KR101533025B1 - 무선 센서 네트워크 트리 재구축 방법 - Google Patents

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KR101533025B1 KR1020140113740A KR20140113740A KR101533025B1 KR 101533025 B1 KR101533025 B1 KR 101533025B1 KR 1020140113740 A KR1020140113740 A KR 1020140113740A KR 20140113740 A KR20140113740 A KR 20140113740A KR 101533025 B1 KR101533025 B1 KR 101533025B1
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Abstract

본원 발명에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법은, (a) 복수의 센서 노드에 대하여, 클럽 헤드와 클럽 멤버의 역할을 각각 부여하고, 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구축하는 단계; (b) 상기 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 선정하는 단계, (c) 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 역할을 교대할 경우 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 판단하는 단계 및 (d) 상기 (b) 단계 및 (c) 단계를 반복 수행하여 상기 링크 길이가 가장 많이 축소되도록 하는 스위칭 대상 부모 노드 및 스위칭 대상 자식 노드를 선정하는 단계, (e) 상기 스위칭 대상 부모 노드 및 상기 스위칭 대상 자식 노드의 역할을 교대하여 무선 센서 네트워크를 재구축하는 단계를 포함한다.

Description

무선 센서 네트워크 트리 재구축 방법{METHOD FOR RECONSTRUCTING TREE WIRELESS SENSOR NETWORK}
본 발명은 무선 센서 네트워크 트리 재구축에 기반한 무선 센서네트워크 구축 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크에서는 특정 정보를 수집하기 위해 많은 센서 노드들을 사용한다. 센서 노드들은 통상적으로 배터리를 사용하므로, 에너지 절약은 중요한 문제 중 하나이다. 예전부터 무선 센서 네트워크에서는 에너지를 절약하기 위한 방법에 관한 많은 알고리즘들이 제안되고 있다.
그 중에서도 분산 환경에서 제어가 용이하고, 에너지 소모가 가장 큰 장거리 통신에서 에너지를 절약할 수 있는 클러스트링 관련 알고리즘이 큰 관심을 받고 있다. 이에 따라 클러스터링에 관련된 많은 기법들이 제안되었지만, 클러스터링 특성상 기저 노드(BS: Base Station)와 통신하는 헤드 노드의 극심한 에너지 소비로 노드 간 에너지 소비의 밸런싱이 맞지 않는 문제가 생겼다.
위의 문제를 완화하고자 전송거리를 줄여 에너지 효율을 높이고, 트리 구조를 이용해 노드 간 통신의 수를 감소시키는 기법으로 상향식 접근법(이하 "종래 기술 1")이 제안되었다. 그러나, 이 기법은 센서 노드 배치시 기저 노드(BS)의 위치를 고려하지 않았고, 데이터 충돌에 대한 고려를 하지 않았다. 따라서 현실적으로 구현할 수 없다는 문제점이 제기되었다.
따라서 본 발명의 발명자에 의해 DEDA(Delay-minimized Energy-efficient Data Aggregation, 이하 "종래 기술 2") 기법이 제안되었는데, 이는 종래 기술 1과 같은 네트워크 구조를 사용하되, 백오프(BackOff) 시간을 이용해 데이터 충돌을 해소하였고, 노드에 가중치를 두어 최종적으로 형성된 클러스터 헤드(CH: Cluster Head)와 기저 노드 사이의 거리, 클러스터 내 노드 간 거리를 최소화하여 에너지 효율을 높인다. 하지만 클러스터 생성시 범위에 대한 제한이 없어 최종 클러스터 간 융합시 두 클러스터 헤드(CH)의 거리를 고려하지 않아 추가 에너지 소비를 유발할 수 있다.
따라서 에너지 소모를 감소할 수 있는 무선 센서 네트워크 구축 방법이 필요하다.
본 발명과 관련하여 한국 등록 특허 제 10-1001559 호(발명의 명칭: 무선 센서 네트워크에서 다중 표적 추적을 위한 하이브리드클러스터링 기반 데이터 통합 방법)는 다중 표적을 효율적으로 추적할 수 있는 센서 네트워크 구조, 데이터 통합 방법 및 클러스터링 방법에 관한 것으로, 이질적으로 이루어진 센서 네트워크에서, 효율적으로 다중 표적을 추적할 수 있도록 기존 클러스터링 방식을 결합 및 상황에 따라 적응적으로 변화시키는 방법을 개시하고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 에너지를 절약할 수 있는 무선 센서 네트워크 구축 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법은 (a) 복수의 센서 노드에 대하여, 클럽 헤드와 클럽 멤버의 역할을 각각 부여하고, 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구축하는 단계;
(b) 상기 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 선정하는 단계, (c) 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 역할을 교대할 경우 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 판단하는 단계 및 (d) 상기 (b) 단계 및 (c) 단계를 반복 수행하여 상기 링크 길이가 가장 많이 축소되도록 하는 스위칭 대상 부모 노드 및 스위칭 대상 자식 노드를 선정하는 단계, (e) 상기 스위칭 대상 부모 노드 및 상기 스위칭 대상 자식 노드의 역할을 교대하여 무선 센서 네트워크를 재구축하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드는 무선 센서 네트워크 구축을 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 컴퓨터 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 컴퓨터 프로그램의 실행에 따라 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 선정하고, 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 역할을 교대할 경우 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 판단하고, 상기 링크 길이가 가장 많이 축소되도록 하는 스위칭 대상 부모 노드 및 스위칭 대상 자식 노드를 선정하고, 상기 스위칭 대상 부모 노드 및 상기 스위칭 대상 자식 노드의 역할을 교대하여 무선 센서 네트워크를 재구축한다.
본 발명은 무선 센서 네트워크를 구축함에 있어서, 센서 노드 간의 역할 교대를 통해 링크 간의 길이를 최소화할 수 있도록 한다. 이를 통해, 기 구축된 무선 센서 네트워크를 재구축하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 DADC 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 DEDA 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 DADC 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
분산 DADC(Delay Aware Data Collection)기법은 기저 노드(BS)와 통신하는 헤드 노드의 극심한 에너지 소비 및 노드간 링크의 불균형을 해소하기 위해 제안된 방법이다.
클러스터링 네트워크는 여러 개의 클러스터들로 나눠지며, 각각의 클러스터는 하나의 클러스터 헤드(CH: Cluster Head)를 갖고, 나머지 노드들은 클러스터 멤버(CM: Cluster member)가 된다. 이때, 데이터 전송횟수를 감소시키기 위해 데이터 수집은 클러스터 헤드가 담당한다.
도 1은 DADC 기법이 제안한 하이퍼 트리(Hypertree) 구조를 도시한 것이다.
하이퍼 트리 구조를 간단히 설명하면, 노드의 수(N)는 2^n 개로 한정한다. 각 노드는 1부터 n-1의 랭크(k)를 보유하며, 랭크가 k인 노드는 1 부터 k-1의 랭크를 보유한 노드를 자식 노드로서 보유하게 된다.
DADC 기법은 분산 환경에서 상향식(bottom up approach) 방법을 사용하며, 수학식 1과 같은 에너지 모델을 사용한다.
[수학식 1]
Figure 112014082560561-pat00001
C1, C2, C3는 상수이고, C1은 센서 노드에 포함된 마이크로 컨트롤 유닛, 센서 보드의 소모 에너지와 데이터를 전송 받은 때의 소모 에너지를 의미하며, C2는 전송할 때의 전기회로에서 소모하는 에너지, C3는 전송할 때의 증폭기에서 사용하는 증폭에너지, d는 거리를 나타낸다.
이러한 에너지 모델에서 에너지 소비량은 데이터 전송 거리의 제곱에 비례하게 된다. DADC 기법의 상향식 방법은 최초 지정된 범위에서 노드간 통신 후 링크를 형성한다. 지정된 범위 내에 더 이상 노드의 수가 같은 클러스터가 없을 경우 범위를 확장해간다. 전체 범위 내에 더 이상 같은 규모의 클러스터가 없는 경우 클러스터 헤드와 기저 노드가 커넥션을 형성한다.
이 기법은 클러스터의 초기 범위를 지정하며, 수학식 2에 의해 범위를 조절한다.
[수학식 2]
Figure 112014082560561-pat00002
여기서
Figure 112014082560561-pat00003
는 전체 네트워크 범위를 뜻하며
Figure 112014082560561-pat00004
,
Figure 112014082560561-pat00005
,
Figure 112014082560561-pat00006
는 각각 네트워크 내에 측정 된 가장 높은 랭크의 값, 상수, 현재 클러스터의 랭크를 뜻한다. 범위내에 조건에 맞는 클러스터가 없으면
Figure 112014082560561-pat00007
값을 1 추가하고, 클러스터 융합시
Figure 112014082560561-pat00008
값을 1 추가하여 분모를 줄이며 범위를 넓힌다. 즉, 전체범위
Figure 112014082560561-pat00009
에서 분모의 값을 줄여 범위를 넓히는 형식이다.
이렇게 최초 지정된 범위에서 노드 간 정보를 주고받은 후, 노드의 수가 같은 클러스터의 헤드들 간 커넥션을 맺어 융합된 클러스터를 형성한다. 노드의 수가 다르면 거절 메시지를 보내며, 거절 메세지를 받은 클러스터 헤드(CH)는 다른 노드에게 초대 메시지를 보낸다.
지정된 범위 내에 더 이상 같은 규모의 클러스터가 없을 경우 수학식 2에 의해 범위를 넓혀간다. 최종적으로 전체 범위 내에 더 이상 같은 규모의 클러스터가 없는 경우, 클러스터 내에서 기저 노드(BS)와 가장 가까운 거리에 있는 노드가 클러스터 헤드(CH)로 선정되어 기저 노드(BS)와 커넥션을 형성한다.
이러한 방식으로 종래 기술 1은 전송 거리를 줄여 에너지 소모를 줄인다.
다만, 최종적으로 마지막 두 노드가 커넥션 형성시 거리가 상당히 멀 수 있으며, 데이터 전송시 충돌을 고려하지 않아 실현하기 어려운 문제가 있을 수 있다.
도 2는 본 발명에 적용되는 DEDA 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
DEDA 기법은 DADC와 동일한 트리 구조를 사용한다. DEDA 기법은 데이터 전송시 수학식 3과 같이 백오프(BackOff) 시간을 두어 충돌 문제를 해결한다.
[수학식 3]
Figure 112014082560561-pat00010
여기서 R는 상수이며 C은 백오프 시간이 같은 변수 간 우선순위를 두기 위한 랜덤 변수이고,
Figure 112014082560561-pat00011
는 노드 A부터 기저 노드(BS)까지의 거리이다.
수학식 3에 의해 각 노드는 백오프 시간을 기다린 후 자신과 가장 가까운 노드와 링크를 형성한다.
클러스터 내 노드의 수가 2개를 넘어가면 수학식 4를 이용하여 노드 간 가중치를 주고, 이를 이용하여 두 개의 클러스터 헤드(CH)를 선정한다.
[수학식 4]
Figure 112014082560561-pat00012
선정된 두 클러스터 헤드(CH)는 도 2와 같이, 같은 노드의 수를 갖는 다른 클러스터의 클러스터 헤드(CH)들과 서로 통신하여 거리를 계산하고, 가장 짧은 거리를 갖는 두 클러스터 헤드(A, B)가 장(chief)이 되어 링크(20)를 형성한다.
이상과 같이, 종래 기술 2는 백오프 시간을 사용하여 노드의 데이터 전송시 순서를 정해 충돌을 예방하고, 기저 노드(BS)와의 거리를 고려한 가중치를 구하여 최종 융합 클러스터의 클러스터 헤드(CH)는 종래 기술 1 기법보다 기저 노드(BS)와 더 가까울 것이라는 장점이 있다. 그러나 동일한 레벨의 클러스터 간 링크를 형성 가능한 가정 때문에 거리가 먼 클럽 헤드간 링크가 형성되는 경우가 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 트리 구조로 구축된 무선 센서 네트워크에서 각 노드 간의 부모 자식의 역할 교대를 통해 무선 센서 네트워크를 재구축하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 하이퍼 트리구조의 무선 센서 네트워크를 구축한다(S310).
앞서, 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 하이퍼 트리구조의 무선 센서 네트워크에 포함되는 노드의 수(N)는 2^n 개이다. 각 노드는 1부터 n-1의 랭크(k)를 보유하며, 랭크가 k인 노드는 1 부터 k-1의 랭크를 보유한 노드를 자식 노드로서 보유하게 된다. 도 4의 (a)는 이와 같이 구축된 무선 센서 네트워크의 하이퍼 트리 구조를 예시적으로 도시하고 있다.
한편, 이와 같은 하이퍼 트리구조의 무선 센서 네트워크에 대하여 앞서 도 2를 통해 설명한 DEDA 방법에 따른 노드간 가중치가 추가로 설정될 수 있다.
다음으로, 기 구축된 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드들 중 역할 교대를 수행할 후보 노드를 선정한다(S320).
부모 자식 관계에 있는 두 노드의 역할을 교대하는 것으로, 특정 노드(u)의 형제 노드 중 특정 노드(u) 보다 큰 랭크(k)를 보유한 노드들을 특정 노드(u)의 자식 노드로 재편한다. 만약, 특정 노드(u)의 부모 노드 (Pr(u))가 루트 노드가 아니면, 특정 노드(u)가 조부모 노드(Gr(u))의 자식 노드가 되고, 부모 노드(Pr(u))는 특정 노드(u)의 자식 노드가 된다. 또한, 특정 노드(u)의 랭크가 0이 아니면, AVL 트리의 로테이션과 같이 스왑한다.
예를 들면, 도 4에서와 같이, 앞선 단계(S310)에서 구축된 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드(40)와 제 2노드(42)를 역할 교대 대상 후보 노드로 선정한다. 그리고, 제 1 노드(40)와 제 2 노드(42)가 역할을 교대함에 따라, 제 2 노드(42)의 형제 노드 중 제 2 노드(42)보다 큰 랭크를 가진 노드들이 제 2 노드(42)의 자식 노드로 재편된다.
다음으로, 선정된 후보 노드간의 역할을 교대할 경우 각 노드를 연결하는 링크 길이의 축소 여부를 판단한다(S320).
노드간 역할이 교대될 경우 변경되는 링크는 (Pr(u), Gr(u))와 (Pr(u), ω)이다. 이때, ω는 특정 노드의 형제 노드를 의미한다. 즉, 특정 노드(u)의 부모 노드(Pr(u))와 조부모 노드(Gr(u))간의 링크가 변경된다. 또한, 부모 노드(Pr(u))와 형제 노드(ω) 간의 링크가 변경된다. 아울러, 부모 노드와 자식 노드의 랭크도 변경된다.
링크 길이의 축소 여부는 역할 교대 후 링크 길이의 합과 역할 교대 전 링크 길이의 합의 차이에 기초하여 판단할 수 있다. 예를 들면, (a)에 도시된 역할 교대 전 링크(점선으로 표시됨)의 길이의 합과 (b)에 도시된 역할 교대 후 링크(점선으로 표시됨)의 길이의 합의 차이를 산출한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 아래 수학식을 통해 판단할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112014082560561-pat00013
이때, d(Pr(u), Gr(u))는 역할 교대 전 부모 노드와 조부모 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(Gr(u), u)는 역할 교대 후 특정 노드와 조부모 노드 간의 링크 길이를 나타낸다. 또한, d(Pr(u), ω)는 역할 교대 전 부모 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(u, ω)는 역할 교대 후 특정 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타낸다.
앞선 단계(S330)에서 산출한 결과에 비추어, 역할 교대 후 링크 길이의 합이 역할 교대 전 링크 길이의 합 보다 작은 경우 역할 교대를 수행하도록 하고, 이에 따라 무선 센서 네트워크가 재구축된다(S340).
이때, 앞선 단계(S320, S330)를 반복 수행하여 역할 교대 후 링크 길이가 가장 많이 축소되는 스위칭 대상 부모 노드와 스위칭 대상 자식 노드를 선정하고, 해당 노드가 역할을 교대하도록 한다.
또한, 역할 교대가 수행된 후 재구축된 무선 센서 네트워크에 대하여 앞선 단계(S320, S330)를 반복 수행하여, 스위칭 대상 부모 노드와 스위칭 대상 자식 노드를 추가로 선정하고, 이를 기반으로 무선 센서 네트워크 재구축을 반복할 수 있다. 이때, 앞선 재구축 단계에서 이미 역할 교대 대상으로 선정된 스위칭 대상 부모 노드 또는 스위칭 대상 자식 노드를 제외한 노드들에 기초하여 스위칭 대상 후보 노드를 선정하도록 한다. 이를 통해, 알고리즘의 수행 단계를 감소시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a와 도 5b에 도시된 무선 센서 네트워크는 하이퍼 트리 구조로 계층화 되기 전의 실제 무선 센서 노드의 배치 상태를 나타내고 있고, 도 5c에 도시된 무선 센서 네트워크는 하이퍼 트리 구조로 계층화된 배치상태를 나타내고 있다. (a)에서와 같이, 제 1 노드(50)와 제 2 노드(52)를 스위칭 대상으로 선정하면, 역할 교대 전 링크(53, 54, 55, 56, 57) 길이의 합과 (b)에 도시된 역할 교대 후 링크(53', 54', 55', 56', 57') 길이의 합의 차이에 기초하여 역할 교대 여부를 판단한다.
이때, 제 1 노드(50)와 제 2 노드(52)간 링크의 경우 노드 간 역할 교대를 하더라도 변화하지 않기 때문에, 해당 링크의 거리는 제외하고 링크 길이의 합을 산출할 수 있다.
이와 같은 무선 센서 네트워크 구축 방법은 무선 센서 네트워크를 구성하는 개별 센서 노드 또는 해당 센서 네트워크를 관리하는 제어 노드에 의하여 수행될 수 있으며, 이러한 센서 노드는 메모리와 같은 저장 장치, 전력 공급부, 프로세서, 센서, 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 특히, 저장 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 구축 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장하고, 프로세서는 컴퓨터 프로그램의 실행에 따라, 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구축하고, 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 기초로 스위칭 대상 부모 노드 및 자식 노드를 선정하며, 이를 기반으로 무선 센서 네트워크를 재구축하게 된다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 하나 이상의 구성 요소 또는 동작을 실시하기 위하여 사용될 수 있는 컴퓨터 시스템 아키텍쳐의 일례를 설명하면, 하드웨어 시스템은 프로세서, 캐쉬, 메모리 및 상술한 기능에 관련된 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션 및 드라이버를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S310: 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크 구축
S320: 역할 교대 대상 후보 노드 선정
S330: 링크 길이 축소 여부 판단
S340: 무선 센서 네트워크 재구축

Claims (9)

  1. 무선 센서 네트워크 구축 방법에 있어서,
    (a) 복수의 센서 노드에 대하여, 클럽 헤드와 클럽 멤버의 역할을 각각 부여하고, 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구축하는 단계;
    (b) 상기 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 선정하는 단계,
    (c) 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 역할을 교대할 경우 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 판단하는 단계 및
    (d) 상기 (b) 단계 및 (c) 단계를 반복 수행하여 상기 링크 길이가 가장 많이 축소되도록 하는 스위칭 대상 부모 노드 및 스위칭 대상 자식 노드를 선정하는 단계,
    (e) 상기 스위칭 대상 부모 노드 및 상기 스위칭 대상 자식 노드의 역할을 교대하여 무선 센서 네트워크를 재구축하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크 구축 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    부모 노드인 상기 제 1 노드에 연결된 링크의 길이의 합과 상기 제 2 노드가 상기 제 1 노드로 스위칭 될 경우 상기 제 2 노드에 연결될 링크의 길이의 합의 차이에 기초하여 상기 링크 길이의 축소 여부를 판단하는 무선 센서 네트워크 구축 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 제 1 노드와 제 2 노드간의 링크의 길이는 제외하고 상기 링크의 길이의 차이를 산출하는 무선 센서 네트워크 구축 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    하기의 수학식에 따라 상기 링크의 길이의 차이를 산출하는 무선 센서 네트워크 구축 방법.
    [수학식]
    Figure 112014082560561-pat00014

    d(Pr(u), Gr(u))는 역할 교대 전 부모 노드(Pr(u))와 조부모 노드(Gr(u)) 간의 링크 길이를 나타내고, d(Gr(u), u)는 역할 교대 후 특정 노드(u)와 조부모 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(Pr(u), ω)는 역할 교대 전 부모 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(u, ω)는 역할 교대 후 특정 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타내며, ω 는 특정 노드의 형제 노드 중 특정 노드 보다 큰 랭크를 가진 노드임.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에 따라 재구축된 무선 센서 네트워크에 대하여 상기 (b) 단계 내지 (e) 단계를 반복 수행하되, 상기 (d) 단계에서 선정된 스위칭 대상 부모 노드 또는 스위칭 대상 자식 노드를 제외한 노드들에 기초하여 반복 수행하는 무선 센서 네트워크 구축 방법.
  6. 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드에 있어서,
    무선 센서 네트워크 구축을 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 컴퓨터 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 컴퓨터 프로그램의 실행에 따라 하이퍼 트리 구조의 무선 센서 네트워크를 구성하는 부모-자식 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 선정하고, 상기 제 1 노드와 제 2 노드의 역할을 교대할 경우 상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 링크 길이의 축소 여부를 판단하고, 상기 링크 길이가 가장 많이 축소되도록 하는 스위칭 대상 부모 노드 및 스위칭 대상 자식 노드를 선정하고, 상기 스위칭 대상 부모 노드 및 상기 스위칭 대상 자식 노드의 역할을 교대하여 무선 센서 네트워크를 재구축하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 부모 노드인 상기 제 1 노드에 연결된 링크의 길이의 합과 상기 제 2 노드가 상기 제 1 노드로 스위칭 될 경우 상기 제 2 노드에 연결될 링크의 길이의 합의 차이에 기초하여 상기 링크 길이의 축소 여부를 판단하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제 1 노드와 제 2 노드간의 링크의 길이는 제외하고 상기 링크의 길이의 차이를 산출하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    하기의 수학식에 따라 상기 링크의 길이의 차이를 산출하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드.
    [수학식]
    Figure 112014082560561-pat00015

    d(Pr(u), Gr(u))는 역할 교대 전 부모 노드(Pr(u))와 조부모 노드(Gr(u)) 간의 링크 길이를 나타내고, d(Gr(u), u)는 역할 교대 후 특정 노드(u)와 조부모 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(Pr(u), ω)는 역할 교대 전 부모 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타내고, d(u, ω)는 역할 교대 후 특정 노드와 형제 노드 간의 링크 길이를 나타내며, ω 는 특정 노드의 형제 노드 중 특정 노드 보다 큰 랭크를 가진 노드임.
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