KR20170092241A - METHOD OF LOAD BALANCING AND ROUTING IN WIRELESS SENSOR NETWORKS BASED ON IoT - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사물인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법 및 이를 위한 효율적인 부하 균등화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a routing method of a wireless Internet-based sensor network and an efficient load balancing method therefor.
최근 기기간의 능동적인 통신이 대두되면서 사물 인터넷의 중요성이 강조되고 있다. 사물 인터넷은 기존의 인터넷에 연결되어있던 기기들뿐만 아니라 그렇지 않은 기기까지 고유의 주소를 부여받고 통신에 참여하는 구조로서, 새로운 통신 라우팅 기법이 요구된다. Recently, the importance of Internet of things has been emphasized because of active communication between devices. The Internet of objects requires a new communication routing technique as a structure that not only has devices connected to the existing Internet but also devices that do not have a unique address and participates in communication.
사물 인터넷은 다양한 네트워크가 연동되는 환경이며, 무선 센서 네트워크가 그 핵심 역할을 하고 있다. 따라서, 무선 센서 네트워크의 라우팅 기법 중 하나인, 하나인 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) 프로토콜을 이용하면, 센서 노드간 에너지 소모의 불균형을 해소하는 동시에 네트워크 수명을 연장할 수 있을 것으로 기대된다. The Internet is an environment where various networks are interlocked, and wireless sensor networks play a key role. Therefore, using LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) protocol, which is one of the routing methods of wireless sensor networks, it is expected that it will solve the unbalance of energy consumption among sensor nodes and extend network life.
그러나, 사물 인터넷 환경은 센싱 정보에서 멀티미디어 정보에 이르기까지 데이터의 형태와 크기가 다양하다. 따라서, 작은 크기의 센싱 정보만을 전달하는 것을 가정으로 연구된 기존의 무선 센서네트워크의 라우팅 기법을 그대로 적용하기에는 무리가 있다. However, the Internet environment of objects has various forms and sizes of data ranging from sensing information to multimedia information. Therefore, it is difficult to apply the routing technique of the existing wireless sensor network, which has been studied on the assumption that only small sensing information is transmitted.
구체적으로, LEACH 프로토콜을 사물 인터넷에 적용할 경우, 각 클러스터의 멤버의 숫자가 확률적으로 결정되게 되며, 순간적으로 많은 멤버가 할당된 클러스터의 헤드에서는 버퍼의 유한성이 문제가 되어 데이터의 손실율이 증가하게 된다. Specifically, when the LEACH protocol is applied to the Internet of objects, the number of members in each cluster is determined stochastically. In the head of a cluster in which many members are instantly allocated, the buffer finite becomes a problem, .
따라서, 사물 인터넷 환경에서, 센서 노드간 에너지 소모의 불균형 및 부하의 불균등성을 해결할 수 있는 라우팅 기술이 필요하다.,Therefore, in the Internet environment of objects, routing technology that can solve the unbalance of energy consumption and load unevenness between sensor nodes is needed.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 10-2012-0113064호(발명의 명칭: 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템 및 클러스터 네트워크 구축 방법)는 센서 네트워크 구성과 외부 네트워크간의 게이트웨이 역할을 수행하는 코디네이터; 센서노드의 데이터를 이웃 노드 또는 코디네이터로 라우팅하는 고성능 라우터; 및 고성능 라우터의 인접 노드는 클러스터 헤더로 동작하고, 비인접 노드는 클러스터 헤더의 하위 노드로 동작하는 저전력 라우터를 포함하고, 클러스터 헤더는 코디네이터, 고성능 라우터 및 클러스터 헤더를 포함하는 상위 네트워크와 클러스터 헤더 및 클러스터 헤더의 하위 노드를 포함하는 클러스터 네트워크의 브릿지 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템을 개시하고 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0113064 (entitled "Low-power Sensor Network System and Cluster Network Establishment Method Through Cluster Network Construction") relates to a coordinator that acts as a gateway between a sensor network configuration and an external network; A high performance router for routing data from the sensor node to a neighboring node or a coordinator; And a non-adjacent node includes a low-power router operating as a lower node of the cluster header, and the cluster header includes an upper network including a coordinator, a high-performance router, and a cluster header, And a bridge of a cluster network including a lower node of the cluster header.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 클러스터 기반 라우팅에서 센서 노드의 위치 정보를 고려하고 각 클러스터의 멤버 숫자를 결정적(deterministic)인 방법으로 정하여, 부하의 균등성을 보장하는 라우팅 방법을 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a routing method that considers location information of a sensor node in cluster-based routing, determines the number of members in each cluster by a deterministic method, .
또한, 싱크 노드와 센서 노드간의 최초 커뮤니케이션을 통하여 GPS 등과 같은 추가적인 장비나, 또는 각각의 센서 노드에 자신의 위치정보를 미리 모두 입력하는 등의 추가적인 구성없이 효율적으로 근사적인 위치를 파악하는 방법을 제공하고자 한다. In addition, through the initial communication between the sink node and the sensor node, a method of efficiently locating an approximate position without additional configuration such as additional equipment such as GPS, or inputting the position information of each sensor node to each sensor in advance is provided I want to.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드는 네트워크 통신 모듈, 및 네트워크 통신 모듈의 동작을 제어하는 프로세서를 포함한다. 이때, 프로세서는 네트워크 통신모듈을 통하여, 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터, 복수의 센서 노드 중 제 1 센서 노드를 기준으로 기설정된 거리내에 있는 주변 센서 노드와 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 수신하고, 이격 거리 정보를 이용하여, 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택한 후, 싱크 노드, 센터 노드, 및 버텍스 노드의 위치를 이용하여, 복수의 센서 노드 각각의 위치를 산출 하고, 산출된 센서 노드의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하여, 복수의 센서 노드 각각으로 클러스터링 정보를 송신하되, 각각의 클러스터에는 복수의 센서 노드 중, 동일한 개수의 센서 노드가 할당되도록 하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a sink node of an Internet-based wireless sensor network including a network communication module and a processor for controlling operations of the network communication module. At this time, the processor transmits, from the plurality of sensor nodes existing in the field of the wireless sensor network, the peripheral sensor nodes within a predetermined distance based on the first sensor node among the plurality of sensor nodes, The center node and the vertex node are selected from among the plurality of sensor nodes using the separation distance information and then the positions of the sink node, the center node, and the vertex node are used And generating clustering information for each of the plurality of sensor nodes, wherein each of the plurality of sensor nodes includes a plurality of sensor nodes, The same number of sensor nodes are allocated among the sensor nodes.
본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드 및 복수의 멤버 노드를 포함하고, 프로세서는 수신부를 통하여, 클러스터 헤드 노드로부터 복수의 멤버 노드로부터 수집된 데이터를 수신한다. A cluster according to an embodiment of the present invention includes at least one cluster head node and a plurality of member nodes, and the processor receives data collected from the plurality of member nodes from the cluster head node via the receiving unit.
여기서, 클러스터링 정보는 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것이다. Here, the clustering information includes a transmission radius for transmitting the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, and the third advertisement message.
또한, 싱크 노드의 프로세서는 클러스터 내에 포함된 멤버 노드중 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리를 계산하여, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 전송 파워로 설정할 수 있다. Also, the processor of the sink node calculates the distance of two member nodes located farthest among the member nodes included in the cluster, and transmits the first advertisement message, the second advertisement message, and the third advertisement message of the cluster head node Can be set to the transmission power for transmission.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드는 네트워크 필드의 상단 중앙에 위치한다.The sink node according to an exemplary embodiment of the present invention is located at the upper center of the network field.
또한, 싱크 노드의 프로세서는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수에 기초하여, 네트워크 필드의 정 중앙에 위치한 센서 노드를 센터 노드로 선택하며, 정사각형으로 가정한 네트워크 필드의 네 꼭지점에 위치한 센서 노드 중 어느 하나를 버텍스 노드로 선택한다.The processor of the sink node selects a sensor node located at the center of the network field as a center node based on the number of times of reception of the second advertisement message and selects one of the sensor nodes located at four vertices of the network field assuming a square As a vertex node.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드는 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터 수신된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 실제 이격 거리 정보가 저장되는 메모리를 더 포함할 수 있다. In addition, the sink node according to an embodiment of the present invention may further include a memory in which information on the number of times of reception of the second advertisement message received from the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field and actual distance information is stored.
본 발명의 다른 측면에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서, 싱크 노드의 동작 방법은, 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터, 복수의 센서 노드 중 제 1 센서 노드를 기준으로 기설정된 거리내에 있는 주변 센서 노드와 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 수신하는 단계; 실제 이격 거리 정보를 이용하여, 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계; 싱크 노드, 센터 노드, 및 버텍스 노드의 위치를 이용하여, 복수의 센서 노드 각각의 위치를 산출하는 단계; 산출된 복수의 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계; 및 복수의 센서 노드 각각으로 클러스터링 정보를 송신하는 단계를 포함한다. 이때, 클러스터를 생성하는 단계는 각각의 클러스터에 복수의 센서 노드 중, 동일한 개수의 센서 노드가 할당되도록 하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for operating a sink node in an Internet-based wireless sensor network, comprising the steps of: receiving, from a plurality of sensor nodes existing in a wireless sensor network field, Receiving actual distance information of the first sensor node and the surrounding sensor node in the first sensor node; Selecting a center node and a vertex node among the plurality of sensor nodes using the actual distance information; Calculating positions of each of the plurality of sensor nodes using the positions of the sink node, the center node, and the vertex node; Generating at least one cluster based on the position value of each of the plurality of calculated sensor nodes; And transmitting the clustering information to each of the plurality of sensor nodes. At this time, in the step of creating a cluster, the same number of sensor nodes are allocated to each cluster from among a plurality of sensor nodes.
이때, 산출된 센서 노드의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드 및 복수의 멤버 노드를 포함하는 클러스터를 생성하는 것이다. At this time, based on the calculated position value of the sensor node, generating at least one cluster is to create a cluster including at least one cluster head node and a plurality of member nodes.
또한, 클러스터 헤드 노드로부터 복수의 멤버 노드로부터 수집된 데이터를 수신하는 단계를 더 포함한다. The method also includes receiving data collected from the plurality of member nodes from the cluster head node.
이때, 클러스터링 정보는 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것이다. At this time, the clustering information includes the transmission radius for transmitting the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, and the third advertisement message.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법은, 클러스터 내에 포함된 멤버 노드중 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리를 계산하여, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 전송 파워로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, a method of operating a sink node according to an exemplary embodiment of the present invention calculates a distance between two member nodes located farthest among member nodes included in a cluster, and calculates a distance between a first advertisement message, a second advertisement message, And setting transmission power for transmission of any one of the third advertisement messages.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수에 기초하여, 네트워크 필드에서 상대적으로 가장 중앙에 위치한 센서 노드를 센터 노드로 선택하거나, 또는 정사각형 모양의 네트워크 필드의 네 꼭지점 자리에 위치한 센서 노드 중 어느 하나를 버텍스 노드로 선택하는 것이다. In addition, in the method of operating a sink node according to an embodiment of the present invention, the step of selecting a center node and a vertex node may be based on the number of times of reception of the second advertisement message, The center node is selected as the center node, or the sensor node located at the four vertexes of the square network field is selected as the vertex node.
또한, 싱크 노드, 센터 노드 및 버텍스 노드의 위치에 기초하여 모든 센서 노드의 위치를 산출하는 단계는 싱크 노드, 센터 노드, 및 버텍스 노드의 위치 및 각 센서 노드 사이의 거리를 기반으로 삼변 측량법을 이용하여, 네트워크 필드에 존재하는 모든 센서 노드의 위치를 산출하는 것이다. Also, the step of calculating the position of all the sensor nodes based on the positions of the sink node, the center node, and the vertex node may be performed by using a trilateration method based on the positions of the sink node, the center node, and the vertex node, And calculates the positions of all the sensor nodes existing in the network field.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법은, 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터 수신된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 실제 이격 거리 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of operating a sink node according to an embodiment of the present invention may further include storing information on the number of times of receiving a second advertisement message received from a plurality of sensor nodes existing in a wireless sensor network field and actual distance information have.
또한, 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계는 산출된 복수의 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, k개의 클러스터 헤드를 선출 하는 단계; 센서 필드를 가로로 W개의 구역, 세로로 H개의 구역으로 나누는 단계; 복수의 센서 노드를 y좌표를 기준으로 정렬하고, H개의 그룹으로 나누는 단계; 및 H 등분 된 그룹을 각각 x좌표 기준으로 정렬하고, W등분하여 총 k 개의 센서 노드 그룹을 생성하는 단계를 포함하는 것이다. In addition, the step of generating at least one cluster based on the position value of each of the sensor nodes includes the steps of: selecting k cluster heads based on the calculated position values of the plurality of sensor nodes; Dividing the sensor field into W zones horizontally and H zones vertically; Arranging a plurality of sensor nodes on the basis of y coordinates and dividing the sensor nodes into H groups; And H equally divided groups are sorted on the basis of the x coordinate and divided by W to generate a total of k sensor node groups.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 제 1 센서 노드는 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 송출 반경을 가지는 제 1 광고 메시지와 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 의 송출 반경을 가지는 제 2 광고 메시지를 송출하는 네트워크 통신 모듈, 및 네트워크 통신 모듈의 동작을 제어하는 프로세서를 포함한다. 이때, 프로세서는 네트워크 통신모듈을 통하여, 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드 중, 제 1 센서 노드를 기준으로 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 거리내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 제 1 광고 메시지를 수신하고, 제 1 광고 메시지를 이용하여, 복수의 주변 센서 노드와 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 산출하고, 제 1 센서 노드를 기준으로 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 거리내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 제 2 광고 메시지를 수신하고, 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하여, 산출된 이격 거리 정보 및 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 포함하는 제 3 광고 메시지를 외부로 전송하는 것이다. According to another aspect of the present invention, a first sensor node of a wireless Internet-based sensor network includes a first advertisement message having a transmission radius of a diagonal length of a wireless sensor network field, A network communication module for transmitting a second advertisement message having a radius, and a processor for controlling the operation of the network communication module. At this time, the processor transmits, through the network communication module, a plurality of neighboring sensor nodes within a distance of the diagonal length of the wireless sensor network field from the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field, And calculates the actual distance information of the plurality of neighboring sensor nodes and the first sensor node based on the first advertisement message, A second advertisement message is received from a plurality of neighboring sensor nodes within a distance and a third advertisement message including the calculated distance information and the number of times of receipt of the second advertisement message is counted, .
여기서, 클러스터링 정보는 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경을 포함한다. Here, the clustering information includes a transmission radius for transmitting the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, and the third advertisement message.
따라서, 프로세서는 클러스터의 구성 정보에 따라, 센서 노드의 동작 모드를 선택하되, 센서 노드의 동작 모드는 클러스터 헤드 노드 및 멤버 노드 중 어느 하나일 수 있다. Therefore, the processor selects the operation mode of the sensor node according to the configuration information of the cluster, and the operation mode of the sensor node may be any of the cluster head node and the member node.
이때, 제 1 센서 노드가 클러스터 헤드 노드 모드로 동작하는 경우, 프로세서는 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 복수의 멤버 노드로부터 데이터를 수신한 후, 제 1 센서 노드의 데이터와 함께 수신된 데이터를 압축하여 싱크 노드로 전송한다. In this case, when the first sensor node operates in the cluster head node mode, the processor receives data from a plurality of member nodes existing in the cluster including the first sensor node, The data is compressed and transmitted to the sink node.
또는, 제 1 센서 노드가 멤버 노드 모드로 동작하는 경우, 프로세서는 제 1 센서 노드의 데이터를 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 클러스터 헤드 노드로 전송한다. Alternatively, when the first sensor node operates in the member node mode, the processor transmits the data of the first sensor node to the cluster head node existing in the cluster including the first sensor node.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서 제 1 센서 노드의 동작 방법은, 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 송출 반경을 가지는 제 1 광고 메시지 및 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 의 송출 반경을 가지는 제 2 광고 메시지를 송출하는 단계; 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드 중, 제 1 센서 노드를 기준으로 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 거리내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 제 1 광고 메시지를 수신하고, 제 1 광고 메시지를 이용하여, 복수의 주변 센서 노드와 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 산출하는 단계; 제 1 센서 노드를 기준으로 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 거리내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 제 2 광고 메시지를 수신하고, 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하는 단계; 산출된 이격 거리 정보 및 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 포함하는 제 3 광고 메시지를 싱크 노드로 전송하는 단계; 및 싱크 노드로부터 클러스터링 정보를 수신하고 클러스터링 정보에 따라, 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for operating a first sensor node in an Internet-based wireless sensor network, comprising the steps of: receiving a first advertisement message having a transmission radius of a diagonal length of a wireless sensor network field, Transmitting a second advertisement message having a transmission radius of 1/2 of the first advertisement message; A method for receiving a first advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a distance of a diagonal length of a wireless sensor network field based on a first sensor node among a plurality of sensor nodes existing in a wireless sensor network field, Calculating actual spacing distance information of the plurality of peripheral sensor nodes and the first sensor node; Receiving a second advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a half of the diagonal length of the wireless sensor network field based on the first sensor node and counting the number of times the second advertisement message is received; Transmitting the third advertisement message including the calculated distance information and the number of times the second advertisement message is received to the sink node; And receiving the clustering information from the sink node and transmitting the data according to the clustering information.
이때, 클러스터링 정보는 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경을 포함한다.At this time, the clustering information includes the transmission radius for transmitting the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, and the third advertisement message.
따라서, 클러스터링 정보에 따라, 데이터를 전송하는 단계는 클러스터의 구성 정보에 따라 제 1 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계를 더 포함하되, 제 1 센서 노드의 동작 모드는 클러스터 헤드 노드 모드 및 멤버 노드 모드 중 어느 하나일 수 있다. According to the clustering information, the step of transmitting the data further includes selecting an operation mode of the first sensor node according to the configuration information of the cluster, wherein the operation mode of the first sensor node includes a cluster head node mode and a member node Mode. ≪ / RTI >
이때, 제 1 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계에서, 제 1 센서 노드가 클러스터 헤드 노드 모드로 선택되는 경우, 데이터를 전송하는 단계는 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 복수의 멤버 노드로부터 데이터를 수신한 후, 제 1 센서 노드의 데이터와 함께 수신된 데이터를 압축하여 싱크 노드로 전송한다. In this case, in the step of selecting the operation mode of the first sensor node, when the first sensor node is selected as the cluster head node mode, the step of transmitting data may include a step of transmitting a plurality of member nodes And transmits the data to the sink node by compressing the received data together with the data of the first sensor node.
또는, 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계에서, 제 1 센서 노드가 멤버 노드 모드로 선택되는 경우, 데이터를 전송하는 단계는 제 1 센서 노드의 데이터를 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 클러스터 헤드 노드로 전송한다. Alternatively, in the step of selecting the operation mode of the sensor node, when the first sensor node is selected as the member node mode, the step of transmitting data includes transmitting the data of the first sensor node to the first sensor node To the cluster head node.
전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 클러스터 기반 라우팅에서 노드의 위치 정보를 고려하고, 이를 바탕으로 클러스터의 개수, 각 클러스터의 멤버 숫자, 클러스터 내에서 헤드역할의 순서 등을 결정적(deterministic)인 방법으로 정함으로써, 부하의 균등성을 보장할 수 있다. According to any one of the above-mentioned means for solving the problems, the position information of the node is considered in the cluster-based routing, and the number of clusters, the number of members of each cluster, and the order of the head roles in the cluster are deterministic By the method, it is possible to guarantee the uniformity of the load.
또한, 싱크 노드와 센서 노드간의 최초 커뮤니케이션을 통하여, 추가적인 장비 또는 구성없이 효율적으로 근사적인 위치를 파악하는 것이 가능하다. Also, through the initial communication between the sink node and the sensor node, it is possible to efficiently approximate the position without additional equipment or configuration.
이에 따라, 클러스터 헤드가 일반 멤버 노드의 데이터를 수신하는 과정에서 발생할 수 있는 데이터의 손실을 감소시키는 효과가 있다. Thus, there is an effect of reducing data loss that may occur in the process of receiving data of the general member node by the cluster head.
또한, 일반 센서 노드의 메시지 송출 범위를 일정한 범위 이내로 제한하여 에너지 소비를 감소시키며, 전체적인 네트워크의 수명을 증가시키는 효과가 있다. In addition, the message transmission range of the general sensor node is limited within a certain range, thereby reducing energy consumption and increasing the overall service life of the network.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 포함되는 센서 노드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 센서 노드의 위치에 따른 제 1 광고 메시지의 수신 밀도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법을 상세히 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 버텍스 노드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 센서 노드의 위치에 기반한 클러스터링의 일례를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 성능 분석 결과를 살펴보기 위한 시물레이션 설정값을 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서 각 라운드마다 잔여 에너지가 존재하는 센서 노드의 숫자를 파악하여 네트워크 수명을 비교한 결과를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서 특정 라운드에 각 클러스터의 멤버 수를 비교한 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 전체적인 손실률의 변화를 도시하고 있는 그래프이다.FIG. 1 is a schematic view of a sensor node included in a wireless Internet-based sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 shows the reception density of a first advertisement message according to the location of each sensor node according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a sink node according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of operating a sink node according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of setting a vertex node according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 7 illustrates an example of clustering based on the location of a sensor node of a sink node according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a simulation setting value for examining a performance analysis result of a matter-based Internet-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of routing a wireless Internet based sensor network according to an embodiment of the present invention and a number of sensor nodes having residual energy for each round in a wireless Internet based sensor network using a conventional LEACH protocol, And the results of comparing the life span.
10 is a graph illustrating a result of comparing the number of members of each cluster in a specific round in a wireless Internet based wireless sensor network using a conventional LEACH protocol and a routing method of a wireless Internet based sensor network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating a change in the overall loss rate of a wireless Internet-based wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention and a wireless Internet-based wireless sensor network using a conventional LEACH protocol.
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 생략하였다.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 explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted.
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.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. In this specification, the term " part " includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized by using both. Further, one unit may be implemented using two or more hardware, or two or more units may be implemented by one hardware.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다. In this specification, some of the operations or functions described as being performed by the terminal or the device may be performed in the server connected to the terminal or the device instead. Similarly, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed on a terminal or device connected to the server.
본 발명의 일 실시에에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크는, 센서 노드들이 배치된 공간을 의미하는 네트워크 필드와 외부 망을 연결하는 싱크 노드로 구성될 수 있다. 이때, 센서 노드들은 네트워크 필드에서 산발적으로 분포되어 있다. The object-based wireless sensor network according to one embodiment of the present invention may be composed of a network field indicating a space where sensor nodes are arranged and a sink node connecting an external network. At this time, the sensor nodes are sporadically distributed in the network field.
랜덤하게 분포된 센서 노드는 다양한 환경 파라미터를 감지하기 위해 온도, 습도, 및 압력 등과 같은 물리량을 측정하여, 데이터를 수집하고, 네트워크 통신 모듈을 통해, 수집된 데이터를 싱크 노드로 전송한다. The randomly distributed sensor nodes measure physical quantities such as temperature, humidity, and pressure to sense various environmental parameters, collect data, and transmit the collected data to the sink node via a network communication module.
싱크 노드는 무선 센서 네트워크의 센서 노드들을 관리하고 제어하며, 센서 노드들이 감지한 데이터를 수집한다. 또한, 싱크부로부터 데이터를 수신하고, 이를 적절한 센서 노드로 보내는 역할을 수행할 수 있다.The sink node manages and controls the sensor nodes of the wireless sensor network, and collects the data sensed by the sensor nodes. Also, it can receive data from the sink unit and send it to the appropriate sensor node.
여기서, 네트워크는 단말 및 서버와 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 3GPP(3rd generation partnership project) 네트워크, LTE(long term evolution) 네트워크, WIMAX(world interoperability for microwave access) 네트워크, 인터넷(internet), LAN(local area network), Wireless LAN(Wireless local area network), WAN(wide area network), PAN(personal area network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(digital multimedia broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.Here, the network means a connection structure in which information can be exchanged between each node such as a terminal and a server. An example of such a network is a 3rd generation partnership project (3GPP) network, a long term evolution (LTE) network, a WIMAX world interoperability for microwave access networks, internet, local area network (LAN), wireless local area network (WLAN), wide area network (WAN), personal area network (PAN), bluetooth network, Broadcast networks, analog broadcast networks, digital multimedia broadcasting (DMB) networks, and the like.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 네트워크 필드를 정사각형으로 가정하고, 네트워크 필드의 한변의 정 중앙에 싱크 노드가 배치된 사물 인터넷 기반무선 센서 네트워크 시스템을 가정한다. 이때, 전술한 바와 같이, 복수의 센서 노드는 랜덤하게 배치된 것일 수 있다. On the other hand, in an embodiment of the present invention, it is assumed that a network is a square and a sink node is disposed at a center of one side of a network field. At this time, as described above, the plurality of sensor nodes may be randomly arranged.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 더욱 상세히 설명하도록 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 포함되는 센서 노드를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of a sensor node included in a wireless Internet-based sensor network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드(100)는 네트워크 통신 모듈(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a
먼저, 센서 노드(110)의 네트워크 통신 모듈은 송신부(112) 및 수신부(114)를 포함한다. First, the network communication module of the
센서 노드(100)는 네트워크 통신 모듈(110)의 송신부(112)를 통하여, 제 1 광고(advertisement1, ADV1) 메시지, 제 2 광고 메시지(advertisement2, ADV2), 및 제 3 광고 메시지(advertisement3, ADV3)를 송출한다. 이때, 제 1 광고 메시지의 송출 반경은 네트워크 필드의 대각선 길이이고, 제 2 광고 메시지의 송출 반경은, 제 1 광고 메시지 송출 반경의 1/2 이다. The
또한, 센서 노드(100)는 네트워크 통신모듈(110)의 수신부(114)를 통하여, 해당 센서 노드가 존재하는 무선 센서 네트워크 필드의 위치와 상관없이 주위에 존재하는 다른 센서 노드로부터 제 1 광고 메시지 및 제 2 광고 메시지를 수신할 수 있다.The
구체적으로, 센서 노드(100)는 네트워크 필드 내에 존재하는 모든 센서 노드로부터 제 1 광고 메시지를 수신하며, 해당 센서 노드를 기준으로 무선 센서 네트워크 필드의 대각 선 길이의 1/2 반경 내에 존재하는 센서 노드(100)들로부터 제 2 광고 메시지를 수신할 수 있다. Specifically, the
센서 노드(100)의 메모리(120)에는 싱크 노드(200)로 전송될 데이터 및 해당 센서 노드를 제외한 다른 주변 센서 노드로부터 수신된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 등이 저장될 수 있다. The
여기서, 메모리(120)는 컴퓨터 저장 매체중의 하나로서 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 저장장치는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치, 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억장치 등을 포함할 수 있다.Herein, the
센서 노드(100)의 프로세서(130)는 해당 센서 노드와 주위에 존재하는 다른 센서 노드와의 사이의 거리를 산출할 수 있다. 또한, 센서 노드(100)는 산출된 해당 센서 노드와 다른 센서 노드 사이의 거리 및 해당 센서 노드의 위치 및 해당 센서 노드의 식별 정보를 포함하는 제 3 광고 메시지를 네트워크 통신 모듈(110)의 송신부(112)를 통하여 싱크 노드(200)로 전송할 수 있다. The
센서 노드(100)의 프로세서(130)는 싱크 노드(200)로부터 클러스터링 정보를 수신하고, 수신된 클러스터링 정보에 의하여, 각 라운드마다 해당 센서 노드가 라우팅 과정에서 멤버 노드로 참여할 것인지 또는 클러스터 헤드 노드로 참여할 것인지 판별할 수 있다. The
즉, 클러스터링 정보에는 클러스터 내에 포함되는 클러스터 헤드 노드, 멤버 노드 및 각 라운드마다 결정되는 클러스터 헤드 노드의 선출 순서 등이 포함될 수 있다. That is, the clustering information may include a cluster head node included in the cluster, a member node, and a selection order of cluster head nodes determined for each round.
따라서, 센서 노드(100)가 멤버 노드로서 라우팅 과정에 참여하는 경우, 센서 노드(100)의 프로세서(130)는 클러스터링 정보에 포함된 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 수 있다. Accordingly, when the
반면, 센서 노드(100)가 클러스터 헤드 노드로서 라우팅 과정에 참여하는 경우에는, 센서 노드(100)의 프로세서(130)는 클러스터링 정보에 기초하여, 해당 클러스터에 포함된 멤버 노드로부터 데이터를 수신 한다. 이후, 수신된 복수의 데이터를 자신의 센싱 데이터와 함께 압축하여 싱크 노드(200)로 전송한다On the other hand, when the
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작 방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, an operation method of the sensor node according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 센서 노드의 위치에 따른 제 1 광고 메시지의 수신 밀도를 도시하고 있다. 3 shows the reception density of a first advertisement message according to the location of each sensor node according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작 방법은, 제1 광고 메시지 및 제 2 광고 메시지를 송출하는 단계(S110); 복수의 주변 센서 노드로부터 제 1 광고 메시지를 수신하여 해당 센서 노드와 주변 센서 노드 각각의 거리를 산출하는 단계(S120); 복수의 주변 센서 노드로부터 제 2 광고 메시지를 수신하고, 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하는 단계(S130); 제 3 광고 메시지를 싱크 노드로 전송하는 단계(S140); 및 싱크 노드로부터 클러스터링 정보를 수신하여, 데이터를 전송하는 단계(S150)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a method of operating a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention includes: transmitting (S 110) a first advertisement message and a second advertisement message; (S120) receiving a first advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes and calculating a distance between the corresponding sensor node and the neighboring sensor node; Receiving a second advertisement message from the plurality of neighboring sensor nodes and counting the number of times of reception of the second advertisement message (S130); Transmitting a third advertisement message to a sink node (S140); And receiving the clustering information from the sink node and transmitting the data (S150).
한편, 도 2에서 설명의 편의를 위하여 기준이 되는 센서 노드를 해당 센서 및 제 1 센서 노드로, 해당 센서 노드 주변에 위치하고, 해당 센서 노드와 초기에 데이터를 송수신하는 센서 노드는 주변 센서 노드로 구분지어 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에서, 해당 센서 노드 및 주변 센서 노드는 상대적인 개념을 설명하기 위한 것일 뿐이다. 다시 말해, 주변 센서 노드는 해당 센서 노드를 제외한 네트워크 필드 내에 존재하는 복수개의 센서 노드 중 어느 하나 일 수 있으며, 각각의 센서 노드의 구성은 도 1에 도시된 것과 동일하다.2, a sensor node serving as a reference and a sensor node serving as a first sensor node are located in the vicinity of the corresponding sensor node and transmit and receive data to and from the corresponding sensor node as a peripheral sensor node However, in an embodiment of the present invention, the corresponding sensor node and the neighboring sensor node are only for explaining the relative concept. In other words, the peripheral sensor node may be any one of a plurality of sensor nodes existing in the network field except the corresponding sensor node, and the configuration of each sensor node is the same as that shown in FIG.
이하, 상세한 설명에서, 기준이 되는 센서 노드는 해당 센서 노드로, 해당 센서 노드의 주변에 위치하는 센서 노드는 주변 센서 노드로 표기하도록 한다. 또한, 센서 노드는 해당 센서 노드 및 주변 센서 노드를 통칭하는 것이다. Hereinafter, in the detailed description, the reference sensor node is indicated by the corresponding sensor node, and the sensor node located in the vicinity of the corresponding sensor node is indicated by the surrounding sensor node. In addition, the sensor node collectively refers to the corresponding sensor node and the peripheral sensor node.
먼저, 제1 광고 메시지 및 제 2 광고 메시지를 송출하는 단계에서(S110), 해당 센서 노드는 네트워크 필드의 대각선 길이의 송출 반경으로 제 1 광고 메시지를 송출하고, 제 1 광고 메시지 송출 반경의 1/2반경으로 2 광고 메시지를 송출한다. First, in step S110, the sensor node transmits a first advertisement message with a transmission radius of a diagonal length of a network field, and transmits a first advertisement message to the first advertisement message, 2 sends a 2 advertisement message in a radius.
이어서, 복수의 주변 센서 노드로부터 제 1 광고 메시지를 수신하여 해당 센서 노드와 주변 센서 노드 각각의 거리를 산출하는 단계(S120)에서, 해당 센서 노드는 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 주변 센서 노드로부터 복수의 제 1 광고 메시지를 수신한 후, 수신된 제 1 광고 메시지를 이용하여, 해당 센서 노드와 주변 센서 노드 각각의 거리를 산출 할 수 있다. 예를 들어, 해당 센서 노드를 ni로 가정하고, 해당 센서 노드, ni가 복수의 주변 센서 노드 중 어느 하나인 nj로부터 제 1 광고 메시지를 수신한 경우, ni는 ni 와 nj 사이의 거리인 di, j를 산출할 수 있다. In step S120, the sensor node receives a first advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes and calculates a distance between the corresponding sensor node and the neighboring sensor node, The distance between the corresponding sensor node and the neighboring sensor node can be calculated using the received first advertisement message. For example, supposing the corresponding sensor node is n i , and the corresponding sensor node, n i , receives a first advertisement message from n j , which is one of a plurality of peripheral sensor nodes, n i is n i and n j The distance d i, j can be calculated.
다음으로, 복수의 주변 센서 노드로부터 제 2 광고 메시지를 수신하고, 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하는 단계(S130)에서, 해당 센서 노드는 복수의 주변 센서 노드로부터 제 2 광고 메시지를 수신하여, 수신된 제 2 광고 메시지를 카운팅 함으로써, 해당 센서 노드가 존재하는 위치를 파악할 수 있다. Next, in step S130 of receiving a second advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes and counting the number of times of reception of the second advertisement message, the corresponding sensor node receives a second advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes , And counts the received second advertisement message so that the location where the corresponding sensor node exists can be grasped.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 제 2 광고 메시지의 송출 반경은 제 1 광고 메시지의 1/2이기 때문에, 모든 센서 노드(100)가 네트워크 필드에 고르게 배치되었다고 가정하면, 해당 센서 노드가 네트워크 필드 중앙에 가깝게 위치할수록 복수의 주변 센서 노드로부터 수신하는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수가 증가할 것이다. 3, since the transmission radius of the second advertisement message is 1/2 of the first advertisement message, if it is assumed that all the
반대로, 해당 센서 노드가 네트워크 필드의 모서리에 위치할수록, 복수의 주변 센서 노드로부터 수신되는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수는 감소될 것이다. 즉, 네트워크 필드 내의 위치에 따른 해당 센서 노드의 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 분포, 즉 수신 밀도는 도 3에 도시된 바와 같을 수 있으며, 해당 센서 노드는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅 함으로써, 네트워크 필드 내에서 자신이 위치한 위치를 파악할 수 있다. Conversely, as the sensor node is located at the edge of the network field, the number of times of reception of the second advertisement message received from the plurality of peripheral sensor nodes will be reduced. That is, the reception frequency distribution, i.e., the reception density, of the second advertisement message of the corresponding sensor node according to the position in the network field may be as shown in FIG. 3. The sensor node counts the number of times of reception of the second advertisement message, It is possible to grasp the position where the user is located within the network field.
다음으로, 제 3 광고 메시지를 싱크 노드로 전송하는 단계(S140)에서, 해당 센서 노드는 해당 센서 노드를 기준으로 산출된 복수의 주변 센서 노드까지의 거리 및 해당 센서 노드에서 카운팅된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 포함하는 제 3 광고 메시지를 싱크 노드(200)로 전송한다. Next, in step S140 of transmitting the third advertisement message to the sink node, the corresponding sensor node calculates the distance to the plurality of neighboring sensor nodes calculated based on the corresponding sensor node, To the
마지막으로, 싱크 노드로부터 클러스터링 정보를 수신하여, 데이터를 전송하는 단계(S150)에서, 해당 센서 노드는 수신된 클러스터링 정보에 의하여, 해당 센서 노드가 멤버 노드 또는 클러스터 헤드 노드인지 판별할 수 있다. 이때, 클러스터링 정보에는 클러스터 헤드 노드, 멤버 노드 및 각 라운드마다 결정되는 클러스터 헤드 노드의 선출 순서 등의 정보가 포함될 수 있다. Finally, in step S150, the sensor node can determine whether the corresponding sensor node is a member node or a cluster head node by receiving the clustering information from the sink node in step S150. At this time, the clustering information may include information such as a cluster head node, a member node, and a selection order of cluster head nodes determined for each round.
다시 말해, 센서 노드(100)는 해당 센서 노드가 포함된 클러스터를 인식할 수 있고, 매 라운드마다 해당 클러스터 내에서 멤버 노드로 동작할 것인지 또는 클러스터 헤드 노드로 동작할 것인지 판단할 수 있다. 즉, 모든 센서 노드(100)는 클러스터 헤드 노드의 선출 순서에 따라서 멤버 노드 또는 클러스터 헤드 노드로 동작 할 수 있다. In other words, the
이때, 클러스터링 정보를 통하여, 해당 센서 노드가 멤버 노드로 판별되면, 해당 센서 노드는 클러스터링 정보에 포함된 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 수 있다. At this time, if the corresponding sensor node is determined as a member node through the clustering information, the corresponding sensor node can transmit data to the cluster head node included in the clustering information.
반면, 해당 센서 노드가 클러스터 헤드 노드로 판별될 경우, 해당 센서 노드는 클러스터링 정보에 기초하여, 해당 클러스터에 포함된 멤버 노드로부터 데이터를 수신 한다. 이후, 수신된 복수의 데이터를 자신의 센싱 데이터와 함께 압축하여 싱크 노드(200)로 전송한다. On the other hand, when the corresponding sensor node is determined to be a cluster head node, the corresponding sensor node receives data from the member nodes included in the cluster based on the clustering information. Then, the received data is compressed together with its own sensing data and transmitted to the
상술한 센서 노드(100)의 동작 방법에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드(200)는 네트워크 필드 내에 존재하는 모든 센서 노드(100)의 위치를 파악할 수 있다. 따라서, 각각의 센서 노드(100)의 위치를 기초로 클러스터를 구성한 후, 각각의 센서 노드(100)로 클러스터링 정보를 전송할 수 있다. 즉, 싱크 노드(200)는 주변에 위치하는 동일한 갯수의 센서 노드(100)들을 하나의 클러스터 내에 포함되도록 클러스터를 구성할 수 있다. According to the above-described method of operating the
이때, 클러스터에는 균일한 개수의 센서 노드(100)가 멤버 노드로 할당되어, 부하를 균등화 시킬 수 있다. 또한, 센서 노드(100)의 메시지 송출 범위를 일정한 범위 이내로 제한하여 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 따라서, 사물 인터넷 기반의 무선 센서 네트워크 환경에서, 데이터 손실율을 감소시키고 네트워크의 평균 수명을 향상 시키는 것이 가능하다. At this time, a uniform number of
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드(200)를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a sink node according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드(200)는 센서 노드(100)와 마찬가지로, 네트워크 통신 모듈(210), 메모리(220) 및 프로세서(230)를 포함할 수 있다. 4, a
싱크 노드(200)는 네트워크 통신 모듈(210)을 통해, 센서 노드(100)와 데이터를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 싱크 노드(200)의 네트워크 통신 모듈(210)은 송신부(212)를 통하여, 각각의 센서 노드(100)로 클러스터링 정보를 송신하며, 수신부(214)를 통하여 네트워크 내에 존재하는 적어도 하나의 센서 노드(100)로부터 데이터 및 해당 센서 노드와 주변 센서 노드간의 거리 정보를 수신한다. The
싱크 노드(200)의 메모리(220)에는 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드(100)로부터 수신된, 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및, 해당 센서 노드(100)를 기준으로 한, 복수의 주변 센서 노드사이의 거리 정보 등이 저장될 수 있다. The
싱크 노드(200)의 프로세서(230)는 네트워크 통신 모듈(210)을 통하여, 각각의 센서 노드(100)로부터 수신된 해당 센서 노드(100)의 위치 및 해당 센서 노드(100)를 기준으로 한 복수의 주변 센서 노드 간의 거리 정보를 이용하여, 네트워크 필드에 존재하는 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node, ncenter)(100A) 및 버텍스 노드(vertex node, nvertex)(100B1 ~ 100B4: 100B)를 선택할 수 있다. 여기서 센터 노드(100A)란 네트워크 필드 정 중앙에 가장 가깝게 위치한 센서 노드(100)를 말하며, 버텍스 노드(100B)란 네트워크 필드의 가장자리에 존재하는 센서 노드(100)를 말한다. The
이어서, 싱크 노드(200)의 프로세서(230)는 싱크 노드(200), 센터 노드(100A) 및 버텍스 노드(100B)의 위치에 기초하여 모든 센서 노드(100)의 위치를 산출 한 후, 산출된 위치 값에 기초하여 하나 이상의 클러스터를 생성할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 싱크 노드(200)의 프로세서(230)는 각각의 클러스터에 동일한 개수의 센서 노드(100)가 할당되도록, 각각의 센서 노드(100)의 위치를 기준으로 클러스터링을 수행한다. The
싱크 노드(200)의 프로세서(230)는 네트워크 통신 모듈(210)의 송신부(212)를 통하여 클러스터링 정보를 각각의 센서 노드(100)로 전송함으로써, 각각의 센서 노드(100)로 하여금 클러스터링 정보에 따라, 패킷 또는 데이터를 라우팅 하도록 할 수 있다. The
이때, 클러스터링 정보에는 클러스터 헤드 노드, 멤버 노드 및 각 라운드마다 결정되는 클러스터 헤드 노드의 선출 순서 등의 정보가 포함될 수 있다. At this time, the clustering information may include information such as a cluster head node, a member node, and a selection order of cluster head nodes determined for each round.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of operating a sink node according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 동작 방법을 상세히 설명하기 위한 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of operating a sink node according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드(200)의 동작 방법은, 적어도 하나의 센서 노드로부터 제 3 광고 메시지를 수신하는 단계(S210); 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계(S220); 싱크 노드, 센터 노드 및 버텍스 노드의 위치에 기초하여 모든 센서 노드의 위치를 산출하는 단계(S230); 산출된 위치 값에 기초하여 하나 이상의 클러스터를 생성하는 단계(S240); 각각의 센서 노드로 클러스터링 정보를 송신하는 단계(S250); 및 클러스터 헤드 노드로부터 데이터를 수신하는 단계(S260)를 포함한다. Referring to FIG. 5, a method of operating a
먼저, 적어도 하나의 센서 노드로부터 제 3 광고 메시지를 수신하는 단계(S210)에서, 싱크 노드(200)는 적어도 하나의 센서 노드(100)로부터 해당 센서가 수신한 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 해당 센서와 주변 센서 노드간의 거리 정보를 포함하는 제 3 광고 메시지를 수신한다. 이에 따라, 싱크 노드(200)는 싱크 노드(200) 자신의 위치 및 싱크 노드(200)와 각각의 센서 노드(100) 사이의 거리 정보를 획득할 수 있다. First, in step S210 of receiving a third advertisement message from at least one sensor node, the
이어서, 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계(S220)에서, 싱크 노드(200)는 제 3 광고 메시지를 이용하여 복수의 센서 노드 중에서 센터 노드(100A) 및 버텍스 노드(100B)를 선택한다.In step S220, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 버텍스 노드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating a method of setting a vertex node according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반의 무선 센서 네트워크에서, 네트워크 필드는 정사각형으로 일 수 있다. 또한, 네트워크 필드 상단 중앙에는 싱크 노드(200)가 위치하며, 센터 노드(100A)는 네트워크 필드의 정 중앙에 위치한다. Referring to FIG. 6, in the Internet based wireless sensor network according to the embodiment of the present invention, the network field may be square. Also, the
싱크 노드(200)는 복수의 센서 노드(100)중, 제 2 광고 메시지를 가장 많이 수신한 노드를 센터 노드로 선택하고 그 위치를 추측할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 필드의 크기가 200X200일 경우, 센터 노드(ncenter)의 위치는 (50, 50)로 추정할 수 있다. The
이어서, 싱크 노드(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 네개의 모서리 위치에 있는 센서 노드들 중 어느 하나를 선택하여 버텍스 노드(nvertex)로 선택할 수 있다. 이때, 싱크 노드(200)는 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 센서 노드(100)와 싱크 노드 (200)사이의 거리를 고려하여 버텍스 노드를 선택할 수 있다. Then, the
구체적으로, 싱크 노드(200)는 센터 노드를 중심으로 반지름(r)이 센터 노드에서 버텍스 노드 사이의 거리(dcenter, vertex)를 가지는 제 1 원을 그린다. 이때, 센터 노드 및 버텍스 노드 사이의 거리는 센서 노드(100)로부터 수신된 제 3 광고 메시지에 포함된 각각의 센서 노드 사이의 거리 정보인 dij로부터 획득될 수 있다. Specifically, the
이어서, 싱크 노드(200)를 중심으로 반지름이 싱크 노드(200)에서 버텍스 노드 사이의 거리를 가지는 제 2 원 및 2제 3 원을 그린다. 이때, 정사각형 필드 안에서 모서리에 존재하는 센서 노드(100) 중, 두 센서 노드는 싱크 노드(200)와 가깝게 위치하고, 나머지 두 센서 노드는 싱크 노드(200)로부터 멀리 위치하기 때문에, 반지름의 길이가 상대적으로 짧은 제 2 원 및 반지름의 길이가 상대적으로 긴 제 3 원이 그려질 수 있다. 이하, 제 2 원의 반지름을 Rs, 제 3 원의 반지름을 Rl로 정의하도록 한다. Next, a second circle and a second third circle having a radius between the vertex nodes at the
이후, 싱크 노드(200)는 제 1 원 및 제 2원의 접점과 제 1원 및 제 3 원의 접점을 탐색할 수 있다. 이때, 접점은 제 1 원 상의 A가 표시된 곳 및 제 3 원 상의 B가 표시된 곳에 위치한다. The
도 6에는 네개의 모서리에 버텍스(100B1 ~ 100B4) 노드가 표시되어 있으나, 싱크 노드(200)는 네 개의 모서리 노드 중 어느 하나의 센서 노드만을 버텍스 노드(100B)로 선택할 수 있다. 한편, 싱크 노드(200)가 버텍스 노드를 선택할 때, 버텍스 노드(100B)의 좌우는 구분할 필요가 없으나, 선택된 버텍스 노드가 싱크 노드(200)로부터 가까운 노드인지, 멀리 위치하고 있는 노드인지 구분할 필요가 있다. In FIG. 6, vertexes 100B 1 to 100B 4 nodes are displayed at four corners, but the
다음으로, 싱크 노드, 센터 노드 및 버텍스 노드의 위치에 기초하여 모든 센서 노드의 위치를 산출하는 단계(S230)에서, 싱크 노드(200)는 싱크 노드(200)의 위치, 센터 노드(100A)의 위치 및 버텍스 노드(100B)의 위치에 기초하여 모든 센서 노드(100)의 위치를 산출할 수 있다. Next, in step S230 of calculating the positions of all the sensor nodes based on the positions of the sink node, the center node, and the vertex node, the
더욱 상세하게, 싱크 노드(200)는 싱크 노드(200) 자신과 센터 노드(100A), 및 버텍스 노드(100B)의 위치를 기준으로 하고, 세 노드와 다른 센서 노드(100) 사이의 거리를 기반으로 삼변 측량을 실시함으로써 네트워크 필드에 존재하는 모든 센서 노드(100)의 위치를 설정할 수 있다. More specifically, the
이때, 기준이 되는 싱크 노드(200), 센터 노드(100A) 및 버텍스 노드(100B)의 좌표를 각각 (xs, ys), (xc, yc) 및 (xv, yv)로 정의하면, 임의의 센서 노드, ni의 위치 (loci)의 좌표 (xi, yi)는 아래 수학식 1 및 수학식 2에 의하여 결정될 수 있다. The coordinates of the
수학식 1에서, c는 센터(center), s는 싱크(sink), v는 버텍스(vertex) 노드를 나타내며, 원점(0,0)은 정사각형 필드의 좌측 하단을 나타낸다. In Equation (1), c represents a center, s represents a sink, v represents a vertex node, and the origin (0,0) represents the lower left end of a square field.
다음으로, 산출된 위치 값에 기초하여 하나 이상의 클러스터를 생성하는 단계(S240)에서, 싱크 노드(200)는 앞선 단계(S230)에 의해 산출된 각각의 센서 노드(100)위치 값에 기초하여 하나 이상의 클러스터를 생성할 수 있다. Next, in step S240 of creating one or more clusters based on the calculated position value, the
이때, 싱크 노드(200)는 각각의 라운드마다 k개의 클러스터 헤드를 선출 할 수 있으며, 센서 필드를 가로로 W개의 구역, 세로로 H개의 구역으로 나눈다고 가정할 때, 클러스터 헤드의 개수(k)는 아래 수학식 3에 의하여 선출될 수 있다. At this time, the
수학식 3에서, W 및 H는 양의 정수이다. In Equation (3), W and H are positive integers.
클러스터의 헤드 개수가 결정되면, 싱크 노드(200)는, 센서 노드(100)를 yi좌표를 기준으로 정렬하고, H개의 센서 노드 그룹으로 나눈다. 이후, H 등분 된 그룹을 각각 xi좌표 기준으로 정렬하고, W 등분하여 총 k 개의 그룹을 생성할 수 있다. When the number of heads of the cluster is determined, the
상술한 방법에 따라 분류가 끝나면, 각 그룹은 균일한 숫자의 센서 노드(100)를 가지면서, 각각의 센서 노드(100)들은 서로 가깝게 위치하게 되는데, 싱크 노드(200)는 이 그룹을 가각 하나의 클러스터로 지정하고, 센서 노드(100)를 클러스터의 멤버로 할당할 수 있다. 이때, 싱크 노드(200)는 하나의 클러스터 안에서 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리를 계산하여 기록한다. 싱크 노드(200)는 해당 클러스터 안에서 클러스터 헤드를 맡은 센서 노드(100)의 광고 메시지의 송출의 전송 파워를 클러스터 안에서 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리로 설정할 수 있다.When the classification is completed according to the above-described method, each group has a uniform number of
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크 노드의 센서 노드의 위치에 기반한 클러스터링의 일례를 도시하고 있다. FIG. 7 illustrates an example of clustering based on the location of a sensor node of a sink node according to an embodiment of the present invention.
도 7의 네트워크 필드에는 60개의 센서 노드가 배치되어 있으며, 각 센서 노드(100)의 추정된 위치는 검은 점으로 표시되어 있다. 상술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7의 무선 센서 네트워크의 경우, k는 20, W는 4, 및 H는 5이다. 싱크 노드(200)는 먼저 yi를 기준으로 각각의 센서 노드를 정렬한 뒤, 12개의 센서 노드씩 5개의 그룹으로 나눌 수 있다. In the network field of FIG. 7, 60 sensor nodes are arranged, and the estimated positions of the
이어서, 5개의 그룹에 속한 센서 노드를 xi기준으로 정렬하여, 4개의 그룹으로 분할하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 네트워크 필드에는 총 20개의 클러스터가 구성될 수 있다. 또한, 각 클러스터에는 서로 가까이 위치한 3개의 센서 노드(100)가 균일하게 할당 될 수 있다.Then, the sensor nodes belonging to the five groups are sorted by xi and divided into four groups. As shown in FIG. 7, a total of 20 clusters may be configured in the network field. Also, three
다음으로, 각각의 센서 노드로 클러스터링 정보를 송신하는 단계(S250)에서, 싱크 노드(200)는 센서 노드(100)로 클러스터링 정보를 송신할 수 있다. 이때, 클러스터링 정보는 클러스터 구성 정보, 클러스터 헤드 선출 순서 및 각 센서 노드의 제 1 내지 제 3 광고 메시지의 송출 반경이 포함될 수 있다. Next, in step S250 of transmitting the clustering information to each sensor node, the
따라서, 상술한 클러스터링 정보에 따라, 센서 노드(100)는 해당 센서 노드가 포함된 클러스터를 인식할 수 있고, 매 라운드마다 해당 클러스터 내에서 멤버 노드로 동작할 것인지 또는 클러스터 헤드 노드로 동작할 것인지 판단할 수 있다. Accordingly, according to the clustering information, the
즉, 클러스터링 정보를 통하여, 해당 라운드에서, 센서 노드(100)가 멤버 노드로 동작하는 경우, 센서 노드(100)는 클러스터링 정보에 포함된 클러스터 헤드 노드로 데이터를 전송할 수 있다. That is, when the
반면, 센서 노드(100)가 클러스터 헤드 노드로 동작할 경우, 해당 센서 노드는 클러스터링 정보에 기초하여, 해당 클러스터에 포함된 멤버 노드로부터 데이터를 수신 한다. 이후, 수신된 복수의 데이터를 자신의 센싱 데이터와 함께 압축하여 싱크 노드(200)로 전송한다. On the other hand, when the
마지막으로, 클러스터 헤드 노드로부터 데이터를 수신하는 단계(S260) 에서, 싱크 노드(200)는 클러스터에 포함된 클러스터 헤드 노드로부터 데이터를 수신할 수 있다. Finally, in step S260 of receiving data from the cluster head node, the
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 성능 분석 결과를 살펴보도록 한다. Hereinafter, a performance analysis result of the Internet based wireless sensor network using the routing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 to FIG.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 성능 분석을 위해, JAVA 프로그래밍을 이용하여 시물레이션을 수행하였다. 이때, 사물 인터넷 환경의 버퍼를 고려하여, 종래의 기술인 LEACH 프로토콜과 대비하여 어느 정도의 성능이 향상되었는지 확인하였다. In order to analyze the performance of the Internet based wireless sensor network using the routing method according to an embodiment of the present invention, simulation was performed using JAVA programming. At this time, considering the buffers of the Internet environment of objects, we confirmed how much the performance was improved compared with the conventional LEACH protocol.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 성능 분석 결과를 살펴보기 위한 시물레이션 설정값을 도시하고 있다. FIG. 8 shows a simulation setting value for examining a performance analysis result of a matter-based Internet-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 버퍼의 크기는 기존 LEACH 프로토콜에서 클러스터 헤드가 무한한 숫자의 센싱 데이터를 수용하였던 것과 달리, 클러스터 헤드 자체의 데이터를 포함하여 20개의 데이터만을 저장 할 수 있도록 하였다. 이와 같은 경우, 하나의 클러스터가 20개 이하의 센서 노드로 이루어져야 데이터 손실이 발생하지 않는다. Referring to FIG. 8, the size of the buffer allows only 20 data including the data of the cluster head itself to be stored in the conventional LEACH protocol, unlike the cluster head which received an infinite number of sensing data. In such a case, one cluster must be composed of 20 or fewer sensor nodes so that no data loss occurs.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서 각 라운드마다 잔여 에너지가 존재하는 센서 노드의 숫자를 파악하여 네트워크 수명을 비교한 결과를 도시하고 있다. 9 is a flowchart illustrating a method of routing a wireless Internet based sensor network according to an embodiment of the present invention and a number of sensor nodes having residual energy for each round in a wireless Internet based sensor network using a conventional LEACH protocol, And the results of comparing the life span.
도 9를 참조하면, 각 라운드마다 잔여 에너지가 존재하는 센서 노드의 숫자를 파악하여 네트워크 수명을 비교한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법이 LEACH프로토콜 및 부하 균등화 방법을 이용한 종래의 기술들에 비하여 더욱 향상된 것을 확인 할 수 있다. 한편, 부하 균등화 방법이란, 기존의 LEACH 프로토콜에서 클러스터 헤드 간의 거리가 일정 간격 이하가 되지 않도록, 부하균등화를 추구하는 방법이다.Referring to FIG. 9, the number of sensor nodes having residual energy for each round is determined and the network lifetime is compared. As a result, the routing method of the Internet-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention is based on the LEACH protocol and load It can be confirmed that it is more improved than the conventional techniques using the equalization method. On the other hand, the load equalization method is a method of seeking load equalization so that the distance between the cluster heads in the existing LEACH protocol does not become equal to or shorter than a predetermined interval.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에서 특정 라운드에 각 클러스터의 멤버 수를 비교한 결과이다. 10 is a graph illustrating a result of comparing the number of members of each cluster in a specific round in a wireless Internet based wireless sensor network using a conventional LEACH protocol and a routing method of a wireless Internet based sensor network according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 특정 라운드에서 각 클러스터의 멤버수가 LEACH 프로토콜은 클러스터 헤드의 숫자가 확률적(stochastic)으로 정해지기 때문에 매 라운드마다 일정하지 않은 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be confirmed that the number of members in each cluster in a certain round is not constant every round because the number of cluster heads is determined as stochastic in the LEACH protocol.
반면 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법은 싱크 노드가 클러스터를 구성하기 때문에, 매 라운드 마다 선출되는 클러스터 헤드의 숫자가 노드의 개수 400개의 5%인 20개로 결정적(deterministic)으로 정해져 있으며, 이는 부하 균등화에 크게 영향을 미친다. On the other hand, according to the routing method of the Internet-based wireless sensor network according to the embodiment of the present invention, since the sink node constitutes a cluster, the number of cluster heads selected per round is 20, which is 5% deterministic), which greatly affects load balancing.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크는 각 클러스터에 속해있는 멤버 노드의 숫자가 20개로 균일하지만 LEACH 프로토콜의 경우, 클러스터에 속해있는 멤버 노드의 숫자가 균일하지 않으며, 이에 따라, 데이터 송수신이 이루어질 때, LEACH프로토콜을 이용하는 무선 센서 네트워크의 경우, 약 18% 의 손실률을 보일수 있으나, 본 발명의 일 실시예의 경우, 손실률이 0% 임을 확인할 수 있다. Therefore, in the Internet-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention, the number of member nodes belonging to each cluster is uniformly 20, but in the case of the LEACH protocol, the number of member nodes belonging to the cluster is not uniform. Accordingly, when the data transmission / reception is performed, the loss rate of the wireless sensor network using the LEACH protocol may be about 18%. However, in the embodiment of the present invention, the loss rate is 0%.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 라우팅 방법과 종래의 LEACH 프로토콜을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 전체적인 손실률의 변화를 도시하고 있는 그래프이다. FIG. 11 is a graph illustrating a change in the overall loss rate of a wireless Internet-based wireless sensor network according to an exemplary embodiment of the present invention and a wireless Internet-based wireless sensor network using a conventional LEACH protocol.
도 11은 특정 라운드에서의 클러스터 멤버 숫자나 손실률이 아닌, 전체적인 손실률의 변화를 시뮬레이션을 진행하면서 확인한 결과를 나타낸다. 여기서, 데이터의 손실률은 각 라운드에 네트워크에서 생성되는 데이터 개수 대비 클러스터 헤드의 데이터 병합 과정에서 손실된 데이터의 비율이다. 이때, 손실률은 데이터 손실이 전혀 없는 경우 0으로, 모든 데이터가 손실되었을 경우는 1로 나타낼 수 있다. 11 shows the result of checking the change of the overall loss rate, not the number of cluster members or the loss rate in a specific round, while proceeding the simulation. Here, the data loss rate is a ratio of data lost in the data merging process of the cluster head to the number of data generated in the network in each round. In this case, the loss rate can be expressed as 0 when there is no data loss and 1 when all data is lost.
도 11을 참조하면, 모든 프로토콜이 라운드가 진행될수록 손실률이 증가하는 양상을 보인다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 사물 인터넷 기반 무선 센서네트워크의 라우팅 방법이 시뮬레이션 초반부터 손실률이 1에 다다르는 약 1200라운드까지, LEACH 프로토콜에 비하여 손실률이 낮게 나타나는 것을 확인 할 수있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 방법을 이용한 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 경우, 네트워크의 전체적인 성능이 향상되었음을 확인할 수있다. 반면, 부하균등화 방법의 경우, 데이터의 손실을 전혀 고려하지 않은 방법으로서, 클러스터의 숫자가 매우 적게 정해지므로 데이터의 손실율이 가장 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 11, the loss rate increases as the round progresses for all the protocols. However, it can be seen that the routing method of the Internet-based wireless sensor network according to an embodiment of the present invention shows a lower loss rate than the LEACH protocol until about 1200 rounds of the loss rate reaches 1 from the beginning of the simulation. Therefore, it can be confirmed that the overall performance of the network is improved in the case of the Internet based wireless sensor network using the routing method according to an embodiment of the present invention. On the other hand, in the case of the load equalization method, since the number of clusters is very small as a method which does not take into consideration the loss of data at all, it can be confirmed that the data loss rate is the largest.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사물 인터넷 기반 무선 센서네트워크에서, 클러스터 기반 라우팅을 실시할때, 싱크 노드(200)가 각각의 센서 노드(100)의 위치 정보를 고려하고 각 클러스터의 헤드 노드의 개수, 멤버 노드의 개수, 및 해당 클러스터 내의 클러스터 헤드 노드의 선출 순서를 결정적(deterministic)인 방법으로 정함으로써, 부하의 균등성을 보장할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when performing cluster-based routing in the Internet-based wireless sensor network, the
또한, 싱크 노드(200)와 센서 노드(100)간의 최초 커뮤니케이션을 통하여, 추가적인 장비 또는 구성없이 효율적으로 근사적인 위치를 파악하는 것이 가능하다. Also, through the initial communication between the
이에 따라, 클러스터 헤드가 일반 멤버 노드의 데이터를 수신하는 과정에서 발생할 수 있는 데이터의 손실을 감소시키는 효과가 있다. Thus, there is an effect of reducing data loss that may occur in the process of receiving data of the general member node by the cluster head.
또한, 센서 노드(100)의 메시지 송출 범위를 일정한 범위 이내로 제한하여 에너지 소비를 감소시키며, 전체적인 네트워크의 수명을 증가시키는 효과가 있다. In addition, the message transmission range of the
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. One embodiment of the present invention may also be embodied in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules, being executed by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, the computer-readable medium may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes any information delivery media, including computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.While the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of those elements or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.
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.
100: 센서 노드
100A: 센터 노드
100B: 버텍스 노드
200: 싱크 노드100: sensor node
100A: center node
100B: Vertex Node
200: sink node
Claims (30)
상기 네트워크 통신 모듈의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드에 있어서,
상기 프로세서는
상기 네트워크 통신모듈을 통하여, 상기 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터,
상기 복수의 센서 노드 중 제 1 센서 노드를 기준으로 기설정된 거리내에 있는 주변 센서 노드와 상기 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 수신하고,
상기 이격 거리 정보를 이용하여, 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택한 후,
상기 싱크 노드, 상기 센터 노드, 및 버텍스 노드의 위치를 이용하여, 상기 복수의 센서 노드 각각의 위치를 산출하고,
상기 산출된 센서 노드의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하여, 상기 복수의 센서 노드 각각으로 클러스터링 정보를 송신하되,
상기 각각의 클러스터에는 상기 복수의 센서 노드 중, 동일한 개수의 센서 노드가 할당되도록 하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드. Network communication module, and
And a processor for controlling operation of the network communication module, the sink node comprising:
The processor
From the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field through the network communication module,
Receiving an actual distance information of the first sensor node and a neighboring sensor node within a predetermined distance based on the first sensor node among the plurality of sensor nodes,
A center node and a vertex node are selected from a plurality of sensor nodes using the spacing distance information,
Calculating a position of each of the plurality of sensor nodes using the positions of the sink node, the center node, and the vertex node,
Generating at least one cluster based on the calculated position value of the sensor node and transmitting clustering information to each of the plurality of sensor nodes,
Wherein the same number of sensor nodes among the plurality of sensor nodes are allocated to each of the plurality of clusters.
A sink node of an Internet - based wireless sensor network.
상기 클러스터는 적어도 하나의 클러스터 헤드 노드 및
복수의 멤버 노드를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 수신부를 통하여, 상기 클러스터 헤드 노드로부터 상기 복수의 멤버 노드로부터 수집된 데이터를 수신하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
The cluster comprising at least one cluster head node and
Comprising a plurality of member nodes,
Wherein the processor receives data collected from the plurality of member nodes from the cluster head node via the receiving unit,
A sink node of an Internet - based wireless sensor network.
상기 클러스터링 정보는
상기 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것인, 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
The clustering information
And a transmission radius for transmitting either the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, or the third advertisement message is included in the sink node of the wireless sensor network.
상기 프로세서는
상기 클러스터 내에 포함된 멤버 노드중 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리를 계산하여, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 전송 파워로 설정하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method of claim 3,
The processor
A distance between two member nodes located farthest among the member nodes included in the cluster is calculated and set to a transmission power for transmission of one of the first advertisement message, the second advertisement message and the third advertisement message of the cluster head node In fact,
A sink node of an Internet - based wireless sensor network.
상기 싱크 노드는 네트워크 필드의 상단 중앙에 위치하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
Wherein the sink node is located at the top center of the network field.
A sink node of an Internet - based wireless sensor network.
상기 프로세서는
제 2 광고 메시지의 수신 횟수에 기초하여, 네트워크 필드의 중앙에 위치한 센서 노드를 센터 노드로 선택하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
The processor
Selecting a sensor node located at the center of the network field as a center node based on the number of times of reception of the second advertisement message,
A sink node of an Internet - based wireless sensor network.
상기 프로세서는
네트워크 필드의 가장 자리에 위치한 센서 노드 중 어느 하나를 버텍스 노드로 선택하는 것인, 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
The processor
A sink node of a wireless Internet-based sensor network, wherein one of the sensor nodes located at the edge of the network field is selected as a vertex node.
상기 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터 수신된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 실제 이격 거리 정보가 저장되는 메모리를 더 포함하는 것인, 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 싱크 노드.The method according to claim 1,
And a memory for storing the number of times of reception of the second advertisement message and the actual distance information received from the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field.
상기 복수의 센서 노드 중 제 1 센서 노드를 기준으로 기설정된 거리 내에 있는 주변 센서 노드와 상기 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 수신하는 단계;
상기 실제 이격 거리 정보를 이용하여, 복수의 센서 노드 중에서, 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계;
싱크 노드, 상기 센터 노드, 및 상기 버텍스 노드의 위치를 이용하여, 상기 복수의 센서 노드 각각의 위치를 산출하는 단계;
상기 산출된 복수의 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계; 및
상기 복수의 센서 노드 각각으로 클러스터링 정보를 송신하는 단계를 포함하되,
상기 클러스터를 생성하는 단계는
상기 각각의 클러스터에 상기 복수의 센서 노드 중, 동일한 개수의 센서 노드가 할당되도록 하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법. From a plurality of sensor nodes existing in a wireless sensor network field,
Receiving actual distance information of the first sensor node and a neighboring sensor node within a predetermined distance based on the first sensor node among the plurality of sensor nodes;
Selecting a center node and a vertex node among the plurality of sensor nodes using the actual distance information;
Calculating a position of each of the plurality of sensor nodes using a position of the sink node, the center node, and the vertex node;
Generating at least one cluster based on the position value of each of the plurality of calculated sensor nodes; And
And transmitting clustering information to each of the plurality of sensor nodes,
The step of creating the cluster
Wherein the same number of sensor nodes are assigned to the respective clusters.
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 산출된 센서 노드의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계는
적어도 하나의 클러스터 헤드 노드 및 복수의 멤버 노드를 포함하는 클러스터를 생성하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
The step of generating at least one cluster based on the calculated position value of the sensor node
Creating a cluster comprising at least one cluster head node and a plurality of member nodes,
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 클러스터 헤드 노드로부터 상기 복수의 멤버 노드로부터 수집된 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.11. The method of claim 10,
Further comprising receiving data collected from the plurality of member nodes from the cluster head node,
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 클러스터링 정보는
상기 클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것인, 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
The clustering information
And a transmission radius for transmitting either the configuration information of the cluster, the first advertisement message of the cluster head node, the second advertisement message, or the third advertisement message. Way.
상기 복수의 센서 노드 각각으로 클러스터링 정보를 송신하는 단계는
상기 클러스터 내에 포함된 멤버 노드중 가장 멀리 위치한 두 멤버 노드의 거리를 계산하여, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 전송 파워로 설정하는 단계를 더 포함하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.13. The method of claim 12,
The step of transmitting clustering information to each of the plurality of sensor nodes
A distance between two member nodes located farthest among the member nodes included in the cluster is calculated and set to a transmission power for transmission of one of the first advertisement message, the second advertisement message and the third advertisement message of the cluster head node Further comprising the steps of:
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계는
제 2 광고 메시지의 수신 횟수에 기초하여, 네트워크 필드의 중앙에 위치한 센서 노드를 센터 노드로 선택하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
The step of selecting the center node and the vertex node comprises:
Selecting a sensor node located at the center of the network field as a center node based on the number of times of reception of the second advertisement message,
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 센터 노드(center node) 및 버텍스 노드(vertex node)를 선택하는 단계는
네트워크 필드의 가장 자리에 위치한 센서 노드 중 어느 하나를 버텍스 노드로 선택하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법. 10. The method of claim 9,
The step of selecting the center node and the vertex node comprises:
Selecting one of the sensor nodes located at the edge of the network field as a vertex node,
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
싱크 노드, 상기 센터 노드, 및 상기 버텍스 노드의 위치를 이용하여, 상기 복수의 센서 노드 각각의 위치를 산출하는 단계는
상기 싱크 노드, 센터 노드, 및 버텍스 노드의 위치 및 각 센서 노드 사이의 거리를 기반으로 삼변 측량법을 이용하여, 네트워크 필드에 존재하는 모든 센서 노드의 위치를 산출하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
The step of calculating the position of each of the plurality of sensor nodes using the position of the sink node, the center node, and the vertex node
Wherein the position of all the sensor nodes existing in the network field is calculated using the trilateration method based on the positions of the sink node, the center node, and the vertex node and the distance between the sensor nodes,
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드로부터 수신된 제 2 광고 메시지의 수신 횟수 및 실제 이격 거리 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
Further comprising storing the number of times of reception of the second advertisement message and the actual distance information received from the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field.
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 산출된 복수의 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, 적어도 하나의 클러스터를 생성하는 단계는
상기 산출된 복수의 센서 노드 각각의 위치 값에 기초하여, k개의 클러스터 헤드를 선출 하는 단계;
센서 필드를 가로로 W개의 구역, 세로로 H개의 구역으로 나누는 단계;
상기 복수의 센서 노드를 y좌표를 기준으로 정렬하고, H개의 그룹으로 나누는 단계; 및
상기 H등분 된 그룹을 각각 x좌표 기준으로 정렬하고, W등분하여 총 k개의 센서 노드 그룹을 생성하는 단계를 포함하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크에 싱크 노드의 동작 방법.10. The method of claim 9,
The step of generating at least one cluster based on the calculated position value of each of the plurality of sensor nodes
Selecting k cluster heads based on the calculated position value of each of the plurality of sensor nodes;
Dividing the sensor field into W zones horizontally and H zones vertically;
Arranging the plurality of sensor nodes on the basis of y coordinates, and dividing the sensor nodes into H groups; And
And sorting the H halved groups by an x coordinate and dividing them by W to generate a total of k sensor node groups.
A method of operating a sink node in an Internet based wireless sensor network.
상기 네트워크 통신 모듈의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 제 1 센서 노드에 있어서,
상기 프로세서는
상기 네트워크 통신모듈을 통하여,
상기 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드 중,
상기 제 1 센서 노드를 기준으로 상기 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 거리 내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 상기 제 1 광고 메시지를 수신하고,
상기 제 1 광고 메시지를 이용하여, 상기 복수의 주변 센서 노드와 상기 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 산출하고,
상기 제 1 센서 노드를 기준으로 상기 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 거리 내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 상기 제 2 광고 메시지를 수신하고,
상기 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하여,
상기 산출된 이격 거리 정보 및 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 포함하는 제 3 광고 메시지를 외부로 전송하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드.A network communication module for transmitting a first advertisement message having a transmission radius of a diagonal length of a wireless sensor network field and a second advertisement message having a transmission radius of a half of a diagonal length of the wireless sensor network field,
And a processor for controlling operation of the network communication module, the first sensor node comprising:
The processor
Through the network communication module,
Wherein among the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field,
Receiving the first advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a distance of a diagonal length of the wireless sensor network field based on the first sensor node,
Calculating actual distance information of the plurality of neighboring sensor nodes and the first sensor node using the first advertisement message,
Receiving the second advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a half distance of a diagonal length of the wireless sensor network field based on the first sensor node,
Counting the number of times the second advertisement message is received,
And transmitting the third advertisement message including the calculated distance information and the number of times of reception of the second advertisement message to the outside.
A sensor node in a wireless Internet sensor network.
상기 클러스터링 정보는
클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것인
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드.21. The method of claim 20,
The clustering information
Cluster head configuration information, a cluster head node first advertisement message, a second advertisement message, and a third advertisement message,
A sensor node in a wireless Internet sensor network.
상기 프로세서는
상기 클러스터의 구성 정보에 따라, 센서 노드의 동작 모드를 선택하되,
상기 센서 노드의 동작 모드는 클러스터 헤드 노드 및 멤버 노드 중 어느 하나인 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드.22. The method of claim 21,
The processor
Selecting an operation mode of the sensor node according to the configuration information of the cluster,
Wherein the operation mode of the sensor node is one of a cluster head node and a member node.
A sensor node in a wireless Internet sensor network.
상기 제 1 센서 노드가 클러스터 헤드 노드 모드로 동작하는 경우,
상기 프로세서는
상기 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 복수의 멤버 노드로부터 데이터를 수신한 후, 상기 제 1 센서 노드의 데이터와 함께 상기 수신된 데이터를 압축하여 싱크 노드로 전송하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드.23. The method of claim 22,
When the first sensor node operates in a cluster head node mode,
The processor
After receiving data from a plurality of member nodes existing in a cluster including the first sensor node, compressing the received data together with the data of the first sensor node and transmitting the compressed data to the sink node.
A sensor node in a wireless Internet sensor network.
상기 제 1 센서 노드가 멤버 노드 모드로 동작하는 경우,
상기 프로세서는
상기 제 1 센서 노드의 데이터를 상기 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 클러스터 헤드 노드로 전송하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드.23. The method of claim 22,
When the first sensor node operates in the member node mode,
The processor
And transmitting data of the first sensor node to a cluster head node existing in a cluster including the first sensor node.
A sensor node in a wireless Internet sensor network.
상기 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 의 송출 반경을 가지는 제 2 광고 메시지를 송출하는 단계;
상기 무선 센서 네트워크 필드 내에 존재하는 복수의 센서 노드 중,
제 1 센서 노드를 기준으로 상기 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 거리 내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 상기 제 1 광고 메시지를 수신하고, 상기 제 1 광고 메시지를 이용하여, 상기 복수의 주변 센서 노드와 상기 제 1 센서 노드의 실제 이격 거리 정보를 산출하는 단계;
상기 제 1 센서 노드를 기준으로 상기 무선 센서 네트워크 필드의 대각선 길이의 1/2 거리 내에 있는 복수의 주변 센서 노드부터 상기 제 2 광고 메시지를 수신하고, 상기 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 카운팅하는 단계;
상기 산출된 이격 거리 정보 및 제 2 광고 메시지의 수신 횟수를 포함하는 제 3 광고 메시지를 싱크 노드로 전송하는 단계; 및
싱크 노드로부터 클러스터링 정보를 수신하고 상기 클러스터링 정보에 따라, 데이터를 전송하는 단계를 포함하는,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 제 1 센서 노드의 동작 방법.A first advertisement message having a transmission radius of a diagonal length of the wireless sensor network field and
Transmitting a second advertisement message having a transmission radius of 1/2 of a diagonal length of the wireless sensor network field;
Wherein among the plurality of sensor nodes existing in the wireless sensor network field,
Receiving the first advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a distance of a diagonal length of the wireless sensor network field based on the first sensor node, Calculating actual distance information of the first sensor node;
Receiving the second advertisement message from a plurality of neighboring sensor nodes within a half distance of the diagonal length of the wireless sensor network field based on the first sensor node and counting the number of times of reception of the second advertisement message ;
Transmitting a third advertisement message including the calculated distance information and the number of times of reception of the second advertisement message to the sink node; And
Receiving clustering information from a sink node and transmitting data according to the clustering information,
A method of operating a first sensor node of a wireless Internet-based sensor network.
상기 클러스터링 정보는
클러스터의 구성 정보, 클러스터 헤드 노드의 제 1 광고 메시지, 제 2 광고 메시지 및 제 3 광고 메시지 중 어느 하나의 송출을 위한 송출 반경이 포함된 것인
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드의 동작 방법.26. The method of claim 25,
The clustering information
Cluster head configuration information, a cluster head node first advertisement message, a second advertisement message, and a third advertisement message,
A method of operating a sensor node in a wireless Internet based sensor network.
상기 클러스터링 정보에 따라, 데이터를 전송하는 단계는
상기 클러스터의 구성 정보에 따라 상기 제 1 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계를 더 포함하되,
상기 제 1 센서 노드의 동작 모드는 클러스터 헤드 노드 모드 및 멤버 노드 모드 중 어느 하나인 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 제 1 센서 노드의 동작 방법.27. The method of claim 26,
According to the clustering information,
Further comprising: selecting an operation mode of the first sensor node according to configuration information of the cluster,
Wherein the operation mode of the first sensor node is one of a cluster head node mode and a member node mode.
A method of operating a first sensor node of a wireless Internet-based sensor network.
상기 제 1 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계에서,
상기 제 1 센서 노드가 클러스터 헤드 노드 모드로 선택되는 경우,
상기 데이터를 전송하는 단계는
상기 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 복수의 멤버 노드로부터 데이터를 수신한 후, 상기 제 1 센서 노드의 데이터와 함께 상기 수신된 데이터를 압축하여 싱크 노드로 전송하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 제 1 센서 노드의 동작 방법.28. The method of claim 27,
In the step of selecting the operation mode of the first sensor node,
When the first sensor node is selected as the cluster head node mode,
The step of transmitting the data
After receiving data from a plurality of member nodes existing in a cluster including the first sensor node, compressing the received data together with the data of the first sensor node and transmitting the compressed data to the sink node.
A method of operating a first sensor node of a wireless Internet-based sensor network.
상기 센서 노드의 동작 모드를 선택하는 단계에서,
상기 제 1 센서 노드가 멤버 노드 모드로 선택되는 경우,
상기 데이터를 전송하는 단계는
상기 제 1 센서 노드의 데이터를 상기 제 1 센서 노드가 포함된 클러스터 내에 존재하는 클러스터 헤드 노드로 전송하는 것인,
사물 인터넷 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드의 동작 방법.28. The method of claim 27,
In the step of selecting the operation mode of the sensor node,
When the first sensor node is selected as the member node mode,
The step of transmitting the data
And transmitting data of the first sensor node to a cluster head node existing in a cluster including the first sensor node.
A method of operating a sensor node in a wireless Internet based sensor network.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160013326A KR101780144B1 (en) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | METHOD OF LOAD BALANCING AND ROUTING IN WIRELESS SENSOR NETWORKS BASED ON IoT |
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KR1020160013326A KR101780144B1 (en) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | METHOD OF LOAD BALANCING AND ROUTING IN WIRELESS SENSOR NETWORKS BASED ON IoT |
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KR20170092241A true KR20170092241A (en) | 2017-08-11 |
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KR100785794B1 (en) * | 2006-09-18 | 2007-12-13 | 한국전자통신연구원 | Node and clustering for localization and localization method |
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- 2016-02-03 KR KR1020160013326A patent/KR101780144B1/en active IP Right Grant
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