KR102120435B1 - Method for scheduling of wireless sensor network and controller of wireless sensor network - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법은, 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하는 단계; 상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하는 단계; 상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키는 단계; 상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키는 단계; 상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 연결자 노드로 선정하는 단계; 상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하는 단계; 상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하는 단계; 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하는 단계; 및 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 단계를 포함한다.A scheduling method in a wireless sensor network according to an aspect of the present invention includes constructing a BFS tree based on a width-first search based on a sink node; Dividing a node included in the BFS tree into a plurality of layers according to a hop distance from the sink node; Adding the sink node as a ruler node to the ruler set; A node of a third layer that is not adjacent to the first layer including the sink node is set as a candidate dominant node, and among the candidate dominant nodes, the node having the smallest delay when connecting to the sink node and the node are not adjacent to the node. Adding non-nodes to the set of rulers as ruler nodes; Selecting a linker node connecting the sink node and the ruler node through a shortest path among nodes of the second layer connecting the first layer and the third layer; Generating a ruler connection tree including ruler nodes of the ruler set and the connector node; Setting the dominant nodes not included in the dominant connection tree among the BFS trees as a transmitting node, and setting nodes included in the dominant connection tree as a backbone node; Allocating operation periods of the transmitting node, respectively, according to the dominant scheduling algorithm; And allocating an operation period of each backbone node so that data collision does not occur according to the backbone scheduling algorithm.

Description

무선 센서 네트워크의 스케줄링 방법 및 이를 수행하는 무선 센서 네트워크의 제어 장치 {METHOD FOR SCHEDULING OF WIRELESS SENSOR NETWORK AND CONTROLLER OF WIRELESS SENSOR NETWORK}Method for scheduling a wireless sensor network and a control device for the wireless sensor network that performs the same {METHOD FOR SCHEDULING OF WIRELESS SENSOR NETWORK AND CONTROLLER OF WIRELESS SENSOR NETWORK}

본 발명은 듀티 사이클 환경에서 동작하는 무선 센서 네트워크(WSN)의 스케줄링 방법 및 이를 수행하는 무선 센서 네트워크의 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a scheduling method of a wireless sensor network (WSN) operating in a duty cycle environment and a control device for a wireless sensor network performing the same.

무선 통신과 전자공학 분야의 발달에 따라, 크기가 작고 무선 근거리 통신이 가능하며, 저전력, 다기능 및 저가의 무선 센서(wireless sensors) 개발이 가능해졌다. 특히, 최근에는 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 사물 인터넷(Internet of Thing; IoT) 센서가 널리 활용되고 있다.With the development of wireless communication and electronics, small size, wireless short-range communication is possible, and low-power, multi-function and low-cost wireless sensors have been developed. In particular, recently, an Internet of Thing (IoT) sensor that connects to the Internet by embedding a sensor and a communication function in an object has been widely used.

무선 센서 네트워크(wireless sensor networks; WSNs)는 각종 무선 센서 및 사물 인터넷 센서 등의 노드로 구성될 수 있다. 무선 센서 네트워크는 별도의 유선 네트워크를 구성하지 않아도, 노드를 이용한 온도, 습도, 조도 및 압력 등과 같은 다양한 상태 및 환경 정보를 모니터링하고 감시할 수 있다. 무선 센서 네트워크는 최근 환경상태, 구조물 및 빌딩에 대한 감시와 상하수관 망, 화학 공정 및 에너지 플랜트 이상 모니터링 등에 활용되고있다.Wireless sensor networks (WSNs) may be composed of nodes such as various wireless sensors and Internet of Things sensors. The wireless sensor network can monitor and monitor various status and environmental information such as temperature, humidity, illuminance, and pressure using a node without configuring a separate wired network. The wireless sensor network has recently been used for monitoring environmental conditions, structures and buildings, monitoring water and sewage networks, and chemical process and energy plant anomalies.

이러한 무선 센서 네트워크에서 노드는 한정된 자원(resource)을 사용한다. 그러므로 노드는 프로세싱(processing), 스토리지(storage) 및 배터리(battery) 등의 자원의 사용에 한계가 있다. 이와 같은, 문제를 해결하기 위하여 듀티 사이클(duty-cycle)을 이용하는 무선 센서 네트워크 기법이 제안되었다. 듀티 사이클 무선 센서 네트워크에서 각 노드는 타임 슬롯에 따라, 주기적으로 활성화 모드 및 비활성화 모드를 전환할 수 있다. 그리고 노드는 활성화 모드에 다른 노드가 전달하는 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 노드는 타임 슬롯과 상관없이 연결된 다른 노드에 데이터 패킷을 브로드캐스트할 수 있다.In such a wireless sensor network, nodes use limited resources. Therefore, nodes have limitations in the use of resources such as processing, storage, and battery. To solve this problem, a wireless sensor network technique using a duty-cycle has been proposed. In the duty cycle wireless sensor network, each node can periodically switch between an active mode and an inactive mode according to a time slot. In addition, the node may receive a data packet transmitted by another node in the activation mode. At this time, the node may broadcast data packets to other connected nodes regardless of the time slot.

한편, 데이터 집계는 모든 센서 노드의 데이터가 싱크 노드에서 수집되는 무선 센서 네트워크 (WSN)에서 가장 필수적인 작업 중 하나이다. 듀티 사이클 기법을 채택한 WSN은 센서 노드의 주기적인 휴면주기 때문에 최소 지연 데이터 집계 문제는 더욱 복잡해진다.Meanwhile, data aggregation is one of the most essential tasks in a wireless sensor network (WSN) where data from all sensor nodes is collected at a sink node. The WSN adopting the duty cycle technique makes the delay data aggregation problem more complicated due to the periodic dormant period of the sensor node.

본 발명은 듀티 사이클링된 WSN에서의 데이터 집합 지연을 최소화하는 새로운 데이터 집합 방식을 제안한다. The present invention proposes a new data set method that minimizes data set delay in duty cycled WSN.

WSN의 실시간 능력을 구현하는데 필수적인 최소 시간 집합 스케줄링 문제는 광범위하게 연구되어왔다. 듀티 사이클링된 WSN에서 데이터 집계의 대기 시간을 줄이기 위해 몇 가지 접근법이 제안되었다. The minimum time set scheduling problem necessary to implement WSN's real-time capabilities has been extensively studied. Several approaches have been proposed to reduce the latency of data aggregation in duty cycled WSN.

스케줄링 알고리즘(SA)은 가장 초기의 접근법 중 하나로, 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계에서 LSC(Layered Structure Construction) 알고리즘은 최대 독립 집합(Maximal Independent Set, MIS)에 기반한 듀티 사이클링된 WSN의 지배자 연결 집합(Connected Dominating Set, CDS)를 구성한다. CDS에 포함되지 않은 노드는 네트워크의 지배자가 된다. 그런 다음 알고리즘은 CDS를 기반으로 데이터 집계를 위한 계층화된 가상 백본을 구축한다. 그러나 LSC 알고리즘은 네트워크의 주기적 절전 모드로 인한 지연을 고려하지 않는다. 따라서 최악의 경우에 가장 긴 경로 지연을 갖는 백본이 된다. 두 번째 단계에서 WPS(Working Period Scheduling) 알고리즘은 먼저 모든 지배자의 데이터를 CDS의 지배자에게 수집한다. 그 다음에 데이터는 지배자에서 백본을 통해 레이어별로 전송된다. 충돌을 피하기 위해 알고리즘은 더 낮은 계층의 모든 노드가 전송을 마칠 때까지 계층의 모든 노드 전송을 지연시킨다. 이는 모든 전송에 대해 추가 지연을 초래하고 SA 방식의 전체 집계 지연을 높게 만든다.The scheduling algorithm (SA) is one of the earliest approaches and consists of two steps. In the first step, the Layered Structure Construction (LSC) algorithm constructs the connected dominating set (CDS) of the duty cycled WSN based on the Maximum Independent Set (MIS). Nodes not included in the CDS become the rulers of the network. The algorithm then builds a layered virtual backbone for data aggregation based on the CDS. However, the LSC algorithm does not take into account the delay due to the periodic power saving mode of the network. Thus, in the worst case, it becomes the backbone with the longest path delay. In the second step, the Working Period Scheduling (WPS) algorithm first collects data of all rulers to the rulers of the CDS. Data is then transmitted layer by layer from the ruler through the backbone. To avoid collisions, the algorithm delays the transmission of all nodes in the layer until all nodes in the lower layer finish transmission. This causes additional delay for all transmissions and makes the total aggregation delay of the SA method high.

듀티 사이클링된 WSN의 모든 노드에서 싱크 노드로 데이터를 수집하는 집계 프로세스를 고려한다. 네트워크의 각 센서 노드는 멀티 홉 경로를 통해 이웃 노드로부터 수신한 자체 데이터와 데이터를 포함하는 단일 패킷을 싱크 노드로 보낸다. COUNT, MIN, MAX, SUM 및 AVERAGE와 같은 완전한 데이터 집계 기능이 배치되어 모든 패킷이 동일한 크기를 갖도록 한다. 집합 스케줄은 데이터 패킷을 전송하기 위해 싱크를 제외한 모든 노드에 동작 기간과 수신 노드를 할당한다. 할당된 최대 동작 기간이 최소화되는 동안 예정된 전송은 충돌이 없어야한다.Consider an aggregation process that collects data from all nodes of the duty cycled WSN to the sink node. Each sensor node in the network sends a single packet containing its own data and data received from neighbor nodes through the multi-hop path to the sink node. Complete data aggregation functions such as COUNT, MIN, MAX, SUM and AVERAGE are deployed to ensure that all packets have the same size. The aggregation schedule allocates an operation period and a reception node to all nodes except the sink to transmit data packets. Scheduled transmissions should be free of collisions while the allocated maximum duration of operation is minimized.

도 1은 데이터 집계 과정에서 발생하는 충돌과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a collision process occurring in the data aggregation process.

각 노드에 표시된 문자와 숫자는 각 노드의 식별자 및 활성 슬롯을 나타낸다. 각 동작 기간은 4개의 시간 슬롯(즉, 듀티 사이클이 25%임)으로 구성된다. 도면에서 검정색으로 도시된 슬롯은 활성 슬롯을 나타내고, 백색으로 도시된 슬롯은 휴지 상태를 나타낸다. 각 노드에서 수집된 데이터는 싱크 노드(a)로 집계된다. 그런데, 도면에서와 같이 노드(d)와 노드(e)는 노드(b)의 활성 슬롯에 맞춰 데이터를 전송하게 되는데, 이때 그 동작 기간이 일치하게 되면 데이터 충돌이 발생한다. 마찬가지로, 노드(e)와 노드(f)는 노드(c)의 활성 슬롯에 맞춰 데이터를 전송하게 되는데, 이때 그 동작 기간이 일치하게 되면 데이터 충돌이 발생한다.The letters and numbers displayed on each node indicate the identifier and active slot of each node. Each operating period consists of four time slots (ie, duty cycle is 25%). In the figure, a slot shown in black indicates an active slot, and a slot shown in white indicates an idle state. Data collected from each node is aggregated to sink node (a). However, as shown in the figure, the node d and the node e transmit data according to the active slots of the node b, and data collision occurs when the operation periods coincide. Likewise, the node e and the node f transmit data according to the active slot of the node c, and data collision occurs when the operation periods coincide.

대한민국 공개특허 제 10-2005-0010354호(발명의 명칭: 무선 센서 네트워크에서 최소 전력으로 데이터를 전송하기위한 방법)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2005-0010354 (name of invention: method for transmitting data with minimum power in a wireless sensor network)

본 발명의 일 실시예는 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 듀티 사이클링된 WSN에서의 데이터 집합 지연을 최소화할 수 있는 무선 센서 네트워크의 스케줄링 방법 및 이를 수행하는 제어 장치를 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and is to provide a scheduling method of a wireless sensor network capable of minimizing data set delay in a duty cycled WSN and a control device for performing the same.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법은 상기 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하는 단계; 상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하는 단계; 상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키는 단계; 상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키는 단계; 상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정하는 단계; 상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하는 단계; 상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하는 단계; 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 상기 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하는 단계; 및 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 상기 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 단계를 포함한다.As a technical means for achieving the above technical problem, a scheduling method in a wireless sensor network according to an aspect of the present invention configures a BFS tree based on a width-first search based on a sink node for the wireless sensor network. step; Dividing a node included in the BFS tree into a plurality of layers according to a hop distance from the sink node; Adding the sink node as a ruler node to the ruler set; A node of a third layer that is not adjacent to the first layer including the sink node is set as a candidate dominant node, and among the candidate dominant nodes, the node having the smallest delay when connecting to the sink node and the node are not adjacent to the node. Adding non-nodes to the set of rulers as ruler nodes; Selecting a node that connects the sink node and the ruler node in the shortest path among nodes of the second layer connecting the first layer and the third layer as a connector node; Generating a ruler connection tree including ruler nodes of the ruler set and the connector node; Setting the dominant nodes not included in the dominant connection tree among the BFS trees as a transmitting node, and setting nodes included in the dominant connection tree as a backbone node; Scheduling data transmission between the transmitting node and the backbone nodes based on information about each active slot, and allocating operation periods of the transmitting node, respectively, according to the dominant scheduling algorithm; And an operation period of each backbone node to prevent data collision from occurring based on information on an operation period of backbone nodes that overhear data among neighboring nodes of the transmitting node to which the operation period is allocated according to a backbone scheduling algorithm. And assigning.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 제어 장치는, 상기 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램이 저장된 메모리, 상기 무선 센서 네트워크와 접속된 통신 모듈, 및상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함한다. 이때, 프로세서는 상기 프로그램의 실행에 의해, 상기 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하고, 상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하고, 상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키고, 상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키고, 상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정하고, 상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하고, 상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하고, 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 상기 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하고, 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 상기 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당한다.In addition, the control device of the wireless sensor network according to another embodiment of the present invention, a memory for storing a scheduling program of the wireless sensor network, a communication module connected to the wireless sensor network, and for executing a program stored in the memory Includes a processor. At this time, the processor configures a BFS tree based on a width-first search based on a sink node for the wireless sensor network by executing the program, and is included in the BFS tree according to a hop distance from the sink node. A node is divided into a plurality of layers, the sink node is added to a set of rulers as a ruler node, a node of a third layer not adjacent to the first layer including the sink node is set as a candidate ruler node, and a candidate ruler Among the nodes, a node having the smallest delay and a node not adjacent to the corresponding node are added to the ruler set when connecting to the sink node, and the second layer connecting the first layer and the third layer is added. A node that connects the sink node and the ruler nodes through the shortest path among nodes is selected as a connector node, and a ruler connection tree including the ruler nodes of the ruler set and the connector node is generated, and among the BFS trees, Set the dominant nodes not included in the dominant connection tree as the transmitting node, set the nodes included in the dominant connection tree as the backbone node, and according to the dominant scheduling algorithm, based on information about each active slot, the transmitting node and Operations of backbone nodes that overlay data among neighboring nodes of the transmission node to which the operation period is allocated, by scheduling data transmission between the backbone nodes, allocating operation periods of the transmission nodes, and according to a backbone scheduling algorithm. Based on the information on the period, an operation period of each backbone node is allocated so that data collision does not occur.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 지연 인식 트리 구축(DTC) 알고리즘을 통해 듀티 사이클링된 WSN의 노드 간에 지연을 고려한 지배자 연결 트리(CDS 트리)를 작성하고 네트워크에서 효율적인 데이터 집계를 위한 가상 백본을 제공할 수 있다. 또한, 최초 적합 집계 스케줄링(FAS)에 따라 구성된 백본을 기반으로 빠른 충돌 없는 데이터 수집 일정을 수행할 수 있다.According to any one of the above-described problem solving means of the present invention, a ruler connection tree (CDS tree) in consideration of delay between nodes of a duty-cycled WSN through a delay-aware tree construction (DTC) algorithm is created and efficient data aggregation is performed in a network. For providing a virtual backbone. In addition, it is possible to perform a fast collision-free data collection schedule based on a backbone configured according to the initial fit aggregation scheduling (FAS).

도 1은 데이터 집계 과정에서 발생하는 충돌과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 스케줄링 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 인식 트리 구축 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 인식 트리 구축 알고리즘이 적용되는 예시를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피지배자 스케줄링 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피지배자 스케줄링 알고리즘의 예시를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백본 스케줄링 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 백본 스케줄링 알고리즘의 예시를 도시한 것이다.
1 is a view for explaining a collision process occurring in the data aggregation process.
2 is a view showing the configuration of a control device of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of scheduling a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 shows a pseudo code of a delay recognition tree construction algorithm according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an example in which a delay recognition tree construction algorithm is applied according to an embodiment of the present invention.
6 shows a pseudo code of a subject scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an example of a scheduling algorithm for a subject according to an embodiment of the present invention.
8 shows a pseudo code of a backbone scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.
9 shows an example of a backbone scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention, parts not related to the description are omitted in the drawings, and like reference numerals are given to similar parts throughout the specification. Also, with reference to the drawings, even in the case of a configuration indicated by the same name, the drawing number may vary depending on the drawing, and the drawing number is for convenience of description only, and the concept, feature, and function of each configuration are indicated by the corresponding drawing number. Or, the effect is not to be interpreted limitedly.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . Also, when a part is said to “include” a certain component, it means that the component may further include other components, not exclude other components, unless otherwise stated. It should be understood that features or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 명세서에 있어서 '부(部)' 또는 '모듈'이란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.In the present specification, the term “unit” or “module” includes a unit realized by hardware or software, and a unit realized by both, and one unit is realized by using two or more hardware. It may be, or two or more units may be realized by one hardware.

이 기법은 계층화된 네트워크 구조 구축 단계와 충돌 없는 스케줄링 단계의 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계인 지연 인식 트리 구축(Delay-aware tree construction, DTC)단계에서는 듀티 사이클링된 WSN의 노드 간에 지연을 고려한 CDS 트리를 작성하고 네트워크에서 효율적인 데이터 집계를 위한 가상 백본을 준비한다. 두 번째 단계인 최초 적합 집계 스케줄링(First-fit Aggregation Scheduling, FAS)은 구성된 백본을 기반으로 빠른 충돌 없는 데이터 수집 일정을 수행한다. This technique consists of two stages: a layered network structure construction stage and a collision-free scheduling stage. In the first stage, the Delay-aware tree construction (DTC) stage, a CDS tree is created that takes into account the delay between nodes in the duty cycled WSN and prepares a virtual backbone for efficient data aggregation in the network. The second step, First-fit Aggregation Scheduling (FAS), performs a fast collision-free data collection schedule based on the configured backbone.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the configuration of a control device of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

무선 센서 네트워크의 제어 장치(100)는 통신 모듈(110), 메모리(120), 프로세서(130) 및 데이터베이스(140)를 포함한다.The control device 100 of the wireless sensor network includes a communication module 110, a memory 120, a processor 130, and a database 140.

통신 모듈(110)은 복수의 무선 센서 노드들이 서로 접속되어 네트워크를 이루는 무선 센서 네트워크와 접속상태를 유지하고, 데이터 통신을 수행한다. 통신 모듈(110)은 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.The communication module 110 maintains a connection state with a wireless sensor network forming a network by connecting a plurality of wireless sensor nodes to each other, and performs data communication. The communication module 110 may be a device including hardware and software necessary for transmitting and receiving a signal such as a control signal or a data signal through a wired or wireless connection with another network device.

메모리(120)는 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램이 기록된다. 또한, 프로세서(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(120)는 휘발성 저장 매체(volatile storage media) 또는 비휘발성 저장 매체(non-volatile storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.In the memory 120, a scheduling program of a wireless sensor network is recorded. In addition, it performs a function of temporarily or permanently storing data processed by the processor 130. Here, the memory 120 may include volatile storage media or non-volatile storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto.

프로세서(130)는 무선센서 네트워크의 제어장치가 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램을 수행하는 전체 과정을 제어한다. 여기서, 프로세서(130)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The processor 130 controls the entire process in which the control device of the wireless sensor network performs the scheduling program of the wireless sensor network. Here, the processor 130 may include all kinds of devices capable of processing data, such as a processor. Here, a'processor' may mean a data processing device embedded in hardware having physically structured circuits, for example, to perform functions represented by codes or instructions included in a program. As an example of such a data processing device embedded in hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated ASIC circuit, a field programmable gate array (FPGA), or the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.

프로세서(130)는 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램의 실행에 의해, 상기 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하고, 상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하고, 상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키고, 상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키고, 상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정하고, 상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하고, 상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하고, 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 상기 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하고, 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 상기 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 동작을 각각 수행한다.The processor 130 configures a BFS tree based on a width priority search based on a sink node for the wireless sensor network by executing a scheduling program of the wireless sensor network, and according to a hop distance from the sink node, A node included in the BFS tree is divided into a plurality of layers, the sink node is added to the set of rulers as a ruler node, and a node of a third layer that is not adjacent to the first layer including the sink node is a candidate ruler node. Set, add the node with the smallest delay and the node not adjacent to the node to the set of rulers when connecting with the sink node among candidate ruler nodes, and connect the first layer and the third layer A node that connects the sink node and the ruler nodes in the shortest path among nodes of the second layer is selected as a connector node, and generates a ruler connection tree including the ruler nodes of the ruler set and the connector nodes, Based on information about each active slot, among the BFS trees, set the dominant nodes not included in the dominant connection tree as a transmitting node, set the nodes included in the dominant connection tree as a backbone node, and according to the dominant scheduling algorithm By scheduling data transmission between the transmitting node and the backbone nodes, each of the operating periods of the transmitting node is allocated, and according to a backbone scheduling algorithm, data of neighbor nodes of the transmitting node to which the operating period is allocated is overheard. Based on the information on the operation period of the backbone nodes, each operation of allocating the operation period of each backbone node is performed so that data collision does not occur.

데이터베이스(140)는 무선 센서 네트워크를 구성하는 개별 노드에 대한 정보가 저장된다. 또한, 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램을 수행하면서 누적되는 데이터가 저장된다. The database 140 stores information about individual nodes constituting the wireless sensor network. In addition, data accumulated while performing the scheduling program of the wireless sensor network is stored.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 스케줄링 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of scheduling a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

먼저, 지연 인식 트리 구축 알고리즘에 따라 지배자 연결 트리를 생성한다(S310).First, a ruler connection tree is generated according to a delay recognition tree construction algorithm (S310).

이를 위해, 아래의 도 4와 도 5에서 설명하는 바와 같이, 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성한다. 그리고, 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분한다. 기본적으로 싱크 노드는 지배자 노드로서 설정되고, 이를 지배자 집합에 추가시킨다. 싱크 노드가 포함된 계층은 제 1 계층으로 설정되고, 그 아래의 계층은 각각 제 2 계층, 제 3 계층 등으로 구분된다.To this end, as described in FIGS. 4 and 5 below, a BFS tree is constructed based on a width-first search based on a sink node for a wireless sensor network. Then, nodes included in the BFS tree are divided into a plurality of layers according to the hop distance from the sink node. Basically, the sink node is set up as a dominant node, and it is added to the dominant set. The layer including the sink node is set as the first layer, and the layers below it are divided into a second layer, a third layer, and the like.

제 1 계층과 인접한 제 2 계층은 지배자 후보에서 제외되고, 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정한다. 그리고, 후보 지배자 노드들 중 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가 시킨다.The second layer adjacent to the first layer is excluded from the ruler candidate, and a node of the third layer not adjacent to the first layer is set as a candidate ruler node. In addition, when connecting to the sink node among the candidate dominant nodes, the node having the smallest delay and the node not adjacent to the node are added to the dominant set as the dominant node.

그리고, 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 싱크 노드와 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정한다. 이와 같은, 지배자 집합의 지배자 노드들과 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성한다.Then, among the nodes of the second layer connecting the first layer and the third layer, a node connecting the sink node and the dominant nodes in the shortest path is selected as the connector node. In this way, a ruler connection tree including ruler nodes and connector nodes of the ruler set is generated.

아래 도 4와 도 5를 통해 지배자 연결 트리 생성과정을 더욱 상세히 살펴보기로 한다.The process of generating the ruler connection tree will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 below.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 인식 트리 구축 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.4 illustrates a pseudo code of a delay recognition tree construction algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 4에서 볼 수 있듯이 DTC 알고리즘은 세 단계로 구성된다. As can be seen in Figure 4, the DTC algorithm consists of three steps.

첫번째 단계에서 네트워크 (

Figure 112018107717129-pat00001
)의 싱크 노드 (
Figure 112018107717129-pat00002
)를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색(breadth first search, BFS)에 기반한 BFS 트리를 구성한다. 네트워크의 모든 노드는 싱크노드(s)와의 홉 거리에 따라 계층 (
Figure 112018107717129-pat00003
Figure 112018107717129-pat00004
)이 구분되는데,
Figure 112018107717129-pat00005
는 BFS 트리에서 가장 큰 계층을 나타낸다.
Figure 112018107717129-pat00006
에는 싱크 노드만 포함된다. 싱크는 처음에 지배자로 선택되어 지배자 집합(Dominating Set, DS)에 추가된다. Network in the first stage (
Figure 112018107717129-pat00001
) Sink node (
Figure 112018107717129-pat00002
Constructs a BFS tree based on breadth first search (BFS) based on ). All nodes in the network are hierarchical according to the hop distance from the sync node (s) (
Figure 112018107717129-pat00003
And
Figure 112018107717129-pat00004
) Is separated,
Figure 112018107717129-pat00005
Indicates the largest layer in the BFS tree.
Figure 112018107717129-pat00006
Includes only sink nodes. The sink is initially selected as the ruler and added to the Dominating Set (DS).

알고리즘은 계층 1에서 계층

Figure 112018107717129-pat00007
까지 두번째 단계와 세번째 단계의 여러 반복을 실행하여 싱크노드(s)를 바탕으로 하는 CDS 트리를 구성한다. 지연 인식 트리 구조를 용이하게 만들기 위해 DTC 알고리즘은 다음 수학식 1과 같이 노드 쌍
Figure 112018107717129-pat00008
사이의 휴지 지연(sleep delay)을 결정한다.The algorithm is layered at layer 1
Figure 112018107717129-pat00007
Until this time, multiple iterations of the second and third steps are executed to construct a CDS tree based on the sync node (s). To facilitate the delay-aware tree structure, the DTC algorithm uses node pairs as shown in Equation 1 below.
Figure 112018107717129-pat00008
Determine the sleep delay between.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018107717129-pat00009
Figure 112018107717129-pat00009

Figure 112018107717129-pat00010
는 노드 u가 노드 v의 활성 시간 슬롯에서 데이터를 노드 v로 전송하기 위해 대기해야하는 지연을 나타낸다. 경로의 휴지 지연은 경로의 모든 에지의 누적 지연 시간이다.
Figure 112018107717129-pat00010
Denotes the delay that node u must wait to transmit data to node v in the active time slot of node v. The idle delay of the path is the cumulative delay time of all edges of the path.

Figure 112018107717129-pat00011
를 계층(i)의 노드들의 집합이라고 한다. 두번째 단계에서 어떠한 지배자와도 인접하지 않은
Figure 112018107717129-pat00012
의 노드는 후보 지배자가 되고 연결 지배자(CD)를 설정하기 위해 추가된다(5번 라인). 후보 지배자로부터 가장 가까운 지배자를 식별하기 위해, 후보 지배자로부터 2홉 거리 내의 모든 지배자까지의 지연 측면으로 최단 경로가 확립된다(7번 라인). 이러한 지배자는 항상 네트워크 연결성 때문에 상위 계층 j(
Figure 112018107717129-pat00013
)에 존재한다. 후보 지배자에서 가장 가까운 지배자까지의 최단 경로와 경로의 휴지 지연은 추후 사용을 위해 기록된다 (8-9번 라인).
Figure 112018107717129-pat00014
는 후보 지배자 u와 가장 가까운 지배자 v사이의 지연에 대한 최단 경로를 나타낸다.
Figure 112018107717129-pat00015
의 휴지 지연은 수학식 2와 같다.
Figure 112018107717129-pat00011
Is referred to as a set of nodes in layer (i). In the second stage, it is not adjacent to any ruler
Figure 112018107717129-pat00012
The node of is added to become a candidate ruler and establish a connection ruler (CD) (line 5). To identify the closest ruler from the candidate ruler, the shortest path is established in terms of delay from the candidate ruler to all rulers within two hops (line 7). These rulers are always on top layer j( due to network connectivity.
Figure 112018107717129-pat00013
). The shortest route from the candidate ruler to the closest ruler and the pause delay of the route are recorded for future use (lines 8-9).
Figure 112018107717129-pat00014
Denotes the shortest path to the delay between the candidate ruler u and the closest ruler v.
Figure 112018107717129-pat00015
The pause delay of is equal to Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018107717129-pat00016
Figure 112018107717129-pat00016

여기서

Figure 112018107717129-pat00017
는 경로의 중간 노드이다. here
Figure 112018107717129-pat00017
Is the middle node of the path.

DTC 알고리즘은 후보 중에서 지배자를 선택하고, 세번째 단계에서 모든 지배자를 연결하는 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00018
) 를 생성한다. 처음에는 트리에 싱크 노드 s 만 포함된다. 각 계층에서 연결 지배자(CD)에 속한 노드(u)는 후보 지배자 집합의 모든 노드 중에서
Figure 112018107717129-pat00019
의 값이 가장 작은 경우 지배자로 선택된다. 선택된 지배자와 모든 이웃은 집합에서 제거된다 (11-12번 라인). 노드(u)와 경로
Figure 112018107717129-pat00020
의 중간 노드 (
Figure 112018107717129-pat00021
)는 CDS 트리(
Figure 112018107717129-pat00022
)에 추가된다 (13-14번 라인). 노드(
Figure 112018107717129-pat00023
)는 연결자로 불리며 트리에서 노드(u)의 부모 노드(
Figure 112018107717129-pat00024
)가 된다. 노드(u)의 가장 가까운 지배자(v)가 이미 CDS 트리(
Figure 112018107717129-pat00025
)에 있고
Figure 112018107717129-pat00026
가 된다는 것은 주목할 가치가 있다.The DTC algorithm selects a ruler from among candidates, and in the third stage, a CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00018
). Initially, the tree contains only the sink node s. The nodes (u) belonging to the connection ruler (CD) in each layer are among all nodes in the candidate ruler set.
Figure 112018107717129-pat00019
If the value of is the smallest, it is selected as the ruler. The selected ruler and all neighbors are removed from the set (lines 11-12). Node (u) and path
Figure 112018107717129-pat00020
Middle node (
Figure 112018107717129-pat00021
) Is the CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00022
) (Lines 13-14). Node(
Figure 112018107717129-pat00023
) Is called a connector and is the parent node of node u in the tree (
Figure 112018107717129-pat00024
). The closest ruler (v) of node (u) is already the CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00025
)
Figure 112018107717129-pat00026
It is worth noting that it becomes.

DTC 알고리즘은 두번째 단계와 세번째 단계를 계층별로 최종 계층(

Figure 112018107717129-pat00027
)까지 반복한다. 그런 다음 계층 집합과 최종 계층을 업데이터하여 업데이트하여 모든 노드가 CDS 트리(
Figure 112018107717129-pat00028
)에서 상위 노드의 인접한 하위 레이어에 있도록 한다 (15번 라인). 본 발명은 CDS 트리에 없는 노드를 지배자로 지정한다.The DTC algorithm divides the second and third steps into the final layer (
Figure 112018107717129-pat00027
Repeat until ). Then, update the hierarchy set and the final hierarchy to update all nodes so that the CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00028
) In the adjacent lower layer of the upper node (line 15). The present invention designates nodes that are not in the CDS tree as rulers.

도 5 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 인식 트리 구축 알고리즘이 적용되는 예시를 도시한 것이다.5 illustrates an example in which a delay recognition tree construction algorithm is applied according to an embodiment of the present invention.

도시된 WSN 네트워크는 총 13개의 노드를 포함하고, 듀티 사이클은 25%(τ=4)로 설정된다. (a)에 도시된 바와 같이, 초기에는 4개의 계층(제 1계층~제 4 계층)으로 분할된다. 싱크 노드(a)는 지배자로 선택되고, CDS트리에 포함된다. 제 2 계층의 노드들은 싱크노드에 인접하기 때문에 피지배자가 된다. 제 3 계층의 노드들은 후보 지배자가 된다. 후보 지배자로부터 2홉 상위 지배자인 싱크 노드(a)로의 모든 경로들의 지연은 (b)에 도시된다. 각각의 지연은 각 노드의 활성 슬롯에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 노드(a)의 활성 슬롯은 3이고, 노드 (b)의 활성 슬롯은 2 이므로, 노드(b)가 활성화된 상태에서 전송된 데이터는 1만큼의 지연 이후 노드(a)로 전송된다. 마찬가지로, 노드(a)의 활성 슬롯은 3이고, 노드 (d)의 활성 슬롯은 0 이므로, 노드(d)가 활성화된 상태에서 전송된 데이터는 4만큼의 지연 이후 노드(a)로 전송된다. 이와 같이, 각 노드의 활성 슬롯에 기초하여 각 노드 간의 경로에 지연을 확인할 수 있다.The illustrated WSN network includes a total of 13 nodes, and the duty cycle is set to 25% (τ=4). As shown in (a), initially, it is divided into four layers (first layer to fourth layer). The sink node (a) is selected as the ruler and is included in the CDS tree. Nodes of the second layer are adjacent to the sink node and thus become dominant. Nodes of the third tier become candidate rulers. The delay of all paths from the candidate ruler to the sink node (a), which is the second-hop higher ruler, is shown in (b). Each delay is determined based on the active slot of each node. For example, since the active slot of node (a) is 3 and the active slot of node (b) is 2, data transmitted while node (b) is active is transmitted to node (a) after a delay of 1 do. Likewise, since the active slot of node (a) is 3 and the active slot of node (d) is 0, data transmitted in the state where node (d) is activated is transmitted to node (a) after a delay of 4. In this way, it is possible to check the delay in the path between each node based on the active slot of each node.

(c)에 도시된 바와 같이, DTC 알고리즘은 지연 측면에서 최소 경로를 결정하고, 제 3 계층의 각 노드에서 가장 가까운 상위 지배자에 대한 지연을 산출한다. 노드(f)는 상위 지배자에 대한 가장 작은 지연을 가지므로(

Figure 112018107717129-pat00029
), 최초로 지배자로 선택된다. 제 3 계층의 노드(e, g)는 지배자(f)와 인접하고 있으므로 피지배자가 된다. 마찬가지 방법으로, 노드(h)도 지배자로 선택된다.As shown in (c), the DTC algorithm determines the minimum path in terms of delay, and calculates the delay for the closest upper ruler in each node of the third layer. Node (f) has the smallest delay to the parent ruler (
Figure 112018107717129-pat00029
), first chosen as ruler. The nodes (e, g) of the third layer are adjacent to the ruler (f), and thus become the dominant. In the same way, node h is also selected as the ruler.

마찬가지로, (d)에 도시된 바와 같이 노드(f)와 노드(h)는 2개의 연결 노드(b, d)를 통해 각각 CDS 트리에 연결된다. Similarly, as shown in (d), nodes f and h are connected to the CDS tree through two connecting nodes b and d, respectively.

(e)에 도시된 바와 같이, 제 4 계층에 포함된 노드에 대해서도 DTC 알고리즘이 수행된다. 즉, 제 3 계층의 하위 계층으로서 제 4 계층을 더 포함하는 경우, 제 4 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 제 3 계층의 지배자 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가 시킨다. 이와 같은 과정을 반복하여, 최종적으로, (f) 도시된 바와 같이, 계층 집합들은 CDS 트리에 기초하여 갱신된다. 노드(g, i, l)의 계층들은 그 부모 노드들의 계층보다 더 크게 증가하게 된다.As shown in (e), the DTC algorithm is also performed on the node included in the fourth layer. That is, when the fourth layer is further included as a lower layer of the third layer, the node of the fourth layer is set as a candidate dominant node, and among the candidate dominant nodes, the delay is the greatest when connecting with the dominant node of the third layer. A small node and a node not adjacent to the node are added to the ruler set as the ruler node. By repeating this process, finally, as shown in (f), the hierarchical sets are updated based on the CDS tree. The hierarchies of the nodes g, i, l increase significantly more than the hierarchies of their parent nodes.

다시 도 3을 참조하면, 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라 송신노드의 동작 기간을 할당한다(S320).Referring to FIG. 3 again, an operation period of the transmitting node is allocated according to the dominant scheduling algorithm (S320).

먼저, 앞서 구성한 BFS 트리 중 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정한다. 그리고, 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당한다.First, among the BFS trees configured above, dominant nodes not included in the dominant connection tree are set as the transmission node, and nodes included in the dominant connection tree are set as the backbone node. Then, according to the dominant scheduling algorithm, data transmission between a transmitting node and the backbone nodes is scheduled based on information on each active slot, and an operation period of the transmitting node is respectively allocated.

특히, 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당할때에는 매 활성 슬롯의 순서에 따라 백본 노드를 구분하여 복수의 백본 노드 집합을 생성하고(도 7의 b), 매 활성 슬롯 별로 백본 노드 집합에 데이터를 전송하는 송신 노드들과 모두 연결된 최소 커버 집합을 백본 노드 집합에서 특정한다(도 7의 c, d, e). 그리고, 매 활성 슬롯 별로 최소 커버 집합에 포함된 백본 노드에 대하여 송신 노드가 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당한다(도 7의 c, d, e). In particular, when allocating the operation period of the transmitting node, the backbone nodes are classified according to the order of every active slot to generate a plurality of backbone node sets (b in FIG. 7 ), and data is transmitted to the backbone node set for each active slot The minimum set of covers connected to all of the transmitting nodes is specified in the set of backbone nodes (c, d, e in FIG. 7). Then, for each active slot, a first operation period is allocated to a task in which the transmitting node transmits data to the backbone node included in the minimum cover set (c, d, e of FIG. 7 ).

이때, 백본 노드에 복수의 송신 노드들이 독점적인 이웃 관계에 있는 경우 해당 송신 노드들 중 하나의 송신 노드를 무작위로 선택하고, 선택된 송신 노드가 백본 노드에 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당할 수 있다. At this time, when a plurality of transmitting nodes are in an exclusive neighbor relationship to the backbone node, a first operation period is selected for the operation of randomly selecting one of the transmitting nodes and transmitting data to the backbone node by the selected transmitting node. Can be assigned.

아래 도 6과 도 7을 통해 피지배자 스케줄링 알고리즘을 더욱 상세히 살펴보기로 한다.6 and 7 below, the subject scheduling algorithm will be described in more detail.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피지배자 스케줄링 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.6 shows a pseudo code of a subject scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.

집계 백본으로서의 WSN의 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00030
)를 참조하면, FAS 방식은 네트워크 내의 모든 노드들로부터 싱크 노드까지 데이터를 수집하는 효율적인 스케줄을 구성할 수 있다. 최초 적합 집계 스케줄링 방법은 두 단계로 구성된다. CDN tree of WSN as aggregate backbone (
Figure 112018107717129-pat00030
), the FAS method can configure an efficient schedule for collecting data from all nodes in the network to the sink node. The initial adaptive aggregation scheduling method consists of two steps.

먼저 모든 피지배자의 데이터를 백본의 노드로 수집하고, 다음으로 상향식 방식으로 백본 노드의 데이터를 충돌 없이 싱크노드로 집계한다. 백본 노드에는 DTC 알고리즘에서 선택된 모든 지배자 및 연결자가 포함된다. First, the data of all dominants is collected as a node of the backbone, and then the data of the backbone node is aggregated to the sink node without collision in a bottom-up manner. The backbone node contains all the rulers and connectors selected in the DTC algorithm.

CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00031
)에 따르면 네트워크의 모든 노드들은 두 개의 분리된 집합으로 구분되는데, 백본의 노드 집합(R)과 피지배자 집합(S)으로 구분된다 (1번 라인). 피지배자 집합(S)내의 각각의 피지배자는 백본 노드 집합(R)내의 적어도 하나의 백본 노드, 즉 그 지배자에 인접해있다. 동작 기간 1부터 시작하여 알고리즘은 피지배자 집합(S) 내의 각 송신 노드에 대해 동작 기간을 할당하여 데이터 패킷이 백본 노드 집합(R)의 수신 노드로 충돌 없이 전송될 수 있도록 한다. 할당된 동작 기간은 최소 지연 집합을 가능하게 하기 위해 가능한 작아야 한다.CDS tree(
Figure 112018107717129-pat00031
According to ), all nodes in the network are divided into two separate sets, the node set (R) of the backbone and the set of subjects (S) (line 1). Each dominant in the dominant set S is adjacent to at least one backbone node in the set of backbone nodes R, i.e., its dominant. Starting from the operation period 1, the algorithm allocates an operation period to each transmitting node in the set of the dominant S so that data packets can be transmitted without collision to the receiving node of the backbone node set R. The assigned duration of operation should be as small as possible to enable a minimal set of delays.

충돌 없는 데이터 수집을 보장하기 위해 피지배자 스케줄링은 수신 노드를 활성 슬롯에 따라 서로 다른 하위 집합

Figure 112018107717129-pat00032
(
Figure 112018107717129-pat00033
)으로 그룹화 한다(3-4번 라인).
Figure 112018107717129-pat00034
Figure 112018107717129-pat00035
에 있는 노드들에 인접한 송신 노드들의 서브 세트를 표시한다고 하자 (7번 라인). 피지배자 스케줄링 알고리즘은
Figure 112018107717129-pat00036
의 모든 노드를 커버할 수 있는 최소 커버 집합
Figure 112018107717129-pat00037
(
Figure 112018107717129-pat00038
)을 찾는다 (8번 라인). 최소 커버 집합의 특성에 따르면, 최소 커버 집합의 각 노드(
Figure 112018107717129-pat00039
)는 해당 노드(u)에만 인접한 적어도 하나의 독점적인 이웃 노드(v,
Figure 112018107717129-pat00040
)를 가져야한다(10번 라인). 만약, 수신 노드에 둘 이상의 독점적인 이웃이 있는 경우 알고리즘은 이웃 노드 중 하나를 송신 노드로 무작위로 선택한다. 이웃 노드(v,
Figure 112018107717129-pat00041
)의 송신 스케줄을
Figure 112018107717129-pat00042
로 나타내면(11번 라인), 노드 (v)가 제 m 동작 기간의 시간 슬롯(
Figure 112018107717129-pat00043
) 에서 노드(u) 로 데이터 패킷을 보내도록 스케줄링됨을 의미한다. 각 활성 슬롯(i)의 이웃 노드들의 쌍(
Figure 112018107717129-pat00044
)들이 존재한다. 노드들의 쌍들 사이의 전송은 충돌 없이 동일한 동작 기간 m에서 동시에 스케줄링 될 수 있다. To ensure collision-free data collection, the dominant scheduling allows the receiving node to have different subsets depending on the active slot.
Figure 112018107717129-pat00032
(
Figure 112018107717129-pat00033
) (Line 3-4).
Figure 112018107717129-pat00034
end
Figure 112018107717129-pat00035
Suppose that we indicate a subset of transmitting nodes adjacent to the nodes in (line 7). The dominant scheduling algorithm
Figure 112018107717129-pat00036
Set of minimum covers that can cover all nodes in a
Figure 112018107717129-pat00037
(
Figure 112018107717129-pat00038
) (Line 8). According to the characteristics of the minimum cover set, each node of the minimum cover set (
Figure 112018107717129-pat00039
) Is at least one exclusive neighbor node (v, only adjacent to the corresponding node u)
Figure 112018107717129-pat00040
) (Line 10). If the receiving node has two or more exclusive neighbors, the algorithm randomly selects one of the neighboring nodes as the transmitting node. Neighbor node (v,
Figure 112018107717129-pat00041
)
Figure 112018107717129-pat00042
When represented by (line 11), node (v) is the time slot of the mth operation period (
Figure 112018107717129-pat00043
) Means that it is scheduled to send a data packet to node u. Pair of neighboring nodes in each active slot (i)
Figure 112018107717129-pat00044
) Are present. The transmission between pairs of nodes can be scheduled simultaneously in the same operating period m without collision.

피지배자(v)가 자신의 데이터 패킷을 전송하도록 스케줄되면, 그것은 전송 노드 집합(s)에서 제거된다 (11-12번 라인). 대응하는 수신 노드(

Figure 112018107717129-pat00045
)만이 동작 기간 m 에서 패킷을 수신하도록 보장되지만(13번 라인), 이웃 노드(
Figure 112018107717129-pat00046
)들은 동일한 시간 슬롯에서 활성 상태이기 때문에 송신을 엿들을 수 있다. 피지배자 스케줄링 알고리즘은 이와 같은 엿듣게 되는 동작 기간을 기록하여, 인접 노드가 나중에 데이터 전송시에 간섭하지 못하도록 한다 (14-15번 라인). 남아있는 피지배자는 모든 피지배자가 스케줄링 될 때까지, 다음 활성 슬롯에서 동작 기간에 반복적으로 스케줄링 된다 (16번 라인). 상이한 활성 슬롯들에서의 전송들이 서로 간섭하지 않을 것이라는 점은 주목할 가치가 있다. When the dominant (v) is scheduled to transmit its own data packet, it is removed from the set of transmitting nodes (s) (lines 11-12). Corresponding receiving node (
Figure 112018107717129-pat00045
) Is guaranteed to receive packets only during operation period m (line 13), but neighbor nodes (
Figure 112018107717129-pat00046
) Can overhear the transmission because they are active in the same time slot. The dominant scheduling algorithm records such an overheard period of operation, preventing adjacent nodes from interfering with data transmission later (lines 14-15). The remaining dominant is repeatedly scheduled in the operation period in the next active slot, until all dominants are scheduled (line 16). It is worth noting that transmissions in different active slots will not interfere with each other.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피지배자 스케줄링 알고리즘의 예시를 도시한 것이다.7 illustrates an example of a scheduling algorithm for a subject according to an embodiment of the present invention.

(a)에 도시된 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00047
)에 따르면, 모든 노드들은 (b)에 도시된 바와 같이 송신 집합(S = {c, e, k,m})과 수신 집합(R ={a, b, d, f , h, j, g, i, l})으로 구분된다. 피지배자 스케줄링 알고리즘은 각 활성 슬롯마다 송신 집합(S)의 노드로부터 수신 집합(R)의 노드로 송신(transmission)을 스케줄링한다. The CDS tree shown in (a) (
Figure 112018107717129-pat00047
According to ), all nodes have a transmit set (S = {c, e, k,m}) and a receive set (R ={a, b, d, f, h, j, g, as shown in (b)). , i, l}). The dominant scheduling algorithm schedules transmission from a node of the transmission set S to a node of the reception set R for each active slot.

(c)에 도시된 바와 같이, 0번 활성 슬롯에서는 수신 집합의 노드들(

Figure 112018107717129-pat00048
)만 송신 노드(
Figure 112018107717129-pat00049
)로부터 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 최소 커버 집합(
Figure 112018107717129-pat00050
)이 송신 집합(
Figure 112018107717129-pat00051
)의 모든 노드를 커버하도록 구성된다. 동일한 동작 기간에 스케줄링된 노드(c, m)로부터 데이터를 수신하는 노드(f, m)이 최소 커버 집합(
Figure 112018107717129-pat00052
)에 포함된다. As shown in (c), in the active slot 0, the nodes of the receive set (
Figure 112018107717129-pat00048
Only the sending node (
Figure 112018107717129-pat00049
) To receive a data packet. Minimum cover set (
Figure 112018107717129-pat00050
) Is the send set (
Figure 112018107717129-pat00051
) To cover all nodes. A node (f, m) receiving data from the nodes (c, m) scheduled in the same operation period has a minimum set of covers (
Figure 112018107717129-pat00052
).

마찬가지로, (d)와 (e)에 도시된 바와 같이, 피지배자 스케줄링 알고리즘은 1번 활성 슬롯과 2번 활성 슬롯에서, 남은 송신 노드(e, k)로부터 수신 노드(i, g)로 각각 데이터를 전송하는 것을 스케줄링 할 수 있다.Similarly, as shown in (d) and (e), the dominant scheduling algorithm transmits data from the remaining transmitting nodes (e, k) to the receiving nodes (i, g) in the first active slot and the second active slot, respectively. You can schedule the transmission.

(f)에 도시된 바와 같이, 피지배자 데이터를 수집하는 프로세스는 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00053
)에 포함된 모든 피지배자가 데이터를 모두 전송하면 종료된다.As shown in (f), the process of collecting the subject data is the CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00053
) Is terminated when all the parties included in) transmit all the data.

다시 도 3을 참조하면, 백본 스케줄링 알고리즘에 따라 백본노드의 동작 기간을 할당한다(S330).Referring back to FIG. 3, an operation period of a backbone node is allocated according to a backbone scheduling algorithm (S330).

백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당한다.According to the backbone scheduling algorithm, the operation period of each backbone node is allocated so that data collision does not occur based on information on the operation period of the backbone nodes that overhear data among neighboring nodes of the transmitting node to which the operation period is assigned. .

특히, 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보를 수집하고, 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간 정보에 기초하여 최하위 계층의 백본 노드들 부터 동작 기간을 할당한다. 이때, 동작 기간의 할당시에는 해당 백본 노드와 인접한 이웃 노드들이 엿듣는 동작 기간을 참고하여 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하도록 한다(도 9).In particular, information on the operation period of the backbone nodes that overhear data among neighbor nodes of the transmitting node is collected, and the operation period is started from the backbone nodes of the lowest layer based on the operation period information of the backbone nodes that overhear data. Assign. At this time, when allocating the operation period, the operation period of each backbone node is allocated so that data collision does not occur by referring to the operation period that neighbor nodes adjacent to the corresponding backbone node overhear (FIG. 9).

특히, 동작 기간의 할당시에는 제 1 동작 기간이 할당된 송신 노드로부터 데이터 전송을 받는 백본 노드가 그 부모 노드로 데이터를 전송하는 동작 기간을 할당할 때, 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣지 않는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당하고, 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 2 동작 기간을 할당하도록 한다(도 9 e).In particular, when the operation period is allocated, when the backbone node receiving data transmission from the transmission node to which the first operation period is assigned allocates an operation period for transmitting data to the parent node, the parent node is assigned the first operation period. When operating in an active slot that does not overhear one or more transmitting nodes, the backbone node allocates a first operation period to the operation of transmitting data to the parent node, and the parent node transmits one or more operations to which the first operation period is allocated When operating in an active slot listening to a node, the backbone node allocates a second operation period to a task of transmitting data to the parent node (FIG. 9E).

아래 도 8과 도 9를 통해 백본 스케줄링 알고리즘을 더욱 상세히 살펴보기로 한다. The backbone scheduling algorithm will be described in more detail with reference to FIGS. 8 and 9 below.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백본 스케줄링 알고리즘의 의사 코드를 도시한 것이다.8 shows a pseudo code of a backbone scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.

FAS 체계의 두 번째 단계는 피지배자로부터 모든 데이터를 수집한 후 시작한다. 도 8은 지배자와 연결자의 데이터를 집계하기 위한 백본 스케줄링 알고리즘의 의사 코드를 도시한다. 이 알고리즘은 모든 노드가 구성된 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00054
)계층에서 부모 노드로 데이터 패킷을 전송하는 첫 번째로 가용한 동작 기간을 결정한다. 노드는 활성 상태에서만 데이터를 수신할 수 있기 때문에 노드(u)가 동작 기간에 있는 노드(p(u))이전에 활성화되어 있으면 마지막 수신 노드(rx(u))와 동일한 동작 기간에 있는 노드(p(u))로 패킷을 전송할 수 있다. 그렇지 않으면 노드(p(u))가 다음 동작 기간에서 활성화될 때까지 기다려야한다 (3-4번 라인). 노드가 두 번째 단계에서 자식 노드 뿐만 아니라 첫 번째 단계에서 피지배자로부터 모든 데이터를 받은 후에 데이터를 전송할 준비가 되었음을 주목할 필요가 있다. 피지배자로부터 어떠한 데이터도 받지 못한 잎(leaf) 노드는 동작 기간 1에 준비되어 있다.The second phase of the FAS system begins after collecting all data from the subject. 8 shows a pseudo code of a backbone scheduling algorithm for aggregating data of the ruler and the connector. This algorithm consists of a CDS tree consisting of all nodes (
Figure 112018107717129-pat00054
)Determine the first available operation period for transmitting data packets from the layer to the parent node. Since the node can only receive data in the active state, the node in the same operating period as the last receiving node (rx(u)) if node u is active before the node in operation period (p(u)) p(u)). Otherwise, we have to wait for node p(u) to become active in the next period of operation (lines 3-4). It is worth noting that the node is ready to transmit data after receiving all data from the child node as well as the child in the first stage in the second stage. A leaf node that has not received any data from the dominant is ready for operation period 1.

노드(p(u))와 동일한 시간 슬롯에서 활성화되는 노드(u)의 모든 이웃 노드들은 노드(u)로부터 부모 노드로의 데이터 전송을 엿들 수 있음에 유의한다. 노드(u)의 데이터 전송은 다른 스케줄 된 전송을 방해함으로써 이웃 노드에서 충돌을 야기 할 수 있다. 충돌 없는 데이터 집합을 보장하기 위해, 백본 스케줄링 알고리즘은 노드(u)의 CDS 트리(

Figure 112018107717129-pat00055
)에 있는 이웃들이 다른 스케줄링 된 전송을 엿듣는 모든 동작 기간을 수집한다. 그것은 노드(u)의 금지된 동작 기간과 같은 동작 기간을 말하며
Figure 112018107717129-pat00056
에 저장한다 (5-6번 라인). 이 알고리즘은 노드(u)가 동작 기간 동안 패킷을 전송하는 것을 방지하고 노드(u)에 대한 최소 전송 동작 기간을 검색한다 (7-8 번 라인). 마지막 수신 동작 기간(p(u))과 노드(u)의 CDS 트리(
Figure 112018107717129-pat00057
)에서 활동 중인 모든 이웃 노드의 엿듣는 동작 기간(a(p((u)))은 충돌을 회피하기 위해 업데이트 된다. 백본 스케줄링 알고리즘은 모든 노드의 데이터가 싱크 노드에서 집계되도록 트리에서 각 노드에 대해 최초 적합 동작 기간을 상향식 방식으로 할당한다.Note that all neighboring nodes of node u that are activated in the same time slot as node p(u) can overhear data transmission from node u to the parent node. Data transmission from node u can interfere with other scheduled transmissions, causing collisions in neighboring nodes. To ensure a collision-free dataset, the backbone scheduling algorithm uses the node u's CDS tree (
Figure 112018107717129-pat00055
) Collects all of the operation periods when neighbors in the eavesdrop on other scheduled transmissions. It refers to the period of operation equal to the forbidden period of operation of node u.
Figure 112018107717129-pat00056
To the line (lines 5-6). This algorithm prevents node u from sending packets during the operation period and retrieves the minimum transmission operation period for node u (lines 7-8). CDS tree of last receive operation period (p(u)) and node (u) (
Figure 112018107717129-pat00057
The period of eavesdropping (a(p((u)))) of all neighboring nodes active in) is updated to avoid collisions.The backbone scheduling algorithm is applied to each node in the tree so that data from all nodes is aggregated at the sink node. For the first time, an appropriate fit operation period is allocated in a bottom-up manner.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 백본 스케줄링 알고리즘의 예시를 도시한 것이다.9 shows an example of a backbone scheduling algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (f)에 도시된 피지배자들의 데이터 전송 과정은 도 9의 (a)에 재도시되었다. (b)에 도시된 바와 같이, 데이터 전송 과정에서 엿듣는 동작 기간은 백본 노드를 위해 갱신된다. 예를 들어, 노드(e)가 데이터를 전송할 때, 노드(i)가 다음 동작 기간의 활성 슬롯(1)에서 데이터를 수신할 수 있고, 노드(e)의 이웃 노드들 중 노드(b, j)는 활성 슬롯(2)에서 활성화되므로, 데이터를 엿들을 수 없으나, 노드(f)는 활성 슬롯(0)에서 활성화되므로 다음 동작 기간에 엿들을 수 있는 상태가 된다. 이와 같이, 각 피지배자 노드의 이웃 노드들에 대하여, 피지배자 노드가 데이터를 전송할 때 데이터를 엿듣게 되는 동작 기간에 대한 정보를 수집한다.The data transmission process of the subjects shown in FIG. 7(f) is shown again in FIG. 9(a). As shown in (b), the operation period overheard in the data transmission process is updated for the backbone node. For example, when node e transmits data, node i can receive data in the active slot 1 of the next operation period, and nodes b, j among the neighboring nodes of node e ) Is activated in the active slot 2, so data cannot be overheard, but node f is activated in the active slot 0, so that it can be overheard in the next operation period. In this way, for neighbor nodes of each dominant node, information about an operation period in which the dominant node overhears data when transmitting data is collected.

(c)에 도시된 바와 같이, 백본 스케줄링 알고리즘은 제 5 계층의 노드(

Figure 112018107717129-pat00058
)들로부터 시작된다. 엿듣는 동작 기간은 노드(i)의 모든 이웃 노드들은 공백상태이므로, 금지된 집합은
Figure 112018107717129-pat00059
이 된다. 노드(i)는 그 부모 노드(j)에 앞서 동작 기간에 활성화되므로, 노드(i)는 피지배자 노드(e)로부터 패킷을 수신할 때, 동일한 동작 기간(1)에 패킷을 노드(j)로 전송할 수 있다. 반면에, 노드(l)는 그 부모 노드(g)가 동작 기간(1)에 피지배자 노드(k)로부터 스케줄된 데이터 전송을 받는 동작 상태이므로, 동작 기간(2)로 데이터 전송을 지연시킨다. 제 4 계층 내지 제 1계층의 노드의 데이터 전송 스케줄은 (d) 내지 (f)에 각각 도시된다. 본 예시에서는 데이터 집계 스케줄이 동작 기간(3)에서 종료된다.As shown in (c), the backbone scheduling algorithm is a node of the fifth layer (
Figure 112018107717129-pat00058
). The period of eavesdropping is blank for all neighbor nodes of node i, so the forbidden set
Figure 112018107717129-pat00059
It becomes. Since the node i is activated during the operation period prior to its parent node j, the node i sends the packet to the node j in the same operation period 1 when receiving a packet from the dominant node e. Can transmit. On the other hand, the node l is an operation state in which the parent node g receives the scheduled data transmission from the dominant node k in the operation period 1, thereby delaying the data transmission to the operation period 2. Data transmission schedules of the nodes of the fourth layer to the first layer are shown in (d) to (f), respectively. In this example, the data aggregation schedule ends in the operation period (3).

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 스케줄링 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The scheduling method of the wireless sensor network according to the embodiment of the present invention described above may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Such recording media include computer readable media, which can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. , Removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 조사 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and a person who is investigating ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수도 있다.Further, although the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention. .

100: 무선 센서 네트워크의 제어 장치 110: 통신모듈
120: 메모리 130: 프로세서
100: wireless sensor network control device 110: communication module
120: memory 130: processor

Claims (11)

무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법에 있어서,
상기 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하는 단계;
상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하는 단계;
상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키는 단계;
상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키는 단계;
상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정하는 단계;
상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하는 단계;
상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하는 단계;
피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 상기 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하는 단계; 및
백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 상기 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
In the scheduling method in a wireless sensor network,
Constructing a BFS tree based on a width-first search based on a sink node for the wireless sensor network;
Dividing a node included in the BFS tree into a plurality of layers according to a hop distance from the sink node;
Adding the sink node as a ruler node to the ruler set;
A node of a third layer that is not adjacent to the first layer including the sink node is set as a candidate dominant node, and among the candidate dominant nodes, the node having the smallest delay when connecting to the sink node and the node are not adjacent to the node. Adding non-nodes to the set of rulers as ruler nodes;
Selecting a node that connects the sink node and the ruler node in the shortest path among nodes of the second layer connecting the first layer and the third layer as a connector node;
Generating a ruler connection tree including ruler nodes of the ruler set and the connector node;
Setting the dominant nodes not included in the dominant connection tree among the BFS trees as a transmitting node, and setting nodes included in the dominant connection tree as a backbone node;
Scheduling data transmission between the transmitting node and the backbone nodes based on information about each active slot, and allocating operation periods of the transmitting node, respectively, according to the dominant scheduling algorithm; And
According to the backbone scheduling algorithm, the operation period of each backbone node is allocated so that data collision does not occur based on information on the operation period of the backbone nodes that overhear data among neighbor nodes of the transmitting node to which the operation period is assigned. Scheduling method in a wireless sensor network comprising the step of.
제 1 항에 있어서,
상기 BFS 트리가 상기 제 3 계층의 하위 계층으로서 제 4 계층을 더 포함하는 경우,
상기 제 4 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 제 3 계층의 지배자 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키는 단계를 상기 지배자 연결 트리를 생성하는 단계를 수행하기 전에 더 수행하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
According to claim 1,
When the BFS tree further includes a fourth layer as a lower layer of the third layer,
The node of the fourth layer is set as a candidate ruler node, and among the candidate ruler nodes, a node having the smallest delay and a node not adjacent to the node when connecting to the ruler node of the third layer is the ruler node. The scheduling method in the wireless sensor network is further performed before the step of adding the set to the set is performed before generating the ruler connection tree.
제 1 항에 있어서,
상기 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하는 단계는
매 활성 슬롯의 순서에 따라 상기 백본 노드를 구분하여 복수의 백본 노드 집합을 생성하는 단계;
매 활성 슬롯 별로 상기 백본 노드 집합에 데이터를 전송하는 송신 노드들과 모두 연결된 최소 커버 집합을 상기 백본 노드 집합에서 특정하는 단계; 및
매 활성 슬롯 별로 상기 최소 커버 집합에 포함된 백본 노드에 대하여 상기 송신 노드가 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
According to claim 1,
The step of allocating the operation period of the transmitting node according to the dominant scheduling algorithm is
Classifying the backbone nodes according to the order of every active slot to generate a plurality of backbone node sets;
Specifying, in the backbone node set, a minimum cover set connected to all transmitting nodes that transmit data to the backbone node set for each active slot; And
A scheduling method in a wireless sensor network in which a first operation period is allocated to a task in which the transmitting node transmits data to a backbone node included in the minimum cover set for each active slot.
제 3 항에 있어서,
상기 백본 노드에 복수의 송신 노드들이 독점적인 이웃 관계에 있는 경우 해당 송신 노드들 중 하나의 송신 노드를 무작위로 선택하고, 선택된 송신 노드가 상기 백본 노드에 데이터를 전송하는 작업에 상기 제 1 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
The method of claim 3,
When a plurality of transmitting nodes in the backbone node are in an exclusive neighbor relationship, the first operation period is selected to randomly select one of the transmitting nodes and the selected transmitting node transmits data to the backbone node. Scheduling method in a wireless sensor network that allocates.
제 1 항에 있어서,
상기 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 단계는
상기 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보를 수집하는 단계;
상기 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간 정보에 기초하여 최하위 계층의 백본 노드들 부터 동작 기간을 할당하는 단계를 포함하되,
상기 백본 노드의 동작 기간의 할당시에는 해당 백본 노드와 인접한 이웃 노드들이 엿듣는 동작 기간을 참고하여 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
According to claim 1,
According to the backbone scheduling algorithm, the step of allocating the operation period of each backbone node is
Collecting information about an operation period of backbone nodes that overhear data among neighboring nodes of the transmitting node;
And allocating an operation period from backbone nodes of the lowest layer based on the operation period information of the backbone nodes overheard the data,
When allocating the operation period of the backbone node, the operation method of each backbone node is allocated so that data collision does not occur by referring to the operation period that neighbor nodes adjacent to the corresponding backbone node overhear.
제 5 항에 있어서,
상기 백본 노드의 동작 기간의 할당시에는 제 1 동작 기간이 할당된 송신 노드로부터 데이터 전송을 받는 백본 노드가 그 부모 노드로 데이터를 전송하는 동작 기간을 할당할 때,
상기 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣지 않는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당하고,
상기 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 2 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 스케줄링 방법.
The method of claim 5,
When allocating the operation period of the backbone node, when the backbone node receiving data transmission from the transmission node to which the first operation period is assigned allocates an operation period for transmitting data to its parent node,
When the parent node operates in an active slot that does not overhear one or more transmitting nodes to which the first operation period is assigned, the backbone node allocates a first operation period to the operation of transmitting data to the parent node,
When the parent node operates in an active slot that eavesdrops on one or more transmitting nodes to which the first operation period is assigned, the wireless sensor assigns a second operation period to the operation of transmitting data to the parent node by the backbone node. Scheduling method in the network.
무선 센서 네트워크의 제어 장치에 있어서,
상기 무선 센서 네트워크의 스케줄링 프로그램이 저장된 메모리,
상기 무선 센서 네트워크와 접속된 통신 모듈, 및
상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 상기 프로그램의 실행에 의해, 상기 무선 센서 네트워크에 대해 싱크 노드를 베이스로 하는 넓이 우선 탐색에 기반하여 BFS 트리를 구성하고, 상기 싱크 노드로부터의 홉 거리에 따라 상기 BFS 트리에 포함된 노드를 복수의 계층으로 구분하고, 상기 싱크 노드를 지배자 노드로서 지배자 집합에 추가시키고, 상기 싱크 노드가 포함된 제 1 계층과 인접하지 않은 제 3 계층의 노드를 후보 지배자 노드로 설정하고, 후보 지배자 노드들 중 상기 싱크 노드와의 연결시에 지연이 가장 작은 노드 및 해당 노드와 인접하지 않은 노드를 지배자 노드로서 상기 지배자 집합에 추가 시키고, 상기 제 1 계층과 제 3 계층을 연결하는 제 2 계층의 노드들 중 상기 싱크 노드와 상기 지배자 노드들을 최단 경로로 연결시키는 노드를 연결자 노드로 선정하고, 상기 지배자 집합의 지배자 노드들과 상기 연결자 노드를 포함하는 지배자 연결 트리를 생성하고, 상기 BFS 트리 중 상기 지배자 연결 트리에 포함되지 않은 피지배자 노드들을 송신 노드로 설정하고, 상기 지배자 연결 트리에 포함된 노드들을 백본 노드로 설정하고, 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 활성 슬롯에 대한 정보에 기초하여 상기 송신 노드와 상기 백본 노드들간의 데이터 전송을 스케줄링하여, 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당하고, 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 상기 동작 기간이 할당된 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보에 기초하여, 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크의 제어 장치.
In the control device of the wireless sensor network,
A memory in which the scheduling program of the wireless sensor network is stored,
A communication module connected to the wireless sensor network, and
It includes a processor for executing a program stored in the memory,
The processor configures a BFS tree based on a width priority search based on a sink node for the wireless sensor network by executing the program, and a node included in the BFS tree according to a hop distance from the sink node Is divided into a plurality of layers, the sink node is added to a set of rulers as a ruler node, a node of a third layer not adjacent to the first layer including the sink node is set as a candidate ruler node, and a candidate ruler node When connecting to the sink node, a node having the lowest delay and a node not adjacent to the node are added to the set of rulers as a ruler node, and a node of a second layer connecting the first layer and the third layer Among them, a node connecting the sink node and the ruler nodes by the shortest path is selected as a connector node, and a ruler connection tree including the ruler nodes of the ruler set and the connector node is generated, and the ruler among the BFS trees Set the dominant nodes not included in the connection tree as the transmitting node, set the nodes included in the dominant connection tree as the backbone node, and according to the dominant scheduling algorithm, based on the information about each active slot, the transmitting node and the By scheduling data transmission between backbone nodes, each operation period of the transmission node is allocated, and according to a backbone scheduling algorithm, operation periods of backbone nodes that overhear data among neighbor nodes of the transmission node to which the operation period is allocated Based on the information on, the control device of the wireless sensor network is to allocate the operation period of each backbone node so that no data collision occurs.
제 7 항에 있어서,
상기 프로세서는 피지배자 스케줄링 알고리즘에 따라 상기 송신 노드의 동작 기간을 각각 할당할 때, 매 활성 슬롯의 순서에 따라 상기 백본 노드를 구분하여 복수의 백본 노드 집합을 생성하고, 매 활성 슬롯 별로 상기 백본 노드 집합에 데이터를 전송하는 송신 노드들과 모두 연결된 최소 커버 집합을 상기 백본 노드 집합에서 특정하고, 매 활성 슬롯 별로 상기 최소 커버 집합에 포함된 백본 노드에 대하여 상기 송신 노드가 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크의 제어 장치.
The method of claim 7,
When the processor allocates each operation period of the transmitting node according to the dominant scheduling algorithm, the processor classifies the backbone nodes according to the order of every active slot, generates a plurality of backbone node sets, and sets the backbone node for each active slot The minimum cover set connected to all the transmission nodes transmitting data to the backbone node set is specified, and for each active slot, the transmission node transmits data to the backbone node included in the minimum cover set. A control device for a wireless sensor network that allocates an operating period.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서는 백본 노드에 복수의 송신 노드들이 독점적인 이웃 관계에 있는 경우 해당 송신 노드들 중 하나의 송신 노드를 무작위로 선택하고, 선택된 송신 노드가 상기 백본 노드에 데이터를 전송하는 작업에 상기 제 1 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크의 제어 장치.
The method of claim 8,
The processor randomly selects one of the transmitting nodes when a plurality of transmitting nodes are in an exclusive neighbor relationship to the backbone node, and the selected transmitting node transmits data to the backbone node. A control device for a wireless sensor network that allocates an operating period.
제 7 항에 있어서,
상기 프로세서는 백본 스케줄링 알고리즘에 따라, 각 백본 노드의 동작 기간을 할당할 때, 상기 송신 노드의 이웃 노드들 중 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간에 대한 정보를 수집하고, 상기 데이터를 엿듣게 되는 백본 노드들의 동작 기간 정보에 기초하여 최하위 계층의 백본 노드들 부터 동작 기간을 할당하되,
상기 백본 노드의 동작 기간의 할당시에는 해당 백본 노드와 인접한 이웃 노드들이 엿듣는 동작 기간을 참고하여 데이터 충돌이 발생하지 않도록 각 백본 노드의 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크의 제어 장치.
The method of claim 7,
When the processor allocates the operation period of each backbone node according to the backbone scheduling algorithm, the processor collects information on the operation period of the backbone nodes that overhear data among the neighboring nodes of the transmission node, and overhears the data On the basis of the operation period information of the backbone nodes, the operation period is allocated from the backbone nodes of the lowest layer,
When the operation period of the backbone node is allocated, the operation period of each backbone node is allocated so that data collision does not occur with reference to the operation period that neighbor nodes adjacent to the corresponding backbone node overhear.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 백본 노드의 동작 기간의 할당시에는 제 1 동작 기간이 할당된 송신 노드로부터 데이터 전송을 받는 백본 노드가 그 부모 노드로 데이터를 전송하는 동작 기간을 할당할 때,
상기 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣지 않는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 1 동작 기간을 할당하고,
상기 부모 노드가 제 1 동작 기간이 할당된 하나 이상의 송신 노드를 엿듣는 활성 슬롯에 동작하는 경우에는 상기 백본 노드가 상기 부모 노드로 데이터를 전송하는 작업에 제 2 동작 기간을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크의 제어 장치.
The method of claim 10,
When allocating the operation period of the backbone node, the processor allocates an operation period in which a backbone node receiving data transmission from a transmission node to which the first operation period is allocated transmits data to its parent node.
When the parent node operates in an active slot that does not overhear one or more transmitting nodes to which the first operation period is assigned, the backbone node allocates a first operation period to the operation of transmitting data to the parent node,
When the parent node operates in an active slot that eavesdrops on one or more transmitting nodes to which the first operation period is assigned, the wireless sensor assigns a second operation period to the operation of transmitting data to the parent node by the backbone node. The control device of the network.
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