KR20130005726A - 센서 네트워크에서 시그니처를 이용한 노드―ｉｄ 부여 방법 - Google Patents

센서 네트워크에서 시그니처를 이용한 노드―ｉｄ 부여 방법 Download PDF

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Abstract

센서 네트워크에서 시그니처를 이용한 노드―ID 부여 방법이 제공된다. 본 노드-ID 부여 방법은, 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 시그니처 기반으로, 센서 노드들에 노드-ID를 각각 부여한다. 이에 의해, 센서 네트워크에서 수신/처리/전송에 이용되는 메시지의 크기가 작고, 이를 위해 소요되는 메모리 크기 역시 작게 구현할 수 있게 된다.

Description

센서 네트워크에서 시그니처를 이용한 노드―ＩＤ 부여 방법{Signature based node-ID qualification method in sensor networks}
본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들에 노드-ID를 부여하는 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network: WSN)는 수십에서 수천 개의 소형 센서들을 통해, 각종 데이터를 감지, 수집하여 처리하는 시스템이다. 무선 센서 네트워크에서 사용되는 센서 노드들은 CPU, 메모리 용량 등 하드웨어 자원이 제한적이다. 특히, 배터리를 이용하여 전원을 공급하기 때문에, 센서 내의 에너지 소모를 효율적으로 감소시킬 수 있는 기법이 중요하다.
일반적으로 센서 네트워크에서 데이터를 수집하기 위하여, 지정된 경로를 설정하는 것을 라우팅 설정이라 한다. 센서 네트워크에서 라우팅은 크게 트리 기반 라우팅과 클러스터링 기반 라우팅으로 분류할 수 있다.
트리 기반의 라우팅은 각각의 센서 노드가 여러 개의 하위 노드에서 수집한 데이터를 설정된 부모 센서 노드로 전송하는 방법이다. 이를 위해, 각 센서 노드는 주변의 센서 노드들과 통신을 통하여 자신의 상위 센서 노드와 하위 센서 노드를 선택하여 라우팅을 설정하고, 설정된 라우팅 트리를 이용하여 수집된 데이터를 전송한다.
클러스터링 기반 라우팅은 센서 네트워크에서 센서 노드들을 지역적으로 구분하여 클러스터를 구성하고, 클러스터 내에서 데이터 수집하기 위한 헤더를 선정한다. 클러스터 내에서 헤더를 제외한 센서 노드들은 자신이 측정한 데이터를 헤더로 전송하고, 클러스터 헤더는 데이터를 수집하여 싱크 노드로 전송한다.
한편, 라우팅 설정을 통해 지정된 경로를 이용하여 센서 노드의 데이터를 수집하기 위하여, 각 센서 노드는 수집한 데이터 및 자신의 노드-ID(Node IDentifier : 노드 식별자)와 함께 하위 센서 노드들로부터 전송받은 데이터와 하위 센서 노드들의 노드-ID들을 부모 센서 노드 및 클러스터 헤더에 전송한다.
센서 노드는 배터리를 기반으로 무선 통신을 수행하기 때문에, 에너지를 효율적으로 다루어야 한다. 그러나, 기존 센서 노드는 데이터를 수집한 모든 센서 노드들에 대한 노드-ID들을 해당 데이터와 함께 전송하여야 하기 때문에, 한정된 메시지 크기에 비해 많은 정보를 전송하지 못하는 문제점이 존재한다.
일반적인 센서 노드에 의한 라우팅 설정 및 데이터 처리에 대한 상세한 알고리즘을 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 센서 노드는 라우팅 구정이 완료되었는지 체크한다(S11).
S11단계에서 라우팅 구성이 완료되지 않았다면(S11-Y), 싱크 노드의 경우(S12-Y), 라우팅 메시지를 전파한다(S17). 한편, 라우팅 구성이 완료되지 않은 상태에서(S11-Y), 싱크 노드가 아닌 센서 노드의 경우는(S12-N), 일단 라우팅 메시지를 수신 대기한다(S13).
라우팅 메시지가 수신되면(S14-Y), 센서 노드는 수신된 라우팅 메시지들을 참고하여 자신의 부모 노드를 선정한다(S15). S15단계에서의 선정되는 부모 노드는, 수신된 라우팅 메시지들의 홉(hop)을 기초로 싱크 노드로 가장 빠르게 전송할 수 있는 노드가 된다.
S15단계에서 부모 노드 선정이 완료되면, 센서 노드는 아직 라우팅을 설정하지 못한 다른 센서 노드들을 위해 라우팅 메시지를 구성하고(S16), 구성한 라우팅 메시지를 전파한다(S17).
라우팅 설정이 완료되면, 질의처리를 위한 단계들(S18 내지 S22)이 수행되는 바, 이하에서 상세히 설명한다.
먼저, 센서 노드가 단말 노드인 경우(S18-Y), 센싱을 통해 데이터를 생성하여 질의를 수행하고(S21), 데이터를 부모 노드에게 질의 수행 결과로 전송한다(S22).
한편, 센서 노드가 단말 노드가 아닌 헤더 노드인 경우(S18-N), 자식 노드들로부터 데이터 수신을 대기한다(S19). 이후, 모든 자식 노드들로부터 데이터 수신이 완료되면(S20-Y), 자신의 데이터를 생성하고(S21), 부모 노드에게 자신의 데이터와 함께 자식 노드들의 데이터들을 질의 수행 결과로 전송한다(S22).
이에 의해, 싱크 노드는 무선 센서 네트워크 내의 모든 데이터를 수집할 수 있게 된다. 한편, 무선 센서 네트워크에서 S22단계에서의 데이터 전송시에는, 데이터들 외에 데이터들을 생성한 노드들의 노드-ID들을 함께 전송하여야 한다.
도 2에 도시된 무선 센서 네트워크를 예로 들면, 센서 노드 A는 자신의 데이터와 4개의 자식 노드들로부터 전송받은 데이터들을 질의 수행 결과로 싱크 노드에 전송할 때, 자신 노드-ID는 물론 자식 노드들의 노드-ID들까지도 메시지에 부가하여야 한다.
노드-ID를 부가하는 이유는, 질의 처리에 참여하지 않은 노드가 어떤 노드인지 판별할 수 있도록 하기 위함이다. 이에 의해, 질의 처리 결과의 신뢰성과 정확도가 높아지게 된다.
만약, 노드-ID가 2byte 라면, 센서 노드 A는 메시지의 10byte를 노드-ID에 대한 정보를 수록하는데 이용하게 된다. 마찬가지로, 자식 노드가 6개인 센서 노드 B는 메시지의 14byte를 노드-ID에 정보를 수록하는데 이용하게 된다.
이와 같은 노드-ID 전송은, 전송되는 데이터량 증가와 함께 센서 노드에서의 에너지 소모 증가를 유발시키는데, 이는 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들이 많을 수록 다수의 질의 처리를 수행할수록 더욱 심화된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 센서 네트워크에서 전송되는 메시지의 데이터량을 줄여 궁극적으로 센서 네트워크에서의 에너지 소모를 줄이기 위한 방안으로, 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 시그니처 기반으로 센서 노드들에 노드-ID들을 각각 부여하는 노드-ID 부여 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 노드-ID 부여 방법은, 센서 네트워크의 전체 정보를 파악하는 단계; 및 상기 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 시그니처 기반으로, 상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들에 노드-ID를 각각 부여하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 노드-ID는, 상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드(싱크 노드 제외)의 개수 이상의 비트들의 나열로 표현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노드-ID는, 상기 비트들 중 센서 노드를 나타내는 비트만이 "1"이고, 나머지 비트들은 "0"인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노드-ID 부여에 필요한 시그니처 스트링은, 상기 센서 네트워크의 싱크 노드가 상기 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서 네트워크의 전체 정보는, 상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 개수를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른, 노드-ID 부여 방법은, 질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들에 대한을 논리 합 연산 결과를 질의 처리 결과와 함께 싱크 노드에 전송하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 노드-ID 부여 방법은, 상기 싱크 노드가, 상기 논리 합 연산 결과를 참고하여, 질의 처리에 참여한 센서 노드들을 파악하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노드-ID 부여단계는, 라우팅 설정이 완료되면, 싱크 노드가 시그니처 스트링을 생성하여 전파하는 단계; 센서 노드가 시그니처 스트링에서 자신의 원래 노드-ID에 해당하는 비트를 제거하여, 다른 센서 노드들에 전파하는 단계; 및 상기 센서 노드가 자신의 노드-ID를 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 노드-ID 부여 방법은, 자식 노드들로부터 노드-ID들을 수신하는 단계; 및 상기 수신단계를 통해, 상기 자식 노드들에 노드-ID가 모두 부여되었음을 체크하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 노드-ID는, 시그니처 기반으로 부여되는 상기 센서 네트워크를 구성하는 그룹의 그룹-ID 및 시그니처 기반으로 부여되는 그룹을 구성하는 센서 노드의 ID를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 노드-ID 부여 방법은, 네트워크 구성이 변경된 것으로 판단되면, 새로운 센서 노드 또는 변경된 센서 노드에 노드-ID를 부여하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 시그니처 기반으로 부여한 노드-ID를 메시지에 수록하여 전송하기 때문에, 센서 네트워크에서 수신/처리/전송에 이용되는 메시지의 크기가 작고, 이를 위해 소요되는 메모리 크기 역시 작게 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 질의 처리를 수행한 센서 노드를 간단한 연산을 통해 판단 가능하여 연산 부담을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 센서 노드의 라우팅 설정 및 데이터 처리에 대한 상세한 알고리즘을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 센서 네트워크를 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법의 개념 설명에 제공되는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 5는 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법의 개념 설명에 제공되는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 7은 밀집도에 따른 성능 평가 결과를 나타낸 도면, 그리고,
도 8은 네트워크 크기에 따른 성능 평가 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 개요
본 명세서에서는, 전체 네트워크 관점에서 시그니처(Signature) 기반으로 정적 노드-ID를 부여하는 방식을 제안한다. 이는 에너지 소모에 민감하지 않은 싱크 노드가 정적인 노드-ID를 부여하기 위한 연산을 수행함으로써, 전체적으로 라우팅 수행할 때 적은 연산과 메시지를 이용하여 라우팅 구성이 가능하도록 한다.
또한, 본 명세서에서는, 센서 노드의 관점에서 시그니처 기반으로 동적 노드-ID를 부여하는 방식을 제안한다. 이는 질의 처리를 수행할 때 적은 에너지를 소모하는 장점을 지닌다.
이하에서, 각각에 대해 하나씩 상세히 설명한다.
2. 시그니처 기반 정적 노드- ID 부여 방법
본 실시예에서는, 네트워크 구성을 위해서 동일 기종의 센서 노드를 사용한 무선 센서 네트워크를 기본 환경으로 가정한다.
본 실시예에 따른 시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법은, 기존 라우팅 기법을 이용하여 노드-ID를 부여한 후, 이를 싱크 노드가 라우팅 정보를 이용하여 전체 네트워크를 감당할 수 있는 시그니처(signature) 기반의 노드-ID로 대체하는 방식을 이용한다.
전체 네트워크를 감당할 수 있는 시그니처 기반으로 노드-ID를 부여하기 위해, 싱크 노드는 센서 네트워크의 전체 정보(구체적으로, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 개수)를 파악하고 이를 이용하여 시그니처를 생성한다.
시그니처는 각 객체를 비트(bit)로 설정함으로써 객체의 유무를 비트 연산을 이용하여 빠르게 검색할 수 있는 방법이다. 예를 들어, 3개의 객체 A, B, C를 각각 1(0001), 2(0010), 4(0100)으로 설정하면, 비트 합 연산을 이용하여 두 개의 객체 A, B를 동시에 표현하면 0011, 세 개의 객체 A, B, C를 동시에 표현하면 0111 로 표현가능하다.
또한, 0101로 표현된 시그니처가 존재한다면, 각각 비트 곱 연산을 이용하여 자신의 객체 C가 표현되었는지를 판단할 수 있다. 즉, 0101 AND 0100 의 결과는 0100 이므로, 이는 객체 C 자신과 같으므로 자신을 포함한 시그니처로 판단 가능하다.
이는 빠른 연산이 가능함과 동시에 적은 수의 저장 공간을 필요로 하기 때문에, 적은 에너지 소모가 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법의 개념 설명에 제공되는 도면이다.
도 3의 좌측에는 기존 라우팅 기법을 이용한 라우팅 설정 결과를 도시하였다. 도 3의 좌측에 도시된 바에 따르면, 센서 노드 3은 센서 노드 1, 2, 4, 5를 자식 노드로 지니고 있고, 센서 노드 9는 센서 노드 6, 7, 8, 10, 11, 12를 자식 노드로 지니고 있다. 또한, 센서 노드 3과 센서 노드 9의 부모 노드는 싱크 노드이다.
도 3의 좌측에 도시된 무선 센서 네트워크에서 시그니처 기반 정적 노드-ID 를 부여한 결과를 도 3의 우측에 도시하였다. 도 3의 우측에 도시된 바에 따르면, 각 센서 노드는 12개의 비트 중 자신을 나타내는 비트만을 1로 지니고 있는데, 이것이 시그니처 기반 정적 노드-ID이다.
이에 따르면, 센서 노드 3은 자신과 자식 노드들 모두의 데이터를 싱크 노드로 전송할 때, 질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들에 대한 논리 합 연산 결과인 "000000011111"(= 000000000001 + 000000000010 + 000000000100 + 000000001000 + 000000010000)를 함께 싱크 노드로 전송하게 된다.
만약, 센서 노드 2의 데이터가 누락된 경우, 센서 노드 3은 질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들들에 대한 논리 합 연산 결과인 "000000011101"(= 000000000001 + 000000000100 + 000000001000 + 000000010000)를 함께 싱크 노드로 전송하게 된다.
한편, 센서 노드 9는 자신과 자식 노드들 모두의 데이터를 싱크 노드로 전송할 때, 질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들들에 대한 논리 합 연산 결과인 "111111100000"(= 000000100000 + 000001000000 + 000010000000 + 000100000000 + 001000000000 + 010000000000 + 100000000000)를 함께 싱크 노드로 전송하게 된다.
만약, 센서 노드 10의 데이터가 누락된 경우, 센서 노드 9는 질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들에 대한 논리 합 연산 결과인 "111011100000"(= 000000100000 + 000001000000 + 000010000000 + 001000000000 + 010000000000 + 100000000000)를 함께 싱크 노드로 전송하게 된다.
이와 같이, 헤더 노드는 자신의 노드-ID와 자식 노드들의 노드-ID들에 대한 논리 합 연산 결과를 데이터와 함께 싱크 노드로 전송한다. 데이터 수집이 이루어지지 않은, 즉 질의 처리에 참여하지 않은 자식 노드의 노드-ID는 논리 합 연산되지 않으므로, 싱크 노드는 데이터 수집이 이루어지지 않은 센서 노드를 파악할 수 있게 된다.
한편, 위에서 노드-ID의 비트수는 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드(싱크 노드 제외)의 개수로 상정하였으나 이는 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 노드-ID의 비트수는 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드(싱크 노드 제외)의 개수 보다 많도록 구현하는 것이 가능함은 물론이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법의 개념 설명에 제공되는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 센서 네트워크에서 라우팅이 구성되고(S110), 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들이 싱크 노드로 자신의 라우팅 데이터를 전송하여(S120), 라우팅 설정이 완료되면(S130-Y), 싱크 노드(S140-Y)는, 시그니처 ID 스트링을 생성하고(S150), 시그니처 ID 스트링을 자식 노드들에 전파한다(S160).
S150단계에서 싱크 노드에 의해 생성되는 시그니처 ID 스트링의 비트수는, 1) 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 개수와 동일하거나, 센서 노드의 개수 보다 많은데, 2) 모든 비트들은 "1"이다.
한편, 싱크 노드가 아닌 다른 센서 노드(S140-N)는, 시그니처 ID 스트링에서 자신의 원래 노드-ID에 해당하는 비트를 제거한다(S160). 즉, 원래 노드-ID가 "1"인 센서 노드는 시그니처 ID 스트링에서 첫 번째 비트를 제거하고, 원래 노드-ID가 "2"인 센서 노드는 시그니처 ID 스트링에서 두 번째 비트를 제거하고, ... , 원래 노드-ID가 "n"인 센서 노드는 시그니처 ID 스트링에서 n 번째 비트를 제거한다. 여기서, 비트를 제거한다 함은 비트 "1"을 "0"으로 수정한다는 의미이다.
그리고, 센서 노드는 S160단계에서 비트가 제거된 시그니처 ID 스트링을 이웃 노드들에 전파하고, 자신의 노드-ID를 재설정한다(S170).
S170단계에서 재설정되는 자신의 노드-ID는, i) 시그니처 ID 스트링과 길이가 동일하고, ii) S160단계에서 제거된 비트는 "1"로 설정되며, iii) 나머지 비트들은 "0"으로 설정된 비트열이다.
이후, 센서 노드들은 자신의 자식 노드들로부터 노드-ID들을 수신/확인하여, 자식 노드들에 노드-ID가 모두 부여되었음을 체크한다(S180).
질의 처리가 수행된 후, 센서 노드가 수신한 데이터의 양을 측정하기 위하여, 평균 자식 노드의 수를 c, 단말 노드로부터 싱크 노드로 전송되는 깊이를 d, 전체 네트워크의 센서 노드 수를 n이라 할 때, 이의 상관 관계는 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
d=logcn
만약, m개의 비트로 시그니처 기반의 정적 노드-ID를 구성한다고 가정하면, 단말 노드(d = 0)가 아닌 중간 센서 노드 i 가 수신하는 메시지에 포함되는 노드-ID에 대한 메시지 양은 아래의 수학식 2와 같다. 이때, 상위 센서 노드로 송신하는 메시지에 포함되는 노드-ID에 대한 메시지 양은 m개의 비트로 항상 일정하다.
[수학식 2]
sizeofNodeID(nodei)=mc
3. 시그니처 기반 동적 노드- ID 부여 방법
전술한 시그니처 기반 정적 노드-ID는 센서 네트워크의 확장성이 부족하며,센서 네트워크에 많은 센서 노드가 존재할 경우 노드-ID의 길이가 늘어난다는 문제가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 제안하는 것이, 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법이다.
시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법은, 싱크 노드가 시그니처를 설정하지 않고, 헤더 노드들이 이웃 노드들을 고려하여 시그니처를 관리하는 방식을 이용한다.
시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법에서는, 서로 다른 이웃 노드들끼리 노드-ID가 중복되는 것을 방지하기 위하여, 그룹-ID를 별도 생성/관리한다.
그룹-ID는 부모 노드로 데이터를 전송할 때 사용되는 부모를 식별할 수 있는 ID이다. 자신의 그룹-ID와 다른 메시지가 수신되는 경우 해당 메시지는 무시되고, 자신의 그룹-ID와 같은 메시지가 수신되는 경우 자신의 자식 노드로부터 전송되는 메시지로 판단하여 처리한다.
도 5는 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법의 개념 설명에 제공되는 도면이다. 도 5의 (a)에는 싱크 노드로부터 시작하여 자신의 노드-ID와 그룹-ID를 포함한 HELLO 메시지(라우팅 설정 메시지)가 전송되는 과정을 도시하였고, 도 5의 (b)에는 HELLO 메시지를 수신 받은 센서 노드가 수신 받은 HELLO 메시지 중에서 가장 좋은 신호 강도를 지닌 센서 노드에게 JOIN 메시지(부모 노드 설정 메시지)를 전송하는 과정을 나타내었다.
도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 각 센서 노드는 HELLO 메시지를 보낸 센서 노드들 중 하나를 부모 노드로 설정하고, 자신에게 JOIN 메시지를 보낸 센서 노드들을 자식 노드로 설정한다. 여기서, 자신을 부모로 선택하는 JOIN 메시지를 수신하지 않은 센서 노드는 자신을 단말 노드로 설정한다.
도 5의 (c)에는, 그룹-ID와 자신의 노드-ID가 조합된 시그니처 기반 동적 노드-ID가 각 센서 노드에 부여된 결과를 나타내었다. 도 5의 (c)에 도시된 바에 따르면, 그룹 2에는 그룹-ID가 "10"으로 부여되고, 그룹 3에는 그룹-ID가 "11"으로 부여되었음을 확인할 수 있다.
이하에서, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들에 시그니처 기반 동적 노드-ID가 부여되는 과정에 대해, 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 싱크 노드부터 HELLO 메시지(라우팅 설정 메시지)가 전파되면(S210), 각 센서 노드는 HELLO 메시지를 수신하고(S220), 현재 자신이 네트워크에 포함되어 있는지(참여 중인지) 여부를 판단한다(S230).
만약, S230단계에서 네트워크에 포함되어 있지 않다면(참여 중이 아니라면)(S230-N), 센서 노드는 HELLO 메시지와 JOIN 메시지(부모 노드 설정 메시지)를 구성하여 통신가능한 이웃 노드들에 전송한다(S240).
반면, S230단계에서 네트워크에 포함되어 있다면(참여 중이라면)(S230-Y), 센서 노드는 HELLO 메시지만을 구성하여 통신가능한 이웃 노드들에 전송한다(S250).
이때, 네트워크 초기화, 새로운 센서 노드 추가 혹은 센서 노드 이동 등의 상황이 발생하면, 네트워크 구성이 변경되고, JOIN 메시지가 구성되어 전송된다. 따라서, 각 센서 노드는 JOIN 메시지가 수신되었는지 판단한다(S260).
S260단계에서 JOIN 메시지가 수신된 것으로 판단되면(S260-Y), 각 센서 노드는 수신된 JOIN 메시지를 통신가능한 이웃노드들에게 전송한다(S270).
이후, 싱크노드는(S280-Y), 자신에게 전송된 JOIN 메시지들을 이용하여 전체 네트워크의 정보를 수집한다(S290). 만약, 네트워크 구성이 변경되었다고 판단되면(S300-Y), 싱크 노드는 새로운/변경된 센서 노드에 부여할 동적 노드-ID를 생성하고(S310), 생성된 노드-ID를 포함한 라우팅 메시지를 생성하여 이웃 노드들에 전송한다(S320).
한편, 싱크노드가 아니고 현재 네트워크에 참여하지 않은 센서 노드의 경우(S280-N, 330-N), 일단 라우팅 메시지를 수신 대기하고(S340), S340단계에서 라우팅 메시지가 수신되면(S350-Y), 센서 노드는 수신된 라우팅 메시지들을 참고하여 자신의 부모 노드를 선정하고 자신의 노드-ID를 획득하며(S360), 라우팅 메시지를 구성하여 다른 센서 노드들에 전파한다(S370).
이후, 질의 처리를 위한 절차가 수행된다(S380). 만약, 싱크노드가 아니고 현재 네트워크에 참여한 센서 노드의 경우(S280-N, 330-Y), 바로 질의 처리를 위한 절차가 수행된다(S380).
질의 처리가 수행된 후, 센서 노드가 수신한 데이터의 양을 측정하기 위하여, 평균 자식 노드의 수를 c, 단말 노드로부터 싱크 노드로 전송되는 깊이를 d, 전체 네트워크의 센서 노드 수를 n이라 할 때, 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방식은 c개의 비트로 시그니처를 구성하고 부모 노드를 식별하기 위한 그룹 ID가 2byte(16비트)로 표현되기 때문에, 단말 노드(d = 0)가 아닌 중간 센서 노드 i 가 수신하는 메시지에 포함되는 노드-ID에 대한 메시지 양은 아래의 수학식 3과 같다. 이때, 같은 부모 노드를 지닌 자식 노드의 경우, 상위 센서 노드로 송신하는 메시지에 포함되는 노드-ID에 대한 메시지 양은 16+c개의 비트를 지닌다.
[수학식 3]
sizeofNodeID(nodei)=c*(16+c)
4. 성능 평가 결과
제안하는 시그니처 기반 노드-ID 부여 방식의 효율성을 입증하기 위해, 네트워크 밀집도와 크기에 따른 메시지 양을 성능평가 하였다. 아울러, 공정한 성능 평가 결과를 얻기 위해, 일정한 분포를 지닌 센서 네트워크를 고려하였다.
도 7은 밀집도에 따른 성능 평가 결과를 나타내며, 도 8은 네트워크 크기에 따른 성능 평가 결과를 나타낸다.
시그니처 기반 정적 노드-ID 부여 방법은 네트워크 밀집도에 상관없이 항상 일정한 메시지 양이 소모되는 것을 알 수 있으며, 소규모의 네트워크 크기일 때 좋은 성능을 나타내고 있다. 또한, 시그니처 기반 동적 노드-ID 부여 방법은 네트워크 밀집도와 크기에 상관없이 항상 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
싱크 노드
A, B : 헤더 노드
HELLO 메시지 : 라우팅 설정 메시지
JOIN 메시지 : 부모 노드 설정 메시지

Claims (11)

  1. 센서 네트워크의 전체 정보를 파악하는 단계; 및
    상기 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 시그니처 기반으로, 상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들에 노드-ID를 각각 부여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노드-ID는,
    상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드(싱크 노드 제외)의 개수 이상의 비트들의 나열로 표현되는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노드-ID는,
    상기 비트들 중 센서 노드를 나타내는 비트만이 "1"이고, 나머지 비트들은 "0"인 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 노드-ID 부여에 필요한 시그니처 스트링은, 상기 센서 네트워크의 싱크 노드가 상기 센서 네트워크의 전체 정보에 기초하여 생성하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 센서 네트워크의 전체 정보는,
    상기 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 개수를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    질의 처리에 참여한 센서 노드들의 노드-ID들에 대한을 논리 합 연산 결과를 질의 처리 결과와 함께 싱크 노드에 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 싱크 노드가, 상기 논리 합 연산 결과를 참고하여, 질의 처리에 참여한 센서 노드들을 파악하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 노드-ID 부여단계는,
    라우팅 설정이 완료되면, 싱크 노드가 시그니처 스트링을 생성하여 전파하는 단계;
    센서 노드가 시그니처 스트링에서 자신의 원래 노드-ID에 해당하는 비트를 제거하여, 다른 센서 노드들에 전파하는 단계; 및
    상기 센서 노드가 자신의 노드-ID를 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  9. 제 8항에 있어서
    자식 노드들로부터 노드-ID들을 수신하는 단계; 및
    상기 수신단계를 통해, 상기 자식 노드들에 노드-ID가 모두 부여되었음을 체크하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 노드-ID는,
    시그니처 기반으로 부여되는 상기 센서 네트워크를 구성하는 그룹의 그룹-ID 및 시그니처 기반으로 부여되는 그룹을 구성하는 센서 노드의 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    네트워크 구성이 변경된 것으로 판단되면, 새로운 센서 노드 또는 변경된 센서 노드에 노드-ID를 부여하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노드-ID 부여 방법.
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