KR20130022038A - 무선 네트워크에서 충돌 회피 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 네트워크에서 충돌 회피 방법 및 장치가 개시된다. 무선 네트워크에서 충돌 회피 방법은, 소스 노드로부터 제1 데이터를 수신하는 단계, 상기 소스 노드로부터 이전에 데이터를 수신한 이력이 존재하는지 판단하는 단계; 및 상기 이력이 존재하는 경우, 상기 이력을 기초로 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 전송 주기는 상기 소스 노드로부터 데이터를 수신될 시 산출되는 것을 특징으로 한다. 따라서, CSMA/CA 방식으로 무선 데이터를 주기적으로 전송하는 데 환경에서 전송 시 충돌 확률을 낮출 수 있다.

Description

무선 네트워크에서 충돌 회피 방법 및 장치{METHOD FOR COLLISION AVOIDANCE IN WIRELESS NETOWKRS AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 충돌 회피 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 네트워크에서 주기적 데이터를 이용한 충돌 회피 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
IEEE 802.15.4 기술표준은 시장에서 입지를 다투고 있는 Bluetooth, Wi-Fi 등의 여러 무선 네트워킹 표준들과 비교할 때 기술개발과 시장형성 과정에서의 빠른 성장을 보이고 있다. 지그비(Zigbee) 등과 같은 저속 무선 단거리 네트워크(LR-WPAN: Low Rate: Wireless Personal Area Networks)에서의 ISO 레이어는, 물리PHY 계층, 매체접근제어MAC계층, 그 상위 계층으로 네트워크(NWK)계층, 응용지원(APS)계층, 보안(Security) 및 응용(APL) 계층으로 이루어지는데, 이 중에서, IEEE 802.15.4 기술표준은 PHY계층과 MAC계층을 다룬다.
결국, IEEE 802.15.4 기술표준은 물리 계층인 PHY계층과 데이터의 충돌방지 기술이 적용된 MAC계층을 처리하는데 있어서, 저복잡성, 저전력, 저속 무선 데이터 연결을 지향한 저속 무선 단거리 네트워크(LR-WPAN)의 표준기술이 된다.
LR-WPAN의 기본 규약은 IEEE 802.15.4에서 정의된 표준을 따르며 IEEE 802.11 및 IEEE 802.15.3기반 무선 네트워크와 마찬가지로 채널 할당에 CSMA/CA 방식을 사용한다. CSMA/CA 방식은 슬롯의 사용 여부에 따라 두 가지로 나눈다. 슬롯기반(slotted) CSMA/CA를 사용하는 '비컨(beacon) 모드와, 비슬롯 기반(unslotted) CSMA/CA를 사용하는 비컨불능(non-beacon) 모드로 구분된다.
슬롯기반(slotted) CSMA/CA는 백오프 슬롯(backoff slot)을 비컨 프레임 전송과 동시에 할당 받는 방식으로 비컨 가능 네트워크에서 사용한다. 데이터를 전송하기 전에 디바이스는 동기화된 백오프 슬롯(backoff slot)을 기반으로 하는 임의의 횟수(Random number)를 대기하며, 채널이 활동(Active) 상태일 때 디바이스는 임의 횟수의 백오프 슬롯(backoff slot)을 기다리는 방식이다. 여기서 CCA(Clear Channel Assessment)의 실행은 ACK 프레임을 보호하기 위해 필요로 한다.
이에 반하여, 슬롯기반 CSMA/CA의 비컨(beacon) 모드와 다르게, 비슬롯 기반 CSMA/CA의 비컨불능(non-beacon)모드의 경우 백오프(backoff) 슬롯의 단위 시간(unit time)이 동기화되지 않아 충돌이 발생되어 데이터 전송 실패가 발생하게 된다.
종래 IEEE 802.11 기반의 무선 전송에서도 데이터 전송 실패를 줄이기 위해 많은 방법이 제시되어 왔지만, 실제 멀티홉, 애드혹 상황에서는 CSMA/CA 기반의 전송이 대부분을 차지한다. 이유는 네트워크 전체를 동기화시켜 TDMA 기반으로 스케줄링 하기 어렵고, 데이터 전송 효율이 많이 낮아지며, TDMA 방식을 사용했을 경우 전송 지연이 커진다는 단점 때문이다. 또한 표준과 적합하지 않은 경우는 IEEE 802.11 a/b/g/n 같이 칩에 알고리즘이 built-in 되어 있는 기존 상용 제품에 적용하기 어렵다는 단점도 있다. 저전력 통신에 사용되는 IEEE 802.15.4 표준 같은 경우 역시 동일한 문제점이 존재한다.
더구나, 802.15.4는 모니터링 목적의 센서 네트워크에 적용되었을 때, 싱크주변과 같이 트래픽이 집중되는 지역에서 충돌회피를 위한 백오프딜레이가 길어지고 CSMA-CA(Carrier Sensing Multiple Access-Collision Avoidance)로 해결할 수 없는 히든 터미널 충돌(Hidden Terminal Problem)이 많아져 재전송이 빈번하게 일어난다.
또한, 히든 터미널 충돌을 회피하기 위해 IEEE 802.11에서는 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send)를 사용하여 데이터의 충돌을 사전에 방지하고 있지만 이는 유니케스팅에만 적용 가능하며, 멀티케스팅나 브로드캐스팅 상황에선 데이터의 송수신 여부를 확인할 수 없다. 그렇기 때문에 데이터의 충돌을 최소화하고 보다 안정적인 데이터 전송을 위해서는 전송 상황을 예측하거나 상황을 인지할 수 있는 기술이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선 네트워크에서 충돌 회피 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 무선 네트워크에서 주기적 데이터를 이용한 충돌 회피 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법은, 소스 노드로부터 제1 데이터를 수신하는 단계, 상기 소스 노드로부터 이전에 데이터를 수신한 이력이 존재하는지 판단하는 단계 및 상기 이력이 존재하는 경우, 상기 이력을 기초로 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 전송 주기는 상기 소스 노드로부터 데이터를 수신될 시 산출된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 방법은, 상기 데이터를 전송하기 전에 상기 이웃 노드의 데이터 전송 주기를 이용하여 상기 데이터의 전송 시간을 결정하는 단계, 상기 결정한 데이터의 전송 시간이 이웃 노드의 전송시간과 충돌되는 충돌 가능 확률을 산출하는 단계 및 상기 산출한 충돌 가능 확률과 충돌 임계 확률의 비교 결과에 따라 데이터 전송 주기를 변경하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서 전송 주기 결정 방법 및 이를 위한 장치를 이용할 경우에는 CSMA/CA 방식으로 무선 데이터를 주기적으로 전송하는 데 환경에서 전송 시 충돌 확률을 낮출 수 있다. 또한, 본 발명은 히든 터미널 노드 문제가 있는 무선 상황에서 주기적 데이터의 전송 시간을 예측함으로써 충돌 회피 효과를 볼 수 있고, 브로드캐스트나 멀티캐스트 같이 데이터의 수신 확인이 어려운 데이터의 경우 2홉의 주기적 데이터 전송까지 고려함으로써 보다 효율적으로 채널을 사용할 수 있다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.15.4에서 슬롯 기반 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)방식으로 백오프 과정을 설명하는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 충돌 회피 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 수신 노드가 송신 노드의 데이터 전송 주기가 백오프에 의해 미리 결정된 전송 주기를 벗어나도 예측 가능한 백오프 범위 안에 포함되는 경우의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 송신 노드가 송신한 데이터가 적어도 하나의 중간 노드를 거쳐서 수신 노드로 송신되는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 특정 노드 내에서 수행되는 충돌 회피 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 환경내의 특정 노드에서 수행되는 미리 계산된 이웃 노드의 전송 주기를 이용하여 데이터를 전송할 시 상기 이웃 노드와의 충돌을 회피하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.15.4에서 슬롯 기반 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)방식으로 백오프 과정을 설명하는 예시도이다.
도1의 실시예에서, CSMA/CA 알고리즘은 NB(Number of Backoff), BE(Backoff Exponent), CW(Contention Window)의 3가지 변수를 갖는다. NB는 노드가 하나의 데이터를 전송하기 위해 채널에 접근을 시도한 횟수를 나타내고, BE는 랜덤 백오프 시간을 결정하기 위한 백오프 지수를 나타내고, CW(103)는 데이터를 전송하기 전에 시도하는 CCA를 위해 사용되는 계수기이다.
전송할 데이터가 있는 송신 노드는 NB와 CW를 각각 0과 2로 초기화한다. 송신 노드는 BE의 battery life extension을 판단하여 battery life extension을 사용하지 않는 경우 BE를 macMinB, 예를 들어 3으로 초기화하고 battery life extension을 사용하는 경우에는 2와 macMinBE 중에 작은 값으로 BE를 초기화한다.
백오프 피리어드 바운드리 (backoff period boundary)를 위치시킨 후, 송신 노드는 채널 접근을 시도하기 전에 0 에서 2BE - 1 의 범위에서 랜덤하게 선택한 정수개의 단위 백오프 시간만큼 지연을 한 후 채널이 사용 중인지 검사하기 위해 CCA를 수행한다. 만약, 채널이 활동(Active) 상태이면 CW를 초기화하고 NB와 BE를 각각 1씩 증가 시킨 후 NB가 macMaxCSMABackoffs 보다 큰지 확인한다. NB가 macMaxCSMABackoffs 보다 크면 송신 노드는 채널 접근에 실패하게 된다.
여기서, 송신 노드는 무선 LAN 표준인 802.11의 경쟁기반 서비스에서 각 노드가 무선 매체에 접근하려고 할 때 어떤 노드가 무선 매체를 마지막으로 사용한 직후부터 기다려야 할 최소 시간을 의미하는 DIFS(101)동안 채널이 유휴(Idle) 상태가 지속되기를 기다린다. 송신 노드는 CCA를 수행하여 채널이 유휴 상태이면 CW(103)를 1 감소시키고 두 번째 CCA를 수행한다.
송신 노드는 두 번째 CCA를 수행하여 채널이 유휴 상태일 경우 다시 CW(103)를 1 감소시킨 후 CW(103)가 0일 경우 채널 접근에 성공하게 된다. 송신 노드는 채널 접근에 실패 하거나 경쟁하는 단말들이 동일한 슬롯에서 CCA를 수행하여 충돌이 발생하는 경우 3번의 재전송 기회가 주어진다. 만약, 2번의 CCA를 모두 성공하면 데이터를 전송하고 실패하면 NB만큼의 백오프 과정과 CCA과정을 반복한다.
이때, 송신 노드가 대기해야 하는 시간은 CW(103)가 된다. 예를 들어, 백오프 과정이 3인 경우 백오프 과정의 시간 3은 CW(103)를 구성하는 백오프 과정의 횟수에 해당한다. 즉, 백오프 과정이 크면 CW(103)의 크기도 커지게 된다. 만약, 2BE - 1 사이 임의의 수가 3이라면, 하나의 CW(103)를 구성하는 백오프 과정의 시간은 3이 되고, 현재 전송가능 한 상황인지 2개의 CCA를 수행하는 경우 총 6개의 백오프 과정이 CCA 수행에 필요하게 된다. 즉, 송신 노드는 서로 다른 백오프 과정의 시간을 대기한 후 데이터를 송신하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 충돌 회피 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 네트워크에는 제 1 노드(201), 제 2 노드(202) 및 제 3 노드(203)가 존재할 수 있다. 도 2의 일 실시예에서는 세 개의 노드만을 도시하였지만, 더 많은 개수의 노드들이 존재할 수 있음에 유의해야하며 노드가 개수가 증가될 경우 도 2의 내부 구조가 변경될 수 있음에 유의해야 한다.
무선 통신 시스템에는 복수개의 노드들이 존재할 수 있으며, 노드는 수신 노드가 되어 복수개의 노드들 중 소스 노드로부터 데이터를 수신할 수 있고, 송신 노드가 되어 복수개의 노드들 중 소스 노드로 데이터를 송신할 수 있다. 또한, 송신 노드가 송신한 데이터는 바로 수신 노드로 송신될 수도 있지만, 적어도 하나의 중간 노드를 거쳐서 수신 노드로 송신될 수 있다. 도 2의 실시예에서는 송신 노드가 송신한 데이터가 바로 수신 노드로 송신되는 경우를 설명하며, 송신 노드가 송신한 데이터가 적어도 하나의 중간 노드를 거쳐서 수신 노드로 송신되는 경우는 후술될 도 4에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 제 1 노드(201)가 수신 노드가 되는 경우를 설명하기로 한다. 제 1 노드(201)는 주변 노드인 제 2 노드(202) 및 제 3 노드(203)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 경우를 설명하면, 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신하고, 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 존재하는지 판단한다.
만약, 제 1 노드(201)가 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 존재하고, 이력이 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이상이라고 판단하는 경우, 제 2 노드의 데이터 전송 주기를 결정한다. 이때, 제 1 노드(201)는 IFS(InterFrameSpacing), 프리엠블(Preemble), 백오프 슬롯 시간 같은 정보를 이용하여 데이터 전송 주기를 결정할 수 있다.
만약, 제 1 노드(201)가 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 존재하지만, 이력이 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이상이 아니라고 판단하는 경우, 제 2 노드(202)로부터 수신한 데이터의 정보를 저장하고, 상위 레이어 계층으로 송신한다. 제 1 노드(201)가 제 3 노드(203)로부터 데이터를 수신하는 경우는 제 1 노드(201)가 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신하는 경우와 동일하기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 제 1 노드(201)가 송신 노드가 되는 경우를 설명하기로 한다. 제 1 노드(201)는 제 2 노드로 데이터를 전송하는 주변 노드, 제 3 노드의 전송 시간과 충돌되는 충돌 확률을 계산한다. 제 1 노드(201)는 제 3 노드의 데이터 전송 주기를 이용하여 제 3 노드가 제 2 노드로 데이터를 전송하는 전송 시간과 충돌되는 충돌 가능 확률을 계산할 수 있다.
이때, 제 1 노드(201)는 앞서 설명된 바와 같이 수신 노드가 되는 경우 제 3 노드(203)로부터 데이터를 수신하였기 때문에, 제 3 노드(203)의 데이터 전송 주기를 저장하고 있다. 따라서, 제 1 노드(201)는 자신의 노드에 저장된 제 3 노드(203)의 데이터 전송 주기를 이용하여 제 3 노드가 제 2 노드로 데이터를 전송하는 전송 시간과 충돌되는 충돌 가능 확률을 계산할 수 있다.
제 1 노드(201)는 충돌 가능 확률을 계산한 후, 계산한 충돌 가능 확률과 미리 결정된 충돌 가능 확률을 비교하여 제 2 노드(202)로 데이터를 전송할 전송 시간을 변경한다. 먼저, 제 1 노드(201)가 충돌 가능 확률이 미리 결정된 충돌 가능 확률보다 크다고 판단한 경우를 설명하기로 한다. 제 1 노드(201)는 미리 결정된 지연 시간 및 경쟁 윈도우의 값을 증가시켜 제 2 노드(202)로 전송되는 데이터의 전송 시간을 늦추어 제 1 노드(201)의 데이터 전송 주기보다 늦게 송신되도록 하여 제 3 노드와 충돌될 확률을 낮출 수 있다.
제 1 노드(201)가 데이터의 전송 시간을 변경하는 또 다른 예를 들면, 제 1 노드(201)는 데이터를 전송하기 전에 대기 시간을 강제적으로 발생하여 충돌 가능 확률을 낮출 수 있고, CSMA/CA 알고리즘에서 백오프의 길이를 결정하는 변수인 BE(Backoff exponent)를 이용하여 대기 시간을 발생하여 충돌 가능 확률을 낮출 수 있다. 여기서, BE는 백오프 지수로 채널 할당을 시도하기 전에 얼마나 많은 백오프 기간들을 기다렸는지에 대한 숫자이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신 노드가 송신 노드의 데이터 전송 주기가 미리 결정된 전송 주기를 벗어나 수신한 경우 주기 결정에 포함시킬지 여부를 판단하는 경우의 예시도이다.
도 3의 일 실시예에서, 제 2 노드(202)가 제 1 노드(201)로 데이터를 전송하고, 제 1 노드(201)에서 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 결정하는 과정을 예로 들어 설명하기로 한다. 제 2 노드(202)는 백오프 과정(301a)의 시간을 대기한 후 제 1 데이터(302a)을 제 1 노드(201)로 송신하고, 백오프 과정(301b)의 시간을 대기한 후 제 2 데이터(302b)를 제 1 노드(201)로 송신하고, 백오프 과정(301c) 의 시간을 대기한 후 제 2 데이터(302c)를 제 1 노드(201)로 송신하면, 제 1 노드(201)는 제 1 데이터(302a) 내지 제 3 데이터(301c)을 순차적으로 수신하여 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 결정한다.
제 1 노드(201)는 제 1 데이터(302a)을 수신한 후 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이상인 경우 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 업데이트 한다.
그 후, 제 1 노드(201)는 제 2 데이터(302b)을 수신한 후 제 2 데이터(302b)을 수신한 시간과 제 1 데이터(302a)을 수신한 시간의 차가 기존 주기(300a)와 시간 차이(303)가 발생하여도 백오프에 의해 발생할 수 있는 임계값에 포함된 경우 주기성 데이터에 속한다고 판단하고 기존 주기를 계속 유지한다. 만약 임계치에서 벗어나는 경우는 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 업데이트 하지 않는다.
또한, 제 1 노드(201)는 제 3 데이터(302c)을 수신한 후 제 3 데이터(302c)을 수신한 시간과 제 2 데이터(302b)을 수신한 시간의 차가 미리 정의된 임계값(304) 범위 안에 있는 경우 역시 기존 주기를 유지한다. 만약 제 2 데이터(302b)가 도착하지 않던가 임계치를 넘어서 도착 한 경우, 제 3 데이터(302c)의 주기성은 이전에 받은 데이터와 기존 주기성의 정수배에 해당하는 주기를 만족하는 지를 검사한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 송신 노드가 송신한 데이터가 적어도 하나의 중간 노드를 거쳐서 수신 노드로 송신되는 경우를 설명하기 위한 예시도이다. 도 4a의 일 실시예에서, 2홉 노드 S(400)가 수신 노드 D(420)로 데이터를 송신할 때 데이터가 1홉 노드 A(410)를 거쳐서 수신 노드 D(420)로 송신되는 과정을 예로 들어 설명하기로 한다.
2홉 노드 S(400)가 수신 노드 D(420)로 데이터를 전송할 시 데이터가 적어도 하나의 1홉 노드 A(410)를 통해 수신 노드 D(420)로 전송된다. 수신 노드 D(420)는 2홉 노드 S(400) 및 1홉 노드 A(410)로부터 수신한 이력이 존재하는지 판단하여 이력이 미리 결정된 횟수 이상인 경우 2홉 노드 S(400) 및 1홉 노드 A(410)의 데이터 전송 주기를 계산하여 저장한다.
그 후, 수신 노드 D(420)가 제 3 노드(미도시)로 데이터를 전송할 시, 제 3 노드로 데이터를 전송하는 2홉 노드 S(400)의 전송 시간과 충돌할 확률을 계산한다. 이때, 수신 노드 D(420)는 2홉 노드 S(400) 및 1홉 노드 A(410)의 데이터 전송 주기를 저장하고 있기 때문에 이를 이용하여 충돌 가능 확률을 계산할 수 있다. 수신 노드 D(420)는 충돌 가능 확률에 따라 제 3 노드(203)로 데이터를 전송하는 전송 시간을 변경한다. 이때, 수신 노드 D(420)는 미리 결정된 지연 시간 및 백오프 시간을 조절하여 전송 시간을 변경하여 충돌 확률을 낮출 수 있다.
하지만, 앞서 언급한 것처럼 전송 시간에 가장 큰 영향을 미치는 것이 랜덤 백오프인데 해당 값은 보내는 2홉 노드 S(400)에서 정하는 랜덤한 값이기 때문에 정확한 예측은 불가능하다. 따라서, 수신 노드 D(420)는 2홉 노드 S(400)의 과거 수신 정보 또는 도 4b의 CASE 1과 같은 최악의 경우 CASE 2와 같은 최상의 경우를 이용하여 데이터의 전송 시작 시간을 예측한다.
여기서, CASE 1이 최악의 경우인 이유는, 2홉 노드 S(400)가 제 1 데이터(401a)를 1홉 노드 A(410)으로 송신하기 위한 대기 시간인 백오프 시간 및 1홉 노드 A(410)가 2홉 노드 S(400)로부터 수신한 제 1 데이터를(401a)를 수신 노드 D(420)로 송신하기 위한 대기 시간인 백오프 시간이 짧기 때문에, 그 사이에 다른 노드가 데이터를 전송할 경우 충돌이 발생하여 전송 실패가 발생할 확률이 높기 때문이다.
또한, CASE 2이 최상의 경우인 인유는, 2홉 노드 S(400)가 제 1 데이터(401a)를 1홉 노드 A(410) 으로 송신하기 위한 대기 시간인 백오프 시간 및 1홉 노드 A(410)가 2홉 노드 S(400)로부터 수신한 제 1 데이터를(401a)를 수신 노드 D(420)로 송신하기 위한 대기 시간인 백오프 시간이 길기 때문에, 그 사이에 다른 노드가 데이터를 전송할 경우 2홉 노드 S(400) 및 1홉 노드 A(410)는 대기 상태이기 때문 충돌이 발생할 확률이 낮아 전송 실패가 발생할 확률이 낮기 때문이다.
또한, 수신 노드 D(420)는 앞서 주기성을 판단할 때 주기가 얼마나 자주 벗어나는지에 대한 빈도 역시 예측에 활용할 수 있다. 수신 노드 D(420)는 충돌 확률을 검사한 후 충돌 확률이 미리 결정된 임계값보다 높다고 판단되면 충돌 회피 작업에 들어간다. 충돌 회피는 전송에 앞서 지연을 강제적으로 발생시키거나 CSMA/CA 알고리즘 상에서 BE값을 바꿈으로써 확률적으로 낮출 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서 특정 노드 내에서 수행되는 충돌 회피 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 노드(201)는 주변 노드 중 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한다(S501). 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 존재하는지 판단하고, 이력이 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이상이라고 판단한 경우(S502), 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 결정하여 저장한다(S504). 이때, 제 1 노드(201)는 IFS(InterFrameSpacing), 프리엠블(Preemble), 백오프 슬롯 시간(Backoff slot time) 같은 설정 값을 이용하여 제 2 노드(202)의 데이터 전송 주기를 결정할 수 있다.
반면, 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)로부터 데이터를 수신한 이력이 존재하지만, 이력이 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이하라고 판단한 경우, 제 2 노드(202)로부터 수신한 데이터의 정보를 저장하고 상위 레이어로 전송한다(S507). 수신한 데이터의 정보에는 수신 시간이나 수신 데이터의 크기 같은 정보가 포함될 수 있으며, 주기성 데이터베이스를 업데이트 할 때에도 해당 정보가 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 환경내의 특정 노드에서 수행되는 미리 계산된 이웃 노드의 전송 주기를 이용하여 데이터를 전송할 시 상기 이웃 노드와의 충돌을 회피하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제 1 노드(201)는 제 2 노드(202)로 데이터를 전송하기 전에, 제 3 노드의 데이터 전송 주기를 이용하여 제 3 노드가 제 2 노드로 데이터를 전송하는 전송 시간과 충돌되는 충돌 가능 확률을 산출한다(S601). 이때, 제 1 노드(201)는 제 3 노드(203)로부터 데이터를 수신할 시 결정된 제 3 노드(203)의 데이터 전송 주기를 저장하고 있기 때문에 이를 이용하여 충돌 가능 확률을 산출할 수 있다.
제 1 노드(201)는 산출한 충돌 가능 확률과 충돌 임계 확률을 비교하고(S602), 충돌 가능 확률이 충돌 임계 확률 이상이라고 판단한 경우, 충돌 회피를 위한 지연 발생 및 CW를 변경한다(S603). 반면, 소스 노드(100)는 충돌 가능 확률이 충돌 임계 확률 이상이라고 판단한 경우, CW 를 변경한다(S604).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101: 제 1 노드 102: 제 2 노드
103: 제 3 노드

Claims (10)

  1. 무선 통신 환경내의 특정 노드에서 수행되는 데이터 충돌을 회피하는 방법에 있어서,
    소스 노드로부터 제1 데이터를 수신하는 단계;
    상기 소스 노드로부터 이전에 데이터를 수신한 이력이 존재하는지 판단하는 단계; 및
    상기 이력이 존재하는 경우, 상기 이력을 기초로 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 전송 주기는 상기 소스 노드로부터 데이터를 수신될 시 산출되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기는,
    IFS(InterFrameSpacing), 프리엠블(Preemble), 백오프 슬롯 시간(Backoff slot time) 중 적어도 하나의 네트워크 설정 값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기는,
    상기 소스 노드로부터 이전 데이터의 수신 횟수가 미리 결정된 최소 데이터 수신 횟수 이상인 경우에 한해서 결정되며, 상기 결정된 소스 노드의 데이터 전송 주기는 전송 주기 데이터 베이스에 저장되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전송 주기 데이터 베이스에 상기 소스 노드에 대하여 이전에 결정된 데이터 전송 주기가 존재하는 경우,
    상기 결정된 소스 노드의 데이터 전송 주기와 상기 이전에 결정된 데이터 전송 주기의 차이를 계산하여, 그 차이가 허용 한도를 초과하는 경우, 상기 소스 노드의 데이터 전송 주기를 상기 데이터 베이스에 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이웃 노드는,
    1홉 또는 2 홉 중 적어도 하나의 홉에 존재하는 노드임을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  6. 무선 통신 환경내의 특정 노드에서 수행되는 미리 계산된 이웃 노드의 전송 주기를 이용하여 데이터를 전송할 시 상기 이웃 노드와의 충돌을 회피하는 방법에 있어서,
    상기 데이터를 전송하기 전에 상기 이웃 노드의 데이터 전송 주기를 이용하여 상기 데이터의 전송 시간을 결정하는 단계;
    상기 결정한 데이터의 전송 시간이 이웃 노드의 전송시간과 충돌되는 충돌 가능 확률을 산출하는 단계; 및
    상기 산출한 충돌 가능 확률과 충돌 임계 확률의 비교 결과에 따라 데이터 전송 주기를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비교 결과 상기 충돌 가능 확률이 충돌 임계 확률보다 큰 경우, 수신했던 데이터 정보나 주기를 바탕으로 지연 시간 및 경쟁 윈도우의 값을 결정하고 이를 반영시켜 상기 데이터가 전송 주기보다 늦게 송신되도록 하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터가 적어도 하나의 중간 노드를 통해 상기 소스 노드로 전송될 경우, 상기 소스 노드 및 중간 노드의 데이터 전송 주기를 이용하여 상기 데이터 전송 주기가 변경되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 데이터 전송 주기는,
    IFS(InterFrameSpacing), 프리엠블(Preemble), 백오프 슬롯 시간(Backoff slot time) 중 적어도 하나의 네트워크 설정 값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 이웃 노드는,
    1홉 또는 2 홉 중 적어도 하나의 홉에 존재하는 노드임을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
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