KR20120103895A - 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법 - Google Patents

센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120103895A
KR20120103895A KR20110021841A KR20110021841A KR20120103895A KR 20120103895 A KR20120103895 A KR 20120103895A KR 20110021841 A KR20110021841 A KR 20110021841A KR 20110021841 A KR20110021841 A KR 20110021841A KR 20120103895 A KR20120103895 A KR 20120103895A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sender
signal
time
channel
data
Prior art date
Application number
KR20110021841A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101214790B1 (ko
Inventor
안순신
안세영
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020110021841A priority Critical patent/KR101214790B1/ko
Priority to US13/414,978 priority patent/US9008111B2/en
Publication of KR20120103895A publication Critical patent/KR20120103895A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101214790B1 publication Critical patent/KR101214790B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • H04W52/0209Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00Wireless channel access
    • H04W74/08Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • H04W52/0209Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0216Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave using a pre-established activity schedule, e.g. traffic indication frame
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • H04W52/0209Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H04W52/0219Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave where the power saving management affects multiple terminals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00Wireless channel access
    • H04W74/08Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H04W74/0841Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
    • H04W74/085Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment collision avoidance
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/04Error control
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 방법은, 송신자가 데이터를 전송한 후 백오프 구간(backoff period)까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드(turnaround) 시간을 비교하고, 비교 결과에 따라 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡(busy) 신호를 선택적으로 전송하며, 턴어라운드 시간이 경과한 후 수신자로부터 확인(acknowledgement) 신호를 수신한다.

Description

센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법{Apparatus and method for collision avoidance of sensor network}
본 발명은 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 슬롯 운영 방식의(slotted) IEEE 802.15.4 기반의 센서 네트워크에서 각 노드(node)들이 데이터를 주고 받음에 있어서 서로 간의 통신 채널 사용에 관한 충돌을 회피하는 장치, 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
센서 네트워크는 유비쿼터스 시대의 핵심 기술 중 하나이다. 센서 네트워크는 물류 자동화, 보안, 산업 자동화 및 제어, 스마트 홈, U-헬스 케어 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 센서 네크워크의 물리 계층과 링크 계층의 표준으로는 IEEE 802.15.4(Low-Rate Wireless Personal Area Networks)가 자리를 잡았으며, 이를 이용한 지그비(ZigBee)는 많은 분야에서 다양한 응용 제품을 출시하였다.
센서 노드는 저전력과 저비용을 만족하여야 하기 때문에, 센서 네크워크의 가장 큰 연구 이슈는 에너지 소모이다. 에너지 소모를 줄일 수 있는 기술을 탑재한 센서 노드들이 센서 네크워크에 배포되면 망 전체의 지속 시간(lifetime)을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 에너지 소모를 줄이는 기술은 모든 센서 네크워크에서 적용될 수 있기 때문에 유비쿼터스 시대에 모든 분야에 이용될 수 있는 기술이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 통신 하드웨어가 송신(Tx) 모드에서 수신(Rx) 모드로 전환되는 과정에서 물리적인 시간이 소요됨으로 인해 다른 센서 노드들이 통신 채널의 휴지 여부를 확인하기 위한 불필요한 검사를 수행해야 하는 문제점을 해결하고, 채널이 사용중임을 알리는 메시지를 송신하기 위해 하드웨어 상의 개선이 요구되는 불편함을 해소하며, 궁극적으로 한정된 에너지를 가짐으로 인해 센서 네트워크를 유지하고 데이터를 송수신하기 위한 전력 공급이 제한되는 한계를 극복하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 방법은, 송신자가 데이터를 전송하는 단계; 상기 송신자가 상기 데이터 전송 후 백오프 구간(backoff period)까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드(turnaround) 시간을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 상기 송신자가 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡(busy) 신호를 선택적으로 전송하는 단계; 및 상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 송신자가 수신자로부터 확인(acknowledgement, ACK) 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
상기된 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에서 상기 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 단계는, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 상기 송신자가 상기 혼잡 신호를 전송한다. 또한, 상기된 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 단계는, 채널 휴지 검사(clear channel assessment, CCA)의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 상기 송신자가 자신의 채널 정보를 검사하는 단계를 더 포함하고, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작고 상기 혼잡 제어 계수가 활성화된 경우 상기 송신자가 상기 혼잡 신호를 전송한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 방법은, 송신자 및 수신자가 아닌 노드가 채널 휴지 검사를 수행하는 단계; 상기 노드가 상기 송신자로부터 혼잡 신호를 수신하였는지 여부를 검사하는 단계; 및 상기 채널 휴지 검사 결과 및 상기 혼잡 신호 수신 여부 검사 결과에 따라 상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 노드가 선택적으로 자신의 데이터를 상기 송신자에게 전송하는 단계를 포함한다.
상기된 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에서 상기 혼잡 신호는, 상기 송신자가 상기 자신의 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 생성되어 상기 송신자로부터 전송된다. 또한, 상기된 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에서 상기 노드가 선택적으로 데이터를 상기 송신자에게 전송하는 단계는, 상기 채널이 휴지 상태이고 상기 혼잡 신호가 수신되지 않은 경우에만 상기 노드가 상기 자신의 데이터를 상기 송신자에게 전송한다.
나아가, 이하에서는 상기 기재된 센서 네트워크의 충돌 회피 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 장치는, 송신 모드 및 수신 모드의 2개 전송 모드에 따라 데이터를 송수신하는 통신부; 및 상기 송신 모드에서 데이터를 전송한 후 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 지연 함수(delay function)를 이용하여 상기 잔여 시간만큼 대기하는 제어부를 포함하고, 상기 통신부는 상기 제어부의 비교 결과에 따라 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡 신호를 상기 송신 모드에서 선택적으로 전송하고, 상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 수신 모드로 전환함으로써 상기 데이터의 수신자로부터 확인 신호를 수신한다.
상기된 센서 네트워크의 충돌 회피 장치의 통신부는 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 상기 혼잡 신호를 전송한다. 또한, 상기된 통신부는, 채널 휴지 검사의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 자신의 채널 정보를 검사하고, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작고 상기 혼잡 제어 계수가 활성화된 경우 상기 혼잡 신호를 전송한다.
본 발명은 센서 네트워크를 통해 데이터를 송신함에 있어서 백오프 구간까지의 잔여 시간과 턴어라운드 시간의 비교 결과에 기초한 혼잡 신호를 선택적으로 전송함으로써 센서 노드들의 통신 하드웨어가 송신 모드에서 수신 모드로 전환되는 과정에서 다른 센서 노드들이 불필요한 채널 휴지 검사 없이도 채널의 혼잡 여부를 알 수 있고, 하드웨어 상의 수정 없이 동일한 데이터 포맷만으로도 코디네이터(coordinator) 및 센서 노드 양방향으로 채널의 혼잡 여부를 파악할 수 있으며, 추가적인 채널 휴지 검사의 횟수를 감소시킴으로써 궁극적으로 센서 네트워크를 유지하고 데이터를 송수신하기 위한 전력을 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법이 구현되는 센서 네트워크의 예로서 슬롯 운영 방식의 IEEE 802.15.4을 가정하고, 그에 따른 슈퍼프레임(superframe)의 구조를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 구현되는 센서 네트워크에서 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에 따라 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 방법에 대해 송신자를 중심으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 충돌 회피 방법에서 송신자가 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 방법에 대해 송신자 및 수신자가 아닌 제 3 노드를 중심으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법에서 실패 계수 및 혼잡 제어 계수를 이용하여 채널 정보를 검사하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치에 대해 송신자, 수신자 및 제 3 노드 간의 송/수신 데이터를 중심으로 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 충돌 회피 장치에서 통신부를 중심으로 통신 모드에 따른 수행 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서 실시예들이 구현되는 환경에 대해 개괄적으로 소개하고, 실시예들이 공통적으로 채용하고 있는 기본 아이디어를 제시하고자 한다. 이하에서는 슬롯 운영 방식의(slotted) IEEE 802.15.4 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance)의 실질적인 구현예를 중심으로 기술적 사상을 소개하고 있으나, 이하의 실시예들은 본 발명이 제안하고 있는 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 센서 네트워크 내의 충돌 회피 장치 및 방법에 널리 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법이 구현되는 센서 네트워크의 예로서 슬롯 운영 방식의 IEEE 802.15.4을 가정하고, 그에 따른 슈퍼프레임(superframe)의 구조를 예시한 도면이다. 도 1을 포함하여 이하의 도면들은 2.4GHz(5MHz씩 간격을 가지는 16개의 채널을 의미한다.)를 예시하여 설명하도록 한다.
IEEE 802.15.4 규격의 CSMA/CA 알고리즘에 있어서 비콘(beacon)을 사용하는 슈퍼프레임(superframe) 구조 하의 모든 프레임들은 슬롯 방식의(slotted) CSMA/CA를 사용하며, 비콘을 사용하지 않는 경우 비슬롯 방식의(unslotted) CSMA/CA 알고리즘을 사용하여 전송을 수행한다. 양자 모두 데이터 송/수신을 위한 대기 시간인 백오프 구간(backoff period)을 사용하여 백오프 알고리즘을 수행하게 된다. 백오프 구간은 20 심볼(symbol)로 정의되고, 심볼은 RF 데이터를 구성하는 단위를 의미한다. 이 때, 1 바이트(byte)의 데이터는 2 심볼로 구성되고 1 심볼은 16us이므로, 1바이트는 32us의 시간을 갖는다.
IEEE 802.15.4의 비컨 모드에서 BI(beacon interval)은 활성화(active) 부분(즉, SD(superframe duration)을 의미한다.)과 비활성화(inactive) 부분으로 구분된다. 이러한 구간의 크기는 코디네이터(coordinator)가 비콘 프레임에 BO(beacon order)와 SO(superframe order)의 정보를 이웃 노드들에게 전송하여 조절하게 되며, 이웃 노드들은 비콘을 통하여 슬롯의 동기를 맞추게 된다.
SD는 16개의 타임 슬롯으로 나뉘는데, 이러한 타임 슬롯들은 크게 3개의 영역으로 나뉜다. 비콘 부분(Beacon), 경합 부분(CAP: Contention Access Period), 비경합 부분(CFP:Contention Free period)이 그것이다. CFP를 실현하기 위해서는 GTS(Guaranteed Time Slot) 기술이 이용된다. SD의 16개의 타임 슬롯의 하나를 SlotD(slot duration)라고 하며, 하나의 SlotD는 다시 여러 개의 백오프 구간으로 구성된다. 또한, 이러한 백오프 구간은 여러 개의 심볼로 구성된다. IEEE 802.15.4의 2.4GHz 하드웨어의 경우에는 하나의 백오프 구간이 20개의 심볼을 가지며, 1 심볼은 4비트(bit)로 구성되어 있다. 한편, 백오프 구간의 시작은 BPS(Backoff Period Start)라고 하며, 비컨 모드에서 모든 전송과 CCA(clear channel assessment)는 BPS에서 실행된다. 나아가, IEEE 802.15.4에서 CCA는 10dB 이상 또는 8 심볼 이상이 감지되었을 때 혼잡(busy)이라고 인식한다.
통상적으로 IEEE 802.15.4 규격에서는 CCA(clear channel assessment)를 통해 통신 채널의 휴지 여부를 검사한다. 이를 위해, 슬롯 운영 방식은 센서 네크워크의 코디네이터가 자신의 주변에 위치한 이웃 노드들에게 비컨 프레임을 보내어 슬롯을 동기화하게 된다. 보다 구체적인 슬롯 동기화 과정과 데이터 전송 과정은 다음과 같다.
첫 번째 경우는 코디네이터로부터 센서 노드에 데이터를 전송하는 경우이다. 이 경우 코디네이터는 센서 노드에게 송신할 데이터가 있다는 정보를 비콘 프레임에 실어 보낸다. 센서 노드는 비콘을 주기적으로 기다리고 있다가 비콘 정보를 받으면 시간 슬롯(time slot)을 동기화시키고 MAC 명령(command) 프레임을 이용하여 데이터를 요청한다. 이후 이러한 요청에 응답하여 코디네이터로부터 센서 노드에 대한 데이터 송신이 이루어지고, 데이터를 수신받은 센서 노드는 코디네이터에 ACK(Acknowledgment) 프레임을 전송한다.
두 번째 경우는 센서 노드로부터 코디네이터에 데이터를 전송하는 경우이다. 이 경우 센서 노드는 비콘을 수신하기 위해 대기하게 되고, 비콘이 확인되면 슈퍼프레임 구조의 동기가 일치하게 된다. 이후 슬롯 운영 방식의 CSMA-CA를 이용하여 코디네이터에 데이터를 전송하게 된다. 전송 옵션에 따라 코디네이터는 ACK 프레임을 센서 노드에 전송할 수 있다.
이제 도 2를 참조하여 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우의 두 가지 상황을 살펴보자. 도 2는 본 발명의 실시예들이 구현되는 센서 네트워크에서 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2 및 도 3을 통해 소개되는 영문 약자 Ctx(Data transmission coordinator)는 데이터를 전송할 때의 코디네이터를 나타내고, Crx(Data reception coordinator)는 데이터를 수신할 때의 코디네이터를 나타내고, Dtx(Data transmission device)는 데이터를 전송할 때의 센서 노드를 나타내고, Drx(Data reception device)는 데이터를 수신할 때의 센서 노드를 나타내며, O(Other devices)는 전송자 및 수신자가 아닌 제 3의 노드(즉, 현재의 데이터 송/수신에 관여하지 않는 노드를 의미한다.)를 나타낸다. 또한, 데이터를 송신한 후 다음 백오프 구간의 시작(BPS)까지의 시간 차이를 tr이라고 표기하였다. 한편, 도 2 및 도 3에서의 세로축은 시간의 경과를 의미하며, 시간축은 백오프 구간으로 구분되며, 각각의 장치들(코디네이터, 센서 노드 및 제 3 노드가 포함된다.)의 시간 슬롯은 모두 동기화되어 있다.
도 2에서는 각각 송신자가 수신자에게 데이터를 전송하고, 이에 대한 ACK 프레임을 수신받는다. 이 때, 제 3 노드는 통신 채널을 이용하기 위해 해당 채널이 휴지 상태인지 여부를 검사하는 CCA를 수행하는 상황을 가정하고 있다.
IEEE 802.15.4의 비컨-활성 모드(beacon-enabled mode)와 ACK 옵션이 선택되어 있다면 CSMA-CA 알고리즘에 따라 제 3 노드는 한 번 내지 두 번의 CCA를 수행한다. IEEE 802.15.4는 868MHz, 915MHz 그리고 2.4GHz 대역에서 작동하며 IEEE 802.15.4에서 비컨-활성 모드의 슬롯 방식의 CSMA-CA는 모든 종류의 프레임 전송의 시작과 CCA 실행의 시작은 백오프 구간(backoff period)에서 수행된다. 전송될 데이터의 크기는 가변적이기 때문에 전송이 시작될 백오프 구간의 시작 시점과 다음 백오프 구간의 시작 시점의 차이는 가변적이다. 이 가변적인 시간 차는 하드웨어(RF 모듈이 될 수 있다.)가 전송(Tx) 모드에서 수신(Rx) 모드로 전환하는데 필요한 시간과 관련이 있다. RF 모듈의 모드 전환에 필요한 시간을 턴어라운드 시간(Turnaround Time, TAT)이라고 정의하며, IEEE 802.15.4에서는 12 심볼로 정의하고 있다.
데이터를 전송한 노드를 송신자라고 명명하고, 데이터를 수신한 노드가를 수신자라고 명명할 때, 만약 송신자가 현재 백오프 구간에서 데이터를 보내고 다음 백오프 구간까지 남아 있는 시간이 12 심볼보다 작다면, 수신자가 다음 백오프 구간에서 ACK 신호를 보낸다고 하여도 송신자는 해당 ACK 신호를 수신할 수 없다. 왜냐하면, 송신자의 하드웨어 상의 한계로 인해 Tx 모드에서 Rx 모드로 전환하는데에는 적어도 턴어라운드 시간(이 경우, 12 심볼의 시간이 될 것이다.)이 필요하기 때문이다.
이상의 내용에 기초하여 IEEE 802.15.4 규격 하에서는 다음의 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.
Figure pat00001
수학식 1에서 "tack"은 데이터를 보내고 ACK를 받기까지 걸리는 시간을 의미하고, "a TurnaroundTime"은 턴어라운드 시간을 의미하는 것으로 12 심볼이 될 수 있으며, "a UnitBackoffPeriod"는 백오프 단위를 의미하는 것으로 20 심볼이 될 수 있다. 즉, IEEE 802.15.4에서 수하가식 1은 다음의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1을 참조할 때, 만약 송신자가 데이터를 전송한 후 첫 번째 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 크거나 같은 경우, 송신자는 두 번째 백오프 구간에서 ACK 신호를 수신할 수 있을 것이다. 따라서, 제 3 노드가 두 번째 백오프 구간에서 최초의 CCA를 수행하더라도 채널이 혼랍하다는 사실을 확인할 수 있고, 결과적으로 세 번째 백오프 구간에서 재차 CCA를 수행할 필요가 없다.
도 2의 (a)는 데이터를 송신한 후 다음 백오프 구간(BPS를 의미한다.)까지의 잔여 시간(tr)이 12 심볼보다 크거나 같은 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 데이터를 송신한 송신자가 ACK 신호를 받기 위해서는 하드웨어의 제약으로인해 TX 모드에서 RX 모드로 전환하는 시간이 필요하다. 따라서, tr이 12 심볼보다 크다는 것은 바로 연속하는 다음 BPS에 ACK 신호를 수신할 수 있다는 것을 의미한다. BPS에서는 데이터 및 ACK 신호 전송뿐만 아니라 CCA도 수행되므로, 만약 다음 BPS에서 제 3 노드가 최초의 CCA를 수행한다면 ACK 신호로 인하여 혼잡(BUSY)을 감지하게 된다. 따라서 불필요한 두번째 CCA는 수행되지 않는다.
이에 반해, 만약 송신자가 데이터를 전송한 후 첫 번째 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우, 송신자는 하드웨어 상의 제약으로 인해 연속하는 두 번째 백오프 구간에서는 ACK 신호를 수신할 수 없다. 결과적으로 두 번째 백오프 구간은 채널을 사용하지 않게 되고, 연속하는 세 번째 백오프 구간에서야 비로소 ACK 신호를 수신할 수 있다. 이러한 상황을 가정할 때, 비어있는 두 번째 백오프 구간에서 제 3 노드가 데이터를 전송하려고 한다면, 우선 채널의 휴지 여부를 검사해야 한다. 즉, 제 3 노드가 두 번째 백오프 구간에서 최초의 CCA를 수행한다면 비어있는 채널을 확인할 수 있을 것이다. 그러나, IEEE 802.15.4 규격에 따라 다음의 세 번째 백오프 구간에서 재차 CCA를 수행할 경우 앞서 설명한 바와 같이 수신자로부터 송신자에게 전달되는 ACK 신호로 인해 채널이 혼잡(BUSY)하다는 사실을 확인하게 된다.
도 2의 (b)는 데이터를 송신한 후 다음 백오프 구간까지의 잔여 시간(tr)이 12 심볼보다 작은 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 하드웨어 상의 제약으로 인해 TX 모드에서 RX 모드로 전환하는 시간이 부족하므로 연속하는 다음 BPS에서는 ACK 신호를 수신할 수 없으며, 다시 이에 연속하는 다음의 BPS에서 ACK 신호를 수신하게 된다. 따라서, 제 3 노드들이 전자(ACK 신호를 전송하지 않는 백오프 구간)의 BPS에서 첫 번째 CCA를 수행한다면 채널이 빈 것을 확인하게 되지만, 이에 연속하는 BPS(ACK 신호를 전송하는 백오프 구간)에 두 번째 CCA를 수행하면, ACK 신호로 인하여 채널의 혼잡을 감지할 수 있다. 이상과 같은 경우, 두 번째의 CCA는 결과적으로 불필요함에도 불구하고 충돌을 방지하기 위해 수행되는 비효율적인 CCA에 해당한다.
한편, IEEE 802.15.4에서 RF 모듈의 상태에 따른 노드의 에너지 소모 예측은 다음의 표 1과 같다.
상태 에너지
Sleep Power (ESleep) 0.06 mW
CCA Power (ECCA) 51 mW
Transmit Power (ETx) 59.1 mW
Receive Power (ERx) 52.2 mW
Idle Power (EI) 2.7 mW
표 1에서 볼 수 있듯이, CCA 수행 시 소모되는 에너지량은 에너지의 제약이 존재하는 센서 네트워크에서 반드시 감소되어야 할 대상임을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 불필요한 CCA를 수행하지 않음으로써 센서 네트워크의 가용 에너지를 증가시키고자 한다. 이를 위해 이하에서 기술될 본 발명의 실시예들은 최초의 CCA 단계에서 현재 채널이 휴지 상태이지만 결국 다음 백오프 구간에서는 해당 채널을 사용할 것이 자명하다고 판단된다면, 제 3 노드로 하여금 두 번째 CCA를 수행하지 않도록 함으로써 센서 네트워크의 에너지를 절약한다. 도 3을 통해 이러한 아이디어를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에 따라 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 송신자가 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간인 tr이 턴어라운드 시간인 12 심볼보다 작은 경우를 가정하고 있다.
앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이 제 3 노드가 불필요한 두 번째 CCA를 수행하는 것을 막기 위해 송신자는 데이터를 전송한 직후의 BPS(310)에 해당 채널이 다음 BPS(320)에서 사용될 예정임을 알리는 특별한 신호를 제 3 노드에 전송한다. 이러한 특별한 신호를 nBC(notifyBusyChannel)라고 명명하자. 이러한 nBC 신호는 8 심볼의 0을 갖는 것이 바람직하나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 구현상의 필요에 따라 얼마든지 신호의 구성을 유연하게 변경할 수 있을 것이다.
이제 송신자가 데이터를 전송한 직후의 BPS(310)에서의 nBC로 인해 채널이 혼잡(BUSY)함을 알리게 되므로, 제 3 노드가 동일하나 시점(310)에 첫 번째 CCA를 수행할 경우, 다음 백오프 구간에 ACK 신호가 해당 채널을 사용할 것임을 알 수 있다. 결과적으로 그 다음의 BPS(320)에 제 3 노드는 불필요한 두 번째 CCA를 수행하지 않는다. 나아가, 데이터를 수신받는 수신자뿐만 아니라 센서 네트워크 내에 배포된 기존의 IEEE 802.15.4용 노드들은 데이터 포맷에 어떠한 변경도 없으므로 추가적인 방법 없이도 수신받은 데이터를 통상적인 규격에 따라 해석할 수 있다.
이하에서, 관련 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명한다. 도면들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 지칭한다. 또한, 이하의 실시예들은 IEEE 802.15.4가 활용되고 있는 어떠한 분야에서도 적용 가능한 기술일뿐만 아니라, CSMA-CA 알고리즘이 적용된 무선 통신 장비의 모든 분야에서 채널 혼잡을 막기 위한 방법으로 응용될 수 있다. 나아가, 본 실시예들에서 송신자는 코디네이터(coordinator) 또는 센서 노드(sensor node)에 구애받지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 방법에 대해 송신자를 중심으로 도시한 흐름도로서 다음과 같은 단계들을 포함한다.
410 단계에서 송신자는 데이터를 수신자에게 전송한다.
420 단계에서 송신자는 410 단계의 데이터 전송 후 백오프 구간(backoff period)까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드(turnaround) 시간을 비교한다.
430 단계에서는 420 단계의 비교 결과에 따라 송신자가 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡(busy) 신호를 선택적으로 전송한다. 이러한 혼잡 신호는 앞서 소개한 nBC 신호로서, 제 3 노드에 의해 수신됨으로써 채널의 혼잡 상태를 확인하는데 이용된다. 도 5를 참조하여 선택적 전송 과정을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 충돌 회피 방법에서 송신자가 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도로서, 직전의 잔여 시간 tr과 턴어라운드 시간을 비교하는 A 단계(320)에 계속하여 설명하도록 한다.
우선, 431 단계에서 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은지 여부를 검사한다. 검사 결과가 긍정인 경우는 432 단계로 진행하고, 부정인 경우는 통상적인 절차에 따른 440 단계로 진행한다.
432 단계에서 송신자는 채널 휴지 검사(clear channel assessment, CCA)의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 자신의 채널 정보를 검사한다. 이러한 채널 정보의 검사는 송신자가 nBC 신호를 송신하기 전에 미리 파악하여야 할 조건에 해당한다. 보다 구체적인 검사 방법은 이후에 도 7을 통해 자세히 설명한다.
432 단계를 통해 혼잡 제어 플래그가 설정되어 있다면 송신자는 433 단계로 진행하여 혼잡 신호(nBC)를 전송한다. nBC 신호는 0으로 구성된 1~8 심볼을 갖는 신호 데이터로서, 그 크기는 CCA를 수행하는 하드웨어의 성능에 따라 달라질 수 있다.
반면, 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 크거나 같은 경우 440 단계에서 송신자는 턴어라운드 시간만큼 대기한 후 수신자로부터 확인(acknowledgement, ACK) 신호를 수신함으로써 데이터 전송이 종료된다. 물론 433 단계에서 송신자가 혼잡 신호를 전송한 이후에도 440 단계로 진입하므로, 턴어라운드 시간이 경과한 후에 수신자로부터 확인 신호를 수신할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예를 통해 센서 네트워크는 채널의 혼잡 여부를 미리 검사하여 nBC 신호를 전송함으로써 비효율적인 두 번째 CCA가 발생하는 경우를 막을 수 있다. 또한, 혼잡이 발생하지 않을 경우에는 통상적인 CSMA-CA 기법으로 채널을 운용한다.
한편, 본 발명의 실시예는 송신자가 비컨-활성 여부(beacon-enabled mode)와 확인 신호 사용 여부(ACK option)를 미리 검사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 비컨이 비활성화된 경우이거나 확인 신호를 사용하지 않는 경우라면 이러한 두 번째 CCA가 수행되지 않기 때문이다. 이상의 과정을 통해 송신자는 비컨-활성 여부 및 확인 신호 사용 여부가 모두 설정된 경우에만 잔여 시간과 턴어라운드 시간을 비교한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 방법에 대해 송신자 및 수신자가 아닌 제 3 노드를 중심으로 도시한 흐름도로서 앞서 설명한 도 4의 수행 단계에 대응하는 단계들을 포함한다.
610 단계에서 송신자 및 수신자가 아닌 제 3 노드가 채널 휴지 검사(CCA)를 수행한다.
620 단계에서 제 3 노드는 610 단계의 채널 휴지 검사에 따라 송신자로부터 혼잡 신호를 수신하였는지 여부를 검사한다. 이러한 혼잡 신호는, 송신자가 자신의 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 잔여 시간이 턴어라운드 시간보다 작은 경우 생성되어 송신자로부터 전송된 신호이다.
630 단계에서 혼잡 신호가 수신되었다면 해당 채널이 현재 사용중이거나 사용이 예정되어 있는 경우에 해당하므로 제 3 노드는 아무런 동작을 수행하지 않는다. 반면, 혼잡 신호가 수신되지 않았다면 640 단계로 진행하여 턴어라운드 시간이 경과한 후 제 3 노드가 자신의 데이터를 송신자에게 전송한다. 즉, 후자의 경우는 해당 채널이 휴지(idle) 상태에 있다는 것을 의미하므로 제 3 노드는 해당 채널을 자유롭게 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법에서 실패 계수 및 혼잡 제어 계수를 이용하여 채널 정보를 검사하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도로서, 통상적인 CSMA/CA의 흐름도와 차별화되는 요소들을 중심으로 설명하도록 한다. 도 7을 통해 표시된 채널 접근 제어를 위한 변수들은 다음과 같다. NB(Number of Backoff)는 한 프레임의 전송 동안 백오프 시도의 횟수를 의미하고, BE(Backoff Expnent)는 전송 시도 전에 랜덤 백오프 구간을 생성하기 위한 백오프 지수를 나타내며, CW(Contention windows length)는 랜덤 백오프 구간 후 CCA를 위한 계수(counter)이다. 즉, 프레임 전송 시작 전에 채널 사용이 가능한지 여부를 확인하기 위한 슬롯 수를 나타낸다. 또한, 도 7에 제안된 본 발명의 실시예에는 CFC(CCA Failure Counter) 및 CCC(Channel Congestion Control) 플래그를 새롭게 추가한다. CFC는 노드 자신이 CCA 수행할 때 실패한 횟수를 기록하는 계수이고, CCC는 채널 혼잡 제어가 필요한지 아닌지를 결정하는 플래그이다. maxCCC 상수는 관리자가 0보다 큰 상수를 설정함으로써, CFC가 maxCCC는 보다 클 때 nBC 신호를 전송한다. 비슬롯 방식의 CSMA/CA에 관해서는 본 발명의 핵심을 흐리게 되므로 여기서는 설명을 생략한다.
슬롯 방식의 CSMA/CA에서 MAC 부 계층은 710 단계에서 NB, CW, CFC, CCC의 값을 초기화시키고, 720 단계를 통해 배터리 수명 연장(battery life extension)의 사용 여부를 결정한 후, 백오프 구간의 시작을 찾게 된다. 그런 다음, 730 단계에서 0~2BE-1 의 범위 사이에서 결정된 백오프 구간의 랜덤 슬롯 수만큼 지연시킨다.
이제, 740 단계에서 물리 계층에 CCA를 요청한다. CCA 결과를 통해 채널의 휴지 여부가 판단되면, 채널의 혼잡을 파악하기 위한 CFC와 CCC를 이용한 검사를 실시한다. 도 7에서 CCA 이후의 단계를 전체적으로 살펴보면 본 실시예는 CCA의 수행 실패시(채널이 혼잡 상태일 때를 의미한다.) CFC를 증가시키고, 성공시(채널이 휴지 상태일 때를 의미한다.) CFC를 감소시킨다. 단, CFC의 값은 음수가 될 수 없다. 왜냐하면, CFC가 음수라면 센서 네트워크의 상태가 양호하기 때문에 혼잡 제어를 할 필요가 없기 때문이다. 또한, CCA가 계속 실패할 경우, CFC의 값이 무한대로 증가할 우려가 존재한다. 따라서, CFC가 표현 범위 이상으로 증가한 경우, CFC 계수를 다시 0으로 초기화시키는 것이 바람직하다.
750 단계에서는 관리자가 미리 설정해 둔 maxCCC와 CFC 값을 비교하고, CFC가 더 크다면 760 단계로 진행하여 혼잡 제어를 위한 플래그 CCC를 설정한다.
770 단계에서는 현재 송신하려고 하는 프레임이 데이터 프레임이고, 해당 프레임에 대한 잔여 시간 tr이 12 심볼보다 작고, ACK 옵션이 설정되어 있으며, CCC 값이 1을 만족할 경우, 780 단계로 진행하여, nBC 신호를 전송한다. 반면, 이러하나 조건을 만족하지 못할 경우 780 단계를 생략하고 통상적인 IEEE 802.15.4 규격에 따라 데이터 프레임을 전송한다. 마지막으로, 데이터 전송이 완료되면 790 단계에서 CFC를 절반으로 감소시킨다.
이상의 알고리즘에서, CCA의 실패율은 채널의 혼잡도에 해당한다. 본 실시예에서 센서 네트워크 상태의 혼잡도를 산출하는 CFC 카운터를 증가시킴에 있어서는 1씩 증가시키고, 데이터의 전송 후에는 1/2씩 감소시킴으로써 무분별한 nBC 신호로 인한 에너지 낭비를 막고자 한다. 요약하건대, CCA의 결과가 혼잡인 경우 실패 계수 CFC를 1씩 증가시키고, 송신자가 데이터를 성공적으로 전송한 경우 실패 계수 CFC를 절반으로 감소시킨다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치에 대해 송신자(10), 수신자(20) 및 제 3 노드(30) 간의 송/수신 데이터를 중심으로 도시한 블록도로서, 송신자(10)의 구성 요소를 중심으로 도시하였다. 이러한 송신자(10)는 크게 통신부(11) 및 제어부(12)를 포함한다.
통신부(11)는 송신(TX) 모드 및 수신(RX) 모드의 2개 전송 모드에 따라 데이터를 송수신하는데, 수신자(20)에게 데이터를 전송하고 ACK 신호를 수신하며, 제 3 노드(30)에게는 혼잡(busy) 신호를 전송한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 통신부(11)를 구현하기 위해 CC2420와 같은 RF 모듈이 활용될 수 있음을 알 수 있다. 통신부(11) 물리적인 구성에 대해서는 본 발명의 본질을 흐리게 되므로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
제어부(12)는 송신 모드에서 데이터를 전송한 후, 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 지연 함수(delay function)를 이용하여 잔여 시간만큼 대기한다.
이 때, 통신부(11)는 제어부(12)의 비교 결과에 따라 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡 신호를 송신 모드에서 제 3 노드(30)에 선택적으로 전송하고, 턴어라운드 시간이 경과한 후 수신 모드로 전환함으로써 데이터의 수신자(20)로부터 확인 신호를 수신한다. 또한, 통신부(11)는 채널 휴지 검사의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 자신의 채널 정보를 검사하고, 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작고 혼잡 제어 계수가 활성화된 경우 혼잡 신호를 전송한다.
한편, 제어부(12)는 비컨-활성 여부와 확인 신호 사용 여부를 미리 검사하고, 비컨-활성 여부 및 확인 신호 사용 여부가 모두 설정된 경우 잔여 시간과 턴어라운드 시간을 비교함으로써 혼잡 신호를 전송할지 여부를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 제어부(12)를 구현하기 위해 Atmega 128L와 같은 MCU(micro controller unit)가 활용될 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 충돌 회피 장치에서 통신부를 중심으로 통신 모드에 따른 수행 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도로서, CC2420의 RF 컨트롤 상태를 예시한 도면이다. 이하에서는 nBC를 활용하여 충돌을 회피하는 방법을 중심으로 도 9를 설명하도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이 데이터를 송신하려는 센서 노드는 데이터의 크기를 이미 알고 있기 때문에 잔여 시간 tr이 12 심볼보다 작은지 여부를 알 수 있다. 또한, ACK 옵션이 설정되어 있는지 여부도 이미 알 수 있다. 따라서, 920 단계에서 CCC 상태는 혼잡 제어를 통하여 얻어진 결과를 통하여 nBC 신호를 보낼지 아닌지 여부를 결정한다.
만약, CFC 값이 maxCCC보다 크거나 같다면, 930 단계로 진행하여 GAP HOLD 상태가 된다. GAP HOLD 상태는 데이터 크기를 알고 있기 때문에 다음 BPS까지의 잔여 시간(tr 심볼)을 계산한 후, 지연 함수(delay function)를 이용하여 해당 시간동안 지연된다.
지연 시간이 경과하면, 940 단계로 진행하여 TX nBC 상태에서 8 심볼의 0을 전송한다. 즉, 910 단계의 TX FRAME 상태에서 RF 모듈은 TX 모드를 유지하게 되고, 930 단계의 GAP HOLD 상태에서도 RX 모드로 전환하지 않고 있다가, TX nBC 상태에서 비로소 nBC 신호를 보낸 이후에 RX로 전환되게 된다. 이상과 같은 상태 변화를 통해 RF 모듈의 전환(TX 모드로부터 RX 모드로의 전환을 의미한다.)에 필요한 시간인 TAT을 만족한다. 따라서, 이상과 같은 도 9의 흐름도를 통해 본 발명의 실시예들이 하드웨어에 기반하여서도 유연하게 구현될 수 있음을 확인할 수 있다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면 센서 노드들의 통신 하드웨어가 송신 모드에서 수신 모드로 전환되는 과정에서 다른 센서 노드들이 불필요한 채널 휴지 검사 없이도 채널의 혼잡 여부를 알 수 있고, 하드웨어 상의 수정 없이 동일한 데이터 포맷만으로도 코디네이터(coordinator) 및 센서 노드 양방향으로 채널의 혼잡 여부를 파악할 수 있으며, 추가적인 채널 휴지 검사의 횟수를 감소시킴으로써 궁극적으로 센서 네트워크를 유지하고 데이터를 송수신하기 위한 전력을 절약할 수 있다. 특히, 데이터 포맷을 수정하지 않기 때문에 현재 사용되고 있는 센서 네트워크의 센서 노드들과 이상의 실시예들이 적용된 센서 노드들과의 호환성은 문제되지 않는다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 송신자
11 : 통신부 12 : 제어부
20 : 수신자 30 : 제 3 노드

Claims (18)

  1. 소정 규격에 따르는 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에 있어서,
    송신자가 데이터를 전송하는 단계;
    상기 송신자가 상기 데이터 전송 후 백오프 구간(backoff period)까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드(turnaround) 시간을 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라 상기 송신자가 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡(busy) 신호를 선택적으로 전송하는 단계; 및
    상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 송신자가 수신자로부터 확인(acknowledgement, ACK) 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 단계는, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 상기 송신자가 상기 혼잡 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 단계는,
    채널 휴지 검사(clear channel assessment, CCA)의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 상기 송신자가 자신의 채널 정보를 검사하는 단계를 더 포함하고,
    상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작고 상기 혼잡 제어 계수가 활성화된 경우 상기 송신자가 상기 혼잡 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 채널 휴지 검사 결과가 혼잡인 경우 상기 실패 계수를 1씩 증가시키고, 상기 송신자가 데이터를 성공적으로 전송한 경우 상기 실패 계수를 절반으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼잡 신호를 선택적으로 전송하는 단계는, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 크거나 같은 경우 상기 송신자가 상기 턴어라운드 시간만큼 대기하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신자가 비컨-활성 여부(beacon-enabled mode)와 확인 신호 사용 여부(ACK option)를 미리 검사하는 단계를 더 포함하고,
    상기 비컨-활성 여부 및 확인 신호 사용 여부가 모두 설정된 경우 상기 잔여 시간과 상기 턴어라운드 시간을 비교하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신자는 코디네이터(coordinator) 또는 센서 노드(sensor node) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 규격은 슬롯 운영 방식의(slotted) IEEE 802.15.4 규격인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 소정 규격에 따르는 센서 네트워크의 충돌 회피 방법에 있어서,
    송신자 및 수신자가 아닌 노드가 채널 휴지 검사를 수행하는 단계;
    상기 노드가 상기 송신자로부터 혼잡 신호를 수신하였는지 여부를 검사하는 단계; 및
    상기 채널 휴지 검사 결과 및 상기 혼잡 신호 수신 여부 검사 결과에 따라 상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 노드가 선택적으로 자신의 데이터를 상기 송신자에게 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼잡 신호는, 상기 송신자가 상기 자신의 데이터 전송 후 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 생성되어 상기 송신자로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 노드가 선택적으로 데이터를 상기 송신자에게 전송하는 단계는, 상기 채널이 휴지 상태이고 상기 혼잡 신호가 수신되지 않은 경우에만 상기 노드가 상기 자신의 데이터를 상기 송신자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 규격은 슬롯 운영 방식의 IEEE 802.15.4 규격인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 소정 규격에 따르는 센서 네트워크의 충돌 회피 장치에 있어서,
    송신 모드 및 수신 모드의 2개 전송 모드에 따라 데이터를 송수신하는 통신부; 및
    상기 송신 모드에서 데이터를 전송한 후 백오프 구간까지의 잔여 시간과 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 필요한 시간인 턴어라운드 시간을 비교하고, 지연 함수(delay function)를 이용하여 상기 잔여 시간만큼 대기하는 제어부를 포함하고,
    상기 통신부는 상기 제어부의 비교 결과에 따라 채널이 사용중임을 나타내는 혼잡 신호를 상기 송신 모드에서 선택적으로 전송하고, 상기 턴어라운드 시간이 경과한 후 상기 수신 모드로 전환함으로써 상기 데이터의 수신자로부터 확인 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작은 경우 상기 혼잡 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    채널 휴지 검사의 실패 횟수를 나타내는 실패 계수 및 채널의 혼잡 여부를 나타내는 혼잡 제어 계수를 이용하여 자신의 채널 정보를 검사하고,
    상기 잔여 시간이 상기 턴어라운드 시간보다 작고 상기 혼잡 제어 계수가 활성화된 경우 상기 혼잡 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    비컨-활성 여부와 확인 신호 사용 여부를 미리 검사하고,
    상기 비컨-활성 여부 및 확인 신호 사용 여부가 모두 설정된 경우 상기 잔여 시간과 상기 턴어라운드 시간을 비교함으로써 상기 혼잡 신호를 전송할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 소정 규격은 슬롯 운영 방식의 IEEE 802.15.4 규격인 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020110021841A 2011-03-11 2011-03-11 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법 KR101214790B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110021841A KR101214790B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법
US13/414,978 US9008111B2 (en) 2011-03-11 2012-03-08 Method and apparatus for collision avoidance in sensor network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110021841A KR101214790B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120103895A true KR20120103895A (ko) 2012-09-20
KR101214790B1 KR101214790B1 (ko) 2012-12-24

Family

ID=46795517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110021841A KR101214790B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9008111B2 (ko)
KR (1) KR101214790B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531094B1 (ko) * 2013-08-12 2015-06-24 삼성전기주식회사 Csma 방식의 패킷 프레임 전송 방법 및 csma 통신 단말장치
KR20160066023A (ko) * 2013-10-04 2016-06-09 퀄컴 인코포레이티드 비허가된 무선 주파수 스펙트럼 대역에서 클리어 채널을 평가하기 위한 기법들

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120057713A (ko) * 2010-08-20 2012-06-07 삼성전자주식회사 이동통신 시스템의 드라이브 테스트 제어장치 및 방법
KR20130022038A (ko) * 2011-08-24 2013-03-06 한국전자통신연구원 무선 네트워크에서 충돌 회피 방법 및 장치
CN102883461B (zh) * 2012-09-21 2016-06-08 华为技术有限公司 信道接入的方法和节点
US9450708B2 (en) * 2013-04-05 2016-09-20 Texas Instruments Incorporated System and method for avoiding hidden node collisions in a communication network
US9730218B2 (en) * 2013-11-01 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Systems and methods for group access to the wireless medium of a wireless network
US10104565B2 (en) * 2013-12-13 2018-10-16 Qualcomm Incorporated CSI feedback in LTE/LTE-advanced systems with unlicensed spectrum
KR102191761B1 (ko) * 2013-12-17 2020-12-16 한국전자통신연구원 저전력 무선 센서 통신을 위한 재전송 장치 및 방법
US10499421B2 (en) * 2014-03-21 2019-12-03 Qualcomm Incorporated Techniques for configuring preamble and overhead signals for transmissions in an unlicensed radio frequency spectrum band
US9813931B2 (en) * 2014-07-29 2017-11-07 University Of Ottawa Adaptive packet preamble adjustment
US10433332B2 (en) * 2014-11-04 2019-10-01 Lg Electronics Inc. Method for transmitting uplink in unlicensed band and device using same
CN109561401B (zh) * 2014-12-31 2020-03-10 华为技术有限公司 在使用非授权频段的小区中传输参考信号的方法及设备
US10485025B2 (en) * 2015-04-02 2019-11-19 Sharp Kabushiki Kaisha Systems and methods for performing channel sensing for license assisted access
WO2017030486A1 (en) 2015-08-14 2017-02-23 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Channel access configuration
US10694545B2 (en) 2015-11-06 2020-06-23 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Communication device
EP3386260B1 (en) * 2015-12-28 2020-10-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Method, apparatus and system for sending and receiving information
US20170231002A1 (en) * 2016-02-04 2017-08-10 Ofinno Technologies, Llc Random access procedure in a wireless network
US10820349B2 (en) 2018-12-20 2020-10-27 Autonomous Roadway Intelligence, Llc Wireless message collision avoidance with high throughput
US10939471B2 (en) 2019-06-13 2021-03-02 David E. Newman Managed transmission of wireless DAT messages
US10820182B1 (en) 2019-06-13 2020-10-27 David E. Newman Wireless protocols for emergency message transmission

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6208627B1 (en) * 1997-12-10 2001-03-27 Xircom, Inc. Signaling and protocol for communication system with wireless trunk
US7403539B1 (en) * 2002-10-09 2008-07-22 Marvell International Ltd. Clear channel assessment in wireless communications
US7397785B2 (en) * 2003-05-28 2008-07-08 Nokia Corporation Method for enhancing fairness and performance in a multihop ad hoc network and corresponding system
US7680150B2 (en) * 2004-04-13 2010-03-16 Texas Instruments Incorporated Virtual clear channel avoidance (CCA) mechanism for wireless communications
US20080144493A1 (en) * 2004-06-30 2008-06-19 Chi-Hsiang Yeh Method of interference management for interference/collision prevention/avoidance and spatial reuse enhancement
KR100643323B1 (ko) * 2005-02-03 2006-11-10 삼성전자주식회사 지그비 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 그 방법을사용하는 코디네이터 및 디바이스
KR100727897B1 (ko) * 2006-06-30 2007-06-14 삼성전자주식회사 와이어리스 개인 통신망에 위치한 디바이스 간의 접속 설정방법
WO2008087465A1 (en) * 2007-01-15 2008-07-24 Nokia Corporation A method of transmitting between two nodes
JP5252490B2 (ja) 2008-08-04 2013-07-31 独立行政法人情報通信研究機構 無線パケット通信方法及びシステム
US8031744B2 (en) * 2009-03-16 2011-10-04 Microsoft Corporation Full-duplex wireless communications
US9113476B2 (en) * 2009-05-12 2015-08-18 Datalogic Scanning Group S.R.L. Method to perform a wireless communication in a data collection system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101531094B1 (ko) * 2013-08-12 2015-06-24 삼성전기주식회사 Csma 방식의 패킷 프레임 전송 방법 및 csma 통신 단말장치
KR20160066023A (ko) * 2013-10-04 2016-06-09 퀄컴 인코포레이티드 비허가된 무선 주파수 스펙트럼 대역에서 클리어 채널을 평가하기 위한 기법들

Also Published As

Publication number Publication date
KR101214790B1 (ko) 2012-12-24
US20120230205A1 (en) 2012-09-13
US9008111B2 (en) 2015-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101214790B1 (ko) 센서 네트워크에서 충돌을 회피하는 장치 및 방법
US9220114B2 (en) Method and apparatus for restricting channel access to a wireless station operating in accordance with a power saving scheme
KR100457537B1 (ko) 애드-혹 네트워크에서의 전력 소모 감소 장치 및 방법
US8588119B2 (en) Asynchronous low-power multi-channel media access control
US9439142B2 (en) Power saving for low latency deterministic networks in wireless personal area networks
US7639661B2 (en) Radio communication system, radio communication apparatus, radio communication method, and computer program
KR101749064B1 (ko) 양방향 이벤트 검출을 지원하는 센서 네트워크의 이벤트 전송 방법 및 장치
US9191889B2 (en) Slot-based power save improvement
WO2010025680A1 (zh) 数据传输方法、网络设备及通信系统
EP3528585B1 (en) Frame transmission method, apparatus, and system
KR20110066525A (ko) 웨이크업 온 디멘드 장치 및 방법, 이를 이용한 센서 디바이스 및 방법
JP5174624B2 (ja) 無線通信システム、無線通信端末および無線基地局
US10070386B2 (en) Device for wireless network and computer readable recording medium including communication method thereof
US20100240319A1 (en) Radio system, transmitter, and receiver
US8559366B2 (en) Method of communication, emitter and receiver stations and associated computer programs
JP5152187B2 (ja) 無線通信システム及びその節電方法
WO2013085269A1 (ko) 채널 스위칭 정보 전송 방법 및 장치
US7593745B2 (en) Method for operating wireless local area network cards in a power-saving mode
EP2105037B1 (en) System, method and apparatus employing tone and/or tone patterns to indicate the message type in wireless sensor networks
CN116210341A (zh) 用于管理侧行传输的方法和设备
US20050036473A1 (en) Method and apparatus for transmitting a beacon and communicating a frame
KR101155049B1 (ko) 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피 방식에서의 충돌 회피 방법
EP4035312B1 (en) Communication method and apparatus
WO2024164971A1 (zh) 一种通信方法及装置
Shaik et al. Removal of IEEE 802.15. 4 MAC Unrelaibility Problem in Hardware

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee