KR20110053934A - 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템과 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 필드 내의 센서 노드 각각의 잔류 수명을 연산하고 센서 필드에 대한 네트워크 커버리지를 계산하며 주어진 센서 필드가 더 이상 네트워크로서의 기능을 발휘하지 못하는 임계 커버리지 α값이 정의되면, 전체 네트워크의 수명을 예측할 수 있는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템 및 방법을 요지로 한다.

Description

무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템과 그 방법 {Lifetime management system for wireless sensor network, and method therefor}
본 발명은 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 USN/WSN을 관리하기 위한 동적, 정적, 임계 정보를 포함하는 관리 정보를 기반으로 네트워크의 수명을 예측하며, 특히 감지 영역의 유효범위에 관련된 어플리케이션을 위한 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(WSN : wireless sensor network)는 감지, 처리, 통신을 수행할 수 있는 센서 노드들의 네트워크이다. 이러한 네트워크를 구성하는 각각의 센서 노드들은 제한된 전력을 제공하는 배터리로 구동되며, 상기 감지, 처리, 데이터 송수신 동작에 따라 전력을 소모한다. 그러므로 WSN에 있어서 네트워크의 수명관리는 네트워크의 유용성을 연장하는 측면에서 가장 중요하게 다루어지고 있다.
한편, 네트워크의 관리는 대상 네트워크를 관리하고, 모니터링하며, 제어하는 일련의 과정을 포함한다. 무선 센서 네트워크는 제한된 자원으로 악조건 하에 설치되므로, 센서 노드의 고장이나 전력의 고갈 등과 같은 예상치 못한 문제에 의해 네트워크 전반의 오동작을 야기할 수 있다. 이러한 문제점들은 WSN의 실제 적용에 있어서 가장 큰 제약이 되고 있다. 따라서, 네트워크 관리를 통하여 WSN의 상태를 모니터하고 수명을 예측하는 기술이 필요하다. 또한, 예상하지 못한 문제 발생시에는, 네트워크 정보를 토대로 WSN의 어플리케이션과 네트워크 파라미터를 재구성하여 적용시킬 필요가 있다.
종래의 네트워크 관리 방법은 유선 네트워크를 관리하도록 구성되어 있으므로 그 상이한 특성으로 인하여 WSN에 적용할 수 없다. 또한 ad-hoc 네트워크나 WSN을 대상으로 하는 기존의 네트워크 관리 기술은 폴링(polling)구조의 SNMP(simple network management protocol)를 사용한다. WSN은 수백 수천개의 노드로 구성되고, 관리 요청과 응답이 다중 홉(multi-hop)의 형태로 네트워크를 통해 전달되는 구성이 되기 때문에 WSN에서 폴링 방식에 의한 관리 메시지는 대량의 관리 트래픽을 야기한다. 대량의 관리 트래픽은 WSN의 전력과 같은 자원을 소모하게 되고 이로부터 네트워크의 성능을 저하시키는 요인이 되기도 한다.
따라서, 센서 노드의 에너지 소모를 최소화하기 위해서는 폴링 방식은 적합하지 않다. 각각의 노드를 개별적으로 관리하는 폴링 구조에 대해, 클러스터(cluster) 기반의 영역 관리 방식은 싱크 노드(sink node)의 부담을 경감시킬 수 있다.
또 다른 문제점은, WSN을 지속적으로 운영하기 위해 수집된 관리정보 베이스(MIB : management information base)를 어떻게 활용할 것인가 하는 것이다. 기존의 기술들은 단순히 관리 메시지나 정보를 수집하는 것으로만 국한되어 있다. 수집된 정보로써 네트워크를 관리하기 위해서는, 네트워크의 수명을 연장하고 유지시킬 수 있는 관리 방법이 개발되어야 한다. 단순히 MIB를 수집만 하는 것이 아니라 이를 활용하여 네트워크의 관리유지를 하여야 하는 것이다.
더군다나, 시간이 경과함에 따라 동작을 멈춘 죽은 노드(dead node)들이 발생하고 이에 따라 WSN의 성능이 저하되기 때문에, WSN의 MIB는 네트워크를 모니터할 뿐만 아니라 수명 관리를 위한 수단으로도 활용되어야 한다. 일례로서, 노드간의 연결을 유지하기 위한 재배치라든가. 네트워크의 수명을 유지하기 위해 새로운 노드를 바꾸어 배치하거나 추가 설치하는 것을 들 수 있다. 이와 같은 일련의 해결책은 네트워크의 연결관계(connectivity), 커버리지(coverage), 위치 및 잔여 에너지(residual energy)와 같은 네트워크 정보를 활용하여야만 가능하다.
본 발명은 무선 센서 네트워크(wireless sensor network)의 수명 관리를 위한 시스템과 그 방법을 해결하고자 하는 과제로 한다. 또한, 본 발명은 관리 정보를 수집하는 시점마다 네트워크의 상태의 상태를 반영하여 수명을 예측하는 네트워크의 수명 관리를 위한 시스템과 그 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. 아울러 본 발명은 새로운 노드를 추가하더라도 관리가 가능하고 유지 비용의 분석이 가능한 네트워크의 수명 관리를 위한 시스템과 그 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 저장하고 전송하는 복수의 센서 노드; 상기 센서 노드 들로부터의 어플리케이션 데이터를 수신하며 관리정보를 저장하고 전송하는 싱크 노드; 상기 싱크 노드로부터 어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 수신하는 네트워크 프로토콜 관리자;로 구성되고, 상기 센서 노드들은 내부의 프로세서로부터 관리 정보를 제공받아 분류하는 정보 분류기;를 구비하며, 상기 싱크 노드 또한 내부의 프로세서로부터 관리 정보를 제공받아 분류하는 정보 분류기;를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템을 해결 수단으로 제공한다.
또한 본 발명은, 어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 저장하고 전송하는 복수의 센서 노드, 상기 센서 노드 들로부터의 어플리케이션 데이터를 수신하며 관리정보를 저장하고 전송하는 싱크 노드;를 구비하되, 상기 관리 정보는 무선 센서 네트워크의 수명을 예측하기 위한 정보로서, 에너지 (노드의 잔류 에너지), 데이터 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비(ratio), 센싱 커버리지, 노드의 위치, 및 보고의 주기를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템을 과제의 해결 수단으로 제공한다.
아울러 본 발명은, 관리정보 베이스(MIB)로써 각 센서 노드들과 싱크 노드의 센서 필드 내 위치를 파악하고, 센서 노드의 에너지 소모율로부터 센서 노드 각각의 잔류 수명을 연산하여 잔류 수명이 증가하는 순서로 재배치하며, 상기 재배치된 센서 노드가 차례로 동작이 멈추는 경우 별로 네트워크의 커버리지를 구하여, 주어진 센서 필드가 더 이상 네트워크로서의 기능을 발휘하지 못하는 임계 커버리지 α에 해당하는 센서 노드의 잔류 수명을 무선 센서 네트워크의 수명으로 예측하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 방법을 과제의 해결 수단으로 제공한다.
본 발명의 무선 센서 네트워크의 수명 관리를 위한 시스템과 그 방법에 의하면, 센서 노드의 각각의 수명으로부터 직접적으로 네트워크의 수명을 예측할 수 있다. 게다가 수명 예측이 매 시간 주기마다 반복되도록 구성되므로 수명 예측이 지속적으로 업데이트되는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 시스템과 그 방법에 의하면 일부 노드들이 예상치 못한 원인에 의해 고장나거나 파괴되더라도, 연이은 관리정보 수집 시점에서 이러한 상태를 반영하고 변경된 네트워크의 수명을 재예측할 수 있도록 하는 기술적 효과가 있다. 본 발명의 시스템과 그 방법은 새로운 센서 노드를 추가할 시기를 관리하고, 관리 비용을 분석할 수 있는 작용효과가 있다.
도 1은 본 발명의 USN / WSN 관리 시스템
도 2는 본 발명의 관리정보 베이스의 분류
도 3은 관리의 특성에 따른 관리 메시지 교환 방식
도 4는 본 발명의 센서 노드의 구조
도 5는 본 발명의 싱크 노드의 구조
도 6은 관리 동작 흐름의 일실시예
도 7은 클러스터 헤드 관리정보 베이스의 관리 동작 흐름의 일실시예
도8은 네트워크 수명 예측의 흐름도
도9는 센서 필드에 배치된 센서 노드들의 예시
도10은 임의의 시간 mt에서 각 센서 노드의 잔류 수명을 소팅(sorting)한 일례
도11은 본 발명의 네트워크 커버리지의 개요
도12는 본 발명의 네트워크 수명 예측 프로세스의 전체 흐름도
도13은 본 발명에 따른 예측 결과의 일례
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 이에 따라 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니 되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
종래의 네트워크 관리 방법은 대부분 유선 네트워크를 대상으로 하므로 WSN에 적용할 수 없다. 또한 ad-hoc 네트워크나 WSN을 대상으로 하는 기존의 네트워크 관리 기술은 폴링(polling)구조의 네트워크 관리 프로토콜(network management protocol)을 사용한다. WSN은 수백 수천개의 노드로 구성되고, 관리 요청과 응답이 다중 홉(multi-hop)의 형태로 네트워크를 통해 전달되는 구성이 되기 때문에 WSN에서 폴링 방식에 의한 관리 메시지는 대량의 관리 트래픽을 야기한다. 대량의 관리 트래픽은 WSN의 전력과 같은 자원을 소모하게 되고 이로부터 네트워크의 성능을 저하시키는 요인이 되기도 한다. 따라서, 센서 노드의 에너지 소모를 최소화하기 위해서는 폴링 방식은 적합하지 않다. 각각의 노드를 개별적으로 관리하는 폴링 구조에 대해, 클러스터(cluster) 기반의 영역 관리 방식은 싱크 노드(sink node)의 부담을 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 USN / WSN 관리 시스템을 간략하게 도시한 것이다. 도 1의 상단의 센서 필드(100)는 멀티 홉 타입 센서 노드(110)로 구성되어 있으며, 도 1의 하단의 센서 필드(100)는 클러스터 기반의 센서 노드(110)로 구성된다. 센서 노드(110)들의 어플리케이션 데이터는 싱크 노드(130)로 전달되고, 이어 연계 네트워크(cooperative network)와 코어 네트워크(core network)를 거쳐 네트워크 관리 프로토콜 관리자(300)로 전송된다.
연계 네트워크는 각각의 WSN 싱크 노드(130)을 링크하는 싱크 노드 네트워크와, 이동통신망, Wibro, WLAN, ZigBee, Bluetooth 등과 같은 무선 억세스 네트워크(wireless access network)로 구성된다. 코어 네트워크는 상기의 연계 네트워크와 네트워크 관리 프로토콜 관리자(300)를 연결시켜주며, 대표적인 것으로는 인터넷을 들 수 있다. 이러한 USN/WSN 관리 시스템에 있어서, 싱크 노드 (130)는 네트워크 관리 프로토콜 관리자(300)에 대한 에이전트의 역할도 수행한다.
클러스터 기반의 WSN에서는, 싱크노드(130)는 WSN과 인터넷 200 사이의 게이트웨이로서 동작한다. 싱크노드(130)는 WSN 관리자이면서 네트워크 관리 프로토콜 에이전트이기도 하다. 싱크노드(130)는 네트워크 관리 프로토콜을 이용하여 외부 네트워크와 통신을 수행한다. 싱크노드(130)는 모든 클러스터 헤드 (CH : cluster head)노드에 관리 정책을 전송한다. 클러스터 헤드들은 클러스터를 구성하는 센서 노드(110)들의 영역을 관리하며, 센서 노드(110)들의 총체적 정보를 가지고 자신의 영역을 관리한다. 클러스터 헤드 노드들은 싱크노드(130)로부터 전송 받은 정책에 근거하여 자신의 영역을 관리한다. 클러스터 헤드는 싱크노드(130) 또는 전체 트래픽을 줄이기 위해 관리자에게로 총괄적인 정보를 전송한다.
센서 노드(120)들은 센싱/디텍팅 어플리케이션 데이터를 전송하는 것이 통상적이나, 본 발명에서는 각각의 센서 노드들이 상기 어플리케이션 데이터와 함께 관리 정보를 전송하도록 하는 특징이 있다.
따라서, 데이터 관리 센터(410)는 네트워크 프로토콜 관리자(420)를 사용하여 USN/WSN의 동작 상태를 모니터링하거나 관리할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 센서와 클러스터 기반 WSN에 대한 관리 정보 베이스 (MIB : Management Information Base)를 새롭게 정의한다. 그 이유로서는, 효율적인 메시지 전달 방식은 정보의 특성에 따라 다르기 때문이다.
도 2는 본 발명의 관리정보 베이스의 분류를 도시한다. 표 1은 센서 노드를, 표 2는 클러스터 기반 WSN의 관리정보 베이스를 분류한 것이다. 본 발명은 관리 정보를 크게 두 개의 카테고리로 분류한다; 즉, 정적(static) 정보와 동적(dynamic) 정보이다. 정적 정보는 네트워크 초기화 이후 변경되지 않는 정보이며, 정적 정보는 네트워크 동작 중에 변경되는 정보를 뜻한다. 동적 정보는 지속적으로 변경되는 정보, 이벤트에 의한 정보 및 설정 정보를 포함한다. 또한 본 발명은 정상 상태 정보가 아닌 배터리 부족 또는 연결성 같은 긴급한 노드 상태를 알리는 데 필요한 임계(critical) 정보를 정의한다. 배터리 레벨이나 연결성이 정해진 경계값보다 낮아지면, 임계 정보가 생성된다. 상기 임계 정보는 우선순위가 높으므로 안정적으로 전송되어야 한다. 그 예로써, 패킷의 다중 전송이나 다중 경로 라우팅이 있다. 표 1은 WSN에서 센서 노드의 관리정보를 나타낸 것이고, 표 2는 클러스터 헤드 관리정보 베이스의 집계/통계 정보를 나타낸 것으로서, 센서 노드, 클러스터 헤드 노드, 싱크 노드에 대한 관리정보 베이스를 구분하여 적용한다.
클러스터 헤드 노드는 센서 노드로서 자신의 정보뿐만 아니라 한 종류 이상의 센서 노드 관리정보 베이스로부터 도출되는 클러스터의 총괄적인 통계 정보를 포함하는 집계/통계 클러스터 정보들을 유지 관리한다. 커버리지 영역, 데이터 안정성 및 클러스터의 에너지 레벨 등이 그러한 정보의 예이다.
싱크 노드는 집계 또는 통계 정보를 기반으로 전체 네트워크를 관리한다. 싱크노드 관리정보 베이스는 클러스터 헤드 관리정보 베이스로부터 도출된 네트워크 정보들을 포함하기 때문에 클러스터 헤드와 유사하다. 예를 들면, 주어진 클러스터 영역에서 저성능 영역, 저레벨 에너지 영역 또는 커버리지가 낮은 영역이 해당된다. 싱크노드 관리정보 베이스는 향후 노드를 새로이 배치하기 위한 기획 내지는 에러를 막기 위해 일부 영역을 차단하는 경우에 활용될 수 있다. 또한 네트워크를 모니터링하거나 유지 관리하는데 유용하다. 또한, 싱크 노드는 각각의 노드를 개별적으로 관리하지 않고, 지역적으로 네트워크를 관리함으로써 하여 부하를 줄일 수 있다. 이런 지역 관리는 클러스터 헤드에 부하를 분산시킴으로써 싱크 노드의 부하를 감소시킨다.
도 3의 표 3은 관리의 특성에 따른 관리 메시지 교환 방식을 나타낸 것이다. 본 발명은 관리 메시지의 용도별로5가지 메시지 유형(GET, SET, RESPONSE, TRAP, INFORM)을 정의한다. WSN에서 배터리 고갈이나 오류 같은 네트워크 상태는 동적으로 변화하기 때문에 주기적으로 그러한 정보를 받아야 한다.
종래의 네트워크 관리 프로토콜에서는 에이전트로부터 정보를 얻기 위해서는 관리자가 GET-REQUEST 메시지를 보내야만 했다. 그러나, WSN에서는 자원이 부족하고 많은 노드들과 멀티 홉 통신 때문에 폴링 메커니즘은 엄청난 트래픽을 야기하므로, 폴링을 사용하는 방법은 비효율적이다.
전술한 5가지 메시지 유형들 중에서, GET/SET은 관리자가 관리정보 베이스를 요청하거나 설정할 때 사용된다. INFORM은 두 개의 클러스터 헤드가 정보를 교환할 때 사용된다. 그러나, 본 발명은 관리정보 베이스를 얻기 위해 GET 과 REPONSE 메시지 보다는 주기적/ 이벤트구동 방식의 TRAP 메시지를 사용한다. GET/RESPONSE 방식은 GET을 보내고 REPONSE를 받는 두 번의 데이터 전송이 필요하다. 본 발명에서 데이터 전송 조건을 정의함으로써 노드들은 동적 관리정보 베이스를 보내기 위해 TRAP 메시지를 발생시킬 수 있다. 이 방식은 한 번의 데이터 전송만으로 관리정보 베이스를 전송 받을 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어서, TRAP 메시지는 두 가지의 목적을 가지고 있다. 그 한 가지는 조건(예: 주기, 이벤트)에 따라서 동적 관리정보 베이스를 전송하는 것이다. 다른 한 가지는 저레벨 배터리 또는 낮은 연결성과 같은 임계 정보를 포함하는 네트워크의 비상 상태를 알리는 것이다. 다시 말하면, 본 발명은 네트워크의 상태를 모니터링 하기 위하여 폴링 방법보다는 센서노드와 클러스터 헤드의 주기적이거나 이벤트 구동에 의한 보고 방식을 사용한다. WSN에서는 TRAP을 사용하는 것이 보다 중요하고 더 빈번하게 발생한다. TRAP 메시지는 주기적으로 발생하거나 어떤 이벤트가 일어날 때 전송되도록 설정할 수 있다.
도 3의 표 3은 본 발명의 각 관리정보 베이스의 형식과 대응하는 메시지 전송 방식을 나타내고 있다. 네트워크가 초기화 될 때, 정적 정보는 관리자나 싱크 노드로 TRAP을 시용하여 전송된다. 그 이후의 WSN을 관리하는데 필요한 대부분의 정보는 동적 정보이다. 계속 변화하는 정보와 이벤트 구동 방식의 정보의 경우, 주기적으로 GET 메시지를 사용하는 대신에 센서 노드로부터 주기적인TRAP을 생성하여 클러스터 헤드로 전송된다.
본 발명의 네트워크 관리 베이스는 SET 과 REPONSE 메시지를 이용하여 설정 정보를 바꿀 수 있다. 임계 정보의 경우, 그 값이 설정된 경계값보다 낮으면 노드는 TRAP 메시지를 생성하여 관리자에게 전송한다. 모든 유형의 관리정보 베이스에 대해서 GET 메시지를 사용할 수 있다. 그러나, 그것의 비효율성으로 인해 관리자가 노드의 세부 정보를 알고 싶은 경우와 같이 특별한 경우에만 사용된다.
GET / SET 메시지는 일대일 통신을 기반으로 동작한다. 그러나, WSN에서는 관리자가 한 그룹의 노드들의 상태를 모니터 해야 할 때가 있다. 이 경우에는 브로드 캐스트 또는 멀티 캐스트 옵션을 사용하여 GET / SET 메시지가 클러스터에 동작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 센서 노드의 구조를 나타낸다. 센서 노드(110)는 프로세서(111), 트랜시버(112), 위치 추적 시스템(113), 모바일라이저(114) 및 전원 유닛(119a)으로 구성되어 있다.
개별 센서 노드(110)는 무선 통신 장치로서 트랜시버(112), 소형의 마이크로 콘트롤러인 프로세서(111), 센서(116) 및 ADC(115)를 구비한 감지부, 알카라인 배터리 등을 장착한 전원부(119a)로 구성된다. 또한 모바일라이저(114)는 현재의 위치로부터 센서 노드의 위치를 다른 곳으로 변경하여 주어진 동작을 수행하도록 한다. 센서 노드(110)은 이동이 가능하기 때문에 베이스 스테이션에서는 센서 노드(100)에 장착된 위치 추적 장치(113)로부터의 정확한 위치 정보를 전송받아 파악한다.
통상의 센서 노드(110)를 구동하는 전원부(119a)는 배터리로 구성되어 제한된 용량을 가진다. 센서(116)는 주변에 대한 감지 신호를 ADC(115)에 공급하여 양자화된 데이터를 프로세서(111)에 제공한다.
일반적으로 센서노드(110)의 전원유닛(119a)은 제한된 용량을 가지고 있으며, 필요에 따라서는 솔라셀과 같은 전력 발생부(119b)를 추가로 구비하기도 한다. 또한 본 발명의 전원유닛(119a)은 공급되는 전류나 전압을 감지하여 소모 전력을 파악하도록 전력 모니터부(119c)를 더 구비한다. 이 때 감지된 신호는 ADC(115)에 공급되어 양자화된 데이터를 프로세서(111)에 제공한다.
본 발명은 프로세서(111)의 메모리(118)내에 관리정보(118a)를 저장할 수 있는 메모리 공간을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 센서노드(110)는 상기 표 1과 표 2에 따라 관리 정보를 분류하기 위한 정보 분류기(117)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 프로세서(111)는 정보 분류기(117)로부터 제공 받은 관리 정보를 제공하며 관리정보 베이스를 확인하고 관리정보(118a)공간에 저장한다.
도 5는 본 발명의 싱크 노드의 구조를 나타낸 도면이다. 싱크노드(130)는 프로세서(131), 트랜시버(132), 위치추적시스템(133), 모바일라이저(134) 및 전원장치(138)로 이루어져 있다. 일반적으로 싱크 노드(130)의 전원 장치(138)는 안정적인 전력을 (즉, 배터리는 쉽게 교류로 변경하거나 AC 전원에 연결될 수 있다) 공급한다. 본 발명의 프로세서(131)의 메모리(136)는 관리 정보들(137)을 저장하기 위한 메모리 공간을 포함하여 구성되어 있다. 또한 싱크 노드(130)는 전술한 표 1과 표 2에 따라 관리 정보들을 분류하기 위한 정보 분류기(135)를 더 포함하여 구성된다. 프로세서(131)는 센서 노드(110)들에서 제공 받은 관리 정보를 정보 분류기(135)로 전송하고 관리정보 베이스를 확인한 후에 상기 정보들을 관리 정보(137)로 저장한다.
도 6은 관리 동작 흐름의 일실시예를 나타낸 도면이다. 네트워크 초기화 단계에서, 싱크 노드(130)는 관리요구사항 또는 정책을 네트워크상의 센서 노드(110)들로 GET과 SET을 이용하여 전송한다. GET은 어플리케이션이 필요로 하는 정보를 얻는데 사용되고 SET은 보고 주기와 조건을 설정하는데 사용된다. 이에 대해 센서 노드(110)들은 대응하는 정적 및 동적 정보를 포함한 응답을 전송한다. 이러한 방법으로, 관리자는 초기화 단계에서 관리를 위한 네트워크에 대한 정보를 얻을 수 있다. 네트워크 초기화 후, 센서 노드들은 주기적으로 또는 이벤트에 따라 TRAP 메시지를 사용하여 동적 관리 정보(연속적, 이벤트)를 전송한다.
도 7은 클러스터 헤드 관리정보 베이스의 관리 동작 흐름의 일실시예를 나타낸 도면이다. 네트워크 초기화 단계에서, 싱크 노드(130)는 관리요구사항 또는 정책을 네트워크상의 클러스터 헤드에 관리 메시지(GET or SET)로 전송한다. GET은 어플리케이션이 필요로 하는 정보를 얻는데 사용되고 SET은 보고 주기와 조건을 설정하는데 사용된다. 이에 대해 각 센서 노드(110)들은 대응하는 정적 및 동적 정보를 포함한 응답을 전송한다. 이러한 방법으로, 관리자는 초기화 단계에서 관리를 위한 네트워크에 대한 정보를 얻을 수 있다.
이 때, 각 클러스터 헤드에 대한 요구사항이나 정책은 어플리케이션과 클러스터 헤드의 위치에 따라 다를 수 있다. 각각의 클러스터 헤드는 센서 노드(110)들에 대한 이러한 요구사항을 변경하여 클러스터 내의 센서 노드(110)들에 배포하며, 이 경우의 정책은 어떤 상태에 대한 조치나 동작 정보를 포함한다.
네트워크 초기화 후, 센서 노드(110)들과 클러스터 헤드는 주기적으로 또는 이벤트에 따라 TRAP 메시지를 사용하여 동적 관리 정보(연속적, 이벤트)를 전송한다.
상기 메시지를 보내기 전에, 클러스터 헤드는 안정성, 커버리지 영역, 센서 노드 에너지 레벨 및 클러스터의 수명과 같은 통계적인 정보를 수집 및 도출한다. 그리고, 클러스터 헤드는 미리 정해진 주기와 조건에 따라 상기 정보를 전송한다. 클러스터 헤드는 싱크 노드(130)로부터 전송받은 정책에 따라 일부 관리 작업을 수행할 수 있다. 마지막으로, 싱크 노드(130)는 클러스터들의 정보를 통합함으로써 네트워크의 전체 정보를 얻고, 네트워크 성능 모니터링과 센서 노드(110) 배치 정책과 같은 중앙 집중화된 알고리즘을 통해 관리한다.
네트 워크의 수명은 WSN의 수명 정의에 따라 상이한 결과로 도출될 수 있기 때문에, 네트 워크의 수명을 예측하기 위해서는 그 수명의 어플리케이션이 특정되어야 한다. 기본적인 WSN의 수명의 정의는 센서 노드들이 배치되어 데이터를 수집하는 시점부터, 모니터링 품질이 허용되는 경계값 이하로 저하되는 시점까지의 시간이라 할 수 있다. 이 때, 모니터링 품질과 허용되는 경계값은 WSN의 어플리케이션에 따라 다양하게 결정되기 때문에 각기 다른 정의가 필요하다.
WSN의 수명을 정의함에 있어서 가장 빈번하게 활용되고 있는 것은 동작하고 있는(alive) 노드의 수를 토대로 하는 것이다. 이 경우에는 처음으로 노드가 동작을 멈출(die) 때까지의 시간 내지는 일정 퍼센트의 노드들이 동작을 멈추는 시간까지를 네트워크의 수명으로 한정한다. 이러한 정의는 센서 네트워크의 커버리지 영역이 중요시 되는 응용분야에서 유용하게 활용된다. 이러한 방법의 하나로서 α- 커버리지(α- coverage) 방식이 있으며, 네트워크의 수명을 그 네트워크의 커버리지가 주어진 α 퍼센트 이하로 감소할 때까지의 시간으로 한정하는 기술이다.
네트워크의 수명의 정의를 달리함에 따라 필요한 관리 정보 또한 달라진다. 만일 어플리케이션이 동작하고 있는(alive) 센서 노드의 수에 기초하여 수명을 예측한다면 이를 위한 정보는; 네트워크 내의 노드 수, 센서 노드 개별의 잔류 에너지, 각 노드별 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비 등이 필요하게 된다. 이러한 정보들은 단일의 센서 노드의 수명을 예측하는 데 사용된다. 만약 어플리케이션의 성능이 네트워크의 커버리지에 의해 결정된다면, 네트워크의 수명을 예측하기 위한 관리 정보는; 잔류 에너지, 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비, 센서 노드들의 위치 및 개별 커버리지가 필요하다. 전술한 센서 노드의 수에 기초하여 수명을 예측하는 방식에 대해 추가적으로 필요한 센서 노드들의 위치 및 개별 커버리지 정보는 대상 지역의 커버리지를 계산하는데 사용된다.
아울러 또 다른 네트워크의 수명 예측 정의로서 패킷 전달 비, 또는 연결성, 연결성과 커버리지를 동시에 반영하는 등의 다양한 수명 관리의 정의가 있다. 본 발명은 동작하고 있는(alive) 노드의 수와 네트워크의 커버리지 정보 2개를 이용하는 네트워크의 수명 예측 기술에 특징이 있다.
도8은 네트워크 수명 예측의 흐름도이다. 전술한 도6에서 설명된 관리 정보들 중 네트워크의 수명을 예측하기 위한 관리 정보는 다음의 5개로 한정된다.
에너지 (노드의 잔류 에너지)
데이터 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비(ratio)
센싱 커버리지
노드의 위치
보고의 주기
상기의 정보는 동작하고 있는(alive) 노드의 수와 네트워크의 커버리지 정보에 기초하여 네트워크의 수명을 예측하기 위한 것으로서, 에너지와 데이터 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비는 지속적으로 변화하는 정보이기 때문에 주기적인 업데이트(갱신)가 필요하다. 노드의 위치 정보는 그 위치가 변경될 때에만 업데이트되는 이벤트 정보다. 센싱 커버리지는 네트워크의 초기화 단계에서 한번만 필요한 정적(static)정보가 된다. 센싱 커버리지와 노드의 위치 정보는 네트워크 커버리지에 기반한 수명 예측을 위한 정보이다.
네트워크의 초기화 단계에서 관리자는 각 센서 노드들이 어플리케이션에 따른 정보를 전송하도록 명령을 전달한다. 관리자는 GET과 SET 메시지를 이용하여 네트워크의 클러스터 헤드에 관리정보를 요청한다. GET은 네트워크의 수명 예측을 위한 정보 수집을 위해 사용되고, SET은 보고의 주기를 설정하는데 사용된다. 이러한 GET과 SET 메시지에 의해 각 센서 노드들이 어떠한 정보를 언제 관리자에게 전송할지를 설정하게 된다. 네트워크의 초기화 단계 이후 센서 노드(110)은 요청된 정보를 전송하게 되는 데, 예로서 지속적으로 변화하는 잔류 에너지와 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비와 같은 정보를 주기적인 TRAP 메시지로 전송하여 관리자가 네트워크의 상태를 파악하고 주기적으로 예측할 수 있도록 한다. 이 때 주기는 네트워크의 초기화 단계에서 SET 메시지에 의해 설정된다. 센서 노드의 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비가 변화하지 않을 경우에는, 센서 노드는 잔류 에너지 정보만을 TRAP 메시지로 전송한다(도8의 TRAP(1)). 한편 고정된 센서 노드(110)의 위치는 거의 변하지 않는다. 따라서 위치 정보는 네트워크 초기화 단계에서 RESPONSE 메시지로 전달된다. 만일 바람이나 기타 요인에 의해 센서 노드(110)들의 일부 위치가 변하게 되면, 해당 노드들의 위치 정보는 TRAP 메시지로 전송한다. 만약 센서 노드 들로부터의 주기적인 메시지가 관리자(싱크 노드 (130))나 클러스터 헤드에 전송되지 않을 경우에는, 상기 관리자(싱크 노드 (130))나 클러스터 헤드가 GET 메시지를 전송하여 받지 못한 메시지를 재전송 받으며 이 때 해당 센서 노드로부터 응답이 없을 시에는 고장 등의 이상이 발생한 노드로 판단한다. 클러스터 헤드는 주기적으로 정보를 수집하고 이로부터 클러스터의 수명을 예측하고 이상 발생 노드 등과 같은 변화 상태를 반영한 해당 클러스터의 수명을 관리자에게 전송한다.
도9는 센서 필드에 배치된 센서 노드들의 예시를 간략히 도시한다. 복수의 센서 노드(110)들은 Xm × Yn의 크기를 가진 센서 필드 (100)에 배치된다. 각각의 센서 노드(110)들의 센싱 커버리지는 모두 S 이다. 도4 및 도5에서 설명한 바와 같이, 각각의 센서 노드(110)은 위치 추적 시스템(113)을 구비하므로 관리 정보에 의거하여 센서 노드들의 위치를 센서 필드(100)에 대응시킬 수 있다. 네트워크의 수명을 예측하기 위한 관리 정보는, 센서 노드의 잔류 에너지, 위치, 그리고 센싱 커버리지이다. 이들 3개의 관리 정보는 도8에서 설명된 바와 같이 싱크 노드(130)에 의해 주기적으로 수신된다.
여기서 주기를 Δt라 하면 주어진 시간 t(Δt의 배수)에서 i번째 센서 노드의 에너지 소모율 CR은;
CRi(t) = [Ei(t-Δt)-Ei(t)]/Δt
로 표현된다. 그러므로, i번째 센서 노드의 잔류 수명 RLi(t)는;
RLi(t) = Ei(t)/CRi(t)
로 계산될 수 있다.
상기의 방식에 의해 본 발명에서는 전체 센서 노드(110) 각각의 잔류 수명을 계산하고, 그 결과를 잔류 수명이 가장 짧은 센서 노드부터 잔루 수명이 중가하는 순서로 재배치한다. 도10의 표4는 임의의 시간 mt에서 각 센서 노드의 잔류 수명을 가장 짧은 노드부터 잔류 수명이 증가되는 순서로 소팅(sorting)한 일례를 도시한다. 센서 노드의 잔류 수명 순서는 매 Δt마다 다시 계산되고 갱신되는 특징을 가진다. 따라서 주어진 네트워크내에서 시간이 지남에 따라 수명을 다하는 노드와 그 순서를 예측할 수 있다.
도11은 본 발명의 네트워크 커버리지의 개요를 도시한다. 전술한 바와 같이 시간 mt에서 각 센서 노드의 잔류 수명을 계산한 뒤, 이를 이용하여 상태 공간 covm 를 다음과 같이 도출할 수 있다.
covm = { cov0 m ,cov1 m ,cov2 m ,cov3 m ,…}
여기서 covi m 는 시간 mt 에서 I 개의 센서 노드가 수명을 다했을 때, 네트워크의 커버리지를 의미하며, 이는 도11 로부터 계산될 수 있다.
센서 노드들은 Xm × Yn의 크기를 가진 센서 필드(100)에 배치되어 있고, 상기 센서 필드(100)는 X와 Y방향으로 단위길이 X1~Xm 와 Y1~Yn 로 구분한다. 그러므로 센서 필드(100)는 (X1,Y1)~(Xm,Yn) 로 표현되는 단위 영역의 그룹으로 구분될 수 있다. 이를 기초로 네트워크의 커버리지는 각 단위 영역의 중심으로부터 가장 가까운 센서 노드까지의 거리가 센서 노드의 커버리지 S 이내인 단위 영역의 개수, 즉 센서 노드의 센싱 커버리지 S 이내에 위치한 단위 영역의 개수를 구하여 계산한다.
여기서 S를 단일 센서 노드의 센싱 커버리지라 하면, 다음의 연산 과정에 의해 네트워크의 커버리지를 구한다.
===========================================================
for i=1 ~ m
for j = 1 ~ n
if distance from (Xi, Yj) to nearest node < S
covered_region = covered_region + 1;
end
end
end
coverage = covered_region / m*n;
===========================================================
따라서 각 센서 노드들의 센싱 커버리지에 포함되는 단위 영역들이 전체 커버 영역이 되고, 네트워크의 커버리지는 전체 센서 필드(100)에 대한 각 센서 노드들의 센싱 커버리지에 포함되는 전체 단위 영역들의 비율로서 구해진다.
도12는 본 발명의 네트워크 수명 예측 프로세스의 전체 흐름도를 도시한다.
프로세스가 시작되면(S100), 우선 어플리케이션에 따른 네트워크의 수명과 필요한 정보를 초기값으로 정의(S200)하고, 다음으로 센서 노드들로부터의 관리 정보를 클러스터 헤드에서 수집하며 이때의 시간을 mt로 정의 한다(S300). 이어 클러스터를 구성하는 센서 노드 각각의 잔류 수명을 추정(S400)한다. 이후 클러스터 헤드에서는 전술한 바와 같이 각 센서 노드들의 잔류 수명, 동작중인 노드의 수, 네트워크 커버리지를 연산하고 정의된 클러스터의 수명을 만족하지 못하는 시점을 구한다(S500). 각 클러스터 별로 구해진 잔류 수명 값은 관리자에게 전송되고, 이를 기초로 관리자는 각 클러스터의 수명으로부터 WSN의 수명을 예측(S600)한다. 이러한 일련의 과정은 네트워크 정보가 수집되는 시간 mt 에서 수행되고, 다음 번 시간 mt+Δ(S700)에서 새로운 네트워크 정보가 다시 수집되어 반복하여 네트워크 수명 예측이 수행된다. 만일 클러스터의 예측 수명이 정해진 경계값 이하가 되면 해당 클러스터 헤드는 관리자에게 TRAP 메시지를 이용하여 임계 정보로 전송할 수 있다.
도13은 본 발명에 따른 예측 결과의 일례를 도시한다. 본 발명의 무선 센서 네트워크의 수명 예측은, 관리정보 베이스(MIB)로써 각 센서 노드들과 싱크 노드의 센서 필드 내 위치를 파악하고; 센서 노드의 에너지 소모율로부터 센서 노드 각각의 잔류 수명을 연산하여 잔류 수명이 증가하는 순서로 재배치하며, 상기 재배치된 센서 노드가 차례로 동작이 멈추는 경우 별로 네트워크의 커버리지를 구하여, 주어진 센서 필드가 더 이상 네트워크로서의 기능을 발휘하지 못하는 임계 커버리지 α에 해당하는 센서 노드의 잔류 수명을 무선 센서 네트워크의 수명으로 예측하는 것을 특징으로 한다. 도13에서, 주어진 센서 필드 #00에 대해 필드 내의 센서 노드들과 싱크 노드의 위치는 관리정보 베이스에 의해 파악할 수 있으며, 센서 노드 각각의 잔류 수명이 연산되어 수명이 짧은 노드부터 긴 노드까지 순서대로 분류된다. 도13에서 가장 짧은 수명의 센서 노드는 ID 12의 노드로서 잔류 수명은 t0, rm 다음으로는 ID 3 노드로 잔류 수명 t1… 등과 같이 분류된다. 이어 상태 공간 covm 센서 필드에 대한 네트워크 커버리지를 계산하며 예로서 ID 12 센서 노드가 동작을 멈추게 되면 이 때의 커버리지는 98%, 센서 ID 12와 ID 3이 정지하게 되면 네트워크의 커버리지는 97%, 센서 ID 12, ID 3, ID 2가 정지하면 커버리지는 96% … 로 연산될 수 있다. 여기에서 주어진 센서 필드가 더 이상 네트워크로서의 기능을 발휘하지 못하는 임계 커버리지 α값이 정의되면, 전체 네트워크의 수명이 다른 계산 없이 직접 예측될 수 있다. 도12에서 임계 커버리지 α=0.95 (95%)로 주어지면, 이 네트워크의 수명은 ID 14의 센서 노드가 동작을 멈추는 t4로 예측되는 것이다. 이러한 예측은 관리정보가 전달되는 시점마다 반복되므로 네트워크의 잔류 수명 예측이 지속적으로 업데이트 되는 특성을 가진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 센서 필드 110 : 센서 노드
111 : 프로세서 112 : 트랜시버
113 : 위치 추적 장치 114 : 모바일라이저
115 : ADC 116 : 센서
117 : 정보 분류기 118 : 메모리
118a : 관리 정보 119a : 전원장치
119b : 전원 구동 장치 119c : 전력 모니터부
120 : 클러스터 130 : 싱크 노드
131 : 프로세서 132 : 트랜시버
133 : 위치 추적 장치 134 : 모바일라이저
135 : 정보 분류기 136 : 메모리
137 : 관리 정보 138 : 전원장치
200 : 인터넷 300 : 네트워크 관리 프로토콜 관리자

Claims (16)

  1. 무선 센서 네트워크의 수명을 관리하는 시스템에 있어서,
    어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 저장하고 전송하는 복수의 센서 노드;
    상기 센서 노드들로부터의 어플리케이션 데이터를 수신하며 관리정보를 저장하고 전송하는 싱크 노드;및
    상기 싱크 노드로부터 어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 수신하는 네트워크 프로토콜 관리자;로 구성되고,


    상기 센서 노드들은 내부의 프로세서로부터 관리 정보를 제공받아 분류하는 정보 분류기;를 구비하며,
    상기 싱크 노드 또한 내부의 프로세서로부터 관리 정보를 제공받아 분류하는 정보 분류기;를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    무선 통신 장치로서 트랜시버;와 소형의 마이크로 콘트롤러인 프로세서;와 센서 및 ADC를 구비한 감지부;와 전원부;와 현재의 위치로부터 센서 노드의 위치를 다른 곳으로 변경하여 주어진 동작을 수행하도록 모바일라이저;및 센서 노드의 위치 정보를 제공하는 위치 추적 장치;로 구성되고,


    상기 전원유닛으로부터 공급되는 전류나 전압을 감지하는 전력 모니터부;를 더 구비하여 감지된 전류나 전압을 ADC에 공급하여 양자화된 데이터를 프로세서에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    프로세서의 메모리내에 관리정보를 저장할 수 있는 메모리 공간을 포함하여,
    정보 분류기로부터 제공 받은 분류된 관리 정보를 관리정보 공간에 저장하도록 구성된 것을 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  4. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 노드는,
    무선 통신 장치로서 트랜시버;와 소형의 마이크로 콘트롤러인 프로세서;와 센서 및 ADC를 구비한 감지부;와 전원부;와 현재의 위치로부터 센서 노드의 위치를 다른 곳으로 변경하여 주어진 동작을 수행하도록 모바일라이저;및 센서 노드의 위치 정보를 제공하는 위치 추적 장치;로 구성되고,


    상기 프로세서는,
    프로세서의 메모리내에 관리정보를 저장할 수 있는 메모리 공간을 포함하여,
    정보 분류기로부터 제공 받은 분류된 관리 정보를 관리정보 공간에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  5. 무선 센서 네트워크의 수명을 관리하는 시스템에 있어서,
    어플리케이션 데이터와 함께 관리정보를 저장하고 전송하는 복수의 센서 노드;
    상기 센서 노드 들로부터의 어플리케이션 데이터를 수신하며 관리정보를 저장하고 전송하는 싱크 노드;를 구비하되,
    상기 관리 정보는 무선 센서 네트워크의 수명을 예측하기 위한 정보로서, 에너지 (노드의 잔류 에너지), 데이터 송신(Tx) 및 수신(Rx) 비(ratio), 센싱 커버리지, 노드의 위치, 및 보고의 주기를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관리 정보는,
    상기 복수의 센서 노드로부터 싱크 노드로 주기적인 TRAP 메시지로 전달되어 네트워크의 상태를 예측하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  7. 제5항에 있어서,
    상기 관리 정보들 중 노드의 위치는,
    네트워크의 초기화 시에 센서 노드 들로부터 RESPONSE 메시지로 싱크 노드에 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  8. 제5항에 있어서,
    상기 관리 정보들 중 노드의 위치는,
    네트워크의 초기화 이후에 센서 노드 들로부터 TRAP 메시지로 싱크 노드에 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  9. 제5항에서,
    상기 싱크 노드는,
    센서 노드로부터 전송된 상기 에너지와 상기 보고의 주기를 이용하여, i번째 센서 노드의 에너지 소모율 CRi(t) 를;
    CRi(t) = [Ei(t-Δt)-Ei(t)]/Δt
    (시간 t에서의 i번 센서 노드의 에너지 : Ei(t), 보고의 주기 Δt)
    로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  10. 제9항에서,
    상기 싱크 노드는,
    센서 노드로부터 전송된 상기 에너지와 상기 보고의 주기를 이용하여, i번째 센서 노드의 잔류 수명 RLi(t)를
    RLi(t) = Ei(t)/CRi(t)
    로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  11. 제9항에서,
    상기 싱크 노드는,
    센서 노드의 잔류 수명을 전체 센서 노드들에 대하여 연산하고 가장 짧은 수명의 센서 노드로부터 긴 수명의 센서 노드의 순서로 재배열(sort)하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 노드들의 에너지 소모율 및 상기 잔류 수명은 보고의 주기 Δt마다 연산되고 갱신되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  13. 무선 센서 네트워크의 수명을 관리하는 시스템에 있어서,
    센서 노드들이 배치된 센서 필드를 단위 영역의 그룹으로 구분하고,
    각 단위 영역의 중심으로부터 가장 가까운 센서 노드까지의 거리가 센서 노드의 커버리지 S 이내인 단위 영역의 개수, 즉 센서 노드의 센싱 커버리지 S 이내에 위치한 단위 영역의 개수를 구하여,
    전체 센서 필드에 대한 각 센서 노드들의 센싱 커버리지에 포함되는 전체 단위 영역들의 비율로서 네트워크의 커버리지를 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 시스템
  14. 무선 센서 네트워크의 수명을 관리하는 방법에 있어서,
    프로세스가 시작하는 단계(S100);
    어플리케이션에 따른 네트워크의 수명과 필요한 정보를 초기값으로 정의하는 단계(S200);
    센서 노드 들로부터의 관리 정보를 클러스터 헤드에서 수집하며 이때의 시간을 mt로 정의하는 단계(S300);
    클러스터를 구성하는 센서 노드 각각의 잔류 수명을 추정하는 단계(S400);
    클러스터 헤드에서는 각 센서 노드들의 잔류 수명, 동작중인 노드의 수, 네트워크 커버리지를 연산하고 정의된 클러스터의 수명을 만족하지 못하는 시점을 구하는 단계(S500);및
    각 클러스터 별로 구해진 잔류 수명 값은 관리자에게 전송되고, 이를 기초로 관리자는 각 클러스터의 수명으로부터 WSN의 수명을 예측하는 단계(S600);를 포함하여 구성되며,


    상기의 과정은 네트워크 정보가 수집되는 시간 mt 에서 수행되고, 다음 번 시간 mt+Δ(S700);에서 새로운 네트워크 정보가 다시 수집되어 반복하여 네트워크 수명 예측이 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 방법
  15. 제14항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드는,
    클러스터의 예측 수명이 정해진 경계값 이하가 되면 해당 클러스터 헤드는 관리자에게 TRAP 메시지를 이용하여 임계 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 방법
  16. 무선 센서 네트워크의 수명을 관리하는 방법에 있어서,
    관리정보 베이스(MIB)로써 각 센서 노드들과 싱크 노드의 센서 필드 내 위치를 파악하는 단계;
    센서 노드의 에너지 소모율로부터 센서 노드 각각의 잔류 수명을 연산하여 잔류 수명이 증가하는 순서로 재배치하는 단계;및
    상기 재배치된 센서 노드가 차례로 동작이 멈추는 경우 별로 네트워크의 커버리지를 구하여,주어진 센서 필드가 더 이상 네트워크로서의 기능을 발휘하지 못하는 임계 커버리지 α에 해당하는 센서 노드의 잔류 수명을 무선 센서 네트워크의 수명으로 예측하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크의 수명 관리 방법
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