KR20150115215A - 다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법 - Google Patents

다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법 Download PDF

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Abstract

다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크(ad-hoc network)를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법이 제공된다. 애드혹 네트워크를 구성하는 장치가 랑데부(rendezvous)를 수행하는 방법은 상기 장치의 가용 채널을 품질에 따라 내림 차순으로 정렬하여 채널 정렬 목록을 생성하는 단계, 상기 채널 정렬 목록을 기초로 상기 가용 채널을 상기 장치의 인터페이스의 수에 따라 분배하는 단계, 상기 분배된 가용 채널을 이용하여 각 인터페이스 별로 채널 호핑 열(channel hopping sequence)을 생성하는 단계 및 상기 생성된 채널 호핑 열을 기반으로 상기 애드혹 네트워크를 구성하는 다른 장치와의 랑데부를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법{DYNAMIC SLOT RENDEZVOUS METHOD FOR AD-HOC NETWORK USING MULTI-CHANNEL}
본 발명의 실시예들은 다중 채널(multi-channel)을 사용하는 애드혹 네트워크(ad-hoc network)를 구성하는 장치 간의 랑데부(rendezvous)에 관한 것이다.
애드혹 네트워크(ad-hoc network)는 별도의 기반 구조없이 복수개의 장치(노드)에 의해 자율적으로 구성되는 네트워크이다. 애드혹 네트워크를 구성하는 장치들은 무선 인터페이스(interface)를 사용하여 서로 통신한다. 이를 위하여 각각의 장치들은 제어 채널을 셋업(set up)하고 초기 정보를 교환하는 절차를 수행한다. 이를 랑데부(rendezvous)라 한다.
한편, 애드혹 네트워크에서 멀티 채널이 사용되는 경우 랑데부를 위하여 일반적으로 점프 앤 스테이(jump and stay) 기법이 이용된다. 점프 앤 스테이 기법은 하나의 랑데부 절차 동안 점프 패턴 구간과 스테이 패턴 구간으로 나뉘는 채널 호핑 열(Channel hopping sequence)을 이용하여 랑데부를 수행하는 기법이다. 애드혹 네트워크를 구성하는 장치는 점프 패턴 구간에서 랜덤(random)하게 생성된 채널 호핑 열에 따라 각 채널들을 호핑하며 방문한다. 스테이 패턴 구간 동안에는 선택된 채널에서 단순히 대기하며 다른 장치의 방문을 기다린다. 채널 호핑 열은 복수개의 타임 슬롯(time slot)으로 구성되며, 각각의 랑데부 절차마다 2P길이만큼의 점프 패턴 구간과 P길이 만큼의 스테이 패턴 구간을 가진다. 따라서 채널 호핑 열의 전체 길이는 3P가 된다. 점프 앤 스테이 기법은 특정 장치가 사용할 수 있는 채널(가용 채널)의 수를 M이라할 때 M보다 큰 가장 작은 소수(prime number)를 패턴 길이 P로 사용한다. 일 예로, 도 1에는 가용 채널의 수가 '4'인 경우의 채널 호핑 열이 도시되어 있다. 이 경우, '4' 보다 큰 가장 작은 소수는 '5'이므로 패턴 길이 P는 '5'이며, 따라서 점프 패턴의 길이는 '10', 스테이 패턴의 길이는 '5'가 된다.
한편, 점프 앤 스테이 기법은 인덱스 i 및 호핑 길이 r을 매개변수로 하여 각 타임 슬롯(time slot)에 할당될 채널을 결정한다. 여기서, 인덱스 i는 1과 M이내의 임의의 정수이고, 호핑 길이 r은 1과 M이내에서 임의로 선택된 정수이다. 점프 앤 스테이 기법은 랑데부 절차를 시작할 때마다 첫번째 인덱스에 할당될 채널과 호핑 길이를 임의로 선택하기 때문에, 채널 호핑 열은 랑데부 절차가 수행될 때마다 새롭게 생성된다. 랑데부를 수행하는 경우 애드혹 네트워크를 구성하는 장치는 첫 번째 인덱스에 할당된 채널에서 시작하여 호핑 길이만큼 채널을 이동하는 점프 패턴을 2P동안 수행한 후, 스테이 패턴으로 넘어가 호핑 길이에 해당하는 채널에 P 시간 동안 머무른다. 그 후 다시 처음의 과정을 반복하게 된다. 일 예로, 도 2에는 두 개의 장치(제1 장치 및 제2 장치)의 가용 채널의 수가 각각 '4'이고, 제1 장치는 채널 '3'을 시작 채널로 선택하고 호핑 길이는 '2'이며, 제2 장치는 채널 '2'를 시작 채널로 선택하고 호핑 길이가 '4'인 경우 각 장치의 채널 호핑 열이 도시되어 있다. 도 2에서, 채널 '5'는 제1 장치에 대해서는 초기 채널 '3'으로 대체되고 제2 장치에 대해서는 초기 채널 '2'로 대체된다. 이와 같은 경우 제1 장치와 제2 장치 간의 랑데부는 4번째 타임 슬롯에서 채널 '4'를 통해 성립된다.
도 3에는 일 예로, 제1 장치와 제2 장치 간, 제2 장치와 제4 장치 간 및 제1 장치와 제4 장치 간에는 채널 '1'을 통한 랑데부가 성립되고, 제2 장치와 제3 장치 간, 제2 장치와 제5 장치 간 및 제3 장치와 제5 장치 간에는 채널 '2'를 통한 랑데부가 성립된 경우가 도시되어 있다. 이와 같이 각 장치들은 다른 장치들과의 랑데부를 수행함으로써 애드혹 네트워크를 구성한다.
그러나, 이러한 기존의 랑데부 방법들은 단일 인터페이스를 가진 장치만을 고려하고 있기 때문에 다중 인터페이스를 포함하는 장치에 직접적으로 적용하는데 문제가 발생할 수 있다. 또한, 기존의 랑데부 방법들은 모든 채널들이 동일한 품질이라는 가정하에 채널을 선택하기 때문에 실제 환경에서의 채널 품질에 대한 고려가 적다.
한편, 랑데부를 수행하기 위한 방법 중 하나로 한국등록특허공보 제10-1160432호(등록일 2012년 6월 20일) "다중채널 접근 네트워크에서 랑데부 채널 결정 방법 및 장치"에는 노드에 존재하는 중앙 처리 유닛이 메모리에 저장된 랑데부 채널 결정 알고리즘을 읽어와 상기 읽혀진 랑데부 채널 결정 알고리즘에 의해 랑데부 채널이 탐색되도록 하고 랑데부 채널 탐색 결과에 따라서 랑데부 채널을 결정하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 상기 랑데부 채널 결정 방법 또한 다중 인터페이스나 각 채널들의 품질에 대해서는 고려하지 않고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 다중 인터페이스를 포함하는 장치에 적용 가능한 다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 다른 과제는 고품질의 채널 상에서 랑데부가 성립할 수 있으며, 보다 빠르게 랑데부를 성립시킬 수 있는 다중 인터페이스를 포함하는 장치에 적용 가능한 다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 동적 슬롯 랑데부 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 애드혹 네트워크(ad-hoc network)를 구성하는 장치가 랑데부(rendezvous)를 수행하는 방법은 상기 장치의 가용 채널을 품질에 따라 정렬하여 채널 정렬 목록을 생성하는 단계, 상기 채널 정렬 목록을 기초로 상기 가용 채널을 상기 장치의 인터페이스의 수에 따라 분배하는 단계, 상기 분배된 가용 채널을 이용하여 각 인터페이스 별로 채널 호핑 열(channel hopping sequence)을 생성하는 단계 및 상기 생성된 채널 호핑 열을 기반으로 상기 애드혹 네트워크를 구성하는 다른 장치와의 랑데부를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 가용 채널은 상기 품질에 따라 내림 차순으로 정렬될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 채널 호핑 열을 생성하는 단계는 상기 분배된 가용 채널의 품질에 따라 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 채널 호핑 열은 상기 분배된 가용 채널을 차례로 방문하는 점프 패턴 구간 및 하나의 채널에 지속적으로 머무르는 스테이 패턴 구간을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 가용 채널은 상기 품질이 높은 순서로 하나씩 상기 채널 호핑 열로 분배될 수 있다.
랑데부를 위한 채널 호핑 열(channel hopping sequence) 생성 시 각 장치가 가진 가용 채널의 품질을 고려하여 잡음 레벨에 따라 내림차순으로 정렬하고 고 품질의 채널에 더 많은 수의 타임 슬롯(time slot)을 할당함으로써 고품질의 채널 상에서 랑데부가 성립할 수 있게 하며, 보다 빠르게 랑데부가 성립되도록 할 수 있다.
도 1은 점프 앤 스테이 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 멀티 채널을 사용하는 애드혹 네트워크에서 두 개의 장치가 랑데부를 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 멀티 채널을 사용하는 애드혹 네트워크에서 랑데부가 수행된 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크를 위한 랑데부 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 채널 정렬 목록을 기초로 가용 채널을 인터페이스의 수에 따라 분배하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스 별 채널 호핑 열을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 채널을 사용하는 애드혹 네트워크(ad-hoc network)를 위한 랑데부(rendezvous) 방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 애드혹 네트워크를 구성하는 각각의 장치는 자신이 사용 가능한 채널(이하, 가용 채널이라 함)을 품질에 따라 내림 차순으로 정렬하여 채널 정렬 목록을 생성한다(410). 채널의 품질은 지역적으로 유사성을 가지기 때문에, 가까운 거리에 있는 장치들은 서로 유사한 채널 정렬 목록을 생성할 수 있다. 각 장치는 채널의 잡을 레벨을 기초로 각 채널의 품질을 평가할 수 있다. 또한, 매 호핑 패턴(hopping pattern)이 시작되기 전에 채널 품질을 감지할 수 있다.
각각의 장치는 채널 정렬 목록이 생성되면, 상기 채널 정렬 목록을 기초로 가용 채널을 자신의 인터페이스의 수에 따라 분배한다. 그리고, 분배된 가용 채널을 이용하여 각 인터페이스 별로 채널 호핑 열(channel hopping sequence)을 생성한다(420). 호핑을 위한 채널은 다수의 인터페이스들에 의해 중복되지 않게 선택되어야 한다. 따라서, 채널 정렬 목록에 포함된 가용 채널들은 인터페이스(interface) 수에 따라 부분 열(subsequence)로 나뉘어 분배되어야 한다. 그러므로, 각 장치는 부분 열 생성 시 단순히 해당하는 수의 채널을 선택하는 것이 아니라, 고품질의 채널부터 하나씩 선택하여 각 부분 열에 포함시킬 수 있다. 즉, 상기 가용 채널은 품질이 높은 순서로 하나씩 각 인터페이스에 대한 채널 호핑 열로 분배될 수 있다. 그러나 만약 가용 채널 수가 인터페이스 수로 나누었을 때 나머지가 존재한다면, 각 부분 열이 포함하는 채널의 수는 서로 달라질 수 있다. 이때, 각 인터페이스 별로 분배된 가용 채널에는 품질에 따라 타임 슬롯(time slot)이 할당될 수 있다.
이후, 각각의 장치는 각 인터페이스 별로 생성된 채널 호핑 열을 기반으로 애드혹 네트워크를 구성하는 다른 장치와의 랑데부를 수행한다(430). 여기서, 각 인터페이스에 대한 채널 호핑 열은 각각 분배된 가용 채널을 차례로 방문하는 점프 패턴 구간 및 하나의 채널에 지속적으로 머무르는 스테이 패턴 구간을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 채널 정렬 목록을 기초로 가용 채널을 인터페이스의 수에 따라 분배하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하 일 예로, 도 5를 참조하여 특정 장치(a)에 12개의 가용 채널(채널 1 내지 12)이 존재하고 3개의 인터페이스(Ia1, Ia2, Ia3)가 존재하는 경우에 대해 설명한다.
12개의 가용 채널 중 채널 '7'의 품질이 가장 높고, 채널 '9'의 품질이 가장 낮은 경우 특정 장치(a)는 도 5에 도시된 것과 같이 품질에 따라 가용 채널을 내림 차순으로 정렬하여 채널 정렬 목록을 생성한다. 채널 정렬 목록이 생성되면, 특정 장치(a)는 인터페이스(Ia1, Ia2, Ia3)의 수에 따라 가용 채널(채널 1 내지 12)를 4개의 부분 열로 분배한다. 이때, 제1 인터페이스(Ia1)에 대한 부분 열에는 가장 높은 품질을 가지는 채널 '7'이 분배되고, 제2 인터페이스(Ia2)에 대한 부분 열에는 두 번째로 높은 품질을 가지는 채널 '2'가 분배되며, 제3 인터페이스(Ia3)에 대한 부분 열에는 세 번째로 높은 품질을 가지는 채널 '3'이 분배된다. 이와 같은 과정을 통해 채널 정렬 목록을 4개의 부분 열로 나뉠 수 있다. 이 경우, 각 인터페이스(Ia1, Ia2, Ia3)마다 4개의 채널 상에서 랑데부가 수행된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스 별 채널 호핑 열을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6을 참조하여 랑데부 절차에 대해 보다 상세히 설명한다.
특정 장치가 사용할 수 있는 전체 가용 채널의 수를 M이라 하고 인터페이스의 수를 I라 할 때, 상기 특정 장치는 M 및 I보다 큰 가장 작은 소수 P를 랑데부를 위한 패턴 길이로 사용할 수 있다. 인터페이스j의 가용 채널의 수를 Mj라 할 때 1과 Mj 사이의 임의의 수 nj를 인터페이스 j를 위한 초기 채널이라 한다. nj는 인터페이스 j에 대한 채널 호핑 열의 시작에서 선택되는 채널을 의미한다. 호핑 길이 rj는 0이 아닌 임의의 수로 다음의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
랑데부를 위한 채널 호핑 열은 차례로 할당된 채널들을 방문하는 2P길이의 점프 패턴 구간과 하나의 채널을 선택하여 해당 채널에 지속적으로 머무르는 P 길이의 스테이 패턴 구간으로 구성될 수 있다. 이때, 각 채널에는 품질에 따라 서로 다른 수의 타임 슬롯이 할당될 수 있다. 일 예로, 각 채널은 고품질일수록 많은 수의 타임 슬롯을 가질 수 있으며, 가장 낮은 품질인 경우 하나의 타임 슬롯을 가질 수 있다. 이 경우, 고품질의 채널에서 랑데부가 성립할 확률이 높아지며 또한 유사한 채널 특성을 가지는 근거리 장치 간에는 동일한 채널이 더 긴 타임 슬롯을 할당 받을 확률이 높으므로 랑데부 가능성이 높아진다.
i번째 채널의 타임 슬롯 수를 Di라 할 때 이는 다음의 수학식 2와 같은 조건을 만족한다.
Figure pat00002
다음의 표 1은 채널 등급이 12개일 때, 인터페이스j의 가용 채널의 수(Mj)에 따른 타임 슬롯 수의 예이다.
채널등급 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mj=4 4 3 2 1
Mj=8 5 4 3 3 2 2 2 1
Mj=12 4 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1
일 예로 도 6에는 M=12이고 I=3, Mj=4 이며 채널 품질은 {2,3,1,4} 순인 경우, 인터페이스 j에 대한 채널 호핑 열이 도시되어 있다. M=4 및 I=3 보다 큰 가장 작은 소수는 '5'이므로 패턴길이 P는 '5'가 된다. 따라서 적응적 점프 패턴의 길이는 '10'이 되고, 스테이 패턴의 길이는 '5'가 된다.
또한, Mj는 '4'이므로, 가장 고품질의 채널인 채널 '2'에는 가장 많은 4개의 타임 슬롯이 할당되고, 두 번째로 고품질인 채널 '3'에는 3개의 타임 슬롯이 할당되며, 채널 '1' 및 채널 '4'에는 각각 2개 및 1개의 타임 슬롯이 할당된다.
한편, 채널 정렬 목록은 가용 채널이 채널 품질에 따라 내림 차순으로 정렬되므로, 다음의 표 2와 같이 생성된다.
인덱스 1 2 3 4
채널 2 3 1 4
따라서, 표 2와 같은 채널 정렬 목록을 기초로 도 6에 도시된 것과 같은 채널 호핑 열이 생성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 애드혹 네트워크(ad-hoc network)를 구성하는 장치가 랑데부(rendezvous)를 수행하는 방법에 있어서,
    상기 장치의 가용 채널을 품질에 따라 내림 차순으로 정렬하여 채널 정렬 목록을 생성하는 단계;
    상기 채널 정렬 목록을 기초로 상기 가용 채널을 상기 장치의 인터페이스의 수에 따라 분배하는 단계;
    상기 분배된 가용 채널을 이용하여 각 인터페이스 별로 채널 호핑 열(channel hopping sequence)을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 채널 호핑 열을 기반으로 상기 애드혹 네트워크를 구성하는 다른 장치와의 랑데부를 수행하는 단계
    를 포함하는 랑데부 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102361817B1 (ko) 2020-11-04 2022-02-14 한화시스템 주식회사 랑데부 채널 결정 방법 및 기록 매체

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