KR20150086736A - Topology control method of wireless sensor network in vehicle - Google Patents

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윤두섭
김도현
이승준
김경호
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한국전자통신연구원
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Abstract

The present invention relates to a topology control method of a wireless sensor network in a vehicle. The present invention includes the steps of: configuring a topology between sensor nodes and a base station which comprise a wireless sensor network; detecting remaining battery when the sensor node receives a specific control order from the base station; checking whether the detected remaining battery is below a reference value; and reconfiguring the topology by the sensor node using neighboring nodes if the detected remaining battery is below the reference value. Therefore, the sensor node can use the remaining battery efficiently.

Description

차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법{TOPOLOGY CONTROL METHOD OF WIRELESS SENSOR NETWORK IN VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a topology control method for a wireless sensor network in a vehicle,

본 발명은 차량 내 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들이 자신의 배터리 잔량을 확인하여 배터리 잔량이 부족하면 네트워크 토폴로지를 재구성함으로써 남은 배터리를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a topology control method of an in-vehicle wireless sensor network that enables each sensor node constituting a wireless sensor network in a vehicle to efficiently use the remaining battery by reconfiguring the network topology when the battery remaining amount is insufficient, .

일반적으로, 차량 시스템은 운전자에게 안전 및 편의 관련 서비스를 제공한다. 이러한 시스템에 문제가 발생하게 되면 운전자에게 직접적인 피해를 줄 뿐만 아니라 보행자 및 다른 차량 등이 차량 사고에 노출되어 안전상 큰 위험이 발생할 수 있다.Generally, the vehicle system provides safety and convenience-related services to the driver. Problems with these systems can directly cause damage to the driver, as well as expose pedestrians and other vehicles to vehicle accidents, posing a significant safety hazard.

종래의 무선 센서 네트워크 기반 차량 시스템은 배터리 잔량이 부족함에도 불구하고 배터리 잔량을 고려하지 않고 초기에 구성된 네트워크 토폴로지를 유지한다. 예를 들어, 무선 센서 네트워크의 초기 토폴로지가 스타 토폴로지로 구성되는 경우, 각 센서 노드는 배터리 잔량이 부족한 상태에서도 베이스 스테이션(base station)으로 센서 정보를 계속 전송한다. 따라서, 배터리가 완전 방전되면 센서 노드는 동작이 정지되어 차량 시스템이 정상적으로 동작하는데 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라 자신이 보유한 배터리를 비효율적으로 사용하게 된다.Conventional wireless sensor network-based vehicle systems maintain an initially configured network topology without considering the remaining battery level despite the insufficient battery power. For example, when the initial topology of a wireless sensor network is configured with a star topology, each sensor node continues to transmit sensor information to the base station even when the remaining battery power is insufficient. Therefore, when the battery is completely discharged, the sensor node stops its operation and adversely affects the normal operation of the vehicle system, and inefficiently uses its own battery.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량 내 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들이 자신의 배터리 잔량을 확인하여 배터리 잔량이 부족하면 네트워크 토폴로지를 재구성함으로써 남은 배터리를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a wireless sensor network in which each sensor node of a vehicle checks its own remaining battery level to reconstruct a network topology, The present invention also provides a method of controlling a topology of a wireless sensor network in a vehicle.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법은 무선 센서 네트워크를 구성하는 베이스 스테이션과 센서 노드들 간에 토폴로지를 구성하는 단계와, 상기 센서 노드가 상기 베이스 스테이션으로부터 특정 제어명령을 수신하면 배터리 잔량을 검출하는 단계와, 상기 센서 노드가 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하인지를 확인하는 단계와, 상기 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하이면 상기 센서 노드가 이웃 노드를 이용하여 토폴로지를 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a topology of a wireless sensor network in a vehicle, the method comprising: configuring a topology between a base station and sensor nodes constituting a wireless sensor network; Detecting a remaining battery level when the sensor node receives a specific control command from the base station; checking whether the remaining battery level detected by the sensor node is less than or equal to a reference value; And the node is reconfiguring the topology using the neighboring node.

또한, 상기 토폴로지 구성 단계는, 상기 베이스 스테이션과 각 센서 노드 사이에 직접 연결되는 스타 토폴로지로 구성되는 것을 특징으로 한다.The topology configuration step may include a star topology directly connected between the base station and each sensor node.

또한, 상기 토폴로지 구성 단계는, 상기 토폴로지가 구성되면 상기 센서 노드가 슬립 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The topology configuration step may further include entering the sleep mode of the sensor node when the topology is configured.

또한, 상기 특정 신호는, 상기 베이스 스테이션으로부터 전송되는 동작 정지 명령인 것을 특징으로 한다.Further, the specific signal is an operation stop command transmitted from the base station.

또한, 상기 토폴로지 재구성 단계는, 상기 센서 노드가 상기 베이스 스테이션에 노드 상태 정보를 전송하는 단계와, 상기 센서 노드가 하나 이상의 이웃 노드들을 검색하는 단계와, 상기 센서 노드가 검색된 이웃 노드들의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수에 근거하여 상기 검색된 이웃 노드들 중 어느 하나의 이웃 노드를 선정하는 단계와, 상기 센서 노드가 상기 선정된 이웃 노드와 연결을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The topology reconfiguration step may include: transmitting the node status information to the base station by the sensor node; searching for one or more neighbor nodes by the sensor node; Selecting one of the searched neighboring nodes based on the link quality index, and establishing a connection with the selected neighboring node by the sensor node.

또한, 상기 노드 상태 정보 전송 단계는, 상기 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하이면, 상기 센서 노드가 배터리 잔량 정보 및 토폴로지 재구성 알림 정보를 포함한 노드 상태 정보를 전송하는 단계와, 상기 베이스 스테이션이 상기 노드 상태 정보를 수신하면 상기 노드 상태 정보를 전송한 센서 노드의 배터리 잔량 부족을 운전자에게 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The transmitting of the node status information may include transmitting node status information including the battery remaining amount information and topology reconfiguration notifying information to the sensor node when the detected remaining battery level is less than a reference value, And informing the driver of a shortage of the remaining battery power of the sensor node that has transmitted the node status information upon receiving the information.

또한, 상기 이웃 노드 검색 단계는, 상기 센서 노드가 액티브 스캔 요청을 방송하는 단계와, 상기 액티브 스캔 요청을 수신한 이웃 노드가 비콘 프레임을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The neighboring node search step may include broadcasting the active scan request by the sensor node and transmitting a beacon frame to a neighboring node that receives the active scan request.

또한, 상기 비콘 프레임 전송 단계는, 상기 액티브 스캔 요청을 수신한 이웃 노드가 자신의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수, 센서 정보를 상기 비콘 프레임에 포함하여 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, the beacon frame transmitting step may include transmitting the beacon frame including the battery remaining amount, the link quality index, and the sensor information of the neighboring node receiving the active scan request to the beacon frame.

또한, 상기 이웃 노드 선정 단계는, 상기 검색된 이웃 노드의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수를 합산하여 검색된 이웃 노드 각각의 배터리 효율을 산출하는 단계와, 상기 검색된 이웃 노드들의 산출된 배터리 효율을 비교하는 단계와, 상기 검색된 이웃 노드들 중 상기 산출된 배터리 효율이 가장 큰 이웃 노드를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The neighboring node selecting step may include calculating battery efficiency of each of the neighboring nodes searched by summing up the battery remaining amount and the link quality index of the searched neighboring node and comparing the calculated battery efficiencies of the searched neighboring nodes, And selecting the neighboring node having the highest battery efficiency among the searched neighboring nodes.

또한, 상기 배터리 효율 산출 단계는, 상기 배터리 잔량 및 링크 품질 지수에 각각 가중치를 부여하여 연산하는 것을 특징으로 한다.The battery efficiency calculation step may be performed by assigning weights to the battery remaining amount and the link quality index, respectively.

또한, 상기 배터리 효율 산출 단계에서, 상기 센서 노드는 상기 링크 품질 지수보다 상기 배터리 잔량에 더 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.Further, in the battery efficiency calculating step, the sensor node sets a higher weight to the battery remaining amount than the link quality index.

또한, 본 발명은 상기 토폴로지 재구성 후, 상기 센서 노드가 상기 이웃 노드에 배터리 잔량 정보 및 센서 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that, after the topology is reconfigured, the sensor node further transmits the remaining battery level information and sensor information to the neighbor node.

본 발명은 차량 내 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들이 자신의 배터리 잔량을 확인하여 배터리 잔량이 부족하면 주변의 이웃 노드를 이용하여 네트워크 토폴로지를 재구성합니다. 따라서, 본 발명은 무선 센서 네트워크 내 센서 노드들의 배터리 소모를 줄일 수 있으며 배터리 잔량을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.In the present invention, each sensor node constituting a wireless sensor network in the vehicle checks its remaining battery level and reconstructs the network topology using neighboring neighbor nodes when battery power is insufficient. Therefore, the present invention can reduce the battery consumption of the sensor nodes in the wireless sensor network and efficiently use the remaining battery power.

또한, 본 발명은 차량 내 무선 센서 네트워크 내 센서 노드의 배터리 잔량이 부족하면 해당 센서 노드의 배터리 잔량 정보를 운전자에게 제공함으로써, 운전자가 센서 노드의 배터리 잔량 부족을 인지하고 배터리 교체와 같은 후처리를 수행할 수 있게 한다.Also, the present invention provides the battery remaining amount information of the corresponding sensor node to the driver when the battery remaining amount of the sensor node in the in-vehicle wireless sensor network is insufficient, thereby allowing the driver to recognize the insufficient battery remaining amount of the sensor node, .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내 무선 센서 네트워크 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 토폴로지 재구성 방법을 도시한 흐름도.
도 3은 도 2에 도시된 토폴로지 재구성 과정을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 재구성된 토폴로지를 도시한 예시도.
1 is a block diagram illustrating a wireless sensor network system in a vehicle according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart illustrating a topology reconfiguration method of a wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 3 is a flow chart illustrating the topology reconfiguration process shown in FIG. 2; FIG.
4 is an exemplary diagram illustrating a reconstructed topology in accordance with an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내 무선 센서 네트워크 시스템을 도시한 구성도이다. 본 실시예에서 차량 내 무선 센서 네트워크 시스템은 무선 센서 네트워크를 기반으로 하는 주차 보조 시스템과 같은 차량 시스템일 수 있다.1 is a configuration diagram illustrating a wireless sensor network system in a vehicle according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the in-vehicle wireless sensor network system may be a vehicle system such as a parking assist system based on a wireless sensor network.

도 1에 도시된 바와 같이, 무선 센서 네트워크 시스템은 무선 센서 네트워크로 연결되는 베이스 스테이션(Base Station: BS)(0)과 하나 이상의 센서 노드들(Sensor Node: SN)(1 내지 8)을 포함한다. 여기서, 무선 센서 네트워크는 베이스 스테이션(0)과 각 센서 노드들(1 내지 8) 간에 직접 연결되는 스타 토폴로지(star topology)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 무선 센서 네트워크가 스타 토폴로지로 구성되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 서비스 형태에 따라 토폴로지를 변경할 수 있다.1, the wireless sensor network system includes a base station (BS) 0 and one or more sensor nodes (SN) 1 to 8 connected to a wireless sensor network . Here, the wireless sensor network may be composed of a star topology that is directly connected between the base station 0 and each of the sensor nodes 1 to 8. In this embodiment, the wireless sensor network is configured as a star topology. However, the present invention is not limited to this, and the topology can be changed according to the service type.

베이스 스테이션(0)은 하나 이상의 센서 노드들(1 내지 8)과 무선 통신을 수행한다. 여기서, 베이스 스테이션(0)은 차량으로부터 상시 전원을 공급받을 수 있다.The base station (0) performs wireless communication with one or more sensor nodes (1 to 8). Here, the base station 0 can be supplied with power at all times from the vehicle.

베이스 스테이션(0)은 시스템의 동작 조건에 따른 제어 명령을 전송한다. 여기서, 제어 명령은 동작 명령 또는 동작 정지 명령 등일 수 있다.The base station (0) transmits a control command according to the operating condition of the system. Here, the control command may be an operation command, an operation stop command, or the like.

베이스 스테이션(0)은 센서 노드들(1 내지 8)의 상태를 지속적으로 감시한다. 다시 말해서, 베이스 스테이션(0)은 센서 노드들(1 내지 8)의 배터리 잔량 및 토폴로지 재구성 여부 등을 지속적으로 모니터링한다.The base station (0) continuously monitors the status of the sensor nodes (1 to 8). In other words, the base station 0 continuously monitors the battery level of the sensor nodes 1 to 8 and whether the topology is reconfigured.

센서 노드들(1 내지 8)은 차량의 전후방에 배치되며 자체적으로 전원을 공급하기 위한 배터리(미도시)를 구비한다. 이때, 센서 노드(1 내지 8)는 차량 내 시스템 및 서비스에 따라 임의의 위치에 배치될 수 있다.The sensor nodes 1 to 8 are disposed on the front and rear sides of the vehicle and have a battery (not shown) for supplying power to the sensors themselves. At this time, the sensor nodes 1 to 8 may be disposed at arbitrary positions according to the in-vehicle system and service.

이러한 센서 노드들(1 내지 8)은 이미지 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등과 같은 센서들로 구성되며, 그 센서에 의해 센싱되는 센서 정보로 베이스 스테이션(0)으로 전송한다. 예를 들어, 센서 노드(SN)가 이미지 센서를 통해 촬영되는 영상을 베이스 스테이션(0)으로 전송한다.The sensor nodes 1 to 8 are composed of sensors such as an image sensor, an infrared sensor, and an ultrasonic sensor, and transmit the sensor information to the base station 0 by sensor information sensed by the sensors. For example, the sensor node SN transmits an image photographed through the image sensor to the base station (0).

센서 노드들(1 내지 8)은 베이스 스테이션(0)으로부터 동작 정지 명령을 수신하면 현재 자신의 배터리 잔량을 검출한다. 그리고, 센서 노드들(1 내지 8)은 그 검출된 배터리 잔량이 기준값 이하인지를 확인한다.When the sensor nodes 1 to 8 receive the operation stop command from the base station 0, the sensor nodes 1 to 8 detect the current remaining battery level of the battery. Then, the sensor nodes 1 to 8 check whether the detected remaining battery level is below the reference value.

센서 노드(1 내지 8)는 배터리 잔량이 기준값 이하이면 무선 센서 네트워크 내에 있는 이웃 노드(Neighbor Node: NN)들의 현재 배터리 잔량 및 링크 품질 지수(Link Quality Indication: LQI) 정보를 기반으로 토폴로지를 재구성한다. 다시 말해서, 배터리 잔량이 기준값 이하인 문제 노드는 이웃 노드와의 협력 통신을 통해 베이스 스테이션(0)과 무선 통신을 수행한다.The sensor nodes 1 to 8 reconfigure the topology based on the current battery remaining amount and link quality index (LQI) information of neighbor nodes (NN) in the wireless sensor network if the battery remaining amount is less than the reference value . In other words, the problem node whose battery remaining amount is equal to or less than the reference value performs wireless communication with the base station 0 through cooperative communication with the neighboring node.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 토폴로지 재구성 방법을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a topology reconfiguration method of a wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 무선 센서 네트워크 시스템은 베이스 스테이션(BS)과 센서 노드(SN) 간의 네트워크 토폴로지를 구성한다(S11). 여기서, 네트워크 토폴로지는 베이스 스테이션(BS)과 센서 노드(SN) 간에 직접 연결되는 스타 토폴로지(star topology)로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2, a wireless sensor network system configures a network topology between a base station (BS) and a sensor node (SN) (S11). Here, the network topology may be implemented with a star topology that is directly connected between the base station (BS) and the sensor node (SN).

네트워크 토폴로지가 구성되면, 센서 노드(SN)는 슬립 모드(sleep mode)로 진입한다(S12). 센서 노드(SN)는 슬립 모드에서 베이스 스테이션(BS)으로부터 전송되는 제어 명령을 기다린다.When the network topology is configured, the sensor node SN enters a sleep mode (S12). The sensor node SN waits for a control command transmitted from the base station (BS) in the sleep mode.

이후, 베이스 스테이션(BS)은 시스템의 동작 조건에 따라 센서 노드(SN)에 동작 명령을 전송한다(S13). 다시 말해서, 베이스 스테이션(BS)은 동작 개시를 지시하는 동작 명령(operation command) 패킷을 센서 노드(SN)로 전송한다.Then, the base station BS transmits an operation command to the sensor node SN according to the operation condition of the system (S13). In other words, the base station BS transmits an operation command packet to the sensor node SN, which instructs the start of operation.

센서 노드(SN)는 베이스 스테이션(BS)으로부터 전송된 동작 명령을 수신하면 슬립 모드에서 깨어나 동작을 개시한다(S14).Upon receiving the operation command transmitted from the base station BS, the sensor node SN awakes from the sleep mode and starts operation (S14).

그리고, 센서 노드(SN)는 센서 정보를 베이스 스테이션(BS)으로 전송한다(S15). 여기서, 센서 노드(SN)는 센서를 통해 센싱되는 센서 정보를 데이터 패킷 형태로 전송한다. 이때, 베이스 스테이션(BS)은 데이터 패킷을 수신하면 긍정 응답(ACK 패킷)을 해당 센서 노드(SN)로 전송한다.Then, the sensor node SN transmits the sensor information to the base station BS (S15). Here, the sensor node SN transmits the sensor information sensed by the sensor in the form of a data packet. At this time, when receiving the data packet, the base station BS transmits an acknowledgment (ACK packet) to the corresponding sensor node SN.

이후, 베이스 스테이션(BS)은 시스템의 동작 조건에 따라 센서 노드(SN)에게 동작 정지 명령을 전송한다(S16). 예컨대, 차량 내 무선 센서 네트워크 시스템을 정지시키고자 하는 경우, 베이스 스테이션(BS)은 센서 노드(SN)에게 동작 정지 명령(operation end command) 패킷을 송신한다.Thereafter, the base station BS transmits an operation stop command to the sensor node SN according to the operation condition of the system (S16). For example, when the wireless sensor network system in the vehicle is to be stopped, the base station BS transmits an operation end command packet to the sensor node SN.

센서 노드(SN)는 동작 정지 명령을 수신하면 현재 자신의 배터리 잔량을 검출한다(S17).When the sensor node SN receives the operation stop command, the sensor node SN detects the remaining battery level of its own (S17).

센서 노드(SN)는 검출한 배터리 잔량이 기준값(예: 30%) 이하인지를 확인한다(S18). 여기서, 기준값은 시스템의 요구사항에 따라 변동되어 적용될 수 있다.The sensor node SN confirms whether the detected remaining battery level is equal to or less than a reference value (e.g., 30%) (S18). Here, the reference value may be applied and varied depending on the requirements of the system.

센서 노드(SN)는 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하이면 베이스 스테이션(BS)에게 자신의 배터리 잔량 정보를 포함한 노드 상태 정보를 전송한다(S19). 다시 말해서, 센서 노드(SN)는 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하가 되면 자신을 문제 노드(Problem Node: PN)로 인식한다. 여기서, 노드 상태 정보는 배터리 잔량 정보 및 토폴로지 재구성 실행을 알리는 토폴로지 재구성 알림 정보 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 잔량이 기준값 이하인 문제 노드(PN)는 배터리 잔량 정보와 토폴로지 재구성 알림 정보를 포함한 노드 상태 알림(node status notification) 패킷을 베이스 스테이션(BS)에 전송한다.The sensor node SN transmits the node status information including its remaining battery level information to the base station (BS) in step S19 if the detected remaining battery level is less than the reference value. In other words, the sensor node SN recognizes itself as a problem node (PN) when the detected remaining battery level is less than the reference value. Here, the node status information may include battery remaining amount information and topology reconfiguration notification information indicating the topology reconfiguration execution. For example, a problem node (PN) whose remaining battery power is less than or equal to a reference value transmits a node status notification packet including battery remaining amount information and topology reconfiguration notification information to the base station (BS).

이때, 베이스 스테이션(BS)은 노드 상태 정보 수신에 대한 응답 패킷을 문제 노드(PN)에게 전송한다. 여기서, 베이스 스테이션(BS)은 배터리 잔량이 기준값 이하인 문제 노드(PN)에 대한 배터리 잔량 정보를 운전자에게 제공함으로써 운전자가 문제 노드(PN)의 배터리를 교체할 수 있게 한다.At this time, the base station (BS) transmits a response packet for receiving the node status information to the problem node (PN). Here, the base station BS provides the battery residual amount information for the problem node (PN) whose battery remaining amount is less than or equal to the reference value to the driver so that the driver can replace the battery of the problem node (PN).

그리고, 센서 노드(SN)는 배터리 잔량이 기준값 이하이며 이웃 노드들의 배터리 잔량 및 LQI 정보에 근거하여 기존에 형성된 토폴로지를 재구성한다(S20).Then, the sensor node SN reconfigures the existing topology based on the battery remaining amount and the LQI information of the neighboring nodes whose battery remaining amount is less than the reference value (S20).

한편, 상기 단계(S18)에서 센서 노드(SN)는 배터리 잔량이 기준값을 초과하면 슬립 모드로 진입하여 베이스 스테이션(BS)의 제어명령을 기다린다(S12).In step S18, the sensor node SN enters the sleep mode when the battery remaining amount exceeds the reference value, and waits for a control command from the base station (S12).

도 3은 도 2에 도시된 토폴로지 재구성 과정을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a topology reconfiguration process shown in FIG.

먼저, 문제 노드(PN)는 무선 센서 네트워크 내 존재하는 이웃 노드(Neighbor Node: NN)를 검색한다(S21, S22). 다시 말해서, 문제 노드(PN)는 이웃 노드(NN)를 검색하기 위해 액티브 스캔 요청(active scan request) 신호를 방송한다(S21).First, the problem node (PN) searches for a neighbor node (NN) existing in the wireless sensor network (S21, S22). In other words, the problem node PN broadcasts an active scan request signal to search for a neighboring node NN (S21).

이웃 노드(NN)는 액티브 스캔 요청 신호를 수신하면 자신의 LQI 및 배터리 잔량 정보를 비콘 프레임(beacon frame)에 포함하여 문제 노드(PN)로 전송한다(S22).Upon receiving the active scan request signal, the neighboring node NN transmits its own LQI and battery remaining amount information in a beacon frame to the problem node PN (S22).

문제 노드(PN)는 이웃 노드(NN)로부터 전송되는 비콘 프레이을 수신하면 그 수신된 비콘 프레임에 포함된 이웃 노드(NN)의 LQI 및 배터리 잔량 정보를 추출하여 이웃 노드 테이블에 저장한다(S23). 이웃 노드 테이블은 각 이웃 노드(NN)의 LQI 및 배터리 잔량에 대한 정보가 저장되며, 문제 노드(PN)과 연결할 이웃 노드 선정 시에 참조된다.Upon receiving the beacon frame transmitted from the neighboring node NN, the problem node PN extracts the LQI and battery remaining amount information of the neighboring node NN included in the received beacon frame and stores the LQI and battery remaining amount information in the neighboring node table in step S23. The neighbor node table stores information on the LQI and the remaining battery level of each neighbor node NN and is referred to when selecting a neighbor node to be connected to the problem node PN.

문제 노드(PN)는 이웃 노트 테이블에 저장된 이웃 노드들의 LQI 및 배터리 잔량 정보를 비교하여 연결할 이웃 노드(NN)를 선정한다(S24). 이때, 문제 노드(PN)는 이웃 노드(NN)들의 배터리 잔량을 우선적으로 고려한다. 따라서, 문제 노드(PN)는 LQI 보다 배터리 잔량에 가중치를 더 높게 설정한다. 예를 들어, 문제 노드(PN)는 배터리 잔량 및 LQI의 가중치를 3 및 1.5로 각각 설정한다.The problem node (PN) compares the LQI of the neighbor nodes stored in the neighboring note table and the remaining battery level information, and selects a neighboring node (NN) to be connected (S24). At this time, the problem node (PN) considers the battery remaining amount of the neighboring nodes (NN) preferentially. Therefore, the problem node (PN) sets the weight of the battery remaining amount higher than the LQI. For example, the problem node (PN) sets the remaining battery level and the weight of LQI to 3 and 1.5, respectively.

문제 노드(PN)는 [수학식 1]를 이용하여 이웃 노드의 배터리 효율 R을 연산한다. The problem node (PN) computes the battery efficiency R of the neighboring node using Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 배터리 잔량 레벨

Figure pat00002
은 배터리 잔량을 100%로 환산된 값을 의미하고,
Figure pat00003
Figure pat00004
은 각각 배터리 잔량 및 LQI의 가중치를 의미한다. 가중치는 운전자에게 제공되는 시스템 및 서비스에 따라 가변적으로 변경 가능하다.Here, the remaining battery level
Figure pat00002
Means a value obtained by converting the remaining amount of the battery to 100%
Figure pat00003
And
Figure pat00004
Respectively indicate the remaining battery level and the weight of the LQI. The weights can be variably changed according to the system and the service provided to the driver.

그리고, 문제 노드(PN)는 토폴로지 재구성을 위해 이웃 노드의 배터리 효율 R이 가장 큰 이웃 노드(NN)를 문제 노드(PN)와 네트워크 연결할 이웃 노드(NN)로 선정한다(S25). 여기서, 선정된 이웃 노드(NN)는 문제 노드(PN)와 베이스 스테이션(BS) 사이에서 데이터를 중계하는 역할을 담당한다.In order to reconfigure the topology, the problem node (PN) selects a neighbor node (NN) having the largest battery efficiency R of the neighbor node as a neighbor node (NN) to be connected to the problem node (PN). Here, the selected neighbor node NN plays a role of relaying data between the problem node PN and the base station BS.

문제 노드(PN)는 연결할 이웃 노드(NN)가 선정되면 선정된 이웃 노드(NN)에게 연결 요청 패킷을 전송한다(S26).When the neighboring node NN to be connected is selected, the problem node PN transmits a connection request packet to the selected neighboring node NN (S26).

이웃 노드(NN)는 문제 노드(PN)로부터 연결 요청 패킷을 수신하면 그 요청에 대한 응답 패킷을 문제 노드(PN)에게 전송한다(S27). 문제 노드(PN)는 연결 응답 패킷을 수신하고 서로 간에 네트워크 연결이 되었다는 응답으로 긍정 응답 패킷을 선정된 이웃 노드에게 전송함으로써 토폴로지를 재구성한다.When the neighboring node NN receives the connection request packet from the problem node PN, it transmits a response packet to the problem node PN (S27). The problem node (PN) receives the connection response packet and reconfigures the topology by sending an acknowledgment packet to the selected neighboring node in response to the network connection between them.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 재구성된 토폴로지를 도시한 예시도이다.4 is an exemplary diagram illustrating a reconstructed topology in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 잔량이 기준값 이하인 전방에 배치된 문제 노드(3)와 후방 배치된 문제 노드(7, 8)는 자신이 보유한 배터리를 더 오랫동안 효율적으로 사용하기 위해 토폴로지를 재구성한다.As shown in Fig. 4, the problem node 3 arranged in front and the problem nodes 7, 8 disposed in the rear in which the remaining battery power is less than the reference value reconstitute the topology in order to use the batteries stored therein for a longer time more efficiently .

문제 노드(3)는 네트워크 범위 내에 있는 이웃 노드들(2, 4)의 배터리 잔량 정보와 LQI에 근거한 배터리 효율 R이 큰 이웃 노드(2)와 네트워크 연결을 함으로써 토폴로지를 재구성한다.The problem node 3 reconfigures the topology by making a network connection with the neighboring node 2 having a battery efficiency R based on the remaining battery level information of the neighboring nodes 2 and 4 within the network range and the LQI.

그리고, 후방 배치된 문제 노드(7)는 네트워크 범위 내에 있는 이웃 노드들(5, 6, 8)의 배터리 잔량 정보와 LQI에 근거한 배터리 효율 R을 비교하여 배터리 효율 R이 큰 이웃 노드(6)와 토폴로지를 재구성한다. 또한, 후방 배치된 문제 노드(8)는 무선 센서 네트워크 내에 있는 이웃 노드들(5, 6, 7)의 배터리 잔량 정보 및 LQI에 근거하여 배터리 효율 R을 비교하여 배터리 효율 R이 큰 이웃 노드(6)와 토폴로지를 재구성한다.The rearranged problem node 7 compares the remaining battery level information of the neighboring nodes 5, 6, and 8 within the network range with the battery efficiency R based on the LQI to determine whether the neighboring nodes 6, Reconfigure the topology. The rearranged problem node 8 compares the battery efficiency R on the basis of the remaining battery level information and the LQI of the neighboring nodes 5, 6 and 7 in the wireless sensor network, ) And reconfigures the topology.

또한, 토폴로지 재구성이 되었을 경우, 문제 노드(PN)는 연결된 이웃 노드에게 기준값 이하로 남은 배터리 잔량 정보를 센서 정보와 함께 전송함으로써, 베이스 스테이션(BS)이 문제 노드(PN)의 배터리 잔량을 모니터링할 수 있도록 한다.In addition, when the topology is reconfigured, the problem node (PN) transmits battery remaining amount information remaining below the reference value to the connected neighbor node together with the sensor information so that the base station (BS) monitors the remaining battery level of the problem node .

0, BS: 베이스 스테이션
1 내지 8, SN: 센서 노드
PN: 문제 노드
NN: 이웃 노드
0, BS: Base station
1 to 8, SN: sensor node
PN: Problem Node
NN: neighbor node

Claims (12)

무선 센서 네트워크를 구성하는 베이스 스테이션과 센서 노드들 간에 토폴로지를 구성하는 단계와,
상기 센서 노드가 상기 베이스 스테이션으로부터 특정 제어명령을 수신하면 배터리 잔량을 검출하는 단계와,
상기 센서 노드가 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하인지를 확인하는 단계와,
상기 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하이면 상기 센서 노드가 이웃 노드를 이용하여 토폴로지를 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
Configuring a topology between a base station and sensor nodes constituting a wireless sensor network,
Detecting a remaining battery level when the sensor node receives a specific control command from the base station;
Checking whether the battery remaining amount detected by the sensor node is less than or equal to a reference value,
And if the remaining battery level is less than a reference value, the sensor node reconfigures the topology using the neighboring node.
제1항에 있어서,
상기 토폴로지 구성 단계는,
상기 베이스 스테이션과 각 센서 노드 사이에 직접 연결되는 스타 토폴로지로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
The method according to claim 1,
The topology configuration step includes:
And a star topology directly connected between the base station and each sensor node.
제1항에 있어서,
상기 토폴로지 구성 단계는,
상기 토폴로지가 구성되면 상기 센서 노드가 슬립 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
The method according to claim 1,
The topology configuration step includes:
Further comprising: when the topology is configured, entering the sleep mode of the sensor node.
제1항에 있어서,
상기 특정 신호는,
상기 베이스 스테이션으로부터 전송되는 동작 정지 명령인 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
The method according to claim 1,
The specific signal may be,
Wherein the stop command is an operation stop command transmitted from the base station.
제1항에 있어서,
상기 토폴로지 재구성 단계는,
상기 센서 노드가 상기 베이스 스테이션에 노드 상태 정보를 전송하는 단계와,
상기 센서 노드가 하나 이상의 이웃 노드들을 검색하는 단계와,
상기 센서 노드가 검색된 이웃 노드들의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수에 근거하여 상기 검색된 이웃 노드들 중 어느 하나의 이웃 노드를 선정하는 단계와,
상기 센서 노드가 상기 선정된 이웃 노드와 연결을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the topology reconstruction step comprises:
The sensor node transmitting node state information to the base station;
The sensor node searching for one or more neighbor nodes,
Selecting a neighboring node among the searched neighboring nodes based on a battery remaining amount and a link quality index of neighboring nodes searched by the sensor node;
And establishing a connection with the selected neighboring node by the sensor node.
제5항에 있어서,
상기 노드 상태 정보 전송 단계는,
상기 검출한 배터리 잔량이 기준값 이하이면, 상기 센서 노드가 배터리 잔량 정보 및 토폴로지 재구성 알림 정보를 포함한 노드 상태 정보를 전송하는 단계와,
상기 베이스 스테이션이 상기 노드 상태 정보를 수신하면 상기 노드 상태 정보를 전송한 센서 노드의 배터리 잔량 부족을 운전자에게 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토포로지 제어 방법.
6. The method of claim 5,
The node state information transmission step includes:
Transmitting the node status information including the battery remaining amount information and the topology reconfiguration notifying information if the detected remaining battery amount is less than a reference value;
And when the base station receives the node status information, notifying the driver of the insufficient remaining battery level of the sensor node that transmitted the node status information.
제5항에 있어서,
상기 이웃 노드 검색 단계는,
상기 센서 노드가 액티브 스캔 요청을 방송하는 단계와,
상기 액티브 스캔 요청을 수신한 이웃 노드가 비콘 프레임을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the neighboring node searching step comprises:
The sensor node broadcasting an active scan request;
And transmitting a beacon frame to a neighboring node that has received the active scan request.
제7항에 있어서,
상기 비콘 프레임 전송 단계는,
상기 액티브 스캔 요청을 수신한 이웃 노드가 자신의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수, 센서 정보를 상기 비콘 프레임에 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The beacon frame transmission step includes:
Wherein the neighboring node having received the active scan request transmits its own battery remaining amount, link quality index, and sensor information in the beacon frame and transmits the beacon frame.
제5항에 있어서,
상기 이웃 노드 선정 단계는,
상기 검색된 이웃 노드의 배터리 잔량 및 링크 품질 지수를 합산하여 검색된 이웃 노드 각각의 배터리 효율을 산출하는 단계와,
상기 검색된 이웃 노드들의 산출된 배터리 효율을 비교하는 단계와,
상기 검색된 이웃 노드들 중 상기 산출된 배터리 효율이 가장 큰 이웃 노드를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the neighboring node selection step comprises:
Calculating a battery efficiency of each of the neighboring nodes searched by summing the battery remaining amount and the link quality index of the searched neighboring node;
Comparing the calculated battery efficiencies of the searched neighbor nodes;
And selecting the neighboring node with the highest battery efficiency among the searched neighboring nodes.
제9항에 있어서,
상기 배터리 효율 산출 단계는,
상기 배터리 잔량 및 링크 품질 지수에 각각 가중치를 부여하여 연산하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the battery efficiency calculating step includes:
And calculating a weight of each of the battery remaining amount and the link quality index based on the weight of the battery remaining amount and the link quality index.
제10항에 있어서,
상기 센서 노드는 상기 링크 품질 지수보다 상기 배터리 잔량에 더 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the sensor node sets a higher weight to the remaining battery level than the link quality index.
제1항에 있어서,
상기 토폴로지 재구성 후, 상기 센서 노드가 상기 이웃 노드에 배터리 잔량 정보 및 센서 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내 무선 센서 네트워크의 토폴로지 제어 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of the sensor node transmitting remaining battery level information and sensor information to the neighboring node after the topology is reconfigured.
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