KR100749822B1 - Method of managing the data-traffic of node in sensor network - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 센서 네트워크 토폴로지 및 토폴로지 깊이에 대한 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a sensor network topology and topology depth to which the present invention is applied;
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 노드의 트래픽 처리방법에 대한 일실시예 흐름도.2 is a flowchart illustrating a method for processing traffic of a node in a sensor network according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
110: PAN 코디네이터110: PAN coordinator
120, 121: 라우터120, 121: Router
130: 단말장치130: terminal device
본 발명은 센서 네트워크의 노드에서 동시에 발생하는 트래픽 처리방법에 관 한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크의 노드에서 노드별 할당된 네트워크 주소 및 토폴로지 깊이를 이용하여 계산된 전송지연 시간을 적용한 타이밍에 따라 트래픽을 처리하는, 센서 네트워크의 노드에서 동시에 발생하는 트래픽 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for processing traffic occurring simultaneously in nodes of a sensor network. More particularly, the present invention relates to a timing of applying a transmission delay time calculated using a network address and a topology depth allocated to each node in a node of a sensor network. The present invention relates to a traffic processing method that simultaneously occurs at a node of a sensor network for processing traffic.
최근 들어, 센서 네트워크에서는 무선 사설망(Wireless Personal Area Network: WPAN) 방식으로, 낮은 전력을 소모하며 초저가의 네트워크를 구현하기 위한 최적 기술로 지그비(zigbee)가 대두되고 있다.Recently, in the sensor network, a Zigbee (Zigbee) has emerged as an optimal technology for implementing a low-power and ultra-low cost network using a wireless personal area network (WPAN) method.
상기 지그비는 IEEE 802.15.4의 물리계층 프로토콜(Physical Layer Protocol: PHY)와 매체접근제어(Medium Access Control: MAC)를 도입하여 네트워크 계층부터 새롭게 정의된 표준이다. 상기 지그비는 핵심기능으로 동적 네트워크 구성, 트리 라우팅, 메쉬 라우팅으로 분류할 수 있다. 이외로, 상기 지그비는 관리 및 상하위 계층과의 인터페이스 부분에 관한 부분이 있다.The Zigbee is a standard newly defined from the network layer by introducing a physical layer protocol (PHY) and medium access control (MAC) of IEEE 802.15.4. The Zigbee can be classified into dynamic network configuration, tree routing, and mesh routing as core functions. In addition, the Zigbee has a portion related to the interface portion with the management and the upper and lower layers.
여기서, 지그비를 이용하는 센서 네트워크에서는 각 노드에 이벤트 트래픽 및 폴링(polling) 등에 의해 주기적인 트래픽이 동시에 발생한다. 이때, 상기 센서 네트워크에서는 망 특성상 전송 및 처리 능력이 상대적으로 낮은 센서 노드에 트래픽이 집중됨으로써 데이터가 유실될 수 있는 단점이 있다..Here, in a sensor network using Zigbee, periodic traffic is simultaneously generated by event traffic and polling in each node. In this case, the sensor network has a disadvantage in that data may be lost by concentrating traffic on a sensor node having a relatively low transmission and processing capability due to network characteristics.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위 하여 제안된 것으로, 센서 네트워크의 노드에서 노드별 할당된 네트워크 주소 및 토폴로지 깊이를 이용하여 계산된 전송지연 시간을 적용한 타이밍에 따라 트래픽을 처리하는, 센서 네트워크의 노드에서 동시에 발생하는 트래픽 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems and meet the above requirements, and according to the timing of applying the transmission delay time calculated using the network address and the topology depth allocated to each node in the node of the sensor network. It is an object of the present invention to provide a traffic processing method that simultaneously occurs at nodes of a sensor network for processing traffic.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 센서 네트워크의 노드에서 트래픽 처리방법에 있어서, 다수의 인접 노드로부터 동시에 트래픽이 발생하면, 토폴로지 깊이 및 기 할당된 네트워크 주소를 이용하여 전송지연 시간을 계산하는 제1 단계; 및 상기 계산된 전송지연 시간에 따른 타이밍에 의해 순차적으로 트래픽을 처리하는 제2 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for processing traffic in a node of a sensor network, wherein when traffic is simultaneously generated from a plurality of adjacent nodes, a transmission delay time is calculated using a topology depth and a pre-assigned network address. First step; And a second step of sequentially processing traffic by timing according to the calculated transmission delay time.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명 을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용되는 센서 네트워크 토폴로지 및 토폴로지 깊이에 대한 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a sensor network topology and topology depth to which the present invention is applied.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 센서 네트워크 토폴로지(topology)는, PAN 코디네이터(PAN coordinator, 110), 라우터(router, 120/121) 및 단말장치(end-device, 130)와 같은 노드들을 포함한다. As shown in FIG. 1, a sensor network topology to which the present invention is applied includes a PAN coordinator 110, a
여기서, 본 발명이 적용되는 센서 네트워크 토폴로지 깊이(depth)는, 상기 PAN 코디네이터(110)에 자식노드가 연결될 때 하나씩 증가하게 된다. 상기 토폴로지 깊이는 사용자에 의해 기 설정되어 센서 네트워크 토폴로지가 형성된다.Here, the sensor network topology depth to which the present invention is applied increases by one when a child node is connected to the PAN coordinator 110. The topology depth is preset by the user to form a sensor network topology.
본 발명의 센서 네트워크는 지그비를 이용하기 때문에 동적 네트워크를 구성한다. 이때, 상기 PAN 코디네이터(110), 라우터(120, 121) 및 단말장치(130)는 센서 필드에 배치된 후, 상기 노드들 간의 통신을 통해 자동으로 토폴로지를 구성하고 주소를 할당한다. Since the sensor network of the present invention uses Zigbee, it configures a dynamic network. In this case, the PAN coordinator 110, the
구체적으로, 상기 PAN 코디네이터(110)는 FFD(Full Function Device)로서, 토폴로지를 구성하고 네트워크의 주소를 할당한다. Specifically, the PAN coordinator 110 is a full function device (FFD), configures a topology and assigns an address of a network.
상기 라우터(120, 121)는 FFD(Full Function Device)로서, 다중 홉(Multi-hop) 라우팅 메시지를 전달하는 역할을 한다. 또한, 상기 라우터(120)는 PAN 코디네이터(110)의 자식노드 기능을 수행하고, 상기 라우터(121)는 단말장치(130)의 부 모노드 기능을 수행한다.The
상기 단말장치(130)는 RFD(Reduced Function Device)로서 코디네이터 기능이 제한되고 아주 간단한 기능이 구현되어 제한된 프로토콜 기능을 지원하고 라우팅 기능이 지원되지 않는다. 즉, 상기 단말장치(130)는 자식노드 기능만 수행하고, 부모노드 기능인 네트워크 주소를 할당하지 않는다. The
여기서, 상기 라우터(120, 121) 및 상기 단말장치(130)는 네트워크 조인(join)기능에 따라 PAN 코디네이터(110)나 타 라우터에게 조인할 수 있다. 이때, 부모노드는 네트워크에 미리 조인한 PAN 코디네이터 또는 라우터이고, 자식노드는 네트워크에 조인하려는 라우터 또는 단말장치이다. 상기 자식노드는 부모노드로부터 비콘정보(즉, SO값/BO값)와 주소가 하나 제공된다.Here, the
또한, 상기 PAN 코디네이터(110)는 네트워크에 하나만 존재하고 토폴로지의 루트(route)로써 위치한다. 여기서, 상기 PAN 코디네이터(110)는 사용할 채널, 네트워크 아이디(PAN ID), 비콘(beacon) 구조 등을 결정하는데, 상기 라우터(120, 121) 및 상기 단말장치(130)는 PAN 코디네이터(110)에 의해 결정된 사항을 따른다.In addition, only one PAN coordinator 110 exists in the network and is located as a route of the topology. Here, the PAN coordinator 110 determines a channel to be used, a network ID (PAN ID), a beacon structure, etc. The
한편, 사용자는 노드를 센서필드에 배치하기 전에 하기 [표 1]과 같은 파라미터들을 미리 설정한다.On the other hand, the user presets the parameters as shown in Table 1 before placing the node in the sensor field.
여기서, 자식은 "nwkMaxRouter(Rm)≤nwkMaxChildren(Cm)"인데, 라우터(FFD)와 단말장치(RFD)로 구분되기 때문이다.Here, the child is "nwkMaxRouter (Rm) ≤nwkMaxChildren (Cm)" because it is divided into a router (FFD) and a terminal device (RFD).
또한, 상기 파라미터들은 하기 [수학식 1]을 만족한다.In addition, the parameters satisfy
부모는 상기 파라미터들을 이용하여 자식에게 주소를 하나 할당한다. 예를 들어, "nwkMaxChildren(Cm)=4", "nwkMaxRouter(Rm)=4", "nwkMaxDepth(Lm)=3"의 값으로 센서 네트워크 토폴로지 파라미터가 설정되면, 각 노드는 깊이"d"에 따라 "Cskip(d)"이 계산되어 네트워크 주소가 할당된다. The parent assigns an address to the child using the parameters. For example, if the sensor network topology parameter is set to the values "nwkMaxChildren (Cm) = 4", "nwkMaxRouter (Rm) = 4", "nwkMaxDepth (Lm) = 3", then each node has a depth "d" "Cskip (d)" is calculated and assigned a network address.
상기 깊이 "d"에 따른 "Cskip(d)"을 계산하면 하기 [표 2]와 같다.When calculating "Cskip (d)" according to the depth "d" is as shown in Table 2 below.
즉, 부모노드인 PAN 코디네이터(110)는 깊이 "d=0"이다. 상기 PAN 코디네이터(110)는 네트워크 주소가 "0"값을 갖고, "Cskip(d)"는 21을 가지게 되어 자식에게 주소를 할당하게 된다. 이때, 상기 PAN 코디네이터(110)는 깊이 "d=1"인 자식노드가 4(즉, Cm=4)개 연결될 수 있다. 여기서, 상기 자식노드는 "1", "22", "43", "64"에 해당되는 네트워크 주소가 할당되는데, 상기와 같이 네트워크 주소의 할당에 대한 설명은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 생략한다. 이후, 각 자식노드는 전술한 바와 같이 네트워크 주소가 할당되고 네크워크에 조인된 상태에서 고유한 값을 갖는다. That is, the parent node PAN coordinator 110 has a depth of "d = 0". The PAN coordinator 110 has a network address having a value of "0" and "Cskip (d)" has a value of 21 to assign an address to a child. In this case, the PAN coordinator 110 may be connected to four (ie, Cm = 4) child nodes having a depth "d = 1". Here, the child node is assigned a network address corresponding to "1", "22", "43", "64", the description of the network address allocation as described above will be omitted since it can be easily understood by those skilled in the art. Each child node then has a unique value with a network address assigned and joined to the network as described above.
이를 통해, 본 발명의 센서 네트워크에서 동시에 발생되는 트래픽을 줄이기 위한 노드마다 고유한 값을 가지는 전송지연 시간은 다음과 같이 정의한다. 즉, 상기 전송지연 시간은 각 노드가 갖는 깊이 정보와 할당된 네트워크 주소를 이용하여 계산함으로써 노드마다 다른 값을 갖게 된다. 상기 전송지연 시간은 하기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.Through this, a transmission delay time having a unique value for each node for reducing traffic generated simultaneously in the sensor network of the present invention is defined as follows. That is, the transmission delay time has a different value for each node by calculating using depth information of each node and an assigned network address. The transmission delay time may be represented by
센서 네트워크의 노드는 주기적 이벤트가 발생하거나 부모노드로부터 주기적 폴링요청에 대한 응답 데이터를 전송하게 될 경우에, 다수의 노드로부터 데이터 전송이 동시에 발생한다. 이때, 센서 네트워크의 노드는 상기 [수학식 2]와 같이 자신의 "깊이(d)"와 "네트워크 주소"를 이용하여 전송지연 시간을 계산한다. 즉, 상기 노드는 상기 [수학식 2]에 의해 계산된 전송지연 시간을 적용하여 다른 타이밍 에 따라 순차적으로 트래픽을 처리한다.When a node of the sensor network generates a periodic event or transmits response data for a periodic polling request from a parent node, data transmission from multiple nodes occurs simultaneously. At this time, the node of the sensor network calculates the transmission delay time using its "depth (d)" and "network address" as shown in [Equation 2]. That is, the node processes the traffic sequentially according to different timing by applying the transmission delay time calculated by Equation (2).
상기 [수학식 2]에 나타난 바와 같이, 상기 전송지연 시간은 노드가 연결된 깊이와 부모노드에 의해 할당받은 네트워크 주소를 곱하여 계산되므로, 깊이가 커질수록 커지고 깊이가 낮은 노드들인 경우에 상대적으로 낮아지게 된다.As shown in
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 노드의 트래픽 처리방법에 대한 일실시예 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for processing traffic of a node in a sensor network according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서 네트워크에서 노드는 주기적 이벤트 발생 및 주기적 폴링요청의 응답에 의해 다수의 노드로부터 동시에 트래픽이 발생하면(S201), 자신의 토폴로지 깊이(d)와 부모노드로부터 할당된 네트워크 주소를 이용하여 전송지연 시간을 계산한다(S202). 여기서, 상기 노드는 토폴로지 깊이와 네트워크 주소를 곱하여 전송지연 시간을 계산하게 된다.As shown in FIG. 2, when traffic is simultaneously generated from a plurality of nodes in response to a periodic event occurrence and a response to a periodic polling request (S201), a node is allocated from its topology depth d and a parent node. The transmission delay time is calculated using the network address (S202). Here, the node calculates a transmission delay time by multiplying a topology depth and a network address.
이후, 상기 센서 네트워크에서 노드는 계산된 전송지연 시간에 따라 다른 타이밍에 순차적으로 트래픽을 처리한다(S203).Thereafter, the node processes the traffic sequentially at different timings according to the calculated transmission delay time (S203).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은 주기적 폴링 및 주기적 데이터 전송을 가지는 여러 노드에서 동시에 트래픽이 발생하는 경우에 각 노드별로 다른 타이밍에 데이터 트래픽을 전송함으로써, 데이터가 유실될 가능성을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of reducing the possibility of data loss by transmitting data traffic at different timings for each node when traffic occurs simultaneously in several nodes having periodic polling and periodic data transmission.
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