KR20080074308A - 무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를 어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법을 개시한다. 본 발명은 GGC(GeoGraphical Code)를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 단계, 상기 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택하는 단계, 상기 활성화 존을 기반으로 상기 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택하는 단계, 및 상기 최대 에너지 트리 정보 및 상기 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성하는 단계를 포함한다.
Figure P1020070013158
무선 센서 네트워크, GGC(GeoGraphic Code), 클러스터, 존, 센서 노드, 존 스케쥴링

Description

무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를 어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DATA AGGREGATION USING ZONE SCHEDULING IN WIRELESS SENSOR NETWORK AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개략적인 무선 센서 네트워크를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 클러스터의 구성을 나타내기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 클러스터들 간의 연결 관계를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션 트리의 생성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션 트리의 변경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트리 리스트의 생성을 설명하기 위한 예시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기지국
200: 클러스터
201: 클러스터 헤더
202: 존
203: 센서 노드
204: 레퍼런스 포인트
310: 존 스케쥴링부
320: 트리 생성부
330: 저장부
340: 송수신부
350: 트리 선택부
360: 리스트 생성부
370: 확인부
본 발명은 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)에 관한 것으로서, 특히 전체 네트워크의 수명(lifetime)을 증가시키고, 모든 센서 노드들의 위치 정 보를 쉽게 파악하며, 네트워크의 확장에 쉽게 적용할 수 있도록 하는 무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를 어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 물리적 공간을 감지하기 위해 센서 노드들끼리 RF(Radio Frequency)를 이용하여 통신할 수 있고, 넓은 지역에 걸쳐 퍼져있는　작은 센서 노드들(수십 개 ~ 수천 개)의 그물 망을 일컫는다. 센서 기술, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술, 저전력 전자 공학 기술, 저전력 RF 설계 기술 등의 발달로 무선 네트워크를 통하여 연결될 수 있는 소형, 저가, 저전력의 센서 노드들이 개발되어 왔다.
매우 많은 수의 센서 노드들이 관심 영역의 내부나 매우 밀접한 지역에 조밀하게 배치된 무선 센서 네트워크를 형성하여 헬스, 군사, 홈 네트워크, 환경 감시, 공장 관리, 및 재난 감시 등의 다양한 응용에 적용될 수가 있다. 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 위치는 미리 결정될 필요가 없으므로, 접근이 어려운 영역이나 재난 구조를 위한 응용을 위해 임의로 배치될 수 있다.
센서 네트워크 프로토콜은 자가 구성(self-organizing) 능력을 가지며, 센서 노드들이 서로 협력하여 동작한다.
무선 센서 네트워크에서는 관심 영역에 수많은 센서 노드들이 미리 결정된 형태 없이 배치될 수 있다. 무선 센서 네트워크에서는 근접한 센서 노드들이 유사한 정보를 감지하는 특성에 의해 임의의 센서 노드의 동작이 실패하거나 기능이 소멸되는 경우에도 네트워크의 전체적인 동작에는 영향을 미치지 않는 장점을 가진 다.
그러나, 무선 매체의 저속, 오류가 심한 전송 특성 및 제한된 전원 공급, 및 센서 노드의 임의 배치로 인한 교체 불가능 등의 문제점을 가진다. 이러한 무선 센서 네트워크를 위한 프로토콜은 에너지 소비를 네트워크 전체에 분산시켜 전체적 시스템의 수명을 증가시키는 방향으로 설계되어야 하며, 센서 네트워크의 동적인 변화에 빠르게 대응할 수 있어야 한다.
이에, 효율적으로 무선 센서 네트워크의 수명을 증가시키기 위한 여러 가지 방법들을 제공하기 위한 노력이 계속 되어야 할 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 존 스케쥴링(zone scheduling)을 이용하여 클러스터를 구성하는 복수의 존들 중에서 선택적으로 어느 하나의 존만이 데이터를 전송함으로써, 전체 네트워크의 수명(lifetime)을 증가시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 존을 구성하는 복수의 센서 노드들 각각에 GGC(GeoGraphical Code) 정보가 부여됨으로써, 모든 센서 노드들의 위치 정보를 쉽게 파악할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 무선 센서 네트워크를 클러스터, 존, 센서 노드들을 이용하여 계층적으로 구성함으로써, 무선 센서 네트워크는 복수의 클러스터로, 클러스터는 복수의 존들로, 존은 복수의 센서 노드들로 구성될 수 있기 때문에 네트워크의 확장에 쉽게 적용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 데이터를 어그리게이션하기 위한 방법은 GGC(GeoGraphical Code)를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 단계, 상기 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택하는 단계, 상기 활성화 존을 기반으로 상기 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택하는 단계, 및 상기 최대 에너지 트리 정보 및 상기 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 데이터를 어그리게이션하기 위한 장치는 GGC(GeoGraphic Code)를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 트리 생성부, 상기 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택하는 존 스케쥴링부, 상기 활성화 존을 기반으로 상기 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택하는 트리 선택부, 및 상기 최대 에너지 트리 정보 및 상기 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성하는 리스트 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 첨부된 도면들 및 상기 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들 에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개략적인 무선 센서 네트워크를 나타내는 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 개략적인 무선 네트워크는 데이터를 어그리게이션 하는 기지국(base station)(100)과 복수의 클러스터(cluster)(200)들을 포함할 수 있다.
기지국(100)은 클러스터(200)들로부터 데이터를 어그리게이션하기 위해, 클러스터(200)들을 제어할 수 있다.
클러스터(200)는 무선 센서 네트워크를 구성하는 가장 큰 단위로서, 동일한 지역에 존재하는 센서 노드들에 동일한 GGC(GeoGraphic Code)를 부여함으로써, 구성될 수 있다. 예를 들면, 클러스터(200)들 각각은 서로 다른 클러스터 ID(IDentifier)인 CID를 사용하여 구분될 수 있다.
본 발명은 무선 센서 네트워크를 제어하기 위해 GGC를 이용할 것을 제안한다. GGC는 위치 기반 서비스를 제공하기 위해, 지리적 영역과 매핑되는 위치 정보를 표현하는 데이터를 말한다. GGC는 지리적 지역 정보와 이에 상응하는 숫자로 구성되며 지리적 위치 정보와 지리적 지역 정보를 포함할 수 있다. 이러한 GGC는 센서 노드가 커버하고 있는 범위를 고려하여 할당될 수 있다.
GGC는 일상 생활에서 사용하는 우편 번호와 비슷하게 계층적 구조를 가지고 있다.
도 2는 도 1의 클러스터(200)의 구성을 나타내기 위한 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 클러스터(200)는 하나의 클러스터 헤더(cluster header)(201)와 복수의 존(zone)(202)들을 포함할 수 있고, 복수의 존(202)들은 하나의 레퍼런스 포인트(reference point)(203)와 복수의 센서 노드(sensor node)(204)들을 포함할 수 있다.
클러스터(200)는 하나의 클러스터 헤더(201)와 복수의 존(202)들을 포함할 수 있다. 존(202)은 데이터를 어그리게이션(aggregation)하기 위한 최소 단위로 사용될 수 있다. 클러스터 헤더(201)는 클러스터(200)를 구성하는 존(202)들의 GGC와 잔여 에너지량(residue energy)을 관리하고 이러한 관리 정보들을 기지국(100)에 전송할 수 있다.
이때, 클러스터 헤더(201)는 관리 정보만을 기지국(100)에 전송할 뿐 센서 노드(204)들에 의해 센싱된 데이터들을 직접 전송하지는 않는다.
존(202)은 하나의 레퍼런스 포인트(203)와 복수의 센서 노드(204)들을 포함할 수 있다. 센서 노드(204)는 주변 환경의 물리적 현상을 센싱할 수 있다. 레퍼런스 포인트(203)는 자신의 반경 내에 있는 모든 센서 노드(204)들에게 위치와 범위 정보를 가지는 GGC를 부여할 수 있다.
이때, 레퍼런스 포인트(203)의 반경은 서로 겹치지 않고 모든 센서 노드(204)들을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 존(202)을 구성하는 센서 노드(204)들은 하나의 레퍼런스 포인트(203)로부터 같은 GGC를 부여 받기 때문에 같은 위치 값을 가지며 공간적 상관 관계가 매우 높다. 이에 본 발명은 존(202)을 데이터를 어그리게이션하기 위한 하나의 단위로 사용할 것을 제안한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 장치는 기지국에 포함될 수 있고, 존 스케쥴링부(310), 트리 생성부(320), 저장부(330), 송수신부(340), 트리 선택부(350), 리스트 생성부(360), 및 확인부(370)를 포함할 수 있다.
저장부(330)는 클러스터 헤더로부터 전송된 관리 정보 즉, 클러스터를 구성하는 존들의 GGC와 잔여 에너지량을 저장할 수 있다. 트리 생성부(320)는 GGC를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라, 데이터를 어그리게이션하기 위한 복수의 데이터 어그리게이션 트리(data aggregation tree)들을 생성할 수 있다.
존 스케쥴링부(310)는 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택할 수 있다.
트리 선택부(350)는 선택된 활성화 존을 기반으로 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량(total residue energy)이 최대인 최대 에너지 트리를 선택할 수 있다. 리스트 생성부(360)는 선택된 최대 에너지 트리 정보 및 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트(tree list)를 생성할 수 있다.
확인부(370)는 트리 리스트를 기반으로 선택된 데이터 어그리게이션 트리에 상응하는 모든 존들에 대해 예측된 평균 잔여 에너지량(average residue energy)들 중 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하는지를 확인할 수 있다.
이때, 확인부(370)는 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하지 않으면, 존 스케쥴링부(310)가 활성화 존을 선택하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 확인부(370)는 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하면, 리스트 생성부(360)가 트리 리스트의 생성을 종료하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
송수신부(340)는 클러스터 헤더로부터 관리 정보를 수신하고, 생성이 완료된 트리 리스트를 상기 클러스터 헤더에 송신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션을 위한 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 트리 생성부(320)는 GGC를 이용하여 복수의 데이터 어그리게이션 트리를 생성할 수 있다(S410). 이를 도5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 클러스터들 간의 연결 관계를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 트리 생성부(320)는 클러스터를 구성하는 클러스터 헤더와 기지국 간의 거리를 기반으로 각 클러스터들마다 하나의 레벨(level)을 부여할 수 있다.
이때, 기지국과 클러스터 간의 홉(hop) 개수에 따라서 클러스터에 레벨이 부여될 수 있다.
예를 들면, CID = 1인 클러스터에는 레벨 1을 부여하고, CID = 2, 3인 클러스터들에는 레벨 2를 부여하며, CID = 4, 5, 6인 클러스터들에는 레벨 3을 부여할 수 있다.
트리 생성부(320)는 레벨이 부여된 클러스터들 간에 데이터 어그리게이션을 위해 연결되는 서로 다른 링크들에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리를 생성할 수 있다.
예를 들면, 기지국과 클러스터 간에는 서로 다른 링크들 L1 ~ L9까지 연결될 수 있다. 링크는 데이터를 어그리게이션하기 위해, 상위 레벨을 갖는 클러스터와 하위 레벨을 갖는 클러스터 간에 형성될 수 있다.
더욱 엄밀하게는, 각 클러스터들 간의 연결 관계는 각 클러스터들을 구성하는 존 들간의 연결 관계를 의미할 수 있다. 즉, 링크는 상위 레벨을 갖는 클러스터의 존과 하위 레벨을 갖는 클러스터의 존 간에 형성될 수 있다. 동일한 레벨을 갖는 클러스터의 존들 간에는 링크를 형성하지 않는다.
두 개의 클러스터 간에는 하나의 링크만이 연결될 수 있는데, 이러한 원리를 이용하여 복수의 데이터 어그리게이션 트리를 생성하는 원리를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션 트리의 생성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 생성 가능한 데이터 어그리게이션 트리의 개수는 중복 순열의 곱들로 구해질 수 있는데, 이를 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112007011799693-PAT00001
여기서, Ni는 레벨 i에 존재하는 클러스터의 개수를 의미할 수 있다. 도 5를 참조하면, 레벨 1에 1개의 클러스터, 레벨 2에 2개의 클러스터, 레벨 3에 3개의 클러스터가 있다. 이에, 생성 가능한 데이터 어그리게이션 트리의 개수는 12 x 23 = 8개가 될 수 있다.
본 발명에 따른 데이터 어그리게이션 트리는 a-ary 트리 구조에만 한정되는 것이 아니라, 무선 센서 네트워크의 범위 및 기지국과 클러스터 헤더의 거리 등에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.
존 스케쥴링부(310)는 생성된 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택할 수 있다(S420). 즉, 존 스케쥴링부(310)는 클러스터를 구성하는 존들 각각의 평균 잔여 에너지량을 기반으로 스케쥴링할 수 있다. 이러한 이유는 네트워크의 수명을 최대화하기 위해서 클러스터의 평균 에너지 소비를 최소화하기 위함이다.
존 스케쥴링부(310)는 클러스터들을 구성하는 존들 각각에 상응하는 평균 잔여 에너지량을 예측할 수 있다. 존 스케쥴링부(310)는 데이터를 어그리게이션하기 위해 연결된 상위 레벨을 갖는 클러스터에서 선택된 활성화 존과의 거리, 예측하려는 활성화 존의 평균 잔여 에너지량, 및 상기 활성화 존을 구성하는 센서 노드들의 수에 따라 평균 잔여 에너지량을 예측할 수 있다.
도 5를 참조하면, 거리에 따라 에너지 손실이 달라질 수 있기 때문에 경로 에너지 손실은 다음의 [수학식 2]에 구해질 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112007011799693-PAT00002
여기서, Lx는 존 간의 링크를 의미하고, d(Lx)는 각 링크의 거리를 의미할 수 있다.
[수학식 2]를 이용하여 각 존에서 데이터를 전송하기 위해 필요한 전력 소모량이 예측될 수 있다. 이러한 전력 소모량은 다음의 [수학식 3]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112007011799693-PAT00003
[수학식 3]을 이용하여 각 존에서 데이터를 전송한 후의 평균 잔여 에너지량이 예측될 수 있다. 클러스터 k에 있는 존 i에 상응하는 평균 잔여 에너지량은 다음의 [수학식 4]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112007011799693-PAT00004
여기서, Pag는 데이터를 어그리게이션하기 위해 필요한 회로 에너지를 의미할 수 있다. Pct는 데이터를 송신하는 송신기에 필요한 회로 에너지를 의미할 수 있다. Pcr은 데이터를 수신하는 수신기에 필요한 회로 에너지를 의미할 수 있다. Nin(Z)는 데이터를 수신하기 위해 연결된 링크의 개수를 의미할 수 있다. 또한, Mi는 존을 구성하는 센서 노드들의 개수를 의미할 수 있다.
존 스케쥴링부(310)는 [수학식4]를 이용하여 클러스터를 구성하는 모든 존들의 평균 잔여 에너지량을 예측할 수 있다. 존 스케쥴링부(310)는 예측된 평균 잔여 에너지량을 기반으로 클러스터마다 평균 잔여 에너지량이 최대인 활성화 존을 선택할 수 있다. 이는 [수학식 5]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112007011799693-PAT00005
이때, 존 스케쥴링부(310)는 최상위 레벨을 갖는 클러스터부터 활성화 존을 선택하고, 선택된 상기 활성화 존을 기반으로 최하위 레벨을 갖는 클러스터까지 순차적으로 상기 활성화 존을 선택할 수 있다.
또한, 존 스케쥴링부(310)는 상기 클러스터들을 구성하는 존들 중 선택되지 못한 비활성화 존들에 대한 평균 잔여 에너지량도 예측할 수 있다. 이는 [수학식 6]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112007011799693-PAT00006
여기서, Psleep은 존이 비활성화 상태인 경우에 필요한 회로 에너지를 의미할 수 있다.
트리 선택부(350)는 선택된 활성화 존을 기반으로 데이터 어그리게이션 트리들마다 총 잔여 에너지량을 예측할 수 있다. 총 잔여 에너지량은 [수학식 5]와 [수학식 6]을 이용하여 산출된 다음의 [수학식 7]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112007011799693-PAT00007
여기서,
Figure 112007011799693-PAT00008
는 활성화 존의 평균 잔여 에너지량을 의미할 수 있다.
Figure 112007011799693-PAT00009
는 비활성화 존의 평균 잔여 에너지량을 의미할 수 있다.
트리 선택부(350)는 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택할 수 있다(S430).
리스트 생성부(360)는 선택된 최대 에너지 트리와 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성할 수 있다(S440). 이를 도 7 을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트리 리스트의 생성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 트리 리스트는 무선 네트워크의 수명에 상응하는 Tnet 시간 동안에 기 설정된 시간 T에만 활성화되는 적어도 하나의 최대 에너지 트리를 포함할 수 있다. 즉, 하나의 타임 슬롯(time slot)에 하나의 최대 에너지 트리가 할당될 수 있다.
트리 리스트에 포함된 최대 에너지 트리들은 기 설정된 시간 동안만 무선 센서 네트워크에 적용될 수 있다. 즉, 기지국(100)은 최대 에너지 트리에 포함된 활성화 존들을 기 설정된 시간 동안에만 활성화 시킬 수 있다. 기지국(100)은 기 설정된 시간 동안 존들로부터 데이터를 어그리게이션할 수 있다.
이때, 데이터는 활성화 존을 구성하는 센서 노드들에 의해 센싱된 데이터를 의미할 수 있다.
기지국(100)은 무선 네트워크를 구성하는 어느 하나의 존의 평균 잔여 에너지량이 0이 되면 데이터 어그리게이션을 종료할 수 있다. 이를 위해, 확인부(370)는 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하는지를 확인할 수 있다(S450).
확인부(370)는 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하지 않으면, 존 스케쥴링부(310)가 활성화 존을 선택하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라 새로운 최대 에너지 트리를 선택하는 과정이 수행될 수 있 다.
반면, 확인부(370)는 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하면, 리스트 생성부(360)가 트리 리스트의 생성을 종료하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
송수신부(340)는 클러스터 헤더로부터 관리 정보를 수신할 뿐만 아니라 리스트 생성부(360)로부터 입력된 생성이 완료된 트리 리스트를 상기 클러스터 헤더에 송신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 어그리게이션 트리의 변경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 트리 리스트에 따라 최대 에너지 트리가 변경되면, 변경된 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존들을 활성화 시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 데이터 어그리게이션 트리가 r1에서 r2로 변경되고, 이에 따라 활성화 존들도 변경될 수 있을 뿐만 아니라 각 활성화 존들 간의 링크도 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크는 기 설정된 시간 동안에만 활성화 존을 구성하는 모든 센서 노드들을 활성화 시킬 수 있다. 이외의 시간에는 모든 센서 노드들은 슬립(sleep) 상태로 전환하기 때문에 모든 센서 노드들에서 소모되는 에너지량을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크에서 존 스케쥴링을 이용하여 데이터를 어그리게이션하기 위한 장치 및 그 방법은 무선 통신 시스템에서 사 용할 수 있지만, 상기 무선 통신 시스템뿐만 아니라 유선 통신 시스템 및 유·무선이 결합된 통신 시스템에서도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 존 스케쥴링(zone scheduling)을 이용하여 클러스터를 구성하는 복수의 존들 중에서 선택적으로 어느 하나의 존만이 데이터를 전송함으로써, 전체 네트워크의 수명(lifetime)을 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 존을 구성하는 복수의 센서 노드들 각각에 GGC(GeoGraphical Code) 정보가 부여됨으로써, 모든 센서 노드들의 위치 정보를 쉽게 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 무선 센서 네트워크를 클러스터, 존, 센서 노드들로 계층적으로 구성함으로써, 무선 센서 네트워크는 복수의 클러스터로, 클러스터는 복수의 존들로, 존은 복수의 센서 노드들로 구성될 수 있기 때문에 네트워크의 확장에 쉽게 적용될 수 있다.

Claims (23)

  1. GGC(GeoGraphical Code)를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 단계;
    상기 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택하는 단계;
    상기 활성화 존을 기반으로 상기 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택하는 단계; 및
    상기 최대 에너지 트리 정보 및 상기 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 단계는,
    상기 클러스터를 구성하는 클러스터 헤더와 기지국 간의 거리를 기반으로 각 클러스터들마다 하나의 레벨을 부여하는 단계; 및
    상기 레벨이 부여된 클러스터들 간에 데이터를 어그리게이션하기 위해 연결되는 서로 다른 링크들에 따라 상기 복수의 데이터 어그리게이션 트리를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 링크는,
    상기 데이터를 어그리게이션하기 위해, 상위 레벨을 갖는 클러스터와 하위 레벨을 갖는 클러스터 간에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하나의 활성화 존을 선택하는 단계는,
    상기 클러스터들을 구성하는 존들 각각에 상응하는 평균 잔여 에너지량을 예측하는 단계; 및
    예측된 상기 평균 잔여 에너지량을 기반으로 상기 클러스터마다 상기 평균 잔여 에너지량이 최대인 활성화 존을 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 평균 잔여 에너지량을 예측하는 단계는,
    데이터를 어그리게이션하기 위해 연결된 상위 레벨을 갖는 클러스터에서 선택된 활성화 존과의 거리, 예측하려는 활성화 존의 평균 잔여 에너지량, 및 상기 예측하려는 활성화 존을 구성하는 센서 노드들의 수에 따라 예측하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 하나의 활성화 존을 선택하는 단계는,
    최상위 레벨을 갖는 클러스터부터 활성화 존을 선택하고, 선택된 상기 활성화 존을 기반으로 최하위 레벨을 갖는 클러스터까지 순차적으로 상기 활성화 존을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 클러스터들을 구성하는 존들 중 선택되지 못한 비활성화 존들에 대한 평균 잔여 에너지량을 예측하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 트리 리스트를 기반으로 선택된 상기 데이터 어그리게이션 트리에 상응하는 모든 존들에 대해 예측된 평균 잔여 에너지량들 중 상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하는지를 확인하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 확인하는 단계는,
    상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하지 않으면, 상기 활성화 존을 선택하는 단계부터 반복적으로 수행하고, 상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하면, 상기 트리 리스트의 생성을 종료하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크는,
    상기 GGC를 이용하여, 복수의 클러스터로 구성되고, 상기 클러스터는 하나의 클러스터 헤더와 복수의 존으로 구성되며, 상기 존은 하나의 레퍼런스 포인트와 복수의 센서 노드들로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 GGC는,
    위치 기반 서비스를 제공하기 위해, 지리적 영역과 매핑되는 위치 정보를 표현하는 데이터인 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  13. GGC(GeoGraphic Code)를 이용하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 클러스터들의 연결 관계에 따라 복수의 데이터 어그리게이션 트리들을 생성하는 트리 생성부;
    상기 데이터 어그리게이션 트리들 각각을 구성하는 클러스터들마다 하나의 활성화 존을 선택하는 존 스케쥴링부;
    상기 활성화 존을 기반으로 상기 데이터 어그리게이션 트리들 중 총 잔여 에너지량이 최대인 최대 에너지 트리를 선택하는 트리 선택부; 및
    상기 최대 에너지 트리 정보 및 상기 최대 에너지 트리에 상응하는 활성화 존 정보를 포함하는 트리 리스트를 생성하는 리스트 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 트리 생성부는,
    상기 클러스터를 구성하는 클러스터 헤더와 기지국 간의 거리에 기반으로 각 클러스터들마다 하나의 레벨을 부여하고, 상기 레벨이 부여된 클러스터들 간에 데이터를 어그리게이션하기 위해 연결되는 서로 다른 링크들에 따라 상기 복수의 데이터 어그리게이션 트리를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 링크는,
    상기 데이터를 어그리게이션하기 위해, 상위 레벨을 갖는 클러스터와 하위 레벨을 갖는 클러스터 간에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 존 스케쥴링부는,
    상기 클러스터들을 구성하는 존들 각각에 상응하는 평균 잔여 에너지량을 예측하고, 예측된 상기 평균 잔여 에너지량을 기반으로 상기 클러스터마다 상기 평균 잔여 에너지량이 최대인 활성화 존을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 존 스케쥴링부는,
    데이터를 어그리게이션하기 위해 연결된 상위 레벨을 갖는 클러스터에서 선택된 활성화 존과의 거리, 예측하려는 활성화 존의 평균 잔여 에너지량과 상기 예측하려는 활성화 존을 구성하는 센서 노드들의 수에 따라 예측하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 존 스케쥴링부는,
    최상위 레벨을 갖는 클러스터부터 활성화 존을 선택하고, 선택된 상기 활성화 존을 기반으로 최하위 레벨을 갖는 클러스터까지 순차적으로 상기 활성화 존을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 존 스케쥴링부는,
    상기 클러스터들을 구성하는 존들 중 선택되지 못한 비활성화 존들에 대한 평균 잔여 에너지량을 예측하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 트리 리스트를 기반으로 선택된 상기 데이터 어그리게이션 트리에 상응하는 모든 존들에 대해 예측된 평균 잔여 에너지량들 중 상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하는지를 확인하는 확인부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 확인부는
    상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하지 않으면, 상기 존 스케쥴링부가 상기 활성화 존을 선택하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력하고,
    상기 평균 잔여 에너지량이 0인 존이 존재하면, 상기 리스트 생성부가 상기 트리 리스트의 생성을 종료하는 동작을 수행하도록 하기 위한 제어 신호를 출력하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  22. 제13 항에 있어서,
    상기 무선 센서 네트워크는,
    상기 GGC를 이용하여, 복수의 클러스터로 구성되고, 상기 클러스터는 하나의 클러스터 헤더와 복수의 존으로 구성되며, 상기 존은 하나의 레퍼런스 포인트와 복수의 센서 노드들로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 GGC는,
    위치 기반 서비스를 제공하기 위해, 지리적 영역과 매핑되는 위치 정보를 표현하는 데이터인 것
    을 특징으로 하는 데이터 어그리게이션 장치.
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