KR20140014640A - Method of transmitting data for saving energy of sensor node in wireless sensor networks and system for performing the same - Google Patents

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KR20140014640A
KR20140014640A KR1020120081163A KR20120081163A KR20140014640A KR 20140014640 A KR20140014640 A KR 20140014640A KR 1020120081163 A KR1020120081163 A KR 1020120081163A KR 20120081163 A KR20120081163 A KR 20120081163A KR 20140014640 A KR20140014640 A KR 20140014640A
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Abstract

Provided is a data transmission method which allows each sensor uses energy evenly by transmitting data to an adjacent node having more remaining energy. The data transmission method comprises the following steps of: broadcasting, by a first sensor node, a request to receiver (RTR) message to adjacent sensor nodes; transmitting, to the first sensor node, a clear to receiver (CTR) message from a second sensor node which has the most remaining energy among the adjacent sensor nodes which have received the RTR message; transmitting data from the first sensor node which has received the CTR message to the second sensor node; and transmitting, by the second node, first data of the first sensor node and second data of the second data to a destination node when the destination node is activated. Therefore, each sensor node can use energy evenly, thereby prolonging a lifespan of an entire sensor network. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S710) Broadcast a request to receive (RTR) message; (S720) Transmit, by a second sensor node, a clear to receive (CTR) message to a first node; (S730) Transmit, by the first sensor node, data to the second sensor node; (S740) Transmit, by the second sensor node, data of the first and second sensor nodes to a destination node when the destination node is activated

Description

무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법 및 시스템{METHOD OF TRANSMITTING DATA FOR SAVING ENERGY OF SENSOR NODE IN WIRELESS SENSOR NETWORKS AND SYSTEM FOR PERFORMING THE SAME} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method and system for transmitting data for energy saving of a sensor node in a wireless sensor network,

본 발명은 무선 센서 네트워크의 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 에너지를 절약하기 위한 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a data transmission method and apparatus of a wireless sensor network, and more particularly, to a data transmission method and apparatus for saving energy of a sensor node in a wireless sensor network.

무선 센서 네트워크에서 센서 노드가 에너지를 적게 사용하여 네트워크 시간을 연장하는 것은 중요한 이슈이다. 센서 노드의 에너지 소비를 줄이기 위해 듀티 사이클이 제안되었고 낮은 비동기식 듀티 사이클에서 각 센서 노드는 독립적으로 활성화되며 트래픽이 적은 경우에 에너지를 효율적으로 줄인다. 하지만 전송할 데이터가 증가하면 낮은 듀티 사이클로 인해 송신 노드는 수신 노드의 활성화 시간까지 많은 시간을 기다려야 한다. 이때 사용하는 에너지는 데이터 전송에 사용되는 에너지보다 크다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 전송 노드는 자신보다 잔여 에너지가 큰 이웃 노드에게 데이터를 전송하고 비활성상태로 전환되고 데이터를 모아 전송하는 OC-MAC 기법이 제안되었다. 하지만 OC-MAC 기법은 데이터를 위임할 이웃 노드 선택시 자신보다 잔여 에너지가 큰 노드들 중 잔여 에너지가 제일 적은 노드를 선택한다. 이에 따라 센서 노드들이 에너지를 균형있게 사용하지 못하는 문제점이 발생한다. In wireless sensor networks, it is an important issue that sensor nodes use less energy and extend network time. A duty cycle is proposed to reduce the energy consumption of the sensor nodes. In low asynchronous duty cycles, each sensor node is independently activated and efficiently reduces energy when traffic is low. However, if the data to be transmitted increases, the transmitting node has to wait a lot of time until the activation time of the receiving node due to the low duty cycle. In this case, the energy used is larger than the energy used for data transmission. In order to solve this problem, the OC-MAC scheme has been proposed in which a transmitting node transmits data to a neighboring node having a larger residual energy than that of the neighboring node, switches to an inactive state, and collects and transmits data. However, the OC-MAC scheme chooses the node with the least residual energy among the nodes with larger residual energy than the node itself when selecting the neighbor node to delegate data. Therefore, the sensor nodes can not use energy in a balanced manner.

보다 구체적으로 설명하면, 무선 센서 네트워크에서 네트워크 시간 연장을 위해 센서 노드는 에너지를 절약해야 한다. 이를 위해 듀티 사이클 기법이 제안되었고 이는 센서 노드를 활성화 상태와 비활성화 상태로 나누어 상태를 변환함으로써 센서 노드의 에너지 사용을 줄인다(비특허문헌 1). 듀티 사이클이 적용된 센서 노드의 활성화 시간은 듀티에 의해 결정된다. 만약 듀티가 큰 경우 센서 노드는 대부분의 시간동안 활성화 되어 있다. 하지만 낮은 듀티가 적용된 경우 센서 노드는 대부분 비활성되어 있으며 센서 노드는 활성화되었을 경우에만 데이터를 수신받을 수 있기 때문에 듀티가 낮은 경우에 송신 노드는 수신 노드의 활성화시간까지 오랜 시간 기다려야 하는데 이 때 사용되는 에너지가 데이터 전송에 사용되는 에너지보다 크다. More specifically, in order to extend the network time in a wireless sensor network, the sensor node must save energy. To this end, a duty cycle technique has been proposed, which reduces energy use of the sensor node by converting the sensor node into an active state and an inactive state (Non-Patent Document 1). The activation time of the sensor node to which the duty cycle is applied is determined by duty. If the duty is large, the sensor node is active for most of the time. However, when low duty is applied, the sensor node is mostly inactive and the sensor node can receive data only when it is activated. Therefore, when the duty is low, the transmitting node has to wait a long time until the activation time of the receiving node. Is greater than the energy used for data transmission.

상기와 같은 문제점으로 인해 OC-MAC(Opportunistic Cooperation MAC) 기법이 제안되었다. OC-MAC 기법은 송신 노드들 간에 기회적 데이터 협력을 통해 데이터를 이웃 노드에게 전송하고 자신은 비활성모드로 전환되어 에너지 소모를 줄인다. 하지만 데이터 협력에 참여할 센서 노드는 자신의 이웃 노드들 중 가장 적은 에너지를 갖는 센서 노드가 선택된다. 선택된 센서 노드는 전송받은 데이터와 자신의 데이터를 주변의 협력 센서 노드에게 전송하고 만약 더 이상 협력할 센서 노드가 없다면 수신 노드의 활성화 시간에 위임받은 데이터와 자신의 데이터를 전송한다. Due to the above problems, an OC-MAC (Opportunistic Cooperation MAC) technique has been proposed. The OC-MAC scheme transmits data to neighboring nodes through opportunistic data collaboration between transmitting nodes, and switches itself to an inactive mode to reduce energy consumption. However, the sensor node participating in the data collaboration selects the sensor node having the lowest energy among its neighbor nodes. The selected sensor node transmits the received data and its data to the neighboring sensor node, and if there is no sensor node to cooperate, the sensor node transmits the data delegated at the activation time of the receiving node and its own data.

하지만 전술한 바와 같이 OC-MAC 기법은 데이터를 위임할 이웃 노드 선택시 자신보다 잔여 에너지가 큰 노드들 중 잔여 에너지가 제일 적은 노드를 선택한다. 이에 따라 잔여 에너지가 적은 노드가 다시 에너지를 더 소비하게 되고, 잔여 에너지가 많은 노드는 에너지를 덜 소비하여, 센서 노드들이 에너지를 균형있게 사용하지 못한다. 결과적으로 센서 노드들 중 일부가 잔여 에너지가 존재하지 않게 된 경우에도, 센서 네트워크 설비의 특성상 일부 센서를 교체하는 것이 용이하지 않아 한정된 전력 자원을 갖음으로 결과적으로 전체 센서 네트워크의 수명이 줄어들게 되는 문제점이 있다.
However, as described above, the OC-MAC scheme selects a node having the least residual energy among the nodes having a larger residual energy than the node itself when selecting a neighbor node to which data is to be delegated. As a result, a node with a low residual energy consumes more energy again, and a node with a high residual energy consumes less energy, so that sensor nodes can not use energy in a balanced manner. As a result, even if some of the sensor nodes do not have residual energy, it is not easy to replace some sensors due to the characteristics of the sensor network equipment, so that they have limited power resources, have.

한국 공개 특허 제 10-2009-0059291 호("사건에 따른 센서 네트워크 전원 관리 방법 및 센서네트워크 전원 관리 시스템", 한국전자통신연구원, 2009년 6월 11일 공개)Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0059291 ("Sensor network power management method and sensor network power management system according to an event ", published by Electronics and Telecommunications Research Institute, June 11, 2009)

무선 센서 네트워크에서 중복 메시지 수신 회피를 통한 에너지 소비절감 매체 접근 제어, 한정안, 이문호, 한국데이타베이스학회, 정보기술과 데이타베이스 저널 제 12권 4호, pp.13 ~ 24, 2005. Reducing Energy Consumption by Avoiding Reception of Duplicate Messages in Wireless Sensor Networks. Access Control, Media Access Control, Lim Mun - ho, Korea Database Association, Information Technology and Database Journal Vol.12 No.4, pp.13 ~ 24, 2005.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 이웃 노드 중 잔여 에너지가 큰 이웃 노드에게 데이터를 전송함으로 센서 노드의 에너지를 균형 있게 사용하고 무선 센서네트워크 수명을 연장할 필요성이 있다. 즉, 기존의 OC-MAC 기법을 기반으로 하되, 잔여 에너지가 많은 이웃 노드에게 데이터를 전송함으로 센서 노드의 에너지 사용을 줄여 무선 센서 네트워크의 수명을 오래 유지할 수 있다. In order to solve the above problem, there is a need to use the energy of the sensor node in a balanced manner and to extend the life of the wireless sensor network by transmitting data to a neighboring node having a large residual energy among neighboring nodes. In other words, based on the existing OC-MAC scheme, by transmitting data to a neighboring node having a large amount of energy, the energy consumption of the sensor node can be reduced and the life of the wireless sensor network can be maintained for a long time.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OC-MAC 기법을 기반으로 하되, 잔여 에너지가 많은 이웃 노드에게 데이터를 전송함으로써 각각의 센서 노드들이 균형있게 에너지를 사용하도록 함으로서 전체 무선 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to solve the above problems and to provide a wireless sensor network system and a wireless sensor network system, And to provide a data transmission method for energy saving of a sensor node that can extend the service life of the sensor node.

또한, 본 발명의 다른 목적은 OC-MAC 기법을 기반으로 하되, 잔여 에너지가 많은 이웃 노드에게 데이터를 전송함으로써 각각의 센서 노드들이 균형있게 에너지를 사용하도록 함으로서 전체 무선 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to prolong the lifetime of the entire wireless sensor network by using the OC-MAC technique and transmitting energy to neighboring nodes having a large amount of residual energy so that each sensor node uses energy in a balanced manner. And to provide a data transmission system for energy saving of a sensor node.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법은 제 1 센서 노드가 이웃 센서 노드들로 RTR(Request To Receiver) 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계; 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 잔여 에너지가 가장 많은 제 2 센서 노드가 상기 제 1 센서 노드로 CTR(Clear To Receiver)메시지를 전송하는 단계; 상기 CTR 메시지를 수신한 상기 제 1 센서 노드가 상기 제 2 센서 노드로 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 제 2 센서 노드가 목적지 노드의 활성화 상태에 상기 제 1 센서 노드의 제 1 데이터 및 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 CTR 메시지를 전송하는 단계는 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 상기 이웃 센서 노드들이 각각의 백오프 시간을 산출하는 단계; 및 상기 이웃 센서 노드들이 상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 백오프 시간을 산출하는 단계는 하기의 수학식을 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of transmitting energy-saving data for a sensor node, the method comprising: transmitting a Request To Receiver (RTR) message to neighboring sensor nodes step; Transmitting a Clear To Receiver (CTR) message to the first sensor node from a second sensor node having the highest residual energy among neighbor sensor nodes receiving the RTR message; Transmitting the data to the second sensor node by the first sensor node receiving the CTR message; And transmitting the first data of the first sensor node and the second data of the second sensor node to the destination node in the activated state of the destination node. The transmitting of the CTR message may include calculating a backoff time of each neighboring sensor node so that the sensor node having the largest residual energy has a short backoff time; And transmitting the CTR message to the first sensor node after the neighboring sensor nodes have passed the backoff time. The step of calculating the backoff time may be characterized by calculating a backoff time based on the following equation.

백오프 시간 = ((자신의 잔여에너지 / (자신의 잔여에너지 + 협력통신을 요청한 센서 노드의 잔여에너지)) * 응답요청 대기시간)-1 Backoff time = ((own residual energy / (residual energy + residual energy of sensor node requesting cooperative communication)) * wait time for response request -1

여기서, 상기 제 2 센서 노드로 데이터를 전송하는 단계는 상기 제 1 센서 노드가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드로 더 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the step of transmitting data to the second sensor node may further include transmitting data to be transmitted by the first sensor node to the second sensor node.

전술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템은 제 1 센서 노드로 부터 이웃 센서 노드들로 브로드 캐스팅된 RTR(Request To Receiver) 메시지를 수신하고 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 잔여 에너지가 가장 많으며, 상기 제 1 센서 노드로 CTR(Clear To Receiver)메시지를 전송하는 제 2 센서 노드를 포함하되, 상기 CTR 메시지의 전송이 성공하면 상기 제 2 센서 노드는 상기 제 1 센서 노드로부터 제 1 데이터를 수신하고 목적지 노드의 활성화 상태에 상기 제 1 센서 노드의 제 1 데이터 및 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 상기 목적지 노드로 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 센서 노드는 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 백오프 시간을 산출하는 산출부; 및 상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 산출부는 하기의 수학식을 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a data transmission system for energy saving of a sensor node, comprising a Request To Receiver (RTR) broadcasted from a first sensor node to neighboring sensor nodes, And a second sensor node receiving the RTR message and transmitting the CTR message to the first sensor node, the remaining sensor node having the highest residual energy among the neighbor sensor nodes receiving the RTR message, The second sensor node receives the first data from the first sensor node and transmits the first data of the first sensor node and the second data of the second sensor node to the destination node in the active state of the destination node And transmits the data. Here, the second sensor node may include a calculation unit for calculating a backoff time so that the sensor node having the largest residual energy has a short backoff time; And a transmitter for transmitting a CTR message to the first sensor node after the backoff time has elapsed. Here, the calculating unit may calculate the backoff time based on the following equation.

백오프 시간 = ((자신의 잔여에너지 / (자신의 잔여에너지 + 협력통신을 요청한 센서 노드의 잔여에너지)) * 응답요청 대기시간)-1 Backoff time = ((own residual energy / (residual energy + residual energy of sensor node requesting cooperative communication)) * wait time for response request -1

여기서, 상기 제 1 센서 노드는 상기 제 1 센서 노드가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드로 더 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
Here, the first sensor node further transmits data to be transmitted by the first sensor node to the second sensor node.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법 및 장치에 따르면, 특정 센서 노드가 이웃 노드들 중 어느 한 노드에 데이터를 전송함에 있어서 잔여 에너지가 많은 노드에게 데이터를 전송할 수 있다. 이를 통해 각각의 센서 노드들이 에너지를 균형있게 사용할 수 있어 전체 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있다. 따라서 전체 센서 네트워크의 수명이 길어져 센서 노드들을 교체하기 위한 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있다.
According to the method and apparatus for data transmission for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention, when a specific sensor node transmits data to any one of neighboring nodes, Lt; / RTI > This allows each sensor node to use energy in a balanced manner, extending the lifetime of the entire sensor network. Therefore, the life of the entire sensor network becomes long, and the time and cost for replacing the sensor nodes can be greatly reduced.

도 1은 OC-MAC 기법의 데이터 전송을 나타내는 개념도이다.
도 2는 센서 네트워크의 센서 노드 배치의 예시도이다.
도 3은 도 2와 같이 센서 노드가 배치되어 있을 때 OC-MAC 기법의 전송 과정을 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 2와 같이 센서 노드가 배치되어 있을 때 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법의 전송 과정을 나타내는 개념도이다.
도 5 및 도 6은 각각 센서 네트워크의 토폴로지의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 7의 CTR 메시지 전송 단계의 상세 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
1 is a conceptual diagram showing data transmission in the OC-MAC scheme.
2 is an exemplary diagram of a sensor node arrangement in a sensor network.
3 is a conceptual diagram illustrating a transmission process of the OC-MAC scheme when a sensor node is arranged as shown in FIG.
4 is a conceptual diagram illustrating a transmission process of a data transmission method for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention when a sensor node is arranged as shown in FIG.
5 and 6 are exemplary views of a topology of a sensor network, respectively.
7 is a flowchart illustrating a data transmission method for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention.
8 is a detailed flowchart of the CTR message transmission step of FIG.
9 is a block diagram illustrating a configuration of a data transmission system for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

OCOC -- MACMAC (( OpportunisticOpportunistic CooperationCooperation MACMAC )기법)technique

먼저, 하기에서 기존의 OC-MAC 기법을 보다 상세히 설명한다. First, the existing OC-MAC scheme will be described in more detail below.

무선 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해 듀티 사이클이 제안되었고 이에 관련된 기법들이 연구되었다. 듀티 사이클에서 송신 노드는 데이터 전송을 위해 수신 노드의 활성화 시간까지 유휴 청취(idle listening) 상태로 기다린다. 낮은 듀티 사이클일 때 수신 노드의 활성화 상태까지 기다리는데 소모되는 에너지는 데이터 전송에 사용되는 에너지보다 크다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 비동기식 듀티 사이클에서 OC-MAC 기법은 송신 노드와 이웃 노드들의 협력 통신을 통해 에너지 사용을 줄인다.To extend the lifetime of wireless sensor networks, a duty cycle has been proposed and related techniques have been studied. In the duty cycle, the transmitting node waits in an idle listening state until the activation time of the receiving node for data transmission. There is a problem that the energy consumed for waiting the active state of the receiving node at the low duty cycle is larger than the energy used for data transmission. To solve this problem, the OC-MAC scheme in the asynchronous duty cycle reduces energy consumption through cooperative communication between the transmitting node and the neighboring nodes.

도 1은 OC-MAC 기법의 데이터 전송을 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram showing data transmission in the OC-MAC scheme.

도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 송신 노드 b 및 c 는 데이터 전송을 위해 수신 노드인 a 가 일어나기를 기다린다. 센서 노드 c 는 자신의 데이터를 위임받을 이웃 노드를 찾기 위해 RTR(Request To Receiver) 메시지를 브로드 캐스팅한다. RTR 을 수신한 센서 노드 b는 자신의 잔여 에너지와 센서 노드 c의 잔여 에너지를 비교한다. 자신의 잔여 에너지가 요청 노드의 잔여 에너지보다 적을 경우에는 RTR 요청을 무시하고 자신이 갖고 있는 데이터를 위임하기 위해 RTR 메시지를 브로드 캐스팅하게 된다. 만약 자신의 잔여 에너지가 요청 노드의 잔여 에너지보다 클 경우에는 하기의 수학식 1에 의해 산출되는 백오프(backoff) 만큼 기다렸다가 데이터 위임을 허락하는 CTR(Clear To Receiver) 메시지를 전송한다.
As shown in FIG. 1, two transmitting nodes b and c wait for a receiving node a to occur for data transmission. The sensor node c broadcasts a Request To Receiver (RTR) message to find a neighbor node to which its data is to be delegated. The sensor node b receiving the RTR compares its residual energy with the residual energy of the sensor node c. If the residual energy of the node is less than the remaining energy of the request node, it ignores the RTR request and broadcasts the RTR message to delegate its own data. If the residual energy of the node is greater than the remaining energy of the request node, the node waits for the backoff calculated by Equation (1) and transmits a CTR (Clear To Receiver) message to allow data delegation.

Figure pat00001
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CTR 메시지를 수신받은 센서 노드 c는 자신의 데이터를 센서 노드 b에게 전송하고 비활성화 상태로 전환하여 에너지 소모를 절약한다. 센서 노드 b는 자신의 데이터와 전송받은 센서 노드 c의 데이터를 위임하기 위해 RTR 메시지를 브로드 캐스팅한다. 이 과정은 더 이상 협력해 줄 이웃 노드가 없을 때까지 반복되게 되며 수신 노드 a가 일어났을 경우 데이터를 전송한다.
The sensor node c receiving the CTR message transmits its data to the sensor node b and switches to the inactive state to save energy. The sensor node b broadcasts the RTR message to delegate its own data and the data of the received sensor node c. This process is repeated until there is no neighbor node to cooperate with, and data is transmitted when the receiving node a occurs.

센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법Data transmission method for energy saving of sensor node

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법은 특정 센서 노드가 자신의 데이터를 이웃 노드들 중 적어도 어느 하나에 위임함에 있어서 전술한 OC-MAC 기법과 같이 가장 적은 잔여 에너지값을 갖는 센서 노드가 아닌, 잔여 에너지가 많은 센서 노드에게 데이터를 전송하여 센서 노드의 에너지 사용을 균형있게 사용할 수 있다. In the data transmission method for energy saving of the sensor node according to the embodiment of the present invention, when a specific sensor node delegates its data to at least one of its neighboring nodes, as in the above-described OC-MAC technique, It is possible to use the energy usage of the sensor node in a balanced manner by transmitting data to the sensor node having a large amount of residual energy instead of the sensor node having the value.

도 2는 센서 네트워크의 센서 노드 배치의 예시도이고, 도 3은 도 2와 같이 센서 노드가 배치되어 있을 때 OC-MAC 기법의 전송 과정을 나타내는 개념도이다. 또한 도 4는 도 2와 같이 센서 노드가 배치되어 있을 때 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법의 전송 과정을 나타내는 개념도이다. 도 3 내지 도 4에서 R은 RTR 을 의미하고 C 는 CTR, A 는 ACK, B 는 Beacon 메시지를 의미한다.
FIG. 2 is an exemplary view of a sensor node arrangement of a sensor network, and FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a transmission process of an OC-MAC scheme when a sensor node is arranged as shown in FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a transmission process of a data transmission method for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention when the sensor node is arranged as shown in FIG. 3 to 4, R denotes RTR, C denotes CTR, A denotes ACK, and B denotes a Beacon message.

도 2에서 원 안의 수는 잔여 에너지를 뜻한다. 센서 노드 a 는 소스 노드이며 센서 노드 d 는 목적지 노드이다. 도 2의 환경에서 도 3은 OC-MAC 기법의 전송과정이다. 전송할 데이터가 발생한 센서 노드 a 는 RTR 메시지를 브로드 캐스팅함으로써 협력 통신을 요청하고 상기 브로드 캐스팅된 RTR 메시지를 수신한 센서 노드 c 및 b 는 상기 수학식 1에 의해 산출된 시간만큼 백오프(backoff) 뒤 CTR 메시지를 전송한다. 수학식 1 에 의해 잔여 에너지가 적은 센서 노드 b 가 c 보다 먼저 a 에게 CTR 메시지를 전송한다. CTR 을 수신한 센서 노드 a 는 자신의 데이터(DATA 1)를 센서 노드 b 에게 전송한다. 이 후 센서 노드 b 는 협력 요청을 위해 RTR 을 브로드 캐스팅하고 이를 수락한 센서 노드 c 는 센서 노드 a 의 데이터(DATA 1)와 센서 노드 b 의 데이터(DATA 2)를 전송받는다. 이후 목적지 노드 d 가 활성화되었을 때 센서 노드 c는 자신이 갖고 있는 데이터(DATA 3)와 센서 노드 a의 데이터(DATA 1) 및 센서 노드 b 의 데이터(DATA 2)를 모두 전송한다.
In Figure 2, the number in the circle means the residual energy. The sensor node a is the source node and the sensor node d is the destination node. In the environment of FIG. 2, FIG. 3 shows a transmission process of the OC-MAC scheme. The sensor node a that generates the data to be transmitted requests the cooperative communication by broadcasting the RTR message, and the sensor nodes c and b receiving the broadcast RTR message perform a backoff by the time calculated by Equation (1) CTR message. The sensor node b having less residual energy transmits a CTR message to a before c. The sensor node a receiving the CTR transmits its own data (DATA 1) to the sensor node b. After that, the sensor node b broadcasts the RTR for cooperation request, and the sensor node c receives the data (DATA 1) of the sensor node a and the data (DATA 2) of the sensor node b. Then, when the destination node d is activated, the sensor node c transmits its own data (DATA 3), the data of the sensor node a (DATA 1), and the data of the sensor node b (DATA 2).

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법의 전송 과정은 도 4에 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법은 CTR 을 보내는 백오프(backoff) 시간을 하기의 수학식 2 와 같이 수학식 1 에 역수를 취해 구할 수 있다.
A transmission process of a data transmission method for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In the data transmission method for energy saving of the sensor node according to the embodiment of the present invention, the backoff time for transmitting the CTR can be obtained by taking the reciprocal of the equation (1) as shown in the following equation (2).

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상기 수학식 2를 기반으로 할 경우, 이웃 노드들 중 잔여 에너지가 가장 큰 센서 노드가 먼저 CTR 을 전송한다. 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 데이터를 위임하길 원하는 센서 노드 a 는 기존 방법과 같이 RTR을 브로드 캐스팅한다. 이를 수신한 센서 노드 c 및 센서 노드 b 는 상기 수학식 2를 기반으로 잔여 에너지가 큰 센서 노드 c 가 CTR 을 센서 노드 b 보다 먼저 상기 센서 노드 a로 전송한다. 이를 수신한 센서 노드 a 는 자신의 데이터(DATA 1)를 센서 노드 c 에게 전송한다. 이후 센서 노드 b 는 센서 노드 c 에게 데이터를 전송하는데 기존의 OC-MAC 기법에서는 데이터(DATA 1) 과 데이터(DATA 2)를 두 번 전송하지만, 이와 다르게 자신의 데이터(DATA 2)만 전송하므로 데이터 전송 횟수를 줄일 수 있다. 무선 센서네트워크에서 데이터 전송에 사용되는 에너지 비용은 크며 전송 횟수를 줄인다면 센서 노드는 에너지를 절약할 수 있다. Based on Equation (2), the sensor node having the largest residual energy among the neighbor nodes first transmits the CTR. Referring to FIG. 4, the sensor node a desires to delegate data broadcasts the RTR as in the conventional method. Based on Equation (2), the sensor node c and the sensor node b receive the CTR and transmit the CTR to the sensor node a before the sensor node b. The sensor node a receives its own data (DATA 1) to the sensor node c. Since the sensor node b transmits data to the sensor node c, the conventional OC-MAC technique transmits the data (DATA 1) and the data (DATA 2) twice. However, the sensor node b transmits only the data The number of transmissions can be reduced. In the wireless sensor network, the energy cost for data transmission is large, and if the number of transmissions is reduced, the sensor node can save energy.

기존의 OC-MAC 기법은 이웃 노드 중 적은 잔여 에너지를 갖는 노드에게 데이터를 전달한 다음 잔여 에너지가 큰 노드에게 순차적으로 데이터를 전달하게 된다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법에 따르면 잔여 에너지가 큰 노드에게 데이터를 바로 전달하게 되어 중간 노드들의 전송 횟수를 줄일 수 있다. 데이터 전송시 에너지 1 이 소모된다고 가정하면, 기존의 OC-MAC 기법에서 센서 노드 b 는 데이터 전송에 2 의 에너지를 사용하지만 본 발명의 일 실시예에서는 전송 횟수가 줄어 1 만의 에너지를 사용한다.
In the conventional OC-MAC scheme, data is transmitted to a node having a small residual energy among neighboring nodes, and then the data is sequentially transmitted to a node having a large residual energy. However, according to the data transmission method for saving energy of the sensor node according to the embodiment of the present invention, the data is directly transmitted to the node having a large residual energy, so that the number of transmissions of the intermediate nodes can be reduced. Assuming that energy 1 is consumed in data transmission, in the conventional OC-MAC scheme, the sensor node b uses 2 energy for data transmission, but in the embodiment of the present invention, the number of transmissions decreases and uses 10,000 energy.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법의 흐름도이고, 도 8은 도 7의 CTR 메시지 전송 단계의 상세 흐름도이다. FIG. 7 is a flowchart illustrating a data transmission method for energy saving of a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a detailed flowchart illustrating a CTR message transmission step in FIG.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크에서의 데이터 전송에 있어서, 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법은 먼저 제 1 센서 노드가 이웃 센서 노드들로 RTR(Request To Receiver) 메시지를 브로드 캐스팅할 수 있다(S710). 즉, 복수의 센서 노드들 중 특정 센서 노드를 의미하는 제 1 센서 노드는 자신의 데이터를 전송할 이웃 센서 노드를 검색하기 위해, 주변의 이웃 센서 노드들로 데이터의 전송을 받을 준비가 되어있는지 여부를 묻는 RTR 메시지를 브로드 캐스팅할 수 있다. 도 2를 참조하여 예를 들어 설명하면, 데이터를 위임하길 원하는 특정 센서 노드 a는 RTR 메시지를 이웃 센서 노드들인 센서 노드 b 및 센서 노드 c로 브로드 캐스팅할 수 있다. 7, in data transmission in a sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention, a data transmission method for energy saving of a sensor node includes a first sensor node transmitting a RTR (Request To Receiver message (S710). That is, a first sensor node, which means a specific sensor node among a plurality of sensor nodes, determines whether or not it is ready to receive data transmission to neighboring sensor nodes in order to search for a neighboring sensor node to transmit its data You can broadcast an RTR message that asks you. 2, a specific sensor node a that desires to delegate data can broadcast an RTR message to sensor nodes b and c, which are neighbor sensor nodes.

이후, 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 잔여 에너지가 가장 많은 제 2 센서 노드가 상기 제 1 센서 노드로 CTR(Clear To Receiver)메시지를 전송할 수 있다(S720). 상기 제 1 센서 노드가 브로드 캐스팅한 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 상기 제 1 센서 노드의 데이터를 수신하고자 하는 센서 노드는 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하여 상기와 같은 데이터 수신 의사를 표시할 수 있다. 여기서, 상기 CTR 메시지를 전송하는 단계(S720)는 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 상기 이웃 센서 노드들이 각각의 백오프 시간을 산출하는 단계(S721) 및 상기 이웃 센서 노드들이 상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 단계(S723)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In operation S720, the second sensor node having the largest residual energy among the neighboring sensor nodes receiving the RTR message may transmit a CTR (Clear To Receive) message to the first sensor node. The sensor node, which receives the data of the first sensor node among the neighboring sensor nodes that have received the RTR message broadcasted by the first sensor node, transmits a CTR message to the first sensor node, Can be displayed. Here, the step S720 of transmitting the CTR message may include a step S721 of calculating the backoff time of each neighboring sensor node so that the sensor node having the largest remaining energy has a short backoff time, And transmitting the CTR message to the first sensor node after the back-off time has elapsed (S723).

도 2를 참조하여 예를 들어 설명하면, 제 1 센서 노드(도 2에서 센서 노드 a)는 이웃 센서 노드들(도 2에서 센서 노드 b 및 센서 노드 c)로 RTR 메시지를 전송할 수 있다. 여기서, 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드 b 및 이웃 센서 노드 c는 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프 시간을 가지도록 각각의 백오프 시간을 산출할 수 있다(S721). 여기서, 상기 백오프 시간 산출 단계(S721)는 전술한 수학식 2를 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기와 같이 수학식 2를 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기와 같이 수학식 2를 기반으로 백오프 시간을 산출할 경우 더 큰 잔여 에너지를 가지고 있는 센서 노드가 더 짧은 백오프 시간을 가지도록 상기 센서 노드의 백오프 시간을 산출할 수 있다. 2, a first sensor node (sensor node a in FIG. 2) may transmit a RTR message to neighboring sensor nodes (sensor node b and sensor node c in FIG. 2). Here, the neighboring sensor node b and neighboring sensor node c that have received the RTR message can calculate the respective backoff time so that the sensor node having the largest residual energy has a short backoff time (S721). Here, the backoff time calculating step S721 may calculate the backoff time based on Equation (2). The backoff time is calculated based on Equation (2) as described above. If the backoff time is calculated based on Equation (2) as described above, the backoff time of the sensor node can be calculated so that the sensor node having a larger residual energy has a shorter backoff time.

이후, 상기 센서 노드 b 및 센서 노드 c는 각각 상기 산출된 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드(도 2에서 센서 노드a)로 CTR 메시지를 전송할 수 있다. 여기서, 상기 수학식 2를 기반으로 백오프 시간을 산출한 경우, 잔여 에너지를 많이 가지고 있는 센서 노드의 백오프 시간이 더 짧게 산출되므로 센서 노드 c의 백오프 시간이 더 짧고, 센서 노드 c가 센서 노드 b보다 먼저 상기 제 1 센서 노드(도 2에서 센서 노드 a)로 CTR 메시지를 전송할 수 있다. 따라서, 상기 센서 노드 c가 도 2에서 제 2 센서 노드가 된다. After that, the sensor node b and the sensor node c can transmit the CTR message to the first sensor node (sensor node a in Fig. 2) after the calculated backoff time elapses, respectively. If the backoff time is calculated based on Equation (2), the backoff time of the sensor node having a large amount of residual energy is calculated to be shorter, so that the backoff time of the sensor node c is shorter, The CTR message can be transmitted to the first sensor node (sensor node a in Fig. 2) before the node b. Therefore, the sensor node c becomes the second sensor node in FIG.

이후, 상기 CTR 메시지를 수신한 상기 제 1 센서 노드가 상기 제 2 센서 노드로 데이터를 전송할 수 있다(S730). 도 2를 참조하여 예를 들어 설명하면, 상기 제 2 센서 노드(도 2에서 센서 노드 c)로부터 CTR 메시지를 수신한 제 1 센서 노드(도 2에서 센서 노드 a)는 센서 노드 a 자신의 데이터(DATA 1)를 상기 제 2 센서 노드(도 2에서 센서 노드 c)로 전송할 수 있다. Thereafter, the first sensor node receiving the CTR message may transmit data to the second sensor node (S730). 2, the first sensor node (sensor node a in FIG. 2) that has received the CTR message from the second sensor node (sensor node c in FIG. 2) DATA 1) to the second sensor node (sensor node c in FIG. 2).

상기에서, 특정 센서 노드를 의미하는 제 1 센서 노드가 도 2에서 센서 노드 a인 경우만을 설명하였으나, 각각의 센서 노드는 제 1 센서 노드로서 주변의 센서 노드로 자신의 데이터를 각각 전송할 수 있다. In the above description, only the case where the first sensor node, which means a specific sensor node, is the sensor node a in FIG. 2 has been described. However, each sensor node can transmit its own data to the neighboring sensor nodes as the first sensor node.

이후, 상기 제 2 센서 노드가 목적지 노드의 활성화 상태에 상기 제 1 센서 노드의 제 1 데이터 및 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 상기 목적지 노드로 전송할 수 있다(S740). 즉, 비동기식 듀티 사이클 기법에서 최종적으로 데이터를 수신하고자 하는 목적지 노드가 활성화 상태에 도달하면, 상기 제 2 센서 노드는 자신의 데이터인 제 2 데이터 및 제 1 센서 노드로부터 수신한 제 1 센서 노드의 제 1 데이터를 상기 목적지 노드로 전송할 수 있다. 여기서, 상기 제2 센서 노드로 데이터를 전송하는 단계(S740)는 상기 제 1 센서 노드가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드로 더 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 더 전송해야 할 데이터는 상기 제 1 센서 노드가 다른 센서 노드로부터 미리 수신한 데이터를 포함할 수 있다. Then, the second sensor node may transmit the first data of the first sensor node and the second data of the second sensor node to the destination node in the active state of the destination node (S740). That is, in the asynchronous duty cycle technique, when the destination node finally receiving the data reaches the activation state, the second sensor node transmits the second data, which is its own data, and the second sensor node received from the first sensor node 1 data to the destination node. Here, the step S740 of transmitting data to the second sensor node may further transmit the data to be transmitted by the first sensor node to the second sensor node. Here, the data to be transmitted further may include data previously received from the other sensor node by the first sensor node.

도 2를 참조하여 예를 들어 설명하면, 목적지 노드(도 2에서 센서 노드 d)가 활성화 상태가 되면, 제 2 센서 노드(도 2에서 센서 노드 c)는 상기 목적지 노드로 상기 제 1 센서 노드(도 2에서 센서 노드 a)로부터 수신한 제 1 데이터 및 상기 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 전송할 수 있다(S740). 또한, 상기 제 2 센서 노드(도 2에서 센서 노드 c)는 센서 노드 b로부터 수신한 센서 노드 b의 데이터를 상기 목적지 노드로 더 전송할 수 있다.
2, when the destination node (sensor node d in FIG. 2) is activated, the second sensor node (sensor node c in FIG. 2) The first data received from the sensor node a in FIG. 2 and the second data of the second sensor node may be transmitted (S740). In addition, the second sensor node (sensor node c in FIG. 2) may further transmit the data of the sensor node b received from the sensor node b to the destination node.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법은 밀도가 높은 환경일수록 좋은 성능을 보인다. 하기의 예는 이를 증명한다. The data transmission method for energy saving of the sensor node according to an embodiment of the present invention shows better performance in a high density environment. The following example demonstrates this.

도 5 및 도 6은 각각 센서 네트워크의 토폴로지의 예시도이다. 5 and 6 are exemplary views of a topology of a sensor network, respectively.

도 5 및 도 6에서 센서 노드 e 가 목적지 노드이며 센서 노드 b, c, d 는 활성화 되어 있으며 전송할 데이터를 가지고 있다고 가정한다. 이 때, OC-MAC 기법은 도 5에 도시된 바와 같이 데이터를 전송하고 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 데이터를 전송할 수 있다. In FIGS. 5 and 6, it is assumed that the sensor node e is a destination node and the sensor nodes b, c, and d are active and have data to be transmitted. At this time, the OC-MAC scheme transmits data as shown in FIG. 5, and the data transmission method according to an embodiment of the present invention can transmit data as shown in FIG.

OC-MAC 기법에서는 센서 노드 a가 RTR 및 CTR 을 통해 센서 노드 d에게 자신의 데이터를 전송할 수 있고 센서 노드 d 는 자신의 데이터와 센서 노드 a의 데이터를 센서 노드 b 에게 전송할 수 있다. 데이터를 수신한 센서 노드 b 는 상기 과정과 같이 센서 노드c 에게 데이터를 전송하고 목적지 노드인 e 가 활성화되었을 때 a, b, c, d의 데이터를 e 에게 전송하여 총 10 번의 전송 횟수가 발생한다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 센서 노드 a, b, d 가 c 에게 데이터를 전송하게 되어 총 7 번의 전송 횟수가 발생하여 3 번의 전송 횟수를 줄일 수 있다. In the OC-MAC scheme, the sensor node a can transmit its own data to the sensor node d via the RTR and the CTR, and the sensor node d can transmit its own data and the data of the sensor node a to the sensor node b. The sensor node b receiving the data transmits the data to the sensor node c as described above, and when the destination node e is activated, the data of a, b, c, and d are transmitted to e and a total of 10 transmissions occur . However, as shown in FIG. 6, the data transmission method according to an embodiment of the present invention transmits data to the sensor nodes a, b, and d to c, so that a total of seven transmissions occur and three transmissions are reduced have.

상기에서 적은 개수의 센서 노드가 존재하는 경우만을 예로 들었지만 더 많은 센서 노드가 존재하여 센서 노드의 밀도가 높아지고, 이웃 노드의 수가 증가하는 경우에는 중간 노드들의 데이터 전달 전송 횟수가 더 큰 폭으로 감소할 수 있다. 이는 센서 노드의 에너지 사용을 줄여 네트워크 수명을 연장할 수 있다. 또한 잔여 에너지가 적은 센서 노드가 데이터 전달에 참여하여 에너지를 소모하지 않고 잔여 에너지가 큰 센서 노드가 데이터를 바로 전달받으므로 센서 노드의 에너지를 균형 있게 사용할 수 있다. In the above example, only a small number of sensor nodes exist. However, when there are more sensor nodes and the density of the sensor nodes is increased and the number of neighboring nodes is increased, the number of data delivery transmissions of the intermediate nodes is further decreased . This can extend the life of the network by reducing the energy use of the sensor nodes. In addition, sensor node with low energy of remaining energy participates in data transfer, and sensor node with large residual energy receives data directly without consuming energy, so energy of sensor node can be used in a balanced manner.

비동기식 듀티 사이클 무선 센서 네트워크 환경에서 센서 노드는 데이터를 전송하기 위해 긴 시간을 기다려야 하고 이 때 소모되는 에너지는 데이터 전송에 사용하는 에너지보다 크다. 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 이를 해결하기 위해 데이터 협력 기법을 제안하는 OC-MAC 기법에서 이웃 노드 중 잔여 에너지가 큰 센서 노드가 데이터 위임에 참여하므로 에너지를 균형있게 사용할 수 있다.
In the asynchronous duty-cycle wireless sensor network environment, the sensor node has to wait a long time to transmit data, and the energy consumed at this time is larger than the energy used for data transmission. As described above, in the data transmission method according to an exemplary embodiment of the present invention, in the OC-MAC scheme that proposes a data cooperative technique, a sensor node having a large residual energy among neighbor nodes participates in data delegation, Can be used.

센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템Data transmission system for energy saving of sensor node

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 9 is a block diagram illustrating a configuration of a data transmission system for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템(900)은 제 1 센서 노드(910), 제 2 센서 노드(920), 이웃 센서 노드(920-1, 920-2) 및 목적지 노드(930)를 포함할 수 있다. 9, a data transmission system 900 for energy saving of a sensor node according to an embodiment of the present invention includes a first sensor node 910, a second sensor node 920, a neighboring sensor node 920 -1, and 920-2, and a destination node 930.

제 1 센서 노드(910)는 센서 네트워크의 데이터 전송 시스템에 포함된 복수의 센서 노드들 중 특정 센서 노드를 의미한다. 여기서, 상기 제 1 센서 노드(910)는 이웃 센서 노드들(920, 920-1, 920-2)로 RTR(Request To Receiver) 메시지를 브로드 캐스팅하고 제 2 센서 노드(920)로부터 CTR(Clear to Receiver) 메시지를 수신하면 상기 제 2 센서 노드(920)로 데이터를 전송할 수 있다. The first sensor node 910 refers to a specific sensor node among a plurality of sensor nodes included in the data transmission system of the sensor network. The first sensor node 910 broadcasts a request to receiver (RTR) message to neighboring sensor nodes 920, 920-1 and 920-2 and receives a CTR Receiver) message to the second sensor node (920).

여기서, 상기 제 2 센서 노드(920)는 상기 제 1 센서 노드(910)의 이웃 센서 노드들(920, 920-1, 920-2) 중에서 가장 잔여 에너지가 많은 센서 노드를 의미한다. 상기 제 2 센서 노드(920)는 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들(920, 920-1, 920-2) 중 잔여 에너지가 가장 많으며, 상기 제 1 센서 노드(910)로 CTR(Clear To Receiver) 메시지를 전송할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 센서 노드(920)는 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 백오프 시간을 산출하는 산출부(921) 및 상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 전송부(923)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 산출부(921)는 전술한 수학식 2를 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 이웃 센서 노드들(920, 920-1, 920-2) 중 잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 제 2 센서 노드(920)가 될 수 있다. Here, the second sensor node 920 refers to a sensor node having the greatest residual energy among the neighboring sensor nodes 920, 920-1, and 920-2 of the first sensor node 910. The second sensor node 920 receives the RTR message and the remaining energy among the neighboring sensor nodes 920, 920-1, and 920-2 is the largest, and the first sensor node 910 transmits CTR Receiver) message. Here, the second sensor node 920 may include a calculator 921 for calculating a backoff time such that the sensor node having the largest residual energy has a short backoff time, And a transmission unit 923 for transmitting the CTR message to the first sensor node. Here, the calculating unit 921 may calculate the backoff time based on Equation (2). Therefore, the sensor node having the largest residual energy among the neighboring sensor nodes 920, 920-1, and 920-2 may be the second sensor node 920. [

전술한 바와 같이, 결과적으로 상기 제 2 센서 노드(920)는 상기 제 2 센서 노드(920)의 데이터 및 상기 제 1 센서 노드(910)의 데이터를 전부 가지게 된다. 상기 제 2 센서 노드(920)는 상기 목적지 노드(930)의 활성화 상태에 상기 목적지 노드(930)로 상기 제 1 센서 노드(910) 및 제 2 센서 노드(920)의 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 상기 제 1 센서 노드(910)는 상기 제 1 센서 노드(910)가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드(930)로 더 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 상기 전송해야 할 데이터는 상기 제 1 센서 노드(910)가 다른 센서 노드로부터 미리 수신한 데이터를 포함할 수 있다. As a result, the second sensor node 920 has all of the data of the second sensor node 920 and the data of the first sensor node 910 as described above. The second sensor node 920 may transmit the data of the first sensor node 910 and the second sensor node 920 to the destination node 930 in the active state of the destination node 930. [ In addition, the first sensor node 910 may further transmit data to be transmitted by the first sensor node 910 to the second sensor node 930. Here, the data to be transmitted may include data previously received by the first sensor node 910 from another sensor node.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 시스템(900)의 구체적인 작동은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법에 따른다.
The specific operation of the data transmission system 900 according to an embodiment of the present invention is based on the data transmission method according to the embodiment of the present invention described above.

Claims (8)

센서 네트워크에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
제 1 센서 노드가 이웃 센서 노드들로 RTR(Request To Receiver) 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계;
상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 잔여 에너지가 가장 많은 제 2 센서 노드가 상기 제 1 센서 노드로 CTR(Clear To Receiver)메시지를 전송하는 단계;
상기 CTR 메시지를 수신한 상기 제 1 센서 노드가 상기 제 2 센서 노드로 데이터를 전송하는 단계; 및
상기 제 2 센서 노드가 목적지 노드의 활성화 상태에 상기 제 1 센서 노드의 제 1 데이터 및 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법.
In the data transmission method in the sensor network,
The first sensor node broadcasting a Request To Receiver (RTR) message to neighbor sensor nodes;
Transmitting a clear to receiver (CTR) message to the first sensor node by a second sensor node having the highest residual energy among the neighboring sensor nodes that have received the RTR message;
The first sensor node receiving the CTR message transmitting data to the second sensor node; And
And the second sensor node transmitting the first data of the first sensor node and the second data of the second sensor node to the destination node in an activated state of the destination node. Data transmission method for
제 1 항에 있어서, 상기 CTR 메시지를 전송하는 단계는
잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 상기 이웃 센서 노드들이 각각의 백오프 시간을 산출하는 단계; 및
상기 이웃 센서 노드들이 상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법.
2. The method of claim 1, wherein transmitting the CTR message comprises:
Calculating each backoff time by the neighboring sensor nodes such that the sensor node with the highest residual energy has a short back off time; And
And transmitting the CTR message to the first sensor node after the neighboring sensor nodes have passed the backoff time.
제 2항에 있어서, 상기 백오프 시간을 산출하는 단계는
하기의 수학식을 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법.
백오프 시간 = ((자신의 잔여에너지 / (자신의 잔여에너지 + 협력통신을 요청한 센서 노드의 잔여에너지)) * 응답요청 대기시간)-1
3. The method of claim 2, wherein calculating the backoff time comprises:
Wherein the backoff time is calculated based on the following equation.
Backoff time = ((own residual energy / (residual energy + residual energy of sensor node requesting cooperative communication)) * wait time for response request -1
제 1항에 있어서, 상기 제 2 센서 노드로 데이터를 전송하는 단계는
상기 제 1 센서 노드가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드로 더 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법.
The method of claim 1, wherein transmitting data to the second sensor node comprises:
Wherein the first sensor node further transmits data to be transmitted by the first sensor node to the second sensor node.
센서 네트워크에서의 데이터 전송 시스템에 있어서,
제 1 센서 노드가 이웃 센서 노드들로 브로드 캐스팅한 RTR(Request To Receiver) 메시지를 수신하고 상기 RTR 메시지를 수신한 이웃 센서 노드들 중 잔여 에너지가 가장 많으며, 상기 제 1 센서 노드로 CTR(Clear To Receiver)메시지를 전송하는 제 2 센서 노드를 포함하되,
상기 제 2 센서 노드는 상기 제 1 센서 노드로부터 제 1 데이터를 수신하고 목적지 노드의 활성화 상태에 상기 제 1 센서 노드의 제 1 데이터 및 제 2 센서 노드의 제 2 데이터를 상기 목적지 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템.
In the data transmission system in the sensor network,
The first sensor node receives a Request To Receiver (RTR) message broadcast to neighboring sensor nodes and has the highest residual energy among the neighboring sensor nodes that receive the RTR message, and clear to the first sensor node. Receiver) includes a second sensor node for transmitting a message,
The second sensor node receives the first data from the first sensor node and transmits the first data of the first sensor node and the second data of the second sensor node to the destination node in an active state of the destination node. A data transmission system for energy saving of a sensor node.
제 5 항에 있어서, 상기 제 2 센서 노드는
잔여 에너지가 가장 많은 센서 노드가 짧은 백오프(back off) 시간을 가지도록 백오프 시간을 산출하는 산출부; 및
상기 백오프 시간이 경과한 후 상기 제 1 센서 노드로 CTR 메시지를 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템.
6. The method of claim 5, wherein the second sensor node
A calculator configured to calculate a backoff time such that the sensor node having the most residual energy has a short back off time; And
And a transmitter for transmitting a CTR message to the first sensor node after the backoff time has elapsed.
제 6 항에 있어서, 상기 산출부는
하기의 수학식을 기반으로 백오프 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 시스템.
백오프 시간 = ((자신의 잔여에너지 / (자신의 잔여에너지 + 협력통신을 요청한 센서 노드의 잔여에너지)) * 응답요청 대기시간)-1
7. The apparatus of claim 6, wherein the calculating unit
Wherein the backoff time is calculated based on the following equation.
Backoff time = ((own residual energy / (residual energy + residual energy of sensor node requesting cooperative communication)) * wait time for response request -1
제 5항에 있어서, 상기 제 1 센서 노드는
상기 제 1 센서 노드가 전송해야 할 데이터를 상기 제 2 센서 노드로 더 전송하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 에너지 절약을 위한 데이터 전송 방법.
6. The method of claim 5, wherein the first sensor node
Wherein the first sensor node further transmits data to be transmitted by the first sensor node to the second sensor node.
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