WO2014182034A1 - 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 적용한 네트워크 - Google Patents

무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 적용한 네트워크 Download PDF

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권성오
이왕은
김윤진
오동기
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless network, and more particularly, to a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network to perform time synchronization between sensor nodes using AC characteristics in a low power wireless network employing a sleep mode, and a network using the same. It is about.
  • WSN Wireless NETWORK
  • WSN refers to the configuration of sensors as a network, which is active around the world with the expansion of the ubiquitous paradigm of being human-centered and able to access the computing environment anytime, anywhere.
  • Such a wireless network is a wireless network composed of unique devices that use sensor nodes to monitor physical or environmental conditions. Sensor nodes have the ability to communicate by collecting physical data such as light, temperature, and humidity, and form a sensor network with a base station that acts as a gateway.
  • sensor nodes are installed in inaccessible areas, making it difficult to replace or recharge the battery. Therefore, how long to maintain the network with limited energy is a major concern of the sensor network. Accordingly, a low power design is needed to ensure the long life of the battery.
  • a low power design method is to control the active time and the sleep time by periodically turning on / off the wireless communication unit, the processor, and the sensor of the sensor node.
  • all sensor nodes should operate organically. If any one node is not properly interlocked, it will not be able to deliver the sensing data properly even if it does not achieve low power consumption.
  • FIG. 1 is a view showing an overview of a wireless sensor network system using a conventional sensor node, with reference to this will be described the process of time synchronization is performed in the conventional wireless sensor network.
  • a plurality of sensor nodes 20 are arranged in one sink node 10 to communicate along a predetermined path.
  • the sink node 10 is a sensor node serving as a master among the sensor nodes 20.
  • each sensor node 20 performs time synchronization with all sensor network nodes by periodically transmitting and receiving time synchronization information.
  • the global time of the sensor nodes of the entire sensor network is set based on the internal clock of the sink node 10.
  • the wireless sensor network is composed of a plurality of sensor nodes 20 that operate on a battery. To minimize battery operation, the wireless sensor network operates by repeating active and sleep times periodically.
  • the power consumption of the sensor node 20 is reduced as much as possible during the sleep time.
  • the active time performs the original functions such as sensing and data processing through the sensor and wireless communication.
  • all sensor nodes 20 must perform active and sleep modes at the same time, and for this purpose, accurate time synchronization must be performed for all sensor nodes 20.
  • NTP network time protocol
  • GPS global positioning system
  • time synchronization method using NTP is suitable for synchronizing computer time on the Internet
  • the limited energy of a wireless network, a structure in which many sensor nodes are concentrated, and data exploding at a specific time was not suitable.
  • the present invention is to overcome the problems of the prior art described above, in the low-power wireless network to which the sleep mode is applied, by performing the time synchronization between the sensor nodes using the AC characteristics to minimize the power consumption to improve the energy efficiency and installation location It is an object of the present invention to provide a time synchronization method for energy efficiency and a network using the same regardless of whether the time synchronization accuracy is improved.
  • the present invention provides a time synchronization method in a wireless network, comprising: a) sensing an alternating voltage at a sink node and outputting a time synchronization command accordingly; And b) receiving a time synchronization command output from the sink node at a sensor node, and determining an active time and a sleep time control included in the time synchronization command to turn on / off an operating power. It provides a time synchronization method for energy efficiency in a network.
  • Step a) a1) detecting the AC voltage; a2) counting a signal value of a specific period of the sensed AC voltage; a3) a control step of outputting a time synchronization command according to the counted signal value; And a4) transmitting the time synchronization command to the sensor node.
  • Step b) b1) a receiving step of receiving the time synchronization command; b2) a control step of judging active time and sleep time control according to the received time synchronization command and outputting a clock on / off signal; b3) a clock operating step selectively operated according to the clock on / off signal; And b4) a data transmission step of transmitting data to the base station in the clock on state.
  • Step b4) In the clock on state, it is desirable to transmit and receive time information with other sensor nodes.
  • Step b) It further comprises a timer step for counting the time, it is more preferable to output the clock on / off signal when a predetermined time is counted by the timer step.
  • the present invention provides a network using a time synchronization method in a wireless network, comprising: a sink node detecting an AC voltage and outputting a time synchronization command accordingly; And a sensor node receiving a time synchronization command output from the sink node, and determining an active time and a sleep time control included in the time synchronization command to turn on / off operating power.
  • the sink node A detector for sensing the AC voltage; A counter for counting signal values of a specific period of the sensed AC voltage; A controller for outputting a time synchronization command according to the counted signal value; And a transmitter for transmitting the time synchronization command to the sensor node.
  • the sensor node A receiving unit which receives the time synchronization command; A controller for determining an active time and a sleep time control according to the received time synchronization command and outputting a clock on / off signal; A clock selectively operated according to the clock on / off signal; And a data communication unit configured to transmit data to a base station in the clock on state.
  • the data communication unit In the clock on state, it is desirable to transmit and receive time information with other sensor nodes.
  • the apparatus may further include a timer for counting a time, and the controller is further configured to output the clock on / off signal when a predetermined time is counted by the timer.
  • time synchronization method for energy efficiency in the wireless network and the network using the same configured as described above, in the low power wireless network to which the sleep mode is applied, power consumption is achieved by performing time synchronization between sensor nodes using AC characteristics. Minimizes energy efficiency and improves the accuracy of time synchronization regardless of installation location.
  • time synchronization between base stations or nodes in a wireless network such as a femtocell network, a wireless sensor network, and a wireless communication network, which can detect or use an AC voltage in a wireless network such as a femtocell network to be distributed in time synchronization.
  • a wireless network such as a femtocell network, a wireless sensor network, and a wireless communication network, which can detect or use an AC voltage in a wireless network such as a femtocell network to be distributed in time synchronization.
  • FIG. 1 is a view showing an overview of a wireless sensor network system using a conventional sensor node.
  • FIG. 2 is a control flowchart illustrating a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a control flow diagram illustrating the operation of the sink node in accordance with the method of the present invention in more detail.
  • FIG. 4 is a control flow diagram illustrating the operation of the sensor node in accordance with the method of the invention of FIG. 2 in more detail.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a network using a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
  • spatially relative terms below, beneath, lower, above, upper, etc. facilitate the correlation of one device or components with other devices or components as shown in the figures. Can be used to describe. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures.
  • the device described as beneath the other device may be placed above the other device.
  • the exemplary term below may include both the direction below and above.
  • the device can also be oriented in other directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.
  • the present invention can be applied to a general wireless network such as a femtocell network, a wireless sensor network, and a wireless inter-object communication network capable of detecting or using AC voltage, but in a preferred embodiment of the present invention, The detailed operation will be described using the sensor network.
  • FIG. 2 is a control flowchart illustrating a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
  • a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network in the time synchronization method in a wireless network, a) detecting the AC voltage at the sink node and accordingly Outputting a synchronization command (S100); And b) receiving a time synchronization command output from the sink node at the sensor node, and determining an active time and a sleep time control included in the time synchronization command to turn on / off operating power (S200).
  • FIG. 3 is a control flow diagram illustrating the operation of the sink node according to the method of the present invention in more detail.
  • the step a) (S100); a1) detecting the AC voltage (S110); a2) a counting step (S120) of counting signal values of a specific period of the sensed AC voltage; a3) a control step of outputting a time synchronization command according to the counted signal value (S130); And a4) a transmission step (S140) of transmitting the time synchronization command to the sensor node.
  • FIG. 4 is a control flow diagram illustrating the operation of the sensor node according to the method of the invention of FIG. 2 in more detail.
  • step b) (S200); b1) a reception step of receiving the time synchronization command (S210); b2) a control step of outputting a clock on / off signal by determining active time and sleep time control according to the received time synchronization command (S220); b3) a clock operation step (S230) selectively operated according to the clock on / off signal; And b4) a data transmission step of transmitting data to the base station in the clock on state (S240).
  • step b4) (S240) is;
  • the clock information may transmit and receive time information with other sensor nodes.
  • the apparatus may further include a timer step of counting time, and outputting the clock on / off signal when a predetermined time is counted by the timer step.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a network using a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
  • a network using a time synchronization method for energy efficiency in a wireless network detects an AC voltage A sink node 100 for outputting a time synchronization command accordingly; And a sensor node 200 that receives a time synchronization command output from the sink node 100, determines an active time and a sleep time control included in the time synchronization command, and turns on / off operating power.
  • all the sensor nodes 200 connected to the sink node 100 may be operated by a battery.
  • the present invention is not necessarily limited to this wireless method.
  • the sink node 100 and the sensor node 200 are within at least one radio transmission range.
  • the sink node 100 is; A detector 110 for detecting the AC voltage; A counter 120 for counting signal values of a specific period of the sensed AC voltage; A controller 130 for outputting a time synchronization command according to the counted signal value; And a transmitter 140 transmitting the time synchronization command to the sensor node 200.
  • the sensor node 200 is; A receiver 210 which receives the time synchronization command; A controller 220 for determining an active time and a sleep time control according to the received time synchronization command and outputting a clock on / off signal; A clock 230 selectively operated according to the clock on / off signal; And a data communication unit 240 for transmitting data to the base station 300 in the clock on state.
  • the data communication unit 240 may transmit and receive time information with other sensor nodes.
  • the apparatus further includes a timer 250 for counting a time, and the controller 220 outputs the clock on / off signal when a predetermined time is counted by the timer 250.
  • the sink node 100 senses an AC voltage and outputs a time synchronization command accordingly.
  • the detector 110 of the sink node 100 detects the input AC voltage.
  • the counter 120 counts a signal value of a specific period of the sensed AC voltage, and the controller 130 outputs a time synchronization command according to the counted signal value (S120 to S130).
  • the transmitter 140 transmits the time synchronization command to the sensor node 200.
  • the sensor node 200 receives a time synchronization command output from the sink node 100, determines the active time and sleep time control included in the time synchronization command, and turns on / off the operation power.
  • the receiving unit 210 of the sensor node 200 receives the time synchronization command, and the control unit 220 determines the active time and the sleep time control according to the received time synchronization command to receive a clock on / off signal.
  • the clock 230 is selectively operated according to the clock on / off signal, and the data communication unit 240 transmits data to the base station 300 in the clock on state.
  • the data communication unit 240 may transmit and receive time information with other sensor nodes in the clock on state.
  • the sensor node 200 further includes a timer 250 that counts time, and the controller 220 outputs the clock on / off signal when a predetermined time is counted by the timer 250. Can be.
  • time synchronization is performed between sensor nodes by using the AC characteristic to minimize the power consumption to improve energy efficiency and at the same time regardless of the installation location. It can improve the accuracy of synchronization.
  • the present technology is also applicable to time synchronization in a wireless network, such as a femtocell network, to be distributed time synchronized.
  • the present invention is not only a low-power wireless network applying sleep mode but also a wireless network such as a femtocell network, a wireless sensor network, and a wireless inter-network communication network capable of detecting or using an AC voltage in a wireless network such as a femtocell network to be distributed in time synchronization. It is also applicable to time synchronization between base stations or nodes in a network.
  • a wireless network such as a femtocell network, a wireless sensor network, and a wireless inter-network communication network capable of detecting or using an AC voltage in a wireless network such as a femtocell network to be distributed in time synchronization. It is also applicable to time synchronization between base stations or nodes in a network.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 네트워크에 관한 것으로서, 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크에서 교류 특성을 이용하여 센서 노드간에 시간 동기화를 수행하도록 하는 것이다. 이에 따라 전력소모를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킴과 동시에 설치 위치에 관계없이 시간 동기화의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 적용한 네트워크
본 발명은 무선 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크에서 교류 특성을 이용하여 센서 노드간에 시간 동기화를 수행하도록 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 네트워크에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 무선 네트워크(WIRELESS NETWORK, WSN)는 센서를 네트워크로 구성한 것을 말하는 것으로, 인간 중심지향적이면서 장소에 구애받지 않고 언제 어디서나 컴퓨팅 환경에 접속할 수 있는 유비쿼터스 패러다임이 확대되면서 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있는 기술 중의 하나이다.
이와 같은 무선 네트워크는 물리적 또는 환경적 조건을 모니터링 하기 위해 센서 노드를 사용하는 독자적인 장치로 구성된 무선 네트워크이다. 센서 노드들은 빛, 온도, 습도와 같은 물리적 데이터를 수집하여 통신하는 기능을 갖고 있으며, 게이트웨이 역할을 하는 기지국과 함께 센서 네트워크를 형성한다.
일반적으로 센서 노드들은 접근이 어려운 지역에 설치되기 때문에 배터리의 교체나 충전이 어렵다. 따라서, 한정된 에너지로 얼마나 오랫동안 네트워크를 유지하는 것이 센서 네트워크의 주된 관심사이다. 이에 따라 배터리의 장시간 사용을 보장하기 위한 저전력설계가 필요하다.
이와 같이 센서 노드에서는 전력관리 설계(power management)가 매우 중요한데, 이는 배터리에 동작해야 하는 센서 노드의 특성상, 그리고 배터리 교체와 센서 노드의 설치 및 제거가 비교적 어렵기 때문에 그러하다. 센서 노드에서 가장 많은 전력소비가 일어나는 것은 대기시에 무선신호를 기다리고 있는 경우이다(idle radio listening).
이를 해결하기 위한 저전력 설계의 방법으로는 주기적으로 센서 노드의 무선통신부, 프로세서, 센서 등을 온/오프하여 액티브타임(active time)과 슬립타임(sleep time)을 제어하는 것이다. 이 경우에 모든 센서 노드가 유기적으로 동작해야 하는데, 어느 하나의 노드라도 제대로 연동되지 못할 경우에는 저전력소비를 달성하지 못하는 것은 차치하더라도 제대로 센싱 데이터를 전달하지 못하게 된다.
따라서, 이러한 온/오프에 의하여 저전력소모 설계를 할 경에는 모든 노드가 주기적으로 동시에 온/오프되도록 해야 하는 것과 시간 동기화(time synchronization) 및 작업 분배(task scheduling) 제어가 필요하다.
도 1은 종래의 센서 노드를 사용한 무선 센서네트워크 시스템의 개요를 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 종래 무선 센서네트워크에서 시간 동기화가 수행되는 과정을 설명한다.
먼저, 하나의 싱크 노드(10)에 다수의 센서 노드(20)가 배치되어 소정의 경로에 따라 통신하고 있다. 싱크 노드(10)는 센서 노드(20) 중에서 마스터 역할을 하고 있는 센서 노드이다.
도 1은 동종의 센서 노드(20)끼리의 시간 동기화 방법을 나타낸 것으로서, 각 센서 노드(20)끼리 시간 동기화 정보를 주기적으로 주고 받음으로서 센서네트워크 전체 노드의 시간 동기화를 이룬다. 싱크 노드(10)의 내부 클록을 기반으로 전체 센서네트워크의 센서 노드의 전체 타임(global time)을 설정한다.
무선 센서네트워크는 배터리로 동작하는 다수의 센서 노드(20)로 구성되는데, 배터리 동작을 최소화하기 위하여, 주기적으로 액티브(Active) 및 슬립(Sleep) 타임을 반복하면서 동작한다.
슬립타임일 때에 센서 노드(20)의 전원을 오프함으로써 전원소모를 최대한 억제하는 것이다. 물론, 액티브타임에는 센서를 통한 센싱 및 데이터 처리와 무선통신 등의 본연의 기능을 수행한다.
이러한 방식에서, 데이터는 싱크 노드(10)를 통하여 인터넷 및 서버로 전송된다. 무선 전송의 범위가 제한되기 때문에(수십~수백 미터) 각 센서 노드(20)의 데이터는 싱크 노드(10)로 전송되기 위하여 중간의 다른 센서 노드(20)들을 경유해서 전송되어야 한다.
따라서, 모든 센서 노드(20)가 동시에 액티브 및 슬립 모드를 수행해야 하며, 이를 위해 모든 센서 노드(20)에 대해서 정확한 시간 동기화가 이루어져야 한다.
상기와 같은 시간 동기화를 위하여 종래에는, NTP(Network Time Protocol) 및 GPS(Global Positioning System)를 이용한 시간 동기화 방법을 사용하였다.
그러나, 상기 종래기술에 따른 NTP를 이용한 시간 동기화 방법은, 인터넷 상의 컴퓨터 시간을 동기화시키는 데에는 적합하지만, 무선 네트워크의 제한된 에너지, 많은 센서 노드들이 밀집하는 구조 및 데이터가 특정 시간에 폭발적으로 발생하는 특성의 경우에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
또한, GPS를 이용한 시간 동기화 방법의 경우, 정확한 시간 동기화가 가능한 반면 에너지 소모가 심하고, 가격이 고가이기 때문에 비교적 저렴한 센서 노드에 적용시키기에는 가격 면에서 효율이 떨어지며 또한, 빌딩 내부 및 지하나 물밑 등의 사각 지대에서는 통신이 어렵다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크에서 교류 특성을 이용하여 센서 노드간에 시간 동기화를 수행함으로써 전력소모를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킴과 동시에 설치 위치에 관계없이 시간 동기화의 정확성을 향상시킨 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 네트워크를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 분산적으로 시간동기화 하고자 하는 펨토셀 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 교류전압이 인가된 경우 네트워크 내의 기지국 또는 노드들간의 시간 동기화에도 적용 가능한 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 네트워크를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법에 있어서, a)싱크 노드에서 교류 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 단계; 및 b)센서 노드에서 상기 싱크 노드에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 제공한다.
상기 a)단계는; a1)상기 교류 전압을 감지하는 감지 단계; a2)상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운트 단계; a3)상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어 단계; 및 a4)상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드에 전송하는 송신 단계;를 포함할 수 있다.
상기 b)단계는; b1)상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신 단계; b2)수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어 단계; b3)상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록 동작 단계; 및 b4)상기 클록 온 상태에서 기지국에 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계;를 포함할 수 있다.
상기 b4)단계는; 상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신하는 것이 바람직하다.
상기 b)단계는; 시간을 카운트하는 타이머 단계를 더 포함하고, 상기 타이머 단계에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은, 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크에 있어서, 교류 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 싱크 노드; 및 상기 싱크 노드에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 센서 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크를 제공한다.
상기 싱크 노드는; 상기 교류 전압을 감지하는 감지기; 상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운터; 상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어부; 및 상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드에 전송하는 송신부;를 포함할 수 있다.
상기 센서 노드는; 상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신부; 수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어부; 상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록; 및 상기 클록 온 상태에서 기지국에 데이터를 전송하는 데이터 통신부;를 포함할 수 있다.
상기 데이터 통신부는; 상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신하는 것이 바람직하다.
상기 센서 노드는; 시간을 카운트하는 타이머를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 타이머에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력하는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 네트워크에 의하면, 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크에서 교류 특성을 이용하여 센서 노드간에 시간 동기화를 수행함으로써 전력소모를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킴과 동시에 설치 위치에 관계없이 시간 동기화의 정확성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 분산적으로 시간동기화 하고자 하는 펨토셀 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 교류전압을 이용하거나 감지할 수 있는 펨토셀 네트워크, 무선 센서네트워크, 무선 사물간 통신 네트워크 등의 무선 네트워크 내의 기지국 또는 노드들 간의 시간 동기화에도 적용가능한 효과도 있다.
도 1은 종래의 센서 노드를 사용한 무선 센서네트워크 시스템의 개요를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 나타낸 제어 흐름도.
도 3은 도 2의 본 발명의 방법에 따른 싱크 노드의 작용을 더욱 상세히 나타낸 제어 흐름도.
도 4는 도 2의 본 발명의 방법에 따른 센서 노드의 작용을 더욱 상세히 나타낸 제어 흐름도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크를 나타낸 블록도이다.
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 개시된 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안되며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
따라서, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 교류전압을 이용하거나 감지할 수 있는 펨토셀 네트워크, 무선 센서네트워크, 무선 사물간 통신 네트워크 등의 일반적인 무선네트워크에서 적용이 가능하지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 무선 센서 네트워크를 이용하여 그 상세 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 나타낸 제어 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법은, 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법에 있어서, a)싱크 노드에서 교류 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 단계(S100); 및 b)센서 노드에서 상기 싱크 노드에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 단계(S200)를 포함한다.
도 3은 도 2의 본 발명의 방법에 따른 싱크 노드의 작용을 더욱 상세히 나타낸 제어 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 상기 a)단계(S100)는; a1)상기 교류 전압을 감지하는 감지 단계(S110); a2)상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운트 단계(S120); a3)상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어 단계(S130); 및 a4)상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드에 전송하는 송신 단계(S140)를 포함한다.
도 4는 도 2의 본 발명의 방법에 따른 센서 노드의 작용을 더욱 상세히 나타낸 제어 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 상기 b)단계(S200)는; b1)상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신 단계(S210); b2)수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어 단계(S220); b3)상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록 동작 단계(S230); 및 b4)상기 클록 온 상태에서 기지국에 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계(S240);를 포함한다.
여기서, 상기 b4)단계(S240)는; 상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 b)단계(S200)는; 시간을 카운트하는 타이머 단계를 더 포함하고, 상기 타이머 단계에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크는, 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크에 있어서, 교류(AC) 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 싱크 노드(100); 및 상기 싱크 노드(100)에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 센서 노드(200)를 포함한다.
여기서, 싱크 노드(100)에 연결된 모든 센서 노드(200)들은 배터리로 동작시킬 수 있다. 또한, 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예의 센서네트워크에 있어서 무선통신 방식으로 연결되는 것을 도시하였으나, 본 발명은 반드시 이 무선 방식에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 싱크 노드(100) 및 센서 노드(200)들은 적어도 1개 이상의 무선전송 범위(Radio Transmission Range) 내에 있다.
상기 싱크 노드(100)는; 상기 교류 전압을 감지하는 감지기(110); 상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운터(120); 상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어부(130); 및 상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드(200)에 전송하는 송신부(140);를 포함한다.
상기 센서 노드(200)는; 상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신부(210); 수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어부(220); 상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록(230); 및 상기 클록 온 상태에서 기지국(300)에 데이터를 전송하는 데이터 통신부(240);를 포함한다.
상기 데이터 통신부(240)는; 상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 센서 노드(200)는; 시간을 카운트하는 타이머(250)를 더 포함하고, 상기 제어부(220)는 상기 타이머(250)에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 바람직한 일 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 싱크 노드(100)에서 교류(AC) 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력한다.
여기서, 상기 싱크 노드(100)의 감지기(110)는 입력되는 상기 교류 전압을 감지한다.
예로서, 주파수는 60Hz이며, 주기가 s인 s(t)라는 교류전압 파형이 있을 때, 감지기(110)는 s(t)=0이 되는 지점마다 교류전압을 감지하여, 제어부(130)에 매 시점마다 알린다(S110).
이후, 카운터(120)는 상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트한하고, 제어부(130)는 상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력한다(S120~S130).
이후, 송신부(140)는 상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드(200)에 전송한다.
한편, 센서 노드(200)에서는 상기 싱크 노드(100)에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프한다.
여기서, 상기 센서 노드(200)의 수신부(210)는 상기 시간 동기 명령을 수신하고, 제어부(220)는 수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력한다(S210~S220).
이후, 클록(230)은 상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되고, 데이터 통신부(240)는 상기 클록 온 상태에서 기지국(300)에 데이터를 전송한다.
이때, 상기 데이터 통신부(240)는 상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 센서 노드(200)는 시간을 카운트하는 타이머(250)를 더 포함하고, 상기 제어부(220)는 상기 타이머(250)에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크에서 교류 특성을 이용하여 센서 노드간에 시간 동기화를 수행함으로써 전력소모를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킴과 동시에 설치 위치에 관계없이 시간 동기화의 정확성을 향상시킬 수 있다.
본 기술관련하여 분산적으로 시간동기화 하고자 하는 펨토셀 네트워크와 같은 무선 네트워크에서의 시간 동기화에도 적용가능하다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
본 발명은 슬립 모드를 적용한 저전력 무선 네트워크뿐만 아니라 분산적으로 시간동기화 하고자 하는 펨토셀 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 교류전압을 이용하거나 감지할 수 있는 펨토셀 네트워크, 무선 센서네트워크, 무선 사물간 통신 네트워크 등의 무선 네트워크 내의 기지국 또는 노드들 간의 시간 동기화에도 적용가능하다.

Claims (10)

  1. 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법에 있어서,
    a)싱크 노드에서 교류 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 단계; 및
    b)센서 노드에서 상기 싱크 노드에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계는;
    a1)상기 교류 전압을 감지하는 감지 단계;
    a2)상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운트 단계;
    a3)상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어 단계; 및
    a4)상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드에 전송하는 송신 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계는;
    b1)상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신 단계;
    b2)수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어 단계;
    b3)상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록 동작 단계; 및
    b4)상기 클록 온 상태에서 기지국에 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 b4)단계는;
    상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 b)단계는;
    시간을 카운트하는 타이머 단계를 더 포함하고,
    상기 타이머 단계에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법.
  6. 무선 네트워크에서의 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크에 있어서,
    교류 전압을 감지하고 이에 따른 시간 동기 명령을 출력하는 싱크 노드; 및
    상기 싱크 노드에서 출력되는 시간 동기 명령을 받고, 이 시간 동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 동작 전원을 온/오프하는 센서 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 싱크 노드는;
    상기 교류 전압을 감지하는 감지기;
    상기 감지된 교류 전압의 특정 주기의 신호값을 카운트하는 카운터;
    상기 카운트된 신호값에 따라 시간 동기 명령을 출력하는 제어부; 및
    상기 시간 동기 명령을 상기 센서 노드에 전송하는 송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센서 노드는;
    상기 시간 동기 명령을 수신하는 수신부;
    수신된 상기 시간 동기 명령에 따라 액티브타임 및 슬립타임 제어를 판단하여 클록 온/오프 신호를 출력하는 제어부;
    상기 클록 온/오프 신호에 따라 선택적으로 동작되는 클록; 및
    상기 클록 온 상태에서 기지국에 데이터를 전송하는 데이터 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 통신부는;
    상기 클록 온 상태에서 다른 센서 노드들과 시간 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 센서 노드는;
    시간을 카운트하는 타이머를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 타이머에 의하여 일정 시간이 카운트될 경우 상기 클록 온/오프 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 에너지 고효율을 위한 시간 동기화 방법을 이용한 네트워크.
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