KR100969963B1 - 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 이질적인 다중의 센서 네트워크 환경에서 센서 노드들의 전력 소모량을 최소화시키면서 사용자의 요구 조건을 만족하는 센서 노드들을 찾아내기 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 BS 노드와 다수의 센서 노드가 설치될 전체 영역을 기 설정된 개수의 그리드 영역으로 분할한 후 각 영역에 대해 그리드 아이디를 설정하는 단계와, BS 노드를 기준으로 마지막 센서 노드까지의 순차적으로 레벨 정보, 자식 및 후보 부모 노드를 설정하여 각 노드에 저장하는 단계와, 각 센서 노드가 위치한 그리드 아이디를 각 센서 노드에 저장하는 단계와, 각 센서 노드에 저장된 그리드 아이디, 레벨 정보 및 후보 부모 노드 집합을 토대로 각 센서 노드의 실제 부모 노드를 각각 선택하는 단계와, 각 노드의 자식 노드와 자식 노드를 실제 부모 노드로 선택한 노드들로 구성된 MBR을 각각 계산하여 각 노드에 저장하는 단계와, 각 노드의 자식 노드와 선택된 실제 부모 노드를 이용하여 그리드 기반의 트리를 형성하는 단계를 포함한다.

센서 네트워크, 센서 노드, 공간 질의, 공간 조인, 검색, 색인

Description

공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법{GRID BASED ORGANIZING METHOD FOR A SPATIAL SEARCH}

본 발명은 다중 센서 네트워크에서의 공간조인 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법에 관한 것이다.

다중 센서 네트워크에서의 공간조인 기술과 관련된 가장 대표적인 종래의 기술은 센서 네트워크에서의 공간 검색 기술이다. 이러한 센서 네트워크에서의 공간 검색 기술은 공간 검색 영역이 주어졌을 때, 센서 네트워크에 구성되어 있는 분산 공간 색인 방법을 이용하여 센서 노드들 사이의 무선 통신 횟수를 최소화하면서 공간 검색 영역 내에 존재하는 센서 노드를 찾아내는 기술이다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 스테이션에 공간 검색 영역 S1-S15가 주어졌을 때, 공간 검색을 수행하기 위해서는 센서 노드들 사이의 무선 통신을 이용하여 열 다섯 개의 공간 검색 영역이 각 노드들에 전달되어야 한다. 그러나, 센 서 네트워크 환경의 무선 통신에 이용되는 패킷의 크기에는 한계가 있기 때문에 한번의 무선 통신 전송에 열 다섯 개의 공간 검색 영역을 모두 포함하는 패킷을 보낼 수 없다. 이런 경우에, 기존의 공간 검색 방법은 두 개 내지 세 개의 패킷을 구성함으로써, 공간 검색 영역을 두 번 내지 세 번에 나누어서 전송한다.

종래의 공간 검색 방법에서는 공간 검색을 위해 두 개 내지 세 개의 패킷을 구성하여 전송하기 때문에 무선 통신 횟수가 급격하게 증가하는 문제점이 있다.

종래의 공간 검색 방법은 다수개의 공간 검색 영역이 한꺼번에 주어지는 공간조인에서 급격히 증가하는 센서 노드들 사이의 무선 통신 횟수로 인하여 적용될 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 많은 수의 공간 검색 영역을 필요로 하는 공간 조인에서 다수 개의 공간 검색 영역을 최소의 패킷 크기로 구성함으로서, 공간 검색 영역들을 한번의 무선 통신 패킷으로 센서 노드들에게 전송할 수 있다.

또한, 본 발명은 센서 노드들에서의 공간 검색 방법에 있어서도 그리드 기반의 트리를 이용함으로서, 센서 노드들 사이의 무선 통신 횟수를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법은, BS 노드와 다수의 센서 노드가 설치될 전체 영역을 기 설정된 개수의 그리드 영역으로 분할한 후 상기 각 영역에 대해 그리드 아이디를 설정하는 단계와, 상기 BS 노드를 기준으로 마지막 상기 센서 노드까지의 순차적으로 레벨 정보, 자식 및 후보 부모 노드를 설정하여 상기 각 노드에 저장하는 단계와, 상기 각 센서 노드가 위치한 그리드 아이디를 상기 각 센서 노드에 저장하는 단계와, 상기 각 센서 노드에 저장된 그리드 아이디, 레벨 정보 및 후보 부모 노드 집합을 토대로 상기 각 센서 노드의 실제 부모 노드를 각각 선택하는 단계와, 상기 각 노드의 자식 노드와 상기 자식 노드를 실제 부모 노드로 선택한 노드들로 구성된 MBR을 각각 계산하여 상기 각 노드에 저장하는 단계와, 상기 각 노드의 자식 노드와 상기 선택된 실제 부모 노드를 이용하여 그리드 기반의 트리를 형성하는 단계를 포함한다.

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본 발명은 센서 네트워크 환경에서 그리드 기반의 트리를 이용한 그리드 아이디 기반의 공간 검색 방법을 이용하여 공간 검색 과정에 발생하는 노드들 사이의 통신 횟수를 최소화시키면서 복합 공간조인 질의를 수행할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 통신 횟수의 감소를 통해 전체 센서 네트워크에서 각 노드의 전력 소모량을 감소시킴으로서, 배터리로 동작하는 노드의 수명을 연장시킬 수 있는 잇점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 G-based 트리 구성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 센서 노드들(A∼Q)이 설치될 전체 영역(200)을 고정된 그리 드 크기로 분할하여 그리드 영역(1∼16)을 형성하고, 각 그리드 영역(1∼16)에 고유 그리드 아이디를 부여한다.

여기서, 하나의 그리드 영역 크기는 센서 노드 개수 및 검색 영역 크기를 고려하여 설정할 수 있는데, 기본적으로는 센서 노드의 최대 통신 거리를 그리드 하나의 크기로 설정한다. 도 2에서 전체 영역(200)이 100×100m일 경우에 그리드 하나의 크기를 25m로 설정함으로서, 전체 영역(200)은 16개의 그리드 영역으로 나누어진다. 이에 따라 각 그리드 영역에는 1∼16까지의 그리드 아이디가 부여된다.

도 2에 도시된 BS(Base Station, 이하 'BS'라고 한다.) 노드(210)는 무선 통신 메시지를 송출하여 연결 가능한 센서 노드들, 예컨대 A, G, K 센서 노드를 검색하고, 검색된 A, G, K 센서 노드를 자신의 자식 노드로 등록시킨다. 또한, A, G, K 센서 노드는 BS 노드(210)를 자신의 후보 부모 노드로 등록시킨다. 이러한 과정, 즉 후보 부모 노드와 자식 노드를 등록하는 과정은 BS 노드(210)를 시작으로 해서 마지막 센서 노드까지 반복되어 수행된다.

다시 말해서, 후보 부모 노드를 등록한 A, G, K 각 센서 노드는 BS 노드(210)와 같은 방식으로 무선 통신 메시지를 각각 송출하여 연결 가능한 센서 노드를 검색하여 자식 노드를 등록하고, 자식 노드는 자신을 자식 노드로 등록한 센서 노드를 후보 부모 노드로 등록한다.

이러한 과정 중에서 주의할 점은 후보 부모 노드와 자식 노드 사이에 사이클이 존재해서는 안 된다. 즉, 후보 부모 노드를 등록한 센서 노드가 자신의 자식 노드를 검색할 때 자신에 등록된 후보 부모 노드를 제외시킨다. 예컨대, BS 노 드(210)가 A 센서 노드의 후보 부모 노드이면서 동시에 BS 노드(210)가 A 센서 노드의 자식 노드가 되어서는 안 된다.

이를 위해, 후보 부모 노드와 자식 노드를 등록하기 전에 각 센서 노드는 자신의 레벨 정보를 파악하여 저장한다. 예컨대, 전체 영역(200)에서 BS 노드(210)는 레벨 정보가 "0"이 되면, A, G, K 센서 노드는 레벨 정보가 "1"이 된다. 이러한 방식을 통해 마지막 센서 노드까지 레벨 정보를 각각 설정한 후 이를 각 센서 노드에 저장시킨다.

한편, 각 센서 노드가 후보 노드인 자식 노드와 부모 노드를 등록하는 과정에서 동시에 수행되는 작업으로는 자신의 위치 정보를 이용하여 자신에게 부여된 그리드 아이디를 파악한 후 이를 저장한다. 여기서, 그리드 아이디는 그리드 크기, 전체 영역 크기 및 센서 노드 자신의 위치 정보를 토대로 계산되는데, 예를 들어 그리드 크기가 25, 전체 영역이 100 그리고 센서 노드 A의 위치가 (35, 30)이라고 하면, 한 축으로 그리드 개수는 4(100/25)가 되며, 그리드 아이디는 아래의 수학식1로 계산된다.

그리드 아이디 = 그리드 아이디 = (올림값(위치 정보의 Y축 좌표/Y축 그리드 크기))*(한 축의 그리드 개수) + (버림값(위치 정보의 X축 좌표/X축 그리드 크기))

상기의 수학식 1을 통해 연산을 수행하면, 센서 노드 A의 그리드 아이디는 6이 된다.

이와 같이, 후보 노드 설정, 레벨 정보 설정 및 그리드 아이디 설정은 한 번 의 무선 통신 플러딩(flooding) 과정을 통해 수행되며, 이러한 과정을 통해 각 센서 노드 및 BS 노드(210)는 후보 노드의 집합, 자신의 레벨, 자신의 그리드 아이디를 갖게 된다.

그리고 나서, BS 노드(210)를 포함하는 각 센서 노드들은 저장된 후보 부모 노드 집합에서 어느 하나를 실제 부모 노드로 설정하게 되는데, 즉 후보 부모 노드 집합, 자신의 레벨 정보 및 자신의 그리드 아이디 정보를 이용하여 실제 부모 노드를 선택한다.

실제 부모 노드를 선택하는 방법은 후보 부모 노드 집합 중 자식 노드가 없거나 자식 노드 설정이 완료된 센서 노드들에서부터 시작한다.

실제 부모 노드를 선택하는 기준은 우선 후보 부모 노드들 중에서 자신과 동일한 그리드 내에 존재하며 레벨 정보가 자신 보다 낮은 것을 검색하고, 검색된 후보 부모 노드들 중에서 레벨 정보가 가장 낮은 것을 실제 부모 노드로 선택한다. 만약, 여기서 레벨 정보가 가장 낮은 후보 부모 노드가 두 개 이상일 경우에는 각 후보 부모 노드와 BS 노드(210)간의 거리값을 토대로 결정하는데, 즉 거리값이 가장 작은 후보 부모 노드를 실제 부모 노드로 선택하거나 실제 부모 노드를 선택하는 센서 노드, 자식 노드 및 후보 부모 노드의 전체를 둘러싸는 MBR(Minimum Bounding Rectangle, 이하 'MBR'이라고 한다.)을 각각 계산하고, 계산된 MBR의 면적이 최소화되는 후보 부모 노드를 실제 부모 노드로 선택하거나 계산된 MBR의 둘레길이가 최소화되는 후보 부모 노드를 실제 부모 노드로 선택한다.

한편, 실제 부모 노드를 선택하는 센서 노드와 동일 분할 그리드 내에 후보 부모 노드가 하나도 없는 경우에는 확장된 인접 분할 그리드 내에서 후보 부모 노드를 찾고, 이들에 대해 상기와 같은 과정, 즉 거리값, MBR을 이용하여 실제 부모 노드를 선택한다.

예를 들어 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, H 센서 노드는 G, L, M 센서 노드들을 후보 부모 노드로 가지며, 후보 부모 노드들 중 어느 하나를 실제 부모 노드로 선택하게 된다. 다시 말해서, H 센서 노드는 자신의 영역 내에 후보 부모 노드가 없기 때문에 3, 7, 8번 그리드에서 검색하여 실제 부모 노드를 찾게 된다.

H 센서 노드는 3, 7, 8번 그리드에 존재하는 후보 부모 노드들 중 어느 하나를 실제 부모 노드로 선택하는데, 여기서는 7번 그리드의 G 센서 노드만 존재하므로, 이를 실제 부모 노드로 선택한다 여기서, 인접 그리드로의 확장 순서에 있어서는 우선 순위가 없이 인접 그리드 내에 있는 모두 후보 부모 노드들 중 실제 부모 노드를 찾는 방법과 우선 순위를 두고 인접 그리드 내에서 실제 부모 노드를 찾는 방법이 있다. 예컨대, 우선 순위가 없는 경우에는 3, 7, 8번 그리드 내에 있는 모든 후보 부모 노드에 대해 상기와 같은 MBR 또는 거리값을 산출한 후 산출된 MBR 또는 거리값을 토대로 어느 하나를 실제 부모 노드로 선택하고, 우선순위가 있는 경우에는 BS 노드에 가까운 그리드에 대한 우선 순위를 높게 하여 7->3->8 그리드로, 7->8->3 그리드, 7->8, 3그리드 등과 같은 우선순위를 갖는 그리드부터 검색한다.

이와 같은 실제 부모 선택 과정에서 동시에 수행되어야 하는 과정으로는 각 부모 노드와 자식 노드를 둘러싸는 MBR을 계산하여 저장하는 것이다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 부모 노드인 A 센서 노드는 자식 노드로 B와 E 센서 노드를 가지고 있고, B 센서는 C와 D 센서 노드를 자식 노드로 가지고 있으며, E 센서는 F 센서 노드를 자식 노드로 가지고 있는 상황에서 부모 노드 A는 B, C 및 D 센서 노드를 포함하는 MBR, E 및 F 센서 노드를 포함하는 MBR를 저장하고 있다.

또한, BS 노드(210)는 A, B, C, D, E, F 센서 노드를 포함하는 MBR과 G, H, I, J 센서 노드를 포함하는 MBR 및 K, L, M, N, O, P, Q 센서 노드를 포함하는 MBR를 저장하고 있다.

이와 같은 과정을 통해 도 5에 도시된 바와 같은 G-based 트리를 구성할 수 있으며, 각 센서 노드는 엔트리 정보(E), 예컨대 MBR, 그리드 아이디, 레벨 정보, 자식 노드 및 실제 부모 노드 정보 등을 가지고 있다.

도 6은 본 발명에 따라 구성된 G-based 트리를 이용하여 서로 이질적인 센서 네트워크 2개에 대한 복합 공간조인 질의를 처리하는 시스템을 도시한 구성도로서, 서버 시스템(600)과 센서 네트워크(650)를 포함한다. 여기서, 센서 네트워크(650)는 대기 모니터링을 수행하는 센서 네트워크1(620) 및 환경 모니터링을 수행하는 센서 네트워크2(640)로 구성된다. 센서 네트워크1, 2(620, 640)에는 다수의 노드들로 구성되는데, 즉 BS 노드(630)와 다수의 센서 노드(660)로 구성된다.

이러한 센서 네트워크1, 2(620, 640)의 각 노드에는 그리드 기반의 엔트리 정보, 예컨대, MBR, 그리드 아이디, 레벨 정보, 자식 노드 및 실제 부모 노드 정보가 저장되어 있다.

서버 시스템(600)은 질의 분석부(602), 질의 전송부(604), 질의 수행부(606) 및 질의 결과 저장부(608)를 포함한다.

질의 분석부(602)는 사용자로부터 입력받은 질의를 분석하여 적어도 두 개 이상의 질의로 분해한 후 이를 질의 전송부(604)에 제공하는데, 즉 공간 검색과 관련된 질의와 공간 검색과 관련 없는 질의로 분해하여 질의 전송부(604)에 제공한다.

질의 전송부(604)는 질의 분석부(602)로부터 제공받은 각 질의를 센서 네트워크에 순차적으로 전송하는데, 예를 들어, 센서 네트워크1(620)->센서 네트워크2(640)의 순서로 각 질의를 전송하면, 질의 수행부(606)에 센서 네트워크1(620)에 전송한 질의에 대한 결과 데이터가 수신됨에 따라 다음 질의를 센서 네트워크2(640)에 전송한다.

여기서, 센서 네트워크1(620)로 보내는 첫 번째 질의는 공간 검색과 관련 없는 질의이며, 센서 네트워크2(640)로 보내는 두번째 질의는 첫번째 질의의 결과를 이용하여 만들어진 공간 검색과 관련된 질의이다.

질의 수행부(606)는 각 센서 네트워크1, 2(620, 640)로부터 질의에 대한 결과 데이터를 수신하여 질의 결과 저장부(608)에 제공하며, 센서 네트워크1(620)으로부터 결과 데이터가 수신됨에 따라 다음 질의가 전송되도록 질의 전송부(604)를 제어한다.

여기서, 질의 수행부(606)는 센서 네트워크1(620)으로부터 공간 검색과 관련 없는 질의에 대응되는 결과 데이터를 수신한 후 공간 검색과 관련된 질의 내 공간 조건을 그리드 아이디로 변경하며, 공간 조건이 변경된 질의를 질의 전송부(604)를 통해 해당 센서 네트워크2(640)에 전송한다.

질의 결과 저장부(608)는 질의 수행부(606)로부터 제공받은 결과 데이터를 데이터베이스에 저장함과 더불어 사용자에게 제공한다.

센서 네트워크1, 2(620, 640) 내의 각 노드(630, 660)에는 센서 노드 공간 검색부(662), 센서 노드 질의 전송부(664), 센서 노드 질의 수행부(666) 및 센서 노드 결과 수집부(668)를 포함한다.

BS 노드(630) 및 다수의 센서 노드(660)의 센서 노드 공간 검색부(662)는 서버 시스템(600)의 질의 전송부(602)와 연동하여 질의 전송부(602)로부터 전송받은 질의에 대해 공간 검색을 수행한다. 여기서, 공간 검색은 센서 노드 공간 검색부(662)를 이용하여 우선 질의 내 그리드 아이디에 해당되는 영역을 계산하고, 이 영역에 이 노드 자신의 위치가 포함되어 있는지를 판단하여 해당 노드의 동작 여부를 결정하는데, 포함되는 경우에는 이후의 작업이 해당 노드에서 동작을 하며, 포함되지 않는 경우에는 공간 검색에서 제거된 노드로서 이후 작업을 동작하지 않는다.

둘째로, 공간 검색 과정에서 센서 노드 공간 검색부(662)는 현재 노드에 설정된 자식 노드들의 MBR이 질의의 공간 검색에서 주어진 그리드 영역과 겹침이 있는지를 판단하고, 겹침이 존재한다면, 센서 노드 질의 전송부(664)를 통해 질의를 자식 노드로 설정된 센서 노드에 전송한다. 자식 노드로 전송되는 질의는 서버 시스템(600)로부터 제공받은 질의 내모든 그리드 아이디가 아니라 자식 노드인 센서 노드의 MBR과 겹침이 있는 그리드 아이디와 속성 조건만을 자식 노드로 설정된 센서 노드로 전송된다.

해당 노드가 질의 내 그리드 아이디에 해당되는 영역에 포함되는 경우 센서 노드 질의 수행부(664)는 질의에 대응되는 센싱값을 획득하여 질의 내 속성 조건에 만족하는지를 판단하며, 속성 조건에 만족하는 경우 센서 노드 결과 수집부(666)에 질의 결과 데이터를 전송하여 저장시킨다.

상기와 같은 구성을 갖는 시스템이 사용자가 입력한 질의를 처리하는 과정을 설명하면 아래와 같다.

먼저, 질의 분석부(602)는 사용자로부터 질의를 입력받고, 이를 분석하여 각 센서 네트워크별로 전송할 수 있는 단위로 질의를 분해한다. 예를 들어, 사용자로부터 "이산화탄소 농도 10PPM 이상, 습도 60%이상인 조건을 만족하는 센서 노드의 쌍을 찾고, 이들 센서 노드 쌍 사이의 거리가 10m 이내인 조건을 만족하는 센서 노드의 쌍의 ID, 이산화탄소 농도 및 습도 정보 획득"과 같은 질의가 입력되면, 질의 분석부(602)는 센서 네트워크1, 2(620, 640)에 질의를 보내기 위해 입력된 질의를 두 개의 질의로 분해한다. 즉, 질의 분석부(602)는 입력된 질의를 "이산화탄소 농도가 10PPM이상인 조건을 만족하는 센서 노드 ID, 위치, 이산화탄소 농도값 획득"이란 제 1 질의와 "제 1 질의에 만족하는 센서 노드들의 위치에서 10m 이내에 존재하는 센서 노드들을 찾고, 습도 60%이상인 조건을 만족하는 센서 노드 ID, 위치, 습도 정보 획득"이라는 제 2 질의로 분해하며, 제 1 질의를 질의 전송부(604)를 통해 센서 네트워크1(620)로 전송함과 아울러 제 2 질의를 질의 전송부(604)를 통해 센서 네트워크2(640)에 전송한다. 여기서, 제 1 질의는 공간 검색과 관련 없는 질의로서, 센서 네트워크1(620)의 모든 노드(630, 660)에 전송하고, 제 2 질의는 공간 검색과 관련된 질의로서, 제 1 질의에 대한 결과 데이터를 토대로 공간 조건(10m 이내)이 변경되어 센서 네트워크2(640)의 노드(630, 660)에 전송된다.

이에 따라, 센서 네트워크1(620)에서는 제 1 질의의 조건에 맞는 센서 노드들을 찾고, 센서 네트워크2(640)에서는 제 2 질의의 조건에 맞는 센서 노드들을 검색한 후 이를 질의 수행부(606)에 제공한다.

한편, 질의 전송부(604)는 질의 수행부(606)와 협력을 통해 순차적으로 센서 네트워크1, 2(620, 640)에 질의를 송신하는데, 즉 질의 수행부(606)에 제 1 질의의 조건을 만족하는 결과 데이터가 입력됨에 따라 제 2 질의 내 공간 조건을 그리드 아이디로 변경한 후 공간 조건이 변경된 제 2 질의를 질의 전송부(604)를 통해 센서 네트워크2(640)에 전송한다.

여기서, 질의 전송부(604)는 전체 센서 네트워크에서 발생하는 통신 횟수를 최소화하기 위하여 제 1, 2 질의를 순차적으로 전송함에 있어서 각 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 수가 작은 쪽에 우선순위를 둔다. 즉, 센서 네트워크1(620)의 센서 노드 수가 1,000개이고, 센서 네트워크2(640)의 센서 노드 수가 10,000개라고 가정하면, 제 1 질의는 공간 검색과 관계없기 때문에 센서 네트워크1(620)의 모든 노드에 전송되고, 제 2 질의는 G-based 트리의 필터링을 이용하여 공간 조건을 만족하는 센서 네트워크2(640)의 노드에만 전송된다.

질의 수행부(606)는 제 1 질의에 대한 결과가 입력되면, 센서 네트워크 2(640)에서 발생하는 통신 횟수를 최소화하기 위하여 제 2 질의를 효율적으로 변경시키는 역할 수행한다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 1 질의에 대한 결과로 센서 노드 A, B, C, D, E, F가 주어지면, 질의 수행부(606)는 도 7b에 도시된 바와 같이 이들 센서 노드 A, B, C, D, E, F에 대한 제 2 질의의 공간 조건(10mm 이내) 영역을 계산하여 도 7c에 도시된 바와 같이 각 공간 조건 영역을 포함하는 그리드 아이디 1, 2, 5를 추출한다.

즉, 질의 수행부(606)는 추출된 그리드 아이디의 공간 조건과 속성 조건(습도가 60% 이상인 조건)을 질의 전송부(604)를 통해 센서 네트워크2(640)에 전송한다.

이와 같이, 공간 조건을 모두 전송하지 않고 도 7c에 도시된 바와 같이 그리드 아이디만을 전송함으로서, 무선 통신에 있어서의 질의 전송 패킷 크기도 줄일 수 있으며, 센서 네트워크 내부에서 실재 수행되는 공간 검색도 7개에서 3개로 줄일 수 있다.

센서 네트워크2(640) 내 BS 노드(630) 및 각 센서 노드(660)의 센서 노드 공간 검색부(662)는 질의 전송부(604)로부터 전송받은 제 2 질의에 대하여 공간 검색을 먼저 수행하는데, 즉 우선 그리드 아이디에 해당되는 영역에 자신의 위치가 포함되는지를 조사한다. 다시 말해서 BS 노드(630)와 각 센서 노드(660)는 자신의 그리드 아이디와 질의 전송부(604)로부터 전송받은 제 2 질의 내 그리드 아이디간의 비교를 통해 자신이 해당되는 영역에 위치했는지를 판단한다.

해당되는 영역에 위치한 노드는 센서 노드 질의 수행부(666)를 이용하여 센싱 값, 즉 습도 값을 획득한 후 습도값이 제 2 질의의 속성 조건(습도가 60% 이상인 조건)에 만족하는지를 판단하고, 만족할 경우 습도값은 센서 노드 결과 수집부(668)에 의해 저장된다.

한편, 해당되는 영역에 위치한 노드는 기 저장된 자식 노드들의 MBR이 그리드 아이디에 해당되는 영역과 겹침이 있는지를 조사한 후 겹침이 존재할 경우 센서 노드 질의 전송부(664)는 제 2 질의를 자식 노드에게 전송한다. 여기서, 자식 노드에게 전송되는 질의는 자식 노드의 MBR과 겸침이 있는 그리드 아이디와 속성 조건을 포함하고 있다.

이와 같이 공간 검색에 의한 질의 전송 과정은 자식 노드가 설정되어 있지 않은 센서 노드까지 반복해서 전송되며, 해당 질의를 받은 각 센서 노드들의 센서 노드 질의 수행부(666)는 질의를 수행하여 조건, 즉 속성 조건에 만족하는 결과가 있을 경우 해당 결과를 센서 노드 결과 수집부(668)를 이용하여 부모 노드에 전송한다.

최종 부모 노드인 BS 노드(630)의 센서 노드 결과 수집부(668)에 수집된 결과 데이터는 서버 시스템(600)의 질의 수행부(606)에 전송된다.

센서 네트워크에서의 질의 처리 과정이 도 7c에 도시된 바와 같이 실제 공간 조건이 아닌 대략적인 그리드 아이디 공간 조건을 이용한 필터링 단계만을 수행하였기 때문에 질의 수행부(606)는 실제 공간 조건을 정확하게 만족하는 결과를 찾기 위해 질의 결과 데이터에 대한 정제 작업을 수행한다.

정제 작업을 마친 결과 데이터는 센서 네트워크1의 결과 데이터와 융합되어 질의 결과 저장부(608)로 전송되며, 질의 결과 저장부(608)는 질의 결과를 데이터 베이스(미도시됨)에 저장함과 더불어 사용자에게 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정하는 것이 아니다.

도 1은 종래의 공간 검색 방법을 설명하기 위한 도면이며,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 G-based 트리 구성 방법을 설명하기 위한 도면이며,

도 3은 본 발명의 트리 구성 시 실제 부모 노드를 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이며,

도 4는 본 발명에 따른 각 노드의 MBR 계산 과정을 설명하기 위한 도면이며,

도 5는 본 발명에 따라 구성된 그리드 기반의 트리 형태를 도시한 도면이며,

도 6은 서로 이질적인 센서 네트워크가 2개에 대해 복합 공간조인 질의가 주어졌을 때 이를 처리하기 위한 전체 시스템을 도시한 블록도이며,

도 7a 내지 도 7c는 질의에 따라 이를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

600 : 서버 시스템 602 : 질의 분석부

604 : 질의 전송부 606 : 질의 수행부

608 : 질의 결과 저장부

620, 640 : 센서 네트워크1, 2 630 : BS 노드

650 : 센서 네트워크 660 : 센서 노드

Claims (15)

1. BS(Base Station) 노드와 다수의 센서 노드가 설치될 전체 영역을 기 설정된 개수의 그리드 영역으로 분할한 후 상기 그리드 영역에 대해 그리드 아이디를 설정하는 단계와,

   상기 BS 노드를 시작으로 해서 마지막 상기 센서 노드까지 순차적으로 레벨 정보, 자식 및 후보 부모 노드를 설정하여 상기 BS 노드 및 상기 센서 노드에 저장하는 단계와,

   상기 센서 노드가 위치한 상기 그리드 아이디를 상기 센서 노드에 저장하는 단계와,

   상기 센서 노드에 저장된 상기 그리드 아이디, 상기 레벨 정보 및 상기 후보 부모 노드의 집합을 토대로 상기 센서 노드의 실제 부모 노드를 각각 선택하는 단계와,

   상기 BS 노드 및 상기 센서 노드의 자식 노드와 상기 자식 노드를 실제 부모 노드로 선택한 노드들로 구성된 MBR(Minimum Bounding Rectangle)을 각각 계산하여 상기 BS 노드 및 상기 센서 노드에 저장하는 단계와,

   상기 BS 노드 및 상기 센서 노드의 자식 노드와 상기 실제 부모 노드를 이용하여 그리드 기반의 트리를 형성하는 단계

   를 포함하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 그리드 영역의 크기는, 상기 센서 노드의 개수, 검색 영역 크기 및 상기 센서 노드의 최대 통신 거리 중 적어도 하나 이상을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 후보 부모 노드를 설정하여 상기 BS 노드 및 상기 센서 노드에 저장하는 단계는,

   임의의 노드에서 무선 통신 메시지를 송출하여 연결 가능한 적어도 하나 이상의 센서 노드를 검색하는 단계와,

   검색된 상기 센서 노드(들)를 상기 임의의 노드의 자식 노드로 설정하는 단계와,

   설정된 상기 자식 노드인 센서 노드에 상기 임의의 노드를 후보 부모 노드로 설정하여 저장하는 단계를 포함하며,

   상기 BS 노드 및 상기 레벨 정보를 토대로 상위 레벨을 갖는 센서 노드를 시작으로 해서 하위 레벨의 센서 노드까지 상기 센서 노드 및 상기 BS 노드의 상기 후보 부모 및 자식 노드를 설정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 그리드 아이디를 상기 센서 노드에 저장하는 단계는, 상기 센서 노드의 위치 정보를 토대로 상기 센서 노드가 위치한 그리드 아이디를 계산한 후 이를 저장하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 실제 부모 노드를 각각 선택하는 단계는,

   상기 센서 노드에 설정된 후보 부모 노드들 중 자신의 그리드 아이디와 동일한 아이디를 갖는 후보 부모 노드가 존재하는지를 판단하는 단계와,

   상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 동일한 그리드 아이디를 갖는 후보 부모 노드가 존재할 경우 상기 동일한 그리드 아이디를 갖는 후보 부모 노드 중 어느 하나를 상기 실제 부모 노드로 선택하는 단계

   를 포함하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 동일한 그리드 아이디를 갖는 후보 부모 노드가 적어도 두 개 이상인 경우에는 상기 후보 부모 노드들의 레벨 정보를 토대로 가장 낮은 레벨 정보를 갖는 후보 부모 노드를 상기 실제 부모 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 가장 낮은 레벨 정보를 갖는 후보 부모 노드가 적어도 둘 이상인 경우에는, 상기 가장 낮은 레벨 정보를 갖는 각 후보 부모 노드와 상기 BS 노드간의 거리값을 토대로 상기 실제 부모 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 가장 낮은 레벨 정보를 갖는 후보 부모 노드가 적어도 둘 이상인 경우에는, 상기 실제 부모 노드를 선택하는 센서 노드 및 상기 센서 노드의 자식 노드 및 상기 가장 낮은 레벨 정보를 갖는 후보 부모 노드를 둘러싸는 MBR를 각각 계산하고, 계산된 각 MBR을 토대로 상기 실제 부모 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 동일한 그리드 아이디를 갖는 후보 부모 노드가 존재하지 않을 경우에는, 인접 그리드 영역에서 후보 부모 노드를 검색하여 상기 실제 부모 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 인접 그리드 영역에서 후보 부모 노드를 검색할 때 기 설정된 우선 순위에 의거하여 상기 인접 그리드 내 후보 부모 노드를 검색하거나, 상기 인접 그리드에 있는 전체 후보 부모 노드에서 상기 실제 부모 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 공간 검색을 위한 그리드 기반의 트리 구성 방법.
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