KR101825993B1 - 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법 - Google Patents

태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101825993B1
KR101825993B1 KR1020160133066A KR20160133066A KR101825993B1 KR 101825993 B1 KR101825993 B1 KR 101825993B1 KR 1020160133066 A KR1020160133066 A KR 1020160133066A KR 20160133066 A KR20160133066 A KR 20160133066A KR 101825993 B1 KR101825993 B1 KR 101825993B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
length
parity
sensor node
energy
data
Prior art date
Application number
KR1020160133066A
Other languages
English (en)
Inventor
노동건
정종욱
강민재
윤익준
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020160133066A priority Critical patent/KR101825993B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101825993B1 publication Critical patent/KR101825993B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/06—Optimizing the usage of the radio link, e.g. header compression, information sizing, discarding information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0215—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on user or device properties, e.g. MTC-capable devices
    • H04W28/0221—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on user or device properties, e.g. MTC-capable devices power availability or consumption
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법은, 태양 에너지를 기반으로 하는 무선 센서 네트워크의 센서노드간 송수신되는 데이터의 오류 검출 및 정정을 위한 방법에 있어서, 상기 센서노드의 태양 에너지 수집률, 에너지 소모율 및 배터리 용량에 따른 임계값을 산출하는 단계 및 상기 센서노드에 저장된 태양 에너지인 잔여 에너지와 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 단계를 포함한다.

Description

태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA IN WIRELESS SENSOR NETWORKS BASED ON SOLAR ENERGY}
본 발명은 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 에너지를 기반으로 동작되는 무선 센서 네트워크에서 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 데이터 전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 센서노드는 제약적인 하드웨어 자원을 사용하며, 특히 배터리의 적은 용량으로 인해 센서노드는 짧은 생명주기를 갖는다. 이러한 이유로 무선 센서 네트워크에서는 제한된 에너지 환경을 극복하려는 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 한정된 배터리 자원이 아닌 충전 가능한 배터리 자원을 사용하여 노드의 짧은 생명주기 문제를 해결하는 연구가 진행 중이다. 그중에 태양 에너지는 예측이 가능하며, 에너지 밀도가 높으므로 에너지 수집형 센서 네트워크에서 많이 사용된다.
한편, 데이터 통신을 수행함에 있어 오류를 복구하는 기법으로 ARQ(automatic repeat request) 또는 FEC(forward error correction)를 사용하여 오류를 제어한다. ARQ는 데이터를 전송한 후 timeout이 발생하기 전까지 ACK(acknowledge)가 오지 않는다면 재전송을 하는 기법이다. 반면, 순방향 오류 정정이라고도 불리우는 FEC는 데이터를 인코딩하여 패리티를 생성한 뒤 데이터와 함께 전송하며, 데이터를 수신했을 때 오류가 발생한다면 디코딩을 통해 데이터 복구 가능한 기법이다.
무선 센서 네트워크의 채널은 오류가 빈번히 발생하며, 이러한 환경에서는 ARQ를 사용할 경우 재전송이 많아지고, 재전송 횟수에 비례해서 에너지 소모량도 증가한다. 따라서 오류 발생이 잦은 무선 센서 네트워크에서는 ARQ보다 FEC가 더 적합하다. FEC는 심볼 단위로 오류를 복원하는데, 복원 가능한 심볼의 개수는 패리티 길이에 의존적이다. 만약, 긴 패리티를 사용한다면, 복원 가능한 심볼의 개수는 증가하지만 에너지를 더 많이 소모하게 되고, 짧은 패리티를 사용한다면, 복원 가능한 심볼의 개수는 작아지지만 적은 에너지를 소모하게 된다. 즉, 데이터 손실률과 에너지는 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있다.
태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크에서는 주기적으로 에너지를 수집하며, 상황에 따라 여분의 에너지가 발생한다. 따라서, 여분의 에너지를 효율적으로 사용하여 신뢰성 있는 네트워크를 구축할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2012-0057329호 한국공개특허 제10-2013-0067152호
본 발명의 일측면은 센서노드의 잔여 에너지 상태를 파악하여 잔여 에너지에 최적화된 데이터 전송 방법을 수행하는 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 무선 센서 네트워크의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법은, 태양 에너지를 기반으로 하는 무선 센서 네트워크의 센서노드간 송수신되는 데이터의 오류 검출 및 정정을 위한 방법에 있어서, 상기 센서노드의 태양 에너지 수집률, 에너지 소모율 및 배터리 용량에 따른 임계값을 산출하는 단계 및 상기 센서노드에 저장된 태양 에너지인 잔여 에너지와 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 것은, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 크면 상기 패리티의 길이를 제1 길이로 결정하고, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 작으면 상기 패리티의 길이를 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 결정할 수 있다.
상기 센서노드에 의해 측정된 센싱 데이터에 상기 동적으로 결정된 패리티를 부가하여 전송 데이터를 생성하는 단계 및 상기 전송 데이터를 상기 센서노드와 이웃한 다른 센서노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전송 데이터는 일정한 크기를 유지하고, 상기 전송 데이터를 생성하는 것은, 상기 전송 데이터가 일정한 크기로 유지되도록 상기 동적으로 결정된 패리티의 길이에 따라 상기 센싱 데이터의 크기를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 잔여 에너지와 상기 임계값을 소정 시간 간격으로 갱신하는 단계 및 미리 설정된 주기에 따라 상기 갱신된 잔여 에너지와 상기 갱신된 임계값을 이용하여 상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 단계를 반복하여 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 임계값을 산출하도록, 상기 센서노드에 구비된 태양전지판으로 수집되는 태양 에너지 수집량 데이터에 따라 상기 태양 에너지 수집률을 측정하고, 상기 센서노드에서 사용되는 에너지를 기반으로 상기 에너지 소모율을 측정하고, 상기 센서노드에 구비된 배터리 용량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 임계값을 산출하는 것은 임계구간을 산출하는 것이고, 상기 임계구간은 복수의 구간으로 구분되며, 상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 것은, 상기 잔여 에너지가 상기 복수의 구간 중 어느 구간에 포함되는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 패리티의 길이를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템은, 태양 에너지를 기반으로 하는 무선 센서 네트워크의 센서노드간 송수신되는 데이터의 오류 검출 및 정정을 위한 시스템에 있어서, 상기 센서노드는, 상기 센서노드 주변의 물리적인 환경을 센싱하여 센싱값을 생성하는 센싱부, 상기 센서노드와 이웃한 다른 센서노드들와 데이터를 송수신하는 통신부, 태양 에너지를 수집하는 태양 에너지 수집부, 상기 태양 에너지를 저장하는 배터리부 및 상기 센서노드의 태양 에너지 수집률, 에너지 소모율 및 배터리 용량을 기초로 임계값을 산출하고, 상기 센서노드의 잔여 에너지와 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티의 길이를 동적으로 가변하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 크면 상기 패리티의 길이를 제1 길이로 결정하고, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 작으면 상기 패리티의 길이를 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센서노드에 의해 측정된 센싱 데이터에 상기 동적으로 결정된 패리티를 부가하여 전송 데이터를 생성하여 상기 통신부로 전달하되, 상기 전송 데이터는 일정한 크기를 유지하고, 상기 전송 데이터를 생성하는 것은, 상기 전송 데이터가 일정한 크기로 유지되도록 상기 동적으로 결정된 패리티의 길이에 따라 상기 센싱 데이터의 크기를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 센서 노드에서 수집되는 태양 에너지의 양에 따라 에너지 적응형 데이터를 전송하게 되므로 여분의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 센서 노드의 잔여 에너지에 따라 노드의 에너지 소모량을 제어하여 정전시간이 발생하는 것을 예방할 수 있어 무선 센서 네트워크의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1의 센서노드의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 4는 도 1의 센서노드의 제어부에서 패리티 길이를 동적으로 결정하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 5 는 센서노드가 독립적으로 결정된 패리티 길이를 이용하여 데이터 통신을 수행하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법의 개략적인 흐름을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 방법을 이용하여 주기적으로 패리티 길이를 결정하는 일 예를 나타내는 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템(1000)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
본 실시예에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템(1000)은 적어도 하나의 센서노드(100) 및 싱크노드(200)를 포함한다.
센서노드(100)는 무선 센서 네트워크를 구성하는 기본 요소이다. 센서노드(100)는 주변의 물리적인 현상을 센싱하고, 이를 이웃 센서노드(100) 또는 싱크노드(sink node, 200)로 전달할 수 있다.
싱크노드(200)는 센서노드(100)와 외부 네트워크를 연결하는 지역 허브이다. 싱크노드(200)는 복수의 센서노드(100)간 데이터 통신을 위한 무선 네트워크 토폴로지를 구성하여 관리할 수 있다. 싱크노드(200)는 센서노드(100)에게 작업(task)을 할당할 수 있으며, 센서노드(100)들로부터 센싱된 데이터를 수집할 수 있다. 싱크노드(200)는 수집된 데이터를 외부 네트워크로 전송할 수 있다.
본 발명은 태양 에너지를 기반으로 하는 센서노드(100)의 효율적인 데이터 전송 방법에 중점을 둔 발명으로, 이하에서는 싱크노드(200)의 제세한 설명은 생략하고 센서노드(100)의 구체적인 구성에 대하여 설명하기로 한다. 그렇다고 하여 싱크노드(200)의 구성 자체가 생략되는 것은 아니며, 센서 노드(100)로부터 데이터를 수집하여 외부 네트워크로 전달하고자 할 때 싱크노드(200)가 필요한 것으로 간주하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 도 1의 센서노드(100)의 구체적인 구성이 도시된다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 센서노드(100)는 센싱부(10), 통신부(20), 태양 에너지 수집부(30), 배터리부(40) 및 제어부(50)를 포함할 수 있다.
센싱부(10)는 센서노드(100) 주변의 물리적인 환경을 센싱할 수 있다. 이를 위해, 센싱부(10)는 적어도 하나의 센서모듈로 구성될 수 있다. 센서모듈은 조도센서, 습도센서, 온도센서, 가속도 센서 등 기 공지된 다양한 센서들 중 센서노드(100)의 사용목적에 따라 채택된 센서일 수 있다. 센싱부(10)는 센서모듈에 의해 측정된 물리적인 환경의 측정량을 기초로 센싱값을 생성할 수 있다.
통신부(20)는 센싱값을 다른 센서노드(100)로 전달하기 위해 센싱값을 센싱 데이터로 변환할 수 있다. 통신부(20)는 후술할 제어부(50)로부터 센싱 데이터가 포함된 데이터를 다른 센서노드(100)로 전송할 수 있다. 또는, 통신부(20)는 다른 센서노드(100)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 즉, 통신부(20)는 센서노드(100)간의 무선 통신을 수행하여 데이터를 송수신할 수 있다. 센서노드(100)간의 무선 통신 기법은 기 공지된 다양한 무선 통신 기법 중 어느 하나의 기법일 수 있다.
태양 에너지 수집부(30)는 태양광을 수집할 수 있다. 태양 에너지 수집부(30)는 태양광을 전기로 변환할 수 있다. 예를 들어, 태양 에너지 수집부(30)는 태양전지판의 형태일 수 있다. 즉, 각각의 센서노드(100)는 태양전지판이 구비될 수 있으며, 태양전지판은 태양광을 수집하여 센서노드(100)의 동작에 필요한 전력을 자체적으로 수집할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 전기 에너지로 변환된 태양광을 태양 에너지라 정의한다.
배터리부(40)는 태양 에너지를 저장할 수 있다. 베터리부(40)는 충전 가능한 축전지의 형태일 수 있다. 배터리부(40)는 태양 에너지 수집부(30)로부터 태양 에너지를 제공받아 저장(충전)할 수 있다. 배터리부(40)는 저장된 태양 에너지를 센서노드(100)로 공급하여 센서노드(100)가 동작할 수 있도록 한다.
제어부(50)는 센서노드(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(50)는 센서노드(100)의 무선 네트워크 통신 시 발생되는 데이터의 오류를 검출하고 정정할 수 있다. 본 실시예에서, 제어부(50)는 순방향 오류 정정(forward error correction, FEC) 기법을 사용하여 오류를 제어할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 제어부(50)는 FEC 기법 중 하나인 리드 솔로몬(Reed-Solomon, RS) 기법을 사용하여 오류를 검출하고 정정할 수 있다.
RS는 RS(n, k) 형식으로 표현되는데, 이는 k 크기 입력 데이터 심볼에 오류 수정을 위한 패리티(parity) 데이터를 더하여, n의 크기로 출력 한다는 의미이다. 예를 들어, RS(31, 29)를 사용한다고 할 때, 센서노드(100)는 29 바이트(bytes)의 센싱 데이터에 2바이트의 패리티 데이터를 추가하여 총 31 바이트의 데이터를 전송할 수 있다.
패리티 데이터 혹은 패리티는 데이터의 오류 검출 및 정정에 사용되는 부가적인 데이터이다. 패리티는 0 또는 1로 구성되는 데이터에서 0 또는 1의 개수를 홀수 개 혹은 짝수 개로 유지시키는 데이터이다. 예를 들어, 데이터를 구성하는 1의 개수가 항상 짝수 개를 유지하도록 하여 송수신하도록 설정될 수 있다. 이때, 정보 데이터가 010이면 패리티는 1로 결정되어 최종적으로 전송될 데이터는 0101이다. 수신측에서는 1의 개수가 짝수 개인지를 판단하여 짝수 개인 경우 오류가 없는 데이터로 판단하고, 홀수 개인 경우 오류가 발생한 데이터로 판단한다. 즉, 전송시에 0101인 데이터가 전송 과정에서 에러가 발생하여 0111로 수신되었다면, 1의 개수가 홀수 개이므로 수신측에서는 해당 데이터를 오류가 발생한 데이터로 판단할 수 있다. 다른 예로, 정보데이터가 110인 경우 패티리는 0으로 결정될 수 있다.
RS기법을 이용하여 센서노드(100)간 데이터 통신 과정을 수행하기 위해, 제어부(50)는 통신부(20)로부터 생성된 센싱 데이터에 패리티(parity) 데이터를 추가할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 패리티 데이터가 부가된 센싱 데이터를 데이터라 정의한다.
RS의 오류 복원량은 패리티 길이에 의존적이다. 즉, 패리티 길이가 긴 경우(패리티 데이터의 크기가 큰 경우), 오류 복원량은 증가하지만 그만큼 정보 데이터가 차지하는 비중이 적으므로 센서노드(100)는 동일한 정보를 전송하기 위해 더 많은 에너지를 사용하게 된다. 반면, 패리티 길이가 짧은 경우 동일한 크기의 데이터에 더 많은 정보 데이터가 포함되므로 적은 에너지를 소모하게 된다. 하지만, 패리티 길이가 짧기 때문에 복원할 수 있는 오류의 양도 제한적이다. 따라서, 센서노드(100)의 동작환경과 채널환경에 따라 적절한 패리티 길이를 설정할 필요가 있다.
이를 위해, 제어부(50)는 센서노드(100)의 동작환경을 측정하고, 측정된 동작 환경에 따라 패리티 데이터의 크기(길이)를 가변할 수 있다. 즉, 제어부(50)는 센서노드(100)에서 수집되는 태양 에너지와 센서노드(100)에서 사용되는 에너지를 고려하여 패리티 데이터의 길이를 가변할 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 도 1의 제어부(50)가 패리티 데이터의 길이를 동적으로 가변하는 구체적인 과정이 도시된다.
본 실시예에서, 제어부(50)는 센서노드(100)의 잔여 에너지와 임계값을 비교하여 패리티의 길이를 결정할 수 있다.
제어부(50)는 배터리부(40)로부터 잔여 에너지에 대한 정보를 수집할 수 있다. 상술한 바와 같이, 배터리부(40)는 에너지 수집부로부터 태양 에너지를 전달받아 저장할 수 있다. 배터리부(40)는 충전된 태양 에너지의 양을 제어부(50)로 알려줄 수 있다. 배터리부(40)에 충전된 태양 에너지는 센서노드(100)에서 아직 사용하지 않은 에너지이며, 따라서 제어부(50)는 배터리부(40)에 충전된 태양 에너지의 양을 잔여 에너지로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(50)는 임계값을 설정할 수 있다. 임계값은 센서노드(100)의 에너지 소모율, 태양 에너지 수집부(30)의 에너지 수집률 및 베터리부(40)의 배터리 용량을 이용하여 산출할 수 있다. 임계값을 산출하는 구체적인 수학식은 다음과 같다.
Figure 112016099441109-pat00001
여기서,
Figure 112016099441109-pat00002
는 센서노드(100) i의 에너지 소모율,
Figure 112016099441109-pat00003
는 i의 태양 에너지 수집부(30)의 에너지 수집률,
Figure 112016099441109-pat00004
는 i의 배터리부(40)의 용량을 의미한다.
Figure 112016099441109-pat00005
는 센서노드(100)에서 사용되는 에너지를 기초로 결정되고,
Figure 112016099441109-pat00006
는 태양 에너지 수집부(30)의 태양광 수집량 데이터를 기초로 결정된다. 제어부(50)는 미리 설정된 알고리즘에 따라 잔여 에너지와 설정된 임계값을 비교할 수 있다.
도 3은 제어부(50)에서 패리티 길이를 결정하는 초기 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00007
)의 일 예가 도시된다.
도 3의 1행은 센서노드(100) i의 잔여 에너지와 임계값을 비교함을 의미한다. 만약, 첫번째 행에 도시된 바와 같이, 센서노드(100) i의 잔여 에너지가 임계값보다 큰 경우, 2행은 제어부(50)가 제1 모드로 설정됨을 의미한다.
Figure 112016099441109-pat00008
는 i번째 센서노드(100)의 모드를 선택하는 모드 선택 기호이다. 3행은 제1 모드로 설정되면, 센서노드(100)는 RS(31, 21)로 데이터를 전송함을 의미한다. 즉, 제어부(50)는 센싱 데이터 21 바이트에 패리티 데이터 10바이트가 부가된 총 31바이트의 데이터를 이웃 센서노드(100)로 전송하도록 결정할 수 있다.
반면, 잔여 에너지가 임계값보다 작거나 같은 경우(4행), 제어부(50)는 제2 모드로 설정될 수 있다(5행). 제어부(50)가 제2 모드로 설정되면 센서노드(100)의 통신부(20)는 RS(31, 29)로 데이터를 전송할 수 있다(6행).
상기의 예시에서, 제어부(50)는 잔여 에너지가 임계값보다 크면, 센서노드(100)에 여분의 에너지가 존재다고 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(50)는 여분의 에너지를 활용하기 위해 사용되는 에너지는 크지만 데이터 복원률이 좋은 RS(31, 21)를 사용하여 데이터를 전송하도록 설정할 수 있다. 즉, 제어부(50)는 잔여 에너지가 임계값보다 배터리부(40)에 저장된 에너지를 추가적으로 소모하여 센서 데이터에 긴 패리티를 부가하도록 결정할 수 있다. 반면, 잔여 에너지가 임계값보다 작거나 같으면, 제어부(50)는 센서노드(100)의 에너지가 부족하다고 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(50)는 추가적인 에너지를 소비하지 않도록 RS(31, 29), 즉 짧은 길이의 패리티를 부가하도록 결정할 수 있다.
계속하여 도 4를 함께 참조하면, 제어부(50)가 소정 주기 간격으로 패리티 길이를 재설정하는 일 예가 도시된다.
상술한 바와 같이, 태양 에너지를 전력원으로 이용하는 센서노드(100)는 날씨, 시간 등과 같은 주변환경에 따라 수집되는 태양광의 양이 변동될 수 있다. 또한, 센서노드(100)의 잔여 에너지 역시 에너지 저장량 및 사용량 등에 따라 지속적으로 변동될 수 있다. 따라서, 제어부(50)는 소정 주기 간격으로 센서노드(100)의 동작환경을 감시하여 이에 최적화된 패리티 길이를 결정할 필요가 있다.
먼저, 제어부(40)는 초기 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00009
)에 따라 패리티 길이를 결정하되, 소정 시간 간격으로 잔여 에너지와 임계값을 갱신할 수 있다. 이후, 제어부(40)는 갱신된 잔여 에너지와 임계값을 이용하는 동작 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00010
)에 따라 패리티 길이를 결정할 수 있다.
도 4의 1행은 센서노드(100)가 도 3의 초기 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00011
)에 따라 동작되고 있음을 의미한다. 이후, 미리 설정된 시간 간격(주기) 이후에, 센서노드(100)의 제어부(50)가 현재 제2 모드(
Figure 112016099441109-pat00012
)로 동작중이고 갱신된 잔여 에너지가 갱신된 임계값보다 크면(2행), 센서노드(100)의 제어부(50)는 제1 모드로 변경되어 동작될 수 있다(3행). 즉, RS(31, 29)를 사용하여 데이터를 전송하는 제2 모드를 종료하고(4행), RS(31, 21)을 사용하여 데이터를 전송하는 제1 모드가 호출될 수 있다(5행).
반면, 초기 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00013
)에 의해 센서노드(100)의 제어부(50)가 제1 모드(
Figure 112016099441109-pat00014
)로 동작되다가 미리 설정된 주기 이후에 갱신된 잔여 에너지가 갱신된 임계값보다 작거나 같으면(6행), 제어부(50)는 제2 모드로 가변될 수 있다(7행). 즉, 제어부(50)는 RS(31, 21)을 대신하여 RS(31, 29)를 이용하여 데이터를 전송하도록 결정할 수 있다(8, 9행). 이후, 제어부는 다음 주기까지 짧은 패리티 길이를 센싱 데이터에 부가하도록 결정할 수 있다(12행). 도 4에 도시된 period는 동작 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00015
)이 호출되는 주기를 의미한다.
결론적으로, 제어부(40)는 잔여 에너지와 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티 길이를 동적으로 가변시킬 수 있다. 또한, 제어부(40)는 잔여 에너지와 임계값을 지속적으로 갱신하고, 소정 주기 간격으로 동작 알고리즘(
Figure 112016099441109-pat00016
)을 호출하여 패리티 길이를 재조정할 수 있다. 따라서, 종래의 일률적인 패리티 길이를 가진 FEC 기법을 대신하여, 본원 발명에 따른 태양에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크를 구성하는 각각의 센서노드(100)들이 자신의 동작상태를 개별적으로 판단하여 데이터 전송시에 부가되는 패리티의 길이를 독립적으로 결정할 수 있다.
한편, 상기에서는 설명의 편의를 위해 제어부(50)가 두 개의 패리티 길이 중 어느 하나의 패리티 길이를 갖도록 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제어부(50)는 임계값 대신 임계구간을 설정하고, 잔여 에너지가 임계 구간의 어디에 위치하는지에 따라 패리티 길이를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 잔여 에너지가 제1 구간에 포함되면 제1 패리티 길이를 갖도록 결정하고, 제2 구간에 포함되면 제2 패티리 길이를, 제3 구간에 포함되면 제3 패리티 길이를 갖도록 결정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법의 개략적인 흐름이 도시된다.
센서노드(100)에서 측정된 센싱 데이터를 이웃 노드로 전달하기 위해, 먼저 센서노드(100)는 주변 환경을 센싱하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다(510).
이와 동시에, 센서노드(100)는 임계값을 설정할 수 있다(520). 임계값은 센서노드(100)의 에너지 소모율, 태양전지판의 태양 에너지 수집률 및 배터리 용량에 따라 결정될 수 있다.
계속하여, 센서노드(100)의 제어부(50)는 센서노드(100)의 잔여 에너지와 임계값을 비교하여 패리티 데이터의 길이(크기)를 결정할 수 있다(530). 제어부(50)는 잔여 에너지가 임계값보다 크면 패리티의 길이를 제1 길이로 결정하고(541), 잔여 에너지가 임계값보다 작거나 같으면 패리티의 길이를 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 결정할 수 있다(542).
센서노드(100)의 통신부(20)는 상기 531 또는 532 단계에서 결정된 제1 또는 제2 길이의 패리티를 센싱 데이터에 부가하여 이웃 노드로 전송할 수 있다(551, 552).
도 7을 참조하면, 도 6에서 센서노드(100)의 동작환경에 따라 패리티의 길이를 동적으로 가변하는 구체적인 흐름이 도시된다.
센서노드(100)는 초기 알고리즘을 이용하여 도 6의 과정을 수행하면서, 잔여 에너지와 임계값을 소정 시간 간격으로 갱신할 수 있다(610).
이후, 시간이 경과하여 미리 설정된 주기가 도래하면(620), 센서노드(100)는 갱신된 잔여 에너지와 임계값을 다시 비교할 수 있다(630).
이때, 현재 센서노드(100)의 모드가 잔여 에너지가 임계값보다 큰 제1 모드이고, 갱신된 잔여 에너지가 갱신된 임계값보다 여전히 큰 경우, 센서노드(100)는 제1 모드를 유지할 수 있다(641). 현재 센서노드(100)의 모드가 잔여 에너지가 임계값보다 작거나 같은 제2 모드이고, 갱신된 잔여 에너지가 갱신된 임계값보다 커진 경우, 센서노드(100)는 제2 모드를 종료하고 제1 모드를 호출할 수 있다(642). 641의 단계에서 센서노드(100)는 지속적으로 긴 길이(제1 길이)의 패리티를 센싱 데이터에 부가하여 전송할 수 있다. 642의 단계에서, 센서노드(100)는 이전 시간 동안은 짧은 길이(제2 길이)의 패리티를 부가하다가 재설정된 모드에 따라 패리티의 길이를 증가시켜 전송할 수 있다.
이와 유사하게, 센서노드(100)의 현재 모드가 제2 모드이고, 갱신된 잔여 에너지 역시 갱신된 임계값보다 작은 경우, 센서노드(100)는 제2 모드를 유지할 수 있다(651). 또한, 센서노드(100)의 현재 모드가 제1 모드이고, 갱신된 잔여 에너지가 갱신된 임계값보다 작아진 경우, 센서노드(100)는 제1 모드를 종료하고 제2 모드를 호출할 수 있다(652). 이후, 다음 주기가 도래할 때까지 결정된 패리티 길이로 데이터 전송을 수행할 수 있으며(660), 다음 주기가 도래하면 상기의 과정을 반복하여 수행함으로써 패리티의 길이를 동적으로 가변시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 모드는 RS(31, 21)을 이용하고, 제2 모드는 RS(31, 29)를 이용한다. 즉, 센서노드(100)에서 전송되는 데이터의 크기는 동일하되, 호출된 모드에 따라 패리티의 길이는 상이할 수 있다. 긴 패리티에 해당하는 RS(31, 21)을 사용할 시에는 에너지 소비가 증가하지만, 신뢰성을 높이며, 짧은 패리티에 해당하는 RS(31, 29)를 사용하는 경우에는 에너지 소비를 줄여 정전이 발생하지 않도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법에 따르면 종래의 기법들에 비해 여분의 태양 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으며, 정전시간을 최소화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 센싱부
20: 통신부
30: 태양 에너지 수집부
40: 배터리부
50: 제어부
100: 센서노드
200: 싱크노드
300: 외부 네트워크

Claims (10)

  1. 태양 에너지를 기반으로 하는 무선 센서 네트워크의 센서노드간 송수신되는 데이터의 오류 검출 및 정정을 위한 방법에 있어서,
    상기 센서노드의 태양 에너지 수집률, 에너지 소모율 및 배터리 용량에 따른 임계값을 산출하는 단계; 및
    상기 센서노드의 배터리부에 저장된 태양 에너지인 잔여 에너지와 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 단계를 포함하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 것은,
    상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 크면 상기 패리티의 길이를 제1 길이로 결정하고, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 작으면 상기 패리티의 길이를 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 결정하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서노드에 의해 측정된 센싱 데이터에 상기 동적으로 결정된 패리티를 부가하여 전송 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 전송 데이터를 상기 센서노드와 이웃한 다른 센서노드로 전송하는 단계를 더 포함하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전송 데이터는 일정한 크기를 유지하고,
    상기 전송 데이터를 생성하는 것은,
    상기 전송 데이터가 일정한 크기로 유지되도록 상기 동적으로 결정된 패리티의 길이에 따라 상기 센싱 데이터의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잔여 에너지와 상기 임계값을 소정 시간 간격으로 갱신하는 단계; 및
    미리 설정된 주기에 따라 상기 갱신된 잔여 에너지와 상기 갱신된 임계값을 이용하여 상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 단계를 반복하여 수행하는 단계를 더 포함하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임계값을 산출하도록,
    상기 센서노드에 구비된 태양전지판으로 수집되는 태양 에너지 수집량 데이터에 따라 상기 태양 에너지 수집률을 측정하고, 상기 센서노드에서 사용되는 에너지를 기반으로 상기 에너지 소모율을 측정하고, 상기 센서노드에 구비된 배터리 용량을 측정하는 단계를 더 포함하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 임계값을 산출하는 것은 임계구간을 산출하는 것이고,
    상기 임계구간은 복수의 구간으로 구분되며,
    상기 패리티의 길이를 동적으로 결정하는 것은, 상기 잔여 에너지가 상기 복수의 구간 중 어느 구간에 포함되는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 패리티의 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법.
  8. 태양 에너지를 기반으로 하는 무선 센서 네트워크의 센서노드간 송수신되는 데이터의 오류 검출 및 정정을 위한 시스템에 있어서,
    상기 센서노드는,
    상기 센서노드 주변의 물리적인 환경을 센싱하여 센싱값을 생성하는 센싱부;
    상기 센서노드와 이웃한 다른 센서노드들와 데이터를 송수신하는 통신부;
    태양 에너지를 수집하는 태양 에너지 수집부;
    상기 태양 에너지를 저장하는 배터리부; 및
    상기 센서노드의 태양 에너지 수집률, 에너지 소모율 및 배터리 용량을 기초로 임계값을 산출하고, 상기 배터리부에 충전된 태양 에너지인 잔여 에너지와 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 패리티의 길이를 동적으로 가변하는 제어부를 포함하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 크면 상기 패리티의 길이를 제1 길이로 결정하고, 상기 잔여 에너지가 상기 임계값보다 작으면 상기 패리티의 길이를 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 결정하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서노드에 의해 측정된 센싱 데이터에 상기 동적으로 결정된 패리티를 부가하여 전송 데이터를 생성하여 상기 통신부로 전달하되,
    상기 전송 데이터는 일정한 크기를 유지하고,
    상기 전송 데이터를 생성하는 것은,
    상기 전송 데이터가 일정한 크기로 유지되도록 상기 동적으로 결정된 패리티의 길이에 따라 상기 센싱 데이터의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는, 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템.
KR1020160133066A 2016-10-13 2016-10-13 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법 KR101825993B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160133066A KR101825993B1 (ko) 2016-10-13 2016-10-13 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160133066A KR101825993B1 (ko) 2016-10-13 2016-10-13 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101825993B1 true KR101825993B1 (ko) 2018-02-06

Family

ID=61227925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160133066A KR101825993B1 (ko) 2016-10-13 2016-10-13 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101825993B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102239797B1 (ko) 2019-12-05 2021-04-13 숭실대학교산학협력단 무선 센서 네트워크에서 병합 노드 결정 방법 및 그 장치
KR102241029B1 (ko) 2019-12-06 2021-04-16 숭실대학교산학협력단 무선 센서 네트워크에서 병합 노드 결정 방법 및 그 장치
CN114760208A (zh) * 2022-03-25 2022-07-15 广州大学 一种基于时段划分的无线传感器网络控制方法
KR20220135075A (ko) 2021-03-29 2022-10-06 숭실대학교산학협력단 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 fec를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102239797B1 (ko) 2019-12-05 2021-04-13 숭실대학교산학협력단 무선 센서 네트워크에서 병합 노드 결정 방법 및 그 장치
KR102241029B1 (ko) 2019-12-06 2021-04-16 숭실대학교산학협력단 무선 센서 네트워크에서 병합 노드 결정 방법 및 그 장치
KR20220135075A (ko) 2021-03-29 2022-10-06 숭실대학교산학협력단 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 fec를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
CN114760208A (zh) * 2022-03-25 2022-07-15 广州大学 一种基于时段划分的无线传感器网络控制方法
CN114760208B (zh) * 2022-03-25 2024-01-30 广州大学 一种基于时段划分的无线传感器网络控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101825993B1 (ko) 태양 에너지 기반 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템 및 방법
US9955238B2 (en) Methods and systems for wireless transmission of data between network nodes
Du et al. From rateless to distanceless: Enabling sparse sensor network deployment in large areas
Rajesh et al. Capacity of fading Gaussian channel with an energy harvesting sensor node
EP2545652A2 (en) Power efficient communications
KR20090090461A (ko) 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 수명 연장 방법 및이를 위한 시스템
Belabed et al. An optimized weight-based clustering algorithm in wireless sensor networks
US9769728B2 (en) Link selection in lossy communication networks
JP5808209B2 (ja) 適応変調符号化方法、及び装置
Nguyen et al. Probing packet retransmission scheme in underwater optical wireless communication with energy harvesting
JP6052717B2 (ja) データ収集送信ノード、データ収集送信システムおよびデータ収集送信方法
Dong et al. Exploiting error estimating codes for packet length adaptation in low-power wireless networks
Mohamed et al. Adaptive data compression for energy harvesting wireless sensor nodes
CN111417165B (zh) 一种基于唤醒时间预测的蓝牙Mesh能效路由方法
US9893837B2 (en) Wireless network with power aware transmission control
JP4784869B2 (ja) 通信システム、同通信システムを構成する各端末装置間の接続経路設定方法、及び同通信システムに用いる端末装置
JP2009081790A (ja) 通信システム、同通信システムで使用するセンタ装置及び端末装置
KR102502926B1 (ko) 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크에서 fec를 이용한 데이터 통신 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
US12040895B1 (en) Management of message transmission using forward error correction
KR20120007158A (ko) 무선 센서 네트워크의 데이터 전송방법
US20240214113A1 (en) Management of message transmission using forward error correction
KR101777699B1 (ko) 무선 센서 네트워크에서의 동적 패킷 수신을 위한 노드, 방법 및 시스템
Jalali et al. Error control schemes in solar energy harvesting wireless sensor networks
KR20100077410A (ko) 무선 센서 네트워크에서 나카가미-ｎ 페이딩 채널 모델과 ＬＤＣＰ 방식의 채널 부호화를 적용한 데이터 송신 방법
CN106793034B (zh) 基于回路取电的工业无线网络调度方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant