KR20170050084A - 비동기식 무선 통신 시스템에서 에너지 효율을 향상시키기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 네트워크 데이터 통신방법은, 송신 노드에서 요청 메시지를 송신하는 단계; 상기 요청 메시지를 중간 노드와 수신 노드에서 수신하는 단계; 및 상기 수신 노드가 웨이크업(Wakeup) 상태이면 상기 송신 노드로 수신확인 신호를 전송하고, 상기 수신 노드가 슬립(Sleep)상태이면 웨이크업 단계로 전환 후 상기 송신 노드로 비콘을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비동기식 무선 통신 시스템에서 에너지 효율을 향상시키기 위한 방법{Method for improving energy efficiency in asynchronous wireless communication system}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 데이터를 전송할 때 요구되는 비동기식 MAC 프로토콜에 관한 것이다.

MAC(Media Access Control) 프로토콜에서 Receiver-Initiated 방식은 데이터 발생 시 송신자가 웨이크업(wakeup) 상태로 대기하고 있다가 수신자가 보내는 비콘(Beacon) 메시지를 통해 동기를 맞추고 통신이 이루어진다.

기존의 RI-MAC의 기본 동작은 도 1과 같다.

송신자와 수신자는 통신을 위해 동기를 맞추어야 하므로, 수신자가 주기적으로 송신하는 비콘에 맞추어 동기화를 실시한다. 동기화를 위해 송신자(Sender, S)는 데이터 발생한 시점부터 수신자(Receiver, R)의 비콘을 수신할 때까지 웨이크업 상태로 아이들 리스닝(Idle Listening)을 한다. 그 후, 수신자가 정기적으로 전송하는 비콘을 송신자가 수신하게 되면, 송신자와 수신자간의 동기화가 이루어지고 송신자가 데이터를 전송하기 시작한다.

그런데 만약 비콘의 주기가 길어진다면 송신자는 언제 생성될지 모르는 수신자의 비콘을 수신하기 위해 계속 아이들 리스닝을 수행하고 있어야 하고, 계속적인 오버히어링(overhearing)으로 인해 불필요한 에너지가 많이 소모되는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 언제 전송될지 모르는 수신자의 Beacon을 수신하기 위해 무작정 기다려야하는 단점을 해결하기 위해 주변 노드들과 협력하여 한 노드에 에너지가 집중되는 현상을 방지하고 에너지 효율을 향상시켜 네트워크의 수명을 연장하기 위한 MAC 프로토콜 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 네트워크 데이터 통신방법은, 송신 노드에서 요청 메시지를 송신하는 단계; 상기 요청 메시지를 중간 노드와 수신 노드에서 수신하는 단계; 및 상기 수신 노드가 웨이크업(Wakeup) 상태이면 상기 송신 노드로 수신확인 신호를 전송하고, 상기 수신 노드가 슬립(Sleep)상태이면 웨이크업 단계로 전환 후 상기 송신 노드로 비콘을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 비콘의 주기가 길어지면 송신자의 아이들 리스닝 기간이 길어지고 오버히어링으로 불필요한 에너지 소모를 줄이기 위해 주변 노드들과 협력하는 방법을 사용함으로써 송신자의 에너지 소모 부담을 줄이고 네트워크 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 RI_MAC 통신방법을 도시한 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 송수신 방법의 타이밍을 나타낸 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 동일한 성능의 노드들이 설치된 네트워크에서 데이터를 전송하기 위한 비동기식 MAC 프로토콜로서, 각 노드들은 짧은 웨이크업 주기와 긴 슬립(sleep) 주기로 구성된 듀티 싸이클(Duty Cycle)이 독립적으로 동작하고, 각 노드들은 웨이크업(wakeup) 하자마자 노드의 주소 등의 각종 정보를 포함한 Beacon을 전송한다고 가정한다.

도 2는 송신자가 요청(Request) 메시지를 전송할 때 송신자보다 먼저 깨어있는 수신자가 직접 수신하는 경우를 나타낸다.

RI-MAC 방법의 경우 요청 메시지가 없기 때문에 전송할 데이터가 발생하더라도 주변에 알릴 수 없고, 다음 주기에 발생하는 수신자의 비콘 메시지를 수신할 때까지 기다려야 한다.

하지만 본 발명에 따르면 웨이크업 상태의 수신자가 중간 노드(Intermediate Node, I)를 거치지 않고 송신자의 요청 메시지를 직접 수신하기 때문에 바로 데이터를 주고받을 수 있다. 중간 노드는 수신한 요청 메시지에 대한 응답으로 수신자의 수신확인(ACK) 메시지를 받으므로 아무 동작도 하지 않는다.

도 3은 송신자의 요청 메시지를 수신하지 못한 수신자가 뒤늦게 비콘 메시지를 전송하고, 송신자는 웨이크업 상태에서 비콘 메시지를 수신하는 경우를 나타낸다.

이 경우는 수신자의 비콘 메시지를 송신자가 수신하는 경우이므로 종래의 RI_MAC과 동일한 과정으로 데이터를 주고받는다.

중간 노드는 송신자의 요청 메시지에 대한 응답으로 수신확인 메시지를 전송하여 수신자에게 요청메시지를 전달할 준비를 하지만 이미 수신자가 비콘 메시지를 전달하였으므로 아무 동작도 하지 않게 된다.

마지막으로 도 4는 송신자의 슬립 구간에서 수신자의 비콘 메시지를 수신하는 경우를 나타낸다.

이 경우 송신자는 수신자로부터 언제 비콘 메시지를 수신할 지 알 수 없으므로 자신의 웨이크업 주기가 끝나면 바로 슬립모드로 전환하여 에너지를 절약하고, 중간 노드가 송신자의 역할을 대신하여 중개 역할을 한다.

중간노드가 수신자의 비콘 메시지를 수신하면 송신자의 요청 메시지를 수신자에게 전달하고, 수신자로부터 수신확인 메시지를 수신한다.

송신자의 요청 메시지 안에는 송신자의 다음 웨이크업 주기의 시작 시간이 포함되어 있기 때문에 수신자는 송신자가 언제 깨어날지 알 수 있고, 송신자가 깨어나는 시간에 맞춰서 수신자는 슬립상태에서 웨이크업 상태로 전환하여 송신자의 비콘 메시지를 수신할 수 있다. 비콘 메시지를 수신한 수신자는 송신자에게 수신확인 메시지를 송신함으로써 송신기와의 동기를 맞추고 데이터를 주고받을 수 있다.

이 과정은 종래의 RI-MAC 방식과는 달리 수신자가 송신자의 웨이크업을 미리 알고 준비할 수 있기 때문에 계속해서 웨이크업 상태를 유지하는 데 필요한 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있고, 주어진 듀티싸이클에 따라 상태를 변화시키면서 중간 노드의 도움으로 데이터를 주고받을 수 있기 때문에 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

특히, 송신자는 데이터가 발생하면 요청 메시지를 전송(Broadcast)하는데, 이 메시지를 이용하여 최적의 중간 노드를 선택하는 것이 중요하다.

중간 노드를 선택하는 방법은 요청 메시지를 수신한 시간을 기준으로 자신의 최근 비콘 메시지를 전송한 시간의 차를 계산하여 가장 짧은 것을 중간 노드로 선택한다. 각 노드들은 정해진 웨이크업 구간과 슬립 구간을 반복하는데, 전술한 시간차가 가장 짧은 노드가 다른 노드들에 비해 가장 최근에 비콘 메시지를 발송한 노드이므로 가장 오래 깨어있을 확률이 높고 따라서 수신자가 전송하는 비콘 메시지를 수신할 확률이 높기 때문이다.

이상과 같은 방법으로 주변 노드들과 협력하여 데이터를 주고받음으로써 웨이크업 상태로 대기하는 시간을 줄일 수 있어 네트워크 전체의 에너지 소모 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 송신 노드에서 요청 메시지를 송신하는 단계;
   상기 요청 메시지를 중간 노드와 수신 노드에서 수신하는 단계; 및
   상기 수신 노드가 웨이크업(Wakeup) 상태이면 상기 송신 노드로 수신확인 신호를 전송하고, 상기 수신 노드가 슬립(Sleep)상태이면 웨이크업 단계로 전환 후 상기 송신 노드로 비콘을 전송하는 단계;
   를 포함하는 네트워크 데이터 통신방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전송하는 단계 이후에
   상기 송신 노드가 웨이크업 상태이면 상기 수신 노드와 데이터를 송수신하고,
   상기 송신 노드가 슬립상태이면 슬립상태 이전에 상기 송신 노드에서 상기 중간 노드로 송신한 비콘 메시지로부터 상기 송신 노드의 다음 웨이크업 시점을 알아내고 상기 수신 노드는 상기 시점에 맞춰 슬립상태에서 웨이크업 상태로 전환하여 상기 송신 노드로부터 비콘 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는 것
   인 네트워크 데이터 통신방법.
   

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