KR101305313B1 - 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드 - Google Patents

무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선센서 네트워크에서 어느 한 노드가 로컬 미니멈을 인식했을 때 헬퍼 노드들을 이용하여 다수개의 경로를 통해 한 경로에 집중되었던 에너지 소모를 분산 시켜 네트워크의 전체 라이프타임을 연장시킬 수 있는 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드를 개시하고 있다. 홀 우회 라우팅 방법은 무선 센서 네트워크에서 전송 노드로부터 싱크 노드로 홀을 우회하여 통신하는 라우팅 방법에 있어서, 로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 단계; 상기 로컬 미니멈 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하여 상기 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 단계; 및 상기 헬퍼 노드들간의 우선 순위를 정하고 상기 우선 순위에 기반하여 상기 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 제안된 방법을 통해 종래 하나의 최단 경로만을 이용하여 한 경로에 집중되었던 에너지 소모 문제를 다수 개의 경로로 분산시킴으로써 네트워크의 수명을 늘릴 수 있다.

Description

무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드{HOLE BYPASSING ROUTING METHOD IN WIRELESS SENSOR NETWORKS USING HELPER NODE AND SENSOR NODE USING THE SAME}
본 발명은 홀 위회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선센서 네트워크에서 한경로에 집중되는 에너지 소모를 분산시켜 네트워크 라이프타임을 연장시킬 수 있는 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 한정된 에너지를 갖는 많은 수의 센서 노드들로 이루어지며 다양하고 복잡한 환경에 배치된다. 센서 노드들의 배치가 구역 특성상 위치하지 못하는 지역, 즉 홀(hole)과 장애물로 인해 그리디 포워딩의 패킷 전송이 실패하는 로컬 미니멈 문제에 직면한다. 따라서 무선센서 네트워크에서 홀을 피하는 것을 중요한 이슈 중 하나이다. 또한, 센서 노드들이 한정된 에너지를 갖기 때문에 무선센서 네트워크의 설계시 가장 먼저 고려되어야 할 사항은 각 센서 노드 에너지 사용을 줄여 무선센서 네트워크의 전체적인 수명을 늘리는 것이다.
라우팅 홀이 있는 네트워크에서 하나의 최단 경로만을 이용할 경우, 그 경로에 속해 있는 노드들은 주변 노드들에 비해 에너지 소모가 많아 네트워크 전체의 연결이 끊어지게 되는 문제점이 있다.
도 1은 종래 라우팅 기법인 HAIR 기법을 이용하여 데이터를 전송하는 모습을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 라우팅 기법인 HAIR(Hole Avoiding in advance Routing protocol) 기법은 "many-to-one" 전송 특성을 이용한다. HAIR의 첫 번째 단게에서는 한 노드가 자신이 로컬 미니멈으로 인식할 때, 이웃 노드들에게 자신을 로컬 홀로 인지하도록 메시지를 브로드캐스팅한다. 두 번째 단계에서 데이터 패킷은 로컬 홀 노드로 표시되지 않은 노드로 전송된다. 이 과정이 진행됨에 따라 더 많은 노드가 홀의 크기만큼 로컬 홀 노드로 인지되고, 데이터는 로컬 홀 노드를 피하면서 도 1과 같이 전송된다. 다른 알고르즘들은 홀에 도달했을 때만, 홀을 피하여 데이터를 전송했지만, HAIR 기법은 미리 홀을 인지하여 최단 라우팅 경로를 만들어 냄으로써 에너지 소모를 줄인다는 장점이 있다. 다만 HAIR 기법은 경로가 줄어들어 데이터의 신뢰성있는 전송을 보장하지 못한다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 KR 10-2010-0103260 ("위치 기반 라우팅 기법에서의 홀 우회 방법 및 상기 방법이 적용된 센서 노드", 삼성전자 주식회사, 경희대학교 산학협력단, 2010.09.27 공개)
본 발명의 목적은 무선센서 네트워크에서 어느 한 노드가 로컬 미니멈을 인식했을 때 일정 반경 내에 있는 이웃 노드들에게 홀 정보 메시지를 브로드캐스팅하고, 메시지를 받은 노드들 중 싱크 노드가 위치해 있는 방향에 있는 헬퍼 노드들을 이용하여 다수개의 경로를 통해 한 경로에 집중되었던 에너지 소모를 분산 시켜 네트워크의 전체 라이프타임을 연장시킬 수 있는 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드를 제공하는 것이다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법은 무선 센서 네트워크에서 전송 노드로부터 싱크 노드로 홀을 우회하여 통신하는 라우팅 방법에 있어서, 로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 단계; 상기 로컬 미니멈 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하여 상기 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 단계; 및 상기 헬퍼 노드들간의 우선 순위를 정하고 상기 우선 순위에 기반하여 상기 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 전송 단계는 상기 헬퍼 노드들과 상기 싱크 노드와의 거리를 토대로 상기 우선 순위를 정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 헬퍼 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로부터 한 홉 반경에 있는 이웃 노드들일 수 있다.
상기 헬퍼 노드는 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링하기 위해 상기 전송 노드의 통신 반경 내에 위치한 노드일 수 있다.
상기 전송 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로 그리디 포워딩을 통해 데이터 패킷을 보내고, 상기 헬퍼 노드들은 상기 그리디 포워딩을 통해 상기 로컬미니멈 발생 신호를 오버히어링할 수 있다.
상기 데이터 전송 단계는 상기 헬퍼 노드들 중 상기 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 노드가 높은 우선 순위를 갖도록 상기 우선 순위를 정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경로 설정 단계는 상기 헬퍼 노드를 매개로 하여 상기 싱크 노드까지의 경로 중 상기 홀을 우회하는 최단 경로를 상기 데이터 경로로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경로 설정 단계는 상기 헬퍼 노드가 경로 설정 메시지를 상기 헬퍼 노드의 이웃 노드에 보내어 상기 데이터 경로를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드는 무선 센서 네트워크에서 홀을 우회하여 통신하는 라우팅 방법을 이용한 센서 노드에 있어서, 로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 로컬 미니멈 발생 신호 수신부; 상기 로컬 미니멈 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하여 상기 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 경로 설정부; 및 상기 헬퍼 노드들간의 우선 순위를 정하고 상기 우선 순위에 기반하여 상기 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있다.
상기 데이터 전송부는 상기 헬퍼 노드들과 상기 싱크 노드와의 거리를 토대로 상기 우선 순위를 정할 수 있다.
상기 경로 설정부는 상기 로컬 미니멈 노드로부터 한 홉 반경에 있는 이웃 노드들을 상기 헬퍼 노드로 설정할 수 있다.
상기 경로 설정부는 상기 센서 노드의 통신 반경 내에 위치한 노드를 상기 헬퍼 노드로 설정할 수 있다.
상기 센서 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로 그리디 포워딩을 통해 데이터 패킷을 보내고, 상기 헬퍼 노드들은 상기 그리디 포워딩을 통해 상기 로컬미니멈 발생 신호를 오버히어링할 수 있다.
상기 데이터 전송부는 상기 헬퍼 노드들 중 상기 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 노드가 높은 우선 순위를 갖도록 상기 우선 순위를 정할 수 있다.
상기 경로 설정부는 상기 헬퍼 노드를 매개로 하여 상기 싱크 노드까지의 경로 중 상기 홀을 우회하는 최단 경로를 상기 데이터 경로로 설정할 수 있다.
상기 헬퍼 노드는 상기 데이터 경로 설정을 위해 경로 설정 메시지를 상기 헬퍼 노드의 이웃 노드에 보낼 수 있다.
본 발명에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법 및 이를 이용한 센서 노드에 따르면, 한정된 에너지를 갖는 무선센서 네트워크에서 데이터 패킷을 오버히어링한 노드를 이용하여 홀을 우회하는 다수 개의 경로를 설정해줌으로써 에너지 효율적인 라우팅 방법을 제안하고, 제안된 방법을 통해 종래 하나의 최단 경로만을 이용하여 한 경로에 집중되었던 에너지 소모 문제를 다수 개의 경로로 분산시킴으로써 네트워크의 수명을 늘리는 효과가 있다.
도 1은 종래 라우팅 기법인 HAIR 기법을 이용하여 데이터를 전송하는 모습을 도시한 도면,
도 2는 무선센서 네트워크에서의 로컬 미니멈 현상을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 사용하여 데이터를 전송하는 모습을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 개략적으로 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드를 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 무선센서 네트워크에서의 로컬 미니멈 현상을 설명하기 위한 도면이다. 무선센서 네트워크는 다양한 어플리케이션에서 광범위하게 사용되고 있으며, 노드들의 배치가 복잡하기 때문에, 많은 센서 노드들을 특정 구역에 배치시킬 때, 배치상 또는 구역 특성상 빈 공간, 노드 파괴, 노드 분실로 인해 노드 실패가 일어날 경우 네트워크에 라우팅 홀이 생길 수 있다. 이 홀은 가끔 전형적인 지오그래픽 알고리즘에서 실패를 야기할 수 있다. 이는 도 2에 도시된 바와 같은 로컬 미니멈 때문이다. 즉, 로컬 미니멈 현상이란 현재 데이터 패킷을 가지고 있는 센서 노드(A)가 목적지 노드(sink)까지 자기 자신보다 더 가까운 이웃 노드가 없어 데이터를 전달할 수 없는 상황을 말한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 사용하여 데이터를 전송하는 모습을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 오버히어링한 노드들은 다중 데이터 경로 설정을 통해 우선 순위에 기반하여 싱크 노드로 데이터 전송을 수행한다.
도 3을 참조하면, 노드 A에서 노드 B에게 그리디 포워딩으로 데이터 패킷을 보낸다. 그리디 포워딩 기법은 자신이 전송할 수 있는 노드들 중에서 싱크 노드에 가장 가까운 노드로 패킷을 전달하는 방법을 말한다. 이를 위해 각 노드는 주기적으로 주변의 일 홉 노드들과 위치 정보를 주고 받음으로써 모든 노드는 자신의 일 홉 노드들의 위치 정보를 테이블로 만들어서 관리한다. 그리디 포워딩 기법에서는 이웃 노드들의 싱크 노드까지의 거리가 자신의 목적지 노드까지의 거리보다 가까운 노드가 없을 때 홀이 있다고 판단하고 이를 우회한다. 노드 B는 로컬 미니멈이 발생을 인식한다. 그리디 포워딩을 통해 패킷을 전송하기 때문에 로컬 미니멈 발생 사실을 노드 A는 알 수 있고, 노드 A의 일 홉 주변 노드들도 이를 알 수 있다. 도 3을 참조하면, 노드 C와 노드 D는 노드 A의 통신 반경 안에 위치해 있기 때문에 로컬 미니멈이 발생한 것을 오버히어링할 수 있다.
이후, 노드 B는 한 홉 반경 내에 있는 이웃 노드들에게 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 브로드캐스팅한다. 브로드캐스팅 된 메시지를 받은 이웃 노드인 노드 C와 노드 D는 자신을 헬퍼 노드로 인식한다. 즉, 노드 C와 노드 D는 노드 A의 통신 반경 내에 있어 로컬 미니멈 발생을 오버히어링하고, 또한, 노드 B의 한 홉 반경 내에 있어 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신한 노드로서 이 두 노드가 노드 A의 데이터 패킷 전송을 위한 헬퍼 노드가 되는 것이다. 따라서, 센서 네트워크는 홀 우회를 위한 헬퍼 노드로 더 많은 수를 확보할 수 있다.
헬퍼 노드 인식이 끝나면, 헐퍼 노드 C와 D는 자신으로부터 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정한다. 이때는 노드 C와 노드 D로부터 싱크 노드까지의 데이터 전송 경로 중 최단 거리를 갖는 경로를 데이터 경로로서 설정한다. 따라서, 본 실시예의 경우에는 노드 C 및 D를 매개로 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 경로를 설정할 수 있기 때문에 두 개의 데이터 전송 경로를 확보할 수 있다. 노드 C 및 노드 D는 경로 설정 메시지를 주변 노드에 보내고, 상기 경로 설정 메시지를 받은 주변 노드들은 자신과 싱크 노드까지의 거리에 기반하여 싱크 노드까지의 거리가 최단이 되는 거리를 파악하여 데이터 경로를 설정한다. 전술한 헬퍼 노드 설정 방식에 따라 헬퍼 노드가 두 개 이상 확보된다면, 데이터 경로는 두 개보다 더 많은 수를 확보할 수 있게 된다. 이러한 경우에는 다중 경로로 인한 에너지 소모의 분배가 더 잘 이루어지기 때문에 네트워크의 수명은 더 연장될 수 있다.
데이터 경로 설정이 끝나면, 헬퍼 노드간 어느 노드를 매개로 먼저 데이터를 보낼지에 대한 우선 순위를 결정한다. 본 실시예의 경우에는 헬퍼 노드 C와 헬퍼 노드 D에 대한 우선 순위를 정해야 하는데, 헬퍼 노드 C와 헬퍼 노드 D는 로컬 미니멈이 발생한 노드 B로부터 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 받은 후, 싱크 노드와 더 가까이 위치한 노드 C가 우선 순위 1번이 된다. 노드 C보다 싱크 노드와의 거리가 먼 노드인 D는 우선 순위 2번이 된다. 이 우선 순위들은 싱크까지 잘ㅂ은 거리를 가진 노드가 가장 높은 우선 순위를 가지며 순번을 가진 우선 순위에 기반하여 싱크 노드까지 데이터 전송이 순차적으로 이루어진다. 예컨대, 첫 번째 데이터 패킷이 헬퍼 노드 C를 매개로 하는 데이터 경로를 통해 전송되면, 다음 두번째 데이터 패킷은 헬퍼 노드 D를 매기로 하는 데이터 경로를 통해 전송된다. 이런 식으로, 데이터 경로를 우선 순위에 기반하여 번갈아 사용함으로써 하나의 데이터 경로를 씀으로써 발생하는 에너지 소모를 분산시킬 수 있다. 즉, 헬퍼 노드들은 다중 데이터 경로를 설정함으로써 우선 순위에 기반하여 싱크 노드까지의 데이터 전송을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 라우팅 방법은 로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 단계, 로컬 미니멈 상태의 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하는 단계, 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 단계 및 헬퍼 노드들과 싱크 노드와의 거리를 토대로 헬퍼 노드들의 우선 순위를 정하고 우선 순위에 기반하여 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3과 4를 참조하면, 도 3의 노드 A가 기준이 된다. 노드 A는 먼저 노드 B로 전송해야할 데이터 패킷을 전송한다(410). 패킷을 수신한 노드 B는 로컬 미니멈 상태인지 확인한다(420). 확인 결과 주변에 홀이 존재하지 않고, 다음 데이터 전송이 가능한 주변 노드가 있다면 상기 노드로 데이터를 전송하면 된다(425). 그러나, 홀이 존재하고, 패킷을 수신한 노드 B가 로컬 미니멈 상태라면, 로컬 미니멈이 발생했다는 신호를 전송하고, 노드 A는 이를 수신하게 된다(430). 만약, 그리디 포워딩으로 패킷이 전송된다면, 로컬 미니멈이 발생함과 동시에 이러한 과정이 동시에 진행될 수 있다. 또한, 로컬 미니멈 상태인 노드 B는 로컬 미니멈에 대응하여 데이터 전송을 수행하기 위해 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 일정 반경 내에 있는 이웃 노드들에게 브로드캐스팅한다. 바람직하게는, 한 홉 반경 내에 있는 이웃 노드에게 상기 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 브로드캐스팅한다.
다음으로, 로컬 미니멈 발생을 인지한 노드 A는 헬퍼 노드를 설정한다(440). 헬퍼 노드는 로컬 미니멈 상태의 노드 B가 브로드캐스팅한 데이터 전송을 위한 우선 순위 메시지를 수신하고, 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링해야 하므로 노드 B의 한 홉 반경 내에 위치하면서, 노드 A의 통신 반경 내에 위치한 노드가 되어야 한다. 도 3을 참조하면, 이러한 조건을 갖춘 노드는 노드 C와 노드 D가 존재한다. 상기한 헬퍼 노드의 조건만 갖춘다면 헬퍼 노드는 더 많은 수가 될 수 있다. 헬퍼 노드의 수가 많을수록 다중 데이터 경로를 생성할 수 있기 때문에, 에너지 소모를 분산시켜 더 효율적으로 네트워크를 구성할 수 있다.
다음으로, 헬퍼 노드를 설정하고 나면 데이터 경로를 설정한다(450). 데이터 경로는 상기한 헬퍼 노드를 매개로 하여 헬퍼 노드로부터 싱크 노드까지 이르는 경로를 설정한다. 바람직하게는 헬퍼 노드로부터 최단으로 싱크 노드까지 도달할 수 있는 경로를 데이터 경로로 설정한다. 데이터 경로 설정을 위해 헬퍼 노드들은 경로 설정 메시지를 주변 노드들에게 전송하고 이를 수신한 주변 노드가 싱크 노드와의 거리를 계산하여 최단이 되는 거리가 되는 주변 노드가 데이터 전송 경로를 형성할 수 있도록 하여 데이터 경로를 설정한다.
다음으로, 헬퍼 노드간의 우선 순위를 결정한다(460). 우선 순위는 싱크 노드와 헬퍼 노드 사이의 거리를 통해 결정한다. 즉, 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 헬퍼 노드가 더 높은 우선 순위를 갖게 된다. 도 3의 경우에는 노드 C가 노드 D보다 싱크 노드에 더 가깝기 때문에 더 높은 우선 순위를 갖게 된다. 이렇게 정해진 우선 순위에 기반하여 순차적으로 데이터 전송이 이루어진다(470).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 헬퍼 노드를 이용한 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드(500)를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드(500)는 로컬 미니멈 발생 신호 수신부(510), 경로 설정부(520) 및 데이터 전송부(530)를 포함할 수 있다.
로컬 미니멈 발생 신호 수신부(510)는, 데이터 패킷을 수신한 노드가 로컬 미니멈 상태라면, 로컬 미니멈이 발생했다는 신호를 전송하게 되는데 전송된 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 기능을 수행한다. 만약, 그리디 포워딩으로 패킷이 전송된다면, 로컬 미니멈이 발생함과 동시에 신호 전송 및 신호 수신이 진행되고, 테이블을 통해 주변 노드의 상태를 관리할 수 있다.
경로 설정부(520)는 로컬 미니멈에 대응하여 홀을 우회하여 데이터를 전송할 경로를 설정하는 기능을 수행한다. 로컬 미니멈 상태인 노드는 로컬 미니멈에 대응하여 데이터 전송을 행하기 위해 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 일정 반경 내에 있는 이웃 노드들에게 브로드캐스팅한다. 바람직하게는, 한 홉 반경 내에 있는 이웃 노드에게 상기 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 브로드캐스팅한다. 로컬 미니멈 발생신호를 수신하고 나면, 먼저 헬퍼 노드를 설정한다. 헬퍼 노드는 로컬 미니멈 노드가 브로드캐스팅한 데이터 전송을 위한 우선 순위 메시지를 수신하고, 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링해야 하므로 로컬 미니멈 상태의 노드의 한 홉 반경 내에 위치하면서, 데이터 패킷을 전송하고자 하는 노드의 통신 반경 내에 위치한 노드가 되어야 한다. 상기한 헬퍼 노드의 조건만 갖춘다면 헬퍼 노드는 더 많은 수가 될 수 있다. 헬퍼 노드의 수가 많을수록 다중 데이터 경로를 생성할 수 있기 때문에, 에너지 소모를 분산시켜 더 효율적으로 네트워크를 구성할 수 있다. 헬퍼 노드를 설정하고 나면 데이터 경로를 설정하는데, 데이터 경로는 상기한 헬퍼 노드를 매개로 하여 헬퍼 노드로부터 싱크 노드까지 이르는 경로들 중 하나로 설정한다. 바람직하게는 헬퍼 노드로부터 최단으로 싱크 노드까지 도달할 수 있는 경로를 데이터 경로로 설정한다. 데이터 경로 설정을 위해 헬퍼 노드들은 경로 설정 메시지를 주변 노드들에게 전송하고 이를 수신한 주변 노드가 싱크 노드와의 거리를 계산하여 최단이 되는 거리가 되는 주변 노드가 데이터 전송 경로를 형성할 수 있도록 하여 데이터 경로를 설정한다.
데이터 전송부(520)는 헬퍼 노드를 매개로 하는 데이터 전송 경로를 통해 우선 순위에 기반하여 데이터를 전송하는 기능을 수행한다. 데이터 전송부(520)는 헬퍼 노드간의 우선 순위를 결정한다. 우선 순위는 싱크 노드와 헬퍼 노드 사이의 거리를 통해 결정한다. 즉, 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 헬퍼 노드가 더 높은 우선 순위를 갖게 된다. 이렇게 정해진 우선 순위에 기반하여 경로 설정부(520)에서 정한 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터 전송이 이루어진다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
410: 데이터 패킷 전송 단계 420: 로컬 미니멈 상태 확인 단계
430: 로컬 미니멈 발생 신호 수신 단계
440: 헬퍼 노드 설정 단계 450: 데이터 경로 설정 단계
460: 우선 순위 결정 단계 470: 데이터 전송 단계
500: 센서 노드 510: 로컬 미니멈 발생 신호 수신부
520: 경로 설정부 530: 데이터 전송부

Claims (16)

  1. 무선 센서 네트워크에서 전송 노드로부터 싱크 노드로 홀을 우회하여 통신하는 라우팅 방법에 있어서,
    로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 단계;
    상기 로컬 미니멈 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하여 상기 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 단계; 및
    상기 헬퍼 노드들간의 우선 순위를 정하고 상기 우선 순위에 기반하여 상기 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 전송 단계는
    상기 우선 순위를 기반으로 데이터 패킷 단위로 서로 다른 헬퍼 노드를 매개로 하는 복수 개의 데이터 경로를 번갈아가며 이용하여 순차적으로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 단계는
    상기 헬퍼 노드들과 상기 싱크 노드와의 거리를 토대로 상기 우선 순위를 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 헬퍼 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로부터 한 홉 반경에 있는 이웃 노드들인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 헬퍼 노드는 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링하기 위해 상기 전송 노드의 통신 반경 내에 위치한 노드인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로 그리디 포워딩을 통해 데이터 패킷을 보내고, 상기 헬퍼 노드들은 상기 그리디 포워딩을 통해 상기 로컬미니멈 발생 신호를 오버히어링하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 단계는
    상기 헬퍼 노드들 중 상기 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 노드가 높은 우선 순위를 갖도록 상기 우선 순위를 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 설정 단계는
    상기 헬퍼 노드를 매개로 하여 상기 싱크 노드까지의 경로 중 상기 홀을 우회하는 최단 경로를 상기 데이터 경로로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 설정 단계는
    상기 헬퍼 노드가 경로 설정 메시지를 상기 헬퍼 노드의 이웃 노드에 보내어 상기 데이터 경로를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법.
  9. 무선 센서 네트워크에서 홀을 우회하여 통신하는 라우팅 방법을 이용한 센서 노드에 있어서,
    로컬 미니멈 상태의 노드로부터 로컬 미니멈 발생 신호를 수신하는 로컬 미니멈 발생 신호 수신부;
    상기 로컬 미니멈 노드로부터 일정 반경 내에 브로드캐스팅된 데이터 전송 우선 순위를 위한 메시지를 수신하고 상기 로컬 미니멈 발생 신호를 오버히어링한, 적어도 하나의 노드들을 헬퍼 노드로 설정하여 상기 헬퍼 노드를 매개로 싱크 노드까지의 데이터 경로를 설정하는 경로 설정부; 및
    상기 헬퍼 노드들간의 우선 순위를 정하고 상기 우선 순위에 기반하여 상기 데이터 경로를 통해 순차적으로 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함하되, 상기 데이터 전송부는
    상기 우선 순위를 기반으로 데이터 패킷 단위로 서로 다른 헬퍼 노드를 매개로 하는 복수 개의 데이터 경로를 번갈아가며 이용하여 순차적으로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 데이터 전송부는
    상기 헬퍼 노드들과 상기 싱크 노드와의 거리를 토대로 상기 우선 순위를 정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 경로 설정부는
    상기 로컬 미니멈 노드로부터 한 홉 반경에 있는 이웃 노드들을 상기 헬퍼 노드로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 경로 설정부는
    상기 센서 노드의 통신 반경 내에 위치한 노드를 상기 헬퍼 노드로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 노드는 상기 로컬 미니멈 노드로 그리디 포워딩을 통해 데이터 패킷을 보내고, 상기 헬퍼 노드들은 상기 그리디 포워딩을 통해 상기 로컬미니멈 발생 신호를 오버히어링하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 데이터 전송부는
    상기 헬퍼 노드들 중 상기 싱크 노드와의 거리가 더 가까운 노드가 높은 우선 순위를 갖도록 상기 우선 순위를 정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 경로 설정부는
    상기 헬퍼 노드를 매개로 하여 상기 싱크 노드까지의 경로 중 상기 홀을 우회하는 최단 경로를 상기 데이터 경로로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 헬퍼 노드는 상기 데이터 경로 설정을 위해 경로 설정 메시지를 상기 헬퍼 노드의 이웃 노드에 보내는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 홀 우회 라우팅 방법을 이용한 센서 노드.
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