KR20120138341A - 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

복수의 디바이스 노드와, 이 복수의 디바이스 노드로부터 전송된 데이터를 수신하는 클러스터 노드와, 단위 클러스터 영역을 커버하도록 복수의 클러스터 노드와 1홉 연결되고, 복수의 클러스터 노드로부터 전송된 상기 데이터를 취합하여 전송하는 클러스터 헤드 노드와, 이 클러스터 헤드 노드로부터 전송된 취합 데이터를 수신하여 전송하는 인프라 노드와, 이 인프라 노드로부터 전송된 상기 취합 데이터를 수신하는 싱크 노드를 포함하고, 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 디바이스 노드로부터의 데이터를 싱크 노드 측으로 전달함으로써 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 노드들의 데이터를 효율적으로 전송할 수 있고 데이터 전송의 실패 확률을 줄일 수 있으며, 에너지 소비를 최소화할 수 있는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템을 개시한다.

Description

무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템{AD-HOC COMMUNICATION SYSTEM IN THE WIRELESS NETWORK}
본 발명은 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자 단말기인 디바이스 노드로부터 최종 목적지인 싱크 노드로 데이터를 효율적으로 전달할 수 있는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에 관한 것이다.
무선 네트워크는 무선 노드들이 무선 채널을 통하여 통신을 하며, 제한된 대역폭과 배터리 용량을 갖는다. 이 무선 네트워크는 자가 네트워크 구성이 가능한 애드 혹 네트워크(ad-hoc network)를 포함할 수 있다.
무선 네트워크가 다양한 응용 분야에 실제 적용되기 위해서는 데이터를 원활하게 전송할 수 있는 메커니즘이 보장되어야 한다. 즉, 일시적인 무선 잡음, 노드 이상 및 장애 등의 여러 가지 상황에 대한 고려가 필요하다. 이는 무선 네트워크는 전파의 간섭이나 환경적인 요인에 크게 영향을 받기 때문이다.
이러한 무선 네트워크 환경에서의 무선 노드들간의 통신은 단일 통신 채널에 의해 이루어지고, 무선 자원에 대한 경쟁방식을 통하여 통신 채널을 먼저 점유한 무선 노드의 통신이 완료된 후 다른 무선 노드들이 다시 경쟁하여 통신 채널을 점유하여 통신하는 방식이다.
이러한 데이터 전송방식은 무선 링크의 실패 또는 무선 노드의 이동성으로 인하여 경로가 끊어졌을 때, 제어 패킷의 플러딩(Flooding)으로 인한 지연과 대역폭 소비, 및 에너지 소모와 같은 문제점을 가진다. 플러딩은 패킷을 네트워크 전체로 브로드 캐스팅 하기 위한 패킷 전달방식으로 무선 노드들 간의 공유된 무선 채널 사용 및 무선 전송영역의 중첩으로 인하여 플러딩 수행 시에 발생되는 자원 경쟁, 패킷 충돌 및 패킷 중복 수신현상이 발생하고, 이는 무선 네트워크의 성능을 저하시키는 요인이다. 특히 데이터 전송을 위한 경로가 길어짐에 따라 홉 카운트(hop count)가 증가할 경우, 무선 노드들 간의 앤드 투 앤드(End-to-End)의 지연이 커질 뿐만 아니라 무선 노드들의 이동성 및 링크 에러로 인한 링크 실패 확률도 증가하게 된다.
예를 들면, 무선 네트워크를 구성하는 노드들은 배터리로 동작하는 저전력, 낮은 프로세스를 사용하여 가용 자원이 제한적이고, 이로 인해 노드들은 에너지 사용에 대단히 제약을 받으며 배터리가 소모되어 노드의 동작이 멈추면 이를 다시 재충전하거나 교체하지 않게 된다. 또한, 무선 네트워크의 무선 링크 에러가 발생하면, 데이터 패킷을 재전송해야 하는 데 이러한 데이터 패킷 재전송은 노드들이 큰 에너지를 소모하게 할 뿐만 아니라, 잦은 재전송 발생은 작은 크기의 수신 큐를 갖는 메모리 크기의 한계로 인해 네트워크 트래픽을 발생시킬 수 있어 데이터 패킷의 손실이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 무선 네트워크 환경에서 노드들 간에 데이터를 효율적으로 전송할 수 있고 데이터 전송의 실패 확률을 줄일 수 있는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템은 복수의 디바이스 노드와, 상기 복수의 디바이스 노드로부터 전송된 데이터를 수신하는 복수의 클러스터 노드와, 단위 클러스터 영역을 커버하도록 상기 복수의 클러스터 노드와 1홉 연결되고, 상기 복수의 클러스터 노드로부터 전송된 상기 데이터를 취합하여 전송하는 클러스터 헤드 노드와, 상기 클러스터 헤드 노드로부터 전송된 취합 데이터를 수신하여 전송하는 인프라 노드와, 상기 인프라 노드로부터 전송된 상기 취합 데이터를 수신하는 싱크 노드를 포함하고, 상기 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 상기 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 상기 디바이스 노드로부터의 데이터를 상기 싱크 노드 측으로 전달하는 것을 포함한다.
상기 클러스터 헤드 노드와 상기 인프라 노드는 2개의 통신 채널을 포함하고, 상기 클러스터 헤드 노드는 다른 클러스터 헤드 노드, 상기 인프라 노드 혹은 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 클러스터 노드 혹은 상기 디바이스 노드와는 상기 제1 통신 채널과 다른 통신 채널인 제2 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 인프라 노드는 다른 인프라 노드, 상기 클러스트 헤드 노드, 혹은 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 디바이스 노드와는 제2 통신 채널을 이용하여 통신하는 것을 포함한다.
또한, 상기 미리 설정된 타임슬롯은 상기 각 노드들이 구성하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 최대홉수와, 최대 1홉 노드수와, 최대 인프라 노드수와 최대 클러스터 헤드 노드수의 합을 근거로 하여 미리 설정된 것을 포함한다.
또한, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 싱크 노드와의 동기화를 수행하기 전에 단위 클러스터 영역 내의 상기 클러스터 노드들과 동기화를 먼저 수행하는 것을 포함한다.
또한, 상기 인프라 노드 혹은 클러스터 헤드 노드는 상기 동기화 수행시 동기화를 위한 비콘 신호를 전송할 때 미리 설정된 복수의 분할시간 중 무작위로 선택된 분할시간에 상기 비콘 신호를 전송하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템은 복수의 디바이스 노드와, 상기 복수의 디바이스 노드부터 전송된 데이터를 수신하는 인프라 노드와, 상기 인프라 노드로부터 전송된 데이터를 수신하는 싱크 노드를 포함하고, 상기 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 상기 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 상기 디바이스 노드로부터의 데이터를 상기 싱크 노드 측으로 전달하는 것을 포함한다.
또한, 상기 인프라 노드는 2개의 통신 채널을 포함하고, 상기 인프라 노드는 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 디바이스 노드와는 제2 통신 채널을 이용하여 통신하는 것을 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 싱크 노드, 인프라 노드, 클러스터 헤드 노드, 클러스터 노드, 디바이스 노드가 2가지의 통신 채널로 데이터를 전달하도록 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템을 구성하고, 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 디바이스 노드로부터의 데이터를 2가지의 통신 채널을 적용하여 싱크 노드 측으로 전달함으로써 무선 네트워크 환경에서 데이터를 효율적으로 전송할 수 있고 데이터 전송의 실패 확률을 줄일 수 있으며, 각 노드들의 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 각 노드들간의 접속 및 동기화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 디바이스 노드의 데이터를 싱크 노드 측으로 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 인프라 네트워크에서 데이터를 재전송하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 인프라 네트워크를 유지하기 위한 인프라 네트워크 상태 확인을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 타임슬롯을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템은 싱크 노드(10), 인프라 노드(20), 클러스터 헤드 노드(30), 클러스터 노드(40) 및 디바이스 노드(50)를 포함한다.
각 노드 중 인프라 노드(20)와 클러스터 헤드 노드(30)는 기본적으로 시분할 방식의 2개의 통신채널을 가지고, 이 2개의 통신채널을 통해 데이터를 송수신한다. 즉, 인프라 노드(20)와 클러스터 헤드 노드(30)는 서로 간 통신 혹은 싱크 노드(10)와의 통신을 위한 제1 통신채널과, 다른 노드들과의 통신을 위한 제2 통신 채널을 가진다. 예를 들면, 인프라 노드(20)의 경우, 디바이스 노드(50)와의 통신은 이 제2 통신 채널을 이용하여 수행된다. 또한, 클러스터 헤드 노드(30)는 점선의 클러스터 영역의 클러스터 노드(40) 혹은 디바이스 노드(50)와의 통신은 이 제2 통신 채널을 이용하여 수행된다.
무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템은 멀티 홉 애드 혹(nHop-Adhoc) 구조의 인프라 네트워크와 1홉-애드혹 구조의 클러스터 네트워크를 포함한다.
인프라 네트워크는 싱크 노드(10), 클러스터 헤드 노드(30) 및 인프라 노드(20)로 구성된다.
클러스터 네트워크는 클러스터 헤드 노드(30), 클러스터 노드(40) 및 디바이스 노드(50)로 구성된다.
또한, 클러스터 네트워크는 1홉에 국한된 애드혹 구조를 가진다.
또한, 클러스터 네트워크에서 클러스터 헤드 노드(30)는 지역적인 싱크 노드의 역할을 수행하며, 인프라 네트워크와는 다른 통신채널을 사용함으로써 인프라 네트워크와 클러스터 네트워크 간의 충돌을 방지할 수 있다.
싱크 노드(10)는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 루트(root)이며, 인프라 네트워크와 클러스터 네트워크를 포함하는 전반적인 네트워크 관리를 수행한다. 특히 싱크 노드(10)는 전체 네트워크에서 동기화 및 시분할을 수행한다.
또한, 싱크 노드(10)는 각 노드들에 대한 동기화 및 시간 부여를 제어한다.
인프라 노드(20)는 클러스터 노드(40)가 없는 클러스터 헤드 노드로서, 클러스터 헤드 노드(30) 혹은 디바이스 노드(50)로부터 제공된 데이터를 싱크 노드 측으로 전달하며, 하위 노드들에 대한 동기화와 데이터 전달을 수행한다.
클러스터 헤드 노드(30)는 1개의 클러스터 영역을 관리하며, 해당 클러스터 영역에서 발생하는 데이터를 취합하여 인프라 노드(30) 혹은 싱크 노드(10)로 전달하고, 1홉 연결된 각 클러스터 노드(40)간의 동기화를 수행한다.
또한, 클러스터 헤드 노드(30)는 자신의 클러스터 노드(40)를 모두 연결한 이후에 인프라 네트워크에 접속을 시도한다.
또한, 클러스터 헤드 노드(30)는 점선으로 구획된 클러스터 영역에서 싱크 노드(10)의 역할을 한다. 클러스터 노드(40)로부터 전송된 데이터를 병합하여 상위 노드인 인프라 노드(20) 혹은 싱크 노드(10)로 전송한다.
클러스터 노드(40)는 클러스터를 구성하는 단위이며, 디바이스 노드(50)로부터 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호를 클러스터 헤드에게 전달한다. 또한, 클러스터 노드(40)는 클러스터 헤드 노드(30)가 지시하는 명령을 수행하고 동기화를 수행한다.
디바이스 노드(50)는 예를 들면, 사용자 단말기로써, 동기화와 주기적인 데이터를 송신하는 작업을 수행한다.
사용자 단말기는 사용자 위치 확인 시스템에 사용되는 단말기이다.
사용자 위치 확인 시스템은 현재 도로변 사거리 교통 신호등에 설치 운영 중인 시각장애인용 음향 신호기 서비스에 IT 기술을 접목시켜 핸드폰 크기의 사용자 단말기를 소지한 시각장애인이 교차로 또는 횡단보도를 접근하면 교통신호기와 연결된 무선 자동 센서가 이를 감지해 현 위치의 교통 신호와 지역정보 등을 음성으로 말해주는 시스템이다. 이러한 경우, 사용자 단말기는 시각장애인이 소지한 단말기이다.
한편, 사용자 위치 확인 시스템은 이외에도 또 어린이용 지킴이 단말기를 소지한 어린이의 보호자에게는 자녀의 위치정보를 온라인에서 실시간 확인 할 수 있도록 알려주는 아동지킴이 서비스를 제공하는 시스템일 수 있다. 이러한 경우, 사용자 단말기는 어린이가 소지한 어린이용 지킴이 단말기이다.
상기한 구성을 가진 멀티 홉 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 각 노드들이 시분할 방식의 2채널을 가지도록 구성되어 있고 각 노드들은 시분할되어 동기화됨으로써 각 노드들의 에너지 소비를 최소화할 수 있고 데이터를 효율적으로 전송할 수 있으며, 데이터 전송의 실패 확률을 대폭 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 홉 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 각 노드들간의 접속 및 동기화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2을 살펴보면, 먼저, 싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)에 인프라 비콘 신호(Infra Beacon)를 송신한다. 인프라 비콘 신호(Infra Beacon)는 싱크(Sync)를 의미하는 것으로, 인프라 노드(20)의 접속 및 동기화를 탐색하기 위한 신호이다.
인프라 비콘 신호(Infra Beacon)가 수신되면 인프라 노드(20)는 싱크 노드(10)에 인프라 접속 신호(Infra Connect)를 송신한다. 인프라 접속 신호(Infra Beacon)는 인프라 네트워크에 접속하기 위한 접속요청을 나타내는 신호이다.
인프라 접속 신호(Infra Connect)가 수신되면 싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)에 인프라 승인 신호(Infra Accept)를 송신한다. 인프라 승인 신호(Infra Accept)는 인프라 네트워크에 접속을 허가하기 위한 접속승인을 나타내는 신호이다. 이때, 싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)가 데이터를 싱크 노드(10)에 송신할 시점을 알려준다. 즉, 싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)가 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 데이터를 싱크 노드(10)에 언제 데이터를 송신할지를 알려준다.
인프라 승인 신호(Infra Accept)가 수신되면 싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)에 인프라 승인 확인 신호(Infra Accept Ack)를 송신한다. 인프라 승인 확인 신호(Infra Accept Ack)는 인프라 네트워크 접속승인의 확인을 나타내는 신호이다.
이상의 일련 과정을 통해 인프라 노드(20)는 싱크 노드(10)에 대한 접속 및 동기화가 이루어진다(Sync OK).
싱크 노드(10)는 인프라 노드(20)에 대한 접속 및 동기화를 수행한 후, 클러스터 헤드 노드(30)에 대한 접속 및 동기화를 수행한다. 이때, 클러스터 헤드 노드(30)에 대한 접속 및 동기화는 인프라 노드(20)에 대한 접속 및 동기화와 동일한 방식으로 이루어진다.
이때, 싱크 노드(10)에 의해 전송된 인프라 비콘 신호(Infra Beacon) 혹은 인프라 승인 신호(Infra Accept)는 해당 인프라 노드(20)를 통해 해당 클러스터 헤드 노드(30)에 전달된다.
한편, 클러스터 헤드 노드(30)는 싱크 노드(10)와의 접속 및 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 한 동기화를 수행하기 전에, 점선의 단위 클러스터 영역에서 싱크 노드(10)의 역할을 수행한다. 따라서 클러스터 헤드 노드(30)는 자신이 속한 단위 클러스터 영역에서 그 클러스터 영역에 속한 클러스터 노드(40)와 접속 및 동기화를 먼저 수행한다.
즉, 클러스터 헤드 노드(30)는 클러스터 노드(40)에 클러스터 비콘 신호(Cluster Beacon)를 송신한다. 클러스터 비콘 신호(Cluster Beacon)는 싱크(Sync)를 의미하는 것으로, 클러스터 노드(40)와의 연결 및 동기화를 위한 탐색신호이다.
클러스터 비콘 신호(Cluster Beacon)가 수신되면 클러스터 노드(40)는 클러스터 헤드 노드(30)에 클러스터 접속 신호(Cluster Connect)를 송신한다. 클러스터 접속 신호(Cluster Connect)는 클러스터 네트워크에 접속하기 위한 접속요청을 나타내는 신호이다.
클러스터 접속 신호(Cluster Connect)가 수신되면 클러스터 헤드 노드(30)는 클러스터 노드(40)에 클러스터 승인 신호(Cluster Accept)를 송신한다. 클러스터 승인 신호(Cluster Accept)는 클러스터 네트워크에 접속을 허가하기 위한 접속승인을 나타내는 신호이다. 이때, 클러스터 헤드 노드(30)는 클러스터 노드(40)가 데이터를 자신에게 송신할 시점을 알려준다. 즉, 클러스터 헤드 노드(30)는 자신의 시간을 기준으로 클러스터 노드(40)에 자신에게 데이터를 언제 송신할지를 알려준다.
클러스터 승인 신호(Cluster Accept)가 수신되면 클러스터 노드(40)는 클러스터 헤드 노드(30)에 클러스터 승인 확인 신호(Cluster Accept Ack)를 송신한다. 클러스터 승인 확인 신호(Cluster Accept Ack)는 클러스터 네트워크 접속승인의 확인을 나타내는 신호이다.
상기한 과정들을 통해 클러스터 노드(40)는 클러스터 헤드 노드(30)에 대한 접속 및 동기화가 이루어진다(Sync OK).
한편, 각 클러스터 헤드 노드(30)와 싱크 노드(10)는 접속 및 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 한 동기화를 수행한 후 해당 클러스터 헤드 노드(30)의 클러스터 노드(40)와의 시간 동기화를 위해, 클러스터 헤드 노드(30)는 클러스터 싱크 신호(Cluster Sync)를 클러스터 노드(40)에 전송하고, 이 클러스터 노드(40)로부터 클러스터 싱크 확인 신호(Cluster Sync Ack)를 수신함으로써 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 클러스터 헤드 노드(30)와 클러스터 노드(40)간의 동기화가 완료된다.
이상의 일련의 동기화과정들을 통해 싱크 노드(10), 인프라 노드(20), 클러스터 헤드 노드(30) 및 클러스터 노드(40)는 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 동기화가 이루어진다.
한편, 클러스터 헤드 노드(30)와 클러스터 노드(40)간을 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 동기화한 후 클러스터 노드(40)에 데이터를 전달하는 디바이스 노드(50)와 클러스터 노드(40)간의 접속 및 동기화를 수행한다.
즉, 클러스터 노드(40)는 디바이스 노드(50)에 클러스터 싱크 신호(Cluster Sync)를 송신한다.
디바이스 노드(50)는 디바이스 노드(50)로부터 송신된 클러스터 싱크 신호(Cluster Sync)를 수신하기 전까지는 리슨(Listen)과 슬립(Sleep)을 반복하다가 이 클러스터 싱크 신호(Cluster Sync)가 수신되면 클러스터 노드(40)에 디바이스 싱크 확인 신호(Device Sync Ack)를 송신한다. 디바이스 싱크 확인 신호(Device Sync Ack)는 디바이스 노드(50)가 자신을 정보를 알리기 위한 신호에 대한 확인 신호이다.
이에 따라 클러스터 노드(40)와 디바이스 노드(50)간의 접속 및 동기화가 이루어지고,, 이로써, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 최상위 노드인 싱크 노드(10)로부터 최하위 노드인 디바이스 노드(50)까지 싱크 노드(10)의 시간을 기준으로 동기화가 이루어진다.
이하에서는 디바이스 노드의 데이터를 싱크 노드로 전달하는 과정을 설명한다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 디바이스 노드의 데이터를 클러스터 노드(40), 클러스터 헤드 노드(30), 인프라 노드(20)의 순서로 전달하여 최종적으로 싱크 노드로 전달하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 디바이스 노드(50)는 클러스터 노드(40)에 자신의 위치정보를 포함하는 데이터 신호(Data)를 전달한다.
이 데이터 신호(Data)를 수신한 클러스터 노드(40)는 클러스터 헤드 노드(30)에 이 데이터 신호(Data)를 송신한다.
이때, 디바이스 노드(50)와 클러스터 노드(40), 클러스터 노드(40)과 클러스터 헤드 노드(30)은 동일한 통신 채널인 제2 통신채널을 통해 데이터를 송수신한다.
클러스터 헤드 노드(30)는 자신의 클러스터 영역 내의 각 클러스터 노드(40)로부터 데이터를 수신하여 취합한다. 즉, 클러스터 헤드 노드(30)는 각 다비아스 노드(50)에 의해 전송된 데이터를 취합한다.
그리고, 클러스터 헤드 노드(30)는 취합된 데이터 신호(G-Data)를 인프라 노드(20)에 송신한다. 이때, 클러스터 헤드 노드(30)는 인프라 노드(20)에 제2 통신채널이 아닌 제2 통신채널과 구별되는 제1 통신채널을 통해 데이터를 전달한다. 이에 따라, 클러스터 헤드 노드(30)를 기준으로 그 하위단의 통신은 제2 통신 채널을 이용하여 수행되고, 그 상위단의 통신은 제1 통신 채널을 이용하여 수행된다.
이 취합된 데이터 신호(G-Data)를 수신한 인프라 노드(20)는 이 취합된 데이터 신호(G-Data)를 싱크 노드(10)로 전송한다.
이상의 과정을 통해 디바이스 노드(50)의 데이터는 클러스터 노드(40), 클러스터 헤드 노드(30), 인프라 노드(20)를 거쳐 싱크 노드(10)에 전달된다.
한편, 클러스터 헤드 노드(30)는 클러스터 노드(40)를 경유하지 않고서도 통신영역 내의 디바이스 노드(50)로부터는 데이터를 직접 수신할 수 있는데, 이러한 R 경우, 디바이스 노드(50)와 제2 통신채널로 통신하여 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 제1 통신채널을 이용하여 인프라 노드(20)에 전달한다. 물론, 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 인프라 노드(20)를 경유하지 않고 싱크 노드에 전달할 수 있는 경우에는 제1 통신 채널을 통해 싱크 노드(10)와 직접 통신하여 그 데이터를 전달할 수 있다.
이 클러스터 헤드 노드(30)와 마찬가지로 인프라 노드(20)도 근처의 디바이스 노드(50)로부터 데이터를 직접 수신할 수 있는데, 이러한 경우, 클러스터 헤드 노드(30)와 동일한 통신 방식으로 제2 통신채널을 통해 디바이스 노드(50)로부터 데이터를 수신하고, 제1 통신채널을 싱크 노드(10)로 그 데이터를 전달할 수 있다.
한편, 무선 네트워크에서 통신 경로상의 인프라 노드, 클러스터 헤드 노드, 클러스터 노드 중 어느 하나가 소실된 경우, 애드 혹 네트워킹 기능에 의해 인접한 주변 노드를 이용하여 싱크노드(10)로의 통신 경로를 자동으로 재설정하여 데이터를 전달할 수 있다.
이하에서는 인프라 네트워크에서 데이터를 재전송하는 것을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 인프라 네트워크에서 데이터를 재전송하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 클러스터 헤드 노드(30)로부터 인프라 노드(20)에 전송된 데이터(Data)에 대한 확인 신호(Data Ack)가 수신되지 않으면, 클러스터 헤드 노드(30)는 인프라 노드(20)에 데이터를 재전송한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 인프라 네트워크를 유지하기 위한 인프라 네트워크 상태 확인을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 인프라 노드(20)와 클러스터 헤드 노드(30)는 주기적으로 정해진 시간이 경과하면 싱크 노드(10)에 인프라 인포 신호(Infra Info)를 송신한다. 인프라 인포 신호(Infra Info)는 인프라 네트워크를 구성하는 노드 상태 확인을 위한 인프라 정보를 나타내는 신호이다.
또한, 인프라 인포 신호(Infra Info)를 수신하면 싱크 노드(10) 혹은 인프라 노드(20)는 인프라 노드(20) 혹은 클러스터 헤드 노드(30)에 인프라 인포 확인 신호(Infra Info Ack)를 전송한다. 인프라 인포 확인 신호(Infra Info Ack)는 인프라 네트워크의 인프라 정보 확인을 나타내는 신호이다.
이상의 일련 과정을 통해 인프라 네트워크를 유지한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 타임슬롯을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 타임 슬롯은 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 각 노드들과 홉수 등에 의해 미리 설정된다. 특히 타임 슬롯은 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 각 노드들이 구성하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 최대 홉수와, 최대 1홉 노드수와, 최대 인프라 노드수와 최대 클러스터 헤드 노드수의 합에 따라 미리 설정된다.
이러한 타임 슬롯은 싱크 슬롯(Sync Slot)(110)과 데이터 슬롯(Data Slot)(120)으로 이루어진다.
싱크 슬롯(Sync Slot)(110)은 인프라 비콘 슬롯(Infra Beacon Slot)(111)과 인프라 접속 슬롯(Infra Connection Slot)((112)로 구분된다.
먼저, 인프라 비콘 슬롯(Infra Beacon Slot)(111)은 인프라 비콘 1 슬롯(Infra Beacon 1 Slot) 내지 인프라 비콘 k 슬롯(Infra Beacon k Slot)로 구분된다. 이때, k는 최대 홉 수를 나타낸다. 이때, 인프라 비콘 1 슬롯(Infra Beacon 1 Slot) 내지 인프라 비콘 k 슬롯(Infra Beacon k Slot)은 비콘 신호의 충돌을 방지할 수 있도록 복수의 시간구간으로 분할되어 있으며, 각각 무작위로 선택된 시간구간에서 비콘 신호를 송신하게 된다.
인프라 비콘 슬롯(Infra Beacon Slot)(111)에 대응하고 동일한 시간 길이를 가지고 클러스터 비콘 슬롯(Cluster Beacon Slot)은 클러스터 비콘 1 슬롯 내지 클러스터 비콘 h 슬롯(Cluster Beacon h Slot)로 구분된다. 이때, h는 최대 1홉 노드수를 나타낸다.
또한, 인프라 접속 슬롯(Infra Connection Slot)((112)은 인프라 접속 1 슬롯(Infra Connect 1 Slot) 내지 인프라 접속 k 슬롯(Infra Connect k Slot)로 구분된다.
인프라 접속 슬롯(Cluster Connection Slot)(112)에 대응하고 동일한 시간 길이를 가지는 클러스터 접속 슬롯(Cluster Connection Slot)은 클러스터 접속 1 슬롯 내지 클러스터 접속 h 슬롯(Cluster Beacon h Slot)로 구분된다.
한편, 데이터 슬롯(Data Slot)(120)은 인프라 네트워크의 유지를 확인하기 위한 인프라 슬롯(Infra Slot)(121)과 디바이스 슬롯(Device Slot)(122)로 구분된다. 인프라 슬롯(Infra Slot)(121)는 인프라 네트워크의 유지를 확인하기 위한 시간구간이고, 디바이스 슬롯(Device Slot)(122)는 디바이스 노드(50)로부터 데이터를 수신하여 전달하는 시간구간이다.
먼저, 인프라 슬롯(Infra Slot)(121)은 인프라 1 슬롯(Infra 1 Slot) 내지 인프라 m 슬롯(Infra m Slot)로 구분된다. 이때, m는 최대 인프라 노드수와 최대 클러스터 헤드 노드수의 합을 나타낸다.
여기서, 각 인프라 m 슬롯(Infra m Slot)은 1개, 2개, 3개, 4개 혹은 k개의 인프라 홉 슬롯(Infra k Hop Slot)로 구분될 수 있다.
또한, 디바이스 슬롯(122)는 디바이스 1 슬롯(Device 1 Slot) 내지 디바이스 n 슬롯(Device n Slot)로 구분된다. 이때, n는 최대 디바이스 노드수를 나타낸다.
여기서, 각 디바이스 n 슬롯(Device n Slot)은 디바이스 1 인포 슬롯(Device 1 Info Slot), 디바이스 1 클러스터 슬롯(Device 1 Cluster Slot), 디바이스 1 인프라 슬롯(Device 1 Infra Slot)로 구분된다. 이때, 디바이스 1 인포 슬롯(Device 1 Info Slot)는 디바이스 노드(50)가 해당 노드에 데이터를 보내는 시간구간이고, 디바이스 1 클러스터 슬롯(Device 1 Cluster Slot)은 클러스터 노드(40)가 클러스터 헤드 노드(30)에 그 데이터를 전달하는 시간구간이고, 디바이스 1 인프라 슬롯(Device 1 Infra Slot)는 그 데이터를 전달받은 클러스터 헤드 노드(30)가 인프라 노드(20)에 그 데이터를 전달하는 시간구간이다. 이러한 데이터전송은 클러스터 영역 내에서 각 디바이스 노드(50)별로 시간차를 가지고 병렬적으로 진행 가능하다.
이상과 같이, 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 타임 슬롯이 싱크 슬롯(110)과 데이터 슬롯(120)으로 구분되어 있고, 싱크 슬롯(110)은 다시 복수의 하위 인프라 비콘 슬롯을 가진 인프라 비콘 슬롯(111)과 복수의 하위 인프라 접속 슬롯을 가진 인프라 접속 슬롯(112)로 구분되어 있으며, 각각 인프라 비콘 슬롯(111)에 대응하는 클러스터 비콘 슬롯는 복수의 하위 클러스터 비콘 슬롯을, 인프라 접속 슬롯(112)에 대응하는 클러스터 접속 슬롯은 복수의 하위 클러스터 접속 슬롯으로 시분할 되어 있음으로써 멀티 홉 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 디바이스 노드, 클러스터 노드, 클러스터 헤드 노드, 인프라 노드 및 싱크 노드간의 동기화 및 시분할된 타임슬롯을 가질 수 있어 각 노드들을 싱크 노드의 시간을 기준으로 동기하고 시분할할 수 있으므로 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템에서 노드들의 에너지 소비를 최소화하면서 데이터를 효율적으로 전송할 수 있고 데이터 전송의 실패 확률을 줄일 수 있다.
10 : 싱크 노드 20 : 인프라 노드
30 : 클러스터 헤드 노드 40 : 클러스터 노드
50 : 디바이스 노드

Claims (7)

  1. 복수의 디바이스 노드와,
    상기 복수의 디바이스 노드로부터 전송된 데이터를 수신하는 복수의 클러스터 노드와,
    단위 클러스터 영역을 커버하도록 상기 복수의 클러스터 노드와 1홉 연결되고, 상기 복수의 클러스터 노드로부터 전송된 상기 데이터를 취합하여 전송하는 클러스터 헤드 노드와,
    상기 클러스터 헤드 노드로부터 전송된 취합 데이터를 수신하여 전송하는 인프라 노드와,
    상기 인프라 노드로부터 전송된 상기 취합 데이터를 수신하는 싱크 노드를 포함하고,
    상기 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 상기 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 상기 디바이스 노드로부터의 데이터를 상기 싱크 노드 측으로 전달하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드 노드와 상기 인프라 노드는 2개의 통신 채널을 포함하고,
    상기 클러스터 헤드 노드는 다른 클러스터 헤드 노드, 상기 인프라 노드 혹은 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 클러스터 노드 혹은 상기 디바이스 노드와는 상기 제1 통신 채널과 다른 통신 채널인 제2 통신 채널을 이용하여 통신하고,
    상기 인프라 노드는 다른 인프라 노드, 상기 클러스트 헤드 노드, 혹은 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 디바이스 노드와는 제2 통신 채널을 이용하여 통신하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미리 설정된 타임슬롯은 상기 각 노드들이 구성하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템의 최대홉수와, 최대 1홉 노드수와, 최대 인프라 노드수와 최대 클러스터 헤드 노드수의 합을 근거로 하여 미리 설정된 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드 노드는 상기 싱크 노드와의 동기화를 수행하기 전에 단위 클러스터 영역 내의 상기 클러스터 노드들과 동기화를 먼저 수행하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인프라 노드 혹은 클러스터 헤드 노드는 상기 동기화 수행시 동기화를 위한 비콘 신호를 전송할 때 미리 설정된 복수의 분할시간 중 무작위로 선택된 분할시간에 상기 비콘 신호를 전송하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
  6. 복수의 디바이스 노드와,
    상기 복수의 디바이스 노드부터 전송된 데이터를 수신하는 인프라 노드와,
    상기 인프라 노드로부터 전송된 데이터를 수신하는 싱크 노드를 포함하고,
    상기 싱크 노드의 시간을 기준으로 각 노드들을 동기화하고, 동기화된 각 노드들을 미리 설정된 타임 슬롯으로 시분할하고, 상기 미리 설정된 타임 슬롯에 따라 상기 디바이스 노드로부터의 데이터를 상기 싱크 노드 측으로 전달하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인프라 노드는 2개의 통신 채널을 포함하고,
    상기 인프라 노드는 상기 싱크 노드와는 제1 통신 채널을 이용하여 통신하고, 상기 디바이스 노드와는 제2 통신 채널을 이용하여 통신하는 것을 포함하는 무선 네트워크 환경에서의 애드 혹 통신 시스템.
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