KR20090021906A - Wireless sensor network and cluster optimising method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 센서 네트워크 및 클러스터 최적화 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 자체적으로 클러스터의 해산 및 병합을 수행할 수 있는 복수의 센서 노드를 이용하여 클러스터의 수를 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 클러스터 최적화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless sensor network and a cluster optimization method, and more particularly, to a wireless sensor network and cluster optimization capable of minimizing the number of clusters by using a plurality of sensor nodes capable of dissolving and merging clusters on their own. It is about a method.
무선 네트워크는 최근 대두되고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 연구에 힘입어, 광범위하게 설치되어 있는 유무선 네트워크 인프라에 상황인지를 위한 다양한 센서 디바이스를 결합하여 감지된 환경데이터를 응용서비스서버와 연동하는 기술이다. 온도센서와 같은 표준 센서와 다른 점은 바로 지능형 클러스터에서의 상호 연결성과 집단적으로 데이터를 수집·처리하는 능력이다. 이 기술을 사용하여 재난방제, 환경감시, 지능형 물류관리, 실시간 보안, 모바일 건강관리 등에 적용을 시도하고 있다. The wireless network is a technology that integrates various sensor devices for situational awareness in a widely installed wired / wireless network infrastructure based on the recent research of ubiquitous computing, and interlocks the detected environmental data with an application service server. The difference from standard sensors such as temperature sensors is the interconnectivity in intelligent clusters and the ability to collect and process data collectively. Using this technology, it is attempting to apply to disaster control, environmental monitoring, intelligent logistics management, real-time security, and mobile healthcare.
무선 센서네트워크는 대규모 숫자의 노드가 광범위한 지역에 감시임무를 위해 배포되고 센서를 통해 감지된 데이터는 네트워크 내부에서 데이터 처리를 통해 보다 상위의 이벤트로 변화된 후 원격의 관리자에서 전달된다. 이때 저가, 저전력의 단일 홉 (single-hop) 혹은 멀티홉 (multihop) 무선 네트워크를 통해 데이터가 전송된다. 무선 센서네트워크의 특성을 살펴보면 다음과 같다.In wireless sensor networks, a large number of nodes are distributed for surveillance missions in a wide range of areas, and the data sensed through the sensors is transformed into higher-level events through data processing inside the network and then delivered from remote managers. Data is then transmitted over low-cost, low-power single-hop or multihop wireless networks. The characteristics of the wireless sensor network are as follows.
첫째, 무선 센서네트워크의 노드는 배터리로 동작하는 저전력, 저가의 시스템이다. 그러나 현재의 배터리 기술의 한계로 인해 노드들은 에너지 사용에 대단히 제약을 받고 배터리가 소모되어 노드의 동작이 멈추면 이는 다시 재충전하거나 교체되지는 않는다는 것이다. 즉 무선 센서네트워크의 노드들은 일회용 소모품의 성격을 지닌다. 따라서 무선센서네트워크는 전력의 사용을 효율적으로 하여 네트워크의 생존시간(lifetime)을 최대화할 수 있어야 한다. 노드의 전력 소모를 기능별로 분석해 보면 무선 통신 시 사용되는 전력 소모가 센싱이나 데이터 처리에 소모되는 것보다 크기 때문에 무선 통신 프로토콜을 어떻게 동작하여 전력 소모를 줄일 것인가가 해결해야 할 중요한 문제이다.First, nodes in wireless sensor networks are low-power, low-cost systems that operate on batteries. However, due to the limitations of current battery technology, nodes are severely constrained in their energy use and will not be recharged or replaced if the battery is depleted and the node stops operating. In other words, the nodes of the wireless sensor network have the characteristics of disposable consumables. Therefore, the wireless sensor network should be able to maximize the lifetime of the network by using power efficiently. When analyzing the power consumption of each node by function, the power consumption used in wireless communication is larger than that in sensing or data processing. Therefore, how to operate the wireless communication protocol to reduce power consumption is an important problem to be solved.
둘째, 무선 센서네트워크는 대규모 숫자의 통신 노드로 구성된다. 감시라는 업무 자체의 특성상, 보다 많은 관찰점에서 다각도의 감시 정보를 수집한다면 보다 풍부한 상황정보를 파악할 수 있기 때문이다. 이는 기존의 단일 센서에서 수행하던 임무를 보다 많은 노드에서 분배해서 수행함으로써 정보의 정확도를 높인다. 이를 위해서는 세 가지 요구사항을 충족해야 한다. 첫째는 대규모의 노드로 네트워크를 구성하기 위해서는 현실적으로 구현 단계에서 저가의 플랫폼이 개발되어야 한다는 것이고 둘째는 이와 같은 대규모의 네트워크 노드들이 정보를 주고받기 위해서는 네트워크의 형태가 기반구조가 필요없는 단일 홉(single-hop) 혹은 멀티 홉 (multihop) 무선 네트워크가 되어야 한다는 것이다. 기반구조가 없는 네트워크는 이동통신의 기지국이나 무선 랜의 액세스 포인트와 같은 고정된 네트워크 접근점을 갖지 않는다는 것이다. 셋째는 노드 간 중복되는 데이터를 네트워크 내부에서 처리하여 의미 있는 결과값 만을 추출할 수 있는 데이터병합 방법과 이를 수행하기 위한 네트워크 구조가 제시되어야 한다.Second, the wireless sensor network consists of a large number of communication nodes. Because of the nature of the monitoring itself, more situational information can be grasped if more observation points are collected from more observation points. This improves the accuracy of information by distributing the task from a single sensor to more nodes. This requires three requirements. First, in order to construct a network with a large number of nodes, a low-cost platform should be developed at the implementation stage. Second, a single hop in which the network type does not need an infrastructure in order for these large network nodes to exchange information. -hop or multihop wireless network. A network without infrastructure does not have a fixed network access point such as a base station of a mobile communication or an access point of a wireless LAN. Third, a data merging method that can extract only meaningful results by processing redundant data between nodes in a network and a network structure for performing the same must be presented.
셋째, 무선 센서네트워크의 노드들은 사람에 의해 배포되기 보다는 비행기 혹은 다른 운반수단을 통해 무작위로 배치된다. 이는 무선 센서네트워크의 첫 번째 적용분야가 사람이 쉽게 접근하기 어려운 지역, 즉 재난지역이나 전투지역이 될 것이기 때문이다. 이러한 특성은 노드가 사람의 관리나 간섭 없이 네트워크를 자기 구성 할 수 있어야 한다는 기술적 요구사항을 지닌다.Third, nodes in wireless sensor networks are randomly deployed by plane or other vehicle rather than distributed by humans. This is because the first application of wireless sensor networks will be in areas that are difficult to reach, such as disaster areas or combat areas. This feature has the technical requirement that nodes be able to self-configure the network without human intervention or interference.
넷째, 앞에서 언급한 바와 같이 무선 센서네트워크가 배치되는 지역은 물리적 환경이 대단히 열악하고 가변적이라는 것이다. 이는 노드의 고장, 파괴, 오동작 등이 빈번하게 일어날 수 있다는 가정이 전제된다. 따라서 급격히 변동하는 주변환경에도 불구하고 주어진 임무를 지속할 수 있는 장애 허용성이 갖춰져야 한다. 이러한 요구조건을 만족하기 위해 무선 센서 네트워크는 노드의 밀집도를 높게 하여 감시 지역을 중복되게 함으로써 일부 노드의 고장이 발생하더라도 일정 수준 이상의 정보를 수집할 수 있도록 한다.Fourth, as mentioned above, the area where the wireless sensor network is deployed is very poor and variable in physical environment. This assumes that node failure, destruction, malfunction, etc. can occur frequently. Thus, in the face of rapidly changing surroundings, it must be equipped with disability tolerance to continue a given task. To meet these requirements, the wireless sensor network increases the density of the nodes so that the monitoring area is overlapped so that a certain level of information can be collected even if some nodes fail.
그러나 일반적으로 센서 노드들의 에너지는 제한되어 있으며 충전될 수 없는 특징을 가지므로, 센서 네트워크의 생존시간을 최대로 연장시키기 위해서는 센서 노드들의 에너지 소비를 공정하게 분배하는 방법이 필요하다. 각 센서 노드가 작동을 하는 과정에 있어서 무선 통신 시 사용되는 전력 소모가 가장 크다. However, since the energy of the sensor nodes is generally limited and cannot be charged, a method of fairly distributing energy consumption of the sensor nodes is required in order to maximize the survival time of the sensor network. In the process of operating each sensor node, the highest power consumption is used for wireless communication.
따라서 전체 센서 네트워크의 생존시간을 연장하기 위하여 일정범위 내에 들어 있는 센서 노드들을 하나의 클러스터로 형성하고 클러스터에 포함된 센서 노드들 중 하나의 센서 노드를 헤드 노드로 선택하여 헤드 노드가 클러스터 내의 나머지 센서 노드들로부터 정보를 수집하여 서버와 통신을 하게 하는 방법을 사용한다. Therefore, in order to extend the survival time of the entire sensor network, sensor nodes included in a certain range are formed into one cluster, and one sensor node among the sensor nodes included in the cluster is selected as the head node, so that the head node is the remaining sensor in the cluster. It uses a method of collecting information from nodes to communicate with the server.
이 경우 헤드 노드로 선택된 센서 노드는 서버와 무선 통신을 하기 때문에 에너지의 소모가 커서 먼저 헤드 노드로 선택된 노드부터 수명이 다해 센서 네트워크에 빈틈이 점차 늘어나는 문제점이 있다. In this case, since the sensor node selected as the head node communicates wirelessly with the server, energy consumption is large, and thus, the gap is gradually increased in the sensor network due to the end of life from the node selected as the head node.
이러한 문제점을 보완하기 위해 IEEE Trans.On Wireless Communications Vol.1, No.4에 기재된 논문 "AnApplication-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks"(Wendi B. Heinselman)에서는 노드들간에 노드 헤드의 역할을 동적으로 순환하는 방법이 제안되었다.To address this problem, the paper "AnApplication-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks" (Wendi B. Heinselman), published in IEEE Trans.On Wireless Communications Vol. 1, No. 4, dynamically plays the role of node heads between nodes. A method of cycling has been proposed.
이 논문에 기재된 클러스터링 방법에 따르면, 센서 노드들이 일정 기간 동안 헤드 노드의 역할을 수행하였는지 여부를 기반으로 헤드 노드의 역할을 수행하지 않은 노드들이 다음 헤드 노드가 되는 확률을 높여줌으로써 클러스터 헤드의 역할을 동적으로 순환시킨다.According to the clustering method described in this paper, the role of the cluster head is increased by increasing the probability that nodes that do not act as head nodes become the next head node based on whether the sensor nodes play the role of head nodes for a certain period of time. Circulate dynamically
그러나, 이러한 방법에 의하면 이웃한 센서 노드들에 비해 적은 에너지를 가진 센서 노드가 헤드 노드의 기능을 수행하게 될 수 있으며, 이렇게 되면 빠른 에 너지 고갈을 초래하여 결국 해당 센서 노드의 노드 기능이 소멸되는 문제점이 있엇다.However, according to this method, a sensor node with less energy than a neighboring sensor node may perform the function of a head node, which causes a rapid energy exhaustion and eventually destroys the node function of the corresponding sensor node. There was a problem.
또한, 대한민국 공개특허 제2006-0055635호에서는 에너지 소모를 골고루 분배하기 위해 헤드 노드를 설정할 때 에너지 잔량을 측정하여 잔량이 많은 노드가 헤드 노드로 설정되도록 하는 방법을 사용한다. 그러나 상기의 방법은 클러스터의 수가 최적화되지 않아 과도하게 많은 수의 센서 노드가 헤드 노드로 설정되어 센서 네트워크의 생존시간이 짧아지는 문제점이 있었다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0055635 uses a method of measuring the remaining energy when setting the head node to evenly distribute the energy consumption so that the node having a high residual amount is set as the head node. However, the above method has a problem in that the survival time of the sensor network is shortened because the excessive number of clusters is set as the head node because the number of clusters is not optimized.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 자체적으로 클러스터의 해산 및 병합을 수행할 수 있는 복수의 센서 노드를 이용하여 클러스터의 수를 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 클러스터 최적화 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems of the prior art as described above is a wireless sensor network and cluster optimization method that can minimize the number of clusters by using a plurality of sensor nodes that can perform the dissolution and merge of the cluster itself It is an object of the present invention to provide.
본 발명의 상기 목적은 주변의 센서 노드 및 서버와 무선통신이 가능하며 클러스터의 해산 및 병합을 수행할 수 있는 복수의 센서 노드 및 상기 센서 노드로부터 데이터를 전송받아 처리하기 위한 서버를 포함하는 무선 센서 네트워크에 의해 달성된다.The object of the present invention is a wireless sensor including a plurality of sensor nodes capable of wireless communication with the surrounding sensor node and server and capable of performing dissolution and merging of a cluster, and a server for receiving and processing data from the sensor node. Achieved by the network.
또한, 본 발명의 다른 목적은 어느 한 클러스터의 헤드 노드에서 자신의 통신 영역 내에 다른 클러스터의 헤드 노드가 하나 이상 있을 경우, 헤드 노드 포기 예고 메시지를 클러스터 내에 있는 모든 멤버 노드로 전송하는 제 1단계; 상기 메시지를 수신한 상기 모든 멤버 노드는 자신의 통신영역 내에 다른 클러스터의 헤드 노드가 위치하고 있는지 조사하여 헤드 노드로 응답 메시지를 전송하는 제 2단계; 상기 모든 멤버 노드의 조사 결과를 수신한 헤드 노드는 상기 응답 메시지에 따라 모든 멤버 노드의 응답이 가능이었을 때, 헤드 노드 포기 확정 메시지를 모든 멤버 노드에 전송하는 제3단계; 상기 헤드 노드에서 클러스터를 해제하고 자신의 통신영 역 내에 있는 다른 클러스터의 헤드 노드에 멤버 노드로 가입하는 제4단계 및 상기 응답 메시지중 불가가 하나 이상일 때, 헤드 노드 상태를 그대로 유지하는 제5단계를 포함하는 클러스터 최적화 방법에 의해 달성된다.Another object of the present invention is to provide a first step of transmitting a head node abandonment notification message to all member nodes in a cluster when at least one head node of another cluster is located in a communication area of the head node of a cluster; A second step of all the member nodes which have received the message check whether a head node of another cluster is located in their communication area and transmit a response message to the head node; A third step of receiving a result of the survey of all member nodes, when the response of all member nodes is possible according to the response message, transmitting the head node abandonment confirmation message to all member nodes; A fourth step of releasing the cluster from the head node and subscribing to the head node of another cluster in its communication area as a member node and maintaining the head node state as it is when at least one of the response messages is not available. It is achieved by a cluster optimization method comprising a.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 어느 한 클러스터의 멤버인 센서 노드에서 자신의 통신 영역 내에 둘 이상의 헤드 노드가 있을 경우, 상기 헤드 노드에게 클러스터 병합 메시지를 전송하는 제 1단계; 상기 클러스터 병합 메시지를 수신한 각각의 헤드 노드는 자신의 클러스터에 속한 모든 멤버 노드로 헤드 노드 포기 예고 메시지를 전송하는 제 2단계; 상기 메시지를 수신한 상기 모든 멤버 노드는 자신의 통신영역 내에 다른 클러스터의 헤드 노드가 위치하고 있는지 조사하여 헤드 노드로 응답 메시지를 전송하는 제 3단계; 상기 모든 멤버 노드의 조사 결과를 수신한 헤드 노드는 상기 응답 메시지에 따라 모든 멤버 노드의 응답이 가능일 때 포기 가능 메시지를, 하나 이상 불가일 때 포기 불가 메시지를 상기 센서 노드에 전송하는 제4단계; 상기 메시지를 수신한 센서 노드는 하나 이상의 메시지가 헤드 노드 포기 불가 메시지일 경우 현재 멤버 노드인 상태를 유지하는 제 5단계; 상기 메시지가 모두 헤드 노드 포기 가능일 경우 각각의 헤드 노드에 병합확정 메시지를 전송하고 헤드 노드가 되는 제 6단계; 상기 병합 확정 메시지를 수신한 헤드 노드는 클러스터 내의 멤버 노드에 헤드 노드 포기 확정 메시지를 보내고 헤드 노드를 포기하는 제 7단계 및 상기 헤드 노드를 포기한 노드 및 상기 헤드 노드의 클러스터에 포함되어 있던 멤버 노드가 각각 자신의 통신 영역 내에 위치한 헤드 노드에 멤버 노드로 가입하는 제 8단계를 포함하는 클러스터 최적화 방법에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is the first step of transmitting a cluster merge message to the head node when there is more than one head node in its communication area in the sensor node that is a member of any cluster; Each head node receiving the cluster merge message transmits a head node abandon notice message to all member nodes belonging to its cluster; A third step of all the member nodes which have received the message check whether a head node of another cluster is located in their communication area and transmit a response message to the head node; Receiving a result of the survey of all member nodes, the head node transmitting a discardable message when the response of all member nodes is possible and a non-stopping message when at least one is impossible, to the sensor node according to the response message; A fifth step in which the sensor node receiving the message maintains a current member node when at least one message is a head node abandonment message; A sixth step of transmitting a merge determination message to each head node when the messages are all abandonable to the head node, and becoming a head node; The head node receiving the merge confirmation message sends a head node abandonment confirmation message to a member node in the cluster, and a seventh step of giving up the head node, a node giving up the head node, and a member node included in the cluster of the head node. A cluster optimization method comprising an eighth step of subscribing as a member node to a head node located within its own communication area, respectively.
따라서, 본 발명의 무선 센서 네트워크 및 클러스터 최적화 방법은 자체적으로 클러스터의 해산 및 병합을 수행할 수 있는 복수의 센서 노드를 이용하여 중복되는 클러스터를 해산하거나, 둘 이상의 클러스터를 하나로 병합함으로써 에너지의 소모가 많은 헤드 노드의 수를 최소화하여 전체 센서 네트워크의 생존시간을 연장할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the wireless sensor network and the cluster optimization method of the present invention use the plurality of sensor nodes capable of dissolving and merging the clusters themselves to dissolve redundant clusters or to merge two or more clusters into one to consume energy. By minimizing the number of head nodes, it is possible to extend the survival time of the entire sensor network.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 기본 구조를 나타낸 구조도이 다. 도 1을 참조하면, 무선 센서 네트워크는 주변의 센서 노드 및 서버와 무선통신이 가능하며 클러스터의 해산 및 병합을 수행할 수 있는 복수의 센서 노드 및 상기 센서 노드로부터 데이터를 전송받아 처리하기 위한 서버(100)로 구성된다. 1 is a structural diagram showing the basic structure of a wireless sensor network according to the present invention. Referring to FIG. 1, a wireless sensor network is capable of wirelessly communicating with neighboring sensor nodes and servers, a plurality of sensor nodes capable of dissolving and merging clusters, and a server for receiving and processing data from the sensor nodes ( 100).
서버(100)는 헤드 노드(130)와 무선 통신이 가능하며, 헤드 노드(130)에서 전송한 데이터를 수집하는 기능을 한다.The
센서 노드는 서버(100)와 통신이 가능하며 멤버 노드(120)로부터 수신한 데이터를 서버로 전송할 수 있는 헤드 노드(130) 및 헤드 노드(130)의 멤버로 가입하여 수집한 데이터를 헤드 노드(130)로 전송할 수 있는 멤버 노드(120)로 구성된다.상기 헤드 노드(130) 및 헤드 노드(130)의 멤버로 가입한 멤버 노드(120)를 클러스터(110)라 한다. The sensor node can communicate with the
헤드 노드(130)와 멤버 노드(120)는 동일한 구조이며 네트워크 생성 초기부터 종료시까지 그 기능이 정해진 것이 아니다. 따라서 멤버 노드(120)도 상황에 따라 헤드 노드(130)가 될 수 있으며, 헤드 노드(130) 또한 멤버 노드(120)로 상태 변환이 가능하다. 내부에 랜덤 타이머를 구비하고 있으며 센서 네트워크 생성 초기에 클러스터를 구성하거나 센서 노드의 추가, 삭제 등의 주변 환경에 의해 클러스터를 재구성할 때, 클러스터 최적화 기능이 동시에 수행되지 않고, 일정의 시간 차이를 두고 하나씩 또는 일정한 수 이하의 센서 노드만 클러스터 구성 또는 재구성 작업을 수행하도록 한다.The
헤드 노드(130)로 설정된 센서 노드는 자신의 무선 통신 영역 내에 있는 멤버 노드(120)를 자신의 멤버로 가입시킴으로써 클러스터(110)를 구성한다. 자신의 무선 통신 영역 내에 하나 이상의 다른 헤드 노드(130)가 위치할 경우 헤드 노드(130)를 포기하고 다른 헤드 노드(130)의 멤버 노드로(120) 가입하는 기능을 포함하고 있으며, 클러스터(110) 내의 멤버 노드(120)들이 수집한 데이터를 서버(100)로 전송하는 기능을 한다. 또한 헤드 노드의(130)의 에너지 잔량에 따라 헤드 노드(130)를 포기하고, 주변의 헤드 노드(130)에 멤버 노드(120)로써 가입할 수 있다.The sensor node configured as the
또한, 멤버 노드(120)는 센서의 기능에 따라 수집한 데이터를 헤드 노드(130)로 전송하며, 자신의 무선 통신 영역 내에 자신이 가입한 헤드 노드(130) 외에 다른 헤드 노드(130)가 위치하고 있을 때, 자신이 직접 헤드 노드(130)가 되어 다른 헤드 노드(130)를 자신의 멤버 노드(120)로 가입시킬 수 있다. In addition, the
상기의 센서 노드는 주위의 센서 노드와 상태 정보를 송수신할 수 있으며, 주위의 센서 노드로부터 수신한 상태 정보를 저장하여 센서 노드 상호 간 불필요한 통신 횟수를 줄일 수 있다.The sensor node may transmit and receive state information with surrounding sensor nodes, and store state information received from surrounding sensor nodes, thereby reducing the number of unnecessary communication between sensor nodes.
도 2는 본 발명의 클러스터 해산 방법을 나타내는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 헤드 노드(220)가 랜덤 타이머의 타임아웃에 의해 활성화되었을 때, 자신의 클러스터(210) 내에 하나 이상의 헤드 노드(240)가 위치하고 있는지 검색한다. 클러스터(210)가 중복될 경우 불필요하게 헤드 노드(220, 230)의 수가 늘어나게 되며 서버와 통신을 수행하는 헤드 노드(220, 230)의 특성상 에너지 소모가 크기 때문에 전체 무선 센서 네트워크의 생존시간이 짧아지게 된다.2 is a conceptual diagram showing the cluster dissolution method of the present invention. Referring to FIG. 2, when the
따라서, 클러스터(210)가 중복되어 있는 헤드 노드(220)는 자신에게 가입한 멤버 노드(240)들을 모두 주변의 다른 헤드 노드(240)에 가입하도록 하고 자신도 헤드 노드 상태를 포기하고 다른 헤드 노드(240)의 멤버 노드로 가입한다. 상기 헤드 노드(220)에 의해 설정되었던 클러스터(210)는 헤드 노드 상태의 포기에 따라 해산되며 전체 센서 네트워크에서의 클러스터 수는 줄어들게 된다. Accordingly, the
도 3은 본 발명의 클러스터 해산 방법을 나타내는 순서도이다. 도 3을 참조하면 헤드 노드는 내부에 포함된 랜덤 타이머가 타임아웃이 되면 활성화되어, 자신의 통신영역 내에 헤드 노드가 있는지 검색한다. 하나 이상의 헤드 노드가 있으면, 자신의 멤버로 가입한 멤버 노드들에게 헤드 노드 포기 예고 메시지를 전송한다(S310).3 is a flowchart showing the cluster dissolution method of the present invention. Referring to FIG. 3, the head node is activated when the random timer included therein times out and searches for the presence of the head node in its communication area. If there is more than one head node, the head node abandon notice message is transmitted to the member nodes subscribed as their members (S310).
멤버 노드는 헤드 노드 포기 예고 메시지를 수신하면 자신의 통신 영역 내에 다른 헤드 노드가 위치하고 있는지 검색하여, 그 결과를 자신의 헤드 노드에게 전송한다(S320). 결과 메시지는 자신이 멤버로 가입한 헤드 노드가 헤드 노드 상태를 포기하더라고 자신이 가입할 수 있는 헤드 노드가 있으면 포기 가능 메시지를 전송하며, 자신이 멤버로 가입한 헤드 노드 외에 다른 헤드 노드가 자신의 무선 통신 영역 내에 없을 경우 포기 불가 메시지를 전송한다.When the member node receives the head node abandonment notification message, the member node searches whether another head node is located in its communication area, and transmits the result to its head node (S320). The resulting message sends a discardable message if there is a head node to which it subscribes, even if the head node to which it is a member gives up the head node status. If not within the wireless communication area, a message for not giving up is transmitted.
헤드 노드는 수신한 메시지를 파악하여(S330) 모든 메시지가 포기 가능 메시지이면 헤드 노드 상태를 포기하는 헤드 노드 포기 확정 메시지를 멤버 노드에 전송하여 멤버 노드가 주위의 다른 헤드 노드에 멤버로 가입하도록 하고, 자신은 멤버 노드가 되어 다른 헤드 노드에 멤버로 가입한다(S340). 반면, 수신한 메시지 중에서 포기 불가 메시지가 하나 이상이면, 헤드 노드 상태를 유지하여(S350) 헤드 노드의 기능을 계속 수행하도록 한다.The head node grasps the received message (S330) and if all the messages are abandonable messages, transmits a head node abandonment confirmation message that gives up the head node status to the member node so that the member node joins the neighboring head nodes as members. , He becomes a member node and joins another head node as a member (S340). On the other hand, if there is more than one message that cannot be abandoned among the received messages, the head node state is maintained (S350) to continue to perform the function of the head node.
또한, 헤드 노드는 자신의 영역 내에 다른 헤드 노드가 위치하였을 때 이외에도 자신의 에너지량에 따라 상기의 과정을 수행할 수 있고, 에너지가 거의 남지않은 상태에 도달하여 더 이상 헤드 노드는 물론 멤버 노드로서의 기능을 수행하기 힘들 때, 헤드 노드 포기 메시지를 전송할 수 있다. 이 경우 주위에 새로 가입할 수 있는 헤드 노드가 없는 멤버 노드는 스스로 헤드 노드가 될 수 있다.In addition, the head node may perform the above process according to the amount of energy of itself, except when another head node is located in its area, and reaches a state where almost no energy remains, so that the head node no longer serves as a member node as well as a member node. When it is difficult to perform a function, it can send a head node abandon message. In this case, a member node without a head node that can be newly joined may become a head node by itself.
도 4는 본 발명의 클러스터 병합 방법을 나타내는 개념도이다. 도 4를 참조하면 헤드 노드A(420)의 멤버 노드B(430)는 랜덤 타이머의 타임아웃에 의해 활성화되었을 때, 통신 영역 내에서 두 개의 헤드 노드A(420) 와 C(440)를 검색하게 된다. 클러스터(410, 450)가 중복될 경우 불필요하게 헤드 노드(420, 440)의 수가 늘어나게 되며 서버와 통신을 수행하는 헤드 노드(420, 440)의 특성상 에너지 소모가 크기 때문에 전체 무선 센서 네트워크의 생존시간이 짧아지게 된다. 4 is a conceptual diagram illustrating a cluster merging method of the present invention. Referring to FIG. 4, when
두 개의 클러스터(410, 450)가 중복되어 있는 위치에 있는 멤버 노드B(430)는 두 헤드 노드A(420)와 C(440)가 헤드 노드 상태를 포기하도록 하고 자신(430)이 직접 헤드 노드가 되어 자신의 통신 영역 내에 있는 센서 노드를 자신의 멤버 노드로 가입하도록 하여 새로운 클러스터(460)를 생성한다. Member node B (430) in a position where two clusters (410, 450) overlap, causes two head nodes A (420) and C (440) to give up the head node state, and 430 itself direct head node. Then, to join the sensor node in its own communication area as its member node to create a new cluster (460).
멤버 노드B(430)가 새로운 헤드 노드가 됨에 따라 새로운 클러스터(460)가 하나 생겼지만 기존의 클러스터(410, 450)는 두 개가 줄어들게 되어 전체 센서 네트워크의 클러스터 수는 줄어들게 된다. As
도 5는 본 발명의 클러스터 병합 방법을 나타내는 순서도이다. 도 5를 참조 하면, 멤버 노드는 내부에 포함된 랜덤 타이머가 타임아웃이 되면 활성화 되어, 자신의 통신영역 내에 헤드 노드가 있는지 조사한다. 둘 이상의 헤드 노드가 있으면, 해당 헤드 노드에게 자신이 헤드 노드가 되어 클러스터를 설정하겠다는 클러스터 병합 메시지를 전송한다(S510). 클러스터 병합 메시지를 수신한 헤드 노드는 자신의 멤버 노드에게 헤드 노드 포기 예고 메시지를 전송한다(S520).5 is a flowchart illustrating a cluster merging method of the present invention. Referring to FIG. 5, the member node is activated when the random timer included therein times out and checks whether there is a head node in its communication area. If there is more than one head node, it transmits a cluster merge message to the corresponding head node to establish a cluster as the head node (S510). The head node receiving the cluster merge message transmits a head node abandon notice message to its member node (S520).
헤드 노드 포기 예고 메시지를 수신한 멤버 노드는 자신의 통신영역 내에 헤드 노드가 위치하고 있는지 조사하여 결과를 헤드 노드로 전송한다(S530). 헤드 노드는 멤버 노드로부터 수신한 결과에 따라 모든 멤버 노드가 포기 가능일 경우 헤드 노드는 최초 클러스터 병합 메시지를 전송한 멤버 노드에게 포기 가능 메시지를 송신하고, 하나 이상의 포기 불가 메시지가 수신될 경우 포기 불가 메시지를 전송한다. The member node that receives the head node abandon notice message checks whether the head node is located in its communication area and transmits the result to the head node (S530). The head node sends a discardable message to the member node that sent the initial cluster merge message if all member nodes are abandonable based on the result received from the member node, and a non-surrenderable message if one or more non-abandonable messages are received. Send it.
최초 클러스터 병합 메시지를 송신한 멤버 노드는 헤드 노드로부터 수신한 결과에 따라(S540) 모든 헤드 노드가 포기 가능이면 클러스터 병합 확정 메시지를 헤드 노드에게 전송하여 헤드 노드 상태를 포기하도록 한다.The member node that transmits the first cluster merge message transmits the cluster merge confirmation message to the head node when all the head nodes can be given up according to the result received from the head node (S540) to give up the head node state.
클러스터 병합 확정 메시지를 수신한 헤드 노드는 자신의 멤버로 가입해 있는 멤버 노드들에게 헤드 노드 포기 확정 메시지를 전송하고 헤드 노드 상태를 포기한다(S550). 신규 헤드 노드가 된 멤버 노드는 자신의 통신 영역 내에 위치한 멤버 노드 또는 헤드 노드를 포기한 센서 노드를 자신의 클러스터에 가입시킴으로써 새로운 클러스터가 생성되고(S570), 기존의 클러스터는 자연히 해산되어, 전체 센서 네트워크의 클러스터 수는 줄어들게 된다. Receiving the cluster merge confirmation message, the head node transmits a head node abandonment confirmation message to member nodes subscribed as its members (S550). A member node that has become a new head node joins a member node or a sensor node that has abandoned the head node within its communication area to its cluster, thereby creating a new cluster (S570), and the existing cluster is naturally dissolved, so that the entire sensor network Will reduce the number of clusters.
그러나 하나 이상의 포기 불가 메시지를 헤드 노드로부터 수신하였을 경우, 최초 클러스터 병합 메시지를 전송했던 멤버 노드는 기존의 멤버 노드 상태를 유지하여(S560), 이전과 같은 클러스터의 멤버 노드로 작동한다.However, when one or more non-cancellation messages are received from the head node, the member node that transmitted the first cluster merge message maintains the existing member node state (S560), and operates as a member node of the cluster as before.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 기본 구조를 나타낸 구조도,1 is a structural diagram showing a basic structure of a wireless sensor network according to the present invention;
도 2는 본 발명의 클러스터 해산 방법을 나타내는 개념도,2 is a conceptual diagram showing the cluster dissolution method of the present invention;
도 3은 본 발명의 클러스터 해산 방법을 나타내는 순서도,3 is a flowchart showing a cluster dissolution method according to the present invention;
도 4는 본 발명의 클러스터 병합 방법을 나타내는 개념도,4 is a conceptual diagram illustrating a cluster merging method of the present invention;
도 5는 본 발명의 클러스터 병합 방법을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a cluster merging method of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 서버 100: server
110, 210, 410, 450, 460 : 클러스터 110, 210, 410, 450, 460: cluster
120, 240, 430 : 멤버 노드 120, 240, 430: member nodes
130, 220, 420 : 헤드 노드 130, 220, 420: head node
Claims (12)
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101033872B1 (en) * | 2009-09-29 | 2011-05-11 | 강릉원주대학교산학협력단 | Method for forming Communication protocol for underwater environment, Method for forming Network and Method for communication using the communication protocol |
CN102325041A (en) * | 2011-07-18 | 2012-01-18 | 南京邮电大学 | Complex network theory-based wireless sensor network group management method |
KR101701951B1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-02-02 | 아주대학교 산학협력단 | Method and Apparatus for Determining Optimal Number of Clusters in Sensor Networks |
-
2007
- 2007-08-29 KR KR1020070086807A patent/KR20090021906A/en not_active Application Discontinuation
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