KR20160107597A - Broadcasting method in wireless sensor networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 듀티 사이클 환경의 멀티채널 무선 센서 네트워크에서 채널 스위칭을 최소화한 브로드캐스팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a broadcasting method in which channel switching is minimized in a multi-channel wireless sensor network in a duty cycle environment.
센서 노드는 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks: WSN)를 구성하는 기본 요소이며, 수집한 데이터를 스스로 구성한 네트워크를 통하여 데이터를 전달하기 위해 센싱과 통신 기능을 가지고 있는 일종의 작은 장치이다. 무선 센서 네트워크는 센서 노드들이 센서를 통해 데이터를 수집 및 전달하는 용도로, 의료 서비스, 재난 관리, 목표 추적 등의 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있다.A sensor node is a basic element that constitutes a wireless sensor network (WSN) and is a kind of small device having sensing and communication functions for transmitting data through a network constituted by collected data. Wireless sensor networks are widely used in various applications such as medical services, disaster management, goal tracking, and the like, in which sensor nodes collect and transmit data through sensors.
일반적으로, 무선 센서 네트워크는 세가지 방향으로 개발되어 왔다. 첫째, 공유된 무선 통신 매체에서 채널 경합(contention)과 패킷 충돌을 최소화함으로써 높은 패킷 전달률을 얻는 것이다. 둘째, 지향성 안테나의 공간적인 재활용 능력을 활용함으로써 센서 네트워크의 작업 처리량 특성을 향상시키는 것이다. 셋째, 전력 소비를 최소화함으로써 센서 배터리의 수명을 연장시키는 것이다.Generally, wireless sensor networks have been developed in three directions. First, it achieves a high packet transmission rate by minimizing channel contention and packet collisions in a shared wireless communication medium. Second, it improves the throughput characteristics of the sensor network by utilizing the spatial recycling ability of the directional antenna. Third, by minimizing power consumption, the life of the sensor battery is extended.
한편, 기존의 싱글채널 무선 센서 네트워크의 송수신 방법은 두 노드가 하나의 채널을 독점적으로 사용하므로 통신이 끝날 때까지 주변의 다른 노드들의 데이터 전송에 제약을 가지고 있다. 이를 보완하기 위해 듀티 사이클을 이용하여 노드간의 전송 시간을 스케줄링 하였으나, 노드의 밀집도가 높은 환경의 네트워크에서는 효율을 향상시킬 수 없었다. 이러한 기존의 문제점을 해결하고자 멀티채널 방식이 연구되었다. On the other hand, in the conventional single channel wireless sensor network transmission / reception method, since two nodes use one channel exclusively, the data transmission of other nodes is restricted until the communication is completed. In order to compensate for this, the transmission time between nodes is scheduled using the duty cycle, but the efficiency can not be improved in a network having a high density of nodes. To solve these problems, a multi-channel method has been studied.
멀티채널 무선 센서 네트워크는 여러 개의 채널을 사용하므로 두 노드가 특정 채널을 사용하여 송수신하더라도 주변의 다른 노드들은 다른 채널을 사용하여 데이터 전송을 할 수 있다. 이에 따라, 전체 노드의 동시 전송 데이터양이 증가하게 된다. 또한, 채널의 충돌을 방지하기 위해, 기존의 듀티 사이클을 이용한 전송 시간의 스케줄링 뿐아니라 채널 선택의 스케줄링도 고려해야 한다는 문제점이 있다. 채널 스케줄링의 기존 연구의 대부분은 인접한 노드에 모두 다른 채널을 할당하는 경우이다. 하지만, 채널 스위칭이 고려되지 않아 에너지 효율이 떨어지게 된다. Since the multi-channel wireless sensor network uses several channels, even if two nodes transmit and receive using a specific channel, other nodes in the vicinity can transmit data using another channel. As a result, the amount of simultaneously transmitted data of all the nodes increases. In addition, in order to prevent channel collision, scheduling of channel selection as well as scheduling of transmission time using an existing duty cycle must be considered. Most of the existing researches on channel scheduling allocate different channels to adjacent nodes. However, channel switching is not considered and energy efficiency is reduced.
무선 센서 네트워크에서 에너지 효율을 높이기 위하여, 한국 공개 특허공보 제 10-2012-0006794호(발명의 명칭: 무선 센서 네트워크의 에너지 효율 향상방법)는 수신측 노드가 송신측 노드로부터 제공된 듀티 사이클, 데이터 재전송 간격 및 데이터 재전송 횟수를 근거로 하여 산출되는 시점을 기준으로 송신측 노드의 주기와 동기화함으로써 노드 간의 불필요한 재전송 횟수를 크게 감소시킬 수 있어서 전송 지연을 감소시키면서 에너지 소비를 줄일 수 있는 방법을 개시하고 있다.In order to increase energy efficiency in a wireless sensor network, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0006794 (entitled "Energy Efficiency Improvement Method of Wireless Sensor Network") discloses a method in which a receiving node transmits a duty cycle, The number of unnecessary retransmissions between nodes can be greatly reduced by synchronizing with the period of the transmitting node on the basis of the time calculated based on the interval and the number of data retransmissions, thereby reducing energy consumption while reducing transmission delay .
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 듀티 사이클 환경의 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법에 있어서 타임슬롯을 고려하여 채널을 효율적으로 할당하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of efficiently allocating channels in consideration of time slots in a broadcasting method in a wireless sensor network in a duty cycle environment.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 듀티 사이클 환경의 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법은 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 노드에 할당된 타임슬롯에 대한 정보를 바탕으로 타임슬롯의 충돌 발생 여부를 탐색하는 단계, 타임슬롯의 충돌이 발생하는 경우 노드들 중 신호 간섭이 발생하거나 발생이 예측되는 관계에 있는 간섭 노드들을 확인하는 단계, 간섭 노드들에 서로 상이한 채널을 할당하는 단계, 및 간섭 노드들의 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계를 포함한다. 이때, 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계는 해당 이웃노드와 연결된 간섭 노드와 동일한 채널을 할당한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of broadcasting in a wireless sensor network in a duty cycle environment, the method comprising: receiving information on a time slot allocated to each node constituting a wireless sensor network; The method comprising the steps of: detecting collisions of time slots; checking interference nodes in a relationship where signal interference occurs or predicted to occur in the case of collision of time slots; And assigning a channel to a neighboring node of the interfering nodes. At this time, the step of allocating a channel to a neighboring node assigns the same channel as an interference node connected to the neighboring node.
본 발명에 의한 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법은 타임슬롯(time slot)을 할당함에 있어서, 간섭이 일어나는 노드들에 대해서는 서로 다른 채널을 할당하고, 그 이웃하는 노드들에 대해서는 같은 채널을 할당하므로, 노드들 간의 충돌을 방지하도록 하고, 센서노드의 전력소비가 최소화되도록 하며, 센서 노드의 수명을 오래 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.In the method of broadcasting in the wireless sensor network according to the present invention, in allocating a time slot, different channels are allocated to nodes where interference occurs, and the same channels are allocated to neighboring nodes , It is possible to prevent collision between the nodes, to minimize power consumption of the sensor node, and to maintain the life of the sensor node for a long time.
도 1은 기존의 무선 센서 네트워크 구조와 이에 따른 문제점의 예시도이다.
도 2는 기존의 무선 센서 네트워크 구조의 할당된 채널의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법에 의한 네트워크 구조에서 할당된 채널의 개념도이다.FIG. 1 illustrates an example of a conventional wireless sensor network structure and its problems.
2 is a conceptual diagram of an assigned channel of a conventional wireless sensor network structure.
3 is a flowchart illustrating a broadcasting method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of a channel allocated in a network structure by a broadcasting method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
무선 센서 네트워크 구조는 계층적이며 각 클러스터마다 하나의 클러스터 헤드를 갖는 센서들의 클러스터들로 구성되어 있다. 일반적으로, 클러스터링 네트워크는 여러 개의 클러스터(cluster)들로 나눠지며 각각의 클러스터는 하나의 클러스터 헤드(CH: Cluster Head)와 복수의 클러스터 멤버(CM: Cluster Member)를 포함한다. 하나의 클러스터 내에서 센서 노드들에 의해 수집된 데이터는 다수의 홉을 거쳐 클러스터 헤드로 포워딩 된다.The wireless sensor network architecture is hierarchical and consists of clusters of sensors with one cluster head for each cluster. In general, a clustering network is divided into a plurality of clusters. Each cluster includes a cluster head (CH) and a plurality of cluster members (CM). The data collected by the sensor nodes in one cluster is forwarded to the cluster head via a number of hops.
그 후, 클러스터 헤드를 향해 생성된 하류 트래픽(downstream traffic)은 상급의 (upper-tier) 게이트웨이 노드로, 궁극적으로는 명령, 및 제어 센터와 같은 단일의 네트워크 위치로 전달된다. 게다가, 이 중심 위치에서 생성된 메시지들은 반대 방향의 센서 노드들에 전달되어야 한다. 네트워크가 다수의 개별적인(disjoint) 클러스터들로 나뉘어져 있기 때문에, 각각의 클러스터에서 프로토콜의 각 경우가 실행된다. 본 발명에 있어서 이하에서는 하나의 클러스터에 대해 예를 들도록 한다.The downstream traffic generated toward the cluster head is then forwarded to an upper-tier gateway node, ultimately to a single network location, such as an instruction, and a control center. In addition, messages generated at this central location must be communicated to sensor nodes in opposite directions. Since the network is divided into a number of disjoint clusters, each instance of the protocol is executed in each cluster. In the present invention, one cluster will be described below.
한편, 무선 센서 네트워크 상에서 송수신한 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해서는 신호가 방해되거나, 대역내 간섭이 일어나는 것을 지양해야 한다. 특히, 간섭은 서로 인접하여 위치된 각각의 노드에 동일한 타임슬롯을 할당받은 경우, 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 일어나는 것으로, 간섭이 일어나는 노드는 송수신시, 서로의 신호의 크기 등에 영향을 주거나, 원치 않은 잡음을 생성하여, 본래의 신호를 왜곡되게 만든다.On the other hand, in order to secure the reliability of the data transmitted and received on the wireless sensor network, it is necessary to prevent the signal from being interrupted or inter-band interference occurring. In particular, interference occurs between communication signals for a radio signal when the same time slot is assigned to each node located adjacent to each other. The interference occurs when the nodes affect the size of each other's signal, So that the original signal is distorted.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 사이클 환경의 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of broadcasting in a wireless sensor network in a duty cycle environment according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 기존의 무선 센서 네트워크 구조와 이에 따른 문제점의 예시도이다.FIG. 1 illustrates an example of a conventional wireless sensor network structure and its problems.
도 1은 수신-기반 제한 그래프(Receiver-based Constraint Graph) 기반으로 멀티채널을 할당하는 방법을 나타내고 있다. 기존의 방법은 수신시 채널의 충돌을 방지하기 위해, 수신(receiver) 노드로 이루어진 제한 그래프를 생성하고 충돌이 발생하는 두 노드를 연결한다. 이때, 연결된 두 노드 간에 같은 채널이 할당되면 두 노드는 채널 충돌이 발생할 수 있다.FIG. 1 shows a method of allocating multi-channels based on a receiver-based constraint graph. The existing method creates a constraint graph consisting of receiver nodes and connects the two nodes where collisions occur in order to prevent channel collision on reception. At this time, when the same channel is allocated between the two nodes connected to each other, channel collision may occur between the two nodes.
도 1의 (a)는 기존의 무선 센서 네트워크 구조의 연결관계를 보여준다. 실선은 노드 간의 송수신 경로를 나타내고, 점선은 두 노드 사이에 간섭이 있음을 의미한다. 여기에서 A는 B 및 C와 연결되어 데이터를 송수신 할 수 있다. B와 C는 서로 인접하여 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 간섭이 발생할 가능성이 있다. 도 1의 (b)는 수신 노드를 이용하여 채널 충돌이 발생할 수 있는 두 노드를 연결한 제한그래프이다. 연결된 두 노드 간 같은 채널을 할당한다면 채널 충돌이 발생할 수 있음을 의미한다.1 (a) shows the connection relationship of the existing wireless sensor network structure. The solid line indicates the transmission / reception path between the nodes, and the dotted line indicates that there is interference between the two nodes. Where A is connected to B and C to transmit and receive data. B and C are adjacent to each other and there is a possibility that interference may occur between communication signals with respect to a radio signal. FIG. 1 (b) is a limiting graph in which two nodes capable of channel collision are connected using a receiving node. If the same channel is allocated between two connected nodes, channel collision may occur.
이로 인해, 기존의 많은 연구들은 인접한 노드에 모두 다른 채널을 할당함으로써 채널 충돌을 회피하였다. 하지만 채널이 같더라도 타임슬롯이 다르다면 충돌이 발생하지 않으므로 타임슬롯으로 분할이 되어 있는 노드 간엔 다른 채널을 사용하지 않아도 된다. 따라서 이웃하는 노드 간 같은 채널을 할당해 준다면 채널 스위칭이 필요 없으므로 채널 스위칭에 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.For this reason, many existing studies have avoided channel collision by assigning different channels to adjacent nodes. However, even if the channels are the same, there is no collision if the time slots are different, so it is not necessary to use another channel among the nodes that are divided into time slots. Therefore, if the same channel is allocated between neighboring nodes, channel switching is not necessary, and energy consumed in channel switching can be reduced.
참고로, 타임슬롯이 할당된 동안의 하나 또는 그 이상의 노드 그룹들은 다른 짝(pair)에 영향을 주지 않고 통신할 수 있다. 잠정적으로 경합 또는 충돌이 일어날 짝들은 각기 다른 타임슬롯에 통신하도록 스케쥴링된다. 일정 타임슬롯에서 통신을 하게 되면, 그 외의 시간에는 무선 센서들은 전력 절약을 위한 슬립모드로 작동하여 전력소비를 최소화 하기 위해 자신들의 안테나를 끌 수 있다.For reference, one or more groups of nodes may be allowed to communicate while the time slot is being assigned without affecting the other pair. Pairs where potential conflicts or conflicts occur are scheduled to communicate in different time slots. When communicating in a certain timeslot, at other times, the wireless sensors operate in a sleep mode for power saving and can turn off their antennas to minimize power consumption.
이와 같은 방법의 무선 센서 네트워크의 채널 할당 방법은 도 2에서 좀더 자세히 설명하도록 한다.The channel allocation method of the wireless sensor network of this method will be described in more detail with reference to FIG.
도 2는 기존의 무선 센서 네트워크 구조의 할당된 채널의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of an assigned channel of a conventional wireless sensor network structure.
도 2와 같이, 기존의 방법은 이웃한 노드들에 서로 다른 채널을 할당하여 채널 충돌을 회피할 수 있다. 기존의 방법은 이웃한 노드들에 서로 다른 채널을 할당하여 채널 충돌을 회피한다. As shown in FIG. 2, the conventional method can avoid channel collision by allocating different channels to neighboring nodes. The existing method avoids channel collision by allocating different channels to neighboring nodes.
도 2의 무선 센서 네트워크 구조를 좀더 자세히 살펴보면, 노드 A는 채널 f1으로 할당되고, 노드 B는 채널 f2로 할당되고, 노드 C는 채널 f3으로 할당되고, 노드 G는 채널 f4로 할당되어 있는 것을 확인할 수 있다. 2, node A is assigned to channel f1, node B is assigned to channel f2, node C is assigned to channel f3, and node G is assigned to channel f4 .
이때, 타임슬롯은 노드 A에서 노드 B로 전송되는 경우가 1(첫 번째), 노드 A에서 노드 C로 전송되는 경우와 노드 B에서 이웃노드 D, E, 및 F로 전송되는 경우가 2(두 번째)로 스케쥴링되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 노드 C에서 노드 G 및 노드 H로 전송될 때의 타임슬롯이 3(세번째)으로 할당되어 있는 것을 확인할 수 있다. In this case, the timeslot is transmitted from node A to node B when it is 1 (first), when it is transmitted from node A to node C, and when it is transmitted from node B to neighboring nodes D, E, Th >). ≪ / RTI > In addition, it can be confirmed that the time slot when being transmitted from node C to node G and node H is assigned as 3 (third).
여기에서, 노드 B 및 노드 C는 노드 A와 직접적으로 송수신하는 관계에 있다. 또한, 노드 B와 노드 C는 서로 인접하여 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 간섭이 발생할 가능성이 있다. 또한, 노드 G와 노드 H도 마찬가지로 노드 C와 직접적으로 송수신하는 관계에 있고, 서로 인접하여 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 간섭이 발생할 가능성이 있다. 도 2에서 실선은 노드간의 송수신 경로를 나타내고, 점선은 두 노드 사이에 간섭이 있음을 의미한다.Here, the node B and the node C are in direct contact with each other. In addition, there is a possibility that the node B and the node C are adjacent to each other and interference occurs between the communication signals with respect to the radio signal. In addition, the node G and the node H are also in direct transmission / reception relationship with the node C, and there is a possibility that interference may occur between the communication signals with respect to the radio signal adjacent to each other. In FIG. 2, a solid line indicates a transmission / reception path between nodes, and a dotted line indicates interference between two nodes.
참고로, 이때의 채널 스위칭은 노드 A에서부터 모든 노드로 브로드캐스팅이 완료될 때까지 총 6번이 필요하다.For reference, channel switching at this time requires a total of six times until broadcasting is completed from node A to all nodes.
좀더 자세히 설명하면, 도 2의 경우는 노드 B, 노드 C는 노드 A로부터 수신하기 위해 노드 A와 동일한 채널 f1으로 변경하고, 다시 이웃 노드로 송신을 위해 자신의 채널로 변경할 수 있다. 노드 G는 노드 C로부터 수신하기 위해 채널 f3으로 변경하고, 다시 노드 I 및 노드 J로 송신하기 위해서 채널 f4로 변경하게 된다.More specifically, in FIG. 2, node B and node C can be changed to the same channel f1 as node A for receiving from node A, and then changed to their own channel for transmission to the neighboring node. The node G changes to the channel f3 for reception from the node C and changes to the channel f4 for transmission to the node I and the node J again.
한편, 연결된 노드 간 할당된 타임슬롯의 스케쥴이 다르기 때문에, 클러스터 헤드로 사용되는 노드와 클러스터 멤버로 사용되는 노드 중 어느 하나와 서로 같은 채널로 할당하고, 나머지 클러스터 멤버의 노드를 다른 채널로 할당하여도 충돌이 발생하지 않는 경우를 조합할 수 있다.Since the schedule of allocated timeslots is different between the connected nodes, it is possible to allocate the nodes used for the cluster head and the nodes used as the cluster members to the same channel, and allocate the nodes of the remaining cluster members to different channels The case where the collision does not occur can be combined.
예를 들어, 노드 A와 노드 B를 같은 채널인 f1으로 할당하고, 노드 C를 다른 채널 f2로 할당하여도, 타임슬롯의 스케쥴에 의하여 서로 간섭되지 않는 상태에서 송수신할 수 있다. 또한, 이 경우에는 노드 A와 노드 B가 같은 채널인 f1으로 할당이 되어 있기 때문에, 송신과 수신을 하기 위한 스위칭 횟수를 감소시킬 수 있다.For example, even if node A and node B are assigned to the same channel f1 and node C is assigned to the other channel f2, transmission / reception can be performed in a state in which they are not interfered with each other by a schedule of timeslots. In this case, since the node A and the node B are allocated to the same channel f1, the number of switching for transmission and reception can be reduced.
보다 자세한 방법은, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.A more detailed method will be described with reference to Figs. 3 to 4. Fig.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법을 설명하기에 앞서, 본 발명의 해당하는 노드 간 연결 정보, 및 이웃 노드들의 관계 정보는 트리 구축 과정에서 수집될 수 있다. 예를 들면, 노드 B와 노드 C가 서로 인접하여 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 간섭이 발생할 가능성이 있는지의 여부의 정보가 수집될 수 있다. 이를 위하여, 제어 노드와 같은 형태의 정보 수집 장치가 추가될 수도 있다.Before describing the broadcasting method in the wireless sensor network according to an embodiment of the present invention, the corresponding node-to-node connection information and the neighbor node relationship information may be collected in the tree building process. For example, information can be collected as to whether the node B and the node C are adjacent to each other and there is a possibility of interference between the communication signals with respect to the radio signal. For this purpose, an information collecting device of the same type as the control node may be added.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a broadcasting method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법에 의한 네트워크 구조에서 할당된 채널의 개념도이다.4 is a conceptual diagram of a channel allocated in a network structure by a broadcasting method in a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법은 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 노드에 할당된 타임슬롯에 대한 정보를 바탕으로 타임슬롯의 충돌 발생 여부를 탐색하는 단계(S310), 타임슬롯의 충돌이 발생하는 경우 노드들 중 신호 간섭이 발생하거나 발생이 예측되는 관계에 있는 간섭 노드들을 확인하는 단계(S330), 간섭 노드들에 서로 상이한 채널을 할당하는 단계(S350), 및 간섭 노드들의 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계(S370)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a broadcasting method in a wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention searches for a time slot collision occurrence based on information on a time slot allocated to each node constituting a wireless sensor network (S310). In the case where a collision of a time slot occurs, a step of checking (S330) interference nodes in a relationship in which signal interference occurs or is predicted to occur among nodes, a step of allocating different channels to the interference nodes (S350), and assigning a channel to neighboring nodes of the interference nodes (S370).
이때, 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계(S370)는 해당 이웃 노드와 연결된 간섭 노드와 동일한 채널을 할당하는 것이다.In this case, the step of allocating a channel to a neighboring node (S370) is to allocate the same channel as an interference node connected to the neighboring node.
우선, 각 노드에 할당된 타임슬롯에 대한 정보를 바탕으로 타임슬롯의 충돌 발생 여부를 탐색한다(S310).First, it is determined whether a collision of timeslots occurs based on the information on the time slots allocated to each node (S310).
도 4의 (a)를 함께 참조하면, 노드 A와 노드 B, 노드 G와 노드 I, 및 노드 J는 타임슬롯이 1로 할당이 되어있는 상태이다. 이때, 노드 A에서 노드 B의 송신과 노드 G에서 노드 I, 및 노드 J의 송신은 서로 간섭이 일어나는 상태에 위치되어 있지 않기 때문에, 타임슬롯의 충돌이 일어나지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 (a), node A and node B, node G, node I, and node J are in a state in which a time slot is assigned as 1. At this time, it can be seen that the transmission of the node B at the node A and the transmission of the node I and the node J at the node G are not located in a state where the mutual interference occurs, so that no time slot collision occurs.
다음으로, 앞선 단계(S310)에서 탐색된 결과, 타임슬롯의 충돌이 발생하는 경우에는 노드들 중 신호 간섭이 발생하거나 발생이 예측되는 관계에 있는 간섭 노드들을 확인한다(S330). 즉, 신호 간섭이 발생하는 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 확인한다.Next, as a result of the search in the previous step S310, if there is a collision of the time slot, interference nodes in which the signal interference occurs or is predicted to occur among the nodes is checked (S330). That is, the first node and the second node in which the signal interference occurs are identified.
예를 들어, 도 4의 (a)를 참조하면, 노드 A와 노드 C, 노드 B와 노드 D 내지 노드 F는 타임슬롯이 2로 할당이 되어 있는 상태이고, 노드 B와 노드 C의 송수신은 서로 인접하여 무선 신호에 대하여 통신 신호간에 간섭이 발생할 가능성이 있다 는 것을 확인할 수 있다. 같은 채널이 할당될 경우 노드 A가 노드 C에 송신하고 동시에 노드 B가 노드 D 내지 노드 F에 송신하게 되면 충돌이 발생할 수 있다.For example, referring to FIG. 4A, node A, node C, node B, node D, and node F are allocated time slots of 2, and the nodes B and C transmit and receive It can be confirmed that there is a possibility that interference may occur between the communication signals for the adjacent wireless signals. When the same channel is allocated, a collision may occur when node A transmits to node C and node B transmits to node D through node F at the same time.
다음으로, 앞선 단계(S330)에서 확인된 간섭 노드들에 서로 상이한 채널을 할당한다(S350). 즉, 제 1 노드에 제 1 채널을 할당하고, 제 2 노드에 제 2 채널을 할당한다. 또한, 앞선 단계(S330)에서 확인된 간섭 노드들의 개수가 3개 이상인 경우에도, 제 1 노드에 제 1 채널을 할당하고, 제 2 노드에 제 2 채널을 할당하고, 제 3 노드에 제 3 채널을 할당할 수 있다.Next, different channels are allocated to the interference nodes identified in the preceding step S330 (S350). That is, the first channel is assigned to the first node and the second channel is assigned to the second node. Also, even if the number of interference nodes identified in the preceding step S330 is three or more, the first channel is assigned to the first node, the second channel is assigned to the second node, and the third channel . ≪ / RTI >
도 4의 (b)를 함께 참조하면, 앞서서 전술한 바와 같이 노드B와 노드 C는 송수신의 간섭이 일어날 수 있으므로 채널을 각각 f1, f2로 할당할 수 있다.Referring to FIG. 4 (b), since the node B and the node C may interfere with transmission and reception as described above, the channels may be allocated to f1 and f2, respectively.
다음으로, 앞선 단계(S350)에서 간섭 노드에 채널이 할당되면, 간섭 노드들의 이웃 노드에 대하여 채널을 할당한다(S370). 즉, 제 1 노드의 이웃 노드에 제 1 채널을 할당하고, 제 2 노드의 이웃 노드에 제 2 채널을 할당한다.Next, when a channel is allocated to the interference node in the preceding step S350, a channel is allocated to a neighbor node of the interference nodes (S370). That is, a first channel is assigned to a neighbor node of the first node, and a second channel is assigned to a neighbor node of the second node.
특히, 이웃 노드에 대하여 동일한 채널을 할당하는 단계(S370)는, 제 1 노드의 이웃 노드와 제 2 노드의 이웃 노드가 공통되는 경우, 제 1 노드 및 제 2 노드 중 어느 하나의 노드와 동일한 채널을 할당할 수 있다. 또한, 제 1 노드 및 제 2 노드 중 인접한 이웃 노드의 개수가 적은 노드와 동일한 채널을 할당할 수 있다. In particular, if the neighboring node of the first node and the neighboring node of the second node are common, the step of allocating the same channel to the neighboring node (S370) may be the same as that of any one of the first node and the second node . ≪ / RTI > Also, the same channel can be allocated to a node having a small number of adjacent neighbors among the first node and the second node.
여기에서, 노드 A 내지 노드 C, 및 노드 G는 송수신을 할 수 있는 채널이고, 노드 D 내지 노드 F, 및 노드 H 내지 노드 J는 송신만을 할 수 있는 채널이다. 본 발명에서 설명하는 이웃 노드는 송수신을 모두 할 수 있는 노드를 의미한다.Here, the nodes A to C and the node G are channels capable of transmission and reception, and the nodes D to F and the nodes H to J are channels that can transmit only. The neighbor node described in the present invention means a node that can perform both transmission and reception.
이에 따라, 다시 도 4의 (b)를 참조하면, 노드 B의 경우 전송 경로에 이웃하는 노드가 A밖에 존재하지 않지만, 노드 C의 경우는 노드 A, 및 노드 G가 존재한다. 따라서, 인접한 이웃 노드의 개수가 적은 노드 B와, 노드 B의 이웃 노드인 노드 A에 같은 채널 f1을 할당해 줄 수 있다.Referring again to FIG. 4B, in the case of the node B, there is only a neighboring node A in the transmission path, but in the case of the node C, the node A and the node G exist. Therefore, the same channel f1 can be assigned to a node B having a small number of adjacent neighbors and a node A, which is a neighbor node of the node B.
또한, 노드 C의 이웃 노드에 해당하는 노드 G의 경우, 노드 G는 노드 H와 간섭 관계에 놓여있지만, 노드 G의 경우는 노드 I, 및 노드 J로 송신하므로 f2로 같은 채널로 할당된 것을 확인할 수 있다. In the case of the node G corresponding to the neighboring node of the node C, the node G interferes with the node H, but in the case of the node G, since it is transmitted to the node I and the node J, .
앞서서 전술한 도 2의 경우와 비교하면, 도 4의 경우는 채널 스위칭 횟수가 감소된 것을 확인할 수 있다. 도 2의 경우는 노드 A에서부터 모든 노드로 브로드캐스팅이 완료될 때까지 총 6번의 채널 스위칭이 필요하지만, 도 4의 경우는 총 2번의 채널 스위칭만이 필요하다는 것을 알 수 있다.Compared with the case of FIG. 2 described above, it can be seen that the number of channel switching times is reduced in the case of FIG. In the case of FIG. 2, a total of six channel switching operations are required until the broadcasting is completed from the node A to all the nodes. However, in FIG. 4, only two channel switching operations are required.
좀더 자세히 설명하면, 도 2의 경우는 노드 B, 노드 C는 노드 A로부터 수신하기 위해 노드 A와 동일한 채널 f1으로 변경하고, 다시 이웃 노드로 송신을 위해 자신의 채널로 변경할 수 있다. 노드 G는 노드 C로부터 수신하기 위해 채널 f3으로 변경하고, 다시 노드 I 및 노드 J로 송신하기 위해서 채널 f4로 변경하게 된다.More specifically, in FIG. 2, node B and node C can be changed to the same channel f1 as node A for receiving from node A, and then changed to their own channel for transmission to the neighboring node. The node G changes to the channel f3 for reception from the node C and changes to the channel f4 for transmission to the node I and the node J again.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 경우는, 노드 C는 노드 A로부터 수신하기 위해 채널 f1로 변경하고, 다시 노드 G로 송신을 위해 채널 f2로 변경하게 된다. 이로 인하여, 채널의 스위칭 횟수가 크게 감소된 것을 확인할 수 있다.In the case of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention, the node C changes to the channel f1 for reception from the node A and changes to the channel f2 for transmission to the node G again. As a result, it can be seen that the number of switching times of the channel is greatly reduced.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
Claims (4)
상기 무선 센서 네트워크를 구성하는 각 노드에 할당된 타임슬롯에 대한 정보를 바탕으로 타임슬롯의 충돌 발생 여부를 탐색하는 단계;
상기 타임슬롯의 충돌이 발생하는 경우 상기 노드들 중 신호 간섭이 발생하거나 발생이 예측되는 관계에 있는 간섭 노드들을 확인하는 단계;
상기 간섭 노드들에 서로 상이한 채널을 할당하는 단계; 및
상기 간섭 노드들의 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계를 포함하되,
상기 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계는 해당 이웃노드와 연결된 간섭 노드와 동일한 채널을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 브로딩캐스팅 방법.A method for broadcasting in a wireless sensor network,
Searching for a collision of a time slot based on information on a time slot allocated to each node constituting the wireless sensor network;
Identifying interference nodes in a relationship in which signal interference occurs or predicted to occur among the nodes when a collision of the timeslots occurs;
Allocating different channels to the interference nodes; And
And allocating a channel to a neighboring node of the interfering nodes,
Wherein the assigning of the channel to the neighboring node assigns the same channel as the interference node connected to the neighboring node.
상기 간섭 노드들을 확인하는 단계는
신호 간섭이 발생하는 관계에 있는 제 1 노드 및 제 2 노드를 확인하고,
상기 간섭 노드들에 서로 상이한 채널을 할당하는 단계는
상기 제 1 노드에 제 1 채널을 할당하고, 제 2 노드에 제 2 채널을 할당하고,
상기 이웃 노드에 대하여 채널을 할당하는 단계는
상기 제 1 노드의 이웃 노드에 상기 제 1 채널을 할당하고, 상기 제 2 노드의 이웃 노드에 제 2 채널을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법.The method according to claim 1,
The step of identifying the interference nodes
Identifying a first node and a second node in which signal interference occurs,
The step of allocating different channels to the interfering nodes
Assigning a first channel to the first node, assigning a second channel to the second node,
The step of assigning a channel to the neighboring node
Assigning the first channel to a neighbor node of the first node and assigning a second channel to a neighbor node of the second node.
상기 이웃 노드에 대하여 동일한 채널을 할당하는 단계는
상기 제 1 노드의 이웃 노드와 제 2 노드의 이웃 노드가 공통되는 경우,
제 1 노드 및 제 2 노드 중 어느 하나의 노드와 동일한 채널을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법.The method according to claim 1,
The step of assigning the same channel to the neighboring node
When the neighboring node of the first node and the neighboring node of the second node are common,
And allocating the same channel as any one of the first node and the second node.
상기 이웃 노드에 대하여 동일한 채널을 할당하는 단계는
상기 제 1 노드의 이웃 노드와 제 2 노드의 이웃 노드가 공통되는 경우,
제 1 노드 및 제 2 노드 중 인접한 이웃 노드의 개수가 적은 노드와 동일한 채널을 할당하는 것인 무선 센서 네트워크에서의 브로드캐스팅 방법.The method according to claim 1,
The step of assigning the same channel to the neighboring node
When the neighboring node of the first node and the neighboring node of the second node are common,
And allocating the same channel to a node having a small number of adjacent neighbors among the first node and the second node.
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| KR20190059021A (en) * | 2017-11-22 | 2019-05-30 | 성균관대학교산학협력단 | Method for generating of tree and scheduling |
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