KR20120137853A - Energy efficient routing method for vessel usn - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박환경의 무선 센서 네트워크에서 라우팅시 소비되는 에너지를 최소화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a routing method for energy efficiency in a ship environment, and more particularly, to a method of minimizing energy consumed when routing in a wireless sensor network in a ship environment.
무선 센서 네트워크는 다양한 응용분야를 대상으로 연구되고 있다. Wireless sensor networks are being studied for a variety of applications.
이러한 무선 센서 네트워크는 가용 자원과 환경적인 측면에서 애드호크 네트워크보다 많은 제약 사항이 있어서 애드호크 네트워크와 다른 네트워크로 볼 수 있겠으나, 각 센서 노드가 네트워크를 스스로 구성하고, 라우터 역할과 데이터 소스 역할을 동시에 수행하기 때문에 일종의 애드호크 네트워크로도 볼 수 있다.This wireless sensor network has more restrictions than the Adhawk network in terms of available resources and environment, so it can be regarded as a different network from the Adhawk network. However, each sensor node configures itself, serves as a router and a data source. It can be viewed as a kind of ad hawk network because it runs simultaneously.
한편, 종래의 무선 센서 네트워크는 하기와 같은 특성이 있다.On the other hand, the conventional wireless sensor network has the following characteristics.
1)저전력 소비특성이 있다. 1) Low power consumption.
예컨대, 수많은 센서 노드로 구성된 센서 네트워크는 그 수명이 각 노드에서 사용되는 배터리 수명에 영향을 받기 때문에, 센서 네트워크의 수명을 지속시키기 위해서는 다 사용된 배터리를 교환하거나 충전할 수 있어야 하는 데, 기존의 센서 네트워크에 배치된 대규모 노드의 배터리는 교환이나 충전이 불가능한 경우가 많으므로 저전력 소비특성을 지닌다.For example, a sensor network consisting of a large number of sensor nodes is affected by the battery life of each node, so in order to maintain the life of the sensor network, it is necessary to replace or recharge the used batteries. Batteries of large nodes deployed in the sensor network are often unable to be exchanged or recharged, and thus have low power consumption.
2)센서 노드가 대규모로 배치되는 특성이 있다.2) The sensor node is largely deployed.
예컨대, 무선 센서 네트워크는 확장성에 따라 수십에서 수십 만개까지의 센서 노드로 구성될 수 있으며, 노드의 위치는 미리 정해지는 것이 아니며, 노드의 구성비용은 낮아야 한다.For example, a wireless sensor network may be composed of tens to hundreds of thousands of sensor nodes according to scalability, the position of the nodes is not predetermined, and the configuration cost of the nodes should be low.
3)네트워크 자가구성 특성이 있다.3) Network self-configuration characteristics.
예컨대, 전장에서 적지와 같은 곳에 센서 노드를 수동으로 설치하기 불가능하므로, 센서 노드들은 자체적으로 네트워크를 구성해야 하고, 네트워크에 신규 접속이 가능해야 하며, 애드호크 센서 네트워크를 위한 프로토콜에 따라 동작하여야 한다.For example, it is impossible to manually install sensor nodes in places such as enemy sites on the battlefield, so sensor nodes must configure their own networks, enable new access to the network, and operate according to the protocol for the Adhawk sensor network. .
4>협업 및 분산처리 작업 특성이 있다.4> Collaborative and distributed processing.
예컨대, 센서 노드들은 개별적으로 단순 계산을 수행하고, 수신된 데이터를 모으고 전달한다.For example, sensor nodes individually perform simple calculations, collect and forward received data.
5>질의 능력 특성이 있다.5> There is a quality characteristic of the quality.
예컨대, 질의가 전송되면, 단일 센서 노드 또는 그룹 센서 노드는 이를 처리하고, 베이스 노드는 주어진 영역의 데이터를 수집하여 메시지를 생성한다.For example, when a query is sent, a single sensor node or group sensor node processes it, and the base node collects data in a given area to generate a message.
본 발명은 저전력소비, 대규모 센서 노드, 네트워크 자가구성, 협업 및 분산 처리 작업, 질의 능력의 특성을 갖는 무선 센서 네트워크를 지원하는 센서 노드의 자가 구성능력과 제한된 전력사용 및 응용분야를 고려하여 라우팅하는 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides a low power consumption, large sensor node, network self-configuration, collaboration and distributed processing, routing routing in consideration of the self-configurable capacity and limited power usage and applications of the sensor node supporting the wireless sensor network with the characteristics of query capability The purpose is to provide a routing method for energy efficiency in the marine environment.
본 발명의 다른 목적은 데이터 중심적인 센서 네트워크의 특징과 결합하여 정확한 정보 제공과 에너지 소비를 최소화하는 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a routing method for energy efficiency in a ship environment that minimizes energy consumption and provides accurate information in combination with the features of a data-centric sensor network.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 선박환경에서 복수의 센서 노드를 포함한 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법은 상기 선박환경에서 측정된 데이터의 종류별로 상기 복수의 센서 노드를 클러스터 헤드와 클러스터 멤버로 하는 클러스터를 형성하고, 측정된 상기 데이터의 종류별로 데이터 충돌 회피를 위한 우선순위를 부여하는 단계; 및 형성된 상기 클러스터 내의 소스 노드에서 목적지 노드까지 전송 경로를 설정하기 위해 바로 이웃한 센서 노드의 연결정보만 0과 1의 비트맵으로 구성된 라우팅 테이블을 근거로 라우팅하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a routing method of a wireless sensor network including a plurality of sensor nodes in a ship environment according to an aspect of the present invention, clusters the plurality of sensor nodes by cluster head and cluster for each type of data measured in the ship environment. Forming a cluster as a member and assigning priorities for data collision avoidance for each type of the measured data; And routing only connection information of immediately adjacent sensor nodes based on a routing table composed of bitmaps of 0s and 1s to establish a transmission path from a source node to a destination node in the cluster.
본 발명에 따르면, 선박환경의 무선 센서 네트워크의 특정 노드에서 라우팅시 바로 이웃한 센서 노드들에 대한 라우팅 테이블을 이용하여 라우팅함으로써 네트워크의 전체 메시지 수를 감소시킬 수 있다.According to the present invention, routing in a specific node of a wireless sensor network in a ship environment can be performed by using a routing table for immediate neighboring sensor nodes to reduce the total number of messages in the network.
센서 노드의 잔여 전력량을 확인하고, 이를 근거로 클러스터 헤드 노드를 변경함으로써 특정 센서 노드가 다른 센서 노드 대비 전력을 많이 소모하는 것을 방지하여 전체 네트워크의 수명이 연장되도록 할 수 있다.By checking the remaining power amount of the sensor node and changing the cluster head node based on this, it is possible to prevent the specific sensor node from consuming much more power than other sensor nodes, thereby extending the life of the entire network.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면.1 to 3 are diagrams for explaining a routing method for energy efficiency in a ship environment according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is intended to enable a person skilled in the art to readily understand the scope of the invention, and the invention is defined by the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법을 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a routing method for energy efficiency in a ship environment according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 to 3 are diagrams for explaining a routing method for energy efficiency in a ship environment according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 선박환경에서 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법에 관한 것으로서, 선박이라는 공간적 제한으로 인해 네트워크가 선박의 크기와 무선 전송 범위(통신반경)를 고려하여 단일 홉만으로 구성되더라도 센서 노드 간 통신이 가능하다.The present invention relates to a routing method of a wireless sensor network in a ship environment, and even though the network is configured with only a single hop in consideration of the size of the ship and the wireless transmission range (communication radius) due to the spatial limitation of the ship, communication between sensor nodes is possible. .
본 발명에서 센서 노드들은 각각의 이웃 노드들과의 연결정보가 0과 1로 표현된 비트맵을 포함하고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선박환경에서 측정할 수 있는 데이터(온도, 습도, 조도, 진동 등)의 종류별로 클러스터를 형성하며, 형성된 클러스터별로 고유 ID와, 데이터 전송시 충돌회피를 위한 우선 순위를 부여한다.In the present invention, the sensor nodes include bitmaps in which connection information with each neighboring node is represented by 0 and 1, and as shown in FIGS. 1 and 2, data (temperature, Humidity, Illumination, Vibration, etc.) are formed in clusters, and unique cluster IDs are assigned to the clusters, and priorities for collision avoidance are given during data transmission.
여기서 클러스터는 클러스터 헤드와 클러스터 멤버를 포함하고, 센서 노드들은 클러스터링 후 클러스터 헤드이거나 하나의 클러스터에 포함된다.Here, the cluster includes a cluster head and a cluster member, and the sensor nodes are cluster heads after clustering or are included in one cluster.
예컨대, 본 발명은 무선 센서 네트워크에 센서 노드 A,B,C 및 D가 포함될 경우, 센서 노드 A가 클러스터 헤드, 센서 노드 D가 멤버인 선박의 온도/습도 측정 클러스터, 센서 노드 B가 클러스터 헤드인 선박의 조도 측정 클러스터 및 센서 노드 C가 클러스터 헤드인 선박의 진동 측정 클러스터를 형성하고, 온도/습도 측정 클러스터에 고유 ID 01과 우선순위 1, 조도 측정 클러스터에 고유 ID 10과 우선순위 2 및 진동 측정 클러스터에 고유 ID 11과 우선순위 3을 부여한다.For example, in the present invention, when the sensor nodes A, B, C, and D are included in the wireless sensor network, the sensor node A is the cluster head, the temperature / humidity measurement cluster of the ship in which the sensor node D is a member, and the sensor node B is the cluster head. The ship's roughness measurement cluster and sensor node C form the ship's vibration measurement cluster, which is the cluster head, and
이하 클러스터의 형성을 보다 구체적으로 설명하면, 클러스터를 형성할 경우 무선 센서 네트워크에 포함된 노드들은 자신이 포함될 클러스터를 결정하지 못한 상태에서 기정의된 고유 ID를 포함하여 Hello 메시지를 전송하고, 클러스터 헤드로부터 Hello 메시지를 수신하면, 자신에게 Hello 메시지를 전송한 클러스터 헤드가 포함된 클러스터의 멤버로 등록된다.Hereinafter, the formation of the cluster will be described in more detail. When the cluster is formed, nodes included in the wireless sensor network transmit a Hello message including a predefined unique ID without determining a cluster to be included in the cluster. When you receive a Hello message from the server, you are registered as a member of the cluster that contains the cluster head that sent you the Hello message.
예컨대, 센서 노드 D는 기정의된 고유 ID 01을 포함하여 Hello 메시지를 전송하고, 클러스터 헤드 A로부터 Hello 메시지를 수신하면, 선박의 온도/습도 측정 클러스터의 멤버로 등록된다. For example, the sensor node D transmits a Hello message including the predefined
클러스터의 멤버 등록을 완료하면, 클러스터 내 하나의 소스 노드에서 목적지 노드까지 측정된 데이터 전송을 위해 비트맵으로 구성된 라우팅 테이블을 확인하고, 확인된 라우팅 테이블을 토대로 목적지 노드의 위치를 결정하여 전송 경로를 설정하며, 설정된 전송 경로를 근거로 목적지 노드와 통신반경 내(클러스터 내)에서 가장 가까운 곳에 위치한 노드로 패킷을 전송함으로써 목적지 노드까지 데이터를 전송한다.After registering the members of the cluster, check the routing table consisting of bitmaps for data transmission from one source node to the destination node in the cluster, and determine the location of the destination node based on the identified routing table. It transmits the data to the destination node by transmitting the packet to the node located closest to the destination node in the communication radius (in the cluster) based on the set transmission path.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 클러스터 내의 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로 측정된 데이터를 전송할 경우, 소스 노드 S에서 목적지 노드 D까지의 전송 경로는 비트맵으로 구성된 라우팅 테이블을 통해 설정된다. For example, when transmitting data measured from the source node S to the destination node D in the cluster as shown in FIG. 3, the transmission path from the source node S to the destination node D is set through a routing table composed of bitmaps.
여기서 라우팅 테이블은 바로 이웃한 노드만의 연결정보를 0과 1로 표시한 것으로서, 싱크 노드가 이웃한 모든 노드로 라우팅 경로정보를 전송할 필요 없이, 각 노드는 라우팅 테이블을 통해 바로 이웃한 노드의 연결정보를 경로정보로 사용할 수 있다.In this case, the routing table indicates the connection information of only the neighboring nodes as 0 and 1, and each node connects to the neighboring node directly through the routing table without the sink node having to transmit the routing path information to all neighboring nodes. Information can be used as route information.
라우팅 테이블 확인이 완료되면 라우팅 테이블에 따라 최단 거리 전송 경로를 설정하고, 소스 노드는 설정된 전송 경로 상에 위치한 목적지 노드 D와 가장 가까운 노드로 데이터를 전송함으로써 목적지 노드까지 데이터를 전송한다.When the routing table check is completed, the shortest distance transmission path is set according to the routing table, and the source node transmits data to the destination node by transmitting data to the node closest to the destination node D located on the set transmission path.
클러스터 헤드를 변경한다.Change the cluster head.
무선 센서 네트워크에서 전송 경로는 라우팅할 때마다 변경될 수 있으나, 본 발명은 선박이라는 공간적 특성상 배치된 센서 노드는 위치가 고정되어 라우팅시 설정되는 전송 경로에 변화가 없다. 즉, 클러스터 내 소스 노드에서 목적지 노드까지 라우팅하더라도 전송 경로는 설정되는 대로 계속 변화없이 일정하게 설정되어, 설정된 경로 상의 센서 노드들은 전력소모가 증가하게 된다.In the wireless sensor network, the transmission path may be changed every time the routing is performed. However, according to the present invention, the sensor node arranged in the ship is spatially fixed and does not change in the transmission path established at the time of routing. That is, even if the routing from the source node to the destination node in the cluster, the transmission path is set constantly without change as it is set, the sensor nodes on the set path is increased power consumption.
이처럼 클러스터 내 설정된 경로 상의 센서 노드들만 전력소모가 증가하여 클러스터 내 다른 센서 노드들보다 배터리가 빨리 방전될 경우 이들 몇몇 센서 노드들 때문에 네트워크 전체 수명이 단축될 수 있으므로, 이러한 문제를 해결하기 위해 클러스터 내 센서 노드들의 남은 전력, 즉 배터리 잔량을 고려하여 클러스터 헤드를 변경하고 변경된 클러스터 헤드에 따라 전송 경로도 변경함으로써 계속 변화없이 일정하게 설정된 경로 상의 센서 노드들만 전력소모가 증가하는 것을 방지할 수 있어서 센서 네트워크 전체 수명을 연장할 수 있다.In this way, if the sensor nodes on the path set in the cluster increase power consumption and the battery is discharged faster than other sensor nodes in the cluster, some of these sensor nodes may shorten the overall life of the network. By changing the cluster head in consideration of the remaining power of the sensor nodes, that is, the battery level, and also changing the transmission path according to the changed cluster head, it is possible to prevent the power consumption of only the sensor nodes on the constant path without changing continuously, thereby increasing the power consumption. The whole life can be extended.
이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
Claims (2)
상기 선박환경에서 측정된 데이터의 종류별로 상기 복수의 센서 노드를 클러스터 헤드와 클러스터 멤버로 하는 클러스터를 형성하고, 측정된 상기 데이터의 종류별로 데이터 충돌 회피를 위한 우선순위를 부여하는 단계; 및
형성된 상기 클러스터 내의 소스 노드에서 목적지 노드까지 전송 경로를 설정하기 위해 바로 이웃한 센서 노드의 연결정보만 0과 1의 비트맵으로 구성된 라우팅 테이블을 근거로 라우팅하는 단계
를 포함하는 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법.Regarding the routing method of a wireless sensor network including a plurality of sensor nodes in a ship environment,
Forming a cluster including the plurality of sensor nodes as cluster heads and cluster members for each type of data measured in the ship environment, and giving priority to data collision avoidance for each type of measured data; And
Routing only connection information of immediately neighboring sensor nodes based on a bitmap of 0 and 1 to establish a transmission path from a source node to a destination node in the formed cluster;
Routing method for energy efficiency in the marine environment comprising a.
상기 클러스터 멤버의 배터리 잔량을 측정하는 단계; 및
측정된 상기 배터리 잔량을 근거로 상기 클러스터 헤드를 변경하고, 형성된 상기 클러스터 내의 소스 노드에서 목적지 노드까지 전송 경로를 설정하기 위해 상기 라우팅 테이블을 근거로 라우팅하는 단계
를 더 포함하는 선박환경에서 에너지 효율성을 위한 라우팅 방법.The method of claim 1,
Measuring a battery level of the cluster member; And
Changing the cluster head based on the measured battery level and routing based on the routing table to establish a transmission path from a source node to a destination node in the formed cluster;
Routing method for energy efficiency in the marine environment further comprising.
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|---|---|---|---|---|
| KR20170135515A (en) | 2016-05-31 | 2017-12-08 | (주)뉴월드마리타임 | Multi-communication router system in vessel and system for supporting management of vessel |
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2011
- 2011-06-13 KR KR1020110056978A patent/KR20120137853A/en not_active Application Discontinuation
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| KR20170135515A (en) | 2016-05-31 | 2017-12-08 | (주)뉴월드마리타임 | Multi-communication router system in vessel and system for supporting management of vessel |
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