KR101000795B1 - Address-based Wireless Sensor Network and Synchronization Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 어드레스에 기반하여 모든 센서 노드들의 동기화를 이루어 전력소모를 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 어드레스 기반 무선 센서 네트워크는, 목적지 어드레스를 포함한 비콘 패킷을 전송하고, 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함한 데이터 패킷을 수신하는 싱크 노드; 및 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함하는 상기 비콘 패킷을 수신하여 릴레이하고, 상기 싱크 노드와 동기화하여 목적지 어드레스를 포함하는 데이터 패킷을 전송하는 다수의 싱크 노드들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Figure R1020080119889

센서노드, 어드레스, 무선센서, 네트워크, 동기화

The present invention provides a wireless sensor network and a method for synchronizing a wireless sensor network which can minimize power consumption by synchronizing all sensor nodes based on an address. The address-based wireless sensor network of the present invention includes a beacon packet including a destination address. A sink node for transmitting and receiving a data packet including a destination address which is its source address; And a plurality of sink nodes for receiving and relaying the beacon packet including a destination address which is a source address thereof, and transmitting a data packet including a destination address in synchronization with the sink node.

Figure R1020080119889

Sensor Node, Address, Wireless Sensor, Network, Synchronization

Description

어드레스 기반 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법{Address-based Wireless Sensor Network and Synchronization Method Thereof}Address-based Wireless Sensor Network and Synchronization Method Thereof}

본 발명은 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)에 관한 것으로, 특히 어드레스에 기반하여 모든 센서 노드들의 동기화를 이루어 전력소모를 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless sensor network (WSN), and more particularly, to a wireless sensor network and a synchronization method thereof capable of minimizing power consumption by synchronizing all sensor nodes based on an address.

무선 센서 네트워크의 저전력을 위해 센서 네트워크의 동기화는 시분할다중접속(Time Divison Multiple Access: TDMA) 기반의 센서 네트워크 프로토콜에서 중요한 문제(issue)로 인식되고 있다. 센서 노드의 저전력 문제는 배터리로 구동되는 노드의 특성상 반드시 고려되어야 한다.For low power of wireless sensor networks, synchronization of sensor networks has been recognized as an important issue in sensor network protocols based on time division multiple access (TDMA). The low power problem of the sensor node must be considered due to the nature of the battery powered node.

TDMA가 적용된 센서 프로토콜을 위해 제안된 동기화 방법으로 글로벌 타임(Global Time)을 이용한 동기화 방법과 로컬 타임(Local Time)을 이용한 동기화 방법이 있다. Proposed synchronization methods for TDMA sensor protocols include synchronization using global time and synchronization using local time.

먼저, 글로벌 타임을 이용한 동기화 방법을 살펴보면 다음과 같다.First, the synchronization method using the global time is as follows.

글로벌 타임을 이용한 동기화 방법은 사람이 시계를 보고 시간을 알 듯이 모든 노드들에게 적용되는 시간을 두고 정해진 시간에 노드들이 서로 통신하도록 하는 방법이다. 그러나, 글로벌 타임을 노드에 탑재하는 방법으로 GPS 시간을 이용하는 방법이 있으나 오차범위가 크고 실내에서는 사용할 수 없어 잘 사용하지 않는다.Synchronization method using global time allows nodes to communicate with each other at a fixed time with the time applied to all nodes as if humans look at the clock and know the time. However, there is a method of using GPS time as a method of mounting global time in a node, but the error range is large and cannot be used indoors.

다음은, 로컬 타임을 이용한 동기화 방법을 설명한다.Next, a synchronization method using local time will be described.

로컬 타임을 이용한 동기화 방법은 지역적으로 동기화를 맞추고 이 동기화를 전체 노드로 확장하여 동기화를 맞추는 방법으로, 지그비(ZigBee) 등의 비콘(beacon) 패킷을 이용한 방법이 사용된다. 각 노드들이 비콘을 기준으로 동기화를 맞추고, 라우터 기능을 갖는 노드는 다시 비콘을 릴레이(relay)하여 비콘을 전송한다. 이렇게 전송된 비콘을 수신하는 다른 노드들이 동기화를 맞춘다.The synchronization method using local time is a method of locally synchronizing, extending this synchronization to all nodes, and synchronizing with a beacon packet such as ZigBee. Each node synchronizes based on the beacons, and a node having a router function relays the beacons again and transmits the beacons. The other nodes receiving the transmitted beacons synchronize.

그러나, 전술한 동기화 방법들은 동기화를 맞추기 위해 많은 시간을 소요하고 커맨드(Command) 패킷의 전송을 수행한다. 또한, 지그비를 이용한 방법은 동기화를 맞추기까지 여러 비콘 주기를 거쳐야 하고, 센서 노드의 라우팅 참여 및 멀티홉의 전송으로 인한 네트워크 지연 등으로 인해 에너지 소모에 있어 비효율적이다.However, the above-described synchronization methods take a lot of time to synchronize and perform transmission of a command packet. In addition, the ZigBee method requires several beacon cycles to achieve synchronization, and is inefficient in energy consumption due to network delay caused by sensor node's participation in routing and multihop transmission.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 어드레스에 기반하여 모든 센서 노드들의 동기화를 이룸으로써, 각 센서 노드의 대기 구간과 슬립 구간에서 저전력인 대기 전력을 유지할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to achieve the synchronization of all the sensor nodes based on the address, the wireless power that can maintain the low power standby power in the standby period and sleep period of each sensor node A sensor network and its synchronization method are provided.

본 발명의 다른 목적은 각 센서 노드의 대기 구간과 슬립 구간에서 저전력인 대기 전력을 유지함으로써, 전력소모를 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a wireless sensor network and a synchronization method thereof that can minimize power consumption by maintaining low power standby power in standby and sleep periods of each sensor node.

본 발명의 또 다른 목적은 싱크 노드로부터 전송되는 비콘(beacon) 패킷에 대한 비콘 전송 주기마다 모든 센서 노드들의 동기화를 이루어 데이터 패킷을 다시 전송함으로써 오차의 누적을 방지할 수 있는 무선 센서 네트워크 및 그의 동기화 방법을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to synchronize all sensor nodes with a beacon transmission period for a beacon packet transmitted from a sink node, and to retransmit the data packet so as to prevent the accumulation of errors by the wireless sensor network and its synchronization. To provide a way.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 어드레스 기반 무선 센서 네트워크는, 목적지 어드레스를 포함한 비콘 패킷을 전송하고, 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함한 데이터 패킷을 수신하는 싱크 노드; 및 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함하는 상기 비콘 패킷을 수신하여 릴레이하고, 상기 싱크 노드와 동기화하여 목적지 어드레스를 포함하는 데이터 패킷을 전송하는 다수의 센서 노드들을 포함하는 것을 특징으로 한다.The address-based wireless sensor network of the present invention for achieving the above object comprises: a sink node for transmitting a beacon packet including a destination address, and receiving a data packet including a destination address which is its source address; And a plurality of sensor nodes that receive and relay the beacon packet including a destination address as its source address, and transmit a data packet including a destination address in synchronization with the sink node.

본 발명의 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법은, 싱크 노드가 목적지 어드레스를 포함한 비콘 패킷을 전송하는 단계; 다수의 센서 노드들이 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함한 상기 비콘 패킷을 수신하여 릴레이하는 단계; 상기 센서 노드들이 상기 싱크 노드와 동기화하여 목적지 어드레스를 포함한 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및 상기 싱크 노드가 자신의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함한 상기 데이터 패킷을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The synchronization method of the address-based wireless sensor network of the present invention includes the steps of: transmitting, by a sink node, a beacon packet including a destination address; A plurality of sensor nodes receiving and relaying the beacon packet including a destination address which is its source address; Transmitting, by the sensor nodes, a data packet including a destination address in synchronization with the sink node; And receiving, by the sink node, the data packet including a destination address which is its source address.

본 발명의 실시예들은 어드레스에 기반하여 모든 센서 노드들의 동기화를 이룸으로써, 각 센서 노드의 대기 구간과 슬립 구간에서 저전력인 대기 전력을 유지하고, 이로 인해 전력소모를 최소화할 수 있다.Embodiments of the present invention by synchronizing all the sensor nodes based on the address, it is possible to maintain the low power standby power in the standby period and the sleep period of each sensor node, thereby minimizing power consumption.

본 발명의 실시예들은 비콘 패킷의 수신시마다 모든 센서 노드들의 동기화를 이루어 데이터 패킷을 다시 전송함으로써 오차의 누적을 방지할 수 있다.Embodiments of the present invention can prevent accumulation of errors by synchronizing all sensor nodes every time a beacon packet is received and transmitting data packets again.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 모 식도이다.1 is a schematic diagram of an address-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 센서 네트워크(100)는, 자신의 주변 상황을 감지하여 감지 정보를 포함한 데이터 패킷을 전송하는 다수의 센서 노드들(110, 120, 130, 140)과, 센서 노드들(110, 120, 130, 140)로부터 전송된 데이터 패킷을 수신하는 싱크 노드(Sink Node)(150)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the wireless sensor network 100 of the present invention detects its surroundings and transmits a plurality of sensor nodes 110, 120, 130, and 140 to transmit a data packet including sensing information. A sink node 150 for receiving data packets transmitted from the nodes 110, 120, 130, and 140 is provided.

센서 노드(110)는 자신의 식별을 위한 소스 어드레스(source address)를 갖으며, 데이터 패킷을 전송할 대상 노드의 어드레스인 목적지 어드레스를 저장하는데, 예로서 도 1에 도시된 것처럼 소스 어드레스는 '4'로 설정되고 데이터 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(120)의 소스 어드레스인 '3'으로 설정될 수 있다. 이러한 센서 노드(110)는 싱크 노드(150)로부터 전송된 비콘 패킷이 이웃한 센서 노드(120)를 통해 무선으로 수신되면, 수신된 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는 지를 판단한다. 판단결과 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(110)는 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(120)에게 무선으로 전송한다. 여기서, 데이터 패킷은 센서 노드(110)의 소스 어드레스, 목적지 어드레스(예로, 목적지 어드레스는 센서 노드(120)의 소스 어드레스일 수 있음), 및 센서 노드(110)에 의해 감지된 정보를 포함한다.The sensor node 110 has a source address for its identification and stores a destination address which is an address of a node to which a data packet is to be transmitted. For example, as shown in FIG. 1, the source address is '4'. The destination address for the data packet may be set to '3' which is the source address of the neighboring sensor node 120. When the beacon packet transmitted from the sink node 150 is wirelessly received through the neighboring sensor node 120, the sensor node 110 checks whether the destination address included in the received beacon packet matches its source address. To judge. As a result of determination, when the destination address and the source address included in the beacon packet match, the sensor node 110 wirelessly transmits the data packet to the neighboring sensor node 120. Here, the data packet includes a source address of the sensor node 110, a destination address (eg, the destination address may be the source address of the sensor node 120), and information sensed by the sensor node 110.

만일, 센서 노드(110)가 비콘 패킷을 릴레이(relay)하기 위한 대상 노드의 어드레스인 목적지 어드레스를 저장하고 있는 경우, 센서 노드(110)는 수신된 비콘 패킷를 대상 노드에게 전송하되, 이때 비콘 패킷에는 대상 노드의 소스 어드레스인 목적지 어드레스가 포함된다.If the sensor node 110 stores a destination address, which is an address of a target node for relaying a beacon packet, the sensor node 110 transmits the received beacon packet to the target node, wherein the beacon packet is The destination address which is the source address of the target node is included.

센서 노드(120)는 자신의 식별을 위한 소스 어드레스를 갖으며, 데이터 패킷을 전송할 대상 노드의 어드레스인 목적지 어드레스와 비콘 패킷을 릴레이하기 위한 대상 노드의 어드레인 목적지 어드레스를 저장하는데, 예로서 도 1에 도시된 것처럼 소스 어드레스는 '3'으로 설정되고, 비콘 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(110)의 소스 어드레스인 '4'로 설정되고, 데이터 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(130)의 소스 어드레스인 '2'로 설정될 수 있다. 이러한 센서 노드(120)는 싱크 노드(150)로부터 전송된 비콘 패킷이 이웃한 센서 노드(130)를 통해 무선으로 수신되면, 수신된 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는 지를 판단한다. 판단결과 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(120)는 센서 노드(110)의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함하는 비콘 패킷을 이웃한 센서 노드(110)에게 무선으로 전송한다.The sensor node 120 has a source address for its identification, and stores a destination address, which is an address of a target node to transmit a data packet, and an address destination address of a target node for relaying a beacon packet. As shown in FIG. 2, the source address is set to '3', the destination address for the beacon packet is set to '4' which is the source address of the neighboring sensor node 110, and the destination address for the data packet is neighboring sensor node 130. It may be set to '2', which is the source address of. When the beacon packet transmitted from the sink node 150 is wirelessly received through the neighboring sensor node 130, the sensor node 120 determines whether the destination address included in the received beacon packet matches its source address. To judge. If the determination result matches the destination address and the source address included in the beacon packet, the sensor node 120 wirelessly transmits the beacon packet including the destination address which is the source address of the sensor node 110 to the neighboring sensor node 110. do.

센서 노드(110)로부터 데이터 패킷이 수신되면, 센서 노드(120)는 수신된 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는지를 판단한다. 판단결과 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 자신의 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(120)는 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(130)에게 무선으로 전송한다. 여기서, 데이터 패킷은 센서 노드(120)의 소스 어드레스, 목적지 어드레스(예로, 목적지 어드레스는 센서 노드(120)의 소스 어드레스일 수 있음), 및 센서 노드들(110, 120)에 의해 감지된 정보를 포함한다.When a data packet is received from the sensor node 110, the sensor node 120 determines whether a destination address included in the received data packet matches its source address. If it is determined that the destination address included in the data packet and its source address match, the sensor node 120 wirelessly transmits the data packet to the neighboring sensor node 130. Here, the data packet may include a source address of the sensor node 120, a destination address (eg, the destination address may be a source address of the sensor node 120), and information detected by the sensor nodes 110 and 120. Include.

센서 노드(130)는 자신의 식별을 위한 소스 어드레스를 갖으며, 데이터 패킷을 전송할 대상 노드의 어드레스인 목적지 어드레스와 비콘 패킷을 릴레이하기 위한 대상 노드의 어드레인 목적지 어드레스를 저장하는데, 예로서 도 1에 도시된 것처럼 소스 어드레스는 '2'로 설정되고, 비콘 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(120)의 소스 어드레스인 '3'으로 설정되고, 데이터 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(140)의 소스 어드레스인 '1'로 설정될 수 있다. 이러한 센서 노드(130)는 싱크 노드(150)로부터 전송된 비콘 패킷이 이웃한 센서 노드(140)를 통해 무선으로 수신되면, 수신된 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는 지를 판단한다. 판단결과 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(130)는 센서 노드(120)의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함하는 비콘 패킷을 이웃한 센서 노드(120)에게 무선으로 전송한다.The sensor node 130 has a source address for its identification and stores a destination address, which is an address of a target node to transmit a data packet, and an address destination address of a target node for relaying a beacon packet. As shown in FIG. 2, the source address is set to '2', the destination address for the beacon packet is set to '3', which is the source address of the neighboring sensor node 120, and the destination address for the data packet is the neighboring sensor node 140. It may be set to '1', which is the source address of. When the beacon packet transmitted from the sink node 150 is wirelessly received through the neighboring sensor node 140, the sensor node 130 determines whether the destination address included in the received beacon packet matches its source address. To judge. If the determination result matches the destination address and the source address included in the beacon packet, the sensor node 130 wirelessly transmits the beacon packet including the destination address which is the source address of the sensor node 120 to the neighboring sensor node 120. do.

센서 노드(120)로부터 데이터 패킷이 수신되면, 센서 노드(130)는 수신된 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는지를 판단한다. 판단결과 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 자신의 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(130)는 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(140)에게 무선으로 전송한다. 여기서, 데이터 패킷은 센서 노드(130)의 소스 어드레스, 목적지 어드레스(예로, 목적지 어드레스는 센서 노드(140)의 소스 어드레스일 수 있음), 및 센서 노드들(110, 120, 130)에 의해 감지된 정보를 포함한다.When the data packet is received from the sensor node 120, the sensor node 130 determines whether the destination address included in the received data packet matches its source address. If it is determined that the destination address included in the data packet and its source address match, the sensor node 130 wirelessly transmits the data packet to the neighboring sensor node 140. Here, the data packet is detected by the source address of the sensor node 130, the destination address (eg, the destination address may be the source address of the sensor node 140), and the sensor nodes 110, 120, 130. Contains information.

센서 노드(140)는 자신의 식별을 위한 소스 어드레스를 갖으며, 데이터 패킷 을 전송할 대상 노드의 어드레스인 목적지 어드레스와 비콘 패킷을 릴레이하기 위한 대상 노드의 어드레인 목적지 어드레스를 저장하는데, 예로서 도 1에 도시된 것처럼 소스 어드레스는 '1'로 설정되고, 비콘 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 센서 노드(130)의 소스 어드레스인 '2'로 설정되고, 데이터 패킷용 목적지 어드레스는 이웃한 싱크 노드(150)의 소스 어드레스인 '0'으로 설정될 수 있다. 이러한 센서 노드(140)는 싱크 노드(150)로부터 비콘 패킷이 무선으로 수신되면, 수신된 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는 지를 판단한다. 판단결과 비콘 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(140)는 센서 노드(130)의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함하는 비콘 패킷을 이웃한 센서 노드(130)에게 무선으로 전송한다.The sensor node 140 has a source address for its identification and stores a destination address, which is an address of a target node to transmit a data packet, and an address destination address of a target node for relaying a beacon packet. As shown in FIG. 2, the source address is set to '1', the destination address for the beacon packet is set to '2', which is the source address of the neighboring sensor node 130, and the destination address for the data packet is the neighboring sink node 150. It may be set to '0', which is the source address of. When the beacon packet is wirelessly received from the sink node 150, the sensor node 140 determines whether the destination address included in the received beacon packet matches its source address. If the determination result matches the destination address and the source address included in the beacon packet, the sensor node 140 wirelessly transmits the beacon packet including the destination address which is the source address of the sensor node 130 to the neighboring sensor node 130. do.

센서 노드(130)로부터 데이터 패킷이 수신되면, 센서 노드(140)는 수신된 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스와 일치하는지를 판단한다. 판단결과 데이터 패킷에 포함된 목적지 어드레스와 자신의 소스 어드레스가 일치하면, 센서 노드(140)는 데이터 패킷을 이웃한 싱크 노드(150)에게 무선으로 전송한다. 여기서, 데이터 패킷은 센서 노드(140)의 소스 어드레스, 목적지 어드레스(예로, 목적지 어드레스는 싱크 노드(150)의 소스 어드레스일 수 있음), 및 센서 노드들(110, 120, 130, 150)에 의해 감지된 정보를 포함한다.When a data packet is received from the sensor node 130, the sensor node 140 determines whether a destination address included in the received data packet matches its source address. If it is determined that the destination address included in the data packet and its source address match, the sensor node 140 wirelessly transmits the data packet to the neighboring sink node 150. Here, the data packet may be generated by the source address of the sensor node 140, the destination address (eg, the destination address may be the source address of the sink node 150), and the sensor nodes 110, 120, 130, and 150. Contains detected information.

싱크 노드(150)는 자신의 식별을 위한 소스 어드레스를 갖으며, 비콘 패킷을 전송할 대상 노드의 어드레인 목적지 어드레스를 저장하는데, 예로서 도 1에 도시된 것처럼 소스 어드레스는 '0'으로 설정되고, 비콘 패킷용 목적지 어드레스는 이 웃한 센서 노드(140)의 소스 어드레스인 '1'로 설정될 수 있다.The sink node 150 has a source address for its identification and stores an address destination address of a node to which a beacon packet is to be transmitted. For example, as shown in FIG. 1, the source address is set to '0', The destination address for the beacon packet may be set to '1' which is the source address of the neighboring sensor node 140.

여기서, 비콘 패킷은 싱크 노드(150)의 소스 어드레스와 이웃한 센서 노드(140)의 소스 어드레스인 목적지 어드레스를 포함한다. 또한, 비콘 패킷에는 시작 프레임 딜리미터(SFD: Start Frame Delimiter)가 포함된다. 구체적으로, 센서 노드들(110, 120, 130, 140)은 비콘 패킷에 포함된 SFD의 수신 시점부터 싱크 노드(150)와 동기화를 이루어 새로운 비콘 전송 주기(Beacon Transmission Cycle)에 따른 새로운 데이터 패킷을 전송한다. 이렇게 센서 노드들(110, 120, 130, 140)은 SFD의 수신 시마다 동기화를 이루어 새로운 데이터 패킷을 전송하기 때문에, 오차의 누적을 방지한다.Here, the beacon packet includes a source address of the sink node 150 and a destination address which is a source address of the neighboring sensor node 140. In addition, the beacon packet includes a start frame delimiter (SFD). In detail, the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 may synchronize with the sink node 150 from the time point of receiving the SFD included in the beacon packet to generate a new data packet according to a new beacon transmission cycle. send. In this way, the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 transmit new data packets by synchronizing each time the SFD is received, thereby preventing accumulation of errors.

그리고, 관리자는 컴퓨터(미도시)를 통해 싱크 노드(150)에 수집된 각 센서 노드의 감지 정보를 체크하여 주변 상황을 판단한다. 여기서, 컴퓨터는 싱크 노드(150)와 직접 연결될 수 있고, 또한 네트워크를 통해 싱크 노드(150)와 연결될 수도 있다.In addition, the manager determines the surrounding situation by checking the sensing information of each sensor node collected by the sink node 150 through a computer (not shown). Here, the computer may be directly connected to the sink node 150 or may also be connected to the sink node 150 through a network.

센서 노드들(110, 120, 130, 140)과 싱크 노드(150)에는 다음 표 1과 같은 파라미터들이 설정된다.The sensor nodes 110, 120, 130, 140 and the sink node 150 have parameters as shown in Table 1 below.

파라미터parameter 디폴트 값(Default Value)Default Value 단위(Unit)Unit 심볼(Symbol)Symbol 1616 usus 슬롯(Slot)Slot 512512 symbolsymbol 비콘 수신 구간(Beacon Rx Period)Beacon Rx Period 1One SlotSlot 센서 노드의 수(Number Of Child)Number of child nodes 10241024 eaea 상위 송수신 구간(Upper Trx Period)Upper Trx Period 1One SlotSlot 하위 송수신 구간(Lower Trx Period)Lower Trx Period 1One SlotSlot

여기서, 하나의 슬롯은 512개의 심볼들로 이루어진다. 그리고, 기본 단위는 심볼 시간이며, 심볼 시간은 16us이다. 슬롯은 디폴트 값으로 512 심볼 시간을 가지며, 이 시간이 도 3에 도시된 A 시간이다. 센서 노드의 수는 1024 개이므로, 전체 구간은 "512 * 1024 + 3 Symbol"이 된다. 따라서, 각 센서 노드는 상기 표 1의 파라미터들의 값들에 따라 0의 어드레스를 가지는 싱크 노드(150)와 동기화된다.Here, one slot is composed of 512 symbols. The basic unit is symbol time, and the symbol time is 16 us. The slot has a 512 symbol time by default, which is the A time shown in FIG. Since the number of sensor nodes is 1024, the entire section becomes "512 * 1024 + 3 Symbol". Therefore, each sensor node is synchronized with the sink node 150 having an address of 0 according to the values of the parameters of Table 1 above.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a synchronization method of an address-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.3 and 4 are exemplary diagrams for explaining a synchronization process of an address-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 싱크 노드(150)가 비콘 수신 구간(Beacon Rx Period)에 비콘 패킷을 전송하면(S201), 센서 노드들(110, 120, 130, 140)은 릴레이 과정을 통해 비콘 패킷을 수신한다(S202).2 to 4, when the sink node 150 transmits a beacon packet in a beacon Rx period (S201), the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 transmit through a relay process. A beacon packet is received (S202).

이렇게 비콘 패킷의 전송이 완료되고 나면, 대기 구간(Waiting Period)에 해당하는 A 시간이 경과한 후(S203), 센서 노드(140)는 상위 노드와의 송수신이 수행되는 구간인 상위 송수신 구간(Upper Trx Period) 동안 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(120)에게 전송한다(S204). 센서 노드(140)의 주소가 1이므로, 센서 노드(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 비콘수신구간 후부터 자신의 주소 1에 비콘수신구간 A(도 4 참조)을 곱한 시간 A 경과후에 데이터 패킷을 송수신한다.After the transmission of the beacon packet is completed in this way, after the A time corresponding to the waiting period (Waiting Period) has elapsed (S203), the sensor node 140 is an upper transmission and reception interval (Upper) that is a period where transmission and reception with the upper node is performed. Trx Period) and transmits the data packet to the neighboring sensor node 120 (S204). Since the address of the sensor node 140 is 1, as shown in FIG. 3, the sensor node 140 has a data after the time A after multiplying its address 1 by the beacon receiving section A (see FIG. 4) after the beacon receiving section. Send and receive packets.

센서 노드(140)의 데이터 패킷의 전송이 완료되고 나면, 대기 구간에 해당하는 2A 시간이 경과한 후(S205), 센서 노드(130)는 상위 송수신 구간(Upper Trx Period) 동안 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(130)에게 전송한다(S206). 센서 노드(130)의 주소가 2이므로, 센서 노드(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 비콘수신구간 후부터 자신의 주소 2에 비콘수신구간 A(도 4 참조)을 곱한 시간 2A 경과후에 데이터 패킷을 송수신한다.After the transmission of the data packet of the sensor node 140 is completed, after 2A time corresponding to the waiting period elapses (S205), the sensor node 130 neighbors the data packet during the upper Trx period. The sensor node 130 transmits to the sensor node 130 (S206). Since the address of the sensor node 130 is 2, as shown in FIG. 3, the sensor node 130 has a data after time 2A after multiplying its address 2 by the beacon receiving section A (see FIG. 4) after the beacon receiving section. Send and receive packets.

센서 노드(130)의 데이터 패킷의 전송이 완료되고 나면, 대기 구간에 해당하는 3A 시간이 경과한 후(S207), 센서 노드(120)는 상위 송수신 구간(Upper Trx Period) 동안 데이터 패킷을 이웃한 센서 노드(140)에게 전송한다(S208). 센서 노드(120)의 주소가 3이므로, 센서 노드(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 비콘수신구간 후부터 자신의 주소 3에 비콘수신구간 A(도 4 참조)을 곱한 시간 3A 경과후에 데이터 패킷을 송수신한다.After the transmission of the data packet of the sensor node 130 is completed, after 3A time corresponding to the waiting period elapses (S207), the sensor node 120 neighbors the data packet during the upper Trx period. The sensor node 140 transmits to the sensor node 140 (S208). Since the address of the sensor node 120 is 3, as shown in FIG. 3, the sensor node 120 has a data after time 3A after multiplying its address 3 by the beacon receiving section A (see FIG. 4) after the beacon receiving section. Send and receive packets.

센서 노드(120)의 데이터 패킷의 전송이 완료되고 나면, 대기 구간에 해당하는 4A 시간이 경과한 후(S209), 센서 노드(110)는 상위 송수신 구간(Upper Trx Period) 동안 데이터 패킷을 이웃한 싱크 노드(150)에게 전송한다(S210). 센서 노드(110)의 주소가 4이므로, 센서 노드(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 비콘수신구간 후부터 자신의 주소 4에 비콘수신구간 A(도 4 참조)을 곱한 시간 4A 경과후에 데이터 패킷을 송수신한다.After the transmission of the data packet of the sensor node 120 is completed, after 4A time corresponding to the waiting period elapses (S209), the sensor node 110 neighbors the data packet during the Upper Trx Period. It transmits to the sink node 150 (S210). Since the address of the sensor node 110 is 4, as shown in FIG. 3, the sensor node 110 has a data after time 4A after multiplying its address 4 by the beacon receiving section A (see FIG. 4) after the beacon receiving section. Send and receive packets.

이와 같이, 비콘 전송 주기에 해당하는 전체 구간(T) 동안 데이터 패킷이 싱크 노드(150)로 수신되고 나면, 싱크 노드(150)가 비콘 수신 구간에 새로운 비콘 패킷을 전송함으로써 새로운 비콘 전송 주기가 수행된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전체 구간(T)은 다음 수학식 1로 표현되고, 슬립 구간(Sleep Period)은 다음 수학식 2로 표현된다.As such, after the data packet is received by the sink node 150 during the entire period T corresponding to the beacon transmission period, the new beacon transmission period is performed by the sink node 150 transmitting a new beacon packet in the beacon receiving period. do. As shown in FIG. 3, the entire period T is represented by Equation 1 below, and the sleep period is represented by Equation 2 below.

T = A * Number of Child + Lower Trx Period + Upper Trx Period + Beacon Rx PeriodT = A * Number of Child + Lower Trx Period + Upper Trx Period + Beacon Rx Period

Sleep Period = T - (A * MyAddr + Lower Trx Period + Upper Trx Period + Beacon Rx Period)Sleep Period = T-(A * MyAddr + Lower Trx Period + Upper Trx Period + Beacon Rx Period)

여기서, MyAddr은 각 센서 노드(110, 120, 130, 140)들과 싱크 노드(150) 간의 홉(hop) 거리이다.Here, MyAddr is a hop distance between each sensor node (110, 120, 130, 140) and the sink node 150.

하위 노드와의 송수신이 수행되는 구간인 하위 송수신 구간(Lower Trx Period) 동안, 싱크 노드(150)는 하위 노드, 예로 센서 노드(140)의 소스 어드레스인 '1'보다 낮은 어드레스를 갖는 하위 노드와 통신을 수행하며, 이때 상위 노드에 해당하는 센서 노드들(110, 120, 130, 140)은 통신을 수행하지 않는다.During the lower transmission / reception period (Lower Trx Period), in which transmission / reception with the lower node is performed, the sink node 150 is connected with the lower node having an address lower than '1', which is a source address of the sensor node 140, for example. In this case, the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 corresponding to the upper node do not communicate.

센서 노드들(110, 120, 130, 140)은 각각 데이터 패킷을 전송한 후 새로운 비콘 전송 주기의 비콘 수신 구간이 도래하기 이전까지 슬립 구간(Sleep Period)을 유지한다.The sensor nodes 110, 120, 130, and 140 maintain a sleep period after transmitting a data packet, respectively, until a beacon receiving period of a new beacon transmission period arrives.

대기 구간과 슬립 구간에서, 센서 노드들(110, 120, 130, 140)과 싱크 노드(150)는 저전력인 대기 전력을 공급하는 파워 다운 모드(Power Down Mode)를 유지한다. 이렇게 대기 구간과 슬립 구간에서 센서 노드들(110, 120, 130, 140)과 싱크 노드(150)에게 저전력인 대기 전력을 공급하기 때문에, 본 발명의 실시예들은 전력소모를 최소화할 수 있다.In the standby period and the sleep period, the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 and the sink node 150 maintain a power down mode that supplies low power standby power. Thus, since the standby power with low power is supplied to the sensor nodes 110, 120, 130, and 140 and the sink node 150 in the standby period and the sleep period, embodiments of the present invention can minimize power consumption.

본 발명의 실시예들은 송수신 구간에서 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 전송 방법을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 해당 구간에 전송과 수신 여부가 결정되어 있으면 CSMA-CA 전송 방법을 사용하지 않고 곧바로 전송하는 방법을 사용할 수도 있다.Embodiments of the present invention may use a carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA-CA) transmission method in a transmission and reception interval. In addition, embodiments of the present invention may use a method of transmitting immediately without using a CSMA-CA transmission method when transmission and reception are determined in a corresponding section.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 모식도.1 is a schematic diagram of an address-based wireless sensor network in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법을 나타낸 흐름도.2 is a flowchart illustrating a synchronization method of an address-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 과정을 설명하기 위한 예시도.3 and 4 are exemplary diagrams for explaining a synchronization process of an address-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

Claims (18)

저마다의 소스 어드레스가 부여된 싱크 노드와 다수의 센서 노드들을 포함하는 어드레스기반 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서,An address-based wireless sensor network system comprising a sink node and a plurality of sensor nodes, each having a source address assigned thereto, 비콘 패킷용 목적지 어드레스를 포함한 비콘 패킷을 전송하고, 데이터 패킷용 목적지 어드레스로서 자신의 소스 어드레스가 포함된 데이터 패킷을 수신하는 싱크 노드; 및A sink node for transmitting a beacon packet including a destination address for the beacon packet, and receiving a data packet including its source address as a destination address for the data packet; And 상기 비콘 패킷용 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스인 상기 비콘 패킷을 수신하여 타 센서 노드로 릴레이하고,Receiving the beacon packet whose destination address for the beacon packet is its source address, and relaying to another sensor node, 상기 비콘 패킷을 수신하는 비콘수신구간 후부터 상기 비콘수신구간의 시간에 자신의 소스 어드레스를 곱한 시간경과후 데이터 패킷용 목적지 어드레스를 포함하는 데이터 패킷을 전송하는 다수의 센서 노드들A plurality of sensor nodes transmitting a data packet including a destination address for a data packet after a time elapsed after multiplying a source address by a time between the beacon receiving section and the beacon receiving section after receiving the beacon packet. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크 시스템.Address-based wireless sensor network system comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은,The method of claim 1, wherein the beacon packet, 상기 비콘 패킷용 목적지 어드레스, 상기 싱크 노드의 소스 어드레스 및 시작 프레임 딜리미터A destination address for the beacon packet, a source address of the sink node, and a start frame delimiter 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크 시스템.Address-based wireless sensor network system comprising a. 제 2 항에 있어서, 상기 센서 노드들은,The method of claim 2, wherein the sensor nodes, 상기 비콘 패킷을 수신할 때 마다, 상기 시작 프레임 딜리미터를 기준으로 이용하여 상기 데이터 패킷을 전송하는 시간을 재설정하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크 시스템.Each time the beacon packet is received, the time-based wireless sensor network system is configured to reset the time for transmitting the data packet based on the start frame delimiter. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 패킷은,The method of claim 1, wherein the data packet, 상기 소스 어드레스, 상기 데이터 패킷용 목적지 어드레스 및 감지 정보The source address, the destination address for the data packet, and the sense information 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크 시스템.Address-based wireless sensor network system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 싱크 노드와 상기 센서 노드들에는 파라미터가 설정되고,Parameters are set for the sink node and the sensor nodes, 상기 파라미터는,The parameter is 심볼, 슬롯, 비콘 수신 구간, 센서 노드의 수, 상위 송수신 구간, 하위 송수신 구간인 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크 시스템.Address-based wireless sensor network system, characterized in that the symbol, slot, beacon receiving interval, the number of sensor nodes, upper transmission and reception intervals, lower transmission and reception intervals. 삭제delete 삭제delete 저마다의 소스 어드레스가 부여된 싱크 노드와 다수의 센서 노드들 간의 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법에 있어서,A method of synchronizing an address-based wireless sensor network between a sink node given a respective source address and a plurality of sensor nodes, 싱크 노드가 비콘 패킷용 목적지 어드레스를 포함한 비콘 패킷을 상기 센서노드들 중 적어도 하나로 전송하는 단계;Transmitting, by the sink node, a beacon packet including a destination address for the beacon packet to at least one of the sensor nodes; 다수의 센서 노드들이 상기 비콘 패킷용 목적지 어드레스가 자신의 소스 어드레스인 상기 비콘 패킷을 수신하여 타 센서 노드로 릴레이하는 단계;Receiving, by a plurality of sensor nodes, the beacon packet whose destination address for the beacon packet is its source address and relaying to another sensor node; 상기 센서 노드들이 상기 비콘 패킷을 수신하는 비콘수신구간 후부터 상기 비콘수신구간의 시간에 자신의 소스 어드레스를 곱한 시간경과후 데이터 패킷용 목적지 어드레스를 포함하는 데이터 패킷을 타 센서 노드 또는 상기 싱크 노드로 전송하는 단계; 및The sensor node transmits a data packet including a destination address for the data packet to another sensor node or the sink node after the beacon receiving section receiving the beacon packet and multiplying its source address by the time of the beacon receiving section. Making; And 상기 싱크 노드가 상기 데이터 패킷용 목적지 어드레스로서 자신의 소스 어드레스가 포함된 상기 데이터 패킷을 수신하는 단계The sink node receiving the data packet including its source address as a destination address for the data packet 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.Synchronization method of the address-based wireless sensor network comprising a. 제 8 항에 있어서, 상기 비콘 패킷의 전송 단계에서,The method of claim 8, wherein in the step of transmitting the beacon packet, 상기 싱크 노드는 소정의 비콘 송신 구간에 상기 비콘 패킷을 상기 센서 노드들로 전송하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.The sync node transmits the beacon packet to the sensor nodes in a predetermined beacon transmission period. 제 9 항에 있어서, 상기 싱크 노드는,The method of claim 9, wherein the sink node, 상기 비콘 패킷을 전송한 후 새로운 비콘 송신 구간이 도래하기 전까지 슬립 구간을 유지하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.And a sleep interval is maintained after the beacon packet is transmitted until a new beacon transmission interval arrives. 제 9 항에 있어서, 상기 비콘 패킷의 수신 및 릴레이 단계에서,The method of claim 9, wherein in the receiving and relaying of the beacon packet, 상기 센서 노드들은 상기 소정의 비콘 송신 구간에서 상기 비콘 패킷을 수신하여 릴레이 하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.And the sensor nodes receive and relay the beacon packet in the predetermined beacon transmission interval. 제 9 항에 있어서, 상기 데이터 패킷의 전송 단계에서,The method of claim 9, wherein in the step of transmitting the data packet, 상기 각 센서 노드는 소정의 대기 구간이 경과한 후, 소정의 상위 송수신 구간에서 데이터 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.And each sensor node transmits a data packet in a predetermined upper transmission / reception interval after a predetermined waiting period elapses. 제 9 항에 있어서, 상기 데이터 패킷의 전송 단계에서,The method of claim 9, wherein in the step of transmitting the data packet, 상기 센서 노드들은 상기 비콘 패킷을 수신할 때 마다, 상기 비콘 패킷에 포함된 시작 프레임 딜리미터를 기준으로 이용하여 상기 데이터 패킷을 전송하는 시간을 재설정하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.Whenever the sensor nodes receive the beacon packet, the sensor node resets the transmission time of the data packet using the start frame delimiter included in the beacon packet as a reference. . 제 12 항에 있어서, 상기 센서 노드들은,The method of claim 12, wherein the sensor nodes, 상기 데이터 패킷을 전송한 후 새로운 비콘 송신 구간이 도래하기 전까지 슬립 구간를 유지하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.And a sleep period is maintained after the data packet is transmitted until a new beacon transmission period arrives. 제 14 항에 있어서, 상기 센서 노드들은,The method of claim 14, wherein the sensor nodes, 상기 대기 구간과 상기 슬립 구간에서 대기 전력을 공급하는 파워다운모드를 유지하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.And maintaining a power-down mode for supplying standby power in the standby period and the sleep period. 제 8 항에 있어서, 상기 데이터 패킷은,The method of claim 8, wherein the data packet, 소스 어드레스, 상기 데이터 패킷용 목적지 어드레스 및 감지 정보Source address, destination address for the data packet and sense information 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.Synchronization method of the address-based wireless sensor network comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 싱크 노드와 상기 센서 노드들에는 파라미터가 설정되고,Parameters are set for the sink node and the sensor nodes, 상기 파라미터는, 심볼, 슬롯, 비콘 수신 구간, 센서 노드의 수, 상위 송수신 구간, 하위 송수신 구간인 것을 특징으로 하는 어드레스 기반 무선 센서 네트워크의 동기화 방법.The parameter may be a symbol, a slot, a beacon reception section, the number of sensor nodes, an upper transmission / reception interval, a lower transmission / reception interval, and a synchronization method of the address-based wireless sensor network. 삭제delete
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