KR100961785B1 - 클러스터 헤드 노드를 재선택하는 센서 네트워크 시스템 - Google Patents

클러스터 헤드 노드를 재선택하는 센서 네트워크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 센서로 이루어진 네트워크 시스템에서 헤드 노드를 재선택하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 클러스터 단위로 노드들을 제어하는 센서 네트워크 시스템에서 효율적으로 클러스터 헤드 노드를 재선택하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크 시스템은, 상술한 목적을 달성하기 위해, 센싱된 데이터의 크기를 기준으로 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택하거나 인터레스트 메시지에 기 설정된 값과의 편차를 기준으로 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택한다.
구체적으로 적어도 하나의 일반 노드, 상기 일반 노드와 클러스터 헤드 노드 및 싱크 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드는, 상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하고, 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하고, 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하고, 상기 제1 센싱 데이터 및 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터의 크기를 비교한 결과에 따라 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020080018528
센서 네트워크, 무선 통신, 클러스터, 헤드 노드, 갱신, 선택

Description

클러스터 헤드 노드를 재선택하는 센서 네트워크 시스템{sensor network system re-electing cluster head node}
본 발명은 다수의 센서로 이루어진 네트워크 시스템에서 헤드 노드를 재선택하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 클러스터 단위로 노드들을 제어하는 센서 네트워크 시스템에서 효율적으로 클러스터 헤드 노드를 재선택하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
이하 종래 기술에 따른 센서 네트워크 시스템을 설명한다.
센서 네트워크 시스템은 무선 또는 유선 인터페이스를 통해 통신하는 다수의 센서들을 통해 구축된 통신망이다.
무선 인터페이스를 통해 센서들을 제어하는 경우 지역적 제한 없이 센싱을 수행할 수 있는 장점이 있으나 전력 소비에 따른 문제와 데이터 신뢰성 감소라는 문제가 발생한다.
상술한 문제를 해결하기 위해 클러스터링 기법이 제안되었다.
센서들은 자신들의 에너지 상태와 위치를 베이스 스테이션(Base Station)에 보내게 된다. 베이스 스테이션은 클러스터의 헤드 노드에 관한 정보를 포함하는 메시지를 각 노드에 방송(broadcast)한다. 바람직하게, 클러스터 헤드 노드들은 TDMA 기술을 기반으로 통신한다.
이러한 클러스터링 기법은 베이스 스테이션에서 자신의 인터레스트(interest) 메시지를 보낼 필요가 없이, 헤드 노드에게만 메시지를 보내게 된다. 또한, 각 노드들은 베이스 스테이션과 원홉(One-Hop) 통신이 가능하게 되어 있기 때문에 클러스터의 헤드는 랜덤으로 선택되어 진다.`
종래 기술에 따른 센서 네트워크 시스템은 주로 무선 인터페이스를 통해 각 센서들을 연결하였다. 무선 인터페이스를 통해 센서들 간에 통신을 하는 경우, 각 센서들의 이격 거리나 센서 주변의 통신 환경의 변화에 따른 무선 통신의 품질이 열화되는 문제가 발생한다.
특히 클러스터 단위로 노드들을 제어하는 센서 네트워크 시스템의 경우, 클러스터 헤드 노드가 잘못 선택되는 경우, 상기 클러스터 헤드 노드를 제외한 나머지 노드들과의 이격 거리가 증가하여 전력 소모가 증가하며 무선 통신의 신뢰도가 감소하는 문제가 발생한다.
또한, 종래의 센서 네트워크 시스템에서는 이동성을 가지는 이벤트에 대하여 경로 추적이 어려운 문제가 있었다. 이벤트에 이동성이 있음에도 불구하고 종래의 방법에 따라 주위 환경 값을 센싱하는 경우, 해당 이벤트의 이동 경로에 대한 정보를 얻기 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 종래에 클러스터 단위로 노드들을 제어하는 센서 네트워크 시스템에서 클러스터 헤드 노드를 효율적으로 선택하는 방법을 개선하기 위해 제안된 것으로 본 발명의 목적은 클러스터 헤드 노드를 효율적으로 선택하는 방법 및 센서 네트워크 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전력 소모를 감소시키고 무선 통신의 신뢰도를 증가시킨 통신 방법 및 센서 네트워크 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동성을 가지는 이벤트에 대하여 경로 추적이 용이한 통신 방법 및 센서 네트워크 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명에 따른 센서 네트워크 시스템은, 상술한 목적을 달성하기 위해, 무선 통신을 수행하고 센서로서 동작하는 적어도 하나의 일반 노드, 상기 일반 노드와 무선 통신을 수행하는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드, 상기 일반 노드와 클러스터 헤드 노드로 이루어진 클러스터를 관리하는 적어도 하나의 싱크 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드는, 상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하고, 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하고, 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하고, 상기 제1 센싱 데이터 및 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터의 크기를 비교한 결과에 따라 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 클러스터 헤드 노드는, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 데이터 처리를 수행하고, 상기 데이터 처리가 수행된 센싱 데이터를 상기 싱크 노드로 송신한다.
바람직하게, 상기 데이터 처리는, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 합을 산출하는 제1 방식, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 평균을 산출하는 제2 방 식, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터 중 최대값을 산출하는 제3 방식 중 어느 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 클러스터 헤드 노드는, 상기 제1 센싱 데이터의 크기가 상기 제2 센싱 데이터의 크기에 비해 임계치 이상 큰 경우에 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드 갱신정보를 송신한다.
바람직하게, 상기 싱크 노드는 상기 클라이언트로부터 수신한 인터레스트 메시지를 상기 클러스터 헤드 노드로 송신하고, 상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보에 따라 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택하고, 상기 선택된 클러스터 헤드 노드에 관한 정보를 인터레스트 메시지에 포함시켜 상기 선택된 클러스터 헤드 노드로 송신하고, 상기 선택된 클러스터 헤드 노드에 관한 정보가 누적적으로 저장되는 헤드 히스토리 및 상기 선택된 클러스터 헤드 노드가 송신한 센싱 데이터가 누적적으로 저장되는 데이터 히스토리가 포함된 레지스트리를 구비한다.
본 발명의 다른 일 양상에 따른 센서 네트워크 시스템은, 무선 통신을 수행하고 센서로서 동작하는 적어도 하나의 일반 노드, 상기 일반 노드와 무선 통신을 수행하는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드, 상기 일반 노드와 클러스터 헤드 노드로 이루어진 클러스터를 관리하는 적어도 하나의 싱크 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 있어서,
상기 클러스터 헤드 노드는, 상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보 및 기 설정된 센싱 기준치를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하고, 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드 로 송신하고, 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하고, 상기 제1 센싱 데이터와 상기 센싱 기준치의 편차를 산출하고, 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터와 상기 센싱 기준치의 편차를 산출하고, 상기 산출된 편차들을 기초로 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정한다.
본 발명의 다른 일 양상에 따른 클러스터 헤드 노드 갱신 방법은, 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드에 있어서 상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하는 단계; 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하는 단계; 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 제1 센싱 데이터 및 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터의 크기를 비교하여 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 클러스터 헤드 노드 갱신 방법은, 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드에 있어서 상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보 및 기 설정된 센싱 기준치를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하는 단계; 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하는 단계; 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하는 단계; 상기 센싱 기준치와 상기 제1 센싱 데이터 간의 편차를 산출하고, 상기 센싱 기준치와 상기 클러스터 헤드 노 드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터 간의 편차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 편차를 기초로 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 신호의 크기 또는 인터레스트 메시지에 의해 지정된 기준치와의 편차를 통해 클러스터 헤드 노드를 갱신하므로, 불필요한 전력 손실을 방지하고 무선 통신의 신뢰성을 증가시키는 유리한 점이 있다.
본 발명은 갱신되는 클러스터 헤드 노드에 관한 정보를 누적적으로 저장한다. 이에 따라, 본 발명은 이벤트가 이동할 경우, 이벤트의 경로를 추적하여 단지 이벤트에 따른 주위 환경 값만 얻어 오는 것이 아니라, 이벤트의 경로에 따라 클러스터 헤드 노드가 이동함에 따라 이벤트의 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 본 발명이 화제 예방 센서에 적용되는 경우, 센싱 데이터를 이용하여 화재의 이동 경로를 추적하여, 화재를 소화에 도움을 줄 수 있다.
또한, 사용자가 특정 지역에서의 환경 값만을 요청할 수 있음으로써, 원하는 않는 노드들과의 통신을 줄일 수 있다. 그럼으로써, 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있다.
본 발명의 구체적인 특징 및 효과는 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
이하, 설명의 편의를 위해 센서 네트워크 시스템을 이루는 각각의 네트워크 엔터티(entity)를 설명한다. 클라이언트는 상기 센서 네트워크 시스템에 센싱을 요청하는 주체로서, 인터레스트(interest) 메시지를 통해 센싱을 요청한다.
상기 클라이언트와 직접 통신하는 엔터티는 싱크 노드라 칭한다. 상기 싱크 노드는 베이스 스테이션(base station) 등의 다양한 명칭으로 불릴 수 있다.
상술한 바와 같이 센서 네트워크 시스템은 클러스터링에 의해 다수의 노드들을 지역적으로 구분할 수 있는바, 다수의 노드들의 지역적 구분 단위를 클러스터라 칭한다.
상기 클러스터 내에는 다수의 센서 노드가 존재하는바, 상기 센서 노드는 헤드 노드 또는 일반 노드로 선택될 수 있다. 상기 헤드 노드는 상기 일반 노드와 원홉(one-hop) 기반으로 연결된다.
도 1은 본 실시예가 적용되는 센서 네트워크 시스템의 엔터티 간의 관계를 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 클러스터(130) 단위로 센서 노드(131, 132)를 관리하는 싱크 노드(120), 클러스터(130)에 속하는 센서 노드로서 헤드 노드로 지정된 클러스터 헤드 노드(131), 상기 클러스터 헤드 노드(131)와 통신하는 일반 노드(132)가 센서 네트워크 시스템을 이룬다. 도시된 클라이언트(110)는 상기 싱크 노드(120)를 통해 상기 센서 네트워크 시스템에 센싱을 요청할 수 있다.
사용자가 자신이 원하는 데이터(예를 들어, 특정 지역의 온도, 조도, 소리의 크기)에 대한 센싱을 지시하는 경우, 상기 클라이언트(110)는 인터레스트 메시지를 생성한다. 생성된 인터레스트 메시지는 싱크 노드(120)를 통해 각각의 클러스터 헤드 노드(131)에 전송된다.
클러스터 단위로 제어되는 센서 네트워크 시스템의 경우, 클러스터를 지역적인 기준으로 분할한다. 센서 노드(131, 132)들은 자신의 인접 노드들과의 통신에 의해 스스로 네트워크를 형성할 수 있는 능력을 가진다.
또한, 클러스터에 속하는 노드들은 기본적으로 센서 노드이기 때문에, 여러 종류의 데이터를 측정할 수 있는 능력을 가진다. 일반 노드(132)들은 자신들이 주위 환경을 측정한 센싱 데이터(예를 들어, 특정 지역의 온도, 조도, 소리의 크기)를 자신이 속한 클러스터(130)의 클러스터 헤드 노드(131)에 송신한다.
클러스터 헤드 노드(131)는, 일반 노드(132)로부터 수신한 센싱 데이터에 대하여 인터레스트 메시지에 의해 지시된 방식에 따라 데이터 처리를 하고, 데이터 처리된 결과를 싱크 노드(120)를 통해 클라이언트(110)에게 전송한다.
도 2는 본 실시예가 제안하는 센서 노드(210) 및 싱크 노드(220)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 2는 설명의 편의를 위해 각 노드(210, 220)를 기능 단위로 모듈화시켰으나, 이는 설명의 편의를 위한 일례에 불과하다. 따라서, 도 2에 도시된 각각의 모듈은 하나의 상위 모듈로 통합되어 구현되거나 다수의 하부 모듈로 분리되어 구현될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 센서 노드(210)는 일반 노드(132) 또는 클러스터 헤드 노드(131)로 선택될 수 있다.
도 2의 센서 노드(210)는 서비스 매칭 모듈(211), 센서 모듈(212), 분석 모 듈(213), 계산 모듈(214), 인증 모듈(215), 메시지 송수신 모듈(216), 통신 모듈(217)을 포함한다. 또한 상술한 모듈(211 내지 217)들은 제어 모듈(200)에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 이하, 상기 제어 모듈(200)에 의해 제어되는 각각의 모듈(211 내지 217)의 동작을 구체적으로 설명한다.
서비스 매칭 모듈(211)은 센서 노드(210)가 인터레스트 메시지를 받았을 경우에, 자신이 서비스할 수 있는 데이터(즉, 자신이 센싱할 수 있는 센싱 데이터)와 인터레스트 메시지를 매칭시키는 모듈이다. 즉, 인터레스트 메시지에서 센싱을 요청한 데이터 타입(예를 들어, 온도, 조도 및 소리의 크기 등)에 맞게 데이터 형식을 정하여 주위 환경을 센싱한다.
센서 모듈(212)은 서비스 매칭 모듈(211)에 의해 정해진 데이터 형식에 따라 주위 환경을 센싱하게 된다. 센서 모듈(212)은 센서의 주위 환경의 측정된 측정 값을 서비스 매칭 모듈(211)에 의해 정해진 데이터 형식에 맞게 변형한다.
이하 설명의 편의를 위해 일반 노드에서 상기 데이터 형식에 따라 생성된 센싱 값을 제1 센싱 데이터라 칭하고, 클러스터 헤드 노드에서 상기 데이터 형식에 따라 생성된 센싱 값을 제2 센싱 데이터라 칭한다.
분석 모듈(213)은, 이하에서 설명하는 계산 모듈(214)와 마찬가지로, 클러스터 헤드 노드로 선택된 노드에서 이하와 같은 동작을 수행한다.
분석 모듈(213)는 일반 노드들로부터 수집되는 제1 센싱 데이터와 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터를 비교한다. 상기 분석 모듈(213)은 결과는 싱크 노드(220)에 구비되는 헤드 갱신 모듈(221)로 송신되어 클러스터 헤드 노드의 갱신 이 가능하도록 한다.
계산 모듈(214)은 센싱 노드들로부터 얻은 센싱 데이터들에 대해 인터레스트 메시지의 지시에 따라 데이터 처리한다. 구체적으로 상기 계산 모듈(214)은 상기 인터레스트 메시지의 지시에 따라 센싱 데이터들에 대한 평균 값, 최대 값 또는 총 합 등을 산출한다.
인증 모듈(215)은 센서 노드(210) 자신이 클러스터 헤드 노드인지 일반 노드인지를 식별하는 모듈이다. 센서 노드(210)가 클러스터 헤드 노드일 경우에는 싱크 노드(220)와의 지속적인 연결이 필요하고, 센서 노드(210)가 일반 노드인 경우에는 싱크 노드가 아닌 클러스터 헤드 노드와의 지속적인 연결이 필요하므로 센서 노드(210)는 자신이 클러스터 헤드 노드인지 일반 노드인지를 지속적으로 식별해야 한다. 상기 인증 모듈(215)은 인터레스트 메시지에 포함되는 클러스터 헤드 노드에 관한 정보를 통해 자신이 클러스터 헤드 노드인지 일반 노드인지를 식별한다.
메시지 송수신 모듈(216)은 다른 노드들뿐만 아니라 싱크 노드와의 메시지를 주고받는 모듈이다. 메시지 송수신 모듈(216)은, 인증 모듈(215)에서 자신이 클러스터 헤드 노드라고 판단한 경우, 다른 일반 노드들에게 인터레스트 메시지를 송신할 것을 결정한다.
통신 모듈(217)은 다른 노드들과의 통신을 위한 모듈로서, 자신이 클러스터 헤드 노드로 식별되는 경우 싱크 노드(220)와 지속적으로 통신을 하고, 자신이 일반 노드로 식별되는 경우 클러스터 헤드 노드와 지속적으로 통신을 한다.
도 2의 싱크 노드(220)는 헤드 갱신 모듈(221), 메시지 관리 모듈(222), 통 신 모듈(226), 레지스트리(223)를 포함한다. 상기 각각의 모듈 및 레지스트리는 제어부(201)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
헤드 갱신 모듈(221)은 센서 노드(210)의 분석 모듈(214)의 분석에 따라 클러스터 헤드 노드를 갱신할지 여부를 결정한다. 새로운 클러스터 헤드 노드의 선택이 이루어지는 경우, 헤드 갱신 모듈(221)은 레지스트리(223)의 헤드 히스토리(224)에 새롭게 선택된 클러스터 헤드 노드의 정보를 추가한다. 또한, 메시지 관리 모듈(222)에게 데이터를 보내어 인터레스트 메시지에 새롭게 선택된 클러스터 헤드 노드에 관한 정보를 추가시킨다.
메시지 관리 모듈(222)은 클라이언트로부터 받은 인터레스트 메시지를 관리 및 가공하는 모듈이다. 클라이언트로부터 새로운 인터레스트 메시지를 받으면 각 클러스터 헤드 노드로 메시지를 전송한다. 만약에 헤드 갱신 모듈(221)로부터 데이터를 받게 될 경우에는 인터레스트 메시지에 새로운 클러스터 헤드 노드 갱신에 대한 정보를 첨부시켜 전송하게 된다.
레지스트리(223)는 헤드 히스토리(224)와 데이터 히스토리가 포함되어 있다. 레지스트리(223)는 싱크 노드(220)가 수행하는 데에 있어서 필요한 정보를 가지고 있는 저장소이다.
헤드 히스토리(224)는 헤드 갱신 모듈(221)로부터 클러스터 헤드 노드의 갱신이 수행될 때, 새로운 클러스터 헤드 노드에 대한 정보를 저장하게 된다. 클러스터 헤드 노드의 정보로는 노드 아이디와 센싱 종류, 클러스터 헤드 노드의 센싱 값, 시간을 저장하게 된다. 상기 헤드 히스토리(224)는 다양한 정보를 구비함으로 써, 클러스터 헤드 노드의 데이터에 따른 이동을 통해 이벤트를 추적할 경우에 사용된다.
데이터 히스토리(225)는 클러스터 헤드 노드가 계산 모듈(214)을 통해 산출한 센싱 데이터를 저장하는 저장소이다. 데이터 히스토리에는 센싱 종류, 계산 모듈(214)에서 계산된 데이터, 시간이 저장된다.
통신 모듈(226)은 센서 노드와 클라이언트와의 지속적인 연결성을 위한 통신 수행을 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 실시예에 따른 클러스터 헤드 노드가 동적으로 갱신되는 개념을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 클러스터 헤드 노드가 동적으로 갱신되는 경우, 특정한 이벤트에 따라 클러스터 헤드 노드가 이동한다.
도 3a는 311 노드가 클러스터 헤드 노드로 지정된 경우에 관한 도면이다. 이 경우, 도 3b와 같이 다수의 일반 노드가 311 노드에 데이터를 송신하는데, 311 노드의 위치가 외곽에 치우쳐 있으므로 전력 손실 및 데이터의 신뢰도 감소의 문제가 발생한다.
이 경우 센싱 노드의 분석 모듈(213)과 싱크 노드의 헤드 갱신 모듈(221)의 동작에 의해 332 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로 선택되며,이러한 동작은 도 3c에 도시된다.
도 3c와 같이 클러스터 헤드 노드가 갱신되면, 도 3d와 같이 주변에 위치한 다수의 일반 노드들과 신뢰도 높은 통신을 수행한다.
클러스터 헤드 노드의 분석 모듈(213)이 클러스터 헤드 노드에 대한 갱신을 결정하는 경우, 상기 분석 모듈(213)은 상기 싱크 노드의 헤드 갱신 모듈(221)로 클러스터 헤드 노드 갱신정보를 송신한다.
도 4는 클러스터 헤드 노드 갱신정보에 포함되는 데이터 파라미터들의 구체적인 일례이다.
도 4를 참조하면, 통신 파라미터로는 클러스터 정보(411), 헤드 정보(412), 서비스 정보(413)를 포함한다. 또한, 헤드 정보(412)는 클러스터 헤드 노드 아이디(421), 서비스 형태 정보(422), 클러스터 헤드 노드 데이터 정보(423), 데이터 시간(424)을 포함한다. 서비스 정보(413)는 서비스 데이터 정보(431), 서비스 형태 정보(432), 서비스 시간(424)을 포함한다.
클러스터 정보(411)는 클러스터들 간을 구별하기 위하여, 이벤트 발생지역의 클러스터 정보를 담고 있다.
헤드 정보(412)는 도 2의 헤드 히스토리(224)에 저장된다. 헤드 정보(412)는 클러스터 헤드 노드 아이디(421), 서비스 형태 정보(422), 클러스터 헤드 노드 데이터 정보(423), 데이터 시간(424)을 포함한다. 클러스터 헤드 노드 아이디(421)는 클러스터 헤드 노드의 아이디를 정의한다. 서비스 형태 정보(422)는 서비스의 종류를 정의한다. 클러스터 헤드 노드 데이터 정보(423)는 클러스터 헤드 노드에서의 주위 환경을 측정한 데이터를 정의한다. 데이터 시간(424)은 클러스터 헤드 노드가 주위 환경을 측정한 시간을 정의한다.
서비스 정보(413)는 서비스 데이터 정보(431), 서비스 형태 정보(432), 서비스 시간 정보(433)를 포함한다. 서비스 정보(413)는 도 2를 참조하면, 싱크 노드의 레지스트리(223)의 데이터 히스토리(225)에 저장된다. 서비스 데이터 정보(431)는 도 2를 참조하면, 센서 노드의 계산 모듈(214)에서 산출된 데이터를 정의한다. 서비스 형태 정보(432)는 서비스의 종류에 대해서 정의한다. 서비스 시간 정보(433)는 계산 모듈(214)이 계산되는 시간을 정의한다.
도 5는 클러스터 헤드 노드의 분석 모듈(213)에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 다수의 센서 노드가 온도를 센싱하는 경우의 일례에 관한 것이다.
분석 모듈(213)은 도 5에 도시된 다수의 변수를 사용하여 다수의 일반 노드로부터 획득한 제1 센싱 데이터와 자신이 획득한 제2 센싱 데이터의 크기를 비교하여 클러스터 헤드 노드를 갱신할지 여부를 분석한다.
새로운 클러스터 헤드 노드(511)는 클러스터 헤드 노드의 측정 데이터와 일반 노드의 측정데이터를 비교하여 선택된 새로운 클러스터 헤드 노드를 정의한다. 일반 노드 아이디(512)는 클러스터 내의 일반 노드들을 구별하는 아이디를 정의한다. 클러스터 헤드 노드 온도(513)는 클러스터 헤드 노드에서 측정한 온도 데이터를 정의한다. 새로운 클러스터 헤드 노드 온도(514)는 클러스터 헤드 노드와 일반 노드들간의 데이터 크기 비교를 위한 임시 변수이다. 일반 노드의 온도 측정값(515)은 같은 클러스터 내의 일반 노드들 각각이 측정한 온도 데이터를 정의한다. 편차 온도(516)는 헤드 온도와 일반 노드의 비교 과정에 이용되는 편차 값을 정의한다.
온도의 경우, 주위 인접 노드와 비슷하고, 상황에 따라 약간의 온도변화가 생길 수 있다. 약간의 온도 변화로 인해 매번 새로운 센서 노드를 선택할 경우에, 빈번한 클러스터 헤드 노드의 이동이 이루어지므로, 그만큼 불필요한 에너지가 소비된다. 그렇기 때문에 임계값으로 정의하여, 해당 값 이상의 온도차가 있을 경우 새로운 클러스터 헤드 노드로 선정되는 것이 바람직하다. 따라서 편차 온도(516)를 임계값 정의하는 것이 바람직하다.
결국 도시된 517의 과정을 수행하면, 현재의 클러스터 헤드 노드에서의 센싱 값보다 임계값 이상의 값을 센싱하는 일반 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로 결정된다.
도 6 내지 도 8은 상술한 노드들을 이용하여 클러스터 헤드 노드를 동적으로 갱신하는 절차를 설명하는 절차 흐름도이다. 이하, 도 2와 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이 싱크 노드(701)는 클라이언트로부터 인터레스트 메시지를 수신한다. 싱크 노드(601)의 메시지 관리 모듈(222)은 인터레스트 메시지를 현재의 클러스터 헤드 노드(702)에게 발송한다(S601).
현재의 클러스터 헤드 노드(702)는 인터레스트 메시지를 다수의 일반 노드(703, 704)로 송신한다(S602). 이때, 현재 클러스터 헤드 노드(702)와 일반 노드(703, 704)는 인증 모듈(215)을 사용하여, 수신한 인터레스트 메시지를 다른 센서 노드들에게 전송할 것 인가를 결정한다.
인터레스트 메시지를 받은 노드들은 서비스 매칭 모듈(211)을 통해 인터레스트 메시지에 적합한 서비스를 세팅한다. 또한, 서비스 매칭 모듈(211)의 세팅에 따 라, 센싱 모듈(212)은 인터레스트 메시지에 적합한 센싱을 수행한다(S603, S604). 구체적으로 일반 노드(703, 704)에서는 제1 센싱 데이터를 생성하고(S604), 현재의 클러스터 헤드 노드(702)에서는 제2 센싱 데이터를 생성한다(S603).
현재의 클러스터 헤드 노드(702)는 상기 제1 센싱 데이터를 수신하고(S605), 분석 모듈(213)을 이용하여 여러 노드(703, 704)로부터 각각 수신되는 제1 센싱 데이터와 제2 센싱 데이터의 크기를 비교한다(S607).
S607 단계를 수행하기 이전 또는 이후에, 계산 모듈(215)에 의해 제1 센싱 데이터 및 제2 센싱 데이터에 대한 데이터 처리가 수행된다(S606). 즉, 센싱 데이터의 최대값, 평균값, 총 합계 등이 계산된다.
도 7은 S607 단계에 의해 현재의 클러스터 헤드 노드가 유지되는 과정을 설명한다.
S607 단계를 통해 현재의 클러스터 헤드 노드(702)가 유지되는 경우, 상기 S606 단계를 통해 데이터 처리를 수행한 센싱 데이터를 싱크 노드(701)로 송신한다(S701).
싱크 노드(701)는 데이터 처리된 센싱 데이터를 데이터 히스토리(225)에 저장한다(S702).
도 8은 S607 단계에 의해 현재의 클러스터 헤드 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로 갱신되는 과정을 설명한다. 도 8의 경우는 일반 노드(704)가 새로운 클러스터 헤드 노드로 갱신되는 과정을 설명한다.
S607 단계를 통해 704 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로 선정되는 경우, 현재의 헤드 노드(702)는 클러스터 헤드 노드 갱신정보를 싱크 노드(701)로 송신한다. 상술한 바와 같이 클러스터 헤드 노드 갱신정보는 도 4의 파라미터에 따라 형성될 수 있다. 상기 싱크 노드(701)의 헤드 갱신 모듈(221)은 클러스터 헤드 노드 갱신정보를 수신한다(S802). 한편, 상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보에는 S606 단계를 통해 얻은 센싱 데이터가 포함되므로, 상기 센싱 데이터는 싱크 노드의 데이터 히스토리(225)에 저장된다(S803). 또한, 클러스터 헤드 노드 갱신정보는 싱크 노드의 메시지 관리 모듈(222)에 의해 인터레스트 메시지에 첨부된다(S804).
상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보가 첨부된 인터레스트 메시지는 새로운 클러스터 헤드 노드인 704 노드로 송신되며(S805), 상술한 과정을 통해 704 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로 갱신된다.
도 6 내지 도 8의 일련의 과정은 설명의 편의를 위해 제안된 일례에 불과하므로, 본 발명의 내용이 도 6 내지 도 8의 구체적인 순서에 제한되지 않는다.
상술한 일례는 제1 센싱 데이터의 크기와 제2 센싱 데이터의 크기를 비교하여 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택하는 방법 및 네트워크 시스템에 관한 것이나, 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택하는 방법은 다양하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 기 설정되는 센싱 기준치를 이용하여 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택할 수 있다.
클라이언트로부터 송신되는 인터레스트 메시지에 미리 설정된 센싱 기준치(X)가 포함될 수 있다. 이러한 센싱 기준치(X)가 포함된 인터레스트 메시지가 일반 노드 또는 클러스터 헤드 노드로 전달되면, 일반 노드에서는 상술한 제1 센싱 메시지가 생성되고 클러스터 헤드 노드에서는 상술한 제2 센싱 메시지가 생성된다.
이 경우, 현재의 클러스터 헤드 노드의 비교 모듈(213)은 상기 제1 센싱 메시지와 제2 센싱 메시지의 크기를 비교하는 것이 아니라, 상기 센싱 기준치(X)와 상기 제1, 2 센싱 메시지의 편차를 계산한다.
예를 들어, 제1 일반노드에서 전송된 제1 센싱 메시지(A1)와 제2 일반노드에서 전송된 제1 센싱 메시지(A2) 및 클러스터 헤드 노드가 센싱한 제2 센싱 메시지(B)를 비교하는 경우, A1와 X 간의 편차, A2와 X 간의 편차 및 B와 X 간의 편차를 계산하여 가장 편차가 적은 데이터를 센싱한 노드를 새로운 클러스터 노드로 선택할 수 있다.
미리 설정된 센싱 기준치(X)를 이용하는 경우, 상기 분석 모듈(213)에서 센싱 데이터를 비교하는 방법에만 차이가 있을 뿐, 나머지 모듈은 동일하게 구현된다. 또한, 도 6 내지 도 8의 동작 역시 동일하게 수행되며, 다만 S607 단계에서 제1 센싱 데이터 및 제2 센싱 데이터를 비교하는 방법만 상술한 방법으로 대체된다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명은 최근 주목받고 있는 센서 네트워크 시스템의 신뢰도 및 전력 소모 의 문제를 개선할 수 있는 기술적 효과를 갖는바, 그 산업상 이용가능성이 인정됨이 당연할 것이다.
도 1은 본 실시예가 적용되는 센서 네트워크 시스템의 엔터티 간의 관계를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 실시예가 제안하는 센서 노드(210) 및 싱크 노드(220)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 실시예에 따른 클러스터 헤드 노드가 동적으로 갱신되는개념을 나타낸 도면이다.
도 4는 클러스터 헤드 노드 갱신정보에 포함되는 데이터 파라미터들의 구체적인 일례이다.
도 5는 클러스터 헤드 노드의 분석 모듈(213)에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 상술한 노드들을 이용하여 클러스터 헤드 노드를 동적으로 갱신하는 절차를 설명하는 절차 흐름도이다.

Claims (9)

  1. 무선 통신을 수행하고 센서로서 동작하는 적어도 하나의 일반 노드, 상기 일반 노드와 무선 통신을 수행하는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드, 상기 일반 노드와 클러스터 헤드 노드로 이루어진 클러스터를 관리하는 적어도 하나의 싱크 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 클러스터 헤드 노드는,
    상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하고, 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하고, 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하고, 상기 제1 센싱 데이터의 크기가 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터의 크기에 비해 기 설정된 임계치 이상 큰 경우에 상기 싱크 노드로 클러스터 헤드 노드에 대한 갱신을 결정하는 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신을 결정하고,
    상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보는 상기 제1 센싱 데이터를 센싱한 노드를 새로운 클러스터 헤드 노드로 결정한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드 노드는,
    상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 데이터 처리를 수행하고, 상기 데이터 처리가 수행된 센싱 데이터를 상기 싱크 노드로 송신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 처리는, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 합을 산출하는 제1 방식, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터에 대한 평균을 산출하는 제2 방식, 상기 제1 및 제2 센싱 데이터 중 최대값을 산출하는 제3 방식 중 어느 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 처리는, 상기 인터레스트 메시지에 의해 지시된 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 노드는
    상기 클라이언트로부터 수신한 인터레스트 메시지를 상기 클러스터 헤드 노드로 송신하고, 상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보에 따라 상기 새로운 클러스터 헤드 노드를 선택된 클러스터 헤드 노드로 결정하고, 상기 선택된 클러스터 헤드 노드에 관한 정보를 인터레스트 메시지에 포함시켜 상기 선택된 클러스터 헤드 노드로 송신하고, 상기 선택된 클러스터 헤드 노드에 관한 정보가 누적적으로 저장되는 헤드 히스토리 및 상기 선택된 클러스터 헤드 노드가 송신한 센싱 데이터가 누적적으로 저장되는 데이터 히스토리가 포함된 레지스트리를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 싱크 노드는,
    상기 클라이언트로부터 레지스트리 요청 메시지를 수신하는 경우, 상기 레지스트리에 저장된 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  8. 무선 통신을 수행하고 센서로서 동작하는 적어도 하나의 일반 노드, 상기 일반 노드와 무선 통신을 수행하는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드, 상기 일반 노드와 클러스터 헤드 노드로 이루어진 클러스터를 관리하는 적어도 하나의 싱크 노드를 포함하는 센서 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 클러스터 헤드 노드는,
    상기 싱크 노드로부터 클라이언트가 요청하는 센싱 타입에 관한 정보 및 기 설정된 센싱 기준치를 포함하는 인터레스트 메시지를 수신하고, 상기 수신된 인터레스트 메시지를 자신이 속한 클러스터 내의 일반 노드로 송신하고, 상기 일반 노드로부터 상기 인터레스트 메시지에 대응하여 전송되는 제1 센싱 데이터를 수신하고, 상기 제1 센싱 데이터와 상기 센싱 기준치의 편차를 산출하고, 상기 클러스터 헤드 노드 스스로가 획득한 제2 센싱 데이터와 상기 센싱 기준치의 편차를 산출하고, 상기 산출된 편차들을 기초로 클러스터 헤드 노드에 대한 갱신을 결정하는 클러스터 헤드 노드 갱신정보의 송신 여부를 결정하며,
    상기 클러스터 헤드 노드 갱신정보에는 상기 센싱 기준치와의 편차가 최소인 데이터를 센싱한 노드를 새로운 클러스터 헤드 노드로 선택한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 시스템.
  9. 삭제
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