KR20180064037A - 무선 센서 노드의 그룹화 및 변경 방법과 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동성을 가진 무선 센서 노드의 그룹 할당 및 변경 방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하는 단계, 상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하는 단계, 상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하는 단계, 및 상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하는 단계, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 센서 노드의 그룹화 및 변경 방법과 시스템{METHOD OF GROUPING AND CHANGING WIRELESS SENSOR NODE AND SYSTEM OF THE SAME}
본 발명은 이동성을 가진 무선 센서 노드의 그룹 할당 및 변경 방법에 관한 것으로서, 무선 센서 네트워크 내의 각 노드를 그룹화하고 적절한 데이터 전송 경로를 선정하여 데이터를 전송하도록 함으로써 센서 노드의 에너지 효율을 최적화하는 기술적 사상에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)는 자체적으로 주변의 정보를 센싱하고 센싱한 정보를 송신하는 많은 수의 센서 노드들로 구성되어 있다. 무선 센서 네트워크에서 센서 노드들은 서로 연결되어 그리드 컴퓨팅(Grid Computing)처럼 정보를 분산 처리하며, 한정된 인터페이스의 개인 컴퓨터와는 달리 다양한 종류의 센서와 많은 센서 노드의 수로 뛰어난 상황 인지 능력을 갖기 때문에, 무선 센서 네트워크는 유비쿼터스 환경에 가장 적합한 기술로 평가된다. 따라서 무선 센서 네트워크는 지능형 빌딩 또는 공장 내의 환경 제어, 생산 공정 자동 제어, 물류 관리, 병원에서의 물품 및 정보 관리, 환자 상태의 원격 감지, 군사 통제 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
무선 센서 네트워크는 싱크 노드를 중심으로 방사형 형태로 확장하며 스스로 네트워크를 형성한다. 그 후 애플리케이션의 목적에 따라 다르지만 보통 특정 구역의 정보를 싱크 노드(sink node)로 수집하는 것이 주를 이룬다. 싱크 노드로 데이터를 송신하기 위하여 각 센서 노드들은 주변에 위치하는 다수의 센서 노드들로부터 데이터 패킷을 수신하거나 수신한 데이터 패킷을 다시 주변 센서 노드들을 통해 싱크 노드로 송신한다. 또한 센서 노드에서 감지한 감지 데이터를 주변 센서 노드를 통해 싱크 노드로 송신한다.
무선 센서 네트워크는 사람이 쉽게 접근하기 곤란한 장소에 다수의 센서 노드들이 분포되어 있는 경우가 대부분이며, 센서 노드는 작은 사이즈로 제작되어 센서 노드에서 사용할 수 있는 에너지도 한정되어 있다. 따라서 무선 센서 네트워크에서는 한정된 에너지 자원으로 요구되는 신뢰도와 송신 지연값으로 센싱 노드에서 센싱한 데이터를 싱크 노드로 송신하여야 한다. 그러나 단일 싱크 노드로 데이터를 송신하는 종래 무선 센서 네트워크에서 신뢰도를 높이기 위하여 송신 노드에서 데이터를 재전송하는 횟수를 증가시킬수록 단일 싱크 노드에서 중복되어 수신되는 데이터량이 증가하여 송신 지연값이 커지게 되며, 반대로 송신 지연값을 줄이기 위하여 송신 노드에서 데이터를 재전송하는 횟수를 감소시키면 단일 싱크 노드에서 데이터를 수신할 신뢰도가 낮아진다는 문제점을 가진다.
더욱이 한정된 에너지 자원을 가지는 무선 센서 네트워크에서 신뢰도를 높이기 위하여 데이터의 재전송 횟수를 늘리는 경우 데이터를 송신하는데 소비되는 에너지량도 증가한다는 문제점을 가진다. 무선 센서 네트워크의 센서 노드는 제한적인 성능과 용량을 지니며 한정된 에너지원을 이용하여 작동한다. 따라서 전체 무선 센서 네트워크에서 싱크 노드에 근접하여 위치하고 있는 센서 노드들은 빈번한 데이터 송신으로 인하여 오버헤드가 발생하며 한정된 에너지를 빨리 소진하게 된다. 무선 센서 네트워크에서 일부 센서 노드의 짧은 수명은 전체 무선 센서네트워크의 수명도 단축하게 되는 문제점을 가진다.
더욱이 무선 센서 네트워크에서 센서 노드는 버퍼에 저장되어 있는 주변 센서 노드로 플러딩(flooding) 방식으로 송신하기 때문에 센서 노드는 모든 주변 센서 노드로부터 데이터를 수신하여 오버헤드의 부담을 가지며 이는 센서 노드가 가지는 한정된 에너지를 빨리 소진하게 하는 문제점을 가진다.
이러한 무선 센서 네트워크의 데이터 송수신 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들을 그룹으로 설정하고 그룹 단위로 데이터를 송수신하는 방법이 제안되었다. 네트워크를 그룹 단위로 형성하여 관리하는 종래 방법에는 센서 노드의 배치 정보를 이용하는 방법과 위치 인식 기술을 사용하는 방법이 있다.
한국특허출원 제2009-0043919호특허 "임의 접속 프리앰블을 그룹핑하는 통신 시스템" 한국특허출원 제2009-0041378호 "무선 센서 네트워크 환경에서의 무선 통신 방법"
본 발명은 위에서 언급한 종래 무선 센서 네트워크의 그룹화 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 센서 네트워크 내의 각 노드를 그룹화하고 적절한 데이터 전송 경로를 선정하여 데이터를 전송하도록 함으로써 센서 노드의 에너지 효율을 최적화 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 센서 노드들과 싱크 노드가 이동하더라도 확률적인 계산을 통해 그룹을 다시 지정하도록 하여 에너지 효율을 최적화함으로써 네트워크 수명을 늘리는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 새로운 센서 노드가 무선 센서 네트워크에 추가되거나 제거되었을 때도 그룹화가 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하는 단계, 상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하는 단계, 상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하는 단계, 및 상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하는 단계, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 일정 주기에 따라 현재위치를 확인하는 단계, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하는 단계, 상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하는 단계, 상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하는 단계, 상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하는 단계, 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 따른 상기 이동거리를 계산하는 단계는, 상기 이동거리로서, 상기 확인된 현재위치와 상기 기준위치 간의 직선거리를 계산하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 기준위치는, 상기 그룹 아이디가 변경된 시점에서의 현재위치를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 수신시간은, 상기 주변 센서 노드의 기준위치에 대한 이동거리에 비례하는 것을 특징으로 한다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 상기 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송한 후 일정시간이 경과하면, 상기 응답 패킷(Reply packet)을 수신을 중지하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 따른 상기 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계는, 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산하는 단계, 상기 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출하는 단계, 및 상기 산출된 평균에 기초하여 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 시스템은 그룹 아이디 필드가 포함된 광고 패킷(Advertisement packet)을 전송하는 싱크 노드, 상기 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하고, 상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하며, 상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 전송하는 제1 센서 노드, 및 상기 제1 센서 노드로부터 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)의 상기 그룹 아이디로 자신의 그룹을 설정하는 상기 제2 센서 노드를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 제1 센서 노드는, 일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하며, 상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 제2 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하며, 상기 제2 센서 노드로부터 상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하며, 상기 응답 패킷(Reply packet)의 수신시간을 고려하여 그룹 아이디를 새로 업데이트 할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 센서 노드는, 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하고, 상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 할 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드는, 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하는 수신부, 상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하는 추출부, 상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하는 설정부, 및 상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송하는 전송부를 포함한다.
일실시예에 따른 센서 노드는, 업데이트 처리부를 더 포함하고, 상기 업데이트 처리부는, 일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하며, 상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하며, 상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하고, 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하며, 상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 업데이트 처리부는, 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산하고, 상기 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출하며, 상기 산출된 평균에 기초하여 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 할 수 있다.
실시예들에 따르면, 무선 센서 네트워크 내의 각 노드를 그룹화하고 적절한 데이터 전송 경로를 선정하여 데이터를 전송하도록 함으로써 센서 노드의 에너지 효율을 최적화할 수 있다.
본 발명은 센서 노드들과 싱크 노드가 이동하더라도 확률적인 계산을 통해 그룹을 다시 지정하도록 하여 에너지 효율을 최적화함으로써 네트워크 수명을 늘릴 수 있다.
본 발명은 새로운 센서 노드가 무선 센서 네트워크에 추가되거나 제거되었을 때도 그룹화가 가능하다.
도 1은 그룹화된 센서 네트워크를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 그룹화를 위한 센서 노드를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 센서 노드가 헬로우 패킷을 수신했을 때의 동작방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 센서 노드가 광고 패킷을 수신했을 때의 동작방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 센서 노드가 일정거리 이상 이동했을 때의 동작에 대해 설명하는 도면이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 그룹화된 센서 네트워크(100)를 설명하는 도면이다.
센서 네트워크(100)는 싱크 노드(110)를 중심으로 적어도 하나 이상의 센서 노드(120)가 퍼져있는 형태로 구현될 수 있다.
이때, 센서 노드들은 싱크 노드(110)와의 거리에 기초하여 제1 그룹(130), 제2 그룹(140), 및 제3 그룹(150) 등으로 그룹화될 수 있다.
즉, 다수의 센서 노드들이 특정 데이터를 센싱하기 위해 일정 장소에 무작위로 분포되어 있다
싱크 노드(110) 또는 주변 센서 노드(120)로부터 수신한 프리앰블(preamble) 신호에 기초하여 무선 센서 네트워크를 구성하는 경우, 센서 노드가 무선 센서 네트워크에 배치되면 주변 센서 노드(120)로부터 프리앰블 신호를 수신하여 자신의 그룹을 설정하는 방법으로 그룹이 정해진 이후 센서 노드(120)의 이동 등으로 인하여 그룹번호가 변경되는 상황을 고려하지 않는다.
본 발명에 따른 센서 네트워크(100)에서는 3차원 입체공간 내에 싱크 노드(110)와 센서 노드(120)가 배치되는 무선 센서 네트워크 환경을 고려하고 있으며, 기존 발명에서는 프리앰블 신호에 기반하여 그룹을 지정하는데 반해 본 발명에서는 별도의 그룹 아이디를 저장하는 필드를 따로 두고 필드 값을 이용하여 그룹을 설정할 수 있다. 또한 싱크 노드(110)와 센서 노드(120)가 이동하여 그룹을 다시 지정해야 하는 상황이 되었을 때 헬로우 패킷(Hello packet)이라는 신호를 이용하여 자동으로 그룹을 지정해주는 방법을 대상으로 하고 있다. 이 방법은 새로운 센서 노드(120)가 무선 센서 네트워크에 추가되거나 제거되었을 때도 적용이 가능하다.
이러한 시스템을 통해, 무선 센서 네트워크 내의 각 노드를 그룹화하고 적절한 데이터 전송 경로를 선정하여 데이터를 전송하도록 함으로써 센서 노드의 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 센서 노드들과 싱크 노드가 이동하더라도 확률적인 계산을 통해 그룹을 다시 지정하도록 하여 에너지 효율을 최적화함으로써 네트워크 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 본 발명은 새로운 센서 노드가 무선 센서 네트워크에 추가되거나 제거되었을 때도 그룹화가 가능하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 그룹화를 위한 센서 노드(200)를 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 센서 노드(200)는 수신부(210), 추출부(220), 설정부(230), 및 전송부(240)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 수신부(210)는 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신할 수 있다.
일실시예에 따른 추출부(220)는 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출할 수 있다. 예를 들어, 그룹 아이디 필드의 초기 정보는 '0'으로 표현될 수 있다.
일실시예에 따른 설정부(230)는 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정할 수 있다. 예를 들어, 그룹 아이디의 초기 정보에 반영되는 미리 지정된 값은 '1'로 표현될 수 있다.
일실시예에 따른 전송부(240)는 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트하고, 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송할 수 있다.
한편, 다른 일실시예에 다른 센서 노드(200)는 업데이트 처리부(250)를 더 포함할 수 있다. 업데이트 처리부(250)는 일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 이에 기초하여 그룹 아이디를 변경할 수 있다.
구체적으로, 업데이트 처리부(250)는 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산할 수 있다.
기준위치는 이전에 계산했던 현재위치로서, 이전 주기에서 계산했던 현재위치와 현재 주기에서 확인된 현재위치와의 거리차이를 이동거리로 계산할 수 있다.
업데이트 처리부(250)는 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 판단 결과 임계값 이상인 경우에 그룹 아이디를 변경할 수 있다. 이를 위해, 업데이트 처리부(250)는 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하고, 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하여 그룹 아이디를 변경할 수 있다.
예를 들면, 업데이트 처리부(250)는 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산할 수 있다. 또한, 업데이트 처리부(250)는 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
각 센서 노드는 일정거리, 예를 들면 센서 노드의 최대전송거리만큼 이동하면서 주위에 있는 다른 센서 노드에게 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송할 수 있다. 참고로, 센서 노드의 최대전송거리는 센서네트워크의 성격에 따라 다르게 설정될 수 있다.
헬로우 패킷을 받은 센서 노드들은 자신이 이동한 거리에 비례한 시간만큼 대기하다가 자신의 그룹 아이디를 포함한 응답 패킷(Reply packet)을 회신한다.
헬로우 패킷을 받은 센서 노드들이 자신이 이동한 거리에 비례한 시간만큼 기다리는 이유는 그룹 아이디의 신뢰성이 높은 센서 노드부터 먼저 응답 패킷을 보내기 위함이다.
즉, 가장 조금 이동한 센서 노드가 가장 빨리 응답 패킷을 보내게 되고 가장 많이 이동한 센서 노드가 가장 늦게 보낼 수 있다. 그러므로 응답 패킷을 받은 노드는 패킷을 받은 시간에 따라 그룹 아이디의 신뢰도를 확인할 수 있다. 센서 노드(100)는 헬로우 패킷을 보낸 이후부터 일정시간이 지나면 수신을 멈추고 수신한 그룹 아이디와 계산된 신뢰도를 기반으로 업데이트 처리부(250)를 통해 자신의 그룹 아이디를 재설정한다.
일실시예에 따른 업데이트 처리부(250)는, 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산할 수 있다. 또한, 업데이트 처리부(250)는 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출하며, 산출된 평균에 기초하여 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
센서 노드들의 이동상태에 따라 다르지만 일반적인 경우 3개의 연속된 그룹 아이디들이 수집될 수 있다. 그 중에서 센서 노드(100)는 자신의 그룹 아이디를 중간에 위치한 그룹 아이디로 설정하거나, 가장 낮은 그룹 아이디보다 1만큼 높게 설정할 수 있다. 하지만 모든 센서 노드들이 이동하기 때문에 일반적이지 않은 패턴의 그룹 아이디가 수집될 수 있다. 이때는 각 그룹 아이디에 신뢰도를 이용해 가중치를 다르게 하여 평균값을 구하고, 그 평균값과 가장 가까운 값(소수점 첫 번째 자리에서 반올림)으로 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신할 수 있다(단계 301). 다음으로, 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출할 수 있다(단계 302).
싱크 노드는 먼저 광고 패킷을 생성하여 그룹 아이디 필드에 초기 정보로서 '0'을 넣고 송신이 가능한 범위에 있는 모든 센서 노드에게 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정할 수 있다(단계 303).
예를 들어, 광고 패킷을 처음 받은 센서 노드는 해당 패킷의 그룹 아이디 필드에 있는 값에 '1'을 더한 값을 자신의 그룹 아이디로 설정하고, 자신의 그룹 아이디를 광고 패킷의 그룹 아이디 필드에 넣고 다시 주위 센서 노드에게 전송할 수 있다.
이와 같이 실행하면 결국 그룹 아이디가 설정된 센서 노드는 모든 센서 노드의 그룹 아이디가 설정될 때까지 광고 패킷을 다시 받아도 그룹 아이디를 수정하거나 광고 패킷을 전송하지 않는다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트할 수 있고(단계 304), 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송할 수 있다(단계 305).
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 센서 노드의 이동에 따라 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산할 수 있다.
즉, 센서 노드의 그룹화 방법에 따르면, 각 센서 노드는 주기적으로 자신의 위치를 파악하여 이동거리를 계산한다. 이동거리를 계산할 때는 각 노드마다 저장하고 있는 기준 위치와 현재 노드 위치의 직선 거리로 계산한다. 여기서 기준 위치는 각 노드마다 가장 최근에 자신의 그룹ID가 변경되었을 때 자신의 위치를 저장한다.
또한, 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 판단 결과 임계값 이상인 경우, 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하고, 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산할 수 있다. 뿐만 아니라, 일실시예에 따른 센서 노드의 그룹화 방법은 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
구체적으로, 각 노드는 일정거리(예를 들면 노드의 최대전송거리. 센서네트워크의 성격에 따라 값은 다르게 설정할 수 있다.)만큼 이동하면, 주위에 있는 노드에게 헬로우 패킷을 전송한다. 헬로우 패킷을 받은 노드들은 자신이 이동한 거리에 비례한 시간만큼 대기하다가 자신의 그룹 아이디를 포함한 응답 패킷(Reply packet)을 보낸다. 자신이 이동한 거리에 비례한 시간만큼 기다리는 이유는 그룹 아이디의 신뢰성이 높은 노드부터 먼저 응답 패킷을 보내기 위함이다. 즉, 가장 조금 이동한 노드가 가장 빨리 응답 패킷을 보내게 되고 가장 많이 이동한 노드가 가장 늦게 보내게 된다. 그러므로 응답 패킷을 받은 노드는 패킷을 받은 시간에 따라 그룹 아이디의 신뢰도를 알 수 있다. 헬로우 패킷을 보낸 이후부터 일정시간이 지나면 수신을 멈추고 수신한 그룹 아이디와 계산된 신뢰도를 기반으로 자신의 그룹 아이디를 재설정한다.
노드들의 이동상태에 따라 다르지만 일반적인 경우 3개의 연속된 그룹 아이디들이 수집된다. 그 중에서 자신의 그룹 아이디는 중간에 위치한 그룹 아이디로 설정하거나, 가장 낮은 그룹 아이디보다 1만큼 높게 설정한다. 하지만 모든 노드들이 이동하기 때문에 일반적이지 않은 패턴의 그룹 아이디가 수집될 수 있다. 이때는 각 그룹 아이디에 신뢰도를 이용해 가중치를 다르게 하여 평균값을 구하고, 그 평균값과 가장 가까운 값(소수점 첫 번째 자리에서 반올림)으로 설정한다.
일실시예에 따르면, 그룹 아이디를 새로 업데이트 하기 위해서는, 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산하고, 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출할 수 있다. 또한, 산출된 평균에 기초하여 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
예를 들어, 싱크 노드가 헬로우 패킷을 받게 된다면 싱크 노드의 이동거리와 상관없이, 싱크 노드는 곧바로 광고 패킷을 보낸다. 그 이유는 싱크 노드와 직접 통신할 수 있다면 무조건 그룹 아이디가 1이 되므로 다른 노드들의 응답 패킷을 받아서 계산할 필요가 없다.
도 4는 센서 노드가 헬로우 패킷을 수신했을 때의 동작방법을 설명하는 도면이다.
헬로우 패킷을 수신하는 노드는 자신이 싱크 노드인지 여부를 판단할 수 있다(단계 401).
단계 401의 판단 결과, 자신이 싱크 노드인 경우라면, 싱크 노드는 광고 패킷을 생성하고(단계 402), 생성된 광고 패킷의 그룹 아이디(GnAD)를 '0'으로 설정하여(단계 403) 송신할 수 있다(단계 404).
다른 한편, 단계 401의 판단 결과, 자신이 싱크 노드가 아닌 경우라면, 센서 노드는 일정시간을 대기(단계 405)한 후에 응답 패킷을 송신할 수 있다(단계 406).
이때, 센서 노드는 이동 거리를 고려하여 일정시간을 대기할 수 있다.
도 5는 센서 노드가 광고 패킷을 수신했을 때의 동작방법을 설명하는 도면이다.
센서 노드는 광고 패킷을 수신한 경우, 해당 광고 패킷에 그룹 아이디 필드를 확인하여, 그룹 아이디가 설정되어 있는지 여부를 판단할 수 있다(단계 501).
만약, 단계 501의 판단 결과 그룹 아이디가 설정된 경우, 설정된 그룹 아이디가 초기 설정값인 0 보다 크고 설정값이 보다 작은지 여부를 판단할 수 있다(단계 502).
단계 501의 판단 결과, 그룹 아이디가 설정되어 있지 않거나, 단계 502의 판단 결과, 설정된 그룹 아이디가 초기 설정값인 0 보다 크지 않고 설정값이 보다 작지 않은 경우, 센서 노드는 그룹 아이디에 1을 더해 새로운 그룹 아이디로 설정할 수 있다(단계 503).
또한, 센서 노드는 현재 위치를 초기 위치로 설정하여(단계 504), 광고 패킷을 송신할 수 있다(단계 505).
도 6은 센서 노드가 일정거리 이상 이동했을 때의 동작에 대해 설명하는 도면이다.
센서 노드가 헬로우 패킷을 송신하고(단계 602), 일정 시간(Twait)시간 동안 수신 대기하다 응답 패킷을 수신할 수 있다(단계 602).
이때, 수신된 응답 패킷의 현재 위치를 고려하여, 그룹 아이디를 새로 업데이트할 수 있다.
노드들의 이동상태에 따라 다르지만 일반적인 경우 3개의 연속된 그룹 아이디들이 수집될 수 있다. 그 중에서 자신의 그룹 아이디는 중간에 위치한 그룹 아이디로 설정하거나, 가장 낮은 그룹 아이디보다 1만큼 높게 설정할 수 있다. 하지만 모든 노드들이 이동하기 때문에 일반적이지 않은 패턴의 그룹 아이디가 수집될 수 있다. 이때는 각 그룹 아이디에 신뢰도를 이용해 가중치를 다르게 하여 평균값을 구하고, 그 평균값과 가장 가까운 값(소수점 첫 번째 자리에서 반올림)으로 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 센서 노드는 아래 [수학식 1]을 이용해서 그룹 아이디를 계산하고 이를 새로운 그룹 아이디로 설정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, round 연산은 소수점 첫째 자리에서 반올림할 수 있고, movingDistance는 각 센서 노드가 움직인 거리로 해석될 수 있으며, maxDistance는 헬로우 패킷을 보내기 위한 최대 이동거리로 해석될 수 있고, Gn은 각 노드의 그룹 넘버로 해석될 수 있으며, min(Gn)은 받은 패킷들의 그룹 넘버 중에서 가장 낮은 값으로 해석될 수 있고, result는 식의 결과값으로 해석될 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 무선 센서 네트워크 내의 각 노드를 그룹화하고 적절한 데이터 전송 경로를 선정하여 데이터를 전송하도록 함으로써 센서 노드의 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 또한, 본 발명은 센서 노드들과 싱크 노드가 이동하더라도 확률적인 계산을 통해 그룹을 다시 지정하도록 하여 에너지 효율을 최적화함으로써 네트워크 수명을 늘릴 수 있고, 새로운 센서 노드가 무선 센서 네트워크에 추가되거나 제거되었을 때도 그룹화가 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하는 단계;
    상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하는 단계;
    상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하는 단계; 및
    상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송하는 단계
    포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    일정 주기에 따라 현재위치를 확인하는 단계;
    상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하는 단계;
    상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하는 단계;
    상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하는 단계;
    상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계
    를 더 포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동거리를 계산하는 단계는,
    상기 이동거리로서, 상기 확인된 현재위치와 상기 기준위치 간의 직선거리를 계산하는 단계
    를 포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기준위치는,
    상기 그룹 아이디가 변경된 시점에서의 현재위치를 포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 수신시간은,
    상기 주변 센서 노드의 기준위치에 대한 이동거리에 비례하는 것을 특징으로 하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송한 후 일정시간이 경과하면, 상기 응답 패킷(Reply packet)을 수신을 중지하는 단계
    를 더 포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계는,
    수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산하는 단계;
    상기 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 평균에 기초하여 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 단계
    를 포함하는 센서 노드의 그룹화 방법.
  8. 그룹 아이디 필드가 포함된 광고 패킷(Advertisement packet)을 전송하는 싱크 노드;
    상기 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하고, 상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하며, 상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 전송하는 제1 센서 노드; 및
    상기 제1 센서 노드로부터 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)의 상기 그룹 아이디로 자신의 그룹을 설정하는 상기 제2 센서 노드
    를 포함하는 센서 노드의 그룹화 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 센서 노드는,
    일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하며, 상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 제2 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하며, 상기 제2 센서 노드로부터 상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하며, 상기 응답 패킷(Reply packet)의 수신시간을 고려하여 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 센서 노드의 그룹화 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 센서 노드는,
    상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하고, 상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 센서 노드의 그룹화 시스템.
  11. 싱크 노드로부터 광고 패킷(Advertisement packet)을 수신하는 수신부;
    상기 수신한 광고 패킷(Advertisement packet)의 그룹 아이디 필드로부터 초기 정보를 추출하는 추출부;
    상기 추출된 초기 정보에 미리 지정된 값을 반영하여 그룹 아이디로 설정하는 설정부; 및
    상기 설정된 그룹 아이디를 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 하고, 상기 업데이트된 광고 패킷(Advertisement packet)을 주변 센서 노드로 전송하는 전송부
    포함하는 센서 노드.
  12. 제11항에 있어서,
    업데이트 처리부를 더 포함하고,
    상기 업데이트 처리부는,
    일정 주기에 따라 현재위치를 확인하고, 상기 확인된 현재위치를 이용하여 기준위치로부터 이동거리를 계산하며, 상기 이동거리가 임계값 이상 인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 임계값 이상인 경우, 상기 주변 센서 노드로 헬로우 패킷(Hello packet)을 전송하며, 상기 전송한 헬로우 패킷(Hello packet)에 대한 응답 패킷(Reply packet)을 수신하고, 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 대한 수신시간을 이용하여 상기 수신된 응답 패킷(Reply packet)에 포함된 그룹 아이디의 신뢰도를 계산하며, 상기 계산된 신뢰도를 기반으로 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 센서 노드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 업데이트 처리부는,
    수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 신뢰도에 상응하는 가중치를 계산하고, 상기 계산된 가중치를 상기 수신된 복수의 응답 패킷(Reply packet) 각각의 그룹 아이디들에 적용하여 평균을 산출하며, 상기 산출된 평균에 기초하여 상기 그룹 아이디 필드에 업데이트 되었던 그룹 아이디를 새로 업데이트 하는 센서 노드.
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