KR100810661B1 - 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치 - Google Patents

무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크의 비효율성 및 짧은 수명 등의 문제점을 해결하기 위한 무선 네트워크의 경로 설정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들 중 어느 하나의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신하는 단계와, 상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 단계와, 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 단계와, 그리고 무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대화로 유지할 수 있는 효과가 있다.
무선 센서 네트워크, 영역(zone), 센서(sensor)

Description

무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ALLOCATING RADIO RESOURCE IN A WIRELESS SENSOR NETWORK}
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치의 구성을 예시한 도면(블록도)이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 프레임(frame)의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 일예를 도시한 도면(플로우 차트)이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 다른 일예를 도시한 도면(플로우 차트)이다.
도 6a는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 수율 성능을 도시한 도면(그래프)이다.
도 6b는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 지연 성능을 도시한 도면(그래프)이다.
도 6c는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 지연 표준 편차 성능을 도시한 도면(그래프)이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 에너지 표준 편차 성능의 일예를 도시한 도면(그래프)이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 에너지 표준 편차 성능의 다른 일예를 도시한 도면(그래프)이다.
그리고, 도 9는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 네트워크 수명을 도시한 도면(그래프)이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치
101: 수신부 102: 비교부
103: 결정부 104: 할당부
본 발명은 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
상기 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)라 함은, 물리적 공간 등을 감지하기 위해 노드들끼리 RF를 이용하여 통신할 수 있고, 여러 개수의 센서 노드들(예를 들어, 수십개~수천개)로 이루어진 그물망의 네트워크 구조를 의미한다.
한편, 상기 무선 센서 네트워크 시스템에서는, 센서 노드(‘센서’ 라고도 함)의 에너지 효율성이 매우 중요한 문제인데, 상기 에너지 효율성을 제고시키기 위한 방법으로, 종래 2가지 방식이 제안되었다.
첫 째, 종래 기술의 일예로, 개별 센서 노드들의 수면 주기를 분산적으로 제어하거나, 또는 일련의 조정자(coordinator)에 의해 중앙 집중적으로 제어함으로써, 필요한 경우에 통신 주체들이 수면 상태에서 깨어나도록 하는 것이다.
둘 째, 종래 기술의 다른 일예로, 데이터 전송을 수행할 대표 노드를 선출하여 데이터를 수집하는 기술로서, 데이터 축약을 이용하는 스킴(scheme)이다.
그러나, 종래 무선 센서 네트워크 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 첫 째 종래 기술에 의하면, 소스 노드와 목적지 노드의 수면 주기를 일치하도록 지원하는 것을 목적으로 하기 때문에, 네트워크의 수율 및 데이터 전송 지연 성능을 고려하지 않는 문제점이 있었다. 즉, 에너지 효율성이 다소 상승할 수도 있으나, 네트워크의 수율 및 데이터 전송 지연 성능은 상당히 나빠지는 단점이 있었다.
상기 둘 째 종래 기술에 의하면, 특정 영역에 속하는 센서 노드들은 모두 동일한 이벤트를 동시에 정확히 감지한다는 가정이 성립해야 하므로, 각 센서 노드들의 센싱 데이터 정보가 일치하지 않거나, 또는 특정 영역에서 발생하는 모든 데이터를 수집할 필요가 없는 경우에는 적용이 무의미한 문제점이 있었다.
그리고, 상기 첫 째, 둘 째 등의 종래 기술에 의하는 경우에도, 네트워크의 수명(lifetime)은 많이 개선되지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 새로운 스케쥴링 방식을 도입하여 무선 센서 네트워크의 수명을 최대로 유지할 수 있는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명은, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대로 유지하면서도, 네트워크의 수율 및 데이터 전송 지연 성능의 상태도 나빠지지 않을 수 있는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 각 센서 노드들의 센싱 데이터 정보가 일치하지 않거나, 또는 특정 영역에서 발생하는 모든 데이터를 수집할 필요가 없는 경우에도 무선 센서 네트워크의 수명을 최대로 유지할 수 있는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들 중 어느 하나의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신하는 단계와, 상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 단계와, 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 단계와, 그리고 무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법을 제공한다.
상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 상기 단계는, 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 동일한 영역에 속하는 센서들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 단계와, 그리고 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 센서부터 가장 작은 센서까지의 순서를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 상기 단계는, 상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 결정된 순서에 따라 상기 동일한 영역에 속하는 센서들에 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 상기 단계는, 상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서에 대해서만 제한적으로 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
상기 무선 센서 네트워크는, 중앙 집중 매체 제어 방식을 사용하는 무선 센서 네트워크를 포함할 수 있다.
상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신하는 센서는, 특정 이벤트가 발생한 경우에, 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 클러스터 헤더(Cluster Header) 측에 전송할 수 있다.
상기 프레임(frame)의 구조는, 비콘 구간(beacon period), 경쟁 구 간(contention period), 비경쟁 구간(contention free period), 그리고 비활성 구간(inactive period)을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들 중 어느 하나의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신하는 수신부와, 상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 비교부와, 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 결정부와, 그리고 무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 할당부를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치를 제공한다.
상기 결정부는, 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 동일한 영역에 속하는 센서들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하고, 그리고 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 센서부터 가장 작은 센서까지의 순서를 결정할 수 있다.
상기 할당부는, 상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 결정된 순서에 따라 상기 동일한 영역에 속하는 센서들에 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
상기 할당부는, 상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서에 대해서만 제한적으로 타임 슬롯을 할당할 수 있다.
상기 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치는, 클러스터 헤더(Cluster Header)일 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크의 수율 및 지연 성능에 큰 변화 없이도 무선 센서 네트워크의 수명을 최대화로 유지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 첨부된 도면들 및 상기 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치의 구성을 예시한 도면(블록도)이다. 그리고, 도 2는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 구조의 일예를 도시한 도면이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 무선 센서 네트워크에서 무선 자원을 할당하는 본 발명에 따른 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크의 구조는, 일예로 중앙 집중 매체 제어 방식을 사용하는 무선 센서 네트워크가 될 수 있 다. 그리고, 상기 무선 센서 네트워크는, GGC(GeoGraphic Code), GPS(Global Positioning System) 정보 등의 위치 정보를 사용할 수 있는 네트워크일 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15 기반 센서 네트워크 등에 본 발명을 적용할 수가 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙 집중 매체 제어 방식을 사용하는 무선 센서 네트워크의 경우, 모두 본 발명이 적용될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크는, 클러스터 헤더(Cluster Header)(200), 제1 영역(zone)(210), 제2 영역(220), 그리고 제3 영역(230) 등을 포함하여 이루어 지며, 상기 각 영역들은 하나 이상의 센서 노드(이하, “센서” 라고 함)(211,212,221,222,223,231,232,233,234,235,236)를 포함할 수 있다. 상기 클러스터 헤더(200)는, 자신의 관할 영역 내의 모든 센서의 절대적 또는 상대적 위치 정보를, GPS 정보 또는 GGC 정보를 이용하여 인지 가능하다. 상기 인지된 위치 정보를 이용하여, 상기 클러스터 헤더(200)는 일정한 목적에 따라 다수의 센서를 그룹핑한다. 그리고, 상기 클러스터 헤더(200)는, 상기 그룹핑된 센서들이 위치한 위치 정보 등을 종합하여, 상기 그룹핑된 센서들이 새로 형성하는 일정한 영역(zone)을 정의한다. 특히, 도 2에 도시된 도면은, GGC 코드를 이용하여 일정한 영역을 형성한 것을 도시한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 상기 클러스터 헤더(200)를 보다 상세히 도시한 것이 도면 1이다. 즉, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치를, 상기 클러스터 헤더(200)를 통해 구현할 수가 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치(100)는, 수신부(101), 비교부(102), 결정부(103), 그리고 할당부(104) 등을 포함하여 이루어 진다. 참고적으로, 본 발명에 따른 구성을 중심으로 도시하였으며, 다른 일반적인 구성은 생략하고 도시하였다. 그러나, 이러한 도시에도 불구하고 당업자는 당해 명세서의 전체 내용을 참조하여, 본 발명을 용이하게 이해할 수가 있다. 그리고, 상기 수신부(101), 비교부(102), 결정부(103), 할당부(104) 등은 하드웨어적인 칩, 모듈로 구현할 수도 있고, 또는 소프트웨어적으로 구현할 수도 있다.
상기 수신부(101)는, 무선 센서 네트워크를 구성하는 하나 이상의 센서들 중에서, 임의의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신한다. 상기 비교부(102)는, 상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교한다. 상기 결정부(103)는, 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정한다. 그리고, 상기 할당부(104)는, 무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당한다.
나아가, 동일한 영역에 속하는 센서들이 2개 이상인 경우, 상기 비교부(102)는, 상기 센서들 간 잔여 에너지를 비교하고, 상기 결정부(103)는 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 센서부터 가장 작은 센서까지의 순서를 결정한다. 그리고, 상기 할당부(104)는, 상기 결정된 영역들에 대한 순서와, 상기 센서들에 대한 순서를 모두 고려하여, 임의의 센서에 타임 슬롯을 할당한다.
예를 들어, 무선 센서 네트워크 시스템이 최초 개시되는 경우, 도 2에 도시된 제1 영역(210)과, 제2 영역(220)과, 그리고 제3 영역(230) 각각의 잔여 에너지는 모두 동일할 수 있다. 다만, 상기 클러스터 헤더(200)와, 상기 각각의 영역에 소속된 센서와의 통신 횟수 내지는 패킷수 등에 따라 잔여 에너지는 다르게 변화 한다. 이 때, 상기 클러스터 헤더(200)는 디폴트로 알고 있는 정보를 이용하여 잔여 에너지에 대한 정보를 계산하거나, 상기 각각의 영역과 통신한 횟수 내지는 패킷수에 대한 정보를 이용하여 잔여 에너지에 대한 정보를 계산하거나, 또는 센서들과 개별적으로 통신하여 잔여 에너지에 대한 정보를 계산할 수 있다. 그리고, 상기 클러스터 헤더(200)는, 상기 계산된 결과값을 이용하여, 잔여 에너지가 가장 많은 영역 중, 잔여 에너지가 가장 많은 센서에게 무선 자원을 할당한다.
이와 같이 무선 자원의 할당 순서를 설계함으로써, 무선 센서 네트워크의 수명이 상당히 제고되는 효과가 있다. 종래에는 이러한 스케쥴링의 개념이 도입되지 않아, 여러가지 문제점이 있었다. 한편, 무선 자원을 할당하는 순서로, 잔여 에너지가 가장 많은 영역 중, 잔여 에너지가 가장 많은 센서부터의 순서를 설정하는 이유에 대해서는, 후술하여 상세히 설명하도록 하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 프레임(frame)의 일예를 도시한 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 프레임의 일예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치는, 예를 들어 상기 클러스터 헤더는, 자신이 관장하는 영역 내에서 다중화된 프레임을 관리하며, 개별 센서들과 통신을 하기 위한 무선 자원을 관리하는 역할을 한다. 상기 다중화된 프레임은, 예를 들어 TDMA(Time Division Multiple Access)로 다중화된 프레임, CSMA-CA(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance)로 다중화된 프레임 등을 의미할 수 있다. 한편, 상기 프레임의 구조는 도 3과 같이 예시될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 클러스터 헤더 측에서, 센서 측으로 데이터를 전송하는 경우, 비콘 구간(Beacon Period)이 사용된다. 상기 센서 측에서 상기 클러스터 헤더 측으로, 데이터를 전송하는 구간으로는, 경쟁 구간(Contention Period)과 비경쟁 구간(Contention Free Period)이 사용될 수 있다. 특히, 상기 경쟁 구간은, 이벤트를 감지한 센서들이 자원 할당을 요청하는 구간으로 사용되며, 상기 비경쟁 구간은, 센서들이 실제로 데이터를 전송하는 구간이다. 그리고, 비활성 구간(Inactive Period)은, 어떤 통신 이벤트도 발생하지 않는 구간을 의미한다.
이 때, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 클러스트 헤더 측에서는, 상기 경쟁 구간 및 비경쟁 구간을 통한 정보를 참조하여, 가장 잔여 에너지가 많은 영역 중, 잔여 에너지가 가장 많은 센서 측부터 프레임의 타임 슬롯을 할당한다.
이제, 보다 구체적으로 본 발명에서 새롭게 제안하는 무선 센서 네트워크의 수명의 개념과, 상기 무선 센서 네트워크의 수명이 최대값을 가지는 이상적인(ideal) 케이스 등에 대하여, 수식적으로 상세히 설명하겠다.
t 시간에, 영역 i 의 무선 센서 네트워크의 수명을
Figure 112007011596496-pat00001
로 정의할 경 우, 전체 무선 센서 네트워크의 수명((L(t))은, 하기 수학식 1에 표현된 바와 같이, 최소의
Figure 112007011596496-pat00002
값이 전체 무선 센서 네트워크의 수명으로 정의된다.
[수학식 1]
Figure 112007011596496-pat00003
즉, 총 N개의 영역으로 정의된 무선 센서 네트워크의 수명은, N개의 영역 중 가장 평균 수명이 짧은 영역에 의해 결정된다. 왜냐하면, 특정 영역에서 데이터가 더 이상 수집할 수 없는 시점이, 전체 무선 센서 네트워크의 수명이 종료된 시점이기 때문이다.
영역 i 의 수명(
Figure 112007011596496-pat00004
) 값은 궁극적으로 영역 내 센서들의 평균 잔여 에너지
Figure 112007011596496-pat00005
와 비례 관계에 있으며, 이는 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure 112007011596496-pat00006
이 때,
Figure 112007011596496-pat00007
는 영역별로 상이한 데이터 전송 상태, 수신 상태, 그리고 아이들(idle) 상태의 전력 소모량을 보정하여 시간으로 환산하기 위한 비례 상수(Sec/Jule)이며,
Figure 112007011596496-pat00008
는 i 영역 j 번째 센서의 잔여 에너지량이다. 그리고,
Figure 112007011596496-pat00009
는 영역 i의 센서의 개수이다.
한편, t 시간에 영역 i 영역의 j 번째 센서의 잔여 에너지양
Figure 112007011596496-pat00010
은 하기 수학식 3과 같이 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112007011596496-pat00011
Figure 112007011596496-pat00012
이 때,
Figure 112007011596496-pat00013
는, 0 부터 t 시간 까지 영역 i의 j번째 노드가 데이터 전송을 위해 할당 받은 시간량을 의미하며,
Figure 112007011596496-pat00014
는, 0 부터 t 시간 까지 영역 i의 j번째 노드가 데이터 수신을 위해 할당 받은 시간량을 의미하며, 그리고,
Figure 112007011596496-pat00015
는, 0 부터 t 시간 까지 영역 i의 j번째 노드가 아이들(idle) 상태를 유지하는 시간량을 의미한다.
Figure 112007011596496-pat00016
는 센서의 초기 에너지로서, 최대 에너지를 의미하며,
Figure 112007011596496-pat00017
는 각각 데이터 전송 모드에서 소모되는 전력 량, 데이터 수신 모드에서 소모되는 전력량, 그리고 아이들(idle) 모드에서 소모되는 전력량을 의미한다.
상기 수학식 2와, 수학식 3을 종합하면, 하기 수학식 4와 같이 정리되고,
Figure 112007011596496-pat00018
는 하기 수학식 5와 같이 정리된다.
[수학식 4]
Figure 112007011596496-pat00019
Figure 112007011596496-pat00020
[수학식 5]
Figure 112007011596496-pat00021
한편, 특정 현상을 모니터링(monitoring) 하기 위해 구성된 네트워크의 경우, 각 영역에서 균일한 빈도로 데이터가 발생한다. 이 경우,
Figure 112007011596496-pat00022
는 모든 영역에서 동일한 값을 가진다. 따라서, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대로 만드는 목적 함수는, 하기 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure 112007011596496-pat00023
즉, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대로 유지하는 문제는, 다수의 영역에 무선 자원 할당시, 어떠한 조합으로 무선 자원을 할당할 것인지의 문제에 대응된다고 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 3과 같은 프레임 구조를 이용하는 경우, 각 센서들은 비콘 구간에서만 데이터를 수신한다. 즉,
Figure 112007011596496-pat00024
는, 비콘 구간의 총합으로 볼 수 있다. 한편, 비콘 구간의 메시지는, 프레임의 할당 정보 및 네트워크 파라미터 정보가 전송되는 바, 모든 센서들이 항상 공통적으로 수신한다. 따라서, 모든 센서들은, 동일한
Figure 112007011596496-pat00025
값을 가진다(단,
Figure 112007011596496-pat00026
). 그리고, “
Figure 112007011596496-pat00027
” 의 수식이 성립하므로, 상기 수학식 5는 하기 수학식 7과 같이 변형되어 표현된다.
[수학식 7]
Figure 112007011596496-pat00028
한편, 최소의
Figure 112007011596496-pat00029
값을 가지는 영역을,
Figure 112007011596496-pat00030
로 정의하면, 무선 센서 네트워크의 전체 수명에 대하여, “
Figure 112007011596496-pat00031
”와 같은 수식이 성립하며, 하기 수학식 8이 성립한다.
[수학식 8]
Figure 112007011596496-pat00032
즉, 무선 센서 네트워크의 수명은,
Figure 112007011596496-pat00033
값이 가장 큰 영역의 수명과 동일하다. 이를 통해, 다수의 영역들 중에서, 센서들의 평균 할당 빈도가 높은 영역이 네트워크 수명을 결정한다는 것을 확인할 수 있다. 다만, 상기 평균 할당 빈도는, 프레임의 타임 슬롯의 평균 할당 빈도를 의미할 수도 있다. 따라서, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대화 하기 위해서는, 가장 많은 전송 자원을 할당 받는 영역인
Figure 112007011596496-pat00034
값을 최소화 해야 하며, 이를 수식으로 표현하면, 하기 수학식 9와 같다.
[수학식 9]
Figure 112007011596496-pat00035
한편, 센서가 데이터 전송을 수행하기 위해 할당된, t 시간 까지의 자원의 총량을 C(t)로 정의하면, 하기 수학식 10이 성립한다.
[수학식 10]
Figure 112007011596496-pat00036
나아가, “
Figure 112007011596496-pat00037
” 를 만족하는 경우, 하기 수학식 11 및 수학식 12가 성립한다.
[수학식 11]
Figure 112007011596496-pat00038
[수학식 12]
Figure 112007011596496-pat00039
상기 수학식 12로부터, 무선 센서 네트워크의 수명을 최대화 하기 위한 조건은 하기 수학식 13과 같이 표현됨을 알 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112007011596496-pat00040
따라서, N개의 영역에 존재하는 모든 센서들이, 자신이 소속되어 있는 영역에 관계없이 모두 C(t)/N 만큼 자원을 할당 받은 경우, 무선 센서 네트워크의 수명이 최대화 된다는 것을 알 수 있다. 이는 에너지의 관점에서 보면, 모든 영역에서 잔여 에너지가 동일한 경우, 무선 센서 네트워크의 수명이 최대화 된다는 것을 의미하며, 상기 수학식 13을, 에너지의 관점에서 변환하며, 하기 수학식 14와 같이 표현된다.
[수학식 14]
Figure 112007011596496-pat00041
where
Figure 112007011596496-pat00042
지금까지 수학식 1 내지 수학식 14에 대한 설명을 통해, 무선 센서 네트워크의 모든 영역에 존재하는 센서들의 잔여 에너지가 동일한 경우, 상기 무선 센서 네트워크의 수명이 최대로 유지됨을 증명하였다. 그러나, 이는 완전히 이상적인 케이스를 상정한 것으로, 현실적으로는 무선 센서 네트워크에서 스케쥴링 주기마다 모든 센서들이 전송할 데이터를 가지고 있지는 않으며, 배분될 자원(예를 들어, 무선 자원)의 양 또한 한정되어 있다는 점을 고려할 필요가 있다.
즉, 상기 수학식 14는, 모든 센서들이 전송할 데이터를 가지고 있으며, 동시에 하나의 스케쥴링 주기에 모든 데이터를 전송할 자원이 존재하는 경우에 적용될 수 있다. 한편, 실제 통신 환경에서는, 스케쥴링 주기에 전송할 데이터가 존재하 는 센서들만이 스케쥴링 대상이며, 또한 한 주기에 모든 센서들에게 자원을 할당할 수 없는 바, 상기 수학식 14는, 하기 수학식 15와 같이 변형되어 표현된다.
[수학식 15]
Figure 112007011596496-pat00043
단, 여기서 상기 T는, 스케쥴링 주기로서, 도 3에 도시된 슈퍼 프레임의 주기 또는 비콘 메시지의 전송 주기와 동일하다.
Figure 112007011596496-pat00044
는 인디케이터(indicator) 함수로서, n 번째 프레임에서 해당 영역에 자원이 할당되는지 여부를 표시하는 값으로, 하기 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112007011596496-pat00045
이 때, 상기
Figure 112007011596496-pat00046
를 결정하는 문제는, n 번째 프레임의 자원을 어떤 영역의, 어떤 센서에 할당할지의 문제이며, 이는 상기 수학식 15를 만족하여야 한다. 즉, 본 발명에 따른 스킴(sheme)은, 프레임 전송시, 가장 잔여 에너지가 큰(즉, 소모 에너지가 적은) 센서들부터 타임 슬롯을 할당함으로써, 상기 수학식 15를 만족시킨다. 이를 위해서는, 잔여 에너지가 가장 큰 영역과, 선택된 영역 중 에서 잔여 에너지가 가장 큰 센서를 검출해야 하며, 이는 하기 수학식 17을 통해 얻을 수 있다.
[수학식 17]
Figure 112007011596496-pat00047
Figure 112007011596496-pat00048
다만, 여기서 상기
Figure 112007011596496-pat00049
는 잔여 에너지가 가장 큰 영역을 의미하며, 상기
Figure 112007011596496-pat00050
는 상기
Figure 112007011596496-pat00051
의 영역에 소속된
Figure 112007011596496-pat00052
개수의 센서들 중에서 잔여 에너지가 가장 큰 센서를 의미한다. 상기 j와 k는 각각 슬롯 및 프레임의 인덱스이며, 상기 N(k)는 k번째 프레임의 슬롯의 개수를 의미한다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 일예를 도시한 도면(플로우 차트)이다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 일예를 설명하면 다음과 같다. 다만, 도 4는 전술한 도 1 내지 도 3 및 수학식 1 내지 수학식 17에 대한 설명을, 시계열적으로 도시하고 있다. 따라서, 상세한 설명을 하지 않아도, 당업자라면 용이하게 이해할 수가 있다.
무선 센서 네트워크의 클러스터 헤더 등은, 상기 무선 센서 네트워크를 구성 하는 하나 이상의 센서들로부터 무선 자원 할당 요청 신호를 수신한다(S400). 이 때, 상기 클러스터 헤더 등은, 상기 무선 센서 네트워크의 영역(zone) 및 센서별로 잔여 에너지를 비교한다(S401). 상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지가 큰 영역부터 잔여 에너지가 작은 영역까지의 순서를 결정하고 동일한 영역에 센서가 2개 이상 존재하는 경우, 잔여 에너지가 큰 센서부터 잔여 에너지가 작은 센서까지의 순서를 결정한다(S402). 그리고, 프레임 전송시, 상기 결정된 순서에 따라, 타임 슬롯을 각각의 센서에 할당한다(S403).
도 5는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 다른 일예를 도시한 도면(플로우 차트)이다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법의 다른 일예를 설명하면 다음과 같다. 특히, 수학식 15 내지 수학식 17에 따른 본 발명의 실시예를 설명한 것이다.
우선,
Figure 112007011596496-pat00053
를 계산한다(S500). k번째 프레임의 슬롯의 개수(N(k))가 임의의 슬롯의 인덱스값을 초과하는지 여부를 판단한다(S501). 상기 판단 결과(S501), 초과하지 않는 경우, S502 및 S500 단계를 수행한다. 한편, 상기 판단 결과(S501), 초과하는 경우, 무선 센서 네트워크를 구성하는 총 N개의 영역 중, 잔여 에너지가 가장 큰 영역인
Figure 112007011596496-pat00054
를 선택한다(S503). 이어서, 영역
Figure 112007011596496-pat00055
를 선택한 후, 선택된 영역에 속하는
Figure 112007011596496-pat00056
개수의 센서들 중에서 가장 잔여 에너 지가 큰, 즉 가장 소모 에너지가 적은 센서
Figure 112007011596496-pat00057
를 선택한다(S504). 그리고, 프레임을 전송하면서, 타임 슬롯 할당시 상기
Figure 112007011596496-pat00058
센서부터 타임 슬롯을 할당한다(S505). 따라서, 가장 소모 에너지가 적은 영역(즉, 잔여 에너지가 많은 영역)을 선택한 후, 선택한 영역에서 다시 가장 소모 에너지가 적은 센서(즉, 잔여 에너지가 많은 센서)에 타임 슬롯을 할당하는 바, 센서별로 에너지 소비의 편차가 줄어 들고, 이로 인하여 무선 센서 네트워크의 전체 수명이 대폭 증가하는 효과가 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 수율 성능을 도시한 도면(그래프)이다. 도 6b는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 지연 성능을 도시한 도면(그래프)이다. 그리고, 도 6c는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 지연 표준 편차 성능을 도시한 도면(그래프)이다. 이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치가 종래 기술과 비교하여, 수율 성능, 지연 성능, 및 지연 표준 편차 성능의 면에서는 트레이드 오프 되는 면이 없다는 것을 설명하도록 하겠다.
우선, 도 6a 내지 도 9에 도시된 그래프의 실험 결과는, 객관적인 시뮬레이터에 의해서 획득되었다. 하나의 클러스터 헤더가 가변 개수의 영역(2개, 4개, 6개, 8개, 10개)을 관장하며, 상기 영역별로 1개, 2개, 3개, 3개, 5개의 센서들이 흩어져 있는 것으로 가정하였다. 상기 각 영역은, 평균 5초에 한번씩 푸아송(poisson) 분포로 이벤트가 발생하며, 동일한 영역에 소속된 센서들만 해당 시점 에, 이벤트를 감지한다. 상기 클러스터 헤더는, 도 3에 도시된 구조의 프레임을 이용하며, 상기 프레임의 길이는 2초이고, 채널은 100kbps 의 무선 채널을 가지는 것으로 가정한다. 상기 프레임을 강학상 슈퍼 프레임 이라고도 하며, 상기 슈퍼 프레임에서 비콘 구간은 4개의 슬롯으로, 비경쟁 구간은 10개 또는 7개의 슬롯으로 고정하였다. 각 슬롯 마다 1개의 데이터 패킷이 전송되는 것으로 가정하며, 개별 슬롯의 길이는 2.56ms 으로 정의하였다. 한편, 경쟁 구간은 500ms 으로 고정하였으며, 해당 구간에 모든 센서들의 경쟁은 충돌없이 이루어 진다고 가정하였다. 그리고, 잔여 구간은 비활성 구간으로 셋팅하였다. 다만, 상기 수치들은 일예에 불과하며, 실험 환경에 따라 다른 수치를 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 스케쥴링 방식과 비교하기 위하여, 2가지의 방식을 정의하였다. 첫번째 방식은, 존 랜덤(zone random) 방식으로서, 매 스케쥴링 단위마다, 트래픽(traffic)이 존재하는 영역을 임의로 선택한 후 해당 영역의 모든 센서들에게 무선 자원을 할당하는 방식이다. 그리고, 두번째 방식은, 노드 랜덤(node random) 방식으로서, 매 스케쥴링 단위마다, 트래픽이 존재하는 센서를 임의로 선택하여 무선 자원을 할당하는 방식이다. 상기 두 방식은 각각 영역 또는 센서를 동일한 확률로 선택하게 된다.
도 6a 내지 도 6c는 2ms의 프레임에서 10개의 슬롯을 비경쟁 구간으로 할당하였을 경우, 영역의 개수가 가변화 됨에 따라 변화하는 수율 성능과, 지연 성능의 평균, 그리고 표준 편차를 도식화 한 것이다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스킴(scheme)과, 존 랜덤(zone random) 방식 및 노드 랜 덤(node random) 방식이 모두 동일한 결과를 현출한다는 것을 용이하게 확인할 수가 있다.
당해 실험에서 고려한 무선 센서 네트워크 환경은, 동일한 분포로 센서들이 존재하며, 트래픽 역시 동일한 분포로 나타난다. 또한, 자원 할당 요청을 위해 소요되는 경쟁 구간의 통신을 이상적(ideal)으로 고려하였기 때문에, 스케쥴링을 위한 컨트롤 오버헤드가 동일하다. 따라서, 스케쥴러는 동일한 분포로 발생한 데이터를 위하여, 무선 자원을 할당한다.
이 때, 무선 센서 네트워크가 불포화 상태인 경우에는, 발생한 데이터를 위하여 항상 자원 할당을 수행하므로, 수율 및 지연 성능 차이가 전혀 없다. 또한, 상대적으로 긴 비활성 구간(inactive period)으로 인하여, 무선 센서 네트워크의 포화 상태가 모두 동일한 상황(10개의 영역)에서 발생하였기 때문에, 수율의 포화 시점 역시 동일하다. 그리고, 클러스터 헤더가 수집한 패킷의 숫자가 스케쥴링 방식과 무관하게 동일하므로, 소모된 에너지의 양 또한 동일하다. 따라서, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스킴은, 종래에 비해 지연 성능 및 수율 성능의 면이 나빠지는 않는 장점이 있다. 한편, 이러한 장점을 가지면서도, 동시에 무선 센서 네트워크의 수명이 종래에 비해 증가한다는 실험 결과에 대해서는, 도 7 내지 도 9에 대한 설명을 통해 상세히 설명하도록 하겠다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 에너지 표준 편차 성능의 일예를 도시한 도면(그래프)이다. 도 8은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 에너지 표준 편 차 성능의 다른 일예를 도시한 도면(그래프)이다. 그리고, 도 9는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치의 네트워크 수명을 도시한 도면(그래프)이다. 이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법 및 그 장치가, 종래 기술에 비하여 수명(lifetime) 등이 대폭 개선된 결과를 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 전술하여 이미 설명하였지만, 무선 센서 네트워크의 수명이 최대화 되기 위해서는, 센서별로 동일한 에너지가 소모되어야 한다. 한편, 에너지의 소모는 각 센서에서 전송하는 패킷의 개수에 비례하는 바, 특정 패킷이 어떤 센서로부터 수집되었는지 여부에 따라, 각 센서별 소모되는 에너지량을 계산할 수 있다. 그리고 상기 계산된 값은 소모된 에너지 표준 편차(Energy Standard Deviation) 값으로 확인 가능하다.
한편, 도 7은 상기 가정 하에서, 각 센서 별로 소모된 에너지의 표준 편차를 도식화한 그래프이다. 무선 센서 네트워크가 포화되기 전 영역에서는, 트래픽이 무작위적으로 발생하고, 클러스터 헤더는 발생한 데이터의 수집을 위하여 특별한 제약 없이 무선 자원 할당을 수행하므로, 실험이 진행되는 시간 동안, 트래픽의 발생 빈도가 높은 영역에 속한 센서들의 에너지 소모가 큰 편이다. 다만, 네트워크가 포화되는 시점(즉, 모든 센서가 전송할 데이터가 존재하는 시점)부터는, 본 발명에 따른 스킴의 효과가 확연하게 증명된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크가 포화되는 시점 이후에는, 에너지 표준 편차가 거의 제로(0)에 가까워 지는 바, 모든 센서의 소모 에너지가 동일하게 되며, 전술한 설명에 따른면, 이 로 인하여 수명도 길어진다.
다른 한편, 도 8은 영역의 개수가 8개인 무선 센서 네트워크에서 비경쟁 구간의 슬롯 수를 10개, 그리고 7개로 정의하였을 때, 확인되는 에너지 표준 편차를 나타내는 막대 그래프이다. 슬롯수가 10개인 경우, 다른 방식에 비해 본 발명에 따른 스킴은, 에너지 표준 편차가 상대적으로 훨씬 적음을 알 수 있다. 나아가, 슬롯수가 7개인 경우, 본 발명에 따른 스킴에 의하면, 에너지 표준 편차가 거의 제로(0)에 가까워 진다. 즉, 본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크에서 발생하는 트래픽양에 따라서, 비경쟁 구간의 길이를 조정함으로써, 센서의 소모 에너지 표준 편차가 거의 없도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 모든 센서는 동일한 에너지를 소모하게 된다.
그리고, 도 7의 결과와, 도 8의 결과를 종합하여 검토하면, 다음과 같은 새로운 기술적 사상을 도출할 수가 있다. 영역의 개수가 8개인 무선 센서 네트워크에서 본 발명에 따른 스킴을 사용하는 경우, 10개의 슬롯 보다는 7개의 슬롯이 비경쟁 구간으로 할당되었을 때, 에너지의 소모량이 동일함을 확인할 수 있다. 이와 같이 절약한 3개의 슬롯(즉, 10개에서 7개로 줄어들면서 남게되는 슬롯의 숫자)은 모두 비활성 구간으로 배정될 수 있다. 즉, 프레임 상에서 비활성 구간이 3슬롯 증가한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 매 프레임 마다 3개의 슬롯만큼의 추가적인 에너지 절약 효과도 기대된다.
도 9는 영역의 개수가 각각 8개(비경쟁 구간의 슬롯수는 7개) 및 10개(비경쟁 구간의 슬롯수는 10개)이며, 센서의 초기 수명을 2000J로 설정한 경우, 본 발명 에 따른 스킴과 종래 기술의 두 방식의 네트워크 수명을 비교한 결과이다. 도 7 및 도 8의 그래프에서 명시적으로 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 표준 편차값이 다른 존 랜덤 방식이나, 노드 랜덤 방식의 에너지 표준 편차값 보다 매우 작기 때문에, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 네트워크 수명이 가장 길다는 것을 용이하게 확인할 수가 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크의 수율 및 데이터 전송 지연 성능을 유지하면서도, 네트워크의 수명(lifetime)을 대폭 제고시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 네트워크의 수명을 늘리기 위해, 센서 자체나 네트워크의 시스템에 큰 변화를 줄 필요가 없는 바, 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 효과도 있다.

Claims (12)

  1. 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들 중 어느 하나의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신하는 단계;
    상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 단계; 그리고
    무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 단계
    를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 상기 단계는,
    무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 동일한 영역에 속하는 센서들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 단계; 그리고
    상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 센서부터 가장 작은 센서까지의 순서를 결정하는 단계
    를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 상기 단계는,
    상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 결정된 순서에 따라 상기 동일한 영역에 속하는 센서들에 타임 슬롯을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 상기 단계는,
    상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서에 대해서만 제한적으로 타임 슬롯을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크는,
    중앙 집중 매체 제어 방식을 사용하는 무선 센서 네트워크
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신하는 센서는,
    특정 이벤트가 발생한 경우에, 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 클러스터 헤더(Cluster Header) 측에 전송하는 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  7. 제1 항에 있어서
    상기 프레임(frame)의 구조는,
    비콘 구간(beacon period), 경쟁 구간(contention period), 비경쟁 구간(contention free period), 그리고 비활성 구간(inactive period)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 방법.
  8. 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들 중 어느 하나의 센서로부터 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 수신하는 수신부;
    상기 신호를 송신한 센서가 속하는 영역(zone)들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하는 비교부;
    상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 영역부터 가장 작은 영역까지의 순서를 결정하는 결정부; 그리고
    무선 자원 할당을 위한 프레임(frame) 전송시, 상기 결정된 순서에 따라 상기 영역들의 센서에 타임 슬롯(time slot)을 할당하는 할당부
    를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 결정부는,
    무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 동일한 영역에 속하는 센서들 각각에 대한 잔여 에너지의 크기를 비교하고,
    상기 비교 결과에 따라, 잔여 에너지의 크기가 가장 큰 센서부터 가장 작은 센서까지의 순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 할당부는,
    상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서가 동일한 영역에 속하는 경우, 상기 결정된 순서에 따라 상기 동일한 영역에 속하는 센서들에 타임 슬롯을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 할당부는,
    상기 무선 자원 할당을 요청하는 신호를 송신한 센서에 대해서만 제한적으로 타임 슬롯을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치는,
    클러스터 헤더(Cluster Header)인 것
    을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 무선 자원 할당 장치.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101057660B1 (ko) * 2008-12-02 2011-08-18 한국전자통신연구원 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법
US8307070B2 (en) 2008-11-21 2012-11-06 Electronics And Telecommunicatios Research Institute Resource allocation method in wireless network
WO2013133674A1 (ko) * 2012-03-09 2013-09-12 한국전자통신연구원 저전력 유틸리티 모니터링 서비스를 위한 확장 ｄｓｍｅ ｍａｃ
KR20130103439A (ko) * 2012-03-09 2013-09-23 한국전자통신연구원 저전력 유틸리티 모니터링 서비스를 위한 확장 ｄｓｍｅ ｍａｃ
KR20190060518A (ko) 2017-11-24 2019-06-03 경북대학교 산학협력단 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법
KR20190133503A (ko) 2018-05-23 2019-12-03 경북대학교 산학협력단 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법
KR102136147B1 (ko) * 2019-08-07 2020-07-21 한림대학교 산학협력단 슈퍼프레임을 통해 복수의 센서 장치의 잔여 전력을 고려한 전력 및 데이터 송수신 시스템, 액세스 포인트 장치, 방법 및 프로그램
KR20220146864A (ko) * 2021-04-26 2022-11-02 충북대학교 산학협력단 게임 이론을 이용한 스마트 팩토리 환경의 무선 센서 네트워크 자원 할당 방법 및 이를 기록한 기록매체

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100943178B1 (ko) * 2007-12-17 2010-02-19 한국전자통신연구원 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법
US20110116416A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Dobson Eric L System and method for geographically optimized wireless mesh networks
US8812676B2 (en) * 2010-09-03 2014-08-19 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus to select and to reselect a resource for peer discovery in peer-to-peer networks
CN109362048B (zh) * 2018-08-15 2021-05-25 杭州电子科技大学 基于无线传感器网络的地下管廊检测方法
CN111343216B (zh) * 2018-12-18 2022-09-20 深圳先进技术研究院 物联网数据传输方法、装置、终端设备及可读存储介质
KR102324374B1 (ko) 2019-11-18 2021-11-11 한국전자통신연구원 무선 통신 시스템에서의 클러스터 구성 방법 및 장치
CN111510984B (zh) * 2020-03-02 2021-11-30 中国农业大学 基于无线传感器节点的分簇方法、系统、设备及存储介质
CN111405670B (zh) * 2020-03-25 2023-08-15 中移雄安信息通信科技有限公司 一种资源分配方法、装置、设备及计算机存储介质
CN112911672B (zh) * 2021-01-15 2023-04-07 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种基于可靠度的无线传感网资源分配方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040056806A (ko) * 2002-12-24 2004-07-01 삼성전자주식회사 이동통신 시스템에서 기지국의 주파수 자원 할당 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6967944B2 (en) * 2001-03-30 2005-11-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Increasing link capacity via concurrent transmissions in centralized wireless LANs
US7277414B2 (en) * 2001-08-03 2007-10-02 Honeywell International Inc. Energy aware network management
US7337334B2 (en) * 2003-02-14 2008-02-26 International Business Machines Corporation Network processor power management
KR100599743B1 (ko) 2004-01-08 2006-07-12 하이버스 주식회사 센서 네트워크를 이용한 전력설비 Ｆａｕｌｔ ａｌａｒｍｓｙｓｔｅｍ
US7496059B2 (en) * 2004-12-09 2009-02-24 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Energy-efficient medium access control protocol and system for sensor networks
KR100728272B1 (ko) 2004-12-20 2007-06-13 삼성전자주식회사 Ｍｐｌｓ 네트워크의 중앙 집중 제어 장치 및 방법
KR20060084052A (ko) 2005-01-17 2006-07-21 삼성전자주식회사 Ｍｐｌｓ 네트워크의 성능 관리 장치 및방법
TW200637383A (en) 2005-03-11 2006-10-16 Interdigital Tech Corp Method and system for conserving battery power of mesh points in a mesh network
KR100679250B1 (ko) * 2005-07-22 2007-02-05 한국전자통신연구원 무선 센서 네트워크에서의 클러스터 헤더 자동 선출 방법및 보안 무선 센서 네트워크의 동적 구성 방법
EP1982437A4 (en) * 2006-02-08 2012-05-30 Ericsson Telefon Ab L M LINE ADJUSTMENT AND POWER CONTROL WITH MINIMIZED CONSUMPTION OF ENERGY

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040056806A (ko) * 2002-12-24 2004-07-01 삼성전자주식회사 이동통신 시스템에서 기지국의 주파수 자원 할당 방법

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8307070B2 (en) 2008-11-21 2012-11-06 Electronics And Telecommunicatios Research Institute Resource allocation method in wireless network
KR101057660B1 (ko) * 2008-12-02 2011-08-18 한국전자통신연구원 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법
WO2013133674A1 (ko) * 2012-03-09 2013-09-12 한국전자통신연구원 저전력 유틸리티 모니터링 서비스를 위한 확장 ｄｓｍｅ ｍａｃ
KR20130103439A (ko) * 2012-03-09 2013-09-23 한국전자통신연구원 저전력 유틸리티 모니터링 서비스를 위한 확장 ｄｓｍｅ ｍａｃ
KR101696509B1 (ko) 2012-03-09 2017-01-13 한국전자통신연구원 저전력 유틸리티 모니터링 서비스를 위한 확장 ｄｓｍｅ ｍａｃ
US10136424B2 (en) 2012-03-09 2018-11-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Extended DSME MAC for low power utility monitoring service
KR20190060518A (ko) 2017-11-24 2019-06-03 경북대학교 산학협력단 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법
KR20190133503A (ko) 2018-05-23 2019-12-03 경북대학교 산학협력단 수중 무선 센서 네트워크에서 듀티 사이클을 조절하기 위한 방법
KR102136147B1 (ko) * 2019-08-07 2020-07-21 한림대학교 산학협력단 슈퍼프레임을 통해 복수의 센서 장치의 잔여 전력을 고려한 전력 및 데이터 송수신 시스템, 액세스 포인트 장치, 방법 및 프로그램
KR20220146864A (ko) * 2021-04-26 2022-11-02 충북대학교 산학협력단 게임 이론을 이용한 스마트 팩토리 환경의 무선 센서 네트워크 자원 할당 방법 및 이를 기록한 기록매체
KR102597112B1 (ko) * 2021-04-26 2023-11-01 충북대학교 산학협력단 게임 이론을 이용한 스마트 팩토리 환경의 무선 센서 네트워크 자원 할당 방법 및 이를 기록한 기록매체

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