KR20090070823A - 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 송신노드에서 수신노드로 데이터를 전송하기 이전에 상기 수신노드에 대한 정해진 전송 파워값이 있는지 확인하는 단계, 정해진 전송 파워값이 없다면 상기 송신노드에서 데이터를 수신노드로 최고 파워로 전송하는 단계, 데이터를 수신한 상기 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고, 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계, 상기 ACK을 수신한 상기 송신노드에서 상기 ACK에 첨부된 RSSI 값에 따라 대략적인 전송파워 값을 계산하는 단계를 포함하는 L-TPC 과정, 및 이후 새로운 데이터가 발생하면 상기 송신노드에서 새로 정해진 전송파워로 데이터를 상기 수신노드로 전송하는 단계, 상기 새로 정해진 전송파워로 데이터를 수신한 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계, 상기 송신노드에서 전송된 RSSI 값에 따라 전송파워레벨을 조절하는 단계를 포함하는 S-TPC 과정을 포함하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법을 제공한다.

무선, 센서, 네트워크, 전력소모, 송신노드, 수신노드

Description

무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법{Reducing method of electric power at wireless sensor network}

본 발명은 적은 전력으로 효율적이고 안정적인 무선 센서 네트워크를 구성하는 방법에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 네트워크를 구성하는 송신노드에서 최소한의 전력을 사용하여 수신노드로 데이터를 전송함으로써, 상기 송신노드에서 데이터 송신시 소모되는 전력을 최소화하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법에 관한 것이다.

종래 무선 센서 네트워크에서 각 노드들은 적은 용량의 베터리로 운용되기 때문에 데이터를 송수신할 때 최대한 적은 에너지를 사용하여 안정적으로 데이터를 전송하는 것이 중요하다.

이러한 전송파워제어(Transmission Power Control) 방법으로는 종래 라디오 칩을 통해 데이터 송신시 적절한 파워 크기를 조절하여 전송시 소모되는 에너지를 줄이는 방법이 사용되었다.

도 1은 종래 무선 센서 네트워크에 있어서 송신노드로부터 전송되는 데이터 전송 범위를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 무선 센서 네트워크에 있어서 송신노드에서 CC2420 라디오 칩을 이용하여 데이터를 최대 전력(0dBm)으로 전송하면 17.4mA의 전류가 소비된다. 상기 0dBm으로 데이터를 전송시킬 수 있는 유효거리는 70~100m이며 이는 수신노드가 상기 유효거리 범위보다 더 가까울 때 지나치게 큰 영역이 된다. 따라서 전송파워를 적절히 조정한다면 전송시 발생하는 에너지를 줄일 수 있다.

도 1에서 수신노드의 위치를 고려하면, -15dBm으로 데이터를 전송하는 경우에도 충분히 목적지로 데이터를 전송할 수 있으며, 이 경우 소모되는 전류를 9.9mA로 낮출 수 있다.

즉, 전송파워제어를 통해 전송 에너지를 줄이기 위해서는 100%에 가까운 전송률을 제공할 수 있는 최소 전송파워값을 찾는 것이 선행되어야 한다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 적은 전력으로 효율적이고 안정적인 무선 센서 네트워크를 구성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 특히, 본 발명은 네트워크를 구성하는 송신노드에서 최소한의 전력을 사용하여 수신노드로 데이터를 전송함으로써, 상기 송신노드에서 데이터 송신시 소모되는 전력을 최소화하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송신노드에서 수신노드로 데이터를 전송하기 이전에 상기 수신노드에 대한 정해진 전송 파워값이 있는지 확인하는 단계, 정해진 전송 파워값이 없다면 상기 송신노드에서 데이터를 수신노드로 최고 파워로 전송하는 단계, 데이터를 수신한 상기 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고, 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계, 상기 ACK을 수신한 상기 송신노드에서 상기 ACK에 첨부된 RSSI 값에 따라 대략적인 전송파워 값을 계산하는 단계를 포함하는 L-TPC 과정, 및 이후 새로운 데이터가 발생하면 상기 송신노드에서 새로 정해진 전송파워로 데이터를 상기 수신노드로 전송하는 단계, 상기 새로 정해진 전송파워로 데이터를 수신한 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계, 상기 송신노드에서 전송된 RSSI 값에 따라 전송파워레벨을 조절하는 단계를 포함하는 S-TPC 과정을 포함하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 적은 전력으로 효율적이고 안정적인 무선 센서 네트워크를 구성하는 방법을 제공하며, 특히, 본 발명은 네트워크를 구성하는 송신노드에서 최소한의 전력을 사용하여 수신노드로 데이터를 전송함으로써, 상기 송신노드에서 데이터 송신시 소모되는 전력을 최소화하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법을 제공한다.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명은 ODTPC(On-demand Transmission Power Control) 알고리즘을 이용하여 송신노드로부터 데이터를 수신노드로 전송할 때 소모되는 전력을 최소화하는 방법을 제공한다.

상기 ODTPC 알고리즘은 On-demand 방식으로서 각 노드들이 사전에 전송파워를 정하기 위해서 여러 번 데이터를 송수신하지 않고 실제 데이터의 전송이 요구될 경우 적정한 전송파워를 결정하는 방식이다. 따라서 종래 알고리즘의 초기화 과정 에서 발생하는 에너지 소비를 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 ODTPC 알고리즘의 기본 개념을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, ODTPC 알고리즘은 크게 (a)에 도시된 L-TPC(Large-scale Transmission Power Control)과 (b)에 도시된 S-TPC(Small-scale Transmission Power Control) 과정으로 나눌 수 있다.

ODTPC 알고리즘은 기본적으로 라디오 신호 세기(RSSI:Radio Signal Strength Indicator)를 통해서 적정한 전송파워를 결정하는데 상기 RSSI를 통해서 적정한 전송파워를 찾는 것은 무선 채널의 특성상 어렵다.

따라서 상기 L-TPC 과정에서 상기 RSSI에 기반해 대략적인 전송파워를 계산하고 이후 상기 S-TPC 과정에서 전송파워레벨을 1레벨씩 업다운시키면서 조정하게 된다.

상기 S-TPC 과정은 CDMA의 표준 전송파워제어 알고리즘인 Closed-loop Transmission Power Control의 Inner-loop Transmission Power Control 알고리즘과 유사한 방식이다.

도 3은 본 발명의 ODTPC 알고리즘 상에서 송신노드에서 적정 전송 파워값을 정하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 ODTPC 알고리즘은 L-TPC 과정과 S-TPC 과정으로 나눌 수 있다.

먼저, 상기 L-TPC 과정을 기술하면, 상기 송신노드는 상기 수신노드로 데이터를 전송하기 이전에 수신노드에 대한 정해진 전송 파워값이 있는지 확인한 다(S100).

정해진 전송 파워값이 없다면 상기 송신노드는 데이터를 수신노드로 최고 파워로 전송한다(S110).

데이터를 수신한 상기 수신노드는 RSSI 값을 구하고(S120), 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송한다(S130).

상기 ACK을 수신한 상기 송신노드는 상기 ACK에 첨부된 RSSI 값에 따라 대략적인 전송파워 값을 계산한다(S140).

도 4를 참조하면, 상기 송신노드는 상기 ACK에 실려온 RSSI 값을 통해 아래 수학식 1과 같이 상기 송신노드와 수신노드 사이의 거리를 계산할 수 있다.

이때, 상기 d는 8m 이상이며, RSSI 문턱값(threshold)(-93dBm)에 만족하는 전송 파워값 P_t는 Log-normal shadowing Path Loss 모델을 통하여 아래 수학식 2와 같이 구할 수 있다. 기타 다른 요인을 고려하여 상기 P_t에 M(margin) 값을 추가하여 안정성을 확보할 수 있다.

다음 상기 S-TPC 과정을 기술하면, 이후 새로운 데이터가 발생하면 상기 송신노드는 상기 S140 단계를 통하여 정해진 전송파워로 데이터를 상기 수신노드로 전송한다(S150).

상기 S140 단계를 통하여 정해진 전송파워로 데이터를 수신한 수신노드는 RSSI 값을 구하고(S160), 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송한다(S170).

상기 S170 단계를 통하여 전송된 RSSI 값이 기준 값보다 높다면(파워가 기준보다 낮다면) 전송파워레벨을 1 증가시키고 기준 값보다 낮다면(파워가 기준보다 높다면) 전송파워레벨을 1 감소시킨다(S180).

즉, 수학적인 방식은 초기에 한번 수행하고 이후에는 전송파워레벨을 1씩 증감시켜서 도 5에서와 같이 가드(guard) 영역에 수신 파워가 위치하도록 한다.

상기 가드의 크기는 라디오 칩의 수신노드 민감도(Sensitivity)에 의해 결정된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 무선 센서 네트워크에 있어서 송신노드로부터 전송되는 데이터 전송 범위를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 ODTPC 알고리즘의 기본 개념을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 ODTPC 알고리즘 상에서 송신노드에서 적정 전송 파워값을 정하는 과정을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 송신노드에서 ACK에 실려온 RSSI 값을 이용해 송신노드와 수신노드 사이의 거리를 계산하는 원리를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 전송파워 레벨이 조정되어야하는 가드 영역을 나타낸 도면.

Claims (1)

1. 송신노드에서 수신노드로 데이터를 전송하기 이전에 상기 수신노드에 대한 정해진 전송 파워값이 있는지 확인하는 단계,

   정해진 전송 파워값이 없다면 상기 송신노드에서 데이터를 수신노드로 최고 파워로 전송하는 단계,

   데이터를 수신한 상기 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고, 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계,

   상기 ACK을 수신한 상기 송신노드에서 상기 ACK에 첨부된 RSSI 값에 따라 대략적인 전송파워 값을 계산하는 단계를 포함하는 L-TPC 과정, 및

   이후 새로운 데이터가 발생하면 상기 송신노드에서 새로 정해진 전송파워로 데이터를 상기 수신노드로 전송하는 단계,

   상기 새로 정해진 전송파워로 데이터를 수신한 수신노드에서 RSSI 값을 계산하고 상기 RSSI 값을 ACK에 실어 상기 송신노드로 전송하는 단계,

   상기 송신노드에서 전송된 RSSI 값에 따라 전송파워레벨을 조절하는 단계를 포함하는 S-TPC 과정을 포함하는 무선 센서 네트워크에 있어서 전력소모 최소화 방법.

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