KR20060055635A - Wireless sensor network and clustering method therefor - Google Patents

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KR20060055635A KR1020040094535A KR20040094535A KR20060055635A KR 20060055635 A KR20060055635 A KR 20060055635A KR 1020040094535 A KR1020040094535 A KR 1020040094535A KR 20040094535 A KR20040094535 A KR 20040094535A KR 20060055635 A KR20060055635 A KR 20060055635A
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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 정보 수집을 위한 클러스터링 기법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 각 센서 노드들은 자신의 잔류 에너지량 정보를 가지는 HELLO 메시지를 이웃한 센서 노드들에 주기적으로 전송하고, 이웃한 센서 노드들로부터 수신한 HELLO 메시지에 포함된 잔류 에너지량을 수집하여 저장하며, 새로운 클러스터를 결정하는 시기에 이전의 소정기간 동안 클러스터 헤드로 동작하지 않은 센서 노드 중에서 에너지 잔류량이 이웃한 센서 노드들의 에너지 잔류량의 평균값에 소정 지수를 곱한 값을 초과하는 경우에만 클러스터 헤드로 선정되도록 한다. 이와 같이 하면, 에너지 집약적인 클러스터 헤드의 기능을 여러 노드들이 순환하여 담당하게 되므로 에너지 소비를 분배시킬 수 있으며, 에너지 잔류량이 적은 저전력 노드들이 클러스터 헤드가 되는 것을 방지함으로써 무선 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있다. The present invention relates to a clustering technique for collecting information in a wireless sensor network. According to the present invention, each sensor node periodically transmits a HELLO message having its own energy amount information to neighboring sensor nodes, and collects the residual energy amount included in the HELLO message received from neighboring sensor nodes. The cluster head is stored only when the energy residual amount of the sensor nodes that have not operated as the cluster head for a predetermined period of time at the time of determining a new cluster exceeds the average value of the energy residual amount of neighboring sensor nodes multiplied by a predetermined exponent. To be selected. In this way, the energy-intensive cluster head functions as a circulatory node to distribute energy consumption, and extends the life of the wireless sensor network by preventing low-power nodes with less energy remaining from becoming cluster heads. Can be.

무선 센서 네트워크, 클러스터링, 클러스터 헤드, 클러스터 노드Wireless Sensor Networks, Clustering, Cluster Heads, Cluster Nodes

Description

무선 센서 네트워크와 이를 위한 클러스터링 방법{WIRELESS SENSOR NETWORK AND CLUSTERING METHOD THEREFOR}Wireless sensor network and clustering method for it {WIRELESS SENSOR NETWORK AND CLUSTERING METHOD THEREFOR}

도 1은 본 발명에 의해 무선 센서 네트워크의 클러스터 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a cluster structure of a wireless sensor network according to the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헬로우(HELLO) 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a structure of a hello message according to an embodiment of the present invention.

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

본 발명은 무선 네트워크에 관한 것으로, 특히 무선 센서 네트워크에서의 정보 수집을 위한 클러스터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless network, and more particularly to a clustering method for collecting information in a wireless sensor network.

무선 센서 네트워크는 자가 구성적인 다수의 센서 노드들이 배치된 센서 필드와, 센서 필드와 외부망을 연결하는 싱크로 구성되어 센서 필드에서 수집된 정보들이 싱크로 전달되는 방식으로, 헬스, 군사, 홈 네트워크, 환경 감시, 공장 관리, 재난 감시등의 다양한 응용에 활용된다. The wireless sensor network consists of a sensor field in which a plurality of self-configured sensor nodes are arranged, and a sink connecting the sensor field and an external network so that information collected from the sensor field is transferred to the sink. It is used for various applications such as surveillance, plant management, and disaster monitoring.

그런데, 일반적으로 센서 노드들의 에너지는 제한되어 있으며 충전될 수 없는 특징을 가지므로, 센서 네트워크의 기능을 최대로 연장시키기 위해서는 센서 노드들의 에너지 소비를 공정하게 분배하는 데이터 수집 기법이 필요하다. However, since energy of sensor nodes is generally limited and cannot be charged, a data collection technique that fairly distributes energy consumption of sensor nodes is required in order to maximize the function of the sensor network.

한편, 무선 센서 네트워크의 데이터 수집 방법 중 하나인 클러스터링 방법에서는 무선 센서 네트워크가 다수의 클러스터들로 분할되고, 각 클러스터의 대표인 클러스터 헤드가 클러스터 내의 나머지 클러스터 노드들로부터 정보를 수집하여 싱크로 전달함으로써 전체적인 에너지 소비를 줄인다. Meanwhile, in the clustering method, which is one of data collection methods of the wireless sensor network, the wireless sensor network is divided into a plurality of clusters, and the cluster head, which is the representative of each cluster, collects information from the remaining cluster nodes in the cluster and transfers the information to the sink. Reduce energy consumption

그러나, 클러스터 헤드의 역할을 하는 특정 클러스터 노드들이 반복해서 장거리에 있는 싱크로 데이터를 전달하는 에너지 집약적인 기능을 수행하게 되면 특정 클러스터 노드에서의 에너지 소모가 커져 해당 클러스터 노드의 기능이 소멸되어 네트워크의 수명이 단축된다. However, when specific cluster nodes acting as cluster heads repeatedly perform energy-intensive functions of delivering data to the sinks over long distances, the energy consumption of the specific cluster nodes is increased and the functions of the corresponding cluster nodes are lost so that the life of the network is lost. This is shortened.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 IEEE Trans.On Wireless Communications Vol.1, No.4에 기재된 논문 "An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks"(Wendi B. Heinselman)에서는 클러스터 노드들간에 클러스터 헤드의 역할을 동적으로 순환하는 기법이 제안되었다. In order to remedy this problem, the paper "An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks" (Wendi B. Heinselman), published in IEEE Trans.On Wireless Communications Vol. 1, No. 4, serves as a cluster head between cluster nodes. Dynamically cycling techniques have been proposed.

이 논문에 기재된 클러스터링 방법에 따르면, 클러스터 노드들이 일정 기간동안 클러스터 헤드의 역할을 수행하였는지 여부를 기반으로 클러스터 헤드의 역할을 수행하지 않은 노드들이 다음 클러스터 헤드가 되는 확률을 높여줌으로써 클러스터 헤드의 역할을 동적으로 순환시킨다. According to the clustering method described in this paper, based on whether or not cluster nodes have played the role of cluster head for a certain period of time, the role of cluster head is increased by increasing the probability that nodes that do not act as cluster head become the next cluster head. Circulate dynamically

그러나, 이러한 방법에 의하면 이웃한 클러스터 노드들에 비해 적은 에너지 를 가진 클러스터 노드가 에너지 집약적인 클러스터 헤드의 기능을 수행하게 될 수 있으며, 이렇게 되면 빠른 에너지 고갈을 초래하여 결국 해당 클러스터 노드의 클러스터 노드 기능이 소멸된다. However, according to this method, a cluster node having less energy than neighboring cluster nodes may perform the function of an energy-intensive cluster head, which causes a rapid energy depletion and eventually the cluster node function of the cluster node. Is destroyed.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 센서 네트워크에서 클러스터 노드들간에 클러스터 헤드의 역할을 동적으로 순환하도록 하면서 잔류 에너지가 적은 클러스터 노드들이 클러스터 헤드가 되는 것을 방지하는 클러스터링 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to solve the above-described problems, clustering to prevent the cluster nodes with low residual energy to become the cluster head while dynamically circulating the role of the cluster head between the cluster nodes in the wireless sensor network. To provide a way.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선 센서 네트워크는 복수의 센서 노드를 포함하며, 상기 복수의 센서 노드들이 클러스터 헤더와 클러스터 노드 중 어느 하나로 동작하여 구성되는 다수의 클러스터-여기서, 상기 클러스터는 소정 주기마다 재구성됨-로 분할되는 센서 필드 및 상기 센서 필더와 외부 네트워크를 연결하며, 상기 클러스터 노드로부터 수집한 데이터를 상기 클러스터 헤더로부터 전달받는 싱크를 포함하며,A wireless sensor network according to an aspect of the present invention for achieving the technical problem includes a plurality of sensor nodes, a plurality of clusters configured by operating the plurality of sensor nodes to any one of a cluster header and a cluster node, wherein The cluster includes a sensor field divided into reconstructed at predetermined cycles, and connects the sensor filter and an external network, and receives a sink from the cluster header to receive data collected from the cluster node.

상기 클러스터 재구성시, 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 상기 잔류 에너지량에 의해 산출된 특정값과 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교하여, 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 특정값 이상일 경우에 상기 특정 센서 노드가 상기 클러스터 헤더로 선정되며,When reconfiguring the cluster, comparing the residual energy amount of the specific sensor node with a specific value calculated by the residual energy amount of sensor nodes neighboring a specific sensor node, and when the residual energy amount of the specific sensor node is greater than or equal to the specific value. The specific sensor node is selected as the cluster header at.

상기 클러스터 재구성시, 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 상기 잔류 에너지량에 의해 산출된 특정값과 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교하여, 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 특정값 이하일 경우에 상기 특정 센서 노드가 상기 클러스터 노드로 동작한다.When reconfiguring the cluster, comparing the residual energy amount of the specific sensor node with a specific value calculated by the residual energy amount of the sensor nodes adjacent to the specific sensor node, and when the residual energy amount of the specific sensor node is less than or equal to the specific value. The specific sensor node acts as the cluster node.

본 발명의 특징에 따른 클러스터링 방법은 무선 센서 네트워크에서 각각 복수의 센서 노들로 구성되는 복수의 클러스터로부터 정보를 수집하는 클러스터링 방법으로서,Clustering method according to an aspect of the present invention is a clustering method for collecting information from a plurality of clusters each consisting of a plurality of sensor nodes in a wireless sensor network,

a) 상기 복수의 센서 노드가 이웃한 센서 노드들로부터 잔류 에너지량 정보를 수집하는 단계, b) 상기 이웃한 센서 노드들로부터 수집한 상기 잔류 에너지량으로부터 기준값을 산출하는 단계 및 c) 새로운 클러스터를 결정할 시기가 되면, 상기 기준값과 상기 각각의 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교한 결과에 따라 상기 복수의 센서 노드들 중에서 상기 클러스터 헤더를 선정하는 단계를 포함한다.a) collecting the residual energy amount information from neighboring sensor nodes by the plurality of sensor nodes, b) calculating a reference value from the residual energy amount collected from the neighboring sensor nodes, and c) creating a new cluster. When it is time to determine, selecting the cluster header among the plurality of sensor nodes according to a result of comparing the reference value and the amount of residual energy of each sensor node.

상기 c) 단계는,C),

i) 상기 센서 노드가 이전의 소정기간 동안 클러스터 헤드로 동작하였는지 여부를 판단하는 단계, ii) 상기 판단 결과 클러스터 헤드로 동작하지 않았으면, 상기 각각의 센서 노드의 잔류 에너지량과 상기 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 클러스터 헤더를 선정하는 단계 및 iii) 상기 판단 결과 클러스터 헤드로 동작하였으면, 상기 센서 노드를 상기 클러스터의 클러스터 노드로 동작시키는 단계를 포함한다.i) determining whether the sensor node has operated as a cluster head for a predetermined period of time, ii) if the determination result does not operate as a cluster head, comparing the residual energy amount of each sensor node with the reference value; Selecting the cluster header according to a result; and iii) operating the sensor node as a cluster node of the cluster if the determination resulted in the operation of being a cluster head.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

먼저, 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크의 클러스터 구조에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.First, a cluster structure of a wireless sensor network to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 클러스터 구조를 나타낸 것이다.1 illustrates a cluster structure of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크는 센서 필드(100), 외부 네트워크(200) 및 센서 필드(100)와 외부 네트워크(200)를 연결하는 싱크(300)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention may include a sensor field 100, an external network 200, and a sink 300 connecting the sensor field 100 and the external network 200. Include.

센서 필드(100)에는 다수의 센서 노드들이 배치되며, 사용자나 응용 시스템은 싱크(300)를 통하여 센서 필드(100)에 질의를 전달하거나 센서 필드(100)로부터 수집된 데이터를 전달받을 수 있다. 또한, 센서 필드(100)는 클러스터링 방법에 의해 클러스터(110)라는 다수개의 영역들로 분할되며, 하나의 클러스터(110)는 하나의 클러스터 헤더(111) 및 다수의 클러스터 노드(112)를 포함한다. A plurality of sensor nodes are disposed in the sensor field 100, and a user or an application system may transmit a query to the sensor field 100 through the sink 300 or receive data collected from the sensor field 100. In addition, the sensor field 100 is divided into a plurality of regions called the cluster 110 by a clustering method, and one cluster 110 includes one cluster header 111 and a plurality of cluster nodes 112. .

클러스터 헤더(111)는 자신의 클러스터(110) 영역에 속한 클러스터 노드(112)로부터의 데이터를 수집하고, 수집한 데이터를 모아서 싱크(300)로 전달한다. The cluster header 111 collects data from the cluster nodes 112 belonging to its cluster 110 region, collects the collected data, and transfers the collected data to the sink 300.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서는 이웃 관계를 생성하고 이웃의 도달 가능성을 검사하기 위하여 전송하는 헬로우(HELLO) 메시지에 클 러스터 노드의 잔류 에너지량 정보를 저장하는 필드를 포함한다.On the other hand, the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention includes a field for storing the residual energy amount information of the cluster node in a hello (HELLO) message transmitted to create a neighbor relationship and check the reachability of the neighbor.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 HELLO 메시지의 구성을 나타낸 것이다. 2 illustrates a configuration of a HELLO message according to an embodiment of the present invention.

HELLO 메시지는 각 센서 노드들이 각자의 상태 및 링크 연결 상태들을 알리기 위하여 사용하는 메시지로서, 헤더(310)와 페이로드(320)로 구성된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 HELLO 메시지는 도 2에 도시한 바와 같이 페이로드(320)부에 잔류 에너지 필드(321)를 포함한다. 잔류 에너지 필드(321)에는 HELLO 메시지를 전송하는 센서 노드의 잔류 에너지량 정보가 포함되어 있다. The HELLO message is a message used by each sensor node to inform its status and link connection status, and is composed of a header 310 and a payload 320. In addition, the HELLO message according to an embodiment of the present invention includes a residual energy field 321 in the payload 320 as shown in FIG. The residual energy field 321 includes residual energy amount information of the sensor node transmitting the HELLO message.

본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서는 센서 노드들간에 클러스터 헤드의 역할을 동적으로 순환시키도록 함과 동시에, 이처럼 HELLO 메시지를 통하여 전달되는 이웃한 센서 노드들의 잔류 에너지량 정보와 해당 센서 노드의 에너지량 정보를 비교함으로써 이웃한 센서 노드들 중 에너지 잔류량의 평균값을 초과하지 않는 센서 노드들이 에너지 집약적인 클러스터 헤드로 선정되지 않도록 한다.In the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention, the role of the cluster head is dynamically circulated between the sensor nodes, and the remaining energy amount information of neighboring sensor nodes transmitted through the HELLO message and the corresponding sensor nodes By comparing the energy amount information, sensor nodes that do not exceed the average value of the energy remaining amount among neighboring sensor nodes are not selected as energy-intensive cluster heads.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클러스터링 방법의 순서도를 나타낸 것이다.3 shows a flowchart of a clustering method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면 센서 네트워크의 동작은 라운드 단위로 분할되며, 각 라운드마다 새로운 클러스터링이 일어난다. 또한, 도 3의 클러스터링 동작은 센서 필드 내에 있는 센서 노드(클러스터 헤드 및 클러스터 노드)에서 수행된다. According to an embodiment of the present invention, the operation of the sensor network is divided into round units, and new rounding occurs in each round. In addition, the clustering operation of FIG. 3 is performed at the sensor node (cluster head and cluster node) in the sensor field.

먼저, 각각의 센서 노드는 자신의 노드 상태와 링크 상태 및 잔류 에너지량을 저장한 HELLO 메시지를 일정 주기마다 이웃한 센서 노드로 전송한다(S301).First, each sensor node transmits a HELLO message storing its node state, link state, and residual energy amount to neighboring sensor nodes at regular intervals (S301).

이웃한 센서 노드로부터 HELLO 메시지를 수신한 센서 노드는 HELLO 메시지에 저장된 잔류 에너지량을 추출하여 센서 노드별로 저장한다. 또한, 동일한 센서 노드로부터 전송된 HELLO 메시지 정보는 갱신하여 저장한다(S302~S303). The sensor node receiving the HELLO message from the neighboring sensor node extracts the residual energy amount stored in the HELLO message and stores the sensor energy for each sensor node. In addition, the HELLO message information transmitted from the same sensor node is updated and stored (S302 to S303).

이후, 새로운 클러스터를 결정할 시기가 되면(S304), 센서 노드는 먼저 자신이 이전 pr(= 센서 필드 내의 센서 노드의 총 개수/라운드당 클러스터 헤드의 개수) 라운드 동안 클러스터 헤드의 역할을 수행하였는지 여부를 판단한다(S305). Then, when it is time to determine a new cluster (S304), the sensor node first checks whether it has played the role of cluster head during the previous pr (= total number of sensor nodes in the sensor field / number of cluster heads per round) rounds. It is determined (S305).

센서 노드가 Pr 라운드동안 클러스터 헤드의 역할을 수행하였다면 현재 라운드에서는 클러스터 노드로 동작하여야 한다. 따라서, S305 단계의 판단 결과 해당 센서 노드가 Pr 라운드동안 클러스터 헤드의 역할을 수행하였다면, 해당 센서 노드는 복수의 클러스터 헤드로부터의 방송을 수신하여 자신에게 적절한 클러스터 헤드를 결정하며, 이후에는 해당 클러스터 헤드의 클러스터 멤버가 되어 클러스터 노드로 동작한다. 그리고, 클러스터 노드로 동작하는 센서 노드는 자신이 속한 클러스터의 클러스터 헤드가 전송하는 전송 스케줄을 수신한다(S311). If the sensor node played the role of cluster head during the Pr round, it must act as the cluster node in the current round. Accordingly, if the sensor node performs the role of the cluster head during the Pr round as a result of the determination in step S305, the sensor node receives broadcasts from the plurality of cluster heads to determine an appropriate cluster head for itself, and then the cluster head. Become a cluster member of and act as a cluster node. The sensor node operating as the cluster node receives a transmission schedule transmitted by the cluster head of the cluster to which the sensor node belongs (S311).

한편, S305단계의 판단 결과 해당 센서 노드가 Pr 라운드동안 클러스터 헤드로 동작하지 않았다면, 이웃한 센서 노드들의 HELLO 메시지를 통하여 수신한 잔류 에너지량 정보로부터 이웃한 센서 노드들의 잔류 에너지량의 평균값을 계산한다(S306). 이때, 잔류 에너지량의 평균값(avg_energy_reserve)은 다음의 수학식에 의해 계산된다.On the other hand, if the sensor node does not operate as a cluster head during the Pr round as a result of step S305, the average value of the residual energy amount of the neighboring sensor nodes is calculated from the residual energy amount information received through the HELLO message of the neighboring sensor nodes. (S306). At this time, the average value (avg_energy_reserve) of the residual energy amount is calculated by the following equation.

Figure 112004053605467-PAT00001
Figure 112004053605467-PAT00001

위의 식에서 er(i)는 센서 노드 i의 잔류 에너지량이며, n은 이웃한 센서 노드의 총 개수이다.In the above equation, er (i) is the residual energy amount of the sensor node i, and n is the total number of neighboring sensor nodes.

다음, 자신(센서 노드)의 잔류 에너지량이 (

Figure 112004053605467-PAT00002
* avg_energy_reserve (
Figure 112004053605467-PAT00003
,
Figure 112004053605467-PAT00004
는 저전력 노드의 보호 지수임)보다 작은지를 판단한다(S307). Next, the residual energy amount of itself (sensor node) (
Figure 112004053605467-PAT00002
avg_energy_reserve (
Figure 112004053605467-PAT00003
,
Figure 112004053605467-PAT00004
Is less than the protection index of the low power node (S307).

판단 결과, 자신의 잔류 에너지량이 (

Figure 112004053605467-PAT00005
* avg_energy_reserve)보다 작은 경우에는 현재 라운드에 해당 센서 노드는 클러스터 노드로 동작하여야 하므로 복수의 클러스터 헤드로부터 방송을 수신하여 자신에게 적절한 클러스터 헤드를 결정하고, 이후에는 해당 클러스터 헤드의 클러스터 노드로 동작한다. 또한, 해당 센서 노드는 자신이 속한 클러스터의 클러스터 헤드가 전송하는 전송 스케줄을 수신한다(S311). Judgment shows that the amount of residual energy
Figure 112004053605467-PAT00005
* avg_energy_reserve), the sensor node must operate as a cluster node in the current round, so that it receives broadcasts from a plurality of cluster heads to determine an appropriate cluster head for itself, and then operates as a cluster node of the corresponding cluster head. In addition, the sensor node receives a transmission schedule transmitted by the cluster head of the cluster to which the sensor node belongs (S311).

그런데, S307 단계의 판단 결과 자신의 잔류 에너지량이 (

Figure 112004053605467-PAT00006
* avg_energy_reserve)보다 큰 경우에는 주변 센서 노드들과 잔류 에너지량이 유사하거나 자신이 주변 센서 노드들의 잔류 에너지량보다 많은 에너지를 가지고 있는 것이므로, 해당 센서 노드는 p(= 라운드당 클러스터 헤드의 개수/이전 pr 라운드동안 클러스터 헤드로 동작하지 않은 센서 노드의 개수)의 확률로 클러스터 헤드 선정에 참가한다(S308). However, as a result of the determination in step S307, the amount of residual energy of itself (
Figure 112004053605467-PAT00006
* If avg_energy_reserve) is greater than the neighboring sensor nodes, the residual energy level is similar or the energy level of the neighboring sensor nodes is higher than that of the neighboring sensor nodes. The number of sensor nodes that do not operate as the cluster head during the round) participates in the cluster head selection (S308).

다음, 해당 센서 노드가 클러스터 헤드로 선정되었는지를 판단하며(S309), 해당 센서 노드가 클러스터 헤드로 선정되었으면 자신이 클러스터 헤드 노드임을 방송하고, 자신의 클러스터 노드로 동작할 클러스터 멤버를 모집하며, 모집된 클러스터 멤버들의 전송 스케줄을 결정하여 자신의 클러스터 멤버인 클러스터 노드에게 전송한다(S310). Next, it is determined whether the corresponding sensor node is selected as the cluster head (S309). If the corresponding sensor node is selected as the cluster head, it broadcasts that it is a cluster head node, recruits cluster members to operate as its own cluster nodes, and recruits. The transmission schedule of the cluster members is determined and transmitted to the cluster node which is its cluster member (S310).

또한, S309의 판단 결과 클러스터 헤드로 선정되지 않았으면, 복수의 클러스터 헤드의 방송을 수신하여 자신에게 적절한 클러스터 헤드를 결정하고, 해당 클러스터 헤드에 멤버로 가입하여 클러스터 노드로 동작하며, 자신의 클러스터 헤드가 전송하는 전송 스케줄을 수신한다(S311).In addition, if it is determined that the cluster head is not selected as the cluster head, the cluster head may receive broadcasts of the plurality of cluster heads to determine an appropriate cluster head for itself, and join the cluster head as a member to operate as a cluster node. Receives a transmission schedule transmitted (S311).

이와 같이 하면 이웃한 센서 노드보다 잔류 에너지량이 많은 센서 노드 중에서 새로운 클러스터 헤드를 결정하므로 무선 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있다.In this way, the new cluster head is determined among the sensor nodes with more residual energy than neighboring sensor nodes, thereby extending the life of the wireless sensor network.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다. Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited thereto, and various other changes and modifications are possible.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 에너지가 제한된 센서 노드로 구성된 무선 센서 네트워크에서 에너지 집약적인 클러스터 헤드의 기능을 여러 노드들이 순환하여 담당하도록 하여 에너지 소비를 분배시킴과 동시에, 저전력 노드들이 클러스터 헤드가 되는 것을 제한함으로써 무선 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, in the wireless sensor network composed of energy-limited sensor nodes, the nodes circulate and take charge of the function of the energy-intensive cluster head to distribute energy consumption, and at the same time, the low-power nodes are cluster heads. By limiting this, the life of the wireless sensor network can be extended.

Claims (14)

복수의 센서 노드를 포함하며, 상기 복수의 센서 노드들이 클러스터 헤더와 클러스터 노드 중 어느 하나로 동작하여 구성되는 다수의 클러스터-여기서, 상기 클러스터는 소정 주기마다 재구성됨-로 분할되는 센서 필드; 및A sensor field comprising a plurality of sensor nodes, wherein the plurality of sensor nodes are configured to operate with any one of a cluster header and a cluster node, wherein the cluster is divided into reconfigured at predetermined periods; And 상기 센서 필더와 외부 네트워크를 연결하며, 상기 클러스터 노드로부터 수집한 데이터를 상기 클러스터 헤더로부터 전달받는 싱크The sink connects the sensor filter to an external network and receives data collected from the cluster node from the cluster header. 를 포함하며,Including; 상기 클러스터 재구성시 상기 센서 노드들의 잔류 에너지량을 기반으로 상기 클러스터 헤더가 선정되는 The cluster header is selected based on the remaining energy amount of the sensor nodes when the cluster is reconfigured. 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 클러스터 재구성시, 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 상기 잔류 에너지량에 의해 산출된 특정값과 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교하여, 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 특정값 이상일 경우에 상기 특정 센서 노드가 상기 클러스터 헤더로 선정되는When reconfiguring the cluster, comparing the residual energy amount of the specific sensor node with a specific value calculated by the residual energy amount of sensor nodes neighboring a specific sensor node, and when the residual energy amount of the specific sensor node is greater than or equal to the specific value. The specific sensor node is selected as the cluster header at 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 클러스터 재구성시, 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 상기 잔류 에너지량에 의해 산출된 특정값과 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교하여, 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 특정값 이하일 경우에 상기 특정 센서 노드가 상기 클러스터 노드로 동작하는When reconfiguring the cluster, comparing the residual energy amount of the specific sensor node with a specific value calculated by the residual energy amount of the sensor nodes adjacent to the specific sensor node, and when the residual energy amount of the specific sensor node is less than or equal to the specific value. The specific sensor node acting as the cluster node 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 특정 센서 노드가 이전의 소정 시간동안 상기 클러스터 헤더로 동작하였으면 상기 클러스터 헤더로 선정되지 않고 상기 클러스터 노드로 동작하는 If the specific sensor node has operated as the cluster header for a predetermined time, the specific sensor node is operated as the cluster node without being selected as the cluster header. 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 특정값은 상기 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 잔류 에너지량의 평균값에 소정값(여기서, 상기 소정값은 0이상 1이하의 값임)을 곱한 값인 것을 특징으로 하는 The specific value is a value obtained by multiplying an average value of residual energy amounts of sensor nodes neighboring the specific sensor node by a predetermined value, wherein the predetermined value is a value between 0 and 1, inclusive. 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서 노드들이 다른 센서 노드들과의 관계 형성을 위하여 상기 이웃한 센서 노드들로 전송하는 헬로우(HELLO) 메시지에 상기 센서 노드의 잔류 에너지량 정보가 포함되는Residual energy amount information of the sensor node is included in a HELLO message transmitted by the sensor nodes to the neighboring sensor nodes to form a relationship with other sensor nodes. 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 헬로우 메시지는 헤더부 및 페이로드부를 포함하며,The hello message includes a header portion and a payload portion, 상기 페이로드부는 상기 잔류 에너지량을 저장하는 잔류 에너지 필드를 포함하는 The payload unit includes a residual energy field for storing the residual energy amount. 무선 센서 네트워크.Wireless sensor network. 무선 센서 네트워크에서 각각 복수의 센서 노들로 구성되는 복수의 클러스터로부터 정보를 수집하는 클러스터링 방법에 있어서,In the clustering method for collecting information from a plurality of clusters each consisting of a plurality of sensor nodes in a wireless sensor network, a) 상기 복수의 센서 노드가 이웃한 센서 노드들로부터 잔류 에너지량 정보를 수집하는 단계;a) collecting, by the plurality of sensor nodes, residual energy amount information from neighboring sensor nodes; b) 상기 이웃한 센서 노드들로부터 수집한 상기 잔류 에너지량으로부터 기준값을 산출하는 단계; 및b) calculating a reference value from the amount of residual energy collected from the neighboring sensor nodes; And c) 새로운 클러스터를 결정할 시기가 되면, 상기 기준값과 상기 각각의 센서 노드의 잔류 에너지량을 비교한 결과에 따라 상기 복수의 센서 노드들 중에서 상기 클러스터 헤더를 선정하는 단계 c) when it is time to determine a new cluster, selecting the cluster header among the plurality of sensor nodes according to a result of comparing the reference value with the amount of residual energy of each sensor node; 를 포함하는 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of a wireless sensor network comprising a. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 c) 단계는,C), i) 상기 센서 노드가 이전의 소정기간 동안 클러스터 헤드로 동작하였는지 여부를 판단하는 단계; i) determining whether the sensor node has operated as a cluster head for a predetermined period of time; ii) 상기 판단 결과 클러스터 헤드로 동작하지 않았으면, 상기 각각의 센서 노드의 잔류 에너지량과 상기 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 클러스터 헤더를 선정하는 단계ii) if the cluster head is not operated as a cluster head, selecting the cluster header according to a result of comparing the residual energy amount of each sensor node with the reference value; iii) 상기 판단 결과 클러스터 헤드로 동작하였으면, 상기 센서 노드를 상기 클러스터의 클러스터 노드로 동작시키는 단계iii) operating the sensor node as a cluster node of the cluster when the determination results in operating as a cluster head; 를 포함하는 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of a wireless sensor network comprising a. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 ii) 단계에서,In step ii), 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 기준값보다 크면 상기 특정 센서 노드를 클러스터 헤더 선정에 참가시키고,If the residual energy amount of the specific sensor node is larger than the reference value, the specific sensor node is included in the cluster header selection. 상기 특정 센서 노드의 잔류 에너지량이 상기 기준값보다 작으면 상기 특정 센서 노드를 클러스터 노드로 동작시키며,When the residual energy amount of the specific sensor node is less than the reference value, the specific sensor node is operated as a cluster node. 상기 클러스터 헤더 선정에 참가한 센서 노드 중에서 클러스터 헤더를 선정하는Selecting a cluster header from the sensor nodes participating in the cluster header selection 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of wireless sensor network. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 c) 단계 이후에,After step c), 상기 클러스터 헤더로 선정된 센서 노드가 자신이 클러스터 헤드임을 방송하고, 클러스터 노드로 동작할 클러스터 멤버를 모집하며, 상기 모집된 클러스터 멤버들의 전송 스케줄을 결정하여 상기 클러스터 멤버들에 전송하는 단계; 및The sensor node selected as the cluster header broadcasts that it is a cluster head, recruits cluster members to operate as cluster nodes, and determines transmission schedules of the recruited cluster members to transmit them to the cluster members. And 상기 클러스터의 클러스터 노드로 동작하는 센서 노드가 복수의 클러스터 헤드들로부터 방송을 수신하여 상기 복수의 클러스터 헤드 중 자신의 클러스터 헤드를 결정하며, 상기 자신의 클러스터 헤드로부터 전송 스케줄을 수신하는 단계A sensor node operating as a cluster node of the cluster receives a broadcast from a plurality of cluster heads to determine its own cluster head among the plurality of cluster heads, and receives a transmission schedule from the cluster head. 를 더 포함하는 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of the wireless sensor network further comprising. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 무선 센서 네트워크는 라운드 단위로 동작하고, 상기 각 라운드별로 새로운 클러스터를 재구성하며,The wireless sensor network operates in round units, reconfigures a new cluster for each round, 상기 소정 기간은 pr(=센서 노드의 총 개수/라운드당 클러스터 헤드의 개수) 라운드인 것을 특징으로 하는 The predetermined period is characterized in that pr (= total number of sensor nodes / number of cluster heads per round) round 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of wireless sensor network. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 8 to 12, 상기 기준값은 특정 센서 노드에 이웃한 센서 노드들의 잔류 에너지량의 평 균값에 소정값(여기서, 상기 소정값은 0이상 1이하의 값임)을 곱한 값인 것을 특징으로 하는 The reference value is a value obtained by multiplying an average value of residual energy amounts of sensor nodes neighboring a specific sensor node by a predetermined value (wherein the predetermined value is a value between 0 and 1). 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of wireless sensor network. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 잔류 에너지량 정보는 상기 복수의 센서 노드들의 다른 센서 노드들과의 관계 형성을 위하여 상기 이웃한 센서 노드들로 전송하는 헬로우(HELLO) 메시지에 포함되는The residual energy amount information is included in a HELLO message transmitted to the neighboring sensor nodes to form a relationship with other sensor nodes of the plurality of sensor nodes. 무선 센서 네트워크의 클러스터링 방법.Clustering method of wireless sensor network.
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