KR100904130B1 - Ｕｓｎ 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성방법 - Google Patents

Ｕｓｎ 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, 이하, "USN"이라 함) 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 관한 것으로, 최상위 부모노드를 기준으로 적어도 하나의 부모 및 자식노드로 구성된 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경에서 각 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 있어서, (a) 싱크노드는 네트워크내 전체 노드에 대한 데이터 수신 성공률과 애플리케이션의 데이터 수신요구율을 기준으로 네트워크 재구성 시간을 판단하여 연결 생성을 위한 데이터 패킷을 전송하고, 이에 대응하여 모든 자식 노드는 연결 생성을 위한 데이터 수신 대기 상태에서 데이터 패킷을 수신하고, 그 수신된 데이터 패킷의 값을 자신을 기준으로 변경한 후 재전송하여 각 노드들이 네트워크 구성을 위한 데이터를 얻을 수 있도록 하는 네트워크 구성 단계; (b) 상기 각 노드들이 상기 연결 데이터 패킷으로부터 얻은 정보를 근거로 네트워크를 재구성하는 네트워크 구성 단계; (C) 싱크노드로부터 주기적으로 전송되는 네트워크 명령 시간을 센서 네트워크의 운영을 위해 사용하고, 그 명령 전송을 위한 주기적인 시간을 영구적으로 변경하거나, 1회적으로 추가 또는 무시하는 동작을 지원하는 네트워크 운영 단계; (d) 주기적인 네트워크 내의 명령 전송기능을 네트워크 내 동기화에 활용하여, 수신측은 송신측의 시간을 기준으로 동기화되고 모든 노드는 네트워크가 운영중인 주기시간을 기준으로 하드웨어적으로 동기화를 유지하기 위한 최대 전송시간을 확보하는 네트워크 운영 단계를 수행함으로써, USN 환경에서 보다 신뢰성 있는 네트워크 통신과 에너지 효율적으로 네트워크를 재구성할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070079632
유비쿼터스 센서 네트워크, 센서 네트워크 시스템 명령, 센서 네트워크 자동 재구성, 센서 네트워크 동기화

Description

ＵＳＮ 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법{METHOD FOR SYNCHRONIZATION AND NETWORK SELF HEALING BETWEEN NODES IN UBIQUITOUS SENSOR NETWORK ENVIRONMENT}
본 발명은 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트웨어적으로 노드간의 동기화를 지원하고, 시스템의 필요에 따라 동적으로 네트워크 자동 재구성(Ad-Hoc) 기능의 사용을 제안하여, USN 환경에서 보다 신뢰성 있는 네트워크 통신과 에너지 효율적으로 네트워크를 재구성할 수 있는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN)는 '아주 많은 센서(Sensor)들이 무선(Wireless) 방식을 통해 네트워크(Network)에 연결되어 있다.'라고 간단하게 정의 내릴 수 있다.
즉, 무선 센서 네트워크(WSN) 기술은 컴퓨팅 능력과 무선통신 능력을 갖춘 센서노드(Sensor Node)를 자연환경이나 전장 등에 뿌려 자율적인 네트워크를 형성하고, 서로 간에 무선 센서 네트워크로 획득한 센싱(Sensing) 정보를 송수신하고, 네트워크를 통해 원격지에서 감시/제어 용도로 활용할 수 있는 기술을 말한다.
이러한 무선 센서 네트워크(WSN)의 궁극적인 목적은 모든 사물에 컴퓨팅 능력 및 무선통신 능력을 부여하여 "언제", "어디서나" 사물들끼리의 통신이 가능한 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경을 구현하는 것이다. 즉, 무선 센서 네트워크(WSN)에서의 센서노드는 센서에서 감지된 정보를 게이트웨이(Gateway) 역할을 하는 기지국(Base Station)으로 전달하고, 기지국에서는 네트워크 망을 통해 정보를 필요로 하는 사용자에게 전달해준다.
또한, 무선 센서 네트워크(WSN)를 구성하기 위해 필요한 요구사항으로는 센서노드의 저 전력 소모를 들 수가 있다. 특히, 최근 사회적 이슈가 되고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 구현을 위해서는 무선 네트워크의 확장이 필수적이다. 그러나, 기존의 PAN(Personal Area Network)에서 네트워크를 확장하기 위해서는 각 노드들의 전력소모가 필수적이다.
예컨대, USN 환경 등의 저 전력 무선통신 네트워크에서는 외부에서 전력이 지속적으로 공급된다는 가정을 할 수 없기 때문에 노드의 전력 소모량은 결국 네트워크의 수명을 결정짓는 매우 중요한 요소가 된다.
이러한 USN 환경은 실제 세계의 주변에 고성능 센서를 설치하여 자연에서 발생하는 일들을 디지털 정보로 변환하여 사람에게 유용한 정보로서 제공되도록 하는 것으로서, 각 센서노드에서 수집된 정보는 다른 센서노드를 경유하는 경로를 따라 서 또는 직접적으로 사람이 관리하는 컴퓨터에 전달된다.
한편, USN 애플리케이션(Application)에 있어, 하드웨어(Hardware)의 클럭 오차의 누적으로 인해 발생하는 동기화 오류가 존재하여, 해당 연결의 복구 또는 재전송 등의 추가 비용이 필요하였고, 그로 인해 전송 신뢰성 또한 저하되는 문제점이 있다.
또한, 동적 네트워크 자동 재구성(Ad-Hoc) 기능을 실행함에 있어서 해당 기능이 불필요한 순간임에도 불구하고 시스템에 의해 주기적으로 계획된 실행 등의 에너지 낭비의 요소가 존재하였다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 싱크노드로부터의 하향식 시스템 명령 기능이 존재하는 센서 네트워크에서 시스템의 필요에 따라 시스템 명령의 주기를 조절하고, 또한 네트워크 자동 재구성 기능을 동적으로 생성 및 운영하게 함으로써, USN 환경에서 보다 에너지 효율적으로 네트워크를 재구성할 수 있는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서 노드간의 동기화 문제 및 하향식 시스템 명령의 부분이 센서 네트워크의 데이터 수집 부분과 분리되어 동작하게 지원함으로서 분리된 통신 프로토콜의 단순성과 유연성을 높일 수 있는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 USN 애플리케이션에서 동기화 되지 않은 클럭 오차에 따른 통신 에러 상황을 방지하여 재전송과 복구 알고리즘의 시행비용을 감소시켜서 전송 신뢰성을 향상하고 불필요한 전송을 줄일 수 있는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 최상위 부모노드를 기준으로 적어도 하나의 부모 및 자식노드로 구성된 유비쿼터스 센서 네트워 크(USN) 환경에서 각 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 있어서, (a) 상기 최상위 부모노드로부터 시간적 주기성을 가지고 시스템 명령을 네트워크에 전송함에 있어서 명령 전송을 위한 주기시간을 영구적으로 변경하거나, 또는 1회적으로 주기시간을 추가 또는 무시하는 조절을 수행하는 단계; (b) 시스템에서 필요에 따라 네트워크 재구성의 수행을 위해 기능의 실행 시간을 결정하고, 시스템 명령을 통해 이를 네트워크내의 모든 노드에 알리고, 해당시간에 모든 노드는 수신동작(RX) 대기하는 가운데 상기 최상위 부모노드부터 광고 메시지를 송신하는 것을 시작으로 하여 모든 노드는 상기 광고 메시지를 수신시 주위에 재송신하는 방식으로 네트워크 내에 광고 메세지를 전파하는 단계; (c) 상기 광고 메시지의 전송을 통해 얻은 물리적 근접 노드의 정보를 통해 네트워크를 구성하는 단계; 및 (d) 주기적인 하향식 시스템 명령의 전송 과정 중 모든 자식노드는 부모노드를 기준으로 클럭 동기화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 최상위 부모노드는 필요에 따라 상기 시스템 명령의 기회를 영구적인 조정 또는 1회적으로 일정 횟수 추가 또는 무시하는 명령을 상기 최하위 자식노드까지 순차적으로 전송하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 단계(b)에서, 애플리케이션의 목적과 허용기준 그리고 취합되는 정보를 통해 얻게 되는 네트워크 연결 상태 값에 따라 싱크노드 또는 상위 시스템에서 판단하여 네트워크 자동 재구성을 위한 시간을 생성하는 시스템 명령을 네트워크에 내려서 동적으로 네트워크 재구성을 실시한다.
바람직하게는, 상기 단계(d)에서, 상기 광고 및 시스템 명령의 전송에 대하여 각 자식노드는 기 설정된 자신의 클럭 시간을 기준으로 해당 부모노드로부터 전송 받은 광고 및 시스템 명령의 예측 수신시간과 실제 수신시간의 클럭 오차를 측정하고, 해당 부모노드를 기준으로 상기 측정된 클럭 오차를 보정하여 동기화를 수행한다.
바람직하게는, 상기 측정된 클럭 오차의 평균값을 획득하여 자신의 클럭 오차에 대한 보정 값으로 이용한다.
바람직하게는, 시스템의 목적에 따라 지원하고자 하는 오차량과 실제 사용되는 하드웨어별로 만들어내는 오차 그래프에 값을 활용하여, 시스템 명령의 최대 주기시간 및 노드의 대기시간을 계산하여 시스테 요구 동기화를 지원한다.
본 발명의 제2 측면은, 상술한 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 USN 환경에서의 동적 네트워크 자동 재구성 방법과 동적인 시스템 명령의 운영 및 노드간 동기화에 따르면, 시스템의 필요에 따라 네트워크 자동 재구성 기능 및 시스템 명령을 동적으로 생성 전송하며, 이를 통해 하드웨어 클럭 오차를 보정하여 동기화 오차를 감소시킴으로써, USN 환경에서 보다 신뢰성 있는 네트워크 재구성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 네트워크 자동 재구성 기능을 필요시에만 애플리케이션과 네트워크 상황에 따라 동적으로 사용하는 방법과 시스템 명령을 위한 주기 시간의 동적인 조절을 통해 네트워크에서 해당 기능은 가지되 그 유지에 대한 비용을 효과적으로 줄일 수 있는 에너지 효율적인 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시스템 명령의 주기적인 전송과정 중에 시스템의 동기화를 부가적으로 진행하여 네트워크 운영간 발생하는 누적 오차를 줄이고, 전송 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명으로 센서 네트워크의 동기화 및 싱크노드로부터 네트워크 내의 임의의 노드로의 하향식 시스템 명령 기능을 센서 네트워크의 데이터 취합부분과 분리하여 운영할 수 있게 함으로써, 통신 프로토콜의 단순성의 증가와 유연성을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
먼저, 본 발명의 전반에 걸쳐 기재된 "부모노드"라 함은 각 노드의 상위에 직접 연결된 노드로서, 예컨대, 제3 홉(3 Hop) 레벨에 해당되는 노드의 부모노드는 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당되는 노드가 되고, 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당되는 노드의 부모노드는 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당되는 노드가 되며, 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당되는 노드의 부모노드는 싱크노드(Sink Node, SN)가 된다. 따라서, 넓은 의미로 해석하면, 최하위 노드들 즉, 제3 홉(3 Hop)에 해당되는 노드의 상위에 존재하는 노드는 모두 부모노드가 될 수 있다.
한편, "자식노드"라 함은 각 노드의 하위에 직접 연결된 노드로서, 예컨대, 싱크노드(SN)의 자식노드는 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당되는 노드가 되고, 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당되는 자식노드는 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당되는 노드가 되고, 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당되는 자식노드는 제3 홉(3 Hop) 레벨에 해당되는 노드가 된다. 따라서, 넓은 의미로 해석하면, 최상위 노드 즉, 싱크노드의 하위에 존재하는 노드는 모두 자식노드가 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화가 이루어지는 상황을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 홉(Hop)으로 나타내진 숫자는 직접 연결로 싱크노드(Sink Node)에 도달하는 데 필요한 횟수이다. 상위 부모노드(작은 Hop)는 하위 자식노드(높은 Hop)에게 주기적(10)으로 전송하고 있다.
그리고, 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당하는 노드가 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당하는 노드에게 전송하는 상황으로서, A는 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당하는 노드가 자신의 클럭 시간(Clock Time)을 기준으로 하여 예측한 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당 하는 노드로부터 전송 받는 시간이고, B는 실제 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당하는 노드로부터 전송 받는 시간이다. 즉, B는 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당하는 노드가 계산한 전송시간으로, 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당하는 노드의 클럭 시간이다.
또한, A와 B의 차이(15) 값은 제1 홉(1 Hop) 레벨에 해당하는 노드와 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당하는 노드의 실제 클럭 오차의 값이 되며, 높은 홉(Hop) 레벨에 해당하는 노드가 작은 홉(Hop) 레벨에 해당하는 노드의 클럭을 기준으로 클럭 오차 보정을 통한 동기화를 수행한다.
그리고, 시스템의 주기적(10)으로 반복적인 전송을 통해 그 값은 평균값을 만들어 나아갈 수 있고, 이는 자신의 오차에 대한 보정 값으로 사용된다. 오차 보정으로 차이 값(15)은 작아지게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화 과정에서 기준시간(20)을 중심으로 하드웨어가 만들어낼 수 있는 오차를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전술한 도 1과 같은 동기화 과정을 수행함에 있어 제2 홉(2 Hop) 레벨에 해당하는 노드가 최초 자신의 예측 시간을 기준으로 어느 정도의 오차를 예상하여 수신동작(RX)을 수행하여야 시스템 별로 지정된 지원 오차량 만큼을 지원할 수 있는지 계산이 가능하다.
즉, 기본적으로 시스템의 목적에 따라 지원하고자 하는 오차량(도 2는 95％ 지원)과 마지막 실행한 동기화 시간으로부터 경과된 시간을 실제 사용되는 하드웨어별로 만들어내는 오차 그래프(도 2는 가우스 곡선)에 반영하여 수신동작(RX) 즉, 대기 시간을 계산할 수 있다. 또한, 이 방법으로 시스템이 요구하는 동기화 신뢰도를 보장하기 위해서 얼마의 시간에 최소 한 번의 하향식 전송이 이루어져야 동기화를 보장할 수 있는지에 대한 시간의 값을 계산할 수 있으며, 이는 하향식 시스템 명령의 주기적 전송의 정보로 사용될 수 있다.
바람직하게는, 싱크노드로부터 동기화 유지를 위한 적절한 시간 간격을 가진 하향식 시스템 명령의 전송이 우선이고, 위 시스템 명령 간격이 시스템 허용 오차량을 넘어서는 간격으로 실행된다면 부가적으로 이를 노드레벨에서 대기시간의 연장으로 동기화를 지원하게 한다.
한편, 시스템 지원 오차량을 벗어나는 노드에 대한 지원은 오차범위가 큰 해당 노드 스스로가 수신 대기 시간을 확장하는 방식으로 이루어진다.
이 동기화 과정은 이후의 시스템 명령의 전송을 수행하는 과정을 통해 동기화를 이루는 기본적인 방법이 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서 싱크노드로부터 전송되는 시스템 명령의 주기시간을 무시 명령과 추가 명령의 전달 상황을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 반복되는 시스템 명령 주기에 따른 모든 노드의 수신동작(RX) 비용을 효율적으로 관리하기 위하여 USN 애플리케이션은 필요에 따라 영구적인 주기의 조절, 그리고 동적으로 시스템 주기의 무시를 명령한다.
상기 무시 명령을 받은 노드는 해당 무시된 주기에는 수신동작(RX)을 수행하지 않으며 에너지 효율적으로 대기한다. 예컨대, 2번의 시스템 명령 주기에 대한 무시 명령을 내린다(50).
그리고, USN 애플리케이션의 필요에 따라 시스템 명령시간의 추가 명령(50)을 내릴 수 있다. 이러한 추가 및 무시 명령 시간은 현재 시스템에서 전송해야 할 명령이 많고 적은 경우와 시스템 운영간 측정된 시간별 요구량 등의 반영으로 효과적으로 사용이 가능하다.
또한, 싱크노드는 보고되는 값을 통해 현재 네트워크에서 미 연결된 노드의 현황을 파악할 수 있음으로, 이 값에 따라 필요시 판단시 네트워크 재구성을 실행하게 할 수 있다. 네트워크 재구성 동작 수행 시 싱크로부터 동적으로 생성되는 광고 시간을 시스템 내의 모든 노드에 시스템 명령을 통해 알려서, 모든 노드는 추가된 광고 시간에 일반적인 시스템 명령과 다르게 모든 홉(Hop) 레벨의 전송 시간(보고를 위한 시간)과 무관한 수신동작(RX)을 대기하여 네트워크 재구성에 필요한 정보를 송수신하게끔 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 USN 애플리케이션에서 네트워크 자동 재구성 기능의 사용에 있어서, USN 애플리케이션의 필요 또는 네트워크 상황에 따라 하향식 시스템 명령을 통해 동적으로 네트워크 재구성을 위한 광고 시간을 생성하여 운영하는 동적 네트워크 자동 재구성 기능을 구현함으로써, USN 환경에서 보다 에너지 효율적으로 네트워크를 재구성할 수 있는 효과가 있다.
다시 말해서, 상기 네트워크 재구성을 실행하는 단계는, 네트워크 운영중에 싱크노드로 취합되는 데이터를 기준으로 전송에 성공한 노드가 애플리케이션에서 정의한 기준에 못미치는 경우 네트워크 구성을 다시 초기화하기 위해 초기화 생성단계를 반복하는 단계를 의미한다. 상기 네트워크 재구성을 실행하는 단계에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 네트워크 내 모든 노드에 대한 데이터 수신 성공율과 애플리케이션의 데이터 수신요구율을 기준으로 네트워크 재구성 시간을 판단하며(최초 네트워크 구성시에는 항상), 필요시 이를 네트워크 명령 기능을 통해 모든 네트워크에 사전에 알리고(최초 네트워크 구성시에는 모든 노드가 이미 연결 대기 중임), 사전에 알려진 시간에 모든 노드는 연결을 위한 데이터 수신을 기다린다. 이때, 싱크노드는 연결을 위한 데이터 패킷을 전송한다. 연결 데이터 패킷을 수신한 네트워크 내 노드는 그 데이터 패킷을 재전송하여 네트워크 구성을 이루도록 한다. 상기 과정에서 각 노드는 연결 데이터의 값을 자신을 기준으로 변경하여 동작한다.
또한, 본 발명에 의하면, 노드의 전송을 받는 예상 시간과 실제 전송이 이루어진 시간과의 차이 값을 측정하여, 노드를 최상위 부모노드 즉, 싱크노드를 기준으로 클럭 동기화 시킴으로써, 하드웨어 클럭 오차에 따른 보정되어야 할 값을 계산하며, 오차 누적으로 인해 발생하는 신뢰성 감소와 추가적인 재전송, 복구비용을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 또한 동기화 및 하향식 명령 기능을 데이터 취합 부분과 분리 운영하여 단순성 및 유연성을 증가시킬 수 있다.
다시 말해서, 상기 클럭 동기화란 네트워크 내 모든 노드로의 명령전송 기능을 수행함에 있어서, 전송되는 모든 패킷의 시간을 동기화를 위한 정보로 활용하여 노드간의 동기화를 이루는 것을 의미한다. 이는 명령의 전송이 부모노드로부터 자식 노드로 전달되기 때문에 가능하게 되는 것으로, 수신측은 송신측의 시간을 기준으로 동기화 된다. 또는 각 노드는 하드웨어적으로 동기화를 유지하기 위한 최대 전송시간(해당 시간을 벗어나면 동기화가 보장되지 않음)을 가지게 되며, 이는 주기적 명령전송 시간에 영향을 준다.
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또한, 본 발명에 의하면, USN 애플리케이션에서 하향식 시스템 명령을 운영하는 경우, 시스템 명령 주기에 따라 각 노드의 홉(Hop) 레벨에 따른 수신동작(RX) 기능의 정적인 수행(RX 1회)을 기본으로 하되, USN 애플리케이션의 필요 또는 네트워크의 상황에 따라 시스템 명령을 통해, 추가적인 동적 시스템 명령 시간(추가 명령)의 생성과 시스템 명령 주기의 일정 횟수를 무시하는 명령(무시 명령)을 운영함으로써, USN 환경에서 보다 효율적인 네트워크 통신과 에너지 효율적으로 네트워크를 재구성할 수 있는 효과가 있다.
다시 말해서, 네트워크는 싱크노드로부터 전송이 시작되는 명령의 전달 기능을 가지며, 이는 네트워크 운영에 활용된다. 명령의 전송은 시간적으로 주기성을 가지므로 송신측은 해당 시간에 RF칩을 온시켜 메시지가 전송되도록 한다. 네트워크에서는 상기 동작을 수행함에 있어서 명령 전송을 위한 시간을 영구적으로 변경하거나, 1회적으로 추가 또는 무시할 수 있는데, 이러한 기능이 네트워크 명령을 통해 전달된다. 이와 같은 동작을 통해 네트워크는 에너지 측면에서 보다 효율적으로 운영될 수 있으며, 주기적 속성을 변경하는 것은 시스템 운영자에 의해 직접 또는 싱크노드에서 현재 주기의 에너지 효율성과 과거 명령 전송 발생 패턴을 고려하여 자동적으로 발생할 수 있다. 결국, 명령 전송이 이루어지기 위해서는 송신/수신측 모두가 해당 시간에 RF칩을 깨워야(on 시켜야) 하지만 이 동작에 비교적 전력이 많이 소모되므로 정해진 주기별로 항상 깨우는 동작을 하지 않고, 시스템에서 해당 주기를 적절히 조절한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 USN 애플리케이션에서 하드웨어 클럭에 의존하여 시간을 측정하고 주기적인 무선 통신을 하는 경우, 하향식 시스템 명령을 활용하여 추가적인 에너지 소모 없이 주기적인 시스템 명령의 전송이 약속된 시간과 실제 전송된 시간의 차이 그리고 측정 주기의 차이를 계산하여, 시간당 오차 발생량을 측정하고, 그 값을 노드별로 각각 보정하여 모든 네트워크 내의 노드를 싱크노드 기준으로 동기화하고, 그 보정값 또한 계속되는 전송간에 평균값으로 수렴하도록 하여, 모든 노드는 예측한 시간에 상위 부모노드로부터 전송 받을 확률을 증가하게 된다.
그리고, 동기화 오차가 작아지므로 보다 짧은 시간의 수신동작(RX) 및 Preamble 시간을 가능하게 한다. 또한, 전송간에 클럭 오차의 누적으로 인해 비동기화가 진행되고 그로 인해 발생하는 재전송, 연결 복구 등의 추가 비용이 없도록 네트워크 동기화 기능을 제공한다.
또한, 본 발명은 USN 애플리케이션에서 네트워크 자동 재구성 기능을 지원하는 경우, 네트워크를 통해 보고되는 값을 통해 최상위 부모노드인 싱크노드는 현재 자신의 하부 네트워크에서 미 연결된 노드의 개수 등을 파악하여, 네트워크 재구성 기능의 실행 필요성을 판단하고, 애플리케이션의 기준에 따라 필요 판단 시 동적으로 노드 광고 시간을 편성하여, 그 시간에 싱크노드로부터 생성된 광고 메시지를 수신 시 재송신하는 방법으로 해당 노드 주변에 존재하는 다른 노드들의 정보를 수집하는 시간을 가진다. 즉, 시스템은 네트워크 재구성을 위한 고정된 비용의 낭비 없이, 필요에 따라 네트워크 자동 재구성 기능을 온/오프(On/Off) 하는 방식으로 에너지 효율적인 기능의 수행을 제공한다.
또한, 본 발명은 USN 애플리케이션에서 하향식 시스템 명령 기능을 지원할 때, 주기적인 시스템 명령 시간을 운영하여 해당시간에 전송이 이루어지는 것을 기본으로 하되, 애플리케이션의 상태와 판단에 따라 주기시간에 조절하도록 하여 1회성으로 몇 개의 주기를 무시하거나 몇 개의 추가적인 시스템 명령 시간을 생성하고, 또는 영구적으로 주기시간을 조절하는 기능을 지원하여 단위 시스템 명령 주기 안에 발생한 시스템 명령 양이 많은 경우 추가시간을 통해 해결하고, 애플리케이션의 특성상 또는 운영간 특정시간에는 시스템 명령 발생량이 적다는 등의 경우는 주 기시간을 길게 조절하여 시스템 명령 시간의 운영비용을 감소시킨다.
또한, 기본적으로 가지는 시스템 명령의 주기적인 특징을 활용하여 시스템 동기화를 진행한다. 즉, 애플리케이션은 주기적인 하향식 시스템 명령을 운영함에 있어서 하드웨어 오차량과 애플리케이션의 지원 오차폭에 따른 동기화 요구 최대 주기를 고려하여 시스템 명령시간의 폭을 조절할 수 있으며, 노드레벨에서는 요구 최대 주기를 벗어나거나 또는 오차량을 벗어나는 하드웨어를 대기시간의 증가로 시스템의 동기화 기준에 부합시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화가 이루어지는 상황을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서의 노드간 동기화 과정에서 기준시간을 중심으로 하드웨어가 만들어낼 수 있는 오차를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 USN 환경에서 싱크노드로부터 전송되는 시스템 명령의 주기시간을 무시 명령과 추가 명령의 전달 상황을 나타낸 도면.

Claims (7)

  1. 최상위 부모노드(싱크노드)를 기준으로 적어도 하나의 부모 및 자식노드로 구성된 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경에서, 최상위 부모노드로부터 자식노드로의 주기적 패킷 전송 기회를 지원하는 네트워크의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법에 있어서,
    (a) 싱크노드는 네트워크내 전체 노드에 대한 데이터 수신 성공률과 애플리케이션의 데이터 수신요구율을 기준으로 네트워크 재구성을 수행할 시간을 판단하여 필요시 연결 재생성을 위한 명령 패킷을 네트워크내 모든 노드에게 전송하고, 이에 대응하여 명령 패킷을 수신한 모든 자식 노드는 네트워크 재구성이 지정된 시간에 수신 대기 상태로 동작하며, 싱크노드로부터 네트워크를 재구성하기 위한 데이터 패킷이 수신되면, 그 수신된 데이터 패킷의 값(네트워크 연결 설정을 위한 값)을 자신을 기준으로 변경한 후 재전송하여 각 노드들이 네트워크 구성을 위한 데이터를 얻을 수 있도록 하는 네트워크 구성 단계;
    (b) 상기 각 노드들이 상기 연결 데이터 패킷으로부터 얻은 정보를 근거로 네트워크를 재구성하는 네트워크 구성 단계;
    (C) 싱크노드로부터 주기적으로 전송되는 네트워크 명령 시간을 센서 네트워크의 운영을 위해 사용하고, 그 명령 전송을 위한 주기적인 시간을 영구적으로 변경하거나, 1회적으로 추가 또는 무시하는 동작을 지원하는 네트워크 운영 단계;
    (d) 주기적인 네트워크 내의 명령 전송기능을 네트워크 내 동기화에 활용하여, 수신측은 송신측의 시간을 기준으로 동기화되고 모든 노드는 네트워크가 운영중인 주기시간을 기준으로 하드웨어적으로 동기화를 유지하기 위한 최대 전송시간을 확보하는 네트워크 운영 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 단계(d)는,
    시스템 명령의 전송에 대하여 각 자식노드는 기 설정된 자신의 클럭 시간을 기준으로 해당 부모노드로부터 전송 받은 시스템 명령의 예측 수신시간과 실제 수신시간의 클럭 오차를 측정하고, 해당 부모노드를 기준으로 상기 측정된 클럭 오차를 보정하여 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정된 클럭 오차의 평균값을 획득하여 자신의 클럭 오차에 대한 보정 값으로 이용하는 것을 특징으로 하는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 동기화를 수행하는 단계는,
    시스템의 목적에 따라 지원하고자 하는 오차량과 실제 사용되는 하드웨어별로 만들어내는 오차 그래프에 값을 활용하여, 동기화를 유지하기 위한 시스템 명령의 최대 주기시간 및 노드의 수신 대기시간의 길이를 계산하여 시스템 요구 동기화를 지원하는 것을 특징으로 하는 USN 환경에서의 노드간 동기화 및 네트워크 자동 재구성 방법.
  7. 제 1 항, 제4항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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