KR100871866B1 - System for controlling data transmission in wireless sensor network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템으로서, 최상위 노드인 싱크 노드와 최하위 노드인 터미널 노드를 구비하며 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 생성하는 다수의 센서 노드로서, 상기 싱크 노드와 상기 터미널 노드를 제외한 다른 센서 노드들은 상위 노드와 하위 노드를 각각 하나씩 구비하도록 배치되며 자체 동기화 정책에 따라서 시간 슬롯을 할당하여 네트워크 동기화를 수행하는 것인 상기 다수의 센서 노드를 포함하는 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 관한 것이다.The present invention provides a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection, comprising a plurality of sensor nodes having a sink node as a top node and a terminal node as a bottom node and generating real time emergency detection data. Other sensor nodes except the terminal node are arranged to have one upper node and one lower node, and perform real-time emergency detection including the plurality of sensor nodes that perform network synchronization by allocating time slots according to their own synchronization policies. The present invention relates to a wireless sensor network data transmission system.
본 발명에 따르면, 기존의 MAC 프로토콜의 단점을 개선하여 낮은 듀티 사이클을 통하여 노드의 에너지 소모를 최소화시키고 중계 TDMA를 기초로 오버히어링 및 전송 지연을 최소화시키며 원형 구조를 통하여 제어 데이터에 의한 네트워크 트래픽 발생을 제거할 수 있다.According to the present invention, the disadvantages of the existing MAC protocol are improved to minimize the energy consumption of the node through a low duty cycle, minimize the overhearing and transmission delay based on the relay TDMA, and generate network traffic by control data through a circular structure. Can be removed.
MAC 프로토콜, 센서 네트워크, 실시간 긴급 상황 탐지 MAC protocol, sensor network, real-time emergency detection
Description
도 1은 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템의 예시적인 구성도.1 is an exemplary configuration of a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection in accordance with the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 시간 슬롯의 예시적인 구성을 나타내는 도면.2 illustrates an exemplary configuration of a time slot in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 활성화 구간의 예시적인 구성을 나타내는 도면.3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of an activation interval in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 시간 동기화를 예시적으로 나타내는 도면.4 is a diagram illustrating time synchronization in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110: 센서 노드 200: 제어 모니터링 장치110: sensor node 200: control monitoring device
본 발명은 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템 에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 기존의 MAC 프로토콜의 단점을 개선하 여 낮은 듀티 사이클을 통하여 노드의 에너지 소모를 최소화시키고 중계 TDMA를 기초로 오버히어링 및 전송 지연을 최소화시키며 원형 구조를 통하여 제어 데이터에 의한 네트워크 트래픽 발생을 제거하는 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection, and more particularly, to improve the shortcomings of the existing MAC protocol, to minimize the energy consumption of the node through a low duty cycle, based on the relay TDMA The present invention relates to a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection that minimizes overhearing and transmission delay and eliminates network traffic generation by control data through a circular structure.
센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술을 실현하기 위한 핵심 기술적인 인프라이다. 무선 센서 네트워크의 노드는 제한된 용량의 배터리를 이용하여 센싱 또는 컴퓨팅 등의 기능을 수행한다. 그러나 센서 네트워크는 기존의 무선 네트워크와는 달리 제한된 용량의 배터리 전원을 사용하므로 최소의 에너지를 사용하여 감지된 센싱 데이터를 전달하는 구성이 요구된다.Sensor networks are the core technical infrastructure for ubiquitous computing technology. Nodes of the wireless sensor network use a limited capacity battery to perform functions such as sensing or computing. However, unlike conventional wireless networks, the sensor network uses a limited amount of battery power and thus requires a configuration that delivers sensed data using minimum energy.
따라서 무선 네트워크를 구성하는 여러 계층 가운데 데이터의 에러 및 흐름을 제어하고 자원을 관리하는 MAC(media access control) 계층에서의 에너지 효율적인 MAC 프로토콜이 요구된다. 기존의 MANET(Mobile Ad-hoc Network) 또는 IEEE 802.11과 같은 구성의 MAC 프로토콜을 센서 네트워크에 적용하는 경우 패킷 충돌(collision), 오버히어링(overhearing), 제어 패킷 오버헤드(overhead), 아이들 리스닝(idle listening) 등의 문제점이 발생하여 센서 네트워크 내에서 에너지를 낭비하는 문제점이 발생한다. 특히 아이들 리스닝은 통신 기능이 요구되지 않는 기간에도 센서 노드가 항상 액티브 상태로 동작함에 따라 많은 에너지 소모를 유발하게 된다.Therefore, there is a need for an energy efficient MAC protocol in a media access control (MAC) layer that controls errors and flows of data and manages resources among the various layers constituting a wireless network. When applying the MAC protocol of the existing MANET (Mobile Ad-hoc Network) or IEEE 802.11 to the sensor network, packet collision, overhearing, control packet overhead, idle listening Problems such as listening occur, causing a problem of wasting energy in the sensor network. In particular, idle listening causes a lot of energy consumption as the sensor node is always active while the communication function is not required.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 특히 센서 네트워크에 특화된 MAC 프로토콜 구조는 주기적으로 활성화(active)와 슬리프(sleep) 상태를 반복하여 평상시에 는 슬리프 상태로 동작하여 에너지 소모를 최소화하다가 주기적으로 활성화되어 동작하는 방식을 사용한다. 이 경우 슬리프 상태의 시간에 따라서 에너지를 절감하게 된다.In order to solve this problem, the MAC protocol structure specially designed for the sensor network periodically repeats the active and sleep states and operates in the sleep state in the normal time to minimize energy consumption and then periodically activates the operation. Use the way. In this case, energy is saved according to the sleep time.
이러한 종래의 센서 네트워크에 특화된 MAC 프로토콜은 예컨대 S-MAC(Sensor-MAC), T-MAC(Timeout-MAC) 또는 B-MAC 등이 있다.MAC protocols specific to such conventional sensor networks include, for example, Sensor-MAC (S-MAC), Timeout-MAC (T-MAC), or B-MAC.
S-MAC 프로토콜은 센서 노드가 주기적으로 슬리프 상태로 전환하게 하여 낮은 듀티 사이클(duty cycle)을 지원하는 프로토콜이다. 이러한 슬리핑 모드로의 주기적인 전환을 통하여 에너지를 절감하고 경쟁(contention) 기반의 스케줄링(scheduling)을 사용하여 확장성을 개선하며 패킷의 충돌을 회피할 수 있다. 그러나 한편으로는 아이들 리스닝으로 인하여 네트워크 지연이 커지는 단점이 있다. 또한S-MAC 구조는 실제 데이터를 전송하기 위하여 매번 전송 시마다 리스닝 구간에서 패킷을 전송하고 동기를 위한 패킷을 교환하기 때문에 에너지 효율이 감소되는 문제점이 있다.The S-MAC protocol supports low duty cycle by allowing the sensor node to go to sleep periodically. Periodic switching to the sleep mode can save energy, improve content scalability by using contention-based scheduling, and avoid packet collisions. However, on the other hand, there is a disadvantage in that network delay is increased due to idle listening. In addition, the S-MAC structure has a problem in that energy efficiency is reduced because the S-MAC structure transmits a packet in a listening section and exchanges a packet for synchronization every time transmission.
또한 T-MAC의 경우 유동적인 듀티 사이클을 사용하지만 불필요한 아이들 리스닝을 줄이는 과정에서의 타이머 설정에 따른 에너지 소모의 문제점이 있다.In addition, T-MAC uses a flexible duty cycle, but there is a problem of energy consumption due to timer setting in a process of reducing unnecessary idle listening.
또한 B-MAC은 기본적으로 CSMA에 기반한 MAC 프로토콜로써 아이들 리스닝을 최소화하기 위하여 저전력 리스닝(Low-power listening, LPL)을 이용한다. 이 경우 데이터를 보내는 노드는 LPL을 이용하여 주기적으로 매우 짧은 시간 동안 리스닝을 수행하고 이 주기보다 긴 프리앰블을 가지는 패킷을 전송한다. 이 경우 다른 노드가 LPL 기간에 프리앰블을 인지하게 되면 이후에 들어오는 데이터는 모두 수신하여 처리한다. 이러한 B-MAC은 기본적으로 S-MAC에 비하여 저전력 환경 하에서 낮은 전송 지연을 제공하지만 프리앰블 확인 간격(Preamble Check Interval)에 따라 네트워크 지연과 에너지 소모가 반비례 관계를 가지고 있다.In addition, B-MAC is basically a MAC protocol based on CSMA and uses low-power listening (LPL) to minimize idle listening. In this case, the node sending the data periodically listens for a very short time using the LPL and transmits a packet having a preamble longer than this period. In this case, when another node recognizes the preamble during the LPL period, all subsequent data is received and processed. The B-MAC provides lower transmission delay in a lower power environment than the S-MAC, but the network delay and energy consumption are inversely related to the preamble check interval.
이러한 종래의 S-MAC, T-MAC 또는 B-MAC의 문제점에 대해서 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.The problems of the conventional S-MAC, T-MAC or B-MAC will be described in more detail as follows.
우선 파워 소모의 관점이다.The first point is power consumption.
이러한 종래의 S-MAC이나 T-MAC, B-MAC은 모두 기본적으로 데이터를 전송하는 것에 에너지를 소모하는 것 외에 부가적으로 제어 패킷(Control Packet) 또는 긴 프리앰블을 전송하거나 수신하는 것에 에너지를 소모하게 되며 또한 트래픽 환경에 따라 다르긴 하지만 특정 기간 동안 아이들 리스닝을 통한 에너지 낭비가 발생하게 된다. These conventional S-MACs, T-MACs, and B-MACs all basically consume energy for transmitting data, but additionally consume energy for transmitting or receiving control packets or long preambles. And depending on the traffic environment, there is a waste of energy through idle listening for a certain period of time.
또한 S-MAC과 T-MAC은 CSMA-CA방식을 사용함에 따른 부과적인 에너지가 소모가 따르고 B-MAC은 오버히어링(Overhearing)으로 인한 에너지 소모가 추가적으로 발생하게 된다. In addition, S-MAC and T-MAC consume additional energy due to the CSMA-CA method, and B-MAC additionally consumes energy due to overhearing.
고정적인 듀티 사이클을 사용하는 S-MAC은 기존의 전통적인 무선 MAC 프로토콜보다 에너지 효율성 측면에서는 좋은 결과를 가져오지만, 센서 네트워크에서 노드가 센싱하는 데이터의 양이 극히 적은 경우 불필요한 아이들 리스닝을 수행하므로, 에너지 효율성이 매우 떨어지게 된다.S-MAC, which uses a fixed duty cycle, has better energy efficiency than traditional wireless MAC protocols, but performs unnecessary idle listening when the amount of data sensed by the nodes in the sensor network is extremely small. It is very inefficient.
S-MAC에서의 문제점을 보완하기 위해 제안된 T-MAC은 유동적인 듀티 사이클을 사용하므로 인해 네트워크의 트래픽 환경이 적은 경우에 타이머를 동작하여 불 필요한 아이들 리스닝 시간을 줄이게 하여 에너지를 절감하는 방안을 채택하였으나, 별도의 타이머를 설정하게 하므로 인해 그만큼의 시간 동안 에너지를 소모하는 문제점이 있다. 또한 네트워크의 트래픽이 많은 환경에서는 듀티 사이클 동작이 불가능하게 되어 효율적인 에너지 절감 효과를 얻기 어렵다. The proposed T-MAC uses a flexible duty cycle to compensate for the problems in S-MAC, thus saving energy by reducing the unnecessary idle listening time by operating a timer when the network traffic environment is low. However, there is a problem in that it consumes energy for that time because it sets a separate timer. In addition, duty cycle operation is not possible in a network-traffic environment, making it difficult to achieve efficient energy savings.
또한 전송 지연의 관점에서의 문제점은 다음과 같다.In addition, problems in terms of transmission delay are as follows.
종래의 센서 네트워크용 MAC 프로토콜은 네트워크 지연에 있어서 매우 커다란 단점을 지니고 있다. 즉 센서 네트워크용 프로토콜인 S-MAC, T-MAC 또는 B-MAC은 에너지 효율성을 높이기 위하여 듀티 사이클을 낮추면 네트워크 지연은 그에 비례하여 증가하게 된다. 즉, 기존의 프로토콜은 에너지 소모와 네트워크 지연에 있어서 서로 반비례한 관계를 유지하게 된다. 이는 배터리 등과 같은 제한적인 전원을 사용하면서 실시간 응용이 필요한 경우 문제를 유발하게 된다. 특히 센서네트워크의 망의 크기가 클 경우에 이러한 지연은 매우 커다란 영향을 유발한다. The conventional MAC protocol for sensor networks has a very big disadvantage in network delay. In other words, S-MAC, T-MAC or B-MAC, which is a protocol for sensor networks, reduces the duty cycle to increase energy efficiency, and the network delay increases proportionally. In other words, existing protocols maintain an inverse relationship with each other in terms of energy consumption and network delay. This causes problems when real-time applications are needed with limited power sources such as batteries. Especially when the network size of the sensor network is large, this delay causes a very big effect.
또한 컨버지캐스트(Convergecast) 네트워크 관점에서의 문제점은 다음과 같다. 기존의 센서 네트워크의 데이터의 목적지는 최상위 노드인 싱크(Sink) 노드 혹은 코디네이터(Coordinator)이다. 즉, 각 노드의 데이터가 한 곳으로 모이는 형태의 컨버지캐스트 구조를 이루고 있다.In addition, the problems from the perspective of the convergecast network (Convergecast) network is as follows. The destination of the data of the existing sensor network is the sink node or coordinator, which is the top node. In other words, it forms a converged structure in which data of each node is gathered in one place.
이는 특정 노드에 대한 제어 및 관리가 실시간으로 필요한 경우에 네트워크 지연 및 트래픽 발생 등의 매우 커다란 단점을 지니고 있다. 센서 네트워크용 프로토콜인 S-MAC, T-MAC, B-MAC은 양방향 통신이 많아지면 많아질수록 네트워크 트래픽이 증가하는 단점을 가지고 있다.This has a very big disadvantage such as network delay and traffic generation when control and management of a specific node is needed in real time. S-MAC, T-MAC, and B-MAC, which are protocols for sensor networks, have the disadvantage of increasing network traffic as the number of bidirectional communication increases.
또한 우선 순위 관점에서의 문제점은 다음과 같다.In addition, the problems in terms of priority are as follows.
기존의 무선 센서 네트워크는 상태 모니터링을 위해 센싱 정보에 대한 우선 순위를 두지 않는다. 이 경우 전송하고자 하는 데이터가 긴급할 경우에 다른 데이터보다 우선적으로 보내야 함에도 불구하고 다른 데이터들과 같은 레벨로 전송되는 문제를 가지고 있다. 즉, 전송하고자 하는 데이터가 긴급을 요하는 데이터일 때 긴급을 요하지 않는 데이터보다 우선적으로 전송되어야 하며, 이처럼 우선 순위가 높은 데이터를 가지고 있는 노드에게 우선적으로 전송 기회가 주어져야 하지만 이러한 우선 순위에 대한 고려는 종래 수행되지 않은 사항이다.Conventional wireless sensor networks do not prioritize sensing information for health monitoring. In this case, although the data to be transmitted is urgently transmitted over other data in case of an emergency, it has a problem of being transmitted at the same level as other data. That is, when the data to be transmitted is urgent data, it should be transmitted preferentially over the non-urgent data, and the node with the high priority data should be given priority to the transmission, but consideration of such priority Is not performed in the past.
본 발명의 목적은 기존의 MAC 프로토콜의 단점을 개선하여 낮은 듀티 사이클을 통하여 노드의 에너지 소모를 최소화시키고 중계 TDMA를 기초로 오버히어링 및 전송 지연을 최소화시키며 원형 구조를 통하여 제어 데이터에 의한 네트워크 트래픽 발생을 제거하는 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to improve the shortcomings of the existing MAC protocol, to minimize the energy consumption of the node through a low duty cycle, to minimize the overhearing and transmission delay based on the relay TDMA, and to generate network traffic by control data through a circular structure. To provide a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection to eliminate the problem.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템으로서, 최상위 노드인 싱크 노드와 최하위 노드인 터미널 노드를 구비하며 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 생성하는 다수의 센서 노드로서, 상기 싱크 노드와 상기 터미널 노드를 제외한 다른 센서 노드들은 상위 노드와 하위 노드를 각각 하나씩 구비하도록 배치되며 자체 동기화 정 책에 따라서 시간 슬롯을 할당하여 네트워크 동기화를 수행하는 것인 상기 다수의 센서 노드를 포함하는 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection, comprising a plurality of sensors having a sink node which is the highest node and a terminal node which is the lowest node and generates real-time emergency situation detection data The plurality of sensors as nodes, wherein the sensor nodes other than the sink node and the terminal node are arranged to have one upper node and one lower node, respectively, and perform network synchronization by allocating time slots according to its own synchronization policy. Provided is a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection including a node.
본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 다수의 센서 노드 각각은, 자신과 상기 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 주고 받는 다른 센서 노드와의 시간 동기를 맞추는 것에 의해서 상기 네트워크 동기화를 수행할 수 있다.In the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, each of the plurality of sensor nodes, by synchronizing the time with the other sensor node that sends and receives the real-time emergency situation detection data Network synchronization can be performed.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 실시간 긴급 상황 탐지 데이터의 전송은 상기 상위 노드에서 상기 하위노드에 상기 실시간 긴급 상황 탐지 데이터의 전송을 요청하고 상기 하위 노드에서 상기 상위 노드로 상기 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 전송하는 것에 의해서 수행될 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the transmission of the real-time emergency situation detection data requests the lower node to transmit the real-time emergency situation detection data to the lower node and It may be performed by transmitting the real-time emergency situation detection data from a node to the higher node.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 싱크 노드는 상기 시간 슬롯을 통하여 상기 터미널 노드에 제어 데이터를 전송할 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention, the sink node may transmit control data to the terminal node through the time slot.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 시간 슬롯은 활성화 구간과 비활성화 구간을 포함하는 슈퍼프레임 형태이며, 상기 활성화 구간은 전송 또는 수신을 위한 구간으로 구분될 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention, the time slot is in the form of a superframe including an activation period and an inactivation period, the activation period is to be divided into a section for transmission or reception Can be.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데 이터 전송 시스템에 있어서, 상기 슈퍼프레임의 지속시간(SuperframeDuration)은, 상기 활성화 구간의 지속시간(ActiveDuration)과 상기 비활성화 구간의 지속시간(InactiveDuration)의 합으로 구성되며,In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the duration of the superframe (SuperframeDuration), the duration of the active period (ActiveDuration) and the duration of the inactive period (InactiveDuration) ) Is the sum of
상기 SuperframeDuration, 상기 ActiveDuration은 The SuperframeDuration and the ActiveDuration
SuperframeDuration = ActiveDuration×2SuperframeOrder(SuperframeOrder는 0 이상 15 이하의 정수임)를 만족할 수 있다.SuperframeDuration = ActiveDuration × 2 SuperframeOrder (SuperframeOrder is an integer between 0 and 15, inclusive).
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 활성화 구간은 데이터 수신 구간과 데이터 전송 구간을 포함하며, 상기 데이터 수신 구간 및 상기 데이터 전송 구간은 상기 슈퍼 프레임의 주기에 따라서 상기 다수의 센서 노드 간의 동기를 보정하기 위한 보호 구간(Guard)을 포함할 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the activation section includes a data receiving section and the data transmission section, the data receiving section and the data transmission section is the period of the super frame According to the present invention, a guard interval for compensating synchronization between the plurality of sensor nodes may be included.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 활성화 구간은 데이터 수신 구간과 데이터 전송 구간을 포함하며, 상기 데이터 수신 구간의 지속시간(RxDataDuration)과 상기 데이터 전송 구간의 지속시간(TxDataDuration)은 동일할 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention, the activation section includes a data reception section and a data transmission section, the duration (RxDataDuration) and the data transmission section of the data reception section The duration of TxDataDuration may be the same.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 데이터 수신 구간은 송수신 요청 슬롯(TrxReq)과, 송수신 요청 처리 슬롯(TrxReqProcessing)과, 제1 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 데이터 슬롯(TrxData)과, 제2 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 데이터 처 리 슬롯(TrxDataProcessing)을 포함하는 것이고, 상기 데이터 전송 구간은 제1 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 요청 슬롯(TrxReq)과, 제2 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 요청 처리 슬롯(TrxReqProcessing)과, 송수신 데이터 슬롯(TrxData)과, 송수신 데이터 처리 슬롯(TrxDataProcessing)을 포함하는 것이고, 상기 제1 또는 제2 보호 구간 슬롯을 제외한 다른 슬롯들은 기본 슬롯 지속시간(aBaseDuration)의 SlotOrder 배수 만큼의 지속시간을 가지며, SlotOrder는 2 이상 15 이하의 자연수일 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention, the data reception interval is a transmission and reception request slot (TrxReq), transmission and reception request processing slot (TrxReqProcessing), the first guard interval slot (Guard) And a transmission / reception data slot (TrxData), a second guard interval slot (Guard), a transmission / reception data processing slot (TrxDataProcessing), and the data transmission interval is a first guard interval slot (Guard), and a transmission / reception request. A slot TrxReq, a second guard interval slot Guard, a transmit / receive request processing slot TrxReqProcessing, a transmit / receive data slot TrxData, and a transmit / receive data processing slot TrxDataProcessing. 2 Slots other than guard interval slots have a duration that is a multiple of SlotOrder of the base slot duration (aBaseDuration), and SlotOrder can be a natural number between 2 and 15, inclusive. have.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 싱크 노드는 상기 데이터 전송 구간의 상기 송수신 요청 슬롯(TrxReq)내에서 패킷의 SFD(Start of Frame Delimiter)를 전송하는 것에 의해서 상기 네트워크 동기화의 기준을 설정할 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention, the sink node transmits a start of frame delimiter (SFD) of the packet in the transmission and reception request slot (TrxReq) of the data transmission interval It is possible to set the criterion of the network synchronization.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 하위 노드는 상기 상위 노드에서 전송되는 상기 SFD를 기초로 상위 노드의 활성화 구간을 판단하고 이를 기초로 자신의 활성화 구간과 비활성화 구간을 설정할 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the lower node determines the activation period of the upper node based on the SFD transmitted from the upper node and based on the activation period of the upper node And inactivity interval can be set.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 다수의 센서 노드는 원형 네트워크를 형성하며, 상기 원형 네트워크 내에서 동적으로 상기 다수의 센서 노드의 참여 또는 탈퇴가 수행될 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the plurality of sensor nodes form a circular network, the participation or withdrawal of the plurality of sensor nodes dynamically performed in the circular network Can be.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데 이터 전송 시스템에 있어서, 상기 다수의 센서 노드로부터의 상기 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 수신하여 분석하는 제어 모니터링 장치를 더 포함할 수 있다.The wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention may further include a control monitoring device for receiving and analyzing the real-time emergency situation detection data from the plurality of sensor nodes.
또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 제어 모니터링 장치는 상기 싱크 노드와 연결될 수 있다.In addition, in the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the control monitoring device may be connected to the sink node.
이하, 본 발명의 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템의 예시적인 구성도이다.1 is an exemplary configuration of a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention.
도시되듯이 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템은 다수의 센서 노드(110a 내지 110j)와, 제어 모니터링 장치(200)를 포함한다.As shown, the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention includes a plurality of sensor nodes (110a to 110j) and the
다수의 센서 노드(110a 내지 110j)는 최상위 노드인 싱크 노드(110a)와, 최하위 노드인 터미널 노드(110b)를 구비한다. 또한 다수의 센서 노드(110a 내지 110j) 각각은 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 생성하도록 구성된다. 싱크 노드(110a)와 터미널 노드(110b)를 제외한 기타 다른 센서 노드(110c 내지 110j)는 상위 노드와 하위 노드를 각각 하나씩 구비하도록 배치된다.The plurality of
예컨대 센서 노드(110j)의 경우 싱크 노드(110a)가 상위 노드이며 센서 노드(110i)가 하위 노드이다.For example, in the case of the
이러한 각 센서 노드(110a 내지 110j)들은 자체 동기화 정책에 따라서 시간 슬롯을 할당하여 네트워크 동기화를 수행한다. 자체 동기화 정책은 예컨대 후술하는 SuperframeOrder, SlotOrder의 설정을 통하여 수행될 수 있다.Each of these
이 경우 센서 노드(110a 내지 110j) 각각은 자신과 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 주고 받는 다른 센서 노드와의 시간 동기를 맞추는 것에 의해서 네트워크 동기화를 수행할 수 있다.In this case, each of the
또한 동기화가 수행된 이후에는 상위 노드에서 하위 노드에 실시간 긴급 상황 탐지 데이터의 전송을 요청하고 하위 노드에서 상위 노드로 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 전송하는 것에 의해서 실시간 긴급 상황 탐지 데이터의 전송이 수행된다.In addition, after the synchronization is performed, the real time emergency situation detection data is transmitted by requesting transmission of real time emergency situation detection data from a higher node to a lower node and transmitting real time emergency situation detection data from a lower node to a higher node.
제어 모니터링 장치(200)는 다수의 센서 노드(110a 내지 110j)로부터의 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 수신하여 분석한다.The
제어 모니터링 장치(200)는 도시되듯이 싱크 노드(110a)에 연결되어 각 센서 노드(110a 내지 110j)로부터 전송되는 실시간 긴급 상황 탐지 데이터를 수신하도록 구성된다.The
이러한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템은 중계 TDMA 방식을 기반으로 하여 낮은 듀티 사이클의MAC 알고리즘과 시간동기 요청-전송(Request-Forward) 메커니즘을 구현하고 있다. 따라서 기존의 MAC 프로토콜이 가지고 있는 센싱 데이터 전송, 에너지 소모, 오버히어링 제거, 제어 트래픽 오버헤드 등의 문제를 최소화할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템은 도시되듯 이 원형 네트워크 구조를 기반으로 하여 제어 데이터가 네트워크 트래픽을 발생시키는 문제점을 최소화할 수 있다.The wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention implements a low duty cycle MAC algorithm and a time synchronous request-forward mechanism based on the relay TDMA scheme. Therefore, problems such as sensing data transmission, energy consumption, elimination of overhearing, and control traffic overhead of the existing MAC protocol can be minimized. In addition, the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention can minimize the problem that the control data generates network traffic based on the circular network structure as shown.
이하 시간 슬롯과 네트워크 동기화, 데이터 전송에 대해서 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, time slots, network synchronization, and data transmission will be described in more detail.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 시간 슬롯의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a time slot in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention.
도시되듯이 각 센서 노드에 대해서 시간 슬롯은 슈퍼프레임(Superframe) 형태로 구성된다.As shown, for each sensor node, the time slot is configured in the form of a superframe.
즉 낮은 듀티 사이클을 보장하면서 저전력과 낮은 네트워크 지연을 위하여 종래의 TDMA 구성과는 달리 싱크 노드가 네트워크를 이루는 다른 모든 노드의 시간 슬롯을 할당하는 대신에 각 센서 노드가 동기화 정책으로 정한 기준에 맞추어 스스로 자신에게 적합한 시간 슬롯을 할당하여 네트워크 동기화를 수행하는 방식을 사용한다.In other words, unlike the conventional TDMA configuration for ensuring low duty cycle and low power and low network delay, instead of allocating the time slots of all other nodes in the network, the sync node itself meets the criteria set by the synchronization policy. Allocate a time slot that is appropriate for you to use network synchronization.
즉 네트워크의 각 센서 노드는 자신과 데이터를 주고 받는 센서 노드와의 시간 동기를 맞춤으로써, 연속적으로 전체 네트워크의 동기화가 수행된다.That is, each sensor node of the network synchronizes time with the sensor node that exchanges data with itself, thereby continuously synchronizing the entire network.
각 슈퍼프레임은 도시되듯이 활성화 구간(Active)과 비활성화 구간(Inactive)을 포함한다. Each superframe includes an active period and an inactive period as shown.
활성화 구간은 또한 도시되듯이 데이터의 전송을 위한 구간과 데이터의 수신을 위한 구간)을 포함한다. 예컨대 도시되듯이 Tx-Rx-Rx-Tx 형태로 구성되어 앞부분의 Tx-Rx는 데이터 수신을 위한 요청과 이에 대한 데이터 수신을, 뒷부분의 Rr-Tx는 데이터 전송을 위한 요청 수신과 이에 대한 데이터 전송을 각각 수행한다.The activation section also includes a section for transmitting data and a section for receiving data, as shown. For example, as shown in the form of Tx-Rx-Rx-Tx, the first Tx-Rx receives a request for data reception and data reception, and the latter Rr-Tx receives a request for data transmission and data transmission for it. Do each of them.
슈퍼프레임에 대한 시간 단위는 16 us를 1 심볼로 하는 심볼 시간(symbol time)을 사용할 수 있다. 슈퍼프레임 지속시간(SuperframeDuration)은 전체 주기를 나타내며, 활성화 구간의 지속시간(ActiveDuration)과 상기 비활성화 구간의 지속시간(InactiveDuration)의 합으로 구성된다.The time unit for the superframe may use a symbol time of 16 us as 1 symbol. SuperframeDuration represents the entire period and is composed of the sum of the duration of the activation period (ActiveDuration) and the duration of the deactivation period (InactiveDuration).
또한 이 경우 슈퍼프레임 지속시간과 활성화 구간의 지속시간 사이에는 다음 수학식 1을 만족할 수 있다.In this case, the following Equation 1 may be satisfied between the superframe duration and the duration of the activation interval.
여기서 SuperframeOrder는 0 이상 15 이하의 정수로서, 활성화 구간 지속시간의 지수배로 슈퍼프레임 지속 시간을 나타내기 위한 값이다.Here, SuperframeOrder is an integer of 0 or more and 15 or less, and is a value for indicating the superframe duration by an exponential multiple of the duration of the activation interval.
즉 이러한 경우 슈퍼프레임 지속시간은 활성화 구간의 지속시간의 함수로 나타낼 수 있다.In this case, the superframe duration may be expressed as a function of the duration of the activation interval.
이 경우 시간 슬롯에서의 데이터 흐름은 상위 노드가 하위 노드에게 데이터를 요구하면 하위 노드는 상위 노드에게 데이터를 전송하는 풀(PULL) 구조를 갖는다. 상위 노드가 존재하지 않는 싱크 노드의 경우 데이터 전송 또는 수신을 위한 구간은 그 기능상 비어있는 구간이지만, 원형 네트워크 구조를 사용하는 경우 최하위 노드인 터미널 노드에게 제어 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.In this case, the data flow in the time slot has a pull structure in which the lower node transmits data to the upper node when the upper node requests data from the lower node. In the case of the sink node where the upper node does not exist, the interval for data transmission or reception is an empty period in its function, but when using the circular network structure, the sink node may be configured to transmit control data to the terminal node, which is the lowest node.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 활성화 구간의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of an activation interval in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention.
도시되듯이 활성화 구간은 데이터 수신 구간(RxData)과 데이터 전송 구간(TxData)을 포함한다.As shown, the activation section includes a data reception section (RxData) and a data transmission section (TxData).
데이터 수신 구간은 데이터 전송을 요구하고 이를 수신하는 구간이며, 데이터 전송 구간은 데이터 요구를 기다렸다가 데이터 요구를 수신하면 데이터를 전송하는 구간이다.The data reception section is a section for requesting data transmission and receiving the data transmission section, and the data transmission section is a section for transmitting data when the data request is received and the data request is received.
데이터 수신 구간은 송수신 요청 슬롯(TrxReq)과, 송수신 요청 처리 슬롯(TrxReqProcessing)과, 제1 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 데이터 슬롯(TrxData)과, 제2 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 데이터 처리 슬롯(TrxDataProcessing)을 포함할 수 있다.The data reception interval includes a transmission / reception request slot (TrxReq), a transmission / reception request processing slot (TrxReqProcessing), a first guard interval slot (Guard), a transmission / reception data slot (TrxData), a second protection interval slot (Guard), It may include a data processing slot (TrxDataProcessing).
또한 데이터 전송 구간은 제1 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 요청 슬롯(TrxReq)과, 제2 보호 구간 슬롯(Guard)과, 송수신 요청 처리 슬롯(TrxReqProcessing)과, 송수신 데이터 슬롯(TrxData)과, 송수신 데이터 처리 슬롯(TrxDataProcessing)을 포함할 수 있다.The data transmission interval may include a first guard interval slot (Guard), a transmit / receive request slot (TrxReq), a second guard interval slot (Guard), a transmit / receive request processing slot (TrxReqProcessing), a transmit / receive data slot (TrxData), It may include a transmit / receive data processing slot (TrxDataProcessing).
이러한 데이터 수신 구간과 데이터 전송 구간의 구성상의 유사성 때문에 바람직하게는 데이터 수신 구간과 데이터 전송 구간 각각의 지속시간(duration)은 동일하게 구성된다.Because of the similarity in configuration between the data reception section and the data transmission section, the duration of each of the data receiving section and the data transmission section is preferably the same.
또한 aBaseSlotDuration은 각 슬롯의 지속시간의 기준값으로서 각 슬롯들은 aBaseSlotDuration의 배수 형태로 설정된다.In addition, aBaseSlotDuration is a reference value of the duration of each slot, and each slot is set as a multiple of aBaseSlotDuration.
또한 SlotOrder는 2 이상 15 이하의 자연수로서, 각 슬롯의 지속시간을 설정 하기 위한 파라미터이다.SlotOrder is a natural number of 2 or more and 15 or less, and is a parameter for setting the duration of each slot.
이러한 aBaseSlotDuration과 SlotOrder를 기초로 각 슬롯의 지속시간은 예컨대 다음과 같이 설정가능하다.Based on the aBaseSlotDuration and SlotOrder, the duration of each slot can be set as follows, for example.
TrxReq의 지속시간(TrxReqSlotDuration)은 예컨대 aBaseSlotDuration×(minSlotOrder + 1)로 설정가능하다. minSlotOrder는 SlotOrder의 최소값이며, SlotOrder를 2 이상 15 이하의 자연수로 가정하는 경우 2의 값을 가진다.The duration of TrxReq (TrxReqSlotDuration) can be set to, for example, aBaseSlotDuration × (minSlotOrder + 1). minSlotOrder is the minimum value of SlotOrder, and has a value of 2 when SlotOrder is assumed to be a natural number between 2 and 15, inclusive.
즉 TrxReq의 지속시간(TrxReqSlotDuration)은 aBaseSlotDuration의 3배로 설정할 수 있다.That is, the duration of TrxReq (TrxReqSlotDuration) can be set to three times aBaseSlotDuration.
TrxReqProcessing의 지속시간(TrxReqProcessingDuration)은 예컨대 TrxReq의 지속시간(TrxReqSlotDuration)과 동일하게 설정할 수 있다.The duration of TrxReqProcessing (TrxReqProcessingDuration) may be set to be the same as the duration of TrxReq (TrxReqSlotDuration), for example.
또한 TrxData의 지속시간(TrxDataSlotDuration)은 aBaseSlotDuration×(SlotOrder + 1)로 설정할 수 있다.In addition, the duration of TrxData (TrxDataSlotDuration) can be set to aBaseSlotDuration × (SlotOrder + 1).
즉 TrxData의 지속시간(TrxDataSlotDuration)은 SlotOrder 값의 설정에 따라서 가변적이다.That is, the duration of TrxData (TrxDataSlotDuration) is variable according to the setting of the SlotOrder value.
TrxDataProcessing의 지속시간(TrxDataProcessingSlotDuration)은 TrxData의 지속시간(TrxDataSlotDuration)과 동일하게 설정할 수 있다.The duration of the TrxDataProcessing (TrxDataProcessingSlotDuration) can be set to be the same as the duration of the TrxData (TrxDataSlotDuration).
Guard의 지속시간(GuardSlotDuration), 즉 제1 보호 구간 또는 제2 보호 구간의 지속시간(GuardSlotDuration)은 센서 노드간의 동기를 보정하기 슈퍼프레임의 주기가 길어지면, 시간에 대한 오차를 고려한 시간으로 시간 동기의 변동에 따른 유연성을 갖도록 설정될 수 있다.GuardSlotDuration of the Guard, that is, GuardSlotDuration of the first guard interval or the second guard interval, is a time synchronization that takes into account the error of time when the period of the superframe is long to compensate the synchronization between the sensor nodes. It can be set to have flexibility according to the variation of.
예컨대 이러한 변동에 대한 파라미터를 aTimeDriftTolerance로 정의한다면,For example, if you define a parameter for this variation as aTimeDriftTolerance,
Guard의 지속시간(GuardSlotDuration)은 Floor[ (TrxReqSlotDuration×4+TrxDataSlotDuration×4)×2SuperframeOrder×aTimedriftTolerance×2÷aBaseSlotDuarion]+1로 설정할 수 있다. 여기서 Floor[x]는 x보다 작은 정수값을 출력하는 함수이다. Guard Duration (GuardSlotDuration) can be set to Floor [(TrxReqSlotDuration × 4 + TrxDataSlotDuration × 4) × 2 SuperframeOrder × aTimedriftTolerance × 2 ÷ aBaseSlotDuarion] +1. Floor [x] is a function that outputs an integer value smaller than x.
이러한 경우 Guard의 지속시간(GuardSlotDuration)을 제외하면 다른 슬롯의 지속시간은 aBaseSlotDuration을 기준으로 SlotOrder의 배수의 값을 가지도록 설정가능하다.In this case, except for GuardSlotDuration, the duration of other slots can be set to have a multiple of SlotOrder based on aBaseSlotDuration.
이와 같은 지속시간 설정을 가정하면, 데이터 수신 구간과 데이터 전송 구간 각각의 지속시간은 다음 수학식 2로 표시할 수 있다.Assuming such a duration setting, the duration of each of the data reception section and the data transmission section can be expressed by the following equation (2).
= TrxReqSlotDuration + TrxReqProcessingDuration + TrxDataSlotDuration + GuardSlotDuration×2 + TrxDataSlotDuration + TrxDataProcessingSlotDuration= TrxReqSlotDuration + TrxReqProcessingDuration + TrxDataSlotDuration + GuardSlotDuration × 2 + TrxDataSlotDuration + TrxDataProcessingSlotDuration
또한 활성화 구간의 지속시간은 데이터 수신 구간 또는 데이터 전송 구간의 지속시간의 2배로 설정할 수 있다.In addition, the duration of the activation section may be set to twice the duration of the data reception section or the data transmission section.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 시간 동기화를 예시적으로 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating time synchronization in a wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention by way of example.
본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템에 있어서 네트워크 동기화에 대한 기준은 최상위 노드인 싱크 노드에 의해서 설정된다. In the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention, the criterion for network synchronization is set by a sink node, which is a top node.
즉 싱크 노드에서는 패킷 전송시 SFD(Start of Frame Delimiter)를 전송하게 되며, 이러한 SFD 전송은 송수신 요청 슬롯(TrxReq)의 지속시간(TxReqSlotDuration) 내에서 수행된다. 이 경우 SFD는 상위 노드로부터 하위 노드에게로 전파된다.That is, the sink node transmits a start of frame delimiter (SFD) during packet transmission, and the SFD transmission is performed within a duration TxReqSlotDuration of the transmission / reception request slot TrxReq. In this case, the SFD propagates from the upper node to the lower node.
이 경우 하위 노드는 상위 노드에서 전송되는 SFD를 기초로 상위 노드의 활성화 구간을 판단하고 이를 기초로 자신의 활성화 구간과 비활성화 구간을 설정할 수 있다.In this case, the lower node may determine an activation period of the upper node based on the SFD transmitted from the upper node, and set its own activation period and inactivation period based on this.
즉 이러한 활성화 구간 및 비활성화 구간에 따라서 이후 자신이 웨이크업하는 주기를 설정할 수 있다.That is, the period during which the user wakes up can be set according to the activation period and the deactivation period.
도 4에 도시되듯이 싱크 웨이크업 지속 시간(SinkWakeupDuration)은 슈퍼프레임 지속시간(SuperframeDuration)에서 웨이크업 지속시간(WakeupDuration)을 차감한 값으로 설정할 수 있다.As shown in FIG. 4, the sink wakeup duration may be set to a value obtained by subtracting the wakeup duration from the superframe duration.
여기서 웨이크업 지속시간(WakeupDuration)은 w로 표시되는 웨이크업 슬롯과 aBaseSlotDuration을 포함하는 값이다.Here, the wakeup duration is a value including a wakeup slot denoted by w and aBaseSlotDuration.
또한 이 경우 실제 각 노드에서의 웨이크업 지속 시간(NodeWakeupDuration)은 다음 수학식 3과 같이 표시될 수 있다.In this case, the actual wakeup duration (NodeWakeupDuration) at each node may be expressed by Equation 3 below.
= SinkWakeupDuraion - RxDataDuration - GuardSlotDuration= SinkWakeupDuraion-RxDataDuration-GuardSlotDuration
이 경우 싱크 노드는 웨이크업 시간을 고려하여 도 4에서와 같이 TxReqSlotDuration에서 SFD를 기준으로 SinkWakeupDuration을 주기로 하여 동작한다. 싱크 노드가 전체 네트워크의 기준이기 때문에 싱크 노드를 제외한 다른 센서 노드는 싱크 노드가 전송하는 패킷의 SFD를 기준으로 NodeWakeupDuration을 주기로 동작하여 각 센서 노드간의 동기화를 수행한다.In this case, the sink node operates based on the SinkWakeupDuration based on the SFD in TxReqSlotDuration as shown in FIG. 4 in consideration of the wakeup time. Since the sink node is the standard of the entire network, other sensor nodes except the sink node operate NodeWakeupDuration based on the SFD of the packet transmitted by the sink node to perform synchronization between the sensor nodes.
본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템의 데이터 전송 방식은 원형 네트워크 구조에서 각 센서 노드의 멀티 홉 네트워크 전송 시간을 최소화하는 SRFM(Synchronized Request-Forward Mechanism)을 적용할 수 있다. The data transmission method of the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency situation detection according to the present invention may apply SRFM (Synchronized Request-Forward Mechanism) to minimize the multi-hop network transmission time of each sensor node in a circular network structure. .
이 경우 네트워크 구성을 위하여 본 발명에 따른 실시간 긴급 상황 탐지를 위한 무선 센서 네트워크 데이터 전송 시스템은 채널 선택, 노드 선택, 네트워크 참여 과정을 수행할 수 있다. In this case, the wireless sensor network data transmission system for real-time emergency detection according to the present invention for network configuration can perform a channel selection, node selection, network participation process.
채널 선택은 싱크 노드에서만 수행되는 것으로서 싱크 노드에서 네트워크를 시작할 때 채널 상태가 가장 양호한 채널을 데이터 전송 채널로 선택하기 위한 과정이다. Channel selection is performed only at the sink node, and is a process for selecting a channel having the best channel state as a data transmission channel when starting the network at the sink node.
노드 선택은 이웃한 센서 노드들 중에서 LQI(Link Quality Indication) 정보를 기반으로 네트워크에 참여하기 위한 상위 노드를 선택하는 과정으로 이 센서 노드는 자신에 대해서 네트워크 동기화의 기준 노드가 된다. Node selection is a process of selecting a higher node for joining a network based on link quality indication (LQI) information from neighboring sensor nodes, and this sensor node becomes a reference node for network synchronization.
네트워크 참여는 상위 노드와 동기화를 맞춘 후 참여 요청을 하고 주소를 할 당 받는 과정이다. Network participation is the process of synchronizing with the upper node, requesting participation and receiving an address assignment.
이러한 과정을 통해 네트워크 구성은 각 센서 노드가 자율적으로 망을 구성하게 된다. 한편, 네트워크 오류가 발생할 경우 각 센서 노드는 링크 복구, 링크 수정을 통해 상위 노드를 다시 선택하여 링크를 복구하는 절차를 가진다.Through this process, each sensor node autonomously configures the network. Meanwhile, when a network error occurs, each sensor node has a procedure for restoring a link by reselecting a higher node through link recovery and link modification.
즉 원형 네트워크 내에서 동적으로 다수의 센서 노드의 참여 또는 탈퇴의 수행이 가능하다.That is, the participation or withdrawal of a plurality of sensor nodes can be performed dynamically in the circular network.
비록 본 발명의 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the configuration of the present invention has been described in detail, these are merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. This will be possible.
따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments. It is intended that the scope of the invention be interpreted by the following claims, and that all descriptions within the scope equivalent thereto will be construed as being included in the scope of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 MAC 프로토콜의 단점을 개선하여 낮은 듀티 사이클을 통하여 노드의 에너지 소모를 최소화시키고 중계 TDMA를 기초로 오버히어링 및 전송 지연을 최소화시키며 원형 구조를 통하여 제어 데이터에 의한 네트워크 트래픽 발생을 제거할 수 있다. 또한 예컨대 철도, 도로, 교각 안전 모니터링, 국방, 특정 지역 또는 건물 등의 보안 시설에 대한 모니터링을 수행하는 경우에 적용될 수 있다.As described above, according to the present invention, the disadvantages of the existing MAC protocol are improved to minimize energy consumption of the node through a low duty cycle, to minimize overhearing and transmission delay based on the relay TDMA, and to control data through a circular structure. It is possible to eliminate the network traffic caused by. It can also be applied, for example, to monitoring security facilities such as railroads, roads, bridge safety monitoring, defense, certain areas or buildings.
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| KR100646824B1 (en) | 2005-10-14 | 2006-11-23 | 전자부품연구원 | Method for controlling data transmission based on tdma in a wireless network system including a plurality of nodes, sensor network using the same and computer-readable medium having thereon a program performing function embodying the same |
| KR20070025098A (en) * | 2005-08-31 | 2007-03-08 | 강릉대학교산학협력단 | Accurate time synchronization protocol for wireless sensor network |
-
2006
- 2006-12-28 KR KR1020060136299A patent/KR100871866B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 김기현, 김희철, 홍원기, "무선 센서네트워크의 분산 다중노드를 위한 시간동기화 프로토콜 설계 및 구현", 2006년도 한국정보과학회 가을 학술발표논문집 Vol.33, No. 2(D) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20080061206A (en) | 2008-07-02 |
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