KR100889860B1 - Operating method of wireless sensor network system for improving energy efficiency of sensor node using base station, and method therefor - Google Patents

Operating method of wireless sensor network system for improving energy efficiency of sensor node using base station, and method therefor Download PDF

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Abstract

본 발명은 기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법을 개시한다. 본 발명은 (a) 무선센서 네트워크를 형성하는 센서노드와 통신하는 기지국이 센서노드의 위치 및 식별수단을 인지하는 단계; (b) 기지국이 센서노드의 위치와 식별수단을 이용하여 센싱영역 전체가 다른 센서노드들의 센싱영역을 합산한 범위에 포함되는 슬립노드를 판별하는 커버리지 연산을 실행하는 단계; (c) 기지국이 커버리지 연산결과를 토대로 슬립노드를 수면시키는 단계; (d) 수면되지 않은 센서노드가 주변상황을 센싱하는 단계; 및 (e) 기지국이 센서노드로부터 센싱값을 수신하는 단계를 포함하며, (b) 단계는 (ba) 적어도 3개의 센서노드들이 센싱필드에 구비되어 군을 형성하면, 기지국이 위치와 식별수단을 이용하여 상기 군에 포함된 센서노드들 간의 센싱영역 경계라인의 교점을 적어도 2개 이상 도출하는 단계; 및 (bb) 기지국이 상기 군에 포함된 제1 센서노드의 센싱영역 내에 위치하는 제2 센서노드가 도출된 교점과 형성하는 각도의 최소값을 계산하여 커버리지 연산을 실행하는 단계를 포함하고, (bb) 단계는 (a5) 기지국이 슬립노드로 예측되는 제2 센서노드를 추출하며, 기지국이 제1 센서노드를 포함하여 적어도 2개이며 제2 센서노드가 슬립노드인지 여부를 판별하는 배경노드들을 추출하는 단계; (b5) 기지국이 제2 센서노드 및 배경노드들의 위치나 방향에 대한 정보를 취득하는 단계; (c5) 기지국이 배경노드들과 만나는 교점을 바탕으로 하며 배경노드들 중 일(一) 배경노드 방향인 제2 센서노드의 중앙각도를 상기 일 배경노드를 중심으로 좌우측 각도로 분류하는 단계; (d5) 기지국이 좌우측 각도로부터 최소값을 이루는 양측 교점의 좌표값을 취득하는 단계; 및 (e5) 기지국이 양측 교점의 좌표값으로부터 제2 센서노드의 중앙각도를 계산하여 커버리지 연산을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 무한히 에너지를 공급받는 기지국이 센싱 및 데이터통신을 제외한 모든 업무를 센서노드 대신 수행하여 센서노드의 에너지 효율성을 보다 향상시키는 효과를 거둘 수 있다.The present invention discloses a method of operating a wireless sensor network system that improves energy efficiency of a sensor node using a base station. The present invention includes the steps of (a) a base station communicating with a sensor node forming a wireless sensor network, the location and identification means of the sensor node; (b) a base station performing a coverage operation for determining a sleep node included in a range in which sensing regions of the entire sensing region are added together using the position of the sensor node and identification means; (c) the base station sleeping the sleep node based on the coverage calculation result; (d) sensing the ambient situation by the non-sleeping sensor node; And (e) the base station receiving a sensing value from the sensor node, and (b) step (ba) if at least three sensor nodes are provided in the sensing field to form a group, the base station determines the location and the identification means. Deriving at least two intersection points of a sensing area boundary line between sensor nodes included in the group using the at least two nodes; And (bb) a base station calculating a minimum value of an angle formed by an intersection of a second sensor node located in a sensing area of a first sensor node included in the group and an angle formed by the base station, and performing a coverage operation (bb) In step (a5), the base station extracts a second sensor node that is predicted to be a sleep node, and extracts background nodes that determine whether the base station is at least two including the first sensor node and whether the second sensor node is a sleep node. Doing; (b5) acquiring, by the base station, information on the position or direction of the second sensor node and the background nodes; (c5) classifying, by the base station, the center angle of the second sensor node based on the intersection point of the background nodes, which is one of the background nodes, to the left and right angles with respect to the one background node; (d5) acquiring, by the base station, coordinate values of both intersections forming a minimum value from the left and right angles; And (e5) the base station calculates the central angle of the second sensor node from the coordinate values of both intersections, and performs a coverage operation. According to the present invention, an infinitely energized base station can perform all tasks except for sensing and data communication in place of the sensor node, thereby improving the energy efficiency of the sensor node.

기지국(BS), 무선센서 네트워크(WSN), 커버리지 보존방법, 클러스터링, LEACH, CAC, ECAC Base Station (BS), Wireless Sensor Network (WSN), Coverage Preservation Method, Clustering, LEACH, CAC, ECAC

Description

기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법 {Operating method of wireless sensor network system for improving energy efficiency of sensor node using base station, and method therefor}Operating method of wireless sensor network system for improving energy efficiency of sensor node using base station, and method therefor}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 개념도,1 is a conceptual diagram showing the configuration of a wireless sensor network system according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국의 내부구성을 상세히 설명하기 위한 블록도,2 is a block diagram for explaining in detail the internal configuration of the base station according to an embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국의 특징을 설명하기 위한 개념도들,3A to 3G are conceptual views illustrating characteristics of a base station according to a preferred embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법을 도시한 순서도,4 is a flowchart illustrating a method of operating a wireless sensor network system according to a preferred embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5j는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중앙각도 결정방법을 설명하기 위한 개념도들,5A to 5J are conceptual views illustrating a method for determining a center angle according to a preferred embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커버리지 연산방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a coverage calculation method according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 무선센서 네트워크 시스템 110 : 센서노드100: wireless sensor network system 110: sensor node

112 : 센서 필드 120 : 기지국(BS)112: sensor field 120: base station (BS)

130 : 유무선 통신망 140 : 센싱데이터 관리서버130: wired and wireless communication network 140: sensing data management server

142 : 센싱데이터 관리데이터베이스 150 : 관리자 단말기142: sensing data management database 150: administrator terminal

152 : 사용자 단말기 200 : 통신부152: user terminal 200: communication unit

210 : 메모리부 212 : 커버리지 연산부210: memory unit 212: coverage calculating unit

214 : 일깨움 전략 구사부 220 : 클러스터 구성부214: awakening strategy spoken part 220: cluster component part

230 : 다중접속 스케줄 생성부 240 : 주제어부230: multiple access schedule generation unit 240: main control unit

242 : 전원부 300 : 슬립노드242: power supply unit 300: sleep node

310 : 클러스터 320 : 대표노드310: cluster 320: representative node

322 : 일반노드322: general node

본 발명은 기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 탐지영역이 중복되는 일부 센서노드들을 수면시키거나 이들 중에서 필요에 따라 수명이 다한 센서노드를 대신할 노드를 기상시키는 커버리지 보존방법, 최적의 클러스터 형성을 위한 클러스터링, 데이터 송수신을 위한 스케줄 생성 등 에너지 소모가 예견되는 업무를 기지국이 센서노드 대신 실시하는 것을 특징으로 하는 기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a wireless sensor network system that improves energy efficiency of a sensor node using a base station. More specifically, the method of preserving coverage to sleep some sensor nodes with overlapping detection areas or to wake up a node to replace a sensor node that has reached the end of life as needed, clustering for optimal cluster formation, and data transmission and reception The present invention relates to a method of operating a wireless sensor network system that improves energy efficiency of a sensor node by using a base station, wherein a base station performs a task of predicting energy consumption such as a schedule generation instead of a sensor node.

근래 무선통신기술의 발전, 저전력 회로설계, 연산장치의 소형화 등으로 인해 무선센서 네트워크(WSN; Wireless Sensor Network)가 새로운 연구분야로 떠오르고 있다. 특히, 사용자가 컴퓨터와 같은 단말기를 의식하지 않고 언제 어디서나 용이하게 네트워크에 접속할 수 있는 환경을 제공하는 유비쿼터스 시대가 도래하면서, 이러한 무선센서 네트워크는 기존의 컴퓨팅 환경과 물리적인 실제 환경을 접목시켜주는 역할을 수행할 것으로 보여 더욱 각광을 받고 있다.Recently, wireless sensor network (WSN) has emerged as a new research field due to the development of wireless communication technology, low power circuit design, and miniaturization of arithmetic unit. In particular, with the advent of the ubiquitous era in which users can easily connect to the network anytime and anywhere without consciousness of terminals such as computers, such wireless sensor networks combine existing computing environments with physical physical environments. It is expected to carry out further attention.

일반적으로 무선센서 네트워크는 컴퓨팅 능력과 무선통신 능력이 부여된 센서노드가 자연환경이나 전장(戰場) 등에 임의로 배치되어 형성되는 자율적인 네트워크를 말한다. 이러한 무선센서 네트워크는 센서노드들이 센서 필드(Sensor field)에서 독립적으로 활동하면서 취득한 정보를 기지국에 제공하도록 구성된다. 무선센서 네트워크는 군사, 소방, 교통, 의료, 환경감시, 빌딩제어, 홈네트워크 등 산업전반에서 일상생활에 이르기까지 다양한 분야에 걸쳐 응용될 수 있다.In general, a wireless sensor network refers to an autonomous network formed by arranging a sensor node granted with computing capability and wireless communication capability in a natural environment or an electric field. The wireless sensor network is configured to provide the base station with information obtained while the sensor nodes independently operate in the sensor field. The wireless sensor network can be applied to various fields from military, firefighting, transportation, medical, environmental monitoring, building control, home network, etc. to industrial and everyday life.

이러한 무선센서 네트워크의 효율적인 운용을 위해서는 다음과 같은 요건들이 필요하다. 첫째, 한정된 수명을 가지는 센서노드가 그 수명을 보다 장기간 유지할 수 있도록 전력소모를 최소화시킬 필요가 있다. 둘째, 센싱정보가 비거(備擧)하고 정확함을 만족하도록 센서노드가 필드에 촘촘하게 배치됨이 필요하다. 세째, 네트워크 프로토콜이 센서노드들의 임의배치에 따른 동적인 상황변화에 적응할 수 있도록 자가구성(Self-organizing) 능력을 구비함이 필요하다. 네째, 노드들간에 효과적인 통신이 달성되도록 액세스(Access) 순서를 선정함이 필요하다. 다섯째, 데 이터통신이 기밀성과 무결성을 유지하도록 보안성 확보가 필요하다. 이러한 것들은 대체적으로 애드혹 네트워크(Ad hoc network)의 적용, TDMA/CDMA 스케줄링의 사용, 암호키(Symmetric-key or Public-key)를 이용한 암호화와 복호화 등으로 해결이 가능하다.For the efficient operation of such a wireless sensor network, the following requirements are required. First, it is necessary to minimize power consumption so that a sensor node having a limited lifetime can maintain its lifetime for a longer period of time. Second, the sensor node needs to be closely arranged in the field so as to satisfy the sensing information is large and accurate. Third, it is necessary to have a self-organizing capability so that the network protocol can adapt to the dynamic situation change according to the arbitrary arrangement of the sensor nodes. Fourth, it is necessary to select an access order so that effective communication between nodes is achieved. Fifth, it is necessary to secure security for data communication to maintain confidentiality and integrity. These can generally be solved by applying an ad hoc network, using TDMA / CDMA scheduling, and encrypting and decrypting using a symmetric-key or public-key.

그러나, 무엇보다도 무선센서 네트워크에서 선결되어야 할 과제는 센서노드의 에너지 효율성 확보이다. 이의 실현을 위해 종래에는 다음과 같은 방법들이 제안되었다.However, above all, the task to be decided in the wireless sensor network is to secure energy efficiency of the sensor node. In order to realize this, the following methods have been proposed.

① LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) 방법 : 클러스터링 기반의 라우팅 방법인 LEACH 방법은 클러스터 헤드(CH; Cluster Head)와 데이터 축약(DA; Date Aggregation)을 무선센서 네트워크에 도입한다. 이는 센서노드 간에 잔류 에너지량 정보를 공유하게 하여 클러스터 내에 구비되는 노드들이 순환하여 클러스터 헤드를 담당하도록 유도하는 특징이 있다. 이로써, 이 방법은 센서노드의 에너지 소비를 최대한 감축시키며 공정 분산시키는 효과를 거둘 수 있다.① LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Method: LEACH method, which is a clustering-based routing method, introduces a cluster head (CH) and data aggregation (DA) into a wireless sensor network. This feature is characterized by sharing the residual energy information between the sensor nodes to induce the nodes provided in the cluster to take charge of the cluster head. In this way, the method can reduce the energy consumption of the sensor node as much as possible and achieve process dispersion.

② 커버리지 보존방법(Coverage-Preserving Scheme) : 앞서 언급한 바 있는 커버리지 보존방법은 탐지가 불필요한 노드의 수면을 실현시키기 위해 노드 간에 중복되는 탐지영역을 연산하는 것을 특징으로 한다. 이는 대한민국 특허등록공보 제667,354호 "에너지 소비의 효율성을 높인 무선센서 네트워크 시스템과 무선센서 네트워크 통신방법"에 잘 나타나 있다. 이 특허에 따르면, 무선센서 네트워크를 형성하는 센서노드들이 클러스터를 구성하기 이전에 주변 노드들과 탐지영역이 중복되는 노드들은 수면상태로 접어들게 된다. 그리고, 이들은 이후 필요에 따라 특정 노드에 의해 기상된다. 이러한 커버리지 보존방법은 궁극적으로 무선센서 네트워크의 장기존속에 기여하는 효과가 있다.Coverage-Preserving Scheme The coverage preservation method described above is characterized by calculating overlapping detection areas between nodes in order to realize sleep of nodes that do not need detection. This is well represented in Korean Patent Registration Publication No. 667,354 "Wireless Sensor Network System and Wireless Sensor Network Communication Method with High Efficiency in Energy Consumption". According to this patent, before the sensor nodes forming the wireless sensor network form a cluster, neighboring nodes and nodes overlapping the detection area enter a sleep state. They are then woken up by specific nodes as needed. This coverage preservation method ultimately contributes to long-term survival of the wireless sensor network.

③ 클러스터링(Clustering) : 네트워크에서 데이터통신을 전개하는 클러스터의 효율적인 구성을 위해서는 최적의 클러스터 형성 알고리즘이 필요하다. 이는 Soheil Ghiasi, Ankur Srivastava, Xiaojian Yang 및 Majid Sarrafzadeh가 2002년 7월 MDPI Sensors, Vol. 2, No. 7, pp. 258-269에 발표한 "Optimal energy aware clustering in sensor networks"에 잘 나타나 있다. 상기 논문에 제안된 BCT(Balanced Cluster Technique) 방법은 각각의 클러스터가 거의 동일한 수의 구성원을 가지며 상기 구성원들 간의 거리가 최소가 되도록 함에 특징이 있다.③ Clustering: An optimal cluster formation algorithm is required for efficient configuration of clusters that deploy data communication in the network. This was done by Soheil Ghiasi, Ankur Srivastava, Xiaojian Yang and Majid Sarrafzadeh in July 2002 by MDPI Sensors, Vol. 2, No. 7, pp. This is well illustrated in "Optimal energy aware clustering in sensor networks" published in 258-269. The Balanced Cluster Technique (BCT) method proposed in the paper is characterized in that each cluster has almost the same number of members and the distance between the members is minimized.

그러나, 상기에 기술한 방법들(①, ②, ③)은 센서노드가 여전히 에너지를 소모하는 업무(예컨대, 연산기능)를 담당하고 있기 때문에 무선센서 네트워크 환경에서의 센서노드의 에너지 효율성 향상이라는 목적에는 최선이 되지 못한다.However, the above-described methods (①, ②, ③) are aimed at improving energy efficiency of sensor nodes in wireless sensor network environment because the sensor node still takes charge of energy consuming tasks (eg, arithmetic functions). Is not the best.

한편, 종래 커버리지 보존방법 중 센서노드의 중복되는 탐지영역을 연산하는 방법으로는 Di Tian과 Nicolas D. Georganas가 2002년도 ACM International workshop on WSNA, pp. 32-41에 발표한 "A coverage-preserving node scheduling scheme for large wireless sensor networks"에 제안된 CAC(Central Angle Calculation) 방법과 Azzedine Boukerche, Xin Fei 및 Regina B. Araujo가 2005년도 10월 Proc. of the second ACM International workshop on PE-WASUN '05, pp. 205-213에 발표한 "An Energy Aware Coverage-Preserving Scheme for Wireless Sensor Networks"에 제안된 ECAC(Extended Central Angle Calculation) 방법이 주 로 이용되었다. 이들 방법(즉, 중앙각도 계산방법)은 센서노드의 탐지영역이 원을 형성하는 것에 착안하여 센서노드 간에 중복되는 탐지영역을 각각의 센서노드에서의 중앙각도로부터 계산하는 것을 특징으로 한다. 특히, 후자의 경우는 탐지가 불필요한 노드를 보다 정확하게 찾도록 하며, 이로부터 효율적인 클러스터의 구성을 가능하게 한다.On the other hand, Di Tian and Nicolas D. Georganas of 2002 ACM International workshop on WSNA, pp. The Central Angle Calculation (CAC) method proposed in the “A coverage-preserving node scheduling scheme for large wireless sensor networks” presented at 32-41 and by Azzedine Boukerche, Xin Fei and Regina B. Araujo in October 2005, Proc. of the second ACM International workshop on PE-WASUN '05, pp. The Extended Central Angle Calculation (ECAC) method proposed in "An Energy Aware Coverage-Preserving Scheme for Wireless Sensor Networks" published in 205-213 was mainly used. These methods (i.e., the method of calculating the central angle) are characterized by calculating the detection areas overlapping between the sensor nodes from the central angles of the respective sensor nodes, focusing on the detection area of the sensor nodes forming a circle. In particular, the latter case makes it possible to more accurately find nodes that do not require detection, thereby enabling efficient cluster construction.

그런데, 종래의 이러한 방법들은 대상이 되는 센서노드의 위치에 따라 중앙각도가 변화되며, 중복되는 탐지영역이 달라지게 된다. 이때, 센서노드의 모든 위치변화를 고려하지 않고 어느 일방만을 참작한다면 탐지가 불필요한 노드를 출현시키거나 센서 필드에 센싱되지 않는 영역을 발생시키는 결과를 초래한다. 이는 곧 무선센서 네트워크의 질을 저하시키는 문제점을 양산한다. 반면, 센서노드의 모든 위치변화를 고려하는 경우 종래의 중앙각도 계산방법만으로는 이의 해결이 불가능하다.However, these conventional methods change the central angle according to the position of the sensor node as a target, and the overlapping detection area is changed. At this time, if only one of them is taken into account without considering all the positional changes of the sensor node, it may result in the occurrence of an undetected node or an area that is not sensed in the sensor field. This mass-produces a problem that degrades the quality of the wireless sensor network. On the other hand, when considering all the change in the position of the sensor node, it is impossible to solve this only by the conventional method of calculating the central angle.

본 발명은 상기에 기술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 센싱 및 데이터통신을 제외한 모든 업무를 센서노드 대신 기지국이 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법을 제공함을 목적으로 한다. 구체적으로, 상기 업무에는 주변노드에 의해 탐지영역이 보증되는 노드를 찾아 수면시키는 커버리지 연산(Coverage calculation), 할당된 영역을 센싱중 수명을 다한 노드가 발생할시 이를 대체할 수면상태의 노드를 기상시키는 일깨움 전략(Wake-up strategy), BCT 방법을 이용한 클러스터 구성(Cluster formation), LEACH 방법에 따른 대표노드 결정(Choose their CH), 클러스터 간의 간섭을 최소화하고 클러스터 내의 다중접속을 위한 확산코드 및 스케줄 생성(Creation of spreading code and TDMA schedules) 등이 포함된다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the wireless base station using the base station to improve the energy efficiency of the sensor node, characterized in that the base station to perform all the tasks except for sensing and data communication An object of the present invention is to provide a method of operating a sensor network system. Specifically, the service includes a coverage calculation for finding and sleeping a node whose detection area is guaranteed by a neighboring node, and waking up a node in a sleeping state to replace a node that has reached the end of its lifetime while sensing an allocated area. Wake-up strategy, cluster formation using BCT method, choice of their nodes according to LEACH method, generation of spreading codes and schedules for minimizing interference between clusters and minimizing interference between clusters (Creation of spreading code and TDMA schedules).

또한, 본 발명은, CAC 방법 또는 ECAC 방법에 기반한 중앙각도 계산방법에 대상이 되는 센서노드의 모든 위치변화를 고려한 중앙각도 결정방법을 반영하는 것을 특징으로 하는 기지국을 이용하여 센서노드의 에너지 효율성을 향상시킨 무선센서 네트워크 시스템의 운용 방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention, the energy efficiency of the sensor node using the base station, characterized in that reflecting the central angle determination method considering all the change in the position of the sensor node to the center angle calculation method based on the CAC method or ECAC method An object of the present invention is to provide an improved method of operating a wireless sensor network system.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로서, (a) 무선센서 네트워크를 형성하는 센서노드와 통신하는 기지국이 상기 센서노드의 위치 및 식별수단을 인지하는 단계; (b) 상기 기지국이 상기 센서노드의 상기 위치와 상기 식별수단을 이용하여 센싱영역 전체가 다른 센서노드들의 센싱영역을 합산한 범위에 포함되는 슬립노드를 판별하는 커버리지 연산을 실행하는 단계; (c) 상기 기지국이 상기 커버리지 연산결과를 토대로 상기 슬립노드를 수면시키는 단계; (d) 수면되지 않은 상기 센서노드가 주변상황을 센싱하는 단계; 및 (e) 상기 기지국이 상기 센서노드로부터 센싱값을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는 (ba) 적어도 3개의 센서노드들이 센싱필드에 구비되어 군을 형성하면, 상기 기지국이 상기 위치와 상기 식별수단을 이용하여 상기 군에 포함된 센서노드들 간의 센싱영역 경계라인의 교점을 적어도 2개 이상 도출하는 단계; 및 (bb) 상기 기지국이 상기 군에 포함된 제1 센서노드의 센싱영역 내에 위치하는 제2 센서노드가 상기 도출된 교점과 형성하는 각도의 최소값을 계산하여 상기 커버리지 연산을 실행하는 단계를 포함하고, 상기 (bb) 단계는 (a5) 상기 기지국이 상기 슬립노드로 예측되는 제2 센서노드를 추출하며, 상기 기지국이 상기 제1 센서노드를 포함하여 적어도 2개이며 상기 제2 센서노드가 상기 슬립노드인지 여부를 판별하는 배경노드들을 추출하는 단계; (b5) 상기 기지국이 상기 제2 센서노드 및 상기 배경노드들의 위치나 방향에 대한 정보를 취득하는 단계; (c5) 상기 기지국이 상기 배경노드들과 만나는 교점을 바탕으로 하며 상기 배경노드들 중 일(一) 배경노드 방향인 상기 제2 센서노드의 중앙각도를 상기 일 배경노드를 중심으로 좌우측 각도로 분류하는 단계; (d5) 상기 기지국이 상기 좌우측 각도로부터 최소값을 이루는 양측 교점의 좌표값을 취득하는 단계; 및 (e5) 상기 기지국이 상기 양측 교점의 좌표값으로부터 상기 제2 센서노드의 상기 중앙각도를 계산하여 상기 커버리지 연산을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법을 제공한다.The present invention is to achieve the above object, (a) a base station communicating with a sensor node forming a wireless sensor network, the step of recognizing the location and identification means of the sensor node; (b) performing, by the base station, a coverage operation for determining a slip node that is included in a range in which the entire sensing area is added to the sensing areas of other sensor nodes by using the position of the sensor node and the identification means; (c) the base station sleeping the sleep node based on the coverage calculation result; (d) sensing an ambient situation by the non-sleeping sensor node; And (e) the base station receiving a sensing value from the sensor node, wherein step (b) includes (ba) at least three sensor nodes provided in a sensing field to form a group. Deriving at least two intersection points of a sensing area boundary line between sensor nodes included in the group by using a position and the identification means; And (bb) calculating, by the base station, a minimum value of an angle formed by the second sensor node located in the sensing area of the first sensor node included in the group with the derived intersection point, and performing the coverage operation. The step (bb) may include (a5) extracting a second sensor node predicted by the base station to be the sleep node, wherein the base station is at least two including the first sensor node, and the second sensor node is the sleep node. Extracting background nodes that determine whether the node is a node; (b5) acquiring, by the base station, information about the position or direction of the second sensor node and the background nodes; (c5) The center angle of the second sensor node based on the intersection point where the base station meets the background nodes and is one of the background nodes is classified into left and right angles around the one background node. Doing; (d5) acquiring, by the base station, coordinate values of both intersections forming a minimum value from the left and right angles; And (e5) the base station calculating the center angle of the second sensor node from the coordinate values of the two intersections and executing the coverage operation. .

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 개념도이다. 상기 도 1에 도시한 바에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 센서노드(110), 기지국(BS: Base Station)(120), 유무선 통신망(130), 센싱데이터 관리서버(140), 센싱데이터 관리데이터베이스(142), 관리자 단말기(150) 및 사용자 단말기(152)를 포함한다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of a wireless sensor network system according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the wireless sensor network system 100 according to a preferred embodiment of the present invention includes a sensor node 110, a base station (BS) 120, a wired / wireless communication network 130, and sensing data. The management server 140, the sensing data management database 142, the manager terminal 150, and the user terminal 152 are included.

본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)에서는 센서 필드(112)에 분 포된 센서노드(110)가 특정 데이터를 센싱하면 기지국(120)이 일정 경로를 통하여 이를 수집하여 유무선 통신망(130)을 통하여 센싱데이터 관리서버(140)로 전달하게 된다. 센싱데이터 관리서버(140)는 이를 이용하여 이상발생 유무를 판별하며, 센싱데이터 관리데이터베이스(142)에 관련 데이터를 저장시키게 된다. 이에 따라, 사용자(여기에서의 사용자는 관찰자를 포함하는 개념)는 사용자 단말기(152)를 통하여 센싱데이터 관리서버(140)에 접속하여 이를 확인하는 것이 가능하게 된다. 또는, 센싱데이터 관리서버(140)에 의해 사용자 단말기(152)로 관련 데이터를 제공받아 사용자가 이를 토대로 적절한 행위를 할 수 있게 된다.In the wireless sensor network system 100 according to the present invention, when the sensor node 110 distributed in the sensor field 112 senses specific data, the base station 120 collects the specific data through a predetermined path and passes through the wired / wireless communication network 130. It is delivered to the sensing data management server 140. The sensing data management server 140 determines whether an abnormality occurs using this, and stores related data in the sensing data management database 142. Accordingly, the user (a concept in which the user includes an observer) may be connected to the sensing data management server 140 through the user terminal 152 to confirm this. Or, by receiving the relevant data to the user terminal 152 by the sensing data management server 140, the user can perform an appropriate action based on this.

이러한 일련의 과정을 예로 들면, 센서 필드(112)가 특정 산림지역인 경우 센싱 데이터는 화재발생 여부에 대한 데이터가 될 수 있으며, 센싱데이터 관리서버(140)가 화재발생을 확인할 경우 사용자는 그 지역으로 소방대를 파견하는 행위를 할 수 있게 된다. 한편, 기지국(120)은 유무선 통신망(130)을 통하여 사용자 단말기(152)로 센싱데이터를 직접 전달하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 사용자가 디스플레이 장치에 표시되는 데이터를 쉽게 이해할 수 있도록 기지국(120) 또는 사용자 단말기(152)가 센싱데이터를 가공함이 바람직하다.For example, if the sensor field 112 is a specific forest area, the sensing data may be data on whether or not a fire has occurred, and when the sensing data management server 140 confirms the fire, the user may select the area. It is possible to act to dispatch fire brigade. Meanwhile, the base station 120 may directly transmit sensing data to the user terminal 152 through the wired / wireless communication network 130. In this case, it is preferable that the base station 120 or the user terminal 152 process the sensing data so that the user can easily understand the data displayed on the display device.

본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 센서노드(110)의 에너지 효율성을 고려하여 계층구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 무선센서 네트워크에는 일반적으로 그 구조에 따라 평면구조망과 계층구조망으로 분류된다.The wireless sensor network system 100 according to the present invention has a hierarchical structure in consideration of the energy efficiency of the sensor node 110. This will be described in detail as follows. Wireless sensor networks are generally classified into planar networks and hierarchical networks according to their structure.

평면구조망에서는 모든 노드들이 라우터 역할을 수행하므로 각 노드들이 경 로설정 알고리즘에 의해 동적으로 선택된 다른 노드들을 경유하여 목적지까지 직/간접적인 통신을 수행해야 한다. 이를 위해 각 노드가 스스로 경로를 발견하는 기법인 테이블 기반(Table-driven) 경로설정 알고리즘 또는 요구별(On-demand) 경로설정 알고리즘 등이 주로 사용되며, 매체 접근을 중앙에서 제어하는 주체가 네트워크 상에 별도로 존재하지 않으므로 CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access/Collision Avoidance) 등의 경쟁방법을 통하여 노드들 스스로 분산적인 방법을 통해 데이터 전송을 제어하게 된다.In a planar network, all nodes act as routers, so each node must perform direct / indirect communication to the destination via other nodes dynamically selected by the routing algorithm. For this purpose, a table-driven routing algorithm or an on-demand routing algorithm, which is a method in which each node discovers its own path, is mainly used. Since they do not exist separately in the node, the nodes themselves control data transmission through a distributed method through a competition method such as carrier sensing multiple access / collision avoidance (CSMA / CA).

반면, 계층구조망에서는 다수의 노드를 관장하는 대표노드(CH)가 선출되고, 선출된 노드는 자신이 관장하는 노드의 ID 및 무선자원을 할당하고 제어하는 역할을 담당하게 된다. 여기에서, 대표노드와 이에 의해 자원할당이 제어되는 일반노드들이 집합하여 형성한 그룹을 클러스터(Cluster)라 하며, 무선센서 네트워크에 존재하는 모든 노드들에서 대표노드들을 선택하고 클러스터를 구성하는 일련의 과정을 클러스터링(Clustering)이라 한다. 계층구조망에서는 데이터 송수신이 이루어지기 전에 이러한 클러스터링이 반드시 선행되며, 이는 노드의 에너지 효율성 측면을 고려할 때 평면구조망에서보다 우월한 효과를 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 이러한 측면을 고려할 때 계층구조망 형태의 멀티홉 애드혹 네트워크가 적용됨이 바람직하다.On the other hand, in the hierarchical network, a representative node (CH) that manages a plurality of nodes is elected, and the elected node is responsible for allocating and controlling IDs and radio resources of the nodes it manages. Here, a group formed by aggregating a representative node and general nodes controlled by resource allocation is called a cluster, and a set of representative nodes are selected from all nodes in the wireless sensor network and a series of clusters are formed. The process is called clustering. In a hierarchical network, such clustering must be preceded before data transmission and reception, which has a superior effect than that of a planar network in consideration of the energy efficiency of nodes. Therefore, in consideration of this aspect, the wireless sensor network system 100 according to the present invention is preferably a multi-hop ad hoc network in the form of a hierarchical network.

그런데, 계층구조망 형태의 센서 네트워크는 노드간의 상호간섭이라는 한계점을 가지고 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 한계점을 해결하기 위한 방안으로 무선센서 네트워크에 다중접속 스케줄(Multiple Access Schedule)을 적용시킨다. 구 체적으로, 클러스터 내부에서 발생하는 일반노드와 대표노드 간의 통신에는 동일한 코드채널을 사용하는 시분할 다중접속(TDMA) 스케줄을 적용시킨다. 그러면, 각 일반노드에 상이한 시간슬롯이 할당되어 일반노드가 상호 통신충돌 없이 센싱데이터를 무난하게 대표노드로 전달하는 것이 가능하게 된다. 반면, 클러스터 외부에서 발생하는 대표노드 간 또는 대표노드와 기지국 간의 통신에는 상이한 코드채널을 사용하는 코드분할 다중접속(CDMA) 스케줄을 적용시킨다. 이 경우에는 설정된 확산코드가 데이터 송수신이 이루어지기 전에 각 대표노드에게 알려지게 된다. 이에 따라, 각 대표노드는 확산코드에 의해 충돌없는 통신을 전개할 수 있게 된다. 이러한 다중접속 스케줄은 예컨대 대한민국 특허공개공보 제2005-101491호 "이동통신 단말기 간의 데이터 전송방법" 또는 대한민국 특허등록공보 제200,553호 "단말기 간 직접 이동통신 시스템 및 방법"에 나타난 바가 참조될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시에 있어서 무선센서 네트워크 시스템(100)은 단일 채널만을 가지고 계층구조망을 구성하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 망 확장성, 자원 효율성 및 에너지 효율성의 극대화를 위해 예컨대, 김일환, 김용석 및 강충구가 2005년도 '제1회 정보통신표준화 논문집'에 발표한 "무선센서 네트워크를 위한 이중계층 진화적 매체접근제어 및 네트워크 프로토콜 : Cross Layer 설계방식 접근"에서 제안한 HiPERMAC(Hierarchically Paired Evolutionary Radio MAC) 프로토콜이 적용되는 것도 가능하다.However, the sensor network of the hierarchical network type has a limitation of mutual interference between nodes. Accordingly, in the present invention, a multiple access schedule is applied to a wireless sensor network as a solution for solving the limitation. Specifically, a time division multiple access (TDMA) schedule using the same code channel is applied to communication between a general node and a representative node occurring in a cluster. Then, different time slots are allocated to each general node, so that the general node can pass the sensing data to the representative node without any communication collision. On the other hand, a code division multiple access (CDMA) schedule using different code channels is applied to communication between representative nodes occurring outside the cluster or between the representative node and the base station. In this case, the set spreading code is known to each representative node before data transmission and reception are performed. Accordingly, each representative node can develop communication without collision by the spreading code. Such a multiple access schedule may be referred to, for example, what is shown in Korean Patent Publication No. 2005-101491 "Method of transmitting data between mobile communication terminals" or Korean Patent Publication No. 200,553 "Direct mobile communication system and method between terminals." On the other hand, in the practice of the present invention, the wireless sensor network system 100 may configure a hierarchical network having only a single channel. In this case, in order to maximize network scalability, resource efficiency, and energy efficiency, for example, Kim Il-hwan, Kim Yong-seok and Kang Choong-gu presented in the 2005 First Telecommunication Standardization Proceedings, "The Dual-Layer Evolutionary Media Access for Wireless Sensor Networks. It is also possible to apply the HiPERMAC (Hierarchically Paired Evolutionary Radio MAC) protocol proposed in "Control and Network Protocol: Cross Layer Design Approach".

본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 클러스터링 기반 계층적 라우팅 프로토콜을 이용하여 운용됨을 특징으로 한다. 특히, 무선센서 네트워크 시 스템(100)은 전술한 바와 같은 LEACH 프로토콜을 이용하여 운용됨을 특징으로 한다. 일반적으로 계층구조를 가지는 무선센서 네트워크 시스템(100)에서는 인접한 노드간의 유사한 데이터의 중복 전달로 인한 에너지 낭비를 방지하기 위해 데이터 축약(Date Aggregation)이 요구된다. 즉, 인접한 지역에서 발생한 사건에 대한 유사한 데이터들이 대표노드로 전달되면, 대표노드는 데이터 축약을 수행하여 보다 에너지 효율적인 라우팅을 가능하게 한다. 게다가, 요청된 질의(Query)에 대한 대표노드에 의한 전달로 비효율적인 질의의 플러딩(Flooding)을 방지할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 예컨대, Wendi Rabiner Heinzelman, Anantha Chandrakasan 및 Hari Balakrishnan이 2000년도 'Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences, 1-10'에 발표한 "Energy-Effcient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks"에 제안된 LEACH 프로토콜을 이용함도 가능하다.The wireless sensor network system 100 according to the present invention is characterized in that it is operated using a clustering-based hierarchical routing protocol. In particular, the wireless sensor network system 100 is characterized by operating using the LEACH protocol as described above. In general, in the wireless sensor network system 100 having a hierarchical structure, data aggregation is required to prevent energy waste due to redundant transmission of similar data between adjacent nodes. In other words, if similar data on an event occurring in an adjacent area is delivered to the representative node, the representative node performs data reduction to enable more energy efficient routing. In addition, delivery by the representative node to the requested query can prevent flooding of the inefficient query. Wireless sensor network system 100 according to the present invention, for example, Wendi Rabiner Heinzelman, Anantha Chandrakasan and Hari Balakrishnan published in 2000 "Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences, 1-10" "Energy-Effcient Communication It is also possible to use the LEACH protocol proposed in "Protocol for Wireless Microsensor Networks."

한편, 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 어떠한 방식으로 데이터 이동경로를 설정하느냐에 따라서 사전적(Proactive) 방식의 라우팅 프로토콜, 반응적(Reactive) 방식의 라우팅 프로토콜, 하이브리드(Hybrid) 방식의 라우팅 프로토콜 등이 이용되는 것도 가능하다. 여기에서, 사전적 방식은 네트워크가 형성됨과 동시에 모든 데이터 이동경로가 설정되는 방식을 말한다. 그리고, 반응적 방식은 데이터 이동경로가 필요한 경우에 한하여 네트워크에 특정 경로가 설정되는 방식을 말한다. 그리고, 하이브리드 방식은 상기 두 방식이 적절하게 혼합되어 설정되는 방식을 말한다.On the other hand, the wireless sensor network system 100 according to the present invention, depending on how the data movement path is set, the proactive routing protocol, the reactive routing protocol, and the hybrid scheme It is also possible to use a routing protocol or the like. Here, the dictionary method refers to a method in which all data movement paths are established at the same time a network is formed. The reactive method refers to a method in which a specific path is established in the network only when a data movement path is needed. In addition, the hybrid method refers to a method in which the two methods are appropriately mixed and set.

한편, 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 네트워크 규모의 변화나 토폴로지(Topology)의 변화에 신속하고 효과적으로 대응할 수 있도록 네트워크에 확장성(Scalability)과 적응성(Adaptability)이 반영됨이 보다 바람직하다.On the other hand, the wireless sensor network system 100 according to the present invention more preferably reflects scalability and adaptability to the network to respond quickly and effectively to changes in network size or changes in topology. .

센서노드(110)는 컴퓨팅 파워가 부여된 센싱 디바이스(Sensing Device)로서, 무선센서 네트워크를 구성하는 지능형 통신 디바이스를 말한다. 이러한 센서노드(110)는 통상 그 내부에 센서, 로컬저장모듈, 통신모듈, 프로세서 및 배터리 등을 구비한다. 이러한 센서노드(110)는 예컨대 Jamal N. Al-Karaki 및 Ahmed E. Kamal이 2004년도 'IEEE Wireless Communications 11, 6-28'에 발표한 "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks : A Survey"에 나타난 바와 같이 구성될 수 있다.The sensor node 110 is a sensing device provided with computing power, and refers to an intelligent communication device constituting a wireless sensor network. The sensor node 110 is usually provided with a sensor, a local storage module, a communication module, a processor and a battery therein. Such a sensor node 110 is, for example, as shown by Jamal N. Al-Karaki and Ahmed E. Kamal in "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks: A Survey," published in IEEE Wireless Communications 11, 6-28, 2004. Can be configured.

센서노드(110)는 본 발명의 실시예에서 크로스보우의 Mica 시리즈, 인텔의 iMote, 모테이브의 Telos, 옥타컴의 Nano-24, 맥폴의 TIP 시리즈, 한백전자의 ZigbeX Mote, 휴인스의 UStar-2000 등으로 구현될 수 있다. 이때, 센서노드(110)는 크기와 에너지 효율성을 감안하여 그 운영체제로 UC버클리에서 개발된 Tiny OS, ETRI(한국전자통신연구원)에서 개발된 Nano-Q-Plus 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 센서노드(110)는 캐나다 Certicom사에서 만든 Certicom Security(http://www.govtech.net/magazine/channel_story.php/99039)로 구현되는 것도 가능하다. Certicom Security는 타원곡선암호를 이용하여 데이터를 보안하는 기능을 제공한다.The sensor node 110 is a crossbow Mica series, Intel's iMote, Moteive's Telos, Octacom's Nano-24, Macpole's TIP series, Hanbaek Electronics ZigbeX Mote, Huins UStar-2000 And the like. In this case, the sensor node 110 may use a Tiny OS developed by UC Berkeley, Nano-Q-Plus developed by ETRI (Korea Institute of Electronics and Telecommunications Research Institute), etc. in consideration of size and energy efficiency. In addition, in the present invention, the sensor node 110 may be implemented by Certicom Security (http://www.govtech.net/magazine/channel_story.php/99039) made by Certicom, Canada. Certicom Security provides the ability to secure data using elliptic curve passwords.

한편, 센서노드(110)는 본 발명의 실시예에서 센싱정보 관리서버(130)가 그 위치를 용이하게 인식할 수 있도록 GPS 모듈과 같은 위치확인 시스템(Location Finding System)을 구비하는 것도 가능하다.On the other hand, the sensor node 110 may be provided with a location finding system such as a GPS module so that the sensing information management server 130 can easily recognize the location in the embodiment of the present invention.

센서노드(110)는 본 발명의 실시예에서 클러스터가 구성되면 그 내부에서 일반노드 또는 대표노드로 활동한다. 이들에 대한 설명은 다음과 같다. 일반노드는 물리적인 상황 데이터를 수집하고 상황 변화에 반응하여 실시간 상황탐지 정보를 무선통신을 이용하여 대표노드로 전달하는 기능을 한다. 여기에서, 무선통신은 통상의 RF 통신을 말하며, 이에는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi) 등이 적용될 수 있다. 반면, 대표노드는 일반노드들의 ID를 관리하며 이들에 데이터 송수신을 위한 시간슬롯을 예약 할당해주는 클러스터 헤드로서, 소속된 일반노드들을 제어하는 기능을 담당한다. 이러한 대표노드는 일반노드들이 취득한 데이터를 취합하여 이를 다른 대표노드 또는 기지국(120)에 제공하는 기능을 수행한다.In the embodiment of the present invention, the sensor node 110 acts as a general node or a representative node when a cluster is configured. Description of these is as follows. The general node collects physical situation data and transmits real-time situation detection information to the representative node using wireless communication in response to the situation change. Herein, the wireless communication refers to a general RF communication, and Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi, etc. may be applied thereto. On the other hand, the representative node is a cluster head that manages IDs of general nodes and reserves time slots for data transmission and reception to them, and is responsible for controlling general nodes to which they belong. The representative node collects the data acquired by the general nodes and provides the representative node to another representative node or the base station 120.

기지국(120)은 게이트웨이 기능을 하는 이동식 또는 고정식의 무선국이다. 이러한 기지국(120)은 RF(특히, CDMA)를 이용하여 대표노드들과 통신하며, 유무선 통신망(130)을 통하여 센싱데이터 관리서버(140)에 연결된다. 이러한 기지국(120)은 대표노드들로부터 취합된 센싱데이터를 제공받아 이를 센싱데이터 관리서버(140)에 전달하는 기능을 수행한다. 이러한 기지국(120)은 본 발명의 실시예에서 다음과 같은 독특한 특징을 갖는다.Base station 120 is a mobile or fixed wireless station that acts as a gateway. The base station 120 communicates with the representative nodes using RF (particularly, CDMA), and is connected to the sensing data management server 140 through the wired / wireless communication network 130. The base station 120 receives sensing data collected from representative nodes and delivers the sensing data to the sensing data management server 140. The base station 120 has the following unique features in the embodiment of the present invention.

ⓐ 본 발명에 따른 기지국(120)은 센서 필드(112)에 구비된 모든 센서노드(110)들의 ID를 인지하고 있는 것을 특징으로 한다. 또는, 본 발명에 따른 기지 국(120)은 상기 ID를 센싱데이터 관리데이터베이스(142)에 저장하고 이를 센싱데이터 관리서버(140)를 통해 필요시 제공받는 것도 가능하다. 여기에서, ID는 각각의 센서노드(110)를 식별할 수 있게 하는 정보를 말한다.base station 120 according to the present invention is characterized in that it recognizes the ID of all the sensor nodes (110) provided in the sensor field (112). Alternatively, the base station 120 according to the present invention may store the ID in the sensing data management database 142 and receive it if necessary through the sensing data management server 140. In this case, the ID refers to information for identifying each sensor node 110.

ⓑ 본 발명에 따른 기지국(120)은 커버리지 보존방법에 관련한 알고리즘을 구비 운용하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 기지국(120)은 먼저 모든 센서노드(110)들의 ID와 상기 알고리즘을 바탕으로 커버리지 연산을 실행하는 기능을 수행한다. 이후, 기지국(120)은 커버리지 연산결과에 의해 도출된 연산값을 토대로 특정 센서노드(110)에게 수면을 지시하는 기능을 한다. 그리고, 기지국(120)은 에너지를 전부 소모하여 기능정지된 센서노드(110)를 탐색하여 인접한 센서노드(110) 중에서 이를 커버할 센서노드(110)를 기상시키는 기능을 한다. 이 경우, 기지국(120)은 상기 알고리즘에 기반한 일깨움 전략을 이용하게 된다. 본 발명에서는 상기한 바의 실현을 위해 기지국(120)이 모든 센서노드(110)들의 현재상태(잔류 에너지량)를 체크함이 바람직하다. 이를 위해서는 기지국(120)은 센서노드(110)와 수시로/일정주기로 통신을 전개할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적인 센서노드(110)의 에너지 효율성 향상을 고려한다면 기지국(120)은 대표노드로부터 센싱데이터를 제공받을시 클러스터 내의 모든 노드들의 잔류 에너지량 정보를 함께 제공받는 것이 보다 바람직하다.Ⓑ The base station 120 according to the present invention is characterized by operating with an algorithm related to the coverage preservation method. Specifically, the base station 120 first performs a function of performing a coverage operation based on the IDs of all the sensor nodes 110 and the algorithm. Thereafter, the base station 120 functions to instruct the specific sensor node 110 to sleep based on the calculation value derived by the coverage calculation result. In addition, the base station 120 searches for the sensor node 110 that is stopped functioning by consuming all the energy, and serves to wake up the sensor node 110 to cover it among the adjacent sensor nodes 110. In this case, the base station 120 uses a wake-up strategy based on the algorithm. In the present invention, it is preferable that the base station 120 checks the current state (amount of residual energy) of all the sensor nodes 110 in order to realize the above. To this end, the base station 120 may develop communication with the sensor node 110 at any time / periodically. However, when considering the energy efficiency improvement of the sensor node 110 which is an object of the present invention, it is more preferable that the base station 120 is provided with residual energy amount information of all nodes in the cluster when sensing data is received from the representative node.

ⓒ 본 발명에 따른 기지국(120)은 커버리지 연산(및 일깨움 전략)을 실행한 후 활동상태로 설정된 센서노드(110)들(즉, 수면중이거나 기능정지된 노드를 제외한 나머지 노드들)을 대상으로 클러스터를 구성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 기 지국(120)은 클러스터의 구성을 완료한 후 각각의 클러스터들을 대상으로 대표노드를 선출하는 기능을 수행한다.Ⓒ The base station 120 according to the present invention targets the sensor nodes 110 (ie, the remaining nodes except the sleeping or disabled node) that are set to an active state after performing a coverage operation (and a wake-up strategy). It is characterized by configuring a cluster. In addition, the base station 120 performs a function of selecting a representative node for each cluster after completing the configuration of the cluster.

ⓓ 본 발명에 따른 기지국(120)은 상술한 다중접속 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 한다. 기지국(120)은 생성된 다중접속 스케줄을 대표노드가 선정되는 즉시 클러스터를 구성하는 모든 노드에 전달한다. 그러면, 대표노드는 이를 토대로 일반노드들과 통신을 진행하게 되며, 다른 대표노드와의 혼선없이 취합한 센싱데이터를 기지국(120)에 무난히 전달하게 된다.The base station 120 according to the present invention is characterized by generating the above-described multiple access schedule. The base station 120 delivers the generated multiple access schedules to all nodes constituting the cluster as soon as the representative node is selected. Then, the representative node communicates with the general nodes based on this, and transmits the sensed data collected to the base station 120 without any confusion with other representative nodes.

이외에도, 기지국(120)은 다음에 기술하는 바를 감안하여 기능을 추가함도 가능하다. 일반적으로 무선센서 네트워크에서 센서노드(110)는 다른 매체의 영향없이 독립적으로 작동된다. 따라서, 센서노드(110)는 내부에 비축된 에너지에 그 구동을 전적으로 의존할 수밖에 없다. 그런데, 센서노드(110)는 보통 센싱, 프로세싱, 커뮤니팅 등의 기능을 수행하면서 에너지를 소모한다. 특히, 센서노드(110)는 커뮤니팅 기능을 수행할 때 많은 에너지를 소모한다. 따라서, 센서노드(110)의 잦은 커뮤니팅은 그 수명을 현저하게 단축시키고, 결과적으로 새로운 센서노드(110)를 다시 센서 필드(112)에 배치시켜야 하는 문제점을 발생시킨다. 이에, 본 발명에 따른 기지국(120)은 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 구비됨이 바람직하다. 예컨대, 기지국(120)은 TDMA 스케줄에 특정 일반노드의 차순위 센싱데이터 전달방법을 기록하여 둘 수 있다. 그러면, 일반노드가 일정횟수동안 대표노드로 센싱데이터 전달에 실패하는 경우 대표노드의 최근거리에 있는 일반노드를 통하여 센싱데이터를 전달할 수 있게 된다.In addition, the base station 120 may add a function in consideration of the following description. In general, in the wireless sensor network, the sensor node 110 operates independently without the influence of other media. Therefore, the sensor node 110 has no choice but to completely rely on the driving of the energy stored therein. However, the sensor node 110 usually consumes energy while performing functions such as sensing, processing, and communicating. In particular, the sensor node 110 consumes a lot of energy when performing a communication function. Thus, frequent communication of the sensor node 110 significantly shortens its lifespan, resulting in the problem of placing the new sensor node 110 back in the sensor field 112. Thus, the base station 120 according to the present invention is preferably provided to solve this problem. For example, the base station 120 may record a method of delivering next-order sensing data of a specific general node in a TDMA schedule. Then, when the general node fails to deliver the sensing data to the representative node for a predetermined number of times, the sensing data can be delivered through the general node at the most recent distance of the representative node.

유무선 통신망(130)은 기지국(120)과 센싱데이터 관리서버(140)를 중계하는 통신망으로서, 본 발명의 실시예에서 CDMA망과 같은 이동통신망으로 구성된다. 그러나, 유무선 통신망(130)은 본 발명의 실시예에서 이에 한정되지 않으며, GPS망이나 WPAN(Wireless Personal Area Network)망 등으로 또는 인터넷망과 결합하여 구현되는 것도 가능하다.The wired / wireless communication network 130 is a communication network that relays the base station 120 and the sensing data management server 140, and is configured as a mobile communication network such as a CDMA network in an embodiment of the present invention. However, the wired / wireless communication network 130 is not limited thereto, and may be implemented as a GPS network, a wireless personal area network (WPAN) network, or a combination with the Internet network.

센싱데이터 관리서버(140)는 기지국(120)으로부터 센싱데이터를 전달받아 이를 처리하는 기능을 하는 서버이다. 이러한 센싱데이터 관리서버(140)는 본 발명의 실시예에서 센싱데이터를 토대로 센서 필드(112)에 이상발생 현상이 있는지 여부를 판별하며, 결과를 센싱데이터 관리데이터베이스(142)에 기록하거나 사용자 단말기(152)에 제공하는 기능을 수행한다.The sensing data management server 140 is a server that receives the sensing data from the base station 120 and processes the same. The sensing data management server 140 determines whether there is an abnormality in the sensor field 112 based on the sensing data in the embodiment of the present invention, and records the result in the sensing data management database 142 or the user terminal ( 152).

센싱데이터 관리서버(140)는 서비스를 요청하는 클라이언트와 클라이언트의 요청을 처리하는 서버와의 협동작업을 통해서 클라이언트가 원하는 바람직한 결과를 얻을 수 있도록 하나 이상의 응용 프로그램을 상호 협력적인 환경에서 운용하는 분산처리 형태의 클라이언트/서버 방식으로 각종 통신망을 통하여 관리자 단말기(150) 및 사용자 단말기(152)의 요청을 처리 제공한다. 이러한 센싱데이터 관리서버(140)는 통상적으로 사용되는 서버 프로그램 이외에도, 본 발명에 의한 각종 서비스를 제공하기 위한 일련의 응용 프로그램을 포함할 수 있다.Sensing data management server 140 is a distributed processing for operating one or more applications in a cooperative environment to achieve the desired results desired by the client through the cooperative work between the client requesting the service and the server processing the client's request It processes and provides requests of the manager terminal 150 and the user terminal 152 through various communication networks in a client / server manner. The sensing data management server 140 may include a series of application programs for providing various services according to the present invention, in addition to a server program that is commonly used.

센싱데이터 관리데이터베이스(142)는 센싱데이터 관리서버(140)가 생성한 데이터를 저장하거나 각종 정보를 담고 있는 데이터베이스를 제공한다. 이러한 센싱데이터 관리데이터베이스(142)는 본 발명의 실시예에서 센싱데이터와 결과값을 저 장한다.The sensing data management database 142 stores a data generated by the sensing data management server 140 or provides a database containing various information. The sensing data management database 142 stores the sensing data and the result value in the embodiment of the present invention.

관리자 단말기(150)는 센싱데이터 관리서버(140)의 운용을 책임지는 관리자가 접속하는 단말기이다. 이러한 관리자 단말기(150)는 본 발명의 실시예에서 센싱데이터 관리서버(140)에 수시 접속하여 정상상태로 운용되고 있는지를 체크하는 기능을 수행한다.The manager terminal 150 is a terminal to which an administrator responsible for operating the sensing data management server 140 is connected. The manager terminal 150 is connected to the sensing data management server 140 from time to time in the embodiment of the present invention performs a function of checking whether it is operating in a normal state.

사용자 단말기(152)는 센서 필드(112)에 센서노드(110)를 설치한 자 또는 센싱데이터의 결과값을 요청하는 자가 접속하는 단말기이다. 이러한 사용자 단말기(152)는 본 발명의 실시예에서 상기 결과값을 표시하거나 이를 센싱데이터 관리서버(140)에 요청하는 기능을 수행한다. 한편, 본 발명에서는 센싱데이터 관리서버(140)가 사용자 단말기(152)로부터 접속요청을 받을시 상기 사용자 단말기(152)를 인증함(즉, 상기 사용자 단말기(152)를 통해 접속요청하는 자가 정당한 사용자인지 여부를 판별함)이 바람직하다. 이는 센싱데이터 또는 그 결과값에 대한 보안성을 보다 향상시키기 위함이다.The user terminal 152 is a terminal to which a person who installs the sensor node 110 in the sensor field 112 or a person who requests a result value of sensing data is connected. The user terminal 152 performs the function of displaying the result or requesting the sensing data management server 140 in the embodiment of the present invention. Meanwhile, in the present invention, when the sensing data management server 140 receives a connection request from the user terminal 152, the user terminal 152 authenticates the user terminal (that is, a user who requests a connection through the user terminal 152 is a legitimate user). To determine whether or not it is). This is to improve the security of the sensing data or the result value.

다음으로, 상술한 본 발명에 따른 기지국(120)의 특징을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국의 내부구성을 상세히 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국(120)은 통신부(200), 메모리부(210), 커버리지 연산부(212), 일깨움 전략 구사부(214), 클러스터 구성부(220), 다중접속 스케줄 생성부(230), 주제어부(240) 및 전원부(242)를 포함한다.Next, the characteristics of the base station 120 according to the present invention described above will be described in detail with reference to the drawings. 2 is a block diagram for explaining in detail the internal configuration of the base station according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the base station 120 according to the preferred embodiment of the present invention includes a communication unit 200, a memory unit 210, a coverage calculating unit 212, an awakening strategy speaking unit 214, and a cluster constructing unit 220. , A multiple access schedule generation unit 230, a main control unit 240, and a power supply unit 242.

통신부(200)는 본 발명의 실시예에서 센서노드(110) 및 센싱데이터 관리서버(140)와 신호교환이 가능하도록 통신경로를 설정하고 이를 제공하는 기능을 수행한다.The communication unit 200 performs a function of setting and providing a communication path to enable signal exchange with the sensor node 110 and the sensing data management server 140 in the embodiment of the present invention.

메모리부(210)는 본 발명의 실시예에서 센서 필드(112)에 구비된 모든 센서노드들의 ID를 저장한다. 또한, 메모리부(210)는 본 발명의 실시예에서 주제어부(240)와 연동하여 기지국(120)을 구성하는 구성부들이 처리한 내용을 저장한다. 이러한 메모리부(210)는 본 발명의 실시예에서 구비되지 않아도 무방하다.The memory unit 210 stores IDs of all sensor nodes provided in the sensor field 112 in the embodiment of the present invention. In addition, the memory unit 210 stores the content processed by the components constituting the base station 120 in cooperation with the main controller 240 in the embodiment of the present invention. The memory unit 210 may not be provided in the embodiment of the present invention.

커버리지 연산부(212)는 커버리지 연산을 실행하여 탐지영역이 중첩되는 센서노드를 판별하는 기능을 수행한다. 커버리지 연산을 위해 본 발명에서는 종래의 중앙각도 계산방법에 중앙각도 결정방법을 반영한 커버리지 연산방법을 제안한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 이에 한정되는 것은 아니며, 이미 설명한 CAC 방법이나 ECAC 방법이 참조되는 것도 가능하다.The coverage calculator 212 performs a coverage operation to determine a sensor node where the detection area overlaps. For coverage calculation, the present invention proposes a coverage calculation method reflecting the center angle determination method in the conventional center angle calculation method. However, embodiments of the present invention are not limited thereto, and the CAC method and the ECAC method described above may also be referred to.

커버리지 연산부(212)는 상기 커버리지 연산을 통하여 도 3a에 도시된 바와 같이 전체 센서노드(110)의 분포관계를 파악하는 것이 가능하게 된다. 이후, 커버리지 연산부(212)는 도 3b에서 보는 바와 같이 주변에 위치한 노드들과 탐지영역이 겹쳐 센싱한 값이 아무런 의미를 가지지 못하는 노드(이하, 이를 슬립노드(300)로 약칭함)들을 추출한다. 이후, 이 슬립노드(300)들은 커버리지 연산부(212)가 지시한 바에 따라 수면상태로 설정된다.The coverage calculation unit 212 can determine the distribution relationship of the entire sensor node 110 as shown in FIG. 3A through the coverage calculation. Thereafter, the coverage calculating unit 212 extracts nodes (hereinafter, abbreviated to the sleep node 300) in which the values sensed by the overlapping nodes and the detection area overlap with each other as shown in FIG. 3B. . Thereafter, the sleep nodes 300 are set to the sleep state as instructed by the coverage calculator 212.

한편, 상기한 커버리지 연산방법은 도 5를 참조하여 하기에서 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the coverage calculation method will be described in detail below with reference to FIG. 5.

일깨움 전략 구사부(214)는 특정 슬립노드(300)를 기상시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 일깨움 전략 구사부(214)는 먼저 모든 센서노드와 통신을 전개하여 각 노드들의 현재상태를 파악한다. 이후, 일깨움 전략 구사부(214)는 기능정지된 일반노드가 추출되면 ID를 토대로 그 위치를 파악한다. 이후, 일깨움 전략 구사부(214)는 상기 일반노드를 대체할 노드를 추출한다. 이때, 일깨움 전략 구사부(214)는 탐지되지 않는 영역(커버리지-홀)이 발생하지 않도록 기능정지된 일반노드의 인근거리에 위치한 슬립노드(300) 전부를 추출하며, 이들의 센싱영역을 시뮬레이션한 후 대체 노드를 결정함이 바람직하다.The wakeup strategy speech unit 214 wakes up a particular sleep node 300. To this end, the wake-up strategy speaking unit 214 first communicates with all sensor nodes to determine the current state of each node. Subsequently, the wake-up strategy speaking unit 214 detects the position based on the ID when the general node in which the function is stopped is extracted. Thereafter, the wake-up strategy speaking unit 214 extracts a node to replace the general node. At this time, the wake-up strategy speaking unit 214 extracts all of the slip nodes 300 located in the vicinity of the normal node that is disabled so that the undetected area (coverage-hole) does not occur, and simulates their sensing area. It is then desirable to determine the replacement node.

클러스터 구성부(220)는 활동상태로 설정된 센서노드들을 대상으로 클러스터를 구성하는 기능을 수행한다. 이 경우, 클러스터 구성부(220)는 BCT 방법을 참작하여 도 3c에서 보는 바와 같이 클러스터(310)를 구성하게 된다. 그러면, 클러스터 구성부(220)는 각각의 클러스터(310)에 동일한 갯수의 노드들을 배치할 수 있게 되며, 노드들 간의 거리도 최소가 되도록 할 수 있게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 클러스터 구성부(220)는 클러스터(310) 구성에 BCT 방법만 이용하는 것은 아니다.The cluster configuration unit 220 performs a function of configuring a cluster for sensor nodes set to an active state. In this case, the cluster configuration unit 220 configures the cluster 310 as shown in FIG. 3C in consideration of the BCT method. Then, the cluster configuration unit 220 may be able to place the same number of nodes in each cluster 310, it is possible to minimize the distance between the nodes. However, in the embodiment of the present invention, the cluster configuration unit 220 does not use only the BCT method for configuring the cluster 310.

클러스터 구성부(220)는 클러스터(310) 구성이 완료되면 도 3d에서 보는 바와 같이 클러스터(310) 내에서 특정 센서노드를 대표노드(320)로 선출한다. 그러면, 자동적으로 나머지 노드들은 일반노드(322)가 된다. 이때, 클러스터 구성부(220)는 노드의 에너지 효율성을 감안하여 클러스터(310) 내의 모든 노드들이 공평하게 대표노드(320)로 선출될 수 있도록 함이 바람직하다. 이후, 클러스터 구성 부(220)는 그 결과를 해당 센서노드에 통보하여 대표노드로서의 기능을 수행하도록 한다. 한편, 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)이 LEACH 프로토콜에 의해 운용됨을 특징으로 함은 이미 언급한 바 있다. 이에, 본 발명에 따른 클러스터 구성부(220)는 예컨대 대한민국 특허출원 제2006-115798호 "무선센서 네트워크에서 데이터 집적도에 따라 통신용 암호키를 생성하는 방법, 이를 이용한 데이터통신 방법 및 이들을 위한 시스템"에 기술된 방법을 이용하여 대표노드(320)를 결정할 수 있다.When the cluster 310 is configured, the cluster configuration unit 220 selects a specific sensor node as the representative node 320 in the cluster 310 as shown in FIG. 3D. The remaining nodes then automatically become generic nodes 322. At this time, the cluster configuration unit 220 is preferably in consideration of the energy efficiency of the node so that all the nodes in the cluster 310 can be selected as the representative node 320 in a fair manner. Thereafter, the cluster configuration unit 220 notifies the sensor node of the result so as to perform a function as a representative node. On the other hand, it has already been mentioned that the wireless sensor network system 100 according to the present invention is operated by the LEACH protocol. Therefore, the cluster configuration unit 220 according to the present invention is described in Korean Patent Application No. 2006-115798, "Method for generating a communication encryption key according to data density in a wireless sensor network, a data communication method using the same, and a system for them". The representative node 320 can be determined using the described method.

다중접속 스케줄 생성부(230)는 본 발명의 실시예에서 상술한 다중접속 스케줄을 생성하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 다중접속 스케줄 생성부(230)는 TDMA 스케줄과 CDMA 스케줄을 생성하여 이를 클러스터를 구성하는 모든 노드에 통보한다. TDMA 스케줄에는 도 3e에서 보는 바와 같이 일반노드가 대표노드에 센싱데이터를 송신할 수 있도록(㉠) 시간슬롯이 입력되어 있다. 그리고, CDMA 스케줄에는 도 3f에서 보는 바와 같이 대표노드가 기지국(120)에 취합한 센싱데이터를 송신할 수 있도록(㉡) 확산코드가 입력되어 있다. 대표노드는 이들을 토대로 일반노드가 취득한 센싱데이터를 재송신 없이 무난하게 기지국(120)에 전달할 수 있게 된다(㉠, ㉡). 그런데, 이 경우는 클러스터 내부의 통신방식은 TDMA를 따르며, 클러스터 외부의 통신방식은 CDMA를 따르는 것에 기인한 것이다. 이는 대한민국 특허등록공보 제646,824호 "다수의 노드를 포함하는 무선 네트워크에서의 TDMA기반 데이터전송 제어방법 및 이를 이용한 센서네트워크 시스템 및 컴퓨터로 판독가능한 기록매체"와 대한민국 특허공개공보 제2006-124498호 "무선센서 네트워크에서의 매체접근제 어 방법"에서 보는 바와 같이 널리 통용되는 기술이므로 본 발명에서는 이를 참작한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 재송신없이 데이터를 원활하게 전달할 수 있다면 어떠한 방법도 가능하다. 예컨대, 모든 통신방식을 CDMA에 기반하도록 할 수 있다.The multi-access schedule generator 230 performs a function of generating the multi-access schedule described above in the embodiment of the present invention. In detail, the multiple access schedule generator 230 generates a TDMA schedule and a CDMA schedule and notifies all nodes constituting the cluster. In the TDMA schedule, as shown in FIG. 3E, a time slot is input so that the general node can transmit sensing data to the representative node. In the CDMA schedule, as shown in FIG. 3F, a spreading code is input so that the representative node can transmit the sensing data collected to the base station 120. The representative node can transmit the sensing data acquired by the general node to the base station 120 without retransmission based on these (㉠, ㉡). In this case, however, the communication method inside the cluster follows TDMA, and the communication method outside the cluster follows CDMA. This is a Korean Patent Registration Publication No. 646,824 "Method of controlling TDMA data transmission in a wireless network including a plurality of nodes and a sensor network system and a computer-readable recording medium using the same" and Korean Patent Publication No. 2006-124498 " As the media access control method in the wireless sensor network "is widely used technology, this is considered in the present invention. However, the present invention is not limited thereto, and any method may be used as long as the data can be smoothly transmitted without retransmission. For example, all communication schemes can be based on CDMA.

한편, 다중접속 스케줄 생성부(230)는 예컨대 도 3g에서 보는 바와 같이 TDMA 스케줄을 작성할 수 있다. 이하, 이를 이용하여 확산코드가 101인 클러스터에서 대표노드와 일반노드 간에 이루어지는 통신순서 결정방법을 설명한다.Meanwhile, the multiple access schedule generator 230 may create a TDMA schedule as shown in FIG. 3G, for example. Hereinafter, a method of determining a communication order between a representative node and a general node in a cluster having a spread code of 101 will be described.

도 3g를 참조하면, 제1 라운드에서의 타임슬롯은 대표노드(10100), 제1 일반노드(10101), 제2 일반노드(10110) 및 제3 일반노드(10111)의 순으로 할당된다. 여기에서, 타임슬롯은 일정시간으로 구현된다. 그러면, 이에 따라 제1 라운드에서는 다음과 같이 데이터통신이 진행된다. 먼저, 대표노드는 타임슬롯동안 휴식을 취한다. 또는, 대표노드는 그동안 취합한 센싱데이터를 상기 확산코드를 이용하여 기지국으로 전달한다. 다음으로, 제1 일반노드가 타임슬롯동안 대표노드로 센싱데이터를 송신하고, 이어 제2 일반노드 및 제3 일반노드가 순차적으로 센싱데이터를 송신하게 된다.Referring to FIG. 3G, timeslots in the first round are allocated in the order of the representative node 10100, the first general node 10101, the second general node 10110, and the third general node 10111. Here, the timeslot is implemented with a certain time. Accordingly, in the first round, data communication proceeds as follows. First, the representative node takes a break during the timeslot. Alternatively, the representative node transfers the sensed data collected so far to the base station using the spreading code. Next, the first general node transmits the sensing data to the representative node during the timeslot, and then the second general node and the third general node sequentially transmit the sensing data.

상기와 같이 제1 라운드가 종료되면, 이어 제2 라운드가 진행된다. 제2 라운드에서의 타임슬롯은 제1 일반노드(10100), 대표노드(10101), 제2 일반노드(10110) 및 제3 일반노드(10111)의 순으로 할당되어 있다. 이에 따라, 제2 라운드에서의 데이터통신은 다음과 같이 진행된다. 먼저, 제1 일반노드가 센싱데이터를 대표노드로 송신한다. 다음, 대표노드는 휴식을 취하거나 그동안 수집한 센싱데이터를 확산코 드를 이용하여 기지국으로 전달한다. 이어, 순차적으로 제2 일반노드 및 제3 일반노드가 대표노드로 센싱데이터를 송신하게 된다.As described above, when the first round ends, the second round proceeds. The timeslots in the second round are allocated in order of the first general node 10100, the representative node 10101, the second general node 10110, and the third general node 10111. Accordingly, data communication in the second round proceeds as follows. First, the first general node transmits the sensing data to the representative node. Next, the representative node takes a break or transfers the collected sensing data to the base station using a spreading code. Subsequently, the second general node and the third general node sequentially transmit the sensing data to the representative node.

마찬가지로, 제3 라운드와 제4 라운드에서의 데이터통신도 상기에 근거하여 진행된다.Similarly, data communication in the third and fourth rounds proceeds based on the above.

다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)의 운용방법을 설명하면 다음과 같다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법을 도시한 순서도이다.Next, the operation method of the wireless sensor network system 100 according to the preferred embodiment of the present invention configured as described above is as follows. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a wireless sensor network system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(100)은 전기 단계(Initial phase), 중기 단계(Setup phase) 및 후기 단계(Data gathering phase)의 순으로 진행된다. 각 단계를 개략적으로 설명하면, 전기 단계에서는 기지국(120)이 커버리지 연산업무를 수행한다. 이러한 전기 단계는 센서 필드(112)에 센서노드(110)가 재배치되기 이전에는 더이상 실행되지 않는다. 중기 단계에서는 기지국(120)이 클러스터(320) 구성, 대표노드(322) 선출, 다중접속 스케줄 생성 등 본 발명에 따른 주요 업무를 모두 수행한다. 그러면, 후기 단계에서는 무선센서 네트워크의 목적달성을 위한 전반적인 데이터 송수신이 이루어진다.Referring to FIG. 4, the wireless sensor network system 100 according to the present invention proceeds in the order of an initial phase, a setup phase, and a late data gathering phase. Briefly describing each step, in the previous step, the base station 120 performs a coverage calculation task. This electrical step is no longer executed before the sensor node 110 is relocated to the sensor field 112. In the middle stage, the base station 120 performs all the main tasks according to the present invention, such as the cluster 320 configuration, representative node 322 election, multiple access schedule generation. Then, in the later stage, overall data transmission and reception are performed to achieve the purpose of the wireless sensor network.

무선센서 네트워크 시스템(100)에서의 각 라운드는 중기 단계와 후기 단계로 구성된다. 그리고, 이러한 라운드의 총합이 무선센서 네트워크의 존속시간으로 결정된다. 이하, 각 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.Each round in the wireless sensor network system 100 is composed of a middle stage and a late stage. The total of these rounds is determined by the duration of the wireless sensor network. Hereinafter, each step will be described in detail.

① 전기 단계 : S400 ~ S404① Electric phase: S400 ~ S404

기지국(120)의 주제어부(240)는 먼저 센서 필드(112)를 형성하는 모든 센서노드들의 ID와 위치를 파악한다(S400). 이는 메모리부(210)에 저장된 것을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 주제어부(240)가 모든 센서노드에 ID와 위치를 요구하면 이에 대해 노드들이 자신의 ID와 위치를 기지국(120)에 통보하는 것도 가능하다. 또는, 주제어부(240)는 구비된 모든 센서노드들의 ID를 바탕으로 센서노드들과의 통신으로 그 위치를 파악하는 것도 가능하다. 그러나, 센서노드의 에너지 효율성 측면을 감안한다면 메모리부(210) 또는 센싱데이터 관리데이터베이스(142)에 노드의 ID와 위치가 저장되어 있음이 보다 바람직하겠다.The main control unit 240 of the base station 120 first identifies IDs and locations of all sensor nodes forming the sensor field 112 (S400). This may be used in the memory unit 210, but is not limited thereto. For example, when the main controller 240 requests IDs and locations from all sensor nodes, the nodes may notify the base station 120 of their IDs and locations. Alternatively, the main controller 240 may determine the location by communicating with the sensor nodes based on IDs of all the sensor nodes provided. However, considering the energy efficiency of the sensor node, it is more preferable that the node ID and location are stored in the memory unit 210 or the sensing data management database 142.

이후, 커버리지 연산부(212)는 커버리지 연산업무를 진행하여 센서 필드(112)에서 슬립노드(300)를 추출한다(S402). 이후, 주제어부(240)는 통신부(200)를 통하여 슬립노드(300)에 수면상태로 진입할 것을 명령한다(S404). 그러면, 슬립노드(300)는 추후 명령이 있기 전까지는 수면상태를 유지하여 더이상 센싱작업을 진행하지 않게 된다.Thereafter, the coverage calculating unit 212 performs a coverage calculating task to extract the slip node 300 from the sensor field 112 (S402). Thereafter, the main control unit 240 commands the sleep node 300 to enter the sleep state through the communication unit 200 (S404). Then, the sleep node 300 maintains the sleep state until a further command does not proceed with the sensing operation anymore.

② 중기 단계 : S410 ~ S422② Middle stage: S410 ~ S422

전기 단계가 완료되면, 일깨움 전략 구사부(214)는 센서 필드(112)에서 기능정지된 노드가 없는지를 파악한다(S410). 이때, 기능정지된 노드가 감지되면, 일깨움 전략 구사부(214)는 커버리지-홀이 발생되지 않는 범위 내에서 가장 바람직한 노드를 대체 노드로써 결정하고 주제어부(240)를 통하여 이 노드를 기상시킨다(S412). 이러한 S410 단계 및 S412 단계는 본 발명의 실시예에서 무선센서 네트 워크가 구성된 뒤 일정시간이 경과한 후부터 진행됨이 바람직하다.When the electric step is completed, the wake-up strategy speaking unit 214 determines whether there is no node disabled in the sensor field 112 (S410). At this time, when the node is stopped, the wakeup strategy unit 214 determines the most preferred node as a replacement node within the range where coverage-holes are not generated, and wakes up the node through the main control unit 240 ( S412). Steps S410 and S412 are preferably performed after a predetermined time has elapsed after the wireless sensor network is configured in the embodiment of the present invention.

이후, 클러스터 구성부(220)는 BCT 방법을 참고하여 클러스터(310)를 구성한다(S414). 이후, 클러스터 구성부(220)는 각각의 클러스터(310)에서 대표노드(320)를 선출하고(S416), 이 사실을 주제어부(240)를 통하여 해당 노드에 통보한다(S418). 이후, 다중접속 스케줄 생성부(230)는 다중접속 스케줄을 생성한다(S420). 이후, 다중접속 스케줄 생성부(230)는 주제어부(240)를 통하여 다중접속 스케줄을 클러스터(310)를 형성하는 모든 노드에 전달한다(S422). 물론, 다중접속 스케줄 생성부(230)는 다중접속 스케줄을 각 클러스터(310)의 대표노드(320)에 전달하고, 대표노드로 하여금 일반노드에 추후 통보하도록 하는 것도 가능하다.Thereafter, the cluster configuration unit 220 configures the cluster 310 with reference to the BCT method (S414). Thereafter, the cluster configuration unit 220 selects the representative node 320 from each cluster 310 (S416), and informs the corresponding node of the fact through the main control unit 240 (S418). Thereafter, the multi-access schedule generator 230 generates a multi-access schedule (S420). Thereafter, the multiple access schedule generator 230 transmits the multiple access schedule to all nodes forming the cluster 310 through the main controller 240 (S422). Of course, the multiple access schedule generator 230 may transmit the multiple access schedule to the representative node 320 of each cluster 310, and allow the representative node to notify the general node later.

③ 후기 단계 : S430 ~ S444③ late stage: S430 ~ S444

중기 단계가 완료되면, 각 클러스터(310) 내의 일반노드들은 본업인 센싱작업을 실행한다. 이후, 일반노드들은 실행결과 취득한 센싱데이터를 다중접속 스케줄에 따라 대표노드(320)로 송신한다(S430). 대표노드(320)는 센싱데이터가 수신되면 이들을 데이터 압축과정을 통해 취합한다(S432). 통상 인접지역에서 탐지된 데이터는 상호관련성이 높은 공간지역성을 가지기 때문에 인접한 노드들의 데이터를 수집한 후에는 데이터 융합 및 압축과정을 통해 취합하는 것이 바람직하다. 그러면, 데이터의 정확성을 향상시키고 상기 데이터의 크기를 축소시키는 것이 가능하게 되어 송수신시 에너지 소모를 최대한 감소시킬 수 있게 된다. 이후, 대표노드(320)는 취합한 센싱데이터를 확산코드에 따라 기지국(120)으로 전달한다(S434).When the intermediate stage is completed, the general nodes in each cluster 310 execute their own sensing tasks. Thereafter, the general nodes transmit the sensing data obtained as a result of the execution to the representative node 320 according to the multiple access schedule (S430). The representative node 320 collects the sensing data through the data compression process (S432). In general, since data detected in neighboring areas has highly correlated spatial locality, it is preferable to collect data of adjacent nodes through data fusion and compression. Then, it is possible to improve the accuracy of the data and to reduce the size of the data so that energy consumption during transmission and reception can be reduced as much as possible. Thereafter, the representative node 320 transmits the collected sensing data to the base station 120 according to the spreading code (S434).

모든 대표노드로부터 취합 데이터가 전달되면 주제어부(240)는 이를 수집하 여 유무선 통신망(130)을 통해 센싱데이터 관리서버(140)로 전달한다(S436). 그러면, 센싱데이터 관리서버(140)는 이를 토대로 이상발생 유무를 판별한다(S438). 이후, 센싱데이터 관리서버(140)는 결과값을 사용자 단말기(152)에 제공한다(S440).When the collected data is transmitted from all representative nodes, the main control unit 240 collects the collected data and transmits the collected data to the sensing data management server 140 through the wired / wireless communication network 130 (S436). Then, the sensing data management server 140 determines whether an abnormality occurs based on this (S438). Then, the sensing data management server 140 provides the result value to the user terminal 152 (S440).

주제어부(240)는 수집 데이터를 센싱데이터 관리서버(140)로 전달한 이후, 해당 라운드가 종료되었는지 여부를 판별한다(S442). 라운드가 종료되지 않았다면, 주제어부(240)는 모든 대표노드에 센싱데이터를 요청한다. 즉, S430단계부터 다시 진행된다. 반면, 라운드가 종료되었다면, 주제어부(240)는 일깨움 전략 구사부(214)를 통하여 모든 노드가 기능정지되었는지 여부를 판별한다(S444). 모든 노드가 기능정지되지 않았다면, 일깨움 전략 구사부(214)는 S410 단계를 다시 진행한다. 반면, 모든 노드가 기능정지되었다면, 주제어부(240)는 모든 작업을 종료시킨다. 또는, 주제어부(240)는 사용자 단말기(152)에 센서노드를 센서 필드(112)에 재배치할 것을 요청한다.After the main control unit 240 transmits the collected data to the sensing data management server 140, the main controller 240 determines whether the corresponding round is terminated (S442). If the round is not finished, the main controller 240 requests sensing data from all representative nodes. That is, the process proceeds again from step S430. On the other hand, if the round is ended, the main control unit 240 determines whether all nodes have stopped functioning through the wake-up strategy speaking unit 214 (S444). If all the nodes have not stopped functioning, the wakeup strategy speaking unit 214 proceeds to step S410 again. On the other hand, if all nodes are disabled, the main control unit 240 terminates all work. Alternatively, the main controller 240 requests the user terminal 152 to relocate the sensor node to the sensor field 112.

다음으로, 커버리지 연산방법을 설명한다. 본 발명에 따른 커버리지 연산방법은 크게 중앙각도 계산방법과 중앙각도 결정방법으로 구성된다. 먼저, 이들에 대해 설명한다. 중앙각도 계산방법은 이미 설명한 바와 같이 CAC 방법과 ECAC 방법에 기반하므로 자세한 내용은 [발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]에 기재한 두 문헌을 참고하기 바란다. 이하에서는 중앙각도 결정방법만을 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 5j는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중앙각도 결정방법을 설명하기 위한 개념도들이다.Next, the coverage calculation method will be described. The coverage calculation method according to the present invention is largely composed of a center angle calculation method and a center angle determination method. First, these are demonstrated. Since the method of calculating the central angle is based on the CAC method and the ECAC method as described above, the two documents described in [the technical field to which the invention belongs and the prior art in that field] are referred to. Hereinafter, only the method of determining the central angle will be described. 5A to 5J are conceptual views illustrating a method for determining a center angle according to a preferred embodiment of the present invention.

먼저 도 5a를 참조하면, 무선센서 네트워크를 형성하는 복수의 센서노드, 즉 센서노드 m와 센서노드 n은 센서필드(112)에 조밀한 분포를 보이는 관계로 도면에 도시된 바와 같이 상호 중첩된 센싱영역(500)을 가진다. 이에, 상기 중첩영역(500)을 도 5b에서 보는 바와 같이 센서노드 m에서의 중앙각도(502)로서 계산하면 중앙각도 계산을 위한 수학식은 다음과 같이 정의할 수 있다.First, referring to FIG. 5A, a plurality of sensor nodes that form a wireless sensor network, that is, sensor node m and sensor node n have a dense distribution in the sensor field 112, and thus, overlapping sensing as shown in the drawing. Has an area 500. Thus, when the overlap region 500 is calculated as the center angle 502 at the sensor node m as shown in FIG. 5B, the equation for calculating the center angle may be defined as follows.

Figure 112007026805552-pat00001
Figure 112007026805552-pat00001

여기에서,

Figure 112007026805552-pat00002
는 중첩영역(500)에 대한 센서노드 m에서의 센서노드 n 방향으로의 중앙각도(502)이고, R은 센서노드 m가 형성하는 원의 반지름이다. 그리고, d(m,n)은 센서노드 m과 센서노드 n 간의 거리를 말한다.From here,
Figure 112007026805552-pat00002
Is the central angle 502 in the sensor node n direction from the sensor node m with respect to the overlapping region 500, and R is the radius of the circle formed by the sensor node m. And d (m, n) refers to the distance between sensor node m and sensor node n.

한편, 중앙각도 방향결정을 위한 수학식은 다음과 같이 정의할 수 있다.On the other hand, the equation for determining the central angle direction can be defined as follows.

Figure 112007026805552-pat00003
Figure 112007026805552-pat00003

여기에서,

Figure 112007026805552-pat00004
는 센서노드 m에서 센서노드 n으로의 방향성(예컨대, 도 5c의 도면부호 504)을 의미하고, Xm, Xn, Ym 및 Yn은 각각 센서노드 m의 x축 좌표와 y축 좌표, 센서노드 n의 x축 좌표와 y축 좌표를 말한다. 한편, 상기 방향성에 따른 중앙각도(502)는 센서노드 n을 기준으로 좌(Left) 성분(506a)과 우(Right) 성분(506b)으로 분류할 수 있다.From here,
Figure 112007026805552-pat00004
Is the direction from sensor node m to sensor node n (e.g., 504 in Figure 5c), where X m , X n , Y m and Y n are the x and y axis coordinates of sensor node m, Refers to the x-axis and y-axis coordinates of sensor node n. Meanwhile, the central angle 502 according to the direction may be classified into a left component 506a and a right component 506b based on the sensor node n.

그러면, 이하에서는 상기한 수학식들을 이용하여 센서노드(110)의 다양한 배치에 따라 여러 형태로 구현되는 중첩영역(500)을 계산하는 방법을 도출해 보겠다. 먼저, CAC 방법에 따르면, 특정노드 p의 센싱영역 내에 노드 q, 노드 r 및 노드 s가 위치하는 경우 노드 p의 센싱영역(510)은 노드 q 내지 노드 s의 센싱영역을 합산한 범위(512) 내에 있게 된다(도 5d 참조). 한편, ECAC 방법에 따르면, 특정노드 p의 센싱영역 내에는 노드 q만 위치하지만 복수의 노드(노드 r 내지 노드 t)가 둘레에 위치하는 경우(단, R<d1, d2, d3<2R)에도 노드 p의 센싱영역(514)은 노드 q 내지 노드 t의 센싱영역 합산범위(516) 내에 있게 된다(도 5e 참조). 즉, 상기한 바로부터 특정노드 p에 대해 일 노드 q가 'd4<R'인 범위에 위치하고 타 노드 r가 'R<d5<2R'인 범위에 위치하는 경우 노드 p는 노드 q와 노드 r에 대해 중첩영역(500)을 가짐을 알 수 있다(도 5f 참조).Next, a method of calculating the overlapping region 500 implemented in various forms according to various arrangements of the sensor nodes 110 will be derived using the above equations. First, according to the CAC method, when node q, node r, and node s are located in the sensing region of a specific node p, the sensing region 510 of node p sums the sensing region of nodes q to node s 512. (See FIG. 5D). On the other hand, according to the ECAC method, when only the node q is located in the sensing region of the specific node p, but a plurality of nodes (node r to node t) are located around (where R <d 1 , d 2 , d 3 <). Also in 2R), the sensing region 514 of the node p is within the sensing region summation range 516 of the nodes q to t (see FIG. 5E). That is, from the above, when one node q is in the range of 'd 4 <R' and the other node r is in the range of 'R <d 5 <2R' for the specific node p, the node p is the node q and the node. It can be seen that there is an overlap region 500 with respect to r (see FIG. 5F).

그런데, 노드 p가 노드 q 및 노드 r과 이루는 관계가 상기와 같다 하더라도 도 5g 내지 도 5j에서 보는 바와 같이 노드 q 및 노드 r의 위치에 따라 노드 p에서의 중앙각도(520) 및 그 중첩영역(500)은 달라지게 된다. 이미 언급한 바와 같이 도 5g 내지 도 5j에 나타난 바 중 어느 일방을 노드 p에서의 중앙각도(520) 및 그 중첩영역(500)으로 결정한다는 것은 불가하므로 본 발명에서는 이들을 모두 고려하는 중앙각도 결정방법을 제안한다. 이하, 도 5g 내지 도 5j를 참조하여 중앙각도 결정방법을 수학식을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 두가지 사항을 가정한다.However, even though the relationship between the node p and the node q and the node r is as described above, as shown in FIGS. 5G to 5J, the central angle 520 and the overlapping area of the node p according to the positions of the node q and the node r ( 500) will be different. As mentioned above, it is impossible to determine any one of the bars shown in FIGS. 5G to 5J as the central angle 520 and the overlapping region 500 at the node p. Suggest. Hereinafter, the method of determining the central angle will be described with reference to FIGS. 5G to 5J as follows. First, assume two things.

ⓐ 센서필드(112)에서 센싱되지 않는 영역을 없게 하기 위해 도 5c에 제안된 바를 참조하여 중앙각도를 좌 성분과 우 성분으로 분류한다.In order to avoid the unsensed area in the sensor field 112, the center angle is classified into left and right components with reference to the bar proposed in FIG. 5C.

ⓑ 슬립노드의 정확한 도출을 위하여 중앙각도가 비교대상 중 최소값을 가지도록 한다.Ⓑ For accurate derivation of slip node, the central angle should be the minimum value among the comparison targets.

상기 ⓐ와 ⓑ를 고려하면 다음과 같은 식을 추출할 수 있다.Considering ⓐ and ⓑ, the following equation can be extracted.

Figure 112007026805552-pat00005
Figure 112007026805552-pat00005

여기에서, min(a, b)는 a와 b중 작은 값을 정의한다. 그리고, A와 D는 센서노드 p와 센서노드 r의 센싱범위를 각각 원으로 도시할 경우 두 원이 만나는 교점을 말한다. 그리고, B와 C는 센서노드 q와 센서노드 r의 센싱범위를 각각 원으로 도시할 경우 두 원이 만나는 교점을 말한다. 그리고, B'와 C'는 상기 B와 상기 C에 대한 센서노드 p에서의 연장선이 자신의 센싱범위를 나타내는 원과 만나는 교점을 말한다.Where min (a, b) defines the smaller of a and b. In addition, A and D represent intersection points of two circles when the sensing ranges of the sensor node p and the sensor node r are respectively shown as circles. In addition, B and C indicate intersection points of two circles when the sensing ranges of the sensor node q and the sensor node r are respectively shown as circles. And, B 'and C' refers to the intersection point where the extension line in the sensor node p for the B and the C meets a circle representing its sensing range.

이로부터, 노드 p에서의 중앙각도(520)를 결정하기 위한 정의를 도출하면 다음과 같다.From this, a definition for determining the central angle 520 at the node p is derived as follows.

Figure 112007026805552-pat00006
Figure 112007026805552-pat00006

이 정의를 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 계산하면 다음과 같은 결론에 도달할 수 있다.Computing this definition using Equations 1 and 2 leads to the following conclusions.

Figure 112007026805552-pat00007
Figure 112007026805552-pat00007

다음으로, 중앙각도 계산방법과 상기한 중앙각도 결정방법을 바탕으로 본 발명에 따른 커버리지 연산방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커버리지 연산방법을 도시한 순서도이다.Next, a coverage calculation method according to the present invention will be described based on the center angle calculation method and the above-described center angle determination method. 6 is a flowchart illustrating a coverage calculation method according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 커버리지 연산을 위해 일정지역에 분포하는 복수의 센서노드들로부터 목적노드와 배경노드를 추출한다(S600). 여기에서, 목적노드는 슬립노드로 예측되는 대상으로서, 예컨대 도 5g 내지 도 5j의 센서노드 p가 이에 해당한 다. 그리고, 배경노드는 상기 목적노드가 슬립노드에 해당하는지 여부를 판별하기 위한 하나 이상의 노드로서, 예컨대 도 5g 내지 도 5j의 센서노드 q와 센서노드 r가 이에 해당한다. 그 다음으로, 목적노드와 배경노드의 위치나 방향에 대한 정보를 취득한다(S602). 그러면, 이로부터 도 5g 내지 도 5j에서 보는 바와 같이 배경노드의 상대적인 위치에 따른 여러 타입의 목적노드의 중앙각도를 획득할 수 있게 된다.Referring to FIG. 6, an object node and a background node are extracted from a plurality of sensor nodes distributed in a predetermined region for coverage calculation (S600). Herein, the target node is an object predicted to be a slip node, for example, the sensor node p of FIGS. 5G to 5J corresponds thereto. The background node is one or more nodes for determining whether the target node corresponds to a sleep node, for example, the sensor node q and the sensor node r of FIGS. 5G to 5J correspond to this. Next, information about the position or direction of the destination node and the background node is obtained (S602). Then, as shown in FIGS. 5G to 5J, it is possible to obtain the central angles of various types of destination nodes according to the relative positions of the background nodes.

이후, 목적노드에서의 각각의 중앙각도를 좌 성분의 각도와 우 성분의 각도로 분류한다(S604). 그리고, 좌 성분의 각도 중 최소값과 우 성분의 각도 중 최소값을 각각 취득한다. 그러면, 본 발명의 목적에 합당한 중앙각도 결정을 위한 좌우측 좌표값을 취득할 수 있게 된다(S606). 이때, 최소값을 취하는 이유는 센서필드(112)에서 센싱되지 않는 영역을 없게 하기 위함이다. 구체적으로, 도 5g 내지 도 5j를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하, '∠'는 각도를 의미함을 밝혀둔다. 먼저, ∠Cpr(또는 ∠C'pr)과 ∠Dpr을 비교한다. ∠Cpr이 ∠Dpr보다 크면, ∠rpB와 ∠rpA를 비교한다. ∠rpB가 ∠rpA보다 크면, 좌우 성분의 각도가 최소값인 본 발명에 따른 목적노드의 중앙각도로써 ∠CpB가 결정된다. 반면, 그렇지 않으면, 중앙각도로써 ∠CpA가 결정된다. 한편, ∠Cpr이 ∠Dpr보다 작은 경우에도 이후 과정으로 ∠rpB와 ∠rpA를 비교한다. 이때, ∠rpB가 ∠rpA보다 크면, 중앙각도로써 ∠DpB가 결정된다. 그렇지 않으면, 중앙각도로써 ∠DpA가 결정된다. 이상, 중앙각도가 결정되면, 이의 좌표값을 수학식 5에 대입한다. 그러면, 상기에 기술한 좌우측 좌표값을 취득할 수 있게 된다.Thereafter, each central angle at the destination node is classified into an angle of a left component and an angle of a right component (S604). And the minimum value of the angle of a left component and the minimum value of the angle of a right component are acquired, respectively. Then, it is possible to obtain the left and right coordinate values for determining the central angle that is suitable for the purpose of the present invention (S606). In this case, the reason why the minimum value is taken is to prevent the non-sensing area of the sensor field 112. Specifically, it will be described with reference to FIGS. 5G to 5J. Hereinafter, '∠' means that the angle. First, compare ∠Cpr (or ∠C'pr) with ∠Dpr. If ∠Cpr is greater than ∠Dpr, compare ∠rpB and ∠rpA. If ∠rpB is greater than ArpA, ∠CpB is determined as the median angle of the target node according to the present invention in which the angle of the left and right components is a minimum value. Otherwise, ∠CpA is determined as the median angle. Meanwhile, even when ∠Cpr is smaller than 작은 Dpr, ∠rpB and ∠rpA are compared later. At this time, when ∠rpB is larger than ∠rpA, ∠DpB is determined as the central angle. Otherwise, ∠ DpA is determined as the median angle. As described above, when the central angle is determined, its coordinate value is substituted into the equation (5). Then, the left and right coordinate values described above can be obtained.

양측 좌표값이 취득되면, 중앙각도 계산방법을 참조하여 본 발명에 합목적적인 목적노드의 실제 중앙각도를 계산한다(S608). 구체적으로, 먼저 양측 좌표값이 목적노드 및 대상노드에 대해 가지는 각도를 계산한다. 이후, 일측 좌표값이 목적노드 및 대상노드에 대해 가지는 각도에서 타측 좌표값이 목적노드 및 대상노드에 대해 가지는 각도를 뺀다. 그러면, 본 발명에 따른 중앙각도를 구할 수 있게 된다. 그런데, 이는 평면상에 존재하는 각도이므로 중앙각도가 마이너스 값을 가질 수도 있다. 따라서, 이 경우는 360도에서 큰 각도를 뺀 나머지와 다른 각도를 합하여 중앙각도를 계산함이 보다 바람직하다.When both coordinate values are obtained, the actual central angle of the target node for the purpose of the present invention is calculated with reference to the central angle calculation method (S608). Specifically, first, the angle that both coordinate values have for the target node and the target node is calculated. Subsequently, the angle that one coordinate value has for the target node and the target node is subtracted from the angle that the other coordinate value has for the target node and the target node. Then, the central angle according to the present invention can be obtained. However, since this is an angle existing on a plane, the central angle may have a negative value. Therefore, in this case, it is more preferable that the center angle is calculated by adding the other angles other than the remaining large angle from 360 degrees.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications, changes, and substitutions without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무한히 에너지를 공급받는 기지국이 센싱 및 데이터통신을 제외한 모든 업무를 센서노드 대신 수행하여 센서노 드의 에너지 효율성을 보다 향상시키는 효과를 거둘 수 있다. 또한, 이에 따라 무선센서 네트워크의 존속시간을 더 연장시키는 효과를 거둘 수 있게 된다. 더불어, 기지국이 커버리지 연산을 중앙집중 방식으로 수행하기 때문에 전역클록 동기화가 보장된다. 이는 각각의 노드들이 커버리지 연산을 수행할시 초래되는 인접한 복수의 노드가 동시에 수면상태로 결정되는 현상(즉, 탐지불능의 커버리지-홀 발생)을 방지할 수 있게 되어 전체적인 커버리지의 질을 저하시키는 슬립충돌 문제점을 해결할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the base station which is infinitely supplied with energy may perform all tasks except for sensing and data communication instead of the sensor node, thereby improving the energy efficiency of the sensor node. In addition, it is possible to further extend the duration of the wireless sensor network. In addition, since the base station performs the coverage operation in a centralized manner, global clock synchronization is guaranteed. This prevents the phenomenon that a plurality of adjacent nodes are determined to sleep at the same time (i.e., an undetectable coverage-hole occurrence) that is caused when each node performs a coverage operation, thereby reducing the quality of the overall coverage. This will solve the conflict problem.

또한, 본 발명에 의하면, 중앙각도 계산방법에 중앙각도 결정방법을 반영한 커버리지 연산방법을 통하여 슬립노드의 센싱과 센싱되지 않는 영역의 출현을 방지할 수 있게 된다. 이는 곧 무선센서 네트워크의 질을 향상시키는 효과를 발생시킨다.In addition, according to the present invention, it is possible to prevent the sensing of the slip node and the appearance of the unsensed area through the coverage calculation method reflecting the center angle determination method in the center angle calculation method. This has the effect of improving the quality of the wireless sensor network.

Claims (21)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 무선센서 네트워크를 형성하는 센서노드와 통신하는 기지국이 상기 센서노드의 위치 및 식별수단을 인지하는 단계; (a) a base station communicating with a sensor node forming a wireless sensor network, recognizing the position and identification means of the sensor node; (b) 상기 기지국이 상기 센서노드의 상기 위치와 상기 식별수단을 이용하여 센싱영역 전체가 다른 센서노드들의 센싱영역을 합산한 범위에 포함되는 슬립노드를 판별하는 커버리지 연산을 실행하는 단계; (b) performing, by the base station, a coverage operation for determining a slip node that is included in a range in which the entire sensing area is added to the sensing areas of other sensor nodes by using the position of the sensor node and the identification means; (c) 상기 기지국이 상기 커버리지 연산결과를 토대로 상기 슬립노드를 수면시키는 단계; (c) the base station sleeping the sleep node based on the coverage calculation result; (d) 수면되지 않은 상기 센서노드가 주변상황을 센싱하는 단계; 및 (d) sensing an ambient situation by the non-sleeping sensor node; And (e) 상기 기지국이 상기 센서노드로부터 센싱값을 수신하는 단계(e) the base station receiving a sensing value from the sensor node 를 포함하며, Including; 상기 (b) 단계는, In step (b), (ba) 적어도 3개의 센서노드들이 센싱필드에 구비되어 군을 형성하면, 상기 기지국이 상기 위치와 상기 식별수단을 이용하여 상기 군에 포함된 센서노드들 간의 센싱영역 경계라인의 교점을 적어도 2개 이상 도출하는 단계; 및 (ba) If at least three sensor nodes are provided in the sensing field to form a group, the base station uses at least two intersection points of sensing area boundary lines between the sensor nodes included in the group by using the position and the identification means. Deriving abnormalities; And (bb) 상기 기지국이 상기 군에 포함된 제1 센서노드의 센싱영역 내에 위치하는 제2 센서노드가 상기 도출된 교점과 형성하는 각도의 최소값을 계산하여 상기 커버리지 연산을 실행하는 단계(b) the base station calculates a minimum value of an angle formed by the second sensor node located in the sensing area of the first sensor node included in the group and the derived intersection; 를 포함하고, Including, 상기 (bb) 단계는, (Bb) step, (a5) 상기 기지국이 상기 슬립노드로 예측되는 제2 센서노드를 추출하며, 상기 기지국이 상기 제1 센서노드를 포함하여 적어도 2개이며 상기 제2 센서노드가 상기 슬립노드인지 여부를 판별하는 배경노드들을 추출하는 단계; (a5) Background in which the base station extracts a second sensor node predicted as the sleep node, wherein the base station determines at least two base stations including the first sensor node and determines whether the second sensor node is the sleep node. Extracting nodes; (b5) 상기 기지국이 상기 제2 센서노드 및 상기 배경노드들의 위치나 방향에 대한 정보를 취득하는 단계; (b5) acquiring, by the base station, information about the position or direction of the second sensor node and the background nodes; (c5) 상기 기지국이 상기 배경노드들과 만나는 교점을 바탕으로 하며 상기 배경노드들 중 일(一) 배경노드 방향인 상기 제2 센서노드의 중앙각도를 상기 일 배경노드를 중심으로 좌우측 각도로 분류하는 단계; (c5) The center angle of the second sensor node based on the intersection point where the base station meets the background nodes and is one of the background nodes is classified into left and right angles around the one background node. Doing; (d5) 상기 기지국이 상기 좌우측 각도로부터 최소값을 이루는 양측 교점의 좌표값을 취득하는 단계; 및 (d5) acquiring, by the base station, coordinate values of both intersections forming a minimum value from the left and right angles; And (e5) 상기 기지국이 상기 양측 교점의 좌표값으로부터 상기 제2 센서노드의 상기 중앙각도를 계산하여 상기 커버리지 연산을 실행하는 단계(e5) the base station calculating the center angle of the second sensor node from the coordinate values of the two intersections and performing the coverage operation; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법.Operation method of a wireless sensor network system comprising a. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 (e5) 단계에서의 상기 기지국은, 두 각도의 차에 의한 상기 중앙각도가 마이너스 값을 가지는 경우 상기 두 각도 중 큰 각도를 360도에서 뺀 나머지와 상기 두 각도 중 작은 각도를 합하여 계산한 값을 상기 중앙각도로 지정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법.In the step (e5), when the center angle due to the difference between the two angles has a negative value, a value calculated by adding the remainder obtained by subtracting the greater angle from the two angles from 360 degrees and the smaller angle of the two angles. Operating method of a wireless sensor network system, characterized in that for specifying the central angle. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 (d5) 단계에서 상기 기지국이 취득하는 상기 양측 교점의 좌표는,
Figure 112007026805552-pat00008
(단,
Figure 112007026805552-pat00009
은 센서노드 p에서 센서노드 r로의 방향,
Figure 112007026805552-pat00010
은 센서노드 p에서 센서노드 r로의 각도,
Figure 112007026805552-pat00011
는 각도, Yr은 센서노드 r의 Y축 좌표, Yp는 센서노드 p의 Y축 좌표, Xr은 센서노드 r의 X축 좌표, Xp는 센서노드 p의 X축 좌표, R은 센서노드가 형성하는 센싱영역이 원일 경우 그 반지름)인 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크 시스템의 운용방법.
In the step (d5), the coordinates of the two intersections obtained by the base station is
Figure 112007026805552-pat00008
(only,
Figure 112007026805552-pat00009
Is the direction from sensor node p to sensor node r,
Figure 112007026805552-pat00010
Is the angle from sensor node p to sensor node r,
Figure 112007026805552-pat00011
Is the angle, Y r is the Y axis coordinate of sensor node r, Y p is the Y axis coordinate of sensor node p, X r is the X axis coordinate of sensor node r, X p is the X axis coordinate of sensor node p, and R is sensor Operating area of a wireless sensor network system, characterized in that the sensing area formed by the node is a radius.
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