KR20210085298A - Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network - Google Patents
Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210085298A KR20210085298A KR1020190178195A KR20190178195A KR20210085298A KR 20210085298 A KR20210085298 A KR 20210085298A KR 1020190178195 A KR1020190178195 A KR 1020190178195A KR 20190178195 A KR20190178195 A KR 20190178195A KR 20210085298 A KR20210085298 A KR 20210085298A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- node
- preamble
- transmitting
- time information
- sensor network
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- LFVLUOAHQIVABZ-UHFFFAOYSA-N Iodofenphos Chemical compound COP(=S)(OC)OC1=CC(Cl)=C(I)C=C1Cl LFVLUOAHQIVABZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108700026140 MAC combination Proteins 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000002618 waking effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
- H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
- H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
- H04W40/12—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
- H04W40/16—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality based on interference
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
- H04W52/02—Power saving arrangements
- H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
- H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W74/00—Wireless channel access
- H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
- H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
- H04W74/0841—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
- H04W74/085—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment collision avoidance
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 무선 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크에서 저전력 및 저지연 경로 설정을 지원하는 라우팅 메트릭을 이용하는 무선 통신 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless communication method, and more particularly, to a wireless communication method using a routing metric supporting low-power and low-latency path setting in a duty cycle-based wireless sensor network.
본 발명은 IITP 감독하는 SW 중심대학사업(National Program for Excellence in SW)에 따라 한국 MIST가 지원하는 연구 결과로부터 도출된 것이다(과제 고유번호: 2017-0-00096)The present invention is derived from the research results supported by MIST in Korea according to the National Program for Excellence in SW supervised by the IITP (task identification number: 2017-0-00096)
무선 센서 네트워크(WSN; Wireless Sensor Network)는 센서 노드(sensor node)들이 센서를 통해 주변 환경을 감시하고 데이터를 수집하는 용도로 다양한 응용이 가능한 기술로써, 군사지역에서 침입을 감지하는 보안용도, 자연 환경에서 동물들을 감지하기 위한 용도, 특정 지역에서 습도나 온도 등의 환경 정보를 모니터링하기 위한 용도 등으로 사용될 수 있다. Wireless Sensor Network (WSN) is a technology that can be applied in various ways for sensor nodes to monitor the surrounding environment and collect data through sensors. It can be used for detecting animals in the environment, for monitoring environmental information such as humidity or temperature in a specific area, and the like.
무선 센서 네트워크는 WLAN 및 Bluetooth와 같은 다른 네트워크와 달리 자체 배터리를 변경하거나 충전할 수 없으며, 보통 배터리와 같은 용량이 제한된 에너지원을 사용하고 있다. 이에 따라, 에너지 효율은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드를 위한 프로토콜을 설계할 때 근본적이고 중요한 고려 사항이다. 많은 수의 노드를 배치하는 것과 함께 에너지 제약은 센서 노드, MAC 및 무선 센서 네트워크의 라우팅 프로토콜을 설계하는데 어려움을 낳으며, 에너지를 효율적으로 관리하고 사용하는 것이 매우 중요하다. Unlike other networks such as WLAN and Bluetooth, wireless sensor networks cannot change or recharge their own batteries, and usually use a limited-capacity energy source such as a battery. Accordingly, energy efficiency is a fundamental and important consideration when designing protocols for sensor nodes in wireless sensor networks. Energy constraints along with deploying a large number of nodes make it difficult to design routing protocols for sensor nodes, MACs and wireless sensor networks, and it is very important to manage and use energy efficiently.
이와 같이 무선 센서 네트워크에 대한 저전력 설계 요구가 증가하면서, 수면(sleep) 상태와 동작(active) 상태를 반복하는 듀티 사이클(duty cycle)을 많이 이용하고 있다. 듀티 사이클의 이용에 의해, 수면 상태 동안에는 전파의 송수신을모두 꺼서 에너지를 절약할 수 있지만 동시에 전송지연이 발생하게 된다. As such, as the demand for low-power design for the wireless sensor network increases, a duty cycle that repeats a sleep state and an active state is frequently used. By using the duty cycle, it is possible to save energy by turning off both transmission and reception of radio waves during the sleep state, but at the same time, transmission delay occurs.
듀티 사이클의 동작 방식에는 동기 방식의 듀티 사이클과 비동기 방식의 듀티 사이클과 같은 두가지 방식이 있다. 동기 방식의 경우 SYNC와 같은 주기적 제어 프레임을 교환하여 각 노드의 듀티 사이클에서의 활성 구간을 동기화시킨다. 이러한 추가 제어 프레임은 낭비되는 에너지 사용을 유발하며, 매체를 액세스하기 위한 공통 기간이 겹치면 프레임 간의 충돌이 발생한다. 이와 같이 동기 방식의 듀티 사이클에는 프로토콜 오버헤드라는 해결하기 어려운 문제가 있어 현실적으로는 비동기 방식 듀티 사이클이 널리 사용된다. There are two types of duty cycle operations: a synchronous duty cycle and an asynchronous duty cycle. In the case of the synchronization method, the active period in the duty cycle of each node is synchronized by exchanging periodic control frames such as SYNC. These additional control frames result in wasted energy usage, and conflicts between frames occur when common periods for accessing the medium overlap. As described above, the synchronous duty cycle has a difficult problem of protocol overhead, so in reality, the asynchronous duty cycle is widely used.
그런데, 비동기 방식의 듀티 사이클은 프로토콜 오버헤드의 문제는 해결할 수 있지만 센서 노드간에 동작 구간이 달라 지연시간이 동기 방식에 비해 증가하는 현상이 일어난다. 특히 수신노드의 듀티 사이클을 기다리면서 프리앰블을 지속적으로 전송하기 때문에 노드의 에너지원이 낭비되는 부분이다. However, the duty cycle of the asynchronous method can solve the problem of protocol overhead, but the delay time increases compared to the synchronous method because the operation period is different between sensor nodes. In particular, since the preamble is continuously transmitted while waiting for the duty cycle of the receiving node, the energy source of the node is wasted.
따라서, 라우팅 프로토콜에서 듀티 사이클에 의한 대기시간을 최소화하는 경로를 선정한다면 이는 전체 전송 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 에너지도 최적화할 수 있다.Therefore, if a route that minimizes the latency due to the duty cycle is selected in the routing protocol, not only the overall transmission time can be minimized, but also the energy used can be optimized.
그러므로, 이와 같은 대기 시간을 최소화할 있는 경로 설정을 통해 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성과 시간 지연을 최소화할 수 있는 무선 통신 방법을 고려해 볼 필요가 있다.Therefore, it is necessary to consider a wireless communication method capable of minimizing energy efficiency and time delay in a wireless sensor network through path setting capable of minimizing such waiting time.
따라서, 본 발명의 목적은, 튜티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크에서 저전력 및 저지연 경로 설정을 지원하는 라우팅 메트릭을 이용하는 무선 통신 방법을 제공함에 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wireless communication method using a routing metric supporting low power and low latency path setting in a duty cycle-based wireless sensor network.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 통신 방법은, 듀티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크에서, 전송 노드가 웨이크 업 되어 주소 정보를 삽입한 프리앰블(preamble)을 생성하여, 얼리 애크(Early-ACK)를 수신할 수 있는 간격을 두면서 상기 프리앰블을 반복적으로 전송하는 단계, 상기 프리앰블을 수신한 적어도 하나의 이웃 노드에서, 자신의 웨이크 업 스케쥴을 예측할 수 있는 시간 정보가 삽입된 얼리 애크를 상기 전송 노드로 전송하는 단계, 상기 전송 노드에서 상기 시간 정보에 기초하여, 상기 적어도 하나의 이웃 노드 중에서 데이터를 전송할 수신 노드를 선택하는 단계, 및 상기 전송 노드에서 상기 선택한 수신 노드로 데이터 전송이 이루어지는 단계를 포함한다.In a wireless communication method according to the present invention for achieving the above object, in a duty cycle-based wireless sensor network, a transmission node wakes up and generates a preamble into which address information is inserted, and early ACK (Early-ACK) Repeatedly transmitting the preamble with an interval capable of receiving the . At least one neighboring node that has received the preamble, an early acknowledgment in which time information for predicting its own wakeup schedule is inserted to the transmitting node. transmitting, the transmitting node selecting a receiving node to transmit data from among the at least one neighboring node based on the time information, and performing data transmission from the transmitting node to the selected receiving node. .
상기 전송 노드가 상기 선택한 수신 노드로 데이터 전송을 완료한 후, 수면 상태로 전환하는 단계를 더 포함하며, 상기 전송 노드는 상기 시간 정보를 참조하여, 상기 선택한 수신 노드의 웨이크 업 시간에 맞추어 상기 수면 상태에서 웨이크 업 될 수 있다. After the transmitting node completes data transmission to the selected receiving node, the method further includes switching to a sleep state, wherein the transmitting node refers to the time information and matches the wakeup time of the selected receiving node to the sleep state. Can be woken up from the state.
상기 시간 정보는, 상기 튜티 사이틀 주기 안에서 웨이크 업 상태로 되는 시간에 대한 정보이며, 상기 전송 노드가 다른 노드와의 프리앰블 충돌을 방지하기 위하여, 랜덤 백 오프 과정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. The time information is information about a time to wake up within the duty cycle period, and may further include the step of performing a random back-off process by the transmitting node in order to prevent a preamble collision with another node. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 듀티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크에서, 웨이크 업 되어 주소 정보를 삽입한 프리앰블을 생성하여, 얼리 애크(Early-ACK)를 수신할 수 있는 간격을 두면서 상기 프리앰블을 반복적으로 전송하는 전송 노드, 및 상기 프리앰블을 수신하여, 자신의 웨이크 업 스케쥴을 예측할 수 있는 시간 정보가 삽입된 얼리 애크를 상기 전송 노드로 전송하는 적어도 하나의 이웃 노드를 포함하며, 상기 전송 노드는 상기 시간 정보에 기초하여, 상기 적어도 하나의 이웃 노드 중에서 데이터를 전송할 수신 노드를 선택하여, 상기 선택한 수신 노드로 데이터를 전송할 수 있다.In a wireless communication system according to the present invention for achieving the above object, in a duty cycle-based wireless sensor network, wake up and generate a preamble in which address information is inserted, an interval at which an Early-ACK can be received A transmitting node that repeatedly transmits the preamble while placing a , and at least one neighboring node that receives the preamble and transmits, to the transmitting node, an early acknowledgment into which time information for predicting its own wakeup schedule is inserted. , the transmitting node may select a receiving node to transmit data from among the at least one neighboring node based on the time information, and transmit data to the selected receiving node.
본 발명에 따르면, 듀티 사이클로 인해 발생하는 총 대기시간을 최소화하는 EDW 라우팅 메트릭을 사용함으써 어떤 노드가 대기하는 동안 동작상태를 유지하고, 불필요한 짧은 프리앰블을 연속적으로 전송하여 노드들 간의 간섭을 발생하는 등의 문제점을 줄일 수가 있다. 이로 인해 긴 지연 시간과 함께 많은 에너지를 낭비하는 경로 설정을 방지함으로써 에너지 효율적이고 저지연의 무선 센서 네트워크를 구성할 수 있다. According to the present invention, by using an EDW routing metric that minimizes the total waiting time caused by the duty cycle, a node maintains an operating state while waiting, and causes interference between nodes by continuously transmitting unnecessary short preambles. problems can be reduced. This makes it possible to construct an energy-efficient and low-latency wireless sensor network by avoiding route setup that wastes a lot of energy with long latency.
또한, 본 발명에서는 충돌을 피하고 오버 헤드를 줄임으로써 지연, 처리량 및 에너지 소비 측면에서 기존 MAC 프로토콜보다 우수한 TRIX-MAC 프로토콜을 제공할 수 있다. 그리고, 이와 같은 TRIX-MAC 프로토콜을 이용하여 송신 및 수신 노드 모두에서 에너지 절약을 희생시키지 않고 무선 센서 네트워크에서 신속한 통신을 수행할 수 있으며, 충돌 및 불필요한 웨이크 업을 줄여 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있다.In addition, the present invention can provide the TRIX-MAC protocol superior to the existing MAC protocol in terms of delay, throughput and energy consumption by avoiding collision and reducing overhead. In addition, by using the TRIX-MAC protocol, rapid communication can be performed in the wireless sensor network without sacrificing energy saving at both the transmitting and receiving nodes, and the lifespan of the sensor network can be increased by reducing collisions and unnecessary wake-ups. .
도 1은 무선 센서 네트워크의 일 예를 나타낸 도면,
도 2는 듀티 사이클에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 3은 X-MAC에 대한 동작 설명에 참조되는 도면,
도 4는 본 발명에서 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜에 대한 동작 설명에 참조되는 도면,
도 5는 본 발명에서 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜에서 랜덤 백 오프에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 6은 본 발명에서 사용하는 라우팅 메트릭인 EDW에 대한 설명에 참조되는 도면, 그리고
도 7 내지 도 12는 다양한 조건 하에서 본 발명에 따른 방법과 다른 프로토콜을 이용한 방법을 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an example of a wireless sensor network;
2 is a diagram referenced in the description of the duty cycle;
3 is a diagram referenced in the operation description for X-MAC;
4 is a diagram referenced in the operation description for the TRIX-MAC protocol used in the present invention;
5 is a diagram referenced in the description of random back-off in the TRIX-MAC protocol used in the present invention;
6 is a diagram referenced in the description of EDW, which is a routing metric used in the present invention, and
7 to 12 are diagrams showing simulation results of the method according to the present invention and the method using a different protocol under various conditions.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소에 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 등과, 어떤 구성요소가 다른 구성요소로 신호를 "전송한다" 와 같은 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.In this specification, when a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to another component, but another component in between. It should be understood that elements may exist. In addition, other expressions describing the relationship between elements, such as "between" or "neighboring to", etc., such as that one element "transmits" a signal to another element, should be interpreted similarly. do.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 무선 센서 네트워크의 일 예를 나타낸 것이다.1 shows an example of a wireless sensor network.
도 1을 참조하면, 무선 센서 네트워크는 기본적으로 많은 수의 센서 노드들로 구성되며, 센서 노드들은 센서를 통해 정보를 수집하고 수집된 정보를 일정시간마다 최종 목적지인 싱크 노드에게 전송하게 된다. 싱크 노드는 센서 노드들로부터 데이터를 수집하여 수집된 데이터를 사용자에게 전송하게 된다. Referring to FIG. 1 , a wireless sensor network is basically composed of a large number of sensor nodes, and the sensor nodes collect information through sensors and transmit the collected information to a sink node, which is a final destination, every predetermined time. The sink node collects data from sensor nodes and transmits the collected data to the user.
이와 같은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드들은 보통 배터리와 같이 용량이 제한된 에너지원을 사용하고 있으므로, 에너지를 효율적으로 관리하고 사용하는 것이 매우 중요한다. In such a wireless sensor network, sensor nodes usually use an energy source with limited capacity, such as a battery, so it is very important to efficiently manage and use energy.
도 2는 듀티 사이클에 대한 설명에 참조되는 도면이다.2 is a diagram referred to in the description of the duty cycle.
도 2에 도시한 바와 같이, 무선 센서 네트워크에 대한 저전력 설계가 요구되면서, 수면(sleep) 상태와 동작(active) 상태를 반복하는 듀티 사이클(duty cycle)을 많이 이용하고 있다. 이와 같은 튜티 사이클을 사용함으로써, 수면 상태 동안에는 전파의 송수신을 모두 꺼서 에너지를 절약할 수 있지만, 동시에 전송지연이 발생하게 된다. As shown in FIG. 2 , as a low-power design for a wireless sensor network is required, a duty cycle that repeats a sleep state and an active state is frequently used. By using such a duty cycle, it is possible to save energy by turning off all transmission and reception of radio waves during the sleep state, but at the same time, transmission delay occurs.
이러한, 듀티 사이클의 동작 방식에는 동기 방식의 듀티 사이클과 비동기 방식의 듀티 사이클과 같은 두가지 방식이 있다. 그러나, 동기 방식의 듀티 사이클에는 프로토콜 오버헤드라는 해결하기 어려운 문제가 있어 현실적으로는 비동기 방식 듀티 사이클이 널리 사용된다.There are two types of duty cycle operation methods, such as a synchronous duty cycle and an asynchronous duty cycle. However, the synchronous duty cycle has a difficult problem of protocol overhead, so in reality, the asynchronous duty cycle is widely used.
도 3은 X-MAC에 대한 동작 설명에 참조되는 도면이다.3 is a diagram referenced in the description of the operation of the X-MAC.
Michael Buettner 등이 제안한 X-MAC(Michael Buettner, Gray V. Yee, Eric Anderson and Richard Han, "X-MAC: a short preamble mac protocol for duty-cycled wireless sensor networks," Proc. of the 4th ACM Conference on Embedded Networked Sensor System, pp. 307-320, Nov 2006)은 Joseph Polastre 등이 제안한 B-MAC(Joseph Polastre, Jason Hill, and David Culler, "Versatile low power media access for wireless sensor networks," Proc. of the second ACM Conference on Embedded Networked Sensor System, pp. 95-107, 2004) 기반의 무선 센서 네트워크를 위한 비동기 듀티 사이클 MAC 프로토콜로 일련의 짧은 프리앰블(preamble)을 사용하여 동기화 없이 저전력 통신을 구현한다. X-MAC (Michael Buettner, Gray V. Yee, Eric Anderson and Richard Han, "X-MAC: a short preamble mac protocol for duty-cycled wireless sensor networks," Proc. of the 4th ACM Conference on Embedded Networked Sensor System, pp. 307-320, Nov 2006) is a B-MAC (Joseph Polastre, Jason Hill, and David Culler, "Versatile low power media access for wireless sensor networks," Proc. of the Second ACM Conference on Embedded Networked Sensor System, pp. 95-107, 2004) is an asynchronous duty cycle MAC protocol for a wireless sensor network that uses a series of short preambles to implement low-power communication without synchronization.
X-MAC에서, 짧은 프리앰블은 수신 노드의 주소를 전달하기 때문에 수신 노드가 아닌 다른 노드는 첫 번째 짧은 프리앰블을 듣는 동안 슬립할 수 있다. 수신 노드는 얼리 애크(early-ACK)로 응답하여 프리앰블을 중지하고 데이터 전송을 시작할 수 있다. In X-MAC, since the short preamble carries the address of the receiving node, a node other than the receiving node can sleep while listening to the first short preamble. The receiving node may respond with an early-ACK to stop the preamble and start data transmission.
X-MAC의 주요 특징은 짧은 프리앰블 샘플링과 얼리 애크 메커니즘이다. X-MAC은 B-MAC에서 사용되는 긴 프리앰블 대신에 수신 노드가 통지하도록 다중의 짧은 프리앰블을 전송한다. 수신 노드가 어웨이크(awake) 주기 동안 짧은 프리앰블을 검출하면, 실제 데이터 프레임을 수신하기 전에 얼리 애크를 전송 노드로 전송하고, 전송 노드는 수신 노드가 어웨이크(awake) 기간에 머물러 있다는 것을 알고, 즉시 데이터 프레임을 송신한다.The main features of X-MAC are short preamble sampling and early acknowledgment mechanism. The X-MAC sends multiple short preambles to notify the receiving node instead of the long preamble used in the B-MAC. When the receiving node detects a short preamble during the awake period, it sends an early acknowledgment to the transmitting node before receiving the actual data frame, and the transmitting node knows that the receiving node stays in the awake period, Immediately transmit the data frame.
결과적으로, X-MAC은 짧은 프리앰블 샘플링 및 얼리 애크 메커니즘으로 인해 B-MAC보다 많은 에너지를 절약할 수 있다.As a result, X-MAC can save more energy than B-MAC due to its short preamble sampling and early acknowledgment mechanism.
도 3에 도시한 바와 같이, 네트워크의 모든 노드는, 주기가 T 인 프레임을 송수신하기 위해 자체 웨이크업 일정을 가진다. TX 노드는 RX 노드가 깨어날 때 까지 짧은 프리앰블을 계속 보낸다. 다른 노드는 TX 노드와 RX 노드 사이의 통신을 간섭하지 않는다. TX 노드가 수신 확인을 수신하면 RX 노드로 데이터 프레임을 전송하기 시작한다.As shown in FIG. 3 , all nodes in the network have their own wake-up schedule to transmit and receive frames with a period of T. The TX node continues to send a short preamble until the RX node wakes up. No other node interferes with the communication between the TX node and the RX node. When the TX node receives the acknowledgment, it starts sending data frames to the RX node.
X-MAC은 비동기식이기 때문에 TX 노드의 평균 통신 시간은 T/2 + 데이터 프레임 길이이다. 둘 이상의 TX 노드가 웨이크 업되어 동시에 프리앰블을 보내기 시작할 때 RX 노드를 포함한 다른 모든 노드는 프리앰블의 주소 정보를 확인할 수 없으므로, TX 노드는 다음 웨이크업 일정까지 프리앰블 전송을 중단하지 않는다. 따라서, 각 충돌 데이터 프레임에 대해, 송신자에 대한 평균 통신 시간은 T이다.Since X-MAC is asynchronous, the average communication time of a TX node is T/2 + data frame length. When two or more TX nodes wake up and start sending preambles at the same time, all other nodes including the RX node cannot check the address information of the preamble, so the TX node does not stop transmitting the preamble until the next wakeup schedule. Thus, for each conflicting data frame, the average communication time to the sender is T.
도 4는 본 발명에서 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜에 대한 동작 설명에 참조되는 도면이다.4 is a diagram referenced in the description of the operation of the TRIX-MAC protocol used in the present invention.
본 발명에서 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜은 X-MAC을 기반으로 한다. 네트워크의 모든 노드는 웨이크 업과 수면(sleep) 상태의 두 가지 상태로 나누어진 C 사이클과 동일한 사이클을 가진다. 웨이크 업 상태는 노드가 무선통신을 켜고 데이터를 수신 또는 전송하는 활성 상태이고, 수면 상태는 노드가 무선통신을 꺼서 전원을 절약하는 상태이다. The TRIX-MAC protocol used in the present invention is based on X-MAC. Every node in the network has a cycle equal to C cycle, which is divided into two states: wakeup and sleep state. The wake-up state is an active state in which a node turns on wireless communication and receives or transmits data, and the sleep state is a state in which the node saves power by turning off the wireless communication.
웨이크 업 상태는 노드가 데이터 프레임을 전송하려고 할 때 동기화-웨이크 업주기가 선택 사항인 스케줄된 웨이크 업(Sched-wakeup) 및 동기화 웨이크 업(Synch-wakeup) 기간의 두 가지 기간으로 구성되며, 노드에서 데이터 프레임을 전송하려는 경우 동기화된 웨이크업은 선택 사항이다. The wake-up state consists of two periods: a scheduled wakeup period and a synch-wakeup period, in which the synchronization-wakeup cycle is optional when the node is about to transmit a data frame. Synchronized wakeup is optional if you want to transmit data frames.
도 4에서는 TRIX-MAC 프로토콜의 기본 동작을 보여 주며 TX 노드는 짧은 프리앰블을 전송하고 두 번 웨이크 업 된다. 각 노드는 자신의 일정에 따라 주기적으로 웨이크 업되어 들어오는 짧은 프리앰블이 있는지 확인한다. 스케줄 발생 후 짧은 프리앰블이 들어오지 않으면 TX 노드는 절전 상태가 된다. 전송할 데이터 프레임이 있을 때 TX 노드는 RX 노드에 동기화된 동기화 웨이크 업(Synch-wakeup)에서 다시 깨어난다. 채널이 유휴 상태로 있을 때, TX- 노드는 데이터 프레임을 전송하기 전에 쇼트 프리앰블의 전송을 시작한다.4 shows the basic operation of the TRIX-MAC protocol, and the TX node transmits a short preamble and wakes up twice. Each node wakes up periodically according to its own schedule and checks whether there is an incoming short preamble. If a short preamble is not received after the schedule is generated, the TX node goes into a power saving state. When there is a data frame to transmit, the TX node wakes up again from a Synchronized Wakeup synchronized to the RX node. When the channel is idle, the TX-node starts transmitting the short preamble before transmitting the data frame.
TRIX-MAC 프로토콜에서 모든 노드는 독립적으로 자신의 웨이크 업 스케줄을 가지며 RX 노드의 웨이크 업에 동기화된 임시 웨이크 업 스케줄을 가지며, RX 노드의 웨이크 업 스케줄은 얼리 애크 프레임의 필드 안에서 웨이크 업 시간으로 얻을 수 있다. 따라서, TRIX-MAC을 사용하는 TX 노드는 TX 노드에서 RX 노드로 전달할 데이터가 있을 때 주기적으로 두 번 웨이크 업 된다. TX 노드에서 첫 번째 웨이크 업은 자체 스케줄에 따라 데이터 프레임을 수신(Sched-wakeup)하고, 두 번째 웨이크 업은, 도 4에 도시한 바와 같이, RX 노드(Synch-wakeup)로 데이터를 전송한다.In the TRIX-MAC protocol, every node independently has its own wake-up schedule and has a temporary wake-up schedule synchronized with the wake-up of the RX node, and the wake-up schedule of the RX node is obtained as a wake-up time within the field of the early awake frame. can Therefore, the TX node using the TRIX-MAC wakes up twice periodically when there is data to be transmitted from the TX node to the RX node. In the TX node, the first wakeup receives a data frame according to its own schedule (Sched-wakeup), and the second wakeup transmits data to the RX node (Synch-wakeup) as shown in FIG. 4 .
TX 노드는 처음에 RX 노드의 웨이크 업 일정에 대한 정보가 없기 때문에 TRIX-MAC은 전송의 첫 번째 사이클 동안 X-MAC처럼 작동한다. TX 노드가 RX 노드로 전송할 데이터를 가지고 있을 때, TX 노드는 테이블에서 지정된 RX 노드의 웨이크 업 스케쥴을 검색한다. RX 노드의 적절한 웨이크 업 일정을 찾지 못하면 TX 노드는 X-MAC에서와 같이 자체 일정에서 짧은 프리 앰플을 계속 전송한다. RX 노드로부터 조기 확인 응답을 수신하면 TX 노드는 데이터 프레임을 즉시 전송하기 시작하고, 얼리 애그 프레임의 웨이크 업 시간 필드에서 RX 노드의 웨이크 업 정보를 추출하고 웨이크 업 정보를 up-wakeup과 Synch-wakeup 사이의 시간차로서의 웨이크 업 시간 테이블에 저장한다.The TRIX-MAC behaves like an X-MAC during the first cycle of transmission because the TX node initially has no information about the wakeup schedule of the RX node. When the TX node has data to transmit to the RX node, the TX node searches for a wakeup schedule of the specified RX node in the table. If it does not find an appropriate wakeup schedule for the RX node, the TX node continues to transmit a short preamplifier in its own schedule as in the X-MAC. Upon receiving the early acknowledgment from the RX node, the TX node immediately starts transmitting the data frame, extracts the wakeup information of the RX node from the wakeup time field of the early ag frame, and adds the wakeup information to up-wakeup and Synch-wakeup Store the wake-up time table as the time difference between
도 5는 본 발명에 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜에서 랜덤 백 오프에 대한 설명에 참조되는 도면이다. 5 is a diagram referenced in the description of random back-off in the TRIX-MAC protocol used in the present invention.
도 5에서, TX1 및 TX2가 수신기에 데이터를 전송하려고하는 송신기 R 및 TX1이 매체를 점유하는데 TX2에 선행한다는 것을 도시한다. TX1은 얼리 애크로 프리앰블로 짧은 프리앰블과 RX 응답을 전송하기 위해 매체를 포착한다. TX2는 RX로부터 얼리 애크를 수신하고 NAV를 데이터 전송의 끝으로 설정한다. 얼리 애크 프레임의 지속 기간은 TX2가 데이터 전송 중에 대기해야하는 시간 슬롯의 수를 지정한다. 데이터 전송이 완료되면, TX2는 잔여 슬롯 카운트를 다시 카운트하고 다음 시간 슬롯에서 프리앰블을 전송한다.In Fig. 5, it is shown that TX1 and TX2 precede TX2 in occupying the medium by transmitter R and TX1 trying to transmit data to the receiver. TX1 acquires the medium to transmit a short preamble and RX response as an early acknowledgment preamble. TX2 receives an early acknowledgment from RX and sets the NAV to the end of data transmission. The duration of the early acknowledgment frame specifies the number of time slots that TX2 must wait during data transmission. When data transmission is complete, TX2 counts the remaining slot count again and transmits the preamble in the next time slot.
도 5에서 슬롯 수는 TX1의 경우 1로 설정되고 TX2의 경우 3으로 설정된다. TX1은 매체를 잡고 첫 번째 타임 슬롯에서 짧은 프리앰블을 전송하고 RX는 얼리 애크로 프리앰블에 응답한다. TX2는 RX로부터 얼리 애크를 수신하고 NAV(Network Alloction Vector)를 데이터 전송 종료로 설정한다. 얼리 애크 프레임의 지속 시간은 TX2가 데이터 전송 중에 대기해야하는 시간 슬롯 수를 지정한다. 데이터 전송이 완료되면 TX2는 잔여 슬롯 카운트를 다시 카운트 다운하고 다음 타임 슬롯에서 프리앰블을 전송할 수 있다.In FIG. 5, the number of slots is set to 1 in the case of TX1 and is set to 3 in the case of TX2. TX1 grabs the medium and transmits a short preamble in the first time slot and RX responds with an early acknowledgment preamble. TX2 receives an early acknowledgment from RX and sets the Network Allocation Vector (NAV) to end data transmission. The duration of the early acknowledgment frame specifies the number of time slots that TX2 must wait during data transmission. When data transmission is completed, TX2 may count down the remaining slot count again and transmit a preamble in the next time slot.
한편, 일반적인 무선네트워크에서 최적의 경로 선택을 위한 기준값으로 가장 널리 쓰이는 라우팅 메트릭(routing metric)은 ETX(expected number of transmission)로서, 이는 전체 경로에서 일어나는 총 전송 횟수를 의미한다. 모든 노드가 항상 전송 준비가 완료된 상황에서는 ETX가 최소가 되는 경로가 가장 빠르고 에너지 소모가 적은 경로를 의미하며, 결국에는 가장 좋은 성능을 나타내게 된다. 그러나, 비동기식 듀티 사이클을 가지고 있는 무선 센서 네트워크에서는 최소의 전송 횟수, 즉 가장 작은 ETX의 값을 갖는 경로의 선택에도 불구하고 최소의 지연시간이나 최적의 에너지 효율성을 보장하지 못한다. 왜냐하면 비동기식 듀티 사이클로 인한 대기 시간이 랜덤하게 발생할 수 있기 때문이다.Meanwhile, in a general wireless network, the most widely used routing metric as a reference value for optimal path selection is the expected number of transmission (ETX), which means the total number of transmissions occurring in the entire path. In a situation where all nodes are always ready for transmission, the path with the minimum ETX means the fastest and least energy-consuming path, and eventually shows the best performance. However, in a wireless sensor network having an asynchronous duty cycle, the minimum delay time or optimal energy efficiency is not guaranteed despite the selection of a path having the minimum number of transmissions, that is, the smallest ETX value. This is because the latency due to the asynchronous duty cycle can occur randomly.
본 발명에서는 라우팅시 최적의 경로 선택을 위해 새로운 라우팅 메트릭으로 EDW(Estimated Duty-cycled Wait)를 사용한다. EDW는 전체 경로에서 중계를 맡은 노드들이 수신할 다음 노드가 동작 상태로 깨어날 때까지 기다려야하는 총 대기 시간을 추정한 값이다. EDW를 최소화하는 경로는 전체 전송 지연을 줄일 뿐만 아니라 에너지의 소비도 함께 줄여주기 때문에 결국에는 무선 센서 네트워크의 생존 수명을 길게 해주는 효과를 얻을 수 있다.In the present invention, Estimated Duty-cycled Wait (EDW) is used as a new routing metric for optimal path selection during routing. EDW is an estimate of the total waiting time that nodes in charge of relaying on the entire path must wait until the next node to receive reception wakes up. The path that minimizes the EDW not only reduces the overall transmission delay but also reduces energy consumption, which in turn can have the effect of prolonging the survival life of the wireless sensor network.
듀티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크에서 모든 센서 노드들은 자신의 수면/동작 시점을 다른 센서 노드들과 관계없이 결정할 수 있고, 이러한 정보를 주변 이웃 노드들과 공유한다. 단, 무선 센서 네트워크에 있는 모든 센서 노드들의 특성은 동일하며 같은 듀티 사이클의 주기를 갖는다. 어떤 센서 노드가 메시지를 전송하고자 할 때 그 노드는 수신할 노드가 동작 모드로 깨어날 때까지 기다렸다가 깨어난 후에 전송을 완료한다. In a duty cycle-based wireless sensor network, all sensor nodes can determine their sleep/activation timing independently of other sensor nodes, and share this information with neighboring nodes. However, the characteristics of all sensor nodes in the wireless sensor network are the same and have the same duty cycle cycle. When a sensor node wants to transmit a message, the node waits for the receiving node to wake up in operation mode and then completes the transmission.
임의의 시간 t에서 전송 노드 i이고 수신 노드가 j일때, 한 홉에서 발생하는 대기 시간을 라고 정의할 수 있고, 전체 경로에 걸친 총 대기 시간 는 다음과 같이 정의할 수 있다. At any time t , when the transmitting node i and the receiving node j can be defined as, the total latency over the entire path can be defined as
일반적으로 듀티 사이클 기반의 무선 센서 네트워크는 대기 지연 시간이 상대적으로 매우 크기 때문에 이 EDW는 중요한 라우팅 메트릭이 될 수 있다.In general, duty cycle-based wireless sensor networks have relatively high latency, so this EDW can be an important routing metric.
도 6은 본 발명에서 사용하는 라우팅 메트릭인 EDW(Estimated Duty-cycled Wait)에 대한 설명에 참조되는 도면이다.6 is a diagram referenced in the description of the routing metric EDW (Estimated Duty-cycled Wait) used in the present invention.
도 6을 참조하면, S 노드가 메시지를 노드 D로 전송한다고 할때, 노드 A를 통하여 전달되거나 노드 B와 노드 C를 통하여 전달되는 두 가지의 경로가 존재한다. 여기서 각 노드에 표기된 값은 듀티 사이클의 주기 안에서 각 노드가 동작 상태로 깨어나는 시간을 표기하고 있다.Referring to FIG. 6 , when an S node transmits a message to a node D, there are two paths, which are transmitted through node A or transmitted through node B and node C. Here, the value marked on each node indicates the time at which each node wakes up from the operating state within the cycle of the duty cycle.
이와 같은 경우, 노드 A를 통해 전달되는 경로에서는 노드 S로부터 노드 A에게 메시지를 전달하기 위해서, 노드 S가 동작 상태로 깨어나는 시간이 노드 A 보다 크기 때문에, 하나의 주기를 넘어서 다음 주기에 전송이 완료된다. In this case, in order to deliver a message from node S to node A in the path transmitted through node A, since the time for waking up from node S to an operating state is greater than that of node A, the transmission goes beyond one cycle to the next cycle. is done
반면에 노드 B와 노드 C를 통하는 경로에서는 최종적으로 노드 D까지 하나의 주기 안에서 전송이 완료된다. 기존의 라우팅 메트릭인 ETX를 통하여 선정될 노드 A를 통해 전달되는 경로보다 새로운 메트릭인 EDX는 노드 B와 노드 C를 통하는 경로를 선정하고 더 작은 지연 시간을 갖게 된다.On the other hand, in the path through Node B and Node C, the transmission is finally completed within one cycle to Node D. EDX, a new metric, selects a path through node B and node C, and has a smaller delay time than the path delivered through node A to be selected through ETX, which is the existing routing metric.
따라서, 이와 같은 EDW를 라우팅 메트릭으로 이용하여 최적의 경로를 탐색할 수 있다.Therefore, it is possible to search for an optimal path by using such an EDW as a routing metric.
도 7 내지 도 12는 다양한 조건 하에서 본 발명에 따른 방법과 다른 프로토콜을 이용한 방법을 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.7 to 12 show simulation results of the method according to the present invention and the method using a different protocol under various conditions.
먼저 시뮬레이션을 위한 센서노드와 네트워크 환경에 대한 파라미터 값들은 다음의 [표 1]과 같다. First, the parameter values for the sensor node and network environment for simulation are shown in [Table 1] below.
ParametersParameters
ValueValue
Duty cycle rate
Duty cycle rate
0.65%
0.65%
Default sleep sustain time
Default sleep sustain time
2.79 second
2.79 second
Default wakeup time
Default wakeup time
0.0182 second
0.0182 second
Agent(Traffic model)
Agent (Traffic model)
CBR/Poisson
CBR/Poisson
Mesage interval in sources
Message interval in sources
20s
20s
Message size
message size
60 bytes
60 bytes
Number of simulation flows
Number of simulation flows
8 flows
8 flows
Link bandwidth
Link bandwidth
250 Kbps
250 Kbps
Rx power in mode
Rx power in mode
15.2 ㎃
15.2 mA
Tx power in mode
Tx power in mode
28.9 ㎃
28.9 mA
Sleep power in state
Sleep power in state
0.0004 ㎃
0.0004 mA
Idle(wake-up) power in state
Idle (wake-up) power in state
12.8 ㎃
12.8 mA
RX(TX) / CS range
RX(TX) / CS range
250 / 300 meters
250 / 300 meters
또한 시뮬레이션을 위해서 세 가지의 트래픽을 이용하였다. 즉, 항상 일정한 전송량을 생성하는 정적인 트래픽(static), 포아송의 분포를 갖는 랜덤한 양의 트래픽(poisson), 및 실제 센서 네트워크의 시간과 공간의 상호 연관된 트래픽을 닮은 형태의 트래픽(RCE)을 사용하여 시뮬레이션 하였다. 그리고 ns-2 (버전 2.32)를 네트워크 시뮬레이터로 사용하였다.Also, three types of traffic were used for simulation. That is, static traffic that always generates a constant amount of transmission, random amount of traffic having a Poisson distribution (poisson), and traffic (RCE) in a form resembling the interrelated traffic in time and space of an actual sensor network was used for simulation. And ns-2 (version 2.32) was used as a network simulator.
도 7 내지 도 9는 평균 종단간 지연을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다.7 to 9 show simulation results of average end-to-end delay.
여기서, EDW+RIX-MAC 본 발명에 따른 TRIX 프로토콜과 라우팅 메트릭으로 EDW를 사용한 경우, EDW+X-MAC은 X-MAC과 라우팅 메트릭으로 EDW를 사용한 경우, ETX+RIX-MAC은 TRIX-MAC와 라우팅 메트릭으로 ETX를 사용한 경우, ETX+X-MAC은 X-MAC과 라우팅 메트릭으로 ETX를 사용한 경우를 나타낸다.Here, EDW+RIX-MAC When EDW is used as the TRIX protocol and routing metric according to the present invention, EDW+X-MAC is X-MAC and EDW is used as the routing metric, ETX+RIX-MAC is TRIX-MAC and In the case of using ETX as the routing metric, ETX+X-MAC indicates the case of using X-MAC and ETX as the routing metric.
그리고, 도 7은 CBR 정적 트래픽이고, 도 8은 Poisson 임의 트래픽이고, 도 9는 RCE 트래픽의 경우이다.7 shows CBR static traffic, FIG. 8 shows Poisson random traffic, and FIG. 9 shows RCE traffic.
도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 TRIX 프로토콜과 라우팅 메트릭으로 EDW를 사용한 경우 트래픽에 관계없이 성능을 약 30% 정도 향상시킴을 알 수 있다. 7 to 9 , it can be seen that the performance is improved by about 30% regardless of traffic when EDW is used as the TRIX protocol and routing metric according to the present invention.
도 9 내지 도 12는 총 에너지 소비 결과가 나타낸다. 9 to 12 show the total energy consumption results.
수신기가 깨어날 때까지 짧은 프리앰블을 전송하기 위해 높은 수준의 에너지가 소비되므로, X-MAC는 프리앰블 전송에 많은 양의 에너지를 소비한다. 특히, X-MAC에서 수신기의 웨이크 업 대기 시간이 큰 경우 많은 짧은 프리앰블로 인해 많은 양의 에너지가 낭비된다. Since a high level of energy is consumed to transmit the short preamble until the receiver wakes up, the X-MAC consumes a large amount of energy to transmit the preamble. In particular, when the wakeup latency of the receiver is large in X-MAC, a large amount of energy is wasted due to many short preambles.
도 9 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 라우팅 메트릭으로 ETX 대신 EDW를 사용하여 약 25%의 에너지를 절약할 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따른 방법이 다양한 트래픽에서 에너지 소비 측면에서 효과적임을 알 수 있다. 노드의 에너지 소비는 네트워크의 수명과 밀접한 관련이 있기 때문에 본 발명에 따른 방법을 사용하는 경우, 다른 방법을 사용하는 경우보다 노드의 수명이 현저히 길 것으로 예상할 수 있다. As shown in Figures 9 to 12, energy savings of about 25% can be achieved by using EDW instead of ETX as the routing metric. As a result, it can be seen that the method according to the present invention is effective in terms of energy consumption in various traffics. Since the energy consumption of a node is closely related to the lifespan of the network, when the method according to the present invention is used, the lifespan of the node can be expected to be significantly longer than when other methods are used.
이와 같이 본 발명에 따른 무선 통신 방법은, 듀티 사이클로 인해 발생하는 총 대기시간을 최소화하는 EDW 라우팅 메트릭을 사용함으로써, 긴 지연 시간과 함께 많은 에너지를 낭비하는 경로 설정을 방지함으로써 에너지 효율적이고 저지연의 무선 센서 네트워크을 설계할 수 있다.As such, the wireless communication method according to the present invention uses an EDW routing metric that minimizes the total waiting time caused by the duty cycle, thereby preventing the path setting that wastes a lot of energy with a long delay time, thereby providing energy-efficient and low-latency Design a wireless sensor network.
또한, 본 발명에서 사용하는 TRIX-MAC 프로토콜은 충돌을 피하고 오버 헤드를 줄임으로써 지연, 처리량 및 에너지 소비 측면에서 기존 프로토콜보다 우수하다. 결과적으로, TRIX-MAC은 송신 및 수신 노드 모두에서 에너지 절약을 희생시키지 않고 무선 센서 네트워크에서 신속한 통신을 수행할 수 있으며, 충돌 및 불필요한 웨이크 업을 줄여 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있다.In addition, the TRIX-MAC protocol used in the present invention is superior to the existing protocol in terms of latency, throughput and energy consumption by avoiding collisions and reducing overhead. As a result, TRIX-MAC can perform fast communication in a wireless sensor network without sacrificing energy saving at both the transmitting and receiving nodes, and can increase the lifespan of the sensor network by reducing collisions and unnecessary wake-ups.
한편, 본 발명에 따른 무선 통신 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.On the other hand, in the wireless communication method according to the present invention, the configuration and method of the embodiments described above are not limitedly applicable, but all or part of each embodiment is selective so that various modifications can be made to the embodiments. It may be configured in combination with .
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
Claims (10)
상기 프리앰블을 수신한 적어도 하나의 이웃 노드에서, 자신의 웨이크 업 스케쥴을 예측할 수 있는 시간 정보가 삽입된 얼리 애크를 상기 전송 노드로 전송하는 단계;
상기 전송 노드에서 상기 시간 정보에 기초하여, 상기 적어도 하나의 이웃 노드 중에서 데이터를 전송할 수신 노드를 선택하는 단계; 및
상기 전송 노드에서 상기 선택한 수신 노드로 데이터 전송이 이루어지는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.In a duty cycle-based wireless sensor network, a transmission node wakes up and generates a preamble into which address information is inserted, and repeatedly transmits the preamble with an interval at which an Early-ACK can be received. step;
transmitting, from at least one neighboring node receiving the preamble, an early acknowledgment in which time information for predicting its own wakeup schedule is inserted to the transmitting node;
selecting a receiving node to transmit data from among the at least one neighboring node based on the time information at the transmitting node; and
and transmitting data from the transmitting node to the selected receiving node.
상기 전송 노드가 상기 선택한 수신 노드로 데이터 전송을 완료한 후, 수면 상태로 전환하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.According to claim 1,
After the transmitting node completes data transmission to the selected receiving node, the method further comprising the step of switching to a sleep state.
상기 전송 노드는 상기 시간 정보를 참조하여, 상기 선택한 수신 노드의 웨이크 업 시간에 맞추어 상기 수면 상태에서 웨이크 업 되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법. 3. The method of claim 2,
The transmitting node refers to the time information, the wireless communication method, characterized in that the wake up from the sleep state according to the wake up time of the selected receiving node.
상기 시간 정보는, 상기 튜티 사이틀 주기 안에서 웨이크 업 상태로 되는 시간에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법. According to claim 1,
The time information is a wireless communication method, characterized in that it is information about a time to enter the wake-up state within the duty cycle period.
상기 전송 노드가 다른 노드와의 프리앰블 충돌을 방지하기 위하여, 랜덤 백 오프 과정을 수행하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.According to claim 1,
The method further comprising the step of the transmitting node performing a random back-off process in order to prevent a preamble collision with another node.
상기 전송 노드가 상기 이웃 노드로부터 소정 시간 내에 상기 시간 정보가 삽입된 얼리 애크를 수신하지 못하며, 수면 상태로 전환하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.According to claim 1,
and switching to a sleep state when the transmitting node does not receive the early acknowledgment into which the time information is inserted within a predetermined time from the neighboring node.
상기 프리앰블을 수신하여, 자신의 웨이크 업 스케쥴을 예측할 수 있는 시간 정보가 삽입된 얼리 애크를 상기 전송 노드로 전송하는 적어도 하나의 이웃 노드;를 포함하며,
상기 전송 노드는 상기 시간 정보에 기초하여, 상기 적어도 하나의 이웃 노드 중에서 데이터를 전송할 수신 노드를 선택하여, 상기 선택한 수신 노드로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.In a duty cycle-based wireless sensor network, a transmission node that wakes up and generates a preamble into which address information is inserted, and repeatedly transmits the preamble with an interval at which an Early-ACK can be received; and
at least one neighbor node that receives the preamble and transmits, to the transmitting node, an early ACK in which time information for predicting its own wakeup schedule is inserted;
The transmitting node selects a receiving node to transmit data from among the at least one neighboring node based on the time information, and transmits the data to the selected receiving node.
상기 전송 노드는, 상기 수신 노드로 전송할 데이터가 존재하는 경우, 상기 시간 정보를 참조하여, 다음번 웨이크 업을 상기 선택한 수신 노드의 웨이크 업 스케쥴에 맞추어 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템. 8. The method of claim 7,
The transmitting node, when there is data to be transmitted to the receiving node, refers to the time information, and operates a next wakeup according to a wakeup schedule of the selected receiving node.
상기 전송 노드가 상기 선택한 수신 노드로 데이터 전송을 완료한 후, 수면 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.8. The method of claim 7,
After the transmitting node completes data transmission to the selected receiving node, it switches to a sleep state.
상기 시간 정보는, 상기 전송 노드의 웨이크 업 시간 테이블에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
8. The method of claim 7,
The time information is a wireless communication system, characterized in that stored in a wake-up time table of the transmission node.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190178195A KR20210085298A (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190178195A KR20210085298A (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210085298A true KR20210085298A (en) | 2021-07-08 |
Family
ID=76894579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190178195A KR20210085298A (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20210085298A (en) |
-
2019
- 2019-12-30 KR KR1020190178195A patent/KR20210085298A/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4630875B2 (en) | Method and wireless device for saving power | |
Shi et al. | SyncWUF: An ultra low-power MAC protocol for wireless sensor networks | |
Miller et al. | Minimizing energy consumption in sensor networks using a wakeup radio | |
US20110176465A1 (en) | Asynchronous low-power multi-channel media access control | |
KR101174406B1 (en) | A Low Power MAC Architecture for Wireless Sensor Network with Wireless Power Transfer | |
JP2004336779A (en) | Adaptive sleeping and wake-up protocol for high energy efficiency adhoc network | |
Wang et al. | Ds-mac: An energy efficient demand sleep mac protocol with low latency for wireless sensor networks | |
Alam et al. | Performance Analysis of the IEEE 802.11 s PSM | |
Verma et al. | Survey of MAC protocol for wireless sensor networks | |
Liang et al. | SW-MAC: A low-latency MAC protocol with adaptive sleeping for wireless sensor networks | |
Adhikari | A meticulous study of various medium access control protocols for wireless sensor networks | |
Djimli et al. | Energy-efficient MAC protocols for wireless sensor networks: a survey | |
Park et al. | Power saving algorithms for wireless sensor networks on IEEE 802.15. 4 | |
Kwon et al. | Traffic adaptive IEEE 802.15. 4 MAC for wireless sensor networks | |
Siddiqui et al. | Towards dynamic polling: Survey and analysis of Channel Polling mechanisms for Wireless Sensor Networks | |
Li et al. | A novel delayed wakeup scheme for efficient power management in infrastructure-based IEEE 802.11 WLANs | |
Chang et al. | An energy conservation MAC protocol in wireless sensor networks | |
Iala et al. | Adaptive Duty-Cycle Scheme Based on a New Prediction Mechanism for Energy Optimization over IEEE 802.15. 4 Wireless Network. | |
Sengul et al. | Reconsidering power management | |
KR20210085298A (en) | Wireless communiction method using routing metric for energy-efficient and low-delay path selection in duty-cycled wireless sensor network | |
Nait-Abdesselam et al. | O-MAC: An Organized Energy-aware MAC Protocol for wireless sensor networks | |
Sheikh et al. | Fair scheduling algorithm for wireless sensor networks | |
Kim et al. | CA-MAC: Context adaptive MAC protocol for wireless sensor networks | |
Rashwand et al. | A novel asynchronous, energy efficient, low transmission delay MAC protocol for wireless sensor networks | |
Pak et al. | A MAC protocol using separate wakeup slots for sensor network |