KR20120119616A - 추가적인 더미 데이터 송신을 이용한 센서노드의 소비전력 최소화 무선 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티홉 USN 센서노드 장치의 소비전력 최소화를 위해 무선송수신칩에 관계없어 임의의 슬립주기를 갖는 안정적인 송수신을 위한 무선송수신기 제어 방법으로, 송신시 프리엠블 이외에 별도의 더미 데이터를 프리엠블 이전에 송신하여 무선 송수신기가 지원하지 않는 장시간의 슬립주기를 사용할 수 있도록 하는 기법으로, 수집하는 센서 특성에 부합하는 최장의 슬립주기를 적용할 수 있어 소비전력을 최소화할 수 있는 기법이다.

Description

추가적인 더미 데이터 송신을 이용한 센서노드의 소비전력 최소화 무선 제어 방법 { Radio activation control with dummy data header to minimize power consumption in ubiquitous sensor network }

본 발명은 USN( Ubiquitous Sensor Network )기반의 다중 홉 무선 센서 네트워크 노드장치의 소비전력을 줄이는 기법에 관한 것으로, 무선 송출시 무의미한 패킷을 추가로 발생하여 무선송출 패킷 생성에 제약이 있는 무선칩을 사용한 장치의 경우에도 충분히 긴 시간의 슬립 주기를 갖는 통신이 가능하도록 하는 기술이다.

USN( Ubiquitous Sensor Network )은 MOTE라고 불리는 매우 작은 규모의 센서노드 장치를 통해 일정 범위의 네트워크를 형성하고 센서들의 정보를 수집하는 방식으로 구동된다. 센서의 종류를 응용 분야에 따라 변경하면 온도측정, 풍속측정 등 환경감시나, 수질오염의 측정, 생산 프로세스 관리, 토질 분석 등 매우 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다. 이렇게 다양한 응용 분야에 적용하기 위하여서 센서노드 장치는 소형 배터리로 수 개월 이상 구동되는 저 소비전력의 구조를 갖추어야 한다. 센서 노드 장치의 대부분의 전력소비는 무선송수신에서 발생하며, USN 에 많이 사용되는 운영체계인 TinyOS 2.x 이상에서는 LPL( Low Power Listening ) 이라는 저전력 무선 송수신 기법이 사용된다. LPL은 무선 송수신 칩을 적당히 ON/OFF제어를 함으로써 소비전력을 줄이는 방식이다. 일정시간 무선장치를 OFF하고 자신이 송신해야 할 경우 ON하여 출력하며, 자신이 수신해야 할 정보가 있는지는 일정 시간의 슬립주기 마다 ON하여 확인하는 방식이다. Tiny OS 에서 사용하고 있는 BMAC방식은 슬립 주기 동아 무선 송수신기를 OFF 상태를 유지하고, 이후 무선장치를 ON하여 수신신호가 있는지 확인하고 있으면 수신모드로 동작하지만 수신 신호가 없다면 OFF 상태로 천이하는 방식을 사용한다. 이때 타 노드에서 송신한 신호를 정확하게 수신하기 위해 송신시 상대방의 슬립주기보다 더 긴 시간 동안 프리엠블을 송신한다. 이때, 소비전력을 줄이기 위해서는 슬립시간을 최대한 늘려야 하며, 전송하는 센싱정보의 특성에 맞는 최장의 슬립시간을 유지하는 것이 소비전력을 최소화 하는 방법이다.

USN에 적용하는 센서노드 장치의 소비전력을 최소화하기 위해서는 수집하는 센서의 정보의 특성에 적합한 수준에서 가능한 최장의 슬립주기를 가져야 하며, 경우에 따라 수초의 장시간의 슬립주기를 적용할 필요가 있다. 그러나, USN에 사용되는 무선 송수신칩은 경우에 따라 이러한 장시간의 프리엠블을 지원하지는 않아 수초의 장시간 슬립주기의 LPL을 적용하기가 힘든 경우가 많다.

본 발명은 임의로 프리엠블의 길이를 조절하지 못하는 무선송수신칩이 적용된 센서노드 장치에서도 원하는 시간의 슬립주기를 적용할 수 있도록 수신과 송신을 제어하는 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 제시하는 무선 송수신 제어 방법은 무선 송수신 칩에서 지원하지 않는 긴 프리엠블이 필요한 경우 짧으면서 의미가 없는 더미데이터를 짧은 송신 주기로 송출하며 수신 활성화 주기 동안 데이터의 수신이 확인되면 짧은 송신 주기 이상 무선 수신기를 ON 상태로 유지하여 데이터를 수신할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에서 제시한 기법을 사용하였을 경우 센서 노드장치들이 무선 중계역할을 하는 멀티홉 구조의 네트워크에서도 정확한 시간 동기 없이 적용하는 무선송수신칩에 상관하지 않고 비동기적으로 원하는 시간의 슬립주기를 갖는 LPL을 운영하여, 장시간의 슬립주기를 가질 수 있어 소비전력을 최소화 할 수 있다.

도1은 일반적인 BMAC의 무선장치 슬립주기의 운영과 송신 측의 프리엠블 길이의 관계를 나타내는 도면이다.
도2는 송신 프리엠블의 길이가 제한되어 있는 무선송수신칩에서 장시간의 슬립주기로 운영할 경우 발생하는 수신실패의 예이다.
도3은 본 발명에서 제안하는 기법을 사용하여 전송하는 방식을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시 예에 대해 상세히 살펴보도록 한다. 도1은 일반적인 BMAC 방식의 무선수신기의 ON/FF 제어(11)와 이를 위하여 송신측에서 신호를 전송 할 때 슬립주기보다 긴 프리엠블(12)로 데이터(13)의 손실 없이 신호가 전송됨을 나타내는 도면이다. 수신 측에서는 일정시간 간격으로 무선 수신데이터가 있는지 확인하고 데이터가 있을 경우 수신을 하도록 하는데, 프리엠블의 길이가 슬립주기보다 길어 언제나 프리엠블 전송구간에서 무선 수신이 개시되고 뒤이어 전송되는 데이터를 올바르게 수신할 수 있다.

반면, 도2에서 보면 슬립주기(21)가 늘어나 무선송수신칩에서 제공하는 송신프리엠블의 길이(22)보다 더 길어질 경우 무선 수신기는 슬립주기 사이에 전송되는 송신신호를 받을 수 없어 데이터의 전송 손실을 가져오게 된다.

도3은 본 발명에서 제시하는 방법에 따른 송신제어를 사용하는 데이터 전송의 예시를 나타낸 것으로 수신 슬립주기(31)가 길어 무선 칩에서 제공하는 프리엠블로 슬립주기를 지원하지 못할 경우 짧은 주기의 의미 없는 더미 데이터(32)를 전송하여 수신기가 이를 언제나 감지하여 데이터를 손실 없이 수신할 수 있도록 한다. 이를 위해 더미데이터와 더미데이터 전송 사이의 휴지구간은 무선 수신기의 웨이이크업시간보다 짧은 조건을 유지하도록 최소화하여야 하며, 더미 데이터를 포함한 확장 프리엠블 전송 시간은 슬립주기보다 길어야 하는 조건을 만족해야 한다.

USN : Ubiquitous Sensor Network
LPL : Low Power Listening

Claims (1)

1. USN 센서노드의 소비전력 최소화를 위해 추가적인 더미 데이터 송신을 이용한 무선송수신기 슬립제어 방법

Images