KR100695333B1 - Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network - Google Patents

Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network Download PDF

Info

Publication number
KR100695333B1
KR100695333B1 KR1020060025624A KR20060025624A KR100695333B1 KR 100695333 B1 KR100695333 B1 KR 100695333B1 KR 1020060025624 A KR1020060025624 A KR 1020060025624A KR 20060025624 A KR20060025624 A KR 20060025624A KR 100695333 B1 KR100695333 B1 KR 100695333B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cluster head
cluster
node
preliminary
weight
Prior art date
Application number
KR1020060025624A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박노성
도윤미
김재현
장상석
이재용
Original Assignee
한국전자통신연구원
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원, 연세대학교 산학협력단 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020060025624A priority Critical patent/KR100695333B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100695333B1 publication Critical patent/KR100695333B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
    • H04W40/32—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update for defining a routing cluster membership
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

A topology management method using a dynamic preliminary cluster head in a wireless network is provided to be capable of minimizing frequent re-clustering processes due to various topology changes, through a dynamic preliminary cluster head technique, thus an overhead is minimized while overall duration and performance of the network can be maximized. Each node confirms neighboring nodes located within a single home range through received hello messages(201). Each node calculates self weight in consideration of the remaining amount of a battery and node density(connectivity)(202). Each node broadcasts hello messages which include the weight(203), and selects a node having the highest weight as a cluster head(204). The selected cluster head broadcasts a hello message which includes a cluster ID, configures weight maps by using a prediction technique based on the hello messages of the other general nodes, and selects a node having the highest weight map as a preliminary cluster head(205). The cluster head broadcasts a hello message which includes a preliminary cluster head ID(206), and compares the weight map with a load balancing threshold value(207). If the weight map is larger, a cluster member calculates a hop count from the cluster head through the received hello message, and selects a cluster having a small hop count as a self cluster(209).

Description

무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법{Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network}Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network

도 1 은 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 대한 일실시예 설명도.1 is a diagram illustrating an embodiment of a topology management method using a dynamic spare cluster head in a wireless network according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 대한 일실시예 흐름도.2 is a flowchart illustrating a topology management method using a dynamic spare cluster head in a wireless network according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

101 : 클러스터 멤버 102 : 클러스터 헤드101: cluster member 102: cluster head

103 : 예비 클러스터 헤드 110 : 클러스터 헤드103: spare cluster head 110: cluster head

120 : 예비 클러스터 헤드 선택 130 : 클러스터 헤드 변환120: spare cluster head selection 130: cluster head conversion

본 발명은 무선 네트워크 또는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN : Ubiquitous Sensor Network)에서의 동적 예비클러스터 헤드에 의한 토폴로지 관리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노드의 밀도와 전력, 그리고 이동성을 통합한 가중치 맵(Map)을 이용한 다중 홉 클러스터링 기반의 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드 기법을 이용한 토폴로지 관리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for managing a topology by a dynamic preclustered head in a wireless network or a ubiquitous sensor network (USN). More specifically, the present invention relates to a weight map that integrates node density, power, and mobility. The present invention relates to a topology management method using a dynamic redundant cluster head scheme in a multi-hop clustering based wireless network.

기존 클러스터링 기법에서 여러 가지 클러스터 헤드 선출 방법과 클러스터링에 의한 토폴로지 관리 방안이 제안되어 졌다. 그 가운데에서 일반적인 클러스터 헤드 선출 및 관리 방법으로서는 최저 식별자(Lowest ID)와 최고 등급(Highest Degree), 그리고 확률값에 의한 주기적인 선출 및 관리 기법에 대한 연구가 이루어지고 있다.In the existing clustering scheme, various cluster head selection methods and topology management methods by clustering have been proposed. Among them, as a general method for electing and managing cluster heads, researches are being conducted on a low ID, a highest degree, and a periodic selection and management method based on probability values.

상기 최저 식별자(Lowest ID) 기법은 가장 낮은 주소를 갖는 노드가 클러스터 헤드가 되며, 클러스터 헤드 노드와 단일 홉에 있는 노드는 클러스터 멤버가 된다. 각 노드의 주소는 랜덤하게 설정되며 주기적인 메시지를 통해 이웃 노드의 정보를 수집하여 자신의 토폴로지 정보를 유지하며 클러스터 헤드로 자신의 정보를 전송하여 해당 클러스터의 전체적인 토폴로지를 관리한다. 그러나, 노드의 이동 및 새로운 노드의 네트워크 참여 등에 따른 토폴로지 변경 시 클러스터의 재선출 및 클러스터를 재구성해야한다. 그러므로, 클러스터 헤드의 재선출에 따른 네트워크의 프로세싱 오버헤드와 선출 지연이 발생하고, 잦은 클러스터의 재구성으로 토폴로지가 불안정하게 관리되며, 경로 설정, 자원할당 및 데이터의 손실을 초래하는 문제점이 있었다.In the lowest ID scheme, the node having the lowest address becomes the cluster head, and the cluster head node and the node in the single hop become the cluster member. Each node's address is randomly set, and maintains its topology information by collecting information of neighbor nodes through periodic messages and manages the overall topology of the cluster by sending its information to the cluster head. However, when the topology changes due to the movement of nodes and the network participation of new nodes, the cluster must be re-elected and reconfigured. Therefore, there is a problem that the processing overhead and election delay of the network due to the re-election of the cluster head, the topology is unstablely managed by frequent reconfiguration of the cluster, and the routing, resource allocation, and data loss are caused.

상기 최고 등급(Highest Degree) 기법은 노드의 연결도(밀도)를 이용하여 계층적인 관리 구조를 갖는 구조이므로 노드의 이동이 발생할 경우 상기 최저 식별자(Lowest ID) 기법에 비해 클러스터를 재구성하는 비율은 적지만 이동하는 노드의 수가 증가할수록 재 클러스터링의 수가 증가한다. 따라서, 네트워크 오버헤드, 지연 및 정보손실이 발생하는 문제점이 있었다.Since the highest degree technique has a hierarchical management structure using node connectivity (density), the rate of reconfiguring a cluster is small compared to the lowest ID technique when a node moves. As the number of nodes moving only increases, the number of reclusters increases. Therefore, there is a problem in that network overhead, delay, and information loss occur.

한편, 리치(LEACH) 기법은 동적인 클러스터링 기법으로써 확률값 기반의 랜덤하게 클러스터 헤드 선출 및 주기적으로 클러스터 헤드가 재선출된다. 상기 리치(LEACH) 기법의 경우, 모든 노드들이 하나의 홉으로 통신을 사용하는데 이것은 다양한 토폴로지 변화 및 큰 규모의 네트워크에 적합하지 않다. 또한, 사용되는 동적인 클러스터링 기법 역시 클러스터 헤드의 재선출에 따른 네트워크의 프로세싱 오버헤드와 선출 지연이 발생하고, 잦은 클러스터의 재구성으로 토폴로지가 불안정하게 관리되며, 경로 설정, 자원할당 및 데이터의 손실을 초래하는 문제점이 있었다.Meanwhile, the LEACH technique is a dynamic clustering technique, in which random cluster heads are randomly selected based on probability values and cluster heads are periodically re-elected. In the case of the LEACH scheme, all nodes use communication with one hop, which is not suitable for various topology changes and large networks. In addition, the dynamic clustering techniques used also incur network processing overheads and election delays due to the re-election of the cluster heads, and the topology is unstablely managed by frequent cluster reconfigurations. There was a problem that brought about.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 동적인 예비 클러스터 헤드 기법을 통하여 다양한 토폴로지 변화에 따른 빈번한 재클러스터링을 최소화하여 오버헤드를 최소화하고, 네트워크 전체 수명 및 성능을 최대화할 수 있는 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems. A wireless network capable of minimizing overhead by minimizing frequent reclusters caused by various topology changes through a dynamic preliminary cluster head technique and maximizing network lifetime and performance The purpose of the present invention is to provide a topology management method using a dynamic precluster head.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서, 단일 홈 범위 내에 있는 각 노드가 기 설정된 메시지를 수신하여 이웃 노드를 확인하는 이웃 노드 확인 단계; 상기 이웃 노드 확인 단계를 통해 상기 각 노드가 노드 밀도(연결도), 배터리 잔량을 고려하여 자신의 가중치를 계산하는 가중치 계산 단계; 상기 각 노드가 상기 가중치 계산 단계에서 계산된 가중치를 포함하는 기 설정된 메시지를 방송하는 가중치 포함 메시지 방송 단계; 상기 가중치 포함 메시지 방송 단계에서 전송된 메시지를 각 노드가 수신하여 가중치가 가장 높은 노드를 클러스터 헤드로 선출하는 클러스터 노드 선출 단계; 상기 클러스터 노드 선출 단계에서 선출된 클러스터 헤드가 클러스터 식별자(ID)를 포함한 기 설정된 메시지를 방송하고, 상기 클러스터 헤드는 일정 기간동안 데이터 통신과 다른 일반 노드들의 기 설정된 메시지에 기반한 예측(Prediction) 기법을 사용하여 가중치 맵(Weight Map)을 구성하여, 가중치 맵이 가장 높은 노드를 예비 클러스터 헤드로 선정하는 예비 클러스터 선정 단계; 상기 클러스터 헤드가 상기 예비 클러스터 선정 단계에서 선정된 예비 클러스터 헤드 식별자(ID)를 포함한 기 설정된 메시지를 방송하는 예비 클러스터 방송 단계; 상기 가중치 맵과 부하 분산 임계치를 비교하여, 비교 결과 클러스터 헤드가 사전에 정의된 부하 분산 임계치보다 가중치 맵이 떨어지게 되면 헤드 역할을 예비 클러스터 헤드에게 역할을 넘겨 주고, 역할 변경 정보를 기 설정된 메시지로 방송하는 클러스터 헤드 변경 방송 단계; 및 각 노드가 수신된 기 설정된 메시지를 통해 클러스터 헤드로부터의 홉 수(Hop Count)를 계산하고, 홉 수가 작은 클러스터를 자신의 클러스터로 선정하는 클러스터 선정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, a method for managing a topology using a dynamic spare cluster head in a wireless network includes: identifying a neighbor node in which each node within a single home range receives a preset message to identify a neighbor node; step; A weight calculation step in which each node calculates its own weight in consideration of the node density (connection degree) and the remaining battery capacity through the checking of the neighboring nodes; A weighted message broadcasting step in which each node broadcasts a preset message including the weighted value calculated in the weighting step; A cluster node selecting step of each node receiving a message transmitted in the weighting message broadcasting step and selecting a node having the highest weight as a cluster head; The cluster head selected in the cluster node selection step broadcasts a predetermined message including a cluster identifier (ID), and the cluster head performs a prediction technique based on data communication and preset messages of other general nodes for a predetermined period of time. A preliminary cluster selection step of constructing a weight map using the preliminary cluster head to select a node having the highest weight map as a preliminary cluster head; A preliminary cluster broadcasting step of the cluster head broadcasting a predetermined message including a preliminary cluster head identifier (ID) selected in the preliminary cluster selecting step; The weight map is compared with the load balancing threshold, and as a result of the comparison, if the weight of the cluster head is lower than the predefined load balancing threshold, the role is transferred to the spare cluster head, and the role change information is broadcast in a preset message. A cluster head change broadcasting step; And a cluster selection step in which each node calculates a hop count from the cluster head through a predetermined message received, and selects a cluster having a small hop number as its own cluster.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 예측(Prediction) 기법에 의한 가중치 맵(Weight Map) 구성과 가중치 맵(Weight Map)에 의한 예비 클러스터 헤드 선출과 부하 분산 임계값(Load Balancing Threshold)에 의한 클러스터 헤드 역할 변경 방법을 나타낸다.1 is a diagram illustrating a topology management method using a dynamic spare cluster head in a wireless network according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates a weight map configuration and a weight map based on a prediction technique. It shows a method of changing the cluster head role by selecting a preliminary cluster head by using and a load balancing threshold.

도면에서, "101"은 클러스터 멤버(Cluster Member), "102"는 클러스터 헤드(Cluster Head), 그리고 "103"은 예비 클러스터 헤드(Pre-Cluster Head)를 각각 나 타낸다.In the figure, "101" represents a cluster member, "102" represents a cluster head, and "103" represents a pre-cluster head, respectively.

상기 클러스터 멤버 노드(101)는 발생된 정보를 클러스터 헤드(102)에게 전달하는 장치로서, 주기적인 헬로우(Hello) 메시지를 통해 이웃 노드들의 정보를 수집하고, 가중치 요소(Weight Factor) 및 가중치 맵(Weight Map) 등을 계산하는 장치이다.The cluster member node 101 is an apparatus for transmitting the generated information to the cluster head 102. The cluster member node 101 collects information of neighbor nodes through a periodic hello message, and includes a weight factor and a weight map ( Weight Map).

상기 클러스터 헤드(102)는 클러스터링 관리 및 유지, 그리고 데이터 통신을 담당하는 장치이다.The cluster head 102 is a device for clustering management, maintenance, and data communication.

상기 예비 클러스터 헤드(103)는 잠재적인 클러스터 헤더의 역할을 할 장치로서 상기 클러스터 헤드(102)가 그 역할을 넘겨주게 될 장치이다.The preliminary cluster head 103 is a device that will serve as a potential cluster header and will be handed over by the cluster head 102.

본 발명에서는 기본적으로 노드의 밀도와 전력, 그리고 이동성을 통합한 가중치 맵(Map)을 이용한 다중 홉 클러스터링 기반의 토폴로지 관리 방안이다.In the present invention, it is basically a multi-hop clustering-based topology management scheme using a weighted map that integrates node density, power, and mobility.

제안하는 토폴로지 관리 알고리즘의 기본적인 관리 방법은 초기에 노드의 밀도와 전력을 고려한 가중치를 이용하여 클러스터 헤드(102)를 선출하고, 헤드의 단일 홉 이웃 노드 중 이동성 및 에너지 소모의 예측(Prediction) 기법을 고려한 가중치 맵(Weight Map)을 적용하여 예비 클러스터 헤드(103)를 동적으로 선출한다. 또한, 별도의 부하 분산 임계치를 적용하여 예비 클러스터 헤드(103)가 클러스터 헤드(102) 임무를 맡게 되며, 동적인 환경에 의해 토폴로지가 변경될 경우라도 클러스터를 재구성하지 않고, 기존의 토폴로지를 가능한 유지시키며, 적절한 임계치를 설정하여 전체 노드에 부하 분산을 가능하도록 하는 방법이다.The basic management method of the proposed topology management algorithm is to initially select the cluster head 102 using weights considering the density and power of nodes, and to estimate the mobility and energy consumption among the single hop neighbor nodes of the head. The preliminary cluster head 103 is dynamically selected by applying the weight map considered. In addition, by applying a separate load balancing threshold, the preliminary cluster head 103 assumes the task of the cluster head 102, and maintains the existing topology as possible without reconfiguring the cluster even when the topology is changed by a dynamic environment. It is a method to load balance the entire node by setting an appropriate threshold.

여기서, 예측(Prediction) 기법을 고려한 가중치 맵(Weight Map)은 일정 기 간동안의 데이터 통신 및 이동성 패턴 등을 고려하여 에너지 소모 및 이동성을 미리 예측하여 이것을 바탕으로, 즉 클러스터 헤드 주위의 단일 홉 내에 있는 노드 중 제일 큰 가중치 맵(Weight Map)을 가진 노드가 예비 클러스터 헤드가 된다. 그리고 이때 사용하는 기준이 된다.Here, the weight map considering the prediction technique is based on this in consideration of data communication and mobility patterns for a predetermined period, and based on this, that is, within a single hop around the cluster head. The node with the largest weight map among the nodes is the spare cluster head. And it becomes a standard used at this time.

또한, 상기 부하 분산 임계값(Load Balancing Threshold)은 클러스터 헤드가 그 역할을 예비 클러스터 헤드에게 넘겨줄 때의 기준이 된다.In addition, the load balancing threshold is a reference when the cluster head transfers its role to the spare cluster head.

본 발명에서는 토폴로지 변화에 따라 토폴로지를 재구성함으로써 발생하는 네트워크의 오버헤드를 최소화하고, 노드 밀도와 전력, 그리고 이동성을 통합한 가중치를 이용하여 네트워크에 참여하는 전체 노드에 적절하게 부하를 분산시키는 것이다.In the present invention, the network overhead caused by reconfiguring the topology according to the topology change is minimized, and the load is properly distributed to all nodes participating in the network by using weights integrating node density, power, and mobility.

한편, 도면에서 "110"은 클러스터 헤드만 있을 경우를 나타내고, "120"은 예비 클러스터 헤드를 선택한 경우를 나타내며, "130"은 예비 클러스터 헤드로 클러스터 헤드를 변환한 상태를 각각 나타낸다. 그리고, 각 경우의 가중치와 부하 분산 임계값을 나타낸다.In the drawing, "110" indicates a case where only a cluster head is present, "120" indicates a case where a spare cluster head is selected, and "130" indicates a state where the cluster head is converted into a spare cluster head. Then, the weights and load balancing thresholds in each case are shown.

도 2 는 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 대한 일실시예 흐름도를 나타낸다.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a topology management method using a dynamic spare cluster head in a wireless network according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 네트워크에서의 동적 예비 클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법은, 먼저 각 노드는 수신되는 헬로우(Hello) 메시지를 통해 단일 홈 범위 내에 있는 이웃 노드를 확인한다(201).As shown in FIG. 2, in a topology management method using a dynamic redundant cluster head in a wireless network according to the present invention, each node first identifies neighboring nodes within a single home range through a received hello message. (201).

다음으로, 상기 각 노드는 이웃 노드를 확인하는 과정(201)을 통해 노드 밀 도(연결도), 배터리 잔량을 고려하여 자신의 가중치를 계산한다(202).Next, each node calculates its own weight in consideration of the node density (connection diagram) and the remaining battery level through the step 201 of identifying the neighboring node (202).

그리고, 각 노드는 가중치를 포함한 헬로우(Hello) 메시지를 브로드캐스팅한다(203).Each node broadcasts a Hello message including weights (203).

상기 각 노드는 수신되는 헬로우(Hello) 메시지를 통해 가중치가 가장 높은 노드를 클러스터 헤드로 선출한다(204).Each node selects a node having the highest weight as the cluster head through a received hello message (204).

다음으로, 선출된 클러스터 헤드는 클러스터 식별자(ID)를 포함한 헬로우(Hello) 메시지를 브로드캐스팅하고, 상기 과정(204)에서 선출된 클러스터 헤드는 일정 기간동안 데이터 통신과 다른 일반 노드들의 헬로우(Hello) 메시지에 기반한 예측(Prediction) 기법을 사용하여 가중치 맵(Weight Map)을 구성하게 되고, 가중치 맵이 가장 높은 노드를 예비 클러스터 헤드로 선정한다(205).Next, the elected cluster head broadcasts a Hello message including the cluster identifier (ID), and the elected cluster head in step 204 receives the hello of the data nodes and other general nodes for a period of time. A weight map is constructed using a message-based prediction technique, and a node having the highest weight map is selected as a spare cluster head (205).

이어서, 상기 클러스터 헤드는 예비 클러스터 헤드 식별자(ID)를 포함한 헬로우(Hello) 메시지를 브로드캐스팅한다(206).The cluster head then broadcasts (206) a Hello message including the spare cluster head identifier (ID).

그리고, 상기 가중치 맵과 부하 분산 임계치를 비교하여(207), 만약 클러스터 헤드가 사전에 정의된 부하 분산 임계치보다 가중치 맵이 떨어지게 되면 헤드 역할을 예비 클러스터 헤드에게 역할을 넘겨 주며(208) 이 정보를 헬로우(Hello) 메시지로 브로드캐스팅한다.Then, the weight map and the load balancing threshold are compared (207). If the cluster head falls below the predefined load balancing threshold, the weighting map is transferred to the preliminary cluster head (208). Broadcast as a Hello message.

그리고, 클러스터 멤버는 수신된 헬로우(Hello) 메시지를 통해 클러스터 헤드로부터의 홉 수(Hop Count)를 계산하고, 홉 수가 작은 클러스터를 자신의 클러스터로 선정한다(209).The cluster member calculates the hop count from the cluster head through the received hello message, and selects the cluster having the smallest hop number as its cluster (209).

본 발명에서는 가중치 맵을 계산할 때, 이동성과 에너지 소모 예측 (Prediction) 기법을 사용하는데 초기에 일정 기간 동안 클러스터 헤드가 일반 노드들의 헬로우(Hello) 메시지 및 데이터 통신 등을 통해 이동성 및 에너지 소모에 대한 예측을 할 수 있다. 이 예측치를 이용하여 가중치 맵을 구성한다. 이러한 가중치 맵을 구성하여 예비 클러스터 헤드 선정을 수행하며, 이 가중치 맵이 사전에 정의된 부하 분산 임계치보다 떨어지게 되면 클러스터 헤드 역할을 예비 클러스터 헤드에게 넘겨준다.In the present invention, when calculating the weight map, mobility and energy consumption prediction (Prediction) techniques are used. During the initial period, the cluster head predicts mobility and energy consumption through hello messages and data communication of general nodes. can do. The predictive value is used to construct a weight map. This weight map is configured to perform preliminary cluster head selection, and when the weight map falls below a predefined load balancing threshold, the cluster head role is transferred to the preliminary cluster head.

일반적으로, 클러스터 헤드와 다른 노드들은 주기적으로 서로 헬로우(Hello) 메시지를 주고 받지만, 본 발명에서는 초기 클러스터 헤드 선출과 예비 클러스터 헤드를 선출하기 전까지만 이러한 주기적인 제어 정보를 주고 받을 뿐이며, 일단 가중치 맵이 구성되면 구성된 가중치 맵을 통하여 예비 클러스터 헤드 선출을 하게되어 오버헤드를 최소화하며, 결과적으로 클러스터 재구성을 막을 수 있어 전체 네트워크 수명 및 성능을 최대화 할 수 있다.In general, the cluster head and the other nodes periodically send and receive hello messages to each other, but in the present invention, the periodic control information is exchanged only until the initial cluster head election and the preliminary cluster head are selected. Once configured, preliminary cluster heads are elected through the weighted map, which minimizes overhead and consequently prevents cluster reconfiguration, thus maximizing overall network life and performance.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

상기와 같은 본 발명은, 동적인 예비 클러스터 헤드 기법에 따라 토폴로지 변화에 따른 클러스터링 재구성을 최소화하고, 클러스터링 재구성 등에 필요한 오버헤드를 최소화하여 효율적인 토폴로지 관리를 제공할 수 있으며, 네트워크의 전체 수명 및 성능을 최대화할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can provide efficient topology management by minimizing clustering reconfiguration according to topology change and minimizing overhead required for clustering reconfiguration according to a dynamic preliminary cluster head technique, and improving overall lifespan and performance of a network. There is an effect that can be maximized.

Claims (2)

무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한 토폴로지 관리 방법에 있어서,In a topology management method using a dynamic spare cluster head in a wireless network, 단일 홈 범위 내에 있는 각 노드가 기 설정된 메시지를 수신하여 이웃 노드를 확인하는 이웃 노드 확인 단계;A neighbor node identification step of each node within a single home range receiving a preset message to identify the neighbor node; 상기 이웃 노드 확인 단계를 통해 상기 각 노드가 노드 밀도(연결도), 배터리 잔량을 고려하여 자신의 가중치를 계산하는 가중치 계산 단계;A weight calculation step in which each node calculates its own weight in consideration of the node density (connection degree) and the remaining battery capacity through the checking of the neighboring nodes; 상기 각 노드가 상기 가중치 계산 단계에서 계산된 가중치를 포함하는 기 설정된 메시지를 방송하는 가중치 포함 메시지 방송 단계;A weighted message broadcasting step in which each node broadcasts a preset message including the weighted value calculated in the weighting step; 상기 가중치 포함 메시지 방송 단계에서 전송된 메시지를 각 노드가 수신하여 가중치가 가장 높은 노드를 클러스터 헤드로 선출하는 클러스터 노드 선출 단계;A cluster node selecting step of each node receiving a message transmitted in the weighting message broadcasting step and selecting a node having the highest weight as a cluster head; 상기 클러스터 노드 선출 단계에서 선출된 클러스터 헤드가 클러스터 식별자(ID)를 포함한 기 설정된 메시지를 방송하고, 상기 클러스터 헤드는 일정 기간동안 데이터 통신과 다른 일반 노드들의 기 설정된 메시지에 기반한 예측(Prediction) 기법을 사용하여 가중치 맵(Weight Map)을 구성하여, 가중치 맵이 가장 높은 노드를 예비 클러스터 헤드로 선정하는 예비 클러스터 선정 단계;The cluster head selected in the cluster node selection step broadcasts a predetermined message including a cluster identifier (ID), and the cluster head performs a prediction technique based on data communication and preset messages of other general nodes for a predetermined period of time. A preliminary cluster selection step of constructing a weight map using the preliminary cluster head to select a node having the highest weight map as a preliminary cluster head; 상기 클러스터 헤드가 상기 예비 클러스터 선정 단계에서 선정된 예비 클러스터 헤드 식별자(ID)를 포함한 기 설정된 메시지를 방송하는 예비 클러스터 방송 단계;A preliminary cluster broadcasting step of the cluster head broadcasting a predetermined message including a preliminary cluster head identifier (ID) selected in the preliminary cluster selecting step; 상기 가중치 맵과 부하 분산 임계치를 비교하여, 비교 결과 클러스터 헤드가 사전에 정의된 부하 분산 임계치보다 가중치 맵이 떨어지게 되면 헤드 역할을 예비 클러스터 헤드에게 역할을 넘겨 주고, 역할 변경 정보를 기 설정된 메시지로 방송하는 클러스터 헤드 변경 방송 단계; 및The weight map is compared with the load balancing threshold, and as a result of the comparison, if the weight of the cluster head is lower than the predefined load balancing threshold, the role is transferred to the spare cluster head, and the role change information is broadcast in a preset message. A cluster head change broadcasting step; And 각 노드가 수신된 기 설정된 메시지를 통해 클러스터 헤드로부터의 홉 수(Hop Count)를 계산하고, 홉 수가 작은 클러스터를 자신의 클러스터로 선정하는 클러스터 선정단계A cluster selection step in which each node calculates a hop count from the cluster head through a predetermined message received and selects a cluster having a small hop number as its own cluster. 를 포함하는 토폴로지 관리 방법.Topology management method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 예비 클러스터 선정 단계는,The preliminary cluster selection step, 초기에 일정 기간 동안 클러스터 헤드가 일반 노드들의 기 설정된 메시지 및 데이터 통신을 통해 이동성 및 에너지 소모에 대한 예측을 하여, 상기 예측을 이용하여 가중치 맵을 구성하며, 상기 가중치 맵을 구성하여 예비 클러스터 헤드 선정을 수행하는 것을 특징으로 하는 토폴로지 관리 방법.Initially, the cluster head predicts mobility and energy consumption through predetermined message and data communication of general nodes for a predetermined period, constructs a weight map using the prediction, and configures the weight map to select a preliminary cluster head. Topology management method, characterized in that for performing.
KR1020060025624A 2006-03-21 2006-03-21 Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network KR100695333B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060025624A KR100695333B1 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060025624A KR100695333B1 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100695333B1 true KR100695333B1 (en) 2007-03-16

Family

ID=41623339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060025624A KR100695333B1 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100695333B1 (en)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958658B1 (en) 2007-11-30 2010-05-20 한국전자통신연구원 Method and Apparatus for estimating the density and relative locations of randomly deployed sensor nodes
KR100959808B1 (en) 2008-08-14 2010-05-28 성균관대학교산학협력단 Method of constituting cluster by sensor network
KR100969943B1 (en) * 2008-09-22 2010-07-14 동명대학교산학협력단 The method for constructing sensor network tree structure
KR100970999B1 (en) 2008-05-09 2010-07-20 국민대학교산학협력단 Routing method in sensor network
KR100979292B1 (en) * 2009-11-12 2010-08-31 엘아이지넥스원 주식회사 Method for connecting children node of wirelss sensor network and wireless sensor network system thereof
CN101873606A (en) * 2010-06-09 2010-10-27 中国人民解放军海军航空工程学院 Network clustering method of wireless sensor based on fixed cluster heads
KR100994732B1 (en) * 2008-10-16 2010-11-16 숭실대학교산학협력단 Method for clustering a ad-hoc network
KR101129562B1 (en) * 2010-02-02 2012-03-29 동명대학교산학협력단 Clustering method for an wireless sensor network
KR101200495B1 (en) * 2010-11-05 2012-11-12 목포대학교산학협력단 A cluster head selection scheme considering distance and energy in wireless sensor networks
KR101219052B1 (en) 2011-03-04 2013-01-09 한국기술교육대학교 산학협력단 Formation method for hierarchical cluster architure
US8458266B2 (en) 2009-04-16 2013-06-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Scheduling method and scheduling information synchronizing method in wireless ad hoc network
KR101620098B1 (en) 2015-05-08 2016-05-13 군산대학교산학협력단 Method for implementing power and connectivity aware clustering for wireless sensor networks
KR101936626B1 (en) * 2017-09-28 2019-01-09 인천대학교 산학협력단 A Low-Energy Adaptive Clustering Apparatus and Method for Wireless Sensor Network
CN109282431A (en) * 2018-09-06 2019-01-29 江苏佳源科技有限公司 Air-conditioning and lighting energy saving control system
US10334423B2 (en) * 2015-07-14 2019-06-25 Mediatek Inc. Method and apparatus for self-forming a tree topology network in a communications network
KR20200073742A (en) * 2018-12-14 2020-06-24 국방과학연구소 Apparatus and method for managing root node for time synchronization
CN116467610A (en) * 2023-03-13 2023-07-21 深圳市壹通道科技有限公司 Data topology analysis method, device, equipment and storage medium based on 5G message

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200497253Y1 (en) * 2022-08-18 2023-09-12 박진구 Foothold for ladder

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200497253Y1 (en) * 2022-08-18 2023-09-12 박진구 Foothold for ladder

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958658B1 (en) 2007-11-30 2010-05-20 한국전자통신연구원 Method and Apparatus for estimating the density and relative locations of randomly deployed sensor nodes
KR100970999B1 (en) 2008-05-09 2010-07-20 국민대학교산학협력단 Routing method in sensor network
KR100959808B1 (en) 2008-08-14 2010-05-28 성균관대학교산학협력단 Method of constituting cluster by sensor network
KR100969943B1 (en) * 2008-09-22 2010-07-14 동명대학교산학협력단 The method for constructing sensor network tree structure
KR100994732B1 (en) * 2008-10-16 2010-11-16 숭실대학교산학협력단 Method for clustering a ad-hoc network
US8458266B2 (en) 2009-04-16 2013-06-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Scheduling method and scheduling information synchronizing method in wireless ad hoc network
KR100979292B1 (en) * 2009-11-12 2010-08-31 엘아이지넥스원 주식회사 Method for connecting children node of wirelss sensor network and wireless sensor network system thereof
KR101129562B1 (en) * 2010-02-02 2012-03-29 동명대학교산학협력단 Clustering method for an wireless sensor network
CN101873606A (en) * 2010-06-09 2010-10-27 中国人民解放军海军航空工程学院 Network clustering method of wireless sensor based on fixed cluster heads
CN101873606B (en) * 2010-06-09 2014-06-04 中国人民解放军海军航空工程学院 Network clustering method of wireless sensor based on fixed cluster heads
KR101200495B1 (en) * 2010-11-05 2012-11-12 목포대학교산학협력단 A cluster head selection scheme considering distance and energy in wireless sensor networks
KR101219052B1 (en) 2011-03-04 2013-01-09 한국기술교육대학교 산학협력단 Formation method for hierarchical cluster architure
KR101620098B1 (en) 2015-05-08 2016-05-13 군산대학교산학협력단 Method for implementing power and connectivity aware clustering for wireless sensor networks
US10334423B2 (en) * 2015-07-14 2019-06-25 Mediatek Inc. Method and apparatus for self-forming a tree topology network in a communications network
KR101936626B1 (en) * 2017-09-28 2019-01-09 인천대학교 산학협력단 A Low-Energy Adaptive Clustering Apparatus and Method for Wireless Sensor Network
CN109282431A (en) * 2018-09-06 2019-01-29 江苏佳源科技有限公司 Air-conditioning and lighting energy saving control system
KR20200073742A (en) * 2018-12-14 2020-06-24 국방과학연구소 Apparatus and method for managing root node for time synchronization
KR102205958B1 (en) 2018-12-14 2021-01-21 국방과학연구소 Apparatus and method for managing root node for time synchronization
CN116467610A (en) * 2023-03-13 2023-07-21 深圳市壹通道科技有限公司 Data topology analysis method, device, equipment and storage medium based on 5G message
CN116467610B (en) * 2023-03-13 2023-10-10 深圳市壹通道科技有限公司 Data topology analysis method, device, equipment and storage medium based on 5G message

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100695333B1 (en) Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network
Boyinbode et al. A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks
CN101835277B (en) Wireless sensor network topology control method based on LEACH-ANT algorithm
Stephan et al. Energy and spectrum aware unequal clustering with deep learning based primary user classification in cognitive radio sensor networks
Tao et al. Flow-balanced routing for multi-hop clustered wireless sensor networks
KR100768588B1 (en) Method for topology management with pre-cluster in ad-hoc wireless network and record media recorded program for realizing the same
KR101658736B1 (en) Wsn clustering mehtod using of cluster tree structure with low energy loss
Samdanis et al. Dynamic energy-aware network re-configuration for cellular urban infrastructures
ECE A survey on energy efficient routing in wireless sensor networks
Mahajan et al. A novel chain based wireless data sensor network (ECBSN) technique
CN103634913A (en) Clustering-based multi-hop multi-channel cognitive wireless sensor network communication method
KR101023499B1 (en) Apparatus and method for transmitting data in wireless sensor network by clustering
Mehra et al. Energy efficient self organising load balanced clustering scheme for heterogeneous WSN
Poonguzhali Energy efficient realization of clustering patch routing protocol in wireless sensors network
Anees et al. Delay aware energy-efficient opportunistic node selection in restricted routing
Kaur et al. Comparative analysis of clustering protocols for wireless sensor networks
Cao Minh et al. DISON: a self-organizing network management framework for wireless sensor networks
Bansal et al. FTEP: A fault tolerant election protocol for multi-level clustering in homogeneous wireless sensor networks
KR102052685B1 (en) Wireless sensor network clustering method and system thereof
Jayashree et al. E/sup 2/LBC: an energy efficient load balanced clustering technique for heterogeneous wireless sensor networks
Zebbane et al. RTCP: Redundancy aware Topology Control Protocol for wireless sensor network
Asim et al. An energy efficient management scheme for wireless sensor networks
Adabi et al. Sbca: Score based clustering algorithm for mobile ad-hoc networks
Zebbane et al. Enhancing the sensor network lifetime by topology control and sleep-scheduling
Alkadhmawee et al. Clustering and neighbouring technique based energy-efficient routing for WSNs

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee