KR101068944B1 - 가상 백본 구성 방법 및 장치 - Google Patents

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가상 백본 구성 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 센서 노드가 자신을 대표 노드 및 연결 노드 중 어느 하나로 선언하는 단계, 센서 노드가 대표 노드로 선언된 경우, 대표 노드와 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드를 확인하는 단계, 제1 연결 노드가 존재하는 경우, 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드를 확인하는 단계, 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 제1 연결 노드 및 제2 연결 노드 중 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계, 및 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 무선 네트워크의 데이터 전송률이 높아지며, 에너지 효율성이 높아진다.
센서 노드, 가상 백본, 연결 노드

Description

가상 백본 구성 방법 및 장치{Method and Apparatus for Virtual Backbone Construction}
본 발명은 가상 백본 구성 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 통신에 참여하는 모든 센서 노드가 효율적으로 통신을 수행하도록 가상 백본을 설정하는 가상 백본 구성 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제 관리번호: 2006-S-085-03, 과제명: 자동차 센서노드용 초소형 운영체제 개발].
일반적으로 무선 센서 네트워크 시스템에서, 센서 노드가 전송 범위를 벗어난 센서 노드와 통신을 하는 방법에는 두 가지가 있다. 하나는 통신에 참여하는 모든 센서 노드가 플러딩(Flooding)하는 방법이고, 또 다른 하나는 센서 노드의 물리적 위치 정보 또는 주변 노드 정보를 수집하여 저장한 후, 데이터 전송 요청이 있을 때마다 목적지까지 경로를 탐색하여 최단거리 경로로 데이터를 전송하는 방법이다.
그러나, 플러딩 방식이나 위치 정보, 주변 노드 정보를 이용하여 경로를 탐색하는 방식은 많은 에너지를 소모하고, 센서 노드의 통신 부하를 발생시킨다.
따라서, 센서 노드의 에너지 효율성을 높이고 통신 부하를 줄이기 위해 센서 노드의 데이터 전송 횟수를 줄일 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 대표 노드 및 연결 노드를 선언하고, 가상 백본을 설정함으로써, 센서 노드의 통신 부하를 감소시키고, 네트워크의 생존율을 높이며, 높은 에너지 효율성을 제공할 수 있는 가상 백본 구성 방법 및 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가상 백본 구성 방법으로서, 센서 노드가 자신을 대표 노드 및 연결 노드 중 어느 하나로 선언하는 단계, 상기 센서 노드가 대표 노드로 선언된 경우, 상기 대표 노드와 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드를 확인하는 단계, 상기 제1 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드를 확인하는 단계, 상기 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드 및 상기 제2 연결 노드 중 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계, 및 상기 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가상 백본 구성 장치로서, 자신을 대표 노드 및 연결 노드 중 어느 하나로 선언하는 선언부, 상기 선언부에 의해 대표 노드로 선언되는 경우, 상기 대표 노드와 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포 함되는 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드를 확인하고, 상기 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드를 확인하는 확인부, 및 상기 확인부의 확인 결과, 상기 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드 및 상기 제2 연결 노드 중 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하고, 상기 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 백본 설정부를 포함한다.
본 발명에 따르면 무선 네트워크의 데이터 전송률이 높아지며, 데이터 전송의 중복 경로가 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법은, 무선 센서 네트워크에서 통신에 참여하는 모든 센서 노드가 성공적으로 메시지를 교환할 수 있도록 노드를 선택하는 전송 노드 선택 단계, 및 선택된 전송 노드를 이용하여 에너지 효율적인 통신 서비스를 제공할 수 있도록 가상 백본을 구성하는 가상 백본 구성 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법 중 전송 노드 선택 단계를 나타내는 일실시예 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 무선 센서 네트워크에서 통신에 참여하는 센서 노드의 타이머가 동작한다(S100). 상기 타이머는 설정된 종료값에 따라 소정 시간동안 동작한다.
다음, 센서 노드는 타이머가 종료될 때까지 주변 노드로부터 메시지가 전송되 었는지 판단한다(S105). S105 판단 결과, 주변 노드로부터 메시지가 전송되지 않은 경우, 상기 센서 노드는 자신을 대표 노드로 선언하고(S110), 상기 센서 노드의 전송범위에 포함되는 주변 노드로 연결 노드 요청 메시지를 전송한다(S115). 대표 노드가 대표 노드의 전송범위를 벗어난 센서 노드와 통신하기 위해 연결 노드가 요구된다.
S105 판단 결과, 주변 노드로부터 메시지가 전송된 경우, 센서 노드는 상기 센서 노드의 전송범위가 상기 주변 노드의 전송범위보다 넓은지 판단한다(S120). 즉 메시지를 수신한 수신 노드의 전송범위가 메시지를 송신한 송신 노드의 전송범위보다 넓은지 판단한다.
S120 판단 결과, 상기 센서 노드의 전송범위가 상기 주변 노드의 전송범위보다 넓은 경우, 센서 노드는 전송된 메시지가 대표 노드 요청 메시지인지, 연결 노드 요청 메시지인지 판단한다(S125). S125 판단 결과, 전송된 메시지가 대표 노드 요청 메시지인 경우, 상기 센서 노드는 자신을 대표 노드로 선언하고(S110), 상기 센서 노드의 전송범위에 포함되는 주변 노드로 연결 노드 요청 메시지를 전송한다(S115). 한편, S125 판단 결과, 전송된 메시지가 연결 노드 요청 메시지인 경우, 상기 센서 노드는 자신을 연결 노드로 선언하고(S130), 상기 센서 노드의 전송범위에 포함되는 주변 노드로 대표 노드 요청 메시지를 전송한다(S135).
한편, S120 판단 결과, 상기 센서 노드의 전송범위가 상기 주변 노드의 전송범위보다 넓지 않은 경우, 즉 수신 노드의 전송범위가 송신 노드의 전송범위와 같 거나 송신 노드의 전송범위보다 좁은 경우, 상기 센서 노드는 자신을 경계 노드로 선언하고(S140), 상기 센서 노드의 전송범위에 포함되는 주변 노드로 경계 노드 통지 메시지를 전송한다(S145).
도 1에 도시된 전송 노드 선택 단계를 통해 무선 센서 네트워크에 참여하는 센서 노드는 대표 노드, 연결 노드, 경계 노드 중 어느 하나로 선언된다. 가상 백본을 구성하기 위해 2개 이상의 센서 노드가 대표 노드로서 선언된다.
도 2는 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법 중 가상 백본 구성 단계를 나타내는 일실시예 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크에서 통신에 참여하는 센서 노드가 도 1에 도시된 전송 노드 선택 단계를 통해 대표 노드, 연결 노드, 경계 노드 중 어느 하나로 선언된다(S200). 상기 대표 노드는 주변의 센서 노드와 통신하면서, 주변 노드에 대한 정보를 확인할 수 있다.
대표 노드로 선언된 센서 노드(이하 '제1 대표 노드')는 대표 노드로 선언된 또 다른 센서 노드(이하 '제2 대표 노드')까지 데이터를 전송할 수 있는 경로가 둘 이상인지 판단한다(S205). 상기 경로는 제1 대표 노드, 제2 대표 노드, 및 연결 노드로 선언된 센서 노드에 의해 생성되며, 상기 경로는 하나 이상의 연결 노드를 포함한다.
S205 판단 결과, 제1 대표 노드와 제2 대표 노드가 통신할 수 있는 경로가 하나인 경우, 상기 경로에 포함된 모든 연결 노드가 가상 백본으로 설정된다(S210).
S205 판단 결과, 제1 대표 노드와 제2 대표 노드가 통신할 수 있는 경로가 둘 이상인 경우, 제1 대표 노드는 둘 이상의 경로에 포함되는 연결 노드의 전송범위를 비교하여, 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 연결 노드(이하 '제1 연결 노드')가 존재하는지 판단한다(S215).
S215 판단 결과, 제1 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 둘 이상의 경로에 포함되는 모든 연결 노드가 가상 백본으로 설정된다(S210).
한편, S215 판단 결과, 제1 연결 노드가 존재하는 경우, 제1 대표 노드는 상기 둘 이상의 경로에 포함되는 연결 노드 중 상기 제1 연결 노드와 동일한 전송범위를 갖는 연결 노드(이하 '제2 연결 노드')가 존재하는지 판단한다(S220).
S220 판단 결과, 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 제1 연결 노드 및 제2 연결 노드 중 센서 노드의 아이디(ID) 값이 작은 연결 노드가 가상 백본으로 설정되고(S225), 나머지 연결 노드, 즉 둘 이상의 경로에 포함되는 연결 노드 중 가상 백본을 제외한 연결 노드는 경계 노드로 변환된다(S230).
한편, S220 판단 결과, 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 제1 연결 노드가 가상 백본으로 설정되고(S235), 나머지 연결 노드, 즉 둘 이상의 경로에 포함되는 연결 노드 중 가상 백본을 제외한 연결 노드는 경계 노드로 변환된다(S230).
제1 대표 노드는 S200 내지 S235 단계를 통해 설정된 가상 백본을 이용하여 제2 대표 노드와 에너지 효율적인 통신이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법이 적용되는 무선 센서 네트워크를 나타내는 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 대표 노드 A 및 대표 노드 E가 선언되고, 대표 노드 A와 대표 노드 E 사이에 연결 노드로서 연결 노드 B, 연결 노드 C 및 연결 노드 D가 선언된다. 대표 노드 A에서 대표 노드 E까지 데이터가 전송될 수 있는 경로는 3 가지로서, 연결 노드 B를 이용하는 경로, 연결 노드 C를 이용하는 경로, 연결 노드 D를 이용하는 경로가 있다.
도 3의 표에 도시된 바에 따르면, 연결 노드 C의 전송범위는 연결 노드 B및 연결 노드 D의 전송범위를 모두 포함한다. 따라서, 전송범위가 연결 노드 B 및 연결 노드 D의 전송범위를 모두 포함하는 연결 노드 C가 제1 연결 노드가 되어 가상 백본으로 설정되며, 연결 노드 B 및 연결 노드 D는 경계 노드로 변환된다.
만약 연결 노드 C가 존재하지 않는 경우, 제1 연결 노드가 존재하지 않으므로, 연결 노드 B 및 연결 노드 D 모두 가상 백본으로 설정된다.
도 4는 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법이 실행되는 가상 백본 구성 장치를 상세하게 나타내는 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가상 백본 구성 장치(400)는 타이머(405), 선언부(410), 메시지 전송부(415), 확인부(420) 및 백본 설정부(425)를 포함할 수 있다. 무선 센서 네트워크에서, 일반적으로 가상 백본 구성 장치(400)는 센서 노드이다.
타이머(405)는 소정 시간 동안 동작한다.
선언부(410)는 상기 타이머(405)가 동작하는 동안, 주변 노드로부터 메시지가 전송되었는지 판단한다. 주변 노드로부터 메시지가 전송되지 않은 경우, 선언부(410)는 가상 백본 구성 장치(400)를 대표 노드로 선언한다. 한편, 주변 노드로부터 메시지가 전송되고, 가상 백본 구성 장치(400)의 전송범위가 메시지를 전송한 주변 노드의 전송범위보다 넓지 않은 경우, 가상 백본 구성 장치(400)를 경계 노드로 선언 선언한다.
가상 백본 구성 장치(400)의 전송범위가 메시지를 전송한 주변 노드의 전송범위보다 넓은 경우, 전송된 메시지가 대표 노드 요청 메시지인지, 연결 노드 요청 메시지인지에 따라 선언부(410)는 각각 가상 백본 구성 장치(400)를 대표 노드 또는 연결 노드로 선언한다.
메시지 전송부(415)는 주변 노드로부터 메시지를 전송받는다. 전송된 메시지에 따라 선언부(410)는 가상 백본 구성 장치(400)를 대표 노드 또는 연결 노드로 선언한다. 가상 백본 구성 장치(400)는 메시지 전송부(415)를 통해 주변 노드와 통신하면서, 또 다른 대표 노드에 대한 정보, 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포함되는 연결 노드에 대한 정보를 확인할 수 있다.
또한, 메시지 전송부(415)는 가상 백본 구성 장치(400)가 대표 노드로 선언된 경우 주변 노드로 연결 노드 요청 메시지를 전송하고, 가상 백본 구성 장치(400)가 연결 노드로 선언된 경우 주변 노드로 대표 노드 요청 메시지를 전송한다. 또한, 가상 백본 구성 장치(400)가 경계 노드로 선언된 경우 주변 노드로 경계 노드 통지 메시지를 전송한다.
확인부(420)는 대표 노드로 선언된 가상 백본 구성 장치(400)와 또 다른 대표 노드 사이에 경로에 포함되는 모든 연결 노드를 확인하고, 상기 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드가 존재하는지 확인한다. 또한, 상기 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드가 존재하는지 확인한다.
백본 설정부(425)는 상기 확인부(420)의 확인 결과, 상기 제1 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 경로에 포함되는 모든 연결 노드를 가상 백본으로 설정한다. 한편, 상기 확인부(420)의 확인 결과, 제1 연결 노드 및 제2 연결 노드가 모두 존재하는 경우, 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하고, 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정한다.
또한, 백본 설정부(425)는 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중, 가상 백본으로 설정된 연결 노드 이외의 나머지 연결 노드는 경계 노드로 변환한다.
본 발명은 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있 는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 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 이해되어서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법 중 전송 노드 선택 단계를 나타내는 일실시예 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법 중 가상 백본 구성 단계를 나타내는 일실시예 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법이 적용되는 무선 센서 네트워크를 나타내는 일실시예 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가상 백본 구성 방법이 실행되는 가상 백본 구성 장치를 상세하게 나타내는 일실시예 구성도이다.

Claims (16)

  1. 센서 노드가 자신을 대표 노드 및 연결 노드 중 어느 하나로 선언하는 단계;
    상기 센서 노드가 대표 노드로 선언된 경우, 상기 대표 노드와 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드를 확인하는 단계;
    상기 제1 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드를 확인하는 단계;
    상기 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드 및 상기 제2 연결 노드 중 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계; 및
    상기 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계를 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 경로에 포함되는 모든 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 단계를 더 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중, 상기 가상 백본으로 설정된 연결 노드 이외의 나머지 연결 노드를 경계 노드로 변환하는 단계를 더 포함하는 가상 백 본 구성 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    소정 시간 동안 동작하는 타이머를 동작시키는 단계를 더 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 센서 노드는 상기 타이머가 종료될 때까지 메시지가 수신되지 않은 경우, 자신을 대표 노드로 선언하는 것을 특징으로 하는 가상 백본 구성 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 노드가 송신 노드로부터 메시지를 전송받은 경우, 상기 송신 노드의 전송범위보다 상기 센서 노드의 전송범위가 같거나 좁은 경우, 상기 센서 노드가 자신을 경계 노드로 선언하는 단계를 더 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    대표 노드 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 센서 노드는 자신을 대표 노드로 선언하는 것을 특징으로 하는 가상 백본 구성 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    연결 노드 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 센서 노드는 자신을 연결 노드로 선언하는 것을 특징으로 하는 가상 백본 구성 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 노드가 대표 노드로 선언된 경우, 주변 노드로 연결 노드 요청 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 노드가 연결 노드로 선언된 경우, 주변 노드로 대표 노드 요청 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 가상 백본 구성 방법.
  11. 센서 노드인 가상 백본 구성 장치에 있어서,
    상기 센서 노드를 대표 노드 및 연결 노드 중 어느 하나로 선언하는 선언부;
    상기 선언부에 의해 대표 노드로 선언되는 경우, 상기 대표 노드와 또 다른 대표 노드 사이의 경로에 포함되는 모든 연결 노드 중 전송범위가 나머지 연결 노드의 전송범위를 모두 포함하는 제1 연결 노드를 확인하고, 상기 제1 연결 노드와 전송범위가 동일한 제2 연결 노드를 확인하는 확인부; 및
    상기 확인부의 확인 결과, 상기 제2 연결 노드가 존재하는 경우, 상기 제1 연결 노드 및 상기 제2 연결 노드 중 아이디 값이 작은 연결 노드를 가상 백본으로 설정하고, 상기 제2 연결 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 제1 연결 노드를 가상 백본으로 설정하는 백본 설정부를 포함하는 가상 백본 구성 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060124500A (ko) * 2005-05-31 2006-12-05 삼성전자주식회사 에너지 소모 극소화를 위한 무선 센서 네트워크의클러스터링 방법
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