KR101333649B1 - 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시에에 의한 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법은 전송 노드가 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 단계, 상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE(Binary Exponential)값, 최대 BE 값 및 최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 단계, 및 상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시에에 의한 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법은 전송 노드가 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 단계, 상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE(Binary Exponential)값, 최대 BE 값 및 최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 단계, 및 상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 통신 플로우(flow)의 홉(hop) 거리를 산출하여 산출된 거리에 기반하여 패킷(packet)을 전송하기 위해 설정하는 파라미터를 상이하게 설정하여, 통신의 신뢰성을 제공하고자 한다.
일반적으로 무선 센서 네트워크에서 통신을 할 때, 대부분의 노드(node)들은 싱크(sink) 노드로 패킷(packet)을 주기적으로 전송하는 구조를 갖는다. 따라서 싱크 노드 및 그 주변의 노드들은 다른 노드들에 비해 트래픽이 집중하게 되며, 이는 결국 통신지연 혹은 혼잡, 패킷 충돌 등의 성능저하가 발생하게 된다.
본 발명에서는 싱크 노드 및 싱크 노드의 주변 노드에 집중되는 트래픽을 해결하기 위해, 통신 플로우(flow)의 홉(hop) 거리를 파악하여, 전송에 필요한 파라미터를 조절하는 방식, 예를 들어, 상대적으로 싱크와의 홉 거리가 가까울수록 BE(Binary Exponential) 값을 줄여 빠르게 전송하며, 반대로 멀어질 경우, BE값을 크게 하여, 우선순위를 차별화 한다. 또한, 트래픽이 집중될 경우는 통신의 신뢰성이 떨어지므로, 전송에 필요한 파라미터를 조절하는 방식, 예를 들어, 싱크와 가까울수록 MAC(Media Access Control)계층에서 패킷 재전송 횟수를 상대적으로 크게 설정하고, 반대로 멀어질수록 재전송횟수를 낮게 설정하여, 트래픽이 집중되는 구간의 신뢰성을 높이도록 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시에에 의한 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법은 전송 노드가 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 단계, 상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE(Binary Exponential)값, 최대 BE 값 및 최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 단계, 및 상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시에에 의한 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치는 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 라우팅 모듈, 패킷을 송수신하는 물리 전송 모듈, 최소 BE(Binary Exponential)값 및 최대 BE 값을 조절하는 BE 조절 모듈, 최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 재전송 조절 모듈, 상기 라우팅 모듈, 물리 전송 모듈, BE 조절 모듈 및 재전송 조절 모듈을 제어하는 MAC(Media Access Control) 모듈을 포함하며, 상기 MAC 모듈은 상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 BE 조절 모듈이 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE값 및 최대 BE 값을 조절하고 상기 재전송 조절 모듈이 상기 최대 재전송값을 조절하도록 제어하며, 상기 MAC 모듈은 상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하도록 상기 물리 전송 모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 통신 신뢰성을 제공하는 방법 및 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 싱크 노드로의 트래픽이 집중되는 토폴로지(topology)의 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 노드들이 패캣을 전송하기에 앞서, 홉거리에 기반하여 BE 값 및 재전송 횟수를 조절하는 과정을 살펴본다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 노드들이 패캣을 전송하기에 앞서, 홉거리에 기반하여 BE 값 및 재전송 횟수를 조절하는 과정을 살펴본다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
기존의 센서 네트워크(e.g. IEEE 802.15.4, IEEE 802.11)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반의 경쟁방식으로 모든 노드들이 동일한 확률을 가지고 무선채널에 접근하고, 한번에 하나의 노드 만이 패킷을 전송할 수 있다. 이는 공정성 측면에서 가장 손쉽게 달성하는 방법이지만, 대부분의 센서 네트워크의 특징은 각 노드들의 센싱 정보들이 하나 혹은 소수의 싱크 노드에게 주기적으로 전송되어지는 구조를 갖는다. 즉, 다대일(Many-to-One) 통신 방식을 지니므로, 싱크 노드 및 그 주변의 노드들은 자신의 패킷 뿐만 아니라 다른 단말 노드들로부터의 패킷까지 릴레이하는 역할을 맡게 되며, 이는 싱크 노드 및 그 주변의 노드들에게 트패픽이 집중되는 문제를 야기시킨다.
상기와 같은 이유로, 싱크 노드 및 그 주변 노드에 트래픽이 집중되면, 혼잡(congestion)으로 인한 패킷 전송지연, 과도한 경쟁으로 인한 패킷 충돌(packet collision), 충돌에 의한 재전송발생(retransmission), 재전송에 의한 지연 및 혼잡증가 등으로 악순환된다.
본 발명의 일 실시예에서는 패킷의 전송과 관련된 파라미터를 조절하여 이를 해결하고자 한다. 일 실시예로, 싱크 노드와의 홉(hop) 거리를 측정하고 이를 기반으로 차별적으로 BE(Binary Exponential) 값을 조정하고, MAC계층의 재전송 파라미터를 조정하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 멀티홉 구조(multi-hop)의 네트워크, 또는 센서 네트워크, 또는 CSMA/CA 또는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 등 백오프(Back-off) 알고리즘을 사용하거나, 또는 재전송(retransmission)을 수행하는 네트워크에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 경쟁윈도우 조절이 아닌, BE 조절 및 재전송 파리미터(MaxFrameRetries) 조절을 수행한다.
본 발명의 일 실시예가 적용될 센서네트워크 통신의 특징은 다음과 같다.
하나 혹은 소수의 싱크 노드와 다수의 단말 센서노드들이 무선 멀티 홉(multi-hop)으로 구성될 수 있다.
기본적으로 MAC접근 방법이 TDMA(Time Division Multiple Access)의 동기화 방식이 아닌, CSMA/CA 기반의 채널경쟁방식으로 통신할 수 있다. 한편, 백오프/재전송 방식을 사용하는 CSMA/CD에도 적용 가능하다. ,
또한, 모든 단말 노드들이 센싱한 정보들을 주기적으로 싱크 노드에게 전달하고, 중간 노드들은 자신의 데이터뿐만 아니라, 단말 노드의 데이터를 릴레이하는 역할을 한다. 이때, 멀티 홉 통신을 위해서 사용하는 라우팅 프로토콜은 어떤 방식을 사용하여도 본 발명의 실시예들을 적용시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하여 백오프를 조절하는 일 실시예로, BE를 조절하는 방식의 적용 방식은 다음과 같다. 전송된 패킷 간에 충돌이 발생하거나 전송할 패킷의 충돌을 회피하기 위하여, 각 전송 단말(또는 전송 노드)가 지연 시간을 가지게 되는데, 지연 시간의 크기를 설정할 때, BE 값을 이용하게 된다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 싱크 노드로의 트래픽이 집중되는 토폴로지(topology)의 예를 보여주는 도면이다.
도 1에서 다수의 노드들이 싱크 노드(110) 및 주변 노드들(120, 130, 140, 150, 160, 170)에 트래픽이 집중되고 있다. 이는 동시에 많은 단말노드들이 데이터를 전송할 경우에 싱크 노드(110) 및 인근 노드들(120, 130, 140, 150, 160, 170)에게 순간적으로 트래픽이 집중될 수 있다. 이는 전송지연 및 패킷 충돌로 인한 통신의 신뢰성이 저하된다. 특히, 긴급을 요구하는 응용에 경우는 이러한 문제는 더욱 심각할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 알고리즘을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 각 네트워크 내 노드들이 통신을 하기 위해서는 라우팅 프로토콜을 이용하여 통신 경로를 설정해야 한다. 라우팅 프로토콜은 기존의 무선 환경에서 대표적으로 사용되는 AODV(Adhoc On demand Distance Vector Routing), DSR(Dynamic Source Routing), DSDV(Destination Sequence Distance Vector) 등 현재 노드와 싱크 노드까지의 홉 거리를 구할 수 있는 기법이면 모두 적용 가능하다. 일반적으로 라우팅 테이블내에 경로 결정 메트릭(metric)으로 홉 수를 유지하고 있으며, 소스 라우팅 방식의 경우는 라우팅 패킷의 헤드(head)정보를 통하여 경로 정보를 알 수 있으므로 파악이 가능하다.
각 노드들이 자신과 싱크 노드까지의 홉 거리가 계산되면 다음과 같은 식에 의해서 BE값 및 MaxFrameRetries값을 조정한다. 한편, BE는 MinBE 와 MaxBE 두 가지로 나뉘어지는데, 각각, BE의 최소값과 최대값을 나타낸다.
BE값 및 MaxFrameRetries값을 조정하기 위한 일 실시예는 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
[수학식 1]
Cur_hop ≤ Mid_hop 경우,
MinBE = Def_MinBE - (Mid_hop -Cur_hop)
MaxBE = Def_MaxBE - (Mid_hop -Cur_hop)
MaxFrameRetries = Def_MaxFrameRetries + (Mid_hop - Cur_hop)
(단, MaxFrameRetries, MinBE ≥ 1)
[수학식 2]
Cur-hop > Mid_hop 경우,
MinBE = Def_MinBE + (Cur_hop - Mid_hop)
MaxBE = Def_MaxBE + (Cur_hop - Mid_hop)
MaxFrameRetries = Def_MaxFrameRetries - (Cur_hop - Mid_hop)
(단, MaxFrameRetries, MinBE ≥ 1)
이때, 각 변수의 정의는 다음과 같다.
Cur_hop은 현재 노드에서 싱크 노드까지의 홉 수를 의미한다.
Mid_hop은 네트워크 상에서 가장 긴 홉수를 갖는 경로의 중간값을 의미한다. 일 실시예로 Mid_hop은 MaximumRouteLength / 2 가 된다.
한편, Def_MinBE 및 Def_MaxBE는 각각 MinBE 및 MaxBE의 디폴트(default) 값이 된다. 일 실시예로 IEEE 802.15.4 표준의 경우, 디폴트 값은 각각 3과 5가 될 수 있다.
MaxFrameRetries는 MAC계층에서 전송실패가 발생했을 때, 재전송을 시도하는 최대 횟수이다. 이 횟수만큼 재전송을 수행하고도 전송을 못할 경우는 해당 링크로 더 이상 통신을 시도하지 않는다. 일 실시예로 IEEE 802.15.4표준의 경우 3이 디폴트 값이 된다.
결국, 상기의 수식에 의해서 각 노드는 상대적으로 싱크 노드에 가까울수록 작은 백오프값을 선택하게 되므로, 빠른 패킷전송이 가능하며, 반대로 싱크로부터 멀수록 채널접근을 양보하여 상대적으로 패킷을 천천히 보내게 된다. 더불어, 신뢰성있는 통신을 위하여 거리별로 MaxFrameRetries 값을 달리하여, 트래픽이 집중되어 전송실패 확률이 높은 노드들에 대해서, 좀 더 많은 재전송기회를 줌으로써 통신의 신뢰성을 향상시키게 된다. 반대로, 상대적으로 트래픽이 낮은 노드에서는 재전송 횟수를 줄임으로써, 불필요한 재전송을 막아 성능을 향상시킬 수 있다.
수학식 1과 수학식 2에서 각각 사용하게 되는 조건 "Cur_hop ≤ Mid_hop" 및 "Cur-hop > Mid_hop"는 변형하여 실시 가능하다. 수학식 1과 수학식 2의 조건의 다른 실시예로 "Cur_hop < Mid_hop" 및 "Cur-hop ≥ Mid_hop"를 사용할 수도 있다. 또한 Mid_hop 역시 네트워크의 구성에 따라 MaximumRouteLength / 3 또는 2*MaximumRouteLength / 3 등이 될 수도 있다.
표 1과 표 2는 상기 수학식 1, 2의 알고리즘을 적용했을 때, 조절되는 파라미터들의 값의 예를 보이고 있다.
한편, Mid_hop 값을 도출하기 위해서, MaximumRouteLength를 구해야 하는데, 이는 모든 노드들이 라우팅 테이블을 공유할 때, 쉽게 구할 수 있으며, 싱크 노드와의 주기적인 통신을 통하여 싱크 노드로부터 그 값을 업데이트할 수도 있다.
| 홉 거리( Hop distance ) | MinBE | MaxBE |
| 1 hop | 1 | 3 |
| 2 hop | 2 | 4 |
| 3 hop (Mid_hop) | 3 | 5 |
| 4 hop | 4 | 6 |
| 5 hop | 5 | 7 |
| Default Value | 3 | 5 |
| 홉 거리( Hop distance ) | MaxFrameRetries |
| 1 hop | 5 |
| 2 hop | 4 |
| 3 hop | 3 |
| 4 hop | 2 |
| 5 hop | 1 |
| Default Value | 3 |
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2의 구성은 센서 네트워크(e.g. IEEE 802.15.4, IEEE 802.11)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반의 경쟁방식으로 모든 노드들이 동일한 확률을 가지고 무선채널에 접근하고, 한번에 하나의 노드 만이 패킷을 전송할 수 있는 경우의 노드 구성을 보여주는 도면이다. 또한, 도 2의 구성은 멀티홉 구조(multi-hop)의 네트워크, 또는 센서 네트워크, 또는 CSMA/CA 또는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 등 백오프(Back-off) 알고리즘을 사용하거나, 또는 재전송(retransmission)을 수행하는 네트워크에 결합하는 노드(200)의 구성으로 적용 가능하다. 도 2에는 다수의 모듈로 구성되나 둘 이상의 모듈들이 하나의 상위 모듈 내에 포함하여 동작할 수도 있으며, MAC 모듈(MAC module)(210)은 라우팅, 재전송 조절, BE 조절, 물리 전송등의 기능을 수행한 여러 모듈들(220, 230, 240, 250)과 정보를 교환하여 노드가 패킷을 전송할 수 있도록 한다.
라우팅 모듈(Routing module)(240)은 노드(200)가 다른 노드 또는 싱크 노드와 통신을 수행하기 위한 라우팅 프로토콜을 이용하여 통신 경로를 설정한다. 앞서 라우팅 프로토콜로는 AODV, DSDV 등 홉 거리를 산출하는 기법을 사용할 수 있다.
MAC 모듈(210)은 상기 설정된 통신 경로를 이용하여 싱크 노드 까지의 홉수 및 기준 홉수(예를 들어 Mid_hop 수)를 산출한다. MAC 모듈(240) 또는 라우팅 모듈(240)은 라우팅 테이블 내에 경로 결정 메트릭으로 홉 수를 산출할 수 있으며, 소스 라우팅 방식을 이용하여 라우팅 패킷의 헤드정보를 통하여 경로 정보를 알 수 있다.
그리고, MAC 모듈(210)은 상기 산출된 각 노드들이 자신과 싱크 노드까지의 홉 거리가 계산하여, BE값 및 MaxFrameRetries값을 산출한다. 앞서 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 BE의 최소값 및 최대값인 MinBE 와 MaxBE 두 가지를 산출할 수 있다. 또한, MAC 모듈(210)은 Def_MaxBE와 Def_MinBE, Def_MaxFrameRetries 정보를 이용할 수 있다.
MAC 모듈(210)은 산출된 BE값 및 MaxFrameRetries값을 BE 조절 모듈(230) 및 재전송 조절 모듈(220)에게 제공하여, BE 값 및 재전송 값을 조절하도록 한다. 그리고, MAC 모듈(210)은 조절된 BE/재전송 값을 이용하여 물리 전송 모듈(250)이 패킷을 전송하도록 제어한다. MAC 모듈(210) 내에 BE 조절 모듈(230)과 재전송 조절 모듈(220)이 포함되어 하나의 모듈로 동작할 수 있다.
도 2의 구성에 의하여 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치는 경쟁 방식으로 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크에 결합한 전송 노드가 라우팅 알고리즘을 이용하여 싱크 노드까지의 통신 경로 수를 산출하는 라우팅 모듈(240), 패킷을 송수신하는 물리 전송 모듈(250), 및 상기 라우팅 모듈과 물리 전송 모듈을 제어하는 MAC(Media Access Control) 모듈(210)을 포함하며, 상기 MAC 모듈(210)은 상기 전송 노드가 상기 산출된 통신 경로 수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 값과 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 파라미터를 설정하여 상기 설정된 파라미터에 따라 상기 물리 전송 모듈이 상기 패킷을 전송하도록 제어한다. 상기 통신 경로 수는 상기 노드와 싱크 노드까지의 홉수이며, 상기 네트워크에서 설정한 기준 값은 상기 네트워크를 구성하는 노드들의 홉수를 기준으로 생성된다. 보다 상세히, 상기 파라미터는 상기 패킷의 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 포함하며, 상기 장치는 상기 설정된 최대 재전송 횟수 이내에 상기 패킷을 재전송한다.
상기 파라미터를 설정하고 조절하는 기능은 BE 조절 모듈(230) 및 재전송 조절 모듈(220)이 수행하며, 이들 두 모듈이 수행하는 기능은 MAC 모듈(210) 내의 기능으로 구현될 수 있으며, MAC 모듈(210)이 상기 파라미터의 설정 또는 조절 기능 역시 수행할 수 있다.
즉, 도 2의 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치는 경쟁 방식으로 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크에 결합한 노드의 구성으로, 라우팅 알고리즘을 이용하여 싱크 노드까지 도달하는데 필요한 홉(hop)수를 산출하는 라우팅 모듈(240)과 패킷을 송수신하는 물리 전송 모듈(250), 및 상기 홉 수와 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수를 비교하여, 상기 싱크 노드까지 상기 패킷을 전송함에 있어 최소 및 최대 BE(Binary Exponential) 값, 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 산출하는 MAC(Media Access Control) 모듈(210), 그리고 상기 홉 수와 상기 기준 홉수의 차이에 따라 상기 최소 및 최대 BE(Binary Exponential) 값을 조절하는 BE 조절 모듈(230), 및 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 조절하는 재전송 조절 모듈(220)으로 구성된다.
상기 MAC 모듈(210)은 상기 산출된 값에 따라 상기 물리 전송 모듈이 상기 패킷을 전송하도록 제어한다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 무선 센서 네트워크에서 홉거리 기반의 통신 신뢰성을 제공하는 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 3의 알고리즘은 각 노드별로 구현될 수 있다. 노드는 적절한 라우팅 알고리즘(routing algorithm)을 이용하여 목적지까지의 통신 경로를 설정한다(S310).
그리고, 라우팅 테이블(routing table)을 이용하거나, 또는 싱크 노드와의 통신을 통하여 싱크 노드까지의 홉(hop) 수인 현재 홉수(Cur_hop)와 기준 홉수(예를 들어 Mid_hop 수)를 계산한다(S320). 또한, MinBE, MaxBE, MaxFrameRetries의 디폴트 값을 테이블 등에서 읽어온다(S330). 이후, 상기 계산된 값을 이용하여 앞서 수학식 1과 수학식 2를 적용하여 BE 값을 조절하고 재전송 값을 조잘한다. 즉, S340에서 현재 홉수(Cur_hop)가 기준 홉수보다 작거나 같은 경우, BE 값을 작게 조절하고(S351), 재전송값을 크게 조절한 후 CSMA/CA를 수행한다(S352). 한편, S340에서 현재 홉수가 기준 홉수보다 큰 경우, BE 값을 크게 조절하고(S361), 재전송값을 작게 조절한 후 CSMA/CA를 수행한다(S362). 전송할 패킷이 더 존재할 경우(S370), S340~S362 과정을 진행하고, 그렇지 않은 경우 종료한다.
도 3의 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법을 정리하면, 경쟁 방식으로 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크에 결합한 전송 노드가 라우팅 알고리즘을 이용하여 싱크 노드까지의 통신 경로 수를 산출하는 단계(S310~S320), 상기 전송 노드가 상기 산출된 통신 경로 수 및 상기 네트워크에서 설정한 기준 값과 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 파라미터를 설정하는 단계(S320~S362) 및 상기 설정된 파라미터에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계로 구성된다.
여기서, 상기 통신 경로 수는 상기 노드와 싱크 노드까지의 홉수이며, 상기 네트워크에서 설정한 기준 값은 상기 네트워크를 구성하는 노드들의 홉수를 기준으로 생성된다. 보다 상세히, 상기 파라미터는 상기 패킷의 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 포함하며, 상기 전송 노드는 상기 설정된 최대 재전송 횟수 이내에 상기 패킷을 재전송하게 된다.
즉, 도 3의 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법은 경쟁 방식으로 패킷을 전송하는 무선 센서 네트워크에 결합한 노드는, 라우팅 알고리즘을 이용하여 싱크 노드까지 도달하는데 필요한 홉(hop)수를 산출하여, 상기 홉 수와 상기 네트워크에서 설정한 기준 홉수를 비교하여, 상기 싱크 노드까지 상기 패킷을 전송함에 있어 최소 및 최대 BE(Binary Exponential) 값 및 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 산출하여, 상기 산출된 값에 따라 상기 패킷을 전송한다. 또한, S340~S362에서 살펴본 바와 같이, 전송 노드는 상기 홉 수와 상기 기준 홉수의 차이에 따라 상기 최소 및 최대 BE(Binary Exponential) 값 및 최대 재전송 횟수(MaxFrameRetries)를 조절한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 노드들이 패캣을 전송하기에 앞서, 홉거리에 기반하여 BE 값 및 재전송 횟수를 조절하는 과정을 살펴본다.
도 4의 원형들은 각각의 노드를 의미하며, 각 노드 내의 숫자는 노드들의 식별자(Node Identifier)이다. 현재 도 4에서 싱크 노드가 되는 노드는 410이다.
앞서 수학식 1, 2는 다음과 같이 수학식 3으로 통일될 수 있다.
[수학식 3]
MinBE = Def_MinBE - Mid_hop + Cur_hop
MaxBE = Def_MaxBE - Mid_hop + Cur_hop
MaxFrameRetries = Def_MaxFrameRetries + Mid_hop - Cur_hop
(단, MaxFrameRetries, MinBE ≥ 1)
표 3은 Mid_hop은 3, 디폴트로 정해진 Default_MinBE 및 Defalut_MaxBE는 각각 3, 5이며, 디폴트로 정해진 재전송 횟수(DefaultMaxFrameRetries)는 3인 경우, 본 발명을 적용하였을 때, 각 노드들이 싱크 노드로 센싱한 결과를 보내기 위해 산출하는 MinBE, MaxBE, MaxFrameRetries의 값을 나타낸다.
상기 가정된 값, 예를 들어 Mid_hop은 반드시 전체 홉 길이의 절반일 필요는 없으며, 통신 시스템의 특성, 각 노드들의 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다. 마찬가지로 디폴트로 정해진 값(Default_MinBE 및 Default_MaxBE, Default MaxFrameRetries)들 역시 통신 시스템의 특성, 각 노드들의 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다.
| Node_ID | Cur_hop | Mid_hop | MinBE | MaxBE | MaxFrame Retries |
| 420 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 430 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 440 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 450 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 460 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 470 | 1 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| 421 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 422 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 441 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 461 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 462 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 463 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 471 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 472 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 477 | 2 | 3 | 2 | 4 | 4 |
| 465 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 |
| 475 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 |
| 478 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 |
| 479 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 |
| 467 | 4 | 3 | 4 | 6 | 2 |
표 4는 Mid_hop은 2, 디폴트로 정해진 Default_MinBE 및 Defalut_MaxBE는 각각 2, 4이며, 디폴트로 정해진 재전송 횟수(DefaultMaxFrameRetries)는 3인 경우, 본 발명을 적용하였을 때, 각 노드들이 싱크 노드로 센싱한 결과를 보내기 위해 산출하는 MinBE, MaxBE, MaxFrameRetries의 값을 나타낸다. 또한 노드 410과 노드 460 간의 연결(481)이 일시적으로 단절되어, 노드 460은 노드 470을 경유하여 싱크 노드로 접근가능하도록 라우팅이 결정됨을 가정한다.
| Node_ID | Cur_hop | Mid_hop | MinBE | MaxBE | MaxFrame Retries |
| 420 | 1 | 2 | 1 | 3 | 4 |
| 430 | 1 | 2 | 1 | 3 | 4 |
| 440 | 1 | 2 | 1 | 3 | 4 |
| 450 | 1 | 2 | 1 | 3 | 4 |
| 460 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 470 | 1 | 2 | 1 | 3 | 4 |
| 421 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 422 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 441 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 461 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 462 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 463 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 471 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 472 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 477 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 |
| 465 | 4 | 2 | 4 | 6 | 1 |
| 475 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 478 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 479 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 |
| 467 | 4 | 2 | 4 | 6 | 1 |
본 발명을 적용할 경우, 발명에서 가정한 트래픽 집중현상이 일어나는 환경에서 신뢰성있는 전송을 할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 빠른 전송을 유도함으로써, 전체 네트워크의 처리율을 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 다른 알고리즘과는 달리, 추가적인 컨트롤 패킷의 오버헤드가 없으므로 적용이 쉬우며, 호환성도 뛰어나다.
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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 (6)
- 전송 노드가 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 단계;
상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE(Binary Exponential)값, 최대 BE 값 및 최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 단계; 및
상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 현재 홉수가 상기 기준 홉수보다 작거나 같은 경우, 상기 조절하는 단계는
상기 최소 BE 값 및 최대 BE 값을 작게 조절하는 단계; 및
상기 최대 재전송값을 크게 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 현재 홉수가 상기 기준 홉수보다 큰 경우, 상기 조절하는 단계는
상기 최소 BE 값 및 최대 BE 값을 크게 조절하는 단계; 및
상기 최대 재전송값을 작게 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 방법.
- 싱크 노드까지의 통신 경로를 산출하는 라우팅 모듈;
패킷을 송수신하는 물리 전송 모듈;
최소 BE(Binary Exponential)값 및 최대 BE 값을 조절하는 BE 조절 모듈;
최대 재전송값(MaxFrameRetries)을 조절하는 재전송 조절 모듈;
상기 라우팅 모듈, 물리 전송 모듈, BE 조절 모듈 및 재전송 조절 모듈을 제어하는 MAC(Media Access Control) 모듈을 포함하며,
상기 MAC 모듈은 상기 전송 노드가 상기 통신 경로에서 산출된 현재 홉(hop)수 및 네트워크에서 설정한 기준 홉수와 비교하여 상기 BE 조절 모듈이 상기 싱크 노드에 패킷을 전송하는데 필요한 최소 BE값 및 최대 BE 값을 조절하고 상기 재전송 조절 모듈이 상기 최대 재전송값을 조절하도록 제어하며,
상기 MAC 모듈은 상기 조절된 최소 BE 값, 최대 BE값, 및 최대 재전송값에 따라 상기 패킷을 전송하도록 상기 물리 전송 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 현재 홉수가 상기 기준 홉수보다 작거나 같은 경우,
상기 BE 조절 모듈은 상기 최소 BE 값 및 최대 BE 값을 작게 조절하며,
상기 재전송 조절 모듈은 상기 최대 재전송값을 크게 조절하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 현재 홉수가 상기 기준 홉수보다 큰 경우,
상기 BE 조절 모듈은 상기 최소 BE 값 및 최대 BE 값을 크게 조절하며,
상기 재전송 조절 모듈은 상기 최대 재전송값을 작게 조절하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서 네트워크에서 통신 경로에 기반하여 패킷을 전송하는 장치.
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