KR101054679B1 - 센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법 - Google Patents

센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법 Download PDF

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Abstract

센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법이 개시된다. 센서 네트워크의 클러스터링 방법은 클러스터 헤드노드의 선출을 위해 브로드캐스트된 제1 메시지를 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 수신하는 단계; 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 측정하는 단계; 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들 중에서 기 설정된 임계 세기 값 보다 큰 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 각각이 인접한 후보 클러스터 헤드노드들과 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 공유하는 단계; 및 상기 인접한 후보 클러스터 헤드노드들의 상기 제1 메시지의 수신 세기 값 보다 작은 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 것으로 판단한 적어도 하나의 후보 클러스터 헤드노드가 자신을 클러스터 헤드노드로 선출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 센서 네트워크를 구성하는 복수의 센서노드들에서 소비되는 에너지를 최소화시킬 수 있게 된다.
Figure R1020090111282
센서 네트워크, 클러스터링, 클러스터 헤드노드 선출, 헤테로지니어스 네트워크, 듀얼 라디오

Description

센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법{SENSOR NETWORK AND METHOD FOR CLUSTERING OF THE SENSOR NETWORK}
본 발명의 일실시예들은 센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서노드에서 소비되는 에너지를 최소화할 수 있는 센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 복수의 센서노드들을 포함하여 구성되는데, 혹독한 환경 및 큰 네트워크의 사이즈로 인하여 센서노드들의 배터리를 교체하는 것은 비용이 많이 들거나 불가능할 수 있다. 따라서, 센서 네트워크의 수명을 최대화하는 것은 매우 중요한 이슈이다.
센서 네트워크의 수명을 늘리기 위하여, 헤테로지니어스 센서 네트워크(HSN: Heterogeneous Sensor Network)가 일반적인 호모지니어스 센서 네트워크의 대안으로 제안되었다.
헤테로지니어스 센서 네트워크는 다양한 종류의 센서노드들로 구성되어 있는데, 이러한 다양한 종류의 센서노드들은 서로 다른 능력(일례로, 무선(사용하는 무선 신호), 배터리, 및 프로세싱 파워)을 갖는다.
이 때, 센서노드는 능력에 따라서 그 역할이 구별될 수 있다. 예를 들어, 에너지가 많이 소비되는 작업은 큰 에너지 용량을 갖는 센서노드(대용량 노드)에서 수행되고, 에너지 용량이 작은 센서노드(소용량 노드)는 오직 기본적인 작업(일례로, 클러스터 내에서의 데이터 전달) 만을 수행할 수 있다. 이러한 역할 분담은 소용량 노드에서의 급격한 에너지 고갈을 방지하여 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있게 된다.
그러나, 종래의 헤테로지니어스 센서 네트워크에 관한 연구에서는 센서노드에 구비된 라디오 인터페이스의 종류를 이용하여 센서노드의 역할 분담을 수행하여 센서 네트워크의 수명을 연장시키는 방법에 대해서는 언급하고 있지 아니하였다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 센서 네트워크를 구성하는 센서노드에서 소비되는 에너지를 최소화할 수 있는 센서 네트워크 및 센서 네트워크의 클러스터링 방법을 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 클러스터 헤드노드의 선출을 위해 브로드캐스트된 제1 메시지를 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 수신하는 단계; 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 측정하는 단계; 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들 중에서 기 설정된 임계 세기 값 보다 큰 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 각각이 인접한 후보 클러스터 헤드노드들과 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 공유하는 단계; 및 상기 인접한 후보 클러스터 헤드노드들의 상기 제1 메시지의 수신 세기 값 보다 작은 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 것으로 판단한 적어도 하나의 후보 클러스터 헤드노드가 자신을 클러스터 헤드노드로 선출하는 단계를 포함하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법이 제공된다.
이 때, 상기 제1 메시지는 싱크노드 및 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드 보다 먼저 선출된 이전 클러스터 헤드노드 중에서 어느 하나로부터 브로드캐스트된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법은 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드가 다음 클러스터 헤드노드의 선출을 위해 상기 제1 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 수신된 제1 메시지의 전송 세기와 상기 브로드캐스트되는 제1 메시지의 전송 세기는 오차범위 내에서 동일할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법은 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드 각각이 인접하여 위치하는 복수의 센서노드들로 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드와 각각 대응되는 클러스터의 멤버로의 가입을 위한 제3 메시지를 브로드캐스트하는 단계 - 상기 복수의 센서노드들 각각은 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드 중 상기 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 이외의 후보 클러스터 헤드노드들 및 클러스터 멤버노드들임 -를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 하이-레이트로 데이터를 송수신할 수 있는 하이-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 싱크노드; 및 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트로 데이터를 송수신할 수 있는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 복수의 듀얼(dual) 라디오 노드들을 포함하되, 상기 복수의 듀얼 라디오 노드들 중 일부 듀얼 라디오 노드들은 상기 싱크노드를 중심으로 하는 제1 계층을 형성하여 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 홉-바이-홉 방식에 따라 데이터를 송수신하고, 상기 일부 듀얼 라디오 노드들 각각은 상기 싱크노드 및 상기 제1 계층 내에서 자신보다 상위에 존재하는 상기 일부 듀얼 라디오 노드 중 어느 하나로부터 수신한 제1 메시지의 수신 세기 값이 기 설정된 임계 세기 값 보다 크고, 인접한 다른 듀얼 라디오 노드들의 상기 제1 메시지의 수신 세기 값들 보다 작은 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 듀얼 라디오 노드인 센서 네트워크가 제공된다.
이 경우, 상기 복수의 듀얼 라디오 노드들은 상기 싱크노드 및 상기 제1 계층 내에서 자신보다 상위에 존재하는 상기 일부 듀얼 라디오 노드 중 어느 하나로부터 수신한 제1 메시지의 수신 세기 값이 기 설정된 임계 세기 값 보다 큰 경우, 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 포함하는 제2 메시지를 브로드캐스트할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크는 상기 로우-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 복수의 싱글(single) 라디오 노드들을 더 포함하되, 상기 복수의 듀얼 라디오 노드들 중에서 상기 일부 듀얼 라디오 노드들 이외의 나머지 듀얼 라디오 노드들 및 상기 복수의 싱글 라디오 노드들은 상기 일부 듀얼 라디오 노드들 각각을 중심으로 하는 복수의 제2 계층을 형성하여 상기 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 홉-바이-홉 방식에 따라 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명에 따르면, 센서 네트워크를 구성하는 센서노드에서 소비되는 에너지를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크(100)는 싱크노드(110), 복수의 듀얼(dual) 라디오 노드들(121, 122, 123, 124) 및 복수의 싱글(single) 라디오 노드들(131, 132, 133)을 포함한다.
여기서, 듀얼 라디오 노드는 하이-레이트(high-rate)로 데이터를 송수신할 수 있는 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트(low-rate)로 데이터를 송수신할 수 있는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 센서노드를 의미하고, 싱글 라디오 노드는 로우-레이트 라디오 인터페이스 만을 구비한 센서노드를 의미한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123, 124) 및 복수의 싱글 라디오 노드들(131, 132, 133)은 싱크노드(110)와 함께 2 계층(tier)으로 구성된 헤테로지니 어스(heterogeneous) 센서 네트워크를 형성하여, 센서 필드 상에서 데이터를 센싱하고, 이에 따라 센싱 데이터를 생성한다. 생성된 센싱 데이터는 특정 토폴로지(topology)에 따른 경로를 통해 싱크노드(110)로 전송된다. 도 1에서는 센서 네트워크(100) 상에 하나의 싱크노드(110)가 존재하는 것으로 설명하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 센서 네트워크(100) 상의 싱크노드(110)의 개수는 하나 이상일 수 있다.
여기서, 제1 계층은 싱크노드(110) 및 복수의 클러스터 헤드노드로 구성되고, 복수의 제2 계층들은 하나의 클러스터 헤드노드 및 복수의 클러스터 멤버노드들로 구성되는 클러스터들을 의미한다. 이 때, 센서노드 중에서 듀얼 라디오 노드(120)만이 클러스터 헤드노드가 될 수 있다. 즉, 듀얼 라디오 노드는 후보 클러스터 헤드노드이고, 복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123, 124) 중에서 일부의 듀얼 라디오 노드들만이 클러스터 헤드노드가 되어 싱크노드(110)와 제1 계층을 형성할 수 있다.
또한, 클러스터 헤드노드가 되지 못한 나머지 듀얼 라디오 노드들 및 복수의 싱글 라디오 노드들(131, 132, 133)은 클러스터 멤버노드가 되어 클러스터 헤드노드들(즉, 일부 듀얼 라디오 노드들)과 함께 복수의 제2 계층들을 형성한다.
즉, 싱크노드(110), 복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123, 124) 및 복수의 싱글 라디오 노드들(131, 132, 133)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 2 계층으로 구성된 헤테로지니어스 센서 네트워크를 형성할 수 있다. 복수의 제2 계층들(클러스터들)을 구성하는 클러스터 멤버노드들은 홉-바이-홉(hop-by-hop) 방식에 따라 생성된 센싱 데이터를 복수의 클러스터 헤드노드들로 각각 전송하고, 클러스터 헤드노드들은 제1 계층을 형성하여 홉-바이-홉 통신 방식에 따라 클러스터 멤버노드들로부터 수집된 센싱 데이터를 싱크노드로 전송한다.
이 때, 복수의 클러스터들의 크기, 및 형상은 서로 상이할 수 있는데, 센서노드들이 균일(uniform)하게 분포한다면, 센서 네트워크의 수명(lifetime)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 클러스터들의 크기 및 형상이 서로 상이한 경우 보다("random"으로 표시한 그래프), 균일한 경우("grid"로 표시한 그래프)에 더욱 늘어난다. 따라서, 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해서는 복수의 클러스터들이 균일한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참고하여 싱크노드(110), 복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123, 124), 및 복수의 싱글 라디오 노드들(131, 132, 133)이 2 계층으로 구성된 센서 네트워크(100)를 형성하는 동작을 상세히 설명하기로 한다.
또한, 설명의 편의를 위해, 센서 네트워크(100)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 싱크노드(110)를 중심으로 하고 반지름이 L인 원 형태이고, 제1 계층은 싱크노드(110)를 중심으로 하는 동심원 형태로 형성되고, 복수의 클러스터들은 클러스터 헤드노드를 중심으로 하고 반지름이 R인 원 형태이고, 제2 계층은 클러스터 헤드노드를 중심으로 하는 동심원 형태로 형성되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 또한, 제1 계층 내지 제2 계층의 홉을 의미하는, 서로 인접한 2개의 동심원 사이에 존재하는 면을 "링(ring)"이라 칭하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 싱크노드(110) 및 복수의 듀얼 라디오 노드들이 제1 계층을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 4를 참고하여, 제1 계층이 형성되는 과정을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 단계(S401)에서, 싱크노드(110)는 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 클러스터 헤드노드 선출을 위한 제1 메시지(CH_elect_msg)를 복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123, 124)로 브로드캐스트한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 메시지(CH_elect_msg)에는 제1 메시지를 브로드캐스트하는 노드의 아이디(ID: identification)가 포함될 수 있다.
다음으로, 복수의 듀얼 라디오 노드들(121, 122, 123,124)들은 단계(S402) 내지 단계(S405)에서, 수신된 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)을 측정하고, 단계(S406) 내지 단계(S409)에서, 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값이 기 설정된 제1 임계 세기 값(Pth , HR)보다 큰 지를 판단한다. 본 실시예에서는 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 듀얼 라디오 노드 B(122)에서의 제1 메시지의 수신 세기 값(Prcv , HR)이 제1 임계 세기 값(Pth , HR)보다 큰 것으로 가정한다.
이 때, 제1 임계 세기 값(Pth , HR)은 클러스터의 크기를 결정하기 위한 값으로서, 제1 임계 세기 값(Pth , HR)의 결정 기준은 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
이 후, 단계(S406) 내지 단계(S409)에서, 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)이 큰 것으로 판단한 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 듀얼 라디오 노드 B(122)는 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값을 인접한 듀얼 라디오 노드와 공유하고, 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값 (Prcv , HR)이 제1 임계 세기 값(Pth , HR)보다 작거나 같은 것으로 판단한 듀얼 라디오 노드 C(123) 및 듀얼 라디오 노드 D(124)는 수신된 제1 메시지(CH_elect_msg)를 폐기(discard)한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 듀얼 라디오 노드 B(122)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)을 포함하는 제2 메시지(CH_contest_msg)를 브로드캐스트하여 자신이 수신한 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)을 다른 듀얼 라디오 노드와 공유할 수 있다(단계(S410) 및 단계(S411)). 이 때, 제2 메시지(CH_contest_msg) 역시 하이-레이트 라디오 인터페이스를 통해 송수신될 수 있다.
제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)을 공유한 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 듀얼 라디오 노드 B(122)는 단계(S412) 및 단계(S413)에서 공유한 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)들에 기초하여, 자신이 수신한 제1 메시지의 수신 세기 값(Prcv , HR)이 최소의 수신 세기 값인지를 판단한다. 본 실시예에서는 듀얼 라디오 노드 B(122)가 수신한 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)이 최소의 수신 세기 값인 것으로 가정한다.
자신이 수신한 제1 메시지(CH_elect_msg)의 수신 세기 값(Prcv , HR)이 최소의 수신 세기 값인 것으로 판단한 듀얼 라디오 노드 B(122)는 단계(S414)에서 자신을 클러스터 헤드노드로 선출한다. 이에 따라, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 센서 네트워크(100)의 제1 계층의 두번째 링(홉)에 포함되는 클러스터 헤드노드가 선출된다(제1 계층의 첫번째 링은 싱크노드(110)의 영역과 상응됨).
이 후, 단계(S415)에서 듀얼 라디오 노드 B(122)는 다음 클러스터 헤드노드(즉, 제1 계층의 세번째 링에 포함되는 클러스터 헤드노드)의 선출을 위하여, 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 제1 메시지(CH_elect_msg)를 인접한 듀얼 라디오 노드 C(123) 및 듀얼 라디오 노드 D(124)로 브로드캐스트한다.
듀얼 라디오 노드 B(122)(즉, 먼저 선출된 클러스터 헤드노드로서, 제1 계층 내에서 자신보다 상위에 존재하는 듀얼 라디오 노드)로부터 제1 메시지를 수신한 듀얼 라디오 노드 C(123) 및 듀얼 라디오 노드 D(124)는 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 듀얼 라디오 노드 B(122)와 각각 동일한 동작을 수행하고(단계(S416) 및 단계(S417)), 이에 따라, 듀얼 라디오 노드 D(124)가 다음 클러스터 헤드노드로 선출된다.
또한, 상기의 단계(S401) 내지 단계(S417)은 이 후의 듀얼 라디오 노드에서도 반복되고, 이에 따라, 센서 네트워크(100)를 구성하는 m개의 링에서의 클러스터 헤드노드 선출이 완료된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 싱크노드(110)에서 브로드캐스트된 제1 메시지의 전송 세기 값과 듀얼 라디오 노드 B(122)에서 브로드캐스트된 제1 메시지의 전송 세기 값은 오차 범위 내에서 동일할 수 있다. 이는 복수의 클러스터의 중심이 되는 클러스터 헤드노드를 센서 네트워크(100) 상에서 균일하게 분포시키기 위함이다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 센서 네트워크(100)를 구성하는 복수의 클러스터들의 크기가 균일할수록 센서 네트워크(100)의 전체 수명은 증가하고, 제1 임계 세기 값(Pth , HR)은 클러스터의 크기를 결정하기 위한 것이므로, 본 발명에 따라서 싱크노드(110) 및 클러스터 헤드노드로 선출된 듀얼 라디오 노드가 동일한 전송 세기로 제1 메시지(CH_elect_msg)를 전송하도록 하는 경우, 복수의 클러스터 헤드노드들은 균일한 간격으로 선출되게 되고, 이에 따라 복수의 클러스터들의 크기가 균일하게 설정될 수 있게 된다.
이 때, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 싱크노드(100) 내지 먼저 선출된 이전 클러스터 헤드노드와 인접하여 위치하는 링에는 복수의 클러스터 헤드노드가 존재할 수 있으므로, 앞서 설명한 단계(S401) 내지 단계(S415)에서 수행되는 동작들은 싱크노드(100) 내지 먼저 선출된 이전 클러스터 헤드노드와 인접한 여러 지역에서 동시에 수행될 수 있다.
단계(S401) 내지 단계(S415)에 의해 복수의 클러스터 헤드노드가 선출되는 경우, 선출된 클러스터 헤드노드들은 다음 클러스터 헤드노드를 선출함과 동시에 자신과 인접하여 위치하는 비-클러스터 헤드노드들(non-cluster head node)(즉, 클러스터 헤드노드로 선출되지 않은 듀얼 라디오 노드들 및 싱글 라디오 노드들)과 제2 계층을 형성한다. 이하에서는 도 5를 참고하여 클러스터 헤드노드와 및 비-클러스터 헤드노드들이 제2 계층을 형성하는 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서, 클러스터 헤드노드 및 비-클러스터 헤드노드들이 제2 계층을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 도 5에 따라 형성되는 클러스터(즉, 제2 계층)는 도 4에서 선출된 듀얼 라디오 노드 B(122)를 클러스터 헤드노드로 하는 클러스터인 것으로 가정한다.
또한, 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 아래에서 설명하는 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)은 단계(S504)를 제외하고는 제2 임계 세기 값(Pth , LR)보다 크고, 참여 홉 수(hopjoin)는
Figure 112009070689081-pat00001
로 초기화되어 있는 것으로 가정한다.
먼저, 단계(S501)에서 클러스터 헤드노드인 듀얼 라디오 노드 B(122)는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 자신을 클러스터 헤드노드로 하는 클러스터로의 가입을 요청하는 제3 메시지(CM_join_msg)를 인접한 비-클러스터 헤드노드인 듀얼 라디오 노드 A(121), 싱글 라디오 노드 A(131), 및 싱글 라디오 노드 B(132)로 브로드캐스트한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제3 메시지(CM_join_msg)에는 제3 메시지를 브로드캐스트하는 노드의 아이디 및 메시지 홉 수(hopmsg)가 포함된다. 메시지 홉 수(hopmsg)는 제2 계층 내에서의 홉 수를 설정하기 위한 것으로서, 1로 초기화 되어 전송될 수 있다.
다음으로, 듀얼 라디오 노드 A(121), 싱글 라디오 노드 A(131), 및 싱글 라디오 노드 B(132)는 단계(S502) 내지 단계(S504)에서, 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)을 측정하고, 단계(S505) 내지 단계(S507)에서, 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)이 기 설정된 제2 임계 세기 값(Pth , LR)보다 크고, 기 저장된 참여 홉 수(hopjoin)가 제3 메시지(CM_join_msg)에 포함된 메시지 홉 수(hopmsg)보다 큰지를 판단한다.
이 때, 싱글 라디오 노드 B(132)의 경우, 참여 홉 수(hopjoin)(=
Figure 112009070689081-pat00002
)는 메시지 홉 수(hopmsg)보다 크지만, 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)이 제2 임계 세기 값(Pth , LR)보다 작으므로, 싱글 라디오 노드 B(132)는 수신된 제3 메시지(CM_join_msg)를 폐기한다.
그러나, 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 싱글 라디오 노드 A(131)의 경우, 참여 홉 수(hopjoin)(=
Figure 112009070689081-pat00003
)는 메시지 홉 수(hopmsg)보다 크고, 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)이 제2 임계 세기 값(Pth , LR)보다 크므로, 듀얼 라디오 노드 A(121) 및 싱글 라디오 노드 A(131)는 단계(S509) 및 단계(S510)에서, 메시지 홉 수(hopmsg)를 1만큼 증가시키고, 증가된 메시지 홉 수를 참여 홉 수(hopjoin)에 저장하고, 단계(S510) 및 단계(S511)에서는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 저장된 참여 홉 수(hopjoin)를 메시지 홉 수(hopmsg)로 하는 제3 메시지(CM_joint_msg)를 브로드캐스트한다.
이 후, 싱글 라디오 노드 A(131) 및 싱글 라디오 노드 B(132)는 단계(S512) 및 단계(S513)에서, 새롭게 수신한 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)을 측정하고, 단계(S514) 내지 단계(S515)에서, 제3 메시지(CM_join_msg)의 수신 세기 값(Prcv , join)이 기 설정된 제2 임계 세기 값(Pth , LR)보다 크고, 기 저장된 참여 홉 수(hopjoin)가 제3 메시지(CM_join_msg)에 포함된 메시지 홉 수(hopmsg)보다 큰지를 판단한다.
이 때, 싱글 라디오 노드 A(131)의 경우, 참여 홉 수(hopjoin)(=2)가 메시지 홉 수(hopmsg)(=2) 보다 크지 않으므로, 새롭게 수신된 제3 메시지(CM_join_msg)를 폐기한다. 그러나, 싱글 라디오 노드 B(132)의 경우, 참여 홉 수 참여 홉 수(hopjoin)(=
Figure 112009070689081-pat00004
)가 메시지 홉 수(hopmsg)(=2) 보다 크므로, 싱글 라디오 노드 B(132)는 단계(S516)에서, 메시지 홉 수(hopmsg)를 1만큼 증가시키고, 증가된 메시 지 홉 수를 참여 홉 수(hopjoin)에 저장하고, 단계(S517)에서, 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 제3 메시지(CM_joint_msg)를 브로드캐스트한다. 이에 따라, 클러스터 헤드노드를 중심으로 하는 제2 계층에서의 두번째 링(홉)이 형성된다(제2 계층의 첫번째 링은 클러스터 헤드노드의 영역과 상응됨). 또한, 싱글 라디오 노드 C(133) 및 이 후의 비-클러스터 헤드노드에서는 앞서 설명한 단계들이 반복적으로 수행되어 제2 계층에서의 n개의 링(홉)이 형성된다.
정리하면, 센서 네트워크(100)는 도 4 및 도 5에서 설명한 방법에 따라서 제1 계층 및 제2 계층을 형성하여 크기가 균일한 복수의 클러스터를 생성하게 된다.
상기와 같은 센서 네트워크(100)의 클러스터링 동작은 도 6의 (a)에 도시된 의사 코드(Pseudo code)로 표현될 수 있다. 이 때, 도 6의 (a)에 도시된 의사코드 내의 파라미터들의 의미는 도 6의 (b)를 참고하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 임계 세기 값(Pth , HR)은 센서 네트워크(100) 상에 존재하는 모든 센서노드(즉, 복수의 듀얼 라디오 노드 및 복수의 싱글 라디오 노드)에서의 노드당 최대 평균 에너지 소비율(Maximum Average Energy Consumption Rate Per Node)이 최소가 되도록 하는 제1 계층의 링(홉) 수(m) 및 제2 계층의 링(홉) 수(n)에 기초하여 결정될 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 센서 네트워크(100)의 전체 수명을 연장하기 위함이다. 이하에서는 제1 임계 세기 값(Pth , HR) 및 제2 임계 세기 값(Pth , LR)을 설정하는 본 발명의 일실시예에 대해 상세 히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 아래에서 설명하는 수학식들에서 사용하는 파라미터를 정의하면 아래의 표 1과 같다.
Figure 112009070689081-pat00005
1. 노드당 최대 평균 에너지 소비율( e max )의 연산
센서 노드에서 소비되는 센서노드에서 소비되는 에너지는 크게 i) 센서노드가 데이터를 송수신하는데 소비되는 에너지(energy consumption for traffic)와 ii) 센서노드를 웨이크업 시키는데 필요한 에너지(energy consumption for wake-up)로 구분된다.
a. 센서노드의 데이터 송수신시 소비되는 에너지
센서노드의 데이터 송수신시 소비되는 에너지는 세부적으로 i) 제1 계층의 두번째 링(외부 링(outer ring))에서의 비트 당 평균 트래픽 에너지 소비율(average traffic energy consumption rate per bit)(ET ,1,2), ii) 제1 계층의 첫번째 링(내부 링(inner ring))에서의 비트 당 평균 트래픽 에너지 소비율(ET ,1,1), iii) 제2 계층의 두번째 링(외부 링)에서의 비트 당 평균 트래픽 에너지 소비율(ET ,2,2), 및 iv) 제2 계층의 첫번째 링(내부 링)에서의 비트 당 평균 트래픽 에너지 소비율(ET,2,1)으로 분류된다. 이 때, 각 경우의 비트 당 평균 트래픽 에너지 소비율은 각각 아래의 수학식 1 내지 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009070689081-pat00006
Figure 112009070689081-pat00007
Figure 112009070689081-pat00008
Figure 112009070689081-pat00009
여기서, ET ,1,2,i , ET ,1,2,o , ET ,1,1,i , ET ,1,1,o , 및 ET ,2,2,o 는 각각 아래의 수학식 5 및 수학식 9과 같이 표현된다.
Figure 112009070689081-pat00010
Figure 112009070689081-pat00011
Figure 112009070689081-pat00012
Figure 112009070689081-pat00013
Figure 112009070689081-pat00014
Figure 112009070689081-pat00015
b. 센서노드를 웨이크업 시키는데 소비되는 에너지
센서노드를 웨이크업 시키는데 소비되는 에너지는 세부적으로 i) 제1 계층의 첫번째 링(내부 링)에서의 평균 웨이크업 에너지 소비율(EW ,1,1), ii) 제1 계층의 두번째 링(외부 링)에서의 평균 웨이크업 에너지 소비율(EW ,1,2), iii) 제2 계층의 첫 번째 링(내부 링)에서의 평균 웨이크업 에너지 소비율(EW ,2,1), 및 iv) 제2 계층의 두번째 링(외부 링)에서의 평균 웨이크업 에너지 소비율(EW ,2,2) 으로 분류된다. 이 때, 각 경우의 평균 웨이크업 에너지 소비율은 각각 아래의 수학식 10 및 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009070689081-pat00016
Figure 112009070689081-pat00017
수학식 1 내지 수학식 4와 수학식 10 및 수학식 11에 기초하면, 노드당 최대 평균 에너지 소비율(emax)은 아래의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009070689081-pat00018
여기서,
Figure 112009070689081-pat00019
는
Figure 112009070689081-pat00020
보다 큰 값을 갖는다.
2. 노드당 최대 평균 에너지 소비율( e max )을 최소화하는 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)의 연산
상기의 수학식 12로 표현되는 노드당 최대 평균 에너지 소비율(emax)은 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)의 함수이므로, 노드당 최대 평균 에너지 소비율(emax)을 최소화시키는 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)를 연산할 수 있다.
3. 연산된 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)에 따른 제1 임계 세기 값( P th , HR )의 연산
표 1을 참고하면, 센서 네트워크의 반경(L)과 제1 제2 계층의 단위 영역의 반경(r)은 아래의 수학식 13과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112009070689081-pat00021
여기서, 센서 네트워크의 반경(L)은 기 설정된 값이므로, 연산된 (m,n) 값을 이용하면 제2 계층의 단위 영역의 반경(r)을 연산할 수 있다.
이 때, 제2 계층의 단위 영역의 반경(r)은 아래의 수학식 14와 같이 표현되므로, 수학식 14를 이용하여 하이-레이트 라디오 인터페이스의 최대 전송 범위(maximum transmission range, rth , HR)를 연산할 수 있다.
Figure 112009070689081-pat00022
여기서, b는 일반적으로 0보다 크고
Figure 112009070689081-pat00023
보다 작은 값을 갖고,
Figure 112009070689081-pat00024
는
Figure 112009070689081-pat00025
보다 크거나 같고
Figure 112009070689081-pat00026
보다 작은 값을 갖는다.
하이-레이트 라디오 인터페이스의 최대 전송 범위(rth , HR)가 연산되면, 하이-레이트 라디오 인터페이스의 최대 전송 범위(rth , HR)와 반비례하도록 제1 임계 세기 값(Pth , HR)을 결정한다.
이하에서는 도 7 내지 도 10을 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법에 따른 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 10에서는 아래의 표 2와 같은 네트워크 파라미터 및 아래의 표 3과 같은 라디오 인터페이스 파라미터를 사용하였다.
Figure 112009070689081-pat00027
Figure 112009070689081-pat00028
먼저, 도 7은 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)에 따른 최대 에너지 소비율을 도시한 그래프이다.
도 7을 참고하면, 제1 계층의 홉 수(m)가 3이고, 제2 계층의 홉 수(n) 가 1인 경우, 최대 에너지 소비율이 최소가 됨을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 10은 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트 라디오 인터페이스를 모두 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명과 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트 라디오 인터페이스 중 어느 하나만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을 각각 도시한 그래프이다.
즉, 도 8에서는 본 발명에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을, 도 9에서는 하이-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을, 도 10에서는 로우-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을 각각 도시하고 있다. 여기서, 센서 네트워크의 수명은 네트워크 오퍼레이션의 시작 시점으로부터 수명이 끝난 첫번째 노드가 발생하는 시점까지의 기간이다.
도 8 내지 도 10을 참고하면, 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트 라디오 인터페이스를 모두 이용하여 클러스터링을 수행한 경우 센서 네트워크의 수명은 하이-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우에 비해 약 70% 정도 연장되고, 로우-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우에 비해 30% 정도 연장됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 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), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2 계층의 센서 네트워크의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 복수의 클러스터의 크기 및 형상의 균일성과 센서 네트워크의 수명 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 싱크노드 및 복수의 듀얼 라디오 노드들이 제1 계층을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서, 클러스터 헤드노드 및 비-클러스터 헤드노드들이 제2 계층을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법의 의사 코드를 도시한 도면이다.
도 7은 제1 계층의 홉 수(m) 및 제2 계층의 홉 수(n)에 따른 최대 에너지 소비율을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 클러스터링 방법을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을 도시한 그래프이다.
도 9는 하이-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을 도시한 그래프이다.
도 10은 로우-레이트 라디오 인터페이스만을 이용하여 클러스터링을 수행한 경우의 센서 네트워크의 수명을 도시한 그래프이다.

Claims (16)

  1. 클러스터 헤드노드의 선출을 위해 브로드캐스트된 제1 메시지를 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 수신하는 단계;
    상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들이 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 측정하는 단계;
    상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드들 중에서 기 설정된 임계 세기 값 보다 큰 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 각각이 인접한 후보 클러스터 헤드노드들과 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 공유하는 단계; 및
    상기 인접한 후보 클러스터 헤드노드들의 상기 제1 메시지의 수신 세기 값 보다 작은 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 것으로 판단한 적어도 하나의 후보 클러스터 헤드노드가 자신을 클러스터 헤드노드로 선출하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 메시지는 싱크노드 및 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드 보다 먼저 선출된 이전 클러스터 헤드노드 중 어느 하나로부터 브로드캐스트된 것이고, 상기 싱크노드, 상기 이전 클러스터 헤드노드, 및 상기 복수의 후보 클러스터 헤드 노드들은 하이-레이트(high-rate)로 데이터를 송수신하는 하이-레이트 라디오 인터페이스를 포함하고, 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 상기 제1 메시지를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 공유하는 단계는
    상기 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 각각이 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 포함하는 제2 메시지를 브로드캐스트하여 상기 인접한 후보 클러스터 헤드노드들과 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 공유하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들은 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 상기 제2 메시지를 브로드캐스트하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드가 다음 클러스터 헤드노드의 선출을 위해 상기 제1 메시지를 브로드캐스트하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드는 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 상기 제1 메시지를 브로드캐스트하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이전 클러스터 헤드노드, 상기 선출된 헤드노드, 및 상기 다음 클러스터 헤드노드는 상기 싱크노드를 중심으로 하는 제1 계층(tier)을 형성하여 홉-바이-홉(hop-by-hop) 방식에 따라 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수신된 제1 메시지의 전송 세기와 상기 브로드캐스트되는 제1 메시지의 전송 세기는 오차범위 내에서 동일한 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드 각각이 인접하여 위치하는 복수의 센서노드들로 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드와 각각 대응되는 클러스터의 멤버로의 가입을 위한 제3 메시지를 브로드캐스트하는 단계 - 상기 복수의 센서노드들 각각은 상기 복수의 후보 클러스터 헤드노드 중 상기 2 이상의 후보 클러스터 헤드노드들 이외의 후보 클러스터 헤드노드들 및 클러스터 멤버노드들임 -
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드노드 및 상기 복수의 센서노드들은 로우-레이트(low-rate)로 데이터를 송수신하는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 포함하고, 상기 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 상기 제3 메시지를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 센서노드들은 상기 선출된 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드들 각각과 복수의 제2 계층을 형성하여 홉-바이-홉 방식에 따라 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크의 클러스터링 방법.
  13. 하이-레이트로 데이터를 송수신할 수 있는 하이-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 싱크노드; 및
    상기 하이-레이트 라디오 인터페이스 및 로우-레이트로 데이터를 송수신할 수 있는 로우-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 복수의 듀얼(dual) 라디오 노드들
    을 포함하되,
    상기 복수의 듀얼 라디오 노드들 중 일부 듀얼 라디오 노드들은 상기 싱크노드를 중심으로 하는 제1 계층을 형성하여 상기 하이-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 홉-바이-홉 방식에 따라 데이터를 송수신하고,
    상기 일부 듀얼 라디오 노드들 각각은
    상기 싱크노드 및 상기 제1 계층 내에서 자신보다 상위에 존재하는 상기 일부 듀얼 라디오 노드 중 어느 하나로부터 수신한 제1 메시지의 수신 세기 값이 기 설정된 임계 세기 값 보다 크고, 인접한 다른 듀얼 라디오 노드들의 상기 제1 메시지의 수신 세기 값들 보다 작은 수신 세기 값을 갖는 상기 제1 메시지를 수신한 듀얼 라디오 노드인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 듀얼 라디오 노드들은
    상기 싱크노드 및 상기 제1 계층 내에서 자신보다 상위에 존재하는 상기 일부 듀얼 라디오 노드 중 어느 하나로부터 수신한 제1 메시지의 수신 세기 값이 기 설정된 임계 세기 값 보다 큰 경우, 상기 제1 메시지의 수신 세기 값을 포함하는 제2 메시지를 브로드캐스트하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 로우-레이트 라디오 인터페이스를 구비한 복수의 싱글(single) 라디오 노드들
    을 더 포함하되,
    상기 복수의 듀얼 라디오 노드들 중에서 상기 일부 듀얼 라디오 노드들 이외의 나머지 듀얼 라디오 노드들 및 상기 복수의 싱글 라디오 노드들은 상기 일부 듀얼 라디오 노드들 각각을 중심으로 하는 복수의 제2 계층을 형성하여 상기 로우-레이트 라디오 인터페이스를 이용하여 홉-바이-홉 방식에 따라 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기 설정된 임계 세기 값은
    상기 복수의 듀얼 라디오 노드 및 상기 복수의 싱글 라디오 노드에서의 노드당 최대 평균 에너지 소비율이 최소가 되도록 하는 상기 제1 계층의 홉 수 및 상기 제2 계층의 홉 수에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
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