KR101174592B1 - System for Balancing Load in Sensor Network Using Mobile Node - Google Patents
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Abstract
이동 노드를 이용한 센서 네트워크 부하 분산 시스템이 개시된다. 개시된 시스템에서 동작하는 이동 노드는 다른 노드들과 데이터 송수신을 수행하며 특정 노드에 데이터 병목 현상이 발생할 경우 싱크 노드로부터 서브넷 요청 정보를 수신하는 통신부; 상기 통신부에서 서브넷 요청 정보를 수신할 경우 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동을 제어하는 이동 제어부; 상기 이동 제어부에 의해 상기 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동이 완료된 후 상기 병목 현상이 발생한 노드로의 데이터 부하를 분산시키기 위해 서브넷을 형성하는 서브넷 형성부를 포함한다. 개시된 발명에 의하면, 특정 노드에 데이터가 집중되는 병목 현상을 해소하여 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다.A sensor network load balancing system using a mobile node is disclosed. The mobile node operating in the disclosed system includes a communication unit configured to perform data transmission / reception with other nodes and to receive subnet request information from a sink node when a data bottleneck occurs in a specific node; A movement control unit controlling movement around the node where the bottleneck occurs when the communication unit receives the subnet request information; And a subnet forming unit configured to form a subnet for distributing data load to the bottled node after the movement is completed around the bottled node by the movement controller. According to the disclosed invention, there is an advantage in that the lifespan of the sensor network can be extended by eliminating the bottleneck in which data is concentrated in a specific node.
Description
본 발명의 실시예들은 센서 네트워크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to sensor networks, and more particularly to sensor network systems for load balancing.
센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 실현하기 위한 응용 분야 중 하나로 사물에 센서를 부착하여 사물과 환경 정보를 수집하고 네트워크를 통하여 실시간으로 정보를 구축하고 관리할 수 있는 환경을 제공한다. The sensor network is one of the application fields for realizing a ubiquitous computing environment. The sensor network attaches sensors to objects, collects objects and environment information, and provides an environment for building and managing information in real time through the network.
센서 네트워크는 온도나 습도, 대기 오염 측정 서비스와 같이 주기적으로 센싱 데이터를 싱크 노드로 전달하는 분야는 물론 침입 탐지나 경보 서비스와 같이 특정 이벤트가 발생할 경우 이를 싱크 노드에게 알리는 분야에도 이용될 수 있다. The sensor network can be used not only to periodically transmit sensing data to sink nodes such as temperature, humidity and air pollution measurement services, but also to notify the sink nodes when specific events occur, such as intrusion detection or alarm services.
센서 네트워크는 응용되는 서비스 종류가 다양한 만큼 각 서비스에 따른 적절한 라우팅 방식이 필요한데, 센서 네트워크의 라우팅 방식은 센싱 데이터 종류, 전송 방식 등에 따라 동작 특성이 결정된다. 동일한 센싱 데이터를 다수의 센서 노드가 센싱하는 경우 데이터 병합을 통해 싱크 노드로 전송하는 라우팅 기법. 데이터 전송의 신뢰성이 보장되어야 하는 경우 다수의 경로를 통해 싱크 노드로 전송하는 라우팅 기법, 싱크 노드의 요구를 받아 전송하는 라우팅 기법, 센싱 데이터를 광고하고 이를 필요로 하는 노드가 수신 요청을 하는 라우팅 기법, 그리고 항상 일정한 주기로 센싱 데이터를 싱크로 전송하는 라우팅 기법 등 다양한 방식의 라우팅 기법들이 제안되고 있다. The sensor network requires an appropriate routing method according to each service as there are various types of services to be applied, and the operation characteristics of the sensor network are determined by sensing data types and transmission methods. A routing technique in which multiple sensor nodes sense the same sensed data and transmit the data to a sink node through data merging. When the reliability of data transmission must be ensured, a routing technique for transmitting to the sink node through multiple paths, a routing technique for receiving and transmitting the request of the sink node, and a routing technique for advertising the sensing data and receiving a request from the node in need thereof. In addition, a variety of routing techniques have been proposed, such as a routing scheme that always transmits sensed data to a sink at regular intervals.
센서 노드에서는 직접 전송 방식 혹은 멀티 홉 전송 방식을 이용하여 싱크 노드로 센싱 데이터를 전송한다. 직접 전송은 모든 센서 노드가 싱크 노드로 직접 전송하는 방식이며 멀티 홉 전송은 하나 이상의 중간 노드를 거쳐 싱크 노드까지 데이터를 전달하는 방식이다. 네트워크가 일정 범위 이상의 센싱 영역으로 커지게 되면 직접 전송 방식보다 멀티 홉 전송이 에너지 소비 측면에서 더 유리하다. The sensor node transmits the sensing data to the sink node using a direct transmission method or a multi-hop transmission method. Direct transmission is a method in which all sensor nodes transmit directly to a sink node, and multi-hop transmission is a method of delivering data to one or more sink nodes through one or more intermediate nodes. When the network grows to a sensing area over a certain range, multi-hop transmission is more advantageous in terms of energy consumption than direct transmission.
직접 전송의 경우이든 멀티 홉 전송의 경우이든 센서 네트워크의 가장 큰 문제는 노드들의 위치에 따라 에너지 소비에 차이가 있다는 것이다. 직접 전송의 경우 싱크 노드에서 먼 거리 노드의 에너지가 먼저 고갈되는 반면 멀티 홉 전송을 사용하는 경우에는 싱크 노드와 가까운 노드의 에너지가 먼저 고갈된다. 다른 센서 노드에 비해 먼저 에너지가 고갈되어 해당 지역의 센싱 정보를 수집하지 못한다거나 싱크 노드로의 연결이 끊어지는 경우가 발생하게 되는데 이러한 현상을 핫 스팟(hot spot) 문제라 하며, 이와 같은 핫 스팟 문제는 데이터가 싱크 노드로 모이는 센서 네트워크의 특성상 싱크 노드의 주변에 위치하는 노드들에서 주로 발생하게 된다. In the case of direct transmission or multi-hop transmission, the biggest problem of the sensor network is that the energy consumption varies depending on the location of the nodes. In the case of direct transmission, the energy of the far node from the sink node is depleted first, whereas when using multi-hop transmission, the energy of the node close to the sink node is depleted first. Compared to other sensor nodes, energy is depleted first, so it is impossible to collect local sensing information or disconnected to sink node. This phenomenon is called hot spot problem. The problem is mainly caused by nodes located around the sink node due to the nature of the sensor network where data is collected into the sink node.
즉, 싱크 노드 주위에 밀집한 지역에서 데이터의 병목 현상이 발생하고 이 지역의 노드들은 다른 지역의 노드들에 비해 빠른 속도로 에너지를 소비하게 되는 것이다. In other words, data is a bottleneck in a dense area around sink nodes, and nodes in this area consume energy faster than nodes in other areas.
이러한 특정 지역에서의 에너지 부하는 결과적으로 각 에너지 자원의 비 균등한 소비를 발생하게 되고 결과적으로 싱크 노드 주변의 센서 노드의 이른 사망으로 인한 데이터 손실로 네트워크의 수명 단축으로 이어지게 된다.The energy loads in these specific regions result in unequal consumption of each energy resource, resulting in shortened network life due to data loss due to early death of sensor nodes around sink nodes.
본 발명에서는 특정 노드에 데이터가 집중되는 병목 현상을 해소하여 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있는 센서 네트워크에서의 부하 분산 방법을 제안한다. The present invention proposes a load balancing method in a sensor network that can increase the lifespan of the sensor network by eliminating the bottleneck in which data is concentrated at a specific node.
또한, 본 발명은 이동 노드를 이용하여 센서 네트워크에서의 병목 현상을 해소하고 부하를 분산하는 방법을 제안한다. In addition, the present invention proposes a method of eliminating bottlenecks and load balancing in a sensor network using a mobile node.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 센서 네트워크에 포함되는 이동 가능한 이동 노드로서, 다른 노드들과 데이터 송수신을 수행하며 특정 노드에 데이터 병목 현상이 발생할 경우 싱크 노드로부터 서브넷 요청 정보를 수신하는 통신부; 상기 통신부에서 서브넷 요청 정보를 수신할 경우 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동을 제어하는 이동 제어부; 상기 이동 제어부에 의해 상기 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동이 완료된 후 상기 병목 현상이 발생한 노드로의 데이터 부하를 분산시키기 위해 서브넷을 형성하는 서브넷 형성부를 포함하는 센서 네트워크에서 부하 분산을 위한 이동 노드가 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, as a mobile node included in the sensor network, and performs data transmission and reception with other nodes, when a data bottleneck occurs in a particular node subnet from the sink node Communication unit for receiving the request information; A movement control unit controlling movement around the node where the bottleneck occurs when the communication unit receives the subnet request information; A mobile node for load balancing in the sensor network including a subnet forming unit for forming a subnet for distributing data load to the bottlenecked node after the movement control is completed around the bottlenecked node. Is provided.
상기 서브넷 형성부는 상기 병목 현상이 발생한 노드의 자식 노드들 중 적어도 일부가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성한다. The subnet forming unit forms a subnet such that at least some of the child nodes of the node having the bottleneck set the mobile node as a parent node.
상기 서브넷 형성부는 상기 병목 현상이 발생한 노드가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하고 상기 이동 노드가 상기 병목 현상이 발생한 노드의 부모 노드를 자신의 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성한다. The subnet forming unit forms a subnet such that the node where the bottleneck occurs sets the mobile node as a parent node and the mobile node sets a parent node of the node where the bottleneck occurs as its parent node.
상기 병목 현상이 해소될 경우, 상기 이동 제어부는 상기 이동 노드가 본래의 위치로 복귀하도록 상기 이동 노드의 이동을 제어한다. When the bottleneck is resolved, the movement control unit controls the movement of the mobile node so that the mobile node returns to its original position.
상기 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하는 노드들로부터 제공되는 에너지 정보를 이용하여 상기 병목 현상의 발생 여부를 판단한다. The sink node determines whether the bottleneck occurs using energy information provided from nodes constituting the sensor network.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 고정 노드들; 상기 고정 노드들에 의해 센싱된 데이터가 수집되는 싱크 노드; 및 정상 상태에서는 고정 노드로 동작하며 상기 다수의 고정 노드들 중 어느 하나의 노드에 데이터 병목 현상이 발생할 경우 상기 싱크 노드로부터 서브넷 요청 정보를 수신하며 상기 서브넷 요청 정보 응답하여 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동하여 상기 병목 현상이 발생한 노드의 부하가 분산되도록 서브 네트워크를 형성하는 이동 노드를 포함하는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템이 제공된다.According to another aspect of the invention, a plurality of fixed nodes; A sink node in which data sensed by the fixed nodes is collected; And in a normal state, operates as a fixed node and, when a data bottleneck occurs in any one of the plurality of fixed nodes, receives subnet request information from the sink node, and responds to the subnet request information in the vicinity of the node where the bottleneck occurs. There is provided a sensor network system for load balancing comprising mobile nodes moving to form a sub-network such that the load of the node having the bottleneck is distributed.
본 발명에 의하면, 특정 노드에 데이터가 집중되는 병목 현상을 해소하여 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that the lifespan of the sensor network can be extended by eliminating the bottleneck in which data is concentrated in a specific node.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 부하 분산 방법의 개략적인 흐름을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태에서의 센서 네트워크 구조의 일례를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태에서의 센서 네트워크의 동작을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상 발생 시 이동 노드의 이동 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동한 이동 노드를 중심으로 형성되는 일례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 병목 현상이 감지될 경우의 센서 네트워크의 동작을 도시한 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상이 해소되었을 경우의 절차를 도시한 순서도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 노드의 모듈 구성을 도시한 블록도.1 is a flow chart illustrating a schematic flow of a load balancing method in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a sensor network structure in a steady state according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart illustrating operation of a sensor network in a steady state according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a movement process of a mobile node when a bottleneck occurs in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example formed around a mobile node moved around a node where a bottleneck occurs in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating the operation of a sensor network when a bottleneck is detected according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a procedure when the bottleneck is eliminated in the sensor network according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram illustrating a module configuration of a mobile node according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 부하 분산 방법의 개략적인 흐름을 도시한 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a schematic flow of a load balancing method in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 싱크 노드는 네트워크를 구성하는 노드들 중 특정 노드에서 병목 현상이 발생하는지 여부를 모니터링한다(단계 100). 센서 네트워크의 싱크 노드는 각 노드들로부터의 데이터를 수신하면서 각 노드의 에너지 정보를 확인할 수 있으며, 싱크 노드는 각 노드의 에너지 정보를 통해 특정 노드에서 병목 현상이 발명하는지 여부를 판단할 수 있다. Referring to FIG. 1, the sink node monitors whether a bottleneck occurs in a specific node among nodes constituting the network (step 100). The sink node of the sensor network may check the energy information of each node while receiving data from each node, and the sink node may determine whether a bottleneck is invented at a specific node through the energy information of each node.
싱크 노드가 특정 노드에서 병목 현상이 발생하는 것을 감지하면(단계 102), 싱크 노드는 이동 노드에 병목 현상이 발생한 노드가 위치한 지역으로의 이동을 요청하며, 이동 노드는 싱크 노드의 요청에 응답하여 병목 현상이 발생한 노드가 있는 위치로 이동한다. If the sink node detects a bottleneck in a particular node (step 102), the sink node requests the mobile node to move to the region where the bottlenecked node is located, and the mobile node responds to the sink node's request. Navigate to the location of the bottlenecked node.
또한, 이동 노드는 이동 노드는 병목 현상이 발생한 노드가 위치한 지역으로 이동한 후 해당 지역에서 서브 네트워크를 형성한다(단계 104). 여기서, 서브 네트워크의 형성은 병목 현상이 발생한 노드로 제공되는 데이터 중 적어도 일부를 이동 노드로 제공되도록 네트워크 토폴로지를 변경하는 것을 의미한다. 일례로, 병목 현상이 발생한 노드의 자식 노드들이 해당 지역으로 이동한 이동 노드를 부모 노드로 설정하는 서브 네트워크 형성 절차가 이루어질 수 있다. In addition, the mobile node moves to the area where the bottlenecked node is located and forms a sub-network in the area (step 104). Here, the formation of the sub network means changing the network topology so that at least some of the data provided to the node where the bottleneck occurs is provided to the mobile node. For example, a subnetwork forming procedure may be performed in which child nodes of a node having a bottleneck set a mobile node moved to a corresponding area as a parent node.
서브 네트워크가 형성되면 병목 현상이 발생하였던 노드로 집중되던 데이터가 분산되며 싱크 노드는 병목 현상이 발생하였던 노드의 병목 현상이 해소되는지 여부를 판단한다(단계 106). When the sub network is formed, the data concentrated in the node where the bottleneck occurred is distributed, and the sink node determines whether the bottleneck of the node where the bottleneck has occurred is resolved (step 106).
병목 현상이 해소되면, 이동 노드는 서브 네트워크를 해제하고 본래의 자리로 복귀한다(단계 108). Once the bottleneck is resolved, the mobile node releases the subnetwork and returns to its original position (step 108).
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 싱크 노드로 데이터가 집중되는 센서 네트워크의 특성상 싱크 노드의 주변 노드에서 빈번하게 발생하는 데이터 병목 현상을 이동 노드를 이용하여 해결한다. 즉, 정상 상태에서는 고정 노드로 동작하고 병목 현상과 같은 이벤트 발생 시에는 해당 지역으로 이동하여 병목 현상이 발생한 노드를 대체하는 서브 네트워크 형성을 통해 특정 노드에서 에너지가 소비되어 전체적인 센서 네트워크의 수명이 단축되는 문제를 해결하고자 하는 것이다. As described above, the present invention solves data bottlenecks frequently occurring in neighboring nodes of the sink node due to the characteristics of the sensor network in which data is concentrated in the sink node by using the mobile node. In other words, it operates as a fixed node in a normal state, and when an event such as a bottleneck occurs, energy is consumed at a specific node to reduce the life span of the entire sensor network by forming a sub-network that moves to the corresponding area to replace the bottlenecked node. To solve the problem.
이하에서는 본 발명의 센서 네트워크 구조 및 구체적인 방법에 대해 다른 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the sensor network structure and specific method of the present invention will be described with reference to other drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태에서의 센서 네트워크 구조의 일례를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating an example of a sensor network structure in a normal state according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크는 싱크 노드(200) 및 싱크 노드(200)와 다중 홉 경로를 가지고 통신하는 다수의 노드들로 이루어진다. 본 발명의 센서 네트워크에는 정상 상태에서는 일반 노드들과 똑같이 고정 노드로 동작햐고 병목 현상 발생 시 이동하여 서브 네트워크를 형성하는 이동 노드(250)가 구비된다. 도 2를 참조하면, 이동 노드가 트리 구조의 센서 네트워크의 최 하위 레벨에 위치한 경우가 도시되어 있으나 이동 노드(250)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이동 노드는 정상 상태에서 정상 상태에서 에너지 소비가 적은 곳에 위치하는 것이 바람직하기에 트리 구조의 센서 네트워크에서 최하위 레벨에 위치할 때 에너지 사용 측면에서는 유리할 수 있다. Referring to FIG. 2, a network according to an embodiment of the present invention includes a
도 2와 같은 센서 네트워크에서 자식 노드는 부모 노드로 자신에게서 발생한 데이터 및 다른 노드로부터 제공받은 데이터를 전송하고 부모 노드는 동일한 방식으로 그 부모 노드에 데이터를 전송하면서 최종적으로 데이터는 싱크 노드(200)로 모이게 된다. In the sensor network as shown in FIG. 2, the child node transmits data generated from itself and data provided from another node to the parent node, and the parent node transmits data to the parent node in the same manner, and finally the data is
이와 같은 센서 네트워크의 라우팅 구조상 싱크 노드의 하위 노드인 A 노드 및 B 노드에서 데이터 병목 현상이 발생할 가능성이 가장 높게 된다. Due to the routing structure of the sensor network, data bottlenecks are most likely to occur at nodes A and B which are subordinate nodes of the sink node.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태에서의 센서 네트워크의 동작을 도시한 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating the operation of a sensor network in a steady state according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 정상 상태에서 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하는 다수의 노드들 중 특정 노드에서 데이터 병목 현상이 발생하는지 여부를 모니터링 하는 상태에 있다(300). Referring to FIG. 3, in a normal state, the sink node is in a state of monitoring whether a data bottleneck occurs in a specific node among a plurality of nodes constituting the sensor network (300).
전술한 바와 같이, 싱크 노드는 각 노드로부터 에너지 정보를 제공받아 병목 발생 여부를 모니터링할 수 있으며, 이때 에너지 정보는 일례로 각 노드의 배터리 잔량 정보일 수 있다. As described above, the sink node may receive energy information from each node to monitor whether a bottleneck occurs, and the energy information may be, for example, battery level information of each node.
데이터 병목 현상이 발생하였는지 여부는 다양한 기준에 의해 판단할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전체 네트워크의 평균 에너지에 비해 특정 노드의 에너지가 미리 설정된 임계치 이하가 되는 경우 데이터 병목 현상이 발생하였다고 판단할 수 있다. 여기서 임계치는 네트워크 특성에 따라 운영자에 의해 설정될 수 있으며, 일례로 특정 노드의 에너지가 평균 에너지의 75~90%일 경우 병목이 발생하였다고 판단할 수 있다. 에너지 정보르 베터리 잔량이 이용되는 경우 전체 노드의 평균 배터리 잔량에 비해 특정 노드의 배터리 잔량이 미리 설정된 임계치 이하일 때 병목이 발생하였다고 판단하는 것이다. Whether a data bottleneck occurs may be determined based on various criteria. However, according to an embodiment of the present invention, a data bottleneck occurs when an energy of a specific node is less than or equal to a predetermined threshold value compared to an average energy of the entire network. It can be judged. Here, the threshold may be set by the operator according to network characteristics. For example, it may be determined that a bottleneck occurs when the energy of a specific node is 75 to 90% of the average energy. When the battery information remaining energy information is used, it is determined that the bottleneck occurs when the battery level of a specific node is less than or equal to a preset threshold compared to the average battery level of all nodes.
이동 노드는 정상 상태에서 일반 노드로 동작하며 자신에게 발생한 데이터 및 자식 노드로부터 제공받은 데이터를 부모 노드에 전송하는 기능을 수행한다(302). The mobile node operates as a normal node in a normal state and transmits data generated to itself and data provided from a child node to a parent node (302).
싱크 노드 및 이동 노드를 제외한 고정 노드들은 통상적인 센서 노드로서의 동작을 수행하면서 자신의 에너지 정보를 싱크 노드에 전송하는 모드에 있다(304). The fixed nodes, except for the sink node and the mobile node, are in a mode that transmits their energy information to the sink node while performing operations as a normal sensor node (304).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 병목 현상이 감지될 경우의 센서 네트워크의 동작을 도시한 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating an operation of a sensor network when a bottleneck is detected according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 싱크 노드가 병목 현상을 감지하면(600), 싱크 노드는 이동 노드에 서브넷 형성을 요청한다(602). 이때 싱크 노드는 이동 노드에 병목 현상이 발생한 노드 정보를 제공한다. 싱크 노드가 제공하는 노드 정보는 노드 아이디 정보 및 노드의 위치 정보를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, when the sink node detects a bottleneck (600), the sink node requests a mobile node to form a subnet (602). In this case, the sink node provides node information on which the bottleneck occurs. Node information provided by the sink node may include node ID information and node location information.
싱크 노드로부터 서브넷 형성을 요청받은 이동 노드는 싱크 노드로부터 제공받은 위치 정보를 이용하여 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동한다. 물론, 이동 노드는 센서 네트워크를 구성하는 노드들의 위치 정보를 미리 저장하고 있어 별도의 위치 정보를 싱크 노드로부터 제공받지 않을 수도 있다. The mobile node that is requested to form a subnet from the sink node moves around the bottlenecked node using the location information provided from the sink node. Of course, the mobile node may store location information of nodes constituting the sensor network in advance, so that separate location information may not be provided from the sink node.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상 발생 시 이동 노드의 이동 과정을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a movement process of a mobile node when a bottleneck occurs in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 4에서, 싱크 노드(200)의 하위 노드 중 B 노드에서 병목 현상이 발생하였다고 가정하면, 싱크 노드(200)는 B 노드에서 병목 현상이 발생하였다는 정보를 이동 노드(250)에 제공한다. In FIG. 4, assuming that a bottleneck occurs in a B node among the lower nodes of the
싱크 노드(200)로부터 병목 현상 발생 정보를 수신한 이동 노드(250)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 병목 현상이 발생한 B 노드의 주변으로 이동한다. The
다시 도 6을 참조하면, 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동한 이동 노드는 서브넷 형성을 알리는 정보를 브로드캐스팅한다(604). 서브넷 형성을 알리는 정보가 브로드캐스팅되면 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동한 이동 노드를 중심으로 서브넷이 형성되고 네트워크 토폴로지가 재구성된다(606). Referring back to FIG. 6, a mobile node moving around a bottleneck node broadcasts information indicating subnet formation (604). When information indicating the subnet formation is broadcast, a subnet is formed around the mobile node moving around the bottlenecked node and the network topology is reconfigured (606).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동한 이동 노드를 중심으로 형성되는 일례를 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating an example formed around a mobile node moved around a node where a bottleneck occurs in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 병목 현상이 발생한 B 노드 주변으로 이동한 이동 노드를 중심으로 서브넷이 형성되면서 네트워크 토폴로지가 재구성된다. Referring to FIG. 5, a network topology is reconfigured as a subnet is formed around a mobile node moved around a B-node where a bottleneck occurs.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 병목 현상이 발생한 B 노드의 자식 노드들 중 적어도 일부가 이동 노드를 부모 노드로 설정하며 B 노드 역시 이동 노드를 부모 노드로 설정하도록 서브넷이 형성된다. 또한, 이동 노드는 병목 현상 발생 이전 B 노드의 부모 노드를 자신의 부모 노드로 설정한다. According to a preferred embodiment of the present invention, a subnet is formed such that at least some of the child nodes of the node B having the bottleneck set the mobile node as the parent node and the B node also sets the mobile node as the parent node. In addition, the mobile node sets the parent node of the B node as its parent node before the bottleneck occurs.
도 5를 참조하면, 도 4에서 B 노드의 자식 노드였던 모든 노드들이 이동 노드를 부모 노드로 설정하였음을 확인할 수 있으며, B 노드도 이동 노드를 부모 노드로 설정하였음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that all nodes that were child nodes of the B node in FIG. 4 set the mobile node as the parent node, and the B node can also confirm that the mobile node is set as the parent node.
또한, 이동 노드는 B 노드의 부모 노드였던 싱크 노드를 자신의 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성한다. In addition, the mobile node forms a subnet to set the sink node that was the parent node of the B node as its parent node.
물론, 서브넷은 병목이 발생한 노드인 B 노드의 부하를 덜기 위한 어떠한 방식으로 형성되어도 무방하며, 도 5에 도시된 방식 이외에도 다양한 방식으로 형성될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. Of course, the subnet may be formed in any way to reduce the load of the node B, the bottleneck node, and it will be apparent to those skilled in the art that the subnet may be formed in various ways in addition to the method shown in FIG.
도 5에 도시된 방식과 같이 서브넷이 형성되면서 B 노드로 집중되던 데이터는 이동 노드로 분산되며, 이를 통해 B 노드의 병목 현상이 해소될 수 있다. As shown in FIG. 5, the data concentrated in the B node as the subnet is formed is distributed to the mobile node, and the bottleneck of the B node can be eliminated.
서브넷이 형성되면서 새로운 주소 할당이 이루어지며, 일례로 지그비 주소 할당 방식에 의해 주소 할당이 이루어질 수 있다. As the subnet is formed, a new address assignment is performed. For example, the address assignment may be performed by a Zigbee address assignment method.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서 병목 현상이 해소되었을 경우의 절차를 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a procedure when a bottleneck is eliminated in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 병목 현상이 해소되면 싱크 노드는 이동 노드에 서브넷 해제를 요청한다(700). Referring to FIG. 7, when the bottleneck is eliminated, the sink node requests the mobile node to release the
싱크 노드로부터 서브넷 해제를 요청받은 이동 노드는 병목이 발생하였던 노드에 서브넷 해제를 통지한다(702). 서브넷 해제를 통지하면 고정 노드들은 병목 발생전 네트워크로 복귀하기 위한 토폴로지 재구성 절차가 진행된다(704). The mobile node that is requested to release the subnet from the sink node notifies the node that the bottleneck has occurred, the subnet release (702). Upon notification of the subnet release, the fixed nodes undergo a topology reconfiguration procedure to return to the network before bottlenecking (704).
병목 현상이 해소되면, 본래의 네트워크와 동일한 상태로 전환되며, 이동 노드는 본래의 자리로 이동하고 이동 노드를 부모 노드로 설정하였던 노드들은 다시 병목이 해소된 노드를 부모 노드로 설정하게 된다. When the bottleneck is eliminated, the node is switched to the same state as the original network, and the mobile node moves to its original position and the nodes that set the mobile node as the parent node set the node where the bottleneck is resolved as the parent node again.
상술한 실시예에서는 단일의 이동 노드가 존재하는 경우를 예로 하여 설명하였으나 이동 노드는 복수개 존재할 수도 있다. 이 경우 복수 개의 이동 노드 각각에 대해 병목 해소를 위한 이동 지역이 개별적으로 할당될 수 있을 것이다. In the above-described embodiment, a case where a single mobile node exists is described as an example, but a plurality of mobile nodes may exist. In this case, a mobile area for bottleneck resolution may be individually allocated to each of the plurality of mobile nodes.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 노드의 모듈 구성을 도시한 블록도이다. 8 is a block diagram illustrating a module configuration of a mobile node according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 노드는 다른 노드들과의 데이터 송수신을 위한 통신부(800), 병목 현상 발생 시 병목 현상이 발생한 노드로 이동하고 병목 현상 해제 시 원래 자리로의 이동을 제어하기 위한 이동 제어부(802) 및 서브넷 형성부(804)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the mobile node according to an embodiment of the present invention moves to a
통신부(800)는 다른 노드로부터 브로드캐스팅되는 신호를 수신하고 다른 노드에 신호를 전송하는 기능을 수행하며, 싱크 노드로부터 전송되는 서브넷 요청 정보는 통신부(800)를 통해 수신될 수 있다. The
통신부를 통해 서브넷 요청 정보를 수신하면, 이동 제어부(802)는 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동 노드의 이동을 제어한다. 이동 제어부(802)는 병목 현상이 발생한 이동 노드의 위치 정보를 이용하여 해당 노드 주변으로 이동한다. 또한, 병목 현상이 해소되면 이동 제어부는 이동 노드가 본래의 위치로 복귀하도록 이동 노드의 이동을 제어한다. When the subnet request information is received through the communication unit, the
서브넷 형성부(804)는 병목 현상이 발생한 노드로 이동 후 병목 현상이 발생한 노드의 부하를 분산시키기 위한 토폴로지 재구성 절차를 수행한다. 전술한 바와 같이, 서브넷 형성은 병목 현상이 발생한 노드의 자식 노드들 중 적어도 일부와 병목 현상이 발생한 노드가 이동 노드를 부모 노드로 설정하고 병목 현상이 발생한 노드의 부모 노드를 이동 노드의 부모 노드로 설정하는 방식으로 이루어질 수 있다. The
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (9)
다른 노드들과 데이터 송수신을 수행하며 특정 노드에 데이터 병목 현상이 발생할 경우 싱크 노드로부터 서브넷 요청 정보를 수신하는 통신부;
상기 통신부에서 서브넷 요청 정보를 수신할 경우 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동을 제어하는 이동 제어부;
상기 이동 제어부에 의해 상기 병목 현상이 발생한 노드 주변으로의 이동이 완료된 후 상기 병목 현상이 발생한 노드로의 데이터 부하를 분산시키기 위해 서브넷을 형성하는 서브넷 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 부하 분산을 위한 이동 노드.A movable mobile node included in the sensor network,
A communication unit which transmits and receives data with other nodes and receives subnet request information from a sink node when a data bottleneck occurs in a specific node;
A movement control unit controlling movement around the node where the bottleneck occurs when the communication unit receives the subnet request information;
And a subnet forming unit for forming a subnet for distributing the data load to the bottled node after the movement is completed around the bottled node by the movement control unit. Mobile node for.
상기 서브넷 형성부는 상기 병목 현상이 발생한 노드의 자식 노드들 중 적어도 일부가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 부하 분산을 위한 이동 노드.The method of claim 1,
The subnet forming unit is configured to form a subnet so that at least some of the child nodes of the node where the bottleneck occurs, the mobile node as a parent node.
상기 서브넷 형성부는 상기 병목 현상이 발생한 노드가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하고 상기 이동 노드가 상기 병목 현상이 발생한 노드의 부모 노드를 자신의 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 부하 분산을 위한 이동 노드.The method of claim 2,
The subnet forming unit forms a subnet such that the node where the bottleneck occurs sets the mobile node as a parent node and the mobile node sets the parent node of the node where the bottleneck occurs as its parent node. Mobile node for load balancing in the network.
상기 병목 현상이 해소될 경우, 상기 이동 제어부는 상기 이동 노드가 본래의 위치로 복귀하도록 상기 이동 노드의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 부하 분산을 위한 이동 노드.The method of claim 1,
And when the bottleneck is resolved, the movement controller controls movement of the mobile node to return the mobile node to its original position.
상기 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하는 노드들로부터 제공되는 에너지 정보를 이용하여 상기 병목 현상의 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 부하 분산을 위한 이동 노드.The method of claim 1,
The sink node determines whether the bottleneck occurs using energy information provided from nodes constituting the sensor network.
상기 고정 노드들에 의해 센싱된 데이터가 수집되는 싱크 노드; 및
정상 상태에서는 고정 노드로 동작하며 상기 다수의 고정 노드들 중 어느 하나의 노드에 데이터 병목 현상이 발생할 경우 상기 싱크 노드로부터 서브넷 요청 정보를 수신하며 상기 서브넷 요청 정보 응답하여 병목 현상이 발생한 노드 주변으로 이동하여 상기 병목 현상이 발생한 노드의 부하가 분산되도록 서브 네트워크를 형성하는 이동 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템.Multiple fixed nodes;
A sink node in which data sensed by the fixed nodes is collected; And
In the normal state, it operates as a fixed node, and when a data bottleneck occurs in any one of the plurality of fixed nodes, receives subnet request information from the sink node and moves around the bottleneck in response to the subnet request information. And a mobile node forming a sub-network such that the load of the node having the bottleneck is distributed.
상기 이동 노드는 상기 병목 현상이 발생한 노드의 자식 노드들 중 적어도 일부가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성하는 것을 특징으로 하는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템.The method of claim 6,
And the mobile node forms a subnet such that at least some of the child nodes of the node having the bottleneck set the mobile node as a parent node.
상기 이동 노드는 상기 병목 현상이 발생한 노드가 상기 이동 노드를 부모 노드로 설정하고 상기 이동 노드가 상기 병목 현상이 발생한 노드의 부모 노드를 자신의 부모 노드로 설정하도록 서브넷을 형성하는 것을 특징으로 하는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템.The method of claim 7, wherein
The mobile node forms a subnet such that the node where the bottleneck occurs sets the mobile node as a parent node and the mobile node sets the parent node of the node where the bottleneck occurs as its parent node. Sensor network system for distribution.
상기 이동 노드는 상기 병목 현상이 해소될 경우 본래의 위치로 복귀하며 통상적인 고정 노드로 동작하는 것을 특징으로 하는 부하 분산을 위한 센서 네트워크 시스템.The method of claim 6,
The mobile node returns to its original position when the bottleneck is resolved and operates as a normal fixed node.
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