KR20110064145A - 우선 정보의 실시간 전송을 지원하는 라우팅 메카니즘을 제공하는 센서 네트워크 및 네트워크 노드의 동작 방법 - Google Patents

우선 정보의 실시간 전송을 지원하는 라우팅 메카니즘을 제공하는 센서 네트워크 및 네트워크 노드의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 센서 네트워크의 동작 방법은 특정 네트워크 노드의 상위 네트워크 노드들을 검출하는 단계, 특정 네트워크 노드 및 검출된 상위 네트워크 노드들 사이의 링크 비용들을 각각 검출하는 단계, 특정 네트워크 노드의 검출된 상위 네트워크 노드들에 대한 송수신 비율을 검출하는 단계, 그리고 검출된 링크 비용들 및 검출된 송수신 비율에 기반하여, 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택하는 단계로 구성된다.

Description

우선 정보의 실시간 전송을 지원하는 라우팅 메카니즘을 제공하는 센서 네트워크 및 네트워크 노드의 동작 방법{OPERATING METHOD OF SENSOR NETWORK AND NETWORK NODE PROVIDING ROUTING MECHANISM SUPPORTING REAL TIME TRANSMISSION OF PRIOR INFORMATION}
본 발명은 네트워크에 관한 것으로, 더 상세하게는 우선 정보의 실시간 전송을 지원하는 라우팅 메카니즘을 제공하는 센서 네트워크 및 네트워크 노드의 동작 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 복수의 센서 노드들(sensor node) 및 싱크 노드(sink node)로 구성된다. 각각의 센서 노드는 센서를 포함하며, 센싱 결과를 채널을 통해 싱크 노드로 전송한다. 제어 노드는 센서 노드들로부터 수집되는 센싱 결과를 처리한다.
센서 네트워크는 센서 노드들이 설치된 지역의 정보를 실시간으로 감시한다. 예를 들면, 센서 네트워크는 국경을 감시하는 수단, 주차 상태를 감시하는 수단, 기상 상황을 감시하는 수단, 사고 및 재난을 감시하는 수단으로 적용될 수 있다.
복수의 센서 노드들 및 제어 노드는 무선 채널을 통해 통신한다. 따라서, 복수의 센서 노드들 및 제어 노드의 통신 범위는 제한된다. 제어 노드로부터 통신 범 위 밖에 위치한 센서 노드들은 다른 센서 노드들을 통해 제어 노드와 통신한다. 즉, 센서 노드들은 멀티-홉(multi-hop) 통신을 수행한다.
멀티-홉 통신이 수행될 때, 특정 센서 노드에 패킷 트래픽(packet traffic)이 집중될 수 있다. 특정 센서 노드에 패킷 트래픽이 집중되면, 특정 센서 노드를 통한 통신 속도가 감소된다. 이와 같은 현상은 혼잡(congestion)이라 불린다.
센서 네트워크를 통해 수집되는 정보들 중 일부는 실시간 전송이 요구된다. 예를 들면, 국경 감시 네트워크에서 적의 침입을 알리는 패킷, 기상 감시 네트워크에서 태풍 또는 홍수 등과 같은 재난을 알리는 패킷, 사고 감시 네트워크에서 교통 사고의 발생을 나타내는 패킷 등은 실시간 전송이 요구될 것이다.
본 발명의 목적은, 우선 정보의 실시간 전송을 지원하는 라우팅 메카니즘을 제공하는 센서 네트워크 및 그것의 네트워크 노드의 동작 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크의 동작 방법은, 특정 네트워크 노드의 상위 네트워크 노드들을 검출하는 단계; 상기 특정 네트워크 노드 및 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 사이의 링크 비용들을 각각 검출하는 단계; 상기 특정 네트워크 노드의 상기 검출된 상위 네트워크 노드들에 대한 송수신 비율을 검출하는 단계; 그리고 상기 검출된 링크 비용들 및 상기 검출된 송수신 비율에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 검출된 상위 노드들 중 하나를 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택하는 단계는 상기 검출된 송수신 비율을 가중치로 이용하여, 상기 검출된 링크 비용들로부터 가중된 링크 비용들을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 가중된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 노드들 중 하나가 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택된다.
실시 예로서, 상기 센서 네트워크의 동작 방법은 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 및 싱크 노드 사이의 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 가중된 링크 비용들, 상기 검출된 송수신 비율, 그리고 상기 전송된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나가 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택된다.
실시 예로서, 상기 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계는 상기 검출된 상위 노드들 및 상기 싱크 노드 사이의 가중된 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 검출된 상위 노드들 중 가중된 링크 비용이 가장 높은 네트워크 노드가 부모 노드로 선택된다.
실시 예로서, 상기 특정 네트워크 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 검출된 송신 패킷량이 제 1 기준량보다 클 때, 상기 부모 노드의 송신 패킷들 중 적어도 하나의 송신 패킷이 삭제된다.
실시 예로서, 상기 특정 네트워크 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계는 상기 특정 네트워크 노드 및 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량들을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 특정 네트워크 노드의 송신 패킷량 및 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량이 상기 제 1 기준량보다 클 때, 상기 부모 노드의 송신 패킷들 중 적어도 하나의 송신 패킷이 삭제된다.
실시 예로서, 상기 삭제되는 적어도 하나의 송신 패킷은 보장된 지연(guranteed delay)을 초과한 송신 패킷 또는 저순위 송신 패킷을 포함한다.
실시 예로서, 상기 선택된 부모 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 검출된 송신 패킷량 및 제 2 기준량의 비교 결과에 기반하여, 상기 선택된 부모 노드로부터 전송되는 제어 패킷의 전송 주기가 조절된다.
실시 예로서, 상기 검출된 패킷량이 상기 제 2 기준량보다 많을 때, 상기 제어 패킷의 전송 주기는 증가된다.
실시 예로서, 상기 검출된 패킷량이 상기 제 2 기준량보다 적을 때, 상기 제어 패킷의 전송 주기는 감소된다.
본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크의 네트워크 노드의 동작 방법은, 상위 네트워크 노드들을 검출하는 단계; 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 각각에 대한 링크 비용들을 검출하는 단계; 상기 검출된 상위 네트워크 노드들에 대한 송수신 비율을 검출하는 단계; 그리고 상기 검출된 링크 비용들 및 상기 검출된 송수신 비율에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계는, 상기 검출된 송수신 비율을 가중치로 이용하여, 상기 검출된 링크 비용들로부터 가중된 링크 비용들을 각각 산출하는 단계; 그리고 상기 가중된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들의 가중된 링크 비용들이 변 할 때, 상기 선택된 부모 노드는 갱신된다.
실시 예로서, 상기 네트워크 노드는, 네트워크 노드들 사이의 통신을 제어하는 제 1 계층, 그리고 패킷이 전송되는 네트워크 경로 관리를 지원하는 제 2 계층을 포함하고, 상기 제 1 계층은 송신 패킷을 저장하는 큐(queue)를 포함하고, 송신 패킷이 발생될 때, 상기 송신 패킷을 상기 제 1 계층의 큐(queue)에 직접 전달하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 패킷의 중계 전송이 수행될 때, 상기 송신 패킷이 발생된다.
실시 예로서, 상기 송신 패킷이 발생될 때, 상기 큐에 전달된 패킷의 우선 순위를 판별하고, 그리고 판별된 우선 순위에 기반하여, 상기 큐에 전달된 패킷의 송신 순서를 결정하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 송신 패킷이 존재할 때, 상기 송신 패킷량을 판별하고, 그리고 상기 판별된 송신 패킷량이 기준량보다 클 때, 제어 패킷의 전송 주기를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 송신 패킷이 존재할 때, 상기 송신 패킷량을 판별하고, 그리고 상기 판별된 송신 패킷량이 기준량보다 작을 때, 제어 패킷의 전송 주기를 감소시키는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 패킷을 송신할 때, 적어도 두 개의 송신 패킷들을 하나의 패킷으로 결합하여 송신하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 링크 비용 및 송수신 비율에 따라 부모 노드가 선택 및 갱신된다. 따라서, 정보가 실시간으로 전송될 수 있다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호를 이용하여 인용될 것이다. 유사한 구성 요소들은 유사한 참조 번호들을 이용하여 인용될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크(10)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 센서 네트워크(10)는 싱크 노드(S) 및 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)을 포함한다. 싱크 노드(S) 및 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)과 같이, 센서 네트워크(10)를 구성하는 노드들은 네트워크 노드라 불린다. 도 1에서, 싱크 노드(S) 및 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)이 도시되어 있다. 그러나, 센서 네트워크(10)는 싱크 노드(S) 및 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)로 구성되는 것으로 한정되지 않는다.
센서 노드들(1~3) 각각은 센서를 포함한다. 예를 들면, 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3) 각각은 동작 센서, 온도 센서, 중력 센서, 압력 센서, 광도 센서 등과 같은 주변 환경을 인식할 수 있는 센서들 중 적어도 하나를 포함한다. 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3) 각각은 통신기를 포함한다. 예를 들면, 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3) 각각은 무선 통신기를 포함한다. 통신기를 이용하여, 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)은 센싱 결과들을 각각 싱크 노드(S)로 전송한다. 예시적으로, 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)은 센싱 결과들을 멀티-홉(multi-hop) 통신을 통해 싱크 노드(S)로 각각 전송한다.
싱크 노드(S)는 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3)로부터 수집되는 센싱 결과들을 처리한다. 예를 들면, 싱크 노드(S)는 센서 네트워크를 관리하는 제어 센터(또는 서버)에 연결될 것이다. 예를 들면, 싱크 노드(S)는 게이트 웨이(gateway)를 통해 IP (internet Protocol) 네트워크에 연결될 것이다.
예시적으로, 싱크 노드(S) 및 제 1 내지 제 3 센서 노드들(1~3) 사이에 형성될 수 있는 통신 채널들이 도 1에 도시되어 있다. 제 3 센서 노드(3)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)과 통신 가능하다. 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 각각은 싱크 노드(S) 및 제 3 센서 노드(3)와 통신 가능하다. 즉, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)은 싱크 노드(S)와 1 홉(hop) 통신이 가능하며, 제 3 센서 노드(3)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)을 통해 싱크 노드(S)와 멀티-홉 통신, 더 상세하게는 2 홉 통신을 수행한다.
이하에서, 라우팅 깊이(routing depth)를 정의한다. 라우팅 깊이는 특정 네트워크 노드 및 싱크 노드(S) 사이의 홉 수에 기반하여 설정된다. 싱크 노드(S)의 라우팅 깊이는 0으로 설정된다. 싱크 노드(S)와 1 홉 통신을 수행하는 네트워크 노드들, 즉 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)의 라우팅 깊이는 1로 설정된다. 싱크 노드(S)와 2 홉 통신을 수행하는 네트워크 노드들, 즉 제 3 센서 노드(3)의 라우팅 깊이는 2로 설정된다. 마찬가지로, 싱크 노드(S)와 n 홉 통신을 수행하는 네트워크 노드들의 라우팅 깊이는 n으로 설정된다. 예시적으로, 라우팅 깊이 n인 네트워크 노드는 라우팅 깊이 n+1 인 네트워크 노드의 상위 네트워크 노드인 것으로 정의한다. 또한, 라우팅 깊이 n+1인 네트워크 노드는 라우팅 깊이 n인 네트워크 노드의 하위 네트워크 노드인 것으로 정의한다.
센서 네트워크(10)에서, 라우팅 깊이 1인 네트워크 노드들(즉 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)) 및 싱크 노드(S) 사이의 링크 비용들(link cost)이 각각 판별된다. 예시적으로, 링크 비용은 두 네트워크 노드들 사이의 통신 채널의 품질을 나타낸다.
예시적으로, 링크 비용은 두 네트워크 노드들 사이의 RF (Radio Frequency) 신호의 강도에 기반하여 판별될 것이다.
예시적으로, 링크 비용은 미리 설정된 시간 동안의 제어 패킷 및 응답 패킷에 기반하여 판별될 것이다. 예를 들면, 특정 네트워크 노드는 최근 1분 동안 송신한 제어 패킷 및 수신한 응답 패킷에 기반하여, 상대 네트워크 노드와의 링크 비용을 판별할 것이다. 예를 들면, 특정 네트워크 노드는 최근 10분 동안 송신한 제어 패킷 및 수신한 응답 패킷에 기반하여, 상대 네트워크 노드와의 링크 비용을 판별할 것이다.
예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 각각은 싱크 노드(S)에 제어 패킷을 전송한다. 전송된 제어 패킷에 응답하여, 싱크 노드(S)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)에 응답 패킷을 전송한다. 전송된 제어 패킷에 따른 응답 패킷의 수신율, 전송된 제어 패킷에 따른 응답 패킷의 수신 지연 시간 등에 기반하여, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 및 싱크 노드(S) 사이의 제 1 링크 비용들이 각각 판별된 다.
마찬가지로, 싱크 노드(S)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)에 제어 패킷들을 각각 전송한다. 전송된 제어 패킷에 응답하여, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 각각은 싱크 노드(S)로 응답 패킷을 전송한다. 제어 패킷 및 응답 패킷에 기반하여, 싱크 노드(S)와 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 사이의 제 2 링크 비용들이 각각 판별된다.
예시적으로, 제 1 링크 비용들이 판별될 때, 제어 패킷이 하위 네트워크 노드들(제 1 및는 제 2 센서 노드들(1, 2))로부터 상위 네트워크 노드(싱크 노드(S))로 전송된다. 따라서, 제 1 링크 비용들은 업 링크 비용(Cu)이라 불린다. 제 2 링크 비용들이 판별될 때, 제어 패킷이 상위 네트워크 노드(싱크 노드(S))로부터 하위 네트워크 노드들(제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))로 전송된다. 따라서, 제 2 링크 비용들은 다운 링크 비용(Cd)이라 불린다.
싱크 노드(S)와 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2) 사이의 링크 비용들이 판별된 것과 마찬가지로, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)과 제 3 센서 노드(3) 사이의 링크 비용들이 각각 판별된다. 즉, 센서 네트워크(10)에서, 상위 네트워크 노드들 및 하위 네트워크 노드들 사이의 링크 비용들(예를 들면, 업 링크 비용들(Cu) 및 다운 링크 비용들(Cd))이 각각 판별된다.
도 1에서, 싱크 노드(S) 및 제 1 센서 노드(1) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 40인 것으로 도시되어 있다. 싱크 노드(S) 및 제 2 센서 노드(2) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 40인 것으로 도시되어 있다. 제 1 센서 노드(1) 및 제 3 센서 노드(3) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 20 및 80인 것으로 도시되어 있다. 제 2 센서 노드(2) 및 제 3 센서 노드(3) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 80 및 20인 것으로 도시되어 있다.
또한, 센서 네트워크(10)에서, 상위 네트워크 노드들 및 하위 네트워크 노드들 사이의 송수신 비율이 판별된다. 예를 들면, 제 3 센서 노드(3)가 제 1 또는 제 2 센서 노드(1, 2)로 송신하는 패킷량, 그리고 제 3 센서 노드(3)가 제 1 또는 제 2 센서 노드(1, 2)로부터 수신하는 패킷량에 기반하여, 송수신 비율이 판별된다. 즉, 특정 네트워크 노드가 상위 네트워크 노드로 송신하는 송신량, 그리고 특정 네트워크 노드가 상위 네트워크 노드로부터 수신하는 수신량에 기반하여, 특정 네트워크 노드의 송수신 비율이 판별된다.
판별된 링크 비용들 및 송수신 비율에 기반하여, 특정 네트워크 노드는 상위 네트워크 노드들에 대한 가중된 링크 비용을 산출한다. 예를 들면, 판별된 링크 비용들을 가중치로 이용하여, 특정 네트워크 노드는 상위 네트워크 노드들에 대한 가중된 링크 비용을 산출한다. 가중된 링크 비용에 기반하여, 특정 네트워크 노드는 상위 네트워크 노드들 중 부모 노드를 선택한다.
예시적으로, 제 3 센서 노드(3)가 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)(즉, 상위 네트워크 노드들) 중 부모 노드를 선택하는 것으로 가정한다. 제 3 센서 노드(3)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)(즉, 상위 네트워크 노드들)과의 링크 비용들을 각각 판별한다. 제 3 센서 노드(3)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)(즉, 상위 네트 워크 노드들) 및 싱크 노드(S) 사이의 링크 비용들을 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)(즉, 상위 네트워크 노드들)로부터 각각 수신한다. 그리고, 제 3 센서 노드(3)는 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)(즉, 상위 네트워크 노드들)에 대한 송수신 비율을 판별한다. 예시적으로, 송신 비율은 10이고, 수신 비율은 1인 것으로 가정한다.
송신 비율 및 업 링크 비용(Cu)들에 기반하여 가중된 업 링크 비용들이 산출된다. 우선, 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 업 링크 비용이 산출되는 것으로 가정한다. 제 3 센서 노드(3) 및 제 1 센서 노드(1) 사이의 업 링크 비용(Cu)은 20이다. 제 3 센서 노드(3) 및 제 1 센서 노드(1) 사이의 업 링크 비용(Cu) 20에 송신율 10이 가중되면(예를 들면, 곱해지면), 200이 산출된다. 산출된 값에 제 1 센서 노드(1) 및 싱크 노드(S) 사이의 업 링크 비용(Cu) 40이 합산되면, 240이 산출된다. 즉, 제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 업 링크 비용은 240으로 산출된다.
제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 업 링크 비용이 산출되는 것으로 가정한다. 제 3 센서 노드(3) 및 제 2 센서 노드(2) 사이의 업 링크 비용(Cu)은 80이다. 제 3 센서 노드(3) 및 제 2 센서 노드(2) 사이의 업 링크 비용(Cu) 80에 송신율 10이 가중되면(예를 들면, 곱해지면), 800이 산출된다. 산출된 값에 제 2 센서 노드(2) 및 싱크 노드(S) 사이의 업 링크 비용(Cu) 40이 합산되면, 840이 산출된다. 즉, 제 3 센서 노드(3)의 제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 업 링크 비용은 840으로 산출된다.
마찬가지로, 수신 비율 및 링크 비용들에 기반하여 가중된 다운 링크 비용들 이 산출된다. 제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 다운 링크 비용은 120이다. 제 3 센서 노드(3)의 제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 다운 링크 비용은 60이다.
가중된 업 링크 비용 및 가중된 다운 링크 비용에 기반하여, 가중된 링크 비용이 산출된다. 예시적으로, 가중된 링크 비용은 가중된 업 링크 비용 및 가중된 다운 링크 비용의 평균(예를 들면, 산술 평균)에 따라 산출된다.
제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 업 링크 비용은 240이며, 가중된 다운 링크 비용은 120이다. 따라서, 제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 링크 비용은 180이다. 제 3 센서 노드(3)의 제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 업 링크 비용은 840이며, 가중된 다운 링크 비용은 60이다. 따라서, 제 3 센서 노드(3)의 제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 링크 비용은 450이다.
제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 링크 비용은 450이며, 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 링크 비용 180 보다 크다. 따라서, 제 3 센서 노드(3)는 제 2 센서 노드(2)를 부모 노드로 선택한다.
상술한 바와 같이, 센서 네트워크(10)에서, 부모 노드는 링크 비용 및 송수신 비율에 기반하여 선택된다. 따라서, 패킷 전송 비율을 고려한 최적의 부모 노드가 선택될 수 있다.
예시적으로, 특정 네트워크 노드는, 상위 네트워크 노드들의 싱크 노드(S)에 대한 가중된 링크 비용들을, 상위 네트워크 노드들로부터 각각 수신할 것이다. 그 리고, 수신된 가중된 링크 비용들, 상위 네트워크 노드들과의 링크 비용들, 그리고 송수신 비율에 기반하여, 상위 네트워크 노드들에 대한 가중된 링크 비용들을 산출할 것이다. 즉, 특정 네트워크 노드로부터 상위 네트워크 노드들을 통해 싱크 노드(S)로 연결되는 링크들의 가중된 링크 비용들이 각각 판별될 것이다.
도 2는 도 1의 센서 네트워크(10)의 채널 연결 상태를 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)은 각각 싱크 노드(S)를 부모 노드로 선택한다. 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 제 3 센서 노드(3)는 제 2 센서 노드(2)를 부모 노드로 선택한다.
예시적으로, 통신 환경에 따라 링크 비용들 및 송수신 비율이 변할 수 있다. 링크 비용들 및 송수신 비율이 변할 때, 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들은 부모 노드를 갱신할 수 있다.
도 3은 도 1의 센서 네트워크(10)의 네트워크 환경이 변화한 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 70 및 20으로 도시되어 있다. 제 2 및 제 3 센서 노드들(2, 3) 사이의 업 링크 비용(Cu) 및 다운 링크 비용(Cd)은 각각 60 및 30으로 도시되어 있다.
그리고, 제 3 센서 노드(3)의 송신 비율은 6이며, 수신 비율은 4인 것으로 가정한다.
제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 가중된 링크 비용은 290으로 산출된다. 제 3 센서 노드(3)의 제 2 센서 노드(2)에 대한 가중된 링크 비용은 280 으로 산출된다. 제 3 센서 노드(3)의 제 1 센서 노드(1)에 대한 링크 비용이 제 2 센서 노드(2)에 대한 링크 비용보다 높으므로, 제 3 센서 노드(3)는 부모 노드를 제 1 센서 노드(1)로 갱신한다.
예시적으로, 송수신 비율은 미리 설정된 시간 동안의 패킷 송수신량에 기반하여 판별될 것이다. 예를 들면, 특정 센서 노드는 최근 1분 동안의 패킷 송수신량에 기반하여 송수신 비율을 판별할 것이다. 예를 들면, 특정 센서 노드는 최근 10분 동안의 패킷 송수신량에 기반하여 송수신 비율을 판별할 것이다.
도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 센서 네트워크(10)의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, S110 단계에서, 상위 네트워크 노드들로부터 링크 비용이 수신된다. 예를 들면, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 통신 범위 내에 존재하는 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))을 검출할 것이다. 그리고, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))로부터 링크 비용들이 각각 전송될 것이다.
예시적으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 제 1 센서 노드(1)로부터 업 링크 비용(Cu) 40 및 다운 링크 비용(Cd) 40이 제 3 센서 노드(3)로 전송될 것이다. 그리고, 제 2 센서 노드(2)로부터 업 링크 비용(Cu) 40 및 다운 링크 비용(Cd) 40이 제 3 센서 노드(3)로 전송될 것이다.
예시적으로, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))로부터 각각 수신되는 링크 비용들(예를 들면, 업 링크 비용(Cu) 및 다 운 링크 비용(Cd))은, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)) 및 싱크 노드(S) 사이의 링크 비용들을 각각 나타낼 것이다. 예를 들면, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))로부터 각각 수신되는 링크 비용들은, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)) 및 싱크 노드(S) 사이의 가중된 링크 비용들(예를 들면, 가중된 업 링크 비용 및 가중된 다운 링크 비용)을 각각 나타낼 것이다.
S120 단계에서, 상위 네트워크 노드들과의 링크 비용이 검출된다. 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))과의 링크 비용들을 각각 검출할 것이다.
예시적으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 제 1 센서 노드(1) 및 제 3 센서 노드 사이(3)에서, 업 링크 비용(Cu) 20 및 다운 링크 비용(Cd) 80이 검출될 것이다. 제 2 센서 노드(2) 및 제 3 센서 노드(3) 사이에서, 업 링크 비용(Cu) 80 및 다운 링크 비용(Cd) 20이 검출될 것이다.
S130 단계에서, 링크 비용들에 따라 부모 노드가 선택된다. 예를 들면, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2))로부터 수신된 링크 비용들, 그리고 S120 단계에서 검출된 링크 비용들에 기반하여, 검출된 상위 네트워크 노드들(예를 들면, 제 1 및 제 2 센서 노드들(1, 2)) 중 하나가 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드)의 부모 노드로 선택된다.
예시적으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 검출된 상위 네트워크 노드들 중 가장 높은 가중된 링크 비용에 대응하는 상위 네트워크 노드가 부모 노드로 선택될 것이다.
상술한 바와 같이, 센서 네트워크(10)에서, 링크 비용 및 송수신 비율에 기반하여 가중된 링크 비용이 산출된다. 가중된 링크 비용에 기반하여, 특정 네트워크 노드의 부모 노드가 선택된다. 따라서, 링크 비용 및 송수신 비율을 고려한 최적의 부모 노드가 선택될 수 있으며, 센서 네트워크(10)의 실시간 지원 능력이 향상될 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 센서 네트워크(10)의 부모 노드 갱신 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1 내지 도 3, 그리고 도 5를 참조하면, S210 단계에서, 특정 네트워크 노드의 상위 네트워크 노드들에 대한 링크 비용들(예를 들면, 가중된 링크 비용들)이 각각 산출된다. 예를 들면, S210 단계는 도 4를 참조하여 설명된 S110 단계 및 S120 단계와 마찬가지로 수행될 것이다.
S220 단계에서, 산출된 링크 비용들 중 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 변경되는지 판별된다. 예시적으로, 링크 비용들(예를 들면, 가중된 링크 비용들)의 순위는 링크 비용들(예를 들면, 가중된 링크 비용들)에 대응하는 통신 품질에 기반하여 설정된다. 예를 들면, 제 1 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 통신 품질이 제 2 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 통신 품질보다 높은 경우, 제 1 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 순위가 제 2 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 순위보다 높다. 예시적으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 상위 네트워크 노드들 중 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)이 가장 높은 상위 네트워크 노드가 1순위 상위 네트워크 노드로 설정될 것이다.
1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 변경되지 않으면, S250 단계에서, 기존의 부모 노드가 유지된다. 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 변경되면, S230 단계가 수행된다.
S230 단계에서, 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용) 및 기존 부모 노드의 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 차이가 기준값에 도달하는지 판별된다. 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용) 및 기존 부모 노드의 링크 비용의(예를 들면, 가중된 링크 비용) 차이가 기준값에 도달하지 않으면, S250 단계에서, 기존의 부모 노드가 유지된다. 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용) 및 기존 부모 노드의 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 차이가 기준값에 도달하면, S240 단계가 수행된다.
S240 단계에서, 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 새로운 부모 노드로 선택된다.
도 5를 참조하여 설명된 부모 노드 갱신 동작은 반복적으로 수행된다. 예를 들면, 부모 노드 갱신 동작은 지속적으로 수행된다. 예를 들면, 부모 노드 갱신 동작은 미리 설정된 시간을 주기로 수행된다. 예를 들면, 부모 노드 갱신 동작은 특정 조건이 만족될 때 수행된다. 예를 들면, 부모 노드 갱신 동작은 임의적으로 수행된다.
따라서, 센서 네트워크(10)에서, 링크 비용 및 송수신 비율이 반복적으로 갱 신되며, 가중된 링크 비용이 반복적으로 갱신된다. 반복적으로 갱신되는 가중된 링크 비용에 기반하여, 부모 노드가 선택된다. 즉, 부모 노드는 적응적으로 선택된다. 따라서, 통신 환경이 변화하여도, 최적의 부모 노드가 선택될 수 있다.
또한, 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용) 및 기존 부모 노드의 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 차이가 기준값보다 작을 때, 기존 부모 노드가 유지된다. 따라서, 부모 노드의 변경에 따른 오버헤드 및 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)의 변화량을 고려하여, 부모 노드를 변경할 지의 여부가 선택될 수 있다.
예시적으로, S230 단계는 생략될 수 있다. 즉, 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 변할 때, 새로운 1순위 링크 비용(예를 들면, 가중된 링크 비용)에 대응하는 상위 네트워크 노드가 부모 노드로 선택될 것이다.
부모 노드 갱신 동작은 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3) 사이에서 수행되는 것으로 한정되지 않는다. 센서 네트워크(10)의 특정 네트워크 노드 및 상위 네트워크 노드들 사이에서, 부모 노드 갱신 동작이 수행될 것이다.
도 6은 도 1의 센서 네트워크(10)의 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3)을 보여주는 블록도이다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 제 3 센서 노드(3)는 제 1 센서 노드(1)를 부모 노드로 유지하고 있다.
제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3)은 각각 통신 큐들(Q1, Q2)을 포함한다. 제 1 센서 노드(1)의 통신 큐(Q1)는 제 1 센서 노드(1)로부터 송신될 송신 패킷을 저 장하도록 구성된다. 제 3 센서 노드(3)의 통신 큐(Q3)는 제 3 센서 노드(3)로부터 송신될 송신 패킷을 저장하도록 구성된다. 마찬가지로, 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들 각각은 송신 패킷을 저장하는 통신 큐를 포함한다.
도 7은 도 6의 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3)의 패킷량 관리 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, S310 단계에서, 자식 노드의 큐 정도가 수신된다. 즉, 제 3 센서 노드(3)의 큐 정보가 제 1 센서 노드(1)로 전송된다. 예시적으로, 전송되는 큐 정보는 자식 노드(즉, 제 3 센서 노드(3))의 큐(Q3)에 저장된 송신 패킷량을 포함할 것이다.
S320 단계에서, 부모 노드의 큐 정보가 검출된다. 즉, 제 1 센서 노드(1)의 큐 정보가 검출된다. 예시적으로, 부모 노드(즉, 제 1 센서 노드(1))의 큐(Q1)에 저장된 송신 패킷량이 검출될 것이다.
S330 단계에서, 패킷량이 제 1 기준량에 도달하는지 판별된다. 예를 들면, 자식 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 송신 패킷량 및 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 송신 패킷량의 총 합이 제 1 기준량에 도달하는지 판별될 것이다. 즉, S330 단계에서, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷량이 판별되는 것으로 이해될 수 있다.
부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷량은 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 혼잡(congestion)한 정도를 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷량 및 제 1 기준량을 비교하는 것은, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 혼잡(congestion)한 정도를 판별하는 것으로 이해될 수 있다.
보장된 지연(guaranteed delay)은 특정 송신 패킷이 싱크 노드(S)에 전달될 때까지 허여되는 지연 시간을 의미한다. 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 혼잡(congestion) 상태이면, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷들 중 적어도 하나에서 보장된 지연(guaranteed delay)이 초과될 수 있다. 즉, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷량이 제 1 기준량보다 많을 때, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷들 중 적어도 하나에서 보장된 지연(guaranteed delay)이 초과될 수 있다.
따라서, S330 단계에서, 패킷량이 제 1 기준량에 도달하면, S340 단계가 수행된다. S340 단계에서, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 패킷이 삭제된다.
예시적으로, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 큐(Q1)에 저장된 송신 패킷들 중 보장된 지연(guaranteed delay)을 초과한 패킷들이 삭제될 것이다. 예를 들면, 특정 패킷의 보장된 지연(guaranteed delay)은 특정 패킷의 헤드(head)에 미리 설정될 것이다.
예를 들면, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 큐(Q1)에 저장된 송신 패킷들 중 우선 순위가 상대적으로 낮은 패킷들(예를 들면, 패킷들 중 우선 순위가 가장 낮은 패킷들)이 삭제될 것이다. 예시적으로, 특정 패킷의 우선 순위는 패킷의 헤드(head)에 미리 설정될 것이다. 예를 들면, 특정 패킷의 우선 순위는 특 정 패킷의 중요도 또는 실시간 요구도에 기반하여 설정될 것이다.
예를 들면, 태풍 및 홍수 등과 같은 재해를 알리는 패킷, 교통사고 및 화재 등과 같은 사고를 알리는 패킷, 그리고 국경 침입을 알리는 패킷 등과 같이, 센싱 결과의 급격한 변화를 나타내는 패킷의 우선 순위는 높게 설정될 것이다. 온도를 나타내는 패킷, 풍향을 나타내는 패킷 등과 같이, 센싱 결과의 느린 변화를 나타내는 패킷의 우선 순위는 낮게 설정될 것이다.
부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 송신 패킷이 삭제되면, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 혼잡(congestion)한 정도, 즉 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))가 송신하여야 하는 총 패킷량이 감소한다. 따라서, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 실시간 지원 능력이 향상된다.
도 7을 참조하여 설명된 패킷량 관리 동작은 반복적으로 수행된다. 따라서, 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))의 실시간 지원 능력이 보장될 수 있다. 예를 들면, 패킷량 관리 동작은 지속적으로 수행된다. 예를 들면, 패킷량 관리 동작은 미리 설정된 시간을 주기로 수행된다. 예를 들면, 패킷량 관리 동작은 특정 조건이 만족될 때 수행된다. 예를 들면, 자식 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 송신 패킷량이 미리 설정된 양에 도달할 때, 자식 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 송신 패킷량을 부모 노드(예를 들면, 제 1 센서 노드(1))로 전송할 것이다. 예를 들면, 패킷량 관리 동작은 임의적으로 수행된다.
패킷량 관리 동작은 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3) 사이에서 수행되는 것으로 한정되지 않는다. 패킷량 관리 동작은 센서 네트워크(10)의 특정 네트워크 노 드 및 특정 네트워크 노드의 부모 노드 사이에서 수행될 것이다.
도 8은 도 6의 제 1 및 제 3 센서 노드들(1, 3)의 제어 패킷 관리 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6 및 도 8을 참조하면, S410 단계에서, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 큐 정보를 검출한다. 예를 들면, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 통신 큐(Q3)의 패킷량을 검출한다.
S420 단계에서, 패킷량이 제 2 기준량에 도달하는지 판별된다. 패킷량이 제 2 기준량에 도달하면, S430 단계에서 제어 패킷 주기가 조절된다. 제어 패킷은 링크 비용을 판별하기 위한 hello 메시지 및 그에 대한 응답 메시지를 포함한다. 제어 패킷은 센서 네트워크(10)를 유지 및 관리하기 위한 패킷들을 포함하며, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3)) 및 그것의 상위 네트워크 노드 또는 하위 네트워크 노드 사이에서 주기적으로 교환된다.
예시적으로, 패킷량이 증가하여 제 2 기준량이 도달하면, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 혼잡(congestion)한 정도가 증가하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 제어 패킷 주기를 증가시킨다. 제어 패킷 주기가 증가되면, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))가 송신하여야 하는 패킷량이 감소한다. 따라서, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 혼잡(congestion)한 정도가 감소한다. 따라서, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 실시간 지원 능력이 향상된다.
예시적으로, 패킷량이 감소하여 제 2 기준량에 도달하면, 특정 네트워크 노 드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 혼잡(congestion)한 정도가 감소하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 제어 패킷 주기를 증가시킨다. 제어 패킷 주기가 증가되면, 링크 비용 판별 등과 같은 센서 네트워크(10)를 유지 및 관리하기 위한 동작의 수행 빈도가 증가한다. 따라서, 센서 네트워크(10)의 유지 및 관리 능력이 향상된다.
상술한 바와 같이, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 통신 큐(Q3)의 패킷량에 기반하여, 제어 패킷 주기가 조절된다. 즉, 송신 패킷량에 기반하여, 실시간 지원 및 센서 네트워크(10)의 유지 및 관리에 할당되는 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 자원이 조절된다. 따라서, 센서 네트워크(10)의 유지 및 관리 능력과 실시간 지원 능력이 최적화될 수 있다.
도 8을 참조하여 설명된 제어 패킷 관리 동작은 반복적으로 수행된다. 따라서, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 유지 및 관리 능력과 실시간 지원 능력이 보장될 수 있다. 예를 들면, 제어 패킷 관리 동작은 지속적으로 수행된다. 예를 들면, 제어 패킷 관리 동작은 미리 설정된 시간을 주기로 수행된다. 예를 들면, 제어 패킷 관리 동작은 특정 조건이 만족될 때 수행된다. 예를 들면, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))의 패킷량이 미리 설정된 양에 도달할 때, 특정 네트워크 노드(예를 들면, 제 3 센서 노드(3))는 제어 패킷 관리 동작을 수행할 것이다. 예를 들면, 제어 패킷 관리 동작은 임의적으로 수행된다.
도 8을 참조하여 설명된 제어 패킷 관리 동작은 제 3 센서 노드(3)에서 수행 되는 것으로 한정되지 않는다. 제어 패킷 관리 동작은 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들 각각에서 수행될 것이다.
도 9는 도 1의 센서 네트워크(10)의 부모 노드 및 자식 노드 사이에서 교환되는 패킷들을 보여주는 테이블이다. 도 9를 참조하면, 자식 노드로부터 부모 노드로 전송되는 패킷들은 제어 패킷, 제어 패킷에 대한 응답, 데이터 패킷, 데이터 패킷에 대한 응답, 그리고 큐 정보를 포함한다. 부모 노드로부터 자식 노드로 전송되는 패킷들은 제어 패킷에 대한 응답, 제어 패킷, 데이터 패킷에 대한 응답, 데이터 패킷, 그리고 링크 비용을 포함한다.
자식 노드 및 부모 노드 사이에서 전송되는 패킷들 중 둘 이상의 패킷들이 하나의 패킷들로 결합될 수 있다. 즉, 자식 노드 및 부모 노드 사이에서 전송되는 패킷들은 피기백(piggyback)될 수 있다.
예를 들면, 자식 노드로부터 부모 노드로 전송되는 둘 또는 그 이상의 패킷들이 하나의 패킷으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 자식 노드는 제어 패킷 및 데이터 패킷을 하나의 패킷으로 결합하여 부모 노드로 전송할 수 있다. 자식 노드는 제어 패킷에 대한 응답 및 데이터 패킷을 하나의 패킷으로 결합하여 부모 노드로 전송할 수 있다.
마찬가지로, 부모 노드로부터 자식 노드로 전송되는 둘 또는 그 이상의 패킷들이 하나의 패킷으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 부모 노드는 제어 패킷 및 링크 비용을 하나의 패킷으로 결합하여 자식 노드로 전송할 수 있다. 부모 노드는 데이터 패킷에 대한 응답 및 링크 비용을 하나의 패킷으로 결합하여 자식 노드로 전송 할 수 있다.
둘 또는 그 이상의 패킷들이 하나의 패킷으로 결합되어 전송될 때, 패킷을 처리하기 위한 오버헤드가 감소된다. 따라서, 센서 네트워크(10)의 실시간 지원 능력이 향상된다.
도 10은 도 1의 제 3 센서 노드(3)를 보여주는 블록도이다. 도 10을 참조하면, 제 3 센서 노드(3)는 응용(100, Application) 및 운영체제(200, OS, Operating System)을 포함한다. 응용(100)은 제 3 센서 노드(3)의 자원들을 이용하여 센싱 동작 및 통신 동작을 수행한다. 운영체제(200)는 응용(100)이 제 3 센서 노드(3)의 자원들을 제어할 수 있는 수단을 제공한다. 예를 들면, 운영체제(200)는 TinyOS, MANTIS, PEEROS, T-Engine, NanoQplus 중 적어도 하나를 포함한다.
운영체제(200)는 미디어 액세스 제어(MAC, Media Access Control) 계층(210) 및 네트워크 계층(220)을 포함한다. 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)은 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들 사이의 통신을 지원한다. 네트워크 계층(220)은 패킷이 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들을 통해 전송되는 경로를 생성, 식별 및 제어한다.
제 3 센서 노드(3)의 송신 패킷은 생성 패킷(P1) 및 중계 패킷(P2)을 포함한다. 생성 패킷(P1)은 제 3 센서 노드(3)에서 생성되는 패킷이다. 예를 들면, 생성 패킷(P1)은 제 3 센서 노드(3)의 센싱 결과를 나타내는 패킷, 제 3 센서 노드(3)에서 생성되는 제어 패킷 등을 포함할 것이다. 예시적으로, 생성 패킷(P1)은 응용(100)에서 생성되며, 네트워크 계층(220)에 전달된다.
중계 패킷(P2)은 다른 네트워크 노드로부터 제 3 센서 노드(3)를 통해 전송되는 패킷을 나타낸다. 도 10에서, 간결한 설명을 위하여, 중계 패킷(P2)은 네트워크 계층(220)에 직접 전달되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 중계 패킷(P2)은 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)에서 수신되어 네트워크 계층(220)에 전달될 것이다.
송신 패킷(P1, P2)이 전달되면, 네트워크 계층(220)은 송신 패킷이 전달되었음을 미디어 액세스 계층(210)에 통지한다. 예를 들면, 네트워크 계층(220)은 콜-백(call-back) 함수(function)를 실행할 것이다.
네트워크 계층(220)의 호출에 응답하여, 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)은 통신 큐(Q3) 및 송신 패킷(P1, P2)의 우선 순위를 관리한다. 예를 들면, 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)은 네트워크 계층(220)으로부터 송신 패킷(P1, P2)을 수신한다. 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)은 수신된 송신 패킷(P1, P2)의 우선 순위와 통신 큐(Q3)에 저장된 패킷들의 우선 순위들을 비교한다. 비교 결과에 기반하여, 미디어 액세스 제어(MAC) 계층(210)은 수신된 송신 패킷(P1, P2)의 전송 순서를 결정한다. 결정된 전송 순서에 따라, 수신된 송신 패킷(P1, P2)은 통신 큐(Q3)에 저장된다.
네트워크 계층(220)은 통신 큐를 제공하지 않는다. 송신 패킷(P1, P2)이 발생될 때, 네트워크 계층(220)은 미디어 액세스 제어 계층(210)을 호출한다. 송신 패킷(P1, P2)이 발생될 때, 네트워크 계층(220)은 우선 순위 관리 및 통신 큐 관리를 수행하지 않는다. 우선 순위 관리 기능 및 통신 큐 관리 기능은 통신 큐(Q3)를 제공하는 미디어 액세스 제어 계층(210)에 집중된다. 네트워크 계층(220) 및 미디어 액세스 계층(210)에서 중복되는 기능이 수행되지 않으므로, 송신 패킷 관리 시간이 감소된다. 따라서, 제 3 센서 노드(3)의 실시간 지원 능력이 향상된다.
도 10을 참조하여 설명된 큐 관리 동작은 제 3 센서 노드(3)에서 수행되는 것으로 한정되지 않는다. 큐 관리 동작은 센서 네트워크(10)의 네트워크 노드들 각각에서 수행될 것이다.
도 11은 도 1의 센서 네트워크(10)를 포함하는 센서 시스템의 제 1 실시 예를 보여준다. 도 11을 참조하면, 센서 시스템은 센서 네트워크(10) 및 제어 센터(50)를 포함한다. 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 바와 마찬가지로, 센서 네트워크(10)는 향상된 실시간 지원 능력을 제공한다. 예를 들면, 센서 네트워크(10)에서, 링크 비용 및 송수신 비율에 따라 부모 노드가 선택 및 갱신된다. 센서 네트워크(10)에서, 패킷 송신량에 기반하여 송신 패킷들 중 일부가 삭제되며, 패킷 송신량에 기반하여 제어 패킷 주기가 조절된다. 송신 패킷들 중 둘 이상의 패킷들이 결합되어 하나의 패킷을 형성할 수 있다. 그리고, 큐 관리 기능 및 우선 순위 관리 기능은 네트워크 계층(220)에 제공되지 않으며, 미디어 액세스 제어 계층(210)에 제공될 수 있다.
제어 센터(50)는 센서 네트워크(10)로부터 센싱 결과를 수집한다. 예를 들면, 센서 네트워크(10)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크(10)에 대응하는 영역을 실시간 감시할 것이다. 예를 들면, 센서 네트워크(10)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크(10)에 대응하는 영역에서 범죄, 재난, 사고, 국경분쟁 등과 같은 이벤트가 발생하는지 감시할 것이다. 예를 들면, 센서 네트워크(10)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크(10)에 대응하는 영역의 기상 상황, 주차 상황, 조명 제어 상황 등과 같은 정보를 획득할 것이다.
예시적으로, 둘 또는 그 이상의 센서 네트워크들이 제어 센터(50)에 연결될 수 있다. 제어 센터(50)는 둘 또는 그 이상의 센서 네트워크들에 대응하는 영역을 실시간 감시할 것이다.
도 12는 도 1의 센서 네트워크(10)를 포함하는 센서 시스템의 제 2 실시 예를 보여준다. 도 12를 참조하면, 센서 시스템은 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c), 게이트 웨이들(20a, 20b, 20c, 40), IP (internet protocol) 네트워크(30), 그리고 제어 센터(50)를 포함한다.
센서 네트워크들(10a, 10b, 10c) 각각은, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 바와 마찬가지로 동작한다. 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)은 대응하는 게이트 웨이들(20a, 20b, 20c)에 각각 연결된다. 게이트 웨이들(20a, 20b, 20c)을 통해, 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)은 IP 네트워크(50)에 연결된다. 제어 센터(50) 또한 게이트 웨이(40)를 통해 IP 네트워크(30)에 연결된다.
제어 센터(50)는 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)로부터 센싱 결과를 수집한다. 예를 들면, 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)의 센싱 결과는 대응하는 게이트 웨이들(20a, 20b, 20c)을 통해 IP 네트워크(30)로 전달될 것이다. IP 네트워크(30)에서, 센싱 결과들은 제어 센터(50)에 연결된 게이트 웨이(40)로 전달될 것이다. 그리고, 제어 센터(50)는 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)의 센싱 결과들을 게이트 웨이(40)로부터 수신할 것이다.
센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크(10a, 10b, 10c)에 대응하는 영역을 실시간 감시할 것이다. 예를 들면, 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)에 대응하는 영역들에서 범죄, 재난, 사고, 국경분쟁 등과 같은 이벤트가 발생하는지 감시할 것이다. 예를 들면, 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)로부터 수집되는 센싱 결과에 기반하여, 제어 센터(50)는 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)에 대응하는 영역의 기상 상황, 주차 상황, 조명 제어 상황 등과 같은 정보를 획득할 것이다.
센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)이 IP 네트워크(30)에 연결됨으로써, 제어 센터(50)는 복수의 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)에 기반한 광역 감시를 수행할 것이다. 예를 들면, 제어 센터(50)는 읍, 면, 동, 구, 군, 시, 도, 또는 국가 단위에 대응하는 영역에서, 실시간 감시를 수행할 것이다.
예시적으로, 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)은 위성을 통해 IP 네트워크(30)에 연결될 것이다. 센서 네트워크들(10a, 10b, 10c)이 위성을 통해 IP 네트워크(30)에 연결되면, 도서 지역, 산간 지역, 해외 지사, 해외 공관 등과 같은 격리 지역의 감시도 수행될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능 하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 센서 네트워크의 채널 연결 상태를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 센서 네트워크의 네트워크 환경이 변화한 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 센서 네트워크의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 센서 네트워크의 부모 노드 갱신 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 1의 센서 네트워크의 제 1 및 제 3 센서 노드들을 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6의 제 1 및 제 3 센서 노드들의 패킷량 관리 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 6의 제 1 및 제 3 센서 노드들의 제어 패킷 관리 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 도 1의 센서 네트워크의 부모 노드 및 자식 노드 사이에서 교환되는 패킷들을 보여주는 테이블이다.
도 10은 도 1의 제 3 센서 노드를 보여주는 블록도이다.
도 11은 도 1의 센서 네트워크를 포함하는 센서 시스템의 제 1 실시 예를 보여준다.
도 12는 도 1의 센서 네트워크를 포함하는 센서 시스템의 제 2 실시 예를 보여준다.

Claims (20)

  1. 센서 네트워크의 동작 방법에 있어서:
    특정 네트워크 노드의 상위 네트워크 노드들을 검출하는 단계;
    상기 특정 네트워크 노드 및 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 사이의 링크 비용들을 각각 검출하는 단계;
    상기 특정 네트워크 노드의 상기 검출된 상위 네트워크 노드들에 대한 송수신 비율을 검출하는 단계; 그리고
    상기 검출된 링크 비용들 및 상기 검출된 송수신 비율에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출된 상위 노드들 중 하나를 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택하는 단계는
    상기 검출된 송수신 비율을 가중치로 이용하여, 상기 검출된 링크 비용들로부터 가중된 링크 비용들을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 가중된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 노드들 중 하나가 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택되는 동작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 네트워크의 동작 방법은
    상기 검출된 상위 네트워크 노드들 및 싱크 노드 사이의 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가중된 링크 비용들, 상기 검출된 송수신 비율, 그리고 상기 전송된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나가 상기 특정 네트워크 노드의 부모 노드로 선택되는 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계는
    상기 검출된 상위 노드들 및 상기 싱크 노드 사이의 가중된 링크 비용들을 상기 특정 네트워크 노드로 전송하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출된 상위 노드들 중 가중된 링크 비용이 가장 높은 네트워크 노드가 부모 노드로 선택되는 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 네트워크 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 검출된 송신 패킷량이 제 1 기준량보다 클 때, 상기 부모 노드의 송신 패킷들 중 적어도 하나의 송신 패킷이 삭제되는 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 특정 네트워크 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계는
    상기 특정 네트워크 노드 및 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량들을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 특정 네트워크 노드의 송신 패킷량 및 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량이 상기 제 1 기준량보다 클 때, 상기 부모 노드의 송신 패킷들 중 적어도 하나의 송신 패킷이 삭제되는 동작 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 삭제되는 적어도 하나의 송신 패킷은 보장된 지연(guaranteed delay)을 초과한 송신 패킷 또는 저순위 송신 패킷을 포함하는 동작 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 부모 노드에 송신 패킷이 존재할 때 상기 선택된 부모 노드의 송신 패킷량을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 검출된 송신 패킷량 및 제 2 기준량의 비교 결과에 기반하여, 상기 선 택된 부모 노드로부터 전송되는 제어 패킷의 전송 주기가 조절되는 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출된 패킷량이 상기 제 2 기준량보다 많을 때, 상기 제어 패킷의 전송 주기는 증가되는 동작 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출된 패킷량이 상기 제 2 기준량보다 적을 때, 상기 제어 패킷의 전송 주기는 감소되는 동작 방법.
  12. 센서 네트워크의 네트워크 노드의 동작 방법에 있어서:
    상위 네트워크 노드들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 상위 네트워크 노드들 각각에 대한 링크 비용들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 상위 네트워크 노드들에 대한 송수신 비율을 검출하는 단계; 그리고
    상기 검출된 링크 비용들 및 상기 검출된 송수신 비율에 기반하여, 상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 검출된 상위 네트워크 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계는
    상기 검출된 송수신 비율을 가중치로 이용하여, 상기 검출된 링크 비용들로부터 가중된 링크 비용들을 각각 산출하는 단계; 그리고
    상기 가중된 링크 비용들에 기반하여, 상기 검출된 상위 노드들 중 하나를 부모 노드로 선택하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출된 상위 네트워크 노드들의 가중된 링크 비용들이 변할 때, 상기 선택된 부모 노드는 갱신되는 동작 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 네트워크 노드는, 네트워크 노드들 사이의 통신을 제어하는 제 1 계층, 그리고 패킷이 전송되는 네트워크 경로 관리를 지원하는 제 2 계층을 포함하고, 상기 제 1 계층은 송신 패킷을 저장하는 큐(queue)를 포함하고,
    송신 패킷이 발생될 때, 상기 송신 패킷을 상기 제 1 계층의 큐(queue)에 직접 전달하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    패킷의 중계 전송이 수행될 때, 상기 송신 패킷이 발생되는 동작 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 송신 패킷이 발생될 때, 상기 큐에 전달된 패킷의 우선 순위를 판별하고, 그리고 판별된 우선 순위에 기반하여, 상기 큐에 전달된 패킷의 송신 순서를 결정하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    송신 패킷이 존재할 때, 상기 송신 패킷량을 판별하고, 그리고 상기 판별된 송신 패킷량이 기준량보다 클 때, 제어 패킷의 전송 주기를 증가시키는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    송신 패킷이 존재할 때, 상기 송신 패킷량을 판별하고, 그리고 상기 판별된 송신 패킷량이 기준량보다 작을 때, 제어 패킷의 전송 주기를 감소시키는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    패킷을 송신할 때, 적어도 두 개의 송신 패킷들을 하나의 패킷으로 결합하여 송신하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
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