KR100958658B1 - 랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를추정하는 방법 및 장치 - Google Patents

랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를추정하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100958658B1
KR100958658B1 KR1020080021551A KR20080021551A KR100958658B1 KR 100958658 B1 KR100958658 B1 KR 100958658B1 KR 1020080021551 A KR1020080021551 A KR 1020080021551A KR 20080021551 A KR20080021551 A KR 20080021551A KR 100958658 B1 KR100958658 B1 KR 100958658B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor node
position signal
sensor
nodes
neighbor
Prior art date
Application number
KR1020080021551A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090056773A (ko
Inventor
주성순
박상준
표철식
채종석
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Publication of KR20090056773A publication Critical patent/KR20090056773A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100958658B1 publication Critical patent/KR100958658B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0284—Relative positioning
    • G01S5/0289—Relative positioning of multiple transceivers, e.g. in ad hoc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/023—Services making use of location information using mutual or relative location information between multiple location based services [LBS] targets or of distance thresholds
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/025—Services making use of location information using location based information parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 N개의 센서노드를 랜덤하게 배치한 후 상기 센서노드의 상대위치를 추정하는 시스템에 관한 것이다. 센서노드 상대위치 추정 시스템은 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 유지시간을 검출하는 위치검출부; 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 위치검출부에서 검출한 에너지레벨 및 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정부;및 각 자신센서노드에서 추정된 분포밀도 정보를 포함하는 위치신호메시지를 수신하여 확률적패턴매칭기법에 기초하여 상대적 위치를 추정하는 기준위치부;를 포함한다.
분포밀도, 상대적 위치. 센서네트워크, 토폴로지

Description

랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를 추정하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for estimating the density and relative locations of randomly deployed sensor nodes}
본 발명은 무선 에너지 검출에 의한 무선 노드 분포 밀도를 추정하는 방법에 관한 것이다. 특히 사전에 토폴로지 구성 정보 없이 임의로 분포된 무선 센서 노드들 간에 자신의 노드와 주변의 무선 노드의 확산 밀도 추정에 의해 상대적 위치를 예측하고 무선 센서 노드 토폴로지 구성이 가능하도록 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-038-03, 과제명: UHF RFID 및 Ubiquitous 네트워킹 기술개발].
일반적으로, 무선 센서 네트워크는 건물, 다리와 같은 구조물을 대상으로 하는 경우 사전에 토폴로지 구성 계획에 따라 설치할 수 있으나, 환경 오염 측정, 자연 환경 관찰과 같이 불특정 지역에 임의로 센서 노드를 산포하여 설치하는 경우, 무선 센서 네트워크 토폴로지 구성은 중앙집중제어가 불가능하므로, 지역 정보에 의존한 자율적 토폴로지 구성이 요구된다.
그러나, 종래의 무선 센서 네트워크 토폴로지 구성 기술은 위치 인식을 위하여 앵커 노드(anchor)를 특정 위치에 고정시키거나, 설치 후 위치 정보를 조정하기 위하여 네트워크 운용자가 개입하여야 하는 절차가 필요한 단점이 있다.
또한, 토폴로지 구성을 위한 노드당 위치 인식을 위하여 노드간 전달 정보와 계산량이 많은 알고리즘으로 무선 센서 네트워크의 수명에 영향을 줄 가능성이 있었다.
이상의 문제점을 해결하기 위해서는 임의로 산포된 무선 센서 노드의 네트워크 구성시 네트워크 운용자의 도움 없이도 지역 정보에 의존한 에너지 효율적인 자율적 토폴로지 구성이 요구된다.
본 발명에서는 무선 센서 노드 산포 후 짧은 시간 내에 에너지 소모를 최소화하며 무선 에너지 검출에 기반한 지역적 정보 수집만으로 네트워크 운용자의 도움 없이도 전역적 토폴로지 구성이 가능한 초기 토폴로지 구성 정보를 획득한다.
본 발명에 따르면, 임의로 산포된 무선 센서 노드간에 지역 정보에 의존한 자율적 토폴로지 구성이 가능하다. 따라서, 네트워크 운용자의 도움 없이도 무선 센서네트워크 토폴로지 구성에 적용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 센서노드는 주기적으로 자신센서노드의 위치신호를 발생하는 위치신호발생부; 이웃센서노드로부터 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치신호검출부; 상기 자신의 센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치신호검출부에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하 는 분포밀도추정부;및 상기 추정한 분포밀도를 포함하는 위치신호 메시지를 기준센서노드에 전송하는 위치신호 메시지전송부;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, N개의 센서노드를 랜덤하게 배치한 후 상기 센서노드의 분포 밀도를 추정하는 시스템은 각 센서노드에 부착되어 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 이웃센서노드의 위치신호를 수신하며, 상기 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치검출부; 상기 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치검출부에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정부;및 상기 각 자신센서노드에서 추정된 상기 분포밀도 정보를 포함하는 위치신호메시지를 수신하여 확률적패턴매칭기법에 기초하여 상기 N개의 센서노드의 상대적 위치를 추정하는 기준위치부;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 각 센서노드에서 랜덤하게 배치된 N 개의 센서노드로부터 에너지 검출에 기초하여 센서노드의 분포밀도를 추정하는 방법은 주기적으로 자신센서노드의 위치신호를 발생하는 위치신호발생단계; 이웃센서노드로부터 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치신호검출단계; 상기 자신의 센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치신호검출단계에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정단계;및 상기 추정 한 분포밀도를 포함하는 위치신호 메시지를 기준센서노드에 전송하는 위치신호 메시지전송단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, N개의 센서노드를 랜덤하게 배치한 후 상기 센서노드의 상대위치를 추정하는 방법은 각 센서노드에 부착되어 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 이웃센서노드의 위치신호를 수신하며, 상기 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치검출단계; 상기 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치검출단계에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정단계;및 상기 각 자신센서노드에서 추정된 상기 분포밀도 정보를 포함하는 위치신호메시지를 수신하여 확률적패턴매칭기법에 기초하여 상기 N개의 센서노드의 상대적 위치를 추정하는 기준위치정렬단계;를 포함한다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 본 발명에 보다 더 충실하도록 하기 위해서, 본 발명의 취지를 벗어나 지 않는 범위 내에서 당업자 수준의 변경이나 변형이 있을 수 있음을 명기하는 바이다.
도 1은 MxL 지역에 N 개의 무선 센서 노드가 랜덤하게 분포된 예를 나타낸 도면이다.
도시된 MxL 지역에 분포되어 있는 N개의 무선 센서노드 각각은 고유의 식별번호(ID)를 지니고, 위치 신호를 발생하고, 이웃 센서 노드의 무선 주파 에너지를 검출하는 위치검출부가 장착되어 있다.
이상적으로는 각 무선 센서 노드에서 송신되는 신호의 에너지는 거리의 제곱에 반비례하는 균등성을 지닌다(110). 그러나, 무선 센서 노드의 하드웨어적인 특성과 전원 상태에 따라 각각 무선 센서 노드의 송신 에너지가 다르며, 안테나의 모양과 전파 방향에 따라 경로 손실이 달라 이를 감안한 현실적인 신호 에너지 세기는 비균등적이다(120).
즉, 현실적으로 각 센서노드에서 이웃 센서 노드로부터 수신하는 위치신호의 에너지 레벨(Prx1, Prx2, Prx3)과 지속 시간은 비균등적으로 상이하다(120). 본 발명에서는 현실적으로 비균등한 점을 반영하여 상대적인 위치 추정에 기초하여 센서 노드 분포 밀도를 추정한다.
초기에 각각의 무선 센서노드가 산포되면, 모든 센서노드는 위치검출부에서 자동적으로 자신의 위치 신호를 주기적으로(Tp) 발생시키고, 위치검출부에서 이웃 센서노드로부터 전송되어 오는 위치 신호를 수신한다. 위치 신호에는 또한, 각각의 무선 센서 노드가 자신이 알고 있는 이웃 센서노드 정보가 포함되어 있다.
위치검출부에서는 이웃 센서노드로부터 수신된 위치 신호를 에너지 레벨(Prx1, Prx2, Prx3)과 유지시간(Tps)을 검출하고, 각 센서노드는 검출된 데이터를 저장한다.
보다 구체적으로, i(100) 또는 j(101)라는 센서노드는 자신이 수신가능한 범위 내에 이웃 센서노드의 위치 신호를 수신하여 이웃 센서노드의 에너지 레벨을 주기적(Tp)으로 검출한다. 그 후 검출된 데이터를 기초로 자신이 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃 센서노드의 개수를 기초로 주변 센서노드의 분포 밀도를 추정한다.
도 2(a) 내지 (e)는 각 센서노드에서 주기적으로 발생하는 위치 신호와 각 센서노드에서 이웃 센서노드로부터 수신한 위치 신호의 에너지 변이를 도시한다.
도 2(a) 는 각 센서노드에서 주기적으로 발생하는 위치 신호를 도시한다.
각 센서노드에서 발생하는 Pps크기의 위치 신호는 Tps 간 유지되고(210), Tp(220) 구간으로 주기적으로 발생한다. 센서노드의 위치신호가 이웃하는 노드에게 감지될 확률을 높이기 위하여 위치 신호는 np 횟수 만큼 전송되고(230), 이후 일정 구간의 휴지기(240)를 거친 후 다시 위치 신호를 발생한다. 휴지기는 센서노드의 상대적 위치가 수렴된 후 지속적인 위치 신호 발생으로 에너지를 낭비하는 것을 막고, 새로운 센서노드의 추가 또는 탈락에 의해 토폴로지 변경이 발생시 위치정보 수정시간이 기준치를 이상이 되지 않도록 Tp 의 no 정수배 만큼의 시간인 no*Tp에 확률적으로 가우시안 N(0~Tp) 분포를 갖는 임의 지연시간(Tl) 시간만큼 더하진 시간과 같이 설정될 수 있으나, 이는 본발명의 일 실시예로서, 이에 한정되는 것이 아 님을 유의하여야 한다.
발생 주기(Tp)를 설정하는 일 예로는, 각 센서 노드의 위치 신호 파워 Pps (Power position sensing)에 의해 도달 가능한 거리 rps (r1, r2, r3)와 단위 면적당 센서 노드 수에 의해 신호 균등 파워 도달 범위내 평균 노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치 신호가 유지되는 시간(Tps)을 곱한 값을 발생주기(Tp)로 정한다.
도 2(b) 내지(e)는 이웃 센서노드로부터 수신된 신호의 에너지 레벨 및 지속 시간을 도시한다.
이웃 센서 노드로부터 수신된 신호의 에너지 레벨과 지속 시간은 비균등적으로 다르며(도 2(b), (c)) 신호가 중첩되지 않은 경우와(도 2(d) 참고) 중첩된 경우(도 2(e) 참고) 에너지 레벨과 지속 시간 Ti(250), Tj(260)이 검출된다. 에너지 레벨은 구간별로 Prx1, Prx2, Prx3 로 구분된다(도 1참고).
도 3 은 각 센서 노드에 장착되는 위치 검출기를 도시한다.
위치 검출기는 각 센서노드에 장착되어, 각 센서노드의 초기 위치 신호를 주기적으로 전송하고, 이웃 센서노드로부터 위치 신호를 에너지 레벨에 따라 검출한다.
위치검출부(300)는 위치신호발생부(310)와 위치신호검출부(320)를 포함한다. 위치신호발생부(310)에서는 Pps의 크기를 지닌 위치신호를 생성하여 전송하고, 위치신호검출부(320)에서는 이웃 센서노드로부터 수신한 위치 신호로부터 에너지레벨과 유지 시간을 검출하여 데이터를 저장한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 무선센서노드의 밀도추정에 기초한 상대적 위치 파악 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, MxL 지역에 N개의 무선 센서 노드를 위치 정보 없이 랜덤하게 살포한다(S410). 모든 무선 센서노드 각각에 장착된 위치 검출기를 통해위치 신호를 주기적으로 발생하고(S420), 위치 검출기는 또한 이웃 무선 센서노드에서 전송되는 위치신호를 수신하여, 이웃 센서노드의 무선 에너지레벨 및 유지 시간을 주기적으로 검출한다(S430). 이미 앞에서 서술한 일 예와 마찬가지로, 발생 주기(Tp)는, 각 센서 노드의 위치 신호 파워 Pps 에 의해 도달 가능한 거리 rps (r1, r2, r3)와 단위 면적당 센서 노드 수에 의해 신호 균등 파워 도달 범위 내 평균 노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치 신호가 유지되는 시간(Tps)을 곱한 값을 발생주기(Tp)로 정한다. 위치 신호는 센서노드의 위치 신호가 이웃하는 노드들에게 감지될 확률을 높이기 위하여 np 횟수 만큼 전송되고, 이후 일정 구간의 휴지기(240 참고)를 거친 후 다시 위치 신호를 반복적으로 발생한다.
센서 노드 분포 밀도 추정에 사용되는 데이터는 nd*Tp 동안(nd 는 각 센서노드의 정보 수집 시간을 의미한다)수집된 데이터를 사용한다.
위치 신호는 이웃 센서노드의 정보를 또한 포함하며, 이에 대해서는 도 5에서 서술하기로 한다. S420 및 S430 단계에서 위치 추정 후 센서노드 연결에 문제가 발생되는 경우 S420 단계에서부터 다시 시작된다(S440).
각 센서노드(101, 도 1 참고)는 자신이 위치신호를 수신할 수 있는 범위 내 에 있는 이웃 센서노드의 개수 및 이웃 센서노드로부터 검출한 에너지 레벨 및 유지시간을 기초로 자신(101)의 주변에 있는 이웃 센서노드의 분포 밀도를 추정한다(S450).
이 경우, 일정 주기(Tp)내에 위치 신호의 지속시간이 (0.9~1.1)*Tps 를 갖는 노드를 에너지 레벨에 따라 분류하여 그 수를 저장한다. 또한, 에너지 레벨이 Prx1 을 넘거나 위치 신호 지속시간이 1.1*Tps 이상인 데이터는 신호 지속 시간내 에너지 레벨의 적분치를 표준 에너지 기준표에 의해 에너지 레벨별 노드의 수로 환산하여 그 수를 저장한다(S450).
유의할 것은 본 발명에서 기술하고 있는 (0.9~1.1)*Tps는 단지 위치 신호를 신호로 인정할 수 있는 범위를 나타내는 일 예시이고, 또한, 1.1 *Tps는 노드가 중첩된 위치 신호 데이터일 가능성을 범위를 나타내는 일 예시로서, 이와 동일 또는 유사한 구성을 나타내는 값으로 변경 및 치환이 가능하다.
그 후 추정한 이웃 센서노드 분포를 도 5 에 도시된 메시지 형태로 브로드캐스팅 한 후 기준 센서노드(130)를 기점으로 파악하여 MxL 지역에 살포된 N개의 무선 센서 노드의 상대적 위치를 추정한다(S460).
상대적 위치는 이웃 센서노드로부터 전송되어온 분포 밀도 데이터를 기반으로 확률적 패턴 매칭 방법에 기초하여 결정된다. 상대적 위치는 분포 범위와 방향으로 표현되며, 경우에 따라 하나 이상의 분포 가능한 위치가 표시된다.
도 5(a) 는 센서노드 분포의 밀도 정보를 전달하는 메시지 형태를 도시하고, 도 5(b) 는 상대적 위치의 일 표시방법을 도시한다.
센서노드 분포밀도 정보를 전달하는 메시지는 자신의 센서노드ID 필드(510), 기준센서노드(130)까지의 Hop수를 알려주는 Hop필드(520), 위치신호 메시지인지, 결합 요구메시지인지, 결합 응답 메시지인지 등 메시지의 태양을 알려주는 메시지 종류필드(530), 제 1 무선에너지레벨 범위 내 이웃 센서노드의 수를 알려주는 에너지레벨필드(540), 540 필드 내의 이웃센서노드와 관련된 이웃센서노드의 정보를 알려주는 필드(541), 제 2 무선에너지레벨 범위 내 이웃 센서노드의 수를 알려주는 에너지레벨필드(550), 550 필드 내의 이웃센서노드와 관련된 이웃센서노드의 정보를 알려주는 필드(551)을 포함한다. 이웃 센서노드의 정보는 해당센서노드의 ID, 기준센서노드로부터 해당이웃센서노드까지의 Hop 수, 자신의 센서노드를 기준으로 해당 이웃센서노드의 중심의 위치방향을 포함한다(560 참고).
도 6 은 이웃센서노드 정보에 기초하여 무선 에너지레벨별 범위내의 이웃 노드의 상대적 위치를 추정을 도시한다.
이웃 센서노드(610)는 무선 에너지 레벨별로 재구성되어 현재 자신의 센서노드를 기준으로 표현된다(611). 수신한 위치신호메시지로부터 이웃 센서노드의 무선에너지 레벨별 센서노드정보(620)를 수집하여, 이웃 센서노드들간 연결성에 기초하여 상대적 위치를 추정한다.
보다 구체적으로, 센서 노드 i 를 중심으로 제 1 무선에너지레벨 범위 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 11, 제 2 무선에너지레벨 범위 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 12, Si 11 에 속하는 제 1 무선에너지레벨 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 21, Si 11 에 속하는 센서 노드의 제 2 무선에너지레벨 범위 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 22, Si 12 에 속하는 센서 노드의 제 1 무선에너지레벨 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 31, Si 12 에 속하는 센서 노드의 제 2 무선에너지레벨 범위 내에 있는 이웃 노드 집합 Si 32 간 상대적 연결 정보에 의해 위치를 추정한다(630).
도 7 은 센서노드가 기준센서노드(sink node)를 기준으로 방향을 보정하는 방법을 도시한다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 센서노드는 자신이 위치하고 있는 방향을 기준센서노드(710)를 중심으로 보정하여 상대적인 위치를 파악한다. 즉, 각 센서노드는 기준센서노드(710)로부터 수신한 기준센서노드가 파악하고 있는 이웃 센서노드들의 정보를 참고하여, 기준센서노드(710)를 기점으로 한 이웃 센서노드의 상대적 위치 정보를 보정한다.
각 센서 노드는 보정된 정보를 위치신호 메시지에 포함시켜 이웃 노드로 보내며, 이는 최말단 센서노드까지 전파되어 네트워크내 모든 센서 노드는 전역적으로 기준센서노드를 기준으로 한 자신의 상대적 위치 정보를 파악한다.
도 8 은 본 발명의 센서노드의 구성도를 도시한다.
본 발명에서 제시하는 센서노드는 위치신호발생부(810),위치신호검출부(820), 분포밀도추정부(830) 및 위치신호메시지전송부(840)를 포함한다.
위치신호발생부(810)는 주기적으로 자신센서노드의 위치신호를 발생한다.
위치신호검출부(820)는 이웃센서노드로부터 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출한다. 위치신호발생부(810) 및 위치신호검출부(820)의 일 예는 도 3을 참고한다.
분포밀도추정부(830)는 자신의센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 위치신호검출부(820)에서 검출한 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정한다.
위치신호메시지전송부(840)는 분포밀도추정부(830)에서 추정한 분포밀도를 포함하는 위치신호메시지를 기준센서노드에 전송한다. 기준센서노드에서는 도 7에 도시된 바와 같은 과정을 통해, 전역적으로 각 센서노드의 상대적 위치를 파악한다.
도 9 는 본 발명의 무선 노드 분포 밀도 추정에 기초한 센서노드의 상대적 위치파악 시스템의 구성도를 도시한다.
센서노드상대위치파악 시스템은 위치검출부(910), 분포밀도추정부(920) 및 기준위치부(930)를 포함한다.
위치검출부(910)는 각 센서노드에 부착되어 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 이웃센서노드의 위치신호를 수신하며, 수신한 이웃센서노드의 위 치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출한다.
분포밀도추정부(920)에서는 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 위치검출부(910)에서 검출한 이웃센서노드 각각의 에너지레벨 및 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정한다.
기준위치부(930)는 분포밀도추정부(920)에서 추정한 분포밀도 정보가 포함된 위치신호메시지를 각 센서노드로부터 수신하여 확률적패턴매칭기법에따라 N개의 센서노드의 상대적 위치를 추정한다. 이로써 임의로 산포된 N 개의 무선 센서 노드 각각은 기준위치부를 기준으로 자신의 상대적 위치를 파악한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의 미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 MxL 지역에 N 개의 무선 센서 노드가 랜덤하게 분포된 예를 나타낸 도면이다.
도 2(b) 내지(e)는 이웃 센서노드로부터 수신된 신호의 에너지 레벨 및 지속 시간을 도시한다.
도 3 은 각 센서 노드에 장착되는 위치 검출기를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 무선센서노드의 밀도추정에 기초한 상대적 위치 파악 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5(a) 는 센서노드 분포의 밀도 정보를 전달하는 메시지 형태를 도시하고, 도 5(b) 는 상대적 위치의 일 표시방법을 도시한다.
도 6 은 이웃센서노드 정보에 기초하여 무선 에너지레벨별 범위내의 이웃 노드의 상대적 위치를 추정을 도시한다.
도 7 은 센서노드가 기준센서노드(sink node)를 기준으로 방향을 보정하는 방법을 도시한다.
도 8 은 본 발명의 센서노드의 구성도를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 무선 노드 분포 밀도 추정에 기초한 센서노드의 상대적 위치파악 시스템의 구성도를 도시한다.

Claims (24)

  1. 주기적으로 자신센서노드의 위치신호를 발생하는 위치신호발생부;
    이웃센서노드로부터 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치신호검출부;
    상기 자신의 센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치신호검출부에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정부;및
    상기 추정한 분포밀도를 포함하는 위치신호 메시지를 기준센서노드에 전송하는 위치신호 메시지전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서노드 각각은
    고유식별 ID(Identification)이 부여되는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치신호발생부에서 상기 주기는
    각 센서노드의 위치신호파워값(Power position sensing)에 의해 도달가능한거리 및 단위 면적당 센서노드의 수에 기초하여 신호균등파워 도달범위내 평균노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치신호가 유지되는 유지시간(Tps)을 곱한 값으로 설정되고, 이 경우 상기 위치신호파워값은 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기를 나타내며, 상기 신호균등파워 도달범위는 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기가 균등하게 도달하는 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분포밀도추정부는
    상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 범위 이내인지에 따라 분류하고, 상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 값을 초과하는 경우 적어도 하나 이상의 위치신호가 중첩되었다고 파악하는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위치신호 메시지는
    자신의고유식별ID, 상기 기준센서노드까지의 Hop수, 무선에너지레벨별로 이웃센서노드의 개수 및 이웃센서노드의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이웃센서노드의 정보는
    각 해당 이웃센서노드의 고유식별ID, 상기 기준센서노드로부터 각 해당 이웃센서노드까지의 Hop수, 상기 자신센서노드를 기준으로한 상기 각 해당이웃센서노드의 위치방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드.
  7. N개의 센서노드를 랜덤하게 배치한 후 상기 센서노드의 상대위치를 추정하는 시스템으로서,
    각 센서노드에 부착되어 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 이 웃센서노드의 위치신호를 수신하며, 상기 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치검출부;
    상기 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치검출부에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정부;및
    상기 각 자신센서노드에서 추정된 상기 분포밀도 정보를 포함하는 위치신호메시지를 수신하여 확률적패턴매칭기법에 기초하여 상기 N개의 센서노드의 상대적 위치를 추정하는 기준위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 센서노드 각각은
    고유식별 ID가 부여되는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 위치검출부에서
    상기 주기는 각 센서노드의 위치신호파워값에 의해 도달가능한거리 및 단위 면적당 센서노드의 수에 기초하여 신호균등파워 도달범위내 평균노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치신호가 유지되는 유지시간을 곱한 값으로 설정되고, 이 경우 상기 위치신호파워값은 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기를 나타내며, 상기 신호균등파워 도달범위는 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기가 균등하게 도달하는 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 분포밀도추정부는
    상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 범위 이내인지에 따라 분류하고, 상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 값을 초과하는 경우 적어도 하나 이상의 위치신호가 중첩되었다고 파악하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 위치신호 메시지는
    자신의고유식별ID, 상기 기준센서노드까지의 Hop수, 무선에너지레벨별로 이웃센서노드의 개수 및 이웃센서노드의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이웃센서노드의 정보는
    각 해당 이웃센서노드의 고유식별ID, 상기 기준센서노드로부터 각 해당 이웃센서노드까지의 Hop수, 상기 자신센서노드를 기준으로한 상기 각 해당이웃센서노드의 위치방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정시스템.
  13. 각 센서노드에서 랜덤하게 배치된 N 개의 센서노드로부터 에너지 검출에 기초하여 센서노드의 분포밀도를 추정하는 방법으로서,
    주기적으로 자신센서노드의 위치신호를 발생하는 위치신호발생단계;
    이웃센서노드로부터 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드 의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치신호검출단계;
    상기 자신의 센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치신호검출단계에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정단계;및
    상기 추정한 분포밀도를 포함하는 위치신호 메시지를 기준센서노드에 전송하는 위치신호 메시지전송단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 센서노드 각각은
    고유식별 ID가 부여되는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 위치신호발생단계에서 상기 주기는
    각 센서노드의 위치신호파워값에 의해 도달가능한거리 및 단위 면적당 센서노드의 수에 기초하여 신호균등파워 도달범위내 평균노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치신호가 유지되는 유지시간을 곱한 값으로 설정되고, 이 경우 상기 위치신호파워값은 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기를 나타내며, 상기 신호균등파워 도달범위는 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기가 균등하게 도달하는 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 분포밀도추정단계는
    상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 범위 이내인지에 따 라 분류하고, 상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 값을 초과하는 경우 적어도 하나 이상의 위치신호가 중첩되었다고 파악하는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 위치신호 메시지는
    자신의고유식별ID, 상기 기준센서노드까지의 Hop수, 무선에너지레벨별로 이웃센서노드의 개수 및 이웃센서노드의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 이웃센서노드의 정보는
    각 해당 이웃센서노드의 고유식별ID, 상기 기준센서노드로부터 각 해당 이웃센서노드까지의 Hop수, 상기 자신센서노드를 기준으로한 상기 각 해당이웃센서노드의 위치방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드분포밀도추정방법.
  19. N개의 센서노드를 랜덤하게 배치한 후 상기 센서노드의 상대위치를 추정하는 방법으로서,
    각 센서노드에 부착되어 자신센서노드의 위치신호를 주기적으로 발생하고 이웃센서노드의 위치신호를 수신하며, 상기 수신한 이웃센서노드의 위치신호로부터 각 이웃센서노드의 에너지레벨 및 각 이웃센서노드의 위치신호가 유지되는 시간인 유지시간을 검출하는 위치검출단계;
    상기 자신센서노드에서 수신 가능한 범위 내에 있는 이웃센서노드의 개수, 상기 위치검출단계에서 검출한 상기 에너지레벨 및 상기 유지시간을 기초로 이웃센서노드의 분포밀도를 추정하는 분포밀도추정단계;및
    상기 각 자신센서노드에서 추정된 상기 분포밀도 정보를 포함하는 위치신호메시지를 수신하여 확률적패턴매칭기법에 기초하여 상기 N개의 센서노드의 상대적 위치를 추정하는 기준위치정렬단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 센서노드 각각은
    고유식별 ID가 부여되는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 위치검출단계에서
    상기 주기는 각 센서노드의 위치신호파워값에 의해 도달가능한거리 및 단위 면적당 센서노드의 수에 기초하여 신호균등파워 도달범위내 평균노드수를 구한 후, 이에 각 센서노드의 위치신호가 유지되는 유지시간을 곱한 값으로 설정되고, 이 경우 상기 위치신호파워값은 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기를 나타내며, 상기 신호균등파워 도달범위는 상기 각 센서노드에서 발생하는 위치신호의 크기가 균등하게 도달하는 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 분포밀도추정단계는
    상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 범위 이내인지에 따라 분류하고, 상기 위치신호의 에너지레벨 또는 유지시간이 기설정된 값을 초과하 는 경우 적어도 하나 이상의 위치신호가 중첩되었다고 파악하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 위치신호 메시지는
    자신의고유식별ID, 상기 기준센서노드까지의 Hop수, 무선에너지레벨별로 이웃센서노드의 개수 및 이웃센서노드의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 이웃센서노드의 정보는
    각 해당 이웃센서노드의 고유식별ID, 상기 기준센서노드로부터 각 해당 이웃센서노드까지의 Hop수, 상기 자신센서노드를 기준으로한 상기 각 해당이웃센서노드의 위치방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서노드상대위치추정방법.
KR1020080021551A 2007-11-30 2008-03-07 랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를추정하는 방법 및 장치 KR100958658B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070123648 2007-11-30
KR1020070123648 2007-11-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090056773A KR20090056773A (ko) 2009-06-03
KR100958658B1 true KR100958658B1 (ko) 2010-05-20

Family

ID=40988114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080021551A KR100958658B1 (ko) 2007-11-30 2008-03-07 랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를추정하는 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100958658B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102595594A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 江苏大学 一种基于节点分布密度的无线传感网络节点定位方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030114115A1 (en) 2000-02-02 2003-06-19 Michael Overy Positioning
KR100695333B1 (ko) 2006-03-21 2007-03-16 한국전자통신연구원 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한토폴로지 관리 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030114115A1 (en) 2000-02-02 2003-06-19 Michael Overy Positioning
KR100695333B1 (ko) 2006-03-21 2007-03-16 한국전자통신연구원 무선 네트워크에서의 동적 예비클러스터 헤드를 이용한토폴로지 관리 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102595594A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 江苏大学 一种基于节点分布密度的无线传感网络节点定位方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090056773A (ko) 2009-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Buttyán et al. Statistical wormhole detection in sensor networks
CN102695126A (zh) 水下传感器网络定位方法
Filipponi et al. Data collection in wireless sensor networks for noise pollution monitoring
BRPI0107786B1 (pt) método para identificar uma localização de um recurso em uma rede de comunicação e sistema para identificar uma localização de um recurso em uma rede de comunicação
CN108476061B (zh) 水下通信系统
WO2012021352A1 (en) Radar coherent processing interval scheduling via ad hoc network
CA2601076A1 (en) Method, system, apparatus, and computer program product for determining a physical location of a sensor
Gavrilovska et al. Spectrum sensing framework for cognitive radio networks
KR100970757B1 (ko) 무선 인지 시스템에서 멀티 유저들을 위한 에너지 검출기반의 협력 채널 센싱 방법
Hayajneh et al. Deworm: A simple protocol to detect wormhole attacks in wireless ad hoc networks
Sharma et al. Approximate point in triangulation (apit) based localization algorithm in wireless sensor network
CN103607763A (zh) 一种无线传感器网络中物体定位感知的方法及系统
Alfouzan et al. Performance comparison of sender-based and receiver-based scheduling mac protocols for underwater sensor networks
Han et al. A two-step secure localization for wireless sensor networks
Yang et al. Learning-based jamming attack against low-duty-cycle networks
CA2553494A1 (en) Device and method for connection to a wireless network
KR100958658B1 (ko) 랜덤하게 배치된 센서노드의 분포밀도 및 상대위치를추정하는 방법 및 장치
KR101103638B1 (ko) 인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서
JP4098294B2 (ja) 位置検出システム、発信装置、サーバならびに同システムにおける無線信号の衝突回避方法
Neugebauer et al. Duty cycle adaptation with respect to traffic
Vijayan et al. Deterministic Centroid Localization for Improving Energy Efficiency in Wireless Sensor Networks
Li et al. Range-based relative velocity estimations for networked mobile devices
Zhang et al. A self adaptive MAC layer protocol for delay-tolerant underwater wireless sensor networks
Xi et al. EUL: An efficient and universal localization method for wireless sensor network
Zorbas et al. Connected partial target coverage and network lifetime in wireless sensor networks

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130424

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140430

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150427

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160427

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee