KR100952076B1 - Method and apparatus for processing aggregation in sensor networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 센서 네트워크 환경에서의 데이터 센싱 기술 및 집계 연산 처리 기술과 관련된다.Embodiments of the present invention relate to data sensing techniques and aggregate computation processing techniques in a sensor network environment.
센서 네트워크는 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로써, 외부 환경의 감시나 제어 기능을 수행하는 지능형 교통 시스템, 생산공정 자동제어, 환자의 상태 원격감지, 지능형 빌딩 내의 환경 제어 등에 광범위하게 사용되고 있다.The sensor network is a network configured to collect the information collected from various sensors wirelessly.It is an intelligent transportation system that monitors or controls the external environment, automatically controls the production process, remotely detects the patient's condition, and controls the environment inside the intelligent building. It is widely used for such purposes.
센서 네트워크상에서 각 센서 노드들이 수집한 센싱 데이터의 평균값, 최대값, 최소값, 중앙값 등과 같은 집계 연산 결과를 알기 위해서는 베이스 스테이션(Base Station)이 모든 센서 노드들에게 센싱된 데이터를 요청하는 집계 연산 관련 질의를 전파하고, 모든 센서 노드들로부터 받은 센싱 데이터를 분석하여 결과를 도출하여야 한다. 센서 네트워크에서 질의는 최종 사용자가 요청한 결과를 도출하기 위해 각 센서 노드에게 특정 조건에 맞는 데이터를 전송할 것을 요구하는 데이터 전송 명령을 의미한다.In order to know the result of the calculation operation such as the average value, maximum value, minimum value, median value, etc. of the sensing data collected by each sensor node on the sensor network, the base station requests the sensor data from all the sensor nodes. Propagation and the sensing data received from all sensor nodes should be analyzed to derive the result. In the sensor network, a query refers to a data transmission command that requires each sensor node to transmit data for a specific condition in order to derive a result requested by an end user.
이와 같이 센서 네트워크를 구성하는 모든 센서 노드들이 데이터를 센싱하여 베이스 스테이션으로 전송하기 위해서는 상당량의 에너지를 소모하게 되는바, 일부의 센서 노드만을 이용하여 연산에 필요한 에너지 소모를 최소화하면서도 오차가 작은 측정값을 얻기 위한 연구가 필요하게 되었다.In this way, all sensor nodes in the sensor network consume a considerable amount of energy in order to sense data and transmit it to the base station. Research is needed to obtain.
본 발명의 실시예들은 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크상에서 센싱된 데이터들을 분석하여 각 센서 노드 별로 각 집계 연산에 대한 정규화된 평균 거리비 및 정규화된 분포비를 평가함으로써 센서 네트워크의 에너지 소모를 최소화 하면서도 오차가 작은 집계 연산값을 얻을 수 있는 에너지 효율적인 센싱 데이터 집계 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention analyze the data sensed on the sensor network composed of sensor nodes and evaluate the normalized average distance ratio and normalized distribution ratio for each aggregate operation for each sensor node, while minimizing energy consumption of the sensor network. It is intended to provide an energy efficient sensing data aggregation method that can obtain an aggregate operation value with small error.
상기 과제를 해결하기 위한 센서 네트워크의 집계 연산 처리 장치는, 각 센서 노드의 센싱 데이터가 저장되는 데이터베이스; 상기 데이터베이스에 저장된 상기 각 센서 노드의 센싱 데이터를 이용하여 상기 각 센서 노드의 질의 데이터에 대한 정규화된 평균 거리비를 계산하는 평균 거리비 계산부; 상기 데이터베이스에 저장된 상기 각 센서 노드의 센싱 데이터의 정규화된 분포비를 계산하는 분포비 계산부; 상기 각 센서 노드의 정규화된 평균 거리비 및 상기 정규화된 분포비를 이용하여 소정 개수의 센서 노드를 표본 집단으로 추출하는 표본 집단 추출부; 및 상기 표본 집단 추출부에서 추출된 표본 집단으로부터 센싱 데이터를 전송받아 상기 질의 데이터에 대한 결과값을 계산하는 집계 연산부;를 포함한다.Aggregation arithmetic processing unit of the sensor network for solving the above problems, the database that stores the sensing data of each sensor node; An average distance ratio calculator configured to calculate a normalized average distance ratio of the query data of each sensor node by using the sensing data of each sensor node stored in the database; A distribution ratio calculator for calculating a normalized distribution ratio of sensing data of each sensor node stored in the database; A sample group extracting unit extracting a predetermined number of sensor nodes into a sample group by using the normalized average distance ratio and the normalized distribution ratio of each sensor node; And an aggregation operation unit receiving sensing data from the sample group extracted by the sample group extracting unit and calculating a result value for the query data.
한편 상기 과제를 해결하기 위한 센서 네트워크의 집계 연산 처리 장치에서의 집계 연산 처리 방법은, 집계 연산 처리 장치에서, 과거의 일정 기간 누적된 각 센서 노드의 센싱 데이터를 이용하여 각 센서 노드의 집계 연산에 대한 정규화된 평균 거리비를 계산하는 단계; 상기 집계 연산 처리 장치에서, 상기 과거의 일정 기간 누적된 각 센서 노드의 센싱 데이터의 정규화된 분포비를 계산하는 단계; 상기 집계 연산 처리 장치에서, 상기 각 센서 노드의 정규화된 평균 거리비 및 상기 정규화된 분포비를 이용하여 소정 개수의 센서 노드를 표본 집단으로 추출하는 단계; 및 상기 집계 연산 처리 장치에서, 상기 추출된 표본 집단을 이용하여 상기 집계 연산에 대한 결과값을 추정하는 단계;를 포함한다.On the other hand, in the aggregation calculation processing apparatus of the sensor network for solving the above problems, in the aggregation calculation processing apparatus, the aggregation calculation of each sensor node using the sensing data of each sensor node accumulated for a certain period in the past. Calculating a normalized average distance ratio to; Calculating, by the counting arithmetic processing unit, a normalized distribution ratio of sensing data of each sensor node accumulated in the past period; Extracting, by the aggregate arithmetic processing unit, a predetermined number of sensor nodes into a sample group by using the normalized average distance ratio and the normalized distribution ratio of each sensor node; And estimating a result of the aggregation operation using the extracted sample population in the aggregation operation processing apparatus.
본 발명의 실시예들은 특정 집계 연산에 대한 정규화된 평균 거리비가 작고 정규화된 분포비가 작은 센서 노드들만을 대상으로 집계 연산 질의를 전파하고 결과값을 추정함으로써 센서 네트워크의 에너지 소모를 최소화하며, 센서 노드의 일부만을 사용하더라도 오차가 작은 집계 연산 결과값을 추정할 수 있다.Embodiments of the present invention minimize the energy consumption of the sensor network by propagating an aggregate query to only the sensor nodes with a small normalized average distance ratio and a small normalized distribution ratio for a specific aggregate operation and estimating the result value. Even if only part of is used, the result of the aggregation operation with small error can be estimated.
또한, 특정 센서 노드의 이상 발생 시 정규화된 평균 거리비가 유사한 센서들로 이를 대체함으로써 고장 대처에도 유용하게 활용할 수 있다.In addition, it can be usefully used to cope with failure by replacing the sensor with a similar normalized average distance ratio when a specific sensor node occurs.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical spirit of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely means for efficiently explaining the technical spirit of the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집계 연산 처리 방법(100)을 나타낸 순서도이다. 이하의 설명에서 집계 연산이란 각 센서 노드가 센싱한 데이터에 대한 평균값, 최대값, 최소값, 중앙값 등을 구하는 연산을 의미한다.1 is a flowchart illustrating an aggregation
먼저, 과거의 일정 기간 동안 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드로부터 수집된 센싱 데이터를 이용하여, 누적된 각 센서 노드의 센싱 데이터와 그로부터 계산된 집계 연산별 결과값과의 편차로부터 각 센서 노드별 각 집계 연산에 대한 정규화된 평균 거리비를 계산한다(102). First, by using the sensing data collected from each sensor node constituting the sensor network for a certain period of time in the past, each sensor node for each sensor node from the deviation between the accumulated sensing data of each sensor node and the result value for each calculation operation calculated therefrom
다음으로, 상기 각 센서 노드의 센싱 데이터의 정규화된 분포비를 계산한다(104). 상기 정규화된 분포비는 각 센서 노드별로 과거 일정시간 동안 센싱한 데이터들의 분산 또는 표준편차에 비례하며, 상기 정규화된 분포비 값이 작을수록 해당 센서 노드가 측정한 데이터 값이 일정하다는 것을 의미한다. 이는 각 센서 노드별로 얼마나 일관성있게 데이터를 센싱하고 있는지를 판단하기 위한 척도가 된다.Next, the normalized distribution ratio of the sensing data of each sensor node is calculated (104). The normalized distribution ratio is proportional to the variance or standard deviation of the data sensed for a certain time in each sensor node, and the smaller the normalized distribution ratio value, the more constant the data value measured by the corresponding sensor node. This is a measure for determining how consistently the data is sensed for each sensor node.
이후, 계산된 상기 각 센서 노드의 정규화된 평균 거리비 및 정규화된 분포비를 이용하여 소정 개수의 센서 노드를 질의하고자 하는 집계 연산에 대한 표본 집단으로 선택한다(106). 센서 노드 중 표본 집단을 선택하기 위한 방법으로는 정규화된 평균 거리비와 정규화된 분포비에 가중치를 주어 각 센서 노드의 우선순위를 계산하고, 우선순위가 높은 순서대로 k개의 센서 노드를 추출하는 방식이 사용될 수 있다.Thereafter, a predetermined number of sensor nodes are selected as a sample group for an aggregation operation to be queried using the calculated normalized average distance ratio and normalized distribution ratio of each sensor node (106). The method for selecting a sample group among the sensor nodes is to calculate the priority of each sensor node by weighting the normalized average distance ratio and the normalized distribution ratio, and extracting k sensor nodes in the order of high priority. This can be used.
마지막으로, 상기 선택된 표본 집단으로부터 센싱 데이터를 전송받아 상기 집계 연산 질의 데이터에 대한 결과값을 추정한다(108). 즉, 표본 집단으로부터 센싱된 데이터를 이용하여 전체 센서 네트워크를 대상으로 한 집계 연산값을 추정한다.Finally, the sensing data is received from the selected sample population to estimate a result of the aggregate operation query data (108). In other words, an aggregate calculation value for the entire sensor network is estimated using the data sensed from the sample population.
이하에서는, 상기 도 1에 도시된 각 단계들을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each step shown in FIG. 1 will be described in detail.
정규화된 평균 Normalized mean 거리비의Ratio of distance 계산 Calculation
본 발명의 실시예에서 정규화된 평균 거리비는 "과거 일정 기간 동안 각 센서 노드에서 센싱한 데이터와 그로부터 계산된 집계 연산 결과값에 대한 정규화된 평균 거리의 비율"을 의미한다. 즉, 각 센서 노드에서 센싱한 데이터의 값이 실제 계산된 집계 연산 결과값과 가까울수록 그 센서 노드의 정규화된 평균 거리비는 작게 나타난다. 상기 집계 연산은, 예를 들어 센싱 데이터 값에 대한 최대값, 최소값, 평균값, 중앙값 등을 구하기 위한 연산일 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the normalized average distance ratio means "a ratio of normalized average distance to data sensed by each sensor node for a predetermined period of time and an aggregate calculation result calculated therefrom." That is, the closer the value of the data sensed by each sensor node is to the actual calculated result of the calculation, the smaller the normalized average distance ratio of the sensor node is. The aggregation operation may be, for example, an operation for obtaining a maximum value, a minimum value, an average value, a median value, or the like for the sensing data value.
정규화된 평균 거리비 계산에서 사용되는 데이터는 과거 일정 기간 동안 센 서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들이 수집한 센싱 데이터이며, 이는 데이터베이스에 저장된다. 즉, 정규화된 평균 거리비 계산을 위해 상기 데이터베이스에 저장된 각 센서 노드의 센싱 데이터를 활용한다. The data used in the normalized average distance ratio calculation is sensing data collected by each sensor node constituting the sensor network in the past, which is stored in a database. That is, sensing data of each sensor node stored in the database is used to calculate a normalized average distance ratio.
정규화된 평균 거리비는 다음과 같이 계산될 수 있다.The normalized average distance ratio can be calculated as follows.
먼저, 센서 네트워크에 노드 1 부터 m 까지 m 개의 센서 노드가 존재하고, 각 센서 노드로부터 센싱된 n 개의 센싱 데이터가 상기 데이터베이스에 저장되어 있다고 하자. xkj를 노드 k (1≤k≤m) 의 j 번째 (1≤j≤n) 센싱 데이터, 를 모든 센서 노드들의 j 번째 센싱 데이터의 집계 연산 결과 값이라 하면, xkj의 상기 집계 연산 결과 값에 대한 정규화된 거리비(e(xkj))는 다음의 수학식 1과 같다.First, it is assumed that m sensor nodes exist from node 1 to m in a sensor network, and n sensing data sensed from each sensor node are stored in the database. x kj is the jth (1≤j≤n) sensing data of node k (1≤k≤m), When the counted result value as the j-th sensing data from all sensor nodes, normalized length ratios (e (x kj)) on the aggregation result of the x kj is: Equation (1).
이때, (≠ 0)는 각 노드들의 j 번째 센싱 데이터와 모든 센서 노드들의 j 번째 센싱 데이터의 집계 연산 결과 값과의 차이 중 가장 큰 값을 의미한다. 만일 의 값이 0인 경우에는 e(xkj)의 값을 0으로 한다. 상기 정규화된 거리비는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 정규화된 거리비가 0에 가까울수록 집계 연산의 결과 값에 가까운 것을 나타낸다.At this time, ( ≠ 0) means the largest difference between the j-th sensing data of each node and the j-th sensing data of all sensor nodes. if When the value of 0 is 0, the value of e (x kj ) is set to 0. The normalized distance ratio has a value between 0 and 1, and the closer the normalized distance ratio is to 0, the closer to the result of the aggregation operation.
상기 수학식 1을 이용하여, k 번째 센서 노드의 정규화된 평균 거리비(E(nk))를 계산하면 다음의 수학식 2와 같다.Using Equation 1, the normalized average distance ratio E (n k ) of the k-th sensor node is calculated as in Equation 2 below.
상기 수학식은 k 번째 센서 노드(1 ≤ k ≤ m)의 n 개의 센싱 데이터에 의한 정규화된 평균 거리비를 나타낸다. 상기 정규화된 평균 거리비는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 0에 가까울수록 평균적으로 해당 센서의 센싱 데이터 값이 집계 연산의 결과 값에 가까운 것을 나타낸다.The above equation represents the normalized average distance ratio by n sensing data of the k-th sensor node (1 ≦ k ≦ m). The normalized average distance ratio has a value between 0 and 1, and the closer it is to 0, the mean that the sensing data value of the corresponding sensor is closer to the result of the aggregation operation.
정규화된 분포비 계산Normalized distribution ratio calculation
본 발명의 실시예에서, 각 센서 노드의 정규화된 분포비는 각 센서 노드별로 얼마나 일관성 있게 데이터를 센싱하고 있는지를 판단하기 위한 척도가 된다. 즉, 센싱값의 정규화된 분포비가 일정한 센서 노드들을 표본 집단으로 추출하면 실제 값에 보다 가까운 추정 결과를 얻을 수 있을 것이다. In an embodiment of the present invention, the normalized distribution ratio of each sensor node is a measure for determining how consistently the data is sensed for each sensor node. In other words, if the sensor nodes with the normalized distribution ratio of the sensing values are extracted as the sample population, the estimation result closer to the actual value may be obtained.
정규화된 분포비 계산에서도 과거 일정 기간 동안 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드로부터 수집된 센싱 데이터를 저장한 데이터베이스를 이용한다. 즉, m 개의 센서 노드 각각에 대하여 데이터베이스에 저장되어 있는 n개의 센싱 데이터를 이용한다.In the normalized distribution ratio calculation, a database storing sensing data collected from each sensor node constituting the sensor network is used. That is, n sensing data stored in a database is used for each of the m sensor nodes.
정규화된 분포비는 다음의 수학식 3 또는 4 중 하나를 이용하여 계산된다.The normalized distribution ratio is calculated using one of the following equations (3) or (4).
수학식 3은 센싱 데이터의 집계 연산에 대한 표준편차를 이용하여 정규화된 분포비를 계산하기 위한 것이다. Equation 3 is for calculating a normalized distribution ratio by using a standard deviation of an aggregate operation of sensing data.
상기 수학식에서, D(nk)는 k 번째 센서 노드의 정규화된 분포비, max(xi의 표준편차)는 센서 노드들 각각의 표준편차 중 가장 큰 값을 의미한다.In the above equation, D (n k ) is the normalized distribution ratio of the k-th sensor node, and max (standard deviation of x i ) means the largest value among the standard deviations of each of the sensor nodes.
수학식 4는 센싱 데이터의 집계 연산에 대한 분산을 이용하여 정규화된 분포비를 계산하기 위한 것이다. Equation 4 is for calculating the normalized distribution ratio using the variance of the aggregate operation of the sensing data.
상기 수학식에서, D(nk)는 k 번째 센서 노드의 정규화된 분포비, max(xi의 분산)은 센서 노드들 각각의 분산 중 가장 큰 값을 의미한다.In the above equation, D (n k ) is the normalized distribution ratio of the k-th sensor node, max (variance of x i ) means the largest value of the distribution of each of the sensor nodes.
표본 집단 추출Sampling
본 단계에서는 상술한 방법을 이용하여 각 센서 노드의 정규화된 평균 거리비 및 정규화된 분포비를 계산한 후, 계산된 정규화된 평균 거리비 및 정규화된 분포비를 이용하여 표본 집단을 추출하게 된다.In this step, the normalized average distance ratio and normalized distribution ratio of each sensor node are calculated using the above-described method, and the sample population is extracted using the calculated normalized average distance ratio and normalized distribution ratio.
상기 표본 집단의 추출은 정규화된 평균 거리비와 정규화된 분포비에 각각의 가중치를 부여하여 이로부터 각 센서노드의 우선순위를 계산하고, 계산된 우선순위가 높은 순서대로 소정 개수의 표본 집단을 추출하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 가중치는 ω로 표현되며 0과 1 사이의 값을 가진다. 예를 들어 정규화된 평균 거리비의 가중치를 ω로 가정할 경우, 정규화된 분포비의 가중치는 (1-ω)로 표현할 수 있다.The sampling of the sample population is given weights to the normalized average distance ratio and the normalized distribution ratio, and the priority of each sensor node is calculated therefrom, and the predetermined number of sample groups are extracted in the order of high priority. It can be configured to. In this case, the weight is expressed as ω and has a value between 0 and 1. For example, if the weight of the normalized average distance ratio is assumed to be ω, the weight of the normalized distribution ratio may be expressed as (1-ω).
상기 우선순위는 다음의 수학식 5에 의해 계산된다.The priority is calculated by the following equation (5).
이때, R(nk)는 k 번째 센서 노드의 우선순위, E(nk)는 k 번째 센서 노드의 정규화된 평균 거리비, D(nk)는 k 번째 센서 노드의 정규화된 분포비, ω는 가중치이다. 상기 수학식 5에 의한 우선순위는 0에서 1사이의 값을 가지며, 값이 0에 가까울수록 우선순위가 높다. 즉, 집계 연산을 위한 센서 노드들의 선정 시에 우선순위가 0에 가까운 센서들을 우선적으로 선정하게 된다.Where R (n k ) is the priority of the k-th sensor node, E (n k ) is the normalized average distance ratio of the k-th sensor node, and D (n k ) is the normalized distribution ratio of the k-th sensor node, ω Is the weight. The priority according to Equation 5 has a value between 0 and 1, and the closer to 0, the higher the priority. That is, prior to selecting the sensor nodes for the aggregation operation, the sensors close to the priority is selected first.
상기 수학식 5에 의해 계산된 우선순위에 따라 센서 노드들의 잔여 전력(에너지)량을 고려하여 사전에 설정된 일정 개수 또는 일정 비율의 센서 노드들을 선정하고, 선정된 센서 노드들에 대하여 집계 연산을 위한 센싱을 실시할 수 있다. 상기 선정된 센서 노드들은 각각의 과거 센싱 데이터에 대하여 거리비와 분포비를 계산하여 선정되었으므로, 임의로 센서 노드들을 선정하여 집계 연산을 실시하는 방식에 비하여 더 적은 센서 노드로도 보다 정확한 집계 연산을 수행할 수 있다.According to the priority calculated by Equation 5, a predetermined number or a predetermined ratio of sensor nodes are selected in consideration of the remaining power (energy) amount of the sensor nodes, and for the aggregation operation on the selected sensor nodes. Sensing can be performed. Since the selected sensor nodes are selected by calculating a distance ratio and a distribution ratio for each historical sensing data, a more accurate aggregation operation is performed with fewer sensor nodes than a method of arbitrarily selecting sensor nodes and performing an aggregation operation. can do.
한편, 상기 표본 집단의 크기는 보다 정확한 집계 연산 결과값을 추정하기 위해서 통계 이론을 이용하여 계산할 수 있으며, 예를 들어 정규분포에서 표본 집단의 크기를 정하는 다음의 수학식 6에 의하여 계산될 수 있다.On the other hand, the size of the sample group can be calculated using statistical theory in order to estimate the result of the more accurate aggregation operation, for example, it can be calculated by the following equation (6) to determine the size of the sample group in the normal distribution .
이때, Z는 표준정규분포 확률변수, σ는 모집단의 표준편차, α는 유의수준, d는 오차의 한계이다.Where Z is the standard normal distribution probability variable, σ is the standard deviation of the population, α is the significance level, and d is the margin of error.
이와 같이 표본 집단이 추출되면, 표본 집단으로 선택된 센서노드들에게 원하는 집계 연산 질의를 보내고, 그들로부터 데이터를 센싱하여 수집하고, 수집된 센싱 데이터로부터 상기 질의에 대한 결과값을 추정한다. 예를 들어, 상기 집계 연산 질의가 전체 센서 노드의 센싱값의 평균값을 구하는 것이라면, 상기 표본 집단으로부터 센싱된 값들의 평균값을 상기 전체 센서 노드의 평균값으로 추정할 수 있다. 마찬가지로, 상기 집계 연산 질의가 전체 센서 노드의 센싱값의 최대값 또는 최소값을 구하는 것이라면, 상기 표본 집단으로부터 센싱된 값들 중 최대값 또는 최소값을 상기 전체 센서 노드의 최대값 또는 최소값으로 추정할 수 있다.When the sample population is extracted as described above, a desired aggregation operation query is sent to the sensor nodes selected as the sample population, the data is sensed and collected from them, and the result value of the query is estimated from the collected sensing data. For example, if the aggregation operation query is to obtain an average value of the sensing values of all the sensor nodes, the average value of the values sensed from the sample population may be estimated as the average value of all the sensor nodes. Similarly, if the aggregation operation query is to obtain the maximum or minimum value of the sensing values of all the sensor nodes, the maximum or minimum value among the values sensed from the sample population may be estimated as the maximum or minimum value of the all sensor nodes.
이하에서는, 상술한 집계 연산 처리 방법 및 선택된 센서 노드를 이용한 결과값 추정 방법을 예를 들어 설명한다. 하기의 예에서 집계 연산은 기온에 대한 평균값을 구하는 것이다.Hereinafter, the above-described aggregation calculation processing method and the result value estimating method using the selected sensor node will be described as an example. In the following example, the aggregation operation is to find the average value for the temperature.
다음은 기상청 웹사이트에서 3시간 간격으로 제공되는 전국의 현재 기온 데 이터를 2009년 7월 20일에 수집하여 센싱 데이터로 활용한 예이다. 기상청에서 기온이 제공되는 전국 83곳을 센서 노드로 가정하고 3시간 간격의 기온을 각 센서노드의 센싱 값으로 가정한다. 다음의 예는 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명은 실제의 센서 네트워크 환경에서 적용 가능하며, 일반적인 집계 연산에의 활용도 가능하다.The following is an example of collecting current national temperature data from the Korea Meteorological Agency website on July 20, 2009 and using it as sensing data. It is assumed that 83 locations across the country where temperature is provided by the Korea Meteorological Administration as sensor nodes, and 3 hour intervals are used as sensing values for each sensor node. The following example is for the sake of clarity, and the present invention can be applied in an actual sensor network environment, and can be used for general aggregation operations.
먼저 노드 1부터 노드 83까지 83개의 센서 노드로부터 3시간 간격으로 기온 데이터를 수집하여 데이터베이스에 저장한 후, 수학식 1을 이용하여 아래의 표 1과 같이 센서 노드별로 전체 평균에 대한 정규화된 평균 거리비를 계산한다. 표 1의 각 항목은 해당 센싱 횟수의 센싱 값의 정규화된 거리비이며, 가장 오른쪽 열은 10개의 기온의 정규화된 평균 거리비이다. 표 1은 상기 정규화된 평균 거리비의 오름차순으로 정렬되어 있다.First, temperature data is collected from 83 sensor nodes from node 1 to node 83 at three-hour intervals and stored in a database. Calculate the ratio. Each item of Table 1 is a normalized distance ratio of sensing values of the corresponding number of sensing, and the rightmost column is a normalized average distance ratio of 10 temperatures. Table 1 is arranged in ascending order of the normalized average distance ratio.
아래의 표 2는 센서 노드별 평균에 대한 정규화된 분포비를 계산한 것으로서, 상기 수학식 4를 이용하여 계산한 것이다. 즉, 분산을 이용하여 정규화된 분포비를 계산한 것이다. 표 2는 상기 정규화된 분포비의 오름차순으로 정렬되어 있다.Table 2 below calculates the normalized distribution ratio for the average for each sensor node, and is calculated using Equation 4. That is, the normalized distribution ratio is calculated using the variance. Table 2 is arranged in ascending order of the normalized distribution ratio.
이후, 표 1 및 표 2에서 계산된 정규화된 평균 거리비 및 정규화된 분포비를 이용하여 수학식 5에 의해 표본 집단을 추출하면 다음과 같다.Then, using the normalized average distance ratio and the normalized distribution ratio calculated in Table 1 and Table 2, the sample population is extracted by Equation 5 as follows.
상기 수학식 5에서 가중치를 0.5라 할 때, 각 센서 노드의 우선순위를 계산하면 다음의 표 3과 같다. 표 3은 상기 우선순위의 오름차순으로 정렬되어 있다.When the weight is 0.5 in Equation 5, the priority of each sensor node is calculated as shown in Table 3 below. Table 3 is arranged in ascending order of priority.
표 3에서, 우선순위가 높은 순서대로 일정 개수(본 실시예에서는 10개)를 추출한 표본집단은 다음과 같다.In Table 3, the sample population from which a certain number (10 in this embodiment) is extracted in the order of high priority is as follows.
상기 추출된 표본집단의 센서 노드들에 대하여 센싱을 실시한 후에 수집된 센싱 데이터를 이용하여 집계 연산을 수행하고, 이로부터 전체 센서 노드들에 대한 집계 연산의 결과를 추정할 수 있다. 예를 들어 집계 연산이 최대값을 구하는 것이라면 표본 집단의 센서 노드들의 센싱 값 중의 최대값을 선택하고, 최소값을 구하는 것이라면 센싱 값 중의 최소값을 선택하며, 중앙값을 구하는 것이라면 센싱 값 중의 중앙값을 선택할 수 있다. 또한 평균값을 구하는 것이라면 표본 집단의 센서 노드들의 센싱 값의 평균을 구하여 집계 연산의 결과 값으로 추정할 수 있다.After sensing the extracted sensor nodes of the sample group, an aggregation operation may be performed using the collected sensing data, and the result of the aggregation operation for all the sensor nodes may be estimated therefrom. For example, if the aggregation operation is to obtain the maximum value, the maximum value of the sensing values of the sensor nodes of the sample group may be selected. If the minimum value is to be obtained, the minimum value of the sensing value may be selected. . In addition, if the average value is obtained, the average of the sensing values of the sensor nodes of the sample group may be calculated and estimated as the result of the aggregation operation.
한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플로피 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.On the other hand, embodiments of the present invention may include a computer readable recording medium including a program for performing the methods described herein on a computer. The computer-readable recording medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc. alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs, DVDs, magnetic-optical media such as floppy disks, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions are included. Examples of program instructions may include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 집계 연산 처리 장치(200)를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating an aggregation operation processing apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집계 연산 처리 장치(200)는, 데이터베이스(202), 평균 거리비 계산부(204), 분포비 계산부(206), 표본 집단 추출부(208) 및 집계 연산부(210)를 포함하여 구성된다.As shown, the aggregation calculation processing apparatus 200 according to an embodiment of the present invention, the database 202, the average distance ratio calculation unit 204, the distribution ratio calculation unit 206, the sample group extraction unit 208 ) And an aggregate calculation unit 210.
데이터베이스(202)는 집계 연산 처리 장치(200)와 연결된 각 센서 노드(미도시)로부터 센싱 데이터를 전송 받아 저장한다.The database 202 receives and stores sensing data from each sensor node (not shown) connected to the aggregation operation processing apparatus 200.
평균 거리비 계산부(204)는 데이터베이스(202)에 저장된 상기 과거 일정기간 누적된 각 센서 노드의 센싱 데이터와 그로부터 계산된 집계 연산 결과값과의 편차를 이용하여 각 센서 노드의 상기 각 집계 연산에 대한 정규화된 평균 거리비를 계산한다. 이때, 상기 집계 연산 결과값은 상기 각 센서 노드의 센싱 데이터의 평균값, 최대값, 최소값, 중앙값 등의 집계 연산값임은 전술하였다. 상기 정규화된 평균 거리비 계산은 전술한 수학식 1 및 2에 의하여 이루어질 수 있다.The average distance ratio calculation unit 204 uses the deviation of the sensing data of each sensor node accumulated in the past time period stored in the database 202 and the aggregate calculation result calculated therefrom to perform each of the sensor node calculations. Calculate the normalized mean distance ratio for. In this case, the result of the aggregation operation is an aggregation operation value such as an average value, a maximum value, a minimum value, and a median value of the sensing data of each sensor node. The normalized average distance ratio calculation may be performed by Equations 1 and 2 described above.
분포비 계산부(206)는 데이터베이스(202)에 저장된 상기 과거 일정기간 누적된 각 센서 노드의 센싱 데이터의 표준편차 또는 분산을 이용한 정규화된 분포비를 계산한다. 상기 정규화된 분포비 계산은 전술한 수학식 3 또는 4에 의하여 이루어질 수 있다.The distribution ratio calculator 206 calculates a normalized distribution ratio using a standard deviation or variance of sensing data of each sensor node accumulated in the past period of time stored in the database 202. The normalized distribution ratio may be calculated by Equation 3 or 4 described above.
표본 집단 추출부(208)는 평균 거리비 계산부(204)에서 계산된 상기 각 센서 노드의 정규화된 평균 거리비 및 분포비 계산부(206)에서 계산된 상기 정규화된 분포비를 이용하여 집계 연산에 대한 소정 개수의 센서 노드를 표본 집단으로 추출한다. The sampling group extracting unit 208 calculates an aggregate using the normalized average distance ratio of each sensor node calculated by the average distance ratio calculating unit 204 and the normalized distribution ratio calculated by the distribution ratio calculating unit 206. Extract a predetermined number of sensor nodes for a sample population.
상기 표본 집단의 추출은 상기 수학식 5에 의하여 각 센서 노드의 우선순위를 계산하고, 우선순위가 높은 순서대로 소정 개수의 센서 노드를 표본 집단으로 추출하도록 구성될 수 있다.Extraction of the sample group may be configured to calculate the priority of each sensor node according to Equation 5, and extract a predetermined number of sensor nodes into the sample group in order of high priority.
마지막으로 집계 연산부(210)는 표본 집단 추출부(208)에서 추출된 표본 집단으로부터 센싱 데이터를 전송받아 상기 질의 데이터에 대한 결과값을 추정한다.Finally, the aggregate calculating unit 210 receives sensing data from the sample group extracted by the sample group extracting unit 208 and estimates a result value of the query data.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Will understand.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집계 연산 처리 방법(100)을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart illustrating an aggregation
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 집계 연산 처리 장치(200)를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating an aggregation operation processing apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
200 : 집계 연산 처리 장치 202 : 데이터베이스200: aggregate operation processing unit 202: database
204 : 평균 거리비 계산부 206 : 분포비 계산부204: average distance ratio calculation unit 206: distribution ratio calculation unit
208 : 표본 집단 추출부208: sample group extraction unit
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090116103A KR100952076B1 (en) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Method and apparatus for processing aggregation in sensor networks |
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KR1020090116103A KR100952076B1 (en) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Method and apparatus for processing aggregation in sensor networks |
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KR101930766B1 (en) | 2017-01-25 | 2018-12-19 | 강릉원주대학교산학협력단 | Method for selecting sensor data |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050108533A (en) * | 2004-05-12 | 2005-11-17 | 전자부품연구원 | Energy efficient data aggregation method in wireless sensor networks |
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2009
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Non-Patent Citations (2)
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한국정보과학회 가을 학술발표논문집 |
한국정보과학회 학술발표논문집 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101930766B1 (en) | 2017-01-25 | 2018-12-19 | 강릉원주대학교산학협력단 | Method for selecting sensor data |
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