KR101508015B1 - 무선 센서 노드에서 센서의 허용 오차 범위에 기반한 협동적 센싱을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율을 증가시키기 위하여 AER센싱과 협동적 센싱을 이용하여 센서 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 허용 오차 범위 기반의 센싱 방법 및 장치를 제공함으로써 상위 노드로 전송하는 데이터 양을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 허용 오차 범위 기반의 센싱을 이용하는 노드들간의 협동적인 센싱 방법 및 장치를 제공함으로써 전체 무선 센서 네트워크를 경제적이고 효율적으로 활용할 수 있다.

무선 센서 네트워크, 센서 노드, 싱크 노드, 허용 오차 범위(Allowed Error Range), 협동적 센싱(Collaborative Sensing)

Description

무선 센서 노드에서 센서의 허용 오차 범위에 기반한 협동적 센싱을 위한 방법 및 장치{MATHOD AND APPARATUS FOR COLLABORATIVE SENSING BASED ON ALLOWED ERROR RANGE OF SENSOR IN WIRELESS SENSOR NODE}

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율을 증가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 AER 센싱과 협동적 센싱을 이용하여 센서 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

통신 기술의 발달은 사용자가 컴퓨터나 네트워크를 의식하지 않고 장소에 상관없이 자유롭게 네트워크를 접할 수 있는 환경을 만들기에 이르렀다. 이를 일명 유비쿼터스(Ubiquitous)라 하여 근래 통신 기술 분야의 연구는 이런 유비쿼터스를 실생활에 접목시키는데 그 목표를 두고 발전하고 있다.

이러한 유비쿼터스의 핵심기술은 무선 센서 네트워크 시스템이다. 상기 무선 센서 네트워크 시스템에서 특정 장소 또는 불특정 장소 등에 배치되는 센서 노드는 상기 장소에서 독립적으로 활동하면서 지리적, 환경적, 사회적 변화 등의 정보를 감지한다. 상기 감지된 정보 데이터는 센서 네트워크의 싱크 노드로 전송된다. 무선 센서 네트워크 상에서 센서 데이터의 전송을 위하여 각 센서 노드는 라우팅 역 할을 수행한다. 각 노드가 라우팅 기능을 수행하는 이유는 무선 통신에서의 에너지 소비 규칙은 전송하고자 하는 거리의 2~4배의 에너지 양을 소모하기 때문이다. 센서 노드가 싱크 노드와 네트워크 경로상 인접하지 않는 경우라면, 각 센서 노드가 싱크 노드에게 센서 데이터를 직접 전송하기 보다는 인접 노드를 경유하여 전송하거나 멀티 홉을 통해 전송하는 것이 전체 네트워크 에너지 소모를 줄일 수 있다.

무선 센서 네트워크의 기본 구조는 독자적인 감지 능력과 컴퓨팅 능력이 있는 복수개의 센서 노드가 통신망에 의하여 상호 연결된 구조이며, 각 노드의 전력은 노드 별로 위치하는 로컬 배터리를 통해 공급된다. 그러나, 각 노드에 전원을 공급하는 배터리는 일반 상전에 비하여 한정적이므로 에너지 사용이 극히 제한적인 단점이 있으며, 이를 극복하기 위하여 센서 네트워크 전 분야에 걸쳐 전력 소비 저감에 관한 연구가 진행되어 왔다. 연구 방향의 주된 흐름은 각 노드간의 무선 통신의 횟수 또는 통신 량을 감소시켜 네트워크의 생존 시간을 최대화하는 것이다.

도 1(a)는 센서 노드에서 싱크 노드로 데이터를 전송하고, 상기 싱크 노드에서 센서 데이터 연산을 수행하는 일반적인 무선 네트워크 시스템을 개략적으로 설명하고 있다. 반면, 도 1(b)는 센서 네트워크의 에너지 효율을 증가시키기 위한 일 방안으로써, 데이터 병합을 이용하여 센서 노드로부터 싱크 노드로 데이터를 전송하는 무선 네트워크 시스템을 개략적으로 설명하고 있다.

도 1(b)에 도시된 바와 같은 데이터 병합(in-network Aggregation) 기술은 기존에 전송 메시지 통신을 줄이기 위한 방법으로 연구되어 왔다. 여기서 통신 메시지에 의한 에너지 소비를 좀 더 효율적으로 줄여보려는 예로써, 노드의 위치에 따라 변동하는 임계치를 적용하여 데이터가 최종으로 취합되는 노드로부터 전송하려는 노드의 위치가 멀어질수록 보다 높은 임계치를 적용한다. 상기 임계치가 넘지 않은 경우에 센서 데이터를 상위 노드로 전송하지 않음으로써 메시지 량을 감소한다. 이 때, 일정 그룹의 노드로부터 일정 시간 동안에 수집한 센서 데이터의 평균값과 표준편차를 구하고 이를 이전 시간에 구한 값과 비교하여 일정 임계치를 초과했을 경우에 데이터를 전송하는 기법이다.

그러나, 상기 임계치는 센서 노드로부터 싱크 노드까지의 거리 인자를 사용하고, 거리가 먼 경우 싱크 노드까지 전송하기 위해 필요한 메시지 수가 많아짐으로써 에너지 소비가 증가한다. 따라서 상기 임계치는 싱크 노드로부터 먼 거리에 위치하는 노드가 가깝게 위치하는 노드보다 센서 데이터를 더 적게 보내도록 할당된다. 여기서 상기 임계치는 사용자에 의해서 또는 응용성에 따라 적절한 값으로 할당됨을 특징으로 하나, 동적 조절에 대한 구체적인 방법을 명시하고 있지 않다. 또한 상기 전송 기법은 거리 인자를 사용하였지만 거리가 먼 노드로부터의 센서 데이터를 차별화하는 것이 되어 바람직하지 않다. 왜냐하면 센서 노드에서의 이벤트 발생이 싱크 노드까지의 거리와는 무관하기 때문이다.

따라서, 싱크 노드로 전송되는 센서 데이터를 합당하게 선별할 수 있는 범주에 의해 센서 데이터를 전송함으로써 센서 노드의 에너지 효율성을 증가시키는 다른 방안이 절실히 요구된다.

이상 전술한 무선 센서 네트워크 시스템의 문제점은 간략히 두가지로 압축될 수 있는데, 그 첫 번째는 센서 노드가 에너지 소비를 가능한 줄임으로써 그 수명을 연장하는 것이고, 두 번째는 다수의 센서 노드들이 균등한 에너지를 소모하게 함으로써 전체 무선 네트워크 시스템을 경제적이고 효율적으로 활용하게 하는 것이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 새로운 센싱 방안을 제시하기 위한 것으로써, 상위 노드로 전송되는 데이터 량을 줄여 센서 노드의 수명을 연장하기 위한 허용 오차 범위(Allowed Error Range) 기반의 센싱 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 무선 센서 네트워크의 에너지 효율을 위하여 허용 오차 범위 기반의 센싱을 이용하는 노드들간의 협동적인 센싱 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드에 있어서, 적어도 하나의 센서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 출력하는 센서 모듈과 상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 및 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 적어도 하나의 센서 별로 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 계산하고, 상기 허용 오차 범위를 기초로 상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 중 상위 노드로 전송할 센서 데이터를 결정하는 AER 센싱 블록을 포함하는 센서 노드를 제안한다.

또한, 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서 노드가 센서 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 및 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 적어도 하나의 센서 별로 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 계산하는 과정과 상기 허용 오차 범위를 기초로 상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 중 상위 노드로 전송할 센서 데이터를 결정하는 과정을 포함하는 센서 데이터 전송방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 적어도 하나의 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하는 복수의 자식 노드들과, 상기 복수의 자식 노드들로부터의 센서 데이터를 수신하는 부모 노드를 포함하며, 여기서 상기 부모 노드는 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보를 관리하고, 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보를 이용하여에 의해 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 중 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송할 협업 활성 상태의 자식 노드와 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하지 않을 협업 휴면 상태의 자식 노드를 결정하고, 상기 결정된에 의해 상기 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 각각에 대해 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터의 전송을 제어함을 특징으로 하는 센서 네트워크를 제안한다.

또한, 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 센서 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 자식 노드들에 관한 정보를 이용하여에 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 중 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송할 협업 활성 상태의 자식 노드와 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하지 않을 협업 휴면 상태의 자식 노드를 결정하는 과정과 상기 결정에 의해 상기 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 각각에 대해 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터의 전송을 제어하는 과정을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법을 제안한다.

본 발명은 허용 오차 범위 기반의 센싱 방법 및 장치를 제공함으로써 상위 노드로 전송하는 데이터 양을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 사용자 레벨에서의 허용 오차 범위에 대한 인지를 센서 노드의 센싱 레벨까지 다운시킴으로써 사용자 레벨까지 센서 데이터를 전송하기 위한 에너지를 절감함으로써 센서 노드의 수명을 연장할 수 있다.

또한, 본 발명은 배터리에 기반한 센서 노드들로 구성된 무선 센서 네트워크에서 실용적이고 다양한 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network)의 응용 및 활용을 증가시킨다.

본 발명은 허용 오차 범위 기반의 센싱을 이용하는 노드들간의 협동적인 센싱 방법 및 장치를 제공함으로써 전체 무선 센서 네트워크를 경제적이고 효율적으로 활용할 수 있다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율을 증대하기 위하여 센서의 허용 오차 범위에 기반한 센싱 기법 및 센서 노드들 사이의 협동적 센싱 기법을 제안한다. 따라서 후술될 본 발명의 실시 예에서는 센서 노드의 허용 오차 범위에 기반한 센싱 방안과 센서 노드들 사이의 협동적 센싱 방안에 대하여 구체적으로 설명할 것이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크와 이를 구성하는 하나의 센서 노드를 도시하고 있다. 노드들간의 무선 연결은 예를 들어, 물리 계층과 MAC(Medium Access Control) 계층으로 IEEE 802. 15. 4를 사용하는 지그비(ZigBee)를 적용할 수 있다. 센서 노드에 의해 센싱된 데이터는 싱크 노드를 통하여 궁극적인 센서 네트워크의 사용자에게 전달된다. 센서 노드는 일반적으로 프로세서 장치(Micro Controller Unit), 무선 통신 장치(RF module), 센서 모듈, 배터리로 구성된다. 상기 센서 모듈은 다수의 센서들이 구비될 수 있으며, 센서 모듈에 의해 감지된 센서 데이터는 상기 프로세서 장치에 의해 처리된 후 무선 통신 장치에 의해 무선 네트워크로 전송된다.

유비 쿼터스 환경에서 센서 노드들이 실세계를 센싱하기 위해서는 가능한 빠른 샘플링 주기로 수많은 센서 데이터를 싱크 노드로 보내야 하고, 이를 위해서 센서 데이터는 여러 센서 노드들을 경유하여 싱크 노드로 전송된다. 이는 센서 노드들이 수 많은 센서 데이터들을 전송함에 있어서 많은 에너지를 소모하게 되어 센서 네트워크의 수명이 빨리 단축될 수 있다. 따라서 가장 에너지 소모가 많은 메시지 통신을 줄이기 위해서는 싱크 노드로 전송되는 센서 데이터를 합당하게 선별하여 전송함으로써 통신에 의한 에너지 소비를 감소할 수 있다.

허용 오차 범위에 기반한 센싱 기법은 센서 모듈이 장착된 센서 네트워크의 어떠한 단일 센서 노드에서도 수행될 수 있다. 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드에 장착된 모든 센서는 하드웨어의 본질적인 허용 오차가 존재한다. 그러므로 센서의 성능에 차이가 있지만, 센서에 따라서 센서 데이터 값을 측정해 보면 주변 환경에 변화가 없어도 센서 데이터의 값에 약간의 변동이 발생한다. 이러한 경우, 센서 데이터가 싱크 노드까지 전달되어 사용자에게 주어졌을 때 사용자는 센서의 본래 허용 오차를 묵시적으로 감안하여 그 결과값을 인지한다.

그러나 본 발명에서는 이러한 허용 오차에 의한 센서 데이터의 전송이 무선 센서 네트워크에서 발생하는 메시지 통신에 의한 에너지 소모를 유발함을 착안하여 사용자의 오차 감안에 대한 노력을 센서 네트워크의 가장 밑단 또는 중간 노드의 센싱이 이루어지는 모든 노드 레벨에서 미리 적용하는 센싱 방안을 제공한다.

먼저 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 허용 오차 범위 기반의 센싱 방안에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 허용 오차 범위 기반의 센싱을 위한 장치를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 센서 노드(300)는 허용 오차 범위(Allowed Error Range, 이하 AER라 칭함) 센싱 블록(302), 노드 에이전트(Node Agent)(308), 센서 모듈(310), 라우팅 서브시스템(312), 데이터 릴레이 서브시스템(314)을 포함한다. 상기 AER 센싱 블록(302)은 범위 계산 모듈(Range Calculator Module, 이하 RCM라 칭함)(304)과 범위 센싱 모듈(Bounded Sensing Module, 이하 BSM라 칭함)(306)로 구성된다. 이하 설명에 있어서 상기 장치들의 동작에 대하여 본 발명의 내용과 관련이 없는 부분은 생략한다.

센서 노드(300)에서 센싱의 허용 오차 범위를 계산하기 위해서는 센서 노드(300)가 보유하는 센서의 종류와 센서의 종류에 따른 허용 오차를 포함하는 센서 프로파일 정보가 요구된다. 상기 센서의 허용 오차는 센서를 제조하는 경우 발생하는 센서 고유의 허용 오차를 가리키고, 이는 부품 설명서에 명시하고 있는 것이 일반적이다. 상기 센서 프로파일 정보는 센서 모듈(310)에 미리 설정되어 있다.

상기 센서 모듈(310)은 적어도 하나의 센서를 구비하고 소정의 샘플링 주기로 센싱을 수행한다. 상기 센서 모듈(310)이 센서 데이터와 센서 프로파일 정보를 상기 노드 에이전트(308)로 전송하면, 상기 노드 에이전트(308)는 상기 센서 데이터 및 센서 프로파일 정보를 AER 센싱 블록(302)으로 전송한다. 상기 AER 센싱 블록(302)은 상기 센서에 대한 정보 및 센서 데이터를 사용하여 센서의 허용 오차 범위를 계산하고, 상기 허용 오차 범위를 기초로 센싱한 센서 데이터는 데이터 릴레이 서브 시스템(314)을 통해 상위 노드로 전송된다. 이하에서는 상기 AER 센싱 블록(302)을 구성하는 범위 계산 모듈(RCM)(304)과 범위 센싱 모듈(BSM)(306)에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 센서의 허용 오차 범위를 계산하는 범위 계산 모듈(RCM)(304)은 Normal AER 계산 방법과 Strict AER 계산 방법을 사용한다. 상기 방법들은 무선 센서 네트워크 환경에서 사용자가 얼마나 정확도와 응급성을 요구하느냐에 따라 시스템을 시작할 때 결정된다. 상기 계산 방법들은 센서 노드에 미리 설정되어 있고, 센서 노드가 구동될 때 운용 목적을 고려하여 사용자에 의해 임의 로 선택될 수 있다. 즉, 상기 범위 계산 모듈(RCM)(304)은 초기 설정에 따라 허용 오차 범위를 Normal AER로 계산할지 Strict AER로 계산할지를 결정한다. 그 후, 상기 범위 계산 모듈(RCM)(304)은 센서의 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 구하기 위하여 상기 노드 에이전트(308)로부터 제공받은 적어도 하나 이상의 센서 데이터와 센서 고유의 허용 오차를 이용한다.

상기 normal AER 계산 방법과 strict AER 계산 방법은 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, Normal AER 계산 방법은 최초 센서 데이터를 제공받은 시점(P1)에서 상기 센서 데이터의 값에 센서 고유의 허용 오차를 합산하여 허용 오차 범위의 상한을 결정하고, 상기 허용 오차를 감산하여 허용 오차 범위의 하한을 결정한다. 본 발명의 실시 예에서는 하나의 센서 데이터를 이용하여 초기 허용 오차 범위를 결정하였으나, 다수의 센서 데이터 값들의 평균 값에 상기 센서 고유의 허용 오차를 합산하거나 감산함으로써 초기 허용 오차 범위를 결정할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 상기 Normal AER 값이 결정되면, AER 계산 방법과 AER값이 범위 센싱 모듈(BSM)(306)로 제공된다. 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 이벤트가 발생 할 경우(즉, 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터가 발생할 경우) 상기 범위 센싱 모듈(BSM)(306)은 해당하는 센서 데이터를 자신의 부모 노드(또는 상위 노드)로 전송한다. 센서 데이터의 전송이 있는 경우, 상기 허용 오차에 의한 Normal AER은 새로운 값으로 재계산된다. 새로운 주기에서의 허용 오차 범위는 상기 전송된 센서 데이터 값을 기초로 Normal AER를 계산한다.

Strict AER 계산 방법은 초기 센서의 허용 오차 범위를 결정하기 위하여 적어도 두 개의 센서 데이터가 요구된다. 상기 허용 오차 범위의 상한은 다수의 센서 데이터들 중 가장 작은 값에 센서 고유의 허용 오차를 합산하여 결정하고, 하한은 다수의 센서 데이터 중 가장 높은 값에 센서 고유의 허용 오차를 감산하여 결정한다. 이렇게 계산함으로써 본질적인 허용 오차가 반영된 엄격한 허용 오차 범위인 Strict AER이 결정된다. 상기 Strict AER 값이 결정되면, AER 계산 방법과 AER값이 범위 센싱 모듈(BSM)(306)로 제공된다. 상기 범위 센싱 모듈(BSM)(306)은 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 이벤트가 발생한 경우 해당하는 센서 데이터를 자신의 부모 노드(또는 상위 노드)에게 전송한다. 만약, 허용 오차 범위가 존재하지 않을 경우 즉, 상기 상한 값이 하한 값보다 작은 경우에는 모든 센서 데이터를 상위 노드로 전송한다.

전술한 Normal AER과는 달리, Strict AER 계산에 의한 허용 오차 범위는 소정의 시간이 경과하면 다음 주기를 위한 Strict AER이 재계산된다. 새로운 주기에서의 허용 오차 범위는 종전 주기에서의 전송된 센서 데이터 들 중 최대값과 최소값을 이용하여 새로운 허용 오차 범위를 계산할 수 있다. 이 때, 사용하는 메모리의 용량에 따라 설정한 수의 센서 데이터를 후보 큐에 유지하여 최근 센서 데이터들로부터 최대값과 최소값을 선택한다.

범위 계산 모듈(RCM)(304)은 노드 에이전트(308)로부터 제공받은 센서 데이터 및 센서 고유의 허용 오차를 이용하여 전술한 두 가지 방법 중 하나의 방법으로 허용 오차 범위(AER)를 계산한다. 상기 범위 계산 모듈(RCM)(304)은 상기 AER 값을 범위 센싱 모듈(BSM)(306)로 제공한다. 상기 범위 센싱 모듈(BSM)(306)은 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터가 발생하는 경우 이를 필터링하여 상위 노드로 전송하고, 전송된 데이터는 범위 계산 모듈(RCM)(304)이 사용할 수 있도록 저장하여 다음 주기의 새로운 허용 오차 범위를 계산하기 위한 후보 데이터로 사용된다.

상기 센서 고유의 허용 오차에 의해 계산된 허용 오차 범위에 의해 전송할 데이터를 선별하기 때문에 본래 센서 데이터의 고유성을 유지하면서 통신에 의한 에너지 소비를 절감할 수 있다.

만약 프로파일에 미리 설정된 시간 주기 동안 상기 허용 오차 범위를 벗어난 새로운 센서 데이터의 값이 발생하지 않은 경우에는 허용 오차 범위 내의 센서 데이터를 한 번 전송함으로써 현재 센서 노드의 상태를 사용자가 알 수 있도록 보고한다. 즉, 상기 범위 센싱 모듈(BSM)(306)은 일정 시간 동안 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터 값이 발생하지 경우 상기 허용 오차 범위 내의 센서 데이터를 주기적으로 상위 노드로 전송한다. 상기 센서 데이터는 소정의 시간 주기 동안 마지막으로 센싱된 데이터이고, 마찬가지로 새로운 주기에서 AER 값을 재계산할 때 사용되는 후보 데이터로 저장된다. 이렇게 주기적으로 센서 데이터를 전송하는 이유는 허용 오차 범위 이내의 센서 데이터 값이라 하더라도 지속적으로 그러한 변동이 없는 현상도 하나의 유효한 정보이므로 전송하여 보고한다.

상기 범위 센싱 모듈(BSM)(306)은 필터링되거나 주기적으로 전송되는 센서 데이터를 데이터 릴레이 서브 시스템(314)을 통하여 상위 노드로 전송한다. 이처 럼, 센서 노드에서는 허용 오차 범위를 기반으로 센서 데이터를 선별하여 상위 노드로 전송함으로써 에너지 소비를 감소할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 허용 오차 범위 기반의 센싱을 위한 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 범위 계산 모듈(RCM)의 기능 블록을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 502단계에서 범위 계산 모듈은 노드 에이전트로부터 센서 데이터 및 센서 프로파일 정보를 수신한다. 상기 502단계가 완료되면, 범위 계산 모듈은 504단계에서 프로파일 초기 설정에 따라 Normal AER 모드로 계산할지 Strict AER 모드로 계산할지 결정한다.

만일, Normal AER 모드로 결정하는 경우, 506단계에서 상기 범위 계산 모듈은 초기 허용 오차 범위를 결정하기 위해 최근 하나의 센서 데이터 값을 이용한다. 여기서 초기 허용 오차 범위를 결정하기 위해서 하나의 센서 데이터 값을 이용할 수 있지만, 노드 에이전트로부터의 읽어온 다수의 센서 데이터들을 이용할 수도 있다. 다만, 다수의 센서 데이터를 이용하는 경우에는 이들의 평균값을 이용하여 허용 오차 범위를 결정한다. 상기 506단계가 완료되면, 상기 범위 계산 모듈은 상기 506단계에서 구한 하나의 센서 데이터 값 또는 센서 데이터의 평균값과 센서 고유의 허용오차 값을 이용하여 Normal AER를 결정한다. 즉, 상기 평균값에 허용 오차를 합산한 값이 상한이 되고, 상기 평균값에 허용 오차를 감산한 값이 하한이된다. 상기 508단계가 완료되면, 상기 범위 계산 모듈은 514단계에서 허용 오차 범위(AER) 및 AER 모드 정보를 범위 센싱 모듈로 전송한다.

만일, Strict AER 모드로 결정하는 경우, 510단계에서 상기 범위 계산 모듈은 상기 노드 에이전트로부터 읽어온 적어도 두 개 이상의 센서 데이터들의 최대값과 최소값을 결정한다. 상기 510단계가 완료되면, 상기 범위 계산 모듈은 512단계에서 상기 최대/최소값, 센서 고유의 허용 오차를 이용하여 허용 오차 범위를 결정한다. 즉, 상기 최소값에 허용 오차를 합산하여 상한을 계산하고, 상기 최대값에 허용 오차를 감산하여 하한을 계산한다. 상기 512단계가 완료되면, 상기 범위 계산 모듈은 514단계에서 허용 오차 범위(AER) 및 AER 모드 정보를 범위 센싱 모듈(BCM)로 전송한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 범위 센싱 모듈(BSM)의 기능 블록을 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 602단계에서 범위 센싱 모듈은 범위 계산 모듈로부터 허용 오차 범위(AER) 및 AER 모드 정보를 수신한다. 상기 602단계가 완료되면, 상기 범위 센싱 모듈은 604단계에서 노드 에이전트로부터 센서 데이터들을 읽어온다. 606단계에서 상기 범위 센싱 모듈은 상기 센서 데이터 값들이 허용 오차 범위 내인지를 판단한다.

만약 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 이벤트가 발생한 경우, 608단계에서 상기 범위 센싱 모듈은 상기 허용 오차 범위를 벗어난 센서 데이터를 필터링 한 후 데이터 릴레이 서브 시스템으로 전송한다. 상기 608단계가 완료되면, 상기 범위 센싱 모듈은 610단계에서 새로운 허용 오차 범위를 결정하기 위하여 범위 계산 모듈에 허용 오차 범위를 재계산하도록 명령한다. AER 계산 모드가 Normal AER 모드인 경우, 새로운 주기에서의 허용 오차 범위는 상위 노드로 전송된 센서 데이터 값을 기초로 허용 오차 범위를 계산한다. 반면, AER 계산 모드가 Strict AER 모드인 경우, 새로운 주기에서의 허용 오차 범위는 종전 주기까지 전송된 센서 데이터들 중 최대값과 최소값을 이용하여 새로운 허용 오차 범위를 계산한다.

만약 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 이벤트가 발생하지 않는 경우, 센서 데이터의 주기적 전송을 위하여 612단계로 이동한다. 허용 오차 범위를 벗어나는 새로운 센서 데이터가 발생하지 않더라도 프로파일에 미리 설정된 시간이 경과하면 센서 데이터를 상위 노드로 전송함으로써 현재 센서 노드의 상태를 사용자에게 주기적으로 보고한다. 이를 위해, 상기 612단계에서 범위 센싱 모듈은 이벤트가 발생하지 않는 상태(센서 데이터의 값이 허용 오차 범위 내인 상태)로 미리 설정된 시간을 경과하는지를 판단한다. 상기 미리 설정된 시간을 경과한 경우 614단계에서 상기 범위 센싱 모듈은 센서 데이터를 데이터 릴레이 서브시스템 통해 상위 노드로 전송한다. 상기 전송되는 센서 데이터는 한 주기 동안에 마지막으로 센싱된 데이터가 될 수 있다. 상기 614단계가 완료되면, 상기 범위 센싱 모듈은 616단계에서 새로운 허용 오차 범위를 결정하기 위하여 범위 계산 모듈에 허용 오차 범위(AER)를 재계산하도록 명령한다.

이처럼, 상기 범위 센싱 모듈은 범위 계산 모듈에서 계산된 허용 오차 범위를 이용하여 전송할 센서 데이터의 필터링과 주기적 전송 동작을 수행한다.

다음으로 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 AER 센싱을 기반한 센서 노드들 사이의 협동적 센싱 방안에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱을 수행하는 최소 단위를 도시하고 있다. 도 7을 참조하면, 센서 노드들 사이의 협동적 센싱(Collaborative Sensing)을 위해서는 1-홉(hop) 간의 1개의 부모 노드와 최소 2개의 자식 노드가 필요하다. 이는 자식 노드가 센싱을 수행하고 자신의 부모 노드에 센싱한 데이터를 전송할 때와 관련된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱을 수행하는 무선 센서 네트워크를 개략적으로 도시하고 있다. 도 8를 참고하면, 하나의 센서(808)를 구비하는 센서 노드(804)와 두 개의 센서(808, 810)를 구비하는 센서 노드(806)가 센싱한 데이터를 상위 노드로 전송하고 있다. 두 센서 노드는 동일한 종류의 센서(808)를 구비하고 있으며, 하나의 센서 노드(804)는 충분한 배터리를 가지고 있는 반면 다른 센서 노드(806)는 소량의 배터리를 가지고 있다. 이러한 상황에서 소량의 배터리를 구비하는 센서 노드(806)는 인접한 센서 노드와 유사한 센서 데이터를 중복하여 전송함으로써 배터리의 소모를 가속화하고, 전체 무선 센서 네트워크의 수명을 단축시킨다. 따라서 다수의 센서 노드들 사이의 에너지 불균형을 해결하기 위한 방안이 요구된다. 상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 협동적 센싱을 수행하면, 센서 노드(806)는 인접한 센서 노드(804)와 동일한 종류의 센서 데이터를 상위 노드(802)로 전송하지 않음으로써 에너지 소비를 감소한다. 동일한 종류의 센서를 구비하는 노드들간에는 협동적 센싱을 이용할 수 있으며, 다른 종류의 센서가 있는 경우에도 AER 센싱이 사용되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱을 위한 장치를 도시하고 있 다.

도 9를 참조하면, 센서 노드(900)는 AER 센싱 블록(910), 협동 센싱 (Collaborative Sensing, 이하 CS이라 칭함) 블록(902), 노드 에이전트(916), 센서 모듈(918), 라우팅 서브 시스템(920), 데이터 릴레이 서브 시스템(922)을 포함한다. 상기 AER 센서 블록(910)은 범위 계산 모듈(RCM)과 범위 센싱 모듈(BSM)로 구성되고, 상기 협동 센싱(CS) 블록(902)은 협동 리스트 관리(Collaborative List Manager, 이하 CLM이라 칭함) 모듈(904), 협동 센서 선택(Collaborative Sensor Selection) 모듈(906), 센서 상태 관리(Sensor State Manager) 모듈(908)로 구성된다. 이하 설명에 있어서 상기 장치들의 동작에 대하여 본 발명의 내용과 관련이 없는 부분은 생략한다.

상기 협동 센싱 블록(902)은 노드들간의 협동적 센싱을 위한 관리자로써 상기 센서 노드(900)가 부모 노드일 때 동작한다. 하나의 부모 노드는 1-홉의 자식 노드들과 통신을 수행하고, 임의의 자식 노드의 배터리 상태가 저하되면 상기 협동 센싱 블록(902)은 협동적 센싱을 위한 기능을 수행한다.

먼저, 협동 리스트 관리 모듈(904)은 라우팅 서브 시스템(920)에 1-홉(hop) 자식 노드들에 대한 정보를 요청한다. 상기 라우팅 서브 시스템(920)은 1-홉(hop) 자식 노드들에 대한 정보를 부모 노드에 제공한다. 자신이 관리하는 자식 노드들에 대한 정보를 수신하면, 상기 협동 리스트 관리 모듈(904)은 데이터 릴레이 서브 시스템(922)을 통해 1-홉 자식 노드들로부터 협동적 센싱을 위한 정보들을 수신한다. 상기 수신된 정보를 분석한 후, 자식 노드들의 노드 아이디(node id), 센서 아이 디(sensor id), 센서 데이터(sensor data), 센서 노드 상태(s_state), 센싱한 타임 스탬프(t_stamp), 센서 고유의 허용 오차(s_err), 배터리 상태(energy_level) 및 1-홉 자식 노드들간의 가까운 정도(nearF)를 테이블로 관리한다. 상기 협동 리스트 관리 모듈(904)은 상기 정보들에 변동이 있는 경우 협동 리스트를 위한 테이블을 갱신한다.

배터리 소진이 빠른 자식 노드가 단계적으로 체크되거나 자식 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP)에서 깨어나는 경우, 상기 협동 리스트 관리 모듈(904)은 배터리가 부족한 자식 노드를 도울 활성(active) 상태인 같은 종류의 센서를 구비하는 자식 노드를 찾기 위해 협동 센서 선택(Collaborative Sensor Selection) 모듈(906)을 호출한다. 상기 협동 센서 선택 모듈(906)은 상기 협동 리스트를 기초로 도움을 줄 자식 노드를 찾는다. 반면, 배터리가 부족한 자식 노드가 체크되지 않는 상황에서 상기 협동 리스트 관리 모듈(904)은 데이터 릴레이 서브 시스템(922)으로부터 전송받은 센서 데이터를 싱크 노드로 전송하기 위해 자신의 상위 노드로 전송한다.

협동 센서 선택 모듈(906)은 배터리 잔량이 낮은 센서 노드를 위해 도움을 줄 센서 노드를 같은 센서 모듈이 장착된 자식 노드에서 선정한다. 이를 위해서 상기 협동 센서 선택 모듈(906)은 자기 자신이 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태인지 아닌지를 먼저 확인한다. 부모 노드 또한 자신의 상위 노드에 대해서는 자식 노드가 될 수 있고, 배터리 잔량이 부족한 경우 협업 휴면 상태에 있을 수 있기 때문이다. 즉, 상기 부모 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태라 함은 자신의 상위 노드에 대해서 도움을 요청하고 있는 상태를 가리킨다. 만일 부모 노드가 협업 휴 면(COLL_SLEEP) 상태라면 자식 노드로부터 전송되어 오는 센서 데이터를 데이터 릴레이 서브 시스템(922)으로 전송하고, 부모 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태가 아니라면 자식 노드 외에 자신의 센서 데이터도 데이터 릴레이 서브 시스템(922)으로 전송한다.

상기 협동 센서 선택 모듈(906)은 도와줄 자식 노드를 선택하기 위하여 nearF 정보를 확인한다. nearF 값은 1-홉(hop) 자식 노드들간에 더 가까이 이웃하는 정도를 나타내는 인자이다. 자식 노드들 사이에 대한 거리 정보가 있는 경우에 nearF값을 0과 1중 어느 하나로 미리 설정하여 협동 리스트 관리 모듈(904)에 의해 관리된다. 여기서 1은 자식 노드들 사이의 거리가 가까운 그룹 군이고, 0은 자식 노드들 사이의 거리가 먼 그룹 군이다. 그러나 상기 거리 정보가 존재하지 않는 경우에는 같은 종류의 센서를 구비하고, 서로 다른 자식 노드의 센서 데이터 값의 차이가 센서의 허용 오차 이내에 있으면 nearF 값을 1로 설정하고, 그렇지 않은 경우 nearF 값을 0으로 설정한다. 서로 가까이 위치하는 센서 노드들의 주변 환경은 변화가 적기 때문에 상기 센서 노드들로부터 수신한 센서 데이터 값들은 동일하거나 유사한 값일 확률이 높다.

상기 협동 센서 선택 모듈(906)은 nearF 값이 1인 센서 노드를 우선적으로 도움을 줄 자식 노드로 선택한다. 이처럼, 자식 노드들간의 nearF 값을 이용하여 센싱 작업의 신뢰성 및 에너지 효율을 향상시킨다. 상기 nearF 정보들은 상기 협동 리스트 관리 모듈(904)로 제공되어 관리된다. 협업을 받는 자식 노드와 협업을 해줄 자식 노드가 결정되면, 상기 협동 센서 선택 모듈은 센서 상태 관리(Sensor State Manager) 모듈(908)을 호출한다.

상기 센서 상태 관리 모듈(908)은 데이터 릴레이 서브 시스템(922)을 통해 자식 노드들에게 제어 명령을 전송함으로써, 도움을 주는 센서 노드는 협업 활성(COLL_ACTIVE) 상태로 전환시키고, 도움을 받는 센서는 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태로 전환시킨다. 센서 노드가 협업 활성 상태로 전환되더라도 일반적인 센서 노드의 활성 상태와 동일한 작업을 수행하며, 단지 다른 센서 노드와 협업 중임을 나타낸다. 센서 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태일 경우에는 RF 모듈은 사용하지 않고 협업 휴면 상태를 깨어나기 위한 방안인 AER센싱을 수행한다. 또는 시간 종료 설정으로 협업 휴면 상태에서 깨어나게 할 수도 있다. 상기 자식 노드들의 상태가 변경된 경우, 변경된 센서 상태 정보(s_state)는 협동 리스트 관리 모듈(904)에 제공되어 갱신된다.

협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태의 센서 노드는 AER 센싱에 의해 허용 오차 범위를 벗어난 센서 데이터가 발생하거나 미리 설정된 소정의 시간이 경과하면 활성(ACTIVE) 상태로 복귀한다. 상기 AER 센싱에 의한 복귀는 협동적 센싱을 수행하는 자식 노드들이 허용 오차 범위(AER) 센싱을 사용하는 것을 전제로 한다. 따라서 상기 자식 노드가 협업 휴면 상태에 있더라도 이벤트(허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터)가 발생하면 센서 데이터를 부모 노드로 전송한다. 도움을 받는 자식 노드의 상태가 복귀하는 경우, 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태는 활성(ACTIVE) 상태로 전이된다. 따라서 다수의 센서들을 구비하는 센서 노드 역시 협업 휴면 상태일 때에는 RF 모듈을 사용하지 않을 수 있다. 왜냐하면, 상기 센서 노드는 모든 센서에 대해 AER 센싱을 수행하고 있기 때문에 적어도 하나의 센서에서 이벤트가 발생하면 활성 상태로 복귀하기 때문이다. 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태의 센서 노드가 활성(ACTIVE) 상태로 복귀한 경우, 자식 노드는 센서 데이터를 부모 노드로 전송하게 되고, 상기 전송된 센서 데이터를 수신한 부모 노드는 상기 자식 노드의 상태가 복귀되었음을 인식한다. 따라서 변경된 센서 상태 정보는 협동 리스트 관리 모듈(904)로 제공되어 갱신된다.

전술한 협동 센싱 모듈을 구성하는 모듈들의 상호 작용에 의하여 AER 센싱을 기반한 노드들간의 협동적 센싱 기법을 구현할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 협동적 센싱을 위한 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 협동 리스트 관리(CLM) 모듈의 기능 블록을 도시하고 있다. 도 10을 참조하면, 1002단계에서 상기 협동 리스트 관리(CLM) 모듈은 라우팅 서브 시스템과의 통신을 통하여 1-홉(hop) 자식 노드들에 대한 정보를 획득한다. 자식 노드에 대한 정보를 획득하게 되면, 1004단계에서 협동적 센싱을 수행하기 위하여 상기 자식 노드들과 관련된 정보들을 데이터 릴레이 서브 시스템을 통해 수신한다. 1006단계에서는 상기 수신된 정보들을 기초로 자식 노드들의 노드 아이디(node id), 센서 아이디(sensor id), 센서 데이터(sensor data), 센서 노드 상태(s_state), 센싱한 타임 스템프(t_stamp), 센서 하드웨어의 허용 오차(s_err), 배터리 상태(energy_level) 및 1-홉 자식 노드들간의 가까운 정도(nearF)등의 정보를 테이블로 관리한다. 그 후, 1008단계에서는 상기 정보들에 변동이 있는 경우 협동 리스트를 위한 테이블을 갱신한다.

상기 1008단계가 완료되면, 1010단계에서는 배터리 소진이 빠른 자식 노드가 단계적으로 체크되는지를 판단한다. 만약, 도움을 받을 자식 노드가 존재하지 않는 경우에는 1012단계로 진행한다. 상기 1012단계에서는 데이터 릴레이 서브 시스템으로부터 전송받은 자식 노드들의 센서 데이터를 자신의 상위 노드로 전송한다. 만약, 도움을 받을 자식 노드가 존재하는 경우에는 1014단계로 진행한다. 상기 1014단계에서는 배터리가 부족한 자식 노드에게 도움을 줄 자식 노드를 찾기 위해 협동 센서 선택 모듈을 호출한다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 협동 센서 선택(CSS) 모듈의 기능 블록을 도시하고 있다. 도 11을 참조하면, 협동 센서 선택 모듈은 배터리 잔량이 낮은 센서 노드를 위해 도움을 줄 센서 노드를 동일한 센서를 구비하는 자식 노드 중에서 선정한다. 1102단계에서 부모 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태인지 아닌지를 확인한다. 만일 부모 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태라면 자식 노드의 센서 데이터를 데이터 릴레이 서브 시스템을 통해 상위 노드로 전송하고, 부모 노드가 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태가 아니라면 자식 노드 외에 자신의 센서 데이터도 상위 노드로 전송한다. 상기 1102단계가 완료되면, 1104단계에서는 자식 노드들 간에 가까운 정도를 나타내는 nearF 값으로 구별한다. 초기에 충분한 센서 데이터 샘플을 통하여 같은 종류의 센서를 구비하고, 서로 다른 자식 노드의 센서 데이터 값의 차이가 센서의 허용 오차 이내에 있으면 nearF를 1로 설정하고, 그렇지 않은 경우 nearF를 0으로 설정한다. 1106단계에서 상기 nearF 값은 협동 리스트 관리 모듈로 제공되어 갱신된다.

1108단계에서는 상기 nearF 정보를 이용하여 도움을 줄 자식 노드를 선택한다. 즉, nearF 값이 1인 센서 노드들 중에서 우선적으로 도움을 줄 자식 노드로 선택한다. 도움을 요청하는 자식 노드와 도움을 줄 자식 노드가 결정되면, 1110단계에서 상기 협동 센서 선택 모듈은 센서 상태 관리(Sensor State Manager) 모듈을 호출한다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 상태 관리(SSM) 모듈의 기능 블록을 도시하고 있다. 도 12를 참조하면, 1202단계에서 센서 상태 관리 모듈은 협동 센서 선택(CSS) 모듈로부터 상기 도움이 필요한 자식 노드와 도움을 줄 자식 노드의 정보를 수신한다. 1204단계에서 센서 상태 관리 모듈은 상기 자식 노드들의 상태를 변경하기 위해 데이터 릴레이 서브 시스템을 통해 제어 명령을 자식 노드들에게 전송한다. 1206단계에서는 상기 제어 명령에 의해 도움을 주는 센서 노드는 협업 활성(COLL_ACTIVE) 상태로 전환하고, 도움을 받는 센서는 협업 휴면(COLL_SLEEP) 상태로 전환한다. 협업 활성 상태인 센서 노드는 센서 데이터를 부모 노드로 전송한다. 반면, 협업 휴면 상태인 자식 노드는 RF 모듈을 사용하지 않음으로써 센서 데이터를 전송하지 않는다. 하지만 자식 노드가 협업 휴면 상태인 경우에도 AER 센싱은 수행한다. 1208단계에서는 상기 자식 노드들의 변경된 상태 정보(s_state)가 협동 리스트 관리 모듈로 제공된 후 갱신된다.

협업 휴면 상태인 자식 노드는 AER 센싱 중 이벤트가 발생하거나 소정의 시간이 경과하면 현재 자신의 상태를 활성(ACTIVE) 상태로 전환한다. 자식 노드가 활 성 상태로 복귀한 후 센서 데이터를 부모 노드에게 전송한 경우, 센서 상태 관리 모듈은 도움이 필요한 자식 노드의 상태를 협업 휴면 상태에서 활성 상태로 전환한다. 또한, 센서 상태 관리 모듈은 도움을 주었던 자식 노드의 상태를 협업 활성(COLL_ACTIVE) 상태에서 활성(ACTIVE) 상태로 전환한다.

이처럼 전술한 방법을 통해 AER 센싱을 기반한 노드들간의 협동적 센싱을 구현할 수 있다.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술한 발명의 상세한 설명에서는 무선 센서 네트워크에서 허용 오차 범위(Allowed Error Range) 기반의 센싱 기법과 AER 센싱을 이용하는 노드들간의 협동적 센싱 기법을 수행하는 구현 예를 보이고 있다. 하지만, 본 발명은 유사한 기술적 배경 및 무선 통신 시스템 등에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

도 1a는 모든 센서 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크를 도시하고 있는 도면;

도 1b는 데이터 병합을 이용하여 센서 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크를 도시하고 있는 도면;

도 2는 일반적인 무선 센서 네트워크와 하나의 센서 노드의 구성을 도시하고 있는 도면;

도 3은 허용 오차 범위 기반의 센싱을 위한 장치를 도시하고 있는 도면;

도 4는 두가지 모드의 AER 센싱을 도시하고 있는 도면;

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 범위 계산 모듈(RCM)의 기능 블록도;

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 범위 센싱 모듈(BSM)의 기능 블록도;

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱을 수행하는 최소 단위를 도시하고 있는 도면;

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱과 AER센싱을 수행하여 센서 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크를 도시하고 있는 도면;

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 협동적 센싱을 위한 장치를 도시하고 있는 도면;

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 협동 리스트 관리(CLM) 모듈의 기능 블록도;

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 협동 센서 선택(CSS) 모듈의 기능 블록 도;

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 상태 관리(SSM) 모듈의 기능 블록도.

Claims (24)

1. 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드에 있어서,

   적어도 하나의 센서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 출력하는 센서 모듈과;

   상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 및 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 적어도 하나의 센서 별로 시간에 따른 전송 데이터의 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 계산하고, 상기 허용 오차 범위를 기초로 상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 중 상위 노드로 전송할 센서 데이터를 결정하는 AER 센싱 블록을 포함하는 센서 노드.
2. 제1항에 있어서, 상기 AER 센싱 블록은,

   상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 및 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 적어도 하나의 센서 별로 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 계산하는 범위 계산 모듈과;

   상기 허용 오차 범위를 기초로 상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 중 상위 노드로 전송할 센서 데이터를 결정하는 범위 센싱 모듈을 포함함을 특징으로 하는 센서 노드.
3. 제 1항에 있어서, 상기 AER 센싱 블록은,

   상기 적어도 하나의 센서 중 임의의 센서에 의해 측정된 센서 데이터와 상기 임의의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보 내의 고유 허용오차를 합산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 상한을 결정하고,

   상기 임의의 센서에 의해 측정된 센서 데이터에서 상기 고유 허용오차를 감산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 하한을 결정함을 특징으로 하는 센서 노드.
4. 제 1항에 있어서, 상기 AER 센싱 블록은,

   상기 적어도 하나의 센서 중 임의의 센서에 의해 측정된 복수의 센서 데이터들의 최소값과 상기 임의의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보 내의 고유 허용오차를 합산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 상한을 결정하고,

   상기 임의의 센서에 의해 측정된 복수의 센서 데이터들의 최대값에서 상기 고유 허용오차를 감산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 하한을 결정함을 특징으로 하는 센서 노드.
5. 제 1항에 있어서, 상기 AER 센싱 블록은,

   상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 중 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터를 상기 상위 노드로 전송할 센서 데이터로 결정하고,

   미리 설정된 시간 주기 동안 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터가 존재하지 않으면, 상기 미리 설정된 시간 주기 동안 상기 적어도 하나의 센서로부 터 측정된 센서 데이터 중 임의의 센서 데이터를 상기 상위 노드로 전송할 센서 데이터로 결정함을 특징으로 하는 센서 노드.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 결정된 센서 데이터를 사용하여 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 재 계산함을 특징으로 하는 센서 노드.
7. 무선 센서 네트워크에서 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서 노드가 센서 데이터를 전송하는 방법에 있어서,

   상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 및 상기 적어도 하나의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 적어도 하나의 센서 별로 시간에 따른 전송 데이터의 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 계산하는 과정과;

   상기 허용 오차 범위를 기초로 상기 센서 모듈로부터 제공되는 센서 데이터 중 상위 노드로 전송할 센서 데이터를 결정하는 과정을 포함하는 센서 데이터 전송방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 허용 오차 범위를 계산하는 과정은,

   상기 적어도 하나의 센서 중 임의의 센서에 의해 측정된 센서 데이터와 상기 임의의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보 내의 고유 허용오차를 합산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 상한을 결정하고,

   상기 임의의 센서에 의해 측정된 센서 데이터에서 상기 고유 허용오차를 감산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 하한을 결정함을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 허용 오차 범위를 계산하는 과정은,

   상기 적어도 하나의 센서 중 임의의 센서에 의해 측정된 복수의 센서 데이터들의 최소값과 상기 임의의 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보 내의 고유 허용오차를 합산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 상한을 결정하고,

   상기 임의의 센서에 의해 측정된 복수의 센서 데이터들의 최대값에서 상기 고유 허용오차를 감산하여 상기 허용 오차 범위(Allowed Error Range)의 하한을 결정함을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 중 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터를 상기 상위 노드로 전송할 센서 데이터로 결정하는 과정과,

    미리 설정된 시간 주기 동안 상기 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터가 존재하지 않으면, 상기 미리 설정된 시간 주기 동안 상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 센서 데이터 중 임의의 센서 데이터를 상기 상위 노드로 전송할 센서 데이터로 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 결정된 센서 데이터를 사용하여 허용 오차 범위(Allowed Error Range)를 재 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
12. 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 적어도 하나의 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하는 복수의 자식 노드들과,

    상기 복수의 자식 노드들로부터의 센서 데이터를 수신하는 부모 노드를 포함하며,

    여기서 상기 부모 노드는 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보를 관리하고, 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보를 이용하여 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 중 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송할 협업 활성 상태의 자식 노드와 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하지 않을 협업 휴면 상태의 자식 노드를 결정하고, 상기 결정된 자식 노드들 각각에 대해 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터의 전송을 제어함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 복수의 자식 노드들은 상기 부모 노드와 1-홉(hop) 관계에 있는 노드들임을 특징으로 하는 센서 네트워크.
14. 제 12항에 있어서, 상기 부모 노드는,

    상기 복수의 자식 노드들에 대한 정보를 수신하여 자식 노드 별로 협동 리스트를 관리하고, 도움이 필요한 자식 노드가 있는지 여부를 판단하기 위한 협동 리스트 관리 모듈과;

    상기 협동 리스트를 기초로 도움을 줄 자식 노드를 선택하기 위한 협동 센서 선택 모듈과;

    상기 도움이 필요한 자식 노드와 상기 도움을 줄 자식 노드의 상태를 변경하고, 상기 변경된 자식 노드의 상태 정보를 상기 협동 리스트 관리 모듈로 제공하기 위한 센서 상태 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 협동 리스트는 노드 아이디(node id), 센서 아이디(sensor id), 센서 데이터(sensor data), 센서 노드 상태(s_state), 센싱한 타임 스템프(t_stamp), 센서 고유의 허용 오차(s_err), 배터리 상태(energy_level) 및 1-홉 자식 노드들간의 가까운 정도(nearF) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크.
16. 제 15항에 있어서, 상기 협동 센서 선택 모듈은

    상기 1-홉 자식 노드들간의 가까운 정도(nearF) 정보를 이용하여 도움을 줄 자식 노드를 선택함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
17. 제 12항에 있어서, 상기 협업 휴면 상태의 자식 노드는,

    상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터들 중 소정의 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터를 상기 부모 노드로 전송하거나 미리 설정된 시간이 경과할 시 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 상기 부모 노드로 전송함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
18. 제 12항 또는 제 17항에 있어서, 상기 부모 노드는,

    상기 협업 휴면 상태의 자식 노드로부터 센서 데이터가 수신될 시, 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보에서 상기 센서 데이터가 수신된 자식 노드에 대응하는 센서 노드 상태를 활성 상태로 갱신함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
19. 제 17항에 있어서, 상기 협업 휴면 상태의 자식 노드는,

    상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터 및 상기 동일한 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 상기 소정의 허용 오차 범위를 계산함을 특징으로 하는 센서 네트워크.
20. 무선 센서 네트워크에서 센서 데이터를 전송하는 방법에 있어서,

    자식 노드들에 관한 정보를 이용하여 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 중 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송할 협업 활성 상태의 자식 노드와 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 전송하지 않을 협업 휴면 상태의 자식 노드를 결정하는 과정과;

    상기 결정에 의해 상기 동일한 센서를 구비하는 자식 노드들 각각에 대해 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터의 전송을 제어하는 과정을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 자식 노드들에 관한 정보를 1-홉(hop) 관계에 있는 복수의 자식 노드들로부터 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터들 중 소정의 허용 오차 범위를 벗어나는 센서 데이터 또는 미리 설정된 시간이 경과할 시 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터를 상기 협업 휴면 상태의 자식 노드로부터 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.
23. 제 20항 또는 제 22항에 있어서,

    상기 협업 휴면 상태의 자식 노드로부터 센서 데이터가 수신될 시, 상기 복수의 자식 노드들에 관한 정보에서 상기 센서 데이터가 수신된 자식 노드에 대응하는 센서 노드 상태를 활성 상태로 갱신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 센서 데이터 전송방법.
24. 제 22항에 있어서,

    상기 소정의 허용 오차 범위는 상기 동일한 센서에 의해 측정된 센서 데이터 및 상기 동일한 센서에 대응하는 센서 프로파일 정보를 사용하여 계산됨을 특징으로 하는 센서 데이터 전송방법.

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