KR20070061161A - 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서노드 장치 및 그 방법 - Google Patents

센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서노드 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성을 지원하기 위한 센서 노드 장치에 있어서, 싱크노드, 이웃 센서 노드 및 상기 이동 노드와의 통신을 위한 네트워크 인터페이스부, 상기 이동 노드의 위치를 판단하고, 상기 판단된 위치를 토대로 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷의 서비스를 위한 센서 노드를 결정하는 이동 감시부, 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷에 대하여 상기 이동 노드의 위치에 따라 전송 방식을 결정하는 전송 방식 결정부, 상기 센서 노드 장치를 통한 데이터 패킷 전송 상황을 보고하는 상태 보고부로 구성된 것으로서, 이동 노드가 센서 노드들의 전파 영역이 겹치는 지점으로 이동하게 되면, 센서 노드들 각각의 전파 세기를 판단하여 전파 세기가 센 영역의 센서 노드로 핸드오프를 하게 하여, 너무 잦은 핸드오프로 인해 발생하는 핑퐁 문제나, 너무 느린 핸드오프로 인한 지연 문제를 방지할 수 있다.
센서 네트워크, 센서 노드, 핸드오프, 이동노드

Description

센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법{Sensor node device for mobility support of mobile node in sensor network and thereof method}
도 1은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 이동 노드의 연속적인 이동성을 지원하는 센서 노드 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 라우팅 테이블의 구성을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명에 따른 데이터 패킷을 형태를 나타낸 도면.
도 5a 및 도 5b는 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드가 이동성을 가진 경우, 이동 노드의 핸드오프 처리 방법을 나타낸 흐름도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드가 고정 노드인 경우, 이동 노드의 핸드오프 처리 방법을 나타낸 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 이동 노드가 핸드오프된 경우, 데이터 패킷 전송 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 싱크 노드 110 : 센서 노드
120 : 이동 노드 200 : 네트워크 인터페이스부
210 : 버퍼 220 : 이벤트 핸들러
230 : 전송 방식 결정부 232 : 포워딩 핸들러
234 : 브로드캐스팅 핸들러 240 : 이동 감시부
242 : 센서 스위칭 관리부 244 : 위치 판단부
246 : 노드 정보 핸들러 248 : 라우팅 테이블
250 : 위치 감지부 260 : 상태 보고부
본 발명은 센서 네트워크 환경에서 노드의 이동 여부에 관계없이 패킷을 끊김없이 전송하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
인터넷 환경에서는　노드의 이동성을 지원하기 위한 방안으로 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 Mobile IP을 제안하였다. Mobile IP에서는 노드가 접속점을 변경할 때마다 임시 IP 주소를 통해 위치 정보를 등록하는 방식을 사용하고 있다.
Mobile IP의 핸드오프는 서로 다른 IP 네트워크들 사이에서 link-layer 핸드 오프의 결과로써 발생한다. Layer 간의 독립성으로 인하여 link-layer에서 핸드오프가 발생하였음을　 network-layer인 Mobile IP에게 알릴 수 없기 때문에 Mobile IP는 핸드오프 시점을 결정하기 위한 다른 방법을 필요로 하게 된다. 이를 위하여 Mobile IP를 사용하는 모든 모빌리티 에이전트 (mobility agent)는 주기적으로 광고 메시지 (advertisement)를 브로드캐스트한다.
이동 노드는 브로드캐스트된 광고 메시지를 전달받음으로써 모빌리티 에이전트를 발견한다. 또한 이동 노드는 광고 메시지를 이용하여 자신의 상대적인 위치를 파악할 수 있다. 예를 들어, 이동 노드가 이미 발견하였던 모빌리티 에이전트로부터 연속하여 3개의 광고 메시지를 못 받았을 경우, 기존에 속해있던 네트워크로부터 벗어났음을 인지하게 된다.
광고 메시지를 통해 이동 노드가 핸드오프 할 시점을 결정하는 이동 탐지 알고리즘(Move Detection Algorithm)으로 Mobile IP 버전 6 (MIPv6)에서는 Eager Cell Switching (ECS) 기법과 Lazy Cell Switching (LCS) 기법을 제시하고 있다.
Eager Cell Switching 기법의 목표는 가능하면 빠르게 새로운 네트워크로의 Mobile IP 핸드오프를 수행하는 것이다, 즉 이동 노드는 새로운 통신 가능한 모빌리티 에이전트를 발견하는 즉시 (새로운 모빌리티 에이전트의 광고 메시지를 받는 즉시) 핸드오프를 수행한다.
Eager Cell Switching 기법은 광고 메시지에 포함되어 있는 에이전트의 주소를 이용하여 이동 노드의 이동을 감지한다. 무선 채널 상에서의 데이터 전송 실패로 인하여 일시적으로 이동 노드와 모빌리티 에이전트 간의 통신이 중단된 경우, 현재 연결되어 있는 모빌리티 에이전트로부터 다시 광고 메시지를 받게 되었을 때 기존의 모빌리티 에이전트와 통신이 재개된다.　
Layer간의 독립성으로 인하여 link-layer에서의 핸드오프가 야기하는 기존 모빌리티 에이전트와의 통신 단절은 Mobile IP가 알지 못하므로 Eager Cell Switching 기법에서의 이동 노드는 새로운 모빌리티 에이전트로부터의 광고메시지를 통해 다른 네트워크로의 이동을 인식한다. 이동 노드는 현재 연결되어 있는 모빌리티 에이전트를 제외한 다른 모빌리티 에이전트로부터 광고 메시지를 전달 받을 때마다 새로운 모빌리티 에이전트로의 핸드오프를 수행하게 된다.
Lazy Cell Switching 기법의 목표는 절대적으로 필요할 때까지 Mobile IP의 핸드오프의 수행을 피하는 것이다. 즉, 이동 노드는 현재 연결되어 있는 모빌리티 에이전트와의 통신이 끊겼을 경우에만 새로운 모빌리티 에이전트로의 핸드오프를 수행하게 된다.
Lazy Cell Switching 기법에서의 이동 노드는 모빌리티 에이전트의 광고메시지에 대한 lifetime을 통해 다른 네트워크로의 이동을 인식한다. 이동 노드가 모빌리티 에이전트로부터 광고 메시지를 전달받을 때마다 lifetime은 초기화되며 lifetime이 만료되었을 때에 이동 노드는 다른 네트워크로 이동하여 현재 연결되어 있던 모빌리티 에이전트와 더 이상 통신이 불가능하다고 판단하고 핸드오프를 수행하게 된다.
이동 노드는 광고 메시지를 성공적으로 보내온 모든 모빌리티 에이전트들에 대한 lifetime을 유지한다. 현재 연결되어 있는 모빌리티 에이전트와 통신이 불가 능한 경우, 이동 노드는 lifetime이 만료되지 않은 다른 모빌리티 에이전트로 등록한다. lifetime이 만료되지 않은 다른 모빌리티 에이전트가 없는 경우, 이동 노드는 agent solicitation 과정을 통해 통신 가능한 새로운 모빌리티 에이전트를 찾는다.
그러나, Eager Cell Switching 기법은 이동 노드의 이동에 빠르게 반응하지만 효율적인 스위칭이 이루어지기 위해서는 이동 노드의 이동 유형에 대하여 다음의 가정이 필요하다. 이동 노드는 직선 방향으로 움직여야 하며, 스위칭이 수행된 후 곧바로 이전 모빌리티 에이전트를 향해 되돌아가지 않아야 한다. 이동 노드의 이동 유형이 위의 가정을 만족하지 않으면, 불필요한 핸드오프가 빈번하게 발생 (Ping-pong)하는 문제점이 있다. 즉, ECS는 빠른 핸드오프를 수행할 수 있으나 이동 노드가 두 셀의 경계 영역에 존재하는 경우에는 불필요한 핸드오프가 빈번하게 발생하는 단점이 있다.
Lazy Cell Switching 기법은 스위칭의 효율성을 보장하기 위하여 이동 노드의 이동 유형에 대한 가정이 필요하지 않으며 빈번한 핸드오프의 수행을 방지할 수 있다. 그러나 기존 모빌리티 에이전트와의 연결이 끊긴 후에야 다른 모빌리티 에이전트로의 핸드오프를 시도하므로 이동 노드의 이동에 항상 느리게 반응한다는 문제점이 있다. 즉 핸드오프시에 지연(Latency)이 발생하는 단점이 있다.
또한 노드의 이동성을 지원하는 Mobile IP는 인터넷 프로토콜을 기반하는 무선 네트워크에 적합하고, 인터넷 프로토콜을 사용하지 않는 센서 네트워크에서는 부적합한 단점이 있다.
또한, 종래의 센서 네트워크에서 데이터 전송 기법은 전달 경로를 설정하여 그 경로를 따라 데이터를 전송하는데, 노드의 위치 변화로 인해 경로가 변경되었을 경우에는 전달 경로를 갱신하기까지 데이터 전송이 지연되고 패킷의 손실이 발생하는 단점이 있다.
또한, 전달 경로를 갱신하는 데에 걸리는 지연 시간 동안에는 데이터의 전달이 불가능하며, 사용자의 만족도를 낮추는 심각한 요인으로 작용하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 센서 네트워크 환경에 적합하면서 패킷 손실을 최소화하고 연속적인 이동성을 지원하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서 네트워크 내에서 움직이는 노드에게 끊김없이(Seamless) 연속적인 패킷 전달을 수행할 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서 네트워크 환경에서 패킷의 정확한 전달을 위해　노드의 이동 여부에 관계없이 끊김없는(Seamless) 통신 환경을 지원해 줄 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성을 지원하기 위한 센서 노드 장치에 있어서, 싱크노드, 이웃 센서 노드 및 상기 이동 노드와의 통신을 위한 네트워크 인터페이스부, 상기 이동 노드의 위치를 판단하고, 상기 판단된 위치를 토대로 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷의 서비스를 위한 센서 노드를 결정하는 이동 감시부, 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷에 대하여 상기 이동 노드의 위치에 따라 전송 방식을 결정하는 전송 방식 결정부, 상기 센서 노드 장치를 통한 데이터 패킷 전송 상황을 보고하는 상태 보고부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동 노드가 임계값과 센서 노드 각각의 신호 세기(RSSI)를 이용하여 센서 스위칭이 필요한지의 여부를 판단하고, 상기 판단결과 센서 스위칭이 필요하면, 상기 임계값과 각 센서 노드의 신호 세기를 이용하여 타겟 센서 노드를 결정하고, 상기 결정된 타겟 센서 노드로 핸드오프를 수행하고, 상기 결정된 타겟 센서 노드를 통한 최적 경로를 설정하고, 상기 설정한 최적 경로를 이용하여 데이터 패킷 송수신을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법에 있어서, 이웃 센서 노드로부터 주기적으로 전송되는 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정하고, 상기 측정된 각 RSSI중에서 미리 설 정된 임계값이상인 이웃 센서 노드가 존재하는 판단하고, 상기 판단결과 미리 설정된 임계값 이상인 이웃 센서 노드가 존재하면, 현재 데이터 패킷 서비스를 수행하는 소스 센서 노드의 RSSI를 측정하고, 상기 측정된 소스 센서 노드의 RSSI가 임계값 이상이 아니면, 상기 소스 센서 노드에게 프리-포워딩 메시지를 전송하고, 상기 이웃 센서 노드의 RSSI중에서 RSSI가 가장 센 이웃 센서 노드를 타겟 센서 노드로 결정하고, 상기 결정된 타겟 센서 노드에게 경로 변경 메시지를 전송하고, 상기 타겟 센서 노드로부터 경로 변경 응답 메시지가 수신되면, 상기 타겟 센서 노드를 통해 데이터 패킷 송수신을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법이 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 네트워크의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 센서 네트워크는 싱크 노드(100), 하나 이상의 센서 노드(110), 이동 노드(120)를 포함한다.
상기 싱크 노드(100)는 센서 네트워크를 구성하고 있는 센서 노드(110)들이 전송한 데이터를 수신 또는 센서 노드(110)에 데이터를 전송한다.
또한, 상기 싱크 노드(100)는 센서 노드(110)로부터 이동 노드(100)에 대한 RREQ(Routing Request) 메시지가 수신되면, 상기 RREQ 메시지가 전송된 경로를 이 용하여 라우팅 경로를 설정하고, 해당 센서 노드(110)에 RREP(Routing Reply) 메시지를 전송한다.
또한, 상기 싱크 노드(100)는 상기 이동 노드(120)가 핸드오프되어 센서 스위칭이 일어난 경우, 상기 이동 노드(120)와의 통신을 위한 최적 경로를 설정하고, 상기 설정된 최적 경로를 통해 데이터 패킷의 송수신을 수행한다.
상기 센서 노드(110)는 이동 노드(120)의 정보를 수집하여 상기 싱크 노드(110)에 전송한다. 상기 싱크 노드(110)는 고정되어 있는 것이 아니라 어느 정도 이동성이 보장된다.
상기 싱크 노드(100)로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드(110)는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드(100)로 전달한다. 그러나, 상기 싱크 노드(100)로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드(110b, 110d, 110f, 110d))는 전송할 데이터를 싱크 노드(100)로 직접 전달하는 대신 상기 싱크 노드(100)에 인접한 센서 노드(110a, 110c, 110e)에 전송하여, 최종적으로 상기 싱크노드(100)에 전달되도록 한다.
상술한 바와 같이 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드(110)가 인접 센서 노드들을 이용하여 데이터를 전송하는 이유는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 상기 싱크 노드(100)와 센서 노드(110)간의 거리와 상기 센서 노드(110)가 싱크 노드(100)로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 상호 비례한다.
따라서, 상기 싱크 노드(100)로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드(110b, 110d, 110f, 110d)는 복수개의 센서 노드들(110a, 110c, 110e)을 이용하여 데이터를 전송함으로써 상기 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 센서 노드(110)는 주기적으로 이동 노드(120)에게 광고 메시지를 전송하여, 상기 이동 노드(120)가 주변 노드를 감지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 센서 노드(110)는 이동 노드(120)로부터 경로 변경 메시지가 수신되면, RREQ 메시지를 생성하여 상기 싱크 노드(100)에 전달될 수 있도록 브로드캐스팅하고, 상기 싱크 노드(100)로부터 RREP 메시지가 수신되면, 상기 이동 노드(120)에 경로 변경 응답 메시지를 전송한다.
또한, 상기 센서 노드(110)는 자신의 전송 반경보다 작은 거리를 임계값으로 설정하고, 이동 노드(120)가 임계값보다 더 멀리 떨어져 있으면, 상기 이동 노드(120)에게 전송할 패킷을 상기 이동 노드(120)뿐만 아니라 이웃 센서 노드들에게도 전송한다.
즉, 상기 이동 노드(120)가 임계값보다 더 멀리 떨어져 있으면, 상기 센서 노드(110)는 상기 이동 노드(120)가 곧 다른 센서 노드의 전송 반경에 진입하여 센서 스위칭을 할 것이라고 판단하고, 상기 이동 노드(120)뿐만 아니라 이웃 센서 노드들에게 패킷을 전송한다. 상기 이동 노드(120)와 센서 노드(110)와의 거리에 대한 임계값을 설정하는 방법으로는 RSSI를 이용한다.
상기 센서 노드(110)는 상기 이동 노드(120)로부터 프리포워딩(pre-forwarding) 메시지가 수신되면, 상기 이동 노드(120)에게 전송할 패킷을 상기 이 동 노드(120)와 이웃 센서 노드들에게 전송한다.
즉, 상기 프리 포워딩 메시지를 받은 센서 노드(110)는 전송하고자 하는 데이터를 해당 이동 노드(120)에게 전달함과 동시에 이웃 센서 노드들에게도 전달함으로써 상기 이동 노드(120)가 전송범위 밖으로 벗어나도 데이터를 끊김없이 전달받을 수 있도록 한다. 상기 센서 노드(110)는 이동 노드(120)가 어느 센서 노드로 센서 스위칭을 할 것인지 알 수 없기 때문에 단순히 자신의 전송 범위에 이웃한 지역을 관리하는 모든 이웃 센서 노드들에게 패킷을 전송한다.
상기와 같이 센서 노드(110)로부터 패킷을 전달받은 이웃 센서 노드는 자신의 전송 반경으로 상기 전달받은 패킷을 브로드캐스팅한다. 즉, 이웃하는 센서 노드는 이동 노드(120)가 언제 자신의 전송 범위 안으로 들어와 센서 스위칭을 할 것인지 알 수 없기 때문에 전달받은 패킷을 단순히 자신의 전송 반경으로 브로드캐스팅하여 센서 스위칭 시 발생할 수 있는 지연과 패킷 손실을 최소화한다.
또한, 상기 센서 노드(110)는 싱크 노드(100) 또는 이웃 센서 노드로부터 패킷이 수신되면, 상기 수신된 패킷에 포함된 이동 노드 ID를 이용하여 이동 노드의 정보를 라우팅 테이블에서 확인한다. 만약, 상기 이동 노드 ID가 상기 라우팅 테이블에 존재하지 않으면(즉, 센서 노드의 전송 반경 내로 새로 접근한 경우), 상기 센서 노드(110)는 상기 이동 노드 정보를 상기 라우팅 테이블에 등록한다.
만약, 상기 라우팅 테이블에 상기 이동 노드 ID가 존재하면, 상기 센서 노드(110)는 자신의 전송 범위내에 해당 이동 노드가 존재하는지를 판단한다. 상기 판단결과 상기 이동 노드(120)가 자신의 전송범위내에 존재하지 않으면, 상기 센서 노드(110)는 데이터 전송 경로상의 다음 센서 노드에게 해당 패킷을 전송한다.
상기와 같은 역할을 수행하는 센서 노드(110)에 대한 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
상기 이동 노드(120)는 이웃 센서 노드로부터 지속적으로 광고 메시지를 수신하고, 상기 수신된 광고 메시지를 이용하여 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정한다. 그런다음 상기 이동 노드(120)는 상기 측정된 RSSI를 이용하여 센서 스위칭 시점과 센서 노드(110)를 결정한다.
상기와 같이 구성된 센서 네트워크는 센서 스위칭 시 발생할 수 있는 지연과 패킷 손실을 줄이기 위해서 이동 노드(120)의 움직임을 계속 관찰하여 이동 노드(120)가 현재 센서 노드의 전송 반경에서 벗어나 다른 센서 노드의 전송 반경으로의 진입하였음을 실시간으로 인식할 수 있어야 한다.
따라서 각 센서 노드(110)는 주기적으로 광고 메시지를 브로드캐스팅한다. 그러면, 이동 노드(120)는 상기 광고 메시지를 이용하여 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정하고, 그 측정된 값을 이용하여 적절한 센서 스위칭 시점과 타겟 센서 노드를 결정한다. 즉, 상기 이동 노드(120)는 현재 서비스를 받고 있는 소스 센서 노드에서 점점 멀어지면서 이웃 센서 노드의 RSSI가 임계값 이상이면, 센서 스위칭을 수행하게 된다.
즉, 상기 이동 노드(120)는 소스 센서 노드의 RSSI가 임계값 이상이 아니면, 상기 소스 센서 노드에게 프리-포워딩 메시지를 전송한다. 그러면, 상기 소스 센서 노드는 상기 이동 노드(120)의 센서 스위칭을 미리 예측하고 센서 스위칭이 곧 수 행될 것이라 판단하여 이웃 센서 노드들에게 패킷을 전달한다.
상기와 같은 광고 메시지를 이용한 센서 스위칭 시점 결정방법과 임계값을 이용한 패킷 프리-포워딩 기법을 통하여 이동 노드(120)의 센서 스위칭시 발생할 수 있는 지연과 패킷 손실을 줄일 수 있다. 그러나, 이동 노드(120)에게 패킷을 전달하기 위한 경로는 단순히 기존의 패킷 전달 경로에 새로운 센서 노드(110)를 추가시키기 때문에 센서 스위칭 이후에 많은 문제를 야기한다.
또한, 이동 노드(100)의 센서 스위칭 횟수가 증가함에 따라 싱크 노드(100)에서 보낸 패킷을 이동 노드(120)가 전달받기까지 많은 지연을 겪으며 하나의 패킷을 이동 노드(120)에게 전달하기 위해 전체 센서 네트워크에서의 에너지 소비는 증가한다. 따라서, 상기 싱크 노드(100)는 최적화된 패킷 전달 경로를 선택하여 패킷 전달의 효율성을 높여야한다.
그러나, 상기 이동 노드(120)가 센서 스위칭을 수행할 때마다 경로를 최적화하면 이동 노드(120)가 빈번하게 센서 스위칭을 수행할 경우, 센서 노드(110)에서 싱크 노드(100)로 전송하는 제어 패킷의 수가 증가하여 많은 오버헤드를 발생한다.
따라서 상기 싱크 노드(100)는 이동 노드(120)가 일정 시간 동안에는 센서 스위칭을 하지 않을 것이라 판단될 때에만 경로를 최적화해야 한다. 즉, 이동 노드(120)가 현재 센서 노드와 근접해 있다면 일정 시간 동안에는 이동 노드(120)가 센서 스위칭을 하지 않을 것이라 추측할 수 있다. 따라서 패킷 pre-forwarding 기법에서 사용했던 임계값을 이용하여 이동 노드(120)와 현재 센서 노드의 거리가 임 계값보다 작을 경우에는 경로를 최적화시킨다.
상기와 같이 상기 싱크 노드(100)가 상기 이동 노드(120)와의 통신을 위한 최적 경로를 설정하면, 상기 싱크 노드(100)는 상기 설정한 최적 경로를 이용하여 상기 이동 노드(120)와의 통신을 수행한다.
그러나, 상기 최적화된 경로를 통해 패킷을 전송하면 패킷의 순서가 엇갈려 이동 노드(120)에 전달될 수 있다.
따라서, 상기 싱크 노드(100)는 전송되는 패킷의 순서를 유지하기 위하여 기존 경로에서 최적 경로로 변경하기 전에 두 경로에서 겪는 전송 지연의 차이만큼 기다린 후, 해당 패킷을 상기 설정된 최적 경로를 이용하여 전송한다.
두 경로에서의 전송 지연은 경로의 왕복 시간 (Round Trip Time; RTT)을 통해 구할 수 있으며 싱크 노드(100)는 별도의 제어 패킷을 사용하여 두 경로의 RTT를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 이동 노드의 연속적인 이동성을 지원하는 센서 노드 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 3은 본 발명에 따른 라우팅 테이블의 구성을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명에 따른 데이터 패킷을 형태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 이동노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치는 네트워크 인터페이스부(200, Network Interface), 버퍼(210, Buffer), 이벤트 발생시 이벤트를 처리할 수 있는 모듈에게 해당 이벤트를 할당하는 이벤트 핸들러(220, Event Handler), 메시지의 전송 방식을 결정하는 전송 방식 결정부(230, Transmission Decision Maker), 센서 노드의 서비스 범위 내에 있는 이동 노드의 이동 여부에 따라 기능을 제어 및 처리하는 이동 감시부(240, Mobility Supervisor), 현재 이동 노드의 위치를 정확하게 파악하도록 해주는 위치 감지부(250, Location Detector), 현재 패킷 전송 상황을 보고하는 상태 보고부(260, State Reporter), 패킷 전송을 위한 이동노드까지의 전체적인 경로가 저장된 라우팅 테이블(248, Routing table)을 포함한다.
상기 네트워크 인터페이스부(200)는 통신을 위한 모듈로서 다른 센서 노드와의 통신뿐만 아니라 이동 노드와의 통신, 싱크 노드와의 통신을 담당한다.
상기 네트워크 인터페이스부(200)를 통해 수신된 데이터가 여러 이벤트를 요구하는 메시지를 포함하는 데이터이면, 해당 데이터는 버퍼(210)에 저장되고, 상기 이벤트 핸들러(220)의 처리를 기다리게 된다.
상기 이벤트 핸들러(220)는 상기 버퍼(210)에 저장된 데이터를 메시지의 타입에 따라서 이벤트를 처리할 수 있는 해당 모듈에 할당하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 이벤트 핸들러(220)는 해당 이벤트가 노드의 위치 정보를 필요로 할 경우에는 상기 위치 감지부(250)에 전송하고, 위치에 대한 정보를 얻을 필요가 없는 경우에는 상기 전송 방식 결정부(230)에 전송한다.
상기 전송 방식 결정부(230)는 상기 이벤트 핸들러(220)로부터 메시지가 수신되면, 상황에 따라 전송 방식을 결정한다.
즉, 상기 전송 방식 결정부(230)는 이동 노드의 위치에 따라 다른 전송 방식을 수행하는 것으로서, 포워딩 핸들러(232, Forwarding Handler)와 브로드캐스팅 핸들러(234, Broadcasting Handler)를 포함한다.
상기 이동 노드의 위치에 따른 전송 방식은 센서 노드의 서비스 범위와 임계거리에 따라 결정된다. 상기 포워딩 핸들러(232)는 해당 데이터를 원하는 이웃 센서 노드에게 넘겨주는 역할을 수행하고, 상기 브로드캐스팅 핸들러(234)는 해당 데이터를 주변의 모든 이웃 센서 노드에게 전송하는 역할을 수행한다.
즉, 상기 포워딩 핸들러(232)는 이동 노드가 서비스 범위 밖에 있으면, 단순히 다른 센서 노드에게 데이터를 Forwarding고, 이동 노드가 임계거리 안에 있으면, 이동 노드에게 메시지를 Forwarding하는 기능을 수행한다.
상기 브로드캐스팅 핸들러(234)는 센서 노드의 서비스 범위를 지나는 이동 노드가 임계 거리를 초과하여 지날 경우에 이웃한 주변 센서 노드들에게 메시지를 브로드캐스팅한다. 즉, 상기 브로드캐스팅 핸들러(234)는 이웃 센서 노드들을 파악하여 스위칭을 준비하는 동안에 패킷의 손실을 방지하기 위한 모듈이다.
따라서, 이동 노드가 다른 센서 범위로 넘어가더라도 Broadcasting한 메시지에 의해서 끊임없는 서비스를 받을 수 있도록 한다.
상기 이동 감시부(240)는 센서 노드의 서비스 범위 내에 있는 이동 노드의 이동성에 따라 기능을 제어 및 처리하는 역할을 수행하는 것으로서, 이동 노드에게 서비스를 해줄 센서 노드를 결정하는 센서 스위칭 관리부(242, Sensor Switching Manager), 이동 노드의 현재 위치를 파악하여 센서 노드의 임계　거리 내에 존재하는지를 판단하는 위치 판단부(244, Range Estimator), 이동 노드를 서비스하기 위해 Routing table(248)을 관리하는 노드 정보 핸들러(246, Node Information Handler)를 포함한다.
상기 센서 스위칭 관리부(242)는 이동 노드가 이동함에 따라서 서비스를 해주는 센서 노드를 결정해 주는 역할을 한다. 즉, 상기 센서 스위칭 관리부(242)는 이동 노드가 임계 거리를 벗어나면 앞으로 다른 센서 노드로부터 서비스를 받는 것이 유리한 상황이라 예측하여 브로드캐스팅 핸들러(234)를 통해 주변의 모든 센서 노드에게 해당 데이터 패킷을 브로드캐스팅한다. 상기 이동 노드가 다른 센서 노드로 완전히 이동하지 않는 경우에는 이전 센서 노드가 그 노드에 대한 서비스를 관리하게 된다.
상기 위치 판단부(244)는 이동 노드의 위치를 토대로 센서 노드의 임계 범위를 넘었는지 판단하여 필요한 명령을 수행한다. 상기 임계범위는 상기 이동 노드와 현재 데이터를 전송하는 센서 노드와의 거리에 대한 임계값으로서, RSSI(Received Signal Strength Indication)로 표현된다.
즉, 상기 위치 판단부(244)는 현재 센서 노드의 임계값을 저장하고 있어서, 센서 노드의 RSSI가 상기 저장된 임계값 이상인지를 판단한다. 상기 판단결과 상기 RSSI가 임계값 이상이면, 상기 위치 판단부(244)는 상기 이동노드가 임계범위 안에 있다고 판단하고, 임계값 이상이 아니면, 상기 이동 노드가 임계범위 밖에 있다고 판단한다.
그런 다음 상기 위치 판단부(244)는 이동 노드가 임계 범위 안에 있다고 판단되는 경우, 상기 포워딩 핸들러(232)와 상기 네트워크 인터페이스부(200)를 통해서 데이터를 이동 노드에게 전송되도록 한다.
만약, 상기 이동 노드가 임계 범위 밖에 있다고 판단되면, 상기 위치 판단부(244)는 상기 브로드캐스팅 핸들러(234)에 의해 주변 센서 노드에게 데이터를 브로드캐스트하여 주변 센서 노드들이 해당 서비스 범위로 데이터를 전송하도록 한다.
상기 노드 정보 핸들러(246)는 이동 노드의 경로를 관리하는 라우팅 테이블의 정보를 처리하는 역할을 수행한다. 상기 라우팅 테이블(248)은 도 3과 같이 구성되어 있다.
도 3을 참조하면, 라우팅 테이블(248)에는 싱크 노드 ID, 이동 노드의 ID, 진행 센서 노드 ID, 다음 센서 노드 ID, 경로가 지속되어질 시간 정보를 포함한다.
상기 경로가 지속되어질 시간 정보는 패킷 전송이 없으면 경로가 지워진다.
상기 싱크 노드 ID는 데이터를 브로드캐스트 하는 싱크 노드의 ID를 말하고, 상기 이동 노드 ID는 데이터를 전송받는 이동 노드의 ID, 진행 센서 노드 ID는 이전으로부터 넘겨온 센서의 ID, 다음 센서 노드 ID는 데이터를 다음으로 넘겨줄 센서 노드의 ID를 말한다.
따라서, 상기 노드 정보 핸들러(246)는 싱크 노드 또는 이웃 센서 노드로부터 데이터 패킷이 수신되면, 목적지 ID를 이용하여 상기 라우팅 테이블(248)에 상기 목적지 ID와 동일한 이동 노드 ID가 존재하는지를 판단한다.
이때, 상기 데이터 패킷은 도 4와 같이 구성되어 있다.
도 4를 참조하면, 데이터 패킷은 타입헤더, 소스 ID, 목적지 ID, 스퀀스 넘버, 데이터를 포함한다. 상기 타입 헤더는 현재 패킷이 네트워크 컨트롤 정보인지 아니면 이동 노드에게 제공할 서비스인지를 알려주는 정보이다.
상기 소스 ID는 데이터 패킷이 어느 센서로부터 왔는지 알려주는 정보, 상기 목적지 ID는 어느 이동 노드에게 전달할 패킷인지 알려주는 정보이다. 상기 시퀀스 넘버는 서비스에서 몇번째 데이터인지 알려주는 정보로, 데이터 패킷의 ID번호로 사용한다.
상기 판단결과 상기 목적지 ID가 상기 라우팅 테이블에 존재하지 않으면(즉, 센서 노드의 전송 반경 내로 새로 접근한 경우), 상기 노드 정보 핸들러(246)는 상기 이동 노드 정보를 상기 라우팅 테이블(248)에 등록한다.
만약, 상기 판단결과 상기 라우팅 테이블(248)에 상기 목적지 ID가 존재하면, 상기 노드 정보 핸들러(246)는 상기 위치 판단부(244)를 통해 자신의 전송범위내에 해당 이동 노드가 존재하는지를 판단하도록 한다.
상기 상태 보고부(260)는 센서 노드에서 전송되는 데이터 패킷에 관한 정보를 연결된 컴퓨터에게 전송하는 기능을 수행한다. 상기 상태 보고부(260)는 패킷의 지연이 일어나는 상황을 보고하는 패킷 지연 보고부(262)를 포함한다.
상기 패킷 지연 보고부(262)는 전송하는 데이터 패킷의 시퀀스 넘버와 이전 패킷과의 시간 차이를 연결된 컴퓨터에게 보낸다. 상기 패킷 지연 보고부(262)로부터 시간 차이값을 받은 컴퓨터는 패킷마다의 지연을 그래프로 그리고 손실된 패킷은 지연 값이 없는 것으로 확인할 수 있다.
상기 버퍼(210)는 이동 노드가 다수 존재할 경우, 각각의 이동 노드에 대한 정보를 이벤트 핸들러(220)에서 처리함에 있어서 이를 대기시키는 역할을 수행한 다. 즉, 상기 버퍼(210)는 상기 네트워트 인터페이스부(200)를 통해 수신되는 데이터를 일시 저장하는 역할을 수행한다.
상기와 같이 구성된 센서 노드 장치를 이용하여 이동 노드가 센서 노드들간의 전파 영역이 겹치는 지점으로 이동하게 되면, 임계값과 센서 노드들 각각의 전파 세기를 판단하여 센서 스위칭이 이루어지도록 한다.
그리고 상기 임계값에 따른 패킷 프리-포워딩을 이용하여 센서 스위칭에서의 지연과 패킷 손실을 줄일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드가 이동성을 가진 경우, 이동 노드의 핸드오프 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 이동 노드는 이웃 센서 노드로부터 지속적으로 광고 메시지를 수신하고(S500), 상기 수신된 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정한다(S502). 즉, 상기 이동 노드는 이동을 시작하면, 주변의 이웃 센서 노드로부터 지속적으로 광고 메시지를 수신하여 주변 센서 노드를 감지할 수 있다.
따라서, 상기 이동 노드는 상기 이웃 센서 노드로부터 수신된 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정한다. 상기 광고 메시지에는 해당 센서 노드의 ID, RSSI의 임계값이 포함되어 있다.
단계 502의 수행 후, 상기 이동 노드는 상기 측정된 다수의 RSSI 중에서 미리 설정된 임계값 이상인 센서 노드가 존재하는지를 판단한다(S504). 여기서, 상기 임계값은 상기 이동 노드와 현재 데이터를 전송하는 소스 센서 노드와의 거리에 대 한 임계값으로서, RSSI로 표현된다.
즉, 상기 이동 노드는 소스 센서 노드의 임계값을 저장하고 있어서, 상기 측정된 이웃 센서 노드의 RSSI중에서 상기 저장된 임계값 이상인 센서 노드가 존재하는지를 판단한다.
단계 504의 판단결과 미리 설정된 임계값 이상인 센서 노드가 존재하면, 상기 이동 노드는 상기 소스 센서 노드로부터 전송되는 패킷의 RSSI를 측정한다(S506). 상기 이동 노드는 상기 소스 센서 노드가 전송하는 데이터 패킷이나 주기적으로 브로드캐스팅하는 광고 메시지를 이용하여 현재 센서 노드의 RSSI를 측정한다.
단계 506의 수행 후, 상기 이동 노드는 상기 측정된 소스 센서 노드의 RSSI가 미리 설정된 임계값 이상인지를 판단한다(S508).
단계 508의 판단결과 상기 측정된 RSSI가 미리 설정된 임계값 이상이면, 상기 이동 노드는 핸드오프가 일어나지 않는다. 이는 이웃 센서 노드가 지나치게 가까워서 핸드오프가 지나치게 자주 일어나는 현상을 막아준다.
만약, 단계 508의 판단결과 상기 측정된 RSSI가 미리 설정된 임계값 이상이 아니면, 상기 이동 노드는 상기 소스 센서 노드에게 프리포워딩 메시지를 전송한다(S510).
상기 프리포워딩 메시지는 상기 이동 노드가 소스 센서 노드의 전송 반경을 벗어나 다른 센서 노드의 전송 반경 내에 진입할 것을 나타내는 것으로, 상기 소스 센서 노드에게 곧 센서 스위칭 수행을 알리는 메시지이다.
상기 소스 센서 노드는 상기 이동노드로부터 프리-포워딩 메시지가 수신되면(S534), 상기 이동 노드와 이웃 센서 노드에게 상기 이동노드에게 전송할 패킷을 전송한다(S536).
즉, 상기 소스 센서 노드는 프리-포워딩 메시지 수신 이후에 도착하는 패킷들은 상기 이동 노드 뿐만 아니라 이웃 센서 노드들에게도 전송한다.
상기 프리포워딩 메시지를 받은 소스 센서 노드는 패킷을 이동 노드에게 전달함과 동시에 이웃 센서 노드들에게도 전송함으로써 상기 이동 노드가 전송범위 밖으로 벗어나도 패킷을 끊기지 않고 전달받을 수 있도록 한다.
상기 소스 센서 노드는 상기 이동 노드가 어느 센서 노드로 센서 스위칭을 할 것인지 알 수 없기 때문에 단순히 자신의 전송 범위에 이웃한 지역을 관리하는 모든 이웃 센서 노드들에게 패킷을 전송한다.
상기 소스 센서 노드로부터 패킷을 전달받은 이웃 센서 노드는 자신의 전송반경으로 패킷을 브로드캐스팅한다. 상기 이웃 센서 노드는 상기 이동 노드가 언제 자신의 전송 범위 안으로 들어와 센서 스위칭을 할 것인지 알 수 없다.
따라서, 상기 이웃 센서 노드는 상기 소스 센서 노드로부터 전달받은 패킷을 단순히 자신의 전송 반경으로 브로드캐스팅하여 센서 스위칭시 발생할 수 있는 지연과 패킷 손실을 최소화시킨다.
단계 510의 수행 후, 상기 이동 노드는 단계 502에서 측정한 RSSI중에서 그 값이 가장 센 센서 노드를 선택한다(S512).
단계 512의 수행 후, 상기 이동 노드는 상기 선택된 타겟 센서 노드에게 경 로 변경 메시지를 전송한다(S514).
상기 타겟 센서 노드는 상기 이동 노드로부터 경로 변경 메시지가 수신되면(S516), 경로 설정 요청 메시지(RREQ 메시지)를 브로드케스팅한다(S518).
상기 타겟 센서 노드는 상기 이동 노드로부터 경로 변경 메시지가 수신되면, 자신의 주소 정보와 싱크 노드의 주소 정보를 포함하는 경로 설정 요청 메시지를 생성한다.
그런 다음 상기 타겟 센서 노드는 상기 생성한 경로 설정 요청 메시지를 인접 센서 노드들에게 브로드캐스팅한다. 상기 경로 설정 요청 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들은 목적지 주소와 자신의 주소를 비교한다.
상기 목적지 주소와 자신의 주소가 동일하지 않으면, 해당 센서 노드들은 수신한 경로 설정 요청 메시지를 갱신한 후, 인접 센서 노드들로 브로드캐스팅하여 싱크 노드로 전송되도록 한다. 상기 갱신되는 정보에는 홉카운트가 포함된다.
따라서, 상기 경로 설정 요청 메시지에는 이동노드 ID, 목적지 노드의 주소(싱크노드 ID), 홉카운트, 상기 경로 설정 요청 메시지를 브로드캐스팅한 센서 노드의 주소가 포함된다.
단계 518을 통해 상기 싱크 노드가 상기 브로드캐스팅된 경로 설정 요청 메시지를 수신하면(S520), 상기 싱크 노드는 라우팅 경로를 설정한다(S522). 즉, 상기 싱크 노드는 상기 전송된 경로 설정 요청 메시지에 포함되어 있는 홉카운트를 이용하여 라우팅 경로를 설정한다. 예를들면, 상기 싱크노드는 홉 카운트가 가장 작은 경로를 라우팅 경로로 설정할 수 있다.
단계 522의 수행 후, 상기 싱크 노드는 상기 설정한 경로를 이용하여 상기 타겟 센서 노드에게 경로 설정 응답(RREP) 메시지를 전송한다(S524). 즉, 상기 싱크노드는 제1 센서 노드에게 경로 설정 응답 메시지를 전송한다. 그러면, 상기 제1 센서 노드는 저장되어 있는 라우팅 테이블을 이용하여 상기 경로 설정 응답 메시지를 상기 타겟 센서 노드에게 전송한다.
단계 524의 수행으로 경로 설정 응답 메시지가 수신되면(S526), 상기 타겟 센서 노드는 상기 경로 설정 응답 메시지를 받은 라우팅 정보를 저장하고(S528), 상기 이동 노드에게 경로 변경 응답 메시지를 전송한다(S530).
상기 타겟 센서 노드는 상기 싱크노드로부터 경로 설정 응답 메시지가 수신되면, 상기 경로 설정 응답 메시지에 포함되어 있는 라우팅 정보를 라우팅 테이블에 저장하고, 상기 이동노드에게 경로 변경 응답 메시지를 전송한다.
상기 이동 노드는 상기 타겟 이웃 노드로부터 경로 변경 응답 메시지가 수신되면 핸드오프가 완료된다(S532).
그러면, 상기 이동 노드는 상기 설정된 경로를 이용하여 상기 싱크노드와의 패킷 송수신을 수행한다.
상기와 같이 센서 스위칭이 수행되고 나면, 상기 싱크 노드는 상기 이동노드와의 데이터 패킷을 송수신을 위한 최단 경로를 설정한다.
그런 다음 상기 싱크 노드는 현재의 패킷 전달 경로의 RTT(Round Trip Time)와 상기 설정한 최단 경로의 RTT를 측정하고, 상기 측정된 RTT로부터 두 경로의 전송 지연 시간을 구한다. 그런다음 상기 싱크 노드는 상기 구해진 전송 지연 시간 이후에 상기 설정한 최단 경로로 해당 데이터 패킷을 전송하여 도착하는 패킷의 순서가 바뀌지 않도록 한다. 이 과정 이후 상기 이동 노드는 타겟 센서 노드를 이용하여 최단 경로로 싱크 노드와 통신한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드가 고정 노드인 경우, 이동 노드의 핸드오프 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 이동노드는 현재 패킷을 전송하는 소스 센서 노드의 RSSI를 측정하여(S600), 상기 측정된 RSSI가 미리 설정된 임계값 이상인지를 판단한다(S602).
단계 602의 판단결과 상기 측정된 RSSI가 미리 설정된 임계값 이상이 아니면, 상기 이동 노드는 상기 소스 센서 노드에게 프리포워딩 메시지를 전송한다(S604).
상기 소스 센서 노드는 상기 이동 노드로부터 프리 포워딩 메시지가 수신되면(S634), 상기 이동 노드와 이웃 센서 노드에게 상기 이동 노드에게 전송할 패킷을 전송한다(S636).
단계 604의 수행 후, 상기 이동 노드는 이웃 센서 노드로부터 지속적으로 수신되는 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정한다(S606). 즉, 상기 이동 노드는 이동을 시작하면, 주변의 이웃 센서 노드로부터 지속적으로 광고 메시지를 수신하여 주변 센서 노드를 감지할 수 있다.
따라서, 상기 이동 노드는 상기 이웃 센서 노드로부터 수신된 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 RSSI를 측정한다.
단계 606의 수행 후, 상기 이동 노드는 상기 측정된 RSSI 중에서 미리 설정된 임계값 이상인 센서 노드가 존재하는지를 판단한다(S608).
단계 608의 판단결과 미리 설정된 임계값 이상인 센서 노드가 존재하면, 상기 이동 노드는 단계 606에서 측정된 RSSI중에서 가장 센 RSSI를 가지는 센서 노드를 선택한다(S610).
단계 610의 수행후, 상기 이동 노드는 상기 선택된 타겟 센서 노드에게 경로 변경 메시지를 전송한다(S612).
단계 612의 이후의 과정은 도 5에 도시된 단계와 같으므로 그 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 이동 노드가 핸드오프된 경우, 데이터 패킷 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 이동 노드가 핸드오프되어 경로가 설정된 경우, 싱크 노드는 상기 이동노드와의 통신을 위한 최적 경로를 설정한다(S700). 상기 최적 경로는 최간 경로를 말하는 것으로, 최적 경로 설정 방법은 예를 들면, 홉 카운트를 이용할 수 있다.
단계 700에서 최적 경로가 설정되면, 상기 싱크 노드는 현재의 패킷 전달 경로의 RTT와 상기 설정한 최단 경로의 RTT를 각각 측정한다(S702).
즉, 상기 이동 노드는 핸드오프되어 설정된 경로를 이용하여 상기 싱크노드에게 전송할 패킷을 전송한다. 그러면, 상기 싱크 노드는 상기 이동 노드가 다른 영역으로 이동하지 않고 현재 센서 노드의 전파 영역에 일정 시간 이상 머무를 것 으로 판단하여, 현재의 패킷 전달 경로의 RTT와 상기 설정한 최단 경로의 RTT를 측정한다.
단계 702의 수행후, 상기 싱크 노드는 상기 측정된 두 경로의 RTT를 이용하여 전송 지연 시간을 구한다(S704).
단계 704의 수행후 상기 싱크 노드는 상기 구해진 전송 지연 시간 시간을 대기한 후, 상기 설정한 최적 경로를 이용하여 패킷을 전송한다(S706).
즉, 상기 싱크 노드는 상기 측정된 RTT로부터 두 경로의 전송 지연 시간을 구하고, 상기 구해진 전송 지연 시간 이후에 패킷들을 최단 경로로 전송시켜서 도착하는 패킷의 순서가 바뀌지 않도록 한다. 즉, 상기 싱크노드가 최적 경로를 설정한 후, 상기 설정한 최적 경로를 통해 패킷을 전송하면 패킷의 순서가 엇갈려 이동 노드에 전달될 수 있다.
예를 들어, 싱크 노드가 기존 경로로 7번 패킷을 전송한 후, 8번 패킷을 최적 경로로 전송하면, 최적 경로에서의 전송 지연이 더 짧기 때문에 이동 노드는 7번 패킷보다 8번 패킷을 먼저 받을 수 있다. 이는 이동 노드에게 전달되는 패킷이 멀티미디어 데이터인 경우 심각한 문제를 야기한다.
따라서 기존의 전달 경로에서 최적 경로로의 변경은 패킷의 순서를 고려해야만 한다. 상기 전송되는 패킷의 순서를 유지하기 위하여 싱크 노드는 기존 경로에서 최적 경로로 변경하기 전에 두 경로에서 겪는 전송 지연의 차이만큼 기다려야 한다.
상기와 같이 구해진 전송 지연 시간을 대기한 후, 상기 이동 노드는 타겟 센 서 노드를 이용하여 최적 경로로 싱크 노드와 통신한다. 그러면, 노드의 이동이 연속적으로 증가함에 따라 센서 네트워크 내에서의 패킷 전달 경로도 증가하게 되어 불필요한 대역폭을 낭비하고 많은 전송 지연을 겪게 되는 문제점이 경로 최적화에 의해 해결된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 센서 네트워크 내의 센서 노드들을 이용하여 이동 노드(moving node)의 위치 정보를 파악하고 노드가 움직임에 따라 가장 가까운 센서 노드로부터 연속적인 데이터 수신이 가능한 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동 노드가 센서 노드들의 전파 영역이 겹치는 지점으로 이동하게 되면, 센서 노드들 각각의 전파 세기를 판단하여 전파 세기가 센 영역의 센서 노드로 핸드오프를 하게 하여, 너무 잦은 핸드오프로 인해 발생하는 핑퐁 문제나, 너무 느린 핸드오프로 인한 지연 문제를 방지할 수 있는 센서 네트워 크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 센서 노드의 패킷 전송 반경이 일정 거리로 제한되어 있는 경우, 거리에 대한 임계값을 미리 설정하여 이동 노드에 전송되는 패킷의 손실을 사전에 방지할 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 경로의 최적화를 이용하여 노드의 이동이 연속적으로 증가함에 따라 센서 네트워크 내에서의 패킷 전달 경로도 증가하게 되어 불필요한 대역폭을 낭비하고 많은 전송 지연을 해결할 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크 환경에 적합하고, 패킷의 손실을 최소화하는 연속적인 이동성을 지원할 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동 노드가 다른 센서 범위로 넘어가더라도 Broadcasting한 메시지에 의해서 끊임이 없는 서비스를 받을 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, Pre-forwarding 메시지를 받은 센서 노드가 패킷을 이동 노드에게 전달함과 동시에 이웃 센서 노드들에게도 전달함으로써 이동 노드가 전송 범위 밖으로 벗어나도 패킷을 끊김 없이 전달받을 수 있는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패킷 전달 경로의 최적화 기법을 통해 데이터 전달의 효율성을 높이는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성을 지원하기 위한 센서 노드 장치에 있어서,
    싱크노드, 이웃 센서 노드 및 상기 이동 노드와의 통신을 위한 네트워크 인터페이스부;
    상기 이동 노드의 위치를 판단하고, 상기 판단된 위치를 토대로 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷의 서비스를 위한 센서 노드를 결정하는 이동 감시부;
    상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷에 대하여 상기 이동 노드의 위치에 따라 전송 방식을 결정하는 전송 방식 결정부;및
    상기 센서 노드 장치를 통한 데이터 패킷 전송 상황을 보고하는 상태 보고부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷을 임시 저장하는 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스부를 통해 수신된 데이터 패킷을 처리함에 있어서, 상기 이동 노드의 위치가 필요하면, 상기 데이터 패킷을 상기 이동 감시부에 전송하고, 상기 이동 노드의 위치가 필요하지 않으면, 상기 전송 방식 결정부에 전송하는 이벤트 핸들러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전송 방식 결정부는 해당 데이터 패킷을 특정 이웃 센서 노드에게 전송하는 포워딩 핸들러, 해당 데이터 패킷을 주변의 이웃 센서 노드에게 브로드캐스팅하는 브로트캐스팅 핸들러를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동 감시부는 상기 이동 노드의 위치를 감지하고 상기 감지된 이동 노드의 위치가 현 센서 노드의 임계범위내에 존재하는지 판단하는 위치 판단부;
    상기 위치 판단부의 판단결과에 따라 서비스를 위한 센서 노드를 결정하는 센서 스위칭 관리부;
    상기 이동 노드의 경로를 관리하는 라우팅 테이블이 저장된 노드 정보 핸들러를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임계범위는 이동 노드와 현 센서 노드와의 거리에 대한 임계값으로, 수신 신호 세기(RSSI)로 표현되는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 센서 스위칭 관리부는 상기 위치 판단부의 판단결과 상기 이동 노드가 임계범위내에 있으면, 상기 이동 노드에게 해당 데이터 패킷이 전송되도록 상기 포워딩 핸들러에 데이터 패킷 전송 메시지를 전송하고, 상기 판단결과 상기 이동 노드가 임계범위내에 있지 않으면, 주변의 센서 노드에게 해당 데이터를 브로드캐스팅하도록 상기 브로드캐스팅 핸들러에 데이터 패킷 전송 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 라우팅 테이블에는 싱크노드 ID, 이동노드 ID, 진행 센서 노드 ID, 다음 센서 노드 ID, 경로가 지속되어질 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원을 위한 센서 노드 장치.
  9. 이동 노드가 임계값과 센서 노드 각각의 신호 세기(RSSI)를 이용하여 센서 스위칭이 필요한지의 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단결과 센서 스위칭이 필요하면, 상기 임계값과 각 센서 노드의 신호 세기를 이용하여 타겟 센서 노드를 결정하는 단계;
    상기 결정된 타겟 센서 노드로 핸드오프를 수행하는 단계;
    상기 결정된 타겟 센서 노드를 통한 최적 경로를 설정하는 단계;및
    상기 설정한 최적 경로를 이용하여 데이터 패킷 송수신을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이동 노드가 임계값과 센서 노드 각각의 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 센서 스위칭이 필요한지의 여부를 판단하는 단계는,
    이웃 센서 노드로부터 주기적으로 전송되는 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI)를 측정하는 단계;
    상기 측정된 각 수신 신호 세기(RSSI)중에서 미리 설정된 임계값이상인 이웃 센서 노드가 존재하는 판단하는 단계;
    상기 판단결과 미리 설정된 임계값 이상인 이웃 센서 노드가 존재하면, 현재 데이터 패킷 서비스를 수행하는 소스 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI)를 측정하 는 단계;및
    상기 측정된 소스 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI)가 임계값 이상이 아니면, 센서 스위칭이 필요하다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정된 소스 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI) 임계값 이상이 아니면, 상기 소스 센서 노드에게 프리-포워딩 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프리포워딩 메시지는 상기 소스 센서 노드에게 센서 스위칭 수행을 알리는 메시지인 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광고메시지에는 해당 센서 노드 ID, RSSI의 임계값을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 이동 노드가 임계값과 센서 노드 각각의 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 센서 스위칭이 필요한지의 여부를 판단하는 단계는,
    현재 데이터 패킷 서비스를 수행하는 소스 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI)를 측정하는 단계;
    상기 측정된 소스 센서 노드의 수신 신호 세기(RSSI)가 임계값 이상이 아니면, 이웃 센서 노드로부터 주기적으로 전송되는 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)를 측정하는 단계;및
    상기 측정된 각 수신신호 세기(RSSI)중에서 미리 설정된 임계값이상인 이웃 센서 노드가 존재하면, 센서 스위칭이 필요하다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 판단결과 센서 스위칭이 필요하면, 상기 임계값과 각 센서 노드의 신호 세기를 이용하여 타겟 센서 노드를 결정하는 단계는
    상기 이웃 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)중에서 수신신호 세기(RSSI)가 가장 센 이웃 센서 노드를 타겟 센서 노드로 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 결정된 타겟 센서 노드로 핸드오프를 수행하는 단계는,
    상기 타겟 센서 노드에게 경로 변경 메시지를 전송하는 단계;
    상기 타겟 센서 노드는 경로 변경 메시지가 수신되면, 경로 설정 요청 메시지를 생성하여 싱크노드에 전송하는 단계;
    상기 싱크노드는 경로 설정 요청 메시지가 수신되면, 라우팅 경로를 설정하고 그 설정된 경로에 따라 경로 설정 응답 메시지를 전송하는 단계;
    상기 타겟 센서 노드는 상기 싱크노드로부터 경로 설정 응답 메시지가 수신되면, 그 라우팅 경로 정보를 저장하고, 상기 이동 노드에게 경로 변경 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 설정한 최적 경로를 이용하여 데이터 패킷 송수신을 수행하는 단계는
    현재 데이터 패킷 전달 경로의 제1 왕복 시간과 상기 설정한 최적 경로의 제2 왕복 시간을 각각 측정하는 단계;
    상기 측정된 제1 왕복 시간과 제2 왕복 시간을 이용하여 전송 지연 시간을 구하는 단계;
    상기 구해진 전송 지연 시간을 대기한 후, 상기 설정한 최적 경로를 이용하여 데이터 패킷 송수신을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 이동성 지원 방법.
  18. 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법에 있어서,
    이웃 센서 노드로부터 주기적으로 전송되는 광고 메시지를 이용하여 각 이웃 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)를 측정하는 단계;
    상기 측정된 각 수신신호 세기(RSSI)중에서 미리 설정된 임계값이상인 이웃 센서 노드가 존재하는 판단하는 단계;
    상기 판단결과 미리 설정된 임계값 이상인 이웃 센서 노드가 존재하면, 현재 데이터 패킷 서비스를 수행하는 소스 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)를 측정하는 단계;
    상기 측정된 소스 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)가 임계값 이상이 아니면, 상기 소스 센서 노드에게 프리-포워딩 메시지를 전송하고, 상기 이웃 센서 노드의 수신신호 세기(RSSI)중에서 수신신호 세기(RSSI)가 가장 센 이웃 센서 노드를 타겟 센서 노드로 결정하는 단계;
    상기 결정된 타겟 센서 노드에게 경로 변경 메시지를 전송하는 단계;및
    상기 타겟 센서 노드로부터 경로 변경 응답 메시지가 수신되면, 상기 타겟 센서 노드를 통해 데이터 패킷 송수신을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프리포워딩 메시지를 수신한 소스 센서 노드는 상기 이동 노드와 이웃 센서 노드에게 상기 이동 노드에게 전송할 데이터 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 결정된 타겟 센서 노드에게 경로 변경 메시지를 전송하는 단계는,
    상기 타겟 센서 노드는 상기 이동 노드로부터 경로 변경 메시지가 수신되면, 경로 설정 요청 메시지를 생성하여 싱크노드에 전송하는 단계;
    상기 싱크노드는 경로 설정 요청 메시지가 수신되면, 라우팅 경로를 설정하고 그 설정된 경로에 따라 경로 설정 응답 메시지를 전송하는 단계;및
    상기 타겟 센서 노드는 상기 싱크 노드로부터 경로 설정 응답 메시지가 수신되면, 그 라우팅 경로 정보를 저장하고, 상기 이동 노드에게 경로 변경 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크에서 이동 노드의 핸드오프 처리 방법.
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