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KR102058439B1 - 이동성 노드를 포함하는 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크의 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

이동성 노드를 포함하는 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크의 신호 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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KR102058439B1
KR102058439B1 KR1020170176141A KR20170176141A KR102058439B1 KR 102058439 B1 KR102058439 B1 KR 102058439B1 KR 1020170176141 A KR1020170176141 A KR 1020170176141A KR 20170176141 A KR20170176141 A KR 20170176141A KR 102058439 B1 KR102058439 B1 KR 102058439B1
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박세웅
정승범
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서울대학교산학협력단
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Abstract

무선 네트워크 시스템에서 저전력의 복수의 노드와 고전력 싱크간의 신호를 송수신하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서 신호 송수신 방법은 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계; 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 하향 링크 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계; 및 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 수신하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 노드는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 상향 링크 신호는 상기 복수의 노드의 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 싱크로 전달된다.

Description

이동성 노드를 포함하는 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크의 신호 송수신 방법 및 장치{Method and apparatus for signal transmission and receive in an asymmetric transmission power based wireless network including mobility node}
본 발명은 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크의 신호 송수신 방법에 관한 것으로, 구체적으로 이동성 저전력 노드와 고전력 싱크를 포함하는 무선 네트워크 환경에서 효율적인 신호 및 데이터 패킷의 송수신을 제공할 수 있는 방법에 관한 것이다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 연구는 서울대학교 산학협력단의 주관 하에 과학기술정보통신부의 방송통신산업기술개발(재난 음영지역에서 안정적인 망구성을 위한 재난 통신 융합기술 연구, 과제 고유번호: 1711054869)의 지원에 의하여 이루어진 것이다.
무선 센서 네트워크는 기지국이나 공유기(Access Point), 유선망 장비 설치가 미비한 상황에서 다양한 종류의 센서 데이터를 넓은 영역과 장거리까지 무선으로 전송하기 위한 노드들 간의 통신 네트워크를 뜻한다. 무선 센서 네트워크의 하나인 저전력 무선 네트워크(Low power and Lossy Network: 이하 LLN)는 배터리 전원으로 동작하는 노드로 이루어져 있으므로 전송 전력이 매우 낮다. 따라서 원거리에 위치한 노드로 데이터를 전송하기 위해서는 다중 홉 중계 전송이 필수적이고, 이를 위하여 라우팅 기술이 활발하게 연구되어 왔다.
LLN에서의 라우팅은 주기적으로 라우팅 경로를 업데이트하고 관리하는 프로토콜을 프로엑티브(proactive) 방식과 노드의 필요에 따라 라우팅 경로를 찾는 리엑티브(Reactive) 방식으로 구분된다. 프로엑티브 방식은 라우팅 업데이트가 자주 필요하지 않은 정적 노드로 구성된 네트워크에 주로 활용되고, 리엑티브(Reactive) 프로토콜의 경우 라우팅 경로가 자주 바뀌는 모바일 네트워크에 활용된다.
저전력 무선 네트워크 솔루션은 상향링크 데이터 전송이 주류를 이루었으므로, 저전력 무선 네트워크 라우팅 기술은 상향링크를 중심으로 발전하여 왔다. 일 예로, 프로엑티브 방식의 라우팅을 사용하며 게이트웨이 노드를 기준으로 DODAG (Destination-Oriented Directed Acyclic Graph)를 구축하는 RPL(Routing over low Power and Lossy network)이 저전력 무선 네트워크 라우팅 기술로 표준화되었으며, opportunistic 라우팅을 도입하여 RPL을 확장시킨 ORPL(Opportunistic RPL) 및 대표적인 리엑티브 방식의 라우팅 프로토콜인 LOADng(the Lightweight On-demand Ad hoc Distance-vector routing protocol - next generation) 등이 개발된 바 있다.
다만, RPL 및 ORPL는 프로엑티브 방식의 라우팅으로, 라우팅 경로를 즉각적으로 업데이트하지 못하고 링크에서 손실을 경험한 이후에서야 다른 경로를 모색하기 때문에, 노드가 움직이는 경우 주변 노드들의 정보가 유효하지 않는 단점이 있다. 또한, LOADng는 리엑티브 방식으로 RPL 및 ORPL과 달리 필요한 경우에만 즉각적으로 새로운 경로를 찾기 때문에 높은 반응성을 가지나, 매번 라우팅이 필요한 경우 RREQ(Route REQuest)를 네트워크 전체에 방송해야 하는 바, 듀티 사이클링(Duty cycling)을 사용하는 LLN에서 이는 매우 큰 부담일 수 있으며, 저전력 노드를 사용하는 LLN에 적합하지 않다.
따라서, 종래의 라우팅 방법 및 프로토콜을 보완할 수 있는 새로운 신호 송수신 방법, 특히 이동성 노드가 존재하는 모바일 LLN 환경에 보다 용이하게 적용될 수 있는 신호 송수신 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 모바일 LLN (Low power and Lossy Network)에서 상향링크와 하향링크 데이터 전송을 위한 신호 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 무선 네트워크의 신호 송수신 방법 및 장치는 고전압 싱크를 사용하여 단일 홉 하향 링크 전송을 수행하는 바 노드의 포워딩 및 메모리 부담이 감소될 수 있고, 상향 링크 경로 설정시, 노드의 이동을 반영할 수 있는 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 라우팅 메트릭으로 사용하여 최선 신호 송수신 경로를 용이하게 업데이트할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법은 무선 네트워크 시스템에서 저전력의 복수의 노드와 고전력 싱크간의 신호를 송수신하는 방법으로, 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계; 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 하향 링크 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계; 및 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 수신하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 노드는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 상향 링크 신호는 상기 각 노드의 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 싱크로 전달된다.
상기 비콘 신호는 상기 슈퍼프레임의 출력 시간과 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 길이를 포함하고, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간이며, 상기 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 상기 제2 구간은 상향 링크 구간일 수 있다.
상기 비콘 신호 및 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 상기 복수의 노드로 송신될 수 있다.
상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며, 상기 복수의 노드 각각은 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호를 전달될 수 있다.
상기 복수의 노드는 이동성 노드일 수 있다.
상기 노드는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법은 무선 센서 네트워크 시스템에서 저전력의 복수의 노드와 고전력 싱크 간의 신호를 송수신하는 방법으로, 상기 싱크로부터 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 수신하는 단계; 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 상기 싱크로부터 하향 링크 신호를 수신하는 단계; 및 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 상기 싱크로 송신하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 노드는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 상향 링크 신호는 상기 각 노드의 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 싱크로 전달된다.
상기 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 상기 제2 구간은 상향 링크 구간이며, 상기 비콘 신호는 상기 슈퍼프레임의 출력 시간과 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 길이를 포함하고, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간일 수 있다.
상기 비콘 신호 및 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 상기 싱크에서 상기 복수의 노드로 전송될 수 있다.
상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며, 상기 복수의 노드 각각은 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호를 전달될 수 있다.
상기 복수의 노드는 이동성 노드일 수 있다.
상기 노드는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 무선 기기는 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크 시스템에 포함된 노드로서 데이터 신호를 송수신하도록 구성되고, 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 수신하고, 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서 하향 링크 신호를 수신하며, 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서 상향 링크 신호를 주변 무선 기기에 전달하는 송수신기; 및 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 상향 링크 신호를 전달하는 주변 무선 기기를 결정하는 프로세서를 포함한다.
상기 비콘 신호와 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크로부터 상기 송수신기에 전송되고, 상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며, 상기 프로세서는 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 무선 기기로 상기 상향 링크 신호를 전달할 수 있다.
상기 무선기기는 이동성 노드이며, 상기 무선기기는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있다.
고전압 싱크에서 비콘 전송을 수초 단위로 반복 전송하여 노드와 싱크는 시동기화되어 신호 송수신 경로를 최신 상태로 유지할 수 있다. 또한, 비콘 전송에 대응하여 고전력 하향 링크와 저전력 상향 링크를 시분할하는 바, 고전력 전송에 의한 간섭이 최소화될 수 있다. 여기서, 고전압 싱크를 사용하여 단일 홉 하향 링크 전송을 수행하는 바 노드의 포워딩 및 메모리 부담이 감소될 수 있다.
또한, 상향 링크 경로 설정시, 노드의 이동을 반영할 수 있는 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 라우팅 메트릭으로 사용하여 최선 신호 송수신 경로를 용이하게 업데이트할 수 있고, 모바일 LLN에 보다 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호의 송수신 방법이 적용될 수 있는 무선 네트워크 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템의 슈퍼프레임 구조의 예시도이다.
도 3은 하향 링크전송을 나타내는 예시도이다.
도 4은 수신 신호 강도 지표에 따른 변화 분포를 나타낸 예시도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 수신 신호 강도 지표 변화 분포를 활용한 상향 링크 전송의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호의 송수신 방법에 따른 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호의 송수신 방법에 따른 순서도이다.
도 9는 일 실험 예에 다른 시물레이션 토폴로지를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 일 실험예의 시물레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 기기를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호의 송수신 방법이 적용될 수 있는 무선 네트워크 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 무선 네트워크 시스템(10)은 배터리로 구동되는 노드들로 구성된 네트워크 시스템일 수 있다. 즉, 배터리 소모를 최소화하기 위한 라우팅 경로(신호 송수신 경로)가 필요한 네트워크 시스템일 수 있다. 예시적으로, 배터리로 구동되는 무선 비디오 카메라(영상) 센서들을 포함하는 센서 노드들로 구성된 무선 영상센서 네트워크일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무선 네트워크 시스템(10)은 복수의 노드(110)와 싱크(100)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 싱크는 복수일 수 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편의상 복수의 노드와 하나의 싱크로 구성된 무선 네트워크의 신호 송수신 시스템을 가정하여 설명하기로 한다.
노드(110)는 센서 노드일 수 있다. 노드(110)는 센싱을 통해 데이터 신호를 생성할 수 있고, 다른 노드들의 데이터 신호를 전송하기 위한 경로를 제공할 수도 있다. 싱크(100)는 복수의 노드에서 생성된 신호의 최종 종착점이 되는 노드일 수 있다. 데이터 신호는 싱크를 통해 외부 네트워크로 전달될 수 있다. 싱크(100)는 "코디네이터" 또는 "게이트웨이" 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 싱크(100)는 외부의 신호를 복수의 노드(110)로 제공하거나 자체적으로 신호를 생성하여 복수의 노드(110)로 제공할 수도 있다.
여기서, 데이터 신호가 복수의 노드(110)에서 싱크(100)로 이동되는 것을 상향 링크라고 정의하고, 데이터 신호가 싱크(100)에서 복수의 노드(110)로 이동되는 것을 하향 링크라 정의한다.
여기서, 노드(110)는 상술한 바와 같이 배터리로 구동되는 저전력 상태일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 낮은 전송 전력을 가진 노드(110)는 신호 출력 반경이 인접한 노드까지 한정될 수 있다. 복수의 노드(110)는 인접한 노드와 무선 링크를 형성하여 신호 데이터를 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템에서 상향 링크는 각 노드에서 다른 노드를 거쳐서 싱크(100)까지 전달되는 다중 홉 중계(Multi-Hop) 방식으로 신호가 전달될 수 있다.
이와 달리, 싱크(100)는 고전력 상태일 수 있다. 싱크(100)는 높은 전송 전력을 가진 고전력 코디네이터일 수 있다. 싱크(100)의 신호 출력 반경은 도 1에 도시된 바와 같이 무선 네트워크 시스템(10)에 포함된 모든 노드(110)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템(10)에서 하향 링크는 싱크(100)에서 복수의 노드(110)까지 단일 홉 전송(Single-Hop)으로 신호가 전달될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 단일 홉 하향 링크 전송을 수행하는 바, 종래 다중 홉 하향 링크 전송과 달리 복잡한 라우팅으로 인한 포워딩 및 메모리 부담이 노드들에게 부과되지 않을 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템(10)에서 노드(110)는 이동성을 가질 수 있다. 무선 네트워크 시스템(10)은 정적 네트워크뿐만 아니라 이동성 네트워크 또한 지원할 수 있으며, 이에 포함된 노드(110)는 네트워크 환경 내에서 이동될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 몇몇 실시예에서 노드(110)는 무선 네트워크 환경을 벗어나도록 이동될 수도 있다. 네트워크 환경을 구성하는 노드(110)는 삭제되거나 추가될 수도 있다. 이러한 이동성 노드(110)를 종래 프로엑티브 방식으로 라우팅하는 경우, 노드의 이동에 따른 라우팅 업데이트가 계속적으로 발생할 수 있으며, 네트워크의 오버헤드가 과도화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템(10)에서 상향 링크는 프로엑티브 방식으로 라우팅 업데이트하되, 고전력 싱크의 단일 홉 비콘 전송을 통해 라우팅 업데이트가 시동기화될 수 있어 상술한 네트워크 오버헤드가 최소화될 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템의 신호 송수신 과정에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템(10)의 슈퍼프레임 구조의 예시도이며, 도 3은 하향 링크전송을 나타내는 예시도이다. 도 4은 수신 신호 강도 지표에 따른 변화 분포를 나타낸 예시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 수신 신호 강도 지표 변화 분포를 활용한 상향 링크 전송의 예시도이다.
싱크(100)는 일정 주기에 따라 비콘 신호를 각 노드(110)에 전송하는 송수신 기기를 포함할 수 있다. 비콘 신호는 고전력 싱크(100)에 의해 주기적으로 각 노드(110)에 전송될 수 있으며, 단일 홉(Single-Hop) 방식으로 전송될 수 있다. 비콘 신호에 의해 노드(110)들의 라우팅 업데이트는 동기화될 수 있다. 각 노드(110)는 이러한 비콘 신호에 의해 싱크(100)와 시간 동기화가 수행될 수 있고, 무선 네트워크 시스템(10)에 신규 유입된 노드(110)는 비콘 신호의 수신 이후, 즉 싱크(100)와의 시간 동기화 이후 신호 전달을 위한 동작이 수행될 수 있다.
여기서, 비콘 신호는 시동기화된 노드(110)의 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 신호일 수 있다. 슈퍼프레임은 제1 구간 및 제2 구간을 포함할 수 있다. 비콘 신호는 슈퍼프레임의 출력 시간 및 슈퍼프레임의 각 구간(제1 구간 및 제2 구간)의 길이를 포함할 수 있다. 여기서 제1 구간과 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간일 수 있다. 제1 구간 이후 제2 구간이 이어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 제1 구간은 하향 링크 구간(Down)일 수 있고, 제2 구간은 상향 링크 구간(Up)일 수 있다. 또한, 비콘 신호는 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 노드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 비콘 신호의 수신을 통해 복수의 노드(110)는 어떤 노드가 하향 링크 신호를 수신받아야 하는 지 알 수 있다. 즉, 본 발명은 고전력 싱크(100)에서 출력되는 비콘 신호를 사용하여 네트워크 전체를 동기화하고, 하향 링크 신호의 전송 구간과 상향 링크 신호의 전송 구간을 시분할 방식으로 구분할 수 있다. 그 결과, 저전력 노드가 코디네이터로부터 받는 간섭이 제거될 수 있으며, 시간 동기화를 위한 비콘 신호 전송은 별도의 전원이 있는 고전력 코디네이터만 사용하므로 다른 저전력 노드들은 시간 동기화를 위한 별도의 오버헤드가 최소화될 수 있다.
도 2에 도시된 각 구간의 폭은 각 구간에 할당된 시간일 수 있고, 각 구간의 높이는 구간에서의 전송 출력의 세기를 나타낸다. 비콘 신호는 고전력의 싱크(100)에서 저전력의 노드(110)로 전달되는 바, 전송 출력의 세기가 크게 나타날 수 있다. 또한, 하향 링크 구간(Down)은 고전력의 싱크(100)에서 저전력의 노드(110)로 데이터 신호를 전달하는 구간이다. 따라서, 비콘 구간(B) 및 하향 링크 구간(Down)에서 전송 출력의 세기는 높게 나타날 수 있다. 그리고, 상향 링크 구간(Up)은 저전력의 노드(110)에서 고전력의 싱크(100)로 데이터 신호를 전달하는 구간이다. 따라서, 상향 링크 구간(Up)에서 전송 출력의 세기는 낮게 나타날 수 있다.
노드(110)는 비콘 신호 구간 및 하향 링크 구간(Down)에서 항상 동작 모드(active mode)일 수 있다. 노드(110)는 듀티 사이클링을 하지 않은 체 비콘 신호 수신 및 하향 링크 데이터 신호의 수신을 기다릴 수 있다.
싱크(100)는 단일 홉 방식으로 전송된 하향 링크 신호를 송신할 수 있다. 고전압의 싱크(100)는 높은 전송 출력을 가지는 바, 하향 링크 시 별도의 라우팅 메트릭이 적용되지 않을 수 있다. 노드(110)는 이러한 하향 링크 신호를 수신할 수 있다. 또한, 각 노드(110)는 자신의 이웃 노드에게 전송된 하향 링크 신호도 수신하여 저장할 수 있다. 즉, 특정 노드를 목적지로 하는 하향 링크 패킷을 목적지 노드의 주변 노드도 이를 저장할 수 있다. 무선 네트워크 시스템(10)은 비대칭 전송전력이 형성된 상태로 목적지 노드에서 싱크(100)로의 수신 확인 신호(Ack)의 전달이 용이하지 않을 수 있다. 이에 따라, 싱크(100)는 데이터 신호의 전송 완료 여부를 파악할 수 없고, 다시 신호를 송신하는 등의 패킷 손실이 발생될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템(10)은 목적지 노드로부터 수신 확인(Ack)이 이루어지지 않은 경우, 하향 링크 패킷을 저장하고 있는 주변 노드가 싱크(100)를 대신하여 이를 목적지 노드로 재전송할 수 있다. 이에 따라 재전송에 따른 패킷 손실을 방지할 수 있다.
또한, 목적지 노드(110)는 하향 링크 구간 동안 하향 링크 신호의 수신을 대기할 수 있다. 다만 도 3에 도시한 바와 같이, 싱크와 멀리 위치해있는 목적지 노드(110)는 하향 링크 신호(패킷)을 수신하지 못하는 경우가 발생할 수도 있다. 이러한 경우, 목적지 노드(110)는 하향 링크 구간 동안 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 노드(110)에게 발신할 수 있다. 상기 알림은 네트워크 환경 내 모든 노드에게 발신될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 몇몇 실시예에서는 인접한 주변 노드에 국한되어 발신될 수도 있다.
여기서 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 상기 목적지 노드가 아닌 다른 노드에게도 전송된 상태이고, 비콘 신호 수신을 통해 다른 노드도 하향 링크 신호가 전달되어야 하는 최종 목적지 노드를 알 수 있다. 따라서, 목적지 노드(110)가 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 수신 받은 다른 노드는 싱크를 대신하여 하향 링크 신호를 목적지 노드(110)로 전달할 수 있다. 이때 신호 전달의 효율을 위해 목적지 노드(110)와 가장 인접한 노드가 먼저 하향 링크 신호를 전달하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 재전송은 노드간의 전송으로 하향 링크 구간을 벗어나서 상향 링크 구간에서 수행될 수 있다.
상향 링크 구간(Up)에서, 노드(110)는 듀티 사이클링(duty cycling) 메커니즘이 적용된다. 각 노드(110)는 수면 모드(sleep mode)를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 데이터 신호 전송을 감지하는 동작 모드(active mode)로 작동될 수 있다. 동작 모드(active mode)에서 각 노드(110)는 데이터 신호 전송이 감지되는 경우 신호 전송을 위해 동작 모드가 계속 활성화되며, 감지되지 않은 경우 다시 수면 모드(sleep mode)로 돌아갈 수 있다. 각 노드들은 전송할 데이터 신호가 있는 경우에만 동작 모드(active mode)로 전환되어 데이터 전송을 수행하며, 데이터 신호가 없는 경우에는 수면 모드(sleep mode)를 유지하여 배터리 소모를 차단할 수 있다. 듀티 사이클링에 따라 활성화되는 시점은 노드(110)별로 상이할 수 있다. 예를 들어, 싱크(100)에서 원거리에 있는 노드(110)부터 순차적으로 동작 모드로 전환되어 신호 감지를 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 각 노드(110)들은 비콘 신호를 수신할 때 마다 비콘으로부터 수신 신호 강도 지표(Received signal strength indicator, RSSI)를 생성할 수 있으며, 이를 저장할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 노드(110)는 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성할 수 있으며, 이러한, 수신 신호 강도 지표(RSSI)는 싱크(100)로부터 멀어질수록 수신 신호 강도가 약해지는 바, 싱크(100)부터 멀어질 수록 수신 신호 강도 지표의 값은 작아질 수 있다. 무선 네트워크 시스템(10)은 비콘 신호에 강도에 따른 수신 신호 강도 지표(RSSI)의 변화 분포도를 비콘 신호 주기마다 생성할 수 있으며, 생성된 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 상향 링크 구간의 라우팅 메트릭으로 활용할 수 있다.
상향 링크 구간에서 저전력 노드(110)들은 상술한 바와 같이, 다중 홉 중계를 통해 데이터 신호가 싱크(100)로 전달될 수 있다. 데이터 신호를 생성한 노드(110)는 이웃 노드(110)로 생성된 데이터 신호를 전달하여야 하는 데, 이때 수신 신호 강도 지표(RSSI)가 활용될 수 있다. 데이터 신호를 생성하거나, 이웃 노드로부터 데이터신호를 전달받은 특정 노드(110)는 데이터 신호를 싱크(100)로 전달하기 위해 주변 노드(110)의 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 비교할 수 있다. 여기서, 자신의 수신 신호 강도 지표(RSSI)보다 높은 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 가진 이웃 노드(110)로 데이터 신호를 전달할 수 있다. 즉, 기회 감염(opportunistic)을 통해 데이터 신호가 노드간에 전달될 수 있다. 상술한 바와 같이 싱크(100)와 가까울수록 수신 신호 강조 지표(RSSI)의 세기가 강해지는 바, 점점 수신 신호 강도가 높아가는 방향으로 상향 링크 라우팅이 수행될 수 있다.
예시적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 수신 신호 강도 지표(-15)를 가진 소스 노드는 주변의 5개의 노드에 데이터 신호를 전달할 수 있으나, 수신 신호 강도 지표가 자기보다 높은 -9 RSSI 노드 및 -10 RSSI 노드로의 전달은 유효 전달 경로일 수 있다. 그리고, -20 RSSI 노드, -37 RSSI 노드, -40 RSSI 노드로의 전달은 비유효 전달 경로일 수 있다. 여기서, 상향 링크 구간에서 각 노드(110)는 듀티 사이클링을 하고 있는 바, -9 RSSI 노드 또는 -10 RSSI 노드 중 먼저 동작 모드로 전환되는 노드가 데이터 신호를 전달받을 수 있으며, 데이터 신호를 전달받은 노드는 상기 소스 노드에 수신 확인(Ack) 메시지를 전송하고, 데이터 신호를 싱크(100)로 전달할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 경로 상에 수신 신호 강도 지표(RSSI)의 값이 역전되는 경우가 발생할 수도 있다. 즉, 싱크와 인접한 노드의 수신 신호 강도 지표(RSSI)의 세기가 상기 노드로 신호를 전달해야하는 이웃 노드의 수신 신호 강도 지표(RSSI)보다 약하게 측정되는 경우, 이웃 노드에서 상기 목적지 노드로 상향 링크 신호가 전달되지 않아 이웃 노드에 계속 머무르게 되는 문제(Hole problem)가 발생할 수 있다.
본 실시예에 따른 복수의 노드(100)에서, 현재 신호를 전달해야되는 노드는 주변 노드로의 신호 전송이 실패하여, 수신 확인(Ack)를 기준 횟수 이상 받지 못하는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표(RSSI)의 값을 변경할 수 있다. 즉, 자신의 수신 신호 강도 지표(RSSI)의 세기를 낮추어 싱크와 이웃 싱크로 상향 링크 신호를 전달할 수 있다. 예시적으로, 도 6에 -9 RSSI 노드는 -10 RSSI 노드로의 전송이 계속 실패하는 경우, 본인의 RSSI 값을 -15로 조정하여 -10 RSSI 노도로의 전송을 수행할 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 노드(100)는 정해진 상향 링크 구간 내에 패킷 손실없이 성공적인 상향 링크 신호의 전송이 수행되도록 수신 신호 강도 지표의 세기를 약하게 조절할 수 있다.
이러한, 상향 링크 라우팅 과정은 상술한 바와 같이 비콘 신호의 주기 마다 새로 설정될 수 있다. 따라서, 노드(110)의 위치가 이동되거나, 새로운 노드(110)가 추가되더라도, 이러한 변화를 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 통해 반영할 수 있고 이를 바탕으로 최적의 신호 송신 경로가 산출될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호의 송수신 방법을 설명하도록 한다.
여기서, 일 실시예에서, 신호의 송수신 방법(라우팅 방법)을 수행하는 주체는 싱크일 수도 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서, 송수신 방법을 수행하는 주체는 복수의 노드일 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호의 송수신 방법에 따른 순서도이다. 무선 네트워크 시스템에서 고전력 싱크가 신호를 송수신하는 방법에 관한 것으로, 비콘 신호 송신 단계(S100), 하향 링크 신호 송신 단계(S110), 상향 링크 신호 수신 단계(S120)을 포함한다.
먼저, 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 복수의 노드로 송신한다(S100).
싱크(100)는 고전력 상태일 수 있다. 싱크(100)는 높은 전송 전력을 가진 고전력 코디네이터일 수 있다. 비콘 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크에서 복수의 노드로 송신될 수 있다. 여기서, 노드는 이동성 노드일 수 있으며, 비콘 신호에 의해 노드(110)들의 라우팅 업데이트는 동기화될 수 있다. 비콘 신호에 의해 싱크(100)와 시간 동기화가 수행될 수 있고, 무선 네트워크 시스템(10)에 신규 유입된 노드(110)는 비콘 신호의 수신 이후, 즉 싱크(100)와의 시간 동기화 이후 신호 전달을 위한 동작이 수행될 수 있다.
비콘 신호는 적어도 슈퍼프레임의 출력 시간과 제1 구간 및 제2 구간의 길이를 포함한다. 여기서, 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간일 수 있다. 또한, 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 제2 구간은 상향 링크 구간일 수 있다. 각 노드(110)는 비콘 신호를 수신할 때 마다 비콘으로부터의 수신 신호 강도 지표(Received signal strength indicator, RSSI)를 생성할 수 있으며, 이를 저장할 수 있다. 수신 신호 강도 지표(RSSI)는 싱크(100)로부터 멀어질수록 수신 신호 강도가 약해지는 바, 싱크(100)부터 멀어질 수록 수신 신호 강도 지표의 값은 작아질 수 있다. 생성된 수신 신호 강도 지표(RSSI)는 상향 링크 구간의 라우팅 메트릭으로 활용될 수 있다.
이어서, 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 하향 링크 신호를 복수의 노드로 송신한다(S110).
하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크에서 복수의 노드로 전송될 수 있다. 노드는 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지할 수 있다. 고전압의 싱크(100)는 높은 전송 출력을 가지는 바, 하향 링크 시 별도의 라우팅 메트릭이 적용되지 않을 수 있다. 노드(110)는 이러한 하향 링크 신호를 수신할 수 있다. 또한, 각 노드(110)는 자신의 이웃 노드에게 전송된 하향 링크 신호도 수신하여 저장할 수 있다. 목적지 노드로부터 수신 확인(Ack)이 이루어지지 않은 경우, 하향 링크 패킷을 저장하고 있는 주변 노드가 싱크(100)를 대신하여 이를 목적지 노드로 재전송할 수 있다. 또한, 비콘 신호는 상기 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 노드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 제1 구간에서, 하향 링크 신호가 목적지 노드에 수신되지 않은 경우, 목적지 노드는 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 노드에게 발신하고, 하향 링크 신호를 가지고 있는 다른 노드로부터 하향 링크 신호를 전달받을 수 있다. 이에 따라 재전송에 따른 패킷 손실을 방지할 수 있고, 하향 링크 신호의 전달도 신속하게 수행될 수 있다.
슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 수신한다(S120).
노드는 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있으며, 상향 링크 신호의 감지시 활성 상태를 유지하여 동작될 수 있다. 노드(110)는 수신 신호 강도 지표(RSSI)가 활용하여 데이터 신호를 싱크쪽으로 전달할 수 있다. 데이터 신호를 생성하거나, 이웃 노드로부터 데이터신호를 전달받은 특정 노드(110)는 데이터 신호를 싱크(100)로 전달하기 위해 주변 노드(110)의 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 비교할 수 있다. 여기서, 자신의 수신 신호 강도 지표(RSSI)보다 높은 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 가진 이웃 노드(110)로 데이터 신호를 전달할 수 있다. 즉, 기회 감염(opportunistic)을 통해 데이터 신호가 노드간에 전달될 수 있다. 또한, 상기 복수의 노드는 기준 횟수를 초과하여 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 약하게 조절할 수도 있다. 상술한 바와 같이 싱크(100)와 가까울수록 수신 신호 강조 지표(RSSI)의 세기가 강해지는 바, 점점 수신 신호 강도가 높아가는 방향으로 상향 링크 라우팅이 수행될 수 있다. 이러한, 라우팅 메트릭을 통해 상향 링크가 구성될 수 있으며, 링크는 이러한 상향 링크 신호를 수신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호의 송수신 방법에 따른 순서도이다. 무선 네트워크 시스템에서 저전력 노드가 신호를 송수신하는 방법에 관한 것으로, 비콘 신호 수신 단계(S200), 하향 링크 신호 수신 단계(S210), 상향 링크 신호 송신 단계(S220)을 포함한다.
먼저, 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 싱크로부터 수신한다(S100). 비콘 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크에서 복수의 노드로 전달될 수 있다. 여기서, 노드는 이동성 노드일 수 있으며, 비콘 신호에 의해 노드(110)들의 라우팅 업데이트는 동기화될 수 있다. 각 노드(110)는 이러한 비콘 신호에 의해 싱크(100)와 시간 동기화가 수행될 수 있고, 무선 네트워크 시스템(10)에 신규 유입된 노드(110)는 비콘 신호의 수신 이후, 즉 싱크(100)와의 시간 동기화 이후 신호 전달을 위한 동작이 수행될 수 있다. 비콘 신호는 적어도 슈퍼프레임의 출력 시간과 제1 구간 및 제2 구간의 길이를 포함한다. 여기서, 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간일 수 있다. 또한, 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 제2 구간은 상향 링크 구간일 수 있다. 각 노드(110)들은 비콘 신호를 수신할 때 마다 비콘으로부터의 수신 신호 강도 지표(Received signal strength indicator, RSSI)를 생성할 수 있으며, 이를 저장할 수 있다. 수신 신호 강도 지표(RSSI)는 싱크(100)로부터 멀어질수록 수신 신호 강도가 약해지는 바, 싱크(100)부터 멀어질 수록 수신 신호 강도 지표의 값은 작아질 수 있다. 생성된 수신 신호 강도 지표(RSSI)는 상향 링크 구간의 라우팅 메트릭으로 활용될 수 있다.
이어서, 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 하향 링크 신호를 싱크로부터 수신한다(S210).
하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크에서 복수의 노드로 전송될 수 있다. 노드는 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지할 수 있다. 고전압의 싱크(100)는 높은 전송 출력을 가지는 바, 하향 링크 시 별도의 라우팅 메트릭이 적용되지 않을 수 있다. 노드(110)는 이러한 하향 링크 신호를 수신할 수 있다. 또한, 각 노드(110)는 자신의 이웃 노드에게 전송된 하향 링크 신호도 수신하여 저장할 수 있다. 목적지 노드로부터 수신 확인(Ack)이 이루어지지 않은 경우, 하향 링크 패킷을 저장하고 있는 주변 노드가 싱크(100)를 대신하여 이를 목적지 노드로 재전송할 수 있다. 또한, 비콘 신호는 상기 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 노드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 제1 구간에서, 하향 링크 신호가 목적지 노드에 수신되지 않은 경우, 목적지 노드는 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 노드에게 발신하고, 하향 링크 신호를 가지고 있는 다른 노드로부터 하향 링크 신호를 전달받을 수 있다. 이에 따라 재전송에 따른 패킷 손실을 방지할 수 있고, 하향 링크 신호의 전달도 신속하게 수행될 수 있다.
슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 싱크로 송신한다(S220).
노드는 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있으며, 상향 링크 신호의 감지시 활성 상태를 유지하여 동작될 수 있다. 노드(110)는 수신 신호 강도 지표(RSSI)가 활용하여 데이터 신호를 싱크쪽으로 전달할 수 있다. 데이터 신호를 생성하거나, 이웃 노드로부터 데이터신호를 전달받은 특정 노드(110)는 데이터 신호를 싱크(100)로 전달하기 위해 주변 노드(110)의 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 비교할 수 있다. 여기서, 자신의 수신 신호 강도 지표(RSSI)보다 높은 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 가진 이웃 노드(110)로 데이터 신호를 전달할 수 있다. 즉, 기회 감염(opportunistic)을 통해 데이터 신호가 노드간에 전달될 수 있다. 또한, 상기 복수의 노드는 기준 횟수를 초과하여 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 약하게 조절할 수도 있다. 상술한 바와 같이 싱크(100)와 가까울수록 수신 신호 강조 지표(RSSI)의 세기가 강해지는 바, 점점 수신 신호 강도가 높아가는 방향으로 상향 링크 라우팅이 수행될 수 있다. 이러한, 라우팅 메트릭을 통해 상향 링크가 구성될 수 있으며, 싱크로의 신호 전달이 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법에 관한 실험 예를 분석하도록 한다.
도 9는 일 실험 예에 다른 시물레이션 토폴로지를 나타낸 도면이며, 도 10 및 도 11은 일 실험예의 시물레이션 결과를 도시한 그래프이다.
Cooja simulator를 이용하여 본 발명의 라우팅 방법과 RPL(R), ORPL(O), LOADng(L)을 비교하였다. 본 발명에서 하향 링크는 단일 홉 전송으로 수행되는 바, 다중 홉 전송을 하는 비교군 대비 효율이 뛰어난 것은 다소 자명한 바, 하향 링크의 비교 실험은 제외하고 상향 링크 라우팅 경로의 효율성을 검토하기 위해, 다음과 같이 시물레이션을 수행하였다.
도 9의 시물레이션 토폴로지에서 2번 노드를 싱크, 즉 고전력 게이트웨이로 사용하였으며, 나머지 19개의 노드는 저전력 노드로 설정하였다. 저전력 노드는 Random way point mode에 따라 2m/s로 이동하는 이동성 노드에 해당한다. 네트워크 사이즈는 90m x 90m이며, 싱크는 0dBm의 전송 전력을 사용하며, 저전력 노드는 10dBm을 사용한다. 각 저전력 노드는 30초에 하나의 패킷을 생성하여 싱크를 향해 전송을 하며, 비콘 신호의 출력 주기는 10초이다. 상향 링크에서 각 노드의 듀티 사이클링 레이트를 32Hz에서 2Hz까지 변경하면서 실험을 진행하였다. 예를 들어, 도 10 및 도 11의 그래프에서 L4는 4Hz의 듀티 사이클(sleep interval = 250ms)을 사용한 LOADng을 의미할 수 있고, 실시예에 따른 본 발명은 P로 표시되었다.
도 10은 싱크에서의 데이터 패킷 수신률(PRR, Packet reception ratio)을 나타낸다. 이동성 노드에 적합하지 않은 RPL과 ORPL은 예상대로 데이터 패킷 수신률이 낮게 측정되었다. RPL은 노드의 이동성에 의해 만료된 부모 정보를 활용하여 데이터 전송을 수행함에 따라 데이터 패킷 손실이 야기된 것으로 판단되며, ORPL 또한 유효하지 않은 EDC(Expected duty cycle) 라우팅 메트릭 사용으로 인해 패킷 손실이 야기된 것으로 판단된다. LOADng에서, L_NULL은 듀티 사이클링 없이 측정한 LOADng의 성능이며 LOADng의 PRR성능의 상한을 보여준다. LOADng의 리엑티브 한 방식은 프로엑티브한 라우팅과는 달리 필요한 경우에만 즉각적으로 새로운 경로를 찾기 때문에 높은 반응성을 가진다. 따라서, 이동성 노드에 다소 적합한 프로토콜일 수 있다. 하지만 매번 라우팅이 필요한 경우 RREQ를 네트워크 전체에 방송해야 한다. Duty cycling을 사용하는 LLN에서는 이는 매우 큰 부담이다. 즉, LOADng에서 동작 모드의 활성이 자주 일어나는 경우(L32, L16)는 80%를 상회하는 PRR을 보이지만, 듀티 사이클이 줄어들수록 PRR이 급속하게 감소되는 것을 확인할 수 있다. Duty cycling이 사용되는 경우 하나의 브로드캐스트 패킷을 전송하기 위해서는 sleep interval 동안 반복적으로 해당 패킷을 전송해야 하기 때문에, sleep interval이 길어질수록 RREQ flooding 오버헤드가 심해질 수 있다. 그리고, 도 11에 도시된 Duty cycle(%)는 작동되는 시간을 나타내는 것으로 전력 소모에 대응되는 수치일 수 있다. RPL 및 ORPL은 에너지 소모가 크지 않으나, LOADng의 경우, sleep interval이 길어질수록 RREQ의 오버헤드로 인한 에너지 소모가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법(P)은 비콘 주기 마다 라우팅 메트릭을 업데이트될 수 있다. 또한, RPL과 ORPL과 달리 수신 신호 강도 표시(RSSI)를 활용한 유효한 라우팅 메트릭 정보를 통해 라우팅 메트릭을 결정할 수 있는 바, 높은 PRR을 유지하는 것을 알 수 있다. 또한, LOADng와 달리 라우팅 업데이트에 소요되는 오버헤드가 최소화되는 바, 에너지 소모도 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 송수신 방법에서, 고전압 싱크는 비콘 전송을 수초 단위로 반복 전송하여 노드와 싱크를 시동기화하여 신호 송수신 경로를 최신 상태로 유지할 수 있다. 또한, 비콘 전송에 대응하여 고전력 하향 링크와 저전력 상향 링크를 시분할하는 바, 고전력 전송에 의한 간섭이 최소화될 수 있다. 고전압 싱크를 사용하여 단일 홉 하향 링크 전송을 수행하는 바 노드의 포워딩 및 메모리 부담이 감소될 수 있다. 또한, 상향 링크 경로 설정시, 노드의 이동을 반영할 수 있는 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 라우팅 메트릭으로 사용하여 최선 신호 송수신 경로를 용이하게 업데이트할 수 있고, 모바일 LLN에 보다 용이하게 적용될 수 있다.
도 12는 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 무선 장치/기기(210)는 상술한 설명의 저전력 노드(센서 노드), 그리고 무선 장치/기기(200)는 상술한 설명의 고전력 싱크(싱크 노드)에 대응할 수 있다.
무선 기기(200)는 프로세서(201), 메모리(202), 송수신부(203)를 포함할 수 있고, 무선 기기(210) 역시 프로세서(211), 메모리(212) 및 송수신부(213)를 포함할 수 있다. 송수신부(203 및 213)은 무선 신호를 송신/수신하고, IEEE/3GPP 등의 물리적 계층에서 실행될 수 있다. 프로세서(201 및 211)는 물리 계층 및/또는 MAC 계층에서 실행되고, 송수신부(203 및 213)와 연결되어 있다. 프로세서(201 및 211)는 상기 언급된 신호 송수신 방법 수행하도록 동작할 수 있다.
즉, 무선기기(210)는 비대칭 전송 전력 기반 무선 네트워크 시스템에 포함된 노드로서 데이터 신호를 송수신하도록 구성될 수 있으며, 송수신기(213)는 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 수신하고, 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서 하향 링크 신호를 수신하며, 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서 상향 링크 신호를 주변 무선 기기에 전달할 수 있다. 또한, 프로세서(211)는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 상향 링크 신호를 전달할 수 있다. 또한 프로세서(211)는 기준 횟수를 초과하여 이웃 무선 기기로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 약하게 조절할 수도 있다. 또한, 비콘 신호와 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크로부터 송수신기(213)에 전송되고, 수신 신호 강도 지표는 싱크와 가까울수록 세기가 강하며, 프로세서(211)는 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 무선 기기로 상향 링크 신호를 전달할 수 있다. 무선기기(210)는 이동성 노드일 수 있고, 무선기기(210)는 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지할 수 있다. 또한, 비콘 신호는 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 무선 기기에 관한 정보를 포함할 수 있다. 무선 기기(210)가 목적지 무선 기기일 때, 제1 구간에서, 하향 링크 신호가 목적지 무선 기기에 수신되지 않은 경우, 목적지 무선 기기는 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 무선 기기에게 발신할 수 있다. 이때, 목적지 무선 기기는 하향 링크 신호를 가지고 있는 다른 무선 기기로부터 상기 하향 링크 신호를 전달받을 수 있다.
프로세서(201 및 211) 및/또는 송수신부(203 및 213)는 특정 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(202 및 212)은 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시 예가 소프트웨어에 의해 실행될 때, 상기 기술한 방법은 상기 기술된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로세스, 기능)로서 실행될 수 있다. 상기 모듈은 메모리(202 및 212)에 저장될 수 있고, 프로세서(201 및 211)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리(202 및 212)는 상기 프로세서(201 및 211)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 잘 알려진 수단으로 프로세서(201 및 211)와 연결될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 싱크
110: 노드
200, 210: 무선기기
201, 211: 프로세서
202, 212: 메모리
203, 213: 송수신부

Claims (20)

  1. 무선 센서 네트워크 시스템에서 저전력의 복수의 노드와 고전력 싱크간의 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계;
    상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 하향 링크 신호를 상기 복수의 노드로 송신하는 단계; 및
    상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 노드는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 상향 링크 신호는 상기 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 싱크로 전달되고,
    상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며,
    상기 복수의 노드 각각은 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호를 전달하고,
    상기 복수의 노드는 기준 횟수를 초과하여 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 상기 이웃 노드의 수신 신호 강도 지표보다 약하게 조절하는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 상기 슈퍼프레임의 출력 시간과 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 길이를 포함하고,
    상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간이며,
    상기 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 상기 제2 구간은 상향 링크 구간인 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 비콘 신호 및 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 상기 복수의 노드로 송신되는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노드는 이동성 노드인 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지하는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 상기 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 노드에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제1 구간에서, 상기 목적지 노드는 상기 하향 링크 신호를 수신하지 못한 경우 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 노드에게 발신하고, 상기 하향 링크 신호를 가지고 있는 다른 노드로부터 상기 하향 링크 신호를 전달받는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  9. 무선 센서 네트워크 시스템에서 저전력의 복수의 노드와 고전력 싱크 간의 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 싱크로부터 슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 수신하는 단계;
    상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서, 상기 싱크로부터 하향 링크 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서, 상향 링크 신호를 다중 홉 중계를 통하여 상기 싱크로 송신하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 노드는 상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 상향 링크 신호는 상기 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 싱크로 전달되고,
    상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며,
    상기 복수의 노드 각각은 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호를 전달하고,
    상기 복수의 노드는 기준 횟수를 초과하여 이웃 노드로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 상기 이웃 노드의 수신 신호 강도 지표보다 약하게 조절하는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 구간은 하향 링크 구간이고, 상기 제2 구간은 상향 링크 구간이며,
    상기 비콘 신호는 상기 슈퍼프레임의 출력 시간과 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간의 길이를 포함하고,
    상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 시간적으로 분할된 독립적인 구간인 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 비콘 신호 및 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 상기 싱크에서 상기 복수의 노드로 전송되는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  12. 삭제
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 노드는 이동성 노드인 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  14. 삭제
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지하는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 상기 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 노드에 관한 정보를 포함하고,
    상기 제1 구간에서, 상기 목적지 노드는 상기 하향 링크 신호를 수신하지 못한 경우 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 노드에게 발신하고, 상기 하향 링크 신호를 가지고 있는 다른 노드로부터 상기 하향 링크 신호를 전달받는 무선 센서 네트워크 시스템의 신호 송수신 방법.
  17. 저전력의 복수의 노드와 고전력의 싱크로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 포함된 노드로서 데이터 신호를 송수신하도록 구성되는 무선 기기에 있어서,
    슈퍼프레임의 시작을 지시하는 비콘 신호를 수신하고, 상기 슈퍼프레임의 제1 구간에서 하향 링크 신호를 수신하며, 상기 슈퍼프레임의 제2 구간에서 상향 링크 신호를 주변 무선 기기에 전달하는 송수신기; 및
    상기 비콘 신호를 수신할 때 수신 신호 강도 지표(RSSI)를 생성하며, 상기 수신 신호 강도 지표에 따라 상기 상향 링크 신호를 전달하는 주변 무선 기기를 결정하는 프로세서를 포함하고,
    상기 수신 신호 강도 지표는 상기 싱크와 가까울수록 세기가 강하며,
    상기 프로세서는 자신의 수신 신호 강도 지표보다 높은 수신 신호 강도 지표를 가진 이웃 무선 기기로 상기 상향 링크 신호를 전달하고,
    상기 프로세서는 기준 횟수를 초과하여 이웃 무선 기기로 상기 상향 링크 신호가 전달되지 않는 경우, 자신의 수신 신호 강도 지표의 세기를 상기 이웃 무선 기기의 수신 신호 강도 지표보다 약하게 조절하는 무선기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 비콘 신호와 상기 하향 링크 신호는 단일 홉 전송을 통해 싱크로부터 상기 송수신기에 전송되는 무선기기.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 무선기기는 이동성 노드이며,
    상기 무선기기는 상기 제1 구간에서 하향 링크 신호의 수신을 기다리는 동작 모드를 유지하며, 상기 제2 구간에서 수면 모드를 유지하는 비활성 상태에서 일정 주기에 따라 활성화되어 상향 링크 신호를 감지하는 무선기기.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 상기 하향 링크 신호를 전달받아야하는 목적지 무선 기기에 관한 정보를 포함하고,
    상기 무선 기기가 상기 목적지 무선 기기일 때, 상기 제1 구간에서, 상기 하향 링크 신호가 상기 목적지 무선 기기에 수신되지 않은 경우, 상기 목적지 무선 기기는 하향 링크 신호를 수신하지 못하였다는 알림(NACK)을 다른 무선 기기에게 발신하고, 상기 하향 링크 신호를 가진 다른 무선 기기로부터 상기 하향 링크 신호를 전달받는 무선기기.
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