KR20080053089A - Method and frame structure for media access control based on tdma - Google Patents

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손명희
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Abstract

An MAC method based on TDMA, and a recording medium recording data for an MAC frame structure are provided to enable a sink node to allocate the slot of each sensor node on the basis of the TDMA in the whole frame structure, thereby configuring a ubiquitous sensor network considering low power and real-time characteristics. An MAC(Media Access Control) method based on TDMA(Time Division Multiple Access) comprises the following steps of: initializing a sensor node(S401); receiving a beacon from a sink node and processing the received beacon(S402); acquiring media access randomly in a requested slot section and requesting the sink node to allocate slots(S403); checking whether the slot request succeeds from next beacon information(S404); transmitting data in an allocated slot section if the slots are allocated(S405); and checking whether the transmission of the data succeeds(S406).

Description

ＴＤＭＡ 기반의 매체접근제어방법 및 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록 매체{Method and Frame Structure for Media Access Control Based on TDMA}TMD-based media access control method and recording medium recording data for a media access control frame structure {Method and Frame Structure for Media Access Control Based on TDMA}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어(MAC: Media Access Control) 프레임 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a TDMA-based Media Access Control (MAC) frame structure according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 실시간 교통정보 수집을 위한 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.2 is a view showing the configuration of a system for collecting real-time traffic information according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법을 싱크 노드의 관점에서 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a TDMA-based medium access control method according to an embodiment of the present invention from the perspective of a sink node.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법을 센서 노드의 관점에서 나타낸 도면이다.4 is a view showing a TDMA-based medium access control method according to an embodiment of the present invention from the perspective of a sensor node.

본 발명은 TDMA 기반의 매체접근제어방법 및 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록 매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)에 있어서 실시간성과 저전력성을 달성 하기 위한 TDMA 기반 매체접근제어방법 및 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록 매체에 관한 것이다.The present invention relates to a TDMA-based medium access control method and a recording medium for recording data for a medium access control frame structure, and more particularly, to achieve real time and low power in a ubiquitous sensor network (USN). The present invention relates to a TDMA-based medium access control method and a recording medium for recording data for a medium access control frame structure.

유비쿼터스 센서 네트워크(USN)란, 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 감지할 수 있는 센서가 탑재된 센서 노드를 통해 무선 센서 네트워크를 구성하고, 다양한 센서들을 통해 입력되는 정보를 실시간으로 네트워크를 통해 외부와 연결하여 정보를 처리하고 관리하는 네트워크 시스템을 의미한다.Ubiquitous sensor network (USN) is composed of wireless sensor network through sensor nodes equipped with sensors that can detect recognition information about objects or surrounding environment information, and provides information in real time from information input through various sensors. It refers to a network system that processes and manages information by connecting to the outside through the system.

유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 통신 기능을 부여함으로써, 언제(anytime), 어디서나(anywhere) 네트워크, 디바이스 또는 서비스에 관계없이 통신 가능한 환경의 구현을 목적으로 하므로, 실시간성, 신뢰성, 유지보수의 용이성이 요구된다.Ubiquitous Sensor Networks (USNs) ultimately provide computing and communication capabilities to all things, real-time, Reliability and ease of maintenance are required.

본 발명은 TDMA 기반의 매체접근제어를 이용하여 유비쿼터스 센서 네트워크에 저전력성과 실시간성을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a low power and real time to the ubiquitous sensor network using a TDMA-based medium access control.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법의 일 실시예는 적어도 하나 이상의 센서 노드와 통신하는 싱크 노드로부터 비컨 슬롯이 전송되면, 각 센서 노드마다 할당된 소정의 시간구간에서 데이터를 전송하는 데이터전송단계 및 상기 싱크 노드에 랜덤 액세스 방식으로 접근하여 비컨을 할당할 것을 요청하는 비컨할당요청단계를 가진다.One embodiment of the TDMA-based medium access control method according to the present invention for achieving the above technical problem is that when a beacon slot is transmitted from a sink node communicating with at least one sensor node, at a predetermined time interval allocated to each sensor node. A data transmission step of transmitting data and a beacon allocation request step of requesting to allocate a beacon by random access to the sink node are provided.

더욱 바람직하게는 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 TDMA 기 반의 매체접근제어방법의 일 실시예에 있어서 상기 데이터전송단계는 다음 비컨 슬롯이 수신되기 이전에 상기 각 센서 노드마다 적어도 한번 이상 반복된다.More preferably, in one embodiment of the TDMA based medium access control method according to the present invention for achieving the technical problem, the data transmission step is repeated at least once for each sensor node before the next beacon slot is received. .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록매체의 일 실시예는 비컨 슬롯, 적어도 하나 이상의 센서 노드마다 할당된 소정의 시간구간으로 이루어진 상기 센서 노드가 데이터를 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 노드 슬롯 및 상기 각 센서 노드와 통신하는 싱크 노드에 랜덤 액세스 방식으로 접근하여 비컨할당요청데이터를 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 요청 슬롯을 가진다.One embodiment of a recording medium for recording data for the TDMA-based medium access control frame structure according to the present invention for achieving the technical problem is a sensor node consisting of a beacon slot, a predetermined time interval allocated to at least one sensor node. Has at least one node slot for transmitting data and at least one request slot for transmitting beacon allocation request data by random access to the sink node communicating with each sensor node.

더욱 바람직하게는 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록매체의 일 실시예에 있어서 상기 노드 슬롯은 다음 비컨 슬롯이 수신되기 이전에 상기 각 센서 노드마다 적어도 한번 이상 반복된다.More preferably, in one embodiment of the recording medium for recording data for the TDMA-based medium access control frame structure according to the present invention for achieving the technical problem, the node slot is the sensor before the next beacon slot is received; Repeat at least once per node.

본 발명에 의하면 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)에 저전력성과 실시간성을 제공함으로써, 저전력성과 실시간성을 동시에 고려한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 시스템 구성이 가능하다.According to the present invention, by providing a low power and real time to the ubiquitous sensor network (USN), it is possible to configure a ubiquitous sensor network (USN) system considering both low power and real time.

이하 첨부한 도면을 사용하여 본 발명에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법 및 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록 매체를 상세히 설명한다.Hereinafter, a TDMA-based medium access control method and a recording medium on which data for a medium access control frame structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어 프레임 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a TDMA-based medium access control frame structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명은 짧은 지연시간과 노드 전원 절약을 동시에 고려하여 TDMA(Time Division Multiple Access: 시간 분할 다중화)를 기반으로 하여 노드들의 슬롯할당을 전체 프레임 구조 내에서 분포되게 할당하였음을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, the present invention allocates the slot allocation of nodes in the entire frame structure based on time division multiple access (TDMA) in consideration of short delay time and node power saving. Able to know.

이처럼 본 발명에 의한 매체접근제어는 TDMA 를 기반으로 한다. TDMA 기반의 매체접근제어의 장점은 지연시간이 미리 예측이 가능하다는 것이다.As such, the medium access control according to the present invention is based on TDMA. The advantage of TDMA-based media access control is that the delay time can be predicted in advance.

이처럼 TDMA 기반의 매체접근제어의 예측이 가능한 지연시간은 실시간 서비스를 제공하는데 있어서 매우 유용하다.As such, the predictable delay time of TDMA-based media access control is very useful for providing a real-time service.

본 발명에 의한 매체접근제어 프레임은 처음에 비컨 슬롯(110)으로 시작된다.The media access control frame according to the present invention initially begins with the beacon slot 110.

각 센서 노드들은 할당된 노드 슬롯(120)구간에서 데이터를 싱크 노드에게 전송한다.Each sensor node transmits data to the sink node in the allocated node slot 120 section.

본 발명에 의한 매체접근제어 프레임은 종래의 매체접근제어 프레임과 달리 비컨 슬롯(110)이 시작되고, 다음 비컨 슬롯(110)이 시작되기 이전에 각 센서 노드들에게 노드 슬롯(120)을 여러 차례 반복하여 할당한다.Unlike the conventional media access control frame, the media access control frame according to the present invention starts the beacon slot 110 and the node slot 120 several times to each sensor node before the next beacon slot 110 starts. Allocate it repeatedly.

이를 통하여, 각 센서 노드들은 자기 차례가 올 때까지 예측가능한 지연시간을 가지게 되므로 실시간성을 지원하게 되며, 비컨 슬롯(110)이 오기 전까지 전력소모가 감소하므로 저전력성을 달성할 수 있다.Through this, each sensor node has a predictable delay time until its turn to support the real-time, and the power consumption is reduced until the beacon slot 110 comes to achieve low power.

슬롯 요청은 매체접근제어 프레임의 마지막에 위치한 요청 슬롯(130)구간에서 이루어진다.The slot request is made in the request slot 130 section located at the end of the medium access control frame.

각 센서 노드는 TDMA 기반으로 매체에 접근하여 비컨 정보를 참조하여 사용 할 슬롯을 싱크 노드에 요청한다.Each sensor node accesses the medium based on TDMA and requests the sink node to use the slot by referring to the beacon information.

이를 위하여 각 센서 노드는 매체접근제어 프레임의 마지막에 할당되어진 요청 슬롯(130)구간에서 랜덤하게 접근하여 슬롯을 요청한다.To this end, each sensor node randomly approaches the request slot 130 section allocated at the end of the medium access control frame and requests a slot.

싱크 노드는 센서 노드들의 슬롯 할당 요청에 대하여 실시간성과 저전력 특성을 고려하여, 각 센서 노드들의 슬롯을 전체 프레임 구조내에서 TDMA 를 기반으로 분포되게 할당(도 1의 매체접근제어 프레임 구조 참조)한다.The sink node allocates the slots of each sensor node to be distributed based on the TDMA within the entire frame structure in consideration of real time and low power characteristics for the slot allocation request of the sensor nodes (see the media access control frame structure of FIG. 1).

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 실시간 교통정보 수집을 위한 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.2 is a view showing the configuration of a system for collecting real-time traffic information according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 의하면, 도로 위에 부착된 센서 노드(210)는 차량의 유무, 속도, 분류 등의 데이터를 TDMA 기반 매체접근제어 프레임 구조 및 매체접근제어방법을 이용하여 실시간으로 싱크 노드(220)에게 전송할 수 있다.According to the present invention, the sensor node 210 attached on the road transmits data such as vehicle presence, speed, and classification to the sink node 220 in real time using a TDMA-based medium access control frame structure and a medium access control method. Can be.

더욱 바람직하게는 센서 노드(210)는 자기(Magnetic) 센서 노드이다.More preferably, sensor node 210 is a magnetic sensor node.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법을 싱크 노드의 관점에서 나타낸 도면이다. 3 is a view illustrating a TDMA-based medium access control method according to an embodiment of the present invention from the perspective of a sink node.

유비쿼터스 센서 네트워크가 시작되어 싱크 노드가 초기화(S301)되면, 싱크 노드는 비컨을 생성하여 송신(S302)한다.When the ubiquitous sensor network is started and the sink node is initialized (S301), the sink node generates and transmits a beacon (S302).

각 센서 노드는 비컨 정보를 참조하여 매체접근제어 프레임의 마지막에 할당되어진 요청 슬롯 구간에서 랜덤하게 접근하여 사용할 슬롯을 싱크 노드에 요청한다.Each sensor node refers to the beacon information and requests the sink node to randomly access and use a slot in a request slot interval allocated at the end of the medium access control frame.

싱크 노드는 요청 슬롯 구간에서 슬롯 할당 요청이 있었는지 확인(S303)하 여, 아직 특정한 센서 노드에 할당되지 않은 노드 슬롯을 슬롯 할당을 요청한 센서 노드에게 할당(S304)한다.The sink node checks whether there is a slot allocation request in the request slot period (S303), and allocates a node slot that is not yet allocated to a specific sensor node to the sensor node that has requested the slot allocation (S304).

싱크 노드는 도 3과 같은 방법으로 네트워크를 시작하면서 비컨을 생성하고 슬롯을 요청하는 센서 노드에게 슬롯을 할당할 수 있다.The sink node may generate a beacon and allocate a slot to a sensor node requesting a slot while starting the network as shown in FIG. 3.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 TDMA 기반의 매체접근제어방법을 센서 노드의 관점에서 나타낸 도면이다.4 is a view showing a TDMA-based medium access control method according to an embodiment of the present invention from the perspective of a sensor node.

유비쿼터스 센서 네트워크가 시작되어 센서 노드가 초기화(S401)되면, 센서 노드는 싱크 노드로부터 비컨을 수신하여 처리(S402)한다.When the ubiquitous sensor network is started and the sensor node is initialized (S401), the sensor node receives and processes a beacon from the sink node (S402).

센서 노드는 비컨 정보를 수신한 후 요청 슬롯 구간에서 랜덤하게 매체접근을 획득하여 싱크 노드에 슬롯 할당을 요청(S403)한다.After receiving the beacon information, the sensor node randomly obtains a medium access in the request slot period and requests slot allocation from the sink node (S403).

센서 노드는 다음 비컨 정보부터 슬롯 요청이 성공되었는지 확인(S404)하여, 슬롯 요청이 성공하여 슬롯이 할당되었다면, 할당된 슬롯 구간에서 데이터를 송신(S405)하고, 데이터 송신이 성공 여부를 확인(S406)한다.The sensor node checks whether the slot request is successful from the next beacon information (S404). If the slot request is successful and the slot is allocated, the sensor node transmits data in the allocated slot period (S405) and checks whether the data transmission is successful (S406). )do.

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 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

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.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

본 발명에 의하면 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)에 저전력성과 실시간성을 제공함으로써, 저전력성과 실시간성을 동시에 고려한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 시스템 구성이 가능하다.According to the present invention, by providing a low power and real time to the ubiquitous sensor network (USN), it is possible to configure a ubiquitous sensor network (USN) system considering both low power and real time.

또한, 본 발명에 의하면 저전력성과 실시간성에 의한 설치 및 유지보수의 용이성으로 인하여 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 시스템의 구축 비용도 절약할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the construction cost of the ubiquitous sensor network (USN) system due to the ease of installation and maintenance by low power and real-time.

Claims (6)

적어도 하나 이상의 센서 노드와 통신하는 싱크 노드로부터 비컨 슬롯이 전송되면, 각 센서 노드마다 할당된 소정의 시간구간에서 데이터를 전송하는 데이터전송단계; 및A data transmission step of transmitting data in a predetermined time interval allocated to each sensor node when a beacon slot is transmitted from a sink node communicating with at least one sensor node; And 상기 싱크 노드에 랜덤 액세스 방식으로 접근하여 비컨을 할당할 것을 요청하는 비컨할당요청단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 매체접근제어방법.And a beacon allocation request step of requesting to allocate the beacon by accessing the sink node in a random access method. 제 1항에 있어서, 상기 데이터전송단계는The method of claim 1, wherein the data transmission step 다음 비컨 슬롯이 수신되기 이전에 상기 각 센서 노드마다 적어도 한번 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 매체접근제어방법.TDMA-based medium access control method characterized in that the repetition at least once for each sensor node before the next beacon slot is received. 제 1항에 있어서, 상기 비컨할당요청단계는 The method of claim 1, wherein the beacon allocation request step 다음 비컨 슬롯을 기초로 비컨이 할당되었는지 확인하여 비컨이 할당된 경우, 할당된 소정의 시간구간에서 데이터를 전송하는 비컨할당확인단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 매체접근제어방법.And determining a beacon is allocated based on the next beacon slot, and if the beacon is allocated, further comprising a beacon allocation confirmation step of transmitting data in the allocated predetermined time interval. 비컨 슬롯;Beacon slots; 적어도 하나 이상의 센서 노드마다 할당된 소정의 시간구간으로 이루어진 상 기 센서 노드가 데이터를 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 노드 슬롯; 및At least one node slot for transmitting data by the sensor node having a predetermined time interval allocated to at least one sensor node; And 상기 각 센서 노드와 통신하는 싱크 노드에 랜덤 액세스 방식으로 접근하여 비컨할당요청데이터를 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 요청 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록매체.At least one request slot for transmitting beacon allocation request data by accessing the sink node communicating with each sensor node in a random access manner; recording data for a TDMA-based medium access control frame structure media. 제 4항에 있어서, 상기 노드 슬롯은 The method of claim 4, wherein the node slot is 다음 비컨 슬롯이 수신되기 이전에 상기 각 센서 노드마다 적어도 한번 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반의 매체접근제어 프레임 구조를 위한 데이터를 기록한 기록매체.And recording data for a TDMA-based medium access control frame structure, wherein the data is repeated at least once for each sensor node before a next beacon slot is received. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method according to any one of claims 1 to 3.
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