KR20120063265A - An efficient routing system basee on link quality and load balancing for wireless sensor networks - Google Patents

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KR20120063265A
KR20120063265A KR1020100124365A KR20100124365A KR20120063265A KR 20120063265 A KR20120063265 A KR 20120063265A KR 1020100124365 A KR1020100124365 A KR 1020100124365A KR 20100124365 A KR20100124365 A KR 20100124365A KR 20120063265 A KR20120063265 A KR 20120063265A
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Abstract

PURPOSE: An effective routing method and apparatus thereof are provided to register a sensor node in a network by selecting a parent node by using metrics instead of RSSI(Received Signal Strength Indicator) signal strength. CONSTITUTION: A calculation unit calculates transmission costs of neighbor wireless sensor nodes from wireless sensor nodes. A selecting unit selects the neighbor wireless sensor node corresponding to the lowest transmission cost in the neighbor sensor nodes. A communication unit communicates with a sync node which passes through the selected neighbor wireless sensor node. The transmission costs include a function relationship with traffic loads of the neighbor wireless sensor nodes corresponding to the transmission costs.

Description

무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 및 장치{AN EFFICIENT ROUTING SYSTEM BASEE ON LINK QUALITY AND LOAD BALANCING FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS}Effective Routing Method and Device Using Link Status and Traffic Distribution Information in Wireless Sensor Networks {AN EFFICIENT ROUTING SYSTEM

본 발명은 무선센서 네트워크상에서의 라우팅 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 로드 분산을 위해 링크 품질과 트래픽양 정보를 이용하는 새로운 메트릭을 제시하기 위한 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 라우팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a routing technique in a wireless sensor network, and more particularly, to a routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network for presenting a new metric using link quality and traffic volume information for load distribution. It is about.

가까운 시간에 농경, 자연재해 감시, 3차원 게임, 네트워크 기반 장난감, 산업용 설비, 노년층 복지 및 환경 감시 등을 효과적으로 수행하기 위하여 에너지 효율이 우수한 사용자 공간 무선센서 네트워크(Wireless Personal Ares Networks, WPAN) 수요가 증대되고 있다. 이러한 응용을 위하여 제한된 배터리 전력을 이용하여 무선 환경으로 동작하는 소형 임베디드 시스템이 필요하다. 기존 유선망과 비교하여 무선센서 네트워크는 우수한 처리율 및 상대적으로 낮은 데이터 전송률이 요구된다. 무선센서노드에게는 외부 또는 인적이 드문 곳에 설치되는 특성상 극히 낮은 전력 소비율이 요구된다. Demand for energy-efficient user space wireless sensor networks (WPANs) is needed to effectively perform farming, natural disaster monitoring, 3D games, network-based toys, industrial equipment, welfare for the elderly, and environmental monitoring in the near future. It is increasing. For these applications, there is a need for small embedded systems that operate in a wireless environment with limited battery power. Compared with the existing wired network, the wireless sensor network requires excellent throughput and relatively low data rate. Wireless sensor nodes require extremely low power consumption due to their external or human installation.

WPAN 환경에서 이전 표준이 블루투스(Bluetooth) 표준과 비교하여 IEEE 802.15.4는 매우 낮은 배터리 전력 소비 및 우수한 가격 경쟁력을 제공한다. 기존 IEEE 802 표준과 호환성 및 연계할 수 있는 물리계층(PHYsical layer, PHY) 및 매체 제어계층(Medium Access Control, MAC)에 대한 표준을 정의하며, 네트워크 및 상위 계층은 기존 WPAN 장치 사이 호환성을 목적으로 결성된 지그비(ZigBee) 연합 표준을 따른다. 맥(MAC) 계층은 WPAN에서 에너지 절약 및 효율적인 자원 공유 측면에서 매우 중요한 역할을 담당한다. IEEE 802.15.4와 지그비(ZigBee) 연합 사이 관계는 기존 IEEE 802.11과 WiFi 연합 사이 관계와 유사한 점이 많다. 최근 IEEE 802.15.4 기반 ZigBee 연합은 상위 계층 표준 수정 작업을 계속 진행 중이다.In the WPAN environment, IEEE 802.15.4 offers very low battery power consumption and excellent price competitiveness compared to the Bluetooth standard. It defines standards for the Physical Layer (PHY) and Medium Access Control (MAC) that can be compatible with and interoperate with existing IEEE 802 standards. The network and upper layers are designed for compatibility between existing WPAN devices. Follow the formed ZigBee federation standard. The MAC layer plays a very important role in WPAN in terms of energy saving and efficient resource sharing. The relationship between the IEEE 802.15.4 and ZigBee federations is similar to that between the existing IEEE 802.11 and WiFi federations. Recently, the IEEE 802.15.4-based ZigBee alliance is still in the process of modifying the higher layer standards.

무선센서 네트워크를 위한 많은 라우팅 프로토콜이 연구되고 있다. 이러한 연구들은 다음과 같이 네 개의 그룹으로 분리될 수 있다. 즉, 최소 홉 라우팅, 최소 에너지 라우팅, 로드 분산 라우팅, 지리적 라우팅이다. 여기서, 최소 홉 라우팅은 싱크노드까지 도달하기 위해 필요한 홉을 최소화할 수 있는 경로를 선택하는 방법이다. 최소 에너지 라우팅 방법은 데이터 패킷 전송을 위해 필요한 에너지와 전송 거리 관계를 고려하여 에너지 소모를 최소화할 수 있는 소스노드, 싱크노드 경로를 선택한다. 로드 분산 라우팅 방법은 선택된 경로가 에너지 소모와 관련하여 최적의 경로가 아닐지라도 가능한 많은 노드를 통해 트래픽을 분산시킬 수 있는 경로를 선택한다. 지리적 라우팅(Geographic Routing) 방법은 최종 목적지 및 이웃 노드들의 위치 정보를 획득한 후에 전송할 데이터 패킷이 있는 노드의 위치보다 최종 목적지에 더 가까운 위치에 있는 노드에 패킷을 전달하는 것이다. 지그비(ZigBee)에서는 간단하면서도 제한된 자원을 사용하여 라우팅이 가능한 트리 라우팅(Tree Routing)을 선호한다. 트리 라우팅은 IEEE 802.15.4 맥(MAC) 계층의 토폴로지 형성 과정 동안에 만들어진 부모-자식 관계에 근거하여 센서 노드로부터 싱크 노드로 데이터를 전송한다. 그러나 트리 라우팅 방법은 최적이 아닌 경로를 선택하고 혼잡이 발생하며 트래픽이 균등하게 분산되지 않아 네트워크의 성능과 노드의 수명을 낮추는 결과를 초래할 수 있다. 즉, 트리 라우팅 방식은 맥(MAC) 계층의 토폴로지 형성 과정 동안에 만들어진 부모-자식 관계에 근거하여 무선센서노드로부터 싱크노드(Sink Node)로 데이터를 전송함으로써, 새로운 무선센서노드가 네트워크에 가입하기 위해 강한 RSSI 신호를 갖는 노드를 부모 노드로 선택하기 때문에 트래픽 분산이 이루어지지 않는 문제점이 있다. 또한, 트리 라우팅에서 새로운 노드가 네트워크에 가입하기 위해 RSSI(Received signal strength indicator) 신호가 가장 강한 노드를 부모 노드로 선택한다. 그러므로 트래픽이 분산이 이루어지지 않아 일부 노드는 많은 트래픽 양을 전송하게 되고 에너지는 빠르게 고갈된다.Many routing protocols for wireless sensor networks have been studied. These studies can be divided into four groups as follows. That is, minimum hop routing, minimum energy routing, load balancing routing, and geographical routing. Here, the minimum hop routing is a method of selecting a path capable of minimizing hops required to reach the sink node. The minimum energy routing method selects a source node and a sink node path that can minimize energy consumption in consideration of a relationship between energy required for data packet transmission and a transmission distance. The load-balancing routing method selects a route that can distribute traffic across as many nodes as possible, even if the selected route is not the optimal one in terms of energy consumption. The geographic routing method is to obtain the location information of the final destination and neighbor nodes and then deliver the packet to the node located closer to the final destination than the location of the node having the data packet to be transmitted. ZigBee prefers Tree Routing, which can be routed using simple but limited resources. Tree routing transfers data from sensor nodes to sink nodes based on parent-child relationships created during the topology formation of the IEEE 802.15.4 MAC (MAC) layer. However, the tree routing method can result in poor network performance and node lifetime due to non-optimal path selection, congestion, and uneven traffic distribution. That is, the tree routing method transmits data from the wireless sensor node to the sink node based on the parent-child relationship created during the topology formation of the MAC layer, so that the new wireless sensor node can join the network. Since a node having a strong RSSI signal is selected as a parent node, there is a problem in that traffic is not distributed. In addition, in the tree routing, the node having the strongest Received Signal Strength Indicator (RSSI) signal is selected as the parent node so that the new node joins the network. Therefore, traffic is not distributed, so some nodes transmit a large amount of traffic and energy is quickly depleted.

이에 따라 해당 기술분야에 있어서는, 이러한 문제를 해결하기 위해 로드 분산을 위해 링크 품질과 트래픽양 정보를 이용하는 새로운 메트릭을 제시하고 RSSI 신호 세기 대신에 제시된 메트릭을 사용하여 부모 노드를 선택하여 네트워크에 가입하는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다. 뿐만 아니라, 대안으로 제시가능한 CFR(CFR: Cost Function based Routing) 방법을 이용함으로써, 트리 라우팅 방법에 비해 SO(Superframe Order)값과 상관없이 성능을 항상 좋게 유지하도록 하기 위한 기술개발이 요구되고 있다. Accordingly, in the related art, to solve this problem, a new metric that uses link quality and traffic volume information for load balancing is proposed, and a parent node is selected to join the network by using the suggested metric instead of RSSI signal strength. Development of technology is required. In addition, by using an alternatively proposed cost function based routing (CFR) method, there is a demand for technology development to always maintain good performance regardless of the SO (Superframe Order) value compared to the tree routing method.

개시된 기술이 해결하고자 하는 기술적 과제는 로드 분산을 위해 링크 품질과 트래픽양 정보를 이용하는 새로운 메트릭을 제시하기 위한 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the disclosed technology is to provide a method and apparatus using the link state and traffic distribution information in a wireless sensor network for presenting a new metric using the link quality and traffic volume information for load distribution.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제1 측면은, 싱크노드와 복수의 무선센서노드들을 포함하는 무선센서 네트워크의 라우팅 방법에 있어서, (a) 상기 무선센서 네트워크에 새로 참여하는 신규 무선센서노드가 상기 복수의 무선센서노드들 중에서 하나 이상의 이웃 무선센서노드들의 전송 비용들-상기 전송 비용들중 각 전송 비용은 상기 이웃 무선센서노드들 중 상기 각 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드의 트래픽 양(traffic load)에 비례하고, 상기 신규 무선센서노드와 상기 이웃 무선센서노드 사이의 링크 품질에 반비례함-을 계산하는 단계; (b) 상기 신규 무선센서노드가 상기 이웃 무선센서노드들 중에서 상기 전송 비용들 중 가장 낮은 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드를 선택하는 단계; 및 (c) 상기 신규 무선센서노드가 상기 선택된 이웃 무선센서노드를 경유하여 상기 싱크노드와 통신을 수행하는 단계를 구비하는 라우팅 방법을 제공한다.A first aspect of the disclosed technology to achieve the technical problem is a routing method of a wireless sensor network comprising a sync node and a plurality of wireless sensor nodes, (a) a new wireless sensor node newly participating in the wireless sensor network; Are transmission costs of one or more neighboring wireless sensor nodes among the plurality of wireless sensor nodes, wherein each of the transmission costs is a traffic amount of a neighboring wireless sensor node corresponding to the respective transmission cost of the neighboring wireless sensor nodes. calculating a proportional to a traffic load and inversely proportional to a link quality between the new wireless sensor node and the neighboring wireless sensor node; (b) the new radio sensor node selecting a neighbor radio sensor node corresponding to the lowest transmission cost among the transmission costs among the neighbor radio sensor nodes; And (c) the new wireless sensor node communicating with the sink node via the selected neighbor wireless sensor node.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제2 측면은, 싱크노드와 복수의 무선센서노드들을 포함하는 무선센서 네트워크의 라우팅 장치에 있어서, 상기 무선센서 네트워크에 새로 참여하는 신규 무선센서노드가 상기 복수의 무선센서노드들 중에서 하나 이상의 이웃 무선센서노드들의 전송 비용들-상기 전송 비용들중 각 전송 비용은 상기 이웃 무선센서노드들 중 상기 각 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드의 트래픽 양(traffic load)과 함수관계임-을 계산하는 계산부; 상기 신규 무선센서노드가 상기 이웃 무선센서노드들 중에서 상기 전송 비용들 중 가장 낮은 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드를 선택하는 선택부; 및 상기 신규 무선센서노드가 상기 선택된 이웃 무선센서노드를 경유하여 상기 싱크노드와 통신을 수행하는 통신부를 구비하는 라우팅 장치를 제공한다.A second aspect of the disclosed technology to achieve the technical problem is a routing device of a wireless sensor network comprising a sync node and a plurality of wireless sensor nodes, the new wireless sensor node newly participating in the wireless sensor network Transmission costs of one or more neighboring wireless sensor nodes among the wireless sensor nodes of the wireless node, wherein each of the transmission costs is a traffic load of the neighboring wireless sensor node corresponding to the respective transmission cost of the neighboring wireless sensor nodes. Calculating unit for calculating a function relation; A selection unit for the new wireless sensor node to select a neighboring wireless sensor node corresponding to the lowest transmission cost among the transmission costs among the neighboring wireless sensor nodes; And a communication unit in which the new wireless sensor node communicates with the sink node via the selected neighboring wireless sensor node.

개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Embodiments of the disclosed technology can have the effect of including the following advantages. However, the embodiments of the disclosed technology are not meant to include all of them, and thus the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereto.

본 발명의 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법은, 로드 분산을 위해 링크 품질과 트래픽양 정보를 이용하는 새로운 메트릭을 제시한다. An effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention proposes a new metric using link quality and traffic amount information for load distribution.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법은, RSSI 신호 세기 대신에 제시된 메트릭을 사용하여 부모 노드를 선택하여 네트워크에 가입하는 방법을 제시한다. In addition, an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to another embodiment of the present invention proposes a method of joining a network by selecting a parent node using a metric instead of RSSI signal strength. .

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법은, CFR 방법을 이용하여 SO(Superframe Order)값과 상관없이 성능을 항상 좋게 유지하도록 하는 효과를 제공한다. In addition, the effective routing method using link state and traffic distribution information in the wireless sensor network according to another embodiment of the present invention, by using the CFR method to maintain a good performance regardless of the SO (Superframe Order) value at all times To provide.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 비콘 구간 공유원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 트리 라우팅 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 노드의 연결 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 무선센서노드(1)의 트래픽 테이블을 나타내는 도표이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 부모 노드 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 비콘 프레임의 코스트값(Cost) 구성과정 의사코드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 각 노드가 비콘 프레임을 통해 전송하는 코스트값(Cost)을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 부모 노드 선택 과정 의사 코드를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법의 시뮬레이션에서 사용된 파라미터를 나타내는 도표이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법상에서 듀티 싸이클(Duty Cycle)에서 BO(Beacon Order)값을 고정한 후 SO(Superframe Order)값을 변경에 따른 효율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 상에서 듀티 싸이클(Duty Cycle)에서 SO(Superframe Order)값의 변화에 따른 전송 데이터 패킷이 싱크노드(Sink Node)에 정확히 도달되는 비율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 상에서 듀티 싸이클(Duty Cycle)에 따라 각 노드가 데이터 패킷 전송시 소비되는 에너지 총량을 나타내는 그래프이다.
1 is a view for explaining a beacon interval sharing principle of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a tree routing operation principle of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a node connection process of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a traffic table of the wireless sensor node 1 in an effective routing method using link state and traffic distribution information in the wireless sensor network according to the embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method of determining a parent node among an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for describing a pseudo code of a cost value (Cost) configuration process of a beacon frame in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a cost value (Cost) transmitted by each node through a beacon frame in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a pseudo node selection process pseudo code in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating parameters used in the simulation of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating an example of changing a superframe order (SO) value after fixing a BO (Beacon Order) value in a duty cycle in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. It is a graph for explaining the efficiency according to.
FIG. 11 is a view illustrating a transmission node of a transmission data packet according to a change of a SO (Superframe Order) value in a duty cycle in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. It is a graph to explain the rate of reaching the Sink Node correctly.
12 is a graph showing the total amount of energy consumed when each node transmits a data packet according to a duty cycle in an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments may be variously modified and may have various forms, and thus the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. '제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows. The terms 'first', 'second', etc. are used to distinguish one component from another component and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be other components in between, although it may be directly connected to the other component. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring to", should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present, but not to exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may occur differently from the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed technology belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with meaning in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless expressly defined in the present application.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 비콘 구간 공유원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 무선센서 네트워크에서 현재 널리 사용되고 있는 맥(MAC) 프로토콜은 크게 TDMA(Time Division Multiple Access)방식과 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)방식으로 나뉜다. TDMA방식은 싱크노드(Sink Node)가 각 노드들에게 자원 점유에 따라 타임 슬롯을 할당하여, 각 센서노드가 상향/하향 데이터 패킷을 전송하도록 하는 방식이다. 이에 반해, CSMA방식은 경쟁을 기반으로 임의백오프(Random Backoff) 및 경쟁윈도우(Contention Window)에 따른 자원 공유 알고리즘을 사용한다. 현재 WPAN에서는 TDMA 및 CSMA방식을 모두 수용할 수 있는 맥(MAC) 표준이 IEEE 802.15.4에서 진행되고 있다. 또한, 네트워크 계층에서는 업체 표준으로 지그비 얼라이언스(ZigBee Alliance)가 제공되고 있다. IEEE 802.15.4에서 표준화 관련하여 제시된 수퍼프레임(Super Frame) 구조는 시간분할 비컨(Time Division Beacon: TDB)과 공유 비콘(Beacon-Only Period, BOP)방식으로 분류할 수 있다. 1 is a view for explaining a beacon interval sharing principle of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, MAC (MAC) protocols currently widely used in wireless sensor networks are largely classified into a time division multiple access (TDMA) method and a carrier sense multiple access (CSMA) method. TDMA is a method in which a sink node allocates time slots to each node according to resource occupancy so that each sensor node transmits an uplink / downlink data packet. In contrast, the CSMA method uses a resource sharing algorithm according to a random backoff and a contention window based on contention. At present, WPAN is developing a MAC standard in IEEE 802.15.4 that can accommodate both TDMA and CSMA methods. In addition, the ZigBee Alliance is available at the network layer as a vendor standard. The super frame structure proposed in relation to standardization in IEEE 802.15.4 can be classified into a time division beacon (TDB) and a shared beacon (Beacon-Only Period, BOP).

본 발명에서는 도 1과 같은 공유 비콘방식을 이용하여 효율적인 라우팅 프로토콜을 제안한다. 공유 비콘(BOP) 구간에서 팬 코디네이터(PAN Coordinator)인 노드(ZR0)는 B1, 차일드 코디네이터(Child Coordinator)인 노드(ZR1)은 B2, 그랜드차일드 코디네이터(Grandchild Coordinator)인 노드(ZR2)는 B3을 사용하며, 가드 인터벌(Guard Interval)로 B1, B2, B3가 각각 구분되어 진다. The present invention proposes an efficient routing protocol using a shared beacon scheme as shown in FIG. In the shared beacon section, node ZR0, which is a fan coordinator, is B1, node ZR1, which is a child coordinator, node B2, and node ZR2, which is a grandchild coordinator, is B3. B1, B2, and B3 are divided into guard intervals.

한편, IEEE 802.15.4의 한 수퍼프레임(Superframe)은 BO(Beacon Order)값에 의한 BI(Beacon Interval)구간과 SO(Superframe Order)값에 의해 각각 SD(Superframe Duration)구간으로 나눠진다. SD(Superframe Duration)구간에서 액티브(Active)영역은 BI(Beacon Interval)의 크기와 상관없이 항상 16개의 슬롯(Slot)으로 나눠지며, 16개의 슬롯으로 나눠진 구간은 다시 비콘(Beacon) 또는 BOP(Beacon Only Period), CAP(Contention Access Period), CFP(Contention Free Period)/GTS(Guaranteed Time Slot)구간으로 나눠진다. BOP(Beacon Only Period)구간은 지그비 코디네이터(ZigBee Coordinator: ZC0)와 다수의 지그비 라우터(ZigBee Router: ZR1 내지 ZR2) 들이 비콘(Beacon)을 전송하기 위한 구간으로, CSMA와 무관하게 비콘(Beacon)을 전송하는 구간을 의미한다. 이때, 하나의 수퍼프레임(Superframe) 내에 여러 개의 비콘(Beacon)이 동기화되어 있으므로 하나의 WPAN 네트워크에 존재하는 모든 기기들은 같은 수퍼프레임(Superfram) 구조를 이용하여 데이터를 송/수신한다.On the other hand, one superframe of IEEE 802.15.4 is divided into a superinterval (SD) section by a BI (Beacon Interval) section and a SO (Superframe Order) section. In the SD (Superframe Duration) section, the active area is always divided into 16 slots regardless of the size of the BI (Beacon Interval). It is divided into only period, contention access period (CAP), and contention free period (CFP) / guaranteed time slot (GTS). The BOP (Beacon Only Period) section is a section for ZigBee Coordinator (ZC0) and ZigBee Routers (ZR1 to ZR2) to transmit beacons, regardless of CSMA. It means the interval to transmit. At this time, since several beacons are synchronized in one superframe, all devices in one WPAN network transmit / receive data using the same superframe structure.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 트리 라우팅 동작원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선센서 네트워크에서 링크상태 및 트래픽분산정보를 이용한 효과적인 라우팅 방법 중 노드의 연결 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, IEEE 802.15.4 표준에 따르면 도 1과 같이, BOP구간에서 비콘(Beacon)을 수신한 무선센서노드는 망 자원을 공유하기 위하여 연결(Association) 작업이 필요하다. 2 is a diagram illustrating a tree routing operation principle of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining a node connection process of an effective routing method using link state and traffic distribution information in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention. 1 to 3, according to the IEEE 802.15.4 standard, as shown in FIG. 1, a wireless sensor node receiving a beacon in a BOP section needs an association operation to share network resources.

먼저, 무선센서노드(ZR1)은 무선센서노드(ZR0)에 연결하기 위하여 맥(MAC)계층에서 발생하는 어소시에이션 리퀘스트(Association Request)정보를 이용하여 무선센서노드(도 3의 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)로부터 싱크노드(Sink Node: 0)까지 효율적인 패킷 전송 경로를 설정하는 트리 라우팅 방법을 이용한다. First, the wireless sensor node ZR1 uses the association request information generated in the MAC layer to connect to the wireless sensor node ZR0. 4, 5, 6, 7, and 8) to use a tree routing method for establishing an efficient packet transmission path from the sink node (Sink Node: 0).

IEEE 802.15.4 표준에 따르면 무선센서노드(ZR)들은 WPAN에서 패킷을 전송하기 전에 연결(Association Request)을 요구한다. 이러한 연결은 기본적으로 도 2와 같이, 부모 노드(Parent Node: ZR0)와 자식 노드(Child Node: ZR1) 사이의 제어 정보 공유를 통하여 이루어진다. 이때 각 자식 노드들(예컨대, ZR1 또는/및 ZR2)은 연결시 부모 노드(예컨대, ZR0)의 주소를 알 수 있다.According to the IEEE 802.15.4 standard, wireless sensor nodes (ZR) require an association request before transmitting a packet in the WPAN. This connection is basically made through sharing control information between a parent node (ZR0) and a child node (ZR1) as shown in FIG. 2. At this time, each child node (eg, ZR1 or / and ZR2) may know the address of the parent node (eg, ZR0) at the time of connection.

이때 발생하는 부모 노드(Parent Node)와 자식 노드(Child Node) 사이의 연결 구조(Association Tree)를 이용하여 무선센서노드와 싱크노드(Sink Node) 사이의 연결 구조를 생성하고 이를 이용하여 통신하는 것이 교차 계층 트리 라우팅이다. 연구 결과에 따르면 무선센서노드(ZR1)이 무선센서노드(ZR0)에 연결시 RSSI 또는 ED(Energy Detection) 스캔 같은 단순 링크 특성을 이용하여 가입한다. 이러한 방식에서는 주변 부하와 RSSI 사이에 큰 차이가 있는 환경상에서는 단순 RSSI만 고려하여 가입을 수행하는 기존 방식으로 최적 경로 선정에 많은 문제가 있다.In this case, it is necessary to create a connection structure between the wireless sensor node and the sink node by using an association tree between the parent node and the child node, and to communicate using the connection node. Cross-layer tree routing. According to the research results, when the wireless sensor node (ZR1) is connected to the wireless sensor node (ZR0), it subscribes using simple link characteristics such as RSSI or ED (Energy Detection) scan. In this method, there is a lot of problems in selecting an optimal path with the existing method of performing a subscription considering only a simple RSSI in an environment where there is a large difference between the surrounding load and the RSSI.

따라서, 본 발명에서는 네트워크 계층에서 주변 노드들의 비용을 고려하여 무선센서노드(도 3의 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8)로부터 싱크노드(Sink Node)까지 효율적인 패킷 전송 경로를 설정하는 방법을 제시한다. 구체적으로 BOP구간과 트리 라우팅을 기반으로 주변 RSSI 및 트래픽 분산 정보에 따른 비용을 고려하여 최적 경로를 결정한다.Accordingly, in the present invention, an efficient packet transmission path from a wireless sensor node (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 in FIG. 3) to a sink node in consideration of the costs of neighboring nodes in the network layer. Present how to set up. In detail, the optimal path is determined by considering the cost of the neighbor RSSI and the traffic distribution information based on the BOP section and the tree routing.

도 3을 참조하여, 신규 무선센서노드(6)가 네트워크에 연결하는 과정을 살펴본다. IEEE 802.15.4 표준에 따르면 신규 무선센서노드(6)가 네트워크에 접속하기 위해서는 연결 단계를 거친다. 이때, 신규 무선센서노드(6)는 이웃 무선센서노드들(0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 중 적어도 하나)을 발견하기 위해 스캔과정을 수행하고 가장 강한 RSSI를 갖는 노드를 부모 노드(Parent Node)로 선택하여 부모 노드(Parent Node)와 연결을 수행한다. 그러나 종래의 방법은 무선센서노드들의 트래픽 로드를 전혀 고려하지 않고, 단지 RSSI 신호 세기에 따라 부모 노드(Parent Node)를 결정하고 연결을 하기 때문에 전체 네트워크 측면에서 로드 분산(Load Balancing)이 되지 않는다. Referring to Figure 3, looks at the process of connecting the new wireless sensor node 6 to the network. According to the IEEE 802.15.4 standard, the new wireless sensor node 6 goes through a connection step to access the network. At this time, the new wireless sensor node 6 performs a scanning process to discover neighboring wireless sensor nodes (at least one of 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8) and has the strongest RSSI node. Connect to parent node by selecting as parent node. However, the conventional method does not consider the traffic load of the wireless sensor nodes at all, and load balancing is not performed in terms of the entire network because only the parent node is determined and connected according to the RSSI signal strength.

따라서, 도 3에서와 같이, 신규 무선센서노드(6)가 네트워크에 연결하는 예를 보여준다. 도시된 바에 의하면, 신규 무선센서노드(6)이 새로운 노드이고 이웃 무선센서노드인 무선센서노드(4)와 무선센서노드(2)로부터 비콘 프레임을 받는다고 가정한다. 또한, 이웃 무선센서노드(4)로부터의 신호가 이웃 무선센서노드(2)로부터의 신호보다 강하다고 가정한다. 종래의 IEEE 802.15.4 표준 방법에 따르면 강한 RSSI 신호를 갖는 이웃 무선센서노드(4)를 선택하고 연결을 수행할 것이다. 그러면 신규 무선센서노드(6)이 전송한 데이터는 싱크노드(Sink Node: 0)까지 전송되는 과정에서 무선센서노드(1, 3, 4, 7, 8)이 전송하는 데이터와 경쟁해야 한다. 싱크노드(Sink Node: 0)의 오른쪽은 무선센서노드(2)와 (5)만 경쟁하기 때문에 트래픽 분산의 불균형을 초래하게 된다. 따라서 트래픽 분산을 고려하여 신규 무선센서노드(6)은 이웃 무선센서노드(2)와 연결하는 것이 더 유리하다.Thus, as shown in Figure 3, shows a new wireless sensor node 6 is connected to the network. As shown, it is assumed that the new wireless sensor node 6 is a new node and receives beacon frames from the wireless sensor node 4 and the wireless sensor node 2 which are neighboring wireless sensor nodes. It is also assumed that the signal from the neighboring wireless sensor node 4 is stronger than the signal from the neighboring wireless sensor node 2. According to the conventional IEEE 802.15.4 standard method, the neighbor wireless sensor node 4 having the strong RSSI signal will be selected and connected. Then, the data transmitted by the new wireless sensor node 6 has to compete with data transmitted by the wireless sensor nodes 1, 3, 4, 7, and 8 in the process of transmitting to the sink node (0). Since the right side of the sink node (0) is only competing with the wireless sensor nodes (2) and (5), it causes an imbalance in traffic distribution. Therefore, in consideration of traffic distribution, it is more advantageous to connect the new wireless sensor node 6 with the neighboring wireless sensor node 2.

따라서, 종래의 신규 무선센서노드(6)의 연결 단계에서 트래픽 분산만을 고려하는 것은 효율적이지 않다. 라디오 채널의 링크 품질에 따라서 무선센서 네트워크의 성능은 크게 영향을 받기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 트래픽양(TL: Traffic Load)과 링크품질(LQ: Link Quality)을 고려한 새로운 메트릭(Metric)인 트래픽 전송 비용(값)을 제시하고 이에 따라 어느 노드와 연결을 할지 결정하는 방법을 제안한다. Therefore, it is not efficient to consider only traffic distribution in the connection step of the conventional novel wireless sensor node 6. This is because the performance of the wireless sensor network is greatly affected by the link quality of the radio channel. Accordingly, the present invention proposes a method of determining a traffic transmission cost (value), which is a new metric in consideration of traffic load (TL) and link quality (LQ), and determining which node to connect to accordingly. Suggest.

한편, 본 발명에서는 무선센서노드들이 전송할 트래픽양이 가변적이지 않으며 네트워크에 연결하는 단계에 알고 있다고 가정한다. 일반적인 통신에서 트래픽양값(TR)이 많을수록 그리고 링크품질값(LQ)이 낮을수록 데이터 전송을 위한 비용은 많이 들어간다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 코스트값(Cost)을 연산하기 위한 "코스트함수"는 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.Meanwhile, in the present invention, it is assumed that the amount of traffic to be transmitted by the wireless sensor nodes is not variable and is known in the step of connecting to the network. In general communication, the larger the traffic amount value (TR) and the lower the link quality value (LQ), the higher the cost for data transmission. Therefore, the "coast function" for calculating the cost value Cost used in the present invention is defined as in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 라디오 채널의 링크품질값(LQ)은 RSSI에 근거하여 계산된다. RSSI값은 1 바이트로 표시되며 0 내지 255 사이의 정수값을 갖는다. 한편, 256개의 신호 세기 레벨을 표현하는 벤더(Vendor)의 제품은 없다. 즉, 무선센서노드에 의해 수신가능한 최대 RSSI(RSSImax)이 선택되고 사용된다. 따라서 어느 한 벤더가 만든 제품의 RF(Radio Frequency) 에너지 레벨은 0 내지 RSSImax 값을 갖는다. Here, the link quality value (LQ) of the radio channel is calculated based on the RSSI. The RSSI value is represented by 1 byte and has an integer value between 0 and 255. On the other hand, there is no Vendor product that represents 256 signal strength levels. That is, the maximum RSSI (RSSI max ) receivable by the wireless sensor node is selected and used. Therefore, the RF (Radio Frequency) energy level of a product made by one vendor has a value ranging from 0 to RSSI max .

본 발명에서는 링크품질값(LQ)은 벤더의 제품에 상관없이 서로 비교할 수 있도록 RSSI값 자체를 값으로 사용하지 않고 수신한 패킷에 대한 RSSI값을 RSSImax로 나눈값을 사용한다. 즉, 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.In the present invention, the link quality value (LQ) is a value obtained by dividing the RSSI value of the received packet by RSSI max without using the RSSI value itself as a value so that it can be compared with each other regardless of a vendor's product. That is, it is expressed as following Equation 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, RSSIreceive는 신규 무선센서노드가 연결될 무선센서노드가 패킷 수신시 측정한 RSSI값이다. RSSI값은 시간에 따라 동적으로 변하기 때문에 일정 시간 동안 측정하여 얻은 값에 대한 평균값을 사용한다. 일반적으로 링크품질값(LQ)이 약 0.2 정도이면 로밍 한계치를 의미하고 0.1 이하이면 링크 채널에 전송 중인 신호가 없는 것으로 간주한다. 따라서 신규 무선센서노드(6)가 네트워크에 연결하고 정상적으로 동작하기 위해서는 값이 0.3 이상이어야 한다. 또한, 코스트값(Cost)을 계산하기 위해서 각 무선센서노드는 트래픽 정보인 트래픽양값(TR)을 갖고 있어야 한다. 보다 구체적으로, 각 무선센서노드는 트래픽 정보를 위해 트래픽 테이블을 유지 관리한다. 트래픽 테이블은 하위 계층에 있는 어떤 노드가 어떤 자식 노드(Child Node)를 통해 얼마만큼의 트래픽을 전송하는지를 알 수 있도록 "자식 노드 ID(Child Node ID)", 자식 노드를 통해 트래픽을 전송하는 "하위 계층 노드 ID", 하위 계층 노드의 "트래픽양값"의 세 가지 정보를 포함한다. 한편, 트래픽 테이블에는 자식 노드(Child Node)에 대한 트래픽 정보도 포함될 수 있다. Here, RSSI receive is an RSSI value measured when a packet is received by a wireless sensor node to which a new wireless sensor node is to be connected. Since RSSI values change dynamically over time, use the average of the values obtained over time. In general, when the link quality value (LQ) is about 0.2, it means the roaming limit value. If the link quality value (LQ) is about 0.1 or less, it is considered that no signal is being transmitted on the link channel. Therefore, in order for the new wireless sensor node 6 to connect to the network and operate normally, the value must be 0.3 or more. Also, in order to calculate the cost value, each wireless sensor node must have a traffic amount value TR, which is traffic information. More specifically, each wireless sensor node maintains a traffic table for traffic information. The traffic table is a "child node ID" so that you can see how much traffic is passing through which child nodes, and "child nodes" that send traffic through child nodes. Three pieces of information are included: "layer node ID" and "traffic quantity value" of the lower layer node. Meanwhile, the traffic table may also include traffic information about child nodes.

도 4의 표 1은 도 3에서 이웃 무선센서노드(1)의 트래픽 테이블을 나타낸다. 트래픽양값(TRi)은 이웃 무선센서노드(i)에 의해 발생되어 싱크노드(Sink Node: 0)로 전송하는 트래픽양값을 의미한다. 발명의 명확한 설명을 위하여 각 무선센서노드는 일정한 트래픽양을 발생시킴으로써, 싱크노드(Sink Node: 0)로 전송한다고 가정한다.Table 1 of FIG. 4 shows a traffic table of the neighbor wireless sensor node 1 in FIG. The traffic amount value TR i refers to a traffic amount value generated by the neighboring wireless sensor node i and transmitted to a sink node (0). For clarity, it is assumed that each wireless sensor node transmits to a sink node (0) by generating a certain amount of traffic.

한편, 신규 무선센서노드(j)는 후술할 방법에 의해 어떤 노드와 연결을 수행할지 결정한 후에 연결 요청(Association Request) 메시지를 통해 자신의 트래픽양값(TRi)을 부모 노드(Parent Node)에게 전달한다. 그러면 부모 노드(Parent Node)는 이 정보를 자신의 트래픽 테이블에 기록하고 다시 자신의 부모 노드(Parent Node)에게 연결 요청 메시지를 전달하여 트래픽 테이블을 갱신할 수 있도록 한다. Meanwhile, the new wireless sensor node j decides which node to connect with by a method to be described later, and then transfers its traffic amount TR i to the parent node through an association request message. do. The parent node then records this information in its own traffic table and sends a connection request message back to its parent node so that it can update the traffic table.

상기 과정은 연결 요청 메시지가 싱크노드(Sink Node: 0)에 도달할 때까지 계속된다. 이를 통해 싱크노드(Sink Node: 0)는 네트워크에 연결된 모든 노드의 트래픽 정보를 알 수 있다. 각 무선센서노드들은 자신의 비콘 프레임에 코스트값(Cost) 정보를 포함하여 자식 노드(Child Node)에게 주기적으로 전송한다.The process continues until the connection request message reaches a sink node (0). Through this, the sink node (0) can know the traffic information of all nodes connected to the network. Each wireless sensor node periodically transmits to the child node including cost information in its beacon frame.

비콘 프레임에서 코스트값(Cost)과 관련된 형식은 도 5와 같이 부모 노드 정보(A)와 자식 노드 정보(B) 두 부분으로 구성된다. 자식 노드 정보(B) 부분의 길이는 각 노드가 갖는 자식 노드 수에 따라 달라진다. The format associated with the cost value Cost in the beacon frame is composed of two parts, parent node information (A) and child node information (B), as shown in FIG. The length of the child node information (B) portion depends on the number of child nodes each node has.

도 5에서, "PID"는 부모 노드(Parent Node)의 ID이고, "CID"는 자식 노드(Child Node)의 ID이다. 자식 노드 ID(CID)는 비콘 프레임에 포함된 코스트값(Cost)이 어느 자식 노드에 대한 값인지를 알려주기 위해 사용된다. 부모 노드(Parent Node)로부터 비콘 프레임을 수신한 이웃 무선센서노드(i)는 하기와 같이 자신이 전송할 비콘 프레임을 구성한다. 부모 노드(Parent Node) 정보 부분의 "PID"는 자신의 ID(i)이고, 코스트값(Cost)은 자신의 부모 노드(Parent Node)가 전송한 비콘 프레임의 자식 노드(Child Node) 정보 부분에서 자신의 노드 ID로 전송한 코스트값(Costi)으로 설정한다. 자식 노드(Child Node) 정보 부분의 "CID"는 자신의 자식 노드(Child Node)인 j이고, 이에 대한 코스트값(Costi)은 다음의 수학식 3과 같다.In FIG. 5, "PID" is an ID of a parent node, and "CID" is an ID of a child node. The child node ID CID is used to inform which child node the cost value Cost included in the beacon frame is. The neighboring wireless sensor node i that receives the beacon frame from the parent node configures a beacon frame to be transmitted as follows. The "PID" of the parent node information part is its ID (i), and the cost value (Cost) is the child node information part of the beacon frame transmitted by its parent node (Parent Node). It is set to the cost value Cost i transmitted to its node ID. &Quot; CID " of the child node information portion is j, which is its own child node, and its cost value Cost i is given by Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, 코스트값(Costi,j)는 이웃 무선센서노드(i)가 상기 신규 무선노드(j)를 통해 수신할 트래픽(TRi,j)과 무선센서노드(i), 무선센서노드(j) 간 통신에서 측정된 링크품질값(LQ)을 이용하여 수학식1에 의해 연선된 코스트값(Cost)을 의미한다. 트래픽양값(TRi, j)은 신규 무선센서노드(j)의 트래픽양값(TRj)과 신규 무선센서노드(j)의 자식 노드(k)의 트래픽양값(TRk)의 합이다. Here, the cost value Cost i, j is the traffic TR i, j that the neighboring wireless sensor node i will receive through the new wireless node j, the wireless sensor node i, and the wireless sensor node j. Means a cost value Cost, which is wired by Equation 1, using the link quality value LQ measured in the inter-) communication. The traffic amount values TR i and j are the sum of the traffic amount value TR j of the new wireless sensor node j and the traffic amount value TR k of the child node k of the new wireless sensor node j.

일 실시예에 의하면, 도 3에서 무선센서노드(1)이 자식 노드(3)으로부터 수신할 트래픽은 TR1 ,3=TR3+TR7+TR8 이다. 각 자식 노드로부터 수신할 트래픽양값(TR)은 자신이 유지 관리하는 트래픽 테이블을 통해 얻어진다. 계산된 코스트값(Cost)이 정수가 아니면 표현의 편리성을 위해 반올림하여 정수로 나타낸다. 자신이 마지막 노드여서 자식 노드(Child Node)가 없는 경우에는 비콘 프레임에 부모 노드(Parent Node)의 정보만 포함하여 전송한다. According to one embodiment, the traffic that the wireless sensor node 1 will receive from the child node 3 in FIG. 3 is TR 1 , 3 = TR 3 + TR 7 + TR 8 . The traffic amount TR to be received from each child node is obtained through the traffic table maintained by the child node. If the calculated cost value is not an integer, it is rounded up and expressed as an integer for convenience of expression. If there is no child node because it is the last node, only the parent node information is included in the beacon frame and transmitted.

일 실시예에 따른, 비콘 프레임의 코스트값(Cost) 정보를 구성하는 과정을 참조도면인 도 6에 나타내었다. 6 illustrates a process of configuring cost information of a beacon frame according to an embodiment.

상술한 바와 같이 비콘 프레임에 포함되어 전송되는 코스트값(Cost)을 각 링크를 통해 전송되는 코스트값(Cost)이 아닌 하위 계층 노드의 코스트값(Cost)을 더하는 누적값을 사용한 이유는 다음과 같다. 새로운 무선센서노드가 네트워크에 연결을 시도할 때는 부모 노드(Parent Node)부터 싱크노드(Sink Node)까지 경로상의 각 링크에 전송되는 코스트값(Cost) 정보를 알아야 최적으로 트래픽을 분산시킬 수 있는 경로를 선택할 수 있다. 모든 링크에 대한 코스트값(Cost) 정보를 비콘 프레임에 실어서 전송할 경우에는 정보의 양이 많아지므로 간단하게 경로의 트래픽 상태를 알 수 있도록 할 수 있는 누적된 정보를 사용한다.As described above, the cumulative value of adding the cost value Cost included in the beacon frame to the cost value Cost of the lower layer node instead of the cost value Cost transmitted through each link is as follows. . When a new wireless sensor node attempts to connect to the network, it is necessary to know cost information transmitted on each link in the path from parent node to sink node to distribute traffic optimally. Can be selected. When the cost information (Cost) information for all links are carried in a beacon frame and transmitted, the amount of information increases, so that the accumulated information can be used to easily know the traffic state of the path.

한편, 동작 과정에 대한 실시 예는 다음과 같다. 도 3에서 싱크노드(Sink Node: 0)를 제외하고 각 무선센서노드의 트래픽양값(TR)은 10이고, 모든 링크의 링크품질값(LQ)은 1이며 무선센서노드(6)은 아직 네트워크에 없다고 가정한다. 각 무선센서노드가 전송하는 비콘 프레임에 포함된 코스트값(Cost) 예를 나타낸 도 7을 참조하면, 싱크노드(Sink Node: 0)는 부모 노드(Parent Node)가 존재하지 않기 때문에 비콘 프레임의 부모 노드(Parent Node)의 정보 부분에는 자신의 노드 ID와 코스트값(Cost)‘0’으로 하여 (0, 0)같은 형식으로 하고 자식 노드(Child Node)의 정보 부분은 자식 노드 ID와 각 자식 노드에 해당하는 코스트값(Cost)을 계산하여 전송한다. 싱크노드(Sink Node: 0)가 유지 관리하는 트래픽 테이블을 통해 자식 노드(1)로부터 수신할 트래픽양값(TR0 ,1=TR1+TR3+TR4+TR7+TR8=50)을 알고 자식 노드(1)와 통신하는 동안에 측정하여 얻어진 트래픽양값(LQ)을 이용하여 수학식 1에 따라 코스트값(Cost)을 계산한다. 자식 노드(2)에 대한 코스트값(Cost)도 이와 같이 계산된다. 계산 결과에 따라 싱크노드(Sink Node: 0)는 비콘 프레임을 통해 정보 (0, 0), (1, 50), (2, 20)을 자식 노드인 무선센서노드(1) 및 무선센서노드(2)에게 전송한다. 상기 비콘 프레임을 수신한 노드(1)과 노드(2)는 자신의 비콘 프레임을 구성하여 전송한다. 무선센서노드(1)은 먼저 자신의 부모 노드(0)로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 자식 노드 정보 부분에서 자신의 노드 ID로 전송된 코스트값(Cost1)을 이용하여 부모 노드 정보 부분을 채운다. 즉, (0, 50)이다. 이어서, 트래픽 테이블을 통해 자신의 각 자식 노드로부터 수신할 트래픽양을 얻고 트래픽양값(LQ)을 이용하여 각 자식 노드에 대한 코스트값(Cost)을 계산한다. 즉, 자식 노드(3)과 자식 노드(4) 각각에 대한 코스트값(Cost1,3)과 코스트값(Cost1,4)은 30과 10이다. 따라서 노드(1)은 부모 노드인 싱크노드(Sink Node: 0)로부터 수신한 코스트값(Cost)과 자신이 계산한 각 자식 노드에 대한 코스트값(Cost)을 합하여 비콘 프레임의 자식 노드 정보 부분을 채운다. 즉, (3, 80), (4, 60)이다. On the other hand, an embodiment of the operation process is as follows. In FIG. 3, except for the Sink Node (0), the traffic amount value TR of each wireless sensor node is 10, the link quality value LQ of all links is 1, and the wireless sensor node 6 is still in the network. Assume that no. Referring to FIG. 7, which shows an example of a cost value included in a beacon frame transmitted by each wireless sensor node, the sink node 0 has a parent node of the beacon frame because no parent node exists. In the information part of a node, its node ID and cost value '0' are set as (0, 0), and the information part of the child node is a child node ID and each child node. Calculate and transmit the corresponding cost value Cost. Through the traffic table maintained by the sink node (0), the amount of traffic to be received from the child node (1) (TR 0 , 1 = TR 1 + TR 3 + TR 4 + TR 7 + TR 8 = 50) is received. The cost value Cost is calculated according to Equation 1 using the traffic amount value LQ obtained by measuring while communicating with the child node 1. The cost value Cost for the child node 2 is also calculated in this manner. According to the calculation result, the sink node (0) sends information (0, 0), (1, 50), and (2, 20) to child nodes of the wireless sensor node 1 and the wireless sensor node through the beacon frame. To 2). The node 1 and the node 2 receiving the beacon frame configure and transmit their beacon frame. The wireless sensor node 1 first fills the parent node information part using the cost value Cost 1 transmitted from the child node information part included in the beacon frame received from its parent node 0 to its node ID. . That is, (0, 50). Subsequently, the amount of traffic to be received from each child node through its traffic table is obtained, and the cost value Cost for each child node is calculated using the traffic amount value LQ. That is, the child node (3) and child node (4) Cost value (Cost 1,3) and the cost value (Cost 1,4) on each of which is 30 and 10. Accordingly, the node 1 adds the cost value received from the sink node 0, which is the parent node, and the cost value Cost for each child node calculated by the node 1, and adds the child node information portion of the beacon frame. Fill it. That is, (3, 80) and (4, 60).

마지막으로 무선센서노드(1)은 채워진 부모 노드 정보 부분과 자식 노드 정보 부분을 비콘 프레임에 포함하여 전송한다. 즉, (0, 50), (3, 80), (4, 60)이 전송된다. 부모 노드로부터 비콘 프레임을 수신한 노드도 이와 같은 과정을 수행한다. 도 7에서 노드 4, 5, 7, 8은 자식 노드를 갖지 않기 때문에 부모 노드 정보 부분만 비콘 프레임에 포함하여 다음과 같이 전송한다. 이에 따라, 도시된 바와 같이, 노드(4)는 (1, 60), 노드(5)는 (2, 30), 노드(7)는 (3, 90), 노드(8)은 (3, 90)가 된다. Finally, the wireless sensor node 1 transmits the filled parent node information part and child node information part in a beacon frame. That is, (0, 50), (3, 80) and (4, 60) are transmitted. The node receiving the beacon frame from the parent node performs the same process. In FIG. 7, since nodes 4, 5, 7, and 8 do not have child nodes, only the parent node information part is included in the beacon frame and transmitted as follows. Thus, as shown, node 4 is (1, 60), node 5 is (2, 30), node 7 is (3, 90), and node 8 is (3, 90). )

한편, 네트워크에 연결하기를 원하는 신규 무선센서노드(6)는, 이웃 노드로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 부모 노드 정보 부분의 코스트값(Cost)과 비콘 프레임 수신시 측정한 RSSI값을 이용하여 얻어진 트래픽양값(LQ)에 근거하여 어떤 이웃 무선센서노드를 부모 노드(Parent Node)로 결정하고 연결을 수행할지를 결정한다. 본 발명에서 신규 무선센서노드(6)는 다음의 수학식 4와 같이 최소 코스트값(Cost)을 갖는 이웃 무선센서노드를 부모 노드로 결정한다.On the other hand, the new wireless sensor node 6 which wants to connect to the network is obtained by using the cost value Cost of the parent node information part included in the beacon frame received from the neighbor node and the RSSI value measured when the beacon frame is received. Based on the traffic quantity value (LQ), it determines which neighbor wireless sensor node is a parent node and determines whether to perform a connection. In the present invention, the new wireless sensor node 6 determines a neighboring wireless sensor node having a minimum cost value Cost as a parent node as shown in Equation 4 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기에서 N은 새로운 노드의 이웃 노드의 집합(Set)을 의미하며, 코스트값(Costi)은 이웃 무선센서노드(i)로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 부모 노드 정보 부분의 코스트값이고, Costi ,j는 신규 무선센서노드(j)의 트래픽양값(TRj)과 이웃 무선센서노드(i)로부터 비콘 프레임 수신시 측정한 RSSI값에 근거하여 계산된 트래픽양값(LQ)을 수학식 1에 대입하여 얻어진 값이다. Here, N denotes a set of neighbor nodes of the new node, Cost value Cost i is a cost value of the parent node information part included in the beacon frame received from the neighbor wireless sensor node i, and Cost a i, j is a new wireless sensor node (j) traffic yanggap (TR j) and a neighboring wireless sensor node the traffic yanggap (LQ) calculated on the basis of the RSSI value measured when the beacon frame received from (i) in the equation (1) It is the value obtained by substitution.

일 실시예에 따르면, 도 3에서 무선센서노드(6)이 네트워크에 연결하기를 원하고 무선센서노드(2)와 무선센서노드(4)로부터 비콘 프레임을 수신하였으며, 트래픽양값(LQ)은 각각 0.8과 1이라고 가정한다. 또한, 신규 무선센서노드(6)의 트래픽양값(TR6)은 10이며, 이웃 무선센서노드로부터 수신한 코스트값(Cost)은 도 7과 같다고 가정한다. 이웃 무선센서노드(2)와 이웃 무선센서노드(6) 사이의 코스틀값(Cost2,6)은 13(=10/0.8)이고 이웃 무선센서노드(4)와 이웃 무선센서노드(6)사이의 코스트값(Cost4,6)은 10(=10/1)이다. 이웃 무선센서노드의 부모 노드 정보 부분의 값을 고려하면 이웃 무선센서노드(2)와 연결 시에는 비용이 33(=Cost2+Cost2 ,6=20+13)이고, 이웃 무선센서노드(4)와 연결시에는 70(=Cost4+Cost4 ,6=60+10)이 되므로 새로운 노드는 이웃 무선센서노드(2)를 부모 노드로 결정한다.According to one embodiment, in FIG. 3, the wireless sensor node 6 wants to connect to the network and receives a beacon frame from the wireless sensor node 2 and the wireless sensor node 4, and the traffic volume value LQ is respectively. Assume 0.8 and 1 In addition, it is assumed that the traffic amount value TR 6 of the new wireless sensor node 6 is 10, and the cost value Cost received from the neighboring wireless sensor node is as shown in FIG. The cost value (Cost 2,6 ) between the neighboring wireless sensor node 2 and the neighboring wireless sensor node 6 is 13 (= 10 / 0.8) and between the neighboring wireless sensor node 4 and the neighboring wireless sensor node 6. The cost value Cost 4,6 of 10 is 10 (= 10/1 ). Considering the value of the parent node information portion of the neighboring wireless sensor node, the cost is 33 (= Cost 2 + Cost 2 , 6 = 20 + 13) when connected to the neighboring wireless sensor node (2), and the neighboring wireless sensor node (4). ) Is 70 (= Cost 4 + Cost 4 , 6 = 60 + 10), so the new node determines the neighboring wireless sensor node 2 as its parent node.

제안된 CFR 프로토콜의 효율성을 검증하기 위하여 TinyOS용 시뮬레이터인 TOSSIM 환경에서 CFR 및 트리 라우팅(TR: Tree Routing)을 구현하였다. 시험한 망 구성은 도 3과 같으며 총 노드 수는 9개이다. 인접한 노드는 무선 주파수 도달 범위에 배치하였다. 설정한 노드는 일정한 간격으로 배치하고 각 노드는 라우팅 기능을 탑재한 FFD(Full-function device) 노드로 구성된 비콘 기반 IEEE 802.15.4 망을 형성한다. 시뮬레이션에서 사용된 파라미터는 도 9의 표 2와 같다. 각 노드는 CBR(Constant Bit Rate)로 데이터를 생성한다.To verify the effectiveness of the proposed CFR protocol, CFR and Tree Routing (TR) are implemented in TOSSIM environment, a simulator for TinyOS. The tested network configuration is shown in Figure 3 and the total number of nodes is nine. Adjacent nodes were placed in radio frequency coverage. The configured nodes are arranged at regular intervals, and each node forms a beacon-based IEEE 802.15.4 network composed of full-function device (FFD) nodes with routing functions. The parameters used in the simulation are shown in Table 2 of FIG. 9. Each node generates data at the constant bit rate (CBR).

한편, 본 발명에서 사용된 성능 평가 요소 다음과 같다.On the other hand, the performance evaluation elements used in the present invention are as follows.

첫째로, 각 무선센서노드가 전송한 데이터 패킷 중에서 싱크노드(Sink Node)에 정확하게 도달한 패킷의 비율을 나타내는 전달율(Delivery Ration)을 고려한다. 둘째로, 싱크노드(Sink Node)가 에러 없이 수신한 데이터양을 나타내는 효율(Throughput)도 고려한다. 마지막으로, 네트워크상의 노드가 데이터 패킷을 전송할 때 소비하는 에너지 총량을 나타내는 에너지(Energy)를 고려한다. First, consider a delivery rate indicating a ratio of packets that accurately reach a sink node among data packets transmitted by each wireless sensor node. Second, consider the throughput that represents the amount of data received by the sink node without error. Finally, consider the energy that represents the total amount of energy consumed by nodes on the network to transmit data packets.

도 10은 듀티 싸이클(Duty Cycle)에서 BO(Beacon Order)값을 8로 고정한 후에 SO(Superframe Order)값을 4에서 8까지 변경할 때의 효율을 나타낸다. 결과에 보인 것처럼 SO(Superframe Order)값이 커짐에 따라 트리 라우팅(TR)과 CFR의 두 가지 방법 모두 효율은 증가함을 볼 수 있다. 이는 SO(Superframe Order)값이 커지면 각 노드가 휴지 모드(Sleep Mode)에 있는 시간보다 동작 모드에 있는 시간이 커지기 때문에 전송할 데이터를 싱크노드(Sink Node)로 많이 전송할 수 있기 때문이다. FIG. 10 shows the efficiency when the SO (Superframe Order) value is changed from 4 to 8 after fixing the BO (Beacon Order) value to 8 in the duty cycle. As shown in the results, as the SO (Superframe Order) value increases, the efficiency of both tree routing (TR) and CFR increases. This is because when the SO (Superframe Order) value is increased, each node is in the operation mode longer than the time in the sleep mode, so that a large amount of data can be transmitted to the sink node.

제안된 방법은 SO(Superframe Order)값의 변화와 상관없이 효율이 트리 라우팅보다 효과적임을 알 수 있다. 트리 라우팅은 RSSI값에 의해 부모 자식 관계를 형성하기 때문에 트래픽을 분산시키지 못하고 많은 트래픽이 같은 경로를 따라 전송되기 때문에 채널 점유를 위한 경쟁 및 충돌을 유발하여 성능이 좋지 않다. 그러나 제안한 CFR 방법은 상술한 수학식 1의 코스트함수에 근거하여 트래픽을 분산시켰기 때문에 상대적으로 경쟁과 충돌이 줄어들어 성능을 향상시킨다.The proposed method shows that the efficiency is more effective than tree routing regardless of the change of SO (Superframe Order) value. Tree routing does not distribute the traffic because the parent child relationship is formed by the RSSI value, and much traffic is transmitted along the same path, causing competition and collision for channel occupancy. However, since the proposed CFR method distributes traffic based on the cost function of Equation 1, competition and collision are relatively reduced, thereby improving performance.

도 11은 듀티 싸이클(Duty Cycle)에서 SO(Superframe Order)값의 변화에 따른 전송 데이터 패킷이 싱크노드(Sink Node)에 정확히 도달되는 비율을 나타낸다. 도 10에서 보인 것처럼 제안된 방법은 수학식 1의 코스트함수를 사용하여 트래픽을 분산시켰기 때문에 성공적으로 싱크노드(Sink Node)로 패킷이 전달될 가능성도 높음을 알 수 있다. 트리 라우팅 방법은 분산되지 않은 트래픽으로 인해 인터플로우(Inter-flow) 문제와 인트라플로우(Intra-flow) 문제를 더 크게 유발한다. 따라서 서로 데이터를 전송하기 위해 경쟁하기 때문에 전달율은 낮다.FIG. 11 illustrates a rate at which a transmission data packet reaches a sink node accurately according to a change in a superframe order (SO) value in a duty cycle. As shown in FIG. 10, since the proposed method distributes traffic using the cost function of Equation 1, it can be seen that there is a high possibility of successfully delivering a packet to a sink node. The tree routing method causes the inter-flow problem and the intra-flow problem more because of the undistributed traffic. Therefore, the transmission rate is low because they compete to transmit data with each other.

도 12은 듀티 싸이클(Duty Cycle)에 따라 각 노드가 데이터 패킷 전송 시 소비되는 에너지 총량을 나타낸 것이다. 도 10, 11에서 보인 것처럼 SO(Superframe Order)값이 증가함에 따라 노드가 동작 모드에 있을 시간이 많아지게 되어 효율 및 전달율 또한 증가한다. 이와 같이 전송되는 데이터 패킷이 증가하게 되어 소비되는 에너지 또한 증가하게 된다. 그러나 제안하는 방법은 트래픽 분산으로 인터플로우 및 인트라플로우 문제가 줄어들고 충돌이 적어지기 때문에 트리 라우팅 방법보다 소비되는 에너지양은 적음을 알 수 있다.
FIG. 12 shows the total amount of energy consumed by each node in transmitting data packets according to the duty cycle. As shown in FIGS. 10 and 11, as the SO (Superframe Order) value increases, the time for the node to be in the operation mode increases, so that efficiency and transmission rate also increase. As data packets transmitted in this way increase, energy consumed also increases. However, the proposed method consumes less energy than the tree routing method because traffic distribution reduces interflow and intraflow problems and reduces collisions.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). It also includes.

또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. And functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
The disclosed method and apparatus have been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings for ease of understanding, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the disclosed technology should be defined by the appended claims.

0: 싱크노드
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: 무선센서노드
0: sink node
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: Wireless Sensor Node

Claims (9)

싱크노드와 복수의 무선센서노드들을 포함하는 무선센서 네트워크의 라우팅 방법에 있어서,
(a) 상기 무선센서 네트워크에 새로 참여하는 신규 무선센서노드가 상기 복수의 무선센서노드들 중에서 하나 이상의 이웃 무선센서노드들의 전송 비용들-상기 전송 비용들중 각 전송 비용은 상기 이웃 무선센서노드들 중 상기 각 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드의 트래픽 양(traffic load)에 비례하고, 상기 신규 무선센서노드와 상기 이웃 무선센서노드 사이의 링크 품질에 반비례함-을 계산하는 단계;
(b) 상기 신규 무선센서노드가 상기 이웃 무선센서노드들 중에서 상기 전송 비용들 중 가장 낮은 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드를 선택하는 단계; 및
(c) 상기 신규 무선센서노드가 상기 선택된 이웃 무선센서노드를 경유하여 상기 싱크노드와 통신을 수행하는 단계를 구비하는 라우팅 방법.
In the routing method of a wireless sensor network comprising a sync node and a plurality of wireless sensor nodes,
(a) Transmission costs of one or more neighboring wireless sensor nodes of the plurality of wireless sensor nodes, the new wireless sensor node newly participating in the wireless sensor network-each of the transmission costs is the neighboring wireless sensor nodes Calculating proportional to a traffic load of a neighboring wireless sensor node corresponding to each transmission cost, and inversely proportional to a link quality between the new wireless sensor node and the neighboring wireless sensor node;
(b) the new radio sensor node selecting a neighbor radio sensor node corresponding to the lowest transmission cost among the transmission costs among the neighbor radio sensor nodes; And
(c) the new wireless sensor node communicating with the sink node via the selected neighbor wireless sensor node.
제 1 항에 있어서,
상기 링크품질은 RSSIreceive 값에 비례하는 라우팅 방법.(단, RSSIreceive는 상기 이웃 무선센서노드가 패킷 수신시 측정한 RSSI값)
The method of claim 1,
A routing method in which the link quality is proportional to an RSSI receive value, provided that RSSI receive is an RSSI value measured when a packet is received by a neighboring wireless sensor node.
제 1항에 있어서,
상기 링크품질은 RSSIreceive 값을 RSSImax 값으로 나눈 값에 비례하는 라우팅 방법.(단, RSSIreceive는 상기 이웃 무선센서노드가 패킷 수신시 측정한 RSSI값, RSSImax는 상기 이웃 무선센서노드에 의해 수신 가능한 신호 세기 레벨의 최대값)
The method of claim 1,
The link quality is RSSI receive The routing method is proportional to the value divided by the RSSI max value, wherein RSSI receive is an RSSI value measured by the neighboring wireless sensor node when receiving a packet, and RSSI max is a signal strength level that can be received by the neighboring wireless sensor node. Value)
제 1항에 있어서,
상기 트래픽 양은, 상기 무선센서 네트워크를 구성하는 각 무선센서노드가 상기 네트워크를 구성하는 하위 계층 무선센서노드로부터 얼마만큼의 트래픽을 전송받고, 상기 무선센서 네트워크를 구성하는 각 무선센서노드가 상기 네트워크를 구성하는 상위 계층 무선센서노드에 얼마만큼의 트래픽을 전송하는지에 관한 정보를 포함하는 라우팅 방법.
The method of claim 1,
The amount of traffic is received by the wireless sensor node constituting the wireless sensor network and how much traffic is transmitted from the lower layer wireless sensor node constituting the network, and each wireless sensor node constituting the wireless sensor network is connected to the network. A routing method including information on how much traffic is transmitted to a higher layer wireless sensor node.
제 1 항에 있어서,
상기 신규 무선센서노드의 상기 코스트값은
Figure pat00005

에 의한 연산에 의해 수행되는 라우팅 방법. (상기 이웃 무선센서노드를 (i)라고 하고, 상기 신규 무선센서노드를 (j)라고 하면, 상기 Costi ,j는 상기 이웃 무선센서노드(i)가 상기 신규 무선센서노드(j)를 통해 수신할 트래픽양값(TRi,j)을 상기 이웃 무선센서노드(i)와 상기 신규 무선센서노드(j) 간 통신에서 측정된 링크품질값(LQ)에 기초하여 연산됨. 상기 Costi는 상기 이웃 무선센서노드(i)에 대한 트래픽양값(TRi)을 상기 이웃 무선센서노드(i)에 대해 측정된 링크품질값(LQ)에 기초하여 연산됨)
The method of claim 1,
The cost value of the new wireless sensor node is
Figure pat00005

Routing method performed by operation by. (If the neighboring wireless sensor node (i) and the new wireless sensor node (j), the cost i , j is the neighboring wireless sensor node (i) through the new wireless sensor node (j) the traffic yanggap (TR i, j) to receive neighbor search operation on the basis of the wireless sensor nodes (i) and the new wireless sensor node (j) a link quality value (LQ) measure in a communication between the cost i is the The traffic amount value TR i for the neighboring wireless sensor node i is calculated based on the link quality value LQ measured for the neighboring wireless sensor node i)
제 5 항에 있어서, 상기 트래픽양값(TRi,j)은,
상기 신규 무선센서노드(j)의 트래픽양값(TRj)과 상기 신규 무선센서노드(j)의 자식 노드(k)의 트래픽양값(TRk)의 합인 라우팅 방법.
The method according to claim 5, wherein the traffic amount value TR i, j ,
And a traffic amount value TR j of the new wireless sensor node j and a traffic amount value TR k of a child node k of the new wireless sensor node j.
제 1 항에 있어서,
상기 신규 무선센서노드는
Figure pat00006

에 의해 최소 코스트값(Cost)을 갖는 이웃 무선센서노드를 부모 노드로 결정하는 라우팅 방법. (단, 상기 N은 상기 신규 무선센서노드(j)의 상기 이웃 무선센서노드(i)의 집합(Set)이고, 상기 Costi은 상기 이웃 무선센서노드(i)로부터 수신한 비콘 프레임에 포함된 부모 노드 정보 부분의 코스트값(Costi)이고, 상기 Costi ,j는 상기 신규 무선센서노드(j)의 트래픽양값(TRj)을 상기 이웃 무선센서노드(i)로부터 비콘 프레임 수신시 측정한 RSSI값에 근거하여 계산된 트래픽양값(LQ)에 기초하여 얻어진 값)
The method of claim 1,
The new wireless sensor node
Figure pat00006

A routing method for determining a neighbor node having a minimum cost value Cost as a parent node. (Wherein N is the set of the neighboring wireless sensor nodes i of the new wireless sensor node j, and Cost i is included in the beacon frame received from the neighboring wireless sensor node i). Cost i Cost of the parent node information portion Cost i , j is the cost i , j is the traffic amount value TR j of the new wireless sensor node j is measured when receiving a beacon frame from the neighboring wireless sensor node (i) Value obtained based on the traffic volume value (LQ) calculated based on the RSSI value)
싱크노드와 복수의 무선센서노드들을 포함하는 무선센서 네트워크의 라우팅 장치에 있어서,
상기 무선센서 네트워크에 새로 참여하는 신규 무선센서노드가 상기 복수의 무선센서노드들 중에서 하나 이상의 이웃 무선센서노드들의 전송 비용들-상기 전송 비용들중 각 전송 비용은 상기 이웃 무선센서노드들 중 상기 각 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드의 트래픽 양(traffic load)과 함수관계임-을 계산하는 계산부;
상기 신규 무선센서노드가 상기 이웃 무선센서노드들 중에서 상기 전송 비용들 중 가장 낮은 전송 비용에 대응하는 이웃 무선센서노드를 선택하는 선택부; 및
상기 신규 무선센서노드가 상기 선택된 이웃 무선센서노드를 경유하여 상기 싱크노드와 통신을 수행하는 통신부를 구비하는 라우팅 장치.
In the routing device of a wireless sensor network comprising a sync node and a plurality of wireless sensor nodes,
New wireless sensor nodes newly participating in the wireless sensor network transmit costs of one or more neighboring wireless sensor nodes among the plurality of wireless sensor nodes—each of the transmission costs is the respective one of the neighboring wireless sensor nodes. A calculation unit for calculating a traffic relation with a traffic load of a neighboring wireless sensor node corresponding to a transmission cost;
A selection unit for the new wireless sensor node to select a neighboring wireless sensor node corresponding to the lowest transmission cost among the transmission costs among the neighboring wireless sensor nodes; And
And a communication unit configured to communicate with the sink node by the new wireless sensor node via the selected neighbor wireless sensor node.
제 8항에 있어서,
상기 함수관계는, 상기 트래픽 양(traffic load)에 비례하고, 상기 신규 무선센서노드와 상기 이웃 무선센서노드 사이의 링크 품질에 반비례하는 라우팅 장치.
The method of claim 8,
Wherein the functional relationship is proportional to the traffic load and inversely proportional to the link quality between the new wireless sensor node and the neighboring wireless sensor node.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160059508A (en) * 2014-11-18 2016-05-27 주식회사 씨앤유글로벌 Method for configuring network topology and device for the same
KR20160064256A (en) * 2014-11-26 2016-06-08 충북대학교 산학협력단 Method of low power routing for wireless sensor network using link utilization, and recording medium thereof
KR101689532B1 (en) * 2015-07-07 2016-12-27 한국기술교육대학교 산학협력단 Distributed path setup method using load balancing for mobile ad hoc network
KR101715550B1 (en) * 2016-02-12 2017-03-14 이화여자대학교 산학협력단 Determining method of sink node and routing path for sensing data
CN108064064A (en) * 2017-12-20 2018-05-22 浙江省公众信息产业有限公司 Wireless sensor network Ad Hoc is by method and apparatus
KR102199577B1 (en) * 2019-07-12 2021-01-07 영남대학교 산학협력단 Node and method for routing in heterogeneous traffic wireless sensor network

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050017705A (en) * 2003-08-07 2005-02-23 한국전자통신연구원 Method for Association in Public Wireless LAN
US8699377B2 (en) * 2008-09-04 2014-04-15 Trilliant Networks, Inc. System and method for implementing mesh network communications using a mesh network protocol

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160059508A (en) * 2014-11-18 2016-05-27 주식회사 씨앤유글로벌 Method for configuring network topology and device for the same
KR20160064256A (en) * 2014-11-26 2016-06-08 충북대학교 산학협력단 Method of low power routing for wireless sensor network using link utilization, and recording medium thereof
KR101689532B1 (en) * 2015-07-07 2016-12-27 한국기술교육대학교 산학협력단 Distributed path setup method using load balancing for mobile ad hoc network
KR101715550B1 (en) * 2016-02-12 2017-03-14 이화여자대학교 산학협력단 Determining method of sink node and routing path for sensing data
CN108064064A (en) * 2017-12-20 2018-05-22 浙江省公众信息产业有限公司 Wireless sensor network Ad Hoc is by method and apparatus
KR102199577B1 (en) * 2019-07-12 2021-01-07 영남대학교 산학협력단 Node and method for routing in heterogeneous traffic wireless sensor network

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