KR100872706B1 - Operating method for wireless sensor network and system thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 센서 네트워크 운용 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for operating a wireless sensor network.
본 발명 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 운용 방법은 베이스 노드에서 제어 메시지를 전송하는 단계; 상기 제어 메시지를 계층적인 센서 노드들 사이에 서로 전달해 주어, 각 센서 노드들이 부모 노드와 자식 노드의 상관 레벨로 구성하는 단계; 자식 노드와 부모 노드의 상관 레벨로 구성되는 센서 노드 사이의 경로를 이용하여 라운드 로빈 방식으로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a method for operating a wireless sensor network includes transmitting a control message at a base node; Passing the control message to each other between hierarchical sensor nodes, wherein each sensor node is configured with a correlation level between a parent node and a child node; And transmitting data in a round robin manner by using a path between a sensor node configured as a correlation level of a child node and a parent node.
센서 네트워크, 라우팅, 다중 경로 Sensor network, routing, multipath
Description
도 1은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크의 구성을 나타낸 도면.1 is a view showing the configuration of a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 센서 노드의 상세 구성도.2 is a detailed configuration diagram of a sensor node according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크 구축 예를 나타낸 도면.3 is a diagram illustrating an example of building a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 센서 노드에서의 다중 경로를 통한 데이터 전송 예를 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating an example of data transmission through multiple paths in a sensor node according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 센서 노드 사이의 링크 에러 감지 예를 나타낸 도면.5 is a diagram illustrating an example of link error detection between sensor nodes according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크에서의 사용되는 메시지 포맷을 나타낸 도면. 6 illustrates a message format used in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 부모 테이블의 구성도.7 is a block diagram of a parent table according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크에서의 네트워크 구성 예를 나타낸 흐름도.8 is a flowchart illustrating an example of a network configuration in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명 실시 예에 따른 데이터 전송 예를 나타낸 흐름도.9 is a flowchart illustrating an example of data transmission according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명 실시 예에 따른 네트워크 구성 예를 나타낸 흐름도.10 is a flowchart illustrating an example of a network configuration according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명 실시 예에 따른 부모 노드의 관리 예를 나타낸 흐름도.11 is a flowchart illustrating an example of managing a parent node according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 베이스 노드 101 : 센서 노드110: base node 101: sensor node
102 : 제어 메시지 처리부 103 : 데이터 메시지 처리부102: control message processing unit 103: data message processing unit
104 : 감지 데이터 처리부 105 : 포워딩 처리부104: sensed data processing unit 105: forwarding processing unit
106 : 경로 선택 처리부 107 : 링크 감지 처리부106: path selection processing unit 107: link detection processing unit
108 : 부모 테이블 200 : 유선 네트워크108: parent table 200: wired network
본 발명은 무선 센서 네트워크 운용 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for operating a wireless sensor network.
무선 센서 네트워크는 군사 작전지역, 사람의 접근이 어려운 숲이나 강 같은 자연 환경, 또는 다리나 건물 등에 구성되어 각 응용에서 요구하는 다양한 데이터를 수집하여 특정 지역을 모니터링 하는데 활발히 이용되고 있으며 무선 센서 네트워크는 일반적으로 데이터를 수집하는 센서 노드와 센서 노드들로부터 데이터를 받아 사용자가 접근할 수 있는 장치에 전달하는 베이스 노드로 구성된다. The wireless sensor network is composed of military operation areas, natural environments such as forests and rivers that are hard to reach, or bridges and buildings, and is actively used to monitor specific areas by collecting various data required for each application. It consists of a sensor node that collects data and a base node that receives data from the sensor nodes and delivers the data to a device accessible to the user.
일반적으로 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드는 데이터를 수집하는 센서, 수집한 데이터를 처리하는 연산장치, 데이터를 저장하는 저장장치, 라디오를 매체로 데이터를 전송하고 수신하는 송수신 장치로 구성되고 각 센서 노드들은 동일한 능력을 갖는다. In general, a node constituting a wireless sensor network includes a sensor that collects data, a computing device that processes the collected data, a storage device that stores the data, and a transceiver that transmits and receives data to and from the radio. They have the same power.
LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)는 무선 센서 네트워크의 전송 부하를 클러스터링 방법을 사용하여 전체 센서 네트워크에 분산시키지만, 모든 센서 노드가 베이스 노드와 통신할 수 있어야 한다는 제약이 있으며, SPIN은 센서 노드들 사이에서 메시지를 주고받아 중복된 데이터 전송을 줄이고 신뢰성을 향상시켰지만 이 메시지가 손실될 경우 데이터를 전송할 수 없다는 제약이 있다.Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) distributes the transmission load of a wireless sensor network across the entire sensor network using a clustering method, but the limitation is that all sensor nodes must be able to communicate with the base node. In order to reduce the duplication of data transmission and improve reliability, the message is lost.
MultiHop LQI는 TinyOS에서 제공하는 멀티 홉 라우팅 프로토콜로서 주변 노드로부터 수신된 무선 세기를 기준으로 최소 비용 방식으로 라우팅 경로를 설정하여 단일 경로로 데이터를 전송한다. 하지만 최소 비용 방식으로 라우팅 경로를 결정할 경우 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 위상에 따라 특정 노드에 데이터 처리 및 전송 부하가 집중되어 특정 노드의 에너지가 모두 소모될 경우 무선 센서 네트워크로부터 분리될 수 있으며, 이는 무선 센서 네트워크의 수명을 단축시키는 원인이 된다. MultiHop LQI is a multi-hop routing protocol provided by TinyOS that transmits data in a single path by setting a routing path in a least cost manner based on radio strength received from neighbor nodes. However, when the routing path is determined by the least cost method, data processing and transmission loads are concentrated on a specific node according to the phase of the sensor node constituting the wireless sensor network. This causes a shortening of the lifetime of the wireless sensor network.
본 발명은 무선 센서 네트워크 운용 방법 및 그 시스템을 제공한다.The present invention provides a method and system for operating a wireless sensor network.
본 발명은 주기적인 전송 메시지를 이용하여 부모-자식 노드의 관계 레벨을 이용한 자가 네트워크를 구성하고, 라운드 로빈(round robin) 방식으로 다음 홉(hop)을 선택하고 데이터를 전송할 수 있도록 한 무선 센서 네트워크 운용 방법 및 그 시스템을 제공한다.The present invention configures a self-network using a parent-child node relationship level using a periodic transmission message, and selects a next hop and transmits data in a round robin manner. Provides an operation method and a system thereof.
본 발명은 부모 노드의 전송 에러 정도에 따라 부모 노드를 관리할 수 있도록 한 무선 센서 네트워크 운용 방법 및 그 시스템을 제공한다.The present invention provides a method and system for operating a wireless sensor network to manage a parent node according to a transmission error degree of the parent node.
본 발명 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 운용 방법은 베이스 노드에서 제어 메시지를 전송하는 단계; 상기 제어 메시지를 계층적인 센서 노드들 사이에 서로 전달해 주어, 각 센서 노드들이 부모 노드와 자식 노드의 상관 레벨로 구성하는 단계; 자식 노드와 부모 노드의 상관 레벨로 구성되는 센서 노드 사이의 경로를 이용하여 라운드 로빈 방식으로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a method for operating a wireless sensor network includes transmitting a control message at a base node; Passing the control message to each other between hierarchical sensor nodes, wherein each sensor node is configured with a correlation level between a parent node and a child node; And transmitting data in a round robin manner by using a path between a sensor node configured as a correlation level of a child node and a parent node.
본 발명 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크 운용 시스템은 무선 센서 네트워크 구성을 위한 제어 메시지를 송신하는 베이스 노드; 상기 수신된 제어 메시지에 따라 자신의 노드 정보를 갱신하고 그 갱신된 노드 정보를 반영한 제어 메시지를 다른 이웃 노드에 전송하여 부모-자식 노드의 관계를 형성하며, 감지한 데이터를 베이스 노드에 전송해 주는 센서 노드들을 포함한다. A wireless sensor network operating system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a base node transmitting a control message for configuring a wireless sensor network; The node information is updated according to the received control message, and the control message reflecting the updated node information is transmitted to other neighbor nodes to form a parent-child node relationship, and the detected data is transmitted to the base node. Sensor nodes.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings as follows.
도 1은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크의 개념을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a concept of a sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 센서 네트워크는 다수개의 센서 노드(sensor node)(101)와, 베이스 노드(Base station)(110), 유선 네트워크(200)를 포함한다. 상기 센서 노드(101)는 센싱 지역(Sensing field)(100)에서 사용자가 관심있는 데이터를 수집하여 다른 센서 노드 또는 베이스 노드(110)에 무선으로 보내는 노드들이며, 상기 베이스 노드(110)는 센서 노드들로부터 전송된 데이터를 수집하여 사용자가 접근할 수 있는 장치 예컨대, 유선 네트워크(200)에 연결된 서버나 단말기 등에 전달해 주 는 노드이다.Referring to FIG. 1, a sensor network includes a plurality of
상기 센서 노드(101)에는 특정 데이터의 출발지 노드이거나 데이터 전송 경로를 구성하는 라우팅 노드로 동작할 수 있다. 즉, 노드 1은 출발지 노드이고, 노드 2~7은 라우팅 노드가 될 수 있다.The
상기 출발지 노드가 베이스 노드와 일정 거리 이내에 위치하고 있을 경우 출발지 노드는 베이스 노드에 직접 데이터를 전달할 수 있으며, 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않을 경우 출발지 노드는 하나 이상의 라우팅 노드를 통해 베이스 노드에 데이터를 전달할 수 있게 된다. 즉, 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드의 전송 거리와 에너지가 제한되어 있기 때문에 베이스 노드로부터 멀리 떨어진 센서 노드가 측정한 데이터는 멀티 홉을 통해 베이스 노드에 전달되게 된다.If the source node is located within a certain distance from the base node, the source node can deliver data directly to the base node, if not located within a certain distance so that the source node can deliver data to the base node through one or more routing nodes do. That is, since the transmission distance and energy of the nodes constituting the wireless sensor network are limited, the data measured by the sensor node far from the base node is transmitted to the base node through multi-hop.
상기 베이스 노드(110)는 네트워크 구성을 위한 메시지를 전송하고, 그 메시지를 수신한 노드 간에 부모-자식 관계 즉, 계층적인 상관 레벨을 설정하도록 한다. 이러한 센서 네트워크 환경 하에서 센서 노드(101)는 수집된 데이터를 데이터 메시지에 실어 계층적인 상관 관계에 있는 인접한 이웃 노드(예: 부모 노드)에 전송하게 되며, 상기 베이스 노드(110)는 상기 센서 노드(101)로부터 전송된 데이터 메시지를 수신받아 사용자에게 제공하게 된다.The
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 센서 노드(101)의 상세 구성도이다.2 is a detailed configuration diagram of a
도 2를 참조하면, 각 센서 노드(101)는 제어 메시지 처리부(102), 데이터 메시지 처리부(103), 부모 테이블(108)을 포함하며, 상기 제어 메시지 처리부(102)는 무선 센서 네트워크를 구성하는 프로세서로서, 이웃 노드로부터 수신한 제어 메시 지의 레벨과 시퀀스 넘버를 자신의 노드 정보(즉, 레벨 및 시퀀스 넘버)와 비교한 후 부모 테이블(109)을 갱신하여 무선 센서 네트워크를 자가 구축하게 된다. 즉, 무선 센서 네트워크는 노드 간에 전송되는 노드의 레벨 및 제어 메시지의 전송 주기를 기반으로 자체적으로 구축될 수 있다.Referring to FIG. 2, each
데이터 메시지 처리부(103)는 감지 데이터 처리부(104), 포워딩 처리부(105), 경로 선택 처리부(106), 링크 감지 처리부(107)를 포함한다.상기 감지 데이터 처리부(104)는 해당 센서 노드에서 측정한 데이터를 다음 홉(next-hop)으로 전송해 주며, 포워딩 처리부(105)는 자식 노드로부터 수신한 데이터를 베이스 노드에 전송하기 위해 다음 홉으로 포워딩해 준다. 상기 경로 선택 처리부(106)는 부모 테이블에서 부모 노드의 에러 횟수를 검사하고 부모 테이블의 부모 노드들 중에서 라운드 로빈 방식으로 다음 순서의 부모 노드(next hop)를 선택해 준다. 링크 에러 처리부(107)는 부모 노드가 다음 홉(next-hop)으로 데이터 포워딩시 자식 노드에서 그 데이터를 수신할 때, 그 소요되는 시간을 기준으로 자식 노드와 부모 노드 사이의 링크 상태를 판별하여 해당 부모 노드와의 전송 에러 횟수를 증가시켜 준다.The data
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 센서 네트워크의 구성 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 베이스 노드(BS)는 무선 센서 네트워크를 구성하기 위해 제어 메시지를 주기적으로 브로드캐스트(broadcast)하여 전송하게 된다. 여기서, 전송 주기는 응용의 종류에 따라 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3, the base node BS periodically broadcasts and transmits a control message to configure a wireless sensor network. Here, the transmission period may be adjusted according to the type of application.
상기 제어 메시지(Control message)는 전송하는 노드의 정보로 구성되며 네 트워크 구성에 이용되는 것으로, 도 6의 (c)와 같이 노드의 ID(addr), 제어 메시지의 주기인 시퀀스 넘버(seq : sequence number), 레벨(level)을 포함한다. 상기 노드의 ID는 전송하는 노드의 어드레스이고, 제어 메시지의 시퀀스 넘버는 제어 메시지의 주기를 나타내고 베이스 노드에서만 증가되며, 레벨은 베이스 노드를 포함한 제어 메시지를 전송하는 센서 노드의 레벨을 나타낸다. The control message is composed of the information of the transmitting node and is used for network configuration. As shown in (c) of FIG. 6, the ID (addr) of the node and the sequence number of the control message are shown. number, level. The ID of the node is the address of the transmitting node, the sequence number of the control message represents the period of the control message and is incremented only at the base node, and the level represents the level of the sensor node transmitting the control message including the base node.
여기서 상기 레벨은 각 노드의 통신 거리를 기준으로 베이스 노드로부터의 깊이(또는 거리)를 나타내며, 상기 베이스 노드의 깊이는 0이고, 계층적으로 하위 노드로 갈수록 레벨이 1씩 증가(LV1,LV2,LV3)된다. 즉, 레벨이 i인 노드로부터 제어 메시지를 수신한 노드는 제어 메시지에 저장된 레벨 i와 상기 제어 메시지 수신 노드 자신의 레벨을 비교하여 만약 상기 제어 메시지 수신 노드의 레벨이 i보다 크다면 상기 제어 메시지 수신노드의 레벨은 i+1이 된다.In this case, the level represents a depth (or distance) from the base node based on the communication distance of each node, and the depth of the base node is 0, and the level increases by 1 toward the lower node hierarchically (LV1, LV2, LV3). That is, the node receiving the control message from the node having the level i compares the level i stored in the control message with the level of the control message receiving node itself, and if the level of the control message receiving node is greater than i, receiving the control message. The level of the node is i + 1.
또한 상기 베이스 노드(BS)는 제어 메시지를 전송할 때마다 상기 제어 메시지의 시퀀스 넘버(Sequence_number)를 증가시켜 브로드 캐스트하며, 제어 메시지를 주기별로 구분하게 된다. In addition, whenever the base node BS transmits a control message, the base node BS broadcasts the sequence number of the control message by increasing the sequence number.
상기 제어 메시지를 수신한 센서 노드(E,F)는 상기 제어 메시지의 정보를 참조하여 자신의 노드 정보를 갱신한 후, 자신의 노드 정보로 수정된 제어 메시지를 하위 센서 노드(B,C,D)전송해 주게 된다. 이러한 제어 메시지의 전송 방식으로, 최종 출발지의 센서 노드(A)까지 제어 메시지가 전송될 수 있으며, 계층적인 자가 네트워크의 구성이 완료된다. After receiving the control message, the sensor nodes E and F update their node information with reference to the information of the control message, and then the lower control node B, C, and D change the control message with the node information. Will be sent. In this manner of transmitting the control message, the control message can be transmitted to the sensor node A of the final source, and the construction of the hierarchical self network is completed.
이때 제어 메시지를 보내는 노드는 부모 노드가 되고, 제어 메시지를 받는 노드가 자식 노드가 되어, 부모-자식 노드에 대한 계층 상관 레벨이 결정된다. 상기 제어 메시지를 수신하는 노드는 부모 노드와 1홉의 거리에 있는 노드라 할 수 있다. At this time, the node sending the control message becomes the parent node, and the node receiving the control message becomes the child node, and the hierarchical correlation level for the parent-child node is determined. The node receiving the control message may be a node that is one hop away from the parent node.
그리고, 상기 각 센서 노드는 수신된 제어 메시지의 시퀀스 넘버와 레벨을 노드 자신의 시퀀스 넘버와 레벨과 비교하게 되며, 수신된 제어 메시지의 시퀀스 넘버가 클 경우 자신의 시퀀스 넘버를 수신된 제어 메시지의 시퀀스 넘버로 변경하고, 시퀀스 넘버가 동일하거나 작을 경우 무시한다. 즉, 시퀀스 넘버가 동일하거나 작을 경우 두 노드간에는 라우팅 경로가 설정되지 않는다. 또한 수신된 제어 메시지의 레벨이 자신의 레벨보다 작을 경우 상기 수신된 제어 메시지의 레벨+1로 자신의 레벨을 수정해 준다. 즉, 부모-자식 노드의 상관 레벨로 나타내어 진다.Each sensor node compares the sequence number and level of the received control message with its own sequence number and level, and if the sequence number of the received control message is large, the sequence number of the received control message. Change to the number, and ignore if the sequence number is the same or smaller. That is, if the sequence numbers are the same or smaller, no routing path is established between the two nodes. In addition, when the level of the received control message is smaller than its level, it modifies its level to the level + 1 of the received control message. That is, the correlation level of the parent-child node.
반면, 수신된 제어 메시지의 레벨이 자신의 레벨보다 클 경우도 두 노드간에는 라우팅 경로가 설정되지 않는다.On the other hand, even when the level of the received control message is greater than its level, no routing path is established between the two nodes.
이때 센서 노드는 제어 메시지를 보낸 노드를 부모 테이블에 추가하게 되며, 자신이 레벨과 ID로 제어 메시지를 수정한 후 다시 브로드캐스트하게 된다. 이러한 방식으로 베이스 노드(BS)와 센서 노드(E,F), 또는 센서 노드들 사이의 부모-자식 노드(B,C,D의 부모 노드는 E,F)(A의 부모 노드는 B,C,D)의 상관 레벨로 네트워크를 구성해 준다. 또한 상기 센서 노드는 제어 메시지를 수신하면, 자신의 레벨과 시퀀스 넘버를 유지 또는 갱신하게 된다. 즉, 부모-자식 노드 간에는 적어도 하나의 레벨 차이로 조정하고, 시퀀스 넘버는 수신되는 제어 메시지에 맞게 변경해 준다.At this time, the sensor node adds the node that sent the control message to its parent table, and it broadcasts again after modifying the control message with the level and ID. In this manner, the base node BS and the sensor nodes E and F, or the parent-child nodes B, C, and D between the sensor nodes are E and F (the parent node of A is B and C). The network is constructed with a correlation level of, D). In addition, when the sensor node receives the control message, the sensor node maintains or updates its level and sequence number. That is, at least one level difference is adjusted between the parent and child nodes, and the sequence number is changed according to the received control message.
또한 베이스 노드(BS)로부터 제어 메시지를 수신하는 노드는 제 1레벨(LV1) 의 센서 노드(E,F)이며, 상기 제 1레벨(LV1)의 센서 노드(E,F)에서 재전송되는 제어 메시지를 수신하는 하위 노드는 제 2레벨(LV2)의 센서 노드(B,C,D)이고, 상기 제 2레벨(LV2)의 센서 노드(B,C,D)에서 재전송하는 제어 메시지를 수신하는 하위 노드는 제 3레벨(LV3)의 센서 노드(A) 등으로 레벨이 각각 결정될 수 있다. 이때의 노드 간의 제어 메시지의 수신 여부는 RF 파워의 수신 세기를 이용할 수도 있다.Also, the node that receives the control message from the base node BS is the sensor nodes E and F of the first level LV1, and the control message retransmitted from the sensor nodes E and F of the first level LV1. Is a lower node that receives the control message retransmitted by the sensor nodes B, C and D of the second level LV2, and the sensor nodes B, C and D of the second level LV2. The level of the node may be determined by the sensor node A of the third level LV3 or the like. At this time, whether or not the control message is received between the nodes may use the reception strength of the RF power.
한편, 각 센서 노드(A-F)에는 부모 노드의 정보를 저장하는 부모 테이블을 포함한다. 상기 부모 테이블은 도 7과 같이 부모 노드의 ID(addr), 각 부모 노드별 에러 값, 플래그(flag) 정보로 표현되는 데, 상기 부모 노드의 ID에는 하나 이상의 부모 노드의 어드레스가 각각 저장되며, 에러 값은 각 부모 노드와의 전송 에러 횟수가 저장되고, 플래그 정보는 특정 부모 노드가 다음 홉(next_hop)으로 선택되고 데이터를 전송했을 때 전송 성공 여부를 나타내는 값이다. 상기 자식 노드는 부모 노드와의 링크 에러가 일정 횟수 이상이 되면 부모 노드를 삭제할 수도 있다. On the other hand, each sensor node (A-F) includes a parent table that stores the information of the parent node. The parent table is represented by an ID (addr) of the parent node, an error value for each parent node, and flag information as shown in FIG. 7, wherein an address of one or more parent nodes is stored in the ID of the parent node, respectively. The error value stores the number of transmission errors with each parent node, and the flag information is a value indicating whether the transmission succeeds when a specific parent node is selected as the next hop and transmits data. The child node may delete the parent node when a link error with the parent node reaches a predetermined number or more.
본 발명은 베이스 노드에서 보낸 제어 메시지만으로 네트워크를 구성하여 네트워크 구성에 필요한 메시지 수를 최소화하여, 메시지 송/수신에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.The present invention can configure the network with only the control message sent from the base node to minimize the number of messages required for the network configuration, thereby saving energy required for message transmission / reception.
이와 같이 제어 메시지를 이용한 자가 네트워크가 구성되면, 도 4와 같이 출발지 센서 노드(A)에서 라운드 로빈 방식을 사용한 다중 경로를 통해 데이터를 전송해 줄 수 있다. 상기 라운드 로빈 방식은 부모 테이블에 있는 부모 노드들의 정해진 순서를 이용하여 교대로 데이터를 전송해 주는 방식이다. 상기 각 센서 노드는 데이터 메시지를 받아 재전송할 때 데이터 메시지에 다음 노드(next_hop)와 이 전 노드(pre_hop) 정보를 기록해 준다. As such, when the self network using the control message is configured, as shown in FIG. 4, the source sensor node A may transmit data through a multi-path using a round robin method. The round robin method alternately transmits data using a predetermined order of parent nodes in a parent table. Each sensor node records the next node (next_hop) and previous node (pre_hop) information in the data message when receiving and retransmitting the data message.
여기서, 상기 데이터 메시지는 센싱한 데이터의 전송과 해제된 링크 감지에 필요한 정보들로 구성되는 것으로, 도 6의 (d)와 같이 데이터 메시지의 종류를 나타내는 타입(Type), 데이터를 센싱한 노드의 레벨(level), 센싱한 데이터(reading), 센싱한 노드의 다음 홉(next_hop), 현재 노드의 이전 홉(pre_hop), 센싱한 데이터의 시퀀스 넘버(data_seq_no)를 포함한다. Herein, the data message is composed of information necessary for transmission of sensed data and detection of a released link. As shown in FIG. Level, sensed data (reading), the next hop (next_hop) of the sensed node, the previous hop (pre_hop) of the current node, and the sequence number (data_seq_no) of the sensed data.
도 4와 같이 노드 A는 부모 노드인 B,C,D를 이용하여 라운드 로빈 방식으로 해당 경로(P1,P2,P3)에 데이터 메시지를 전송해 주며, B는 부모 노드인 E,F를 라운드 로빈 방식을 이용하여 차례대로 데이터 메시지를 전송해 주고, E,F는 부모 노드인 베이스 노드(BS)에 데이터 메시지를 전송해 줌으로써, 상기 구성된 네트워크와 라운드 로빈 방식을 이용하여 데이터를 최종 베이스 노드까지 전송해 줄 수 있다.As shown in FIG. 4, node A transmits a data message to a corresponding path (P1, P2, P3) in a round robin manner using B, C, and D, and B round robins its parent nodes, E, F. The data messages are sequentially transmitted using the scheme, and E and F transmit the data messages to the base node BS, which is the parent node, thereby transmitting the data to the final base node using the configured network and round robin scheme. I can do it.
도 5는 센서 노드 간의 링크 에러 감지 예이다. 5 is an example of detecting a link error between sensor nodes.
도 5를 참조하면, 상기 자식 노드(A)에서 부모 노드(B)로 데이터 메시지(Data1)를 전송하면(S11), 부모 노드(B)가 데이터 메시지를 수신하여 다음 노드인 E노드에 포워딩(S13)할 때, 상기 데이터 메시지의 이전 홉을 노드(A)로 설정함으로써 상기 데이터 메시지를 자식 노드(A)에서 동시에 수신한다(S12). 이에 따라 자식 노드(A)는 전송한 데이터 메시지에 상응하는 포워딩 메시지를 유효시간 내에 수신했는지 여부에 따라, 두 노드 사이의 링크 상태를 점검하여, 에러 링크(broken link) 여부를 탐지하게 된다. Referring to FIG. 5, when the data message Data1 is transmitted from the child node A to the parent node B (S11), the parent node B receives the data message and forwards it to the next node, E node. In operation S13, the data message is simultaneously received by the child node A by setting the previous hop of the data message to the node A (S12). Accordingly, the child node A checks the link state between the two nodes according to whether the forwarding message corresponding to the transmitted data message is valid within a valid time, and detects whether the link is an error link.
본 발명의 메시지는 도 6에 도시된 바와 같이, Tiny os 메시지를 바탕으로 제어 메시지와 데이터 메시지를 추가한 것이다. (a)는 Tiny os 메시지(Tos_msg)이고, 그 메시지의 데이터는 (b)의 멀티 홉 메시지(Tos_MhopMsg)이며, 이 메시지의 데이터는 (c)의 제어 메시지 또는 (d)의 데이터 메시지로 이용된다. 상기 제어 메시지는 상기에서 설명한 바와 같이 어드레스, 시퀀스 넘버, 레벨 정보를 포함하며, 데이터 메시지는 타입, 레벨, 리딩, 다음 홉 및 이전 홉, 데이터 시퀀스 넘버를 포함한다. 여기서, Tiny os는 네트워크를 기반으로 하기 때문에 메시지를 바이트 단위로 다루게 된다.In the message of the present invention, as shown in FIG. 6, a control message and a data message are added based on a Tiny os message. (a) is a Tiny os message (Tos_msg), and the data of the message is a multi-hop message (Tos_MhopMsg) of (b), and the data of this message is used as a control message of (c) or a data message of (d). . The control message includes address, sequence number, and level information as described above, and the data message includes type, level, reading, next hop and previous hop, and data sequence number. Here, Tiny os is network-based, so messages are handled in bytes.
본 발명은 레벨 베이스 다중 경로 라우팅(LMPR: Level based Multi-path routing) 프로토콜로서, 메시지 손실이 많은 무선 네트워크의 특성을 고려하여 메시지의 종류를 최소화하여 제어 메시지와 데이터 메시지만을 이용하여 네트워크의 구성 및 데이터 전송, 그리고 전송 에러를 감지 기능을 수행할 수 있도록 설계되었다. 또한 최소한의 메시지만을 송/수신하여 송/수신에 필요한 에너지를 절약할 수 있다. The present invention is a level based multi-path routing (LMPR) protocol, which minimizes the types of messages in consideration of the characteristics of a wireless network with a lot of message loss, and uses only control and data messages to configure the network. It is designed to perform data transmission and transmission error detection. In addition, only the minimum number of messages can be transmitted / received, saving the energy required for transmission / reception.
도 8은 본 발명 센서 네트워크의 다중 경로 라우팅 방법을 나타낸 흐름도로서, 베이스 노드에서 전송되는 제어 메시지를 이용하여 상기 제어 메시지를 수신하는 노드와 이를 재전송하는 노드들 사이의 전송 경로에 해당되는 네트워크를 구성하게 된다(S110). FIG. 8 is a flowchart illustrating a multi-path routing method of a sensor network according to the present invention, and uses a control message transmitted from a base node to configure a network corresponding to a transmission path between a node receiving the control message and nodes retransmitting the control message. It is made (S110).
그리고 라운드 로빈 방식으로 다중 경로를 통한 데이터를 전송해 주고(S120), 이때 전송 에러가 일정 이상 발생될 때 해당 부모 노드를 삭제해 주어, 전체 네트워크를 갱신해 주게 된다(S130).Then, the data is transmitted through the multi-path in a round robin manner (S120), and when the transmission error occurs more than a predetermined time, the corresponding parent node is deleted and the entire network is updated (S130).
도 9는 도 8에서의 자가 네트워크의 구성 예를 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating an example of a configuration of a self-network in FIG. 8.
도 9를 참조하면, 베이스 노드에서 제어 메시지를 주기적으로 브로드캐스트하면(S111), 상기 브로드캐스트된 메시지는 일정 거리 내에 있는 센서 노드에 수신된다(S112). 이때 상기 센서 노드는 제어 메시지의 시퀀스 넘버와 레벨을 참조하여 자신의 시퀀스 넘버와 레벨을 갱신하게 된다(S113). 즉, 제어 메시지를 수신한 노드는 자신의 레벨과 제어 메시지를 송신한 노드의 레벨을 비교하여 만약 자신의 레벨이 클 경우 자신의 레벨을 상기 제어 메시지를 송신한 노드의 레벨의 +1로 수정하고, 자신의 시퀀스 넘버와 제어 메시지의 시퀀스 넘버를 비교하여 제어 메시지의 시퀀스 넘버가 클 경우 제어 메시지의 시퀀스 넘버로 변경하게 된다.Referring to FIG. 9, when the control node periodically broadcasts a control message (S111), the broadcast message is received by a sensor node within a predetermined distance (S112). At this time, the sensor node updates its sequence number and level with reference to the sequence number and level of the control message (S113). That is, the node receiving the control message compares its level with that of the node sending the control message, and if its level is large, modifies its level to +1 of the level of the node sending the control message. When the sequence number of the control message is large, the sequence number of the control message is changed to the sequence number of the control message.
그리고 상기의 제어 메시지를 송신한 노드(즉, 송신 노드)를 부모 테이블에 추가하여, 부모 테이블을 갱신하게 된다(S114).Then, the node (that is, the transmitting node) that has transmitted the control message is added to the parent table to update the parent table (S114).
그리고 센서 노드의 레벨과 ID로 제어 메시지를 수정한 후 브로드캐스트하게 된다(S115). 이러한 수순을 반복하여, 부모-자식 노드의 계층적인 상관 레벨을 갖는 자가 네트워크를 구성하게 된다.In operation S115, the control message is modified with the level and ID of the sensor node. By repeating this procedure, a self network having a hierarchical correlation level of parent-child nodes is constructed.
도 10은 본 발명 실시 예에 따른 데이터 전송 예를 나타낸 흐름도로서, 출발지 노드에서 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 전송하고자 할 경우(S121,S122), 라운드 로빈 방식을 사용하여 부모 테이블에서 순서에 해당되는 부모 노드를 선택하고(S123), 선택된 부모 노드에 데이터 메시지를 전송하게 된다(S124). 여기서, 출발지의 센서 노드는 주기적으로 데이터를 전송할 수도 있다.FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of data transmission according to an embodiment of the present invention. In the case where data is collected at a source node and the collected data is to be transmitted (S121 and S122), it corresponds to a sequence in a parent table using a round robin method. The selected parent node is selected (S123), and a data message is transmitted to the selected parent node (S124). Here, the sensor node of the starting point may transmit data periodically.
도 11은 본 발명 실시 예에 따른 부모 노드의 관리 예를 나타낸 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating an example of managing a parent node according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 자식 노드가 부모 노드에 데이터 메시지를 전송하고(S131), 이후 수신한 메시지가 부모 노드로부터 받은 응답 메시지인 가를 확인하게 된다(S132). 이때 받은 응답 메시지를 유효시간 내에 수신되지 못하였다면(S133), 에러 횟수를 증가시키고 에러 횟수가 정해진 기준을 초과하는 지를 비교하고(S134,S135), 에러 횟수가 정해진 기준을 초과하게 되면 해당 부모 노드를 부모 테이블에서 삭제하게 된다(S136). 이때 정해진 에러 횟수 이내에서 데이터 전송이 이루어지면 에러 값을 초기화시켜 준다.Referring to FIG. 11, the child node transmits a data message to the parent node (S131), and then confirms whether the received message is a response message received from the parent node (S132). At this time, if the received response message is not received within the valid time (S133), increase the number of errors and compare whether the error number exceeds the predetermined criteria (S134, S135), and if the error number exceeds the predetermined criteria, the corresponding parent node It is deleted from the parent table (S136). At this time, if data is transmitted within the specified number of errors, the error value is initialized.
본 발명은 임베디드 운영체제인 Tiny 0S를 기반으로 구현할 경우, 최소 비용 방식으로 경로를 결정하는 MultiHop LQI 방식을 사용한 Surge 응용보다 다중 경로(multipath) 응용이 약 4.6배 이상으로 데이터 분산 전송이 가능하며, 센서 노드의 평균 수신율이 약 91.32% 정도로 높게 나타난다. According to the present invention, based on Tiny 0S, which is an embedded operating system, multipath applications can be distributed about 4.6 times or more than Surge applications using the MultiHop LQI method, which determines the path in the least cost method. The average reception rate of the node is about 91.32%.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, which are merely examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications are not possible that are not illustrated above. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
본 발명은 레벨 베이스 다중 경로 라우팅(LMPR: Level based Multi-path routing) 프로토콜로서, 메시지 손실이 많은 무선 네트워크의 특성을 고려하여 메시지의 종류를 최소화하여 제어 메시지와 데이터 메시지만을 이용하여 네트워크의 구성 및 데이터 전송, 그리고 전송 에러를 감지 기능을 수행할 수 있도록 설계되었다. 또한 최소한의 메시지만을 송/수신하여 송/수신에 필요한 에너지를 절약할 수 있다. The present invention is a level based multi-path routing (LMPR) protocol, which minimizes the types of messages in consideration of the characteristics of a wireless network with a lot of message loss, and uses only control and data messages to configure the network. It is designed to perform data transmission and transmission error detection. In addition, only the minimum number of messages can be transmitted / received, saving the energy required for transmission / reception.
또한 데이터 전송과 처리를 분산시켜 줌으로써, 네트워크 전체 에너지를 효율적으로 소비하여 무선 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있다.By decentralizing data transmission and processing, the energy of the entire network can be efficiently consumed to extend the life of the wireless sensor network.
또한 응용의 종류에 따라 제어 메시지 주기를 조절함으로써 가정, 학교, 사무실과 같이 다양한 환경에서 사용자가 원하는 각종 데이터를 수집하여 해당 지역을 모니터링하는데 활용할 수 있다. In addition, by adjusting the control message cycle according to the type of application, it is possible to collect various data desired by the user in various environments such as home, school, and office to monitor the area.
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