KR100942156B1 - 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 자동 망구성방법 및 통신 고장 감내 방법 - Google Patents

무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 자동 망구성방법 및 통신 고장 감내 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 단말기 간에 형성되는 메쉬망 네트워크에서의 망구성 방법과 고장시 자가 치유 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혼재되어 있는 각 무선 단말기의 통신 노드별로 최적의 망을 구성하고, 구성된 망에 있어서 일부 노드의 통신 장애시에 네트워크 내의 다른 노드를 이용하여 통신망을 갱신하는 무선 제어 방법에 대한 것이다.
본 발명은 각 통신 노드마다의 자동으로 망을 구성할 수 있도록 하고, 장애 발생시 모든 해당 노드가 장애를 스스로 판단하여 라우팅을 갱신할 수 있도록 하여, 신속하고 용이하게 망을 구성하고, 스스로 장애를 치유할 수 있는 네트워크 구성 방법을 제공하는 효과를 갖는다.

Description

무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 자동 망구성 방법 및 통신 고장 감내 방법 {Self-making and Self-healing method of Mesh Network for communication node}
본 발명은 무선 단말기 간에 형성되는 메쉬망 네트워크에서의 망구성 방법과 고장시 자가 치유 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혼재되어 있는 각 무선 단말기의 통신 노드별로 최적의 망을 구성하고, 구성된 망에 있어서 일부 노드의 통신 장애시에 네트워크 내의 다른 노드를 이용하여 통신망을 갱신하는 무선 제어 방법에 대한 것이다.
최근 무선통신과 전자공학 기술의 발달로 인하여 저가격, 소형 통신 모듈 간의 네트워크가 가능하게 되었으며, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 중심기술로서 발전하고 있다. 무선 네트워크는 센서 노드와 이로부터 플러딩되는 데이터를 수신하고 분석하는 중앙의 기본노드(싱크 노드, sink-node)로 구성되는 네트워크이다.
무선 통신을 하는 단말기의 통신 노드망 연결 방법은 Ad-hoc 네트워크라고도 불리는 메쉬 네트워크(Mesh Network) 방식과, 유선 네트워크(Wired Network)를 일부 이용하는 인프라스트럭쳐 네트워크(Infrastructure Network) 방식을 사용할 수 있다. 이를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 유선 네트워크가 포함된 인프라스트럭쳐 네트워크를 이용한 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이고, 도 2는 메쉬 네트워크를 이용하는 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 다수의 무선 통신 단말기(1) 내지는 통신 노드 해당 모듈들은 유선네트워크의 엑세스 포인트와 연결되면서, 유선네트워크가 매개된 네트워크 그룹(N1, N2)을 구성한다.
이에 반해, 도 2와 같은 메쉬 네트워크는 외부의 도움 없이 자기들끼리 자율적이고, 임시적인 망을 구성하게 되는데, 이러한 무선 제어 네트워크는 일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크나 지그비(Zigbee) 표준에 따른 메쉬(mesh) 구조의 라우팅 방법을 사용한다.
이러한 메쉬 네트워크는 이동이 자유롭기 때문에 네트워크 토폴로지가 동적으로 변하고, 임시 망의 구성은 각 이동 단말이 서로 가까이 있을 때에만 연결되며, 어떠한 중앙 제어나 표준 지원 서비스의 도움 없이도 임시로 망을 구성할 수 있으며, 간단한 방식으로 노드를 추가할 수 있는 장점이 있다.
메쉬 네트워크 내의 각 노드는 메시지를 보내거나 받을 수 있으며, 라우터 역할도 하며, 각 노드가 가까워질수록 수신신호강도(RSSI)가 좋아진다. 각 노드당 통신 거리가 유한하기 때문에 홉 바이 홉(hop by hop)형태로 통신을 하게 되며, 각 hop 마다 트리(tree) 또는 애드혹(ad-hoc) 형태의 구조를 갖게 되며, 모든 노드는 인근 노드의 중계역할을 하며 통신하게 된다.
이러한 메쉬 네트워크의 경우 그 고유의 특징 때문에, 특정 노드의 통신에 장애가 발생하게 되면, 결국 해당 클러스터 내의 다른 통신노드들의 통신에 장애를 유발하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 각 통신 노드마다 동적 네트워크 토폴로지 생성을 통한 자동 망 구성 기능과, 장애 발생시에 모든 해당 노드가 장애를 판단하여 스스로 라우팅을 갱신할 수 있는 고장 감내 기능이 필요하다.
본 발명은 무선 매쉬망 네트워크에서 모든 통신노드가 자동으로 망을 구성하고, 구성된 망에서의 일부 노드 고장시에 이를 스스로 치유하여 네트워크를 유지하는 고장감내 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 각 통신 노드마다의 동적 네트워크 토폴로지 생성을 통한 자동 망 구성 기능과, 장애 발생시 모든 해당 노드가 장애를 판단하여 스스로 라우팅을 갱신할 수 있는 고장감내 기능을 통해 애드 혹 통신상의 지능형 네트워킹을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 싱크노드와 복수의 센서노드들을 형성하는 다수의 무선단말기들이 메쉬네트워크를 형성하는 무선 센서 네트워크 시스템에서의 자동 망 구성 방법은, 싱크노드가 통신 가능한 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제1단계; 복수의 센서노드 중 상기 싱크노드로부터의 메시지를 전송받은 제1센서노드가 상기 싱크노드에게 답변신호를 전송하는 제2단계; 상기 싱크노드가 상기 제1센서노드로부터 전송받은 답변신호의 상태를 판단하는 제3단계; 상기 싱크노드가 답변의 상태가 좋은 상기 제1센서노드를 등록하고, 상기 제1센서노드에게 등록을 허용하여 통신링크를 형성하는 제4단계; 상기 싱크노드에 등록된 상기 제1센서노드가 통신 가능한 주변의 다른 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제5단계; 복수의 센서노드 중 상기 제1센서노드로부터의 메시지를 전송받은 제2센서노드가 상기 제1센서노드에게 답변을 전송하는 제6단계; 상기 제1센서노드가 상기 제2센서노드로부터 전송받은 답변의 상태를 판단하는 제7단계; 및 상기 제1센서노드가 답변의 상태가 좋은 제2센서노드를 등록하고, 상기 제1센서노드가 상기 제2센서노드에 등록을 허용하여 통신링크를 형성하는 제8단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제5단계 내지 제8단계는 네크워크 내의 노드들 모두 통신링크가 형성될 때까지 반복되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기와 같은 다른 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 싱크노드와 다수의 센서노드들을 형성하는 다수의 무선 단말기들이 홉 바이 홉 형태의 메쉬 네트워크를 형성하는 무선 센서 네트워크 시스템에서의 자동 망 구성 방법은, 상기 노드들 사이에 통신링크를 형성하여 메쉬 네트워크를 구성하는 제10단계; 상기 메쉬 네트워크 내의 노드들 사이에 상기 통신링크를 통해 패킷을 송신 또는 수신하는 제20단계; 상기 노드들 중 임의의 제1노드가 통신링크가 형성된 제2노드로부터 패킷이 수신되지 않는 경우 이를 감지하는 제30단계; 상기 제1노드가 상기 제2노드를 제외한 다른 제3노드들의 통신 상태를 점검하는 제40단계; 및 상기 제1노드는 통신이 가능한 다른 제3노드를 감지하여, 상기 제3노드 및 상기 제1노드가 상호 등록하여 통신링크를 형성하는 제50단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제40단계에서 제1노드는 통신 거리 내에 존재하는 메쉬 네트워크의 노드들의 수신신호강도(RSSI) 값을 측정하여 통신상태를 점검하고, 상기 제50단계에서 상기 제1노드는 상기 측정된 각 통신 노드의 수신신호강도 값 중 가장 높은 값을 갖는 상기 제3노드를 선택하여 통신링크를 형성하는 것임을 특징으로 한다.
상기 제50단계에서, 상기 제1노드에 연결된 자식 노드가 있는 경우, 상기 자식 노드도 상기 제1노드를 경유하여 상기 제3노드를 통해 연결되어 패킷의 송수신이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 각 통신 노드마다의 자동으로 망을 구성할 수 있도록 하고, 장애 발생시 모든 해당 노드가 장애를 스스로 판단하여 라우팅을 갱신할 수 있도록 하여, 신속하고 용이하게 망을 구성하고, 스스로 장애를 치유할 수 있는 네트워크 구성 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
이하 첨부된 도면에 도시된 본 발명 구성의 실시례들을 참조하여, 본 발명의 구성을 상세하게 살펴보도록 한다.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 차례대로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 나타내는 순서도이다. 각 도면 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 3a : 싱크노드(S)와 그 주위에 있는 센서노드(N1~N11)들이 근접 거리에 위치되어 있고, 먼저 싱크노드(S)에서 통신 가능한 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송한다(S1)
도 3b : 싱크노드(S)에서 발신된 메시지를 받은 센서노드(N1~N6)는 싱크노드(S)에게 답변을 보낸다(S2).
도 3c : 싱크노드(S)는 답변을 보낸 센서노드(N1~N6) 중 답변의 상태가 좋은 센서노드(N1, N3~N6)를 선정한다(S3).
도 3d : 싱크노드(S)는 선정된 센서노드(N1, N3~N6)와의 등록을 허용하여 통신링크를 형성한다(S4).
도 3e : 싱크노드와 연결된 센서노드(N1, N3~N6)가 부모노드로서 주변에 통신이 가능한 자식노드로서의 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송한다(S5).
도 3f : 부모노드로부터 발신된 메시지를 받은 센서노드(N2, N7~N11)는 부모노드에게 답변을 보낸다(S6).
도 3g : 부모노드는 답변을 보낸 센서노드(N2, N7~N11) 중 답변의 상태가 좋은 센서노드를 선정한다(S7).
도 3h : 부모노드는 선정된 센서노드(자식노드)와의 등록을 허용하여 통신링크를 형성한다(S8).
이러한 단계를 반복적으로 수행하면, 일정 지역 내에 위치한 전체 노드가 네트워크를 이룰 수 있게 된다.
모든 노드들은 스스로 통신 거리 내에 존재하는 노드들의 수신신호강도(RSSI) 값을 비교하여 가장 적합한 노드에게 등록 절차를 요청할 수 있고, 반대로 다른 노드들의 등록 절차를 허락할 수 있다. 즉, 모든 노드는 자신의 부모노드와 자식노드를 모두 보유할 수도, 보유하지 않을 수도 있다.
이와 같은 방법으로 모든 노드들은 부모노드와 자식노드의 관계를 자동으로 생성하여 전체적인 트리 구조를 형성하며, 이 구조는 수신 상태에 따라 자동으로 갱신되기 때문에 전체 네트워크 구성이 실시간 자동으로 재구성된다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 차례대로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 나타내는 순서도이다. 각 도면 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 5a : 일단 네트워크가 구성된 상태(S10)에서 평상시에는 N11 노드는 통신링크가 형성된 N5에만 데이터를 전송하지만, N6 노드나 N11 노드들의 패킷도 수신이 가능하다(S20).
도 5b : 만약 N5 노드에 장애가 발생되어 N5 노드로부터 패킷이 수신되지 않으면(S30), N11 노드는 사전에 파악된 다른 노드들의 통신상태를 점검하거나, 새로이 다른 노드들의 통신상태를 점검하여 수신감도가 좋은 노드를 우선순위로 하여 등록 가능한 노드를 찾는다(S40).
도 5c : 주변의 노드들 중에 N10 노드는 장애가 발생된 N5 노드와 연결되어 있으므로 통신상태가 좋지 않으며, 따라서 N11 노드는 N6 노드와 연결하여 등록 절차를 수행하여 통신링크를 형성한다(S50). 만약 N11 노드에 추가적으로 자식노드가 연결되어 있는 경우에는, 자식노드의 데이터 전체를 전송하여 등록한다.
도 5d : N11 노드와 N6 노드가 등록에 성공하면, N10 노드 역시 장애상태를 벗어나기 위해 다른 노드를 검색하여야 한다.
도 5e : N10 노드도 마찬가지 절차를 거쳐 N11 노드를 검색하고, N11 노드에 대해 등록한다.
도 5f : 이로써 장애가 발생한 N5 노드에 추가적으로 연결된 자식노드는 없게 되며, 기존의 N11 노드, N10 노드는 우회하여 다른 노드 N6과 등록, 연결되어 자동으로 망의 장애를 극복하였다.
이러한 단계를 반복적으로 수행하면, 일정 노드가 통신 장애를 일으킨 경우, 스스로 새로운 노드를 등록하여 통신링크를 형성하여 동적인 네트워크를 이룰 수 있게 된다.
모든 노드들은 홉 바이 홉 형태의 통신을 수행함에 있어서 인근 자식노드들의 통신중계 역할을 수행하며, 반대로 자식노드들은 부모노드의 송신상황을 실시간 판단하여 부모노드의 고장유무를 파악할 수 있으며, 이 때 모든 자식노드들은 부모노드 고장 발생시 인근 다른 노드에게 등록 절차를 요청하여 스스로 라우팅을 재구성하는 고장 감내 및 자동 망 복구 기능이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
"본 연구는 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행하였음." [2007-S-030-01, 유비쿼터스 환경기반 확장형 Mobile Modular Device 기술 개발]
"This work was supported by the IT R&D program of MIC/IITA." [2007-S-030-01, A Development of Extensible Mobile Modular Device Technology based on Ubiquitous Environments]
도 1은 유선 네트워크가 포함된 인프라스트럭쳐 네트워크를 이용한 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.
도 2는 메쉬 네트워크를 이용하는 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 차례대로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 차례대로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (5)

  1. 싱크노드와 복수의 센서노드들을 형성하는 다수의 무선단말기들이 메쉬네트워크를 형성하는 무선 센서 네트워크 시스템에서의 자동 망 구성 방법은,
    싱크노드가 통신 가능한 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제1단계;
    복수의 센서노드 중 상기 싱크노드로부터의 메시지를 전송받은 제1센서노드가 상기 싱크노드에게 답변신호를 전송하는 제2단계;
    상기 싱크노드가 상기 제1센서노드로부터 전송받은 답변신호의 상태를 판단하는 제3단계;
    상기 싱크노드가 답변신호의 상태가 좋은 상기 제1센서노드를 등록하고, 상기 제1센서노드에게 등록을 허용하여 통신링크를 형성하는 제4단계;
    상기 싱크노드에 등록된 상기 제1센서노드가 통신 가능한 주변의 다른 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제5단계;
    복수의 센서노드 중 상기 제1센서노드로부터의 메시지를 전송받은 제2센서노드가 상기 제1센서노드에게 답변을 전송하는 제6단계;
    상기 제1센서노드가 상기 제2센서노드로부터 전송받은 답변신호의 상태를 판단하는 제7단계; 및
    상기 제1센서노드가 답변신호의 상태가 좋은 제2센서노드를 등록하고, 상기 제1센서노드가 상기 제2센서노드에 등록을 허용하여 통신링크를 형성하는 제8단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 자동 망구성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5단계 내지 제8단계는 네크워크 내의 노드들 모두 통신링크가 형성될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 자동 망구성 방법.
  3. 싱크노드와 다수의 센서노드들을 형성하는 다수의 무선 단말기들이 홉 바이 홉 형태의 메쉬 네트워크를 형성하는 무선 센서 네트워크 시스템에서의 자동 망 구성 방법은,
    상기 노드들 사이에 통신링크를 형성하여 메쉬 네트워크를 구성하는 제10단계;
    상기 메쉬 네트워크 내의 노드들 사이에 상기 통신링크를 통해 패킷을 송신 또는 수신하는 제20단계;
    상기 노드들 중 임의의 제1노드가 통신링크가 형성된 제2노드로부터 패킷이 수신되지 않는 경우 이를 감지하는 제30단계;
    상기 제1노드가 상기 제2노드를 제외한 다른 제3노드들의 통신 상태를 점검하는 제40단계; 및
    상기 제1노드는 통신이 가능한 다른 제3노드를 감지하여, 상기 제3노드 및 상기 제1노드가 상호 등록하여 통신링크를 형성하는 제50단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 통신 고장 감내 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제40단계에서 제1노드는 통신 거리 내에 존재하는 메쉬 네트워크의 노드들의 수신신호강도(RSSI) 값을 측정하여 통신상태를 점검하고,
    상기 제50단계에서 상기 제1노드는 상기 측정된 각 통신 노드의 수신신호강도 값 중 가장 높은 값을 갖는 상기 제3노드를 선택하여 통신링크를 형성하는 것임을 특징으로 하는 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 통신 고장 감내 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제50단계에서,
    상기 제1노드에 연결된 자식 노드가 있는 경우, 상기 자식 노드도 상기 제1노드를 경유하여 상기 제3노드를 통해 연결되어 패킷의 송수신이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 단말기 메쉬 네트워크에서의 통신 노드별 통신 고장 감내 방법.
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