KR101421234B1 - 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법 - Google Patents

수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법 Download PDF

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KR101421234B1 KR1020130010661A KR20130010661A KR101421234B1 KR 101421234 B1 KR101421234 B1 KR 101421234B1 KR 1020130010661 A KR1020130010661 A KR 1020130010661A KR 20130010661 A KR20130010661 A KR 20130010661A KR 101421234 B1 KR101421234 B1 KR 101421234B1
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 라우팅 경로를 설정하기 위한 가중치 계산식을 수행하기 이전에 기상정보를 이용하여 노드 간 통신 적합성을 먼저 적용하여 기상조건과 상관없이 안정적인 통신이 이루어질 수 있도록 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 센서 네트워크가 센서노드들이 배치된 센서필드와 외부망을 연결하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부와 클러스터 멤버간 연결을 담당하는 클러스터 헤더 노드와, 클러스터 헤더 노드의 제의를 받는 클러스터 멤버 노드로 구성되는 센서 네트워크 시스템에서, 상기 클러스터 헤더 노드는 데이터 수집부를 통해 수집된 기상정보를 적용하여 기상정보에 기반하여 미리 저장되어 1홉 통신 가능 거리 값을 검출하여 데이터 전송을 위한 패킷을 선정한 후, 가중치 산출을 통해 라우팅 트리를 설정하여 최종적으로 싱크노드에게 데이터를 전송하는데 있다.

Description

수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법{Apparatus and method for routing tree formation considering weather forecast information for surface water wireless sensor network systems}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 라우팅 트리 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 라우팅 경로를 설정하기 위한 가중치 계산식을 수행하기 이전에 기상정보를 이용하여 노드간 통신 적합성을 먼저 적용하여 기상조건과 상관없이 안정적인 통신이 이루어질 수 있도록 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 무선 센서 네트워크는 원거리에 배치된 다수의 센서들이 그룹화 되어 노드로 서로 연결되어 있는 구조다. 그리고 센서 노드들은 연산 능력, 저장 능력 그리고 에너지 측면에서 제약적인 네트워크 환경이기 때문에 기존의 애드-훅 네트워크에서 사용되었던 라우팅 기법을 사용하기에는 문제가 있다. 이에 센서 네트워크에 적합한 에너지 효율적인 라우팅 기법들이 제시되고 있으며 대표적으로는 평면 라우팅 기법과 계층적 라우팅 기법이 있다.
상기 평면 라우팅 기법은 질의 기반 어플리케이션으로 네트워크 내에서 최적의 경로를 설정하여 데이터를 전송하는 방법이며, 상기 계층적 라우팅 기법은 주기적인 정보 수집 기반 어플리케이션에서 여러 개의 소규모 집단으로 노드들을 구성하고 집단 내에서 선출된 대표노드가 다른 집단의 대표집단에게 데이터를 전달하는 방식으로 동작한다. 그리고 상기 계층적 라우팅 기법은 크게 싱글-홉 계층적 라우팅 기법과 멀티-홉 계층적 라우팅 기법으로 나눈다.
도 1 은 일반적인 싱글-홉 클러스터링 기반 센서 네트워크를 나타낸 구성도이고, 도 2 는 일반적인 멀티-홉 클러스터링 기반 센서 네트워크를 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 센서 네트워크는 센서노드들이 배치된 센서필드와 외부망을 연결하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부와 클러스터 멤버간 연결을 담당하는 클러스터 헤더 노드와, 클러스터 헤더 노드의 제의를 받는 클러스터 멤버 노드로 구성되며, 이때, 각 클러스터는 하나의 클러스터 헤더 노드와 다수의 클러스터 멤버 노드로 구성된다.
이와 같이 구성되는 센서 네트워크에서 1-홉 계층적 라우팅 기법에서 클러스터 헤더는 자신의 클러스터에 속하는 클러스터 멤버 노드로부터 정보를 수신받아 데이터 병합 후 바로 데이터 수집부까지 정보를 전달한다.
반면에 멀티-홉 계층적 라우팅 기법은 클러스터 멤버 노드로부터 정보를 수신받은 클러스터 헤더가 데이터 취합 후 바로 데이터 수집부에 전달하지 않고 해당 클러스터 헤더로부터 데이터 수집부까지 클러스터 헤더로 구성된 경로를 설정하여 그 경로에 따라 데이터 수집부까지 정보를 전달한다. 따라서 이러한 경로를 설정하기 위해선 부모노드/자식노드 선정이 선행되어야 하며 현재는 이러한 부모노드/자신노드를 결정하기 위한 가중치 계산방법이 많이 연구되고 있다.
상기 가중치를 계산하기 위한 변수로서는 일반적으로 거리, 에너지 잔량, 홉 카운트 등이 많이 사용되고 있다. 거리나 에너지 잔량을 이용하면 노드-노드, 노드-싱크노드 간 거리가 가깝고 에너지 잔량이 많은 최적이 라우팅 트리를 형성할 수 있다. 거리나 에너지 잔향을 이용하면 노드-노드, 노드-싱크노드 간 거리가 가깝고 에너지 잔량이 많은 최적의 라우팅 트리를 형성할 수 있다.
따라서 특정 노드는 주변노드와 싱크 노드 간의 거리, 주변노드간의 거리, 주변노드의 에너지 잔량 정보를 전달 받은 후 정해진 라우팅 계산식을 통해 가중치를 계산하며, 값이 가장 높은 노드에게 ‘CHILD' 메시지를 전달하고 그에 대한 응답 메시지를 교환함으로서 라우팅 트리가 형성된다.
그러나 수표면 환경에서는 지역적 특성상 설치 및 관리가 어려우며 전자파의 반사율이 크기 때문에 조수간만의 차나 지진, 해일 등으로 톨은 파고가 형성될 경우, 파고에 따라 링크 품질이 떨어질 수 있고, 또한 기상 요건에 따라 높은 메시지 에러가 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 라우팅 경로를 설정하기 위한 가중치 계산식을 수행하기 이전에 기상정보를 이용하여 노드 간 통신 적합성을 먼저 적용하여 기상조건과 상관없이 안정적인 통신이 이루어질 수 있도록 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기상 조건이 좋을 때는 거리가 적당히 떨어져 있고 링크 품질도 좋은 노드가 부모노드로 선정이 되도록 하고, 기상 조건이 악화될 경우에는 싱크노드-노드 거리 요소보단 링크 품질, 에너지 잔량 요소가 계산식에 더 비중 있게 반영되어 부모노드를 선정하도록 하여 기상 조건이 악화됨에도 불구하고 안정적인 통신이 가능하도록 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치의 특징은 센서 네트워크가 센서노드들이 배치된 센서필드와 외부망을 연결하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부와 클러스터 멤버간 연결을 담당하는 클러스터 헤더 노드와, 클러스터 헤더 노드의 제의를 받는 클러스터 멤버 노드로 구성되는 센서 네트워크 시스템에서, 상기 클러스터 헤더 노드는 데이터 수집부를 통해 수집된 기상정보를 적용하여 기상정보에 기반하여 미리 저장되어 1홉 통신 가능 거리 값을 검출하여 데이터 전송을 위한 패킷을 선정한 후, 가중치 산출을 통해 라우팅 트리를 설정하여 최종적으로 싱크노드에게 데이터를 전송하는데 있다.
바람직하게 상기 기상정보는 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이에서 기상정보를 수집한 후 이를 해상 게이트웨이에 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 기상정보를 수신한 해상 게이트웨이는 이 정보를 클러스터 헤더 노드에게 전달함으로서 기상정보를 주기적으로 전파하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법의 특징은 (A) 클러스터 내에 구성되는 센서 노드들에서 브로드캐스팅하여 거리, 에너지, 링크 품질, 재전송 중 적어도 하나의 요소를 사용하여 클러스터 헤더 노드를 선출하는 단계와, (B) 상기 선출된 클러스터 헤더 노드를 통해 클러스터 내에 구성되어 있는 클러스터 멤버 노드들로부터 수집되는 패킷 정보와 함께, 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이를 통해 기상정보를 함께 수집하는 단계와, (C) 상기 수집된 기상정보를 기반으로 파고, 풍속정보를 획득한 후 미리 정의된 1홉 통신 가능 거리 값을 탐색하고, 탐색된 1홉 통신 가능 거리와 획득된 노드와의 거리를 비교하는 단계와, (D) 상기 비교결과, 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리를 초과하면 획득된 해당 패킷을 버리고 다른 노드의 패킷 수신을 기다리는 단계와, (E) 상기 비교결과, 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리 이내에 위치하면 해당 패킷을 저장하고 가중치를 산출하는 단계와, (F) 상기 산출된 가중치를 기반으로 부모노드를 선정하여, 부모/자식노드를 지정하는 라우팅 트리를 형성하는 단계와, (G) 상기 형성된 라우팅 트리를 기반으로 선정된 부모노드에게 데이터를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 (E) 단계는 다음 수식
Figure 112013009133341-pat00001
을 이용하여 가중치를 산출하고, 이때, 상기
Figure 112013009133341-pat00002
는 노드와 해상 게이트웨이(싱크노드)(200)와의 거리를 의미하며, 상기
Figure 112013009133341-pat00003
는 주변노드의
Figure 112013009133341-pat00004
중에서 가장 값이 긴 노드의
Figure 112013009133341-pat00005
값을 의미하고, 상기
Figure 112013009133341-pat00006
는 j노드의 에너지 잔량을 의미하며, 상기
Figure 112013009133341-pat00007
는 주변노드 중에서 가장 에너지 잔량이 높은 노드의 잔량 값을 의미하고, 5:5 비율로 상수 값을 곱해주는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 가중치를 산출할 때, 1-홉으로 통신을 수행할 경우에는 싱크노드와 특정 노드와의 거리만 고려하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 가중치를 산출할 때, 멀티-홉으로 통신을 수행할 경우에는 부모노드 중에서도 싱크노드와 최상위 부모노드 간 거리와 그 아래 부모노드들의 거리를 누적하여 싱크노드와 특정 노드 간의 거리 값을 계산하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (F) 단계는 자식노드가 가중치를 계산해서 가장 큰 값을 가지는 노드에게 ‘CHILD’ 메시지를 전송하여 부모노드를 선정하는 단계와, 상기 ‘CHILD’ 메시지를 수신한 부모노드가 자식노드에게 ‘ACK’ 메시지를 전송하여 응답하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (G) 단계는 자식노드로부터 데이터를 전송받은 부모노드가 나머지 자식노드의 데이터와 취합한 후에 자신의 부모노드에게 다시 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 라우팅 경로를 설정할 때, 기상정보를 이용하여 노드 간 통신 적합성을 적용함으로써, 기상조건과 상관없이 안정적인 통신이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
둘째, 수표면 센서 네트워크 형성을 위한 센서노드는 물론, 댐, 저수지 같은 곳에서의 감시 목적을 위한 센서노드에도 적용이 가능하다.
셋째, 센서노드는 가격이 저렴하고 통신을 수행하기 위한 전력비용이 낮으므로, 본 발명에서 기상이 악화됨에도 불구하고 동적으로 통신 가능한 라우팅 트리를 형성하여 네트워크를 좀 더 유연하게 유지할 수 있기 때문에 통신 수행에 있어 경제적인 효과가 있다.
도 1 은 일반적인 싱글-홉 클러스터링 기반 센서 네트워크를 나타낸 구성도
도 2 는 일반적인 멀티-홉 클러스터링 기반 센서 네트워크를 나타낸 구성도
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치의 구성을 나타낸 구성도
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 5 는 도 4에서 기상/가중치 정보를 브로드캐스팅하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 6 은 도 4에서 라우팅 트리를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 7 은 도 4에서 부모노드에게 데이터를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3과 같이, 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치는 도 1 및 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 센서 네트워크가 센서노드들이 배치된 센서필드와 외부망을 연결하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부와 클러스터 멤버간 연결을 담당하는 클러스터 헤더 노드와, 클러스터 헤더 노드의 제의를 받는 클러스터 멤버 노드로 구성되며, 각 클러스터마다 선출된 클러스터 헤더 노드(10)는 데이터 수집부(11)를 통해 수집된 기상정보를 기반하여 미리 저장되어 1홉 통신 가능 거리 값을 검출하여 데이터 전송을 위한 패킷을 선정한 후, 가중치 산출을 통해 라우팅 트리를 설정하여 최종적으로 싱크노드에게 데이터를 전송한다.
이때, 지상정보는 최초 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이(300)에서 기상정보를 수집한 후 이를 해상 게이트웨이(200)에 전송한다. 이때, 상기 해상 게이트웨이(200)는 센서 네트워크(100)에서 데이터를 수집하는 노드로서 싱크노드와 동일하다.
그리고 기상정보를 수신한 해상 게이트웨이(200)는 이 정보를 클러스터 헤더 노드(10)에게 전달함으로서 기상정보를 주기적으로 전파할 수 있다. 그리고 각 클러스터 헤더 노드(10)는 기상정보를 수집하면 파고, 풍속정보를 획득한 후 다음 표 1에서 나타내고 있는 것과 같이 미리 정의된 적합한 1홉 통신 가능 거리 값을 탐색한다.
Figure 112013009133341-pat00008
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면 먼저, 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 클러스터(100)내에 구성되는 센서 노드들에서 브로드캐스팅하여 거리, 에너지, 링크 품질, 재전송 등의 요소를 사용하여 클러스터 헤더 노드를 선출한다(S10).
그리고 상기 선출된 클러스터 헤더 노드(10)는 내부 데이터 수집부(11)를 통해 클러스터(100)내에 구성되어 있는 클러스터 멤버 노드(20)들로부터 수집되는 패킷 정보와 함께, 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이(300)를 통해 기상정보를 함께 수집한다(S20).
이때, 상기 클러스터 헤더 노드(10)는 수집된 기상정보를 기반으로 파고, 풍속정보를 획득한 후 미리 정의된 표 2에서 적합한 1홉 통신 가능 거리 값을 탐색한다. 그리고 탐색된 풍속/파고 대비 획득된 노드와의 거리와 1홉 통신 가능 거리를 비교한다(S30). 예로서, 수집된 기상정보가 에 해당하는 정보이며, 1홉 통신 가능한 거리가 라 가정하면 송신 노드와 수신 노드 사이의 거리가 이하인지 비교한다.
상기 비교결과(S30), 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리를 초과하면 노드 간의 통신이 적합하지 않은 것으로 판단하여 획득된 해당 패킷을 버리고 다른 노드의 패킷 수신을 기다린다(S40).
그리고 상기 비교결과(S30), 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리 이내에 위치하면 노드 간의 통신이 적합한 것으로 판단하여 해당 패킷을 저장하고 다음 수학식 1에 제시된 계산식을 사용하여 가중치를 계산한다(S50).
Figure 112013009133341-pat00009
이때, 상기
Figure 112013009133341-pat00010
는 노드와 해상 게이트웨이(싱크노드)(200)와의 거리를 의미하며, 상기
Figure 112013009133341-pat00011
는 주변노드의
Figure 112013009133341-pat00012
중에서 가장 값이 긴 노드의
Figure 112013009133341-pat00013
값을 의미한다. 그리고 상기
Figure 112013009133341-pat00014
는 j노드의 에너지 잔량을 의미하며, 상기
Figure 112013009133341-pat00015
는 주변노드 중에서 가장 에너지 잔량이 높은 노드의 잔량 값을 의미한다. 그리고 5:5 비율로 상수 값을 곱해줌으로서 최종 가중치를 산출한다.
한편, 수학식 1을 적용하여 가중치를 산출할 때, 1-홉으로 통신을 수행할 경우에는 싱크노드(200)와 특정 노드와의 거리만 고려하면 되기 때문에
Figure 112013009133341-pat00016
는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013009133341-pat00017
이때, 상기
Figure 112013009133341-pat00018
는 싱크노드(200)와 특정 노드와의 거리를 의미한다.
그러나 멀티-홉으로 통신을 수행할 경우에는 부모노드 중에서도 싱크노드(200)와 최상위 부모노드 간 거리와 그 아래 부모노드들의 거리를 누적하면 최종적으로 싱크노드와 특정 노드 간의 거리 값을 계산할 수 있기 때문에
Figure 112013009133341-pat00019
는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013009133341-pat00020
여기서, m은 싱크노드(200)와 노드 간 떨어져 있는 홉 수를 의미하며, 1이상의 값을 가진다.
이와 같이, 기상 조건이 악화되면 수표면 특성상 무선 통신에 장애가 발생하기 때문에 링크 품질이 떨어진다. 따라서 라우팅 트리를 형성하기 전에 기상정보를 고려하기 위해 미리 측정된 데이터를 사용하여 1홉 통신 거리가 적절한 거리에 있는지를 판단하고 해당 사항을 만족할 경우에만 부모노드로 선정하기 위한 후보 노드로 고려한다. 여기서 기상정보가 반영된다고 하는 것은 풍속, 파고 정보 등과 같은 기상조건이 라우팅 트리 형성을 위한 가중치 계산에 반영하는 것으로 일반적으로 풍속이 높으면 그만큼 높은 파고가 발생하여 노드 간 링크 품질이 저하되기 때문이다. 뿐만 아니라 조수간만의 차나 지진, 해일 등으로 높은 파고가 형성되어 노드-노드 링크 품질이 저하될 수 있기 때문이다.
이렇게 산출된 가중치를 기반으로 부모노드를 선정하여, 부모/자식노드를 지정하는 라우팅 트리를 형성한다(S60). 이때, 상기 부모노드를 선정하는 기준은 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 자식노드가 가중치를 계산해서 가장 큰 값을 가지는 노드에게 ‘CHILD’ 메시지를 전송함으로서 부모노드를 선정하며, 상기 ‘CHILD’ 메시지를 수신한 부모노드는 해당 자신노드에게 ‘ACK’ 메시지를 전송함으로서 응답하는 방식으로 동작한다.
이와 같이, 라우팅 트리 형성을 위해 이러한 기상정보가 고려된다면 기상 조건이 좋을 때는 거리가 적당히 떨어져 있고 링크 품질도 좋은 노드가 부모노드로 선정이 되지만 기상 조건이 악화될 경우에는 싱크노드-노드 거리 요소보단 링크 품질, 에너지 잔량 요소가 계산식에 더 비중 있게 반영되어 부모노드를 선정함으로서 기상 조건이 악화됨에도 불구하고 안정적인 통신이 가능하게 될 것이다.
이어 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 형성된 라우팅 트리를 기반으로 선정된 부모노드에게 데이터를 전송하게 된다(S70). 이는 데이터 전송을 위한 라우팅 트리가 모두 완성되었기 때문에 자식노드로부터 데이터를 부모노드에게 전달할 수 있게 된다. 또한 자식노드로부터 데이터를 전송받은 부모노드는 나머지 자식노드의 데이터와 취합한 후에 자신의 부모노드에게 다시 데이터를 전송하게 된다. 이러한 방식으로 데이터를 전송하면 최종적으로 싱크노드(200)에게 데이터가 모두 전송되게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 센서 네트워크가 센서노드들이 배치된 센서필드와 외부망을 연결하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부와 클러스터 멤버간 연결을 담당하는 클러스터 헤더 노드와, 클러스터 헤더 노드의 제의를 받는 클러스터 멤버 노드로 구성되는 센서 네트워크 시스템에서,
    상기 클러스터 헤더 노드는 데이터 수집부를 통해 수집된 기상정보를 적용하여 기상정보에 기반하여 미리 저장되어 1홉 통신 가능 거리 값을 검출하여 데이터 전송을 위한 패킷을 선정한 후, 가중치 산출을 통해 라우팅 트리를 설정하여 최종적으로 싱크노드에게 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기상정보는 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이에서 기상정보를 수집한 후 이를 해상 게이트웨이에 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기상정보를 수신한 해상 게이트웨이는 이 정보를 클러스터 헤더 노드에게 전달함으로서 기상정보를 주기적으로 전파하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치.
  4. (A) 클러스터 내에 구성되는 센서 노드들에서 브로드캐스팅하여 거리, 에너지, 링크 품질, 재전송 중 적어도 하나의 요소를 사용하여 클러스터 헤더 노드를 선출하는 단계와,
    (B) 상기 선출된 클러스터 헤더 노드를 통해 클러스터 내에 구성되어 있는 클러스터 멤버 노드들로부터 수집되는 패킷 정보와 함께, 인터넷에 연결되어있는 육상 게이트웨이를 통해 기상정보를 함께 수집하는 단계와,
    (C) 상기 수집된 기상정보를 기반으로 파고, 풍속정보를 획득한 후 미리 정의된 1홉 통신 가능 거리 값을 탐색하고, 탐색된 1홉 통신 가능 거리와 획득된 노드와의 거리를 비교하는 단계와,
    (D) 상기 비교결과, 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리를 초과하면 획득된 해당 패킷을 버리고 다른 노드의 패킷 수신을 기다리는 단계와,
    (E) 상기 비교결과, 노드 간의 거리가 1홉 통신 가능 거리 이내에 위치하면 해당 패킷을 저장하고 가중치를 산출하는 단계와,
    (F) 상기 산출된 가중치를 기반으로 부모노드를 선정하여, 부모/자식노드를 지정하는 라우팅 트리를 형성하는 단계와,
    (G) 상기 형성된 라우팅 트리를 기반으로 선정된 부모노드에게 데이터를 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (E) 단계는
    다음 수식
    Figure 112013009133341-pat00021
    을 이용하여 가중치를 산출하고,
    이때, 상기
    Figure 112013009133341-pat00022
    는 노드와 해상 게이트웨이(싱크노드)(200)와의 거리를 의미하며, 상기
    Figure 112013009133341-pat00023
    는 주변노드의
    Figure 112013009133341-pat00024
    중에서 가장 값이 긴 노드의
    Figure 112013009133341-pat00025
    값을 의미하고, 상기
    Figure 112013009133341-pat00026
    는 j노드의 에너지 잔량을 의미하며, 상기
    Figure 112013009133341-pat00027
    는 주변노드 중에서 가장 에너지 잔량이 높은 노드의 잔량 값을 의미하고, 5:5 비율로 상수 값을 곱해주는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가중치를 산출할 때, 1-홉으로 통신을 수행할 경우에는 싱크노드와 특정 노드와의 거리만 고려하여 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가중치를 산출할 때, 멀티-홉으로 통신을 수행할 경우에는 부모노드 중에서도 싱크노드와 최상위 부모노드 간 거리와 그 아래 부모노드들의 거리를 누적하여 싱크노드와 특정 노드 간의 거리 값을 계산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 (F) 단계는
    자식노드가 가중치를 계산해서 가장 큰 값을 가지는 노드에게 ‘CHILD’ 메시지를 전송하여 부모노드를 선정하는 단계와,
    상기 ‘CHILD’ 메시지를 수신한 부모노드가 자식노드에게 ‘ACK’ 메시지를 전송하여 응답하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 (G) 단계는
    자식노드로부터 데이터를 전송받은 부모노드가 나머지 자식노드의 데이터와 취합한 후에 자신의 부모노드에게 다시 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 방법.
KR1020130010661A 2013-01-30 2013-01-30 수표면에서 기상정보를 고려한 센서 네트워크 라우팅 트리 형성 장치 및 방법 KR101421234B1 (ko)

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