KR20130034444A

KR20130034444A - 저전력을 고려한 게이트웨이 결정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130034444A
Application number: KR1020110098454A
Authority: KR
Inventors: 박승훈; 배태한; 조치홍; 원은태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-05
Also published as: US20130077548A1; US9161320B2

Abstract

본 발명은 저전력을 이용한 게이트웨이 결정 장치 및 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 게이트웨이 결정을 위한 조사 전송 전력을 설정하고, 설정된 조사 전송 전력으로 클러스터 내 존재하는 다른 단말 노드로 조사 요청 메시지를 전송하며, 다른 단말 노드로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 조사 응답 메시지를 보낸 단말 노드에 대한 조사 응답 리스트를 생성한 후 클러스터 내 존재하는 단말 노드들에 대한 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하는지 판단하여 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정함으로써 송신 전력의 증가를 최소화 하면서, 동시에 클러스터 내 모든 단말에게 멀티홉을 거치지 않고 직접 데이터를 전달할 수 있는 송신 전력으로 게이트웨이 단말 노드를 결정할 수 있게 된다.

Description

저전력을 고려한 게이트웨이 결정 장치 및 방법{APPURUS AND METHOD FOR DETERMINING GATEWAY CONSIDERING LOW POWER CONSUMPTION}

본 발명은 기지국에서 제어 메시지를 전송할 시 저전력으로 방송 가능한 게이트웨어 노드를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

일반적으로 애드혹 네트워크(MANET-Mobile Ad-hoc Network)는 단말 노드 간 근거리 통신이 가능할 시 단말 노드들이 다중 홉으로 연결되고, 라우팅(Routing) 기술로 적합한 경로를 찾아내어 데이터를 목적지 단말 노드까지 전송하는 기술이다.

현재까지는 인프라 통신망이 부족한 전장(Battle Field)에서의 사용을 목적으로 주로 군사용 장비로 활용되어 왔으나, 최근에는 테러나 재해가 발생할 때도 동작하는 공공안전망이나 전기, 수도, 가스를 제어하기 위한 스마트그리드(Smart Grid)의 형태로 진화하고 있다.

한편, 향후 도래할 B4G(Beyond 4G) 기술이 현재 LTE나 WiMAX와 같은 4세대 통신의 전송률 한계를 극복하고자 연구되고 있다. B4G에서는 기존 셀룰라 통신이 다른 형태의 통신과 결합하는 방향으로 진행되리라 여겨지고 있다.

도 1은 종래의 셀룰러 네트워크와 애드혹 네트워크로 구성된 이종망을 나타내는 도면이다.

이와 같이 하나의 단말 노드(MS)가 셀룰라 네트워크와 MANET에 대한 동시 접속이 가능한 경우 생성되는 이종망은 도 1과 같이 구성될 수 있다.

단말 노드가 기지국에서 멀리 떨어져 있거나 주변 기지국으로부터의 간섭신호가 강하여 셀이 늘어나는 단말 노드를 모두 수용하기 어려운 경우 기지국은 직접 목표 단말과 송수신하지 않고, 다른 단말 노드를 통해 다중 홉으로 전송이 가능하다. 이때, 기지국은 셀 용량 증대에 의한 단말 노드들을 제어하기 위하여 도 1과 같이 단말 노드들을 클러스터로 관리할 수 있다.

이러한 구조가 생겨날 수 있는 또 다른 이유로, 근거리 통신망에 의한 SNS(Social Networking Service)나 게임, 채팅, 게시판 등 관련 서비스가 생겨남에 따라 지역적으로 가까운 단말들 간 클러스터를 형성하는 경우가 늘어나고 있다. 상기 구조는 이러한 서비스를 위한 데이터 전송을 위해서 적용 가능하다.

종래의 클러스터는 단수 또는 복수개의 게이트웨이를 통해 셀룰라 망과 접속될 수 있다. 이러한 게이트웨이 노드를 결정하는 방법은 MANET에서 많이 연구되어 온 과제이다.

하지만, 기존의 게이트웨이 결정 방법은 애드혹 네트워크만의 요구조건을 최적화하기 위해 구성되어 있기 때문에 각 노드의 데이터 전송률, 라우팅 오버헤드, 전력 소모율, 전송 지연만을 고려한다는 문제점이 있다.

또한 이러한 게이트웨이는 인터넷 유선망으로 연결되어 있다고 가정하기 때문에 주로 노드로부터 게이트웨이로 수집되는 데이터에 대해서만 고려한다는 문제점이 있다.

본 발명은 셀룰라 네트워크와 무선 애드혹 네트워크에 동시 접속이 가능한 단말들에 의해 이종망이 구성된 경우 단말 노드 중에서 데이터를 전송하기 적합한 게이트웨이 단말 노드를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 저전력을 고려한 게이트웨이 선택 장치에 있어서, 메시지를 송수신하는 무선부와, 게이트웨이 결정을 위한 조사 전송 전력을 설정하고, 상기 설정된 조사 전송 전력으로 클러스터 내 존재하는 다른 단말 노드로 조사 요청 메시지를 전송하고, 상기 다른 단말 노드로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 상기 조사 응답 메시지를 보낸 단말 노드에 대한 조사 응답 리스트를 생성한 후 상기 클러스터 내 존재하는 단말 노드들에 대한 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하는지 판단하여 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 저전력을 고려한 게이트웨이 선택 방법에 있어서, 게이트웨이 결정을 위한 조사 전송 전력을 설정하는 과정과, 상기 설정된 조사 전송 전력으로 클러스터 내 존재하는 다른 단말 노드로 조사 요청 메시지를 전송하는 과정과, 상기 다른 단말 노드로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 상기 조사 응답 메시지를 보낸 단말 노드에 대한 조사 응답 리스트를 생성하는 과정과, 상기 클러스터 내 존재하는 단말 노드들에 대한 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하는지 판단하는 과정과, 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 애드혹 네트워크와 셀룰라 네트워크로 접속이 가능한 게이트웨이 후보 단말 중에서 한번에 데이터를 멀리 보내기 위한 송신 전력의 증가를 최소화 하면서, 동시에 클러스터 내 모든 단말에게 멀티홉을 거치지 않고 직접 데이터가 전달될 수 있는 적정한 송신전력과 게이트웨이 단말을 결정할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 셀룰러 네트워크와 애드혹 네트워크로 이루어진 이종망을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말 노드의 구성도는 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드에서 게이트웨이 설정 시작을 위한 과정을 나타내는 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 게이트웨이 단말 설정 동작을 수행하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 5 내지 7은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 클러스터 내 단말들에게 조사 요청 메시지를 전달하고, 해당 단말들에게 조사 응답 메시지를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도들,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 최대 전송 전력으로 조사 과정을 수행한 경우 게이트웨이를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않은 경우 게이트웨이를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명은 셀룰라 네트워크와 무선 애드혹 네트워크에 동시 접속이 가능한 단말들에 의해 이종망이 구성된 경우 단말 노드 중에서 게이트웨이 단말 노드를 결정하기 위한 것이다.

기지국이 특정 제어 메시지를 단말 노드들에게 송신하기 위해서는 각 단말의 셀룰러 통신 장치를 사용하는 것이 일반적이지만, 기지국의 가용 자원이 부족하거나 단말 노드의 전력소모를 줄이기 위해서 단말 노드들 중 하나의 대표 단말 노드에게 제어 메시지를 전송하고, 이를 수신한 대표 단말 노드가 주변의 다른 단말들에게 전송할 수 있다.

이러한 동작을 위해서는 필연적으로 게이트웨이 역할을 하는 대표 단말 노드를 결정하기 위한 요구조건과 결정 알고리즘이 필요하다.

일반적인 MANET에서 여러가지 방식으로 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 방식이 제안되어 왔으나, 주로 센서 네트워크와 같이 각 단말 노드들로부터 센싱된 정보를 수집하여 인터넷 망으로 전송하는 동작에 적합한 방식으로 고려되어 왔다.

본 발명에서는 셀룰라 망으로부터 메시지가 게이트웨이 단말 노드로 송신된 후 게이트웨이 단말 노드에서 각 단말 노드에게로 송신되는 과정에 적합하면서 저전력을 실현하는 방식을 고려한다.

이를 위해서는 게이트웨이 단말 노드의 송신전력세기와 게이트웨이 단말 노드로부터 송신되는 방송(broadcasting) 신호를 직접 받을 수 있는 단말 노드의 수를 결정한다.

먼저, 게이트웨이 단말 노드의 송신전력세기를 되도록 최소한으로 함으로써 게이트웨이 단말 노드의 소모전력을 줄이고, 복수의 게이트웨이 단말 노드가 방송 메시지를 송신할 때 간섭을 최소화할 수 있다.

또한, 게이트웨이로부터 송신되는 방송(broadcasting) 신호를 받을 수 있는 단말 노드의 수를 최대화함으로써 방송 신호가 되도록 적은 홉 수로 전송할 수 있다. 예를 들어, 셀룰라 망을 통하여 클러스터 내에 특정 제어 메시지를 포함한 방송 신호를 보내고자 할 때, 제어 메시지는 가능한 한 동일한 시간에 클러스터 내 모든 단말에 보내지도록 한다. 만약, 멀티 홉으로 전송이 될 경우 가장 큰 지연을 유발하는 단말에 의해 전체 제어 신호의 신속성이 제약될 것이므로 가능하면 높은 송신 전력으로 직접 전송되도록 하는 것이 유리하다.

기존 무선 애드혹 네트워크에서 게이트웨이를 선택하는 방법은 보통 트리(tree) 구조로 망을 형성하고 헤더 단말 노드가 게이트웨이가 되거나 메쉬(mesh) 구조로 망을 형성하고 단수 또는 복수의 단말 노드가 게이트웨이가 된다. 그리고 게이트웨이는 제어 메시지를 연결되어 있는 인접 단말을 통해 전체 클러스터로 방송하게 되지만 이러한 방식을 따를 경우 제어 신호의 지연문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는 게이트웨이가 될 수 있는 후보 단말 노드들이 서서히 송신 전력을 증가하면서 메시지를 보내기 시작하고, 가장 먼저 클러스터 내 모든 단말에게 메시지가 송신되는 단수 또는 복수개의 후보 단말 노드를 게이트웨이로 결정하는 방법을 제안한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말 노드의 구성도는 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명에서는 클러스터가 이미 형성되어 있고, 클러스터 내 모든 단말 노드는 클러스터 내 다른 단말 노드에 대한 정보(ID 등)를 이미 알고 있다고 가정한다. 이러한 클러스터 내 단말 노드의 정보는 클러스터 노드 리스트(Cluster_Node_List, 약칭 C_List)로 저장되어 있다고 가정한다. 이때, 클러스터 노드 리스트는 게이트웨이 후보 단말 노드가 클러스터 내 메시지 송신을 위한 송신 전력을 적절히 조절하였는지 판단하는데 기준이 된다.

단말 노드 A는 제어부(100), 무선부(110), 메모리부(120)를 포함한다.

제어부(100)는 클러스터 내 게이트웨이 단말 노드가 존재하는지 여부를 확인하고, 게이트웨이 단말 노드가 존재하지 않으면 게이트웨이 설정 요청 메시지(Gateway_Setup_Request)를 클러스터 내 모든 단말 노드로 전송한다.

다른 단말 노드들로부터 자신들의 ID 정보와 같은 단말 노드 정보가 포함된 게이트웨이 설정 응답 메시지(Gateway_Setup_Response)가 수신되면 제어부(100)는 이러한 단말 노드 정보를 이용하여 게이트웨이 설정 응답 노드 리스트(Gateway_Setup_Response_Node_List, 약칭 GSR_List)를 생성하여 갱신한다.

제어부(100)는 미리 설정된 최대 대기 시간(Max_ListenTime)동안 GSR_List를 갱신하면서 클러스터 내 단말 노드 정보인 C_List와 일치하는지 여부를 확인하여 GSR_List와 C_List가 일치하거나 최대 대기 시간(Max_ListenTime)이 되면 바로 게이트웨이 설정 시작 메시지(Gateway_Setup_Start)를 GSR_List 또는 C_List에 포함된 단말들에게 송신하고 게이트웨이 설정 과정을 시작한다.

상기에서는 게이트웨이 설정 과정으로 진입하기까지의 과정을 간략하게 설명하였다. 게이트웨이 설정 진입 과정은 본 발명에서 필수적인 과정은 아니지만, 발명의 효율성을 위해 추가될 수 있는 방법이다.

이후 제어부(100)는 클러스터 내 메시지 송신을 위한 송신 전력을 결정하기 위해서 조사(probing) 과정을 수행한다.

이러한 조사 과정은 각 게이트웨이 후보 단말 노드들이 조사를 위한 조사 요청 메시지(Probing_Request)의 송신 전력을 서서히 증가시키면서 이루어진다.

구체적으로, 제어부(100)는 미리 설정된 임계 송신 전력으로 조사를 위한 요청 메시지를 클러스터 내 복수의 단말 노드들에게 전송하고, 복수의 단말 노드들로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 수신된 조사 응답 메시지들에 포함된 단말 노드들의 ID 정보와 같은 단말 노드 정보를 이용하여 조사 응답 노드 리스트(Probing_Response_Node_List, 약칭 PR_List)를 생성한다.

상기의 조사 응답 메시지에는 단말 노드의 ID 정보 이외에 현재 각 단말 노드가 가지고 있는 조사 응답 노드 리스트(Probing_Response_Node_List)가 포함되어 복수의 게이트웨이 후보 단말들 중에서 최종 게이트웨이 단말 노드를 결정하는데 이용된다.

제어부(100)는 조사 응답 노드 리스트와 미리 저장된 클러스터 노드 리스트를 비교하여 조사 응답 노드 리스트와 클러스터 노드 리스트에 대한 일치 여부를 판단한다.

판단결과 조사 응답 노드 리스트와 클러스터 노드 리스트가 일치하면 제어부(100)는 단말 노드 A가 게이트웨이 단말로 결정됨을 알리기 위한 게이트웨이 결정 메시지를 클러스터 내 모든 단말 노드에게 전송하고, 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 전송한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

제어부(100)는 조사 응답 메시지를 수신한 복수의 단말 노드들이 클러스터 내 복수의 단말 노드들과 일치하지 않으면 조사 요청 메시지 전송을 위해 미리 설정된 임계 송신 전력보다 더 높은 송신 전력으로 조사 요청 메시지를 다시 클러스터 내 복수의 단말 노드들에게 전송한다. 예를 들어, 제어부(100)는 임계 송신 전력에 미리 설정된 전력만큼 더 높인 제2 임계 송신 전력으로 조사 메시지를 전송한다. 또한, 제어부(100)는 조사 응답 메시지를 수신한 복수의 단말 노드들이 클러스터 내 복수의 단말 노드들과 일치하지 않으면 조사 응답 메시지를 수신한 복수의 단말 노드들이 클러스터 내 복수의 단말 노드들과 일치할 때까지 송신 전력을 계속적으로 높이면서 조사 요청 메시지를 전송한다.

한편, 다른 단말 노드 B로부터 단말 노드 B가 게이트웨어 단말임을 알리는 게이트웨이 알림 메시지가 수신되면 제어부(100)는 게이트웨이 설정을 완료한다.

만약, 다른 단말 노드 B로부터 미수신 알림 메시지가 수신되면 제어부(100)는 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트와 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트를 비교한다. 비교 결과 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트가 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트보다 크면 단말 노드 B가 게이트웨이 단말로 결정되고, 제어부(100)는 게이트웨이 설정을 완료한다.

비교 결과 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트가 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트보다 작으면 제어부(100)는 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트와 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트 내 일치하는 노드의 개수가 미리 설정된 임계값 보다 큰지 여부를 판단한다.

판단 결과 미리 설정된 임계값보다 크면 제어부(100)는 단말 노드 B에게 게이트웨이 재설정 요청 메시지를 전달하고, 단말 노드 B로부터 게이트웨이 재설정 응답 메시지를 수신되면 게이트웨이 알림 메시지의 수신을 대기한다.

판단 결과 미리 설정된 임계값보다 작으면 제어부(100)는 단말 노드 A 및 단말 노드 B가 게이트웨이 단말로 결정됨을 알리기 위한 게이트웨이 결정 메시지를 클러스터 내 모든 단말 노드에게 전송하고, 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 전송한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

비교 결과 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트가 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트보다 작으면 단말 노드 B가 게이트웨이 단말로 결정되고, 제어부(100)는 게이트웨이 설정을 완료한다.

만약 미리 설정된 최대 대기 시간(Max_Listen Time)동안 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않으면 제어부(100)는 게이트웨이 알림 메시지의 수신을 대기하는 상태에서 일정 시간 동안 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않은 경우 브로드캐스팅 되는 미수신 알림 메시지를 클러스터 내 모든 단말 노드로 전송한다.

이후 제어부(100)는 다른 단말 노드들로부터 게이트웨이 재설정 요청 메시지에 대한 수신을 대기한다. 그리하여 또 다른 단말 노드, 예를 들어 노드 C로부터 게이트웨이 재설정 요청 메시지가 수신되면 제어부(100)는 이에 대한 응답으로 게이트웨이 재설정 응답 메시지를 전송하고, 게이트웨이 설정을 완료한다.

만약 미리 설정된 최대 대기 시간(Max_Listen Time)동안 게이트웨이 재설정 요청 메시지가 수신되지 않으면 제어부(100)는 자신을 게이트웨이 단말로 결정하고, 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 전송한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

무선부(110)는 단말 노드간의 메시지들을 송수신한다.

메모리부(120)는 단말 노드에서 사용되는 메시지 또는 설정 정보와 같은 데이터를 저장한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드에서 게이트웨이 설정 시작을 위한 과정을 나타내는 흐름도이다.

300단계에서 제어부(100)는 클러스터 내 게이트웨이 단말 노드가 존재하는지 여부를 판단하여 게이트웨이 단말 노드가 존재하면 게이트웨이 설정 시작을 종료하고, 그렇지 않으면 301단계를 진행한다.

301단계에서 제어부(100)는 게이트웨이 설정 요청 메시지(Gateway_Setup_Request)를 클러스터 내 모든 단말 노드로 전송한다.

302단계에서 다른 단말 노드들로부터 자신들의 ID 정보와 같은 단말 노드 정보가 포함된 게이트웨이 설정 응답 메시지(Gateway_Setup_Response)가 수신되면 제어부(100)는 303단계에서 게이트웨이 설정 응답 노드 리스트와 클러스터 리스트가 일치하는지 여부를 판단하여 일치하면 305단계를 진행하고, 그렇지 않으면 304단계를 진행한다. 여기서, 게이트웨이 설정 응답 메시지는 응답한 단말 노드의 ID 정보등과 같은 단말 노드의 정보가 포함되어 있고, 이를 이용하여 제어부(100)는 게이트웨이 설정 응답 노드 리스트를 구성하여 갱신할 수 있다.

304단계에서 제어부(100)는 304단계에서 미리 설정된 최대 대기 시간이 지났는지 판단하여 지나지 않았으면 302단계로 진행하여 게이트웨이 설정 응답 메시지를 수신하고, 최대 대기 시간이 지났으면 305단계를 진행한다.

305단계에서 제어부(100)는 게이트웨이 설정 시작 메시지(Gateway_Setup_Start)를 GSR_List 또는 C_List에 포함된 단말들에게 송신하고, 306단계에서 게이트웨이 설정 과정을 시작한다.

상기에서 전송된 게이트웨이 설정 시작 메시지를 수신한 GSR_List 또는 C_List에 포함된 각 단말들도 게이트웨이 설정 과정을 시작한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 게이트웨이 단말 설정 동작을 수행하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

400단계에서 제어부(100)는 조사 과정을 수행하기 위한 조사 전송 전력을 미리 설정된 최소 전력으로 설정한다.

401단계에서 제어부(100)는 설정된 최소 전력의 조사 전송 전력으로 조사 요청 메시지를 클러스터 내 복수의 단말 노드들에게 전송한다.

402단계에서 제어부(100)는 조사 응답 메시지가 수신되는지 여부를 판단하여 조사 응답 메시지가 수신되면 403단계를 진행하고, 그렇지 않으면 조사 응답 메시지가 수신되는지 여부를 계속적으로 판단한다.

403단계에서 제어부(100)는 수신된 조사 응답 메시지들에 포함된 단말 노드들의 ID 정보와 같은 단말 노드 정보를 이용하여 조사 응답 노드 리스트를 생성 및 갱신한다.

이에 대해서 도 5 내지 도 7을 참조하여 예를 들어 설명하도록 한다.

도 5 내지 7은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 클러스터 내 단말들에게 조사 요청 메시지를 전달하고, 해당 단말들에게 조사 응답 메시지를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도들이다.

먼저, 도 5에서 단말 노드 A(500)는 6개의 단말과 클러스터를 구성하고 있다. 도 6과 같이 단말 노드 A(500)는 미리 설정된 조사 전송 전력으로 메시지를 전송할 수 있는 영역(600)에 포함된 단말들(501, 502, 503)에게 조사 요청 메시지를 전달한다. 이후 도 7과 같이 단말 노드 A(500)는 해당 단말들(501, 502, 503)로부터 조사 응답 메시지를 수신한다.

404단계에서 제어부(100)는 조사 응답 노드 리스트와 클러스터 노드 리스트에 대한 일치 여부를 판단하여 두 리스트가 일치하면 407단계로 진행하고, 일치하지 않으면 405단계로 진행하여 현재 조사 전송 전력이 최대 조사 전송 전력보다 작은지 여부를 판단하여 현재 조사 전송 전력이 최대 조사 전송 전력보다 작으면 406단계를 진행하고, 그렇지 않으면 a 단계를 진행한다. a 단계 이후의 과정은 도 8에서 설명하도록 한다. 또한, b, c, d 단계 이전의 과정은 도 8 및 도 9에서 설명하도록 한다.

406단계에서 제어부(100)는 조사 전송 전력을 △P 상승시킨 후 401단계를 진행하여 클러스터 내 단말들에게 최소 전력+△P 만큼의 전력으로 조사 요청 메시지를 브로드캐스트 한다.

404단계에서 407단계로 진행한 제어부(100)는 단말 노드 A가 게이트웨이임을 나타내는 게이트웨이 결정 메시지를 클러스터 내 모든 단말에게 브로드캐스트한다.

408단게에서 제어부(100)는 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 브로드캐스트한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 단말 노드 A가 최대 전송 전력으로 조사 과정을 수행한 경우 게이트웨이를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

800단계에서 제어부(100)는 다른 단말 노드들로부터 게이트웨이 알림 메시지에 대한 수신을 대기한다.

801단계에서 제어부(100)는 다른 단말 노드들로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되는지 여부를 판단하여 단말 노드B로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되면 802단계로 진행하여 그 게이트웨이 알림 메시지가 미수신 알림 메시지인지를 판단한다. 만약 801단계에서 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않으면 도 9의 e 단계로 진행한다. 이때, e단계 이후의 과정은 도 9에 대한 설명에서 살펴보기로 한다.

802단계에서 제어부(100)는 수신된 메시지가 미수신 알림 메시지인 경우 803단계로 진행하고, 그렇지 않으면 c 단계에서 도 4의 408단계로 진행하여 단말 노드 B가 게이트웨이 단말 노드임을 확인하기 위한 게이트웨이 확인 메시지를 클러스터 내 모든 단말로 브로드캐스팅한다.

803단계에서 제어부(100)는 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트(PR_List)가 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트보다 큰지 여부를 판단한다.

판단 결과 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트(PR_List)가 크면 단말 노드 B가 게이트웨이 단말로 결정되고, 제어부(100)는 c 단계에서 도 4의 408단계로 진행하여 단말 노드 B가 게이트웨이 단말 노드임을 확인하기 위한 게이트웨이 확인 메시지를 클러스터 내 모든 단말로 브로드캐스팅한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

판단 결과 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트(PR_List)가 크면 제어부(100)는 804단계로 진행하여 단말 노드 B의 조사 응답 노드 리스트와 단말 노드 A의 조사 응답 노드 리스트 내 일치하는 노드의 개수를 산출한다.

805단계에서 제어부(100)는 산출된 노드의 개수가 미리 설정된 임계값 보다 큰지 여부를 판단하여 판단 결과 미리 설정된 임계값보다 크면 806단계를 진행하고, 그렇지 않으면 b 단계에서 도 4의 407단계로 진행하여 단말 노드 A 및 단말 노드 B가 게이트웨이 단말로 결정됨을 알리기 위한 게이트웨이 결정 메시지를 클러스터 내 모든 단말 노드에게 전송한다.

이후 408단계에서 제어부(100)는 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 전송한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

806단계에서 제어부(100)는 단말 노드 B에게 게이트웨이 재설정 요청 메시지를 전달하고, 807단계에서 단말 노드 B에게 게이트웨이 재설정 응답 메시지가 수신되는지 판단하여 수신되면 800단계로 진행하여 게이트웨이 알림 메시지에 대한 수신을 대기한다.

e 단계 이후에 대해서 도 9를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않은 경우 게이트웨이를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

미리 설정된 최대 대기 시간(Max_Listen Time)동안 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않으면 제어부(100)는 900단계에서 브로드캐스팅 되는 미수신 알림 메시지를 클러스터 내 모든 단말 노드로 전송한다.

901단계에서 제어부(100)는 다른 단말 노드들로부터 게이트웨이 재설정 요청 메시지에 대한 수신을 대기한다.

902단계에서 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 재설정 요청 메시지가 수신되는지 여부를 판단하여 메시지가 수신되면 제어부(100)는 904단계로 진행하고, 그렇지 않으면 903단계에서 제어부(100)는 단말 노드 A를 게이트웨이 단말로 결정하고, c 단계에서 도 4의 408단계로 진행하여 게이트웨이 확인을 위한 메시지를 모든 단말 노드에게 전송한 후 게이트웨이 설정을 완료한다.

904단계에서 제어부(100)는 다른 단말 노드, 예를 들어, 단말 노드 C로 게이트웨이 재설정 응답 메시지를 전송하고, d 단계로 진행하여 게이트웨이 설정을 완료한다.

이와 같이 본 발명은 메시지 송신을 위한 송신 전력을 서서히 높이면서 게이트웨이 단말 노드를 선택하기 위한 조사 과정을 수행하여 클러스터 내 다양한 배치 상황에 따라 유효한 게이트웨이 선택이 이루어진다.

이에 따라 본 발명은 송신 전력의 증가를 최소화 하면서, 동시에 클러스터 내 모든 단말에게 멀티홉을 거치지 않고 직접 데이터가 전달될 수 있는 적정한 송신전력과 게이트웨이 단말을 결정할 수 있게 된다.

110: 무선부
100: 제어부
120: 메모리부

Claims

저전력을 고려한 게이트웨이 결정 장치에 있어서,
메시지를 송수신하는 무선부와,
게이트웨이 결정을 위한 조사 전송 전력을 설정하고, 상기 설정된 조사 전송 전력으로 클러스터 내 존재하는 다른 단말 노드로 조사 요청 메시지를 전송하고, 상기 다른 단말 노드로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 상기 조사 응답 메시지를 보낸 단말 노드에 대한 조사 응답 리스트를 생성한 후 상기 클러스터 내 존재하는 단말 노드들에 대한 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하는지 판단하여 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하면 상기 게이트웨이 결정 장치를 게이트웨이 단말 노드로 결정하고, 게이트웨이 결정 메시지를 생성하여 상기 클러스터 내 모든 단말 노드에게 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하지 않으면 상기 조사 전송 전력이 최대 전송 전력보다 작은지 판단하여 상기 최대 전송 전력보다 작으면 상기 조사 전송 전력을 미리 설정된 전력 양만큼 상승시킨 후 상기 상승된 조사 전송 전력으로 상기 클러스터 내 다른 단말 노드로 상기 조사 요청 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 조사 전송 전력이 상기 최대 전송 전력보다 크면 상기 클러스터 내 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되는지 여부를 판단하고, 판단 결과 제1 단말 노드로부터 상기 게이트웨이 알림 메시지가 수신되면 게이트웨이 확인 메시지를 생성하여 상기 클러스터 내 다른 단말 노드들에게 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 단말노드 로부터 일정 시간 동안 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않고, 브로드캐스팅 되는 미수신 알림 메시지가 수신되면 상기 제1 단말 노드의 조사 응답 리스트와 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트를 비교하고, 상기 제1 단말 노드의 조사 응답 리스트 내 단말 노드의 수가 상기 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 내 단말 노드의 수보다 크면 상기 제1 단말을 게이트웨이 단말 노드로 결정하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 단말의 조사 응답 리스트 내 단말의 수가 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 내 단말의 수보다 작으면 상기 제1 단말의 조사 응답 리스트와 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 사이의 일치하는 단말 노드의 개수를 산출하고, 상기 산출된 단말 노드의 개수와 미리 설정된 임계값을 비교하며, 상기 산출된 단말 노드의 개수가 상기 임계값보다 작으면 상기 제1 단말과 상기 게이트웨이 결정 장치를 게이트웨이 단말 노드로 결정하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
제6항에 있어서, 상기 제어부는
상기 산출된 단말 노드의 개수가 미리 설정된 임계값보다 크면 상기 제1 단말 노드에게 게이트웨이 재설정을 위한 게이트웨이 재설정 요청 메시지를 전송하고, 상기 제1 단말 노드로부터 상기 게이트웨이 재설정 요청 메시지에 대한 응답 메시지가 수신되면 게이트웨이 알림 메시지에 대한 수신을 대기하는 것을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 장치.
저전력을 고려한 게이트웨이 결정 방법에 있어서,
게이트웨이 설정을 위한 조사 전송 전력을 설정하는 과정과,
상기 설정된 조사 전송 전력으로 클러스터 내 존재하는 다른 단말 노드로 조사 요청 메시지를 전송하는 과정과,
상기 다른 단말 노드로부터 조사 응답 메시지가 수신되면 상기 조사 응답 메시지를 보낸 단말 노드에 대한 조사 응답 리스트를 생성하는 과정과,
상기 클러스터 내 존재하는 단말 노드들에 대한 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하는지 판단하는 과정과,
판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제8항에 있어서, 상기 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 과정은,
상기 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하면 상기 게이트웨이 결정 장치를 게이트웨이 단말 노드로 결정하는 과정과,
게이트웨이 결정 메시지를 생성하여 상기 클러스터 내 모든 단말 노드에게 브로드캐스팅하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제8항에 있어서, 상기 판단 결과에 따라 게이트웨이 단말 노드를 결정하는 과정은,
상기 클러스터 리스트와 상기 조사 응답 리스트가 일치하지 않으면 상기 조사 전송 전력이 최대 전송 전력보다 작은지 판단하는 과정과,
상기 최대 전송 전력보다 작으면 상기 조사 전송 전력을 미리 설정된 전력 양만큼 상승시킨 후 상기 상승된 조사 전송 전력으로 상기 클러스터 내 다른 단말 노드로 상기 조사 요청 메시지를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제10항에 있어서,
상기 조사 전송 전력이 상기 최대 전송 전력보다 크면 상기 클러스터 내 다른 단말 노드로부터 게이트웨이 알림 메시지가 수신되는지 여부를 판단하는 과정과,
제1 단말 노드로부터 상기 게이트웨이 알림 메시지가 수신되면 게이트웨이 확인 메시지를 생성하여 상기 클러스터 내 다른 단말 노드들에게 브로드캐스팅하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 단말노드 로부터 일정 시간 동안 게이트웨이 알림 메시지가 수신되지 않고, 브로드캐스팅 되는 미수신 알림 메시지가 수신되면 상기 제1 단말 노드의 조사 응답 리스트와 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트를 비교하는 과정과,
상기 제1 단말 노드의 조사 응답 리스트 내 단말 노드의 수가 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 내 단말 노드의 수보다 크면 상기 제1 단말을 게이트웨이 단말 노드로 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 단말의 조사 응답 리스트 내 단말의 수가 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 내 단말의 수보다 작으면 상기 제1 단말의 조사 응답 리스트와 상기 게이트웨이 결정 장치의 조사 응답 리스트 사이의 일치하는 단말 노드의 개수를 산출하는 과정과,
상기 산출된 단말 노드의 개수와 미리 설정된 임계값을 비교하는 과정과,
상기 산출된 단말 노드의 개수가 상기 임계값보다 작으면 상기 제1 단말과 상기 게이트웨이 결정 장치를 게이트웨이 단말 노드로 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.
제13항에 있어서,
상기 산출된 단말 노드의 개수가 미리 설정된 임계값보다 크면 상기 제1 단말 노드에게 게이트웨이 재설정을 위한 게이트웨이 재설정 요청 메시지를 전송하는 과정과,
상기 제1 단말 노드로부터 상기 게이트웨이 재설정 요청 메시지에 대한 응답 메시지가 수신되면 게이트웨이 알림 메시지에 대한 수신을 대기하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 게이트웨이 결정 방법.