KR100921559B1 - Energy efficiency flooding method and system of wireless sensor network - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 노드의 심플 플러딩(Simple Flooding)에 의해 발생하게 되는 브로드캐스트 스톰 프러블럼(broadcast storm problem)을 해결하기 위한 크로스 레이어(cross layer) 기반의 효율적인 플러딩 알고리즘 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an efficient cross layer based flooding algorithm and apparatus for solving the broadcast storm problem caused by Simple Flooding in a wireless sensor network. .

심플 플러딩은 무선 센서 네트워크의 모든 노드가 수신한 패킷에 대해서 재전송을 시도하기 때문에 패킷 충돌 및 노드간 패킷 전송경쟁과 중복패킷의 발생에 의한 불필요한 에너지의 낭비가 발생하는 broadcast strom problme을 야기한다.Simple flooding attempts to retransmit packets received by all nodes of the wireless sensor network, causing a broadcast strom problme that causes unnecessary energy waste due to packet collisions, inter-node packet transmission competition, and duplicate packets.

본 발명에서는 필요한 정보에 직접 접근하는 크로스 레이어 기법에 의해 MAC(Media Access Control)계층에서 이웃 노드들의 주소와 같은 식별 정보와 물리계층에서 이웃 노드들로부터의 수신신호강도(RSS: Received Signal Strength) 정보를 수집하고 이를 이용하여 본 발명에서 제시하는 특정 기준에 부합되는 이웃 노드 중 수신한 패킷을 재전송할 수 있는 재전송 후보 노드를 선정한다. 재전송 후보 노드로 선정된 이웃 노드는 자신의 이웃 노드들의 식별 정보를 패킷을 전송하고자 하는 노드에게 전송하고 이웃 노드 식별 정보를 수집한 소스 노드는 자신의 이웃 노드 식별 정보와 각 이웃 노드들의 이웃 노드 식별 정보를 비교하여 소스 노드와 겹치지 않는 이웃 노드를 가장 많이 가진 노드 순으로 정렬하여 재전송 후보 노드들 중에 순위를 결정하고, 네트워크 상황에 따라 감당할 수 있는 오버헤드와 필요로 하는 패킷 전송비율 및 수신비율에 맞도록 패킷 전송 시에 재전송 후보 노드의 사 용 비율을 조절한다. 또한, 상기 재전송 후보 노드 군은 소스 노드의 이동 속도 및 네트워크 상황에 따라 일정시간 동안 저장하여 최초 패킷 전송 이후 다음 패킷을 전송할 때도 사용할 수 있도록 하여 발생되는 패킷 오버헤드 및 지연과 불필요한 에너지 사용을 회피하도록 하였으며 이와 같은 동작방식에 의해서 broadcast storm problem을 해결할 수 있다. According to the present invention, identification information such as addresses of neighboring nodes in a MAC (Media Access Control) layer and received signal strength (RSS) information from neighboring nodes in a physical layer are provided by a cross-layer technique for directly accessing necessary information. And selects a retransmission candidate node capable of retransmitting the received packet among the neighboring nodes meeting the specific criterion proposed by the present invention. The neighbor node selected as the retransmission candidate node transmits the identification information of its neighbor nodes to the node to which the packet is to be transmitted, and the source node which collects the neighbor node identification information identifies its neighbor node identification information and the neighbor node of each neighbor node. The information is compared and sorted in order of the node with the most neighboring nodes that do not overlap with the source node, and the retransmission candidate nodes are ranked, and according to the network situation, the overhead and packet transmission rate and reception rate required Adjust the rate of use of retransmission candidate nodes in packet transmission to suit. In addition, the retransmission candidate node group may be stored for a predetermined time according to the moving speed and network conditions of the source node to be used when transmitting the next packet after the first packet transmission to avoid the packet overhead, delay and unnecessary energy usage generated. By this operation method, broadcast storm problem can be solved.

플러딩(Flooding), 브로드캐스트 스톰 프로블럼(broadcast storm problem), 브로드캐스팅(broadcasting), 크로스 레이어 Flooding, broadcast storm problem, broadcasting, cross layer

Description

무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치{Energy efficiency flooding method and system of wireless sensor network}Energy efficiency flooding method and system of wireless sensor network

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 노드의 심플 플러딩에 의해 불필요한 에너지의 소비를 야기시키는 broadcast storm problem을 해결하기 위해 크로스 레이어 기법에 의해 MAC(Media Access Control)계층과 물리계층에 직접 접근하여 이웃 노드들의 정보를 수집하고 최적의 재전송 후보 노드 선정을 통한 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치에 관한 것이다.In order to solve the broadcast storm problem that causes unnecessary energy consumption by simple flooding of nodes in a wireless sensor network, the present invention directly accesses the media access control (MAC) layer and the physical layer by using a cross-layer technique and provides information on neighbor nodes. The present invention relates to a method and apparatus for energy efficient flooding in a wireless sensor network through collecting and selecting an optimal retransmission candidate node.

broadcast storm problem을 해결하기 위해 제안된 기존의 플러딩 방법들은 심플 플러딩과는 달리 전체 네트워크 노드 중 해당 플러딩 기법에서 제안하는 특정 기준을 만족시키는 일부 노드들을 선택하여 수신한 패킷을 재전송하도록 한다. Unlike simple flooding, the existing flooding methods proposed to solve the broadcast storm problem select some nodes that satisfy certain criteria proposed by the corresponding flooding scheme and retransmit the received packets.

먼저, 수신 신호 강도(RSS; Received Signal Strength)란, 수신 신호의 세기를 의미하는 것으로 이 값을 통해 신호를 전송한 노드와의 거리를 산출할 수 있다. 장애물이 없는 자유공간(free space)에서 신호의 세기는 신호를 전송하는 노드로부 터 거리의 제곱으로 감소한다. 본 발명과 관련된 기술에는 다음의 방법들이 있다.First, Received Signal Strength (RSS) refers to the strength of a received signal and can calculate the distance from the node that has transmitted the signal through this value. In free space without obstacles, the strength of the signal decreases with the square of the distance from the node transmitting the signal. Techniques related to the present invention include the following methods.

1. 거리 기반 플러딩 방법(Distance based flooding)1. Distance based flooding method

거리 기반 플러딩에서는 RSS에 의해 소스 노드와의 거리를 예측하며 산출된 거리 정보에 의해 소스 노드의 이웃 노드가 수신한 패킷을 재전송할 것인지를 결정한다. 상기 이웃 노드가 수신한 패킷을 재전송할 때 이전 전송 노드와 겹치지 않는 영역의 크기가 특정 값 이상이라면 패킷의 재전송 동작을 수행한다.In distance-based flooding, the distance from the source node is predicted by RSS, and it is determined whether the packet received by the neighbor node of the source node is retransmitted based on the calculated distance information. When the neighbor node retransmits the received packet, if the size of the region that does not overlap with the previous transmission node is greater than or equal to a specific value, the packet retransmission operation is performed.

이와 같은 동작방식을 가진 거리 기반 플러딩 방법은 단순히 새로 전달되는 전송 영역의 크기만을 고려했을 뿐 실제 그 영역 내에 패킷을 수신하지 못한 다수의 이웃 노드들이 존재한다는 것을 보장하지는 못한다는 문제점이 있다.The distance-based flooding method having such an operation method only considers the size of a newly transmitted transmission area but does not guarantee that there are a plurality of neighboring nodes that do not receive packets in the area.

2. 중복패킷 수 기반의 플러딩 방법(Counter based flooding)2. Counter based flooding method

노드가 수신한 중복패킷 수를 기반으로 하는 플러딩 방법에서는 처음 패킷을 수신했을 때, 미리 결정된 시간 동안 대기하며 동일한 패킷의 수신을 기대한다. 특정 시간 동안 미리 결정된 수의 중복 패킷을 수신하지 못하면, 해당 노드는 자신의 전송 영역 내에 있는 이웃 노드들 중 패킷을 수신하지 못한 노드가 있는 것으로 간주하고 패킷을 재전송한다.In the flooding method based on the number of duplicate packets received by a node, when a packet is first received, the node waits for a predetermined time and expects to receive the same packet. If a predetermined number of duplicate packets are not received during a particular time period, the node considers that there is a node among neighboring nodes in its transmission area that has not received the packet and retransmits the packet.

이와 같은 중복 패킷 수 기반의 플러딩 방법은 모든 노드에게 패킷이 전달된다는 것을 보장할 수 없으며 전송 노드가 기대하는 중복 패킷의 수를 증가시켜 패킷의 수신비율을 높일 수 있으나 그로 인해 불필요한 중복 패킷의 발생과 충돌이 증가하게 된다는 문제점이 있다.The flooding method based on the number of redundant packets cannot guarantee that the packets are delivered to all nodes, and the reception rate of the packets can be increased by increasing the number of redundant packets expected by the transmitting node. There is a problem that collisions increase.

3. 이웃 노드정보에 기반한 플러딩방법(Neighbor knowledge based flooding)3. Neighbor knowledge based flooding

이웃 노드 정보를 이용하는 FONIAH(Flooding based on One-hop Neighbor Information and Adaptive Holding)는 모든 네트워크 노드가 1-hop에 속하는 이웃 노드들의 위치를 알고 있다고 가정하며, 위치 정보를 이용하여 이웃 노드들과의 거리를 계산하고 패킷을 수신했을 때 전송 노드와 수신 노드 사이의 거리에 따라서 수신 패킷에 대한 재전송 대기 시간을 결정한다. 대기 시간은 최초 패킷을 전송한 노드에서 멀리 떨어져 있을수록 짧게 계산되기 때문에 전송 노드에서 가장 멀리 있는 노드가 제일 먼저 패킷의 재전송을 시도한다. 또한, 대기 시간 동안 중복 패킷을 수신했을 경우에는 이미 최초 전송 노드에서 자신보다 더 멀리 있는 노드가 패킷을 전송했다고 간주하고 재전송을 포기한다.Floating based on One-hop Neighbor Information and Adaptive Holding (FONIAH) using neighboring node information assumes that all network nodes know the position of neighboring nodes belonging to 1-hop, and uses the location information to determine the distance from neighboring nodes. And calculate the retransmission waiting time for the received packet according to the distance between the transmitting node and the receiving node when the packet is received. Latency is calculated shorter the farther from the node that sent the original packet, the node farthest from the transmitting node attempts to retransmit the packet first. In addition, if a duplicate packet is received during the waiting time, a node farther than itself from the original transmitting node assumes that the packet has been transmitted and abandons retransmission.

FONIAH와 같은 동작을 하기 위해서는 모든 네트워크 노드들이 자신과 이웃 노드들의 정확한 위치 정보를 얻기 위한 GPS(Global Positining System)와 같은 별도의 장치가 필요하지만, 무선 센서 네트워크에서는 작은 크기의 센서 노드를 사용하기 때문에 GPS와 같은 별도의 장치는 사용이 어렵다는 문제점이 있다.In order to operate like FONIAH, all network nodes need a separate device such as GPS (Global Positining System) to get accurate location information of themselves and neighbor nodes. There is a problem that a separate device such as GPS is difficult to use.

본 발명은 심플 플러딩에 의한 broadcast storm problem 뿐만 아니라, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 크로스 레이어 기법을 이용하여 MAC 계층에서 이웃 노드들의 식별 정보를 수집하고 물리계층에서 각 이웃 노드들로부터의 RSS 정보를 수집하여 전송 노드와의 거리를 예측한다. 이와 같은 정보를 이용하여 수신한 패킷을 재전송할 수 있는 재전송 후보 노드들을 선정하며 선정된 노드들을 기반으로 플러딩을 수행함으로써 에너지 효율적인 플러딩을 수행함과 동시에 플러딩 동작에서 사용되는 재전송 후보 노드 군의 정보를 네트워크 상황에 따라 일정 시간 동안 저장하며, 패킷의 재전송에 사용되는 재전송 후보 노드의 비율을 조절함으로써 다양한 네트워크 응용에서 요구하는 패킷 수신비율 및 전송비율을 만족시키고 패킷 오버헤드와 지연 및 센서 노드의 메모리와 프로세서의 부하를 줄이는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve not only the broadcast storm problem by simple flooding but also the above-mentioned problems of the prior art. The identification information of neighbor nodes in the MAC layer is collected using a cross layer scheme, and each neighbor node in the physical layer is used. Gather RSS information from these fields to estimate the distance to the transmitting node. By selecting the retransmission candidate nodes capable of retransmitting the received packet by using such information and performing flooding based on the selected nodes, energy efficient flooding is performed and information of the retransmission candidate node group used in the flooding operation is networked. It saves for a certain period of time according to the situation, and adjusts the ratio of retransmission candidate nodes used for retransmission of packets to satisfy the packet reception rate and transmission rate required by various network applications. The purpose is to reduce the load on the

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법은,Energy efficient flooding method in a wireless sensor network according to the present invention for solving the above problems,

소스 노드가 이웃 노드들의 식별 정보와 거리 정보를 수집하는 제1 단계; 상기 소스 노드와 상기 이웃 노드들 사이에 제어 메시지와 응답 메시지를 교환하여, 미리 결정된 비율 이상의 새로운 전송 영역을 가진 이웃 노드를 재전송 후보 노드 로 선정하는 제2 단계; 상기 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록과 상기 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록의 비교와 정렬 연산을 통해 상기 재전송 후보 노드들의 순위를 결정하여 재전송 노드 테이블을 구성하는 제 3단계; 상기 재전송 노드 테이블을 저장하고, 미리 결정된 재전송 노드 사용 비율에 따라 상기 재전송 후보 노드들을 사용하여 패킷을 전송하는 제4 단계를 포함한다.A first step of the source node collecting identification information and distance information of neighboring nodes; Exchanging a control message and a response message between the source node and the neighboring nodes to select a neighboring node having a new transmission area of a predetermined ratio or more as a retransmission candidate node; Constructing a retransmission node table by determining a rank of the retransmission candidate nodes by comparing and sorting neighbor node identification lists of the retransmission candidate nodes and neighbor node identification lists of the source node; Storing the retransmission node table, and transmitting a packet using the retransmission candidate nodes according to a predetermined retransmission node usage ratio.

또한, 상기 제1 단계는 크로스 레이어 기법을 이용하여 MAC계층에서 상기 이웃 노드들의 식별 정보를 수집하고, 물리계층에서 상기 이웃 노드들의 수신 신호 강도(RSS) 정보를 수집하여 상기 소스 노드와의 거리 정보를 수집할 수 있다.In the first step, the identification information of the neighbor nodes is collected in a MAC layer using a cross layer scheme, and the received signal strength (RSS) information of the neighbor nodes is collected in a physical layer to determine distance information with the source node. Can be collected.

또한, 상기 제어 메시지는 상기 소스 노드에서 상기 이웃 노드들에게 전송하는 메시지(이하, DTI 메시지)로서 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값을 포함한다.The control message is a message (hereinafter, referred to as a DTI message) transmitted from the source node to the neighbor nodes, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, and a received signal strength value of a retransmission candidate node. do.

또한, 상기 응답 메시지는 재전송 후보 노드가 수신한 상기 제어 메시지에 대한 응답으로서, 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값, 및 상기 재전송 후보 노드의 이웃 노드들의 식별 목록을 포함하는 메시지(이하, DTIR 메시지)이며, 상기 DTIR 메시지는 상기 소스 노드에 유니캐스트 방식으로 전송된다.In addition, the response message is a response to the control message received by the retransmission candidate node, the identification information of the source node, the sequence number of the packet to be transmitted, the received signal strength value of the retransmission candidate node, and the A message (hereinafter referred to as DTIR message) including an identification list of neighbor nodes, wherein the DTIR message is transmitted in a unicast manner to the source node.

또한, 상기 제2 단계에서의 미리 결정된 비율의 새로운 전송 영역은 상기 소스 노드가 전송한 영역과 대비하여 41% 내지 61%의 크기이며, 가장 바람직하게는 41%이다.Also, the new transmission area of the predetermined ratio in the second step is 41% to 61% in size compared with the area transmitted by the source node, and most preferably 41%.

또한, 상기 제3 단계는 상기 소스 노드가 상기 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록을 비교하여 겹치지 않는 이웃 노드의 수가 가장 많은 재전송 후보 노드(이하, 제1 순위 후보 노드)의 식별 정보를 상기 재전송 노드 테이블에 저장한 후, 상기 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록과 제1 순위 후보 노드의 이웃 노드 식별 목록을 합친 목록과 나머지 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록을 비교하여 겹치지 않는 이웃 노드의 수가 가장 많은 가진 재전송 후보 노드(이하, 제2 순위 후보 노드)의 식별 정보를 상기 재전송 노드 테이블의 차 순위로 저장한 후, 제3 순위 이하의 후보 노드에 대해서 상기의 과정을 반복하여 재전송 노드 테이블을 구성한다.In the third step, the source node compares the neighboring node identification lists of the retransmission candidate nodes to obtain identification information of the retransmission candidate node (hereinafter, referred to as a first rank candidate node) having the largest number of non-overlapping neighbor nodes. After storing in the table, the list of the neighbor node identification list of the source node and the neighbor node identification list of the first rank candidate node and the neighbor node identification list of the remaining retransmission candidate nodes are compared to have the largest number of non-overlapping neighbor nodes. After storing the identification information of the retransmission candidate node (hereinafter referred to as the second rank candidate node) as the difference order of the retransmission node table, the above process is repeated for the candidate node having the third rank or less to configure the retransmission node table.

또한, 상기 제4 단계에서의 재전송 노드 테이블의 저장은 상기 소스 노드의 이동 속도와 가장 멀리 떨어져 있는 재전송 후보 노드와의 거리를 고려하여 재전송 노드 테이블의 저장 시간을 결정한다. 이 때, 상기 재전송 노드 테이블의 저장 시간은 하기의 식에 의해 결정된다.In addition, the storage of the retransmission node table in the fourth step determines the storage time of the retransmission node table in consideration of the distance from the retransmission candidate node farthest from the moving speed of the source node. At this time, the storage time of the retransmission node table is determined by the following equation.

AT = (R - di) / CSAT = (R-d i ) / CS

(여기서, AT는 상기 재전송 노드 테이블을 유지하는 시간이고, R은 소스 노드의 전파반경이며, di는 재전송 후보 노드들 중 소스 노드에서 가장 멀리 있는 재전송 후보 노드 i의 거리이고, CS는 소스 노드의 이동 속도를 의미한다.)Where AT is the time to maintain the retransmission node table, R is the propagation radius of the source node, d i is the distance of retransmission candidate node i farthest from the source node among retransmission candidate nodes, and CS is the source node Means the speed of movement.)

또한, 상기 미리 결정된 재전송 노드 사용 비율은 하기의 식에 의해 결정된다.In addition, the predetermined retransmission node usage rate is determined by the following equation.

식 (2) : (πr2 - πd2) / πr2 Equation (2): (πr 2 -πd 2 ) / πr 2

(여기서, d는 소스 노드와 패킷을 수신하는 노드 간의 거리, r은 소스 노드의 무선 전송범위이다.)(Where d is the distance between the source node and the node receiving the packet, and r is the radio transmission range of the source node.)

또한, 상기 재전송 후보 노드들을 사용하여 패킷을 전송하는 제4 단계는 상기 재전송 노드 테이블에 저장된 제1 순위 후보 노드부터, 그 이웃 노드의 식별 정보를 패킷에 저장하여 전송하는 것이 바람직하다.In a fourth step of transmitting a packet by using the retransmission candidate nodes, it is preferable to transmit identification information of the neighboring node in a packet from the first rank candidate node stored in the retransmission node table.

또한, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치는, In addition, the energy efficient flooding apparatus in the wireless sensor network according to the present invention,

플러딩 패킷을 수신하는 센서 노드 모듈; 상기 센서 노드 모듈에 의해 수신된 플러딩 패킷이 저장되는 플러딩 패킷 버퍼; 상기 센서 노드 모듈에 크로스 레이어 방식으로 접근하여 이웃 노드들의 정보를 수집하여 이웃 노드 테이블을 구성하는 이웃 노드 관리 처리기; 상기 이웃 노드 테이블이 저장되는 제1 메모리; 상기 플러딩 패킷 버퍼에 저장된 상기 플러딩 패킷이 이미 수신된 플러딩 패킷인지를 확인한 후, 처음 수신한 플러딩 패킷인 경우, 상기 플러딩 버퍼의 순서 번호를 추출하여 제어 메시지를 전송하고, 상기 제어 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 제어 메시지 처리기; 상기 제어 메시지 처리기에서 상기 응답 메시지를 수신한 후, 비교와 정렬 연산을 수행하고 재전송 노드를 선정하여 재전송 노드 테이블을 구성하는 재전송 노드 선택기; 상기 재전송 노드 테이블이 저장되는 제2 메모리; 및, 상기 재전송 노드 테이블이 구성된 후, 소스 노드의 속도와 상기 이웃 노드 테이블을 이용하여 재전송 노드 테이블의 재구성 시간을 계산하는 재전송 노드 테이블 저장시간 결정기를 포함한다.A sensor node module for receiving a flooding packet; A flooding packet buffer in which a flooding packet received by the sensor node module is stored; A neighbor node management processor configured to access the sensor node module in a cross-layer manner, collect information of neighbor nodes, and configure a neighbor node table; A first memory in which the neighbor node table is stored; After checking whether the flooding packet stored in the flooding packet buffer is a received flooding packet, if the flooding packet is the first received flooding, extracts the sequence number of the flooding buffer and transmits a control message, and responds to the control message. A control message processor for receiving a; A retransmission node selector configured to perform a comparison and sort operation, select a retransmission node, and configure a retransmission node table after receiving the response message from the control message processor; A second memory in which the retransmission node table is stored; And a retransmission node table storage time determiner for calculating a reconstruction time of the retransmission node table using the speed of the source node and the neighbor node table after the retransmission node table is configured.

또한, 상기 이웃 노드들의 정보는 MAC계층에서 수집된 상기 이웃 노드들의 식별 정보와 물리계층에서 수집된 상기 이웃 노드들의 수신 신호 강도(RSS) 정보이다.Further, the information of the neighbor nodes is identification information of the neighbor nodes collected in the MAC layer and received signal strength (RSS) information of the neighbor nodes collected in the physical layer.

또한, 상기 제어 메시지는 상기 소스 노드에서 상기 이웃 노드들에게 전송하는 메시지(이하, DTI 메시지)로서 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값을 포함한다.The control message is a message (hereinafter, referred to as a DTI message) transmitted from the source node to the neighbor nodes, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, and a received signal strength value of a retransmission candidate node. do.

또한, 상기 응답 메시지는 재전송 후보 노드가 수신한 상기 제어 메시지에 대한 응답으로서, 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값, 및 상기 재전송 후보 노드의 이웃 노드들의 식별 목록을 포함하는 메시지(이하, DTIR 메시지)이며, 상기 DTIR 메시지는 상기 소스 노드에 유니캐스트 방식으로 전송되는 것이 바람직하다.In addition, the response message is a response to the control message received by the retransmission candidate node, the identification information of the source node, the sequence number of the packet to be transmitted, the received signal strength value of the retransmission candidate node, and the Message (hereinafter referred to as DTIR message) including the identification list of neighbor nodes, the DTIR message is preferably transmitted to the source node in a unicast manner.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치에 의하면,According to the energy efficient flooding method and apparatus in the wireless sensor network according to the present invention having the above configuration,

무선 센서 네트워크의 모든 노드가 수신한 패킷에 대해서 재전송을 시도하기 때문에 생기는 패킷 충돌 및 노드 간 패킷 전송 경쟁과 중복 패킷의 발생에 의한 불필요한 에너지의 낭비가 발생하는 브로드캐스트 스톰 프러블럼(broadcast strom problme)을 해결할 수 있으며, 기존의 거리 기반 플러딩 방법, 중복패킷 수 기반의 플러딩 방법, 이웃 노드 정보에 기반한 플러딩 방법들이 가진 문제점들을 개선하여 적응적으로 재전송 노드 선택이 가능하도록 함으로써 보다 효율적으로 플러딩을 수행할 수 있는 효과가 있다.Broadcast strom problme, which results from packet collisions caused by all nodes in the wireless sensor network attempting retransmission of packets, contention between the nodes, and waste of unnecessary energy due to duplicate packets. It is possible to solve the problem of existing distance-based flooding method, redundant packet number-based flooding method, and flooding method based on neighbor node information, and to adaptively select retransmission node to perform flooding more efficiently. It can be effective.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; First, it should be noted that the same components or parts in the drawings represent the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the gist of the present invention.

도 1은 소스 노드인 A가 이웃 노드인 B에게 패킷을 전송했을 때, 노드 B가 수신한 패킷을 재전송했을 경우, 새롭게 전송되는 영역을 나타내는 예가 도시된 도, 도 2는 재전송 노드 후보 선정을 위한 거리 기준 결정에서 재전송 후보 노드가 속한 이웃 노드들의 위치 영역을 도시한 도, 도 3a는 소스 노드가 재전송 후보 노 드 선정을 위해 이웃 노드들에게 제어 메시지를 전송하고, 도 3b는 상기 이웃 노드들이 응답 메시지를 전송하는 예를 도시한 도, 도 4는 소스 노드와 재전송 후보 노드 사이에 제어 메시지와 응답 메시지를 교환하고, 소스 노드에서 재전송 노드 후보를 대상으로 재전송 노드 테이블을 구성하는 예를 도시한 도, 도 5는 전체 이웃 노드 중 평균치 이하의 재전송 후보 노드 비율을 가진 소스 노드에서 이웃 노드 테이블을 이용하여 부족한 재전송 후보 노드를 추가하는 예를 도시한 도, 도 6은 전체 이웃 노드 중 미리 설정된 기준치 이하의 재전송 후보 노드 비율을 가진 소스 노드에서 두 번째 패킷을 전송하기 위해 재전송 후보 노드의 선정 기준을 변경하여 재전송 후보 노드를 추가하는 예를 도시한 도, 도 7은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치의 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a newly transmitted area when a source B transmits a packet to a neighbor node B, and the node B retransmits a received packet. FIG. 3A illustrates a location area of neighboring nodes to which a retransmission candidate node belongs in a distance criterion determination. FIG. 3A illustrates that a source node transmits a control message to neighboring nodes for selecting a retransmission candidate node. 4 illustrates an example of transmitting a message, and FIG. 4 illustrates an example of exchanging a control message and a response message between a source node and a retransmission candidate node, and configuring a retransmission node table for a retransmission node candidate at the source node. FIG. 5 illustrates a lack of replay using a neighbor node table in a source node having a ratio of retransmission candidate nodes below the average among all neighbor nodes. 6 illustrates an example of adding a candidate node. FIG. 6 is a retransmission candidate by changing a selection criterion of a retransmission candidate node to transmit a second packet from a source node having a retransmission candidate node ratio less than or equal to a preset reference value among all neighbor nodes. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an energy efficient flooding apparatus in a wireless sensor network according to the present invention.

본 발명에서 재전송 후보 노드가 될 수 있는 거리 기준의 결정은 다음과 같다. 본 발명에서는 노드로부터의 수신 신호 강도(RSS; Received Signal Strength)에 의해서 노드 간 거리를 예측한다. 또한, 이전 전송 노드의 전송 영역은 현재 전송 노드의 전송 영역과 겹치게 되며 현재 전송 노드에 의해서 새롭게 패킷이 전달되는 영역은 하기의 식 (1)에 의해서 구해질 수 있다.In the present invention, determination of a distance criterion that may be a retransmission candidate node is as follows. In the present invention, the distance between nodes is predicted by the received signal strength (RSS) from the node. In addition, the transmission area of the previous transmission node overlaps with the transmission area of the current transmission node, and the area in which a packet is newly delivered by the current transmission node can be obtained by the following equation (1).

도 1을 참조하면, 소스 노드 A에서 패킷을 전송했을 때, 노드 A의 전파영역인 A R 과 패킷 수신 노드 B의 전파영역인 B R 은 일부가 겹치게 되며 이때 A R 과 겹치지 않는 B R 의 영역이 노드 B의 새로운 전파영역이 된다.1, when transmitting a packet from the source node A, the air space of A R and the packet reception node B the air space of B R is a region of the B R partially overlap, and this time does not overlap with A R of the node A This node B becomes a new propagation area.

식 (1) :

Figure 112007073181775-pat00001
Equation (1):
Figure 112007073181775-pat00001

여기서, d는 노드간 거리이며, r은 노드의 무선 전송범위이다. Where d is the distance between nodes and r is the wireless transmission range of the node.

현재 전송 노드에 의해서 새롭게 패킷이 전달되는 영역이 최대가 되는 경우는 전송 노드와 수신 노드 사이의 거리가 노드의 전파반경과 같을 때이며, 영역의 크기는 이전 전송 노드가 전송한 영역 대비 최대 61%이며 평균 41%의 크기를 갖는다.The maximum area where a packet is newly transmitted by the current transmitting node is when the distance between the transmitting node and the receiving node is equal to the propagation radius of the node. The size of the region is up to 61% of the area transmitted by the previous transmitting node. It has an average size of 41%.

일반적으로 전송 노드에서 멀리 있는 노드일수록 전송 노드로부터의 패킷을 수신하지 못한 이웃 노드를 많이 가지고 있을 수 있으나, 멀리 있는 노드라고 해서 패킷을 수신하지 못한 이웃 노드를 많이 가지고 있다고 장담할 수 없기 때문에 새로운 전송 영역이 41%인 노드와 소스 노드 사이의 거리를 재전송 후보 노드의 선정 기준으로 결정한다.In general, a node farther from a transmitting node may have many neighboring nodes that have not received a packet from the transmitting node, but a new transmission may not be guaranteed because a distant node has many neighboring nodes that have not received a packet. The distance between the node having a region of 41% and the source node is determined based on the selection criteria of the retransmission candidate node.

센서 노드의 종류마다 각기 다른 전파반경을 갖는 등의 다양한 네트워크 상황을 고려했을 때, 전송 노드와 수신 노드 사이의 거리에 의해 해당 수신 노드가 재전송 후보 노드에 속하는지를 알기 위해서는 41%의 새로운 전송영역을 갖는 노드와 전송 노드 사이의 거리를 계산할 수 있는 일반적인 방법이 요구된다.Considering various network conditions, such as having different propagation radiuses for different types of sensor nodes, a 41% new transmission range is determined to determine whether the corresponding reception node belongs to the retransmission candidate node by the distance between the transmitting node and the receiving node. There is a need for a general method for calculating the distance between a node having a transmission node and a transmitting node.

네트워크 영역 내에 노드가 균일하게 분포하고 있는 상황에서 식 (1)을 이용 하면 전송 노드와 재전송 후보 노드 사이의 거리(d)를 다음과 같이 계산할 수 있으며 이를 통해 식 (2)가 유도된다.In the situation where nodes are uniformly distributed in the network area, using equation (1), the distance (d) between the transmitting node and the retransmission candidate node can be calculated as follows.

Figure 112007073181775-pat00002
Figure 112007073181775-pat00002

식 (2) : d = 0.65rEquation (2): d = 0.65r

식 (2)에 의해서 이전 전송 노드의 전송 영역 대비 41% 이상의 전송 영역을 갖기 위해서는 노드간 거리가 노드 전파 반경의 65%이상 되어야 하며 식 (2)에 의해서 재전송 후보 노드에 속하는 노드들이 분포하는 영역은 도 2같이 나타낼 수 있다.In order to have a transmission area of 41% or more compared to the transmission area of the previous transmitting node by equation (2), the distance between nodes must be 65% or more of the node propagation radius and the area where nodes belonging to retransmission candidate nodes are distributed by equation (2). Can be represented as shown in FIG.

도 2를 참조하면, 노드 C의 전파영역 CR에서 노드 C로부터의 거리 d를 반지름으로 하는 영역 DR이 빠진 부분이 재전송 후보 노드가 분포해 있는 영역이 된다.Referring to FIG. 2, the area in which the retransmission candidate node is distributed is a portion in which the region D R missing from the propagation region C R of the node C as the distance d from the node C is a radius.

전체 이웃 노드 중 몇 %가 재전송 후보 노드에 속하여 재전송 동작을 했는지 알기 위해서는 전체 이웃 노드 중 재전송 후보 노드의 비율을 계산해야 하며 도 2에서 유도된 식 (3)에서 이를 계산할 수 있다.In order to know how many percent of all neighbor nodes belong to retransmission candidate nodes, the ratio of retransmission candidate nodes among all neighbor nodes should be calculated and can be calculated by Equation (3) derived from FIG.

식 (3) : (πr2 - πd2) / πr2 Equation (3): (πr 2 -πd 2 ) / πr 2

여기서, d는 소스 노드와 패킷을 수신하는 노드 간의 거리, r은 소스 노드의 무선 전송범위이다. 식 (2)와 (3)에 의해서 계산된 전체 네트워크 노드 중 재전송 후보 노드의 비율은 다음과 같다.Here, d is the distance between the source node and the node receiving the packet, r is the radio transmission range of the source node. The ratio of retransmission candidate nodes among all network nodes calculated by equations (2) and (3) is as follows.

(πr2 - π(0.65r)2) / πr2 (πr 2 -π (0.65r) 2 ) / πr 2

위의 식에 의해서 전체 이웃 노드 중 평균적으로 58%가 재전송 후보 노드라는 결론을 얻을 수 있다.By the above equation, it can be concluded that on average, 58% of all neighbor nodes are candidates for retransmission.

본 발명에서 새로 정의한 제어 메시지 및 응답 메시지는 다음과 같다. The control message and response message newly defined in the present invention are as follows.

제어 메시지 DTI(Data Transmission Indication)(이하, DTI 메시지라 한다.): 전송할 패킷이 있는 노드가 자신의 이웃 노드들에게 전송할 패킷이 있음을 알리는 제어 메시지로서 해당 메시지에는 전송노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 거리 기준인 RSS 값이 포함된다.Control message Data Transmission Indication (DTI) (hereinafter, referred to as a DTI message): A control message indicating that a node having a packet to transmit to its neighbor nodes has a packet to transmit. The message includes identification information of a transmitting node and The packet includes the sequence number of the packet and the RSS value which is a distance reference of the retransmission candidate node.

응답 메시지 DTIR(Data Transmission Indication Response)(이하, DTIR 메시지라 한다.): 재전송 후보 노드가 수신한 DTI 메시지에 대한 응답으로 전송 노드에게 유니캐스트 방식으로 전송하는 메시지이다. DTI 메시지를 수신한 이웃 노드 중 에서 DTI 메시지 자체의 RSS가 DTI 메시지에 있는 RSS 값 이하인 경우, 해당 이웃 노드는 자신이 재전송 후보 노드에 포함되는 것으로 간주하고, 자신의 이웃 노드들의 식별 목록을 DTIR 메시지에 포함하여 소스 노드에게 전달한다.Response message DTIR (Data Transmission Indication Response) (hereinafter referred to as a DTIR message): A message transmitted in a unicast manner to a transmitting node in response to a DTI message received by a retransmission candidate node. If the neighbor node that has received the DTI message has the RSS of the DTI message itself or less than the RSS value in the DTI message, the neighbor node considers itself to be included in the retransmission candidate node, and identifies the identification list of its neighbor nodes as the DTIR message. Include in and pass to source node.

본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법의 일 실시예로서, 예를 들면, 58% 이상의 재전송 후보 노드를 가진 소스 노드에서 재전송 노드를 선정하는 방법은 다음과 같다. As an embodiment of the energy efficient flooding method in the wireless sensor network according to the present invention, for example, a method of selecting a retransmission node in a source node having a retransmission candidate node of 58% or more is as follows.

본 발명에서 제안하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치는 각 센서의 무선 전송범위가 같으며, sensor-MAC을 이용해 에너지 사용 효율과 패킷 전송 지연을 줄이기 위해 노드의 sleep/wakeup 주기가 동기화된다고 가정한다. 이하 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치를 적응적 재전송 노드 선택에 의한 크로스 레이어 기반의 플러딩 방법 및 장치(Cross layer-based Flooding Algorithm with Adaptive Retransmission Node Selection: FARNS)라고도 한다.Energy efficient flooding method and apparatus in the wireless sensor network proposed by the present invention have the same wireless transmission range of each sensor, and the sleep / wakeup period of the node is synchronized to reduce energy use efficiency and packet transmission delay using sensor-MAC. Assume that Hereinafter, an energy efficient flooding method and apparatus in a wireless sensor network according to the present invention is also referred to as a cross layer-based flooding algorithm with an adaptive retransmission node selection (FARNS).

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치를 이용하여 패킷을 플러딩하기 위한 제어 메시지의 전달 및 응답 메시지의 수신 과정을 도시한 도이다.3A and 3B illustrate a process of transmitting a control message and receiving a response message for flooding a packet using an energy efficient flooding method and apparatus in a wireless sensor network according to the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 노드 1은 패킷을 플러딩하고자 하는 노드(제 1 노드)이고 플러딩을 위해 DTI 메시지를 이웃 노드들에게 브로드캐스트(broadcast) 한다. 본 발명에서 이웃 노드는 통신 범위 안에 있는 주변 노드를 의미한다.Referring to FIGS. 3A and 3B, Node 1 is a node (first node) to which a packet is to be flooded and broadcasts a DTI message to neighbor nodes for flooding. In the present invention, a neighbor node refers to a neighbor node within a communication range.

상기 제 1 노드의 전송 범위인 R1 내에서 재전송 후보 노드 선정 기준이 되는 RT 이상의 거리가 떨어져 있는 노드 3, 4, 7은 재전송 후보 노드가 되고, R3, R4, R7은 각 재전송 후보 노드의 전송 범위가 되며 이 안에 포함되어 있는 노드들은 상기 노드 3, 4, 7의 이웃 노드들이 된다.The transmission range of R 1, node 3, which in the above R T The distance by which the retransmission candidate node selection criteria apart from, 4 and 7 of the first node is the resend candidate node, R 3, R 4, R 7 are each retransmission It is the transmission range of the candidate node and the nodes included therein are neighbor nodes of the nodes 3, 4, and 7.

노드 3, 4, 7은 RSS 기준에 의해 재전송 후보 노드에 속하는 노드이며 DTI 메시지 수신 이후, 자신의 이웃 노드 식별 목록을 제 1 노드에게 유니캐스트 방식으로 전송한다.Nodes 3, 4, and 7 are nodes belonging to retransmission candidate nodes by RSS criteria, and after receiving the DTI message, transmit their neighbor node identification list to the first node in a unicast manner.

제 1 노드는 재전송 후보 노드들로부터 이웃 노드 식별 목록을 수신받아 비교 연산을 하며 이 연산은 식 (4)와 같다.The first node receives the neighbor node identification list from the retransmission candidate nodes and performs a comparison operation, which is shown in Equation (4).

식 (4) :

Figure 112007073181775-pat00003
Equation (4):
Figure 112007073181775-pat00003

식 (4)에서 N은 이웃 노드의 집합이고, s와 RCNi는 각각 제 1 노드와 재전송 후보 노드 i를 의미하며 fc는 집합의 원소를 카운트하는 함수이다. 위의 비교 연산에 의한 결과는 재전송 후보 노드 i가 갖는 제 1 노드와 겹치지 않는 이웃 노드의 수이며, 연산의 결과는 재전송 후보 노드가 가지고 있는 제 1 노드와 겹치지 않는 이웃 노드의 수이다. 이하, 겹치지 않는 이웃 노드의 수를 NON(Non-Overlapping Neighbor Node)이라 한다.In Equation (4), N is a set of neighboring nodes, s and RCN i represent a first node and a retransmission candidate node i, respectively, and f c is a function of counting elements of the set. The result of the comparison operation is the number of neighboring nodes that do not overlap with the first node of the retransmission candidate node i, and the result of the operation is the number of neighboring nodes that do not overlap with the first node of the retransmission candidate node. Hereinafter, the number of non-overlapping neighbor nodes is referred to as a non-overlapping neighbor node (NON).

식 (4)에 의한 방법으로 계산된 재전송 후보 노드의 NON을 내림차순으로 정렬하고 1순위 재전송 후보 노드의 식별 정보를 재전송 노드 테이블에 삽입한다.The NONs of the retransmission candidate nodes calculated by the method according to equation (4) are sorted in descending order, and the identification information of the first-order retransmission candidate node is inserted into the retransmission node table.

이후의 비교와 정렬 연산은 마지막 재전송 후보 노드가 재전송 노드 테이블에 삽입될 때까지 제 1 노드 및 재전송 노드 테이블에 삽입된 재전송 후보 노드의 이웃 노드 식별 목록과 재전송 노드 테이블에 삽입되지 않은 나머지 재전송 후보 노드의 이웃 노드 식별 목록을 비교하고 정렬하는 과정을 반복하며, 이때의 비교 연산은 식 (5)와 같다.Subsequent comparison and sort operations are performed by the neighbor node identification list of the retransmission candidate node inserted into the retransmission node table and the remaining retransmission candidate nodes not inserted into the retransmission node table until the last retransmission candidate node is inserted into the retransmission node table. The process of comparing and sorting the neighbor node identification list of A is repeated, and the comparison operation is shown in Equation (5).

식 (5) :

Figure 112007073181775-pat00004
Equation (5):
Figure 112007073181775-pat00004

식 (5)에서 RNi는 재전송 노드 테이블에 저장되어 있는 노드 i를 의미한다. In Equation (5), RN i means node i stored in the retransmission node table.

위와 같은 비교와 정렬 연산을 통해 최초에는 제 1 노드와의 비교에서 NON이 가장 많은 재전송 후보 노드를 선택하고 이후의 비교에서는 재전송 테이블에 삽입되지 않은 재전송 후보 노드의 이웃 노드 식별 목록과 제 1 노드 및 재전송 노드 테이블에 삽입되어 있는 노드의 이웃 노드 목록을 비교함으로써 NON이 가장 많은 노드를 선택한다.Through the above comparison and sorting operation, the first node selects the retransmission candidate node that has the highest number of NONs in the comparison with the first node, and in the subsequent comparison, the neighbor node identification list of the retransmission candidate node and the first node and NON selects the most nodes by comparing the neighbor node list of the nodes inserted in the retransmission node table.

재전송 노드 테이블의 구성이 완료되면 네트워크 상황을 고려한 미리 결정된 비율만큼 재전송 노드 테이블에 있는 노드 중 1순위 노드부터 플러딩에 사용하며 이 노드들의 식별 정보가 플러딩되는 패킷에 포함되어 전송된다. 또한, 상기 재전송 노드 테이블은 미리 결정된 시간 동안 저장되어 해당 시간 동안 계속 사용된다.After the configuration of the retransmission node table is completed, the first priority node among the nodes in the retransmission node table is flooded by a predetermined ratio considering the network situation, and the identification information of these nodes is included in the flooded packet and transmitted. In addition, the retransmission node table is stored for a predetermined time and continues to be used for that time.

플러딩 되는 패킷을 수신한 노드 중 자신의 식별 정보가 패킷에 포함되어 있다면, 재전송 노드로 선정된 것으로 간주하고 위와 같은 동작을 반복하여 패킷의 재전송을 시도한다. If the packet includes its own identification information among the nodes that receive the flooded packet, it is regarded as being selected as the retransmission node and the packet is retransmitted by repeating the above operation.

도 4를 참조하면, 소스 노드(410)의 이웃 노드 식별 목록(420)과 재전송 후보 노드(430)들의 이웃 노드 목록(440)을 비교하여 NON을 결정하고 가장 큰 값의 NON을 가진 재전송 후보 노드의 식별 정보를 재전송 노드 테이블(450)에 저장하며, 다시 재전송 노드 테이블(450)에 저장되어 있는 노드의 이웃 노드 식별 목록과 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록(420)을 합쳐 새로운 이웃 노드 식별 목록(460)을 만들어, 재전송 노드 테이블(450)에 포함되지 않은 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록과 비교를 한다.Referring to FIG. 4, the neighbor node identification list 420 of the source node 410 is compared with the neighbor node list 440 of the retransmission candidate nodes 430 to determine the NON, and the retransmission candidate node having the largest NON. The identification information of the neighbor node identification list of the node and the source node neighbor list identification list 420 of the node stored in the retransmission node table 450 is added to the new neighbor node identification list ( 460 is created and compared with a neighbor node identification list of retransmission candidate nodes not included in the retransmission node table 450.

상기와 같은 방법에 의해 전체 이웃 노드중 58% 이상의 재전송 후보 노드를 가진 소스 노드에서 재전송 노드를 선정할 수 있고, 플러딩에 있어 재전송 노드 테이블에 포함되어 있는 노드를 사용하는 비율에 따라 발생되는 오버헤드와 패킷 전송 비율 등의 성능에서 트레이드 오프(trade off)를 조절할 수 있다.By the above method, the retransmission node can be selected from the source node having the retransmission candidate node of 58% or more of the total neighbor nodes, and the overhead incurred according to the ratio of using the node included in the retransmission node table in flooding. Trade-offs can be adjusted in performance, such as packet rate and packet transfer rate.

네트워크 내에 노드들이 고르게 분포하고 있다 하더라도 전체 이웃 노드중 평균치의 재전송 후보 노드를 가지지 못하는 경우도 발생할 수 있기 때문에 다음과 같은 방법을 통해 평균치의 재전송 후보 노드를 갖지 못한 소스 노드에서 재전송 노드를 선정한다.Even though the nodes are distributed evenly in the network, it may happen that the average neighboring node does not have the average retransmission candidate node. Therefore, the retransmission node is selected from the source node that does not have the average retransmission candidate node by the following method.

1. 첫 번째 패킷을 전송하는 경우 상기 재전송 노드 선정 방법과 같이 DTI와 DTIR 메시지를 교환하여 재전송 후보 노드를 선정한다.1. In case of transmitting the first packet, a retransmission candidate node is selected by exchanging a DTIR message with a DTI as in the retransmission node selection method.

2. 미리 결정된 재전송 노드 사용 비율과 현재 제 1 노드의 재전송 후보 노드의 비율을 고려하여 식 (6)에 의해 부족한 재전송 후보 노드의 수를 계산한다.2. The number of insufficient retransmission candidate nodes is calculated by Equation (6) in consideration of the predetermined retransmission node usage ratio and the ratio of the current retransmission candidate nodes.

식 (6) : (NN×0.58×FRCNR)-(NN×CRCNR)Equation (6): (N N × 0.58 × FRCN R )-(N N × CRCN R )

식 (6)에서 NN은 전체 이웃 노드의 수이고 FRCNR은 플러딩 동작에 사용될 재전송 노드의 비율이며, CRCNR은 제 1 노드의 이웃 노드 중 재전송 후보 노드의 비율이다.N N is the number-FRCN R of the entire neighboring nodes in the formula (6) is the ratio of the retransmitted node to be used for flooding operations, CRCN R is the ratio of the retransmission candidate node among the neighboring nodes of the first node.

3. 제 1 노드가 관리하고 있는 이웃 노드 테이블에서 최초 DTI 메시지에 응답하지 않은 1순위 노드부터 재전송 노드 테이블에 삽입하여 플러딩 동작에 사용될 재전송 노드의 비율을 만족시킨 후, 플러딩 동작을 수행한다.3. After the first node that does not respond to the first DTI message in the neighbor node table managed by the first node is inserted into the retransmission node table to satisfy the ratio of retransmission nodes to be used for the flooding operation, the flooding operation is performed.

도 5를 참조하면, 현재 재전송 노드 테이블(510)에서 부족한 수의 재전송 후보 노드의 수만큼 이웃 노드 테이블(520)을 이용하며, 재전송 후보 노드를 채워 완성된 재전송 노드 테이블(530)을 구성한다.Referring to FIG. 5, the neighbor node table 520 is used as many as the insufficient number of retransmission candidate nodes in the current retransmission node table 510, and the completed retransmission node table 530 is configured by filling the retransmission candidate nodes.

4. 두 번째 패킷의 전송부터는 이미 부족한 재전송 후보 노드의 수를 알고 있기 때문에 이웃 노드 테이블을 이용하여 최초 DTI 메시지에 응답하지 않은 노드들 중 부족한 재전송 후보 노드의 수를 채울 수 있는 최소의 RSS 값을 재전송 후보 노드 선정기준으로 변경하고 DTI 메시지에 포함하여 전송한다.4. From the transmission of the second packet, since the number of retransmission candidate nodes is already known, the neighbor node table is used to obtain the minimum RSS value that can fill the number of insufficient retransmission candidate nodes among the nodes that did not respond to the original DTI message. Change to the selection criteria of retransmission candidate node and transmit it in DTI message.

도 6을 참조하면, 이웃 노드 테이블(610)을 이용하여, 최초 DTI 메시지에 응답하지 않은 노드들 중 부족한 노드의 수를 채울 수 있는 최소 RSS 값을 재전송 후보 노드 선정 기준으로 변경하고, 이 값을 두 번째 패킷 전송 시에 DTI 메시지(620)에 포함해서 브로드캐스팅한다. 제어 메시지에 의해서 응답한 재전송 후보 노드들은 비교와 정렬 연산(630)에 의해서 최적의 재전송 노드를 선택하여 재전송 노드 테이블(640)에 저장된다.Referring to FIG. 6, the neighbor node table 610 is used to change the minimum RSS value that can fill the number of insufficient nodes among the nodes that do not respond to the initial DTI message to the retransmission candidate node selection criterion. In the second packet transmission, the packet is included in the DTI message 620 and broadcasted. The retransmission candidate nodes responded by the control message are stored in the retransmission node table 640 by selecting an optimal retransmission node by the compare and sort operation 630.

5. 재전송 노드의 구성이 완료되면 상기와 같은 방법으로 패킷을 플러딩하고 구성된 재전송 테이블을 일정 시간 동안 저장한다.5. When configuration of the retransmission node is completed, the packet is flooded in the above manner and the configured retransmission table is stored for a predetermined time.

두 번째 패킷의 전송부터는 재전송 후보 노드의 선정 기준이 변경되기 때문 에 제 1 노드가 기대하는 만큼 이상의 재전송 후보 노드가 응답할 수 있으며 비교와 정렬 연산을 통해 이 중에서 가장 효율이 좋을 것으로 판단되는 재전송 후보 노드의 식별 정보를 재전송 노드 테이블에 삽입한다.Since the selection criteria of the retransmission candidate node is changed from the transmission of the second packet, more retransmission candidate nodes can respond as expected by the first node, and the retransmission candidate that is determined to be the most efficient among the comparison and sort operations Inserts identification information of the node into the retransmission node table.

상기 재전송 노드 테이블의 저장에 의해 두 번째 패킷의 전송부터는 본 발명에서 정의한 제어 메시지를 사용할 필요가 없고, 이로 인해 패킷 오버헤드와 노드의 비교 및 정렬 연산에 의한 메모리와 프로세서의 부하를 줄일 수 있으며 지연 없이 즉시 패킷을 재전송할 수 있다.It is not necessary to use the control message defined in the present invention from the transmission of the second packet by storing the retransmission node table. As a result, it is possible to reduce the overhead of memory and processor due to packet overhead and node comparison and alignment operations, and delay. You can immediately resend a packet without

일반적으로 무선 센서 네트워크에서는 노드가 고정된 위치에 있거나 별도의 장치에 의해 천천히 움직인다. 이와 같은 상황을 고려했을 때, 구성된 재전송 노드 테이블의 저장 시간 결정은 식 (7)에 의해서 정의된다.Typically, in wireless sensor networks, nodes are in fixed locations or slowly moved by separate devices. Given this situation, the storage time determination of the configured retransmission node table is defined by equation (7).

식 (7) : AT = (R - di) / CSEquation (7): AT = (R-d i ) / CS

식 (7)에서 AT는 상기 재전송 노드 테이블을 유지하는 시간이고, R은 노드의 전파반경이며, di는 재전송 후보 노드들중 소스 노드에서 가장 멀리 있는 재전송 후보 노드 i의 거리이다. 또한, CS는 소스 노드의 이동 속도를 의미한다. In equation (7), AT is the time to maintain the retransmission node table, R is the propagation radius of the node, and d i is the distance of the retransmission candidate node i farthest from the source node among the retransmission candidate nodes. In addition, CS means the moving speed of the source node.

즉, 식 (7)은 재전송 후보 노드 i가 소스 노드의 전송 범위에서 벗어나는데 걸리는 시간을 의미한다. 그러나 소스 노드는 노드 i의 이동 방향을 알 수 없기 때 문에 이 시간 이후에 노드 i는 소스 노드와 더 가까워질 수도 있으나, 가장 멀리 있는 재전송 후보 노드를 대상으로 산출된 시간이기 때문에 이와 유사한 거리에 있는 노드가 소스 노드의 전송 범위에서 벗어나더라도 식 (7)에 의해 구해진 시간 이후에 재전송 노드 테이블을 다시 구성하면 된다.That is, equation (7) means the time taken for the retransmission candidate node i to be out of the transmission range of the source node. However, since the source node does not know the direction of movement of node i, after this time, node i may be closer to the source node, but at a similar distance since it is calculated for the farthest retransmission candidate node. Even if the existing node is out of the transmission range of the source node, the retransmission node table may be reconfigured after the time obtained by Equation (7).

도 7은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치의 구성을 도시한 블록도이다.7 is a block diagram showing the configuration of an energy-efficient flooding device in a wireless sensor network according to the present invention.

본 장치의 구조는 일반 센서 노드 모듈(700)에 본 발명에서 제안하는 에너지 효율적인 플러딩 알고리즘의 동작을 위한 새로운 기능 블록으로 구성되어 있다.The structure of the device is composed of a new functional block for the operation of the energy-efficient flooding algorithm proposed in the present invention in the general sensor node module 700.

이웃 노드 관리 처리기 (710)는 일반 센서 노드 모듈에 크로스 레이어 방식으로 접근하여 이웃 노드 정보를 수집하여 제1 메모리(720)에 이웃 노드 테이블을 구성한다. 또한, 일반 센서 노드 모듈(700)에서 이웃 노드들과 주기적인 메시지를 교환할 때, 이 메시지의 정보를 이용하여 주기적으로 상기 제1 메모리(720)에 이웃 노드 테이블을 재구성한다.The neighbor node management processor 710 accesses the general sensor node module in a cross layer manner, collects neighbor node information, and configures a neighbor node table in the first memory 720. In addition, when the general sensor node module 700 exchanges a periodic message with neighbor nodes, the neighbor node table is periodically reconfigured in the first memory 720 using the information of the message.

상기 일반 센서 노드 모듈(700)을 통해 플러딩 패킷이 수신되면, 플러딩 패킷 버퍼(730)에 패킷이 저장된다.When the flooding packet is received through the general sensor node module 700, the packet is stored in the flooding packet buffer 730.

제어 메시지 처리기(740)는 상기 일반 센서 노드 모듈(700)을 통해 수신된 플러딩 패킷이 플러딩 패킷 버퍼(730)에 저장되면, 이미 수신했던 패킷인가를 확인하고 처음 수신한 패킷일 경우, 해당 플러딩 버퍼에서 순서 번호를 추출하여 DTI 메시지를 전송한다.When the flooding packet received through the general sensor node module 700 is stored in the flooding packet buffer 730, the control message processor 740 checks whether the packet has already been received. Extracts the sequence number from and sends the DTI message.

또한, 제어 메시지 처리기(740)는 전송한 DTI 메시지에 대한 응답 메시지인 DTIR 메시지를 수신하면, 재전송 노드 선택기(750)에 의해서 재전송 노드 선정을 위한 비교와 정렬 연산을 수행하여 재전송 노드 저장소(760)에 재전송 노드 테이블을 구성한다.In addition, when the control message processor 740 receives a DTIR message that is a response message to the transmitted DTI message, the control message processor 740 performs a comparison and sort operation for selecting a retransmission node by the retransmission node selector 750 to perform the retransmission node storage 760. Configure the retransmission node table in.

재전송 노드 저장소(760)에 재전송 노드 테이블이 구성되면 재전송 노드 테이블 저장 시간 결정기(770)는 현재 노드의 속도와 이웃 노드 저장소(720)에 구성되어 있는 이웃 노드 테이블을 이용하여 재전송 노드 테이블의 재구성 시간을 계산한다.When the retransmission node table is configured in the retransmission node store 760, the retransmission node table storage time determiner 770 uses the current node speed and the neighbor node table configured in the neighbor node store 720 to reconstruct the retransmission node table. Calculate

전체 이웃 노드 중 재전송 후보 노드의 비율이 평균치에 도달하지 못한 경우, 제어 메시지 처리기(740)에서는 DTI와 DTIR 메시지를 교환하여 재전송 후보 노드를 선정한다.If the ratio of retransmission candidate nodes among all neighboring nodes does not reach an average value, the control message processor 740 selects a retransmission candidate node by exchanging a DTIR message with a DTI.

이후, 재전송 노드 선택기(750)에서는 이웃 노드 저장소 (720)를 이용하여 부족한 재전송 후보 노드를 채워 재전송 노드 저장소 (760)에 재전송 노드 테이블을 구성한다.Thereafter, the retransmission node selector 750 configures the retransmission node table in the retransmission node store 760 by filling up the insufficient retransmission candidate node using the neighbor node store 720.

재전송 노드 테이블 저장시간 결정기(770)에서 설정한 시간이 종료되면 재전송 노드 저장소(760)의 재전송 노드 테이블을 삭제한다.When the time set by the retransmission node table storage time determiner 770 ends, the retransmission node table of the retransmission node storage 760 is deleted.

재전송 노드 저장소(760)의 재전송 노드 테이블이 삭제된 후 일반 센서 노드 모듈(700)에서 또 다른 플러딩 패킷을 받게 되면, 제어 메시지 처리기(740)를 통해 제어 메시지를 교환하고, 재전송 노드 선택기(750)를 통해 재전송 노드 저장 소(760)에 재전송 노드 테이블을 구성하며, 재전송 노드 테이블 저장시간 결정기(770)에서 재전송 노드 테이블 재구성 시간을 계산한다.If another flooding packet is received by the general sensor node module 700 after the retransmission node table of the retransmission node store 760 is deleted, the control message processor 740 exchanges control messages and the retransmission node selector 750. The retransmission node table is configured in the retransmission node store 760 through the retransmission node table storage time determiner 770 and the retransmission node table reconstruction time is calculated.

본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법과 장치는 심플 플러딩에 의한 broadcast storm problem과 이와 관련하여 제안된 또 다른 플러딩 방법들의 문제를 해결하기 위해 크로스 레이어 방식에 의해 이웃 노드 정보를 수집하여 에너지 효율적인 플러딩을 할 수 있는 방법을 제공한다.An energy efficient flooding method and apparatus in a wireless sensor network according to the present invention collects neighbor node information by a cross-layer method in order to solve the broadcast storm problem by simple flooding and other flooding methods proposed in this regard. It provides a way to make energy efficient flooding.

따라서 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 수집된 이웃 노드의 거리 정보와 식별 정보에 의해 재전송 후보 노드를 선택하고, 선택된 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 정보를 이용하여 소스 노드에 의해 패킷을 수신하지 못한 이웃 노드를 가장 많이 보유한 노드부터 재전송 노드로 선택하기 위한 방법과 선택된 재전송 노드의 목록을 저장하여 일정 시간 동안 계속 사용하도록 하여 상기 문제를 해결할 뿐만 아니라 제어 메시지에 의한 패킷 오버헤드와 지연을 줄이고 비교와 정렬 연산을 위한 메모리와 프로세서의 부하 역시 줄일 수 있게 된다.Accordingly, the present invention selects a retransmission candidate node based on the distance information and identification information of the neighbor node collected in the wireless sensor network, and uses the neighbor node identification information of the selected retransmission candidate nodes to receive a packet by the source node. To solve the above problem by storing the list of selected retransmission nodes and continuing to use them for a certain time, as well as reducing the packet overhead and delay caused by control messages, and comparing and sorting operations. It also reduces the memory and processor load for the system.

이상과 같이 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법 및 장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above with reference to the drawings illustrating an energy efficient flooding method and apparatus in a wireless sensor network according to the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, but of the present invention Of course, various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea.

도 1은 소스 노드인 A가 이웃 노드인 B에게 패킷을 전송했을 때, 노드 B가 수신한 패킷을 재전송했을 경우, 새롭게 전송되는 영역을 나타내는 예가 도시된 도,1 is a diagram illustrating an example of a newly transmitted area when a node B retransmits a packet received when A, a source node, transmits a packet to a neighbor node B;

도 2는 재전송 노드 후보 선정을 위한 거리 기준 결정에서 재전송 후보 노드가 속한 이웃 노드들의 위치 영역을 도시한 도,2 is a diagram illustrating a location area of neighboring nodes to which a retransmission candidate node belongs in determining a distance criterion for selecting a retransmission node candidate;

도 3a는 소스 노드가 재전송 후보 노드 선정을 위해 이웃 노드들에게 제어 메시지를 전송하고, 도 3b는 상기 이웃 노드들이 응답 메시지를 전송하는 예를 도시한 도,3A illustrates an example in which a source node transmits a control message to neighbor nodes for selecting a retransmission candidate node, and FIG. 3B illustrates an example in which the neighbor nodes transmit a response message.

도 4는 소스 노드와 재전송 후보 노드 사이에 제어 메시지와 응답 메시지를 교환하고, 소스 노드에서 재전송 노드 후보를 대상으로 재전송 노드 테이블을 구성하는 예를 도시한 도,4 illustrates an example of exchanging a control message and a response message between a source node and a retransmission candidate node, and configuring a retransmission node table for a retransmission node candidate at a source node;

도 5는 전체 이웃 노드 중 평균치 이하의 재전송 후보 노드 비율을 가진 소스 노드에서 이웃 노드 테이블을 이용하여 부족한 재전송 후보 노드를 추가하는 예를 도시한 도,FIG. 5 illustrates an example of adding insufficient retransmission candidate nodes using a neighbor node table in a source node having a ratio of retransmission candidate nodes below an average value among all neighbor nodes;

도 6은 전체 이웃 노드 중 미리 설정된 기준치 이하의 재전송 후보 노드 비율을 가진 소스 노드에서 두 번째 패킷을 전송하기 위해 재전송 후보 노드의 선정 기준을 변경하여 재전송 후보 노드를 추가하는 예를 도시한 도,6 is a diagram illustrating an example of adding a retransmission candidate node by changing a selection criterion of a retransmission candidate node to transmit a second packet in a source node having a retransmission candidate node ratio less than or equal to a preset reference value among all neighbor nodes;

도 7은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치의 구성을 도시한 블록도이다.7 is a block diagram showing the configuration of an energy-efficient flooding device in a wireless sensor network according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

700 : 센서 노드 모듈 710 : 이웃 노드 관리 처리기700: sensor node module 710: neighbor node management processor

720 : 제1 메모리 730 : 플러딩 패킷 버퍼720: First memory 730: Flooding packet buffer

740 : 제어 메시지 처리기 750 : 재전송 노드 선택기740: control message handler 750: retransmission node selector

760 : 제2 메모리 770 : 재전송 노드 테이블 저장시간 결정기760: second memory 770: retransmission node table storage time determiner

Claims (18)

소스 노드가 이웃 노드들의 식별 정보와 거리 정보를 수집하는 제1 단계;A first step of the source node collecting identification information and distance information of neighboring nodes; 상기 소스 노드와 상기 이웃 노드들 사이에 제어 메시지와 응답 메시지를 교환하여, 미리 결정된 비율 이상의 새로운 전송 영역을 가진 이웃 노드를 재전송 후보 노드로 선정하는 제2 단계;Exchanging a control message and a response message between the source node and the neighbor nodes to select a neighbor node having a new transmission area of a predetermined ratio or more as a retransmission candidate node; 상기 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록과 상기 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록의 비교와 정렬 연산을 통해 상기 재전송 후보 노드들의 순위를 결정하여 재전송 노드 테이블을 구성하는 제 3단계;Constructing a retransmission node table by determining a rank of the retransmission candidate nodes by comparing and sorting neighbor node identification lists of the retransmission candidate nodes and neighbor node identification lists of the source node; 상기 재전송 노드 테이블을 저장하고, 미리 결정된 재전송 노드 사용 비율에 따라 상기 재전송 후보 노드들을 사용하여 패킷을 전송하는 제4 단계Storing the retransmission node table and transmitting a packet using the retransmission candidate nodes according to a predetermined retransmission node usage ratio; 를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.Energy efficient flooding method in a wireless sensor network comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 단계는 크로스 레이어 기법을 이용하여 MAC계층에서 상기 이웃 노드들의 식별 정보를 수집하고, 물리계층에서 상기 이웃 노드들의 수신 신호 강도(RSS) 정보를 수집하여 상기 소스 노드와의 거리 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.In the first step, the identification information of the neighbor nodes is collected in a MAC layer using a cross-layer scheme, and the received signal strength (RSS) information of the neighbor nodes is collected in a physical layer to collect distance information with the source node. Energy efficient flooding method in a wireless sensor network, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어 메시지는 상기 소스 노드에서 상기 이웃 노드들에게 전송하는 메시지(이하, DTI 메시지)로서 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값이 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.The control message is a message (hereinafter, referred to as a DTI message) transmitted from the source node to the neighbor nodes, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, and a received signal strength value of a retransmission candidate node. An energy efficient flooding method in a wireless sensor network characterized by the above-mentioned. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 응답 메시지는 재전송 후보 노드가 수신한 상기 제어 메시지에 대한 응답으로서, 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값, 및 상기 재전송 후보 노드의 이웃 노드들의 식별 목록을 포함하는 메시지(이하, DTIR 메시지)이며, 상기 DTIR 메시지는 상기 소스 노드에 유니캐스트 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.The response message is a response to the control message received by the retransmission candidate node, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, a received signal strength value of the retransmission candidate node, and a neighbor node of the retransmission candidate node. Message (hereinafter referred to as DTIR message), wherein the DTIR message is transmitted to the source node in a unicast manner. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 단계에서의 미리 결정된 비율의 새로운 전송 영역은 상기 소스 노드가 전송한 영역과 대비하여 41% 내지 61%의 크기인 것을 특징으로 하는 무선 센 서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.The new transmission area of the predetermined ratio in the second step is a size of 41% to 61% compared to the area transmitted by the source node, energy efficient flooding method in a wireless sensor network. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 단계에서의 미리 결정된 비율의 새로운 전송 영역은 상기 소스 노드가 전송한 영역과 대비하여 41%의 크기인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.And a new ratio of new transmission areas in a predetermined ratio in the second step is 41% larger than the area transmitted by the source node. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 단계는 상기 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록과 상기 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록을 비교하여, 상기 재전송 후보 노드들 중에서 상기 소스 노드의 이웃 노드와 겹치지 않는 이웃 노드의 수가 가장 많은 재전송 후보 노드(이하, 제1 순위 후보 노드)의 식별 정보를 상기 재전송 노드 테이블에 저장한 후,In the third step, the neighbor node identification list of the source node and the neighbor node identification list of the retransmission candidate nodes are compared, and the retransmission candidate having the largest number of neighbor nodes that do not overlap with the neighbor node of the source node among the retransmission candidate nodes. After storing identification information of a node (hereinafter referred to as first rank candidate node) in the retransmission node table, 상기 소스 노드의 이웃 노드 식별 목록 및 제1 순위 후보 노드의 이웃 노드 식별 목록을 합친 목록과 나머지 재전송 후보 노드들의 이웃 노드 식별 목록을 비교하여, 상기 나머지 재전송 후보 노드들 중 상기 소스 노드 및 상기 제1 순위 후보 노드의 이웃 노드와 겹치지 않는 이웃 노드의 수가 가장 많은 재전송 후보 노드(이하, 제2 순위 후보 노드)의 식별 정보를 상기 재전송 노드 테이블의 차 순위로 저장한 후,Comparing the combined list of the neighbor node identification list of the source node and the neighbor node identification list of the first rank candidate node with the neighbor node identification list of the remaining retransmission candidate nodes, the source node and the first one of the remaining retransmission candidate nodes are compared. After storing identification information of the retransmission candidate node (hereinafter referred to as the second rank candidate node) having the largest number of neighboring nodes that do not overlap with the neighbor node of the rank candidate node as the next rank of the retransmission node table, 제3 순위 이하의 후보 노드에 대해서 상기의 과정을 반복하여 재전송 노드 테이블을 구성하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.Energy efficient flooding method in a wireless sensor network, characterized in that the retransmission node table is configured by repeating the above process for the candidate node of the third rank or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4 단계에서의 재전송 노드 테이블의 저장은 상기 소스 노드의 이동 속도와 가장 멀리 떨어져 있는 재전송 후보 노드와의 거리를 고려하여 재전송 노드 테이블의 저장 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.In the storing of the retransmission node table in the fourth step, the storage time of the retransmission node table is determined in consideration of the moving speed of the source node and the distance from the retransmission candidate node farthest. Energy efficient flooding method. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 재전송 노드 테이블의 저장 시간은 하기의 식 (1)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.Energy saving flooding method in a wireless sensor network, characterized in that the storage time of the retransmission node table is determined by the following equation (1). 식 (1) : AT = (R - di) / CSEquation (1): AT = (R-d i ) / CS (여기서, AT는 상기 재전송 노드 테이블을 유지하는 시간이고, R은 소스 노드의 전파반경이며, di는 재전송 후보 노드들 중 소스 노드에서 가장 멀리 있는 재전송 후보 노드 i의 거리이고, CS는 소스 노드의 이동 속도를 의미한다.)Where AT is the time to maintain the retransmission node table, R is the propagation radius of the source node, d i is the distance of retransmission candidate node i farthest from the source node among retransmission candidate nodes, and CS is the source node Means the speed of movement.) 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미리 결정된 재전송 노드 사용 비율은 하기의 식 (2)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.The predetermined retransmission node usage ratio is determined by the following equation (2). 식 (2) : (πr2 - πd2) / πr2 Equation (2): (πr 2 -πd 2 ) / πr 2 (여기서, d는 소스 노드와 패킷을 수신하는 노드 간의 거리, r은 소스 노드의 무선 전송범위, π는 3.141592이다.)(Where d is the distance between the source node and the node receiving the packet, r is the radio transmission range of the source node, and π is 3.141592) 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 재전송 후보 노드들을 사용하여 패킷을 전송하는 제4 단계는 상기 재전송 노드 테이블에 저장된 제1 순위 후보 노드부터, 그 이웃 노드의 식별 정보를 패킷에 저장하여 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.In the fourth step of transmitting a packet by using the retransmission candidate nodes, the identification information of the neighboring node is stored in the packet and transmitted from the first rank candidate node stored in the retransmission node table. Energy efficient flooding method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4 단계에서 패킷을 전송한 후,After transmitting the packet in the fourth step, 상기 선정된 재전송 후보 노드의 수가 미리 설정된 기준치를 충족시키지 못 한 경우, 부족한 재전송 후보 노드의 수를 계산하는 제1 과정;Calculating a number of insufficient retransmission candidate nodes when the selected number of retransmission candidate nodes does not meet a predetermined reference value; 상기 소스 노드가 관리하는 이웃 노드 테이블에서 상기 소스 노드의 DTI 메세지에 응답하지 않은 최초의 노드부터 재전송 노드 테이블에 삽입하여 재전송 노드의 비율을 만족시키는 제2 과정;A second step of inserting into a retransmission node table from a first node not responding to the DTI message of the source node in a neighbor node table managed by the source node to satisfy a ratio of retransmission nodes; 상기 부족한 재전송 후보 노드의 수를 채울 수 있는 최소의 수신 신호 강도를 재전송 후보 노드 선정기준으로 변경하고, 상기 변경된 수신 신호 강도를 DTI 메세지에 포함하여 두번째 패킷을 전송하는 제3 과정A third process of changing a minimum received signal strength capable of filling the insufficient number of retransmission candidate nodes to a retransmission candidate node selection criterion and including the changed received signal strength in a DTI message to transmit a second packet; 을 더 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.Energy efficient flooding method in a wireless sensor network further comprising. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 부족한 재전송 후보 노드의 수를 계산하는 제1 과정은 하기의 식 (3)에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.The first process of calculating the number of insufficient retransmission candidate nodes is calculated by the following equation (3). 식 (3) : (NN×0.58×FRCNR)-(NN×CRCNR)Formula (3): (N N × 0.58 × FRCN R )-(N N × CRCN R ) (여기서, NN은 전체 이웃 노드의 수, FRCNR은 플러딩 동작에 사용될 재전송 노드의 비율, CRCNR은 소스 노드의 이웃 노드 중 재전송 후보 노드의 비율이다.)(N N is the total number of neighbor nodes, FRCN R is the ratio of retransmission nodes to be used for the flooding operation, and CRCN R is the ratio of retransmission candidate nodes among neighbor nodes of the source node.) 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 변경된 수신 신호 강도를 포함하는 DTI 메세지에 응답한 재전송 후보 노드들을 비교와 정렬 연산에 의해 선택하여 재전송 테이블에 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 방법.And selecting, by a comparison and sorting operation, retransmission candidate nodes in response to the DTI message including the changed received signal strength and storing the retransmission candidate nodes in a retransmission table. 플러딩 패킷을 수신하는 센서 노드 모듈;A sensor node module for receiving a flooding packet; 상기 센서 노드 모듈에 의해 수신된 플러딩 패킷이 저장되는 플러딩 패킷 버퍼;A flooding packet buffer in which a flooding packet received by the sensor node module is stored; 상기 센서 노드 모듈에 크로스 레이어 방식으로 접근하여 이웃 노드들의 정보를 수집하여 이웃 노드 테이블을 구성하는 이웃 노드 관리 처리기;A neighbor node management processor configured to access the sensor node module in a cross-layer manner, collect information of neighbor nodes, and configure a neighbor node table; 상기 이웃 노드 테이블이 저장되는 제1 메모리;A first memory in which the neighbor node table is stored; 상기 플러딩 패킷 버퍼에 저장된 상기 플러딩 패킷이 이미 수신된 플러딩 패킷인지를 확인한 후, 처음 수신한 플러딩 패킷인 경우, 상기 플러딩 버퍼의 순서 번호를 추출하여 제어 메시지를 전송하고, 상기 제어 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 제어 메시지 처리기;After checking whether the flooding packet stored in the flooding packet buffer is a received flooding packet, if the flooding packet is the first received flooding, extracts the sequence number of the flooding buffer and transmits a control message, and responds to the control message. A control message processor for receiving a; 상기 제어 메시지 처리기에서 상기 응답 메시지를 수신한 후, 비교와 정렬 연산을 수행하고 재전송 노드를 선정하여 재전송 노드 테이블을 구성하는 재전송 노드 선택기;A retransmission node selector configured to perform a comparison and sort operation, select a retransmission node, and configure a retransmission node table after receiving the response message from the control message processor; 상기 재전송 노드 테이블이 저장되는 제2 메모리; 및,A second memory in which the retransmission node table is stored; And, 상기 재전송 노드 테이블이 구성된 후, 소스 노드의 속도와 상기 이웃 노드 테이블을 이용하여 재전송 노드 테이블의 재구성 시간을 계산하는 재전송 노드 테이블 저장시간 결정기After the retransmission node table is configured, a retransmission node table storage time determiner for calculating the reconstruction time of the retransmission node table using the speed of the source node and the neighbor node table. 를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치.Energy efficient flooding device in a wireless sensor network comprising a. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 이웃 노드들의 정보는 MAC계층에서 수집된 상기 이웃 노드들의 식별 정보와 물리계층에서 수집된 상기 이웃 노드들의 수신 신호 강도(RSS) 정보인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치.And the information of the neighboring nodes is identification information of the neighboring nodes collected in a MAC layer and received signal strength (RSS) information of the neighboring nodes collected in a physical layer. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제어 메시지는 상기 소스 노드에서 상기 이웃 노드들에게 전송하는 메시지(이하, DTI 메시지)로서 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값이 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치.The control message is a message (hereinafter, referred to as a DTI message) transmitted from the source node to the neighbor nodes, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, and a received signal strength value of a retransmission candidate node. An energy efficient flooding device in a wireless sensor network. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 응답 메시지는 재전송 후보 노드가 수신한 상기 제어 메시지에 대한 응답으로서, 상기 소스 노드의 식별 정보와 전송하고자 하는 패킷의 순서번호, 재전송 후보 노드의 수신 신호 강도 값, 및 상기 재전송 후보 노드의 이웃 노드들의 식별 목록을 포함하는 메시지(이하, DTIR 메시지)이며, 상기 DTIR 메시지는 상기 소스 노드에 유니캐스트 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 플러딩 장치.The response message is a response to the control message received by the retransmission candidate node, and includes identification information of the source node, a sequence number of a packet to be transmitted, a received signal strength value of the retransmission candidate node, and a neighbor node of the retransmission candidate node. Message (hereinafter referred to as DTIR message), wherein the DTIR message is transmitted to the source node in a unicast manner.
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