KR100686241B1 - Time synchronization method for wireless sensor networks - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래 네트워크와 같은 분산된 시스템에 적용되는 시각 동기화 기법 중 네트워크 타임 프로토콜(NTP)을 설명하기 위한 설명도이고, 도 1b는 기준 브로드캐스트 동기화(RBS)기법을 설명하기 위한 설명도.1A is an explanatory diagram for explaining a network time protocol (NTP) among time synchronization techniques applied to a distributed system such as a conventional network, and FIG. 1B is an explanatory diagram for explaining a reference broadcast synchronization (RBS) technique.
도 2는 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법이 적용되는 시스템의 개략 구성도.2 is a schematic structural diagram of a system to which a time synchronization method for a wireless sensor network according to the present invention is applied;
도 3은 본 발명에서 기준 전송기에서 기준 패킷을 브로드캐스팅하는 것과 기지국에서 패킷 수신 시간을 브로드캐스팅하는 것을 보여주는 모식도.3 is a schematic diagram showing broadcasting of a reference packet at a reference transmitter and broadcasting of a packet reception time at a base station in the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 보인 흐름도.4 is a flowchart illustrating a time synchronization method for a wireless sensor network according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100… 기준 전송기(RS)100... Reference transmitter (RS)
200 ..... 기지국(BS)200 ..... BS
300… 인접 노드들(NS)300... Adjacent Nodes (NS)
본 발명은 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 개선하여 간단하면서도 신속, 정확히 분산되어 있는 센서 모트간의 시각 동기화가 가능하도록 한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to time synchronization for a wireless sensor network, and more particularly, to improve the time synchronization method for an existing network, and to provide a simple, fast, and accurate time synchronization between wireless sensor networks. It relates to a time synchronization method.
일반적으로 무선 센서 네트워크와 같은 분산된 시스템에서는 시각 동기화 기법(Time Synchronization Method)이 필요하다.In general, in a distributed system such as a wireless sensor network, a time synchronization method is required.
예를 들어, 많은 센서 모트들이 있는 지역에서 어떤 이벤트가 발생했을 경우 동기화가 되어있지 않다면 동시에 여러 모트들이 이벤트를 감지하게 되어 동일 이벤트인지 다른 시점에서 발생한 이벤트인지를 판단할 수 없게 된다. 따라서 이러한 경우에 유용하게 사용될 수 있는 것이 시각 동기화 기법이다.For example, if an event occurs in an area with many sensor motts, if it is not synchronized, several mots will be able to detect the event at the same time, and thus it will not be possible to determine whether the event occurred at the same event or at different time points. Therefore, it is a time synchronization technique that can be usefully used in such a case.
종래 네트워크와 같은 분산된 시스템에 적용되는 시각 동기화 기법은 네트워크 타임 프로토콜(Network Time Protocol: 이하, "NTP"라 약칭함)과 기준 브로드캐스트 동기화(Reference Broadcast Synchronization: 이하, "RBS"라 약칭함)기법이 있다.The time synchronization technique applied to a distributed system such as a conventional network is referred to as Network Time Protocol (hereinafter abbreviated as "NTP") and Reference Broadcast Synchronization (hereinafter abbreviated as "RBS"). There is a technique.
도 1a는 종래 NTP 시각 동기화 기법을 보인 것이다.1A illustrates a conventional NTP time synchronization technique.
도 1에서 참조부호 11은 시각을 전송하기 위한 원격 타임 서버인 전송기(Sender)를 나타내고, 참조부호 12는 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card: 이하, "NIC"라 약칭함)를 나타내며, 참조부호 13은 네트워크 인터페이스 카 드(12)로부터 전송된 시각을 수신하여 동기화하는 수신기를 나타낸다.In FIG. 1,
NTP는 원격 타임 서버와 동기화하는 프로토콜이다. 시각 동기화를 위한 패킷 송수신시 도 1a에 도시된 바와 같이, 송신 시간(Send time), 액세스 시간(Access time), 전파 지연(Propagation delay), 수신 시간(Receive time)이 소요되며, 이중 송신 시간과 액세스 시간을 예측하기 어렵다는 문제점을 안고 있다. 이러한 시간은 메시지를 생성하고 프로토콜 스택을 통과하여 네트워크로 전송하는데 까지 걸리는 시간을 나타내며, 현재 송신기(11)의 부하나 네트워크 상태에 따라서 변화하게 되어 있다.NTP is a protocol for synchronizing with a remote time server. When transmitting and receiving a packet for time synchronization, as shown in FIG. 1A, a send time, an access time, a propagation delay, and a receive time are required. The problem is that the access time is difficult to predict. This time represents the time it takes to generate a message and send it through the protocol stack to the network, and is currently changing according to the load of the
주지한 바와 같은 NTP의 문제점을 개선하기 위해서 제안된 것이 도 1b에 개시된 RBS기법이다.Proposed to improve the problem of NTP as is well known is the RBS technique disclosed in Figure 1b.
도 1b에서 참조부호 21은 원격 타임 서버인 전송기를 나타내고, 참조부호 22는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 나타내며, 참조부호 23 및 24는 네트워크 인터페이스 카드(22)로부터 전송된 시각을 수신하여 동기화하는 제1 및 제2 수신기를 나타낸다.In FIG. 1B,
RBS는 위에서 제기되었던 NTP의 송신 시간(Send time)과 액세스 시간(Access time)에 의한 오차를 줄이기 위하여 NIC(22)에서 네트워크로 패킷을 전송하는 시점에서 타임 스탬프를 사용한다. RBS는 Receiver-Receiver 시각 동기화 방법을 사용한다. 즉, Reference Sender(전송기)가 주변의 노드(수신기)에 참조 패킷을 전송하며 패킷을 수신한 노드들은 각각 수신한 시각을 서로 교환하여 서로 동기를 맞추게 된다.The RBS uses a time stamp at the time of transmitting a packet from the
그러나 이러한 RBS기법도 NTP의 문제점을 보완하였지만 다음과 같은 문제점이 있다.However, the RBS technique also solves the problem of NTP, but has the following problems.
메시지 교환 번호(Numbers of message exchanges)가 필요하고, 메모리를 사용하며(Memory usage), 비동기화된 기준 전송기(Unsynchronized Reference Sender), 긴 변환 시간(Long Convergence Time)이 소요하고, 글로벌화되지 않은 기준 시간(No Global Reference Time) 등의 문제점을 발생하였다.Numbers of message exchanges required, memory usage, unsynchronized reference sender, long convergence time, non-globalized base time A problem such as (No Global Reference Time) occurred.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 네트워크와 같은 분산 시스템에 적용된 RBS 기법에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention has been proposed to solve various problems occurring in the RBS technique applied to a distributed system such as the conventional network.
본 발명의 목적은, 기존 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 개선함으로써 간단하면서도 신속, 정확히 분산되어 있는 센서 모트간의 시각 동기화가 가능하도록 한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a time synchronization method for a wireless sensor network which enables simple, fast and accurate time synchronization between sensor modules by improving a time synchronization method for an existing network.
본 발명의 다른 목적은, 글로벌 기준 시간을 제공하도록 한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a time synchronization method for a wireless sensor network which provides a global reference time.
본 발명의 또 다른 목적은, 기준 전송기도 송신 시간을 이용하여 시각 동기화를 하며, 변환 시간을 대폭 줄일 수 있도록 한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a time synchronization method for a wireless sensor network, in which a reference transmitter also performs time synchronization using a transmission time and greatly reduces a conversion time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법"은,"Time synchronization method for a wireless sensor network" according to the present invention for achieving the above object,
시각 동기화를 위한 기준 패킷을 전송하는 기준 전송기(RS), 패킷 인터페이스를 위한 기지국(BS), 상기 기지국을 통해 데이터를 인터페이스하는 인접 노드들(NS)로 이루어진 네트워크 시스템을 이용하여 시각을 동기화하는 방법에 있어서,A method of synchronizing time using a network system comprising a reference transmitter (RS) for transmitting a reference packet for time synchronization, a base station (BS) for packet interface, and adjacent nodes (NS) for interfacing data through the base station. To
상기 기준 전송기에서 시각 동기화를 위한 기준 패킷을 전송하는 단계와;Transmitting a reference packet for time synchronization at the reference transmitter;
상기 기지국 및 인접 노드들에서 상기 기준 패킷을 수신하고 그 기준 패킷 수신 시간을 저장하는 단계와;Receiving the reference packet at the base station and neighbor nodes and storing the reference packet reception time;
상기 기지국에서 상기 저장한 기준 패킷 수신 시간을 전송하는 단계와;Transmitting, by the base station, the stored reference packet reception time;
상기 인접 노드들 및 기준 전송기에서 상기 기지국에서 전송한 기준 패킷 수신 시간을 수신한 후 그 기준 패킷 수신 시간에 대응하여 자신의 로컬 시간을 수정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.And receiving the reference packet reception time transmitted by the base station from the neighbor nodes and the reference transmitter, and then modifying its local time corresponding to the reference packet reception time.
또한, 상기 기준 전송기는 시각 동기화를 위한 기준 패킷의 전송과 동시에 기준 패킷 전송 시간을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The reference transmitter may further include storing the reference packet transmission time simultaneously with the transmission of the reference packet for time synchronization.
또한, 상기 인접 노드들의 로컬 시간 수정은, 상기 기지국으로부터 전송된 기준 패킷 수신 시간과 자신이 기준 패킷 수신시 저장한 기준 패킷 수신 시간을 비교하여 그 차이만큼 자신의 로컬 시간을 수정하여 상기 기지국의 시간에 동기화하는 것을 특징으로 한다.In addition, the local time modification of the adjacent nodes, the time of the base station by comparing the reference packet reception time transmitted from the base station and the reference packet reception time stored when the reference packet is received by modifying its local time by the difference It is characterized by synchronizing.
또한, 상기 기준 전송기의 로컬 시간 수정은, 상기 기지국으로부터 전송된 기준 패킷 수신 시간과 자신이 기준 패킷 전송시 저장한 기준 패킷 전송 시간을 비 교하여 그 차이만큼 자신의 로컬 시간을 수정하여 상기 기지국의 시간에 동기화하는 것을 특징으로 한다.In addition, the local time modification of the reference transmitter compares the reference packet transmission time transmitted from the base station with the reference packet transmission time stored in the transmission of the reference packet, and corrects its local time by the difference. It is characterized by synchronizing with time.
이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같습니다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention according to the technical spirit as described above.
도 2는 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법이 적용되는 시스템의 개략 구성도이다.2 is a schematic structural diagram of a system to which a time synchronization method for a wireless sensor network according to the present invention is applied.
여기서 참조부호 100은 시각 동기화를 위한 기준 패킷을 전송하고, 후술되는 기지국(200)으로부터 전송된 기준 패킷 수신 시간과 자신이 기준 패킷 전송시 저장한 패킷 전송 시간을 비교하여 그 차이만큼 로컬 시간을 수정하는 기준 전송기(RS: Reference Sender)를 나타낸다. 기준 전송기(100)는 기준 패킷 생성기, 패킷 송신기, 데이터 수신기, 패킷 전송 시간 저장을 위한 메모리 등을 구비하는 것이 바람직하다.Here,
참조부호 200은 상기 기준 전송기(100)에서 전송된 기준 패킷을 수신하고 그 기준 패킷 수신 시간을 저장한 후, 저장한 기준 패킷 수신 시간을 전송(브로드캐스팅)하는 기지국(BS: Base Station)을 나타낸다. 여기서 기지국(200)은 패킷 수신을 위한 패킷 수신기, 기준 시간 전송을 위한 전송기, 기준 시간 저장을 위한 메모리, 수신한 패킷을 분석하여 수신 시간을 추출하는 패킷 분석기 등을 구비하는 것이 바람직하다.
참조부호 300은 기지국(200)을 통해 패킷 데이터를 수신하고, 그 패킷 데이터 수신 시간을 저장하며, 상기 기지국(200)으로부터 전송된 수신 시간과 자신이 저장한 패킷 데이터 수신 시간을 비교하여 그 차이만큼 자신의 로컬 시간을 수정하는 인접 노드들(NS: Nodes)을 나타낸다. 여기서 인접 노드들(300)은 실질적으로 센서 모트들을 나타내며, 패킷 데이터 수신기, 패킷 데이터 수신 시간 저장을 위한 메모리, 패킷 데이터 송신을 위한 전송기, 로컬 시간 수정을 위한 시간 보상기를 구비하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에서 기준 전송기에서 기준 패킷을 브로드캐스팅하는 것과 기지국에서 패킷 수신 시간을 브로드캐스팅하는 것을 보여주는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing broadcasting of a reference packet in a reference transmitter and broadcasting of a packet reception time in a base station according to the present invention.
여기서 참조부호 301 내지 303은 인접 노드로서, 센서 모트들을 나타낸다.Here,
도 4는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 위한 시각 동기화 방법을 보인 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a time synchronization method for a wireless sensor network according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 기준 전송기(100)에서 시각 동기화를 위한 기준 패킷을 전송하는 단계(S101, S103), 상기 기지국(200) 및 인접 노드들(300)에서 상기 기준 패킷을 수신하고 그 기준 패킷 수신 시간을 저장하는 단계(S105), 상기 기지국(200)에서 상기 저장한 기준 패킷 수신 시간을 전송하는 단계(S107), 상기 인접 노드들(300) 및 기준 전송기(100)에서 상기 기지국(200)에서 전송한 기준 패킷 수신 시간을 수신한 후 그 기준 패킷 수신 시간에 대응하여 자신의 로컬 시간을 수정하는 단계(S109, S111)로 이루어진다.As shown here, in step (S101, S103) of transmitting the reference packet for time synchronization in the
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 첨부한 도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings of the preferred embodiment of the present invention made as described above with reference to Figures 2 to 4 as follows.
먼저, 시각 동기화를 위해서 기준 전송기(RS)(100)가 기준 패킷을 생성하여 브로드캐스팅을 수행하고, 기준 패킷 전송 시간을 내부 메모리에 저장하게 된다(S10, S103).First, for time synchronization, the reference transmitter (RS) 100 generates a reference packet to broadcast, and stores the reference packet transmission time in an internal memory (S10 and S103).
기준 전송기(100)에서 전송된 기준 패킷을 수신한 기지국(200) 및 인접 노드들(300)은 기준 패킷 수신 시간을 내부 메모리에 각각 저장하고(S105), 기지국(200)은 저장한 기준 패킷 수신 시간을 브로드캐스팅하게 된다(S107).The
기지국(200)에서 전송된 기준 패킷 수신 시간을 수신한 인접 노드들(300) 및 기준 전송기(100)는 상기 기준 패킷 수신 시간을 기준으로 자신의 로컬 시간을 수정하게 된다(S109, S111).The
여기서 로컬 시간 수정 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Here, the local time correction process will be described in more detail.
인접 노드들(300)의 로컬 시간 수정은, 상기 기지국(200)으로부터 전송된 기준 패킷 수신 시간과 자신이 기준 패킷 수신시 저장한 기준 패킷 수신 시간을 비교하여 그 차이만큼 자신의 로컬 시간을 수정하여 상기 기지국(200)의 시간에 동기화하게 된다.The local time correction of the
또한, 기준 전송기(100)에서의 로컬 시간 수정은, 상기 기지국(200)으로부터 전송된 기준 패킷 수신 시간과 자신이 기준 패킷 전송시 저장한 기준 패킷 전송 시간을 비교하여 그 차이만큼 자신의 로컬 시간을 수정하여 상기 기지국(200)의 시간에 동기화하게 된다.In addition, the local time correction at the
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 기존 네트워크를 위한 시각 동기화 방법 을 개선함으로써 간단하면서도 신속, 정확히 분산되어 있는 센서 모트간의 시각 동기화가 가능한 이점이 있다.According to the present invention as described above, by improving the time synchronization method for the existing network there is an advantage that the time synchronization between the sensor mote, which is simply, quickly and accurately distributed.
또한, 글로벌 기준 시간을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can provide a global reference time.
또한, 기준 전송기도 송신 시간을 이용하여 시각 동기화가 가능하며, 변환 시간을 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, the reference transmitter can also synchronize time by using the transmission time, and there is an advantage in that the conversion time can be greatly reduced.
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