KR20070105731A - 무선센서 네트워크 시간동기 방법 - Google Patents

무선센서 네트워크 시간동기 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 무선센서 네트워크 시간동기 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 송신 센서노드로부터 비컨 프레임의 전송 시점정보가 기록된 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하고, 상기 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출한 후 상호 비교하여 타임옵셋을 계산하며, 상기 계산한 타임옵셋에 맞게 타이머를 조절함으로써, 센서노드 간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등을 유발하는 타이밍 불일치 문제를 해결하고, 다중 홉을 경유하는 센서노드의 배터리를 절약하기 위한, 무선센서 네트워크 시간동기 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선센서 네트워크 시간동기 방법에 있어서, 송신 센서노드가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송하는 물리 프레임 전송단계; 상기 수신 센서노드가 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하는 수신시점 측정단계; 상기 수신 센서노드가 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출하는 단 계; 상기 수신 센서노드가 측정한 수신시점과 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋을 계산하는 단계; 및 상기 수신 센서노드가 계산한 타임옵셋에 맞게 상기 타이머를 조절하는 타이머 조절단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선센서 네트워크 등에 이용됨.
무선센서 네트워크, 송신 센서노드, 수신 센서노드, 시간 동기, 타임스탬프, 타임옵셋, 타이머 조절

Description

무선센서 네트워크 시간동기 방법{Time synchronization for wireless sensor networks}
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선센서 네트워크의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시간동기 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : WSN 코디네이터 12 : WSN 라우터
13 : WSN 디바이스
본 발명은 무선센서 네트워크 시간동기 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신 센서노드로부터 비컨 프레임의 전송 시점정보가 기록된 물리 프레임을 수 신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하고, 상기 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출한 후 상호 비교하여 타임옵셋을 계산하며, 상기 계산한 타임옵셋에 맞게 타이머를 조절함으로써, 센서노드 간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등을 유발하는 타이밍 불일치 문제를 해결하고, 다중 홉을 경유하는 센서노드의 배터리를 절약하기 위한, 무선센서 네트워크 시간동기 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
무선센서 네트워크 기술은 별도의 유선 네트워크를 구성하지 않고도 원격으로 온도, 습도, 조도, 압력 등의 다양한 상태 및 환경정보를 측정/감지할 수 있는 무선 기술이다. 이러한 무선센서 네트워크는 환경상태 감시, 구조물 및 빌딩상태 감시, 화산활동 감시, 정밀한 식물재배, 지역 및 시설보안 등과 같이 사람의 접근이 어렵거나 또는 상시적인 측정, 감시, 제어를 필요로 하는 지역이나 대상물에 대해 저렴하고 효과적으로 활용될 수 있다.
원격으로 대상물의 감시 및 제어를 위해서는 많은 무선 센서노드가 일정한 영역에 분포하는 하나의 무선센서 네트워크를 형성하고, 이렇게 형성한 무선센서 네트워크를 PCS(Personal Communication Services), WLAN(Wireless Local Area network), xDSL(x Digital Subscriber Line), 코넷(KORNET) 등과 같은 유무선 네트워크를 통해 별도의 중앙서버와 연결함으로써, 사용자는 현장에 가지 않더라도 중앙서버 접속에 접속하여 해당 지역 및 대상물의 감시, 관리 등과 같은 응용 서비스를 용이하게 이용할 수 있다.
무선센서 네트워크(Wireless Sensor Network; WSN)는 센서와 무선통신 모듈을 갖는 여러 개의 센서노드가 분산된 일정한 공간에서 단거리 무선링크를 통해 상호 연결되는 멀티 홉 네트워크를 이룬다. 이때, 센서노드는 주변상태를 측정하여 인접 센서노드로 전달하거나, 인접 센서노드로부터 수신한 데이터를 또 다른 인접 센서노드로 전달한다.
여기서, 센서노드는 유지보수가 어려운 환경에 적용되는 것을 감안하여 배터리를 사용하고 전력소진 또는 고장 시 폐기되는 디바이스로서, 저가 및 소형의 형태를 가지며, 배터리 전력의 효율적 사용을 위해 여러 가지 통신프로토콜 기술이 적용된다.
이러한 센서노드는 역할에 따라 WSN 코디네이터, WSN 라우터, WSN 디바이스의 기능을 가진다. 먼저, WSN 코디네이터는 독립된 무선센서 네트워크에서 1개만이 존재하고 해당 무선센서 네트워크에 대한 여러 가지 정보를 비컨을 통해 방송한다. 또한, WSN 코디네이터는 센서네트워크를 기존의 유무선 네트워크와 연결하는 역할도 한다.
다음으로, WSN 라우터는 WSN 코디네이터와 동일하게 비컨을 방송하고 또한 인접 센서노드로부터 받은 데이터를 다른 센서노드로 전달한다. 다음으로, WSN 디바이스는 센싱정보를 인접 센서노드에 전송하기만 하고 비컨을 방송하거나 데이터를 중계하지 않는다.
큰 규모의 멀티 홉 무선센서 네트워크에서는 1개의 WSN 코디네이터와 다수의 WSN 라우터 및 WSN 디바이스가 존재하기 때문에, 임의의 WSN 디바이스에 의해 측정 된 정보가 보통 몇 개의 WSN 라우터에 의한 호핑을 통해 목적지까지 전달된다.
무선센서 네트워크는 제한된 에너지의 효율을 높이기 위해 타임슬롯을 바탕으로 하는 웹이크업(wake up)/슬립(sleep) 모드를 사용한다. 즉, 활성상태와 비활성상태를 반복함으로써 정해진 시간 동안에만 필요한 통신을 하여 센서노드의 에너지 사용을 억제하는 것이다.
시간동기는 이와 같은 동작모드에서 센서노드의 타임슬롯 타이밍, 웨이크업(wakeup) 스케쥴링, 채널엑세스 타이밍, 데이터 송수신 타이밍을 위해 중요하다. 특히, 미래동작에 대한 조절, 센서노드의 위치측정, 여러 센서노드의 측정 정보간 상관도, 다른 센서노드에 의한 동일 이벤트의 중복 검출 인식 및 잉여 데이터 제거, 센서노드의 이동속도 측정 등의 응용에서는 무선센서 네트워크 전체적으로 유지되는 정밀한 시간동기를 필요로 한다.
종래의 시간동기는 방송되는 비컨을 수신하는 시점을 바탕으로 한다. 비컨을 방송하는 센서노드는 주기적으로 자체 클럭에 맞춰 비컨을 생성하고 타임슬롯 타이밍과 데이터 통신에 필요한 모든 타이밍을 실행한다.
이에 대해 비컨을 수신한 센서노드는 그 수신시점을 기준으로 하여 자체적으로 필요한 모든 타이밍을 실행한다. 이와 같이 멀티 홉 무선센서 네트워크에서는 WSN 코디네이터를 중심으로 주위의 WSN 라우터와 WSN 디바이스 비컨 수신시점을 모든 타이밍의 기준시간으로 삼는다.
즉, WSN 코디네이터가 비컨을 방송을 하고 WSN 라우터는 그 비컨의 수신시점을 기준으로 자신의 동작 타이밍을 실행한다. 하위 WSN 라우터는 상위 WSN 라우터 의 비컨 수신시점을 기준으로 하고 WSN 디바이스는 그 상위의 센서노드 즉, WSN 코디네이터 또는 WSN 라우터의 비컨 수신시점을 동작 타이밍의 기준으로 삼는다.
그러나, 각 센서노드의 타이밍 기준이 비컨 수신시점이기 때문에 각 센서노드 간에는 비컨의 생성, 프로세싱, 전달에 따른 지연만큼의 시간차로 인해 일정한 타임옵셋이 발생하고, 또한 무선센서 네트워크의 최외 센서노드에서는 중간 경로상의 센서노드들의 지연 누적으로 인해 그 타임옵셋이 더욱 확대된다.
따라서, 종래의 시간동기 방법은 동일한 슬롯타임에 대해서도 네트워크의 모든 센서노드들이 일치된 타이밍을 갖지 못하는 문제점이 있다. 결국, 이러한 타임옵셋에 의한 타이밍의 불일치는 센서노드 상호간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등 에너지 소비를 가중시키고 무선센서 네트워크의 수명을 단축시키는 문제점을 초래한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 송신 센서노드로부터 비컨 프레임의 전송 시점정보가 기록된 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하고, 상기 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출한 후 상호 비교하여 타임옵셋을 계산하며, 상기 계산한 타임옵셋에 맞게 타이머를 조절함으로써, 센서노드 간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등을 유발하는 타이밍 불일치 문제를 해결하고, 다중 홉을 경유하는 센서노드의 배터리를 절약하기 위한, 무선센서 네트워크 시간동기 방법과 상기 방법을 실 현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선센서 네트워크 시간동기 방법에 있어서, 송신 센서노드가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송하는 물리 프레임 전송단계; 상기 수신 센서노드가 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하는 수신시점 측정단계; 상기 수신 센서노드가 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출하는 단계; 상기 수신 센서노드가 측정한 수신시점과 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋을 계산하는 단계; 및 상기 수신 센서노드가 계산한 타임옵셋에 맞게 상기 타이머를 조절하는 타이머 조절단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 프로세서를 구비한 무선센서 네트워크 시스템에, 송신 센서노드가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송하는 물리 프레임 전송기능; 상기 수신 센서노드가 물리 프레임 을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하는 수신시점 측정기능; 상기 수신 센서노드가 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출하는 기능; 상기 수신 센서노드가 측정한 수신시점과 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋을 계산하는 기능; 및 상기 수신 센서노드가 계산한 타임옵셋에 맞게 상기 타이머를 조절하는 타이머 조절기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 타임스탬프에 의해 두 센서노드 간, 나아가 다중 홉을 경유하는 두 센서노드간에도 정밀한 시간동기를 이루게 하여, 무선센서 네트워크 전체적으로 일치된 타이밍을 유지/제공함으로써, 타이밍 불일치로 야기되는 센서노드 상호간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등과 같은 문제를 해소하고, 센서노드의 배터리 수명을 최대화한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선센서 네트워크의 일실시예 구성도이다.
멀티 홉 무선센서 네트워크는 일정한 영역에 분산된 무선 센서노드들이 각기 자신의 데이터 프레임을 전송할 수 있도록 주기적인 채널엑세스구간을 제공한다. 여기서, 채널엑세스구간은 비컨 프레임 방송 및 패킷을 송수신할 수 있는 채널활성구간을 포함한다. 이때, 채널활성구간에는 무선 커버리지내의 모든 센서노드에게 무선채널 점유 및 이용기회를 공평하게 제공하기 위해 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access Collision Avoidance)와 같은 공유채널엑세스 기법이 적용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선센서 네트워크의 가장자리에 위치한 WSN 디바이스(13)를 제외한 센서노드(WSN 코디네이터(11) 및 WSN 라우터(12))는, 인접 센서노드로 자신의 정보와 네트워크 정보 및 데이터 송수신을 위한 시간구간 정보 등을 제공하기 위해 비컨 프레임을 주기적으로 방송한다. 여기서, 비컨 프레임은 프리엠블, 프레임시작표시자, 프레임길이, 페이로드 등의 필드로 구성된다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 프리엠블은 수신 센서노드가 무선채널의 점유상태를 검사하고 데이터 프레임의 존재 유무를 판정하며 수신 프레임의 시작을 인지하여 프레임 동기를 제공하는데 이용된다. 이때, 일정한 길이의 비트시퀀스가 정의되는데 보통 “0”시퀀스가 사용된다.
그리고, 프레임시작표시자는 완전한 형식의 데이터 프레임이 수신되기 시작하고 있음을 알려주는 정보로서, 특정한 패턴의 비트시퀀스로 정의된다.
그리고, 프레임길이 필드는 페이로드에 해당하는 데이터시퀀스의 길이를 표시한다.
따라서, 수신측 센서노드는 데이터프레임을 수신한 후 그 길이에 해당하는 비트시퀀스를 MAC 엔터티에 전달한다.
한편, 모든 센서노드(WSN 코디네이터(11), WSN 라우터(12), WSN 디바이스(13))는 자체적인 클럭을 유지한다. 여기서, 클럭은 자체 오실레이터에 의해 발생되며, 센서노드의 모든 동작 및 프로세스의 타이밍을 제공할 수 있는 기준클럭으로서 1us의 분해능을 갖는다.
또한, 모든 센서노드는 시간동기 타이밍을 제공하기 위한 동일한 분해능의 TS 타이머를 구비한다. 이때, TS 타이머는 N 타이머로서 0부터 N-1까지의 계수를 반복한다. 즉, TS 타이머는 N-1까지 카운트한 다음 다시 0부터 시작되는 스위프형 타이머로서, 1us단위로 늦추거나 빠르게 조절할 수 있고 자체 클럭과 연동한다.
도 2 는 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시간동기 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 송신 센서노드(WSN 코디네이터)가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송한다(201). 이때, 송신 센서노드는 비컨 프레임의 프레임시작표시자가 확산 변조되는 순간(비컨 프레임의 헤더가 변조되는 순간)의 시점정보를 타임스탬프에 기록하는 것이 바람직하다.
이후, 수신 센서노드가 상기 송신 센서노드로부터 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정한다(202). 이때, 수신 센서노드는 물리 프레임의 프레임시작표시자를 수신하는 순간에 타이머의 수신시점을 측정하는 것이 바람직하다.
이후, 수신 센서노드가 상기 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출한다(203).
이후, 수신 센서노드가 상기 측정한 수신시점과 상기 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋(시간차)을 계산한다(204).
이후, 수신 센서노드가 상기 계산한 타임옵셋에 맞게 자신의 타이머를 조절한다(205). 이때, 채널엑세스가 타임슬롯 경계에 시도되는 CSMA/CA 특징을 고려하여 비컨 프레임 전송 이후 첫 번째 타임슬롯 경계에서 타임옵셋을 조절한다. 여기서, 상기 수신 센서노드가 WSN 라우터인 경우 상기 수신한 물리 프레임을 인접 WSN 라우터 및 WSN 디바이스로 전달한다.
여기서, 상기 수신 센서노드는 상기와 같은 과정을 반복 수행하여 다수의 타임옵셋을 계산한 후 그 평균을 산출하여 타이머를 조절할 수도 있다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 무선센서 네트워크의 시간동기는 비컨의 전송으로부터 시작된다. 즉, WSN 코디네이터(11)는 비컨 프레임을 전송하기에 앞서 먼저 비컨 프레임을 생성한다. 이때, 비컨 프레임의 포맷 및 세부 필드는 별도로 정의되고 그와 관련 파라미터 중에서 사용자에 의해 정의되는 파라미터는 센서네트워크의 응용분야, 적용환경, 네트워크 규모, 형상, 비컨 주기 등에 의해 결정된다.
WSN 코디네이터(11)의 MAC 엔터티에 의해 생성된 비컨 프레임은 무선채널을 통해 전송이 용이한 형태인 물리 프레임으로 만들어진다. 여기서, 물리 프레임은 비컨 프레임의 뒤에 타임스탬프를 추가한 구조를 갖는다. 이때, 타임스탬프는 상기 비컨 프레임이 무선주파수를 통해 전파되는 시점이 표시되는 정보요소로서, 상기 물리 프레임이 만들어지는 순간에는 어떠한 값도 갖지 않고 다만 일정한 길이만을 가지다가, 상기 비컨 프레임의 프레임시작표시자가 확산 변조되는 순간 WSN 코디네 이터(11)에 의해 그때의 시점정보가 저장된다.
즉, WSN 코디네이터(11)는 프레임시작표시자의 마지막 비트가 확산되는 순간에 그때의 TS 타이머 값을 측정한다. 이것은 Tn비트 길이의 2진값으로 환산되고 별도의 버퍼에 저장된다. 이때, 전송되는 물리 프레임은 프레임시작표시자에 이어 프레임길이 필드, 페이로드에 해당하는 비트시퀀스 순으로 변조과정을 거치게 된다. 타임스탬프 버퍼는 페이로드의 마지막 비트가 확산변조를 이루는 순간 트리거를 받게 되고 저장된 타임스탬프값이 상기 타임스탬프 필드에 채워지고 페이로드의 마지막 비트가 확산변조와 케리어변조를 통해 전파된다.
이후, 수신 센서노드가 비컨 프레임의 수신시점인 수신 타임스탬프를 측정한 다음 그것과 송신 타임스탬프를 비교함으로써, 두 센서노드간의 시간차인 타임옵셋을 계산한다. 상기 옵셋은 수신측 센서노드 TS타이머의 조절량을 결정하는데 이용된다.
수신 타임스탬프의 측정은 상기 프레임 전송과정과는 반대의 과정을 통해 이루어진다. 프리엠블이 수신되면 이어지는 필드가 프레임시작표시자인지를 판단한다. 프레임시작표시자는 앞서 언급된 바와 같이 모든 센서노드에 알려진 고유한 패턴이다. 따라서, 수신시퀀스에 대한 상관을 통해 프레임시작표시자의 존재를 알 수 있고 그 시점을 수신 프레임의 수신시점으로 측정할 수 있다.
수신 타임스탬프의 측정은 일단 상기 상관기의 출력으로 트리거된다. 센서노드는 일정한 임계치 이상의 상관기 출력 시점에서 자신의 TS타이머 값을 TS타이머 버퍼에 저장한다. 이후, 수신된 페이로드에 이어지는 송신 타임스탬프 값은 비트시 퀀스에서 us단위의 시간으로 변환된다.
수신 센서노드는 두 센서노드간 타임옵셋을 산출하기 위해 수신 타임스탬프 값과 송신 타임스탬프를 이용한다. 이때, 비컨 프레임의 무선채널 전파지연시간은 모든 응용환경에서 측정할 수 없을 만큼 작은 1us 미만이므로 무시된다. 따라서, 두 타임스탬프 값은 거의 같은 시점으로 간주된다. 여기서, 상기 타임옵셋은 다분히 두 값의 차에 의해 결정될 수 있다.
이후, 상기 계산된 옵셋은 수신측 TS타이머를 옵셋만큼 늦추거나 앞당기는데 사용된다. 이때, 상기 수신 센서노드가 WSN 라우터인 경우 채널엑세스가 타임슬롯 경계에 시도되는 CSMA/CA 특징을 고려하여 타임옵셋 조절시점은 WSN 코디네이터로부터 수신한 비컨 프레임을 인접 센서노드로 전송한 이후 첫 번째 타임슬롯 경계에서 이루어지도록 한다.
이후, 수신측 센서노드는 조절된 TS타이머를 적용하여 비컨 송수신 및 채널엑세스 동작을 수행한다.
상기 타임옵셋은 센서네트워크 환경에 따라 다소 불안정한 무선 채널에서 야기되는 드리프트를 포함할 수 있다. 이러한 측면을 고려하여 시간을 달리하여 측정된 몇 개의 타임스탬프를 이용하거나 또는 매 순간 산출된 몇 개의 타임옵셋을 이용한 이동평균화를 고려한다. 즉, 현재 조절되어야 할 타임옵셋은 이전 n회 측정된 두 타임스탬프 또는 산출된 타임옵셋로부터 평균화된 값으로 얻는 것이다. 이때, n값은 비컨의 주기 등을 고려되나 통상 2~3회로 설정된다.
산출된 타임옵셋에 의한 TS타이머의 조절은 TS타이머의 타임래그(time-lag) 또는 타임리드(time-lead) 기능을 통해 늦추거나 앞당긴다. 타임래그 기능은 타임옵셋만큼 TS타이머를 지연시키는 기능이다. 이것은 TS타이머를 클럭에 맞추어 타임옵셋에 해당하는 시간만큼 중단시킨다. TS타이머는 계수기이므로 중단된 만큼 그 값이 지연되고 비컨 송신측과의 시간동기를 얻을 수 있다. 이에 반해 타임리드 기능은 타임옵셋만큼 TS타이머를 선행시킨다. 즉, TS타이머를 타임옵셋에 해당하는 시간만큼 가산하는 것이다. 현재의 타이머의 값에 타임옵셋을 가산함으로써 시간차가 조절되어 두 센서노드간 시간동기가 이루어진다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 송신 센서노드로부터 비컨 프레임의 전송 시점정보가 기록된 물리 프레임을 수신함에 따라 타이머를 통해 수신시점을 측정하고, 상기 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출한 후 상호 비교하여 타임옵셋을 계산하며, 상기 계산한 타임옵셋에 맞게 타이머를 조절함으로써, 센서노드 간의 빈번한 패킷충돌, 잦은 패킷 재전송 등을 유발하는 타이밍 불일치 문제를 해결하고, 다중 홉을 경유하는 센서노드의 배터리를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 무선센서 네트워크 시간동기 방법에 있어서,
    송신 센서노드가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송하는 물리 프레임 전송단계;
    상기 수신 센서노드가 물리 프레임을 수신함에 따라 TS타이머를 통해 수신시점을 측정하는 수신시점 측정단계;
    상기 수신 센서노드가 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출하는 단계;
    상기 수신 센서노드가 측정한 수신시점과 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋을 계산하는 단계; 및
    상기 수신 센서노드가 계산한 타임옵셋에 맞게 상기 TS타이머를 조절하는 TS타이머 조절단계
    를 포함하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리 프레임 전송단계는,
    비컨 프레임의 프레임시작표시자가 확산 변조되는 순간의 시점정보를 타임스탬프에 기록하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물리 프레임 전송 단계는,
    상기 비컨 프레임의 전송 시점정보를 TS타이머의 값을 통해 측정하여 상기 물리 프레임의 타임스탬프 버퍼에 저장하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 물리 프레임 전송 단계는,
    상기 물리 프레임의 페이로드가 변조될 때 트리거된 타임스탬프를 상기 페이로드에 이어서 전송하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수신시점 측정단계는,
    물리 프레임의 프레임시작표시자를 수신하는 순간에 상기 TS타이머의 수신시점을 측정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 TS타이머 조절단계는,
    상기 수신 센서노드가 무선센서 네트워크 라우터인 경우, 채널엑세스가 타임슬롯 경계에 시도되는 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access Collision Avoidance) 특징을 고려하여 인접 센서노드로 비컨 프레임을 전송한 이후 첫 번째 타임슬롯 경계에서 타임옵셋을 조절하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 TS타이머 조절단계는,
    상기 수신 센서노드가 상기와 같은 과정을 반복 수행하여 다수의 타임옵셋을 산출한 후 그 평균을 구하여 상기 TS타이머를 조절하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 TS타이머 조절단계는,
    타임래그 조절인 경우 TS 타이머를 타임옵셋만큼 중단시키는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 TS타이머 조절단계는,
    타임리드 조절인 경우 TS타이머를 타임옵셋만큼 가산시키는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 TS타이머는,
    N(자연수)으로 반복 계수하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시간동기 방법.
  11. 프로세서를 구비한 무선센서 네트워크 시스템에,
    송신 센서노드가 비컨 프레임의 전송 시점정보를 물리 프레임의 타임스탬프에 기록한 후 수신 센서노드로 전송하는 물리 프레임 전송기능;
    상기 수신 센서노드가 물리 프레임을 수신함에 따라 TS타이머를 통해 수신시점을 측정하는 수신시점 측정기능;
    상기 수신 센서노드가 수신한 물리 프레임의 타임스탬프에 기록되어 있는 시점정보를 검출하는 기능;
    상기 수신 센서노드가 측정한 수신시점과 검출한 시점정보를 비교하여 타임옵셋을 계산하는 기능; 및
    상기 수신 센서노드가 계산한 타임옵셋에 맞게 상기 TS타이머를 조절하는 TS타이머 조절기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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