KR20120043359A - Asynchronous virtual slot-based ranging method - Google Patents

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KR20120043359A
KR20120043359A KR1020100104624A KR20100104624A KR20120043359A KR 20120043359 A KR20120043359 A KR 20120043359A KR 1020100104624 A KR1020100104624 A KR 1020100104624A KR 20100104624 A KR20100104624 A KR 20100104624A KR 20120043359 A KR20120043359 A KR 20120043359A
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Abstract

PURPOSE: An asynchronous distance estimation method based on virtual slots is provided to reduce power consumption by estimating an asynchronous distance based on the virtual slots. CONSTITUTION: Plural reference nodes(200,300,400) transmits acknowledge packets in randomly selecting ranging request packet message according to reception time. A user mobile node(100) estimates a distance between reference nodes according to the reception time of the acknowledge packet. The acknowledge packets are transmitted from three or more reference nodes of the reference nodes by loading on virtual slots which are randomly selected by the reference nodes.

Description

가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법{ASYNCHRONOUS VIRTUAL SLOT-BASED RANGING METHOD}Asynchronous Distance Estimation Based on Virtual Slots {ASYNCHRONOUS VIRTUAL SLOT-BASED RANGING METHOD}

본 발명은 가상슬롯을 기반으로 한 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique based on a virtual slot, and more particularly, to an asynchronous distance estimation method based on a virtual slot.

이하, 종래 기술에 따른 거리추정방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a distance estimation method according to the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 종래 기술에 따른 티더블유알(TWR:Two-Way Ranging)에 의한 거리추정방법의 일예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an example of a distance estimation method using two-way ranging (TWR) according to the prior art.

도1에 도시된 바와 같이, 디바이스 A(10)와 디바이스 B(20) 사이의 거리를 추정하기 위하여 상기 디바이스 A(10)는 레인징(Ranging) 메시지를 송신하면서 레인징 카운터(Ranging Counter)를 동작시켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍는다.As shown in FIG. 1, in order to estimate the distance between device A 10 and device B 20, the device A 10 transmits a ranging message while sending a ranging counter. In operation, a timestamp is taken for each transmission / reception of the reference pulse RMARKER.

그러면 디바이스 B(20)는 상기 디바이스 A(10)로부터 송신된 상기 레인징(Ranging) 메시지를 수신시 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)

Figure pat00001
를 구하고 동시에 레인징 카운터(Ranging Counter)를 동작시켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍은 후 수신처리시간
Figure pat00002
시 상기 레인징 카운터(Ranging Counter)를 중단시키고 상기 디바이스 A(10)로 ACK 패킷 메시지를 송신한다.The device B 20 then receives a ranging message sent from the device A 10 to time-of-flihgt.
Figure pat00001
After receiving the time and processing the ranging counter (Ranging Counter) to take the timestamp (Timestamp) for each transmission and reception of the reference pulse RMARKER
Figure pat00002
The ranging counter stops the ranging counter and transmits an ACK packet message to the device A 10.

여기서, 상기 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)

Figure pat00003
는 하기의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.Here, the time-of-flihgt (TOF)
Figure pat00003
Can be obtained as in Equation 1 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

이에 따라 디바이스 A(10)는 상기 디바이스 B(20)에서 수신처리시간

Figure pat00005
후에 송신된 상기 ACK 패킷 메시지를 수신함과 동시에 상기 레인징 카운터(Ranging Counter)를 중단시키고 알티티(RTT:Round-Trip Time)
Figure pat00006
와 상기 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)
Figure pat00007
를 구하게 되는데, 이때, 신호의 리딩 에지 디텍션(leading edge detection), 카운터의 정밀도, 크리스탈 오프셋(crystal offset), 송수신기의 내부 지연 등의 문제로 인하여 오차가 많이 발생할 수 있다. Accordingly, the device A 10 receives the reception processing time from the device B 20.
Figure pat00005
After receiving the ACK packet message transmitted later, the ranging counter stops and a round-trip time (RTT)
Figure pat00006
And the thioF (TOF: Time-Of-Flihgt)
Figure pat00007
In this case, errors may occur due to problems such as leading edge detection of signals, precision of counters, crystal offsets, internal delays of transceivers, and the like.

상기 알티티(RTT:Round-Trip Time)

Figure pat00008
는 하기의 수학식 2과 같이 구할 수 있다.Round-Trip Time (RTT)
Figure pat00008
Can be obtained as in Equation 2 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

이어 디바이스 A(10)는 상기 수학식 2와 같이 구한 상기 알티티(RTT:Round-Trip Time)

Figure pat00010
와 빛의 속도를 승산하여 거리를 추정한다.
Subsequently, the device A 10 performs the round-trip time (RTT) obtained as in Equation (2).
Figure pat00010
Multiply the speed of light with and estimate the distance.

도2는 종래 기술에 따른 에스디에스-티더블유알(SDS-TWR:Symmetric Double Sided Two-Way Ranging)의 일예를 나타낸 도면으로, 도1의 간단한 양방향 거리측정의 단점을 극복하기 위한 것으로 크리스탈(crystal) 내성의 효과를 줄이기 위한 추가적인 메시지 교환 방식이다.FIG. 2 is a view illustrating an example of SDS-TWR (Symmetric Double Sided Two-Way Ranging) according to the prior art, and to overcome the disadvantages of the simple bidirectional distance measurement of FIG. ) Additional message exchange to reduce the effects of immunity.

도2에 도시된 바와 같이, 디바이스 A(10)와 디바이스 B(20) 사이의 거리를 추정하기 위하여 상기 디바이스 A(10)는 레인징(Ranging) 메시지를 송신하면서 내부 A1 카운터를 동작시켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍는다.As shown in FIG. 2, in order to estimate the distance between device A 10 and device B 20, the device A 10 operates an internal A1 counter while transmitting a ranging message to generate a reference pulse. A timestamp is taken for each RMARKER transmission and reception.

상기 디바이스 B(20)는 상기 디바이스 A(10)로부터 송신된 상기 레인징(Ranging) 메시지를 수신시 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)

Figure pat00011
를 구하고 동시에 B1 레인징 카운터(Ranging Counter)를 동작시켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍은 후 수신처리시간
Figure pat00012
시 상기 B1 레인징 카운터(Ranging Counter)를 중단시키고 상기 디바이스 A(10)로 ACK 패킷 메시지와 레인징(Ranging) 메시지를 송신함과 동시에 B2 레인징 카운터(Ranging Counter)를 동작시켜 켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍는다.When the device B 20 receives the ranging message transmitted from the device A 10, Time-Of-Flihgt (TOF) is received.
Figure pat00011
Receive the timestamp for each transmission and reception of the reference pulse RMARKER by operating the B1 ranging counter.
Figure pat00012
Stops the B1 ranging counter and transmits an ACK packet message and a ranging message to the device A 10 and operates a B2 ranging counter to turn on the reference pulse. A Timestamp is taken for each RMARKER transmission and reception.

여기서, 상기 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)

Figure pat00013
는 하기의 수학식 3과 같이 구할 수 있다.Here, the time-of-flihgt (TOF)
Figure pat00013
Can be obtained as in Equation 3 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 디바이스 A(10)는 상기 디바이스 B(20)에서 수신처리시간

Figure pat00015
후에 송신된 상기 ACK 패킷 메시지를 수신함과 동시에 상기 A1 레인징 카운터(Ranging Counter)를 중단시키고 알티티(RTT:Round-Trip Time)
Figure pat00016
와 상기 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)
Figure pat00017
를 구한다.The device A 10 receives a processing time at the device B 20.
Figure pat00015
At the same time as receiving the ACK packet message transmitted later, the A1 ranging counter stops and an RTI (Round-Trip Time)
Figure pat00016
And the thioF (TOF: Time-Of-Flihgt)
Figure pat00017
.

상기 알티티(RTT:Round-Trip Time)

Figure pat00018
는 하기의 수학식 4와 같이 구할 수 있다.Round-Trip Time (RTT)
Figure pat00018
Can be obtained as in Equation 4 below.

Figure pat00019
Figure pat00019

아울러 디바이스 A(10)는 상기 디바이스 B(20)에서 수신처리시간

Figure pat00020
후에 송신된 상기 ACK 패킷 메시지를 수신함과 동시에 A2 레인징 카운터(Ranging Counter)를 동작시켜 기준펄스인 RMARKER의 송수신마다 타임스템프(Timestamp)를 찍은 후 수신처리시간
Figure pat00021
시 상기 디바이스 B(20)로 ACK 패킷 메시지를 송신한다.In addition, device A (10) is the reception processing time in the device B (20)
Figure pat00020
After receiving the ACK packet message transmitted later, the A2 ranging counter is operated to take a timestamp for each transmission and reception of the reference pulse RMARKER.
Figure pat00021
Sends an ACK packet message to the device B 20.

그러면 디바이스 B(20)는 상기 디바이스 A(10)에서 수신처리시간

Figure pat00022
후에 송신된 상기 ACK 패킷 메시지를 수신함과 동시에 상기 B2 레인징 카운터(Ranging Counter)를 중단시키고 알티티(RTT:Round-Trip Time)
Figure pat00023
와 상기 티오에프(TOF:Time-Of-Flihgt)
Figure pat00024
를 구한다.The device B 20 then receives a processing time from the device A 10.
Figure pat00022
At the same time as receiving the ACK packet message transmitted later, the B2 ranging counter stops and a round-trip time (RTT)
Figure pat00023
And the thioF (TOF: Time-Of-Flihgt)
Figure pat00024
.

상기 알티티(RTT:Round-Trip Time)

Figure pat00025
는 하기의 수학식 5와 같이 구할 수 있다.Round-Trip Time (RTT)
Figure pat00025
Can be obtained as in Equation 5 below.

Figure pat00026
Figure pat00026

상기 수학식 4와 수학식 5을

Figure pat00027
로 묶어서 풀이하면 하기한 수학식 6과 같다.Equations 4 and 5
Figure pat00027
When solved as shown in Equation 6 below.

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서,

Figure pat00029
를 크리스탈 토러런스(crystal toletance)
Figure pat00030
와
Figure pat00031
를 포함하여 추정한
Figure pat00032
는 하기한 수학식 7과 같다.here,
Figure pat00029
Crystal toletance
Figure pat00030
Wow
Figure pat00031
Estimated including
Figure pat00032
Is shown in Equation 7 below.

Figure pat00033
Figure pat00033

이어, 일반화의 손실없이 상기

Figure pat00034
와
Figure pat00035
를 하기의 수학식 8로 대체하면 상기 수학식 4와 수학식 5는 하기의 수학식 9로 간소화된다.Then, without loss of generalization
Figure pat00034
Wow
Figure pat00035
When Equation 8 is replaced with Equation 8 below, Equations 4 and 5 are simplified to Equation 9 below.

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
Figure pat00037

또한,

Figure pat00038
는 하기의 수학식 10과 같다.Also,
Figure pat00038
Is the same as Equation 10 below.

Figure pat00039
Figure pat00039

따라서, 최종 수학식은 하기의 수학식 11과 같다.Therefore, the final equation is shown in Equation 11 below.

Figure pat00040
Figure pat00040

이어 디바이스 A(10)는 상기 수학식 4와 같이 구한 상기 알티티(RTT:Round-Trip Time)

Figure pat00041
와 빛의 속도를 승산하여 거리를 추정한다.
Subsequently, the device A 10 obtains the round-trip time (RTT) obtained as in Equation 4 above.
Figure pat00041
Multiply the speed of light with and estimate the distance.

그러나 종래 기술에 따른 거리추정방법은 거리추정을 위한 레인징(Ranging)을 수행하기 위해 각각의 고정된 노드와의 2번 또는 그 이상의 메시지를 주고 받아야 하기 때문에 네트워크 트레픽(network traffric)을 증가시키게 되고 이로 인하여 처리율이 떨어지고 소비전력이 증가하는 문제점이 있다. However, the distance estimation method according to the related art increases network traffic because it needs to exchange two or more messages with each fixed node in order to perform ranging for ranging. As a result, there is a problem that the throughput is lowered and the power consumption is increased.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 가상슬롯을 기반으로 비동기로 거리를 추정함으로써 낮은 네트워크 트레픽과 전력 소비를 감소시키기 위한 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a virtual slot-based asynchronous distance estimation method for reducing network traffic and power consumption by estimating distance asynchronously based on a virtual slot. There is this.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법의 특징은, 사용자 모바일 노드와 다수의 레퍼런스 노드를 포함하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정시스템을 이용한 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법에 있어서, 상기 다수의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하기 위하여 상기 사용자 모바일 노드에서 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 송신하는 단계와; 상기 사용자 모바일 노드로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 수신시 상기 다수의 레퍼런스 노드 각각에서 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신 시간에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하는 단계; 및 상기 다수의 레퍼런스 노드중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드로부터 각각 랜덤(random)하게 선택된 서로 다른 가상슬롯에 실려 송신된 ACK 패킷의 수신 시간에 따라 상기 사용자 모바일 노드에서 상기 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하는 단계로 이루어진다.A feature of the virtual slot-based asynchronous distance estimation method according to the present invention for achieving the above object is a virtual slot-based asynchronous using a virtual slot-based asynchronous distance estimation system comprising a user mobile node and a plurality of reference nodes. A distance estimation method, comprising: transmitting a ranging request packet message at a user mobile node to estimate a distance from the plurality of reference nodes; A virtual slot randomly selected according to a receiving time of the ranging request packet message at each of the plurality of reference nodes when receiving a ranging request packet message transmitted from the user mobile node. Sending an ACK packet to the terminal; And at least three reference nodes in the user mobile node according to a reception time of an ACK packet transmitted in different virtual slots randomly selected from at least three reference nodes among the plurality of reference nodes. Estimating the distance.

또한, 본 발명은 상기 사용자 모바일 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 브로드케스트(broadcast)를 통하여 송신하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the user mobile node transmits the ranging request packet message through a broadcast (broadcast).

또한, 본 발명은, ACK 패킷 정보에 레퍼런스 노드 아이디,

Figure pat00042
, 가상슬롯 번호, 좌표가 포함되는 것을 특징으로 한다. 여기서,
Figure pat00043
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다.In addition, the present invention, the ACK packet information in the reference node ID,
Figure pat00042
, Virtual slot number, coordinates are included. here,
Figure pat00043
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message.

또한, 본 발명은, 상기 다수의 레퍼런스 노드 각각은 포착슬롯(Acquisition Slot)과 가상슬롯(Virtual Slot)으로 구성된 비동기 가상슬롯 기반 레인징(Asynchronous Virtual Slot-based Ranging:AVSR)에 의해 랜덤(random)하게 가상슬롯을 선택한 후 상기 ACK 패킷을 실어 송신하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, each of the plurality of reference nodes is randomized by Asynchronous Virtual Slot-based Ranging (AVSR) consisting of an Acquisition Slot and a Virtual Slot. After the virtual slot is selected, the ACK packet is carried and transmitted.

또한, 본 발명은, 상기 다수의 레퍼런스 노드 각각은 포착슬롯(Acquisition Slot)의 포착지속시간(Acquisition Duration)내에서 상기 ACK 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하여 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯의 다른 레퍼런스 노드에서 사용 여부를 확인하고 다른 레퍼런스 노드에서 사용중일 경우 다음 가상슬롯 시간(Slot Duration)에 다른 가상슬롯을 재할당하여 송신함으로써 상기 가상슬롯의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides that each of the plurality of reference nodes detects a preamble of the ACK packet within an acquisition duration of an Acquisition Slot and then selects another randomly selected virtual slot. It is characterized in that the collision of the virtual slot is prevented by checking whether the reference node is used and reassigning and transmitting another virtual slot at the next virtual slot time (Slot Duration).

또한, 본 발명은, 상기 사용자 모바일 노드가, 하기한 수학식에 의해 상기 다수의 레퍼런스 노드중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the user mobile node estimates the distance to at least three reference nodes of the plurality of reference nodes by the following equation.

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서,

Figure pat00045
는
Figure pat00046
과
Figure pat00047
의 평균값이고,
Figure pat00048
는 상기 사용자 모바일 노드에서 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 시작 시간부터 레퍼런스 노드에서 상기 사용자 모바일 노드로 ACK 패킷을 송신할 때까지의 시간을 나타내며,
Figure pat00049
는
Figure pat00050
를 적용한 전파시간이고,
Figure pat00051
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다.here,
Figure pat00045
Is
Figure pat00046
and
Figure pat00047
Is the average of
Figure pat00048
Denotes a time from a ranging request packet message start time transmitted from the user mobile node until a ACK packet is transmitted from the reference node to the user mobile node,
Figure pat00049
Is
Figure pat00050
Propagation time is applied,
Figure pat00051
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the virtual slot-based asynchronous distance estimation method according to the present invention has the following effects.

첫째, 가상슬롯을 기반으로 비동기로 거리를 추정함으로써 네트워크 트레픽을 낮출 수 있다.First, network traffic can be lowered by estimating distance asynchronously based on virtual slots.

둘째, 네트워크 트레픽을 낮추어 처리율을 향상시킬 수 있고 또한 소비되는 전력 감소시킬 수 있다.Secondly, lowering network traffic can improve throughput and reduce power consumption.

도1은 종래 기술에 따른 티더블유알(TWR:Two-Way Ranging)에 의한 거리추정방법의 일예를 나타낸 도면
도2는 종래 기술에 따른 에스디에스-티더블유알(SDS-TWR:Symmetric Double Sided Two-Way Ranging)의 일예를 나타낸 도면
도3은 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법이 적용되는 장치의 일실시예를 나타낸 도면
도4는 도3의 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법의 흐름도
도5는 도4의 가상슬롯의 구조도
도6은 본 발명에 따라 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법의 구조도1 is a diagram showing an example of a distance estimation method using two-way ranging (TWR) according to the prior art;
2 is a diagram illustrating an example of a symmetric double sided two-way ranging (SDS-TWR) according to the prior art;
3 is a view showing an embodiment of a device to which a virtual slot-based asynchronous distance estimation method according to the present invention is applied
FIG. 4 is a flowchart of an asynchronous distance estimation method based on a virtual slot of FIG. 3.
5 is a structural diagram of a virtual slot of FIG.
6 is a structural diagram of an asynchronous distance estimation method based on a virtual slot according to the present invention.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a virtual slot-based asynchronous distance estimation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법이 적용되는 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an embodiment of an apparatus to which an asynchronous distance estimation method based on a virtual slot according to the present invention is applied.

도3에 도시된 바와 같이, 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법이 적용되는 장치는 사용자 모바일 노드(100)와, 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)를 구비한다.As shown in FIG. 3, the apparatus to which the virtual slot based asynchronous distance estimation method is applied includes a user mobile node 100 and a plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500.

상기 사용자 모바일 노드(100)는 거리추정을 위한 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 브로드케스트(broadcast)를 통하여 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)로 송신하면서 내부 타이머를 동작시킨 후, 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)로부터 각각 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 실려 송신된 ACK 패킷의 수신시 상기 내부 타이머를 참조하여 수신시간을 기록하고 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드에서 ACK 패킷을 수신하면 상기 내부 타이머의 동작을 중지시킨 후 상기 ACK 패킷 정보에 따라 각 레퍼런스 노드와의 거리를 추정한다. 상기 ACK 패킷 정보에는 레퍼런스 노드 아이디,

Figure pat00052
, 가상슬롯 번호, x,y 좌표가 포함된다. 상기
Figure pat00053
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다. 여기서, 가상슬롯(virtual slot)이란 전역 동기도 아니며 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각에 따라 미리 할당되어 있지도 않고, 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각의 ACK 패킷 응답 동작에 있어서 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각의 ACK 패킷 동작을 완전하게 분배하기 위한 방법이다.The user mobile node 100 transmits a ranging request packet message for distance estimation to the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500 through a broadcast. After operating the internal timer, when receiving the ACK packet transmitted in the randomly selected virtual slots from the plurality of reference nodes 200, 300, 400, 500, respectively, the received reference is received with the internal timer. When recording the time and receiving an ACK packet from at least three reference nodes among the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500, the operation of the internal timer is stopped and then according to the ACK packet information. Estimate the distance to the reference node. The ACK packet information includes a reference node ID,
Figure pat00052
, Virtual slot number and x, y coordinates. remind
Figure pat00053
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message. Here, the virtual slot is neither global synchronization nor pre-allocated according to each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, 500, and the plurality of reference nodes 200, 300. A method for completely distributing ACK packet operations of each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500 in each ACK packet response operation.

상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각은 상기 사용자 모바일 노드(100)로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 각각 수신시 내부 카운터를 동작시킨 후 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신 시간에 따라 상기 다수의 레퍼런스 노드 각각은 포착슬롯(Acquisition Slot)과 가상슬롯(Virtual Slot)으로 구성된 비동기 가상슬롯 기반 레인징(Asynchronous Virtual Slot-based Ranging:AVSR)에 의해 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 상기 사용자 모바일 노드(100)로 송신함과 동시에 상기 내부 카운터를 종료한다.Each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, 500 operates an internal counter upon receiving a ranging request packet message transmitted from the user mobile node 100. Asynchronous Virtual Slot-based Ranging, wherein each of the plurality of reference nodes comprises an Acquisition Slot and a Virtual Slot according to a ranging request packet message reception time: An ACK packet is loaded in a virtual slot randomly selected by AVSR, transmitted to the user mobile node 100, and the internal counter is terminated.

도4는 도3의 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법의 흐름도이고, 도5는 도4의 가상슬롯의 구조도이며, 도6은 본 발명에 따라 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법의 구조도이다.
4 is a flowchart of the virtual slot based asynchronous distance estimation method of FIG. 3, FIG. 5 is a structural diagram of the virtual slot of FIG. 4, and FIG. 6 is a structural diagram of the virtual slot based asynchronous distance estimation method according to the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법에 대하여 첨부한 도면 도3 내지 도6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The asynchronous distance estimation method based on the virtual slot according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.

먼저, 도3에 도시된 바와 같이, 사용자 모바일 노드(100)는 거리추정을 위한 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 브로드케스트(broadcast)로 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)로 송신하면서 내부 타이머를 동작시킨다.First, as shown in FIG. 3, the user mobile node 100 broadcasts a ranging request packet message for distance estimation to a plurality of reference nodes 200, 300, and 400. The internal timer is operated while transmitting to 500).

그러면, 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각은 상기 사용자 모바일 노드(100)로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 각각 수신시 도4에 도시된 바와 같이, 상기 사용자 모바일 노드(100)와의 서로 다른 거리차에 의한 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신시간에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 상기 사용자 모바일 노드(100)로 송신한다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각은 상기 사용자 모바일 노드(100)로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 각각 수신시 내부 카운터를 동작시킨 후 포착슬롯(Acquisition Slot)과 가상슬롯(Virtual Slot)으로 구성된 비동기 가상슬롯 기반 레인징(Asynchronous Virtual Slot-based Ranging:AVSR)에 의해 상기 포착슬롯(Acquisition Slot)의 포착지속시간(Acquisition Duration)내에서 상기 사용자 모바일 노드(100)와의 서로 다른 거리차에 의해 수신 시간이 다르므로 상기 포착슬롯(Acquisition Slot)의 맨 끝에서 랜덤(random)하게 가상슬롯을 선택한 후 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 상기 사용자 모바일 노드(100)로 송신함과 동시에 상기 내부 카운터를 종료한다. 이때, 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각은 상기 포착슬롯(Acquisition Slot)의 포착지속시간(Acquisition Duration)내에서 ACK 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하여 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯의 다른 레퍼런스 노드에서 사용 여부를 확인하고 다른 레퍼런스 노드에서 사용중일 경우 다음 가상슬롯 시간(Slot Duration)에 다른 가상슬롯을 재할당하여 상기 사용자 모바일 노드(100)로 송신함으로써 상기 가상슬롯의 충돌을 방지하도록 한다. 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500) 각각은 상기 프리앰블(preamble) 감지를 상기 ACK 패킷의 CCA(Clear Channel Assessment) 동작에 의해 알게 된다. 여기서, 상기 ACK 패킷 정보에는 레퍼런스 노드 아이디,

Figure pat00054
, 가상슬롯 번호, 좌표가 포함된다. 상기
Figure pat00055
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다.Then, each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, 500 receives the ranging request packet messages transmitted from the user mobile node 100, respectively, as shown in FIG. 4. Likewise, the user mobile node 100 loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to a ranging request packet message reception time due to a different distance from the user mobile node 100. To send). That is, as shown in FIG. 5, each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500 transmits a ranging request packet message transmitted from the user mobile node 100. After each operation, the internal counter is operated, and then asynchronous Virtual Slot-based Ranging (AVSR) consisting of Acquisition Slots and Virtual Slots of the Acquisition Slots is used. Since the reception time is different due to the difference in distance from the user mobile node 100 within the acquisition duration, the virtual slot is randomly selected at the end of the acquisition slot. An ACK packet is loaded in a virtual slot and transmitted to the user mobile node 100, and the internal counter is terminated. In this case, each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500 detects a preamble of an ACK packet within an acquisition duration of the acquisition slot and randomly detects a random ( random) checks whether the other selected reference node of the selected virtual slot is used or if the other reference node is in use by reassigning another virtual slot at the next slot duration (Slot Duration) to transmit to the user mobile node 100 Prevent collision of virtual slots. Each of the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500 is aware of the preamble detection by a Clear Channel Assessment (CCA) operation of the ACK packet. Here, the ACK packet information includes a reference node ID,
Figure pat00054
, Virtual slot number and coordinates. remind
Figure pat00055
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message.

이에 따라, 사용자 모바일 노드(100)는 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)로부터 각각 선택된 가상슬롯에 실려 송신된 ACK 패킷의 수신시 상기 내부 타이머를 참조하여 수신시간을 기록하고 상기 다수의 레퍼런스 노드(200)(300)(400)(500)중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드에서 ACK 패킷을 수신하면 상기 내부 타이머의 동작을 중지시킨 후 상기 ACK 패킷이 서로 다른 가상슬롯 사용시 상기 ACK 패킷 정보에 따라 각 레퍼런스 노드와의 거리를 추정한다.
Accordingly, the user mobile node 100 refers to the internal timer when receiving the ACK packet transmitted in each of the selected virtual slots from the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500. When recording and receiving an ACK packet from at least three reference nodes among the plurality of reference nodes 200, 300, 400, and 500, the internal timer stops the operation and then the ACK packet uses different virtual slots. The distance from each reference node is estimated according to the ACK packet information.

상기와 같이 사용자 모바일 노드(100)에서 거리 추정하는 구조를 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A structure for estimating the distance in the user mobile node 100 as described above with reference to FIG. 5 is as follows.

먼저, 사용자 모바일 노드(100)에서는 거리추정을 위한 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 브로드케스트(broadcast)로 레퍼런스 노드(200)로 송신하면서 내부 타이머를 동작시킨다.First, the user mobile node 100 operates an internal timer while transmitting a ranging request packet message for distance estimation to the reference node 200 as a broadcast.

그러면, 레퍼런스 노드(200)에서는 상기 사용자 모바일 노드(100)로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신시 내부 카운터를 동작시킨 후 상기 사용자 모바일 노드(100)와의 서로 다른 거리차에 의한 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신 시간에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 상기 사용자 모바일 노드(100)로 송신함과 동시에 상기 내부 카운터를 종료한다. 이때 상기 레퍼런스 노드(200)가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신시부터 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간을

Figure pat00056
라고 나타낸다. 여기서, i는 레퍼런스 노드(100)이고 하기에서 전반적으로 사용된다.
Then, the reference node 200 operates an internal counter when receiving a ranging request packet message transmitted from the user mobile node 100, and then the reference node 200 is operated by different distances from the user mobile node 100. An ACK packet is loaded in a randomly selected virtual slot according to the ranging request packet message reception time and transmitted to the user mobile node 100 and the internal counter is terminated. In this case, the time from when the reference node 200 receives the ranging request packet message to load an ACK packet in a randomly selected virtual slot is transmitted.
Figure pat00056
It is indicated. Where i is the reference node 100 and is used throughout.

이에 따라, 사용자 모바일 노드(100)는 상기 레퍼런스 노드(200)로부터 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 실려 송신된 ACK 패킷의 수신시 상기 내부 타이머를 참조하여 수신시간(

Figure pat00057
)을 기록하고 상기 ACK 패킷 정보에 따라 각 레퍼런스 노드와의 거리를 추정한다.Accordingly, the user mobile node 100 refers to the internal timer when receiving an ACK packet transmitted in a randomly selected virtual slot from the reference node 200.
Figure pat00057
) And estimate the distance to each reference node according to the ACK packet information.

여기서,

Figure pat00058
는 상기 사용자 모바일 노드(100)에서 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 송신한 후 상기 레퍼런스 노드(200)에서로부터 송신된 ACK 패킷의 수신시까지의 시간을 나타내고, 하기한 수학식 21와 같이 구한다.here,
Figure pat00058
Denotes the time from the user mobile node 100 to the reception of the ACK packet transmitted from the reference node 200 after transmitting the ranging request packet message. Obtain as

Figure pat00059
Figure pat00059

여기서,

Figure pat00060
는 상기 레퍼런스 노드의 크리스탈에 의해 측정된 시간을 나타낸다.here,
Figure pat00060
Represents the time measured by the crystal of the reference node.

하지만, 상기

Figure pat00061
에서
Figure pat00062
는 오직 상기 레퍼런스 노드(200)의 크리스탈에 의해 측정된 시간으로 상기 레퍼런스 노드(200)가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신시부터 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이므로, 상기 레퍼런스 노드(200)의 크리스탈값과 보상을 위해
Figure pat00063
는 상기 레퍼런스 노드(200)에 의해 하기한 수학식 22와 같이 계산된다.But remind
Figure pat00061
in
Figure pat00062
Is only a time measured by the crystal of the reference node 200, the reference node 200 loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot from the receiving of the ranging request packet message (Ranging Request Packet) message Since it is time to transmit, for the crystal value and compensation of the reference node 200
Figure pat00063
Is calculated by Equation 22 below by the reference node 200.

Figure pat00064
Figure pat00064

여기서,

Figure pat00065
는 상기 레퍼런스 노드(100)의 클럭과 관련하여 재측정된
Figure pat00066
이고,
Figure pat00067
는 상기 레퍼런스 노드(100)에서 선택된 가상슬롯 번호이며,
Figure pat00068
는 상수인 가상슬롯 크기이고,
Figure pat00069
은 상수인 수집 가상슬롯 크기이며,
Figure pat00070
는 상수인 CCA(Clear Channel Assessment) 시간이다.here,
Figure pat00065
Is remeasured in relation to the clock of the reference node 100.
Figure pat00066
ego,
Figure pat00067
Is the virtual slot number selected by the reference node 100,
Figure pat00068
Is the virtual slot size, which is a constant,
Figure pat00069
Is the collection virtual slot size, which is a constant,
Figure pat00070
Is a constant Clear Channel Assessment (CCA) time.

상기 수학식 22를 적용하여

Figure pat00071
를 계산하면 하기한 수학식 23과 같다.By applying Equation 22
Figure pat00071
Is calculated by Equation 23 below.

여기서,

Figure pat00072
는
Figure pat00073
를 적용한 전파시간이다.here,
Figure pat00072
Is
Figure pat00073
Is the propagation time applied.

Figure pat00074
Figure pat00074

최종적으로,

Figure pat00075
과
Figure pat00076
의 평균값을 사용함으로써, 둘 간의 오차를 최소화시키면 하기한 수학식 24와 같다.Finally,
Figure pat00075
and
Figure pat00076
By using the average value of, minimizing the error between the two is represented by the following equation (24).

Figure pat00077
Figure pat00077

상기 수학식 24와 함께 전파속도와 파장과의 관계식인 하기한 수학식 25에 의해 거리를 추정할 수 있다.In addition to Equation 24, the distance can be estimated by Equation 25, which is a relationship between the propagation speed and the wavelength.

Figure pat00078
Figure pat00078

그리고, 트레픽 강도(Traffic intensity)는 하기한 수학식 26과 같고, 단위시간당 평균 발생되는 트래픽의 양을 나타내며, 특히 매 분마다 리궤스트(request)의 수의 증가에 따른 초당 평균 트래픽의 양을 측정한다.In addition, the traffic intensity (Traffic intensity) is represented by Equation 26 below, which represents the average amount of traffic generated per unit time, and in particular, measures the average amount of traffic per second as the number of requests is increased every minute. do.

Figure pat00079
Figure pat00079

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.

110 : 사용자 모바일 노드 200 ~ 500 : 레퍼런스 노드110: user mobile node 200 ~ 500: reference node

Claims (6)

사용자 모바일 노드와 다수의 레퍼런스 노드를 포함하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정시스템을 이용한 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법에 있어서,
상기 다수의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하기 위하여 상기 사용자 모바일 노드에서 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 송신하는 단계와;
상기 사용자 모바일 노드로부터 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 수신시 상기 다수의 레퍼런스 노드 각각에서 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신 시간에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하는 단계; 및
상기 다수의 레퍼런스 노드중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드로부터 각각 랜덤(random)하게 선택된 서로 다른 가상슬롯에 실려 송신된 ACK 패킷의 수신 시간에 따라 상기 사용자 모바일 노드에서 상기 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.In the virtual slot-based asynchronous distance estimation method using a virtual slot-based asynchronous distance estimation system comprising a user mobile node and a plurality of reference nodes,
Transmitting a ranging request packet message at the user mobile node to estimate the distance to the plurality of reference nodes;
A virtual slot randomly selected according to a receiving time of the ranging request packet message at each of the plurality of reference nodes when receiving a ranging request packet message transmitted from the user mobile node. Sending an ACK packet to the terminal; And
The distance from the user mobile node to the at least three reference nodes according to the reception time of the ACK packet transmitted in different virtual slots randomly selected from at least three or more reference nodes of the plurality of reference nodes, respectively. Estimating a virtual slot-based asynchronous distance estimation method comprising the step of estimating. 제1항에 있어서,
상기 사용자 모바일 노드에서 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지를 브로드케스트(broadcast)를 통하여 송신하는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.The method of claim 1,
And the ranging request packet message is transmitted from the user mobile node through a broadcast. 제1항에 있어서,
상기 ACK 패킷 정보에는 레퍼런스 노드 아이디,
Figure pat00080
, 가상슬롯 번호, 좌표가 포함되는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.
여기서,
Figure pat00081
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다.The method of claim 1,
The ACK packet information includes a reference node ID,
Figure pat00080
Virtual slot-based asynchronous distance estimation method, characterized in that the virtual slot number, the coordinates are included.
here,
Figure pat00081
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message. 제1항에 있어서,
상기 다수의 레퍼런스 노드 각각은 포착슬롯(Acquisition Slot)과 가상슬롯(Virtual Slot)으로 구성된 비동기 가상슬롯 기반 레인징(Asynchronous Virtual Slot-based Ranging:AVSR)에 의해 랜덤(random)하게 가상슬롯을 선택한 후 상기 ACK 패킷을 실어 송신하는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.The method of claim 1,
Each of the plurality of reference nodes randomly selects a virtual slot by Asynchronous Virtual Slot-based Ranging (AVSR) consisting of an Acquisition Slot and a Virtual Slot. And a virtual slot based asynchronous distance estimation method, characterized in that the ACK packet is transmitted. 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 다수의 레퍼런스 노드 각각은 포착슬롯(Acquisition Slot)의 포착지속시간(Acquisition Duration)내에서 상기 ACK 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하여 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯의 다른 레퍼런스 노드에서 사용 여부를 확인하고 다른 레퍼런스 노드에서 사용중일 경우 다음 가상슬롯 시간(Slot Duration)에 다른 가상슬롯을 재할당하여 송신함으로써 상기 가상슬롯의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.The method according to claim 1 or 4,
Each of the plurality of reference nodes senses a preamble of the ACK packet within an Acquisition Duration of an Acquisition Slot to determine whether to use it in another reference node of a randomly selected virtual slot. Virtual slot-based asynchronous distance estimation method characterized in that the collision of the virtual slot is prevented by reassigning and transmitting another virtual slot at the next slot slot duration when it is used in another reference node. 제1항에 있어서,
상기 사용자 모바일 노드는 하기한 수학식에 의해 상기 다수의 레퍼런스 노드중 적어도 3개 이상의 레퍼런스 노드와의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 가상슬롯 기반의 비동기 거리추정방법.
Figure pat00082

여기서,
Figure pat00083
는
Figure pat00084
과
Figure pat00085
의 평균값이고,
Figure pat00086
는 상기 사용자 모바일 노드에서 송신된 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 시작 시간부터 레퍼런스 노드에서 상기 사용자 모바일 노드로 ACK 패킷을 송신할 때까지의 시간을 나타내며,
Figure pat00087
는
Figure pat00088
를 적용한 전파시간이고,
Figure pat00089
는 i번째 레퍼런스 노드가 상기 레인징 요구 패킷(Ranging Request Packet) 메시지 수신에 따라 랜덤(random)하게 선택된 가상슬롯에 ACK 패킷을 실어 송신하기까지의 시간이다.The method of claim 1,
And the user mobile node estimates the distance to at least three reference nodes of the plurality of reference nodes according to the following equation.
Figure pat00082

here,
Figure pat00083
Is
Figure pat00084
and
Figure pat00085
Is the average of
Figure pat00086
Denotes a time from a ranging request packet message start time transmitted from the user mobile node until a ACK packet is transmitted from the reference node to the user mobile node,
Figure pat00087
Is
Figure pat00088
Propagation time is applied,
Figure pat00089
Is the time until the i-th reference node loads an ACK packet in a randomly selected virtual slot according to receiving the ranging request packet message.
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