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KR20120119625A - 무선 네트워크에서 하이브리드 방식을 이용한 링크 품질 평가 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 하이브리드 방식을 이용한 링크 품질 평가 방법 Download PDF

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KR20120119625A KR1020110037706A KR20110037706A KR20120119625A KR 20120119625 A KR20120119625 A KR 20120119625A KR 1020110037706 A KR1020110037706 A KR 1020110037706A KR 20110037706 A KR20110037706 A KR 20110037706A KR 20120119625 A KR20120119625 A KR 20120119625A
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Abstract

무선 네트워크에서 하이브리드 방식을 이용한 링크 품질 평가 방법이 제공된다. 본 링크 품질 평가 방법은, 링크 품질 측정을 위한 제1 함수를 결정하고, 링크 품질 측정을 위한 제2 함수를 결정한 후, 제1 함수와 제2 함수를 포함하는 링크 품질 측정 함수를 이용하여 링크 품질을 측정한다. 이에 의해, 적은 횟수의 패킷 교환을 통해 얻어진 링크의 품질 값을 사용하여, 적은 비용으로 빠른 시간에 무선 네트워크를 구성하는 것이 가능해진다.

Description

무선 네트워크에서 하이브리드 방식을 이용한 링크 품질 평가 방법{Hybrid Link Quality Evaluation Method for Wireless Network}
본 발명은 링크 품질 평가 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 네트워크에서 노드들을 연결할 링크에 대한 품질을 평가하는 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크의 링크 품질을 평가하기 위한 가장 일반적인 방법은, 두 노드 사이에서 다수의 패킷을 교환하고 성공적으로 송/수신된 패킷의 비율인 PDR(Packet Delivery Rate)을 계산하는 방법이다.
이 방법에서는 교환되는 메시지의 수에 따라 얻어지는 링크 품질 평가 결과의 정확도가 크게 차이를 보인다. 따라서, 높은 정확도를 얻기 위해서는 많은 횟수의 메시지 교환이 이루어져야 한다.
하지만, 많은 횟수의 메시지 교환은 링크 품질 평가를 위해 많은 시간이 소요됨은 물론, 링크 품질 평가를 위해 많은 에너지 소비를 유발한다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 무선 네트워크를 구성하고 운영에 들어가기까지 필요한 시간과 소모되는 에너지를 최소화하기 위한 방안으로, 하이브리드 방식에 의거 이종의 함수를 활용하여 링크 품질을 평가할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 링크 품질 평가 방법은, 링크 품질 측정을 위한 제1 함수를 결정하는 단계; 링크 품질 측정을 위한 제2 함수를 결정하는 단계; 및 상기 제1 함수와 상기 제2 함수를 포함하는 링크 품질 측정 함수를 이용하여, 링크 품질을 측정하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 함수는, 측정된 LQI(Link Quality Indication)를 링크 품질 값으로 변환하기 위한 함수인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 함수는, LQI와 PDR(Packet Delivery Rate)의 상관관계로부터 결정될 수 있다.
그리고, 상기 제1 함수의 웨이트는, LQI와 PDR 간 상관관계의 분포에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 제2 함수는, 측정된 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 링크 품질 값으로 변환하기 위한 함수인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 함수는, RSSI와 PDR(Packet Delivery Rate)의 상관관계로부터 결정될 수 있다.
또한, 상기 제2 함수의 웨이트는, LQI와 PDR 간 상관관계의 분포에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 상기 상관관계의 분포는 표준편차일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, HLQM을 이용하여 적은 횟수의 패킷 교환을 통해 얻어진 링크의 품질 값을 사용하므로, 적은 비용으로 빠른 시간에 무선 네트워크를 구성하는 것이 가능해진다. 그리고, 많은 횟수의 패킷 송수신 과정을 생략할 수 있으므로, 네트워크의 소모적인 부하 발생을 최소화할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 무선 네트워크가 형성되는 과정에서 다수의 패킷 전송으로 인해 손실되는 에너지를 최소화할 수 있게 되어, 저밀도의 에너지를 기반으로 동작하는 환경에서도 이용가능하며, 한정된 에너지로 동작하는 무선 네트워크 센서 노드의 수명을 증가시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 품질 평가 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 2는 무선 네트워크에 대한 LQI와 PDR 간의 상관관계들을 실측한 결과를 예시한 그래프, 그리고,
도 3은 무선 네트워크에 대한 RSSI와 PDR 간의 상관관계들을 실측한 결과를 예시한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 품질 평가 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 링크 품질 평가 방법은, 무선 센서네트워크에 형성될 링크(두 센서 노드를 연결하는 통신 경로)들 각각에 대한 품질을 평가하기 위한 방법이다.
본 실시예에 따른 링크 품질 평가 방법에서는, LQI(Link Quality Indication)와 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 복합적으로 이용하는 HLQM(Hybrid Link Quality Metric)를 통해 링크 품질을 측정한다.
LQI는 패킷을 수신할 때 최초 8 symbols(4바이트)의 평균 상관계수 값을 나타낸다. LQI는 주로 통신 채널 상의 전파방해 및 다중경로에 영향을 받는다. LQI를 사용하여 링크 품질 평가는, 패킷의 수신 순간 만의 채널 상황을 반영하고, 평가 결과의 변별력이 낮은 단점이 있다.
RSSI는 일반적으로 두 노드사이의 통신 거리와 관계를 가지며 수신된 패킷의 신호 강도를 나타낸다. RSSI는 수신 칩의 최대 수신 감도 주변에서 급격한 변화를 보이는 단점이 있다.
HLQM은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
wL : L(x)에 대한 웨이트
L(x) : LQI-변환함수
wR : R(x)에 대한 웨이트
R(x) : RSSI-변환함수
C : 상수
이하에서는, 도 1을 참조하여 위 수학식 1에 나타난 HLQM을 구성하는 요소들을 결정하는 과정 및 HLQM을 이용하여 링크 품질을 평가하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 링크 품질을 평가하고자 하는 무선 네트워크에 대한 LQI와 PDR(Packet Delivery Rate) 간의 상관관계를 산출한다(S110). 그리고, S110단계에서 산출된 상관관계를 기초로, LQI-변환함수 L(x) 결정한다(S210).
도 2에는 무선 네트워크에 대한 LQI와 PDR 간의 상관관계들을 실측한 결과를 그래프로 예시하였다. 도 2에는 실측된 상관관계들이 점들로 나타나 있음을 확인할 수 있다.
LQI-변환함수 L(x)는 선형변환 함수(Linear Transformation Function)로 아래의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
수학식 2에서 lqi_value는 측정될 LQI이다. MAX_LQI는 LQI의 최대값이고, MIN_LQI은 LQI의 최소값인데, LQI와 PDR 간의 상관관계 모델로부터 결정된다.
도 2에는 실측된 상관관계들을 일반화한 LQI와 PDR 간의 상관관계 모델이 직선으로 나타나 있다. 도 2에 도시된 LQI와 PDR 간의 상관관계 모델의 경우, MAX_LQI는 "110" 이고, MIN_LQI는 "50" 이다.
수학식 2에 나타난 LQI-변환함수 L(x)는 lqi_value를 링크 품질 값으로 변환한다. LQI와 PDR 간의 상관관계 모델이 도 2에 도시된 바와 같은 경우, 측정된 LQI lqi_value의 범위는 "50 ~ 110" 이고, 위 수학식 2에 따르면 링크 품질 값은 "0 ~ 100" 이 된다. 이 경우, LQI-변환함수 L(x)는 "50 ~ 110" 범위로 측정된 lqi_value를 "0 ~ 100" 범위의 링크 품질 값으로, 선형 변환하게 된다.
다시, 도 1을 참조하여 설명한다.
S120단계 이후, LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차를 산출한다(S130). 그리고, S130단계에서 산출된 표준편차를 기초로, LQI-변환함수 L(x)의 웨이트 wL 결정한다(S140).
S140단계에서는, S130단계에서 산출된 표준편차의 역수를 L(x)의 웨이트 wL로 결정할 수 있다. wL는 LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차의 역수이므로, 1) LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작은 경우, wL는 커지고, 2) LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 큰 경우, wL는 작아진다.
LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작을수록 L(x)에 의해 산출되는 링크 품질 값의 신뢰도가 높다고 할 수 있다. 따라서, 신뢰도가 높은 경우인 LQI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작은 경우에, L(x)의 웨이트 wL가 커지도록 구현하였다.
이후, 링크 품질을 평가하고자 하는 무선 네트워크에 대한 RSSI와 PDR 간의 상관관계를 산출한다(S150). 그리고, S150단계에서 산출된 상관관계를 기초로, RSSI-변환함수 R(x) 결정한다(S160).
도 3에는 무선 네트워크에 대한 RSSI와 PDR 간의 상관관계들을 실측한 결과를 그래프로 예시하였다. 도 3에는, 실측된 상관관계들이 점들로 나타나 있음을 확인할 수 있다.
RSSI-변환함수 R(x)는 지수변환함수(Exponential Transformation Function)로 아래의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
수학식 3에서 rssi_value는 측정될 RSSI이다. 한편, RSSI-변환함수 R(x)에서의 MIN_RSSI와 지수 상수 c는 RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델로부터 결정된다.
도 3에는 실측된 상관관계들을 일반화한 RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델이 곡선으로 나타나 있다. 도 3에 도시된 RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델의 경우, MIN_LQI는 "-110" 이다. 한편, 지수 상수 c는 RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델의 커브에 따라 결정되는데, 수치 대입을 통해 결정될 수 있다. 도 3에 도시된 RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델의 경우, c는 "25" 이다.
수학식 3에 나타난 RSSI-변환함수 R(x)는 rssi_value를 링크 품질 값으로 변환한다. RSSI와 PDR 간의 상관관계 모델이 도 3에 도시된 바와 같은 경우, 측정된 rssi_value의 범위는 "-110dBm ~ -30 dBm" 이고, 위 수학식 3에 따르면 링크 품질 값은 "0 ~ 100" 이 된다. 이 경우, RSSI-변환함수 R(x)는 "-110dBm ~ -30 dBm" 범위로 측정된 rssi_value를 "0 ~ 100" 범위의 링크 품질 값으로, 지수 변환하게 된다.
다시, 도 1을 참조하여 설명한다.
S160단계 이후, RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차를 산출한다(S170). 그리고, S170단계에서 산출된 표준편차를 기초로, RSSI-변환함수 R(x)의 웨이트 wR을 결정한다(S180).
S180단계에서는, S170단계에서 산출된 표준편차의 역수를 R(x)의 웨이트 wR로 결정할 수 있다. wR은 RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차의 역수이므로, 1) RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작은 경우, wR은 커지고, 2) RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 큰 경우, wR은 작아진다.
RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작을수록 R(x)에 의해 산출되는 링크 품질 값의 신뢰도가 높다고 할 수 있다. 따라서, 신뢰도가 높은 경우인 RSSI와 PDR 간 상관관계의 표준편차가 작은 경우에, R(x)의 웨이트 wR이 커지도록 구현하였다.
S110단계 내지 S180단계를 통해, 전술한 수학식 1의 HLQM(= wL×L(x) + wR×R(x) + C)이 결정된다(S190). 한편, HLQM 상수 C는 시스템의 사양과 필요에 따라 적정한 값으로 결정할 수 있다.
C를 "0" 이고, 무선 네트워크에 대한 'LQI와 PDR 간의 상관관계' 및 'RSSI와 PDR 간의 상관관계'가 각각 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 경우, HLQM은 아래의 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
이후, HLQM를 이용하여 무선 네트워크에서의 링크들에 대한 품질들을 평가하고, 최적의 링크를 통신 경로로 설정한다(S200).
지금까지, LQI와 RSSI를 복합적으로 이용하는 HLQM를 통해 링크 품질을 측정하는 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다. 본 실시예에 따른 링크 품질 측정 방법은, 원격 에너지 체인 및 자기유지를 지원하는 네트워크에서 저밀도의 에너지원으로부터 획득된 에너지를 사용하는 무선 센서네트워크에 이용될 수 있음은 물론, 다른 종류의 무선 네트워크에도 적용될 수 있다.
한편, 위 실시예에서 언급한 LQI-변환함수와 RSSI-변환함수는, 링크 품질 측정을 위한 함수의 예들에 해당한다. 따라서, 언급된 함수들은 다른 함수들로 대체될 수 있다.
또한, 위 실시예에서는 2개의 변환함수들을 조합하여 HLQM를 구성하였으나, 3개 이상의 변환함수들을 조합하여 HLQM를 구성하는 것도 가능하다.
그리고, 변환함수들의 웨이트들은 상관관계의 표준편차에 의해 결정하는 것으로 상정하였으나, 이 역시 설명의 편의를 위한 예시적인 것에 불과하다. 따라서, 변환함수들의 웨이트들은 상관관계의 분산이나 기타 다른 상관관계의 분포 정보를 기초로 결정될 수 있다.
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 이해되어져서는 안될 것이다.
HLQM : Hybrid Link Quality Metric
LQI : Link Quality Indication
RSSI : Received Signal Strength Indication
PDR : Packet Delivery Rate

Claims (8)

  1. 링크 품질 측정을 위한 제1 함수를 결정하는 단계;
    링크 품질 측정을 위한 제2 함수를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 함수와 상기 제2 함수를 포함하는 링크 품질 측정 함수를 이용하여, 링크 품질을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 함수는,
    측정된 LQI(Link Quality Indication)를 링크 품질 값으로 변환하기 위한 함수인 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 함수는,
    LQI와 PDR(Packet Delivery Rate)의 상관관계로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 함수의 웨이트는,
    LQI와 PDR 간 상관관계의 분포에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 함수는,
    측정된 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 링크 품질 값으로 변환하기 위한 함수인 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 함수는,
    RSSI와 PDR(Packet Delivery Rate)의 상관관계로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 함수의 웨이트는,
    LQI와 PDR 간 상관관계의 분포에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
  8. 제 4항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 상관관계의 분포는 표준편차인 것을 특징으로 하는 링크 품질 평가 방법.
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