KR102165862B1 - Methods and apparatuses for aggregating node data in wireless sensor network - Google Patents

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KR102165862B1
KR102165862B1 KR1020190089187A KR20190089187A KR102165862B1 KR 102165862 B1 KR102165862 B1 KR 102165862B1 KR 1020190089187 A KR1020190089187 A KR 1020190089187A KR 20190089187 A KR20190089187 A KR 20190089187A KR 102165862 B1 KR102165862 B1 KR 102165862B1
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node data
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wireless sensor
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윤희용
이산 울라
김경태
이병준
김동현
김세준
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method and apparatus for aggregating node data in a wireless sensor network. According to an embodiment of the present invention, a method for aggregating data performed by a cluster head in a wireless sensor network comprises the steps of: clustering at least one sensor node among a plurality of sensor nodes based on data similarity; clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node; and transmitting the integrated data from which the redundant data has been deleted to a sink node. Embodiments of the present invention may reduce communication costs through efficient aggregation of data and transmission of the aggregated data to a base station (BS).

Description

무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR AGGREGATING NODE DATA IN WIRELESS SENSOR NETWORK}Node data collection method and apparatus in wireless sensor network {METHODS AND APPARATUSES FOR AGGREGATING NODE DATA IN WIRELESS SENSOR NETWORK}

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for gathering node data in a wireless sensor network.

무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)는 자체적으로 주변의 정보를 센싱하고 센싱한 정보를 송신하는 많은 수의 센서 노드들로 구성되어 있다. 무선 센서 네트워크에서 센서 노드들은 서로 연결되어 그리드 컴퓨팅(Grid Computing)처럼 정보를 분산 처리하며, 한정된 인터페이스의 개인 컴퓨터와는 달리 다양한 종류의 센서와 많은 센서 노드의 수로 뛰어난 상황 인지 능력을 갖는다. 이 때문에, 무선 센서 네트워크는 유비쿼터스 환경에 가장 적합한 기술로 평가된다. 따라서 무선 센서 네트워크는 지능형 빌딩 또는 공장 내의 환경 제어, 생산 공정 자동 제어, 물류 관리, 병원에서의 물품 및 정보 관리, 환자 상태의 원격 감지, 군사 통제 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.A wireless sensor network (WSN) is composed of a large number of sensor nodes that sense surrounding information and transmit the sensed information. In a wireless sensor network, sensor nodes are connected to each other to process information distributedly like grid computing, and unlike personal computers with a limited interface, they have excellent situational awareness with various types of sensors and a large number of sensor nodes. For this reason, wireless sensor networks are evaluated as the most suitable technology for ubiquitous environments. Therefore, wireless sensor networks are used in various fields such as environmental control in intelligent buildings or factories, automatic control of production processes, logistics management, management of goods and information in hospitals, remote sensing of patient conditions, and military control.

무선 센서 네트워크는 싱크 노드를 중심으로 방사형 형태로 확장하며 스스로 네트워크를 형성한다. 그 후 애플리케이션의 목적에 따라 다르지만 보통 특정 구역의 정보를 싱크 노드(sink node)로 수집하는 것이 주를 이룬다. 싱크 노드로 데이터를 송신하기 위하여 각 센서 노드들은 주변에 위치하는 다수의 센서 노드들로부터 데이터 패킷을 수신하거나 수신한 데이터 패킷을 다시 주변 센서 노드들을 통해 싱크 노드로 송신한다. 또한 센서 노드에서 감지한 감지 데이터를 주변 센서 노드를 통해 싱크 노드로 송신한다.The wireless sensor network expands radially around the sink node and forms a network by itself. After that, it depends on the purpose of the application, but the main focus is to collect the information of a specific area into a sink node. In order to transmit data to the sink node, each sensor node receives a data packet from a plurality of sensor nodes located nearby, or transmits the received data packet back to the sink node through the neighboring sensor nodes. In addition, the sensing data detected by the sensor node is transmitted to the sink node through the surrounding sensor node.

이와 같이, 무선 센서 네트워크는 IoT(Internet of Things) 환경에서 효율적인 데이터 수집 및 전송을 가능하게 한다. 하지만, 일반적으로 무선 센서 네트워크는 다수의 센서 노드로 구성된다. 따라서 상당한 양의 중복 데이터와 이상 값이 생성되고 생성된 중복 데이터와 이상 값은 주변에 위치하는 다른 노드들로 전송된다. 이러한 중복 데이터와 이상 값은 무선 센서 네트워크 성능 저하를 초래한다.As such, the wireless sensor network enables efficient data collection and transmission in an Internet of Things (IoT) environment. However, in general, a wireless sensor network is composed of a plurality of sensor nodes. Therefore, a significant amount of redundant data and anomalies are generated, and the generated redundant data and anomaly values are transmitted to other nodes located nearby. These redundant data and outliers cause wireless sensor network performance degradation.

본 발명의 실시예들은 데이터를 효율적으로 집합하고 집합된 데이터를 BS(Base Station)으로 전송함으로써 통해 통신비용을 절감할 수 있는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention aim to provide a method and apparatus for aggregating node data in a wireless sensor network, which can reduce communication costs through efficient aggregation of data and transmission of the aggregated data to a base station (BS).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 클러스터 헤드에 의해 수행되는 데이터 집합 방법에 있어서, 데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하는 단계; 상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하는 단계; 및 상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a data aggregation method performed by a cluster head in a wireless sensor network, comprising: clustering at least one sensor node from among a plurality of sensor nodes based on data similarity; Clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node; And transmitting the integrated data from which the redundant node data has been deleted to a sink node, a method of setting node data in a wireless sensor network may be provided.

상기 센서 노드를 클러스터링하는 단계는, 코사인 유사도 함수를 기반으로 최대 코사인 유사도를 기준으로 상기 센서 노드를 클러스터링할 수 있다.In the clustering of the sensor nodes, the sensor nodes may be clustered based on a maximum cosine similarity based on a cosine similarity function.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The clustering of the node data may further include removing outliers from the node data of the clustered sensor node through an inter-quartile range (IRQ) analysis.

상기 특이치를 제거하는 단계는, 상기 노드 데이터의 첫 번째 사분위 수와 세 번째 사분위 수의 차이 값을 이용하여 상기 특이치를 식별하는 상한 및 하한 범위를 산출하고, 상기 산출된 상한 및 하한 범위를 기준으로 특이치를 검출할 수 있다.In the step of removing the outlier, the upper and lower limit ranges for identifying the outliers are calculated using a difference value between the first and third quartiles of the node data, and the calculated upper and lower limit ranges are Outliers can be detected as criteria.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터로부터 자체구성 지도(Self-Organized Map, SOM) 신경망을 기반으로 중복 데이터를 삭제할 수 있다.In the clustering of the node data, redundant data may be deleted from the node data of the clustered sensor node based on a self-organized map (SOM) neural network.

상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터는 상기 자체구성 지도 신경망에서 다차원 격자로 배열될 수 있다.The node data of the clustered sensor nodes may be arranged in a multidimensional grid in the self-organizing map neural network.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 자체구성 지도 신경망의 모든 가중치와 입력 벡터 사이의 유클리드 거리를 계산하여 승자 노드로 지정하고, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는 중복 데이터를 삭제할 수 있다.In the clustering of the node data, a Euclidean distance between all weights and input vectors of the self-organizing map neural network is calculated and designated as a winner node, and redundant data overlapping with the node data of the designated winner node may be deleted.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 지정된 승자 노드와 가장 근접한 입력 벡터에 대한 매칭 가중치를 조정하여 상기 승자 노드를 지정할 수 있다.In the clustering of the node data, the winner node may be designated by adjusting a matching weight for an input vector closest to the designated winner node.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 지정된 승자 노드 주변의 이웃 노드의 가중치를 조정할 수 있다.In the clustering of the node data, weights of neighboring nodes around the designated winner node may be adjusted.

상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는지 여부를 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와의 코사인 유사도 함수를 이용하여 판단할 수 있다.In the clustering of the node data, whether or not the node data of the designated winner node overlaps with the node data of the designated winner node may be determined using a cosine similarity function with the node data of the designated winner node.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신하는 통신 모듈; 적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 통신 모듈 및 상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하는 단계; 상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하는 단계; 및 상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치가 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a communication module for communicating with a sensor node in a wireless sensor network; A memory for storing at least one program; And a processor connected to the communication module and the memory, wherein the processor executes the at least one program to cluster at least one sensor node from among a plurality of sensor nodes based on data similarity; Clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node; And transmitting the integrated data from which the redundant node data has been deleted to a sink node, a node data aggregation apparatus may be provided in a wireless sensor network.

상기 프로세서는, 코사인 유사도 함수를 기반으로 최대 코사인 유사도를 기준으로 상기 센서 노드를 클러스터링할 수 있다.The processor may cluster the sensor nodes based on a maximum cosine similarity based on a cosine similarity function.

상기 프로세서는, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거할 수 있다.The processor may remove outliers from node data of the clustered sensor node through inter-quartile (IRQ) analysis.

상기 프로세서는, 상기 노드 데이터의 첫 번째 사분위 수와 세 번째 사분위 수의 차이 값을 이용하여 상기 특이치를 식별하는 상한 및 하한 범위를 산출하고, 상기 산출된 상한 및 하한 범위를 기준으로 특이치를 검출할 수 있다.The processor calculates upper and lower limit ranges for identifying the outliers by using a difference value between the first and third quartiles of the node data, and calculates the outliers based on the calculated upper and lower limit ranges. Can be detected.

상기 프로세서는, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터로부터 자체구성 지도(Self-Organized Map, SOM) 신경망을 기반으로 중복 데이터를 삭제할 수 있다.The processor may delete redundant data from the node data of the clustered sensor node based on a self-organized map (SOM) neural network.

상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터는 상기 자체구성 지도 신경망에서 다차원 격자로 배열될 수 있다.The node data of the clustered sensor nodes may be arranged in a multidimensional grid in the self-organizing map neural network.

상기 프로세서는, 자체구성 지도 신경망의 모든 가중치와 입력 벡터 사이의 유클리드 거리를 계산하여 승자 노드로 지정하고, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는 중복 데이터를 삭제할 수 있다.The processor may calculate a Euclidean distance between all weights of the self-organized map neural network and an input vector to designate a winner node, and delete redundant data overlapping with node data of the designated winner node.

상기 프로세서는, 상기 지정된 승자 노드와 가장 근접한 입력 벡터에 대한 매칭 가중치를 조정하여 상기 승자 노드를 지정할 수 있다.The processor may designate the winner node by adjusting a matching weight for an input vector closest to the designated winner node.

상기 프로세서는, 상기 지정된 승자 노드 주변의 이웃 노드의 가중치를 조정할 수 있다.The processor may adjust the weights of neighboring nodes around the designated winner node.

상기 프로세서는, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는지 여부를 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와의 코사인 유사도 함수를 이용하여 판단할 수 있다.The processor may determine whether or not the node data of the designated winner node overlaps with the node data of the designated winner node by using a cosine similarity function with the node data of the designated winner node.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하고, 상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하고, 상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, as a non-transitory computer-readable storage medium including at least one program executable by a processor, when the at least one program is executed by the processor, the processor causes: Clustering at least one sensor node among a plurality of sensor nodes based on data similarity, clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node, and clustering the redundant node data A non-transitory computer-readable storage medium may be provided containing instructions for causing the deleted aggregated data to be transmitted to the sink node.

본 발명의 실시예들은 데이터를 효율적으로 집합하고 집합된 데이터를 BS(Base Station)으로 전송함으로써 통해 통신비용을 절감할 수 있다.Embodiments of the present invention can reduce communication costs through efficient aggregation of data and transmission of the aggregated data to a base station (BS).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 환경의 센서 노드 클러스터링 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 신경망을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 IRQ를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 환경의 뉴런 그리드 표시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 사용된 데이터 집합을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 환경을 나타낸다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이웃 뉴런 간의 가중치 거리를 보여주는 데이터 세트의 U행렬이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 뉴런 및 클러스터와 관련된 데이터 포인트의 수를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집합의 각 입력 벡터에 대한 가중치 계획을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 제거된 데이터 수를 비교한 것을 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 세트별 소모 에너지를 비교한 것을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 세트별 네트워크 수명 시간을 비교한 것을 나타낸 도면이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 각 라운드에서의 실시간 노드와 데이터 세트를 비교한 것을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 유사성 측정의 정확성을 비교한 것을 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 클러스터링 정확도를 비교한 것을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing a sensor node clustering configuration in a wireless sensor network environment according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of setting node data in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a self-organizing map neural network according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing an IRQ applied to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a neuron grid display in a self-organizing map environment according to an embodiment of the present invention.
6 shows a data set used in a simulation according to an embodiment of the present invention.
7 shows a simulation environment according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are U matrices of a data set showing weight distances between neighboring neurons according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are diagrams showing the number of data points associated with each neuron and cluster according to an embodiment of the present invention.
12 and 13 are diagrams showing a weight plan for each input vector of a data set according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing a comparison of the number of data removed in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.
15 and 16 are diagrams illustrating a comparison of energy consumption for each data set in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.
17 and 18 are diagrams showing a comparison of network lifetime times for each data set in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.
19 and 20 are diagrams showing a comparison between a real-time node and a data set in each round in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.
FIG. 21 is a diagram showing comparison of accuracy of data similarity measurement in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.
22 is a diagram showing a comparison of clustering accuracy between an embodiment of the present invention and an experiment according to the prior art.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 환경의 센서 노드 클러스터링 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a sensor node clustering configuration in a wireless sensor network environment according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 환경(100)은 복수의 노드(110), 복수의 클러스터 헤드(120) 및 싱크 노드(130)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 구현될 수 있다.As shown in FIG. 1, the wireless sensor network environment 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of nodes 110, a plurality of cluster heads 120, and a sink node 130. However, not all of the illustrated components are essential components. It may be implemented by more components than the illustrated components, and may be implemented by fewer components.

이하, 도 1의 무선 센서 네트워크 환경의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the wireless sensor network environment of FIG. 1 will be described.

본 발명의 일 실시예는 데이터를 효율적으로 집합(Aggregation) 및 BS(Base Station)으로 전송함으로써 통해 통신비용을 절감을 통해 무선 센서 네트워크 환경의 수명을 연장시키는 것이다.An embodiment of the present invention is to extend the life of a wireless sensor network environment by reducing communication cost through efficient data transmission to aggregation and BS (Base Station).

무선 센서 네트워크 환경의 센서 노드 클러스터링은 도 1과 같이 구성된다.Sensor node clustering in a wireless sensor network environment is configured as shown in FIG. 1.

무선 센서 네트워크의 클러스터링에서, 센서 노드(110)는 일반적으로 일련의 규칙에 따라 그룹화된다. 여기서 데이터 유사도는 코사인 유사도(Cosine similarity) 함수를 기반으로 확장되어 유사한 센서 노드의 클러스터를 데이터로 구성한다. 본 발명의 일 실시예를 사용하는 무선 센서 네트워크의 토폴로지는 무향 그래프 G = (S, E)에 의해 모델링된다. 여기서 S는 센서 노드들의 집합이고, E는 에너지들의 집합을 나타낸다. 클러스터 기반 데이터 집합을 사용하면 각 클러스터 헤드(CH, Cluster Head, 120)는 구성원 노드(110)에서 전송된 데이터를 통합하여 도 1과 같이 한 홉 또는 다중 홉으로 베이스스테이션(BS)에 해당하는 싱크 노드(Sink node, 130)로 전달한다.In clustering of wireless sensor networks, sensor nodes 110 are generally grouped according to a set of rules. Here, the data similarity is expanded based on the cosine similarity function to form a cluster of similar sensor nodes as data. The topology of the wireless sensor network using an embodiment of the present invention is modeled by an undirected graph G = (S, E). Here, S is a set of sensor nodes, and E is a set of energies. When using a cluster-based data set, each cluster head (CH, Cluster Head, 120) integrates the data transmitted from the member node 110 and synchronizes the base station (BS) with one hop or multiple hops as shown in FIG. It is transmitted to the Sink node 130.

센서 노드 S0의 무선 커버리지 내에 있는 n 개의 인접 노드 (S1, S2, ..., Sn)가 있다고 가정하고, S0의 데이터 객체는 D0이며 인접 노드의 데이터 객체는 D1, D2, ..., Dn이다. n 개의 데이터 객체 중에서 D까지의 거리가 ε보다 작은 N (≤n) 개의 데이터 객체가 있으면 데이터 객체가 D의 ε- 근사 인 CH에 대한 s_0의 데이터 밀도 상관도는 하기의 [수학식 1]과 같이 정의된다. Assuming that there are n neighboring nodes (S1, S2, ..., Sn) within the wireless coverage of sensor node S0, the data object of S0 is D0 and the data object of the neighboring node is D1, D2, ..., Dn. to be. If there are N (≤n) data objects whose distance to D is less than ε among n data objects, the data density correlation of s_0 to CH, which is the ε-approximation of D, is as shown in [Equation 1] below. Is defined as

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여기서 minPts는 이웃 노드 수의 임계 값이고, ε은 데이터 임계 값이, dΔ는 D와 ε-neighborhood에 있는 데이터 객체의 중심 사이의 거리이다. d는 N 데이터 개체 및 s0. a1, a2, a3은 가중치이며 a1 + a2 + a3 = 1이다.Where minPts is the threshold of the number of neighboring nodes, ε is the data threshold, and dΔ is the distance between D and the center of the data object in ε-neighborhood. d is N data object and s0. a1, a2, and a3 are weights and a1 + a2 + a3 = 1.

한편, 노드가 도 1의 q1과 같이 두 개의 클러스터와 동일한 데이터 유사성을 가질 수 있다. 그러면 클러스터를 적절히 결정하기가 어려워진다. 따라서 코사인 유사도 함수는 클러스터 헤드(CH)의 데이터와 대상 노드 사이의 유사도를 추정하는 데 사용되며, 각 노드는 코사인 유사도가 가장 높은 클러스터 헤드(CH)와 연관된다.Meanwhile, the node may have the same data similarity as the two clusters as shown in q1 of FIG. 1. This makes it difficult to properly determine the cluster. Therefore, the cosine similarity function is used to estimate the similarity between the data of the cluster head CH and the target node, and each node is associated with the cluster head CH having the highest cosine similarity.

도 1에 도시된 바와 같이, CH1, CH3과 관련된 데이터 집합을 A = [a1, a2, …, an], B = [b1, b2, …, bn] 및 C = [c1, c2, …, cn] , q1을 각각 나타낸다. 이를 위해 코사인 유사 함수 cs(a, b)를 사용하여 데이터 유사도 측정 기법을 확장하여 하기의 [수학식 2]와 같이 두 객체 간의 유사성을 정확하게 측정한다.1, the data set related to CH1, CH3 is A = [a1, a2, ... , an], B = [b1, b2,… , bn] and C = [c1, c2,… , cn] and q1, respectively. To this end, the cosine-like function cs(a, b) is used to extend the data similarity measurement technique to accurately measure the similarity between two objects as shown in [Equation 2] below.

Figure 112019075775364-pat00002
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도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of setting node data in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

단계 S101에서, 노드들 및 데이터세트를 초기화한다.In step S101, the nodes and the data set are initialized.

단계 S102에서, 모든 센서 노드에서 최대 에너지를 갖는 노드를 클러스터 헤드로 선출한다.In step S102, a node having the maximum energy from all sensor nodes is selected as the cluster head.

단계 S103에서, 클러스터 헤드는 데이터 유사도를 기반으로 노드 클러스터링(Node Clustering)을 수행한다. In step S103, the cluster head performs node clustering based on data similarity.

단계 S104에서, 클러스터 헤드는 각 노드 데이터와 클러스터 헤드를 확인하고, 조인이 되는지를 확인한다.In step S104, the cluster head checks each node data and cluster head, and checks whether a join is established.

단계 S105에서, 상기 확인 결과 클러스터 헤드 1(CH1)과 데이터가 유사한 노드는 클러스터 헤드 1에 조인한다. In step S105, as a result of the confirmation, a node having similar data to the cluster head 1 (CH1) joins the cluster head 1.

단계 S106에서, 50개의 노드들은 클러스터 헤드 1(CH1)의 그룹에 조인한다.In step S106, 50 nodes join the group of cluster head 1 (CH1).

단계 S107에서, 클러스터 헤드 1(CH1)은 IRQ 및 자체구성 지도 신경망을 50개의 노드들에 적용하여 데이터를 집합시키고 아웃라이어(outlier)와 중복 데이터를 제거한다. In step S107, cluster head 1 (CH1) aggregates data by applying IRQ and self-organizing map neural network to 50 nodes, and removes outliers and redundant data.

단계 S108에서, 클러스터 헤드 1(CH1)은 데이터 정리를 수행하고 통합된 데이터 1을 싱크 노드(Sink node)로 전송한다.In step S108, cluster head 1 (CH1) performs data cleansing and transmits the integrated data 1 to a sink node.

단계 S109에서, 상기 확인 결과 클러스터 헤드 2(CH2)와 데이터가 유사한 노드는 클러스터 헤드 2에 조인한다. In step S109, as a result of the confirmation, a node having similar data to the cluster head 2 (CH2) joins the cluster head 2.

단계 S110에서, 20개의 노드들은 클러스터 헤드 2(CH2)의 그룹에 조인한다.In step S110, the 20 nodes join the group of cluster head 2 (CH2).

단계 S111에서, 클러스터 헤드 2(CH2)은 IRQ 및 자체구성 지도 신경망을 20개의 노드들에 적용하여 데이터를 집합시키고 아웃라이어(outlier)와 중복 데이터를 제거한다. In step S111, cluster head 2 (CH2) aggregates data by applying IRQ and self-organizing map neural network to 20 nodes, and removes outliers and redundant data.

단계 S112에서, 클러스터 헤드 2(CH2)은 데이터 정리를 수행하고 통합된 데이터 2를 싱크 노드(Sink node)로 전송한다.In step S112, the cluster head 2 (CH2) performs data cleansing and transmits the integrated data 2 to the sink node.

이후, 클러스터 헤드 3(CH3) 내지 클러스터 헤드 n-1(CHn-1)까지 반복적으로 수행한다.Thereafter, cluster head 3 (CH3) to cluster head n-1 (CHn-1) are repeatedly performed.

단계 S113에서, 클러스터 헤드는 상기 확인 결과 클러스터 헤드 n(CHn)과 데이터가 유사한 노드는 클러스터 헤드 n에 조인한다. In step S113, the cluster head joins a node having similar data to the cluster head n (CHn) as a result of the confirmation to the cluster head n.

단계 S114에서, n개의 노드들은 클러스터 헤드 n(CHn)의 그룹에 조인한다.In step S114, n nodes join the group of cluster head n (CHn).

단계 S115에서, 클러스터 헤드 n(CHn)은 IRQ 및 자체구성 지도 신경망을 n개의 노드들에 적용하여 데이터를 집합시키고 아웃라이어(outlier)와 중복 데이터를 제거한다. In step S115, the cluster head n (CHn) aggregates data by applying the IRQ and the self-organizing map neural network to n nodes, and removes outliers and redundant data.

단계 S116에서, 클러스터 헤드 n(CHn)은 데이터 정리를 수행하고 통합된 데이터 n을 싱크 노드(Sink node)로 전송한다.In step S116, the cluster head n (CHn) performs data cleansing and transmits the integrated data n to a sink node.

그리고 싱크 노드는 전송된 통합된 데이터 1 내지 통합된 데이터 n을 수신한다. And the sink node receives the transmitted aggregated data 1 to the aggregated data n.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 신경망을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a self-organizing map neural network according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 신경망 기반의 데이터 집합 방법은 각 클러스터에서 수집 된 데이터를 재 클러스터링한다. 자체구성 지도 신경망은 2 층 신경망, 입력 및 출력으로 구성된다. 도 3에서와 같이, 입력 신경 레이어 X = (x 1 , x 2 , ... x d ) T 로 표시된 dimension_d의 모든 수신 데이터는 출력 신경 레이어 Y = (y 1 , y 2 , , y m )에 완전히 연결된다. 출력 계층에서 신경망의 순서, 그리고 T는 학습 과정의 반복 횟수를 나타낸다. A data set method based on a self-organizing map neural network according to an embodiment of the present invention re-clusters data collected in each cluster. The self-organizing map neural network consists of a two-layer neural network, inputs and outputs. As shown in Figure 3, the input nerve layer X = ( x 1 , x 2 , ... x d ) All received data of dimension_d indicated by T is the output nerve layer Y = ( y 1 , y 2 ,, y m ) Is fully connected to The order of neural networks in the output layer, and T represents the number of iterations of the learning process.

시냅스 가중치 벡터 인 W k = (w k , 1 , w k , 2 , ..., w k , m )는 입력 레이어 X와 출력 레이어 Y 사이의 방향성 링크이다. 여기서 k ∈{1, 2, ..., m 2 }는 출력 계층의 k 번째 노드의 인덱스를 나타낸다. 자체구성 지도 신경망 기반의 데이터 집합 방법의 훈련 과정은 우승자와 이웃 사람의 뉴런의 시냅스 가중치를 반복적으로 업데이트한다. 각 트레이닝 단계에서 샘플 벡터 x i,d 가 입력 데이터 세트에서 무작위로 선택된다. 훈련이 진행됨에 따라 알고리즘은 모든 가중치와 입력 벡터 x d 사이의 유클리드 거리를 계산하고, 입력 벡터에 가장 근접한 가중치 벡터를 갖는 노드는 BMU (best-matching unit), j * 로 태그가 하기의 [수학식 3]과 같이 지정된다.The synaptic weight vector W k = ( w k , 1 , w k , 2 , ..., w k , m ) is a directional link between the input layer X and the output layer Y. Here, k ∈{ 1, 2, ..., m 2 } represents the index of the k-th node of the output layer. The training process of the self-organizing supervised neural network-based data set method repeatedly updates the synaptic weights of the neurons of the winner and neighbor. At each training step, a sample vector x i,d is randomly selected from the input data set. As training progresses, the algorithm calculates the Euclidean distance between all weights and the input vector x d , and the node with the weight vector closest to the input vector is BMU (best-matching unit), j * tagged as It is designated as Equation 3].

Figure 112019075775364-pat00005
Figure 112019075775364-pat00005

도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 IRQ를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an IRQ applied to an embodiment of the present invention.

도 4에는 interquartile(IRQ)의 다이어그램이 도시되어 있다. 데이터에서 특이치를 검출하고 제거하기 위해서 사 분위(IRQ) 분석이 하기의 [수학식 4]와 같이 사용된다. 4 shows a diagram of the interquartile (IRQ). In order to detect and remove outliers from the data, quartile (IRQ) analysis is used as shown in [Equation 4] below.

Figure 112019075775364-pat00006
Figure 112019075775364-pat00006

여기서 Q 1 Q 3 은 도 4에서와 같이 샘플 데이터의 첫 번째 사 분위 수와 세 번째 사 분위 수를 각각 나타내며, 데이터 포인트가 이상 값인지 여부를 결정하기 전에 먼저 데이터 포인트의 잠재력이 하기의 [수학식 5]와 같이 식별된다. 여기서, U r L r 은 각각 특이치를 식별하는 데이터 포인트의 상한 및 하한 범위를 나타낸다.Here, Q 1 and Q 3 represent the first and third quartiles of the sample data, respectively, as shown in FIG. 4, and before determining whether the data point is an outlier, the potential of the data point is [ It is identified as in Equation 5]. Here, U r and L r represent the upper and lower limit ranges of data points for identifying outliers, respectively.

Figure 112019075775364-pat00007
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Figure 112019075775364-pat00008
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만약 가설

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가 받아들여지면, x i 는 이상 값이며, 입력 데이터 포인트 x i 의 중복성을 측정하기 위해 코사인 유사성 함수가 하기의 [수학식 6]과 같이 사용된다.If hypothesis
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When is accepted, x i is an ideal value, and a cosine similarity function is used as shown in [Equation 6] below to measure the redundancy of the input data point x i .

Figure 112019075775364-pat00011
Figure 112019075775364-pat00011

만약 cs(x i , y m ) = 1이면 가설 ∂가 허용되고 데이터 점 x i 는 중복된다. 결과적으로 이상치와 중복 데이터는 하기의 [수학식 7]에 의해 삭제된다.If cs(x i , y m ) = 1, the hypothesis ∂ is allowed and the data point x i is redundant. As a result, outliers and redundant data are deleted by the following [Equation 7].

Figure 112019075775364-pat00012
Figure 112019075775364-pat00012

여기서,

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는 이상치를 나타내고,
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는 중복 데이터를 나타낸다.here,
Figure 112019075775364-pat00013
Represents an outlier,
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Represents redundant data.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 환경의 뉴런 그리드 표시를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a neuron grid display in a self-organizing map environment according to an embodiment of the present invention.

결과적으로 승자 노드 y j* 은 가장 가까운 입력 벡터 x i 를 향하여 매칭 가중치 w j 를 조정함으로써 승격된다. 입력 벡터에 대한 뉴런 벽장을 결정하기 위해 w j* 뿐만 아니라 y j* 의 이웃에 있는 모든 노드의 가중치도 조정된다. 또한, 서로 가까이 있는 모든 뉴런은 도 5와 같이 2 차원 격자로 배열된다.As a result, the winner node y j* is promoted by adjusting the matching weight w j towards the nearest input vector x i . In order to determine the neuronal closet for the input vector, the weights of all nodes in the neighborhood of y j* as well as w j* are adjusted. In addition, all neurons close to each other are arranged in a two-dimensional grid as shown in FIG. 5.

각 고조된 뉴런의 시냅스 무게는 하기의 [수학식 8]과 같이 조정된다.The synaptic weight of each heightened neuron is adjusted as shown in [Equation 8] below.

Figure 112019075775364-pat00015
Figure 112019075775364-pat00015

여기서 α와 t는 각각 학습 속도 인자와 학습 과정의 반복을 나타낸다. 가우시안 이웃 함수 h ci (t)는 학습 과정에서 이웃 뉴런이 도 5와 같이 얼마나 강하게 연결되어 있는지를 나타낸다. 가우시안 이웃 함수 h ci (t)는 하기의 [수학식 9]와 같이 나타낸다. Here, α and t represent the learning rate factor and repetition of the learning process, respectively. The Gaussian neighbor function h ci (t) represents how strongly neighboring neurons are connected as shown in FIG. 5 in the learning process. The Gaussian neighbor function h ci (t) is represented by the following [Equation 9].

Figure 112019075775364-pat00016
Figure 112019075775364-pat00016

여기서 r c r i 는 자체구성 지도 그리드에서 winner neuron_c와 neuron_i의 위치를 나타내며,

Figure 112019075775364-pat00017
는 그 사이의 거리이다. 다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법에 대한 절차를 나타낸다.Where r c and r i represent the positions of winner neuron_c and neuron_i in the self-organizing map grid,
Figure 112019075775364-pat00017
Is the distance between them. The following shows a procedure for a self-organized map-based data set method according to an embodiment of the present invention.

에너지 효율 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법은 기계 학습 기술을 사용하여 에너지 효율적인 데이터 집합을 달성한다. 이는 네트워크 트래픽 및 에너지 효율성에 큰 영향을 미치는 데이터의 양을 크게 줄인다. 여기서 1차 무선 모델은 데이터 수신 및 전송을 위한 센서 노드의 전력 소비를 모델링하기 위해 채택된다. 이 모델을 기반으로, 노드는 회로를 구동하기 위해 ε elec = 50nJ, 송신 증폭기에 ε amp = 100 pJ/bit/m2가 필요하다. 따라서 1비트의 데이터 e r 을 수신하기 위한 전력 소비는 ε elec 에 의해 주어진다. 1비트의 데이터를 이웃 노드로 전송하기 위한 전력 소모량 e t 는 하기의 [수학식 10과 같이 주어진다.In terms of energy efficiency, the self-organizing map-based data set method according to an embodiment of the present invention achieves an energy-efficient data set using machine learning technology. This greatly reduces the amount of data, which has a significant impact on network traffic and energy efficiency. Here, the primary wireless model is adopted to model the power consumption of the sensor node for data reception and transmission. Based on this model, the node needs ε elec = 50nJ to drive the circuit and ε amp = 100 pJ/bit/m 2 for the transmit amplifier. Therefore, the power consumption to receive 1 bit of data e r is given by ε elec . The power consumption e t for transmitting 1 bit of data to a neighboring node is given by Equation 10 below.

Figure 112019075775364-pat00018
Figure 112019075775364-pat00018

여기서, d는 발신자와 수신자 노드 사이의 거리이다.Here, d is the distance between the sender and the receiver node.

단위 시간당 노드(node) i에서 j까지의 데이터 트래픽은 f i,j 라고 가정한다. 노드 j에 대한 데이터 수신 및 전송을 위한 노드 i의 에너지 소모는 각각 e r (i, j)e t (i, j)로 하기의 [수학식 11]과 같이 표현할 수 있다.It is assumed that data traffic from node i to j per unit time is f i,j . The energy consumption of node i for data reception and transmission for node j can be expressed as e r (i, j) and e t (i, j) as shown in [Equation 11] below.

Figure 112019075775364-pat00019
Figure 112019075775364-pat00019

Figure 112019075775364-pat00020
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도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.6 is a diagram illustrating a configuration of a node data aggregation device in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치(200)는 통신 모듈(210), 메모리(220) 및 프로세서(230)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 노드 데이터 집합 장치(200)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 노드 데이터 집합 장치(200)가 구현될 수 있다. 노드 데이터 집합 장치(200)는 클러스터 헤드(120)에 포함되어 구현될 수 있다.As shown in FIG. 6, in the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention, the node data aggregation device 200 includes a communication module 210, a memory 220, and a processor 230. However, not all of the illustrated components are essential components. The node data aggregation device 200 may be implemented by more components than the illustrated components, or the node data aggregation device 200 may be implemented by fewer components. The node data aggregation device 200 may be implemented by being included in the cluster head 120.

이하, 도 6의 노드 데이터 집합 장치(200)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the node data aggregation apparatus 200 of FIG. 6 will be described.

통신 모듈(210)은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신한다. The communication module 210 communicates with a sensor node in a wireless sensor network.

메모리(220)는 적어도 하나의 프로그램을 저장한다. The memory 220 stores at least one program.

프로세서(230)는 통신 모듈 및 메모리(220)와 연결된다. 프로세서(230)는, 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하고, 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하고, 중복 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송한다. The processor 230 is connected to the communication module and the memory 220. The processor 230 clusters at least one sensor node among a plurality of sensor nodes based on data similarity by executing at least one program, and deletes redundant node data from node data of at least one clustered sensor node. Thus, node data is clustered, and integrated data from which redundant data has been deleted is transmitted to the sink node.

프로세서(230)는 코사인 유사도 함수를 기반으로 최대 코사인 유사도를 기준으로 상기 센서 노드를 클러스터링할 수 있다.The processor 230 may cluster the sensor nodes based on a maximum cosine similarity based on a cosine similarity function.

프로세서(230)는 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거할 수 있다.The processor 230 may remove outliers from node data of the clustered sensor node through an inter-quartile (IRQ) analysis.

프로세서(230)는 노드 데이터의 첫 번째 사분위 수와 세 번째 사분위 수의 차이 값을 이용하여 특이치를 식별하는 상한 및 하한 범위를 산출하고, 산출된 상한 및 하한 범위를 기준으로 특이치를 검출할 수 있다.The processor 230 calculates the upper and lower limit ranges for identifying the outliers by using the difference between the first and third quartiles of the node data, and detects the outliers based on the calculated upper and lower limit ranges. I can.

프로세서(230)는 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터로부터 자체구성 지도(Self-Organized Map, SOM) 신경망을 기반으로 중복 데이터를 삭제할 수 있다.The processor 230 may delete redundant data based on a self-organized map (SOM) neural network from node data of a clustered sensor node.

클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터는 상기 자체구성 지도 신경망에서 다차원 격자로 배열될 수 있다.‘The node data of the clustered sensor nodes may be arranged in a multidimensional grid in the self-organizing map neural network.

프로세서(230)는 자체구성 지도 신경망의 모든 가중치와 입력 벡터 사이의 유클리드 거리를 계산하여 승자 노드로 지정하고, 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는 중복 데이터를 삭제할 수 있다.The processor 230 may calculate the Euclidean distance between all the weights of the self-organized map neural network and the input vector, designate a winner node, and delete redundant data overlapping with the node data of the designated winner node.

프로세서(230)는 지정된 승자 노드와 가장 근접한 입력 벡터에 대한 매칭 가중치를 조정하여 승자 노드를 지정할 수 있다.The processor 230 may designate a winner node by adjusting a matching weight for an input vector closest to the designated winner node.

프로세서(230)는 상기 지정된 승자 노드 주변의 이웃 노드의 가중치를 조정할 수 있다.The processor 230 may adjust weights of neighboring nodes around the designated winner node.

프로세서(230)는 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는지 여부를 지정된 승자 노드의 노드 데이터와의 코사인 유사도 함수를 이용하여 판단할 수 있다.The processor 230 may determine whether or not the node data of the designated winner node overlaps with the node data of the designated winner node using a cosine similarity function with the node data of the designated winner node.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 사용된 데이터 집합을 나타낸다.7 shows a data set used in a simulation according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 사용된 데이터 집합은 D1, D1로 구분된다.As shown in FIG. 7, a data set used in a simulation according to an embodiment of the present invention is divided into D 1 and D 1 .

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 환경을 나타낸다.8 shows a simulation environment according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 환경에는 신경망(Neural Network), 알고리즘(Algorithms), 프로그래스(Progrees), 플롯(Plots)이 포함될 수 있다. As shown in FIG. 8, the simulation environment may include a neural network, algorithms, progresses, and plots.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이웃 뉴런 간의 가중치 거리를 보여주는 데이터 세트의 U행렬이다.9 and 10 are U matrices of a data set showing weight distances between neighboring neurons according to an embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 데이터 세트의 U행렬은 이웃 뉴런 간의 가중치 거리가 서로 다르다는 것을 보여준다. 9 and 10, the U matrix of the data set shows that the weight distances between neighboring neurons are different.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 뉴런 및 클러스터와 관련된 데이터 포인트의 수를 나타낸 도면이다.11 and 12 are diagrams showing the number of data points associated with each neuron and cluster according to an embodiment of the present invention.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 각 뉴런 및 클러스터와 관련된 데이터 포인트의 수가 서로 다르게 나타나 있다. 11 and 12, the number of data points associated with each neuron and cluster is different.

도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 집합의 각 입력 벡터에 대한 가중치 계획을 나타낸 도면이다.13 and 14 are diagrams showing a weight plan for each input vector of a data set according to an embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 입력 1(Input 1) 내지 입력 14(Input 14)로부터의 가중치들(Weights)이 각각 나타나 있으며, 서로 다른 가중치들을 갖고 있다. As shown in FIGS. 13 and 14, weights from input 1 to input 14 are shown, respectively, and have different weights.

도 15는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 제거된 데이터 수를 비교한 것을 나타낸 도면이다.15 is a diagram showing a comparison of the number of data removed in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.

도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 세트별 소모 에너지를 비교한 것을 나타낸 도면이다.16 and 17 are diagrams showing a comparison of energy consumption for each data set in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.

도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 세트별 네트워크 수명 시간을 비교한 것을 나타낸 도면이다.18 and 19 are diagrams illustrating a comparison of network lifetime times for each data set in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.

도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 각 라운드에서의 실시간 노드와 데이터 세트를 비교한 것을 나타낸 도면이다.20 and 21 are diagrams showing a comparison between a real-time node and a data set in each round in an experiment according to an embodiment of the present invention and the prior art.

도 22는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 데이터 유사성 측정의 정확성을 비교한 것을 나타낸 도면이다.22 is a view showing comparison of the accuracy of data similarity measurement in an experiment according to an embodiment of the present invention and a prior art.

도 23은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 실험에서 클러스터링 정확도를 비교한 것을 나타낸 도면이다.23 is a diagram showing a comparison of clustering accuracy between an embodiment of the present invention and an experiment according to the prior art.

도 15내지 도 23을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 결과를 검증하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 평가된다. 이는 자체구성 지도(SOM)용으로 개발된 MATLAB Toolbox와 무선 센서 네트워크 클러스터링용 시뮬레이터에 의해 수행되어 본 발명의 일 실시예에 따른 구성표의 데이터 감소율, 에너지 효율성 및 네트워크 수명의 효율성을 평가한다.15 to 23, the results are evaluated by computer simulation to verify the results according to an embodiment of the present invention. This is performed by MATLAB Toolbox developed for self-organization map (SOM) and a simulator for clustering wireless sensor networks to evaluate the data reduction rate, energy efficiency, and network lifetime efficiency of the scheme according to an embodiment of the present invention.

종래 기술에 따른 3 개의 대표적인 데이터 집합 알고리즘인 낮은 에너지 적응 클러스터링 계층 구조 기법(LEACH, Low energy adaptive clustering hierarchy), 퍼셉트론 신경망 기반 데이터 집합 기법(PNNDA, Perceptron neural network-based data aggregation), 다항식 회귀 기반 보안 데이터 집약 기법(PRDA, Polynomial Regression based data aggregation)과 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법(SOMDA, Self-Organized Map based Data Aggregation)을 비교하였다. 시뮬레이션은 센서 노드의 클러스터링과 SOM을 사용한 데이터 처리의 두 단계로 구성된다. 클러스터 구축 단계에서, 가장 큰 에너지의 센서 노드가 클러스터 헤드(CH)로 선택되고, 그 다음 노드는 최대 코사인 유사성을 갖는 CH와 연관된다. 두 번째 단계에서 CH는 수집 된 데이터에 대해 SOM 알고리즘을 실행하여 클러스터링하고 다차원 데이터를 줄인다. 중복 및 이상 값 데이터의 제거율, 데이터 축소율, 센서 노드의 에너지 소비, 각 라운드의 실시간 노드, 네트워크 수명, 클러스터링 및 데이터 유사성 정확도 등 다양한 데이터 집합 기법의 성능을 평가하기 위해 7 가지 메트릭를 실시하였다. Low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), which are three representative data set algorithms according to the prior art, perceptron neural network-based data aggregation (PNNDA), and security based on polynomial regression. A data aggregation technique (PRDA, Polynomial Regression based data aggregation) and a self-organized map-based data aggregation method (SOMDA, Self-Organized Map based Data Aggregation) according to an embodiment of the present invention were compared. The simulation consists of two steps: clustering of sensor nodes and data processing using SOM. In the cluster building step, the sensor node of the greatest energy is selected as the cluster head (CH), and the next node is associated with a CH having the greatest cosine similarity. In the second step, CH runs the SOM algorithm on the collected data to cluster and reduce multidimensional data. Seven metrics were conducted to evaluate the performance of various data set techniques, such as the removal rate of redundant and outlier data, data reduction rate, energy consumption of sensor nodes, real-time nodes of each round, network lifetime, clustering and data similarity accuracy.

7가지의 메트릭을 바탕으로 실시간 시뮬레이션 결과로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법을 사용한 중복 데이터 제거는 다른 세 가지 기법보다 높은 효율성을 지속적으로 나타냈다. As a result of real-time simulation based on seven metrics, redundant data removal using the self-organized map-based data set method according to an embodiment of the present invention consistently showed higher efficiency than the other three techniques.

도 14 내지 도 22를 참조하면, 특이치 및 중복 데이터가 많을수록 데이터 감소율이 높은 것으로 나타났다. 데이터 집합의 크기가 커지면 에너지 소비가 증가하는데 시뮬레이션 결과에 따르면 본 발명의 일 실시예에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법(SOMDA)은 클러스터링 및 데이터 집합의 라운드가 지속될수록 에너지 소비가 감소하면서 다른 세 가지 방식보다 꾸준히 성능이 우수한 것으로 나타났다.Referring to FIGS. 14 to 22, it was found that the more outlier and redundant data, the higher the data reduction rate. As the size of the data set increases, energy consumption increases. According to the simulation results, according to the simulation results, the self-organizing map-based data set method (SOMDA) according to an embodiment of the present invention decreases energy consumption as the clustering and data set rounds continue. The performance was consistently superior to the three methods.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예들에 따른 자체구성 지도 기반의 데이터 집합 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.The self-organizing map-based data set method according to the embodiments of the present invention described above may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The self-organizing map-based data set method according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable recording medium.

프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하고, 상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하고, 상기 중복 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.A non-transitory computer-readable storage medium including at least one program executable by a processor, wherein when the at least one program is executed by the processor, the processor causes: at least one of a plurality of sensor nodes based on data similarity. Commands for clustering one sensor node, clustering node data by deleting redundant node data from node data of the clustered at least one sensor node, and transmitting integrated data from which the redundant data has been deleted to a sink node. Including, a non-transitory computer-readable storage medium may be provided.

상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described method according to the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media in which data that can be decoded by a computer system is stored. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium can be distributed to a computer system connected through a computer communication network, and stored and executed as code that can be read in a distributed manner.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the drawings and examples, it does not mean that the protection scope of the present invention is limited by the drawings or examples, and those skilled in the art It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope.

구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해, 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.Specifically, the described features may be implemented in digital electronic circuitry, or computer hardware, firmware, or combinations thereof. Features may be executed in a computer program product implemented in storage in a machine-readable storage device, for example, for execution by a programmable processor. And the features can be performed by a programmable processor executing a program of directives to perform the functions of the described embodiments by operating on input data and generating output. The described features include at least one programmable processor, at least one input device, and at least one output coupled to receive data and directives from the data storage system and to transmit data and directives to the data storage system. It can be executed within one or more computer programs that can be executed on a programmable system including the device. A computer program includes a set of directives that can be used directly or indirectly within a computer to perform a specific action on a given result. A computer program is written in any form of a programming language, including compiled or interpreted languages, and is included as a module, element, subroutine, or other unit suitable for use in another computer environment, or as a independently operable program It can be used in any form.

지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.Suitable processors for execution of a program of directives include, for example, both general and special purpose microprocessors, and either a single processor or multiple processors of a different type of computer. Storage devices suitable for implementing computer program directives and data implementing the described features are, for example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices, magnetic devices such as internal hard disks and removable disks. Devices, magneto-optical disks, and all types of non-volatile memory including CD-ROM and DVD-ROM disks. The processor and memory may be integrated within application-specific integrated circuits (ASICs) or added by ASICs.

이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is described on the basis of a series of functional blocks, but is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes within the scope not departing from the technical spirit of the present invention It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this invention pertains.

전술한 실시예들의 조합은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.Combinations of the above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments, and combinations of various types as well as the above-described embodiments may be provided according to implementation and/or need.

전술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the above-described embodiments, the methods are described on the basis of a flow chart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and certain steps may occur in a different order or concurrently with other steps as described above. I can. In addition, those of ordinary skill in the art understand that the steps shown in the flowchart are not exclusive, other steps are included, or one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention. You can understand.

전술한 실시예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.The above-described embodiments include examples of various aspects. Although not all possible combinations for representing the various aspects can be described, those of ordinary skill in the art will recognize that other combinations are possible. Accordingly, the present invention will be said to include all other replacements, modifications and changes falling within the scope of the following claims.

100: 무선 센서 네트워크 환경
110: 센서 노드
120: 클러스터 헤드
130: 싱크 노드
100: wireless sensor network environment
110: sensor node
120: cluster head
130: sink node

Claims (21)

무선 센서 네트워크에서 클러스터 헤드에 의해 수행되는 데이터 집합 방법에 있어서,
데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하는 단계;
상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하는 단계; 및
상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함하고,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거하는 단계를 더 포함하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
In a data set method performed by a cluster head in a wireless sensor network,
Clustering at least one sensor node from among the plurality of sensor nodes based on data similarity;
Clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node; And
Transmitting the integrated data from which the redundant node data is deleted to a sink node,
The clustering of the node data further comprises removing outliers from the node data of the clustered sensor node through inter-quartile (IRQ) analysis.
제1항에 있어서,
상기 센서 노드를 클러스터링하는 단계는,
코사인 유사도 함수를 기반으로 최대 코사인 유사도를 기준으로 상기 센서 노드를 클러스터링하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 1,
Clustering the sensor nodes,
Node data set method in a wireless sensor network, clustering the sensor nodes based on a maximum cosine similarity based on a cosine similarity function.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 특이치를 제거하는 단계는,
상기 노드 데이터의 첫 번째 사분위 수와 세 번째 사분위 수의 차이 값을 이용하여 상기 특이치를 식별하는 상한 및 하한 범위를 산출하고, 상기 산출된 상한 및 하한 범위를 기준으로 특이치를 검출하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 1,
The step of removing the outliers,
Radio that calculates the upper and lower limit ranges for identifying the outliers using the difference value between the first and third quartiles of the node data, and detects outliers based on the calculated upper and lower limit ranges How to set node data in sensor network.
제1항에 있어서,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는,
상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터로부터 자체구성 지도(Self-Organized Map, SOM) 신경망을 기반으로 중복 데이터를 삭제하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 1,
Clustering the node data,
A node data set method in a wireless sensor network for deleting redundant data based on a self-organized map (SOM) neural network from the node data of the clustered sensor node.
제5항에 있어서,
상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터는 상기 자체구성 지도 신경망에서 다차원 격자로 배열되는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 5,
The node data of the clustered sensor nodes are arranged in a multidimensional grid in the self-organizing map neural network.
제5항에 있어서,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는,
자체구성 지도 신경망의 모든 가중치와 입력 벡터 사이의 유클리드 거리를 계산하여 승자 노드로 지정하고, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는 중복 데이터를 삭제하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 5,
Clustering the node data,
A node data set method in a wireless sensor network, in which a Euclidean distance between all weights and input vectors of a self-organizing map neural network is calculated and designated as a winner node, and redundant data overlapping with the node data of the designated winner node is deleted.
제7항에 있어서,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는,
상기 지정된 승자 노드와 가장 근접한 입력 벡터에 대한 매칭 가중치를 조정하여 상기 승자 노드를 지정하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 7,
Clustering the node data,
The node data set method in a wireless sensor network, wherein the winner node is designated by adjusting a matching weight for an input vector closest to the designated winner node.
제7항에 있어서,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는,
상기 지정된 승자 노드 주변의 이웃 노드의 가중치를 조정하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 7,
Clustering the node data,
A method of setting node data in a wireless sensor network for adjusting weights of neighboring nodes around the designated winner node.
제7항에 있어서,
상기 노드 데이터를 클러스터링하는 단계는,
상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는지 여부를 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와의 코사인 유사도 함수를 이용하여 판단하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 방법.
The method of claim 7,
Clustering the node data,
A method of setting node data in a wireless sensor network to determine whether or not to overlap with the node data of the designated winner node using a cosine similarity function with the node data of the designated winner node.
무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신하는 통신 모듈;
적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 통신 모듈 및 상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써,
데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하되, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거하고,
상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하고,
상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
A communication module for communicating with a sensor node in a wireless sensor network;
A memory for storing at least one program; And
And a processor connected to the communication module and the memory,
The processor, by executing the at least one program,
Clustering at least one sensor node among a plurality of sensor nodes based on data similarity, but removing outliers through inter-quartile (IRQ) analysis from node data of the clustered sensor node,
Clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node,
A node data aggregation device in a wireless sensor network for transmitting integrated data from which the redundant node data has been deleted to a sink node.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
코사인 유사도 함수를 기반으로 최대 코사인 유사도를 기준으로 상기 센서 노드를 클러스터링하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 11,
The processor,
A node data aggregation device in a wireless sensor network for clustering the sensor nodes based on a maximum cosine similarity based on a cosine similarity function.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 노드 데이터의 첫 번째 사분위 수와 세 번째 사분위 수의 차이 값을 이용하여 상기 특이치를 식별하는 상한 및 하한 범위를 산출하고, 상기 산출된 상한 및 하한 범위를 기준으로 특이치를 검출하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 11,
The processor,
Radio that calculates the upper and lower limit ranges for identifying the outliers using the difference value between the first and third quartiles of the node data, and detects outliers based on the calculated upper and lower limit ranges Node data set device in sensor network.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터로부터 자체구성 지도(Self-Organized Map, SOM) 신경망을 기반으로 중복 데이터를 삭제하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 11,
The processor,
Node data aggregation device in a wireless sensor network for deleting redundant data based on a self-organized map (SOM) neural network from the node data of the clustered sensor node.
제15항에 있어서,
상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터는 상기 자체구성 지도 신경망에서 다차원 격자로 배열되는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 15,
The node data aggregation device in a wireless sensor network, wherein the node data of the clustered sensor nodes are arranged in a multidimensional grid in the self-organizing map neural network.
제15항에 있어서,
상기 프로세서는,
자체구성 지도 신경망의 모든 가중치와 입력 벡터 사이의 유클리드 거리를 계산하여 승자 노드로 지정하고, 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는 중복 데이터를 삭제하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 15,
The processor,
A node data aggregation device in a wireless sensor network for calculating a Euclidean distance between all weights and input vectors of a self-organizing map neural network, designating it as a winner node, and deleting redundant data overlapping with the node data of the designated winner node.
제17항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 지정된 승자 노드와 가장 근접한 입력 벡터에 대한 매칭 가중치를 조정하여 상기 승자 노드를 지정하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 17,
The processor,
A node data aggregation apparatus in a wireless sensor network for designating the winner node by adjusting a matching weight for an input vector closest to the designated winner node.
제17항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 지정된 승자 노드 주변의 이웃 노드의 가중치를 조정하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 17,
The processor,
A node data aggregation device in a wireless sensor network for adjusting weights of neighboring nodes around the designated winner node.
제17항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와 중복되는지 여부를 상기 지정된 승자 노드의 노드 데이터와의 코사인 유사도 함수를 이용하여 판단하는, 무선 센서 네트워크에서 노드 데이터 집합 장치.
The method of claim 17,
The processor,
A node data aggregation apparatus in a wireless sensor network to determine whether or not to overlap with the node data of the designated winner node using a cosine similarity function with the node data of the designated winner node.
프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금:
데이터 유사도를 기반으로 복수의 센서 노드 중에서 적어도 하나의 센서 노드를 클러스터링하되, 상기 클러스터링된 센서 노드의 노드 데이터에서 교차 사분위(IRQ, Inter Quartile Range) 분석을 통해 특이치를 제거하고,
상기 클러스터링된 적어도 하나의 센서 노드의 노드 데이터에서 중복된 노드 데이터를 삭제하여 노드 데이터를 클러스터링하고,
상기 중복된 노드 데이터가 삭제된 통합 데이터를 싱크 노드로 전송하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
A non-transitory computer-readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to:
Clustering at least one sensor node among a plurality of sensor nodes based on data similarity, but removing outliers through inter-quartile (IRQ) analysis from node data of the clustered sensor node,
Clustering node data by deleting redundant node data from node data of the at least one clustered sensor node,
A non-transitory computer-readable storage medium comprising instructions for causing the redundant node data to transmit the deleted aggregate data to a sink node.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008505378A (en) * 2004-06-25 2008-02-21 エフ・エー・フアウ・モトーレンテヒニック・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング Vehicle control apparatus having a neural network
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KR101912734B1 (en) * 2017-07-17 2018-10-29 숭실대학교산학협력단 Cluster-based mobile sink location management method and apparatus for solar-powered wireless sensor networks

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Title
’Redundancy reduction in self-organising map merging for scalable data clustering‘, The 2012 International Joint Conference on Neural Networks(IJCNN). IEEE, 2012.* *

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