KR102248003B1 - Methods and apparatuses for dynamic sink relocation in wireless sensor network - Google Patents

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KR102248003B1
KR102248003B1 KR1020200021745A KR20200021745A KR102248003B1 KR 102248003 B1 KR102248003 B1 KR 102248003B1 KR 1020200021745 A KR1020200021745 A KR 1020200021745A KR 20200021745 A KR20200021745 A KR 20200021745A KR 102248003 B1 KR102248003 B1 KR 102248003B1
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relocation
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cluster head
residual energy
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KR1020200021745A
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윤희용
이태호
이병준
김경태
김민우
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a dynamic sink rearrangement method using fuzzy logic on a wireless sensor network and an apparatus thereof. According to one embodiment of the present invention, the dynamic sink rearrangement method using fuzzy logic on a wireless sensor network includes the following steps of: forming a cluster on a wireless sensor network and selecting a cluster head (CH) from the formed cluster; searching for a cluster head having the highest residual energy and a sensor node existing in a first area around a current sink; calculating a sink rearrangement probability of each second area based on average residual energy, with respect to the second area around the selected cluster head; and rearranging the current sink in a direction to a cluster head of an area where the calculated sink rearrangement probability is the highest.

Description

무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR DYNAMIC SINK RELOCATION IN WIRELESS SENSOR NETWORK}A method and apparatus for dynamic sync relocation using fuzzy logic in a wireless sensor network {METHODS AND APPARATUSES FOR DYNAMIC SINK RELOCATION IN WIRELESS SENSOR NETWORK}

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for dynamic sync relocation using fuzzy logic in a wireless sensor network.

무선 센서 네트워크는 IoT(Internet of Things) 환경에서 싱크를 이용하여 효율적인 데이터 수집 및 전송을 가능하게 한다. 이때 고정된 싱크를 사용하면 싱크의 과도한 에너지 소비로 인해 네트워크 성능을 최대화할 수 없다는 문제점이 있다.The wireless sensor network enables efficient data collection and transmission using a sink in an Internet of Things (IoT) environment. In this case, if a fixed sink is used, there is a problem that network performance cannot be maximized due to excessive energy consumption of the sink.

이러한 문제점을 해결하기 위해 보다 에너지 효율적인 싱크 재배치를 활용한 다수의 알고리즘이 제안되었다. 하지만, 무선 센서 네트워크의 센서 노드의 전력이 제한되어 있기 때문에 싱크의 재배치 과정에서의 전력 효율은 무선 센서 네트워크의 중요한 문제이다.To solve this problem, a number of algorithms using more energy efficient sink relocation have been proposed. However, since the power of the sensor node of the wireless sensor network is limited, power efficiency in the process of relocating the sink is an important problem of the wireless sensor network.

본 발명의 실시예들은 동적 싱크 재배치에 필요한 통신 오버 헤드를 최소화하고 데이터 패킷 손실 없이 동적 싱크를 재배치하기 위한, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a method and apparatus for dynamic sync relocation using fuzzy logic in a wireless sensor network to minimize communication overhead required for dynamic sync relocation and to relocate dynamic sync without data packet loss.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위의 환경에서도 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved of the present invention is not limited thereto, and may be variously expanded even in an environment within a range not departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동적 싱크 재배치 장치에 의해 수행되는 동적 싱크 재배치 방법에 있어서, 무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하는 단계; 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하는 단계; 상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하는 단계; 및 상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하는 단계를 포함하는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a dynamic sync relocation method performed by a dynamic sync relocation apparatus, comprising: forming a cluster in a wireless sensor network and selecting a cluster head (CH) from the formed cluster; Searching for a sensor node present in a first region centered on a current sink and a cluster head having the highest residual energy; Calculating a sync relocation probability of each second region based on an average residual energy for a second region centered on the selected cluster head; And relocating the current sink in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sink relocation probability is the highest. In a wireless sensor network, a dynamic sync relocation method using fuzzy logic may be provided.

상기 클러스터 헤드를 선택하는 단계는, 중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 에너지 소비를 최소화하는 클러스터 헤드를 선택할 수 있다.In the selecting of the cluster head, a cluster head that minimizes energy consumption may be selected using a gravity search algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller.

복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성될 수 있다. A cluster may be formed by dividing a plurality of parameters according to the fuzzy logic controller.

상기 복수의 매개변수는, 클러스터의 수를 클러스터의 크기로 나눈 제1 매개변수를 포함하고, 상기 제1 매개변수는 클러스터의 수를 최소화하기 위해 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a first parameter obtained by dividing the number of clusters by the size of the cluster, and the first parameter may be used to minimize the number of clusters.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 상기 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the minimum Euclidean distance between the sensor node and the cluster, and the second parameter can be used to maximize communication quality. have.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드의 잔여 에너지의 합을 클러스터 헤드의 잔여 에너지의 합으로 나눈 제3 매개변수를 포함하고, 상기 제3 매개변수는 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 클러스터 헤드의 총 에너지의 비율을 계산하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a third parameter obtained by dividing the sum of the residual energy of the sensor nodes by the sum of the residual energy of the cluster head, and the third parameter is the total energy of all sensor nodes versus the total of all cluster heads. It can be used to calculate the percentage of energy.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 클러스터에 속하는 센서 노드의 수로 나눈 제4 매개변수를 포함하고, 상기 제4 매개변수는 센서 노드와 관련된 클러스터 헤드 사이의 최대 평균 거리를 계산하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a fourth parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the number of sensor nodes belonging to the cluster, and the fourth parameter is a maximum average between the sensor node and the associated cluster head. Can be used to calculate distance.

상기 복수의 매개변수 중에서 최고 값으로 대체하여 획득된 값과 상기 복수의 매개변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용되는 값이 포함된 상기 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙에 따라, 클러스터가 형성되고 최고 잔여 에너지를 갖는 센서 노드가 클러스터 헤드로 선택될 수 있다. According to the fuzzy rule of the fuzzy logic controller, which includes a value obtained by substituting the highest value among the plurality of parameters and multiplying the plurality of parameters to be used over time, a cluster is formed and the highest residual energy A sensor node having a can be selected as the cluster head.

상기 제2 영역의 반경은 상기 제1 영역의 반경 미만일 수 있다.The radius of the second area may be less than the radius of the first area.

상기 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 제1 영역 외부이면서 상기 제2 영역에 존재하는 외부 노드의 잔여 에너지가 계산되고, 상기 계산된 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 외부 노드의 잔여 에너지로부터 제2 영역의 싱크 재배치 확률이 계산될 수 있다. The average residual energy of each of the first areas and the residual energy of an external node outside the first area and existing in the second area are calculated, and the calculated average residual energy of each of the first areas and the residual energy of the external node From, the sync relocation probability of the second region may be calculated.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신하는 통신 모듈; 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고, 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고, 상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고, 상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치가 제공될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a communication module for communicating with a sensor node in a wireless sensor network; A memory storing one or more programs; And a processor executing the stored one or more programs, wherein the processor forms a cluster in the wireless sensor network, selects a cluster head (CH) from the formed cluster, A sensor node existing in an area and a cluster head having the highest residual energy are searched, and for a second area centered on the selected cluster head, the sync relocation probability of each second area is calculated based on the average residual energy. , A dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network for relocating a current sink in a direction of a cluster head of an area in which the calculated sink relocation probability is the highest may be provided.

상기 프로세서는, 중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 에너지 소비를 최소화하는 클러스터 헤드를 선택할 수 있다.The processor may select a cluster head that minimizes energy consumption by using a gravity search algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller.

복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성될 수 있다. A cluster may be formed by dividing a plurality of parameters according to the fuzzy logic controller.

상기 복수의 매개변수는, 클러스터의 수를 클러스터의 크기로 나눈 제1 매개변수를 포함하고, 상기 제1 매개변수는 클러스터의 수를 최소화하기 위해 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a first parameter obtained by dividing the number of clusters by the size of the cluster, and the first parameter may be used to minimize the number of clusters.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 상기 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the minimum Euclidean distance between the sensor node and the cluster, and the second parameter can be used to maximize communication quality. have.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드의 잔여 에너지의 합을 클러스터 헤드의 잔여 에너지의 합으로 나눈 제3 매개변수를 포함하고, 상기 제3 매개변수는 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 클러스터 헤드의 총 에너지의 비율을 계산하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a third parameter obtained by dividing the sum of the residual energy of the sensor nodes by the sum of the residual energy of the cluster head, and the third parameter is the total energy of all sensor nodes versus the total of all cluster heads. It can be used to calculate the percentage of energy.

상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 클러스터에 속하는 센서 노드의 수로 나눈 제4 매개변수를 포함하고, 상기 제4 매개변수는 센서 노드와 관련된 클러스터 헤드 사이의 최대 평균 거리를 계산하는데 사용될 수 있다. The plurality of parameters includes a fourth parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the number of sensor nodes belonging to the cluster, and the fourth parameter is a maximum average between the sensor node and the associated cluster head. Can be used to calculate distance.

상기 복수의 매개변수 중에서 최고 값으로 대체하여 획득된 값과 상기 복수의 매개변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용되는 값이 포함된 상기 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙에 따라, 클러스터가 형성되고 최고 잔여 에너지를 갖는 센서 노드가 클러스터 헤드로 선택될 수 있다. According to the fuzzy rule of the fuzzy logic controller, which includes a value obtained by substituting the highest value among the plurality of parameters and multiplying the plurality of parameters to be used over time, a cluster is formed and the highest residual energy A sensor node having a can be selected as the cluster head.

상기 제2 영역의 반경은 상기 제1 영역의 반경 미만일 수 있다.The radius of the second area may be less than the radius of the first area.

상기 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 제1 영역 외부이면서 상기 제2 영역에 존재하는 외부 노드의 잔여 에너지가 계산되고, 상기 계산된 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 외부 노드의 잔여 에너지로부터 제2 영역의 싱크 재배치 확률이 계산될 수 있다. The average residual energy of each of the first areas and the residual energy of an external node outside the first area and existing in the second area are calculated, and the calculated average residual energy of each of the first areas and the residual energy of the external node From, the sync relocation probability of the second region may be calculated.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 하나 이상의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고, 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고, 상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고, 상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하게 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 one or more programs executable by a processor, when the one or more programs are executed by the processor, the processor causes: wireless sensor A cluster is formed in the network, a cluster head (CH) is selected from the formed cluster, a sensor node existing in the first region centered on the current sink and a cluster head having the highest residual energy are searched, and the selected For the second region centered on the cluster head, the sink relocation probability of each second region is calculated based on the average residual energy, and the current sink is relocated in the direction of the cluster head of the region with the highest sync relocation probability. A non-transitory computer-readable storage medium may be provided that includes instructions for doing so.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.

본 발명의 실시예들은 동적 싱크 재배치에 필요한 통신 오버 헤드를 최소화하고 데이터 패킷 손실 없이 동적 싱크를 재배치할 수 있다.Embodiments of the present invention can minimize communication overhead required for dynamic sync relocation and relocate dynamic sync without data packet loss.

본 발명의 실시예들은 종래의 싱크 재배치 알고리즘과 비교하여 에너지 효율, 네트워크 수명 및 처리량 측면에서 보다 뛰어난 효과를 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention can provide superior effects in terms of energy efficiency, network lifetime, and throughput compared to a conventional sink relocation algorithm.

본 발명의 실시예들은 공간 제약에 관계없이 높은 통신 성능이 필요한 다양한 응용 분야에서 활용할 수 있다.Embodiments of the present invention can be used in various application fields requiring high communication performance regardless of space constraints.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙을 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 검색 단계 및 클러스터 검색 단계의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법을 알고리즘 형태로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 설정한 시뮬레이션 환경의 매개 변수가 나열된 도면이다.
도 7 내지 도 9는 센서 노드의 수가 변경하는 동안 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 에너지 소비를 비교한 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술의 시간별 생존 노드의 수를 비교한 그래프이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술의 패킷 처리량을 비교한 그래프이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a fuzzy rule of a fuzzy logic controller according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating operations of a sync search step and a cluster search step according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention in the form of an algorithm.
5 is a flowchart illustrating a dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram listing parameters of a simulation environment set in an embodiment of the present invention.
7 to 9 are graphs comparing energy consumption according to an embodiment of the present invention and a prior art while the number of sensor nodes is changed.
10 to 12 are graphs comparing the number of surviving nodes by time according to an embodiment of the present invention and the prior art.
13 to 15 are graphs comparing packet throughput according to an embodiment of the present invention and prior art.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it can be understood to include all conversions, equivalents, or substitutes included in the technical spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들이 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명에서 사용한 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 판례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention of a technician working in the art, precedent, or the emergence of new technologies. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, 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.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치(100)는 통신 모듈(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a dynamic sync relocation apparatus 100 using a fuzzy logic in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention includes a communication module 110, a memory 120, and a processor 130. .

을 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 동적 싱크 재배치 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 동적 싱크 재배치 장치(100)가 구현될 수 있다.Includes. However, not all of the illustrated components are essential components. The dynamic sync relocation apparatus 100 may be implemented by more components than the illustrated components, and the dynamic sync relocation apparatus 100 may be implemented by fewer components than the illustrated components.

이하, 도 1의 동적 싱크 재배치 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the dynamic sync relocation apparatus 100 of FIG. 1 will be described.

통신 모듈(110)은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신한다. The communication module 110 communicates with a sensor node in a wireless sensor network.

메모리(120)는 하나 이상의 프로그램을 저장한다. The memory 120 stores one or more programs.

프로세는 메모리(120)에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행한다. 프로세서(130)는, 무선 센서 네트워크에서 중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 클러스터를 형성하고 그 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고, 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고, 그 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고, 그 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치한다. The processor executes one or more programs stored in the memory 120. The processor 130 forms a cluster using a Gravitational Search Algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller in a wireless sensor network, and selects a cluster head (CH) from the formed cluster. And, the sensor node existing in the first region centered on the current sink and the cluster head having the highest residual energy are searched, and for the second region centering on the selected cluster head, the sync relocation of each second region The probability is calculated based on the average residual energy, and the current sink is rearranged in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sink rearrangement probability is the highest.

실시예들에 따르면, 중력 검색 알고리즘은 에너지 소비를 최소화하는 클러스터 헤드를 선택하는데 사용될 수 있다.According to embodiments, a gravity search algorithm may be used to select a cluster head that minimizes energy consumption.

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성될 수 있다.According to embodiments, a cluster may be formed by dividing a plurality of parameters according to a fuzzy logic controller.

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수는 클러스터의 수를 클러스터의 크기로 나눈 제1 매개변수를 포함하고, 제1 매개변수는 클러스터의 수를 최소화하기 위해 사용될 수 있다. According to embodiments, the plurality of parameters includes a first parameter obtained by dividing the number of clusters by the size of the cluster, and the first parameter may be used to minimize the number of clusters.

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수는 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용될 수 있다.According to embodiments, the plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing the sum of the Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the minimum Euclidean distance between the sensor node and the cluster, and the second parameter maximizes communication quality. Can be used to

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수는 센서 노드의 잔여 에너지의 합을 클러스터 헤드의 잔여 에너지의 합으로 나눈 제3 매개변수를 포함하고, 제3 매개변수는 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 클러스터 헤드의 총 에너지의 비율을 계산하는데 사용될 수 있다.According to embodiments, the plurality of parameters includes a third parameter obtained by dividing the sum of the residual energy of the sensor nodes by the sum of the residual energy of the cluster head, and the third parameter is the total energy of all sensor nodes versus all clusters. It can be used to calculate the percentage of the total energy of the head.

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수는 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 클러스터에 속하는 센서 노드의 수로 나눈 제4 매개변수를 포함하고, 제4 매개변수는 센서 노드와 관련된 클러스터 헤드 사이의 최대 평균 거리를 계산하는데 사용될 수 있다.According to embodiments, the plurality of parameters includes a fourth parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the number of sensor nodes belonging to the cluster, and the fourth parameter is between the sensor node and the associated cluster head. Can be used to calculate the maximum average distance of.

실시예들에 따르면, 복수의 매개변수 중에서 최고 값으로 대체하여 획득된 값과 복수의 매개변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용되는 값이 포함된 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙에 따라, 클러스터가 형성되고 최고 잔여 에너지를 갖는 센서 노드가 클러스터 헤드로 선택될 수 있다.According to embodiments, a cluster is formed according to a fuzzy rule of a fuzzy logic controller including a value obtained by substituting the highest value among a plurality of parameters and multiplying a plurality of parameters to be used over time. The sensor node with the highest residual energy can be selected as the cluster head.

실시예들에 따르면, 제2 영역의 반경은 제1 영역의 반경 미만일 수 있다.According to embodiments, the radius of the second area may be less than the radius of the first area.

실시예들에 따르면, 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 제1 영역 외부이면서 제2 영역에 존재하는 외부 노드의 잔여 에너지가 계산되고, 그 계산된 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 외부 노드의 잔여 에너지로부터 제2 영역의 싱크 재배치 확률이 계산될 수 있다. According to embodiments, the average residual energy of each of the first regions and the residual energy of the external nodes that are outside the first region and exist in the second region are calculated, and the calculated average residual energy of each of the first regions and the external nodes The sync relocation probability of the second region may be calculated from the residual energy.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 싱크 재배치 장치(100)는 동적 싱크 재배치 방법을 이용하여 싱크 재배치에 필요한 통신 오버 헤드를 최소화하고 데이터 패킷 손실 없이 싱크를 재배치할 수 있다.Meanwhile, the dynamic sync relocation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may minimize communication overhead required for sync relocation and relocate the sync without data packet loss by using the dynamic sync relocation method.

퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법은 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계인 검색 단계에서 클러스터 헤드를 포함하여 클러스터가 재구성되고 매개 변수 데이터는 실시간으로 수집되고, 두 번째 단계에서는 수집된 데이터를 기반으로 새로운 싱크 위치를 선택하고 싱크는 그 선택된 위치로 재배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 싱크 재배치 장치(100)는 동적 싱크 재배치 방법의 지속적인 반복을 통해 에너지 효율을 위한 클러스터 헤드를 포함하여 클러스터를 재구성한다. 이때, 개선된 GSA는 퍼지 로직 컨트롤러와 함께 사용된다.The dynamic sink relocation method using fuzzy logic consists of two steps. In the first step, the search step, the cluster is reconfigured including the cluster head, parameter data is collected in real time, and in the second step, a new sink location is selected based on the collected data, and the sink is relocated to the selected location. The dynamic sync relocation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention reconfigures a cluster including a cluster head for energy efficiency through continuous repetition of the dynamic sync relocation method. In this case, the improved GSA is used with a fuzzy logic controller.

한편, 검색 단계부터 설명하기로 한다. On the other hand, it will be described from the search stage.

에너지 모델을 살펴보면, 우선 본 발명의 일 실시예에서는 통상적으로 무선 센서 네트워크에서 사용하는 에너지 모델을 기반으로 통신이 이루어진다. 이때 센서 노드의 에너지 대부분은 데이터 송수신 과정에서 소비된다. 각 노드에서 N 비트의 데이터를 전송할 때 필요한 에너지는 아래의 [수학식 1]과 같다.

Figure 112020018830938-pat00001
는 노드_p에서 노드_q로 N 비트의 데이터를 전송할 때 필요한 에너지를 나타낸다. Looking at the energy model, first, in an embodiment of the present invention, communication is performed based on an energy model typically used in a wireless sensor network. At this time, most of the energy of the sensor node is consumed in the process of transmitting and receiving data. The energy required when each node transmits N-bit data is as shown in [Equation 1] below.
Figure 112020018830938-pat00001
Denotes energy required when transmitting N-bit data from node_p to node_q.

Figure 112020018830938-pat00002
Figure 112020018830938-pat00002

또한, 각 노드에서 N 비트의 데이터를 수신하기 위한 에너지

Figure 112020018830938-pat00003
는 아래의 [수학식 2]와 같다. In addition, energy for receiving N bits of data at each node
Figure 112020018830938-pat00003
Is as shown in [Equation 2] below.

Figure 112020018830938-pat00004
Figure 112020018830938-pat00004

하지만, 데이터 전송을 위해 노드가 소비하는 에너지는 대상 노드까지의 거리에 따라 다르다. 단거리 및 장거리 데이터 전송을 위한 에너지 소비는 각각

Figure 112020018830938-pat00005
Figure 112020018830938-pat00006
팩터이다. 소스 노드로부터 거리 d에 위치한 목적지까지 N 비트를 전송하기 위한 총 에너지는 아래의 [수학식 3]과 같다. However, the energy consumed by a node for data transmission depends on the distance to the target node. The energy consumption for short and long distance data transmission is respectively
Figure 112020018830938-pat00005
And
Figure 112020018830938-pat00006
It's a factor. The total energy for transmitting N bits from the source node to the destination located at the distance d is as shown in [Equation 3] below.

Figure 112020018830938-pat00007
Figure 112020018830938-pat00007

다음으로, 클러스터링을 설명하기로 한다. Next, clustering will be described.

클러스터가 재구성될 때, 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)는 검색 단계 이전에 선택되며, 퍼지 로직 컨트롤러를 기반으로 하는 개선된 GSA를 사용하여 선택된다. GSA는 에너지 소비를 최소화하는 적절한 수의 클러스터 헤드를 결정하는 데 사용되며, 클러스터 헤드의 선정 후, 동적 싱크 재배치 장치(100)가 클러스터를 형성할 때 아래와 같은 [수학식 4]를 바탕으로 형성된다.When the cluster is reconfigured, the cluster head (CH) is selected before the search phase, and is selected using an improved GSA based on a fuzzy logic controller. The GSA is used to determine an appropriate number of cluster heads that minimize energy consumption, and is formed based on the following [Equation 4] when the dynamic sync relocation device 100 forms a cluster after the cluster head is selected. .

Figure 112020018830938-pat00008
Figure 112020018830938-pat00008

여기서, s는 클러스터의 수이고 c는 클러스터 크기이다. 각 클러스터에서 통신 품질을 최대화하려면 클러스터의 센서 노드 간 전송 거리의 합이 최소화되도록 결정해야 한다. 따라서 아래와 같은 [수학식 5]를 기반으로 얻어진다.Here, s is the number of clusters and c is the cluster size. In order to maximize the communication quality in each cluster, it is necessary to decide to minimize the sum of the transmission distances between sensor nodes in the cluster. Therefore, it is obtained based on the following [Equation 5].

Figure 112020018830938-pat00009
Figure 112020018830938-pat00009

여기서

Figure 112020018830938-pat00010
는 센서 노드
Figure 112020018830938-pat00011
와 CH
Figure 112020018830938-pat00012
사이의 유클리드 거리이다. [수학식 4]로 나타난
Figure 112020018830938-pat00013
의 목적은 CH의 수를 최소화하는 것이며, [수학식 5]로 나타난
Figure 112020018830938-pat00014
는 통신 품질을 최대화하는 것이다. 동적 싱크 재배치 장치(100)는 각 클러스터에서 노드의 최대 잔여 에너지를 기반으로 다음 [수학식 6] 및 [수학식 7]을 통하여 CH를 선정한다.here
Figure 112020018830938-pat00010
The sensor node
Figure 112020018830938-pat00011
And CH
Figure 112020018830938-pat00012
Is the Euclidean distance between. Represented by [Equation 4]
Figure 112020018830938-pat00013
The purpose of is to minimize the number of CH, represented by [Equation 5]
Figure 112020018830938-pat00014
Is to maximize communication quality. The dynamic sync relocation apparatus 100 selects CH through the following [Equation 6] and [Equation 7] based on the maximum residual energy of a node in each cluster.

Figure 112020018830938-pat00015
Figure 112020018830938-pat00015

Figure 112020018830938-pat00016
Figure 112020018830938-pat00016

여기서 T는 센서 노드의 총 수이며,

Figure 112020018830938-pat00017
Figure 112020018830938-pat00018
은 각각
Figure 112020018830938-pat00019
Figure 112020018830938-pat00020
의 나머지 에너지이다. 또한
Figure 112020018830938-pat00021
Figure 112020018830938-pat00022
에 속하는 센서 노드의 수이다. [수학식 6]으로 나타난
Figure 112020018830938-pat00023
은 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 CH의 에너지의 비율을 계산하기 위한 것이며, [수학식 7]로 나타난
Figure 112020018830938-pat00024
는 노드와 관련 CH 사이의 최대 평균 거리에 대한 것이다. 동적 싱크 재배치 장치(100)는 개선된 GSA를 통해 위의 [수학식 4] 내지 [수학식 7]로 나타난 4가지의 식을 기반으로 얻은 각 매개 변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터를 형성하고 CH를 선택한다. Where T is the total number of sensor nodes,
Figure 112020018830938-pat00017
And
Figure 112020018830938-pat00018
Is each
Figure 112020018830938-pat00019
And
Figure 112020018830938-pat00020
Is the rest of the energy. Also
Figure 112020018830938-pat00021
silver
Figure 112020018830938-pat00022
This is the number of sensor nodes belonging to. Represented by [Equation 6]
Figure 112020018830938-pat00023
Is for calculating the ratio of the total energy of all sensor nodes to the energy of all CHs, and is represented by [Equation 7].
Figure 112020018830938-pat00024
Is for the maximum average distance between the node and the associated CH. The dynamic sync relocation device 100 divides each parameter obtained based on the four equations represented by [Equation 4] to [Equation 7] above through the improved GSA according to the fuzzy logic controller to form a cluster. Select CH.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙을 도면이다.2 is a diagram illustrating a fuzzy rule of a fuzzy logic controller according to an embodiment of the present invention.

Figure 112020018830938-pat00025
Figure 112020018830938-pat00025

Figure 112020018830938-pat00026
Figure 112020018830938-pat00026

또한, 위의 [수학식 8]에서 ITER는 개선된 GSA를 사용하여 얻은 4개의 매개 변수 중 가장 높은 Max_t 값으로 대체하여 얻는다. 여기서, Max_t는 GSA에서 4개의 매개 변수, h1, h2, h3 및 h4를 결정하기 위해 반복되는 최대 반복 횟수를 나타낸다. 따라서, ITER의 값이 낮을수록 퍼지 로직 컨트롤러를 사용하여 CH를 얻는데 필요한 시간이 짧아진다.In addition, in [Equation 8] above, ITER is obtained by substituting the highest Max_t value among the four parameters obtained using the improved GSA. Here, Max_t represents the maximum number of iterations repeated to determine the four parameters, h 1 , h 2 , h 3 and h 4 in GSA. Therefore, the lower the value of ITER, the shorter the time required to obtain CH using the fuzzy logic controller.

[수학식 9]에서 IMP(t)는 GSA의 4가지 매개 변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용된다. 도 2에 도시된 퍼지 로직 컨트롤러의 규칙에 따라, a(t)에 기초하여 새로운 클러스터가 형성되고 가장 큰 잔여 에너지를 갖는 클러스터 멤버가 CH로 선정된다.In [Equation 9], IMP(t) is used over time by multiplying the four parameters of GSA. According to the rule of the fuzzy logic controller shown in FIG. 2, a new cluster is formed based on a(t), and a cluster member having the largest residual energy is selected as a CH.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 검색 단계 및 클러스터 검색 단계의 동작을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating operations of a sync search step and a cluster search step according to an embodiment of the present invention.

다음으로, 싱크 재배치를 위한 검색 단계가 시작된다. 검색 단계는 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 검색 단계에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 현재 싱크(Sink, 310)를 중심으로 영역 내부의 센서 노드(330)와 가장 큰 잔여 에너지가 남아있는 클러스터 헤드를 검색한다. 이를 '싱크 검색 단계'라고 한다. 두 번째 단계에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 선택된 클러스터 헤드(320)를 중심으로 조금 더 작은 반경의 또 다른 원형 탐색이 이루어지며, 이를 'CH 검색 단계'라고 한다. 이 2단계 검색 방법은 싱크(310)를 재배치할 위치의 노드를 찾아 싱크 재배치 거리를 최소화하면서 에너지 효율을 극대화한다.Next, the search step for sink relocation begins. The search phase consists of two steps. In the first search step, the dynamic sink relocation apparatus 100 searches for a sensor node 330 in an area and a cluster head having the largest residual energy around the current sink 310. This is called the'sync search step'. In the second step, the dynamic sync relocation apparatus 100 performs another circular search with a slightly smaller radius around the selected cluster head 320, which is referred to as a'CH search step'. This two-step search method maximizes energy efficiency while minimizing the sink relocation distance by finding a node at a location where the sink 310 is to be relocated.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, '싱크 검색 단계'의 경우, 싱크 중심으로 제1 영역(311) 반경 40m의 원형 검색 범위가 설정되며, 반경은 싱크의 통신 범위와 같다.For example, as shown in FIG. 3, in the case of the'sync search step', a circular search range having a radius of 40 m of the first area 311 is set as the center of the sync, and the radius is the same as the communication range of the sync.

다음으로, 검색된 원은 8개의 영역으로 분할되고 영역마다 하나의 CH가 선정된다. 영역 내의 모든 노드의 잔여 에너지를 수집하여 다음 [수학식 10]을 이용하여 평균을 얻는다.Next, the searched circle is divided into 8 areas, and one CH is selected for each area. The residual energy of all nodes in the domain is collected and the average is obtained using the following [Equation 10].

Figure 112020018830938-pat00027
Figure 112020018830938-pat00027

여기서

Figure 112020018830938-pat00028
,
Figure 112020018830938-pat00029
및 b는 각각 영역 j인 sector_j의 평균 잔여 에너지, 영역 j인 sector_j의 센서 노드 i인 node_i의 잔여 에너지 및 영역 j인 sector_j의 노드 수이다. 그런 다음 싱크 검색 범위를 중심으로 선택한 CH를 사용하여 CH 검색 범위에 대해 제2 영역(321)인 반경 20m의 원이 형성된다. CH 검색 범위에서 나머지 노드를 제외한 노드의 잔여 에너지는 다음 [수학식 11]에 따라 구해진다.here
Figure 112020018830938-pat00028
,
Figure 112020018830938-pat00029
And b is an average residual energy of sector_j, which is an area j, a residual energy of node_i, which is a sensor node i, of sector_j, which is an area j, and the number of nodes of sector_j, which is an area j. Then, a circle having a radius of 20 m, which is the second region 321 for the CH search range, is formed using the CH selected as the center of the sync search range. The residual energy of the node excluding the remaining nodes in the CH search range is obtained according to the following [Equation 11].

Figure 112020018830938-pat00030
Figure 112020018830938-pat00030

여기서

Figure 112020018830938-pat00031
는 N 비트 데이터를 노드 t인 node_t에서 노드 q인 node_q로 전송하는 데 필요한 에너지다. 각 영역의 평균 잔여 에너지 및 외부 노드의 잔여 에너지도 계산된다. 그런 다음 싱크 재배치에 대한 각 영역의 확률
Figure 112020018830938-pat00032
는 다음 [수학식 12]와 같이 평균 잔여 에너지를 사용하여 계산된다.here
Figure 112020018830938-pat00031
Is the energy required to transmit N-bit data from node_t, node t, to node_q, node q. The average residual energy of each region and the residual energy of external nodes are also calculated. Then the probability of each region for sink relocation
Figure 112020018830938-pat00032
Is calculated using the average residual energy as shown in [Equation 12] below.

Figure 112020018830938-pat00033
Figure 112020018830938-pat00033

다음으로, 선택 단계를 설명하기로 한다. Next, the selection step will be described.

검색 단계가 끝나면, 싱크 재배치에 대한 각 영역의 확률

Figure 112020018830938-pat00034
가 계산되고, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 확률
Figure 112020018830938-pat00035
가 최고인 영역의 클러스터 헤드를 선택한다. 싱크는 확률
Figure 112020018830938-pat00036
가 가장 높은 영역의 클러스터 헤드 방향으로 이동한다. 또한, 통신 과정에서 일부 CH의 에너지가 특정 임계 값 아래로 떨어지면 싱크는 다시 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법의 반복을 통해 새 위치로 재배치될 수 있다.At the end of the search phase, the probability of each region for sink relocation
Figure 112020018830938-pat00034
Is calculated, and the dynamic sync relocation device 100 has a probability
Figure 112020018830938-pat00035
Select the cluster head of the region where is the highest. Sinking odds
Figure 112020018830938-pat00036
Moves in the direction of the cluster head in the highest area. In addition, when the energy of some CHs falls below a specific threshold value during the communication process, the sink may be relocated to a new location through repetition of the dynamic sink relocation method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법을 알고리즘 형태로 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention in the form of an algorithm.

본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법의 절차는 도 4와 같다.The procedure of the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 4.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 통신 싱크 오버 헤드를 최소화하고 네트워크 수명을 최대화하기 위해 동적 싱크 재배치 및 노드 클러스터링을 함께 고려하는 효율적인 싱크 재배치 알고리즘에 관한 것이다. As described above, the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention relates to an efficient sync relocation algorithm that considers dynamic sync relocation and node clustering together to minimize communication sync overhead and maximize network life.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예는 WSN(Wireless Sensor Network)에서 싱크의 이동 과정에서의 센서 노드 전력 제한을 해결하기 위해 퍼지 로직(Fuzzy Logic)을 활용한 동적 싱크 재배치 알고리즘에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a dynamic sink relocation algorithm using fuzzy logic to solve a sensor node power limitation in a process of moving a sink in a wireless sensor network (WSN).

단계 S101에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 무선 센서 네트워크에서 중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 클러스터를 형성한다. In step S101, the dynamic sync relocation apparatus 100 forms a cluster using a gravity search algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller in a wireless sensor network.

단계 S102에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택한다. In step S102, the dynamic sync relocation apparatus 100 selects a cluster head (CH) from the formed cluster.

단계 S103에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역(311) 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색한다. In step S103, the dynamic sync relocation apparatus 100 searches for a sensor node existing in the first region 311 centered on the current sync and a cluster head having the highest residual energy.

단계 S104에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 그 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역(321)에 대하여, 각각의 제2 영역(321)의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산한다. In step S104, the dynamic sync relocation apparatus 100 calculates the sync relocation probability of each second region 321 with respect to the second region 321 centered on the selected cluster head based on the average residual energy. .

단계 S105에서, 동적 싱크 재배치 장치(100)는 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치한다. In step S105, the dynamic sync relocation apparatus 100 relocates the current sink in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sync relocation probability is the highest.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 설정한 시뮬레이션 환경의 매개 변수가 나열된 도면이다. 6 is a diagram listing parameters of a simulation environment set in an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예의 결과를 검증하기 위해, 동적 싱크 재배치 방법의 성능은 1000m × 1000m 영역에 무작위로 위치한 최대 200개의 센서 노드를 가진 무선 센서 네트워크를 사용한 컴퓨터 시뮬레이션으로 평가하였다. 도 6에는 본 발명의 일 실시예에서 설정한 시뮬레이션 환경의 매개 변수가 나열되어 있다. 매개변수에는 노드의 수(Number of nodes)를 나타낸 N, 네트워크의 길이(Length of the network)를 나타낸 L, 네트워크의 넓이(Width of the network)를 나타낸 W, 각 노드의 초기 에너지(Initial energy of each node)를 나타낸 Ei, 1비트를 전송하기 위한 에너지(Energy for transmitting one bit)를 나타낸 Etrans, 1비트를 수신하기 위한 에너지(Energy for receiving one bit)를 나타낸 Erec, 데이터 어그리게이션 에너지(Data aggregation energy)를 나타낸 Eagg 및 프리 스페이스 모델 증폭기의 에너지(Energy of free space model amplifier)를 나타낸 Efs가 포함된다. In order to verify the results of an embodiment of the present invention, the performance of the dynamic sync relocation method was evaluated by computer simulation using a wireless sensor network having a maximum of 200 sensor nodes randomly located in a 1000m×1000m area. 6 lists parameters of a simulation environment set in an embodiment of the present invention. The parameters include N representing the number of nodes, L representing the length of the network, W representing the width of the network, and initial energy of each node. Ei representing each node, Etrans representing Energy for transmitting one bit, Erec representing Energy for receiving one bit, and Data aggregation energy. Eagg representing the aggregation energy) and Efs representing the energy of the free space model amplifier are included.

도 7 내지 도 9는 센서 노드의 수가 변경하는 동안 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 에너지 소비를 비교한 그래프이다.7 to 9 are graphs comparing energy consumption according to an embodiment of the present invention and a prior art while the number of sensor nodes is changed.

본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법의 상대적인 효과를 조사하기 위해, 종래 기술인 LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), 랜덤 워크(random walk), 랑데부(rendezvous), EASR(Efficient and Accurate Scene Text Detector) 및 QHBM(Queen Honey Bee Migration) 알고리즘과 같은 5개의 종래 싱크 관리 알고리즘과 비교하였다. LEACH는 정적 싱크를 사용하는 가장 널리 사용되는 알고리즘 중 하나이며 랜덤 워크 알고리즘은 싱크를 임의로 이동하여 노드에서 데이터를 수집한다.In order to investigate the relative effect of the dynamic sync rearrangement method according to an embodiment of the present invention, the prior art LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), random walk, rendezvous, EASR (Efficient and Accurate Scene). Text Detector) and QHBM (Queen Honey Bee Migration) algorithm. LEACH is one of the most widely used algorithms that use static sinks, and the random walk algorithm randomly moves the sink to collect data from nodes.

첫째, 시간당 센서가 소비하는 에너지는 알고리즘별로 비교하였을 때, 네트워크 수명을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 그런 다음 알고리즘에 의해 개선된 무선 센서 네트워크의 수명과 패킷 처리량을 비교하였다.First, the energy consumed by the sensor per hour is the most important factor in determining the network lifetime when compared by algorithm. Then, the lifetime and packet throughput of the wireless sensor network improved by the algorithm were compared.

도 7 내지 도 9는 센서 노드의 수가 100개(도 7), 150개(도 8), 200개(도 9)인 경우, 시간이 경과함에 따른 센서 노드의 총 에너지 소비(Total energy dissipated)를 보여준다. 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 종래 기술인 다른 알고리즘들보다 지속적으로 적은 에너지를 소비한다는 것을 알 수 있다. 따라서 센서 노드에 더 많은 잔류 에너지가 남아 네트워크의 수명이 연장되게 된다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 제한된 공간에서 고밀도로 분포된 센서 노드 사이의 통신에 유리하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 광범위한 무선 센서 네트워크에서 또한 효과적으로 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 공간 제약에 관계없이 높은 통신 성능이 필요한 다양한 응용 분야에서 활용할 수 있다.7 to 9 show the total energy dissipated of the sensor nodes over time when the number of sensor nodes is 100 (FIG. 7), 150 (FIG. 8), and 200 (FIG. 9). Show. It can be seen that the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention continuously consumes less energy than other conventional algorithms. Therefore, more residual energy remains in the sensor node, extending the life of the network. According to the simulation results, it can be seen that the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention is advantageous for communication between sensor nodes distributed at high density in a limited space. The dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention can also be effectively utilized in a wide range of wireless sensor networks. In addition, the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention can be used in various application fields requiring high communication performance regardless of space constraints.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술의 시간별 생존 노드의 수를 비교한 그래프이다.10 to 12 are graphs comparing the number of surviving nodes by time according to an embodiment of the present invention and the prior art.

도 10 내지 도 12는 시간이 경과함에 따른 생존 센서 노드의 수(Life time of sensor nodes)를 알고리즘별로 비교한 그래프이다. 살아남은 센서 노드는 작동 및 통신에 필요한 에너지를 점차적으로 고갈시키기 때문에 시간이 지남에 따라 줄어든다. 네트워크가 오래 작동할수록 그래프에 더 많은 생존 노드가 표시된다. 싱크를 재배치함으로써 노드의 에너지를 보다 균일하게 소비할 수 있기 때문에 시간당 살아남은 센서 노드의 수가 가장 많다.10 to 12 are graphs comparing the number of life time of sensor nodes according to algorithms over time. The surviving sensor nodes gradually deplete the energy required for operation and communication, which decreases over time. The longer the network runs, the more surviving nodes appear in the graph. By relocating the sink, the energy of the node can be consumed more evenly, so the number of surviving sensor nodes per hour is the highest.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술의 패킷 처리량을 비교한 그래프이다.13 to 15 are graphs comparing packet throughput according to an embodiment of the present invention and prior art.

도 13 내지 도 15는 센서 노드의 수가 100개(도 13), 150개(도 14), 200개(도 15)인 경우, 시간이 경과함에 따른 본 발명의 일 실시예와 종래 기술의 패킷 처리량(Throughput)을 비교한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 싱크 재배치 방법은 항상 시간당 더 많은 패킷을 처리할 수 있음을 알 수 있다. 이는 싱크 재배치에 의해 통신이 원활하고 연속적이며, 결과적으로 노드와의 통신 시간을 간결하게 줄인다. 이것은 또한 에너지 비용을 줄이고, 결국 무선 센서 네트워크의 수명을 연장시킨다.13 to 15 show packet throughput according to an embodiment of the present invention and prior art over time when the number of sensor nodes is 100 (FIG. 13), 150 (FIG. 14), and 200 (FIG. 15) This is a comparison of (Throughput). It can be seen that the dynamic sync relocation method according to an embodiment of the present invention can always process more packets per hour. This makes communication smooth and continuous by sync relocation, and consequently shortens the communication time with the node. This also reduces energy costs and, in turn, extends the life of the wireless sensor network.

한편, 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: 무선 센서 네트워크에서 중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고, 현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역(311) 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고, 상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고, 상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, 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: a gravity search algorithm (GSA) in a wireless sensor network. , Gravitational Search Algorithm) and a fuzzy logic controller to form a cluster, select a cluster head (CH) from the formed cluster, and in the first region 311 centered on the current sink Search for an existing sensor node and a cluster head having the highest residual energy, and for a second area centered on the selected cluster head, a sink relocation probability of each second area is calculated based on an average residual energy, and the A non-transitory computer-readable storage medium including instructions for relocating a current sink in a direction of a cluster head of an area in which the calculated sink relocation probability is highest may be provided.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(A))를 포함할 수 있다. 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are implemented as software including instructions stored in a machine-readable storage media (machine-readable storage media). Can be. The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include an electronic device (eg, electronic device A) according to the disclosed embodiments. When an instruction is executed by a processor, the processor may perform a function corresponding to the instruction directly or by using other components under the control of the processor. Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter. A storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here,'non-transient' means that the storage medium does not contain a signal and is tangible, but does not distinguish between semi-permanent or temporary storage of data in the storage medium.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the method according to various embodiments described above may be provided by being included in a computer program product. Computer program products can be traded between sellers and buyers as commodities. The computer program product may be distributed online in the form of a device-readable storage medium (eg, compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store (eg, Play StoreTM). In the case of online distribution, at least some of the computer program products may be temporarily stored or temporarily generated in a storage medium such as a server of a manufacturer, a server of an application store, or a memory of a relay server.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are in a recording medium that can be read by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof. Can be implemented in In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to software implementation, embodiments such as procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein.

한편, 상술한 다양한 실시예들에 따른 기기의 프로세싱 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시예에 따른 기기에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.Meanwhile, computer instructions for performing a processing operation of a device according to the various embodiments described above may be stored in a non-transitory computer-readable medium. When the computer instructions stored in the non-transitory computer-readable medium are executed by the processor of the specific device, the specific device causes the specific device to perform processing operations in the device according to the various embodiments described above. The non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, rather than a medium that stores data for a short moment, such as registers, caches, and memory. Specific examples of non-transitory computer-readable media may include CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.

또한, 상술한 다양한 실시예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.In addition, each of the constituent elements (eg, a module or a program) according to the various embodiments described above may be composed of a singular or a plurality of entities, and some sub-elements of the above-described sub-elements are omitted, or Sub-elements may be further included in various embodiments. Alternatively or additionally, some constituent elements (eg, a module or a program) may be integrated into a single entity, and functions performed by each corresponding constituent element prior to the consolidation may be performed identically or similarly. Operations performed by modules, programs, or other components according to various embodiments are sequentially, parallel, repetitively or heuristically executed, at least some operations are executed in a different order, omitted, or other operations are added. Can be.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is not departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible by those skilled in the art of course, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.

100: 동적 싱크 재배치 장치
110: 통신 모듈
120: 메모리
130: 프로세서
310: 싱크
311: 제1 영역, 싱크 검색 범위
320: 클러스터 헤드
321: 제2 영역, 클러스터 헤드 검색 범위
330: 센서 노드
100: dynamic sink relocation device
110: communication module
120: memory
130: processor
310: sink
311: first area, sync search range
320: cluster head
321: second area, cluster head search range
330: sensor node

Claims (21)

동적 싱크 재배치 장치에 의해 수행되는 동적 싱크 재배치 방법에 있어서,
무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하는 단계;
현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하는 단계;
상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하는 단계; 및
상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하는 단계를 포함하고,
복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성되고,
상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 상기 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
In the dynamic sync relocation method performed by the dynamic sync relocation device,
Forming a cluster in a wireless sensor network and selecting a cluster head (CH) from the formed cluster;
Searching for a sensor node present in a first region centered on a current sink and a cluster head having the highest residual energy;
Calculating a sync relocation probability of each second region based on an average residual energy for a second region centered on the selected cluster head; And
Relocating the current sink in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sink relocation probability is the highest,
A cluster is formed by dividing a plurality of parameters according to the fuzzy logic controller,
The plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the minimum Euclidean distance between the sensor node and the cluster, and the second parameter is used to maximize communication quality. , Dynamic sink relocation method using fuzzy logic in wireless sensor network.
제1항에 있어서,
상기 클러스터 헤드를 선택하는 단계는,
중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 에너지 소비를 최소화하는 클러스터 헤드를 선택하는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
Selecting the cluster head,
A dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network to select a cluster head that minimizes energy consumption by using a gravity search algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
클러스터의 수를 클러스터의 크기로 나눈 제1 매개변수를 포함하고, 상기 제1 매개변수는 클러스터의 수를 최소화하기 위해 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
The plurality of parameters,
And a first parameter obtained by dividing the number of clusters by the size of the cluster, wherein the first parameter is used to minimize the number of clusters.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
센서 노드의 잔여 에너지의 합을 클러스터 헤드의 잔여 에너지의 합으로 나눈 제3 매개변수를 포함하고, 상기 제3 매개변수는 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 클러스터 헤드의 총 에너지의 비율을 계산하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
The plurality of parameters,
Includes a third parameter obtained by dividing the sum of the residual energy of the sensor nodes by the sum of the residual energy of the cluster head, and the third parameter is used to calculate the ratio of the total energy of all sensor nodes to the total energy of all cluster heads. The dynamic sink relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network.
제1항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 클러스터에 속하는 센서 노드의 수로 나눈 제4 매개변수를 포함하고, 상기 제4 매개변수는 센서 노드와 관련된 클러스터 헤드 사이의 최대 평균 거리를 계산하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
The plurality of parameters,
A fourth parameter obtained by dividing the sum of the Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the number of sensor nodes belonging to the cluster, wherein the fourth parameter is used to calculate a maximum average distance between the sensor node and the associated cluster head, Dynamic sink relocation method using fuzzy logic in wireless sensor network.
제1항에 있어서,
상기 복수의 매개변수 중에서 최고 값으로 대체하여 획득된 값과 상기 복수의 매개변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용되는 값이 포함된 상기 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙에 따라, 클러스터가 형성되고 최고 잔여 에너지를 갖는 센서 노드가 클러스터 헤드로 선택되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
According to the fuzzy rule of the fuzzy logic controller, which includes a value obtained by substituting the highest value among the plurality of parameters and multiplying the plurality of parameters to be used over time, a cluster is formed and the highest residual energy A dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network, in which a sensor node having a is selected as a cluster head.
제1항에 있어서,
상기 제2 영역의 반경은 상기 제1 영역의 반경 미만인, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
The radius of the second area is less than the radius of the first area, dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 제1 영역 외부이면서 상기 제2 영역에 존재하는 외부 노드의 잔여 에너지가 계산되고, 상기 계산된 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 외부 노드의 잔여 에너지로부터 제2 영역의 싱크 재배치 확률이 계산되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 방법.
The method of claim 1,
The average residual energy of each of the first areas and the residual energy of an external node outside the first area and existing in the second area are calculated, and the calculated average residual energy of each of the first areas and the residual energy of the external node A dynamic sync relocation method using fuzzy logic in a wireless sensor network, wherein the sync relocation probability of the second region is calculated from.
무선 센서 네트워크에서 센서 노드와 통신하는 통신 모듈;
하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고,
현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고,
상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고,
상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하고,
복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성되고,
상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 상기 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
A communication module for communicating with a sensor node in a wireless sensor network;
A memory storing one or more programs; And
And a processor that executes the stored one or more programs,
The processor,
Form a cluster in the wireless sensor network, select a cluster head (CH, Cluster Head) from the formed cluster,
A sensor node present in the first region centered on the current sink and a cluster head having the highest residual energy are searched,
For a second region centered on the selected cluster head, a sync relocation probability of each second region is calculated based on an average residual energy,
Relocating the current sink in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sink relocation probability is the highest,
A cluster is formed by dividing a plurality of parameters according to the fuzzy logic controller,
The plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing the sum of Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the minimum Euclidean distance between the sensor node and the cluster, and the second parameter is used to maximize communication quality. , Dynamic sink relocation device using fuzzy logic in wireless sensor network.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
중력 검색 알고리즘(GSA, Gravitational Search Algorithm)과 퍼지 로직 컨트롤러(Fuzzy Logic Controller)을 이용하여 에너지 소비를 최소화하는 클러스터 헤드를 선택하는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
The processor,
A dynamic sync relocation device using fuzzy logic in a wireless sensor network that selects a cluster head that minimizes energy consumption by using a gravity search algorithm (GSA) and a fuzzy logic controller.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
클러스터의 수를 클러스터의 크기로 나눈 제1 매개변수를 포함하고, 상기 제1 매개변수는 클러스터의 수를 최소화하기 위해 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
The plurality of parameters,
A dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network, comprising: a first parameter obtained by dividing the number of clusters by the size of the cluster, wherein the first parameter is used to minimize the number of clusters.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
센서 노드의 잔여 에너지의 합을 클러스터 헤드의 잔여 에너지의 합으로 나눈 제3 매개변수를 포함하고, 상기 제3 매개변수는 모든 센서 노드의 총 에너지 대 모든 클러스터 헤드의 총 에너지의 비율을 계산하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
The plurality of parameters,
Includes a third parameter obtained by dividing the sum of the residual energy of the sensor nodes by the sum of the residual energy of the cluster head, and the third parameter is used to calculate the ratio of the total energy of all sensor nodes to the total energy of all cluster heads. A dynamic sink relocation device using fuzzy logic in a wireless sensor network.
제11항에 있어서,
상기 복수의 매개변수는,
센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 클러스터에 속하는 센서 노드의 수로 나눈 제4 매개변수를 포함하고, 상기 제4 매개변수는 센서 노드와 관련된 클러스터 헤드 사이의 최대 평균 거리를 계산하는데 사용되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
The plurality of parameters,
A fourth parameter obtained by dividing the sum of the Euclidean distances between the sensor node and the cluster by the number of sensor nodes belonging to the cluster, wherein the fourth parameter is used to calculate a maximum average distance between the sensor node and the associated cluster head, Dynamic sink relocation device using fuzzy logic in wireless sensor network.
제11항에 있어서,
상기 복수의 매개변수 중에서 최고 값으로 대체하여 획득된 값과 상기 복수의 매개변수를 곱하여 시간이 지남에 따라 사용되는 값이 포함된 상기 퍼지 로직 컨트롤러의 퍼지 규칙에 따라, 클러스터가 형성되고 최고 잔여 에너지를 갖는 센서 노드가 클러스터 헤드로 선택되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
According to the fuzzy rule of the fuzzy logic controller, which includes a value obtained by substituting the highest value among the plurality of parameters and multiplying the plurality of parameters to be used over time, a cluster is formed and the highest residual energy A dynamic sink relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network, in which a sensor node having a is selected as a cluster head.
제11항에 있어서,
상기 제2 영역의 반경은 상기 제1 영역의 반경 미만인, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
A dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network, wherein the radius of the second area is less than the radius of the first area.
제11항에 있어서,
상기 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 제1 영역 외부이면서 상기 제2 영역에 존재하는 외부 노드의 잔여 에너지가 계산되고, 상기 계산된 제1 영역 각각의 평균 잔여 에너지 및 상기 외부 노드의 잔여 에너지로부터 제2 영역의 싱크 재배치 확률이 계산되는, 무선 센서 네트워크에서 퍼지 로직을 사용한 동적 싱크 재배치 장치.
The method of claim 11,
The average residual energy of each of the first areas and the residual energy of an external node outside the first area and existing in the second area are calculated, and the calculated average residual energy of each of the first areas and the residual energy of the external node A dynamic sync relocation apparatus using fuzzy logic in a wireless sensor network, from which the sync relocation probability of the second region is calculated from.
프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 하나 이상의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금:
무선 센서 네트워크에서 클러스터를 형성하고 상기 형성된 클러스터에서 클러스터 헤드(CH, Cluster Head)를 선택하고,
현재 싱크를 중심으로 하는 제1 영역 내에 존재하는 센서 노드와 최고 잔여 에너지를 가지는 클러스터 헤드를 검색하고,
상기 선택된 클러스터 헤드를 중심으로 하는 제2 영역에 대하여, 각각의 제2 영역의 싱크 재배치 확률을 평균 잔여 에너지를 기초로 계산하고,
상기 계산된 싱크 재배치 확률이 최고인 영역의 클러스터 헤드 방향으로 현재 싱크를 재배치하고,
복수의 매개변수를 퍼지 로직 컨트롤러에 따라 나누어 클러스터가 형성되고,
상기 복수의 매개변수는, 센서 노드와 클러스터 사이의 유클리드 거리의 합을 센서 노드와 클러스터 사이의 최소 유클리드 거리로 나눈 제2 매개변수를 포함하고, 상기 제2 매개변수는 통신 품질을 최대화하는데 사용되게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
A non-transitory computer-readable storage medium comprising one or more programs executable by a processor, wherein the one or more programs, when executed by the processor, cause the processor to:
Form a cluster in the wireless sensor network, select a cluster head (CH, Cluster Head) from the formed cluster,
A sensor node present in the first region centered on the current sink and a cluster head having the highest residual energy are searched,
For a second region centered on the selected cluster head, a sync relocation probability of each second region is calculated based on an average residual energy,
Relocating the current sink in the direction of the cluster head of the region in which the calculated sink relocation probability is the highest,
A cluster is formed by dividing a plurality of parameters according to the fuzzy logic controller,
The plurality of parameters includes a second parameter obtained by dividing a sum of Euclidean distances between a sensor node and a cluster by a minimum Euclidean distance between a sensor node and a cluster, and the second parameter is used to maximize communication quality. A non-transitory computer-readable storage medium containing instructions to do so.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101946730B1 (en) * 2017-11-29 2019-02-11 이화여자대학교 산학협력단 LOCATION DETERMINING METHOD FOR SINK NODE COLLECTING SENSING DATA FROM IoT DEVICE

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