KR20210060214A - 무선 통신 시스템에서의 클러스터 구성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템에서의 클러스터 구성 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 클러스터 구성 방법은, 복수개의 통신 노드들 중에서 클러스터 멤버들을 선정하는 단계, 상기 클러스터 멤버들 간의 무선 신호 세기 편차를 확인하는 단계, 상기 클러스터 멤버들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성하는 단계, 상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하는 단계, 상기 헤드 후보군 내에서 클러스터 헤드를 선정하는 단계, 상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하는 단계, 및 상기 동작 센서 노드들 중에서 하나의 동작 센서 노드를 가상 디바이스로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 클러스터 구성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONFIGURING CLUSTER IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 클러스터(cluster) 구성 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 통신 노드들을 그룹화하여 가상 디바이스를 생성함으로써 저전력 장시간 운용이 가능한 클러스터를 구성하는 클러스터 구성 방법 및 장치에 관한 것이다.
사물 인터넷(internet of things, IoT) 기술은, 인터넷을 통해 다양한 사물들을 연결하고, 연결된 사물들이 서로 정보를 교환할 수 있도록 하며, 이를 통해 사물에 대한 정보를 조회하거나 원격으로 제어할 수 있는 서비스를 사용자에게 제공할 수 있다. 인터넷을 통해 연결되는 사물은 실세계에 존재하는 사물(예를 들어, 온도 센서, 습도 센서, 전등, 스마트폰 등)일 수도 있고, 인터넷 상에 존재하는 가상의 사물(SMS 서비스, 사용자 인식 서비스, 광고 서비스 등)일 수도 있다. 특히 종래의 월드 와이드 웹(world wide web, WWW) 기술을 활용하여 사물의 정보를 조회하거나 사물을 제어하는 서비스를, 웹 기반의 사물인터넷 서비스 또는 사물웹(web of things: WoT) 서비스라고 한다.
IoT를 지원하는 통신 시스템(이하, IoT 통신 시스템)은 연결된 디바이스(device)의 정보 및 기능을 이용하여 다양한 사용자 서비스를 제공할 수 있다. IoT 통신 시스템은 다양한 사물들과 인터넷을 통해 연결될 수 있다. IoT 통신 시스템은 WPAN(wireless personal access network), WBAN(wireless body area network), WiBro(wireless broadband internet), LoRaWan(Long Range Wide-Area Network) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access) 및 Wi-Fi(wireless fidelity) 등에 기반한 무선 통신 시스템일 수 있다.
무선 센서 네트워크(wireless sensor networks, WSNs)를 사용하는 원격 모니터링과 원격 제어는 대표적인 IoT 기술의 적용 분야 중 하나로 고려되고 있다. 이러한 무선 센서 네트워크는 효율을 높이기 위해 메모리, CPU 등의 자원이 제한되는 방향으로 구현될 수 있다.
무선 센서 네트워크 서비스에서는 넓은 지역에 대규모로 센서 노드가 무작위로 설치될 수 있다. 그런데, 이렇게 디바이스가 대규모로 설치되는 경우, 제한된 자원과 주변 노드들과의 간섭 등으로 인하여 패킷 손실이 발생할 수 있다. 또한 센서들 간의 중복 센싱으로 인해 불필요한 전력 및 통신 자원 소모가 발생할 수 있다. 또한, 각각의 디바이스들이 사용 가능한 전원이 제한될 수 있어, 개별 디바이스 또는 네트워크 전체의 수명을 늘리기 위한 기술이 필요할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 노드들 간의 분산협업을 이용하여 가상 디바이스를 구성함으로써 저전력 장시간 운용이 가능한 클러스터를 구성하는 클러스터 구성 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 통신 시스템에서 클러스터(cluster) 구성 장치에 의해 수행되는 클러스터 구성 방법은, 복수개의 통신 노드들 중에서 클러스터 멤버들을 선정하는 단계, 상기 클러스터 멤버들 간의 무선 신호 세기 편차를 확인하는 단계, 상기 클러스터 멤버들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성하는 단계, 상기 무선 신호 세기 편차에 기초하여, 상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하는 단계, 상기 헤드 후보군 내에서 클러스터 헤드를 선정하는 단계, 상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하는 단계, 및 상기 동작 센서 노드들 중에서 하나의 동작 센서 노드를 가상 디바이스로 설정하는 단계를 포함하며, 상기 가상 디바이스는 상기 동작 센서 노드들로부터 획득한 정보를 상기 클러스터 헤드에 전송하도록 동작할 수 있다.
상기 클러스터 헤드를 선정하는 단계는, 상기 센서 그룹들 중에서 가장 많은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 클러스터 헤드를 선정하는 단계는, 상기 가장 많은 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하는 단계는, 상기 센서 그룹들 중에서 가장 적은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 클러스터 멤버들의 개수를 제1 기준 개수로 설정하고, 상기 각 센서 그룹마다 상기 무선 신호 세기 편차가 큰 순서대로 상기 제1 기준 개수만큼의 클러스터 멤버들을 상기 센서 후보군으로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 상기 헤드 후보군으로 선정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하는 단계는, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군의 클러스터 멤버들 중에서, 상기 클러스터 헤드와의 거리가 가장 가까운 클러스터 멤버를 동작 센서 노드로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 대기 센서 노드들로 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 클러스터 구성 방법은, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 미만일 경우, 상기 센서 그룹들 중에서 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계는, 상기 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 클러스터 구성 방법은, 상기 동작 센서 노드들의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 잔여 전력량이 제2 임계값 미만인 동작 센서 노드가 확인될 경우, 상기 잔여 전력량이 상기 제2 임계값 미만인 상기 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 상기 동작 센서 노드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 클러스터 구성 방법은, 상기 클러스터 헤드가 변경될 경우, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 클러스터 멤버들을 상기 동작 센서 노드들로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 통신 시스템에서 클러스터(cluster)를 구성하는 클러스터 구성 장치는, 프로세서(processor), 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory)를 포함하며, 상기 하나 이상의 명령들은, 복수개의 통신 노드들 중에서 클러스터 멤버들을 선정하고, 상기 클러스터 멤버들 간의 무선 신호 세기 편차를 확인하고, 상기 클러스터 멤버들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성하고, 상기 무선 신호 세기 편차에 기초하여, 상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하고, 상기 헤드 후보군 내에서 클러스터 헤드를 선정하고, 상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하고, 그리고 상기 동작 센서 노드들 중에서 하나의 동작 센서 노드를 가상 디바이스로 설정하도록 실행되고, 상기 가상 디바이스는 상기 동작 센서 노드들로부터 획득한 정보를 상기 클러스터 헤드에 전송하도록 동작할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 센서 그룹들 중에서 가장 많은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 센서 그룹들 중에서 가장 적은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 클러스터 멤버들의 개수를 제1 기준 개수로 설정하고, 상기 각 센서 그룹마다 상기 무선 신호 세기 편차가 큰 순서대로 상기 제1 기준 개수만큼의 클러스터 멤버들을 상기 센서 후보군으로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 상기 헤드 후보군으로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군의 클러스터 멤버들 중에서, 상기 클러스터 헤드와의 거리가 가장 가까운 클러스터 멤버를 동작 센서 노드로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 대기 센서 노드들로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 미만일 경우, 상기 센서 그룹들 중에서 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 동작 센서 노드들의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 잔여 전력량이 제2 임계값 미만인 동작 센서 노드가 확인될 경우, 상기 잔여 전력량이 상기 제2 임계값 미만인 상기 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 상기 동작 센서 노드로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 클러스터 헤드가 변경될 경우, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 클러스터 멤버들을 상기 동작 센서 노드들로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 클러스터를 구성하는 통신 노드들 중에서 각 센서 종류당 하나의 센서 노드만이 측정 동작을 수행하고, 복수의 센서 노드들에서 측정된 데이터를 하나의 가상 디바이스에 취합하여 클러스터 헤드로 전송하도록 할 수 있다. 이를 통하여, 센서 노드들의 불필요한 중복 측정 및 데이터 전송 수행으로 인하여 전력 및 통신 자원이 낭비되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 클러스터 헤드 또는 동작 센서 노드들의 전력 여유 여부를 모니터링하여, 전력에 여유가 없어진 클러스터 헤드 또는 동작 센서 노드를 다른 통신 노드로 변경할 수 있다. 이를 통하여 센서 관리 동작의 안정성을 높이고 클러스터 전체의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 클러스터를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 클러스터를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 클러스터 구성 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 클러스터 구성 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 클러스터 헤드 변경 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 동작 센서 노드 변경 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 클러스터를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은 게이트웨이(gateway, GW) 및 복수개의 통신 노드들을 포함할 수 있다. 게이트웨이는 액세스 포인트(access point), 무선 액세스 스테이션(radio access station), 노드 B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS, 코디네이터(coordinator) 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 및 코디네이터 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
통신 노드들은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal), 종단-디바이스(end-device) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다. 여기서, 통신 노드들은 사물에 부착되어 통신 가능한 센서를 포함할 수 있다. 사물에 부착된 센서는 사물 인터넷(IoT) 구현에 이용될 수 있다.
통신 노드들은 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생 기기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등일 수 있다. 복수개의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템은 게이트웨이(gateway, GW) 및 복수개의 통신 노드들을 포함할 수 있다. 게이트웨이와 통신 노드들 사이의 통신은 전이중(Full-Duplex) 방식에 의해 이루어질 수 있다. 전이중 방식에 의할 경우, 게이트웨이와 단말들 각각이 동시에 양방향으로 데이터를 송수신할 수 있기 때문에 통신 속도가 향상될 수 있다.
복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.
통신 시스템은 WPAN 기반의 무선 통신 시스템일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 통신 시스템은 WBAN(wireless body area network), WiBro(wireless broadband internet), LoRaWan(Long Range Wide-Area Network) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access), Sigfox 및 Wi-Fi(wireless fidelity) 등에 기반한 무선 통신 시스템일 수 있다. 또는 통신 시스템은 BLE(Bluetooth low energy), ZigBee, Z-Wave, NFC(near field communication) 및 RFID(radio frequency identification) 등에 기반한 무선 통신 시스템일 수 있다.
다음으로, 사물 인터넷(NB-IoT) 통신 기술들이 설명될 것이다. 여기서, 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 단말의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 기지국은 단말의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 기지국의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 단말은 기지국의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.
초기의 사물 인터넷 통신은 주로 국소 지역을 대상으로 하는 센서 및 RFID(radio frequency identification) 네트워크에서 출발했으나, 점차 응용의 목적 및 특성이 다양해짐에 따라 각종 유/무선 네트워크를 통해 구현되고 있다. 특히 이동 가능한 IoT 장치에 대한 서비스 고려, 도서, 산간 및 해양 등을 포함하는 광범위한 지역에서의 서비스 지원, 네트워크 도입 및 운영 시의 비용제한, 네트워크 유지보수의 용이성, 신뢰도 높은 데이터 전송을 위한 보안, 그리고 서비스 품질 보장 등을 고려하여 종래 구축된 이동통신 네트워크를 기반으로 하는 IoT 통신 시스템 개발의 필요성이 커지고 있다.
IoT 통신 시스템은 종래 인간 사용자 중심의 이동 통신 시스템과 다른 특징을 갖는다. 일례로, IoT 장치(단말이라고도 칭함)는 극소 데이터를 간헐적으로(필요에 따라서는 단주기도 가능) 송수신할 수도 있고, 전원 공급 등이 용이하지 않을 수도 있으므로 초저전력 동작을 지원해야 할 수도 있다. 또한 IoT 장치에 따라서는 이동성에 대한 지원이 필요할 수도 있고, 특정 장소에 고정적으로 부착되어 사용될 수도 있다.
IoT 장치는 이동성 지원이 필요할 수도 있고, 상황에 따라서는 고정적으로 사용될 수도 있다. 또한 수많은 IoT 장치가 동시에 IoT 통신망과 연결될 수도 있다. IoT 장치의 전형적인 예로는 이동통신 모듈이 탑재된 스마트 미터(meter), 자판기(vending machine) 등의 형태가 고려되었고, 최근에는 사용자의 조작이나 개입 없이도 설치된 위치 및 사용 환경에 따라 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행하는 형태로도 고려되고 있다.
이러한 특징들로 인해 종래 이동 통신 시스템을 이용한 IoT 통신망 구축에 대한 연구가 활발하며 특히 전세계적으로 가장 많이 적용된 이동 통신 시스템 방식인 3GPP LTE 통신 시스템을 활용한 IoT 통신 시스템인 NB-IoT가 많은 주목을 받고 있다.
NB-IoT는 인밴드(in-band), 가드밴드(guard band), 독립(stand-alone)의 세 가지 운용 모드를 지원하며, 동일한 요구사항이 적용된다. 인밴드 모드의 NB-IoT는 LTE 대역 내 자원 중 일부를 NB-IoT에 할당하여 운용할 수 있고, 가드밴드 모드의 NB-IoT는 LTE의 보호 주파수 대역을 활용하며, NB-IoT 반송파(carrier)를 LTE의 가장자리 부반송파에 최대한 가깝게 배치할 수 있다. 독립 모드의 NB-IoT는 GSM(global system for mobile communications) 대역 내 일부 반송파를 별도로 할당하여 운영할 수 있다.
통신 시스템의 클러스터를 구성하는 통신 노드들 중 하나의 통신 노드는 클러스터 헤드(cluster head, CH)일 수 있으며, 그 밖의 통신 노드들은 클러스터 멤버일 수 있다. 클러스터 헤드는 게이트웨이 및 클러스터 멤버들과 연결될 수 있다.
대규모 디바이스가 연결되는 무선 통신 네트워크에서는, 트래픽이 몰리는 핫스팟(hot spot)을 피하기 위해 전송 경로 선정 알고리즘을 사용하거나 클러스터를 구성하여 게이트웨이(또는 싱크 노드)로 다량의 무선통신 연결이 되지 않도록 할 수 있다. 클러스터 기반 라우팅 프로토콜에서는 네트워크 내의 센서 노드들이 그룹화되어 몇 개의 클러스터를 구성하고, 각 클러스터는 게이트웨이(또는 싱크 노드)와 통신할 수 있는 하나의 클러스터 헤드(cluster head, CH)를 유지하고, 나머지 센서 노드들은 클러스터 멤버(cluster member, CM)가 되어 계층적인 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 여기서, 클러스터 헤드는 자신에게 연결된 다수의 클러스터 멤버들로부터 센싱 데이터를 수집하여 게이트웨이(또는 싱크 노드)로 전송하는 역할을 하므로 에너지가 빨리 소진될 수 있다. 따라서, 클러스터 헤드의 선정(CH election) 및 관리 방법은 클러스터 기반 라우팅 프로토콜에서 매우 중요한 도전 과제일 수 있다.
이러한 클러스터 구성 이유는 게이트웨이(또는 싱크 노드)와 통신할 수 있는 하나의 클러스터 헤드에 센싱 데이터를 집중시켜 데이터 전송 횟수를 줄이고 통신 자원의 한계에 대처하는데 목적이 있을 수 있다. 하지만, 대규모 디바이스를 무작위로 살포하는 서비스에서는 클러스터 내에 불필요하게 중복 동작하는 센서 노드들이 다수 발생할 수 있다. 즉, 불필요한 중복 센싱 데이터가 클러스터 헤드를 통하여 인프라로 전달됨으로써 불필요한 전력손실 및 통신 자원 낭비를 발생시킬 수 있다.
상기한 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 통신 노드들 간의 분산협업을 이용하여 가상 디바이스를 구성함으로써 저전력 장시간 운용이 가능한 클러스터를 구성하는 클러스터 구성 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 이와 같은 클러스터 구성 방법 및 장치의 실시예를 첨부된 도 3 내지 7을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 클러스터를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 통신 시스템의 통신 노드들은 무선 센서 네트워크(wireless sensor networks, WSNs)를 구성하는 센서 노드들일 수 있다. 이를테면, 통신 시스템의 통신 노드들은 초소형 IoT 센서 디바이스들일 수 있다. 이러한 통신 노드들을 포함하는 무선 네트워크 서비스는 넓은 지역에 대규모로 센서 노드가 무작위 살포되는 형태로 실시될 수 있다. 이를테면, 무선 네트워크 서비스는 산불 예방 및 대응을 위하여 산불 감지에 필요한 센서들을 사람이 접근하기 어려운 지역에 드론 등을 이용하여 무작위로 살포하는 형태로 실시될 수 있다.
통신 시스템의 통신 노드들은 클러스터 구성 장치(미도시)에 의해 하나의 클러스터(300)를 구성할 수 있다. 각각의 통신 노드들은 게이트웨이(305) 또는 게이트웨이 역할을 하는 싱크 노드(sink node)와 직접 연결되거나, 다른 통신 노드를 통해 게이트웨이(GW) 또는 싱크 노드와 연결될 수 있다. 본 출원의 실시예에서 ‘게이트웨이’라고 표현된 내용은, 별도의 표기가 없는 한, 싱크 노드에도 적용될 수 있다.
통신 시스템의 통신 노드들은 다양한 종류의 센서 노드들일 수 있다. 이를테면, 통신 시스템의 통신 노드들은 풍속 센서 노드(310), CO2 센서 노드(320), 습도 센서 노드(330), 온도 센서 노드(340), 풍향 센서 노드(350) 등일 수 있으며, 이외에도 다양한 종류의 센서 노드에 해당될 수 있다. 이와 같은 센서 노드들은 인간의 접근이 어려운 산속 등의 환경에서 산불 예측, 산불 진행 방향 탐지, 잔불 감지 등 산불 서비스를 위하여 살포되어 운용될 수 있으며, 이외에도 다양한 상황에서 운용될 수 있다.
통신 시스템의 클러스터(300)를 구성하는 통신 노드들 중 하나의 통신 노드는 클러스터 헤드(CH)일 수 있으며, 그 밖의 통신 노드들은 클러스터 멤버일 수 있다. 클러스터 헤드(CH)는 게이트웨이 및 클러스터 멤버들과 연결될 수 있다. 클러스터 헤드(CH)는 여러 센서 종류 중 어느 하나의 종류에서 선정된 센서 노드일 수 있다. 이와 같이 선정된 클러스터 헤드(CH)는 풍속 센서 노드(311), CO2 센서 노드(321), 습도 센서 노드(331), 온도 센서 노드(341), 풍향 센서 노드(351) 등일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 클러스터 구성 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 클러스터 구성 장치(400)는 노드 관리부(410), 헤드 선정부(420), 신호 측정부(430), 센서 관리부(440), 헤드 관리부(450) 및 가상 디바이스부(460)를 포함할 수 있다. 클러스터 구성 장치(400)에 포함된 각각의 논리적 구성은 클러스터 구성 장치(400)의 메모리에 기록된 하나 이상의 명령들로 구현될 수 있다. 클러스터 구성 장치(400)의 메모리에 기록된 하나 이상의 명령들은 클러스터 구성 장치(400)의 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
노드 관리부(410)는 통신 시스템의 클러스터(300)에 포함되는 통신 노드들을 관리할 수 있다. 구체적으로는, 통신 시스템의 통신 노드들 중 클러스터(300)에 포함될 통신 노드들을 결정할 수 있고, 또한 통신 노드들을 종류별로 분류 및 계수할 수 있다.
헤드 선정부(420)는 클러스터(300)에 포함되는 통신 노드들을 일정한 기준으로 헤드 후보군, 센서 후보군 등으로 분류할 수 있다. 이러한 헤드 선정부(420)의 동작은 노드 관리부(410) 및/또는 신호 측정부(430)로부터 수신된 데이터를 기초로 수행될 수 있다.
신호 측정부(430)는 클러스터(300)에 포함되는 통신 노드들 상호간의 무선 신호의 세기 또는 감도 등을 측정할 수 있고, 무선 신호 세기의 편차를 산출할 수 있다.
센서 관리부(440)는 헤드 선정부(420)에서 센서 후보군으로 선정된 통신 노드들을 관리할 수 있다. 이를테면, 센서 관리부(440)는 센서 후보군에 포함된 통신 노드들 중 센서 기능을 수행할 동작 센서 노드와 대기 모드에 있을 대기 센서 노드를 선정할 수 있다. 또한, 센서 관리부(440)는 동작 센서 노드로 선정된 통신 노드의 잔여 전력량이 일정량 이하로 낮아질 경우, 센서 후보군에 포함된 다른 통신 노드를 센서 기능을 수행할 동작 통신 노드로 변경할 수 있다.
헤드 관리부(450)는 헤드 선정부(420)에서 헤드 후보군 또는 클러스터 헤드로 선정된 통신 노드들을 관리할 수 있다. 이를테면, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드로 선정된 통신 노드의 잔여 전력량이 일정량 이하로 낮아질 경우, 헤드 후보군에 포함된 다른 통신 노드 중 하나를 클러스터 헤드로 변경할 수 있다.
가상 디바이스부(460)는 하나의 가상 디바이스를 생성하여 동작 센서 노드들과 게이트웨이를 연결할 수 있다. 구체적으로는, 가상 디바이스부(460)는 복수의 동작 센서 노드들을 통해 측정된 데이터를 취합하여 클러스터 헤드로 전송하는 하나의 가상 디바이스를 생성할 수 있다. 가상 디바이스부(460)는 동작 센서 노드들 중에서 하나를 가상 디바이스로 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 클러스터 구성 방법에 의한 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면. 통신 시스템은 도 3에 도시된 게이트웨이(305) 및 복수의 통신 노드들을 포함할 수 있다. 또한 통신 시스템은 도 4에 도시된 클러스터 구성 장치(400)를 포함할 수 있다. 클러스터 구성 장치(400)는 아래의 동작을 수행하여 통신 시스템에 포함된 복수의 통신 노드들로 구성되는 클러스터(300)의 구성을 관리할 수 있다.
노드 관리부(410)는 통신 시스템의 통신 노드들 중 클러스터(300)에 포함될 노드들을 결정하여 클러스터(300)를 구성할 수 있다(S500). 이를테면, 노드 관리부(410)는 하나의 드론에서 살포된 통신 노드들을 모아서 하나의 클러스터(300)를 구성할 수 있다. 또는, 노드 관리부(410)는 일정 거리 내에 있는 통신 노드들을 모아서 하나의 클러스터(300)를 구성할 수 있다.
노드 관리부(410)는 클러스터(300)에 포함된 통신 노드들을 종류별로 분류할 수 있다. 구체적으로는, 노드 관리부(410)는 통신 노드들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성할 수 있다 (S505). 이를테면 통신 노드들은 IoT 센서 노드들일 수 있고, 각각 그 기능에 따라 풍속 센서 노드(310), CO2 센서 노드(320), 습도 센서 노드(330), 온도 센서 노드(340), 풍향 센서 노드(350), 또는 그 외의 다양한 종류의 센서 노드로 분류될 수 있다. 이에 따라 노드 관리부(410)는 풍속 센서 그룹, CO2 센서 그룹, 습도 센서 그룹, 온도 센서 그룹, 풍향 센서 그룹 또는 그 외의 다양한 센서 종류의 그룹들을 생성할 수 있다.
노드 관리부(410)는 센서 그룹들 각각의 통신 노드들의 개수를 확인할 수 있다(S510). 그리고 노드 관리부(410)는 가장 많은 통신 노드들을 가지는 센서 그룹을 확인할 수 있다(S515). 또한 노드 관리부(410)는 가장 적은 통신 노드들을 가지는 센서 그룹의 통신 노드 개수를 확인하여, 이를 ‘제1 기준 개수’로 설정할 수 있다.
신호 측정부(430)는 클러스터(300)를 구성하는 통신 노드들로부터 통신 노드 간 무선 신호 세기 정보를 확인할 수 있다(S520). 이를 위하여, 각 통신 노드는 타 통신 노드들로부터 수신한 무선 신호의 세기 정보를 신호 측정부(430)에 보고할 수 있다. 무선 신호 세기 정보는 RSRP(reference signal received power), RSRQ(reference signal received quality), RSSI(reference signal strength indicator) 등일 수 있다. 각 통신 노드가 타 통신 노드들로부터 수신한 무선 신호의 세기 정보는 개별적으로 산출될 수 있고, 또는 평균계산되어 산출될 수 있다.
신호 측정부(430)는 각 통신 노드들의 무선 신호 세기 정보를 통해 무선 신호 세기 편차를 계산할 수 있다(S525). 즉, 신호 측정부(430)는 각 통신 노드들로부터 수신한 무선 신호 세기의 평균치를 계산하고, 이러한 평균치와 각각의 무선 신호 세기 간의 차이를 계산하여 각 통신 노드들의 무선 신호 세기 편차를 산출할 수 있다.
그리고 신호 측정부(430)는 계산된 무선 신호 세기 편차를 오름차순으로 정렬할 수 있다(S530). 여기서, 무선 신호 세기 편차가 작을수록 해당 통신 노드가 클러스터(300)의 중심에 가까이 있다고 볼 수 있다.
헤드 선정부(420)는 클러스터(300)에 포함되는 통신 노드들을 일정한 기준으로 헤드 후보군, 센서 후보군, 또는 클러스터 헤드(cluster head, CH) 등으로 분류할 수 있다(S535). 이러한 헤드 선정부(420)의 동작은 노드 관리부(410) 및/또는 신호 측정부(430)로부터 수신된 데이터를 기초로 수행될 수 있다.
예를 들어, 헤드 선정부(420)는 각 센서 그룹별 통신 노드들 중 제1 기준 개수만큼의 통신 노드들을 센서 후보군으로 선정할 수 있다(S535). 보다 구체적으로는, 헤드 선정부(420)는 신호 측정부(430)에서 오름차순으로 정렬된 무선 신호 세기 편차 정보를 기초로, 각 센서 그룹별 통신 노드들 중에서 무선 신호 세기 편차가 큰 순서대로 센서 기준 개수만큼의 통신 노드들을 센서 후보군으로 선정할 수 있다(S535). 헤드 선정부(420)는 센서 후보군으로 선정되지 않은 나머지 통신 노드들을 헤드 후보군으로 선정할 수 있다(S535).
헤드 선정부(420)는 헤드 후보군으로 선정된 통신 노드들 중에서 하나의 통신 노드를 클러스터 헤드로 선정할 수 있다(S535). 구체적으로는, 헤드 선정부(420)는 여러 센서 그룹 중에서 통신 노드의 개수가 가장 많은 센서 그룹의 정보를 노드 관리부(410)로부터 확인하고, 해당 센서 그룹의 헤드 후보군 중에서 하나의 통신 노드를 클러스터 헤드로 선정할 수 있다. 헤드 선정부(420)는 헤드 후보군에 포함된 통신 노드들 중에서 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 통신 노드를 클러스터 헤드로 선정할 수 있다.
헤드 선정부(420)에 의하여 센서 후보군, 헤드 후보군 및 클러스터 헤드로 선정된 통신 노드들은 각각 센서 관리부(440) 및 헤드 관리부(450)에 의하여 관리될 수 있다.
헤드 선정부(420)는 클러스터(300)의 클러스터 헤드가 선정되어 있는지 여부를 확인할 수 있고(S540), 클러스터 헤드가 선정되어 있지 않을 경우 클러스터 헤드를 선정하는 동작을 수행할 수 있다(S550). S550 단계에서 클러스터 헤드를 선정하는 동작은 S535 단계에서 클러스터 헤드를 선정하는 동작과 유사할 수 있다.
S540 단계에서 클러스터 헤드가 선정되어 있을 경우, 헤드 선정부(420)는 헤드 후보군과 센서 후보군이 선정되지 않은 센서 그룹이 있는지 여부를 확인할 수 있다(S545). 헤드 후보군과 센서 후보군이 선정되지 않은 센서 그룹이 있을 경우, 노드 관리부(410)는 남은 센서 그룹 중 개수가 가장 많은 통신 노드의 센서 그룹을 선정하여(S515) 헤드 후보군 및 센서 후보군의 선정을 수행할 수 있다.
S545 단계에서 헤드 후보군과 센서 후보군을 분류하지 않은 센서 그룹이 남아 있지 않을 경우, 센서 관리부(440)는 동작 센서 노드의 선정을 수행할 수 있다(S555). 구체적으로는, 센서 관리부(440)는 각 센서 그룹별 센서 후보군에 포함된 통신 노드들 중에서, 클러스터 헤드와의 거리가 가장 가까운 통신 노드들을 동작 센서 노드로 선정할 수 있다(S555).
가상 디바이스부(460)는 각 센서 그룹별로 선정된 동작 센서 노드들을 그룹화하여 하나의 가상 디바이스를 구성하고(S560) 이를 통신 시스템 또는 인프라에 등록할 수 있다(S565). 구체적으로는, 가상 디바이스부(460)는 복수의 동작 센서 노드들을 통해 측정된 데이터를 취합하여 클러스터 헤드로 전송하는 하나의 가상 디바이스를 생성할 수 있다. 가상 디바이스부(460)는 동작 센서 노드들 중에서 하나를 가상 디바이스로 설정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 클러스터를 구성하는 통신 노드들을 기능에 따라 분류하여, 각 센서 그룹 중에서 하나의 센서 노드만이 측정 동작을 수행하도록 할 수 있다. 이를 통하여, 센서 노드들의 불필요한 중복 측정 수행으로 인하여 전력 및 통신 자원이 낭비되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는 클러스터 헤드와의 거리가 가까운 센서 노드가 각 센서 그룹을 대표하도록 함으로써, 클러스터 헤드와 각 동작 센서 노드 간의 통신 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는 센싱을 수행하는 동작 센서 노드들을 그룹화하여 하나의 가상 디바이스를 구성함으로써, 센싱 데이터의 전송을 효율적으로 관리할 수 있다.
대규모 센서 노드를 이용하는 서비스 환경에서는, 센서 노드와 게이트웨이(또는 싱크 노드) 연결 방식이 중요할 수 있다. 저전력 장거리 무선통신 기술이 발전하면서 스타 네트워크 구조를 사용하는 실시예도 늘고 있다. 저전력 장거리 무선통신 기술에서도 노드 간 통신 거리가 멀어질 경우 에너지 소비가 증가하고 그에 따라 노드의 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 통신 노드들이 대규모로 살포되는 상황에서는 무선통신 간섭에 의한 에너지 소모량 증가가 야기되기도 한다. 또한 센서 노드가 무작위로 대규모 살포되는 서비스 환경에서는, 중복 센싱 및 중복 데이터 전송이 발생하여 불필요한 전력 및 통신 자원의 소모가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이러한 문제점들을 효과적으로 해결하고, 무선통신 에너지 소모를 최소화하여 클러스터 단위의 전체 서비스 제공 시간을 증가시키는 효과가 있다.
도 6은 본 발명에 따른 클러스터 헤드 변경 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 통신 시스템은 도 3에 도시된 복수의 통신 노드들로 구성된 클러스터(300) 및 게이트웨이(305)를 포함할 수 있다. 또한 통신 시스템은 도 4에 도시된 클러스터 구성 장치(400)를 포함할 수 있다. 클러스터 구성 장치(400)는 아래의 동작을 수행하여 클러스터(300)의 클러스터 헤드를 변경할 수 있다.
클러스터 구성 장치(400)의 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 전력 사용량 또는 잔여 전력량을 확인할 수 있다(S600). 이를 위하여, 클러스터 헤드는 전력 사용량 또는 잔여 전력량 정보를 헤드 관리부(450)에 주기적으로 보고할 수 있다. 혹은, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드로 확인 요청 메시지를 송신하고, 클러스터 헤드는 그 응답으로 전력 사용량 또는 잔여 전력량 정보를 회신할 수 있다.
헤드 관리부(450)는 S600 단계에서 측정된 전력 사용량 또는 잔여 전력량을 기 설정된 기준값과 비교하여, 클러스터 헤드의 전력에 여유가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S610). 다르게 표현하면, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 전력 사용량 또는 잔여 전력량에 기초하여, 지금의 클러스터 헤드를 계속 사용 가능한지 여부를 판단할 수 있다.
이를테면, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 잔여 전력량을 제1 임계값과 비교할 수 있다. 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 이상일 경우, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 전력에 여유가 있다고 판단할 수 있다. 반면, 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 미만일 경우, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 전력에 여유가 없다고 판단할 수 있다.
제1 임계값은 통상의 기술자가 동작 센서 노드의 전력 여유 여부 판단에 적절하다고 생각하는 값으로 설정될 수 있다. 클러스터 헤드의 전력 여유 여부 판단에 있어서는, 아래의 클러스터 헤드 변경 동작에 필요한 전력 사용량이 함께 고려될 수 있다. 이를테면, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 각 동작 센서 노드들과의 통신 동작, 게이트웨이와의 통신 동작, 및 이후의 클러스터 헤드 변경 동작을 수행하는 데 있어서 충분한지 여부를 판단할 수 있다(S610).
클러스터 헤드의 전력에 여유가 없을 경우, 헤드 관리부(450)는 클러스터 헤드를 다른 통신 노드로 변경하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
클러스터 헤드의 변경을 위하여, 헤드 관리부(450)는 각 센서 그룹별로 에너지 사용율 또는 전력 사용율(Su)을 분석할 수 있다.
센서 그룹별 사용율(Su)은 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, d는 해당 센서 그룹의 통신 노드들 중 전력 소진으로 인하여 타 통신 노드와의 통신 또는 데이터 측정 등을 수행할 수 없는 통신 노드들의 개수를 의미할 수 있고, u는 현재의 동작 센서 노드의 전력 사용율(%)을 의미할 수 있고, N은 클러스터 헤드로 사용된 통신 노드를 제외한 모든 통신 노드의 수일 수 있다. d,u, N 등의 정보는 노드 관리부(410) 또는 센서 관리부(440) 등으로부터 수신한 각 통신 노드들의 상태 정보에 기초하여 산출될 수 있다.
즉, 센서 그룹별 전력 사용율(Su)은 전력 소진으로 인하여 타 통신 노드와의 통신 또는 데이터 측정 등을 수행할 수 없는 통신 노드들의 수(d)가 많을수록 높을 수 있고, 현재의 동작 센서 노드가 소모한 전력(u)이 많을수록 높을 수 있고, 센서 그룹별 통신 노드의 수(N)가 적을수록 높을 수 있다. 이와 같이 센서 그룹별 전력 사용율(Su)이 높을수록, 해당 센서 그룹 전체의 전력 여유는 낮을 수 있다.
다르게 표현하면, 센서 그룹별 전력 사용율(Su)은 전력 소진으로 인하여 타 통신 노드와의 통신 또는 데이터 측정 등을 수행할 수 없는 통신 노드들의 수(d)가 적을수록 낮을 수 있고, 현재의 동작 센서 노드가 소모한 전력(u)이 적을수록 낮을 수 있고, 센서 그룹별 통신 노드의 수(N)가 많을수록 낮을 수 있다. 이와 같이 센서 그룹별 전력 사용율(Su)이 낮을수록, 해당 센서 그룹 전체의 전력 여유는 높을 수 있다.
헤드 관리부(450)는 여러 센서 그룹 중 전력 여유가 높은 센서 그룹에서 클러스터 헤드를 선정할 수 있다. 이와 같이 하나의 통신 노드가 클러스터 헤드로서 차출되면, 해당 센서 그룹에서는 센서 노드로서 측정을 수행할 수 있는 노드가 하나 줄어드는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 전력 사용율의 계산에서 이를 보정할 필요가 있을 수 있다.
즉, 센서 그룹별 전력 사용율의 분석에 있어서, 클러스터 헤드가 차출되는 상황을 가정할 수 있다. 이 경우, 센서 그룹별 전력 사용율(Sh)은 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1에서와 같이, d는 해당 센서 그룹의 통신 노드들 중 전력 소모로 인해 폐기된 통신 노드의 개수를 의미할 수 있고, u는 현재의 동작 센서 노드의 전력 사용율(%)을 의미할 수 있고, N은 클러스터 헤드로 사용된 통신 노드를 제외한 모든 통신 노드의 수일 수 있다. 여기에, 또 하나의 통신 노드가 클러스터 헤드로서 차출될 것을 가정하면, 분모가 N-1로 결정될 수 있다.
해당 센서 그룹 전체의 전력 여유가 높을수록, 해당 센서 그룹의 여유 센서 노드 개수가 상대적으로 많다고 볼 수 있다. 즉, 센서 그룹별 전력 사용율(Sh)이 낮을수록 해당 센서 그룹의 여유 노드 개수가 많다고 볼 수 있다. 이와 같은 가상의 여유 센서 노드 개수를 ‘상대 센서 개수’라 하고, 센서 그룹별 전력 사용율(Sh)의 역수로 정의할 수 있다.
헤드 관리부(450)는, 클러스터 헤드가 차출되는 상황을 가정하여 센서 그룹별 전력 사용율(Sh)을 계산하고(S620), 이를 역수 계산하여 ‘상대 센서 개수’를 계산할 수 있다(S630).
헤드 관리부(450)는, 상대 센서 개수가 가장 많은 센서 그룹을 선정할 수 있다(S640). 헤드 관리부(450)는 이와 같이 선정된 해당 센서 그룹에서 새로운 클러스터 헤드를 선정할 수 있다.
S640 단계에서 선정된 센서 그룹에 헤드 후보군이 선정되어 있을 경우(S650), 헤드 관리부(450)는 헤드 후보군에서 헤드를 선정할 수 있다(S660). 구체적으로는, 헤드 관리부(450)는 선정된 센서 그룹의 헤드 후보군 중에서 무선 신호 세기 편차가 가장 낮은 통신 노드를 클러스터 헤드로 선정할 수 있다.
S640 단계에서 선정된 센서 그룹에 헤드 후보군이 선정되지 않았거나 기존의 헤드 후보군의 통신 노드들이 전부 전력을 소모하여서 헤드 후보군이 남아 있지 않을 경우(S650), 헤드 관리부(450)는 해당 센서 그룹의 통신 노드들 전체에서 클러스터 헤드를 선정할 수 있다.
구체적으로는, 헤드 관리부(450)는 신호 측정부(430)를 통하여, 해당 센서 그룹의 모든 통신 노드들의 무선 신호 세기 편차 정보를 획득할 수 있다. 신호 측정부(430)는 통신 노드들의 무선 신호 세기 편차를 오름차순으로 정렬하여, 무선 신호 세기 편차가 가장 낮은 통신 노드를 선정할 수 있다(S680). 헤드 관리부(450)는 이와 같이 신호 측정부(430)를 통해 선정된 통신 노드를 클러스터 헤드로서 선정할 수 있다(S690).
헤드 관리부(450)는 S660 단계 또는 S690 단계에서 클러스터 헤드로 선정된 통신 노드를 클러스터 헤드로 변경하고, 기존의 클러스터 헤드를 일반 클러스터 멤버로 변경할 수 있다(S670).
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 클러스터 헤드의 전력 여유 여부를 모니터링하여, 클러스터 헤드의 전력에 여유가 없는 것이 확인되면 다른 통신 노드를 클러스터 헤드로 변경할 수 있다. 이를 통하여 클러스터 헤드 관리 동작의 안정성을 높이고 클러스터 전체의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 이러한 전력 여유 여부 판단에 있어서 동작 센서 노드 변경 동작에 필요한 전력 사용량을 함께 고려함으로써, 동작 센서 노드 변경 동작 및 전반적인 센서 관리 동작의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 클러스터 헤드를 차출할 센서 그룹을 선정함에 있어서 센서 그룹별 전력 사용율 및 상대 센서 개수를 계산함으로써, 센서 그룹 전체의 전력 여유를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 동작 센서 노드 변경 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 통신 시스템은 도 3에 도시된 복수의 통신 노드들로 구성된 클러스터(300) 및 게이트웨이(305)를 포함할 수 있다. 또한 통신 시스템은 도 4에 도시된 클러스터 구성 장치(400)를 포함할 수 있다. 클러스터 구성 장치(400)는 아래의 동작을 수행하여 클러스터(300)의 동작 센서 노드를 변경할 수 있다.
클러스터 구성 장치(400)의 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들의 전력 사용량 또는 잔여 전력량을 확인할 수 있다(S700). 이를 위하여, 각 동작 센서 노드들은 전력 사용량 또는 잔여 전력량 정보를 센서 관리부(440)에 주기적으로 보고할 수 있다. 혹은, 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들로 확인 요청 메시지를 송신하고, 각 동작 센서 노드들은 그 응답으로 전력 사용량 또는 잔여 전력량 정보를 회신할 수 있다.
센서 관리부(440)는 S700 단계에서 측정된 전력 사용량 또는 잔여 전력량을 기 설정된 기준값과 비교하여, 각 동작 센서 노드들의 전력에 여유가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S710). 다르게 표현하면, 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들의 전력 사용량 또는 잔여 전력량에 기초하여, 지금의 동작 센서 노드들을 계속 사용 가능한지 여부를 판단할 수 있다.
이를테면, 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들의 잔여 전력량을 제2 임계값과 비교할 수 있다. 각 동작 센서 노드들의 잔여 전력량이 제2 임계값 이상일 경우, 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들의 전력에 여유가 있다고 판단할 수 있다. 반면, 잔여 전력량이 제2 임계값 미만인 동작 센서 노드가 확인될 경우, 센서 관리부(440)는 해당 동작 센서 노드의 전력에 여유가 없다고 판단할 수 있다.
제2 임계값은 통상의 기술자가 동작 센서 노드의 전력 여유 여부 판단에 적절하다고 생각하는 값으로 설정될 수 있다. 동작 센서 노드의 전력 여유 여부 판단에 있어서는, 아래의 동작 센서 노드 변경 동작에 필요한 전력 사용량이 함께 고려될 수 있다. 이를테면, 센서 관리부(440)는 각 동작 센서 노드들의 잔여 전력량이 센서 노드로서의 센싱 동작, 클러스터 헤드와의 통신 동작, 및 이후의 동작 센서 노드 변경 동작을 수행하는 데 있어서 충분한지 여부를 판단할 수 있다(S710).
S710 단계에서 전력에 여유가 없는 동작 센서 노드가 발견될 경우, 센서 관리부(440)는 해당 동작 센서 노드를 다른 통신 노드로 변경하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
동작 센서 노드의 변경을 위하여, 센서 관리부(440)는 변경하고자 하는 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 대기 센서 노드들의 상태를 확인할 수 있다.
이러한 대기 센서 노드들의 상태 확인에 있어서, 전력 여유 여부가 확인될 수 있다. 즉, 센서 관리부(440)는 변경하고자 하는 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 대기 센서 노드들 중에서 전력에 여유가 있는 동작 센서 노드들을 선별할 수 있다. 또한, 이러한 대기 센서 노드들의 상태 확인에 있어서, 클러스터 헤드와의 거리가 확인될 수 있다. 즉, 센서 관리부(440)는 변경하고자 하는 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 대기 센서 노드들 중에서 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 확인할 수 있다(S720).
센서 관리부(440)는 변경하고자 하는 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 대기 센서 노드들 중에서, 전력에 여유가 있으면서도 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 선택할 수 있다(S720). 센서 관리부(440)는 이와 같이 선택된 대기 센서 노드를 동작 센서 노드로 변경하고, 기존의 동작 센서 노드를 대기 센서 노드로 변경할 수 있다(S730).
S710 단계에서 전력에 여유가 없는 동작 센서 노드가 발견되지 않을 경우, 센서 관리부(440)는 센서 동작 중에 클러스터 헤드가 변경되었는지 여부를 확인할 수 있다(S740). 이러한 확인은, 헤드 관리부(450)로부터 제공된 정보에 기초하여 수행될 수 있다.
도 5의 S555 단계 및 도 7의 S720 단계에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 클러스터 헤드와의 거리에 따라서 동작 센서 노드와 대기 센서 노드가 선정될 수 있다. 그런데 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 클러스터 헤드의 전력 여유 여부에 따라서 클러스터 헤드가 변경될 수 있다. 이와 같이 클러스터 헤드가 변경될 경우 클러스터 헤드와 다른 통신 노드들과의 거리 역시 변경될 수 있다. 따라서, 클러스터 헤드가 변경될 경우 동작 센서의 변경이 필요할 수 있다.
S740 단계에서 클러스터 헤드의 변경이 확인될 경우, 센서 관리부(440)는 변경된 클러스터 헤드와의 거리에 기초하여 동작 센서 노드 변경 동작을 수행할 수 있다. 즉, 센서 관리부(440)는 각 센서 그룹의 센서 후보군에 포함된 통신 노드들 중에서, 전력에 여유가 있으면서도 변경된 클러스터 헤드와 거리가 가장 가까운 통신 노드들을 하나씩 선택할 수 있다(S720). 센서 관리부(440)는 이와 같이 선택된 통신 노드가 기존의 동작 센서 노드와 같다면 기존의 동작 센서 노드를 유지할 수 있다. 한편, 센서 관리부(440)는 이와 같이 선택된 통신 노드가 기존의 동작 센서 노드와 다르다면, 선택된 통신 노드를 동작 센서 노드로 변경하고, 기존의 동작 센서 노드를 대기 센서 노드로 변경할 수 있다(S730).
S740 단계에서 클러스터 헤드의 변경이 확인되지 않을 경우, 센서 관리부(440)는 S700 단계 및 S710 단계를 다시 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 현재 센싱을 수행하고 있는 각 동작 센서 노드들의 전력 여유 여부를 모니터링하여, 전력에 여유가 없어진 동작 센서 노드가 확인되면 이를 같은 센서 그룹의 다른 대기 센서 노드로 변경할 수 있다. 이를 통하여 센서 관리 동작의 안정성을 높이고 클러스터 전체의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 이러한 전력 여유 여부 판단에 있어서 동작 센서 노드 변경 동작에 필요한 전력 사용량을 함께 고려함으로써, 동작 센서 노드 변경 동작 및 전반적인 센서 관리 동작의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 구성 장치는, 센서 관리 동작에 있어서 클러스터 헤드의 변경 여부를 확인함으로써, 클러스터 헤드와의 거리가 가까운 통신 노드들이 센싱 동작을 수행할 수 있도록 관리할 수 있다. 이를 통하여 통신 자원 및 전력의 낭비를 줄이고 통신 시스템의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 통신 시스템에서 클러스터(cluster) 구성 장치에 의해 수행되는 클러스터 구성 방법으로서,
    복수개의 통신 노드들 중에서 클러스터 멤버들을 선정하는 단계;
    상기 클러스터 멤버들 간의 무선 신호 세기 편차를 확인하는 단계;
    상기 클러스터 멤버들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성하는 단계;
    상기 무선 신호 세기 편차에 기초하여, 상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하는 단계;
    상기 헤드 후보군 내에서 클러스터 헤드를 선정하는 단계;
    상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하는 단계; 및
    상기 동작 센서 노드들 중에서 하나의 동작 센서 노드를 가상 디바이스로 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 가상 디바이스는 상기 동작 센서 노드들로부터 획득한 정보를 상기 클러스터 헤드에 전송하도록 동작하는, 클러스터 구성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러스터 헤드를 선정하는 단계는,
    상기 센서 그룹들 중에서 가장 많은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클러스터 헤드를 선정하는 단계는,
    상기 가장 많은 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하는 단계는,
    상기 센서 그룹들 중에서 가장 적은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 클러스터 멤버들의 개수를 제1 기준 개수로 설정하고, 상기 각 센서 그룹마다 상기 무선 신호 세기 편차가 큰 순서대로 상기 제1 기준 개수만큼의 클러스터 멤버들을 상기 센서 후보군으로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 상기 헤드 후보군으로 선정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하는 단계는,
    상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군의 클러스터 멤버들 중에서, 상기 클러스터 헤드와의 거리가 가장 가까운 클러스터 멤버를 동작 센서 노드로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 대기 센서 노드들로 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러스터 구성 방법은,
    상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 미만일 경우, 상기 센서 그룹들 중에서 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 하나의 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계는,
    상기 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러스터 구성 방법은,
    상기 동작 센서 노드들의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 잔여 전력량이 제2 임계값 미만인 동작 센서 노드가 확인될 경우, 상기 잔여 전력량이 상기 제2 임계값 미만인 상기 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 상기 동작 센서 노드로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러스터 구성 방법은,
    상기 클러스터 헤드가 변경될 경우, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군 내에서 상기 변경된 클러스터 헤드와 가장 가까운 클러스터 멤버들을 상기 동작 센서 노드들로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 방법.
  10. 통신 시스템에서 클러스터(cluster)를 구성하는 클러스터 구성 장치로서,
    프로세서(processor); 및
    상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory)를 포함하며,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    복수개의 통신 노드들 중에서 클러스터 멤버들을 선정하고;
    상기 클러스터 멤버들 간의 무선 신호 세기 편차를 확인하고;
    상기 클러스터 멤버들을 센서 종류에 따라 분류함으로써 센서 그룹들을 생성하고;
    상기 무선 신호 세기 편차에 기초하여, 상기 센서 그룹들 각각의 헤드 후보군 및 센서 후보군을 선정하고;
    상기 헤드 후보군 내에서 클러스터 헤드를 선정하고;
    상기 센서 후보군 내에서 동작 센서 노드들을 선정하고; 그리고
    상기 동작 센서 노드들 중에서 하나의 동작 센서 노드를 가상 디바이스로 설정하도록 실행되고,
    상기 가상 디바이스는 상기 동작 센서 노드들로부터 획득한 정보를 상기 클러스터 헤드에 전송하도록 동작하는, 클러스터 구성 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 센서 그룹들 중에서 가장 많은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 상기 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 센서 그룹들 중에서 가장 적은 상기 클러스터 멤버들을 가지는 센서 그룹의 클러스터 멤버들의 개수를 제1 기준 개수로 설정하고, 상기 각 센서 그룹마다 상기 무선 신호 세기 편차가 큰 순서대로 상기 제1 기준 개수만큼의 클러스터 멤버들을 상기 센서 후보군으로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 상기 헤드 후보군으로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군의 클러스터 멤버들 중에서, 상기 클러스터 헤드와의 거리가 가장 가까운 클러스터 멤버를 동작 센서 노드로 선정하고, 그 외의 클러스터 멤버들을 대기 센서 노드들로 선정하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 클러스터 헤드의 잔여 전력량이 제1 임계값 미만일 경우, 상기 센서 그룹들 중에서 전력 사용율이 가장 낮은 센서 그룹의 헤드 후보군 내에서 상기 무선 신호 세기 편차가 가장 작은 클러스터 멤버를 상기 클러스터 헤드로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 동작 센서 노드들의 잔여 전력량을 확인하여, 상기 잔여 전력량이 제2 임계값 미만인 동작 센서 노드가 확인될 경우, 상기 잔여 전력량이 상기 제2 임계값 미만인 상기 동작 센서 노드와 같은 센서 그룹의 센서 후보군 내에서 상기 클러스터 헤드와 가장 가까운 대기 센서 노드를 상기 동작 센서 노드로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 클러스터 헤드가 변경될 경우, 상기 센서 그룹들 각각의 센서 후보군 내에서 상기 변경된 클러스터 헤드와 가장 가까운 클러스터 멤버들을 상기 동작 센서 노드들로 변경하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 구성 장치.
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