KR20090077569A - 무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법에 관한 것으로, 단일 채널을 이용하여 액티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크에서 통신 단말기는, 수집 패킷 전송 시, 액티브 구간에 설정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하고, 설정된 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 불가능하면, 액티브 구간에 설정된 경쟁 윈도우보다 선형적 또는 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 재설정하며, 재설정 과정을 반복할 수 있다. 본 발명에 따르면, 통신 단말기에서 수집 패킷의 전송을 시도하는 횟수가 증가하더라도, 동일한 무선 센서 네트워크의 다른 통신 단말기가 채널을 사용함에 따라 경쟁 윈도우의 사이즈가 기하급수적으로 확장되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 통신 단말기에서 채널을 사용하는데 효율성이 향상되는 이점이 있다.
무선 센서 네트워크, 통신 단말기, 채널, 경쟁 윈도우, 타임 슬롯

Description

무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법{COMMUNICATION TERMINAL IN WIRELESS SENSOR NETWORK AND METHOD FOR COMMUNICATING THEREOF}
본 발명은 무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법에 관한 것으로, 특히 네트워크 조정자와 다수개의 통신 단말기들이 단일 채널을 이용하여 액티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 센서 네트워크 기술은 인식 거리에 따라 크게 무선랜(WLAN; Wireless Local Area Network; WLAN) 기술과 무선 사설망(Wireless Personal Area Network; WPAN) 기술로 구분된다. 이 때 무선랜은 IEEE 802.11에 기반한 기술로서, 반경 100m 내외에서 기간망에 접속할 수 있는 기술이다. 그리고 무선 사설망은 IEEE 802.15에 기반한 기술로서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 초광대역 통신(Ultra Wide Band; UWB) 등이 있다. 이러한 무선 센서 네트워크 기술이 구현되는 무선 센서 네트워크는 다수개의 통신 단말기들로 이루어진다. 이 때 다수개의 통신 단말기들은 단일 채널(channel)을 이용하여 액티브 구간(ACTIVE period)에서 통신을 수행한다. 즉 통신 단말기들은 실시간으로 패킷을 수집하고, 액티브 구간에 서 수집된 패킷을 전송한다.
그런데 상기와 같은 무선 센서 네트워크의 통신 단말기는, 액티브 구간에 경쟁 윈도우(contention window)를 설정한 다음, 해당 경쟁 윈도우에서 수집 패킷의 전송을 시도한다. 이 때 통신 단말기는 해당 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 가능하면, 수집 패킷을 전송한다. 그리고 통신 단말기는 해당 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 불가능하거나, 수집 패킷의 전송이 실패하면, 경쟁 윈도우보다 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 추가하여 설정한 다음, 수집 패킷의 전송을 재시도한다. 이로 인하여, 통신 단말기에서 수집 패킷의 전송을 시도하는 횟수가 증가할수록 경쟁 윈도우의 사이즈가 기하급수적으로 확장됨으로써, 통신 단말기에서 채널을 사용하는데 효율성이 저하된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단일 채널을 이용하여 액티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크에서 통신 단말기의 통신 방법은, 수집 패킷 전송 시, 상기 액티브 구간에 설정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하는 과정과, 상기 설정된 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 불가능하면, 상기 액티브 구간에 상기 설정된 경쟁 윈도우보다 선형적 또는 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 재설정하는 과정을 포함하며, 상기 재설정 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단일 채널을 이용하여 액 티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크의 통신 단말기는, 수집 패킷을 저장하기 위한 메모리와, 상기 수집 패킷 전송 시, 상기 액티브 구간에 설정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하고, 상기 설정된 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 불가능하면, 상기 액티브 구간에 상기 설정된 경쟁 윈도우보다 선형적 또는 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 재설정하는 것을 반복하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 하에, 상기 수집 패킷을 수신하고, 상기 설정된 경쟁 윈도우 또는 상기 다른 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 가능하면, 상기 채널을 통해 상기 수집 패킷을 전송하는 무선 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 통신 단말기 및 그의 통신 방법은, 통신 단말기가 설정된 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 불가능하면, 경쟁 윈도우의 사이즈를 선형적으로 확장시킨다. 그리고 통신 단말기는 선택적으로 경쟁 윈도우의 사이즈를 지수적으로 확장시킨다. 또한 통신 단말기는 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 가능한지의 여부를 재차 판단한다. 이로 인하여, 통신 단말기에서 수집 패킷의 전송을 시도하는 횟수가 증가하더라도, 동일한 무선 센서 네트워크의 다른 통신 단말기가 채널을 사용함에 따라 경쟁 윈도우의 사이즈가 기하급수적으로 확장되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 통신 단말기에서 채널을 사용하는데 효율성이 향상되는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
하기 설명에서, "경쟁 윈도우(Contention Window)"라는 용어는 통신 단말기에서 특정 액티브 구간에서 수집 패킷을 전송하기 위하여 액티브 구간에 설정하는 시간 구간을 의미한다. 이 때 경쟁 윈도우는 일정한 시간 간격으로 이루어지는 다수개의 타임 슬롯(time slot)들을 포함한다. "경쟁 윈도우의 사이즈(size of Contention Window; CW)"라는 용어는 경쟁 윈도우의 타임 슬롯의 개수를 의미한다. "최소 사이즈(CWmin)"라는 용어는 통신 단말기에서 액티브 구간에 설정된 경쟁 윈도우 사이즈의 최소값을 의미한다.
그리고 "설정 횟수(i)"라는 용어는 통신 단말기에서 액티브 구간에 경쟁 윈도우를 설정하는 횟수를 의미한다. 즉 설정 횟수라는 용어는 통신 단말기에서 수집 패킷을 전송하기 위하여 채널 사용 가능 여부를 판단하는 횟수를 의미한다. "최대 설정 횟수(imax)"라는 용어는 통신 단말기에서 액티브 구간에 경쟁 윈도우를 설정하는 횟수의 최대값을 의미하며, 설정 횟수를 한정하기 위한 값이다. "확장 횟수(n)"라는 용어는 통신 단말기에서 경쟁 윈도우의 사이즈를 확장시키기 위해 설정 횟수와 비교하도록 설정되는 값을 의미한다. 즉 통신 단말기는 설정 횟수와 확장 횟수를 비교하여, 경쟁 윈도우의 사이즈를 선형적으로 확장시킬지 또는 지수적으로 확장시킬지를 결정한다.
또한 "선형 확장 상수(c)"라는 용어는 통신 단말기에서 경쟁 윈도우의 사이즈를 선형적으로 확장시키기 위해 이용하도록 설정되는 값을 의미한다. 즉 통신 단 말기에서 이전에 액티브 구간에 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈에 선형 확장 상수를 부가하여, 액티브 구간에 추가하여 설정할 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정한다. "지수 확장 상수(e)"라는 용어는 통신 단말기에서 경쟁 윈도우의 사이즈를 지수적으로 확장시키기 위해 이용하도록 설정되는 값을 의미한다. 즉 통신 단말기는 이전에 액티브 구간에 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈에 지수 확장 상수를 곱하여, 액티브 구간에 재설정할 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 기본 구성을 도시하는 구성도이다. 이 때 도 1a는 방사형 네트워크(star network)를 도시하고 있고, 도 1b는 계층형 네트워크(cluster tree network)를 도시하고 있다. 그리고 본 실시예에서 무선 센서 네트워크는 IEEE 802.15에 기반한 무선 사설망인 경우를 가정하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예의 무선 센서 네트워크는 다수개의 통신 단말기(100, 200)들로 이루어진다. 이 때 통신 단말기(100, 200)는 네트워크 조정자(network coordinator; 100) 또는 네트워크 디바이스(network device; 200)이다. 이러한 무선 센서 네트워크는 다른 무선 센서 네트워크와 구별되는 고유 식별 정보를 갖는다. 그리고 무선 센서 네트워크에서, 네트워크 조정자(100)와 네트워크 디바이스(200)들은 단일 채널(channel)을 통해 통신을 수행한다. 이 때 무선 센서 네트워크는 도 1a에 도시된 바와 같이, 하나의 네트워크 조정자(100)를 구비할 수 있다. 또는 무선 센서 네트워크는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 다수개의 네트워크 조정자(100)들을 구비하고, 네트워크 조정자(100)들이 계층적으로 연결되는 구조로 구현될 수 있다. 여기서, 하위 계층의 네트워크 조정자(100)는 상위 계층의 네트워크 조정자(100)에 대하여 네트워크 디바이스(200)로서 동작할 수 있다. 이 때 통신 단말기(100, 200)들은 수퍼 프레임(Superframe)을 단위로 통신을 수행한다.
네트워크 조정자(100)는 무선 센서 네트워크를 관리하는 기능을 수행한다. 이 때 네트워크 조정자(100)는 해당 무선 센서 네트워크의 통신 단말기(100, 200)들로부터 선출될 수 있다. 이러한 네트워크 조정자(100)는 무선 센서 네트워크에서 다른 통신 단말기(200)들과 통신을 수행한다. 그리고 네트워크 조정자(100)는 통신 단말기(200)를 해당 무선 센서 네트워크에 등록시키거나, 해당 무선 센서 네트워크로부터 등록을 해제시킬 수 있다. 또한 네트워크 조정자(100)는 주기적으로 비콘(Beacon) 메시지를 방사한다. 게다가 네트워크 조정자(100)는 특정 패킷을 해당 무선 센서 네트워크의 통신 단말기(100, 200)들로 전송할 수 있다.
네트워크 디바이스(200)들은 비콘 메시지 수신 시, 각각 해당 무선 센서 네트워크의 네트워크 조정자(100)와 통신을 수행한다. 이 때 동일한 무선 센서 네트워크의 통신 단말기(200)들은 단일 채널을 이용해야 하기 때문에, 상호 경쟁을 통해 채널을 선점해야 한다. 그리고 채널을 선점하면, 통신 단말기(200)는 특정 패킷을 네트워크 조정자(100)로 전송할 수 있다.
상기와 같이, 무선 센서 네트워크에서 통신을 수행하는 기본 단위를 의미하는 수퍼 프레임을 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 사용되는 수퍼 프레임의 구조를 도시하는 구조도이다.
도 2를 참조하면, 수퍼 프레임은 다수개의 비콘 구간(Beacon Interval; 210)로 이루어진다. 이러한 비콘 구간(210)은 연속된 비콘 메시지(220)들 사이의 시간으로 정의된다. 그리고 비콘 구간(210)은 액티브(ACTIVE) 구간(230)을 포함한다. 그리고 비콘 구간(210)은 인액티브(INACTIVE) 구간(240)을 더 포함할 수 있다. 이 때 액티브 구간(230)에서, 통신 단말기(100, 200)들은 온(on) 상태, 즉 활성 상태로 전환될 수 있으며, 채널을 통해 접속하여 패킷을 송수신할 수 있다. 그리고 인액티브 구간(240)에서, 통신 단말기(100, 200)들은 배터리 전력을 절약하기 위하여, 오프(off) 상태, 즉 비활성 상태 또는 저전력 상태로 전환되며, 일부 또는 모든 동작을 중단한다. 이 때 액티브 구간(230)과 인액티브 구간(240)의 길이는 네트워크 조정자(100)에 의해 결정되며, 비콘 메시지(220)를 통해 네트워크 디바이스(200)들로 통보된다. 즉 네트워크 조정자(100)는 비콘 메시지(220)를 통해 액티브 구간(230)의 시점 및 종점을 통보한다.
그리고 액티브 구간(230)은 경쟁 접근 구간(Contention Access Period; CAP; 231) 및 경쟁 회피 구간(Contention Free Period; CFP; 233)으로 구분된다. 경쟁 접근 구간(231)에서, 통신 단말기(100, 200)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) 기법을 이용하여 동일 계층의 다른 통신 단말기(100, 200)와 경쟁한다. 즉 통신 단말기(100, 200)는 채널을 선점하기 위하여, 경쟁 접근 구간(231)에 경쟁 윈도우를 설정하고, 해당 경쟁 윈도우에서 동일 계층의 다른 통신 단말기(100, 200)와 경쟁한다. 그리고 채널 선점 시, 통신 단말기(100, 200)는 특정 패킷을 상위 계층의 통신 단말기(100, 200)로 전송한다. 경쟁 회피 구간(233)에서, 통신 단말기(100, 200)는 보증 시간 슬롯(Guaranteed Time Slot; GTS) 기법을 이용하여 채널에 접근한다.
상기와 같은 수퍼 프레임 구조에 따라 수행되는 무선 센서 네트워크의 통신 단말기의 내부 구성을 도 3을 참조하여 예로서 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 단말기의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 통신 단말기(100, 200)는 무선 통신부(310), 제어부(320) 및 메모리(330)를 포함한다.
무선 통신부(310)는 통신 단말기(100, 200)의 무선 통신 기능을 수행한다. 이러한 무선 통신부(310)는 송신되는 신호의 주파수를 상승변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 잡음 증폭하고 주파수를 하강변환하는 RF수신기 등을 포함한다.
제어부(320)는 통신 단말기(100, 200)의 전반적인 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 그리고 제어부(320)는 송신되는 신호를 부호화 및 변조하는 송신기와 수신되는 신호를 복조 및 복호화하는 수신기 등을 구비하는 데이터 처리부를 포함한다. 이러한 데이터 처리부는 모뎀(MODEM) 및 코덱(CODEC)으로 구성될 수 있다.
이러한 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신부(310)를 이용하여 실시간으로 데이터를 수집하고, 수집된 데이터로 수집 패킷을 형성한다. 그리고 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신부(310)를 통해 비콘 메시지 수신 시, 수집 패킷을 전송할지의 여부를 판단한다. 이 때 수집 패킷을 전송해야 하는 것으로 판단되면, 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 액티브 구간(230)에 최소 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정한다. 여기서, 제어부(320)는 설정 횟수를 카운트한다.
그리고 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 가능한지의 여부를 판단한다. 여기서, 채널 사용이 불가능한 것으로 판단되면, 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 설정 횟수와 확장 횟수를 비교한 결과에 따라, 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 선형적으로 또는 지수적으로 확장시킨다. 또한 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 액티브 구간(230)에 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 추가하여 설정한다. 여기서, 제어부(320)는 설정 횟수를 카운트한다. 또는 채널 사용이 가능한 것으로 판단되면, 제어부(320)는 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신부(310)를 통해 수집 패킷을 전송한다.
메모리(330)는 프로그램 메모리 및 데이터 메모리들로 구성된다. 프로그램 메모리는 통신 단말기(100, 200)의 동작 프로그램 및 본 발명의 실시예에 따라 무선 센서 네트워크에서 통신하기 위한 프로그램을 저장한다. 데이터 메모리는 프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 저장한다. 이러한 메모리(330)는 본 발명의 실시예에 따라 제어부(320)의 제어 하에, 실시간으로 형성되는 수집 패킷을 저장한다. 그리고 메모리(330)는 본 발명의 실시예에 따라 제어부(320)의 제어 하에, 액티브 구간(230)를 분할하는데 이용하도록 설정된 최소 사이즈를 저장한다. 또한 메모리(330)는 본 발명의 실시예에 따라 제어부(320)의 제어 하에, 확장 횟수, 선형 확장 상수 및 지수 확장 상수를 저장한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 단말기의 통신 절차를 도시하는 순서 도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 통신 절차는, 비콘 메시지(220) 수신 시, 제어부(320)가 411단계에서 이를 감지하는 것으로부터 출발한다. 이 후 제어부(320)는 413단계에서 비콘 메시지(220)를 분석한다. 이 때 제어부(320)는 비콘 메시지(220)를 전송한 네트워크 조정자(100)의 식별 정보 및 액티브 구간(230)의 시점 및 종점 등을 파악한다.
다음으로, 제어부(320)는 415단계에서 전송할 수집 패킷이 존재하는지의 여부를 판단한다. 즉 제어부(320)는 비콘 메시지(220)를 수신하기 이전에 형성된 수집 패킷이 메모리(330)에 존재하는지의 여부를 판단한다. 또는 제어부(320)는 비콘 메시지(220)를 수신한 이후에 형성된 수집 패킷이 메모리(330)에 존재하는지의 여부를 판단한다. 이 때 전송할 수집 패킷이 존재하는 것으로 판단되면, 제어부(320)는 417단계에서 설정 횟수를 0으로 결정한다. 즉 제어부(320)는 액티브 구간(230)을 경쟁 윈도우를 설정하지 않았으므로, 설정 횟수를 0으로 결정한다. 뿐만 아니라, 제어부(320)는 417단계에서 채널 사용이 가능함을 확인해야 하는 채널 확인 횟수(NC)를 더 결정한다. 예를 들면, 제어부(320)는 채널 확인 횟수(NC)를 2로 결정할 수 있다.
이어서, 제어부(320)는 419단계에서 액티브 구간(230)에 일정 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하고, 경쟁 윈도우의 타임 슬롯들 중 어느 하나를 선택한다. 이 때 제어부(320)는 설정 횟수에 따라 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정한다. 그리고 제어부(320)는 경쟁 윈도우의 타임 슬롯들 중 어느 하나를 임의로 선택한다. 이와 같 이, 제어부(320)가 경쟁 윈도우의 사이즈 및 타임 슬롯을 결정하는 절차를 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명할 것이다.
계속해서, 제어부(320)는 421단계에서 선택된 타임 슬롯이 0인지의 여부를 판단한다. 그리고 421단계에서 선택된 타임 슬롯이 0이 아닌 것으로 판단되면, 제어부(320)는 422단계에서 선택된 타임 슬롯을 1만큼 감소시킨다. 이 때 제어부(320)는 421단계에서 선택된 타임 슬롯이 0인 것으로 판단될 때까지 421단계 및 422단계를 반복하여 수행할 수 있다. 또한 421단계에서 선택된 타임 슬롯이 0인 것으로 판단되면, 제어부(320)는 423단계에서 채널 사용이 가능한지의 여부를 판단한다. 이 때 제어부(320)는 경쟁 윈도우의 선택된 타임 슬롯의 단에서 채널 사용의 가능 여부를 판단할 수 있다. 즉 제어부(320)는 빈 채널 평가(Clear Channel Assemssment; CCA)를 통한 반송파(carrier)의 감지 여부로부터 채널 사용이 가능한지의 여부를 판단한다.
마지막으로, 423단계에서 채널 사용이 가능한 것으로 판단되면, 제어부(320)는 425단계에서 채널 확인 횟수를 1만큼 감소시킨다. 즉 제어부(320)는 채널 사용이 가능함을 한차례 확인하였으므로, 채널 확인 횟수를 1만큼 감소시킨다. 이 후 제어부(320)는 427단계에서 채널 확인 횟수가 0인지의 여부를 판단한다. 그리고 427단계에서 채널 확인 횟수가 0인 것으로 판단되면, 제어부(320)는 429단계에서 수집 패킷을 전송한다. 이 때 제어부(320)는 비콘 메시지(220)를 전송한 네트워크 조정자(100)로 수집 패킷을 전송한 다음, 통신 절차를 종료한다.
한편, 423단계에서 채널 사용이 불가능한 것으로 판단되면, 제어부(320)는 431단계에서 설정 횟수를 1만큼 증가된 값으로 결정한다. 즉 제어부(320)는 앞서 액티브 구간(230)에 경쟁 윈도우를 설정하였으므로, 설정 횟수(i)를 1만큼 증가시킨다. 뿐만 아니라, 제어부(320)는 431단계에서 채널 확인 횟수를 재결정한다. 이 때 제어부(320)는 앞서 설정된 채널 확인 횟수와 무관하게, 채널 확인 횟수를 재설정한다. 예를 들면, 제어부(320)는 채널 확인 횟수를 2로 재결정할 수 있다. 이 후 제어부(320)는 433단계에서 설정 횟수가 최대 설정 횟수를 초과하는지의 여부를 판단한다. 이 때 433단계에서 설정 횟수가 최대 설정 횟수를 초과하지 않는 것으로 판단되면, 제어부(320)는 419단계 내지 433단계를 반복하여 수행한다.
한편, 427단계에서 채널 확인 횟수가 0이 아닌 것으로 판단되면, 제어부(320)는 419단계 내지 433단계를 반복하여 수행한다.
한편 433단계에서 설정 횟수가 최대 설정 횟수를 초과하는 것으로 판단되면, 제어부(320)는 통신 절차를 종료한다.
도 5는 도 4에서 경쟁 윈도우 설정 절차를 도시하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(320)는 511단계에서 설정 횟수가 0인지의 여부를 판단한다. 즉 제어부(320)는 비콘 메시지(220)를 수신한 이후에 액티브 구간(230)에 경쟁 윈도우를 설정했었는지의 여부를 판단한다. 그리고 511단계에서 설정 횟수가 0인 것으로 판단되면, 제어부(320)는 513단계에서 경쟁 윈도우의 사이즈를 미리 설정된 최소 사이즈로 결정하고, 액티브 구간(230)에 결정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정한다. 이 때 경쟁 윈도우의 사이즈는 하기 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다. 그리고 제어부(320)는 액티브 구간(230)의 시점으로부터 경쟁 윈도우를 설정할 수 있다.
Figure 112008002566012-PAT00001
Figure 112008002566012-PAT00002
,
여기서, i는 설정 횟수, CWi는 경쟁 윈도우의 사이즈, CWmin는 최소 사이즈를 나타낸다. 예를 들면, 설정 횟수가 0이고, 최소 사이즈가 8이면, 경쟁 윈도우의 사이즈는 8로 결정된다. 즉 제어부(320)는 액티브 구간(230)에 8개의 타임 슬롯을 설정한다.
한편, 511단계에서 설정 횟수가 0이 아닌 것으로 판단되면, 제어부(320)는 515단계에서 설정 횟수 및 확장 횟수를 이용하여 모드(mod) 함수를 산출하고, 산출된 결과가 0인지의 여부를 판단한다. 즉 제어부(320)는 설정 횟수를 확장 횟수로 나누어 나머지를 산출한다. 그리고 제어부(320)는 산출된 나머지가 0인지의 여부를 판단한다. 또한 515단계에서 산출된 결과가 0이 아닌 것으로 판단되면, 제어부(320)는 517단계에서 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈로부터 선형적으로 확장된 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하고, 액티브 구간(230)에 다른 경쟁 윈도우를 설정한다. 이 때 다른 경쟁 윈도우의 사이즈는 하기 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다. 즉 제어부(320)는 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈에 선형 확장 상수를 부가하여, 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정한다. 그리고 제어부(320)는 채널 사용이 가능한지의 여부를 판단한 시점으로부터 다른 경쟁 윈도우를 설정한다.
Figure 112008002566012-PAT00003
Figure 112008002566012-PAT00004
Figure 112008002566012-PAT00005
,
여기서, i는 설정 횟수, CWi는 다른 경쟁 윈도우의 사이즈, CWi-1은 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈, c는 선형 증가 상수, n은 확장 횟수를 나타낸다. 예를 들면, 설정 횟수가 1이고, 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈가 8이고, 선형 증가 상수가 2이며, 확장 횟수가 3이면, 다른 경쟁 윈도우의 사이즈는 10으로 결정된다. 즉 제어부(320)는 액티브 구간(230)에 앞서 8개의 타임 슬롯을 설정한 상태에서, 새로운 경쟁 윈도우로 10개의 타임 슬롯을 추가하여 설정한다. 게다가 설정 횟수가 2이고, 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈가 10이고, 선형 증가 상수가 2이며, 확장 횟수가 3이면, 다른 경쟁 윈도우의 사이즈는 12로 결정된다. 즉 제어부(320)는 액티브 구간(230)에 앞서 10개의 타임 슬롯을 설정한 상태에서, 새로운 경쟁 윈도우로 12개의 타임 슬롯을 추가하여 설정한다.
한편, 515단계에서 산출된 결과가 0인 것으로 판단되면, 제어부(320)는 519단계에서 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈로부터 지수적으로 확장된 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하고, 액티브 구간(230)에 다른 경쟁 윈도우를 설정한다. 이 때 다른 경쟁 윈도우의 사이즈는 하기 <수학식 3>과 같이 결정될 수 있다. 즉 제어부(320)는 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈에 지수 확장 상수를 곱하여, 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정한다. 그리고 제어부(320)는 채널 사용이 가능한지의 여부를 판단한 시점으로부터 다른 경쟁 윈도우를 설정한다.
Figure 112008002566012-PAT00006
Figure 112008002566012-PAT00007
Figure 112008002566012-PAT00008
,
여기서, i는 설정 횟수, CWi는 다른 경쟁 윈도우의 사이즈, CWi-1은 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈, e는 지수 확장 상수, n은 확장 횟수를 나타낸다. 예를 들면, 설정 횟수가 3이고, 앞서 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈가 12이고, 지수 증가 상수가 2이며, 확장 횟수가 3이면, 다른 경쟁 윈도우의 사이즈는 24로 결정된다. 즉 제어부(320)는 액티브 구간(230)에 앞서 12개의 타임 슬롯을 설정한 상태에서, 새로운 경쟁 윈도우로 24개의 타임 슬롯을 추가하여 설정한다.
다음으로, 제어부(320)는 521단계에서 경쟁 윈도우의 타임 슬롯들 중 어느 하나를 임의로 선택한 다음, 도 4로 리턴한다. 여기서, 타임 슬롯은 하기 <수학식 4>와 같이 선택될 수 있다. 즉 제어부(320)는 0과 경쟁 윈도우의 말단 타임 슬롯을 제외한 적은 타임 슬롯들 중 어느 하나를 임의로 선택한다.
Figure 112008002566012-PAT00009
Figure 112008002566012-PAT00010
,
여기서, i는 설정 횟수, BCi는 해당 경쟁 윈도우에서 선택되는 타임 슬롯, CWi는 해당 경쟁 윈도우의 사이즈를 나타낸다. 예를 들면, 설정 횟수가 0이고, 해당 경쟁 윈도우의 사이즈가 8이면, 제어부(320)는 0 내지 7 중 어느 하나의 타임 슬롯을 선택한다. 또는 설정 횟수가 3이고, 해당 경쟁 윈도우의 사이즈가 24이면, 제어부(320)는 0 내지 23 중 어느 하나의 타임 슬롯을 선택한다.
한편, 전술한 실시예에서는 통신 단말기에서 수집 패킷을 전송하기에 앞서, 설정된 횟수, 즉 채널 확인 횟수로 채널 사용이 가능함을 확인해야 하는 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 통신 단말기에서 수집 패킷 전송 시, 채널 확인 횟수를 별도로 결정하지 않더라도, 본 발명을 구현하는 것이 가능한다. 예를 들면, 채널 사용이 가능함이 한차례 확인되면, 통신 단말기에서 수집 패킷을 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통신 단말기가 설정된 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 불가능하면, 경쟁 윈도우의 사이즈를 선형적으로 확장시킨다. 그리고 통신 단말기는 선택적으로 경쟁 윈도우의 사이즈를 지수적으로 확장시킨다. 또한 통신 단말기는 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우에서 채널 사용이 가능한지의 여부를 재차 판단한다. 이로 인하여, 통신 단말기에서 수집 패킷의 전송을 시도하는 횟수가 증가하더라도, 동일한 무선 센서 네트워크의 다른 통신 단말기가 채널을 사용함에 따라 경쟁 윈도우의 사이즈가 기하급수적으로 확장되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 통신 단말기에서 채널을 사용하는데 효율성이 향상되는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 기본 구성을 도시하는 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 사용되는 신호 프레임의 구조를 도시하는 구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 단말기의 내구 구성을 도시하는 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 단말기의 통신 절차를 도시하는 순서도, 그리고
도 5는 도 4에서 경쟁 윈도우 설정 절차를 도시하는 순서도이다.

Claims (15)

  1. 단일 채널을 이용하여 액티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크에서 통신 단말기의 통신 방법에 있어서,
    수집 패킷 전송 시, 상기 액티브 구간에 설정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하는 과정과,
    상기 설정된 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 불가능하면, 상기 액티브 구간에 상기 설정된 경쟁 윈도우보다 선형적 또는 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 재설정하는 과정을 포함하며,
    상기 재설정 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 추가 설정 과정 반복 시,
    상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 설정된 확장 횟수로 선형적으로 확장시키고, 상기 설정된 확장 횟수 경과 시, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 지수적으로 확장시키는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액티브 구간에 설정되는 상기 경쟁 윈도우의 설정 횟수를 카운트하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 재설정 과정은,
    상기 설정 횟수가 1 이상이고, 상기 설정 횟수와 상기 확장 횟수의 mod 함수의 결과가 0이 아니면, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 5>과 같이 선형적으로 확장시켜 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
    Figure 112008002566012-PAT00011
    Figure 112008002566012-PAT00012
    Figure 112008002566012-PAT00013
    ,
    여기서, 상기 I는 상기 설정 횟수, 상기 CWi는 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈, 상기 CWi-1은 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈, 상기 c는 선형 확장 상수, 상기 n은 상기 확장 횟수를 의미함.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 재설정 과정은,
    상기 설정 횟수가 1 이상이고, 상기 설정 횟수와 상기 확장 횟수의 모드(mod) 함수의 결과가 0이면, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 6>과 같이 지수적으로 확장시켜 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
    Figure 112008002566012-PAT00014
    Figure 112008002566012-PAT00015
    Figure 112008002566012-PAT00016
    ,
    여기서, 상기 e는 지수 확장 상수를 의미함.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 설정 과정은,
    상기 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 7>과 같이 최소 사이즈로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
    Figure 112008002566012-PAT00017
    Figure 112008002566012-PAT00018
    ,
    여기서, 상기 CWmin는 상기 최소 사이즈를 의미함.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 확장 횟수는 3, 상기 선형 확장 상수는 2, 상기 지수 확장 상수는 2 및 상기 최소 사이즈는 8인 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 설정된 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 가능하면, 상기 채널을 통해수집 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기의 통신 방법.
  9. 단일 채널을 이용하여 액티브 구간에서 통신을 수행하는 무선 센서 네트워크의 통신 단말기에 있어서,
    수집 패킷을 저장하기 위한 메모리와,
    상기 수집 패킷 전송 시, 상기 액티브 구간에 설정된 사이즈의 경쟁 윈도우를 설정하고, 상기 설정된 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 불가능하면, 상기 액티브 구간에 상기 설정된 경쟁 윈도우보다 선형적 또는 지수적으로 확장된 사이즈의 다른 경쟁 윈도우를 제설정하는 것을 반복하도록 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어 하에, 상기 수집 패킷을 수신하고, 상기 설정된 경쟁 윈도우 또는 상기 다른 경쟁 윈도우에서 상기 채널 사용이 가능하면, 상기 채널을 통해 상기 수집 패킷을 전송하는 무선 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 다른 경쟁 윈도우 설정 시, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 설정된 확장 횟수로 선형적으로 확장시키고, 상기 설정된 확장 횟수 경과 시, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 지수적으로 확장시키는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 액티브 구간에 경쟁 윈도우 설정 시, 설정 횟수를 카운트하는 것을 통신 단말기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 설정 횟수가 1 이상이고, 상기 설정 횟수와 상기 확장 횟수의 모드 함수의 결과가 0이 아니면, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 8>과 같이 선형적으로 확장시켜 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
    Figure 112008002566012-PAT00019
    Figure 112008002566012-PAT00020
    Figure 112008002566012-PAT00021
    ,
    여기서, 상기 I는 상기 설정 횟수상기 CWi는 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈, 상기 CWi-1은 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈, 상기 c는 선형 확장 상수, 상기 n은 상기 확장 횟수를 의미함.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 설정 횟수가 1 이상이고, 상기 설정 횟수와 상기 확장 횟수의 mod 함수의 결과가 0이면, 상기 설정된 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 9>와 같이 지수적으로 확장시켜 상기 다른 경쟁 윈도우의 사이즈를 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
    Figure 112008002566012-PAT00022
    Figure 112008002566012-PAT00023
    Figure 112008002566012-PAT00024
    ,
    여기서, 상기 e는 지수 확장 상수를 의미함.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 경쟁 윈도우의 사이즈를 하기 <수학식 10>과 같이 최소 사이즈로 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
    Figure 112008002566012-PAT00025
    Figure 112008002566012-PAT00026
    ,
    여기서, 상기 CWmin는 상기 최소 사이즈를 의미함.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 확장 횟수는 3, 상기 선형 확장 상수는 2, 상기 지수 확장 상수는 2 및 상기 최소 사이즈는 8인 것을 특징으로 하는 통신 단말기.
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