KR20190058352A - 트리 토폴로지 구성 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20190058352A
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김영구
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김광희
이기택
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Abstract

본 발명은 부모노드와 연결되지 않은 센서노드에서 수행되는 트리 토폴로지 구성 방법으로서, (a) 부모후보노드로부터 상기 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신하는 단계; (b) 상기 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 상기 센서노드의 부모노드로 설정하는 단계를 포함한다.

Description

트리 토폴로지 구성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONFIGURIN TREE TOPOLOGY}
본 발명은 트리 토폴로지 구성 기술에 관한 것으로서, 센서노드가 부모노드를 선택할 때, 부모노드의 신호 품질, 베터리 잔량, 또는 자식노드의 수를 고려하는 전술 센서망에서 전송품질 및 망 생존성을 고려한 트리 토폴로지 구성 방법 및 장치에 관한 것이다.
전술 센서망은 전장에 배치된 다수의 센서로부터 센싱 데이터를 수집하여 의사결정에 도움을 주는 망으로서, 전술 센서망에서 데이터의 생성 및 소비는 방향성이 존재한다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 센싱 데이터는 센서노드에서 제어노드 방향으로, 제어 데이터는 제어노드에서 센서노드 방향으로 방향성이 존재한다. 따라서, 데이터 전송의 방향성을 고려할 경우, 트리 토폴로지로 구성되는 타당하다. 여기에서, 센서노드는 물리적 현상을 관측하기 위하여 센싱 데이터를 수집하고 통신 기능을 가지고 있는 작은 장치의 일종으로서, 수집된 센싱 데이터가 제어노드에 전달되도록 하고, 제어노드는 트리 토폴로지를 구성하는 노드들 중 최상단에 있는 루트로서 센싱 데이터를 수신하고 센서노드를 제어하기 위한 제어 데이터를 생성하여 센서노드에 전달되도록 한다.
트리 토폴로지는 제어노드로부터 거리에 따라 부모/자식 관계가 형성되고, 부모노드는 자식노드가 전송한 메시지를 제어노드까지 중계해야 한다. 구체적으로, 자식노드는 부모노드로부터 제어노드가 전송한 제어 데이터를 수신하고, 부모노드는 자식노드가 생성한 센싱 데이터를 제어노드로 전달한다. 따라서, 자식노드가 부모노드를 적절히 선택하지 못할 경우, 데이터의 전송 품질이 감소할 수 있고, 부모노드에 다수의 자식노드가 연결될 경우 부모노드의 중계 부하 증가로 망생존 시간이 감소하는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2009-0044249호
본 발명의 목적은 센서노드가 부모노드의 신호 품질, 배터리 잔량, 또는 자식노드의 수를 고려하여 부모노드를 선택하는 트리 토폴로지 구성 방법 및 장치를 제공하는데 있다
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 부모노드와 연결되지 않은 센서노드에서 수행되는 트리 토폴로지 구성 방법에 있어서, (a) 부모후보노드로부터 상기 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신하는 단계; (b) 상기 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 예상 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 상기 센서노드의 부모노드로 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 부모후보노드에 대한 정보는, 상기 부모후보노드의 식별자, 상기 부모후보노드가 상기 부모후보노드의 부모노드로부터 수신하는 통신신호의 세기, 상기 부모후보노드와 연결이 형성되어 있는 자식노드의 개수, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 통신신호의 세기를 기초로 패킷 손실률을 계산하는 단계; 및 상기 패킷 손실률을 기초로 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효 전송 횟수를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 자식노드의 개수를 기초로, 상기 센서노드가 상기 부모후보노드의 자식노드로 설정될 경우에 상기 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 유효 전송 횟수, 상기 예상송수신부하, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용을 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 트리 토폴로지 구성 장치로서, 부모후보노드로부터 상기 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신하는 통신신호 수신부; 상기 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출하는 예상 라우팅 비용 산출부; 및 상기 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 상기 센서노드의 부모노드로 설정하는 트리 토폴로지 구성부를 포함한다.
바람직하게, 상기 부모후보노드에 대한 정보는, 상기 부모후보노드의 식별자, 상기 부모후보노드가 상기 부모후보노드의 부모노드로부터 수신하는 통신신호의 세기, 상기 부모후보노드와 연결이 형성되어 있는 자식노드의 개수, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는, 상기 통신신호의 세기를 기초로 패킷 손실률을 계산하고, 상기 패킷 손실률을 기초로 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효 전송 횟수를 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는, 상기 자식노드의 개수를 기초로, 상기 센서노드가 상기 부모후보노드의 자식노드로 설정될 경우에 상기 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하를 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는, 상기 유효 전송 횟수, 상기 예상송수신부하, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용을 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 계산할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부모노드의 신호 품질을 고려함으로써 데이터의 전송 품질을 향상시킬 수 있고, 부모노드의 베터리 잔량 및 연결된 자식노드의 수를 고려함으로써, 부모노드의 생존 시간을 증가시킬 수 있으며 이를 통해 전체 망의 생존 시간을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 트리 토폴로지를 사용하는 전술 센서망에서 부모노드를 선택할 때 개별노드의 신호 품질 및 홉 수 만을 고려하여 부모노드를 선택할 경우, 신호 품질이 우수한 노드 또는 홉 수가 짧은 노드로 연결이 집중되어 해당 노드의 소모 전력이 증가하고 이로 인해 전술 센서망에 배치된 특정 노드의 수명이 급격히 감소하는 문제가 발생할 수 있는 반면, 본 발명에 의하면, 자식노드가 부모노드를 선택하는데 있어서, 신호 품질, 잠재 망 부하, 베터리 잔량 등을 고려하는바, 전술 센서망의 전체적인 망 수명을 향상시킬 수 있고, 망 부하가 분산되어 망 자원의 효율적인 사용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 트리 토폴로지의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 장치에 대한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 방법에 대한 흐름도이다.
도 4 내지 6은 일 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
또한, 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 장치에 대한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 트리 토폴로지 구성 장치(100)는 통신신호 수신부(110), 예상 라우팅 비용 산출부(120), 트리 토폴로지 구성부(130), 및 제어부(140)를 포함한다.
바람직하게, 트리 토폴로지 구성 장치(100)는 트리 토폴로지를 구성하는 각각의 센서노드에 해당할 수 있다. 즉, 이하에서 설명될 트리 토폴로지 구성 장치(100)에서 수행되는 동작은 트리 토폴로지를 구성하는 센서노드 각각에서 수행될 수 있는 것으로서, 센서노드가 스스로 어떠한 노드를 부모노드로 설정할 것인지를 판단하고 설정하는 것이다. 여기에서, 센서노드는 센싱 데이터를 수집하고 센싱 데이터를 다른 센서노드 또는 제어노드로 송신하고, 제어노드로부터 생성되어 전달되는 제어 데이터를 수신하고 다른 센서노드로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있는 통신 기능을 가지고 있는 장치에 해당한다. 또한, 전술 센서망을 구성하는 센서노드는 분산방식으로 토폴로지를 구성하므로 개별 센서 노드들이 부모 노드 선택을 판단하며, 선택된 부모 노드에 대한 정보는 제어 노드를 포함한 모든 노드에게 전달될 수 있다.
통신신호 수신부(110)는 부모후보노드로부터 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신한다. 여기에서, 부모후보노드는 센서노드의 부모노드가 될 수 있는 노드로서, 센서노드와 통신신호의 송수신이 가능한 거리 내에 있는 노드는 부모후보노드가 될 수 있다. 바람직하게, 통신신호에 포함되어 부모후보노드로부터 수신되는 정보는, 부모후보노드의 식별자, 부모후보노드가 자신의 부모노드로부터 통신신호를 수신할 때 측정된 통신신호의 세기, 부모후보노드와 연결이 형성되어 있는 자식노드의 개수, 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 부모후보노드의 라우팅 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, 도 4에 도시된 구조를 가질 수 있다.
예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호에 포함되어 있는 부모후보노드에 대한 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출한다. 여기에서, 예상 라우팅 비용은, 센서노드가 각 부모후보노드의 자식노드로 설정되는 경우를 가정했을 때, 각 부모후보노드가 가지게 될 라우팅 비용에 해당한다.
트리 토폴로지 구성부(130)는 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 예상 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 센서노드의 부모노드로 설정한다. 여기서, 부모후보노드들의 예상 라우팅 비용이 동일할 경우, 부모노드의 신호품질, 베터리 잔량 또는 자식 노드의 수 중 하나의 값에 가중치를 부여하여 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 통신신호 수신부(110)를 통하여 하나의 부모후보노드로부터 통신신호가 수신된 경우에는, 예상 라우팅 비용 산출부(120)를 통하여 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용이 산출되는 동작이 수행되지 않고, 바로 트리토폴로지 구성부(130)를 통하여 해당 부모후보노드가 센서노드의 부모노드로 설정될 수도 있다.
제어부(140)는 통신신호 수신부(110), 예상 라우팅 비용 산출부(120), 및 트리 토폴로지 구성부(130)의 동작 및 데이터의 흐름을 제어한다.
도 3은 일 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 방법에 대한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 부모노드가 없는 센서노드, 즉, 트리 토폴로지 구성 장치(100)의 통신신호 수신부(110)는 부모후보노드로부터 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신한다(단계 S310). 바람직하게, 통신신호는 비콘(beacon) 신호가 이용될 수 있고, 부모후보노드로부터 수신하는 통신신호는 제어 메시지에 해당할 수 있다. 여기에서, 제어 메시지는 트리 토폴로지 망 제어 및 관리와 관련된 제어 정보를 포함하는 것으로서 센서노드 간에 주기적으로 송수신 된다. 즉, 센서노드의 통신신호 수신부(110)는 부모후보노드로부터 도 4에 도시된 바와 같은 정보를 포함하는 제어 메시지를 수신하는 것이다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 부모노드를 설정해야 하는 센서노드가 노드7에 해당하는 경우, 노드7은 부모후보노드에 해당하는 노드2 및 노드3으로부터 통신신호, 즉, 제어 메시지를 수신할 수 있고, 노드2로부터 수신하는 통신신호에는 아래의 [표 1]과 같은 정보가 포함될 수 있고, 노드3으로부터 수신하는 통신신호에는 아래의 [표 2]와 같은 정보가 포함될 수 있다.
부모노드
식별자		 통신신호
세기		 자식노드 수 배터리
잔여량		 라우팅 비용 통신신호
전송시간
노드2 -80dBm 2 8000mA 2000 6
부모노드
식별자		 통신신호
세기		 자식노드 수 배터리
잔여량		 라우팅 비용 통신신호
전송시간
노드3 -95dBm 1 8000mA 2500 2
위 표 1 및 2를 참조하면, 통신신호 세기는 개별 노드 노드 2 또는 노드 3의 부모노드와 해당 노드 사이의 수신신호 세기로 해석할 수 있다. 자식 노드 수는 현재 노드에 연결된 자식 노드 수일 수 있다. 라우팅 비용은 현재 노드까지의 라우팅 비용일 수 있다. 통신 신호 전송 시간은 해당 노드의 비컨 전송 슬롯을 의미할 수 있다. 예를 들어, 비컨 슬롯의 크기가 4이고, 표 1과 같은 값을 가진 메시지를 전파하면, 노드 1이 노드 2로 메시지를 전송할 때 (그 반대 방향도 동일) 수신된 메시지의 수신 신호 세기는 -80dBm이고, 노드 2에 연결된 자식 노드는 2개를 의미할 수 있다. 그리고, 현재 베터리 잔여량은 8000mA이고, 노드 2까지 도달하는데 필요한 라우팅 비용은 2000을 의미할 수 있다. 이 메시지를 전송하는 슬롯은 2번째 프레임의 2번째 슬롯에서 전송되며 따라서, 프레임의 시작 시간은 현재 전송된 메시지의 1슬롯 시간 이전에 프레임이 시작되었다는 것을 알 수 있다.
예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출한다(단계 S320). 이하에서는 하나의 특정 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용이 산출되는 것을 기준으로 설명하나, 아래에서 설명되는 동작은 모든 부모후보노드에 동일하게 적용되어 모든 부모후보노드 각각에 대한 예상 라우팅 비용이 산출될 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 노드7의 부모노드를 설정하기 위하여 부모후보노드에 해당하는 노드2의 예상 라우팅 비용 및 노드3의 예상 라우팅 비용이 모두 산출되는 것이다.
바람직하게, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호에 포함되어 있는 정보 중 통신신호 세기를 기초로 패킷 손실률을 계산하고, 패킷 손실률을 기초로 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효 전송 횟수를 계산할 수 있다. 여기에서, 통신신호 세기는 RSSI(Received Signal Strength Index)이고, 도 6을 참조하면, 부모후보노드가 자신의 부모노드로부터 통신신호를 수신하였을 때 측정된 값에 해당한다. 즉, 센서노드에 해당하는 노드7과 부모후보노드에 해당하는 노드2 사이에 송수신되는 신호의 세기가 아니라, 부모후보노드에 해당하는 노드2와 부모후보노드의 부모노드에 해당하는 노드1 사이에 송수신되는 신호의 세기이다.
보다 구체적으로, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호의 세기를 기초로, 아래의 [식 1]과 같이 비트 오류율(BER; Bit Error Rate)을 계산한다.
[식 1]
Figure pat00001
식 1에서, RSSI는 수신신호 세기로 상기 표 1 및 2에서 통신신호세기라고 명시된 부분의 값과 동일한 것을 의미할 수 있다. 그러나 상기 단락에서는 노드 7이 노드 2 또는 노드 3으로부터 메시지를 수신한 후 해당 메시지의 RSSI(Received Signal Strength Index)로 변조 방식에 따라 계산되는 값이다. 예컨대, 백색잡음 하에서 16QAM의 BER은 다음과 같다.
Figure pat00002
[식 1-1]
이때, Prx는 수신 신호 세기로 RSSI와 동일하다. RSSI는 수신 신호 세기를 모두 기입할 수 없으므로 index만 전달하는 것이다. N0는 백색잡음의 평균 신호 세기이고 erfc(x)는 에러 함수의 역수로 1-erf(x)이고 erf(x)는 에러 함수로 다음과 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00003
[식 1-2]
그 다음, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 기설정된 서비스 데이터 단위(SDU; Service Data Unit)의 길이를 기초로, 아래의 [식 2]를 이용하여, 패킷 손실률(PER; Packet Error Rate)을 계산한다.
[식 2]
Figure pat00004
식 2는 BER 값을 이용하여 패킷 손실율을 계산하는 식으로 LSDU 길이를 가진 비트스트림의 모든 비트가 전송 성공해야만 패킷이 정상적으로 수신된 것을 의미한다. 적어도 하나의 비트에서 손실이 발생하면 전체 패킷이 손실된 것과 동일하므로 (에러 정정 코드 미사용시) 식(2)와 같이 정리될 수 있다. 여기에서, LSDU는 서비스 데이터 단위의 길이이다. 그 다음, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 계산된 패킷 손실률을 기초로, 아래의 [식 3]을 이용하여, 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효전송횟수(T)를 계산한다. 유효전송횟수는 해당 노드가 부모 후보 노드로 패킷을 전송할 때, 성공적으로 전송하기 위해 필요한 횟수를 나타낸다. 상기 표 1 또는 표 2에서 라우팅 비용값에 부모 후보 노드가 제어 노드까지 전송하는데 필요한 라우팅 비용이 포함되어 있으므로 해당 노드부터 부모 후보 노드까지의 라우팅 비용이 필요하다.
[식 3]
Figure pat00005
식 3에서, 재전송 횟수가 무한하다고 가정할 경우 한번에 전송 성공하면 (1-PER), 두번째 전송(첫번째 재전송)에서 성공하면 (1-PER)XPERX2, 세번째 전송에서 성공하면 (1-PER)XPERXPERX3이 된다. 따라서 i는 전송 시도 횟수를 의미하게 된다. d/d(PER)은 PER에 대해서 미분하는 것을 의미하는 것으로 다음과 같다.
Figure pat00006
[식 3-1]
일 실시예에서, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 전송횟수의 제한이 있을 경우, 이를 고려하여 유효전송횟수를 계산할 수 있다. 전송횟수의 제한이 있는 경우에는, 예컨대, 2번까지 재전송이 된다면 i는 2까지 증가할 수 있으며 이에 따라, 상기 식(3)은 다음과 같이 변경될 수 있다.
Figure pat00007
[식 3-2]
바람직하게, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호에 포함되어 있는 정보 중 자식노드의 수를 기초로, 센서노드가 부모후보노드의 자식노드로 설정된 경우에 해당 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하를 계산할 수 있다. 먼저, 트리 토폴로지를 구성하는 각 노드가 동일한 횟수(예를 들어, 1개)의 패킷을 전송하는 것으로 가정하는 경우, 부모후보노드는 자식노드로부터 1개씩의 패킷을 수신하므로 부모후보노드의 수신부하는 자식노드의 수와 동일하고, 송신부하는 수신부하보다 1개가 더 많게 된다. 개별 노드들이 모두 1개씩 패킷을 전달할 경우, 부모 후보 노드는 현재 연결된 자식 노드 수만큼 패킷을 수신하고 자식노드 수 + 1(자식 노드가 전송한 패킷을 전달해야 하는 것과 자신의 패킷을 전달하는 것) 만큼 송신을 해야 한다. 즉, 자식노드로부터 수신한 패킷과 자신의 패킷을 모두 부모노드로 송신하는 것이므로 수신부하보다 1개가 더 많게 되는 것이다. 부노후보노드의 수신부하와 송신부하는 아래의 [식 4]와 같이 표현될 수 있다.
[식 4]
Figure pat00008
,
Figure pat00009
여기에서, Lrx는 부모후보노드의 수신부하이고, Ltx는 부모후보노드의 송신부하이고, C는 자식노드의 수 이다.
그 다음, 센서노드가 부모후보노드의 자식노드로 설정되는 것을 가정하는 경우, 해당 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하는 아래의 [식 5]와 같이 표현될 수 있다. 부모후보노드에 센서노드가 자식노드로 추가되는 경우, 부모후보노드는 센서노드로부터 수신되는 패킷을 더 수신하게 되고 해당 패킷을 송신해야 하므로, 수신부하 및 송신부하에 각각 1이 더 추가되는 것이다.
[식 5]
Figure pat00010
,
Figure pat00011
여기에서, L'rx는 예상수신부하이고, L'tx는 예상송신부하이고, C는 자식노드의 수이다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 노드2의 자식노드의 수는 2개(노드4 및 노드5)이므로, 노드2의 수신부하는 2이고 송신부하는 3(=2+1)이다. 여기에서, 노드7이 노드2의 자식노드로 설정되는 경우, 노드2의 예상수신부하는 3(=2+1)이고, 예상송신부하는 4(=2+2)가 될 수 있다. 다른 예를 들어, 노드3의 자식노드의 수는 1개(노드6)이므로, 노드3의 수신부하는 1이고, 송신부하는 2(=1+1)이다. 여기에서, 노드7이 노드3의 자식노드로 설정되는 경우, 노드3의 예상수신부하는 2(=1+1)이고, 예상송신부하는 3(=1+2)이 될 수 있다.
바람직하게, 예상 라우팅 비용 산출부(120)는 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로 산출된 유효 전송 횟수 및 예상송수신부하와 함께, 통신신호에 포함되어 있는 정보인 부모후보노드의 배터리 잔여량 및 부모후보노드의 라우팅 비용을 기초로, 아래의 [식 6]을 이용하여 부모후보노드의 예상 라우팅 비용을 계산할 수 있다.
[식 6]
Figure pat00012
식 6에서 Costdelta는 부호 후보 노드와 현재 노드 사이의 라우팅 비용 증가 값, Costi-1은 표 1의 라우팅 비용, Ptx 및 Prx는 센서노드가 패킷을 송신하거나 수신할 때 소모되는 전력 (고정), Ci는 표 1의 자식 노드 수, Bi-1은 표 1의 베터리 잔여량, 1/(1-PERi-1)은 부모 후보 노드가 전송한 제어 메시지의 수신 신호 세기로부터 계산, (식(3)), Ci+2, Ci+1은 식(5)로부터 계산된다.
여기에서, Costi는 예상 라우팅 비용이고, Costi-1은 부모후보노드로부터 수신한 통신신호에 포함되어 있는 라우팅 비용이고, Ptx는 패킷 송신시 소모되는 전력이고, Prx는 패킷 수신시 소모되는 전력이고, PERi-1은 부모후보노드와 현재 노드 사이의 신호 품질 기반 패킷 손실률이고, Bi-1은 부모후보노드의 배터리 잔여량이다.
각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용이 모드 산출되면, 트리 토폴로지 구성부(130)는 예상 라우팅 비용 산출부(120)에서 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 예상 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 센서노드의 부모노드로 설정한다(단계 S330). 이를 통하여, 센서노드의 부모노드가 설정되면, 이후 센서노드에서 생성 및 수집되는 센서 데이터는 해당 부모노드로 송신되고, 제어노드로부터 생성된 제어 데이터는 해당 부모노드를 통하여 센서노드로 송신될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리 토폴로지 구성 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 트리 토폴로지 구성 방법 및 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100: 트리 토폴로지 구성 장치
110: 통신신호 수신부
120: 예상 라우팅 비용 산출부
130: 트리 토폴로지 구성부
140: 제어부

Claims (11)

  1. 부모노드와 연결되지 않은 센서노드에서 수행되는 트리 토폴로지 구성 방법에 있어서,
    (a) 부모후보노드로부터 상기 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 예상 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 상기 센서노드의 부모노드로 설정하는 단계를 포함하는 트리 토폴로지 구성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부모후보노드에 대한 정보는,
    상기 부모후보노드의 식별자, 상기 부모후보노드가 상기 부모후보노드의 부모노드로부터 수신하는 통신신호의 세기, 상기 부모후보노드와 연결이 형성되어 있는 자식노드의 개수, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 통신신호의 세기를 기초로 패킷 손실률을 계산하는 단계; 및
    상기 패킷 손실률을 기초로 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효 전송 횟수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 자식노드의 개수를 기초로, 상기 센서노드가 상기 부모후보노드의 자식노드로 설정될 경우에 상기 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 유효 전송 횟수, 상기 예상송수신부하, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용을 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 방법.
  6. 부모후보노드로부터 상기 부모후보노드에 대한 정보를 포함하는 통신신호를 수신하는 통신신호 수신부;
    상기 통신신호에 포함되어 있는 정보를 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 산출하는 예상 라우팅 비용 산출부; 및
    상기 산출된 예상 라우팅 비용 중 가장 작은 라우팅 비용을 가지는 부모후보노드를 상기 센서노드의 부모노드로 설정하는 트리 토폴로지 구성부를 포함하는 트리 토폴로지 구성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부모후보노드에 대한 정보는,
    상기 부모후보노드의 식별자, 상기 부모후보노드가 상기 부모후보노드의 부모노드로부터 수신하는 통신신호의 세기, 상기 부모후보노드와 연결이 형성되어 있는 자식노드의 개수, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는,
    상기 통신신호의 세기를 기초로 패킷 손실률을 계산하고, 상기 패킷 손실률을 기초로 패킷을 성공적으로 전송하기 위하여 필요한 유효 전송 횟수를 계산하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는,
    상기 자식노드의 개수를 기초로, 상기 센서노드가 상기 부모후보노드의 자식노드로 설정될 경우에 상기 부모후보노드가 가지게 될 예상송수신부하를 계산하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 예상 라우팅 비용 산출부는,
    상기 유효 전송 횟수, 상기 예상송수신부하, 상기 부모후보노드의 배터리 잔여량, 및 상기 부모후보노드의 라우팅 비용을 기초로, 각 부모후보노드에 대한 예상 라우팅 비용을 계산하는 것을 특징으로 하는 트리 토폴로지 구성 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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