KR101615352B1 - Energy-based data trasmission method for wireless sensor networks - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 노드 중 어느 하나 이상이 자신을 클러스터 헤드 노드로 선출하는 단계, 클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지를 기초로 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계 및 클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로에 따라 싱크 노드까지 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that at least one of the sensor nodes selects itself as a cluster head node, and a path to transmit data to a sink node is selected based on the energy consumed when each of the cluster head nodes transmits data to the sink node And transmitting the data to the sink node according to a path through which each of the cluster head nodes transmits data to the sink node.

Description

무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법{ENERGY-BASED DATA TRASMISSION METHOD FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS}[0001] ENERGY-BASED DATA TRASMISSION METHOD FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS [0002]

본 발명은 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 클러스터 헤드 노드가 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 경로 중에서 에너지 소모가 가장 적은 경로를 선택하여 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy-based data transmission method of a wireless sensor network, and more particularly, to a wireless sensor network in which data is transmitted by selecting a path with the least energy consumption among data paths through which cluster head nodes transmit data to a sink node Based data transmission method.

무선통신 기술의 발전과 저전력 RF(Radio Frequency) 기술, 센서 기술의 발전으로 무선 센서 네트워크의 응용도 점점 더 광범위해지고 있다. 무선 센서 네트워크는 대량의 작고 가격이 저렴한 마이크로 센서를 장착한 센서 노드를 측정 지역에 배치하고, 센서 노드들이 자체적으로 네트워크를 형성하며 여러 가지 데이터를 실시간으로 수집하여 사용자에게 제공한다. 무선 센서 네트워크를 형성하는 센서 노드들은 제한된 배터리 용량을 가진다. 그러므로, 센서 노드들이 더 오래, 그리고 더 원활히 역할을 수행할 수 있도록 하기 위해, 무선 센서 네트워크에는 효율적인 라우팅 기술이 필요로 하게 되었다. With the advancement of wireless communication technology, the development of low-power radio frequency (RF) technology and sensor technology, the application of wireless sensor network is becoming more and more widespread. The wireless sensor network deploys a large number of small and inexpensive micro sensors in the measurement area, and the sensor nodes form a network of their own, collect various data in real time, and provide them to users. Sensor nodes forming a wireless sensor network have limited battery capacity. Therefore, in order to enable sensor nodes to play longer and smoother roles, efficient routing technology is required for wireless sensor networks.

무선 센서 네트워크의 에너지 소모를 최소화하는 라우팅 방법으로서, 클러스터링 기법은 센서 노드들의 효율적인 클러스터 구성과 데이터 병합을 통하여 센서 노드들의 평균 에너지 소모를 줄이고 전체 네트워크의 수명을 연장하는 대표적인 방법이다. As a routing method that minimizes the energy consumption of a wireless sensor network, clustering is a representative method of reducing the average energy consumption of sensor nodes and extending the lifetime of the entire network through efficient cluster configuration and data merging of sensor nodes.

클러스터링 기반 센서 네트워크 라우팅 기법으로는 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) 라우팅 방법이 있다. LEACH 라우팅 방법에서는 모든 클러스터 헤드 노드들이 싱크 노드에게 직접 데이터를 전송하는 싱글 홉(single-hop) 전송 방법을 사용하므로 일반적으로 싱크 노드와 멀리 떨어져 있는 노드들은 상대적으로 더 많은 전송 에너지를 소모한다. 이러한 에너지 소모 불균일 현상은 네트워크의 크기가 클수록 더 심각한 영향을 미치며 결과적으로 전체 네트워크의 수명을 단축시킨다.The clustering-based sensor network routing method is LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) routing method. In the LEACH routing method, since all cluster head nodes use a single-hop transmission method that directly transmits data to the sink node, the sink node and the remote nodes consume relatively more transmission energy. This non-uniformity of energy consumption has a more serious effect on the size of the network, and consequently shortens the life span of the entire network.

넓은 지역의 무선 센서 네트워크에서 클러스터링 기반 라우팅을 더욱 효율적으로 수행하기 위하여 기존의 싱글 홉으로 데이터를 전송하는 대신 멀티 홉(multi-hop)으로 데이터를 전송하여 에너지 소모를 줄이고 노드 간의 에너지 소모를 균일화하는 방법이 연구되어 왔다. In order to more efficiently perform clustering-based routing in a wide area wireless sensor network, instead of transmitting data to a conventional single hop, data is transmitted by multi-hop to reduce energy consumption and equalize energy consumption between nodes Methods have been studied.

MH-LEACH 라우팅 방법에 있어서, 클러스터 헤드 노드들은 잔여 에너지, 및 클러스터 헤드 노드로부터 싱크 노드까지의 거리에 따른 가중치를 결정하고, 이들 클러스터 헤드 노드 중 가중치가 큰 클러스터 헤드 노드가 멀티 홉 전송의 중계 역할을 한다. 그러나 MH-LEACH 라우팅 방법은 거리 요소를 1차원적으로 고려하므로써, 거리에 따라서 2차 이상의 신호 감쇄현상을 보이는 무선 전송의 상황에서는 에너지 최적화가 이루어지지 않았다. In the MH-LEACH routing method, the cluster head nodes determine the weight based on the residual energy and the distance from the cluster head node to the sink node, and a cluster head node having a larger weight among the cluster head nodes determines a relay role of the multi- . However, the MH-LEACH routing method does not optimize the energy in the case of the wireless transmission where the signal element attenuates more than the second order according to the distance by considering the distance element one-dimensionally.

MR-LEACH 라우팅 방법에서는 싱크 노드까지의 거리에 따라 클러스터 헤드 노드들의 레벨이 나누어지고 이를 바탕으로 클러스터 헤드 노드 간의 중계 노드가 정해진다. MR-LEACH 라우팅 방법 역시 거리 요소를 1차원적으로만 고려한 단점이 있으며, 클러스터 헤드 노드의 레벨이 정해지기 위해 싱크 노드와 클러스터 헤드들이 많은 메시지를 주고받는데, 이때 에너지 소모량이 증가하는 단점이 있다. In the MR-LEACH routing method, the level of the cluster head nodes is divided according to the distance to the sink node, and the relay node between the cluster head nodes is determined based on this. The MR-LEACH routing method also has a disadvantage in that the distance factor is considered only in one dimension. In order to determine the level of the cluster head node, the sink node and cluster heads exchange many messages.

UCMR 프로토콜에서는 Dijkstra 알고리즘을 이용하여 클러스터 헤드 노드 간의 중계 노드를 결정한다. 그러나 계속적으로 변하는 클러스터 헤드 노드의 환경에서 Dijkstra 알고리즘을 수행하기에는 제한된 배터리용량과 저성능 컴퓨팅 파워를 가지는 센서 노드로는 적합하지 못하는 문제점이 있었다. The UCMR protocol uses the Dijkstra algorithm to determine the relay node between cluster head nodes. However, there is a problem that it is not suitable as a sensor node having a limited battery capacity and low performance computing power to execute the Dijkstra algorithm in a continuously changing cluster head node environment.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0090767호(2009.08.26)에 개시되어 있다.
The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0090767 (Aug. 26, 2009).

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로써, 본 발명의 목적은 각 클러스터 헤드 노드가 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 경로 중에서 에너지를 가장 적게 소모하는 경로를 선택하여 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a wireless sensor for transmitting data by selecting a path consuming the least energy among paths, To provide an energy-based data transmission method of a network.

본 발명의 다른 목적은 클러스터 헤드 노드 각각이 자신과 싱크 노드 사이의 거리 정보를 서로 교환하면서 멀티 홉 경로를 구성하여 클러스터 헤드 노드들 사이의 에너지 소모 불균일 현상을 최소화하고, 전체 무선 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있도록 한 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to minimize the energy consumption non-uniformity among the cluster head nodes by constructing a multi-hop path by exchanging the distance information between the cluster head node and the sink node, Based data transmission method of a wireless sensor network capable of extending a wireless sensor network.

본 발명의 또 다른 목적은 전체 무선 센서 네트워크의 수명 연장을 통해 무선 센서 네트워크에서의 센싱 정확도가 향상될 수 있도록 한 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an energy-based data transmission method of a wireless sensor network in which sensing accuracy in a wireless sensor network can be improved through extending the life of the entire wireless sensor network.

본 발명의 일 측면에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법은 센서 노드 중 어느 하나 이상이 자신을 클러스터 헤드 노드로 선출하는 단계; 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지를 기초로 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계; 및 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The energy-based data transmission method of a wireless sensor network according to an aspect of the present invention includes: selecting one of the sensor nodes as a cluster head node; Selecting a path for transmitting data to the sink node based on energy consumed when each of the cluster head nodes transmits data to the sink node; And transmitting data to the sink node according to a path through which each of the cluster head nodes transmits data to the sink node.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지가 가장 적은 경로인 것을 특징으로 한다.In the present invention, a path for transmitting data to the sink node is a path having the least energy consumed when transmitting data to the sink node.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계는 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리를 계산한 후, 기 결정된 전송출력에 따라 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 클러스터 헤드 노드 선출 사실을 통지하는 제어 메시지와 함께 다른 클러스터 헤드 노드로 전송하여 서로 공유하는 단계; 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 전송출력을 이용하여 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 계산하는 단계; 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리 및 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 이용하여 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지, 및 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 각각 계산하는 단계; 및 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 비교하여 비교 결과에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step of selecting a path for transmitting data to the sink node may include a step of calculating a distance to the sink node according to a predetermined transmission output after each of the cluster head nodes calculates a distance to the sink node, Transmitting to a different cluster head node a control message for notifying the selection of a head node to share with each other; Each of the cluster head nodes calculating a distance to another cluster head node using the transmit power; An energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node using a distance to the sink node and a distance to another cluster head node, and an energy consumed when transmitting the data to the sink node via another cluster head node Calculating energy consumed respectively; And energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node and energy consumed when data is transmitted through the other cluster head node to the sink node, And selecting a path to transmit the data.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지 중 소모되는 에너지가 적은 경로인 것을 특징으로 한다.In the present invention, a path for transmitting data to the sink node includes energy consumed when data is directly transmitted to the sink node and energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node And is a small path.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지는 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 전송할 때 소모되는 에너지와 다른 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 때 소모되는 에너지의 합인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the energy consumed when the cluster head node transmits data to the sink node through another cluster head node is the energy consumed when the cluster head node directly transmits data to the sink node and the energy consumed when the data is transmitted to the other cluster head node As shown in FIG.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리는 무선 센서 네트워크의 센서필드의 크기 이내로 제한되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the transmission distance of the control message is limited to the size of the sensor field of the wireless sensor network.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리의 최소값은 상기 클러스터 헤드 노드의 개수, 상기 클러스터 헤드 노드 사이의 평균 거리, 및 상기 센서필드의 한변의 길이에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the minimum value of the transmission distance of the control message is determined according to the number of the cluster head nodes, the average distance between the cluster head nodes, and the length of one side of the sensor field.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리의 최대값은 상기 클러스터 헤드 노드와 상기 싱크 노드의 최대 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the maximum value of the transmission distance of the control message is determined according to the maximum distance between the cluster head node and the sink node.

본 발명에서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지의 거리를, 상기 싱크 노드가 비콘 메시지를 송신할 때 소모되는 전송출력과 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 비콘 메시지를 수신할 때 소모되는 수신출력을 이용하여, 계산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the cluster head nodes calculates a distance to the sink node from a transmission output consumed when the sink node transmits a beacon message and a reception output consumed when the cluster head node receives the beacon message And calculating the value by using the following equation.

본 발명에서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로 상에 존재하는 다른 클러스터 헤드 노드에게 멤버 노드로 가입한다는 리퀘스트 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the cluster head nodes may further include transmitting a request message to join another cluster head node existing on a path for transmitting data to the sink node as a member node.

본 발명에서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 자신에게 데이터를 송신할 하위의 클러스터 헤드 노드에게 스케쥴 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the cluster head nodes may further include a step of transmitting schedule information to a lower cluster head node to which data is to be transmitted.

본 발명의 다른 측면에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법은 클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지의 거리를 계산한 후, 기 결정된 전송출력에 따라 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 클러스터 헤드 노드 선출 사실을 통지하는 제어 메시지와 함께 다른 클러스터 헤드 노드로 전송하여 서로 공유하는 단계; 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 전송출력을 이용하여 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 계산하는 단계; 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리 및 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 이용하여, 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지 및 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 각각 계산하는 단계; 및 상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 비교하여 비교 결과에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an energy-based data transmission method of a wireless sensor network, wherein each cluster head node calculates a distance to a sink node, Transmitting to a different cluster head node together with a control message notifying the fact and sharing the same with each other; Each of the cluster head nodes calculating a distance to another cluster head node using the transmit power; The energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node using the distance to the sink node and the distance to the other cluster head node and the energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node Calculating energy consumed respectively; And energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node and energy consumed when data is transmitted through the other cluster head node to the sink node, And selecting a path to transmit the data.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지 중 소모되는 에너지가 적은 경로인 것을 특징으로 한다.In the present invention, a path for transmitting data to the sink node includes energy consumed when data is directly transmitted to the sink node and energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node And is a small path.

본 발명에서, 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지는 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 전송할 때 소모되는 에너지와 다른 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 때 소모되는 에너지의 합인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the energy consumed when the cluster head node transmits data to the sink node through another cluster head node is the energy consumed when the cluster head node directly transmits data to the sink node and the energy consumed when the data is transmitted to the other cluster head node As shown in FIG.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리는 무선 센서 네트워크의 센서필드의 크기 이내로 제한되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the transmission distance of the control message is limited to the size of the sensor field of the wireless sensor network.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리의 최소값은 상기 클러스터 헤드 노드의 개수, 상기 클러스터 헤드 노드 사이의 평균 거리, 및 상기 센서필드의 한변의 길이에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the minimum value of the transmission distance of the control message is determined according to the number of the cluster head nodes, the average distance between the cluster head nodes, and the length of one side of the sensor field.

본 발명에서, 상기 제어 메시지의 전송거리의 최대값은 상기 클러스터 헤드 노드와 상기 싱크 노드의 최대 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the maximum value of the transmission distance of the control message is determined according to the maximum distance between the cluster head node and the sink node.

본 발명에서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 싱크 노드가 비콘 메시지를 송신할 때 소모되는 전송출력과, 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 비콘 메시지를 수신할 때 소모되는 수신출력을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the cluster head nodes calculates a distance to the sink node from a transmission output consumed when the sink node transmits a beacon message and a reception output consumed when the cluster head node receives the beacon message And the calculation is performed using the following equation.

본 발명에서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로 상에 존재하는 다른 클러스터 헤드 노드에게 멤버 노드로 가입한다는 리퀘스트 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, each of the cluster head nodes may further include transmitting a request message to join another cluster head node existing on a path for transmitting data to the sink node as a member node.

본 발명은 각 클러스터 헤드 노드가 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 경로 중에서 에너지 소모가 가장 적은 경로를 선택하여 데이터를 전송함으로써, 각 클러스터 헤드 노드들의 에너지 소모량을 균일화시킨다. In the present invention, the energy consumption of each cluster head node is equalized by selecting the path with the least energy consumption among the paths through which the cluster head node transmits data to the sink node.

본 발명은 클러스터 헤드 노드 각각이 자신과 싱크 노드 사이의 거리 정보를 서로 교환하면서 멀티 홉 경로를 구성하여 클러스터 헤드 노드들 사이의 에너지 소모 불균일 현상을 최소화하고, 전체 무선 센서 네트워크의 수명이 연장될 수 있도록 한다. Each cluster head node exchanges distance information between itself and a sink node to form a multi-hop path, minimizing the energy consumption non-uniformity among the cluster head nodes, and extending the lifetime of the entire wireless sensor network .

본 발명은 전체 무선 센서 네트워크의 수명 연장을 통해 무선 센서 네트워크에서의 센싱 정확도가 향상될 수 있도록 한다.
The present invention improves the sensing accuracy in a wireless sensor network by extending the life of the entire wireless sensor network.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜을 도시한 도면이다.
도 2 는 LEACH 라우팅 프로토콜 중 싱크 노드까지의 거리와 잔여 에너지의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법의 순서도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜의 라운드 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 노드가 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜의 데이터 전송 트리를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 TDMA 스케쥴 포맷을 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 거리와 평균 수명과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜 중 싱크 노드까지의 거리와 잔여 에너지의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라운드 경과에 따른 생존 노드 수를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the distance to the sink node and the residual energy among the LEACH routing protocols.
3 is a flowchart of an energy-based data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a round structure of a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method by which a cluster head node transmits data to a sink node according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a data transmission tree of the LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a TDMA schedule format according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a relationship between a transmission distance and an average lifetime according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a distance to a sink node and a residual energy in a LEACH routing protocol according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
10 is a diagram illustrating the number of surviving nodes according to the lapse of a round according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다. Hereinafter, an energy-based data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. Further, terms to be described below are terms defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the user, the intention or custom of the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜을 도시한 도면이고, 도 2 는 LEACH 라우팅 프로토콜 중 싱크 노드까지의 거리와 잔여 에너지의 관계를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a distance to a sink node and a residual energy among LEACH routing protocols.

무선 센서 네트워크를 위한 LEACH 라우팅 프로토콜은 도 1 에 도시된 바와 같이, 센서 노드(30)들이 자발적으로 클러스터(50)들을 형성한다. 클러스터 헤드 노드(10)는 에너지 소모가 크므로, 임의적으로 돌아가면서 선출된다. 클러스터 헤드 노드(10)를 제외한 나머지 센서 노드(30)들은 자신의 클러스터 헤드 노드(10)에게 자신의 데이터를 전송하고, 클러스터 헤드 노드(10)는 자신의 멤버 센서 노드(30)로부터 받은 데이터를 병합하여 싱크 노드(20)에게 전송한다. LEACH 라우팅 프로토콜은 시간을 라운드로 나누어 동작하며, 라운드는 r=0,1,2,3…로 나타낸다. The LEACH routing protocol for wireless sensor networks spontaneously forms clusters 50, as shown in FIG. Since the cluster head node 10 consumes a large amount of energy, it is selected randomly. The remaining sensor nodes 30 except for the cluster head node 10 transmit their data to their own cluster head node 10 and the cluster head node 10 transmits data received from its own member sensor node 30 Merged and transmitted to the sink node 20. The LEACH routing protocol works by dividing the time into rounds, and the rounds are r = 0,1,2,3 ... Respectively.

한편, LEACH 라우팅 프로토콜에서 데이터 송수신에 소모하는 에너지는 전자회로에서 소모하는 부분과 신호의 증폭을 위해 소모하는 에너지가 있다. LEACH 라우팅 프로토콜에서 센서 노드(30)가 데이터를 전송할 때 소모하는 에너지는 센서 노드(30) 간의 거리가 임계치보다 클 때는 센서 노드(30) 간 거리의 4제곱에 비례하므로 에너지 소모에 대한 영향은 아주 크다. On the other hand, the energy consumed for data transmission and reception in the LEACH routing protocol is consumed in an electronic circuit and consumed energy for signal amplification. The energy consumed by the sensor node 30 in the LEACH routing protocol is proportional to the fourth square of the distance between the sensor nodes 30 when the distance between the sensor nodes 30 is larger than the threshold, Big.

도 2 는 노드(센서 노드(30)와 클러스터 헤드 노드(10)를 포함)에 대하여 싱크 노드(20)까지의 거리와 센서 노드(30)의 잔여 에너지의 관계를 나타낸 것이다. 도 2 는 무선 센서 네트워크의 크기가 200x200m2이고 각 센서 노드(30)의 초기 에너지가 4[J]이며 충분한 시뮬레이션을 시행하여 라운드가 300일 때의 경우로서, 싱크 노드(20)와 멀리 있는 센서노드(30)일수록 에너지 소모가 크고 잔여 에너지가 적음을 알 수 있다. 따라서 멀리 있는 센서 노드들이 먼저 죽게 되고, 그 결과 그 지역의 측정 신뢰도가 저하되고 네트워크의 수명 또한 감소하는 문제점이 있었다. 2 shows the relationship between the distance to the sink node 20 and the residual energy of the sensor node 30 with respect to the node (including the sensor node 30 and the cluster head node 10). 2 shows a case where the size of the wireless sensor network is 200 x 200 m 2 and the initial energy of each sensor node 30 is 4 [J] It can be seen that the energy consumption of the node 30 is large and the remaining energy is small. Therefore, the remote sensor nodes are first killed, and as a result, the reliability of measurement in the area is lowered and the life of the network is also reduced.

그러므로, 센싱 기능과 네트워크 수명을 향상시키기 위해서는, 각 센서 노드(30)의 에너지 사용량을 균일화시키는 것이 중요하다. Therefore, in order to improve the sensing function and the network lifetime, it is important to equalize the energy usage of each sensor node 30.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법은 클러스터 헤드 노드(10)들이 싱크 노드(20)에게 데이터를 전송할 때 데이터 전송 에너지 모델을 기초로 각 경로별로 에너지를 계산하고, 이 에너지 크기를 비교하여 그 비교 결과에 따라 에너지 소모가 가장 적은 경로를 선택한다. 이를 위하여 클러스터 헤드 노드(10)들은 자신과 싱크 노드(20)사이의 거리 정보를 서로 교환하게 되고, 그 결과 멀티 홉 경로구성을 위한 트리(tree)를 형성한다. Accordingly, the energy-based data transmission method of the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention calculates the energy for each path based on the data transmission energy model when the cluster head nodes 10 transmit data to the sink node 20 The energy size is compared, and the path with the lowest energy consumption is selected according to the comparison result. To this end, the cluster head nodes 10 exchange their distance information between themselves and the sink node 20, thereby forming a tree for the multi-hop path configuration.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법의 순서도이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜의 라운드 구조를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 헤드 노드가 싱크 노드까지 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜의 데이터 전송 트리를 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 TDMA 스케쥴 포맷을 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of transmitting energy-based data in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating a round structure of a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a data transmission tree of a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a data transmission tree of a LEACH routing protocol according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a TDMA schedule format according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.

도 3 및 도 4 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법은 클러스터 헤드 노드(10)를 선출하고 클러스터(50)를 형성하는 set-up phase 단계(S10~S50), 및 멤버 센서 노드(30)가 클러스터 헤드 노드(10)로 데이터를 전송하고 클러스터 헤드 노드(10)가 수집된 데이터를 병합한 후, 싱크 노드(20)로 전송하는 steady-state phase 단계(S60)를 포함한다. 3 and 4, an energy-based data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention includes a set-up phase step S10 (step S10) of selecting a cluster head node 10 and forming a cluster 50 And the member sensor node 30 transmits data to the cluster head node 10 and the cluster head node 10 merges the collected data and transmits the data to the sink node 20 in a steady- Step S60.

참고로, 무선 센서 네트워크는 복수 개의 센서 노드(30)를 포함하며, 센서 노드(30) 중 어느 하나 이상은 자신을 클러스터 헤드 노드(10)로 선출한다. 그 결과, 무선 센서 네트워크에는 복수 개의 클러스터 헤드 노드(10)가 선출될 수 있으며, 클러스터 헤드 노드(10)를 중심으로 하는 클러스터(50)가 복수 개로 형성된다. 이들 클러스터(50)에는 적어도 하나 이상의 클러스터 헤드 노드(10) 또는 센서 노드(30)가 존재하며, 각 클러스터(50)에 포함된 센서 노드(30)는 해당 클러스터 헤드 노드(10)의 멤버 센서 노드(30)가 된다. 이에 각 멤버 센서 노드(30)는 자신의 클러스터 헤드 노드(10)에게 데이터를 전송하며, 클러스터 헤드 노드(10)는 자신의 멤버 센서 노드(30)로부터 전달받은 데이터를 병합한 후, 이 병합된 데이터를 싱크 노드(20)로 전송한다. For reference, the wireless sensor network includes a plurality of sensor nodes 30, and at least one of the sensor nodes 30 selects itself as the cluster head node 10. As a result, a plurality of cluster head nodes 10 can be selected in the wireless sensor network, and a plurality of clusters 50 centered on the cluster head node 10 are formed. At least one cluster head node 10 or sensor node 30 is present in these clusters 50 and a sensor node 30 included in each cluster 50 is connected to a member sensor node (30). Each member sensor node 30 transmits data to its own cluster head node 10 and the cluster head node 10 merges the data received from its member sensor node 30, And transmits the data to the sink node 20.

먼저, 무선 센서 네트워크에 있어서, 센서 노드(30) 중 어느 하나 이상은 자신을 클러스터 헤드 노드(10)로 선출한다(S10).First, in the wireless sensor network, at least one of the sensor nodes 30 selects itself as the cluster head node 10 (S10).

센서 필드(40) 내 센서 노드(30)의 전체 개수가 N개이고, 그 중 최적의 클러스터 헤드 노드(10)의 개수가 k개일 경우, 라운드 r이 시작되면 각각의 센서 노드 i는 pi의 확률로 자신을 클러스터 헤드 노드(10)로 선출한다. 확률 pi는 아래의 수학식1을 통해 계산될 수 있다. When the total number of sensor nodes 30 in the sensor field 40 is N and the number of optimal cluster head nodes 10 is k, when each round r starts, each sensor node i calculates the probability of p i As the cluster head node 10. The probability p i can be calculated by the following equation (1).

Figure 112014074965190-pat00001
Figure 112014074965190-pat00001

여기서, Ci는 센서 노드 i가 클러스터 헤드 노드(10)로 선출되었는지 여부를 표시한다. Ci=0이면 최근 [r mod (N/k)] 라운드 동안 센서 노드 i가 클러스터 헤드 노드(10)로 선출된 적이 있는 것이고, Ci=1이면 선출된 적이 없는 것이다.Here, C i indicates whether or not the sensor node i is selected as the cluster head node 10. If C i = 0, then sensor node i has been elected to cluster head node 10 for the recent [r mod (N / k)] round and Ci = 1 has never been elected.

클러스터 헤드 노드(10)가 선출되면, 클러스터 헤드 노드(10) 각각은 자신으로부터 싱크 노드(20)까지의 거리를 계산(S20)하고, 제어 메시지, 즉 자신의 ID, CDMA 코드 뿐만 아니라, 자신으로부터 싱크 노드(20)까지의 거리를 상호 교환하여 공유한다(S30).When the cluster head node 10 is selected, each of the cluster head nodes 10 calculates the distance from itself to the sink node 20 (S20) And the distance to the sink node 20 are mutually exchanged (S30).

즉, 클러스터 헤드 노드(10) 각각은 다른 센서 노드(30) 또는 클러스터 헤드 노드(10)에게 제어 메시지를 전달하여 자신이 클러스터 헤드 노드(10)로 선출되었음을 알린다(도 4 의 라운드 중 ADV).That is, each of the cluster head nodes 10 transmits a control message to the other sensor node 30 or the cluster head node 10 to notify that the cluster head node 10 has been selected as the cluster head node 10 (ADV in the round in FIG. 4).

이 경우, 클러스터 헤드 노드(10) 각각은 제어 메시지의 전송 거리가 전체 무선 센서 네트워크의 센서필드(40) 이내가 되도록 그 출력을 제한한다. 클러스터(50)의 멤버 센서 노드(30)나 클러스터 헤드 노드(10) 간에는 중계 전송이 이루어지므로, 센서 필드(40) 상에 무선 센서 네트워크를 구성할 때 제어 메시지 전송 거리 R이 전체 무선 센서 네트워크의 센서필드(40) 크기와 같게 하는 것은 불필요하게 에너지를 소모하는 낭비 요소가 될 수 있다. In this case, each cluster head node 10 limits its output so that the transmission distance of the control message is within the sensor field 40 of the entire wireless sensor network. Since the relay transmission is performed between the member sensor node 30 and the cluster head node 10 of the cluster 50, when the wireless sensor network is configured on the sensor field 40, Making the size equal to the size of the sensor field 40 may be a wasteful element that consumes energy unnecessarily.

이에, 클러스터 헤드 노드(10)와 멤버 센서 노드(30), 클러스터 헤드 노드(10) 사이의 전송거리 R값은 종래의 네트워크 최대 크기

Figure 112014074965190-pat00002
보다 작도록 제한하며, 이때 클러스터 헤드 노드(10) 사이의 트리 구성을 위한 송수신을 고려하여 제어 메시지 전송 거리 R의 최대값과 최소값을 결정한다. 여기서, M은 정사각형 센서 필드(40)의 한 변의 길이이다.Therefore, the transmission distance R value between the cluster head node 10, the member sensor node 30, and the cluster head node 10 is larger than the conventional network maximum size
Figure 112014074965190-pat00002
At this time, the maximum value and the minimum value of the control message transmission distance R are determined in consideration of transmission / reception for the tree structure between the cluster head nodes 10. Where M is the length of one side of the square sensor field 40.

먼저, k개의 클러스터 헤드 노드(10)가 선출되었을 때, 하나의 클러스터 헤드 노드(10)의 평균 반경은

Figure 112014074965190-pat00003
이고 클러스터 헤드 노드(10) 사이의 평균 거리는 2r_c이므로, 제어 메시지 전송 거리 R의 최소값 Rmin은 다음의 수학식 2로 결정될 수 있다. First, when k cluster head nodes 10 are selected, the average radius of one cluster head node 10 is
Figure 112014074965190-pat00003
And because it is the average distance between 2r_c cluster head node 10, the minimum value R min of the control message transmission distance R can be determined in the following equation (2).

Figure 112014074965190-pat00004
Figure 112014074965190-pat00004

한편, 제어 메시지 전송 거리 R의 최대값 Rmax는 클러스터 헤드 노드(10)와 싱크 노드(20) 간의 최대거리로 결정될 수 있으므로, 제어 메시지 전송 거리 R의 최대값 Rmax는 아래의 수학식 3으로 결정될 수 있다. Since the maximum value R max of the control message transmission distance R can be determined as the maximum distance between the cluster head node 10 and the sink node 20, the maximum value R max of the control message transmission distance R can be expressed by the following equation Can be determined.

Figure 112014074965190-pat00005
Figure 112014074965190-pat00005

상기한 바와 같이, 제어 메시지 전송 거리 R을 결정한 후, 클러스터 헤드 노드(10)는 자신과 싱크 노드(20) 사이의 거리, 및 자신과 다른 클러스터 헤드 노드(10) 사이의 거리를 측정한다. After determining the control message transmission distance R, the cluster head node 10 measures the distance between itself and the sink node 20, and the distance between itself and the other cluster head node 10, as described above.

참고로, 무선 센서 네트워크가 대칭 채널일 경우, 송신 노드의 전송출력을 Ps라 하고 수신 노드의 수신출력 RSS(Received Signal Strength)를 Pr이라 하면, 에너지 모델에 의하여 송신 노드와 수신 노드 사이의 거리 d(Ps,Pr)는 다음의 수학식 4를 통해 산출될 수 있다. If the wireless sensor network is a symmetric channel and the transmission output of the transmitting node is P s and the received signal strength (RSS) of the receiving node is P r , distance d (P s, P r) may be calculated through the following equation (4).

Figure 112014074965190-pat00006
Figure 112014074965190-pat00006

여기서, εfs[pJ/bit/m2]는 무선 채널의 데이터 전송에서 거리에 제곱으로 전력이 감소하는 자유 공간 모델이고, εmp[pJ/bit/m4]는 거리의 4제곱으로 전력이 감소되는 다중 경로 페이딩 모델이며, d는 메시지 전송 거리며, d0는 메시지 전송 거리의 임계값이다. Here, ε fs [pJ / bit / m 2] is the free-space model, which reduces the power by the square on the distance in the data transmission of the radio channel, ε mp [pJ / bit / m 4] is the power to the fourth power of the distance D is the message transmission distance, and d 0 is the threshold value of the message transmission distance.

상기한 수학식 4를 참조하면, 수신 RSS(Received Signal Strength)가 강할수록 해당 메시지를 보낸 노드와 더 가까이 있다는 것을 의미한다. Referring to Equation (4), the stronger the received RSS (Received Signal Strength), the closer the node is to the node that sent the message.

이에, 본 실시예에서는, 무선 센서 네트워크가 처음 형성될 때, 싱크 노드(20)는 기 설정된 출력 PBS로 무선 센서 네트워크 전체에 비콘(beacon) 메시지를 전송한다. 이에, 클러스터 헤드 노드 i는 이 비콘 메시지를 수신하고 RSS에 의해 자신과 싱크 노드(20) 사이의 거리 di=d(PBS,Pr)을 계산할 수 있다. Accordingly, in the present embodiment, when a wireless sensor network is first formed, the sink node 20 transmits a beacon message to the entire wireless sensor network with a predetermined output P BS . The cluster head node i receives the beacon message and can calculate the distance d i = d (P BS , P r ) between itself and the sink node 20 by RSS.

또한 클러스터 헤드 노드(10)는 제어 메시지를 다른 클러스터 헤드 노드(10)로 전달할 때, 제어 메시지에 자신과 싱크 노드(20) 사이의 거리 di=d(PBS,Pr)도 포함하여 전달한다. 또한, 각 클러스터 헤드 노드(10)들은 제어 메시지를 전송할 때, 제어 메시지가 자신으로부터 제어 메시지 전송 거리 R까지 도달할 수 있도록 전송출력 Padv을 결정한다. 이에 따라, 각 클러스터 헤드 노드(10)들은 자신과 다른 클러스터 헤드 노드(10) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 즉, 클러스터 헤드 노드 i와 클러스터 헤드 노드 j 사이의 거리 dij는 dij=d(Padv,Pr)로 계산될 수 있다. In addition, when the cluster head node 10 transmits the control message to another cluster head node 10, the cluster head node 10 transmits the control message including the distance d i = d (P BS , P r ) between itself and the sink node 20 do. In addition, each cluster head node 10 determines a transmission output P adv so that the control message can reach the control message transmission distance R from itself when the control message is transmitted. Thus, each cluster head node 10 can calculate the distance between itself and another cluster head node 10. [ That is, the distance d ij between the cluster head node i and the cluster head node j can be calculated as d ij = d (P adv , P r ).

한편, 각 센서 노드(30)는 자신과 제일 가까운 클러스터 헤드 노드(10)를 선택하여 선택한 클러스터 헤드 노드(10)로 join-request를 전달한다. 이 경우, 해당 센서 노드(30)는 해당 클러스터 헤드 노드(10)의 멤버 센서 노드(30)가 된다. On the other hand, each sensor node 30 selects a cluster head node 10 closest to itself and transmits a join-request to the selected cluster head node 10. In this case, the corresponding sensor node 30 becomes the member sensor node 30 of the corresponding cluster head node 10. [

이어, 클러스터 헤드 노드(10) 각각은 싱크 노드(20)까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지를 기초로 싱크 노드(20)까지 데이터를 송신할 경로를 선택한다. 이 경우, 클러스터 헤드 노드(10)는 싱크 노드(20)까지 데이터를 송신할 경로로 싱크 노드(20)까지 데이터를 송신할 때 에너지 소모가 가장 적은 경로를 선택한다. 이와 같이, 클러스터 헤드 노드(10)가 싱크 노드(20)까지 데이터를 송신할 때 에너지 소모가 가장 적은 경로를 통해 데이터를 송신함으로써, 싱크 노드(20)로부터 거리가 먼 노드들이 먼저 죽는 현상을 방지할 수 있다. Each of the cluster head nodes 10 selects a path to transmit data to the sink node 20 based on the energy consumed when transmitting data to the sink node 20. [ In this case, the cluster head node 10 selects the path with the least energy consumption when transmitting data to the sink node 20 through the path for transmitting data to the sink node 20. [ In this way, when the cluster head node 10 transmits data to the sink node 20, data is transmitted through the path with the least energy consumption, thereby preventing nodes that are far from the sink node 20 from dying first can do.

도 5 를 참조하면, 클러스터 헤드 노드(10) 각각이 싱크 노드(20)까지의 거리와 다른 클러스터 헤드 노드(10)까지의 거리를 통해, 싱크 노드(20)까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지 및 싱크 노드(20)까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드(10)를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 계산한다(S40). 5, each of the cluster head nodes 10 is consumed when transmitting data directly to the sink node 20 through the distance to the sink node 20 and the distance to the other cluster head node 10 Energy consumed when the data is transmitted to the energy and sink node 20 through another cluster head node 10 is calculated (S40).

클러스터 헤드 노드 i로부터 싱크 노드(20)까지의 거리를 di라 하고, 클러스터 헤드 노드 j로부터 싱크 노드(20)까지의 거리가 dj라 하며, 클러스터 헤드 노드 i, j 사이의 거리가 dij라 하면, 클러스터 헤드 노드 i가 싱크 노드(20)에게 l[bit] 데이터를 직접 전송할 때 소모하는 에너지 Ei는 아래의 수학식 5를 통해 계산될 수 있다.The distance from the cluster head node i to the sink node 20 is d i , the distance from the cluster head node j to the sink node 20 is d j , and the cluster head node i, j When the distance between the d ij d, may be calculated from the cluster head node, the sink node i l [bit] E i is the energy equation (5) below which consumes when data is transferred directly to 20.

Figure 112014074965190-pat00007
Figure 112014074965190-pat00007

여기서, ETx(l,di)는 아래의 수학식 6과 같다. Here, E Tx (l, d i ) is expressed by Equation (6) below.

Figure 112014074965190-pat00008
Figure 112014074965190-pat00008

여기서, lEelec[nJ/bit]는 클러스터 헤드 노드(10)의 전자회로에서 소모되는 에너지이며, d0는 임계값으로써

Figure 112014074965190-pat00009
이다.Here, lE elec [nJ / bit] is the energy consumed by the electronic circuit of the cluster head node (10), d 0 is a threshold by
Figure 112014074965190-pat00009
to be.

다음으로, 클러스터 헤드 노드 i가 l[bit] 데이터를 클러스터 헤드 노드 j를 경유하여 전송할 때 소모하는 에너지는, l[bit] 데이터를 클러스터 헤드 노드 i에서 클러스터 헤드 노드 j로 전송할 때 소모되는 에너지 Eij, 및 l[bit] 데이터를 클러스터 헤드 노드 j에서 싱크 노드(20)로 전송할 때 소모되는 에너지 Ej의 합이며 아래의 수학식 7을 통해 계산될 수 있다. Next, the energy consumed by the cluster head node i when transmitting the l [bit] data via the cluster head node j is calculated as follows: energy consumed when transmitting l [bit] data from the cluster head node i to the cluster head node j ij, and l [bit] is the sum of the energy E j consumed when transferring data from the cluster head node j to the sink node (20) may be calculated through the equation (7) below.

Figure 112014074965190-pat00010
Figure 112014074965190-pat00010

여기에서 lreq는 클러스터 헤드 노드(10) 간에 트리 구성을 위하여 전송되는 Req 메시지로서 중계 노드(클러스터 헤드 노드(10))에게 트리 구성을 위하여 요청하는 메시지이다. 또한, ERx(lreq)는 lreq를 수신하는데 소모되는 에너지로서

Figure 112014074965190-pat00011
로 계산될 수 있고, ERx(l)은 l[bit] 데이터를 수신하는데 소모되는 에너지로서
Figure 112014074965190-pat00012
로 계산될 수 있다. Here, lreq is a Req message transmitted for the tree configuration between the cluster head nodes 10 to request the relay node (cluster head node 10) for tree configuration. Also, E Rx (l req ) is the energy consumed to receive l req
Figure 112014074965190-pat00011
And E Rx (l) is the energy consumed to receive l [bit] data
Figure 112014074965190-pat00012
Lt; / RTI >

이후, 각 클러스터 헤드 노드(10)는 자신으로부터 싱크 노드(20)까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지 및 자신으로부터 싱크 노드(20)까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드(10)를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지의 크기를 비교하여 이들 중 에너지의 크기가 적은 경로를 선택한다(S50). Thereafter, each cluster head node 10 receives the energy consumed when it directly transmits data from itself to the sink node 20, and the energy consumed when transmitting data from itself to the sink node 20 via the other cluster head node 10 And selects a path having a small energy amount among them (S50).

즉, 각 클러스터 헤드 노드 i는 상기한 Ei와 Eij+Ej의 크기를 비교하여 Eij+Ej<Ei인 경우에는 해당 경로(클러스터 헤드 노드 i가 데이터를 싱크 노드(20)로 클러스터 헤드 노드 j를 거쳐서 전송하는 경로)를 선택하고, 클러스터 헤드 노드 j를 트리상에서 중계 노드로 결정하고 Req 메시지를 전달한다. In other words, each cluster head node i compares the magnitudes of E i and E ij + E j described above. If E ij + E j <E i , the cluster head node i transmits data to the sink node 20 The cluster head node j is selected as a relay node on the tree, and a Req message is transmitted.

반면에, 각 클러스터 헤드 노드 i는 상기한 Ei와 Eij+Ej의 크기를 비교하여 Eij+Ej>Ei인 경우에는 해당 경로(클러스터 헤드 노드 i가 데이터를 싱크 노드(20)로 직접 전송하는 경로)를 선택한다. If E ij + E j > E i , the cluster head node i compares the sizes of E i and E ij + E j , To be transmitted directly).

결론적으로, 각 클러스터 헤드 노드(10)는 주변의 다른 클러스터 헤드 노드(10)로부터 제어 메시지를 수신하면, 주변의 다른 클러스터 헤드 노드(10)를 중계 노드로 하여 데이터를 전송할 때 소모하는 에너지를 계산한다. 이 경우, 각 클러스터 헤드 노드(10)는 데이터를 직접 전송하는 것보다 에너지 소모가 적은 중계 노드(클러스터 헤드 노드(10))들이 있다면 그 중 에너지 소모가 가장 적은 중계 노드(클러스터 헤드 노드(10))를 선택한다. 반면에, 각 클러스터 헤드 노드(10)는 데이터를 직접 전송하는 경우가 에너지 소모가 가장 적다면 중계 노드(클러스터 헤드 노드(10))를 결정하지 않고 싱크 노드(20)에게 직접 데이터를 전송한다. 즉, 전체 노드 i=0,1,2,3,...,N 중에서 클러스터 헤드 노드(10)로 선출된 노드들의 집합을 ACH라 할 때, 클러스터 헤드 노드 i의 중계 노드 j는 아래의 수학식 8과 같이 계산될 수 있다. As a result, when each cluster head node 10 receives a control message from another cluster head node 10 in the vicinity, it calculates the energy consumed when transmitting data by using the neighboring cluster head node 10 as a relay node do. In this case, each cluster head node 10 has a relay node (cluster head node 10) having the least energy consumption among relay nodes (cluster head nodes 10) having less energy consumption than directly transmitting data, ). On the other hand, each cluster head node 10 directly transmits data to the sink node 20 without determining the relay node (cluster head node 10) if energy consumption is the least when the data is directly transmitted. That is, when the set of nodes selected by the cluster head node 10 among all the nodes i = 0, 1, 2, 3, ..., N is A CH , the relay node j of the cluster head node i Can be calculated as shown in Equation (8).

Figure 112014074965190-pat00013
Figure 112014074965190-pat00013

여기서, Eij=0이고 j=i일 때, 클러스터 헤드 노드 i는 싱크노드에게 데이터를 직접 전송한다. Here, when E ij = 0 and j = i, the cluster head node i directly transmits data to the sink node.

각 클러스터 헤드 노드(10)는 데이터를 전송한 다음 노드(클러스터 헤드 노드(10) 또는 싱크 노드(20))를 알고 있으므로, 클러스터 헤드 노드(10)가 싱크 노드(20)에게 데이터를 전송하는 멀티 홉 경로를 알 수 있다. 그 결과, 도 6 에 도시된 바와 같이, 각 클러스터 헤드 노드(10)들이 트리 모양을 형성하게 된다. Each cluster head node 10 knows the next node (cluster head node 10 or sink node 20) after transmitting data so that the cluster head node 10 transmits data to the sink node 20, The hop path can be known. As a result, each cluster head node 10 forms a tree shape, as shown in FIG.

다음으로 각 클러스터 헤드 노드(10)는 도 7 에 도시된 바와 같이, 멤버 센서 노드(30), 및 트리 구조 내 하위의 클러스터 헤더 노드(50)를 위한 TDMA 스케쥴을 생성하여 멤버 센서 노드(30)와 멤버 클러스터 헤드 노드(10)에게 전송한다(S60). 이 경우, TDMA 스케줄의 앞부분은 멤버 센서 노드(30)의 전송순서에 따른 멤버 센서 노드(30)의 ID이고, 뒤 부분은 멤버 클러스터 헤드 노드(10)의 ID로서 전송 순서와 무관한 join-requset에 대한 응답(reply)이다. 이에, 클러스터 헤드 노드(10)가 중계 노드(클러스터 헤드 노드(10))로부터 TDMA 스케쥴을 받고 자신의 ID가 있다는 것을 확인하면, 해당 전송 트리는 성공적으로 구축된 것이다. Next, each cluster head node 10 generates a TDMA schedule for the member sensor node 30 and the lower cluster header node 50 in the tree structure, as shown in FIG. 7, And the member cluster head node 10 (S60). In this case, the first part of the TDMA schedule is the ID of the member sensor node 30 according to the transmission order of the member sensor node 30, and the second part is the ID of the member cluster head node 10, Is a reply to. If the cluster head node 10 receives the TDMA schedule from the relay node (cluster head node 10) and confirms that its ID is present, the corresponding transmission tree is successfully established.

이후, 센서 노드(30)는 클러스터 헤드 노드(10)가 정해준 TDMA 스케줄에 따라 자신의 슬롯에 있는 데이터를 클러스터 헤드 노드(50)로 전송한다. 클러스터 헤드 노드(10)는 자신의 멤버 센서 노드(30)로부터 수신한 데이터를 병합한 후, 상기한 에너지 크기 비교 결과에 따라서 싱글 홉으로 싱크 노드(20)에게 직접 전송하거나 또는 멀티 홉으로 데이터를 전송한다.Then, the sensor node 30 transmits data in its own slot to the cluster head node 50 according to the TDMA schedule determined by the cluster head node 10. The cluster head node 10 merges data received from its member sensor node 30 and transmits the data directly to the sink node 20 in a single hop according to the energy size comparison result, send.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법을 시뮬레이션한 결과를 LEACH와 기존의 멀티 홉 프로토콜 MH-LEACH, MR-LEACH와 비교하여 설명한다. Hereinafter, simulation results of the energy-based data transmission method of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention will be described in comparison with LEACH and existing multi-hop protocols MH-LEACH and MR-LEACH.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 거리와 평균 수명과의 관계를 나타낸 도면이고, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LEACH 라우팅 프로토콜 중 싱크 노드까지의 거리와 잔여 에너지의 관계를 나타낸 도면이며, 도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라운드 경과에 따른 생존 노드 수를 나타낸 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a transmission distance and an average lifetime according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a distance to a sink node and a residual energy among LEACH routing protocols according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram illustrating the number of surviving nodes according to an elapsed time of a round according to an embodiment of the present invention.

시뮬레이션에서 사용한 에너지 모델 관련 상수 값은 Eelec=50nJ/bit, εfs=10 pJ/bit/m2, εmp=0.0013 pJ/bit/m4이다. 클러스터 헤드 노드(10)가 멤버 센서 노드(30)로부터 수집된 데이터를 병합하는데 사용되는 에너지 EDA는 5 nJ/bit/signal이다. 아래의 표 1은 시뮬레이션을 수행하기 위한 환경값이다.The energy model related constant values used in the simulation are E elec = 50 nJ / bit, 竜fs = 10 pJ / bit / m 2 , and 竜mp = 0.0013 pJ / bit / m 4 . The energy E DA used by the cluster head node 10 to merge the data collected from the member sensor node 30 is 5 nJ / bit / signal. Table 1 below shows the environmental values for performing the simulation.

센서 노드의 수(N)The number of sensor nodes (N) N=400N = 400 클러스터 헤드 노드 선출 비율(k/N)Cluster head node election rate (k / N) 5%5% 센서 필드의 한 변의 길이(M)The length (M) of one side of the sensor field 200m×200m(M=200)200 m x 200 m (M = 200) 싱크 노드의 위치Location of the sink node x=100m, y=100mx = 100 m, y = 100 m 노드의 초기 에너지Initial energy of node 4[J]4 [J]

먼저 제어 메시지 전송거리 R에 있어서, 종래의 LEACH 라우팅 프로토콜에서 사용한 제어 메시지 전송거리 R은 282[m]인 반면에, 본 실시예에서 제안한 멀티 홉 프로토콜에서 사용할 제어 메시지 전송거리 R은 최소값 Rmin=50[m]과 최대값 Rmax=225[m]의 사이이며, 최적의 제어 메시지 전송거리 R을 찾기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. First, in the control message transmission distance R, the control message transmission distance R used in the conventional LEACH routing protocol is 282 [m], while the control message transmission distance R used in the multi-hop protocol proposed in the present embodiment is the minimum value Rmin = Simulation was performed to find the optimum control message transmission distance R between 50 [m] and the maximum value R max = 225 [m].

도 8 은 제어 메시지 전송 거리 R을 최소값인 50[m]부터 변화시키면서 관측한 센서 노드(30)의 평균수명을 나타낸다. 그 결과 제어 메시지 전송 거리 R이 약 100[m]일 때 노드의 평균수명이 제일 길게 나타낸다. 그러므로 본 실시예에서는 제어 메시지 전송 거리 R을 100[m]로 하여 그 성능을 평가한다. 8 shows the average life span of the sensor node 30 observed while changing the control message transmission distance R from the minimum value of 50 [m]. As a result, when the control message transmission distance R is about 100 [m], the average lifetime of the node is the longest. Therefore, in the present embodiment, the performance is evaluated with the control message transmission distance R set at 100 [m].

먼저, 도 2 에 나타난 바와 같이 종래의 LEACH 라우팅 프로토콜에서 제기된 문제점, 즉 싱크 노드(20)와 멀리 떨어진 노드가 훨씬 더 많은 에너지를 소모하며 결국 먼저 죽게 되는 에너지 소모 불균일 문제점을 본 실시예에서 해결되는지 체크해 보았다.As shown in FIG. 2, the problem of the conventional LEACH routing protocol, that is, the problem that the nodes far from the sink node 20 consume much more energy and eventually die first, is solved in this embodiment I checked.

도 9 에 본 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법으로 300round까지 시뮬레이션을 실행한 결과를 싱크 노드(20)까지의 거리에 대한 잔여 에너지로 나타내었다. FIG. 9 shows a result of performing the simulation up to 300 round by using the energy-based data transmission method of the wireless sensor network according to the present embodiment as a residual energy with respect to the distance to the sink node 20. FIG.

도 9 를 참조하면, 싱크 노드(20)까지의 거리와 관계없이 센서 노드(30)들의 에너지 소모가 균일하여 싱크 노드(20)로부터 먼 센서 노드(30)가 먼저 죽는 현상이 크게 감소되었음을 알 수 있다. 그 결과, 도 10 에 도시된 바와 같이 전체적인 네트워크의 수명이 연장되었음을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the energy consumption of the sensor nodes 30 is uniform regardless of the distance to the sink node 20, and the phenomenon of first dying of the sensor node 30 far from the sink node 20 is greatly reduced have. As a result, it can be seen that the lifetime of the entire network is extended as shown in FIG.

도 10 은 종래의 LEACH 라우팅 프로토콜, 멀티 홉을 적용한 MH-LEACH 라우팅 프로토콜, MR-LEACH 라우팅 프로토콜, 및 본 실시예의 성능을 비교한 그래프이다. 도 10 을 참조하면, 모든 센서 노드(30)의 에너지 고갈을 위해 시뮬레이션 시간을 1600round까지 설정하였으며, 가로축은 round를 나타내고 세로축은 살아있는 센서 노드(30)의 개수를 나타낸다.10 is a graph comparing the performance of the conventional LEACH routing protocol, the MH-LEACH routing protocol applying multi-hop, the MR-LEACH routing protocol, and the present embodiment. Referring to FIG. 10, the simulation time is set to 1600 round for energy exhaustion of all the sensor nodes 30, the horizontal axis represents round, and the vertical axis represents the number of the live sensor nodes 30.

도 10 을 참조하면, 본 실시예(LEACH-CHT)에서 처음으로 죽는 노드가 제일 마지막에 나타난다. 동일한 개수로 살아있는 round도 본 실시예가 제일 많으며, 평균수명도 본 실시예가 제일 길다. 그 결과 본 실시예가 전체 네트워크의 생존도 제일 길다는 것을 알 수 있다. Referring to Fig. 10, the node that is first to die in the present embodiment (LEACH-CHT) appears at the end. The present embodiment has the largest number of live rounds in the same number, and the average lifetime is also the longest in this embodiment. As a result, it can be seen that the present embodiment has the longest survival of the entire network.

표 2 에는 평균수명(L_AVG), 처음으로 죽는 노드(FND; first node death), 마지막으로 죽는 노드(LND; last node death)의 시간(round)을 비교하였다. Table 2 compares the average life (L_AVG), the first node death (FND), and the last node death (LND).

평균수명
(round)Average lifetime
(round) 처음으로 죽는 노드(round)The first node to die (round) 마지막으로 죽는 노드(round)The last node to die (round) LEACH(종래기술)LEACH (Prior Art) 737737 459459 1,1491,149 MH-LEACH(종래기술)MH-LEACH (Prior Art) 898898 593593 1,0141,014 MR-LEACH(종래기술)MR-LEACH (Prior Art) 886886 534534 1,2071,207 본 실시예In this embodiment 10021002 735735 1,3211,321

표 2 를 참조하면, 본 실시예는 싱크노드와 거리가 먼 노드가 에너지를 과도로 소비하여 먼저 죽는 것이 아니라 모든 노드가 거의 균일하게 에너지를 소모하여 비슷한 시간에 죽는다는 것을 나타낸다. 이는 센싱한 데이터의 정확도를 길게 유지하는 데에도 매우 유리하다.Referring to Table 2, the present embodiment shows that not all nodes that are far from the sink node consume energy excessively, but all the nodes consume almost uniform energy and die at a similar time. This is also very advantageous in maintaining the accuracy of the sensed data for a long time.

시뮬레이션을 통하여 검증한 결과, 본 실시예에 따르면, 종래의 LEACH 라우팅 프로토콜과 멀티 홉 프로토콜들보다 센서 노드(30)들의 에너지 소모가 적고 균일하여 전체적인 네트워크의 수명을 효율적으로 연장할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 수명 연장은 무선 센서 네트워크에서 센싱 정확도를 높일 수 있다. As a result of the simulation, it can be seen that the energy consumption of the sensor nodes 30 is less than that of the conventional LEACH routing protocol and the multi-hop protocols, and the lifetime of the entire network can be efficiently extended have. This life extension can increase the sensing accuracy in wireless sensor networks.

이와 같이 본 실시예는 각 클러스터 헤드 노드(10)가 싱크 노드(20)까지 데이터를 전송하는 경로 중에서 에너지 소모가 가장 적은 경로를 선택하여 데이터를 전송함으로써, 각 클러스터 헤드 노드(10)들의 에너지 소모량을 균일화시킨다. As described above, in the present embodiment, data is transmitted by selecting a path with the least energy consumption among the paths through which data is transmitted from each cluster head node 10 to the sink node 20, thereby reducing energy consumption of each cluster head node 10 .

또한 본 실시예는 클러스터 헤드 노드(10) 각각이 자신과 싱크 노드(20) 사이의 거리 정보를 서로 교환하면서 멀티 홉 경로를 구성하여 클러스터 헤드 노드(10)들 사이의 에너지 소모 불균일 현상을 최소화하고, 전체 무선 센서 네트워크의 수명을 연장시킨다. Also, in the present embodiment, each cluster head node 10 exchanges distance information between itself and the sink node 20 to form a multi-hop path, minimizing the energy consumption unevenness phenomenon between the cluster head nodes 10 , Extending the lifetime of the entire wireless sensor network.

게다가, 본 실시예는 전체 무선 센서 네트워크의 수명 연장을 통해 무선 센서 네트워크에서의 센싱 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다. In addition, this embodiment makes it possible to improve the sensing accuracy in a wireless sensor network by extending the life of the entire wireless sensor network.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10: 클러스터 헤드 노드 20: 싱크 노드
30: 센서 노드 40: 센서 필드
50: 클러스터10: cluster head node 20: sink node
30: sensor node 40: sensor field
50: Cluster

Claims (19)

센서 노드 중 어느 하나 이상이 자신을 클러스터 헤드 노드로 선출하는 단계;
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지를 기초로 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계; 및
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신하는 단계를 포함하며,
상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계는
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리를 계산한 후, 기 결정된 전송출력에 따라 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 클러스터 헤드 노드 선출 사실을 통지하는 제어 메시지와 함께 다른 클러스터 헤드 노드로 전송하여 서로 공유하는 단계;
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 전송출력을 이용하여 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 계산하는 단계;
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리 및 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 이용하여 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지, 및 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 각각 계산하는 단계; 및
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 비교하여 비교 결과에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계를 포함하고,
상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지는 상기 다른 클러스터 헤드 노드가 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 전송할 때 소모되는 에너지와 다른 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 때 소모되는 에너지의 합이며,
상기 제어 메시지의 전송거리는 무선 센서 네트워크의 센서필드의 크기 이내로 제한되며,
상기 제어 메시지의 전송거리의 최소값은 상기 클러스터 헤드 노드의 개수, 상기 클러스터 헤드 노드 사이의 평균 거리, 및 상기 센서필드의 한변의 길이에 따라 결정되며,
상기 제어 메시지의 전송거리의 최대값은 상기 클러스터 헤드 노드와 상기 싱크 노드의 최대 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
Selecting at least one of the sensor nodes as a cluster head node;
Selecting a path for transmitting data to the sink node based on energy consumed when each of the cluster head nodes transmits data to the sink node; And
Each of the cluster head nodes transmitting data to the sink node according to a path through which data is transmitted to the sink node,
The step of selecting a path for transmitting data to the sink node
Each of the cluster head nodes calculates a distance to the sink node and then transmits a control message to notify the fact that the cluster head node is selected according to a predetermined transmission output to the sink node to another cluster head node Sharing each other;
Each of the cluster head nodes calculating a distance to another cluster head node using the transmit power;
An energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node using a distance to the sink node and a distance to another cluster head node, and an energy consumed when transmitting the data to the sink node via another cluster head node Calculating energy consumed respectively; And
The cluster head node compares energy consumed when each cluster head node directly transmits data to the sink node and energy consumed when data is transmitted to the sink node through another cluster head node, Selecting a path to be transmitted,
The energy consumed when the other cluster head node transmits data to the sink node through the other cluster head node is the sum of the energy consumed when the other cluster head node directly transmits data to the sink node and the energy consumed when the data is transmitted to another cluster head node ,
The transmission distance of the control message is limited to within the size of the sensor field of the wireless sensor network,
The minimum value of the transmission distance of the control message is determined according to the number of the cluster head nodes, the average distance between the cluster head nodes, and the length of one side of the sensor field,
Wherein the maximum value of the transmission distance of the control message is determined according to a maximum distance between the cluster head node and the sink node.
제 1 항에 있어서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 때 소모되는 에너지가 가장 적은 경로인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
The energy-based data transmission method of claim 1, wherein the path for transmitting data to the sink node is a path having the least energy consumed when transmitting data to the sink node.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지 중 소모되는 에너지가 적은 경로인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
The method as claimed in claim 1, wherein the path for transmitting data to the sink node includes energy consumed when the data is directly transmitted to the sink node and energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node Wherein the energy-based data transmission path is a path with low energy.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지의 거리를, 상기 싱크 노드가 비콘 메시지를 송신할 때 소모되는 전송출력과 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 비콘 메시지를 수신할 때 소모되는 수신출력을 이용하여, 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
2. The method of claim 1, wherein each of the cluster head nodes comprises: means for determining a distance to the sink node based on a transmission output consumed when the sink node transmits a beacon message and a transmission output consumed when the cluster head node receives the beacon message Output of the energy-based data is calculated.
제 1 항에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로 상에 존재하는 다른 클러스터 헤드 노드에게 멤버 노드로 가입한다는 리퀘스트 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
2. The method of claim 1, wherein each of the cluster head nodes further includes transmitting a request message to join another cluster head node existing on a path for transmitting data to the sink node as a member node A method of energy based data transmission in a sensor network.
제 1 항에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 자신에게 데이터를 송신할 하위의 클러스터 헤드 노드에게 스케쥴 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
2. The method of claim 1, wherein each of the cluster head nodes further comprises transmitting scheduling information to a cluster head node to send data to the cluster head node.
클러스터 헤드 노드 각각이 싱크 노드까지의 거리를 계산한 후, 기 결정된 전송출력에 따라 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 클러스터 헤드 노드 선출 사실을 통지하는 제어 메시지와 함께 다른 클러스터 헤드 노드로 전송하여 서로 공유하는 단계;
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 전송출력을 이용하여 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 계산하는 단계;
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지의 거리 및 다른 클러스터 헤드 노드까지의 거리를 이용하여, 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지 및 상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 각각 계산하는 단계; 및
상기 클러스터 헤드 노드 각각이 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지를 비교하여 비교 결과에 따라 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로를 선택하는 단계를 포함하고,
상기 싱크 노드까지 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지는 상기 다른 클러스터 헤드 노드가 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 전송할 때 소모되는 에너지와 다른 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 때 소모되는 에너지의 합이며,
상기 제어 메시지의 전송거리는 무선 센서 네트워크의 센서필드의 크기 이내로 제한되며,
상기 제어 메시지의 전송거리의 최소값은 상기 클러스터 헤드 노드의 개수, 상기 클러스터 헤드 노드 사이의 평균 거리, 및 상기 센서필드의 한변의 길이에 따라 결정되며,
상기 제어 메시지의 전송거리의 최대값은 상기 클러스터 헤드 노드와 상기 싱크 노드의 최대 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
Each of the cluster head nodes calculates a distance to the sink node, and transmits a control message for notifying the fact that the cluster head node is selected to a distance to the sink node according to a predetermined transmission output, ;
Each of the cluster head nodes calculating a distance to another cluster head node using the transmit power;
The energy consumed when each of the cluster head nodes directly transmits data to the sink node using the distance to the sink node and the distance to the other cluster head node and the energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node Calculating energy consumed respectively; And
The cluster head node compares energy consumed when each cluster head node directly transmits data to the sink node and energy consumed when data is transmitted to the sink node through another cluster head node, Selecting a path to be transmitted,
The energy consumed when the other cluster head node transmits data to the sink node through the other cluster head node is the sum of the energy consumed when the other cluster head node directly transmits data to the sink node and the energy consumed when the data is transmitted to another cluster head node ,
The transmission distance of the control message is limited to within the size of the sensor field of the wireless sensor network,
The minimum value of the transmission distance of the control message is determined according to the number of the cluster head nodes, the average distance between the cluster head nodes, and the length of one side of the sensor field,
Wherein the maximum value of the transmission distance of the control message is determined according to a maximum distance between the cluster head node and the sink node.
제 12 항에 있어서, 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로는 상기 싱크 노드까지 데이터를 직접 송신할 때 소모되는 에너지와 상기 싱크 노드까지 데이터를 다른 클러스터 헤드 노드를 거쳐서 전송할 때 소모되는 에너지 중 소모되는 에너지가 적은 경로인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
The method as claimed in claim 12, wherein the path for transmitting data to the sink node is one of energy consumed when the data is directly transmitted to the sink node and energy consumed when the data is transmitted to the sink node through another cluster head node Wherein the energy-based data transmission path is a path with low energy.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 12 항에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지의 거리를 상기 싱크 노드가 비콘 메시지를 송신할 때 소모되는 전송출력과, 상기 클러스터 헤드 노드가 상기 비콘 메시지를 수신할 때 소모되는 수신출력을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법.
13. The method of claim 12, wherein each of the cluster head nodes further comprises: a transmission output that is consumed when the sink node transmits a beacon message to a sink node, and a transmission output that is consumed when the cluster head node receives the beacon message Output of the energy-based data transmission method of the wireless sensor network.
제 12 항에 있어서, 상기 클러스터 헤드 노드 각각은 상기 싱크 노드까지 데이터를 송신할 경로 상에 존재하는 다른 클러스터 헤드 노드에게 멤버 노드로 가입한다는 리퀘스트 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 에너지 기반 데이터 전송 방법. 13. The method of claim 12, wherein each of the cluster head nodes further comprises transmitting a request message to join another cluster head node existing on a path for transmitting data to the sink node as a member node A method of energy based data transmission in a sensor network.
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