KR20110007324A - Apparatus and method for controlling topology of wireless ad-hoc network, node device of wireless ad-hoc network and method for communication link formation of node device of wireless ad-hoc network - Google Patents

Apparatus and method for controlling topology of wireless ad-hoc network, node device of wireless ad-hoc network and method for communication link formation of node device of wireless ad-hoc network Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A topology control device of the wireless ad-hoc network for diminishing the transmission power by selecting cooperative nodes is provided to improve the connectivity of network by generating cooperative communication link. CONSTITUTION: A cluster generating unit(120) generates a plurality of clusters. A cooperative communication link generator(130) generates a plurality of cooperative communication links between a transmission node and a reception node. A link selection unit(140) selects the final cooperation communications link of cooperation communications links based on the average transmission. The link selection unit selects communication link based on the average transmission power for the general communication. A topology determination unit(150) determines the topology of network.

Description

무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치 및 방법, 무선 애드혹 네트워크의 노드장치, 그리고 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법{Apparatus and method for controlling topology of wireless ad-hoc network, node device of wireless ad-hoc network and method for communication link formation of node device of wireless ad-hoc network}Apparatus and method for controlling topology of wireless ad-hoc network, node device of wireless ad-hoc network and method for communication link formation of node device of wireless ad-hoc network}

본 발명은 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치 및 방법, 무선 애드혹 네트워크의 노드장치, 그리고 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 노드들 사이의 일반 통신 링크 및 협력 통신 링크를 사용하여 최적의 네트워크 토폴로지를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for controlling a topology of a wireless ad hoc network, a node device for a wireless ad hoc network, and a method for forming a communication link for a node device for a wireless ad hoc network, and more specifically, a general communication link between wireless nodes and An apparatus and method for determining an optimal network topology using a cooperative communication link.

무선 애드혹 네트워크(Wireless ad hoc network)는 인프라 구조 없이 무선 노드들이 서로 단일 또는 멀티 홉으로 무선 통신하는 구조를 가진다. 따라서 사전에 설정된 네트워크 구조(토폴로지)를 가지고 있지 않다. 무선 노드들은 배터리(battery)로부터 전력을 공급받기 때문에 다른 무선노드와의 연결을 유지함과 동시에 전력 소모를 줄여야 할 필요성이 있다.A wireless ad hoc network has a structure in which wireless nodes wirelessly communicate with each other by single or multi hop without an infrastructure. Therefore, it does not have a preset network structure (topology). Since wireless nodes receive power from a battery, there is a need to reduce power consumption while maintaining a connection with other wireless nodes.

토폴로지 제어 기법은 전체 네트워크를 구성하는 무선 노드들을 무선 링크를 통해 서로 연결하면서 무선 노드들의 전송 전력을 줄일 수 있도록 각 무선 노드의 전력 값을 결정하는 기법이다. 토폴로지 제어 기법을 적용하면 생성되는 무선 링크의 개수를 줄여서 전송 전력을 감소시키고 무선 링크간의 간섭 현상을 줄일 수 있다. 토폴로지 제어 기법에 관한 연구의 대표적인 예로서 지역 최소 신장 트리(Local Minimum Spanning Tree, LMST)를 사용하면 네트워크의 토폴로지를 트리 형태로 만들어 무선 노드 간의 연결성을 보장하면서도 무선 링크의 개수를 최소화할 수 있다.The topology control technique is a technique for determining a power value of each wireless node so as to reduce the transmit power of the wireless nodes while connecting the wireless nodes constituting the entire network with each other through a wireless link. Topology control techniques reduce the number of generated radio links, which reduces transmission power and reduces interference between radio links. As a representative example of the study of topology control techniques, the local minimum spanning tree (LMST) can be used to minimize the number of wireless links while ensuring connectivity between wireless nodes by making the topology of the network into a tree.

한편, 최근 연구되고 있는 기술인 협력 통신(cooperative communication)은 송신 노드가 수신 노드에게 데이터를 전송할 때 송신 노드 주변에 있는 협력 노드들의 도움을 받아 전송하는 기법을 말한다. 협력 통신에 의해 송신 노드와 협력 노드들은 동일한 데이터의 독립적인 사본을 수신 노드로 동시에 전송하여 수신 노드가 각각의 노드들로부터 수신한 신호들을 조합하여 디코딩할 수 있도록 한다. 이때 송신 노드의 전송 범위 내에서 1홉 거리에 있는 이웃 노드들이 협력 노드가 될 수 있다. 즉, 협력 통신을 통해 복수의 노드 각각에 구비된 안테나는 하나의 안테나 어레이를 형성하도록 함께 사용되는 것이다. 협력 통신의 사용으로 인해 강한 결합, 커버리지(coverage) 확장 및 전력 절감 등의 효과를 얻을 수 있으므로, 협력 통신은 토폴로지 제어, 브로드캐스팅 및 라우팅 등의 다양한 분야에 적용된다.Meanwhile, cooperative communication, which is a recently studied technology, refers to a technique for transmitting with the help of cooperating nodes around the transmitting node when the transmitting node transmits data to the receiving node. By cooperating communication, the transmitting node and the cooperating nodes simultaneously transmit independent copies of the same data to the receiving node so that the receiving node can combine and decode the signals received from the respective nodes. In this case, neighboring nodes that are one hop away from each other within the transmission range of the transmitting node may be cooperative nodes. That is, the antennas provided in each of the plurality of nodes through cooperative communication are used together to form one antenna array. Cooperative communication is applied to various fields such as topology control, broadcasting, and routing since the use of cooperative communication can achieve strong coupling, coverage expansion, and power saving.

기존의 토폴로지 제어 기법은 협력 통신 기술에 의해 전력 소비를 감소시키기 위해 제안되었다. 그러나 이러한 토폴로지 제어 기법은 초기 단계에서 강하게 결합된 네트워크 토폴로지가 주어졌을 때 적용 가능하다. 강하게 결합된 네트워크라 함은 모드 노드가 다른 노드에 도달할 수 있는 경로를 가지는 네트워크를 말한다. 그런데 무선 애드혹 네트워크는 무선 노드의 이동성, 낮은 노드 밀도 및 전력 소비의 제약 때문에 연결이 끊어질 가능성이 있다. 이와 관련하여 기존의 연구들은 협력 통신 기술이 단절된 네트워크 사이의 연결을 강화할 수 있다는 점을 제시하였으나, 협력 통신에 의한 커버리지 확장을 고려하여 연결성을 높이면서도 전송 전력을 감소시키는 토폴로지 제어 문제에 관하여는 명확한 결론이 내려지지 않았다.Existing topology control techniques have been proposed to reduce power consumption by cooperative communication technology. However, this topology control technique is applicable at the initial stage given a tightly coupled network topology. A tightly coupled network is a network that has a path from which all nodes can reach other nodes. However, wireless ad hoc networks are likely to be disconnected due to wireless node mobility, low node density and power consumption constraints. In this regard, previous studies have suggested that cooperative communication technology can strengthen the connection between disconnected networks, but it is clear about the problem of topology control that reduces the transmission power while increasing the connectivity in consideration of the expansion of coverage by cooperative communication. The conclusion was not drawn.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드들이 데이터 전송을 위해 소비하는 전송 전력을 감소시키고, 서로 일반 통신에 의해 데이터를 송수신할 수 없는 무선 노드들 사이에서 협력 통신이 가능하도록 하여 분리된 네트워크의 연결도를 높일 수 있는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치 및 방법, 무선 애드혹 네트워크의 노드장치, 그리고 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to reduce the transmission power consumed for data transmission by a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network, and to cooperate between wireless nodes that cannot transmit or receive data by general communication with each other. The present invention provides a method and method for controlling a topology of a wireless ad hoc network, a node device of a wireless ad hoc network, and a node device of a wireless ad hoc network to enable communication.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드들이 데이터 전송을 위해 소비하는 전송 전력을 감소시키고, 서로 일반 통신에 의해 데이터를 송수신할 수 없는 무선 노드들 사이에서 협력 통신이 가능하도록 하여 분리된 네트워크의 연결도를 높일 수 있는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어방법 및 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to reduce the transmission power consumed by a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network for data transmission, and to communicate between wireless nodes that cannot transmit or receive data by general communication with each other. A computer-readable record that records a program for executing a topology of a wireless ad-hoc network topology control method and a method of forming a communication link of a node device of a wireless ad-hoc network to enable a cooperative communication to increase connectivity of a separated network. To provide the medium.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치는, 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신하는 노드 정보 수신부; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송하는 클러스터 생성부; 상기 무선 노드들 중에서 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성부; 상기 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택부; 및 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정부;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, the apparatus for controlling a topology of a wireless ad hoc network according to the present invention includes a node information receiving unit for receiving location information and node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network. ; Create a plurality of clusters of wireless nodes connected by a general communication link among the wireless nodes capable of transmitting and receiving data to each other, and any one of the node IDs of the wireless nodes belonging to each cluster is the cluster ID of the corresponding cluster. A cluster generation unit for determining and transmitting to wireless nodes belonging to the same cluster; A cooperative communication link generation unit for generating a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs among the wireless nodes and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication; Selecting a final cooperative communication link based on an average transmit power for performing cooperative communication among the plurality of cooperative communication links, and selecting an average transmit power for performing general communication among general communication links among wireless nodes having the same cluster ID. A link selector for selecting a final general communication link based on the; And a topology determiner configured to determine a topology of a network including the final cooperative communication link and the final general communication link and transmit the topology to the wireless nodes.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어방법은, 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신하는 노드 정보 수신단계; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송하는 클러스터 생성단계; 상기 무선 노드들 중에서 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성단계; 상기 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택단계; 및 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정단계;를 갖는다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a topology of a wireless ad hoc network, including node information for receiving location information and node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network. Receiving step; Create a plurality of clusters of wireless nodes connected by a general communication link among the wireless nodes capable of transmitting and receiving data to each other, and any one of the node IDs of the wireless nodes belonging to each cluster is the cluster ID of the corresponding cluster. A cluster generation step of determining and transmitting to wireless nodes belonging to the same cluster; Generating a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs among the wireless nodes and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication; Selecting a final cooperative communication link based on an average transmit power for performing cooperative communication among the plurality of cooperative communication links, and selecting an average transmit power for performing general communication among general communication links among wireless nodes having the same cluster ID. A link selection step of selecting a final general communication link based on the; And a topology determination step of determining a topology of a network consisting of the final cooperative communication link and the final general communication link and transmitting the topology to the wireless nodes.

상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치는, 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하여 데이터를 송수신하는 무선 노드로 동작하며, 상기 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들과 통신을 수행하는 통신부; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 각각의 일반 노드의 위치정보 및 노드ID가 수신되면, 상기 노드ID 중에서 어느 하나를 상기 일반 노드와 함께 속하는 클러스터의 클러스터ID로 결정하는 클러스터 형성부; 상기 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 상기 무선 노드들 중에서 상기 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 상기 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 상기 통신부를 통해 전송하는 협력 통신 요청부; 상기 협력 통신 요청 메시지를 수신한 상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드의 위치정보 및 노드ID와 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 상기 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성부; 자신의 노 드ID, 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 상기 수신 노드의 노드ID 및 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 상기 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 상기 통신부를 통해 전송하는 정보 전송부; 상기 협력 통신 링크 중에서 상기 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 상기 일반 통신 링크 중에서 일반 통신 링크를 통해 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택부; 및 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정부;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, a node apparatus of a wireless ad hoc network according to the present invention is located on a wireless ad hoc network and operates as a wireless node for transmitting and receiving data, and the other wireless nodes on the wireless ad hoc network. Communication unit for performing communication; When the location information and node ID of each general node are received from a general node capable of communicating through a general communication link among the wireless nodes, one of the node IDs is determined as a cluster ID of a cluster belonging to the general node. A cluster forming unit; The communication unit transmits a cooperative communication request message including its location information, node ID, and the cluster ID to each receiving node of the wireless nodes other than the normal node by the cooperative communication using the common node as the cooperative node. Cooperative communication request unit for transmitting through; When the cooperative communication response message including the location information and node ID of the receiving node and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs is received from the receiving node receiving the cooperative communication request message, the cooperative communication link with the receiving node is established. Generating a cooperative communication link generation unit; Cooperative communication link information including its own node ID, transmission power for performing cooperative communication with the receiving node, node ID of the receiving node, and cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs, the cluster ID as the node ID. An information transmitter for transmitting to the cluster node through the communication unit; Selecting a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and based on an average transmit power for performing general communication through the general communication link among the general communication links. A link selector for selecting a general communication link; And a topology determination unit configured to determine a partial topology of a network including the final cooperative communication link and the final general communication link and transmit the partial topology to the wireless nodes.

상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법은, 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 각각의 일반 노드의 위치정보 및 노드ID가 수신되면, 상기 노드ID 중에서 어느 하나를 상기 일반 노드와 함께 속하는 클러스터의 클러스터ID로 결정하는 클러스터 형성단계; 상기 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 상기 무선 노드들 중에서 상기 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 상기 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 전송하는 협력 통신 요청단계; 상기 협력 통신 요청 메시지를 수신한 상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드의 위치정보 및 노드ID와 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 상기 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성단계; 자신의 노드ID, 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 상기 수신 노드의 노드ID 및 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 상기 일반 노드 중에서 상기 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 전송하는 정보 전송단계; 상기 협력 통신 링크 중에서 상기 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 상기 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택단계; 및 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정단계;를 갖는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a communication link in a node device of a wireless ad hoc network, from a general node capable of communicating through a general communication link among other wireless nodes on a wireless ad hoc network. A cluster forming step of determining any one of the node IDs as a cluster ID of a cluster belonging to the general node when the location information and the node ID of the general node are received; Cooperating to transmit a cooperative communication request message including its location information and node ID and the cluster ID to each receiving node of the wireless nodes excluding the common node by cooperating communication using the common node as a cooperating node; A communication request step; When the cooperative communication response message including the location information and node ID of the receiving node and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs is received from the receiving node receiving the cooperative communication request message, the cooperative communication link with the receiving node is established. Generating a cooperative communication link; Cooperative communication link information including its own node ID, transmission power for performing cooperative communication with the receiving node, node ID of the receiving node, and cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs, and the cluster ID among the general nodes. An information transmitting step of transmitting to the cluster node with the node ID; Selecting a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and selecting a general communication link based on an average transmission power for performing general communication among the general communication links. Link selection step; And a topology determination step of determining a partial topology of a network consisting of the final cooperative communication link and the final general communication link and transmitting to the wireless nodes.

본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치 및 방법, 무선 애드혹 네트워크의 노드장치, 그리고 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법에 의하면, 일반 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 없어 분리된 네트워크를 형성하는 복수의 무선 노드 사이에 협력 통신 링크를 생성함으로써, 네트워크의 연결도를 높일 수 있다. 또한 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들 중에서 협력 통신에 사용되는 최적의 개수의 협력 노드를 선택함으로써, 협력 통신에 사용되는 전송 전력을 감소시켜 통신의 효율성을 높일 수 있다.According to the method and apparatus for controlling a topology of a wireless ad hoc network, a node device of a wireless ad hoc network, and a method for forming a communication link of a node device of a wireless ad hoc network, a separate network cannot transmit or receive data with each other by general communication. By creating a cooperative communication link between a plurality of wireless nodes forming a, it is possible to increase the connection degree of the network. In addition, by selecting an optimal number of cooperative nodes used for cooperative communication among wireless nodes capable of general communication with a transmitting node, it is possible to reduce the transmission power used for cooperative communication, thereby improving communication efficiency.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치 및 방법, 무선 애드혹 네트워크의 노드장치, 그리고 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, a preferred embodiment of a method and apparatus for controlling a topology of a wireless ad hoc network, a node device for a wireless ad hoc network, and a method for forming a communication link for a node device for a wireless ad hoc network will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do.

도 1은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치에 대한 바람직한 제1실시예의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a first preferred embodiment of a topology control apparatus for a wireless ad hoc network according to the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치의 제1실시예는, 노드 정보 수신부(110), 클러스터 생성부(120), 협력 통신 링크 생성부(130), 링크 선택부(140) 및 토폴로지 결정부(150)를 구비한다. 또한 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치는 무선 애드혹 네트워크 상의 무선 노드들과 통신하는 별도의 장치로 구현될 수도 있고, 어느 하나의 무선 노드 내에 구비될 수도 있다.Referring to FIG. 1, a first embodiment of a topology control apparatus of a wireless ad hoc network includes a node information receiver 110, a cluster generator 120, a cooperative communication link generator 130, a link selector 140, The topology determination unit 150 is provided. In addition, the topology control apparatus of the wireless ad hoc network according to the present invention may be implemented as a separate device for communicating with wireless nodes on the wireless ad hoc network, or may be provided in any one wireless node.

노드 정보 수신부(110)는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신한다.The node information receiver 110 receives location information and node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on the wireless ad hoc network.

무선 애드혹 네트워크 상에는 인프라 구조 없이 서로 단일 또는 멀티 홉으로 무선 통신을 수행하는 복수의 무선 노드들이 위치하고 있다. 이러한 무선 노드들이 서로 통신할 수 있도록 네트워크 토폴로지를 결정하기 위해서는 각각의 무선 노드들에 관한 정보를 알아야 한다. 따라서 노드 정보 수신부(110)는 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드들로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 무선 노드의 고유한 식별코드인 노드ID를 수신한다. 이러한 정보들은 네트워크 토폴로지 결정에 사용된다.On the wireless ad-hoc network, a plurality of wireless nodes which perform wireless communication with each other in a single or multi-hop without an infrastructure are located. In order to determine the network topology such that these wireless nodes can communicate with each other, it is necessary to know information about each of the wireless nodes. Accordingly, the node information receiving unit 110 receives location information of each wireless node and node ID, which is a unique identification code of the wireless node, from all wireless nodes on the wireless ad hoc network. This information is used to determine the network topology.

클러스터 생성부(120)는 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송한다.The cluster generation unit 120 generates a plurality of clusters of wireless nodes connected to each other by a general communication link and transmitting and receiving data, and any one of node IDs of wireless nodes belonging to each cluster. Is determined as the cluster ID of the corresponding cluster and transmitted to wireless nodes belonging to the same cluster.

클러스터는 서로 일반 통신을 수행하여 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들의 집합을 말한다. 따라서 동일한 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 무선 노드들이어도 서로 일반 통신을 수행할 수 없는 경우에는 동일한 클러스터를 형성하지 못하며, 하나의 무선 애드혹 네트워크 상에 복수의 클러스터가 생성될 수 있다. 또한 서로 다른 클러스터에 포함된 무선 노드들은 서로 일반 통신에 의해 데이터를 주고받을 수 없으므로 네트워크가 분리되는 현상이 발생하게 된다. 이때 서로 다른 클러스터에 포함된 무선 노드들 간에 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 수단이 협력 통신이다.A cluster refers to a set of wireless nodes capable of transmitting and receiving data by performing general communication with each other. Therefore, even if the wireless nodes located on the same wireless ad hoc network cannot perform general communication with each other, they may not form the same cluster, and a plurality of clusters may be generated on one wireless ad hoc network. In addition, since wireless nodes included in different clusters cannot exchange data with each other through general communication, network separation occurs. At this time, the means for transmitting and receiving data between wireless nodes included in different clusters is cooperative communication.

송신 노드가 수신 노드에게 데이터를 전송할 때 송신 노드의 주변에 있는 무선 노드들을 협력 노드는 분리된 네트워크, 즉 무선 노드들이 일반 통신 링크로 연결될 수 없는 경우에 사용될 수 있다. 도 2a 내지 도 2c는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드를 도시한 도면이다.When a transmitting node transmits data to a receiving node, the cooperating node may be used in a separate network, i.e., where the wireless nodes cannot be connected by a general communication link. 2A-2C illustrate a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network.

도 2a를 참조하면, 노드 A 내지 노드 C는 모두 서로의 전송 범위 안에 위치하므로 일반 통신 링크에 의해 연결되어 데이터를 전송할 수 있다. 그러나 노드 D 및 노드 E는 노드 A 내지 노드 C의 전송 범위 밖에 위치하므로 노드 A 내지 노드 C 는 노드 D 및 노드 E와는 일반 통신에 의해 데이터를 전송할 수 없다. 따라서 네트워크가 분리되는 현상이 발생하며, 노드 A 내지 노드 C가 하나의 클러스터를 형성하고, 노드 D 및 노드 E가 또 다른 하나의 클러스터를 형성하게 된다. 이와 같이 클러스터는 서로 일반 통신 링크에 의해 연결되어 데이터를 주고 받을 수 있는 무선 노드들의 집합을 말한다.Referring to FIG. 2A, since nodes A to C are all within a transmission range of each other, they may be connected by a general communication link to transmit data. However, since the nodes D and E are located outside the transmission range of the nodes A to C, the nodes A to C cannot transmit data by the general communication with the nodes D and E. Therefore, the network is separated, and nodes A to C form one cluster, and nodes D and E form another cluster. As such, a cluster refers to a set of wireless nodes connected to each other by a general communication link to exchange data.

협력 통신은 이와 같이 서로 다른 클러스터에 속하는 무선 노드들 사이에서 데이터가 송수신될 수 있도록 하기 위해 사용된다. 협력 통신을 위해서는 데이터를 송신하는 송신 노드와 데이터를 수신하는 수신 노드 외에 송신 노드의 데이터 송신을 돕기 위한 협력 노드들이 필요하다. 도 2b를 참조하면, 송신 노드인 노드 A가 수신 노드인 노드 D로 데이터를 전송하고자 하는 경우, 노드 A와 노드 D는 서로 다른 클러스터에 속하기 때문에 일반 통신에 의해서는 데이터를 전송할 수 없다. 따라서 노드 A는 노드 D와 통신하기 위해 첫 번째 타임 슬롯(time slot) t1에서 노드 B 및 노드 C에 대해 협력 통신에 참여할 것을 요청한다. 노드 B와 노드 C가 협력통신에 참여하는 경우, 두 번째 타임 슬롯 t2에서 노드 A 내지 노드 C가 동시에 같은 데이터를 노드 D로 전송하면 전송 전력이 커져서 전송 범위가 넓어지므로 데이터가 노드 D로 전달될 수 있다. 도 2c를 참조하면, 노드 B 및 노드 C가 협력 노드로 동작함에 따라 노드 A의 데이터 전송 범위가 노드 D를 포함하도록 넓어지게 된다. 즉, 협력 통신을 사용하면 일반 통신으로는 데이터를 전송할 수 없어 서로 분리된 네트워크를 연결할 수 있다.Cooperative communication is thus used to allow data to be transmitted and received between wireless nodes belonging to different clusters. For cooperative communication, in addition to a transmitting node transmitting data and a receiving node receiving data, cooperative nodes are required to assist the transmitting node in transmitting data. Referring to FIG. 2B, when node A, a transmitting node, wants to transmit data to node D, a receiving node, node A and node D belong to different clusters and thus cannot transmit data through general communication. Therefore, node A requests to participate in cooperative communication for node B and node C in the first time slot t1 to communicate with node D. When Node B and Node C participate in cooperative communication, if Node A to Node C simultaneously transmit the same data to Node D in the second time slot t2, the transmission power is increased and the transmission range is widened so that data can be transferred to Node D. Can be. Referring to FIG. 2C, as node B and node C operate as cooperating nodes, the data transmission range of node A is widened to include node D. FIG. In other words, if cooperative communication is used, data cannot be transmitted through general communication, so that separate networks can be connected.

클러스터 생성부(120)가 무선 애드혹 네트워크 상의 무선 노드들을 복수의 클러스터로 분류하기 위해서는 무선 노드 사이에서 일반 통신이 이루어질 수 있는지 여부를 판단하여야 한다. 두 무선 노드 사이에서 일반 통신이 가능한지 여부는 다음과 같이 판단할 수 있다. 먼저 각각의 무선 노드는 동일한 최대 전송 전력 제한인 PMAX를 가지고 있다고 가정한다. 이때 송신 노드 i가 수신 노드 j와 일반 통신을 하기 위해서는 다음의 수학식 1을 만족하여야 한다.In order to classify the wireless nodes on the wireless ad-hoc network into a plurality of clusters, the cluster generator 120 should determine whether general communication can be performed between the wireless nodes. Whether general communication is possible between two wireless nodes can be determined as follows. First assume that each wireless node has the same maximum transmit power limit, P MAX . At this time, in order for the transmitting node i to perform general communication with the receiving node j, the following Equation 1 should be satisfied.

Figure 112009043234515-PAT00001
Figure 112009043234515-PAT00001

여기서, Pi는 송신 노드 i의 전송 전력, dij는 송신 노드 i와 수신 노드 j 사이의 거리, α는 경로 손실 지수(path loss exponent), 그리고 τ는 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)이다.Where P i is the transmit power of the transmitting node i, d ij is the distance between the transmitting node i and the receiving node j, α is a path loss exponent, and τ is for decoding the data received at the receiving node. Signal-to-Noise Ratio (SNR).

클러스터 생성부(120)는 위 수학식 1에 의해 일반 통신 링크에 의해 서로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들이 동일한 클러스터에 속하도록 하여 무선 애드혹 네트워크 상에 복수의 클러스터를 생성한다.The cluster generation unit 120 generates a plurality of clusters on a wireless ad hoc network by allowing wireless nodes connected to each other by a general communication link to transmit and receive data according to Equation 1 belonging to the same cluster.

도 3은 무선 애드혹 네트워크 상에 생성된 복수의 클러스터를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 각 클러스터에는 일반 통신 링크에 의해 서로 연결된 무선 노드들이 포함되어 있으며, 어떤 노드와도 일반 통신을 수행할 수 없는 무선 노드는 단독으로 클러스터를 형성하게 된다. 다만, 한 개의 무선 노드를 포함하는 클러스터의 경우는 협력 통신을 수행할 수 있는 협력 노드를 가지고 있지 않으므로 뒤 에서 설명할 협력 통신 링크의 생성 과정에서 제외된다.3 illustrates a plurality of clusters created on a wireless ad hoc network. Referring to FIG. 3, each cluster includes wireless nodes connected to each other by a general communication link, and a wireless node that cannot perform general communication with any node forms a cluster alone. However, in the case of a cluster including one wireless node, since it does not have a cooperative node capable of cooperative communication, it is excluded from the process of creating a cooperative communication link described later.

다음으로 클러스터 생성부(120)는 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들에 대하여 클러스터ID를 부여한다. 클러스터ID는 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 하나로 결정될 수 있으며, 가장 큰 값을 가지는 노드ID가 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정되도록 하는 것이 바람직하다. 클러스터ID는 무선 노드가 데이터를 전송할 때 노드ID와 함께 전송된다. 따라서 각각의 무선 노드는 자신이 수신한 데이터가 동일 클러스터에 속하는 무선 노드로부터 일반 통신에 의해 전송된 것인지 다른 클러스터에 속하는 무선 노드로부터 협력 통신에 의해 전송된 것인지 여부를 알 수 있다.Next, the cluster generation unit 120 assigns cluster IDs to wireless nodes belonging to the same cluster. The cluster ID may be determined as one of node IDs of wireless nodes belonging to the same cluster, and the node ID having the largest value may be determined as the cluster ID of the corresponding cluster. The cluster ID is transmitted along with the node ID when the wireless node transmits data. Therefore, each wireless node can know whether data received by the wireless node is transmitted by general communication from a wireless node belonging to the same cluster or by cooperative communication from a wireless node belonging to another cluster.

협력 통신 링크 생성부(130)는 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성한다.The cooperative communication link generation unit 130 generates a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication.

앞에서 무선 노드들 사이에 일반 통신의 가능 여부를 판단할 때와 마찬가지로, 서로 다른 클러스터ID를 가지는 무선 노드들이 협력 통신에 의하여 데이터를 송수신할 수 있는지를 판단하기 위해서 무선 노드 간의 거리정보가 사용된다. 각각의 무선 노드의 위치정보로부터 거리정보를 산출할 수 있다.Similarly to determining whether general communication is possible between wireless nodes, distance information between wireless nodes is used to determine whether wireless nodes having different cluster IDs can transmit and receive data by cooperative communication. Distance information may be calculated from the location information of each wireless node.

송신 노드와 송신 노드의 전송 반경 내에 있는 하나 이상의 협력 노드가 협력 통신을 사용하여 동시에 송신 노드의 데이터를 수신 노드로 전송하면 수신 노드는 각 노드가 전송한 신호를 하나의 신호로 합쳐서 디코딩할 수 있다. 송신 노드와 협력 노드들이 전송한 데이터를 수신 노드에서 성공적으로 디코딩하기 위해서는 다 음의 수학식 2를 만족하여야 한다.When one or more cooperating nodes within the transmission radius of the transmitting node and the transmitting node transmit data of the transmitting node to the receiving node at the same time by using cooperative communication, the receiving node may combine and decode the signals transmitted by each node into one signal. . In order to successfully decode data transmitted by a transmitting node and a cooperating node at a receiving node, the following Equation 2 must be satisfied.

Figure 112009043234515-PAT00002
Figure 112009043234515-PAT00002

여기서, Ω는 송신 노드와 협력 노드를 포함하는 노드 집합, Pi는 노드 집합에 속하는 노드들 중에서 노드 i의 전송 전력, dij는 노드 i와 수신 노드 j 사이의 거리, α는 경로 손실 지수, 그리고 τ는 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비이다.Where Ω is a node set including a transmitting node and a cooperating node, P i is a transmission power of node i among nodes belonging to the node set, d ij is a distance between node i and a receiving node j, α is a path loss index, And τ is the minimum average noise ratio for decoding the data received at the receiving node.

협력 통신 링크 생성부(130)는 클러스터ID가 서로 다른 두 개의 무선 노드 사이에서 위 수학식 2에 의해 협력 통신이 수행될 수 있다고 판단되는 경우에는 해당 무선 노드들을 각각 송신 노드와 수신 노드로 하는 협력 통신 링크를 생성한다. 도 4에는 서로 다른 클러스터에 속하는 무선 노드들 사이에서 생성된 복수의 협력 통신 링크가 도시되어 있다.If the cooperative communication link generation unit 130 determines that cooperative communication may be performed between two wireless nodes having different cluster IDs by Equation 2, the cooperative communication link generating unit 130 may use the corresponding wireless nodes as the transmitting node and the receiving node, respectively. Create a communication link. 4 illustrates a plurality of cooperative communication links created between wireless nodes belonging to different clusters.

서로 다른 클러스터ID를 가지는 송신 노드와 수신 노드 사이에 협력 통신 링크를 생성할 때, 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 모든 무선 노드들을 협력 통신을 위한 협력 노드들로 결정하여 송신 노드 및 모든 협력 노드가 수신 노드로 데이터를 전송하게 되면 노드들의 전력 소비가 커지게 된다. 즉, 협력 노드의 개수가 증가하면 협력 통신 링크의 생성을 위해 요구되는 각 노드의 전송 전력은 감소하지만, 협력 노드가 송신 노드로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 송신 노드와 협력 노드 사이의 일반 통신을 위한 전송 전력이 증가하여 오히려 협력 통신을 위 한 전송 전력보다 커지게 될 수 있다.When creating a cooperative communication link between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs, all the wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node are determined as cooperative nodes for the cooperative communication, so that the transmitting node and all cooperative nodes are determined. When a node sends data to a receiving node, the power consumption of the nodes increases. That is, as the number of cooperating nodes increases, the transmission power of each node required for the creation of the cooperating communication link decreases, but when the cooperating node is far from the transmitting node, transmission for general communication between the transmitting node and the cooperating node. The power may increase, rather than the transmit power for cooperative communications.

도 5a 및 도 5b는 송신 노드, 협력 노드 및 수신 노드 사이의 거리에 따른 전송 전력의 차이를 비교하기 위한 도면이다. 도 5a를 참조하면, 수신 노드가 송신 노드로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 송신 노드는 주변에 위치하는 모든 무선 노드들을 협력 노드로 사용하여 최대의 전력으로 데이터를 전송하여야 한다. 그러나 협력 노드와 송신 노드와의 거리가 가깝기 때문에 송신 노드가 협력 노드로 데이터를 전송할 때에는 최대 전력을 사용할 필요가 없다. 즉, 협력 통신 링크의 유지를 위한 송신 노드의 전송 전력이 협력 노드와의 일반 통신 링크의 유지를 위한 전송 전력보다 더 크게 된다. 이와 같이 협력 노드가 송신 노드로부터 가까이 위치하는 경우에는 협력 노드의 개수가 늘어날수록 전송 전력을 감소시킬 수 있다.5A and 5B are diagrams for comparing differences in transmit power according to distances between a transmitting node, a cooperating node, and a receiving node. Referring to FIG. 5A, since the receiving node is far from the transmitting node, the transmitting node should transmit data at maximum power using all wireless nodes located as cooperative nodes. However, because the distance between the cooperating node and the transmitting node is close, the transmitting node does not need to use the maximum power when transmitting data to the cooperating node. That is, the transmit power of the transmitting node for maintaining the cooperative communication link is greater than the transmit power for maintaining the general communication link with the cooperating node. As described above, when the cooperative node is located closer to the transmitting node, the transmission power may decrease as the number of cooperative nodes increases.

반면 도 5b를 참조하면, 도 5a와 비교하여 수신 노드와 송신 노드 사이의 거리가 짧아지고 송신 노드 주변의 협력 노드들 중에서 협력 노드 B와 송신 노드 사이의 거리가 길어진 것을 확인할 수 있다. 이러한 경우 송신 노드는 협력 노드 B와 일반 통신 링크를 유지하기 위해 최대 전송 전력을 사용하여야 하므로 수신 노드와의 협력 통신 링크의 유지를 위한 전송 전력보다 더 많은 전력을 소비하게 된다. 따라서 송신 노드의 데이터 전송 범위 내에 위치하는 모든 무선 노드를 협력 노드로 선택하기보다 송신 노드와 협력 노드 사이의 일반 통신을 위한 전송 전력 및 수신 노드와의 협력 통신을 위한 전송 전력을 모두 고려하여 최적의 협력 노드 조합을 선택할 필요성이 있다.On the other hand, referring to FIG. 5B, it can be seen that the distance between the receiving node and the transmitting node is shorter and the distance between the cooperating node B and the transmitting node is longer among the cooperative nodes around the transmitting node than in FIG. 5A. In this case, the transmitting node consumes more power than the transmitting power for maintaining the cooperative communication link with the receiving node because the transmitting node must use the maximum transmit power to maintain the general communication link with the cooperating node B. Therefore, rather than selecting all the wireless nodes located within the data transmission range of the transmitting node as the cooperative node, it is optimal to consider both the transmit power for general communication between the transmitting node and the cooperative node and the transmit power for cooperative communication with the receiving node. There is a need to select a cooperative node combination.

최적의 협력 노드 조합을 선택하기 위해서 두 가지 방법이 사용될 수 있다. 먼저 도 1에 도시된 본 발명에 따른 토폴로지 제어 장치의 제1실시예를 참조하면, 협력 통신 링크 생성부(130)는 무선 노드 집합 생성부(132), 전송 전력 산출부(134) 및 협력 노드 집합 결정부(136)를 구비한다.Two methods can be used to select the optimal cooperative node combination. First, referring to the first embodiment of the topology control apparatus according to the present invention illustrated in FIG. 1, the cooperative communication link generation unit 130 may include a wireless node set generation unit 132, a transmission power calculating unit 134, and a cooperative node. An aggregate determination unit 136 is provided.

무선 노드 집합 생성부(132)는 각각의 협력 통신 링크에 대하여 협력 통신 링크를 통해 수신 노드와 연결된 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성한다. 이때 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드라 함은, 송신 노드와 1홉 거리에 위치하여 일반통신에 의해 송신 노드와 직접 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드를 말한다.The wireless node set generation unit 132 generates a plurality of wireless node sets by combining wireless nodes capable of general communication with a transmitting node connected to a receiving node through a cooperative communication link for each cooperative communication link. In this case, the wireless node capable of performing general communication with the transmitting node refers to a wireless node which is located at one hop distance from the transmitting node and can directly transmit and receive data with the transmitting node by general communication.

앞에서 설명한 바와 같이 협력 통신 링크는 서로 다른 클러스터에 속하는 두 개의 무선 노드를 서로 연결하는 통신 링크를 말한다. 협력 통신 링크에 의해 연결된 두 개의 무선 노드 중에서 데이터를 전송하는 무선 노드가 송신 노드, 데이터를 수신하는 무선 노드가 수신 노드이다. 송신 노드와 수신 노드는 데이터의 전송 방향에 따라 서로 뒤바뀔 수 있다. 협력 노드는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들 중에서 선택되는 것이다. 이하에서는 협력 통신 링크를 따라 데이터가 일방향으로만 전송되는 경우를 가정하여 설명한다. As described above, the cooperative communication link refers to a communication link connecting two wireless nodes belonging to different clusters to each other. Among the two wireless nodes connected by the cooperative communication link, a wireless node transmitting data is a transmitting node and a wireless node receiving data is a receiving node. The transmitting node and the receiving node may be reversed according to the transmission direction of the data. The cooperating node is selected from among wireless nodes capable of general communication with the transmitting node. In the following description, it is assumed that data is transmitted in only one direction along a cooperative communication link.

무선 노드 집합은 무선 노드를 한 개도 포함하지 않은 공집합이거나 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들 중 어느 하나를 포함할 수도 있고, 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 모든 무선 노드를 포함할 수도 있다. 즉, 복수의 무선 노드들 중에서 0개 내지 전체를 선택하여 가능한 모든 개수의 무선 노드 집합을 생성하는 것이다. 이와 같이 생성된 복수의 무선 노드 집합 중에서 송신 노드와 수신 노드 사이의 협력 통신을 위한 협력 노드로 동작할 수 있는 무선 노드 집합이 선택된다.A wireless node set may include any one of the wireless nodes capable of performing general communication with a transmitting node or an empty set that does not include any wireless node, or may include any wireless node capable of performing general communication with a transmitting node. It may also include. In other words, 0 to all of the plurality of wireless nodes are selected to generate a set of all possible wireless nodes. A wireless node set that can operate as a cooperative node for cooperative communication between a transmitting node and a receiving node is selected from the plurality of wireless node sets generated in this way.

전송 전력 산출부(134)는 각각의 무선 노드 집합에 대하여 송신 노드로부터의 거리가 가장 먼 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 일반 전송 전력 및 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출한다.The transmit power calculating unit 134 selects, for each radio node set, radio nodes belonging to the general transmit power and the radio node set, which are the transmit powers of the transmit node for performing general communication with the radio node having the longest distance from the transmit node. The cooperative transmission power which is the transmission power of the transmitting node for performing cooperative communication with the receiving node as the cooperative node is calculated.

무선 노드 집합 생성부(132)에 의해 생성된 무선 노드 집합들 중에서 수신 노드와의 협력 통신에 사용할 수 있는 집합을 선택하는 기준으로 전송 전력 산출부(134)는 송신 노드의 전송 전력을 산출한다. 이와 같이 무선 노드 집합에 포함된 무선 노드의 전송 전력을 산출하지 않고 송신 노드의 전송 전력만을 기초로 협력 노드를 선택하는 이유는 송신 노드의 전송 전력이 감소하면 동일한 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드의 전송 전력도 감소하는 효과를 얻을 수 있으며, 계산 과정을 간소화할 수 있기 때문이다.The transmission power calculator 134 calculates the transmission power of the transmission node as a reference for selecting a set that can be used for cooperative communication with the receiving node among the wireless node set generated by the wireless node set generation unit 132. As such, the reason for selecting the cooperative node based on only the transmission power of the transmitting node without calculating the transmission power of the wireless node included in the wireless node set is that the transmission of the wireless nodes belonging to the same wireless node set when the transmission power of the transmitting node decreases. Power can also be reduced and the calculation process can be simplified.

먼저 무선 노드 집합에 대한 일반 전송 전력은 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들 중에서 송신 노드로부터의 거리가 가장 먼 무선 노드와 송신 노드 사이의 일반 통신 링크를 유지하기 위한 송신 노드의 전송 전력을 말하는 것으로, 다음의 수학식 3에 의해 산출된다.First, general transmit power for a set of wireless nodes refers to transmit power of a transmitting node for maintaining a general communication link between a transmitting node and a wireless node having the longest distance from the transmitting node among the wireless nodes belonging to the wireless node set. It is calculated by the following equation (3).

Figure 112009043234515-PAT00003
Figure 112009043234515-PAT00003

여기서, ωd(u,H(u))는 무선 노드 집합 H(u)에 대한 송신 노드 u의 일반 전송 전력, τ는 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, 그리고 duj는 송신 노드 u와 무선 노드 집합 H(u)에 속하는 무선 노드 j 사이의 거리이다.Where ω d (u, H (u)) is the general transmit power of the transmitting node u for the wireless node set H (u), τ is the minimum average noise ratio for decoding the data received at the receiving node, and α is the path loss The index and d uj are the distance between the transmitting node u and the wireless node j belonging to the wireless node set H (u).

다음으로 무선 노드 집합에 대한 협력 전송 전력은 송신 노드가 하나의 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 모두 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력을 말하며, 다음의 수학식 4에 의해 산출된다.Next, the cooperative transmit power for the wireless node set refers to transmit power for cooperative communication with the receiving node using the transmitting node as the cooperative nodes, all of the wireless nodes belonging to one wireless node set. Is calculated.

Figure 112009043234515-PAT00004
Figure 112009043234515-PAT00004

여기서, ωc(u,v,H(u))는 송신 노드 u가 무선 노드 집합 H(u)에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 수신 노드 v와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드 u의 협력 전송 전력, τ는 수신 노드 v에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, Ω는 송신 노드와 무선 노드 집합 H(u)를 모두 포함하는 집합, 그리고 div는 집합 Ω에 속하는 노드 i와 수신 노드 v 사이의 거리이다.Here, ω c (u, v, H (u)) denotes the cooperative operation of the transmitting node u for performing cooperative communication with the receiving node v using the wireless nodes belonging to the wireless node set H (u) as the cooperative node. Transmit power, τ is the minimum average noise ratio for decoding the data received at the receiving node v, α is the path loss index, Ω is the set containing both the transmitting and radio node sets H (u), and d iv is the set Ω The distance between node i and receiving node v belonging to

위 수학식 3 및 수학식 4에 의해 복수의 무선 노드 집합 각각에 대한 일반 전송 전력 및 협력 전송 전력이 모두 산출되며, 이 두 개의 전송 전력 값을 기초로 송신 노드와 수신 노드 사이의 협력 통신에 사용될 무선 노드 집합이 결정된다.Equation 3 and Equation 4 above calculate both general transmit power and cooperative transmit power for each of a plurality of radio node sets, and are used for cooperative communication between a transmitting node and a receiving node based on the two transmit power values. The wireless node set is determined.

협력 노드 집합 결정부(136)는 복수의 무선 노드 집합 중에서 일반 전송 전력과 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 송신 노드와 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정한다.The cooperative node set determination unit 136 is a cooperative node that is used for cooperative communication between a transmitting node and a receiving node with a radio node set that minimizes a transmission power having a larger value among general transmit power and cooperative transmit power among a plurality of radio node sets. Decide on a set.

앞에서도 설명한 바와 같이 클러스터 내의 하나의 송신 노드에 대하여 생성된 복수의 무선 노드 집합은 각각 일반 전송 전력 및 협력 전송 전력의 두 개의 값을 가지고 있다. 이 중에서 더 큰 값이 해당 무선 노드 집합을 대표하는 전송 전력이 된다. 송신 노드가 해당 무선 노드 집합에 포함된 무선 노드들을 모두 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하는 경우에 소비하게 되는 최대의 전송 전력이기 때문이다. 협력 노드 집합 결정부(136)는 이렇게 무선 노드 집합을 대표하는 전송 전력의 값을 최소화할 수 있도록 협력 노드 집합을 결정하게 된다.As described above, the plurality of radio node sets generated for one transmitting node in the cluster each have two values of general transmit power and cooperative transmit power. The larger of these values is the transmit power representing the corresponding wireless node set. This is because the transmitting node is the maximum transmit power consumed when the transmitting node performs cooperative communication with the receiving node using all of the wireless nodes included in the corresponding radio node set. The cooperative node set determination unit 136 determines the cooperative node set so as to minimize the value of the transmission power representative of the wireless node set.

다만, 위 수학식 3 및 수학식 4는 하나의 협력 통신 링크로 연결되어 있는 송신 노드와 수신 노드 중에서 송신 노드가 협력 통신을 사용하여 수신 노드로 데이터를 전송할 때 사용되는 전송 전력만을 감안한 것이다. 보다 정확한 전송 전력의 산출을 위해서는 양방향 협력 통신, 즉 송신 노드가 협력 통신에 의해 수신 노드로부터 데이터를 전송받을 때 수신 노드가 사용하게 되는 전송 전력을 산출하여 송신 노드의 전송 전력과의 평균값을 사용할 수 있다.However, Equations 3 and 4 above consider only transmission power used when a transmitting node transmits data to a receiving node using cooperative communication among transmitting nodes and receiving nodes connected by one cooperative communication link. For more accurate calculation of the transmission power, two-way cooperative communication, that is, the transmission power used by the receiving node when the transmitting node receives data from the receiving node by the cooperative communication, may be used to use the average value with the transmitting power of the transmitting node. have.

이상에서 도 1에 도시된 본 발명에 따른 토폴로지 제어 장치의 제1실시예에 따라 최적의 협력 노드 집합을 선택하는 과정에 관하여 설명하였다. 그러나 이러한 방법에서는 복수의 무선 노드 집합 중에서 최적의 협력 노드 집합을 결정하기 위해 모든 무선 노드 집합에 대한 일반 전송 전력 및 협력 전송 전력을 산출하여 그 값들을 비교하여야 하므로 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드의 개수가 증가할수록 계산의 복잡도가 기하급수적으로 증가할 수 있다는 문제가 있다. 따라서 계산 과정의 간소화를 통하여 협력 노드 집합을 신속하게 결정할 수 있는 방법에 관하여 설명한다.In the above, a process of selecting an optimal cooperative node set according to the first embodiment of the topology control apparatus shown in FIG. 1 has been described. However, in this method, general transmission power and cooperative transmission power of all the wireless node sets should be calculated and compared with each other in order to determine an optimal cooperative node set among a plurality of radio node sets. As the number of wireless nodes increases, the complexity of the calculation may increase exponentially. Therefore, a method for quickly determining a cooperative node set through a simplified calculation process will be described.

도 6은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치에 관한 바람직한 제2실시예의 구성을 도시한 블록도이다.6 is a block diagram showing the configuration of the second preferred embodiment of the topology control apparatus for the wireless ad hoc network according to the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 토폴로지 제어 장치의 제2실시예에는 도 1에 도시된 토폴로지 제어 장치의 제1실시예와 다른 구성요소는 동일하게 구비되어 있으나, 협력 통신 링크 생성부(130)의 구성이 상이한 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 토폴로지 제어 장치의 제2실시예에서 협력 통신 링크 생성부(130)는 최적의 협력 노드 집합을 결정하기 위해 전력 이득 산출부(232), 전력 비용 산출부(234) 및 협력 노드 집합 결정부(236)를 구비한다.Referring to FIG. 6, the second embodiment of the topology control apparatus according to the present invention has the same components as the first embodiment of the topology control apparatus illustrated in FIG. 1, but the cooperative communication link generation unit 130 is identical. It can be seen that the configuration of) is different. In the second embodiment of the topology control apparatus according to the present invention, the cooperative communication link generation unit 130 may determine a power coordination node set, a power gain calculator 232, a power cost calculator 234, and a cooperative node set. The determination unit 236 is provided.

전력 이득 산출부(232)는 각각의 협력 통신 링크에 대하여 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력과 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중 하나를 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력의 차이인 전력 이득을 송신 노드와 일반 통신을 수행 할 수 있는 복수의 무선 노드 각각에 대하여 산출한다.The power gain calculation unit 232 receives the transmission power of the transmitting node for performing general communication with the receiving node for each cooperative communication link and one of the wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node as the cooperative node. A power gain, which is a difference in transmit power of a transmitting node for performing cooperative communication with the node, is calculated for each of a plurality of wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node.

전력 이득은, 간략하게 설명하면, 송신 노드가 하나의 이웃 노드를 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행할 때 수신 노드와 일반 통신을 수행하는 경우에 비하여 얻을 수 있는 이득을 말한다. 전력 이득은 다음의 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.In short, the power gain refers to a gain that the transmitting node can obtain compared with the general communication with the receiving node when the transmitting node performs cooperative communication with the receiving node using one neighbor node as the cooperating node. The power gain can be calculated by the following equation (5).

Figure 112009043234515-PAT00005
Figure 112009043234515-PAT00005

여기서, bi는 무선 노드 i에 대한 송신 노드의 전력 이득, Pd(u,v)는 수신 노드 v와의 일반 통신을 위한 송신 노드 u의 전송 전력, Pc(u+i,v)는 송신 노드 u가 무선 노드 i를 협력 노드로 하여 수신 노드 v와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드 u의 전송 전력, α는 경로 손실 지수, duv는 송신 노드 u와 수신 노드 v 사이의 거리, Ω는 송신 노드 u 또는 무선 노드 i 중에서 어느 하나의 노드, 그리고 dΩv는 노드 Ω와 수신 노드 v 사이의 거리이다.Where b i is the power gain of the transmitting node for wireless node i, P d (u, v) is the transmit power of transmitting node u for general communication with receiving node v, and P c (u + i, v) is transmitting The transmission power of the transmitting node u for cooperating communication with the receiving node v using the wireless node i as the cooperating node, α is the path loss index, d uv is the distance between the transmitting node u and the receiving node v, Ω is any one of the node, and d Ωv from the sending node u, or the wireless node i is the distance between the node and the receiving node Ω v.

다음으로 전력 비용 산출부(234)는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 각각의 무선 노드에 대하여 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 전력 비용을 산출한다.Next, the power cost calculator 234 calculates a power cost that is a transmission power of a transmitting node for performing general communication with the wireless node for each wireless node capable of performing general communication with the transmitting node.

전력 비용은 송신 노드와 무선 노드 사이의 일반 통신을 위한 송신 노드의 전송 전력이므로, 수학식 1에 나타난 바와 같이 다음의 수학식 6에 의해 산출된다.Since the power cost is the transmit power of the transmitting node for general communication between the transmitting node and the wireless node, it is calculated by the following equation (6) as shown in equation (1).

Figure 112009043234515-PAT00006
Figure 112009043234515-PAT00006

여기서, ci는 무선 노드 i에 대한 송신 노드의 전력 비용, Pd(u,i)는 무선 노드 i와의 일반 통신을 위한 송신 노드 u의 전송 전력, α는 경로 손실 지수, 그리고 dui는 송신 노드 u와 무선 노드 i 사이의 거리이다.Where c i is the power cost of the transmitting node for wireless node i, P d (u, i) is the transmit power of transmitting node u for general communication with wireless node i, α is path loss index, and d ui is transmission Is the distance between node u and wireless node i.

협력 노드 집합 결정부(236)는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드로부터 순차적으로 송신 노드와 수신 노드 간의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 송신 노드의 전송 전력 값을 최소로 하는 무선 노드들의 집합을 송신 노드와 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정한다.The cooperative node set determination unit 236 is a cooperative node for cooperative communication between a transmitting node and a receiving node sequentially from a wireless node having a maximum power gain to power cost ratio among wireless nodes capable of general communication with a transmitting node. In addition, the set of wireless nodes for minimizing the transmit power value of the transmitting node for the cooperative communication is determined as the cooperative node set used for the cooperative communication between the transmitting node and the receiving node.

송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드가 송신 노드의 협력 통신에 사용되는 협력 노드로 동작하기 위해서는 송신 노드가 무선 노드를 협력 노드로 하여 협력 통신을 수행할 때의 전력 이득과 송신 노드가 무선 노드와 일반 통신을 수행할 때의 전력 비용을 다른 무선 노드들과 서로 비교할 필요성이 있다. 즉, 송신 노드가 무선 노드를 협력 노드로 사용하기 위해 무선 노드와 일반 통신 링크를 유지하면서 협력 통신을 수행할 전송 전력상의 이득을 가져야 하는 것이다.In order for a wireless node capable of general communication with a transmitting node to act as a cooperating node used for cooperative communication of the transmitting node, the power gain and the transmitting node when the transmitting node performs cooperative communication with the wireless node as a cooperating node There is a need to compare power costs with other wireless nodes when performing general communication with the wireless node. In other words, in order to use the wireless node as a cooperative node, the transmitting node should have a gain in transmission power for performing cooperative communication while maintaining a general communication link with the wireless node.

협력 노드 집합 결정부(236)는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들 중에서 송신 노드의 협력 통신에 사용될 협력 노드를 선택하기 위해 먼저 공집합인 협력 노드 집합을 생성한다. 다음으로 복수의 무선 노드 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비, 즉 수학식 5 및 수학식 6으로부터 산출되는 bi/ci 값이 가장 큰 무선 노드부터 순차적으로 협력 노드 집합에 포함시킨다.The cooperative node set determination unit 236 first generates a cooperative set of cooperative nodes to select a cooperative node to be used for cooperative communication of the transmitting node among wireless nodes capable of general communication with the transmitting node. Next, among the plurality of wireless nodes, the ratio of power gain to power cost, that is, the b i / c i value calculated from Equation 5 and Equation 6 is sequentially included in the cooperative node set, starting from the wireless node having the largest value.

무선 노드를 하나씩 협력 노드 집합에 포함시킬 때마다 협력 노드 집합 결정부(236)는 현재 협력 노드 집합에 포함된 무선 노드를 협력 노드로 하여 송신 노드가 협력 통신에 의해 수신 노드로 데이터를 전송할 수 있는지, 즉 수학식 2의 협력 통신 수행 조건을 만족하는지 여부를 검토한다. 현재 협력 노드 집합에 포함된 모든 무선 노드를 협력 노드로 하여도 수학식 2를 만족시키지 못하는 경우에는 남아 있는 무선 노드들 중에서 bi/ci 값이 최대인 무선 노드를 다시 협력 노드 집합에 추가킨다.Whenever the wireless nodes are included in the cooperative node set one by one, the cooperative node set determination unit 236 determines whether the transmitting node can transmit data to the receiving node by cooperative communication using the wireless node currently included in the cooperative node set as the cooperative node. That is, whether or not the condition for performing cooperative communication of Equation 2 is satisfied is examined. If all of the wireless nodes included in the current cooperative node set are the cooperative nodes but do not satisfy Equation 2, the wireless node having the highest b i / c i value among the remaining wireless nodes is added to the cooperative node set again. .

현재 협력 노드 집합에 포함된 무선 노드를 모두 협력 노드로 사용하여 송신 노드가 수신 노드로 데이터를 전송할 수 있게 되면, 협력 노드 집합 결정부(236)는 현재 협력 노드 집합이 다음의 조건을 만족하는지 검토한다. 만약 현재 협력 노드 집합에 무선 노드를 하나 더 추가시킬 경우 수신 노드와의 협력 통신을 위한 송신 노드의 전송 전력이 증가하게 되면 무선 노드를 추가시키지 않고 현재 협력 노드 집합을 최종적인 협력 노드 집합으로 결정하여 출력한다. 그러나 현재 협력 노드 집합에 무선 노드가 하나 더 추가됨으로써 협력 통신을 위한 송신 노드의 전송 전력이 감소하게 되면 해당 무선 노드를 협력 노드 집합에 추가한다. 협력 노드 집합 결정부(236)에 의해 최종적으로 결정되는 협력 노드 집합은 협력 통신에 사용되는 송신 노드의 전송 전력을 최소화할 수 있는 최적의 집합이어야 하기 때문이다.When all of the radio nodes included in the current cooperative node set are used as cooperative nodes, and the transmitting node can transmit data to the receiving node, the cooperative node set determining unit 236 examines whether the current cooperative node set satisfies the following conditions. do. If one additional wireless node is added to the current cooperative node set, if the transmit power of the transmitting node for cooperative communication with the receiving node increases, the current cooperative node set is determined as the final cooperative node set without adding the wireless node. Output However, when one more wireless node is added to the current cooperative node set, and thus the transmission power of the transmitting node for cooperative communication decreases, the corresponding wireless node is added to the cooperative node set. This is because the cooperative node set finally determined by the cooperative node set determination unit 236 should be an optimal set capable of minimizing the transmit power of a transmitting node used for cooperative communication.

이와 같이 협력 통신 링크 생성부(130)는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따라 복수의 무선 노드 집합 중에서 최적의 협력 노드 집합을 결정할 수도 있고, 계산량을 감소시키기 위해 도 6에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따라 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드부터 순차적으로 협력 노드로 추가하여 최적의 협력 노드 집합을 결정할 수도 있다. 최종적으로 도 4에 도시된 각각의 협력 통신 링크를 통해 연결된 두 개의 노드가 각각 송신 노드로 동작할 때 해당 송신 노드에 대한 최적의 협력 노드 집합이 얻어지게 된다.As described above, the cooperative communication link generation unit 130 may determine an optimal cooperative node set from among a plurality of radio node sets according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. According to the second embodiment of the present invention, the optimal cooperative node set may be determined by sequentially adding the cooperative nodes from the wireless node having the maximum ratio of power gain to power cost. Finally, when two nodes connected through each cooperative communication link shown in FIG. 4 operate as transmitting nodes, an optimal set of cooperative nodes for the corresponding transmitting node is obtained.

그런데 도 4에 도시된 복수의 협력 통신 링크를 살펴보면, 두 개의 클러스터를 연결하는 복수의 협력 통신 링크가 존재하는 것을 알 수 있다. 협력 통신 링크는 일반 통신에 의해 데이터를 전송할 수 없어 분리된 네트워크를 형성하는 클러스터를 서로 연결하는 기능을 수행하므로, 두 개의 클러스터 사이에 복수의 협력 통신 링크가 존재할 필요가 없다. 또한 협력 통신 링크의 개수를 최소화함으로써 데이터의 전송을 위한 송신 노드 및 협력 노드의 전송 전력을 최소화시킬 필요가 있다. 예를 들면, 클러스터 A에 속하는 노드 a가 클러스터 B에 속하는 노드 b로 데이터를 전송하고자 할 경우에, 노드 a와 노드 b가 직접 협력 통신 링크에 의해 연결되어 있지 않더라도 노드 a는 자신과 일반 통신을 수행할 수 있으며 노드 b와 협력 통신 링크에 의해 연결된 노드 c에게 일반 통신을 통해 데이터를 전송하여 노드 c가 협력 통신에 의해 노드 b로 데이터를 전송하도록 할 수 있다.However, referring to the plurality of cooperative communication links illustrated in FIG. 4, it can be seen that a plurality of cooperative communication links connecting two clusters exist. Since the cooperative communication link performs a function of connecting clusters that form separate networks because data cannot be transmitted by general communication, there is no need for a plurality of cooperative communication links between the two clusters. In addition, it is necessary to minimize the transmission power of a transmitting node and a cooperating node for data transmission by minimizing the number of cooperative communication links. For example, if node a belonging to cluster A wants to send data to node b belonging to cluster B, node a does not communicate with itself even if node a and node b are not directly connected by a cooperative communication link. And may transmit data to node c, which is connected to node b by a cooperative communication link, through general communication, so that node c transmits data to node b by cooperative communication.

동일 클러스터 내의 무선 노드들을 서로 연결하는 일반 통신 링크의 경우에도 마찬가지로, 모든 노드가 직접 일반 통신 링크에 의해 연결될 필요는 없을 것이 다. 위의 예에서, 노드 a와 노드 c가 직접 일반 통신 링크에 의해 연결되어 있지 않더라도, 노드 a 및 노드 c와 동일한 클러스터ID를 가지며 노드 a 및 노드 c와 각각 일반 통신 링크를 통해 연결된 노드 d를 통해 노드 a는 노드 c로 데이터를 전송할 수 있다. 따라서 불필요한 협력 통신 링크 또는 일반 통신 링크를 제거함으로써 각 무선 노드가 최소의 전송 전력을 사용하여 데이터를 전송할 수 있게 할 필요가 있다.Similarly, in the case of a general communication link connecting wireless nodes in the same cluster, not all nodes need to be directly connected by a general communication link. In the above example, even though node a and node c are not directly connected by a general communication link, node d has the same cluster ID as node a and node c, and through node d connected to node a and node c through a general communication link, respectively. Node a may send data to node c. Therefore, it is necessary to eliminate unnecessary cooperative communication links or general communication links so that each wireless node can transmit data using a minimum transmission power.

링크 선택부(140)는 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택한다.The link selector 140 selects a final cooperative communication link based on an average transmission power for performing cooperative communication among a plurality of cooperative communication links, and performs general communication among general communication links between wireless nodes having the same cluster ID. The final general communication link is selected based on the average transmit power.

평균 전송 전력이 작은 통신 링크일수록 송신 노드가 협력 통신 및 일반 통신을 수행할 때 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 따라서 링크 선택부(140)는 평균 전송 전력을 기초로 하여 모든 클러스터를 서로 연결할 수 있는 최종 협력 통신 링크와 클러스터 내에서 모든 무선 노드를 서로 연결할 수 있는 최종 일반 통신 링크를 선택한다. 이와 같이 최종 협력 통신 링크 및 최종 일반 통신 링크를 선택할 때 사용될 수 있는 가장 바람직한 방법이 최소 신장 트리(Minimum Spanning Tree : MST) 알고리즘이다.A communication link with a small average transmit power may reduce power consumption when the transmitting node performs cooperative and general communications. Accordingly, the link selector 140 selects a final cooperative communication link capable of connecting all clusters to each other and a final general communication link capable of connecting all wireless nodes within the cluster based on the average transmission power. As such, the most preferred method that can be used when selecting the final cooperative communication link and the final general communication link is the Minimum Spanning Tree (MST) algorithm.

링크 선택부(140)는 먼저 복수의 협력 통신 링크들에 대해 협력 통신 링크를 유지하기 위한 평균 전력을 가중치로 하는 최소 신장 트리 알고리즘을 적용하여 최종 협력 통신 링크를 선택한다.The link selector 140 first selects a final cooperative communication link by applying a minimum spanning tree algorithm having a weighted average power for maintaining the cooperative communication link for the plurality of cooperative communication links.

최소 신장 트리는 복수의 노드를 연결하는 간선이 각각 가중치를 가지며, 간선의 방향성이 없는 신장 트리(Spanning Tree)에서 간선의 가중치의 합이 가장 작은 트리를 말한다. 이를 도 4에 도시된 것과 같은 복수의 협력 통신 링크에 적용하면, 각각의 클러스터가 신장 트리의 노드가 되고, 협력 통신 링크가 신장 트리의 간선이 된다. 협력 통신 링크에 의해 연결된 두 개의 노드는 송신 노드 또는 수신 노드로 동작할 수 있으므로 방향성을 가지지 않는다. 또한 최소 신장 트리 알고리즘을 적용하기 위한 협력 통신 링크의 가중치는 협력 통신 링크에 의해 연결된 두 개의 노드가 각각 송신 노드로 동작할 때 해당 협력 통신 링크를 통해 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력이다. 예를 들면, 클러스터 A에 속하는 무선 노드 a와 클러스터 B에 속하는 무선 노드 b가 협력 통신 링크 ab에 의해 연결되어 있을 때, 협력 통신 링크 ab의 가중치는 무선 노드 a가 송신 노드로 동작하여 협력 통신을 수행하기 위한 무선 노드 a의 전송 전력과 무선 노드 b가 송신 노드로 동작하여 협력 통신을 수행하기 위한 무선 노드 b의 전송 전력의 평균이다.The minimum spanning tree refers to a tree in which trunks connecting a plurality of nodes have weights, and the sum of weights of trunks is the smallest in the spanning tree without the direction of the trunks. Applying this to a plurality of cooperative communication links as shown in FIG. 4, each cluster becomes a node of the spanning tree and the cooperative communication link becomes the trunk of the spanning tree. Two nodes connected by a cooperating communication link may act as a transmitting node or a receiving node and thus have no directionality. In addition, the weight of the cooperative communication link for applying the minimum spanning tree algorithm is an average transmit power for performing cooperative communication through the cooperative communication link when two nodes connected by the cooperative communication link operate as transmitting nodes. For example, when wireless node a belonging to cluster A and wireless node b belonging to cluster B are connected by the cooperative communication link ab, the weight of the cooperative communication link ab is such that the wireless node a operates as a transmitting node to perform cooperative communication. It is the average of the transmit power of radio node a for performing and the transmit power of radio node b for operating cooperative communication by acting as a transmitting node.

최소 신장 트리를 구하기 위한 방법으로는 프림 알고리즘(Prim algorithm)과 크루스칼 알고리즘(Kruskal algorithm)이 있다. 프림 알고리즘은 공집합으로부터 출발하여 간선을 하나씩 확장시키면서 모든 노드가 집합에 포함되도록 하는 알고리즘이고, 크루스칼 알고리즘은 루프(loop)를 형성하지 않는 범위 내에서 모든 간선 중 최소 가중치를 가지는 간선부터 순차적으로 추가시켜 모든 노드가 간선에 의해 연결될 때까지 반복하는 알고리즘이다. 본 발명에서는 크루스칼 알고리즘을 사용하여 최종 협력 통신 링크를 선택한다.There are two methods for obtaining the minimum spanning tree: the Prim algorithm and the Kruskal algorithm. The prim algorithm is an algorithm that extends edges one by one from the empty set so that all nodes are included in the set, and the Kruskal algorithm sequentially adds edges having the minimum weight among all edges within a range that does not form a loop. It repeats until all nodes are connected by edges. In the present invention, the final cooperative communication link is selected using the Kruskal algorithm.

링크 선택부(140)는 협력 통신 링크 생성부(130)에 의해 생성된 복수의 협력 통신 링크에 대해 최소 신장 트리 알고리즘을 적용하여 각각의 클러스터를 모두 연결하되 모든 협력 통신 링크의 가중치의 합이 최소화될 수 있도록 최종 협력 통신 링크를 선택한다. 도 7에는 링크 선택부(140)에 의해 선택된 최종 협력 통신 링크들이 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 도 4에 도시된 복수의 협력 통신 링크 중에서 최종적으로 다섯 개의 협력 통신 링크가 최종 협력 통신 링크로 선택되었다. 최소 신장 트리 알고리즘을 적용함으로써 최소 개수와 최소 가중치의 협력 통신 링크에 의해 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 클러스터를 연결할 수 있다. 에를 들면, 클러스터 A와 클러스터 B는 협력 통신 링크에 의해 직접 연결되어 있지 않지만 두 클러스터와 협력 통신 링크에 의해 각각 연결된 클러스터 C가 있는 경우, 클러스터 A에 속하는 무선 노드 a는 클러스터 C에 속하는 무선 노드 c로 협력 통신을 통해 데이터를 전송하고, 최종적으로 클러스터 B에 속하는 무선 노드 b로 데이터가 전송되도록 할 수 있다.The link selector 140 connects all clusters by applying a minimum spanning tree algorithm to the plurality of cooperative communication links generated by the cooperative communication link generation unit 130, but minimizes the sum of weights of all cooperative communication links. Select the final cooperative communication link. 7 shows the final cooperative communication links selected by the link selector 140. Referring to FIG. 7, five cooperative communication links are finally selected among the plurality of cooperative communication links shown in FIG. 4. By applying a minimum spanning tree algorithm, all clusters on a wireless ad hoc network can be connected by a cooperative communication link of minimum number and minimum weight. For example, if cluster A and cluster B are not directly connected by a cooperative communication link, but there is a cluster C that is connected by two clusters and a cooperative communication link, respectively, wireless node a belonging to cluster A is wireless node c belonging to cluster C. The data can be transmitted through cooperative communication, and finally, the data can be transmitted to the wireless node b belonging to the cluster B.

또한 도 7에서 검은색으로 표시된 무선 노드는 협력 통신 링크에 연결된 무선 노드 및 해당 무선 노드의 협력 통신에 사용되는 협력 노드들을 나타낸 것이다. 흰색으로 표시된 무선 노드들은 협력 통신에 사용되지 않는다. 도 7에 나타난 협력 노드들은 앞에서 설명한 최적의 협력 노드 집합 선택 방법에 의해 선택된 노드에 해당한다.In addition, the wireless node shown in black in FIG. 7 represents a wireless node connected to a cooperative communication link and cooperative nodes used for cooperative communication of the corresponding wireless node. Wireless nodes marked in white are not used for cooperative communications. The cooperative nodes shown in FIG. 7 correspond to nodes selected by the optimal cooperative node set selection method described above.

다음으로 링크 선택부(140)는 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크들에 대해 일반 통신 링크를 통해 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 가중치로 하는 최소 신장 트리 알고리즘을 적용하여 최종 일반 통신 링크를 선택한다.Next, the link selector 140 applies a minimum spanning tree algorithm that weights average transmission power for performing general communication through the general communication link to the general communication links between wireless nodes having the same cluster ID. Select the general communication link.

도 3에 도시된 복수의 클러스터에서 각각의 클러스터 내에 속하는 무선 노드들은 서로 일반 통신 링크에 의해 연결되어 있으며, 도 3에는 무선 노드 사이에서 가능한 모든 일반 통신 링크가 나타나 있다. 그러나 앞에서 설명한 바와 같이 동일 클러스터 내에 속하는 무선 노드들 사이에서 데이터를 전송할 때 도 3에 도시된 것과 같은 일반 통신 링크를 모두 사용하는 것은 아니다. 따라서 협력 통신 링크의 경우와 마찬가지로 클러스터 내의 일반 통신 링크도 최적화시킬 필요성이 있다.In the plurality of clusters shown in FIG. 3, the wireless nodes within each cluster are connected to each other by a general communication link, and FIG. 3 shows all possible general communication links between the wireless nodes. However, as described above, when transmitting data between wireless nodes belonging to the same cluster, not all general communication links such as those shown in FIG. 3 are used. Therefore, there is a need to optimize the general communication links in the cluster as well as the cooperative communication links.

앞에서 협력 통신 링크들 중 최종 협력 통신 링크를 선택하는 과정은 무선 애드혹 네트워크 전체에 대해 각각의 클러스터를 트리의 노드와 같이 취급하여 수행되었다. 그러나 일반 통신 링크들 중에서 최종 일반 통신 링크를 선택하는 경우에는 최소 신장 트리 알고리즘이 각각의 클러스터에 대해 독립적으로 적용된다. 즉, 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들이 트리의 노드가 되며, 두 개의 무선 노드를 연결하는 일반 통신 링크가 트리의 간선과 같이 취급된다. 또한 일반 통신 링크에 의해 연결된 두 개의 무선 노드 사이에서 일반 통신이 수행되기 위한 각 무선 노드의 평균 전송 전력이 해당 일반 통신 링크의 가중치가 된다.The process of selecting the final cooperative communication link among the cooperative communication links was performed by treating each cluster as nodes of a tree for the entire wireless ad hoc network. However, when selecting the final general communication link among general communication links, the minimum spanning tree algorithm is applied independently for each cluster. That is, wireless nodes belonging to the same cluster become nodes of the tree, and a general communication link connecting two wireless nodes is treated like the trunk of the tree. In addition, the average transmission power of each wireless node for performing general communication between two wireless nodes connected by the general communication link becomes a weight of the general communication link.

각각의 클러스터에 대해 최소 신장 트리 알고리즘을 적용할 때에도 최종 협력 통신 링크를 선택하는 경우와 마찬가지로 크루스칼 알고리즘을 사용한다. 따라서 동일 클러스터에 속하는 무선 노드들을 연결하는 일반 통신 링크들 중에서 가중치의 합이 최소가 되는 최소 개수의 일반 통신 링크가 최종 일반 통신 링크로 선택 된다. 도 8에는 링크 선택부(140)에 의해 각 클러스터에서 선택된 최종 일반 통신 링크가 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드가 최소 개수의 최종 일반 통신 링크에 의해 서로 연결된 것을 확인할 수 있다. 클러스터 내의 무선 노드들 간에 데이터를 전송하는 일 예로서, 노드 a가 자신과 동일한 클러스터ID를 가지며 일반 통신 링크에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않은 노드 b로 데이터를 전송하고자 하는 경우, 노드 a는 먼저 일반 통신 링크에 의해 자신과 연결되어 있는 노드 c로 데이터를 전송하고, 노드 c가 일반 통신 링크를 통하여 노드 b로 데이터를 전송하도록 할 수 있다. 그 결과 클러스터 내의 모든 노드는 최소 개수의 일반 통신 링크를 통해 데이터를 송수신할 수 있다.When applying the minimum spanning tree algorithm for each cluster, the Kruskal algorithm is used as in the case of selecting the final cooperative communication link. Therefore, among the general communication links connecting the wireless nodes belonging to the same cluster, the minimum number of general communication links having the minimum sum of weights is selected as the final general communication link. 8 shows the final general communication link selected in each cluster by the link selector 140. Referring to FIG. 8, it can be seen that wireless nodes having the same cluster ID are connected to each other by a minimum number of final general communication links. As an example of transmitting data between wireless nodes in a cluster, if node a wants to transmit data to node b, which has the same cluster ID as itself and is not directly connected by a general communication link, node a first needs to send data to the public. It is possible to transmit data to node c connected with itself by the communication link, and to allow node c to transmit data to node b via the general communication link. As a result, all nodes in the cluster can transmit and receive data over a minimum number of general communication links.

토폴로지 결정부(150)는 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 무선 노드들로 전송한다.The topology determiner 150 determines a topology of a network including a final cooperative communication link and a final general communication link and transmits the topology to the wireless nodes.

앞에서 설명한 바와 같이 협력 통신 링크 생성부(130)에 의해 생성된 복수의 협력 통신 링크로부터 링크 선택부(140)에 의해 선택된 최종 협력 통신 링크가 얻어지며, 각각의 클러스터 내의 무선 노드들을 서로 연결하는 복수의 일반 통신 링크로부터 링크 선택부(140)에 의해 선택된 최종 일반 통신 링크가 얻어지게 된다. 토폴로지 결정부(150)는 최종적으로 이들을 모두 포함하는 네트워크의 토폴로지를 결정한다.As described above, the final cooperative communication link selected by the link selecting unit 140 is obtained from the plurality of cooperative communication links generated by the cooperative communication link generation unit 130, and the plurality of wireless nodes in each cluster are connected to each other. The final general communication link selected by the link selector 140 is obtained from the general communication link of. The topology determination unit 150 finally determines the topology of the network including all of them.

도 9는 토폴로지 결정부(150)에 의해 최종적으로 결정된 네트워크의 토폴로지를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 결정된 토폴로지는 도 7에 나타난 최종 협력 통신 링크와 도 8에 나타난 최종 일반 통신 링크를 모두 포함하며, 협력 통신 링크 생성부(130)에 의해 결정된 최적의 협력 노드 집합도 표시되어 있는 것을 확인할 수 있다. 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드들은 이와 같이 결정된 토폴로지를 따라 다른 무선 노드와 데이터를 송수신하게 된다. 따라서 토폴로지 결정부(150)는 각각의 무선 노드가 어떤 무선 노드로 데이터를 전송해야 하는지에 관한 정보를 알 수 있도록 위와 같은 과정에 의해 결정된 토폴로지를 무선 애드혹 네트워크 상의 무선 노드들로 전송한다. 다만, 도 9에 도시된 네트워크 토폴로지는 도 8에 도시된 최종 일반 통신 링크에 하나의 일반 통신 링크를 더 포함하고 있는데, 추가된 하나의 일반 통신 링크는 송신 노드의 협력 통신을 위해 송신 노드와 협력 노드 사이의 일반 통신을 나타내는 통신 링크이다.9 is a diagram illustrating a topology of a network finally determined by the topology determiner 150. Referring to FIG. 9, the determined topology includes both the final cooperative communication link shown in FIG. 7 and the final general communication link shown in FIG. 8, and the optimal cooperative node set determined by the cooperative communication link generation unit 130 is also displayed. I can confirm that there is. All wireless nodes on the wireless ad-hoc network will transmit and receive data with other wireless nodes according to the determined topology. Therefore, the topology determination unit 150 transmits the topology determined by the above process to the wireless nodes on the wireless ad-hoc network so that each wireless node can know the information about which wireless node should transmit the data. However, the network topology shown in FIG. 9 further includes one general communication link in the final general communication link shown in FIG. 8, and the added one general communication link cooperates with the transmitting node for cooperative communication of the transmitting node. A communication link representing normal communication between nodes.

도 10은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of a method for controlling a topology of a wireless ad hoc network according to the present invention.

도 10을 참조하면, 노드 정보 수신부(110)는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신한다(S1010). 수신된 위치정보 및 노드ID는 무선 노드 간의 통신 경로인 네트워크의 토폴로지를 결정하는 데 사용된다.Referring to FIG. 10, the node information receiver 110 receives location information and a node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network (S1010). The received location information and node ID are used to determine the topology of the network, which is the communication path between the wireless nodes.

다음으로 클러스터 생성부(120)는 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나, 바람직하게는, 가장 큰 값을 가지는 노드ID를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송한다(S1020). 무선 노드 간 에 서로 일반 통신이 가능한지 여부는 앞에서 설명한 바와 같이 수학식 1을 기초로 하여 판단할 수 있다. 무선 애드혹 네트워크 상에 복수의 클러스터가 생성된 경우, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들은 서로 동일한 클러스터ID를 가지게 된다.Next, the cluster generation unit 120 generates a plurality of clusters of wireless nodes that are connected by a general communication link among the wireless nodes and transmit and receive data with each other, and among the node IDs of the wireless nodes belonging to each cluster. Any one, preferably, the node ID having the largest value is determined as the cluster ID of the corresponding cluster and transmitted to the wireless nodes belonging to the same cluster (S1020). Whether general communication between the wireless nodes is possible can be determined based on Equation 1 as described above. When a plurality of clusters are generated on the wireless ad hoc network, the wireless nodes belonging to each cluster have the same cluster ID.

협력 통신 링크 생성부(130)는 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성한다(S1030). 협력 통신의 가능 여부는 수학식 2를 기초로 판단할 수 있으며, 협력 통신 링크를 통해 연결된 두 개의 무선 노드 중에서 데이터를 전송하는 송신 노드로 동작하는 무선 노드에 대한 협력 노드를 결정하기 위해 두 가지 방법을 사용할 수 있다.The cooperative communication link generation unit 130 generates a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication (S1030). The possibility of cooperative communication can be determined based on Equation 2, and there are two methods for determining a cooperative node for a wireless node operating as a transmitting node transmitting data among two wireless nodes connected through a cooperative communication link. Can be used.

도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법에서 협력 노드를 결정하는 제1실시예 및 제2실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.11A and 11B are flowcharts illustrating the performance of the first and second embodiments for determining a cooperative node in the topology control method of the wireless ad hoc network according to the present invention, respectively.

먼저 제1실시예로서 도 11a를 참조하면, 무선 노드 집합 생성부(132)는 각각의 협력 통신 링크에 대하여 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성한다(S1031). 다음으로 전송 전력 산출부(134)는 각각의 무선 노드 집합에 대하여 송신 노드로부터의 거리가 가장 먼 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 일반 전송 전력 및 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출한다(S1032). 이때 일반 전송 전력은 수학식 3에 의해 산출할 수 있고, 협력 전송 전력은 수학식 4 에 의해 산출할 수 있다. 마지막으로 협력 노드 집합 결정부(136)는 복수의 무선 노드 집합 중에서 일반 전송 전력과 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 송신 노드와 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정한다(S1033).First, referring to FIG. 11A as the first embodiment, the wireless node set generation unit 132 generates a plurality of wireless node sets by combining wireless nodes capable of performing general communication with a transmitting node for each cooperative communication link. (S1031). Next, the transmission power calculating unit 134 includes radios belonging to the general transmission power and the radio node set which are transmission powers of the transmission node for performing general communication with the radio node having the longest distance from the transmission node for each radio node set. The cooperative transmission power which is the transmission power of the transmitting node for performing the cooperative communication with the receiving node using the nodes as the cooperative nodes is calculated (S1032). In this case, the general transmission power may be calculated by Equation 3, and the cooperative transmission power may be calculated by Equation 4. Finally, the cooperative node set determination unit 136 is used for cooperative communication between a transmitting node and a receiving node with a wireless node set that minimizes a transmission power having a larger value among general transmit power and cooperative transmit power among a plurality of wireless node sets. It is determined as a cooperative node set (S1033).

제2실시예인 도 11b를 참조하면, 전력 이득 산출부(232)는 각각의 협력 통신 링크에 대하여 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력과 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중 하나를 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력의 차이인 전력 이득을 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 복수의 무선 노드 각각에 대하여 산출한다(S1131).Referring to FIG. 11B, which is a second embodiment, the power gain calculator 232 may perform general communication with a transmitting node and transmission power of a transmitting node for performing general communication with a receiving node for each cooperative communication link. A power gain, which is a difference in transmission power of a transmitting node for performing cooperative communication with a receiving node using one of the wireless nodes as a cooperative node, is calculated for each of the plurality of wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node (S1131). ).

다음으로 전력 비용 산출부(234)는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 각각의 무선 노드에 대하여 송신 노드가 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 송신 노드의 전송 전력인 전력 비용을 산출한다(S1132).Next, the power cost calculation unit 234 calculates a power cost that is a transmission power of a transmitting node for the wireless node to perform general communication with the wireless node for each wireless node capable of performing general communication with the transmitting node ( S1132).

협력 노드 집합 결정부(236)는 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드를 우선 협력 노드로 추가한다(S1133). 이때 송신 노드가 추가된 협력 노드를 사용하여 수신 노드와 협력 통신을 수행할 수 있는지, 즉 수학식 2의 조건을 만족하는지 여부를 판단하여(S1134) 이러한 조건이 만족될 때까지 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드를 순차적으로 협력 노드로 추가한다(S1133).The cooperative node set determination unit 236 first adds, as a cooperative node, a wireless node having a maximum power gain to power cost ratio among wireless nodes capable of general communication with the transmitting node (S1133). In this case, it is determined whether the transmitting node can perform cooperative communication with the receiving node using the added cooperative node, that is, whether the condition of Equation 2 is satisfied (S1134), and the power for the power cost until such a condition is satisfied. The wireless nodes having the maximum ratio of gains are sequentially added to the cooperative nodes (S1133).

전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 큰 무선 노드로부터 순차적으로 협력 노 드로 추가하여 수학식 2의 조건을 만족하게 되면 다음으로 남아 있는 무선 노드 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드를 협력 노드로 추가한다(S1135). 협력 노드가 추가됨으로써 협력 통신을 위한 송신 노드의 전송 전력이 감소하면(S1136) 모든 무선 노드가 협력 노드로 추가되었는지 여부를 판단한 후(S1137), 남아 있는 무선 노드들 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드를 협력 노드로 추가한다(S1135). 이와 같은 과정을 협력 노드의 추가에 의해 송신 노드의 전송 전력이 감소하지 않을 때까지 반복한다. 송신 노드의 전송 전력이 감소하지 않으면(S1136) 무선 노드가 추가되기 이전의 협력 노드 집합을 출력한다(S1138).If the condition of Equation 2 is satisfied by sequentially adding the cooperative nodes from the wireless nodes having a large power gain to power cost ratio, the wireless node having the maximum power gain to power cost ratio among the next remaining wireless nodes is the cooperative node. To add (S1135). If the transmission power of the transmitting node for the cooperative communication is reduced by adding the cooperative node (S1136), it is determined whether all the wireless nodes have been added as the cooperative node (S1137), and the power gain of the power cost among the remaining wireless nodes is determined. The wireless node having the maximum ratio is added as a cooperative node (S1135). This process is repeated until the transmission power of the transmitting node is not reduced by the addition of the cooperating node. If the transmission power of the transmitting node does not decrease (S1136), the set of cooperative nodes before the wireless node is added is output (S1138).

다시 도 10의 흐름도에서, 링크 선택부(140)는 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택한다(S1040). 이는 앞에서도 설명한 바와 같이 불필요한 링크를 제거하여 전송 전력의 면에서 가장 효율적으로 통신이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 또한 최종 협력 통신 링크 및 최종 일반 통신 링크는 최소 신장 트리 알고리즘을 적용함으로써 선택할 수 있다.In the flowchart of FIG. 10 again, the link selector 140 selects a final cooperative communication link based on an average transmit power for performing cooperative communication among a plurality of cooperative communication links, and selects a general coordination between wireless nodes having the same cluster ID. The final general communication link is selected based on the average transmission power for performing general communication among the communication links (S1040). As described above, this is to remove unnecessary links so that communication can be most efficiently performed in terms of transmit power. The final cooperative communication link and the final general communication link can also be selected by applying the minimum spanning tree algorithm.

마지막으로 토폴로지 결정부(150)는 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 무선 노드들로 전송한다(S1050).Finally, the topology determination unit 150 determines the topology of the network consisting of the final cooperative communication link and the final general communication link and transmits the topology to the wireless nodes (S1050).

이제까지 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드들의 위치정보 및 노드 ID를 기초로 네트워크 토폴로지를 결정하는 과정에 관하여 설명하였다. 네트워크 토폴로지는 이와 같이 모든 무선 노드들의 정보를 알고 있는 하나의 장치에 의해 결정될 수도 있지만, 각각의 무선 노드가 자신과 관련된 통신 링크만을 생성하여 네트워크의 부분 토폴로지를 결정하고, 이들이 모두 결합되어 네트워크 토폴로지로 결정될 수도 있다. 이하에서는 무선 애드혹 네트워크 상의 각각의 무선 노드에서 자신과 다른 무선 노드를 연결하는 협력 통신 링크 또는 일반 통신 링크를 생성하여 네트워크의 부분 토폴로지로 결정하는 경우에 관하여 설명한다.So far, the process of determining the network topology based on the location information and node ID of all wireless nodes on the wireless ad hoc network has been described. The network topology may be determined by one device that knows all the wireless nodes' information in this way, but each wireless node creates only the communication link associated with it to determine the partial topology of the network, and they are all combined into the network topology. May be determined. Hereinafter, a case in which a cooperative communication link or a general communication link that connects itself with another wireless node in each wireless node on the wireless ad hoc network is determined as a partial topology of the network will be described.

도 12는 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치에 대한 바람직한 제1실시예의 구성을 도시한 블록도이다.12 is a block diagram showing the configuration of the first preferred embodiment of the node device of the wireless ad hoc network according to the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 노드장치의 제1실시예는 통신부(1210), 클러스터 생성부(1220), 협력 통신 요청부(1230), 협력 통신 링크 생성부(1240), 정보 전송부(1250), 링크 선택부(1260) 및 토폴로지 결정부(1270)를 구비한다.12, a first embodiment of a node device according to the present invention includes a communication unit 1210, a cluster generation unit 1220, a cooperative communication request unit 1230, a cooperative communication link generation unit 1240, and an information transmission unit. 1250, a link selector 1260, and a topology determiner 1270.

통신부(1210)는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하여 데이터를 송수신하는 무선 노드로 동작하는 본 발명에 따른 노드장치에 구비되어 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들과 통신을 수행한다. 본 발명에 따른 노드장치는 앞에서 설명한 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드들 중 하나이므로 통신부(1210)를 통해 다른 무선 노드들과 데이터를 송수신하게 된다. 통신부(1210)는 일반 통신 및 협력 통신을 모두 수행한다.The communication unit 1210 is provided in a node apparatus according to the present invention, which is located on a wireless ad hoc network and operates as a wireless node for transmitting and receiving data, and communicates with other wireless nodes on the wireless ad hoc network. Since the node device according to the present invention is one of a plurality of wireless nodes located on the wireless ad hoc network described above, the node device transmits and receives data to and from other wireless nodes through the communication unit 1210. The communication unit 1210 performs both general communication and cooperative communication.

클러스터 생성부(1220)는 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 각각의 일반 노드의 위치정보 및 노드ID가 수신되면, 노 드ID 중에서 어느 하나를 일반 노드와 함께 속하는 클러스터의 클러스터ID로 결정한다. 앞에서 설명한 바와 같이 복수의 노드ID 중에서 가장 큰 값이 클러스터ID로 결정될 수 있다.When the cluster generation unit 1220 receives the location information and the node ID of each general node from the general node that can communicate through the general communication link among the wireless nodes, the cluster generation unit 1220 belongs to one of the node IDs together with the general node. Determined by the cluster ID of. As described above, the largest value among the plurality of node IDs may be determined as the cluster ID.

앞에서 설명한 본 발명에 따른 토폴로지 제어장치는 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 전송받아 이들의 위치관계를 기초로 일반 통신의 가능 여부를 판단하여 복수의 클러스터를 생성하였다. 그러나 본 발명에 따른 노드장치의 클러스터 생성부(1220)가 클러스터를 생성하는 경우에는 주변의 무선 노드들 중에서 자신과 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드인 일반 노드들과 함께 하나의 클러스터를 생성하게 된다. 그러나 일반 통신의 수행 여부 판단은 토폴로지 제어장치에서와 동일하게 수학식 1을 기초로 이루어진다. 자신과 동일한 클러스터에 속하는 일반 노드들의 노드ID 중에서 자신의 노드ID보다 큰 값이 있는 경우에는 해당 노드ID를 클러스터의 식별코드인 클러스터ID로 결정한다. 이러한 클러스터ID는 데이터가 전송될 때 함께 전송된다. 한편, 일반 노드들로부터 수신된 노드ID 중에서 자신의 노드ID보다 큰 값이 존재하지 않는 경우에는 자신의 노드ID를 클러스터ID로 결정한다. 이때 본 발명에 따른 노드장치는 자신의 위치정보와 노드ID 역시 다른 무선 노드들로 전송하며, 다른 무선 노드들에서도 전송받은 노드ID를 기초로 클러스터ID를 결정하게 된다.The topology control apparatus according to the present invention as described above receives the location information and node IDs of all the wireless nodes on the wireless ad-hoc network, and determines whether general communication is possible based on their location relationship to generate a plurality of clusters. However, when the cluster generation unit 1220 of the node device according to the present invention generates a cluster, the cluster generation unit 1220 generates one cluster together with general nodes, which are wireless nodes capable of performing general communication with itself, among neighboring wireless nodes. do. However, whether to perform general communication is made based on Equation 1 as in the topology control apparatus. If there is a larger value than the node ID among the node IDs of the general nodes belonging to the same cluster as the node, the node ID is determined as the cluster ID which is the identification code of the cluster. These cluster IDs are sent with the data. On the other hand, if there is no value larger than its own node ID among the node IDs received from the general nodes, its node ID is determined as the cluster ID. At this time, the node apparatus according to the present invention transmits its location information and node ID to other wireless nodes, and determines the cluster ID based on the node ID received from other wireless nodes.

협력 통신 요청부(1230)는 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 무선 노드들 중에서 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 통신부(1210)를 통해 전송한다.The cooperative communication request unit 1230 is a cooperative communication request message including its location information, a node ID, and a cluster ID to each receiving node among the wireless nodes except for the normal node by the cooperative communication using the general node as the cooperative node. Is transmitted through the communication unit 1210.

앞에서 설명한 본 발명에 따른 토폴로지 제어장치는 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드들의 위치정보 및 노드ID를 기초로 수학식 2에 의해 협력 통신이 가능하다고 판단되는 무선 노드들 간에 협력 통신 링크를 생성한다. 그러나 본 발명에 따른 노드장치에서는 다른 무선 노드들 간의 협력 통신 링크 생성에는 관여하지 않고 자신과 서로 협력 통신이 가능한 무선 노드와 협력 통신 링크를 생성하게 된다. 이때 협력 통신 링크는 쌍방이 데이터를 전송하고 받을 수 있을 때 생성될 수 있는 것이므로 협력 통신 요청부(1230)는 우선 자신과 일반 통신 링크를 통해 연결된 모든 일반 노드들을 협력 노드로 사용하여 무선 애드혹 네트워크 상의 무선 노드들 중에서 일반 노드를 제외한 수신 노드들로 협력 통신 요청 메시지를 전송한다. 메시지를 수신한 수신 노드로부터 그에 대한 응답 메시지가 수신되면 협력 통신 링크의 생성이 가능하게 된다.The topology control apparatus according to the present invention described above generates a cooperative communication link between wireless nodes determined to be cooperative by Equation 2 based on the location information and node IDs of all wireless nodes on the wireless ad hoc network. However, the node device according to the present invention generates a cooperative communication link with a wireless node capable of cooperative communication with each other without being involved in creating a cooperative communication link between other wireless nodes. In this case, since the cooperative communication link may be created when both parties can transmit and receive data, the cooperative communication request unit 1230 first uses all general nodes connected through the general communication link with itself as a cooperative node, and thus, on the wireless ad hoc network. The cooperative communication request message is transmitted to receiving nodes except the general node among the wireless nodes. If a response message is received from the receiving node which received the message, it is possible to create a cooperative communication link.

협력 통신 링크 생성부(1240)는 협력 통신 요청 메시지를 수신한 수신 노드로부터 수신 노드의 위치정보 및 노드ID와 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성한다.When the cooperative communication link generation unit 1240 receives the cooperative communication response message including the location information of the receiving node and the node ID and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs from the receiving node receiving the cooperative communication request message, Create a cooperative communication link.

이때 본 발명에 따른 노드장치와 동일한 클러스터에 속하는 모든 일반 노드를 수신 노드와의 협력 통신에 사용하게 되면 앞의 토폴로지 제어장치에서 언급한 것과 동일한 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 앞에서 설명한 것과 같이 최적의 협력 노드들을 선택할 필요성이 있다.At this time, if all the general nodes belonging to the same cluster as the node apparatus according to the present invention are used for cooperative communication with the receiving node, the same problem as mentioned in the above topology control apparatus may occur. Therefore, there is a need to select the optimal cooperative nodes as described above.

도 12에 도시된 노드장치의 제1실시예를 참조하면, 협력 통신 링크 생성부(1240)는 무선 노드 집합 생성부(1242), 전송 전력 산출부(1244) 및 협력 노드 집합 결정부(1246)를 구비한다. 이들 구성요소의 기능은 토폴로지 제어장치에 구비된 구성요소와 대체적으로 동일하지만, 본 발명에 따른 노드장치에서는 자신과 연결된 일반 노드들 중에서 협력 노드를 선택한다는 점에서 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 협력 통신 링크에 대해 협력 노드를 선택하는 토폴로지 제어장치와 다르다.Referring to the first embodiment of the node apparatus shown in FIG. 12, the cooperative communication link generation unit 1240 includes a wireless node set generation unit 1242, a transmission power calculator 1244, and a cooperative node set determination unit 1246. It is provided. The function of these components is substantially the same as the components provided in the topology control device, but the node device according to the present invention is applied to all cooperative communication links on the wireless ad-hoc network in that it selects a cooperative node among general nodes connected to it. It is different from the topology control, which selects a cooperating node for

무선 노드 집합 생성부(1242)는 일반 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성한다. 무선 노드 집합은 앞에서 설명한 것과 같이 공집합을 포함하며, 복수의 일반 노드로부터 생성 가능한 모든 경우의 수만큼의 무선 노드 집합이 생성된다.The wireless node set generator 1242 generates a plurality of wireless node sets by combining the general nodes. The wireless node set includes an empty set as described above, and as many wireless node sets as possible in all cases can be generated from the plurality of general nodes.

다음으로 전송 전력 산출부(1244)는 각각의 무선 노드 집합에 대하여 자신과의 거리가 가장 먼 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 일반 전송 전력 및 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들을 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출한다. 일반 전송 전력은 수학식 3에 의해, 협력 전송 전력은 수학식 4에 의해 산출할 수 있으며, 수학식 3과 수학식 4를 적용하는 데 있어 본 발명에 따른 노드장치가 송신 노드로 동작하게 된다.Next, the transmission power calculating unit 1244 cooperates with the general nodes belonging to the general transmission power and the wireless node set, which are transmission powers for performing general communication with the general node that is farthest from the radio node for each wireless node set. The cooperative transmission power which is the transmission power for performing cooperative communication with the receiving node is calculated. The general transmit power can be calculated by Equation 3 and the cooperative transmit power by Equation 4. In applying the equations 3 and 4, the node device according to the present invention operates as a transmitting node.

협력 노드 집합 결정부(1246)는 복수의 무선 노드 집합 중에서 일반 전송 전력과 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합 을 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정한다. 이 과정 역시 토폴로지 제어장치의 제1실시예에서 협력 노드 집합 결정부(236)에 의한 협력 노드 결정 과정과 동일하다. 다만, 토폴로지 제어 장치는 협력 통신 링크로 연결된 모든 무선 노드를 대상으로 하며, 본 발명에 따른 노드장치는 자신과 연결된 일반 노드들 중에서 자신의 협력 통신에 사용될 협력 노드를 선택한다는 점이 다르다.The cooperative node set determination unit 1246 is a cooperative node set used for cooperative communication with a receiving node, wherein the cooperative node set determination unit 1246 is a coordinating node set used for cooperative communication with a receiving node. Decide This process is also the same as the cooperative node determination process by the cooperative node set determination unit 236 in the first embodiment of the topology control apparatus. However, the topology control apparatus targets all wireless nodes connected through a cooperative communication link, and the node apparatus according to the present invention differs in selecting a cooperative node to be used for its cooperative communication among general nodes connected thereto.

다음으로 도 13은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치에 대한 바람직한 제2실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 도 13에 도시된 노드장치의 제2실시예는 도 12에 도시된 노드장치의 제1실시예와 다른 구성요소는 동일하며 협력 통신 링크 생성부(1240)의 구성만 상이하다.Next, FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a second preferred embodiment of a node device of a wireless ad hoc network according to the present invention. The second embodiment of the node device shown in FIG. 13 has the same components as the first embodiment of the node device shown in FIG. 12, and differs only in the configuration of the cooperative communication link generation unit 1240.

도 13을 참조하면, 협력 통신 링크 생성부(1240)는 전력 이득 산출부(1342), 전송 비용 산출부(1344) 및 협력 노드 집합 결정부(1346)를 구비한다.Referring to FIG. 13, the cooperative communication link generation unit 1240 includes a power gain calculator 1342, a transmission cost calculator 1344, and a cooperative node set determination unit 1346.

전력 이득 산출부(1342)는 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력과 일반 노드들 중 하나를 협력 노드로 하여 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력의 차이인 전력 이득을 복수의 일반 노드 각각에 대하여 산출한다. 이러한 전력 이득의 산출은 수학식 5에 의해 수행될 수 있으며, 전력 이득 산출 과정은 앞에서 설명한 바와 동일하다.The power gain calculator 1342 may generate a plurality of general power gains, which are a difference between transmission power for performing general communication with a receiving node and transmission power for performing cooperative communication with a receiving node using one of the general nodes as a cooperative node. Calculate for each node. The calculation of the power gain may be performed by Equation 5, and the power gain calculation process is the same as described above.

전력 비용 산출부(1344)는 각각의 일반 노드에 대하여 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 전력 비용을 산출한다. 전력 비용의 산출 역시 앞에서 설명한 것과 동일한 과정으로 수학식 6에 의해 수행될 수 있다.The power cost calculator 1344 calculates a power cost which is transmission power for performing general communication with the general node for each general node. Calculation of the power cost may also be performed by Equation 6 in the same process as described above.

마지막으로 협력 노드 집합 결정부(1346)는 일반 노드들 중에서 전력 비용에 대한 전력 이득의 비가 최대인 일반 노드로부터 순차적으로 수신 노드와의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 전송 전력 값을 최소로 하는 일반 노드들의 집합을 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정한다. 이와 같이 본 발명에 따른 노드장치의 제2실시예에서 협력 노드가 선택되는 과정은 앞에서 설명한 토폴로지 제어장치의 제2실시예에서 협력 노드가 선택되는 과정과 동일하다.Finally, the cooperative node set determiner 1346 sequentially adds a cooperative node for cooperative communication with a receiving node from a common node having a maximum power gain to power cost ratio among the common nodes, and transmits a transmission power value for cooperative communication. Determine a set of general nodes to minimize the cooperative node set used for cooperative communication with the receiving node. As described above, the process of selecting the cooperative node in the second embodiment of the node apparatus according to the present invention is the same as the process of selecting the cooperative node in the second embodiment of the topology control apparatus described above.

정보 전송부(1250)는 자신의 노드ID, 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 수신 노드의 노드ID 및 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 일반 노드 중에서 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 통신부(1210)를 통해 전송한다.The information transmitter 1250 clusters the cooperative communication link information including the node ID of the node, the transmit power for performing cooperative communication with the receiving node, the node ID of the receiving node, and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs. The ID is transmitted to the cluster node having the node ID through the communication unit 1210.

본 발명에 따른 노드장치에서는 통신 링크의 생성이 자신을 중심으로 이루어지기 때문에 다른 무선 노드들에 대해 생성된 통신 링크에 관한 정보는 가지고 있지 않다. 따라서 앞에서 설명한 토폴로지 제어장치에서 이루어진 협력 통신 링크의 최적화, 즉 최소 신장 트리의 적용이 이루어지기 어렵다. 결국 각 클러스터에서 선택된 하나의 무선 노드가 다른 무선 노드들에 대해 생성된 협력 통신 링크에 관한 정보를 모두 전송받아 최소 신장 트리를 적용하는 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 과정을 수행하는 것이 클러스터ID를 노드ID로 가지는 무선 노드, 즉 해당 클러스터에서 가장 큰 값의 노드ID를 가지는 무선 노드이며 이를 클러스터 노드라 한다. 정보 전송부(1250)는 수신 노드와의 사이에서 생성된 협력 통신 링크에 관한 정보를 클러스터 노드로 전송하여 클러스터 노드가 해당 클러스터에 속하는 무선 노드들에 대해 생성된 협력 통신 링크에 대해 모두 알 수 있도록 한다. 다만, 본 발명에 따른 노드장치 자신이 클러스터 노드인 경우에는 다른 일반 노드들로부터 협력 통신 링크 정보를 전송받게 된다.In the node apparatus according to the present invention, since the communication link is generated around itself, it does not have information about the communication link generated for other wireless nodes. Therefore, it is difficult to optimize the cooperative communication link, that is, the application of the minimum spanning tree, made in the topology controller described above. As a result, it is preferable that one wireless node selected in each cluster receives all information about the cooperative communication links generated for the other wireless nodes and apply a minimum spanning tree. Performing this process is a wireless node having a cluster ID as the node ID, that is, a wireless node having the largest node ID in the cluster, which is called a cluster node. The information transmitter 1250 transmits the information about the cooperative communication link generated between the receiving node to the cluster node so that the cluster node can know all about the cooperative communication link generated for the wireless nodes belonging to the cluster. do. However, when the node apparatus itself according to the present invention is a cluster node, the cooperative communication link information is received from other general nodes.

클러스터 노드에서는 복수의 일반 노드로부터 전송받은 협력 통신 링크 정보 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크 정보를 선택한다. 즉, 복수의 협력 통신 링크에 대해 협력 통신 링크를 통해 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 가중치로 하는 최소 신장 트리 알고리즘을 적용하는 것이다. 최소 신장 트리 알고리즘의 적용 과정에 대하여는 앞에서 설명한 바 있으므로 상세한 설명을 생략한다. 클러스터 노드는 최종 협력 통신 링크에 관한 정보, 즉 최종 협력 통신 링크에 의해 연결된 두 무선 노드의 노드ID 및 클러스터ID 등의 정보를 자신이 속한 클러스터의 일반 노드들로 전송한다.The cluster node selects final cooperative communication link information based on average transmission power for performing cooperative communication among cooperative communication link information received from a plurality of general nodes. That is, the minimum extension tree algorithm is applied to a plurality of cooperative communication links with a weight of average transmission power for performing cooperative communication through the cooperative communication link. Since the application process of the minimum spanning tree algorithm has been described above, a detailed description thereof will be omitted. The cluster node transmits information about the final cooperative communication link, that is, node ID and cluster ID of two wireless nodes connected by the final cooperative communication link, to general nodes of the cluster to which the cluster node belongs.

링크 선택부(1260)는 협력 통신 링크들 중에서 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 일반 통신 링크 중에서 일반 통신 링크를 통해 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택한다.The link selector 1260 selects a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and transmits an average for performing general communication through the general communication link among the general communication links. Select the final generic communication link based on power.

본 발명에 따른 노드장치가 클러스터 노드가 아닌 경우, 링크 선택부(1260)는 클러스터 노드로부터 전송된 최종 협력 통신 링크 정보를 기초로 협력 통신 링크 생성부(1240)에 의해 생성된 복수의 협력 통신 링크 중에서 최종 협력 통신 링크를 선택한다. 다음으로 동일 클러스터 내의 일반 노드와의 사이에서 생성된 복수의 일반 통신 링크에 대하여는 앞에서 설명한 것과 동일한 방법으로 최소 신장 트 리 알고리즘을 적용하여 최종 일반 통신 링크를 선택한다.If the node apparatus according to the present invention is not a cluster node, the link selector 1260 may generate a plurality of cooperative communication links generated by the cooperative communication link generation unit 1240 based on the last cooperative communication link information transmitted from the cluster node. Select the final cooperative communication link. Next, for the general communication links generated between the general nodes in the same cluster, the final general communication link is selected by applying the minimum extension tree algorithm in the same manner as described above.

토폴로지 결정부(1270)는 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 무선 노드들로 전송한다.The topology determination unit 1270 transmits a partial topology of the network consisting of the final cooperative communication link and the final general communication link to the wireless nodes.

앞에서 설명한 링크 선택부(1260)에서 선택된 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크는 본 발명에 따른 노드 장치에 연결된 통신 링크들이다. 즉, 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크는 함께 네트워크의 부분 토폴로지를 형성하는 것이다. 각각의 무선 노드들에 대해 결정된 부분 토폴로지를 모두 결합하여 최종적으로 네트워크의 전체 토폴로지를 완성하기 위해서는 무선 애드혹 네트워크 상의 각 무선 노드들이 자신의 부분 토폴로지를 다른 무선 노드들로 전송할 필요성이 있다. 따라서 토폴로지 결정부(1270)는 자신과 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드인 일반 노드로는 일반 통신을 통해 부분 토폴로지를 전송하고, 다른 클러스터에 속하며 협력 통신 링크에 의해 연결되어 있는 수신 노드로는 협력 통신을 통해 부분 토폴로지를 전송한다. 결과적으로 무선 애드혹 네트워크 상의 모든 무선 노드들은 완성된 네트워크 토폴로지에 관한 정보를 가질 수 있게 되며, 네트워크 토폴로지에 따라 서로 데이터를 송수신할 수 있게 된다.The final cooperative communication link and the final general communication link selected by the link selector 1260 described above are communication links connected to the node device according to the present invention. That is, the final cooperative communication link and the final general communication link together form a partial topology of the network. In order to combine all the partial topologies determined for each wireless node and finally complete the overall topology of the network, each wireless node on the wireless ad hoc network needs to transmit its partial topology to the other wireless nodes. Therefore, the topology determination unit 1270 transmits a partial topology to a general node, which is a wireless node belonging to the same cluster, through general communication, and performs cooperative communication to a receiving node belonging to another cluster and connected by a cooperative communication link. Partial topology is transmitted over. As a result, all wireless nodes on the wireless ad hoc network can have information about the completed network topology, and can transmit and receive data to and from each other according to the network topology.

도 14는 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of a method for forming a communication link in a node device of a wireless ad hoc network according to the present invention.

도 14를 참조하면, 클러스터 생성부(1220)는 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 위치정보 및 노드ID가 수신되면 가장 큰 값을 가지는 노드ID를 일반 노드와 함께 속 하는 클러스터의 클러스터ID로 결정한다(S1410). 다음으로 협력 통신 요청부(1230)는 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 무선 노드들 중에서 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 전송한다(S1420).Referring to FIG. 14, the cluster generation unit 1220 receives a node ID having the largest value when location information and node ID are received from a general node that can communicate through a general communication link among other wireless nodes on a wireless ad hoc network. It is determined by the cluster ID of the cluster belonging to the general node (S1410). Next, the cooperative communication request unit 1230 is a cooperative communication including a location information, a node ID, and a cluster ID of each of the wireless nodes among the wireless nodes by the cooperative communication using the common node as the cooperative node. The request message is transmitted (S1420).

협력 통신 링크 생성부(1240)는 협력 통신 요청 메시지를 수신한 수신 노드로부터 수신 노드의 위치정보 및 노드ID와 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성한다(S1430). 이때 일반 노드들 중에서 협력 통신에 사용되는 협력 노드를 선택하는 두 가지 방법은 앞에서 본 발명에 따른 노드장치의 제1실시예 및 제2실시예로부터 설명한 바와 동일하다.When the cooperative communication link generation unit 1240 receives the cooperative communication response message including the location information of the receiving node and the node ID and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs from the receiving node receiving the cooperative communication request message, Create a cooperative communication link (S1430). At this time, the two methods of selecting a cooperative node used for cooperative communication among the general nodes are the same as described above in the first and second embodiments of the node apparatus according to the present invention.

다음으로 정보 전송부(1250)는 자신의 노드ID, 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 수신 노드의 노드ID 및 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 일반 노드 중에서 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 전송한다(S1440). 다음으로 링크 선택부(1260)는 협력 통신 링크들 중에서 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택한다(S1450). 마지막으로 토폴로지 결정부(1270)는 최종 협력 통신 링크와 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 무선 노드들로 일반 통신 또는 협력 통신에 의해 전송한다(S1460).Next, the information transmitter 1250 receives the cooperative communication link information including its node ID, transmit power for performing cooperative communication with the receiving node, node ID of the receiving node, and cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs. The cluster ID is transmitted to the cluster node using the cluster ID as the node ID (S1440). Next, the link selecting unit 1260 selects a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and based on an average transmit power for performing general communication among the general communication links. Selects the final general communication link (S1450). Finally, the topology determination unit 1270 transmits the partial topology of the network including the final cooperative communication link and the final general communication link to the wireless nodes by general communication or cooperative communication (S1460).

본 발명의 성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 본 발명의 목적은 네트워크 토폴로지 제어를 통해 전송 전력의 소비를 줄이고 분리된 네트워크를 서로 연결하고자 하는 것이므로, 본 발명의 성능을 평가하는 기준으로 전송 전력의 값과 네트워크 연결도를 사용하였다.Experiments were conducted to evaluate the performance of the present invention. Since the purpose of the present invention is to reduce the consumption of transmit power through network topology control and to connect separate networks to each other, the value of the transmit power and the network connectivity are used as a criterion for evaluating the performance of the present invention.

본 실험에서, 10 내지 110개의 무선 노드가 500×500m2의 공간에 무작위로 배치되었고, 경로 손실 지수 α는 2 또는 4로 설정되었다. 각각의 경로 손실 지수에 대해 최대 전송 전력 PMAX는 4900 및 24010000으로 각각 설정되어 일반 통신의 최대 전송 범위가 70m가 되도록 하였다. 편의를 위해 최소 평균 잡음비 τ는 1로 설정되었다. 보다 확실한 결과에 접근하기 위해 복수의 네트워크 토폴로지로부터 얻어진 데이터의 평균값을 산출하여 본 발명의 성능을 평가하는 기준으로 사용하였다.In this experiment, 10 to 110 wireless nodes were randomly placed in a space of 500 x 500 m 2 , and the path loss index α was set to 2 or 4. For each path loss index, the maximum transmit power, P MAX, is set to 4900 and 24010000, respectively, so that the maximum transmit range for general communications is 70m. For convenience, the minimum average noise ratio τ is set to one. In order to approach more reliable results, the average value of data obtained from a plurality of network topologies was calculated and used as a criterion for evaluating the performance of the present invention.

도 15는 경로 손실 지수가 2일 때 무선 노드의 개수에 따른 평균 전송 전력을 도시한 그래프이고, 도 16은 경로 손실 지수가 4일 때 무선 노드의 개수에 따른 평균 전송 전력을 도시한 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating average transmit power according to the number of wireless nodes when the path loss index is 2, and FIG. 16 is a graph illustrating average transmit power according to the number of wireless nodes when the path loss index is 4.

도 15 및 도 16을 참조하면, 평균 전송 전력은 협력 통신 링크 생성부(130, 1240)에 의해 생성된 모든 협력 통신 링크가 유지될 때 가장 높고, 평균 전송 전력이 낮아지는 순으로 협력 통신 링크가 없고 모든 일반 통신 링크가 유지되는 경우, 본 발명의 제2실시예에 따른 경우, 본 발명의 제1실시예에 따른 경우, 협력 통신 링크를 사용하지 않으며 최소 신장 트리를 적용한 경우(종래기술1), 그리고 협력 통신을 사용하지만 분리된 네트워크에는 적용되지 못하는 종래의 토폴로지 제어 방법(종래기술2)의 순서이다. 본발명의 제1실시예 및 제2실시예의 경우에는 미세한 차이가 있을 뿐 평균 전송 전력의 면에서 거의 동일한 값을 가진다. 도 15 및 도 16으로부터 협력 통신을 사용한 경우에 전송 전력을 감소시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한 노드의 개수가 증가하면서 각 방법들 간의 전송 전력의 차가 커지는 이유는 노드의 개수가 적을 때에는 충분한 협력 노드가 존재하지 않아 협력 통신이 사용될 수 없기 때문이다. 노드의 개수가 충분히 많아지면 대부분의 노드가 일반 통신 링크에 의해 연결될 수 있으므로 최소 신장 트리 알고리즘의 적용 유무에 따라 평균 전송 전력의 값이 크게 달라지는 것을 확인할 수 있다.15 and 16, the average transmission power is highest when all the cooperative communication links generated by the cooperative communication link generation units 130 and 1240 are maintained, and the cooperative communication link is in descending order of the average transmission power. And all general communication links are maintained, in the case of the second embodiment of the present invention, in the case of the first embodiment of the present invention, when no cooperative communication link is used and the minimum spanning tree is applied (prior art 1). And a conventional topology control method (prior art 2) that uses cooperative communication but does not apply to a separated network. In the case of the first embodiment and the second embodiment of the present invention, there is a slight difference and almost the same value in terms of average transmission power. It can be seen from FIG. 15 and FIG. 16 that transmission power can be reduced when cooperative communication is used. In addition, the difference in transmit power between the respective methods increases as the number of nodes increases, because when the number of nodes is small, there is not enough cooperative node and cooperative communication cannot be used. If the number of nodes is large enough, since most nodes can be connected by a general communication link, it can be seen that the average transmission power value varies greatly depending on whether or not the minimum spanning tree algorithm is applied.

도 17은 경로 손실 지수가 2일 때 무선 노드의 개수에 따른 네트워크 연결도를 도시한 그래프이고, 도 18은 경로 손실 지수가 4일 때 무선 노드의 개수에 따른 네트워크 연결도를 도시한 그래프이다.FIG. 17 is a graph illustrating network connectivity according to the number of wireless nodes when the path loss index is 2, and FIG. 18 is a graph illustrating network connection diagram according to the number of wireless nodes when the path loss index is 4.

도 17 및 도 18을 참조하면, 모든 협력 통신 링크가 유지된 경우와 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 경우가 그 외의 경우에 비해 네트워크 연결도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이러한 연결도의 차이는 경로 손실 지수가 4인 경우에 더 작은데, 이는 협력 통신 링크에 의해 클러스터가 서로 연결되는 횟수가 경로 손실 지수가 증가할수록 낮아진다는 것을 의미한다. 협력 통신 링크가 없고 모든 일반 통신 링크가 유지되는 경우와 종래기술1 및 종래기술2의 경우에는 경로 손실 지수에 관계없이 동일한 네트워크 연결도 값을 가진다. 이는 최대 전송 범위가 고정되어 있기 때문이다.17 and 18, it can be seen that the network connection degree is higher than the case where all the cooperative communication links are maintained and the case according to the first and second embodiments of the present invention. This difference in connectivity is smaller when the path loss index is 4, which means that the number of clusters connected to each other by the cooperative communication link decreases as the path loss index increases. In the case where there is no cooperative communication link and all general communication links are maintained, and in case of the prior art 1 and the prior art 2, the same network connectivity value is irrespective of the path loss index. This is because the maximum transmission range is fixed.

도 15 내지 도 18에 도시된 실험 결과로부터 본 발명이 종래의 기술에 비해 약간의 전송 전력을 더 사용하지만 최대 3배까지 네트워크 연결도를 높일 수 있음을 알 수 있다.From the experimental results shown in FIGS. 15 to 18, it can be seen that although the present invention uses a little more transmission power than the conventional technology, the network connection can be increased up to 3 times.

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 the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission via the Internet) . 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.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어장치에 대한 바람직한 제1실시예의 구성을 도시한 블록도,1 is a block diagram showing the configuration of a first preferred embodiment of a topology control apparatus for a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 2a 내지 도 2c는 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드를 도시한 도면,2a to 2c illustrate a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network;

도 3은 무선 애드혹 네트워크 상에 생성된 복수의 클러스터를 도시한 도면,3 illustrates a plurality of clusters created on a wireless ad hoc network;

도 4는 서로 다른 클러스터에 속하는 무선 노드들 사이에서 생성된 복수의 협력 통신 링크를 도시한 도면,4 illustrates a plurality of cooperative communication links created between wireless nodes belonging to different clusters;

도 5a 및 도 5b는 송신 노드, 협력 노드 및 수신 노드 사이의 거리에 따른 전송 전력의 차이를 비교하기 위한 도면,5A and 5B are diagrams for comparing a difference in transmit power according to a distance between a transmitting node, a cooperating node, and a receiving node;

도 6은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치에 관한 바람직한 제2실시예의 구성을 도시한 블록도,6 is a block diagram showing the configuration of a second preferred embodiment of a topology control apparatus for a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 7은 링크 선택부에 의해 선택된 최종 협력 통신 링크들을 도시한 도면,7 shows the final cooperative communication links selected by the link selector;

도 8은 링크 선택부에 의해 각 클러스터에서 선택된 최종 일반 통신 링크를 도시한 도면,8 shows a final general communication link selected in each cluster by the link selector;

도 9는 토폴로지 결정부에 의해 최종적으로 결정된 네트워크의 토폴로지를 도시한 도면,9 is a diagram illustrating a topology of a network finally determined by a topology determination unit;

도 10은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,10 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of a method for controlling a topology of a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법에서 협력 노드를 결정하는 제1실시예 및 제2실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,11A and 11B are flowcharts illustrating the performance of the first and second embodiments for determining a cooperating node in the topology control method of the wireless ad hoc network according to the present invention, respectively.

도 12는 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치에 대한 바람직한 제1실시예의 구성을 도시한 블록도,12 is a block diagram showing a configuration of a first preferred embodiment of a node device of a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 13은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치에 대한 바람직한 제2실시예의 구성을 도시한 블록도,Fig. 13 is a block diagram showing the construction of a second preferred embodiment of a node device of a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 14는 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,14 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of a method for forming a communication link in a node device of a wireless ad hoc network according to the present invention;

도 15는 경로 손실 지수가 2일 때 무선 노드의 개수에 따른 평균 전송 전력을 도시한 그래프,15 is a graph showing an average transmit power according to the number of wireless nodes when the path loss index is 2.

도 16은 경로 손실 지수가 4일 때 무선 노드의 개수에 따른 평균 전송 전력을 도시한 그래프,16 is a graph showing an average transmit power according to the number of wireless nodes when the path loss index is 4;

도 17은 경로 손실 지수가 2일 때 무선 노드의 개수에 따른 네트워크 연결도를 도시한 그래프, 그리고,17 is a graph showing a network connection diagram according to the number of wireless nodes when the path loss index is 2, and

도 18은 경로 손실 지수가 4일 때 무선 노드의 개수에 따른 네트워크 연결도를 도시한 그래프이다.18 is a graph illustrating a network connection diagram according to the number of wireless nodes when the path loss index is four.

Claims (24)

무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신하는 노드 정보 수신부;A node information receiver configured to receive location information and node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송하는 클러스터 생성부;Create a plurality of clusters of wireless nodes connected by a general communication link among the wireless nodes capable of transmitting and receiving data to each other, and any one of the node IDs of the wireless nodes belonging to each cluster is the cluster ID of the corresponding cluster. A cluster generation unit for determining and transmitting to wireless nodes belonging to the same cluster; 상기 무선 노드들 중에서 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성부;A cooperative communication link generation unit for generating a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs among the wireless nodes and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication; 상기 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택부; 및Selecting a final cooperative communication link based on an average transmit power for performing cooperative communication among the plurality of cooperative communication links, and selecting an average transmit power for performing general communication among general communication links among wireless nodes having the same cluster ID. A link selector for selecting a final general communication link based on the; And 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치.And a topology determiner for determining a topology of a network comprising the final cooperative communication link and the final general communication link and transmitting the topology to the wireless nodes. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 협력 통신 링크 생성부는,The cooperative communication link generation unit, 상기 각각의 협력 통신 링크에 대하여 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성하는 무선 노드 집합 생성부;A wireless node set generator for generating a plurality of wireless node sets by combining wireless nodes capable of general communication with the transmitting node for each of the cooperative communication links; 상기 각각의 무선 노드 집합에 대하여 상기 송신 노드로부터의 거리가 가장 먼 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 일반 전송 전력 및 상기 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출하는 전송 전력 산출부; 및With respect to each of the radio node sets, a cooperative node is a general transmission power, which is a transmission power of the transmission node for performing general communication with a radio node farthest from the transmitting node, and radio nodes belonging to the radio node set. A transmission power calculating unit for calculating a cooperative transmission power which is a transmission power of the transmission node for performing cooperative communication with the receiving node; And 상기 복수의 무선 노드 집합 중에서 상기 일반 전송 전력과 상기 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치.Determining a wireless node set that minimizes a transmission power having a larger value among the general transmission power and the cooperative transmission power as a cooperative node set used for cooperative communication between the transmitting node and the receiving node among the plurality of wireless node sets; Topology control apparatus for a wireless ad hoc network comprising a; cooperative node set determination unit. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 일반 전송 전력은 하기 수학식 A에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치:The general transmission power is a topology control device of a wireless ad hoc network, characterized in that calculated by the following equation A: [수학식 A]Equation A
Figure 112009043234515-PAT00007
Figure 112009043234515-PAT00007
여기서, ωd(u,H(u))는 상기 무선 노드 집합에 대한 상기 송신 노드의 일반 전송 전력, τ는 상기 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, 그리고 duj는 상기 송신 노드와 상기 무선 노드 집합 에 속하는 무선 노드 사이의 거리이다.Ω d (u, H (u)) is the general transmit power of the transmitting node for the set of wireless nodes, τ is the minimum average noise ratio for decoding the data received at the receiving node, α is the path loss index, And d uj is a distance between the transmitting node and a wireless node belonging to the wireless node set.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 협력 전송 전력은 하기 수학식 B에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치:Wherein the cooperative transmission power is calculated by Equation B below: [수학식 B]Equation B
Figure 112009043234515-PAT00008
Figure 112009043234515-PAT00008
여기서, ωc(u,v,H(u))는 상기 송신 노드가 상기 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 협력 전송 전력, τ는 상기 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, Ω는 상기 송신 노드와 상기 무선 노드 집합을 모두 포함하는 집합, 그리고 div는 상기 집합 Ω에 속하는 노드 i 와 상기 수신 노드 사이의 거리이다.Here, ω c (u, v, H (u)) is the cooperative transmission power of the transmitting node for performing cooperative communication with the receiving node using the wireless nodes belonging to the wireless node set as the cooperative node, τ is a minimum average noise ratio for decoding data received at the receiving node, α is a path loss index, Ω is a set including both the transmitting node and the wireless node set, and d iv is a node i belonging to the set Ω And the distance between the receiving node.
제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 협력 통신 링크 생성부는,The cooperative communication link generation unit, 상기 각각의 협력 통신 링크에 대하여 상기 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력과 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중 하나를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력의 차이인 전력 이득을 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 복수의 무선 노드 각각에 대하여 산출하는 전력 이득 산출부;Cooperate with the receiving node using, as a cooperating node, one of a transmission power of the transmitting node for performing general communication with the receiving node and a wireless node capable of performing general communication with the transmitting node for each cooperative communication link. A power gain calculator configured to calculate, for each of a plurality of wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node, a power gain that is a difference in transmit power of the transmitting node for performing communication; 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 각각의 무선 노드에 대하여 상기 송신 노드가 상기 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 전력 비용을 산출하는 전력 비용 산출부; 및A power cost calculator configured to calculate, for each wireless node capable of general communication with the transmitting node, a power cost which is a transmission power of the transmitting node for performing general communication with the wireless node; And 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중에서 상기 전력 비용에 대한 상기 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드로부터 순차적으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 상기 송신 노드의 전송 전력 값을 최소로 하는 무선 노드들의 집합을 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치.Among the wireless nodes capable of general communication with the transmitting node, the cooperative communication is sequentially added from the wireless node having the maximum ratio of the power gain to the power cost to the cooperative node for the cooperative communication between the transmitting node and the receiving node. And a cooperative node set determining unit configured to determine a set of wireless nodes for minimizing a transmit power value of the transmitting node as a cooperative node set used for cooperative communication between the transmitting node and the receiving node. Topology control device in wireless ad hoc network. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 전력 이득은 하기 수학식 C에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치:Wherein the power gain is calculated by Equation C: [수학식 C]Equation C
Figure 112009043234515-PAT00009
Figure 112009043234515-PAT00009
여기서, bi는 상기 무선 노드에 대한 상기 송신 노드의 전력 이득, Pd(u,v)는 상기 수신 노드와의 일반 통신을 위한 상기 송신 노드의 전송 전력, Pc(u+i,v)는 상기 송신 노드가 상기 무선 노드를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력, α는 경로 손실 지수, duv는 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 사이의 거리, Ω는 상기 송신 노드 또는 상기 무선 노드 중에서 어느 하나의 노드, 그리고 dΩv는 상기 노드 Ω와 상기 수신 노드 사이의 거리이다.Where b i is the power gain of the transmitting node for the wireless node, P d (u, v) is the transmit power of the transmitting node for general communication with the receiving node, P c (u + i, v) Is a transmission power of the transmitting node for cooperative communication with the receiving node using the wireless node as the cooperating node, α is a path loss index, d uv is a distance between the transmitting node and the receiving node, Ω is either the transmitting node or the wireless node, and d Ωv is the distance between the node Ω and the receiving node.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 전력 비용은 하기 수학식 D에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 장치:The power cost is calculated by the following equation D topology control apparatus of a wireless ad hoc network, characterized in that: [수학식 D][Equation D]
Figure 112009043234515-PAT00010
Figure 112009043234515-PAT00010
여기서, ci는 상기 무선 노드에 대한 상기 송신 노드의 전력 비용, Pd(u,i)는 상기 무선 노드와의 일반 통신을 위한 상기 송신 노드의 전송 전력, α는 경로 손실 지수, 그리고 dui는 상기 송신 노드와 상기 무선 노드 사이의 거리이다.Where c i is the power cost of the transmitting node for the wireless node, P d (u, i) is the transmit power of the transmitting node for general communication with the wireless node, α is a path loss index, and d ui Is the distance between the transmitting node and the wireless node.
무선 애드혹 네트워크 상에 위치하는 복수의 무선 노드로부터 각각의 무선 노드의 위치정보 및 노드ID를 수신하는 노드 정보 수신단계;A node information receiving step of receiving location information and a node ID of each wireless node from a plurality of wireless nodes located on a wireless ad hoc network; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크에 의해 연결되어 서로 데이터를 송수신할 수 있는 무선 노드들로 이루어진 복수의 클러스터를 생성하고, 각각의 클러스터에 속하는 무선 노드들의 노드ID 중에서 어느 하나를 해당 클러스터의 클러스터ID로 결정하여 동일한 클러스터에 속하는 무선 노드들로 전송하는 클러스터 생성단계;Create a plurality of clusters of wireless nodes connected by a general communication link among the wireless nodes capable of transmitting and receiving data to each other, and any one of the node IDs of the wireless nodes belonging to each cluster is the cluster ID of the corresponding cluster. A cluster generation step of determining and transmitting to wireless nodes belonging to the same cluster; 상기 무선 노드들 중에서 서로 다른 클러스터ID를 가지며 협력 통신에 의해 서로 데이터를 송수신할 수 있는 송신 노드 및 수신 노드의 사이에 복수의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성단계;Generating a plurality of cooperative communication links between a transmitting node and a receiving node having different cluster IDs among the wireless nodes and capable of transmitting and receiving data to each other by cooperative communication; 상기 복수의 협력 통신 링크 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 동일한 클러스터ID를 가지는 무선 노드들 간의 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택단계; 및Selecting a final cooperative communication link based on an average transmit power for performing cooperative communication among the plurality of cooperative communication links, and selecting an average transmit power for performing general communication among general communication links among wireless nodes having the same cluster ID. A link selection step of selecting a final general communication link based on the; And 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법.And a topology determination step of determining a topology of a network comprising the final cooperative communication link and the final general communication link and transmitting the topology to the wireless nodes. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 협력 통신 링크 생성단계는,The cooperative communication link creation step, 상기 각각의 협력 통신 링크에 대하여 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성하는 무선 노드 집합 생성단계;Generating a plurality of wireless node sets by combining wireless nodes capable of general communication with the transmitting node for each of the cooperative communication links; 상기 각각의 무선 노드 집합에 대하여 상기 송신 노드로부터의 거리가 가장 먼 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 일반 전송 전력 및 상기 무선 노드 집합에 속하는 무선 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출하는 전송 전력 산출단계; 및With respect to each of the radio node sets, a cooperative node is a general transmission power, which is a transmission power of the transmission node for performing general communication with a radio node farthest from the transmitting node, and radio nodes belonging to the radio node set. A transmission power calculating step of calculating a cooperative transmission power which is a transmission power of the transmitting node for performing cooperative communication with the receiving node; And 상기 복수의 무선 노드 집합 중에서 상기 일반 전송 전력과 상기 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법.Determining a wireless node set that minimizes a transmission power having a larger value among the general transmission power and the cooperative transmission power as a cooperative node set used for cooperative communication between the transmitting node and the receiving node among the plurality of wireless node sets; Determining a cooperative node set; and a topology control method for a wireless ad hoc network. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 협력 통신 링크 생성단계는,The cooperative communication link creation step, 상기 각각의 협력 통신 링크에 대하여 상기 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력과 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중 하나를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력의 차이인 전력 이득을 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 복수의 무선 노드 각각에 대하여 산출하는 전력 이득 산출단계;Cooperate with the receiving node using, as a cooperating node, one of a transmission power of the transmitting node for performing general communication with the receiving node and a wireless node capable of performing general communication with the transmitting node for each cooperative communication link. A power gain calculating step of calculating, for each of a plurality of wireless nodes capable of performing general communication with the transmitting node, a power gain that is a difference in transmit power of the transmitting node for performing communication; 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 각각의 무선 노드에 대하여 상기 송신 노드가 상기 무선 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 상기 송신 노드의 전송 전력인 전력 비용을 산출하는 전력 비용 산출단계; 및A power cost calculating step of calculating, by the transmitting node, a power cost which is a transmission power of the transmitting node for performing general communication with the wireless node, for each wireless node capable of performing general communication with the transmitting node; And 상기 송신 노드와 일반 통신을 수행할 수 있는 무선 노드 중에서 상기 전력 비용에 대한 상기 전력 이득의 비가 최대인 무선 노드로부터 순차적으로 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 상기 송신 노드의 전송 전력 값을 최소로 하는 무선 노드들의 집합을 상기 송신 노드와 상기 수신 노드 간의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 방법.Among the wireless nodes capable of general communication with the transmitting node, the cooperative communication is sequentially added from the wireless node having the maximum ratio of the power gain to the power cost to the cooperative node for the cooperative communication between the transmitting node and the receiving node. And a cooperative node set determining step of determining a set of wireless nodes for minimizing a transmit power value of the transmitting node as a cooperative node set used for cooperative communication between the transmitting node and the receiving node. Topology control method for wireless ad hoc network. 무선 애드혹 네트워크 상에 위치하여 데이터를 송수신하는 무선 노드로 동작하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치에 있어서,In a node device of a wireless ad hoc network located on a wireless ad hoc network and operating as a wireless node for transmitting and receiving data, 상기 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들과 통신을 수행하는 통신부;A communication unit for communicating with other wireless nodes on the wireless ad hoc network; 상기 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 각각의 일반 노드의 위치정보 및 노드ID가 수신되면, 상기 노드ID 중에서 어느 하나를 상기 일반 노드와 함께 속하는 클러스터의 클러스터ID로 결정하는 클러스터 형성부;When the location information and node ID of each general node are received from a general node capable of communicating through a general communication link among the wireless nodes, one of the node IDs is determined as a cluster ID of a cluster belonging to the general node. A cluster forming unit; 상기 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 상기 무선 노드들 중에서 상기 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 상기 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 상기 통신부를 통해 전송하는 협력 통신 요청부;The communication unit transmits a cooperative communication request message including its location information, node ID, and the cluster ID to each receiving node of the wireless nodes other than the normal node by the cooperative communication using the common node as the cooperative node. Cooperative communication request unit for transmitting through; 상기 협력 통신 요청 메시지를 수신한 상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드의 위치정보 및 노드ID와 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 상기 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성부;When the cooperative communication response message including the location information and node ID of the receiving node and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs is received from the receiving node receiving the cooperative communication request message, the cooperative communication link with the receiving node is established. Generating a cooperative communication link generation unit; 자신의 노드ID, 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 상기 수신 노드의 노드ID 및 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 상기 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 상기 통신부를 통해 전송하는 정보 전송부;Cooperative communication link information including its own node ID, transmission power for performing cooperative communication with the receiving node, node ID of the receiving node, and cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs, wherein the cluster ID is the node ID. An information transmitter for transmitting to the cluster node through the communication unit; 상기 협력 통신 링크 중에서 상기 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 상기 일반 통신 링크 중에서 일반 통신 링크를 통해 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 최종 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택부; 및Selecting a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and based on an average transmit power for performing general communication through the general communication link among the general communication links. A link selector for selecting a general communication link; And 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치.And a topology determiner configured to determine a partial topology of a network comprising the final cooperative communication link and the final general communication link and transmit the partial topology to the wireless nodes. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 최종 협력 통신 링크 정보는 상기 클러스터 노드가 상기 복수의 일반 노드로부터 전송받은 협력 통신 링크 정보 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 선택한 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치.And the final cooperative communication link information is selected based on an average transmission power for performing cooperative communication among cooperative communication link information received by the cluster node from the plurality of general nodes. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,The method of claim 11 or 12, 상기 협력 통신 링크 생성부는,The cooperative communication link generation unit, 상기 일반 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성하는 무선 노드 집합 생성부;A wireless node set generation unit for generating a plurality of wireless node sets by combining the general nodes; 상기 각각의 무선 노드 집합에 대하여 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들 중에서 자신과의 거리가 가장 먼 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 일반 전송 전력 및 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출하는 전송 전력 산출부; 및For each wireless node set, general transmission power which is a transmission power for performing general communication with a general node farthest from a normal node belonging to the wireless node set and general nodes belonging to the wireless node set A transmission power calculating unit configured to calculate a cooperative transmission power which is transmission power for performing cooperative communication with the receiving node as a cooperative node; And 상기 복수의 무선 노드 집합 중에서 상기 일반 전송 전력과 상기 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 상기 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치.A cooperative node set that determines a cooperative node set used for cooperative communication with the receiving node, wherein a coordinating node set used for cooperative communication with the receiving node is selected from among the plurality of radio node sets. Node unit of a wireless ad hoc network, characterized in that it comprises a. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 일반 전송 전력은 하기 수학식 A에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치:The general transmit power is a node device of a wireless ad hoc network, characterized in that calculated by Equation A: [수학식 A]Equation A
Figure 112009043234515-PAT00011
Figure 112009043234515-PAT00011
여기서, ωd(u,H(u))는 상기 무선 노드 집합에 대한 일반 전송 전력, τ는 상기 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, 그리고 duj는 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드와의 거리이다.Where ω d (u, H (u)) is the general transmit power for the set of wireless nodes, τ is the minimum average noise ratio for decoding the data received at the receiving node, α is the path loss index, and d uj is Distance from a general node belonging to the wireless node set.
제 14항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 협력 전송 전력은 하기 수학식 B에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치:The node transmission apparatus of the wireless ad hoc network, characterized in that the cooperative transmission power is calculated by the following equation B: [수학식 B]Equation B
Figure 112009043234515-PAT00012
Figure 112009043234515-PAT00012
여기서, ωc(u,v,H(u))는 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 협력 전송 전력, τ는 상기 수신 노드에서 수신한 데이터를 디코딩하기 위한 최소 평균 잡음비, α는 경로 손실 지수, Ω는 무선 노드 자신과 상기 무선 노드 집합을 모두 포함하는 집합, 그리고 div는 상기 집합 Ω에 속하는 노드 i와 상기 수신 노드 사이의 거리이다.Here, ω c (u, v, H (u)) is cooperative transmission power for cooperative communication with the receiving node using general nodes belonging to the radio node set as cooperative nodes, τ is received by the receiving node. Minimum average noise ratio for decoding data, α is a path loss index, Ω is a set including both the wireless node itself and the set of wireless nodes, and d iv is the distance between node i and the receiving node belonging to the set Ω .
제 11항 또는 제 12항에 있어서,The method of claim 11 or 12, 상기 협력 통신 링크 생성부는,The cooperative communication link generation unit, 상기 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력과 상기 일반 노드들 중 하나를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력의 차이인 전력 이득을 상기 복수의 일반 노드 각각에 대하여 산출하는 전력 이득 산출부;For each of the plurality of general nodes, a power gain that is a difference between transmission power for performing general communication with the receiving node and transmission power for performing cooperative communication with the receiving node using one of the general nodes as a cooperative node. A power gain calculating unit for calculating; 상기 각각의 일반 노드에 대하여 상기 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 전력 비용을 산출하는 전력 비용 산출부; 및A power cost calculator configured to calculate a power cost which is a transmission power for performing general communication with the general node for each general node; And 상기 일반 노드들 중에서 상기 전력 비용에 대한 상기 전력 이득의 비가 최대인 일반 노드로부터 순차적으로 상기 수신 노드와의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 전송 전력 값을 최소로 하는 일반 노드들의 집합을 상기 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치.Among the general nodes, the general nodes having the maximum ratio of the power gain to the power cost are added to the cooperative node for cooperative communication with the receiving node sequentially to minimize the transmit power value for the cooperative communication. And a cooperative node set determining unit for determining a set as a cooperative node set used for cooperative communication with the receiving node. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 전력 이득은 하기 수학식 C에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치:The node gain of the wireless ad hoc network, characterized in that the power gain is calculated by the following equation C: [수학식 C]Equation C
Figure 112009043234515-PAT00013
Figure 112009043234515-PAT00013
여기서, bi는 상기 무선 노드에 대한 전력 이득, Pd(u,v)는 상기 수신 노드와의 일반 통신을 위한 전송 전력, Pc(u+i,v)는 상기 무선 노드를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, α는 경로 손실 지수, duv는 상기 수신 노드와의 거리, Ω는 무선 노드 자신 또는 상기 무선 노드 중에서 어느 하나의 노드, 그리고 dΩv는 상기 노드 Ω와 상기 수신 노드 사이의 거리이다.Where b i is the power gain for the wireless node, P d (u, v) is the transmit power for general communication with the receiving node, and P c (u + i, v) is the wireless node as the cooperating node. Transmit power for cooperative communication with the receiving node, α is a path loss index, d uv is the distance to the receiving node, Ω is either the wireless node itself or the wireless node, and d Ωv is the Is the distance between node Ω and the receiving node.
제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 전력 비용은 하기 수학식 D에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치:The node cost of the wireless ad hoc network, characterized in that the power cost is calculated by the following equation D: [수학식 D][Equation D]
Figure 112009043234515-PAT00014
Figure 112009043234515-PAT00014
여기서, ci는 상기 무선 노드에 대한 전력 비용, Pd(u,i)는 상기 무선 노드와의 일반 통신을 위한 전송 전력, α는 경로 손실 지수, 그리고 dui는 상기 무선 노드와의 거리이다.Where c i is the power cost for the wireless node, P d (u, i) is the transmit power for general communication with the wireless node, α is a path loss index, and d ui is the distance from the wireless node. .
무선 애드혹 네트워크 상에 위치하여 데이터를 송수신하는 무선 노드로 동작하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법에 있어서,A method of forming a communication link in a node device of a wireless ad hoc network operating as a wireless node located on a wireless ad hoc network and transmitting and receiving data, the method comprising: 상기 무선 애드혹 네트워크 상의 다른 무선 노드들 중에서 일반 통신 링크를 통해 통신할 수 있는 일반 노드로부터 각각의 일반 노드의 위치정보 및 노드ID가 수신되면, 상기 노드ID 중에서 어느 하나를 상기 일반 노드와 함께 속하는 클러스터의 클러스터ID로 결정하는 클러스터 형성단계;When the location information and node ID of each general node are received from a general node capable of communicating through a general communication link among other wireless nodes on the wireless ad hoc network, a cluster belonging to one of the node IDs together with the general node. Forming a cluster ID of the cluster ID; 상기 일반 노드를 협력 노드로 사용하는 협력 통신에 의해 상기 무선 노드들 중에서 상기 일반 노드를 제외한 각각의 수신 노드로 자신의 위치정보 및 노드ID와 상기 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 요청 메시지를 전송하는 협력 통신 요청단계;Cooperating to transmit a cooperative communication request message including its location information and node ID and the cluster ID to each receiving node of the wireless nodes excluding the common node by cooperating communication using the common node as a cooperating node; A communication request step; 상기 협력 통신 요청 메시지를 수신한 상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드 의 위치정보 및 노드ID와 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 응답 메시지가 수신되면 상기 수신 노드와의 협력 통신 링크를 생성하는 협력 통신 링크 생성단계;When the cooperative communication response message including the location information and node ID of the receiving node and the cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs is received from the receiving node receiving the cooperative communication request message, the cooperative communication link with the receiving node is established. Generating a cooperative communication link; 자신의 노드ID, 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력, 상기 수신 노드의 노드ID 및 상기 수신 노드가 속하는 클러스터의 클러스터ID를 포함하는 협력 통신 링크 정보를 상기 일반 노드 중에서 상기 클러스터ID를 노드ID로 하는 클러스터 노드로 전송하는 정보 전송단계;Cooperative communication link information including its own node ID, transmission power for performing cooperative communication with the receiving node, node ID of the receiving node, and cluster ID of the cluster to which the receiving node belongs, and the cluster ID among the general nodes. An information transmitting step of transmitting to the cluster node with the node ID; 상기 협력 통신 링크 중에서 상기 클러스터 노드로부터 수신된 최종 협력 통신 링크 정보와 일치하는 최종 협력 통신 링크를 선택하고, 상기 일반 통신 링크 중에서 일반 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 일반 통신 링크를 선택하는 링크 선택단계; 및Selecting a final cooperative communication link that matches the last cooperative communication link information received from the cluster node among the cooperative communication links, and selecting a general communication link based on an average transmission power for performing general communication among the general communication links. Link selection step; And 상기 최종 협력 통신 링크와 상기 최종 일반 통신 링크로 이루어진 네트워크의 부분 토폴로지를 결정하여 상기 무선 노드들로 전송하는 토폴로지 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법.And determining a partial topology of a network comprising the final cooperative communication link and the final general communication link and transmitting the partial topology to the wireless nodes. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 최종 협력 통신 링크 정보는 상기 클러스터 노드가 상기 복수의 일반 노드로부터 전송받은 협력 통신 링크 정보 중에서 협력 통신을 수행하기 위한 평균 전송 전력을 기초로 선택한 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치 의 통신 링크 형성 방법.The final cooperative communication link information is selected by the cluster node based on an average transmission power for performing cooperative communication among cooperative communication link information received from the plurality of general nodes. Forming method. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,The method of claim 19 or 20, 상기 협력 통신 링크 생성단계는,The cooperative communication link creation step, 상기 일반 노드들을 조합하여 복수의 무선 노드 집합을 생성하는 무선 노드 집합 생성단계;Generating a plurality of wireless node sets by combining the general nodes; 상기 각각의 무선 노드 집합에 대하여 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들 중에서 자신과의 거리가 가장 먼 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 일반 전송 전력 및 상기 무선 노드 집합에 속하는 일반 노드들을 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 협력 전송 전력을 산출하는 전송 전력 산출단계; 및For each wireless node set, general transmission power which is a transmission power for performing general communication with a general node farthest from a normal node belonging to the wireless node set and general nodes belonging to the wireless node set A transmission power calculating step of calculating a cooperative transmission power which is transmission power for performing cooperative communication with the receiving node as a cooperative node; And 상기 복수의 무선 노드 집합 중에서 상기 일반 전송 전력과 상기 협력 전송 전력 중 큰 값을 가지는 전송 전력을 최소로 하는 무선 노드 집합을 상기 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법.A cooperative node set that determines a cooperative node set used for cooperative communication with the receiving node, wherein a coordinating node set used for cooperative communication with the receiving node is selected from among the plurality of radio node sets. Determining step; comprising a communication link of a node device of a wireless ad hoc network. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,The method of claim 19 or 20, 상기 협력 통신 링크 생성단계는,The cooperative communication link creation step, 상기 수신 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력과 상기 일반 노드들 중 하나를 협력 노드로 하여 상기 수신 노드와 협력 통신을 수행하기 위한 전송 전력의 차이인 전력 이득을 상기 복수의 일반 노드 각각에 대하여 산출하는 전력 이득 산출단계;For each of the plurality of general nodes, a power gain that is a difference between transmission power for performing general communication with the receiving node and transmission power for performing cooperative communication with the receiving node using one of the general nodes as a cooperative node. Calculating a power gain calculating step; 상기 각각의 일반 노드에 대하여 상기 일반 노드와 일반 통신을 수행하기 위한 전송 전력인 전력 비용을 산출하는 전력 비용 산출단계; 및A power cost calculation step of calculating a power cost which is transmission power for performing general communication with the general node for each general node; And 상기 일반 노드들 중에서 상기 전력 비용에 대한 상기 전력 이득의 비가 최대인 일반 노드로부터 순차적으로 상기 수신 노드와의 협력 통신을 위한 협력 노드로 추가하여 협력 통신을 위한 전송 전력 값을 최소로 하는 일반 노드들의 집합을 상기 수신 노드와의 협력 통신에 사용되는 협력 노드 집합으로 결정하는 협력 노드 집합 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법.Among the general nodes, the general nodes having the maximum ratio of the power gain to the power cost are added to the cooperative node for cooperative communication with the receiving node sequentially to minimize the transmit power value for the cooperative communication. And a cooperative node set determining step of determining a set as a cooperative node set used for cooperative communication with the receiving node. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 무선 애드혹 네트워크의 토폴로지 제어 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 of controlling the topology of the wireless ad hoc network according to any one of claims 8 to 10. 제 19항 또는 제 20항에 기재된 무선 애드혹 네트워크의 노드장치의 통신 링크 형성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing a communication link formation method of a node device of a wireless ad hoc network according to claim 19 or 20.
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