KR100760041B1 - Routing path setup method based on virtual sink and its rotation for the wireless sensor networks - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크 통신 시스템 및 이에 이용되는 라우팅 경로 설정 방법을 개시한다. 본 발명의 라우팅 경로 설정 방법은, 소정의 정보를 수집하는 복수의 센서 노드들 및 센서 노드들로부터 정보를 제공받는 싱크를 포함하는 센서 네트워크에서의 라우팅 경로를 설정하는 방법으로서, 복수의 센서 노드들 중에서 가상 싱크를 선정하는 단계; 가상 싱크가 복수의 센서 노드들로 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅하고, 트리 설정 메시지를 수신한 복수의 센서 노드들이 트리 설정 메시지를 재브로드캐스팅하여 가상 싱크 트리를 구성하는 단계; 및 싱크가 싱크에 인접한 센서 노드를 통해서 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하여, 가상 싱크로부터 싱크까지의 가상 경로를 설정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 센서 네트워크의 에너지 소모를 분산시켜 전체 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있으며, 저비용으로 확장성이 양호한 센서 네트워크 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.The present invention discloses a sensor network communication system and a routing path establishment method used therein. The routing path setting method of the present invention is a method for establishing a routing path in a sensor network including a plurality of sensor nodes collecting predetermined information and a sink receiving information from the sensor nodes. Selecting a virtual sink from among; The virtual sink broadcasting a tree configuration message to a plurality of sensor nodes, and the plurality of sensor nodes receiving the tree configuration message rebroadcast the tree configuration message to construct a virtual sink tree; And setting the virtual path from the virtual sink to the sink by transmitting the virtual path setting message to the virtual sink through the sensor node adjacent to the sink. The present invention can extend the life of the entire sensor network by distributing the energy consumption of the sensor network, it is possible to implement a good scalable sensor network system at a low cost.

Description

무선 센서 네트워크에서 가상 싱크와 로테이션을 사용한 라우팅 경로 설정 방법{Routing path setup method based on virtual sink and its rotation for the wireless sensor networks}Routing path setup method based on virtual sink and its rotation for the wireless sensor networks}
도 1a 내지 도 1d 는 종래 기술에 따른 센서 네트워크 라우팅 경로 설정 방법을 설명하는 도면이다.1A to 1D are diagrams illustrating a sensor network routing path setting method according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 라우팅 경로 설정 방법을 설명하는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a routing path establishment method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 가상 싱크 트리를 구성하는 예를 도시한 도면이다.3A and 3B illustrate an example of configuring a virtual sink tree according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 센서 네트워크에 새로운 싱크가 추가되는 경우에 가상 경로 설정 과정 및 정보 전달 과정을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a virtual path establishment process and an information transfer process when a new sink is added to a sensor network according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5 는 싱크가 센서 네트워크 내에서 이동하는 경우에 가상 경로의 제거 및 가상 경로의 재설정 과정을 설명하는 흐름도이고, 도 6 은 싱크가 이동하는 경우의 센서 네트워크의 구성을 예시적으로 도시하는 도면이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of removing a virtual path and resetting a virtual path when the sink moves in the sensor network, and FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the sensor network when the sink moves. .
도 7 은 가상 싱크 트리의 보수 및 관리 방법을 설명하는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of repairing and managing a virtual sink tree.
도 8a 내지 도 8c 는 센서 노드 400개인 센서 필드 환경에서 싱크 수를 1~ 16까지 늘려가며 평균 메시지 지연 시간(도 8a), 평균 소모된 에너지(도 8b), 메시지 전송 효율(도 8c) 등을 측정한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.8A to 8C illustrate the average message delay time (FIG. 8A), the average energy consumed (FIG. 8B), the message transmission efficiency (FIG. 8C), and the number of sinks from 1 to 16 in a sensor field environment of 400 sensor nodes. It is a figure which showed the measured result graphically.
도 9a 내지 도 9c 는 소스의 수가 1 ~ 16 까지 변화됨에 따른 본 발명의 평균 메시지 지연 시간(도 9a), 평균 소모된 에너지(도 9b), 및 메시지 전송 효율(도 9c)을 종래 기술과 비교한 도면이다.9A-9C compare the average message delay time (FIG. 9A), average energy consumed (FIG. 9B), and message transmission efficiency (FIG. 9C) of the present invention as the number of sources varies from 1 to 16. FIG. One drawing.
도 10a 내지 도 10c 는 400개의 노드를 가진 센서 필드 환경에서 싱크의 이동속도를 0m/s ~ 20 m/s까지 증가시킬 때, 평균 메시지 지연 시간, 평균 소모된 에너지, 메시지 전송 효율 등을 측정한 결과를 각각 도시한 도면이다.10A to 10C measure the average message delay time, average energy consumed, message transmission efficiency, etc. when the sink speed is increased from 0 m / s to 20 m / s in a sensor field environment with 400 nodes. Each figure shows the result.
도 11 은 시뮬레이션 시간 100초 중 30초 동안 임의의 노드를 부분적으로 파손시켜 실험한 메시지 전송 효율의 결과를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing the results of message transmission efficiency experimented by partially breaking any node for 30 seconds out of 100 seconds of simulation time.
도 12a 및 도 12b 는 센서 노드의 수를 증가 시켰을 때의 평균 소모된 에너지를 도시한다.12A and 12B show the average consumed energy when increasing the number of sensor nodes.
도 13 은 가상 싱크 선정 방법에 따른 본 발명의 성능 측정 결과를 도시한 도면이다.13 is a diagram illustrating a performance measurement result of the present invention according to the virtual sink selection method.
본 발명은 센서 네트워크 통신 시스템 및 센서 네트워크 통신 시스템에서의 라우팅 경로를 설정하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 센서 네트워크 통신 시스템에서 가상의 싱크를 설정함으로써 각 센서 노드와 이동성 있는 싱 크간의 메시지 전송의 효율을 높이고, 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있는 센서 네트워크 통신 시스템 및 이에 이용되는 라우팅 경로 설정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor network communication system and a method for establishing a routing path in the sensor network communication system. Specifically, the present invention provides a sensor network communication system and routing used therein that can increase the efficiency of message transmission between each sensor node and a mobile sink and extend the life of the network by establishing a virtual sink in the sensor network communication system. A route setting method.
일반적인 이동통신 시스템은 이동통신 단말기와 기지국간의 데이터를 송수신한다. 즉, 이동단말과 기지국은 다른 이동통신 단말기/노드를 경유하지 않고 직접 데이터를 송수신한다. 그러나, 이러한 종래의 이동통신 시스템은 기지국이라는 인프라스트럭쳐에 의존하고 있으므로, 인프라스트럭쳐가 구비되지 않은 환경 및 응용분야에서는 통신을 수행할 수 없는 문제점이 있다.A general mobile communication system transmits and receives data between a mobile communication terminal and a base station. That is, the mobile terminal and the base station directly transmit and receive data without passing through other mobile communication terminals / nodes. However, since such a conventional mobile communication system depends on an infrastructure called a base station, there is a problem in that communication cannot be performed in an environment and an application area in which the infrastructure is not provided.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 인프라스트럭쳐의 의존하지 않고 각각의 이동통신 노드들만으로 통신 네트워크를 구성하는 기술로 Ad-hoc 네트워크 방식과 센서 네트워크 방식이 개발되었다. In order to solve this problem, Ad-hoc network method and sensor network method have been developed as a technology for configuring a communication network using only mobile communication nodes without relying on infrastructure.
도 1a 는 일반적인 센서 네트워크의 기본 개념을 설명하는 도면이다. 도 1a를 참조하면, 센서 노드는 지정된 사용자가 설정한 타겟(target)에 관한 정보를 수집한다. 센서 노드가 수집하는 타겟의 정보는 주위의 온도나 물체의 이동, 지진 측정, 해일 측정, 전쟁터의 무인 모니터링 등이 있다. 센서 노드는 수집된 정보를 싱크 노드로 전송한다. 싱크 노드는 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드들이 전송한 데이터들을 전달받는다. 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드로 전달한다. 하지만, 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 수집된 데이터를 싱크 노드로 직접 전달하는 대신 싱크 노드에 인접한 센서 노드들로 전송한다. 1A is a diagram illustrating a basic concept of a general sensor network. Referring to FIG. 1A, a sensor node collects information about a target set by a designated user. Target data collected by sensor nodes include ambient temperature, object movement, seismic measurements, tsunami measurements, and unattended monitoring of battlefields. The sensor node transmits the collected information to the sink node. The sink node receives data transmitted by the sensor nodes forming the sensor network. The sensor node located within a certain distance from the sink node directly transmits data to be transmitted to the sink node. However, the sensor node not located within a certain distance transmits the collected data to the sensor nodes adjacent to the sink node instead of transmitting the collected data directly to the sink node.
상술한 바와 같이, 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않는 노드가 인접 노드 들을 이용하여 데이터를 전송하는 이유는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 센서 노드가 싱크 노드로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 싱크 노드와 센서 노드간의 거리의 제곱에 반비례한다. 따라서, 싱크 노드로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드는 복수 개의 센서 노드들을 이용하여 수집된 데이터를 전송함으로서 데이터 전송에 따른 전력소모를 최소화할 수 있게 된다. 물론 다른 센서 노드로부터 데이터를 수신하여 싱크로 전달하는 중계 노드 역시 자신이 수집한 데이터를 다른 중계 노드를 이용하여 또는 직접 싱크 노드로 전송한다.As described above, the reason why a node that is not located within a certain distance transmits data using adjacent nodes is to minimize power consumption due to data transmission. That is, the power consumed by the sensor node to transmit data to the sink node is generally inversely proportional to the square of the distance between the sink node and the sensor node. Therefore, the sensor node that is not located within a certain distance from the sink node can minimize the power consumption due to the data transmission by transmitting the collected data using a plurality of sensor nodes. Of course, the relay node that receives data from the other sensor node and delivers the data to the sink also transmits the collected data to the sink node using another relay node or directly.
이러한 센서 네트워크에서 이용되는 센서 노드는 에너지, 연산 능력, 저장 용량등의 제약이 심하므로 에너지를 절감할 수 있는 프로토콜이 적용되어야 하며, 센서 네트워크에서의 센서 노드의 수는 수 천 내지 수 만개에 이르도록 확장될 수 있으므로, 네트워크 크기에 대한 확장성이 중요하다.Since the sensor nodes used in such a sensor network are severely constrained by energy, computing power, and storage capacity, a protocol for saving energy should be applied. Scalability over network size is important.
도 1b 및 도 1c 는 제 1 종래 기술에 따른 센서 네트워크의 라우팅 프로토콜의 일예를 설명하는 도면이다. 도 1b 및 도 1c 에 도시된 제 1 종래 기술은 "Intanagonwiwat, C., Govindan, R. and Estrin, D., Directed Diffusion: A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Networks , In Proceedings of the Sixth Annual International Conference on Mobile Computing and Networks, pp. 2 16, Vol. 11, Issue 1, 2000" 에 소개된 Directed Diffusion 방식을 의미한다.1B and 1C are diagrams illustrating an example of a routing protocol of a sensor network according to the first prior art. The first prior art shown in FIGS. 1B and 1C is “Intanagonwiwat, C., Govindan, R. and Estrin, D., Directed Diffusion: A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Networks, In Proceedings of the Sixth Annual International Conference on Mobile Computing and Networks, pp. 2 16, Vol. 11, Issue 1, 2000 ".
Directed Diffusion(이하, "DD"라 칭함)은 싱크의 질의(Query)에 기반을 둔 데이터 중심적 라우팅 기법으로 질의유포 및 처리 응용에 적합한 특성을 가진다. DD 방식에서, 싱크는 질의에 해당하는 interest 메시지를 전체 네트워크에 브로드캐스팅하고 각 소스는 질의와 매칭되는 이벤트를 감지하면 처음에 interest 메시지가 수신된 모든 경로를 통해서 싱크까지 데이터를 전송하게 된다. 복수의 경로를 통해서 데이터를 수신한 싱크는 가장 지연이 적은 하나의 경로를 선택하고, 이후의 소스에서 전송된 데이터는 선택된 경로를 통해서 싱크로 전달된다. Directed Diffusion (hereinafter referred to as "DD") is a data-driven routing scheme based on the query of the sink and has characteristics suitable for query distribution and processing application. In the DD scheme, the sink broadcasts an interest message corresponding to the query to the entire network, and each source detects an event that matches the query and transmits data to the sink through all paths where the interest message was initially received. A sink receiving data through a plurality of paths selects one path having the least delay, and data transmitted from a later source is transferred to the sink through the selected path.
그러나, DD 방식에서는 소스와 싱크의 수가 증가할수록 브로드캐스팅에 따른interest 메시지의 플러딩과 경로 선택으로 인한 오버헤드가 급격히 증가하므로, 노드 수가 적은 센서 네트워크에 유효한 방식이다. 또한, 싱크가 이동하는 경우에는, 싱크가 이동할 때마다 전체 노드에 싱크의 위치를 전달해야 하므로 오버헤드가 급격히 증가하여 자유롭게 센서 필드내를 이동할 수 있는 모바일 싱크에 대해서는 적용되기 어려운 문제점이 있다.However, in the DD scheme, as the number of sources and sinks increases, overhead due to flooding and path selection of a broadcast message due to broadcasting increases rapidly, and thus, it is effective for a sensor network having a small number of nodes. In addition, when the sink moves, since the position of the sink must be transmitted to all nodes every time the sink moves, there is a problem in that it is difficult to apply to a mobile sink that can freely move in the sensor field due to the rapid increase in overhead.
도 1d 는 제 2 종래 기술에 따른 센서 네트워크의 라우팅 프로토콜의 일예를 설명하는 도면이다. 도 1d 에 도시된 제 2 종래 기술은 "Ye, F., Luo, H., Cheng J., Lu, S., Zhang, L., A Two-Tier Data Dissemination Model for Large-Scale Wireless Sensor Networks, In Proceeding of Mobile Computing and Networks, pp. 148 159, Sep. 2002" 에 소개된 라우팅 프로토콜을 의미한다. 도 1d를 참조하여 설명하면, Two-Tier Data Dissemination(이하, "TTDD" 라 칭함)방식에서 소스는 싱크에 전달할 이벤트를 감지하면 전체 네트워크로 데이터 어나운스먼트(announcement)를 브로트캐스팅하여 그리드 구조를 구성하게 되고, 싱크는 인접한 dissemination 노드를 선택하여 자신의 위치를 통지하면 싱크의 위치 정보는 그리드를 통해서 소스로 전달되고, 소스는 감지된 정보를 그리드를 통해서 싱크로 전송한다.1D is a diagram for explaining an example of a routing protocol of a sensor network according to the second conventional technology. The second prior art shown in FIG. 1D is " Ye, F., Luo, H., Cheng J., Lu, S., Zhang, L., A Two-Tier Data Dissemination Model for Large-Scale Wireless Sensor Networks, In Proceeding of Mobile Computing and Networks, pp. 148 159, Sep. 2002 ". Referring to FIG. 1D, in a Two-Tier Data Dissemination (hereinafter, referred to as "TTDD") method, when a source detects an event to be delivered to a sink, a grid structure is broadcast by broadcasting the data announcement to the entire network. When the sink selects an adjacent dissemination node and notifies its location, the sink's location information is transmitted to the source through the grid, and the source transmits the detected information to the sink through the grid.
TTDD 방식은 소스를 중심으로 그리드를 구성하므로 싱크의 수에 따른 제어 오버헤드가 적다. 또한, 싱크가 이동하더라도 셀안에서 싱크의 위치를 셀 내에서 플러딩하여 dissemination 노드까지 연결하여 전체 네트워크로 싱크의 위치를 알릴 필요가 없으므로 싱크의 이동에 따른 오버헤드가 줄어든다. Since the TTDD scheme forms a grid around the source, there is less control overhead according to the number of sinks. In addition, even if the sink moves, since the sink position in the cell is flooded in the cell and connected to the dissemination node, the sink position is not known to the entire network, thereby reducing the overhead of the sink movement.
그러나, TTDD 방식은 소스의 수가 늘어나면 각 소스마다 그리드 구조를 형성해야 하고, 각 소스의 그리드를 유지하기 위한 오버헤드가 커지게 된다. 또한, 전송 지연의 측면에서도, TTDD는 그리드 구조를 가지므로 유니캐스트로 전송하는 것보다
Figure 112005032118116-pat00001
에 해당하는 전송지연을 더 가지게 된다.
However, in the TTDD scheme, as the number of sources increases, a grid structure must be formed for each source, and the overhead for maintaining the grid of each source becomes large. In addition, in terms of transmission delay, TTDD has a grid structure, so it is more than unicast transmission.
Figure 112005032118116-pat00001
It will have more transmission delay.
또한, TTDD의 성능은 셀의 크기에 많은 영향을 받는다. 셀의 크기가 너무 작으면 모바일 싱크의 잦은 셀간 이동으로 새로운 dissemination 노드 선정으로 인한 오버헤드가 커지고, 셀 크기가 너무 커지면 모바일 싱크로 인한 셀 내부의 플러딩 오버헤드가 커지는 문제점이 있다.In addition, the performance of TTDD is greatly affected by the size of the cell. If the size of the cell is too small, the overhead caused by the new dissemination node selection is increased due to frequent cell-to-cell movement of the mobile sink. If the cell size is too large, the flooding overhead inside the cell is increased due to the mobile sink.
특히, 상술한 DD 방식 및 TTDD 방식 모두 GPS를 통하여 위치 정보를 얻는 것으로 가정하였다. 그러나 GPS는 외부에서만 이용할 수 있을 뿐 아니라, GPS 리시버의 비용으로 인하여 수많은 센서 노드에 적용하기엔 적절하지 않다. 따라서, 종래에 제안된 GPS를 가지는 모바일 센서 네트워크의 라우팅 프로토콜은 실용적인 면에서 적용하기 어려운 문제가 있다.In particular, it is assumed that both of the above-described DD scheme and TTDD scheme obtain position information through GPS. However, GPS is not only available externally, but due to the cost of the GPS receiver, it is not suitable for many sensor nodes. Therefore, the routing protocol of the conventional mobile sensor network with GPS is difficult to apply in practical terms.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다수의 이동성을 가진 싱크 및 다수의 소스를 효율적으로 지원하는 저전력 고성능 라우팅 경로 설정 방법을 제공하고, 에너지 소모를 전체 센서 네트워크에 분산시킴으로써 센서 네트워크의 수명을 증가시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the technical problem to be achieved by the present invention, to provide a low power high performance routing path setting method that efficiently supports a plurality of sinks and a plurality of sources. It is to provide a way to increase the life of the sensor network by distributing energy consumption to the entire sensor network.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 GPS를 이용하지 않으므로써 적은 비용의 센서 노드 또는 Active RFID 태그들로 구성된 대규모 센서 네트워크 및 미래의 유비쿼터스 네트워크에 이용될 수 있는 확장성과 경제성을 가진 라우팅 경로 설정 방법을 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to establish a routing path with scalability and economy that can be used for large-scale sensor networks consisting of low-cost sensor nodes or Active RFID tags and future ubiquitous networks without using GPS. To provide a way.
상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 라우팅 경로 설정 방법은, 소정의 정보를 수집하는 복수의 센서 노드들 및 센서 노드들로부터 정보를 제공받는 싱크를 포함하는 센서 네트워크에서의 라우팅 경로를 설정하는 방법으로서, (a) 복수의 센서 노드들 중에서 가상 싱크를 선정하는 단계; (b) 가상 싱크가 복수의 센서 노드들로 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅하고, 트리 설정 메시지를 수신한 복수의 센서 노드들이 트리 설정 메시지를 재브로드캐스팅하여 가상 싱크 트리를 구성하는 단계; 및 (c) 싱크가 싱크에 인접한 센서 노드를 통해서 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하여, 가상 싱크로부터 싱크까지의 가상 경로를 설정하는 단계를 포함한다.The routing path setting method of the present invention for achieving the above-described technical problem, a method for establishing a routing path in a sensor network including a plurality of sensor nodes for collecting predetermined information and a sink receiving information from the sensor nodes. A method comprising: (a) selecting a virtual sink among a plurality of sensor nodes; (b) the virtual sink broadcasting a tree configuration message to a plurality of sensor nodes, and the plurality of sensor nodes receiving the tree configuration message rebroadcast the tree configuration message to construct a virtual sink tree; And (c) the sink transmitting a virtual path setting message to the virtual sink through the sensor node adjacent to the sink, thereby establishing a virtual path from the virtual sink to the sink.
또한, 상술한 가상 경로 설정 방법 (a) 단계는 가상 싱크로 선정된 센서 노드의 에너지 레벨이 소정의 기준 레벨 이하가 되면 신규 가상 싱크를 선정하고, 신규 가상 싱크에 대해서 (b) 단계 및 (c) 단계가 수행될 수 있다.In addition, in the above-described virtual path setting method, step (a) selects a new virtual sink when the energy level of the sensor node selected as the virtual sink falls below a predetermined reference level, and (b) and (c) for the new virtual sink. Steps may be performed.
또한, 상술한 (a) 단계는 복수의 센서 노드들 중에서 랜덤하게 가상 싱크를 선정할 수 있다.In addition, in step (a), the virtual sink may be randomly selected from among the plurality of sensor nodes.
또한, 상술한 가상 경로 설정 방법은 싱크가 센서 네트워크에 추가되는 경우에, (d) 센서 네트워크에 추가된 싱크가 인접한 센서 노드 중 홉수가 최소인 센서 노드를 선택하는 단계; 및 (e) 선택된 센서 노드가 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전송하여 가상 경로를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when the sink is added to the sensor network, the above-described virtual path setting method may include: (d) selecting a sensor node having a minimum hop number among sensor nodes adjacent to the sink added to the sensor network; And (e) setting the virtual path by transmitting the virtual path setting message to the virtual sink by the selected sensor node.
또한, 상술한 가상 경로 설정 방법은 싱크가 이동하는 경우에, (f) 싱크가 가상 경로 제거 메시지를 가상 싱크로 전송하고, 가상 경로 제거 메시지를 수신한 가상 싱크가 가상 경로를 제거하는 단계; 및 (g) 싱크가 이동된 후, 싱크에 인접한 센서 노드들 중 선택된 센서 노드를 통하여 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하여, 가상 싱크로부터 싱크까지의 가상 경로를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when the sink is moved, the above-described virtual path setting method includes: (f) the sink transmitting a virtual path removal message to the virtual sink, and the virtual sink receiving the virtual path removal message to remove the virtual path; And (g) after the sink is moved, transmitting the virtual path setting message to the virtual sink through the selected sensor node adjacent to the sink to reset the virtual path from the virtual sink to the sink. .
또한, 상술한 (f) 단계는, (f1) 싱크가 가상 경로 제거 메시지를 싱크에 연결된 가상 경로상의 센서 노드로 전송하는 단계; (f2) 가상 경로상의 센서 노드들이 하위 노드로부터 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 상위 노드로 전송하고, 싱크로 전송하던 정보를 가상 싱크로 반송하는 단계; 및 (f3) 가상 싱크가 경로 제거 메시지를 수신하여 가상 경로를 제거하고, 반송된 정보를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (f) described above, (f1) the sink transmits a virtual path removal message to the sensor node on the virtual path connected to the sink; (f2) sensor nodes on the virtual path receiving the virtual path removal message from the lower node and transmitting the received virtual path removal message to the upper node, and returning information transmitted to the sink to the virtual sink; And (f3) the virtual sink receiving the path removal message to remove the virtual path and storing the returned information.
또한, 상술한 (g) 단계는, (g1) 싱크가 이동된 후, 인접한 센서 노드 중 홉수가 최소인 노드를 선택하고, 선택된 센서 노드를 통해서 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하는 단계; 및 (g2) 가상 싱크가 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 가상 경로를 재설정하고, 재설정된 가상 경로를 통해서 저장된 정보를 싱크로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the above-mentioned step (g), (g1) after the sink is moved, selecting a node having the minimum number of hops among the adjacent sensor nodes, and transmitting a virtual path setting message to the virtual sink through the selected sensor node; And (g2) the virtual sink receiving the virtual path setup message to reset the virtual path and transmitting the stored information to the sink through the reset virtual path.
또한, 가상 싱크 트리에서 임의의 센서 노드가 파손된 경우에, 파손된 센서 노드의 자식 노드가 인접한 상위 노드를 부모 노드로 선택하는 단계; 인접한 상위 노드가 존재하지 않으면, 자식 노드가 형제 노드가 아닌 인접 피어(peer) 노드를 부모 노드로 선택하는 단계; 및 형제 노드가 아닌 인접 피어 노드가 존재하지 않으면, 자식 노드를 부모 노드로 선택하는 단계를 더 포함할 수 있고, 자식 노드가 가상 경로 상의 노드인 경우에,새롭게 선택된 부모 노드로 가상 경로 설정 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when any sensor node is broken in the virtual sink tree, a child node of the broken sensor node selects an adjacent parent node as a parent node; If the adjacent parent node does not exist, the child node selects an adjacent peer node that is not a sibling node as a parent node; And selecting a child node as a parent node if there is no neighboring peer node other than the sibling node, and if the child node is a node on the virtual path, sending a virtual path setting message to the newly selected parent node. The method may further include transmitting.
한편, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 센서 네트워크 통신 시스템은, 소정의 정보를 수집하는 복수의 센서 노드들 및 정보를 제공받는 싱크를 포함하는 센서 네트워크 통신 시스템으로서, 복수의 센서 노드들 중 선택되어, 정보를 복수의 센서 노드들로부터 수집하여 센서 노드들을 통하여 싱크로 전송하는 가상 싱크; 소정의 정보를 수집하여 가상 싱크로 전송하고, 가상 싱크에서 전송된 정보를 싱크로 전달하는 복수의 센서 노드; 및 복수의 센서 노드들 중 인접한 센서 노드에 접속하여 가상 싱크에서 전송된 정보를 수신하는 싱크를 포함한다.On the other hand, the sensor network communication system of the present invention for achieving the above technical problem, a sensor network communication system including a plurality of sensor nodes for collecting predetermined information and the sink receiving the information, of the plurality of sensor nodes A virtual sink selected to collect information from the plurality of sensor nodes and transmit the information to the sink through the sensor nodes; A plurality of sensor nodes which collect predetermined information and transmit the predetermined information to the virtual sink, and transmit the information transmitted from the virtual sink to the sink; And a sink connected to an adjacent sensor node among the plurality of sensor nodes to receive information transmitted from the virtual sink.
또한, 상술한 복수의 센서 노드들은, 가상 싱크에서 브로드캐스팅된 트리 설정 메시지를 인접한 센서 노드로부터 수신하여 인접한 센서 노드를 자신의 부모 노드로 설정하고, 트리 설정 메시지를 인접한 다른 센서 노드로 재브로드캐스팅함으로써 트리 구조로 계층화 되는 것이 바람직하다.In addition, the above-described plurality of sensor nodes may receive a tree setting message broadcast from a virtual sink from an adjacent sensor node, set an adjacent sensor node as its parent node, and rebroadcast the tree setting message to another adjacent sensor node. By doing so, it is preferable to be hierarchized in a tree structure.
또한, 상술한 가상 싱크의 에너지 레벨이 소정의 기준 레벨 이하가 되면 신규 가상 싱크가 선정되는 것이 바람직하다.In addition, when the energy level of the above-described virtual sink is below a predetermined reference level, it is preferable that a new virtual sink is selected.
또한, 상술한 가상 싱크는 복수의 센서 노드들 중에서 랜덤하게 설정될 수 있으며 필요에 따라 노드의 에너지 수준, 싱크와의 거리 등 다른 요소를 고려하여 최적의 노드가 선정될 수 있다. 이러한 가상 싱크의 로테이션은 센서 네트워크의 에너지 소모를 분산시킴으로써 네트워크의 수명을 연장하는데 목적이 있다. In addition, the above-described virtual sink may be randomly set among a plurality of sensor nodes, and an optimal node may be selected in consideration of other factors such as the energy level of the node and the distance to the sink as needed. The rotation of the virtual sink is intended to extend the life of the network by distributing the energy consumption of the sensor network.
또한, 상술한 센서 네트워크 통신 시스템에 추가된 싱크는 인접한 센서 노드들 중 홉수가 최소인 센서 노드를 선택하고, 선택된 센서 노드를 통하여 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전송하며, 가상 싱크는 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 가상 싱크로부터 싱크로의 가상 경로를 설정할 수 있다.In addition, the sink added to the above-described sensor network communication system selects a sensor node having the minimum number of hops among adjacent sensor nodes, transmits a virtual routing message to the virtual sink through the selected sensor node, and the virtual sink is a virtual routing message The virtual path from the virtual sink to the sink may be set by receiving the.
또한, 싱크가 이동하는 경우에, 싱크는 접속된 센서 노드를 통해서 가상 싱크로 가상 경로 제거 메시지를 전송하고, 이동 후, 인접한 센서 노드들 중 선택된 센서 노드를 통하여 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전송하며, 가상 싱크는 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 가상 경로를 제거하고, 신규로 선택된 센서 노드로부터 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 가상 싱크로부터 싱크로의 신규 가상 경로를 설정할 수 있다.In addition, when the sink moves, the sink transmits a virtual path removal message to the virtual sink through the connected sensor node, and after the move, the virtual path setting message is transmitted to the virtual sink through the selected sensor node among adjacent sensor nodes. The virtual sink may remove the virtual path by receiving a virtual path removal message and set a new virtual path from the virtual sink to the sink by receiving a virtual path setting message from a newly selected sensor node.
또한, 싱크가 이동하는 경우에, 가상 경로상의 복수의 센서 노드는 하위 노드로부터 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 상위 노드로 전송하고, 싱크로 전송하던 정보를 가상 싱크로 반송하며, 가상 싱크는 반송된 정보를 저장하고, 저장된 정보를 신규 가상 경로를 통해서 싱크로 전송할 수 있다. In addition, when the sink moves, the plurality of sensor nodes on the virtual path receive the virtual path removal message from the lower node and transmit the received message to the upper node, and return the information transmitted to the sink to the virtual sink, and the virtual sink returns the returned information. The stored information may be transmitted to the sink through the new virtual path.
또한, 복수의 센서 노드는 자신의 부모 노드가 파손된 경우에, 부모 노드와 동일한 계층의 인접한 상위 노드를 부모노드로 선택하고, 인접한 상위 노드가 존재하지 않으면, 형제 노드가 아닌 인접 피어(peer) 노드를 부모 노드로 선택하며, 형제 노드가 아닌 인접 피어 노드가 존재하지 않으면, 자식 노드를 부모 노드로 선택할 수 있다.In addition, when a plurality of sensor nodes is damaged, a plurality of sensor nodes select an adjacent parent node of the same layer as the parent node as a parent node, and if an adjacent parent node does not exist, an adjacent peer that is not a sibling node. If a node is selected as a parent node and there is no neighbor peer node that is not a sibling node, a child node can be selected as a parent node.
또한, 상술한 센서 노드가 가상 경로상의 노드인 경우에, 센서 노드는 새롭게 선택된 부모 노드로 가상 경로 설정 메시지를 전송할 수 있다.In addition, when the above-described sensor node is a node on the virtual path, the sensor node may transmit a virtual path setting message to the newly selected parent node.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라우팅 경로 설정 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명 라우팅 경로 설정 방법은, 먼저, 복수의 센서 노드들 중에서 가상 싱크를 선정하고(S200), 선정된 가상 싱크를 중심으로 가상 싱크 트리를 구성하며(S210), 가상 싱크로부터 실제 싱크에 이르는 가상 경로를 가상 싱크 트리내에 설정한다(S220). 제 S200 단계 내지 제 S220 단계를 수행하여 가상 싱크와 실제 싱크간의 라우팅 경로가 설정되면, 가상 싱크는 센서 노드들로부터 정보를 수집하고(S230), 수집된 정보를 가상 경로를 통해서 가상 싱크로 전송한다(S240). 2 is a flowchart illustrating a routing path establishment method according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, in the routing path setting method of the present invention, first, a virtual sink is selected from a plurality of sensor nodes (S200), a virtual sink tree is configured based on the selected virtual sink (S210), and a virtual sink. The virtual path from the virtual sink to the actual sink is set in the virtual sink tree (S220). When the routing path between the virtual sink and the actual sink is established by performing steps S200 to S220, the virtual sink collects information from the sensor nodes (S230) and transmits the collected information to the virtual sink through the virtual path ( S240).
이하, 각각의 단계에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, each step will be described.
먼저, 가상 싱크를 선정하는 제 S200 단계에 대해서 설명한다.First, step S200 of selecting a virtual sink will be described.
본 발명의 가상 싱크는 모든 싱크의 역할을 대표하는 센서 노드이다. 가상 싱크는 후술하는 소정의 규칙에 따라서 센서 네트워크를 구성하는 복수의 센서 노드들 중에서 선정된다. 또한, 본 발명의 가상 싱크는 가상 싱크의 에너지 레벨이 기준 레벨 이하로 떨어지는 경우에 새로운 가상 싱크가 선정되는 것이 바람직하고, 또는 소정의 시간 주기로 새로운 가상 싱크가 설정될 수도 있다. 즉, 본 발명의 가상 싱크는 하나의 센서 노드로 고정되는 것이 아니라, 서로 다른 센서 노드들이 순환적으로 선정된다.The virtual sink of the present invention is a sensor node representing the role of all sinks. The virtual sink is selected from among a plurality of sensor nodes constituting the sensor network according to a predetermined rule described later. In the virtual sink of the present invention, it is preferable that a new virtual sink is selected when the energy level of the virtual sink falls below a reference level, or a new virtual sink may be set at a predetermined time period. That is, the virtual sink of the present invention is not fixed to one sensor node, but different sensor nodes are cyclically selected.
센서 네트워크 프로토콜 설계에서 중요하게 고려되어야 할 점은 싱크 주변의 센서 노드들의 에너지 소모량이 매우 크다는 것이다. 싱크는 주변 몇몇의 센서 노드와 통신한다. 이러한 다-대-일(many-to-one) 통신은 싱크 주변에 많은 트래픽을 유발하며, 따라서, 싱크 주변의 노드들이 싱크로부터 상대적으로 원거리에 존재하는 노드들보다 더 많은 에너지를 소모를 하게 된다. 이런 현상은 본 발명의 가상 싱크 주변 노드들에서도 발생하며, 본 발명이 가상 싱크로서 일반 센서 노드를 선택하기 때문에 이러한 에너지 소모 현상은 더 심각하게 나타난다. An important consideration in sensor network protocol design is that the energy consumption of the sensor nodes around the sink is very high. The sink communicates with several sensor nodes around it. This many-to-one communication causes a lot of traffic around the sink, so that nodes around the sink consume more energy than nodes that are relatively remote from the sink. . This phenomenon also occurs in the virtual sink peripheral nodes of the present invention, and this energy consumption phenomenon is more serious because the present invention selects a general sensor node as the virtual sink.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 S200 단계는 네트워크 전체에 에너지 소모를 분산시키기 위하여, 가상 싱크로 선정된 센서 노드의 에너지가 일정한 기준 레벨 이하가 되는 경우에 새로운 가상 싱크를 선정한다. 또한, 가상 싱크는 소정의 시간 주기마다 선정되도록 변경될 수도 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.Therefore, step S200 according to the preferred embodiment of the present invention selects a new virtual sink when the energy of the sensor node selected as the virtual sink falls below a predetermined reference level in order to distribute energy consumption throughout the network. In addition, it will be appreciated by those skilled in the art that the virtual sink may be changed to be selected every predetermined time period.
센서 노드들 중에서 가상 싱크를 선정하는 방식에 대해서 설명하면, 센서 필드 내에 1개의 싱크만이 존재하고 그 위치에 변경이 없다면, 싱크의 이웃 노드 중 하나가 가상 싱크가 되는 것이 바람직하다. 또한, 새로운 싱크가 센서 필드에 추가되면, 가상 싱크의 위치는 이전의 싱크 위치에 따라 상대적으로 멀어질 수 있다. 정보의 전송 경로를 최소화하기 위해서는 각 싱크와 가상 싱크사이에 통신 거리가 최소화가 되도록 가상 싱크의 위치를 정하는 것이 바람직하다. 따라서, 가상 싱크의 위치는 센서 노드인 소스가 전체 센서 필드에 고루 분포되어 있다고 가정할 때, 모든 싱크의 무게 중심에 있는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 본 발명은 센서 필드내에서 각 싱크의 추가 및 이동이 자유롭다고 가정하므로 이러한 가상 싱크 선정 방법보다는 아래에 설명하는 방법을 채택하는 것이 바람직하다.Referring to the method of selecting a virtual sink among the sensor nodes, if there is only one sink in the sensor field and there is no change in the location, it is preferable that one of the neighboring nodes of the sink becomes the virtual sink. Also, when a new sink is added to the sensor field, the position of the virtual sink may be relatively far away depending on the previous sink position. In order to minimize the transmission path of information, it is desirable to position the virtual sink so that the communication distance between each sink and the virtual sink is minimized. Therefore, the position of the virtual sink is most preferably at the center of gravity of all the sinks, assuming that the source as the sensor node is distributed evenly over the entire sensor field. However, since the present invention assumes that the addition and movement of each sink in the sensor field is free, it is preferable to adopt the method described below rather than this virtual sink selection method.
본 발명의 바람직한 실시예는 가상 싱크의 센서 필드내 위치를 고려하기 보다는, 센서 노드 전체의 에너지를 고려하여 가상 싱크를 선정함으로써, 센서 네트워크에서 소모되는 에너지를 분산시켜 전체 센서 네트워크의 수명을 연장시킨다. The preferred embodiment of the present invention extends the life of the entire sensor network by distributing the energy consumed in the sensor network by selecting the virtual sink in consideration of the energy of the entire sensor node, rather than considering the position of the virtual sink in the sensor field. .
이러한 에너지 분산의 측면에서 가장 바람직한 가상 싱크 선정 방법은 센서 노드들 중에 잔여 에너지가 제일 많은 노드를 가상 싱크로 선택하는 것이다. 후술하는 가상 싱크 트리의 구조를 고려하면, 가상 싱크로 선정되는 센서 노드는 가상 싱크 트리의 최하위 말단 노드일 것이다. The most preferable virtual sink selection method in terms of this energy distribution is to select the node with the highest residual energy among the sensor nodes as the virtual sink. Considering the structure of the virtual sink tree, which will be described later, the sensor node selected as the virtual sink will be the lowest end node of the virtual sink tree.
그러나, 최대 에너지를 갖는 센서 노드를 찾는 것은 부가적인 오버헤드가 필요하므로, 본 발명의 바람직한 실시예는 보다 간단한 방법으로서 랜덤하게 가상 싱 크를 선택하는 방법을 채택한다. 본 발명은 센서 노드의 숫자가 충분히 많다고 가정하기 때문에 양호한 효과를 얻을 수 있다. However, finding the sensor node with the maximum energy requires additional overhead, so the preferred embodiment of the present invention adopts a method of randomly selecting a virtual sink as a simpler method. Since the present invention assumes that the number of sensor nodes is large enough, a good effect can be obtained.
이하, 선정된 가상 싱크에 대해서 가상 싱크 트리를 구성하는 제 S210 단계를 설명한다.Hereinafter, operation S210 of configuring a virtual sink tree with respect to the selected virtual sink will be described.
가상 싱크로 선정된 센서 노드는 소스로부터 정보를 수집하고, 수집된 정보를 실제 싱크로 전달하는 기능을 수행한다. The sensor node selected as the virtual sink collects information from the source and delivers the collected information to the actual sink.
가상 싱크는 수집된 정보를 실제 싱크로 전달하기 위해서 본 발명에서 가상 싱크 트리라 칭해지는 효율적인 스패닝 트리(spanning tree)를 구성한다. 스패닝 트리는 필드 내에 있는 모든 노드들을 포함하며, 소스로부터 정보를 수집하고 병합한다. 가상 싱크 트리는 센서 노드들이 뿌려지면서 구성되며, 가상 싱크의 에너지 고갈이나 가상 싱크인 센서 노드의 파손으로 인해서 가상 싱크가 변경되거나, 새로운 노드의 출현에 따라 변경되거나 재구성된다. The virtual sink constructs an efficient spanning tree called a virtual sink tree in the present invention to deliver the collected information to the actual sink. The spanning tree contains all the nodes in the field, collecting and merging information from the source. The virtual sink tree is constructed as the sensor nodes are sown, and the virtual sink is changed or reconfigured according to the appearance of a new node due to the depletion of the virtual sink or the breakdown of the sensor node, which is a virtual sink.
가상 싱크 트리가 구성되면, 가상 싱크는 싱크들의 정보 전달 센터로서 동작한다. 가상 싱크는 정보를 싱크로 전달하기 위해서 가상 싱크를 중심으로 하는 정보 전달 경로를 구성한다. 다수의 싱크가 존재하면, 가상 싱크로부터 실제 싱크까지 멀티캐스트 트리를 만들 수 있다. 가상경로와 정보 전달 멀티캐스트 트리는 가상 싱크 트리내에 내장 된다.Once the virtual sink tree is constructed, the virtual sink acts as the information delivery center of the sinks. The virtual sink configures an information delivery path centered on the virtual sink to deliver information to the sink. If there are multiple sinks, you can create a multicast tree from the virtual sink to the actual sink. Virtual Paths and Information Delivery The multicast tree is embedded within the virtual sink tree.
본 발명은 가상 싱크를 도입함으로써 가상 싱크만이 실제 싱크로의 경로를 파악하면 되므로, 센서 노드들의 계속적인 싱크의 위치에 대한 정보 요청 없이도 다수의 이동성을 가진 싱크를 지원 할 수 있다. 또한, 가상 싱크가 선정되면 실 제 싱크는 자신의 위치 정보를 가상 싱크로 전달해야 하는데, 본 발명은 종래의 기술의 싱크의 위치 정보를 지역적 혹은 네트워크 전체에 전달하던 방식과는 달리, 가상 싱크 트리안에 이미 존재 하는 센서 노드로부터 가상 싱크로의 정보 수집 경로(리포트 경로)를 이용하여 용이하게 싱크의 위치를 가상 싱크로 전달할 수 있다.According to the present invention, since only the virtual sink needs to know the path to the actual sink by introducing the virtual sink, it is possible to support a sink having a plurality of mobility without requesting information on the location of the continuous sink of the sensor nodes. In addition, when a virtual sink is selected, the actual sink must transmit its location information to the virtual sink. The present invention is different from the conventional method in which the location information of the sink is transmitted locally or throughout the network. The location of the sink can be easily transmitted to the virtual sink by using an information collection path (report path) from the existing sensor node to the virtual sink.
구체적으로, 본 발명은 센서 필드내의 노드를 계층으로 분류하여 가상 싱크 트리를 구성한다. 같은 계층에 있는 노드들은 가상 싱크로부터 동일한 홉 수를 가진다. 계층 1 의 노드들은 가상 싱크로부터 1 홉 거리에 있다. 계층 2 노드들은 가상 싱크까지 2 홉 거리에 있다. In detail, the present invention configures a virtual sink tree by classifying nodes in a sensor field into layers. Nodes in the same layer have the same hop count from the virtual sink. Nodes in Layer 1 are one hop away from the virtual sink. Layer 2 nodes are two hops away from the virtual sink.
도 3a 및 도 3b 는 가상 싱크 트리를 구성하는 예를 도시한 도면으로서, 도 3a 는 26개의 센서 노드가 4 계층으로 분류되어 가상 싱크 트리를 구성하는 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 센서 필드 내의 모든 센서 노드들은 가상 싱크를 루트로 하여 스패닝 트리를 구성한다. 3A and 3B illustrate an example of configuring a virtual sink tree, and FIG. 3A illustrates an example in which 26 sensor nodes are classified into four layers to form a virtual sink tree. As shown, all sensor nodes in the sensor field form a spanning tree rooted in the virtual sink.
가상 싱크 트리의 구성 과정은 가상 싱크가 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅 함으로써 초기화된다. 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅하는 노드는 자신의 주소, 부모 주소, 가상 싱크까지의 홉 수 정보를 트리 설정 메시지에 포함시켜 인접한 노드들로 전송한다. 가상 싱크로부터 직접 트리 설정 메시지를 수신한 노드들은 계층 1 노드가 된다. 계층 1 노드들은 자신과 연결된 센서 노드들에게 트리 설정 메시지를 재전송하여 계층 2 노드들에게 트리 설정 메시지를 전달하고, 계층 2 노드들 역시 자신과 연결된 하위 계층의 노드들에게 트리 설정 메시지를 전송한다. 하위 계층 노드에서 브로드캐스팅된 트리 설정 메시지를 수신한(overhearing) 상위 노드들은 메시지의 부모 주소가 자신이면, 자신의 자식 노드로 하위 계층 노드를 등록한다. 이 과정은 네트워크 전체 노드들이 트리에 참여할 때까지 반복된다. The process of configuring the virtual sink tree is initiated by the virtual sink broadcasting the tree setup message. A node broadcasting a tree configuration message transmits its own address, parent address, and hop count information to a virtual sink in neighboring nodes in a tree configuration message. Nodes receiving the tree configuration message directly from the virtual sink become layer 1 nodes. Layer 1 nodes retransmit the tree configuration message to the sensor nodes connected to the node 1 and transmit the tree configuration message to the layer 2 nodes, and layer 2 nodes also transmit the tree configuration message to the nodes of the lower layer connected to the node 2 nodes. The upper nodes overhearing the tree configuration message broadcasted by the lower layer node register the lower layer node as their child node if the parent address of the message is their own. This process is repeated until all network nodes have joined the tree.
무선 통신은 브로드캐스팅을 이용하기 때문에 루트에서부터 각 노드까지 빠르게 트리 설정 메시지를 보내는 것이 가능하다. 센서 노드와 가상 싱크 사이에 통신 지연 시간을 줄이기 위해서는 트리의 높이를 최소화 하여야 한다. 각 노드의 높이는 가상 싱크까지의 홉 수를 의미한다. 결과적으로 가상 싱크 트리는 센서 필드에서 넓고 높이가 낮은 트리를 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명은 최소의 높이를 가지는 스패닝 트리를 구성한다. Since wireless communication uses broadcasting, it is possible to quickly send tree configuration messages from the root to each node. In order to reduce the communication delay time between the sensor node and the virtual sink, the height of the tree should be minimized. The height of each node represents the number of hops to the virtual sink. As a result, the virtual sink tree preferably forms a wide, low tree in the sensor field. The present invention constitutes a spanning tree having a minimum height.
가상 싱크 트리에서 이웃 노드들은 UP, DOWN, PEER등으로 가상 싱크와의 근접한 정도에 따라 구분된다. 노드i 가 노드j 에 대해서 UP 이라면 H(i) < H (j) 이다. 이 때, H(i)는 노드 i 의 홉 수를 의미한다. 노드 i가 노드 j 에 대해서 DOWN 이라면 H(i) > H (j) 이다. 마지막으로 PEER라 불리는 노드i 는 노드j 와 비교하여 H(i) = H(j) 이다. 각 노드는 가상 싱크로 정보를 전달하기 위해 적어도 하나의 UP 노드를 가지고 있어야 한다. 각 노드는 UP 노드 중에 부모 노드로 하나의 노드를 선택하고, 자신은 부모의 자식 노드가 된다. 가상 싱크에서부터 싱크까지 정보를 전달해 주기 위한 경로(가상 경로)위의 노드들은 UP 노드로부터 수신된 정보를 DOWN 노드로 전달 할 수 있어야 한다. 결론적으로 각 센서 노드는 적어도 하나 이상의 부모 노드와 0 또는 그 이상의 자식 노드를 가져야 한다. 따라서, 모든 이웃노드들은 도 3b 에 도시된 바와 같이 UP, DOWN, PEER의 노드들로 구분되어진다.Neighbor nodes in the virtual sink tree are classified according to their proximity to the virtual sink by UP, DOWN, and PEER. If node i is UP to node j then H (i) <H (j). At this time, H (i) means the number of hops of the node i. If node i is DOWN with respect to node j, then H (i)> H (j). Finally, node i, called PEER, is H (i) = H (j) compared to node j. Each node must have at least one UP node to pass information to the virtual sink. Each node selects one node as a parent node among UP nodes, and it becomes a child node of the parent. Nodes on the path (virtual path) for transferring information from the virtual sink to the sink should be able to transfer the information received from the UP node to the DOWN node. In conclusion, each sensor node should have at least one parent node and zero or more child nodes. Therefore, all neighbor nodes are divided into nodes of UP, DOWN, and PEER as shown in FIG. 3B.
이하, 제 S220 단계에 대해서 설명한다. 상술한 제 S210 단계에서 가상 싱크 트리가 구성되면, 가상 싱크는 모든 소스로부터 정보를 수집하여 싱크로 전달하는 기능을 수행하여야 한다. 이를 위해, 각 센서 노드는 감지된 정보를 가상 싱크로 전송하기 위해 리포트 경로라 칭해지는 부모 노드를 통한 가상 싱크까지 상향 경로를 가지며, 가상 싱크는 소스로부터 수집된 정보를 실제 싱크로 전송하기 위한 가상 경로라 칭해지는 하향 경로를 가져야 한다. 각 싱크가 가상 경로를 구성하기 위해서는 실제 싱크의 위치 정보가 가상 싱크에 전달되어야 한다. 이 과정을 가상 경로 설정이라 칭한다. 가상 싱크 트리 내부의 센서 노드들은 가상 싱크까지의 리포트 경로를 가상 싱크 트리가 구성됨에 따라서 알고 있으므로, 가상 경로 설정은 이미 존재하는 리포트 경로에 의해 용이하게 구성될 수 있다.Hereinafter, step S220 will be described. If the virtual sink tree is configured in step S210 described above, the virtual sink should perform a function of collecting information from all sources and transferring the information to the sink. To this end, each sensor node has an upstream path to a virtual sink through a parent node called a report path to send detected information to the virtual sink, and the virtual sink is a virtual path for transmitting information collected from a source to a real sink. Must have a downward path called. In order for each sink to configure the virtual path, the actual sink location information must be transmitted to the virtual sink. This process is called virtual path setup. Since the sensor nodes in the virtual sink tree know the report path to the virtual sink as the virtual sink tree is configured, the virtual path setting can be easily configured by the existing report path.
가상 경로를 설정하기 위해서 실제 싱크는 연결된 센서 노드(이하, "포워드 에이전트"라 칭함)로 가상 경로 설정 메시지를 전송하고, 가상 경로 설정 메시지를 수신한 포워드 에이전트는 자신의 리포트 경로를 통하여 가상 싱크까지 가상 경로 설정 메시지를 전달한다. 가상 경로 위에 있는 각 노드들은 실제 싱크의 방향 정보를 내부에 기록하면서 자신의 리포트 경로를 따라서 자신의 자식 노드로부터 수신된 가상 경로 설정 메시지를 자신의 부모 노드로 전달한다.To establish the virtual path, the real sink sends a virtual path establishment message to the connected sensor node (hereinafter referred to as a "forward agent"), and the forward agent receiving the virtual path establishment message passes through its report path to the virtual sink. Pass the virtual routing message. Each node on the virtual path records the direction information of the actual sink therein and transmits the virtual path setting message received from its child node to its parent node along its report path.
가상 싱크가 가상 경로 설정 메시지를 수신하면, 가상 싱크는 가상 경로 설정 메시지가 수신된 리포트 경로의 역방향으로 가상 경로를 설정하여 내부에 기록하고, 이후, 센서 노드들로부터 정보를 수집하면 가상 경로를 통해서 싱크로 전송 한다.When the virtual sink receives the virtual path setting message, the virtual sink sets the virtual path in the reverse direction of the report path where the virtual path setting message is received and records it therein. Then, when collecting information from the sensor nodes, the virtual sink receives the virtual path through the virtual path. Send to the sink.
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 센서 네트워크에 새로운 싱크가 추가되는 경우에 가상 경로 설정 과정 및 정보 전달 과정을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a virtual path establishment process and an information transfer process when a new sink is added to a sensor network according to a preferred embodiment of the present invention.
상술한 바와 같이 가상 싱크가 선정되고, 선정된 가상 싱크에 따라서 가상 싱크 트리가 구성된 센서 네트워크에 새로운 싱크가 추가되면, 추가된 싱크는 인접한 센서 노드들을 조사하고, 가상 싱크까지의 홉수가 최소인 센서 노드를 포워드 에이전트로 선택한다(S400).As described above, when a virtual sink is selected and a new sink is added to the sensor network in which the virtual sink tree is configured according to the selected virtual sink, the added sink examines adjacent sensor nodes and has a minimum number of hops to the virtual sink. The node is selected as a forward agent (S400).
실제 싱크는 포워드 에이전트의 리포트 경로를 통해서 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전송한다(S410).The actual sink transmits the virtual path setting message to the virtual sink through the report path of the forward agent (S410).
포워드 에이전트로부터 가상 경로 설정 메시지를 수신한 포워드 에이전트의 부모 노드는 실제 싱크의 방향을 내부에 기억하고, 가상 경로 설정 메시지를 자신의 부모 노드로 전송하며, 이를 수신한 상위 노드 역시 실제 싱크의 방향을 내부에 기록하고 가상 경로 설정 메시지를 상위 노드로 전송한다(S420).The parent node of the forward agent that receives the virtual routing message from the forward agent remembers the direction of the actual sink therein and transmits the virtual routing message to its parent node. It records therein and transmits a virtual path setting message to a higher node (S420).
가상 경로 설정 메시지를 제 1 계층의 노드로부터 수신한 가상 싱크는 실제 싱크의 방향을 기록하여 가상 경로를 설정한다(S430).The virtual sink that receives the virtual path setup message from the node of the first layer sets the virtual path by recording the direction of the actual sink (S430).
그 후, 가상 싱크는 센서 노드들로부터 정보를 수집하고, 수집된 정보를 가상 경로를 통해서 실제 싱크로 전송한다(S440).Thereafter, the virtual sink collects information from the sensor nodes and transmits the collected information to the actual sink through the virtual path (S440).
한편, 센서 네트워크에 추가되는 싱크의 숫자가 증가할수록, 부가적인 오버헤드 없이 다수의 싱크를 위한 가상경로가 멀티 캐스트 트리로 구성 될 수 있을 것 이다. 가상 싱크 트리의 한 노드가 2개의 가상 경로에 속하게 된다면, 2개의 가상 경로는 자연스럽게 합쳐질 것이다. 결과적으로, 트리는 가상 싱크에서부터 시작하여 2개의 모바일 싱크로 연결될 것이다. 싱크의 수가 증가할수록 가상경로의 수도 증가하며, 가상 경로의 수가 증가할수록 가상 싱크는 트리의 루트가 되고, 각 싱크는 트리의 말단 노드가 된다. On the other hand, as the number of sinks added to the sensor network increases, virtual paths for multiple sinks may be configured as a multicast tree without additional overhead. If a node of the virtual sink tree belongs to two virtual paths, the two virtual paths will naturally merge. As a result, the tree will be connected to two mobile sinks starting from the virtual sink. As the number of sinks increases, the number of virtual paths increases. As the number of virtual paths increases, the virtual sink becomes the root of the tree, and each sink becomes an end node of the tree.
이 트리를 정보 전달 멀티캐스트 트리라 칭하고, 멀티캐스트 트리를 통해 정보를 효율적으로 싱크에 전달 될 수 있을 것이다. 멀티캐스트 트리는 각 가상경로를 연결하여 싱크간의 지역성를 잘 이용할 수 있다. 가상경로와 데이터 전달 멀티캐스트 트리를 도 6 에 나타내었다. 가상 싱크는 정보 전달 멀티캐스트 트리로서 센서 필드 안의 모든 싱크를 위한 효율적인 정보 전달 센터로서 역할을 수행한다.This tree is called an information delivery multicast tree, and information can be efficiently delivered to the sink through the multicast tree. Multicast trees can take advantage of locality between sinks by concatenating each virtual path. The virtual path and data delivery multicast tree are shown in FIG. 6. The virtual sink is an information delivery multicast tree that serves as an efficient information delivery center for all sinks in the sensor field.
도 5 는 실제 싱크가 센서 네트워크 내에서 이동하는 경우에 가상 경로의 제거 및 가상 경로의 설정 과정을 설명하는 흐름도이고, 도 6 는 실제 싱크가 이동하는 경우의 센서 네트워크의 구성을 예시적으로 도시하는 도면이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of removing a virtual path and setting up a virtual path when an actual sink moves within a sensor network, and FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a sensor network when an actual sink moves. Drawing.
도 5 및 도 6 를 참조하면, 가상 경로가 설정되어 가상 싱크로부터 정보를 수신중인 싱크가 이동하는 경우에, 실제 싱크는 먼저 포워드 에이전트로 가상 경로 제거 메시지를 전송한다(S500).5 and 6, when the sink receiving the information from the virtual sink is moved because the virtual path is set, the actual sink first transmits a virtual path removal message to the forward agent (S500).
포워드 에이전트는 가상 경로 제거 메시지를 가상 경로를 통해서 가상 싱크로 전송하고, 가상 경로상의 각 센서 노드는 가상 경로 제거 메시지를 인식하고, 가상 싱크로부터 실제 싱크로 전달하던 정보를 가상 싱크로 반송한다(S510).The forward agent transmits the virtual path removal message to the virtual sink through the virtual path, and each sensor node on the virtual path recognizes the virtual path removal message and returns information transmitted from the virtual sink to the actual sink to the virtual sink (S510).
가상 경로 제거 메시지를 수신한 가상 싱크는 실제 싱크에 대해서 기록된 가상 경로를 제거하고, 제거된 가상 경로상의 센서 노드들로부터 반송된 정보를 내부에 임시로 저장한다(S520). Upon receiving the virtual path removal message, the virtual sink removes the virtual path recorded for the actual sink and temporarily stores information returned from the sensor nodes on the removed virtual path (S520).
한편, 이동이 완료된 실제 싱크는 상술한 제 S400 단계와 동일하게 인접한 센서 노드들 중 싱크까지의 홉수가 가장 최소인 이웃 노드를 포워드 에이전트로 선택하고, 상술한 제 S410 단계와 동일한 방식으로 포워드 에이전트를 통해서 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전송하며, 포워드 에이전트의 리포트 경로상의 센서 노드들은 실제 싱크의 새로운 방향을 내부에 기록한다(S530).On the other hand, the actual sink that has completed the movement selects the neighboring node having the least hop count to the sink among the adjacent sensor nodes as the forward agent as in step S400, and forwards the agent in the same manner as step S410 described above. The virtual path setting message is transmitted to the virtual sink through the sensor nodes on the report path of the forward agent, and the new direction of the actual sink is recorded therein (S530).
가상 경로 설정 메시지를 수신한 가상 싱크는 가상 경로를 설정하고, 종래의 가상 경로상의 센서 노드들로부터 반송되어 내부에 저장되었던 정보를 새롭게 설정된 가상 경로를 통해서 싱크로 실제 전송한다(S540).Upon receiving the virtual path setting message, the virtual sink establishes a virtual path and actually transmits information, which is returned from the sensor nodes on the conventional virtual path and stored therein, to the sink through the newly set virtual path (S540).
도 7 은 가상 싱크 트리의 보수 및 관리 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 센서 노드는 물리적인 충격이나, 에너지 소모 등으로 인하여 파손될 수 있다. 그러나, 센서 네트워크의 라우팅 기능은 이러한 노드의 파손에 의해서 영향을 받는 것이 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 도 7 에 도시된 바와 같은 파손 노드의 리포트 경로 및 가상 경로 보수 알고리즘을 채택한다. 파손된 노드가 가상 싱크 트리의 말단 노드라면, 파손된 노드는 네트워크 에 영향을 주지 않는다. 따라서, 도 7 에 도시된 보수 알고리즘은 파손된 노드가 중간 계층의 노드인 경우에 적용된다.7 is a flowchart illustrating a method of repairing and managing a virtual sink tree. Referring to FIG. 7, the sensor node may be damaged due to physical shock or energy consumption. However, it is not desirable that the routing function of the sensor network be affected by the breakdown of these nodes. Therefore, the preferred embodiment of the present invention adopts the report path and virtual path repair algorithm of the broken node as shown in FIG. If the broken node is an end node of the virtual sink tree, the broken node does not affect the network. Thus, the repair algorithm shown in FIG. 7 is applied when the broken node is a node of the middle layer.
가상 싱크 트리의 노드가 파손되면, 파손된 노드의 자식 노드들은 부모 노드 와 통신할 수 없으므로, 가상 싱크 트리와 연결이 끊어진다(S700).If the node of the virtual sink tree is broken, the child nodes of the broken node cannot communicate with the parent node, and thus the connection with the virtual sink tree is broken (S700).
가상 트리와 연결이 단절된 파손 노드의 자식 노드는 인접한 상위 노드가 존재하는지 조사하고(S710), 인접한 상위 노드가 존재하면 상위 노드를 부모 노드로 선택한다(S720). 이 때, 선택되는 부모 노드는 기존의 부모 노드와 동일한 계층에 속한다.The child node of the broken node disconnected from the virtual tree checks whether an adjacent parent node exists (S710), and if an adjacent parent node exists, selects the parent node as a parent node (S720). At this time, the selected parent node belongs to the same hierarchy as the existing parent node.
한편, 인접한 상위 노드가 존재하지 않는 경우에, 단절된 자식 노드는 형제 노드가 아닌 인접한 peer 노드가 존재하는지 조사하고(S730), 존재하는 경우에는 인접한 peer 노드를 부모 노드로 선택한다(S740). On the other hand, when there is no adjacent parent node, the disconnected child node checks whether there is an adjacent peer node that is not a sibling node (S730), and if present, selects an adjacent peer node as a parent node (S740).
한편, 인접한 형제 노드 아닌 peer 노드도 존재하지 않는 경우에, 자식 노드들에게 상향 경로가 모두 파손되었음을 알리고, 자식 노드들 중에서 자신 이외에 부모를 선택할 수 있는 자식 노드를 새로운 부모 노드로 선택하며, 자신은 가상 싱크 트리의 말단 노드가 된다(S750). 상술한 제 S700 단계 내지 제 S750 단계를 수행함으로써 리포트 경로는 재설정된다.On the other hand, if there is no peer node that is not an adjacent sibling node, it notifies the child nodes that all uplink paths are broken, and selects a child node that can select a parent other than itself as a new parent node among the child nodes. It becomes an end node of the virtual sink tree (S750). By performing steps S700 to S750 described above, the report path is reset.
한편, 단절된 자식 노드가 가상 경로에 속했던 경우에, 자식 노드는 새롭게 설정된 부모 노드로 가상 경로 설정 메시지를 전송하고, 새롭게 설정된 부모 노드는 자신의 리포트 경로를 통해서 가상 경로 설정 메시지를 가상 싱크로 전달하여 가상 경로를 설정한다(S760). On the other hand, if the disconnected child node belongs to the virtual path, the child node sends the virtual path setting message to the newly set parent node, and the newly set parent node delivers the virtual path setting message to the virtual sink through its report path to the virtual sink. A path is set (S760).
이하에서는, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라우팅 경로 설정 방법의 성능을 종래의 다른 라우팅 방법과 비교하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 라우팅 경로 설정 방법은 본 발명의 기술분야의 당업자에게 주지된 ns-2 시뮬레이 터(The Network Simulator ns-2 Documentation, http://www.isi.edu/nsman/ns)에 구현되었다. Hereinafter, the performance of the routing path establishment method according to the preferred embodiment of the present invention described above will be described in comparison with other conventional routing methods. First, the routing path establishment method of the present invention is described in the ns-2 simulator (http://www.isi.edu/nsman/ns), which is well known to those skilled in the art. Was implemented.
본 발명의 라우팅 경로 설정 방법의 MAC 계층은 1.6Mbps 802.11 MAC 으로 설계 되었다. 센서 네트워크에서 기존에 제안된 MAC 프로토콜들(Christian C. Enz., Amre, E. H., Decotignie, J. D., Peiris, V., WiseNET: An Ultralow-Power Wireless Sensor Network Solution, IEEE computer magazine,Vol. 37, No. 8, Aug 2004, 및 Ye, W., Heidemann, J., Estrin, D., An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks, In Proceedings of the INFOCOM 2002, pp. 1567 1576, Vol. 3, 2002)은 IDLE 기간 동안 대기 모드를 가진다. 반면에 802.11 MAC의 라디오는 IDLE 기간동안에도 에너지를 소모하기 때문에 802.11 MAC 은 센서 네트워크에는 부적합하다. 센서 네트워크에 가까운 모델을 만들기 위해 IDLE 기간 동안의 파워 소모를 35mW로 설정하였고, 수신할 때 파워 소모는 395mW, 전송할 때 파워 소모는 660mW으로 설정하였다. 기존의 센서 네트워크에서의 실험과 비교하기 위해 파워 소모량을 동일한 값으로 설정하였다. The MAC layer of the routing path establishment method of the present invention is designed as 1.6Mbps 802.11 MAC. MAC protocols previously proposed in sensor networks (Christian C. Enz., Amre, EH, Decotignie, JD, Peiris, V., WiseNET: An Ultralow-Power Wireless Sensor Network Solution, IEEE computer magazine, Vol. 37, No. 8, Aug 2004, and Ye, W., Heidemann, J., Estrin, D., An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks, In Proceedings of the INFOCOM 2002, pp. 1567 1576, Vol. 3, 2002. ) Has a standby mode during the IDLE period. On the other hand, 802.11 MACs are not suitable for sensor networks because radios of 802.11 MACs consume energy even during the IDLE period. To make the model close to the sensor network, the power consumption during the IDLE period was set to 35mW, the power consumption at reception was set to 395mW, and the power consumption at transmission was set to 660mW. The power consumption is set to the same value to compare with the experiments in the existing sensor network.
네트워크 크기에 대한 본 발명의 성능을 분석하기 위해서, 여러 개의 크기를 가지는 센서 필드를 생성하였다. 센서 필드 크기는 100개의 노드 수에서부터 100개씩 증가하여 800개의 노드 수를 가지도록 설정하였다. 일반적인 실험은 2000ㅧ2000m 크기에서 400 개의 센서 노드를 랜덤하게 위치시켜서 실험하였다. 노드의 Radio range 는 250m 이다. 노드의 조밀도를 일정하게 유지시키기 위해서 Radio range는 변화시키지 않고 센서 필드에 크기를 증가시키면서 실험을 수행하였다. 모든 소스는 랜덤 소스 모델에 따라서 랜덤하게 선택되었고, 싱크는 센서 필드에 균일하게 뿌려졌다. 각 소스는 초당 1개의 전송될 정보를 생성하고, 각 정보의 크기는 64 byte이다. 각 정보는 필드 내에 모든 싱크에 전달 되도록 모델을 만들었다. 각 시뮬레이션 은 100초 간 수행되었다. In order to analyze the performance of the present invention with respect to the network size, a sensor field having several sizes is generated. The sensor field size is set to have 800 nodes by increasing by 100 from 100 nodes. In general experiments, 400 sensor nodes were randomly located at 2000 ㅧ 2000m. The radio range of the node is 250m. In order to keep the density of the node constant, the experiment was performed by increasing the size of the sensor field without changing the radio range. All sources were randomly selected according to the random source model, and sinks were evenly sprayed onto the sensor field. Each source generates one piece of information to be transmitted per second, and the size of each information is 64 bytes. Each information is modeled so that it is passed to all sinks in the field. Each simulation was run for 100 seconds.
본 발명과 종개 기술과의 성능을 비교하기 위하여, 평균 전송 지연 시간, 평균 소모된 에너지, 및 메시지 전송 효율의 3 가지의 특성을 사용하여 분석한다. 평균 전송 지연 시간은 소스에서부터 싱크까지 정보가 전송될 때 걸린 평균 시간을 의미한다. 평균 전송 지연 시간은 데이터 전송에 대한 센서 네트워크에서의 성능을 의미한다. 평균 소모된 에너지는 하나의 노드당 소모된 에너지의 평균값이다. 싱크까지 일정한 수의 정보를 전달하기 위해 필요한 노드의 평균 에너지를 나타낸다. 또한 에너지 소모량은 네트워크 수명과 관련이 있다. 메시지 전송 효율은 전송된 데이터와 싱크에 도착한 정보의 비율이다. 본 실험에서는 싱크 수, 소스 수, 모바일 싱크의 속도, 센서 노드 수 등을 변화시켜가며 이 특성들을 비교하였다.In order to compare the performance of the present invention with the conventional technology, it is analyzed using three characteristics of average transmission delay time, average energy consumed, and message transmission efficiency. The average transmission delay time is the average time taken when information is transmitted from the source to the sink. Average transmission latency refers to the performance in the sensor network for data transmission. Average energy consumed is the average value of energy consumed per node. It represents the average energy of the nodes needed to deliver a certain number of information up to the sink. Energy consumption is also related to network life. Message transmission efficiency is the ratio of transmitted data to information arriving at the sink. In this experiment, these characteristics were compared by varying the number of sinks, the number of sources, the speed of the mobile sink, and the number of sensor nodes.
먼저, 모든 싱크가 고정되어 있다는 가정하에서 싱크 수의 변화에 따른 본 발명의 성능을 측정해 보았다. 도 8a 내지 도 8c 는 센서 노드 400개인 센서 필드 환경에서 싱크 수를 1~ 16까지 늘려가며 평균 메시지 지연 시간(도 8a), 평균 소모된 에너지(도 8b), 메시지 전송 효율(도 8c) 등을 측정한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다. 도 8a 내지 도 8c 의 시뮬레이션은 소스의 수가 5개인 경우로서, 본 발명을 Directed diffusion (이하, "DD"라 칭함) 프로토콜과 Two-Tier Data Dissemination (이하, "TTDD" 라 칭함)과 비교하였으며 각 프로토콜은 다수의 싱크와 이동성을 가진 다수의 싱크를 고려하여 설계 되었다.First, the performance of the present invention was measured according to the change in the number of sinks under the assumption that all the sinks were fixed. 8A to 8C illustrate the average message delay time (FIG. 8A), the average energy consumed (FIG. 8B), the message transmission efficiency (FIG. 8C), and the number of sinks from 1 to 16 in a sensor field environment of 400 sensor nodes. It is a figure which showed the measured result graphically. The simulation of FIGS. 8A to 8C is a case where the number of sources is 5, and the present invention is compared with the Directed diffusion protocol (hereinafter referred to as "DD") and Two-Tier Data Dissemination (hereinafter referred to as "TTDD"). The protocol is designed considering multiple sinks and multiple sinks with mobility.
도 8a를 참조하면, 싱크 수가 증가할수록 점차적으로 DD의 평균 메시지 지연 시간은 증가하고 있다. Directed diffusion 프로토콜은 싱크에서 소스까지 reinforcement 와negative reinforcement를 수행하기 때문에 싱크수가 증가할수록 수행해야 하는 reinforcement, negative reinforcement로 생기는 트래픽 오버헤드와 충돌이 증가하여 지연 시간이 증가하는 모습을 볼 수 있다. TTDD 프로토콜은 DD 프로토콜보다는 극심하지 않지만, 싱크 수가 증가함에 따라 그리드를 유지하기 위한 query수가 증가하므로 지연시간이 증가함을 볼 수 있다. Referring to FIG. 8A, as the number of sinks increases, the average message delay time of DD gradually increases. Directed diffusion protocol performs reinforcement and negative reinforcement from sink to source. As the number of sinks increases, traffic overhead and collisions caused by reinforcement and negative reinforcement that need to be performed increase, resulting in increased latency. The TTDD protocol is not as severe as the DD protocol, but as the number of sinks increases, the number of queries to maintain the grid increases, so the delay time increases.
반면, 본 발명의 경우 싱크 수의 변화에 상관없이 일정하게 지연 시간을 유지함을 볼 수 있다. 더욱이, 평균 메시지 지연 시간은 20ms 이하이므로 싱크 수가 1개인 경우를 제외하고는 DD와 TTDD에 비해 2배의 성능을 나타낸다.On the other hand, in the case of the present invention, it can be seen that the delay time is constantly maintained regardless of the change in the number of sinks. Moreover, since the average message delay time is 20 ms or less, the performance is twice that of DD and TTDD except for one sink.
도 8b를 참조하면, 싱크 수가 1개일 때 본 발명의 평균 소모된 에너지는 3.8J 인 것을 알 수 있다. 이 값은 DD 의 35.8 %, TTDD의 43.2 % 정도이다. DD는 interest, reinforcement propagation 같은 오버헤드가 크고, TTDD는 그리드를 유지하기 위한 패킷 오버헤드가 존재하기 때문에, 본 발명과 비교하여 에너지 소모가 크다. 본 발명은 다른 프로토콜에 비해 에너지 소모가 매우 적은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8B, it can be seen that the average consumed energy of the present invention when the number of sinks is one is 3.8J. This value is about 35.8% of DD and 43.2% of TTDD. Since DD has a large overhead such as interest and reinforcement propagation, and TTDD has a packet overhead for maintaining a grid, energy consumption is larger than that of the present invention. It can be seen that the present invention consumes very little energy compared to other protocols.
도 8c 는 싱크 수 변화에 따른 메시지 전송 효율을 도시한다. 본 발명과 TTDD에 비해 DD의 전송 효율이 너무 낮아 TTDD와 본 발명만을 비교하였다. 싱크 수가 1, 2, 4, 8 일 때 TTDD는 76% ~ 83% 의 전송 효율을 나타내는 반면, 본 발명은 거의 모든 패킷을 성공적으로 싱크에 전달하는 것을 알 수 있다.8C shows the message transmission efficiency according to the change in the number of sinks. Compared to the present invention and the TTDD, the transmission efficiency of the DD is so low that only the TTDD and the present invention are compared. When the number of sinks is 1, 2, 4, and 8, the TTDD shows a transmission efficiency of 76% to 83%, while the present invention shows that almost all packets are successfully delivered to the sink.
도 9a 내지 도 9c 는 소스의 수가 1 ~ 16 까지 변화됨에 따른 본 발명의 평균 메시지 지연 시간(도 9a), 평균 소모된 에너지(도 9b), 및 메시지 전송 효율(도 9c)을 종래 기술과 비교한 도면이다. 여기서, 싱크는 1개인 경우를 도시하였다.9A-9C compare the average message delay time (FIG. 9A), average energy consumed (FIG. 9B), and message transmission efficiency (FIG. 9C) of the present invention as the number of sources varies from 1 to 16. FIG. One drawing. Here, the case of one sink is shown.
도 9a를 참조하면, DD는 reinforcement 과정을 거쳐 최적의 경로를 찾으므로 본 발명과 TTDD와 비교하여 1개의 소스에서 가장 적은 지연시간의 결과를 보여준다. 그러나 DD와 TTDD는 소스 수가 증가 할수록 점차적으로 지연시간이 증가하고 있다. DD는 싱크에서 소스까지 reinforcement 와 negative reinforcement를 수행하기 때문에 소스 수가 늘어날수록 수행해야 하는reinforcement, negative reinforcement로 생기는 트래픽 오버헤드와 충돌이 늘어나고, 이로 인해 지연시간이 늘어난다. TTDD는 DD 보다는 극심하지 않지만, 소스수가 늘어남에 따라 유지해야 하는 그리드 수가 늘어나므로 지연 시간이 증가함을 볼 수 있다. 그러나, 본 발명의 경우 소스 수가 변화해도 지연 시간이 일정함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9A, since DD finds an optimal path through a reinforcement process, it shows the result of the least delay time in one source compared to the present invention and TTDD. However, DD and TTDD gradually increase the delay time as the number of sources increases. Since DD performs reinforcement and negative reinforcement from sink to source, as the number of sources increases, traffic overhead and collisions caused by reinforcement and negative reinforcement that need to be performed increase, resulting in increased latency. TTDD is not as severe as DD, but as the number of sources increases, the number of grids that must be maintained increases the latency. However, in the case of the present invention, it can be seen that the delay time is constant even if the number of sources changes.
도 9b를 참조하면, 모든 경우에 대해서 DD나 TTDD에 비해 본 발명은 적은 에너지를 소모함을 알 수 있다. 본 발명은 다른 프로토콜에 비하여 모든 소스로부터 싱크로 보낼 수 있는 경로가 이미 구성되어 있으므로 소스수가 증가하여도 전송될 정보가 증가할 뿐이다. 반면 DD와 TTDD는 소스 수가 증가 할수록 점차적으로 프로토콜 오버헤드가 증가한다. 16개의 소스에 대해서 수행된 시뮬레이션 결과에서 본 발명은 DD 보다는 25%, TTDD 에 비해서 34%의 적은 에너지를 소모한다. 데 이터 병합과 캐싱 기능을 가지고 있는 DD와 TTDD에 비하여 이렇게 적은 에너지를 소모하는 것은 매우 놀랄 만한 일이다. Referring to FIG. 9B, it can be seen that in all cases, the present invention consumes less energy than DD or TTDD. In the present invention, since a path that can be sent from all sources to the sink is already configured as compared to other protocols, the information to be transmitted increases only as the number of sources increases. In contrast, DD and TTDD gradually increase protocol overhead as the number of sources increases. The simulation results for 16 sources consume 25% less energy than DD and 34% less than TTDD. It is surprising to see how much less energy is consumed compared to DD and TTDD, which have data merging and caching capabilities.
도 9c를 참조하면 TTDD의 전송 효율이 소스 수가 증가함에 따라 60%까지 감소 하는 반면, 본 발명은 거의 모든 데이터가 싱크에 전달되어 TTDD에 비하여 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다. Referring to FIG. 9C, while the transmission efficiency of TTDD decreases by 60% as the number of sources increases, the present invention shows that almost all data is transferred to the sink, which shows superior performance compared to TTDD.
도 10a 내지 도 10c 는 400개의 노드를 가진 센서 필드 환경에서 싱크의 이동속도를 0m/s ~ 20 m/s까지 증가시킬 때, 평균 메시지 지연 시간, 평균 소모된 에너지, 메시지 전송 효율 등을 측정한 결과를 각각 도시한 도면이다. DD는 이동성을 가진 싱크에 적합한 프로토콜이 아니므로, 실험에서는 TTDD와의 비교를 통해 본 발명의 성능을 평가 하였다. 10A to 10C measure the average message delay time, average energy consumed, message transmission efficiency, etc. when the sink speed is increased from 0 m / s to 20 m / s in a sensor field environment with 400 nodes. Each figure shows the result. Since DD is not a suitable protocol for mobile sinks, the experiment evaluated the performance of the present invention through comparison with TTDD.
도 10a 는 싱크의 이동속도 변화에 따른 평균 메시지 지연 시간을 도시한다. 도 10a를 참조하면, 싱크의 이동속도가 증가해도 본 발명의 평균 메시지 지연 시간은 변화가 없다. 싱크가 빠르게 이동하더라도 본 발명은 오버헤드가 적고, 설정이 빠른 하나의 가상경로 설정만을 거치기 때문이다. 반면 TTDD는 싱크가 주 에이전트로부터 일정 거리 이상 멀어지면, 새로운 에이전트를 선택하기 위해 cell 안에서 지역적인 브로드캐스팅을 수행한다. 또한 이전의 에이전트는 새로운 에이전트로 싱크가 움직이는 동안 전달하지 못한 메시지를 전달한다. 이로 인한 충돌과 트래픽이 증가하므로, 메시지의 지연시간이 늘어난 것이다. 본 발명의 평균 메시지 지연 시간은 20ms 이하로 TTDD의 보다 2배 이상 빠르다. FIG. 10A illustrates an average message delay time according to a change in a moving speed of a sink. Referring to FIG. 10A, the average message delay time of the present invention does not change even when the sink speed increases. This is because, although the sink moves fast, the present invention passes only one virtual path setting with less overhead and fast setting. TTDD, on the other hand, performs a local broadcast in the cell to select a new agent when the sink is more than a certain distance away from the main agent. The old agent also delivers messages that it could not deliver while the sink is moving to the new agent. This increases collisions and traffic, which increases message latency. The average message delay time of the present invention is 20 ms or less, more than twice as fast as TTDD.
도 10b 는 평균 소모된 에너지를 도시한다. 싱크의 이동속도가 증가해도 본 발명의 평균 소모된 에너지는 5J 로 거의 변화가 없다. TTDD의 결과도 이와 비슷하게 중간 정도의 이동 속도까지 11J 주변의 에너지 소모를 보인다. 하지만, 싱크의 이동 속도가 20m/s에 달하면, trajectory forwarding과 많은 지역적 브로드캐스팅으로 인해 노드 당 소모되는 에너지는 22.4J 로 증가한다. 실험 결과에서 알 수 있듯이 본 발명은 에너지 면이나 지연 시간 면에서 TTDD 보다 양호한 성능을 나타낸다. 10B shows the average consumed energy. Even though the sink speed increases, the average consumed energy of the present invention is almost unchanged to 5J. The results of TTDD similarly show energy consumption around 11J up to medium travel speeds. However, when the sink speed reaches 20m / s, the energy consumed per node is increased to 22.4J due to trajectory forwarding and many local broadcastings. As can be seen from the experimental results, the present invention shows better performance than TTDD in terms of energy and delay time.
도 10c 는 메시지 전송 효율을 도시한다. 도 10c를 참조하면, 본 발명은 모든 이동 속도에서 91% 이상의 전송 효율을 보이는 반면, TTDD는 5m/s ~ 15m/s 사이의 이동 속도에서 80 % 정도의 전송 효율을 가진다. 더구나 TTDD는 20 m/s 에서 30 %의 전송 효율을 보인다. TTDD는 20 m/s 를 초과하는 싱크의 이동속도에서는 매우 좋지 않은 성능을 보이고 있다.10C shows the message transmission efficiency. Referring to FIG. 10C, the present invention shows a transmission efficiency of 91% or more at all moving speeds, whereas TTDD has a transmission efficiency of about 80% at a moving speed between 5m / s and 15m / s. Moreover, TTDD shows 30% transmission efficiency at 20 m / s. TTDD shows very poor performance at sink speeds above 20 m / s.
도 11 은 시뮬레이션 시간 100초 중에 30초 동안 임의의 노드를 부분적으로 파손시켜 실험한 메시지 전송 효율의 결과를 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 노드의 파손이 전체 노드의 15% 이상으로 증가 할수록 전송 효율이 점진적으로 떨어짐을 볼 수 있다. 15%에서 20% 의 노드 파손에서 전송 효율이 급격하게 95% 밑으로 떨어진 것을 볼 수 있다. 이것은 파손된 노드들이 센서 필드내에 hole을 생성하여 어떤 싱크로도 전송할 수 없는 상황이 되었기 때문이다. 그러나 본 발명의 메시지 전송 효율은 94%를 넘는다는 점을 주목하여야 한다. 이는 상술한 노드 보수 및 관리 알고리즘이 노드의 장애를 충분히 고려한 신뢰성을 가진 알고리즘임을 입증한다. FIG. 11 is a diagram showing the results of message transmission efficiency experimented by partially destroying any node for 30 seconds during a simulation time of 100 seconds. Referring to FIG. 11, it can be seen that transmission efficiency gradually decreases as node failure increases to 15% or more of all nodes. It can be seen that the transmission efficiency drops drastically below 95% at 15% to 20% node failures. This is because broken nodes cannot create a hole in the sensor field and send it to any sink. However, it should be noted that the message transmission efficiency of the present invention exceeds 94%. This proves that the node maintenance and management algorithm described above is a reliable algorithm that fully considers the failure of a node.
도 12a 및 도 12b 는 센서 노드의 수를 증가 시켰을 때의 평균 소모된 에너지를 도시한다. 도 12a 는 2000ㅧ 2000m 크기에서 노드의 조밀성을 증가시키면서 소모된 에너지를 측정한 것이고, 도 12b는 노드의 조밀성은 그대로 유지한 상태에서 네트워크 크기와 노드 수를 증가시키면서 소모된 에너지를 측정한 것이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면 센서 노드의 수를 증가시켜도 본 발명의 에너지 소모는 거의 일정함을 알 수 있다. 센서 수의 증가로 통신 경로를 위한 홉 수가 늘어나더라도 통신에 참여하는 노드 수가 늘어나므로 노드당 평균 에너지 소모량이 일정하다. 12A and 12B show the average consumed energy when increasing the number of sensor nodes. Figure 12a is a measure of the energy consumed while increasing the density of the node at 2000 ㅧ 2000m size, Figure 12b is a measure of energy consumed while increasing the network size and the number of nodes while maintaining the density of the node as it is. 12A and 12B, it can be seen that the energy consumption of the present invention is almost constant even though the number of sensor nodes is increased. Even if the number of hops for the communication path increases due to the increase in the number of sensors, the average energy consumption per node is constant because the number of nodes participating in the communication increases.
그러나, TTDD와 DD 의 경우 노드 조밀성이 높아지면 interest 와 정보 전달로 인한 브로드캐스팅의 수가 증가하므로 노드 당 소모 에너지가 증가한다. 반면, 본 발명의 가상 싱크 트리는 1 홉 거리 안에서 가능한 많은 자식 노드를 연결 하므로 노드 수가 증가 하더라도 데이터 전송으로 인한 오버헤드가 상대적으로 적다. 도 12b 에서는 생략 되었지만, DD와 TTDD 에서 센서 필드의 크기를 변화시켰을 때도 비슷한 결과가 도출되었다.However, in the case of TTDD and DD, as node density increases, energy consumption per node increases because the number of broadcasting due to interest and information transmission increases. On the other hand, since the virtual sink tree of the present invention connects as many child nodes as possible within one hop distance, the overhead due to data transmission is relatively low even though the number of nodes increases. Although omitted in FIG. 12B, similar results were obtained when the size of the sensor field was changed in DD and TTDD.
도 13 은 가상 싱크 선정 방법에 따른 본 발명의 성능 측정 결과를 도시한 도면이다. 실험은 5개의 소스, 4개의 싱크를 가지고, 각 선정 방법을 500초 동안 시뮬레이션 하였다. 도 13 은 (a) 가상 싱크를 고정시킨 경우, (b) 최대 에너지 레벨의 센서 노드를 가상 싱크로 선정한 경우, (c) 복수의 센서 노드에서 임의로 가상 싱크를 선정한 경우를 각각 도시한다. 도시된 바와 같이, (b) 및 (c) 의 경우는 (a) 의 경우와 비교하여 에너지를 모두 소모한 노드가 없다. 예상 외의 결 과로 전체 에너지의 6% 미만인 노드의 비율이 (a) 12.2%, (b)5.7%, (c)2%로 가상 싱크를 임의로 선정하는 방법이 최대 에너지를 갖는 센서 노드를 선정하는 방식보다 더 양호한 성능을 나타내었다. 결과적으로 가상 싱크를 순환하여 선정하는 방식은 센서 노드의 hole이 생기는 것을 방지하고, 센서 네트워크의 수명을 늘릴 수 있는 효과를 나타낸다.13 is a diagram illustrating a performance measurement result of the present invention according to the virtual sink selection method. The experiment has 5 sources, 4 sinks, and each selection method is simulated for 500 seconds. 13 illustrates a case in which (a) a virtual sink is fixed, (b) a sensor node having a maximum energy level is selected as a virtual sink, and (c) a virtual sink is arbitrarily selected from a plurality of sensor nodes. As shown, in the case of (b) and (c), there are no nodes that consumed all the energy as compared to the case of (a). As a result of the unexpected, the method of randomly selecting virtual sinks with the ratio of (a) 12.2%, (b) 5.7%, and (c) 2% of nodes with less than 6% of the total energy selects the sensor node having the maximum energy. Better performance. As a result, the method of selecting and circulating virtual sinks has the effect of preventing holes in the sensor node and extending the life of the sensor network.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은 센서 네트워크에 포함된 복수의 센서 노드들 중 하나를 하나씩 순환시키면서 가상 싱크로 선정하고, 선정된 가상 싱크에 대해서 가상 싱크 트리를 구성하여, 가상 싱크에서 센서 노드들로부터 싱크로 전송되는 정보를 수집한다. 그리고, 이동성 있는 싱크의 위치가 확정되면 실제 싱크는 가상 싱크로 자신의 위치를 통지하여 가상 싱크로부터 실제 싱크까지의 가상 경로를 설정하고, 가상 싱크는 실제 싱크로 정보를 전송한다.As described above, the present invention selects a virtual sink by circulating one of the plurality of sensor nodes included in the sensor network one by one, constructs a virtual sink tree for the selected virtual sink, and synchronizes the sensor nodes from the sensor nodes in the virtual sink. Collect the information sent. When the location of the mobile sink is determined, the real sink notifies its position to the virtual sink to establish a virtual path from the virtual sink to the real sink, and the virtual sink transmits information to the real sink.
상술한 바와 같이, 본 발명은 가상 싱크를 센서 노드들 중에서 순환시키면서 선정하므로, 네트워크 전체에 에너지 소모를 분산시킴으로써 전체 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, since the present invention selects a virtual sink while circulating among the sensor nodes, it is possible to improve the performance of the entire network by distributing energy consumption throughout the network.
또한, 본 발명은 가상 싱크만이 실제 싱크의 위치를 기록하면 되므로, 각 센서 노드는 자신의 상위 노드와 하위 노드의 구조만 기억하면 되고, 전체 센서 네트워크에 대한 정보 및 자신의 위치 정보를 기억할 필요가 없으므로, 적은 비용으로 이동성이 많은 모바일 싱크를 효율적으로 지원할 수 있고, 확정성이 양호한 효과가 있다.In addition, in the present invention, since only the virtual sink needs to record the position of the actual sink, each sensor node only needs to store the structure of its own upper node and lower node, and it is necessary to store information about the entire sensor network and its own location information. Since there is no, the mobile sink can be efficiently supported at a low cost, and the determinism is good.

Claims (23)

  1. 소정의 정보를 수집하는 복수의 센서 노드들 및 상기 센서 노드들로부터 상기 정보를 제공받는 싱크를 포함하는 센서 네트워크에서의 라우팅 경로를 설정하는 방법으로서,A method of establishing a routing path in a sensor network, the sensor network comprising a plurality of sensor nodes collecting predetermined information and a sink receiving the information from the sensor nodes.
    (a) 상기 복수의 센서 노드들 중에서 가상 싱크를 선정하는 단계;(a) selecting a virtual sink among the plurality of sensor nodes;
    (b) 상기 가상 싱크가 상기 복수의 센서 노드들로 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅하고, 상기 트리 설정 메시지를 수신한 상기 복수의 센서 노드들이 트리 설정 메시지를 재브로드캐스팅하여 가상 싱크 트리를 구성하는 단계; 및(b) the virtual sink broadcasting a tree configuration message to the plurality of sensor nodes, and the plurality of sensor nodes receiving the tree configuration message rebroadcast the tree configuration message to construct a virtual sink tree ; And
    (c) 상기 싱크가 상기 싱크에 인접한 센서 노드를 통해서 상기 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하여, 상기 가상 싱크로부터 상기 싱크까지의 가상 경로를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.(c) the sink transmitting a virtual path setting message to the virtual sink through the sensor node adjacent to the sink to establish a virtual path from the virtual sink to the sink. .
  2. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 (a) 단계는 상기 가상 싱크로 선정된 센서 노드의 에너지 레벨이 소정의 기준 레벨 이하가 되면 신규 가상 싱크를 선정하고, Step (a) selects a new virtual sink when the energy level of the sensor node selected as the virtual sink is less than a predetermined reference level,
    상기 신규 가상 싱크에 대해서 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.The step (b) and the step (c) is performed for the new virtual sink.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 (a) 단계는 소정의 시간 주기마다 신규 가상 싱크를 선정하고, Step (a) selects a new virtual sink every predetermined time period,
    상기 신규 가상 싱크에 대해서 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.The step (b) and the step (c) is performed for the new virtual sink.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계는 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (a)
    상기 복수의 센서 노드들 중에서 랜덤하게 가상 싱크를 선정하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.And a virtual sink is randomly selected from the plurality of sensor nodes.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계는 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (a)
    상기 복수의 센서 노드들 중에서 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드를 가상 싱크로 선정하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.And selecting the sensor node having the highest residual energy as the virtual sink among the plurality of sensor nodes.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3,
    (d) 상기 센서 네트워크에 추가된 싱크가 인접한 센서 노드 중 홉수가 최소인 센서 노드를 선택하는 단계; 및(d) selecting a sensor node having a minimum number of hops among adjacent sensor nodes added to the sensor network by the sink; And
    (e) 상기 선택된 센서 노드가 가상 경로 설정 메시지를 상기 가상 싱크로 전송하여 가상 경로를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.and (e) setting the virtual path by transmitting the virtual path setting message to the virtual sink by the selected sensor node.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 싱크가 이동하는 경우에The method according to any one of claims 1 to 3, wherein when the sink is moved
    (f) 상기 싱크가 가상 경로 제거 메시지를 상기 가상 싱크로 전송하고, 상기 가상 경로 제거 메시지를 수신한 가상 싱크가 상기 가상 경로를 제거하는 단계; 및(f) the sink transmitting a virtual path removal message to the virtual sink, and the virtual sink receiving the virtual path removal message removes the virtual path; And
    (g) 상기 싱크가 이동된 후, 상기 싱크에 인접한 센서 노드들 중 선택된 센서 노드를 통하여 상기 가상 싱크로 상기 가상 경로 설정 메시지를 전송하여, 상기 가상 싱크로부터 상기 싱크까지의 가상 경로를 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.(g) after the sink is moved, transmitting the virtual path setting message to the virtual sink through the selected sensor node adjacent to the sink to reset the virtual path from the virtual sink to the sink. Routing path setting method comprising the.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 (f) 단계는8. The method of claim 7, wherein step (f)
    (f1) 상기 싱크가 상기 가상 경로 제거 메시지를 상기 싱크에 연결된 상기 가상 경로상의 센서 노드로 전송하는 단계;(f1) the sink transmitting the virtual path removal message to a sensor node on the virtual path connected to the sink;
    (f2) 상기 가상 경로상의 센서 노드들이 하위 노드로부터 상기 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 상위 노드로 전송하고, 상기 싱크로 전송하던 정보를 상기 가상 싱크로 반송하는 단계; 및(f2) sensor nodes on the virtual path receiving the virtual path removal message from a lower node and transmitting the received virtual path removal message to an upper node, and returning information transmitted to the sink to the virtual sink; And
    (f3) 상기 가상 싱크가 상기 경로 제거 메시지를 수신하여 상기 가상 경로를 제거하고, 상기 반송된 정보를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.(f3) the virtual sink receiving the path removal message to remove the virtual path, and storing the returned information.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 (g) 단계는The method of claim 8, wherein step (g)
    (g1) 상기 싱크가 이동된 후, 인접한 센서 노드 중 홉수가 최소인 노드를 선택하고, 상기 선택된 센서 노드를 통해서 상기 가상 싱크로 가상 경로 설정 메시지를 전송하는 단계; 및(g1) after the sink is moved, selecting a node having the minimum hop number among adjacent sensor nodes and transmitting a virtual path setting message to the virtual sink through the selected sensor node; And
    (g2) 상기 가상 싱크가 상기 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 가상 경로를 재설정하고, 재설정된 가상 경로를 통해서 상기 저장된 정보를 상기 싱크로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.(g2) the virtual sink receiving the virtual path setting message to reset the virtual path, and transmitting the stored information to the sink through the reset virtual path.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3,
    상기 가상 싱크 트리에서 임의의 센서 노드가 파손된 경우에,If any sensor node in the virtual sink tree is broken,
    상기 파손된 센서 노드의 자식 노드가 인접한 상위 노드를 부모 노드로 선택하는 단계;Selecting, by a child node of the broken sensor node, an adjacent parent node as a parent node;
    인접한 상위 노드가 존재하지 않으면, 상기 자식 노드가 형제 노드가 아닌 인접 피어(peer) 노드를 부모 노드로 선택하는 단계; 및 If a neighboring parent node does not exist, the child node selects a neighboring peer node that is not a sibling node as a parent node; And
    형제 노드가 아닌 인접 피어 노드가 존재하지 않으면, 자식 노드를 부모 노드로 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.And selecting a child node as a parent node if there is no neighboring peer node that is not a sibling node.
  11. 제 10 항에 있어서, The method of claim 10,
    상기 자식 노드가 가상 경로 상의 노드인 경우에,If the child node is a node on a virtual path,
    새롭게 선택된 상기 부모 노드로 가상 경로 설정 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.And sending a virtual path establishment message to the newly selected parent node.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트리 설정 메시지는 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the tree setting message is
    상기 트리 설정 메시지를 브로드캐스팅하는 센서 노드의 주소, 부모 노드의 주소, 가상 싱크까지의 홉수 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 경로 설정 방법.And at least one of an address of a sensor node broadcasting the tree configuration message, an address of a parent node, and hop count information to a virtual sink.
  13. 소정의 정보를 수집하는 복수의 센서 노드들 및 상기 정보를 제공받는 싱크를 포함하는 센서 네트워크 통신 시스템으로서,A sensor network communication system comprising a plurality of sensor nodes collecting predetermined information and a sink receiving the information,
    상기 복수의 센서 노드들 중 선택되어, 상기 정보를 상기 복수의 센서 노드들로부터 수집하여 상기 센서 노드들을 통하여 상기 싱크로 전송하는 가상 싱크;A virtual sink selected from the plurality of sensor nodes to collect the information from the plurality of sensor nodes and transmit the information to the sink through the sensor nodes;
    상기 소정의 정보를 수집하여 상기 가상 싱크로 전송하고, 상기 가상 싱크에서 전송된 상기 정보를 상기 싱크로 전달하는 상기 복수의 센서 노드; 및The plurality of sensor nodes which collect the predetermined information and transmit the information to the virtual sink, and transfer the information transmitted from the virtual sink to the sink; And
    상기 복수의 센서 노드들 중 인접한 센서 노드에 접속하여 상기 가상 싱크에서 전송된 상기 정보를 수신하는 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.And a sink connected to an adjacent sensor node of the plurality of sensor nodes to receive the information transmitted from the virtual sink.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 센서 노드들은The method of claim 13, wherein the plurality of sensor nodes are
    상기 가상 싱크에서 브로드캐스팅된 트리 설정 메시지를 인접한 센서 노드로부터 수신하여 상기 인접한 센서 노드를 자신의 부모 노드로 설정하고, 상기 트리 설정 메시지를 인접한 다른 센서 노드로 재브로드캐스팅함으로써 트리 구조로 계층 화 되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.A tree configuration message broadcast from the virtual sink is received from an adjacent sensor node, and the adjacent sensor node is set as its parent node, and the tree configuration message is layered into a tree structure by rebroadcasting the tree configuration message to another adjacent sensor node. Sensor network communication system, characterized in that.
  15. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 가상 싱크의 에너지 레벨이 소정의 기준 레벨 이하가 되면 신규 가상 싱크가 선정되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.And a new virtual sink is selected when the energy level of the virtual sink is less than or equal to a predetermined reference level.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 가상 싱크는The virtual sink of claim 13, wherein the virtual sink is
    소정의 시간 주기로 상기 복수의 센서 노드들 중에서 선정되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.The sensor network communication system, characterized in that selected from the plurality of sensor nodes at a predetermined time period.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가상 싱크는17. The virtual sink of any of claims 13-16 wherein the virtual sink is
    상기 복수의 센서 노드들 중에서 랜덤하게 선정되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.Sensor network communication system, characterized in that randomly selected from among the plurality of sensor nodes.
  18. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가상 싱크는17. The virtual sink of any of claims 13-16 wherein the virtual sink is
    상기 복수의 센서 노드들 중에서 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 선정되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.And a sensor node having the highest residual energy among the plurality of sensor nodes is selected.
  19. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 센서 네트워크 통신 시스템에 추가된 상기 싱크는 인접한 상기 센서 노 드들 중 홉수가 최소인 센서 노드를 선택하고, 상기 선택된 센서 노드를 통하여 가상 경로 설정 메시지를 상기 가상 싱크로 전송하며, 상기 가상 싱크는 상기 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 상기 가상 싱크로부터 상기 싱크로의 가상 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.The sink added to the sensor network communication system selects a sensor node having a minimum number of hops among the adjacent sensor nodes, and transmits a virtual routing message to the virtual sink through the selected sensor node, wherein the virtual sink is the virtual sink. And receiving a path setting message to set a virtual path from the virtual sink to the sink.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 싱크가 이동하는 경우에,The method of claim 13, wherein when the sink moves,
    상기 싱크는 접속된 센서 노드를 통해서 상기 가상 싱크로 가상 경로 제거 메시지를 전송하고, 이동 후, 인접한 센서 노드들 중 선택된 센서 노드를 통하여 가상 경로 설정 메시지를 상기 가상 싱크로 전송하며, The sink transmits a virtual path removal message to the virtual sink through the connected sensor node, and after the movement, transmits a virtual path setting message to the virtual sink through a selected sensor node among adjacent sensor nodes.
    상기 가상 싱크는 상기 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 상기 가상 경로를 제거하고, 신규로 선택된 상기 센서 노드로부터 상기 가상 경로 설정 메시지를 수신하여 상기 가상 싱크로부터 상기 싱크로의 신규 가상 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.The virtual sink removes the virtual path by receiving the virtual path removal message, and sets the new virtual path from the virtual sink to the sink by receiving the virtual path setting message from the newly selected sensor node. Sensor network communication system.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 싱크가 이동하는 경우에,The method of claim 20, wherein when the sink moves,
    상기 가상 경로상의 복수의 센서 노드는 하위 노드로부터 상기 가상 경로 제거 메시지를 수신하여 상위 노드로 전송하고, 상기 싱크로 전송하던 정보를 상기 가상 싱크로 반송하며,The plurality of sensor nodes on the virtual path receive the virtual path removal message from a lower node and transmit the received virtual path removal message to an upper node, and transmits the information transmitted to the sink to the virtual sink,
    상기 가상 싱크는 상기 반송된 정보를 저장하고, 저장된 정보를 상기 신규 가상 경로를 통해서 상기 싱크로 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템. The virtual sink stores the returned information and transmits the stored information to the sink through the new virtual path.
  22. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 복수의 센서 노드는 자신의 부모 노드가 파손된 경우에,When the plurality of sensor nodes have their parent nodes broken,
    상기 부모 노드와 동일한 계층의 인접한 상위 노드를 부모노드로 선택하고,Select an adjacent parent node of the same layer as the parent node as a parent node,
    인접한 상위 노드가 존재하지 않으면, 형제 노드가 아닌 인접 피어(peer) 노드를 부모 노드로 선택하며, If no neighboring parent node exists, the neighboring peer node is selected as the parent node, not the sibling node.
    형제 노드가 아닌 인접 피어 노드가 존재하지 않으면, 자식 노드를 부모 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.And a child node is selected as a parent node when there is no neighbor peer node other than the sibling node.
  23. 제 22 항에 있어서, The method of claim 22,
    상기 센서 노드가 상기 가상 경로상의 노드인 경우에,If the sensor node is a node on the virtual path,
    상기 센서 노드는 새롭게 선택된 부모 노드로 가상 경로 설정 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 통신 시스템.And the sensor node transmits a virtual routing message to the newly selected parent node.
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