KR101236990B1 - 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버 - Google Patents

Abstract

센서노드의 수명연장을 위한 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버에 관한 것으로, 구체적으로 센서네트워크 환경에서 공간질의가 주어졌을 때, 센서노드들의 에너지 소모량을 최소화하면서 공간질의 조건을 만족하는 센서노드들을 찾고 이들의 센싱정보들을 서버로 획득하기 위한 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법은 서버가, 복수의 센서노드들과의 공간 질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 수행하여 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 단계; 및 서버가, 복수의 센서노드들과의 공간 질의시 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

분산 공간질의 색인, 센서네트워크, 센서노드

Description

서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버{Cooperative Spatial Query Processing Method between a Server and a Sensor Network and Server thereof}

센서노드의 수명연장을 위한 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버에 관한 것으로, 구체적으로 센서네트워크 환경에서 공간질의가 주어졌을 때, 센서노드들의 에너지 소모량을 최소화하면서 공간질의 조건을 만족하는 센서노드들을 찾고 이들의 센싱정보들을 서버로 획득하기 위한 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법 및 그 서버에 관한 것이다.

본 발명은 국토해양부의 (첨단도시개발사업)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: (07국토정보C05), 과제명: u-GIS 핵심 융,복합 기술 개발].

일반적으로, 센서네트워크 기반 공간질의처리를 수행하기 위한 가장 간단한 방법에는 Centralized 방법이 있다. Centralized 방법은 모든 센서노드들로부터 센 싱/위치정보를 서버로 획득한 다음에, 서버에서 공간질의를 수행하는 방식을 취하게 된다. 그러나, Centralized 방법은 모든 센싱/위치정보를 서버로 획득하기 위하여 모든 센서노드들을 액세스하게 된다. 즉, Centralized 방법은 모든 센서노드들을 액세스하는 과정에서 무선통신 횟수가 크게 증가하는 단점을 가진다.

그래서, 종래에는 Centralized 방법의 단점을 보완하기 위하여 In-network 공간질의처리 방법이 제안되었다. In-network 공간질의처리 방법에서는 공간질의를 서버가 아닌 센서네트워크에서 분산하여 수행하는 방식을 취한다. In-network 공간질의처리 방법에서는 공간질의를 센서노드에서 분산하여 수행하는데 있어서 효율성을 높이기 위하여 대부분 분산 공간색인방법을 이용한다. 구체적으로, In-network 공간질의처리 방법은 분산 공간색인을 이용하여 센서노드들에 대한 공간검색을 수행한다. 그리고, 그 공간검색 결과를 기초로 공간질의 조건에 일치하지 않는 센서노드들에 대한 액세스를 수행하지 않는다. 이처럼 In-network 공간질의처리 방법은 종래에 비해 공간질의 수행에서 요구되는 전체 무선통신 횟수를 감소시키게 되었다.

그러나, 이러한 In-network 공간질의처리 방법에서도 센서네트워크 환경에서 구축되는 분산 공간색인 내에 필연적으로 존재하는 Dead Space이 발생된다. 불행하게도, 이러한 Dead Space는 분산 공간질의 수행에서 불필요한 무선통신을 야기시키는 문제점을 가지고 있다. 또, Dead Space는 센서네트워크 환경의 분산 공간색인에서 더욱 크게 증가하는 경향이 있다.

도 1은 기존 R-tree의 공간색인 개념을 센서네트워크에 적용하여 구축된 일 반적인 분산 공간색인과 사각형으로 주어진 공간검색 객체들을 나타낸다. 도 1에서는 서버(100), 베이스스테이션(110), 센서노드들(120), 효율적인 공간질의를 지원하기 위한 분산 공간색인 구조(130), 공간질의를 위한 공간검색 객체(140), 그리고 센서노드들간의 무선통신(150)을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 In-network 공간질의처리 방법은 센서노드들에서 실제 결과는 없지만 불필요한 액세스를 수행하는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 공간질의에 {α, β, γ, δ} 로 구성된 4개의 공간검색 객체(140)가 주어진다고 가정하자. 그리고 센서노드들에서 공간검색을 수행할 때, 센서노드들(120) 중 7번 센서노드의 경우 실제 결과는 없지만 {7, 8} 센서노드에 대한 불필요한 액세스를 수행하게 된다. 이는 7번 센서노드의 공간색인 구조인 MBR(Minimum Bounding Rectangle; 130)과 공간검색 객체(140) 중 β 공간검색 개체 간의 겹침이 있기 때문이다. 또한, 종래의 In-network 공간질의처리 방법은 α 공간검색 객체에 대해서도 {5} 센서노드에 대한 불필요한 액세스도 수행하게 된다. 이는 5번 센서노드(120)의 공간색인 구조인 MBR과 겹침이 있기 때문이다.

따라서, 종래의 In-network 공간질의처리 방법에서는 Centralized 방법이 모든 공간질의를 서버에서 수행하는 것과는 달리 공간질의처리가 서버가 아니라 센서네트워크에서 분산하여 수행된다. 이에 따라 공간질의를 처리하는 과정에서 요구되는 센서노드들간의 무선통신 횟수를 줄이게 된다. 이러한 In-network 공간질의처리 방법은 상술한 바와 같이 무선통신 횟수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있으나, 도 1의 {5, 7, 8} 센서노드에 대하여 수행되는 불필요한 무선통신을 제거할 수 없는 문제점을 여전히 가지고 있다.

다시 말하면, 종래의 In-network 공간질의처리 방법은 실제로 공간검색 결과가 없는 센서노드에 대하여 불필요한 무선통신을 수행하게 되는 문제점을 갖게 된다. 이러한 불필요한 무선통신은 많은 Dead Space가 존재하는 센서네트워크 환경에서 더욱 자주 발생할 수 있다. 여기서, Dead Space는 분산 공간색인 구조에는 포함되지만 실제로는 정보가 존재하지 않는 영역을 의미한다. 이러한 Dead Space는 센서네트워크 환경에서 크게 증가할 수 있는데, 이는 분산 공간색인 구조에 포함되는 센서노드간 무선통신은 센서노드와 달리 실제 정보를 포함하고 있지 않기 때문이다.

본 발명의 실시예에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법은 서버가, 복수의 센서노드들과의 공간 질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 수행하여 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 단계; 및 서버가, 복수의 센서노드들과의 공간 질의시 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 부가정보는, 사전 공간 질의 결과로 검출된 센서노드들의 위치정보, 사전 공간질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 사전 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또, 부가정보를 검출하는 단계는,서버가, 복수의 센서노드들과의 공간질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 전송하는 단계; 및 사전 공간 질의에 따른 질의 결과로부터 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 사전 공간 질의는, 복수의 센서노드들의 위치를 포함하는 공간색인정보를 근거로 해당 공간 질의를 만족하는 센서노드들을 찾는 것이 바람직하다.

또, 질의/여과 정보 제공 단계는, 복수의 센서노드들에게 부가정보를 제공하는 단계; 및 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 부가정보를 제공하는 단계는, 부가정보로서 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하는 경우, 서버가, 센서노드들의 위치정보를 센서노드들에게 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 부가정보를 제공하는 단계는, 부가정보로서 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보를 이용하는 경우, 서버가, 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체를 제외한 나머지 공간검색 객체정보를 센서노드들에게 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 부가정보를 제공하는 단계는, 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 공간 질의 결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우, 서버가, 공간검색 객체정보와 함께 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보를 센서노드들에게 제공하는 것이 바람직하다.

또, 공간 질의를 요청하는 단계는, 서버가, 공간검색 객체를 이용하여 공간질의를 수행시, 공간 질의 결과가 없는 센서노드는 제외시키는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리를 위한 서버는, 복수의 센서노드들과의 공간 질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 수행하여 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 사전 질의 수행부; 및 복수의 센서노드들과의 공간 질의시 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 질의/여과 정보 제공부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, In-network 기반 공간질의처리 과정에서 주어진 공간질의를 서버와 센서네트워크 사이에서 상호 협력적으로 처리하도록 함으로써, 불필요한 무선통신을 수행하지 않도록 하는 효과를 갖는다.

이러한 무선통신 횟수의 감소는 센서노드들의 에너지 소모를 줄임으로써, 수명을 증가시키는 효과를 가지게 된다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에서, "포함"이란 기재는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 부가할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법을 설명하기 위한 센서네트워크에 적용된 분산 공간 색인 구조도이고, 도 3은 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법이 적용된 전체 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에서는 도 1과 마찬가지로 R-tree의 공간색인 개념을 센서네트워크에 적용하여 구축된 일반적인 분산 공간색인과 사각형으로 주어진 공간검색 객체들을 함께 표시한다(이하, 미설명부호 130은 효율적인 공간질의를 지원하기 위한 분산 공간색인 구조, 140은 공간질의를 위한 공간검색 객체, 150은 센서노드들 간의 무선통신을 의미한다.)

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법이 적용된 시스템은 서버(100), 센서네트워크를 구성하는 베이스스테이션(110) 및 센서노드들(120)을 포함하여 구성된다.

여기서, 시스템은 상술한 In-network 기반 공간질의처리 과정을 위한 구성을 함께 포함하는 것으로 하며 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

또, 센서노드들에 저장되어 있는 분산 공간색인정보와 같은 색인정보를 서버 가 저장하고 있다고 가정하며, 센서노드들의 위치는 고정되어 있는 시스템에서 동작함을 가정한다. 그러나 이러한 시스템의 구성은 설명의 편의를 위해서 예시한 것인바 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 서버와 센서네트워크 간의 공간질의 색인시 서버(100)-베이스스테이션(110)-센서노드들(130) 구조로 진행되는 것으로 하되, 이는 설명의 편의를 위한 것인바 이에 한정되지는 않는다.

도 3a를 참조하면, 일반적인 In-network 공간질의처리 방법을 이용할 경우, 센서노드들에서 실제 결과는 없지만 불필요한 액세스를 수행하여 센서네트워크에서 불필요한 에너지를 소모하게 된다. 그래서, 본 발명에서는 센서네트워크 환경에서 공간질의가 주어졌을 때, 센서노드들의 에너지 소모량을 최소화하면서 공간질의 조건을 만족하는 센서노드들을 찾고 이들의 센싱 정보들을 서버로 획득하는 방식을 채용한다. 본 발명에서 센서노드들의 에너지 소모량 최소화는 공간질의 수행과정에서 발생하는 센서노드들 간의 무선통신 횟수의 최소화를 의미한다.

도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법은 서버-센서네트워크 간에 분산 공간색인을 수행하기 이전에 서버에서 공간질의를 미리 수행함으로써 센서네트워크의 불필요한 공간검색 객체와 실제로는 방문해서는 안 되는 센서노드의 부가정보를 찾는다.

여기서, 불필요한 공간검색 객체는 도 2에 도시된 공간검색 객체 β를 예로 들 수 있다. 즉, 공간질의에 {α, β, γ, δ} 로 구성된 4개의 공간검색 객체(140)가 주어진다고 가정하자. 그리고 센서노드들에서 공간검색을 수행할 때, 센서노드들(120) 중 7번 센서노드의 경우 실제 결과는 없지만 {7, 8} 센서노드에 대한 불필요한 액세스를 수행하게 된다. 이는 7번 센서노드의 공간색인 구조인 MBR(Minimum Bounding Rectangle; 130)과 공간검색 객체(140) 중 β 공간검색 객체 간의 겹침이 있기 때문이다.

또, 실제로는 방문해서는 안 되는 센서노드는 도 2에 도시된 공간검색 객체 α를 예로 들 수 있다. 즉, 종래의 In-network 공간질의처리 방법을 적용할 경우, 공간검색 객체(140) 중 α 공간검색 객체에 대해서도 센서노드들(120) 중 {5} 센서노드에 대한 불필요한 액세스를 수행하게 된다. 이는 5번 센서노드의 공간색인 구조인 MBR과 α 공간검색 객체 간에 겹침이 있기 때문이다.

이를 통해, 본 발명에서는 이러한 부가정보들을 서버에서 센서노드들로 전송하고 서버와 센서네트워크 간의 분산 공간색인 과정에서 부가정보들을 이용하여 실제 방문해야 할 센서노드들의 수를 줄이게 된다. 이처럼, 본 발명에서는 전체 무선통신의 횟수를 줄이는 방식으로 동작하게 된다.

도 4는 도 3에 도시된 서버의 내부 구성을 간략하게 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 베이스스테이션 및 센서노드들의 내부구성을 간략하게 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서 서버는 사전 질의 수행부(300), 공간 색인 부(310), 서버 질의/여과 정보 제공부(320), 서버 질의 결과 수집부(330), 서버 처리수단(340)를 포함하여 구성된다.

서버 처리수단(340)은 센서네트워크에 공간질의를 발생시키고, 그에 따라 반송되는 질의결과를 수신하여 사용자에게 제공하도록 하게 된다. 공간질의는 사용자에 의해서 입력되거나 사전에 정해진 소프트웨어에 의해서 자동적으로 발생할 수 도 있을 것이다. 그리고 서버 처리수단(340)는 공간질의 및 질의결과 수신처리를 위한 구성이라면 어떠한 구성이라도 가능할 것이다.

사전질의 수행부(300)는 입력된 공간질의에 따른 분산 공간 색인을 수행하기 이전에 미리 사전 공간질의를 수행한다. 여기서, 공간질의 수행은 공간질의 조건을 만족하는 센서노드들을 찾는 과정으로, 이 과정은 공간색인부(310)의 공간색인정보를 이용하여 수행된다. 본 발명은 위치가 고정된 센서노드들에 적용되는 것으로 서버가 센서노드들에 대한 공간색인정보(예컨대, 센서노드 ID, 위치정보 등)를 보유하는 것이 가능하며, 사전 공간질의 수행이 용이하게 처리될 수 있다.

또, 사전질의 수행부(300)는 사전 공간질의 수행과정에서 향후 센서네트워크에서 분산 공간질의를 수행할 때 효율적으로 이용될 수 있는 부가정보들을 추출한다. 이러한, 부가정보들에는 공간 질의 결과인 센서노드들의 위치정보, 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보, 방문해도 실제로 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보 등이 있다. 이러한 부가정보들은 서버-센서네트워크 간에 분산 공간질의를 수행할 때, 센서노드에 대한 불필요한 액세스를 줄이기 위하여 이 용된다.

서버 질의/여과 정보 제공부(320)는 입력된 공간질의를 분석하고 변환하여 센서네트워크로 전송하는 역할을 수행하며, 서버 질의결과 수집부(330)는 센서네트워크로부터 수집되는 질의결과를 수집하여 전달하는 역할을 수행한다.

또, 서버 질의/여과 정보 제공부(320)는 입력된 공간질의시 상술한 사전질의 수행부(300)를 통해 추출된 부가정보에 따라 공간 질의 방식을 변경하여 수행하게 된다. 즉, 서버 질의/여과 정보 제공부(320)는 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보를 이용하는 경우, 변환된 공간질의를 센서네트워크에 전송할 때, 위에서 언급된 공간질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체를 제외한 나머지 공간검색 객체정보를 센서네트워크에 전송하게 된다. 예를 들어, 도 2에서 보는 바와 같이 원래 공간검색 객체 {α, β, γ, δ}에서 {β} 를 제외한 공간검색 객체 {α, γ, δ} 만 센서네트워크로 전송되어야 한다. 여기서는, 센서노드 {7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 수 있다.

또, 서버 질의/여과 정보 제공부(320)는 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보와 방문해도 실제로 공간질의결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우, 공간검색 객체 {α, γ, δ} 정보와 함께 방문해도 실제로 결과가 없는 센서노드 정보를 포함하는 공간질의정보를 센서네트워크부로 전송한다. 그에 따라, 하술된 센서노드의 분산질의 수행부(340)는 공간검색 객체 {α, γ, δ} 를 이용하여 공간질의를 수행함에 있어서, 비록 자식 센서노드의 공간색인정보가 주어진 공간검색 객체{α, γ, δ}와 공간적인 겹침이 발생하여 주어진 공간질의를 자식 센서노드로 전파해야 한다고 하더라도 만약 자식 센서노드가 방문해도 실제 공간질의결과가 없는 센서노드에 포함된다면, 더 이상 자식노드로의 공간질의 수행을 전파하지 않는다(S72). 즉, 사전 공간 질의 수행에서 공간색인을 이용한 공간검색과정에서 공간질의결과가 있는 것처럼 보이나, 실제로는 공간질의 결과를 보유하지 않는 센서노드들에 대한 정보를 이용하게 된다. 여기서는 센서노드 {7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 뿐 아니라, 센서노드 {5}에 대한 공간검색도 수행하지 않는다.

이처럼, 본 발명에서 서버는 분산 공간검색을 수행하기 이전에 미리 사전 공간질의를 수행함으로써 불필요한 공간검색 객체와 실제로는 방문해서는 안 되는 센서노드의 부가정보를 찾게 된다. 서버(100)는 이러한 부가정보를 근거로 공간질의를 처리하는 과정에서 센서노드들간의 무선통신 횟수를 줄이게 된다.

도 5를 참조하면, 센서네트워크를 구성하는 센서노드들(120)(베이스스테이션(110) 포함) 각각은 분산 질의 수행부(400), 분산 공간 색인부(410), 질의/여과 정보 제공부(420), 질의 결과 수집부(430)를 공통적으로 포함하여 구성된다.

분산 질의 수행부(400)는 현재의 센서노드가 주어진 공간질의 조건을 만족하는지를 수행하는 역할을 수행하는데, 조건을 만족하는 경우에는 현재 센서노드의 센싱/위치정보가 질의 결과 수집부(430)에 저장된다. 또한, 분산 질의 수행부(400)는 현재 센서노드의 자식 센서노드들이 주어진 공간질의 조건을 만족하는지를 미리 수행하는데, 조건을 만족하는 자식 센서노드가 있는 경우에 현재 수행되고 있는 공간질의를 자식 센서노드로 전파하기 위하여 질의/여과 정보 제공부(420)에 저장한다. 여기서, 자식 센서노드들의 공간질의 조건 만족여부를 판단하기 위해서는 분산 공간 색인부(410)의 공간색인정보가 이용된다.

질의/여과 정보 제공부(420)는 저장되어 있는 공간질의를 자식 센서노드들로 전파하는 역할을 수행하며, 질의 결과 수집부(430)는 자신이 보유하고 있는 결과정보와 자식 센서노드들로부터 수집된 결과정보를 상위 부모 센서노드로 전송하는 역할을 수행한다. 만약 어떤 센서노드 자신이 공간질의 조건을 만족하지 않고 자식 센서노드도 공간질의 조건을 만족하지 않는다면, 그 센서노드에서는 자식 노드로의 공간질의 전파 및 부모 노드로의 질의결과 전송을 수행하지 않는데, 이를 통하여 전체 무선통신의 횟수를 줄이게 된다.

한편, 분산 질의 수행부(400)는 공간질의시 서버에서 전송되는 부가정보에 따라 상술한 공간질의 방식을 변경하게 된다. 즉, 분산 질의 수행부(400)는 부가정보로서 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하는 경우, 공간질의를 수행하고자 할 때, 공간질의에서 주어지는 공간검색 객체들을 이용하는 것이 아니라, 실제 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하여 공간질의를 수행한다. 이와 같이, 공간질의결과인 센서노드들의 정확한 위치정보를 이용하여 공간검색을 수행하는 경우는 공간검색 객체에 의한 검색과 같이 Dead Space에 대한 공간검색을 수행하지 않는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 도 2에서 공간검색 객체 {α, β, γ, δ} 에 의한 공간검색이 아니라, 공간질의결과인 센서노드 {4, 12, 13, 14, 17, 19, 20, 21, 22}에 의한 공간검색을 이용함으로써, 센서노드 {5, 7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 수 있다. 여기서, 질의/여과정보 제공부(260)는 당연히 질의/여과를 위한 정보로서 공간검색 객체가 아니라, 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보들을 자식 센서노드들에게 전송해야 한다. 이 방법은 센서네트워크로 전송되어야 하는 정보의 양이 크게 증가할 위험성을 가지고 있다.

또, 분산 질의 수행부(400)는 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보와 방문해도 실제로 공간질의결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우, 상술한 서버 질의/여과 정보 제공부(320)에서 공간검색 객체 {α, γ, δ} 정보와 함께 방문해도 실제로 결과가 없는 센서노드 정보를 포함하는 공간질의정보를 수신 받는다. 그에 따라, 분산질의 수행부(340)는 공간검색 객체 {α, γ, δ} 를 이용하여 공간질의를 수행함에 있어서, 비록 자식 센서노드의 공간색인정보가 주어진 공간검색 객체{α, γ, δ}와 공간적인 겹침이 발생하여 주어진 공간질의를 자식 센서노드로 전파해야 한다고 하더라도 만약 자식 센서노드가 방문해도 실제 공간질의결과가 없는 센서노드에 포함된다면, 더 이상 자식노드로의 공간질의 수행을 전파하지 않는다(S72). 여기서는 센서노드 {7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 뿐 아니라, 센서노드 {5}에 대한 공간검색도 수행하지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법의 순서를 도시한 도면이다. 설명에 있어서, 센서노드들은 고정된 위치를 갖는 것으로 한다.

도 6을 참조하면, 우선 서버의 사전질의 수행부(300)는 사전 공간질의를 미리 수행한다(S10). 상술한 바와 같이, 공간질의 수행은 공간질의 조건을 만족하는 센서노드들을 찾는 과정으로, 이 과정은 공간색인부(310)의 공간색인정보를 이용하여 수행된다. 이때, 질의/여과 정보 제공부(200)는 사전질의 수행부(300)에서 발생된 사전 공간질의를 분석하고 변환하여 센서네트워크로 전송하게 된다.

이어, 서버의 질의결과 수집부(330)는 사전 공간질의 후 센서노드들로부터 발생되는 질의 결과를 수집한다(S20). 그와 함께, 사전질의 수행부(300)는 공간질의 수행과정에서 향후 센서네트워크에서 분산 공간질의를 수행할 때 효율적으로 이용될 수 있는 부가정보들을 추출한다(S30).

다음, 서버 질의/여과 정보 제공부(200)는 부가정보에 따른 공간질의를 수행하게 된다(S40). 즉, 서버와 센서네트워크 간에 추출된 부가정보들을 기초로 분산 공간 색인을 수행하게 된다.

상술한 바와 같이, 부가정보들은 공간질의 결과인 센서노드들의 위치정보, 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보, 방문해도 실제로 공간질의결과가 없는 센서노드 정보 등을 포함하게 된다. 이러한 부가정보들은 센서네트 워크에서 분산 공간질의를 수행할 때, 센서노드에 대한 불필요한 액세스를 줄이게 된다.

여기서, 단계 'S40'에서 부가정보로서 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하는 경우를 설명한다. 분산질의 수행부(400)는 공간질의를 수행하고자 할 때, 공간질의에서 주어지는 공간검색 객체들을 이용하는 것이 아니라, 실제 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하여 공간질의를 수행한다(S50). 이와 같이, 공간질의결과인 센서노드들의 정확한 위치정보를 이용하여 공간검색을 수행하는 경우는 공간검색 객체에 의한 검색과 같이 Dead Space에 대한 공간검색을 수행하지 않는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 도 2에서 공간검색 객체 {α, β, γ, δ} 에 의한 공간검색이 아니라, 공간질의결과인 센서노드 {4, 12, 13, 14, 17, 19, 20, 21, 22}에 의한 공간검색을 이용함으로써, 센서노드 {5, 7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 수 있다. 여기서, 질의/여과정보 제공부(260)는 당연히 질의/여과를 위한 정보로서 공간검색 객체가 아니라, 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보들을 자식 센서노드들에게 전송해야 한다. 이 방법은 센서네트워크로 전송되어야 하는 정보의 양이 크게 증가할 위험성을 가지고 있다.

여기서, 단계 'S40'에서 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보를 이용하는 경우를 설명한다. 서버부의 질의/여과 정보 제공부(320)에서 변환된 공간질의를 센서네트워크에 전송할 때, 위에서 언급된 공간질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체를 제외한 나머지 공간검색 객체정 보를 센서네트워크에 전송하게 된다(S60). 예를 들어, 도 2에서 보는 바와 같이 원래 공간검색 객체 {α, β, γ, δ}에서 {β} 를 제외한 공간검색 객체 {α, γ, δ} 만 센서네트워크부로 전송되어야 한다. 여기서는, 센서노드 {7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 수 있다.

여기서, 단계 'S40'에서 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보와 방문해도 실제로 공간질의결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우(즉, 사전 공간검색 결과에는 포함되지만 실제로는 공간 질의 결과가 없는 센서노드 정보를 이용하는 경우)를 설명한다. 서버의 서버 질의/여과 정보 제공부(320)는 공간검색 객체 {α, γ, δ} 정보와 함께 방문해도 실제로 결과가 없는 센서노드 정보를 포함하는 공간질의정보를 센서네트워크부로 전송한다(S60). 센서노드의 분산질의 수행부(340)는 공간검색 객체 {α, γ, δ} 를 이용하여 공간질의를 수행함에 있어서, 비록 자식 센서노드의 공간색인정보가 주어진 공간검색 객체{α, γ, δ}와 공간적인 겹침이 발생하여 주어진 공간질의를 자식 센서노드로 전파해야 한다고 하더라도 만약 자식 센서노드가 방문해도 실제 공간질의결과가 없는 센서노드에 포함된다면, 더 이상 자식노드로의 공간질의 수행을 전파하지 않는다(S72). 여기서는 센서노드 {7, 8}에 대한 공간검색을 수행하지 않을 뿐 아니라, 센서노드 {5}에 대한 공간검색도 수행하지 않는다.

이와 같이 본 발명에 따른 센서네트워크의 공간질의 처리 방법은 서버에서 공간질의를 미리 수행하고, 상술한 바와 같이 다양한 부가정보들을 추출하고, 이러한 부가정보들을 센서네트워크에서의 분산 공간질의를 수행하는데 이용하여 불필요 한 센서노드들에 대한 액세스를 방지함으로써, 센서노드들간의 전체 무선통신 횟수를 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다.

본 발명에 따르면, In-network 기반 공간질의처리 과정에서 주어진 공간질의를 서버와 센서네트워크의 센서노드들 사이에서 상호 협력적으로 처리하도록 함으로써, 불필요한 무선통신을 수행하지 않도록 하는 효과를 갖는다.

이러한 무선통신 횟수의 감소는 센서노드들의 에너지 소모를 줄임으로써, 수명을 증가시키는 효과를 가지게 된다.

이상, 본 발명을 구성 및 동작에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 기술한 예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허 청구 범위의 범주 내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.

도 1은 기존 R-tree의 공간색인 개념을 센서네트워크에 적용하여 구축된 일반적인 분산 공간색인과 사각형으로 주어진 공간검색 객체들을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법을 설명하기 위한 센서네트워크에 적용된 분산 공간 색인 구조도.

도 3은 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법이 적용된 전체 시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 도 3에 도시된 서버의 내부 구성을 간략하게 도시한 도면.

도 5는 도 3의 베이스스테이션 및 센서노드들의 내부구성을 간략하게 도시한 도면.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법의 순서를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 서버 110 : 베이스스테이션

120 : 센서노드 130 : 분산 공간색인 구조(MBR)

140 : 공간검색 객체 300 : 사전 질의 수행부

310 : 공간 색인부 320 : 서버 질의/여과 정보 제공부

330 : 서버 질의 결과 수집부 340 : 서버 처리수단

400 : 분산 질의 수행부 410 : 분산 공간 색인부

420 : 질의/여과 정보 제공부 430 : 질의 결과 수집부

Claims (18)

1. 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법으로서,

   서버가, 복수의 센서노드들과의 공간 질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 수행하여 상기 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 단계; 및

   서버가, 상기 복수의 센서노드들과의 공간 질의시 상기 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 부가정보는,

   상기 사전 공간 질의 결과로 검출된 센서노드들의 위치정보, 상기 사전 공간질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 상기 사전 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 부가정보를 검출하는 단계는,

   상기 서버가, 상기 복수의 센서노드들과의 공간질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 전송하는 단계; 및

   상기 사전 공간 질의에 따른 질의 결과로부터 상기 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 사전 공간 질의는,

   상기 복수의 센서노드들의 위치를 포함하는 공간색인정보를 근거로 해당 공간 질의를 만족하는 센서노드들을 찾는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 질의/여과 정보 제공 단계는,

   상기 복수의 센서노드들에게 상기 부가정보를 제공하는 단계; 및

   상기 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 부가정보를 제공하는 단계는,

   상기 부가정보로서 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하는 경우,

   상기 서버가, 상기 센서노드들의 위치정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 부가정보를 제공하는 단계는,

   상기 부가정보로서 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보를 이용하는 경우,

   상기 서버가, 상기 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체를 제외한 나머지 공간검색 객체정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 부가정보를 제공하는 단계는,

   상기 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 공간 질의 결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우,

   상기 서버가, 상기 공간검색 객체정보와 함께 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 공간 질의를 요청하는 단계는,

   상기 서버가, 공간검색 객체를 이용하여 공간질의를 수행시, 공간 질의 결과가 없는 센서노드는 제외시키는 것을 특징으로 하는 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리방법.
10. 서버-센서네트워크의 협력 공간질의 처리를 위한 서버로서,

    복수의 센서노드들과의 공간 질의 개시 이전에 사전 공간 질의를 수행하여 상기 복수의 센서노드들 중 제외될 센서노드를 선별하기 위한 부가정보를 검출하는 사전 질의 수행부; 및

    상기 복수의 센서노드들과의 공간 질의시 상기 부가정보를 기초로 선별된 센서노드들로 공간 질의를 요청하는 질의/여과 정보 제공부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 서버.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 부가정보는,

    상기 사전 공간 질의 결과인 센서노드들의 위치정보, 상기 사전 공간질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 상기 사전 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 서버.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 사전질의 수행부는,

    상기 복수의 센서노드들과의 공간질의 개시 이전에 상기 사전 공간 질의를 전송하는 것을 특징으로 하는 서버.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 사전 공간질의는,

    상기 복수의 센서노드들의 위치를 포함하는 공간색인정보를 근거로 상기 공간 질의를 만족하는 센서노드들을 찾는 것을 특징으로 하는 서버.
14. 청구항 10에 있어서,

    상기 질의/여과 정보 제공부는,

    상기 복수의 센서노드들로 상기 부가정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 서버.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 질의/여과 정보 제공부는,

    상기 부가정보로서 공간질의결과인 센서노드들의 위치정보를 이용하는 경우,

    상기 센서노드들의 위치정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버.
16. 청구항 14에 있어서,

    상기 질의/여과 정보 제공부는,

    상기 부가정보로서 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보를 이용하는 경우,

    상기 공간 질의 결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체를 제외한 나머지 공간검색 객체정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버.
17. 청구항 14에 있어서,

    상기 질의/여과 정보 제공부는,

    상기 부가정보로서 공간질의결과를 하나도 포함하지 않는 공간검색 객체정보 및 상기 공간 질의 결과가 없는 센서노드 정보를 동시에 이용하는 경우,

    상기 공간검색 객체정보와 함께 상기 공간질의 결과가 없는 센서노드 정보를 센서노드들에게 제공하는 것을 특징으로 하는 서버.
18. 청구항 17에 있어서,

    상기 질의/여과 정보 제공부는,

    상기 공간검색 객체를 이용하여 공간질의를 수행시, 공간 질의 결과가 없는 센서노드를 제외시키도록 하는 것을 특징으로 하는 서버.

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