KR20110059240A - 센서 네트워크의 데이터 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에 관한 것이다. 본 발명의 센서 네트워크의 복수의 송신 노드들의 데이터 전송 방법은, 수신 노드로 전송할 데이터를 각각 생성하는 단계, 상기 수신 노드로부터의 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 생성된 데이터의 헤더부들을 상기 수신 노드로 각각 전송하는 단계, 상기 수신 노드로부터 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하기 위한 전송 승인 메시지(GNM)를 제공받는 단계, 그리고 상기 전송 승인 메시지(GNM)에 따라 상기 복수의 송신 노드들이 생성된 데이터의 페이로드부를 전송하거나, 또는 데이터의 전송없이 슬립 모드로 동작 모드를 전환하는 단계를 포함한다.

Description

센서 네트워크의 데이터 전송 방법{DATA TRANSMISSION METHOD IN SENSOR NETWORK}
본 발명은 센서 네트워크에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 비동기 수신기 개시 전송(Receiver Initiated Transmission: RIT) 저전력 MAC 프로토콜을 적용하는 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 감지(Sensing), 처리(Processing), 통신(Communication) 능력을 가진 복수의 통신 노드들을 이용하여 감시, 추적, 정찰, 자동화 등의 서비스를 제공하는 기술이다. 센서 네트워크는 의사소통의 수단이 아니라, 자동화된 원격 정보 수집을 기본 목적으로 한다. 특히, 무선으로 통신하는 센서 네트워크는 제한적인 성능을 가진 센서 노드들을 포함한다. 센서 노드들은 센서 노드들 각각이 위치하는 주변 환경 정보를 측정하고 수집한다. 수집된 정보는 무선 인터페이스를 통해서 광대역 네트워크를 통해서 원격지에 위치하는 서버나 사용자에게 전달된다.
무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 배터리로 동작하는 저가의 디바이스이다. 따라서, 배터리의 수명에 따라 센서 노드의 수명이 제한된다. 배터리가 소모되어 센서 노드의 동작이 멈추더라도 다시 재충전되거나 교체될 수 없기 때문이다. 따라서 무선 센서 네트워크는 전력 사용을 효율적으로 관리할 수 있어야 하며, 이를 통해 네트워크 수명을 최대화할 수 있어야 한다.
이러한 요구에 따라, 센서 노드의 전원 관리 기법 중의 하나로 수신기 개시 전송(Receiver Initiated Transmission: RIT) 방식의 비동기 저전력 MAC 프로토콜이 제안되었다. RIT 방식의 비동기 저전력 MAC 프로토콜에 따라, 센서 노드의 신뢰도 확보와 전원 소모를 줄일 수 있다. 이러한 추세를 반영하기 위하여, 센서 네트워크와 관련하여 관련 표준인 "IEEE 802.15.4e Low-Energy Subgroup"에서는 RIT를 표준 드래프트로 제시하였다.
상술한 RIT 방식의 비동기 저전력 MAC 프로토콜에서, 센서 노드들의 데이터 충돌의 방지와 수명 연장을 구체적으로 구현하기 위한 송수신 방법들이 필요하다.
본 발명은 센서 노드들 간의 충돌을 줄이고, 배터리의 수명을 연장할 수 있는 센서 네트워크의 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크의 데이터 전송 방법은, 수신 노드로 전송할 데이터를 각각 생성하는 단계, 상기 수신 노드로부터의 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 생성된 데이터의 헤더부들을 상기 수신 노드로 각각 전송하는 단계, 상기 수신 노드로부터 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하기 위한 전송 승인 메시지(GNM)를 제공받는 단계, 그리고 상기 전송 승인 메시지(GNM)에 따라 상기 복수의 송신 노드들이 생성된 데이터의 페이로드부를 전송하거나, 또는 데이터의 전송없이 슬립 모드로 동작 모드를 전환하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 센서 네트워크에서 수신 노드의 데이터 수신 방법은, 복수의 송신 노드들 각각이 생성한 데이터의 헤드부들을 수신하는 단계, 수신된 상기 헤드부들을 참조하여 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하는 단계, 상기 선택된 어느 하나의 송신 노드에 대한 전송 승인 메시지(GNM)를 전송하는 단계, 그리고 상기 선택된 어느 하나의 송신 노드로부터 제공되는 데이터의 페이로드부를 수신하는 단계를 포함한다.
이상의 데이터 전송 방법에 따르면, 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크는 송신 노드들 간의 데이터 충돌을 방지하여 네트워크의 신뢰도를 높일 수 있다.
더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 전송 방법에 따르면, 센서 노드의 동작 시간 비율(Duty cycle)을 낮출 수 있다. 따라서, 센서 네트워크의 수명이 현저히 증가 될 수 있다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크(100)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 센서 네트워크(100)는 센서 노드들(110, 130)과 싱크 노드들(120, 140), 게이트웨이(150), 광대역 통신망(160) 및 관리 서버(170)를 포함할 수 있다.
센서 노드들(110, 130)은 데이터 수집이 필요한 센싱 필드(Sensing field)들에 위치한다. 센싱 필드는 데이터 수집의 대상이 되는 지역이나 위치를 말한다. 센서 노드들(110, 130)은 센싱 필드에 설치되어 센서 네트워크를 구성한다. 센서 노 드들(110, 130)은 센싱 필드로부터 주기적으로 모니터링되는 감지 정보 또는 특정 이벤트에 응답하는 반응 정보를 획득한다. 획득된 정보들은 센서 노드들(110, 130)에 의해서 가공되거나, 처리되어 이웃 센서 노드나 싱크 노드(120, 140)로 전달될 것이다.
센서 노드들이 감지된 정보를 전달하기 위한 통신 경로 설정에는 다양한 방식이 사용될 수 있다. 센서 노드들이 설정하는 네트워크 방식으로는 점 대 점(Ponit to Point)이나 점 대 다점과 같은 트리형 네트워크(130)가 있다. 그리고, 통신 가능한 거리 내의 모든 센서 노드들과 통신하는 메쉬형 네트워크(110) 등이 있다. 이 밖에도 센서 노드들의 다양한 네트워크 방식에 의해서 통신이 이루어질 수 있다.
싱크 노드들(120, 140)은 센서 노드들(110, 130)로부터 수집된 센싱 정보를 취합한다. 싱크 노드들(120, 140)은 취합된 센싱 정보를 게이트웨이(150)로 전달한다. 이러한 기능을 제공하기 위하여, 싱크 노드들(120, 140)은 센서 노드들보다 하드웨어나 소프트웨어보다 상대적으로 큰 처리 능력을 가져야 할 것이다.
게이트웨이(150)는 싱크 노드들(120, 140)을 통해서 수집된 데이터를 광대역 통신망(160)을 통해서 관리 서버(170)로 전달한다. 게이트웨이(150)는 다양한 통신 프로토콜을 사용하여 광대역 통신망(160)과 연결되며, 관리 서버(170)와 데이터를 교환할 수 있도록 구성된다.
일반적으로, 센서 노드들(110, 130)이나 싱크 노드들(120, 140)은 직접 광대역 통신망(160)에 액세스하기 어렵다. 이들 노드들은, TCP/IP 와 같은 인터넷 프 로토콜이나, 광대역 통신망(160)에 액세스할 수 있는 네트워크(LAN, WLAN, CDMA, WiBro, Satellite 등)를 수용하기에는 부족한 연산 자원을 가지기 때문이다. 따라서, 게이트웨이(150)는 센서 노드들(110, 130)이나, 싱크 노드들(120, 140)이 구비할 수 없는 외부 네트워크와의 통신 기능을 제공한다.
광대역 통신망(160)은 인터넷과 같이 사용자에게 수집된 정보를 용이하게 제공할 수 있는 다양한 통신 네트워크를 의미한다. 또한, 사용자의 요청이 용이하게 센서 노드들(110, 130)로 전달될 수 있는 통신 네트워크이다.
관리 서버(170)는 수집된 센싱 정보를 모니터링한다. 그리고 사용자의 판단에 따라 모니터링된 데이터에 따라 각 센서 노드들을 제어한다. 예를 들면, 엑츄에이터(Actuator)가 내장된 센서 노드에 특정 동작을 지시할 수도 있을 것이다.
도 1의 센서 노드들(110, 130)의 상호 간, 또는 센서 노드들(110, 130)과 싱크 노들(120, 140) 간의 데이터 전송은 본 발명의 실시 예에 따른다. 즉, 송신 노드들(Sender)은 수신 노드(Receiver)의 웨이크업 알림 메시지(Wake-up Notification Message: WNM)에 응답하여 생성된 패킷의 헤더부만을 전송한다. 그리고 수신 노드(Receiver)는 수신된 헤더부들을 참조하여 어느 하나의 송신 노드에게만 데이터 전송을 허가한다. 데이터 전송을 허가받은 송신 노드는 이후에 데이터의 페이로드부를 수신 노드에 전송하게 될 것이다.
여기서, 수신 노드는 웨이크업 상태로 유지될 제 1 시간(M)을 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 포함시켜 전송한다. 또한, 수신 노드는 웨이크업된 후, 다음번에 웨이크업되는 제 2 시간(M′)을 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 포함시킬 수 있다. 송 신 노드들은 웨이크업 알림 메시지(M 또는 M′을 포함)를 참조하여 데이터 송수신을 위한 대기 시간을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드들을 간략히 보여주는 모형도이다. 도 2를 참조하면, 두 개의 송신 노드들(210, 220)과 하나의 수신 노드(230)가 존재하는 것으로 센서 노드를 간략하게 표현하였다.
두 개의 송신 노드들(210, 220)은 데이터를 생성하면 수신 노드(230)로 전송하기 위하여 경합을 벌인다. 수신 노드(230)는 웨이크업되는 시점에 송신 노드들(210, 220)로 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 전송한다. 그러면, 송신 노드들(210, 220)은 일차적으로 생성된 데이터의 헤더부만을 수신 노드(230)로 전송한다. 수신 노드(230)는 가장 먼저 수신된 헤더부에 대응하는 송신 노드(예를 들면, 210)에 전송 승인 메시지(Grant Notification Message: GNM)를 전송한다. 그러면, 송신 노드(210)는 생성된 데이터의 페이로드부(Payload)를 수신 노드(230)로 마저 전송한다. 전송이 완료되면, 송신 노드(210)는 슬립 모드로 동작 모드를 전환한다. 그러나 전송 승인이 되지 못한 송신 노드(220)는 전송 승인 메시지(GNM)에 응답하여 곧바로 동작 모드를 슬립 모드로 전환한다.
여기서, 슬립 모드에 들어간 송신 노드들(210, 220)이 웨이크업하는 시점은 수신 노드(230)로부터 전송되는 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 포함되는 시간 정보(M′)를 참조하여 결정할 수 있다. 또한, 송신 노드와 수신 노드의 관계는 센서 노드들 상호 간에만 국한되지는 않는다. 즉, 송신 노드와 수신 노드는 센서 노드들 상호 간이나, 센서 노드와 싱크 노드 간의 데이터 전송 관계를 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노드들 간의 액세스 방법을 보여는 타이밍도이다. 도 3을 참조하면, 송신 노드들(210, 220)은 데이터를 생성하여 수신 노드(Receiver)로 전송하기 위해 경쟁한다.
송신 노드들(210, 220)은 센싱 정보나 제어 정보를 수신 노드(Receiver, 230)로 전송하기 위한 절차(예를 들면, 부호화)를 통해서 데이터(310, 330)를 생성한다. 데이터의 생성 시점이 T0로 도시되었으나, 본 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 데이터의 생성이 완료되면, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)로부터의 웨이크업 알림 메시지(Wake-up Notification Message: WNM, 320)를 기다린다.
T1 시점에 수신 노드(230)가 깨어나면, 수신 노드(230)는 웨이크업 알림 메시지(WNM, 320)를 송신 노드들(210, 220)로 전송한다. 웨이크업 알림 메시지(WNM, 320)에는 수신 노드(230)가 깨어난 후 다시 슬립 모드로 전환되기까지의 제 1 시간(M)이 포함될 수 있다.
웨이크업 알림 메시지(WNM, 320)를 수신한 송신 노드들(210, 220)은 제 1 시간(M)을 참조하여 생성된 데이터의 헤더부(330)를 수신 노드(230)로 전송한다. 여기서, 설명의 편의를 위해서 송신 노드(210)가 먼저 헤더부(330)를 전송한 것으로 가정한다. T2 시점에 송신 노드(210)에 의해서 전송된 헤더부(330)는 수신 노드(230)에 전달된다.
T3 시점에서, 헤더부(330)가 정상적으로 수신되면, 수신 노드(230)는 송신 노드들(210, 220)에게 전송 승인 메시지(Grant Notification Message: GNM, 340)를 전송한다. 전송 승인 메시지(GNM, 340)는 송신 노드(210)에게만 데이터의 전송 권 한을 부여한다는 메시지이다.
T4 시점에서, 송신 노드(210)는 수신 노드(230)로부터의 전송 승인 메시지(340)에 응답하여 생성된 데이터의 페이로드부(350)를 수신 노드(230)에 전송한다. 반면, 송신 노드(220)는 데이터 전송 권한이 다른 송신 노드로 주어졌음을 인지하고 슬립 모드에 들어간다. 페이로드부(350)의 전송이 제 1 시간(M)에 의해서 공지된 웨이크업 시간 이내에 완료되면, 송신 노드(210)는 페이로드부(350)의 전송이 종료되는 즉시 슬립 모드에 들어간다. 그리고 수신 노드(230)는 제 1 시간(M)을 통해서 예고된 웨이크업 시간이 경과하면, 슬립 모드에 돌입하게 될 것이다.
하지만, 송신 노드(210)로부터의 페이로드부(350)의 전송이 예고된 웨이크업 시간보다 길어지는 경우가 존재할 수 있다. 이 경우, 수신 노드(230)는 예고된 웨이크업 시간이 경과하더라도 페이로드부(350)의 전송을 지속한다. 그리고 수신 노드(210)는 페이로드부(350)의 전송이 완료된 다음에 슬립 모드로 들어간다. 수신 노드(230)는 페이로드부(350)의 전송이 완료되기 이전에는 예고된 웨이크업 시간이 경과하더라도 슬립 모드에 들어가지 않는다. 그리고 송신 노드(210)로부터의 페이로드부(350)의 전송이 완료되는 시점(T5)에 수신 노드(230)는 슬립 모드로 진입한다.
이상에서 설명된 데이터 전송 방법에 따르면, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)로부터 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 생성된 패킷의 헤더부(330)만을 송신한다. 수신 노드(230)는 수신되는 헤더부를 참조하여 송신 노드들의 전송 권한을 선택적으로 부여할 수 있다. 전송 권한을 부여받은 송신 노드만이 데이터의 페이로드부를 전송한다. 전송 권한을 받지 못한 나머지 송신 노드들은 즉시 슬립 모드에 들어가게 될 것이다. 이러한 데이터 전송 방법을 통해서 송신 노드들 간의 데이터 충돌을 회피할 수 있으며, 전송 데이터에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
더불어, 수신 노드(230)가 전송하는 웨이크업 알림 메시지(WNM, 320)에 포함되는 제 1 시간(M)이 규정하는 웨이크업 시간의 크기는 이웃하는 송신 노드들의 수에 따라 가변적으로 조절할 수 있다. 즉, 수신 노드(230)로 데이터를 전송하는 송신 노드들의 수가 많아질수록, 더 많은 수의 헤더부들이 전송될 것이다. 따라서, 이들 헤더부들을 수용할 수 있는 수신 노드의 웨이크업 시간이 보장되어야 한다. 따라서, 송신 노드들의 수가 많아질수록 더 큰 웨이크업 시간(M)이 제공되어야 할 것이다.
도 4는 수신 노드(230)에 의해서 수신된 헤더부(331)와 페이로드부(351)를 보여주는 도면이다. 송신 노드(210)에 의해서 생성된 패킷은 헤드부(330)와 페이로드부(350)로 분할되어 수신 노드로 전송된다. 따라서, 수신 노드(230)에서 수행되는 프래임 체크 시퀀스(Frame Check Sequence: FCS)를 이용한 패킷의 무결성 검사는 페이로드부(351)의 전송이 완료된 시점 이후에야 수행된다. 즉, 이전에 수신된 헤더부(331)와 그 다음에 수신된 페이로드부(351)가 결합된 이후에 하나의 완전한 패킷(360)으로 처리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 전송 방법을 보여주는 타이밍도이다. 도 5를 참조하면, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)가 웨이크업되 는 시점을 예측할 수 있다. 그리고 송신 노드들(210, 220)은 예측된 수신 노드의 웨이크업 시점이 임박하면 트랜시버를 턴온(Turn-on)하여 데이터 전송이나 수신에 대비한다.
송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)가 전송하는 웨이크업 알림 메시지(WNM)의 발생 주기를 참조하여 각각의 트랜시버의 턴온 시점을 결정할 수 있다. 또는 비주기적으로 수신 노드(230)가 웨이크업하는 경우, 이전에 수신 노드(230)로부터 제공된 제 2 시간(M′)을 참조하여 각각의 트랜시버의 턴온 시점을 조정할 수 있다. 제 2 시간(M′)은 다음 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 발생할 시점을 알려주는 정보이다. 즉, 수신 노드(230)가 웨이크업하는 예상 시점에 송신 노드(210, 220)의 트랜시버를 턴온하여 데이터 송수신에 대기할 수 있다.
만일, 수신 노드(210)가 t0 시점에 슬립 모드로 진입한 경우, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(210)와 데이터를 교환하기 위한 트랜시버를 슬립 모드로 설정할 수 있다. 트랜시버가 슬립 모드로 유지되는 동안에도, 송신 노드들(210, 220)은 주변의 환경을 감지하거나 데이터를 생성할 수 있다.
송신 노드들(210, 220)의 트랜시버를 턴온하는 시점은 수신 노드(230)의 웨이크업 동작이 주기적인 경우와 비주기적인 경우에 따라 달리 설정할 수 있다. 수신 노드(230)의 웨이크업 동작이 주기적인 경우, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)의 웨이크업 주기를 이용하여 트랜시버의 웨이크업(또는, 턴온) 시점을 결정할 수 있다.
반면에, 수신 노드(230)의 웨이크업 동작이 비주기적인 경우, 송신 노 드(210, 220)는 수신 노드(230)가 전송하는 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 포함되는 제 2 시간(M′)을 이용하여 수신 노드가 웨이크업하는 시점을 예측한다. 그리고 수신 노드(230)가 슬립 모드로 전환되면 예측된 시점(M보다 짧은 시간)까지, 송신 노드들(210, 220)은 트랜시버를 슬립 모드로 유지한다. 그리고 예측된 수신 노드의 웨이크업 시점이 임박하면, 즉, t3 시점에서 송신 노드들(210, 220)은 트랜시버를 웨이크업시킨다.
송신 노드들(210, 220)은 트랜시버를 웨이크업한 후 수신 노드(230)가 t4 시점에 웨이크업한다. 그러면, 송신 노드들(210, 220)은 생성된 데이터의 헤더부(430)를 수신 노드(230)로 전송하게 될 것이다.
t4 시점에서 수신 노드(230)가 깨어나면, 수신 노드(230)는 웨이크업 알림 메시지(WNM, 420)를 송신 노드들(210, 220)로 전송한다. 웨이크업 알림 메시지(WNM, 420)에는 제 1 시간(M) 또는 제 2 시간(M′)이 포함될 수 있다.
웨이크업 알림 메시지(WNM, 420)를 수신한 송신 노드들(210, 220)은 제 1 시간(M)을 참조하여 생성된 데이터의 헤더부(430)를 수신 노드(230)로 전송한다. 여기서, 설명의 편의를 위해서 송신 노드(210)가 먼저 헤더부(430)를 전송한 것으로 가정한다. t5 시점에 송신 노드(210)에 의해서 전송된 헤더부(430)는 수신 노드(230)에 전달된다.
t6 시점에서, 수신 노드(230)는 송신 노드(210)로부터 전송된 헤더부(430)가 정상적으로 수신된 경우, 송신 노드들(210, 220)에게 전송 승인 메시지(GNM, 440)를 전송한다. 전송 승인 메시지(GNM, 440)는 송신 노드(210)에게만 데이터의 전송 권한을 부여한다는 메시지이다.
t7 시점에서, 송신 노드(210)는 수신 노드(230)로부터의 전송 승인 메시지(GNM, 440)에 응답하여 생성된 데이터의 페이로드부(450)를 수신 노드(230)에 전송한다. 반면, 송신 노드(220)는 데이터 전송 권한이 다른 송신 노드로 주어졌음을 인지하고 슬립 모드에 돌입한다. 페이로드부(450)의 전송 시간이 수신 노드(230)의 공지된 웨이크업 시간 이내에 완료되면, 송신 노드(210)는 페이로드부(450)의 전송이 종료된 즉시 슬립 모드에 들어간다. 그리고 수신 노드(230)는 예고된 웨이크업 시간이 경과하면 슬립 모드에 돌입하게 될 것이다.
하지만, 송신 노드(210)로부터의 페이로드부(450)의 전송이 예고된 웨이크업 시간(M)보다 길어지는 경우가 존재할 수 있다. 이 경우, 수신 노드(230)는 예고된 웨이크업 시간(M)이 경과하더라도 페이로드부(450)의 전송을 지속한다. 그리고 수신 노드(210)는 페이로드부(450)의 전송이 완료된 다음에 슬립 모드로 들어간다. 수신 노드(230)는 페이로드부(450)의 전송이 완료되기 이전에는 예고된 웨이크업 시간이 경과하더라도 슬립 모드에 들어가지 않는다. 그리고 송신 노드(210)로부터의 페이로드부(450)의 전송이 완료되는 시점(t8)에 수신 노드(230)는 슬립 모드로 진입한다.
이상에서 설명된 데이터 전송 방법에 따르면, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)의 웨이크업 시점을 예측한다. 그리고 예측된 시점까지는 송신 노드들(210, 220) 각각의 트랜시버를 슬립 모드로 유지한다. 이러한 송신 노드들(210, 220)의 제어를 통해서 송신 노드에 해당하는 센서 노드의 배터리 수명을 연장할 수 있다.
도 6은 상술한 도 3 내지 5에서 설명된 송수신 노드들의 동작을 개략적으로 보여주는 순서도이다. 도 6을 참조하여, 송신 노드(210, 220)와 수신 노드(230) 간의 통신 절차들을 순차적으로 설명하기로 한다.
S10 단계에서, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)로 전송할 전송 데이터를 생성한다. 전송 데이터는 송신 노드들(210, 220)이 주변에서 감지된 센싱 정보를 전송하기 위한 포맷으로 부호화한 데이터일 수 있다. 일반적으로 패킷 단위로 이러한 센싱 정보가 변환된다. 전송 데이터의 생성이 완료되면, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)가 웨이크업 되기를 기다린다.
S20 단계에서, 수신 노드(230)가 웨이크업된다. 수신 노드(230)는 자신이 웨이크업되었음을 송신 노드들(210, 220)에게 알려주기 위하여 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 전송한다. 웨이크업 알림 메시지(WNM)에는 수신 노드(230)가 웨이크업 상태에 있음을 알리는 메시지 외에 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다. 즉, 송신 노드들(210, 220)이 특정 시간에 데이터를 전송할 수 있도록 수신 노드가 웨이크업 상태로 유지되는 제 1 시간(M)이 포함될 수 있다. 그리고, 비주기적으로 수신 노드가 웨이크업하는 경우에는 수신 노드가 다음에 웨이크업되는 시점을 미리 알려주는 제 2 시간(M′)이 더 포함될 수 있다.
S30 단계에서, 송신 노드들(210, 220)이 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 생성된 전송 데이터의 헤드부를 수신 노드(230)로 전송한다. 송신 노드들(210, 220)은, 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 포함된 제 1 시간(M)을 참조하 여 수신 노드(230)가 웨이크업 상태로 유지되는 동안에 전송 데이터의 헤드부를 전송할 것이다.
S40 단계에서, 수신 노드(230)는 가장 먼저 전송받은 헤더부에 대응하는 송신 노드(210)에게 전송 권한을 부여한다. 즉, 수신 노드(230)는 가장 먼저 헤더부를 전송한 송신 노드(210)에게만 데이터의 전송을 허가하는 전송 승인 메시지(Grant Notification Message: GNM)를 전송한다.
S50 단계에서, 수신 노드(230)로부터 데이터 전송을 허가받은 송신 노드(210)는 생성된 데이터의 페이로드부를 전송한다. 선택된 송신 노드(210)는 페이로드부를 모두 전송한 이후에 슬립 모드로 전환한다. 하지만, 비선택된 송신 노드(220)는 전송 승인 메시지(GNM)에 응답하여 데이터의 전송없이 곧바로 슬립 모드로 동작 모드를 전환한다.
도 7은 상술한 도 3 및 도 5의 타이밍도에서 설명된 수신 노드(230)의 동작을 간략히 보여주는 순서도이다. 도 7을 참조하여, 수신 노드(230)의 데이터 수신 절차들을 설명할 것이다.
주기적으로 또는 예측된 시점에서 수신 노드(230)는 웨이크업하게 된다. 그러면, 수신 노드(230)는 이웃하는 송신 노드들(210, 220)에 웨이크업 알림 메시지(WNM)을 전송한다. 수신 노드(230)가 전송하는 웨이크업 알림 메시지(WNM)에는 수신 노드(230)가 웨이크업 상태를 유지하는 제 1 시간(M)이 포함될 것이다(S110).
이어서, 수신 노드(230)는 송신 노드들(210, 220)이 전송하는 데이터의 헤더부를 수신한다. 수신 노드(230)는 수신된 헤더부를 참조하여 데이터를 전송할 송신 노드를 선택한다. 그리고 선택된 송신 노드로 전송 승인 메시지(Grant Notification Message)를 전송한다(S120).
전송 승인 메시지(GNM)를 수신한 송신 노드들 중, 선택된 송신 노드(210)는 페이로드부(Payload)를 전송하게 될 것이다. 반면, 선택되지 않은 송신 노드는, 전송 승인 메시지(GNM)에 응답하여 슬립 모드로 동작 모드를 전환하게 될 것이다. 수신 노드(230)는 선택된 송신 노드(210)가 전송하는 페이로드부를 수신하게 된다(S130).
수신 노드(230)는 페이로드부의 수신이 완료되었는지를 체크하게 될 것이다(S140). 수신 노드(230)가 선택된 송신 노드로부터의 페이로드부를 모두 수신한 것으로 판단되면, 수신 노드(230)는 슬립 모드로 진입할 것이다(S170).
하지만, 만일 수신 노드(230)가 페이로드부를 모두 수신하지 않았다면, 수신 노드(230)는 송신 노드들에게 예고한 웨이크업 시간 또는 제 1 시간(M)이 경과되었는지를 체크하게 될 것이다(S150). 만일, 제 1 시간(M)이 경과하지 않았다면, 절차는 단계 S130으로 이동하여 선택된 송신 노드로부터 페이로드부를 계속 수신하게 될 것이다.
만일, 선택된 송신 노드로부터의 페이로드부의 전송이 완료되지 못했는데도, 제 1 시간(M)이 경과된 것으로 판단되면, 절차는 단계 S160으로 이동한다. 그리고 수신 노드(230)는 슬립 모드로의 진입을 연기하고 계속하여 선택된 송신 노드로부터의 페이로드부를 수신하게 될 것이다.
도 8은 도 5에서 설명된 송신 노드들(210, 220)의 동작을 간략히 보여주는 순서도이다. 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)가 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 전송하는 주기를 파악하여, 다음에 수신 노드(230)가 웨이크업되는 시점을 예측할 수 있다.
단계 S210에서, 송신 노드들(210, 220)은 이전에 수신 노드(230)로부터 제공된 웨이크업 알림 메시지(WNM)들의 시간 간격을 참조하여 수신 노드(230)가 웨이크업되는 예측 시점을 계산한다. 그리고 송신 노드들(210, 220)은 계산된 예측 시점을 참조하여 수신 노드가 슬립 모드에 들어가는 시점부터 트랜시버를 슬립 모드로 유지한다. 이 단계에서, 트랜시버는 슬립 모드로 유지되지만 내부의 데이터 처리 연산이나 센싱 기능들은 모두 활성화 상태로 유지할 수 있다.
단계 S220에서, 송신 노드들(210, 220)은 계산된 예측 시점이 임박하면, 송신 노드들(210, 220) 각각의 트랜시버를 웨이크업하여, 데이터의 전송이나 수신을 대기한다.
단계 S230에서, 송신 노드들(210, 220)은 수신 노드(230)가 웨이크업 알림 메시지를 전송하는지 모니터링한다. 만일, 수신 노드(230)로부터의 웨이크업 알림 메시지가 존재하지 않는 경우에는 지속적으로 모니터링한다. 그러나 송신 노드들(210, 220)이 수신 노드(230)로부터 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 수신하면, 절차는 단계 S240로 이동한다.
단계 S240에서, 송신 노드들(210, 220)은 생성된 데이터의 헤더부를 수신 노드(230)로 전송한다. 복수의 송신 노드들(210, 220)이 헤더부를 전송하기 위해서는 랜덤 백오프 방식으로 구동될 수도 있을 것이다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.
단계 S250에서, 송신 노드들(210, 220)은 전송된 헤더부를 통해서 수신 노드(230)가 어느 하나의 송신 노드를 선택하기를 기다린다. 그리고, 수신 노드(230)로부터 전송되는 전송 승인 메시지가 지시하는 송신 노드와 자기가 일치하는지 판단하게 될 것이다.
만일, 전송 승인을 허락받은 송신 노드라면, 단계 S260에서, 이전에 생성된 패킷의 페이로드부를 수신 노드로 전송할 것이다. 그러나, 수신 노드로부터 제공되는 전송 승인 메시지가 자기와 일치하지 않는 경우, 송신 노드는 데이터 전송을 멈추고 슬립 모드로 트랜시버를 유지하게 될 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크를 보여주는 블록도;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송수신 노드들을 보여주는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 전송 방법을 보여주는 타이밍도;
도 4는 수신 노드에서의 헤더부 및 페이로드부를 보여주는 블록도;
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 전송 방법을 타이밍도; 및
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 전송 방법을 간략히 보여주는 흐름도;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 노드의 동작을 보여주는 순서도;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 노드의 동작을 보여주는 순서도.

Claims (16)

  1. 센서 네트워크에서 복수의 송신 노드들의 데이터 전송 방법에 있어서:
    수신 노드로 전송할 데이터를 각각 생성하는 단계;
    상기 수신 노드로부터의 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 생성된 데이터의 헤더부들을 상기 수신 노드로 각각 전송하는 단계;
    상기 수신 노드로부터 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하기 위한 전송 승인 메시지(GNM)를 제공받는 단계; 그리고
    상기 전송 승인 메시지(GNM)에 따라 상기 복수의 송신 노드들이 생성된 데이터의 페이로드부를 전송하거나, 또는 데이터의 전송없이 슬립 모드로 동작 모드를 전환하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)에는 시간 정보가 포함되며,
    상기 시간 정보에는 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)의 전송 이후에 상기 수신 노드가 웨이크업 상태를 유지하는 기간 정보가 포함되는 데이터 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간 정보를 참조하여, 상기 수신 노드가 웨이크업 상태를 유지하는 시간 이내에 상기 복수의 송신 노드들이 생성된 데이터의 헤더부들을 전송하는 데이 터 전송 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간 정보는 상기 수신 노드에 데이터를 전송하기 위해 경쟁하는 상기 복수의 송신 노드들의 수에 따라 결정되는 데이터 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 노드들은 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)의 발생 주기를 참조하여 각각의 트랜시버(Transiver)를 슬립 모드로 유지하는 데이터 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 노드들은 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 발생할 시점을 예측하고, 슬립 모드로 전환된 후에는 상기 예측 시점까지 상기 각각의 트랜시버를 슬립 모드로 유지하는 데이터 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 예측 시점은 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 발생하는 시점보다 빠른 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 전송하는 단계에서,
    상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 비주기적으로 발생하는 경우, 다음 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 발생하는 시점에 대한 정보를 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 포함하는 데이터 전송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 노드들은 상기 정보를 참조하여 다음 웨이크업 알림 메시지(WNM)가 발생할 시점을 예측하고, 슬립 모드로 전환된 후에는 상기 예측 시점까지 상기 각각의 트랜시버를 슬립 모드로 유지하는 데이터 전송 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 노드가 선택된 송신 노드로부터 수신한 상기 헤더부와 상기 페이로드부를 하나의 패킷으로 결합하고, 상기 결합된 패킷에 대한 무결성 검사를 수행하는 단계를 더 포함하는 데이터 전송 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 노드는 상기 헤더부들을 참조하여 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하는 데이터 전송 방법.
  12. 센서 네트워크에서 수신 노드의 데이터 수신 방법에 있어서:
    복수의 송신 노드들 각각이 생성한 데이터의 헤드부들을 수신하는 단계;
    수신된 상기 헤드부들을 참조하여 상기 복수의 송신 노드들 중 어느 하나를 선택하는 단계;
    상기 선택된 어느 하나의 송신 노드에 대한 전송 승인 메시지(GNM)를 전송하는 단계; 그리고
    상기 선택된 어느 하나의 송신 노드로부터 제공되는 데이터의 페이로드부를 수신하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 노드들에게 수신 노드의 웨이크업 알림 메시지(WNM)를 전송하는 단계를 더 포함하는 수신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 노드들은 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)에 응답하여 상기 헤더부들을 전송하는 수신 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)에는 상기 웨이크업 알림 메시지(WNM)의 전송 이후에 상기 수신 노드가 웨이크업 상태를 유지하는 기간을 나타내는 시간 정보가 포함되는 수신 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택된 송신 노드로부터 수신한 상기 헤더부와 상기 페이로드부를 하나의 패킷으로 결합하고, 상기 결합된 패킷에 대한 무결성 검사를 수행하는 단계를 더 포함하는 수신 방법.
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