 비례한다. 따라서, 데이터 송수신에 필요한 에너지와 RS 코드의 부호화 및 복호화에 필요한 에너지를 고려하여 패리티 크기를 결정해야 한다.
상기 패킷 수신부(110)는 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신한다.
상기 에너지 패리티 선택부(130)는 노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택한다. 이를 위해, 상기 에너지 패리티 선택부(130)는, 수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 상대 노드 패리티 계산부, 노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 셀프 패리티 계산부 및 계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택하는 에너지 패리티 비교부를 포함할 수 있다.
먼저, 에너지 측면에서 전송 노드의 패리티 크기에 대해 설명한다.
데이터를 전송하기 위해 전송 노드가 소비하는 에너지 Etx는 다음의 수학식 8과 같이 계산된다.
[수학식 8]
Figure 112021036822312-pat00008
?煬? ??
여기서, Dtx는 전송할 데이터의 크기, β는 1비트를 1미터 거리로 전송할 때 소비되는 에너지, d는 전송 거리, α는 경로 손실을 나타내며 기본값은 2이다. 이 값은 환경에 따라 다르다.
본 발명에서는 수학식 5에서 계산된 가용 잉여 에너지 △E를 초과하지 않고 전송할 수 있는 최대 패리티 크기를 할당된 타임 슬롯 시작 부분에서 추정한다. 패리티를 전송하는 데 사용할 수 있는 에너지
Figure 112021036822312-pat00009
는 다음의 수학식 9와 같이 계산된다.
[수학식 9]
Figure 112021036822312-pat00010
여기서,
Figure 112022119302598-pat00044
는 페이로드 필드에서 원본 데이터를 보내는 데 소비되는 에너지의 양이고, Eencoding은 RS코드를 인코딩하는데 사용되는 에너지의 양을 의미한다.
m비트로 구성된 심볼은 인코딩 및 전송을 위한 RS 방식의 단위이다. 따라서
Figure 112021036822312-pat00012
의 에너지로 전송할 수 있는 최대 패리티 심볼 크기
Figure 112021036822312-pat00013
는 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112021036822312-pat00014
여기서, m은 심볼 당 비트 수 이다.
이하에서는, 에너지 측면에서 수신 노드의 패리티 크기의 계산을 설명한다.
RS 체계는 무시할 수 없는 데이터 디코딩 및 복구에 에너지를 소비한다. 송신 노드가 자신의 에너지 상태만을 고려하여 패리티가 긴 데이터를 전송한다고 가정하면, 수신 노드는 에너지 부족으로 인해 데이터를 디코딩하지 못할 수 있다. 따라서, 패리티 크기를 결정할 때 데이터를 보내는 노드는 데이터를 받는 노드의 에너지와 송신 노드 자체의 에너지를 고려해야 한다.
주의해야 할 점은, 수신 노드가 Ethreshold를 초과하는 에너지를 소비하는 경우 정전될 수 있다는 것이다. 따라서, 수신 노드는 에너지 △E로 처리할 수 있는 패리티의 크기를 계산하여 패리티 크기를 제한해야 한다. 데이터 수신에 소비될 에너지
Figure 112021036822312-pat00015
와 디코딩 에너지 Edecoding을 제외한 패리티 수신에 소비될 에너지의 양
Figure 112021036822312-pat00016
은 다음의 수학식 11과 같다.
[수학식 11]
Figure 112021036822312-pat00017
따라서,
Figure 112021036822312-pat00018
로 수신할 수 있는 최대 패리티 심볼
Figure 112021036822312-pat00019
는 다음의 수학식 12와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112021036822312-pat00020
여기서, Erx는 데이터 1비트를 수신할 때 소비되는 에너지다.
한 주기가 시작될 때 수신 노드는
Figure 112021036822312-pat00021
의 정보를 제어 패킷에 포함시키고, 이를 송신 노드에게 전송한다. 그런 다음 송신 노드는
Figure 112021036822312-pat00022
와
Figure 112021036822312-pat00023
를 비교하고 둘 중 더 작은 것을 패리티 후보
Figure 112021036822312-pat00024
로 선정한다.
상기 채널 상태 패리티 계산부(150)는 수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산한다.
이하에서는, 채널 기반 패리티 후보 계산에 대해 설명한다.
BER은 전송된 모든 비트에 대한 수신된 오류 비트의 비율이다. 수신 노드에서 오류가 발생될 수 있는 데이터
Figure 112021036822312-pat00025
는 다음의 수학식 13과 같이 추정할 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112021036822312-pat00026
여기서
Figure 112021036822312-pat00027
는 전송 될 데이터의 크기이다.
Figure 112021036822312-pat00028
를 사용하면 현재 채널 상태에서 필요한 패리티 후보의 크기를 심볼 단위로 다음의 수학식 14와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112021036822312-pat00029
??
RS 방식에서는 (n-k)?憐龜?티 심볼에 대해 (n-k)/2?笭?볼을 복원할 수 있기 때문에, 수학식 14에서 2를 곱해준다.
상기 최종 패리티 결정부(170)는 에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정한다. 상기 패킷 전송부(190)는 결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송한다.
이하에서는, 최종 패리티 선택과 데이터 전송에 대해 설명한다.
Figure 112021036822312-pat00030
가 충족되면 발신자와 수신자 모두 해당 채널 상태에서 필요한 패리티 크기를 보낼 수 있는 충분한 에너지가 있다는 의미이다. 따라서, 데이터는
Figure 112021036822312-pat00031
길이의 패리티로 전송된다.
반대로
Figure 112021036822312-pat00032
일 경우, 송신 노드와 수신 노드 중 한쪽이
Figure 112021036822312-pat00033
만큼의 패리티를 처리할 충분한 에너지를 가지고 있지 않다는 것을 뜻한다. 이때는 에너지 절약을 위해 다음 라운드가 시작될 때까지 데이터 전송을 보류하고 다음 전송 라운드에서 전송 가능성을 확인하게 된다. 그 이유는 송신 노드가
Figure 112021036822312-pat00034
를 사용하여 데이터를 전송하더라도, 심각한 링크 품질로 인해 오류가 복구될 가능성이 낮기 때문이다.
도 7은 위의 과정을 통해 본 발명에서 제안된 방식의 이점을 간략히 보여준다. 본 발명에 따른 방식은 채널 품질이 좋을 때 에너지를 절약할 수 있고, 채널 상태가 좋지 않을 때는 이전에 저장한 에너지를 사용하여 데이터 복구 능력을 향상시킬 수 있다.
정리하면, 본 발명에서 사용되는 패리티 크기는 도 8의 과정으로 선택된다. 송신 노드와 수신 노드의의 에너지 상태와 채널 상태를 고려하여, 수집된 태양 에너지를 최대화하면서 데이터를 안정적으로 전송한다.
태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 목표는 주기적으로 수집된 에너지를 효율적으로 사용하는 것이다. FEC의 경우, 데이터 복구율은 패리티의 길이에 따라 증가하며 패리티의 길이와 에너지 소비 사이에는 상충 관계가 존재한다. 본 발명에서는 태양 에너지를 가장 효율적으로 사용하기 위해 잉여 에너지를 사용하여 오류 복구율을 높인다. 본 발명을 적용한 각 노드에서 오류 데이터 복구에 사용되는 패리티 심볼의 길이는 송수신 노드의 링크 상태와 에너지 상태를 모두 고려하여 결정된다.
또한, 에너지 측면에서 결정된 패리티 길이가 현재 링크 상태에서 요구되는 패리티의 크기만큼 충분하지 않을 때, 노드는 다음 라운드의 데이터 전송을 보류하여 에너지 낭비를 최소화하며, 채널 상태에 맞는 패리티를 사용할 수 있을 때 데이터 전송을 재개한다. 이에 따라, 본 발명은 수확된 에너지를 최적으로 사용하여 통신의 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명은 패리티 크기를 결정하기 위해 에너지와 채널 상태를 동시에 고려하여, 태양 에너지 수집형 센서 네트워크에 맞게 조정된 향상된 FEC(Forward Error Correction) 방식을 제안한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신한다(단계 S10).
노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택한다(단계 S20).
상기 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계(단계 S20)는, 수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하고, 노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산한다.
이후, 계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택할 수 있다.
수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산한다(단계 S30).
에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여 한다(단계 S40), 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정한다(단계 S50).
반면, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 작으면, 이번 라운드에서 데이터 전송을 중단하고, 다음 라운드까지 연기한다(단계 S70).
이는 에너지 측면에서 사용할 수 있는 최대 패리티 크기를 사용하여 데이터를 전송하더라도 오류가 복구되지 않을 수 있기 때문이다. 즉, 심각한 채널 상태를 의미하며 링크에 필요한 패리티로 데이터를 전송하는 데 충분한 에너지를 사용할 수 있을 때까지 데이터 전송이 연기된다.
결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송한다(단계 S60).
이 경우, 페이로드와 패리티 필드를 포함하는 RS 블록을 이용하여 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
데이터 패킷을 수신한 상대 노드는 수신한 데이터 패킷으로부터 오류가 감지되면, 데이터 패킷에 포함된 패리티 비트를 사용하여 오류를 복구한다.
이와 같은, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 데이터 통신 방식은 채널 품질이 좋을 때 에너지를 절약할 수 있고, 채널 상태가 좋지 않을 때는 이전에 저장한 에너지를 사용하여 데이터 복구 능력을 향상시킬 수 있으므로, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 유용하게 활용할 수 있다.
10: FEC를 이용한 데이터 통신 장치
110: 패킷 수신부
130: 에너지 패리티 선택부
150: 채널 상태 패리티 계산부
170: 최종 패리티 결정부
190: 패킷 전송부

Claims (10)

  1. 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신하는 단계;
    노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계;
    수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산하는 단계;
    에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정하는 단계; 및
    결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 단계는,
    수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 단계;
    노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 단계; 및
    계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택하는 단계;를 포함하고,
    상기 상대 노드가 사용가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 단계는,
    상기 상대 노드의 가용잉여에너지와 페이로드 필드에서 원본 데이터를 보내는데 소비되는 에너지의 양과 RS코드를 인코딩하는데 사용되는 에너지의 양을 고려하여 상기 패리티를 전송하는데 사용할 수 있는 에너지를 계산하는 단계를 포함하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 작으면, 이번 라운드에서 데이터 전송을 중단하고, 다음 라운드까지 연기하는 단계;를 더 포함하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 단계는,
    페이로드와 패리티 필드를 포함하는 RS 블록을 이용하여 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 데이터 패킷을 전송하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법.
  5. 제1항에 따른 상기 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
  6. 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크의 노드가 상대 노드와 링크가 형성되면, 상대 노드로부터 사용 가능한 에너지 정보를 포함하는 제어 패킷을 수신하는 패킷 수신부;
    노드 자신의 최대 패리티 크기와 상대 노드의 최대 패리티 크기 중 에너지에 따른 패리티 크기를 선택하는 에너지 패리티 선택부;
    수신된 제어 패킷의 신호 강도를 통해 노드 자신과 상대 노드 사이의 채널 상태를 추정하여, 현재 링크 상태에 필요한 채널 상태에 따른 패리티 크기를 계산하는 채널 상태 패리티 계산부;
    에너지에 따른 패리티 크기와 채널 상태에 따른 패리티 크기를 비교하여, 에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 크거나 같으면 채널 상태에 따른 패리티 크기를 최종 패리티 크기로 결정하는 최종 패리티 결정부; 및
    결정된 최종 패리티 크기의 비트를 포함하는 데이터 패킷을 상대 노드로 전송하는 패킷 전송부;를 포함하고,
    상기 에너지 패리티 선택부는,
    수신된 제어 패킷을 기초로, 상대 노드가 사용 가능한 에너지를 처리할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 상대 노드 패리티 계산부;
    노드 자신의 사용 가능한 에너지로 추가할 수 있는 최대 패리티 크기를 계산하는 셀프 패리티 계산부; 및
    계산된 상대 노드의 최대 패리티 크기와 노드 자신의 최대 패리티 크기를 비교하여 더 작은 값을 선택하는 에너지 패리티 비교부;를 포함하고,
    상기 상대 노드 패리티 계산부는,
    상기 상대 노드의 가용잉여에너지와 페이로드 필드에서 원본 데이터를 보내는데 소비되는 에너지의 양과 RS코드를 인코딩하는데 사용되는 에너지의 양을 고려하여 패리티를 전송하는데 사용할 수 있는 에너지를 계산하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 패리티 결정부는,
    에너지에 따른 패리티 크기가 채널 상태에 따른 패리티 크기보다 작으면, 이번 라운드에서 데이터 전송을 중단하고, 다음 라운드까지 연기하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    수신한 데이터 패킷으로부터 오류가 감지되면, 데이터 패킷에 포함된 패리티 비트를 사용하여 오류를 복구하는 오류 복구부;를 더 포함하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 패킷 전송부는,
    페이로드와 패리티 필드를 포함하는 RS 블록을 이용하여 전진 에러 복구 기법(Forward Error Correction)을 통해 데이터 패킷을 전송하는, 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 FEC를 이용한 데이터 통신 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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길건욱 등, "태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크에서 에너지와 링크 품질을 고려한 향상된 FEC 기법", 한국정보처리학회 2019년도 추계학술발표대회, pp.368 - 369 (2019.10.30.)*

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