KR101047122B1 - 센서네트워크의 싱크노드와 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서노드 검출값의 신뢰도를 향상시키기 위해, 검출값의 유효범위를 설정하고, 다시 유효범위를 관측대상 여부로 세분하여, 검출값을 판단하는 센서네트워크에서의 데이터 처리방법에 관한 것이다. 각 센서노드의 검출값이 유효한 검출값인지 판단하고, 유효한 검출값이면, 다시 유효범위를 세분화하여 관리하므로, 센서네트워크의 신뢰성을 높일 수 있다. 특히, 싱크노드의 경우, 센서네트워크의 목적에 맞게 선별된 검출값만 호스트로 전송하므로, 호스트와 싱크노드간의 주기적인 통신이 필요하지 않아 싱크노드 및 전체 센서네트워크의 수명을 연장할 수 있다.

싱크노드, 센서네트워크, 데이터 처리방법, 이벤트기반

Description

센서네트워크의 싱크노드와 그 운용방법 {Sink node and its operating method}

본 발명은 센서네트워크에서의 데이터 처리기술에 관한 것으로, 센서노드의 검출값의 신뢰도를 향상시키기 위해, 검출값의 유효범위를 설정하고, 다시 유효범위를 경계범위와 이벤트범위로 세분하여, 검출값을 판단하는 센서네트워크의 싱크노드와 그 운용방법 에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 성장동력기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2008-S-009-01, 과제명: 패킷-광 통합 스위치 기술 개발]

최근 유비쿼터스(Ubiquitous)환경을 구성하기 위한 시도가 활발히 진행되고 있으며, 센서네트워크는 주변 환경의 상태 정보를 수집하기 위해 여러 방면에서 활용되고 있다.

일반적으로 센서네트워크는 주변 환경에서 발생한 이벤트 데이터를 수집하는 센서 노드, 이를 수집하는 싱크노드 및 수집된 데이터를 처리하는 호스트로 구성된다. 센서노드의 수가 많을 경우에는 평면적인 라우팅 방식보다 클러스터 단위로 분 할하여 관리된다.

클러스터 기반 계층적 구조는 센서네트워크를 클러스터 단위의 다수의 영역으로 분할하고, 클러스터 내의 노드들은 각각 역할에 따라 클러스터 헤더, 센서노드 및 싱크노드로 구별된다.

클러스터 헤더는 자신이 속한 클러스터 내의 센서 노드의 검출값을 취합하여 이를 싱크노드로 전송하는 역할을 한다. 싱크노드는 센서노드 또는 클러스터 노드에서 전송한 검출값을 호스트로 전송하는 역할을 한다. 센서 노드는 일정거리 내에 싱크노드가 존재하는 경우에는 싱크노드로 검출값을 직접 전송하나, 전력소모 측면이나, 라우팅 측면에서 계층구조로 구성된 센서네트워크의 경우에는 클러스터 헤더를 통해 검출값을 전송한다.

싱크노드로부터 취합된 검출값을 전송받은 호스트는 다수의 검출값에 대한 신뢰성을 확인할 수 있는 방법이 필요하다. 즉, 센서노드가 송신한 데이터가 센서 노드의 오동작으로 인한 검출값인지 정상 검출값인지 검증할 수 있는 방법이 필요하다. 또한, 클러스터 노드를 통해 전송받은 검출값의 경우에는 각 센서 노드로부터 수신한 검출값이 축약되어 전송되므로, 이 경우 수신한 검출값에서 이상 검출값을 분리해 내는 기준이 명확하지 않다.

본 발명의 목적은, 계층별로 관리되는 센서네트워크에서 각 센서 노드별 검출값의 유효범위를 설정하고, 다시 유효범위를 경계범위와 이벤트발생 범위로 구분하여 센서 노드가 전송하는 검출값의 신뢰성을 검증하는 센서네트워크의 싱크노드와 그 운용방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 센서노드와 호스트 사이에 접속되며, 상기 센서노드에서 검출되는 검출값의 유효성을 판단하기 위한 제1 임계값과 상기 검출값의 채택 여부를 판단하기 위한 제2 임계값이 설정되며, 상기 검출값을 주기적으로 또는 이벤트에 따라 수집하여 상기 검출값이 상기 제1 임계값을 초과할 때, 상기 검출값과 수집한 시간을 포함하는 레코드를 기록하고, 상기 검출값이 상기 제2 임계값을 초과할 때, 상기 검출값에 대한 이벤트를 생성하고, 상기 레코드를 상기 호스트로 제공하는 센서네트워크의 싱크노드에 의해 달성된다.

또한, 상기 목적은, 싱크노드에서 센서노드의 검출값의 유효성 여부를 판단하기 위한 제1 임계값 및 상기 검출값의 채택 여부를 판단하기 위한 제2 임계값을 설정하는 단계, 상기 싱크노드에서 주기적으로 또는 이벤트에 따라 상기 센서노드의 검출값을 수집하는 단계, 상기 검출값이 상기 제1 임계값을 초과할 때, 상기 검출값과 수집한 시간을 포함하는 레코드를 기록하는 단계 및 상기 검출이 상기 제2 임계값을 초과할 때, 상기 검출값에 대한 이벤트를 생성하고, 상기 레코드를 호스 트로 전송하는 단계;를 포함하는 센서네트워크의 싱크노드 운영방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 각 센서노드의 검출값이 유효한 검출값인지 판단하고, 유효한 검출값이면, 다시 유효범위를 세분화하여 관리하므로, 센서네트워크의 신뢰성을 높일 수 있다. 특히, 싱크노드의 경우, 센서네트워크의 목적에 맞게 선별된 검출값만 호스트로 전송하므로, 호스트와 싱크노드간의 주기적인 통신이 필요하지 않아 싱크노드 및 전체 센서네트워크의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 동일 관측 시간에 검출된 각 센서노드의 검출값이 함께 전송되므로, 호스트는 각 검출값을 비교하여 특정 센서노드의 이상 유무를 파악할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 센서네트워크의 싱크노드와 그 운용방법을 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. 새로운 센서노드들이 센서네트워크에 포함되면, 호스트는 싱크노드에 새로운 센서노드를 위한 초기값과 센서노드의 검출값의 유효여부를 판단하기 위한 제1 임계값 및 유효한 검출값을 다시 경계범위와 이벤트 발생범위로 구분하는 제2 임계값을 설정한다. 센서노드가 검출을 시작하고, 싱크노드는 단위시간별로 센서노드가 전송하는 검출값을 수집한다. 취합된 센서노드의 검출값 중 제1 임계값을 초과하는 값이 발생할 때마다, 싱크노드는 단위시간과 검출값들을 포함하는 레코드를 생성한 다. 취합된 센서노드의 검출값 중 제2 임계값을 초과하는 값이 발생하는 경우, 싱크노드는 저장된 레코드를 호스트로 전송한다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 센서네트워크의 싱크노드를 포함하는 센서네트워크 데이터 처리 시스템의 구성도이다.

센서네트워크 데이터 처리 시스템은 다수의 센서노드(100), 싱크노드(110), 호스트(120)를 포함한다.

센서노드(100)는 주기적으로 또는 이벤트에 따라 주변의 정보를 검출하여 싱크노드(110)로 검출값을 전송한다. 센서노드는 직접 싱크노드에 연결되거나, 클러스터 기반의 계층적 구조로 구성된 경우 클러스터 헤더노드를 통해 싱크노드로 연결되도록 구성될 수 있다. 클러스터 기반의 계층적 구조로 구성되는 경우, 센서노드는 클러스터 헤더노드에 연결되고, 검출값은 우선 클러스터 헤더노드로 전송되며, 클러스터 헤드노드는 각 센서노드로부터 전송된 검출값을 싱크노드(110)로 전송하게 된다.

싱크노드(110)는 센서노드(100) 또는 클러스터 헤더로부터 전송된 검출값을 단위시간별로 수집하고, 수집된 검출값과 미리 설정된 센서노드별 제1 임계값과 제2 임계값을 비교하여, 단위시간과 각 센서노드가 전송한 검출값을 레코드로 생성하고 검출값 저장부(116)에 저장하거나, 검출값 저장부(116)에 저장된 레코드들을 호스트(120)로 전송한다.

싱크노드(110)는 센서노드 또는 클러스터 헤드노드 및 호스트와 통신을 하기 위한 유,무선통신부(112), 센서 노드로부터 전송된 검출값에 대해 미리 설정된 센 서노드별 제1 및 제2 임계값에 따라 검출값을 처리하는 검출값 관리부(114) 및 단위시간별 검출값을 레코드로 생성하고, 저장하는 검출값 저장부(116)를 포함한다.

검출값 관리부(114)에는 센서노드별 제1 및 제2 임계값이 설정되어 있다.

제1 임계값은 센서노드가 전송한 검출값이 유효한지 판단하는 기준이다. 센서노드가 전송한 검출값 모두 센서노드의 오차범위에 해당하여 제1 임계값에 미치지 못하는 경우, 검출값 관리부(114)는 전송된 검출값을 폐기한다. 센서노드의 검출값이 하나 이상이 유효한 경우, 검출값 관리부(114)는 단위시간과 각 센서노드에서 검출된 검출값을 포함하는 레코드를 생성하고, 검출값 저장부(116)에 저장한다. 제2 임계값은 센서노드가 검출한 값이 유효한 검출값이고, 센서네트워크의 목적에 맞는 이벤트를 발생하기 위한 판단기준이다. 센서노드(100)가 전송한 검출값이 제2 임계값을 초과하는 경우, 검출값 관리부(114)는 호스트(120)로 이벤트를 발생하고, 검출값 저장부(116)에 저장된 레코드를 호스트(120)로 전송한다. 검출값과 제1 및 제2 임계값의 설정방법과 이벤트 발생 판단방법은 후술한다.

검출값 관리부(114)는 검출값 저장부(116)의 오버플로우를 방지하기 위해, 임의로 검출값 저장부(116)에 저장된 레코드를 호스트(120)로 전송할 수 있다. 또한, 검출값 관리부(114)는 호스트(120)로부터 실시간 검출요청이 있거나, 저장된 레코드에 대한 전송요청이 있는 경우, 검출값에 대한 판단 없이 호스트(120)로 직접 전송할 수도 있다.

호스트(120)는 싱크노드와 통신을 하기 위한 유,무선통신부(122), 수집된 레코드를 목적에 따라 처리하는 서비스 처리부(124) 및 검출된 레코드를 저장하기 위 한 데이터베이스(130)을 관리하는 데이터베이스 관리부(126)를 포함한다.

도 2는 전술한 호스트가 싱크노드에 센서노드를 관리하기 위해 센서노드별 초기값, 제1 임계값 및 제2 임계값의 설정을 하기 위한 설정테이블의 일 예이다.

각 센서노드는 초기값, 제1 임계값 및 제2 임계값이 설정된다(200). 초기값은 센서노드의 특성을 고려하여 설정시 센서노드에 부여하는 고유값이다. 이 값을 기준으로 후술할 임계값 산정하게 된다. 임계값은 제1 임계값과 제2 임계값을 가질 수 있다. 제1 임계값은 센서노드에서 검출한 검출값의 유효성 여부를 검사하기 위한 것으로 초기값을 기준으로 상한과 하한을 정의할 수 있다. 제2 임계값은 센서노드에서 검출한 검출값의 관측대상 여부를 검사하기 위한 것으로 초기값을 기준으로 상한과 하한을 정의할 수 있다. 제2 임계값은 제1 임계값에 의해 유효한 검출값으로 판단된 검출값을 다시 구분하는 것을 목적으로 하며, 설정시 센서네트워크에서 검출해야 하는 검출값의 정확도에 따라 결정된다. 제1 임계값 및 제2 임계값은 상한 또는 하한만 정의한 값으로 설정할 수 있다. 또한, 각 센서노드별로 기준값, 제1 임계값 및 제2 임계값을 다르게 설정할 수도 있다.

도 3은 본 발명에서 센서노드별 초기값을 10, 제1 임계값을 ±2, 제2 임계값을 ±4로 설정한 경우, 센서노드 검출값의 유효범위 및 이벤트 발생 판단방법을 보여주는 일실시예이다.

도 2에서 전술한 방법으로 각 센서노드별 초기화가 설정된 후, 센서노드로부터 전송된 검출값을 미리 설정된 임계값을 이용하여 처리하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. 각 센서노드의 초기값이 모두 10으로 설정되고, 임계값이 ±2, ±4로 설정된 경우(300), 검출값에 대한 관측 구간은 모두 3개 구간으로 구분된다. 즉, 초기값 10을 기준으로 센서노드의 검출값이 8 내지 12인 구간(340)과, 검출값이 12 초과 구간(350) 또는 8 미만 구간(355)과, 검출값이 14 초과 구간(360) 또는 6 미만 구간(365)으로 설정된다.

싱크노드는 임의의 센서노드에서 입력된 검출값이 8 내지 12인 구간인 경우(340)에는 센서의 검출 오차 허용범위로 판단하고, 검출값이 12 초과 또는 8 미만인 경우(350, 355)에는 검출값이 유효한 정보로 검출값들과 단위시간을 포함한 레코드를 생성하고, 검출값이 14 초과 또는 6 미만인 경우(360, 365)에는 호스트로 이벤트를 발생한다. 따라서, 각 센서 노드가 모두 동일하게 검출을 하지 않아도 일정 수준 이상의 값만 유효하게 판단하므로, 검출값의 정확도를 높일 수 있고, 싱크노드에서 호스트로 전송하는 횟수를 줄여 싱크 노드의 수명을 연장할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예인 센서네트워크에서의 데이터 처리방법을 나타내는 흐름도이다.

센서네트워크에 최초 접속하는 센서노드가 감지될 경우, 호스트는 싱크노드 에 해당 센서노드의 초기값과 제1 임계값 및 제2 임계값을 설정한다(S401). 센서노드는 싱크노드가 검출값을 요청하거나, 주기적 또는 임의적으로 검출값을 싱크노드로 전송한다(S403). 싱크노드의 검출요청은 또한 주기적 또는 임의적일 수 있다. 전송된 검출값을 단위시간별로 관리한다.

단위시간별로 검출된 검출값이 제1 임계값을 초과하는지 검사한다(S405). 각 센서노드에서 전송한 검출값이 모두 제1 임계값을 초과하지 않는 경우, 해당 단위 시간에 검출된 검출값은 모두 센서노드들의 오차범위 내이므로 전송된 검출값을 파기한다. 각 센서노드에서 전송한 검출값 중 하나 이상이 제1 임계값을 초과하는 경우에는 각 센서노드별 검출값과 단위시간을 포함하는 하나의 레코드로 생성하여 저장한다(S407).

단위시간별 검출값 중에서 제2 임계값을 초과하는 검출값이 있는지 검사한다(S409). 센서노드가 전송한 검출값 중 하나 이상이 제2 임계값을 초과하는 경우, 싱크노드는 호스트로 이벤트를 발생하고, 저장된 레코드를 호스트로 전송한다(S411).

호스트로부터 실시간 검출요청이 있는 경우, 또는 저장된 레코드에 대한 전송요청이 있는 경우, 싱크노드는 센서노드들의 검출값을 임계값에 관한 판단없이 호스트로 전송할 수 있다. 또한, 싱크노드의 오버플로우를 방지하기 위해 주기적 또는 임의적으로 저장된 레코드를 호스트로 전송할 수도 있다.

도 5a 및 5b는 본 발명에서 센서노드별 검출값이 호스트 또는 싱크노드에서 처리되는 방법을 보여주는 일실시예이다.

도 5a는 센서노드로부터 입력되는 검출값을 단위시간별로 수집하는 것을 도표로 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 도 3에서 전술한 검출구간을 이용한다. 도 3에서 전술한 검출구간은 모든 센서노드의 초기값을 10으로 설정하고, 각 센서노드들의 제1 임계값을 초기값±2로, 제2 임계값을 초기값±4로 설정한다. 따라서, 각 센서노드의 검출값 중 유효한 검출값은 8 미만 내지 12를 초과한 값이고, 유효한 검출값중 유효한 이벤트를 발생하는 값은 6 미만 내지 14를 초과한 값이다.

단위시간 0(500)에 생성된 레코드는 센서 노드가 센서네트워크에 처음 감지되어 전송한 검출값이므로, 각 관측구간에 관계없이 저장 레코드 테이블(도 5b)에 저장된다. 이는 각 센서 노드가 정상동작을 하고 있는지 판단하기 위한 자료로 사용될 수 있다.

단위시간 4 내지 5에 생성된 레코드는 센서노드(S3)가 제1 임계값을 초과한 검출값 "13"을 포함하고 있다. 또한 단위시간 6에서 생성된 레코드는 센서노드(S3)가 제2 임계값을 초과한 검출값 "15"를 포함하고 있다. 따라서, 단위시간 4 내지 6에 생성된 레코드(510)는 저장 레코드 테이블(도 5b)에 저장된다.

도 5b는 제1 임계값을 초과한 검출값을 하나 이상 포함한 레코드만 저장하고 있는 저장 레코드 테이블이다. 단위시간 6에서 센서노드(S3)가 제2 임계값인 14를 초과한 값을 전송하였으므로, 싱크노드는 호스트에 이벤트 발생과 함께 단위시간 6까지 저장된 레코드 테이블을 전송한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 센서네트워크에서의 데이터 처리 시스템을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에서 센서노드를 관리하기 위해 센서노드별 초기값, 제1 임계값 및 제2 임계값의 설정을 하기 위한 설정테이블의 일실시예,

도 3은 본 발명에서 센서노드별 초기값을 10, 제1 임계값을 ±2, 제2 임계값을 ±4로 설정한 경우, 센서노드 검출값의 유효범위 및 이벤트 발생 판단방법을 보여주는 일실시예,

도 4는 본 발명의 일실시예인 센서네트워크에서의 데이터 처리방법을 나타내는 흐름도, 그리고,

도 5는 본 발명에서 센서노드별 검출값이 호스트 또는 싱크노드에서 처리되는 방법을 보여주는 일실시예이다.

Claims (8)

1. 센서노드와 호스트 사이에 연결되고, 상기 센서노드에서 검출되는 검출값의 유효성을 판단하기 위한 제1 임계값과 상기 검출값의 채택 여부를 판단하기 위한 제2 임계값이 설정되며, 상기 검출값을 주기적으로 또는 이벤트에 따라 수집하여 상기 검출값이 상기 제1 임계값을 초과할 때, 상기 검출값과 수집한 시간을 포함하는 레코드를 기록하고, 상기 검출값이 상기 제2 임계값을 초과할 때, 상기 검출값에 대한 이벤트를 생성하고, 상기 레코드를 상기 호스트로 제공하는 센서네트워크의 싱크노드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 싱크노드는, 상기 호스트의 요청이 있으면 상기 검출값을 상기 제1 임계값 및 제2 임계값과의 비교없이 상기 호스트로 제공하는 센서네트워크의 싱크노드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 싱크노드는, 상기 싱크노드의 오버플로우를 방지하기 위해 저장된 상기 레코드를 상기 호스트로 전송하는 센서네트워크의 싱크노드.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 호스트는, 상기 제1 임계값 및 제2 임계값을 상기 센서노드별로 구분하여 상기 싱크노드에 설정하는 센서네트워크의 싱크노드.
5. 싱크노드에서 센서노드의 검출값의 유효성 여부를 판단하기 위한 제1 임계값 및 상기 검출값의 채택 여부를 판단하기 위한 제2 임계값을 설정하는 단계;

   상기 싱크노드에서 주기적으로 또는 이벤트에 따라 상기 센서노드의 검출값을 수집하는 단계;

   상기 검출값이 상기 제1 임계값을 초과할 때, 상기 검출값과 수집한 시간을 포함하는 레코드를 기록하는 단계; 및

   상기 검출이 상기 제2 임계값을 초과할 때, 상기 검출값에 대한 이벤트를 생성하고, 상기 레코드를 호스트로 전송하는 단계;를 포함하는 센서네트워크의 싱크노드 운영방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 호스트의 요청이 있으면 상기 검출값을 상기 제1 임계값 및 제2 임계값과의 비교없이 상기 호스트로 전송하는 단계;를 더 포함하는 센서네트워크의 싱크노드 운영방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 싱크노드의 오버플로우를 방지하기 위해 저장된 상기 레코드를 상기 호 스트로 전송하는 단계;를 더 포함하는 센서네트워크의 싱크노드 운영방법.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 제1 임계값 및 제2 임계값을 상기 센서노드별로 구분하여 설정하는 단계;를 더 포함하는 센서네트워크의 싱크노드 운영방법.

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