KR100726476B1 - Time synchronization method for minimizing power consumption of hetero-species sensor nodes and network adopting same - Google Patents

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이명진
이경우
권혜은
이영호
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Abstract

A time synchronization method for minimizing power consumption in heterogeneous sensor nodes and a network applied with the method are provided to minimize power consumption of the sensor nodes by easily performing time synchronization of an overall sensor network, and to operate all sensor nodes with a battery except a sink node, thus efficient resource management is available. Homogeneous sensor nodes connected below a sink node(50) are set to masters(60), and plural heterogeneous sensor nodes connected below the masters are set to time synchronization slaves(70). Time synchronization is conducted by using time synchronization algorithm among the time synchronization masters. The time synchronization slaves receive time synchronization commands by the masters, and power on/off by receiving active time and slave time control included in the time synchronization commands.

Description

이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법 및 이를 적용한 네트워크 {Time synchronization method for minimizing power consumption of hetero-species sensor nodes and network adopting same}Time synchronization method and minimizing power consumption of hetero-species sensor nodes and network adopting same}

도 1은 종래의 동종 센서노드를 사용한 네트워크에서의 시간동기화를 설명하기 위한 개념도.1 is a conceptual diagram illustrating the time synchronization in a network using a conventional homogeneous sensor node.

도 2는 종래의 ZigBee 토폴로지에 의한 시간동기화를 설명하기 위한 개념도.2 is a conceptual diagram illustrating time synchronization by a conventional ZigBee topology.

도 3은 본 발명에 따른, 이기종 센서노드를 사용한 네트워크에서의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화를 설명하기 위한 개념도.3 is a conceptual diagram illustrating time synchronization for minimizing power consumption in a network using heterogeneous sensor nodes according to the present invention.

도 4는 본 발명에서 고려해야 할 작업분배 개념을 설명하기 위한 타이밍파형도.4 is a timing waveform diagram for explaining a work distribution concept to be considered in the present invention.

본 발명은 유비쿼터스 센서네트워크(USN)에 사용되는 센서노드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, 싱크노드 아래에 연결되어 있는 동종 센서노드를 시간동기 마스터로 설정하며, 마스터 아래에 연결되어 있는 다수의 이기종 센서노드를 시간동 기 슬레이브로 설정하는 단계를 포함하는 센서네트워크에서의 센서노드의 시간동기화 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor node used in a ubiquitous sensor network (USN), and more particularly, in a sensor network in which heterogeneous sensor nodes are mixed below a sink node, a homogeneous sensor node connected to the sink node is timed. The present invention relates to a time synchronization technique of a sensor node in a sensor network including setting as a synchronous master and setting a plurality of heterogeneous sensor nodes connected under the master as a time synchronous slave.

어느 곳(또는 사물)에나 부착된 태그 또는 센서로부터 물리량 또는 사물 및 환경 정보를 감지, 저장, 가공하여 인터넷을 통하여 전달함으로써, 다양한 분야에 폭넓게 활용하는 시스템인 USN(ubiquitous sensor network) 시스템의 측정수단인 센서노드(sensor node)는 온도, 습도, 경사, 전압, 초음파, 적외선 등의 물리량을 측정하는 기능(sensing)과, 프로세서와 메모리 등을 포함하여 소정의 계산을 하는 기능(computation)과, 외부 장치와 무선으로 통신하는 기능(wireless communication)을 갖고 있다. 센서노드는 USN 시스템의 구현을 위해 적소에 설치되어 해당 지역의 물리량을 측정하기 때문에 배터리에 의한 전력공급이 거의 필수적인데, 이에 따라 배터리의 장시간 사용을 보장하기 위한 저전력설계가 필요하다.  Measurement means of the USN (ubiquitous sensor network) system, a system that is widely used in various fields by detecting, storing, processing, and transmitting physical quantities, objects, and environmental information from tags or sensors attached anywhere (or objects). The sensor node is a sensor for measuring physical quantities such as temperature, humidity, gradient, voltage, ultrasonic waves, infrared rays, a function for performing a predetermined calculation including a processor and a memory, and an external device. Has wireless communication with the device. Since the sensor node is installed in place to measure the USN system and measures the physical quantity of the region, power supply by the battery is almost essential. Accordingly, a low power design is required to ensure long use of the battery.

이와 같이 센서노드에서는 전력관리 설계(power management)가 매우 중요한데, 이는 배터리에 동작해야 하는 센서노드의 특성상, 그리고 배터리 교체와 센서노드의 설치 및 제거가 비교적 어렵기 때문에 그러하다. 센서노드에서 가장 많은 전력소비가 일어나는 것은 대기시에 무선신호를 기다리고 있는 경우이다(idle radio listening). 종래에 이러한 저전력 설계의 방법으로는 주기적으로 센서노드의 무선통신부, 프로세서, 센서 등을 온/오프하여 액티브타임(active time)과 슬립타임(sleep time)을 제어하는 것이다. As such, power management design is very important for sensor nodes because of the nature of sensor nodes that need to operate on batteries, and because battery replacement and installation and removal of sensor nodes are relatively difficult. The highest power consumption in the sensor node is when waiting for a radio signal (idle radio listening). Conventionally, the method of such a low power design is to control the active time and the sleep time by periodically turning on / off the wireless communication unit, the processor, the sensor, and the like of the sensor node.

그러나 이 경우에 모든 센서노드가 유기적으로 동작해야 하는데, 어느 하나의 노드라도 제대로 연동되지 못할 경우에는 저전력소비를 달성하지 못하는 것은 차치하더라도 제대로 센싱데이터를 전달하지 못하게 된다. 따라서 이러한 온/오프에 의하여 저전력소모 설계를 할 경에는 모든 노드가 주기적으로 동시에 온/오프되도록 해야 하는 것과 시간동기화(time synchronization) 및 작업분배(task scheduling) 제어가 필요하다. However, in this case, all sensor nodes should operate organically. If any one node is not properly interlocked, it will not deliver the sensing data properly even if it does not achieve low power consumption. Accordingly, when the low power consumption design is performed by the on / off, it is necessary to periodically turn on / off all nodes at the same time, and to control time synchronization and task scheduling.

보다 구체적으로, 무선 센서네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)에서 시간동기화가 필요한 이유에 대해 설명한다. 도 1에 종래의 센서노드를 사용한 무선 센서네트워크 시스템의 개요를 나타낸다. 하나의 싱크노드(10)에 다수의 센서노드(20)가 배치되어 소정의 경로에 따라 통신하고 있다. 싱크노드(10)는 센서노드(20) 중에서 마스터 역할을 하고 있는 센서노드이다. 도 1은 동종의 센서노드(20)끼리의 시간동기화 방법을 나타낸 것으로서, 각 센서노드(20)끼리 시간동기화 정보를 주기적으로 주고 받음으로서 센서네트워크 전체 노드의 시간동기화를 이룬다. 싱크노드(10)의 내부 클록을 기반으로 전체 센서네트워크의 센서노드의 전체 타임(global time)을 설정한다.More specifically, the reason why time synchronization is required in a wireless sensor network (WSN) will be described. 1 shows an overview of a wireless sensor network system using a conventional sensor node. A plurality of sensor nodes 20 are arranged in one sink node 10 to communicate along a predetermined path. The sink node 10 is a sensor node serving as a master among the sensor nodes 20. FIG. 1 illustrates a time synchronization method of sensor nodes 20 of the same type, and each sensor node 20 periodically synchronizes time synchronization information with each other to achieve time synchronization of all nodes of the sensor network. The global time of the sensor node of the entire sensor network is set based on the internal clock of the sink node 10.

무선 센서네트워크는 배터리로 동작하는 다수의 센서노드(20)로 구성되는데, 배터리 동작을 최소화하기 위하여, 주기적으로 액티브(Active) 및 슬립(Sleep) 타임을 반복하면서 동작한다. 슬립타임일 때에 센서노드(20)를 파워오프함으로써 전원 소모를 최대한 억제하는 것이다. 물론, 액티브타임에는 센서를 통한 센싱 및 데이터 처리와 무선통신 등의 본연의 기능을 수행한다. 이러한 방식에서, 데이터는 싱크노드(10)를 통하여 인터넷 및 서버로 전송된다. 무선 전송의 범위가 제한되기 때문에(수십~수백 미터) 각 센서노드(20)의 데이터는 싱크노드(10)로 전송되기 위 하여 중간의 다른 센서노드(20)들을 경유해서 전송되어야 한다. 따라서, 모든 센서노드(20)가 동시에 액티브 및 슬립 모드를 수행해야 하며, 이를 위해 모든 센서노드(20)에 대해서 정확한 시간동기화가 이루어져야 한다.The wireless sensor network is composed of a plurality of sensor nodes 20 that operate on a battery. In order to minimize battery operation, the wireless sensor network periodically operates while repeating active and sleep times. In the sleep time, the sensor node 20 is powered off to minimize power consumption. Of course, the active time performs the original functions such as sensing and data processing through the sensor and wireless communication. In this manner, data is transmitted to the internet and server via the sink node 10. Since the range of wireless transmission is limited (several to hundreds of meters), the data of each sensor node 20 must be transmitted via other sensor nodes 20 in the middle in order to be transmitted to the sink node 10. Therefore, all sensor nodes 20 must perform active and sleep modes at the same time, and for this purpose, accurate time synchronization must be performed for all sensor nodes 20.

종래에, 센서네트워크를 이루는 센서노들가 모두 동종인 경우에는 동일한 클록원(clock source)을 사용하기 때문에, 공지의 시간동기화 알고리즘을 동작시켜서 비교적 정확한 시간동기화가 가능하다. (이 알고리즘은 Multi-hop 네트워크 환경에서 1개의 hop당 +/- 2 jiffies (1/32K secs)의 시간오차가 발생하는 것으로 추정하고 있다.)Conventionally, when all the sensor nodes constituting the sensor network are the same type, since the same clock source is used, relatively accurate time synchronization is possible by operating a known time synchronization algorithm. (This algorithm assumes a time error of +/- 2 jiffies (1 / 32K secs) per hop in a multi-hop network.)

그러나 향후에 전개될 센서네트워크 시스템에서는 이기종 센서노드들이 서로 혼재하여 구성되는 추세에 있다. 이러한 이기종 센서네트워크에서는 각 센서노드별로 서로 다른 클록원을 사용하기 때문에, 위의 시간동기화 알고리즘으로 전체 센서네트워크의 시간동기화를 이룰 수 없다.However, in the future sensor network system, heterogeneous sensor nodes are mixed. Since the heterogeneous sensor networks use different clock sources for each sensor node, the time synchronization algorithm cannot achieve time synchronization of the entire sensor network.

한편, 도 2는 "Zigbee topology"에 의한 시간동기화 방법에 대해서 소개하고 있다. 이 지그비 토폴로지에서는 스타방식(star), 메시방식(mesh), 클러스터 트리 방식(cluster tree)이 있는데, Pan Coordinator(30)에서 주기적으로 비콘메시지를 전송하고 비콘프레임 안에 있는 정보를 통하여 액티브 타임 및 액티브 타임 내에서의 타임슬롯을 구성하고 이 타임슬롯 내에서 각 센서노드들이 데이터를 전송한다.Meanwhile, FIG. 2 introduces a time synchronization method based on a "Zigbee topology". In this ZigBee topology, there are star, mesh, and cluster tree methods. The Pan Coordinator 30 periodically transmits beacon messages, and active time and active data are stored in the beacon frame. Configure time slots within time, and within each time slot each sensor node transmits data.

이러한 Zigbee 네트워크는 서로 다른 클록원을 사용하는 디바이스들(PAN Coordinator(30), Full Function Device(40), Reduced Function Device(45))로 구성되어 있지만, 기본적으로 비콘프레임을 통하여 동기화를 이루고 있다. The Zigbee network is composed of devices using different clock sources (PAN Coordinator (30), Full Function Device (40), Reduced Function Device (45)), but is basically synchronized through the beacon frame.

그러나 실질적으로 중간에서 비콘프레임을 중계해 주어야 하는 Coordinator, Router에는 전원이 항상 공급되어야 하기 때문에 기존의 파원온/오프에 의한 액티브타임과 슬립타임의 설정 방식의 시간동기화만으로는 전력소모 최소화를 이룰 수 없다. However, since power must always be supplied to the coordinator and router, which must relay the beacon frame in the middle, power synchronization can not be minimized only by synchronizing the active time and sleep time setting method by the existing source on / off. .

이에 본 발명자는 이기종의 센서노드가 혼재되어 있는 센서네트워크 시스템에서의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법을 마련하였다. Therefore, the present inventors have provided a time synchronization method for minimizing power consumption in a sensor network system in which heterogeneous sensor nodes are mixed.

본 발명의 목적은 싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, 싱크노드 아래에 연결되어 있는 동종 센서노드를 시간동기 마스터로 설정하며, 마스터 아래에 연결되어 있는 다수의 이기종 센서노드를 시간동기 슬레이브로 설정하는 단계를 포함하는, 센서네트워크에서의 센서노드의 시간동기화 방법 및 이를 적용한 네트워크에 관한 것이다.An object of the present invention is to set a homogeneous sensor node connected under the sink node as a time synchronization master in a sensor network in which heterogeneous sensor nodes are mixed below the sink node, and a plurality of heterogeneous sensor nodes connected under the master node. The method relates to a time synchronization method of a sensor node in a sensor network, comprising the step of setting a time synchronization slave and a network to which the same is applied.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일특징에 따르면, 싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, 싱크노드 아래에 연결(무선통신에 의해 연결되지만 이에 한정되는 것은 아님, 이하 동일함)되어 있는 동종 센서노드를 시간동기 마스터로 설정하며, 마스터 아래에 연결되어 있는 다수의 이기종 센서노드를 시간동기 슬레이브로 설정하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 시간동기 마스터 간에는 시간동기 알고리즘을 이용하여 시간동기화를 수행하고, 상기 시간동기 슬레이브들은 상기 시간동기 마스터에 의해 시간동기 명령을 받아서 이 명령을 받은 시간동기 슬레이브는 시간동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 받아 파워온/오프하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to one feature of the present invention, in the sensor network in which heterogeneous sensor nodes are mixed below the sink node, connected below the sink node (connected by wireless communication, but not limited thereto) And setting a homogeneous sensor node as a time synchronization master, and setting a plurality of heterogeneous sensor nodes connected under the master as a time synchronization slave. Here, time synchronization is performed between the time synchronization masters using a time synchronization algorithm, and the time synchronization slaves receive a time synchronization command by the time synchronization master, and the time synchronization slave receiving the command is an active part included in the time synchronization command. Power on / off under time and sleep time control.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, 싱크노드 아래에 연결되어 있는 동종의 센서노드를 포함하는 시간동기 마스터와, 상기 시간동기 마스터 아래에 연결되어 있는 이기종 센서노드를 포함하는 시간동기 슬레이브를 포함하되, 상기 시간동기 마스터 간에는 시간동기 알고리즘을 이용하여 시간동기화가 수행되고, 상기 시간동기 슬레이브들은 상기 시간동기 마스터에 의해 시간동기 명령을 받아서 이 명령을 받은 시간동기 슬레이브는 시간동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 받아 파워온/오프하는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법을 적용한 센서네트워크를 제공한다.According to another feature of the present invention, in a sensor network in which heterogeneous sensor nodes are mixed under a sync node, a time sync master including a homogeneous sensor node connected under the sync node, and connected under the time sync master, And a time synchronization slave including heterogeneous sensor nodes, wherein time synchronization is performed between the time synchronization masters using a time synchronization algorithm, and the time synchronization slaves receive a time synchronization command by the time synchronization master. The received time synchronization slave provides a sensor network to which a time synchronization method for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes is characterized in that power-on / off is controlled by receiving active time and sleep time control included in a time synchronization command.

본 발명에서 상기 시간동기 마스터는 싱크노드와 같은 하드웨어 플랫폼을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 시간동기 슬레이브는 앞에서 마스터로 지정되지 않은 모든 센서노드에 대해서 지정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the time synchronization master is characterized by having the same hardware platform as the sync node, the time synchronization slave is characterized in that it is assigned for all sensor nodes that are not designated as a master.

또한, 상기 시간동기 슬레이브는 적어도 1개 이상의 시간동기 마스터의 무선전송 범위(Radio Transmission Range)에 있는 것을 특징으로 한다.The time synchronous slave may be in a radio transmission range of at least one time synchronous master.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른, 이기종 센서노드들을 위한 시간동기화 방법을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다. 싱크노드(50) 아래에 이기종 센서노드(60, 70)들이 혼재해 있다. 싱크노드에 연결된 모든 센서노드들은 배터리로 동작시킬 수 있 다.3 is a network diagram illustrating a time synchronization method for heterogeneous sensor nodes according to the present invention. Heterogeneous sensor nodes 60 and 70 are mixed below the sink node 50. All sensor nodes connected to the sink node can be operated by battery.

본 발명의 시간동기화 방법에 따르면, 싱크노드(50) 아래에 연결되어 있는(센서네트워크에 있어서 무선통신 방식으로 연결되는 것이 일반적이지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아님) 동종 센서노드(60)를 모두 시간동기 마스터(60)로 설정한다. 그리고 마스터(60) 아래에 연결되어 있는 다수의 이기종 센서노드를 시간동기 슬레이브(70)로 설정한다.According to the time synchronization method of the present invention, all of the homogeneous sensor nodes 60 connected under the sync node 50 (but not necessarily limited thereto) are connected in a wireless communication method in the sensor network. The sync master 60 is set. In addition, a plurality of heterogeneous sensor nodes connected under the master 60 are set as the time synchronization slave 70.

싱크노드(50)와 마스터(60), 그리고 마스터(60)와 마스터(60) 간에는 시간동기 통신(65)이 이루어진다. 한편, 마스터(60)는 슬레이브(70)에게 시간동기 명령(75)을 하달한다. 이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A time synchronous communication 65 is performed between the sink node 50 and the master 60 and between the master 60 and the master 60. On the other hand, the master 60 issues a time synchronization command 75 to the slave 70. This will be described in more detail as follows.

시간동기 마스터(60)는 싱크노드(50)와 같은 하드웨어 플랫폼을 갖는 것(즉, 동종 센서노드)을 선정한다. 즉, 클러스터 헤더(Cluster Header) 역할을 할 수 있는 높은 성능 및 기능을 가진 센서노드들을 마스터로 선정하는 것이다. 이렇게 선정된 시간동기 마스터(60) 간에 시간동기 알고리즘을 이용한 통신으로서 동기화를 수행한다.The time synchronization master 60 selects one having the same hardware platform as the sink node 50 (ie, a homogeneous sensor node). In other words, the sensor nodes with high performance and functions that can act as cluster headers are selected as masters. The synchronization is performed as a communication using a time synchronization algorithm between the time synchronization masters 60 thus selected.

다음에, 시간동기 슬레이브(70)는 위에서 마스터(60)로 지정되지 않은 모든 센서노드에 대해서 지정된다. 지정된 슬레이브(70)들은 마스터(60)에 의해 시간동기 제어를 받는다. 즉, 시간동기 마스터(60)에 의해 이기종간 시간동기 명령(75)을 받는 것이다. 명령을 받은 시간동기 슬레이브(70)는 시간동기 명령(75)에 포함된 슬립타임 동안의 파워오프 코맨드에 의해 파워오프된다.Next, the time synchronization slave 70 is designated for all sensor nodes that are not designated as master 60 above. The designated slaves 70 are subjected to time synchronization control by the master 60. That is, the heterogeneous time synchronization command 75 is received by the time synchronization master 60. The commanded time synchronization slave 70 is powered off by the power off command during the sleep time included in the time synchronization command 75.

여기서 시간동기 슬레이브(70)는 적어도 1개 이상의 시간동기 마스터(60)의 무선전송 범위(Radio Transmission Range)에 있어야 한다. Here, the time synchronization slave 70 should be in a radio transmission range of at least one time synchronization master 60.

한편, 상술한 본 발명의 시간동기화 방법을 실제로 구현하기 위해서 다음과 같은 사항들을 고려해야 한다.On the other hand, in order to actually implement the above-described time synchronization method of the present invention, the following matters should be considered.

우선, 작업분배(Task Scheduling)를 고려한다. 이는 시간동기화의 성공적 수행을 위하여 액티브타임 동안에 각 센서노드에서 수행하는 작업(task)을 적절히 분배(Scheduling)하여 어느 하나라도 파워온/오프에 따른 오동작을 발생하지 않도록 하기 위한 고려사항이다. First, consider task scheduling. This is a consideration to prevent any malfunction caused by power on / off by appropriately scheduling tasks performed in each sensor node during active time for successful time synchronization.

일례로서, 도 4에 액티브타임 동안에 다양한 작업을 분배하는 예를 들어 놓았다. 즉, 전체 액티브타임 주기 T 동안에 차례대로 아래와 같은 시간 분배를 통해 작업을 분배할 수 있다. As an example, Figure 4 shows an example of distributing various jobs during active time. That is, during the entire active time period T, tasks can be distributed through the following time distribution.

Tc: 명령수행시간(Command Processing, Fixed Time) - USN 응용 어플리케이션이나 싱크노드로부터 전달되는 명령을 처리하는 시간, Tc: Command Processing, Fixed Time-The time to process a command from a USN application or sink node,

Tv: 랜덤시간(Variable Time for Each Mote) - 각 센서노드들이 랜덤하게 쉬는 시간. 시간동기화에 따른 트래픽 병목현상을 방지하기 위한 방법, Tv: Variable Time for Each Mote-The amount of time each sensor node randomly rests. A method for preventing traffic bottlenecks due to time synchronization,

Tn: 네트워크 라우팅 정보교환 시간(Network Routing Protocol Processing) - Multi-hop 라우팅에서 데이터를 전달할 경로를 설정하기 위하여 정보를 교환하는 시간, Tn: Network Routing Protocol Processing-The time for exchanging information in order to establish a path for data transfer in multi-hop routing.

Tt: 시간동기화 정보교환 시간(Time Synchronization Protocol Processing) - 시간동기 마스터들간의 시간동기화 정보 교환시간으로서, 시간동기 슬레이브는 이 작업을 수행하지 않는다(선택사항임), Tt: Time Synchronization Protocol Processing-The time synchronization information exchange time between time synchronization masters. The time synchronization slave does not perform this task (optional).

Ts: 센싱시간(Sensing Time) - 각 센서노드들에 부착되어 있는 센서로부터 물리량을 측정하는 시간Ts: Sensing Time-the time to measure the physical quantity from the sensors attached to each sensor node

Ta: 구동기 동작 시간(Actuator Control, if alaram occurred) - 센싱된 값을 가지고 구동기 동작여부를 판단하고 구동기를 동작시키는 시간(선택사항임), Ta: Actuator Control, if alaram occurred-Determines whether the actuator is operating with the sensed value and operates the actuator (optional),

Td: 센싱값 전송시간(Sensing Data Processing) - 센싱된 값을 Multi-hop 라우팅을 통하여 싱크노드로 전송하는 시간Td: Sensing Data Processing Time-Transmitting Sensing Values to Sink Node through Multi-hop Routing

Tl: 알람 전송시간(Alarm Message Processing) - 센싱된 값을 가지고 알람 발생여부를 판단하여 알람정보를 싱크노드에 전송하는 시간(선택사항임)Tl: Alarm Message Processing-Time to send alarm information to sink node by determining whether alarm occurred with sensed value (optional)

To: 운영정보(Mote & Sensor Operation Information Sending) - USN 응용어플리케이션에서, 센서노드의 운영정보를 파악하기 위하여 운영정보 전송을 요청하였을 경우에 운영정보를 전송하는 시간(선택사항임). To: Mote & Sensor Operation Information Sending-In USN applications, the time to send the operation information when requesting the operation information transmission to obtain the operation information of the sensor node (optional).

이상에서 '선택사항'이라 함은, 상황에 따라 실제로 해당 시간동안 작업이 이루어 질 수도 있고 이루어 지지 않을 수도 있으며, 작업이 이루어지지 않는다면 곧바로 다음 작업을 수행한다는 의미이다.In the above, 'optional' means that the work may or may not be performed during the corresponding time depending on the situation, and if the work is not performed, the next work is immediately performed.

이렇게 함으로써 Scheduling의 초기 부분에 각 센서노드들 끼리 고유의 랜덤 시간을 계산하여 그 시간동안 각 센서노드는 유휴상태(idle)로 있게 된다.This calculates a unique random time between each sensor node in the initial part of the scheduling, during which time each sensor node is idle.

도 4에서 대표적인 작업내용에 대해 설명하면, 명령어 처리시간(Command Processing Time)은 센서노드 시간동기화의 오차를 보정하기 위하여 작업분배 (Scheduling)의 맨 앞부분에 할당되는 것으로, 고정된 명령어 처리시간을 할당한 다. 명령어 처리시간은 서버에서 센서네트워크를 제어하기 위하여 전달되는 명령으로서, 센서네트워크의 운용중에 간헐적으로 전달되는 것이다. 랜덤시간(Variable Time)은, 모든 센서노드가 동시에 액티브타임에서 같은 행위를 시작하면, 무선전송 등에서 충돌이 생길 수 있다.Referring to FIG. 4, the command processing time is allocated at the beginning of the scheduling to correct the error of the sensor node time synchronization, and the fixed command processing time is allocated. do. The command processing time is a command transmitted from the server to control the sensor network, and is intermittently transmitted during operation of the sensor network. Random Time may cause a collision in radio transmission, if all sensor nodes simultaneously start the same action in active time.

한편, 다른 고려사항으로서 라우팅 프로토콜(Routing Protocol)의 제약을 들 수 있다. 즉, 시간동기 슬레이브는 시간동기 마스터 노드의 제약을 받기 때문에, 슬레이브 센서노드는 라우팅 프로토콜에서 페어런트(Parent0로 시간동기 마스터를 선정하도록 한다.On the other hand, another consideration is the restriction of the routing protocol. That is, since the time synchronization slave is constrained by the time synchronization master node, the slave sensor node selects the time synchronization master as parent (Parent0) in the routing protocol.

이상에서 본 발명에 따른 이기종 센서네트워크에서의 시간동기화 방법을 구체적인 실시예를 통해 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 범위가 상기 설명한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위는 첨부한 특허청구범위의 합리적 해석에 의해 결정되는 것이다. In the above, the time synchronization method in the heterogeneous sensor network according to the present invention has been described through specific embodiments. However, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The technical scope of the present invention is to be determined by reasonable interpretation of the appended claims.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 향후에 전개될 이기종 센서노드 기반의 센서네트워크 시스템에서도 전체 센서네트워크의 시간동기화를 용이하게 수행하여 센서노드의 전력소모를 최소화할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 센서네트워크에 따르면 싱크노드 이외의 모든 센서노드를 배터리로 작동시키는 것이 가능해지며 효율적인 전원관리를 할 수 있다. As described above, according to the present invention, even in a heterogeneous sensor node-based sensor network system to be developed in the future, time synchronization of the entire sensor network can be easily performed to minimize power consumption of the sensor node. In particular, according to the sensor network according to the present invention it is possible to operate all the sensor nodes other than the sink node with a battery and it is possible to perform efficient power management.

Claims (6)

싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, In the sensor network where heterogeneous sensor nodes are mixed below the sink node, 싱크노드 아래에 연결되어 있는 동종 센서노드를 시간동기 마스터로 설정하고, 마스터 아래에 연결되어 있는 다수의 이기종 센서노드를 시간동기 슬레이브로 설정하는 단계를 포함하며, Setting a homogeneous sensor node connected under the sink node as a time synchronization master, and setting a plurality of heterogeneous sensor nodes connected under the master as a time synchronization slave, 상기 시간동기 마스터 간에는 시간동기 알고리즘을 이용하여 시간동기화를 수행하고, Between the time synchronization masters, time synchronization is performed using a time synchronization algorithm, 상기 시간동기 슬레이브들은 상기 시간동기 마스터에 의해 시간동기 명령을 받아서 이 시간동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 받아 파워온/오프하는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법.The time-synchronizing slaves receive a time-synchronization command by the time-synchronization master to power on / off under active time and sleep time control included in the time-synchronization command, for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes. Time synchronization method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 시간동기 마스터는 싱크노드와 같은 하드웨어 플랫폼을 갖고, The time synchronization master has the same hardware platform as the sync node, 상기 시간동기 슬레이브는 앞에서 마스터로 지정되지 않은 모든 센서노드에 대해서 지정되는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법.The time synchronization slave is assigned to all the sensor nodes that are not designated as a master, time synchronization method for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes. 제1항에 있어서, 상기 시간동기 슬레이브는 The method of claim 1, wherein the time synchronization slave is 적어도 1개 이상의 시간동기 마스터의 무선전송 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법.A time synchronization method for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes, characterized in that the radio transmission range of at least one time synchronization master. 싱크노드 아래에 이기종 센서노드들이 혼재해 있는 센서네트워크에 있어서, In the sensor network where heterogeneous sensor nodes are mixed below the sink node, 싱크노드 아래에 연결되어 있는 동종의 센서노드를 포함하는 시간동기 마스터와, 상기 시간동기 마스터 아래에 연결되어 있는 이기종 센서노드를 포함하는 시간동기 슬레이브를 포함하되,A time synchronization master including a homogeneous sensor node connected under the sync node, and a time synchronization slave including heterogeneous sensor nodes connected under the time synchronization master, 상기 시간동기 마스터 간에는 시간동기 알고리즘을 이용하여 시간동기화가 수행되고, Time synchronization is performed between the time synchronization masters using a time synchronization algorithm. 상기 시간동기 슬레이브들은 상기 시간동기 마스터에 의해 시간동기 명령을 받아서 이 시간동기 명령에 포함된 액티브타임 및 슬립타임 제어를 받아 파워온/오프하는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법을 적용한 센서네트워크.The time-synchronizing slaves receive a time-synchronization command by the time-synchronization master to power on / off under active time and sleep time control included in the time-synchronization command, for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes. Sensor network applying time synchronization method. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 시간동기 마스터는 싱크노드와 같은 하드웨어 플랫폼을 갖고, The time synchronization master has the same hardware platform as the sync node, 상기 시간동기 슬레이브는 앞에서 마스터로 지정되지 않은 모든 센서노드에 대해서 지정되는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법을 적용한 센서네트워크.The time synchronization slave is a sensor network to which the time synchronization method for minimizing power consumption of heterogeneous sensor nodes, characterized in that the designation for all sensor nodes that are not previously designated as a master. 제4항에 있어서, 상기 시간동기 슬레이브는 The method of claim 4, wherein the time-synchronized slave is 적어도 1개 이상의 시간동기 마스터의 무선전송 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 이기종 센서노드의 전력소모 최소화를 위한 시간동기화 방법을 적용한 센서네트워크.Sensor network applying the time synchronization method for minimizing the power consumption of heterogeneous sensor nodes, characterized in that in the wireless transmission range of at least one time synchronization master.
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