KR100791636B1 - 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템 및 그방법 - Google Patents

데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템 및 그방법 Download PDF

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KR100791636B1
KR100791636B1 KR1020060131195A KR20060131195A KR100791636B1 KR 100791636 B1 KR100791636 B1 KR 100791636B1 KR 1020060131195 A KR1020060131195 A KR 1020060131195A KR 20060131195 A KR20060131195 A KR 20060131195A KR 100791636 B1 KR100791636 B1 KR 100791636B1
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Abstract

데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템은 지그비에 따른 트리 구조를 가지고, 코디네이터 및 상기 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 네트워크 망의 비컨 전송 스케줄링 시스템에 있어서, 상기 코디네이터는, 상기 네트워크 망의 센싱 데이터의 타입에 따라 상기 코디네이터의 비컨 인터벌을 균등하게 분할하는 비컨 인터벌 분할부, 상기 센서 노드의 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 상기 비컨 인터벌 분할부에서 상기 센싱 데이터 타입에 따라 분할된 비컨 인터벌 각각을 상기 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할하는 뎁스 분할부, 상기 뎁스 분할부에서 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 상기 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정하는 비컨 전송 시간 결정부, 및 상기 코디네이터의 비컨을 상기 센서 노드로 전송하는 코디네이터 비컨 전송부를 포함하고, 상기 센서 노드는, 상기 결정된 비컨 전송 시간에 따라 상기 센서 노드의 자식 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 취합하고, 상기 센서 노드의 비컨을 상기 코디네이터로 전송하는 센서 노드 비컨 전송부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 센서 네트워크의 어플리케이션의 특성에 따라 불필요한 센싱 데이터 전송을 줄일 수 있고, 또한 불필요한 센싱 데이터 전송 구간을 슬립 모드로 노드를 운영하여 망 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있으며, 불필요한 센싱 데이터 전송을 줄임으로써, 센싱 데이터의 전송 효율을 높이게 되어 네트워크 망 내의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템 및 그 방법{System for beacon transmitting scheduling considering data type and Method thereof}
도 1은 지그비 트리구조를 가지는 네트워크 망을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 뎁스 당 비컨의 수를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 센서 노드가 비컨을 전송하는 구조를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 모든 뎁스별 노드의 운용시간을 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 뎁스별 비컨 전송 시간을 도시한 것이다.
도 6은 센싱 종류별 비컨의 갯수를 도시한 것이다.
도 7a는 도 1의 센싱 데이터 타입에 따른 뎁스별 노드의 운용 시간 구간을 도시한 것이다.
도 7b는 도 1의 전송 시간별 비컨 스케줄링이 필요한 센서 노드를 도시한 것이다.
도 7c는 데이터 타입을 고려하지 않은 센서 노드의 비컨 전송 스케줄링을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법을 도 시한 것이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 적용되는 비컨 할당 전송 시간을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 데이터 타입에 따른 비컨 전송 스케줄링 방법의 일 예를 도시한 것이다.
도 12는 도 11의 비컨 전송 시간과 재전송 할당 시간을 분리한 그래프이다.
도 13은 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 과정의 일 예를 도시한 것이다.
도 14는 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 과정의 다른 예를 도시한 것이다.
도 15는 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 과정의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명에 적용되는 센서 노드의 슈퍼프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명에 적용되는 센서 노드의 슈퍼프레임 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 18은 도 17의 슈퍼 프레임 구조를 가지는 비컨의 MAC구조에서의 센싱 데이터 전송 주기를 도시한 것이다.
본 발명은 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템 및 그 방법으로서, 보다 상세하게는 트리 망 구조에서 센서 노드의 센싱 데이터의 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법에 관한 것이다.
지그비(Zigbee) 네트워크는 저전력 센서 네트워크 구성을 위한 IEEE 802.15.4 표준의 PHY(Physical) 계층과 MAC(Medium Access Control) 계층을 기반으로 한다.
지그비 네트워크에서는 데이터 프레임을 전송하거나 수신하는 등 다른 계층간의 상호통신을 위한 인터페이스를 정의하고 있다. 또한 지그비 네트워크는 프레임 핸들링, 경로 탐색 및 유지 보수, 네트워크 관리 및 주소 할당 그리고 디바이스 관리 기능을 수행한다. IEEE 802.15.4 표준에서는 사용되는 장치를 풀 펑션 디바이스(Full Function Device:FFD)와 리듀스드 펑션 디바이스(Reduced Function Device)로 구분하는데 반해 지그비 네트워크에서는 이를 기능적인 측면에서 세분화 하여 총 세 종류의 장치로 구분하고 있다.
우선, 지그비 코디네이터는 FFD만이 될 수 있고, 하나의 지그비 네트워크 내에서 하나의 지그비 코디네이터가 필요하고 네트워크 정보를 초기화하거나 다른 장치들을 관리하는 중심역할을 수행한다.
지그비 라우터(router)는 코디네이터와 마찬가지로 FFD만 될 수 있으며, 하나의 지그비 네트워크 내에서 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing)을 위하여 여러 개의 지그비 라우터가 존재할 수 있다.
그리고, 지그비 단말장치는 RFD로 직접적인 네트워크 라우팅에는 참여하지 않지만 지그비 코디네이터 혹은 이미 네트워크에 형성된 지그비 라우터를 통해 네트워크에 참여할 수 있다. 또한 하나의 네트워크 내에는 여러 개의 지그비 단말 장치가 존재할 수 있지만 오직 하나의 FFD와 연결이 가능하다. 하나의 지그비 단말장치는 하나의 지그비 코디네이터 혹은 지그비 라우터와 네트워크 연결되어 통신을 함으로써 불필요한 기능을 줄일 수 있고, 지그비 코디네이터의 비컨 모드의 사용을 통해 상당한 절전을 가져올 수 있다. 따라서 지그비 네트워크에서는 단순한 구성을 가지는 저전력 센서 네트워크를 형성할 수 있게 된다.
종래의 비컨 전송 스케줄링 방법에서는 자식 노드가 자신의 정보, 예를 들어 센싱 정보 등을 전송하기 위해서는 자신의 부모 노드의 비컨 사이에 위치하여야 하므로 자신의 부모 노드의 비컨을 트래킹(tracking)하여 부모 노드의 비컨 전송시간을 추적하는 방법을 사용한다.
더욱이 센서 네트워크 망에서 센서 노드에서 전송되는 센싱 데이터의 타입이 다양한 경우에, 센서 노드의 디바이스의 타입을 고려하지 않고 네트워크 망 내의 모든 센싱데이터를 취합하여 전송한다.
이와 같이 비컨을 트래킹하여 부모 노드의 비컨 전송 시간을 추적하는 방법은 다른 노드의 비컨과 시간적으로 중첩될 가능성이 있어 노드의 데이터 전송에 있어서 오류가 발생할 수 있으며, 종래의 비컨 전송 스케줄링 방법은 특정 센싱 데이터를 필요로 하지 않는 어플리케이션에서 센서 네트워크 망 내의 모든 센싱 데이터를 어플리케이션에 전송하게 되어 비효율적이며, 불필요한 데이터 타입을 가지는 네트워크 망에서 특정 어플리케이션이 필요로 하지 않는 데이터 타입을 네트워크 망 내에서 제거하는데 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 네트워크 망의 노드의 비컨의 충돌을 방지할 수 있으며 데이터 타입을 고려하여 노드의 비컨을 전송하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템을 이용한 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법을 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
지그비에 따른 트리 구조를 가지고, 코디네이터 및 상기 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 네트워크 망의 비컨 전송 스케줄링 시스템에 있어서, 상기 코디네이터는, 상기 네트워크 망의 센싱 데이터의 타입에 따라 상기 코디네이터의 비컨 인터벌을 균등하게 분할하는 비컨 인터벌 분할부, 상기 센서 노드의 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 상기 비컨 인터벌 분할부에서 상기 센싱 데이터 타입에 따라 분할된 비컨 인터벌 각각을 상기 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할하는 뎁스 분할부, 상기 뎁스 분할부에서 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 상기 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정하는 비컨 전송 시간 결정부, 및 상기 코디네이터의 비컨을 상기 센 서 노드로 전송하는 코디네이터 비컨 전송부를 포함하고, 상기 센서 노드는, 상기 결정된 비컨 전송 시간에 따라 상기 센서 노드의 자식 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 취합하고, 상기 센서 노드의 비컨을 상기 코디네이터로 전송하는 센서 노드 비컨 전송부를 포함하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템을 제공한다.
상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
지그비에 따른 트리 구조를 가지고, 코디네이터 및 상기 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크 망의 비컨 전송 스케줄링 방법에 있어서, 상기 센서 노드의 센싱 데이터 타입에 따라 상기 코디네이터의 비컨 인터벌을 분할하는 단계, 상기 센서 노드 중 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 상기 분할된 비컨 인터벌 각각을 상기 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할하는 단계, 상기 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 상기 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정하는 단계, 상기 결정된 비컨 전송 시간에 따라 상기 센서 노드의 자식 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 상기 센서 노드에서 취합하여 전송하는 단계, 및 상기 센서 노드에서 취합된 상기 자식 노드의 센싱 데이터 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서 지그비 네트워크 망의 각 노드는, 네트워크 망의 한 노드가 자식 노드를 받아들일 수 있는 최대 갯수(nwkMaxChildren), 네트워크 망이 가질 수 있는 최대 뎁스의 수(nwkMaxDepth) 및 한 노드가 자신의 자식 노드로 라우터를 받아들일 수 있는 최대 갯수(nwkMaxRouter)의 정보를 공유하고, 지그비 주소 할당 메커니즘을 사용하며, 노든 노드의 슈퍼프레임 지속시간(Superframe Duration:SD)은 동일하다고 가정한다. 그러면, nwkMaxChildren, nwkMaxDepth 및 nwkMaxRouter가 미리 결정되어 있으므로 각 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 뎁스별 비컨 인터벌 지속시간이 결정된다. 그리고, 비컨 인터벌에서의 각 뎁스가 사용하는 코디네이터의 비컨 인터벌의 시간적인 순서는 코디네이터의 비컨 프레임의 시간에 이어서 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 지그비 트리구조를 가지는 네트워크 망을 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, nwkMaxChildren(Cm), nwkMaxDepth(Lm) 및 nwkMaxRouter(Rm)의 세 가지 상수가 미리 결정되면 이 네트워크 망의 구조가 결정되어 진다. 따라서, 네트워크 망의 위 세 가지 nwkMaxChildren(Cm), nwkMaxDepth(Lm) 및 nwkMaxRouter(Rm)의 특정상수를 이용하면 트리 망을 구성하는 노드 중 비컨 전송 노드의 최대 갯수를 알 수 있고, 뎁스(depth)의 개념을 적용하여 같은 뎁스의 비컨 전송 시간을 그룹으로 관 리한다.
도 1을 참조하면, 이는 지그비에 따른 트리 구조의 망으로, 네트워크 레이어의 특정 상수는 nwkMaxDepth = 4, nwkMaxRouter = 2 및 nwkMaxChildren = 2인 경우를 도시하고 있다. 도 1에서 보는 바와 같이 이 네트워크는 총 4개의 뎁스를 가지고 있으며, 코디네이터(110)는 각 센서 노드와 연결되어 센서 네트워크 망의 각 노드를 관리하고 데이터를 송수신한다. 종단 센서 노드(130)를 제외한 각 센서 노드(120)는 2개의 자식 노드와 연결되어 있고, 라우터의 기능을 수행하여 비컨을 전송할 수 있는 노드이다.
센서 네트워크 트리 망의 종단에 위치한 라우팅 능력을 가지는 종단 노드(130)는 비컨을 전송하지 않는 노드이다. 그러나, 상위에 있는 라우팅 능력을 가지는 노드가 에너지 소멸로 망 내에서 노드로서의 역할을 수행할 수 없을 경우, 상위 노드의 역할을 대신하여 비컨을 전송할 수 있는 능력은 잠재되어 있는 노드이다.
트리 구조의 특성상 뎁스당 노드의 갯수는 지수 함수적으로 증가한다. 뎁스당 노드의 갯수가 지수함수를 따른다는 것은, 뎁스별 비컨 스케줄링을 할 경우에 노드간 전송에 있어서 전송 에러가 많아질 확률이 높아짐을 의미한다. 전송 에러가 많아진다면 비컨을 이용한 해당 뎁스의 데이터 전송 구간에 전송시간 할당이 상대적으로 커야함을 의미한다.
한편, 센서 네트워크에서 센서 노드는 자신의 센싱할 수 있는 종류가 제조할 당시에 하드웨어적으로 정해질 수 있다. 예를 들면, 센서 노드는 빛, 조도, 온도, 습도, 소리 등을 센싱할 수 있다. 즉, 소정의 센서 노드는 빛, 조도, 온도의 세 가지 종류를 센싱할 수 있고, 또 다른 노드는 빛에 관련된 센싱 능력만 가지고 있을 수 있다. 센서 네트워크의 트리구조에서 라우터는 센싱 모듈을 사용하지 않고, 전송 모듈만 사용할 수 있다. 본 발명은 미리 정해진 센싱 데이터의 종류에 따라 비컨 스케줄링을 하여 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크 망의 관리 및 에너지 효율을 높인다.
즉, 본 발명은 센싱할 수 있는 센서의 종류에 따라 데이터의 종류가 결정되고, 추후 멀티미디어 데이터의 종류를 정의할 경우 멀티미디어 데이터의 전송까지도 확장할 수 있다.
우선, 상기 도 1에서, 센서 노드가 센싱하는 센싱 데이터의 종류를 A, B 및 C라고 하고, Cm = 2, Rm = 2, Lm = 4이고, 비컨 전송을 뎁스 별로 전송 가능하다고 하며, 모든 센싱 데이터들은 매 전송 주기마다 코디네이터에 보낼 데이터라고 가정한다.
종단 노드는 리듀스드 펑션 디바이스(Reduced Function Device:RFD)로 더 이상 트리를 키울 수 없는 마지막 뎁스를 의미한다. 코디네이터는 풀 펑션 디바이스(Full Function Device:FFD)로 트리를 키울 수 있으며, 라우팅 기능도 가능한 센서 노드이다. 또한 코디네이터는 비컨을 보내는 주체가 된다. 뎁스 당 비컨의 수는 하기의 도 2와 같은 그래프로 나타내어 진다.
도 2는 도 1의 뎁스 당 비컨의 수를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 뎁스 0에서는 1개의 비컨을 전송할 수 있으며, 뎁스 1에서는 2개의 비컨, 뎁스 2에 서는 4개의 비컨, 뎁스 3에서는 8개의 비컨을 각각 전송할 수 있다. 그러나 뎁스 4에서의 노드는 종단 노드이므로 비컨을 전송할 수 없다.
IEEE 802.15.4에서 비컨이 포함하는 정보에는 팬 디스크립터(PAN Descriptor)의 항목을 포함한다. 그 중 PAN Descriptor의 항목은 하기의 표 1로 나타내어질 수 있다.
Figure 112006094664188-pat00001
표 1을 참조하면, 종래의 IEEE 802.15.4에서 비컨이 포함하는 PAN Descriptor에 상기 표 1의 정보가 추가되어 비컨에 저장된다. 즉, 본 발명에서 비컨은 자식 노드의 센싱 데이터를 취합할 것인지에 대한 정보, 센싱 데이터의 종류 및 센싱 데이터의 총 갯수에 대한 정보를 포함한다.
한편, 센싱 데이터를 각 센서 노드가 전송하기 전에 코디네이터로부터 비컨을 전송받기 때문에 상기 표 1의 정보를 각 센서 노드는 알게 된다. 자신이 보내고자 하는 센싱 데이터의 타입과 코디네이터로부터 전송받는 비컨의 정보에 포함되는 센싱 데이터의 타입이 동일할 경우까지 각 센서 노드는 센싱 데이터를 저장하거나 폐기할 수 있다.
Figure 112006094664188-pat00002
상기 표 2는 표 1의 취합 규칙에 관한 정보를 나타내고 있다. 본 발명에서 각각의 취합 규칙의 가용범위는 0×00 ∼ 0×ff로 설정할 수 있으며, 이는 구현자에 따라 다양하게 설정할 수 있음은 물론이다.
Figure 112006094664188-pat00003
상기 표 3은 표 1의 센싱 데이터의 종류에 관한 상세 정보를 나타내고 있다. 마찬가지로 센싱 데이터의 가용범위는 0×00 ∼ 0×ff로 설정할 수 있으며, 이는 구현자에 따라 다양하게 설정할 수 있음은 물론이다.
도 3은 도 1의 센서 노드가 비컨을 전송하는 구조를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 상위 뎁스에 포함된 센서 노드에서 상위 노드와 링크되어 있는 하위 뎁스의 노드로 비컨을 전송하는 구조임을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 각 뎁스별로 비컨이 스케줄링 가능할 경우, 15개의 비컨이 생성되어 자식 노드들에게 전송된다. 뎁스별 코디네이터를 포함한 센서 노드가 센싱한 데이터를 처리하는 구간과 비컨 신호를 수신하여 데이터를 전송하는 시간 구간을 도식화하면 하기의 도 4와 같다.
도 4는 도 1의 모든 뎁스별 노드의 운용시간을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 지그비 센서 네트워크 망은 이벤트에 따라 산발적으로 센싱이 일어나는 환경이 아니고, 주기적으로 센싱하는 환경일 수 있다.
한편, 처리 시간(processing time)은 각 노드가 센싱하는 시간과 그 센싱 데이터를 처리하는 시간을 의미하며, 전송 시간(tansmission time)은 센싱된 데이터를 다른 노드에 전송하는데 필요한 시간을 의미한다.
도 4에서는 각 노드의 센싱 데이터의 처리 능력과 전송 시간이 동일한 것으로 가정하여 도시하였지만, 실제 환경에서 구현 정도에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
모든 노드의 센싱 데이터의 처리 시간(processing time)과 전송 시간(tansmission time)이 동일하다고 가정하면, 본 발명은 전송 시간에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.
상기 도 4를 참조하면, 뎁스 3에 존재하는 센서 노드에서 뎁스 4에 존재하는 센서 노드로 전송하는 비컨이 16개이므로, 뎁스 3에서 뎁스 4로 센싱 데이터를 전송하는 시간 구간의 합은 t2×16이 된다.
그리고, 뎁스 2에 존재하는 센서 노드에서 뎁스 3에 존재하는 센서 노드로 전송하는 비컨은 8개이므로, 뎁스 2에서 뎁스 3으로 센싱 데이터를 전송하는 시간 구간의 합은 t4×8이 된다.
마찬가지로, 뎁스 1에 존재하는 센서 노드에서 뎁스 2에 존재하는 센서 노드로 전송하는 비컨은 4개이므로, 뎁스 1에서 뎁스 2로 센싱 데이터를 전송하는 시간 구간의 합은 t6×4가 된다.
마찬가지로, 뎁스 0의 코디네이터에서 뎁스 1에 존재하는 센서 노드로 전송하는 비컨은 2개 이므로, 뎁스 0에서 뎁스 1로 센싱 데이터를 전송하는 시간 구간의 합은 t8×2가 된다. 여기서 모든 노드의 비컨 전송 시간은 동일하다고 가정하면, 뎁스에 따른 비컨 전송 시간은 도 5과 같다.
도 5는 도 1의 뎁스별 비컨 전송 시간을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 뎁스별 비컨 전송 시간은
Figure 112006094664188-pat00004
형의 지수 함수를 따르게 된다. 여기서는 a의 값은 2가 되고, 구체적으로 a의 값은 네트워크 망의 Cm값과 동일할 수 있다.
도 5를 참조하면, 뎁스 3의 노드들은 마지막 뎁스인 뎁스 4의 노드에게 자신의 비컨 신호를 전송하여, 상호 전송 동기를 맞추고, 상위 뎁스에 속한 센서 노드는 자신의 자식 노드로부터 자식 노드가 센싱한 데이터를 수신한다. 그런 다음, 뎁스 3의 노드에서 뎁스 4의 노드에게 비컨 신호를 전송할 경우 CSMA-CA처럼 사용되는 경합 접근 구간(Contention Access Period:CAP) 및 보증 시간 슬롯(Guaranteed Time Slot:GTS)을 이용하는 경합 자유 구간(Contention Free Period:CFP)으로 전송 방식을 조절하여 센싱 데이터를 전송할 수 있다. CAP만을 사용할 경우뿐만 아니라 CAP와 CFP를 혼합하여 사용할 경우, 센싱 데이터를 전송하는 센서 노드의 수가 많으면 센싱 데이터의 전송시 에러가 발생할 확률이 높아지게 된다. 이에 대하여, 본 발명은 뎁스별로 비컨을 스케줄링하고 또 노드의 하드웨어적 특성에 맞는 센싱데이터의 종류에 따라 스케줄링을 한다.
만약, 네트워크 망의 센서 노드가 센싱하는 데이터의 종류가 A, B 및 C로 나누어질 경우, 모든 센서 노드가 A, B 및 C의 센싱 데이터를 검출하면 시간의 흐름에 따른 센싱 데이터의 종류별 비컨의 갯수는 하기의 도 6과 같다.
도 6은 센싱 종류별 비컨의 갯수를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이 하위 뎁스로 갈수록 전송하는 비컨의 갯수가 증가하고, 센싱 데이터 타입별로 센싱 데이터가 구분됨을 알 수 있다.
한편, 추후 모든 노드의 센싱 데이터의 종류가 각각 다를 경우, 새로운 노드가 센서 네트워크 망에 결합하면, 결합된 다른 종류의 센싱 데이터를 가지는 새로운 센서 노드가 자신의 부모 노드에게 센싱 데이터의 종류를 전송하면 되므로 서로 다른 센싱 능력을 갖는 센서 노드로 확장이 가능하다.
도 7a는 도 1의 센싱 데이터 타입에 따른 뎁스별 노드의 운용 시간 구간을 도시한 것이고, 도 7b는 도 1의 전송 시간별 비컨 스케줄링이 필요한 부분의 노드를 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 센싱 데이터 A(710)에 대한 뎁스별 데이터 전송 시간 구간은 t2, t4, t6 및 t8 이고, 센싱 데이터 B(711)에 대한 뎁스별 데이터 전송 시간 구간은 t11, t13, t15 및 t17 이며, 센싱 데이터 C(712)에 대한 뎁스별 데이터 전송 시간 구간은 t20, t22, t24 및 t26임을 알 수 있다.
도 7a를 기반으로 하여, 도 7b를 참조하면, 상술한 센싱 데이터 A(720), 센싱 데이터 B(721) 및 센싱 데이터 C(722)에 따른 뎁스별 데이터 운용 시간 구간에 대하여 비컨 스케줄링이 필요한 노드를 도시하고 있다. 즉, 센싱 데이터별로 뎁스에 따른 데이터 운용 시간을 연산하고, 연산된 해당 센싱 데이터별 노드의 비컨 전송은 해당 뎁스에 포함되는 노드의 ID의 크기에 따라 스케줄링 될 수 있다.
도 7c는 데이터 타입을 고려하지 않은 센서 노드의 비컨 전송 스케줄링을 도시한 것이다. 도 7c를 참조하면, 데이터 타입을 고려하지 않고 뎁스별 센서 노드의 비컨을 스케줄링할 경우를 도시하고 있다.
만약 센서 노드의 네트워크 상에서 각 센서 노드의 센싱 데이터(730) 중 센싱 데이터 C(731)를 사용하지 않을 경우, 빠른 시간 내에 트리망의 구조를 가지는 네트워크 망에서 전송된 센싱 데이터 C(731)를 제거할 수 없다.
즉, 데이터 타입을 고려하지 않은 비컨 스케줄링에서, 불필요한 데이터 타입을 트리 망에서 제거하는데 시간이 걸리고 불필요한 데이터 전송을 차단하여 에너지 손실을 줄이고 센싱 데이터 타입 별로 노드를 관리하여 망 내의 에너지 효율을 증가시킨다.
또한, 어플리케이션에 따라 모든 센싱 데이터를 데이터 페이로드(data payload)에 포함하는 데이터 포맷(data format)도 생각할 수 있지만, 모든 센싱 데이터가 필요하지 않은 어플리케이션에는 불필요한 센싱 데이터까지 전송하여야 하므로 비효율적이다. 이 경우 본 발명에 따른 데이터 타입을 고려하여 비컨을 스케줄링할 경우, 망 내의 불필요한 데이터 전송을 차단할 수 있으며, 어플리케이션의 특성에 맞추어 적절한 데이터만을 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템을 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 센서 네트워크 망을 관리하는 코디네이터(800)는 주소 저장부(801), 비컨 인터벌 분할부(802), 뎁스 분할부(803), 비컨 전송시간 결정부(804) 및 코디네이터 비컨 전송부(805)를 포함할 수 있다.
그리고, 지그비 센서 네트워크 망 내의 센서 노드(810 내지 890)는 주소 저장부(811 내지 891) 및 센서 노드 비컨 전송부 1 내지 센서 노드 비컨 전송부 n(815 내지 895)을 포함할 수 있다.
이 지그비 센서 네트워크 망은 최초의 망 구성시에 각 노드가 가질 수 있는 최대 자식 노드의 갯수인 nwkMaxChildren(Cm), 네트워크 망이 가질 수 있는 최대 뎁스의 수인 nwkMaxDepth(Lm) 및 한 노드가 자신의 자식 노드로 라우터를 받아들일 수 있는 최대 갯수인 nwkMaxRouter(Rm)이 미리 결정된 망이다. 이에 따라서 본 발명은 각 노드에게 주소를 할당하고, 뎁스 별로 주소가 할당된 노드의 비컨 전송 시간을 관리하여 각 노드 별로 비컨이 충돌하지 않도록 한다.
코디네이터의 주소 저장부(801) 및 센서 노드 1 내지 센서 노드 n의 주소 저장부(811 내지 891)는 지그비 주소 할당 메커니즘에 의해 자신의 주소를 저장한다. 지그비 주소 할당 메커니즘의 주 인자인 nwkMaxChildren(Cm), nwkMaxDepth(Lm) 및 nwkMaxRouter(Rm)를 이용하여 코디네이터(900) 및 센서 노드 1 내지 센서 노드 n(810 내지 890)의 주소가 정해진다. 코디네이터(800) 및 센서 노드 1 내지 센서 노드 n(810 내지 890)은 이 정해진 주소를 코디네이터의 주소 저장부(801) 또는 센서 노드의 주소 저장부(811 내지 891)에 저장한다.
코디네이터에 포함되는 비컨 인터벌 분할부(802)는 센서 네트워크 망이 센싱할 수 있는 데이터 타입의 갯수를 기초로 하여 비컨 인터벌을 센싱 데이터 타입별로 분할한다.
뎁스 분할부(803)는 비컨 인터벌 분할부(802)에서 센싱 데이터 타입별로 분할된 비컨 인터벌 각각을 코디네이터(800)와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 비컨 인터벌을 뎁스 단위로 분할할 수 있다.
즉, 비컨 인터벌 분할부(802) 및 뎁스 분할부(803)에 의해 코디네이터(800)의 비컨 인터벌은 각 센서 노드의 센싱 데이터 타입별로 세부적으로 분할된다.
비컨 전송시간 결정부(804)는 센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할된 코디네이터의 비컨 인터벌을 센싱 데이터 타입별로 각 뎁스에 해당하는 센서 노드의 비컨 전송 시간을 할당할 수 있다. 데이터 타입별로 각 센서 노드의 비컨 전송 시간을 결정하기 위하여 각 비컨 전송 노드의 주소값을 고려할 수 있다.
즉, 센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할된 비컨 인터벌 내에서 각 센서 노드의 주소값의 크기에 따라, 상대적으로 주소값의 크기가 작은 노드가 상대적으로 주소값의 크기가 큰 센서 노드보다 이른 시간에 비컨을 전송할 수 있도록 각 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 할당한다. 그러면, 각 뎁스가 포함하는 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정할 수 있다.
코디네이터 비컨 전송부(805)는 비컨 전송 시간 결정부(804)에서 결정된 각 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 센서 네트워크 망의 센서 노드(810 내지 890)에 전송한다. 각 센서 노드는 코디네이터 비컨 전송부(805)에서 전송된 각 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 참조하여 센서 노드 자신의 센싱 데이터를 코디네이터에 전송한다.
한편, 센서 노드(810 내지 890)는 비컨 전송 주기의 소정의 비율에 해당하는 재전송 구간을 부여하여 센서 노드의 자식 노드(미도시)로부터 센싱 데이터를 전송받는 재전송 할당부(미도시)를 포함할 수 있다.
그리고, 센서 노드(810 내지 890)는 센서 네트워크 망 내에 이동형 노드를 포함하는 지의 여부를 판단하는 이동형 노드 탐지부(미도시)를 포함할 수 있다. 이동형 노드 탐지부를 포함하는 센서 노드가 센서 네트워크 망 내에 이동형 노드를 탐지하고, 탐지된 이동형 노드가 센서 노드의 자식 노드일 경우, 탐지된 이동형 노드의 센싱 데이터를 전송받지 않을 수 있다.
그리고, 센서 노드(810 내지 890)는 센서 노드 자신과 연결되어 있는 자식 노드의 센싱 데이터가 전송되지 않을 경우, 전송되지 않는 자식 노드의 센싱 데이터를 기본값으로 대체하는 디폴트 설정부(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 센서 노드(810 내지 890)는 센서 노드와 연결되어 있는 자식 노드의 센싱 데이터 값을 저장하는 센싱 데이터 저장부 및 자식 노드의 센싱 데이터가 전송되지 않을 경우, 센싱 데이터가 전송되지 않은 자식 노드의 센싱 데이터의 평균값을 연산하여, 전송되지 않은 자식 노드의 센싱 데이터값을 이 연산된 평균값으로 대체하는 평균값 연산부(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 센서 노드 1 내지 센서 노드 n(810 내지 890)에 포함되는 센서 노드 비컨 전송부(815 내지 895)는 자신의 자식 노드(미도시)로부터 전송된 센싱 데이터 및 자신의 센싱 데이터를 취합하여 코디네이터 비컨 전송부(805)에 전송한다.
도 9는 본 발명에 따른 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면 우선, 지그비에 따른 트리구조를 가지고, 코디네이터 및 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 네트워크 망에 있어서, 센서 노드의 센싱 데이터 타입에 따라 코디네이터의 비컨 인터벌을 분할한다(910 과정).
트리 구조를 가지는 센서 네트워크 망의 구성시에 코디네이터를 루트 노드(root node)로 하여 구성되는 모든 센서 노드는 자신의 하드웨어적인 센싱 데이터 타입(Sensing Data Type:SDT)을 코디네이터에 전송한다. 이 센싱 데이터 타입을 전송받은 코디네이터는 센서 네트워크 망이 센싱할 수 있는 데이터 타입의 갯수를 기반으로 비컨 인터벌을 센싱 데이터 타입별로 분할한다.
한편, 비컨 인터벌은 센싱 데이터 타입과 관계없이 동일한 시간 간격으로 분할될 수 있으며, 이는 센서 네트워크 망 구성에 따라 다르게 변형할 수 있음은 물론이다.
한편, 최초 센서 네트워크 망 구성시에 센서 노드가 센싱하여 전송하는 센싱 데이터가 추후 센서 네트워크 망 내에 필요하지 않게 될 수 있다.
이 경우, 더 이상 사용하지 않는 센싱 데이터 타입에 할당된 비컨 인터벌을 슬립 모드(sleep mode)로 구성함으로써, 네트워크 망의 전체적인 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 더 이상 사용하지 않는 센싱 데이터 타입을 제외하고 비컨 인터벌을 분할하여 센싱 데이터의 빠른 전송을 유도할 수 있다.
그 다음, 센싱 데이터 타입별로 분할된 비컨 인터벌 각각을 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할한다(920 과정).
본 발명이 적용되는 센서 네트워크 망은 최초 네트워크 망 구성시에 각 센서 노드가 가질 수 있는 최대 자식 노드의 갯수, 각 노드가 가질 수 있는 최대 라우터의 갯수, 비컨을 전송할 수 있는 자식 노드의 갯수 및 센서 네트워크 망이 가질 수 있는 최대 뎁스의 갯수가 미리 결정된 망이다.
최초 네트워크 망 구성시 뎁스 및 각 뎁스의 비컨 전송 노드의 갯수가 결정되므로, 이를 기반으로 하여 센싱 데이터 타입에 따라 분할된 비컨 인터벌 각각을 다시 뎁스 단위로 분할한다.
그 다음, 센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정한다(930 과정).
코디네이터의 비컨 인터벌을 센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할하므로, 센싱 데이터 타입별로 각 뎁스에 해당하는 센서 노드의 비컨 전송 시간을 할당할 수 있다. 데이터 타입별로 각 센서 노드의 비컨 전송 시간을 결정하기 위하여 각 비컨 전송 노드의 주소값의 크기를 고려할 수 있다.
예를 들어, 센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할된 비컨 인터벌 내에서 각 센서 노드의 주소값의 크기에 따라, 상대적으로 주소값의 크기가 작은 노드가 상대적으로 주소값의 크기가 큰 노드보다 이른 시간에 비컨을 전송할 수 있도록 각 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 할당한다. 그러면, 각 뎁스가 포함하는 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정할 수 있다.
그 다음, 결정된 비컨 전송 시간에 따라 센서 노드의 자식 노드로부터 센싱 데이터를 취합한다(940 과정).
센싱 데이터 타입 및 뎁스 단위로 분할된 비컨 인터벌 내에서 각 센서 노드의 주소값의 크기에 따라 할당된 각 센서 노드의 비컨 전송 시간을 참조하여, 각 센서 노드의 자식 노드는 센싱 데이터를 센서 노드에 전송한다.
마지막으로, 센서 노드에서 취합된 자식 노드의 센싱 데이터 및 센서 노드 자신의 센싱 데이터를 코디네이터로 전송한다(950 과정).
센서 노드는 840 과정에서 취합한 데이터를 코디네이터에 전송한다. 이는 코디네이터에서 전송되는 비컨 정보에 따라, 코디네이터가 활성화되는 시간에 취합한 데이터를 포함하는 비컨을 최종적으로 코디네이터에 전송한다.
예를 들어, 센서 노드의 자식 노드 중 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 자식 노드가 속한 뎁스의 비컨 전송 주기의 소정의 비율에 해당되는 재전송 구간을 할당한다. 그리고, 할당된 재전송 구간 동안 자식 노드의 센싱 데이터를 전송받아, 전송된 센싱 데이터 및 센서 노드의 센싱 데이터를 코디네이터로 전송할 수 있다. 이는 어플리케이션에서 모든 센서 노드의 정보 응답이 중요한 경우, 응답이 없는 노드의 센싱 데이터에서 센싱 데이터를 재전송하는 시간을 더 할애하여, 정확한 데이터를 요구하는 어플리케이션에 적용할 수 있다.
예를 들어, 센서 노드의 자식 노드 중 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 미전송 자식 노드를 제외한 자식 노드의 센싱 데이터를 전송받아, 전송된 자식 노드의 센싱 데이터 및 센서 노드의 센싱 데이터를 코디네이터로 전송할 수 있다. 이는 모바일 능력을 갖춘 이동형 노드를 센서 네트워크 망이 포함하는 경우, 이동형 노드를 자식 노드로 둔 센서 노드가 자식 노드의 센싱 데이터를 전송받지 못하는 경우가 빈번히 발생한다. 이 경우, 이동형 노드를 자식 노드로 둔 센서 노드가 자식 노드의 센싱 데이터가 도달하기까지 대기하는 시간이 길어지게 되고, 이는 센서 네트워크 망 전체적으로 비효율적이다. 따라서, 센서 노드는 이동형 노드를 자식 노드로 두었을 경우, 상기 이동형 노드의 센싱 데이터를 제외한 센싱 데이터만을 코디네이터에 전송하는 것이 효율적일 수 있다.
예를 들어, 센서 노드의 자식 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 저장하는 센서 네트워크 망에서, 센서 노드의 자식 노드 중 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 미전송 자식 노드의 센싱 데이터를 미리 설정된 기본 센싱 데이터로 대체한다. 그리고, 기본 센싱 데이터로 대체된 센싱 데이터, 전송된 자식 노드의 센싱 데이터 및 센서 노드의 센싱 데이터를 코디네이터로 전송할 수 있다. 이는, 센서 네트워크 망 전체적으로 모든 센서 노드들의 센싱 데이터 값이 있어야 하는 어플리케이션에서, 더욱 빠른 센싱 데이터의 응답을 요구하는 경우에 적용될 수 있다.
예를 들어, 센서 노드의 자식 노드 중 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 센서 노드의 자식 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 저장하여, 미전송 자식 노드의 평균 센싱 데이터 값을 연산한다. 그리고, 미전송 자식 노드의 센싱 데이터를 연산된 평균 센싱 데이터로 대체하여, 평균 센싱 데이터로 대체된 센싱 데이터, 전송된 자식 노드의 센싱 데이터 및 센서 노드의 센싱 데이터를 코디네이터로 전송할 수 있다. 이 경우, 센서 노드들의 하드웨어적 메모리 공간을 충분히 확보할 수 있고, 에너지 능력에 여유가 있는 네트워크 환경에서 적용할 수 있다.
도 10a는 본 발명에 적용되는 비컨 할당 전송 시간의 일 예를 도시한 것이다.
도 10a를 참조하면, 상기 도 3의 트리 구조를 가지는 센서 네트워크 망에서 시간에 따라 하위 뎁스에서 상위 뎁스로 데이터를 전송할 경우, 지수함수가
Figure 112006094664188-pat00005
에서 a가 0< a <1 사이의 값을 가지는 지수함수로 나타내어 질 수 있다. 더욱이 뎁스별 및 센싱 데이터 타입(Sensing Data Type:SDT)에 따라서 비컨 전송 할당 시간이 구분되어 짐을 알 수 있다.
도 10b는 본 발명에 적용되는 비컨 할당 전송 시간의 다른 예를 도시한 것이다. 도 10b를 참조하면, 도 10a와 마찬가지로, 시간에 따라 하위 뎁스에서 상위 뎁스로 데이터를 전송할 경우, 지수함수가
Figure 112006094664188-pat00006
에서 a가 0< a <1 사이의 값을 가지는 지수함수로 나타내어 질 수 있다. 그러나, B의 센싱 데이터가 더 이상 필요없는 데이터일 경우, 도 10b와 같이 센싱 데이터 타입(Sensing Data Type:SDT)이 B인 데이터의 전송에 할당된 시간 동안 모든 노드들이 슬립 모드(Sleep mode)인 상태로 존재할 수 있다. 그러면, 네트워크 망은 슬립 모드로 망이 유지되는 시간 동안 에너지를 절약할 수 있다.
도 10c는 본 발명에 적용되는 비컨 할당 전송 시간의 또 다른 예를 도시한 것이다. 도 10c를 참조하면, 도 10a 및 도 10b와 마찬가지로, 시간에 따라 하위 뎁스에서 상위 뎁스로 데이터를 전송할 경우, 지수함수가
Figure 112006094664188-pat00007
에서 a가 0< a <1 사이의 값을 가지는 지수함수로 나타내어 질 수 있다. 그러나, B의 센싱 데이터가 센서 네트워크 망 내에서 더 이상 필요없는 데이터일 경우, 도 10b와는 달리 센싱 데이터 타입이 B인 데이터의 전송에 할당된 시간 동안 모든 노드들이 슬립 모드(Sleep mode)인 상태로 존재하지 않는다. 즉, 센서 네트워크 망은 센싱 데이터 타입이 B인 데이터의 전송에 할당된 시간을 구성하지 않고 센싱 데이터 타입이 A인 경우와 센싱 데이터 타입이 C인 경우로 비컨 전송 할당 시간을 재구성함으로써 빠른 응답을 요구하는 어플리케이션에 효과적으로 망을 구성할 수 있다.
또는, 센싱 데이터 타입이 C인 데이터의 전송에 할당된 시간을 센싱 데이터 타입이 B인 데이터의 전송에 할당된 시간으로 이동시키는 쉬프팅 디바이스(shifting device)를 구성함으로써 빠른 응답을 요구하는 어플리케이션에 있어서 효과적인 망을 구성할 수도 있다.
한편, 지그비에서 트리 망의 구조를 가지는 네트워크 망에서 망 전체의 에너지 효율을 증가시키기 위하여 하위 노드로부터 전송되는 데이터를 취합하는 방법에 따라서 망 전체의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 이러한 센싱 데이터 타입별로 센서 노드를 비컨 전송 스케줄링하므로 데이터를 취합하는 최적의 환경을 조성한다. 한편, 데이터 취합에 있어서, 데이터 전송이 실패한 노드의 정보를 처리하는 방법에 따라 본 발명의 망 전체의 효율을 결정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 데이터 타입에 따른 비컨 전송 스케줄링 방법의 일 예를 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 망 전체의 비컨 전송 스케줄링 주기를 증가시켜서 특정 노드에서 전송되지 않은 데이터를 재전송 받는 방법을 도시하고 있다.
예를 들어, 어플리케이션에서 모든 노드의 정보 응답이 중요한 경우, 응답이 없는 노드인 미전송 자식 노드가 존재하면, 이 미전송 노드의 센싱 데이터를 재전송할 수 있도록 재전송 시간을 어플리케이션의 특성에 따라서 할당할 수 있다.
즉, 이는 실시간 어플리케이션의 성격보다는 정확한 데이터를 요구하는 어플리케이션에 적합하다고 할 수 있다. 본 네트워크 망에 있어서 센서 노드의 총 센싱 데이터 전송시간의 소정의 비율에 해당하는 재전송 구간을 할당함으로써 미전송 노드의 센싱 데이터를 재전송할 수 있도록 한다.
도 11은 재전송 구간을 센싱 데이터 전송 시간의 1/2 배의 시간으로 할당할 경우, 뎁스별 센싱 데이터 전송 시간을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 각 뎁스별 센싱 데이터 전송 시간 사이에 해당 뎁스의 비컨을 재전송 받을 수 있는 시간(R3, R2, R1, R0)을 삽입함으로써 해당 뎁스로부터 전송받지 않은 데이터를 전송 받을 수 있는 시간을 부여한다.
한편, 노드의 하드웨어적인 RF 모듈의 성능 및 네트워크 망의 구성에 따라 재전송 시간을 조절할 수 있음은 물론이다.
도 12는 도 11의 비컨 전송 시간과 재전송 할당 시간을 분리한 그래프이다. 도 12를 참조하면, 네트워크 망의 비컨 전송 시간과 네트워크 망의 재전송 할당 시간의 관계를 알 수 있다. 네트워크 망의 비컨 전송 시간의 뎁스 당 재전송 할당 시간은 동일하며, 네트워크 망의 비컨 재전송 시간은 원래의 네트워크 망의 비컨의 본 전송 시간의 1/2 시점에서부터 부여됨을 알 수 있다.
도 13은 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 단계(940과정)의 일 예를 도시한 것이다.
도 13을 참조하여 예를 들면, 상위 뎁스에 속하는 센서 노드(25)는 자신의 노드와 링크되어 있는 자식 노드(17,18)의 센싱 데이터 및 센서 노드(25) 자신의 센싱 데이터를 취합하여 자신의 상위 노드(29)로 데이터를 전송한다.
그러나, 센서 노드(25)에서 데이터를 취합하는 과정에 있어서, 센서 노드(25)거 자식 노드(17,18)의 센싱 데이터를 수신하지 못하였을 경우, 특히 망의 특성상 모바일 능력을 갖춘 모바일 센서 노드(18)들이 빈번하게 움직이는 네트워크 망에서는 그 모바일 센서 노드(18)의 센싱 데이터 값은 무시하고 센싱 데이터 값을 취합하여 센서 노드 자신의 상위 노드(29)로 데이터를 전송할 수 있다.
즉, 센서 노드(25)가 자식 노드로 모바일 능력을 갖춘 모바일 센서 노드(18)를 두었을 경우, 자식 노드가 이동하면 불필요하게 대기하는 시간이 생긴다. 이 경우, 모바일 센서 노드(18)의 센싱 데이터 값은 무시하고 센서 노드(25)의 상위 노드(29)로 취합된 데이터를 전송하여, 네트워크 망 내의 불필요한 에너지 낭비를 줄인다.
도 14는 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 단계(940과정)의 다른 예를 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드(18)가 존재하는 경우, 센서 노드(25)는 미리 설정된 기본값으로 미전송 자식 노드(18)의 센싱 데이터를 대체한다. 그리고 대체된 센싱 데이터, 전송된 자식 노드(17)의 센싱 데이터 및 센서 노드(25)의 센싱 데이터를 취합한다.
이 경우는, 망 전체적으로 모든 노드들의 데이터 값이 있어야 하고, 빠른 센싱 데이터의 응답을 요구하는 어플리케이션에 적용될 수 있다.
도 15는 도 9의 자식 노드로부터 센싱 데이터 취합 단계(940과정)의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 센서 노드들의 하드웨어적 메모리 공간을 확보할 수 있고, 에너지 능력이 여유가 있는 환경에서, 센서 노드가 자신의 자식 노드로부터 특정 시기에 센싱 테이터 값을 취합하지 못했을 경우, 부모 노드는 자식 노드의 종래의 데이터를 저장한다. 그리고, 이전에 전송된 자식노드의 센싱 데이터의 평균값을 계산하여, 취합하지 못한 자식 노드의 현재의 센싱 데이터 값으로 대체한다.
이 경우, 많은 양의 데이터 값을 저장하고 있을수록 더욱 정확한 센싱 데이터 값을 추출해 낼 수 있지만, 센서 노드의 메모리의 한계 상 저장 데이터 량에 한계가 있으므로, 시스템의 환경에 따라 적절하게 조정할 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 3의 네트워크 망에서의 노드(25)는 노드(17) 및 노드(18)로 부터 센싱 데이터 값을 전송받는 센서 노드이다. 부모 노드인 노드(25)는 노드(17) 및 노드(18)로부터 일정 시간 간격으로 센싱 데이터를 수신한다. 그러나 특정 시점에서 노드(25)에서 노드(18)로부터 센싱 데이터를 수신하지 못했을 경우, 노드(25)는 노드(17)의 센싱 데이터 값, 노드(25) 자신의 센싱 데이터 값 및 노드(18)의 소정의 평균 센싱 데이터 값을 취합한다. 노드(25)는 자식 노드인 노드(18)로 부터 센싱 데이터를 수신한 특정 시점의 센싱 데이터 값을 기점으로 평균값을 구하여 센싱 데이터 값을 취합하여 노드(25)의 상위 노드로 데이터를 전송하는 오퍼레이션을 수행한다.
그러나, 정확한 시점에서 센싱 데이터 값을 요구하는 어플리케이션이 아닐 경우, 간단한 취합과정으로 시간에 관계없이 센싱 데이터를 상위 노드에 보낼 시점에서 자신의 자식 노드들로부터 받은 센싱 데이터 값으로 취합할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 센서 노드의 슈퍼프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다. 도 16을 참조하면, 팬 디스크립터(PAN Descriptor)에 저장된 센싱데이터 타입을 고려한 정보를 추가하는 것이 가능하며, 종래의 슈퍼프레임 구조와 동일하지만, 본 발명에서는 센싱 데이터 타입별로 슈퍼프레임을 형성하므로 종래의 슈퍼프레임 구조를 가지는 복수 개의 슈퍼프레임이 본 발명에서는 하나의 슈퍼프레임 구조가 되어 센싱 데이터 타입을 고려한 망 전체의 비컨을 스케줄링하게 된다.
도 17은 본 발명에 따른 센서 노드의 슈퍼프레임 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 비컨의 슈퍼 프레임 구조는 프레임 네트워크 비컨(1710), 센싱 데이터 타입 비컨(1720) 그리고 멀티 데이터 타입 비컨(1730)으로 나눌 수 있다.
우선, 프레임 네트워크 비컨(1710)은 네트워크 망의 기본이 되는 센싱 데이터의 종류, 전체적인 센싱 데이터 및 멀티 데이터 전송 구간을 규정짓는 정보를 포함하며, 새로운 센싱 데이터의 종류가 많아 질 경우에 수정될 수 있는 비컨이다.
센싱 데이터 타입 비컨(1720)은 하나의 센싱 데이터의 종류와 관련된 전송 정보를 포함한다. 센싱 데이터 타입 비컨에서는 센싱 데이터의 종류가 중요한 것이 아니라, 센싱 데이터의 구간이 중요하다. 즉, 센싱 데이터 타입 비컨은 A, B, C의 세 가지 종류의 센싱 데이터에 있어서, 이 구간이 어떤 센싱 데이터 타입을 가지는 데이터의 구간인지를 구분할 수 있는 비컨이다.
멀티 데이터 타입 비컨(1730)은 복수 개의 멀티미디어 데이터 전송을 위한 구간으로 설정할 수 있다. 또한, 네트워크 망 내에서 새로운 센싱 데이터 디바이스가 기존의 망에 참여하였을 경우 데이터를 처리하는 구간이고, 상술한 정밀한 센싱 데이터를 전송받기 위한 재전송 구간을 필요로 하지 않는다.
도 18은 도 17의 슈퍼 프레임 구조를 가지는 비컨의 MAC구조에서의 센싱 데이터 전송 주기를 도시한 것이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, A, B, C 및 멀티 타입의 센싱 데이터를 가지는 노드의 센싱 데이터 전송 주기를 도시하고 있다. 네트워크 비컨 구간을
Figure 112006094664188-pat00008
, Rm 과 Cm이 같을 경우 총 비컨을 전송하는 노드의 갯수를
Figure 112006094664188-pat00009
, 총 센싱 데이터 타입(Sensing Data Type:SDT)의 갯수를
Figure 112006094664188-pat00010
, A 타입의 센싱 데이터를 가지는 비컨 전송 구간을
Figure 112006094664188-pat00011
, B 타입의 센싱 데이터를 가지는 비컨 전송 구간을
Figure 112006094664188-pat00012
, C 타입의 센싱 데이터를 가지는 비컨 전송 구간을
Figure 112006094664188-pat00013
라고 하고, 멀티(MULTI) 타입의 센싱 데이터를 가지는 비컨 전송 구간을
Figure 112006094664188-pat00014
라고 하면 한 노드에서 동일한 센싱 데이터를 전송하는 주기(1 cycle)는 수학식 1과 같다.
Figure 112006094664188-pat00015
상기 수학식 1에 의해 센싱 데이터 전송 주기를 연산할 수 있으므로, 각 센서 노드의 데이터 타입별 전송 시간을 연산하여 센서 노드의 센싱 데이터를 코디네이터에 전송하여 각 노드의 센싱 데이터의 비컨의 충돌없이 효율적으로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 센서 네트워크의 어플리케이션의 특성에 따라 불필요한 센싱 데이터 전송을 줄일 수 있고, 또한 불필요한 센싱 데이터 전송 구간을 슬립 모드로 노드를 운영하여 망 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있으며, 불필요한 센싱 데이터 전송을 줄임으로써, 센싱 데이터의 전송 효율을 높이게 되어 네트워크 망 내의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 지그비에 따른 트리 구조를 가지고, 코디네이터 및 상기 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크 망의 비컨 전송 스케줄링 시스템에 있어서,
    상기 코디네이터는,
    상기 네트워크 망의 센싱 데이터의 타입에 따라 상기 코디네이터의 비컨 인터벌을 균등하게 분할하는 비컨 인터벌 분할부;
    상기 센서 노드의 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 상기 비컨 인터벌 분할부에서 상기 센싱 데이터 타입에 따라 분할된 비컨 인터벌 각각을 상기 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할하는 뎁스 분할부;
    상기 뎁스 분할부에서 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 상기 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정하는 비컨 전송 시간 결정부; 및
    상기 코디네이터의 비컨을 상기 센서 노드로 전송하는 코디네이터 비컨 전송부를 포함하고,
    상기 센서 노드는,
    상기 결정된 비컨 전송 시간에 따라 상기 센서 노드의 자식 노드로부터 센싱 데이터를 취합하고, 상기 취합된 센싱 데이터 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 센서 노드 비컨 전송부를 포함하는 데이터 타입을 고 려한 비컨 전송 스케줄링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코디네이터 및 상기 센서 노드의 비컨은,
    센싱 데이터의 취합 규칙에 관한 정보, 센싱 데이터의 종류 및 센싱 데이터의 총 갯수에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    각 센싱 데이터 타입에 관한 정보를 포함하는 센싱 데이터 타입 비컨 및 복수의 멀티미디어 데이터 타입에 관한 정보를 포함하는 멀티미디어 데이터 타입 비컨을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 시스템.
  4. 지그비에 따른 트리 구조를 가지고, 코디네이터 및 상기 코디네이터와 연결된 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크 망의 비컨 전송 스케줄링 방법에 있어서,
    상기 센서 노드의 센싱 데이터 타입에 따라 상기 코디네이터의 비컨 인터벌을 분할하는 단계;
    상기 센서 노드 중 뎁스 당 최대 비컨 전송 노드의 갯수에 따라 상기 분할된 비컨 인터벌 각각을 상기 코디네이터와 상대적으로 가까운 상위 뎁스에서 하위 뎁스의 순서가 되도록 분할하는 단계;
    상기 분할된 비컨 인터벌을 참조하여 상기 센서 노드의 데이터 타입별 비컨 전송 시간을 결정하는 단계;
    상기 결정된 비컨 전송 시간에 따라 상기 센서 노드의 자식 노드로부터 수신한 센싱 데이터를 상기 센서 노드에서 취합하여 저장하는 단계; 및
    상기 취합된 센싱 데이터 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비컨 인터벌을 분할하는 단계는,
    상기 센서 네트워크 망에 사용하지 않는 센싱 데이터 타입이 포함되는 경우,상기 사용하지 않는 센싱 데이터 타입에 할당된 비컨 인터벌을 슬립 모드로 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 비컨 인터벌을 분할하는 단계는,
    상기 센서 네트워크 망에 사용하지 않는 센싱 데이터 타입이 포함되는 경우, 상기 사용하지 않는 센싱 데이터 타입을 제외하고 상기 비컨 인터벌을 분할하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 코디네이터로 전송하는 단계는,
    상기 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 상기 미전송 자식 노드가 속한 뎁스의 비컨 전송 주기의 소정의 비율에 해당되는 재전송 구간을 상기 미전송 자식 노드가 속한 뎁스의 비컨 전송 주기와 연속되는 구간에 할당하는 단계; 및
    상기 할당된 재전송 구간 동안 상기 미전송 자식 노드의 센싱 데이터를 수신하여, 상기 수신된 상기 미전송 자식 노드, 상기 자식 노드 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 코디네이터로 전송하는 단계는,
    상기 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 상기 미전송 자식 노드를 제외한 자식 노드의 센싱 데이터를 수신하여, 상기 수신된 자식 노드의 센싱 테이터 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케 줄링 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 코디네이터로 전송하는 단계는,
    센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 상기 미전송 자식 노드의 센싱 데이터를 미리 설정된 기본 센싱 데이터로 대체하는 단계; 및
    상기 대체된 미전송 자식 노드의 센싱 데이터, 상기 자식 노드 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 코디네이터로 전송하는 단계는,
    상기 센싱 데이터를 전송하지 않은 미전송 자식 노드가 존재하는 경우, 상기 미전송 자식 노드의 평균 센싱 데이터 값을 연산하는 단계;
    상기 미전송 자식 노드의 센싱 데이터를 상기 연산된 평균 센싱 데이터로 대체하는 단계; 및
    상기 대체된 미전송 자식 노드의 센싱 데이터, 상기 자식 노드 및 상기 센서 노드의 센싱 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 타입을 고려한 비컨 전송 스케줄링 방법.
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