KR100667334B1 - 데이터 수집이 가능한 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법 - Google Patents

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Abstract

데이터 수집이 가능한 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법이 개시된다. 본 센서 네트워크는 수집한 타겟의 데이터에 대응되는 각 타임슬롯을 구성하고 있는 서브 타임슬롯들 중에 할당받은 서브 타임슬롯에서 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 적어도 하나의 센서 노드, 및 센서 노드에게 각 타임슬롯별로 서브 타임슬롯을 할당하며, 센서 노드가 전송한 수집한 타겟의 데이터를 수신하는 게더링노드를 구비한다. 이에 의해, 데이터를 비트 전송하므로 전력의 소모가 감소하고, 데이터 충돌 방지를 위해 추가 정보 전송이 필요없으므로 전력의 소모가 최소화될 뿐만 아니라, 한 번에 복수의 센서 노드가 데이터를 전송할 수 있으므로 전송 시간이 단축되는 이점이 있다.
센서네트워크, 데이터수집, TDMA, ASK

Description

데이터 수집이 가능한 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법{sensor network for transmitting data and data transmitting method thereof}
도 1은 일반적인 센서 네트워크를 도시한 도면,
도 2는 센서 네트워크의 일 부분을 도시한 도면,
도 3은 종래의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면,
도 4는 본 발명의 데이터 수집방법인 TDMA방식의 설명에 제공되는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 네트워크의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면,
도 7a는 데이터 수집시 발생하는 동기오차의 일 예를 도시한 도면, 그리고
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기오차 보정의 설명에 제공되는 도면이다.
본 발명은 센서 네트워크 및 그 데이터 수집방법에 관한 것으로, 더욱 상세 하게는, 타겟의 데이터를 수집하여 송수신하는 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크에서 데이터를 수집하는 것이 가능한 센서 네트워크 및 그 데이터 수집방법에 관한 것이다.
일반적인 이동통신 시스템은 이동단말(mobile element)과 기지국(base station)간에 서로 데이터를 송수신한다. 이동단말과 기지국은 다른 이동단말 또는 노드(node)들을 경유하지 않고 직접 데이터를 송수신한다. 하지만, 센서 네트워크(sensor network)는 센서 노드(sensor node)의 데이터를 싱크 노드(sink node)로 전달하고자 할 경우 다른 센서 노드들을 이용한다.
이하에서는, 도 1을 이용하여 일반적인 센서 네트워크의 구조에 대해 알아보기로 한다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 센서 네트워크는 싱크 노드와 복수 개의 센서 노드들로 구성된다. 도 1은 하나의 싱크 노드만을 도시하고 있으나, 사용자의 설정에 따라 센서 네트워크는 적어도 2개 이상의 싱크 노드들로 구성되는 것이 가능하다.
센서 노드는 지정된 사용자가 설정한 타겟(target) 영역에 관한 정보를 수집한다. 센서 노드가 수집하는 타겟 영역의 정보로는 주위의 온도, 습도나 물체의 이동, 및 가스의 유출 등이 있다.
센서 노드는 타겟 영역에서 수집된 정보의 데이터를 싱크 노드로 전송한다. 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드들이 전송한 데이터들을 전달받는다. 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드로 전달한다. 하지만 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않 은 센서 노드는 수집된 데이터를 싱크 노드로 직접 전달하는 대신 싱크 노드에 인접한 센서 노드들로 전송한다.
도 2는 센서 네트워크의 일 부분을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 센서 네트워크의 일 부분은 노드 1, 노드 2, 노드 3, 노드 4, 및 노드 5 - 게더링(Gathering) 노드로 다섯 개의 센서 노드로 구성되어 있다. 그리고, 게더링 노드(노드 5)와 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4는 1 홉의 거리에 위치하고 있다.
게더링 노드는 센서 노드들 중에 어느 하나로, 정해져 있는 것이 아니라 상황에 따라 변하며, 전체 센서 네트워크로 보면 적어도 하나 이상이 존재한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다섯 개의 센서 노드들 중에 상위에 있는 센서 노드인 노드 5가 게더링 노드가 되며, 게더링 노드는 나머지 하위 센서 노드들 즉, 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4가 전송한 데이터를 수집한다. 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4는 데이터를 게더링 노드로 전송한다. 즉, 노드 1은 타겟에서 10, 노드 2는 9, 노드 3은 16, 및 노드 4는 11이라는 데이터를 수집하고, 각각의 수집된 데이터를 게더링 노드로 전송한다.
이상에서는 센서 네트워크의 일 부분이 게더링 노드 한 개와 센서 노드 네 개로 구성되어 있고, 각 센서 노드들이 일정한 정수값의 데이터를 수집하는 것으로 설명하였으나, 이는 일 예에 불과한 것이다. 센서 네트워크는 적어도 하나 이상의 게더링 노드와 복수의 센서 노드들로 구성되는 것이 자명하며, 각 센서 노드들이 정수외의 값을 가지는 데이터를 수집하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않는 센 서 노드가 인접 센서 노드들을 이용하여 데이터를 전송하는 이유는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 싱크 노드와 센서 노드간의 거리와 센서 노드가 싱크 노드로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 상호 비례한다.
따라서, 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 복수 개의 센서 노드들을 이용하여 수집된 데이터를 전송함으로서 데이터 전송에 따른 전력소모를 최소화할 수 있게 된다.
그런데, 종래의 센서 네트워크에서, 데이터를 수집한 센서 노드는 프레임(frame) 기반의 시분할다중액세스(Time Division Multiple Access : 이하 'TDMA'라 함)방식으로 수집된 데이터를 인접 센서 노드 즉, 게더링 노드로 전송하였다.
이하에서는, 도 3를 이용하여 종래의 프레임 기반의 TDMA방식에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 종래의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면이다. 도 3의 (a)는 센서 노드가 수집한 데이터가 포함된 프레임 구조이다. 프레임은 프리앰블(preamble)를 사용한 PHY(physical layer), 데이터의 정보를 나타내는 헤더(header), 센서 노드가 수집한 데이터, 및 오류 체크를 위한 FCS(Frame Check Sequence) 등을 포함한다.
도 3의 (b)는 종래의 TDMA방식을 설명하기 도면으로, 주파수 대역이 주기적으로 일정한 시간 간격으로 나뉘어져 구성된다. 일정한 하나의 시간 간격을 타임슬롯(time slot)이라고 하며, 각각의 타임 슬롯은 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4에 할당된다. 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4는 각각의 할당된 시간동안 각각 의 할당된 타임 슬롯을 점유하여, 수집한 각각의 데이터 10, 9, 16, 및 11이 포함된 각각의 프레임을 게더링 노드로 전송한다. 게더링 노드는 각 타임 슬롯에 할당된 센서 소드로부터 전송된 데이터를 수집한다. 이 때, 프레임 전송 중에 할당된 타임 슬롯을 오버하는 동기 오차 등에 의하여, 프레임 충돌 발생의 가능성이 있다. 이럴 경우에는, 반송파감지다중액세스(Carrier Sense Multiple Access : CSMA) 또는 충돌방지(Collision Avoidance : CA) 프로토콜에 의해 충돌 발생을 해결한다.
따라서, 센서 노드들은 작은 데이터를 전송하기 위해 완전한 프레임을 전송하므로 데이터 전송에 따른 전력의 소모가 증대되는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고, 하나의 타임 슬롯동안에 할당된 하나의 노드만이 데이터를 전송할 수 있으므로 전송 시간이 연장되는 문제점이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 센서 노드들은 충돌 방지를 위해 반송파 등의 추가 정보 전송이 요구되므로 추가 정보 전송에 따른 전력의 낭비를 초래할 수가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 센서 노드들이 데이터를 전송하기 위해 프레임 전송 대신 비트 전송을 함으로써, 데이터 수집이 가능한 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한 번에 복수의 센서 노드가 데이터를 전송하여 데이터 수집이 가능한 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 데이터 전송 중에 발생할 수 있는 충돌 방지를 위해 추가 정보 전송이 필요없는 센서네트워크 및 그 데이터 수집방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서 네트워크는, 수집한 타겟의 데이터에 대응되는 각 타임슬롯을 구성하고 있는 서브 타임슬롯들 중에 할당받은 서브 타임슬롯에서 상기 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 적어도 하나의 센서 노드, 및 상기 센서 노드에게 상기 각 타임슬롯별로 상기 서브 타임슬롯을 할당하며, 상기 센서 노드가 전송한 상기 수집한 타겟의 데이터를 수신하는 게더링노드를 포함한다.
그리고, 상기 타임슬롯은, 상기 수집 가능한 타겟의 데이터를 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 구분한 그룹에 대응되는 복수개의 서브 타임슬롯들로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 바람직하게는, 상기 게더링노드는, 상기 센서 노드 중 어느 하나이며, 상기 센서 노드보다 상위 센서 노드이다.
또한, 상기 게더링 노드는, 상기 데이터를 상기 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 구분된 그룹 중 최소 데이터 그룹보다 낮으면 로우로, 상기 구분된 그룹 중 최대 데이터 그룹보다 높으면 하이로 구분하여 수집한다.
그리고, 상기 센서 노드는 상기 게더링 노드로부터 1홉의 거리에 위치한다.
그리고, 상기 게더링 노드는, 상기 센서노드가 데이터전송을 준비하여 상기 서브 타임슬롯에 전송하기까지의 오차를 허용하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 상기 게더링 노드는, 상기 서브 타임슬롯의 간격을 넓 혀 상기 오차를 보정한다.
한편, 본 발명의 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 센서 노드와 상기 센서 노드가 전송한 상기 데이터를 수신하는 게더링 노드를 포함하는 센서 네트워크의 데이터방법은, 상기 수집한 타겟의 데이터에 대응되는 각 타임슬롯을 구성하고 있는 서브 타임슬롯들 중에 할당받은 서브 타임슬롯에서 상기 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 센서 노드에게 상기 각 타임슬롯별로 상기 서브 타임슬롯을 할당하며, 상기 센서 노드가 전송한 상기 수집한 타겟의 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 수집 가능한 타겟의 데이터를 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하는 단계, 및 상기 구분한 그룹에 대응되는 상기 각 타임슬롯을 복수개의 서브 타임슬롯들로 나누는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 바람직하게는, 상기 게더링노드는, 상기 센서 노드 중 어느 하나이며, 상기 센서 노드보다 상위 센서 노드이다.
그리고, 상기 데이터를 상기 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 그룹보다 낮으면 로우로, 상기 그룹보다 높으면 하이로 구분하여 수집하는 것이 바람직하다.
그리고, 바람직하게는, 상기 센서 노드는 상기 게더링 노드로부터 1홉의 거리에 위치한다.
그리고, 상기 서브 타임슬롯에 소정의 오차를 허용하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 상기 서브 타임슬롯의 간격을 넓혀 상기 오차를 보정한 다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 데이터 수집방법인 TDMA방식의 설명에 제공되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 주파수 대역은 데이터의 추정값별 타임슬롯, 로우(low) 타임슬롯, 및 하이(high) 타임슬롯으로 구성된다. 그리고, 각 타임슬롯은 센서 노드 수만큼의 서브 타임슬롯으로 구성된다.
구체적으로, 게더링 노드(노드 5)는 데이터 추정값의 그룹을 설정한다. 게더링 노드는 상관성을 고려하여 데이터 추정값의 그룹을 8, 9, 10, 11, 12로 설정한다. 데이터 추정값의 그룹은 상관도에 따라 더 넓게 설정되는 것도 가능하며, 더 좁게 설정되는 것도 가능하다. 데이터가 온도나 습도일 경우에는 소수점이 존재할 수도 있으나, 소수점까지 고려하여 일일히 그룹을 설정하면, 설정된 그룹에 대응되는 타임슬롯이 많아져 데이터 전송에 과부화가 발생할 수 있다. 또한, 데이터 전송에 소요되는 시간이 증대되는 문제점이 발생 할 수 있다. 그러므로, 게더링 노드는 8에서 8.9까지의 데이터 추정값을 8 하나의 그룹으로 설정한다. 게더링 노드는 다른 데이터 추정값에 대해서도 마찬가지로 두 개 이상의 데이터 추정값을 포함하는 그룹을 설정한다.
그리고, 게더링 노드는 최저 데이터 추정값인 8보다 작은 값을 가지는 모든 데이터들을 로우로 그룹을 설정하고, 최고 데이터 추정값인 12보다 큰 값을 가지는 모든 데이터들을 하이로 그룹을 설정한다. 로우 그룹은 설정된 데이터 추정값의 최소 그룹보다 작은 값을 가지는 로우 데이터들을 포함하고, 하이 그룹은 설정된 데 이터 추정값의 최대 그룹보다 큰 값을 가지는 하이 데이터들을 포함한다.
데이터 추정값의 그룹이 설정되면, 게더링 노드는 주파수 대역을 설정된 각 데이터 추정값, 및 로우, 하이에 대응하는 각 타임슬롯으로 구분한다. 그러므로, 주파수 대역은 데이터 추정값 8 ~ 12에 대응된 타임슬롯 다섯 개, 및 로우, 하이에 대응된 타임슬롯 두 개를 포함하여 일곱 개의 타임슬롯을 가지게 된다.
이상에서는 게더링 노드가 한 개의 데이터 추정값 그룹에 하나의 타임슬롯이 대응되게 주파수 대역을 구분하는 것으로 설명하였으나, 한 개 이상의 데이터 추정값 그룹에 하나의 타임슬롯이 대응되게 주파수 대역을 구분하는 것으로도 가능하다.
그리고, 데이터 추정값에 따라 타임슬롯이 구분되어지면, 게더링 노드는 각 타임슬롯을 센서 노드의 수 즉, 자신에게 데이터를 전송할 하위 센서 노드(노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4)의 수만큼의 서브 타임슬롯으로 나눈다. 그러므로, 하나의 타임슬롯은 네 개의 서브 타임슬롯을 가지게 된다. 게더링 노드는 타임슬롯을 센서 노드의 수만큼의 서브 타임슬롯으로 나누므로, 센서 노드가 복수 개이면 한 타임슬롯에 포함되는 서브 타임슬롯이 복수 개인 것이 자명하다.
이로써, 한 타임슬롯동안 한번에 네 개의 센서 노드들이 모두 게더링 노드로 데이터를 전송하는 것이 가능해지므로, 데이터의 수집에 소모되는 시간이 감소할 뿐만 아니라 데이터의 수집 속도가 빨라진다.
센서 노드들은 수집한 데이터를 게더링 노드로 전송하기 위한 라우팅(Routung) 경로를 설정하기 위해, 게더링 노드에 라우팅 요청(Routing Request : RREQ) 메세지를 전송한다. 게더링 노드는 라우팅 요청 메세지를 수신하여, 하위 센서 노드들의 주소, 및 아이디를 알 수 있을 뿐만 아니라, 하위 센서 노드들의 개수를 알 수 있다. 그러므로, 게더링 노드는 하나의 타임슬롯을 하위 센서 노드의 수만큼의 서브 타임슬롯으로 나누는 것이 가능하다.
서브 타임슬롯이 나눠지면, 게더링 노드는 각 서브 타임슬롯에 데이터를 수집할 센서 노드를 설정한다. 센서 노드들은 할당된 각 서브 타임슬롯에 게더링 노드로 수집한 데이터를 전송한다. 노드 1은 타임스롯 중에 첫번째 서브 타임슬롯을 할당받고, 할당된 첫번째 서브 타임슬롯동안 게더링 노드로 1비트의 데이터를 전송한다. 노드 2는 타임슬롯 중에 두번째 서브 타임슬롯을 할당받고, 할당된 두번째 서브 타임슬롯동안 게더링 노드로 1비트의 데이터를 전송한다. 노드 3은 타임슬롯 중에 세번째 서브 타임슬롯을 할당받고, 할당된 세번째 서브 타임슬롯동안 게더링 노드로 1비트의 데이터를 전송한다. 노드 4는 타임슬롯 중에 네번째 서브 타임슬롯을 할당받고, 할당된 네번째 서브 타임슬롯동안 게더링 노드로 1비트의 데이터를 전송한다.
이상에서는 게더링 노드가 순서대로 센서 노드들에 각 서브 타임슬롯을 할당하는 것으로 설명하였으나, 각 센서 노드들의 거리에 따라 서브 타임슬롯을 할당하거나, 각 센서 노드들의 데이터 도착 순서에 따라 서브 타임슬롯을 할당하는 것으로도 설명이 가능하다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 센서 네트워크의 데이터 수집방법은 이상에서 설명한 TDMA방식과 진폭편이(Amplitude Shift Keying : ASK, On - Off Keying이라고도 함)방식을 이용한다. 진폭편이방식은 데이터에 따라 2진수의 진폭이 달라지는 변조방식이다. 도시된 바와 같이, 수집된 데이터가 존재할 경우에는 일정 진폭의 신호가 존재하며, 데이터가 존재 하지 않을 경우에는 일정 진폭의 신호가 존재하지 않는다.
게더링 노드는 이상에서 도 4를 참조하여 설명한 데이터를 수집할 준비가 완료되면, 각 센서 노드들에 초기 신호를 전송한다. 초기 신호는 각 센서 노드들의 데이터 전송 동기를 맞추기 위한 것으로, 데이터를 수집할 센서 노드들의 개수, 데이터 추정값의 범위, 타임슬롯의 개수, 및 서브 타임슬롯의 개수를 포함하고 있다.
노드 1은 데이터 10를 수집한다. 그리고, 게더링 노드로부터 전송받은 초기 신호에 기초하여, 노드 1은 수집한 데이터 10를 데이터 10에 대응하는 타임슬롯의 자신에게 할당된 첫번째 서브 타임슬롯동안에 게더링 노드로 비트 전송한다. 게더링 노드는 데이터 10에 대응하는 타임슬롯의 노드 1에게 할당된 첫번째 서브 타임슬롯동안에 노드 1로부터 데이터 10를 수집한다.
노드 2는 데이터 9를 수집한다. 그리고, 게더링 노드로부터 전송받은 초기 신호에 기초하여, 노드 2는 수집한 데이터 9를 데이터 9에 대응하는 타임슬롯의 자신에게 할당된 두번째 서브 타임슬롯동안에 게더링 노드로 비트 전송한다. 게더링 노드는 데이터 9에 대응하는 타임슬롯의 노드 2에게 할당된 두번째 서브 타임슬롯동안에 노드 2로부터 데이터 9를 수집한다.
노드 3은 데이터 16를 수집한다. 그리고, 게더링 노드로부터 전송받은 초기 신호에 기초하여, 노드 3은 수집한 데이터 16를 데이터 추정값 범위의 이상이므로 하이에 대응하는 타임슬롯의 자신에게 할당된 세번째 서브 타임슬롯동안에 게더링 노드로 비트 전송한다. 게더링 노드는 하이에 대응하는 타임슬롯의 노드 3에게 할당된 세번째 서브 타임슬롯동안에 노드 3로부터 데이터 16를 수집한다.
노드 4는 데이터 11를 수집한다. 그리고, 게더링 노드로부터 전송받은 초기 신호에 기초하여, 노드 4는 수집한 데이터 11를 데이터 11에 대응하는 타임슬롯의 자신에게 할당된 네번째 서브 타임슬롯동안에 게더링 노드로 비트 전송한다. 게더링 노드는 데이터 11에 대응하는 타임슬롯의 노드 4에게 할당된 네번째 서브 타임슬롯동안에 노드 4로부터 데이터 11를 수집한다.
따라서, 노드 1, 노드 2, 노드 3, 및 노드 4가 동시에 수집한 데이터를 게더링 노드에 비트 전송함으로써 데이터 전송 시간이 단축될 뿐 더러 데이터의 전송량이 줄어들어 전력 소모의 감소도 가능해진다.
종래의 데이터 수집방법 본 발명의 데이터 수집방법
노드의 개수 = 5 0.11454 0.05043
노드의 개수 = 6 0.14097 0.06053
노드의 개수 = 7 0.16740 0.07063
표 1은 가로 10m, 세로 10m의 센서 네트워크 공간에서, 실험에 의해서 산출된 종래의 데이터 수집방법에 의한 전력소비량과 이상에서 설명한 본 발명의 데이터 수집방법에 의한 전력소비량을 나타낸다. 표 1를 참조하면, 본 발명의 데이터 수집방법에 의해 데이터를 수집했을 경우의 전력소비량은 종래의 데이터 수집방법 으로 데이터를 수집했을 경우의 전력소비량과 비교하여 약 60%정도 전력의 소모가 감소하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 네트워크의 데이터 수집방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 6를 참조하면, 각 센서 노드들의 데이터 전송 동기를 맞추기 위해, 각 센서 노드들이 데이터 전송을 위한 준비 상태임을 감지한 후에, 준비 상태를 완료하여 데이터 전송 동작 전까지 기다려야 할 최소한의 시간을 정의하기 위해서 SIFS(Short Inter Frame Space)를 사용한다. SIFS는 무선 통신망 프로토콜인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11에서 사용하는 것으로, 소정의 시간 간격을 두어 데이터 전송의 오차를 허용한다.
구체적으로, 게더링 노드가 각 센서 노드들에 초기 신호를 전송하면, 각 센서 노드들은 초기 신호에 기초하여 수집한 데이터를 게더링 노드에 전송하기 위해 데이터 전송 동기를 맞춘다. 이 때, 게더링 노드와 각 센서 노드들은 1 홉의 거리에 위치해 있기는 하지만 그 거리가 일정하기 않다. 그래서, 게더링 노드로부터 멀리 떨어져 위치하는 센서 노드는 게더링 노드로부터 가까이 위치하는 센서 노드에 비해 게더링 노드로부터 초기 신호를 전송받는데 걸리는 시간이 더 길다.
그러므로, 센서 노드들이 게더링 노드로 데이터를 전송하는 시점에도 차이가 발생할 수 있고, 전송한 데이터가 게더링 노드에 전달되는 시점에도 차이가 발생할 가능성이 있다. 이런 경우를 방지하기 위해서, SIFS를 두어 데이터 전송의 오차를 허용한다. 일 예로, SIFS를 두어 한 서브 타임슬롯의 10%까지의 오차를 허용한다고 가정한다. 그러면, 게더링 노드는 첫번째 서브 타임슬롯으로 수집한 데이터가 두번째 서브 타임슬롯으로 넘어가도, 넘어간 정도가 두번째 서브 타임슬롯의 10% 이내이면 첫번째 서브 타임슬롯에 수집된 데이터로 간주한다.
도 7a는 데이터 수집시 발생하는 동기 오차의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7a를 참조하면, RF(Radio Frequency) Moudule을 사용하여 데이터를 송,수신하는 센서 네트워크에서는 게더링 노드와 센서 노드들이 데이터를 송,수신하기 위해 수신 모드에서 송신 모드로, 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는 과정에서 동기 오차가 발생한다.
게더링 노드는 각 센서 노드들에게 초기 신호를 전송하는 송신 모드에서 각 센서 노드들로부터 전송되는 데이터를 수집하기 위한 수신 모드로 전환한다. 각 센서 노드들은 게더링 노드로부터 전송되는 초기 신호를 수신하는 수신 모드에서 게더링 노드로 수집한 데이터를 전송하는 송신 모드로 전환한다. 이 때, 동기에 오차가 발생하게 되어, 각 센서 노드들이 할당된 서브 타임슬롯에 전송한 데이터가 게더링 노드에 전달되는 시점에서, 각 센서 노드들이 할당된 서브 타임슬롯에 전송한 데이터가 자신에게 할당된 서브 타임슬롯을 넘어 다른 센서 노드에게 할당된 서브 타임슬롯에 들어가게 된다. 또한, 바로 옆 서브 타임슬롯에도 데이터가 전송될 경우에는 데이터의 겹침 현상이 발생하는 것도 가능하다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 동기 오차가 발생하여 각 센서 노드들이 전송한 데이터가 해당 서브 타임슬롯을 넘어가게 된다. 구체적으로, 노드 1, 및 노드 3은 다른 노드들에 비해 모드 전환이 빨라 게더링 노드로 먼저 데이터를 전송하게 되어 동기 오차가 발생하게 된다. 이에 의해, 노드 1, 및 노드 3가 게더링 노드로 전송한 데이터가 각각 할당된 서브 타임슬롯을 넘어 앞 서브 타임슬롯에 걸쳐 전송되게 된다. 노드 2는 게더링 노드와 전송 동기가 맞아 할당된 두번째 서브 타임슬롯동안에 데이터를 전송한다. 노드 4는 다른 노드들에 비해 모드 전환이 느려 동기 오차가 발생하게 된다. 이에 의해, 노드 4가 게더링 노드로 전송한 데이터 할당된 네번째 서브 타임슬롯을 넘어 뒤 서브 타임슬롯에 걸쳐 전송되게 된다. 또한, 노드 3이 게더링 노드로 전송한 데이터가 동기 오차에 의해 할당된 세번째 서브 타임슬롯을 넘어 노드 2가 게더링 노드로 두번째 서브 타임슬롯에 전송한 데이터와 겹치게 된다.
이로써, 각 서브 타임슬롯에 수집된 데이터를 보고 별도의 검출 과정이 없이도 각 센서 노드들의 데이터 전송 오류를 검출하는 것이 가능하며, 어떤 센서 노드가 전송한 데이터에 동기 오차가 발생하였는지를 검출하는 것이 가능하다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기오차 보정의 설명에 제공되는 도면이다.
도 7a에서 도시된 바와 같이 동기 오차가 발생했을 경우에 각 타임슬롯의 간격 즉, 각 서브 타임슬롯의 간격을 넓혀 줌으로써 동기 오차의 보정이 가능하다. 구체적으로, 게더링 노드는 통신모드를 전환하는 과정에 소요되는 시간을 고려하여 각 서브 타임슬롯의 간격을 넓혀, 넓힌 서브 타임슬롯 간격에 대한 정보를 각 센서 노드들에게 전송한다. 넓힌 서브 타임슬롯 간격에 대한 정보를 전송받은 각 센서 노드는 넓혀진 해당 서브 타임슬롯으로 데이터를 전송함으로써, 발생한 동기 오차 가 보정된다.
이상에서는 1 홉의 거리에 위치한 센서 노드들의 데이터 전송방법을 일 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 데이터 전송방법을 계층적으로 여러 홉으로 확장하여 전체 센서 네트워크의 데이터 전송방법을 설명하는 것으로도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 데이터를 비트 전송하므로 전력의 소모가 감소하고, 데이터 충돌 방지를 위해 추가 정보 전송이 필요없으므로 전력의 소모가 최소화될 뿐만 아니라, 한 번에 복수의 센서 노드가 데이터를 전송할 수 있으므로 전송 시간이 단축되는 이점이 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (14)

  1. 수집한 타겟의 데이터에 대응되는 각 타임슬롯을 구성하고 있는 서브 타임슬롯들 중에 할당받은 서브 타임슬롯에서 상기 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 적어도 하나의 센서 노드;및
    상기 센서 노드에게 상기 각 타임슬롯별로 상기 서브 타임슬롯을 할당하며, 상기 센서 노드가 전송한 상기 수집한 타겟의 데이터를 수신하는 게더링노드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 타임슬롯은,
    상기 수집 가능한 타겟의 데이터를 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 구분한 그룹에 대응되는 복수개의 서브 타임슬롯들로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 게더링노드는,
    상기 센서 노드 중 어느 하나이며, 상기 센서 노드보다 상위 센서 노드인 것을 특징으로 하는 센서네트워크.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 게더링 노드는,
    상기 데이터를 상기 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 구분된 그룹 중 최소 데이터 그룹보다 낮으면 로우로, 상기 구분된 그룹 중 최대 데이터 그룹보다 높으면 하이로 구분하여 수집하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 노드는 상기 게더링 노드로부터 1홉의 거리에 위치함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 게더링 노드는,
    상기 센서노드가 데이터 전송을 준비하여 상기 서브 타임슬롯에 전송하기까지의 오차를 허용하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 게더링 노드는,
    상기 서브 타임슬롯의 간격을 넓혀 상기 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  8. 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 센서 노드와 상기 센서 노드가 전송한 상기 데이터를 수신하는 게더링 노드를 포함하는 센서 네트워크에서,
    상기 수집한 타겟의 데이터에 대응되는 각 타임슬롯을 구성하고 있는 서브 타임슬롯들 중에 할당받은 서브 타임슬롯에서 상기 수집한 타겟의 데이터를 전송하는 단계;및
    상기 센서 노드에게 상기 각 타임슬롯별로 상기 서브 타임슬롯을 할당하며, 상기 센서 노드가 전송한 상기 수집한 타겟의 데이터를 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수집 가능한 타겟의 데이터를 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하는 단계;및
    상기 구분한 그룹에 대응되는 상기 각 타임슬롯을 복수개의 서브 타임슬롯들로 나누는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 게더링노드는,
    상기 센서 노드 중 어느 하나이며, 상기 센서 노드보다 상위 센서 노드인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 데이터를 상기 적어도 두 개 이상의 그룹으로 구분하고, 상기 구분된 그룹 중 최소 데이터 그룹보다 낮으면 로우로, 상기 구분된 그룹 중 최대 데이터 그룹보다 높으면 하이로 구분하여 수집하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 센서 노드는 상기 게더링 노드로부터 1홉의 거리에 위치함을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 센서노드가 데이터 전송을 준비하여 상기 서브 타임슬롯에 전송하기까지의 오차를 허용하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 서브 타임슬롯의 간격을 넓혀 상기 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 데이터 수집방법.
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