KR20160130622A - 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전력 무선 센서네트워크를 관리하는 서버의 명령어 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법은 센싱 설정 변경 메시지를 수신하는 단계와, 센서 노드가 전송한 웨이크업 상태 알림 메시지의 수신 여부를 확인하는 단계 및 웨이크업 상태 알림 메시지가 수신되는 경우, 센싱 설정 변경 메시지에 따른 명령어를 명령어 대기 큐에서 검색하여, 이를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법{METHOD FOR PROCESSING COMMAND IN LOW POWER SENSOR NETWORK}

본 발명은 저전력 무선 센서네트워크를 관리하는 서버의 명령어 처리 방법에 관한 것이다.

실외 환경에 무선 센서네트워크를 적용하여 정보를 수집하는 모니터링 시스템을 구축함에 있어서, 배터리로 구동되는 센서 노드의 전력사용을 최소화하는 것이 중요한 이슈이다.

종래 기술에 따르면, 저전력 무선 센서네트워크를 구축하고 유지하는 기술은 다년간 다양한 방법으로 발전하고 있으나, 모니터링 시스템의 한 구성요소가 센서 노드로 명령어를 전송하고 그에 대한 결과값을 받고자 하는 경우, 무선 센서네트워크의 저전력을 유지하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저전력 무선 센서네트워크를 구성하는 센서 노드의 전력 사용을 최소화하며, 모니터링 시스템의 구성요소(예: 관리 서버)가 효율적으로 센서 노드로 명령어를 전송하여 센싱 설정을 변경할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법은 센싱 설정 변경 메시지를 수신하는 단계와, 센서 노드가 전송한 웨이크업 상태 알림 메시지의 수신 여부를 확인하는 단계 및 웨이크업 상태 알림 메시지가 수신되는 경우, 센싱 설정 변경 메시지에 따른 명령어를 명령어 대기 큐에서 검색하여, 이를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 관리 서버는 UI를 통하여 명령어를 수신하고, 사용자 뷰(view)를 제공하는 UI 데이터 처리 모듈과, 무선 센서네트워크와 연결되어 메시지를 수신하고, 이를 전달하는 USN 데이터 처리 모듈과, 무선 센서네트워크에 포함되는 센서 노드, 게이트웨이의 장치 정보 및 센싱 정보를 수집하여 관리하고, USN 데이터 처리모듈로부터 수신한 메시지를 관리하는 데이터베이스 처리 모듈 및 센싱 설정 변경 메시지를 수신하고, 센서 노드의 웨이크 업(wake-up) 상태를 알리는 메시지를 수신한 경우 명령어 대기 큐(Queue)에서 전달할 명령어가 있는지 검색하여 이를 전송하는 명령어 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법은 무선 센서네트워크와 이를 모니터링하고 관리하는 관리 서버와의 양방향 통신 방식을 제공함에 있어서, 센서 노드의 전원 온오프(Sleep/Wake-up 저전력 방식)을 지원하며, 서버로부터 센서 노드로 발생되는 하향 트래픽 전달의 신뢰성을 확보하지 못하는 종래 기술의 문제점을 해결하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 명령어 처리 모듈을 통하여 명령어 대기 큐를 관리하며, 센서 노드의 전원 상태를 전달받은 후 이에 따라 하향 트래픽을 발생시킴으로써, 하향 트래픽 전달에 대한 신뢰성을 확보하며, 저전력 무선 센서네트워크를 구성하고 관리 서버를 운용함에 있어 센서 노드의 전력 소비를 최소화할 뿐만 아니라, 무선 센서네트워크의 관리의 용이성을 높이는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 저전력방법을 적용하지 않는 무선 센서 네트워크의 명령어 전달 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 저전력방법이 적용된 무선 센서네트워크에 있어서, 센서 노드의 상태가 sleep 상태인 경우를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 관리 서버를 포함하는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서버의 기능 모듈을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서 주기 변경례를 나타내는 도면이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 이하에서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경을 먼저 살펴보기로 한다.

무선 센서네트워크를 구축하고, 센서 노드의 전력 사용을 줄이고자 하는 연구가 진행되어 왔으나, 종래 기술에 따른 경우 모니터링 시스템의 한 구성요소가 무선 센서네트워크의 구성요소인 센서 노드로 명령어를 전송하고 그에 대한 결과값을 받고자 하는 경우, 무선 센서네트워크의 저전력을 유지하기가 어려운 문제점이 있다.

종래 기술에 따르면, 저전력 무선 센서네트워크를 구축하기 위한 방법으로, 센서 노드가 작동이 필요할 때만 Wake-up(깨어남) 상태가 되어 보드에 전원을 인가하고, 센싱, 송신, 수신 등을 수행한 후 Sleep(잠듬) 상태가 되어 보드에 전원을 차단함으로써, 전력 사용을 최소화한다.

이러한 예와 같은 저전력 무선 센서네트워크로 구축된 모니터링 시스템에 따르면, 이를 구성하는 어느 하나의 구성요소(예: 관리 서버)가 센서 노드의 상태를 관리하고, 센싱하는 설정값을 변경하고자 하여 센서 노드로 명령어를 전송하는 경우, 센서 노드의 상태가 Sleep 상태라면 명령어 전송 시도가 실패하게 되는 문제점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 저전력방법을 적용하지 않는 무선 센서 네트워크의 명령어 전달 과정을 나타내는 도면이다.

도 1에 따르면, 사용자 단말(50, UI 클라이언트, 모바일 단말 등)은 센싱 보고 주기 변경 명령을 전송하고, EcoCOPs서버(40)는 센싱 보고 주기 변경에 대한 요청을 게이트웨이(20)를 통하여 센서 노드(10)로 전송한다.

도 1은 센서 노드(10)가 sleep상태가 아닌 경우를 도시한 것으로, 센서 노드(10)는 RF 수신을 위하여 Listening 상태로 켜져 있는 경우를 나타낸다.

센서 노드(10)는 센싱 보고 주기 변경 요청에 따라, 설정 업데이트를 수행하고, 변경 요청에 대한 응답을 게이트웨이(20)를 통하여 EcoCOPs 서버(40)로 전송한다.

EcoCOPs서버(40)는 커맨드를 보낸 사용자 단말(50)로, 커맨드에 대한 응답을 전송하게 된다.

그러나, 저전력방법을 적용한 무선 센서 네트워크의 경우, 명령어가 전달되는 시점에 센서 노드의 상태가 중요한 요소로써 고려되어야 한다.

만약 센서 노드가 Wake-up 상태라면, 도 1에 도시한 예와 같이, 서버가 송신한 명령어를 수신하여 처리하는 것이 가능하다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 노드(10)의 상태가 sleep 상태인 경우, 저전력방법이 적용된 무선 센서네트워크에 명령어가 전달되면 센서 노드(10)가 sleep상태임에 따라, 게이트웨이(20)가 명령어를 송신했을 때, 센서 노드(10)는 이를 수신하지 못하여 응답도 보내지 못하게 된다.

이러한 경우, 게이트웨이(20)는 일정 시간이 지난 후에 전송을 재시도 하며, 수 차례 전송을 시도 후에 실패 응답만을 서버(40)로 전송하게 된다.

이러한 문제점으로 인하여, 서버와 양방향 통신을 요구하는 경우에는 센서 노드의 저전력 적용을 포기하는 경우가 많다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저전력방법을 적용한 센서 노드의 상태가 wake-up 된 후에, 서버가 명령어를 송신하는 명령어 처리 방법을 제안한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 관리 서버를 포함하는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3에 따르면, 센싱 설정 변경 커맨드를 전송하는 사용자 단말(모바일 기기 500a, UI 클라이언트 500b), 게이트웨이(200)를 통하여 센서 노드(100)의 wake-up 메시지를 수신한 경우, 설정 변경 명령어를 전송 처리하는 관리 서버(400)를 포함하여 구성된다.

도 3에 도시된 각 구성요소 간의 송수신 과정은 아래 도 4 내지 도 6을 통하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 과정을 나타내는 도면이다.

사용자 단말(500)은 센싱 보고 주기 변경 명령을 관리 서버(400)로 전송하고, 관리 서버(400)는 명령어를 즉시 처리 하지 않고, 이를 명령어 대기 큐에 등록한다.

센서 노드(100)로부터 wake-up 상태를 알리는 메시지(Alive message) 및 센싱 데이터가 게이트웨이(200)를 통하여 관리 서버(400)로 전송되면, 관리 서버(400)는 명령어 대기 큐에서 해당 센서 노드(100)로 전달할 명령어가 있는지 검색하여, 이를 게이트웨이(200)를 통하여 해당 센서 노드(100)로 전송한다.

센서 노드(100)는 센싱 보고 주기 변경 명령에 따라 설정을 업데이트하고, 업데이트에 대한 응답을 게이트웨이(200)를 통하여 관리 서버(400)로 전송한다.

관리 서버(400)는 이러한 응답을 수신한 경우, 명령을 전송한 사용자 단말(500)로 명령에 대한 응답을 전송하게 된다.

즉, 명령어 대기 큐(Queue)에 등록되어 대기중인 명령어는, 게이트웨이(200)로부터 센서 노드(100)의 wake-up 상태를 알리는 메시지(Alive message)를 전달받은 후에 게이트웨이(200)로 전달된다.

센서 노드(100)는 wake-up을 한 후 센싱을 수행하여 센싱 정보(Sensing Data)를 보고하고, 게이트웨이(200)는 이러한 센서 노드(100)의 wake-up 상태를 알리는 메시지(Alive message)를 관리 서버(400)로 전송한 후, 수신한 센서 노드(100)의 메시지를 차례로 관리 서버(400)로 전송한다.

관리 서버(400)는 센서 노드(100)의 wake-up 상태 알림 메시지(Alive message)를 수신하면, 명령어 대기 큐에서 해당 센서 노드(100)로 전달할 명령어가 있는지 검색하여, 이를 게이트웨이(200)로 전송한다.

해당 명령어는 게이트웨이(200)를 거쳐서 센서 노드(100)로 전송되며, 관리 서버(400)는 이어서 수신되는 센싱 정보들을 데이터베이스화하여 관리한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서버의 기능 모듈을 나타내는 도면이다.

도 5에 따르면, 서버(420)는 UI를 통하여 명령어를 수신하고, 사용자 뷰(view)를 제공하는 UI 데이터 처리 모듈(421)과, 무선 센서네트워크와 연결되어 메시지를 수신하고, 이를 전달하는 USN 데이터 처리 모듈(424)과, 무선 센서네트워크에 포함되는 센서 노드, 게이트웨이의 장치 정보 및 센싱 정보를 수집하여 관리하고, USN 데이터 처리모듈(424)로부터 수신한 메시지를 관리하는 데이터베이스 처리 모듈(422) 및 센싱 설정 변경 메시지를 수신하고, 센서 노드의 웨이크업(wake-up) 상태를 알리는 메시지를 수신한 경우 명령어 대기 큐(Queue)에서 전달할 명령어가 있는지 검색하여 이를 전송하는 명령어 처리 모듈(423)을 포함하여 구성된다.

UI 데이터 처리 모듈(421)은 모니터링 시스템의 구성요소, 즉 도 3에 도시된 UI 클라이언트(500b) 혹은 모바일 기기(500a)와의 연결을 제공하고, 사용자가 UI를 통해 요구한 명령어를 수신하는 기능을 담당하며, 사용자가 원하는 뷰(view)를 제공하는 서비스를 담당하는 모듈이다.

USN 데이터 처리 모듈(424)은 무선 센서네트워크와의 연결을 제공하고, 무선 센서네트워크로부터의 메시지를 수신하여, 데이터베이스로 전달해주는 기능을 담당하고, 서버의 명령어 처리 모듈(423)로부터 수신한 메시지를 무선 센서네트워크로 전달해주는 기능을 담당한다.

데이터베이스 처리 모듈(422)은 무선 센서네트워크의 센서 노드, 게이트웨이 등의 장치 정보와 센싱 정보를 수집하여 관리하며, USN 데이터 처리 모듈(424)로부터 수신한 메시지를 전달받아 관리한다.

사용자 단말이 명령어(본 발명의 예시에 따르면, 센싱 주기 변경 명령임)를 전송한 후, 센서 노드에 명령어가 도착하여 반영되는 시점은, 센서 노드가 일정 주기가 도달하여 wake-up 한 후에 센싱 정보를 수집하여 보고한 뒤의 시점이다.

센서 노드는 게이트웨이를 통하여 수신된 명령어에 따라 센싱 주기를 변경한 후에 sleep 상태가 되므로, sleep이후 다시 wake-up 하는 시점부터 변경된 주기를 따르게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서 주기 변경례를 나타내는 도면이다.

도 6에 따르면, 특정 센서노드(0x01, 100a)에 대한 센싱 주기변경 명령이 설정 및 적용되는 단계를 시간과 함께 예시한다.

도 6을 통한 예시에서는 사용자의 명령어 요구 시점은 10시10분이나, 특정 센서 노드(100a)에 도달하여 설정되고, 관리 서버(400)의 데이터베이스(410)에 반영된 시점은 특정 센서 노드(100a)가 wake-up 상태가 되어 명령어를 전달받은 시점(10시 15분)으로부터 처리된다.

도6을 통한 예시에서는, 무선 통신 시간 및 게이트웨이, 서버의 처리 시간은 별도로 고려하지 않고 계산되었다.

UI 클라이언트(500b)는 관리 서버(400)로, 특정 센서 노드(100a)의 센싱 주기 변경을 요청한다.

전술한 바와 같이, 관리 서버(400)는 특정 센서 노드(100a)의 센싱 주기를 90분으로 변경하라는 요청을 수신하나, 이러한 명령을 즉시 처리하지 않고, 이를 명령어 대기 큐에 등록한다.

특정 센서 노드(100a)는 기존의 센싱 주기 60분에 따라, 10시 15분에 웨이크 업 상태가 된다.

특정 센서 노드(100a)로부터 웨이크 업 상태를 알리는 메시지를 수신한 게이트웨이(200)는, 이를 관리 서버(400)로 전달한다.

관리 서버(400)는 메시지 수신에 따라, 해당 특정 센서 노드(100a)로 전달할 명령어가 있는지 검색하여, 이를 게이트 웨이(200)로 전송하고, 게이트웨이(200)는 이를 특정 센서 노드(100a)로 전달한다.

특정 센서 노드(100a)는 센싱 주기 변경 명령을 수신하여, 설정을 업데이트 한 후, Sleep 상태가 된다.

해당 명령에 대한 응답을 특정 센서 노드(100a)로부터 수신한 게이트웨이(200)는 이를 관리 서버(400)로 전송하고, 관리 서버(400)는 특정 센서 노드(100a)의 속성 정보를 데이터 베이스(410)에 업데이트한다.

특정 센서 노드(100a)는 Sleep 이전에 센싱 주기 변경 명령에 따라 설정을 업데이트하였으므로, 본 실시예에 따르면 Sleep 상태가 된 10시 15분으로부터 90분 후에 그 주기에 도달하여 웨이크 업 상태가 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 명령어를 즉시 처리하지 않고 대기 큐에 등록한 후, 해당 센서 노드(100a)로부터 웨이크 업 상태를 알리는 메시지를 수신한 경우 명령어를 전송 처리함으로써, 게이트웨이(200)를 통한 불필요한 리퀘스트의 재전송을 방지하고, 하향 트래픽의 신뢰성을 확보하는 효과가 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 센서 노드 20: 게이트웨이
40: EcoCOPs 서버 50: 사용자 단말
100: 센서 노드 200: 게이트웨이
300: 인터넷(이더넷) 400: 관리 서버
410: 데이터베이스 420: 서버
421: UI 데이터 처리 모듈 422: 데이터베이스 처리 모듈
423: 명령어 처리 모듈 424: USN 데이터 처리 모듈
500a: 모바일 기기 500b: UI 클라이언트

Claims (1)

1. (a) 센싱 설정 변경 메시지를 수신하는 단계;
   (b) 센서 노드가 전송한 웨이크업 상태 알림 메시지의 수신 여부를 확인하는 단계; 및
   (c) 상기 웨이크업 상태 알림 메시지가 수신되는 경우, 상기 센싱 설정 변경 메시지에 따른 명령어를 명령어 대기 큐에서 검색하여, 이를 전송하는 단계
   를 포함하는 저전력 무선 센서네트워크에서의 명령어 처리 방법.

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