KR101104585B1 - Method for Cross-Layered Routing and Transmitting Data in Wireless Sensor Network - Google Patents

Method for Cross-Layered Routing and Transmitting Data in Wireless Sensor Network Download PDF

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Abstract

무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법이 개시된다. 개시된 방법은 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a); 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b); 상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및 상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함한다. 개시된 방법에 의하면, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있으며, 데이터 전송 시 에너지 효율성 향상 및 전송 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다. A cross layer based routing and data transmission method in a wireless sensor network is disclosed. The disclosed method comprises the steps of (a) receiving a synchronization packet from neighboring nodes comprising a routing length corresponding to a hop count with a sink node and a routing cost corresponding to the energy efficiency of the node; Checking routing length information included in the received synchronization packets and selecting a node having the smallest routing length as an upper node; In step (b), if the number of nodes having the shortest routing length is plural, step (c) as an upper node for selecting a node having the smallest routing cost; (D) setting a routing length to be increased by 1 than the selected node, calculating and setting a routing cost of the node itself, and broadcasting a synchronization packet including the set routing length and routing cost to neighboring nodes; Include. According to the disclosed method, a routing tree may be formed in a node synchronization step, and there is an advantage of improving energy efficiency and reducing transmission delay in data transmission.

라우팅, 센서 네트워크, MAC Routing, Sensor Networks, MAC

Description

무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법{Method for Cross-Layered Routing and Transmitting Data in Wireless Sensor Network} Method for Cross-Layered Routing and Transmitting Data in Wireless Sensor Network}

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 효율적으로 라우팅 트리를 형성하고 에너지 효율성을 증대시킬 수 있는 데이터 전송 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cross-layer-based routing and data transmission method in a wireless sensor network, and more particularly, to a data transmission method capable of more efficiently forming a routing tree and increasing energy efficiency.

무선 센서 네트워크에서 가장 대표적인 경쟁기반의 동기식 MAC 프로토콜은 S-MAC과 T-MAC이다. 경쟁 기반의 동기식 기반 MAC 프로토콜은 동기 패킷을 이용하여 노드들간의 동기화를 수행하며 주기적인 활성(active) 상태와 휴면(sleep) 상태를 반복하여 기존의 무선 네트워크 통신에서의 불필요한 에너지 소모를 줄이는 메커니즘이다. The most representative competition-based synchronous MAC protocols in wireless sensor networks are S-MAC and T-MAC. The contention-based synchronous MAC protocol is a mechanism to reduce the unnecessary energy consumption in conventional wireless network communication by performing synchronization between nodes using synchronization packets and repeating active and sleep states periodically. .

S-MAC은 RTS(Ready To Send)/CTS(Clear To Send) 기반의 경쟁기반 MAC 프로토콜로써 동기 패킷을 사용하여 노드들 간의 가상 클러스터(virtual cluster)를 구성하여 스케줄을 관리하면서 동기화가 이루어진다. 하나의 프레임은 활성(active) 주기와 휴면(sleep) 주기로 이루어지며, 휴면 주기 동안에는 센서 노드들은 송수신 기의 기능을 잠시 꺼놓는 상태가 되며, 이 상태에서 데이터들은 전송되지 못하고 저장되어진다. 활성 주기 동안에서 송수신기의 기능이 다시 켜지며, 저장된 데이터들을 전송하거나 이웃 노드들로부터 데이터를 전달 받게 된다. S-MAC is a contention-based MAC protocol based on RTS (Clear To Send) / CTS (Clear To Send), and a synchronization cluster is used to configure a virtual cluster between nodes using synchronization packets to manage schedules. One frame consists of an active period and a sleep period. During the sleep period, the sensor nodes temporarily turn off the transceiver. In this state, data is not transmitted and stored. During the active period, the transceiver is turned on again, sending stored data or receiving data from neighboring nodes.

이와 같이 활성과 휴면 주기가 정해진 비율에 따라 반복적으로 수행되어지는 것이 바로 듀티 사이클(Duty Cycle) 기법이다. S-MAC에서는 이러한 듀티 사이클 기법과 가상 클러스터 스케줄 동기화를 통해 통신 오버헤드를 줄이고 에너지 절감 효과를 향상시킨다. T-MAC은 S-MAC 기법에 타이머 기능을 추가하여 정해진 시간동안 이벤트가 발생되지 않으면 타임아웃이 되어 센서 노드들이 바로 휴면 상태로 들어가 보다 더욱 에너지 절감 효과를 나타낸다. 하지만, S-MAC 방식은 상대적으로 데이터 전송 지연이 증가된다는 단점을 가지고 있다. In this way, the duty cycle is a method in which the active and sleep cycles are repeatedly performed at a predetermined ratio. S-MAC uses these duty cycle techniques and virtual cluster schedule synchronization to reduce communication overhead and improve energy savings. The T-MAC adds a timer function to the S-MAC method, so if an event does not occur for a specified time, it will time out and the sensor nodes will go to sleep immediately, further saving energy. However, the S-MAC method has a disadvantage in that the data transmission delay is relatively increased.

한편, 무선 애드혹 센서 네트워크에서 가장 대표적인 라우팅 프로토콜은 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing, RFC3561)과 DSR(Dynamic Source Routing, RFC4728)이다. AODV 라우팅은 노드들이 경로 설정을 필요로 할 경우에만 이뤄지는 기술로서, 소스 노드가 어떤 목적지로 데이터 패킷을 전송하고자 할 때에 노드는 해당 경로의 유무를 판단하기 위하여 라우팅 테이블을 확인한다. 만약 설정된 경로가 없다면 목적지까지 경로를 찾는 경로 설정 절차를 온-디맨드(On-Demand) 방식으로 수행한다. 이 방법의 장점은 프로액티브(Proactive) 방식에 비해 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있다는 점이다. Meanwhile, the most representative routing protocols in wireless ad hoc sensor networks are AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Routing, RFC3561) and DSR (Dynamic Source Routing, RFC4728). AODV routing is a technique that is performed only when nodes need routing, and when a source node wants to send a data packet to a destination, the node checks a routing table to determine whether the path exists. If no route is set, the route setting procedure to find the route to the destination is performed on-demand. The advantage of this method is that the signaling overhead can be reduced compared to the proactive method.

AODV에서는 라우팅 테이블에 적정한 경로가 없을 경우, 소스노드는 경로 설정을 위해 경로 요청 패킷(RREQ :Route REQuest)을 생성하게 된다. 목적지까지 경 로를 아는 노드의 경우에는 경로 응답(RREP: Route REPly) 메시지를 생성하여 역경로를 통해 다시 소스 노드에게 전달하게 된다. 링크가 두절되었을 경우에 소스 노드에 근접한 노드는 두절된 경로를 무효로 처리하고 경로 에러 (RERR: Route ERRor) 메시지를 생성한다. RERR 메시지는 역경로를 통해 소스노드로 보내지면 필요할 경우 새로운 경로를 설정하게 된다.In AODV, if there is no proper route in the routing table, the source node generates a route request packet (RREQ: Route REQuest) to set up the route. In the case of a node that knows a route to a destination, a route reply (RREP) message is generated and transmitted back to the source node through a reverse path. If the link is down, the node closest to the source node treats the downed route invalid and generates a Route ERRor (RERR) message. The RERR message is sent to the source node via the reverse path, setting up a new path if necessary.

DSR은 AODV와 유사하지만 소스 라우팅을 사용한다. DSR은 Hop-by-hop 라우팅 대신에 데이터 패킷에는 목적지까지의 경로가 규정된 소스 경로를 담고 있다. 또한 경로 설정 비용을 줄이기 위해 각 노드는 소스 경로의 캐쉬를 유지하게 된다. 이러한 온-디맨드 라우팅의 단점은 경로 설정 때문에 데이터 전송 시작 단계에서 지연시간이 발생한다는 것이다. 또한, 종래의 라우팅 프로토콜은 각 노드들의 동기화가 이루어진 후에 수행되는 바, 동기화 및 라우팅에 별도의 시간이 소요되는 문제점이 있었다.  DSR is similar to AODV but uses source routing. In DSR, instead of hop-by-hop routing, data packets contain source paths that define the path to the destination. In addition, to reduce routing costs, each node maintains a cache of source paths. The disadvantage of this on-demand routing is that there is a delay at the beginning of the data transfer due to routing. In addition, the conventional routing protocol is performed after the synchronization of each node, there is a problem that takes a separate time for synchronization and routing.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to propose a cross layer-based routing and data transmission method in a wireless sensor network in which a routing tree can be formed in a node synchronization step.

본 발명의 다른 목적은 에너지 효율과 전송 지연 문제를 제고할 수 있는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법을 제안하는 것이다.Another object of the present invention is to propose a cross-layer based routing and data transmission method in a wireless sensor network capable of improving energy efficiency and transmission delay.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art through the following examples.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a); 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b); 상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및 상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a synchronization packet including a routing length corresponding to a hop count with a sink node and a routing cost corresponding to the energy efficiency of the node is received from neighboring nodes. (A); Checking routing length information included in the received synchronization packets and selecting a node having the smallest routing length as an upper node; In step (b), if the number of nodes having the shortest routing length is plural, step (c) as an upper node for selecting a node having the smallest routing cost; (D) setting a routing length to be increased by 1 than the selected node, calculating and setting a routing cost of the node itself, and broadcasting a synchronization packet including the set routing length and routing cost to neighboring nodes; A cross layer based routing and data transmission method in a wireless sensor network is provided.

상기 단계(d)에서 브로드캐스팅되는 동기 패킷을 수신한 다른 노드는 상기 단계(a) 내지 (d)를 반복하여 동기화 단계에서 라우팅 트리 구조를 형성한다. The other node receiving the sync packet broadcast in step (d) repeats steps (a) to (d) to form a routing tree structure in the sync step.

상기 라우팅 코스트(r_cst)는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 다음의 수학식에 의해 연산될 수 있다. The routing cost r_cst may be calculated using the following equation by using the unit data transmission cost C T and the energy cost C E of the node corresponding to the initial energy and the remaining energy ratio of the node.

Figure 112008078339259-pat00001
Figure 112008078339259-pat00001

위의 수학식에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1 사이의 값을 가지는 가중치임. In the above equation, α and β are weights having a value between 0 and 1, including 0 and 1.

상술한 방법은 상위 노드와의 링크가 상실될 경우, 라우팅 길이를 최대값으로 설정하고 상기 설정된 라우팅 길이를 포함하는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및 이웃 노드로부터 동기 패킷을 수신할 경우, 상기 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 상기 이웃 노드의 정보를 이용하여 경로를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The above-described method may include setting a routing length to a maximum value and broadcasting a link error packet including the set routing length when a link with an upper node is lost; And when receiving a sync packet from a neighbor node, resetting a path by using the routing length included in the sync packet and information of the neighbor node.

또한, 상술한 방법은 다른 노드로부터 링크 상실을 알리는 링크 에러 패킷을 수신할 경우, 자신이 링크 상실 상태인지 여부를 판단하는 단계; 링크 상실 상태가 아닐 경우, 상기 링크 에러 패킷을 전송한 노드에 상기 라우팅 길이 및 라우팅 코 스트를 포함하는 동기 패킷을 전송하는 단계; 및 링크 상실 상태일 경우, 이웃 노드에 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the above-described method, if receiving a link error packet indicating a link loss from another node, determining whether or not the link loss state; If not in a link lost state, sending a sync packet including the routing length and a routing cost to the node that transmitted the link error packet; And broadcasting the link error packet to the neighbor node when the link is lost.

상술한 방법은 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨- 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 더 포함하되, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지한다. The above-described method may include transmitting a Preoccupied Ready To Send (PRTS) packet to an upper node when overhearing a CTS (Clear To Send) packet from a lower node;-The upper node is in a sleep state in the PRTS packet Includes basic information for determining a time to maintain the data; when overhearing an ACK packet from the lower node, transmitting and transmitting a CTS packet to the lower node to initiate data transmission and reception with the lower node; The upper node determines the deactivation time using the basic information and maintains the deactivation state for the determined time.

상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함될 수 있다. When the deactivation state of the upper node is terminated, the method may further include receiving a CTS packet from the upper node and performing data transmission / reception with the upper node.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치에 있어서, 다른 노드들로부터 전송되며 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷들을 수신하는 동기 패킷 수신부; 상기 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트를 이용하여 상위 노드를 선택하는 라우팅 경로 설정부; 상기 선택된 상위 노드에 비해 라우팅 길이를 1 증가시켜 설정하는 라우팅 길이 설정부; 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너 지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 라우팅 코스트를 연산하는 라우팅 코스트 설정부; 상기 라우팅 길이 설정부에서 설정되는 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트 설정부에서 설정되는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅하는 동기 패킷 송신부를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, in a node device configuring a network for cross-layer based routing and data transmission in a wireless sensor network, a routing length and a node transmitted from other nodes and corresponding to a hop count with a sink node A sync packet receiver configured to receive sync packets including a routing cost corresponding to the energy efficiency of the apparatus; A routing path setting unit which selects an upper node using the routing length and the routing cost; A routing length setting unit configured to increase a routing length by one as compared with the selected upper node; A routing cost setting unit configured to calculate a routing cost using a unit data transmission cost C T and an energy cost C E of the node corresponding to the initial energy and the remaining energy ratio of the node; Cross-layer-based routing in a wireless sensor network including a synchronization packet transmitter for broadcasting a synchronization packet including a routing length set in the routing length setting unit and a routing cost set in the routing cost setting unit to neighbor nodes; There is provided a node device constituting a network for data transmission.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법에 있어서, 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨- 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, in the method of transmitting data in a wireless sensor network, when overhearing a CTS (Clear To Send) packet from a lower node, transmitting a Preoccupied Ready To Send (PRTS) packet to a higher node ;-The PRTS packet includes basic information for determining the time when the upper node maintains a sleep state.- When overhearing an ACK packet from the lower node, the CTS packet is transmitted to the lower node. Including a step of initiating data transmission and reception with a lower node, the upper node is provided with a data transmission method in the wireless sensor network to determine the deactivation time using the basic information, and maintains the deactivation state for the determined time.

본 발명에 의하면, 노드 동기화 단계에서 라우팅 트리가 형성될 수 있으며, 데이터 전송 시 에너지 효율성 향상과 전송 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, a routing tree may be formed in the node synchronization step, and there is an advantage of improving energy efficiency and reducing transmission delay in data transmission.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the cross-layer-based routing and data transmission method in the wireless sensor network according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷의 필드 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a field configuration of a sync packet according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷(예를 들어, 비컨(becon) 패킷)은 동기 신호 필드(100), 디바이스 정보 필드(102), 채널 상태 정보 필드(104), 라우팅 길이 필드(106) 및 라우팅 코스트 필드(108)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a sync packet (eg, a beacon packet) according to an embodiment of the present invention may include a sync signal field 100, a device information field 102, a channel state information field 104, It may include a routing length field 106 and a routing cost field 108.

도 1에서, 동기 신호, 디바이스 정보 및 채널 상태 정보는 센서 네트워크에서 일반적인 동기 패킷에 포함되는 정보이다. 여기서, 동기 신호는 노드들간의 동기화를 위한 신호이며 동기 패킷에 포함된 동기 신호에 상응하여 네트워크에 포함된 노드들의 동기화가 수행된다. In FIG. 1, the sync signal, device information and channel state information are information included in a sync packet common in the sensor network. Here, the synchronization signal is a signal for synchronization between nodes and synchronization of nodes included in the network is performed in correspondence with the synchronization signal included in the synchronization packet.

최초의 동기 패킷은 네트워크의 싱크 노드에 의해 브로드캐스팅되며, 싱크 노드로부터 동기 패킷을 수신한 노드들이 다시 이웃 노드들에 동기 패킷을 브로드캐스팅하는 방식으로 동기 패킷에 의한 노드들의 동기화가 수행된다. The first sync packet is broadcast by the sync node of the network, and the synchronization of the nodes by the sync packet is performed in such a manner that the nodes receiving the sync packet from the sink node broadcast the sync packet to neighboring nodes again.

본 발명에서는 이와 같은 동기 패킷에 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 추가적으로 포함시킨다. 동기 패킷에 추가적으로 포함되는 라우팅 길이 및 라우팅 코스트는 노드들의 동기화 과정에서 라우팅 트리를 형성하기 위해 추가되는 정보이다. In the present invention, such a synchronization packet further includes a routing length and a routing cost. The routing length and routing cost additionally included in the synchronization packet are information added to form a routing tree during synchronization of nodes.

라우팅 길이는 싱크 노드와의 홉 카운트(Hop Count)를 의미하며, 라우팅 코 스트는 라우팅에 소요되는 에너지 비용을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우팅 코스트는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 에너지 비용(CE)의 2개의 파라미터로 구성될 수 있다. 여기서, 에너지 비용(CE)는 노드의 초기 에너지와 현재 남아 있는 에너지의 비로 정의될 수 있다. The routing length refers to the hop count with the sink node, and the routing cost refers to the energy cost for routing. According to an embodiment of the present invention, the routing cost may be composed of two parameters, the unit data transmission cost C T and the energy cost C E of the node. Here, the energy cost C E may be defined as the ratio of the initial energy of the node to the energy remaining.

다음의 수학식 1은 본 발명에서 동기 패킷에 추가되는 라우팅 코스트(r_cst)를 연산하기 위한 일례를 나타낸 것이다. Equation 1 below shows an example for calculating a routing cost r_cst added to a sync packet in the present invention.

Figure 112008078339259-pat00002
Figure 112008078339259-pat00002

위의 수학식 1에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1사이의 값을 가지는 가중치이며, 단위 데이터 전송 비용과 노드의 에너지 비용간의 연관 값을 설정하는 가중치로 작용한다. α와 β는 통신 지역 특성에 따라 적절히 설정될 수 있다. In Equation 1, α and β are weights having a value between 0 and 1 including 0 and 1, and serve as weights for setting an association value between unit data transmission cost and node energy cost. α and β can be appropriately set according to the communication area characteristic.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우팅 길이 및 라우팅 코스트에는 각각 1 바이트가 할당될 수 있으며, 라우팅 길이는 0 내지 255의 값을 가질 수 있고, 라우팅 코스트 역시 0 내지 255의 값을 가질 수 있다. 물론, 라우팅 길이 및 라우팅 코스트에 할당되는 비트 수와 라우팅 길이 및 라우팅 코스트의 레인지가 필요에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. According to an embodiment of the present invention, the routing length and the routing cost may be allocated 1 byte, respectively, the routing length may have a value of 0 to 255, and the routing cost may also have a value of 0 to 255. Of course, it will be apparent to those skilled in the art that the number of bits allocated to the routing length and the routing cost and the range of the routing length and the routing cost can be changed as necessary.

본 발명에서는 동기 패킷을 수신한 노드가 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트 정보를 이용하여 자신의 상위 노드를 설정하며, 이를 통해 노드 들의 동기화와 함께 라우팅 트리 형성이 함께 수행될 수 있다. In the present invention, the node receiving the synchronization packet sets its own upper node using the routing length and routing cost information included in the synchronization packet, and through this, the routing tree formation can be performed together with the synchronization of the nodes.

도 2는 네트워크의 특정 노드에서 자신의 상위 노드를 결정하여 라우팅 트리를 형성하는 과정을 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a process of forming a routing tree by determining a higher node of a specific node of a network.

도 2를 참조하면, 네트워크의 노드는 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 수신한다(단계 200). 이때, 해당 노드는 다수의 다른 노드들로부터 동기 패킷을 수신할 수 있으며, 각 동기 패킷의 라우팅 길이 정보를 체크한다. Referring to Figure 2, a node in the network receives a synchronization packet that includes a routing length and a routing cost (step 200). In this case, the node may receive a synchronization packet from a plurality of other nodes, and checks routing length information of each synchronization packet.

다수의 동기 패킷을 수신하였을 경우, 해당 노드는 동기 패킷을 송신한 노드들 중 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 선택한다(단계 202). When receiving a plurality of sync packets, the node selects a node having the smallest routing length among the nodes that have sent the sync packet (step 202).

만일 라우팅 길이가 가장 작은 노드가 2 이상이어서 경합이 이루어질 경우(단계 204), 해당 노드는 경합되는 노드들이 전송한 동기 패킷의 라우팅 코스트 정보를 체크하며, 경합되는 노드들 중 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 자신의 상위 노드로 선택한다(단계 206). If there is contention because the node having the smallest routing length is 2 or more (step 204), the node checks the routing cost information of the sync packet transmitted by the contention nodes, and the node having the least routing cost among the contention nodes. Selects as its parent node (step 206).

단계 200 내지 206에 의해 라우팅 트리에서 자신의 상위 노드를 선택하면, 자신의 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 설정한다. 라우팅 길이는 선택된 상위 노드보다 1이 증가된 값을 가질 수 있으며, 라우팅 코스트는 위 수학식 1에 의해 연산될 수 있다. When the parent node is selected in the routing tree by steps 200 to 206, it sets its routing length and routing cost. The routing length may have a value increased by 1 than the selected upper node, and the routing cost may be calculated by Equation 1 above.

라우팅 길이 및 라우팅 코스트가 설정되면, 해당 노드는 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅한다(단계 210). Once the routing length and routing cost have been established, the node broadcasts to the neighboring nodes a sync packet containing the set routing length and routing cost (step 210).

해당 노드로부터 동기 패킷을 수신한 이웃 노드들은 단계 200 내지 206과 같 은 방식에 의해 자신의 상위 노드를 설정할 수 있으며, 최하위 노드까지 이와 같은 과정이 수행되면 네트워크의 라우팅 트리가 형성될 수 있다. Neighbors that receive the sync packet from the corresponding node may set their own upper node by the same method as in steps 200 to 206, and if such a process is performed to the lowest node, a routing tree of the network may be formed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷을 이용한 라우팅 설정에 의해 형성되는 라우팅 트리 구조의 일례를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating an example of a routing tree structure formed by routing setup using a sync packet according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 (a)는 동기 패킷이 브로드캐스팅되는 순서를 도시한 것이며, (b)는 동기 패킷을 이용하여 형성된 라우팅 트리 구조를 도시한 것이다. 각 노드의 옆에 표시된 괄호는 싱크 노드로부터의 홉카운트(즉, 라우팅 길이)를 나타낸 것이다. In FIG. 3, (a) shows a sequence in which sync packets are broadcast, and (b) shows a routing tree structure formed using sync packets. The parenthesis shown next to each node represents the hop count (ie routing length) from the sink node.

도 3에서, 노드 i는 노드 g 및 노드 h로부터 동기 패킷을 수신한다. 노드 i는 노드 g 및 노드 h로부터의 동기 패킷을 수신하여 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 체크하게 된다. 노드 g 및 노드 h는 라우팅 길이가 동일하기 때문에 노드 i는 라우팅 코스트에 의해 상위 노드를 선택하게 되며, 도 3의 (b)에는 노드 h를 상위 노드로 선택한 경우가 도시되어 있다. In Figure 3, node i receives sync packets from node g and node h. Node i receives sync packets from nodes g and h to check the routing length and routing cost. Since node g and node h have the same routing length, node i selects an upper node by the routing cost, and FIG. 3 (b) shows a case where node h is selected as an upper node.

이와 같은 본 발명의 라우팅 설정 방식은 동기 패킷을 이용하여 MAC 레이어에서 라우팅 경로가 설정되기 때문에 라우팅 경로 설정을 위해 추가적인 프로세스를 수행할 필요가 없는 장점이 있다. Such a routing configuration method of the present invention has an advantage of not having to perform an additional process for routing path setting because the routing path is set in the MAC layer using a sync packet.

또한, 로컬 정보와 이웃 노드 관리 테이블만을 이용하여 라우팅 트리를 관리하기 때문에 특정 노드에 의해 전체 트리 구조가 유지되지 않는다. 따라서, 전체 트리 구조 관리에 따른 오버 헤드가 존재하지 않는 장점이 있다. In addition, since the routing tree is managed using only local information and neighbor node management tables, the entire tree structure is not maintained by a specific node. Therefore, there is an advantage that there is no overhead according to the entire tree structure management.

트리 구조가 형성이 되면, 싱크 노드로 데이터를 전송할 필요가 있는 노드는 설정된 라우팅 트리의 상위 노드로 전송하며, 이 과정이 반복되면서 결국 라우팅 트리를 통해 데이터는 싱크 노드에 전송된다. When the tree structure is formed, a node that needs to transmit data to the sink node is transmitted to a higher node of the configured routing tree, and this process is repeated, and eventually data is transmitted to the sink node through the routing tree.

도 4는 본 발명의 의한 교차 계층 기반의 라우팅 설정이 적용되는 네트워크 노드의 구성을 도시한 블록도이다. 4 is a block diagram showing a configuration of a network node to which a cross-layer based routing configuration according to the present invention is applied.

도 4를 참조하면, 본 발명의 방법이 적용되는 노드는 동기 패킷 수신부(400), 라우팅 경로 설정부(402), 라우팅 길이 설정부(404), 라우팅 코스트 설정부(406) 및 동기 패킷 송신부(408)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, a node to which the method of the present invention is applied includes a synchronization packet receiver 400, a routing path setting unit 402, a routing length setting unit 404, a routing cost setting unit 406, and a synchronization packet transmission unit ( 408).

동기 패킷 수신부(400)는 네트워크의 다른 노드들로부터 전송되는 동기 패킷을 수신한다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 동기 패킷을 수신할 수 있다. The sync packet receiver 400 receives a sync packet transmitted from other nodes of the network. As mentioned above, one or more sync packets may be received.

라우팅 경로 설정부(402)는 수신한 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보 및 라우팅 코스트 정보를 이용하여 상위 노드를 선택한다. 전술한 바와 같이, 우선 라우팅 길이 정보에 의해 상위 노드를 선택하며, 라우팅 길이가 가장 작은 노드들이 경합될 경우 라우팅 코스트 정보를 이용하여 최종적으로 상위 노드를 선택한다. The routing path setting unit 402 selects an upper node using routing length information and routing cost information included in the received synchronization packets. As described above, the upper node is first selected by the routing length information, and when the nodes having the smallest routing length are contended, the upper node is finally selected by using the routing cost information.

라우팅 길이 설정부(404)는 노드 자신의 라우팅 길이를 설정하며, 선택된 상위 노드에 비해 1이 증가된 라우팅 길이를 갖도록 라우팅 길이를 설정한다.The routing length setting unit 404 sets the routing length of the node itself, and sets the routing length so that 1 has an increased routing length compared to the selected upper node.

라우팅 코스트 설정부(404)는 단위 데이터 전송에 필요한 에너지 및 초기 에너지 및 남은 에너지의 비로 정의되는 노드 에너지 비용을 이용하여 라우팅 코스트를 설정한다. The routing cost setting unit 404 sets the routing cost by using the node energy cost defined as the ratio of energy required for unit data transmission and initial energy and remaining energy.

동기 패킷 송신부(408)는 라우팅 길이 설정부(404)에서 설정한 라우팅 길이 및 라우팅 코스트 설정부(406)에서 설정한 라우팅 코스트 정보를 포함하는 동기 패킷을 브로드캐스팅한다. The sync packet transmitter 408 broadcasts a sync packet including the routing length set by the routing length setting unit 404 and the routing cost information set by the routing cost setting unit 406.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 이동 또는 기능 상실로 인해 링크가 상실되었을 경우 경로를 복구하는 절차를 도시한 순서도이며, 도 6은 라우팅 트리에서 경로가 복구되는 과정을 도시한 예시도이다.  FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure for recovering a path when a link is lost due to a node's movement or loss of function according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a process of restoring a path in a routing tree. It is also.

센서 네트워크에서 노드의 이동 또는 기능 상실 등의 이유로 상위노드로의 링크가 상실되는 현상이 발생할 수 있다. 도 6의 (a)에서, 노드 e의 상위 노드인 노드 c와의 링크가 단절되는 현상이 이에 해당한다.  In the sensor network, a link to a higher node may be lost due to node movement or loss of function. In FIG. 6A, a phenomenon in which a link with node c which is an upper node of node e is disconnected corresponds to this phenomenon.

이와 같이 라우팅 트리상의 상위 노드와의 링크가 상실되었을 경우, 해당 노드는 대체 가능한 다른 상위 노드가 존재하는지 여부를 판단한다(단계 500). 대체 가능한 다른 상위 노드가 존재할 경우 그 상위 노드로 대체하면 되므로 경로는 복구될 수 있다. When the link with the higher node on the routing tree is lost in this way, the node determines whether there is another replaceable higher node (step 500). If there is another replaceable higher node, it can be replaced by the higher node, so the path can be recovered.

도 6에 도시된 예에서, 노드 e는 노드 c외에 다른 대체 가능한 상위 노드가 없으므로 노드 대체에 의해 경로를 복구할 수는 없다. In the example shown in FIG. 6, node e cannot recover the path by node replacement since there is no replaceable parent node other than node c.

대체 가능한 상위 노드가 존재하지 않을 경우, 링크 에러(Link ERror) 패킷 을 생성하고 라우팅 길이 설정부에서 라우팅 길이를 설정 가능한 라우팅 길이의 최대값으로 변경시킨다(단계 502). 전술한 실시예와 같이, 라우팅 길이에 1 바이트가 할당되는 경우 라우팅 길이의 최대값은 255이다. 링크 에러 패킷은 링크가 상실되었음을 알리는 패킷이며, 링크 에러 패킷에는 변경된 라우팅 길이 정보가 포함된다. If there is no substitute upper node, a link error packet is generated and the routing length setting unit changes the routing length to the maximum value of the settable routing length (step 502). As in the above-described embodiment, when 1 byte is allocated to the routing length, the maximum value of the routing length is 255. The link error packet is a packet indicating that the link is lost, and the link error packet includes changed routing length information.

생성된 링크 에러 패킷은 이웃 노드들에 브로드캐스팅된다(단계 504). The generated link error packet is broadcast to neighboring nodes (step 504).

브로드캐스팅되는 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 2개의 상태 중 하나이다. 링크 에러 패킷을 수신한 노드 역시 링크가 상실된 상태이거나 링크가 유지되고 있는 상태일 수 있다. 링크가 상실되면, 라우팅 길이가 최대값으로 설정되어 있게 된다. The node that received the broadcasted link error packet is in one of two states. The node receiving the link error packet may also be in a lost link or a maintained state. If the link is lost, the routing length is set to its maximum value.

링크 에러 패킷을 수신한 노드는 자신의 라우팅 길이가 LER에 포함된 라우팅 길이보다 작은지 여부를 판단한다(단계 506). The node receiving the link error packet determines whether its routing length is less than the routing length included in the LER (step 506).

링크 에러 패킷을 수신한 노드가 링크가 상실되지 않은 노드일 경우 라우팅 길이는 링크 에러 패킷에 설정된 라우팅 길이보다 작다. 링크 에러 패킷을 수신한 노드의 라우팅 길이가 링크 에러 패킷의 라우팅 길이보다 작을 경우(즉, 링크를 상실한 노드가 아닐 경우), 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 동기 패킷을 생성하여 링크 상실 노드에 전송한다(단계 512).  If the node receiving the link error packet is a node whose link is not lost, the routing length is smaller than the routing length set in the link error packet. If the routing length of the node that received the link error packet is less than the routing length of the link error packet (that is, not the node that lost the link), the node that receives the link error packet generates a sync packet and sends it to the link loss node. (Step 512).

동기 패킷을 수신한 링크 상실 노드는 동기 패킷에 포함된 정보를 이용하여 자신의 라우팅 길이를 동기 패킷을 전송한 노드에 비해 1이 증가하도록 설정하고 동기 패킷을 전송한 노드를 자신의 상위 노드로 설정하여 경로를 복구한다(단계 514). The link lost node receiving the sync packet sets its routing length to increase by 1 compared to the node transmitting the sync packet using the information included in the sync packet, and sets the node transmitting the sync packet as its parent node. To recover the path (step 514).

한편, 링크 에러 패킷을 수신한 노드의 라우팅 길이가 링크 에러 패킷의 라우팅 길이보다 작지 않을 경우(즉, 링크 에러 패킷을 수신한 노드 역시 링크를 상실한 노드일 경우), 링크 에러 패킷을 수신한 노드도 링크 에러 패킷을 생성하여 이웃 노드에 브로드캐스팅한다(단계 508). On the other hand, if the routing length of the node receiving the link error packet is not smaller than the routing length of the link error packet (that is, the node receiving the link error packet is also the node that lost the link), the node receiving the link error packet is also A link error packet is generated and broadcast to the neighbor node (step 508).

이 경우, 링크 에러 패킷을 수신한 노드는 다른 노드로부터 생성된(즉, 링크를 상실하지 않은 노드로부터 생성된) 동기 패킷을 수신하며(단계 510), 수신된 동 기 패킷을 통해 자신의 경로를 복구하고 링크 상실 노드에 동기 패킷을 전송하며(단계 512), 동기 패킷을 이용한 경로 복구 절차가 진행될 수 있다(단계 514). In this case, the node receiving the link error packet receives the synchronization packet generated from another node (i.e., generated from the node that has not lost the link) (step 510), and passes its path through the received synchronization packet. Recover and send a sync packet to the link lost node (step 512), and a path recovery procedure using the sync packet may proceed (step 514).

도 6의 (b)에서, 노드 e가 노드 c의 기능 상실로 인해 링크를 상실할 경우, 노드 e는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅한다. 한편, 노드 e의 링크 상실로 인해 노드 g, i, j 역시 링크 상실 상태가 된다. 따라서, 링크 에러 패킷을 수신하는 노드 g, i, j 역시 링크 에러 패킷을 이웃 노드에 브로드캐스팅하며 라우팅 길이는 최대값인 255로 설정된다. In FIG. 6B, when node e loses the link due to node c's malfunction, node e broadcasts a link error packet. On the other hand, due to the loss of the link of the node e, the nodes g, i, j are also in the lost link state. Therefore, the nodes g, i, and j receiving the link error packet also broadcast the link error packet to the neighbor node, and the routing length is set to 255, which is the maximum value.

링크가 상실되지 않은 노드 h는 링크 상실 패킷을 수신할 경우, 동기 패킷을 노드 i에 전송한다. Node h, whose link is not lost, sends a sync packet to node i when it receives the link loss packet.

도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 노드 h로부터 발생되는 동기 패킷을 전달하면서 링크가 상실된 노드들의 경로가 복구되며, 라우팅 길이(홉카운트)는 동기 패킷을 전송한 노드 h의 라우팅 길이를 기준으로 하나씩 증가된다. As shown in (c) of FIG. 6, the paths of the lost nodes are restored while delivering the synchronization packet generated from the node h, and the routing length (hop count) is determined by the routing length of the node h that transmitted the synchronization packet. Incremented one by one.

이하에서는 동기 패킷을 이용하여 노드들간 동기화 및 라우팅 경로가 설정된 후 데이터 전송 방식에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a data transmission method will be described after a synchronization and routing path between nodes is established using a synchronization packet.

도 7은 종래의 일반적인 S-MAC 프로토콜에서 데이터 전송 방식을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방식을 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8은 모두 노드 1에서 노드 4로 데이터가 전송되는 과정을 도시한 것이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a data transmission scheme in a conventional S-MAC protocol, and FIG. 8 is a diagram illustrating a data transmission scheme according to an embodiment of the present invention. 7 and 8 illustrate a process in which data is transmitted from node 1 to node 4.

도 7을 참조하면, 종래의 S-MAC 프로토콜에서, 노드 1은 노드 2로 데이터 전송 시 RTS(Ready To Send) 패킷을 노드2로 전송하고, 노드 2는 CTS(Clear To Send) 패킷을 노드 1으로 전송한 후 데이터 송수신 과정이 수행된다. 노드 3는 노드 2가 전송하는 CTS 패킷을 오버히어링(Overhearing)할 수 있으나, 이에 응답하지는 않는다. Referring to FIG. 7, in the conventional S-MAC protocol, node 1 transmits a ready to send (RTS) packet to node 2 when transmitting data to node 2, and node 2 transmits a clear to send (CTS) packet to node 1. After transmitting to the data transmission and reception process is performed. Node 3 may overhear the CTS packet transmitted by Node 2 but does not respond to it.

데이터 송수신이 완료되면, 노드 2는 데이터 수신을 완료하였다는 ACK 패킷을 노드 1에 전송한다. 노드 2와 노드 3와의 데이터 송수신은 노드 1과 노드 2 사이의 데이터 송수신과 동일한 방식으로 이루어지며, 노드 3와 노드 4와의 데이터 통신의 경우에도 같다. When data transmission and reception is completed, the node 2 transmits an ACK packet to the node 1 indicating that data reception is completed. The data transmission and reception between the node 2 and the node 3 is performed in the same manner as the data transmission and reception between the node 1 and the node 2, and also in the case of the data communication between the node 3 and the node 4.

이때, 노드 4는 동기화 단계에서 설정된 동기에 맞추어 활성화(Active) 상태와 비활성하(Sleep) 상태를 반복한다.At this time, the node 4 repeats the active state and the sleep state in accordance with the synchronization set in the synchronization step.

이와 같은 종래의 S-MAC 방식은 항상 RTS 패킷과 CTS 패킷을 노드간 주고받아야 하며, 데이터를 송수신하지 않는 상태에서도 활성화 상태와 비활성화 상태를 계속적으로 반복하여 에너지 측면에서 비효율적인 문제점이 있었다. Such a conventional S-MAC method always has to exchange RTS packets and CTS packets between nodes, and there is a problem of energy inefficiency by repeatedly activating and deactivating states even in a state of not transmitting or receiving data.

도 8을 참조하면, 최초로 데이터를 전송하는 노드인 노드 1과 노드 2의 데이터 송수신은 종래의 S-MAC과 동일한 방식으로 이루어진다. 그러나, 노드 3는 노드 2의 CTS 패킷을 오버히어링할 경우 PRTS(Preoccupancy Ready To Send) 패킷을 다음 노드인 노드 4에 전송한다. PRTS 패킷에는 노드 4가 데이터 수신을 시작할 때까지 비활성화(Sleep) 상태로 유지할 수 있는 시간을 연산하기 위한 기초 정보가 포함되어 있으며, PRTS 패킷을 수신한 노드 4는 PRTS 패킷에 포함된 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 연산하고 연산된 시간동안 비활성화 상태에 돌입한다. Referring to FIG. 8, data transmission and reception between Node 1 and Node 2, which are nodes that initially transmit data, is performed in the same manner as in the conventional S-MAC. However, when the node 3 overhears the CTS packet of the node 2, the node 3 transmits a Preoccupancy Ready To Send (PRTS) packet to the next node, Node 4. The PRTS packet includes basic information for calculating the time that Node 4 can remain in sleep until Node 4 starts receiving data, and Node 4 receiving the PRTS packet uses the basic information included in the PRTS packet. To calculate the deactivation time and enter the deactivation state for the calculated time.

한편, 노드2의 CTS 패킷을 오버히어링한 노드 3는 노드 2의 ACK 패킷을 오버 히어링하며, 노드 2는 별도의 RTS 패킷을 노드 3에 제공하지 않고 노드 3는 CTS 패킷을 바로 노드 2에 제공함으로써 노드 2와 노드 3 사이의 데이터 송수신이 이루어진다. On the other hand, Node 3, which overhears the CTS packet of Node 2, overhears the ACK packet of Node 2, and Node 2 does not provide a separate RTS packet to Node 3, and Node 3 provides the CTS packet directly to Node 2 Data transmission and reception is performed between node 2 and node 3.

또한 노드 4는 비활성화 상태에서 깨어난 후 CTS 패킷을 노드 3에 전송함으로써 노드 3와의 데이터 송수신을 개시한다. In addition, after waking from the inactive state, node 4 transmits a CTS packet to node 3 to initiate data transmission and reception with node 3.

이와 같은 본 발명의 데이터 전송 방식은 불필요한 RTS 패킷의 전송을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, PRTS 패킷에 의해, 이를 수신한 노드는 데이터 송수신이 이루어질때까지 계속적으로 비활성화 상태를 유지할 수 있으므로 에너지 측면에서 효율적이고 멀티 홉 데이터 전송 환경에서 듀티 싸이클로 인한 지연 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. Such a data transmission method of the present invention has an advantage of minimizing unnecessary transmission of RTS packets. In addition, by the PRTS packet, the node that receives the PRTS packet can remain inactive until data transmission / reception is performed, which is advantageous in terms of energy efficiency and solves a delay problem due to duty cycle in a multi-hop data transmission environment.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷의 필드 구성을 도시한 도면.1 is a diagram illustrating a field configuration of a sync packet according to an embodiment of the present invention.

도 2는 네트워크의 특정 노드에서 자신의 상위 노드를 결정하여 라우팅 트리를 형성하는 과정을 도시한 순서도.2 is a flowchart illustrating a process of forming a routing tree by determining a higher node of a specific node of a network.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 패킷을 이용한 라우팅 설정에 의해 형성되는 라우팅 트리 구조의 일례를 도시한 도면.3 is a diagram showing an example of a routing tree structure formed by routing setting using a synchronization packet according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 의한 교차 계층 기반의 라우팅 설정이 적용되는 네트워크 노드의 구성을 도시한 블록도.4 is a block diagram showing a configuration of a network node to which a cross-layer based routing configuration according to the present invention is applied.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드의 이동 또는 기능 상실로 인해 링크가 상실되었을 경우 경로를 복구하는 절차를 도시한 순서도.FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure for recovering a path when a link is lost due to movement or loss of function of a node according to an embodiment of the present invention.

도 6은 라우팅 트리에서 경로가 복구되는 과정을 도시한 예시도.6 is an exemplary diagram illustrating a process of restoring a path in a routing tree.

도 7은 종래의 일반적인 S-MAC 프로토콜에서 데이터 전송 방식을 도시한 도면.7 is a diagram illustrating a data transmission scheme in a conventional general S-MAC protocol.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방식을 도시한 도면.8 illustrates a data transmission scheme according to an embodiment of the present invention.

Claims (12)

싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들로부터 수신하는 단계(a);(A) receiving a synchronization packet from neighboring nodes, the synchronization packet comprising a routing length corresponding to a hop count with a sink node and a routing cost corresponding to the node's energy efficiency; 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 단계(b);Checking routing length information included in the received synchronization packets and selecting a node having the smallest routing length as an upper node; 상기 단계(b)에서 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 선택하는 상위 노드로 단계(c); 및In step (b), if the number of nodes having the shortest routing length is plural, step (c) as an upper node for selecting a node having the smallest routing cost; And 상기 선택된 노드보다 라우팅 길이가 1이 증가되도록 설정하고 노드 자신의 라우팅 코스트를 연산하여 설정하며, 상기 설정된 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅 하는 단계(d)를 포함하되,(D) setting a routing length to be increased by 1 than the selected node, calculating and setting a routing cost of the node itself, and broadcasting a synchronization packet including the set routing length and the routing cost to neighboring nodes. But 다른 노드로부터 링크 에러 패킷을 수신할 경우 링크 상실 상태가 아니면 상기 링크 에러 패킷을 전송한 노드에 상기 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 전송하고, 링크 상실 상태일 경우 이웃 노드에 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. If a link error packet is received from another node, if the link error packet is not in the link loss state, a sync packet including the routing length and the routing cost is transmitted to the node transmitting the link error packet; Cross layer-based routing and data transmission method in a wireless sensor network, characterized in that for broadcasting. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계(d)에서 브로드캐스팅되는 동기 패킷을 수신한 다른 노드는 상기 단계(a) 내지 (d)를 반복하여 동기화 단계에서 라우팅 트리 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. The other node receiving the synchronization packet broadcast in step (d) repeats steps (a) to (d) to form a routing tree structure in the synchronization step. Routing and data transfer method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 라우팅 코스트(r_cst)는 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 다음의 수학식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. The routing cost (r_cst) is calculated by the following equation using the unit data transmission cost (C T ) and the energy cost (C E ) of the node corresponding to the initial energy and remaining energy ratio of the node. Cross-layer based routing and data transmission method in wireless sensor networks.
Figure 112008078339259-pat00003
Figure 112008078339259-pat00003
위의 수학식에서, α와 β는 0과 1을 포함하는 0과 1사이의 값을 가지는 가중치임. In the above equation, α and β are weights having a value between 0 and 1, including 0 and 1.
제1항에 있어서, The method of claim 1, 상위 노드와의 링크가 상실될 경우, 라우팅 길이를 최대값으로 설정하고 상기 설정된 라우팅 길이를 포함하는 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및If a link with an upper node is lost, setting a routing length to a maximum value and broadcasting a link error packet including the set routing length; And 이웃 노드로부터 동기 패킷을 수신할 경우, 상기 동기 패킷에 포함된 라우팅 길이 및 상기 이웃 노드의 정보를 이용하여 경로를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. Receiving a sync packet from a neighbor node, rerouting using a routing length included in the sync packet and information of the neighbor node, the cross-layer based routing in a wireless sensor network, and Data transfer method. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨-When overhearing a CTS (Clear To Send) packet from a lower node, transmitting a Preoccupied Ready To Send (PRTS) packet to a higher node;-time at which the upper node maintains a sleep state in the PRTS packet Contains basic information to determine 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되,In case of overhearing the ACK packet from the lower node, transmitting a CTS packet to the lower node to initiate data transmission and reception with the lower node, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. The upper node determines the deactivation time by using the basic information, and maintains the deactivation state for the determined time period. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송 방법. When the deactivation state of the upper node is terminated, receiving and transmitting data to and from the upper node by receiving a CTS packet from the upper node further cross-based routing and data transmission in the wireless sensor network, characterized in that Way. 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치에 있어서,A node device for configuring a network for cross-layer routing and data transmission in a wireless sensor network, 다른 노드들로부터 전송되며 싱크 노드와의 홉 카운트에 상응하는 라우팅 길이 및 노드의 에너지 효율에 상응하는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷들을 수신하는 동기 패킷 수신부;A sync packet receiver for receiving sync packets transmitted from other nodes and including a routing length corresponding to a hop count with a sink node and a routing cost corresponding to a node's energy efficiency; 상기 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트를 이용하여 상위 노드를 선택하는 라우팅 경로 설정부; A routing path setting unit which selects an upper node using the routing length and the routing cost; 상기 선택된 상위 노드에 비해 라우팅 길이를 1 증가시켜 설정하는 라우팅 길이 설정부;A routing length setting unit configured to increase a routing length by one as compared with the selected upper node; 단위 데이터 전송 비용(CT)과 노드의 초기 에너지와 남은 에너지 비에 상응하는 노드의 에너지 비용(CE)을 이용하여 라우팅 코스트를 연산하는 라우팅 코스트 설정부;A routing cost setting unit configured to calculate a routing cost using a unit data transmission cost C T and an energy cost C E of the node corresponding to the initial energy and remaining energy ratio of the node; 상기 라우팅 길이 설정부에서 설정되는 라우팅 길이 및 상기 라우팅 코스트 설정부에서 설정되는 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 이웃 노드들에 브로드캐스팅하는 동기 패킷 송신부를 포함하되,A synchronization packet transmitter configured to broadcast a synchronization packet including a routing length set in the routing length setting unit and a routing cost set in the routing cost setting unit to neighbor nodes, 다른 노드로부터 링크 에러 패킷을 수신할 경우 링크 상실 상태가 아니면 상기 동기 패킷 송신부는 상기 링크 에러 패킷을 전송한 노드에 상기 라우팅 길이 및 라우팅 코스트를 포함하는 동기 패킷을 전송하고, 링크 상실 상태일 경우 이웃 노드에 링크 에러 패킷을 브로드캐스팅하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치.When receiving a link error packet from another node, the synchronization packet transmitter transmits a synchronization packet including the routing length and a routing cost to a node that has transmitted the link error packet. Broadcasting link error packets to a node Node device constituting the network for cross-layer based routing and data transmission in a wireless sensor network characterized in that. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 라우팅 경로 설정부는 상기 수신된 동기 패킷들에 포함된 라우팅 길이 정보를 체크하고 라우팅 길이가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하며 라우팅 길이가 가장 짧은 노드의 수가 복수일 경우, 라우팅 코스트가 가장 작은 노드를 상위 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 교차 계층 기반의 라우팅 및 데이터 전송을 위해 네트워크를 구성하는 노드 장치.The routing path setting unit checks the routing length information included in the received synchronization packets, selects the node having the smallest routing length as an upper node, and when the number of nodes having the shortest routing length is plural, the node having the smallest routing cost. The node device constituting the network for cross-layer-based routing and data transmission in the wireless sensor network, characterized in that for selecting the upper node. 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법에 있어서,In the data transmission method in a wireless sensor network, 하위 노드로부터 CTS(Clear To Send) 패킷을 오버히어링하는 경우, 상위 노드에 PRTS(Preoccupied Ready To Send) 패킷을 전송하는 단계;-상기 PRTS 패킷에는 상기 상위 노드가 비활성화(Sleep) 상태를 유지하는 시간을 판단하기 위한 기초 정보가 포함됨-When overhearing a Clear To Send (CTS) packet from a lower node, transmitting a Preoccupied Ready To Send (PRTS) packet to a higher node; Contains basic information to determine 상기 하위 노드로부터 ACK 패킷을 오버히어링하는 경우, CTS 패킷을 상기 하위 노드에 전송하여 상기 하위 노드와 데이터 송수신을 개시하는 단계를 포함하되,In case of overhearing the ACK packet from the lower node, transmitting a CTS packet to the lower node to initiate data transmission and reception with the lower node, 상기 상위 노드는 상기 기초 정보를 이용하여 비활성화 시간을 판단하고, 판 단된 시간동안 비활성화 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법. The upper node determines the deactivation time using the basic information, and maintains the deactivation state for the determined time. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 상위 노드의 비활성화 상태가 종료될 경우, 상기 상위 노드로부터 CTS 패킷을 수신하여 상기 상위 노드와 데이터 송수신을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법. When the deactivation state of the upper node is terminated, receiving a CTS packet from the upper node and performing data transmission and reception with the upper node further comprising a data transmission method in a wireless sensor network. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 상위 노드와의 데이터 송수신 전 상기 상위 노드에 RTS 패킷을 전송하지 않는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서 데이터 전송 방법. And transmitting the RTS packet to the upper node before transmitting and receiving data to and from the upper node.
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