KR101042007B1 - Routing method for extending lifetime of sensor networks - Google Patents

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Abstract

센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법은 기준 노드와 참조 노드가 핸드쉐이킹(hand-shaking)을 통해 시각 정보를 동기화 하는 단계; 상기 기준 노드가 상기 참조 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 1 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 단계; 상기 제 1 시각 동기화 신호를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 시각 동기화 신호에 포함된 시각 정보를 바탕으로 자신의 시각 정보를 동기화하는 단계; 상기 참조 노드가 상기 기준 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 2 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅하는 단계; 및 상기 제 2 시각 동기화 신호를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 브로드캐스팅 신호를 바탕으로 동기화된 자신의 시각 정보를 상기 제 2 시각 동기화 신호를 바탕으로 보정하는 단계를 포함한다.A time synchronization method for extending the life of a sensor network is provided. The time synchronization method for extending the life of the sensor network according to the present invention comprises the steps of: the reference node and the reference node to synchronize the time information through handshaking (hand-shaking); Broadcasting, by the reference node, a first time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; Synchronizing, by a receiving node receiving the first time synchronization signal, its own time information based on time information included in the first time synchronization signal; The reference node broadcasting a second time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; And receiving, by the receiving node receiving the second time synchronization signal, its own time information synchronized based on the first broadcasting signal based on the second time synchronization signal.

무선 센서네트워크, AODV, LOAD, 에너지 효율, 라우팅 프로토콜 Wireless Sensor Networks, AODV, LOAD, Energy Efficiency, Routing Protocols

Description

센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법{Routing method for extending lifetime of sensor networks}Routing method for extending lifetime of sensor networks

본 발명은 센서 네트워크의 시각 동기화 방법에 관한 것이다. 더욱더 자세하게는, 센서 네트워크의 데이터 전송, 특히 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 의한 데이터 전송 시 요구 되는 각 센서 노드들 간의 시각 동기화 방법에 있어서, 각 노드가 전력 소비를 최소화하도록 함으로써, 각 노드의 수명을 연장 시킬 수 있도록 하는 센서 네트워크의 시각 동기화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a time synchronization method of a sensor network. More specifically, in a time synchronization method between sensor nodes required for data transmission of a sensor network, particularly data transmission by a time division multiple access (TDMA) scheme, each node minimizes power consumption, The present invention relates to a method for visual synchronization of a sensor network that can extend its life.

디지털 회로 설계, MEMS(micro electro-mechanical systems) 기술 등의 발달로 무선통신 장치와 연산 처리장치의 SoC(System on Chip)를 통한 저전력, 소형, 저가의 센서 노드들이 개발되고 있다. 이러한 센서 노드들은 센싱, 데이터 처리, 통신 컴포넌트들로 구성되며 게이트웨이 또는 데이터 집중국 역할을 하는 기준국과 함께 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)의 일종인 센서 네트워크를 형성한다.With the development of digital circuit design and micro electro-mechanical systems (MEMS) technology, low-power, small-scale, low-cost sensor nodes are being developed through system on chip (SoC) of wireless communication devices and computational processing devices. These sensor nodes, consisting of sensing, data processing, and communication components, together with a reference station acting as a gateway or data central station, form a sensor network, a kind of ad-hoc network.

무선 센서 네트워크에서 발생하는 여러 가지 이벤트에 정확하게 대응하기 위해서는 시각 동기화 기술이 필요하다. 기존의 분산 시스템에서는 NTP(Network Time Protocol)를 이용하여 시각 동기화를 수행하고 있다. 그러나 기존의 분산 시스템에 서 사용되는 시각 동기화 기술은 많은 연산량과 높은 전력소모 때문에 제한된 처리 능력과 전력을 가진 센서 네트워크상에 적용하기에 적절하지 않다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 최근 센서 네트워크에 적용 가능한 시각 동기화 기법들이 제안 되고 있다.Vision synchronization technology is required to accurately respond to various events occurring in a wireless sensor network. In existing distributed systems, time synchronization is performed using NTP (Network Time Protocol). However, the time synchronization technology used in existing distributed systems is not suitable for application on sensor networks with limited processing power and power due to the large amount of computation and high power consumption. In order to solve these problems, visual synchronization techniques applicable to sensor networks have recently been proposed.

상기 제안된 시각 동기화 기법 중 하나는 RBS(Reference Broadcast Synchronization) 기술이다. 상기 RBS 기술은 'DJ. Elson, L. Girod, D. Estrin, “Fine-grained network time synchronization using reference broadcasts,” ACM Operating Systems Review, 36(SI):147-163, 2002.' 문헌을 통해 자세히 공개되어 있다.One of the proposed time synchronization techniques is RBS (Reference Broadcast Synchronization) technology. The RBS technology is described in 'DJ. Elson, L. Girod, D. Estrin, “Fine-grained network time synchronization using reference broadcasts,” ACM Operating Systems Review, 36 (SI): 147-163, 2002. ' It is disclosed in detail in the literature.

RBS 기술에 따르면, 송신 시각과 액세스 시각에 의한 오차를 줄이기 위하여, 각 센서 노드가 네트워크로 패킷을 전송하는 시점에 타임스탬프를 사용하여 수신자-수신자 시각 동기를 수행한다. 즉, 참조 전송자(송신기)가 주변의 노드(수신기)에 참조 패킷을 전송하면 패킷을 수신한 각 노드들은 수신한 시각을 서로 교환 및 비교하여 편차율을 계산하고, 이를 통하여 시각을 동기화한다. 이 기법의 장점은 브로드캐스트 만으로 시각을 동기화하기 때문에 소규모 네트워크상에서는 접근시간과 전송시간을 감소시킬 수 있다는 점이다. 그러나 노드의 수가 증가하면 브로드캐스트 메시지 교환이 많이 발생하기 때문에 많은 전력을 소모하게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 각 센서 노드는 모든 이웃 노드들의 정보를 가지고 있어야 하기 때문에 이에 따른 저장 공간이 소요되는 문제점이 있다.According to the RBS technology, in order to reduce the error due to the transmission time and the access time, the receiver-receiver time synchronization is performed using the time stamp at the time when each sensor node transmits the packet to the network. That is, when a reference sender (transmitter) transmits a reference packet to a neighboring node (receiver), each node receiving the packet calculates a deviation rate by exchanging and comparing the received time with each other, thereby synchronizing the time. The advantage of this technique is that the broadcast time can be synchronized to reduce access and transmission time on small networks. However, as the number of nodes increases, a lot of broadcast message exchanges occur, which consumes a lot of power. In addition, since each sensor node must have information of all neighboring nodes, there is a problem that a storage space is required accordingly.

상기 제안된 시각 동기화 기법 중 다른 하나는 TPSN(Timing-sync Protocol for Sensor Network) 기술이다. 상기 TPSN 기술은 'S. Ganeriwal, R. Kumar, M.B. Srivastava, “Timing-sync protocol for sensor networks,” Proceedings of the 1st International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, pp.138-149, 2003.' 문헌에 자세히 공개되어 있다.The other one of the proposed time synchronization techniques is the TPSN (Timing-sync Protocol for Sensor Network) technology. The TPSN technology is' S. Ganeriwal, R. Kumar, M.B. Srivastava, “Timing-sync protocol for sensor networks,” Proceedings of the 1st International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, pp. 138-149, 2003. ' It is disclosed in detail in the literature.

상기 TPSN 기술은 계층 구조를 생성하기 위해 센서 노드들의 레벨을 결정하는 레벨 탐색 단계와 SNTP(Simple Network Time Protocol)과 유사한 방법으로 시각을 동기화하는 시각 동기화 단계로 나누어진다. 첫 번째 단계의 목적은 네트워크의 각 노드에 레벨을 할당하여 계층적 토폴로지를 형성하는 것이다. 즉, 레벨 0에 해당하는 하나의 루트 노드를 중심으로 트리 구조가 형성된다. 두 번째 단계는 하위 레벨의 노드가 상위 레벨의 노드에 시각 동기화를 수행한다. 동기화 단계의 마지막 시점에 모든 노드는 루트노드에 동기화되며 이로서 네트워크의 전체적인 시각 동기화가 이루어지게 된다. 이 방식은 상기 RBS 기술과 비교 시 속도 측면에서 2배의 성능향상을 보이지만 노드들의 추가 혹은 제거에 따른 토폴로지 변화가 발생한 경우, 이에 대한 처리 능력이 없는 문제점이 있다.The TPSN technique is divided into a level search step of determining the level of sensor nodes to generate a hierarchical structure, and a time synchronization step of synchronizing time in a manner similar to the Simple Network Time Protocol (SNTP). The purpose of the first step is to assign a level to each node in the network to form a hierarchical topology. That is, a tree structure is formed around one root node corresponding to level zero. In the second stage, lower level nodes perform time synchronization with higher level nodes. At the end of the synchronization phase, all nodes are synchronized to the root node, which results in a complete visual synchronization of the network. This method shows a double performance improvement in terms of speed compared to the RBS technology, but there is a problem in that there is no processing capability in case of a topology change caused by the addition or removal of nodes.

상기 제안된 시각 동기화 기법 중 또 다른 하나는 FTSP(Flooding Time Synchronization Protocol) 기술이다. 상기 FTSP 기술은 'M. Marooti, B. Kusy, B. Simon, AA. Leedeczi, “The flooding time synchronization protocol” Proceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, pp.39-49, 2004.' 문헌에 자세히 공개되어 있다.Another one of the proposed time synchronization techniques is the Floating Time Synchronization Protocol (FTSP) technique. The FTSP technology is' M. Marooti, B. Kusy, B. Simon, AA. Leedeczi, “The flooding time synchronization protocol” Proceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, pp.39-49, 2004. ' It is disclosed in detail in the literature.

상기 FTSP 기술은 전역 참조 시각을 브로드캐스트하고 이를 수신하는 노드들 은 중복해서 브로드캐스트 메시지를 받음으로서 클럭 오차를 선형적인 연산을 통해 줄여 루트노드와 동기화가 이루어지게 된다. 또한 이 기법은 주기적인 동기 메시지의 플러딩을 통하여 노드의 결함 및 통신 두절로 인한 토폴로지 변화에 동적으로 대응 할 수 있는 다이나믹 토폴로지를 지원한다. 그러나 상기 FTSP 기술은 선형적인 연산을 통해 동기화가 이루어지므로 수신 노드들이 일정 개수의 참조 메시지가 수신되기 전까지는 계산을 할 수 없어 동기화가 이루어지지 않는 문제점이 있다.The FTSP technology broadcasts the global reference time and the nodes receiving the duplicated broadcast messages reduce the clock error through linear operation, thereby synchronizing with the root node. In addition, this technique supports dynamic topologies that can dynamically respond to topology changes due to node failure and communication failure through flooding of periodic synchronization messages. However, the FTSP technology has a problem that synchronization is performed through a linear operation, so that the receiving nodes cannot calculate until a predetermined number of reference messages are received, so synchronization is not performed.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 센서 네트워크의 각 노드들이 시각 동기화 동작을 수행함에 있어서 에너지 사용량에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 편차율 계산과 메시지 송수신이라는 점에 착안하여, 편차율 계산량을 줄이거나 메시지 송수신 횟수를 감소시켜 시각 동기화 과정에서 센서 노드 들의 에너지 사용량을 줄일 센서네트워크의 수명을 연장시키는 센서 네트워크의 라우팅 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to focus on the fact that the most influential factors in the energy consumption in each node of the sensor network to perform the time synchronization operation, the deviation rate calculation and the message transmission and reception, reducing the deviation rate calculation amount or It provides a sensor network routing method that reduces the number of message transmission and reception and extends the life of the sensor network to reduce energy consumption of sensor nodes during time synchronization.

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 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법은 기준 노드와 참조 노드가 핸드쉐이킹(hand-shaking)을 통해 시각 정보를 동기화 하는 단계; 상기 기준 노드가 상기 참조 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 1 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 단계; 상기 제 1 시각 동기화 신호를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 시각 동기화 신호에 포함된 시각 정보를 바탕으로 자신의 시각 정보를 동기화하는 단계; 상기 참조 노드가 상기 기준 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 2 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅하는 단계; 및 상기 제 2 시각 동기화 신호 를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 브로드캐스팅 신호를 바탕으로 동기화된 자신의 시각 정보를 상기 제 2 시각 동기화 신호를 바탕으로 보정하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a time synchronization method for extending the life of a sensor network, comprising: synchronizing visual information through a handshaking between a reference node and a reference node; Broadcasting, by the reference node, a first time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; Synchronizing, by a receiving node receiving the first time synchronization signal, its own time information based on time information included in the first time synchronization signal; The reference node broadcasting a second time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; And receiving, by the receiving node receiving the second time synchronization signal, correcting its own time information synchronized based on the first broadcasting signal based on the second time synchronization signal.

상기 제 1 브로드캐스팅 및 상기 제 2 브로드캐스팅 되는 상기 시각 동기화 신호는 1 홉(hop)만큼 만 전파되는 것일 수 있다.The first broadcast and the second broadcasted time synchronization signal may be propagated by only one hop.

또한, 상기 센서 네트워크에 포함된 노드 중, 상기 기준 노드 및 상기 참조 노드를 제외한 모든 노드는 상기 제 1 시각 동기화 신호 및 상기 제 2 시각 동기화 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 그 경우, 모든 수신 노드는 2회의 시각 동기화 신호를 수신함으로써, 첫 번째의 시각 동기화 신호에 따른 오차를 보정할 수 있다.In addition, it is preferable that all nodes except the reference node and the reference node among the nodes included in the sensor network receive the first time synchronization signal and the second time synchronization signal. In that case, all receiving nodes can correct the error according to the first time synchronization signal by receiving two time synchronization signals.

상기 수신 노드는 MAC 레이어에서 타임 스탬핑을 수행하여, 오차 요소를 제거할 수 있다.The receiving node may remove an error element by performing time stamping on the MAC layer.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 센서 네트워크의 각 센서 노드들이 시각 동기화를 수행함에 있어서 소요되는 에너지 소모를 최소화함으로써 전체 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, each sensor node of the sensor network has the effect of extending the life of the entire network by minimizing the energy consumption required to perform the time synchronization.

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 완전하 게 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, 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법을 설명하기 위한 블록도 또는 처리 흐름도에 대한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재 되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to a block diagram for explaining a time synchronization method for extending the lifespan of a sensor network or drawings of a processing flowchart. At this point, it will be understood that each block of the flowchart illustrations and combinations of flowchart illustrations may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, those instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be described in flow chart block (s). It creates a means to perform the functions. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in the flowchart block (s). Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to generate a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for performing the functions described in the flowchart block (s).

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative implementations, the functions noted in the blocks may occur out of order. For example, the two blocks shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the corresponding function.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법을 도 1 내지 2를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a time synchronization method for extending the life of a sensor network according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

먼저, 참조노드로 선정된 노드와 기준노드가 핸드쉐이크를 통해 시각 동기화를 수행한다(S100). 핸드쉐이크를 통한 시각 동기화 동작(S100)은 기준 노드와 참조 노드에 각각 포함된 시각 정보를 일치하도록 하는 동작으로 이해될 수 있을 것이며, 기준 노드 및 참조 노드 중 어느 하나의 동기화 전 시각 정보로 동기화할 수도 있고, 기준 노드 및 참조 노드의 동기화 전 시각 정보와는 상이한 제 3의 시각 정보로 동기화할 수도 있다. 또한, 핸드쉐이크를 통한 시각 동기화(S100)가 유니캐스트 방식의 통신 방법으로 수행될 수 있음은 자명하다.First, a node selected as a reference node and a reference node perform time synchronization through a handshake (S100). The time synchronization operation through the handshake (S100) may be understood as an operation of matching the visual information included in each of the reference node and the reference node, and may be synchronized with the visual information before any one of the reference node and the reference node. It may be synchronized to third time information different from the time information before synchronization of the reference node and the reference node. In addition, it is apparent that the time synchronization S100 through the handshake may be performed by a unicast communication method.

상기 참조노드는 상기 수신 노드 중 선정된 2개 이상의 노드일 수 있다. 상기 참조노드는 상기 참조노드로부터 1 홉(hop) 만큼 만 전파되는 브로드캐스팅 신호에 의해 전체 센서네트워크 노드가 커버될 수 있도록 선정되는 것이 바람직하다.The reference node may be two or more selected nodes among the receiving nodes. The reference node is preferably selected so that the entire sensor network node can be covered by a broadcasting signal propagated by only one hop from the reference node.

다음으로, 기준노드가 타임 스탬핑(time stamping)된 시각 동기 메시지를 브 로드캐스트(broadcast)하여, 단일 홉(hop)내의 수신 노드들의 시각 정보를 동기화시킨다(S102).Next, the reference node broadcasts a time stamped time synchronization message to synchronize time information of receiving nodes in a single hop (S102).

다음으로, 선정된 참조노드가 한번 더 시각 동기 메시지를 브로드캐스트하여, 단일 홉(hop)내의 수신 노드들의 시각 정보를 동기화시킨다(S104). 상기 참조노드에 의하여 브로드캐스트 된 상기 시각 동기 메시지를 수신한 상기 수신 노드들은 상기 기준노드에 의하여 브로드캐스트 된 시각 동기 메시지에 의하여 동기화된 시각 정보를 다시 한번 보정할 수 있다.Next, the selected reference node broadcasts the time synchronization message once more, thereby synchronizing the time information of the receiving nodes in a single hop (S104). The receiving nodes receiving the time synchronization message broadcast by the reference node may once again correct the time information synchronized by the time synchronization message broadcast by the reference node.

도 2는 각 노드의 타임스탬프(Time Stamp)가 발생하는 시기를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating when a time stamp of each node occurs.

먼저, 기준 노드(Base Station; BS)가 전역 시간 T1BS를 타임스탬핑하고 브로드캐스트를 수행하면, 수신노드 N은 자신의 로컬 타임으로 수신시간을 기록하고 T1BS로 동기화 시킨다. 상기 브로드캐스팅 및 동기화는 한 번 더 반복될 수 있다. 즉, 기준 노드(Base Station; BS)가 전역 시간 T3BS를 타임스탬핑하고 브로드캐스트를 수행하면, 수신노드 N은 자신의 로컬 타임으로 수신시간을 기록하고 T3BS로 동기화 시킨다.First, when a base station (BS) timestamps the global time T1BS and performs a broadcast, the receiving node N records the reception time in its local time and synchronizes it with the T1BS. The broadcasting and synchronization may be repeated once more. That is, when a base station (BS) timestamps the global time T3BS and performs a broadcast, the receiving node N records the reception time in its local time and synchronizes it with the T3BS.

상기 타임스탬핑은 MAC 레이어에서 수행될 수 있다.The time stamping may be performed at the MAC layer.

수식 1: T5RN = T6N - T5EREquation 1: T5RN = T6N-T5ER

수식 2: T7RN = T6N - T6EREquation 2: T7RN = T6N-T6ER

RN(Reference Node)도 상기 기준 노드와 동일한 과정을 수행하지만 수식 1, 수식 2에 표시된 식을 통해 오차 값을 계산하고 동기화 과정을 진행한다.Reference node (RN) performs the same process as the reference node, but calculates an error value through the equations shown in Equations 1 and 2 and proceeds with the synchronization process.

수식 3: T3BS + T3ER - T1BS = T4N - T2N + T1EREquation 3: T3BS + T3ER-T1BS = T4N-T2N + T1ER

시각 동기화 계산 과정은 수식 3에 표시된 것과 같다. 수식 3은 다음과 같이 해석될 수 있다. T3BS에 오차 T3ER을 합하면 노드 N의 전역시간과 같다. 하지만 시각 동기화의 에러를 발생 시키는 4가지 구성요소(전송시간, 접근시간, 전달시간, 수신시간)를 고려하면 T1ER과 T3ER은 오차가 나타난다.The time synchronization calculation process is as shown in Equation 3. Equation 3 may be interpreted as follows. Adding the error T3ER to T3BS equals the global time of node N. However, considering the four components (transmission time, access time, transmission time, and reception time) that cause errors in time synchronization, the T1ER and T3ER appear to be in error.

상기 오차를 해결하기 위해 상기 기준 노드와 상기 참조 노드는 각각 자신의 시각 정보를 포함한 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅한다. 그리고 상기 기준 노드와 동기화된 노드 N의 수신 시간을 통해 오차 T5ER, T6ER를 계산하여 두 오차의 평균 시간 차이 값을 동기화에 적용함으로써 정확한 시각 동기화를 수행할 수 있다.In order to solve the error, the reference node and the reference node broadcast a time synchronization signal including their own time information. In addition, accurate time synchronization may be performed by calculating the errors T5ER and T6ER based on the reception time of the node N synchronized with the reference node and applying the mean time difference values of the two errors to the synchronization.

기존의 RBS는 본 절에서 제안된 기법과 같이 브로드캐스트를 통해 시각 동기화가 이루어진다. 하지만 기준 노드에서 브로드캐스트 후 수신노드끼리 로컬클럭 동기화를 위한 메시지교환 과정이 일어나 네트워크의 사용량이 상당히 많아지게 된다. 그 결과 에너지의 소비가 많이 일어난다. 또한 페어와이즈 기법의 TPSN는 초기 선정시간의 소비와 노드의 수에 따른 메시지 발생량이 높아 네트워크의 사용량이 많아져 에너지 사용량이 많아지게 된다. 그러나 본 발명의 시각 동기화 기법 경우 최소한의 브로드캐스트 만을 통해 동기화 되므로 메시지 발생량을 줄여 노드의 에너지 사용량을 크게 줄 일 수 있다.Existing RBS performs time synchronization through broadcast like the technique proposed in this section. However, after the broadcast at the reference node, the receiving nodes exchange messages to synchronize their local clocks, resulting in significant network usage. As a result, a lot of energy is consumed. In addition, the TPSN of the pairwise technique consumes an initial selection time and generates a large amount of messages depending on the number of nodes, thereby increasing network usage and energy consumption. However, in the case of the time synchronization scheme of the present invention, since the synchronization is performed through only a minimum of broadcasts, the amount of energy generated by the node can be greatly reduced by reducing the amount of messages generated.

도 3은 본 실시예에 따른 시각 동기화 방법의 효과를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 시각 동기화 방법을 적용한 경우, 종래의 TPSN 기술에 비하여 시각 동기화를 위해 송수신 되는 메시지의 수가 유의하게 감소한다.3 is a view showing the effect of the time synchronization method according to the present embodiment. When the time synchronization method according to the present embodiment is applied, the number of messages transmitted and received for time synchronization is significantly reduced compared to the conventional TPSN technology.

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 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법의 신호 흐름도이다.1 is a signal flow diagram of a time synchronization method for extending the life of a sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법에 따른 각 노드 별 타임스탬프(Time Stamp) 발생 시기를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a time stamp generation time for each node according to a time synchronization method for extending the life of a sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법에 의한 효과를 TPSN 기술과 비교한 도면이다.3 is a view comparing the effect of the time synchronization method for extending the life of the sensor network according to an embodiment of the present invention and the TPSN technology.

Claims (6)

기준 노드와 참조 노드가 핸드쉐이킹(hand-shaking)을 통해 시각 정보를 동기화 하는 단계;Synchronizing the visual information through the handshaking between the reference node and the reference node; 상기 기준 노드가 상기 참조 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 1 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 단계;Broadcasting, by the reference node, a first time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; 상기 제 1 시각 동기화 신호를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 시각 동기화 신호에 포함된 시각 정보를 바탕으로 자신의 시각 정보를 동기화하는 단계;Synchronizing, by a receiving node receiving the first time synchronization signal, its own time information based on time information included in the first time synchronization signal; 상기 참조 노드가 상기 기준 노드와 동기화된 시각 정보를 포함한 제 2 시각 동기화 신호를 브로드캐스팅하는 단계; 및The reference node broadcasting a second time synchronization signal including time information synchronized with the reference node; And 상기 제 2 시각 동기화 신호를 수신한 수신 노드가 상기 제 1 브로드캐스팅 신호를 바탕으로 동기화된 자신의 시각 정보를 상기 제 2 시각 동기화 신호를 바탕으로 보정하는 단계를 포함하는 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.The receiving node receiving the second time synchronization signal corrects its own time information synchronized based on the first broadcasting signal based on the second time synchronization signal. Visual synchronization method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 브로드캐스팅 및 상기 제 2 브로드캐스팅 되는 상기 시각 동기화 신호는 1 홉(hop) 만큼 만 전파되는 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.And the first broadcast and the second broadcast time synchronization signal are propagated by only one hop. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 참조노드는 상기 수신 노드 중 선정된 2개 이상의 노드인 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.The reference node is a time synchronization method for extending the life of the sensor network of the two or more selected nodes of the receiving node. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 참조노드는 상기 참조노드로부터 1 홉(hop) 만큼 만 전파되는 브로드캐스팅 신호에 의해 전체 센서네트워크 노드가 커버될 수 있도록 선정되는 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.The reference node is a time synchronization method for extending the life of the sensor network is selected so that the entire sensor network node can be covered by the broadcast signal propagated only one hop from the reference node. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서 네트워크에 포함된 노드 중, 상기 기준 노드 및 상기 참조 노드를 제외한 모든 노드는 상기 제 1 시각 동기화 신호 및 상기 제 2 시각 동기화 신호를 수신하는 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.And all nodes except the reference node and the reference node among the nodes included in the sensor network receive the first time synchronization signal and the second time synchronization signal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수신 노드는,The receiving node, MAC 레이어에서 타임스탬핑을 수행하는 센서 네트워크의 수명 연장을 위한 시각 동기화 방법.A time synchronization method for extending the life of a sensor network that performs time stamping on the MAC layer.
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