KR20090070883A - Self-making and self-healing method of mesh network for communication node - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 단말기 간에 형성되는 메쉬망 네트워크에서의 망구성 방법과 고장시 자가 치유 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혼재되어 있는 각 무선 단말기의 통신 노드별로 최적의 망을 구성하고, 구성된 망에 있어서 일부 노드의 통신 장애시에 네트워크 내의 다른 노드를 이용하여 통신망을 갱신하는 무선 제어 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a network configuration method and a self-healing method when a failure occurs in a mesh network network formed between wireless terminals, and more particularly, to configure an optimal network for each communication node of mixed wireless terminals, The present invention relates to a wireless control method for updating a communication network using another node in a network when a communication failure of some nodes occurs.
최근 무선통신과 전자공학 기술의 발달로 인하여 저가격, 소형 통신 모듈 간의 네트워크가 가능하게 되었으며, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 중심기술로서 발전하고 있다. 무선 네트워크는 센서 노드와 이로부터 플러딩되는 데이터를 수신하고 분석하는 중앙의 기본노드(싱크 노드, sink-node)로 구성되는 네트워크이다.Recently, due to the development of wireless communication and electronics technology, a network between low-cost and small communication modules has been enabled, and is developing as a core technology of ubiquitous computing environment. A wireless network consists of a sensor node and a central base node (sink-node) that receives and analyzes the data that is flooded from it.
무선 통신을 하는 단말기의 통신 노드망 연결 방법은 Ad-hoc 네트워크라고도 불리는 메쉬 네트워크(Mesh Network) 방식과, 유선 네트워크(Wired Network)를 일부 이용하는 인프라스트럭쳐 네트워크(Infrastructure Network) 방식을 사용할 수 있다. 이를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.As a method of connecting a communication node network of a terminal for wireless communication, a mesh network (also called an ad-hoc network) and an infrastructure network (wired network) using a part of a network may be used. This will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.
도 1은 유선 네트워크가 포함된 인프라스트럭쳐 네트워크를 이용한 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이고, 도 2는 메쉬 네트워크를 이용하는 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating communication of a wireless terminal using an infrastructure network including a wired network, and FIG. 2 is a diagram illustrating communication of a wireless terminal using a mesh network.
도 1을 참조하면, 다수의 무선 통신 단말기(1) 내지는 통신 노드 해당 모듈들은 유선네트워크의 엑세스 포인트와 연결되면서, 유선네트워크가 매개된 네트워크 그룹(N1, N2)을 구성한다.Referring to FIG. 1, a plurality of wireless communication terminals 1 or communication node corresponding modules are connected to an access point of a wired network and form a wired network-mediated network group N1 and N2.
이에 반해, 도 2와 같은 메쉬 네트워크는 외부의 도움 없이 자기들끼리 자율적이고, 임시적인 망을 구성하게 되는데, 이러한 무선 제어 네트워크는 일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크나 지그비(Zigbee) 표준에 따른 메쉬(mesh) 구조의 라우팅 방법을 사용한다. On the contrary, the mesh network as shown in FIG. 2 forms an autonomous and temporary network among themselves without external assistance. Such a wireless control network has a mesh structure according to a general ubiquitous sensor network or Zigbee standard. Use the routing method.
이러한 메쉬 네트워크는 이동이 자유롭기 때문에 네트워크 토폴로지가 동적으로 변하고, 임시 망의 구성은 각 이동 단말이 서로 가까이 있을 때에만 연결되며, 어떠한 중앙 제어나 표준 지원 서비스의 도움 없이도 임시로 망을 구성할 수 있으며, 간단한 방식으로 노드를 추가할 수 있는 장점이 있다.Since the mesh network is free to move, the network topology changes dynamically, and the temporary network configuration is connected only when each mobile terminal is close to each other, and the temporary network can be temporarily configured without any central control or standard support service. The advantage is that you can add nodes in a simple way.
메쉬 네트워크 내의 각 노드는 메시지를 보내거나 받을 수 있으며, 라우터 역할도 하며, 각 노드가 가까워질수록 수신신호강도(RSSI)가 좋아진다. 각 노드당 통신 거리가 유한하기 때문에 홉 바이 홉(hop by hop)형태로 통신을 하게 되며, 각 hop 마다 트리(tree) 또는 애드혹(ad-hoc) 형태의 구조를 갖게 되며, 모든 노드는 인근 노드의 중계역할을 하며 통신하게 된다.Each node in the mesh network can send and receive messages, and also act as a router. The closer each node is, the better the received signal strength (RSSI). Because each node has a finite communication distance, it communicates in a hop by hop form, and each hop has a tree or ad-hoc structure, and all nodes are adjacent nodes. It acts as a relay for communication.
이러한 메쉬 네트워크의 경우 그 고유의 특징 때문에, 특정 노드의 통신에 장애가 발생하게 되면, 결국 해당 클러스터 내의 다른 통신노드들의 통신에 장애를 유발하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 각 통신 노드마다 동적 네트워크 토폴로지 생성을 통한 자동 망 구성 기능과, 장애 발생시에 모든 해당 노드가 장애를 판단하여 스스로 라우팅을 갱신할 수 있는 고장 감내 기능이 필요하다.In the case of such a mesh network, if the communication of a specific node fails due to its inherent characteristics, it eventually causes communication failure of other communication nodes in the cluster. In order to solve this problem, each network communication node needs automatic network configuration through dynamic network topology generation and a fault tolerance function that all nodes can update their own routing by determining the failure when a failure occurs.
본 발명은 무선 매쉬망 네트워크에서 모든 통신노드가 자동으로 망을 구성하고, 구성된 망에서의 일부 노드 고장시에 이를 스스로 치유하여 네트워크를 유지하는 고장감내 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fault tolerance method in which all communication nodes automatically configure a network in a wireless mesh network network, and self-heal itself when some node failure in the configured network is maintained.
또한 본 발명은 각 통신 노드마다의 동적 네트워크 토폴로지 생성을 통한 자동 망 구성 기능과, 장애 발생시 모든 해당 노드가 장애를 판단하여 스스로 라우팅을 갱신할 수 있는 고장감내 기능을 통해 애드 혹 통신상의 지능형 네트워킹을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides an intelligent network configuration in the ad hoc communication through the automatic network configuration function by creating a dynamic network topology for each communication node, and the fault tolerance function that all relevant nodes can update the routing by determining the failure in case of failure. It aims to provide.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 다수의 무선 단말기의 통신 노드가 존재하는 홉 바이 홉 형태의 메쉬 네트워크에 있어서, 싱크노드와 복수의 센서노드로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템의 자동 망 구성 방법은, 싱크노드가 통신 가능한 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제1단계; 복수의 센서노드 중 상기 싱크노드로부터의 메시지를 전송받은 센서노드가 상기 싱크노드에게 답변신호를 전송하는 제2단계; 상기 싱크노드가 상기 센서노드로부터 전송받은 답변신호의 상태를 판단하는 제3단계; 상기 싱크노드가 답변의 상태가 좋은 센서노드에게 등록을 허용하는 제4단계; 상기 싱크노드에 등록된 상기 등록 센서노드가 통신 가능한 주변의 다른 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송하는 제5단계; 복수 의 센서노드 중 상기 등록 센서노드로부터의 메시지를 전송받은 센서노드가 상기 등록 센서노드에게 답변을 전송하는 제6단계; 상기 등록 센서노드가 상기 센서노드로부터 전송받은 답변의 상태를 판단하는 제7단계; 및 상기 등록 센서노드가 답변의 상태가 좋은 센서노드에게 등록을 허용하는 제8단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the configuration of the present invention is an automatic network of a wireless sensor network system including a sync node and a plurality of sensor nodes in a hop by hop type mesh network in which communication nodes of a plurality of wireless terminals exist. The configuration method includes a first step of sending a message to a sink node to find a sensor node with which communication is possible; A second step of transmitting a response signal to the sink node by a sensor node receiving a message from the sink node among a plurality of sensor nodes; A third step of determining, by the sink node, a state of an answer signal received from the sensor node; A fourth step of allowing the sink node to register the sensor node with a good response state; A fifth step of transmitting, by the registered sensor node registered to the sink node, a message to find other sensor nodes in the vicinity of which communication is possible; A sixth step in which a sensor node receiving a message from the registered sensor node among a plurality of sensor nodes transmits an answer to the registered sensor node; A seventh step of determining, by the registered sensor node, a status of an answer received from the sensor node; And an eighth step of allowing the registered sensor node to register the sensor node with a good response state.
상기 제5단계 내지 제8단계는 네크워크 내의 무선 단말기의 통신 노드가 모두 연결될 때까지 반복되는 것을 특징으로 한다.Steps 5 to 8 are repeated until all communication nodes of the wireless terminals in the network are connected.
다수의 무선 단말기의 통신 노드가 존재하는 홉 바이 홉 형태의 메쉬 네트워크에 있어서, 다수의 통신 노드 사이에 메쉬 네트워크를 형성하는 제10단계; 상기 메쉬 네트워크 내의 통신 노드들 사이에 패킷을 송신 또는 수신하는 제20단계; 상기 통신 노드 중 다른 통신 노드로부터 패킷을 수신받는 제1 통신 노드에서 어느 특정 제2 통신 노드로부터의 패킷이 수신되지 않는 경우, 패킷이 송신되지 않는 상기 제2 통신 노드를 감지하는 제30단계; 상기 제1 통신 노드는 상기 제2 통신 노드를 제외한 다른 통신 노드의 통신 상태를 점검하는 제40단계; 및 상기 제1 통신 노드는 상기 다른 통신 노드 중 통신이 가능한 다른 제3 통신 노드를 감지하여, 상기 제3 통신 노드를 상기 제1 통신 노드의 통신 노드로 등록하는 제50단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A hop by hop type mesh network in which communication nodes of a plurality of wireless terminals exist, the method comprising: forming a mesh network between a plurality of communication nodes; A 20th step of transmitting or receiving a packet between communication nodes in the mesh network; Detecting, by the first communication node receiving a packet from another communication node of the communication nodes, the second communication node in which the packet is not transmitted, if a packet from any particular second communication node is not received; The first communication node checking a communication state of another communication node except for the second communication node; And a fifty step of detecting, by the first communication node, another third communication node capable of communication among the other communication nodes, and registering the third communication node as a communication node of the first communication node. It is characterized by.
상기 제40단계는 통신 거리 내에 존재하는 메쉬 네트워크 통신 노드들의 수신신호강도(RSSI) 값을 측정하고, 상기 제50단계는 상기 측정된 각 통신 노드의 수신신호강도 값 중 가장 높은 값을 갖는 상기 제3 통신 노드를 선택하는 것임을 특 징으로 한다.In step 40, a value of received signal strength (RSSI) of mesh network communication nodes existing within a communication distance is measured, and in
상기 제50단계에 있어서, 상기 제1 통신 노드에 연결된 자식 노드가 있는 경우에는, 상기 자식 노드도 상기 제1 통신 노드를 경유하여 상기 제3 통신 노드를 통해 연결되어 패킷의 송수신이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.In
본 발명은 각 통신 노드마다의 자동으로 망을 구성할 수 있도록 하고, 장애 발생시 모든 해당 노드가 장애를 스스로 판단하여 라우팅을 갱신할 수 있도록 하여, 신속하고 용이하게 망을 구성하고, 스스로 장애를 치유할 수 있는 네트워크 구성 방법을 제공하는 효과를 갖는다.The present invention enables to automatically configure a network for each communication node, and when a failure occurs, all the nodes can determine the failure by themselves and update the routing, so that the network can be quickly and easily configured, and the failure is repaired by itself. It has the effect of providing a network configuration method.
이하 첨부된 도면에 도시된 본 발명 구성의 실시례들을 참조하여, 본 발명의 구성을 상세하게 살펴보도록 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 차례대로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 나타내는 순서도이다. 각 도면 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.3A to 3H are diagrams sequentially showing the network configuration method of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing the network configuration method of the present invention. A description will be given of each drawing order as follows.
도 3a : 싱크노드(S)와 그 주위에 있는 센서노드(N1~N11)들이 근접 거리에 위치되어 있고, 먼저 싱크노드(S)에서 통신 가능한 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송한다(S1)3A: Sink node S and sensor nodes N1 to N11 around it are located in close proximity, and first, a message is transmitted to find a sensor node that can communicate with the sink node S (S1).
도 3b : 싱크노드(S)에서 발신된 메시지를 받은 센서노드(N1~N6)는 싱크노드(S)에게 답변을 보낸다(S2).3B: Sensor nodes N1 to N6 receiving the message sent from the sink node S send an answer to the sink node S (S2).
도 3c : 싱크노드(S)는 답변을 보낸 센서노드(N1~N6) 중 답변의 상태가 좋은 센서노드(N1, N3~N6)를 선정한다(S3).3C: The sink node S selects sensor nodes N1 and N3 to N6 having good answers among the sensor nodes N1 to N6 that have sent an answer (S3).
도 3d : 싱크노드(S)는 선정된 센서노드(N1, N3~N6)와의 등록을 허용한다(S4).3D: The sink node S allows registration with the selected sensor nodes N1 and N3 to N6 (S4).
도 3e : 싱크노드와 연결된 센서노드(N1, N3~N6)가 부모노드로서 주변에 통신이 가능한 자식노드로서의 센서노드를 찾기 위해 메시지를 전송한다(S5).3e: Sensor nodes N1 and N3 to N6 connected to the sink node transmit a message to find a sensor node as a child node that can communicate with the parent node around (S5).
도 3f : 부모노드로부터 발신된 메시지를 받은 센서노드(N2, N7~N11)는 부모노드에게 답변을 보낸다(S6).3f: Sensor nodes (N2, N7 through N11) receiving the message sent from the parent node send a response to the parent node (S6).
도 3g : 부모노드는 답변을 보낸 센서노드(N2, N7~N11) 중 답변의 상태가 좋은 센서노드를 선정한다(S7).Figure 3g: The parent node selects a sensor node having a good response state among the sensor nodes (N2, N7 ~ N11) that sent an answer (S7).
도 3h : 부모노드는 선정된 센서노드(자식노드)와의 등록을 허용한다(S8).Figure 3h: The parent node allows registration with the selected sensor node (child node) (S8).
이러한 단계를 반복적으로 수행하면, 일정 지역 내에 위치한 전체 노드가 네트워크를 이룰 수 있게 된다.By repeating these steps, all nodes located within a given area can form a network.
모든 노드들은 스스로 통신 거리 내에 존재하는 노드들의 수신신호강도(RSSI) 값을 비교하여 가장 적합한 노드에게 등록 절차를 요청할 수 있고, 반대로 다른 노드들의 등록 절차를 허락할 수 있다. 즉, 모든 통신 노드는 자신의 부모노드와 자식노드를 모두 보유할 수도, 보유하지 않을 수도 있다.All nodes can compare the received signal strength (RSSI) values of the nodes within the communication distance by themselves and request the registration procedure from the most suitable node, and vice versa. That is, every communication node may or may not have both its parent and child nodes.
이와 같은 방법으로 모든 통신노드들은 부모노드와 자식노드의 관계를 자동으로 생성하여 전체적인 트리 구조를 형성하며, 이 구조는 수신 상태에 따라 자동으로 갱신되기 때문에 전체 네트워크 구성이 실시간 자동으로 재구성된다.In this way, all communication nodes automatically create the relationship between the parent node and the child node to form the overall tree structure, and since the structure is automatically updated according to the reception status, the entire network configuration is automatically reconfigured in real time.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 차례대로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 나타내는 순서도이다. 각 도면 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.5A to 5F are diagrams sequentially illustrating a network failure healing method of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart illustrating a network failure healing method of the present invention. A description will be given of each drawing order as follows.
도 5a : 일단 네트워크가 구성된 상태(S10)에서 평상시에는 N11 노드는 N5에만 데이터를 전송하지만, N6 노드나 N11 노드들의 패킷도 수신이 가능하다(S20).Figure 5a: Once the network is configured (S10), normally the N11 node transmits data only to N5, but can also receive packets of N6 nodes or N11 nodes (S20).
도 5b : 만약 N5 노드에 장애가 발생되어 N5 노드로부터 패킷이 수신되지 않으면(S30), N11 노드는 사전에 파악된 다른 노드들의 통신상태를 점검하거나, 새로이 다른 노드들의 통신상태를 점검하여 수신감도가 좋은 노드를 우선순위로 하여 등록 가능한 노드를 찾는다(S40).5b: If a failure occurs in the N5 node and a packet is not received from the N5 node (S30), the N11 node checks the communication state of other nodes previously identified, or newly checks the communication state of other nodes, thereby receiving sensitivity. Finding nodes that can be registered with a good node as a priority (S40).
도 5c : 주변의 노드들 중에 N10 노드는 장애가 발생된 N5 노드와 연결되어 있으므로 통신상태가 좋지 않으며, 따라서 N11 노드는 N6 노드와 연결하여 등록 절차를 수행한다(S50). 만약 N11 노드에 추가적으로 자식노드가 연결되어 있는 경우에는, 자식노드의 데이터 전체를 전송하여 등록한다.Figure 5c: N10 nodes of the neighboring nodes are connected to the N5 node that is a failure, so the communication state is not good, therefore, N11 node is connected to the N6 node performs a registration procedure (S50). If the child node is additionally connected to the N11 node, the entire data of the child node is transmitted and registered.
도 5d : N11 노드와 N6 노드가 등록에 성공하면, N10 노드 역시 장애상태를 벗어나기 위해 다른 노드를 검색하여야 한다.5d: If the N11 node and the N6 node succeed in registration, the N10 node should also search for another node to escape the failure state.
도 5e : N10 노드도 마찬가지 절차를 거쳐 N11 노드를 검색하고, N11 노드에 대해 등록한다.5E: N10 node also searches for N11 node and registers for N11 node through the same procedure.
도 5f : 이로써 장애가 발생한 N5 노드에 추가적으로 연결된 자식노드는 없게 되며, 기존의 N11 노드, N10 노드는 우회하여 다른 노드 N6과 등록, 연결되어 자동으로 망의 장애를 극복하였다.5f: As a result, there are no child nodes additionally connected to the failed N5 node, and the existing N11 node and N10 node are bypassed and registered and connected to another node N6 to automatically overcome the network failure.
이러한 단계를 반복적으로 수행하면, 일정 노드가 통신 장애를 일으킨 경우, 스스로 새로운 노드를 등록하여 동적인 네트워크를 이룰 수 있게 된다.By repeating these steps, if a node fails in communication, it can register itself with a new node to form a dynamic network.
모든 노드들은 홉 바이 홉 형태의 통신을 수행함에 있어서 인근 자식노드들의 통신중계 역할을 수행하며, 반대로 자식노드들은 부모노드의 송신상황을 실시간 판단하여 부모노드의 고장유무를 파악할 수 있으며, 이 때 모든 자식노드들은 부모노드 고장 발생시 인근 다른 노드에게 등록 절차를 요청하여 스스로 라우팅을 재구성하는 고장 감내 및 자동 망 복구 기능이 가능하게 된다.All nodes play the role of communication relay of neighboring child nodes in performing the hop by hop type communication. On the contrary, the child nodes can determine the parent node's failure status by real-time judging the transmission status of the parent node. Child nodes will be able to perform fault tolerance and automatic network recovery by reconfiguring their own routing by requesting registration procedures from other nodes in case of parent node failure.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the invention has been described in detail in the foregoing embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
"본 연구는 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행하였음." [2007-S-030-01, 유비쿼터스 환경기반 확장형 Mobile Modular Device 기술 개발]"This study was conducted as part of the core technology development project for IT new growth engines of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Communication Research." [2007-S-030-01, Development of Expandable Mobile Modular Device Technology Based on Ubiquitous Environment]
"This work was supported by the IT R&D program of MIC/IITA." [2007-S-030-01, A Development of Extensible Mobile Modular Device Technology based on Ubiquitous Environments]"This work was supported by the IT R & D program of MIC / IITA." [2007-S-030-01, A Development of Extensible Mobile Modular Device Technology based on Ubiquitous Environments]
도 1은 유선 네트워크가 포함된 인프라스트럭쳐 네트워크를 이용한 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating communication of a wireless terminal using an infrastructure network including a wired network.
도 2는 메쉬 네트워크를 이용하는 무선 단말기의 통신을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating communication of a wireless terminal using a mesh network.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 차례대로 나타내는 도면이다.3A to 3H are diagrams sequentially showing a network configuration method of the present invention.
도 4는 본 발명의 네트워크 구성 방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a network configuration method of the present invention.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 차례대로 나타내는 도면이다.5A to 5F are diagrams sequentially illustrating a network disorder healing method of the present invention.
도 6은 본 발명의 네트워크 장애 치유 방법을 나타내는 순서도이다.Figure 6 is a flow chart illustrating a network disorder healing method of the present invention.
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