KR100970238B1 - 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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구범모
원정희
박성범
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Abstract

사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황을 인식하고, 상기 인식한 상황에 가장 유사한 센서를 대표센서(representative sensor)로 선정하여 데이터를 수집/보고하도록 함으로써, 전반적인 네트워크의 수명(lifetime)을 연장할 수 있도록 한 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
개시된 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템은, 주변 환경의 정보를 수집하고, 대표센서로 선정된 무선 센서만 수집한 환경 정보를 액추에이터에 전송하는 다수의 무선 센서와; 제어 대상 기기를 사용하는 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황 인식을 하고, 상기 다수의 무선 센서로 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지를 전송하며, 무선 센서들로부터 송신된 후보 메시지를 분석하여 상기 상황 인식과 근접한 환경 정보를 제공하는 무선 센서를 대표센서로 선정하고, 상기 선정한 대표센서가 제공해주는 환경 정보에 근거하여 상기 제어 대상 기기를 제어하는 액추에이터를 구비한다.
무선센서 네트워크, 대표센서, 스코어 계산, 상황 인식

Description

무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법{Automatic control system based on context-aware in a wireless sensor actuator networks}
본 발명은 무선센서 액추에이터 네트워크(wireless sensor actuator networks)에서 상황 인식(context-awareness)에 기반한 자동 제어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황을 인식하고, 상기 인식한 상황에 가장 유사한 센서를 대표센서(representative sensor)로 선정하여 데이터를 수집/보고하도록 함으로써, 전반적인 네트워크의 수명(lifetime)을 연장할 수 있도록 한 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 무선통신과 전자공학 기술의 발달로 인하여 저가격, 극소형 센서 간의 네트워크가 가능하게 되었으며, 이러한 센서들로 구성된 네트워크를 무선 센서 네트워크 또는 무선 센서 액추에이터 네트워크라고 한다.
무선 센서 액추에이터 네트워크는 생태환경 감시, 지능형 환경 감시, 위치인식 서비스, 지능형 의료시스템, 지능형 로봇 시스템 등에 활용되고 있으며, 유비쿼 터스 컴퓨팅 환경의 중심기술로서 발전하고 있다.
무선 센서 액추에이터 네트워크는 물리공간의 상태인 빛, 소리, 온도, 움직임과 같은 물리적 데이터를 감지, 측정, 플러딩(flooding)하는 센서 노드와 센서 노드로부터 플러딩되는 데이터를 수신하고 분석하는 중앙의 기본 노드(싱크 노드)로 구성되는 네트워크이다.
통상적으로 센서 노드들은 하나 이상의 센서, 액추에이터(actuator), 마이크로 컨트롤러, 수십Kb크기의 이이피롬(EEPROM), 수Kb의 에스램(SRAM), 수백Kb 크기의 플래시 메모리, 아날로그-디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter), 근거리 무선 통신 모듈 및 이러한 구성 요소들에 전원을 공급해주기 위한 전원부(에너지원)로 구성되기 때문에 센서 노드의 제한적인 자원으로 인해 무선 센서 액추에이터 네트워크의 수명은 전적으로 센서 노드의 수명에 의존한다.
이와 같이 무선 센서 액추에이터 네트워크에서 센서 노드들은 제한된 에너지를 가지고 있으며, 대개는 배터리 교체나 관리가 불가능한 지역에 배치되기 때문에 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해서는 센서 노드의 에너지 소비를 줄이기 위한 방법이 요구된다.
최근에 무선 센서 네트워크에서 소모되는 에너지를 극소화하는 방안으로 등장한 것이 클러스터링이다. 클러스터링이란, 무선 센서 네트워크를 다수의 클러스터로 분할하고, 분할된 클러스터 내에 존재하는 노드들의 역할을 분담하여 운영되는 것이다.
무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 에너지 소비를 줄이기 위한 기존의 방 법으로써, 클러스터는 하나의 헤드 노드(HN: Head Node)와 다수의 멤버 노드(MN; Member Node)들로 구성되고, 헤드 노드는 멤버 노드들로부터 수집한 데이터를 싱크 노드(SN; Sink Node)로 전송하는 역할을 복수 회 반복함으로써 많은 에너지를 소비한다.
예를 들어, 기존에 이미 제안된 클러스터링 방법의 대표적인 예로서, Least ID 클러스터링 방법, Linked 클러스터링 방법을 들 수 있다. Least ID 클러스터링 방법은 노드들의 ID를 기반으로 클러스터링을 수행하는 방법이고, Linked 클러스터링 방법은 ID가 높은 순서대로 노드들에 고유한 슬롯이 할당되는 방법이다. 이와 같은 Least ID 클러스터링 방법 및 Linked 클러스터링 방법은 비교적 단순하다는 장점이 있으나, 에너지 소모가 많은 노드인 HN이 많이 생성되기 때문에 무선 센서 네트워크에서 소모되는 에너지가 증대된다는 단점을 드러내게 된다.
그러나 상기와 같은 클러스터링 방법을 적용한 기존의 무선 센서 액추에이터 네트워크는, 사용자의 기기 사용 패턴을 반영한 상황 인식 서비스는 불가능한 단점이 있다.
또한, 상기와 같은 기존의 무선 센서 액추에이터 네트워크는, 배치(Deploy)된 모든 센서들이 데이터를 수집하고, 보고하는 비효율적인 알고리즘의 사용으로 전체 네트워크의 수명이 길지 않으며, 불필요한 데이터가 보고되며 이런 패킷 포워딩은 에너지(배터리) 낭비를 발생하게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 기존의 무선 센서 액추에이터 네트워크에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황을 인식하고, 상기 인식한 상황에 가장 유사한 센서를 대표센서(representative sensor)로 선정하여 데이터를 수집/보고하도록 함으로써, 전반적인 네트워크의 수명(lifetime)을 연장할 수 있도록 한 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 특정 주기 및 사용자의 설정에 따라 대표센서를 재선정함으로써, 지속적인 한 개의 센서(대표센서) 사용으로 인한 네트워크 배터리의 불균형을 방지하도록 한 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템"은,
주변 환경의 정보를 수집하고, 대표센서로 선정된 무선 센서만 수집한 환경 정보를 액추에이터에 전송하는 다수의 무선 센서와;
제어 대상 기기를 사용하는 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황 인식을 하고, 상기 다수의 무선 센서로 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지를 전송하며, 무선 센서들로부터 송신된 후보 메시지를 분석하여 상기 상황 인식과 근접한 환경 정보를 제공하는 무선 센서를 대표센서로 선정하고, 상기 선정한 대표센서가 제공해주는 환경 정보에 근거하여 상기 제어 대상 기기를 제어하는 액추에이터를 포함한다.
이러한 본 발명에 따르면, 한정된 용량의 배터리를 가진 센서 네트워크의 전체 수명을 길게 하고, 사용자의 행동 패턴을 인식하여 자동적인 액추에이터 운용으로 사용자의 만족도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 사용자의 제어 패턴과 가장 유사한 대표센서를 선정하고, 상기 대표센서만 수집한 데이터를 보고토록 함으로써, 전체 네트워크의 수명 연장이 가능하다.
상기 무선 센서는,
상기 상관 요청 메시지에 자신의 배터리 정보와 라우팅 경로 정보를 삽입하여 주변으로 방송하되,
처음 받은 상관 요청 메시지에 대해서만 자신의 정보를 삽입하여 주변에 방송하고, 주변으로부터 받은 메시지들 중 라우팅 경로 내에 자신의 ID가 존재하는 은 메시지는 폐기하고 나머지 수신 메시지들을 전부 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 센서는,
부모로부터 받은 메시지를 재방송할 때, 저장되어 있는 센서들 중 가장 효율적인 라우팅 경로를 선택하되, 상기 부모의 배터리 잔존량에 따라 메시지별 지연을 적용하여 메시지를 재방송하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 센서는,
부모로부터 받은 메시지를 재방송할 때, 일정 시간을 두어 그 사이에 도착한 메시지 중 배터리 잔존량이 가장 많은 값을 나타내는 메시지만을 재방송하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 센서는,
상기 액추에이터가 보내온 상관 요청 메시지 수신 후, 상기 액추에이터가 보내온 정보와 자신이 수집한 정보의 상관을 계산하여, 임계치를 초과한 경우에 한하여 일정 시간 후에 후보 메시지를 생성하여 상기 액추에이터에 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는,
다수의 무선 센서가 송신한 후보 메시지를 수신하여, 상관성과 라우팅 경로와 센서들의 배터리 량 및 라우팅 깊이(Routing Depth)를 기반으로 스코어를 계산하고, 상기 계산한 스코어를 기준으로 대표센서를 선정하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는,
상기 선택한 대표센서에게 대표센서로서의 역할을 위한 활성화 메시지를 전송하되, 상기 활성화 메시지는 상기 선정한 대표센서로부터 받은 라우팅 경로를 이용하고, 상기 활성화 메시지에는 대표센서의 기간, 메시지 전송 회수 및 보고 임계치에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는,
상기 선정한 대표센서의 기간이 도래하거나 대표센서로서 역할을 수행하지 못할 경우에는, 대표센서를 새로 선정하는 과정을 수행하여 다시 대표센서를 선정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배치된 무선 센서 중 사용자의 패턴 및 습관과 가장 유사한 센서를 대표센서로 선택하여, 그 선택된 대표센서만 수집 데이터를 보고하도록 함으로써, 전반적인 네트워크의 수명을 대폭 연장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 특정 주기 및 사용자의 설정에 따라 또 다른 센서가 다시 대표센서를 할 수 있도록 함으로써, 지속적인 한 개의 센서 사용으로 인한 네트워크 배터리의 불균형을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 "무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템"의 구성도로서, 다수의 무선 센서들(11 ~ 10+N), 무선 네트워크(20) 및 액추에이터(31)를 포함하는 제어 대상 기기(30)로 구성된다.
무선 센서들(11 ~ 10+N)은 주변 환경의 정보를 수집하고, 대표센서로 선정된 무선 센서만 수집한 환경 정보를 무선 네트워크(20)를 통해 액추에이터(31)에 전송한다.
액추에이터(31)는 제어 대상 기기(30)를 사용하는 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황 인식을 하고, 상기 다수의 무선 센서(11 ~ 10+N)로 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지(CTM: Correlation Request Message)를 전송하며, 무선 센서들로부터 송신된 후보 메시지(Candidate Message)를 분석하여 상기 상황 인식과 근접한 환경 정보를 제공하는 무선 센서를 대표센서로 선정하고, 상기 선정한 대표센서가 제공해주는 환경 정보에 근거하여 상기 제어 대상 기기(30)를 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 액추에이터는 마이크로 중앙처리장치와 메모리 등이 탑재되어 있다.
제어 대상 기기(30)는 사용자가 자동으로 제어하고자 하는 대상 기기로서, 예를 들어 히터, 에어컨, 제습기와 같은 기기가 될 수 있다. 제어 대상 기기(30)는 통상 유선 전원에 의해 기동하여 동작하며, 내부에 주지한 바와 같이 액추에이터(31)가 내장된다.
무선 네트워크(20)는 액추에이터(31)를 루트 노드로 하여 다수의 무선 센서들(11 ~ 10+N)과 무선 전송로를 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 "무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법"을 보인 흐름도로서, 액추에이터(31)는 사용자 제어 패턴을 판단하는 단계(S101), 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지(CRM)를 생성하는 단계(S103), 상기 생성한 상관 요청 메시지를 방송하는 단계(S105), 다수의 무선 센서로부터 후보 메시지가 수신되면 이를 기반으로 대표센서를 선정하는 단계(S115), 대표센서 선정에 따른 활성화 메시지(응답 메시지)를 후보 메시지를 전송한 무선 센서에 전송하는 단계(S117), 무선 센서로부터 수집한 정보에 기초하여 제어 대상 기기를 제어하는 단계(S123), 대표센서를 교체해야하는지를 검색하는 단계(S125)를 포함한다.
무선센서는, 환경으로부터 주기적으로 데이터를 수집하는 단계(S107), 상관 요청 메시지를 수신한 후 상기 상관 요청 메시지에 자신의 배터리 정보 및 라우팅 경로 정보를 넣어 주변센서에 방송하는 단계(S109), 상관성을 계산하는 단계(S111), 선정된 대표센서만 주기적으로 데이터를 수집하는 단계(S119), 수집 데이터를 주기에 따라 액추에이터에 전송하는 단계(S121)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 "무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법"에 대한 구체적인 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 특징은, (1) 상관성을 고려한 대표센서의 선택을 통해 사용자의 만족도는 유지하면서 메시지 수 감소, (2) 대표센서의 재선택으로 편중된 배터리 사용 방지, (3) 대표센서 재선택시, 현재 남아있는 배터리 량을 고려한 동적인 라우팅 경로(Routing Path) 재구성, (4) 비동기(asynchronous)에 대응 가능한 재전송이다.
이러한 본 발명의 특징을 달성하기 위해서, 사용자가 제어 대상 기기(30)를 수동으로 온/오프 제어하게 되면, 액추에이터(31)는 상기 제어한 순간의 온도 및 시간을 메모리에 저장한다. 그리고 상기와 같은 제어 대상 기기(30)의 온/오프 제어가 소정회수 이상 반복되면, 즉, 사용자의 패턴(pattern)을 충분히 인식할 수 있는 기간(하루일 수도 있고, 그 이하 또는 그 이상일 수 있음)이 지나면, 액추에이터(31)는 이를 사용자의 기기 사용 패턴으로 인식을 하게 된다(S101).
사용자의 기기 패턴에 대한 인식 즉, 상황 인식이 이루어지면 상기 사용자의 패턴과 상관성이 높은 온도를 수집하는 대표센서를 선정하기 위해, 상관 요청 메시지(CRM: Correlation request message)를 생성하고, 이를 주변에 방송(broadcast)한다(S103 ~ S105).
환경으로부터 주기적으로 데이터를 수집하는 무선센서들(11 ~ 10+N)은 상관 요청 메시지를 받게 되면, 상기 수신한 상관 요청 메시지에 자신의 배터리 정보와 라우팅 경로(routing path) 정보를 삽입하여 주변에 다시 방송한다(S107 ~ S109).
이때 무선센서들은 다음과 같은 규칙에 따라 동작을 한다.
송신 규칙으로서, 처음 받은 메시지에 대해서만 자신의 정보(배터리, 라우팅 경로)를 삽입한 메시지를 방송한다. 이후에 받은 메시지에 대해서는 보내지 않는다.
수신 규칙으로서, 주변으로부터 받은 메시지들은 모두 저장한다. 단, 받은 메시지의 라우팅 경로 내에 자신의 ID가 있다면(자신이 보낸 메시지) 의미 없는 것으로 간주하고 버린다.
이러한 규칙에 의해 무선센서는 액추에이터로 향하는 가장 효율적인 부모를 선택할 수 있다.
여기서 무선센서들은 라우팅 경로 결정시, 자신이 보내야 할 메시지가 있을 때, 저장되어 있는 센서들 중 가장 효율적인 것을 고른다. 스코어(Score) 계산(Depth(hop count), 배터리 용량)을 통해 결정되면, 이후에 받은 메시지에 대해서는 해당 부모 경로로 보낸다.
도 3a 및 도 3b에 무선 센서들의 라우팅 경로의 결정에 대한 예시가 개시된 다. 도 3a와 같은 흐름일 경우 무선센서들은 액추에이터로 가는 가장 효율적인 경로를 찾아갈 수 있지만 가장 먼저 받은 경로를 전달하다 보면 하위 센서의 입장에서는 나중에 도착한 더 좋은 경로에 대한 정보를 알 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 경우처럼 배터리 잔량이 30% 남은 무선센서의 메시지가 먼저 도착했다고 가정하면, 해당 정보만 방송되고 다른 경로에 대한 정보(90%)는 하위 센서가 알지 못한다.
따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 무선센서들은 부모로부터 받은 메시지를 재방송할 때, 해당 메시지를 보낸 부모의 배터리 잔존 량(보낼 때 자신의 배터리 잔량 표시)을 확인하고, 메시지별 지연(delay)을 적용한다. 이를 통해, 하위 센서가 더 좋은 경로의 정보를 얻을 수 있는 확률을 높여준다. 예를 들면 도 3b의 경우처럼 비록 배터리 잔량이 30%인 센서의 메시지가 먼저 도착하였더라도 70ms의 시간을 대기하도록 한다. 그 사이 배터리 잔량 90%인 메시지가 도착하면 10ms의 시간만을 대기하기에 먼저 전달되도록 한다.
또 다른 방법으로는, 일정 시간을 두어 그 사이에 도착한 정보 중 가장 배터리 량이 많은 정보만을 보낸다(도 4 참조).
이러한 규칙에 의해 무선센서들은 메시지를 재방송하게 되며, 상기 메시지를 재방송한 후, 각각의 무선센서들은 액추에이터가 보내온 정보와 자신이 수집한 정보(예를 들어, 온도 값)의 상관을 계산한다(S111). 여기서 상관이란 두 변수 집단 간의 상관도를 의미한다. 상관도가 1에 가까울 경우 그 무선센서는 사용자의 히터 온/오프 패턴과 높은 상관이 있음을 의미한다. 만약, 계산 결과가 특정 임계 치(Threshold: 액추에이터가 상관 요청 메시지에 정의) 이하일 경우, 이값을 굳이 배터리를 소모해가며 액추에이터에 보고할 필요가 없으므로, 해당 무선센서는 아무 일도 수행하지 않는다. 이와는 달리 상관성 계산 결과가 상기 임계치를 넘는다면, 일정시간(전체 센서들의 라우팅 정보를 교환하기 위한 지연)후에 후보(Candidate) 메시지를 보낸다(S113). 메시지 내에는 자신의 센서ID, 계산된 상관 값, 전체 네트워크상에서의 깊이 정보인 트리-깊이(tree_depth), 배터리 량이 저장된다. 후보 메시지 전달 과정에서는 도 3a 및 도 3b에 언급되었듯이 액추에이터로 가는 가장 효율적인 부모 센서를 누적된 정보에서 선택하여 전달되도록 한다. 한번 결정한 경로는 이후에 오는 메시지에 대해서 동일하게 적용된다. 자신이 아닌 다른 무선센서가 보낸 메시지에 대해서는 해당 메시지의 상관 값을 자신의 값과 비교해보고, 자신의 값이 다른 무선센서가 보낸 값보다 높으면 보내고 그렇지 않으면 보내지 않고 드롭해버린다.
다음으로, 액추에이터는 받은 후보 메시지들로부터 연관성이 높고 라우팅 경로가 짧으며, 배터리의 효율이 좋은 센서를 대표(Representative) 센서로 선택하게 된다(S115). 이때 센서들로부터 온 후보 메시지의 정보를 통해 스코어를 계산하게 되는 데, 상기 스코어 계산식은 아래의 <수식 1>과 같다.
Figure 112009072472623-pat00001
Figure 112009072472623-pat00002
여기서 각 요소와 곱해지는 파라미터 α, β, γ는 시스템 설정에 의해 정의되며, 각 요소의 중요도를 나타낸다. 또한, correlation_i는 i번째 센서가 계산한 연관성 값, depth_i는 라우팅 경로 상에서 i번째 센서의 깊이 정보, battery_i는 i번째 센서의 현재 배터리 잔량을 나타낸다.
여기서 스코어 계산시 상관 값, 깊이 값 및 배터리 값은 모두 0 ~ 1 사이의 값을 가지게 통일하여 사용한다.
이와 같이 스코어 계산시에는 상관 값, 라우팅 경로 내 센서들의 누적 배터리 량, 라우팅 깊이(Routing Depth)를 사용하며, 이때 후보 메시지를 보낸 센서의 라우팅 경로 내에 배터리가 30%(대표센서 역할 수행에 필요한 최소한의 소요 배터리 량) 이하일 때에는 해당 라우팅 경로는 스코어 계산에서 뺀다. 이렇게 선정한 대표센서는 사용자의 패턴과 가장 유사한 연관성을 갖는 센서이므로, 상황 인식에 따른 제어가 가능해지게 되는 것이다.
액추에이터는 선택한 센서가 대표센서의 역할을 수행하도록 활성화 메시지(응답 메시지)를 상기 선택한 센서로 전달한다(S117). 여기서 활성화 메시지의 전달은 해당 센서로부터 받은 라우팅 경로를 이용한다. 활성화 메시지 내에는 해당 센서가 대표센서로 수행할 기간, 메시지 전송 회수 및 보고 임계치에 대한 정보가 정의되어 있다.
대표센서로 선정된 무선센서는 주기적으로 수집한 데이터를 메시지로 액추에이터에 전송하게 된다(S121). 액추에이터는 상기 대표센서가 보내온 메시지를 받고, 이를 분석하여 제어 대상 기기의 작동(on, off) 여부를 판단하고, 자동 제어를 수행한다(S123).
대표센서가 보낸 메시지는 중간 중계 센서의 배터리가 수명을 다하여 전달이 되지않는 상황은 발생하지 않는다. 이유는 초기에 스코어 계산에서 수행시간에 필요한 중간 센서의 배터리까지 고려하였기 때문이다. 하지만, 무선의 특성상 연결(connection)이 일시적으로 간헐적 연결(intermittently connected)이 될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 동기적으로 동작하나, 동기상황이 어려운 경우에는 비동기적으로 동작한다.
따라서 본 발명은 대표센서가 보고 패킷을 액추에이터에 전달하기 위한 알고리즘을 제안한다.
첫 번째 방법으로는, 제어 대상 기기의 구동을 온시키거나 오프시키고 싶을 때만 대표센서가 보고 패킷을 액추에이터에 전송한다. 이 경우 배터리 소비는 매우 적으나, 신뢰도가 낮을 수 있다.
두 번째 방법으로는, 검출한 온도가 특정 임계치 이상일 때만 보고 패킷을 액추에이터에 전송한다. 이 경우 배터리 소비는 보통이나 신뢰도가 낮게 되며, 대표센서가 정상적으로 동작하는지의 여부를 액추에이터가 알 수 없는 단점이 있다.
세 번째 방법으로는, 주기적으로 계속 보고 패킷을 액추에이터에 전송한다. 이 경우 배터리 소비는 최대가 되며, 신뢰도가 높다. 액추에이터는 보고 패킷이 주기적으로 오지 않을 경우 새로운 대표센서를 결정한다.
네 번째 방법으로는, 액추에이터가 대표센서가 전송한 보고 패킷을 수신할 때마다 응답을 대표센서로 전송한다. 또는, 주기적으로 대표센서가 얼라이브 상태인지를 확인한다.
이러한 복수의 방법을 선택적으로 적용하여, 대표센서가 보고 패킷을 액추에이터에 전송하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 상기 첫 번째 방법과 네 번째 방법을 조합한 방법을 바람직한 실시 예로 설정하였다.
한편, 액추에이터가 정한 기간 동안 메시지를 받은 후, 액추에이터는 새로운 센서를 대표센서로 뽑도록 한다. 새로운 대표센서를 뽑기 위해 상기 대표센서의 선정 과정을 반복 수행한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템의 전체 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법을 보인 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에서 경로 설정 과정을 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명에서 라우팅 경로의 설명도.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템에 있어서,
    주변 환경의 정보를 수집하고, 대표센서로 선정된 무선 센서만 수집한 환경 정보를 액추에이터에 전송하는 다수의 무선 센서와;
    제어 대상 기기를 사용하는 사용자의 습관 및 행동 패턴을 분석하여 상황 인식을 하고, 상기 다수의 무선 센서로 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지를 전송하며, 무선 센서들로부터 송신된 후보 메시지를 분석하여 상기 상황 인식과 근접한 환경 정보를 제공하는 무선 센서를 대표센서로 선정하고, 상기 선정한 대표센서가 제공해주는 환경 정보에 근거하여 상기 제어 대상 기기를 제어하는 액추에이터를 포함하되,
    상기 무선 센서는,
    상기 상관 요청 메시지에 자신의 배터리 정보와 라우팅 경로 정보를 삽입하여 주변으로 방송하되,
    처음 받은 상관 요청 메시지에 대해서만 자신의 정보를 삽입하여 주변에 방송하고, 주변으로부터 받은 메시지들 중 라우팅 경로 내에 자신의 ID가 존재하는 메시지는 폐기하고 나머지 수신 메시지들을 전부 저장하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 센서는,
    부모 센서로부터 받은 메시지를 재방송할 때, 저장되어 있는 센서들 중 가장 효율적인 라우팅 경로를 선택하되, 상기 부모 센서의 배터리 잔존량에 따라 메시지별 지연을 적용하여 메시지를 재방송하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 무선 센서는,
    부모 센서로부터 받은 메시지를 재방송할 때, 일정 시간을 두어 그 사이에 도착한 메시지 중 배터리 잔존량이 가장 많은 값을 나타내는 메시지만을 재방송하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 무선 센서는,
    상기 액추에이터가 보내온 상관 요청 메시지 수신 후, 상기 액추에이터가 보내온 정보와 자신이 수집한 정보의 상관을 계산하여, 임계치를 초과한 경우에 한하여 일정 시간 후에 후보 메시지를 생성하여 상기 액추에이터에 전송하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    다수의 무선 센서가 송신한 후보 메시지를 수신하여, 상관성과 센서들의 배터리 량 및 라우팅 깊이(Routing Depth)를 기반으로 스코어를 계산하고, 상기 계산한 스코어를 기준으로 대표센서를 선정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    상기 선정한 무선센서가 대표센서로서의 역할을 수행하도록 활성화 메시지를 전송하되, 상기 활성화 메시지는 상기 선정한 대표센서로부터 받은 라우팅 경로를 이용하고, 상기 활성화 메시지에는 대표센서의 기간, 메시지 전송 회수 및 보고 임계치에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    상기 선정한 대표센서의 기간이 도래하거나 대표센서로서 역할을 수행하지 못할 경우에는, 대표센서를 새로 선정하는 과정을 수행하여 다시 대표센서를 선정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템.
  9. 다수의 무선센서들과 제어 대상 기기를 제어하는 액추에이터가 무선 통신을 통해 제어를 수행하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    사용자 제어 패턴을 판단하고, 대표센서 선정을 위한 상관 요청 메시지(CRM)를 생성하여 상기 다수의 무선센서들에게 전송하는 단계와;
    상기 다수의 무선 센서들로부터 후보 메시지가 수신되면 이를 기반으로 대표센서를 선정하고, 대표센서 선정에 따른 활성화 메시지를 후보 메시지를 전송한 무선 센서에 전송하는 단계와;
    무선 센서로부터 수집한 정보에 기초하여 제어 대상 기기를 제어하는 단계를 수행하고,
    상기 무선센서는,
    환경으로부터 주기적으로 데이터를 수집하는 도중에, 상기 액추에이터가 전송한 상관 요청 메시지를 수신하면, 상기 상관 요청 메시지에 자신의 배터리 정보 및 라우팅 경로 정보를 넣어 주변센서에 재방송하는 단계와;
    상관성을 계산하고, 그 결과에 따라 후보 메시지를 생성하여 상기 액추에이터에 전송하는 단계와;
    상기 액추에이터에 의해 선정된 대표센서만 주기적으로 데이터를 수집하여, 상기 액추에이터에 데이터 메시지를 전송하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    대표센서로서의 역할이 종료되거나 대표센서로서의 역할을 수행하지 못할 경우, 대표센서를 교체해야하는 것으로 판단을 하고, 대표센서를 선정하는 단계를 반복 수행하여 다시 대표센서를 선정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 대표센서와 액추에이터 간의 데이터 메시지 전송은,
    제어 대상 기기의 구동을 온시키거나 오프시키고 싶을 때만 대표센서가 보고 패킷을 액추에이터에 전송하는 것과, 검출한 온도가 특정 임계치 이상일 때만 보고 패킷을 액추에이터에 전송하는 것과, 주기적으로 계속 보고 패킷을 액추에이터에 전송하는 것과, 액추에이터가 대표센서가 전송한 보고 패킷을 수신할 때마다 응답을 대표센서로 전송하는 것 중에서 어느 하나를 택일하여 데이터 메시지를 전송하거나 적어도 둘 이상을 조합하여 데이터 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 방법.
KR1020090114502A 2009-11-25 2009-11-25 무선센서 액추에이터 네트워크에서 상황 인식에 기반한 자동 제어 시스템 및 그 방법 KR100970238B1 (ko)

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