KR101800133B1 - Path selection method for relay node in disjoint networks - Google Patents

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KR101800133B1
KR101800133B1 KR1020160144359A KR20160144359A KR101800133B1 KR 101800133 B1 KR101800133 B1 KR 101800133B1 KR 1020160144359 A KR1020160144359 A KR 1020160144359A KR 20160144359 A KR20160144359 A KR 20160144359A KR 101800133 B1 KR101800133 B1 KR 101800133B1
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relay node
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이숙영
이미정
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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

A method for determining a moving path of a relay node for a divided network comprises the steps of: a computer device modeling an area, in which a plurality of segments are located, as a grid comprising a plurality of cells; when a relay node is located on the cell, the computer device using information on communicable segments to determine one reference cell for each segment among the plurality of cells; the computer device using the reference cell and grouping the plurality of segments into k numbers of temporal clusters; and the computer device grouping the plurality of segments into k numbers of final clusters on the basis of energy consumed by the relay node which moves the temporal clusters and transmits information. The segment corresponds to one connected network, and a path connecting a plurality of reference cells contained in each cluster in the final clusters is a path where the relay node moves. The present invention uses a limited numbers of relay nodes to transmit information between divided networks, and makes energy used by each relay node be uniform to the most, such that the relay node can perform a relay service for a long time.

Description

분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법{PATH SELECTION METHOD FOR RELAY NODE IN DISJOINT NETWORKS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a relay node,

이하 설명하는 기술은 이동하는 릴레이 노드의 경로를 결정하는 기법에 관한 것이다.The techniques described below relate to techniques for determining the path of a moving relay node.

무선 센서 네트워크(wireless sensor network, WSN)는 센서 노드들이 통신 거리 내에 서로 인접하게 배치되어 하나의 연결된 네트워크를 구성한다. 무선 센서 네트워크는 인접한 센서노드들 간의 무선 통신 네트워크를 이용하여 소스 노드(source node)가 수집한 정보를 중간 노드들을 경유하여 타켓 노드(target node)로 전송한다. 따라서 무선 센서 네트워크에서는 센서 노드 간의 연결성(connectivity)이 보장되어야 한다.In a wireless sensor network (WSN), sensor nodes are arranged adjacent to each other within a communication distance to form one connected network. A wireless sensor network transmits information collected by a source node to a target node via intermediate nodes using a wireless communication network between adjacent sensor nodes. Therefore, in the wireless sensor network, the connectivity between the sensor nodes must be guaranteed.

B. Hao, H. Tang, and G. Xue, "Fault-tolerant relay node placement in wireless sensor networks: formulation and approximation," Proc. the Workshop on High Perf. Switching and Routing, Phoenix, AZ, 2004B. Hao, H. Tang, and G. Xue, "Fault-tolerant relay node placement in wireless sensor networks: formulation and approximation," Proc. the Workshop on High Perf. Switching and Routing, Phoenix, AZ, 2004 J. Tang, B. Hao, and A. Sen, "Relay Node Placement in Large Scale Wireless Sensor Networks", Computer Comm., special issue on wireless sensor networks, Vol. 29. pp. 490-501, 2006.J. Tang, B. Hao, and A. Sen, "Relay Node Placement in Large Scale Wireless Sensor Networks", Computer Comm., Special issue on wireless sensor networks, Vol. 29. pp. 490-501, 2006.

이하 설명하는 기술은 분할된 네트워크에서 이동하는 릴레이 노드를 사용하여 정보를 전달하는 기법을 제공하고자 한다.The technique described below is intended to provide a technique for transferring information using a relay node moving in a divided network.

분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법은 컴퓨터 장치가 복수의 세그먼트가 위치하는 영역을 복수의 셀로 구성되는 그리드 형태로 모델링하는 단계, 상기 컴퓨터 장치가 상기 셀에 릴레이 노드가 위치하는 경우 통신 가능한 세그먼트에 대한 정보를 이용하여 상기 복수의 셀 중 각 세그먼트에 대하여 하나의 기준 셀을 결정하되 결정된 기준 셀의 총 개수가 최소가되도록 설정하는 단계, 상기 컴퓨터 장치가 상기 기준 셀을 이용하여 상기 복수의 세그먼트를 k개의 임시 클러스터로 그룹화하는 단계 및 상기 컴퓨터 장치가 상기 임시 클러스터 및 클러스터를 이동하면서 정보를 전달하는 릴레이 노드가 소비하는 에너지를 기준으로 상기 복수의 세그먼트를 k 개의 최종 클러스터로 그룹화하는 단계를 포함한다. 상기 세그먼트는 하나의 연결된 네트워크에 해당하고, 상기 최종 클러스터에서 각 클러스터에 포함되는 복수의 기준 셀을 연결하는 경로가 상기 릴레이 노드가 이동하는 경로이다.A method for determining a travel path of a relay node for a divided network includes the steps of modeling a region where a plurality of segments are located in a grid form having a plurality of cells, Determining a reference cell for each segment of the plurality of cells using information about a possible segment and setting the total number of determined reference cells to be the smallest; Grouping k segments into k temporary clusters, and grouping the plurality of segments into k final clusters based on the energy consumed by the relay node that conveys the information while moving the temporary clusters and clusters . The segment corresponds to one connected network, and a path connecting a plurality of reference cells included in each cluster in the final cluster is a path through which the relay node moves.

이하 설명하는 기술은 한정된 개수의 릴레이 노드를 이용하여 분할된 네트워크 사이에서 정보를 전달할 수 있다. 또한 이하 설명하는 기술은 각 릴레이 노드가 사용하는 에너지를 최대한 균등하게하여 릴레이 노드가 장시간 동안 중계 서비스를 수행한다.The techniques described below can transfer information between divided networks using a limited number of relay nodes. Also, the technique described below makes the energy used by each relay node as equal as possible, and the relay node performs the relay service for a long time.

도 1은 복수의 네트워크에서 릴레이 노드를 이용하여 정보를 전달하는 예이다.
도 2는 센서 노드가 배치된 관심 영역을 도시한 예이다.
도 3은 관심 영역에 형성된 임시 클러스터의 예이다.
도 4는 탐욕 알고리즘에 따라 클러스터를 확장하는 예이다.
도 5는 탐욕 알고리즘에 따라 클러스터를 확장하는 예이다.
도 6은 탐욕 알고리즘에 따라 확장된 클러스터가 최적화된 예이다.
도 7은 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법에 대한 순서도의 예이다.
1 is an example of transmitting information using relay nodes in a plurality of networks.
2 shows an example of a region of interest in which sensor nodes are arranged.
Figure 3 is an example of a temporary cluster formed in a region of interest.
4 is an example of expanding a cluster according to a greedy algorithm.
5 is an example of expanding a cluster according to a greedy algorithm.
FIG. 6 is an example in which an expanded cluster is optimized according to a greedy algorithm.
FIG. 7 is an example of a flowchart of a method of determining a movement path of a relay node for a divided network.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The following description is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, since various changes may be made and the embodiments may have various embodiments. However, it should be understood that the following description does not limit the specific embodiments, but includes all changes, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the following description.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but may be used to distinguish one component from another . For example, without departing from the scope of the following description, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular " include "should be understood to include a plurality of representations unless the context clearly dictates otherwise, and the terms" comprises & , Parts or combinations thereof, and does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, components, or combinations thereof.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Before describing the drawings in detail, it is to be clarified that the division of constituent parts in this specification is merely a division by main functions of each constituent part. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more functions according to functions that are more subdivided. In addition, each of the constituent units described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main functions of the constituent units themselves, and that some of the main functions, And may be carried out in a dedicated manner.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Also, in performing a method or an operation method, each of the processes constituting the method may take place differently from the stated order unless clearly specified in the context. That is, each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in the opposite order.

이하 설명하는 기술은 소스 노드가 정보를 복수의 중계 노드를 통해 타겟 노드로 정보를 전달하는 네트워크를 연결(복구)하기 위한 것이다. 소스 노드는 클라이언트 장치, 센서 장치, IoT 디바이스 등을 포함할 수 있다. 타겟 노드는 사용자 단말, PC, 서버, 게이트웨이, AP(access point) 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 이하 설명하는 기술은 무선 센서 네트워크를 복구하는데 사용할 수 있다. 일반적으로 무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 정보를 수집하는 동시에 정보를 전달하는 중계기 역할을 수행한다. 설명의 편의를 위해 이하 무선 센서 네트워크를 기준으로 설명한다.The technique described below is for connecting (recovering) a network in which a source node delivers information to a target node through a plurality of relay nodes. The source node may include a client device, a sensor device, an IoT device, and the like. The target node may include a user terminal, a PC, a server, a gateway, an access point (AP), and the like. For example, the techniques described below can be used to recover a wireless sensor network. Generally, in a wireless sensor network, a sensor node collects information and acts as a relay for transmitting information. For convenience of explanation, the following description will be made on the basis of a wireless sensor network.

이하 설명하는 기술은 무선 센서 네트워크에 장애가 발생하여 복수의 개별 네트워크로 나누어진 상태를 전제한다. 무선 센서 네트워크에서는 하나의 노드가 에너지 부족 등의 이유로 망으로부터 분리되어 연결이 끊어질 수 있다. 무선 센서 네트워크에서는 천재 지변, 폭발과 같은 물리력 등의 이유로 인접한 다중의 노들이 동시에 통신 기능을 상실할 수 있다. 이 경우 하나의 무선 센서 네트워크는 복수의 개별 네트워크로 나누어진다. 그래프(graph) 형태의 자료구조로 보면, 연결된 하나의 그래프가 복수의 세그먼트(disjoint segment)로 분할된 형태이다.The technology described below assumes a state in which a failure occurs in the wireless sensor network and is divided into a plurality of individual networks. In a wireless sensor network, one node may be disconnected from the network due to energy shortage or the like and may be disconnected. In a wireless sensor network, neighboring multiple nodes may lose their communication functions at the same time because of physical forces such as natural disasters and explosions. In this case, one wireless sensor network is divided into a plurality of individual networks. In the graphical data structure, a connected graph is divided into a plurality of segments (disjoint segments).

이하 설명하는 기술은 연결이 끊어진 무선 센서 네트워크를 복구하기 위하여 복수의 세그먼트들을 릴레이 노드(relay node)로 연결하기 위한 것이다. 이하 설명하는 기술은 이동형 릴레이 노드를 사용하여 네트워크를 복구한다. 이하 설명하는 기술은 네트워크를 복구하는데 필요한 고정형 릴레이 노드의 개수보다 적은 이동형 릴레이 노드를 사용하여 네트워크를 복구한다. 이동형 릴레이 노드는 자동차, 로봇, 드론(drone), 무인 비행체(UAV) 등의 형태로 구현될 수 있다. 이하 릴레이 노드는 이동형 릴레이 노드를 전제로 한다.The technique described below is for connecting a plurality of segments to a relay node to recover a disconnected wireless sensor network. The techniques described below use a mobile relay node to recover the network. The technique described below restores the network using less mobile relay nodes than the number of fixed relay nodes needed to recover the network. The mobile relay node may be implemented in the form of an automobile, a robot, a drone, or a UAV. Hereinafter, the relay node assumes a mobile relay node.

이하 설명하는 기술은 네트워크를 복구하기 위한 릴레이 노드의 위치 내지 경로를 결정하는 기법이다. 이하 컴퓨터 장치가 릴레이 노드의 위치 내지 경로를 연산한다고 설명한다. 컴퓨터 장치는 네트워크에 연결된 서버, 네트워크를 구성하는 어느 하나의 노드, 재난 구호를 위한 중앙 시스템, 개인 PC 등일 수 있다.The technique described below is a technique for determining the location and path of the relay node for restoring the network. Hereinafter, it is assumed that the computer apparatus calculates the position and path of the relay node. The computer device may be a server connected to a network, any node constituting the network, a central system for disaster relief, a personal PC, and the like.

도 1은 복수의 네트워크에서 릴레이 노드를 이용하여 정보를 전달하는 예이다. 도 1은 5개의 개별 네트워크(A, B, C, D 및 E)를 도시한다. 개별 네트워크는 서로 정보를 전달할 수 없는 상태이다. 개별 네트워크는 원래 하나의 네트워크가 장애 또는 재난 등으로 독립된 네트워크일 수 있다. 또는 개별 네트워크는 본래 서로 다른 네트워크일 수도 있다. 개별 네트워크는 릴레이 노드를 이용하여 서로 정보를 전달할 수 있다. 도 1에서 개별 네트워크 A는 릴레이 노드를 이용하여 개별 네트워크 C로 정보를 전송한다. 릴레이 노드 주변에 도시한 원은 릴레이 노드의 통신 반경(range)를 의미한다. 각 개별 네트워크는 릴레이 노드를 이용하여 정보를 다른 개별 네트워크에 전달한다고 가정한다. 또한 설명의 편의를 위해 개별 네트워크는 하나의 전체 네트워크가 복수의 네트워크로 분할된 상태라고 가정한다.1 is an example of transmitting information using relay nodes in a plurality of networks. Figure 1 shows five separate networks (A, B, C, D and E). Individual networks can not transmit information to each other. An individual network may be an independent network, with one original network being a failure or disaster. Or the individual networks may be essentially different networks. Individual networks can relay information to each other using relay nodes. In FIG. 1, an individual network A transmits information to an individual network C using a relay node. Circle shown around the relay node means the communication radius of the relay node. It is assumed that each individual network uses relay nodes to convey information to other individual networks. For convenience of explanation, it is assumed that each individual network is divided into a plurality of networks.

복수의 릴레이 노드가 이동하면서 분할된 세그먼트들 사이에서 정보를 전달한다. 릴레이 노드는 세그먼트 사이에서 일종의 게이트웨이 역할을 한다. A plurality of relay nodes move and transfer information between segmented segments. A relay node acts as a kind of gateway between segments.

n개의 세그먼트는 집합 ST을 구성한다. ST = {S1, S2, ..., Sn}이다. 여기서 n > 2이다. 릴레이 노드 집합은 M = {M1, M2,...,Mk}이다. 이하 릴레이 노드는 k개라고 가정한다. 컴퓨터 장치는 세그먼트들을 복수의 클러스터 Ci로 클러스터링한다. 여기서 i = 1,..., k이다. 후술하겠지만 전체 클러스터는 별 모양의 토폴로지를 갖는다. 중앙 클러스터를 중심으로 다른 클러스터가 연결되는 형태이다.The n segments constitute the set S T. S T = {S 1 , S 2 , ..., S n }. Where n> 2. The relay node set is M = {M 1 , M 2 , ..., M k }. It is assumed that the number of relay nodes is k. Computer apparatus clustering the segments into a plurality of clusters C i. Where i = 1, ..., k. As will be described later, the entire cluster has a star topology. And the other cluster is connected around the central cluster.

어느 하나의 릴레이 노드 Mi는 어느 하나의 클러스터 Ci를 담당한다. 릴레이 노드 Mi는 클러스터 Ci에서 복수의 지점을 방문하는 일정한 경로 TR(Mi)를 이동한다. 예컨대, TR(Mi)는 복수의 좌표 리스트일 수 있다. 릴레이 노드 Mi는 TR(Mi)를 구성하는 특정되는 지점에서 인접한 센서 노드로부터 정보를 수신하거나 인접한 센서 노드로 정보를 전달한다. 이를 통해 릴레이 노드 Mi는 클러스터 Ci에 속한 세그먼트들 사이에 정보를 전달하게 된다. Any one of the relay node M i is responsible for any one of a cluster C i. The relay node M i moves on a constant path TR (M i ) visiting a plurality of points in the cluster C i . For example, TR ( Mi ) may be a plurality of coordinate lists. The relay node M i receives information from an adjacent sensor node at a specified point constituting TR ( Mi ) or transmits information to an adjacent sensor node. Thus, the relay node M i transmits information between the segments belonging to the cluster C i .

릴레이 노드 Mi가 세그먼트 SS에서 SD로 정보를 전달한다고 가정한다. 이 경우 일정한 지연(delay)가 발생할 수 있다. 아래의 수학식 1은 이 과정에서 발생하는 지연 D(Ss,Sd)을 연산한 것이다. It is assumed that relay node M i carries information from segment S S to S D. In this case, a certain delay may occur. Equation (1) below is a calculation of the delay D (S s , S d ) generated in this process.

Figure 112016106594411-pat00001
Figure 112016106594411-pat00001

수학식 1에서 DT는 릴레이 노드가 세그먼트 SS에서 SD로 이동하는 과정에서 발생하는 지연 시간(trip latency)이다. DT는 세그먼트 SS과 SD 사이의 경로 거리인 Trips,d 와 릴레이 노드의 이동 속도 VM에 따라 결정된다. 설명의 편의를 위해 이하 릴레이 노드의 이동 속도 VM는 동일하다고 가정한다.In Equation (1), D T is the trip latency occurring when the relay node moves from segment S S to S D. D T is determined by Trip s, d , which is the path distance between the segments S S and S D , and the traveling speed V M of the relay node. For convenience of explanation, it is assumed that the traveling speed V M of the following relay node is the same.

DC는 릴레이 노드가 정보를 수신하고 송신하는 과정에서 발생하는 지연 시간(transmission latency)이다. DC는 SS과 SD 에서 전달되는 정보의 양인 Datas,d 및 전송률인 BM에 따라 결정된다. σ는 정보가 하나 이상의 세그먼트를 거쳐 전달되는 경우에 대한 상수값이다. 예컨대, SS과 SD 이 동일한 클러스터에 속한다면 σ는 1일 수 있다. 전술한 바와 같이 별 모양 토폴로지를 전제로하여 SS과 SD 중 어느 하나가 중앙 클러스터에 속한다면 σ는 2일 수 있다. SS과 SD 가 중앙 클러스터가 아니고 서로 다른 클러스터라면 σ는 3일 수 있다. D C is the transmission latency that occurs when the relay node receives and transmits information. D C is determined according to Data s, d and the transmission rate B M , which are the amounts of information transmitted in S S and S D. [sigma] is a constant value for cases in which information is transmitted over one or more segments. For example, if S S and S D belong to the same cluster, σ may be 1. As described above, if one of S S and S D belongs to the central cluster on the premise of the star topology, σ may be 2. If S S and S D are not central clusters but different clusters, σ can be 3.

SS가 제1 클러스터 C1에 속하고, SD 가 제2 클러스터 C2에 속한다고 가정한다. C1을 담당하는 릴레이 노드 M1은 SS가 전달한 정보를 저장하여 C1의 특정 지점에 전달한다. 여기서 특정 지점은 어느 센서 노드일 수도 있고 별도의 저장 장치일 수 있다. 특정 지점은 릴레이 노드 M1가 전달한 정보를 저장한다. 이후 C2을 담당하는 릴레이 노드 M2은 상기 특정 지점에 저장된 정보를 전달받고, SD 에 해당 정보를 전달한다. 이와 같이 SS과 SD 가 하나의 클러스터에 속하지 않는다면 정보 전달 과정에서 중계에 따른 지연이 발생할 수 있다. DR은 클러스터 사이의 정보 전달 과정에서 발생하는 지연(relay latency)을 의미한다. hts,d는 SS에서 SD로 정보가 전달되는 과정에서 특정 지점(버퍼)이 M1로부터 정보를 수신한 시점과 M2로 정보를 전달한 시점 사이의 시간을 의미한다.S S is in a first cluster C 1, and D S is assumed to belong to a second cluster C 2. The relay node M 1 that is responsible for the C 1 and store information transmitted to the S S delivered to a specific point in C 1. Here, the specific point may be any sensor node or a separate storage device. The specific point stores the information relayed by the relay node M 1 . The relay node M 2 responsible for C 2 then receives the information stored at the specific point and delivers the information to S D. Thus, if S S and S D do not belong to a cluster, a relay delay may occur in the information transmission process. D R is the relay latency that occurs during the information transfer between clusters. ht s, d is the time between the point at which a specific point (buffer) receives information from M 1 and the point at which information is transmitted to M 2 in the process of transmitting information from S S to S D.

또한 릴레이 노드 Mi는 세그먼트 SS에서 SD로 정보를 전달하는 과정에서 일정한 에너지를 소모한다. 아래의 수학식 2는 릴레이 노드 Mi가 소비하는 에너지 E(Mi)를 연산한 것이다.Also, the relay node M i consumes a certain amount of energy in the process of transmitting the information from the segments S S to S D. Equation (2) below is a calculation of the energy E (M i ) consumed by the relay node M i .

Figure 112016106594411-pat00002
Figure 112016106594411-pat00002

수학식 2에서 EM은 릴레이 노드 Mi가 TR(Mi)를 이동하면서 소비하는 에너지이다. EM은 세그먼트 Ci에 속한 경로를 한번 이동하는데 소비하는 에너지이다. EC는 릴레이 노드 Mi가 통신에 소비하는 에너지이다. EC는 정보의 양 및 정보를 수신(다운로딩) 내지 송신(업로딩)하는 횟수에 따라 결정된다.In Equation (2), E M is the energy consumed by the relay node M i while traveling through TR (M i ). E M is the energy consumed to move the path belonging to the segment C i once. E C is the energy that relay node M i consumes in communication. E C is the amount of information and the number of times of receiving (downloading) or transmitting (uploading) the information.

EM은 아래의 수학식 3과 같이 릴레이 노드가 이동하는 거리에 따라 결정된다. 수학식 3에서 μ는 0.1 ~ 1 (J/m) 사이의 크기를 갖는다.E M is determined according to the distance traveled by the relay node as shown in Equation (3) below. In Equation (3), mu has a size between 0.1 and 1 (J / m).

Figure 112016106594411-pat00003
Figure 112016106594411-pat00003

EC는 아래의 수학식 4와 같이 무선 통신을 통해 하나의 비트를 전송하는데 사용되는 에너지에 따라 결정된다. 수학식 4에서

Figure 112016106594411-pat00004
릴레이 노드 Mi가 전달하는 정보의 양이다. 한편 관련된 선행 연구 중 정보 전달에 소비되는 에너지를 연산한 것이 있다. 이에 따르면 α = 100nJ, β = 0.1
Figure 112016106594411-pat00005
이고
Figure 112016106594411-pat00006
= 2이다. 물론 이와 다른 기준을 사용하여 EC를 결정할 수도 있을 것이다.E C is determined according to the energy used to transmit one bit through wireless communication as shown in Equation (4) below. In Equation 4,
Figure 112016106594411-pat00004
The amount of information relayed by relay node M i . On the other hand, among related studies, there is a calculation of the energy consumed in information transmission. According to this, α = 100 nJ, β = 0.1
Figure 112016106594411-pat00005
ego
Figure 112016106594411-pat00006
= 2. Of course, you can also use other criteria to determine E C.

Figure 112016106594411-pat00007
Figure 112016106594411-pat00007

컴퓨터 장치는 복수의 클러스터의 영역을 결정하여 복수의 릴레이 노드의 경로를 결정한다. 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 릴레이 노드가 소비하는 에너지의 평균값이 최대한 유사하면서 동시에 세그먼트 사이에서 정보를 전달하는 지연 시간이 최소가 될 수 있도록 클러스터를 결정한다. 이하 컴퓨터 장치가 복수의 클러스터를 결정하는 과정을 설명한다. 이하 설명에서 모든 릴레이 노드는 동일한 통신 반경 R을 갖는다고 가정한다. 통신 반경 R은 센서 노드의 통신 반경 r과 동일한 크기일 수 있다. The computer device determines the areas of the plurality of clusters and determines the paths of the plurality of relay nodes. The computing device determines the clusters so that the average energy consumed by the relay nodes in each cluster is at most similar, while at the same time the delay time to transfer information between the segments is minimized. Hereinafter, a process of determining a plurality of clusters by a computer apparatus will be described. In the following description, it is assumed that all the relay nodes have the same communication radius R. The communication radius R may be the same as the communication radius r of the sensor node.

컴퓨터 장치는 n개의 세그먼트로 분할된 네트워크를 k개의 릴레이 노드를 이용하여 복구하고자 한다. 컴퓨터 장치는 k개의 릴레이 노드의 이동 영역 내지 경로에 해당하는 k개의 클러스터를 결정한다. 컴퓨터 장치는 중앙 클러스터 Ck를 두고, 나머지 클러스터들이 Ck를 경유하여 연결되는 토폴로지를 갖도록 클러스터를 결정한다.A computer device tries to recover a network divided into n segments by using k relay nodes. The computer device determines k clusters corresponding to the moving region or path of k relay nodes. The computing device determines the cluster such that it has a central cluster C k and the remaining clusters have a topology connected via C k .

컴퓨터 장치가 클러스터를 결정하는 과정은 크게 두 가지 과정을 포함한다. 첫 번째 과정에서 (1) 컴퓨터 장치는 센서 노드가 배치된 관심 영역을 동일한 크기의 셀(cell)을 갖는 그리드(grid)로 재구성하고, 세그먼트를 모두 포함하면서 관심 영역의 중심에 가까운 셀을 결정한다. (2) 컴퓨터 장치는 클러스터에 포함되는 셀의 근접정도를 기준으로 중앙 클러스터 및 중앙 클러스터와 연결되는 k-1개의 클러스터를 결정한다. 첫 번째 과정에서 결정하는 k 개의 클러스터는 임시적인 클러스터이다. 이하 임시 클러스터라고 명명한다. 두 번째 과정에서 컴퓨터 장치는 복수의 클러스터 사이의 에너지 균형을 맞추면서 클러스터를 최적화한다. 이하 구체적인 과정을 설명한다.The process by which a computer device determines a cluster includes two processes. In the first step, (1) the computer device reconstructs the region of interest in which the sensor node is disposed into a grid having cells of the same size, and determines cells near the center of the ROI including all of the segments . (2) The computer device determines k-1 clusters connected to the central cluster and the central cluster based on the proximity of the cells included in the cluster. The k clusters determined in the first step are temporary clusters. Hereinafter referred to as a temporary cluster. In the second step, the computing device optimizes the cluster while balancing energy among the plurality of clusters. A specific procedure will be described below.

첫 번째 과정: 손상 영역의 모델링 및 임시 클러스터 결정First step: Modeling the damage area and determining a temporary cluster

컴퓨터 장치는 손상된 네트워크 토폴로지를 그리드 영역으로 모델링한다. 그리고 컴퓨터 장치는 중앙 클러스터 VCk 및 VCk와 일부 중첩되면서 주변에 위치하는 k-1개의 VCi를 결정한다. 여기서 VCk 및 VCi는 임시 클러스터를 의미한다.The computer device models the corrupted network topology into a grid area. Then, the computing device determines k-1 VC i , which are partially overlapped with the center clusters VC k and VC k, and located in the periphery. Where VC k and VC i are temporary clusters.

(1) 손상 영역의 모델링(1) modeling of the damaged area

도 2는 센서 노드가 배치된 관심 영역을 도시한 예이다. 도 2(a)는 관심 영역이 모두 18개의 세그먼트로 분할된 예이다. 도 2(a)는 각 세그먼트를 원으로 표현하였고, 서로 다른 숫자로 식별하였다. 도 2(a)에서 G는 관심 영역의 중심을 의미한다.2 shows an example of a region of interest in which sensor nodes are arranged. 2 (a) shows an example in which the ROI is divided into 18 segments. Figure 2 (a) shows each segment as a circle and identifies it as a different number. In FIG. 2 (a), G denotes the center of the region of interest.

도 2(b)는 도 2(a)에 도시한 관심 영역을 일정한 크기의 그리드(grid)로 모델링한 예이다. 도 2(b)는 예컨대, 1700 × 1100m2 크기의 영역을 17 × 11 개의 셀로 모델링한 예라고 할 수 있다. 컴퓨터 장치는 센서 노드가 배치된 관심 영역을 릴레이 노드 내지 센서 노드의 통신 반경 R을 기준으로 일정하게 모델링한다. 도 2(b)에서 좌측 상부에 점선으로 통신 반경을 표시하였다. 컴퓨터 장치는 정사각형 셀의 한 변이

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크기를 갖는 그리드 형태로 관심 영역을 모델링한다. 따라서, 이동 릴레이는 어느 하나의 셀의 중심에서 주변의 8개의 셀과 통신이 가능하다. 도 2(b)에서 셀에 표시된 숫자는 이동 릴레이가 셀의 중심에서 통신 가능한 세그먼트를 나타낸다. L(ci)는 셀 ci에서 통신 가능한 세그먼트에 대한 정보를 나타낸다. c(소문자)는 셀을 의미한다. 예컨대, c(6,5)에 위치한 이동 릴레이는 세그먼트 S5 및 S18와 통신(접속)할 수 있다. FIG. 2 (b) is an example of modeling the region of interest shown in FIG. 2 (a) with a grid of a certain size. 2 (b) is an example of modeling an area of 1700 x 1100 m 2 as 17 x 11 cells. The computer device constantly models the region of interest in which the sensor node is disposed based on the communication radius R of the relay node or the sensor node. In Fig. 2 (b), the communication radius is indicated by the dotted line at the upper left corner. The computer device has one side of a square cell
Figure 112016106594411-pat00008
And models the region of interest in the form of a grid of dimensions. Therefore, the mobile relay can communicate with eight surrounding cells at the center of one cell. The number displayed in the cell in Fig. 2 (b) indicates a segment through which the mobile relay can communicate at the center of the cell. L (c i ) represents information on segments that can be communicated in the cell c i . c (lower case) means cell. For example, a mobile relay located at c ( 6, 5 ) can communicate (connect) with segments S 5 and S 18 .

컴퓨터 장치는 셀에 대한 정보를 이용하여 세그먼트를 그룹화(클러스터링)한다. 셀에 대한 정보는 셀의 식별자, 셀에 위치한 릴레이 노드가 통신 가능한 세그먼트에 대한 정보를 포함한다. 컴퓨터 장치는 3가지 기준으로 사용하여 세그먼트를 클러스터링한다. 컴퓨터 장치는 access(ci), 1hop(ci) 및 prox(ci)라는 기준을 사용하여 세그먼트를 클러스터링한다. access(ci)는 셀 ci에서 접근(통신) 가능한 세그먼트의 개수이다. 즉 access(ci)는 |L(ci)|이다. 1hop(ci)는 셀 ci에서 하나의 이웃 셀을 경유하여 접근 가능한 세그먼트의 개수이다. 즉 1hop(ci)는

Figure 112016106594411-pat00009
이다. NBR(ci)는 ci의 이웃 셀의 집합이다. |NBR(ci)|≤8이다. prox(ci)는 셀 ci와 관심 영역의 중심점 G 사이의 근접성을 나타낸다. prox(ci)는 ci와 중심점 G 사이에 위치하는 셀의 개수 일 수 있다. 예컨대, 셀 ci(xi,yi)과 cj(xj,yj) 사이에 있는 셀의 개수를 CellDist(ci,cj)라고 하면, CellDist(ci,cj)는 max(|xi-xj|,|yi-yj|)로 결정될 수 있다. 즉 prox(ci)는 max(|xi-xg|,|yi-yg|)이다. 여기서 G는 cg(cg,yg)이다.The computer device groups (clusters) the segments using information about the cells. The information on the cell includes an identifier of the cell, and information on a segment to which the relay node located in the cell can communicate. The computer device uses three criteria to cluster the segments. Computer devices use a standard called access (c i), 1hop ( c i) and prox (c i) and clustering the segments. access (c i ) is the number of segments that can be accessed (communicated) in cell c i . That is, access (c i ) is | L (c i ) |. 1hop (c i ) is the number of segments accessible via one neighbor cell in cell c i . That is, 1hop (c i )
Figure 112016106594411-pat00009
to be. NBR (c i ) is the set of neighbor cells of c i . | NBR (c i ) | 8. prox (c i ) represents the proximity between the cell c i and the center point G of the ROI. prox (c i ) may be the number of cells located between c i and the center point G. For example, the cell c i (x i, y i) and c j (x j, y j) Speaking CellDist (c i, c j) the number of cells between, CellDist (c i, c j) is max (| x i -x j |, | y i -y j |). That is, prox (c i ) is max (| x i -x g |, | y i -y g |). Where G is g c (c g, y g).

컴퓨터 장치는 access(ci), 1hop(ci) 및 prox(ci)를 이용하여 모든 세그먼트 Sτ를 커버하는 최소수의 셀들의 집합 CST를 결정한다. 컴퓨터 장치는 정보 전송에 따른 지연을 줄이면서, 릴레이 노드가 사용하는 에너지가 적은 경로를 찾고자 한다. 컴퓨터 장치는 관심 영역의 중심 G를 포함하는 중앙 클러스터를 결정하고, 중앙 클러스터와 연결되는 다른 클러스터를 결정한다. 이를 위해 컴퓨터 장치는 각 세그먼트에 대해 access(ci), 1hop(ci) 및 prox(ci)를 기준으로 하나의 셀을 선정한다. 세그먼트 마다 선택되는 하나의 셀을 기준 셀이라고 명명한다. CST는 선택된 기준 셀들의 집합에 해당한다.The computer device determines the minimum number of cells CS T covering all segments S ? Using access (c i ), 1hop (c i ) and prox (c i ). The computer device attempts to find a path with less energy used by the relay node while reducing the delay due to information transfer. The computing device determines a central cluster that includes the center G of the region of interest, and determines the other cluster to be associated with the central cluster. To this end, the computer device selects a cell based on the access (c i), 1hop ( c i) and prox (c i) for each segment. One cell selected for each segment is referred to as a reference cell. CS T corresponds to a set of selected reference cells.

컴퓨터 장치는 각 세그먼트에 대해 다음과 같은 순서로 판단하여 기준셀을 선택한다. (i) 거리 R이내에서 가장 많은 세그먼트에 접속할 수 있는 ci를 선택한다. 즉, access(ci)가 큰 셀을 선택한다. (ii) 거리 2R이내에서 가장 많은 세그먼트에 접속할 수 있는 ci를 선택한다. 즉, 1hop(ci)가 큰 셀을 선택한다. (iii) 관심 영역의 중심 G에 가장 가까운 ci를 선택한다. 즉 prox(ci)가 작은 셀을 선택한다. 즉 access(ci), 1hop(ci) 및 prox(ci)라는 기준 순서대로 기준 셀을 선택하는 것이다. 예컨대, access(ci)로 특정 세그먼트에 대해 기준 셀이 선택되지 못하면, 그 다음 기준을 이용하여 기준 셀을 선택하는 방식이다.The computer device selects the reference cell by judging for each segment in the following order. (i) Selects c i that can connect to the largest segment within the distance R. That is, a cell having a large access (c i ) is selected. (ii) Select c i that can connect to the largest number of segments within a distance 2R. That is, a cell with 1hop (c i ) is selected. (iii) Select c i closest to the center G of the region of interest. That is, prox (c i ) selects a small cell. That is to select the reference cell as the reference sequence of access (c i), 1hop ( c i) and prox (c i). For example, if a reference cell is not selected for a specific segment with access (c i ), the reference cell is selected using the next reference.

예컨대, 도 2(b)에서 c(4,1)은 access(ci)를 기준으로 세그먼트 S8 및 S9에 대해 선택된 기준 셀이다. c(3,3)은 1hop(ci)을 기준으로 세그먼트 S10에 대해 선택된 기준 셀이다. c(9,14)는 prox(ci)를 기준으로 S7에 대해 선택된 기준 셀이다. 도 2(b)는 상기 기준을 이용하여 18개의 세그먼트에 대해 기준셀을 선택한 예를 도시한다. 도 2(b)에서 기준 셀은 음영으로 표시하였다. 복수의 세그먼트에 대해 중복된 기준 셀이 존재한다. 도 2(b)는 모두 14개의 기준셀이 선택된 예이다.For example, in FIG. 2 (b), c (4, 1) is a reference cell selected for segments S 8 and S 9 based on access (c i ). c (3, 3) is the reference cell selected for segment S 10 based on 1hop (c i ). c (9,14) is the reference cell selected for S 7 based on prox (c i ). FIG. 2 (b) shows an example in which a reference cell is selected for 18 segments using the reference. In Fig. 2 (b), the reference cell is shown as shaded. There are overlapping reference cells for a plurality of segments. FIG. 2 (b) is an example in which all 14 reference cells are selected.

(2) G에 대한 근접성을 기준으로 임시 클러스터 형성(2) Temporary cluster formation based on proximity to G

컴퓨터 장치는 모든 세그먼트 Sτ를 k개의 클러스터로 그룹화한다. 각 클러스터는 릴레이 노드가 담당하는 영역에 해당한다. 컴퓨터 장치는 모든 셀이 2개의 클러스터 이내에서 연결되도록 임시 클러스터를 형성한다. 이를 통해 서로 다른 클러스터에 속하는 두 개의 세그먼트 사이의 정보 전송 지연이 최소화될 수 있다. 컴퓨터 장치는 두 개의 셀 사이의 정보 전달의 지연을 최소화하면서 동시에 각 릴레이 노드가 소모하는 에너지를 균등하게 하고자 한다.The computer device groups all segments S ? Into k clusters. Each cluster corresponds to the area covered by the relay node. The computer device forms a temporary cluster such that all cells are connected within two clusters. This can minimize the information transmission delay between two segments belonging to different clusters. The computer apparatus attempts to minimize the delay in information transfer between the two cells while at the same time equalizing the energy consumed by each relay node.

컴퓨터 장치는 먼저 관심 영역의 중심 G를 포함하는 임시 중앙 클러스터 VCk를 결정한다. 이때, 임시 중앙 클러스터 VCk는 중심 G가 위치하는 셀만을 포함한다. 또한 컴퓨터 장치는 중앙 클러스터 주변에 k-1 개의 임시 클러스터 VCi를 결정한다. 임시 중앙 클러스터 주변에 위치하는 클러스터를 임시 주변 클러스터라고 명명한다. 클러스터는 중앙 클러스터를 중심에 둔 별 모양의 토폴로지를 갖는다.The computer apparatus first determines a temporary center cluster VC k that includes the center G of the region of interest. At this time, the temporary center cluster VC k includes only the cell in which the center G is located. In addition, the computer device determines the clusters around the center of the temporary k-1 cluster VC i. A cluster located around a temporary central cluster is called a temporary peripheral cluster. The cluster has a star-shaped topology centered on the central cluster.

컴퓨터 장치는 처음에는 각 세그먼트가 중심 G를 포함하면서 서로 다른 임시 주변 클러스터에 할당되도록 한다. 이후 컴퓨터 장치는 이동 경로의 길이를 줄이는 탐욕 알고리즘(greedy method)을 이용하여 클러스터를 병합한다. 예컨대, J. L.V.M. Stanislaus, and M. Younis, “Mobile Relays Based Federation of Multiple Wireless Sensor Network Segments with Reduced-latency,” Proc. of Int’l Conf. on Comm. (ICC’13), Budapest, Hungary, June 2013에서 공개된 기술 등을 이용하여 컴퓨터 장치는 클러스터를 병합하고 k-1개의 임시 주변 클러스터를 결정할 수 있다. 컴퓨터 장치는 각 세그먼트에 대한 기준 셀 c를 하나의 클러스터 VC로 할당하고, 중심 G를 포함하여 클러스터에 속한 모든 셀들을 방문하는 이동 거리가 최소가 되는 두 이웃 VC를 병합한다. 컴퓨터 장치는 VC가 k-1개가 될 때까지 2개의 VC에 대한 병합 과정을 반복한다. The computer device initially allows each segment to be assigned to a different temporary perimeter cluster including the center G. The computer device then merges the clusters using a greedy method that reduces the length of the travel path. For example, J. L.V.M. Stanislaus, and M. Younis, " Mobile Relays Based Federation Multiple Wireless Sensor Network Segments with Reduced-latency, " Proc. of Int'l Conf. on Comm. (ICC'13), Budapest, Hungary, June 2013, etc., the computer device can merge clusters and determine k-1 temporal neighbor clusters. The computer unit allocates the reference cell c for each segment to one cluster VC and merges two neighboring VCs having the minimum travel distance to visit all cells belonging to the cluster including the center G. [ The computer device repeats the merging process for the two VCs until the VC becomes k-1.

도 3은 관심 영역에 형성된 임시 클러스터의 예이다. 도 3은 14개의 기준 셀 CST가 5개의 임시 클러스터로 그룹화된 예이다. 각 임시 클러스터는 클러스터를 식별하기 위한 식별자(VCID)가 표시되어 있다. 도 3은 관심 영역의 중심(셀)을 포함하는 임시 중앙 클러스터 VC5 및 VC5의 영역을 포함하는 4개의 임시 주변 클러스터를 도시한다.Figure 3 is an example of a temporary cluster formed in a region of interest. 3 shows an example in which 14 reference cells CS T are grouped into five temporary clusters. Each temporary cluster has an identifier (VCID) for identifying the cluster. Figure 3 shows four temporary perimeter clusters containing the regions of the temporary center clusters VC 5 and VC 5 comprising the center (cell) of the region of interest.

두 번째 과정: 릴레이 노드의 소비 에너지를 기준으로 최종 클러스터 형성Step 2: Form a final cluster based on the energy consumption of the relay node

컴퓨터 장치는 첫 번째 과정에서 생성한 임시 클러스터 VC를 이용하여 최종 클러스터를 형성한다. 두 번째 과정은 릴레이 노드들이 갖는 초기 에너지가 동일하다는 전제하에 각 릴레이 노드가 할당된 클러스터 내부를 이동하면서, 이동과 데이터 송수신에 소비하는 에너지를 최대한 균등하게하는 것이다. 컴퓨터 장치는 각 임시 클러스터에 속하는 셀을 변경하면서 릴레이 노드가 소비하는 에너지를 적절하게 분배되도록 한다. The computer device forms the final cluster using the temporary cluster VC generated in the first step. The second step is to maximize the energy consumed for movement and data transmission / reception while moving within the cluster to which each relay node is allocated, assuming that the initial energy of the relay nodes is the same. The computer device changes the cell belonging to each temporary cluster so that the energy consumed by the relay node is appropriately distributed.

컴퓨터 장치는 먼저 임시 중앙 클러스터 VCk를 중앙 클러스터 Ck로 두고, Ck를 담당하는 릴레이 노드 Mk를 고정형 릴레이 노드로 설정한다. 이후 컴퓨터 장치는 릴레이 노드의 에너지 소비를 기준으로 Mk의 위치를 변경하거나 또는 다른 셀을 포함하도록 중앙 클러스터 Ck를 확장한다. 즉 최종 클러스터는 임시 클러스터를 시작으로 클러스터를 확장하면서 완성된다. The computer device is first placed a temporary center cluster k VC to the center cluster C k, and sets the relay node M k C k that is responsible for a fixed RS. The computer device then changes the location of M k based on the energy consumption of the relay node or extends the central cluster C k to include other cells. That is, the final cluster is completed by extending the cluster starting with the temporary cluster.

구체적인 설명에 앞서 각 과정에서 사용되는 용어를 설명한다.Prior to the description, the terms used in each step are explained.

VCID(c)는 c ∈ CST를 포함하는 임시 클러스터의 식별자(ID)를 의미한다. VCID (c) denotes an identifier (ID) of a temporary cluster including c ∈ CS T.

ID(c)는 c ∈ CST를 포함하는 클러스터의 식별자를 의미한다.ID (c) denotes an identifier of a cluster including c ∈ CS T.

Anchor(Ci)는 클러스터 Ci를 담당하는 이동 릴레이가 중앙 클러스터 Ck를 방문하여 정보를 송수신하는 지점을 의미한다.Anchor(Ci)는 고정된 릴레이 노드 Mk가 있는 지점 일 수도 있고, 정보를 임시로 저장하는 저장 장치가 있는 지점 일 수도 있다. Anchor(Ci)는 릴레이 노드 Mi가 중앙 클러스터 Ck와 접속하는 지점이라고 할 수 있다. Anchor(Ci)는 고정된 Mk가 배치된 지점 또는 Ck에 포함되는 어느 하나의 셀에 해당한다. 컴퓨터 장치는 각 클러스터에 대해 하나의 Anchor(Ci) 지점을 할당한다. Anchor(Ci)는 Ck에 속한 기준 셀 중 클러스터 Ci에 속한 어느 셀에서 가장 가까운 지점일 수 있다. 최종 클러스터를 형성하는 과정에서 Ck가 확장되거나 변경되면서 Anchor(Ci)가 변경될 수 있다.Anchor (C i ) is a point at which a mobile relay carrying a cluster C i visits and transmits information to a central cluster C k . Anchor (C i ) may be a point at which a fixed relay node M k exists, It may also be a point where there is a storage device for temporarily storing information. Anchor (C i ) is the point at which the relay node M i connects with the central cluster C k . Anchor (C i ) corresponds to a cell in which a fixed M k is placed or included in C k . The computer device allocates one Anchor (C i ) point for each cluster. Anchor (C i ) may be the closest point in any cell belonging to cluster C i among the reference cells belonging to C k . Anchor (C i ) can be changed while C k is expanded or changed in the process of forming the final cluster.

TR(Mi)는 릴레이 노드 Mi가 클러스터 Ci에 속한 세그먼트들을 방문하는 가장 짧은 경로를 의미한다. 즉, TR(Mi)는 Mi가 Anchor(Ci)를 출발하여 Ci에 속한 기준 셀을 모두 방문하고 돌아오는 경로에 해당한다. TR(Mi)를 결정하는 다앙한 휴리스틱 알고리즘을 사용 할 수 있다. 예컨대, A. Kashyap, S. Khuller, and M. Shayman, “Relay placement for higher order connectivity in wireless sensor networks,” Proc. of IEEE INFOCOM, Barcelona Spain, April 2006에서 설명하는 경로 결정 알고리즘 등을 이용할 수 있다. 따라서 TR(Mi)을 결정하는 과정에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.TR (M i ) means the shortest path through which the relay node M i visits the segments belonging to the cluster C i . That is, TR (M i ) corresponds to the path where M i starts from Anchor (C i ) and visits all the reference cells belonging to C i and returns. It may use daang a heuristic algorithm to determine the TR (M i). For example, A. Kashyap, S. Khuller, and M. Shayman, "Relay placement for higher order connectivity in wireless sensor networks," Proc. of IEEE INFOCOM, Barcelona Spain, April 2006, and the like. Therefore, a detailed description of the process of determining TR ( Mi ) will be omitted.

두 번째 방법은 라운드 방식으로 반복되며, Er i는 하나의 라운드 r에서 릴레이 노드 Mi가 소비하는 에너지이다. 최종 클러스터를 형성하는 과정은 릴레이 노드 Mi가 TR(Mi)를 한 번씩 이동하면서 반복된다. 하나의 라운드는 릴레이 노드 Mi가 TR(Mi)를 한 번 이동할 때, 컴퓨터 장치가 클러스터를 확대 내지 최적화하는 과정을 의미한다. Er i는 릴레이 노드 Mi가 클러스터 Ci에 속하는 세그먼트 및 Anchor(Ci)에서 정보를 업로딩/다운로딩하는 에너지인 EC(Mi) 및 릴레이 노드 Mi가 클러스터 Ci에 속한 세그먼트를 방문하는기 위해 이동(motion)에 소비되는 에너지 EM(Mi)를 포함한다. EM(Mi) 및 EC(Mi)는 각각 전술한 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 연산된다.The second method is repeated in a rounded fashion, where E r i is the energy consumed by the relay node M i in one round r. The process of forming the final clusters are repeated while the relay node M TR i (M i) moving one time. One round is to move the relay node M TR i (M i) at a time, it refers to the process of the computer device to optimize the enlarged cluster. E r i are the segments that belong to the relay node M i, the cluster C i segments and Anchor (C i) E C ( M i) of the energy uploading / downloading of information from and relay node M i, the cluster C i belongs to the And the energy E M (M i ) consumed for the motion to visit. E M (M i ) and E C (M i ) are calculated using Equations (3) and (4), respectively.

최종 클러스터를 형성하는 과정은 탐욕 알고리즘에 따른 클러스터 확장(greedy-expansion) 및 최적화 과정을 포함한다. 최종 클러스터를 형성하는 과정은 릴레이 노드가 이동하고 정보를 교환하는 경험을 반복하면서 수행된다. 이하 최종 클러스터를 형성하는 과정을 설명한다.The process of forming the final cluster involves a greedy-expansion and optimization process according to the greedy algorithm. The process of forming the final cluster is performed by repeating the experience of the relay node moving and exchanging information. Hereinafter, a process of forming a final cluster will be described.

(1) 탐욕 알고리즘에 따른 클러스터 확장(1) Cluster expansion according to greedy algorithm

컴퓨터 장치는 임시 클러스터 VC를 시작으로 릴레이 노드가 소비하는 에너지를 균등화하기 위하여 클러스터를 확장한다. 컴퓨터 장치는 각 클러스터를 담당하는 릴레이 노드가 방문 경로 TR(Mi)를 한 번씩 이동할 때마다 소비하는 에너지를 기준으로 클러스터를 확장 내지 변경한다. 컴퓨터 장치는 매 라운드마다 가장 에너지 소비가 적은 클러스터를 확장한다. 컴퓨터 장치는 릴레이 노드가 소비하는 에너지가 더 이상 분배되지 않는 시점까지 각 라운드를 반복한다. 또는 컴퓨터 장치는 모든 릴레이 노드의 에너지에 대한 표준편차가 특정 기준값 이내 일때 까지 각 라운드를 반복할 수도 있다. The computer device extends the cluster to equalize the energy consumed by the relay node starting from the temporary cluster VC. The computer device expands or changes clusters on the basis of the energy consumed by the relay node responsible for each cluster each time the visited path TR ( Mi ) moves. Computer devices expand the cluster with the lowest energy consumption per round. The computer device repeats each round until the energy consumed by the relay node is no longer distributed. Or the computer device may repeat each round until the standard deviation of the energy of all the relay nodes is within a specified reference value.

첫 번째 라운드(r=1)에서 컴퓨터 장치는 임시 중앙 클러스터 VCk를 중앙 클러스터 Ck로 설정한다. 첫 번째 라운드(r=1)에서 컴퓨터 장치는 중앙 클러스터 Ck에서 릴레이 노드 Mk가 위치하는 셀 cg과 임시 주변 클러스터에서 가장 가까운 기준 셀을 포함하도록 주변 클러스터 Ci를 설정한다. 클러스터 Ci에 가장 최근 포함된 셀을 RC(Ci)라고 한다. 예컨대, 첫 번째 라운드에서 RC(Ck)는 cg이다. In the first round (r = 1) the computer unit sets a temporary center cluster k VC to the center cluster C k. In the first round (r = 1), the computer device configures the surrounding cluster C i to include the cell c g where the relay node M k is located in the central cluster C k and the reference cell closest to the temporary surrounding cluster. The most recently included cell in cluster C i is called RC (C i ). For example, in the first round RC (C k ) is c g .

릴레이 노드는 설정된 각 클러스터에서 경로를 이동하고 정보를 전달하는 과정을 수행한다. 이후 컴퓨터 장치는 첫 번째 라운드에서 설정한 클러스터를 기준으로 E1 i를 결정한다. 중앙 클러스터 Ck를 담당하는 릴레이 노드 Mk는 고정된 상태를 가정하였기 때문에 정보 송수신에만 에너지를 소비한다. 따라서 E1 k는 EC(Mk)이다.The relay node performs the process of moving the path and transmitting the information in each set cluster. The computer device then determines E 1 i based on the cluster set in the first round. The relay node M k responsible for the central cluster C k consumes energy only for transmitting and receiving information because it assumes a fixed state. Thus E 1 k is E C (M k ).

두 번째 라운드 이후 (r≥2) 에는 Er-1 i에서 가장 에너지가 낮은 클러스터 (이하 Cleast라함)에 대해 확장 과정을 진행한다. 확장은 아래와 같이 두 가지 시나리오가 가능하다.After the second round ( r2 ), the expansion process is performed for the cluster with the lowest energy in E r-1 i (hereinafter referred to as C least ). There are two possible scenarios for expansion:

(i) Cleast가 Ck인 경우: 이 경우 Ck를 조절하는 두 가지 가능한 동작이 있다.(i) When C least is Ck : In this case there are two possible actions to control Ck .

① Mk를 cg에서 가장 가까운 셀(cto ∈ CST)로 재배치한다. 즉 중앙 클러스터의 위치를 변경하는 것이다. 이에 따라 주변 클러스터도 새로운 cto를 포함하도록 변경된다. 1) Relocate M k to the cell closest to c g (c to ∈ CS T ). That is, the position of the central cluster is changed. Thus, the surrounding clusters are also changed to include the new c to .

② 가장 가까운 셀 c ∈ CST를 추가하여 Ck를 확장하고, 가장 가까운 셀 c를 RC(Ck)에 기록한다. Ck가 확장하면 주변 클러스터 Ci의 Anchor(Ci)가 변경될 수 있다. 새로운 Anchor(Ci)는 기본적으로 Ci를 담당하는 Mi가 이동하는 경로가 최소가 되도록 선택한다. 따라서 Ci에서 확장된 Ck와 가장 가까운 기준 셀이 Anchor(Ci)가 되도록 변경한다. 경우에 따라 Ck가 확장하여 종래 Ci에 속한 기준셀을 포함하게 될 수도 있다. 이 경우 종래 Ci에서 가장 가까운 기준 셀 중 클러스터에 포함되지 않은 셀을 종래 Ci에 추가하게된다. 그리고 역시 종래 Ci도 확장된 Ck 중 가장 가까운 기준 셀을 Anchor(Ci)가 되도록 변경한다. ② is recorded to the nearest cell c ∈ T Add the CS to extend the C k and the nearest cell c to RC (C k). When C k is expanded, the anchor (C i ) of the surrounding cluster C i can be changed. The new anchor (C i ) is basically chosen so that the path through which M i is responsible for C i is minimized. Therefore, the nearest reference cell and the C k in the extended C i is changed so that the Anchor (C i). If C k may be extended to include a reference cell belonging to the prior art in accordance with C i. In this case, it is added to the conventional C i that are not included in the cell of the closest prior art reference cell in the cluster C i. Also, in the conventional C i , the closest reference cell among the extended C k is changed to be anchor (C i ).

(ii) Cleast가 Ck가 아닌 경우: 즉 Cleast가 주변 클러스터 Ci인 경우이다. 컴퓨터 장치는 임시 클러스터 VCi에 속한 기준 셀 중 RC(Ci)에서 가장 가까우면서 다른 클러스터에 포함되지 않은 기준 셀을 Ci에 추가한다. 만약 VCi에 속한 기준 셀이 모두 다른 클러스터에 포함된 상태라면, VCi에 이웃한 임시 클러스터에 속한 기준 셀 중 RC(Ci)에서 가장 가까우면서 클러스터에 속하지 않은 기준 셀을 Ci에 추가한다. 만약 더 이상 추가할 셀이 없다면 선택된 클러스터 Cleast의 확장은 종료된다.(ii) when C least is not C k : that is, C least is the surrounding cluster C i . The computer device adds a reference cell that is closest to RC (C i ) among the reference cells belonging to the temporary cluster VC i and not included in another cluster to C i . If all of the reference cells belonging to VC i are included in another cluster, a reference cell that is closest to RC (C i ) among the reference cells belonging to the temporary cluster neighboring VC i and not belonging to the cluster is added to C i . If there are no more cells to add, the expansion of the selected cluster C least is terminated.

도 4는 탐욕 알고리즘에 따라 클러스터를 확장하는 예이다. 도 4는 도 3의 임시 클러스터를 기준으로 클러스터를 확장하는 예이다. 4 is an example of expanding a cluster according to a greedy algorithm. FIG. 4 is an example of expanding a cluster based on the temporary cluster of FIG.

도 4(a)는 첫 번째 라운드(r=1)로 클러스터를 설정한 예이다. 컴퓨터 장치는 임시 중앙 클러스터 VC5를 중앙 클러스터 C5로 설정한다. 따라서 C5는 c(5,8)을 포함한다. 또 컴퓨터 장치는 각 임시 주변 클러스터에서 중앙 클러스터 C5(또는 중심 G)에 가장 가까운 기준 셀을 하나씩 선택하여 주변 클러스터를 설정한다. C1은 c(2, 17) 및 c(5,8)을 포함한다. C2은 c(6, 5) 및 c(5,8)을 포함한다. C3은 c(6, 11) 및 c(5,8)을 포함한다. C4는 c(5, 11) 및 c(5,8)을 포함한다.4 (a) shows an example in which the cluster is set in the first round (r = 1). The computer device sets the temporary central cluster VC 5 to the central cluster C 5 . Therefore, C 5 includes c (5,8). In addition, the computer apparatus selects a reference cell closest to the central cluster C 5 (or the center G) in each temporary surrounding cluster to set the surrounding cluster. C 1 includes c (2, 17) and c (5, 8). C 2 includes c (6, 5) and c (5, 8). C 3 includes c (6, 11) and c (5, 8). C 4 includes c (5, 11) and c (5, 8).

두 번째 라운드 이후에는 매 라운드마다 컴퓨터 장치가 각 클러스터에서 릴레이 노드가 이동하면서 정보를 전송하는데 소비하는 에너지를 측정한다. 릴레이 노드가 소비하는 에너지는 이동하는데 소비한 에너지 및 해당 클러스터에서 정보를 송/수신 하는데 소비한 에너지를 합한 값을 의미하다. 예컨대, 첫 번째 라운드 이후 컴퓨터 장치가 릴레이 노드가 소비하는 에너지를 측정하였는데 중앙 클러스터 C5에서 소비한 에너지가 가장 작았다고 가정한다. 전술한 바와 같이 이 경우 두 가지 시나리오가 가능하다. 도 4(b)는 r = 2에서 중앙 클러스터 C5의 위치가 변경된 예를 도시한다. 중앙 클러스터 C5는 c(3,9)로 변경되었다. 이로써 E(Mk)는 c(3,9)에서 커버되는 세그먼트들의 데이터 송/수신을 위한 에너지 즉, EC(Mi) 만큼 증가하게된다. 컴퓨터 장치는 주변 클러스터가 변경된 중앙 클러스터와 연결되도록 각 주변 클러스터를 c(5,8) 대신 새로운 기준셀 c(3,9)를 포함하도록 변경한다.After the second round, the computing device measures the energy consumed by relay nodes in each cluster to transmit information every round. The energy consumed by a relay node is the sum of the energy consumed to travel and the energy consumed to send and receive information in the cluster. For example, after the first round, the computer device measures the energy consumed by the relay node, assuming that the energy consumed in the central cluster C 5 is the smallest. As described above, two scenarios are possible in this case. 4 (b) shows an example in which the position of the center cluster C 5 is changed at r = 2. The center cluster C 5 was changed to c (3, 9). As a result, E (M k ) increases by the energy for data transmission / reception of segments covered by c (3, 9), that is, EC ( Mi ). The computer apparatus changes each surrounding cluster to include a new reference cell c (3, 9) instead of c (5, 8) so that the surrounding cluster is connected to the changed central cluster.

r = 2 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 다시 중앙 클러스터 C5가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 4(c)는 r = 3의 예이다. 컴퓨터 장치는 C5에 대해 현재 클러스터에 포함되지 않은 기준 셀 중 RC(C5)에 가장 가까운 기준 셀인 c(5,11)을 C5에 추가한다. 한편 그 선택된 c(5,11)는 C4 에 속한 셀이었다. 따라서 컴퓨터 장치는 C4에 c(5,12)를 추가하여 C4를 확장한다. 또한 중앙 클러스터가 확장되면 Anchor(Ci)가 변경될 수 있다. 도 4(c)를 살펴보면 C3 의 Anchor(C3)가 c(5,11)로 변경된 것을 볼 수 있다.After r = 2, the computing device measures the energy of the relay nodes consumed in each cluster. At this time, it is assumed that the central cluster C 5 again consumes the minimum energy. 4 (c) is an example of r = 3. Computer apparatus added for the C 5 closest to the reference cell, c (5,11) in the RC (C 5) of reference cells that are not included in the current cluster to C 5. On the other hand, the selected c (5,11) was a cell belonging to C 4 . Thus, the computing device extends C 4 by adding c (5, 12) to C 4 . Anchor (C i ) can also be changed when the central cluster is expanded. Referring to Figure 4 (c) it can be seen that the C 3 Anchor (C 3) is altered to be c (5,11).

r = 3 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 C3 와 C4가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 4(d)는 r = 4의 예이다. 컴퓨터 장치는 C3 및 C4 각각에 대해 현재 클러스터에 포함되지 않은 기준 셀 중 RC(C3)와 RC(C4)에 가장 가까운 셀을 C3 및 C4 에 추가한다. 추가된 셀은 RC(C3)와 RC(C4)에 각각 기록한다.After r = 3, the computing device measures the energy of relay nodes consumed in each cluster. It is assumed that C 3 and C 4 consume the minimum energy. 4 (d) is an example of r = 4. The computer device adds to cells C 3 and C 4 the cells closest to RC (C 3 ) and RC (C 4 ) of the reference cells not included in the current cluster for C 3 and C 4, respectively. The added cells are recorded in RC (C 3 ) and RC (C 4 ), respectively.

r = 4 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 C4 와 C5가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 4(e)는 r = 5의 예이다. 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C4)에 가장 가까운 기준 셀인 c(1,11)을 C4에 추가한다. 또한 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C5)에 가장 가까운 기준 셀인 c(6,5)을 C5에 추가한다. 이때 c(6,5)가 C2 에 속했던 셀이므로, 클러스터 C2에 대해 새로운 셀 c(9,5)를 추가하고, Anchor(C2)를 c(6,5)로 변경한다. 그리고 셀 c(9,5)를 RC(C2)로 기록한다.After r = 4, the computing device measures the energy of relay nodes consumed in each cluster. It is assumed that C 4 and C 5 consume minimal energy. 4 (e) is an example of r = 5. Computer apparatus adds the nearest reference cell, c (1,11) in the RC (C 4) of the reference cell to C 4. In addition, the computer device will add the nearest reference cell, c (6,5) in the C 5 to RC (C 5) of the reference cell. In this case c (6,5) is added to the new cell c (9,5) for a cell so belonged to C 2, a cluster C 2, and changing the Anchor (C 2) to c (6,5). And it records the cell c (9,5) to RC (C 2).

r = 5 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 C2가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 4(f)는 r = 6의 예이다. 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C2)인 c(9,5)에 가장 가까운 기준 셀인 c(9,4)을 C2에 추가한다. After r = 5, the computing device measures the energy of the relay nodes consumed in each cluster. It is assumed that C 2 consumes the minimum energy. Fig. 4 (f) is an example of r = 6. Computer apparatus adds the nearest reference cell, c (9,4) in which the C 2 c (9,5) of the reference cell RC (C 2).

도 5는 도 4(f)에 이어 클러스터를 확장하는 예이다. r = 6 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 다시 C2가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 5(a)는 r = 7의 예이다. 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C2)인 c(9,4)에 가장 가까운 기준 셀인 c(4,1)을 C2에 추가한다. 그리고 셀 c(4,1)을 RC(C2)로 기록한다.Fig. 5 is an example of expanding a cluster following Fig. 4 (f). After r = 6, the computing device measures the energy of relay nodes consumed in each cluster. At this time, it is assumed that C 2 consumes minimum energy. 5 (a) shows an example of r = 7. Computer apparatus adds the nearest reference cell, c (4,1) in which the C 2 c (9,4) of the reference cell RC (C 2). Then, the cell c (4, 1 ) is recorded as RC (C 2 ).

r = 7 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 C3가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 5(b)는 r = 8의 예이다. 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C3)인 c(9,11)에 가장 가까운 기준 셀인 c(9,14)을 C3에 추가한다. 그리고 셀 c(9,14)를 RC(C3)로 기록한다.After r = 7, the computing device measures the energy of the relay nodes consumed in each cluster. It is assumed that C 3 consumes the minimum energy. 5 (b) is an example of r = 8. Computer apparatus adds the nearest reference cell, c (9,14) in the C 3 to c (9,11) of the reference cell RC (C 3). Then, the cell c (9, 14 ) is recorded as RC (C 3 ).

r = 8 이후에 컴퓨터 장치는 각 클러스터에서 소비한 릴레이 노드의 에너지를 측정한다. 이때 C1가 최소 에너지를 소비했다고 가정한다. 도 5(c)는 r = 9의 예이다. 컴퓨터 장치는 기준 셀 중 RC(C1)인 c(1,5)에 가장 가까운 기준 셀인 c(3,3)을 C1에 추가한다. 더 이상 추가할 수 있는 클러스터가 없으므로 최종 클러스터를 결정하는 과정은 종료된다.After r = 8, the computing device measures the energy of relay nodes consumed in each cluster. It is assumed that C 1 consumes the minimum energy. 5 (c) is an example of r = 9. The computer device adds c (3,3), which is the reference cell closest to c (1,5), RC (C 1 ), to C 1 . Since there are no more clusters to add, the process of determining the final cluster ends.

(2) 클러스터 최적화(2) Cluster optimization

탐욕 알고리즘에 따른 클러스터 확장은 클러스터 간 에너지 불균형을 초래할 수 있다. 따라서 컴퓨터 장치는 주변 클러스터 중에서 릴레이 노드의 에너지 소모가 가장 적은 클러스터 Cleast와 릴레이 노드의 에너지 소모가 가장 많은 클러스터 Cmost 사이의 에너지 균형을 맞추는 과정을 수행한다. 클러스터를 최적화하는 과정은 각 라운드마다 Cmost를 축소하고, Cleast를 확장하는 과정을 수행한다. 최적화 과정은 다음과 같은 두 가지 경우로 구분하여 설명한다.Cluster expansion due to greedy algorithms can result in energy imbalance between clusters. Therefore, the computer system performs a process of energy consumption of the relay node is to match the energy balance between the lowest cluster C and least energy consumption of the relay node number of the cluster C from the most close to the cluster. The process of optimizing the cluster reduces the C most and the C least for each round. The optimization process is divided into the following two cases.

(i) Ck가 Cmost 및 Cleast가 아닌 경우: (i) When C k is not C most and C least :

먼저 컴퓨터 장치는 Cmost를 축소한다. 컴퓨터 장치는 Cmost에 있는 하나의 기준 셀 중 Anchor(Cmost)에 가장 가까운 셀 cin을 선택하고, Cmost에서 cin을 제외한다. 즉 Cmost를 축소한다. E(Cmost)는 EC(cin과 Anchor(Cmost)사이의 정보 교환에 소비되는 에너지) 및 EM(cin까지의 경로 이동에 소비되는 에너지)를 합산한 값 만큼 줄어든다. First, the computer device shrinks C most . Selecting a computer device to the nearest cell to Anchor (C most) of one reference cell in the most C in c and c except in at most C. That is, C maxim is reduced. E (C most ) is reduced by the sum of E C (energy consumed in exchanging information between c in and Anchor (C most )) and E M (energy consumed in path travel up to c in ).

컴퓨터 장치는 Ck에 cin을 추가한다. 그리고 컴퓨터 장치는 Ck에서 Anchor(Cleast)에 가장 가까운 셀 cout을 선택하고, Cleast에 cout을 추가하여 Cleast를 확장한다. E(Cleast)는 EC(cout과 Anchor(Cleast)사이의 정보 교환에 소비되는 에너지) 및 EM(cout까지의 경로 이동에 소비되는 에너지)를 합산한 값 만큼 늘어난다. The computer device adds c in to C k . And a computer device extends the least C to select the nearest cell, c out to Anchor (C least), and add c to the C out at least C k. E (C least ) is increased by the sum of E C (energy consumed for information exchange between c out and Anchor (C least )) and E M (energy consumed for path movement to c out ).

Ck는 cin이 추가되고, cout이 제외된다. 따라서 E(Ck)도 추가되는 기준 셀 cin 과 제외되는 기준 셀 cout에 따라 변경된다. 만약 Ck가 cout을 하나만 갖고 있는 상태에서 Cleast가 cout을 가져가는 경우, 컴퓨터 장치는 Mk를 cout에서 cin 이동하여 Ck를 재배치한다. C k is added to c in , and c out is excluded. Therefore, E (C k ) is also changed according to the added reference cell c in and the excluded reference cell c out . If in the state where C k there is only one having a c out least a C takes a c out, the computer apparatus to move in the c M c k from out repositions the C k.

나아가 Ck에 cin이 추가되고 cout이 제외되면서 주변 클러스터 Ci의 Anchor(Ci)가 변경될 수 있다. 기본적으로 Anchor(Ci)는 Ck의 기준 셀 중 Ci에서 가장 가까운 셀이기 때문이다.Furthermore, anchor (C i ) of the surrounding cluster C i can be changed while c in is added to c k and c out is excluded. Basically, anchor (C i ) is the closest cell of C i among the reference cells of C k .

(ii) Ck가 Cmost 또는 Cleast인 경우: (ii) if C k is C most or C least :

Ck가 Cleast인 경우를 먼저 설명한다. 먼저 컴퓨터 장치는 Cmost를 축소한다. 컴퓨터 장치는 Cmost에 있는 하나의 기준 셀 중 Anchor(Cmost)에 가장 가까운 셀 cin을 선택하고, Cmost에서 cin을 제외한다. 그리고 컴퓨터 장치는 Cleast인 Ck에 cin을 추가한다. 이로써 Ck가 확장되었고 Cmost는 축소되었다.The case where C k is C least is explained first. First, the computer device shrinks C most . Selecting a computer device to the nearest cell to Anchor (C most) of one reference cell in the most C in c and c except in at most C. And the computer device adds c in to C least C k . This expanded C k and C max .

Ck가 Cmost인 경우를 설명한다. 컴퓨터 장치는 Ck에서 Anchor(Cleast)에 가장 가까운 셀 cout을 선택하고, Ck에서 cout을 제외하고, Cleast에 cout을 추가하여 Cleast를 확장하고, Ck를 축소한다. 또는 컴퓨터 장치는 Ck에서 Anchor(Cleast)에 가장 가까운 기준 셀을 Cleast에 추가하고, Ck에서 Anchor(Cleast)를 제외한다.The case where C k is C most will be described. Computer apparatus in C k, select the nearest cell, c out in the Anchor (C least), and, except for the c out in C k add c out the C least by extending the C least, and reducing the C k. Or more computer devices to the nearest reference cell in the Anchor (C least) in C k, and the least C, except Anchor (C least) in C k.

나아가 Ck가 변경되면서 주변 클러스터 Ci의 Anchor(Ci)가 변경될 수 있다. 기본적으로 Anchor(Ci)는 Ck의 기준 셀 중 Ci에서 가장 가까운 셀이기 때문이다.Furthermore, while C k is changed can be changed around the cluster C i Anchor (C i). Basically, anchor (C i ) is the closest cell of C i among the reference cells of C k .

컴퓨터 장치는 Er i를 연산하고, 매 라운드마다 연산되 결과를 바탕으로 클러스터 최적화 과정을 반복한다. 컴퓨터 장치는 각 클러스터의 에너지 소비량의 표준편차가 기준값 이하인 경우 최적화 과정을 중단할 수 있다. 또는 컴퓨터 장치는 라운드 r에서의 에너지 소비량의 표준편차가 직전 r-1 라운드에서의 에너지 소비량의 표준편차보다 작지 않다면 최적화 과정을 중단할 수 있다. 즉 컴퓨터 장치는 더 이상 최적화가 진행되지 않는 시점까지 최적화 과정을 반복할 수도 있다.The computing device computes E r i and repeats the cluster optimization process based on the results computed every round. The computer device may stop the optimization process if the standard deviation of the energy consumption of each cluster is below the reference value. Or the computing device may stop the optimization process if the standard deviation of the energy consumption in round r is not less than the standard deviation of the energy consumption in the immediately preceding round r-1. That is, the computer device may repeat the optimization process to the point where no further optimization is performed.

도 6은 탐욕 알고리즘에 따라 확장된 클러스터가 최적화된 예이다. 도 6(a)는 도 5(c)에 도시한 최종 클러스터를 최적화 알고리즘에 따라 최적화한 예이다. 도 6(a)는 도 5(c)에서 클러스터 C3가 가장 소비 에너지가 작은 클러스터 Cleast이고, C5가 가장 소비 에너지가 많은 클러스터 Cmost인 경우에 대한 최적화 결과이다. 도 6(b)는 최종 클러스터를 단순화하여서 각 클러스터에서 릴레이 노드가 이동하는 경로 TR(Mi)를 점선으로 표시하였다. FIG. 6 is an example in which an expanded cluster is optimized according to a greedy algorithm. Fig. 6A is an example in which the final cluster shown in Fig. 5C is optimized according to an optimization algorithm. FIG. 6 (a) is an optimization result in the case of FIG. 5 (c) where the cluster C 3 is the cluster C least having the smallest energy consumption and C 5 is the cluster C most having the largest energy consumption. 6 (b), the final cluster is simplified, and the path TR ( Mi ) in which the relay node moves in each cluster is indicated by a dotted line.

전술한 내용을 정리한다. 도 7은 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법(100)에 대한 순서도의 예이다. 컴퓨터 장치는 먼저 복수의 세그먼트가 위치하는 영역을 복수의 셀로 구성되는 그리드 형태로 모델링한다(110). 컴퓨터 장치는 셀마다 릴레이 노드가 위치하는 경우 통신 가능한 세그먼트를 나타내는 정보를 기준으로 복수의 셀 중 각 세그먼트에 대해 하나의 기준 셀을 결정한다(120). 이때 선택된 기준 셀들의 총 개수가 최소가 되도록 선택한다.The foregoing is summarized. FIG. 7 is an example of a flowchart of a method 100 for determining a route of a relay node for a divided network. The computer device first models (110) an area where a plurality of segments are located, in a grid form composed of a plurality of cells. The computer device determines 120 a reference cell for each segment of the plurality of cells based on information indicating a communicable segment when a relay node is located for each cell. At this time, the total number of selected reference cells is selected to be minimum.

컴퓨터 장치는 영역의 중심을 포함하는 임시 중앙 클러스터를 설정하고, 기준 셀을 하나의 클러스터로 보고 임시 중앙 클러스터를 포함하여 두 클러스터에 포함된 기준 셀들을 방문하는 최소길이 여행경로가 가장 짧은 클러스터들을 병합하는 방식으로 임시 중앙 클러스터에 연결되는 k-1 개의 임시 주변 클러스터를 설정한다(130).The computer device sets up a temporary central cluster including the center of the area, views the reference cells as one cluster, visits the reference cells included in the two clusters including the temporary central cluster, and merges the clusters having the shortest- (K-1) temporary neighboring clusters connected to the temporary central cluster are set (130).

컴퓨터 장치는 임시 클러스터에 대한 정보를 기반으로, 최초 임시 중앙 클러스터를 중앙 클러스터로 결정하고, 주변 임시 클러스터 마다 중앙 클러스터에 속한 기준 셀 중 가장 중심에 가까운 셀을 포함하는 k-1 개의 주변 클러스터를 결정한다(140). 이후 각 클러스터에서 소비하는 릴레이 노드의 에너지를 측정하고, 가장 소비 에너지가 작은 클러스터를 확장한다(150). 클러스터를 확장하는 과정은 더 이상 클러스터에 추가할 릴레이 노드가 존재하지 않을 때 까지 반복 수행한다(160 및 150). 나아가 컴퓨터 장치는 최종 클러스터를 각 클러스터에서 소비하는 릴레이 노드의 에너지가 최대한 균등해지도록 클러스터를 최적화할 수 있다(170).The computer device determines the initial temporary central cluster as a central cluster based on the information about the temporary cluster, and determines k-1 surrounding clusters including the closest cell among the reference cells belonging to the central cluster for each surrounding temporary cluster (140). Then, the energy of the relay node consumed in each cluster is measured, and the cluster having the smallest energy consumption is expanded (150). The process of extending the cluster is repeated (160 and 150) until no more relay nodes exist to be added to the cluster. Furthermore, the computing device may optimize the cluster to maximize the energy of the relay nodes consuming the final cluster in each cluster (170).

본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.The present embodiment and drawings attached hereto are only a part of the technical idea included in the above-described technology, and it is easy for a person skilled in the art to easily understand the technical idea included in the description of the above- It will be appreciated that variations that may be deduced and specific embodiments are included within the scope of the foregoing description.

Claims (12)

컴퓨터 장치가 복수의 세그먼트가 위치하는 영역을 복수의 셀로 구성되는 그리드 형태로 모델링하는 단계;
상기 컴퓨터 장치가 상기 셀에 릴레이 노드가 위치하는 경우 통신 가능한 세그먼트에 대한 정보를 이용하여 상기 복수의 셀 중 각 세그먼트에 대하여 하나의 기준 셀을 결정하되 결정된 기준 셀의 총 개수가 최소가되도록 설정하는 단계;
상기 컴퓨터 장치가 상기 기준 셀을 이용하여 상기 복수의 세그먼트를 k개의 임시 클러스터로 그룹화하는 단계; 및
상기 컴퓨터 장치가 상기 임시 클러스터 및 클러스터를 이동하면서 정보를 전달하는 릴레이 노드가 소비하는 에너지를 기준으로 상기 복수의 세그먼트를 k 개의 최종 클러스터로 그룹화하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 세그먼트 각각은 하나의 연결된 네트워크에 해당하고, 상기 최종 클러스터에서 각 클러스터에 포함되는 복수의 기준 셀을 연결하는 경로가 상기 릴레이 노드가 이동하는 경로인 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The computer device modeling an area where a plurality of segments are located in a grid form comprising a plurality of cells;
Wherein the computer apparatus determines one reference cell for each segment of the plurality of cells using information on a communicable segment when a relay node is located in the cell so that the total number of determined reference cells is minimized step;
Grouping the plurality of segments into k temporary clusters using the reference cell; And
Grouping the plurality of segments into k final clusters based on the energy consumed by the relay node that conveys information as the computer apparatus moves through the temporary clusters and clusters, Wherein the path connecting the plurality of reference cells included in each cluster in the final cluster is a path through which the relay node moves.
제1항에 있어서,
상기 릴레이 노드의 통신 반경이 R이고, 상기 셀은 두변의 길이가 각각
Figure 112016106594411-pat00010
인 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
The communication radius of the relay node is R, and the length of the two sides of the cell is
Figure 112016106594411-pat00010
A method for determining a movement path of a relay node for a divided network.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 장치는 상기 복수의 셀 중에서 릴레이 노드가 위치하는 경우 통신 가능한 세그먼트의 개수가 가장 많은 제1 셀을 상기 통신 가능한 세그먼트에 대한 상기 기준 셀로 결정하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the computer device determines a first cell having the largest number of segments that can be communicated when the relay node is located among the plurality of cells as the reference cell for the communicable segment, .
제3항에 있어서,
상기 컴퓨터 장치는 상기 복수의 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트에 대한 상기 제1 셀이 복수인 경우, 상기 제1 셀 중 상기 제1 셀에 인접한 셀을 경유하여 통신 가능한 세그먼트의 개수가 가장 많은 제2 셀을 상기 어느 하나의 세그먼트에 대한 상기 기준 셀로 결정하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method of claim 3,
The computer device according to claim 1, wherein when the number of the first cells for any one of the plurality of segments is plural, a second cell of the first cell, which has the largest number of segments communicable with the first cell, To the reference cell for any one of the segments.
제4항에 있어서,
상기 컴퓨터 장치는 상기 어느 하나의 세그먼트에 대한 상기 제2 셀이 복수인 경우 상기 제2 셀 중 상기 영역의 중심에 가장 가까운 셀을 상기 어느 하나의 세그먼트에 대한 상기 기준 셀로 결정하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the computer device determines a cell closest to the center of the second cell among the second cells as the reference cell for the one segment if the second cell for the one segment is a plurality of segments, A method for determining the movement path of a relay node.
제1항에 있어서,
상기 임시 클러스터는 하나의 중앙 클러스터 및 상기 중앙 클러스터와 각각 연결되는 k-1개의 주변 클러스터를 포함하고,
상기 컴퓨터 장치는 상기 영역의 중심을 포함하는 셀을 상기 중앙 클러스터로 결정하고,
상기 기준 셀 각각을 하나의 임시 클러스터로 설정한 후 임시 클러스터가 k-1개가 될 때 까지 복수의 상기 임시 클러스터 중 상기 중심을 포함하여 두 클러스터에 속한 셀들을 경유하는 최소여행 거리가 최소인 2개의 임시 클러스터를 병합하여 상기 k-1 개의 주변 클러스터를 결정하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temporary cluster includes one central cluster and k-1 neighboring clusters respectively connected to the central cluster,
Wherein the computer apparatus determines a cell including the center of the region as the center cluster,
After each of the reference cells is set as one temporary cluster, until the provisional cluster becomes k-1, two of the plurality of temporary clusters including the center and the minimum travel distance passing through the cells belonging to the two clusters, And determining the k-1 neighboring clusters by merging the temporary clusters to determine the movement path of the relay node for the divided network.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 장치는 상기 k개의 임시 클러스터 각각에서 이동하면서 정보를 전달하는 이동 릴레이가 소비하는 에너지의 편차가 기준값 이내 일 때까지 상기 임시 클러스터에 속한 셀을 변경하여 상기 k 개의 최종 클러스터를 생성하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the computer device is configured to generate a final cluster by changing a cell belonging to the temporary cluster until the deviation of the energy consumed by the mobile relay moving in the k temporary clusters while moving the information is within a reference value, A method for determining the path of a relay node for a network.
제1항에 있어서,
상기 임시 클러스터는 상기 영역의 중심이 위치하는 중심 셀을 포함하는 하나의 임시 중앙 클러스터 및 상기 임시 중앙 클러스터와 각각 연결되는 k-1개의 임시 주변 클러스터를 포함하고,
상기 최종 클러스터로 그룹화하는 단계는
상기 컴퓨터 장치가 상기 임시 중앙 클러스터를 중앙 클러스터로 설정하고, 상기 임시 주변 클러스터 각각에 대해 상기 임시 주변 클러스터에 속한 기준 셀 중 상기 중심 셀에 가장 가까운 셀을 하나 포함하는 k-1 개의 주변 클러스터를 설정하는 단계; 및
상기 컴퓨터 장치가 상기 중앙 클러스터 및 상기 주변 클러스터에서 각각 릴레이 노드가 이동하면서 정보를 전송하는데 소비하는 에너지를 측정하고, 상기 중앙 클러스터 및 상기 주변 클러스터 중 릴레이 노드가 소비하는 에너지가 가장 작은 클러스터를 변경하여 상기 k-1개의 최종 클러스터를 생성하는 단계를 포함하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temporary cluster includes one provisional central cluster including a center cell in which the center of the region is located and k-1 temporary neighboring clusters connected to the provisional central cluster,
Wherein grouping into the final cluster comprises:
The computer apparatus sets the temporary central cluster as a central cluster and sets k-1 neighboring clusters including one cell closest to the center cell among the reference cells belonging to the temporary surrounding cluster for each of the temporary surrounding clusters ; And
Wherein the computer apparatus measures energy consumed by the relay node in each of the central cluster and the neighboring cluster to transmit information and changes the cluster having the smallest energy consumed by the relay node among the central cluster and the neighboring cluster And generating the (k-1) final clusters.
제8항에 있어서,
상기 에너지가 가장 작은 클러스터가 상기 중앙 클러스터인 경우 상기 컴퓨터 장치가 상기 중앙 클러스터에서 가장 가까운 기준 셀을 새로운 중앙 클러스터를 설정하고, 상기 주변 클러스터는 상기 새로운 중앙 클러스터에 속한 셀을 포함하도록 변경하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein when the cluster having the smallest energy is the central cluster, the computer apparatus sets a new central cluster closest to the reference cluster in the central cluster, and the peripheral cluster includes a cell belonging to the new central cluster A method for determining the path of a relay node for a network.
제8항에 있어서,
상기 에너지가 가장 작은 클러스터가 상기 중앙 클러스터인 경우 상기 컴퓨터 장치가 상기 중앙 클러스터 및 상기 주변 클러스터에 속하지 않은 기준 셀 중 상기 중앙 클러스터에서 가장 가까운 기준 셀을 상기 중앙 클러스터에 추가하고,
상기 컴퓨터 장치가 상기 주변 클러스터 각각에 대해 상기 중앙 클러스터에 속한 기준 셀 중 상기 주변 클러스터에 가장 가까운 기준 셀을 이동 릴레이가 정보를 교환하는 지점으로 설정하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
9. The method of claim 8,
If the cluster having the smallest energy is the center cluster, the computer apparatus adds the reference cell closest to the center cluster among the reference cells not belonging to the center cluster and the surrounding cluster to the central cluster,
Wherein the computer apparatus sets a reference cell closest to the neighboring cluster among the reference cells belonging to the center cluster to each of the neighboring clusters as a point at which the mobile relay exchanges information, .
제8항에 있어서,
상기 에너지가 가장 작은 클러스터가 상기 주변 클러스터인 경우 상기 컴퓨터 장치가 상기 중앙 클러스터 및 상기 주변 클러스터에 속하지 않은 기준 셀 중 상기 에너지가 가장 작은 주변 클러스터에 가장 가까운 셀을 추가하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein when the cluster having the smallest energy is the peripheral cluster, the computer apparatus adds a cell closest to the peripheral cluster having the smallest energy among the reference cells not belonging to the central cluster and the peripheral cluster, Of the moving path.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨터 장치가 상기 최종 클러스터에서 각각 릴레이 노드가 이동하면서 정보를 전송하는데 소비하는 에너지를 측정하고, 상기 컴퓨터 장치가 상기 최종 클러스터에서 릴레이 노드가 소비하는 에너지가 가장 많은 클러스터와 릴레이 노드가 소비하는 에너지가 가장 작은 클러스터를 결정하고, 상기 에너지 소비가 가장 많은 클러스터에서 어느 하나의 기준 셀을 제외하고, 상기 에너지 소비가 가장 작은 클러스터에 어느 하나의 기준 셀을 추가하는 단계를 더 포함하는 분할된 네트워크를 위한 릴레이 노드의 이동 경로 결정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the computer device measures energy consumed by each relay node in the final cluster to transmit information, and the computer device calculates the energy consumed by the cluster and the relay node, which are consumed by the relay node in the final cluster, Determining a smallest cluster and adding any one of the reference cells to the cluster with the smallest energy consumption, excluding the one reference cell in the cluster with the highest energy consumption, A method for determining a movement path of a relay node for a relay node.
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