KR20110012885A - 무선 신체 망 구성 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 트리 형태의 무선 신체망에서 에너지 효율적 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 제안한다. 본 발명에 의한 멀티 홉 네트워크 구성 방법은 타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 부모를 선정할 때 패킷 전송 지연시간 제한조건을 만족시키면서 전체 전력소모가 최적화 되도록 부모 노드를 선택한다. 구체적으로 먼저 절체 노드는 페이징(paging) 메시지를 방송하여 부모 후보 노드 중에게 연결 요구를 알리고 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나를 선택할 때 전체 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소가 되게하는 부모 노드를 선택한다. 본 발명은 최근 유비쿼터스 헬스케어 서비스를 위한 무선 신체 망 관리에 활용될 수 있다.
망관리, 무선 신체망 (WBAN), 에너지 효율적 구성관리,

Description

무선 신체 망 구성 방법 및 시스템{Method and System for Network Configuration at Wireless Body Area Network}
본 발명은 멀티 홉 네트워크 구성 방법 및 멀티 홉 네트워크 시스템에 관한 것이다. 더욱더 자세하게는, 무선 신체 망(Wireless Body Area Network; WBAN)을 구성 하는 노드가 인체의 움직임 등에 의해 연결된 노드와 접속이 끊어진 경우, 도달 가능한 부모 후보 노드들 중에서 각 노드 간 전력 소모가 일정해지고, 서비스의 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있는 노드를 선정하여 새로운 부모 노드로 설정하는 멀티 홉 방식의 무선 신체 망 구성 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 유비쿼터스(Ubiquitous) 헬스 케어 서비스를 위한 무선 신체 망에 대한 연구가 IEEE 등을 중심으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 신체망은 전력제한 및 생체특성을 반영하여 멀티 홉 통신 기반의 부모노드 및 자식노드로 구성된 트리 형태로 구성되는 경우가 많다. 이 경우 기존의 센서 네트워크와 달리 빈번한 신체의 움직임으로 망에 연결되어 있는 노드의 연결이 끊어질 가능성이 높으며 각 노드의 전력소모 제한으로 인해 각 노드에서 처리 가능한 노드 연결 수에 제한이 있다.
전세계적으로 사회가 급격히 고령화됨에 따라 만성 질환자 및 노령인구의 수가 증가하고 있고 이에 따라 의료지출이 급격히 늘어나고 있다. 이러한 의료지출을 줄이고 “언제, 어디서나” 이용 가능한 건강관리 및 의료서비스를 위해 U(Ubiquitous)- 헬스 케어 서비스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. U-헬스 케어 서비스는 신체의 생체 정보를 획득하고 원격 모니터링 하는 것이 기본적 기능인데, 생체 정보 획득을 위한 하나의 방법으로 무선 신체 망(Wireless Body Area Network; WBAN)이 있다.
무선 신체 망은 인체를 기준으로 하여 인체내부 및 인체로부터 3 미터 이내의 무선통신으로 정의된다. 즉 생체 센서에서 검출된 생체정보를 무선 신체 망을 이용하여 사용자의 게이트웨이 (PDA, 노트북, PC 등)까지 전송하여 사용자의 건강 상태를 원격에서 모니터링 할 수 있게 하는 것이다. 하지만 센서 노드는 소규모의 데이터 수용능력과 배터리 기반의 전력 소비 구조를 가지기 때문에 최소한의 전력을 소모하면서 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있는 방법이 필요하다.
센서네트워크에서 전력 소모에 대한 많은 연구가 진행되어왔지만 무선 신체 망 환경은 전통적인 센서네트워크와 다르다. 무선 신체 망의 센서는 전통적인 센서네트워크와는 달리 신체내부에 위치 할 수도 있기 때문에, 신체내부의 생물학적인 속성과 안테나의 높이가 패킷 손실에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 생물학적인 속성을 고려해야 하는 신체내부에서 직접적인 단일 홉 통신은 높은 전파비용을 소모하여 배터리의 수명을 단축시킨다. 따라서 멀티 홉 통신 기반 무선 신체 망에서의 전력 소모에 대한 연구가 절실히 필요하다.
특히, 많은 자식노드가 새로운 부모노드에게 등록을 요구할 경우 센서노드의 제한된 파워와 메모리로 인해 자식 노드의 연결 요청을 처리 할 수 없는 문제점을 해결해야 하고, 신체의 움직임이 빈번하게 발생함에 따라 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 끊어진 노드의 빠른 연결 설정이 어려운 문제점을 개선해야 한다. 또한, 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 새로운 연결 노드를 설정함에 있어서, 각 노드 간에 소모 전력량에 큰 차이가 나지 않도록 해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 새로운 연결 노드를 설정함에 있어서, 각 노드 간에 소모 전력량에 큰 차이가 나지 않도록 하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 끊어진 노드의 빠른 연결 설정이 가능하도록 하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 새로운 연결 노드를 설정함에 있어서, 루트 노드와의 홉 수가 일정 횟수를 넘지 않도록 하고, 긴급한 패킷의 지연 시간이 미리 정해진 한계치를 넘지 않도록 하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법은 타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 페이징(paging) 메시지를 방송하는 단계 및 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노 드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 부모 노드는 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 노드이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법은 타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 페이징(paging) 메시지를 방송하는 단계 및 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정하는 단계를 포함한다. 다만, 상기 부모 노드는 상기 부모 후보 노드의 잔존 전력량을 기준으로 설정된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 태양에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템은 타 멀티 홉 노드와 무선 통신을 수행하는 인터페이스부, 타 멀티 홉 노드와 접속이 끊어진 것으로 판정한 경우, 페이징(paging) 메시지를 생성하여 상기 인터페이스부를 통하여 방송하는 절체 판정부, 상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드의 잔존 전력량 데이터를 저장하는 저장부 및 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 부모 노드로 설정하는 부모 노드 결정부를 포함하는 멀티 홉 노드를 하나 이상 포함한다. 이때, 상기 부모 노드 결정부는 상기 저장부에 저장된 상기 잔존 전력량의 크기를 기준으로 상기 부모 노드를 설정한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 멀티 홉 네트워크에 포함된 한 노드가 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 새로운 연결 노드를 설정함에 있어서, 각 노드 간에 소모 전력량에 큰 차이가 나지 않도록 하고, 루트 노드와의 홉 수가 일정 횟수를 넘지 않도록 하고, 긴급한 패킷의 지연 시간이 미리 정해진 한계치를 넘지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 멀티 홉 네트워크에 포함된 한 노드가 다른 노드와의 접속이 끊어질 경우 새로운 연결 노드를 설정함에 있어서, 빠른 연결 설정이 가능하도록 하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 제공하여 긴급한 패킷을 저장하고 있는 노드가 지연을 최소화하여 상기 패킷을 송신할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 처리 흐름도에 대한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 단계들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있고, 특히 무선 인체 망을 구성하는 센서 노드에서 실행 될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 멀티 홉 네트워크 구성의 토폴로지(topology)는 트리(tree) 형 토폴로지를 적어도 일부 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 다른 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 설명하기로 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 순서도이다.
타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 연결되었던 노드와 접속이 끊긴 것을 감지한다(S100). 일정 주기로 수신되는 동기화(Synchronization) 데이터가 일정 주기 도과 후에도 수신되지 않는 경우 연결이 끊긴 것으로 감지될 수 있다. 상기 접속이 끊긴 것의 원인은 상기 절체 노드의 위치 이동으로 인한 타 노드 간 거리의 통신 반경 초과 일 수 있다. 예를 들어, 손 끝에 설치되어 있던 노드가 옆구리에 설치되어 있던 노드와 연결되어 있는 네트워크 구성에서, 무선 인간 망 대상자가 손을 움직여 상기 옆구리에 설치되어 있던 노드와의 통신 반경을 벗어난 경우, 상기 손에 설치된 노드는 옆구리에 설치된 노드와 접속이 끊긴 것을 감지하게 된다(S100). 상기 절체 노드는 리프(leaf) 노드 일 수 있다.
상기 절체 노드는 페이징 메시지를 방송한다(S102). 상기 페이징 메시지는 미리 정의된 포맷의 응답 요청 메시지 일 수 있다. 상기 페이징 메시지는 상기 절체 노드의 통신 반경 내에 있는 타 노드가 수신하게 된다. 상기 페이징 메시지를 수신한 타 노드는 응답 메시지를 송신한다.
상기 절체 노드는 상기 응답 메시지를 수신한다(S104). 상기 절체 노드는 상기 응답 메시지를 송신한 노드를 부모 후보 노드로 판정한다.
상기 절체 노드는 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정한다. 다만, 상기 부모 노드는 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 노드이어야 한다(S106). 이하, 부모 노드로 설정한다는 것은, 부모 노드와 자식 노드 간에 통신 채널을 형성한다는 의미를 포함함을 유의하여야 한다.
상기 절체 노드가 상기 각 부모 후보 노드의 자식 노드로 편입되는 경우의 표준 편차를 구하기 위해 상기 절체 노드는 각 노드의 전력량에 대한 데이터를 저장하는 것이 바람직하다. 상기 전력량에 대한 데이터는 각 노드의 현재 잔존 전력량에 대한 데이터 및 패킷을 송수신 할 때 소모 되는 데이터를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전력량에 대한 데이터는 루트 노드에 의해 취합되어 네트워크 내 모든 노드에 배포되는 것일 수 있다.
상기 표준 편차는 표 1에 게시된 식에 의해 산출 될 수 있다.
Figure 112009047225496-PAT00001
표 1: 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차 산출 식
표 1에 도시된 각 기호를 설명하면 다음과 같다. 전체 네트워크에 포함된 노드 중 연결된 노드의 수가 s인 일련의 노드의 집합은 {N1, N2, … , Ns}로 구성될 것이다. 전체 네트워크에 포함된 노드 중 현재 연결되지 않은 또 다른 노드가 존재할 수도 있으므로, 현재 연결된 노드 만을 대상으로 표준편차를 산출하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
P(Ni)는 노드 i가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 후 잔존 전력량을 계산한 값이다. m은 네트워크에 포함된 전체 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 후 잔존 전력량의 평균이다. 따라서, 상기 값을 계산 하면, 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 산출됨을 알 수 있다.
절체 노드는 부모 후보 노드 각각에 대하여, 자식 노드가 되는 상황을 가정하여 상기 표준 편차를 산출하고, 상기 표준 편차 값이 가장 작게 되는 부모 후보 노드를 부모 노드로 설정하는 것이다. 예를 들어, 부모 후보 노드가 3개인 경우, 즉, 3개의 노드가 상기 페이징 메시지에 응답 한 경우에는 상기 표준 편차 값을 3번 산출하여 그 중, 상기 표준 편차 값이 가장 작게 되는 부모 후보 노드를 부모 노드로 설정하는 것이다.
부모 노드 설정 시, 절체 노드는 상기 부모 노드와 상기 루트 노드 간의 홉(hop) 수가 홉 임계치 보다 작거나 같은지 여부를 더 고려하여 설정할 수 있다. 상기 홉 임계치는 미리 정해진 값일 수 있다. 즉, 루트 노드까지의 홉 수가 미리 정해진 홉 임계치를 초과하지 않도록 부모 노드를 설정하므로, QoS를 보장하는 데 도움이 되는 효과가 있다.
상기 홉 임계치는 상기 루트 노드 및 상기 부모 노드의 순서쌍을 기초로 하여 설정된 값일 수 있다. 즉, 상기 홉 임계치는 전체적으로 하나의 값이 미리 지정되는 것이 아니라, 상기 루트 노드 및 상기 부모 노드의 순서쌍에 따라 각각 다른 값이 지정 될 수 있다.
부모 노드 설정 시, 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 상기 절체 노드가 상기 부모 노드에 긴급 패킷을 송신한 상 황을 가정하여 계산된 통신 지연 시간이 미리 설정된 지연 시간 한계치 이하인지 여부를 더 고려하여 설정될 수 있다. 상기 지연 시간 한계치는 IEEE 802.15 TG(Task Group) 6에서 제안한 100밀리 초(ms)일 수 있다. 상기 긴급 패킷은 패킷에 부여된 긴급도가 일정 수준 이상인 패킷을 의미한다. 상기 긴급도는 본 네트워크의 각 노드가 송수신 하는 패킷에 포함되는 것일 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 다른 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 설명하기로 한다. 도 2은 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 순서도이다.
타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 연결되었던 노드와 접속이 끊긴 것을 감지한다(S200). 일정 주기로 수신되는 동기화(Synchronization) 데이터가 일정 주기 도과 후에도 수신되지 않는 경우 연결이 끊긴 것으로 감지될 수 있다. 상기 접속이 끊긴 것의 원인은 상기 절체 노드의 위치 이동으로 인한 타 노드 간 거리의 통신 반경 초과 일 수 있다. 예를 들어, 손 끝에 설치되어 있던 노드가 옆구리에 설치되어 있던 노드와 연결되어 있는 네트워크 구성에서, 무선 인간 망 대상자가 손을 움직여 상기 옆구리에 설치되어 있던 노드와의 통신 반경을 벗어난 경우, 상기 손에 설치된 노드는 옆구리에 설치된 노드와 접속이 끊긴 것을 감지하게 된다(S200). 상기 절체 노드는 리프(leaf) 노드 일 수 있다.
상기 절체 노드는 페이징 메시지를 방송한다(S202). 상기 페이징 메시지는 미리 정의된 포맷의 응답 요청 메시지 일 수 있다. 상기 페이징 메시지는 상기 절체 노드의 통신 반경 내에 있는 타 노드가 수신하게 된다. 상기 페이징 메시지를 수신한 타 노드는 응답 메시지를 송신한다.
상기 절체 노드는 상기 응답 메시지를 수신한다(S204). 상기 절체 노드는 상기 응답 메시지를 송신한 노드를 부모 후보 노드로 판정한다.
상기 절체 노드는 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정한다. 다만, 상기 부모 노드는 상기 부모 후보 노드의 잔존 전력량을 기준으로 설정 된다(S206). 예를 들면, 상기 절체 노드는 상기 부모 후보 노드 중 현재 잔존 전력량이 가장 많은 노드를 부모 노드로 설정하거나, 상기 부모 후보 노드 중 현재 잔존 전력량이 가장 적은 노드를 부모 노드로 설정할 수 있다.
그런데, 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 새로이 편입됨으로써, 상기 부모 노드가 너무 많은 자식 노드와 통신을 하게 된다면, 상기 부모 노드는 다른 노드에 비해 더 많은 전력량을 소비하게 되고, 이는 배터리 교체 주기를 단축시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법은 부모 노드 설정 단계(S206) 이후에 부모 노드가 한계 차수(degree)를 초과하였는지 판정한다(S208). 상기 차수(degree)는 하나의 노드가 소유한 자식 노드의 수를 뜻하는 정수이다. 상기 한계 차수는 미리 지정된 값임이 바람직하다. 예를 들어 상기 한계 차수가 5로 지정된 경우, 각각의 노드는 최대 5개의 자식 노드만을 소유할 수 있다.
판정(S208)의 결과 부모 노드가 한계 차수를 초과하게 되었다면, 자식 노드 중 하나의 연결을 해제한다. 상기 자식 노드 중, 저장하고 있는 패킷의 긴급도가 가장 낮은 자식 노드의 연결을 해제(S210)하는 것이 바람직하다. 긴급도가 높은 자식 노드의 연결을 유지하도록 하여 현재 패킷의 전송을 보장해줄 수 있으므로, QoS 보장에 효과가 있다.
상기 연결이 해제된 노드는 다시 연결되기 위하여 페이징 메시지를 방송한다. 상기 연결이 해제된 노드는 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 연결 해제 노드의 부모 노드로 설정한다. 상기 부모 노드는 상기 연결 해제 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 노드인 것이 바람직하다(S212).
상기 표준 편차는 표 1에 도시된 식에 의해 산출 될 수 있고, 이전에 설명된 실시예에서 설명한 방법과 동일한 방법에 의해 산출될 수 있는 바, 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
부모 노드 설정 시, 상기 연결 해제 노드는 상기 부모 노드와 상기 루트 노드 간의 홉(hop) 수가 홉 임계치 보다 작거나 같은지 여부를 더 고려하여 설정할 수 있다. 상기 홉 임계치는 미리 정해진 값일 수 있다. 즉, 루트 노드까지의 홉 수가 미리 정해진 홉 임계치를 초과하지 않도록 부모 노드를 설정하므로, QoS를 보장하는 데 도움이 되는 효과가 있다.
상기 홉 임계치는 상기 루트 노드 및 상기 부모 노드의 순서쌍을 기초로 하여 설정된 값일 수 있다. 즉, 상기 홉 임계치는 전체적으로 하나의 값이 미리 지정 되는 것이 아니라, 상기 루트 노드 및 상기 부모 노드의 순서쌍에 따라 각각 다른 값이 지정 될 수 있다.
부모 노드 설정 시, 상기 연결 해제 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 상기 연결 해제 노드가 상기 부모 노드에 긴급 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 통신 지연 시간이 미리 설정된 지연 시간 한계치 이하인지 여부를 더 고려하여 설정될 수 있다. 상기 지연 시간 한계치는 IEEE 802.15 TG(Task Group) 6에서 제안한 100밀리 초(ms)일 수 있다. 상기 긴급 패킷은 패킷에 부여된 긴급도가 일정 수준 이상인 패킷을 의미한다. 상기 긴급도는 본 네트워크의 각 노드가 송수신 하는 패킷에 포함되는 것일 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법을 예를 들어 설명하기로 한다.
먼저, 표 2는 본 예시에 적용될 잔존 전력량 및 소유한 패킷의 긴급도를 나타낸 표이다.
Figure 112009047225496-PAT00002
<표 2: 각 노드 별 잔존 전력량(Power) 및 소유한 패킷의 긴급도(Priority)>
상기 긴급도는 N: 긴급하지 않은 패킷, U: 긴급한 패킷으로 표시되었다.
먼저, 도 3은 멀티 홉 네트워크의 초기 노드 구성이다. 이하, 상기 한계 차 수는 2로 가정하고, 각 노드의 통신 반경은 40cm라고 가정한다.
도 2에 도시된 바와 같이 무선 인간 망의 대상자가 팔을 들어올린 경우, 본발명에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법이 어떻게 적용되는지 설명하기로 한다.
노드 J는 페이징 메시지를 방송하고, J의 통신 반경 내에 존재하는 노드 K, H, L이 응답 메시지를 송신한다. K, H, L이 부모 후보 노드가 된다.
J는 K, H, L 중 가장 작은 잔존 전류량을 가진 H 노드를 부모 노드로 설정한다. 가장 작은 잔존 전류량을 가진 노드를 선택하는 것은 하나의 예시 일 뿐, 가장 큰 전류량을 가진 노드를 선택할 수도 있음을 유의해야 한다.
J가 H노드를 부모 노드로 설정한 결과 H노드가 한계 차수를 초과한 것을 알 수 있다.
H노드는 자식 노드인 J, L, K 노드 중 하나의 노드와의 연결을 해제해야 한다. J, L, K 중 K 노드 만이 긴급하지 않은 패킷을 소유하고 있기 때문에 K노드의 연결이 해제된다.
도 3에 도시된 바와 같이 K노드는 페이징 메시지를 방송한다. 상기 페이징 메시지에 K의 통신 반경 내에 존재하는 G, H, J 노드가 응답 메시지를 송신하고, K 노드의 부모 후보 노드가 된다.
K 노드는 G, H, J 노드 각각을 부모 노드로 시뮬레이션 하여 어떤 노드의 자식 노드로 되는 경우, 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는지 시뮬레이션 한다. 본 예시에서는 K 노드가 G 노드의 자식 노드 가 되었을 때 상기 표준 편차가 최소로 되는 것으로 가정한다.
도 4에 도시된 바와 같이 K노드는 G노드를 부모 노드로 설정한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템의 구성 및 동작에 대해 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7은 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템은 하나 이상의 멀티 홉 노드(700)를 포함한다. 멀티 홉 노드(700)는 다른 멀티 홉 노드(700)와 통신하여 본 실시예에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템을 구성한다. 멀티 홉 노드(700)는 다른 멀티 홉 노드(700)와 무선 통신을 하는 것이 바람직하다. 멀티 홉 노드(700)는 예를 들어 무선 인체 망(WBAN)을 구성하는 노드일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 멀티 홉 노드(700)는 절체 판정부(702), 부모 노드 결정부(704), 자식 노드 관리부(706), 저장부(708) 및 인터페이스부(710)를 포함할 수 있다.
인터페이스부(710)는 타 멀티 홉 노드(700)와 무선 통신을 수행한다.
절체 판정부(702)는 타 멀티 홉 노드(700)와 접속이 끊어진 것으로 판정한 경우, 페이징(paging) 메시지를 생성하여 인터페이스부(710)를 통하여 방송한다. 절체 판정부(702)는 주기적으로 타 멀티 홉 노드(700)와 송수신하는 싱크 메시지가 수신되지 않는 경우, 타 멀티 홉 노드(700)와 접속이 끊어진 것으로 판정하는 것이 바람직하다.
부모 노드 결정부(704)는 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노 드 중 하나의 노드를 부모 노드로 설정한다. 이때, 상기 부모 노드 결정부는 저장부(708)에 저장된 상기 잔존 전력량의 크기를 기준으로 상기 부모 노드를 설정한다. 예를 들어, 상기 부모 후보 노드 중 잔존 전력량의 크기가 가장 큰 노드를 부모 노드로 설정하거나, 상기 부모 후보 노드 중 잔존 전력량의 크기가 가장 작은 노드를 부모 노드로 설정할 수 있다.
저장부(708)는 상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드의 잔존 전력량 데이터를 저장한다. 저장부(708)는 상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드의 패킷 송수신 시 소모 전력량 데이터 및 상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드가 각각 저장하고 있는 패킷의 긴급도 데이터를 더 포함할 수 있다.
자식 노드 관리부(706)는 타 멀티 홉 노드(700)와 접속이 끊어진 것으로 판정된 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드가 된 결과 상기 부모 노드의 차수(degree)가 한계 차수를 초과하는 경우, 상기 부모 노드의 자식 노드 중 하나의 연결을 해제한다. 상기 차수(degree)는 자식 노드의 수를 의미 한다. 상기 한계 차수는 하나의 노드가 가질 수 있는 자식 노드 수의 최대 값을 의미 한다. 자식 노드 관리부(706)는 상기 자식 노드 중, 저장부(708)에 저장된 상기 패킷의 긴급도가 가장 낮은 자식 노드의 연결을 해제할 수 있다. 저장된 패킷의 긴급도가 가장 낮은 노드의 경우, 잠시 연결이 해제 된 후, 재 연결되어도 네트워크의 QoS에 큰 문제를 야기하지는 않기 때문이다.
상기 연결이 해제 된 멀티 홉 노드(700)는 새로운 멀티 홉 노드(700)를 부 모 노드로 하여 네트워크에 재연결되어야 한다. 이하, 상기 재연결 동작에 대하여 설명하기로 한다.
절체 판정부(702)는 상기 부모 노드와 접속이 해제된 것으로 판정한 경우, 페이징(paging) 메시지를 생성하여 인터페이스부(710)를 통하여 방송한다.
부모 노드 결정부(704)는 상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 연결 해제 노드의 부모 노드로 설정하되, 상기 부모 노드는 부모 노드와 접속이 해제된 상기 멀티 홉 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 멀티 홉 노드가 되도록 한다.
즉, 최초에 연결이 끊어진 멀티 홉 노드(700)는 페이징 메시지를 방송하여 응답한 타 멀티 홉 노드(700) 중 잔여 전력량이 가장 크거나 작은 멀티 홉 노드(700)를 부모노드로 하여 신속히 네트워크에 연결한 후, 상기 부모 노드가 한계 차수를 넘는 자식 노드와 연결하게 된 경우에는 소유한 패킷의 긴급도가 가장 낮은 노드의 연결을 해제하고, 상기 해제된 노드는 다시 페이징 메시지를 방송하여 응답한 타 멀티 홉 노드(700) 중 새로운 부모를 설정하되, 상기 새로운 부모 노드는 상기 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 멀티 홉 노드가 되도록 하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 제 1 실시예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 제 2 실시예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 실시 예의 제 1 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 실시 예의 제 2 상태도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 실시 예의 제 3 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 구성 방법의 실시 예의 제 4 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 홉 네트워크 시스템의 구성도이다.

Claims (13)

  1. 타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 페이징(paging) 메시지를 방송하는 단계; 및
    상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 부모 노드는 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 노드인 멀티 홉 네트워크(Multi hop network) 구성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이징 메시지를 방송하는 단계는,
    타 노드와의 거리가 통신 반경을 초과하여 접속이 끊어진 절체 노드가 페이징 메시지를 방송하는 단계를 포함하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부모 노드는 상기 루트 노드와의 홉(hop) 수가 홉 임계치보다 작거나 같은지 여부를 더 고려하여 설정되는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 홉 임계치는 상기 루트 노드 및 상기 부모 노드의 순서쌍을 기초로 하여 설정된 값인 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부모 노드는 상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 상기 절체 노드가 상기 부모 노드에 긴급 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 통신 지연 시간이 미리 설정된 지연 시간 한계치 이하인지 여부를 더 고려하여 설정되는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  6. 타 노드와 접속이 끊어진 절체 노드가 페이징(paging) 메시지를 방송하는 단계; 및
    상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 절체 노드의 부모 노드로 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 부모 노드는 상기 부모 후보 노드의 잔존 전력량을 기준으로 설정되는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 절체 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드가 된 결과 상기 부모 노드의 차수(degree)가 한계 차수를 초과하는 경우, 상기 부모 노드의 자식 노드 중 하나 의 연결을 해제하는 단계를 더 포함하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부모 노드의 자식 노드 중 하나의 연결을 해제하는 단계는,
    상기 자식 노드 중, 저장하고 있는 패킷의 긴급도가 가장 낮은 자식 노드의 연결을 해제하는 단계를 포함하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 부모 노드의 자식 노드 중 하나의 연결을 해제하는 단계 이후에, 상기 연결 해제 노드가 페이징(paging) 메시지를 방송하는 단계; 및
    상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 연결 해제 노드의 부모 노드로 설정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 부모 노드는 상기 연결 해제 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 노드인 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  10. 타 멀티 홉 노드와 무선 통신을 수행하는 인터페이스부;
    타 멀티 홉 노드와 접속이 끊어진 것으로 판정한 경우, 페이징(paging) 메시지를 생성하여 상기 인터페이스부를 통하여 방송하는 절체 판정부;
    상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드의 잔존 전력량 데이터를 저장하는 저장부; 및
    상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 부모 노드로 설정하는 부모 노드 결정부를 포함하는 멀티 홉 노드를 하나 이상 포함하되,
    상기 부모 노드 결정부는 상기 저장부에 저장된 상기 잔존 전력량의 크기를 기준으로 상기 부모 노드를 설정하는 멀티 홉 네트워크 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티 홉 노드는,
    상기 타 멀티 홉 노드와 접속이 끊어진 것으로 판정된 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드가 된 결과 상기 부모 노드의 차수(degree)가 한계 차수를 초과하는 경우, 상기 부모 노드의 자식 노드 중 하나의 연결을 해제하는 자식 노드 관리부를 더 포함하는 멀티 홉 네트워크 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 멀티 홉 네트워크 시스템에 포함된 모든 상기 멀티 홉 노드에 대하여 패킷을 송수신하는데 소모되는 전력량 데이터 및 저장하고 있는 패킷의 긴급도 데이터를 더 저장하고,
    상기 자식 노드 관리부는,
    상기 자식 노드 중, 상기 저장부에 저장된 상기 패킷의 긴급도가 가장 낮은 자식 노드의 연결을 해제하는 멀티 홉 네트워크 구성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절체 판정부는,
    상기 부모 노드와 접속이 해제된 것으로 판정한 경우, 페이징(paging) 메시지를 생성하여 상기 인터페이스부를 통하여 방송하고,
    상기 부모 노드 결정부는,
    상기 페이징 메시지에 대해 응답한 부모 후보 노드 중 하나의 노드를 상기 연결 해제 노드의 부모 노드로 설정하되,
    상기 부모 노드는 부모 노드와 접속이 해제된 상기 멀티 홉 노드가 상기 부모 노드의 자식 노드로 설정된 네트워크 구성에서 네트워크에 포함된 모든 비 루트 노드가 루트 노드 방향으로 패킷을 송신한 상황을 가정하여 계산된 각 노드의 잔존 전력량 값들의 표준 편차가 최소로 되는 멀티 홉 노드인 멀티 홉 네트워크 시스템.
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