KR20100053354A - 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법이 개시된다. 개시된 방법은 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a); 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b); 상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및 상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함한다. 개시된 방법에 의하면, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있으며, 데이터 전송 시 에너지 효율성 향상 및 전송 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다.
라우팅, 센서 네트워크, MAC

Description

무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법{Method for Cross-Layered Routing and Transmitting Data in Wireless Sensor Network}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 효율적으로 라우팅 트리를 형성하고 에너지 효율성을 증대시킬 수 있는 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크에서 가장 대표적인 경쟁기반의 동기식 MAC 프로토콜은 S-MAC과 T-MAC이다. 경쟁 기반의 동기식 기반 MAC 프로토콜은 동기 패킷을 이용하여 노드들간의 동기화를 수행하며 주기적인 활성(active) 상태와 휴면(sleep) 상태를 반복하여 기존의 무선 네트워크 통신에서의 불필요한 에너지 소모를 줄이는 메커니즘이다.
S-MAC은 RTS(Ready To Send)/CTS(Clear To Send) 기반의 경쟁기반 MAC 프로토콜로써 동기 패킷을 사용하여 노드들 간의 가상 클러스터(virtual cluster)를 구성하여 스케줄을 관리하면서 동기화가 이루어진다. 하나의 프레임은 활성(active) 주기와 휴면(sleep) 주기로 이루어지며, 휴면 주기 동안에는 센서 노드들은 송수신 기의 기능을 잠시 꺼놓는 상태가 되며, 이 상태에서 데이터들은 전송되지 못하고 저장되어진다. 활성 주기 동안에서 송수신기의 기능이 다시 켜지며, 저장된 데이터들을 전송하거나 이웃 노드들로부터 데이터를 전달 받게 된다.
이와 같이 활성과 휴면 주기가 정해진 비율에 따라 반복적으로 수행되어지는 것이 바로 듀티 사이클(Duty Cycle) 기법이다. S-MAC에서는 이러한 듀티 사이클 기법과 가상 클러스터 스케줄 동기화를 통해 통신 오버헤드를 줄이고 에너지 절감 효과를 향상시킨다. T-MAC은 S-MAC 기법에 타이머 기능을 추가하여 정해진 시간동안 이벤트가 발생되지 않으면 타임아웃이 되어 센서 노드들이 바로 휴면 상태로 들어가 보다 더욱 에너지 절감 효과를 나타낸다. 하지만, S-MAC 방식은 상대적으로 데이터 전송 지연이 증가된다는 단점을 가지고 있다.
한편, 무선 애드혹 센서 네트워크에서 가장 대표적인 라우팅 프로토콜은 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing, RFC3561)과 DSR(Dynamic Source Routing, RFC4728)이다. AODV 라우팅은 노드들이 경로 설정을 필요로 할 경우에만 이뤄지는 기술로서, 소스 노드가 어떤 목적지로 데이터 패킷을 전송하고자 할 때에 노드는 해당 경로의 유무를 판단하기 위하여 라우팅 테이블을 확인한다. 만약 설정된 경로가 없다면 목적지까지 경로를 찾는 경로 설정 절차를 온-디맨드(On-Demand) 방식으로 수행한다. 이 방법의 장점은 프로액티브(Proactive) 방식에 비해 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있다는 점이다.
AODV에서는 라우팅 테이블에 적정한 경로가 없을 경우, 소스노드는 경로 설정을 위해 경로 요청 패킷(RREQ :Route REQuest)을 생성하게 된다. 목적지까지 경 로를 아는 노드의 경우에는 경로 응답(RREP: Route REPly) 메시지를 생성하여 역경로를 통해 다시 소스 노드에게 전달하게 된다. 링크가 두절되었을 경우에 소스 노드에 근접한 노드는 두절된 경로를 무효로 처리하고 경로 에러 (RERR: Route ERRor) 메시지를 생성한다. RERR 메시지는 역경로를 통해 소스노드로 보내지면 필요할 경우 새로운 경로를 설정하게 된다.
DSR은 AODV와 유사하지만 소스 라우팅을 사용한다. DSR은 Hop-by-hop 라우팅 대신에 데이터 패킷에는 목적지까지의 경로가 규정된 소스 경로를 담고 있다. 또한 경로 설정 비용을 줄이기 위해 각 노드는 소스 경로의 캐쉬를 유지하게 된다. 이러한 온-디맨드 라우팅의 단점은 경로 설정 때문에 데이터 전송 시작 단계에서 지연시간이 발생한다는 것이다. 또한, 종래의 라우팅 프로토콜은 각 노드들의 동기화가 이루어진 후에 수행되는 바, 동기화 및 라우팅에 별도의 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 효율과 전송 지연 문제를 제고할 수 있는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a); 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b); 상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및 상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법이 제공된다.
상기 단계(d)에서 브로드캐스팅되는 동기 패킷을 수신한 다른 노드는 상기 단계(a) 내지 (d)를 반복하여 동기화 단계에서 라우팅 트리 구조를 형성한다.
상기 라우팅 코스트(r_cst)는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 다음의 수학식에 의해 연산될 수 있다.
Figure 112008078339259-PAT00001
위의 수학식에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1 사이의 값을 가지는 가중치임.
상술한 방법은 상위 노드와의 링크가 상실될 경우, 라우팅 길이를 최대값으로 설정하고 상기 설정된 라우팅 길이를 포함하는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및 이웃 노드로부터 동기 패킷을 수신할 경우, 상기 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 상기 이웃 노드의 정보를 이용하여 경로를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 방법은 다른 노드로부터 링크 상실을 알리는 링크 에러 패킷을 수신할 경우, 자신이 링크 상실 상태인지 여부를 판단하는 단계; 링크 상실 상태가 아닐 경우, 상기 링크 에러 패킷을 전송한 노드에 상기 라우팅 길이 및 라우팅 코 스트를 포함하는 동기 패킷을 전송하는 단계; 및 링크 상실 상태일 경우, 이웃 노드에 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 방법은 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨- 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 더 포함하되, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지한다.
상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치에 있어서, 다른 노드들로부터 전송되며 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷들을 수신하는 동기 패킷 수신부; 상기 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트를 이용하여 상위 노드를 선택하는 라우팅 경로 설정부; 상기 선택된 상위 노드에 비해 라우팅 길이를 1 증가시켜 설정하는 라우팅 길이 설정부; 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너 지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 라우팅 코스트를 연산하는 라우팅 코스트 설정부; 상기 라우팅 길이 설정부에서 설정되는 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트 설정부에서 설정되는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅하는 동기 패킷 송신부를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법에 있어서, 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨- 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있으며, 데이터 전송 시 에너지 효율성 향상과 전송 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷의 필드 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷(예를 들어, 비컨(becon) 패킷)은 동기 신호 필드(100), 디바이스 정보 필드(102), 채널 상태 정보 필드(104), 라우팅 길이 필드(106) 및 라우팅 코스트 필드(108)를 포함할 수 있다.
도 1에서, 동기 신호, 디바이스 정보 및 채널 상태 정보는 센서 네트워크에서 일반적인 동기 패킷에 포함되는 정보이다. 여기서, 동기 신호는 노드들간의 동기화를 위한 신호이며 동기 패킷에 포함된 동기 신호에 상응하여 네트워크에 포함된 노드들의 동기화가 수행된다.
최초의 동기 패킷은 네트워크의 싱크 노드에 의해 브로드캐스팅되며, 싱크 노드로부터 동기 패킷을 수신한 노드들이 다시 이웃 노드들에 동기 패킷을 브로드캐스팅하는 방식으로 동기 패킷에 의한 노드들의 동기화가 수행된다.
본 발명에서는 이와 같은 동기 패킷에 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 추가적으로 포함시킨다. 동기 패킷에 추가적으로 포함되는 라우팅 길이 및 라우팅 코스트는 노드들의 동기화 과정에서 라우팅 트리를 형성하기 위해 추가되는 정보이다.
라우팅 길이는 싱크 노드와의 홉 카운트(Hop Count)를 의미하며, 라우팅 코 스트는 라우팅에 소요되는 에너지 비용을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우팅 코스트는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 에너지 비용(CE)의 2개의 파라미터로 구성될 수 있다. 여기서, 에너지 비용(CE)는 노드의 초기 에너지와 현재 남아 있는 에너지의 비로 정의될 수 있다.
다음의 수학식 1은 본 발명에서 동기 패킷에 추가되는 라우팅 코스트(r_cst)를 연산하기 위한 일례를 나타낸 것이다.
Figure 112008078339259-PAT00002
위의 수학식 1에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1사이의 값을 가지는 가중치이며, 단위 데이터 전송 비용과 노드의 에너지 비용간의 연관 값을 설정하는 가중치로 작용한다. α와 β는 통신 지역 특성에 따라 적절히 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우팅 길이 및 라우팅 코스트에는 각각 1 바이트가 할당될 수 있으며, 라우팅 길이는 0 내지 255의 값을 가질 수 있고, 라우팅 코스트 역시 0 내지 255의 값을 가질 수 있다. 물론, 라우팅 길이 및 라우팅 코스트에 할당되는 비트 수와 라우팅 길이 및 라우팅 코스트의 레인지가 필요에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
본 발명에서는 동기 패킷을 수신한 노드가 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트 정보를 이용하여 자신의 상위 노드를 설정하며, 이를 통해 노드 들의 동기화와 함께 라우팅 트리 형성이 함께 수행될 수 있다.
도 2는 네트워크의 특정 노드에서 자신의 상위 노드를 결정하여 라우팅 트리를 형성하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 네트워크의 노드는 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 수신한다(단계 200). 이때, 해당 노드는 다수의 다른 노드들로부터 동기 패킷을 수신할 수 있으며, 각 동기 패킷의 라우팅 길이 정보를 체크한다.
다수의 동기 패킷을 수신하였을 경우, 해당 노드는 동기 패킷을 송신한 노드들 중 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 선택한다(단계 202).
만일 라우팅 길이가 가장 작은 노드가 2 이상이어서 경합이 이루어질 경우(단계 204), 해당 노드는 경합되는 노드들이 전송한 동기 패킷의 라우팅 코스트 정보를 체크하며, 경합되는 노드들 중 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 자신의 상위 노드로 선택한다(단계 206).
단계 200 내지 206에 의해 라우팅 트리에서 자신의 상위 노드를 선택하면, 자신의 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 설정한다. 라우팅 길이는 선택된 상위 노드보다 1이 증가된 값을 가질 수 있으며, 라우팅 코스트는 위 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
라우팅 길이 및 라우팅 코스트가 설정되면, 해당 노드는 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅한다(단계 210).
해당 노드로부터 동기 패킷을 수신한 이웃 노드들은 단계 200 내지 206과 같 은 방식에 의해 자신의 상위 노드를 설정할 수 있으며, 최하위 노드까지 이와 같은 과정이 수행되면 네트워크의 라우팅 트리가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷을 이용한 라우팅 설정에 의해 형성되는 라우팅 트리 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에서 (a)는 동기 패킷이 브로드캐스팅되는 순서를 도시한 것이며, (b)는 동기 패킷을 이용하여 형성된 라우팅 트리 구조를 도시한 것이다. 각 노드의 옆에 표시된 괄호는 싱크 노드로부터의 홉카운트(즉, 라우팅 길이)를 나타낸 것이다.
도 3에서, 노드 i는 노드 g 및 노드 h로부터 동기 패킷을 수신한다. 노드 i는 노드 g 및 노드 h로부터의 동기 패킷을 수신하여 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 체크하게 된다. 노드 g 및 노드 h는 라우팅 길이가 동일하기 때문에 노드 i는 라우팅 코스트에 의해 상위 노드를 선택하게 되며, 도 3의 (b)에는 노드 h를 상위 노드로 선택한 경우가 도시되어 있다.
이와 같은 본 발명의 라우팅 설정 방식은 동기 패킷을 이용하여 MAC 레이어에서 라우팅 경로가 설정되기 때문에 라우팅 경로 설정을 위해 추가적인 프로세스를 수행할 필요가 없는 장점이 있다.
또한, 로컬 정보와 이웃 노드 관리 테이블만을 이용하여 라우팅 트리를 관리하기 때문에 특정 노드에 의해 전체 트리 구조가 유지되지 않는다. 따라서, 전체 트리 구조 관리에 따른 오버 헤드가 존재하지 않는 장점이 있다.
트리 구조가 형성이 되면, 싱크 노드로 데이터를 전송할 필요가 있는 노드는 설정된 라우팅 트리의 상위 노드로 전송하며, 이 과정이 반복되면서 결국 라우팅 트리를 통해 데이터는 싱크 노드에 전송된다.
도 4는 본 발명의 의한 교차 계층 기반의 라우팅 설정이 적용되는 네트워크 노드의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 방법이 적용되는 노드는 동기 패킷 수신부(400), 라우팅 경로 설정부(402), 라우팅 길이 설정부(404), 라우팅 코스트 설정부(406) 및 동기 패킷 송신부(408)를 포함할 수 있다.
동기 패킷 수신부(400)는 네트워크의 다른 노드들로부터 전송되는 동기 패킷을 수신한다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 동기 패킷을 수신할 수 있다.
라우팅 경로 설정부(402)는 수신한 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보 및 라우팅 코스트 정보를 이용하여 상위 노드를 선택한다. 전술한 바와 같이, 우선 라우팅 길이 정보에 의해 상위 노드를 선택하며, 라우팅 길이가 가장 작은 노드들이 경합될 경우 라우팅 코스트 정보를 이용하여 최종적으로 상위 노드를 선택한다.
라우팅 길이 설정부(404)는 노드 자신의 라우팅 길이를 설정하며, 선택된 상위 노드에 비해 1이 증가된 라우팅 길이를 갖도록 라우팅 길이를 설정한다.
라우팅 코스트 설정부(404)는 단위 데이터 전송에 필요한 에너지 및 초기 에너지 및 남은 에너지의 비로 정의되는 노드 에너지 비용을 이용하여 라우팅 코스트를 설정한다.
동기 패킷 송신부(408)는 라우팅 길이 설정부(404)에서 설정한 라우팅 길이 및 라우팅 코스트 설정부(406)에서 설정한 라우팅 코스트 정보를 포함하는 동기 패킷을 브로드캐스팅한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 이동 또는 기능 상실로 인해 링크가 상실되었을 경우 경로를 복구하는 절차를 도시한 순서도이며, 도 6은 라우팅 트리에서 경로가 복구되는 과정을 도시한 예시도이다.
센서 네트워크에서 노드의 이동 또는 기능 상실 등의 이유로 상위노드로의 링크가 상실되는 현상이 발생할 수 있다. 도 6의 (a)에서, 노드 e의 상위 노드인 노드 c와의 링크가 단절되는 현상이 이에 해당한다.
이와 같이 라우팅 트리상의 상위 노드와의 링크가 상실되었을 경우, 해당 노드는 대체 가능한 다른 상위 노드가 존재하는지 여부를 판단한다(단계 500). 대체 가능한 다른 상위 노드가 존재할 경우 그 상위 노드로 대체하면 되므로 경로는 복구될 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 노드 e는 노드 c외에 다른 대체 가능한 상위 노드가 없으므로 노드 대체에 의해 경로를 복구할 수는 없다.
대체 가능한 상위 노드가 존재하지 않을 경우, 링크 에러(Link ERror) 패킷 을 생성하고 라우팅 길이 설정부에서 라우팅 길이를 설정 가능한 라우팅 길이의 최대값으로 변경시킨다(단계 502). 전술한 실시예와 같이, 라우팅 길이에 1 바이트가 할당되는 경우 라우팅 길이의 최대값은 255이다. 링크 에러 패킷은 링크가 상실되었음을 알리는 패킷이며, 링크 에러 패킷에는 변경된 라우팅 길이 정보가 포함된다.
생성된 링크 에러 패킷은 이웃 노드들에 브로드캐스팅된다(단계 504).
브로드캐스팅되는 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 2개의 상태 중 하나이다. 링크 에러 패킷을 수신한 노드 역시 링크가 상실된 상태이거나 링크가 유지되고 있는 상태일 수 있다. 링크가 상실되면, 라우팅 길이가 최대값으로 설정되어 있게 된다.
링크 에러 패킷을 수신한 노드는 자신의 라우팅 길이가 LER에 포함된 라우팅 길이보다 작은지 여부를 판단한다(단계 506).
링크 에러 패킷을 수신한 노드가 링크가 상실되지 않은 노드일 경우 라우팅 길이는 링크 에러 패킷에 설정된 라우팅 길이보다 작다. 링크 에러 패킷을 수신한 노드의 라우팅 길이가 링크 에러 패킷의 라우팅 길이보다 작을 경우(즉, 링크를 상실한 노드가 아닐 경우), 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 동기 패킷을 생성하여 링크 상실 노드에 전송한다(단계 512).
동기 패킷을 수신한 링크 상실 노드는 동기 패킷에 포함된 정보를 이용하여 자신의 라우팅 길이를 동기 패킷을 전송한 노드에 비해 1이 증가하도록 설정하고 동기 패킷을 전송한 노드를 자신의 상위 노드로 설정하여 경로를 복구한다(단계 514).
한편, 링크 에러 패킷을 수신한 노드의 라우팅 길이가 링크 에러 패킷의 라우팅 길이보다 작지 않을 경우(즉, 링크 에러 패킷을 수신한 노드 역시 링크를 상실한 노드일 경우), 링크 에러 패킷을 수신한 노드도 링크 에러 패킷을 생성하여 이웃 노드에 브로드캐스팅한다(단계 508).
이 경우, 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 다른 노드로부터 생성된(즉, 링크를 상실하지 않은 노드로부터 생성된) 동기 패킷을 수신하며(단계 510), 수신된 동 기 패킷을 통해 자신의 경로를 복구하고 링크 상실 노드에 동기 패킷을 전송하며(단계 512), 동기 패킷을 이용한 경로 복구 절차가 진행될 수 있다(단계 514).
도 6의 (b)에서, 노드 e가 노드 c의 기능 상실로 인해 링크를 상실할 경우, 노드 e는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅한다. 한편, 노드 e의 링크 상실로 인해 노드 g, i, j 역시 링크 상실 상태가 된다. 따라서, 링크 에러 패킷을 수신하는 노드 g, i, j 역시 링크 에러 패킷을 이웃 노드에 브로드캐스팅하며 라우팅 길이는 최대값인 255로 설정된다.
링크가 상실되지 않은 노드 h는 링크 상실 패킷을 수신할 경우, 동기 패킷을 노드 i에 전송한다.
도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 노드 h로부터 발생되는 동기 패킷을 전달하면서 링크가 상실된 노드들의 경로가 복구되며, 라우팅 길이(홉카운트)는 동기 패킷을 전송한 노드 h의 라우팅 길이를 기준으로 하나씩 증가된다.
이하에서는 동기 패킷을 이용하여 노드들간 동기화 및 라우팅 경로가 설정된 후 데이터 전송 방식에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 종래의 일반적인 S-MAC 프로토콜에서 데이터 전송 방식을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방식을 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8은 모두 노드 1에서 노드 4로 데이터가 전송되는 과정을 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 종래의 S-MAC 프로토콜에서, 노드 1은 노드 2로 데이터 전송 시 RTS(Ready To Send) 패킷을 노드2로 전송하고, 노드 2는 CTS(Clear To Send) 패킷을 노드 1으로 전송한 후 데이터 송수신 과정이 수행된다. 노드 3는 노드 2가 전송하는 CTS 패킷을 오버히어링(Overhearing)할 수 있으나, 이에 응답하지는 않는다.
데이터 송수신이 완료되면, 노드 2는 데이터 수신을 완료하였다는 ACK 패킷을 노드 1에 전송한다. 노드 2와 노드 3와의 데이터 송수신은 노드 1과 노드 2 사이의 데이터 송수신과 동일한 방식으로 이루어지며, 노드 3와 노드 4와의 데이터 통신의 경우에도 같다.
이때, 노드 4는 동기화 단계에서 설정된 동기에 맞추어 활성화(Active) 상태와 비활성하(Sleep) 상태를 반복한다.
이와 같은 종래의 S-MAC 방식은 항상 RTS 패킷과 CTS 패킷을 노드간 주고받아야 하며, 데이터를 송수신하지 않는 상태에서도 활성화 상태와 비활성화 상태를 계속적으로 반복하여 에너지 측면에서 비효율적인 문제점이 있었다.
도 8을 참조하면, 최초로 데이터를 전송하는 노드인 노드 1과 노드 2의 데이터 송수신은 종래의 S-MAC과 동일한 방식으로 이루어진다. 그러나, 노드 3는 노드 2의 CTS 패킷을 오버히어링할 경우 PRTS(Preoccupancy Ready To Send) 패킷을 다음 노드인 노드 4에 전송한다. PRTS 패킷에는 노드 4가 데이터 수신을 시작할 때까지 비활성화(Sleep) 상태로 유지할 수 있는 시간을 연산하기 위한 기초 정보가 포함되어 있으며, PRTS 패킷을 수신한 노드 4는 PRTS 패킷에 포함된 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 연산하고 연산된 시간동안 비활성화 상태에 돌입한다.
한편, 노드2의 CTS 패킷을 오버히어링한 노드 3는 노드 2의 ACK 패킷을 오버 히어링하며, 노드 2는 별도의 RTS 패킷을 노드 3에 제공하지 않고 노드 3는 CTS 패킷을 바로 노드 2에 제공함으로써 노드 2와 노드 3 사이의 데이터 송수신이 이루어진다.
또한 노드 4는 비활성화 상태에서 깨어난 후 CTS 패킷을 노드 3에 전송함으로써 노드 3와의 데이터 송수신을 개시한다.
이와 같은 본 발명의 데이터 전송 방식은 불필요한 RTS 패킷의 전송을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, PRTS 패킷에 의해, 이를 수신한 노드는 데이터 송수신이 이루어질때까지 계속적으로 비활성화 상태를 유지할 수 있으므로 에너지 측면에서 효율적이고 멀티 홉 데이터 전송 환경에서 듀티 싸이클로 인한 지연 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷의 필드 구성을 도시한 도면.
도 2는 네트워크의 특정 노드에서 자신의 상위 노드를 결정하여 라우팅 트리를 형성하는 과정을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷을 이용한 라우팅 설정에 의해 형성되는 라우팅 트리 구조의 일례를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 의한 교차 계층 기반의 라우팅 설정이 적용되는 네트워크 노드의 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 이동 또는 기능 상실로 인해 링크가 상실되었을 경우 경로를 복구하는 절차를 도시한 순서도.
도 6은 라우팅 트리에서 경로가 복구되는 과정을 도시한 예시도.
도 7은 종래의 일반적인 S-MAC 프로토콜에서 데이터 전송 방식을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방식을 도시한 도면.

Claims (12)

  1. 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a);
    상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b);
    상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및
    상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에서 브로드캐스팅되는 동기 패킷을 수신한 다른 노드는 상기 단계(a) 내지 (d)를 반복하여 동기화 단계에서 라우팅 트리 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 코스트(r_cst)는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 다음의 수학식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
    Figure 112008078339259-PAT00003
    위의 수학식에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1사이의 값을 가지는 가중치임.
  4. 제1항에 있어서,
    상위 노드와의 링크가 상실될 경우, 라우팅 길이를 최대값으로 설정하고 상기 설정된 라우팅 길이를 포함하는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및
    이웃 노드로부터 동기 패킷을 수신할 경우, 상기 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 상기 이웃 노드의 정보를 이용하여 경로를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    다른 노드로부터 링크 상실을 알리는 링크 에러 패킷을 수신할 경우, 자신이 링크 상실 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    링크 상실 상태가 아닐 경우, 상기 링크 에러 패킷을 전송한 노드에 상기 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 전송하는 단계; 및
    링크 상실 상태일 경우, 이웃 노드에 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨-
    상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되,
    상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법.
  8. 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치에 있어서,
    다른 노드들로부터 전송되며 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷들을 수신하는 동기 패킷 수신부;
    상기 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트를 이용하여 상위 노드를 선택하는 라우팅 경로 설정부;
    상기 선택된 상위 노드에 비해 라우팅 길이를 1 증가시켜 설정하는 라우팅 길이 설정부;
    단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 라우팅 코스트를 연산하는 라우팅 코스트 설정부;
    상기 라우팅 길이 설정부에서 설정되는 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트 설정부에서 설정되는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅하는 동기 패킷 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 라우팅 경로 설정부는 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하며 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치.
  10. 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법에 있어서,
    하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨-
    상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되,
    상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판 단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상위 노드와의 데이터 송수신 전 상기 상위 노드에 RTS 패킷을 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101715550B1 (ko) * 2016-02-12 2017-03-14 이화여자대학교 산학협력단 센싱 데이터에 대한 싱크 노드 및 경로를 결정하는 방법
KR102037608B1 (ko) * 2018-07-18 2019-10-28 홍익대학교세종캠퍼스산학협력단 모바일 무선 네트워크를 위한 메쉬 기반 라우팅 방법
CN112910779A (zh) * 2021-03-03 2021-06-04 盐城工学院 一种基于Ad Hoc网络的跨层路由优化协议

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818228B1 (ko) * 2006-03-28 2008-04-01 삼성전자주식회사 무선 애드 혹 네트워크에서 파워 및 전송지연을 고려한경로 설정 방법 및 이를 적용한 단말장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101715550B1 (ko) * 2016-02-12 2017-03-14 이화여자대학교 산학협력단 센싱 데이터에 대한 싱크 노드 및 경로를 결정하는 방법
KR102037608B1 (ko) * 2018-07-18 2019-10-28 홍익대학교세종캠퍼스산학협력단 모바일 무선 네트워크를 위한 메쉬 기반 라우팅 방법
CN112910779A (zh) * 2021-03-03 2021-06-04 盐城工学院 一种基于Ad Hoc网络的跨层路由优化协议
CN112910779B (zh) * 2021-03-03 2023-10-13 盐城工学院 一种基于Ad Hoc网络的跨层路由优化协议的实现方法

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