KR101349962B1 - 센서 노드 및 라우팅 방법 - Google Patents

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Abstract

센서 네트워크에 포함되는 센서 노드에서 라우팅 방법에 관한 것으로, 라우팅 정보가 수신되면, 대기 시간 동안 다른 라우팅 정보의 수신을 대기하여, 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하고, 라우팅 정보를 전파하는 라우팅 방법에 의해 라우팅 정보 브로드 캐스팅 횟수를 줄여 성능 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

센서 노드 및 라우팅 방법{Sensor node and routing method}
본 발명은 센서 네트워크에 관한 것으로 특히, 센서 네트워크에 포함되는 센서 노드에서 라우팅 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 감지(Sensing), 처리(Processing), 통신(communication)능력을 갖는 센서 노드들을 이용하여 감시, 추적, 정찰, 자동화와 같은 서비스를 제공하는 기술이다.
센서 네트워크를 구성하는 센서 노드는 일반적으로 배터리에 의해 구동된다. 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해서는 동작 시간 비율(Duty Cycle)을 낮춰 배터리 소모량을 줄여야 한다.
동작 시간 비율을 낮추기 위해서 사용되는 방법 중 하나가 X-MAC과 같은 프리앰블 샘플링을 이용한 비동기 방식의 MAC 프로토콜을 이용하는 것이다.
기존의 라우팅 정보를 브로드캐스팅하는 방식에서, 각 노드들은 웨이크업 인터벌마다(Wake-up interval) 깨어나서 Listen Duration 동안 프리앰블이 있는지 를 검사한다. 그리고 프리앰블이 수신된 경우에는, 라우팅 정보가 수신될 때까지 대기한다. 라우팅 정보가 수신되면 라우팅 정보에 기초하여 최적의 부모 노드를 선택하고, 다시 라우팅 정보를 전파한다. 이때, 두 개의 노드가 동시에 라우팅 정보를 수신한 경우에는 다시 동시에 라우팅 정보를 전파하기 위한 브로드캐스팅 작업을 수행하기 때문에, 두 노드 간에 채널을 액세스하기 위한 경합이 발생한다.
한편, 라우팅 정보를 전송하는 노드는 브로드캐스트 듀레이션(broadcast duration)동안 프리앰블을 전송한 후에 라우팅 정보를 전송한다. 네트워크 내의 모든 노드들이 깨어나기를 기다려야 하기 때문이다.
이 같은 비동기 방식의 경우, 브로드캐스팅이 많아질 경우에 네트워크 성능이 급격히 감소된다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 이 같은 단점을 보완하기 위한 것으로 라우팅 정보 브로드캐스팅의 효율을 개선하고 라우팅 정보의 브로드캐스팅 횟수를 줄여 성능 감소를 최소화하는 라우팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 라우팅 정보가 수신되면, 대기 시간 동안 다른 라우팅 정보의 수신을 대기하여, 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하고, 라우팅 정보를 전파하는 라우팅 방법에 의해 달성된다.
이때, 상기 방법이 수행되는 노드가 속한 트리 내에서의 깊이(depth)정보와 확률 밀도 함수를 이용하여 대기시간을 산출하거나, 대기시간을 웨이크업 인터벌(wake up interval)값으로 설정한다.
또한, 라우팅 정보를 프리앰블 사이즈로 분할하여 프리앰블은 전송하지 않고 분할된 라우팅 정보를 브로드캐스팅하는 라우팅 방법에 의해서도 달성된다.
한편, 라우팅 정보가 수신되면 대기 시간 동안 수신되는 라우팅 정보를 취합하는 라우팅 정보 취합부 및 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하는 노드 선택부를 포함하는 센서 노드에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 비동기 방식의 저전력 MAC 프로토콜이 브로드캐스팅이 많을 경우 네트워크 성능이 급격히 감소하는 단점을 개선할 수 있다. 나아가 라우팅 정보 브로드 캐스팅 횟수를 줄여 성능 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 일 실시예에 따른 센서 노드의 블록도,
도 2 는 일 실시예에 따라 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도,
도 3은 다른 실시예에 따라 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도,
도 4는 일 실시예에 따라 라우팅 정보를 전송하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도,
도 5 는 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
전술한 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 일 실시예에 따른 센서 노드의 블록도이다.
도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 센서 노드는 라우팅 정보 분할부(100), 통신부(110), 라우팅 정보 취합부(120), 노드 선택부(130), 대기시간 설정부(150), 및 대기시간 모니터링부(140)를 포함한다.
통신부(110)는 센서 네트워크 내의 다른 노드들과 통신을 수행한다.
라우팅 정보 분할부(100)는 라우팅 정보를 프리앰블 사이즈와 유사한 크기로 분할한다. 예를 들어 하나의 라우팅 정보를 4개로 분할할 수 있다. 라우팅 정보를 전송하는 경우에, 라우팅 정보 분할부(100)에서 분할된 프리앰블 사이즈의 라우팅 정보들이 통신부(110)를 통해 센서 네트워크 내의 다른 센서 노드들로 브로드캐스팅 된다. 이때, 라우팅 정보 분할부(100)는 분할된 라우팅 정보 각각에 해당 라우팅 정보의 전송 경로에 따른 출발지(source) 정보와 목적지(destination) 정보를 포함시킨다.
라우팅 정보 취합부(120)는 통신부(110)를 통해 수신되는 라우팅 정보들을 취합한다. 일 실시예에 있어서 라우팅 정보 취합부(120)는 후술할 대기시간 모니터링부(140)로부터의 대기시간 모니터링 결과에 따라 설정된 대기시간 동안 수신되는 라우팅 정보들을 취합한다. 이때 라우팅 정보 취합부(120)는 분할된 라우팅 정보에 포함되는 출발지(source) 정보와 목적지(destination) 정보에 기초하여 다수의 분할된 라우팅 정보들을 하나의 라우팅 정보로 파악하고, 취합할 수 있다.
노드 선택부(130)는 대기 시간 동안 라우팅 정보 취합부(120)에서 취합된 라우팅 정보를 기초로 하여 최적의 부모 노드를 선택한다.
대기 시간 설정부(150)는 대기 시간을 직접 입력 받거나, 기 결정된 특정 값으로 설정할 수 있다. 일 실시예에 있어서 대기 시간 설정부(150)는 구비된 조작부(도시되지 않음) 혹은 통신부(110)를 통해 외부로부터 수신되는 정보에 의해 소정 값으로 대기시간을 설정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 대기 시간 설정부(150)는 대기시간을 기존 방식에서 프리앰블을 수신하기 위해 노드가 깨어나는 시간 주기인 웨이크업 인터벌(wake-up interval)과 동일하게 설정할 수도 있다.
일 양상에 따라 대기시간 설정부(150)는 대기 시간 산출부(155)를 포함하여 다음 수학식 1에 의해 설정할 수도 있다. 일 실시예에 있어서 대기 시간 산출부(155)는 그 노드가 속한 트리 내에서의 깊이(depth)정보와, 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대기 시간을 산출한다.
Figure 112010035069457-pat00001
여기서,
Figure 112010035069457-pat00002
는 Irwin-Hall distribution의 확률밀도함수(probability density function, pdf)이다. 그리고 n은 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드가 속한 트리 내에서 깊이(depth)정보이고, w는 웨이크업 인터벌(wake-up interval)값이다. 이에 따라 트리 내의 각 홉마다 발생할 수 있는 시간 차(delay)를 확률적으로 반영하여 모든 라우팅 정보들이 수신되기에 적절한 시간을 대기 시간으로 설정할 수 있다.
대기 시간 모니터링부(140)는 타이머를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서 대기시간 모니터링부(140)는 통신부(110)로 라우팅 정보가 수신된 이후에, 대기시간 설정부(150)에서 설정된 대기 시간이 만료되는지 여부를 모니터링한다. 그리고 대기시간이 만료되면 라우팅 정보 취합부(120)에 대기시간이 만료되었다는 정보를 알려준다.
도 2 는 일 실시예에 따라 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도이다.
먼저, 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드는 대기 시간을 산출한다(200).
그리고 라우팅 정보가 수신되면(210), 대기 시간 동안 다른 라우팅 정보의 수신을 대기한다(220). 일반적으로 트리를 만드는 Distance Vector 방식의 라우팅 프로토콜에서는 비슷한 시간에 주변 노드들로부터 다수의 라우팅 정보들이 수신된다.
그리고, 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여(230) 최적의 부모 노드를 선택하고(240), 라우팅 정보를 다른 센서 노드들로 전파한다(250).
이때 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하는 것은 분할된 라우팅 정보에 포함되는 출발지(source) 정보와 목적지(destination) 정보에 기초하여 다수의 분할된 라우팅 정보들을 하나의 라우팅 정보로 파악하고, 취합하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따라 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드는 자신이 속한 트리 내에서의 깊이(depth)정보와 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대기 시간을 산출한다. 대기시간이 너무 짧으면 대기시간 이후에 더 나은 부모 노드가 확률이 증가하고, 반면 대기 시간이 너무 길면 모든 라우팅 정보를 수신할 수는 있지만 ㄴ트리를 구성하는데 시간이 오래 걸린다. 따라서 적절한 대기 시간을 설정하는 것이 중요하다.
이때 대기 시간은 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112010035069457-pat00003
여기서,
Figure 112010035069457-pat00004
는 Irwin-Hall distribution의 확률밀도함수(probability density function, pdf)이다. 그리고 n은 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드가 속한 트리내에서 깊이(depth)정보이고, w는 웨이크업 인터벌(wake-up interval)값이다. 이에 따라 트리 내의 각 홉마다 발생할 수 있는 시간 차(delay)를 확률적으로 반영하여 모든 라우팅 정보들이 수신되기에 적절한 시간을 대기 시간으로 설정할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따라 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도이다.
다른 양상에 따르면 라우팅 정보를 수신하는 센서 노드는 대기 시간을 웨이크업 인터벌(wake-up interval)값과 동일하게 설정할 수 있다. 혹은 외부로부터 대기 시간을 입력 받아 설정하는 것도 가능하다(300).
이 같이 본 발명의 양상에 따르면, 대기 시간동안 수신되는 라우팅 정보를 모아서 최적의 부모 노드를 고르고 라우팅 정보를 전파사기 때문에 불필요하게 라우팅 정보를 브로드캐스팅하는 것을 막을 수 있다.
예를 들어 기존의 방식에서는 부모 노드를 선택한 후에, 수신되는 라우팅 정보에 기반하여 더 나은 부모 노드가 발견되면 다시 라우팅 정보를 브로드캐스팅 해야 한다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법은 대기시간 동안 라우팅 정보가 수신되기를 기다렸다가 최후에 부모 노드를 선택하기 때문에 더 나은 부모 노드를 발견하어 라우팅 정보를 다시 브로드캐스팅 할 확률을 줄일 수 있다. 이때 대기 시간을 결정하는 방법은 전술한 수학식 1에 의해 산출되거나, 기존 방식에서 프리앰블을 수신하기 위해 노드가 깨어나는 시간 주기인 웨이크업 인터벌(wake-up interval)과 동일하게 설정될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 라우팅 정보를 브로드캐스팅 하는데 있어 다수의 노드들이 동시에 채널 액세스를 수행함에 의한 경합을 줄일 수 있다. 기존의 방식에 따르면 다수의 노드들이 라우팅 정보를 수신하는 시점에서 동시에 프리앰블 브로드캐스팅을 시도한다. 그러나 본 발명에 따르면 각 노드들이 최초 라우팅 정보를 수신한 이후부터 대기시간 동안 대기하기 때문에, 대기 시간이 끝나는 시점이 상이하고 그만큼 채널 액세스 경합을 줄일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따라 라우팅 정보를 전송하는 센서 노드에서 수행되는 라우팅 방법의 흐름도이다.
라우팅 정보를 전송하는 센서 노드는 프리앰블 없이 라우팅 정보를 바로 전송한다.
이때, 라우팅 정보를 프리앰블과 유사한 크기로 분할한다(400). 그리고 분할된 라우팅 정보를 브로드캐스팅 방식으로 다른 센서 노드들로 전송한다(410). 예를 들어 하나의 라우팅 정보를 4개로 분할하여 프리 앰블과 동일한 크기로 분할하여 전송할 수 있다. 이때 분할된 라우팅 정보의 전송 경로에 기초하여 출발지(source) 정보와 목적지(destination) 정보를 포함시킨다.
도 5 는 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
센서 노드A(500-a)와 센서 노드B(500-b)는 센서 노드B(500-c)로부터 라우팅 정보를 수신한 시점부터 대기 시간만큼 다른 라우팅 정보를 기다린다. 센서 노드B(500-b)는 라우팅 정보(510-3)를 수신하였고, 센서 노드A(500-a)는 라우팅 정보(510-5)를 수신하였다고 가정하면, 센서 노드A(500-a)의 대기시간 종료 시점보다 센서 노드B(500-b)의 대기시간 종료 시점이 더 빠르다.
센서 노드B(500-b)는 대기 시간이 종료되면 수신된 라우팅 정보들로부터 최적의 부모노드를 선택하고 라우팅 정보를 계속 전파시킨다. 이때 도 5에서는 센서 노드 B(500-b)가 센서 노드 C(500-c)로부터만 라우팅 정보를 수신하였지만 일반적으로 트리를 만드는 Distancd Vector 방식의 라우팅 프로토콜에서는 비슷한 시간에 주변 노드들로부터 다수의 라우팅 정보를 수신한다. 즉, 센서 노드 B는 충분한 대기 시간만큼 주변 노드들로부터 라우팅 정보를 수신하고, 최적의 부모 노드를 선택할 수 있다. 마찬가지로 센서 노드A(500-a)도 대기 시간이 종료되면 대기시간 동안 수집한 라우팅 정보들을 기반하여 최적의 부모 노드를 선택하고, 라우팅 정보를 전파한다.
한편, 전술한 라우팅 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.
이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 라우팅 정보가 수신되면, 대기 시간 동안 다른 라우팅 정보의 수신을 대기하는 단계;
    상기 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하는 단계; 및
    상기 수신된 라우팅 정보를 전파하는 단계;를 포함하되,
    상기 부모 노드를 선택하는 단계는 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보에 포함되는 출발지 정보 및 목적지 정보에 기초하여 상기 라우팅 정보들을 취합하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수신하는 단계 이전에,
    상기 라우팅 방법이 수행되는 노드가 속한 트리 내에서의 깊이(depth)정보를 이용하여 상기 대기 시간을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대기 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수신하는 단계 이전에,
    상기 대기 시간을 웨이크업 인터벌(wake up interval)값으로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수신하는 단계 이전에,
    상기 대기 시간을 입력 받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  6. 삭제
  7. 라우팅 정보를 프리앰블 사이즈로 분할하는 단계; 및
    상기 분할된 라우팅 정보를 브로드캐스팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분할하는 단계 이후에,
    상기 분할된 라우팅 정보에 출발지 정보 및 목적지 정보를 포함시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라우팅 방법.
  9. 삭제
  10. 라우팅 정보가 수신되면 대기 시간 동안 수신되는 라우팅 정보를 취합하는 라우팅 정보 취합부; 및
    상기 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하는 노드 선택부; 및
    라우팅 정보를 프리앰블 사이즈로 분할하여 타 노드로 전송하는 라우팅 정보 분할부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 라우팅 정보 분할부는 상기 분할된 라우팅 정보에 출발지 정보 및 목적지 정보를 포함시키는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  12. 라우팅 정보가 수신되면 대기 시간 동안 수신되는 라우팅 정보를 취합하는 라우팅 정보 취합부; 및
    상기 대기시간이 만료되면, 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보를 취합하여 최적의 부모 노드를 선택하는 노드 선택부;를 포함하되,
    상기 라우팅 정보 취합부는 대기 시간 동안 수신된 적어도 하나의 라우팅 정보에 포함되는 출발지 정보 및 목적지 정보에 기초하여 상기 라우팅 정보들을 취합하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 대기 시간을 웨이크업 인터벌(wake up interval)값으로 설정하는 대기시간 설정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  14. 제 12 항에 있어서,
    자신이 속한 트리 내에서의 깊이(depth)정보와, 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대기 시간을 산출하는 대기 시간 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 대기시간을 입력 받은 값으로 설정하는 대기시간 설정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
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