KR100999903B1 - 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 시각동기화 방법에 관한 것으로서, 센서 노드 간 시간적 동기화의 정확도를 높이고, 또한 멀티 홉 환경에서 메시지 송수신 횟수를 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며, 이의 달성을 위해 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상위 센서 노드로부터 하위 센서 노드로 송신하는 단계; 하위 센서 노드에 의해 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 하위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 하위 센서 노드로부터 상위 센서 노드로 송신하는 단계; 상위 센서 노드에 의해 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상위 센서 노드로부터 하위 센서 노드로 전송하는 단계;및 하위 센서 노드에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 높은 수준의 시각 동기 정확도를 보장하고, 시각동기 수행에 따른 메시지 전송 횟수를 줄여, 네트워크 통신 오버헤드와 노드의 에너지 소모도 함께 감소시킬 수 있다.
센서 노드, 시각 동기, 시각소인 메시지

Description

무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법{Time Synchronizing Method in Wireless Sensor Networks}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 관한 것으로서, 특히, 무선 센서 네트워크 분야의 특성을 분석하고 이를 네트워크에 반영함으로써 시각 동기화의 정확도를 높이고, 메시지 송수신 횟수를 줄여 전체 에너지 소모 측면에서 향상된 성능을 보여줄 수 있는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크에서 타이머(시간 정보)를 보유하고 있는 각 노드들은 MAC 계층, 네트워크 계층, 어플리케이션 계층에서 정확한 시간 정보를 근거로 노드 시스템 모듈 간의 또는 노드 간의 서비스를 제공한다. 각 노드가 이러한 서비스를 실현하기 위해서는 네트워크에 연결된 일부 또는 전체 노드의 시간(타이머)을 정밀하게 동기화시켜 각 노드가 정확한 시간정보를 보유해야 한다.
즉, 일반적으로 센서 네트워크에서 노드들은 타이머(시간 정보)를 보유하고 있으며 MAC 계층, 네트워크 계층, 어플리케이션 계층에서의 요구로 인해 일부 또는 전체 노드의 타이머의 동기화를 필요로 한다. 예를 들어, TDMA를 사용하는 MAC 알 고리즘에서는 슬롯(slot)을 나누고 할당하는 데에 정확한 시각 동기가 필수적이며, 시각 동기화가 되어 있다면 네트워크 계층에서 더 빠르고 효율적인 라우팅 알고리즘 실행이 가능하다. 그 외에도 센서 노드들에 의해 감지된 이벤트가 싱크노드(Sink Node)로 보고될 때, 이 이벤트를 감지한 시각 정보가 같이 포함되어 전달된다면 싱크노드의 어플리케이션에서는 고신뢰성 서비스 지원이 가능하다. 다수의 센서가 동시에 이벤트를 감지하였다면, 시각정보를 통해 동일 이벤트인지 또는 다른 시점에 발생한 이벤트인지를 판단할 수 있으며, 또한 침입 감지 이벤트가 발생하였다면, 시각 정보들을 바탕으로 침입한 물체의 속도를 계산하여 추적(Tracking) 및 예측이 가능하다.
무선 이동 통신 시스템에서는 시각 동기화를 위해 시스템에 GPS(Global Positioning System)를 장착한다. 그러나 센서 네트워크는 다수의 센서 노드들로 구성되고 각각의 노드가 한정된 자원을 가지므로 저 비용화 및 저전력화를 추구하며, 이에 따라 GPS와 같이 고 비용의 많은 전력이 소비되는 장비를 활용하는 방식은 많은 제약이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 센서 네트워크의 특성을 고려한 시각 동기기술에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있으며, 그 중 대표적인 것으로는 TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Networks)이 있다. TPSN은 송수신기(Sender-Receiver)의 구조를 가지며, 2단계(Two-way)의 메시지 교환을 통하여 타이머 오프셋(off-set)만을 보정하여 두 노드 간 시각 동기화를 유지한다. 따라서, 오실레이터 간 주파수 차이가 있게 되면(즉, 오실레이터 간 표류 현상이 발생하게 되면) 동기의 정확도가 떨어지게 되고 동기화 수행을 빈번하게 해주어야 한다.
도 1은 종래 TPSN에서의 2단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면으로, 센서 노드 B가 센서 노드 A의 타이머에 동기를 맞추는 과정을 나타낸다. 여기에서 T1은 센서 노드 B의 메시지 송신 시각, T2는 이 메시지를 센서 노드 A가 수신한 시각, T3는 센서 노드 A가 Ack 메시지를 송신하는 시각, T4는 Ack 메시지를 센서 노드 B가 수신한 시각 정보를 나타낸다. 2단계의 메시지 교환이 끝나게 되면, 센서 노드 B는 수식 (1)에 의해 타이머 오프셋(Δ)과 전파지연 시간(d)을 구할 수 있으며, 자신의 타이머 값에서 Δ만큼 더하여 보정을 하게 되면 센서 노드 A의 타이머와 동기를 유지할 수 있게 된다.
Figure 112008080427216-pat00001
(1)
그러나 TPSN은 센서 노드 간의 메시지 전송이 유니캐스트(unicast) 방식으로 노드간 1:1 동기화를 기본으로 실행하기 때문에 다수의 센서 노드로 구성된 멀티홉(multi-hop) 센서 네트워크 환경에서는 메시지 교환 횟수가 증가하는 문제점이 있다. 센서 네트워크의 특성상, 각 센서 노드는 한정된 자원으로 동작하므로 잦은 동기화 수행과 잦은 메시지 송수신은 센서 네트워크의 수명을 짧아지게 한다.
도 2는 무선 센서 네트워크에서의 메시지 교환 횟수를 설명하기 위해 구성된 3레벨 센서 네트워크 토폴로지를 보여주는 도면인데, 도 2에서 3개의 레벨로 구성 된 센서 노드 사이에서 메시지 교환 횟수를 살펴보면 레벨 0과 1 사이에서 6번, 레벨 1과 2 사이에서 18번, 총 24번의 메시지 교환이 발생한다. 이와 같이 TPSN은 하위 레벨과 상위 레벨 간에 시각 동기화과정에서, 자식 노드 수에 비례하여 통신 횟수가 증가하며 이에 따라 각 센서 노드에서의 전력 소비가 증가하기 때문에 전체 네트워크의 수명이 줄어드는 문제점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 센서 노드 간 시간적 동기화의 정확도를 높이고, 또한 멀티 홉 환경에서 메시지 송수신 횟수를 줄일 수 있는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법은,
a)상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 하위 센서 노드로 송신하는 단계;
b)상기 하위 센서 노드에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 하위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 하위 센서 노드로부 터 상기 상위 센서 노드로 송신하는 단계;
c)상기 상위 센서 노드에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 하위 센서 노드로 전송하는 단계;및
d)상기 하위 센서 노드에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기 단계 d)의 타이머 값을 보정하는 단계 후에 상기 상위 센서 노드의 타이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법은,
한 개의 상위 센서 노드와 복수의 하위 센서 노드로 구성된 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법으로서,
a)상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)와 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 복수의 하위 센서 노드로 브로드캐스트(broadcast)하는 단계;
b)상기 복수의 하위 센서 노드에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 초기동기화(InitSync) 메시지에 포함된 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서에 따라, 상기 복수의 하위 센서 노드가 송신하는 시점의 각각의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 복수의 하위 센서 노드로부터 상기 상위 센서 노드로 송신하는 단계;
c)상기 상위 센서 노드에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 복수의 하위 센서 노드로 브로드캐스트(broadcast)하는 단계;및
d)상기 복수의 하위 센서 노드에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기 단계 d)의 타이머 값을 보정하는 단계 후에 상기 상위 센서 노드의 타이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 표류값(drift)은 b/a = (T6 - T2)/(T5 - T1)에 따라 계산하고,
상기 타이머 오프셋은 Δ = 1/2 * {T2 + T3 - b/a*(T1 + T4)}에 따라 계산할 수 있다(여기서, a는 상위 센서 노드의 타이머 주파수, b는 하위 센서 노드의 타이머 주파수, T1~T6은 시각소인 정보를 나타냄.).
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 상위 센서 노드와 하위 센서 노드 간에 3단계 시각소인 메시지 교환방식으로 시각 동기화하는 방법으로, 이상과 같은 본 발명에 의하면 노드 간 타이머의 오프셋 값뿐만 아니라 타이머 주파수 차이에 따른 표류값(drift)도 보정함으로써 기존의 시각동기화 방법에 비해 높은 수준의 시각 동기 정확도를 보장한다.
또한 총 6개의 시각소인 정보를 이용하여, 규모가 큰 센서 네트워크에서 기존의 기술에 비해 시각동기 수행에 따른 메시지 전송 횟수를 줄여, 이에 영향을 받는 네트워크 통신 오버헤드와 노드의 에너지 소모도 함께 감소시킨다.
예를 들어, 가장 대표적인 시각 동기화 기술중의 하나인 TPSN은 일대일 간 동기화를 바탕으로 2단계 시각소인 메시지 교환을 수행하는 기술로, 1:N 상황에서의 시각소인 정보 메시지 교환 횟수는 2N회가 된다. 그러나 본 발명의 경우, 상위 센서 노드에서 데이터를 수집하여 1:N 상황에서 총 (N+2)회의 시각소인 메시지 교환을 통해 시각 동기화 수행을 완료할 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해질 것이다.
본 발명은 3단계(Three-way)의 시각소인 메시지 교환 작업을 통해 하위 센서 노드가 상위 센서 노드와 시각 동기화를 유지할 수 있도록 하는 방법을 제공한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예(상위 센서 노드와 하위 센서 노드의 1:1 상황)에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 의한 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각동기화 방법에 따라, 상위 센서 노드(A)가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드(A)로부터 하위 센서 노드(B)로 송신한다.
다음에, 상기 하위 센서 노드(B)에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 하위 센서 노드(B)가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 하위 센서 노드(B)로부터 상기 상위 센서 노드(A)로 송신한다.
그런 후, 상기 상위 센서 노드(A)에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드(A)가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드(A)로부터 상기 하위 센서 노드(B)로 전송한다.
그리고, 최종적으로 상기 하위 센서 노드(B)에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정 보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정한다.
여기서, 타이머 값을 보정한 후에 상기 상위 센서 노드(A)의 타이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정할 수 있다.
도 4는 도 3의 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 시간 추이에 따라 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 1:1 상황에서 센서 노드 B가 센서 노드 A의 타이머에 동기를 맞추기 위해 시각소인 메시지를 교환하는 과정을 보여주는데, 도 4에서, A와 B의 타이머 주파수(그래프의 기울기로 표현)의 차이 값을 확인할 수 있다. 그리고 센서 노드 B는 로컬 클럭(Local Clock)값 T1~T6의 정보를 통해 센서 노드 A의 그래프와 일치시킴으로써 시각동기화를 이루게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 센서 노드 B가 센서 노드 A의 타이머에 동기를 맞추는 과정에 대해 좀 더 자세히 설명하면, 1:1 상황에서의 3단계 시각소인 메시지 교환을 통한 시각동기화 방법은 다음과 같다. 먼저 노드 A는 초기동기화(InitSync) 메시지를 B에게 송신한다. 이 초기동기화(InitSync) 메시지에는 A가 송신한 시점의 시각소인 정보(MAC 계층의 시각소인 정보) T1이 포함되어 있으며, B가 이 메시지를 수신하게 되면 수신한 시점의 시각소인 정보(MAC 계층의 시각소인 정보) T2를 저장한다. B는 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 A에게 송신하며, 이 메시지에는 B가 송신한 시점의 시각소인 정보 T3가 포함되어 있다. A가 이 메시지를 수신하게 되면 수신 시점의 시각소인 정보 T4를 저장하고, 동기확인(SyncAck) 메시지에 T4 정보를 포함하여 B에 다시 전송한다. 이 동기확인(SyncAck) 메시지에는 T4 정보뿐만 아니라 송신 시점의 시각소인 정보 T5가 포함되어 있다. 동기확인(SyncAck) 메시지를 받은 B는 수신한 시점의 시각소인 정보인 T6를 저장하게 되고, 이 시점에서 B는 총 6개(T1~T6)의 시각소인 정보를 보유하게 된다. 센서 노드 A와 B의 타이머가 수식 (2)와 같은 함수에 의해 동작한다고 하면 T1과 T2의 관계, T3와 T4의 관계, T5와 T6의 관계는 수식 (3)과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008080427216-pat00002
(2)
(a, b:노드 A, B의 크리스털 주파수, c:두 노드 간의 초기 타이머 오프셋 값)
Figure 112008080427216-pat00003
(3)
(d : 전파지연 시간, Δ : 타이머 오프셋 값)
Figure 112008080427216-pat00004
(4)
상기 수식 (3)에서의 변수 b/a, d, Δ는 3원 1차 연립방정식을 통해 구해질 수 있으며, 그 중 b/a, Δ에 대한 결과값은 수식 (4)와 같다. 따라서, 이 b/a, Δ를 상기 수식 (3)에 대입함으로써 d에 대해서도 구할 수 있게 된다. B는 수식 (4)의 결과값을 통해 자신의 타이머 주파수와 A의 타이머 주파수와의 비율값(b/a), 그리고 A와의 타이머 오프셋 값(Δ)을 확인한다. 그 후 B는 자신의 타이머 값에서 Δ만큼 빼주어서 보정을 취하고, 주파수 차이에 의해 발생하는 표류값을 b/a 값에 의해 주기적으로 갱신을 시켜주게 되면 A의 타이머와 동기를 맞출 수 있게 된다. 즉, 상기 각 센서 노드의 타이머는 동일한 주파수의 크리스털 오실레이터(crystal oscillator)에 의해 동작하지만, 에이징(Aging) 또는 온도 차이에 의해 같은 주파수의 오실레이터라고 할지라도 서로 간에 표류(drift)하는 현상이 발생하게 된다.(Mica Mote 센서 노드의 오실레이터 주파수는 4MHz이며, 최대 표류율은 ±20ppm이다.) 따라서, 전술한 바와 같이 표류값을 갱신시켜줌으로써 A의 타이머와 동기를 맞출 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예(상위 센서 노드와 하위 센서 노드의 1:N 상황)에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 의한 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면이다.
상기 도 3의 1:1 상황과 비교하여 살펴보면, 초기동기화(InitSync) 메시지와 동기확인(SyncAck)의 메시지 전송은 브로드캐스트(broadcast) 메시지로서 같은 방식으로 한 번씩 실행하지만, 두 번째 메시지인 동기펄스(SyncPulse) 메시지는 시각동기화를 수행하는 노드들의 수만큼 연속적으로 수행한다는 차이가 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법은, 한 개의 상위 센서 노드(A)와 복수의 하위 센서 노드(B~E)로 구성된 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법으로서, 먼저 상기 상위 센서 노드(A)가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)와 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드(A)로부터 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)로 브로드캐스트(broadcast)한다.
다음에, 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 초기동기화(InitSync) 메시지에 포함된 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서에 따라, 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)가 송신하는 시점의 각각의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)로부터 상기 상위 센서 노드(A)로 송신한다.
그런 후, 상기 상위 센서 노드(A)에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드(A)가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드(A)로부터 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)로 브로드캐스트(broadcast)한다.
그리고, 최종적으로 상기 복수의 하위 센서 노드(B~E)에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값 을 보정한다.
여기서, 타이머 값을 보정한 후에 상기 상위 센서 노드(A)의 타이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정할 수 있다.
또한, 여기서, 상기 표류값(drift)은 b/a = (T6 - T2)/(T5 - T1)에 따라 계산하고,
상기 타이머 오프셋은 Δ = 1/2 * {T2 + T3 - b/a*(T1 + T4)}에 따라 계산할 수 있다. 여기서, a는 상위 센서 노드의 타이머 주파수, b는 하위 센서 노드의 타이머 주파수, T1~T6은 시각소인 정보를 나타낸다.
도 5를 참조하여, 센서 노드 A의 전송범위 안에 있는 센서 노드 B, C, D, E가 노드 A의 타이머에 동기화를 맞추는 과정을 예로 들어 설명하면, 1:N 상황에서의 3단계 시각소인 메시지 교환을 통한 시각동기화 방법은 다음과 같다. 처음에 노드 A는 초기동기화(InitSync)를 메시지를 브로드캐스트(broadcast)하며, 이 메시지에는 송신 시각소인 정보 T1과 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서(도 5에서는 B, C, D, E 순)가 포함되어 있다. 노드 B, C, D, E가 이 메시지를 받게 되면 각 노드는 수신 시각소인 정보 T2를 저장하고 곧이어 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 전송 순서에 맞게 송신하게 된다. 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 받은 노드 A는 수신 시각소인 정보 T4B, T4C, T4D, T4E를 저장하고, 이 값들을 동기확인(SyncAck) 메시지에 포함하여 T5에 브로드캐스트한다. 노드 B, C, D, E가 동기확인(SyncAck) 메시지를 받게 되면 각 노드는 총 6개의 시각소인 정보를 보유하게 되며 상기 수식 (2), (3), (4)에 의해 노드 A의 타이머와 동기화를 이룰 수 있게 된다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 TPSN에서의 2단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면.
도 2는 무선 센서 네트워크에서의 메시지 교환 횟수를 설명하기 위해 구성된 3레벨 센서 네트워크 토폴로지를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예(상위 센서 노드와 하위 센서 노드의 1:1 상황)에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 의한 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 시간 추이에 따라 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예(상위 센서 노드와 하위 센서 노드의 1:N 상황)에 따른 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법에 의한 3단계 시각소인 메시지 교환 과정을 보여주는 도면.

Claims (5)

  1. a)상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 하위 센서 노드로 송신하는 단계;
    b)상기 하위 센서 노드에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 하위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 하위 센서 노드로부터 상기 상위 센서 노드로 송신하는 단계;
    c)상기 상위 센서 노드에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)와 상기 정보(T4)가 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 하위 센서 노드로 전송하는 단계;및
    d)상기 하위 센서 노드에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 d)의 타이머 값을 보정하는 단계 후에 상기 상위 센서 노드의 타 이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법.
  3. 한 개의 상위 센서 노드와 복수의 하위 센서 노드로 구성된 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법으로서,
    a)상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T1)와 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서가 포함된 초기동기화(InitSync) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 복수의 하위 센서 노드로 브로드캐스트(broadcast)하는 단계;
    b)상기 복수의 하위 센서 노드에 의해 상기 초기동기화(InitSync) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T2)를 저장하고, 상기 초기동기화(InitSync) 메시지에 포함된 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지의 전송 순서에 따라, 상기 복수의 하위 센서 노드가 송신하는 시점의 각각의 시각소인 정보(T3)가 포함된 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 상기 복수의 하위 센서 노드로부터 상기 상위 센서 노드로 송신하는 단계;
    c)상기 상위 센서 노드에 의해 상기 동기펄스(SyncPulse) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T4)를 저장하고, 상기 상위 센서 노드가 송신하는 시점의 시각소인 정보(T5)와 상기 정보(T4)들이 포함된 동기확인(SyncAck) 메시지를 상기 상위 센서 노드로부터 상기 복수의 하위 센서 노드로 브로드캐스트(broadcast)하는 단계;및
    d)상기 복수의 하위 센서 노드에 의해 상기 동기확인(SyncAck) 메시지를 수신한 시점의 각각의 시각소인 정보(T6)를 저장하고, 저장된 상기 시각소인 정보들(T1~T6)을 바탕으로 타이머 오프셋을 계산하여 타이머 값을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 d)의 타이머 값을 보정하는 단계 후에 상기 상위 센서 노드의 타이머와의 주파수 비율을 계산하여 주파수 차이로 인해 발생한 표류값(drift)을 주기적으로 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 표류값(drift)은 b/a = (T6 - T2)/(T5 - T1)에 따라 계산하고,
    상기 타이머 오프셋은 Δ = 1/2 * {T2 + T3 - b/a*(T1 + T4)}에 따라 계산하는(여기서, a는 상위 센서 노드의 타이머 주파수, b는 하위 센서 노드의 타이머 주파수, T1~T6은 시각소인 정보를 나타냄.) 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화 방법.
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