KR101364705B1 - Method and System of Network Management for Mitigating Congestion in Wireless Sensor Network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 트래픽을 분산시켜 혼잡을 경감하는 네트워크 관리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여유 버퍼 크기가 크고 클러스터 내의 센서 노드의 배치에 따른 트래픽/패킷 수용 능력이 뛰어난 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 선택할 수 있다. 또한 본 발명에서는 우회 게이트웨이가 congestion이 발생하지 않는 범위 내에서 혼잡한 게이트웨이의 클러스터로부터 노드/트래픽을 수용할 수 있다. 이에 따라 중앙서버와 각 게이트웨이가 상호 협력하에 지능적으로 트래픽을 관리하여 보다 정교한 네트워크 관리가 가능하다.The present invention relates to a network management method for reducing congestion by distributing traffic in a wireless sensor network. According to the present invention, a gateway having a large free buffer size and excellent traffic / packet capacity according to the arrangement of sensor nodes in a cluster may be selected as a bypass gateway. In addition, in the present invention, the bypass gateway can accommodate a node / traffic from a cluster of congested gateways within a range where congestion does not occur. This enables more sophisticated network management by intelligently managing traffic between the central server and each gateway.
Description
본 발명은 네트워크 관리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 중앙서버와 게이트웨이가 협력하여 트래픽 혼잡을 줄이고 안정적인 패킷 전송을 가능하게 하는 네트워크 관리시스템 및 네트워크 관리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a network management system, and more particularly, to a network management system and a network management method in which a central server and a gateway cooperate in a wireless sensor network to reduce traffic congestion and enable stable packet transmission.
본 발명은 방송통신위원회 및 한국방송통신전파진흥원의 방송통신개술개발사업과 지식경제부 및 정보통신산업진흥원의 IT융합 고급인력과정 지원사업의 일환으로 수행환 연구로부터 도출된 것이다 [1. 과제관리번호 11913-04005, 과제명 : WiBro/LTE 기반의 M2M 단말 표준 플랫폼 개발, 2. 과제관리번호 : NIPA-2011-C6150-1101-0004, 과제명 : IT기계융합센터]. The present invention has been derived from the research conducted by Yuhan-hwan as a part of the broadcasting and telecommunication development project of the Korea Communications Commission and the Korea Communications Agency and the IT Convergence Advanced Human Resource Support Project of the Ministry of Knowledge Economy and the Korea Information and Communications Industry Promotion Agency [1. Assignment Management No. 11913-04005, Assignment Name: Development of WiBro / LTE based M2M terminal standard platform, 2. Assignment Management No .: NIPA-2011-C6150-1101-0004, Assignment Name: IT Machine Convergence Center].
센서 네트워크(Sensor Network)는 센싱 능력, 센싱한 정보를 가공할 수 있는 정보처리 능력, 그리고 정보를 전송할 수 있는 통신 능력을 갖추고 있는 센서 노드(Sensor Node)와, 센서 노드로부터 정보를 수집하여 외부로 내보내는 싱크 노드(Sink Node)로 구성된다. 무선 통신 방식으로 운용되는 센서 네트워크를 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN)라 한다. The sensor network is a sensor node that has a sensing capability, an information processing capability for processing the sensed information, and a communication capability for transmitting information, and collects information from the sensor node to the outside. It consists of exported sink nodes. A sensor network operated by a wireless communication method is called a wireless sensor network (WSN).
센서 네트워크는 기존의 네트워크와 다르게 의사소통의 수단보다는 자동화된 원격 정보 수집을 기본 목적으로 하며 과학적·의학적·군사적·상업적 용도 등 다양한 용도로 폭넓게 활용 되고 있다.Unlike conventional networks, sensor networks are based on automated remote information collection rather than means of communication, and are widely used for various purposes such as scientific, medical, military, and commercial purposes.
최근에 무선 센서가 시장에 출현하여 기존 유선망을 대체할 수 있는 유효한 도구로 부각됨으로 인해 센서 네트워크에의 접근방식이 새로운 국면으로 전개되고 있다. 무선 센서 네트워크는 공간의 제약을 덜 받으므로, 보다 넓은 범위의 응용이 가능하다. 무선 센서 네트워크에 대한 요구가 높아짐에 따라 증가하는 무선 센서 네트워크의 패킷을 안정적으로 관리할 수 있는 라우팅 기술이 필요하다. 무선 센서 네트워크를 기반으로 일반적으로 센서 네트워크의 라우팅 방법은 네트워크 전체 영역을 하나의 공간으로 간주하여 멀티 홉 방식으로 라우팅하는 평면 라우팅(Flat Routing)과 네트워크 영역을 여러 개의 클러스터 단위로 분할하고 한 개의 클러스터에서 특정 노드를 헤드 노드로 선정하여 그 헤드 노드를 중심으로 라우팅하는 계층적 라우팅(Hierarchical Routing)으로 나눌 수 있다.Recently, wireless sensors have emerged in the market and are emerging as a valid tool that can replace the existing wired network, and the approach to the sensor network is developing into a new phase. Wireless sensor networks are less space constrained, allowing a wider range of applications. As the demand for the wireless sensor network increases, there is a need for a routing technology that can reliably manage the packets of the increasing wireless sensor network. Based on the wireless sensor network, generally, the routing method of the sensor network considers the entire area of the network as a single space, and the flat routing and multi-hop routing divides the network area into several cluster units, and one cluster. In particular, a specific node may be selected as a head node, and may be divided into hierarchical routing in which a head node is routed around the head node.
이처럼 클러스터 기반의 센서 네트워크에서 패킷 트래픽을 원활하게 할 수 있도록 하는 라우팅 기법이 한국등록특허 제10-1038543호 "센서 네트워크에서의 라우팅 방법"에서 시도된 바 있다.As such, a routing technique for smoothing packet traffic in a cluster-based sensor network has been attempted in Korean Patent Registration No. 10-1038543 "Routing Method in Sensor Network".
상기 선행기술에 따르면 센서 네트워크 내에 있는 노드들이 기설정된 범위로 클러스터를 형성하고, 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드를 선정한다. 클러스터 헤드는 클러스터 내의 노드들의 정보를 수집하고, 수집된 정보를 싱크 노드로 전송하는 구성이 개시된다. 이와 같은 방법에 의하여 노드의 에너지를 효율적으로 사용하는 계층적 라우팅 기법이 가능하다.According to the prior art, the nodes in the sensor network form a cluster in a predetermined range, and select a cluster head representing the cluster. A cluster head discloses a configuration for collecting information of nodes in a cluster and transmitting the collected information to a sink node. In this way, a hierarchical routing scheme using the energy of the node is possible.
그러나 이러한 선행기술에 따르더라도 특정 클러스터 또는 특정 싱크 노드에 트래픽이 집중되는 경우에는 네트워크의 안정성이 크게 떨어지는 문제점이 그대로 존재한다. 따라서 트래픽의 집중 시 이를 해소할 수 있는 지능적인 네트워크 관리시스템의 개발이 필요하다.However, even in accordance with the prior art, if the traffic is concentrated in a specific cluster or a specific sink node, there is a problem that the stability of the network is greatly reduced. Therefore, it is necessary to develop an intelligent network management system that can solve the traffic concentration.
최근 유비쿼터스 서비스의 수요 증가에 따라 무선 센서네트워크 기술의 발전이 가속화되고 있다. 무선 센서 네트워크 (Wireless sensor network)는 유비쿼터스 네트워크의 핵심 기술로 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다. 하지만 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드는 대단히 많은 수가 설치되어야 하기 때문에 비교적 저가의 하드웨어 장치를 사용해야 하는 제약이 있다. 따라서 제한된 하드웨어 성능과 낮은 네트워크 대역폭을 사용하는 센서노드의 특징 때문에 무선 센서 네트워크가 더욱 다양한 응용 분야로 확대되기 위해서는 네트워크 시스템에 대한 효율적이고 지능적인 관리 기법의 개발이 필요하다.Recently, as the demand for ubiquitous service increases, the development of wireless sensor network technology is accelerating. Wireless sensor network is a core technology of ubiquitous network and can be applied to various applications. However, since a large number of sensor nodes in a sensor network must be installed, there are limitations in using relatively inexpensive hardware devices. Therefore, due to the characteristics of the sensor node using limited hardware performance and low network bandwidth, it is necessary to develop an efficient and intelligent management method for the network system in order to expand the wireless sensor network to more diverse applications.
무선 센서 네트워크의 관리 기법으로는 급격히 늘어나는 패킷의 양을 안정적으로 분산하여 사용하는 것이 MAC 프로토콜이나 라우팅 프로토콜 설계의 초점이 되어왔으며 많은 관련 연구들이 진행되고 있다. As a management technique of wireless sensor network, stable distributed use of rapidly increasing packets has been the focus of MAC protocol and routing protocol design, and many related studies are being conducted.
무선 센서 네트워크는 사람을 대신해 복잡한 환경에서 감시와 정보수집 역할을 한다. 무선 센서 네트워크에서 사용하는 센서노드는 제한된 하드웨어 성능과 낮은 무선 네트워크 대역폭 사용으로 응용에 제한적이다. 센서노드를 안정적으로 사용하기 위하여 낮은 성능을 최대한으로 사용하기 위한 연구가 필요하다.Wireless sensor networks play a role in monitoring and collecting information in complex environments on behalf of humans. Sensor nodes used in wireless sensor networks are limited in applications due to limited hardware performance and low wireless network bandwidth usage. In order to use sensor node stably, research is needed to make the best use of low performance.
따라서, 센서 노드가 직접적으로 센싱 기능 이외의 많은 데이터 처리 또는 연산을 수행하지 않고 네트워크를 관리할 필요가 있으며, 이에 대한 대안으로서 본 발명은 다수의 센서 노드를 클러스터 기반으로 관리하는 경계 게이트웨이(Border Gateway, XBG)와 중앙서버(Central Server, CS)가 지능적으로 협력하여 네트워크를 관리하는 기법을 제안한다.Accordingly, it is necessary for the sensor node to manage the network without directly performing many data processing or operations other than the sensing function. As an alternative thereto, the present invention provides a border gateway for managing a plurality of sensor nodes on a cluster basis. , XBG) and Central Server (CS) intelligently cooperate to manage the network.
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 트래픽을 분산시켜 전체 네트워크를 안정적으로 관리하는 네트워크 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide a network management system for stably managing an entire network by distributing traffic in a wireless sensor network.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해여, 본 발명은 중심서버(Central Server, CS)와 복수의 보더 게이트웨이(Border Gateway, XBG)들로 구성된다. 이 때 보더 게이트웨이들은 싱크 노드(Sink Node) 또는 싱크 엔드(Sink End) 등과 유사한 개념이며, 유입되는 데이터 패킷을 저장할 수 있는 버퍼(buffer)와, 클러스터 정보에 대한 연산이 가능한 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention is composed of a central server (CS) and a plurality of border gateways (XBG). In this case, the border gateways have a concept similar to a sink node or a sink end, and include a buffer that can store incoming data packets and a processor that can operate on cluster information. can do.
중심서버에서는 무선 센서 네트워크 상의 복수의 게이트웨이들로부터 각각의 혼잡도를 주기적으로 수신하거나, 혼잡이 발생했음을 알리는 메시지를 수신하여, 혼잡한 게이트웨이를 식별한다. 이 때 혼잡도는 각 게이트웨이의 혼잡 발생 가능성을 나타내는 파라미터일 수 있고, 각 게이트웨이에서 모니터되는 입출력 패킷의 비율에 기반한 것일 수 있다.The central server identifies each congested gateway by periodically receiving respective congestion degrees from a plurality of gateways on the wireless sensor network or by receiving a message indicating that congestion has occurred. In this case, the congestion degree may be a parameter indicating a possibility of congestion at each gateway, and may be based on a ratio of input / output packets monitored at each gateway.
이때, 중심서버는 식별된 혼잡한 게이트웨이에 인접한 이웃 게이트웨이를 검색범위로 지정하여 검색범위 내의 이웃 게이트웨이들에게 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력에 관한 정보를 요청하고, 그 결과값을 이웃 게이트웨이들로부터 수신할 수 있다.At this time, the central server designates a neighboring gateway adjacent to the identified congested gateway as a search range and requests neighboring gateways within the search range about the available buffer size and packet capacity, and receives the result value from the neighbor gateways. can do.
이때, 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력이 중앙서버의 조건을 만족시키지 못했을 경우 중앙서버는 이웃 게이트웨이들의 검색 범위를 확대하여 확대한 범위 내의 이웃 게이트웨이들로부터 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력 정보를 요청하고 수신할 수도 있다. 하나 또는 복수의 이웃 게이트웨이로부터 수신된 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력 정보가 중앙서버에서 미리 설정한 조건을 만족시켰을 경우 중앙서버는 상기 하나 또는 복수의 이웃 게이트웨이를 혼잡한 게이트웨이에 대한 우회 가능한 게이트웨이로 선택한다.At this time, if the available buffer size and packet capacity do not satisfy the condition of the central server, the central server requests and receives the available buffer size and packet capacity information from neighbor gateways within the extended range by expanding the search range of neighbor gateways. You may. If the available buffer size and packet capacity information received from one or more neighboring gateways satisfy the conditions set in advance by the central server, the central server selects the one or more neighboring gateways as bypassable gateways for congested gateways. do.
이 때 중앙서버는 가용 버퍼 크기가 크고 클러스터 내의 센서 노드의 배치에 따른 패킷 수용 능력이 뛰어난 이웃 게이트웨이를 제1 우선순위의 우회 게이트웨이로 선택할 수 있다.In this case, the central server may select a neighbor gateway having a large available buffer size and excellent packet capacity according to the arrangement of sensor nodes in the cluster as the bypass gateway of the first priority.
이때, 제1 우선순위의 우회 게이트웨이만으로는 혼잡한 게이트웨이의 혼잡이 해소되지 않을 경우 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력에 기반하여 선택된 제2 우선순위의 이웃 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 추가할 수 있다.In this case, when the congestion of the congested gateway is not solved by only the bypass gateway of the first priority, the neighbor gateway of the second priority selected based on the available buffer size and the packet capacity of the cluster may be added as the bypass gateway.
중앙서버는 우회 게이트웨이로 선택되었음을 우회 게이트웨이로 통지한다. 선택된 우회 게이트웨이는 혼잡한 게이트웨이로부터 센서 노드를 점진적으로 수용하여 클러스터의 범위를 확장할 수 있다.
The central server notifies the bypass gateway that it has been selected as the bypass gateway. The selected bypass gateway can extend the range of the cluster by progressively accepting sensor nodes from congested gateways.
게이트웨이에서는 게이트웨이의 상태를 주기적으로 중앙서버로 업데이트하여 중앙서버로 하여금 어느 게이트웨이에서 혼잡(congestion)이 발생했는지 식별할 수 있도록 한다.The gateway periodically updates the state of the gateway to the central server so that the central server can identify which congestion has occurred at which gateway.
또한 게이트웨이는 주기적으로 또는 중앙서버의 요청이 있는 경우에 가용 버퍼 크기(available buffer size)와 클러스터의 패킷 수용 능력을 확인하여 중앙서버로 전송한다. 중앙서버는 이러한 정보를 이용하여 혼잡한 게이트웨이의 이웃 게이트웨이 중 어느 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 지정할 지를 선택할 수 있다.In addition, the gateway checks the available buffer size and the packet capacity of the cluster periodically or at the request of the central server, and sends them to the central server. The central server can use this information to select which of the neighbor gateways of the crowded gateways to designate as the bypass gateway.
중앙서버로부터 우회 게이트웨이로 선택되었음을 통지받은 우회 게이트웨이는, 우회 게이트웨이의 혼잡이 발생하지 않는 범위에서 혼잡한 게이트웨이의 센서 노드를 일부 수용하여 클러스터의 범위를 확장하게 된다. 실시예에 따라서는 우회 게이트웨이는 새로이 확장된 클러스터의 범위에 관련된 정보를 중앙서버로 통지할 수 있다.
The bypass gateway notified that the bypass gateway has been selected as the bypass gateway expands the range of the cluster by accommodating a part of the sensor nodes of the congested gateway in a range where congestion of the bypass gateway does not occur. In some embodiments, the bypass gateway may notify the central server of information related to the range of the newly expanded cluster.
본 발명은 중앙 서버와 각 게이트웨이가 상호 협력하에 지능적으로 트래픽/패킷을 관리하여 종래의 기술보다 안정적이고 정교한 네트워크 관리가 가능하다. According to the present invention, the central server and each gateway intelligently manage traffic / packets in cooperation with each other, thereby enabling more stable and sophisticated network management than the conventional technology.
또한 각 게이트웨이가 관리하는 센서 노드의 배치에 따른 지리적(geographical) 또는 기하학적(topological, geometrical) 팩터를 고려하여 우회 게이트웨이를 선택하므로, 모든 이웃 게이트웨이에 부담을 지우지 않으면서도 효과적으로 트래픽을 분산시키는 효과가 있다.In addition, the bypass gateway is selected in consideration of the geographical or geometrical factor according to the arrangement of sensor nodes managed by each gateway, thereby effectively distributing traffic without burdening all neighboring gateways. .
또한 각 게이트웨이는 점진적으로 혼잡한 게이트웨이가 관리하던 센서 노드를 수용하여 혼잡한 게이트웨이의 트래픽/패킷을 수용하므로, 트래픽을 관리하기 위해서 추가적으로 발생하는 트래픽 오버헤드를 최소화하고, 분산 형태로 네트워크를 관리할 수 있다.In addition, each gateway accommodates sensor nodes managed by a gradually crowded gateway to accommodate traffic / packets of the crowded gateway, thereby minimizing additional traffic overhead to manage traffic and managing the network in a distributed form. Can be.
이에 따라 본 발명은 안정적 네트워크 관리가 필수인 군용 감시 시스템에서부터 무선 비디오와 오디오와 같은 멀티미디어를 통한 감시 시스템, 범죄자나 자동차 사고의 예측 활동에 대한 저장 시스템, 교통 제어를 위한 시스템, 건강관리나 노인을 위한 가정에서의 보조 시스템 및 홈 네트워크 또는 지능형 빌딩을 위한 센서 네트워크와 같은 분야에 폭 넓게 활용할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a military surveillance system that requires stable network management, a surveillance system through multimedia such as wireless video and audio, a storage system for predicting activities of criminals or automobile accidents, a system for traffic control, health care or the elderly. It can be widely used in areas such as auxiliary systems in homes and sensor networks for home networks or intelligent buildings.
또한 지능형 영상 감시기술등과 접목하면 지하철 내에서 일어나는 화재, 제한지역 침입, 승객 혼잡도 등을 종합적으로 감시하는 역할을 수행할 수 있다.
In addition, when combined with intelligent video surveillance technology, it is possible to comprehensively monitor fires in subways, intrusion into restricted areas, and passenger congestion.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에서 실행될 수 있는 클러스터의 패킷 수용 능력의 판정 기준을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 시스템에서 실행될 수 있는 네트워크 관리 방법의 각 단계와 주체를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 시스템 중, 게이트웨이(121, 122, 123)들에 의하여 실행될 수 있는 네트워크 관리 방법의 일 실시예를 도시하는 동작 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계 S460의 일 실시예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다.
도 6은 도 1의 시스템 중 중앙서버(110)에 의하여 실행될 수 있는 네트워크 관리 방법의 일 실시예를 도시하는 동작 흐름도이다.
도 7은 도 6의 단계 S640의 일 실시예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다.
도 8은 도 6의 단계 S630의 일 실시예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating criteria for determining packet capacity of a cluster that can be executed in the system of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating each step and subject of a network management method that may be executed in the system of FIG. 1.
4 is an operational flow diagram illustrating an embodiment of a network management method that may be executed by
FIG. 5 is an operational flow diagram illustrating one embodiment of step S460 of FIG. 4 in more detail.
6 is an operational flowchart illustrating an embodiment of a network management method that may be executed by the
FIG. 7 is an operational flow diagram illustrating one embodiment of step S640 of FIG. 6 in more detail.
FIG. 8 is an operational flowchart showing in more detail an embodiment of step S630 of FIG. 6.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
본 발명은 네트워크 관리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 중앙서버와 게이트웨이가 협력하여 트래픽 혼잡을 줄이고 안정적인 패킷 전송을 가능하게 하는 것을 목적으로 발명된 네트워크 관리시스템 및 네트워크 관리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a network management system, and more particularly, to a network management system and a network management method invented for the purpose of reducing traffic congestion and enabling stable packet transmission in cooperation with a central server and a gateway in a wireless sensor network. will be.
본 발명은 종래의 무선 센서 네트워크 방식이 아닌 중심서버(Central Server, CS)와 복수의 보더 게이트웨이(Border Gateway, XBG)들이 서로 협력하에 지능적으로 패킷을 관리하여 종래의 기술보다 안정적이고 정교한 네트워크 관리를 할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, a central server (CS) and a plurality of border gateways (XBGs) intelligently manage packets in cooperation with each other, rather than the conventional wireless sensor network system, so that the network management is more stable and sophisticated than conventional technologies. There is an advantage to this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템(100)을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a wireless sensor network system 100 according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템(100)은 중앙서버(110)와 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the wireless sensor network system 100 according to the present invention includes a
중앙서버(110)는 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)의 상태를 주기적으로 수신하여, 혼잡한 게이트웨이가 발생하였을 때, 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택하여 상기 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)로 통지하는 역할을 한다.The
도 1에서는, 게이트웨이(123)에서 혼잡이 발생한 것으로 가정하고 설명한다.In FIG. 1, it is assumed that congestion has occurred in the
또한 상기 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)은 각각 하나의 클러스터(131, 132, 133)에 대응하며, 각각 대응하는 클러스터(131, 132, 133) 내의 센서 노드들의 정보를 중앙서버로 전송하는 한편, 센서 노드들의 상태를 관리한다.In addition, the plurality of
센서 노드(141)는 주변 환경에 대한 감지 정보를 게이트웨이들(121, 122, 123)을 경유하여 중앙서버(110)로 전송하고, 각 센서 노드의 정상 동작 여부(당업자는 흔히 "생존"이라 표현하기도 함)도 게이트웨이들(121, 122, 123)을 경유하여 중앙서버(110)로 전송할 수 있다.The
클러스터(131, 132, 133) 내의 센서 노드들(141)과 게이트웨이들(121, 122, 123) 간에는 근거리 통신이 이루어지고, 게이트웨이들(121, 122, 123)과 중앙서버(110) 간에는 원거리 통신이 이루어진다. 게이트웨이들(121, 122, 123)은 중앙서버(110)와 원거리 통신을 수행할 수 있는 원거리 통신 장치를 포함한다.Short-range communication is performed between the
게이트웨이들(121, 122, 123) 각각은 유입되는 데이터 패킷을 저장할 수 있는 데이터 버퍼(buffer)를 포함한다. 게이트웨이들(121, 122, 123) 각각은 단위 시간 당 데이터 버퍼에 유입되는 데이터 패킷의 비율(input rate)와, 데이터 버퍼에 저장된 데이터 패킷이 단위 시간 당 처리되거나 또는 서비스되는 비율(service rate)를 비교하여 각각의 혼잡도(congestion parameter)를 계산할 수 있다. 이 때 service rate는 변화되기 어려운 값인 경우가 일반적이다. Input rate가 높을수록 해당 게이트웨이의 혼잡도가 높은 것으로 간주한다.Each of the
즉, 하나의 실시예로서, input rate가 service rate보다 높은 경우 해당 게이트웨이에서 혼잡(congestion)이 발생한 것으로 간주할 수 있다. 실시예에 따라서는 input rate가 service rate의 90% 또는 80% 이상인 경우에도 혼잡이 발생한 것으로 간주할 수도 있다.That is, as an embodiment, when the input rate is higher than the service rate, congestion may be regarded as occurring at the corresponding gateway. In some embodiments, congestion may be considered even when the input rate is 90% or 80% or more of the service rate.
복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)은 주기적으로 혼잡도를 중앙서버(110)로 업데이트하거나, 또는 혼잡이 발생하였을 경우, 혼잡 발생메세지를 중앙서버(110)로 전송한다.The plurality of
중앙서버(110)에서는 수신된 상기 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)의 혼잡도를 이용하여 혼잡한 게이트웨이(123)를 식별할 수 있다.The
중앙서버(110)는 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)의 가용 버퍼 크기(available buffer size)와 클러스터(각 게이트웨이에 대응하는 클러스터)의 패킷 수용 능력을 수신한다. 이 때 각 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)은 주기적으로 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 중앙서버(110)로 전송할 수도 있고, 또는 중앙서버(110)로부터의 요청이 있을 경우 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 중앙서버(110)로 전송할 수도 있다.The
즉, 제1 실시예에서는 모든 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)이 혼잡도와 가용 버퍼 크기, 클러스터의 패킷 수용능력을 계산해서 중앙서버(110)로 주기적으로 전송하는 경우가 있을 수 있고, 제2 실시예에서는 모든 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)이 혼잡도를 중앙서버(110)로 주기적으로 전송하며, 혼잡한 게이트웨이를 중앙서버(110)가 식별한 후 혼잡한 게이트웨이 주변의 이웃 게이트웨이에게 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력을 요청할 수도 있다.That is, in the first embodiment, all the plurality of
제3 실시예에서는 모든 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)이 혼잡도를 모니터하고, 게이트웨이(123)에서 혼잡이 발생한 경우에 중앙서버(110)로 혼잡을 알리는 경우도 가능하다.In the third embodiment, all of the plurality of
중앙서버(110)는 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 모두 또는 일부(적어도 하나 이상)로부터 수신된 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 이용하여 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택한다. 중앙서버(110)에 의하여 선택된 우회 게이트웨이에게는 선택되었음을 알리는 통지가 전송될 수 있다.The
우회 게이트웨이로 선택된 이웃 게이트웨이는 hop 거리를 늘려 클러스터를 확장하여 혼잡이 발생한 혼잡 게이트웨이의 클러스터의 센서 노드를 수용한다. 이로 인하여 혼잡 게이트웨이의 트래픽을 우회 게이트웨이가 수용하게 되며, 혼잡 게이트웨이의 혼잡도는 낮아지게 된다. 우회 게이트웨이는 스스로 혼잡이 발생하지 않는 한도 내에서 혼잡 게이트웨이의 센서 노드를 수용하여 클러스터의 범위를 확장할 수 있다. 우회 게이트웨이는 확장된 클러스터의 범위를 중앙서버(110)로 통지할 수도 있다.The neighbor gateway selected as the bypass gateway extends the cluster by increasing the hop distance to accommodate the sensor nodes of the cluster of the congested gateway. As a result, the bypass gateway receives the traffic of the congestion gateway, and the congestion degree of the congestion gateway is lowered. Bypass gateways can extend the scope of the cluster by accepting sensor nodes from congestion gateways, as long as congestion does not occur on their own. The bypass gateway may inform the
예를 들어, 게이트웨이(123)에서 혼잡이 발생한 것으로 식별되면, 중앙서버(110)는 이웃 게이트웨이들(121, 122) 중 어느 하나를 우회 게이트웨이로 선택하거나, 또는 이웃 게이트웨이들(121, 122) 모두를 우회 게이트웨이로 선택할 수 있다.For example, if congestion is identified at the
이 때 만일 게이트웨이(121)가 우회 게이트웨이로 선택되었다면, 게이트웨이(121)는 대응하는 클러스터(131)의 범위를 1홉 거리만큼씩 확장시켜 혼잡한 게이트웨이(123)에 대응하는 클러스터(133)로부터 트래픽과 센서 노드를 일부 수용할 수 있다.
At this time, if the
도 2는 본 발명의 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 각각에 대응하는 클러스터(131, 132)의 패킷 수용 능력의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시된 패킷 수용 능력의 계산 방법은 상기 도 1의 제1 내지 제3 실시예 모두에 적용 가능한 방법이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of a packet capacity of a
게이트웨이(121, 122)는 각각 대응하는 클러스터(131, 132) 내의 센서 노드들의 배치 또는 분포(distribution)를 이용하여 클러스터(131, 132)의 패킷 수용 능력을 계산한다.The
도 2를 참조하면, XBG(121)로부터의 hop depth가 동일한 센서 노드들의 수를 hop depth에 대응하여 도시된 도면이 제공된다. 즉, 세로축은 XBG(121)로부터의 hop depth이고, 가로축의 길이는 각 hop depth에 대응하는 센서 노드들의 수이다.Referring to FIG. 2, there is provided a diagram illustrating the number of sensor nodes with the same hop depth from
클러스터(131) 내의 센서 노드들은 XBG(121)로부터의 hop-depth를 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 클러스터(131) 내에서 XBG(121)와의 홉 거리가 가까운 쪽을 코어 영역(131a)으로, XBG(121)와의 홉 거리가 먼 쪽을 주변 영역(131b)으로 구분하여, 코어 영역(131a, core region)과 주변 영역(131b, periphery region)의 센서 노드들을 비교하여 클러스터(131)의 패킷 수용 능력을 판정할 수 있다.Sensor nodes in the
코어 영역(131a)의 센서 노드의 수가 주변 영역(131b)의 센서 노드들의 수보다 큰 경우가 클러스터(131)가 건강하며(healthy), 패킷 수용 능력이 큰 것으로 예상할 수 있다. 따라서 도 2에서는 클러스터(131) 쪽이 클러스터(132)보다 건강하고 패킷 수용 능력이 큰 것으로 평가할 수 있다. 클러스터(132)의 코어 영역(132a)보다 주변 영역(132b)의 센서 노드들의 수가 많기 때문이다.When the number of sensor nodes in the
클러스터(131)의 패킷 수용 능력을 하나의 파라미터로 평가할 수 있는 파라미터의 일 실시예는 다음과 같이 계산될 수 있다. 주변 영역(131b) 내에서 상기 XBG(121)와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수의 최대값을 기준값으로 설정하고, 코어 영역(131a) 내에서 XBG(121)와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드(141)들의 수와 상기 설정된 기준값의 비율을 이용하여 상기 클러스터(131)의 패킷 수용 능력을 계산한다.An embodiment of a parameter that can evaluate the packet capacity of the
보다 구체적으로는, 코어 영역(131a) 내에서 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수 중 최소값을 비교 대상으로 설정할 수도 있다. 상기 설정된 기준값과 상기 설정된 비교 대상 간의 비율에 따라 병목 현상(bottleneck)이 발생할 가능성을 예측할 수도 있다. 즉, 코어 영역(131a) 내에서 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수가 가장 작은 구간은 choke point로서 병목 현상이 가장 발생하기 쉬운 구간이라고 볼 수 있다.More specifically, the minimum value among the number of sensor nodes corresponding to the hop distance in the
choke point 의 센서 노드들의 수가 상기 설정된 기준값(주변 영역(131b, 132b) 내의 센서 노드들의 수의 최대값)보다 작거나, 또는 상기 설정된 기준값의 90%, 80%, 또는 70% 등보다 작은 경우에 해당 클러스터(131, 132)가 건강하지 못한 것으로 평가할 수 있다. XBG(121, 122)는 상기 설정된 기준값과 choke point의 센서 노드들의 수의 비율을 클러스터(131, 132)에 대한 패킷 수용 능력의 척도로 제공할 수도 있고, 상기 계산된 비율이 100%, 90%, 80%, 70% 또는 60%를 초과하는지 여부에 대한 판정 결과를 0 또는 1의 값으로 패킷 수용 능력의 척도로 제공할 수도 있다. 상기 판정의 기준이 되는 100%, 90%, 80%, 70% 또는 60% 등은 네트워크 관리 정책에 따라서 결정될 수 있으며, 모든 XBG들과 중앙서버(110, CS)가 공유할 수도 있고, 각 XBG에 대해서 다르게 설정될 수도 있다.When the number of sensor nodes of the choke point is smaller than the set reference value (maximum value of the number of sensor nodes in the
도 2에서 클러스터(131)의 패킷 수용 능력이 클러스터(132)의 패킷 수용 능력보다 높으므로, 도 1에서 중앙서버(110)는 혼잡이 발생한 혼잡 게이트웨이(123)를 지원하기 위한 우회 게이트웨이로 클러스터(131)에 대응하는 게이트웨이(121)를 선택할 수 있다.
Since the packet capacity of the
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 센서 네트워크(100)에서 중앙서버(110)와 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)이 서로 협력하는 네트워크 관리 기법에 대한 개념적인 구성을 나타내고 있다. 또한 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 네트워크 관리 방법의 각 수행 단계와 그 주체를 표시하는 도면이기도 하다.3 is a conceptual diagram illustrating a network management scheme in which a
도 3을 참조하면, 상기 중앙서버(110)는 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)로부터 주기적으로 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)의 혼잡도를 수신 받아(S310) 혼잡한 게이트웨이를 식별한다(S320). 상기 중앙서버(110)는 식별된 혼잡한 게이트웨이(123)의 주변의 이웃 게이트웨이로 가용 버퍼 크기와 이웃 게이트웨이에 대응하는 클러스터의 패킷 수용능력을 요청(S330)하여 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 중 일부 또는 전부로부터 계산된 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용능력을 수신한다(S340).Referring to FIG. 3, the
상기 중앙서버(110)는 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 중 전부 또는 일부로부터 수신한 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용능력을 이용하여 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택(S350)하고 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 중 우회 가능한 게이트웨이로 선택된 게이트웨이에게 우회 게이트웨이로 선택되었음을 통지(S360)할 수 있다. 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122) 중 선택된 게이트웨이에서는 게이트웨이에 대응하는 클러스터의 범위를 확장(S370)하여 상기 확장된 범위를 중앙서버(110)으로 통지(S380)할 수 있다.
The
도 4는 본 발명의 무선 센서 네트워크 시스템(100)에서 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)에 의하여 실행되는 네트워크 관리 방법(트래픽 혼잡을 완화시키는 네트워크 관리 방법)의 동작 흐름도를 나타낸다. 도 4는 상기 도 1의 제1 또는 제2 실시예에 적용 가능한 동작 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of a network management method (network management method for alleviating traffic congestion) executed by a plurality of
복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)은 스스로의 상태를 주기적으로 중앙서버(110)로 업데이트한다(S410). 이때 게이트웨이(123)의 혼잡이 발생한 경우 중앙서버(110)가 이를 식별할 수 있다. 각 게이트웨이(121, 122)는 스스로의 가용 버퍼 크기를 확인하여 중앙서버(110)로 전송하고(S430) 클러스터들(131, 132)의 패킷 수용능력을 계산하여 중앙서버(110)로 전송한다(S440). 이 때 모든 게이트웨이들(121, 122)이 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력을 중앙서버(110)로 전송할 수도 있고(제1 실시예), 중앙서버(110)로부터 요청받은 게이트웨이만이 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력을 중앙서버(110)로 전송할 수도 있다(제2 실시예). The plurality of
이후 중앙서버(110)로부터 우회 가능한 이웃 게이트웨이로 선택되었음을 알리는 통지를 수신하면(S450), 선택된 게이트웨이는 클러스터의 범위를 확장한다(S460). 선택된 게이트웨이는 스스로의 혼잡도를 체크하면서 혼잡이 발생하지 않는 범위 내에서 혼잡한 게이트웨이의 센서 노드와 트래픽을 수용하여 이미 발생한 혼잡을 점진적으로 완화한다.
After receiving a notification indicating that the neighboring gateway has been selected as a bypassable neighbor gateway from the central server 110 (S450), the selected gateway extends the scope of the cluster (S460). The selected gateway checks its congestion level and gradually reduces congestion already occurring by accepting sensor nodes and traffic of congested gateways within the congestion-free range.
도 5는 도 4의 단계 S460의 일 실시예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 선택된 게이트웨이(121 또는 122)에서 현재 설정된 홉 거리(hop_depth)를 1 증가시켜 new_hop_depth를 생성한다(S510). 게이트웨이(121 또는 122)에서 new_hop_depth를 기준으로 혼잡이 발생하는지 여부를 확인한다(S520). 이 때 new_hop_depth에 대한 모의실험(simulation)에 의하여 혼잡 여부를 확인할 수도 있고, new_hop_depth를 임시로 적용하여 센서 노드로부터의 트래픽을 수용함으로써 혼잡 여부를 확인할 수도 있다.FIG. 5 is an operational flow diagram illustrating one embodiment of step S460 of FIG. 4 in more detail. Referring to FIG. 5, the hop_depth currently set in the selected
선택된 게이트웨이가 홉 거리를 증가시켜서 혼잡이 발생한 트래픽을 수용해도 선택된 게이트웨이 자체에서 혼잡이 발생하지 않으면, 선택된 게이트웨이가 충분히 혼잡이 발생한 트래픽을 수용할 용량을 가지고 있으므로 new_hop_depth로 기존의 hop_depth를 대체(S530)하고, hop_depth를 다시 1 증가시킨다(S510).If the selected gateway increases the hop distance to accommodate the congested traffic but the congestion does not occur at the selected gateway itself, the selected gateway has enough capacity to accommodate the congested traffic, and thus replaces the existing hop_depth with new_hop_depth (S530). The hop_depth is increased by one again (S510).
선택된 게이트웨이가 홉 거리를 증가시켜서 선택된 게이트웨이 자체에서 혼잡이 발생하면, 선택된 게이트웨이가 충분히 혼잡이 발생한 트래픽을 수용할 용량을 가지고 있지 못 하므로 new_hop_depth를 폐기하고(S540), 기존의 hop_depth를 그대로 유지한다. 게이트웨이(121 또는 122)는 현재의 hop_depth를 중앙서버(110)로 통지할 수도 있다(S550).
If the selected gateway increases the hop distance and congestion occurs in the selected gateway itself, since the selected gateway does not have enough capacity to accommodate the congested traffic, discard the new_hop_depth (S540) and maintain the existing hop_depth. The
도 6은 본 발명의 무선 센서 네트워크(100) 상의 중앙서버(110)에서 실행되는 네트워크 관리 방법의 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸다. 도 6은 도 1의 제1 또는 제2 실시예에 적용될 수 있는 동작 흐름도이기도 하다.6 shows an operational flow of an embodiment of a network management method executed in the
중앙서버(110)는 복수의 보더 게이트웨이들(121, 122, 123)로부터 각각의 상태를 주기적으로 수신한다(S610). 이 때 상태 정보는 혼잡도를 나타내는 파라미터일 수도 있고, 혼잡이 발생했음을 알리는 메시지일 수도 있다.The
중앙서버(110)는 혼잡도 또는 혼잡 메시지를 이용하여 혼잡이 발생한 게이트웨이를 식별한다(S620).The
중앙서버(110)는 적어도 하나 이상의 게이트웨이로부터 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신(S630)하고, 수신된 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 이용하여 혼잡 게이트웨이를 지원할 수 있는 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택한다(S640).The
이 때, 제1 실시예에서는 단계 S630 또한 모든 게이트웨이들(121, 122, 123)로부터 정보를 수신한다. 한편 제2 실시예에서는 단계 S630 이전에 혼잡한 게이트웨이 주변의 이웃 게이트웨이들로 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 요청하고, 요청한 이웃 게이트웨이들로부터 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신한다(S630).
At this time, in the first embodiment, step S630 also receives information from all the
도 7은 도 6의 단계 S640의 일 실시예에 따른 우회 가능한 이웃 게이트웨이들의 선택 과정에 대한 동작 흐름도 이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of selecting bypassable neighbor gateways according to an embodiment of step S640 of FIG. 6.
중앙서버(110)에서는 단계 S630에서 수신된 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 고려하여 제1 우선순위의 이웃 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 선택할 수 있다(S710).The
이 때 중앙서버(110)는 가용 버퍼 크기가 크고 클러스터의 패킷 수용 능력이 큰 이웃 게이트웨이들에 제1 우선순위를 부여할 수 있다. 우선순위 부여의 기준은 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력이며, 라우팅 환경에 따라 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력 중 어느 하나를 다른 하나에 우선하여 적용할 수도 있다. 또는 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력에 별도의 가중치를 부여하여 우선순위를 산정하는 기준으로 삼을 수도 있다.In this case, the
중앙서버(110)는 제1 우선순위의 이웃 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 지정하여 통지하고, 우회 게이트웨이의 동작에 의하여 혼잡 게이트웨이의 혼잡이 해소되었는지 확인한다(S720). 이 때 혼잡 해소를 일정 시간 경과 후에 판단할 수도 있고, 혼잡 게이트웨이에 혼잡도를 재계산할 것을 요청할 수도 있다.The
혼잡이 해소되었으면, 중앙서버(110)는 해당 시퀀스를 종료하고 단계 S610로 복귀할 수 있다.If the congestion is resolved, the
혼잡이 발생한 게이트웨이의 혼잡이 해소되지 않을 경우 중앙서버(110)는 상기 수신된 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 고려하여 제2 우선순위의 이웃 게이트웨이를 우회 게이트웨이로 추가한다. If the congestion of the congested gateway is not resolved, the
중앙서버(110)가 이웃 게이트웨이에 제2 우선순위를 부여하는 기준은 제1 우선순위 때와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 제2 우선순위를 부여받은 우회 게이트웨이 또한 제1 우선순위의 게이트웨이와 동일하게 클러스터를 확장하여 혼잡 게이트웨이의 트래픽과 센서 노드를 일부 수용한다.The criteria that the
이 같은 과정에 의하여 중앙서버(110)는 혼잡이 해소되지 않으면 보다 낮은 우선 순위의 이웃 게이트웨이들을 추가적으로 우회 게이트웨이로 추가할 수 있다. By this process, if the congestion is not resolved, the
도 8은 도 6의 단계 S630의 일 실시예에 따른 우회 가능한 이웃 게이트웨이 탐색 과정에 대한 동작 흐름도이다. 도 8은 도 1의 제2 실시예에 대응하는 동작 흐름도이기도 하다.8 is a flowchart illustrating an operation of searching for a bypassable neighbor gateway according to an embodiment of step S630 of FIG. 6. FIG. 8 is an operation flowchart corresponding to the second embodiment of FIG. 1.
중앙서버(110)는 단계 S620에서 식별된 혼잡한 게이트웨이에 인접한 이웃 게이트웨이들을 1차 검색 범위로 지정한다(S810).The
중앙서버(110)는 1차 검색 범위로 지정된 이웃 게이트웨이들에게 가용 버퍼 크기와 패킷 수용 능력 정보를 요청할 수 있다(S820).The
중앙서버(110)는 1차 검색 범위로 지정된 이웃 게이트웨이들로부터 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신한다(S830).The
상기 중앙서버(110)는 수신된 이웃 게이트웨이들의 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 이웃 게이트웨이가 존재하는지 판정한다(S840).The
이 때 중앙서버(110)는 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력이 우회 게이트웨이로서의 조건을 만족하는 이웃 게이트웨이가 존재하면, 이들을 우회 게이트웨이로 선택한다(S640).At this time, if there is a neighbor gateway where the available buffer size and the packet capacity of the cluster satisfy the condition of the bypass gateway, the
가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력이 미리 설정된 우회 게이트웨이로서의 조건을 만족하는 이웃 게이트웨이가 제1 검색 범위 내에 존재하지 않을 경우, 이웃 게이트웨이의 검색 범위를 확대한다(S850).If a neighbor gateway that satisfies the condition of the available bypass size and the packet capacity of the cluster as the preset bypass gateway does not exist within the first search range, the search range of the neighbor gateway is expanded (S850).
단계 S850에서 확대된 제2 검색 범위 내의 또 다른 이웃 게이트웨이들의 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 요청하고(S820), 제2 검색 범위 내의 이웃 게이트웨이들로부터 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신한다(S830). In step S850, the available buffer size of the other neighboring gateways within the second search range expanded and the packet capacity of the cluster are requested (S820), and the available buffer size and the packet capacity of the cluster are determined from neighboring gateways within the second search range. Receive (S830).
이와 같은 과정으로 혼잡한 게이트웨이로부터 가까운 이웃 게이트웨이들부터 우회 가능한 게이트웨이를 검색하여 적당한 게이트웨이가 없을 경우 점차 검색 범위를 넓힐 수 있다.
In this way, a searchable gateway can be searched from neighboring gateways from a crowded gateway, and the search range can be gradually increased when there is no suitable gateway.
본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙서버(110) 또는 각 게이트웨이(121, 122, 123)에서 실행될 수 있는 네트워크 관리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
Network management method that can be executed in the
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
100 : 무선 센서 네트워크 시스템
110 : 중앙서버(CS)
121, 122, 123 : 보더 게이트웨이(XBG)
131, 132, 133 : 클러스터 (cluster)
141 : 센서 노드
131a, 132a : 코어 영역(core region)
131b, 132b : 주변 영역(periphery region)100: wireless sensor network system
110: central server (CS)
121, 122, 123: Border Gateway (XBG)
131, 132, 133: cluster
141: sensor node
131a and 132a: core region
131b and 132b: peripheral region
Claims (13)
상기 복수의 게이트웨이들로부터 상기 혼잡도를 수신하여 혼잡한 게이트웨이를 식별하는 중앙서버;
를 포함하고,
상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상은 각각의 가용 버퍼 크기와 상기 각각에 대응하는 클러스터의 패킷 수용 능력을 계산하여 상기 중앙서버로 전송하고,
상기 중앙서버는 상기 가용 버퍼 크기와 상기 패킷 수용 능력을 이용하여 상기 식별된 혼잡한 게이트웨이에 대응하는 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택하고,
상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상은 상기 각각에 대응하는 클러스터 내의 센서 노드들의 분포를 이용하여 상기 패킷 수용 능력을 계산하는 네트워크 관리시스템.A plurality of gateways each corresponding to one cluster, the plurality of gateways confirming each congestion degree; And
A central server for receiving the congestion from the plurality of gateways to identify congested gateways;
Lt; / RTI >
At least one or more of the plurality of gateways calculates each available buffer size and the packet capacity of the corresponding cluster to send to the central server,
The central server selects a bypassable neighbor gateway corresponding to the identified congested gateway using the available buffer size and the packet capacity,
At least one of the plurality of gateways calculates the packet capacity using a distribution of sensor nodes in the cluster corresponding to each of the plurality of gateways.
상기 선택된 상기 이웃 게이트웨이는 혼잡도가 발생하지 않는 범위 내에서 상기 이웃 게이트웨이에 대응하는 클러스터의 범위를 1홉씩 증가시키는 네트워크 관리시스템.The method of claim 1,
The selected neighbor gateway increases the range of the cluster corresponding to the neighbor gateway by one hop within a range where congestion does not occur.
상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상은 상기 각각에 대응하는 클러스터 내에서 상기 각각의 게이트웨이와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수를 이용하여 상기 패킷 수용 능력을 계산하는 네트워크 관리시스템.The method of claim 1,
At least one of the plurality of gateways calculates the packet capacity using the number of sensor nodes corresponding to a hop distance with each gateway in the corresponding cluster.
상기 복수의 게이트웨이들 각각은 단위 시간당 버퍼에 유입되는 패킷의 수와 상기 단위 시간당 처리될 수 있는 상기 버퍼 내의 패킷의 수를 이용하여 상기 혼잡도를 계산하는 네트워크 관리시스템.The method of claim 1,
And each of the plurality of gateways calculates the congestion degree using the number of packets flowing into the buffer per unit time and the number of packets in the buffer that can be processed per unit time.
상기 게이트웨이의 가용 버퍼 크기를 확인하여 상기 중앙서버로 전송하는 단계;
상기 게이트웨이에 대응하는 클러스터 내의 센서 노드들의 분포를 이용하여 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 계산하여 상기 중앙서버로 전송하는 단계; 및
상기 게이트웨이가 상기 중앙서버로부터 우회 가능한 이웃 게이트웨이로 선택된 경우, 혼잡도가 발생하지 않는 범위 내에서 상기 클러스터의 범위를 1홉씩 증가시키는 단계
를 포함하는 네트워크 관리 방법. Calculating a congestion degree for the gateway and transmitting it to the central server;
Checking the available buffer size of the gateway and transmitting it to the central server;
Calculating packet capacity of the cluster using the distribution of sensor nodes in the cluster corresponding to the gateway and transmitting the packet capacity of the cluster to the central server; And
When the gateway is selected as a bypassable neighbor gateway from the central server, increasing the range of the cluster by one hop within a range where congestion does not occur
/ RTI >
상기 패킷 수용 능력을 계산하는 단계는
상기 클러스터 내에서 상기 게이트웨이와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수를 이용하여 상기 패킷 수용 능력을 계산하는 네트워크 관리 방법.The method according to claim 6,
Computing the packet capacity
And calculating the packet capacity using the number of sensor nodes corresponding to a hop distance with the gateway in the cluster.
상기 패킷 수용 능력을 계산하는 단계는
상기 클러스터 내에서 상기 게이트웨이와의 홉 거리가 가까운 쪽을 코어 영역으로, 상기 게이트웨이와의 홉 거리가 먼 쪽을 주변 영역으로 구분하는 단계;
상기 주변 영역 내에서 상기 게이트웨이와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수의 최대값을 기준값으로 설정하는 단계; 및
상기 코어 영역 내에서 상기 게이트웨이와의 홉 거리에 대응하는 센서 노드들의 수와 상기 기준값의 비율을 이용하여 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 계산하는 단계
를 포함하는 네트워크 관리 방법.The method according to claim 6,
Computing the packet capacity
Dividing a side in which the hop distance from the gateway is close to a core region in the cluster and a side in which the hop distance from the gateway is far from a peripheral region;
Setting a maximum value of the number of sensor nodes corresponding to a hop distance with the gateway in the peripheral area as a reference value; And
Calculating a packet capacity of the cluster using a ratio of the number of sensor nodes corresponding to the hop distance with the gateway and the reference value in the core region;
/ RTI >
상기 혼잡도를 계산하는 단계는
단위 시간 당 상기 게이트웨이 내의 버퍼에 유입되는 패킷의 수와 상기 단위 시간 당 상기 버퍼 내에서 처리될 수 있는 패킷의 수를 이용하여 상기 혼잡도를 계산하는 네트워크 관리 방법.The method according to claim 6,
Calculating the congestion degree
And calculating the congestion degree using the number of packets entering the buffer in the gateway per unit time and the number of packets that can be processed in the buffer per unit time.
상기 중앙서버가 상기 혼잡도를 이용하여 혼잡한 게이트웨이를 식별하는 단계;
상기 중앙서버가 상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상으로부터 가용 버퍼 크기와 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신하는 단계; 및
상기 중앙서버가 상기 수신된 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 이용하여 상기 식별된 혼잡한 게이트웨이에 대응하는 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택하는 단계
를 포함하고,
상기 중앙서버가 상기 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 수신하는 단계는
상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상으로부터 상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상 각각에 대응하는 상기 클러스터 내의 센서 노드들의 분포를 이용하여 상기 복수의 게이트웨이들 중 적어도 하나 이상 각각에 의하여 계산된 상기 패킷 수용 능력을 수신하는 네트워크 관리 방법.Receiving, by a central server, congestion of each of the plurality of gateways from the plurality of gateways;
Identifying, by the central server, the congested gateway using the congestion degree;
The central server receiving an available buffer size and packet capacity of a cluster from at least one of the plurality of gateways; And
The central server selecting a bypassable neighbor gateway corresponding to the identified congested gateway using the received available buffer size and the packet capacity of the cluster
Lt; / RTI >
The central server receiving the available buffer size and the packet capacity of the cluster
Accepting the packet calculated by each of at least one of the plurality of gateways using a distribution of sensor nodes in the cluster corresponding to each of at least one or more of the plurality of gateways from at least one or more of the plurality of gateways Network management method of receiving capability.
상기 중앙서버가 상기 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택하는 단계는
상기 중앙서버가 상기 식별된 혼잡한 게이트웨이와 제1 거리 내에 있는 게이트웨이들을 제1 후보 게이트웨이로 지정하는 단계;
상기 중앙서버가 상기 제1 후보 게이트웨이에 대하여 상기 제1 후보 게이트웨이에 의하여 계산된 상기 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 확인하는 단계; 및
상기 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력이 미리 설정된 조건을 만족하는 상기 제1 후보 게이트웨이가 존재하지 않는 경우, 상기 중앙서버가 상기 식별된 혼잡한 게이트웨이와 제2 거리 내에 있는 게이트웨이들을 제2 후보 게이트웨이로 지정하는 단계
를 포함하는 네트워크 관리 방법.The method of claim 10,
Selecting the bypassable neighbor gateway by the central server
The central server designating gateways within a first distance from the identified congested gateway as a first candidate gateway;
Confirming, by the central server, the packet capacity of the cluster and the available buffer size calculated by the first candidate gateway with respect to the first candidate gateway; And
If there is no first candidate gateway where the available buffer size and the packet capacity of the cluster meet a preset condition, the central server selects a second candidate gateway within a second distance from the identified congested gateway. Steps to Specify as a Gateway
/ RTI >
상기 중앙서버가 상기 우회 가능한 이웃 게이트웨이를 선택하는 단계는
상기 식별된 혼잡한 게이트웨이 주변의 이웃 게이트웨이들에 대하여 상기 이웃 게이트웨이들 각각에 의하여 계산된 상기 가용 버퍼 크기와 상기 클러스터의 패킷 수용 능력을 이용하여 상기 중앙서버가 우선순위를 부여하는 단계; 및
상기 부여된 우선순위에 따라 상기 중앙서버가 상기 이웃 게이트웨이들 중 일부를 나머지 이웃게이트웨이들에 우선하여 상기 우회 가능한 이웃 게이트웨이로 선택하는 단계
를 포함하는 네트워크 관리 방법.The method of claim 10,
Selecting the bypassable neighbor gateway by the central server
Prioritizing, by the central server, the neighboring gateways around the identified congested gateways using the available buffer size calculated by each of the neighboring gateways and the packet capacity of the cluster; And
Selecting, by the central server, some of the neighbor gateways as the bypassable neighbor gateway in preference to the remaining neighbor gateways according to the assigned priority.
/ RTI >
A computer-readable recording medium in which a program for executing the method of any one of claims 6 to 12 is recorded.
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KR1020120002396A KR101364705B1 (en) | 2012-01-09 | 2012-01-09 | Method and System of Network Management for Mitigating Congestion in Wireless Sensor Network |
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KR1020120002396A KR101364705B1 (en) | 2012-01-09 | 2012-01-09 | Method and System of Network Management for Mitigating Congestion in Wireless Sensor Network |
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