KR20140071520A - 무선 저전력 매체 접근 제어에서의 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 저전력 매체 접근 제어(MAC)에서의 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀티 사이클 제어방법은 비동기식 듀티 사이클 기반 저전력 MAC에서 트래픽 상태에 따라 듀티 사이클을 제어하여, 고유의 저전력 특성을 크게 훼손하지 않으면서 노드 간 패킷 전송 지연시간을 완화할 수 있다.

Description

무선 저전력 매체 접근 제어에서의 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법 및 그 장치 {Duty cycle control method and apparatus to mitigate latency for duty cycle based wireless low-power MAC}
본 발명은 무선 센서 네트워크 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 사용되는 비동기 저전력 매체 접근 제어(Media Access Control: MAC)에서 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하여 노드 간 전송 지연시간을 완화하기 위한 기술에 관한 것이다.
IEEE 802.15.4 등 링크를 기반으로 한 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network: WSN)에서 매체 접근 제어(Media Access Control: 이하 MAC이라 칭함) 기술은 크게 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식과 TDMA(Time Division Multiplex Access) 방식으로 분류된다. TDMA 방식을 사용하면 각 노드별로 링크를 사용하는 시간이 정해져 있어서 해당되는 타임 슬롯(time slot)만 사용하고 나머지 시간은 수면 상태(무선 송수신 칩의 전원을 off)로 진입할 수 있어서 저전력 동작에 효과적이다. 그러나, 노드 간 시간 동기화가 어렵고 센서의 클럭 드리프트 등의 현상으로 인해 동기화된 시간을 유지하기 어려워서 주로 CSMA/CA 기술을 많이 사용한다. 그런데, CSMA/CA의 경우 패킷 송수신을 위해 센서 노드가 늘 깨어난 상태에서 무선 상태를 듣고 있어야 하므로 전력이 심각하게 낭비될 수 있다. 특히, 배터리 또는 에너지 하베스팅 장치를 사용하는 센서 노드의 경우, 이는 네트워크 전체의 수명과 직결될 수 있다.
전술한 전력 소모 문제를 해결하기 위해 저전력 MAC 기술이 제안되었다. 해당 기술들은 주로 대부분의 시간동안 슬립(sleep) 상태에 있다가 주기적으로 깨어나 무선 상태를 확인하는 듀티 사이클링(duty cycling) 방식을 사용한다. 듀티 사이클링 방식은 대부분의 무선 송수신 칩이 패킷 송수신 못지 않게 평상시 무선 상태를 듣고 있는, 이른바 유휴 리스닝(idle listening) 동작을 최대한 줄임으로써 저전력을 달성할 수 있다.
듀티 사이클링 기반 MAC 기술은 크게 동기 방식과 비동기 방식으로 분류된다. 동기 방식에는 SMAC, T-MAC 등이 있으며 네트워크의 모든 노드들이 동시에 일어나는 타이밍을 동기화시키는 것이 핵심이다. 해당 방식은 TDMA처럼 네트워크 전체의 아주 정밀한 시간 동기화를 요구하는 것까지는 아니나, 낮은 정확도의 시간 동기화라도 이를 유지하기 위한 패킷 교환 등 오버헤드가 존재하게 된다. 이러한 동기화 문제의 부담을 없앤 방식이 비동기 듀티 사이클링 방식으로 BMAC, X-MAC 등이 있다.
비동기 방식의 핵심은 수신 노드가 패킷을 수신할 때까지 송신 노드에서 한 주기 동안 같은 패킷을 연속으로 전송하는 것에 있다. 이 경우 동기화의 필요가 사라진다. 한 주기 동안 연속적으로 패킷을 전송하는 문제가 있지만, 이것 역시 phase-lock 등의 메커니즘을 통해 해소할 수 있다. 하지만 노드 별로 깨어나는 시각이 모두 다르기 때문에 전송 지연 문제가 발생할 수 있다. 특히, CoAP(Constrained Application Protocol)나 HTTP(hyper text transfer protocol) 등 요청-응답(request-response) 전송이 기본 방식인 프로토콜의 경우 타임아웃(timeout)을 일으킬 수 있기 때문에, 불필요한 패킷 재전송도 발생할 수 있다.
또한 비동기 방식은 한 주기에 최대 하나의 패킷만 전송 가능하다. 따라서 6LoWPAN처럼 하나의 큰 패킷을 여러 개의 단편으로 쪼개어 전송할 필요가 있는 경우, 지연시간이 크게 증가할 수 있다. 가령, 노드가 2개의 패킷을 연속으로 전송해야 하는 상황을 가정해 보자. 만약, 한 주기동안 최대 10회 전송이 가능하다면, 비동기 듀티 사이클 기반 MAC은 총 두 주기동안 2개의 패킷을 보낸다. 즉, 총 20회 전송이 가능한 두 주기의 시간동안 2개의 패킷만 전송하였으므로, 지연 측면에서의 성능 저하가 심각하다.
향후, 센서 노드의 배터리 수명을 연장하기 위한 비동기 듀티 사이클 기반 MAC 프로토콜은 물론이고, 웹 기반 프로토콜, 6LoWPAN 등은 모두 무선 센서 네트워크 분야에서 활발하게 쓰일 것으로 기대가 된다. 따라서, 비동기 듀티 사이클 기반 MAC 프로토콜의 저전력 특성은 가능한 유지하면서 약점인 지연 시간을 완화할 필요가 있다.
센서 노드의 배터리 수명을 연장하기 위해서는 비동기식 듀티 사이클 기반 저전력 MAC이 필수적이다. 하지만, 웹 트래픽처럼 요청-응답과 같은 패턴의 통신이나, 연속적인 패킷 전송이 발생할 수 있는 6LoWPAN 등의 무선 센서 네트워크에서 비동기식 듀티 사이클 기반 무선 MAC을 적용할 경우 지연으로 인해 전체적인 성능이 저하될 수 있다.
비동기 듀티 사이클 기반 저전력 MAC에서 지연을 줄이기 위해서는 결국 듀티 사이클을 증가시키는 수 밖에 없다. 그렇다고 해서 무선 송수신기를 계속 켜놓게 한다면 고유의 저전력 특성을 크게 훼손하게 된다. 무선 센서 네트워크의 특성상 대부분 트래픽이 멀티홉으로 전달되므로, 송신한 직후 짧은 시간 내에 바로 수 내지 수십 홉 떨어진 목적지 노드가 보낸 응답 패킷을 받게 될 확률이 거의 없다. 따라서, 송신 노드에서 유휴 수신대기 시간을 늘려봐야 증가된 시간 중 대부분의 시간은 낭비가 된다.
일 실시 예에 따라, 비동기식 듀티 사이클 기반 저전력 MAC에서 트래픽 상태에 따라 듀티 사이클을 제어하여, 고유의 저전력 특성을 크게 훼손하지 않으면서 노드 간 패킷 전송 지연시간을 완화하는 방법 및 그 장치를 제안한다.
일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 송신 노드가 비동기식 매체 접근 제어 프로토콜에 기반하여 전송지연을 완화하기 위한 듀티 사이클 제어방법은, 송신 노드가 데이터를 송신한 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기 내의 웨이크 업 휫수를 증가시켜 듀티 사이클을 높이는 단계와, 듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신하는 단계를 포함한다.
듀티 사이클을 높이는 단계에서 송신 노드는 듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 송신 노드는 패킷 송신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기 내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원할 수 있다.
듀티 사이클을 높이는 단계에서 송신 노드는 유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따라 송신 노드는 송신 노드에서 수신 노드로의 패킷　평균 왕복시간을 기초로 하여 수신 노드로부터의 패킷 응답 시간을 예측한 후 예측된 시간 이내에서　듀티 사이클 유지 시간 및 그 증가 정도를 결정할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 수신 노드가 비동기식 매체 접근 제어 프로토콜에 기반하여 전송지연을 완화하기 위한 듀티 사이클 제어방법은, 수신 노드가 데이터를 수신하면 미리 설정된 시간동안 한 주기 내의 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높이는 단계와, 듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신하는 단계를 포함한다.
듀티 사이클을 높이는 단계에서 수신 노드는 듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 수신 노드는 패킷 수신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기 내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원할 수 있다.
듀티 사이클을 높이는 단계에서 수신 노드는 유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정할 수 있다.
데이터를 송수신하는 단계에서 수신 노드는 송신 노드로부터 수신한 요청 패킷에 대한 응답 패킷을 생성하여 이를 송신 노드에 송신할 수 있다. 또는 송신 노드로부터 연속으로 패킷을 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비동기식 듀티 사이클 기반 저전력 MAC에서 트래픽 상태에 따라 듀티 사이클을 제어하여, 고유의 저전력 특성을 크게 훼손하지 않으면서 노드 간 패킷 전송 지연시간을 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 노드의 구성도,
도 2는 일반적으로 저전력 MAC에서 노드 간 패킷 송수신 흐름을 도시한 참조도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 저전력 MAC에서의 노드 간 패킷 송수신 흐름을 도시한 참조도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 본 발명의 듀티 사이클 증가에 따른 전송 지연 감소가 적용되는 요청-응답(request-response) 기반 트래픽 패턴을 도시한 참조도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 듀티 사이클 증가에 따른 전송 지연 감소가 적용되는 연속전송 트래픽 패턴을 도시한 참조도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 노드 간 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법을 도시한 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 노드 간 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 노드(1)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network: WSN)의 센서 노드(1)는 센서 및 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 센싱부(10)와, 프로세서 및 저장부를 포함하는 처리부(12)와, 데이터를 송수신하는 송수신부(13)와, 전력을 공급하는 전원부(14)를 포함한다. 또한, 센서 노드(1)는 센서의 용도에 따라 전원 발생부(17)를 더 포함할 수 있다.
센서 노드(1)는 배터리와 같은 제한된 에너지원을 사용하며 기본적으로 수 개월에서 수년 이상의 동작이 보장되어야 하므로, 에너지를 효율적으로 관리하는 것이 중요하다. 이에 따라 저전력(low-power) 설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 중 하나는 저전력을 설계하기 위하여 매체 접근 제어(Media Access Control: MAC) 프로토콜 분야에서 웨이크 업(wake up)과 슬립(sleep) 상태를 반복하는 듀티 사이클(duty cycle)을 이용하는 것이다.
MAC 프로토콜은 크게 센서 노드 간을 동기화시키는 동기식 MAC 프로토콜과 노드들의 동기화 없이 비동기식으로 동작하는 비동기식 MAC 프로토콜로 분류할 수 있다. 대표적인 비동기식 MAC 프로토콜로는 B-MAC, Wise-MAC, X-MAC 등이 있다. 그런데, 비동기식 MAC 프로토콜에서는 상대 수신 노드의 웨이크 업 상태를 알지 못하기 때문에, 전송해야 할 데이터가 링크 당 최대 듀티 사이클 주기만큼 지연될 수 있다. 이는 침입 탐지나 감시경계 등 실시간성이 요구되는 센서 네트워크 응용 서비스에 있어서, CoAP이나 HTTP를 사용하는 웹 프로토콜 또는 연속적인 패킷 전송이 발생할 수 있는 6LoWPAN에서는 커다란 단점이 될 수 있다. 이에 본 발명은 비동기식 MAC 프로토콜의 가장 큰 단점인 전송 지연시간 문제를 줄이기 위한 알고리즘을 제안한다.
도 2는 일반적으로 저전력 MAC에서 노드 간 패킷 송수신 흐름을 도시한 참조도이다.
도 2는 A가 B를 통해 C에게 요청 패킷(request packet)을 전송하면 A가 B를 통해 C로부터 응답 패킷(response packet)을 수신하는 상황을 도시한 것이다. 도 2에 있어서, A, B, C는 노드를, 가로 축은 시간의 흐름을, 가로 축에 있는 눈금은 해당 노드가 웨이크 업하는 시점을 말한다.
도 2를 참조하여, 일반적인 노드 간 패킷 송수신 프로세스를 설명하면 A는 B에게 패킷을 전송하기 위해서 총 4회를 시도한다. 그 중 3회는 B가 슬립 상태여서 패킷이 그대로 손실이 되고, 4회가 되어서야 B가 웨이크 업되어 A로부터 패킷을 수신한다. B 역시 C에게 패킷을 전달하기 위해서 총 5회의 패킷 전송을 시도한다. 이 중 4회는 C가 슬립 상태여서 손실되고, C가 웨이크 업한 5회째가 되어서야 해당 패킷을 수신한다. 도 2에 있어서, 처리는 패킷을 처리하는 프로세스를 나타낸다. 예를 들어, B에 있어서의 처리는 패킷을 C에게 전달하기 위한 처리 과정(라우팅)을 의미하고, C에 있어서의 처리는 응답 패킷을 생성하는 과정을 의미한다. C가 생성한 응답 패킷은 B를 거쳐 A에 도달하기까지 총 6회에 걸쳐 전송을 시도하면서 최초 요청한 A에게 전달된다. 이렇게만 보면 그냥 센서가 지속적으로 웨이크 업 상태인 경우가 더 효율적으로 보일 수도 있으나, 일반적으로 무선 송수신 칩은 깨어있는 상태 자체가 전력소모가 심하다. 따라서, 패킷을 송수신하지 않는 대부분의 시간을 슬립 상태로 두는 것이 MAC에서의 듀티 사이클의 핵심이다.
도 2를 참조하면, 송신 노드가 패킷을 송신하는 경우 수신 노드의 웨이크 업 시간이 되어서야 비로소 패킷 송신이 완료된다. 즉, 각 노드별로 깨어나는 시간이 서로 상이하기 때문에 불필요한 대기 시간이 발생할 수 있다. 이 대기시간은 1~2홉(hop) 정도의 짧은 거리에서는 무의미하지만, 홉의 수가 증가할수록 그 시간이 증가하게 된다. 링크 계층에서의 지연은 상위 계층에도 영향을 줄 수 있다. 특히, 일정 시간이 지나도 종단에서 응답 패킷이 없는 경우 재전송을 수행하는 TCP나 CoAP 등의 프로토콜들은 과도한 지연시간으로 인하여 이를 패킷 손실로 인식하여 패킷 재전송을 수행할 수도 있다.
전술한 지연시간 문제를 해결하기 위해서 노드 간 웨이크 업 타이밍(wakeup timing)을 조절하여 동기화하는 방법이 있다. 해당 방법은 동기식 저전력 MAC에서 사용되는 방법 중 하나인데, 동기화에 따른 오버헤드의 문제가 발생할 수 있다. 다른 방법으로는 웨이크 업 시간을 일시적으로 늘리는 방법이 있다. 이 경우에는 증가된 웨이크 업 시간동안 통신 활동이 없을 때, 저전력 효율이 감소하는 단점이 있다. 본 발명은 한 주기 동안의 웨이크 업 횟수를 일시적으로 증가시키는 방법으로 전술한 문제를 해결하고자 하며, 이에 대한 실시 예를 도 3을 통해 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 저전력 MAC에서의 노드 간 패킷 송수신 흐름을 도시한 참조도이다.
도 3을 참조하면, 최초로 요청 패킷을 전송하는 단계(A->B->C)에서는 도 2에 도시된 일반적인 MAC에서의 프로세스와 다를 바가 없다. 그러나, 본 발명에 따르면, A가 패킷을 송신한 이후 듀티 사이클을 증가시킴에 따라 이후의 패킷 송수신을 위한 대기시간이 단축되어, 응답 패킷을 전송하는 단계(C->B->A)에서는 일반적인 방법보다 훨씬 더 고속으로 패킷을 송수신할 수 있다.
도 2와 도 3에 도시된 패킷 송수신 과정의 차이점은, 도 3에 있어서 눈금 횟수의 증가, 즉, 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높인 것이다. 듀티 사이클은 한 주기에서 전원이 온(On) 상태인 시간의 비율이므로, 본 발명에서 듀티 사이클이 높아진다는 것은 더 자주 웨이크 업되어 on 상태가 증가하는 것을 의미한다. 듀티 사이클의 증가에 의해, A의 C로부터의 응답 지연시간이 줄어들어 A는 C로부터 고속으로 패킷을 수신할 수 있다.
듀티 사이클이 증가하는 주체는 송신 노드와 수신 노드 모두에 적용될 수 있다. 즉, 송신 노드는 자신에게 올 응답 패킷이 있을 수도 있으니 듀티 사이클을 증가시키는 것이고, 수신 노드는 송신 노드로부터 연속으로 전송되는 요청 패킷이 있을 수 있으니 듀티 사이클을 증가시키는 것이다.
일 실시 예에 따라 각 노드는 패킷 송수신시 일시적으로 한 주기동안 웨이크 업 횟수를 증가시킨다. 그리고, 일정 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 돌아온다.
본 발명의 듀티 사이클 증가 방법은 웨이크 업 이후 일정 시간동안 유휴 수신대기 상태 시간을 늘리는 것이 아닌 웨이크 업 횟수를 증가시키는 것으로, 듀티 사이클이 일시적으로 증가하는 이 기간동안 통신 활동이 없을 경우에도 큰 에너지 낭비가 발생하지 않게 된다.
일 실시 예에 따라 각 노드는 유휴(idle) 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정한다. 예를 들어, 각 노드에서 패킷의 최종 목적지별　평균 왕복 시간(round trip time)을 측정해뒀다가 예측하는 식으로　증가 시간 및 그 정도를 결정할 수 있다. 가령, A의 경우 C로 패킷을 전송할 때마다 응답받는 시간이 평균 x초 정도 소요된다고 하고 이를 A가 통계적으로 알고 있다면, 언제쯤 C로부터 응답 패킷을 수신할지 대략 예측할 수 있다. 그러면, A는 예측된 시간 이내에서　듀티 사이클 증가 시간 및 그 증가 정도를 결정할 수 있다. 그러나, 전술한 실시 예는 본 발명의 일 실시 예일 뿐, 증가한 듀티 사이클 증가 시간 및 그 증가 정도는 다양하게 변경 가능함은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 본 발명의 듀티 사이클 증가에 따른 전송 지연 감소가 적용되는 요청-응답(request-response) 기반 트래픽 패턴을 도시한 참조도이다.
본 발명은 일회성 단방향 트래픽보다는 동일한 루트를 여러 번 사용하는 트래픽 패턴에서 그 효과를 볼 수 있는데, 이러한 트래픽에는 요청-응답 프로세스에 기반하는 HTTP, CoAP 등의 웹 프로토콜이 있다. 이런 트래픽 패턴에 의하면 도 4에 도시된 바와 같이 패킷이 노드 간에 서로 전달될 것이다. 도 4를 참조하면, 최초 A에서 E까지 패킷이 전달될 때(▤)에는 낮은 듀티 사이클로 인해 전송 지연이 심하지만, 최초 요청 패킷에 대한 응답 패킷과 그 이후의 패킷이 전달될 때(▥)에는 지연시간이 감소하게 됨을 확인할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 듀티 사이클 증가에 따른 전송 지연 감소가 적용되는 연속전송 트래픽 패턴을 도시한 참조도이다.
본 발명의 듀티 사이클 제어 기술은 한번에 여러 패킷을 전송할 때에도 효과를 볼 수 있다. 이러한 트래픽 패턴에는 6LoWPAN 단편화(fragmentation) 패킷이 있다. 6LoWPAN에서는 IEEE 802.15.4 링크에서 IPv6 패킷을 전송하기 위해서 길이가 긴 패킷은 여러 개의 단편으로 쪼개어 전송한다. 이러한 연속전송 트래픽의 지연 시간이 본 발명에 의해 감소되는 것을 도 5b에 표현하였다. 도 5a는 일반적인 저전력 MAC으로 연속적인 패킷들(?)이 전달되는 프로세스를 도시한 것이고, 도 5b는 본 발명을 통해 지연시간 완화 효과를 보는 패킷(?)을 나타낸 것이다. 도 5b를 참조하면, 도 5a와 비교할 때, 패킷 전달의 지연시간이 감소하게 됨을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 노드 간 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 무선 센서 네트워크의 송신 노드는 비동기식 MAC에 기반하여 데이터를 송신(600)한 이후 한 주기동안 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높인다(610). 듀티 사이클을 높이는 단계(610)에서 송신 노드는 듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면 듀티 사이클을 높이는 단계(610)에서 송신 노드는 패킷 송신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 듀티 사이클을 높이는 단계(610)에서 송신 노드는 유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 송신 노드에서 수신 노드로의 패킷　평균 왕복시간을 기초로 하여 수신 노드로부터의 패킷 응답 시간을 예측한 후 예측된 시간 이내에서　듀티 사이클 유지 시간 및 그 증가 정도를 결정할 수 있다.
이어서, 송신 노드는 듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신한다(620). 일 실시 예에 따라, 송신 노드는 요청-응답 패킷 전송 프로토콜을 통해 송신 노드가 송신한 요청 패킷에 대해 수신 노드로부터 응답 패킷을 수신할 수 있다. 또는 송신 노드는 연속으로 6LoWPAN 단편화(fragmentation) 패킷 등을 송신할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 노드 간 전송지연 완화를 위한 듀티 사이클 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 무선 센서 네트워크의 수신 노드가 비동기식 MAC에 기반하여 데이터를 수신(700)하면 한 주기동안 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높인다(710). 듀티 사이클을 높이는 단계(710)에서 수신 노드는 듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시킬 수 있다.
일 실시 예에 따라 듀티 사이클을 높이는 단계(710)에서 수신 노드는 패킷 수신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원할 수 있다.
듀티 사이클을 높이는 단계(710)에서 수신 노드는 유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정할 수 있다.
이어서, 수신 노드는 듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신한다(720). 일 실시 예에 따르면 수신 노드는 송신 노드로부터 수신한 요청 패킷에 대한 응답 패킷을 생성하여 송신 노드에 송신할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 수신 노드는 송신 노드로부터 연속으로 패킷을 수신할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 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.
1 : 센서 노드 10 : 센싱부
12 : 처리부 13 : 송수신부
14 : 전원부 15 : 위치 인식부
16 : 이동부 17 : 전원 발생부

Claims (13)

  1. 무선 센서 네트워크의 송신 노드가 비동기식 매체 접근 제어 프로토콜에 기반하여 전송지연을 완화하기 위한 듀티 사이클 제어방법에 있어서,
    송신 노드가 데이터를 송신한 이후 한 주기동안 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높이는 단계; 및
    듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    패킷 송신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 상기 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    송신 노드에서 수신 노드로의 패킷　평균 왕복시간을 기초로 하여 수신 노드로부터의 패킷 응답 시간을 예측한 후 예측된 시간 이내에서　듀티 사이클 유지 시간 및 그 증가 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터를 송수신하는 단계는
    상기 송신 노드가 송신한 요청 패킷에 대해 수신 노드로부터 응답 패킷을 수신하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터를 송수신하는 단계는
    상기 송신 노드가 연속으로 패킷을 송신하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  8. 무선 센서 네트워크의 수신 노드가 비동기식 매체 접근 제어 프로토콜에 기반하여 전송지연을 완화하기 위한 듀티 사이클 제어방법에 있어서,
    수신 노드가 데이터를 수신하면 한 주기동안 웨이크 업 횟수를 증가시켜 듀티 사이클을 높이는 단계; 및
    듀티 사이클 증가에 따라 지연시간이 줄어든 상태에서 데이터를 송수신하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    듀티 사이클 내의 웨이크 업 시간을 증가시키고 슬립 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    패킷 수신 이후 미리 설정된 시간동안 한 주기내의 웨이크 업 횟수를 증가시키고, 상기 미리 설정된 시간동안 패킷 송수신이 없으면 다시 원래의 듀티 사이클로 복원하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 높이는 단계는
    유휴 상태일 때의 듀티 사이클과 애플리케이션의 특성에 따라, 증가된 듀티 사이클을 유지하는 시간과 그 증가 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 데이터를 송수신하는 단계는
    송신 노드로부터 수신한 요청 패킷에 대한 응답 패킷을 생성하여 이를 상기 송신 노드에 송신하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 데이터를 송수신하는 단계는
    상기 송신 노드로부터 연속으로 패킷을 수신하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 제어방법.
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