KR20090065154A - 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법은 복수의 센서 노드가 클러스터를 구성하고 그 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드를 선출하는 단계; 상기 클러스터 헤드와 센서 노드간의 라우팅(routing) 경로를 선정하는 단계; 네트워크의 구성요소 및 분포 방식과 상기 라우팅 경로를 기초로 프레임 길이를 선정하는 단계; 상기 클러스터 헤드간에 통신을 위한 타임 슬롯 자원할당표를 구성하는 단계; 및 상기 타임 슬롯 자원할당표를 1홉 거리만큼 떨어진 클러스터 헤드간에 상호 교환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 무선 센서 네트워크에서 효과적으로 라우팅 경로를 설정하고 다양한 데이터 요구를 충족시킬 수 있도록 자원을 할당함으로써 무선 센서 네트워크의 신뢰성과 서비스 품질을 향상시키는 효과가 있다.
무선 센서 네트워크, 라우팅, 서비스 품질(QoS), 다중 경로, 멀티 홉 환경 간섭, 타임 슬롯 할당

Description

무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법{Method for routing and allocating resources in wireless sensor network}
본 발명은 클러스터링 토폴로지(clustering topology) 기반 무선 센서 네트워크에서 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있는 방법 및 이와 관련한 타임 슬롯 할당 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 소스 노드에서 목적 노드까지 경로를 설정할 때 보다 신뢰성 있는 경로 설정을 통해 QoS을 향상시키고, 이를 위해 필요한 타임 슬롯 할당 방식을 구현하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제번호:2005-S-106-03,과제명:RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술 개발].
일반적으로 무선 센서 네트워크에서 발생되는 데이터에는 애플리케이션 데이터를 포함해 경로 설정 데이터, 타임 슬롯 할당에 관한 정보를 담고 있는 스케줄링 데이터 등 다양한 데이터가 있다. 이 데이터들을 분류하는 방법에는 다양한 것이 있겠지만 가장 크게 구분해 본다면, 네트워크 유지를 위해 주기적으로 업데이트 되 는 데이터와 노드가 살아 있음을 알리는 데이터와 같이 우선권이 상대적으로 낮은 데이터와 알람 메시지와 같이 목적지까지 빠르고 신뢰성 있게 전달되어야 하는 우선권이 상대적으로 높은 데이터로 구분해 볼 수 있다.
하지만, 이 모든 데이터들은 하나의 경로를 통해 서로 혼재되어 전달되게 되므로 이들 데이터를 각각 구분하여 데이터의 특성에 맞게 목적지까지 전달해 줄 수 있는 기술이 필요하게 된다. 즉, 각각의 데이터는 서로 다른 QoS를 요구하기 때문에 이를 지원하기 위해서는 데이터의 특성에 맞게 전송 경로를 설정하고, 신뢰성 있게 목적지까지 전송해 줄 수 있는 기술이 필요하게 되는 것이다.
도 1은 무선 센서 네트워크에서 사용될 수 있는 경로 설정 방식의 한 예를 도식화한 것이다. 우선 센서 노드는 주변의 노드들과 통신을 통하여 에너지 레벨 등을 기준으로 클러스터 헤드를 선출하여 하나의 클러스터(101)를 이루고, 이 후 클러스터 헤드는 클러스터 헤드끼리 통신을 하여 상위 레벨의 클러스터(102)를 형성하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 계층적인 구조가 형성되면 이 구조를 이용하여 소스 노드에서 목적지 노드까지 하나의 경로를 형성할 수 있게 된다. 그리고 모든 클러스터 헤드들은 이 경로에 대한 정보를 라우팅 테이블에 저장하여 이를 이용하여 추후 발생하는 트래픽을 전송하게 된다.
도 2는 클러스터 헤드(201)와 클러스터 내의 일반적인 노드로 구성된 무선 센서 네트워크 구성의 일 예를 도식화하고 있다. 무선 센서 네트워크는 클러스터 헤드와(201) 일반 노드(202)간 통신과 클러스터 헤드 간 멀티 홉 릴레이를 통해 데이터를 목적지까지 전달한다. 멀티 홉은 네트워크를 구성하는 모든 노드에서 발생 하기 때문에 주변 노드들에게 간섭(203)으로 작용한다. 종래의 타이 슬롯 할당 방법에서는 이러한 멀티 홉에서 발생하는 간섭을 고려하지 않고 자원을 할당한다
종래의 무선 센서 네트워크에서의 통신 방법은 라우팅 정보를 주고 받아 경로 설정을 할 때, 그 경로가 끊어져 높은 QoS를 요구하는 데이터를 신뢰성 있게 전달해 줄 수 있는 대비책이 부족하며, 경로 설정 후 타임 슬롯을 할당할 때 노드들 사이에서 발생하는 간섭을 고려하지 않기 때문에 이 간섭으로 인해 영향을 받을 수 있는 서비스 품질 저하에 대한 대비책이 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 자원이 제한되어 있고, 데이터의 종류가 다양하며 멀티 홉 릴레이가 존재하는 무선 센서 네트워크 환경에서 신뢰성 있는 라우팅 경로를 설정하고 주변 노드들에서 발생하는 간섭을 고려하여 타임 슬롯을 할당함으로써 높은 QoS를 보장할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법은 복수의 센서 노드가 클러스터를 구성하고 그 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드를 선출하는 단계; 상기 클러스터 헤드와 센서 노드간의 라우팅(routing) 경로를 선정하는 단계; 네트워크의 구성요소 및 분포 방식과 상기 라우팅 경로를 기초로 프레임 길이를 선정하는 단계; 상기 클러스터 헤드간에 통신을 위한 타임 슬롯 자원할당표를 구성하는 단계; 및 상기 타임 슬롯 자원할당표를 1홉 거리만큼 떨어진 클러스터 헤드간에 상호 교환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법은 클러스트간 라우팅 경로를 설정하는 초기화 단계; 센서 노드의 자원할당요구와 클러스터 헤드간에 교환되어 각자 보유하고 있는 자원할당표를 기초로 상기 센서 노드에 자원을 할당하는 단계; 및 상기 센서 노드가 상기 할당된 자원으로 상기 클러스터 헤드로 데이터를 송신하는 단계; 데이터를 수집하고 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법은 무선 센서 네트워크에서 효과적으로 라우팅 경로를 설정하고 다양한 데이터 요구를 충족시킬 수 있도록 자원을 할당함으로써 무선 센서 네트워크의 신뢰성과 서비스 품질을 향상시키는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법은 서로 다른 QoS를 가질 수도 있는 추가적인 경로를 설정하고, 주변 노드들에서 발생하는 간섭을 고려하여 자원을 할당함과 동시에 재활용 협상을 통해 타임 슬롯 할당 방식을 융통성 있게 가져감으로써 효율적인 자원활용과 네트워크를 구성하는 노드들의 통신 신뢰성을 확보하여 네트워크의 성능 향상 효과를 기대할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 센서 노드가 필드에 최초 배치된 후 초기화 과정을 거쳐 통신을 위한 기초적인 네트워크를 형성하고, 정상상태에서 수집된 센서 정보를 교환한다. 정상상태에서는 주기적으로 네트워크 정보를 갱신하고 이를 바탕으로 초기화 과정에서 수립된 채널할당을 수정 보완함으로써 효율적으로 센서 정보를 전달하고 네트워크 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 보다 상세하게 설명하도록 한다. 다만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 이해할 수 있는 용어를 포함하는 기술적인 사항은 설명을 생략하도록 한다. 도 3은 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법의 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법에서의 다른 과정을 보여주는 흐름도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 타임 슬롯 자원할당표를 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게 살펴보면, 도 3은 본 발명의 초기화단계의 과정을 보여준다. 즉 센서 노드가 필드에 최초 배치되면 클러스터 구성단계에서 클러스터가 구성되고 각각의 클러스터 내부에서는 클러스터를 관리하고 클러스터 내부에서 수집된 정보를 상위 클러스터 또는 주변 클러스터로 전달하는 클러스터 헤드를 선출한다(S301단계). 클러스터가 형성되고 클러스터 헤드가 선출되면 네트워크에서는 네트워크에서 요구하는 QoS 조건에 맞추어 클러스터 헤드와 데이터 수집 노드 간 라우팅 경로를 선정한다(S303단계). 이때 라우팅 경로는 하나만 선택되는 것이 아니라 2가지 이상의 경로를 선출하여 요구하는 QoS 조건을 만족하고 또는 무선 경로에서 발생하는 오류상황에서도 신뢰성 있는 통신을 보장하기 위해 선택적으로 사용 가능하다.
본 발명에서는 제어정보 및 기타 네트워크 구성 및 유지를 위해서는 경합 프로토콜(contention protocol)을 사용하고, 센서 데이터 통신을 위해서는 비 경합 프로토콜(contention free protocol)인 시분할 다중접속방식을 이용하여 자원으로 할당한다. 따라서 자원으로 활용되는 다수의 타임 슬롯으로 구성된 프레임이 필요하고 네트워크 구성에 따라 적절한 프레임 길이를 설정해야 한다(S305단계). 프레임 길이 최적화 단계(S303단계)에서는 네트워크의 구성요소 및 분포방식과 라우팅 경로 등을 활용하여 최적화된 프레임 길이를 산출한다. 프레임 길이가 정해지면 각각의 라우팅 경로에 기초하여 클러스터 헤드간 통신을 위한 타임 슬롯 자원할당표를 클러스터 상호 간섭을 최소화하고 네트워크의 성능을 극대화할 수 있도록 형성한다(S307단계). 형성된 타임 슬롯 자원할당표는 1홉 주변 클러스터 헤드와 교환하며(S309단계), 교환을 통해 입수된 1홉 주변 클러스터 헤드들의 타임 슬롯 자원할당표를 내부의 타임슬록 자원할당표에 표기함으로써 차후에 실행되는 클러스터 내부의 자원할당에 활용한다. 클러스터 헤드 간 타임 슬롯 자원할당표 교환이 완료되면 초기화 과정이 완료된다.
이제, 도 4를 참조하면서 도 3에 도시한 흐름에 의하여 초기화 과정이 완료된 상태(S401단계)에서의 동작을 살펴보도록 한다.
정상상태에서는 클러스터 내부에서 요청하는 자원할당 요구 정보와 클러스터 헤드 사이에서 교환한 타임 슬롯 자원할당표를 참조하여 클러스터 간 간섭을 최소화할 수 있도록 클러스터 내부 노드들에 대한 자원을 할당한다(S403단계). 도 5는 타임 슬롯 자원할당표 교환 후 클러스터 내부에 저장된 타임 슬롯 자원할당표를 도시한 일 예로, 클러스터 헤드는 타임 슬롯 자원할당표를 참조하여 주변 클러스터와 간섭을 최소화할 수 있도록 클러스터 내부 노드들에 대한 자원을 할당한다. 클러스터 내 노드들은 센서 데이터 발생시 할당받은 자원을 통해 수집된 센서 정보를 클러스터 헤드로 송신한다(S405단계). 일반적인 센서 정보는 동일한 센서 정보를 다수의 센서 노드들이 수집하여 전송하는데 이러한 동일 데이터의 전송은 자원을 비효율적으로 사용하고 네트워크 지연과 에너지 낭비의 주요원인이다. 데이터 수집/ 분류 단계에서는 동일한 데이터 전송시 이 중 하나의 데이터만 남기고 나머지 데이터는 제거한 후 할당받은 타임 슬롯을 통해 데이터 수집 노드 또는 경로상에 존재하는 주변 노드로 데이터를 전송한다(S407단계).
도 5를 보면, 위와 같은 과정을 거쳐서 클러스터와 그 클러스터의 주변 클러스터 A,B,C,B에 대하여 각각 상이한 타임 슬롯이 할당(빗금친 부분)됨을 알 수 있다.
본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크에서는 고정된 센서 노드와 함께 이동성이 존재하는 노드들을 그 대상으로 하기 때문에 시간에 따라 라우팅 경로가 변화한다. 또한 무선 센서 네트워크 특성상 새로운 센서 노드의 추가나 탈퇴가 지속적으로 발생함으로써 이로 인한 무선 센서 네트워크 변화가 발생한다. 이렇게 시간에 따라 지속적으로 변화하는 네트워크에서 신뢰할 수 있는 서비스를 제공하기 위해서는 라우팅 경로의 수정과 이에 따른 자원할당 정도도 함께 갱신되어야 한다.
이를 위하여 클러스터 헤드들은 경합 프로토콜에 기반하여 네트워크 변화에 대응하기 위한 네트워크에 관한 정보들을 상호 교환한다. 이러한 네트워크 정보는 센서 데이터에 비해 전달 지연 등에 덜 민감하고 상대적으로 적은 신뢰성과 적은 대역폭을 요구하기 때문에 이를 위해 타임 슬롯을 할당하는 것보다는 센서 노드들이 사용하지 않고 있는 타임 슬롯을 검색하여 만약 사용하지 않고 있는 타임 슬롯이 존재하는 경우 이를 이용하여 정보를 교환하는 것이 좀 더 효율적이다. 또한 본 발명에서는 QoS 및 데이터의 종류와 우선 순위 등을 고려하여 우선적으로 자원을 요구하는 데이터에 우선하여 자원을 할당하며 만약 할당받은 자원보다 추가적인 자 원이 요구될 시에는 채널 재활용 협상단계(S409단계)를 활용하여 이미 자원을 할당 받았으나 전송할 데이터가 없어 자원을 사용하지 않고 있는 클러스터 헤드와 자원 재활용 협상을 통해 추가적인 자원을 할당받은 후 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 정상적인 데이터가 송수신되며, 자원의 활용을 극대화하고 신뢰할 수 있는 QoS 또는 데이터 종류 및 우선 순위에 따는 서비스를 효과적으로 지원할 수 있다(S411단계).
도 6은 도 4의 클러스터 내부 자원할당 단계(S403단계)와 데이터 수집/분류 단계(S407단계)를 구체적으로 설명하기 위해 도식화된 센서 네트워크를 구성하는 한 부분의 일 예이다.
클러스터 4(607)는 클러스터 헤드 노드인 헤드 4(604)와 다수의 센서 노드들로 구성되어 있다. 다른 클러스터 헤드들도 동일하게 클러스터 헤드와 다수의 센서 노드들로 구성되어 있으나 도 5를 간소화하기 위해 생략하였다. 클러스터 4(607)를 구성하는 다수의 센서 노드들은 수집된 정보를 클러스터 헤드 노드인 헤드 4(604)로 전달하기 위해 경합 프로토콜 방식으로 자원요청을 하며, 이에 따라 헤드 4는 도 5와 같이 보유하고 있는 타임 슬롯 자원할당표를 이용하여 비어있는 타임 슬롯과 간섭을 최소화할 수 있는 1홉 거리 이상에 있는 헤드 노드가 사용하는 자원 등을 이용하여 요청한 센서 노드들에 대한 자원을 할당하게 된다. 1홉 거리 이상에 있는 헤드 노드가 사용하는 자원을 할당할 수 있는 이유는 클러스터 내부 통신을 위해 사용하는 무선신호의 세기는 클러스터 간 통신을 위한 무선신호의 세기보다 매우 작기 때문이다.
도 7은 도 6의 헤드 4(604) 내부에 있는 자원할당을 위한 스케줄러와 데이터 수집 및 분배를 위한 분류기를 도식화한 것이다. 클러스터 내부 노드에 의해 자원할당을 요청 받은 헤더 4(604) 내부의 스케줄러 1(702)은 도 5의 타임 슬롯 자원할당표를 이용하여 가용한 타임 슬롯에 자원을 요구하는 클러스터 내부 노드를 할당한다. 이때 클러스터 내부 노드들이 전송하고자 하는 센서 데이터들은 단순한 주기적 센서 데이터뿐만 아니라 비 주기적이고, 실시간 또는 비 실시간 등의 여러 데이터들을 전송하게 되는데 스케줄러 1(702)에서는 이러한 서비스 품질 요구조건을 고려하여 우선 순위 및 송신 차단 확률(block probability) 등을 고려하여 자원을 할당한다.
자원을 할당받은 내부 노드들은 주어진 타임 슬롯에 맞추어 전송하고 클러스터 헤드 4(604)는 수신된 센서 데이터를 QoS 또는 데이터 종류 및 우선 순위 등을 고려하여 데이터를 분류기(704)에서 분류한 후 각각의 데이터에 해당하는 내부 메모리(705)에 분리하여 보관한다. 통신자원이 제한되어 있다는 제약조건과 인접 노드에서 수집한 센서 데이터의 유사성 등으로 인하여 내부 노드에서 송신한 센서 데이터를 모두 목적지까지 전달하지는 않는다. 이는 제한된 자원을 효율적으로 사용하고 각 노드들의 에너지 소모를 최소화하기 위해서도 필요한 사항이다. 이를 위해 클러스터 헤드 4(604) 내부에는 스케줄러 1(702)과 기능을 달리하는 스케줄러 2 (706)가 존재한다. 스케줄러 2(706)에서는 네트워크가 요구하는 QoS 또는 데이터 종류 및 우선 순위 등을 고려하여 데이터를 선별적으로 목적지까지 전달한다. 또한 필요 시 수신 센서 데이터를 메모리 용량을 고려하여 주기적 또는 비주기적으로 메 모리 내부에 저장되어 있는 데이터의 일부를 제거한다. 스케줄러 2(706)에서 선별된 데이터는 목적지 또는 목적지까지의 경로상에 위치한 다른 클러스터 헤드로 전달된다. 도 6에서는 클러스터 헤더 4(604)에서 처리된 데이터가 클러스터 헤드 1 (601)로 전달된다.
도 6의 클러스터 헤드 1(601)은 클러스터 헤드 4(607)와 동일하게 도 7에서 도식화된 자원할당을 위한 스케줄러와 데이터 수집 및 분배를 위한 분류기가 존재하여 클러스터 1(608) 내부에서 발생하는 센서 데이터에 대한 처리를 수행한다. 아울러 주변 클러스터 헤드들로부터 전달되는 데이터에 대한 처리도 함께 수행해야 한다. 즉 클러스터 헤드 1(601)에서는 내부에서 발생하는 센서 데이터에 대한 자원할당 및 수집 기능과 함께 주변 클러스터에서 전달된 센서 데이터를 목적지 또는 목적지까지의 경로상에 위치한 또 다른 클러스터 헤드로 전달하는 기능을 수행한다.
내부 클러스터에서 발생하는 센서 데이터에 대한 처리와 함께 주변 클러스터 헤드에서 전달되는 센서 데이터를 처리하기 위해서는 별도의 추가적인 스케줄러가 필요하다. 도 8은 도 6의 클러스터 헤드 1(601)에서 주변 클러스터 헤드에서 전달되는 센서 데이터와 내부 클러스터에서 발생하는 데이터를 처리하기 위해 존재하는 스케줄러 3(803)에 대해 도식화하고 있다. 타임 슬롯 자원할당표에 의해 주변 클러스터와 내부 클러스터에서 발생한 데이터를 전송하기 위한 타임 슬롯(801)이 도 8에 도시되어 있다. 스케줄러 3(803)에서는 전달되거나 또는 내부에서 발생한 센서 데이터 정보 중 QoS 또는 데이터 종류 및 우선권을 표시하고 있는 정보(802)를 센 서 데이터에서 발취하여 스케줄링 시 참조한다. 참조번호 (804)는 클러스터 헤드 1(601)에서 목적지 또는 목적지까지의 경로 상에 위치하는 또 다른 클러스터 헤드로 데이터를 전달하기 위해 할당받은 타임 슬롯 자원이다. 주기적인 센서 데이터를 전달하는 경우에는 참조번호 (801)의 타임 슬롯을 통해 전달받은 데이터를 잠시 내부 메모리에 보관한 후 참조번호 (804)의 타임 슬롯를 이용하여 목적지 또는 목적지까지의 경로 상에 존재하는 또 다른 클러스터 헤드로 전달하면 된다. 그러나 비주기적인 센서 데이터와 추가적인 자원을 요청하는 센서 데이터가 발생하는 경우 스케줄러 3(803)에서는 이러한 우선권이 존재하는 데이터를 서비스하기 위해 주기적 또는 우선권이 낮은 센서 데이터가 점유하고 있는 타임슬롯의 일부를 QoS 또는 데이터의 종류 및 우선권 등을 고려하여 재분배하게 된다.
네트워크를 구성하는 모든 클러스터 헤드에는 도 7과 도 8에서 언급된 스케줄러들과 분배기를 모두 포함하고 이를 기준으로 자원을 할당함으로써 QoS 또는 데이터 종류 및 우선권에 따라 효과적으로 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래기술의 경로 설정 방식을 도시한 것이다.
도 2는 종래기술의 무선 센서 네트워크 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법의 다른 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 타임 슬롯 자원할당표를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 무선 센서 네트워크의 자원할당에 대한 과정을 설명하기 위해 도식화된 네트워크를 구성하는 일부분에 대한 예이다.
도 7은 본 발명에서 클러스터 내부 자원할당을 위한 스케줄러와 데이터 분류기를 도시한 도면다.
도 8은 본 발명에서 주변 클러스터에서 전달되는 데이터와 클러스터 내부 데이터를 처리하기 위한 스케줄러에 대한 도면이다.

Claims (15)

  1. (a) 복수의 센서 노드가 클러스터를 구성하고 그 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드를 선출하는 단계;
    (b) 상기 클러스터 헤드와 센서 노드간의 라우팅(routing) 경로를 선정하는 단계;
    (c) 네트워크의 구성요소 및 분포 방식과 상기 라우팅 경로를 기초로 프레임 길이를 선정하는 단계;
    (d) 상기 클러스터 헤드간에 통신을 위한 타임 슬롯 자원할당표를 구성하는 단계; 및
    (e) 상기 타임 슬롯 자원할당표를 1홉 거리만큼 떨어진 클러스터 헤드간에 상호 교환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라우팅 경로는
    적어도 두 가지 이상의 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 경로는
    상기 무선 센서 네트워크에서 교환되는 데이터의 종류에 따른 QoS(Quality of Service)조건에 부합하도록 선정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계는
    제어정보, 네트워크 구성 및 유지 정보에 관한 데이터를 반영하여 프레임 길이를 정하는 경우에는 경합 프로토콜을 적용하고,
    센서 노드간 데이터 통신을 위한 데이터를 반영하는 경우는 비경합 프로토콜을 적용하여 상기 프레임 길이를 선정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  5. (a) 클러스트간 라우팅 경로를 설정하는 초기화 단계;
    (b) 센서 노드의 자원할당요구와 상기 클러스트의 클러스터 헤드간에 교환되어 각자 보유하고 있는 타임 슬롯 자원할당표를 기초로 상기 클러스터 헤드가 상기 센서 노드에 자원을 할당하는 단계;
    (c) 상기 센서 노드가 상기 할당된 자원으로 상기 클러스터 헤드로 데이터를 송신하는 단계; 및
    (d) 상기 클러스터 헤드가 상기 데이터를 수집하고 분류한 후 이웃 클러스터 헤드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (a)단계는
    (a1) 복수의 센서 노드가 클러스터를 구성하고 그 클러스터를 대표하는 클러스터 헤드를 선출하는 단계;
    (a2) 상기 클러스터 헤드와 센서 노드간의 라우팅(routing) 경로를 선정하는 단계;
    (a3) 무선 센서 네트워크의 구성요소 및 분포 방식과 상기 라우팅 경로를 기초로 프레임 길이를 선정하는 단계;
    (a4) 상기 클러스터 헤드간에 통신을 위한 타임 슬롯 자원할당표를 구성하는 단계; 및
    (a5) 상기 타임 슬롯 자원할당표를 1홉 거리만큼 떨어진 클러스터 헤드간에 상호 교환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 라우팅 경로는
    적어도 두 가지 이상의 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 경로는
    상기 무선 센서 네트워크에서 교환되는 데이터의 종류에 따른 QoS(Quality of Service)조건에 부합하도록 선정되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에 서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 (a3)단계는
    제어정보, 네트워크 구성 및 유지 정보에 관한 데이터를 반영하여 프레임 길이를 정하는 경우에는 경합 프로토콜을 적용하고,
    센서 노드간 데이터 통신을 위한 데이터를 반영하는 경우는 비경합 프로토콜을 적용하여 상기 프레임 길이를 선정하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 (b)단계는
    상기 클러스터 헤드가 주변 클러스터와 간섭이 최소화되도록 자기가 관할하는 센서 노드들에 대하여 타임 슬롯을 할당하는 것으로 상기 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b1) 상기 센서 노드의 자원할당요구에 따라 상기 타임 슬롯 자원할당표를 참조하여 가용 타임 슬롯을 할당하는 제1스케줄링 단계;
    (b2) 상기 센서 노드가 상기 할당된 타임 슬롯에 맞추어 전송하는 데이터를 수신한 후 분류하는 단계; 및
    (b3) 상기 분류된 데이터를 QoS 또는 데이터 종류 또는 우선 순위를 포함하 는 기준에 의거하여 선별적으로 주변 클러스터 헤드로 송출하는 제2스케줄링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (b3)단계는
    상기 분류된 데이터를 주기적 또는 비주기적으로 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 (b3)단계는
    (b31) 주변 클러스터 헤드로부터 데이터를 수신하는 단계;
    (b32) 내부 클러스터의 센서노드들로부터 데이터를 수신하는 단계; 및
    (b33) 상기 (b31) 내지 (b32)단계에서 수신된 데이터를 QoS 또는 데이터 종류 또는 우선 순위를 포함하는 기준에 의거하여 선별적으로 출력하는 제3스케줄링 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (b33)단계는
    주기적인 데이터 혹은 우선권이 낮은 센서 데이터가 점유하고 있는 타임 슬롯을 비주기적인 데이터 혹은 추가 자원이 필요한 센서 데이터에 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원할당 방법.
  15. 제5항에 있어서,
    각 클러스트내의 자원할당정보를 포함하는 네트워크 정보를 네트워크 헤드간에 상기 센서 노드들이 사용하지 않고 있는 타임 슬롯을 통하여 상호 교환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 및 자원 할당 방법.
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