KR20100056364A - 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 무선 센서 네트워크에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 경로 신뢰도에 따라 선택적으로 응답 메시지를 사용하고, 오버히어링(Overhearing)을 이용하여 간접적으로 응답을 인식함으로써, 불필요한 응답 메시지의 전송을 방지하는 한편 그에 따른 에너지의 소모를 감소시키기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계; 상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 오버히어링 확인단계를 포함한다.
무선 센서 네트워크, 데이터 전송, 경로 신뢰도, 응답(Ack) 메시지, 오버히어링(Overhearing)

Description

무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법{METHOD FOR DATA TRANSFER BASED ON WIRELESS SENSOR NETWORK}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 경로 신뢰도에 따라 선택적으로 응답 메시지를 사용하고, 오버히어링(Overhearing)을 이용하여 간접적으로 응답을 인식함으로써, 불필요한 응답 메시지의 전송을 방지하는 한편 그에 따른 에너지의 소모를 감소시키기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로 무선 센서 네트워크는 감지 데이터를 처리(Data Processing) 및 전송하는 무선 송수신기를 구비한 센서 노드(Sensor Node)와, 센서 노드로부터 전송받은 감지 데이터를 수집하여 외부 네트워크로 전송하기 위한 싱크 노드(Sink Node)를 포함한다.
이러한 무선 센서 네트워크는 소형의 센서 노드들에 의해 자율적으로 구성되는 애드 혹(Ad-hoc) 네트워크의 한 형태로서, 네트워크의 구성 및 유지를 위해 기지국이나 액세스 포인트와 같은 기반 네트워크 장치를 필요로 하지 않는다.
센서 노드는 크기가 작아 대부분 기기에 내장되며 배터리로 동작하기 때문에 전력 소모가 적도록 설계하여 센서 노드의 수명을 최대화하여야 한다. 또한, 배치되기 힘든 지역에도 임의로 뿌려질 수 있으므로 외부 환경의 변화에도 빠르게 적응할 수 있어야 한다.
현재까지 무선 센서 네트워크는 환경감시나 단순 데이터 센싱 등과 같이 중대하지 않은 시스템 임무에 적용되지 않았기 때문에, 한번 센서 노드의 임무가 설정되어 배포되면 임무를 재설정하지 않았다. 게다가 센서노드의 제한된 리소스 등과 같은 특징에 의해 지금까지 무선 센서 네트워크에 대한 연구는 주로 에너지 효율을 높여 네트워크의 생존시간을 증가시키는데 집중되었다.
하지만, 정부의 'U-Korea' 시책과 맞물려 무선 센서 네트워크의 응용분야가 국방, 의료, 재해감지, 위험지역 탐색 등으로 다양해지고 중대한 임무를 수행하게 됨에 따라 센서 네트워크의 데이터 정확성, 높은 전송 신뢰성, 실시간 전송 기술, 'Re-tasking' 등의 QoS(Quality of Service) 요구사항이 많아지고 있다.
특히, 센서 노드의 원격 이미지 업데이트나 임무 재설정과 같은 정교한 제어가 필요한 분야 및 응급 정보 전송 등에 있어서, USN(Ubiquitous Sensor Network)에서의 신뢰성 있는 데이터 전송이 중요시 되고 있다.
이렇게 무선 센서 네트워크에서 QoS 요구사항이 증가함에 따라 신뢰성 있는 전송과 혼잡 제어 기법이 네트워크의 성능 및 서비스 품질을 좌우하는 중요한 기술이 되었다. 센서 노드로부터 화재, 발작, 이탈과 같은 긴급 데이터가 들어왔을 경우와, 싱크 노드로부터 센서 노드로 전송되는 센서 노드 'Re-tasking' 또는 실시간 센서 데이터 감지 요청과 같은 경우, 손실에 매우 민감하기 때문에 데이터 전송의 신뢰성이 매우 중요하다.
일예로, 네트워크에서 신뢰도를 보장하기 위한 'ACK/NACK' 기법은, 홉 간 또는 종단 간에 데이터 전송이 성공적으로 이루어졌으면 'ACK' 메시지를 보내 전송이 제대로 이루어졌음을 알리고, 데이터가 누락되었을 경우에는 'NACK' 메시지를 보내 누락된 데이터를 재요청하는 방식이다.
이러한 'ACK/NACK' 기법은, 센서 네트워크가 높은 채널 에러율에서 운영되기 때문에 홉 간 또는 종단 간에 빈번한 데이터 재전송을 야기하고, 'ACK/NACK' 메시지를 통한 데이터 전달 및 확인을 위해 중간 노드들은 저장 메모리를 구비해야 하며, 싱크 노드로부터 소스 노드까지 종단 간 또는 홉 간 'ACK/NACK' 메시지가 패킷의 재전송과는 관련 없는 불필요한 트래픽을 유발하여 네트워크에 패킷 오버헤드를 발생시키는 문제점이 있다.
또한, 'ACK/NACK' 기법은 패킷 순서 번호를 보고 누락된 번호가 생기면 그 번호를 'NACK' 메시지를 보내 재전송을 요구하는데, 제일 마지막 패킷이 누락될 경우 그 사실을 알 수 없는 문제점이 있다.
다른 예로, 무선 센서 네트워크를 위한 대표적인 라우팅 기법인 'Directed Diffusion'에 신뢰도를 적용하는 방법은, 'Directed Diffusion'에서 라우팅 경로를 강화하는 방법으로서, 소스 노드에서부터 싱크 노드까지의 전달 신뢰도를 채널 에러율을 이용하여 계산한 후 신뢰도가 높은 경로를 강화해 나간다.
이러한 'Directed Diffusion'에 신뢰도를 적용하는 방법은, 단순히 센서 노드의 채널 에러율만을 고려하므로 각 노드의 에너지 잔존량을 알 수 없고, 아울러 일 노드와의 경로는 에러율이 매우 낮지만 타 노드와의 경로는 에러율이 매우 높은 경우에 각 경로에 대한 에러율을 알 수 없으며, 모든 다중 경로의 에러율이 합해져서 노드의 채널 에러율에 반영되기 때문에 에러율이 낮은 우수한 경로마저도 선택되지 못하는 단점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 경로 신뢰도에 따라 선택적으로 응답 메시지를 사용하고, 오버히어링(Overhearing)을 이용하여 간접적으로 응답을 인식함으로써, 불필요한 응답 메시지의 전송을 방지하는 한편 그에 따른 에너지의 소모를 감소시키기 위한, 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경 로 신뢰도 산출단계; 상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 오버히어링 확인단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계; 상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 산출한 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 경로 신뢰도 비교단계; 상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 단계; 및 상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 방법은, 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 소스 노드, 중계 노드 및 목적 노드가 이웃 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계; 상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 중계 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하 는 단계; 상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하여 그 결과에 따라 해당 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 데이터 전송단계; 및 상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은 프로세서를 구비한 소스 노드에, 중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능; 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 기능; 및 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 프로세서를 구비한 중계 노드에, 목적 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능; 상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받음에 따라 상기 산출한 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 기능; 상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능; 및 상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 프로세서를 구비한 무선 센서 네트워크 시스템에, 무선 센 서 네트워크 내 소스 노드, 중계 노드 및 목적 노드가 이웃 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능; 상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 중계 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 기능; 상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하여 그 결과에 따라 해당 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능; 및 상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
한편, 본 발명은 무선 센서 네트워크에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 각 센서 노드 간 신뢰도에 따라 선택적으로 응답 메시지를 사용함에 있어, 오버히어링을 이용하여 간접적으로 응답을 인식하고, 이를 조건에 따라 다음 노드에 위임함으로써 불필요한 응답 메시지의 전송을 방지하는 한편 그에 따른 에너지의 소모를 감소시킨다.
또한, 본 발명은 센서 노드의 경로 신뢰도를 채널 에러율, RSSI(수신 신호 강도)에 따라 계산하여 저장하고, 해당 경로 신뢰도 정보를 이용하여 초기 네트워크 구성 시 1홉 이웃들과 정보를 교환하며, 데이터 전송시 응답 사용 여부에 반영한다.
또한, 본 발명은 'ACK/NACK' 프로토콜의 불필요한 전송 문제점을 보완하여 불필요한 메시지 전송을 줄여 트래픽으로 인한 패킷 오버헤드를 줄이고, 'ACK' 메 시지를 받거나 'NACK' 메시지가 없을 경우 버퍼에서 바로 이전 패킷 정보를 삭제하여 대기 버퍼 오버플로우의 위험을 막으며, 각 경로별로 경로 신뢰도를 계산하여 반영한다.
상기와 같은 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 각 센서 노드 간 경로 신뢰도에 따라 선택적으로 응답(ACK) 메시지를 사용함으로써, 불필요한 응답(ACK) 메시지의 전송을 방지하는 한편 그에 따른 에너지의 소모를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 무선 센서 네트워크 환경에서 센서 노드 간 데이터 전송시, 각 센서 노드의 채널 에러율, 수신신호 강도값을 네트워크 상태에 따라 탄력적으로 적용하여 경로 신뢰도를 계산한 후, 상기 경로 신뢰도와 이전 데이터 전송 성공 신뢰도(기준 신뢰도)를 비교하여 데이터 전송 성공 확률이 높을 경우에는 'Acknowledge'를 사용하지 않고, 전송 성공 확률이 낮을 경우에만 선택적으로 'Acknowledge'를 사용함으로써, 불필요한 데이터의 전송을 줄이고 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 노드 간 오버히어링(Overhearing)을 이용하여 간접적으로 응답(ACK) 메시지를 확인할 수 있어 오버히어링 문제를 역으로 이용 가능하며, 다음 경로 신뢰도의 품질에 따라 응답(ACK) 위임 여부를 결정함으로써 데이터의 전송을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 신뢰도 정보 계산 과정에서 현재의 센서 노드 상황을 RSSI값과 채널 에러율로 반영하기 때문에 변화가 심한 센서 네트워크 환경에서 현재의 상황을 반영할 수 있는 효과가 있다.
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.
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크의 일예시도로서, 각 센서 노드가 이웃노드들의 RSSI 값을 획득하는 과정을 나타낸다.
일반적으로, RSSI(Received Signal Strength Indication)는 수신신호 세기를 나타내는 용어로서, 수신기에 유입되는 전력이 얼마인지 그 신호의 세기(강도)를 수치로 나타낸 값이다. 일예로, 휴대폰의 액정에 신호강도 표시기가 있다. 이를 'RSSI Bar'라 부른다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각 노드는 자신의 RSSI 값은 알 수 없고, 이웃 노 드의 RSSI 값만 알 수 있다. 자신이 전송한 신호의 수신 세기가 얼마나 되는지는 그 신호를 수신한 이웃 노드에서 알 수 있기 때문이다.
따라서 노드 1(11)은 노드 2(12)와 노드 3(13)의 RSSI 값을 알 수 있으며, 노드 2(12)는 노드 1(11)과 노드 3(13) 및 노드 4(14)의 RSSI 값을 알 수 있고, 노드 3(13)은 노드 1(11)과 노드 2(12) 및 노드 4(14)의 RSSI 값을 알 수 있고, 노드 4(14)는 노드 2(12)와 노드 3(13)의 RSSI 값을 알 수 있다.
이렇게 획득한 각 노드의 RSSI 값은 각 노드별 경로의 신뢰도를 설정하는데 반영된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 RSSI 값 획득 과정에 대해 살펴보기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 내 각 노드에서 이웃 노들과의 RSSI 값 획득 과정을 나타내는 일예시도로서, A 노드(12)를 중심으로 설명하기로 한다.
먼저, 일정한 범위 내의 클러스터를 구성할 수 있는 형태로 배치되어 각 노드간의 경로가 설정되면, 각 노드들은 이웃 노드의 RSSI 값을 측정한 후 주고받음으로써, 각 노드들은 이웃 노들과의 RSSI 값을 획득한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 B 노드(11)는 A 노드(12)로부터의 RSSI 값을 측정하여 A 노드(12)로 전달하고, C 노드(13)는 A 노드(12)로부터의 RSSI 값을 측정하여 A 노드(12)로 전달하며, D 노드(14)는 A 노드(12)로부터의 RSSI 값을 측정 하여 A 노드(12)로 전달한다.
따라서 A 노드(12)는 도 3에 도시된 바와 같이, B 노드(11)로의 송신 채널에 대한 RSSI 값(B RSSIrecv)과 C 노드(13)로의 송신 채널에 대한 RSSI 값(C RSSIrecv) 및 D 노드(14)로의 송신 채널에 대한 RSSI 값(D RSSIrecv)을 획득할 수 있다.
아울러, A 노드(12)는 수신 채널에 대한 RSSI 값(B RSSI, C RSSI, D RSSI)을 측정하여 저장하고 있다.
한편, 각 노드가 이웃 노드와 RSSI 값을 주고받을 때 각 노드는 MAC에서 계산된 채널 에러율(ErrorRate)을 알 수 있다.
이러한 채널 에러율은 이웃노드와의 모든 경로에 대한 에러율이 반영된 것으로, 각각의 경로에 대해서는 RSSI 값을 이용해 경로 신뢰도를 계산한다. 이때, 단일 송/수신 채널을 사용하므로 경로 신뢰도가 하나씩 생성된다.
이하, 경로 신뢰도 계산 과정에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명에서는 에러율과 RSSI에 대한 가중치를 주어 각 네트워크별 특성을 반영할 수 있도록 한다.
RSSI 수치는 기본적으로 마이너스(-)로 나타나므로, 이를 양자화하면 [수학식 1]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009060059036-PAT00001
여기서, 신뢰도는 상기 [수학식 1]에서 에러가 발생할 확률, 즉 경로 품질이 나쁠 확률을 빼면 얻어지므로, 이를 고려하여 수학식으로 표현하면 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112009060059036-PAT00002
여기서, RSSI 값을 각 노드 경로별로 반영하기 위해서, 채널 에러율(ErrorRate)에 각 경로별 비율을 할당하기 위한 RSSI 비중을 할당한다.
이때, 상기 채널 에러율은 하나의 센서 노드에 여러 경로가 있을 경우를 고려하지 않고, 전체 경로에 대한 채널 에러율의 평균을 나타낸 값이므로, 해당 채널 에러율을 RSSI 값에 따라 반영해 줌으로써, 각 경로별로 신뢰도를 설정할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 내 중계 노드에서의 버퍼 저장 데이터에 대한 일예시도이다.
도 3 은 A 노드(12)가 중계 노드로 동작하는 경우, 즉 임의의 어떤 노드로부 터 데이터를 받아 다른 노드로 전달하는 경우에 A 노드(12)가 저장하고 있는 데이터를 나타낸다.
여기서, 최초 데이터 통신에 성공한 신뢰도를 기준 경로 신뢰도로 설정하여 이후 응답(ACK) 수신 여부에 반영하도록 한다. 즉, 이웃노드에 경로 신뢰도 정보가 제대로 전달되었는지 초기에 응답 메시지를 사용하여 확인하고, 제대로 전달되었을 경우에는 그 신뢰도를 기준 경로 신뢰도로 설정한다.
이때, 정해진 시간 내에 응답이 없으면 전달되지 못한 것으로 판단하여 기준 경로 신뢰도를 0으로 설정한 후, 다음 기준 경로 신뢰도 변동이 있을 때까지 무조건 응답 메시지를 요청한다.
■ 기준 경로 신뢰도 설정 알고리즘은 하기와 같다.
Figure 112009060059036-PAT00003
■ 기준 신뢰도 변경 알고리즘은 하기와 같다.
Figure 112009060059036-PAT00004
도 4 는 본 발명에 이용되는 오버히어링에 대한 일실시예 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, B 노드(11)가 A 노드(12)를 거쳐 D 노드(14)로 데이터를 전송하는 경우, 중계 노드인 A 노드(12)는 D 노드(14)로 데이터를 멀티캐스팅하여 전송한다.
즉, B 노드(11)는 A 노드(12)로 데이터를 전송한 후 일정 시간동안 데이터가 잘 갔는지 대기하고 있다가, A 노드(12)가 D 노드(14)로 해당 데이터를 멀티캐스팅하여 전송하면, A 노드(12)의 전송 범주에 있는 B 노드(11)가 그 사실을 감지할 수 있는데, 이를 오버히어링(Overhearing)이라 한다.
이러한 오버히어링은 센서 네트워크의 대표적인 문제점으로 지적되어 왔으나, 이를 역 이용하여 간접 응답(ACK)으로 인식하도록 함으로써, A 노드(12)는 실제 응답(ACK)을 B 노드(11)로 전달하지 않아도 B 노드(11)가 이를 인지할 수 있도록 한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 패킷 전송 과정에 대해 살펴보기로 한다.
예를 들어, B 노드(11)가 A 노드(12)를 거쳐 D 노드(14)로 데이터를 전송하는 경우, A 노드(12)의 데이터 전송 범주 안에 B 노드(11) 및 D 노드(14)가 위치하여 A 노드(12)의 데이터 전송 사실을 알 수 있다.
먼저, B 노드(11)가 A 노드(12)로의 경로 신뢰도와 해당 기준 경로 신뢰도를 비교하여, 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과하면, 경로 품질이 높은 것으로 판단하여 응답(ACK) 메시지를 요청하지 않는 데이터를 전송한다. 그리고 B 노드(11)는 타이머를 동작시키고 오버히어링을 통한 간접 응답을 기다린다. 이때, 타이머 동작시간 내에 오버히어링이 없으면 해당 데이터를 재전송한다. 이때의 데이터는 응답 메시지를 요청하는 정보가 삽입된 데이터가 바람직하다.
반면, 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않으면, 경로 품질이 낮은 것으로 판단하여 응답 메시지를 요청하는 데이터를 전송한다. 그리고 B 노드(11)는 타이머를 동작시키고 응답(ACK) 메시지를 통한 직접 응답을 기다린다. 이 때, 타이머 동작시간 내에 응답 메시지가 없으면 해당 데이터를 재전송한다.
한편, A 노드(12)가 B 노드(11)로부터 응답 메시지를 요청하는 데이터를 정상적으로 수신한 경우, 응답 메시지를 B 노드(11)로 전송한 후 D 노드(14)로의 경로 신뢰도와 해당 기준 경로 신뢰도를 비교한다.
반면, A 노드(12)가 B 노드(11)로부터 응답 메시지를 요청하지 않는 데이터를 정상적으로 수신한 경우, D 노드(14)로의 경로 신뢰도와 해당 기준 경로 신뢰도를 비교한다.
상기 비교 결과, D 노드(14)로의 경로 신뢰도가 해당 기준 경로 신뢰도를 초과하면, A 노드(12)는 응답 메시지를 요청하지 않는 데이터를 D 노드(14)로 전송한다. 이때, B 노드(11)는 오버히어링을 통해 응답 메시지 없이도 A 노드(12)가 정상적으로 수신한 것으로 판단하여 버퍼를 초기화한다.
상기 비교 결과, D 노드(14)로의 경로 신뢰도가 해당 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않으면, A 노드(12)는 응답 메시지를 요청하는 데이터를 D 노드(14)로 전송한다. 이때, B 노드(11)는 오버히어링을 통해 응답 메시지 없이도 A 노드(12)가 정상적으로 수신한 것으로 판단하여 버퍼를 초기화한다.
이러한 과정을 통해 종래의 ACK/NACK 프로토콜의 불필요한 전송 문제점을 보완하여 불필요한 메시지 전송을 줄여 트래픽으로 인한 패킷 오버헤드를 줄인다.
■ 데이터 전송시 신뢰도 비교 알고리즘은 하기와 같다.
Figure 112009060059036-PAT00005
도 5 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 예로 든다.
먼저, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출한다(501).
이후, 상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송한다(502).
이후, 상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단한다(503).
도 6 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 대한 다른 실시예 흐름도로서, 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법을 예로 든다.
먼저, 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 산출한다(601).
이후, 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 산출한 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교한다(602).
상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 상기 목적 노드로 전송한다(603, 604).
상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하는 데이터를 상기 목적 노드로 전송한다(603, 605).
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.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
본 발명은 무선 센서 네트워크 등에 이용될 수 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 무선 센서 네트워크의 일예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 내 각 노드에서 이웃 노들과의 RSSI 값 획득 과정을 나타내는 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 내 중계 노드에서의 버퍼 저장 데이터에 대한 일예시도,
도 4 는 본 발명에 이용되는 오버히어링에 대한 일실시예 설명도,
도 5 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 6 은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : B 노드 12 : A 노드
13 : C 노드 14 : D 노드

Claims (12)

  1. 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
    상기 소스 노드가 상기 중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계;
    상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 단계; 및
    상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 오버히어링 확인단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 상기 소스 노드가 응답을 요청하는 데이터를 전송하는 단계; 및
    상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 응답 메시지를 전송받음에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버히어링 확인단계는,
    상기 타이머 동작시간 내에 오버히어링을 확인하지 못한 경우, 해당 데이터를 재전송하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 재전송하는 데이터는,
    응답을 요청하는 정보가 삽입된 데이터인 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  5. 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
    상기 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계;
    상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 산출한 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 경로 신뢰도 비교단계;
    상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경로 신뢰도 비교단계는,
    상기 소스 노드로부터 전송받은 데이터가 응답을 요청하는 데이터임에 따라 상기 소스 노드로 응답 메시지를 전송한 후 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 단계; 및
    상기 소스 노드로부터 전송받은 데이터가 응답을 요청하지 않는 데이터임에 따라 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  7. 중계 노드의 데이터 전송 범위 내에 소스 노드와 목적 노드가 위치하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
    상기 소스 노드, 중계 노드 및 목적 노드가 이웃 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 경로 신뢰도 산출단계;
    상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 중계 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 단계;
    상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하여 그 결과에 따라 해당 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 데이터 전송단계; 및
    상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 전송단계는,
    상기 목적 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 상기 중계 노드가 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 단계; 및
    상기 목적 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 상기 중계 노드가 응답을 요청하는 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경로 신뢰도 산출단계는,
    하기의 [수학식 A]를 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법.
    [수학식 A]
    Figure 112009060059036-PAT00006
    여기서,
    Figure 112009060059036-PAT00007
    를 만족하며, RSSI는 수신 강도를 의미한다.
  10. 프로세서를 구비한 소스 노드에,
    중계 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능;
    상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 기능; 및
    타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  11. 프로세서를 구비한 중계 노드에,
    목적 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능;
    상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받음에 따라 상기 산출한 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하는 기능;
    상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과하지 않음에 따라 응답을 요청하지 않는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능; 및
    상기 비교 결과, 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답을 요청하는 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  12. 프로세서를 구비한 무선 센서 네트워크 시스템에,
    무선 센서 네트워크 내 소스 노드, 중계 노드 및 목적 노드가 이웃 노드와의 경로 신뢰도를 산출하는 기능;
    상기 소스 노드가 상기 중계 노드를 거쳐 상기 목적 노드로 데이터 전송시, 상기 산출한 중계 노드와의 경로 신뢰도가 기준 경로 신뢰도를 초과함에 따라 응답 을 요청하지 않는 데이터를 전송하는 기능;
    상기 소스 노드로부터 데이터를 전송받은 중계 노드가 상기 목적 노드와의 경로 신뢰도를 기준 경로 신뢰도와 비교하여 그 결과에 따라 해당 데이터를 상기 목적 노드로 전송하는 기능; 및
    상기 소스 노드가 타이머 동작시간 내에 오버히어링(Overhearing)을 확인함에 따라 상기 중계 노드에서 정상적으로 데이터를 수신한 것으로 판단하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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