KR101038079B1 - 무선센서네트웍에서 ｍ-1-1 협력통신과 ｏｓｏｃ-ｓｓ를 사용한 데이터전송 방법 및 장치 - Google Patents

무선센서네트웍에서 ｍ-1-1 협력통신과 ｏｓｏｃ-ｓｓ를 사용한 데이터전송 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 무선전송 USN에 있어서, 협력적 프로토콜과 대역확산(SS) 기술을 이용하여 기존의 송신 다이버시티 기술을 개선하고자 한다. 본 발명은, 기존의 협력통신 시스템에서의 문제, 즉, M개의 중계노드가 동일한 개수인 M개의 센서노드의 데이터 전송을 도와줌에 의해 데이터전송시에 주파수 대역폭과 소비전력, 그리고 중계노드의 수가 방대해지는 문제를 해결할 것을 목적으로 고안된 것이다. 본 발명에 따르면, M개의 센서노드가 M개의 OSOC와 자신의 데이터를 곱해서 한 개의 중계노드 및 목적지노드로 전송한다. 중계노드는 M개의 노드로부터 수신한 데이터에 대해서 합산 연산을 하고, 직교코드(orthogonal code, OC)와 곱하여 목적지노드로 전송한다. OSOC들은 OC에 대해 직교성을 갖고 있으므로(orthogonal), 목적지노드에서는 중계노드 한 개에 의해 전달받은 M개 사용자의 데이터를 복원할 수 있게 된다. 신호의 송·수신 과정에서 정보를 전달하는 여러 개의 센서노드 S(source)의 정보를 각각 중계노드 R(relay)과 목적지노드 D(destination)가 받는데, R은 S의 정보를 복호하여 다시 D로 전송한다. 최종 목적지노드인 D는 MRC(Maximum Ratio Combining)를 사용하여 S, R의 데이터를 독립적인 채널을 통해 수신하게 되므로 보다 신뢰도 높은 데이터를 수신할 수 있게 된다.

Description

무선센서네트웍에서 Ｍ-1-1 협력통신과 ＯＳＯＣ-ＳＳ를 사용한 데이터전송 방법 및 장치{Data transmission method and apparatus for wireless sensor network, using M-1-1 cooperative communication and OSOC-SS}
본 발명은 제한된 전력과 주파수를 이용한 고용량의 데이터 전송을 지원하기 위한, OSOC-SS를 사용한 M-1-1 협력적 프로토콜을 이용하여 무선센서네트웍에서의 고용량 데이터전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
USN은 설치되어 있는 센서들로부터 제어에 관련된 정보를 수집한다. 향후의 USN은 언제 어디서든 접근할 수 있는 음성, 데이터, 이미지, 비디오 등의 다양한 데이터를 이용한 통신에 대한 거대한 요구에 부응해야 할 것으로 기대된다. 도처에 위치하는 수많은 무선노드들을 통해서 다양한 기능을 실현하기 위한 환경정보가 수집된다.
제한된 대역폭의 USN에서는, 멀티미디어 센서의 발전을 위해서 고속의 전송 시스템이 필요하게 된다. 무선통신에 있어서, 다중경로 전파(propagation)에 의한 신호 페이딩(fading)이 큰 문제가 된다. 이 문제는 송신기에 다중 안테나를 배치하여 송신을 다이버시티함으로써 해결가능하다. 그러나 다중 안테나 배치에 있어서 는, 단일 안테나에 설치되어야 하는 각 센서노드에 필요한 노드사이즈가 축소되기 때문에 다중 안테나의 설치가 곤란하다.
이에 대한 해결방안으로서 유휴(idle) 센서노드(다른 말로, 중계노드(relay))를 송신노드의 주변에 이용하여 원래 신호를 목적지노드로 중계하는 방안이 있다. 이 경우에는 물리적으로 안테나를 배열하지 않고도 노드가 상호간의 안테나를 공간 다이버시티의 형태로 효과적으로 이용할 수 있다. 또한, 단일 안테나에 설치되어야 하는 각 센서노드에 필요한 노드사이즈가 축소됨으로써 무선 USN 시나리오에 적합한 해결방안이 될 수 있다. 유휴 센서노드를 통해 원하는 노드로부터 신호를 수신하는 처리방법은 협력적 프로토콜(cooperative protocol)로서 알려져 있다.
한편, OSOC는 직교코드의 직교 서브셋(orthogonal subset of orthogonal code)을 의미하는데 멀티코드 변조를 위한 새로운 분류의 직교코드로서 제안되었고, SS(spread spectrum, 대역확산) 통신은 채널 대역폭의 활용, 다중경로 혼신에 대한 상대적 둔감성, 프라이버시 강화에 대한 잠재성 등의 이유로, 현재 무선 모바일 통신장치용으로 개발중에 있다. 또한 OSOC-SS 변조가 다중속도 전송을 위해 탄력적으로 사용되고 있다. OSOC 멀티코드 시스템에 의해서 CDMA시스템에서의 데이터 전송속도와 사용자수를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 고속 무선전송 USN에 있어서, 협력적 프로토콜과 대역확산(SS) 기 술을 이용하여 기존의 송신 다이버시티 기술을 개선하고자 한다. 본 발명은, 기존의 협력통신 시스템에서의 문제, 즉, M개의 중계노드가 동일한 개수인 M개의 센서노드의 데이터 전송을 도와줌에 의해 데이터전송시에 주파수 대역폭과 소비전력, 그리고 중계노드의 수가 방대해지는 문제를 해결할 것을 목적으로 고안된 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따르면, 목적지노드(destination node)에 액세스할 수 있는 OSOC를 각 센서노드가 각자 갖기 때문에, 동시에 한개의 중계노드만이 센서노드 그룹과 협력할 수 있다.
M개의 센서노드는 M개의 OSOC와 자신의 데이터를 곱해서 한 개의 중계노드 및 목적지노드로 전송한다. 중계노드는 M개의 노드로부터 수신한 데이터에 대해서 합산 연산을 하고, 직교코드(orthogonal code, OC)와 곱하여 목적지노드로 전송한다. OSOC들은 OC에 대해 직교성을 갖고 있으므로(orthogonal), 목적지노드에서는 중계노드 한 개에 의해 전달받은 M개 사용자의 데이터를 복원할 수 있게 된다. 신호의 송·수신 과정에서 정보를 전달하는 여러 개의 센서노드 S(source)의 정보를 각각 중계노드 R(relay)과 목적지노드 D(destination)가 받는데, R은 S의 정보를 복호하여 다시 D로 전송한다. 최종 목적지노드인 D는 MRC(Maximum Ratio Combining)를 사용하여 S, R의 데이터를 독립적인 채널을 통해 수신하게 되므로 보다 신뢰도 높은 데이터를 수신할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 인접 센서노드 사이에서 발생할 수 밖에 없는 신호 간섭 이 직교성을 이용하는 OSOC-SS기술을 통해 줄어들어 성능을 향상시킨다. 그리고 중계노드에서의 OSOC의 합산에 의해 센서노드의 처리량이 증가할 수 있다. 또한 본 발명의 OSOC에 의한 협력적 전송에 의해서 QoS에 관련된 파라미터들과 함께 데이터속도를 제어하는데 있어서 매우 높은 유연성을 얻게 될 것이다. 이와 같이, 본 발명은 고용량의 데이터 전송이 필요하게 되는 무선센서 네트워크에서 제한된 전력과 주파수를 보다 효과적으로 이용함으로써 미래의 WSN 응용 기술에서 핵심기술이 될 것이다.
1. 협력적 전송프로토콜(cooperative protocol)
협력적 전송프로토콜은, 원하는 쏘스노드로부터의 데이터 및 (multi-hop 프로토콜에서와 같이 마지막 중계노드로부터의 데이터가 아닌) 모든 노드의 중계노드로부터의 데이터를 수신기가 결합한다는 점에서, multi-hop 프로토콜의 확장이라 볼 수 있다. 협력적전송 프로토콜의 많은 종류가 제안되었으며 그에 수반하여 다이버시티 게인, 커버리지 확대, 에너지절감 등의 많은 이점을 가져왔다. 이 프로토콜에 있어서, 사용자는 정보를 전송하게 되고, 무선 전송은 송출(broadcast)이 가능하기 때문에 목적지노드와 중계노드 그룹들이 이 전송을 수신하게 된다. 그리고, 중계노드는 이 수신된 정보를 목적지노드에서 공간다이버시티를 이루기 위하여 전달한다. 중계노드에서의 전달 방식에 따라서, 협력적 통신프로토콜은 크게 세 가지로 분류된다(증폭전달(AF, amplify-forward), 디코드전달(DF, decode-forward), 코드화협력(CC, coded cooperation)). WSN에서는 DF가 적합한 협력방식인 것으로 인 정된다. 왜냐하면 이 경우에 각 수신기는, 듣고 있는 채널의 CSI를 필요로 할 뿐으로서, 복잡도가 가장 낮기 때문이다. 종래의 DF에 있어서, 직접적인 전송 시간 슬롯은 두 개의 단계로 구분된다. 센서노드는 제1단계를 사용하여 데이터를 목적지노드 및 중계노드로 송출한다. 수신된 신호를 디코드한 다음에, 중계노드는 결과신호를 목적지노드로 전달한다. 그리고 목적지노드에서는 MRC(maximum ratio combining)에 기반하여 두 단계를 거쳐 수신된 신호를 결합하여 최초 데이터에 대한 최종결정을 한다.
본 발명에서는, M개의 센서노드에서 1개의 목적지노드로 정보가 전송될 때에, 도 1에 나타낸 것과 같이 1개의 중계노드에 의해 도움을 받게 된다. 이에 따라 본 발명은 M-1-1 협력적 전송프로토콜이 된다(기존의 협력통신 시스템에서는 M개의 중계노드가 동일한 개수인 M개의 센서노드의 데이터 전송을 도와주므로 1-1-1 협력적 프로토콜이라고 불렀다).
도 1에서, M개의 센서노드(51)가 서로간의 직교성을 가지는 OSOC 부호를 사용하여 데이터를 전송하고, 파트너노드는 중계노드(52)와 목적지노드(53)에 데이터를 전송하고, 중계노드(52)는 다시 목적지노드로 OSOC-SS기술을 사용하여 데이터를 전송한다. 여기서, 파트너노드란 중계노드와 파트너를 이루는 소스노드를 의미한다. 본 발명에서는 M개의 센서노드와 각각 한 개의 중계노드 및 목적지노드가 하나의 중계노드가 그 역할을 함으로써 기존 시스템과 동일한 다이버시티 효과를 얻을 수 있으며 주파수 대역폭과 전력, 그리고 중계노드의 수를 줄일 수 있게 한다.
본 발명에 따른 프로토콜에서는 기존의 DF와 유사한 다이버시티 성능을 제공 하여 동일한 전력에서 대역폭이 훨씬 적게 된다. M개의 센서노드는 자신의 OSOC를 사용하여, 각 데이터를 목적지노드 및 중계노드에게 동시에 전송한다.
본 발명의 프로토콜에서, 시간 슬롯은 두 개의 단계로 구분된다. 제1단계는 OSOC를 이용하여 M개의 센서노드로부터 목적지노드와 중계노드 두 곳에 정보를 전송하는 것이다. 목적지노드에서는 해당 OSOC를 곱하여 각 사용자 정보를 검출하고 제2단계가 끝난 다음에 이들을 결합하기 위하여 저장한다. 중계노드는 M개의 센서노드로부터 전송된 신호를 수집한다. 이들 데이터를 합한 다음에, 제2단계에서는 OC와 곱하여 데이터를 목적지노드로 전송한다. OSOC가 OC에 직교적(orthogonal)이기 때문에 앞에서 설명한 것과 같이 목적지노드는 각 사용자 데이터를 검출할 수 있는 것이다. 따라서 목적지노드는 각 노드로부터 2본의 신호를 수신하고, MRC(maximum ratio combining)를 이용하여 이 2본의 신호를 결합한다.
본 발명의 데이터전송 방법(프로토콜)에 따르면 종래의 협력적 전송과 비교하여 동일한 전력과 훨씬 작은 대역폭으로 유사한 정도의 다이버시티가 가능하다. OSOC 기법을 이용하여 한 개의 중계노드가 M개의 센서노드를 보조하기 때문에, M개 노드의 정보를 동시에 전송할 수 있다.
2. PAPR을 감소시키기 위한 방법과 OSOC
멀티코드 변조를 위한 직교코드의 직교 서브셋(OSOC)는 공지기술로서, 도 2와 같이 단순하게 설계가능하다.
도 2는 OC(orthogonal code) 및 OSOC(orthogonal subset of orthogonal code)에 대한 WH 매트릭스의 예시도로서, [ ] 안은 사이즈가 NxN인 임의의 WH 매트릭스에 대한 OSOCG를 나타낸다. 도 2에서 사이즈 LxL(L은 OSOC의 길이)의 OSOCG(OSOC그룹)로부터 OSOC를 얻을 수 있다. 예를 들어서, 도 2에서 8x8 Walsh-Hadamard(WH) 매트릭스의 경우에, 사이즈가 2x2, 4x4인 두 개의 OSOCG가 가능하다. 또한, OC는 CDMA와 같은 이동통신 시스템에서 사용되는 NxN개의 WH매트릭스 기법에 의해 구축된다. 이러한 시스템을 센서네트웍 분야에 적절하게 적용한다. OC와 OSOC의 듀레이션은
Figure 112008084754145-pat00001
의 관계가 성립한다(여기서 TC와 TOSOC는 각각 OC와 OSOC의 듀레이션 시간을 나타냄).
센서노드는 구현상의 복잡도를 줄이기 위하여 신호를 동시에 송신 및 수신할 수 없다. 왜냐하면 무선 채널을 통한 상당한 양의 감쇠와 송신 및 수신 회로간의 불충분한 전기적 분리에 의해서, 센서노드의 송신신호가 수신기 입력단에서 다른 센서노드의 신호를 잡아먹기 때문이다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 채널 액세스를 위해 코드분할 멀티플렉싱(CDM)을 적용한다. M개의 센서노드에서는 각자의 OSOC 시퀀스에 의해서 각 센서노드의 데이터를 곱한다. OSOC 시퀀스에 의해 M개의 데이터가 M개의 센서노드로부터 동시에 중계노드와 목적지노드로 전송될 수 있다. M번째 센서노드의 출력신호는 아래 식과 같이 주어진다. 아래 식에서 am은 BPSK 변조된 데이터심볼이고, OSOCm은 M번째 센서노드에 대한 OSOC를 나타낸다.
Figure 112008084754145-pat00002
독립적인 캐리어를 통한 중계노드에서 수신된 신호는 아래 식과 같다.
Figure 112008084754145-pat00003
중계노드에서 결합된 데이터는 아래 식과 같다.
Figure 112008084754145-pat00004
신호 SRD1의 최대전력은 M2까지 올라갈 수 있다(M은 센서노드의 개수, 즉, OSOC의 개수임).
한편, OSOC의 개수에 비례하여 PAPR(peak-to-average power ratio)도 증가하게 된다. 본 발명은 이러한 하드웨어 설계상의 심각한 문제점인 PAPR을 감소하기 위하여 중계노드측에 매핑기법을 적용하고 있다. 본 발명에서 PAPR은 OSOC에서의 합산 이후에만 높아진다. 따라서 (M+1)PSK 매핑부(20)를 도 3에 나타낸 중계노드에서 OSOCG 옆에 추가로 삽입하고, 도 4에서와 같이 목적지노드에서는 OC와 OSOC 사이에 (M+1)PSK 디매핑부(30)를 삽입한다.
매핑부(20)는 OSOC 확산부(spread part)의 출력단의 PAM신호 SRD1(t)를 아래 식과 같이 (M+1)PSK의 신호 CONSTELLATION SRD2(t)로 매핑하는 역할을 한다.
Figure 112008084754145-pat00005
다음에, 신호 SRD2는 OC에 의해서 계속 확산(스프레드)되어 아래와 같은 파형 을 생성한다. 아래 식에서
Figure 112008084754145-pat00006
와
Figure 112008084754145-pat00007
는 듀레이션 TC를 갖는 단위 진폭의 사각형파를 나타낸다.
Figure 112008084754145-pat00008
소스에서 중계노드로 데이터를 보낼 때 M개의 센서 노드들은 OSOC 시퀀스와 각자의 데이터를 곱하여 중계노드와 목적지노드로 전송한다. 도 3는 중계노드의 구성을 나타낸다. 도 3에서, 중계노드에 입력된 신호를 ySRm으로 나타내었다. 우선, 중계노드의 합산부(10)에서는 소스로부터 수신한 M개의 ySRm신호들을 합산한다. 여기서 합산부(10)를 거친 데이터를 보면, 계속적인 ‘0’데이터의 발생으로 시스템에서 높은 PAPR과 평균전력이 발생하게 된다. 이 문제점을 해결하기 위해 매핑부(20)를 추가하여, 합산된 신호들이 매핑과정을 거치게 하였다. 매핑부(20)를 거친 후의 신호를 SRD2라 표기하면
Figure 112008084754145-pat00009
가 된다. 매핑 후에, 각 중계노드 신호를 구별하기 위해 승산부(30)에서 OC 부호를 곱하여준 뒤 신호를 전송한다.
이상에서와 같이, 소스를 구별하기 위해 OSOC 부호가 사용되고, 중계노드를 구별하기 위해 OC 부호가 사용되며, 높은 PAPR 문제를 해결하기 위해 매핑과정을 거치게 되는 것이다.
복조는 도 4과 같은 구성에 의해서 아래의 식에서와 같이 용이하게 처리가능 하다. 아래 식에서
Figure 112008084754145-pat00010
는 복조기의 입력신호이고,
Figure 112008084754145-pat00011
는
Figure 112008084754145-pat00012
의 복원된 심볼을 나타낸다.
Figure 112008084754145-pat00013
도 4은 도 3의 중계노드에서 보낸 신호를 복원하는 목적지노드의 구성을 나타낸다. 도 3의 중계노드로부터 수신한 신호 yRD(t)에, 중계노드를 구별하기 위해 사용하였던 OC 부호를 승산부(40)에서 다시 곱해주고, 신호 전송과정에서 매핑부(20)에 의해 변형되었던 신호의 성상을 원상태로 복원하기 위해 디매핑부(50)를 통해 역매핑(디매핑)을 한다. 그리고 OSOC 부호를 사용하여 각각의 소스 데이터를 복원한다. 복원된 심벌들은 수식적으로 위 식(6)과 같이 표현할 수 있다.
도 5는 16x16 사이즈의 WH 매트릭스로부터 채택된 8x8(M=8, L=8) 및 6x8(M=6, L=8) 사이즈의 OSOCG에 대한 매핑에 대해 설명하고 있다. 이 매핑 방법에 의해, OSOC의 개수에 상관없이 중계노드에서의 OSOC-SS 매핑 변조기의 출력에서의 PAPR을 '1'로 보장할 수 있게 된다. 도 5에서 좌측에 있는 그림은 기존의 매핑과정이 없는 시스템에서의 성상도이며, 우측 그림은 (M+1)PSK 방법에 따른 새로운 성상도로서, 매핑에 의해 나타난 신호의 성상도이다. 이와 같이 성상도를 바꿔 주는 것은 I채널과 Q채널이 직교하는 것에 기반을 둔 것으로, 송신 단에서 I,Q 채널 매핑법에 따라 신호를 매핑해 주면, 잡음과 함께 수신된 데이터를 초기에 설정된 문턱값(threshold)을 기준으로 역매핑 과정에서 판별하는 것이다. 즉, 위와 같이 매핑 을 한 후 PAPR을 데시벨로 표시해 보면 모두 0dB로 나타나게 되므로 시스템에서 우수한 성능을 보이게 되는 것이다.
3. 신호 분석
본 발명의 프로토콜에서는 M-1-1 방식(즉, M개의 송신노드, 1개의 중계노드, 1개의 목적지노드)을 활용한다. 설명의 편의를 위하여 송신쏘스 노드를 SN으로, 중계노드를 R로, 목적지노드를 D로 약칭하기로 한다.
제1단계에서 독립적 캐리어를 통하여 R과 D에서 수신되는 신호는 앞의 식(2)와 아래 식(7)과 같다. 여기서
Figure 112008084754145-pat00014
은 식(1)에서와 같고,
Figure 112008084754145-pat00015
은
Figure 112008084754145-pat00016
의 평균 송신전력을 나타낸다.
Figure 112008084754145-pat00017
R에 대해서는 도 3에 나타내었다. M개의 SN으로부터 수신된 신호를 합산한 다음에, 이 신호는 매핑된 다음에 OC와 곱해진다. 그리고 R은 이 신호를 제2시간 슬롯에서 D로 전송한다.
D는 R에서 전송된 신호를 수신한다. 아래 식에서
Figure 112008084754145-pat00018
는 식(4)에서 나타낸 것과 같은 것이다.
Figure 112008084754145-pat00019
이제, 목적지노드에서는 S로부터 수신된 신호(식(7) 참조)와 그 파트너로부터 수신된 신호(식(8) 참조)를 결합하여 원래의 데이터비트를 복원한다. 이때는 간단한 최대비 결합기법(MRC)을 적용하여 아래 식(9)와 같이 결합한다. 식(9)에서,
Figure 112008084754145-pat00020
는 OC와 곱하는 블록을 이용한 역확산(de-spreading) 신호이고,
Figure 112008084754145-pat00021
는 노드 i (S 및 R)에서의 AWGN의 분산치이다.
Figure 112008084754145-pat00022
이러한 결합기법에 의해서 공간다이버시티 게인을 얻을 수 있다. 양호한 S-R간 채널 상태하에서 파트너는 M개 쏘스로부터의 데이터를 전달하기 때문이다. 일련의 rm에 대한 역매핑(de-mapping) 및 OSOC에 의한 역확산(de-spreading) 후에, am의 사본인 수신신호 a'm을 복원할 수 있게 된다.
이러한 과정을 통해 단일안테나를 이용하여 다중안테나를 사용하였을 때 발생하는 다이버시티효과를 얻어 다중안테나의 단점인 시스템의 높은 복잡도와 크기를 극복할 수 있고, 높은 전송전력을 줄여 센서의 배터리 소모량을 절약할 수 있다. R(relay)에서는 센서들의 정보를 수신하고 수정하여 D로 재전송함으로써 경로손실 또한 줄일 수 있다.
따라서 종래의 협력적 전송과 본 발명에 따른 프로토콜은 동등한 정도의 다이버시티를 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 프로토콜은 대역폭을 줄일 수 있다.
M개의 송신노드가 있기 때문에, 시스템의 전체 전력은 MPT가 되어야 한다. 만일 SN이 동일한 전력을 송신한다면, 본 발명의 프로토콜 사이에서는 아래와 같은 수식을 만족해야 한다. 따라서 이러한 에너지 절감은 아래 식과 같이 된다. PT는 직접 전송의 경우의 S의 평균 송신전력을 나타낸다.
Figure 112008084754145-pat00023
Figure 112008084754145-pat00024
4. 시뮬레이션 결과
직접전송(DT) 및 본 발명에 따른 협력전송(CT) 프로토콜의 성능을 비교해본다. 송신안테나 i에서 수신안테나 j까지의 경로게인
Figure 112008084754145-pat00025
는 제로평균(zero-mean)을 갖는 독립적 복소수 가우시안 랜덤변수의 샘플로 모델링되며 two-chip 듀레이션 동안에 일정한, 대부분의 공간다이버시티 시스템에 대해서는 통상, FLAT FADING 채널인 것으로 가정한다.
매핑 기법에 의해서, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 PAPR을 감소시킬 수 있다. 아래 표는 센서노드의 개수에 따라 매핑기법의 적용 전후의 PAPR값을 나타낸다.
센서노드의 개수
(OSOC의 개수)		 PAPR값
매핑 전 매핑 후
4 3.0 0
6 3.5 0
8 3.8 0
도 6은 중계노드 한 개에 의해서 협력되는 센서노드의 개수를 바꿔가면서 성능을 비교한 것이다. M은 SN의 순서이며 OSOC의 개수이고, L은 OSOC의 길이를 나타낸다. 10-1의 타겟 BER에서, 4-1-1 프로토콜은 종래의 프로토콜보다 성능이 우월하다. 4개의 SN으로부터 데이터를 전송하는 시간을 절감할 수 있고, OSOC를 이용하여 대역폭의 활용도를 증가시킬 수 있다. 본 발명 프로토콜의 모든 항목이 직접 전송보다 우월하다. SNR이 동일하다면, M의 차수가 4에서 8로 증가할 때 시스템의 BER은 감소하게 될 것이다. 왜냐하면 노드 개수 M이 고정된 전체 대역폭에서 증가되었을 때 각 노드의 대역폭이 감소하기 때문이다.
5. 결론
본 발명의 협력 전송 프로토콜에 의해서 유휴 노드로 하여금 다른 센서노드가 목적지노드로 데이터 전송하는 것을 도울 수 있게 된다. 본 발명에 따른, 매핑된 OSOC를 이용한 새로운 방식의 변조기법에 의해서, PAPR이 낮아지고, 성능이 향상되며, 변조레벨의 변경에 유연성있고, 구현상의 복잡도가 매우 줄게 된다. 또한, OSOC와 OC를 이용한 스프레드스펙트럼 기법에 의해서, 넓은 영역에 많은 노드가 흩어져있는 USN의 주요 문제점인 각종 혼신 문제가 해결될 수 있다. 시뮬레이션 결과를 보면, 본 발명의 프로토콜에 의해서, 센서노드에 대한 추가적인 복잡한 구현없이도 채널 활용효율과 출력효율을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명은 또한 스프레 딩 코드의 사이즈를 증가시킴에 의해서 협대역 및 광대역 재밍(jamming)에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
도 1: 본 발명에 따른 방법(프로토콜)을 설명하는 개념도.
도 2: OC 및 OSOC에 대한 WH 매트릭스의 예시도.
도 3; 중계노드의 블록도.
도 4: 목적지노드의 블록도.
도 5: OSOCG 8X8과 OSOCG 6X8에 대한 매핑 기법 설명도.
도 6: 직접 전송과 본 발명의 OSOC-SS를 이용한 프로토콜의 BER 성능 그래프.

Claims (10)

  1. 무선센서네트웍의 센서노드로부터 중계노드를 통하여 목적지노드로 데이터를 전송하는 방법으로서,
    각자의 센서에서 취득한 정보를 1개의 중계노드 및 1개의 목적지노드에 정보를 전송하는 단계,
    상기 중계노드는 상기 센서노드로부터 전송된 신호들을 수신하여 이들 데이터를 합산하여 목적지노드로 전송하는 단계,
    상기 목적지노드는 상기 센서노드 및 상기 중계노드로부터 수신한 M개의 데이터를 복원하는 단계를 포함하고,
    상기 중계노드는
    센서노드로부터 수신한 데이터를 합산한 다음에, PAPR을 감소시키기 위하여 합산 신호에 대해 (M+1)PSK 방법에 따른 매핑을 수행하고, 매핑된 신호에 직교코드(OC)를 곱하여 상기 목적지노드로 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선센서네트웍에서의 데이터전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 M개의 센서노드는 각자의 OSOC(orthogonal subset of orthogonal code) 시퀀스에 의해서 각 센서노드의 데이터에 OSOC를 곱하는 단계를 포함함으로써,
    M개의 데이터가 M개의 센서노드로부터 동시에 상기 중계노드와 목적지노드로 전송되는 것을 특징으로 하는, 무선센서네트웍에서의 데이터전송 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 목적지노드는
    상기 중계노드로부터 수신한 신호가 중계노드에서 매핑에 의해 변형되었던 것을 원상태로 회복하기 위해 역매핑을 하고, OSOC에 의한 역확산에 의해 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는, 무선센서네트웍에서의 데이터전송 방법.
  6. 무선센서네트웍의 센서노드로부터 중계노드를 통하여 목적지노드로 데이터를 전송하는 장치로서,
    각자의 센서에서 취득한 정보를 상기 중계노드 및 목적지노드에 전송하는, M개의 센서노드,
    상기 센서노드로부터 전송된 신호들을 수신하여 이들 데이터를 합산하여 목적지노드로 전송하는 1개의 중계노드,
    상기 센서노드 및 상기 중계노드로부터 수신한 M개의 데이터를 복원하는 1개의 목적지노드를 포함하고,
    상기 중계노드는
    센서노드로부터 수신한 데이터를 합산하는 수단과,
    PAPR을 감소시키기 위하여 합산 신호에 대해 (M+1)PSK 방법에 따른 매핑을 수행하는 수단과,
    매핑된 신호에 직교코드(OC)를 곱하여 상기 목적지노드로 신호를 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서네트웍에서의 데이터전송 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 M개의 센서노드는 각자의 OSOC(orthogonal subset of orthogonal code) 시퀀스에 의해서 각 센서노드의 데이터에 OSOC를 곱하는 수단을 포함하여,
    M개의 데이터가 M개의 센서노드로부터 동시에 상기 중계노드와 목적지노드로 전송되는 것을 특징으로 하는, 무선센서네트웍에서의 데이터전송 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서, 상기 목적지노드는
    상기 중계노드로부터 수신한 신호가 중계노드에서 매핑에 의해 변형되었던 것을 원상태로 회복하기 위한 역매핑 수단과,
    OSOC에 의한 역확산에 의해 신호를 복원하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선센서네트웍에서의 데이터전송 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
공형윤 등, 무선 센서 네트워크의 전력 및 대역폭 효율적 M-1-1 프로토콜 설계, 제27회 한국정보처리학회 춘계학술발표대회 논문집 제14권 제1호(2007.5)

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