KR100959808B1 - Method of constituting cluster by sensor network - Google Patents

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KR100959808B1 KR1020080080157A KR20080080157A KR100959808B1 KR 100959808 B1 KR100959808 B1 KR 100959808B1 KR 1020080080157 A KR1020080080157 A KR 1020080080157A KR 20080080157 A KR20080080157 A KR 20080080157A KR 100959808 B1 KR100959808 B1 KR 100959808B1
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임헌정
최진영
박민우
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Abstract

본 발명은 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법에 대한 것으로서, 특히, 센서 노드의 에너지 잔량과 근접한 센서 노드와의 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명은 에너지 잔량이 많고 근접한 센서 노드와의 거리가 가까운 센서 노드를 클러스터 헤드로 선출하여 센서 네트워크의 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic, and more particularly, to a method for forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic that selects a cluster head based on a distance from a sensor node that is close to the remaining energy of the sensor node. It is about. The present invention can provide a method for forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic that can efficiently extend the life of a sensor network by selecting a sensor node having a large amount of energy and having a close distance to an adjacent sensor node as a cluster head.

무선, 센서 네트워크, 클러스터 헤드, 에너지, 거리 Wireless, sensor network, cluster head, energy, distance

Description

센서 네트워크의 클러스터 형성 방법{METHOD OF CONSTITUTING CLUSTER BY SENSOR NETWORK}Cluster formation method of sensor network {METHOD OF CONSTITUTING CLUSTER BY SENSOR NETWORK}

본 발명은 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법에 대한 것으로서, 특히, 센서 노드의 에너지와 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cluster formation method of a sensor network using fuzzy logic, and more particularly, to a cluster formation method of a sensor network using fuzzy logic that selects a cluster head based on energy and distance of a sensor node.

센서 네트워크는 연산 능력, 저장 능력을 가지며, 이러한 능력을 이용하여 농업, 운송, 재고 추적, 지진 활동 감시 등에 대한 원격 모니터링과 같은 부분에 활용되고 있다. 이러한 센서 네트워크는 기본적으로 제한된 에너지를 갖는 다수의 센서 노드와, 다수의 센서 노드로부터 정보를 수집하는 싱크로 구성된다. 특히, 센서 노드는 목표 지역에 배치되면 배터리 교체가 거의 불가능하기 때문에 센서 네트워크를 설계함에 있어서 에너지 문제는 가장 큰 고려사항 중 하나이다. 따라서, 센서 네트워크는 하드웨어와 운영체제는 물론 통신 및 라우팅 프로토콜에 있어서 에너지 효율성을 고려한 설계가 필수적이다.Sensor networks have computational and storage capabilities that can be used in areas such as remote monitoring of agriculture, transportation, inventory tracking, seismic monitoring, and more. Such a sensor network basically consists of a plurality of sensor nodes with limited energy and a sink that collects information from the plurality of sensor nodes. In particular, the energy problem is one of the biggest considerations in designing the sensor network because the sensor node is almost impossible to replace the battery once it is placed in the target area. Therefore, it is essential to design energy-efficient sensor networks in hardware and operating systems, as well as communication and routing protocols.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 라우팅 프로토콜에 있어서 에너지 효율을 달성하기 위한 방법 중 하나로 클러스터 라우팅 기법을 많이 이용하였다. 클 러스터 라우팅 기법이란 센서 네트워크를 클러스터라 불리는 서브네트워크로 나누고, 각 클러스터에서는 클러스터 헤드를 선출하여 클러스터 헤드가 클러스터 내의 정보를 수집 및 병합하고 싱크에게 전달하도록 하는 메커니즘이다. 클러스터 라우팅 기법은 클러스터 헤드만이 정보를 병합하여 싱크에게 전달하기 때문에 모든 노드가 싱크와 통신함으로써 발생하는 오버헤드를 크게 줄일 수 있다. 하지만, 클러스터 라우팅 기법은 에너지 소비가 클러스터 헤드로 집중된다는 단점이 존재한다.In order to solve this problem, the cluster routing scheme has been widely used as one of the methods for achieving energy efficiency in the routing protocol. Cluster routing is a mechanism that divides the sensor network into sub-networks called clusters, where each cluster elects a cluster head so that the cluster head collects, merges, and delivers the information within the cluster to the sink. The cluster routing technique greatly reduces the overhead incurred by all nodes communicating with the sink because only the cluster head merges and forwards the information to the sink. However, the cluster routing technique has a disadvantage in that energy consumption is concentrated at the cluster head.

이러한 이유로 효율적인 클러스터 헤드 선정 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 대표적인 기법으로는 확률 모델을 기반으로 국부적인 클러스터 구성 방법을 사용하는 LEACH(Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy)가 있다. LEACH의 경우 클러스터 헤드에 집중된 에너지 소비를 분산시키기 위해 확률 모델을 적용하여 클러스터 헤드를 센서 노드들이 고르게 수행하게 한다.For this reason, researches on efficient cluster head selection techniques are being actively conducted. A representative technique is LEACH (Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy), which uses a local clustering method based on a probability model. In the case of LEACH, the cluster head is evenly performed by applying a probabilistic model to distribute the energy consumption concentrated in the cluster head.

하지만, LEACH는 클러스터 헤드의 선출을 오직 확률에만 의존하므로 클러스터 헤드들이 서로 인접할 수 있으며, 이에 따라 비효율적인 클러스터가 형성될 수 있다. 또한, LEACH는 센서 노드의 에너지 잔량 상황을 고려하지 않아 에너지가 상대적으로 적은 센서 노드가 클러스터 헤드로 선출되어 센서 네트워크의 수명이 짧아질 수 있다. 또한, LEACH는 선출된 클러스터 헤드와 주변 센서 노드들 사이의 거리가 멀 경우 주변 센서 노드들이 클러스터 헤드에게 정보를 전송하기 위해 많은 에너지를 소모하여 센서 네트워크의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.However, LEACH relies only on probabilities for election of cluster heads, so that cluster heads may be adjacent to each other, resulting in inefficient clusters. In addition, LEACH does not consider the energy remaining situation of the sensor node, so that the sensor node with relatively low energy is elected as the cluster head, which may shorten the lifespan of the sensor network. In addition, LEACH has a problem in that when the distance between the elected cluster head and the neighboring sensor nodes is far, the neighboring sensor nodes consume a lot of energy to transmit information to the cluster head, thereby shortening the lifespan of the sensor network.

본 발명의 목적은 수명을 증가시킬 수 있는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic that can increase the lifetime.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 센서 필드 내에 다수의 센서 노드가 적어도 하나 이상의 클러스터로 구성된 센서 네트워크에 있어서, 상기 다수의 센서 노드의 에너지 잔량과 상기 다수의 센서 노드의 거리합인 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 단계와, 상기 클러스터 헤드 및 클러스터 헤드와 인접한 센서 노드로 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a sensor network in which a plurality of sensor nodes are configured in at least one cluster in a sensor field, the area distance being the sum of energy remaining of the plurality of sensor nodes and the distance of the plurality of sensor nodes. A method of forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic, the method comprising: selecting a cluster head based on the step, and forming a cluster with the cluster head and sensor nodes adjacent to the cluster head.

상기 지역 거리는 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드와 소정 거리 내에 존재하는 센서 노드와의 거리 합이며, The area distance is the sum of the distances between the sensor node satisfying the cluster head support condition and the sensor node existing within a predetermined distance,

상기 소정 거리는

Figure 112008058386080-pat00001
이고,The predetermined distance is
Figure 112008058386080-pat00001
ego,

상기

Figure 112008058386080-pat00002
Figure 112008058386080-pat00003
이며,remind
Figure 112008058386080-pat00002
Is
Figure 112008058386080-pat00003
Is,

상기

Figure 112008058386080-pat00004
Figure 112008058386080-pat00005
이고,remind
Figure 112008058386080-pat00004
Is
Figure 112008058386080-pat00005
ego,

상기

Figure 112008058386080-pat00006
Figure 112008058386080-pat00007
이며,remind
Figure 112008058386080-pat00006
Is
Figure 112008058386080-pat00007
Is,

상기

Figure 112008058386080-pat00008
는 상기 센서 필드의 면적이고,remind
Figure 112008058386080-pat00008
Is the area of the sensor field,

상기

Figure 112008058386080-pat00009
은 상기 센서 필드 내의 센서 노드 개수이다.remind
Figure 112008058386080-pat00009
Is the number of sensor nodes in the sensor field.

또한, 상기 다수의 센서 노드의 에너지 잔량과 상기 다수의 센서 노드의 거리합인 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 단계는, 상기 다수의 센서 노드 중 적어도 어느 하나 이상의 센서 노드가 클러스터 헤드를 지원하는 단계와, 상기 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드 중 클러스터 헤드를 선출하는 단계를 포함한다.The selecting of the cluster head based on the remaining energy of the plurality of sensor nodes and the regional distance that is the sum of the distances of the plurality of sensor nodes may include supporting the cluster head by at least one sensor node of the plurality of sensor nodes. And selecting a cluster head among sensor nodes supporting the cluster head.

상기 다수의 센서 노드 중 적어도 어느 하나 이상의 센서 노드가 클러스터 헤드를 지원하는 단계는, 상기 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하는 단계와, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계를 포함한다.The at least one sensor node of the plurality of sensor nodes supporting the cluster head may include calculating a cluster head support condition of the plurality of sensor nodes, selecting a cluster head of a sensor node that satisfies the cluster head support condition. Calculating an opportunity value and comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node that satisfies the cluster head support condition with a cluster head election opportunity value of another sensor node proximate to the one sensor node.

상기 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계는, 상기 다수의 센서 노드 각각의 랜덤 값

Figure 112008058386080-pat00010
을 생성하는 단계와, 상기 랜덤 값
Figure 112008058386080-pat00011
와 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드의 비율과 센서 네트워크에서 요구되는 최적의 클러스터 헤드의 비율을 곱한
Figure 112008058386080-pat00012
를 비교하는 단계와, 상기 랜덤 값
Figure 112008058386080-pat00013
가 상기
Figure 112008058386080-pat00014
보다 작을 때 클러스터 헤드를 지원하는 단계를 포함할 수 있다. 하지만 상기 랜덤 값
Figure 112008058386080-pat00015
가 상기
Figure 112008058386080-pat00016
보다 클 때 클러스터 헤드 메시지를 수신 대기하는 상태로 전환하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기
Figure 112008058386080-pat00017
Figure 112008058386080-pat00018
이다.Computing the cluster head support condition of the plurality of sensor nodes, the random value of each of the plurality of sensor nodes
Figure 112008058386080-pat00010
Generating a random value;
Figure 112008058386080-pat00011
Multiplied by the ratio of sensor nodes supporting the cluster head to the optimal cluster head ratio required by the sensor network.
Figure 112008058386080-pat00012
Comparing and random values
Figure 112008058386080-pat00013
Remind
Figure 112008058386080-pat00014
Supporting the cluster head when smaller. But the random value above
Figure 112008058386080-pat00015
Remind
Figure 112008058386080-pat00016
Transitioning to a state where the cluster head message is received when larger. At this time, the
Figure 112008058386080-pat00017
Is
Figure 112008058386080-pat00018
to be.

또한, 상기

Figure 112008058386080-pat00019
Figure 112008058386080-pat00020
이며,In addition,
Figure 112008058386080-pat00019
Is
Figure 112008058386080-pat00020
Is,

상기

Figure 112008058386080-pat00021
Figure 112008058386080-pat00022
이고,remind
Figure 112008058386080-pat00021
Is
Figure 112008058386080-pat00022
ego,

상기

Figure 112008058386080-pat00023
Figure 112008058386080-pat00024
이며,remind
Figure 112008058386080-pat00023
Is
Figure 112008058386080-pat00024
Is,

상기

Figure 112008058386080-pat00025
Figure 112008058386080-pat00026
이고,remind
Figure 112008058386080-pat00025
Is
Figure 112008058386080-pat00026
ego,

상기

Figure 112008058386080-pat00027
는 상기 센서 필드의 면적이며,remind
Figure 112008058386080-pat00027
Is the area of the sensor field,

상기

Figure 112008058386080-pat00028
은 상기 센서 필드 내의 센서 노드 개수이고,remind
Figure 112008058386080-pat00028
Is the number of sensor nodes in the sensor field,

상기

Figure 112008058386080-pat00029
는 1이상이고
Figure 112008058386080-pat00030
이하이다. 이때, 상기
Figure 112008058386080-pat00031
는 2.5인 것이 가장 효과적이다.remind
Figure 112008058386080-pat00029
Is 1 or more
Figure 112008058386080-pat00030
It is as follows. At this time, the
Figure 112008058386080-pat00031
2.5 is most effective.

상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하는 단계는, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 비 퍼지화 기법을 이용하여 계산하는 단계를 포함한다.The calculating of the cluster head election opportunity value of the sensor node satisfying the cluster head support condition may include calculating the cluster head election opportunity value of the sensor node satisfying the cluster head support condition using a non-fuzzy technique. Include.

상기 클러스터 헤드 선출 기회값은 퍼지 if-then 규칙에 의해 계산되며, 상기 퍼지 if-then 규칙은 상기 센서 노드의 에너지 잔량을 적음과 보통 및 많음으로 구분하고, 상기 센서 노드의 지역 거리를 멈과 보통 및 가까움으로 구분하며, 상기 에너지 잔량과 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드 선출 기회를 매우 적음, 적음, 다소 적음, 보통 적음, 보통, 보통 많음, 다소 많음, 많음, 매우 많음으로 구분된다.The cluster head election opportunity value is calculated by a fuzzy if-then rule, and the fuzzy if-then rule divides the energy remaining of the sensor node into low, medium, and high, and stops the local distance of the sensor node. And close to each other, and the cluster head election opportunities are classified into very small, small, somewhat small, moderate small, normal, moderate large, somewhat large, large, and very large based on the energy remaining amount and the local distance.

상기 클러스터 헤드 선출 기회값은 상기 퍼지 if-then 규칙에 따른 그래프의 면 적이며,The cluster head election opportunity value is the area of the graph according to the fuzzy if-then rule,

상기 퍼지 if-then 규칙에 따른 그래프의 면적은

Figure 112008058386080-pat00032
이고,The area of the graph according to the fuzzy if-then rule is
Figure 112008058386080-pat00032
ego,

상기

Figure 112008058386080-pat00033
는 퍼지 if-then 규칙에 따른 최저값이 0이며 최대값이 100인 클러스터 헤드 선출 기회값이고, 상기
Figure 112008058386080-pat00034
는 퍼지 if-then 규칙 결과의 멤버쉽 함수이다.remind
Figure 112008058386080-pat00033
Is a cluster head election opportunity value having a minimum value of 0 and a maximum value of 100 according to the fuzzy if-then rule.
Figure 112008058386080-pat00034
Is the membership function of the fuzzy if-then rule result.

상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계는, 상기 근접한 타 센서 노드에 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송하는 단계와, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 정보에 상기 일 센서 노드의 아이디를 저장하고 클러스터 헤드 선출 기회값 정보에 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 저장하는 단계와, 상기 일 센서 노드가 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 메시지를 수신하는 단계와, 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값이 상기 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값보다 클 때 상기 일 센서 노드의 상기 클러스터 헤드 정보와 상기 헤드 선출 기회값 정보를 유지하는 단계를 포함한다.Comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node satisfying the cluster head support condition with the cluster head election opportunity value of another sensor node proximate to the one sensor node, the cluster head support message is transmitted to the other sensor node in proximity. And storing the ID of the one sensor node in cluster head information of one sensor node satisfying the cluster head support condition and storing the cluster head election opportunity value of the one sensor node in cluster head election opportunity value information. Receiving a cluster head support message of another sensor node adjacent to the one sensor node; and when the cluster head election opportunity value of the one sensor node is greater than the cluster head election opportunity value of the other sensor node. The cluster head information of the node and the head election Maintaining the opportunity value information.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값이 상기 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값보다 작을 때 상기 일 센서 노드의 상기 클러스터 헤드 정보와 상기 헤드 선출 기회값 정보를 상기 타 센서 노드로 변경하는 단계를 포함한다.However, the present invention is not limited thereto, and when the cluster head election opportunity value of the one sensor node is smaller than the cluster head election opportunity value of the other sensor node, the cluster head information and the head election opportunity value information of the one sensor node are read. Changing to another sensor node.

상기 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드 중 클러스터 헤드를 선출하는 단계는, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드 중 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드를 확인하는 단계와, 상기 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드에 대한 클러스터 헤드 메시지를 인접한 센서 노드에 전송하는 단계를 포함한다.The selecting of the cluster head among the sensor nodes supporting the cluster head may include identifying a sensor node having the largest cluster head election opportunity value among the sensor nodes satisfying the cluster head support condition, and the cluster head election opportunity value. Sending a cluster head message for this largest sensor node to an adjacent sensor node.

본 발명은 에너지 잔량이 많고 근접한 센서 노드와의 거리가 가까운 센서 노드를 클러스터 헤드로 선출하여 센서 네트워크의 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있는 퍼지 논리를 이용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method for forming a cluster of sensor networks using fuzzy logic that can efficiently extend the life of a sensor network by selecting a sensor node having a large amount of energy and having a close distance to an adjacent sensor node as a cluster head.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like reference numerals in the drawings refer to like elements.

도 1은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 시간에 따른 동작을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 지역 거리의 계산 예를 나타낸 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 클러스터 구성 단계의 알고리즘을 나타낸 순서도이다.1 is a configuration diagram of a sensor network according to the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram showing the operation of the sensor network according to the time according to the present invention, Figure 3 shows an example of calculating the local distance of the sensor network according to the present invention 4 is a conceptual diagram illustrating a algorithm of a cluster configuration step of a sensor network according to the present invention.

본 발명에 따른 센서 네트워크는 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 필드(SF) 내에 구비된 다수개의 센서 노드(N)와, 다수개의 센서 노드(N)와 통신하는 클러스터 헤드(CH)를 포함한다. 또한, 클러스터 헤드(CH)와 통신하는 싱크(SK)를 포함한다. 이때, 데이터 수집이 필요한 지역, 즉, 센서 필드(SF)에 다수의 센서 노드(N)들이 분포되며, 다수의 센서 노드(N) 중 특정 조건에 만족하는 센서 노드가 클러스터 헤드(CH)로 선정된다. 또한, 선정된 클러스터 헤드(CH)는 주변의 센서 노드(N)로부터 정보를 수집하여 싱크(SK)로 전송하며, 싱크(SK)는 센서 필드(SF)로부터 수집된 정보를 저장하고 이를 사용자에게 제공한다. 이때, 싱크(SK)는 인터넷을 통해 사용자에게 수집된 정보를 전송할 수 있다.As shown in FIG. 1, the sensor network according to the present invention includes a plurality of sensor nodes N provided in the sensor field SF, and a cluster head CH communicating with the plurality of sensor nodes N. . It also includes a sink SK in communication with the cluster head CH. In this case, a plurality of sensor nodes N are distributed in an area where data collection is required, that is, a sensor field SF, and a sensor node satisfying a specific condition among the plurality of sensor nodes N is selected as the cluster head CH. do. In addition, the selected cluster head CH collects information from neighboring sensor nodes N and transmits the information to the sink SK. The sink SK stores the information collected from the sensor field SF and transmits the information to the user. to provide. In this case, the sink SK may transmit the collected information to the user through the Internet.

센서 노드(sensor node, N)는 센서 필드(SF) 내의 물리적인 현상을 관측하고 이에 대한 정보를 전송하기 위한 센서 네트워크를 구성하는 기본 요소이다. 이러한 센서 노드(N)는 스마트 더스트(smart dust) 등을 포함할 수 있다.The sensor node N is a basic element constituting a sensor network for observing a physical phenomenon in the sensor field SF and transmitting information about it. The sensor node N may include smart dust or the like.

클러스터 헤드(CH)는 센서 노드(N) 중 특정 조건을 만족하는 센서 노드로서, 센서 노드에서 수신된 정보를 싱크(SK)에 전송한다. 이때, 본 발명은 센서 노드(N) 중 잔량 에너지가 다른 센서 노드보다 많으며 센서 노드(N) 사이의 거리가 가장 가까운 센서 노드를 클러스터 헤드(CH)로 선정한다.The cluster head CH is a sensor node that satisfies a specific condition among the sensor nodes N, and transmits information received from the sensor node to the sink SK. In this case, according to the present invention, the remaining sensor energy among the sensor nodes N is higher than that of other sensor nodes, and the sensor node having the closest distance between the sensor nodes N is selected as the cluster head CH.

싱크(SK)는 센서 노드(N)에서 수집된 정보를 클러스터 헤드(CH)를 통해 전송받아 이를 사용자에게 전달한다. 이때, 싱크(SK)는 예를 들어, 인터넷과 같은 수단에 의해 싱크(SK)의 정보를 사용자에게 전달할 수 있다.The sink SK receives the information collected by the sensor node N through the cluster head CH and delivers it to the user. In this case, the sink SK may transmit the information of the sink SK to the user by means such as, for example, the Internet.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 센서 네트워크는 도 2에 도시된 바와 같이, 클러스터 구성 단계와 데이터 전송 단계로 이루어진 라운드(round)가 일정 주기마다 반복된다. 이때, 클러스터 구성 단계에서는 새로운 클러스터 헤드(CH)를 선출하여 클러스터를 형성함으로써 클러스터 헤드(CH)에 집중되는 에너지 소비를 분산시킨다. 또한, 데이터 전송 단계는 형성된 클러스터를 바탕으로 데이터를 수집하여 싱크(SK)에게 전송한다. 이때, 클러스터 구성 단계는 도 4에 도시된 바와 같이, 클러스터 헤드 지원 단계와, 클러스터 헤드 선출 단계 및 클러스터 형성 단계로 이루어진다.In the sensor network according to the present invention having such a configuration, as shown in FIG. 2, a round consisting of a cluster configuration step and a data transmission step is repeated at a predetermined period. At this time, in the cluster forming step, a new cluster head CH is selected to form a cluster, thereby dispersing energy consumption concentrated on the cluster head CH. In addition, the data transmission step collects the data based on the formed cluster and transmits the data to the sink (SK). At this time, as shown in FIG. 4, the cluster configuration step includes a cluster head support step, a cluster head selection step, and a cluster formation step.

클러스터 헤드 지원 단계는 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계(S1)와, 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하는 단계(S2)와, 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계(S4, S5, S6, S7)를 포함하고, 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계(S4, S5, S6, S7)는 근접한 타 센서 노드에 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송하는 단계(S4)와, 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 정보에 상기 일 센서 노드의 아이디를 저장하고 클러스터 헤드 선출 기회값 정보에 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 저장하는 단계(S5)와, 일 센서 노드가 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 메시지를 수신하는 단계(S6)와, 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값이 상기 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값보다 클 때 상기 일 센서 노드의 상기 클러스터 헤드 정보와 상기 헤드 선출 기회값 정보를 유지하는 단계(S7)를 포함한다.The cluster head support step includes calculating cluster head support conditions of a plurality of sensor nodes (S1), calculating cluster head election opportunity values of sensor nodes satisfying the cluster head support conditions (S2), and cluster head support. Comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node that satisfies the condition with the cluster head election opportunity value of another sensor node in close proximity to the one sensor node (S4, S5, S6, S7), the cluster head support condition Comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node satisfying with the cluster head election opportunity value of another sensor node close to the one sensor node (S4, S5, S6, S7) supports the cluster head to another sensor node in proximity. Transmitting the message (S4) and the cluster head information of one sensor node that satisfies the cluster head support condition; Storing an ID of the sensor node and storing the cluster head election opportunity value of the one sensor node in cluster head election opportunity value information (S5), and receiving a cluster head support message of another sensor node in proximity to one sensor node (S6); And maintaining the cluster head information and the head election opportunity value information of the one sensor node when the cluster head election opportunity value of one sensor node is greater than the cluster head election opportunity value of the other sensor node (S7). Include.

싱크(SK)가 모든 센서 노드(N)에 클러스터 구성 비콘 메시지(beacon message)를 전송할 때 시작된다. 이때, 모든 센서 노드가 클러스터 헤드(CH)를 지원한다면, 센서 네트워크의 속도 저하 및 센서 노드(N)의 에너지가 감소되므로 특정 조건을 만족하는 센서 노드만이 클러스터 헤드(CH)를 지원하도록 한다. 즉, 각 센서 노드(N)는 클러스터 구성 비콘 메시지가 수신되면 0과 1사이의 랜덤한 수인

Figure 112008058386080-pat00035
을 발생하게 되며,
Figure 112008058386080-pat00036
을 Popt와 비교하여 특정 센서 노드만이 클러스터 헤드(CH)를 지원하도록 한다. 이때, Popt는 다음과 같은 수식(수식 1)으로 정의된다.The sink SK is started when it sends a cluster configuration beacon message to all sensor nodes N. At this time, if all sensor nodes support the cluster head CH, the sensor network speed decreases and the energy of the sensor node N is reduced, so that only the sensor nodes satisfying a specific condition support the cluster head CH. That is, each sensor node (N) is a random number between 0 and 1 when the cluster configuration beacon message is received.
Figure 112008058386080-pat00035
Will occur,
Figure 112008058386080-pat00036
Is compared with P opt so that only specific sensor nodes support the cluster head (CH). At this time, P opt is defined by the following equation (Equation 1).

[수식 1][Equation 1]

Figure 112008058386080-pat00037
Figure 112008058386080-pat00037

이때,

Figure 112008058386080-pat00038
는 클러스터 헤드(CH)를 지원한 센서 노드의 비율이며, P는 센서 네트워크에 요구되는 최적의 클러스터 헤드(CH)의 비율이다. 만약, 센서 노드(N)에서 발생된 랜덤한 수인
Figure 112008058386080-pat00039
이 Popt 값보다 크다면 해당 센서 노드는 클러스터 헤드(CH) 지원을 포기하고 클러스터 형성 단계에서 이후 선출될 클러스터 헤드(CH)로부터의 클러스터 헤드 메시지를 수신 대기한다. 물론, 센서 노드에서 발생된 랜덤한 수인
Figure 112008058386080-pat00040
이 Popt 값보다 작다면 해당 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산한다.At this time,
Figure 112008058386080-pat00038
Is the ratio of the sensor nodes supporting the cluster head CH, and P is the ratio of the optimal cluster head CH required for the sensor network. If, the random number generated at the sensor node (N)
Figure 112008058386080-pat00039
If it is larger than this P opt value, the sensor node abandons the cluster head CH support and listens for a cluster head message from the cluster head CH to be elected later in the cluster formation step. Of course, the random number generated at the sensor node
Figure 112008058386080-pat00040
If this value is smaller than the P opt value, the cluster head election opportunity value of the sensor node is calculated.

또한, 클러스터 헤드 지원 센서 노드의 비율을 결정하는 Popt의 최소값이 최소한 최적의 클러스터 헤드 비율을 나타내는 P보다 커야 하며, Popt의 최대값은 1을 넘는다. 따라서,

Figure 112008058386080-pat00041
의 범위는 1≤
Figure 112008058386080-pat00042
Figure 112008058386080-pat00043
로 정의된다.In addition, the minimum value of P opt for determining the ratio of the cluster head support sensor node must be at least greater than P indicating the optimal cluster head ratio, and the maximum value of P opt exceeds 1. therefore,
Figure 112008058386080-pat00041
The range of 1≤
Figure 112008058386080-pat00042
Figure 112008058386080-pat00043
Is defined as

또한, 최적의 P는 다음(수식 2)과 같이 계산하였으며, 시뮬레이션 결과

Figure 112008058386080-pat00044
가 2.5일 때 평균적으로 선출된 클러스터 헤드의 수가 최적의 클러스터 수와 동일해져 네트워크의 수명을 극대화 할 수 있었다.In addition, the optimal P was calculated as follows (Equation 2), the simulation results
Figure 112008058386080-pat00044
Is 2.5, the average number of elected cluster heads is equal to the optimal number of clusters, which maximizes the lifetime of the network.

[수식 2][Equation 2]

Figure 112008058386080-pat00045
Figure 112008058386080-pat00045

이때, 센서 네트워크에서 통신에 소비되는 에너지를 구하기 위해 일차 전파 모델(First Order Radio Model)을 이용하였으며, 다음과 같은 식(수식3, 수식4, 수식5, 수식6)을 통해 송신과 수신에 소모되는 에너지를 계산할 수 있다.At this time, the first order radio model was used to calculate the energy consumed for communication in the sensor network, and it was consumed for transmission and reception through the following equation (Equation 3, Equation 4, Equation 5, Equation 6). To calculate the energy.

[수식 3][Equation 3]

Figure 112008058386080-pat00046
Figure 112008058386080-pat00046

[수식 4][Equation 4]

Figure 112008058386080-pat00047
Figure 112008058386080-pat00047

[수식 5][Equation 5]

Figure 112008058386080-pat00048
Figure 112008058386080-pat00048

[수식 6][Equation 6]

Figure 112008058386080-pat00049
Figure 112008058386080-pat00049

이때,

Figure 112008058386080-pat00050
은 전송되는 정보의 길이(bit)를 의미하며,
Figure 112008058386080-pat00051
는 두 센서 노드사이의 거리를 의미한다.
Figure 112008058386080-pat00052
Figure 112008058386080-pat00054
를 기준으로 라디오 신호 증폭기(Radio frequency Amplifier)에서 비트 당 소모되는 에너지를 의미하며,
Figure 112008058386080-pat00055
는 송수신 회로에서 비트 당 소비되는 에너지 소비량을 의미한다. 이때,
Figure 112008058386080-pat00056
는 자유공간(Free Space) 환경에서 전송 거리 d에 따른 전달 손실(Propagation Loss)을 고려하여 라디오 신호 증폭시에서 소모되는 에너지를 의미한다. 또한,
Figure 112008058386080-pat00057
는 다중경로간섭(Multi Path Pading) 환경에서 전송 거리 d에 따른 전달 손실(Propagation Loss)을 고려하여 라디오 신호 증폭시에서 소모되는 에너지를 의미한다. 일반적으로
Figure 112008058386080-pat00058
이면 자유공간환경이 적용되며,
Figure 112008058386080-pat00059
이면 다중경로간섭환경이 적용된다.At this time,
Figure 112008058386080-pat00050
Means the length (bit) of the transmitted information,
Figure 112008058386080-pat00051
Is the distance between two sensor nodes.
Figure 112008058386080-pat00052
Wow Is
Figure 112008058386080-pat00054
Mean energy consumed per bit in the radio frequency amplifier,
Figure 112008058386080-pat00055
Denotes energy consumption per bit in the transceiver circuit. At this time,
Figure 112008058386080-pat00056
Denotes energy consumed in amplifying a radio signal in consideration of propagation loss according to a transmission distance d in a free space environment. Also,
Figure 112008058386080-pat00057
Denotes energy consumed when amplifying a radio signal in consideration of propagation loss according to a transmission distance d in a multipath padding environment. Generally
Figure 112008058386080-pat00058
, The free space environment is applied,
Figure 112008058386080-pat00059
The multipath interference environment is then applied.

본 발명은 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하기 위해서 중심 센서 노드(Nu)의 에너지 잔량과, 지역 거리 및 클러스터 헤드 선출 기회값이라는 세 가지의 퍼지 집합을 이용하여 퍼지 if-then 규칙을 정의한다. 도 3을 참조하면, 에너지 잔량은 중심 센서 노드(Nu)의 에너지 잔량을 의미하며, 중심 센서 노드(Nu)에서 지역 거리는 거리 r 이내에 존재하는 주변 센서 노드(Nv)들과의 거리 합을 의미한다. 이때, 중심 센서 노드(Nu)는 클러스터 헤드(CH)를 지원한 센서 노드를 의미하고, 주변 센서 노드(Nv)는 중심 센서 노드(Nu)의 주변에 위치한 센서 노드를 의미한다.In order to calculate the cluster head election opportunity value, the present invention defines a fuzzy if-then rule using three fuzzy sets of the energy remaining of the central sensor node Nu, the regional distance, and the cluster head election opportunity value. Referring to FIG. 3, the energy remaining amount refers to the energy remaining amount of the central sensor node Nu, and the local distance in the central sensor node Nu refers to the sum of the distances with the peripheral sensor nodes Nv existing within the distance r. . In this case, the center sensor node Nu refers to a sensor node supporting the cluster head CH, and the peripheral sensor node Nv refers to a sensor node located around the center sensor node Nu.

예를 들어, 도 3의 경우, 지역 거리는 중심 센서 노드(Nu)에서 거리 r 이내에 존재하는 주변 센서 노드(Nv)인 제 1 내지 제 6 센서 노드(N1 내지 N6)와 중심 센서 노드(Nu) 사이의 거리의 합으로 구할 수 있다.For example, in the case of FIG. 3, the local distance is between the first to sixth sensor nodes N1 to N6 and the central sensor node Nu, which are the peripheral sensor nodes Nv existing within the distance r at the central sensor node Nu. It can be found as the sum of the distances of.

[수식 7][Formula 7]

Figure 112008058386080-pat00060
Figure 112008058386080-pat00060

또한, 거리 r은 클러스터의 평균 반경을 의미하며, 수식 8과 같이 구해진다.In addition, the distance r means the average radius of the cluster, it is obtained as shown in Equation 8.

[수식 8][Equation 8]

Figure 112008058386080-pat00061
Figure 112008058386080-pat00061

이때, area는 센서 필드(SF)의 면적을 의미하며, n은 전체 센서 노드의 개수를 의미하고, P는 요구되는 클러스터 헤드(CH)의 비율을 의미한다.In this case, area means the area of the sensor field SF, n means the total number of sensor nodes, and P means the ratio of the required cluster head (CH).

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 정의한 퍼지 집합 그래프이다. 퍼지 논리는 언어 등의 모호한 표현을 정량적으로 표현하기 위한 것이다. 이때, 도 5의 X축은 에너지 잔량이고, 도 6의 X축은 지역 거리이며, 도 7의 X축은 클러스터 헤드 선출 기회를 나타낸 것이고, 도 5 내지 도 7의 Y축은 X축에 대한 크기 정도인 멤버쉽을 나타낸 것이다.5 to 7 are fuzzy set graphs defined in the sensor network according to the present invention. Fuzzy logic is intended to quantitatively express ambiguous expressions such as language. At this time, the X-axis of Figure 5 is the energy remaining, the X-axis of Figure 6 is the local distance, the X-axis of Figure 7 represents the cluster head election opportunity, the Y-axis of Figures 5 to 7 is about the size of the X axis membership It is shown.

도 5를 참조하면, 에너지 잔량에 대한 퍼지 집합에서 클러스터 헤드를 신청한 중심 센서 노드의 에너지가 약 20이 남아 있을 경우, 절대값이 약 0.6으로 적음(Low)에 해당함과 동시에 약 0.4이므로 보통(Medium)에 해당한다. 또한, 도 6을 참조하면, 지역 거리가 약 80일 경우, 절대값이 약 1로 멈(Far)에 해당함과 동시에 약 0.4이므로 보통(Medium)에 해당한다. 이와 같은 방법으로 본 발명은 중심 센서 노드의 에너지 잔량을 적음(Low)과 중간(Medium) 및 많음(High)으로 정의하고, 지역 거리는 가까움(Close)과 중간(Medium) 및 멈(Far)으로 정의한다. 또한, 클러스터 헤드 선출 기회를 도 7과 같이 정의한다.Referring to FIG. 5, when the energy of the central sensor node applying the cluster head in the fuzzy set for the remaining energy is about 20, the absolute value is about 0.6 and the value is about 0.4. Medium). In addition, referring to FIG. 6, when the local distance is about 80, the absolute value corresponds to about 1 (Far) and about 0.4, which corresponds to medium. In this way, the present invention defines the remaining energy of the central sensor node as Low, Medium, and High, and the local distance is defined as Close, Medium, and Far. do. In addition, a cluster head election opportunity is defined as shown in FIG. 7.

표 1은 에너지 잔량과 지역 거리 및 클러스터 헤드 선출 기회의 관계를 표현한 퍼지 if-then 규칙이다.Table 1 is a fuzzy if-then rule that expresses the relationship between energy levels, regional distances, and cluster head election opportunities.

[표 1]TABLE 1

번호number 에너지 잔량Energy balance 지역 거리Area street 클러스터 헤드 선출 기회Cluster Head Election Opportunities 1One 적음(Low)Low 멈(Far)Far 매우 적음(Very Low)Very Low 22 적음(Low)Low 보통(Medium)Medium 적음(Low)Low 33 적음(Low)Low 가까움(Close)Close 다소 적음(Rather Low)Rather Low 44 보통(Medium)Medium 멈(Far)Far 보통 적음(Med Low)Med Low 55 보통(Medium)Medium 보통(Medium)Medium 보통(Med)Med 66 보통(Medium)Medium 가까움(Close)Close 보통 많음(Med High)Medium High 77 많음(High)High 멈(Far)Far 다소 많음(Rather High)Rather High 88 많음(High)High 보통(Medium)Medium 많음(High)High 99 많음(High)High 가까움(Close)Close 매우 많음(Very High)Very High

표 1을 참조하면, 예를 들어, 중심 센서 노드의 에너지 잔량이 적음(Low)이고 지역 거리가 가까움(Close)인 경우 클러스터 헤드 선출 기회는 다소 적음(Rather Low)이다. 또한, 중심 센서 노드의 에너지 잔량이 많음(High)이고 지역 거리가 가까움(Close)인 경우 클러스터 헤드 선출 기회는 매우 많음(Very High)이다.Referring to Table 1, for example, when the remaining energy of the central sensor node is Low and the local distance is Close, the chance of selecting a cluster head is somewhat low. In addition, when the remaining energy of the central sensor node is high and the local distance is close, the chance of selecting a cluster head is very high.

도 8은 퍼지 집합과 퍼지 if-then 규칙을 이용하여 클러스터 헤드 선출 기회를 구하는 예시 그래프이다. 이때, 중심 센서 노드(Nu)의 에너지 잔량은 20이고, 지역 거리는 40이다.8 is an exemplary graph of obtaining cluster head election opportunities using fuzzy set and fuzzy if-then rules. At this time, the energy remaining amount of the central sensor node Nu is 20, and the local distance is 40.

중심 센서 노드의 에너지 잔량이 20인 경우, 도 8의 (a)에 따라 중심 센서 노드는 에너지 잔량이 약 0.6정도로 낮음(Low)이고 약 0.4정도로 중간(Medium)이다. 또한, 지역 거리가 40인 경우 도 5의 (b)에 따라 지역 거리가 약 0.5정도로 가까 움(close)이고 약 0.8정도로 중간(Medium)이다. 이 경우, 표 1의 퍼지 if-then 규칙 중 2번, 3번, 5번, 6번을 적용하여 클러스터 헤드 선출 기회를 계산하게 된다. 도 8의 (a)는 규칙 3번, (b)는 규칙 6번, (c)는 규칙 2번 그리고 (d)는 규칙 5번을 적용하여 클러스터 헤드 선출 기회를 음영으로 표현하였다. 도 8의 (e)는 도 8의 (a), (b), (c), (d)의 결과를 합한 최종 결과이다. 이와 같은 결과는 퍼지 논리에 의해 표현되어 일반적인 수치로 이용하기 힘들다. 따라서, 본 발명은 비퍼지화(defuzzification) 기법인 COA(Center of Area)를 이용하여 다음과 같은 수식(수식 9)을 통해 최종적인 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산한다.When the energy remaining amount of the central sensor node is 20, the central sensor node has a low energy level of about 0.6 and a medium of about 0.4 according to (a) of FIG. 8. In addition, when the area distance is 40, the area distance is close to about 0.5 and close to about 0.8 according to FIG. 5 (b). In this case, the cluster head election opportunity is calculated by applying 2, 3, 5, and 6 of the fuzzy if-then rules of Table 1. In FIG. 8, (a) rule 3, (b) rule 6, (c) rule 2 and (d) rule 5, the cluster head election opportunity is represented in shades. (E) of FIG. 8 is the final result which summed the result of (a), (b), (c), (d) of FIG. These results are expressed by fuzzy logic and are difficult to use as general figures. Therefore, the present invention calculates the final cluster head election opportunity value through the following equation (Equation 9) using a center of area (COA), which is a defuzzification technique.

[수식 9][Equation 9]

Figure 112008058386080-pat00062
Figure 112008058386080-pat00062

이때,

Figure 112008058386080-pat00063
Figure 112008058386080-pat00064
는 각각 도 8(e)에 도시된 if-then 규칙 결과의
Figure 112008058386080-pat00065
축과 멤버쉽 함수를 의미한다.At this time,
Figure 112008058386080-pat00063
Wow
Figure 112008058386080-pat00064
Are each of the result of the if-then rule shown in Fig. 8 (e).
Figure 112008058386080-pat00065
Refers to the axis and membership functions.

중심 센서 노드(Nu)는 전술된 바와 같이 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산한 후, 계산된 클러스터 헤드 선출 기회값과 함께 주변 센서 노드(Nv)들에게 자신의 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송한다. 중심 센서 노드(Nu)는 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송한 후 내부 변수로 '클러스터 헤드(CH)=자신의 아이디(Nu)', '클러스터 헤드 선출 기회값=자신의 클러스터 헤드 선출 기회값'으로 설정한다. 그리고, 주변 센서 노드(Nv)로부터 클러스터 헤드 지원 메시지를 수신한 경우, 자신의 '클 러스터 헤드 선출 기회값'과 비교하여 주변 센서 노드(Nv)의 클러스터 헤드 선출 기회값이 큰 경우 클러스터 헤드(CH)를 해당 주변 센서 노드(Nv)로 설정하고 클러스터 헤드 선출 기회값 역시 해당 주변 센서 노드(Nv)의 클러스터 헤드 선출 기회값으로 설정한다.The center sensor node Nu calculates the cluster head election opportunity value as described above, and then transmits its cluster head support message to the surrounding sensor nodes Nv with the calculated cluster head election opportunity value. After sending the cluster head support message, the center sensor node Nu sets 'cluster head (CH) = your ID (Nu)' and 'cluster head election opportunity value = your cluster head election opportunity value' as an internal variable. do. When the cluster head support message is received from the peripheral sensor node Nv, the cluster head CH is selected when the cluster head election opportunity value of the peripheral sensor node Nv is large compared to its own 'cluster head election opportunity value'. ) Is set as the peripheral sensor node Nv, and the cluster head election opportunity value is also set as the cluster head election opportunity value of the peripheral sensor node Nv.

클러스터 헤드 선출 단계는 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드 중 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드를 확인하는 단계(S8)와, 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드에 대한 클러스터 헤드 메시지를 인접한 센서 노드에 전송하는 단계(S9)를 포함한다.The cluster head election step includes identifying a sensor node having the largest cluster head election opportunity value among the sensor nodes satisfying the cluster head support condition (S8), and providing a cluster head message for the sensor node having the largest cluster head election opportunity value. And transmitting to an adjacent sensor node (S9).

클러스터 헤드 선출 단계는 전술된 단계, 즉, 클러스터 헤드 지원 단계를 완료한 후일정 시간이 지난 뒤 싱크(SK)는 클러스터 헤드(CH) 선출을 위해 클러스터 헤드 선출 비콘 메시지를 모든 센서 노드에게 전송한다. 클러스터 헤드 선출 비콘 메시지를 받은 중심 센서 노드(Nu)는 '클러스터 헤드(CH)'가 자신의 아이디(Nu)인지를 확인(S8)한다. 이때, 중심 센서 노드(Nu)는'클러스터 헤드(CH)'가 자신의 아이디(Nu)라면 자신이 클러스터 헤드라는 클러스터 헤드 메시지를 주변 센서 노드(Nv)들에게 전송(S9)하게 된다. In the cluster head election step, the sink SK transmits a cluster head election beacon message to all sensor nodes after a predetermined time after the cluster head support step is completed. The center sensor node Nu receiving the cluster head elected beacon message checks whether the 'cluster head CH' is its ID Nu (S8). At this time, if the 'cluster head CH' is its ID Nu, the central sensor node Nu transmits a cluster head message that it is a cluster head to the peripheral sensor nodes Nv (S9).

클러스터 형성 단계는 클러스터 헤드 메시지를 중심 센서 노드(Nu)로부터 수신하는 단계(S10)와, 클러스터 참여 메시지를 중심 센서 노드(Nu)에 전송하는 단계(S11)와, 클러스터 지원 메시지를 주변 센서 노드(Nv)로부터 수신하는 단계(S12)와, 클러스터 노드 리스트에 주변 센서 노드(Nv)를 추가하는 단계(S13)를 포함한다.The cluster forming step may include receiving a cluster head message from the central sensor node Nu (S10), transmitting a cluster join message to the central sensor node Nu (S11), and sending a cluster support message to the peripheral sensor node (Nu). Receiving from Nv (S12), and adding a peripheral sensor node (Nv) to the cluster node list (S13).

클러스터 헤드로 선정된 중심 센서 노드(Nu)를 제외한 나머지 주변 센서 노드(Nv)들은 클러스터 헤드 메시지를 수신(S10)하고 가장 가까운 클러스터의 클러스터 헤드(CH)에게 클러스터 참여 메시지를 전송(S11)한다. 클러스터 헤드(CH)는 주변 센서 노드(Nv)로부터 클러스터 지원 메시지를 수신하게 되고 수신할 때마다 클러스터 노드 리스트에 주변 센서 노드(Nv)를 추가한다.The other peripheral sensor nodes Nv except the center sensor node Nu selected as the cluster head receive the cluster head message (S10) and transmit the cluster join message to the cluster head CH of the closest cluster (S11). The cluster head CH receives the cluster support message from the peripheral sensor node Nv and adds the peripheral sensor node Nv to the cluster node list each time.

클러스터 헤드 형성 단계는 싱크(SK)가 데이터 전송 단계의 시작을 의미하는 데이터 전송 비콘 메시지를 모든 센서 노드에 전송을 할 때 네트워크의 모든 센서 노드들은 클러스터 헤드를 형성을 마치고 클러스터 형성을 완료한다.In the cluster head forming step, when the sink SK transmits a data transmission beacon message indicating the start of the data transmission step to all sensor nodes, all sensor nodes in the network finish forming the cluster head and complete cluster formation.

이후, 센서 노드에서 수집된 정보는 클러스터 헤드를 통해 싱크(SK)로 전송하는 데이터 전송 단계를 수행한다. 물론, 전술된 라운드 단계 완료 후 다시 클러스터 구성 단계부터 라운드를 반복한다.Thereafter, the information collected by the sensor node performs a data transmission step of transmitting to the sink SK through the cluster head. Of course, the round is repeated from the cluster configuration step again after the aforementioned round step is completed.

도 9는 200×200의 센서 필드에 400개의 센서 노드를 랜덤하게 분포시켜 클러스터를 형성한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 이때, 도 9 (a)는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 클러스터 형성 시뮬레이션 결과이며, 도 9 (b)는 LEACH(Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy)를 적용한 센서 네트워크의 클러스터 형성 시뮬레이션 결과이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result in which clusters are formed by randomly distributing 400 sensor nodes in a 200 × 200 sensor field. At this time, Figure 9 (a) is a simulation results of the cluster formation of the sensor network according to the present invention, Figure 9 (b) is a simulation results of the cluster formation of the sensor network applying LEACH (Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy).

도 9 (a)를 참조하면, 본 발명은 클러스터 헤드(CH)가 네트워크 전체에 고르게 분포하여 비슷한 크기의 클러스터들이 효율적으로 형성된 것을 볼 수 있다. 하지만, LEACH의 경우 도 9 (b)에 도시된 바와 같이, 하나의 클러스터 헤드(CH)에 노드 가 집중되어 에너지 소모가 클러스터 헤드(CH)에 더욱 집중(①) 될 수 있다. 또한, LEACH는 클러스터 헤드(CH)들이 서로 인접할 수 있어 클러스터가 비대칭적으로 생성(②)이 되고 결국 에너지 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.Referring to FIG. 9 (a), the present invention shows that the cluster head CH is evenly distributed throughout the network, so that clusters of similar sizes are efficiently formed. However, in the case of LEACH, as shown in FIG. 9 (b), a node is concentrated in one cluster head (CH) so that energy consumption may be more concentrated in the cluster head (CH) (①). In addition, LEACH may cause the cluster heads (CH) to be adjacent to each other, thereby creating the cluster asymmetrically (②), which in turn lowers energy efficiency.

도 10은 본 발명에 따른 센서 네트워크와 LEACH의 센서 네트워크의 수명 그래프이다. 이때, 그래프의 X축은 시뮬레이션 횟수이고, Y축은 최초로 에너지가 모두 소모된 센서 노드가 발견된 라운드이다. 센서 네트워크 수명은 일반적으로 최초로 에너지가 모두 소모된 센서 노드가 발견될 때까지의 시간으로 정의되며, 도 10은 이를 라운드 수로 표현하였다. 또한, 도 10은 모두 100번의 시뮬레이션을 수행하였다.10 is a lifetime graph of a sensor network according to the present invention and a sensor network of LEACH. At this time, the X-axis of the graph is the number of simulations, and the Y-axis is the round in which the sensor node where all the energy is consumed is first found. The sensor network lifetime is generally defined as the time until the first discovery of a sensor node that has run out of energy, which is represented by the number of rounds in FIG. 10. In addition, FIG. 10 performed 100 simulations.

도 10을 참조하면, 본 발명이 LEACH보다 약 22.7% 네트워크 수명이 연장되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the present invention extends network life by about 22.7% over LEACH.

도 11은 본 발명에 따른 센서 네트워크와 LEACH의 센서 네트워크의 439번째 라운드의 클러스터 형성 결과를 도시한 도면이다. 이때, 도 11(a)는 본 발명의 439번째 라운드의 클러스터 형성 모습이며, 도 11(b)는 LEACH에서의 439번째 라운드의 클러스터 형성 모습이다.FIG. 11 is a diagram illustrating cluster formation results of a 439th round of a sensor network and a sensor network of LEACH according to the present invention. At this time, Figure 11 (a) is a form of cluster formation of the 439th round of the present invention, Figure 11 (b) is a form of cluster formation of the 439th round in LEACH.

본 발명은 도 11(a)에 도시된 바와 같이 439번째 라운드에서 에너지가 잔량이 존재하여 동작이 가능한 센서 노드의 개수가 193개이며, 클러스터 헤드(CH)의 개수가 21개로 나타났다. 하지만, LEACH의 경우 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 동작이 가능한 센서 노드의 개수는 164개이고, 클러스터 헤드(CH)의 개수는 13개로 나타났다. 이와 같이 본 발명이 LEACH보다 439번째 라운드에서 동작이 가능한 센서 노드 의 개수가 많아 정상적인 센서 네트워크의 작동이 가능하다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 11 (a), the number of sensor nodes capable of operating due to the remaining energy in the 439th round is 193, and the number of cluster heads CH is 21. FIG. However, in the case of LEACH, as shown in FIG. 11 (b), the number of operable sensor nodes is 164 and the number of cluster heads CH is 13. As such, it can be seen that the present invention has a large number of sensor nodes that can operate in the 439th round than LEACH, thereby enabling normal sensor network operation.

상술한 바와 같이 본 발명은 에너지 잔량이 많고 근접한 센서 노드와의 거리가 가까운 센서 노드를 클러스터 헤드로 선출하여 센서 네트워크의 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있다.As described above, the present invention can efficiently extend the lifespan of the sensor network by selecting a sensor node having a large amount of energy and having a close distance to the adjacent sensor node as the cluster head.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit of the invention described in the claims below. I can understand.

도 1은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 구성도.1 is a block diagram of a sensor network according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 시간에 따른 동작을 나타낸 개념도.Figure 2 is a conceptual diagram showing the operation over time of the sensor network according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 지역 거리의 계산 예를 나타낸 개념도.3 is a conceptual diagram illustrating an example of calculating a local distance of a sensor network according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 클러스터 구성 단계의 알고리즘을 나타낸 순서도.Figure 4 is a flow chart showing the algorithm of the cluster configuration step of the sensor network according to the present invention.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 정의한 퍼지 집합 그래프.5 to 7 is a fuzzy set graph defined in the sensor network according to the present invention.

도 8은 퍼지 집합과 퍼지 if-then 규칙을 이용하여 클러스터 헤드 선출 기회를 구하는 예시 그래프.8 is an exemplary graph for finding cluster head election opportunities using fuzzy set and fuzzy if-then rules.

도 9는 200×200의 센서 필드에 400개의 센서 노드를 랜덤하게 분포시켜 클러스터를 형성한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.FIG. 9 illustrates simulation results of forming clusters by randomly distributing 400 sensor nodes in a 200 × 200 sensor field. FIG.

도 10은 본 발명에 따른 센서 네트워크와 LEACH의 센서 네트워크의 수명 그래프.10 is a lifetime graph of the sensor network of the present invention and the sensor network of LEACH.

도 11은 본 발명에 따른 센서 네트워크와 LEACH의 센서 네트워크의 439번째 라운드의 클러스터 형성 결과를 도시한 도면.FIG. 11 is a view illustrating a cluster formation result of a 439th round of a sensor network and a sensor network of LEACH according to the present invention. FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

N: 센서 노드 Nu: 중심 센서 노드N: sensor node Nu: center sensor node

Nv: 주변 센서 노드 CH: 클러스터 헤드Nv: Peripheral Sensor Node CH: Cluster Head

CF: 클러스터 SF: 센서 필드CF: cluster SF: sensor field

Claims (14)

삭제delete 센서 필드 내에 다수의 센서 노드가 적어도 하나 이상의 클러스터로 구성된 센서 네트워크에 있어서,In a sensor network in which a plurality of sensor nodes are composed of at least one cluster in a sensor field, 상기 다수의 센서 노드의 에너지 잔량과 상기 다수의 센서 노드의 거리합인 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 단계와,Selecting a cluster head based on an energy remaining of the plurality of sensor nodes and an area distance that is a sum of distances of the plurality of sensor nodes; 상기 클러스터 헤드 및 클러스터 헤드와 인접한 센서 노드로 클러스터를 형성하는 단계를 포함하며,Forming a cluster with the cluster head and sensor nodes adjacent the cluster head, 상기 지역 거리는 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드와 소정 거리 내에 존재하는 센서 노드와의 거리 합이며,The area distance is the sum of the distances between the sensor node satisfying the cluster head support condition and the sensor node existing within a predetermined distance, 상기 소정 거리는
Figure 112010006974955-pat00116
이고,
The predetermined distance is
Figure 112010006974955-pat00116
ego,
상기
Figure 112010006974955-pat00117
Figure 112010006974955-pat00118
이며,
remind
Figure 112010006974955-pat00117
Is
Figure 112010006974955-pat00118
Is,
상기
Figure 112010006974955-pat00119
Figure 112010006974955-pat00120
이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00119
Is
Figure 112010006974955-pat00120
ego,
상기
Figure 112010006974955-pat00121
Figure 112010006974955-pat00122
이며,
remind
Figure 112010006974955-pat00121
Is
Figure 112010006974955-pat00122
Is,
상기
Figure 112010006974955-pat00123
는 상기 센서 필드의 면적이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00123
Is the area of the sensor field,
상기
Figure 112010006974955-pat00124
은 상기 센서 필드 내의 센서 노드 개수인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00124
Is the number of sensor nodes in the sensor field.
청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 다수의 센서 노드의 에너지 잔량과 상기 다수의 센서 노드의 거리합인 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드를 선출하는 단계는,Electing the cluster head based on the remaining energy of the plurality of sensor nodes and the area distance that is the sum of the distances of the plurality of sensor nodes, 상기 다수의 센서 노드 중 적어도 어느 하나 이상의 센서 노드가 클러스터 헤드를 지원하는 단계와,At least one sensor node of the plurality of sensor nodes supporting a cluster head; 상기 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드 중 클러스터 헤드를 선출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.And selecting a cluster head from among the sensor nodes supporting the cluster head. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 다수의 센서 노드 중 적어도 어느 하나 이상의 센서 노드가 클러스터 헤드를 지원하는 단계는,At least one sensor node of the plurality of sensor nodes supports the cluster head, 상기 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계,Calculating cluster head support conditions of the plurality of sensor nodes; 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하는 단계와,Calculating a cluster head election opportunity value of a sensor node satisfying the cluster head support condition; 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.And comparing a cluster head election opportunity value of one sensor node satisfying the cluster head support condition with a cluster head election opportunity value of another sensor node in proximity to the one sensor node. . 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계는,Computing the cluster head support condition of the plurality of sensor nodes, 상기 다수의 센서 노드 각각의 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00075
을 생성하는 단계와,
Random values of each of the plurality of sensor nodes
Figure 112010006974955-pat00075
Generating a;
상기 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00076
와 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드의 비율과 센서 네트워크에서 요구되는 최적의 클러스터 헤드의 비율을 곱한
Figure 112010006974955-pat00077
를 비교하는 단계와,
The random value
Figure 112010006974955-pat00076
Multiplied by the ratio of sensor nodes supporting the cluster head to the optimal cluster head ratio required by the sensor network.
Figure 112010006974955-pat00077
Comparing the
상기 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00078
가 상기
Figure 112010006974955-pat00079
보다 작을 때 클러스터 헤드를 지원하는 단계를 포함하고,
The random value
Figure 112010006974955-pat00078
Remind
Figure 112010006974955-pat00079
Supporting the cluster head when smaller,
상기
Figure 112010006974955-pat00080
Figure 112010006974955-pat00081
인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00080
Is
Figure 112010006974955-pat00081
The cluster formation method of a sensor network characterized by the above-mentioned.
청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 다수의 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 조건을 계산하는 단계는,Computing the cluster head support condition of the plurality of sensor nodes, 상기 다수의 센서 노드 각각의 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00082
을 생성하는 단계와,
Random values of each of the plurality of sensor nodes
Figure 112010006974955-pat00082
Generating a;
상기 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00083
와 클러스터 헤드를 지원한 중심 센서 노드의 비율과 센서 네트워크에서 요구되는 최적의 클러스터 헤드의 비율을 곱한
Figure 112010006974955-pat00084
를 비교하는 단계와,
The random value
Figure 112010006974955-pat00083
Multiplied by the ratio of the center sensor nodes supporting the cluster heads to the ratio of the optimal cluster heads required by the sensor network.
Figure 112010006974955-pat00084
Comparing the
상기 랜덤 값
Figure 112010006974955-pat00085
가 상기
Figure 112010006974955-pat00086
보다 클 때 클러스터 헤드 메시지를 수신 대기하는 상태로 전환하는 단계를 포함하고,
The random value
Figure 112010006974955-pat00085
Remind
Figure 112010006974955-pat00086
Transitioning to listening for a cluster head message when it is greater;
상기
Figure 112010006974955-pat00087
Figure 112010006974955-pat00088
인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00087
Is
Figure 112010006974955-pat00088
The cluster formation method of a sensor network characterized by the above-mentioned.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기
Figure 112010006974955-pat00089
Figure 112010006974955-pat00090
이며,
remind
Figure 112010006974955-pat00089
Is
Figure 112010006974955-pat00090
Is,
상기
Figure 112010006974955-pat00091
Figure 112010006974955-pat00092
이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00091
Is
Figure 112010006974955-pat00092
ego,
상기
Figure 112010006974955-pat00093
Figure 112010006974955-pat00094
이며,
remind
Figure 112010006974955-pat00093
Is
Figure 112010006974955-pat00094
Is,
상기
Figure 112010006974955-pat00095
Figure 112010006974955-pat00096
이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00095
Is
Figure 112010006974955-pat00096
ego,
상기
Figure 112010006974955-pat00097
는 상기 센서 필드의 면적이며,
remind
Figure 112010006974955-pat00097
Is the area of the sensor field,
상기
Figure 112010006974955-pat00098
은 상기 센서 필드 내의 센서 노드 개수이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00098
Is the number of sensor nodes in the sensor field,
상기
Figure 112010006974955-pat00099
는 1이상이고
Figure 112010006974955-pat00100
이하인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00099
Is 1 or more
Figure 112010006974955-pat00100
The cluster formation method of a sensor network characterized by the following.
청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기
Figure 112010006974955-pat00101
는 2.5인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00101
2.5 is the cluster forming method of the sensor network, characterized in that.
청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 계산하는 단계는,Computing the cluster head election opportunity value of the sensor node that satisfies the cluster head support condition, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 비 퍼지화 기법을 이용하여 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.And calculating a cluster head election opportunity value of a sensor node that satisfies the cluster head support condition using a non-fuzzy technique. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 상기 클러스터 헤드 선출 기회값은 퍼지 if-then 규칙에 의해 계산되며,The cluster head election opportunity value is calculated by a fuzzy if-then rule, 상기 퍼지 if-then 규칙은 상기 센서 노드의 에너지 잔량을 적음과 보통 및 많음으로 구분하고,The fuzzy if-then rule divides the remaining energy of the sensor node into low, normal and high, 상기 센서 노드의 지역 거리를 멈과 보통 및 가까움으로 구분하며,The local distance of the sensor node is divided into stop and normal and close, 상기 에너지 잔량과 지역 거리를 기초로 클러스터 헤드 선출 기회를 매우 적음, 적음, 다소 적음, 보통 적음, 보통, 보통 많음, 다소 많음, 많음, 매우 많음으로 구분하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.Clustering method of the sensor network, characterized in that the cluster head selection opportunity based on the energy remaining amount and the local distance is divided into very little, little, little or little, normal little, normal, normal much, more or more, much, very much . 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 클러스터 헤드 선출 기회값은 상기 퍼지 if-then 규칙에 따른 그래프의 면적이며,The cluster head election opportunity value is the area of the graph according to the fuzzy if-then rule, 상기 퍼지 if-then 규칙에 따른 그래프의 면적은
Figure 112010006974955-pat00102
이고,
The area of the graph according to the fuzzy if-then rule is
Figure 112010006974955-pat00102
ego,
상기
Figure 112010006974955-pat00103
는 퍼지 if-then 규칙에 따른 최저값이 0이며 최대값이 100인 클러스터 헤드 선출 기회값이고,
remind
Figure 112010006974955-pat00103
Is an opportunity for cluster head election with a minimum value of 0 and a maximum value of 100 according to the fuzzy if-then rule,
상기
Figure 112010006974955-pat00104
는 퍼지 if-then 규칙 결과의 멤버쉽 함수인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.
remind
Figure 112010006974955-pat00104
Is a membership function of the fuzzy if-then rule result.
청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계는,Comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node that satisfies the cluster head support condition with the cluster head election opportunity value of another sensor node close to the one sensor node, 상기 근접한 타 센서 노드에 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송하는 단계와,Transmitting a cluster head support message to another neighboring sensor node; 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 정보에 상기 일 센서 노드의 아이디를 저장하고 클러스터 헤드 선출 기회값 정보에 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 저장하는 단계와,Storing the ID of the one sensor node in cluster head information of one sensor node satisfying the cluster head support condition and storing the cluster head election opportunity value of the one sensor node in cluster head election opportunity value information; 상기 일 센서 노드가 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 메시지를 수신하는 단계와,Receiving a cluster head support message of another sensor node adjacent to the one sensor node; 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값이 상기 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값보다 클 때 상기 일 센서 노드의 상기 클러스터 헤드 정보와 상기 헤드 선출 기회값 정보를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.Maintaining the cluster head information and the head election opportunity value information of the one sensor node when the cluster head election opportunity value of the one sensor node is greater than the cluster head election opportunity value of the other sensor node. Clustering method of the sensor network. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 상기 일 센서 노드와 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값과 비교하는 단계는,Comparing the cluster head election opportunity value of one sensor node that satisfies the cluster head support condition with the cluster head election opportunity value of another sensor node close to the one sensor node, 상기 근접한 타 센서 노드에 클러스터 헤드 지원 메시지를 전송하는 단계와,Transmitting a cluster head support message to another neighboring sensor node; 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 일 센서 노드의 클러스터 헤드 정보에 상기 일 센서 노드의 아이디를 저장하고 클러스터 헤드 선출 기회값 정보에 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값을 저장하는 단계와,Storing the ID of the one sensor node in cluster head information of one sensor node satisfying the cluster head support condition and storing the cluster head election opportunity value of the one sensor node in cluster head election opportunity value information; 상기 일 센서 노드가 근접한 타 센서 노드의 클러스터 헤드 지원 메시지를 수신하는 단계와,Receiving a cluster head support message of another sensor node adjacent to the one sensor node; 상기 일 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값이 상기 타 센서 노드의 클러스터 헤드 선출 기회값보다 작을 때 상기 일 센서 노드의 상기 클러스터 헤드 정보와 상기 헤드 선출 기회값 정보를 상기 타 센서 노드로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.When the cluster head election opportunity value of the one sensor node is smaller than the cluster head election opportunity value of the other sensor node, changing the cluster head information and the head election opportunity value information of the one sensor node to the other sensor node. Cluster forming method of the sensor network comprising a. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 클러스터 헤드를 지원한 센서 노드 중 클러스터 헤드를 선출하는 단계는,Electing a cluster head of the sensor nodes supporting the cluster head, 상기 클러스터 헤드 지원 조건을 만족하는 센서 노드 중 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드를 확인하는 단계와,Identifying a sensor node having a largest cluster head election opportunity value among the sensor nodes satisfying the cluster head support condition; 상기 클러스터 헤드 선출 기회값이 가장 큰 센서 노드에 대한 클러스터 헤드 메시지를 인접한 센서 노드에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터 형성 방법.And transmitting a cluster head message for a sensor node having the largest value of the cluster head election opportunity value to an adjacent sensor node.
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KR100695333B1 (en) 2006-03-21 2007-03-16 한국전자통신연구원 Method for Topology Management using Dynamic Pre Cluster Head in Wireless Network

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