KR101386835B1

KR101386835B1 - Multihop transmission method for increasing node's lifetime in wireless Ad Hoc network

Info

Publication number: KR101386835B1
Application number: KR1020120065636A
Authority: KR
Inventors: 손의승; 최현호; 백은경
Original assignee: 한경대학교 산학협력단; 주식회사 케이티
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-04-21
Also published as: KR20130142426A

Abstract

본 발명은 무선 애드혹 환경에서 단말간 멀티홉 전송을 수행할 때, 생존시간이 긴 단말들로 전송 경로를 구성하고, 종단간 전송률과 QoS 조건을 보장하도록 자원을 할당(scheduling)하며, PSM을 적용하여 단말의 송신 전력소모를 줄이고, 간섭 및 충돌 발생 시 TPC, 재스케쥴링(rescheduling), 재라우팅(rerouting)을 통해 이를 해결함으로써, 멀티홉 전송 QoS 보장 및 생존시간(lifetime)을 증대시키기 위한 멀티홉 전송 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서, 라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계; 상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계; 상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및 멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함하되, 상기 라우팅 단계는, 각 노드의 전력 소비율 및 에너지 잔량을 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하여 멀티홉 전송 경로를 결정한다.In the present invention, when performing multi-hop transmission between terminals in a wireless ad hoc environment, a transmission path is configured to terminals having long survival time, resources are allocated to guarantee end-to-end rate and QoS conditions, and PSM is applied. Multi-hop for reducing the transmission power consumption of the terminal and solving this through TPC, rescheduling, and rerouting in case of interference and collision, thereby increasing multi-hop transmission QoS and lifetime. To provide a transmission method.
To this end, the present invention, a multi-hop transmission method in a wireless ad hoc network, the routing step of performing a routing to determine the multi-hop transmission path; A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link; Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And an interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a first threshold. In the routing step, the multi-hop transmission path is determined using a routing cost in consideration of power consumption rate and energy remaining amount of each node.

Description

무선 애드혹 네트워크에서 노드 생존시간 증대를 위한 멀티홉 전송 방법{Multihop transmission method for increasing node's lifetime in wireless Ad Hoc network}Multihop transmission method for increasing node's lifetime in wireless Ad Hoc network

본 발명은 무선 애드혹(Ad Hoc) 네트워크에서 종단간 서비스의 품질(Quality-of-Service, QoS) 보장 및 전송 경로의 생존시간(lifetime) 최대화를 위한 멀티홉 전송 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티홉 전송 시 종단간 서비스 품질을 보장하면서 전송 경로의 생존시간을 최대화하는 경로를 찾는 라우팅(routing) 기술, 링크별 전송률을 고려하여 전송 자원을 할당하는 스케쥴링(scheduling) 기술, 단말의 소비전력을 절감하기 위한 전력절감모드(Power Saving Mode, PSM) 제어 기술, 및 전송 도중 간섭 및 충돌 발생 시 이를 해결하는 전송전력제어(Transmit Power Control, TPC)와 재스케쥴링(rescheduling)과 재라우팅(rerouting) 기술을 포함하는 멀티홉 전송 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a multi-hop transmission method for guaranteeing quality-of-service (QoS) and maximizing the lifetime of a transmission path in a wireless ad hoc network. Routing technology that finds a path that maximizes the survival time of transmission path while guaranteeing end-to-end quality of service in multi-hop transmission, scheduling technology that allocates transmission resources in consideration of transmission rate per link, and power consumption of UE Power Saving Mode (PSM) control technology to reduce power consumption, and Transmit Power Control (TPC), rescheduling and rerouting technology to resolve interference and collisions during transmission It relates to a multi-hop transmission method comprising a.

애드혹 네트워크는 인프라가 없는 환경에서 노드(본 발명에서 노드와 단말은 동일한 의미로 사용됨)들이 동적으로 자가 통신망을 구성하여 노드들끼리 직접 통신하는 기술이다. 애드혹 네트워크를 통해 소스(Source) 노드에서 목적지(Destination) 노드로 데이터를 전송하기 위해서는 소스 노드와 목적지 노드간에 멀티홉 통신이 필요하다. 다수의 노드를 통해 데이터를 전달하는 멀티홉 전송을 위해서는 전송 경로를 찾는 라우팅과 전송자원을 할당하는 스케쥴링을 수행하며, 일반적으로 배터리를 사용하는 노드의 소비전력을 줄이기 위하여 PSM 동작을 수행한다.The ad hoc network is a technology in which nodes (a node and a terminal are used in the same sense) in the environment without an infrastructure dynamically construct a self-communication network to communicate directly between nodes. In order to transmit data from a source node to a destination node through an ad hoc network, multi-hop communication is required between the source node and the destination node. For multi-hop transmission that delivers data through multiple nodes, routing to find the transmission path and scheduling to allocate transmission resources are performed. In general, PSM operation is performed to reduce power consumption of a battery-powered node.

애드혹 네트워크에서는 다양한 라우팅 방식이 제안되었는데 일반적으로 멀티홉 전송 홉 수를 줄이기 위한 최단 경로 라우팅(shortest path routing) 방식을 사용하며, 이에 대한 다양한 알고리즘 및 동작 프로토콜이 제안되어 있다. 이외에도 단말의 소비전력 및 에너지 잔량을 고려하여 네트워크의 생존시간(lifetime)을 증대시키기 위한 목적으로 파워 어웨어 라우팅(power-aware routing) 방식들이 제안되어 있다. 그러나 기존의 라우팅(routing) 방식들은 전송 링크의 상태에 따른 단말의 전력 소비율과 단말의 배터리 잔량을 동시에 고려하는 방안에 대한 구체적인 알고리즘을 제시하고 있지 않으며, 단순히 현재 단말이 사용하는 전력 값에 배터리 잔량만을 고려하여 배터리 생존시간을 구하고 이를 이용하여 전송 경로를 결정하는 방식을 택하는 문제점을 가지고 있다.In the ad hoc network, various routing schemes have been proposed. Generally, a shortest path routing scheme for reducing the number of multihop transmission hops is used. Various algorithms and operating protocols have been proposed. In addition, power-aware routing schemes have been proposed for the purpose of increasing the lifetime of the network in consideration of power consumption and energy remaining of the terminal. However, the existing routing methods do not present a specific algorithm for a method of simultaneously considering the power consumption rate of the terminal and the remaining battery capacity of the terminal according to the state of the transmission link. Considering bays, the battery survival time is determined and the transmission path is determined using the same.

애드혹 스케쥴링 방식은 멀티홉을 구성하는 각 전송 링크별로 사용할 자원량을 할당하여 종단간 QoS를 보장하는 것이다. 일반적으로는 복잡한 애드혹 네트워크 환경에서 스케쥴링 오버헤드를 줄이기 위해서 별도의 자원 할당 과정 없이 전송 단말들이 경쟁 방식으로 자원을 사용하는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 많이 사용해왔다. 하지만, 충돌 발생을 방지하고 자원 사용 효율을 높이기 위해서 각 전송 링크마다 전용 자원을 할당하는 스케쥴링 방식들이 연구되어 왔다. 이는 종단간 QoS를 보장하고 전송률을 높이기 위한 목적으로 제한된 무선 자원을 각 링크마다 나누어 할당한다. 그러나 기존의 스케쥴링 방식은 단순히 각 링크마다 서로 다른 자원을 겹치지 않게 할당하였을 뿐, 간섭이 적은 링크들도 동시에 자원을 사용할 수 없어 자원 사용 효율성이 떨어지는 문제점이 존재한다. 또한, 얼마만큼의 자원을 누구에게 할당해야 종단간 전송률을 최대화할 수 있는지에 대한 구체적인 알고리즘이 제시되어 있지 않은 문제점이 있다.Ad-hoc scheduling scheme is to guarantee end-to-end QoS by allocating resource amount to be used for each transport link constituting multi-hop. In general, in order to reduce scheduling overhead in a complex ad hoc network environment, many carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA / CA) schemes have been used in which transmission terminals use resources in a competitive manner without a separate resource allocation process. However, in order to prevent collisions and increase resource usage efficiency, scheduling schemes for allocating dedicated resources for each transmission link have been studied. It allocates limited radio resources for each link for the purpose of guaranteeing end-to-end QoS and increasing transmission rate. However, the conventional scheduling method simply allocates different resources to each link so that they do not overlap, and there is a problem in that resource utilization efficiency decreases because links with less interference cannot use resources at the same time. In addition, there is a problem that a specific algorithm for how much resources to allocate to maximize the end-to-end transmission rate is not presented.

아울러 멀티홉 링크간에 상호 간섭을 줄이고 단말의 전력소모를 줄이기 위한 방법으로 단말의 송신 파워를 조절하는 전송전력제어(Transmit Power Control, TPC) 알고리즘이 제안되어 있다. 여기서, TPC는 송수신 단말간에 형성된 링크 품질(link quality)에 따라 송신 파워를 제어하는 방식으로, 링크 품질이 좋은 경우 작은 송신 파워로도 원하는 전송률을 제공할 수 있으므로 송신 파워를 낮추어 전송하고, 반대로 링크 품질이 나쁜 경우 송신 파워를 높여서 전송한다. 이러한 TPC의 동작은 링크간 간섭을 완화할 뿐만 아니라 단말의 송신 파워를 낮춤으로써 단말의 배터리 생존시간을 증대시킬 수 있다. 그러나 기존의 TPC 알고리즘은 요구되는 SINR(Signal to Interference-plus-Noise Ratio) 값을 만족시키도록 송신 파워를 결정하는 방식으로, 자신의 링크 품질(quality)만을 고려하여 송신 파워를 결정할 뿐 다른 링크로의 간섭을 고려하여 자신의 송신 파워를 줄이지는 않는 문제점이 있다. 따라서 같은 전송 경로상의 링크간에 간섭이 존재하여 종단간 전송률을 떨어뜨리는 결과를 야기한다.In addition, a transmit power control (TPC) algorithm for controlling the transmit power of a terminal has been proposed as a method for reducing mutual interference and reducing power consumption of a terminal between multi-hop links. Here, the TPC is a method of controlling the transmission power according to the link quality formed between the transmission and reception terminals. If the link quality is good, the TPC can provide a desired transmission rate even with a small transmission power. If the quality is bad, increase the transmit power. The operation of the TPC can increase the battery survival time of the terminal by reducing the inter-link interference and lowering the transmission power of the terminal. However, the conventional TPC algorithm decides the transmission power to satisfy the required Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR) value, and determines the transmission power only by considering its link quality. There is a problem that does not reduce its transmission power in consideration of interference. Thus, interference exists between links on the same transmission path, resulting in a drop in the end-to-end transmission rate.

그리고 전력절감모드(PSM)는 단말이 데이터 송수신을 하지 않을 때 송수신 모듈을 오프(off)함으로써 전력소모를 줄이는 방식으로, 이를 위해 송수신 단말간에 송수신 구간(wake mode)과 파워를 끄는 구간(sleep mode)을 서로 약속하고 동기화하여 주기적으로 웨이크(wake)와 슬립(sleep)을 반복한다. 단말은 웨이크 모드(wake mode)에서만 데이터를 송수신하고, 슬립 모드(sleep mode)에서는 송수신 전력을 오프함으로써 전력소비를 줄인다. IEEE 802.11 표준은 애드혹(Ad Hoc) 모드에서 동작하는 PSM 방식을 정의하고 있다. 그러나 IEEE 802.11 애드혹 모드의 PSM 방식은 슈퍼프레임(beacon interval) 단위 간격으로 웨이크(wake)와 슬립(sleep)을 결정하는 방식으로, 작은 크기의 패킷 하나만을 전송하여도 그 프레임 내에서는 웨이크(wake) 상태를 유지하는 단순한 방식을 따르고 있다. 이로 인하여 슬립(sleep)할 수 있는 구간이 줄어들어 충분한 전력절감 효과를 얻지 못하는 문제점이 존재한다.
The power saving mode (PSM) is a method of reducing power consumption by turning off a transmission / reception module when the terminal does not transmit or receive data. For this purpose, a transmission and reception period between the transmission and reception terminals and a sleep mode are turned off. ), And wake up and sleep periodically. The terminal transmits and receives data only in the wake mode, and reduces power consumption by turning off the transmit / receive power in the sleep mode. The IEEE 802.11 standard defines a PSM scheme that operates in Ad Hoc mode. However, the PSM method of the IEEE 802.11 ad hoc mode determines wake and sleep at intervals of a superframe interval, and wakes up within a frame even when only one small packet is transmitted. It follows a simple way of maintaining state. As a result, there is a problem in that a section in which sleep can be reduced is not obtained to obtain a sufficient power saving effect.

따라서 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.It is therefore an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above.

따라서 본 발명은 무선 애드혹 환경에서 단말간 멀티홉 전송을 수행할 때, 생존시간이 긴 단말들로 전송 경로를 구성하고, 종단간 전송률과 QoS 조건을 보장하도록 자원을 할당(scheduling)하며, PSM을 적용하여 단말의 송신 전력소모를 줄이고, 간섭 및 충돌 발생 시 TPC, 재스케쥴링(rescheduling), 재라우팅(rerouting)을 통해 이를 해결함으로써, 멀티홉 전송 QoS 보장 및 생존시간(lifetime)을 증대시키기 위한 멀티홉 전송 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, when performing multi-hop transmission between terminals in a wireless ad hoc environment, a transmission path is configured with terminals having long survival time, resources are allocated to guarantee end-to-end transmission rate and QoS conditions, and PSM is used. By reducing the transmission power consumption of the terminal and solving this through TPC, rescheduling, and rerouting in case of interference and collision, multi-hop transmission QoS guarantee and multiplication for increasing the lifetime The purpose is to provide a hop transmission method.

다시 말하면, 본 발명의 라우팅 방식은 단순히 단말의 소비전력과 에너지 잔량을 고려한 기존 라우팅 방식과 달리, 단말의 각 링크별 송수신에 드는 소비전력과 단말의 배터리 잔량을 동시에 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용함으로써 생존시간이 긴 전송 경로를 선택할 수 있도록 한다.In other words, unlike the conventional routing method in which the power consumption and energy remaining of the terminal are simply considered, the routing method of the present invention calculates a routing cost in consideration of the power consumption for each link transmission and reception and the remaining battery capacity of the terminal. By using this, it is possible to select a transmission path with a long survival time.

또한, 본 발명의 스케쥴링 방식은 링크별로 서로 다른 직교하는(orthogonal) 자원을 할당하는 기존 스케쥴링 방식과 달리, 간섭이 미치지 않는 링크간에는 동시에 같은 자원을 사용할 수 있도록 스케쥴링하여 자원 재사용률을 높인다. 따라서 각 링크에는 더 많은 양의 자원을 할당할 수 있어 종단간 전송률을 높일 수 있다. 또한, 각 동시 전송 링크에 할당되는 각 자원량은 종단간 QoS를 보장할 수 있게 결정된다.In addition, unlike the conventional scheduling method of allocating different orthogonal resources for each link, the scheduling method of the present invention increases the resource reuse rate by scheduling the same resource to be used simultaneously between the links without interference. Therefore, each link can be allocated a larger amount of resources, thereby increasing the end-to-end transfer rate. In addition, each resource amount allocated to each simultaneous transmission link is determined to ensure end-to-end QoS.

또한, 본 발명에서는 PSM 적용 시에 기존에 고정된 시간 단위로 웨이크(wake)와 슬립(sleep)을 결정했던 방식과 달리, 데이터 송수신을 하는 시간에만 웨이크(wake)를 하도록 하고 나머지 시간 동안에는 슬립(sleep) 상태로 전환하여 단말의 전력소모를 최소화한다.In addition, in the present invention, unlike the conventional method of determining wake and sleep by a fixed unit of time when PSM is applied, the device wakes only during the time of data transmission and reception and sleeps during the rest of the time. Sleep) to minimize the power consumption of the terminal.

또한, 본 발명에서는 간섭 및 충돌 발생 시 TPC를 통하여 간섭을 주는 단말의 송신 파워를 낮추는 방식으로 문제를 해결한다. 기존에 단말이 전송하는 링크 품질(quality)만을 보고 TPC를 수행했던 것과는 달리, 본 발명에서는 TPC를 통해 동시 전송 링크간 간섭 문제를 해결하고 종단간 전송률을 보장한다. 또한, TPC 방식으로 간섭 문제가 해결되지 않으면 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting) 방식을 추가적으로 적용하여 멀티홉 전송 시 발생할 수 있는 간섭 및 충돌 문제를 해결한다.In addition, the present invention solves the problem by lowering the transmission power of the terminal interferes through the TPC when interference and collision occurs. Unlike the conventional TPC based on only the link quality transmitted by the UE, the present invention solves the problem of simultaneous transmission link interference and guarantees the end-to-end transmission rate through the TPC. In addition, if the interference problem is not solved by the TPC method, a rescheduling or rerouting method is additionally applied to solve the interference and collision problem that may occur during multi-hop transmission.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서, 라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계; 상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계; 상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및 멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함한다. 이때, 상기 라우팅 단계는, 각 노드의 전력 소비율 및 에너지 잔량을 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하여 멀티홉 전송 경로를 결정한다. 그리고 상기 스케쥴링 단계는, 멀티홉 링크간에 간섭이 미치지 않는 한도 내에서 두 개 이상의 전송 링크에 동일한 전송 자원을 할당하되, 동시 전송하는 노드간에 발생되는 간섭량을 고려하여 직교(orthogonal)하는 사용 자원 수를 결정하고, 링크 전송률에 따라 자원 사용량을 결정한다. 그리고 상기 전력절감모드(PSM) 동작은, 멀티홉 전송 시 송수신이 없는 기간 동안에 노드가 송수신 모듈을 끄고 슬립(sleep) 모드로 전환하여 동작한다. 그리고 상기 간섭 제어 단계는, 멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 상기 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 동작을 수행하여 간섭을 제거하고 전송을 재개하거나, 전송전력제어(TPC) 수행으로 해결이 불가능하면 재스케쥴링을 수행하고 전송을 재개하거나, 전송전력제어(TPC) 수행이나 재스케쥴링 수행으로도 해결이 불가능하면 재라우팅을 수행하고 상기 스케쥴링 단계로 진행한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of multihop transmission in a wireless ad hoc network, the method comprising: routing to determine a multihop transmission path by performing routing; A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link; Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And an interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during the multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds the first threshold. . In this case, the routing step determines a multi-hop transmission path using a routing cost in consideration of the power consumption rate and the remaining energy of each node. The scheduling may include allocating the same transmission resources to two or more transmission links within the limit of no interference between the multi-hop links, and considering orthogonal number of resources used in consideration of the amount of interference generated between simultaneous transmitting nodes. Determine the resource usage according to the link transmission rate. The power saving mode (PSM) operation is performed by turning off a transmission / reception module and switching to a sleep mode during a period of no transmission / reception during multi-hop transmission. In the interference control step, when a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds the first threshold, a TPC operation is performed to remove interference and resume transmission, or TPC is performed. If it is not possible to solve the problem, perform rescheduling and resume transmission. If the problem cannot be solved even by performing TPC or rescheduling, rerouting is performed and the scheduling step is performed.

상기와 같은 본 발명은, 무선 애드혹 환경에서 단말간 멀티홉 전송을 수행할 때, 생존시간이 긴 단말들로 전송 경로를 구성하고, 종단간 전송률과 QoS 조건을 보장하도록 자원을 할당(scheduling)하며, PSM을 적용하여 단말의 송신 전력소모를 줄이고, 간섭 및 충돌 발생 시 TPC, 재스케쥴링(rescheduling), 재라우팅(rerouting)을 통해 이를 해결함으로써, 멀티홉 전송 QoS 보장 및 생존시간(lifetime)을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, when performing the multi-hop transmission between the terminals in a wireless ad hoc environment, configures the transmission path to the long survival time terminal, and allocates resources (scheduling) to ensure the end-to-end rate and QoS conditions In order to reduce the transmit power consumption of UE by applying PSM and to solve this problem through TPC, rescheduling, and rerouting in case of interference and collision, multi-hop transmission QoS is guaranteed and lifetime is increased. It can be effected.

즉, 본 발명에서 제안하는 라우팅 방식은 단말의 전력 소비율 및 배터리 잔량을 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하여 생존시간이 긴 단말들이 멀티홉 전송에 참여하게 함으로써, 멀티홉 전체 경로의 생존시간을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.That is, the routing scheme proposed by the present invention uses the routing cost in consideration of the power consumption rate and the remaining battery capacity of the terminal to allow the long-lived terminals to participate in the multi-hop transmission, thereby improving the survival time of the multi-hop full path. There is an effect that can be increased.

또한, 본 발명에서 제안하는 스케쥴링 방식은 제한된 무선 자원의 재사용률을 높이고 링크 전송률에 따라 자원 사용량을 결정함으로써, 멀티홉 종단간 전송률을 높이고 QoS를 보장할 수 있는 효과가 있다.In addition, the scheduling scheme proposed by the present invention increases the reuse rate of limited radio resources and determines resource usage according to link transmission rate, thereby increasing multi-hop end-to-end transmission rate and guaranteeing QoS.

또한, 본 발명에서 제안하는 PSM 방식은 멀티홉 전송 시 송수신이 없는 기간에는 슬립(sleep) 모드로 동작시킴으로써, 단말의 전력 소비를 줄이고 이를 통해 멀티홉 경로의 생존시간(lifetime)을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the PSM method proposed in the present invention operates in a sleep mode during a period in which there is no transmission / reception during multi-hop transmission, thereby reducing power consumption of the terminal and thereby increasing lifetime of the multi-hop path. It works.

또한, 본 발명에서 제안하는 TPC, 재스케쥴링(rescheduling), 재라우팅(rerouting) 방식은 간섭 및 충돌 발생 시 전송 파워를 줄이거나 자원을 재할당하는 방식을 사용하여 빠른 시간 내에 충돌 및 간섭을 없애거나 전송에 문제가 되는 워스트 노드(worst node)를 판단하여 이를 기준으로 라우팅을 다시 수행하여 간섭을 없애고 전송을 재개함으로써, 멀티홉 종단간 전송률 및 QoS를 보장할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the TPC, rescheduling, and rerouting schemes proposed by the present invention can eliminate collisions and interferences in a short time by using a method of reducing transmission power or reallocating resources when interferences and collisions occur. By determining the worst node that is a transmission problem and performing routing again based on this, the interference is eliminated and the transmission is resumed, thereby ensuring the multi-hop end-to-end rate and QoS.

도 1은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크에서 노드 생존시간 증대를 위한 멀티홉 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 2는 애드혹 네트워크 환경에서의 경로 설정에 대한 일예시도,
도 3은 본 발명에 따른 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하는 라우팅(routing) 동작 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 멀티홉 스케쥴링 방식(6홉 전송 시)에 대한 일실시예 설명도,
도 5는 본 발명에 따른 사용 자원 수(N)의 결정 방식에 대한 일실시예 설명도,
도 6은 본 발명에 따른 자원 사용 시간이 동일하게 할당되는 경우(6홉 전송 시)에 대한 일실시예 설명도,
도 7은 본 발명에 따른 전송전력제어(Transmit Power Control, TPC) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 8은 본 발명에 따른 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 9는 본 발명에 따른 워스트 노드(worst node)의 판단 조건에 대한 일실시예 설명도,
도 10은 워스트 노드를 제거하는 경우에 대한 일실시예 설명도,
도 11은 워스트 노드를 대체하는 경우에 대한 일실시예 설명도,
도 12는 워스트 노드 주변에 새로운 노드를 추가하는 경우에 대한 일실시예 설명도,
도 13은 IEEE 802.11 프로토콜의 애드혹 모드(Ad Hoc Mode)에서의 전송 프레임웍의 일예시도,
도 14는 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 전송 프레임웍(서로 다른 크기의 자원 할당의 경우)의 일실시예 구조도,
도 15는 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 전송 프레임웍(동일 크기의 자원 할당의 경우)의 일실시예 구조도,
도 16은 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 TPC 동작 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 17은 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 18은 전체 전력 소모(Total Power Consumption) 비교 결과(요구 레이트=100Kbps일 때)에 대한 일예시도,
도 19는 전체 전력 소모(Total Power Consumption) 비교 결과(요구 레이트=1Mbps일 때)에 대한 일예시도,
도 20은 아우티지 확률(Outage Probability) 비교 결과(요구 레이트=100Kbps일 때)에 대한 일예시도,
도 21은 아우티지 확률(Outage Probability) 비교 결과(요구 레이트=1Mbps일 때)에 대한 일예시도,
도 22는 생존시간(lifetime) 비교 결과에 대한 일예시도이다.1 is a flowchart illustrating a multi-hop transmission method for increasing node survival time in a wireless ad hoc network according to the present invention;
2 is an exemplary diagram for setting a path in an ad hoc network environment;
FIG. 3 is a detailed flowchart of an embodiment of a routing operation using a routing cost according to the present invention; FIG.
4 is a diagram illustrating an embodiment of a multi-hop scheduling method (when transmitting 6 hops) according to the present invention;
5 is a diagram for explaining an embodiment of a method of determining the number of used resources (N) according to the present invention;
6 is a diagram illustrating an embodiment of a case where resource usage time according to the present invention is equally allocated (when six hops are transmitted).
7 is a diagram for explaining an embodiment of an operation of a transmit power control (TPC) according to the present invention;
8 is a diagram illustrating an embodiment of a rescheduling operation process according to the present invention;
9 is a diagram illustrating an embodiment of a determination condition of a worst node according to the present invention;
10 is a diagram for explaining an embodiment of removing a worst node;
11 is a diagram for explaining an embodiment of replacing a worst node;
12 is a diagram for explaining an embodiment of adding a new node around a worst node;
FIG. 13 shows an example of a transmission framework in an ad hoc mode of the IEEE 802.11 protocol. FIG.
14 is a structural diagram of an embodiment of a multi-hop transmission framework (in case of resource allocation of different sizes) according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol;
15 is a structural diagram of an embodiment of a multi-hop transmission framework (in the case of resource allocation of the same size) according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol;
16 is a diagram illustrating an embodiment of a multihop TPC operation process according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol;
17 is a diagram illustrating an embodiment of a multi-hop rescheduling operation process according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol;
18 shows an example of a result of comparing total power consumption (when demand rate = 100 Kbps).
19 shows an example of a result of comparing total power consumption (when demand rate = 1 Mbps);
20 is an exemplary diagram of an Outage Probability comparison result (when request rate = 100 Kbps).
21 is an example of an Outage Probability comparison result (when request rate = 1 Mbps),
22 is an exemplary view of the results of comparing the lifetime.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.And throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between. Also, when a component is referred to as " comprising "or" comprising ", it does not exclude other components unless specifically stated to the contrary .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1. 전체 동작 과정1. The whole operation process

본 발명에 따른 멀티홉 전송 방법은 무선 애드혹 네트워크에서 멀티홉 데이터 전송을 위한 라우팅, 스케쥴링, 데이터 전송 및 PSM 동작 과정을 포함하며, 전송 중에 간섭 및 충돌이 발생하는 경우에 이를 해결하기 위한 TPC, 재스케쥴링(rescheduling), 재라우팅(rerouting) 과정을 포함한다.The multi-hop transmission method according to the present invention includes a routing, scheduling, data transmission, and PSM operation process for multi-hop data transmission in a wireless ad hoc network. This includes scheduling and rerouting.

도 1은 본 발명에 따른 무선 애드혹 네트워크에서 노드 생존시간 증대를 위한 멀티홉 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a multi-hop transmission method for increasing node survival time in a wireless ad hoc network according to the present invention.

먼저, 초기에 라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정한다(11). 즉, 라우팅 방식은 단말의 전력 소비율 및 에너지 잔량을 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하여 생존시간이 긴 단말들이 멀티홉 전송에 참여하게 함으로써, 멀티홉 전체 경로의 생존시간을 증대시킬 수 있다.First, routing is initially performed to determine a multihop transmission path (11). That is, the routing method may increase the survival time of the multi-hop entire path by allowing the long-lived terminals to participate in the multi-hop transmission by using a routing cost in consideration of the power consumption rate and the energy remaining of the terminal.

다시 말하면, 멀티홉 전송의 생존시간을 늘리기 위하여 단말의 에너지 잔량과 전력 소비율을 고려한 라우팅(routing)을 수행한다. 각 단말은 서로 다른 배터리 잔량을 가지고 있고, 자신과 연결된 링크의 품질(quality)에 따라 송수신 시 전력 소비율이 달라지게 된다. 본 발명에서 제안하는 라우팅 코스트(routing cost)를 적용하여 라우팅을 수행할 경우 최대의 생존시간(lifetime)을 갖는 전송 경로를 제공할 수 있다.In other words, in order to increase the survival time of multi-hop transmission, routing is performed in consideration of the energy remaining amount and power consumption rate of the terminal. Each terminal has a different battery level, and the power consumption rate during transmission and reception varies according to the quality of a link connected to the terminal. When the routing is performed by applying the routing cost proposed in the present invention, a transmission path having a maximum lifetime can be provided.

이후, 각 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당한다(12). 즉, 해당 전송 경로에 대해서 멀티홉 전송에 필요한 자원량 및 관련 파라미터들을 결정하고 관련 제어 정보를 설정함으로써 전송에 대한 스케쥴링을 수행한다.Thereafter, scheduling is performed for each multi-hop transmission path to allocate transmission resources for each multi-hop link (12). That is, scheduling of transmission is performed by determining a resource amount and related parameters required for multi-hop transmission and setting related control information for the corresponding transmission path.

다시 말하면, 스케쥴링 방식은 멀티홉 링크간에 간섭이 미치지 않는 한도 내에서 두 개 이상의 전송 링크에 동일한 자원을 할당함으로써 제한된 무선 자원의 재사용률을 향상시키고, 이때 사용되는 직교(orthogonal) 자원 개수를 결정하며, 또한 링크 전송률에 따라 자원 사용량을 결정(링크별 전송률을 고려하여 할당되는 직교 자원 크기를 결정)함으로써, 멀티홉 종단간 전송률을 높이고 QoS를 보장할 수 있다.(구체적인 동작 방식은 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.)In other words, the scheduling scheme improves the reuse rate of limited radio resources by allocating the same resources to two or more transmission links within the limit of no interference between the multi-hop links, and determines the number of orthogonal resources used. In addition, by determining the resource usage according to the link transmission rate (determining the orthogonal resource size allocated in consideration of the transmission rate per link), it is possible to increase the multi-hop end-to-end transmission rate and guarantee the QoS. It will be described later in detail with reference to 6.)

이후, 스케쥴링 결과(스케쥴링된 정보 및 자원)를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하고, 송수신이 없을 때에는 슬립(sleep) 모드로 천이하는 PSM 동작을 수행한다(13). 이처럼, PSM 방식은 멀티홉 전송 시 송수신이 없는 기간 동안에 단말이 송수신 모듈을 끄고 슬립(sleep) 모드로 전환하여 동작함으로써, 단말의 전력 소비를 줄이고 이를 통해 멀티홉 경로의 생존시간(lifetime)을 증대시킬 수 있다.(구체적인 동작 방식은 도 4와 도 6을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.)Thereafter, data and control information for multi-hop transmission are transmitted using the scheduling result (scheduled information and resources), and when there is no transmission / reception, a PSM operation of transitioning to a sleep mode is performed (13). As such, the PSM method operates by turning off a transceiver module and switching to a sleep mode during a period when there is no transmission / reception during multi-hop transmission, thereby reducing power consumption of the terminal and thereby increasing the lifetime of the multi-hop path. (The specific operation method will be described later in detail with reference to FIGS. 4 and 6.)

만약, 멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 임계치를 초과하게 되면(14), 먼저 TPC를 통해 해결이 가능하면(예를 들어, 충돌 발생 및 간섭량의 임계치 초과를 TPC로 해결이 가능하면) TPC 동작을 수행하여 간섭을 제거하고(15), TPC를 적용하였음에도 불구하고 여전히 충돌이 발생하거나 간섭량이 임계치를 초과하면(16) 재스케쥴링(rescheduling)을 수행하여 간섭을 제거하고(17), 이러한 두 방법을 통해 해결이 불가능하면(예를 들어, TPC 수행이나 재스케쥴링을 수행하고도 여전히 충돌이 발생하거나 간섭량이 임계치를 초과하면)(18) 재라우팅(rerouting)을 수행하고 스케쥴링(scheduling) 과정(12)부터 반복 수행한다(19).If a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a threshold (14), if resolution is possible through the TPC first (for example, if the collision occurs and the threshold exceeded the amount of interference is solved by the TPC). Perform the TPC operation to remove the interference (15), and if the collision still occurs or the amount of interference exceeds the threshold despite the TPC is applied (16), rescheduling is performed to remove the interference (17). If resolution is not possible with both methods (for example, if a collision still occurs or the amount of interference exceeds a threshold after performing TPC or rescheduling) (18), rerouting is performed and the scheduling process is performed. Repeated from (12) (19).

즉, 단말의 이동 및 채널 환경의 변화로 인해 데이터 전송 시 충돌 및 간섭이 발생하는 경우에는 TPC를 수행하여 간섭을 주는 단말의 전송 파워를 낮추거나, 스케쥴링을 다시 수행(rescheduling, 재스케쥴링)하여 전송 자원의 재분배를 통해 충돌 및 간섭을 없애거나, 전송에 문제가 되는 워스트 노드(worst node)를 판단하여 이를 기준으로 라우팅을 다시 수행(rerouting, 재라우팅)하여 간섭을 없애고 전송을 신속히 재개한다.(구체적인 동작 방식은 도 7 내지 도 12를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.)
That is, when collision and interference occur during data transmission due to the movement of the terminal and the change in the channel environment, the TPC is performed to lower the transmission power of the interfering terminal or perform rescheduling (rescheduling). Redistribution of resources eliminates collisions and interference, or determines the worst node that is a problem in transmission, and reroutes based on this to eliminate interference and quickly resume transmission. A detailed operation method will be described later in detail with reference to FIGS. 7 to 12.

2. 라우팅(routing) 동작 과정2. Routing Operation Process

도 2는 애드혹 네트워크 환경에서의 경로 설정에 대한 일예시도이다.2 is a diagram illustrating an example of routing in an ad hoc network environment.

라우팅은 도 2에 도시된 바와 같은 애드혹 네트워크 환경에서 소스(Src: Source) 노드와 목적지(Dst: Destination) 노드 사이에 중간 전송 경로를 설정하는 것이다. 본 발명에 따른 라우팅 방식은 설정되는 전송 경로의 생존시간(lifetime)을 최대화하는 것을 목적으로 중간 노드를 선택한다. 여기에서 전송 경로의 생존시간은 경로상의 한 개 이상의 노드의 배터리 소진으로 인하여 한 개 이상의 링크가 연결이 불가능하게 되어 멀티홉 전송이 불가능하게 될 때까지 걸리는 시간으로 정의된다.
Routing is to establish an intermediate transmission path between a source node (Src) and a destination node (Dst) in an ad hoc network environment as shown in FIG. The routing scheme according to the present invention selects an intermediate node for the purpose of maximizing the lifetime of the established transmission path. Here, the survival time of the transmission path is defined as the time taken for one or more links to be disconnected due to the exhaustion of the battery of one or more nodes on the path and thus the multihop transmission becomes impossible.

2-1. 라우팅 코스트 결정 방식2-1. Routing Cost Determination Method

라우팅 코스트(routing cost) 설계 시 먼저 전송 노드별 배터리 생존시간(battery lifetime)을 고려한다. 배터리 생존시간은 노드가 수/송신에 사용하는 에너지량과 관계되므로 각 노드의 수/송신에 사용되는 전력량과 수/송신 시간에 의해 결정된다.When designing routing costs, first consider the battery lifetime of each transmitting node. The battery survival time is related to the amount of energy that a node uses for receiving / transmitting and thus is determined by the amount of power used for receiving / transmitting each node and the receiving / transmitting time.

이때, 라우팅 코스트 C_j는 다음과 같이 결정된다.At this time, the routing cost C _j is determined as follows.

도 2의 임의의 중간 노드 j에서 D_req 크기의 데이터를 다음 노드에게 전달(relay)한다고 할 때 필요한 수신 시간(T_j ^rx)과 송신 시간(T_j ^tx)은 다음의 [수학식 1]과 같이 계산된다.Receiving time (T _j ^rx ) and transmission time (T _j ^tx ) required when relaying data of size D _req to the next node in any intermediate node j of FIG. 2 are represented by Equation 1 below. Calculated as

여기에서 R_ij는 노드 i에서 노드 j로 데이터를 전송할 때 가능한 전송률을 나타낸다. 따라서 중간 노드 j에서 D_req 크기의 데이터를 전달할 때 소모되는 수신 및 송신 에너지는 다음의 [수학식 2]와 같이 계산된다.Where R _ij represents a possible data rate when transmitting data from node i to node j. Therefore, the reception and transmission energy consumed when delivering the data of the size D _req in the intermediate node j is calculated as shown in Equation 2 below.

여기에서 P_rx와 P_tx는 각각 통신 노드가 단위 시간당 수신과 송신을 하는데 소요되는 전력량(Watt 단위)을 나타낸다. 따라서 중간 노드 j가 라우팅 경로에 포함되어 데이터 전달에 참여할 때 소모되는 전체 에너지량은 위에서 구한 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 다음의 [수학식 3]과 같이 결정된다.Here, P _rx and P _tx represent the amount of power (Watt unit) required for the communication node to receive and transmit per unit time, respectively. Therefore, the total amount of energy consumed when the intermediate node j is included in the routing path and participates in data transmission is determined as shown in Equation 3 using Equations 1 and 2 above.

이때, 중간 노드 j가 가지고 있었던 에너지 잔량을 E_j라고 할 때 중간 노드 j가 멀티홉 전송에 참여하게 될 때 중간 노드 j의 생존시간(lifetime)은 다음의 [수학식 4]와 같이 계산된다.In this case, when the remaining energy amount of the intermediate node j is called E _j , when the intermediate node j participates in the multi-hop transmission, the lifetime of the intermediate node j is calculated as shown in Equation 4 below.

따라서 본 발명에 따른 라우팅 코스트(routing cost)는 생존시간(lifetime)의 역수로 결정되어 다음의 [수학식 5]와 같이 주어진다.(즉, 노드의 생존시간 값이 클수록 라우팅 코스트는 줄어든다.)Therefore, the routing cost according to the present invention is determined as the inverse of the lifetime, and is given by Equation 5 below (ie, the larger the survival time value of the node, the lower the routing cost).

또한, 위와 같은 라우팅 코스트(routing cost) 계산 공식에 추가적으로 다음의 [수학식 6]과 같은 제약사항을 포함시킬 수 있다.In addition, the following constraints may be included in addition to the above-described routing cost calculation formula.

즉, 임의의 중간 노드 j의 에너지 잔량이 사전에 정해진 임계치보다 작거나, 두 노드 a,b 사이의 전송률이 정해진 임계치보다 작은 경우에는 라우팅 코스트(routing cost)를 무한대 값으로 설정하여 해당 중간 노드 j가 경로상에 포함되지 않도록 할 수 있다.
That is, when the energy remaining of any intermediate node j is smaller than the predetermined threshold or the transmission rate between the two nodes a and b is smaller than the predetermined threshold, the routing cost is set to infinity and the corresponding intermediate node j May not be included in the path.

2-2. 라우팅 동작 절차2-2. Routing Behavior Procedure

라우팅 코스트(routing cost)의 결정을 위하여 임의의 노드 j는 자신과 연결된 링크들과의 레이트 정보(R_ij, R_jk)와 현재 남은 에너지량(E_j) 정보가 필요하다. 이러한 정보를 수집하기 위해 각 노드는 주기적으로 또는 요청 이벤트 발생 시 자신과 연결된 링크들과의 레이트 정보(또는 레이트를 결정할 수 있는 정보들로 SINR(Signal to Interference-plus-Noise Ratio), SNR(Signal to Noise Ratio), 채널 품질(channel quality)과 같은 정보를 대신 사용할 수 있음)를 측정/저장/갱신/공유할 수 있도록 한다. 또한, 각 노드는 주기적으로 또는 요청 이벤트 발생 시 자신의 현재 남은 에너지량에 대한 정보를 측정/저장/갱신/공유하도록 한다.In order to determine a routing cost, any node j needs rate information (R _ij , R _jk ) and current energy amount (E _j ) information of links connected to it. In order to collect such information, each node periodically or at the time of a request event occurs, has rate information (or rate-to-signal information with signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) and signal-to-noise ratio (SNR)). to noise ratio, channel quality, etc.) can be measured, stored, updated, and shared. In addition, each node can measure / store / update / share information on its current remaining energy amount periodically or when a request event occurs.

본 발명에 따른 라우팅 코스트(routing cost)는 기존의 라우팅(routing) 프로토콜(OLSR(Optimized Link State Routing), DSR(Dynamic Source Routing), AODV(Ad-Hoc On-Demand Distance Vector) 등)에 적용 가능하다. 즉, 기존 라우팅 프로토콜에서 사용하던 라우팅 코스트(routing cost) 대신에 본 발명에서 제안하는 새로운 라우팅 코스트 값을 이용하여 라우트(route) 정보를 송신 노드와 목적지 노드 간에 교환한다. 선택된 라우팅 프로토콜을 이용하여 송신-목적지 노드 간에 라우팅 코스트(routing cost) 정보를 획득하면 최종 경로 결정은 다음의 [수학식 7]과 같은 규칙에 따라 결정할 수 있다.Routing cost according to the present invention can be applied to existing routing protocols (Optimized Link State Routing (OLSR), Dynamic Source Routing (DSR), Ad-Hoc On-Demand Distance Vector (AODV), etc.) Do. That is, the route information is exchanged between the transmitting node and the destination node by using the new routing cost value proposed by the present invention instead of the routing cost used in the existing routing protocol. When routing cost information is obtained between transmission-destination nodes using the selected routing protocol, final path determination may be determined according to the following equation (7).

즉, 라우팅 코스트(routing cost)의 최대 값이 가장 작은 경로를 선택하거나 전체 코스트(cost)의 합이 가장 작은 경로를 최종적으로 선택할 수 있다. 경로의 최종 결정은 송신 노드 또는 목적지 노드 중 어느 쪽에서든지 라우팅 코스트 정보를 갖고 있으면 가능하다.That is, the path having the smallest value of the routing cost may be selected or the path having the smallest sum of the total costs may be finally selected. The final determination of the path is possible if the routing cost information is available at either the sending node or the destination node.

도 3은 본 발명에 따른 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하는 라우팅(routing) 동작 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도로서, 라우팅 코스트를 사용하는 DSR(Dynamic Source Routing) 프로토콜 기반의 동작 과정을 나타내고 있다.3 is a detailed flowchart illustrating a routing operation process using a routing cost according to the present invention, and illustrates an operation process based on a dynamic source routing (DSR) protocol using a routing cost. .

먼저, 소스(Src) 노드는 목적지(Dst) 노드로의 전송 경로를 찾기 위해 라우트 요청(Route Request) 패킷을 브로드캐스트한다. 이 라우트 요청 패킷에는 경로(path) 정보, 레이트(rate) 정보, 에너지(energy) 잔량 정보가 포함되는데, 소스 노드는 일단 경로 정보로 자신의 ID 만을 포함하여 라우트 요청 패킷을 브로드캐스트한다.First, a source Src node broadcasts a Route Request packet to find a transmission path to a destination Dst node. The route request packet includes path information, rate information, and energy remaining information. The source node first broadcasts the route request packet including only its ID as path information.

이후, 방송되는 라우트 요청 패킷을 수신하는 노드는 자신의 ID를 경로 정보에 추가하고, 패킷을 수신하면서 측정한 링크 품질(quality) 정보를 이용하여 계산된 링크 레이트 값을 레이트 정보에 추가하고, 자신의 에너지 잔량을 에너지 잔량 정보에 추가한다. 이후, 추가된 정보를 포함한 라우트 요청(Route Request) 패킷을 다시 브로드캐스트한다.Then, the node receiving the broadcast route request packet adds its ID to the path information, adds the link rate value calculated using the link quality information measured while receiving the packet, to the rate information, Add the remaining energy to the remaining energy information. Thereafter, the route request packet including the added information is broadcast again.

이러한 방법으로 각 노드는 각 정보를 추가하면서 라우트 요청 패킷을 전체 네트워크 노드로 전달하게 되고, 이 라우트 요청 패킷을 수신한 목적지 노드는 수신한 라우트 요청 정보를 바탕으로 가장 좋은 경로(Path)를 최종적으로 선택한다.(수신된 정보를 소스 노드에게 전달하여 소스 노드에서 최종 경로를 선택하게 할 수도 있다.)In this way, each node adds each piece of information and forwards the route request packet to all network nodes, and the destination node that receives the route request packet finally gets the best path based on the received route request information. (You can also forward the received information to the source node so that the source node selects the final path.)

즉, 목적지 노드는 라우트 요청 패킷을 브로드캐스트하지 않고 일정 시간 동안에 수신된 라우트 요청(Route Request) 패킷들의 정보를 가지고 최종 경로를 결정한다. 최종 경로 결정 방식은 전술한

방식에 따라 결정할 수 있다.That is, the destination node determines the final path with the information of the Route Request packets received for a predetermined time without broadcasting the route request packet. Final path determination method described above

It can be decided according to the method.

이처럼, 목적지 노드가 최종 경로를 결정하면 이 경로 정보와 결정된 경로의 각 링크 레이트 정보를 포함하여 라우트 응답(Route Response) 패킷을 소스 노드에게 전송한다. 이때, 라우트 응답 패킷은 결정된 최종 경로(path) 정보를 이용하여 해당 경로를 거쳐 소스 노드에게 전달된다.
As such, when the destination node determines the final path, a route response packet is transmitted to the source node including the path information and the link rate information of the determined path. At this time, the route response packet is delivered to the source node via the corresponding path using the determined final path information.

3. 스케쥴링(Scheduling) 동작 과정3. Scheduling Operation Process

라우팅(routing) 동작에 의해 전송 경로가 결정되면 연결된 멀티홉 링크마다 전송에 필요한 자원을 할당해야 한다. 여기에서는 이를 위한 스케쥴링 방식을 설명한다.When the transmission path is determined by the routing operation, resources required for transmission must be allocated for each connected multihop link. This section describes the scheduling method for this.

도 4는 본 발명에 따른 멀티홉 스케쥴링 방식에 대한 일실시예 설명도로서, 전송 홉 수가 6인(노드 수는 7) 경우의 멀티홉 스케쥴링 방식을 나타내고 있다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a multi-hop scheduling method according to the present invention, which shows a multi-hop scheduling method when the number of transmission hops is 6 (the number of nodes is 7).

기본적으로 자원의 재사용률을 높이기 위해 간섭이 미치지 않는 링크 간에는 같은 자원을 사용하여 전송하도록 스케쥴링한다. 예를 들어, 서로간에 간섭이 적다고 판단되는 경우에 노드 1→2로의 전송과 노드 4→5로의 전송이 동시에 이루어진다. 하지만, 노드 1→2로의 전송은 노드 2에서 동시 송수신이 불가능하므로 노드 2→3으로의 전송과는 동시에 이루어질 수 없으며, 노드 3에서 노드 2로의 직접적인 간섭으로 인해 노드 1→2로의 전송과 노드 3→4로의 전송이 동시에 이루어질 수 없다. 결론적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 2 홉(hop) 이상 떨어진 링크간에는 서로 동시에 같은 자원을 사용하여 전송이 가능하다. 이와 같이 동시 전송을 고려한 멀티홉 스케쥴링을 수행할 때 서로 직교(orthogonal)하게 할당되는 자원 수의 결정이 중요하며, 이는 동시 전송하는 단말간에 발생되는 간섭량에 의존한다. 이와 같이 할당받은 자원을 이용하여 각 단말은 정해진 순서대로 멀티홉 전송을 수행한다. 이와 동시에 각 노드는 송수신하지 않는 시간대에는 송수신 모듈을 끄고(power-off) 슬립(sleep) 모드로 전환하여 전력 소모를 줄이는 PSM 동작을 수행한다.
Basically, to increase the reuse rate of resources, schedule the transmission using the same resources between non-interfering links. For example, when it is determined that there is little interference between each other, transmission from node 1 to 2 and transmission from node 4 to 5 are simultaneously performed. However, since the transmission from node 1 to 2 is impossible at the same time, the transmission from node 2 to node 3 cannot be performed at the same time, and the transmission from node 3 to node 2 and node 3 due to direct interference from node 3 to node 2 are not possible. → 4 cannot be transmitted at the same time. As a result, as illustrated in FIG. 4, transmissions may be performed using the same resources at the same time between links at least two hops apart. As described above, when performing multi-hop scheduling considering simultaneous transmission, it is important to determine the number of resources allocated orthogonally to each other, and this depends on the amount of interference generated between simultaneous transmission terminals. Using the allocated resources, each terminal performs multi-hop transmission in a predetermined order. At the same time, each node performs a PSM operation that reduces power consumption by turning off the transmit / receive module and turning it into sleep mode when it is not transmitting or receiving.

3-1. 사용 자원 수(N)의 결정 방식3-1. How to determine the number of resources used (N)

도 4는 6 홉 전송을 위해 3개의 직교하는(orthogonal) 자원을 사용한 경우이다. 사용하는 직교 자원 개수 N을 결정하기 위해서는 전송 홉 수에 따라 동시에 전송하는 링크간 간섭량을 고려해야 한다. 먼저, 정해진 라우팅 경로상에 존재하는 노드간에 상호 간섭 여부 측정을 위한 제어 패킷(즉, 헬로 또는 비컨 메시지)을 전송한다. 임의의 노드 j는 자신에게 간섭을 미치는 주변 노드 셋(set)을 다음의 [수학식 8]과 같이 수신신호 세기 또는 메시지 디코딩 여부에 따라 결정한다.4 illustrates the case of using three orthogonal resources for 6-hop transmission. In order to determine the number of orthogonal resources to be used, the amount of interlink interference transmitted simultaneously according to the number of transmission hops should be considered. First, a control packet (ie, a hello or beacon message) for mutual interference measurement between nodes existing on a predetermined routing path is transmitted. The arbitrary node j determines the neighbor node set that interferes with itself according to the received signal strength or message decoding as shown in Equation 8 below.

즉, 노드 y로부터 수신되는 RSS(Received Signal Strength) 값이 정해진 임계치(threshold)보다 크거나 노드 y가 송신하는 메시지가 디코딩(decoding)이 가능하면 노드 y를 나에게 간섭을 미치는 노드 셋(set)에 추가하게 된다. 결정된 간섭 노드 셋 Y를 가지고 각 노드 j는 간섭 홉 수 R_j를 다음의 [수학식 9]와 같이 결정한다.In other words, if a received signal strength (RSS) value received from node y is greater than a predetermined threshold or a message transmitted by node y can be decoded, a node set interfering with node y to me Will be added to With the determined interference node set Y, each node j determines the interference hop number R _j as shown in Equation 9 below.

간섭 홉 수란 나에게 간섭을 미치는 노드까지의 최대 홉 수를 나타내는데, 이는 나의 간섭 노드 셋에 속하는 노드의 순서 번호와 내 순서 번호와의 차이의 최대 값으로 결정할 수 있다. 일반적으로, 도 4에서 예로 든 것과 같이 사용 자원 수(N) 값은 전송 경로상의 모든 노드들의 최대 간섭 홉수+2로 결정할 수 있다. 이는 적어도 2를 더해주어야 전송 시 상호 간섭 영향이 적기 때문이다. 따라서 사용 자원 수 N 값은 다음의 [수학식 10]과 같이 결정될 수 있다.The number of interference hops indicates the maximum number of hops to the node that interferes with me, which can be determined as the maximum value of the difference between the sequence number of the node belonging to the set of my interference nodes and my sequence number. In general, as illustrated in FIG. 4, the value of the used resource number N may be determined as the maximum interference hop number of all nodes on the transmission path + 2. This is because at least two must be added to reduce the mutual interference effect during transmission. Therefore, the value of the used resource number N may be determined as shown in Equation 10 below.

간섭 허용 기준치가 더 낮은 경우에는 2보다 더 큰 값을 사용한다.If the interference tolerance is lower, use a value greater than 2.

도 5는 본 발명에 따른 사용 자원 수(N)의 결정 방식에 대한 일실시예 설명도이다.5 is a diagram illustrating an embodiment of a method of determining the number of used resources N according to the present invention.

먼저, 각 노도는 임의의 시간에 헬로(Hello) 메시지를 브로드캐스트하고, 주변 노드는 이를 수신함으로써 간섭 노드 셋 Y를 각자 결정한다. 멀티홉 경로상의 모든 전송 노드가 이 과정을 완료함으로써, 간섭 노드 셋 Y_j와 간섭 홉수 R_j 값을 알 수 있다.First, each severity broadcasts a Hello message at any time, and the neighboring nodes receive it to determine the interfering node set Y respectively. Since all transmitting nodes on the multi-hop path have completed this process, the interference node set Y _j and the interference hop number R _j can be known.

상기와 같은 과정을 마치면 목적지 노드는 소스 노드에게 관련 응답(response) 메시지를 전송하는데 이 메시지에 최대 R_j 값을 포함시킨다. 이 응답 메시지를 수신하는 각 노드는 응답 메시지에 포함된 R_j 값과 나의 R_j 값을 비교하여 더 큰 값을 삽입하는 방식으로 소스 노드에게 최대 R_j 값을 알려주게 된다.After completing the above process, the destination node sends a response message to the source node, and includes the maximum R _j value in the message. Each node receiving the response message informs the source node of the maximum R _j value by comparing the R _j value included in the response message with my R _j value and inserting a larger value.

도 5에서 설명한 방법과 같이 복잡한 동작 절차 없이 사용 자원 수 N값을 결정하는 방법은, 일반적인 멀티홉 전송 시 발생하는 평균 간섭 레인지(range)를 고려하여 N>=3의 값으로 적절히 선택할 수도 있다.
A method of determining the number N of used resources without a complicated operation procedure as in the method described with reference to FIG. 5 may be appropriately selected as a value of N> = 3 in consideration of an average interference range occurring in general multi-hop transmission.

3-2. 각 링크의 사용 자원 번호 결정 방식3-2. How resource number is determined for each link

결정된 사용 자원 수 N값에 따라 각 링크 j→k가 사용하는 자원 번호는 다음의 [수학식 11]과 같이 순차적으로 결정할 수 있다.The resource number used by each link j → k may be sequentially determined according to the following Equation 11 according to the determined number N of used resources.

여기서, A mod B는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다. 따라서 N=3일 때 n_jk는 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, …의 순서대로 값을 가지게 되므로, 각 전송 링크는 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, …의 순서대로 자원을 사용하게 된다. 따라서 동시 전송 링크 셋(set)은 다음의 [수학식 12]와 같이 사용 홉 수가 같은 링크 집합으로 정의된다.Here, A mod B means the remainder of A divided by B. Therefore, when N = 3, n _jk is 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3,... Each transport link has a value of 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3,... Resources are used in the order of. Therefore, the simultaneous transmission link set is defined as a set of links having the same number of used hops as shown in Equation 12 below.

3-3. 각 자원의 사용 시간(타임슬롯 길이) 결정 방식3-3. How to determine the usage time (time slot length) of each resource

요구되는 종단간 전송률 조건을 만족시키기 위해서 각 링크에서 전송해야 할 데이터량이 D_req로 주어질 때 각 링크에서 전송에 필요한 시간은 다음의 [수학식 13]과 같이 결정된다.When the amount of data to be transmitted on each link is given as D _req to satisfy the required end-to-end rate requirement, the time required for transmission on each link is determined as shown in Equation 13 below.

만약, 전송 프로토콜로 IEEE 802.11 무선랜 프로토콜을 사용하는 경우에는 추가적인 ACK 메시지 전송 및 IFS(Inter-Frame Space) 오버헤드를 고려하여 다음의 [수학식 14]와 같이 계산할 수 있다.If the IEEE 802.11 WLAN protocol is used as the transmission protocol, the ACK message may be calculated as shown in Equation 14 in consideration of additional ACK message transmission and IFS (Inter-Frame Space) overhead.

여기서, T_ack는 ACK 메시지 전송시간, T_SIFS는 SIFS(Short Inter-Frame Space) 전송시간을 의미한다. 각 자원의 전송시간(타임슬롯 길이)은 스케쥴링의 복잡도에 따라 다음 두 가지 방식으로 결정이 가능하고 선택적으로 사용이 가능하다.Here, T _ack means ACK message transmission time, T _SIFS means SIFS (Short Inter-Frame Space) transmission time. The transmission time (time slot length) of each resource can be determined in two ways depending on the complexity of scheduling and can be selectively used.

첫 번째 방식은 각 링크에 할당되는 자원량(자원 사용 시간)을 동일하게 결정하는 방법으로, 각 링크에서 필요로 하는 자원 사용 시간의 최대 값으로 다음의 [수학식 15]와 같이 결정한다. 도 6은 본 발명에 따른 자원 사용 시간이 동일하게 할당되는 경우(6홉 전송 시)에 대한 일실시예 설명도이다.In the first method, the amount of resources (resource usage time) allocated to each link is equally determined. The maximum value of resource usage time required for each link is determined as shown in Equation 15 below. FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a case in which resource usage time according to the present invention is equally allocated (when transmitting 6 hops). FIG.

이와 같이 결정될 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 각 자원의 사용 시간이 T로 동일하게 할당되는데 가장 전송 시간이 긴 노드 5→6으로의 전송 시간에 의해서 결정된다. 즉, 모든 링크에게 동일한 자원 사용 시간을 할당하는 방식은, 전송 데이터의 QoS 정보와 전송 경로상의 모든 링크들의 전송률을 고려하여 모든 노드에서 필요로 하는 전송 시간의 최대치로 결정한다. 이와 같은 방법을 사용할 경우 모든 링크마다 사용하는 자원량이 같으므로, 이 자원 길이 정보를 알려주는데 드는 오버헤드가 줄어들고, 도 1에서 스케쥴링(Scheduling) 과정(12)을 간략화할 수 있다는 장점이 있다.In this case, as shown in FIG. 6, the usage time of each resource is equally allocated to T, which is determined by the transmission time from the node 5 to the longest transmission time. That is, the method of allocating the same resource usage time to all links is determined as the maximum value of the transmission time required by all nodes in consideration of QoS information of transmission data and transmission rates of all links on the transmission path. In this method, since the amount of resources used is the same for all links, the overhead of informing this resource length information is reduced, and the scheduling process 12 in FIG. 1 can be simplified.

두 번째 방식은 사용 자원에 따라 각 링크에 할당되는 자원 사용 시간을 다르게 결정하는 방법으로, 도 4에 도시된 바와 같이 각 자원마다 사용하는 시간이 달라진다. 따라서 각 자원의 사용 시간은 동시 전송 링크별로 결정되며, 다음의 [수학식 16]과 같이 동시 전송 링크들간에 필요로 하는 전송 시간의 최대 값으로 결정된다. 즉, 사용 자원에 따라 다른 시간을 할당하는 방법은, 전송 데이터의 QoS 정보와 동시 전송 링크들간의 전송률을 고려하여 각각의 동시 전송 노드에서 필요로 하는 전송 시간의 최대치로 결정한다.The second method is to determine the resource usage time allocated to each link differently according to the resource used, and the time used for each resource is different as shown in FIG. Accordingly, the usage time of each resource is determined for each simultaneous transmission link, and is determined as the maximum value of the transmission time required between the simultaneous transmission links as shown in Equation 16 below. That is, the method of allocating different time according to the used resource is determined by the maximum value of the transmission time required by each simultaneous transmission node in consideration of the QoS information of the transmission data and the transmission rate between the simultaneous transmission links.

4. 전송전력제어(Transmit Power Control, TPC) 동작 과정4. Transmit Power Control (TPC) Operation Process

멀티홉 데이터 전송 시 단말의 이동 등으로 인하여 토폴로지나 채널이 변하는 경우 링크간 간섭이 발생할 수 있다. 이는 데이터 충돌로 이어져 멀티홉 전송의 QoS를 저해하게 된다. 이와 같이 간섭 및 충돌이 발생할 경우에는 TPC 동작을 통해 간섭을 없애고 전송을 신속하게 재개할 수 있다.Inter-link interference may occur when the topology or channel changes due to the movement of the terminal during multi-hop data transmission. This leads to data collisions, which hinders QoS of multi-hop transmissions. In the case of such interference and collision, TPC operation can eliminate interference and resume transmission quickly.

도 7은 본 발명에 따른 전송전력제어(Transmit Power Control, TPC) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도이다.7 is a diagram illustrating an embodiment of an operation of a transmit power control (TPC) according to the present invention.

수신 노드는 충돌 발생 시 간섭을 주는 해당 단말을 인지하고, 이 해당 단말에게 TPC를 수행하도록 요청한다. TPC 요청은 제어 패킷을 통하여 간섭을 주는 해당 단말에게 전달된다. 간섭을 미치는 단말, 즉 TPC를 수행해야 하는 단말은 송신 파워를 줄여야 하며, 할당된 자원의 타임슬롯(timeslot)을 다 사용하도록 하여 최대한 송신 파워를 낮춘다.(송신 파워를 낮추면 전송 데이터 레이트가 낮아지므로 할당된 자원의 실제 사용시간이 증가한다.) 도 7에서 간섭을 미치는 노드 4의 경우 전송 파워를 낮추고 전송 자원의 사용 시간을 다 사용하게 된다. 이때, 전송 파워를 낮추어 전송하므로 노드 2로의 간섭이 완화된다.The receiving node recognizes a corresponding terminal that interferes with a collision and requests the corresponding terminal to perform a TPC. The TPC request is transmitted to the corresponding terminal that interferes through the control packet. The interfering terminal, i.e., the terminal that needs to perform the TPC, should reduce the transmission power, and reduce the transmission power as much as possible by using the timeslot of the allocated resources. (Reducing the transmission power lowers the transmission data rate. The actual usage time of the allocated resource increases.) In the case of the interfering node 4 in FIG. 7, the transmission power is lowered and the usage time of the transmission resource is used up. At this time, since the transmission power is lowered and transmitted, interference to the node 2 is alleviated.

이와 같은 전송 파워 값을 결정하는 동작은 다음의 [수학식 17]에 의해서 송신 파워를 결정하는 것과 동일하다.The operation of determining the transmission power value is the same as that of determining the transmission power by the following Equation 17.

5. 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정5. Rescheduling Operation Process

간섭 발생 시 TPC를 수행했음에도 불구하고 추가적인 토폴로지 및 채널 변화로 인해 링크간 간섭이 발생할 수 있는데, 이와 같은 경우 간섭 링크간에 재스케쥴링(rescheduling)을 통해 사용 자원을 분리하여 간섭을 없애고 전송을 재개하도록 한다. 또한, TPC를 통해 간섭을 없앨 수 없는 경우(즉, 간섭을 미치는 노드가 할당된 자원을 다 사용하고 있을 때)에 해당 자원 부분에 대해서 재스케쥴링(rescheduling)을 수행한다.Interference can occur due to additional topology and channel changes even though TPC is performed when interference occurs. In such a case, re-scheduling between the interfering links separates the used resources to eliminate interference and resume transmission. . In addition, when interference cannot be eliminated through the TPC (that is, when the interfering node is using up the allocated resources), rescheduling is performed on the corresponding resource part.

도 8은 본 발명에 따른 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도이다.8 is a diagram illustrating an embodiment of a rescheduling operation process according to the present invention.

충돌 발생 시 간섭을 주는 해당 단말을 인지하고, 이 해당 단말과 서로 자원을 분리하여 사용하도록 재스케쥴링(rescheduling) 수행을 요청한다. 재스케쥴링 수행 요청은 제어 패킷을 통하여 간섭을 주는 해당 단말에게 전달된다. 재스케쥴링 시에 결정되는 각 링크의 자원 사용 시간 T_i 값은 원래 해당 링크가 사용하려고 했던 송신 시간(TX time) 값을 그대로 사용하여 간섭 없이 QoS를 만족하면서 전송하도록 해준다. 추후에 각 링크별 자원 사용 시간은 가능한 전송률을 다시 계산하여 재설정할 수 있다.
When a collision occurs, the terminal recognizes the interference and requests rescheduling to separate resources from the terminal. The request for performing rescheduling is transmitted to the corresponding terminal that interferes through the control packet. The resource usage time T _i value of each link determined at the time of rescheduling allows the transmission while satisfying the QoS without interference by using the TX time value originally intended for the link. In the future, the resource usage time for each link can be reset by recalculating the possible data rates.

6. 재라우팅(rerouting) 동작 과정6. Rerouting Operation Process

TPC와 재스케쥴링(rescheduling)으로 간섭 및 충돌 문제가 해결되지 않는 경우에는 재라우팅(rerouting)을 수행한다. 재라우팅은 초기 연결 설정을 위한 라우팅(routing) 동작을 통해 처음부터 다시 수행할 수도 있고, 워스트 노드(worst node)를 결정하고 해당 워스트 노드의 주변에서만 다시 경로를 탐색하는 방식으로도 수행이 가능하다. 여기에서는 전송경로 상에서 워스트 노드를 결정하고 재라우팅하는 방식을 설명한다.If rescheduling with TPC does not solve the interference and collision problem, rerouting is performed. Rerouting can be performed again from the beginning through a routing operation for initial connection establishment, or can be performed by determining the worst node and searching the route only around the corresponding worst node. . This section describes how to determine and reroute worst nodes on a transmission path.

도 9는 본 발명에 따른 워스트 노드(worst node)의 판단 조건에 대한 일실시예 설명도이다.9 is a diagram illustrating an embodiment of a determination condition of a worst node according to the present invention.

i, j, k 노드가 순서대로 연결되어 멀티홉 전송을 수행할 때, j 노드가 워스트 노드(worst node)가 되는 경우에는 R_ij<α 또는 R_jk<α 또는 T_j<β인 경우이다. 여기에서 R_ij는 송신 노드 i와 수신 노드 j 간의 전송률을 나타내며, T_j는 j 노드의 생존시간을 나타내며, α와 β는 각각 만족해야 하는 전송률과 생존시간에 대한 임계치(threshold)를 나타낸다. 따라서 노드 j와 연결된 두 링크의 전송률 또는 노드 j 자체의 생존시간이 정해진 임계치를 넘지 못하면 노드 j는 워스트 노드로 판단된다. 이와 같은 경우에 전체 전송경로 상의 전송률 및 생존시간을 보장하기 위해서는 첫째, 워스트 노드를 제거하고 노드 i와 노드 k를 직접 연결하거나, 둘째, 노드 j를 제거하고 주변의 다른 노드로 대체하거나, 셋째, 노드 j를 놔두고 주변 다른 노드를 전송경로 상에 추가하는 세 가지 방식 중 어느 한 방식을 선택적으로 사용할 수 있다.When i, j, and k nodes are connected in sequence to perform multi-hop transmission, when j node becomes a worst node, it is a case where R _ij <α or R _jk <α or T _j <β. Here, R _ij represents the transmission rate between the transmitting node i and the receiving node j, T _j represents the survival time of the j node, and α and β represent thresholds for the transmission rate and the survival time that must be satisfied, respectively. Therefore, if the transmission rate of the two links connected with the node j or the survival time of the node j itself does not exceed the predetermined threshold, the node j is determined to be a worst node. In this case, in order to guarantee the transmission rate and survival time in the entire transmission path, first, the worst node is removed and node i and node k are directly connected, second, node j is removed and replaced with other neighboring nodes. You can optionally use one of three ways to leave node j and add other nodes on the transmission path.

도 10은 워스트 노드를 제거하는 경우에 대한 일실시예 설명도이다.10 is a diagram illustrating an embodiment of removing a worst node.

워스트 노드(worst node)를 제거하고 노드 i와 노드 k를 직접 연결하는 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 R_ik>α이면서 T_i>β를 만족하는 조건이 성립되는 경우이다. 이 경우에는 노드 j가 없더라도 i→k간 링크를 직접 연결하면서 i→k간 전송률 및 송신 노드 i의 송신전력변화에 따른 생존시간 T_i가 정해진 임계치(threshold)를 만족시키면 이와 같이 워스트 노드를 제거하고 직접 연결할 수 있다.If you remove the worst node (worst node), and a direct connection between the node i and the node k, while R _ik> α as shown in FIG. 10 is a case where the condition satisfying T _i> β is satisfied. In this case, even if there is no node j, if the link between i → k is directly connected and the survival time T _i according to the transmission rate between i → k and the transmission power of the transmitting node i satisfies the predetermined threshold, the worst node is removed. Can be connected directly.

도 11은 워스트 노드를 대체하는 경우에 대한 일실시예 설명도로서, 워스트 노드를 주변의 새로운 노드로 대체하는 경우를 나타내고 있다.11 is a diagram illustrating an example of replacing a worst node, and illustrates a case of replacing a worst node with a new neighboring node.

새로운 노드 l을 찾아서 i→l→k로 경로를 연결하였을 때 R_il>α, R_lk>α, T_i>β, T_l>β의 조건들을 동시에 만족하는 경우에 노드 l을 사용할 수 있다.When a new node l is found and the paths are connected from i → l → k, node l can be used when conditions of Ri _il > α, R _lk > α, T _i > β, and T _l > β are satisfied simultaneously.

도 12는 워스트 노드 주변에 새로운 노드를 추가하는 경우에 대한 일실시예 설명도이다.12 is a diagram illustrating an embodiment of adding a new node around the worst node.

두 가지 경우가 존재하는데, 케이스 I은 R_jk<α 또는 T_j<β인 경우에 발생하며, 이때는 j→k 링크 상에 새로운 노드 l이 추가된다. 이때, 추가되는 노드 l은 R_jl>α, R_lk>α, T_j>β, T_l>β 조건들을 모두 만족해야 한다. 케이스 II는 R_ij<α인 경우에 발생하며, 이때는 i→j 링크 상에 새로운 노드 l이 추가된다. 이때, 추가되는 노드 l은 R_il>α, R_lj>α, T_i>β, T_l>β를 모두 만족해야 한다.There are two cases, where case I occurs when R _jk <α or T _j <β, where a new node l is added on the j → k link. At this time, the added node l must satisfy all conditions R _jl > α, R _lk > α, T _j > β, and T _l > β. Case II occurs when R _ij <α, where a new node l is added on the i → j link. At this time, the added node l must satisfy both R _il > α, R _lj > α, T _i > β, and T _l > β.

전술한 워스트 노드(worst node) 발생 시 전체 링크의 전송률과 생존시간을 보장하기 위한 세 가지 방식(제거, 대체, 추가)은 선택적으로 어느 한 방식을 선택할 수도 있고, 두 가지 이상의 방식을 동시에 적용할 수도 있다.The three methods (removal, replacement, addition) for guaranteeing the transmission rate and survival time of the entire link in case of the above-described worst node may be optionally selected, or two or more methods may be applied simultaneously. It may be.

또한, 워스트 노드의 판단 및 해결 방식에서 사용된 메트릭(metric) 값인 전송률 R은 링크 품질(quality)을 나타내는 다양한 메트릭으로 대체 가능하다. 예를 들면, SINR 값, SNR 값, RSS 값, 채널 이득 값 등으로 대체가 가능하다. 또한, 사용한 노드의 생존시간 T 대신에 에너지 잔량 E, 노드의 속도에 해당하는 값, 노드의 케이퍼빌러티(capability)에 해당되는 다른 여러 값으로 대체가 가능하다.
In addition, the transmission rate R, which is a metric value used in the determination and resolution method of the worst node, may be replaced with various metrics indicating the link quality. For example, the SINR value, the SNR value, the RSS value, the channel gain value, and the like can be replaced. In addition, instead of the survival time T of the used node, it is possible to replace the energy remaining amount E, a value corresponding to the speed of the node, and various other values corresponding to the node capability.

7. IEEE 802.11 프로토콜 기반 동작 과정7. IEEE 802.11 protocol based operation process

전술한 스케쥴링(scheduling), TPC, 재스케쥴링(rescheduling) 동작을 IEEE 802.11 무선랜 프로토콜에 적용하여 본 발명에서 제안하는 방식들의 실제적인 동작을 검증할 수 있다.The above-described scheduling, TPC, and rescheduling operations may be applied to the IEEE 802.11 WLAN protocol to verify the actual operation of the schemes proposed by the present invention.

도 13은 IEEE 802.11 프로토콜의 애드혹 모드(Ad Hoc Mode)에서의 전송 프레임웍의 일예시도이다.FIG. 13 shows an example of a transmission framework in an ad hoc mode of the IEEE 802.11 protocol.

직접 통신하는 노드간 동기가 맞으면 슈퍼프레임(superframe)의 시작 시에 비컨 메시지를 주고받게 된다. 비컨 인터벌(beacon interval) 내에서 전송 구간은 ATIM(Announcement Traffic Indication Message) 윈도우(window)와 데이터 전송 구간으로 나뉜다. ATIM 윈도우 구간 동안에는 단말간에 핸드쉐이크(handshake)를 통하여 서로 주고받을 데이터가 있음을 알려준다. 이는 ATIM 패킷과 이에 대한 ACK 패킷을 송수신 노드간에 교환함으로써 이루어진다. ATIM 메시지를 전송한 노드는 바로 다음 데이터 전송 구간에서 컨텐션(contention) 기반으로 데이터 패킷을 전송하고, 그에 대한 ACK를 수신함으로써 전송을 완료한다. ATIM 윈도우 구간 동안에 ATIM 메시지를 교환한 노드들은 데이터 전송기간 동안에 어웨이크(Awake)하여 데이터 송수신을 수행하고, ATIM 메시지를 교환하지 않는 노드들은 데이터 전송기간 동안에 도우즈(doze)하여 전력소모를 줄인다. 이와 같은 과정이 매 비컨(beacon) 주기마다 반복적으로 수행된다.If the synchronization between nodes communicating directly is correct, beacon messages are sent and received at the start of the superframe. Within the beacon interval, the transmission interval is divided into an Announcement Traffic Indication Message (ATIM) window and a data transmission interval. During the ATIM window period, the UE notifies that there is data to be exchanged with each other through a handshake. This is accomplished by exchanging ATIM packets and ACK packets for them between the transmitting and receiving nodes. The node transmitting the ATIM message completes the transmission by transmitting a data packet based on contention in the next data transmission interval and receiving an ACK. Nodes that exchange ATIM messages during the ATIM window period awake during data transmission to perform data transmission and reception, and nodes that do not exchange ATIM messages doze during data transmission to reduce power consumption. This process is repeatedly performed every beacon cycle.

도 14는 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 전송 프레임웍(서로 다른 크기의 자원 할당의 경우)의 일실시예 구조도로서, IEEE 802.11 프로토콜에 본 발명에 따른 멀티홉 전송 방법을 적용했을 때의 멀티홉 전송 프레임웍의 구조를 나타내고 있다.FIG. 14 is a structural diagram of an embodiment of a multi-hop transmission framework according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol (in case of resource allocation of different sizes), which is a case where the multi-hop transmission method according to the present invention is applied to the IEEE 802.11 protocol. The architecture of a multihop transport framework is shown.

도 14의 경우는 서로 다른 크기의 자원을 할당하는 경우에 해당된다. 여기에서는 MTIM(Multihop Traffic Indication Message) 패킷을 정의하고 이를 전송할 수 있는 구간을 비컨 인터벌(beacon interval) 내에 할당한다. 이를 위해 비컨(beacon) 패킷은 바로 다음에 MTIM 전송이 있다는 것을 명시하는 인디케이션(indication)을 포함한다.14 corresponds to a case of allocating resources of different sizes. In this case, MTIM (Multihop Traffic Indication Message) packet is defined and an interval in which it can be transmitted is allocated within a beacon interval. To this end, the beacon packet contains an indication that specifies that there is an MTIM transmission immediately following.

MTIM 패킷은 비컨(beacon) 패킷 다음에 T_MTIM 구간 동안 전송되며, 첫 MTIM 패킷은 다른 멀티홉 전송 단말을 고려하여 컨텐션(contention) 방식에 의해 랜덤하게 전송 시작시간을 결정한다. MTIM 패킷은 연결된 단말간 멀티홉 전송이 있음을 알려주는데, 이 MTIM 패킷에 포함되는 정보는 다음과 같다.The MTIM packet is transmitted during the T _MTIM period after the beacon packet, and the first MTIM packet is randomly determined by the contention method in consideration of other multi-hop transmitting terminals. The MTIM packet indicates that there is multi-hop transmission between connected terminals, and the information included in the MTIM packet is as follows.

① 비컨 인터벌(beacon interval) 내에 할당되는 시간길이 정보: T_MTIM, T_ATIM, T_multihop, T₁, T₂, T₃, T_contention ① time length information allocated within the beacon interval: T _MTIM , T _ATIM , T _multihop , T ₁ , T ₂ , T ₃ , T _contention

② 사용 자원 수 N 값② N number of resources used

③ 홉 번호별 사용 링크 번호 정보③ Use link number information by hop number

④ 라우팅 경로(path) 정보(S,…,i,j,k,…,D)④ routing path information (S,…, i, j, k,…, D)

⑤ 링크별 TPC 사용 여부 정보(ON=1/OFF=0)⑤ Information on TPC usage by link (ON = 1 / OFF = 0)

이때, MTIM 전송 구간의 길이(T_MTIM)는 다음의 [수학식 18]과 같이 결정될 수 있다.In this case, the length T _MTIM of the MTIM transmission interval may be determined as shown in Equation 18 below.

여기에서 t_beacon, t_MTIM, t_SIFS는 각각 비컨(beacon), MTIM 패킷을 전송하는데 걸리는 시간과, SIFS 시간을 나타낸다. 또한, t_add는 첫 번째 MTIM 패킷의 컨텐션(contention) 기반 전송을 위해 추가적으로 할당되는 시간이다. T_MTIM 시간은 전송경로 상의 노드 수에 비례하여 교환해야 하는 MTIM의 개수가 증가하므로 그 길이가 늘어나게 된다.In this case, t _beacon , t _MTIM , and t _SIFS represent time for transmitting a beacon, MTIM packet, and SIFS time, respectively. In addition, t _add is a time allocated additionally for contention-based transmission of the first MTIM packet. The T _MTIM time increases because the number of MTIMs to be exchanged increases in proportion to the number of nodes on the transmission path.

기존 802.11 애드혹 모드의 동작과 호환성을 유지하기 위해 ATIM 윈도우와 컨텐션(contention) 기반의 데이터 전송 구간은 그대로 유지되며, 이를 위해 할당되는 T_ATIM과 T_contention 길이는 T_MTIM과 T_multihop을 할당한 후 남은 시간 내에서 적절히 결정한다. ATIM과 T_contention에서의 동작은 기존 802.11 프로토콜의 동작과 동일하다.To maintain compatibility with conventional 802.11 ad-hoc mode operation ATIM window and the contention (contention) data transmission interval of the base are maintained, T _ATIM allocated for this purpose and T _contention The length is appropriately determined within the time remaining after allocating T _MTIM and T _multihop . The operation of ATIM and T _contention is the same as that of the existing 802.11 protocol.

MTIM 메시지는 T_MTIM 구간에서 각 노드에 의해 브로드캐스트된다. MTIM을 전송한 노드는 상대 노드가 동일한 MTIM을 브로드캐스트하는 것을 인지함으로써 제대로 전송이 되었음을 알 수 있다. 따라서 데이터 전송 시 일반적으로 응답해야 하는 ACK 패킷 전송이 생략될 수 있다. 또한, 각 MTIM 패킷 전송 사이의 간격은 SIFS 간격을 사용하여 멀티홉 전송에 참여하지 않는 타 단말의 방해 없이 연속적인 MTIM 전송을 보장한다.The MTIM message is broadcast by each node in the T _MTIM interval. The node sending the MTIM knows that the other node broadcasts the same MTIM. Therefore, transmission of an ACK packet, which should generally be responded to during data transmission, can be omitted. In addition, the interval between each MTIM packet transmission ensures continuous MTIM transmission without the interference of other terminals that do not participate in multi-hop transmission using the SIFS interval.

모든 멀티홉 전송에 참여하는 단말은 T_MTIM과 T_ATIM 구간 및 데이터 송수신 구간에서는 어웨이크(awake) 상태를 유지하고, 송수신 이외의 시간은 도우즈(doze) 상태로 전환하여 전력소모를 줄이게 된다.The UE participating in all multi-hop transmissions maintains an awake state in the T _MTIM and T _ATIM intervals and the data transmission / reception intervals, and reduces power consumption by switching to a doze state other than transmission and reception.

T_MTIM 기간 동안에 다른 주변 노드들(Others)은 멀티홉 전송이 있음을 알 수 있으며, MTIM이 전송되기 시작하면 채널(channel)이 비지(busy)가 되기 때문에 일련의 MTIM 전송이 끝날 때까지는 이를 방해할 수 없다.T _MTIM During this period, other neighbors can see that there are multi-hop transmissions, and since the channel becomes busy when the MTIM begins to transmit, it may interfere until the end of a series of MTIM transmissions. none.

MTIM 패킷들이 매번 비컨 인터벌(beacon interval) 내에서 전송되어야 한다면, 이들이 차지하는 오버헤드가 클 수 있으므로 이를 감소시킬 수 있는 방안으로 다음과 같은 방법들을 고려한다.If MTIM packets are to be transmitted each time within a beacon interval, the overhead they occupy can be large, so the following methods are considered as a way to reduce the overhead.

첫째, 만약 이전에 전송한 정보와 이번에 전송할 정보들이 동일하다면 매 비컨(beacon) 주기마다 MTIM이 전송될 때 이전 정보와 변화가 없음을 알리는 인디케이션(indication)만 전송하도록 한다.First, if the previously transmitted information is the same as the information to be transmitted this time, only the indication indicating that there is no change with the previous information when the MTIM is transmitted every beacon period.

둘째, 변경된 정보가 적을 경우에는 변경된 값만 따로 언급하여 MTIM 정보를 압축하여 전송하도록 한다.Second, when there is little changed information, only the changed value is mentioned separately to compress and transmit the MTIM information.

도 15는 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 전송 프레임웍(동일 크기의 자원 할당의 경우)의 일실시예 구조도이다.15 is a structural diagram of an embodiment of a multi-hop transmission framework (in the case of resource allocation of the same size) according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol.

만약, 도 6에서 전술한 바와 같이 자원 사용 시간이 동일하게 할당되는 경우에는 MTIM 패킷의 전송 없이 도 15에 도시된 바와 같은 전송 프레임웍을 사용하여 멀티홉 전송이 가능하다. 즉, 각 사용 자원별로 할당되는 시간 정보를 알려줄 필요가 없으므로, MTIM 패킷을 전송하지 않고 동일하게 할당되는 자원량에 대한 정보를 비컨(beacon) 내에 포함하여 브로드캐스트함으로써 자원의 사용 시간을 모든 노드에게 알려준다. 이러한 방식은 MTIM 패킷 전송 오버헤드를 현저히 줄이며, 기존 802.11 프로토콜과 호환성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 이외의 멀티홉 전송에 대한 동작은 앞에서 설명한 내용과 동일하므로 그 설명을 생략하기로 한다.
If the resource usage time is equally allocated as described above in FIG. 6, multi-hop transmission is possible using the transmission framework shown in FIG. 15 without transmitting the MTIM packet. That is, since it is not necessary to inform the time information allocated to each used resource, the node uses the beacon and broadcasts information on the same amount of allocated resource without transmitting the MTIM packet to inform all nodes of the time of use of the resource. . This approach significantly reduces the overhead of MTIM packet transmission and has the advantage of maintaining compatibility with existing 802.11 protocols. Since the operation of the multi-hop transmission is the same as described above, the description thereof will be omitted.

7-1. 802.11 프레임웍에서 TPC 동작 과정7-1. How TPC Works in the 802.11 Framework

도 16은 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 TPC 동작 과정에 대한 일실시예 설명도이다.16 is a diagram illustrating an embodiment of a multihop TPC operation process according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol.

충돌이 발생하여 수신을 못한 단말은 간섭을 주는 해당 단말을 인지하고, 이 해당 단말에게 TPC를 수행하도록 요청한다. TPC 수행 요청은 MTIM 전송 시 해당 노드의 TPC 수행 여부를 온(ON)으로 셋팅하여 포워딩(forwarding)하는 방식으로 이루어진다.The terminal, which has not received the collision, recognizes the terminal that interferes with the terminal and requests the terminal to perform a TPC. The TPC execution request is made by forwarding the MTIM transmission by setting whether the node performs TPC.

이때, 마스터(master) 역할을 하는 소스 노드도 변경된 MTIM 메시지 정보를 알 수 있도록 리버스 포워딩(reverse forwarding)도 함께 수행한다.(이때, 서로 다른 방향으로 MTIM이 전송되므로 MTIM 간에는 간섭/충돌이 없다.) TPC를 수행해야 하는 단말이 줄이는 전송 파워 레벨(Transmit power level)은 주어진 타임슬롯(timeslot)을 다 사용하도록 함으로써 최대한 낮출 수 있는 파워로 결정된다.
At this time, the source node serving as a master also performs reverse forwarding so that the changed MTIM message information can be known. (At this time, since MTIM is transmitted in different directions, there is no interference / collision between MTIMs. ) The transmit power level reduced by the UE that needs to perform the TPC is determined as the power that can be lowered as much as possible by using a given timeslot.

7-2. 802.11 프레임웍에서 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정7-2. Rescheduling Behavior in the 802.11 Framework

도 17은 IEEE 802.11 프로토콜에 기반한 본 발명에 따른 멀티홉 재스케쥴링(rescheduling) 동작 과정에 대한 일실시예 설명도이다.17 is a diagram illustrating an embodiment of a multi-hop rescheduling operation process according to the present invention based on the IEEE 802.11 protocol.

충돌이 발생하여 수신을 못한 단말은 간섭을 주는 해당 단말을 인지하고, 이 해당 단말에게 재스케쥴링(rescheduling)을 수행하도록 요청한다. 재스케쥴링 수행 요청은 MTIM 전송 시 스케쥴링 관련 정보를 수정하고 이를 전달함으로써 가능하다. 이때, 수정이 필요한 정보는 다음과 같다.The terminal, which has not received the collision, recognizes the terminal that interferes with the terminal and requests the terminal to perform rescheduling. The request for performing rescheduling is possible by modifying scheduling information and transmitting it in the MTIM transmission. At this time, the information that needs to be corrected is as follows.

① 시간길이 정보: T_multihop, T₁, T₂, T₃, T_contention ① Time length information: T _multihop , T ₁ , T ₂ , T ₃ , T _contention

② 사용 홉 수 N 값(=사용 타임슬롯 수)② Number of hops used N value (= number of timeslots used)

이때, 마스터(master) 역할을 하는 소스 노드도 변경된 MTIM 메시지 정보를 알 수 있도록 리버스 포워딩(reverse forwarding)도 함께 수행한다. 수정된 MTIM 정보를 전달받은 각 노드들은 새로운 정보를 기반으로 각 할당된 자원 영역에서 데이터를 전송하게 된다.
At this time, the source node serving as the master also performs reverse forwarding so that the changed MTIM message information can be known. Each node receiving the modified MTIM information transmits data in each allocated resource region based on the new information.

8. 본 발명에 따른 멀티홉 전송 방법의 성능 검증8. Performance Verification of Multi-hop Transmission Method According to the Present Invention

본 발명에 따른 멀티홉 전송 방법을 적용한 경우와 기존 방식의 성능 비교 결과를 시뮬레이션을 통하여 다음과 같이 도출하였다.The performance comparison result of the multi-hop transmission method according to the present invention and the conventional method are derived through the simulation as follows.

아래의 [표 1]은 시뮬레이션에 사용된 파라미터 값을 나타내고 있다.Table 1 below shows parameter values used in the simulation.

기존의 IEEE 802.11 애드혹(Ad Hoc) 방식은 고정된 PSM 주기를 사용하여 100ms의 배수로 비컨 인터벌(beacon interval)이 결정되며, TPC를 사용하지 않는다. 반면에, 본 발명은 레이트(rate) 요구사항을 고려하여 PSM 주기를 가변시키며, TPC를 사용한다. 따라서 성능 분석은 고정된 PSM 길이(고정된 자원량)를 사용하는 기존 방식(도 6에서 설명한 방식)과, 가변 PSM 길이를 사용하는 제안 방식(도 13에서 설명한 방식)과, 가변 PSM 길이를 사용하고 TPC를 추가 수행하는 방식(도 6에서 설명한 방식에 도 7에서 설명한 TPC를 적용한 경우)을 비교하였다.
In the conventional IEEE 802.11 ad hoc scheme, a beacon interval is determined in a multiple of 100 ms using a fixed PSM period, and does not use a TPC. On the other hand, the present invention uses a TPC to vary the PSM period in consideration of rate requirements. Therefore, performance analysis uses the traditional method (fixed resource size) using the fixed PSM length (fixed resource amount), the proposed method using variable PSM length (type described in FIG. 13), and the variable PSM length. The method of additionally performing the TPC (when the TPC described in FIG. 7 is applied to the method described in FIG. 6) was compared.

8-1. 전체 전력 소모(Total Power Consumption) 비교 결과8-1. Total Power Consumption Comparison Results

도 18은 전체 전력 소모(Total Power Consumption) 비교 결과(요구 레이트= 100Kbps일 때)에 대한 일예시도이고, 도 19는 전체 전력 소모(Total Power Consumption) 비교 결과(요구 레이트=1Mbps일 때)에 대한 일예시도로서, 각각 종단간 요구 레이트(end-to-end required rate)가 100Kbps와 1Mbps인 경우에 대해 전체 전력 소모량을 비교한 그래프를 나타내고 있다.FIG. 18 shows an example of a result of comparing total power consumption (when demand rate = 100 Kbps), and FIG. 19 shows a result of comparing total power consumption (when demand rate = 1 Mbps). As an example, a graph comparing the total power consumption for the case where the end-to-end required rate is 100 Kbps and 1 Mbps, respectively.

도 18과 도 19에서 전체 전력 소모량은 멀티홉 전송에 참여하는 모든 노드들이 소비하는 전체 전력량을 보여준다. 가변 PSM 길이를 사용하는 제안 방식(Proposed Variable PSM, 삼각형으로 표시)과 가변 PSM 길이를 사용하고 TPC를 추가 수행하는 방식(Proposed PSM+TPC, 원으로 표시)은 기존 방식(Conventional PSM, 사각형으로 표시) 대비 슬립(sleep)하는 시간이 늘어나 전력 절감 효과가 발생하고, TPC 동작을 통해 추가적으로 전송 파워를 줄임으로써 더 큰 전력 절감 효과가 발생하여 기존 방식에 비해 전체 전력 소모량이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
In FIG. 18 and FIG. 19, the total power consumption shows the total power consumed by all nodes participating in the multihop transmission. Proposed methods that use variable PSM lengths (indicated by triangles) and those that use variable PSM lengths and perform additional TPCs (Proposed PSM + TPC, circled) are the traditional methods (Conventional PSMs, rectangles). It can be seen that the power saving effect is increased by increasing the time to sleep compared to), and further reduction of the transmission power through the TPC operation results in a larger power saving effect.

8-2. 아우티지 확률(Outage Probability) 비교 결과8-2. Outage Probability Comparison Results

도 20은 아우티지 확률(Outage Probability) 비교 결과(요구 레이트=100Kbps일 때)에 대한 일예시도이고, 도 21은 아우티지 확률(Outage Probability) 비교 결과(요구 레이트=1Mbps일 때)에 대한 일예시도로서, 각각 종단간 요구 레이트(end-to-end required rate)가 100Kbps와 1Mbps인 경우에 대해 아우티지 확률을 비교한 그래프를 나타내고 있다.FIG. 20 is an example of an Outage Probability comparison result (when demand rate = 100 Kbps), and FIG. 21 is an example of Outage Probability comparison result (when request rate = 1 Mbps). As an example, a graph comparing the probability of outage is shown for the case where the end-to-end required rate is 100 Kbps and 1 Mbps, respectively.

도 20과 도 21에서 아우티지 확률(Outage Probability)은 요구되는 전송률을 만족시키지 못할 확률을 나타낸다. 가변 PSM 길이를 사용하는 제안 방식(Proposed Variable PSM, 삼각형으로 표시)과 가변 PSM 길이를 사용하고 TPC를 추가 수행하는 방식(Proposed PSM+TPC, 원으로 표시)은 기존 방식(Conventional PSM, 사각형으로 표시) 대비 비컨(beacon) 주기가 짧아져 종단간(end-to-end) 전송률이 높아지므로 아우티지 확률(Outage Probability)이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
Outage probability in FIG. 20 and FIG. 21 indicates a probability of not satisfying the required transmission rate. Proposed methods that use variable PSM lengths (indicated by triangles) and those that use variable PSM lengths and perform additional TPCs (Proposed PSM + TPC, circled) are the traditional methods (Conventional PSMs, rectangles). As the beacon period is shortened compared to the Rx, the end-to-end transmission rate is increased, so the outage probability is lowered.

8-3. 생존시간(lifetime) 비교 결과8-3. Lifetime comparison results

도 22는 생존시간(lifetime) 비교 결과에 대한 일예시도이다.22 is an exemplary view of the results of comparing the lifetime.

도 22는 기존의 최단 홉 라우팅(shortest hop routing) 방식(Conventional Shortest Hop Routing, 사각형으로 표시)을 사용하는 경우와 본 발명에 따른 멀티홉 전송의 일실시예인 가변 PSM 길이를 사용하는 방식(Proposed Routing+PSM, 삼각형으로 표시)과 가변 PSM 길이를 사용하고 TPC를 추가 수행하는 방식(Proposed Routing+PSM+TPC, 원으로 표시)에 대해, 생존시간(lifetime)을 비교한 그래프를 나타내고 있다.FIG. 22 illustrates a case in which a conventional shortest hop routing scheme (Conventional Shortest Hop Routing (represented by a rectangle)) is used and a scheme using a variable PSM length which is an embodiment of multi-hop transmission according to the present invention. + PSM, represented by a triangle) and a variable PSM length, and using the TPC (Proposed Routing + PSM + TPC, circle) shows a comparison of the lifetime (lifetime).

도 22에서 생존시간(lifetime)은 경로 설정 후 경로상의 어떤 노드가 배터리를 모두 소진하여 더 이상 경로 유지가 불가능할 때까지 걸린 시간으로 정의된다. 기존의 최단 홉 라우팅(shortest hop routing) 방식의 경우 노드 특성 정보를 이용하지 않으므로 일정한 성능을 보이는 반면에, 본 발명에 따른 방식들은 노드의 에너지 잔량과 연결 링크간 전송률을 고려하고 PSM 또는 TPC를 사용하므로 기존 방식에 비해 생존시간(lifetime)이 증가하고, 연결 가능한 노드 수가 많아질수록 생존시간(lifetime)이 증가(노드 다이버시티 효과)함을 확인할 수 있다.
In FIG. 22, the life time is defined as a time taken after a path is set until a node on the path runs out of battery and no longer maintains the path. In the conventional shortest hop routing scheme, since the node characteristic information is not used, the performance of the shortest hop routing scheme is constant, whereas the schemes according to the present invention consider the remaining energy of the node and the transmission rate between the connection links, and use PSM or TPC. Therefore, it can be seen that the life time increases compared to the conventional method, and as the number of connectable nodes increases, the life time increases (node diversity effect).

한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 멀티홉 전송 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.On the other hand, the multi-hop transmission method according to the present invention as described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal line, a wave guide, or the like, including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, or the like. Examples of program instructions include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various permutations, modifications and variations are possible without departing from the spirit of the invention.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

Claims

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무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서,
라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계;
상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계;
상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및
멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함하되,
상기 라우팅 단계는,
각 노드의 전력 소비율 및 에너지 잔량을 고려한 라우팅 코스트(routing cost)를 사용하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
In the multi-hop transmission method in a wireless ad hoc network,
A routing step of performing routing to determine a multihop transmission path;
A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link;
Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And
An interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a first threshold,
The routing step,
A multi-hop transmission method for determining a multi-hop transmission path using a routing cost in consideration of power consumption and energy remaining of each node.

제 2 항에 있어서,
상기 라우팅 단계는,
임의 노드의 에너지 잔량이 기설정된 제 2 임계치보다 작거나, 상기 임의 노드와 타 노드 사이의 전송률이 기설정된 제 3 임계치보다 작은 경우에, 상기 임의 노드가 전송경로 상에 포함되지 않도록 라우팅 코스트를 무한대 값으로 설정하는, 멀티홉 전송 방법.
3. The method of claim 2,
The routing step,
If the energy remaining amount of any node is less than the second predetermined threshold or the transmission rate between the arbitrary node and another node is smaller than the third predetermined threshold, the routing cost is infinite so that the arbitrary node is not included in the transmission path. Multihop transmission method, set to a value.

제 2 항에 있어서,
상기 라우팅 단계는,
라우팅 코스트의 최대 값이 가장 작은 경로 또는 전체 라우팅 코스트의 합이 가장 작은 경로를 멀티홉 전송 경로로 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
3. The method of claim 2,
The routing step,
A multihop transmission method for determining a path having the smallest value of the routing cost or a path having the smallest sum of the total routing costs as the multihop transmission path.

무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서,
라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계;
상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계;
상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및
멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함하되,
상기 스케쥴링 단계는,
멀티홉 링크간에 간섭이 미치지 않는 한도 내에서 두 개 이상의 전송 링크에 동일한 전송 자원을 할당하되, 동시 전송하는 노드간에 발생되는 간섭량을 고려하여 직교(orthogonal)하는 사용 자원 수를 결정하고, 링크 전송률에 따라 자원 사용량을 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
In the multi-hop transmission method in a wireless ad hoc network,
A routing step of performing routing to determine a multihop transmission path;
A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link;
Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And
An interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a first threshold,
Wherein the scheduling step comprises:
Allocate the same transmission resources to two or more transmission links within the limit of no interference between the multi-hop links, and determine the number of orthogonal resources used in consideration of the amount of interference occurring between the nodes transmitting simultaneously. Multi-hop transmission method for determining resource usage accordingly.

제 5 항에 있어서,
상기 사용 자원 수는,
"전송 경로상의 모든 노드들의 최대 간섭 홉수+2이상"으로 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
6. The method of claim 5,
The number of used resources,
A method of multi-hop transmission, determined as "the maximum number of interference hops of all nodes on the transmission path + 2 or more".

제 5 항에 있어서,
상기 사용 자원 수는,
멀티홉 데이터 전송 시 발생하는 평균 간섭 레인지를 고려하여 3이상의 값으로 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
6. The method of claim 5,
The number of used resources,
The multi-hop transmission method of determining a value of 3 or more in consideration of the average interference range that occurs during multi-hop data transmission.

제 5 항에 있어서,
상기 스케쥴링 단계는,
각 링크에 할당되는 자원 사용량(자원 사용 시간)을 동일하게 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the scheduling step comprises:
A method of multi-hop transmission, in which resource usage (resource usage time) allocated to each link is equally determined.

제 8 항에 있어서,
상기 자원 사용량을 동일하게 결정하는 과정은,
전송 데이터의 QoS(Quality-of-Service) 정보와 전송 경로상의 모든 링크들의 전송률을 고려하여 모든 노드에서 필요로 하는 전송 시간의 최대치로 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
The method of claim 8,
Determining the resource usage equally,
Multi-hop transmission method for determining the maximum transmission time required by all nodes in consideration of the quality-of-service (QoS) information of the transmission data and the transmission rate of all links on the transmission path.

제 5 항에 있어서,
상기 스케쥴링 단계는,
사용 자원에 따라 각 링크에 할당되는 자원 사용량(자원 사용 시간)을 다르게 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the scheduling step comprises:
A method of multi-hop transmission, in which resource usage (resource usage time) allocated to each link is determined differently according to used resources.

제 10 항에 있어서,
상기 자원 사용량을 다르게 결정하는 과정은,
전송 데이터의 QoS 정보와 동시 전송 링크들간의 전송률을 고려하여 각각의 동시 전송 노드에서 필요로 하는 전송 시간의 최대치로 결정하는, 멀티홉 전송 방법.
11. The method of claim 10,
The process of determining the resource usage differently,
And determining the maximum transmission time required by each simultaneous transmission node in consideration of the QoS information of the transmission data and the transmission rate between the simultaneous transmission links.

무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서,
라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계;
상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계;
상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및
멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함하되,
상기 전력절감모드(PSM) 동작은,
멀티홉 전송 시 송수신이 없는 기간 동안에 노드가 송수신 모듈을 끄고 슬립(sleep) 모드로 전환하여 동작하는, 멀티홉 전송 방법.
In the multi-hop transmission method in a wireless ad hoc network,
A routing step of performing routing to determine a multihop transmission path;
A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link;
Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And
An interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a first threshold,
The power saving mode (PSM) operation,
In a multi-hop transmission, a node operates by turning off a transmission / reception module and switching to a sleep mode during a period of no transmission and reception.

무선 애드혹 네트워크에서의 멀티홉 전송 방법에 있어서,
라우팅을 수행하여 멀티홉 전송 경로를 결정하는 라우팅 단계;
상기 결정된 멀티홉 전송 경로에 대한 스케쥴링을 수행하여 각 멀티홉 링크마다 전송 자원을 할당하는 스케쥴링 단계;
상기 스케쥴링을 수행한 결과를 이용하여 멀티홉 전송을 위한 데이터 및 제어 정보를 전송하되, 전력절감모드(PSM)로 동작하는 단계; 및
멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 또는 재스케쥴링(rescheduling) 또는 재라우팅(rerouting)을 수행하여 간섭을 제어하는 간섭 제어 단계를 포함하되,
상기 간섭 제어 단계는,
멀티홉 데이터 전송 중에 충돌이 발생하거나 간섭량이 상기 제 1 임계치를 초과함에 따라 전송전력제어(TPC) 동작을 수행하여 간섭을 제거하고 전송을 재개하거나, 전송전력제어(TPC) 수행으로 해결이 불가능하면 재스케쥴링을 수행하고 전송을 재개하거나, 전송전력제어(TPC) 수행이나 재스케쥴링 수행으로도 해결이 불가능하면 재라우팅을 수행하고 상기 스케쥴링 단계로 진행하는, 멀티홉 전송 방법.
In the multi-hop transmission method in a wireless ad hoc network,
A routing step of performing routing to determine a multihop transmission path;
A scheduling step of performing scheduling for the determined multi-hop transmission path and allocating transmission resources for each multi-hop link;
Transmitting data and control information for multi-hop transmission using a result of performing the scheduling, and operating in a power saving mode (PSM); And
An interference control step of controlling interference by performing transmission power control (TPC), rescheduling, or rerouting as a collision occurs during multi-hop data transmission or the amount of interference exceeds a first threshold,
The interference control step,
If a collision occurs during the multi-hop data transmission or the interference amount exceeds the first threshold, the transmission power control (TPC) operation may be performed to eliminate the interference and resume transmission, or if the transmission power control (TPC) may not solve the problem. Performing rerouting and proceeding to the scheduling step if resolving is not possible even by rescheduling and retransmission, or performing transmission power control (TPC) or rescheduling.

제 13 항에 있어서,
상기 간섭 제어 단계는,
노드의 이동 및 채널 환경의 변화로 인하여 멀티홉 데이터 전송 시 충돌 및 간섭이 발생하는 경우, 전송전력제어(TPC)를 수행하여 간섭 노드의 전송 파워를 낮추거나, 재스케쥴링을 수행하여 전송 자원의 재분배를 통해 충돌 및 간섭을 제거하거나, 워스트 노드(worst node)를 판단하여 재라우팅을 수행하여 간섭을 제거하는, 멀티홉 전송 방법.
14. The method of claim 13,
The interference control step,
If collisions and interferences occur during multi-hop data transmission due to the movement of nodes and changes in the channel environment, the transmission power of the interfering nodes is reduced by performing TPC or redistribution of transmission resources. Multi-hop transmission method to remove the collision and interference, or to remove the interference by determining the worst node (worst node) to perform rerouting.

제 14 항에 있어서,
상기 전송전력제어(TPC) 수행 과정은,
상기 간섭 노드가 송신 파워를 최소화하되, 할당 자원의 타임슬롯(timeslot)을 모두 사용하도록 하여 최대한 송신 파워를 낮추는, 멀티홉 전송 방법.
15. The method of claim 14,
The transmission power control (TPC) performing process,
And minimizing transmission power by the interfering node to use all timeslots of allocated resources, thereby reducing the transmission power as much as possible.

제 14 항에 있어서,
상기 워스트 노드 판단 과정은,
임의 노드와 연결된 두 링크의 전송률이 기설정된 제 2 임계치 미만 또는 상기 임의 노드의 생존시간이 기설정된 제 3 임계치 미만이면 상기 임의 노드를 상기 워스트 노드로 판단하는, 멀티홉 전송 방법.
15. The method of claim 14,
The worst node determination process,
And determining the arbitrary node as the worst node when a transmission rate of two links connected to any node is less than a second predetermined threshold or a survival time of the certain node is less than a third predetermined threshold.

제 16 항에 있어서,
상기 재라우팅 수행 과정은,
상기 워스트 노드를 제거하고 상기 워스트 노드 양측의 두 노드를 직접 연결하거나, 상기 워스트 노드를 제거하고 상기 워스트 노드 주변의 타 노드로 대체하거나, 상기 워스트 노드를 놔두고 상기 워스트 노드 주변의 타 노드를 전송경로 상에 추가하는, 멀티홉 전송 방법.
17. The method of claim 16,
The rerouting process,
Remove the worst node and directly connect the two nodes on both sides of the worst node, or remove the worst node and replace it with another node around the worst node, or leave the worst node and transfer the other node around the worst node. In addition to the above, multi-hop transmission method.