KR20090032703A - Wireless sensor network system for guaranteeing the quality of service about sensed data, and method for establishing multi-path and selecting transmission path in that - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 센싱데이터의 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 보장하기 위한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그의 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 가상의 그리드를 활용하여 다중의 데이터 전송 경로를 생성하고, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 따라 서로 다른 경로를 경유하도록 하는, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그의 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless sensor network system for guaranteeing quality of service (QoS) of sensing data, and a multipath setting and transmission path selection method thereof, and more particularly, to utilize a virtual grid in a wireless sensor network. To create multiple data transmission paths and pass different paths according to the quality of service (QoS) class of the sensing data, and to establish a wireless sensor network system and its multipath for guaranteeing the quality of service (QoS) of the sensing data And a transmission path selection method.
본 발명은 정보통신부의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-009-01, 과제명: Always-on 홈네트워크 시스템의 소비전력 절감 플랫폼 기술개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT new growth engine core technology development project of the Ministry of Information and Communication [Task management number: 2007-S-009-01, Task name: platform for reducing power consumption of Always-on home network system Technology development].
무수히 많은 센서들로 구성되는 무선 센서 네트워크는 자극(stimulus)의 주체 즉, 센싱될 대상인 타겟과, 특정 자극 이벤트(즉, 타겟)를 센싱하기 위한 소스노드와, 소스노드에 의해 센싱된 데이터를 수집하여 처리하기 위한 싱크노드를 포함한다.A wireless sensor network composed of a myriad of sensors collects a subject of a stimulus, that is, a target to be sensed, a source node for sensing a specific stimulus event (ie, a target), and data sensed by the source node. And a sink node for processing.
이러한 무선 센서 네트워크는 일반적인 데이터 전송을 위해 이용되기보다는 특수한 임무(critical mission)를 수행하기 위해 이용된다. 예를 들면, 전쟁터의 일정 영역에 흩어 뿌려진 센서들은 아군의 위치와 적군의 위치, 적군 탱크의 움직임 등을 센싱하는데 이용될 수 있으며, 재해, 재난 및 사건 사고 등에 신속히 대응하기 위해서도 이용될 수 있다.Such wireless sensor networks are used to perform critical missions rather than for general data transmission. For example, sensors scattered over a certain area of the battlefield can be used to sense the positions of friendly forces, enemy positions, and movement of enemy tanks, and can also be used to quickly respond to disasters, disasters, and accidents.
초기의 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서들은 단순히 한 가지 데이터만을 센싱하였다. 예를 들면, 온도 센서의 경우에는 센서의 주변 온도만을 센싱하였고, 압력 센서의 경우에는 물체의 무게에 따라 압력을 센싱하였다.The sensors that make up the initial wireless sensor network sensed only one piece of data. For example, in the case of the temperature sensor, only the ambient temperature of the sensor is sensed, and in the case of the pressure sensor, the pressure is sensed according to the weight of the object.
하지만, 최근 디지털 기술의 발전과 사회적 이슈의 다변화에 따라 무선 센서 네트워크 기술에도 단일 임무보다는 다중 임무 수행 즉, 미션의 다양성이 요구된다. 예를 들면, 전쟁터에서 이용되는 센서에는 탱크 감시(tank detection)뿐만 아니라 탱크의 수, 움직이는 속도 및 방향, 같이 움직이는 군인 감시 등에 대한 임무 수행이 요구된다. 이러한 다중 임무에 대한 요구사항은 서비스 품질(QoS)에 대한 분류의 필요성을 유도할 수 있다.However, with the recent development of digital technologies and the diversification of social issues, wireless sensor network technology requires multiple tasks, that is, diversity of missions, rather than a single task. For example, sensors used in battlefields require not only tank detection, but also the task of monitoring the number of tanks, moving speed and direction, soldiers moving together, and the like. The requirements for these multiple tasks can lead to the need for classification of quality of service (QoS).
그리고 최근 무선 센서 네트워크에 대한 또 다른 변화는 싱크노드로 전송하 기 위한 센싱데이터 특성의 다변화이다. 예를 들면, 한 대의 탱크를 센싱하는 경우와 여러 대의 탱크를 동시에 센싱하는 경우에 각각 전송할 데이터의 특성이 달라지며, 탱크의 움직이는 속도에 따라 센서의 센싱 주기가 동적으로 변한다.Another recent change to the wireless sensor network is the diversification of the sensing data characteristics for transmission to the sync node. For example, when sensing one tank and sensing multiple tanks at the same time, the characteristics of the data to be transmitted are different, and the sensing period of the sensor is dynamically changed according to the moving speed of the tank.
그리고 동일한 센서에서 센싱된 데이터라 할지라도 보다 신속하게 전송해야 할 상황과 여유를 기지고 전송해도 될 상황이 존재하는데, 이러한 상황에 따라 전송데이터의 속성 및 우선 순위가 달라진다. 예를 들면, 동일한 센서에서 센싱된 데이터라 할지라도 탱크가 정차하고 있는 상황, 느린 속도로 이동하는 상황, 매우 빠르게 이동하는 상황에 따라 데이터의 속성과 우선순위가 달라진다.In addition, even though data sensed by the same sensor exists, there are situations in which data must be transmitted more quickly and conditions can be transmitted with a margin. However, attributes and priorities of transmission data vary according to such situations. For example, even if data is sensed by the same sensor, the attributes and priorities of the data vary depending on the situation where the tank is stopped, moving at a slow speed, and moving very fast.
종래의 논문("Multipath Multi-Speed Protocol for QoS Guarantee of Reliability and Timeliness in Wireless Sensor Networks", IEEE Transaction on Mobile Computing, 2006)에서는 무선 센서 네트워크에서 확률적인 서비스 품질(QoS) 보장을 위해 MMSPEED(Multipath Multi-Speed)라 불리는 새로운 패킷 전달 메카니즘을 제안하고 있다.Conventional papers ("Multipath Multi-Speed Protocol for QoS Guarantee of Reliability and Timeliness in Wireless Sensor Networks", IEEE Transaction on Mobile Computing, 2006) describe the use of MMSPEED (Multipath Multi) to guarantee stochastic quality of service (QoS) in wireless sensor networks. A new packet forwarding mechanism called Speed is proposed.
여기서, 서비스 품질(QoS) 프로비젼닝은 시간성과 신뢰성의 두 가지 품질 도메인에서 수행된다. 다중 서비스 품질(QoS) 레벨은 다중 패킷 전달 속도 옵션을 보장함으로써 시간성을 만족할 수 있다. 신뢰성 도메인에서 다양한 신뢰성 요구사항은 확률적인 다중 경로 포워딩에 의해 제공된다. 서비스 품질(QoS) 프로비젼닝을 위한 이들 메카니즘들은 목적지로 향하는 패킷 전달 과정에서 지역적으로 부정확하게 결정되는 부정확성을 보상하기 위해 동적 보상을 전달 인수로 하는 지역적 지리학적인 패킷 포워딩 방법을 채택함으로써 글로벌 네트워크 정보 없이 지역적인 방 법으로 구현된다.Here, quality of service (QoS) provisioning is performed in two quality domains: time and reliability. Multiple Quality of Service (QoS) levels can satisfy timeliness by ensuring multiple packet delivery rate options. Various reliability requirements in the reliability domain are provided by stochastic multipath forwarding. These mechanisms for quality of service (QoS) provisioning use global geographic packet forwarding methods by adopting local geographic packet forwarding methods with dynamic compensation as a forwarding factor to compensate for locally inaccurately determined inaccuracies in the delivery of packets to the destination. It is implemented in a local way without.
하지만, 상기 제1 종래 기술은 지역적으로 라우팅 경로를 결정하는 과정에서 부정확성을 보상하기 위해 주변 노드들과 주고받는 시그널링 오버헤드가 존재하는 문제점이 있다.However, the first conventional technology has a problem in that signaling overhead is exchanged with neighboring nodes to compensate for inaccuracies in determining a routing path locally.
또한, 상기 제1 종래 기술에서는 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위해 이용되는 경로가 지속적으로 사용됨으로써 경로 상의 센서 노드들의 에너지 소모를 가중시킬 수 있고, 이로 인해 네트워크 전체의 에너지 효율이 나빠지게 되는 문제점이 있다. In addition, in the first conventional technology, the path used to guarantee the quality of service (QoS) is continuously used, thereby increasing the energy consumption of the sensor nodes on the path, thereby degrading the energy efficiency of the entire network. There is this.
또한, 상기 제1 종래 기술에서는 전송 경로 상에 홀(hole)이 있는 경우 서비스 품질(QoS)을 보장하지 못하는 문제점이 있다.In addition, in the first conventional technology, there is a problem in that a quality of service (QoS) cannot be guaranteed when there is a hole in a transmission path.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 "무선 센서 네트워크에서 가상 싱크와 로테이션을 사용한 라우팅 경로 설정 방법(한국공개특허 "2006-0132113호, 2006. 12. 21 공개)"에서는 센서 네트워크 통신 시스템 및 이에 이용되는 라우팅 경로 설정 방법을 개시하고 있다. 이 제2 종래 기술은 센서 네트워크의 에너지 소모를 분산시켜 전체 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있으며, 저비용으로 확장성이 양호한 센서 네트워크 시스템을 구현할 수 있다.In order to solve the above problems, the proposed method for establishing a routing path using a virtual sink and rotation in a wireless sensor network (Korean Laid-Open Patent Publication No. 2006-0132113, published on Dec. 21, 2006) and a sensor network communication system The second prior art can distribute the energy consumption of the sensor network to extend the life of the entire sensor network, and can realize a scalable sensor network system at low cost.
그러나 상기와 같은 제2 종래 기술은 가상 싱크가 변경될 때마다 트리를 구성하기 위한 메시지를 브로드캐스팅하기 때문에 실제 센싱데이터 전송에 이용되지 않는 센서들이 트리 구성을 위해 이용됨으로써 에너지 소모를 가중시키는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.However, since the second conventional technology broadcasts a message for constructing a tree every time the virtual sink is changed, the problem of adding energy consumption is increased because sensors not used for actual sensing data transmission are used for constructing the tree. And, to solve this problem is a problem of the present invention.
따라서 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서 가상의 그리드를 활용하여 다중의 데이터 전송 경로를 생성하고, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 따라 서로 다른 경로를 경유하도록 하는, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그의 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention, by using a virtual grid in the wireless sensor network to create multiple data transmission paths, and to pass through different paths according to the quality of service (QoS) class of sensing data, quality of service (QoS) of the sensing data It is an object of the present invention to provide a wireless sensor network system and a multipath configuration and a transmission path selection method thereof to ensure the
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서, 가상 그리드 정보와 자신의 위치 정보를 플루딩(Flooding)하고, 상기 플루딩한 가상 그리드 정보와 위치 정보를 이용하여 가상 그리드를 생성하기 위한 기준노드; 자극 이벤트에 의해 센싱한 데이터(이하, '센싱데이터'라 함)를 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류하고, 상기 플루딩한 가상 그리드 정보와 위치 정보를 기반으로 상기 생성한 가상 그리드 상에서의 자신의 위치를 인지하여 다중 경로를 설정하며, 상기 설정한 다중 경로 중에서 상기 분류한 서비스 품질 클래스에 따라 전송 경로를 선택하기 위한 소스노드; 상기 선택한 전송 경로에 따라 상기 센싱데이터를 전송하기 위한 라우팅노드; 및 상기 전송한 센싱데이터를 수신하여 처리하기 위한 싱크노드를 포함한다.The system of the present invention for achieving the above object, in the wireless sensor network system, the virtual grid information and its own location information (Flooding) and the virtual grid using the flooded virtual grid information and location information Reference node for generating a; The data sensed by the stimulus event (hereinafter referred to as 'sensing data') is classified by quality of service (QoS) class, and based on the flooded virtual grid information and location information, the own data on the generated virtual grid is generated. A source node configured to recognize a location and set a multipath, and to select a transmission path according to the classified quality of service classes among the set multipaths; A routing node for transmitting the sensing data according to the selected transmission path; And a sink node for receiving and processing the transmitted sensing data.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법에 있어서, 가상 그리드 정보와 자신의 위치 정보를 플루딩(Flooding)하고, 상기 플루딩한 가상 그리드 정보와 위치 정보를 이용하여 가상 그리드를 생성하는 가상 그리드 생성 단계; 자극 이벤트에 의해 데이터를 센싱하여 서비스 품질(QoS : Quality of Service) 클래스별로 분류하는 센싱데이터 분류 단계; 상기 가상 그리드 상의 직교 포인트 중 상기 센싱된 데이터(이하, '센싱데이터'라 함)를 배포하기 위한 지점(이하, '센싱데이터 배포 지점'이라 함)과 상기 센싱데이터를 수신하기 위한 지점(이하, '센싱데이터 수신 지점'이라 함)을 지정하는 센싱데이터 지점 지정 단계; 상기 센싱데이터 배포 지점 및 상기 센싱데이터 수신 지점을 이용하여 다중 경로를 설정하는 다중 경로 설정 단계; 및 상기 설정한 다중 경로 중에서 상기 분류한 서비스 품질 클래스에 따라 전송 경로를 선택하는 전송 경로 선택 단계를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention for achieving the above object, in the multi-path setting and transmission path selection method, the virtual grid information and its own location information is flooded (flooded), the plural virtual grid information and location A virtual grid generation step of generating a virtual grid using the information; Sensing data classification step of classifying data by a stimulus event and classifying the data by a quality of service (QoS) class; Points for distributing the sensed data (hereinafter referred to as 'sensing data') among orthogonal points on the virtual grid (hereinafter referred to as 'sensing data distribution points') and points for receiving the sensing data (hereinafter, A sensing data point designation step of designating a 'sensing data reception point'; A multipath setting step of setting a multipath using the sensing data distribution point and the sensing data receiving point; And a transmission path selecting step of selecting a transmission path according to the classified quality of service classes among the set multipaths.
상기와 같은 본 발명은, 무선 센서 네트워크가 구축될 시에 가상 그리드를 생성함으로써, 타겟 및 소스가 이동하더라도 추가적인 그리드 생성을 위한 오버헤드가 요구되지 않아 플루딩에 의해 발생될 수 있는 에너지 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention generates a virtual grid when a wireless sensor network is established, thereby reducing energy consumption that may be generated by flooding because the overhead for generating additional grid is not required even when the target and the source are moved. It can be effective.
또한, 본 발명은, 소스노드 및 싱크노드가 무선 센서 네트워크에서 이동성을 갖더라도 가상 그리드 상에서의 상대적인 위치를 지역적으로 계산할 수 있으므로, 소스노드 및 싱크노드가 이동하여도 추가적인 트래킹을 위한 시그널링 절차를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can locally calculate the relative position on the virtual grid even if the source node and the sink node has mobility in the wireless sensor network, thereby reducing the signaling procedure for additional tracking even if the source node and the sink node moves. It can be effective.
또한, 본 발명은, 미리 선택된 전송 경로를 통해 센싱데이터를 전송함으로써, 기존의 전형적인 플루딩 방법에 의해 발생된 문의자(inquirer)의 이동성 비고려, 많은 에너지의 소모, 비효율적인 경로 라우팅, 센서 네트워크의 어려운 관리 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, by transmitting the sensed data through a pre-selected transmission path, in consideration of the mobility of the inquirer generated by the conventional typical flooding method, consumes a lot of energy, inefficient path routing, sensor network It is effective to solve problems such as difficult management.
또한, 본 발명은, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 따라 서로 다른 경로를 경유하도록 함으로써, 네트워크의 부하를 분산시켜 전체적인 네트워크의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, through the different paths according to the quality of service (QoS) class of the sensing data, it is possible to distribute the load of the network to increase the efficiency of the overall network.
또한, 본 발명은, 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 따라 대칭적인 우회 경로를 이용함으로써, 데이터 전송의 신뢰성을 보장할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, by using a symmetrical bypass path according to the quality of service (QoS) class of the sensing data, there is an effect that can ensure the reliability of data transmission.
또한, 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서 센싱된 데이터의 서비스 품 질(QoS) 요구사항에 따라 서로 다른 지연을 겪는 다중 경로를 경유하게 함으로써, 보다 높은 서비스 품질(QoS) 요구사항을 갖는 센싱데이터에 대해 실시간성의 신속한 전송을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, the present invention provides a way to sense data having a higher quality of service (QoS) requirements through the multi-path through different delays according to the quality of service (QoS) requirements of the data sensed in the wireless sensor network There is an effect that enables the rapid transmission of real-time for.
또한, 본 발명은, 선택된 두 개의 전송 경로 중에 보다 적합한 하나의 경로를 통해 센싱데이터를 전송함으로써, 무선 센서 네트워크의 로드를 밸런싱할 수 있으며, 이로 인해 네트워크 전체의 수명(lifetime)을 연장할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is able to balance the load of the wireless sensor network by transmitting sensing data through one of the two selected transmission paths, which can extend the lifetime of the entire network. It works.
또한, 본 발명은, 대칭적인 다중 경로를 생성하기 때문에 만일 선택한 전송 경로 상에 손실이 발생하는 경우에도 또 다른 대칭적인 경로를 전송 경로로 선택하여 센싱데이터를 전송할 수 있어 센싱데이터의 전송 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention generates a symmetric multipath, even if a loss occurs on the selected transmission path, another symmetrical path may be selected as a transmission path to transmit sensing data, thereby improving transmission reliability of the sensing data. It can be effected.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features, and advantages will become more apparent from the detailed description given hereinafter with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains may share the technical idea of the present invention. It will be easy to implement. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 센싱데이터의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 무 선 센서 네트워크 시스템의 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a wireless sensor network system for guaranteeing a quality of service (QoS) of sensing data according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센싱데이터의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위한 무선 센서 네트워크 시스템(10)은, 자극의 주체(즉, 타겟)를 센싱하기 위한 소스노드(11)와, 소스노드(11)에 의해 센싱된 타겟 정보(이하, '센싱데이터'라 함)를 싱크노드(13)로 전송하기 위한 다수의 라우팅노드(12)와, 라우팅노드(12)를 통해 센싱데이터를 수신하여 처리하기 위한 싱크노드(13)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the wireless
본 발명의 일실시예에서는 무선 센서 네트워크 시스템(10)을 보다 용이하게 설명하기 위해 소스노드(11), 라우팅노드(12) 및 싱크노드(13)로 구분하여 나타내었지만, 본 발명이 이에 한정되지 않음을 미리 밝혀둔다.In an embodiment of the present invention, the wireless
여기서, 라우팅노드(12) 중에 적어도 하나의 노드는 위성 항법 장치(GPS : Global Positioning System) 수신기를 내장하고 있어 자신의 위치를 인지할 수 있다. 이때, 무선 센서 네트워크(10)의 모든 라우팅노드(12)가 GPS 수신기를 내장하는 것은 가격 측면에서 합리적이지 못하기 때문에 적어도 하나의 라우팅노드(12)에 GPS 수신기를 내장한다. 물론, 본 발명은 사용 환경 및 임무 내용 등에 따라 GPS가 아닌 공지의 다른 위치정보 획득기술을 이용하여 구현할 수도 있다.Here, at least one node of the
상기 GPS 수신기를 내장한 라우팅노드(이하, 'GPS 노드'라 함)는 무선 센서 네트워크 시스템 구축 시에 가상 그리드를 생성하기 위해 수직 및 수평으로 동일한 격자 크기(즉, 정사각형 모양의 격자), 가상 그리드의 방향(동, 서, 남, 북 등) 등을 설정하여 이를 자신의 위치 정보와 함께 플루딩(Flooding)하고, 플루딩한 가상 그리드 정보(즉, 가상 그리드 격자의 크기 정보, 가상 그리드의 방향 정보 등)와 자신의 위치 정보를 이용하여 가상 그리드를 생성한다.The routing node (hereinafter, referred to as a 'GPS node') incorporating the GPS receiver may have the same grid size (ie, a square grid) and a virtual grid vertically and horizontally to generate a virtual grid when constructing a wireless sensor network system. Set the direction (East, West, South, North, etc.) of the field and flood it with its location information.Fluided virtual grid information (i.e. size information of the virtual grid grid, direction of the virtual grid) Information) and its location information to create a virtual grid.
그리고 소스노드(11)는 상기 플루딩된 가상 그리드 정보와 GPS 노드의 위치 정보를 이용하여 자신의 위치(즉, 가상 그리드 상의 상대적인 위치)를 인지하고, 센싱데이터의 전송이 가능한 전송 경로들(이하, '다중 경로'라 함)을 설정한다.The
또한, 소스노드(11)는 자신이 센싱한 센싱데이터(즉, 타겟 정보)를 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류하여, 분류된 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 따라 전송에 적합한 경로를 상기 설정된 다중 경로 중에서 선택한 후에 상기 선택한 전송 경로를 통해 센싱데이터를 전송한다.In addition, the
이때, 소스노드(11)는 센싱데이터 값의 변화 정도, 센싱데이터 량의 변화 정도, 이동 속도의 변화 정도, 실시간 전송 여부 등을 기반으로 서비스 품질(QoS) 클래스의 카테고리를 분류해놓고, 분류된 카테고리 정보에 따라 센싱데이터를 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류한다. 이에 대한 일예는 하기의 [표 1]을 참조하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.At this time, the
여기서, 소스노드(11)가 주변 온도를 센싱한다면, 센싱된 온도가 20도 이상 변화할 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 0'으로 분류하고, 센싱된 온도가 15도 이상 변화할 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 1'로 분류하며, 센싱된 온도가 10도 이상 변화할 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 2'로 분류하고, 센싱된 온도가 5도 이상 변화할 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 3'으로 분류한다.Here, if the
한편, 소스노드(11)가 전쟁터의 소정의 영역 내에 등장한 탱크의 수를 감지한다면, 소정의 영역 내에 등장한 탱크가 20대 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 0'으로 분류하고, 소정의 영역 내에 등장한 탱크가 15대 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 1'로 분류하며, 소정의 영역 내에 등장한 탱크가 10대 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 2'로 분류하고, 소정의 영역 내에 등장한 탱크가 5대 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 3'으로 분류한다.On the other hand, if the
한편, 소스노드(11)가 전쟁터의 소정의 영역 내에서 감지된 탱크의 속도를 센싱한다면, 감지된 탱크의 속도가 20m/s 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 0'으로 분류하고, 감지된 탱크의 속도가 15m/s 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 1'로 분류하며, 감지된 탱크의 속도가 10m/s 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 2'로 분류하고, 감지된 탱크의 수가 5m/s 이상일 경우를 '서비스 품질(QoS) 클래스 3'으로 분류한다.On the other hand, if the
상기 [표 1]은 소스노드(11)가 센싱데이터를 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류하는 방식에 대한 일예를 나타낸 것으로, 소스노드(11)가 센싱데이터를 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류하는 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다른 다양한 방식으로 분류하는 것이 가능하다.[Table 1] shows an example of a method in which the
이하, 상기와 같이 구성된 무선 센서 네트워크 시스템(10)에서의 다중 경로 설정 방법에 대해 도 2를 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, a multipath setting method in the wireless
도 2 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 전송 가능한 다중 경로 설정 방법에 대한 일실시예 설명도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a multipath transmission method that can be transmitted in a wireless sensor network system according to the present invention.
먼저, 소스노드(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 생성된 가상 그리드(201)의 기준 지점으로부터 떨어져 있는 격자 수를 계산하고 수직 또는 수평 방향으로 떨어진 거리를 산정하여 가상 그리드 상에서의 자신의 위치(즉, 상대적인 위치)를 인지한다.First, the
또한, 소스노드(11)는 무선 센서 네트워크 시스템 구축 시 획득된 싱크노드(13)의 위치 정보를 기반으로 가상 그리드 상에서의 싱크노드(13)의 위치를 인지한다.In addition, the
여기서, 가상 그리드(201)의 기준 지점은 일예로 가상 그리드(201)를 생성한 GPS 노드(20)가 위치하고 있는 지점 등이 될 수 있다.Here, the reference point of the
또한, 소스노드(11)는 가상 그리드 상의 직교 포인트 중 싱크노드(13)의 방향으로 자신과 가장 가까운 직교 포인트(이하, '가상 데이터 배포 지점(VDDP : Virtual Data Dissemination Point)'이라 함)(203)를 지정한다. 그리고 싱크노드(13)도 가상 그리드 상의 직교 포인트 중 소스노드(11)의 방향으로 자신과 가장 가까운 직교 포인트(이하, '가상 데이터 배포 지점(VDDP : Virtual Data Dissemination Point)'이라 함)(204)를 지정한다. In addition, the
여기서, 소스노드(11) 및 싱크노드(13)가 가상 그리드 상의 직교 포인트에 위치하고 있으면 VDDP(203, 204)를 지정하지 않아도 된다.Here, if the
그리고 무선 센서 네트워크 시스템(10)에 자극을 야기하는 타겟(202)이 출현하여 소스노드(11)가 타겟(202)을 감지하게 되면 소스노드(11)는 감지된 타겟(202)을 센싱하고, 가상 그리드 상에서 자신(소스노드(11))의 VDDP(203)로부터 싱크노드(13)의 VDDP(204)까지의 거리를 계산한다.When the
그리고 소스노드(11)는 자신의 VDDP(203)와 싱크노드(13)의 VDDP(204)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 사각형(205)을 그린다.The
여기서, 가상 그리드(201)가 어느 지점에서나 사방위로 연결되어 있기 때문에, 소스노드(11)는 가상 그리드 상에 위치한 자신의 VDDP(203)과 싱크노드(13)의 VDDP(204)를 이용하여 사각형(205)을 그릴 수 있다.Here, since the
이때, 소스노드(11)에 의해 그려진 사각형(205)의 꼭지점 중 소스노드(11)와 싱크노드(13)의 VDDP(203, 204)를 제외한 정사각형의 두 꼭지점(206)을 '대칭 가상 데이터 배포 지점(SVDDP : Symmetric Virtual Data Dissemination Point)'이라 하고, 소스노드(11)의 VDDP(203)와 싱크노드(13)의 VDDP(204)를 연결하는 가상 링크(207)와 상기 두 SVDDP(206)를 연결하는 가상 링크(208)가 교차하는 지점(209)을 '가상 센터 지점(VCP : Virtual Center Point)'라 하며, 두 SVDDP(206)를 연결하는 가상 링크(208)와 가상 그리드 상에서 세로의 가상 그리드 링크(210)와 교차하는 지점(211)을 '교차 가상 데이터 배포 지점(CVDDP : Cross Virtual Data Dissemination Point)'이라 한다.At this time, two
여기서, 소스노드(11)는 상기 CVDDP(211)를 싱크노드(13)에 이르는 가상 중재 데이터 배포 지점(VIDDP : Virtual Intermediate Data Dissemination Point)으로 간주하여, 상기 CVDDP(211)를 경유하는 경로(이하, '대칭형 가상 다중 경로(SVMP : Symmetric Virtual Multi-Path)'라 함)(212)를 센싱데이터를 전송하기 위한 다중 경로로 설정한다.Here, the
이때, 소스노드(11)로부터 싱크노드(13)까지의 가상 그리드 격자의 수가 N이라 하면 상기 CVDDP(211)의 수는 N 또는 N + 1이 되기 때문에, 상기 다중 경로(SVMP)의 수도 N 또는 N +1이 된다.In this case, when the number of virtual grid grids from the
여기서, 상기 다중 경로(SVMP)의 수가 N일 경우는 가상 센터 지점(VCP)(209)이 가상 그리드(201)의 세로 링크 상에 매핑될 때이고, 상기 다중 경로(SVMP)의 수가 N + 1일 경우는 가상 센터 지점(VCP)(209)이 가상 그리드(201)의 세로 링크 상에 매핑되지 않을 때이다.In this case, the number of multipath SVMP is N when the virtual center point (VCP) 209 is mapped on the vertical link of the
이와 같이, 소스노드(11)는 센싱데이터를 전송하기 위한 다중 경로(SVMP)를 설정할 수 있다. As such, the
그럼, 상기 설정된 다중 경로(SVMP)의 특성을 하기의 도 3을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Then, the characteristics of the set multipath SVMP will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서 설정된 다중 경로를 나타내는 일실시예 설명도로서, 상기 도 2의 사각형(205)를 간단하게 나타낸 도면이다.FIG. 3 is an exemplary explanatory diagram illustrating a multi-path set in the wireless sensor network system according to the present invention. FIG.
도 3에 도시된 바와 같은 다중 경로(SVMP)(301 내지 310)는 가상 센터 지점(VCP)(209)으로부터 거리가 멀수록(즉, 가상 센터 지점(VCP)(209)으로부터 거리가 먼 CVDDP(211)를 경유할수록) 보다 낮은 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖고, 가상 센터 지점(VCP)(209)으로부터 거리가 가까울수록(즉, 가상 센터 지점(VCP)(209)으로부터 거리가 가까운 CVDDP(211)를 경유할수록) 보다 높은 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖는다.The multipath (SVMP) 301-310 as shown in FIG. 3 has a CVDDP () farther away from the virtual center point (VCP) 209 (ie, farther away from the virtual center point (VCP) 209).
일예로, SVMP 302와 SVMP 309는 비교적 낮은 서비스 품질(QOS) 클래스를 갖고, SVMP 305와 SVMP 306은 비교적 높은 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖는다. For example,
이때, 두 SVDDP(206)을 경유하는 SVMP 301과 SVMP 310은 상기의 SVMP 302와 SVMP 309보다 낮은 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖고, 가상 센터 지점(VCP)(209)을 경유하는 SVMP(즉, 가상 링크(207))는 상기의 SVMP 305와 SVMP 306보다 높은 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖는다.At this time, the
그리고 도 3에 도시된 바와 같은 다중 경로(SVMP)(301 내지 310)는 동일한 서비스 품질(QoS) 클래스로 분류된 센싱데이터의 전송에 대해 소스노드(11)의 VDDP(203)와 싱크노드(13)의 VDDP(204)를 연결하는 가상 링크(207)를 기준으로 대칭 경로를 제공한다. In addition, the multipath (SVMP) 301 to 310 as shown in FIG. 3 provides the
일예로, 소스노드(11)의 VDDP(203)와 싱크노드(13)의 VDDP(204)를 연결하는 가상 링크(207)를 기준으로 대칭되는 경로 301과 310, 302와 309, 303과 308, 304와 307 및 305와 306은 각각 동일한 서비스 품질(QoS) 클래스를 갖는다.For example,
이에 대한 일예는 하기의 [표 2]와 같이 나타낼 수 있다.An example thereof may be represented as shown in Table 2 below.
상기 [표 2]에서 서비스 품질(QoS) 클래스별로 분류된 SVMP에 대한 일예를 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.In Table 2, an example of SVMPs classified by quality of service (QoS) classes is illustrated, but the present invention is not limited thereto.
그럼, 상기 [표 2]의 서비스 품질(QoS) 클래스별 경로 정보를 이용하여 무선 센서 네트워크 시스템에서 센싱데이터를 전송하기 위한 전송 경로 선택 방법과, 이를 통한 센싱데이터 전송 방법에 대해 보다 상세하게 살펴보기로 한다.Then, the transmission path selection method for transmitting the sensing data in the wireless sensor network system using the path information for each QoS class of Table 2 and the sensing data transmission method through the same will be described in more detail. Shall be.
먼저, 소스노드(11)는 자신이 센싱한 센싱데이터(즉, 타겟 정보)의 서비스 품질(QoS) 클래스를 판별하여, 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 0'이면 SVMP(가상 경로(207))를 전송 경로로 선택하고, 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 1'이면 SVMP 301 또는/및 310을 전송 경로로 선택한다.First, the
또한, 소스노드(11)는 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 2'이면 SVMP 302 또는/및 309를 전송 경로로 선택하고, 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 3'이면 SVMP 303 또는/및 308을 전송 경로로 선택한다.In addition, the
또한, 소스노드(11)는 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 4'이면 SVMP 304 또는/및 307을 전송 경로로 선택하고, 상기 판별된 센싱데이터가 '서비스 품질(QoS) 클래스 5'이면 SVMP 305 또는/및 306을 전송 경로로 선택한다.In addition, the
그리고 상기와 같이 전송 경로가 선택되면, 소스노드(11)는 상기 선택된 전송 경로 상의 센서노드들(즉, 라우팅노드들) 또는 상기 선택된 전송 경로와 가장 가까이에 위치한 센서노드들(즉, 라우팅노드들)을 통해 센싱데이터를 싱크노드(13)로 전송하는데, 이에 대한 방법으로는 동시적인 대칭 경로 전송 방법과 선택적인 대칭 경로 전송 방법이 있다.And when the transmission path is selected as described above, the
여기서, 상기 동시적인 대칭 경로 전송 방법은 소스노드(11)가 센싱데이터를 복사하여 이를 서로 대칭되는 두 경로(SVMP)를 통해 동시에 싱크노드(13)로 전송하는 방법이다. Here, the simultaneous symmetric path transmission method is a method in which the
이와 같은 방법은 전송에 대해 신뢰성을 높일 수는 있지만 동일한 데이터를 전송하는 측면에서 오버헤드가 될 수 있기 때문에, 센싱데이터가 반드시 실시간으로 전송되어야 하는 응급 상황이거나 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스가 높은 경우일 때 이용된다.Although this method can increase the reliability of the transmission, it can be an overhead in terms of transmitting the same data. Therefore, the quality of service (QoS) class of the sensing data must be It is used when it is high.
한편, 상기 선택적인 대칭 경로 전송 방법은 일반적으로 이용되는 방법으로, 소스노드(11)가 서로 대칭되는 두 경로(SVMP) 중 하나의 경로를 선택하여 이를 통해 센싱데이터를 싱크노드(13)로 전송하는 방법이다. 여기서, 소스노드(11)는 두 경로(SVMP) 중에 센싱데이터를 보다 효율적으로 전송할 수 있는 환경을 가진 SVMP를 선택한다.Meanwhile, the selective symmetric path transmission method is generally used. The
일예로, 소스노드(11)는 두 경로(SVMP) 상의 센서노드들(즉, 라우팅노드들) 중 자신으로부터 가장 가까운 센서노드(즉, 라우팅노드)를 경유하는 SVMP를 선택하거나, 또는 두 경로(SVMP) 상의 센서노드들(즉, 라우팅노드들) 중 에너지가 가장 높게 측정되는 센서노드(즉, 라우팅노드)를 경유하는 SVMP를 선택하거나, 또는 랜덤하게 네트워크의 로드 밸런싱을 고려하여 두 경로(SVMP) 중 상대적으로 많이 사용되고 있지 않은 SVMP를 선택한다.For example, the
여기서, 선택된 SVMP 상에 손실이 발생하면 손실의 정보는 크랭크백(crankback) 등에 의해 소스노드(11)로 통보되고, 손실의 정보를 통보받은 소스노드(11)는 예비 SVMP(즉, 대칭 SVMP)를 전송 경로로 재선택한다.Here, if a loss occurs on the selected SVMP, the loss information is notified to the
도 4 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of a multipath configuration and a transmission path selection method in a wireless sensor network system according to the present invention.
먼저, 무선 센서 네트워크 시스템의 소스노드(11)는 무선 센서 네트워크 시스템의 구축 시에 플루딩된 가상 그리드 정보와 GPS 노드의 위치 정보를 이용하여 가상 데이터 배포점(VDDP)을 지정한다(401).First, the
이후, 소스노드(11)는 자신이 센싱한 센싱데이터(즉, 타겟 정보)의 서비스 품질(QoS) 클래스를 판별한다(402).Thereafter, the
그리고 소스노드(11)는 자신의 VDDP와 싱크노드(13)의 VDDP를 이용하여 가상 그리드 상에서 전송 가능한 다중 경로를 설정한다(403).The
이때, 싱크노드(13)의 VDDP는 싱크노드(13)에 의해 지정될 수도 있고(도 1의 설명 참조), 또는 소스노드(11)가 싱크노드(13)의 방향으로 다중 경로를 설정하는 과정에서 임의로 지정될 수도 있다.In this case, the VDDP of the
이후, 소스노드(11)는 상기 "402" 과정에서 판별된 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 클래스에 적합한 전송 경로를 상기 "403" 과정에서 설정된 다중 경로 중에서 선택한다(404).Thereafter, the
다음으로, 소스노드(11)는 상기 선택된 전송 경로 상의 센서노드들(즉, 라우팅노드들) 또는 상기 선택된 전송 경로와 가장 가까이에 위치하는 센서노드들(즉, 라우팅노드들)을 통해 센싱데이터를 싱크노드(13)로 전송한다(405).Next, the
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소스노드 및 싱크노드가 이동성을 갖는 무선 센서 네트워크에서 가상의 그리드를 활용한 다중 경로 스킴은 센싱데이터의 서비스 품질(QoS) 요구사항에 따라 서로 다른 경로를 경유하게 함으로써 서비스 품질(QoS) 보장을 할 수 있고, 네트워크 로드를 밸런싱함으로써 네트워크 에너지 효율을 높이며, 센싱데이터 배포를 위한 플루딩을 최소화함으로써 에너지 소모를 최소화하고, 대칭적인 다중 경로를 활용함으로써 센싱데이터 전송의 신뢰성을 향상시키고 네트워크 손실에 의한 또 다른 전송 경로 이용을 가능하게 한다.According to the present invention as described above, a multipath scheme using a virtual grid in a wireless sensor network in which a source node and a sink node are mobile may be routed through different paths according to QoS requirements of sensing data. Quality of service (QoS) can be guaranteed, network energy efficiency is improved by balancing network load, energy consumption is minimized by minimizing fluctuation for sensing data distribution, and reliability of sensing data transmission by utilizing symmetric multipath. Improves the performance and enables the use of another transmission path due to network loss.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 센싱데이터의 서비스 품질을 보장하기 위한 무선 센서 네트워크 시스템의 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a wireless sensor network system for guaranteeing a service quality of sensing data according to the present invention;
도 2 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 전송 가능한 다중 경로 설정 방법에 대한 일실시예 설명도,FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of a multipath transmission method that can be transmitted in a wireless sensor network system according to the present invention; FIG.
도 3 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서 설정된 다중 경로를 나타내는 일실시예 설명도,3 is a diagram illustrating an embodiment of a multipath established in a wireless sensor network system according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템에서의 다중 경로 설정 및 전송 경로 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of a multipath configuration and a transmission path selection method in a wireless sensor network system according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
10 : 무선 센서 네트워크 시스템 11 : 소스노드10: wireless sensor network system 11: source node
12 : 라우팅노드 13 : 싱크노드12: routing node 13: sink node
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