KR101168357B1 - 센서 네트워크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 노드에 대한 백업 노드를 찾기 위한 방법을 제공한다. 먼저, 백업을 위해 대기하고 있는 상태에 있는 노드를 결정한다. 그 후, 에이전트 노드를 사용하여 백업 노드를 찾기 위해 백업될 노드에 인접한 다수의 노드들 중에 에이전트 노드를 결정한다. 백업을 위해 대기하고 있는 상태는 백업될 노드의 전기량이 미리 설정된 값 이하로 떨어진 것이다. 본 발명에 따르면, 백업될 노드는 많은 수의 노드들과 통신할 필요가 없다. 단지 백업 노드를 위한 많은 검색을 하기 위해 인접한 노드들 중에 에이전트 노드를 결정할 필요가 있다.
센서 네트워크, 노드, 에이전트 노드, 백업 노드

Description

센서 네트워크{A SENSOR NETWORK}
본 발명은 데이터 네트워크에 관한 것으로, 상세하게는 에너지 소비를 합리적으로 관리할 수 있는 센서 네트워크에 관한 것이다.
센서 네트워크들의 가능한 애플리케이션 환경들은 생리적 모니터링, 환경 모니터링(공기, 물, 토양 등), 상태 트리거링 유지, 지능적 공간, 군사 용도들, 주식 관리, 및 인간이 수행하기에 적절하지 않은 다른 작업과 같이 매우 광범위하다.
센서 네트워크는 일반적으로 공동으로 또는 개별적으로 특정 작업을 수행하기 위한 유선 또는 무선 통신에 의해 연결된 센서들의 세트 또는 세트들(또는 센서 네트워크에서 노드들로서 칭하여지는)을 포함한다. 센서 네트워크의 각 센서는 일반적으로 다음의 기능들 중 하나 이상을 가진다: 유도, 저장, 전송, 릴레이, 쿼리 수용, 이벤트들 트리거링, 및 데이터 처리 등.
센서 네트워크의 센서들이 작고, 저렴하고 배치되기 쉬우며 기능이 점점 강력해지기 때문에, 센서 네트워크들은 점점 더 대중화되고 있다. 그러나, 상술된 이들 특별한 특성들을 가질 때, 센서들의 에너지 사용 및 저장은 점점 중요한 문제가 되고 있다. 센서들 및 센서 네트워크들의 효율성에 영향을 미치지 않고 센서들의 작업 시간을 최대화하는 방법이 열띤 토론의 주제가 되었다.
미국 특허출원 (공개 번호 US 2003/0063585A1; 출원인 : 미국 허니웰 인코포레이티드; 및 발명자 Mohamed F. Younis)은 센서 네트워크의 에너지 소비를 관리하기 위한 방법을 개시하고 있다. 먼저, 센서 네트워크의 센서들을 특정 규칙에 따른 다수의 그룹들로 나누며, 각 그룹은 각 센서의 데이터를 제어 노드로 전송하기 위한 게이트웨이로서 동작하는 센서를 가진다. 그 후, 대응하는 게이트웨이에서 각 그룹에 대한 라우트 테이블을 설정하고, 최소 에너지를 소비하기 위해 각 센서 노드에 비교적 더 작은 라우트 테이블을 설정한다. 그 후, 각 센서의 이용가능한 에너지를 모니터링한다. 마지막으로, 각 센서의 이용가능한 에너지의 변경에 따라 라우트 테이블을 재설정한다.
미국 특허출원은 센서들의 각 그룹의 에너지 소비를 특정 정도까지 감소시킨다. 그러나, 센서들의 각 그룹은 그룹에서 모든 센서들의 작업을 조정하기 위한 게이트웨이로서 사용된 센서를 가지며, 게이트웨이가 손상되었다면(몇몇 밀집한 환경들 하에서 손상되는 것이 매우 가능함), 그것은 그룹 및 심지어 전체 센서 네트워크의 효율성에 큰 영향을 미칠 것이다. 또한, 게이트웨이는 센서들의 전체 그룹의 코어(core)로서 동작하기 때문에, 모든 센서들은 작업을 마치기 위해 게이트웨이와 통신할 필요가 있으며, 그것은 불가피하게 그룹 내 통신의 양을 증가시켜 그룹의 에너지 소비를 증가시키고, 특히 몇몇 릴레이 노드들의 에너지 소비를 증가시킨다.
그러므로, 센서 네트워크에서 에너지 소비를 관리하기 위한 새로운 센서 네트워크 및 새로운 방법이 요구되며, 따라서 센서 네트워크는 센서들 및 센서 네트워크의 효율성에 영향을 미치지 않고 센서들의 수명을 최대화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 목적들 중 하나는 센서들 및 센서 네트워크의 효율성에 영향을 미치지 않고 센서들의 수명을 최대화하고, 센서 네트워크에서 에너지 소비를 관리하기 위핸 새로운 센서, 새로운 센서 네트워크, 및 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 센서 네트워크 내의 노드에 대한 백업 노드를 찾기 위한 방법을 제공한다. 먼저, 노드가 백업될 상태에 있는지를 결정한다. 그 후, 백업될 노드에 인접한 다수의 노드들 중 에이전트 노드를 결정하여, 에이전트 노드가 백업될 노드를 위하여 백업 노드를 찾도록 한다. 더욱이, 백업될 노드의 데이터는 백업 노드로 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 백업될 상태는 백업될 노드의 전기량이 미리 설정된 값 이하로 감소한 것이고, 그 후 백업될 노드 자체는 스스로 백업 노드를 찾기 위해 많은 노드들과 통신할 필요가 없음을 도시한다. 그것은 백업 노드의 실제 검색을 추적하기 위해 인접한 노드들 중에 에이전트 노드를 결정하는 것만이 필요하다. 에이전트 노드는 노드의 부근에 있기 때문에, 결정 프로세스는 노드의 너무 많은 에너지를 소비하지 않을 것이다. 그동안, 백업될 노드는 실질적인 검색을 추적하지 않기 때문에, 그것은 또한 에너지를 절약한다. 게다가, 마지막으로 찾은 백업 노드는 일반적으로 노드 주변의 어딘가에 있기 때문에, 그것은 백업될 노드의 주변에서 에이전트 노드에 대한 에너지 소비를 감소시킬 것이다.
본 발명은 또한 센서 네트워크의 다수의 노드들 중 하나인 센서를 제공하고, 그것은 센서가 백업되기를 기다리고 있는지의 여부를 검출하기 위한 검출 수단, 및 센서가 백업될 때 노드에 인접한 다수의 노드들 중 에이전트 노드를 결정하기 위한 결정 수단을 포함하여, 그 에이전트 노드가 백업될 노드를 위한 백업 노드를 찾도록 한다.
본 발명은 또한 센서 네트워크를 제공하고, 그 센서 네트워크는 제 1 센서 및 제 2 센서를 포함한 다수의 센서 노드들을 포함한다. 제 1 센서는 센서가 백업될 것인지 여부를 검출하기 위한 검출 수단, 및 센서가 백업되기를 기다릴 때 노드에 인접한 다수의 노드들 중 에이전트 노드를 결정하고, 제 2 센서에 그것을 위한 백업 노드를 찾도록 요청하는 결정하기 위한 결정 수단을 포함한다; 제 2 센서 수단은 제 1 센서로부터 요청 시 제 1 센서에 대한 백업 노드를 찾기 위한 통신 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 목적들 및 성취들은 보다 명백해질 것이고, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 설명 및 청구항들에 의해 보다 포괄적으로 이해가능해질 것이다.
본 발명은 실시예들에 의해 그리고 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 구성요소의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 시스템에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 통신의 흐름도이다.
도면들에서 동일한 참조 부호들은 유사하거나 또는 동일한 특징들 및 기능들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 구성요소들의 개략적인 블록도이다. 수단(100)은 통신 수단(110), 센서 수단(130), 검출 수단(150), 결정 수단(160), 및 전원(도면에 미도시)을 포함한다. 전원은 센서가 그것의 작업을 수행하는데 필요로 하는 에너지를 제공한다. 그것은 재충전 가능하지 않거나 또는 재충전 가능하다.
수단(100)은 또한 저장 수단(120) 및 CPU(140)를 포함한다.
수단(100)은 센서 네트워크의 노드가 될 수 있고, 몇몇 수단들의 기능들(예를 들면, 검출 수단(150) 및 결정 수단(160))은 소프트웨어를 통해 수행될 수 있다. 이 기술분야의 숙련자들에 대해서, 수단(100)에 포함된 수단은 그것들의 조합이 본 발명의 기능을 수행할 수 있는 한, 다수의 종래의 수단에 의해 실현될 수 있다.
센서 수단(130)은 주변 환경을 유도하기 위해 사용된다. 예를 들면, 주변 환경에서의 특정 변화는 센서의 특정 기능을 트리거할 것이다. 유도된 메시지는 처리를 위해 통신 수단(110)을 통해 전송되고, 또한 CPU(140)에 의해 어느 정도 처리될 수 있으며, 그 후 저장 수단(120)에 저장되고, 또한 그것은 저장 수단(120)에 직접 저장된다.
통신 수단(110)은 센서 수단(130)에 의해 유도된 메시지와 같이, 센서에 의해 유도된 환경 메시지를 전송하고, 또한 다른 센서들로부터 릴레이될 수 있는, 저장 수단(120)에 저장된 메시지를 전송하기 위해 사용되며, 그 수단은 또한 조회 요청과 같이, 다른 센서들로부터 수신된 다른 메시지를 수신하기 위해 사용된다.
저장 수단(120)은 메시지를 저장하기 위해 사용되며, 그 메시지는 통신 수단(110)이 다른 센서들로부터 수신한 메시지 또는 센서 수단(130)에 의해 유도된 환경 메시지일 수 있다.
검출 수단(150)은 센서가 백업을 대기하고 있는 상태에 있는지의 여부를 검출하기 위해 사용되며, 그 상태는 센서 제작자 또는 센서 네트워크 시스템 제작자에 의해 미리 설정될 수 있다. 예를 들면, 센서의 저장 수단(120)은 80% 차여 있거나 또는 센서의 전기량이 미리 설정된 값 이하로 떨어졌다.
결정 수단(160)은 센서가 백업을 대기하는 상태에 있을 때, 노드에 인접한 다수의 노드들 중 에이전트 노드를 결정하기 위해 사용되며, 따라서 에이전트 노드는 백업될 노드를 위해 백업 노드를 찾는다.
CPU(140)는 센서의 미리 저장된 명령들에 따라 센서의 다른 구성요소들(예를 들면, 검출 수단(150) 및 결정 수단(160))의 작업을 조정하기 위해 사용된다. 물론, CPU는 또한 필요한 경우 몇몇 보다 복잡한 데이터를 처리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크의 시스템에 대한 개략도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크 통신의 흐름도이다. 센서 네트워크는 센서(100)를 포함하는 다수의 센서들을 포함하고, 그 안에 노드들(1 내지 9)은 센서(100)와 통신(한 홉)할 수 있으나, 반면 멀티홉 통신은 센서(100)와 통신하기 위해 다른 노드들이 요구될 수 있다. 센서 네트워크에서 각 센서는 다음의 기능들 중 하나 이상을 가진다: 유도, 저장, 전송, 재생, 수용, 요청, 이벤트 트리거링, 및 데이터 처리 등.
도 2 및 3에 따르면, 센서(100)는 그 자체가 백업을 대기하고 있는 상태에 있고, 그 전기량이 미리 설정된 값(TH1, 예를 들면 그것의 총 전기량 저장 용량의 25%)까지 떨어지면, 센서(100)는 그것에 인접한 노드들 중 에이전트 노드(AN)를 찾고, 에이전트 노드에 센서(100)에 대한 백업 노드(BN)를 찾기 위해 이용가능한 노드들(ALAN)과 통신하도록 요청하는, 요청(M1)을 전송한다.
인접 노드들(NN)은 센서(100)와 직접 통신(즉, 한 홉)할 수 있는 모든 노드들을 포함할 수 있다. 에이전트 노드를 찾기 위해 수행된 통신을 줄이기 위해, 에이전트 노드는 센서(100)와 가장 최근에 한 홉 통신을 수행한 에이전트 노드들 중 하나일 수 있다. 물론, 센서들이 영역 내에서 비교적 밀집하여 분포된다면, 인접 노드들은 센서(100)와 멀티-홉 통신을 수행할 수 있는 것을 포함할 수 있다.
센서(100)에 의해 전송된 요청(M1)은 다음과 같은 형태일 수 있다:
Figure 112007041381840-pct00001
메시지(M1)에서 "기능(functoin)"은 센서(100)의 기능들, 예로써 온도 유도, 사운드 유도 및 밝기 유도, 저장 기능 등과 데이터 처리 기능 등을 나타내기 위해 사용된다.
메시지(M1)에서 "능력(capability)"은 센서(100)의 기능들의 다양한 레벨들의 능력들 및 상태들, 예를 들면, 키 데이터를 유도하는 능력, 일반 데이터를 유도하는 능력, 저장 장치에 저장된 다양한 데이터의 양 등을 나타내는데 사용된다. 키 데이터는 비교적 빠르게 변화하고 결정을 하는데 보다 중요한 노드들을 포함한다.
메시지(M1)에서 "ALAN"은 이용가능한 백업 노드들의 리스트로서 동작한다. 이용가능한 노드들 리스트는 노드들(3 내지 7)과 같이, 직접 통신(즉, 한 홉)을 수행할 수 있는 센서(100)의 최신 라우트 테이블(230)에 있는 노드들을 포함할 것이다. 물론, 이용가능한 노드들 리스트는 또한 노드들(1 내지 5)과 같이 직접 통신을 수행할 수 있는 센서(100)의 새로운 라우트 테이블(220)(라우트 테이블(220)은 그것이 업데이트된 후에 라우트 테이블(230)이 된다)에 있는 노드들을 포함할 수 있다. 이용가능한 노드들 리스트는 또한 노드들(8 및 9)을 포함할 수 있고, 센서(100)는 단지 노드들(8 및 9)로부터 메시지를 수신한다. 이러한 실시예에서 "ALAN"은 노드들(1 내지 9)을 포함한다.
방법을 생성하는 또 다른 ALAN은 센서(100)가 다른 통신에 의해 도달할 수 있는 모든 노드들에게 이 노드들이 그 이용가능성을 결정하도록 응답할 것을 요청하는 특정 메시지를 전송하는 것이다. 이들 노드들은 백업 노드들로서 존재하는 비활성 노드들을 포함할 수 있다. 백업 노드들은 에이전트 노드에 의해 구성된 다음 논의에 참여하기 위해 특정 메시지에 의해 활성화된다. 그 논의 모드는 존재 모드들 중 임의의 하나일 수 있다.
물론, 센서들이 영역 내에 비교적 밀집하여 분포된다면, 그 이용가능한 노드들은 또한 센서(100)와 멀티-홉 통신을 수행할 수 있는 노드들을 포함할 수 있다.
에이전트 노드를 결정하기 위한 프로세스는 다음과 같다: 첫째로, 센서(100)는 에이전트 노드들(NN)의 노드(RN)에 요청(M1)을 전송한다. 두번째로, 노드(RN)는 요청(M1)(ALAN)내 이용가능한 노드들 리스트에 따라 백업 노드를 검색하는 것을 수행하기 위해 요구된 전기량을 추정한다. 세번째, 노드(RN)의 전기량이 전기 및 특정 임계값의 합계량보다 크다면, 노드(RN)는 노드(RN)가 에이전트 노드(AN)가 됨을 나타내기 위해 센서(100)에 확인 메시지(M2)를 보내고, 그렇지 않은 경우, RN은 센서(100)가 그것의 에이전트 노드로서 인접한 노드들 중 또 다른 노드를 선택하도록 요청하기 위해 센서(100)로 재선택 메시지(M3)를 전송한다. 센서(100)는 에이전트 노드가 센서(100)의 인접 노드들 중에서 찾아질 때까지 상기 프로세스를 반복할 수 있다. 이러한 실시예에서, 노드(2)는 센서(100)에 대한 에이전트 노드로서 선택된다.
노드(RN)에 의해 전송된 확인 메시지(M2)는 다음과 같은 포맷일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00002
노드(RN)에 의해 전송된 재선택 메시지(M3)는 다음과 같은 포맷일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00003
노드(2)가 센서(100)의 에이전트 노드로서 선택된 후, 논의는 적절한 백업 노드를 선택하기 위해 ALAN에 따라 이용가능한 노드들 모두에 구성된다. 논의 모드는 존재하는 논의 모드들 중 임의의 하나일 수 있다. 기본 원리는 후보 백업 노드들의 이용가능한 노드의 기능, 능력 및 전기량이 센서(100)를 대체할 수 있는지의 여부를 고려하는 것이다. 논의의 시작에서, 노드(2)는 센서(100)의 기능 및 능력을 알리기 위해 노드(1) 및 노드들(3 내지 9)에 메시지(M4)를 전송할 것이다. 전제 논의 동안, 멀티-홉 통신이 논의에 참여하는 노드들 중 요구된다면 센서(100)를 회피한다.
노드(AN)에 의해 전송된 메시지(M4)는 다음과 같은 포맷일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00004
논의 후, 노드(4)가 센서(100)의 백업 노드(BN)로서 결정된다. 물론, 논의의 결과는 또한 센서(100)의 백업 노드로서 임의의 다른 이용가능한 적격한 노드(노드(2)를 포함)의 결정일 수 있다.
그 후, 노드(4)는 센서(100)의 온도 유도 기능과 같은 센서(100)의 기능 및/또는 데이터를 요청하기 위해 센서(100)에 메시지(M5)를 전송한다.
백업 노드(BN, node(4))에 의해 전송된 메시지(M5)는 다음과 같은 포맷일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00005
노드(4)로부터 전송된 메시지(M5)를 수신하자마자, 센서(100)는 백업될 노드(4)에 데이터 및/또는 기능을 전송하고, 그것을 전력 절감 상태에 놓는다. 전송 프로세스는 또한 두 개의 단계들에서 수행될 수 있다. 그 첫번째 단계에서, 일반 데이터 및/또는 기능은 백업 노드(BN, node(4))에 전달되고, 센서(100)의 전기량이 보다 낮은 레벨로 떨어질 때, 그 키 데이터 및/또는 기능은 백업 노드(BN, node(4))로 전달된다.
백업 후, 센서(100)는 더 이상 온도 변경을 유도하지 않으며, 노드(4)는 대신에 센서(100)의 온도 유도를 수행한다.
마지막으로, 에이전트 노드(AN, node(2)) 또는 백업 노드(BN, node(4))는 또한 센서(100)와 통신하는 노드들(예로써 이용가능한 노드들(ALAN))에 센서(100)가 전력 절감 모드에 있고 그 기능 및/또는 데이터가 백업 노드(BN, node(4))에 의해 처리됨을 알리는 통보 메시지를 전송할 수 있고, 따라서 그것은 라우트 테이블을 업데이트하는 것과 같은, 대응하는 측정들을 채택할 수 있다.
에이전트 노드(AN, node(2))에 의해 전송된 메시지(M6)는 다음과 같은 포맷 일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00006
센서 네트워크가 제어 센터를 가진다면, 에이전트 노드(AN, node(2)) 또는 백업 노드(BN, node(4))는 또한 센서(100)가 전력 절감 상태이고 그 기능 및/또는 데이터가 백업 노드(BN, node(4))에 의해 처리될 것임을 제어 센터에 알리기 위해 제어 센터에 통보 메시지(M7)를 전송할 수 있다.
에이전트 노드(AN, node(2))에 의해 전송된 메시지(M7)는 다음과 같은 포맷일 수 있다.
Figure 112007041381840-pct00007
센서 네트워크에서, 다양한 노드들은 중요한 상이한 레벨일 수 있다. 본 발명에 의해, 덜 중요한 노드들은 중요한 노드에 대한 백업 노드를 검색하여, 중요한 노드의 통신 부담을 감소시키고 그 성능 수명을 연장할 수 있도록 한다. 물론, 모든 노드는 주어진 원리들에 따라 인접한 노드에 의해 백업 노드로서 선택될 수 있다.
본 발명은 실시예들을 조합하여 상술되었다. 이 기술분야의 숙련자들은 상술된 것에 기초하여 다양한 대체들, 변경들, 변화들이 명백히 이루어질 수 있음이 분 명하다. 이 문제에 대해서, 특성의 모든 대체들, 변경들 및 변화들은 본 발명의 청구항들의 사상에 있으며, 그 범위에 속해야 한다.

Claims (11)

  1. 센서 네트워크에서 노드에 대한 백업 노드를 찾는 방법에 있어서,
    a. 상기 노드가 백업될 상태에 있는지 여부를 결정하는 단계;
    b. 상기 백업 노드를 찾기 위한 에이전트 노드를 이용하기 위해 상기 노드에 인접한 복수의 노드들로부터 상기 에이전트 노드를 결정하는 단계를 포함하는, 백업 노드를 찾는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    백업될 상기 노드의 데이터를 상기 백업 노드에 전송하는 단계를 더 포함하는, 백업 노드를 찾는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백업 노드가 상기 백업될 노드의 대응하는 기능들의 적어도 일부를 수행하는 단계를 더 포함하는, 백업 노드를 찾는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백업될 상태는 상기 백업될 노드의 전기량이 미리 설정된 값보다 작은 것인, 백업 노드를 찾는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인접 노드들은 상기 백업될 노드가 직접 통신할 수 있는 노드들인, 백업 노드를 찾는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에이전트 노드는 상기 백업될 노드가 최근에 통신한 인접 노드인, 백업 노드를 찾는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백업 노드는 처리 능력들이 백업될 노드와 유사한, 백업 노드를 찾는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 능력들은 유도, 저장, 전송, 재생, 수용, 요청, 이벤트 트리거링, 및 데이터 처리와 같은 능력들 중 적어도 하나를 포함하는, 백업 노드를 찾는 방법.
  9. 센서 네트워크 내에서의 노드들 중 하나인 센서에 있어서:
    상기 센서가 백업을 대기하는 상태에 있는지 여부를 검출하는 검출 수단; 및
    상기 센서가 백업될 상태에 있을 때, 상기 백업 노드를 찾기 위해 인접한 복수의 노드들 중 에이전트 노드(agent node)를 사용하도록 결정하는 결정 수단을 포함하는, 센서.
  10. 제 1 센서와 제 2 센서를 포함하는 복수의 노드들을 포함하는 센서 네트워크에 있어서,
    상기 제 1 센서는,
    상기 센서가 백업될 상태에 있는지 여부를 검출하는 검출 수단; 및
    상기 센서가 백업을 대기하는 상태에 있을 때 에이전트 노드로서 상기 노드에 인접한 복수의 노드들의 상기 제 2 센서를 이용하고 백업 노드를 찾기 위해 상기 제 2 센서에 요청하도록 결정하는 결정 수단을 포함하고,
    상기 제 2 센서는 상기 제 1 센서로부터의 상기 요청에 따라 상기 제 1 센서에 대한 백업 노드를 찾는 통신 수단을 포함하는, 센서 네트워크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 검출 수단은 상기 제 1 센서의 전기량을 검출하기 위해 사용되고, 상기 백업되기를 대기하는 상태는 상기 전기량이 미리 설정된 값보다 작은 것인, 센서 네트워크.
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