KR101041587B1 - Sensor network system which supports multi-hop routing between cluster heads and routing method thereof - Google Patents
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Abstract
클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템 및 라우팅 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템은 자신의 관할 센서 네트워크에 포함된 클러스터 멤버 노드를 수신자로 하는 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성하여 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드에 송신하는 싱크 노드 및 수신된 상기 가상 라우팅 메시지로부터 상기 오리지널 메시지를 추출하고, 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신하는 클러스터 헤드 노드를 포함한다.A cluster-based sensor network system and routing method are provided that support multi-hop routing between cluster heads. The cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to the present invention generates a virtual routing message by adding a virtual routing message header to an original message having a cluster member node included in its own sensor network as a receiver. A sink node for transmitting to the head node of the cluster member node, and a cluster head node for extracting the original message from the received virtual routing message and transmitting the original message to a cluster member node designated as a receiver of the original message. .
센서 네트워크, 멀티 홉, 클러스터링, 클러스터 멤버, 네트워크 수명 Sensor network, multi-hop, clustering, cluster member, network lifetime
Description
본 발명은 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템 및 라우팅 방법에 관한 것이다. 더욱더 자세하게는, 싱크 노드를 통하여 외부 장치와 통신하는 하나 이상의 클러스터로 구성된 센서 네트워크에 있어서, 상기 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드 노드가 아닌 상기 클러스터를 구성하는 클러스터 멤버 노드에 메시지를 전달하는 경우 상기 네트워크 전체에 상기 메시지를 브로드캐스팅하는 방법 대신 상기 클러스터 멤버 노드에 대하여만 유니캐스트 방식으로 상기 메시지를 전달하기 위한 센서 네트워크 시스템 및 라우팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cluster-based sensor network system and a routing method supporting multi-hop routing between cluster heads. More specifically, in a sensor network composed of one or more clusters communicating with an external device through a sink node, when the message is transmitted to a cluster member node constituting the cluster rather than a cluster head node representing the cluster, the entire network It relates to a sensor network system and a routing method for delivering the message in a unicast manner only to the cluster member nodes instead of the method of broadcasting the message.
센서 네트워크를 위한 클러스터링(clustering) 프로토콜은 센서 네트워크의 노드들을 계층적인 구조로 구성하여 동작되도록 함으로써 네트워크 전체적인 에너지의 효율을 제고하고 생존기간을 늘리기 위해 연구되고 있다. 클러스터링 프로토콜은 물리적으로 근접해 있는 노드들을 하나의 클러스터로 묶고 센서 노드들을 클 러스터의 대표자인 클러스터 헤드 노드(cluster head node)와 클러스터에 참여하는 클러스터 멤버 노드(cluster member node)로 분리하여 센서 네트워크의 구조를 계층화한다. 클러스터링(clustering) 프로토콜은 클러스터 헤드가 클러스터 멤버의 데이터를 병합하는 방법으로 전송되는 데이터의 양을 감소시켜 센서 네트워크의 에너지 효율을 향상시키며 주기적인 재 클러스터링 등의 방법으로 각 센서 노드가 균등하게 에너지를 소모하게 하여 센서 네트워크의 생존기간을 증가시키는 효과가 있다.The clustering protocol for sensor networks is being studied to increase the energy efficiency and overall survival of the network by configuring nodes of the sensor network in a hierarchical structure. The clustering protocol combines physically adjacent nodes into a cluster and separates sensor nodes into cluster head nodes, which are representative of the cluster, and cluster member nodes that participate in the cluster. Layered. The clustering protocol improves the energy efficiency of the sensor network by reducing the amount of data transmitted by the cluster head by merging the data of cluster members.Each sensor node distributes energy evenly through periodic reclustering. It has the effect of increasing the survival time of the sensor network.
센서 네트워크의 클러스터링 구조 상, 클러스터 헤드 노드와 센서 네트워크와 외분 네트워크 간의 통신을 중계 하는 싱크 노드 간의 데이터 송수신이 필수적이다. 상기 클러스터 헤드 노드와 싱크 노드 간의 통신 방식에는 도 1에 도시된 바와 같이 클러스터 헤드 노드들이 싱크 노드와 직접 통신하는 방법과 도 2에 도시된 바와 같이 클러스터 헤드 노드들 간의 멀티홉(multi-hop) 라우팅을 통해 싱크 노드와 통신하는 방법이 있을 수 있다.In the clustering structure of the sensor network, data transmission and reception between the cluster head node and the sink node relaying communication between the sensor network and the foreign network is essential. The communication method between the cluster head node and the sink node includes a method in which the cluster head nodes directly communicate with the sink node as shown in FIG. 1 and multi-hop routing between the cluster head nodes as shown in FIG. 2. There may be a method of communicating with the sink node through.
클러스터 헤드 노드들이 싱크 노드와 직접 통신하는 방법은 모든 클러스터 헤드 노드들이 싱크 노드와 직접적인 통신이 가능하여야 하므로 센서 네트워크의 규모가 커지면 실제 적용하기가 어려운 문제점이 있다. 반면에 클러스터 헤드 노드들 간의 멀티홉 라우팅을 통해 싱크 노드와 통신하는 방법은 네트워크 규모에 관계없이 적용이 가능하다.The method in which the cluster head nodes directly communicate with the sink node has a problem in that it is difficult to apply the actual size of the sensor network because all cluster head nodes should be able to communicate directly with the sink node. On the other hand, a method of communicating with a sink node through multi-hop routing between cluster head nodes can be applied regardless of network size.
종래의 클러스터 기반 센서 네트워크들은 주변 환경을 감지한 센서 노드들로부터의 데이터를 싱크 노드로 전달하는 것에만 주안점을 두고 있다. 따라서 싱크 노드로부터 한 클러스터 내의 클러스터 멤버 노드로 제어 메시지를 전달하기 위해서는 네트워크 전체로 해당 메시지를 플러딩(flooding) 또는 브로드캐스팅(broadcasting)하여야 한다. 이는, 싱크 노드가 상기 클러스터 멤버 노드에 대한 라우팅 정보를 가지고 있지 않기 때문이다.Conventional cluster-based sensor networks focus only on delivering data from sensor nodes that sense the environment to the sink node. Therefore, in order to transmit a control message from a sink node to a cluster member node in a cluster, the message must be flooded or broadcasted throughout the network. This is because the sink node does not have routing information for the cluster member node.
상기 플로딩 혹은 브로드캐스팅 방식에 의한 제어 메시지 전달 방법은 상기 제어 메시지를 해당 클러스터 멤버 노드에 정확히 전달할 수는 있으나, 네트워크 내에 많은 트래픽을 유발하여 센서 노드들의 에너지를 소비함으로써 네트워크 생존시간을 감소시키는 문제점이 있다.The control message transmission method using the floating or broadcasting method can accurately transmit the control message to the corresponding cluster member node, but it causes a lot of traffic in the network to reduce network survival time by consuming energy of sensor nodes. There is this.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 클러스터 멤버 노드에 메시지를 전달하는 경우 상기 네트워크 전체에 상기 메시지를 브로드캐스팅하는 방법 대신 상기 클러스터 멤버 노드에 대하여만 유니캐스트 방식으로 상기 메시지를 전달하는 센서 네트워크 시스템 및 라우팅 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to solve the above-described problems of the prior art. When a message is transmitted to a cluster member node, the present invention is directed to only the cluster member node instead of a method of broadcasting the message to the entire network. To provide a sensor network system and a routing method for delivering the message in a cast manner.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템은 자신의 관할 센서 네트워크에 포함된 클러스터 멤버 노드를 수신자로 하는 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성하여 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드에 송신하는 싱크 노드 및 수신된 상기 가상 라우팅 메시지로부터 상기 오리지널 메시지를 추출하고, 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신하는 클러스터 헤드 노드를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a cluster-based sensor network system that supports multi-hop routing between cluster heads according to an aspect of the present invention provides a virtual routing message to an original message having a cluster member node included in its sensor network. The original message is extracted from the sink node for generating a virtual routing message including a header and transmitted to the head node of the cluster member node and the received virtual routing message, and the original message is assigned to the cluster member node designated as a receiver of the original message. It includes a cluster head node sending a message.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 라우팅 방법은 자신의 관할 센서 네트워크에 포함된 클러스터 멤버 노드를 수신자로 하는 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성하여 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드에 송신하는 단계 및 수신된 상기 가상 라우팅 메시지로부터 상기 오리지널 메시지를 추출하고, 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for routing a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads includes an original message having a cluster member node included in its own sensor network as a receiver. Generating a virtual routing message with a virtual routing message header and transmitting it to a head node of the cluster member node, extracting the original message from the received virtual routing message, and sending the original message to a cluster member node designated as a receiver of the original message. Transmitting the original message.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 싱크 노드가 플러딩 혹은 브로드캐스팅 방식이 아닌 유니캐스트 방식으로 센서 네트워크의 특정 클러스터 멤버 노드에 메시지를 전달함으로써 트래픽의 양을 줄여 각 노드의 전력 소비를 감소시킴으로써 전체 네트워크의 생존 시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the sink node transmits a message to a specific cluster member node of the sensor network in a unicast manner rather than flooding or broadcasting, thereby reducing the amount of traffic and reducing power consumption of each node. It has the effect of increasing the survival time.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms. The embodiments of the present invention make the posting of the present invention complete and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration and operation of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
먼저, 도 3에 도시된 '(a) 초기 단계'에 대한 세부 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 초기 상태를 설명하기로 한다.First, an initial state of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to the present embodiment will be described with reference to the detailed diagram of (a) initial stage shown in FIG. 3.
본 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템은 싱크 노드(300), 클러스터 헤드 노드(302, 304) 및 클러스터 멤버 노드(306)를 포함할 수 있다.The cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to the present embodiment may include a
싱크 노드(300)는 자신의 관할 센서 네트워크에 포함된 클러스터 멤버 노드를 수신자로 하는 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성하여 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드에 송신한다. 상기 오 리지널 메시지는 싱크 노드(300)가 직접 생성하거나, 외부 네트워크로부터 제공 받은 것일 수 있다.The
클러스터 헤드 노드(302, 304)는 수신된 상기 가상 라우팅 메시지로부터 상기 오리지널 메시지를 추출하고, 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신한다.
클러스터 멤버 노드(306)는 자신이 속한 클러스터를 관할하는 클러스터 헤드 노드(304)를 통하여 데이터를 송수신한다.The
이하, 싱크 노드가 클러스터 헤드 노드(304)의 관할 클러스터인 클러스터 B에 속한 클러스터 멤버 노드(306)에 데이터를 송신하려는 상황을 가정하여 본 실시예에 따른 센서 네트워크 시스템의 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the sensor network system according to the present embodiment will be described on the assumption that the sink node intends to transmit data to the
싱크 노드(300)에는 라우팅 테이블이 저장된다. 상기 라우팅 테이블은 센서 네트워크에 포함된 각 클러스터 헤드 노드(302, 304)에 멀티 홉 방식으로 메시지를 송신하기 위해 필요한 데이터가 저장된다. 상기 라우팅 테이블에는 각 클러스터 헤드 노드의 식별 정보 및 각 클러스터 헤드 노드에 메시지를 송신하기 위한 차기 홉(Next hop) 정보가 저장된다.The
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 클러스터 B를 관할하는 클러스터 헤드 노드(304)에 메시지를 송신하기 위해서는 상기 라우팅 테이블에서 클러스터 헤드 노드(304)의 식별정보를 조회한 후, 그에 대응하는 차기 홉 정보에 따른 노드에 메시지를 송신하면 된다. 이러한 방식의 라우팅 방법을 이하 멀티홉 라우팅이라 지칭하기로 한다.For example, as shown in FIG. 3, in order to send a message to the
싱크 노드(300)에는 가상 라우팅 테이블도 저장된다. 상기 가상 라우팅 테이블은 상기 관할 센서 네트워크에 포함된 모든 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 클러스터 멤버 노드(306)의 식별 정보인 3과 클러스터 멤버 노드(306)의 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보인 2가 상기 가상 라우팅 테이블에 저장될 수 있다.The
상기 가상 라우팅 테이블에 포함된 상기 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보는 상기 클러스터 헤드 노드로부터 수신될 수 있다. 즉, 상기 클러스터 멤버 노드의 식별 정보는 상기 클러스터 멤버 노드가 가입된 클러스터를 관할하는 클러스터 헤드 노드가 상기 싱크 노드에 송신할 수 있다.Identification information of the cluster member node and identification information of the jurisdiction cluster head node included in the virtual routing table may be received from the cluster head node. That is, the identification information of the cluster member node may be transmitted to the sink node by a cluster head node that manages the cluster to which the cluster member node is joined.
상기 관할 클러스터 헤드 노드는 자신의 클러스터에 새로운 클러스터 멤버 노드를 추가하는 경우, 상기 추가된 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 자신의 식별 정보를 포함하는 클러스터 멤버 가입 메시지를 상기 싱크 노드에 송신하고, 상기 싱크 노드는 상기 클러스터 멤버 가입 메시지를 수신하는 경우, 클러스터 멤버 가입 메시지에 포함된 상기 클러스터 멤버 식별 정보 및 상기 클러스터 헤드 식별 정보를 상기 가상 라우팅 테이블에 추가할 수 있다.When the jurisdiction cluster head node adds a new cluster member node to its cluster, the jurisdiction cluster head node transmits a cluster membership message including the identification information of the added cluster member node and its identification information to the sink node, and the sink node. When the node receives the cluster member subscription message, the node may add the cluster member identification information and the cluster head identification information included in the cluster member subscription message to the virtual routing table.
예를 들어, 클러스터 멤버 노드(306)이 새로 가입되는 경우, 클러스터 헤드 노드(304)는 새로 가입된 클러스터 멤버 노드(306)에 대한 자체 라우팅 테이블을 업데이트 하고, 클러스터 멤버 노드(306)의 식별 정보 및 자신의 식별 정보를 포함하는 상기 클러스터 멤버 가입 메시지를 싱크 노드(300)에 송신할 수 있으며, 상기 클러스터 멤버 가입 메시지를 수신 받은 싱크 노드(300)는 상기 가상 라우팅 테이블에 클러스터 멤버 노드(306)의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드인 클러스터 헤드 노드(304)의 식별 정보를 매칭하여 저장할 수 있다.For example, when the
반면에, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드의 식별 정보가 자신의 라우팅 테이블에 존재 하지 않는 경우, 상기 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 자신의 식별 정보를 포함하는 클러스터 멤버 탈퇴 메시지를 상기 싱크 노드에 송신할 수도 있다. 이 경우, 상기 싱크 노드는 상기 상기 클러스터 멤버 탈퇴 메시지를 수신하는 경우, 상기 클러스터 멤버 탈퇴 메시지에 포함된 상기 클러스터 멤버 식별 정보 및 상기 클러스터 헤드 식별 정보를 상기 가상 라우팅 테이블에서 삭제할 수 있다.On the other hand, when the cluster head node identification information of the cluster member node designated as the receiver of the original message does not exist in its routing table, the cluster head node includes the cluster member node including the identification information of the cluster member node and its identification information. A message may be sent to the sink node. In this case, when receiving the cluster member withdrawal message, the sink node may delete the cluster member identification information and the cluster head identification information included in the cluster member withdrawal message from the virtual routing table.
다음으로, 클러스터 멤버 노드(306)에 송신 될 오리지널 메시지의 구조를 도 3에 도시된 '(b) 클러스터 멤버에 송신 될 오리지널 메시지'에 대한 세부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 상기 오리지널 메시지는 메시지 타입, 수신자 식별 정보 및 송신자 식별 정보를 포함할 수 있다. 물론 상기 오리지널 메시지는 메시지 페이로드(payload)를 더 포함할 수 있다. 상기 메시지 타입 필드는 메시지의 종류를 구분하기 위해 사용된다. 즉, 상기 메시지 타입 필드는 메시지 송신 시에 메시지의 종류에 따라 결정되며, 상기 메시지가 수신 노드에 수신되었을 때 상기 수신 노드의 상기 메시지 처리 방법의 결정을 위해 참조될 수 있다. 다만, 수신 노드가 아닌 중간 경유 노드는 상기 메시지 타입 필드의 값을 조회하지 않는 것이 바람직하다.Next, the structure of the original message to be transmitted to the
다음으로, 클러스터 멤버 노드(306)에 메시지를 송신하기 위한 싱크 노드(300)의 라우팅 동작을 도 3에 도시된 '(c) 가상 라우팅 메시지의 라우팅'에 대한 세부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Next, a routing operation of the
싱크 노드(300)는 수신 노드의 식별 정보인 '3'을 키로 하여, 싱크 노드(300)의 라우팅 테이블을 조회 한다. 수신 노드는 클러스터 헤드 노드가 아닌, 클러스터 멤버 노드이므로 싱크 노드(300)의 라우팅 테이블에서 상기 수신 노드의 식별 정보는 조회되지 않을 것이다.The
싱크 노드(300)는 다음으로 싱크 노드(300)의 가상 라우팅 테이블에서 상기 수신 노드의 식별 정보를 조회한다. 그 결과, 상기 수신 노드의 식별 정보를 발견하면 상기 수신 노드는 클러스터 멤버 노드임을 의미한다. 반면에, 상기 가상 라우팅 테이블에서도 상기 수신 노드의 식별 정보가 발견되지 않으면, 상기 수신 노드는 센서 네트워크 내에 존재하지 않는 노드임을 의미하므로, 싱크 노드(300)는 에러 메시지를 제공할 수 있다.The
도 3에서는 클러스터 B에 속한 클러스터 멤버 노드(306)에 송신 되는 메시지를 가정하고 있으므로, 수신 노드의 식별 정보는 싱크 노드(300)의 상기 가상 라우팅 테이블에서 조회된다. 싱크 노드(300)는 수신 노드의 식별 정보가 상기 가상 라우팅 테이블에서 조회되는 경우, 즉 수신 노드가 클러스터 멤버 노드임이 판정된 경우에는, 송신 될 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성한다.In FIG. 3, since a message is transmitted to the
상기 가상 라우팅 메시지 헤더는 상기 오리지널 메시지의 헤더와 동일한 포 맷으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 오리지널 메시지의 헤더는 상기 오리지널 메시지의 페이로드(payload)를 제외한 데이터를 의미하며, 상기 가상 라우팅 메시지의 헤더 역시 상기 오리지널 메시지의 헤더와 동일한 포맷을 사용하여 상기 가상 라우팅 메시지가 일반적인 멀티홉 라우팅 방법에 의해 라우팅 될 수 있도록 할 수 있다.The virtual routing message header is preferably configured in the same format as the header of the original message. The header of the original message means data excluding the payload of the original message, and the header of the virtual routing message also uses the same format as the header of the original message. Can be routed by
상기 가상 라우팅 메시지 헤더는 가상 메시지 타입 필드, 가상 수신자 필드 및 가상 수신자 필드를 포함할 수 있다. 상기 가상 메시지 타입 필드는 가상 라우팅 타입으로 설정되고, 상기 가상 수신자 필드는 상기 오리지널 메시지의 수신자인 상기 클러스터 멤버 노드의 식별정보를 이용하여 상기 가상 라우팅 테이블에서 조회된 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드 식별정보로 설정될 것이다.The virtual routing message header may include a virtual message type field, a virtual receiver field, and a virtual receiver field. The virtual message type field is set to a virtual routing type, and the virtual receiver field is head node identification information of the cluster member node queried in the virtual routing table using identification information of the cluster member node that is a receiver of the original message. Will be set to.
도 3에 도시된 '(c) 가상 라우팅 메시지의 라우팅'에 대한 세부 도면을 참조하면, 상기 가상 라우팅 메시지 헤더의 가상 수신자 필드에는 수신 노드인 클러스터 멤버 노드(306)가 속한 클러스터 B의 클러스터 헤드 노드(304)의 식별 정보인 '2'가 설정되고, 상기 가상 라우팅 메시지 헤더의 가상 송신자 필드에는 싱크 노드(300)의 식별 정보인 '0'이 설정된다.Referring to the detailed diagram of '(c) routing of the virtual routing message' shown in FIG. 3, the virtual receiver field of the virtual routing message header includes the cluster head node of the cluster B to which the
상기 가상 라우팅 메시지에는 오리지널 메시지의 헤더 역시 포함될 것이다. 상기 가상 라우팅 메시지에는 오리지널 메시지의 페이로드 또한 포함될 수 있다.The virtual routing message will also include the header of the original message. The virtual routing message may also include a payload of the original message.
싱크 노드(300)는 상기 가상 라우팅 메시지를 멀티 홉 방식으로 송신한다. 상기 가상 라우팅 메시지에 포함된 가상 라우팅 메시지 헤더는 일반 메시지의 헤더와 동일한 포맷을 가지고 있으므로, 가상 라우팅 메시지가 경유하는 클러스터 헤더 노드(302)는 일반 적인 멀티 홉 방식으로 상기 가상 라우팅 메시지를 라우팅 할 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 상기 가상 라우팅 메시지의 수신 노드가 아닌 클러스터 헤더 노드(302)는 메시지 타입을 조회하지 않는 것이 바람직하다.The
즉, 싱크 노드(300)가 클러스터 멤버 노드(306)에 송신하고자 하는 메시지를 포함한 가상 라우팅 메시지는 일반적인 멀티 홉 방식에 의해 클러스터 헤드 노드들을 경유하여, 상기 메시지의 수신자인 클러스터 멤버 노드(306)가 가입된 클러스터를 관할하는 클러스터 헤드 노드(304)에 도달할 수 있다.That is, the virtual routing message including the message that the
다음으로, 상기 가상 라우팅 메시지의 수신 노드인 클러스터 헤드 노드(304)가 상기 가상 라우팅 메시지를 처리하는 동작을 도 3에 도시된 '(d) 클러스터 헤더가 오리지널 메시지를 클러스터 멤버에 송신'에 대한 세부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Next, the operation of processing the virtual routing message by the
클러스터 헤드 노드(304)는 상기 가상 라우팅 메시지를 수신하여 수신자 식별 정보가 자신의 것과 일치함을 판정하고, 상기 가상 라우팅 메시지에 포함된 가상 메시지 타입 필드의 값을 조회한다. 상기 가상 라우팅 메시지의 상기 가상 메시지 타입 필드의 값은 가상 라우팅 타입(Virtual Routing Type)으로 설정되어 있으므로, 클러스터 헤드 노드(304)는 이를 통해 수신된 메시지가 일반 메시지가 아닌 가상 라우팅 메시지임을 알 수 있게 된다.The
클러스터 헤드 노드(304)는 수신된 가상 라우팅 메시지에서 가상 라우팅 메시지 헤더를 제거하여 오리지널 메시지를 추출한다. 그 결과, 도 3에 도시된 '(d) 클러스터 헤더가 오리지널 메시지를 클러스터 멤버에 송신'에 대한 세부 도면에 도 시된 바와 같이, 수신 노드의 식별 정보가 '3'임을 알 수 있다.The
클러스터 헤드 노드(304)는 상기 오리지널 메시지를 자체 라우팅 테이블을 참조하여 식별 정보로 '3'이 설정된 수신 노드로 송신한다.The
클러스터 헤드 노드(304)는 상기 오리지널 메시지에 포함된 수신 노드의 식별 정보가 자체 라우팅 테이블에서 발견되지 않는 다면, 상기 수신 노드가 자신의 클러스터에서 탈퇴한 것으로 판정하고, 상기 클러스터 탈퇴 메시지를 싱크 노드(300)에 송신할 수 있다.If the identification information of the receiving node included in the original message is not found in its own routing table, the
상기 메시지의 송신 방식은 수신자가 하나인 유니캐스트(unicast) 방식인 것이 바람직하다.The message transmission method is preferably a unicast method with one receiver.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 라우팅 방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 먼저, 수신 노드의 종류를 판정하고 메시지를 송신하는 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a routing method of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. First, a method of determining the type of a receiving node and transmitting a message will be described with reference to FIG. 4.
센서 네트워크에 포함된 모든 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보를 포함하는 가상 라우팅 테이블을 상기 센서 네트워크의 데이터 송수신을 중계하는 센서 노드에 저장한다(S400).A virtual routing table including identification information of all cluster member nodes included in the sensor network and identification information of the corresponding cluster head node is stored in the sensor node relaying data transmission and reception of the sensor network (S400).
상기 가상 라우팅 테이블을 구성하는 상기 센서 네트워크에 포함된 모든 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보는 상기 관할 클러스터 헤드 노드로부터 수신 될 수 있다. 즉, 싱크 노드가 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보를 수신하는 경우, 상기 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 상기 관할 클러스터 헤드 노드의 식별 정보를 상기 가상 라우팅 테이블에 저장하는 것이 바람직하다.Identification information of all cluster member nodes and identification information of a jurisdiction cluster head node included in the sensor network constituting the virtual routing table may be received from the jurisdiction cluster head node. That is, when the sink node receives the identification information of the cluster member node and the identification information of the jurisdiction cluster head node, it is preferable to store the identification information of the cluster member node and the identification information of the jurisdiction cluster head node in the virtual routing table. Do.
이하, 상기 가상 라우팅 테이블이 클러스터 멤버 노드의 클러스터 가입 상황 변화에 따라 업데이트 되는 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation in which the virtual routing table is updated according to a change in cluster subscription status of a cluster member node will be described.
새로운 클러스터 멤버 노드가 추가되는 경우, 상기 추가된 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 상기 클러스터 멤버 노드가 추가된 클러스터를 관할하는 클러스터 헤드 노드의 식별 정보가 포함된 클러스터 멤버 가입 메시지가 상기 싱크 노드에 송신되고, 상기 싱크 노드는 상기 수신된 클러스터 멤버 가입 메시지에 포함된 상기 클러스터 멤버 식별 정보 및 상기 클러스터 헤드 식별 정보를 상기 가상 라우팅 테이블에 추가한다.When a new cluster member node is added, a cluster member join message including identification information of the added cluster member node and identification information of a cluster head node that manages the cluster to which the cluster member node is added is sent to the sink node; The sink node adds the cluster member identification information and the cluster head identification information included in the received cluster member subscription message to the virtual routing table.
반면에, 클러스터 멤버 노드의 위치가 변경되거나 전원이 오프(OFF) 되어 클러스터에서 탈퇴하는 경우, 관할 클러스터 헤드 노드는 이를 감지하여 상기 탈퇴한 클러스터 노드의 식별 정보 및 자신의 헤드 노드를 포함하는 클러스터 멤버 탈퇴 메시지를 상기 싱크 노드에 송신할 수 있다.On the other hand, when the cluster member node is relocated from the cluster when the position of the cluster member node is changed or the power is turned off, the competent cluster head node detects this and the cluster member including the identification information of the withdrawn cluster node and its head node. An exit message may be sent to the sink node.
또한, 상기 오리지널 메시지의 수신자로 지정된 클러스터 멤버 노드의 식별 정보가 자신의 라우팅 테이블에 존재 하지 않는 경우, 상기 클러스터 멤버 노드의 식별 정보 및 자신의 식별 정보가 포함된 클러스터 멤버 탈퇴 메시지가 상기 싱크 노드에 송신될 수 있다. 즉, 관할 클러스터 헤드 노드는 싱크 노드로부터 송신된 메시지의 수신 노드가 자신의 관할 클러스터에 존재하지 않는 경우, 상기 클러스터 멤버 탈퇴 메시지를 송신할 수 있다.In addition, when the identification information of the cluster member node designated as the recipient of the original message does not exist in its routing table, the cluster member withdrawal message including the identification information of the cluster member node and its identification information is sent to the sink node. Can be sent. That is, the jurisdiction cluster head node may transmit the cluster member withdrawal message when the receiving node of the message transmitted from the sink node does not exist in its jurisdiction cluster.
상기 싱크 노드는 상기 수신된 클러스터 멤버 탈퇴 메시지에 포함된 상기 클러스터 멤버 식별 정보 및 상기 클러스터 헤드 식별 정보를 상기 가상 라우팅 테이블에서 삭제한다.The sink node deletes the cluster member identification information and the cluster head identification information included in the received cluster member withdrawal message from the virtual routing table.
싱크 노드가 외부 네트워크로부터 센서 네트워크 내부의 특정 노드를 수신자로 하는 메시지를 수신하거나, 센서 네트워크 내부의 특정 노드로 제공할 신호, 예를 들어 제어신호를 생성한 경우(S402), 싱크 노드는 수신 노드의 식별 정보가 라우팅 테이블에 존재하는지 조회한다(S404). 상기 싱크 노드가 송신하고자 하는 메시지를 오리지널 메시지로 지칭한다.When the sink node receives a message for receiving a specific node inside the sensor network from the external network as a receiver, or generates a signal to be provided to a specific node inside the sensor network, for example, a control signal (S402), the sink node receives the receiving node. Inquiry whether the identification information exists in the routing table (S404). The message to be transmitted by the sink node is referred to as an original message.
조회(S404)의 결과, 수신 노드의 식별 정보가 라우팅 테이블에 존재하는 경우, 상기 수신 노드는 클러스터 헤드 노드이므로(S405), 싱크 노드는 일반적인 멀티 홉 라우팅 방식에 의해 상기 메시지를 송신한다(S414).As a result of the inquiry (S404), when the identification information of the receiving node exists in the routing table, since the receiving node is a cluster head node (S405), the sink node transmits the message by a general multi-hop routing method (S414). .
조회(S404)의 결과, 수신 노드의 식별 정보가 라우팅 테이블에 존재하지 않는 경우, 싱크 노드는, 수신 노드의 식별 정보를 가상 라우팅 테이블에서 다시 조회한다(S406).As a result of the inquiry S404, when the identification information of the receiving node does not exist in the routing table, the sink node inquires again the identification information of the receiving node in the virtual routing table (S406).
조회(S406)의 결과, 수신 노드의 식별 정보가 가상 라우팅 테이블에도 존재하지 않는 경우, 수신 노드는 센서 네트워크 내부에 존재하지 않는 노드이므로(S410), 싱크 노드는 에러 메시지를 생성(S416)할 수 있다.If the identification information of the receiving node does not exist in the virtual routing table as a result of the inquiry (S406), since the receiving node is a node that does not exist inside the sensor network (S410), the sink node may generate an error message (S416). have.
조회(S406)의 결과, 수신 노드의 식별 정보가 가상 라우팅 테이블에 존재하는 경우, 수신 노드는 클러스터 멤버 노드이므로(S408), 싱크 노드는 가상 라우티 테이블을 참조하여 수신 노드인 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송 신한다(S412).As a result of the inquiry (S406), when the identification information of the receiving node exists in the virtual routing table, since the receiving node is a cluster member node (S408), the sink node refers to the cluster member node that is the receiving node by referring to the virtual route table. Send the original message (S412).
이하, 도 5를 참조하여 싱크 노드가 클러스터 멤버 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신하는 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation in which the sink node transmits the original message to the cluster member node will be described in detail with reference to FIG. 5.
싱크 노드는 가상 라우팅 테이블에서 메시지 수신자인 클러스터 멤버 노드에 대한 클러스터 헤드 노드의 식별 정보를 조회한다(S500).The sink node queries the identification information of the cluster head node for the cluster member node that is the message receiver in the virtual routing table (S500).
자신의 관할 센서 네트워크에 포함된 클러스터 멤버 노드를 수신자로 하는 오리지널 메시지에 가상 라우팅 메시지 헤더를 부가한 가상 라우팅 메시지를 생성한다(S502). 상기 가상 라우팅 메시지 헤더의 포맷은 상기 오리지널 메시지의 헤더의 포맷과 동일한 것이 바람직하다.In operation S502, a virtual routing message including a virtual routing message header is added to an original message having a cluster member node included in its sensor network. The format of the virtual routing message header is preferably the same as the format of the header of the original message.
상기 가상 라우팅 메시지 헤더는 가상 메시지 타입 필드, 가상 수신자 필드를 포함하되, 상기 가상 메시지 타입 필드는 가상 라우팅 타입으로 설정되고, 상기 가상 수신자 필드는 상기 오리지널 메시지의 수신자인 상기 클러스터 멤버 노드의 식별정보를 이용하여 상기 가상 라우팅 테이블에서 조회된 상기 클러스터 멤버 노드의 헤드 노드 식별정보로 설정될 수 있다.The virtual routing message header includes a virtual message type field and a virtual receiver field, wherein the virtual message type field is set to a virtual routing type, and the virtual receiver field indicates identification information of the cluster member node that is a receiver of the original message. It may be set to the head node identification information of the cluster member node inquired in the virtual routing table.
오리지널 메시지 헤더에 송신자 필드가 포함되는 경우, 상기 가상 라우팅 메시지 헤더에도 송신자 필드가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 송신자 필드 또는 상기 수신자 필드에는 센서 네트워크에 포함된 노드의 식별 정보가 설정될 수 있다. 상기 식별 정보는 상기 센서 네트워크에 포함된 노드를 유니크(unique)하게 식별할 수 있는 데이터이면 족하다.When the sender field is included in the original message header, the sender field is preferably included in the virtual routing message header. Identification information of a node included in a sensor network may be set in the sender field or the receiver field. The identification information may be data that can uniquely identify a node included in the sensor network.
싱크 노드는 상기 가상 라우팅 메시지를 멀티 홉 방식으로 송신한다(S504). 상기 가상 라우팅 메시지는 멀티 홉 방식에 의해 싱크 노드에서 바로 수신 노드의 클러스터 헤드 노드로 송신 될 수도 있으나, 하나 이상의 클러스터 헤드 노드를 경유하여 바로 수신 노드의 클러스터 헤드 노드로 송신 될 수도 있다. 상기 가상 라우팅 메시지가 클러스터 헤드 노드를 경유하는 경우, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 가상 라우팅 메시지 헤더에 포함된 수신자 필드의 수신 노드 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하지 않는 경우에는 상기 가상 라우팅 메시지를 멀티 홉 방식으로 라우팅 하기만 하고, 상기 가상 메시지 타입 필드는 조회하지 않는 것이 바람직하다. 상기 일련의 동작에 의하여 상기 가상 라우팅 메시지는 일반 적인 멀티 홉 라우팅 방식에 의해 수신 노드의 클러스터 헤드 노드로 송신될 수 있다.The sink node transmits the virtual routing message in a multi-hop manner (S504). The virtual routing message may be transmitted from the sink node directly to the cluster head node of the receiving node by a multi-hop method, or may be transmitted directly to the cluster head node of the receiving node via one or more cluster head nodes. When the virtual routing message passes through the cluster head node, the cluster head node multiplies the virtual routing message when the reception node identification information of the receiver field included in the virtual routing message header does not match its identification information. It is preferable to only route in a hop manner and not to query the virtual message type field. By the series of operations, the virtual routing message may be transmitted to the cluster head node of the receiving node by a general multi-hop routing scheme.
상기 가상 라우팅 메시지를 수신한 수신 노드의 클러스터 헤드 노드는 상기 가상 라우팅 메시지 헤더에 포함된 수신자 필드의 수신 노드 식별 정보가 자신의 식별 정보와 일치하므로, 메시지의 타입을 확인한다(S506). 상기 가상 라우팅 메시지를 수신한 수신 노드의 클러스터 헤드 노드는 메시지의 타입이 가상 라우팅 타입으로 설정되어 있으므로, 일반적인 메시지와 다르게, 상기 가상 라우팅 메시지 헤더를 제거하고 상기 수신 노드에 제공되어야 할 오리지널 메시지를 추출한다(S508).The cluster head node of the receiving node that has received the virtual routing message checks the type of the message since the receiving node identification information of the receiver field included in the virtual routing message header matches its identification information (S506). Since the cluster head node of the receiving node that receives the virtual routing message is set to a virtual routing type, unlike the general message, the cluster head node removes the virtual routing message header and extracts an original message to be provided to the receiving node. (S508).
상기 가상 라우팅 메시지를 수신한 수신 노드의 클러스터 헤드 노드는 자신의 라우팅 테이블을 참조하여 상기 수신 노드에 상기 오리지널 메시지를 송신한다(S510). 상기 가상 라우팅 메시지를 수신한 수신 노드의 클러스터 헤드 노드는 상기 수신 노드의 식별 정보가 자신의 라우팅 테이블에서 발견되지 않는 경우, 상 기 클러스터 멤버 탈퇴 메시지를 상기 싱크 노드에 송신할 수 있다.The cluster head node of the receiving node that receives the virtual routing message transmits the original message to the receiving node by referring to its routing table (S510). The cluster head node of the receiving node that receives the virtual routing message may transmit the cluster member leave message to the sink node when the identification information of the receiving node is not found in its routing table.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
도 1은 클러스터 헤드 노드들이 싱크 노드와 직접 통신하는 센서 네트워크의 클러스터링 구조도이다.1 is a clustering structure diagram of a sensor network in which cluster head nodes communicate directly with a sink node.
도 2는 클러스터 헤드 노드들 간의 멀티홉(multi-hop) 라우팅을 통해 싱크 노드와 통신하는 센서 네트워크의 클러스터링 구조도이다.2 is a clustering structure diagram of a sensor network in communication with a sink node through multi-hop routing between cluster head nodes.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 라우팅 방법의 제 1 순서도이다.4 is a first flowchart of a routing method of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 간 멀티 홉 라우팅을 지원하는 클러스터 기반 센서 네트워크 시스템의 라우팅 방법의 제 2 순서도이다.5 is a second flowchart of a routing method of a cluster-based sensor network system supporting multi-hop routing between cluster heads according to an embodiment of the present invention.
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