KR20200107020A - 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법 - Google Patents

Abstract

센서노드의 상향링크 트래픽에 따라 수신 윈도우를 개방한 후 슬립모드로 전환하여 센서노드의 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 수중기지국과 센서노드를 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법으로서, 상기 센서노드가 데이터 송수신 기능을 차단하는 슬립모드 중에 상기 센서노드에 상향링크 트래픽 발생시, 상기 센서노드가 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터를 송신하는 단계; 상기 수중기지국이 상기 센서노드로부터 송신된 상기 상향링크 데이터를 수신하고, 상기 상향링크 데이터가 수신된 것을 알리는 확인 프레임을 상기 센서노드로 송신하는 단계; 상기 센서노드가 상기 수중기지국으로부터 상기 확인 프레임을 수신하기 위해 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 제1 수신 윈도우를 개방하는 단계; 및 상기 제1 수신 윈도우가 개방된 제1 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 확인 프레임을 수신하면 상기 제1 수신 윈도우를 닫고 슬립모드로 전환하는 단계를 포함한다.

Description

수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법{UNDERWATER SENSOR NETWORKS AND DATA TRANSMISSION CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 수중기지국과 센서노드들을 포함하는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법에 관한 것이다.

수중 센서 네트워크는 수중 환경에서의 재난 방지, 전략적 감시, 환경 정보 수집 등을 목적으로 구축되며, 크게 수중기지국(또는 싱크노드)와 센서노드로 구성된다. 수중기지국은 센서노드들과 통신하기 위한 수중통신 인터페이스와 서버 또는 사용자와 통신하기 위한 지상통신 인터페이스를 모두 가짐으로써, 중간에서 획득 데이터 또는 제어 정보를 중개하는 역할을 수행함과 동시에 센서노드들을 관리한다. 센서노드들은 자신이 획득한 정보를 수중기지국에게 전달하고, 수중기지국으로부터 전달받은 제어 정보를 반영한다. 수중 환경의 특성상 수중기지국 및 센서노드는 모두 배터리로 구동될 수밖에 없다. 수중기지국의 경우 일반적으로 해상부이 형태로 배치되기 때문에 상대적으로 배터리 교환이 용이한 반면, 센서노드의 경우 수중에 고정 배치되므로 배터리 교환이 쉽지 않다. 따라서, 센서노드의 에너지 소모를 줄임과 동시에 수중 센서 네트워크의 수명을 증대시킬 필요가 있다.

본 발명은 센서노드의 상향링크 트래픽에 따라 수신 윈도우를 개방한 후 슬립모드로 전환하여 센서노드의 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 수중기지국의 하향링크 전송 지연을 최소화하면서 센서노드의 에너지 소모를 저감할 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 하향링크 데이터의 크기에 따라 설정되는 펜딩 플래그에 의해 하향링크 데이터를 효율적으로 전송하면서 센서노드의 에너지를 절약할 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 수중기지국과 센서노드를 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법으로서, 상기 센서노드가 데이터 송수신 기능을 차단하는 슬립모드 중에 상기 센서노드에 상향링크 트래픽 발생시, 상기 센서노드가 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터를 송신하는 단계; 상기 수중기지국이 상기 센서노드로부터 송신된 상기 상향링크 데이터를 수신하고, 상기 상향링크 데이터가 수신된 것을 알리는 확인 프레임을 상기 센서노드로 송신하는 단계; 상기 센서노드가 상기 수중기지국으로부터 상기 확인 프레임을 수신하기 위해 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 제1 수신 윈도우를 개방하는 단계; 및 상기 제1 수신 윈도우가 개방된 제1 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 확인 프레임을 수신하면 상기 제1 수신 윈도우를 닫고 슬립모드로 전환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 제1 수신 윈도우의 차단시점으로부터 설정된 슬립시간 동안 상기 센서노드에 상향링크 트랙픽이 발생하지 않는 경우, 상기 센서노드가 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터가 포함되지 않은 제1 엠프티 프레임을 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 센서노드가 슬립모드인 상태에서 상기 수중기지국에 하향링크 트래픽 발생시, 상기 수중기지국이 상기 센서노드로부터 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신될 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예하는 단계; 및 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 수중기지국이 상기 하향링크 데이터가 피기배킹(Piggybacking)된 확인 프레임의 전송을 개시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 센서노드가 상기 수중기지국으로부터 상기 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 제2 수신 윈도우를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 제2 수신 윈도우가 개방된 제2 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 하향링크 데이터를 수신하면, 상기 제2 수신 윈도우를 닫고 슬립모드로 전환하는 단계; 및 상기 제2 수신 윈도우가 닫힌 후, 상기 센서노드에 상향링크 트래픽이 발생하지 않으면 상기 센서노드가 상기 슬립시간 동안 슬립모드를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 수중기지국에 제1 하향링크 데이터 및 제2 하향링크 데이터를 포함하는 다수의 하향링크 데이터가 존재하는 상태에서 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 수중기지국이 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그를 설정하여 상기 제1 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하는 단계; 및 상기 센서노드가 상기 제1 하향링크 데이터에 설정된 상기 펜딩 플래그를 인지하여 상기 제2 하향링크 데이터의 수신을 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 제3 수신 윈도우를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법은, 상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않으면, 상기 센서노드가 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하는 제2 엠프티 프레임을 상기 수중기지국으로 전송하는 단계; 및 상기 수중기지국이 상기 제2 엠프티 프레임을 수신함에 따라 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 재전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 개방시간은 상기 확인 프레임의 크기와, 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 산출될 수 있다. 상기 제2 개방시간은 상기 확인 프레임의 크기와, 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 산출될 수 있다. 상기 슬립시간은 상기 센서노드의 에너지 잔량에 따라 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수중 센서 네트워크의 센서노드에 있어서, 상기 센서노드는: 상기 수중 센서 네트워크의 수중기지국과의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리; 상기 수중기지국과의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부; 및 상기 수중기지국과 통신하기 위한 송수신부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 송수신부의 데이터 송수신 기능이 차단된 슬립모드 중에 상향링크 트래픽 발생시, 상기 송수신부의 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터를 송신하고; 상기 수중기지국으로부터 상기 상향링크 데이터가 수신된 것을 알리는 확인 프레임을 수신하기 위해 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 제1 수신 윈도우를 개방하고; 그리고 상기 제1 수신 윈도우가 개방된 제1 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 확인 프레임을 수신하면 상기 제1 수신 윈도우를 닫고 상기 송수신부를 슬립모드로 전환하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드가 제공된다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 제1 수신 윈도우의 차단시점으로부터 설정된 슬립시간 동안 상향링크 트랙픽이 발생하지 않는 경우, 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터가 포함되지 않은 제1 엠프티 프레임을 송신하도록 구성될 수 있다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 수중기지국으로부터 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 제2 수신 윈도우를 개방하도록 구성될 수 있다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 제2 수신 윈도우가 개방된 제2 개방시간 내에 상기 하향링크 데이터를 수신하면, 상기 제2 수신 윈도우를 닫고 상기 송수신부를 슬립모드로 전환하고; 그리고 상기 제2 수신 윈도우가 닫힌 시점 이후, 상향링크 트래픽이 발생하지 않으면 상기 슬립시간 동안 슬립모드를 유지하도록 구성될 수 있다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 수중기지국으로부터 수신된 제1 하향링크 데이터에 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그가 설정되어 있는 경우, 상기 제1 하향링크 데이터의 수신 후 제2 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 제3 수신 윈도우를 개방하도록 구성될 수 있다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않으면, 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하는 제2 엠프티 프레임을 상기 수중기지국으로 전송하도록 구성될 수 있다.

상기 센서노드의 제어부는, 상기 확인 프레임의 크기, 및 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 상기 제1 개방시간을 산출하고; 그리고 상기 센서노드의 에너지 잔량에 따라 상기 슬립시간을 설정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 수중 센서 네트워크의 수중기지국은, 상기 수중 센서 네트워크의 센서노드와의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리; 상기 센서노드와의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부; 및 상기 센서노드와 통신하기 위한 송수신부;를 포함하고, 상기 제어부는: 상기 센서노드가 데이터 송수신 기능이 차단된 슬립모드인 상태에서 하향링크 트래픽 발생시, 상기 센서노드로부터 상향링크 데이터 또는 제1 엠프티 프레임이 수신될 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예하고; 그리고 상기 센서노드로부터 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 센서노드에서 제1 수신 윈도우 또는 제2 수신 윈도우를 개방하는 동안 상기 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 개방하는 수신 윈도우이다. 상기 제1 엠프티 프레임은 상기 센서노드가 상기 제1 수신 윈도우를 차단한 시점으로부터 설정된 슬립시간이 경과한 후 상향링크 데이터를 포함하지 않은 상태로 상기 센서노드로부터 전송되는 프레임이다. 상기 제2 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 개방하는 수신 윈도우이다.

상기 수중기지국의 제어부는, 제1 하향링크 데이터 및 제2 하향링크 데이터를 포함하는 다수의 하향링크 데이터가 존재하는 상태에서 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그를 설정하여 상기 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제1 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하고; 그리고 상기 제1 하향링크 데이터가 송신되면 상기 센서노드에 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하고, 상기 제2 하향링크 데이터가 상기 센서노드로 송신된 후 상기 센서노드로부터 제2 엠프티 프레임이 수신되면 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 재전송하도록 구성될 수 있다.

상기 제3 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 제1 하향링크 데이터에 설정된 상기 펜딩 플래그를 인지하여 상기 제2 하향링크 데이터의 수신을 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 개방하는 수신 윈도우이다. 상기 제2 엠프티 프레임은 상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 센서노드로 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않는 경우에, 상기 센서노드가 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하기 위한 프레임이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 센서노드의 상향링크 트래픽에 따라 수신 윈도우를 개방한 후 슬립모드로 전환하여 센서노드의 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 수중기지국의 하향링크 전송 지연을 최소화하면서 센서노드의 에너지 소모를 저감할 수 있는 수중 센서 네트워크 및 이의 데이터 전송 제어 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 하향링크 데이터의 용량(크기)에 따라 설정되는 펜딩 플래그에 의해 하향링크 데이터를 효율적으로 전송하면서 센서노드의 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 센서노드의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드들의 주파수 대역을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드들의 거리에 따른 주파수 할당 예시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드 간의 상/하향링크 전송 과정을 예시한 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

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", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크(underwater sensor network)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크(10)는 하나 이상의 수중기지국(100)과, 복수개의 센서노드(sensor node)(200)를 포함한다. 수중 센서 네트워크는 예를 들어, 전략적 감시, 환경 정보 수집, 재난 방제 등의 다양한 목적을 위해 구축될 수 있으나, 예시된 특정 목적 및 용도로 제한되는 것은 아니다. 수중 센서 네트워크는 각각의 셀 단위로 하나의 수중기지국(100)이 복수개의 센서노드(200)를 통합 관리하는 셀룰러 네트워크(cellular network)로 제공될 수 있다.

수중기지국(100)은 센서노드(200)들로부터 데이터를 수집하기 위해 제공될 수 있다. 일 실시 예에서, 수중기지국(100)은 수면에 부유하거나, 수중 또는 바닥면에 고정적으로 설치되는 싱크노드(sink node)로 제공될 수 있다. 수중기지국(100)은 부이를 통해 수면에 부유하고, 계류 수단(닻이나 계류선 등)에 의해 수면의 일정한 영역에 위치할 수 있다. 센서노드(200)들은 수중 영역에 분산되어 고정 배치되거나, 이동될 수 있다. 센서노드(200)들은 감시, 환경 정보 수집, 혹은 재해 방제 등의 다양한 목적을 수행하기 위해 제공될 수 있으며, 정보를 수집하기 위한 센서들을 구비할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 수중기지국(100)은 센서노드(200)와의 상/하향링크 데이터 또는 프레임의 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리(120), 센서노드(200)와의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부(140) 및 센서노드(200)와 무선 통신하기 위한 송수신부(160)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 센서노드의 구성도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 센서노드(200)는 수중기지국(10)과의 상/하향링크 데이터 또는 프레임의 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리(220), 수중기지국(100)과의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부(240) 및 수중기지국(10)과 무선 통신하기 위한 송수신부(260)를 포함한다. 수중기지국(100)의 제어부(140)와, 센서노드(200)의 제어부(240)는 적어도 하나의 중앙처리장치(CPU; Central Processing Unit), 그래픽처리장치(GPU; Graphics Processing Unit), 범용그래픽처리장치(GPGPU; General-Purpose Graphics Processing Unit) 등으로 제공될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드들의 주파수 대역을 예시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드들의 거리에 따른 주파수 할당 예시도이다. 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 수중기지국(100)은 하향링크 데이터 전송을 위해 예를 들어, 3-8 kHz 주파수의 단일 대역(DL)을 활용하고, 센서노드(200)들은 상향링크 데이터 전송을 위해 수중기지국(100)과의 물리적 거리가 먼 순서대로 UL0 ~ UL3 대역(예를 들어, 10-70 kHz)을 점유할 수 있다.

센서노드(200)들은 수중 센서 네트워크(10)의 셀(cell) 내에서 수중기지국(100)을 중심으로 동심을 이루면서 상이한 거리에 링 형태로 배열되는 복수개의 영역들(20, 21, 22, 23)에 분산 배치될 수 있다. 수중기지국(100)으로부터 가장 거리가 먼 영역(20)에 위치하는 센서노드(200)는 하향링크 주파수 대역 중 가장 낮은 주파수 범위의 UL0 대역을 통해 수중기지국(100)과 상향링크 통신을 하고, 수중기지국(100)에 가까운 영역(21, 22, 23)에 배치될수록 UL1, UL2, UL3 순으로 점차 높은 주파수 범위의 대역을 통해 수중기지국(100)과 상향링크 통신을 하게 된다. 상향링크 대역과 달리 각 센서노드(200)별로 하향링크 대역이 분할되지 않은 이유는 하향링크의 적은 트래픽을 위하여 대역을 분할할 경우 유휴 자원이 증가하여 오히려 네트워크 성능이 하락할 수 있기 때문이다.

동일한 링의 범위 내에 위치한 센서노드(200)들은 해당 링 영역에 할당되는 상향링크 주파수 자원을 공유하기 때문에 동시에 상향링크 프레임을 전송하지 않도록 설정될 수 있다. 서로 다른 링에 속하는 센서노드(200)들은 상이한 주파수 대역을 사용하기 때문에 동시에 상향링크 프레임을 수중기지국(100)으로 전송하는 것이 가능하다. 수중 센서 네트워크는 초기화 과정에서 수중기지국(100)과 센서노드(200) 간의 시스템 환경설정을 통해 상향링크 주파수 대역 할당 및 시스템 파라미터 공유 등이 이루어질 수 있다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수중 센서 네트워크를 구성하는 수중기지국과 센서노드 간의 상/하향링크 전송 과정을 예시한 도면이다. 모든 센서노드는 네트워크 초기화 과정 종료 후 슬립모드(sleep mode), 즉 슬립상태(수면상태)로 천이한다. 슬립상태는 센서노드를 저전력 상태로 유지하기 위해 트랜시버(Transceiver)(송수신부)의 전원을 차단하여 데이터 송수신 기능을 차단시킨 상태이다. 따라서, 센서노드가 슬립모드상태인 동안에는 상향링크 프레임 전송 및 하향링크 프레임 수신이 불가능하다.

먼저 도 6을 참조하여 설명하면, 센서노드는 상향링크 트래픽이 발생할 때까지 슬립상태를 유지한다. 센서노드는 상향링크 트래픽이 발생하면(S10), 즉시 슬립상태에서 깨어나 트랜시버(송수신부)에 전원을 인가한다. 즉, 센서노드는 송수신부의 슬립모드를 해제하고 웨이크업모드(wakeup mode)로 전환한다. 웨이크업모드는 센서노드의 트랜시버(Transceiver)(송수신부)에 전원을 공급하여 데이터 송수신이 가능한 상태이다. 이후, 센서노드의 제어부는 송수신부를 제어하여 상향링크 트래픽 처리를 위해 상향링크 데이터(UL data)를 수중기지국으로 데이터 프레임 형태로 즉시 송신한다(S11). 수중기지국은 센서노드로부터 상향링크 데이터를 수신하는 즉시, 상향링크 데이터를 수신하였음을 알리는 확인 프레임(ACK)을 센서노드로 송신한다(S12).

센서노드로부터 상향링크 데이터를 수신 시에 수중기지국으로부터 센서노드로 전송해야 할 하향링크 데이터가 있는 경우, 수중기지국은 하향링크 데이터가 포함된 확인 프레임을 센서노드로 송신할 수 있다. 만약, 센서노드가 수신 윈도우 개방시간(T_WIN) 내에 확인 프레임(ACK) 수신에 실패한 경우, 상향링크 데이터(UL data)를 수중기지국으로 재전송한 후 수신 윈도우를 재개방할 수 있다.

센서노드는 상향링크 데이터(UL data)의 송신이 완료된 시점부터 소정의 개방시간(T_WIN)(제1 개방시간) 동안 확인 프레임(ACK)의 수신을 위한 수신 윈도우(제1 수신 윈도우)를 개방한다(S13). 수신 윈도우는 상향링크 전송이 완료된 시점에 개방될 수 있다. 센서노드가 수신 윈도우를 개방하는 동안 센서노드의 송수신부는 웨이크업 모드로 유지된다. 수신 윈도우의 개방시간(T_WIN)은 예를 들어 하기의 수식 1과 같이, 확인 프레임(ACK)의 크기에 따라 결정되는 프레임 전송 시간(T_FRAME)과, 확인 프레임(ACK)의 전파지연시간(T_PROP)을 기반으로 산출되어 센서노드에 설정될 수 있다.

[수식 1]

T_WIN = T_FRAME + 2·T_PROP + T_GARD

수식 1에서, 'T_GARD'는 확인 프레임(ACK)을 안전하게 수신하기 위한 가드타임, 보다 구체적으로는 하향링크 데이터가 포함된 확인 프레임(ACK + DL data)을 안전하게 수신할 수 있는 가드타임을 의미한다. 수중환경에서는 음파의 낮은 전파속도로 인해 수중기지국과 센서노드 간의 거리에 따라 전파지연시간(T_PROP)이 길어질 수 있으므로, 이를 수신 윈도우 개방시간에 반영하여 수중기지국으로부터 거리가 멀어질수록 센서노드의 수신 윈도우 개방시간(T_WIN)이 증가되도록 설정될 수 있다. 실시예에서, 수중기지국과 각 센서노드 간의 전파지연시간은 네트워크 초기화 과정에서 수중기지국과 센서노드 간에 전송되는 프레임 내에 포함되는 타임스탬프(timestamp) 등을 이용하여 사전에 파악될 수 있다.

센서노드는 수중기지국으로부터 확인 프레임(ACK)을 수신한 후, 슬립모드로 전환하고, 새로운 상향링크 트래픽(S15)이 발생될 때까지 슬립모드를 유지할 수 있다. 센서노드가 슬립모드 상태일 때 수중기지국은 특정 센서노드를 향한 하향링크 데이터가 발생하더라도 해당 센서노드의 수신윈도우 개방시점까지 전송을 유예(대기)한다. 도 6의 실시예에서, 수중기지국은 하향링크 트래픽이 발생되면(S14), 즉시 하향링크 데이터를 센서노드로 전송하지 않고, 특정 센서노드로부터 상향링크 프레임을 수신할 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예한다. 센서노드에서 상향링크 트래픽에 따라 상향링크 데이터(UL data)가 수중기지국으로 전송되면(S15, S16), 수중기지국은 상향링크 데이터(UL data)를 송신한 센서노드의 수신 윈도우(제1 수신 윈도우)가 개방됨을 인지하고 하향링크 프레임을 전송한다(S17, S18).

만약, 수신 윈도우를 개방한 센서노드에 대하여 하향링크 트래픽이 존재하지 않는 경우 확인 프레임(ACK)을 전송하고, 수신 윈도우를 개방한 센서노드에 대하여 하향링크 트래픽이 존재하는 경우에는 자원 절약을 위해 하향링크 데이터(DL data)를 확인 프레임(ACK)에 피기배킹(piggybacking)시킨 형태로 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 해당 센서노드로 전송한다. 하향링크 프레임(ACK + DL data)의 수신을 보장하기 위하여, 센서노드는 수신 윈도우 개방시간(T_WIN)을 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 수신할 수 있을 정도의 충분한 시간으로 설정할 수 있다. 센서노드는 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 수신하면 확인 프레임(ACK)을 수중기지국으로 전송한다(S19).

만약, 센서노드가 수신 윈도우 개방시간(T_WIN) 내에 확인 프레임(ACK) 수신에 실패한 경우, 센서노드는 수중기지국으로 확인 프레임(ACK)을 송신하지 않고, 상향링크 데이터(UL data)를 수중기지국으로 재전송한 후 수신 윈도우를 재개방할 수 있다. 수중기지국으로부터 송신된 확인 프레임(ACK)이 수신되면, 센서노드는 수신 윈도우 개방시간(T_WIN)이 만료되기 전이라도, 에너지 절약을 위해 확인 프레임(ACK)의 송신 완료 후 즉시 수신 윈도우를 종료하고 센서노드의 송수신부로 공급되는 전원을 차단하여 슬립상태로 천이하고, 새로운 상향링크 트래픽이 발생될 때까지 슬립모드를 유지할 수 있다. 수중기지국은 확인 프레임(ACK + DL data)을 송신한 후(S17), 센서노드로부터 확인 프레임(ACK)을 수신하는데 실패한 경우, 하향링크 데이터를 재전송하지 않을 수 있다. 이는 센서노드의 하향링크 프레임 수신가능 시점이 항상 센서노드에 의해서 결정되기 때문이다.

센서노드는 상향링크 트래픽가 발생된 즉시 수중기지국으로의 상향링크 데이터 전송이 가능한 반면, 수중기지국은 하향링크 트래픽가 발생하더라도 이를 즉시 센서노드로 전송할 수 없으며 수신 대상 센서노드가 수신 윈도우를 개방하는 시점까지 하향링크 데이터의 전송을 유예하게 된다. 이로 인해 수중기지국으로부터 센서노드로의 하향링크 트래픽에 대한 전송지연이 상대적으로 커질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 하향링크 트래픽에 대한 전송지연을 감소시키기 위해 센서노드에 엠프티 프레임 전송 기능이 구비될 수 있다.

도 7을 참조하면, 센서노드는 슬립상태에서 설정된 슬립시간(T_TXEMPTY) 동안 상향링크 트래픽이 발생하지 않을 경우에도 일정시간이 경과하면 슬립상태에서 깨어나 수중기지국으로 제1 엠프티 프레임(EMPTY)을 전송하고, 수신 윈도우(제2 수신 윈도우)를 개방함으로써 수중기지국에게 하향링크 프레임 전송 기회를 제공한다. 엠프티 프레임(EMPTY)은 상향링크 데이터를 포함하지 않는 빈 프레임으로, 수중기지국에게 센서노드의 수신 윈도우(제2 수신 윈도우) 개방을 알리기 위한 목적으로 사용된다.

센서노드는 수신 윈도우를 닫은 시점(슬립모드로 천이한 시점)으로부터 설정된 슬립시간(T_TXEMPTY)의 경과를 감시하는 타이머를 설정한다. 만약, 수신 윈도우를 차단한 시점으로부터 슬립시간(T_TXEMPTY) 내에 상향링크 트래픽이 발생하면, 센서노드는 상향링크 데이터를 전송하고, 제1 수신 윈도우를 개방한다. 수중기지국은 하향링크 트래픽이 발생되면(S20), 즉시 하향링크 데이터를 센서노드로 전송하지 않고, 하향링크 데이터를 보내려는 센서노드로부터 상향링크 프레임 또는 제1 엠프티 프레임(EMPTY)을 수신할 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예한다.

만약, 수신 윈도우를 차단한 시점으로부터 슬립시간(T_TXEMPTY) 내에 센서노드에 상향링크 트래픽이 발생하지 않으면, 센서노드는 제1 엠프티 프레임(EMPTY)을 수중기지국으로 송신하고(S21), 제2 수신 윈도우를 제2 개방시간(T_WIN) 동안 개방한다(S23). 제2 수신 윈도우의 제2 개방시간은 제1 수신 윈도우의 제1 개방시간과 같을 수도 있고, 다르게 설정될 수도 있다. 센서노드에서 송신한 제1 엠프티 프레임(EMPTY)이 수중기지국으로 수신되면, 수중기지국은 제1 엠프티 프레임(EMPTY)을 송신한 센서노드의 수신 윈도우(제2 수신 윈도우)가 개방됨을 인지하고 하향링크 데이터를 해당 센서노드로 전송한다(S22). 하향링크 프레임(ACK + DL data)의 수신을 보장하기 위하여, 센서노드는 제2 수신 윈도우의 개방시간(T_WIN)을 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 수신할 수 있을 정도의 충분한 시간으로 설정할 수 있다. 센서노드는 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 수신하면 확인 프레임(ACK)을 수중기지국으로 전송한다(S24).

만약, 센서노드가 수신 윈도우 개방시간(T_WIN) 내에 수중기지국으로부터 하향링크 프레임(ACK + DL data) 수신에 실패한 경우, 센서노드는 수중기지국에 하향링크 데이터가 없는 것으로 판단하고, 확인 프레임(ACK)을 송신하지 않고 슬립모드로 전환할 수 있다. 수중기지국으로부터 송신된 하향링크 프레임(ACK + DL data)의 수신이 완료되면, 센서노드는 제2 수신 윈도우의 제2 개방시간(T_WIN)이 만료되기 전이라도, 에너지 절약을 위해 확인 프레임(ACK)의 송신 완료 후 즉시 제2 수신 윈도우를 종료하고 센서노드의 송수신부로 공급되는 전원을 차단하여 슬립상태로 천이하고, 새로운 상향링크 트래픽이 발생될 때까지 슬립모드를 유지할 수 있다.

센서노드는 항상 슬립상태로 천이할 때 슬립시간(T_TXEMPTY)에 해당하는 엠프티 프레임(EMPTY) 전송 타이머를 구동시키고, 해당 타이머가 만료되는 즉시 슬립상태에서 깨어나 엠프티 프레임(EMPTY)을 전송할 수 있다. 센서노드는 슬립상태에서 엠프티 프레임(EMPTY) 전송 타이머 구동 중 상향링크 트래픽을 획득하면 즉시 슬립상태를 종료하고 해당 타이머를 취소할 수 있다. 엠프티 프레임(EMPTY)을 수신할 시 해당 센서노드에 대한 하향링크 트래픽이 존재할 경우, 수중기지국은 하향링크 데이터(DL data)를 포함하는 하향링크 프레임(ACK + DL data)을 센서노드로 전송할 수 있다. 만약 수중기지국에 해당 센서노드에 대한 하향링크 트래픽이 존재하지 않을 경우, 수중기지국은 엠프티 프레임(EMPTY)을 무시할 수 있다.

엠프티 프레임의 전송주기인 슬립시간(T_TXEMPTY)은 하향링크 트래픽의 지연시간과 센서노드의 에너지 소모에 영향을 미칠 수 있다. 슬립시간(T_TXEMPTY)이 짧을수록 하향링크 트래픽의 전송기회를 더 많이 부여함으로써 하향링크 지연시간을 단축시킬 수 있는 반면, 잦은 수신 윈도우 개방으로 인해 센서노드의 에너지 소모가 증가할 수 있다. 센서노드의 배터리 교체가 어려운 수중환경을 고려할 때 네트워크 수명에 영향을 미치는 각 센서노드의 에너지 소모량 관리는 매우 중요하다. 따라서 엠프티 프레임(EMPTY)의 전송주기인 슬립시간(T_TXEMPTY)은 센서노드의 에너지 잔량을 고려하여 설정될 수 있다. 센서노드는 에너지 잔량이 부족할수록, 슬립시간(T_TXEMPTY)을 길게 설정할 수 있다. 따라서, 에너지 잔량에 따라, 센서노드들 마다 슬립시간(T_TXEMPTY)이 상이하게 설정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 펜딩 플래그를 이용하여 하향링크 데이터를 연속 전송하는 동작을 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 수중기지국으로부터 센서노드로의 하향링크 트래픽에 대한 전송지연을 감소시키기 위해 수중기지국과 센서노드는 펜딩 플래그(pending flag) 기능을 사용할 수 있다. 수중기지국에 발생한 하향링크 트래픽의 크기가 큰 경우(S30), 수중기지국은 하향링크 트래픽을 다수의 데이터 프레임으로 나누어 각각 센서노드로 전송할 수 있다. 이 경우, 하향링크 전송기회가 적게 주어질 경우에 데이터 프레임의 전송지연이 길어지게 된다. 이를 방지하기 위하여, 펜딩(pending) 기능을 통해 수중기지국이 단편화된 다수의 하향링크 데이터 프레임을 연속적으로 보낼 수 있도록 한다. 이를 위해, 각 하향링크 데이터 프레임 내에 펜딩 여부 확인을 위한 펜딩 플래그가 포함될 수 있다.

하향링크 트래픽 발생시 수중기지국은 하향링크 데이터를 즉시 센서노드로 전송하지 않고, 하향링크 전송가능 시점까지 대기한다. 센서노드에서 상향링크 트래픽 처리를 위해 상향링크 데이터를 수중기지국으로 전송하면(S31, S32), 수중기지국은 전송할 잔여 하향링크 데이터가 존재할 경우 해당 펜딩 플래그를 세트(SET) 상태로 설정하여 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)을 전송할 수 있다(S33). 센서노드는 수중기지국으로부터 프레임을 수신하기 위하여 제1 수신 윈도우를 개방할 수 있다(S34).

센서노드는 제1 수신 윈도우의 제1 개방시간(T_WIN) 내에 제1 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data) 수신 시, 펜딩 플래그를 확인한다. 만약, 제1 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)의 펜딩 플래그가 세트(SET)로 설정된 경우 센서노드는 수중기지국의 잔여 하향링크 데이터(제2 하향링크 데이터)가 있음을 인지하고, 확인 프레임(ACK)을 송신한 후(S35), 슬립상태로 전환하지 않고 제3 수신 윈도우를 추가로 개방할 수 있다(S37).

확인 프레임(ACK)을 수신한 수중기지국은 펜딩 플래그에 따라 개방된 제3 수신 윈도우의 개방시간(T_WIN) 내에 잔여 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)을 전송할 수 있다(S36). 센서노드는 제3 수신 윈도우의 개방 중에 수중기지국으로부터 송신된 잔여 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)을 수신하면, 확인 메시지(ACK)를 수중기지국으로 송신하고, 펜딩 플래그가 세트(SET)로 설정된 경우 후속의 잔여 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)을 수신하기 위하여 제3 수신 윈도우를 추가로 개방할 수 있다(S40).

수중기지국은 센서노드로부터 확인 메시지(ACK)를 수신한 후, 마지막 하향링크 데이터 프레임을 전송할 때까지 동일 과정을 반복한다. 수중기지국은 현재 전송하려고 하는 하향링크 데이터 이후에 전송할 잔여 하향링크 데이트가 없는 것으로 판단되면, 펜딩 플래그를 클리어(Clear) 상태로 설정하여 마지막 하향링크 데이터 프레임을 센서노드로 전송할 수 있다(S39). 센서노드는 제3 수신 윈도우의 개방 중에 수중기지국으로부터 송신된 하향링크 데이터 프레임(ACK + DL data)의 펜딩 플래그가 클리어(Clear) 상태로 설정되어 있는 경우, 수중기지국에 추가로 전송될 잔여 하향링크 데이터가 없음을 인지하고, 확인 프레임(ACK) 응답 후(S41), 제3 수신 윈도우를 더 이상 개방하지 않고 슬립상태로 천이한다.

수중환경에서는 열악한 수중채널특성으로 인해 프레임 유실이 빈번하게 발생하므로, 하향링크 데이터 프레임 유실로 인해 프레임 연속전송이 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. 도 9를 참조하면, 만약 하향링크 프레임 연속전송(펜딩 플래그가 SET으로 설정되어 전송중인 상태) 과정에서, 센서노드가 펜딩 플래그가 Clear로 설정된 데이터 프레임을 수신하기 전에 데이터 프레임이 수신되지 않아 연속전송이 만료되는 경우, 센서노드는 하향링크 데이터 프레임의 유실이 발생했음을 인지하고, 제2 엠프티 프레임(EMPTY)을 수중기지국으로 전송하고, 수신 윈도우를 개방함으로써 유실된 하향링크 데이트 프레임의 재전송 기회를 부여할 수 있다(S42, S44).

수중기지국은 센서노드로부터 확인 프레임이 아닌, 제2 엠프티 프레임(EMPTY)을 수신시, 하향링크 데이터 프레임의 전송(S36) 과정에서 열악한 수중채널특성으로 인해 하향링크 데이터가 유실되었음을 인지하고, 잔여 하향링크 데이터 프레임의 존재 유무에 따라 펜딩 플래그를 설정한 후 해당 유실된 하향링크 데이터 프레임을 재전송할 수 있다(S43). 수신 윈도우 개방 중에 잔여 하향링크 데이터 프레임이 정상적으로 수신되면, 센서노드는 확인 프레임(ACK)을 수중기지국으로 송신하며, 이 과정을 마지막 하향링크 데이터 프레임을 수신할 때까지 반복한다(S45 ~ S48). 펜딩 플래그를 통해 마지막 하향링크 데이터가 수신되었음을 인지한 센서노드는 확인 프레임(ACK)을 전송한 후 더 이상 수신 윈도우를 개방하지 않고 슬립모드로 전환하고, 상향링크 데이터가 발생하거나 슬립시간이 경과할 때까지 슬립모드를 유지하여 에너지 소모를 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 수중 센서 네트워크
100: 수중기지국
200: 센서노드

Claims (20)

1. 수중기지국과 센서노드를 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법으로서,
   상기 센서노드가 데이터 송수신 기능을 차단하는 슬립모드 중에 상기 센서노드에 상향링크 트래픽 발생시, 상기 센서노드가 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터를 송신하는 단계;
   상기 수중기지국이 상기 센서노드로부터 송신된 상기 상향링크 데이터를 수신하고, 상기 상향링크 데이터가 수신된 것을 알리는 확인 프레임을 상기 센서노드로 송신하는 단계;
   상기 센서노드가 상기 수중기지국으로부터 상기 확인 프레임을 수신하기 위해 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 제1 수신 윈도우를 개방하는 단계; 및
   상기 제1 수신 윈도우가 개방된 제1 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 확인 프레임을 수신하면 상기 제1 수신 윈도우를 닫고 슬립모드로 전환하는 단계를 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 수신 윈도우의 차단시점으로부터 설정된 슬립시간 동안 상기 센서노드에 상향링크 트랙픽이 발생하지 않는 경우, 상기 센서노드가 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터가 포함되지 않은 제1 엠프티 프레임을 송신하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 센서노드가 슬립모드인 상태에서 상기 수중기지국에 하향링크 트래픽 발생시, 상기 수중기지국이 상기 센서노드로부터 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신될 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예하는 단계; 및
   상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 수중기지국이 상기 하향링크 데이터가 피기배킹(Piggybacking)된 확인 프레임의 전송을 개시하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 센서노드가 상기 수중기지국으로부터 상기 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 제2 수신 윈도우를 개방하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 수신 윈도우가 개방된 제2 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 하향링크 데이터를 수신하면, 상기 제2 수신 윈도우를 닫고 슬립모드로 전환하는 단계; 및
   상기 제2 수신 윈도우가 닫힌 후, 상기 센서노드에 상향링크 트래픽이 발생하지 않으면 상기 센서노드가 상기 슬립시간 동안 슬립모드를 유지하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 수중기지국에 제1 하향링크 데이터 및 제2 하향링크 데이터를 포함하는 다수의 하향링크 데이터가 존재하는 상태에서 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 수중기지국이 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그를 설정하여 상기 제1 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하는 단계; 및
   상기 센서노드가 상기 제1 하향링크 데이터에 설정된 상기 펜딩 플래그를 인지하여 상기 제2 하향링크 데이터의 수신을 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 제3 수신 윈도우를 개방하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않으면, 상기 센서노드가 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하는 제2 엠프티 프레임을 상기 수중기지국으로 전송하는 단계; 및
   상기 수중기지국이 상기 제2 엠프티 프레임을 수신함에 따라 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 재전송하는 단계를 더 포함하는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 개방시간은 상기 확인 프레임의 크기와, 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 산출되는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
9. 제4항에 있어서,
   상기 제2 개방시간은 상기 확인 프레임의 크기와, 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 산출되는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
10. 제2항에 있어서,
    상기 슬립시간은 상기 센서노드의 에너지 잔량에 따라 설정되는 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 제어 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 수중 센서 네트워크의 데이터 전송 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
12. 수중 센서 네트워크의 센서노드에 있어서,
    상기 센서노드는:
    상기 수중 센서 네트워크의 수중기지국과의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리;
    상기 수중기지국과의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부; 및
    상기 수중기지국과 통신하기 위한 송수신부;를 포함하고,
    상기 제어부는:
    상기 송수신부의 데이터 송수신 기능이 차단된 슬립모드 중에 상향링크 트래픽 발생시, 상기 송수신부의 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터를 송신하고;
    상기 수중기지국으로부터 상기 상향링크 데이터가 수신된 것을 알리는 확인 프레임을 수신하기 위해 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 제1 수신 윈도우를 개방하고; 그리고
    상기 제1 수신 윈도우가 개방된 제1 개방시간 내에 상기 센서노드가 상기 확인 프레임을 수신하면 상기 제1 수신 윈도우를 닫고 상기 송수신부를 슬립모드로 전환하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 수신 윈도우의 차단시점으로부터 설정된 슬립시간 동안 상향링크 트랙픽이 발생하지 않는 경우, 슬립모드를 해제하고 상기 수중기지국으로 상향링크 데이터가 포함되지 않은 제1 엠프티 프레임을 송신하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수중기지국으로부터 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 제2 수신 윈도우를 개방하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 수신 윈도우가 개방된 제2 개방시간 내에 상기 하향링크 데이터를 수신하면, 상기 제2 수신 윈도우를 닫고 상기 송수신부를 슬립모드로 전환하고; 그리고
    상기 제2 수신 윈도우가 닫힌 시점 이후, 상향링크 트래픽이 발생하지 않으면 상기 슬립시간 동안 슬립모드를 유지하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수중기지국으로부터 수신된 제1 하향링크 데이터에 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그가 설정되어 있는 경우, 상기 제1 하향링크 데이터의 수신 후 제2 하향링크 데이터를 수신하기 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 제3 수신 윈도우를 개방하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않으면, 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하는 제2 엠프티 프레임을 상기 수중기지국으로 전송하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
18. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 확인 프레임의 크기, 및 상기 수중기지국과 상기 센서노드 간의 전파지연 시간을 기반으로 상기 제1 개방시간을 산출하고; 그리고
    상기 센서노드의 에너지 잔량에 따라 상기 슬립시간을 설정하도록 구성되는 수중 센서 네트워크의 센서노드.
19. 수중 센서 네트워크의 수중기지국에 있어서,
    상기 수중기지국은:
    상기 수중 센서 네트워크의 센서노드와의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리;
    상기 센서노드와의 데이터 전송을 제어하기 위한 프로그램을 실행시키는 제어부; 및
    상기 센서노드와 통신하기 위한 송수신부;를 포함하고,
    상기 제어부는:
    상기 센서노드가 데이터 송수신 기능이 차단된 슬립모드인 상태에서 하향링크 트래픽 발생시, 상기 센서노드로부터 상향링크 데이터 또는 제1 엠프티 프레임이 수신될 때까지 하향링크 데이터의 전송을 유예하고; 그리고
    상기 센서노드로부터 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 상기 센서노드에서 제1 수신 윈도우 또는 제2 수신 윈도우를 개방하는 동안 상기 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하도록 구성되고,
    상기 제1 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 상향링크 데이터의 송신 완료시점으로부터 제1 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 개방하는 수신 윈도우이고,
    상기 제1 엠프티 프레임은 상기 센서노드가 상기 제1 수신 윈도우를 차단한 시점으로부터 설정된 슬립시간이 경과한 후 상향링크 데이터를 포함하지 않은 상태로 상기 센서노드로부터 전송되는 프레임이고,
    상기 제2 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 제1 엠프티 프레임의 송신 완료시점으로부터 제2 개방시간 동안 슬립모드를 해제한 상태로 개방하는 수신 윈도우인 수중 센서 네트워크의 수중기지국.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 하향링크 데이터 및 제2 하향링크 데이터를 포함하는 다수의 하향링크 데이터가 존재하는 상태에서 상기 상향링크 데이터 또는 상기 제1 엠프티 프레임이 수신되면, 하향링크 데이터의 연속전송을 나타내는 펜딩 플래그를 설정하여 상기 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제1 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하고; 그리고
    상기 제1 하향링크 데이터가 송신되면 상기 센서노드에 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 송신하고, 상기 제2 하향링크 데이터가 상기 센서노드로 송신된 후 상기 센서노드로부터 제2 엠프티 프레임이 수신되면 상기 제2 하향링크 데이터를 상기 센서노드로 재전송하도록 구성되고,
    상기 제3 수신 윈도우는 상기 센서노드가 상기 제1 하향링크 데이터에 설정된 상기 펜딩 플래그를 인지하여 상기 제2 하향링크 데이터의 수신을 위해 상기 제1 수신 윈도우 또는 상기 제2 수신 윈도우의 경과 후에 추가로 개방하는 수신 윈도우이고,
    상기 제2 엠프티 프레임은 상기 제3 수신 윈도우가 개방된 동안 상기 센서노드로 상기 제2 하향링크 데이터가 수신되지 않는 경우에, 상기 센서노드가 상기 제2 하향링크 데이터의 재전송을 요청하기 위한 프레임인 수중 센서 네트워크의 수중기지국.

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