KR100719280B1 - 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법및 시스템 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법및 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법은, 복수의 센서노드를 포함하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수의 센서노드 중 어느 한 센서노드에 대해 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경하는 단계; (b) 상기 한 센서노드의 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 하나 이상의 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 단계; 및 (c) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각을 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격의 범위 밖에 위치하도록 변경하는 단계를 포함한다.
무선 센서 네트워크, 센서노드, 모니터링 주기

Description

무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 및 시스템{Method and system for deciding dynamic monitoring cycle in wireless sensor network}
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정을 위한 센서노드의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 중 이웃센서노드에게 주기조절을 요청하는 과정을 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 중 주기조절을 요청받은 이웃센서노드에서의 과정을 나타내는 흐름도.
도 4는 센서노드들간의 모니터링 주기조절 요청과 수락에 따른 모니터링 시각 변경을 나타내는 타이밍도.
도 5는 종래기술에 따른 모니터링 주기설정 방법과 본 발명에 따른 모니터링 주기설정 방법을 비교하는 타이밍도.
도 6은 노드 개수 변화에 따른 데이터 수집 오차율을 나타내는 그래프.
도 7은 노드 개수 변화에 따른 에너지 소비량을 나타내는 그래프.
본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터 수집과정에서 에너지 효율 및 데이터 신뢰성을 향상시키기 위한 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 통신 모듈, 센싱 모듈 및 데이터처리 모듈이 결합된 센서 노드들의 집합으로서, 각 센서 노드는 센싱 모듈을 통하여 데이터를 수집하고 데이터처리 모듈에서 데이터를 처리한 후, 무선 통신을 이용하여 처리된 데이터를 사용자에게 전달한다.
이러한 센서 네트워크는 센서 노드들간의 협력을 통해 인간이 쉽게 조사하지 못하는 장소에서 데이터를 수집할 수 있기 때문에 지리적으로 위험할 뿐만 아니라 많은 시간과 노력을 들여야 접근가능한 자연환경에서 데이터를 조사하는데 사용된다. 최근에는 센서노드, 통신기법, 센서기술 등의 발전과 함께 센서 네트워크에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
센서 네트워크에서 중요한 연구주제 중 하나가 센서 노드의 에너지 소비를 최소화하여 네트워크 수명을 최대화하는 것이다. 이를 위해 통신 측면에서의 에너지 소비를 줄이는 연구가 활발히 진행되어 에너지 효율성을 증가시키고 있으며, 데이터 수집과정에서 발생하는 비효율적 에너지 소비에 대한 연구도 진행되고 있다.
데이터 수집 분야에서의 에너지 효율성을 높이기 위한 연구는 중복되는 센싱범위를 조절하는 기법과 모니터링 주기를 조절하는 기법으로 나눌 수 있다.
노드의 센싱 범위를 조절하는 방법이 F. Ye 등에 의한 "PEAS: A Robust Energy Conserving Protocol for Long-Lived Sensor Networks", Proc. IEEE, Int'l Conf. Network Protocols(INCP 2002), IEEE, CS Press, pp. 200-201, 2002에 개시되어 있다.
이 논문에 개시된 방법은 이웃 노드가 모니터링할 경우 센서를 끔으로써 소비 에너지를 감소시킬 수 있지만, 해당 노드가 이웃 노드의 모니터링 범위를 완벽하게 포함하지 못한다는 단점이 있다.
또 다른 방법이 D. Tian 및 N. D. Georganas에 의한 "A Node Scheduling Scheme for Energy Conservation in Large Wireless Sensor Networks", Wireless Communications and Mobile Computing Journal, 2003에 개시되어 있다.
이 논문에 개시된 방법은 이웃 노드들의 센싱 범위가 해당 노드의 센싱 범위를 모두 포함하면 해당 노드는 센싱하지 않음으로써, 에너지 소비를 줄이는 방법이지만, 실제로 이웃 노드가 해당 노드의 센싱 범위를 확실하게 포함한다고 보장할 수 없다는 문제점을 가진다.
모니터링 주기를 조절하는 방법이 Ankur Jain 및 Edward Y. Chang에 의한 "Adaptive Sampling for Sensor Networks", in Proceedings of the 1st international workshop on Data management for sensor networks(DMSN '04), 2004에 개시되어 있다.
이 논문에 개시된 방법은 칼만 필터 예측 기법을 사용해 서버가 모니터링 주기를 노드에게 알려주어 주기를 조절하는 방법으로서, 주기 예측을 서버에서 하므로 노드가 소모가 적고 주기 설정의 신뢰도가 높은 반면에, 서버에 문제가 생기면 노드들이 주기 설정을 할 수 없고, 모든 노드가 주기 정보를 서버에 전달하여야 한 다는 문제점이 있다.
다른 방법으로, A. D. Marvine 및 L. E. Sacks에 의한 "Adaptive Sampling Mechanisms in Sensor Networks" in London Communications Symposium, London, UK, 2003에 개시되어 있다.
이 논문에 개시된 방법은, 수집한 데이터와 사용자가 만든 모델을 기반으로 에러율을 설정하고, 이를 기준으로 모니터링 주기를 결정한다. 이는 기존의 데이터를 이용하므로 실제 물리량의 변화에 적합하게 주기를 설정할 수 있지만, 실제와 근접한 모델을 만들기 위해 노드가 복잡한 계산을 수행하기 때문에 많은 처리 부하가 발생하는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로는 Dantu, R., Abbas, K., O'Neill, M., II 및 Mikier, A.,에 의한 "Data centric modeling of environmental sensor networks", Global Telecommunications Conference Workshops, GlobeCom Workshops, 2004에 개시되어 있다.
이 논문에 개시된 방법은 노드가 측정한 모니터링 주기를 1/2로 줄이고, 차이가 없으면 주기를 2배로 늘리는 방법을 사용하여 모니터링 주기를 조절하는 방법이다. 이 방법은 에너지 소비를 크게 감소시켜 에너지 효율성을 높였으나 모니터링 주기가 급격하게 늘어나 데이터 수집량이 크게 줄어, 수집한 데이터의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 센서 네트워크에서 이웃 센서 노드간 모니터링 주기정보를 교환하여 모니터링 시각을 설정하는 동적 모니터링 주기 설정방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법은, 복수의 센서노드를 포함하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정하는 방법에 있어서, (a) 상기 복수의 센서노드 중 어느 한 센서노드에 대해 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경하는 단계; (b) 상기 한 센서노드의 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 하나 이상의 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 단계; 및 (c) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각을 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격의 범위 밖에 위치하도록 변경하는 단계를 포함한다.
상기 (c) 단계는, (c1) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있는지의 여부를 판단하는 단계; (c2) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드가 모니터링했던 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모니터링 주기 조절 간격만큼 더한 시각으로 변경하는 단계; 및 (c3) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드가 모니터링할 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모니터링 주기 조절 간격만큼 뺀 시각으로 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법은, (d) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 요청한 센서노드의 모니터링 주기보다 크면, 상기 요청한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법은, (e) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 요청한 센서노드의 모니터링 주기의 1/k2 이하이면, 상기 요청한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 시스템은, 복수의 센서노드를 포함하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정하는 시스템에 있어서, 상기 복수의 센서노드 각각은, 대상을 센싱하여 데이터를 획득하는 센서; 상기 획득한 데이터의 변화량을 소정의 인지 경계값과 비교하는 데이터 비교부; 상기 데이터 변화량이 상기 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경하는 모니터링 주기 변경부; 변경된 모니터링 주기에 따라 상기 센서를 구동하는 센서 구동부; 및 한 센서노드의 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 하나 이상의 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 주기 변경 요청부를 포함하고, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기 변경부는, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각을 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격의 범위 밖에 위치하도록 변경한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정을 위한 센서노드의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 한 센서노드(100)는 센서 구동부(110), 센서(120), 데이터 수집부(130), 사용자 인터페이스(140), 데이터 비교부(150), 모니터링 주기 변경부(160), 주기 변경 요청부(170) 및 주기 변경 요청 인지부(180)를 포함한다.
센서 구동부(110)는 센서(120)를 구동한다. 또한, 센서 구동부(110)는 모니터링 주기 변경부(160)로부터의 출력 신호에 따라 변경된 모니터링 주기로 센서(120)를 구동한다. 센서(120)는 대상을 센싱하여 데이터를 획득한다.
데이터 수집부(130)는 센서(120)로부터 획득된 데이터를 수집한다. 데이터 비교부(150)는 획득한 데이터의 변화량을 소정의 인지 경계값과 비교한다. 소정의 인지 경계값은 사용자 인터페이스(140)를 통해 사용자에 의해 입력되는 값으로서, 데이터 변화의 많고 적음을 결정하는 기준이 된다.
모니터링 주기 변경부(160)는 데이터 비교부(150)의 비교 결과, 상기 데이터 변화량이 상기 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경한다.
주기 변경 요청부(170)는 하나 이상의 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 신호(OUT)를 출력한다. 이 때, 주기 변경 요청 신호(OUT)는 센서노드의 모니터링 시각, 주기 등을 포함하는 모니터링 정보를 포함한다. 주기 변경 요청 인지부(180)는 이웃 센서노드로부터의 주기 변경 요청 신호(IN)를 수신한다.
센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정하는 시스템의 구체적인 동작은 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 중 이웃센서노드에게 주기조절을 요청하는 과정을 흐름도로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모니터링 시각이 되면(S200 단계), 센서 구동부(110)는 센서(120)를 구동시킨다(S210 단계). 센서(120)가 대상을 센싱하여 데이터를 획득하면, 데이터 수집부(130)는 획득된 데이터를 수집한다(S220 단계).
데이터 비교부(150)는 획득한 데이터의 변화량을 소정의 인지 경계값과 비교한다(S230 단계). 데이터 변화량은 다음과 같은 수학식 1에 의해 계산된다.
Figure 112006063401879-pat00001
여기서, 측정물리량은 설정에 따라 1회의 측정물리량이 될 수 있고, 수회의 측정물리량이 될 수도 있다.
데이터 비교부(150)의 비교 결과 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값보다 크면, 모니터링 주기 변경부(160)는 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경한다(S240 단계).
이는 데이터 변화량이 크므로, 모니터링을 종전보다 더 자주 할 필요가 있기 때문이다. 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면, 모니터링 주기 변경부(160)는 모니터링 주기를 k배로 변경한다(S250 단계).
데이터 비교부(150)는 모니터링 간격을 소정의 한계값과 비교한다(S260 단계). 소정의 한계값은 사용자 인터페이스(140)를 통해 사용자에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 모니터링 주기를 2배씩 증가시키는 경우, 센서(120)가 모니터링하지 않는 간격이 커져서 이웃 센서노드가 모니터링을 할 필요가 있는지 여부를 판단하기 위함이다.
모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 주기 변경 요청부(170)는 하나 이상의 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 신호(OUT)를 출력한다(S270 단계). 주기 변경 요청 신호는 센서노드의 모니터링 시각, 주기 등을 포함하는 모니터링 정보를 포함한다. 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 센서를 통해 수집한 데이터의 신뢰성이 떨어지기 때문에, 다른 센서노드가 모니터링 주기를 변경하여 모니터링을 할 필요가 있기 때문이다.
모니터링 간격이 소정의 한계값 이하이면, S280 단계로 진행한다. 이는 다른 센서노드의 모니터링 주기를 변경할 필요가 없기 때문이다.
S280 단계에서는, 센서 구동부(110)는 센서(120)의 구동을 정지하고, 모니터링이 완료되지 않았으면(S290), S200 단계로 되돌아간다.
도 2에 도시된 동작에 따라 센서 네트워크의 어느 임의의 한 센서노드에서 데이터의 변화량에 따라 모니터링 주기를 조절하고, 조절된 모니터링 주기에 따라 모니터링할 경우 모니터링 간격이 넓어지면 다른 센서노드에게 모니터링 주기를 변경하는 요청을 하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 동적 모니터링 주기 설정 방법 중 주기조절을 요청받은 이웃 센서노드에서의 과정을 흐름도로 도시한 것이다. 모든 센서노드의 구성이 도 1과 동일하므로, 이웃 센서노드의 구성요소의 동작을 도 1의 구성요소를 원용하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 주기 변경 요청 인지부(180)는 주기 변경을 요청한 센서노드로부터 주기 변경 요청 신호(IN)를 수신한다(S300 단계).
데이터 비교부(150)는 주기 변경을 요청한 센서노드와 근접한 모니터링 범위인지의 여부를 판정한다(S310 단계). 근접한 모니터링 범위인지의 여부의 판단은, 주기 변경을 요청받은 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 주기 변경을 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있는지의 여부를 판 단하는 것이다.
여기서, 모니터링 주기 조절 간격은 주기 조절을 요청한 센서노드의 모니터링하지 않는 시간을 (이웃 센서노드수 + 1)로 나눈 값이다. 이웃 센서노드수를 고려하여 모니터링 간격을 조절하는 이유는, 이웃 센서노드의 수와 관계없이 간격을 조절하면 이미 고르게 분포되어 있는 주기를 불필요하게 집중시킬 수 있기 때문이다.
S320 단계에서는, 데이터 비교부(150)는 해당 센서노드의 모니터링 주기가 요청한 센서노드의 모니터링 주기 이하인지 여부를 판정한다. 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 주기 조절을 요청한 센서노드의 모니터닝 주기보다 클 경우에는 주기 조절을 요청받은 해당 센서노드가 다른 이웃 센서노드에게 모니터링 주기 조절 요청을 했을 확률이 높으므로 주기 조절을 할 필요가 없기 때문이다.
S330 단계에서는, 데이터 비교부(150)는 해당 센서노드의 모니터링 주기가 요청한 센서노드의 모니터링 주기의 1/k2보다 큰지의 여부를 판정한다. 모니터링 주기 조절을 요청받은 해당 센서노드의 모니터링 주기가 주기 조절을 요청한 센서노드의 모니터링 주기보다 1/k2 이하이면, 요청한 센서노드가 모니터링하지 않는 사이에 해당 센서노드가 2번 이상 모니터링하므로, 모니터링 주기를 조절할 필요가 없기 때문이다.
주기 조절을 요청한 센서노드와 근접한 모니터링 범위에 있고, 해당 센서노드의 모니터링 주기가 요청한 센서노드의 주기 이하이고, 해당 센서노드의 모니터 링 주기가 요청한 센서노드의 주기의 1/k2보다 크면, 모니터링 주기 변경부(160)는 해당 센서노드의 모니터링 주기를 변경한다(S340 단계).
모니터링 주기 변경부(160)는 해당 센서노드의 모니터링 시각이 요청한 센서노드가 모니터링했던 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 모니터링 시각을 모니터링 주기 조절 간격만큼 더한 시각으로 변경한다.
모니터링 주기 변경부(160)는 해당 센서노드의 모니터링 시각이 주기조절을 요청한 센서노드가 모니터링할 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 모니터링 시각을 모니터링 주기 조절 간격만큼 뺀 시각으로 변경한다.
주기 조절을 요청한 센서노드와 근접한 모니터링 범위에 있지 않거나, 해당 센서노드의 모니터링 주기가 요청한 센서노드의 주기보다 크거나, 또는 해당 센서노드의 모니터링 주기가 요청한 센서노드의 주기의 1/k2 이하이면, 주기 조절 요청을 무시하고 기존의 모니터링 주기에 따라 모니터링 과정을 계속 진행한다(S350 단계).
도 4는 센서노드들간의 모니터링 주기조절 요청과 수락에 따른 모니터링 시각 변경을 나타내는 타이밍도를 도시한 것이다.
A노드가 시각(410)에서 모니터링하고, 이웃 B노드 및 C노드에게 모니터링 정보와 함께 모니터링 주기 조절을 요청하면, B노드는 센싱주기 조절간격 범위 내에 있으므로, 시각(430)에서 시각(440)으로 센싱주기를 조절한다.
C노드는 센싱한 시각(450)이 A노드의 센싱한 시각(410)과 근접하므로, 앞으 로 센싱할 시각(470)이 A노드가 센싱할 시각(420)과도 근접한다. 따라서, C노드는 시각(470)에서 시각(460)으로 센싱주기를 조절한다.
도 5는 종래기술에 따른 모니터링 주기설정 방법과 본 발명에 따른 모니터링 주기설정 방법을 비교하는 타이밍도를 도시한 것이다.
도 5의 (a)는 센서노드들이 주기적인 간격으로 모니터링하는 정적 모니터링 방법의 모니터링 시점 분포도이다. 서로 이웃 센서노드인 A, B, C노드가 동일한 주기로 환경을 모니터링 하는 것을 확인할 수 있다. 정적 모니터링 기법은 변화가 없는 환경을 반복적으로 모니터링 하기 때문에 에너지 소비의 효율성이 떨어진다.
도 5의 (b)는 환경에 변화가 없을 때, 이웃 노드와의 정보 교환 없이 모니터링주기를 증가시키는 기존 방법의 모니터링 시점 분포도이다. 데이터 변화가 없을 경우 모니터링을 하지 않음으로써, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다. 그러나 모니터링 하지 않는 시간이 기하급수적으로 늘어나면서 데이터의 수집이 불가능한 시간이 증가되어 데이터의 신뢰도가 낮아지고, 급격한 환경의 변화를 빠르게 인식하지 못하게 된다.
도 5의 (c)는 본 발명에 따른 이웃노드를 고려한 주기조절 방법으로써, 이웃 센서노드간 정보교환을 통하여 3개의 노드가 같은 시각에서 모니터링하지 않고, 증가된 주기 사이로 분산되어 모니터링한다.
도 6 및 도 7은 도 5의 (a), (b) 및 (c)에 대한 데이터 수집 오차율 및 에너지 소비량의 실험 결과를 각각 나타낸다.
실험 환경은 Cedar Crest Blvd. Dallas, Texas에서 한달 동안 측정한 Trinity River의 온도를 사용하였다. 성능 분석을 위한 환경 설정으로 동일한 이벤트 감지 범위에 있는 이웃 센서노드의 수를 0 내지 30개로 변화시키고, 인지 경계값은 5%로 설정하였다.
도 6은 노드 개수 변화에 따른 데이터 수집 오차율을 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
수집 오차율이란 실제 물리량과 측정값의 오차로 수집 오차율리 10%이면 10개의 측정 데이터 중 9개의 데이터가 실제 물리량과 같다. 이 때 오차율 계산은 다음 수학식 2와 같다.
Figure 112006063401879-pat00002
이웃 노드가 5개인 경우, 본 발명에 따른 주기 조절방법의 오차율은 1.5%로, 이웃 노드를 고려하지 않은 주기 조절 방법에 비해 오차율을 약 83% 줄였다. 또한 이웃 노드의 수가 증가할수록 데이터 오차율이 0%에 근접함을 확인할 수 있다.
이는 본 발명에 따른 방법의 성능이 이웃 노드 수의 증가와 비례하여 개선됨을 보여준다. 이웃 노드의 수가 증가할수록 모니터링 간격이 세밀하게 분산되기 때문이다. 이에 비해 이웃 노드를 고려하지 않은 주기 조절 기법의 경우 이웃 노드의 증가와 관계없이 오차율이 줄어들지 않음을 확인할 수 있다.
도 7은 노드 개수 변화에 따른 에너지 소비량을 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
정적 모니터링 경우, 데이터 수집 오차율이 0%로 데이터 신뢰도는 높지만, 환경의 변화가 없는 경우에도 같은 값을 지속적으로 측정하는 비효율성 때문에 주기를 조절하는 기법에 비해 에너지 소비가 매우 높음을 볼 수 있다. 한 달 동안 모니터링에 소비되는 에너지가 약 140㎂로, 제안방법 및 이웃 노드를 고려하지 않은 주기조절 기법의 센싱 에너지 소비량에 비해 25~30배 가량 높았다.
이에 비해 제안방법은 노드들이 서로 모니터링을 하지 않는 시간 사이로 모니터링 시각을 옮기기 때문에 데이터의 변화가 작을 경우 노드 각각의 모니터링 간격이 넓어져 에너지 소비가 4.4㎂로 감소되었으며, 이웃 노드를 고려하지 않는 주기 조절 기법의 에너지 소비(5.5㎂)와 비교하여도 18%의 에너지 절약 효과를 보였다.
MICA2의 센싱, 통신, 처리모듈의 에너지 모델에 제안 기법을 통한 데이터 수집에서의 에너지 효율성 증가 효과를 적용할 경우, 2300mA 배터리를 사용한 센서 노드의 수명이 약 17개월로, 정적 모니터링의 13개월에 비해 25% 증가함을 계산을 통해 확인할 수 있었다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매 체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명에 따르면, 이웃 센서노드간 모니터링 주기정보를 교환하여 모니터링 시각을 고르게 분산시킴으로써, 데이터의 신뢰도를 향상시킬 뿐만 아니라 에너지의 효율성을 증가시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 센서노드를 포함하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 복수의 센서노드 중 어느 한 센서노드에 대해 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경하는 단계;
    (b) 상기 한 센서노드의 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 이웃 센서노드에게 모니터링 주기 변경을 요청하는 단계; 및
    (c) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각을 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격의 범위 밖에 위치하도록 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있는지의 여부를 판단하는 단계;
    (c2) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드가 모니터 링했던 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모니터링 주기 조절 간격만큼 더한 시각으로 변경하는 단계; 및
    (c3) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 요청한 센서노드가 모니터링할 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모니터링 주기 조절 간격만큼 뺀 시각으로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 요청한 센서노드의 모니터링 주기보다 크면, 상기 한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (e) 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 요청한 센서노드의 모니터링 주기의 1/k 2 이하이면, 상기 한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 방법.
  5. 복수의 센서노드를 포함하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기를 설정 하는 시스템에 있어서,
    상기 복수의 센서노드 각각은,
    대상을 센싱하여 데이터를 획득하는 센서;
    상기 획득한 데이터의 변화량을 소정의 인지 경계값과 비교하는 데이터 비교부;
    상기 데이터 변화량이 상기 소정의 인지 경계값보다 크면 모니터링 주기를 1/k배(k는 2이상의 자연수)로 변경하고, 상기 데이터 변화량이 소정의 인지 경계값 이하이면 모니터링 주기를 k배로 변경하는 모니터링 주기 변경부;
    변경된 모니터링 주기에 따라 상기 센서를 구동하는 센서 구동부; 및
    한 센서노드의 모니터링 간격이 소정의 한계값보다 크면, 이웃 센서노드에게 주기 변경을 요청하는 주기 변경 요청부를 포함하고,
    상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기 변경부는, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각을 상기 한 센서노드의 모니터링 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격의 범위 밖에 위치하도록 변경하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기 변경부는,
    상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 한 센서노드가 모니터링했던 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모 니터링 주기 조절 간격만큼 더한 시각으로 변경하고, 상기 이웃 센서노드의 모니터링 시각이 상기 한 센서노드가 모니터링할 시각으로부터 모니터링 주기 조절 간격 내에 있으면, 상기 모니터링 시각을 상기 모니터링 주기 조절 간격만큼 뺀 시각으로 변경하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 이웃 센서노드의 데이터 비교부는,
    상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 한 센서노드의 모니터링 주기보다 크면, 상기 한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 이웃 센서노드의 데이터 비교부는,
    상기 이웃 센서노드의 모니터링 주기가 상기 한 센서노드의 모니터링 주기의 1/k2 이하이면, 상기 한 센서노드의 주기 변경 요청을 무시하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 동적 모니터링 주기 설정 시스템.
  9. 제1항 내지 제4항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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