KR100887290B1 - Method for driving a two-way routing protocol using address map in sensor network - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 라우팅 테이블의 크기를 작게함으로써, 효율적으로 임의의 노드로 질의가 가능토록 하며, 처리과정도 간단히 할 수 있는 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network. More particularly, the bidirectional routing protocol can be efficiently queryed by an arbitrary node by reducing the size of a routing table and simplifying a process. It relates to a method of driving a routing protocol.

본 발명의 센서 노드 및 계층이 적어도 하나 이상으로 이루어진 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 있어서, 상기 각 센서 노드의 아이디에 대응하는 16진수로 표기하는 고정된 8바이트 크기의 어드레스 맵을 생성하는 제 1단계; 상기 각 센서 노드가 이웃 노드들로부터 메시지를 수신받아 링크의 수신감도가 가장 높게 측정된 하나의 센서 노드를 상위 노드로 선택하는 제 2단계; 상기 각 센서 노드는 적어도 하나 이상의 하위 노드로부터 전송된 어드레스 맵이 변화되거나 혹은 새로운 하위 노드로부터 어드레스 맵이 전송되면 어드레스 맵을 갱신하고, 선택한 상기 상위 노드로 갱신된 상기 어드레스 맵을 전송하는 제 3단계; 및 상기 상위 노드는 최상위 노드인 베이스 노드로 갱신된 어드레스 맵을 전송하고, 상기 베이스 노드는 메인 컴퓨터로 어드레스 맵을 전송하는 제 4단계에 기술적 특징이 있다.In a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network including at least one sensor node and a layer of the present invention, an address having a fixed 8-byte size represented by a hexadecimal number corresponding to an ID of each sensor node. Generating a map; A second step in which each sensor node receives a message from neighbor nodes and selects one sensor node having a highest reception sensitivity of a link as a higher node; A third step of each sensor node updating an address map when an address map transmitted from at least one lower node is changed or an address map is transmitted from a new lower node, and transmitting the updated address map to the selected upper node; ; And a fourth step in which the upper node transmits the updated address map to the base node, which is the highest node, and the base node transmits the address map to the main computer.

센서, 네트워크, 센서 노드, 라우팅, 프로토콜. Sensors, networks, sensor nodes, routing, protocols.

Description

센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법{Method for driving a two-way routing protocol using address map in sensor network}Method for driving a two-way routing protocol using address map in sensor network}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크 시스템의 구성도,1 is a block diagram of a sensor network system according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵의 표기법 및 16진수 변환방법,2 is a method of notation and hexadecimal conversion of an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 맵을 이용한 센서 네트워크의 토폴로지에 관한 연산과정,3 is a calculation process of a topology of a sensor network using an address map according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 구동방법의 순서도,4 is a flowchart illustrating a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 타임 윈도우 방법의 순서도,5 is a flowchart of a bidirectional routing protocol time window method using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 구동방법의 순서도,6 is a flowchart illustrating a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention;

도면 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 트리 토폴로지 구성에 따른 평균 홉 카운트를 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an average hop count according to a tree topology configuration in a sensor network according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110 : 센서 노드 120 : 베이스 노드110: sensor node 120: base node

130 : 메인 컴퓨터130: main computer

본 발명은 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 라우팅 테이블의 크기를 작게함으로써, 효율적으로 임의의 노드로 질의가 가능토록 하며, 처리과정도 간단히 할 수 있는 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network. More particularly, the bidirectional routing protocol can be efficiently queryed by an arbitrary node by reducing the size of a routing table and simplifying a process. It relates to a method of driving a routing protocol.

센서 네트워크는 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로써, 초기에 센서 네트워크는 직접 접근하기 어려운 지역의 군사 동향의 감시를 하는 무인 정찰 시스템에 사용되어 정보의 수집 기능만을 필요로 했으나, 최근에는 외부 환경의 감시나 제어 기능을 수행하는 지능형 교통 시스템, 생산공정 자동제어, 환자의 상태 원격감지, 지능형 빌딩 내의 환경 제어 등으로 확장되어 임의의 노드가 특정한 동작을 하도록 질의를 보낼 수 있어야 하며, 이러한 분야에서 사용되는 센서 노드들은 주로 제한된 메모리에 의해 운영되기 때문에, 메모리의 사용을 최대한 줄여야 한다.The sensor network is a network configured to collect the information collected from various sensors wirelessly, and the sensor network is used for the unmanned reconnaissance system that monitors military trends in areas that are difficult to access directly. Recently, however, it has been extended to intelligent traffic systems that monitor or control the external environment, automatic control of production processes, remote sensing of patients' conditions, and environmental control within intelligent buildings, to query any node for specific actions. Since sensor nodes used in these fields are mainly operated by limited memory, the use of memory should be minimized.

그러나, 종래의 양방향 라우팅 알고리즘은 센서 노드들의 연결상태를 확인하기 위해서는 센서 노드 수에 따라 라우팅 테이블의 크기가 비례적으로 커지기 때문에 제한된 메모리를 사용하는 센서 네트워크에서는 효율적이지 못하고, 제한된 용량의 배터리를 사용하기 때문에 각각 센서 노드들의 RF신호의 범위가 좁아져서 데이터를 전달하기 위해서는 여러 노드들을 경유하게 되어, 경유하는 노드들의 수가 많을수록 경로를 저장하기 위한 라우팅 테이블이 커지게 된다.However, the conventional bidirectional routing algorithm is not efficient in the sensor network using limited memory because the size of the routing table increases proportionally according to the number of sensor nodes in order to check the connection state of the sensor nodes. Therefore, the RF signal range of each sensor node is narrowed to pass data through several nodes in order to transfer data. As the number of nodes passing through increases, a routing table for storing a path grows.

따라서, 센서 네트워크의 라우팅 알고리즘은 간단하면서도 작은 메모리를 사용하고, 신뢰성이 높아야 하며, 제한된 메모리를 사용하기 때문에 작은 크기의 라우팅 테이블을 유지해야 하는 것이 절실히 요구되고 있다.Therefore, since the routing algorithm of the sensor network uses simple, small memory, has high reliability, and uses limited memory, it is urgently required to maintain a small routing table.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작은 크기의 고정된 라우팅 테이블에 어드레스 맵을 사용함으로써, 메모리의 용량을 줄이는데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to reduce the memory capacity by using an address map in a small fixed routing table.

또한, 임의의 센서 노드로 특정한 동작을 하도록 질의를 보내는 다른 목적이 있다.There is also another purpose of sending queries to certain sensor nodes for specific actions.

본 발명의 목적은 각 센서 노드의 아이디에 대응하는 16진수로 표기하는 고정된 8바이트 크기의 어드레스 맵을 생성하는 제 1단계; 상기 각 센서 노드가 이웃 노드들로부터 메시지를 수신받아 링크의 수신감도가 가장 높게 측정된 하나의 센서 노드를 상위 노드로 선택하는 제 2단계; 상기 각 센서 노드는 적어도 하나 이상의 하위 노드로부터 전송된 어드레스 맵이 변화되거나 혹은 새로운 하위 노드로부터 어드레스 맵이 전송되면 어드레스 맵을 갱신하고, 선택한 상기 상위 노드로 갱신된 상기 어드레스 맵을 전송하는 제 3단계; 및 상기 상위 노드는 최상위 노드인 베이스 노드로 갱신된 어드레스 맵을 전송하고, 상기 베이스 노드는 메인 컴퓨터로 어드레스 맵을 전송하는 제 4단계를 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 의해 달성된다.An object of the present invention is a first step of generating a fixed 8-byte address map in hexadecimal notation corresponding to the ID of each sensor node; A second step in which each sensor node receives a message from neighbor nodes and selects one sensor node having a highest reception sensitivity of a link as a higher node; A third step of each sensor node updating an address map when an address map transmitted from at least one lower node is changed or an address map is transmitted from a new lower node, and transmitting the updated address map to the selected upper node; ; And transmitting, by the upper node, the updated address map to the base node, which is the highest node, and transmitting the address map to the main computer, wherein the base node transmits the address map to the main computer. Is achieved by.

본 발명의 다른 목적은 메인 컴퓨터가 임의의 센서 노드로의 특정 동작을 수행토록 하기 위해 상기 센서 네트워크의 최상위 노드인 베이스 노드로 질의를 전송하는 제 1단계; 상기 베이스 노드는 상기 임의의 센서 노드의 어드레스 맵을 생성하고, 생성한 어드레스 맵과 비트 AND연산을 통해 하위 노드를 검색하는 제 2단계; 및 검색된 상기 하위 노드가 상기 질의를 수행하는 제 3단계를 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 의해 달성된다.Another object of the invention is a first step of sending a query to a base node, which is a top node of the sensor network, for a main computer to perform a specific operation on any sensor node; A second step of generating, by the base node, an address map of the arbitrary sensor node, and searching for a lower node through the generated address map and bit AND operation; And a third step of the searched lower node performing the query.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 하나 이상의 센서 노드(110), 베이스 노드(120), 메인 컴퓨터(130)로 구성된다.1 is a block diagram of a sensor network system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, one or more sensor nodes 110, a base node 120, and a main computer 130 are configured.

센서 네트워크는 하나 이상의 센서 노드(110)에서 정보를 수집하고, 센서 노드(110)에 이상이 발생하거나 혹은 설정된 시간마다 수집한 정보를 베이스 노드(120)로 전송하면, 베이스 노드(120)는 수집한 정보를 메인 컴퓨터(130)로 전송하여 사용자는 전송된 데이터를 제공받을 수 있다. 또한, 사용자는 데이터를 제공받을 뿐만 아니라, 특정 센서 노드(110)로 질의를 함으로써, 사용자가 원하는 센서 노드(110)를 동작하게 할 수 있는 것을 포함한다.The sensor network collects information from one or more sensor nodes 110, and if an error occurs in the sensor node 110 or transmits the collected information to the base node 120 at a set time, the base node 120 collects the information. By transmitting the information to the main computer 130, the user can be provided with the transmitted data. In addition, the user may not only be provided with data, but also may query the specific sensor node 110 so that the user can operate the desired sensor node 110.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵의 표기법 및 16진수 변환방법이다. 예를 들어, 노드 ID가 0인 센서 노드의 어드레스 맵의 표기법은 0000 0000 0000 0001로 나타내고 16진수로 표기하면 0x0001이고, 노드 ID가 1인 센서 노드의 어드레스 맵의 표기법은 0000 0000 0000 0010로 나타내고 16진수로 표기하면 0x0002이다. 0~15까지의 노드 ID는 2바이트의 데이터로 어드레스 맵의 표기가 가능하나, 16부터는 4바이트의 데이터로 어드레스 맵의 표기가 가능하다.2 is a representation of an address map and a hexadecimal conversion method in a sensor network according to an embodiment of the present invention. For example, the notation of the address map of a sensor node with a node ID of 0 is 0000 0000 0000 0001 and 0x0001 if it is represented in hexadecimal, and the notation of the address map of the sensor node with a node ID of 1 is 0000 0000 0000 0010. In hexadecimal notation, 0x0002. Node IDs from 0 to 15 can be expressed in address maps with 2 bytes of data, but 16 can be represented in address maps with 4 bytes of data.

도 2를 참조하면, 노드 ID가 19인 센서 노드가 최초로 형성하는 어드레스 맵 의 표기법을 나타내고 있다. 19를 4바이트의 데이터로 나타내면, 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000 1000이고, 16진수로 표현하면 0x0010 0008로 표기하나 실질적인 라우팅 테이블로 저장되는 데이터 형식은 고정된 8바이트 크기이므로 상기 16진수로 표현한 0x0010 0008은 앞에 4바이트를 추가하여 표현한 0x0001 0001 0010 0008(230)로 나타내며 0001은 0을 의미하므로 상기 앞의 4바이트는 0으로 기재하여 8바이트 형식으로 표현하는 것을 포함한다.Referring to Fig. 2, the notation of an address map first formed by a sensor node having a node ID of 19 is shown. If 19 is represented by 4 bytes of data, it is 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000 1000, and it is expressed as 0x0010 0008 when expressed in hexadecimal but the data format stored in the actual routing table is a fixed 8 byte size, so 0x0010 expressed in the above hexadecimal. 0008 is represented by 0x0001 0001 0010 0008 (230) represented by adding 4 bytes in front, and 0001 means 0, and the preceding 4 bytes include 0 and expressed in 8-byte format.

상기 고정된 8바이트 크기로 어드레스 맵을 생성함으로써, 작은 크기의 라우팅 테이블을 사용하여 센서 노드의 제한된 메모리의 활용도를 높이는 것을 포함한다. Generating an address map with the fixed 8-byte size includes using a small size routing table to increase the utilization of the limited memory of the sensor node.

level(210)은 2진법으로 표현했을 때 bit의 자리를 나타내며, 각 level안에 표기되어 있는 것은 bit set을 의미하고, 상기 노드 ID가 19를 16진수로 표현하면 0x0001 0001 0010 0008이므로 0001은 0, 0010은 1, 0008은 3으로 나타내어 0013이 되기때문에, level(210)에서 0013을 맵에 표기하면 level 3부터 level 0까지 순서대로 기재하여 0013이 된다. 상기 0013을 10진수로 바꾸는 다음 식(1)에 의하면,level (210) indicates the position of a bit when represented in binary format, and a written in each level means a bit set. When node ID is expressed in hexadecimal, 0x0001 0001 0010 0008, 0001 is 0, Since 0010 is 1 and 0008 is 3, which is 0013, when 0013 is written on the map at level 210, it is 0013 in order from level 3 to level 0. According to the following equation (1) which converts 0013 to a decimal number,

Figure 112007020038206-pat00001
Figure 112007020038206-pat00001

(0*16^3)+(0*16^2)+(1*16^1)+(3*16^0)으로 노드 ID인 19로 되고(220), 상기 센서 노드는 자신의 노드 ID를 이용하여 어드레스 맵을 나타내는 것을 포함한다.(0 * 16 ^ 3) + (0 * 16 ^ 2) + (1 * 16 ^ 1) + (3 * 16 ^ 0), the node ID is 19 (220), and the sensor node has its own node ID. Indicating the address map using the.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 맵을 이용한 센서 네트워크의 토폴로지에 관한 연산과정이다. 도 3을 참조하면, 네트워크 토폴로지(310)와 어드 레스 맵(320)으로 구성되어 있다. 네트워크 토폴로지(310)는 8개의 노드로 구성되어 있고, 1번 노드가 최상위 노드로 베이스 노드와 연결되어 있는 것을 포함한다. 1번 노드 밑에 2,3,4번 노드가 연결되어 있고, 2번 노드에는 5,6번 노드가 연결되며, 3번 노드에는 7,8번 노드가 연결되어 있다. 1번 노드부터 8번 노드는 자신의 ID를 이용하여 최초의 어드레스 맵을 형성하고, 하위 노드를 가지고 있는 1,2,3번 상위 노드는 상기 하위 노드의 어드레스 맵과 bit OR연산을 하여 자신의 어드레스 맵을 갱신한다.3 is a flowchart illustrating a topology of a sensor network using an address map according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the network topology 310 and the address map 320 are configured. The network topology 310 is composed of eight nodes, and includes node 1 connected to the base node as the top node. Nodes 2, 3, and 4 are connected under node 1, nodes 5 and 6 are connected to node 2, and nodes 7 and 8 are connected to node 3. Nodes 1 to 8 form the first address map using their IDs, and upper and lower nodes 1,2 and 3 that have lower nodes perform bit OR operations on the lower node's address map. Update the address map.

예를 들어, 상기 2번 노드는 5,6번 노드의 상위 노드이므로 5,6번 노드와 bit OR연산을 통해 2번 노드의 어드레스 맵을 갱신한다. 5번 노드의 어드레스 맵은 0x0001 0001 0001 0020이고, 6번 노드의 어드레스 맵은 0x0001 0001 0001 0040으로 표기하며, 2번 노드는 0x0001 0001 0001 0004로 표기된다. 상기 5번 노드의 0020을 bit로 표기하면 0000 0000 0010 0000이고, 6번 노드의 0040을 bit로 표기하면 0000 0000 0100 0000이며, 2번 노드의 0004를 bit로 표기하면 0000 0000 0000 0100으로 표기하므로, 3개의 노드를 bit OR연산하면 0000 0000 0110 0100으로 나타나고 16진수로 변환하면 0064이다.For example, since node 2 is an upper node of nodes 5 and 6, the address map of node 2 is updated through bit OR operation with nodes 5 and 6. The address map of node 5 is 0x0001 0001 0001 0020, the address map of node 6 is 0x0001 0001 0001 0040, and the node 2 is 0x0001 0001 0001 0004. If 0020 of node 5 is expressed as a bit, it is 0000 0000 0010 0000, if node 0040 is expressed as a bit, it is 0000 0000 0100 0000, and if node 4 node is expressed as bit 0000 0000 0000 0100, If you OR OR 3 nodes, it is shown as 0000 0000 0110 0100 and converted to hexadecimal is 0064.

상기 2번 노드는 0x0001 0001 0001 0064로 갱신함으로써, 5,6번 노드의 어드레스 맵을 포함하며 이와 같은 과정으로 3번 노드는 7,8번 노드와 bit OR연산을 하여 갱신하고, 최상위 노드인 1번 노드는 2번 노드부터 4번 노드까지의 어드레스 맵으로 갱신하기 때문에 결과적으로 2번 노드부터 8번 노드까지의 어드레스 맵을 포함하게 된다. 이러한 어드레스 맵의 갱신을 통해 상위 노드는 하위 노드의 연결관 계를 알 수 있고, 상기 어드레스 맵의 갱신은 상기 하위 노드의 어드레스 맵을 소정간격으로 상위 노드로 전송되는 것을 포함한다.The node 2 is updated to 0x0001 0001 0001 0064 to include the address map of nodes 5 and 6, and in this process, the node 3 is updated by performing a bit OR operation with the nodes 7, 8 and 1, which is the highest node. Node 1 updates the address map from node 2 to node 4, and as a result, it includes the address map from node 2 to node 8. The updating of the address map allows the upper node to know the connection relationship of the lower node, and the updating of the address map includes transmitting the address map of the lower node to the upper node at a predetermined interval.

센서 네트워크는 메인 컴퓨터에서 임의의 센서 노드로 특정한 동작을 하도록 질의할 수 있도록 해야하며, 상기 메인 컴퓨터에서 임의의 센서 노드로 질의를 보내면 베이스 노드부터 임의의 센서 노드를 찾아서 질의를 전송해야한다. 상기 센서 노드들은 bit OR연산 결과의 어드레스 맵을 가지고 있으며, 이를 이용하여 상기 메인 컴퓨터에서 질의를 받은 베이스 노드는 임의의 센서 노드로 질의를 전송하기 위하여 임의의 센서 노드의 어드레스 맵을 생성해서 하위 노드들로 전송한다.The sensor network should be able to query certain sensor nodes from the main computer to perform a specific operation. When sending a query to any sensor node from the main computer, the sensor network should find an arbitrary sensor node from the base node and send a query. The sensor nodes have an address map of the result of a bit OR operation, and the base node which is queried from the main computer using this generates a address map of any sensor node in order to transmit a query to any sensor node. To send them.

예를 들어, 임의의 센서 노드 즉, 목적 노드가 6번 노드일 경우, 베이스 노드는 6번 노드의 어드레스 맵을 생성하여 1번 노드인 최상위 노드로 전송하면, 상기 1번 노드는 목적 노드의 어드레스 맵을 수신하고, 자신의 어드레스 맵과 bit AND 연산을 수행한다. 수신한 상기 어드레스 맵의 bit AND 연산한 결과가 목적 노드의 어드레스 맵과 같으면 연결되어 있는 하위 노드로 어드레스 맵을 전송하고, 같지 않으면 수신한 목적 노드의 어드레스 맵은 무시하는 것을 포함한다.For example, if any sensor node, that is, the target node is node 6, the base node generates an address map of node 6 and transmits it to the highest node that is node 1, the node 1 is the address of the target node. Receives a map and performs a bit AND operation with its own address map. If the result of the bit AND operation of the received address map is the same as the address map of the target node, the address map is transmitted to the connected lower node. If not, the address map of the received target node is ignored.

6번 노드의 어드레스 맵 0x0001 0001 0001 0040에서 0040을 bit로 변환하면 0000 0000 0100 0000이고, 1번 노드의 어드레스 맵 0x0001 0001 0001 01FE에서 01FE를 bit로 변환하면 0000 0001 1111 1110이다. bit AND연산을 수행하면 0000 0000 0100 0000 이 되어서 목적 노드인 6번 노드와 연산결과가 참이 된다. 결과가 참이 되는 것은 상기 목적 노드가 1번 노드에 연결되어 있다는 것을 뜻하고, 상기 1번 노드에 연결되어 있는 2,3,4번 노드와 다시 bit AND연산을 통해 연결된 목적 노드의 어드레스 맵과 연산결과가 참인 노드를 찾으면, 2번 노드가 되고 2번 노드에 연결된 목적 노드인 6번 노드를 찾아 질의를 전송하는 것을 포함한다.The address map of node 6, 0x0001 0001 0001 0040, converts 0040 into bits, 0000 0000 0100 0000, and the address map of node 1, address 0x0001 0001 0001 01FE, converts 01FE into bits 0000 0001 1111 1110. If bit AND operation is performed, it becomes 0000 0000 0100 0000, so node 6 and the result of operation become true. If the result is true, it means that the target node is connected to node 1, and the address map of the target node connected to node 2, 3, 4 connected to node 1 through bit AND operation If the node finds a node whose operation result is true, it includes node 2 and sends the query to node 6, which is the destination node connected to node 2.

이러한 방법으로 센서 노드의 어드레스 맵을 갱신함으로써, 센서 노드의 연결관계를 갱신시키고 베이스 노드로부터의 질의도 정확히 전송할 수 있는 것을 포함한다.By updating the address map of the sensor node in this way, it is possible to update the connection relationship of the sensor node and to transmit the query from the base node correctly.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 구동방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 센서 노드는 메인 컴퓨터로 정보를 전송하고, 상기 메인 컴퓨터로부터 질의를 전송받기 위해 상기 센서 노드간의 연결상태 확인이 필요하며, 소정 간격으로 어드레스 맵을 수신받아 갱신하고 상위 노드로 어드레스 맵을 전송하는 과정을 이행한다.4 is a flowchart illustrating a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the sensor node needs to check the connection state between the sensor nodes in order to transmit information to the main computer and to receive a query from the main computer. The process of transmitting the address map is performed.

상기 센서 노드는 주어진 아이디에 해당하는 어드레스 맵을 생성하고(S410), 어드레스 맵 갱신과 데이터 송수신을 위해 상기 센서 노드에 데이터가 수신되며, 수신되는 데이터는 두 가지로 나누어진다. 하나는 주기적으로 이웃 노드로부터 전송되는 hello 메시지이고, 다른 하나는 하위 노드들로부터 전송되는 어드레스 맵 메시지이다. 상기 이웃 노드로부터 전송되는 hello 메시지를 수신(S420)하여 링크 상태가 가장 좋은 이웃 노드를 상위 노드로 선택(S430)하고, 선택된 상기 상위 노드를 이용하여 센서 노드의 정보를 전송한다. 또한, 상기 하위 노드들로부터 어드레스 맵 메시지(S440)를 전송받아 센서 노드의 연결 상태를 확인한다.The sensor node generates an address map corresponding to a given ID (S410), data is received by the sensor node for address map updating and data transmission and reception, and the received data is divided into two types. One is a hello message periodically transmitted from a neighbor node, and the other is an address map message transmitted from lower nodes. Receiving the hello message transmitted from the neighbor node (S420), the neighbor node having the best link state is selected as the upper node (S430), and the information of the sensor node is transmitted using the selected higher node. In addition, the address map message (S440) is received from the lower nodes to check the connection state of the sensor node.

상기 이웃 노드로부터 수신한 메시지를 통해 선택한 상위 노드의 변화와 상기 하위 노드로부터 수신한 어드레스 맵 메시지의 변화 혹은 새로운 하위 노드의 어드레스 맵 메시지(S450)일 경우, 각 센서 노드들은 상기 하위 노드-어드레스 맵이 변화된 하위 노드와 새로운 하위 노드-의 어드레스 맵을 포함하여 자신의 어드레스 맵을 갱신하여(S460), 변화된 상기 상위 노드로 어드레스 맵을 전송하거나, 상위 노드가 변경되지 않았을 경우에는 기존의 상위 노드로 어드레스 맵을 전송한다.(S470) 상기 상위 노드는 자신의 상위 노드로 어드레스 맵을 전송하고, 최상위 노드인 베이스 노드까지 어드레스 맵이 전송되면(S480), 상기 베이스 노드는 메인 컴퓨터로 어드레스 맵을 전송하여(S490) 센서 네트워크의 토폴로지의 관계를 성립한다. 상기 메인 컴퓨터는 센서 네트워크의 토폴로지 관계를 모니터링 할 수 있으며, 어드레스 맵 뿐만 아니라, 각 센서 노드에서 수집한 정보들도 전송되는 것을 포함한다.When the change of the upper node selected through the message received from the neighbor node and the change of the address map message received from the lower node or the address map message (S450) of the new lower node, each sensor node is the lower node-address map. It updates its address map including the changed lower node and the new lower node-address map (S460), and transmits the address map to the changed upper node or, if the upper node is not changed, to an existing upper node. The upper node transmits the address map to its upper node, and if the address map is transmitted to the base node which is the highest node (S480), the base node transmits the address map to the main computer. (S490) establishes the relationship of the topology of the sensor network. The main computer may monitor the topology relationship of the sensor network, and may include transmitting information collected by each sensor node as well as an address map.

상기 어드레스 맵 메시지의 변화는 상기 하위 노드로부터 수신한 어드레스 맵과 자신의 어드레스 맵을 bit AND연산을 통해 비교하여, 상기 하위 노드의 어드레스 맵을 포함하고 있으면 어드레스 맵의 변화가 없는 것이지만 상기 하위 노드에서 노드의 추가, 삭제, 상위 노드의 변경 등 변화가 있지만 상위 노드의 어드레스 맵에 적용되어 있지 않아 bit AND연산을 통해 비교하면 상기 하위 노드의 어드레스 맵을 포함하고 있지 않으면, 상기 하위 노드의 어드레스 맵과 bit OR 연산을 통해 어드레스 맵을 갱신하고 갱신한 어드레스 맵을 상위 노드로 전송하는 것을 포함한다.The change of the address map message compares the address map received from the lower node with its own address map through a bit AND operation, and if the address map of the lower node includes the address map, there is no change in the address map. If there is a change such as addition, deletion, or change of the upper node, but it is not applied to the address map of the upper node and is compared through the bit AND operation, the address map of the lower node and the address map of the lower node are not included. The address map is updated through a bit OR operation, and the updated address map is transmitted to an upper node.

이러한 과정으로 어드레스 맵을 갱신하고, 상위 노드로 전송하며, 베이스 노드까지 전송되어 상기 베이스 노드는 연결된 하위 노드의 모든 어드레스 맵을 OR연 산한 어드레스 맵을 가지게 되는 것을 포함한다.In this process, the address map is updated, transmitted to an upper node, and transmitted to a base node so that the base node has an address map obtained by ORing all the address maps of the connected lower nodes.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 타임 윈도우 방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 도 4와 같이 어드레스 맵을 갱신하는 과정에서 상위 노드가 변경되어 기존에 하위 노드였던 센서 노드가 다른 상위 노드의 하위 노드가 되면, 상기 하위 노드에 대한 어드레스 맵을 기존의 상위 노드는 수신할 수 없으므로, 토폴로지 변화에 대응하기가 어렵기 때문에 타임 윈도우를 사용하여 토폴로지 변화에 대응한다.5 is a flowchart of a bidirectional routing protocol time window method using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, when an upper node is changed in the process of updating an address map as shown in FIG. 4 and a sensor node that is a previously lower node becomes a lower node of another upper node, the address map for the lower node is changed to an existing upper node. Since the node cannot receive the topology change, it is difficult to respond to the topology change, so the time window is used to respond to the topology change.

하위 노드로부터 어드레스 맵을 수신하면(S510), 수신된 시간을 타임스탬프로 저장하고(S520), 상기 하위 노드로부터 수신된 어드레스 맵을 자신이 가지고 있는 어드레스 맵과 비교하여 다르면 갱신한다(S530).When the address map is received from the lower node (S510), the received time is stored as a time stamp (S520), and the address map received from the lower node is updated when compared with the address map it has (S530).

상기 타임스탬프가 저장되면서 타임윈도우에 있는 타임 틱이 인터럽트가 발생할 때마다 1씩 증가하게 되고(S540), 상기 타임 틱의 값이 임의로 지정한 타임 틱의 값에 도달하여, 저장된 상기 타임스탬프와 소정의 차이가 발생할 때까지 상기 하위 노드로부터 정보가 수신되지 않으면(S550), 상기 하위 노드의 어드레스 맵 정보를 지우고(S570), 어드레스 맵을 갱신(S580)하여 상위 노드로 갱신된 어드레스 맵을 전송한다. 상기 임의로 지정한 타임 틱의 값에 도달하기 전에 상기 하위 노드로부터 데이터가 전송되면(S560) 자신이 가지고 있는 어드레스 맵과 비교하여 다르면 갱신하고, 다르지 않으면 현재상태를 유지한다.As the time stamp is stored, the time tick in the time window is incremented by 1 each time an interrupt occurs (S540), and the value of the time tick reaches a randomly designated time tick value, and the stored time stamp and the predetermined time tick are stored. If no information is received from the lower node until a difference occurs (S550), the address map information of the lower node is deleted (S570), the address map is updated (S580), and the updated address map is transmitted to the upper node. If data is transmitted from the lower node before reaching the value of the arbitrarily designated time tick (S560), the data is updated in comparison with its own address map, and if not different, the current state is maintained.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜 구동방법의 순서도이다. 도 6을 참조하면, 메인 컴퓨터에 서 임의의 센서 노드로 특정 동작을 수행토록 하기 위해 질의를 센서 네트워크로 전송하면(S610), 최상위 노드인 베이스 노드가 질의를 수신하고(S620), 베이스 노드는 질의의 해당하는 센서 노드의 어드레스 맵을 생성한다(S630).6 is a flowchart illustrating a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, when a query is sent to a sensor network to perform a specific operation from a main computer to an arbitrary sensor node (S610), the base node, which is the highest node, receives the query (S620), and the base node An address map of the corresponding sensor node of the query is generated (S630).

생성한 어드레스 맵을 통하여 베이스 노드는 연결된 하위 노드의 어드레스 맵과 비트 AND연산을 통하여 어드레스 맵이 일치하는 하위 노드를 검색하고(S640), 검색한 하위 노드는 질의를 수신받아 특정 동작을 수행하며(S650), 이와 같이 센서 네트워크는 임의의 노드로 특정 동작을 수행토록 질의를 보낼 수 있는 것을 포함한다.Based on the generated address map, the base node searches for a lower node whose address map matches the address map of the connected lower node and a bit AND operation (S640), and the searched lower node receives a query to perform a specific operation (S640). S650) As such, the sensor network may include sending a query to any node to perform a particular operation.

상기 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 알고리즘을 실시한 실시예이다. 우선 플랫폼은 무선 센서 네트워크의 노드로써 UC Berkeley에서 설계한 mica2 의 클론인 MAXFOR사의 TIP30을 30개 사용하고, 업 링크 알고리즘은 무선 센서 네트워크를 위해 UC Berkeley에서 만든 TinyOS에서 제공하는 Surge를 사용한다. 상기 어드레스 맵을 사용하여 임의의 노드로 질의를 10번 전송하면 8번의 성공률을 나타내는 것을 포함한다.In this embodiment, a bidirectional routing algorithm using the address map is performed. First, the platform uses 30 MAXFOR TIP30s, a mica2 clone designed by UC Berkeley, as a node of the wireless sensor network, and the uplink algorithm uses Surge, provided by TinyOS, made by UC Berkeley for the wireless sensor network. When the query is sent ten times to an arbitrary node using the address map, it includes eight success rates.

다음 식(2)에서의 h는 총 센서 노드 수에 대한 완전한 n진수의 트리 구조를 가질 때의 평균적인 hop count(depth)를 나타낸다.H in the following equation (2) represents the average hop count (depth) when having a complete n-number tree structure for the total number of sensor nodes.

Figure 112007020038206-pat00002
Figure 112007020038206-pat00002

도면 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크에서 트리 토폴로지 구성에 따른 평균 홉 카운트를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 노드의 수가 65535 개일 경우의 트리 구성에 따른 평균적인 depth와 hop count를 나타내며 트리 구성에 따른 브로드 캐스트 패킷의 총 수는 tree^(depth-1)이고, 본 발명의 라우팅 프로토콜 알고리즘은 도면 7의 그래프처럼 브로드 캐스트와 비교하여 작은 수의 패킷과 메모리로 데이터 전송이 가능한 것을 포함한다.7 is a diagram illustrating an average hop count according to a tree topology configuration in a sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the average depth and hop count according to the tree configuration when the number of nodes is 65535, the total number of broadcast packets according to the tree configuration is tree ^ (depth-1), and the routing protocol according to the present invention. Algorithms include those capable of transmitting data to a small number of packets and memory as compared to broadcasts as shown in the graph of FIG.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법은 고정된 작은 크기의 라우팅 테이블을 제공함으로써, 메모리를 줄이고, 여분의 메모리를 다른 과정에서 사용할 수 있어 센서 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, the method of driving the bidirectional routing protocol using the address map in the sensor network of the present invention provides a fixed small size routing table, thereby reducing the memory and using the extra memory in another process, thereby improving the performance of the sensor network. There is an advantage to this.

또한, 임의의 노드로 특정한 동작을 하도록 질의를 보낼 수 있도록 하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.There is also a significant and advantageous effect of being able to send queries to any node for specific actions.

Claims (7)

센서 노드 및 계층이 적어도 하나 이상으로 이루어진 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 있어서,A method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network including at least one sensor node and a layer, 상기 각 센서 노드의 아이디에 대응하는 16진수로 표기하는 고정된 8바이트 크기의 어드레스 맵을 생성하는 제 1단계;A first step of generating an address map having a fixed 8-byte size in hexadecimal notation corresponding to the ID of each sensor node; 상기 각 센서 노드가 이웃 노드들로부터 메시지를 수신받아 링크의 수신감도가 가장 높게 측정된 하나의 센서 노드를 상위 노드로 선택하는 제 2단계;A second step in which each sensor node receives a message from neighbor nodes and selects one sensor node having a highest reception sensitivity of a link as a higher node; 상기 각 센서 노드는 적어도 하나 이상의 하위 노드로부터 전송된 어드레스 맵이 변화되거나 혹은 새로운 하위 노드로부터 어드레스 맵이 전송되면 어드레스 맵을 갱신하고, 선택한 상기 상위 노드로 갱신된 상기 어드레스 맵을 전송하는 제 3단계; 및A third step of each sensor node updating an address map when an address map transmitted from at least one lower node is changed or an address map is transmitted from a new lower node, and transmitting the updated address map to the selected upper node; ; And 상기 상위 노드는 최상위 노드인 베이스 노드로 갱신된 어드레스 맵을 전송하고, 상기 베이스 노드는 메인 컴퓨터로 어드레스 맵을 전송하는 제 4단계A fourth step of transmitting the updated address map to the base node, which is the highest node, and the base node to transmit the address map to the main computer; 를 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.Method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in the sensor network comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3단계의 상위 노드로 전송하는 어드레스 맵은 상기 하나 이상의 하위 노드로부터 수신된 어드레스 맵과 상기 각 센서 노드에 저장된 어드레스 맵을 비트 OR연산하여 생성된 어드레스 맵을 전송하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.The address map transmitted to the upper node of the third step includes an address map in a sensor network that transmits an address map generated by bit ORing an address map received from the at least one lower node and an address map stored in each sensor node. Method of driving bidirectional routing protocol using. 삭제delete 제 2항에 있어서, 상기 제 3단계에서 각 센서 노드는 적어도 하나 이상의 하위 노드로부터 어드레스 맵이 소정간격으로 전송되면,3. The method of claim 2, wherein in the third step, each sensor node transmits an address map from at least one lower node at a predetermined interval. 상기 각 센서 노드는 타임 스탬프로 수신된 시각을 저장하고, 인터럽트 발생 시 센서 노드에 저장된 타임 틱을 증가시키는 단계;Each sensor node storing a time received as a time stamp and incrementing a time tick stored in the sensor node when an interrupt occurs; 상기 타임 틱이 임의의 값에 도달할 때까지 상기 하나 이상의 하위 노드로부터 어드레스 맵이 전송되면 전송된 어드레스 맵을 기반으로 해당 센서 노드의 어드레스 맵을 갱신하고, 상기 타임 틱이 임의의 값에 도달할 때까지 상기 하나 이상의 하위 노드로부터 어드레스 맵이 전송되지 않으면 상기 하나 이상의 하위 노드의 어드레스 맵을 삭제하여 해당 센서 노드의 어드레스 맵을 갱신하는 단계; 및When an address map is transmitted from the one or more subordinate nodes until the time tick reaches an arbitrary value, the address map of the corresponding sensor node is updated based on the transmitted address map, and the time tick may reach an arbitrary value. Updating the address map of the corresponding sensor node by deleting the address map of the at least one lower node if the address map is not transmitted from the at least one lower node until then; And 상기 각 센서 노드의 저장된 타임 틱의 값을 초기화하고, 갱신된 상기 어드레스 맵을 상기 상위 노드로 전송하는 단계Initializing a value of a stored time tick of each sensor node and transmitting the updated address map to the upper node; 를 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.Method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in the sensor network comprising a. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 하나 이상의 하위 노드는 수집된 데이터를 상위 노드로 전송하는 것을 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.And the at least one lower node transmits the collected data to the upper node. 적어도 하나 이상의 센서 노드 및 계층으로 이루어진 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법에 있어서,A method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in a sensor network composed of at least one sensor node and a layer, 메인 컴퓨터가 임의의 센서 노드로의 특정 동작을 수행토록 하기 위해 상기 센서 네트워크의 최상위 노드인 베이스 노드로 질의를 전송하는 제 1단계;Transmitting a query to a base node, which is a top node of the sensor network, for a main computer to perform a specific operation on any sensor node; 상기 베이스 노드는 상기 임의의 센서 노드의 어드레스 맵을 생성하고, 생성한 어드레스 맵과 비트 AND연산을 통해 하위 노드를 검색하는 제 2단계; 및A second step of generating, by the base node, an address map of the arbitrary sensor node, and searching for a lower node through the generated address map and bit AND operation; And 검색된 상기 하위 노드가 상기 질의를 수행하는 제 3단계A third step in which the found lower node performs the query 를 포함하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.Method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in the sensor network comprising a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2단계는 적어도 하나 이상의 하위 노드를 검색하는 센서 네트워크에서 어드레스 맵을 이용한 양방향 라우팅 프로토콜의 구동방법.The second step is a method of driving a bidirectional routing protocol using an address map in the sensor network to search for at least one lower node.
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