KR101022876B1 - 무선 센서 네트워크에서의 클러스터링 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

사전에 선정된 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 메시지 수신부, 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 측정하는 강도 측정부, 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 강도 비교부, 및 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 메시지 전송부를 포함하는 클러스터링 시스템을 제공한다.
센서 노드, 클러스터, 클러스터 헤더, 클러스터 멤버, 홉, Hop

Description

무선 센서 네트워크에서의 클러스터링 방법 및 시스템{CLUSTREING METHOD AND SYSTEM IN WIRELESS SENSOR NETWORKS}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 클러스터링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks: WSN)는 수십에서 수천 개의 소형 센서들을 통해, 각종 데이터를 감지, 수집하여 처리하는 시스템이다. 그러나, 무선 센서 네트워크에서 사용되는 센서 노드들은 CPU, 메모리 용량 등 하드웨어 자원이 제한적이다. 특히, 배터리를 이용하여 전원을 공급하기 때문에, 센서 내의 에너지 소모를 효율적으로 감소시킬 수 있는 기법이 중요하다.
무선 센서 네트워크에서 효율적으로 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 방안으로는 클러스터링(Clustering) 기법이 존재한다. 클러스터링이란, 무선 센서 네트워크를 다수의 클러스터로 분할하고, 각각의 클러스터에서 데이터를 감지, 수집하여 처리하는 기법이다. 이러한, 클러스터링은 (1)클러스터 헤더(CH: Cluster Header) 선정 단계, (2)클러스터 구성 단계, (3)클러스터 관리 단계로 구성된다. 이중 가장 중요한 단계는 클러스터 관리 단계이며, 기존의 클러스터링 기법은 클러 스터 관리 기법에 따라 크게 두 가지로 분류된다. 첫째, 일정 주기마다 모든 클러스터를 재구성하는 동적(dynamic) 클러스터링 기법이 존재하며, 둘째, 초기에 구성된 클러스터를 유지하는 정적(static) 클러스터링 기법이 존재한다.
동적 클러스터링에서는 최저 식별자(Lowest ID)기법이, 정적 클러스터링에서는 확률 함수에 의한 헤더 선출 및 관리 기법(LEACH)이 대표적이다.
최저 식별자 기법은 ID값이 가장 작은 노드를 클러스터 헤더로 선정하고, 선정된 클러스터 헤더와 이웃한 노드들을 클러스터 멤버로 선택한다. 마지막으로 클러스터 헤더는 주기적으로 클러스터 멤버와 통신하여 클러스터의 구조를 관리한다. 만약 기존 노드의 이동, 기존 노드의 정지, 혹은 새로운 노드의 추가 등을 통해 무선 센서 네트워크에 변경 사항이 발생할 경우, 새로운 클러스터 헤더를 선정하고 전체 클러스터를 재구성해야 한다. 따라서, 동적 클러스터링 기법은 네트워크 변경 발생시 모든 클러스터를 재구성하기 때문에, 에너지 소모가 증가한다는 단점이 있다.
한편, LEACH 기법은 정적 클러스터링 기법으로서, 먼저 서버에서 사용자가 정의한 확률 함수를 이용하여 클러스터 헤더를 선정하고, 선정된 클러스터 헤더는 무선 센서 네트워크 내의 다른 모든 노드에 메시지를 전송한다. 이후, 클러스터 헤더의 메시지를 전송받은 노드들은 통신 신호 강도를 측정하여 자신이 포함될 클러스터를 결정한다. 초기에 구성된 클러스터는 변경되지 않으며, 다만 주기적으로 각 클러스터 내에서 클러스터 헤더만을 재선출한다. 상세한 알고리즘은 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 정적 클러스터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
네트워크 서버는 무선 센서 네트워크 내의 전체 센서 노드 중 일정 비율의 센서 노드를 클러스터 헤더로 임의로(randomly) 선정한다(S1). 선정된 클러스터 헤더는 무선 센서 네트워크에 존재하는 다른 센서 노드들에게, 자신이 헤더로 선출되었음을 알리는 헤더 메시지(Announcement)를 전송한다(S2).
다른 센서 노드들(클러스터 멤버)은 수신된 헤더 메시지의 통신 신호 강도(SS: Signal Strength)를 측정(S3)하고, 상기 측정한 통신 신호 강도(SS)를 이전에 저장된 이전 신호 강도(SS'(초기값 = 0))와 비교한다(S4). 만약, SS<SS'인 경우, 클러스터 멤버는 S3, S4를 반복적으로 수행한다. 반면 SS≥SS'인 경우, 클러스터 멤버는 클러스터 헤더에 대한 헤더 정보와 통신 신호 강도(SS)를 저장한다(S5). 클러스터 멤버는 클러스터 헤더 선정 이 후, 경과된 시간(T)이 시스템에서 정의한 클러스터 구성 제한 시간(Tlimit)을 초과하였는지 확인한다(S6). 만약 초과되지 않았다면, 클러스터 멤버는 S3 내지 S6의 작업을 반복한다. 그러나, T≥Tlimit 이면, 클러스터 멤버는 자신이 속할 클러스터를 결정하고, 해당 클러스터 헤더에게 클러스터 조인(join) 메시지를 전송한다(S7). 이로서, 다른 센서 노드들은 클러스터 헤더와 연관된 클러스터 멤버가 되는 것이다.
클러스터 헤더는 전송된 조인 메시지를 바탕으로 클러스터 스케쥴을 작성(S8)하고, 클러스터 헤더 교체 주기(P0)를 설정한다(S9). 이후, 클러스터 헤더는 작성된 스케쥴을 클러스터 멤버에게 전송한다(S10).
이렇게 하여, 클러스터 헤더와 클러스터 멤버를 포함하는 하나의 클러스터가 구성된다(S11).
구성된 클러스터에 포함된 클러스터 멤버(CM)는 클러스터 스케쥴을 전송받은 후, 데이터를 감지하여 클러스터 헤더로 전송하고, 클러스터 헤더는 클러스터 멤버로부터 수신되는 데이터를 집계하여 최종 데이터를 서버에 전송한다(S12). 이후, 클러스터 헤더 교체 주기(P0)가 경과하거나, 또는 클러스터 헤더 내의 에너지 잔여량(ECH)이 시스템에서 정의한 제한 에너지 잔여량(Elimit)보다 작은 경우(S13), 구성된 클러스터 내에서 클러스터 헤더를 재선출하고, 재선출된 클러스터 헤더는 자신의 헤더 정보를 전송한다(S14). 이후, 모든 무선 센서 네트워크 작업이 완료되면, 무선 센서 네트워크를 종료한다(S15).
도 2는 종래기술에 따라 클러스터 헤더를 재선출하는 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(210)에서 도시한 바와 같이, 네트워크 서버는 27개의 노드 중 네 개의 노드 A, B, C, D를 클러스터 헤더로 선정한다. 도면부호(220)에서, 클러스터 헤더 A, B, C, D는 자신이 클러스터 헤더로 선정되었음을 알린다. 선 1, 2, 3, 4는 하나의 클러스터 헤더의 메시지가 다른 클러스터 헤더의 메시지에 비해 통신 신호 강도가 강하게 측정되는 영역을 나타낸다. 도면부호(230)에서는 클러스터가 구성되었으며, 구성된 클러스터는 하나의 원으로 표기한다. 도면부호(240)에서는 클러스터 헤더와 클러스터 멤버의 역할을 수행하여 수집된 데이터를 네트워크 서버로 전송한다. 마지막으로, 도면부호(250)에서는 클러스터 헤더의 재선출 주기(P0)가 경과한 후, 클러스터 헤더가 기존의 A, B, C, D에서 A', B', C', D'로 변경되어 클러스터 헤더와 클러스터 멤버의 역할을 수행하는 것을 나타낸다.
기존의 정적 클러스터링 알고리즘은 특정 클러스터에 센서 노드가 편중되는 문제점이 존재한다. 즉, 센서 노드가 편중되는 클러스터는 편중되지 않은 클러스터에 비해 에너지 소모량이 증가하고, 따라서 클러스터의 수명이 감소한다. 이러한 노드 편중 현상이 나타나는 경우는 크게 두 가지이다. 첫째, 초기 클러스터 구성시 노드 편중 현상이 발생하거나, 둘째, 노드의 이동 및 삽입과 같은 클러스터 토폴로지 변경시 노드 편중 현상이 발생기 때문이다.
이하, 도 3에서는 클러스터 구성시 노드 편중 현상이 발생하는 일례를 설명하고, 도 4에서는 노드의 이동 및 삽입과 같은 클러스터 토폴로지 변경시 노드 편중 현상이 발생하는 일례를 설명한다.
도 3은 종래기술에 따른 클러스터 구성 시 발생하는 노드 편중 현상의 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(310)에서 도시한 바와 같이, 100개의 센서 노드로 구성된 무선 센서 네트워크에서, 초기 클러스터 구성시 LEACH 기법을 이용한 경우 특정 클러스터에 센서 노드가 편중되는 문제점이 발생한다. 즉, 1번째 클러스터와 4번째 클러스터에 존재하는 센서 노드들의 총합은 65개이며, 이는 전체 노드수의 65%이다. 한편, 도면부호(320)에서, 5번째 클러스터 내에는 한 개의 노드만이 존재한다. 이와 같이 LEACH 기법을 이용하는 경우, 초기 클러스터 구성시 노드 편중 현상이 발생하는 것을 알 수 있다.
도 4는 종래기술에 따른 새로운 노드 삽입에 의한 노드 편중 현상의 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(410)에 도시한 바와 같이, 무선 센서 네트워크에 센서 노드가 새로 추가되었을 경우, 센서 노드가 편중되는 현상을 나타낸다. 클러스터당 평균 노드수는 전체 노드수/클러스터 수에 의해 계산되며, 일반적으로 한 클러스터에 존재하는 노드수가 클러스터당 평균 노드수의 1.5배 이상인 경우, 노드 편중 현상이 발생한 것으로 판단한다.
도면부호(410)에서 전체 노드수는 100개, 총 클러스터 수가 5개이므로, 클러스터 당 평균 노드수는 100/5= 20개이다. 따라서, 노드 편중 여부의 판단 기준은 20*1.5 = 30개이다. 이때, 4번째 클러스터에는 29개의 센서 노드가 존재하므로, 29<30이기 때문에, 4번째 클러스터에는 편중이 발생하지 않았다.
반면, 도면부호(420)에서는 일정 시간이 경과한 후 10개의 새로운 센서 노드가 추가된 모습을 나타낸다. 이 경우, 전체 노드수는 110개, 총 클러스터 수가 5개이므로, 클러스터 당 평균 노드수는 110/5= 22개, 노드 편중 여부의 판단 기준은 22*1.5 = 33개이다. 이때 4번째 클러스터 내의 노드수가 39개이므로, 39>33 이기 때문에, 4번째 클러스터에는 노드 편중 현상이 발생하였다.
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 단점을 해결하는 정적 클러스터링 알고리즘을 제안한다.
본 발명의 일실시예는 클러스터 멤버가 제1 클러스터 헤더로부터 수신하는 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하고, 제1 통신 신호 강도가 제한 신호 강도보다 큰 경우, 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터를 구성하여 무선 센서 네트워크 내의 노드 편중 현상을 완화할 수 있는 클러스터링 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예는 제1 클러스터 구성 시, 클러스터 멤버가 제1 클러스터 헤더로부터 수신하는 제1 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 제1 홉수를 사전에 저장된 제2 홉수와 비교하고, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우, 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터를 구성하여 무선 센서 네트워크 내의 노드 편중 현상을 완화할 수 있는 클러스터링 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예는 제1 클러스터 구성 후, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되어, 상기 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수가 최대 제한 노드수보다 큰 경우, 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도가 가장 약한 클러스터 멤버를 제2 클러스터 헤더로 선정하고, 선정된 제2 클러스터 헤더로부터 수신되는 제2 헤더 선출 통보 메시지에 대한 제2 통신 신호 강도가 상기 제1 클러스터 헤더에 대하여 측정된 상기 제1 통신 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터로부터 제2 클러스터를 분할 처리하여, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되는 경우의 노드 편중 현상을 해소할 수 있는 클러스터링 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예는 제1 클러스터 구성 후, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되어, 상기 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수가 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 제1 클러스터 헤더와 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하고, 전송된 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정하고, 선정된 대상 클러스터가 제2 클러스터 헤더로 변경됨을 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버로 통보함으로써, 상기 클러스터 멤버로부터 수신되는 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터를 제2 클러스터와 병합 처리하여, 클러스터 토폴로지 변경시 최소한의 비용으로 클러스터를 재구성할 수 있는 클러스터링 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템은 사전에 선정된 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 메시지 수신부, 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 측정하는 강도 측정부, 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 강도 비교부, 및 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 메시지 전송부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 방법은 사전에 선정된 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 단계, 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 측정하는 단계, 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 단계, 및 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 클러스터 멤버가 제1 클러스터 헤더로부터 수신하는 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하고, 제1 통신 신호 강도가 제한 신호 강도보다 큰 경우, 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터를 구성하여 무선 센서 네트워크 내의 노드 편중 현상을 완화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 클러스터 구성 시, 클러스터 멤버가 제1 클러스터 헤더로부터 수신하는 제1 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 제1 홉수를 사전에 저장된 제2 홉수와 비교하고, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우, 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터를 구성하여 무선 센서 네트워크 내의 노드 편중 현상을 완화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 클러스터 구성 후, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되어, 상기 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수가 최대 제 한 노드수보다 큰 경우, 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도가 가장 약한 클러스터 멤버를 제2 클러스터 헤더로 선정하고, 선정된 제2 클러스터 헤더로부터 수신되는 제2 헤더 선출 통보 메시지에 대한 제2 통신 신호 강도가 상기 제1 클러스터 헤더에 대하여 측정된 상기 제1 통신 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지를 전송함으로써, 제1 클러스터로부터 제2 클러스터를 분할 처리하여, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되는 경우의 노드 편중 현상을 해소할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 클러스터 구성 후, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드수가 변경되어, 상기 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수가 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 제1 클러스터 헤더와 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하고, 전송된 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정하고, 선정된 대상 클러스터가 제2 클러스터 헤더로 변경됨을 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버로 통보함으로써, 상기 클러스터 멤버로부터 수신되는 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터를 제2 클러스터와 병합 처리하여, 클러스터 토폴로지 변경시 최소한의 비용으로 클러스터를 재구성할 수 있다.
이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 제안하는 정적 클러스터링 기법은 기존의 정적 클러스터링 기법의 단점인 노드 편중 현상을 완화한다. 클러스터 내 노드 편중 현상이 발생하는 경우는 초기에 클러스터를 구성할 때와, 클러스터 구성 후 전체 무선 센서 네트워크 내 노드수가 변경될 때이다. 첫째, 초기 클러스터 구성시 발생하는 노드 편중 현상을 완화하기 위해서는, 사용자가 정의한 제한 신호 강도(SSlimit)를 기반으로 홉(Hop)수를 계산함으로써, 전체 센서 노드를 보다 균일하게 분산시킬 수 있다. 둘째, 클러스터 구성 후 전체 무선 센서 네트워크 내 노드수가 변경될 때 발생하는 노드 편중 현상을 완화하기 위해서는, 최대 노드 비율(UB: Upper Bound)와 최소 노드 비율(LB: Lower Bound)를 산출하여 설정할 수 있다. 아울러 클러스터 내의 노드수가 최대 제한 노드수(전체 노드수*UB) 보다 클 경우에는 클러스터 분할을 수행하고, 반대로 클러스터 내의 노드수가 최소 제한 노드수(전체 노드수*LB) 보다 작을 경우에는 다른 클러스터와의 병합을 수행할 수 있다.
네트워크 구성을 위해서 동일 기종의 센서 노드를 사용한 무선 센서 네트워크를 기본 환경으로 가정한다. 초기 클러스터 구성시 노드 편중 현상을 완화하기 위해, 먼저 클러스터 헤더와 클러스터 멤버 사이의 제한 거리(d)를 계산해야 한다. 이를 위해 두 센서 노드 사이의 통신 신호 강도를 측정한다. 센서 노드에서의 통신 모델은 도 5에 도시한 바와 같다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 통신 모델을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 두 센서 노드 사이에서 통신이 수행될 때, 데이터 전송을 위해 소모되는 에너지량(ETx)및 데이터 수신을 위해 소모되는 에너지량(ERx)은 각각 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
ETx(k,d) = Eelec *k + Eamp *k*d2
ERx(k) = Eelec *k
여기서, Eelec은 통신 모듈을 사용을 위한 기본 전력량이며, Eamp는 데이터 전송시 통신 신호를 증폭시키기 위해 전송 신호 증폭기에서 사용되는 전력량이다. Eelec 및 Eamp는 모두 센서 노드 하드웨어에 의해 결정되며, 동일 기종의 센서 노드로 이루어진 네트워크이기 때문에, 상수값이 된다. k는 데이터 비트수를 의미하며, 무선 센서 네트워크 시스템에서 정의된 데이터 패킷(packet)의 크기에 의해 결정되는 상수값이다. d는 두 센서 노드 사이의 거리를 의미한다.
수학식 1 및 2를 통해 알 수 있듯이, 센서 노드에서 데이터 통신시 에너지 소모량은 두 센서 노드 사이의 제한 거리의 제곱에 비례한다. 또한, 통신 신호 강도(SS)는 데이터 전송시 소모된 에너지량에 비례한다. 따라서 통신시 사용되는 에너지량이 일정하다고 가정하면, 다음과 같은 수학식 3이 성립한다.
Figure 112009017005129-pat00001
즉, 통신 신호 강도(SS)는 두 센서 노드 사이의 거리의 제곱(d2)에 비례하는 것이다.
한편, 센서 노드에서 데이터 전송시 소모되는 에너지량을 최대로 하였을 때, 측정되는 최대 신호 강도를 SSmax, 이때 전송 가능한 최대 거리를 Dmax라 가정한다. 아울러 클러스터 구성시 자신의 클러스터 헤더로 결정할지 여부를 판단하기 위해, 헤더 선출 통보 메시지에 대한 제한 신호 강도를 SSlimit으로 설정한다. 따라서 통신 신호 강도(SS)가 제한 신호 강도(SSlimit)일 때, 통신이 가능한 제한 거리를 Dlimit이라 하면, 수학식 3에 의해 다음과 같은 수학식 4가 성립한다.
SSlimit : SSmax = Dlimit 2 : Dmax 2
따라서 이웃한 두 센서 노드에서 통신 신호 강도(SS)가 제한 신호 강도(SSlimit) 이상일 때, 두 센서 노드 사이의 거리 D는 제한 거리(Dlimit) 이하이다. 따라서 수학식 5가 성립한다.
Figure 112009017005129-pat00002
수학식 4에서 최대 신호 강도(SSmax)와 최대 거리(Dmax)는 상수이므로, 제한 신호 강도(SSlimit)를 결정하면 두 이웃 노드 사이의 거리(D)를 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 센서 노드의 홉수를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 센서 노드 i가 센서 노드 n으로 데이터를 전송하는 일례를 나타낸다. 센서 노드 i가 i와 거리 D 이내에 있는 이웃 센서 노드 j로 메시지를 전송할 경우, 이웃 센서 노드에 전송하는 횟수를 "1홉(Hop)"이라 한다. 이때, 점선으로 이루어진 원은 각 센서 노드로부터 거리 D 이내의 범위를 의미한다. 센서 노드 i에서 전송된 데이터는 노드 j, k, l, m을 순서대로 거쳐서 센서 노드 n에 도착한다. 따라서, 센서 노드 i로부터 센서 노드 n의 홉수는 "5홉"이 되는 것이다. 이때, 각 홉의 최대 거리는 이웃 센서 노드 사이의 거리인 D이며, 따라서 클러스터 헤더와 임의의 클러스터 멤버 사이의 거리 Di는, 두 노드 사이의 홉수 Hop 를 통해 다음 수학식 6과 같이 결정된다.
Di ≤ Hop*D
한편, Di > Dmax 일 경우, 이는 현재 클러스터 헤더로부터 통신 불가능한 거리에 존재하기 때문에, 다른 클러스터에 속하게 된다. 따라서, 동일 기종의 센서 노드로 이루어진 무선 센서 네트워크에서, 클러스터 구성 시 클러스터 멤버가 클러스 터 헤더로부터 선정된 거리 "d" 이내에 존재함을 보장할 수 있다. 이러한 신호 강도의 특성을 기반으로, 클러스터 구성 시 홉수를 산출하여 클러스터를 구성하는 노드 분산 기법의 상세 알고리즘은 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
먼저, 단계 (S1)에서, 네트워크 서버는 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수를 확인하고, 일정 비율의 센서 노드를 제1 클러스터 헤더로 임의로 선정한다. 예를 들어, 전체 노드수가 "100개"인 경우, 상기 네트워크 서버는 "5개"의 센서 노드를 클러스터 헤더로 선정할 수 있다. 즉, 상기 네트워크 서버는 5개의 클러스터를 구성하기 위해, 제1 클러스터를 구성할 제1 클러스터 헤더, 제2 클러스터를 구성할 제2 클러스터 헤더로, 제3 클러스터를 구성할 제3 클러스터 헤더, 제4 클러스터를 구성할 제4 클러스터 헤더, 제5 클러스터를 구성할 제5 클러스터 헤더를 임의로 선정할 수 있다.
이하에서는, 제1 클러스터를 구성하는 실시예에 대해서 설명한다.
단계 (S2)에서, 상기 선정된 제1 클러스터 헤더는 무선 센서 네트워크 내의 다른 센서 노드들, 즉, 제1 클러스터를 구성할 "클러스터 멤버", 에게 제1 헤더 선출 통보 메시지(Announcement)를 전송한다. 본 발명의 실시예로, 상기 제1 클러스터 헤더는 사전에 선정된 거리 "d" 이내에 위치하는 상기 클러스터 멤버로 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지를 전송할 수 있다. 상기 거리(d)는 "수학식 6"에 의해 산출될 수 있다. 또한, 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지는 상기 제1 클러스터 헤 더가 앞으로 구성될 제1 클러스터의 클러스터 헤더로 선정되었음을 통보하는 메시지로서, 상기 제1 클러스터 헤더에 대한 제1 헤더 정보와 제1 홉수를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 홉수는 "0"일 수 있다.
단계 (S3)에서, 클러스터 멤버는 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하고, 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 상기 제1 클러스터 헤더 사이의 제1 통신 신호 강도(SS: Signal Strength)를 측정한다.
단계 (S4)에서, 상기 클러스터 멤버는 상기 측정된 제1 통신 신호 강도(SS)를 제한 신호 강도(SSlimit)와 비교한다. 만약, 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 작은 경우(SS<SSlimit)라면, 단계 S3 및 S4를 반복적으로 수행한다. 왜냐하면, 상기 측정된 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로부터 송, 수신되는 신호가 약해 상기 제1 클러스터 헤더와 통신하기에 부적합하기 때문에, 다른 클러스터 헤더와의 통신 신호 강도를 측정하여, 측정된 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 클 때까지 단계 S3 및 S4를 반복적으로 수행하는 것이다. 본 발명의 실시예로, 상기 클러스터 멤버는 상기 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도가 제한 신호 강도보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터 헤더를 구성하는 제1 클러스터에 포함되지 않고, 상기 제1 통신 신호 강도보다 큰 제2 통신 신호 강도가 측정되는 제2 클러스터에 포함될 수 있다.
반면, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우(SS≥SSlimit)인 경우, 단계 (S5)에서, 상기 클러스터 멤버는 상기 제1 헤더 선출 통보 메 시지에 포함된 제1 홉수(Hop)를 사전에 저장된 제2 홉수(Hop')와 비교한다. 만약, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 큰 경우(Hop≥Hop'), 단계 S3 내지 S5를 반복적으로 수행할 수 있다.
반면, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우(Hop<Hop'), 단계 (S6)에서, 상기 클러스터 멤버는 제1 헤더 정보와 상기 제1 홉수(Hop)를 저장한다. 상기 클러스터 멤버는 상기 제1 홉수와 함께 제1 통신 신호 강도를 저장할 수 있으며, 또는 상기 제1 홉수를 통해 상기 제1 통신 신호 강도를 산출할 수도 있다. 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작을수록, 상기 제1 클러스터 헤더와 상기 클러스터 멤버 사이의 거리가 가깝다는 것을 "수학식 6"을 통해 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 센서 노드의 홉수를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(810)에 도시한 바와 같이, 클러스터 헤더 "A"는 헤더 선출 통보 메시지를 1, 2, 3번 센서 노드를 거쳐 센서 노드 "x"로 전송한다. 여기서, 상기 클러스터 헤더 A로부터 상기 센서 노드 x 의 홉수는 "4"이다.
한편, 도면부호(820)에 도시한 바와 같이, 클러스터 헤더 "B"는 헤더 선출 통보 메시지를 4번 노드를 거쳐 센서 노드 "x"로 전송한다. 여기서, 상기 클러스터 헤더 B로부터 상기 센서 노드 x 의 홉수는 "2"이다.
따라서, 센서 노드 "x"는 홉수가 작은 클러스터 헤더 "B"를 포함하는 클러스터의 "클러스터 멤버"가 된다. 즉, 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드들은 클러스터 헤더로부터 수신되는 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 홉수를 산출하여, 홉수 가 작은 클러스터 헤더를 포함하는 클러스터의 클러스터 멤버가 되는 것이다.
이후, 단계 (S7)에서, 상기 클러스터 멤버는 단계 S1에서 상기 제1 클러스터 헤더가 선정된 이후로부터의 경과 시간(T)이 클러스터 구성 제한 시간(Tlimit)을 초과하였는지 확인한다. 상기 클러스터 구성 제한 시간은 네트워크 서버의 관리자에 의해 설정될 수 있다. 만약, 상기 경과 시간이 상기 클러스터 구성 제한 시간을 초과하지 않은 경우, 단계 S3 내지 S7를 반복적으로 수행할 수 있다.
한편, 상기 경과 시간이 상기 클러스터 구성 제한 시간을 초과한 경우(T≥Tlimit), 단계 (S8)에서, 상기 클러스터 멤버는 자신이 속할 클러스터를 결정하고, 해당 클러스터 헤더인 제1 클러스터 헤더에게 제1 가입 메시지를 전송한다. 상기 제1 가입 메시지는 상기 제1 클러스터 헤더에게 자신이 제1 클러스터에 포함되기를 원한다는 것을 통보하기 위한 메시지이다.
본 발명의 실시예로, 상기 클러스터 멤버는 단계 S3 내지 S7를 반복적으로 수행함으로써, 제1 클러스터 내지 제5 클러스터 중 어느 클러스터에 포함될 지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 상기 클러스터 멤버는 상기 제1 클러스터 헤더 내지 제5 클러스터 헤더로부터 모두 헤더 선출 통보 메시지를 수신하고, 제1 내지 제5 클러스터 헤더와의 각 통신 신호 강도를 측정하고, (1)측정된 각 통신 신호 강도가 제한 신호 강도보다 크고, (2)홉수가 이전에 저장된 홉수보다 작고, (3)경과 시간이 클러스터 구성 제한 시간을 초과한 경우, 상기 제1 클러스터 내지 상기 제5 클러스터 중 어느 클러스터에 포함될 지 여부를 결정할 수 있는 것이다.
단계 (S9 ~ S10)에서, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 제1 가입 메시지를 전송한 상기 클러스터 멤버에 대한 클러스터 스케쥴을 작성하고, 제1 클러스터 헤더 교체 주기(P0)를 설정한다.
단계 (S11)에서, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 작성된 클러스터 스케쥴을 상기 클러스터 멤버에게 전송한다.
이렇게 하여, 단계 (S12)에서, 네트워크 서버는 상기 제1 클러스터 헤더와 상기 클러스터 멤버를 포함하는 제1 클러스터를 구성할 수 있다.
단계 (S13)에서, 클러스터 멤버는 상기 클러스터 스케쥴을 수신하고, 데이터를 감지하여 상기 제1 클러스터 헤더로 전송하고, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 전송된 데이터를 집계하여 최종 데이터를 생성한 후, 생성된 최종 데이터를 상기 네트워크 서버로 전송한다.
단계 (S14 ~ S15)에서, 상기 네트워크 서버는 (1)현재 시각이 상기 제1 클러스터 헤더 교체 주기를 경과한 경우(P0>0), 또는 (2)상기 제1 클러스터 헤더 내의 에너지 잔여량(ECH)이 제한 에너지 잔여량(Elimit)보다 작은 경우(ECH≤Elimit), 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정할 수 있다.
이에 따라, 상기 선정된 제2 클러스터 헤더는 자신의 제2 헤더 정보를 다른 클러스터 멤버로 전송하고, 이후, 모든 무선 센서 네트워크 작업이 완료되면, 단계 (S16)에서, 상기 네트워크 서버는 무선 센서 네트워크를 종료할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템에서 클러스터를 구성하는 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(910)는, 50개의 센서 노드를 포함하는 무선 센서 네트워크에서 종래의 "LEACH 기법"을 기반으로 초기 클러스터를 구성한 일례를 도시한 것이다. 도면부호(920)는 본 발명의 통신 신호 강도를 이용한 "노드 분산 기법"을 기반으로 초기 클러스터를 구성한 일례를 도시한 것이다. 여기서, 무선 센서 네트워크는 50개의 센서 노드를 5개의 클러스터로 분할하므로, 클러스터당 평균 노드수는 10개이다.
도면부호(930)는 각 클러스터 내의 노드수를 측정한 것으로, 수평선으로 그려진 그래프는 도면부호(910)를, 수직선으로 그려진 그래프는 도면부호(920)를 나타낸다. 도면부호(910)를 참고하면, 제5 클러스터에는 15개의 센서 노드가 존재하며, 이는 평균 노드수의 "1.5배"이다. 또한, 가장 많은 센서 노드를 포함하는 제5 클러스터와 가장 적은 센서 노드를 포함하는 제1, 제4 클러스터의 노드수 차이는 7로써, 이는 전체 노드수의 약 "14%"이다. 한편, 도면부호(920)를 참고하면, 제5 클러스터에는 12개의 센서 노드가 존재하며, 이는 평균 노드수의 "1.2배"이다. 또한, 가장 많은 센서 노드를 지닌 제3, 제5 클러스터와 가장 적은 센서 노드를 지닌 제1, 제4 클러스터의 노드수 차이는 4로써, 이는 전체 노드수의 약 "8%"이다. 따라서, 본 발명의 통신 신호 강도를 이용한 노드 분산 기법이 종래의 LEACH 기법에 비해 노드 편중도를 "30%"정도 감소시켰음을 알 수 있다.
종래의 정적 클러스터링 기법은 기존 센서 노드의 이동, 센서 노드의 정지, 새로운 센서 노드의 삽입 등 클러스터 토폴로지 변경시 이를 반영하지 못한다. 따라서, 시간이 경과할 수록 클러스터 노드의 편중 현상이 심화되는 단점이 존재한다. 이를 해결하기 위해 본 발명의 클러스터 분할 방법 및 클러스터 병합 방법을 제안한다. 이러한, 클러스터 분할 방법 및 클러스터 병합 방법을 수행하기 위해서는, 최대 노드 비율을 UB(Upper Bound) 및 최소 노드 비율을 LB(Lower Bound)을 산출해야 한다.
무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수를 N, 사용자가 정의한 클러스터 헤더로 선정되는 일정 비율 PCH 의 값을 α (0< α <1)라고 가정한다. 이때, 상기 무선 센서 네트워크에서 선정되는 클러스터 헤더의 수 "NCH"는 클러스터의 수 "C"와 동일하며, 다음 수학식 7과 같다.
C = NCH = N * α
따라서, 하나의 클러스터 내에서 담당해야 하는 평균 노드수 Avgc는 다음 수학식 8과 같다.
Avgc = N/C = 1/ α
예를 들어, 전체 노드수 N = 100, α = 0.05인 경우, 클러스터의 수 C = 5개이며, 각 클러스터마다 담당해야 하는 평균 노드수는 100/5 = 20 개씩의 센서 노드 를 담당해야 한다. 한편, 하나의 클러스터에 포함되는 노드수 Cn이 Avgc의 50% 이하이거나, 또는 Avgc 의 150% 이상일 경우, 클러스터의 역할 수행이 어려워진다. 예를 들어, Avgc = 20일 때, 클러스터 A에는 Avgc * 0.5 = 10개의 노드가, 클러스터 B에는 Avgc * 1.5 = 30개의 노드가 존재한다고 가정한다. 클러스터 B의 클러스터 헤더에서 처리되는 데이터량은 30/10 = 3배이므로, 클러스터 B의 클러스터 헤더는 클러스터 A의 클러스터 헤더에 비해 3배 이상 에너지를 소모한다. 따라서, 하나의 클러스터 내에 존재해야 하는 최대 노드 비율을 UB(Upper Bound) 및 최소 노드 비율을 LB(Lower Bound)는 수학식 9 및 수학식 10과 같다.
UB = (Avgc * 1.5)/N = 3 / 2*N* α
LB = (Avgc * 0.5)/N = 1 / 2*N* α
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터 분할 방법과 클러스터 병합 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
단계 S1에서, 제1 클러스터 헤더는 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수 Cn을 확인한다. 상기 제1 노드수는 상기 제1 클러스터 헤더를 제외하고, 상기 제1 클러스터에 포함된 "전체 클러스터 멤버수"일 수 있다.
단계 S2에서, 제1 클러스터 헤더는 (1)상기 확인된 제1 노드수 Cn이 전체 노 드수에 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수(N*UB)보다 크면, 클러스터의 분할을 수행하며, (2)상기 확인된 제1 노드수 Cn이 전체 노드수에 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수(N*UB)보다 작으면, 클러스터의 병합을 수행할 수 있다.
클러스터 분할 방법
상기 제1 클러스터에 포함된 노드수가 최대 제한 노드수보다 큰 경우, 제1 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량이 다른 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량보다 많기 때문에, 클러스터의 역할을 수행할 수 없다. 이 경우, 제1 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량을 줄이기 위해, 클러스터 분할을 수행한다.
단계 S3에서, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도를 고려하여 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정할 수 있다.
본 발명의 실시예로, 상기 제1 클러스터 헤더는 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중, 상기 제1 클러스터(CH)에서 가장 통신 신호 강도(SS)가 약한 노드를, 새로 추가될 제2 클러스터의 제2 클러스터 헤더(CH')로 선정한다. 예를 들어, 제1 클러스터에 9개의 클러스터 멤버가 포함된 경우, 7개의 클러스터 멤버는 통신 신호 강도가 "5"이고, 1개의 클러스터 멤버는 통신 신호 강도가 "3"이고, 나머지 1개의 클러스터 멤버는 통신 신호 강도가 "1"인 경우, 통신 신호 강도가 "1"로 가장 낮은 클러스터 멤버를 제2 클러스터 헤더로 선정할 수 있다.
단계 S4에서, 선정된 제2 클러스터 헤더(CH')는 분할하고자 하는 클러스터 내에 모든 클러스터 멤버에게 제2 헤더 선출 통보 메시지를 전송한다. 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지는 상기 제2 클러스터 헤더가 앞으로 구성될 제2 클러스터의 클러스터 헤더로 선정되었음을 통보하는 메시지이다.
이에 대하여, 단계 S5에서, 상기 제2 헤더 선출 통보 메시지를 수신한 클러스터 멤버는 제2 클러스터 헤더와의 제2 통신 신호 강도(제2 SS)를 측정한다.
단계 S6에서, 상기 클러스터 멤버는 상기 측정된 제2 통신 신호 강도(제2 SS)와 상기 도 7에서 측정된 제1 통신 신호 강도(제1 SS)를 비교하여, 통신 신호 강도가 높은 쪽을 자신의 클러스터 헤더로 결정한다. 따라서, 상기 클러스터 멤버는 제1 클러스터 헤더(CH) 또는 제2 클러스터 헤더(CH') 중 하나를 자신의 클러스터 헤더로 결정하고, 결정된 클러스터 헤더로 가입 메시지를 전송할 수 있다.
만약, 상기 제2 통신 신호 강도가 상기 제1 통신 신호 강도보다 높은 경우, 단계 S7에서, 상기 클러스터 멤버는 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지를 전송할 수 있다. 상기 제2 가입 메시지는 상기 제2 클러스터 헤더에게 자신이 제2 클러스터에 포함되기를 원한다는 것을 통보하기 위한 메시지이다. 이 경우, 도 7의 단계 S9 내지 S13을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제2 클러스터 헤더는 상기 제2 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버에 대한 클러스터 스케쥴을 작성하고, 제2 클러스터 헤더 교체 주기(P0)를 설정하고, 상기 작성된 클러스터 스케줄을 자신의 클러스터 멤버에게 전송함으로써, 제2 클러스터 구성을 완료할 수 있다. 즉, 상기 구성된 제2 클러스터는 도 7에서 구성한 제1 클러스터로부터 분할 처리된 것이다. 상기 제2 클러스터에 포함된 클러스터 멤버는 데이터 감지 및 전송하고, 상기 제2 클러스터 헤더는 전송된 데이터를 집계하여 네트워크 서버로 전송한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 클러스터를 분할하는 일례를 도시한 도면이다.
도면부호(1110)에 도시한 바와 같이, 제5 클러스터에는 22개의 센서 노드가 존재한다. 이때 클러스터의 수는 5개, 전체 노드수는 60개이므로, 클러스터 내 평균 노드수는 수학식 8에 따라 60/5=12개, 최대 노드 비율은 수학식 9에 따라 (12*1.5)/60 = 0.3이며, 최소 노드 비율은 수학식 10에 따라 (12*0.5)/60 = 0.1이다. 따라서, 클러스터당 최대 제한 노드수는 60*0.3 = 18개이며, 최소 제한 노드수는 60*0.1= 10개 이다. 이 경우, 제5 클러스터에는 전체 노드 60개의 약 36%, 상기 최대 제한 노드수 18개보다 약 1.2배 많은 노드가 존재하기 때문에, 클러스터 분할을 수행해야 한다.
도면부호(1120)에 도시한 바와 같이, 제5 클러스터 헤더 "B"는 가장 통신 신호 강도가 약한 B'를 제6 클러스터의 제6 클러스터 헤더로 선택하고, 제5 클러스터를 분할한다.
도면부호(1130)는 제5 클러스터의 일부가 제6 클러스터로 분할된 모습을 나타낸다. 이때, 클러스터의 수는 6개, 전체 노드수는 60개이므로, 클러스터당 평균 노드수는 수학식 8에 따라 60/6= 10개, 최대 노드 비율은 수학식 9에 따라 (10*1.5)/60 = 0.25이며, 최소 노드 비율은 수학식 10에 따라 (10*0.5)/60 = 0.08이다. 따라서, 클러스터당 최대 제한 노드수는 60*0.25 = 15개이며, 최소 제한 노드수는 60*0.8= 4.8개 ≒ 5개이다. 제5, 제6 클러스터는 각각 14개, 8개씩의 노드 를 지닌다. 따라서, 5<14<15, 5<8<15 이므로 제5, 제6 클러스터에 노드수가 효율적으로 분산되었음을 알 수 있다.
클러스터 병합 방법
단계 S3에서, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 확인된 제1 노드수 Cn이 전체 노드수에 최소 노드 비율을 곱한 최소 제한 노드수(N*LB)보다 작으면, 클러스터의 병합을 수행할 수 있다. 즉, 상기 제1 클러스터에 포함된 노드수가 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 제1 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량이 다른 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량보다 적기 때문에, 다른 클러스터와 구별되는 별도의 클러스터를 구성할 필요가 없다. 이 경우, 다른 클러스터와 병합하여, 클러스터 헤더에서 소모되는 에너지량을 다른 클러스터 헤더와 맞출 수 있다.
단계 S4에서, 상기 제1 클러스터 헤더(Cfrom)는 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하고, 상기 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정할 수 있다. 본 발명의 실시예로, 상기 제1 클러스터 헤더는 상기 응답 메시지의 신호 강도(SS)를 측정하여, 가장 강한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터(Cto)로 선정할 수 있다.
단계 S5에서, 상기 제1 클러스터 헤더(Cfrom)는 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버에게 클러스터 헤더가 대상 클러스터(Cto)로 변경되었음을 통보한다. 이에 대하여, 단계 S6에서, 상기 클러스터 멤버는 대상 클러스터(Cto)로 자신의 멤버 헤더 정보를 전송한다.
이 경우, 단계 S7에서, 대상 클러스터(Cto)는 상기 전송된 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터를 병합한다. 단계 S8에서, 대상 클러스터(Cto)는 제1, 제2 클러스터에 포함된 제2 노드수(Cn', 전체 클러스터 멤버수)를 산출한다. 만약, 단계 S9에서, 대상 클러스터(Cto)는 상기 산출된 제2 노드수가 최대 제한 노드수보다 큰 경우(Cn>N*UB), 단계 S3 내지 S7을 반복적으로 수행하여 클러스터를 분할한다. 그러나, 상기 산출된 제2 노드수가 상기 최대 제한 노드수보다 작은 경우(Cn≤N*UB), 단계 S10에서, 대상 클러스터(Cto)는 상기 제1, 제2 클러스터의 병합을 완료한다. 여기서, 상기 대상 클러스터는 제2 클러스터 헤더이다. 이후, 상기 제2 클러스터 헤더는 도 7의 단계 S14 내지 S16을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제2 클러스터 헤더는 (1)현재 시각이 제2 클러스터 헤더 교체 주기(P0)를 경과하거나, 또는 (2)제2 클러스터 헤더 내의 에너지 잔여량(ECH)이 제한 에너지 잔여량(Elimit)보다 작은 경우, 상기 제2 클러스터 내에서 클러스터 헤더를 재선출하고, 재선출된 클러스터 헤더가 자신의 헤더 정보를 클러스터 멤버로 전송할 수 있다. 이후, 모든 무선 센서 네트워크 작업이 완료되면, 시스템을 종료한다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 클러스터를 병합하는 일례를 도시한 도 면이다.
도면부호(1210)에서, 제4 클러스터에는 3개의 노드가 존재한다. 이때, 클러스터의 수는 5개, 전체 노드수는 45개이므로, 클러스터 내 평균 노드수는 수학식 8에 따라 45/5=9개, 최대 노드 비율은 수학식 9에 따라 (9*1.5)/45 = 0.3이며, 최소 노드 비율은 수학식 10에 따라 (9*0.5)/45 = 0.1이다. 따라서, 클러스터당 최대 제한 노드수는 45*0.3 = 13.5개이며, 최소 제한 노드수는 4.5*0.1= 4.5개 이다. 따라서, 제4 클러스터 내의 노드수가 최소 제한 노드수에 비해 적기 때문에, 상기 제4 클러스터와 가장 가까운 제5 클러스터와 병합을 수행한다.
도면부호(1220)는 제4 클러스터와 제5 클러스터의 병합이 완료된 모습을 나타낸다. 이때, 클러스터의 수는 4개, 전체 노드수는 45개이므로, 클러스터 내 평균 노드수는 수학식 8에 따라 60/5=11개, 최대 노드 비율은 수학식 9에 따라 (11*1.5)/45 = 0.36이며, 최소 노드 비율은 수학식 10에 따라 (11*0.5)/45 = 0.12이다. 따라서, 클러스터당 최대 제한 노드수는 45*0.36 = 16.5개이며, 최소 제한 노드수는 45*0.12= 5.5개이다. 상기 병합을 통해, 제4 클러스터의 노드 수는 15개로써, 5.5 < 15 < 16.5 이며 기존의 노드 편중 현상을 완화하였음을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 사전에 선정된 제한 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 메시지 수신부(1301), 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제 1 통신 신호 강도를 측정하는 강도 측정부(1302), 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 강도 비교부(1303), 및 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 메시지 전송부(1306)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지는 제1 홉수 및 제1 헤더 정보를 포함할 수 있다. 상기 제1 헤더 정보는 상기 제1 클러스터 헤더에 대한 정보이다. 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 제1 홉수를 사전에 저장된 제2 홉수와 비교하는 홉수 비교부(1304), 및 상기 비교결과, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우, 상기 제1 헤더 정보와 상기 제1 홉수를 저장하는 정보 저장부(1305)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 상기 제1 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버에 대한 클러스터 스케줄을 작성하는 스케줄 작성부(1307), 상기 작성된 클러스터 스케줄을 상기 클러스터 멤버로 전송하여 제1 클러스터를 구성하는 클러스터 구성부(1308), 및 상기 제1 클러스터 헤더가 선정된 이후부터의 경과 시간이 클러스터 구성 제한 시간을 초과하는지 확인하는 확인부(1309)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 메시지 전송부(1306)는 상기 경과 시간이 상기 클러스터 구성 제한 시간을 초과하는 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 제1 클러스터 헤더 교체 주기를 설정하는 주기 설정부(1310), 및 (1)현재 시각이 상기 제1 클러스터 헤더 교체 주기를 경과한 경우, 또는 (2)상기 제1 클러스터 헤더 내의 에너지 잔여량이 제한 에너지 잔여량 보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정하는 헤더 선정부(1321)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 데이터를 감지하여 상기 제1 클러스터 헤더로 전송하는 멤버 데이터 전송부(1318), 상기 전송된 데이터를 집계하여 최종 데이터를 생성하는 데이터 생성부(1319), 및 상기 생성된 최종 데이터를 네트워크 서버로 전송하는 헤더 데이터 전송부(1320)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수를 산출하는 노드수 산출부(1311), 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수와 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수를 산출하는 제한 노드수 산출부(1312), 및 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최대 제한 노드수보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터를 분할 처리하는 분할 처리부(1313)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제한 노드수 산출부(1312)는 수학식 8을 이용하여 상기 무선 센서 네트워크 내의 각 클러스터에 포함된 평균 노드수를 산출하고, 수학식 9를 통해 상기 산출된 평균 노드수, 상기 전체 노드수 및 상수를 이용하여 상기 최대 노드 비율을 산출하거나, 또는 상기 전체 노드수 및 클러스터 헤더 선출 비율를 이용하여 상기 최대 노드 비율을 산출할 수 있다.
헤더 선정부(1321)는 상기 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도를 고려하여 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정하고, 분할 처리부(1313)는 상기 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지가 전송된 경우, 상기 제2 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버를 상기 제1 클러스터로부터 분할 처리할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제한 노드수 산출부(1312)는 상기 전체 노드수와 최소 노드 비율을 곱한 최소 제한 노드수를 산출할 수 있다. 즉, 제한 노드수 산출부(1312)는 수학식 10을 통해 평균 노드수, 상기 전체 노드수 및 상수를 이용하여 상기 최소 노드 비율을 산출하거나, 또는 상기 전체 노드수 및 클러스터 헤더 선출 비율을 이용하여 상기 최소 노드 비율을 산출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템(1300)은 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터를 병합 처리하는 병합 처리부(1314), 상기 제1 클러스터 헤더와 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하는 요청부(1315), 헤더 선정부(1321)에 의해 상기 전송된 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정되면, 상기 대상 클러스터가 제2 클러스터 헤더로 변경됨을 클러스터 멤버로 통보하는 통보부(1316), 및 상기 클러스터 멤버에서 상기 대상 클러스터로 멤버 헤더 정보를 전송하는 정보 전송부(1317)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 병합 처리부(1314)는 상기 대상 클러스터에서 상기 전송된 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터를 상기 제2 클러스터와 병합 처리할 수 있다.
노드수 산출부(1311)는 상기 대상 클러스터에서 상기 병합된 제1, 제2 클러스터에 포함된 제2 노드수를 산출하고, 병합 처리부(1314)는 상기 산출된 제2 노드수가 상기 최대 제한 노드수보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버를 상기 제2 클러스터에 포함시켜 병합을 완료할 수 있다.
따라서, 도 7 및 도 10의 상기 클러스터링 방법, 클러스터 분할 방법 및 클러스터 병합 방법은 본 발명의 클러스터링 시스템(1300)에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 정적 클러스터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 2는 종래기술에 따라 클러스터 헤더를 재선출하는 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 클러스터 구성 시 발생하는 노드 편중 현상의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 종래기술에 따른 새로운 노드 삽입에 의한 노드 편중 현상의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 통신 모델을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 센서 노드의 홉수를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 센서 노드의 홉수를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템에서 클러스터를 구성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터 분할 방법과 클러스터 병합 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 클러스터를 분할하는 일례를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 클러스터를 병합하는 일례를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터링 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1300: 클러스터링 시스템
1301: 메시지 수신부 1302: 강도 측정부
1303: 강도 비교부 1304: 홉수 비교부
1305: 정보 저장부 1306: 메시지 전송부
1307: 스케줄 작성부 1308: 클러스터 구성부
1309: 확인부 1310: 주기 설정부
1311: 노드수 산출부 1312: 제한 노드수 산출부
1313: 분할 처리부 1314: 병합 처리부
1315: 요청부 1316: 통보부
1317: 정보 전송부 1318: 멤버 데이터 전송부
1319: 데이터 생성부 1320: 헤더 데이터 전송부
1321: 헤더 선정부

Claims (16)

  1. 클러스터 멤버에서 사전에 선정된 제한 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 메시지 수신부;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 측정하는 강도 측정부;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 강도 비교부;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 메시지 전송부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수를 산출하는 노드수 산출부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수와 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수를 산출하는 제한 노드수 산출부; 및
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최대 제한 노드수보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터를 분할 처리하는 분할 처리부
    를 포함하는 클러스터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 헤더 선출 통보 메시지는 제1 홉수 및 제1 헤더 정보를 포함하고,
    상기 클러스터 멤버에서 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 제1 홉수를 사전에 저장된 제2 홉수와 비교하는 홉수 비교부; 및
    상기 클러스터 멤버에서 상기 비교결과, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우, 상기 제1 헤더 정보와 상기 제1 홉수를 저장하는 정보 저장부
    를 더 포함하는, 클러스터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제1 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버에 대한 클러스터 스케줄을 작성하는 스케줄 작성부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 작성된 클러스터 스케줄을 상기 클러스터 멤버로 전송하여 제1 클러스터를 구성하는 클러스터 구성부; 및
    상기 클러스터 멤버에서 상기 제1 클러스터 헤더가 선정된 이후부터의 경과 시간이 클러스터 구성 제한 시간을 초과하는지 확인하는 확인부
    를 더 포함하고,
    상기 메시지 전송부는,
    상기 경과 시간이 상기 클러스터 구성 제한 시간을 초과하는 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는, 클러스터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 제1 클러스터 헤더 교체 주기를 설정하는 주기 설정부; 및
    네트워크 서버에서 (1)현재 시각이 상기 제1 클러스터 헤더 교체 주기를 경과한 경우, 또는 (2)상기 제1 클러스터 헤더 내의 에너지 잔여량이 제한 에너지 잔여량 보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정하는 헤더 선정부
    를 더 포함하는, 클러스터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 멤버에서 데이터를 감지하여 상기 제1 클러스터 헤더로 전송하는 멤버 데이터 전송부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 전송된 데이터를 집계하여 최종 데이터를 생성하는 데이터 생성부; 및
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 생성된 최종 데이터를 네트워크 서버로 전송하는 헤더 데이터 전송부
    를 더 포함하는, 클러스터링 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제한 노드수 산출부는,
    상기 무선 센서 네트워크 내의 각 클러스터에 포함된 평균 노드수, 상기 전체 노드수 및 상수를 이용하여 상기 최대 노드 비율을 산출하거나, 또는 상기 전체 노드수 및 클러스터 헤더 선출 비율을 이용하여 상기 최대 노드 비율을 산출하는, 클러스터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도를 고려하여 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정하는 헤더 선정부
    를 더 포함하고,
    상기 분할 처리부는,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지가 전송된 경우, 상기 제2 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버를 상기 제1 클러스터로부터 분할 처리하는, 클러스터링 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제한 노드수 산출부는,
    상기 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수와 최소 노드 비율을 곱한 최소 제한 노드수를 산출하고,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터를 병합 처리하는 병합 처리부
    를 더 포함하는, 클러스터링 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제한 노드수 산출부는,
    상기 무선 센서 네트워크 내의 각 클러스터에 포함된 평균 노드수, 상기 전체 노드수 및 상수를 이용하여 상기 최소 노드 비율을 산출하거나, 또는 상기 전체 노드수 및 클러스터 헤더 선출 비율를 이용하여 상기 최소 노드 비율을 산출하는, 클러스터링 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 병합 처리부는,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제1 클러스터 헤더와 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하는 요청부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 전송된 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정하는 헤더 선정부;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 대상 클러스터가 제2 클러스터 헤더로 변경됨을 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버로 통보하는 통보부; 및
    상기 클러스터 멤버에서 상기 대상 클러스터로 멤버 헤더 정보를 전송하는 정보 전송부
    를 포함하고,
    상기 대상 클러스터에서 상기 전송된 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터를 상기 제2 클러스터와 병합 처리하는, 클러스터링 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제한 노드수 산출부는,
    상기 전체 노드수와 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수를 산출하고,
    상기 노드수 산출부는,
    상기 대상 클러스터에서 상기 병합된 제1, 제2 클러스터에 포함된 제2 노드수를 산출하고,
    상기 병합 처리부는,
    상기 산출된 제2 노드수가 상기 최대 제한 노드수보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버를 상기 제2 클러스터에 포함시켜 병합을 완료하는, 클러스터링 시스템.
  13. 클러스터 멤버에서 사전에 선정된 제한 거리 이내에 위치하는 제1 클러스터 헤더로부터 제1 헤더 선출 통보 메시지를 수신하는 단계;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 수신된 제1 헤더 선출 통보 메시지에 기초하여 제1 통신 신호 강도를 측정하는 단계;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 측정된 제1 통신 신호 강도를 제한 신호 강도와 비교하는 단계;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 비교결과, 상기 제1 통신 신호 강도가 상기 제한 신호 강도보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더로 제1 가입 메시지를 전송하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제1 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버와 상기 제1 클러스터 헤더로 구성된 제1 클러스터에 포함된 제1 노드수를 산출하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수와 최대 노드 비율을 곱한 최대 제한 노드수를 산출하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최대 제한 노드수보다 큰 경우, 상기 제1 클러스터 헤더와의 제1 통신 신호 강도를 고려하여 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버 중 어느 하나를 제2 클러스터 헤더로 선정하는 단계; 및
    상기 제2 클러스터 헤더로 제2 가입 메시지가 전송된 경우, 상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 제2 가입 메시지를 전송한 클러스터 멤버를 상기 제1 클러스터로부터 분할 처리하는 단계
    를 포함하는 클러스터링 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 헤더 선출 통보 메시지는 제1 홉수 및 제1 헤더 정보를 포함하고,
    상기 클러스터 멤버에서 상기 제1 헤더 선출 통보 메시지에 포함된 제1 홉수를 사전에 저장된 제2 홉수와 비교하는 단계; 및
    상기 클러스터 멤버에서 상기 비교결과, 상기 제1 홉수가 상기 제2 홉수보다 작은 경우, 상기 제1 헤더 정보와 상기 제1 홉수를 저장하는 단계
    를 더 포함하는, 클러스터링 방법.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 무선 센서 네트워크 내의 전체 노드수와 최소 노드 비율을 곱한 최소 제한 노드수를 산출하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 산출된 제1 노드수가 상기 산출된 최소 제한 노드수보다 작은 경우, 상기 제1 클러스터 헤더와 이웃한 제2 클러스터에 포함된 제2 클러스터 헤더로 병합 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 전송된 병합 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 전송한 제2 클러스터 헤더를 대상 클러스터로 선정하는 단계;
    상기 제1 클러스터 헤더에서 상기 대상 클러스터가 제2 클러스터 헤더로 변경됨을 상기 제1 클러스터에 포함된 클러스터 멤버로 통보하는 단계;
    상기 클러스터 멤버에서 상기 대상 클러스터로 멤버 헤더 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 대상 클러스터에서 상기 전송된 멤버 헤더 정보에 기초하여 상기 제1 클러스터를 상기 제2 클러스터와 병합 처리하는 단계
    를 더 포함하는, 클러스터링 방법.
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