KR101701951B1 - Method and Apparatus for Determining Optimal Number of Clusters in Sensor Networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 클러스터 기반의 센서 네트워크에 관한 것으로, 특히 클러스터 기반의 센서 네트워크에서 최적의 클러스터 개수를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cluster-based sensor network, and more particularly, to a method and apparatus for determining the optimal number of clusters in a cluster-based sensor network.
무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network) 기술은 현재 무선 통신 기술이 비약적으로 발전하는 상황에서 광범위하게 응용되고 있다. 이 네트워크는 일반적으로 제한된 에너지를 갖는 복수의 센서 노드와 적어도 하나의 기지국으로 구성되며, 각 센서 노드는 모니터링이 필요한 구역에 랜덤으로 배치되어 자체적으로 네트워크를 형성하여 데이터를 감지하고 수집한다. 한편, 클러스터 센서 네트워크는 클러스터를 단위로 데이터를 수집하는데, 첫째로, 센서 노드를 클러스터별로 분류하고, 클러스터내의 센서 노드 중에서 클러스터 헤드 노드를 선출하여 수집된 데이터를 융합하고, 둘째로, 각 클러스터 헤드 노드가 융합된 데이터를 싱크 노드로 전송하여 데이터 수집이 진행된다. Wireless sensor network (WSN) technology has been extensively applied in the field of wireless communication technology. This network is generally composed of a plurality of sensor nodes and at least one base station with limited energy, and each sensor node is randomly arranged in the area requiring monitoring, and forms a network by itself to detect and collect data. On the other hand, the cluster sensor network collects data on a cluster basis. First, the sensor nodes are classified into clusters, cluster head nodes are selected among the sensor nodes in the cluster, and the collected data are fused. Second, The node transmits the fused data to the sink node and data collection proceeds.
클러스터 센서 네트워크에서 클러스터 개수가 너무 적으면 보다 많은 센서 노드가 데이터를 클러스터 헤드 노드로 전송하게 되어 멀티홉 네트워크 전송을 거쳐야 하므로, 네트워크의 총 홉수가 늘어나고 센서 노드의 에너지 손실이 증가하여 네트워크의 라이프 사이클이 감소한다. 반대로, 클러스터 개수가 너무 많으면 클러스터 헤드 노드의 개수도 많아지게 되고, 각 클러스터 헤드 노드는 센서 노드의 데이터를 융합 및 처리하여 싱크 노드로 전송해 주어야 하므로, 네트워크 전체 처리량이 증가하고 클러스터 헤드 노드의 에너지 손실이 증가해 이 역시 네트워크 라이프 사이클을 감소하게 한다. 따라서, 최적의 클러스터 개수를 결정하는 클러스터 개수 결정 방법 및 장치를 이용하여 센서 네트워크의 라이프 사이클을 연장하는 것에 대한 필요성이 대두되고 있다.If the number of clusters in the cluster sensor network is too small, more sensor nodes transmit data to the cluster head node, which must be transmitted through the multi-hop network. This increases the total number of hops of the network and increases the energy loss of the sensor node, . On the other hand, if the number of clusters is too large, the number of cluster head nodes also increases, and each cluster head node fuses and processes the sensor node data to transmit to the sink node, The loss increases, which also reduces the network lifecycle. Accordingly, there is a need for extending the life cycle of the sensor network using the method and apparatus for determining the number of clusters that determine the optimal number of clusters.
관련된 선행기술로는 등록특허공보 제10-2010-0047450호(발명의 명칭: 클러스터 센서 네트워크의 클러스터 구성방법 및 상기 방법이 적용된 센서 네트워크, 공개일자: 2010년 5월 10일)가 있다.Related arts are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2010-0047450 (entitled " Method for configuring a cluster of cluster sensor networks and sensor network using the method, published on May 10, 2010).
본 발명은 클러스터 기반의 센서 네트워크의 최적의 클러스터 개수를 결정하여, 센서 네트워크가 최적의 클러스터 개수로 데이터를 수집할 수 있도록 함으로써 네트워크의 지연 시간을 단축하고, 에너지 소모를 감소하며 최종적으로는 센서 네트워크의 라이프 사이클을 연장하는 것을 목적으로 한다. The present invention determines the optimal number of clusters of a cluster-based sensor network and reduces the delay time of the network and reduces energy consumption by allowing the sensor network to collect data with the optimum number of clusters, To extend the life cycle of the product.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법은 센서 네트워크의 복수의 클러스터에 속하는 복수의 센서 노드로부터 수집된 데이터를 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드를 통해 수신하는 싱크 노드가 상기 복수의 클러스터의 최적 개수를 결정하는 방법에 있어서, 상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 단계; 상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 단계; 및 상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of determining the number of clusters in a sensor network, the method comprising: receiving data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network, The method comprising the steps of: setting a number of clusters as an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated; Changing the generated number of clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And determining the number of clusters when the total number of transmission hops becomes minimum as the optimal number of clusters.
바람직하게는, 상기 변경하는 단계는 상기 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크(Back Propagation Neural Network) 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 클러스터의 개수를 변경하고, 상기 복수의 센서 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고, 상기 복수의 클러스터 헤드 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고, 상기 싱크 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응될 수 있다.Advantageously, the modifying step changes the number of the plurality of clusters based on a total number of transmission hops of the received data and a Back Propagation Neural Network algorithm, Wherein the plurality of cluster head nodes corresponds to an input layer of a radio neural network, the plurality of cluster head nodes correspond to a hidden layer existing between an input layer and an output layer of the reverse propagation neural network, and the sink node corresponds to an output layer of the back propagation neural network .
바람직하게는, 상기 제어하는 단계는 상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 단계; 상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 센서 노드를 상기 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 단계; 및 상기 선정된 복수의 후보에게 상기 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 선정된 복수의 후보 중에서 선출될 수 있다.Preferably, the controlling includes: determining a position of a cluster reference point, which is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value; Selecting the plurality of sensor nodes as candidates of the cluster head node whose distance from the plurality of cluster reference points is smaller than a value obtained by multiplying a data transmission radius of each of the sensor nodes by a predetermined number of hops; And transmitting position information of the cluster reference point to the selected plurality of candidates, wherein the cluster head node can be selected from the selected plurality of candidates.
바람직하게는, 상기 제어하는 단계는 상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 단계; 및 상기 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 상기 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 상기 복수의 센서 노드에게 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 데이터 전송 반경과 상기 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출될 수 있다.Preferably, the controlling includes: determining a position of a cluster reference point, which is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value; And transmitting information on the position information of the plurality of cluster reference points, the data transmission radius information of the sensor node, and information about a preset number of hops to the plurality of sensor nodes, Can be selected from among the candidates of the plurality of cluster head nodes that are smaller than the data transfer radius multiplied by the predetermined number of hops.
바람직하게는, 상기 전송된 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 상기 클러스터기준점으로부터 상기 복수의 후보까지의 거리가 상기 복수의 후보 간에 전파될 때, 상기 클러스터 헤드 노드로서 상기 거리가 가장 가까운 후보가 선출될 수 있다.Preferably, when the distance from the cluster reference point calculated using the position information of the transmitted cluster reference point to the plurality of candidates is propagated among the plurality of candidates, the closest candidate as the cluster head node Can be elected.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터는 상기 복수의 클러스터 각각의 상기 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 상기 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 상기 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 상기 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 상기 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성될 수 있다.Preferably, the plurality of clusters include identification information, positional information, and positional information of cluster head nodes of each of the plurality of clusters received from each of the plurality of sensor nodes within a predetermined distance from the cluster head node of each of the plurality of clusters, The plurality of sensor nodes may be generated by joining each of the plurality of sensor nodes to a cluster including a cluster head node corresponding to the head node information having the smallest number of hops in the data path among the head node information including the hop number information of the data path to the sink node have.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 단계는 상기 복수의 클러스터기준점 또는 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step of setting the number of clusters to an initial value may include setting the number of cluster reference points or the number of cluster head nodes to an initial value.
바람직하게는, 상기 클러스터 개수의 변경에 대응하여 상기 총 전송 홉수가 변경될 때, 상기 변경하는 단계는 상기 클러스터 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서, 상기 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 상기 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 상기 총 전송 홉수를 상기 총 전송 홉수의 최소값으로 발견할 수 있다.Preferably, when the total number of transmission hops is changed corresponding to the change in the number of clusters, the changing step increases or decreases the number of clusters by a predetermined threshold unit, and when the total number of transmission hops decreases and increases , The total number of transmission hops immediately before the total number of transmission hops is increased can be found as the minimum value of the total transmission hops.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우, 상기 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 상기 클러스터별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 상기 센서 노드가 상기 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체될 수 있다.Preferably, when any of the plurality of cluster head nodes does not operate, the sensor node closest to the cluster reference point, which is the cluster specific reference point, except for the non-operating cluster head node, And can be replaced with the new cluster head node.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치는 센서 네트워크의 복수의 클러스터에 속하는 복수의 센서 노드로부터 수집된 데이터를 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드를 통해 수신하는 싱크 노드에 탑재된 상기 복수의 클러스터의 최적 개수를 결정하는 장치에 있어서, 상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 제어부; 상기 복수의 클러스터로부터 데이터를 수신하는 수신부; 상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 변경부; 및 상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 결정부;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for determining the number of clusters in a sensor network, the apparatus comprising: a sink node for receiving data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network through cluster head nodes of the plurality of clusters; An apparatus for determining an optimum number of the plurality of clusters mounted on a node, the apparatus comprising: a control unit for setting the number of clusters to an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated; A receiving unit for receiving data from the plurality of clusters; A changing unit changing the number of generated clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And a determination unit for determining the number of clusters when the total number of transmission hops becomes the smallest as the optimum number of clusters.
바람직하게는, 상기 변경부는 상기 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 클러스터의 개수를 변경하고, 상기 복수의 센서 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고, 상기 복수의 클러스터 헤드 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고, 상기 싱크 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응될 수 있다.Preferably, the modifying unit changes the number of the plurality of clusters based on the total number of transmission hops of the received data and the back propagation neural network algorithm, and the plurality of sensor nodes correspond to the input layer of the back propagation neural network Wherein the plurality of cluster head nodes corresponds to a hidden layer existing between the input layer and the output layer of the back propagation neural network and the sink node can correspond to the output layer of the back propagation neural network.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부; 상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 센서 노드를 상기 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 후보선정부; 및 상기 선정된 복수의 후보에게 상기 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 전송부;를 포함하고, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 선정된 복수의 후보 중에서 선출될 수 있다.Preferably, the controller includes: a position determining unit for determining a position of a cluster reference point, which is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value; A candidate selecting unit for selecting the plurality of sensor nodes as candidates of the cluster head node whose distance from the plurality of cluster reference points is smaller than a value obtained by multiplying a data transmission radius of each of the sensor nodes by a predetermined number of hops; And a transmission unit for transmitting the position information of the cluster reference point to the selected plurality of candidates, wherein the cluster head node can be selected from among the selected plurality of candidates.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부; 및 상기 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 상기 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 상기 복수의 센서 노드에게 전송하는 전송부;를 포함하고, 상기 클러스터 헤드 노드는 상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 데이터 전송 반경과 상기 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출될 수 있다.Preferably, the controller includes: a position determining unit for determining a position of a cluster reference point, which is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value; And a transmission unit transmitting information on the position information of the plurality of cluster reference points, the data transmission radius information of the sensor node, and information on a predetermined number of hops to the plurality of sensor nodes, The distance from the reference point may be selected from the candidates of the plurality of cluster head nodes that are smaller than the data transmission radius multiplied by the predetermined number of hops.
바람직하게는, 상기 전송된 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 상기 클러스터기준점으로부터 상기 복수의 후보까지의 거리가 상기 복수의 후보 간에 전파될 때, 상기 클러스터 헤드 노드로서 상기 거리가 가장 가까운 후보가 선출될 수 있다.Preferably, when the distance from the cluster reference point calculated using the position information of the transmitted cluster reference point to the plurality of candidates is propagated among the plurality of candidates, the closest candidate as the cluster head node Can be elected.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터는 상기 복수의 클러스터 각각의 상기 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 상기 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 상기 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 상기 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 상기 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성될 수 있다.Preferably, the plurality of clusters include identification information, positional information, and positional information of cluster head nodes of each of the plurality of clusters received from each of the plurality of sensor nodes within a predetermined distance from the cluster head node of each of the plurality of clusters, The plurality of sensor nodes may be generated by joining each of the plurality of sensor nodes to a cluster including a cluster head node corresponding to the head node information having the smallest number of hops in the data path among the head node information including the hop number information of the data path to the sink node have.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 상기 제어부가 상기 복수의 클러스터기준점 또는 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 더 설정할 수 있다.Preferably, the controller that sets the number of clusters as an initial value may further set the number of cluster reference points or the number of cluster head nodes as an initial value.
바람직하게는, 상기 클러스터 개수의 변경에 대응하여 상기 총 전송 홉수가 변경될 때, 상기 변경부는 상기 클러스터 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서, 상기 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 상기 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 상기 총 전송 홉수를 상기 총 전송 홉수의 최소값으로 발견할 수 있다.Preferably, when the total number of transmission hops is changed corresponding to the change in the number of clusters, the changing unit increases or decreases the number of clusters by a predetermined threshold unit, and when the total number of transmission hops decreases and increases, The total number of transmission hops immediately before the total number of transmission hops is increased can be found as the minimum value of the total transmission hops.
바람직하게는, 상기 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우, 상기 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 상기 클러스터별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 상기 센서 노드가 상기 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체될 수 있다.Preferably, when any of the plurality of cluster head nodes does not operate, the sensor node closest to the cluster reference point, which is the cluster specific reference point, except for the non-operating cluster head node, And can be replaced with the new cluster head node.
본 발명은 센서 네트워크가 최적의 클러스터 개수로 데이터를 수집하도록 하여 센서 네트워크의 에너지 소모를 줄이고, 라이프 사이클을 연장하는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the energy consumption of the sensor network and extending the life cycle by allowing the sensor network to collect data with the optimal number of clusters.
또한, 본 발명은 센서 네트워크의 클러스터 개수를 최적화하여 센서 노드를 포함한 전체 센서 네트워크의 총 전송 홉수를 감소시켜 센서 네트워크 전체의 지연 시간을 단축시키는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of reducing the total delay time of the sensor network by reducing the total number of transmission hops of the entire sensor network including the sensor node by optimizing the number of clusters of the sensor network.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터를 생성하도록 제어하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 센서 네트워크의 구조 및 클러스터의 생성 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 센서 네트워크를 역 전파 신경네트워크에 대응시켜 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 센서 네트워크에서의 클러스터 개수의 변경에 따라 총 전송 홉수가 변경되는 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of determining a number of clusters in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of controlling a cluster number determination apparatus according to an embodiment of the present invention to generate a cluster.
3 to 5 are diagrams illustrating a structure of a sensor network and a process of generating a cluster.
6 is a diagram illustrating a sensor network in correspondence with a back propagation neural network.
7 is a graph showing a total transmission hop count is changed according to a change in the number of clusters in the sensor network.
8 is a diagram for explaining an apparatus for determining the number of clusters in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of determining a number of clusters in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
단계 110에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 복수의 클러스터가 생성되도록 제어한다.In step 110, the cluster number determination apparatus sets the number of clusters to an initial value, and controls so that a plurality of clusters are generated.
예컨대, 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터의 개수를 미리 결정된 초기값 또는 센서 노드의 개수와 연동되어 결정되는 초기값으로 설정하고, 이렇게 설정된 초기값에 대응되는 개수의 클러스터가 생성되도록 센서 네트워크를 제어할 수 있다.For example, the number-of-clusters determination apparatus may set the number of clusters to a predetermined initial value or an initial value determined in cooperation with the number of sensor nodes, and may control the sensor network so as to generate a number of clusters corresponding to the initial value have.
즉, 클러스터 개수의 초기값이 센서 노드의 개수와 연동되는 경우 센서 노드의 총 개수가 n이면, n/12로 설정될 수 있다. 만일, 센서 노드의 총 개수가 60개라면 클러스터 개수의 초기값은 60/12인 5가 되는 것이다.That is, if the initial value of the number of clusters is interlocked with the number of sensor nodes, n / 12 can be set if the total number of sensor nodes is n. If the total number of sensor nodes is 60, then the initial value of cluster number is 5, which is 60/12.
다른 실시예에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 단계는 복수의 클러스터기준점 또는 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In another embodiment, the step of the cluster number determination device setting the number of clusters to an initial value may include setting the number of cluster reference points or the number of cluster head nodes to an initial value.
즉, 하나의 클러스터는 하나의 클러스터기준점과 하나의 클러스터 헤드 노드를 포함한다. 따라서, 센서 네트워크의 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 단계는 결국 클러스터기준점 또는 클러스터 헤드 노드의 개수를 복수의 초기값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.That is, one cluster includes one cluster reference point and one cluster head node. Accordingly, the step of setting the number of clusters of the sensor network to an initial value may include setting the number of cluster reference points or cluster head nodes to a plurality of initial values.
여기서, 클러스터 개수 결정 장치는 센서 네트워크의 복수의 센서 노드로부터 클러스터 헤드 노드를 통해 데이터를 수신하는 싱크 노드에 탑재될 수 있다.Here, the cluster number determination apparatus may be mounted on a sink node receiving data from a plurality of sensor nodes of the sensor network through the cluster head node.
한편, 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터를 생성하도록 제어하는 구체적인 과정에 대한 설명은 도 2 대한 내용에서 자세히 후술한다.A specific procedure for controlling the cluster number determination apparatus to generate a cluster will be described later in detail with reference to FIG.
단계 120에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경한다.In step 120, the number-of-clusters determination unit changes the number of generated clusters a plurality of times until it finds the minimum value of the total number of transmission hops of the total data received from the plurality of clusters.
여기서, 클러스터의 개수와 총 전송 홉수는 클러스터의 개수가 변경되는 경우 이에 대응하여 싱크 노드가 복수의 클러스터로부터 수신하는 데이터의 총 전송 홉수도 변경되는 관계에 있다.Here, the number of clusters and the total number of transmission hops are in a relationship that, when the number of clusters is changed, the total number of transmission hops of data received from the plurality of clusters is changed by the sink node.
따라서, 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터 개수를 여러 차례에 걸쳐 변경하면서, 이에 대응하는 총 전송 홉수에 대한 데이터를 수집하고, 그 중에서 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 수 있다.Therefore, while the number-of-clusters determination apparatus changes the number of clusters several times, it collects data on the total number of transmission hops corresponding thereto, and finds the minimum value of the total number of transmission hops among them.
이때, 클러스터의 개수를 변경해가면서 총 전송 홉수의 데이터를 수집하여 최소값을 발견하는 과정은, 정해진 시간 내지 기간 동안 실재하는 센서 네트워크를 통하여 이루어질 수도 있으며, 혹은 센서 네트워크에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 등의 방법을 이용하여 이루어질 수도 있을 것이다.In this case, the process of collecting the data of the total transmission hops and finding the minimum value while changing the number of clusters may be performed through the existing sensor network for a predetermined time or period, or may be performed by a method such as computer simulation on the sensor network .
다른 실시예에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크(Back Propagation Neural Network) 알고리즘에 기초하여 복수의 클러스터의 개수를 변경할 수 있으며, 이때, 센서 네트워크의 복수의 센서 노드는 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고, 센서 네트워크의 복수의 클러스터 헤드 노드는 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고, 센서 네트워크의 싱크 노드는 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응될 수 있다.In another embodiment, the cluster number determination device may change the number of the plurality of clusters based on the total number of transmission hops of the received data and the Back Propagation Neural Network algorithm, A node corresponds to an input layer of a back propagation neural network, a plurality of cluster head nodes of a sensor network correspond to a hidden layer existing between an input layer and an output layer of a back propagation neural network, It can correspond to the output layer of the network.
여기서, 역 전파 신경네트워크는 동일한 입력에 대하여 원하는 값이 출력되도록 네트워크를 조정해 나가는 학습 기법을 가지고 있는 인공 신경네트워크를 의미한다. 또한, 신경네트워크 알고리즘 모형은 일반적으로 입력층, 은닉층(숨겨진층) 및 출력층으로 구성된다.Here, the back propagation neural network means an artificial neural network having a learning technique for adjusting the network so that a desired value is output for the same input. In addition, the neural network algorithm model generally consists of an input layer, a hidden layer (hidden layer), and an output layer.
본 발명과 관련하여 설명하면, 클러스터 개수 결정 장치가 동일한 입력(센서 노드가 수집하는 데이터)에 대하여 원하는 값이 출력(최소의 총 전송 홉수)되도록 네트워크를 조정(클러스터 개수를 변경하고 생성토록 제어)하는 것으로 이해할 수 있다.The present invention will be described with reference to the present invention. The cluster number determination apparatus adjusts the network so that a desired value is output (minimum total number of transmission hops) to the same input (data collected by the sensor node) .
따라서, 도 6에 도시된 것과 같이 센서 노드(x1, x2, …, xn)는 입력층, 클러스터 헤드 노드는 은닉층(숨겨진층), 싱크 노드(sink)는 출력층에 각각 대응되는 것으로 해석할 수 있다.6, it can be interpreted that the sensor nodes x1, x2, ..., xn correspond to the input layer, the cluster head node corresponds to the hidden layer (hidden layer), and the sink node corresponds to the output layer .
또 다른 실시예에서는, 클러스터 개수의 변경에 대응하여 총 전송 홉수가 변경될 때, 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서, 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 총 전송 홉수를 총 전송 홉수의 최소값으로 발견할 수 있다.In another embodiment, when the total number of transmission hops is changed in response to a change in the number of clusters, when the total number of transmission hops decreases while the number of clusters determining apparatus increases or decreases the number of clusters by a predetermined threshold unit, The total number of transmission hops immediately before the increase in the number of transmission hops can be found as the minimum value of the total transmission hops.
즉, 클러스터의 개수를 증가 혹은 감소시켜 변경시켜나가면, 그에 대응하여 데이터의 총 전송 홉수도 변경된다. 이를 클러스터의 개수에 대한 총 전송 홉수의 함수로 해석하면, 도 7에서 볼 수 있듯이 총 전송 홉수는 극소값을 갖는 형태의 그래프로 나타낼 수 있다.That is, if the number of clusters is increased or decreased, the total number of transmission hops of the data is changed correspondingly. As shown in FIG. 7, the total number of transmission hops can be represented as a graph having a minimum value by interpreting the total number of transmission hops as a function of the total number of transmission hops for the number of clusters.
따라서, 클러스터의 개수를 증가 혹은 감소시키면서 총 전송 홉수의 값이 감소하다가 증가하는 시점을 발견하면, 이 증가하기 직전의 총 전송 홉수를 최소값으로 발견할 수 있는 것이다.Therefore, if the total transmission hop count is decreased while increasing or decreasing the number of clusters, the total transmission hop count immediately before the increase is found as the minimum value.
이때, 소정의 임계치 값이 상대적으로 큰 값인 경우(예, 10)에는 클러스터 개수의 변경이 역시 상대적으로 큰 단위로 이루어져 적은 횟수의 변경만으로도 총 전송 홉수의 최소값을 찾을 수 있는 장점이 있겠지만, 이렇게 찾아진 총 전송 홉수의 최소값은 총 전송 홉수의 실제의 최소값과 어느 정도 차이가 있을 가능성이 높을 것이다.In this case, when the predetermined threshold value is a relatively large value (e.g., 10), the change in the number of clusters is also made in a relatively large unit, so that it is possible to find the minimum value of the total number of transmission hops only by changing a small number of times. The minimum value of the total transmission hops will likely be somewhat different from the actual minimum of the total transmission hops.
반대로, 소정의 임계치 값이 상대적으로 작은 값이 경우(예, 2)에는 총 전송 홉수의 최소값을 찾기 위해 많은 횟수의 클러스터 개수의 변경이 필요하겠지만, 총 전송 홉수의 실제의 최소값에 보다 가까운 최소값을 찾을 가능성이 높을 것이다.On the contrary, when the predetermined threshold value is a relatively small value (for example, 2), it is necessary to change the number of clusters a large number of times in order to find the minimum value of the total number of transmission hops, but the minimum value closer to the actual minimum value of the total transmission hops It is likely to be found.
따라서, 위에서 언급한 소정의 임계치를 큰 값으로 설정하여 클러스터 개수의 적은 횟수의 변경만으로 총 전송 홉수의 1차 최소값을 발견하고, 소정의 임계치를 작은 값으로 변경한 뒤 발견된 총 전송 홉수에 대응되는 클러스터 개수 주위에서 총 전송 홉수의 최종적인 최소값을 발견하는 방법을 택하는 것도 고려할 수 있을 것이다.Accordingly, by setting the predetermined threshold value to a large value, the first minimum value of the total number of transmission hops is found only by changing the number of times of the small number of clusters, the predetermined threshold value is changed to a small value, It is possible to consider a method of finding the final minimum value of the total number of transmission hops around the number of clusters.
마지막으로 단계 130에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 클러스터 개수를 최적의 클러스터 개수로 결정한다.Finally, in step 130, the number-of-clusters determination unit determines the number of clusters when the total number of transmission hops becomes the minimum as the optimal number of clusters.
즉, 단계 120에서 클러스터 개수 결정 장치가 총 전송 홉수의 최소값을 발견하고 그 최소값에 대응되는 클러스터 개수를 알아낸 뒤에, 그 클러스터 개수를 센서 네트워크의 최적의 클러스터 개수로 결정할 수 있다.That is, in step 120, after the cluster number determination device finds the minimum value of the total transmission hops and finds the number of clusters corresponding to the minimum value, the number of clusters can be determined as the optimum number of clusters of the sensor network.
다른 실시예에서는, 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우, 그 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 클러스터별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 센서 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체될 수 있다.In another embodiment, when a cluster head node of any one of a plurality of cluster head nodes does not operate, the sensor node having the closest distance from the cluster reference point, Can be replaced as a head node.
예컨대, 특정한 클러스터 헤드 노드가 더 이상 동작하지 않게 되는 경우, 그 클러스터 헤드 노드를 통해 수집한 데이터를 싱크 노드에게 전송하는 복수의 센서 노드는 더 이상 싱크 노드에게 데이터를 전송할 수 없게 되어 센서 네트워크의 운영에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제의 발생을 막기 위하여 클러스터 개수 결정 장치는 특정한 클러스터 헤드 노드가 더 이상 동작하지 않는 경우 이를 해결해야 할 필요가 있다.For example, when a specific cluster head node is no longer operating, a plurality of sensor nodes transmitting data collected through the cluster head node to the sink node can no longer transmit data to the sink node, A problem may arise. Therefore, in order to prevent the occurrence of such a problem, the cluster number determination apparatus needs to solve the problem when a particular cluster head node no longer operates.
이를 위해, 클러스터 개수 결정 장치가 주기적으로 혹은 필요에 따라 각 클러스터 헤드 노드의 상태를 모니터링할 수 있다. 즉, 클러스터 개수 결정 장치가 각 클러스터 헤드 노드로부터 동작상태를 나타내는 생존신호를 수신할 수 있다.To this end, the cluster number determination device may monitor the status of each cluster head node periodically or as needed. That is, the cluster number determination apparatus can receive the survival signal indicating the operation state from each cluster head node.
그 결과, 특정한 클러스터 헤드 노드로부터 더 이상 생존신호가 클러스터 개수 결정 장치에게 전송되지 않으면, 클러스터 개수 결정 장치는 해당 클러스터 헤드 노드가 더 이상 동작하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 클러스터 개수 결정 장치가 그 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고, 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 센서 노드에게 새로운 클러스터 헤드 노드가 되도록 요청할 수 있다. As a result, if no survival signal is transmitted from the specific cluster head node to the cluster number determination apparatus, the cluster number determination apparatus can determine that the corresponding cluster head node is no longer operating. The cluster number determination apparatus can request the sensor node having the closest distance from the cluster reference point to become a new cluster head node, except for the cluster head node in which the cluster number determination apparatus does not operate.
그러면, 그 가장 가까운 센서 노드는 동일한 클러스터에 속한 복수의 센서 노드에게 자신이 새로운 클러스터 헤드 노드로 선정되었음을 알리고, 새롭게 클러스터가 구성되도록 하여 클러스터 헤드 노드로 동작을 시작할 수 있다.Then, the nearest sensor node notifies a plurality of sensor nodes belonging to the same cluster that the sensor node is selected as a new cluster head node, and can start operation as a cluster head node by newly configuring the cluster.
이와 같이, 수집되는 데이터의 총 전송 홉수가 최소가 되는 최적의 클러스터 개수를 가진 센서 네트워크를 통해 데이터를 수집하도록 함으로써 각 노드들의 총 에너지 소모를 줄여 결과적으로 센서 네트워크 전체의 라이프 사이클을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.Thus, by collecting data through a sensor network having the optimal number of clusters with a minimum total number of transmission hops, the total energy consumption of each node can be reduced, thereby extending the life cycle of the entire sensor network Can be obtained.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 개수 결정 장치가 클러스터를 생성하도록 제어하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of controlling a cluster number determination apparatus according to an embodiment of the present invention to generate a cluster.
단계 210에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정한다.In step 210, the cluster number determination apparatus determines the position of the cluster reference point, which is the reference point of each cluster corresponding to the number of clusters set to the initial value.
예컨대, 클러스터 개수 결정 장치는 클러스터 개수가 n개로 설정되었다면, 그에 대응되는 n개의 클러스터기준점의 위치를 결정하게 된다. 이때, 클러스터기준점의 위치는 각 클러스터의 지리적인 위치에 기초하여 결정될 수 있다.For example, if the number of clusters is set to n, the number of clusters determining apparatus determines the position of n cluster reference points corresponding thereto. At this time, the position of the cluster reference point can be determined based on the geographical position of each cluster.
도 3에 도시된 것과 같이, 클러스터 개수가 4개로 설정된 경우 그에 대응되도록 클러스터기준점의 개수를 4개로 결정하고 및 각 클러스터기준점의 위치를 결정할 수 있다. 이때, 클러스터기준점은 직접 데이터를 수신하거나 전송하는 노드가 아니라 클러스터 헤드 노드를 선정하기 위한 기준 위치에 불과하므로, 센서 노드의 위치 중 하나로 결정될 필요는 없다.As shown in FIG. 3, when the number of clusters is set to four, the number of cluster reference points may be determined to be four and the position of each cluster reference point may be determined. At this time, the cluster reference point is not a node that directly receives or transmits data, but is only a reference position for selecting a cluster head node, so it need not be determined as one of the positions of the sensor nodes.
다만, 전체 센서 노드의 분포 등을 고려하여 클러스터기준점의 위치를 결정하는 것이 보다 효율적인 센서 네트워크의 구성을 위해 필요할 것이다.However, it is necessary to determine the position of the cluster reference point considering the distribution of the entire sensor nodes, for the more efficient configuration of the sensor network.
단계 220에서는, 클러스터 개수 결정 장치가 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 복수의 센서 노드에게 전송한다.In step 220, the cluster number determination apparatus transmits information on the position information of the plurality of cluster reference points, the data transfer radius information of the sensor node, and information on the predetermined number of hops to the plurality of sensor nodes.
즉, 클러스터 헤드 노드를 선출하기 위한 과정으로써, 클러스터 헤드 노드의 후보를 선정하기 위하여 각 센서 노드들에게 클러스터기준점의 위치 정보, 데이터 전송 반경 정보, 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 전송하는 것이다.That is, as a process for selecting a cluster head node, information on the position information of the cluster reference point, the data transmission radius information, and the preset number of hops are transmitted to each sensor node in order to select a candidate of the cluster head node.
여기서, 클러스터기준점의 위치 정보는 단계 210에서 결정된 위치를 의미하며, 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보는 센서 노드가 데이터를 전송하여 도달할 수 있는 거리에 대한 정보이다. Here, the position information of the cluster reference point means the position determined in step 210, and the data transmission radius information of the sensor node is information on the distance that the sensor node can reach by transmitting data.
또한, 미리 설정된 홉수는 원래 데이터가 전송되기 위해 거치는 노드의 총 수를 의미하나, 여기서는 문자 그대로의 홉수를 의미하는 것이 아니라, 클러스트 헤드 노드의 후보로 선정되는 센서 노드의 범위(즉, 개수)를 조절하기 위한 변수로써 사용된다. 예컨대, 미리 설정된 홉수가 ‘1’이라면, 이는 클러스터기준점으로부터 센서 노드의 데이터 전송 반경 내에 위치한 센서 노드들이 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정되도록 하기 위함일 수 있다. 또한, 이 값은 네트워크의 상황에 따라서, 즉, 센서 노드의 총 개수, 분포, 밀도 등을 고려하여 결정될 수 있을 것이다.In addition, the predetermined number of hops means the total number of nodes to which the original data is transmitted. In this case, it does not mean literally the number of hops, but refers to the range (i.e., number) of sensor nodes selected as candidates of the cluster head node It is used as a parameter to control. For example, if the preset number of hops is '1', it may be that the sensor nodes located within the data transmission radius of the sensor node from the cluster reference point are selected as candidates of the cluster head node. In addition, this value may be determined in consideration of the situation of the network, that is, the total number, distribution and density of the sensor nodes.
이때, 데이터의 전송은 클러스터 개수 결정 장치가 직접 모든 센서 노드에게 브로드캐스트 하거나 일대일 연결을 통해 전송을 할 수 있으며, 혹은 클러스터 개수 결정 장치가 인접한 일부의 센서 노드들에게 데이터를 전송하고, 해당 센서 노드들이 계속하여 인접한 센서 노드들에게 데이터를 전파하는 형태로 전송을 할 수도 있다.At this time, the data transmission can be performed by the cluster number determination device directly to all the sensor nodes or through the one-to-one connection, or the cluster number determination device transmits data to the adjacent sensor nodes, May continue to transmit data in the form of propagating data to adjacent sensor nodes.
다른 실시예에서는, 클러스터 헤드 노드는 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 데이터 전송 반경(r)과 미리 설정된 홉수(H)를 곱한 값(H*r)보다 작은 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출될 수 있다.In another embodiment, the cluster head node may be selected from among a plurality of cluster head node candidates whose distance from a plurality of cluster reference points is less than a value (H * r) multiplied by a predetermined number of hops (H) with a data transmission radius r .
즉, 각 클러스터기준점으로부터 센서 노드까지의 거리가 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 센서 노드는 모두 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정되며, 이 후보들 중의 하나가 최종적으로 클러스터 헤드 노드로 선출될 수 있다.That is, all of the sensor nodes whose distance from each cluster reference point to the sensor node is less than the product of the data transmission radius multiplied by the predetermined number of hops are all selected as candidates of the cluster head node, and one of these candidates is finally selected as the cluster head node .
이때, 각 센서 노드는 설치 시에 이미 위치가 입력되어 자신의 위치를 알 수 있거나 혹은 GPS 등의 장비를 이용하여 위치를 알아낼 수도 있을 것이다.At this time, each sensor node may know the position of the sensor node at the time of installation, and may find out its position using a GPS or the like.
또 다른 실시예에서는, 클러스터 개수 결정 장치로부터 복수의 센서노드에게 전송된 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 클러스터기준점으로부터 복수의 후보까지의 거리가 복수의 후보 간에 전파될 때, 클러스터 헤드 노드로서 거리가 가장 가까운 후보가 선출될 수 있다.In another embodiment, when a distance from a cluster reference point calculated using position information of a cluster reference point transmitted from a cluster number determination device to a plurality of sensor nodes is propagated among a plurality of candidates, Candidates with the closest distance can be elected.
예컨대, 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정된 센서 노드들은 모두 자신으로부터 클러스터기준점까지의 거리를 계산하고, 데이터 전송 반경 이내의 후보들간에 이를 서로 전송한다. 그 결과, 클러스터기준점까지의 거리가 가장 가까운 후보가 클러스터 헤드 노드로 선출될 수 있다.For example, all the sensor nodes selected as candidates for the cluster head node calculate the distance from themselves to the cluster reference point and transmit them to each other within the data transmission radius. As a result, the candidate closest to the cluster reference point can be selected as the cluster head node.
또 다른 실시예에서는, 복수의 클러스터는 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성될 수 있다.In another embodiment, the plurality of clusters may include identification information of the cluster head node of each of the plurality of clusters received from each of the plurality of sensor nodes within a predetermined distance from the cluster head node of each of the plurality of clusters, A plurality of sensor nodes may be added to a cluster including a cluster head node corresponding to the head node information having the smallest number of hops in the data path among the head node information including the hop count information of the data path.
예컨대, 클러스터 헤드 노드가 일단 선정이 되면, 그 클러스터 헤드 노드는 헤드노드정보를 수신하지 못하는 센서 노드가 없도록 설정된 소정의 거리 내의 센서 노드에게 헤드노드정보를 전송한다.For example, once a cluster head node is selected, the cluster head node transmits head node information to a sensor node within a predetermined distance set so that no sensor node does not receive head node information.
그러면, 역으로 센서 노드에게 인근의 클러스터 헤드 노드로부터 적어도 하나의 헤드노드정보가 전송될 것이다. 이때, 센서 노드는 수신한 적어도 하나의 헤드노드정보 중에서 클러스터 헤드 노드로부터 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수가 가장 작은 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에, 식별정보와 위치정보를 이용하여 가입할 수 있다.Conversely, at least one head node information will be transmitted to the sensor node from the nearby cluster head node. At this time, among the received at least one head node information, the sensor node can subscribe to the cluster including the cluster head node having the smallest hop count in the data path from the cluster head node to the sink node using the identification information and the location information .
여기서, 센서 노드가 데이터경로의 홉수가 가장 작은 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 가입하는 이유는 전체 센서 네트워크의 총 전송 홉수를 줄이기 위함이다.Here, the reason why the sensor node joins the cluster including the cluster head node having the smallest hop count in the data path is to reduce the total number of transmission hops of the entire sensor network.
도 4에 도시된 것과 같이, 도 3의 도면으로부터 총 4개의 클러스터 헤드 노드가 센서 노드 중에서 결정되고 그 인근의 센서 노드들이 클러스터 헤드 노드를 선택하여, 클러스터에 가입할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 것과 같이, 클러스터 개수(즉, 클러스터기준점 및 클러스터 헤드 노드의 개수)를 4개에서 5개로 변경할 경우, 새로운 클러스터 5개가 생성될 수 있다.As shown in FIG. 4, from the view of FIG. 3, a total of four cluster head nodes are determined among the sensor nodes, and the neighboring sensor nodes select the cluster head node to join the cluster. Further, as shown in Fig. 5, when changing the number of clusters (i.e., the number of cluster reference points and the number of cluster head nodes) from four to five, five new clusters can be created.
또 다른 실시예에서는, 단계 220을 대신하여 클러스터 개수 결정 장치가 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 복수의 센서 노드를 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 단계 및 선정된 복수의 후보에게 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 단계를 수행할 수 있다.In another embodiment, in place of step 220, the cluster number determination apparatus may be configured such that a plurality of sensor nodes having a distance from a plurality of cluster reference points smaller than a value obtained by multiplying a data transmission radius of each of the sensor nodes by a predetermined number of hops, And transmitting the position information of the cluster reference point to the plurality of candidates selected.
예컨대, 클러스터 개수 결정 장치가 필요에 따라서는 직접 각 센서 노드와 각 클러스터 기준점까지의 거리를 계산하여, 그 거리가 데이터 전송 반경(r)과 미리 설정된 홉수(H)를 곱한 값(H*r)보다 작은 경우 그 센서 노드를 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하고, 그 선정된 후보들에게 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하여 그 후보들 중 클러스터 헤드 노드가 선출되도록 할 수도 있을 것이다. 다만, 이 경우에 클러스터 개수 결정 장치는 각 센서 노드로부터 위치 정보를 수신하여 저장하고 있어야 할 것이다.For example, the cluster number determination apparatus may calculate the distance directly to each sensor node and each cluster reference point, if necessary, and calculate the distance H * r by multiplying the data transmission radius r by a predetermined number of hops H, The sensor node may be selected as a candidate of the cluster head node, and the position information of the cluster reference point may be transmitted to the selected candidates so that the cluster head node among the candidates may be selected. However, in this case, the cluster number determination apparatus should receive and store location information from each sensor node.
이와 같이, 각 센서 노드들이 클러스터 헤드 노드로부터 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수가 최소화되도록 클러스터를 구성함으로써, 센서 네트워크 전체의 지연 시간을 줄이는 효과가 있으며, 또한 데이터 전송에 이용되는 센서 노드들의 에너지를 절약하여 센서 네트워크의 라이프 사이클을 연장하는 효과가 있다.Thus, by configuring the clusters such that each sensor node minimizes the number of hops in the data path from the cluster head node to the sink node, the delay time of the entire sensor network is reduced, and the energy of the sensor nodes used for data transmission is reduced And the life cycle of the sensor network is extended.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.8 is a diagram for explaining an apparatus for determining the number of clusters in a sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치(810)는 제어부(812), 수신부(814), 변경부(816) 및 결정부(818)를 포함한다. 이때, 클러스터 개수 결정 장치(810)는 싱크 노드에 탑재될 수 있다. 8, a cluster
제어부(812)는 복수의 클러스터(820) 개수를 초기값으로 설정하고, 복수의 클러스터(820)가 생성되도록 제어한다.The
다른 실시예에서는, 제어부(812)가 초기값으로 설정된 복수의 클러스터(820) 개수에 대응되는 각각의 클러스터(820)의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부(미도시), 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 복수의 센서 노드를 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 후보선정부(미도시) 및 선정된 복수의 후보에게 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 전송부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이때 클러스터 헤드 노드는 선정된 복수의 후보 중에서 선출될 수 있다.In another embodiment, the
또 다른 실시예에서는, 제어부(812)는 초기값으로 설정된 복수의 클러스터(820) 개수에 대응되는 각각의 클러스터(820)의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부(미도시) 및 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 복수의 센서 노드에게 전송하는 전송부(미도시)를 포함할 수 있으며, 클러스터 헤드 노드는 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출될 수 있다.In another embodiment, the
또 다른 실시예에서는, 전송부(미도시)가 전송한 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 클러스터기준점으로부터 복수의 후보까지의 거리가 그 복수의 후보 간에 전파될 때, 클러스터 헤드 노드로서 그 계산된 거리가 가장 가까운 후보가 선출될 수 있다.In another embodiment, when the distance from the cluster reference point calculated using the position information of the cluster reference point transmitted by the transmitting unit (not shown) to a plurality of candidates is propagated among the plurality of candidates, Candidates with the closest distance can be elected.
또 다른 실시예에서는, 복수의 클러스터(820)는 복수의 클러스터(820) 각각의 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 복수의 클러스터(820) 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터(820)에 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성될 수 있다.In yet another embodiment, a plurality of
또 다른 실시예에서는, 복수의 클러스터(820) 개수를 초기값으로 설정하는 제어부(812)가 복수의 클러스터기준점 또는 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 더 설정할 수 있다.In another embodiment, the
수신부(814)는 복수의 클러스터(820)로부터 데이터를 수신한다.The receiving
변경부(816)는 복수의 클러스터(820)로부터 수신부(814)를 통해 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 생성된 클러스터(820) 개수를 제어부(812)를 이용하여 복수회에 걸쳐 변경한다.The changing
다른 실시예에서는, 변경부(816)는 수신부(814)를 통해 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크 알고리즘에 기초하여 복수의 클러스터(820)의 개수를 변경하고, 복수의 센서 노드는 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고, 복수의 클러스터 헤드 노드는 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고, 싱크 노드는 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응될 수 있다.In another embodiment, the changing
또 다른 실시예에서는, 제어부(812)를 통한 클러스터(820) 개수의 변경에 대응하여 수신부(814)를 통해 수신된 데이터의 총 전송 홉수가 변경될 때, 변경부(816)는 클러스터(820) 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서, 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 총 전송 홉수를 총 전송 홉수의 최소값으로 발견할 수 있다.In another embodiment, when the total number of transmission hops of data received via the
마지막으로 결정부(818)는 수신부(814)를 통해 수신된 데이터의 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 클러스터(820) 개수를 변경부(816)로부터 전송 받아 최적의 클러스터(820) 개수로 결정한다.Finally, the
또 다른 실시예에서는, 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우, 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 클러스터(820)별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 센서 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체될 수 있다.In another embodiment, when any of the cluster head nodes of the plurality of cluster head nodes does not operate, the sensor node (s) closest to the cluster reference point, which is a reference point for each
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.The above-described embodiments of the present invention can be embodied in a general-purpose digital computer that can be embodied as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 를 포함한다.The computer readable recording medium includes a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD ROM, DVD, etc.).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (18)
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 단계;
상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 단계; 및
상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 단계;
를 포함하고,
상기 제어하는 단계는
상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 단계;
상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 센서 노드를 상기 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 단계; 및
상기 선정된 복수의 후보에게 상기 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 단계;
를 포함하고,
상기 클러스터 헤드 노드는
상기 선정된 복수의 후보 중에서 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법. CLAIMS 1. A method for determining an optimum number of clusters of a plurality of clusters in a sensor network, the method comprising the steps of: receiving, by a sink node, data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network through cluster head nodes of each cluster;
Setting the number of clusters as an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated;
Changing the generated number of clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And
Determining the number of clusters when the total number of transmission hops is minimized as the optimal number of clusters;
Lt; / RTI >
The step of controlling
Determining a position of a cluster reference point that is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value;
Selecting the plurality of sensor nodes as candidates of the cluster head node whose distance from the plurality of cluster reference points is smaller than a value obtained by multiplying a data transmission radius of each of the sensor nodes by a predetermined number of hops; And
Transmitting position information of the cluster reference point to the selected plurality of candidates;
Lt; / RTI >
The cluster head node
And selecting from among the selected plurality of candidates.
상기 변경하는 단계는
상기 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크(Back Propagation Neural Network) 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 클러스터의 개수를 변경하고,
상기 복수의 센서 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고,
상기 복수의 클러스터 헤드 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고,
상기 싱크 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.The method according to claim 1,
The changing step
Changing the number of the plurality of clusters based on a total transmission hop count of the received data and a Back Propagation Neural Network algorithm,
The plurality of sensor nodes corresponding to an input layer of the back propagation neural network,
The plurality of cluster head nodes corresponding to a hidden layer existing between the input layer and the output layer of the back propagation neural network,
Wherein the sink node corresponds to an output layer of the back propagation neural network.
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 단계;
상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 단계; 및
상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 단계;
를 포함하고,
상기 제어하는 단계는
상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 상기 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 상기 복수의 센서 노드에게 전송하는 단계;
를 포함하고,
상기 클러스터 헤드 노드는
상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 데이터 전송 반경과 상기 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.CLAIMS 1. A method for determining an optimum number of clusters of a plurality of clusters in a sensor network, the method comprising the steps of: receiving, by a sink node, data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network through cluster head nodes of each cluster;
Setting the number of clusters as an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated;
Changing the generated number of clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And
Determining the number of clusters when the total number of transmission hops is minimized as the optimal number of clusters;
Lt; / RTI >
The step of controlling
Determining a position of a cluster reference point that is a reference point of each cluster corresponding to a plurality of clusters set to the initial value; And
Transmitting position information of the plurality of cluster reference points, data radius information of the sensor node, and information about a predetermined number of hops to the plurality of sensor nodes;
Lt; / RTI >
The cluster head node
Wherein a distance from the plurality of cluster reference points is selected from among the candidates of the plurality of cluster head nodes that are smaller than a value obtained by multiplying the data transmission radius by the predetermined number of hops.
상기 전송된 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 상기 클러스터기준점으로부터 상기 복수의 후보까지의 거리가 상기 복수의 후보 간에 전파될 때,
상기 클러스터 헤드 노드로서 상기 거리가 가장 가까운 후보가 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.5. The method of claim 4,
When the distance from the cluster reference point calculated using the position information of the transmitted cluster reference point to the plurality of candidates is propagated among the plurality of candidates,
And a candidate closest to the distance is selected as the cluster head node.
상기 복수의 클러스터는
상기 복수의 클러스터 각각의 상기 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 상기 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 상기 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 상기 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 상기 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.5. The method of claim 4,
The plurality of clusters
The cluster head node identification information of each of the plurality of clusters received in each of the plurality of sensor nodes within a predetermined distance from the cluster head node of each of the plurality of clusters and the position information and the hop count information of the data path to the sink node Wherein the plurality of sensor nodes are generated by joining each of the plurality of sensor nodes to a cluster including a cluster head node corresponding to head node information having the smallest number of hops in the data path among the head node information including the number of clusters in the sensor network Determination method.
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 단계는
상기 복수의 클러스터기준점 또는 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.5. The method of claim 4,
The step of setting the number of clusters to an initial value
And setting the plurality of cluster reference points or the number of the plurality of cluster head nodes to an initial value.
상기 클러스터 개수의 변경에 대응하여 상기 총 전송 홉수가 변경될 때,
상기 변경하는 단계는
상기 클러스터 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서,
상기 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 상기 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 상기 총 전송 홉수를 상기 총 전송 홉수의 최소값으로 발견하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.The method according to claim 1,
When the total number of transmission hops is changed corresponding to the change in the number of clusters,
The changing step
While increasing or decreasing the number of clusters by a predetermined threshold unit,
Wherein the total number of transmission hops immediately before the total number of transmission hops increases is found as a minimum value of the total transmission hops when the total number of transmission hops decreases and increases.
상기 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우,
상기 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 상기 클러스터별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 상기 센서 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 방법.The method according to claim 1,
When any of the plurality of cluster head nodes is not operating,
Wherein the sensor node closest to the cluster reference point is replaced with a new cluster head node except for the cluster head node that does not operate.
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 제어부;
상기 복수의 클러스터로부터 데이터를 수신하는 수신부;
상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 변경부; 및
상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 결정부;
를 포함하고,
상기 제어부는
상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부;
상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 센서 노드 각각의 데이터 전송 반경과 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 센서 노드를 상기 클러스터 헤드 노드의 후보로 선정하는 후보선정부; 및
상기 선정된 복수의 후보에게 상기 클러스터기준점의 위치 정보를 전송하는 전송부;
를 포함하고,
상기 클러스터 헤드 노드는
상기 선정된 복수의 후보 중에서 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.An apparatus for determining an optimum number of clusters mounted on a sink node that receives data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network through cluster head nodes of each of the plurality of clusters,
A control unit setting the number of clusters as an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated;
A receiving unit for receiving data from the plurality of clusters;
A changing unit changing the number of generated clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And
A determining unit that determines the number of clusters when the total number of transmission hops becomes a minimum as the optimal number of clusters;
Lt; / RTI >
The control unit
A position determination unit for determining a position of a cluster reference point which is a reference point of each cluster corresponding to the number of clusters set to the initial value;
A candidate selecting unit for selecting the plurality of sensor nodes as candidates of the cluster head node whose distance from the plurality of cluster reference points is smaller than a value obtained by multiplying a data transmission radius of each of the sensor nodes by a predetermined number of hops; And
A transmitting unit for transmitting position information of the cluster reference point to the selected plurality of candidates;
Lt; / RTI >
The cluster head node
And wherein the number of clusters in the sensor network is selected from among the plurality of candidates selected.
상기 변경부는
상기 수신된 데이터의 총 전송 홉수 및 역 전파 신경네트워크 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 클러스터의 개수를 변경하고,
상기 복수의 센서 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층에 대응되고,
상기 복수의 클러스터 헤드 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 입력층과 출력층의 사이에서 존재하는 은닉층에 대응되고,
상기 싱크 노드는 상기 역 전파 신경네트워크의 출력층에 대응되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.11. The method of claim 10,
The changing unit
Changing the number of the plurality of clusters based on the total number of transmission hops of the received data and the back propagation neural network algorithm,
The plurality of sensor nodes corresponding to an input layer of the back propagation neural network,
The plurality of cluster head nodes corresponding to a hidden layer existing between the input layer and the output layer of the back propagation neural network,
Wherein the sink node corresponds to an output layer of the back propagation neural network.
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하고, 상기 복수의 클러스터가 생성되도록 제어하는 제어부;
상기 복수의 클러스터로부터 데이터를 수신하는 수신부;
상기 복수의 클러스터로부터 수신되는 전체 데이터의 총 전송 홉수의 최소값을 발견할 때까지, 상기 생성된 클러스터 개수를 복수회에 걸쳐 변경하는 변경부; 및
상기 총 전송 홉수가 최소가 되는 때의 상기 클러스터 개수를 상기 최적의 클러스터 개수로 결정하는 결정부;
를 포함하고,
상기 제어부는
상기 초기값으로 설정된 복수의 클러스터 개수에 대응되는 각각의 클러스터의 기준 지점인 클러스터기준점의 위치를 결정하는 위치결정부; 및
상기 복수의 클러스터기준점의 위치 정보, 상기 센서 노드의 데이터 전송 반경 정보 및 미리 설정된 홉수에 관한 정보를 상기 복수의 센서 노드에게 전송하는 전송부;
를 포함하고,
상기 클러스터 헤드 노드는
상기 복수의 클러스터기준점으로부터의 거리가 상기 데이터 전송 반경과 상기 미리 설정된 홉수를 곱한 값보다 작은 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 후보 중에서 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.An apparatus for determining an optimum number of clusters mounted on a sink node that receives data collected from a plurality of sensor nodes belonging to a plurality of clusters of a sensor network through cluster head nodes of each of the plurality of clusters,
A control unit setting the number of clusters as an initial value and controlling the plurality of clusters to be generated;
A receiving unit for receiving data from the plurality of clusters;
A changing unit changing the number of generated clusters a plurality of times until a minimum value of the total number of transmission hops of all data received from the plurality of clusters is found; And
A determining unit that determines the number of clusters when the total number of transmission hops becomes a minimum as the optimal number of clusters;
Lt; / RTI >
The control unit
A position determination unit for determining a position of a cluster reference point which is a reference point of each cluster corresponding to the number of clusters set to the initial value; And
A transmitting unit for transmitting the position information of the plurality of cluster reference points, the data transmission radius information of the sensor node, and information about a predetermined number of hops to the plurality of sensor nodes;
Lt; / RTI >
The cluster head node
Wherein the distance from the plurality of cluster reference points is selected from among the candidates of the plurality of cluster head nodes that are smaller than a value obtained by multiplying the data transmission radius by the predetermined number of hops.
상기 전송된 클러스터기준점의 위치 정보를 이용하여 계산된 상기 클러스터기준점으로부터 상기 복수의 후보까지의 거리가 상기 복수의 후보 간에 전파될 때,
상기 클러스터 헤드 노드로서 상기 거리가 가장 가까운 후보가 선출되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.14. The method of claim 13,
When the distance from the cluster reference point calculated using the position information of the transmitted cluster reference point to the plurality of candidates is propagated among the plurality of candidates,
And a candidate closest to the distance is selected as the cluster head node.
상기 복수의 클러스터는
상기 복수의 클러스터 각각의 상기 클러스터 헤드 노드로부터 소정의 거리 내의 상기 복수의 센서 노드 각각에게 수신된 상기 복수의 클러스터 각각의 클러스터 헤드 노드의 식별정보, 위치정보 및 상기 싱크 노드까지의 데이터경로의 홉수 정보를 포함하는 헤드노드정보 중에서 상기 데이터경로의 홉수가 가장 작은 헤드노드정보에 대응되는 클러스터 헤드 노드를 포함하는 클러스터에 상기 복수의 센서 노드 각각이 가입됨으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.14. The method of claim 13,
The plurality of clusters
The cluster head node identification information of each of the plurality of clusters received in each of the plurality of sensor nodes within a predetermined distance from the cluster head node of each of the plurality of clusters and the position information and the hop count information of the data path to the sink node Wherein the plurality of sensor nodes are generated by joining each of the plurality of sensor nodes to a cluster including a cluster head node corresponding to head node information having the smallest number of hops in the data path among the head node information including the number of clusters in the sensor network Crystal device.
상기 복수의 클러스터 개수를 초기값으로 설정하는 상기 제어부가
상기 복수의 클러스터기준점 또는 상기 복수의 클러스터 헤드 노드의 개수를 초기값으로 더 설정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the controller sets the number of clusters to an initial value
Wherein the plurality of cluster reference points or the plurality of cluster head nodes is further set as an initial value.
상기 클러스터 개수의 변경에 대응하여 상기 총 전송 홉수가 변경될 때,
상기 변경부는
상기 클러스터 개수를 소정의 임계치 단위로 증가 또는 감소시키면서,
상기 총 전송 홉수가 감소하다가 증가할 때, 상기 총 전송 홉수가 증가하기 직전의 상기 총 전송 홉수를 상기 총 전송 홉수의 최소값으로 발견하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.11. The method of claim 10,
When the total number of transmission hops is changed corresponding to the change in the number of clusters,
The changing unit
While increasing or decreasing the number of clusters by a predetermined threshold unit,
Wherein when the total number of transmission hops is decreasing and increasing, the total number of transmission hops immediately before the total number of transmission hops increases is found as a minimum value of the total transmission hops.
상기 복수의 클러스터 헤드 노드 중 어느 하나의 클러스터 헤드 노드가 동작하지 않는 경우,
상기 동작하지 않는 클러스터 헤드 노드를 제외하고 상기 클러스터별 기준 지점인 클러스터기준점으로부터 거리가 가장 가까운 상기 센서 노드가 새로운 클러스터 헤드 노드로서 교체되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서의 클러스터 개수 결정 장치.11. The method of claim 10,
When any of the plurality of cluster head nodes is not operating,
Wherein the sensor node having the closest distance from the cluster reference point, which is the reference point for each cluster, except for the non-operating cluster head node, is replaced as a new cluster head node.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150119720A KR101701951B1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Method and Apparatus for Determining Optimal Number of Clusters in Sensor Networks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150119720A KR101701951B1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Method and Apparatus for Determining Optimal Number of Clusters in Sensor Networks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101701951B1 true KR101701951B1 (en) | 2017-02-02 |
Family
ID=58151668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150119720A KR101701951B1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Method and Apparatus for Determining Optimal Number of Clusters in Sensor Networks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101701951B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110324876A (en) * | 2019-06-20 | 2019-10-11 | 浙江工业大学 | A kind of cluster routing method based on the perception of nanometer network node energy |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090021906A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-04 | 중앙대학교 산학협력단 | Wireless sensor network and cluster optimising method therefor |
| KR101072448B1 (en) * | 2010-04-27 | 2011-10-11 | 강원대학교산학협력단 | Wireless sensor network system and clustering method thereof |
| KR20150005355A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-14 | 경희대학교 산학협력단 | Method for analysis of energy efficient cluster ratio and the hierarchical wireless sensor network system the method applied thereto |
-
2015
- 2015-08-25 KR KR1020150119720A patent/KR101701951B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20090021906A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-04 | 중앙대학교 산학협력단 | Wireless sensor network and cluster optimising method therefor |
| KR101072448B1 (en) * | 2010-04-27 | 2011-10-11 | 강원대학교산학협력단 | Wireless sensor network system and clustering method thereof |
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Cited By (1)
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| CN110324876A (en) * | 2019-06-20 | 2019-10-11 | 浙江工业大学 | A kind of cluster routing method based on the perception of nanometer network node energy |
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