KR101471440B1 - 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조와 그 운용방법 - Google Patents

동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조와 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조에 관한 것으로, 상기 발명은 CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 송수신노드 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 것에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 상기 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변하는 것에 대응하여 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식이 적용되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 다채널, 다매체의 신호들을 75% 이상의 높은 Throughput 으로 정해진 시간 내에 목적지로 지속적인 정보 전달을 수행할 수 있어, 표준에서 권고하는 CSMA-CA 방식을 대신하여 음성, 동영상 및 실시간-제어 신호 등 실시간(Real-time)으로 전송할 수 있다.

Description

동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조와 그 운용방법{MAC frame structure for dynamic Ad Hoc network, and operating method thereof}
본 발명은 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC 프로토콜의 프레임 구조와 그 운용방법에 관한 것으로, 실시간 데이터 전송에 적합한 동적 Ad Hoc 네트워크 구현을 위한 버추얼 타임 슬롯 기반의 MAC 프로토콜 프레임 구조와 그 운용방법에 관한 것이다.
IEEE802.15.4 와 IEEE802.15.4a WPAN 표준은 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance)의 기반의 MAC(Media Access Control)을 권고하고 있으며 저속 센서 네트워크의 구성 및 응용에 적합한 방식이다.
따라서, 실시간 (Real-time) 전송을 필요로 하는 음성, 동영상, 실시간-제어 신호들의 경우에는 발생된 신호가 정해진 시간 내에 지속적으로 목적지에 전달되어야만 하는데 CSMA-CA 방식은 패킷 간 무작위한 충돌로 전송 실패가 발생할 수 있다는 것을 전제로 하고 있어 실시간 신호 전송에는 부적합하다.
CSMA-CA 방식 MAC의 평균 Throughput은 물리층(Physical Layer) Data-rate의 36% 수준이며 패킷의 오버헤드 15%와 패킷간 간격에 의한 약 7%의 갭 까지를 고려하면 Throughput은 30% 이하로 저하한다.
따라서 실제 필요 전송 속도가 정해지면 CSMA-CA 방식 MAC을 사용하는 경우 물리층의 Data-rate는 필요 전송 데이터 속도의 약 3.3배 이상이 되는 것을 사용하여야 하는 부담이 존재한다.
또한, 실시간(Real-time) 전송을 필요로 하는 음성, 동영상, 실시간-제어 신호들의 경우에는 필요한 전송 속도 이외에도 발생된 신호가 정해진 시간 내에 지속적으로 목적지에 전달되어야만 하는데 CSMA-CA 방식은 패킷 간 무작위한 충돌로 전송 실패가 발생할 수 있다는 것을 전제로 하고 있어 QoS((Quality of Service)의 보장이 필요한 실시간 신호의 전송에는 부적합하다.
KR 10-2010-0012992
본 발명의 목적은 IEEE802.15.4a 표준이 권고하는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층을 사용하고, MAC은 표준에서 권고하는 CSMA-CA 방식을 대신 하여 음성, 동영상, 실시간-제어 신호 등 실시간 (Real-time) 전송을 필요로 하는 다채널, 다매체의 신호들을 75% 이상의 높은 Throughput 으로 정해진 시간 내에 목적지로 지속적인 정보 전달을 수행할 수 있는 개선된 버추얼 타임 슬롯 (Virtual Time-Slot) 방식을 사용하여 네트워크를 구축함으로써 실시간 무선 데이터를 효율적으로 목적지에 전송할 수 있는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조와 그 운용방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 송수신노드 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 것에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 상기 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변하는 것에 대응하여 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식이 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기가 C패킷(Control Packet)을 생성하여 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준을 생성하고, 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준에 의하여 상기 무선노드들 각각은 상기 C패킷의 수신 완료 시각으로부터 사전에 정해진 시간 경과 후 다음 순서의 무선노드로 상기 C패킷을 재전송할 수 있다.
상기 무선노드들 각각은 R패킷(Ranging Packet)을 이용하여 상기 무선노드들들 간의 상호 거리 값을 측정하고 상기 무선노드들의 교환 시에 링크성능 값을 측정하며, 상기 측정된 상호 거리 값 및 링크성능 값을 D패킷(Data Packet)을 통해 상기 무선노드를 관리하기 위한 제어관리기로 전송하고, 상기 제어관리기는 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 수신된 상기 상호 거리 값과 링크성능 값을 기준으로 상기 무선노드들의 C패킷(Control Packet) 중계 순서를 상기 D패킷을 통해 상기 무선노드들로 전달할 수 있다.
상기 무선노드들 각각은 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 전달되는 상기 C패킷(Control Packet) 중계 순서에 대응하여 자신의 상기 C패킷의 중계 순서를 갱신하고, 상기 갱신되는 C패킷의 중계 순서에 따라 상기 버추얼 타임 슬롯의 할당 순서를 갱신할 수 있다.
상기 무선노드들이 3개이고 상기 무선노드들 각각이 멀티미디어 데이터를 생성하는 경우, 상기 MAC의 프레임들 각각은 3개의 C패킷(Control Packet) 슬롯, 3개의 R패킷(Ranging Packet) 슬롯, 3개의 D패킷(Data Packet) 슬롯, 및 18개의 V패킷 슬롯을 포함하고, 상기 V패킷은 영상 패킷 및 음성패킷 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기와, 상기 3개의 무선노드들이 각각 장착되는 이동체1, 이동체2 및 이동체3이 순서적으로 나열되고, 상기 이동체1, 이동체2 및 이동체3의 각각에는 실시간 동영상 데이터 115.2Kbps를 생성하는 영상 카메라가 장착된 경우, 상기 MAC의 프레임의 프레임 레이트(frame-rate)는 20msec/Frame이고 초당 상기 MAC의 프레임이 50개 발생할 수 있다.
상기 제어관리기는 상기 C패킷을 생성하여 20msec 시간 간격으로 송출하고, 상기 이동체1의 무선노드는 상기 송출되는 C패킷을 받아 상기 이동체2의 무선노드로 중계하고, 상기 이동체2의 무선노드는 상기 이동체1의 무선노드로부터 중계되는 C패킷을 상기 이동체3의 무선노드로 중계할 수 있다.
상기 이동체3의 무선노드는 상기 V패킷을 생성하여 상기 이동체2의 무선노드로 전달하고, 상기 이동체2의 무선노드는 자체 생성된 상기 V패킷과 전달받은 상기 이동체3의 V패킷을 상기 이동체1의 무선노드로 전달하고, 상기 이동체1의 무선노드는 자체 생성된 V패킷과 전달받은 상기 이동체2의 무선노드와 상기 이동체3의 무선노드의 V패킷을 상기 제어관리기로 전달할 수 있다.
상기 V패킷이 패킷의 페이로드(payload)가 96byte이고 각 채널에 20msec 당 3회 할당 된 경우, 데이터 전송속도는 115.2 Kbps일 수 있다.
상기 V패킷은 그 전송 방향을 전환(Swap)하기 위하여, 상기 무선노드들 중 패킷신호를 생성하는 무선노드에는 앞 시간의 타임 슬롯을 할당하고, 상기 무선노드들 중 중계구간과 최종 전달 받은 무선노드에는 순차적으로 다음 시간의 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법은 CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 송수신노드 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 단계; 및 상기 동적으로 채널을 할당하는 단계에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 상기 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변하는 것에 대응하여 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기가 C패킷(Control Packet)을 생성하여 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준을 생성하고, 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준에 의하여 상기 무선노드들 각각은 상기 C패킷의 수신 완료 시각으로부터 사전에 정해진 시간 경과 후 다음 순서의 무선노드로 상기 C패킷을 재전송할 수 있다.
상기 무선노드들 각각은 R패킷(Ranging Packet)을 이용하여 상기 무선노드들들 간의 상호 거리 값을 측정하고 상기 무선노드들의 교환 시에 링크성능 값을 측정하며, 상기 측정된 상호 거리 값 및 링크성능 값을 D패킷(Data Packet)을 통해 상기 무선노드를 관리하기 위한 제어관리기로 전송하고, 상기 제어관리기는 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 수신된 상기 상호 거리 값과 링크성능 값을 기준으로 상기 무선노드들의 C패킷(Control Packet) 중계 순서를 상기 D패킷을 통해 상기 무선노드들로 전달할 수 있다.
상기 무선노드들 각각은 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 전달되는 상기 C패킷(Control Packet) 중계 순서에 대응하여 자신의 상기 C패킷의 중계 순서를 갱신하고, 상기 갱신되는 C패킷의 중계 순서에 따라 상기 버추얼 타임 슬롯의 할당 순서를 갱신할 수 있다.
이에 의해 본 발명은 IEEE802.15.4a 표준이 권고하는 CSS(Chirp Spread Spectrum)를 사용하고, 버추얼 타임 슬롯에는 무선노드들 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당함으로써, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대하여 CSS(Chirp Spread Spectrum) 무선 송수신 노드(이하 무선노드) 상호간의 상호위치가 시간에 따라 변화하는 것에 적응하는 최적의 동적 Ad Hoc 네트워크를 구성함으로써, 다채널, 다매체의 신호들을 75% 이상의 높은 Throughput 으로 정해진 시간 내에 목적지로 지속적인 정보 전달을 수행할 수 있어, 표준에서 권고하는 CSMA-CA 방식을 대신 하여 음성, 동영상 및 실시간-제어 신호 등 실시간(Real-time)으로 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조 및 그 운용방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 3 HOP 전송경로의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 타임 슬롯 전환(Swap)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프레임에서 무선노드들 간 상호거리 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 동적 Ad Hoc 네트워크의 다양한 실시예들을 나타내는 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조 및 그 운용방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 3 HOP 전송경로의 구성예를 나타낸 도면이다.
동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 송수신노드 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 것에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변화하는 것에 대응하여 상기 동적 Ad Hoc 네트워크를 구현하는 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식이 적용될 수 있다.
도 1에 예시된 동적 Ad Hoc 네트워크시스템은 제어관리기(12)와 이동체 3기를 포함할 수 있다. 3기의 이동체에 각각에는 동영상 카메라가 실시간 동영상 데이터 115.2Kbps를 생성하고 데이터를 전송하는 무선노드가 장착 된 것을 가정한다.
동적 Ad Hoc 네트워크시스템은 제어관리기(12), 이동체1(14), 이동체2(16), 이동체3(18) 순으로 나열될 수 있다. 이동체1(14), 이동체2(16) 및 이동체3(18)의 각각에는 실시간 동영상 데이터 115.2Kbps를 생성하는 영상 카메라가 장착될 수 있다.
도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 버추얼 타임 슬롯이 적용되는 MAC 프레임구조를 설명한다.
MAC의 프레임레이트(frame-rate)는 20msec/Frame이고 초당 MAC의 프레임이 50개 발생할 수 있다. 이 경우 한 개의 MAC의 프레임은 3개의 C패킷(Control Packet) 슬롯, 3개의 R패킷(Ranging Packet) 슬롯, 3개의 D패킷(Data Packet) 슬롯, 및 18개의 V패킷(멀티미디어 데이터 패킷) 슬롯을 포함할 수 있다. 여기서 V패킷(멀티미디어 데이터 패킷)은 영상 및 음성 패킷 중 적어도 하나일 수 있다.
제어관리기(12)는 C패킷을 사전에 정해진 시간 간격, 예를 들면 20msec 시간 간격으로 생성하여 버추얼 타임 슬롯의 시간 기준을 정할 수 있다. 그리고 이동체(14, 16, 18)의 무선노드들은 제어관리기(12)가 정한 순서에 따라 C패킷의 수신 시각으로부터 일정 시간 경하 후 다음 순서의 무선노드로 C패킷을 재전송한다.
이동체1(14)의 무선노드는 송출되는 C패킷을 받아 이동체2(16)의 무선노드로 중계하고, 이동체2(16)의 무선노드는 이동체1(14)의 무선노드로부터 중계되는 C패킷을 이동체3(18)의 무선노드로 중계할 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, C패킷은 제어패킷으로서 전체 무선노드들의 타이밍 동기에 사용된다. C패킷은 패킷의 페이로드가 16byte이며 각 채널에 20msec 당 1회 할당 되어 데이터 속도는 6.4 Kbps(16*8/20*10-3 = 6400 bps)이다.
이동체들(14, 16, 18) 각각의 무선노드들은 수신한 패킷의 수신 완료 시각으로부터 일정시간(예, 50usec)을 정해 패킷 재전송을 개시할 수 있다.
이에 의해 본 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조는 위의 방법으로 전체 무선노드들이 MAC Frame 동기 즉, 버추얼 타임 슬롯의 타이밍 동기를 획득 할 수 있다.
위에서 획득한 버추얼 타임 슬롯의 타이밍 동기를 바탕으로 이동체3(18)의 무선노드가 V패킷(Video and/or Voice Packet)을 생성하여 이동체2(16)의 무선노드로 전달하고, 이동체2(16)의 무선노드는 자체 생성된 V패킷과 전달받은 이동체3(18)의 무선노드의 V패킷을 이동체1(14)의 무선노드로 전달하고, 이동체1(14)의 무선노드는 자체 생성된 V패킷과 전달받은 이동체2(16)의 무선노드와 이동체3(18)의 무선노드의 V패킷을 제어관리기(12)로 전달한다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, V패킷은 동영상 패킷 혹은 음성 패킷 (Video and/or Voice Packet)이다. V패킷은 패킷의 페이로드가 96byte이며 각 채널에 20msec 당 3회 할당 되어 데이터 전송속도는 115.2 Kbps(96*8*3/20*10-3 = 115200) 이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 타임 슬롯 전환(Swap)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
V패킷은 도 3에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 그 전송 방향을 전환(Swap) 할 수 있는 특징이 있으며 방향을 전환하는 경우에는 패킷신호를 생성하는 이동체의 무선노드에는 앞 시간의 타임 슬롯을 할당하고 중계구간과 최종 전달 받은 이동체의 무선노드에는 순차적으로 다음 시간의 타임 슬롯을 할당한다.
제어관리기(12)와 3기의 이동체(14, 16, 18)의 무선노드들 각각은 상호 공간상의 물리적 거리를 CSS(Chirp Spread Spectrum) 거리측정 기능(Ranging)을 이용하여 측정한다. 대부분의 실 응용에서 이동체의 무선노드들간 거리 측정은 매초 1회이면 충분하고 제어관리기(12)와 3기의 이동체(14, 16, 18)의 무선노드들 간의 모든 거리 값 조합의 수는 도 4에 도시된 바와 같이 6개이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프레임에서 무선노드들 간 상호거리 측정을 설명하기 위한 도면이다.
따라서 MAC의 프레임들 내에서 모든 거리 측정을 수행 할 필요는 없으며, 도 4에 도시된 바와 같이 초당 50개의 프레임 중 6개의 프레임만을 사용하면 된다.
즉 MAC의 프레임들 중 6개를 이용하여 CSS 거리측정 기능에 의해 이동체1(14) 및 이동체2(16) 및 이동체3(18)들에 장착되는 무선노드들 사이의 거리를 측정할 수 있다.
R패킷은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 거리측정 패킷(Ranging Packet)이다. C패킷은 패킷의 페이로드가 16byte이며 매 거리측정에 20msec 당 3회 할당 된다.
이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들 각각은 위와 같이 측정한 거리 값과, R패킷 교환 시에 측정 되는 SNR(Signal to Noise Ratio)과 PER(Packet Error Rate) 등 링크성능 값을 도 1 및 도 2에 나타난 D패킷(Data Packet)을 통하여 제어관리기(12)로 전달한다.
제어관리기(12)는 위와 같이 D패킷을 통하여 이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들 각각에서 전달 받은 이동체들 사이의 거리 값과 링크성능 값을 기준으로 이동체들(14, 16, 18) 각각의 무선노드들의 C패킷 중계 순서를 최적화 하여 D패킷을 통해 이동체들(14, 16, 18) 각각의 무선노드들로 전달한다. 이에 의해 무선노드들의 실시간 데이터 전송 순서를 정할 수 있다.
제어관리기(12)로부터 D패킷을 통해 C패킷 중계 순서 정보를 전달 받으면, 이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들 각각은 그 전달되는 C패킷 중계 순서에 대응하여 자신의 C패킷의 중계 순서를 갱신하고 그 갱신되는 C패킷의 중계 순서에 따라 버추얼 타임 슬롯의 할당 순서를 갱신한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조에 의해 구성될 수 있는 동적 Ad Hoc 네트워크는 도 5에 도시된 바와 같이 3가지 형태로 구현될 수 있다. 도 5는 본 발명의 동적 Ad Hoc 네트워크의 다양한 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 동적 Ad Hoc 네트워크은 전술한 바와 같이, 제어관리기(12), 이동체1(14)의 무선노드, 이동체2(16)의 무선노드 및 이동체3(18)의 무선노드가 순서적으로 배열된 형태이다. 도 5의 (b)에 도시된 동적 Ad Hoc 네트워크은 제어관리기(12)와 이동체1(14)의 무선노드가 연결되고, 이동체1(14)의 무선노드에 이동체2(16)의 무선노드 및 이동체3(18)의 무선노드가 직접 연결되는 형태이다. 도 5의 (c)에 도시된 동적 Ad Hoc 네트워크은 제어관리기(12), 이동체3(18)의 무선노드, 이동체1(14)의 무선노드 및 이동체2(16)의 무선노드가 순서적으로 배열된 형태이다.
이와 같이 동적 Ad Hoc 네트워크를 구성하는 제어관리기(12) 및 이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들의 연결 형태가 변경되는 경우, 제어관리기(12)는 이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들과의 통신 경로가 최적 경로(또는 최단 경로)가 되도록 통신 경로를 동적으로 갱신(Dynamic Re-Routing)한다.
구체적으로, 전술한 통신 경로의 갱신은 이동체들 간 측정된 거리값을 기반으로 제어관리기(12)에 의해 수행될 수 있다.
통신 경로의 갱신이 이루어지는 경우, 이동체들(14, 16, 18)의 무선노드들 각각에 대한 버추얼 타임 슬롯의 할당도 위의 갱신되는 통신 경로에 대응하여 변경될 수 있다.
전술한 설명과 도 1의 타이밍도를 참조하면, 필요로 하는 전체 데이터 속도는 아래 수학식 1 및 2에 따라 계산 할 수 있다.
Figure 112013108322318-pat00001
Figure 112013108322318-pat00002
이 계산식에서 C패킷, R패킷, 및 D패킷은 모두 16byte를 사용하며 Frame 당 총 9개 패킷이 사용되고, V패킷은 96byte를 사용하여 Frame 당 총 18개 패킷이 사용될 수 있다. 패킷 오버헤드는 15%, 패킷 간 최소간격의 비중은 7%로 계산할 수 있다.
Payload만의 Data-rate는 748,800 bps이고, 등가적으로 필요로 하는 물리층의 Data-rate는 IEEE 표준 CSMA-CA 방식의 MAC을 사용하는 경우에는 필요로 하는 전송 속도가 약 2.47 Mbps를 필요로 하나, 본 발명의 실시예에 따른 버추얼 타임 슬롯 방식의 MAC Frame을 사용하는 경우에는 필요로 하는 물리층의 Data-rate가 960 Kbps로서 IEEE802.15.4a CSS 표준 방식의 물리층의 데이터 속도인 1 Mbps 사용으로 실현 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조는 CSMA-CA 방식과는 달리 사전에 패킷 상호간의 충돌이 발생하지 않도록 버추얼 타임 슬롯 할당 방법으로 시간 배열하여 실시간 데이터 전송을 위한 QoS(Quality of Service)를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조 및 그 운용방법은 위에서 설명한 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 실시예의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
12: 제어관리기
14: 이동체1
16: 이동체2
18: 이동체3

Claims (14)

  1. 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조에 관한 것으로,
    CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 것에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 상기 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변하는 것에 대응하여 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기가 C패킷(Control Packet)을 생성하여 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준을 생성하고,
    상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준에 의하여 상기 무선노드들 각각은 상기 C패킷의 수신 완료 시각으로부터 사전에 정해진 시간 경과 후 다음 순서의 무선노드로 상기 C패킷을 재전송하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선노드들 각각은 R패킷(Ranging Packet)을 이용하여 상기 무선노드들간의 상호 거리 값을 측정하고 상기 무선노드들의 측정된 상호 거리값의 교환 시에 링크성능 값을 측정하며, 상기 측정된 상호 거리 값 및 링크성능 값을 D패킷(Data Packet)을 통해 상기 무선노드를 관리하기 위한 제어관리기로 전송하고,
    상기 제어관리기는 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 수신된 상기 상호 거리 값과 링크성능 값을 기준으로 상기 무선노드들의 C패킷(Control Packet) 중계 순서를 상기 D패킷을 통해 상기 무선노드들로 전달하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무선노드들 각각은 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 전달되는 상기 C패킷(Control Packet) 중계 순서에 대응하여 자신의 상기 C패킷의 중계 순서를 갱신하고, 상기 갱신되는 C패킷의 중계 순서에 따라 상기 버추얼 타임 슬롯의 할당 순서를 갱신하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선노드들이 3개이고 상기 무선노드들 각각이 멀티미디어 데이터를 생성하는 경우, 상기 MAC의 프레임들 각각은 3개의 C패킷(Control Packet) 슬롯, 3개의 R패킷(Ranging Packet) 슬롯, 3개의 D패킷(Data Packet) 슬롯, 및 18개의 V패킷 슬롯을 포함하고, 상기 V패킷은 영상 패킷 및 음성패킷 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기와, 상기 3개의 무선노드들이 각각 장착되는 이동체1, 이동체2 및 이동체3이 순서적으로 나열되고, 상기 이동체1, 이동체2 및 이동체3의 각각에는 실시간 동영상 데이터 115.2Kbps를 생성하는 영상 카메라가 장착된 경우, 상기 MAC의 프레임의 프레임 레이트(frame-rate)는 20msec/Frame이고 초당 상기 MAC의 프레임이 50개 발생하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어관리기는 상기 C패킷을 생성하여 20msec 시간 간격으로 송출하고,
    상기 이동체1의 무선노드는 상기 송출되는 C패킷을 받아 상기 이동체2의 무선노드로 중계하고, 상기 이동체2의 무선노드는 상기 이동체1의 무선노드로부터 중계되는 C패킷을 상기 이동체3의 무선노드로 중계하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동체3의 무선노드는 상기 V패킷을 생성하여 상기 이동체2의 무선노드로 전달하고, 상기 이동체2의 무선노드는 자체 생성된 상기 V패킷과 전달받은 상기 이동체3의 V패킷을 상기 이동체1의 무선노드로 전달하고, 상기 이동체1의 무선노드는 자체 생성된 V패킷과 전달받은 상기 이동체2의 무선노드와 상기 이동체3의 무선노드의 V패킷을 상기 제어관리기로 전달하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 V패킷이 패킷의 페이로드(payload)가 96byte이고 각 채널에 20msec 당 3회 할당 된 경우, 데이터 전송속도는 115.2 Kbps인 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 V패킷은 그 전송 방향을 전환(Swap)하기 위하여, 상기 무선노드들 중 패킷신호를 생성하는 무선노드에는 앞 시간의 타임 슬롯을 할당하고, 상기 무선노드들 중 중계구간과 최종 전달 받은 무선노드에는 순차적으로 다음 시간의 타임 슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조.
  11. 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법에 관한 것으로,
    CSS(Chirp Spread Spectrum) 물리층(physical layer)을 사용하고, 무선노드들 간의 거리 측정 데이터를 이용하여 동적으로 채널을 할당하는 단계; 및
    상기 동적으로 채널을 할당하는 단계에 의해, 단일 무선 주파수 내에 다중 제어신호와 다중 멀티미디어 신호들에 대한 상기 무선노드들의 상호위치가 시간에 따라 변하는 것에 대응하여 버추얼 타임 슬롯(Virtual Time-Slot) 방식을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무선노드들을 관리하기 위한 제어관리기가 C패킷(Control Packet)을 생성하여 상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준을 생성하고,
    상기 버추얼 타임 슬롯의 시간기준에 의하여 상기 무선노드들 각각은 상기 C패킷의 수신 완료 시각으로부터 사전에 정해진 시간 경과 후 다음 순서의 무선노드로 상기 C패킷을 재전송하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 무선노드들 각각은 R패킷(Ranging Packet)을 이용하여 상기 무선노드들들 간의 상호 거리 값을 측정하고 상기 무선노드들의 측정된 상호 거리값의 교환 시에 링크성능 값을 측정하며, 상기 측정된 상호 거리 값 및 링크성능 값을 D패킷(Data Packet)을 통해 상기 무선노드를 관리하기 위한 제어관리기로 전송하고,
    상기 제어관리기는 상기 D패킷(Data Packet)을 통해 수신된 상기 상호 거리 값과 링크성능 값을 기준으로 상기 무선노드들의 C패킷(Control Packet) 중계 순서를 상기 D패킷을 통해 상기 무선노드들로 전달하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 무선노드들 각각은 D패킷(Data Packet)을 통해 전달되는 상기 C패킷(Control Packet) 중계 순서에 대응하여 자신의 상기 C패킷의 중계 순서를 갱신하고, 상기 갱신되는 C패킷의 중계 순서에 따라 상기 버추얼 타임 슬롯의 할당 순서를 갱신하는 것을 특징으로 하는 동적 Ad Hoc 네트워크 MAC의 프레임 구조의 운용방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001204075A (ja) * 2000-01-24 2001-07-27 Kddi Corp 無線パケットチャネルを動的に割り当てる移動通信システム
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KR100655417B1 (ko) * 2005-06-08 2006-12-08 임재성 데이터 통신에서의 가상 슬롯을 이용한 다중 접근 방식

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