WO2015137758A1 - 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법 - Google Patents

센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법 Download PDF

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sink node
sensor
transmission
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박형곤
권민혜
권정민
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Ewha Womans University
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Ewha Womans University
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0226—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on location or mobility

Definitions

  • the following description relates to a method of transmitting data between a sensor node and a sensor node, and a method of transmitting data between a sink node and a sink node. More specifically, data transmission is performed between a sensor node and a sink node using a transmission range in a sensor network. It is about a method.
  • the sensor network transfers data between highly mobile sensor nodes and sink nodes.
  • the sensor node collects data at the moved location while moving geographically.
  • the sink node receives data from highly mobile sensors located at a wide radius within a predetermined transmission range.
  • the sensors require a lot of power as the data is continuously transmitted to the sink node without any limitation.
  • the power is multiplied squared in proportion to the distance from the sink node.
  • a data transmission method of a sink node may be provided.
  • a data transmission method of a node, a sink node, and a data transmission method of a sink node may be provided.
  • a data transmission method performed by a sink node may include receiving data from sensor nodes positioned within a transmission limit range; And decoding the received data and transmitting the received data to the gateway.
  • the transmitting may decode data received from a plurality of sensor nodes positioned within the transmission limit range based on a unit time.
  • the transmitting may include decoding the received data including temporary data of a plurality of sensor nodes located outside the transmission limit range at the unit time.
  • the transmitting may decode the collected data by using a compression sensing technique capable of approximate restoration of the data.
  • the sensor node may collect data within a predetermined radius of the sink node, and transmit the collected data to the sink node when the sensor node is located within the transmission limit range based on a unit time.
  • the transmission limit range may be set in consideration of the time at which the sensor node collects data and a distance between the sink node and the sensor node within a predetermined radius of the sink node.
  • a data transmission method performed by a sensor node may include collecting data within a predetermined radius of a sink node; And transmitting the collected data to the sink node in consideration of the transmission limit range.
  • the data may be collected at a point located within a predetermined radius of the sink node for a predetermined time based on the time when the sensor node is operated.
  • the transmitting may include transmitting the collected data to a sink node when the data is located within the transmission limit range based on a unit time in which data can be transmitted, and the transmission limit range is a predetermined radius of the sink node. It may be set in consideration of the power according to the time the sensor node collects data and the distance between the sink node and the sensor node within.
  • the sink node receives data from sensor nodes located within the transmission limit range, and decodes the collected data and transmits the data to a gateway by using a compression sensing technique capable of approximate restoration of the data. Can be.
  • the sink node may include a data receiver configured to receive data from sensor nodes located within a transmission limit range; It may include a data decoding unit for decoding the received data transmitted to the gateway.
  • the data decoder may decode data received from a plurality of sensor nodes located within the transmission limit range based on a unit time.
  • the data decoder may decode the received data including temporary data of a plurality of sensor nodes located outside the transmission limit range at the unit time.
  • the data decoder may decode the collected data by using a compression sensing technique capable of approximate restoration of data.
  • the sensor node may collect data within a predetermined radius of the sink node, and transmit the collected data to the sink node when the sensor node is located within the transmission limit range based on a unit time.
  • the transmission limit range according to an embodiment may be set in consideration of the transmission time according to the time at which the sensor node collects data and the distance between the sink node and the sensor node within a predetermined radius of the sink node.
  • a sensor node may include a data collector configured to collect data within a predetermined radius of a sink node; It may include a data transmitter for transmitting the collected data to the sink node in consideration of the transmission limit range.
  • the data collector may collect data at a point located within a predetermined radius of the sink node for a predetermined time based on a time point when the sensor node is operated.
  • the data transmitter transmits the collected data to the sink node, and the transmission limit range is within a predetermined radius of the sink node. It may be set in consideration of the transmission power according to the time when the sensor node collects data and the distance between the sink node and the sensor node.
  • the sink node receives data from sensor nodes located within the transmission limit range, and decodes the collected data and transmits the data to a gateway by using a compression sensing technique capable of approximate restoration of the data. Can be.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a sensor network according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a sensor node and a sink node according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation sequence of a sensor node according to a flow of time, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a task performing algorithm of a sensor node, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a work performed by a sensor node, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a data decoding method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a data transmission method according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a sensor network according to an exemplary embodiment.
  • a sensor network may include a high mobility sensor node 102, 102 ′, a sink node 101, and a gateway 103.
  • the sensor nodes 102 and 102 ' may propose a structure that can more efficiently transfer data to the sink node 101 using the transmission limit range.
  • the sensor nodes 102 and 102 ′ may collect data within a radius of the sink node 101.
  • the sensor nodes 102 and 102 ′ may perform a task based on a temporal flow.
  • the sensor nodes 102 and 102 ' may be divided into a data collection section, a time plot, a position movement, and a data transmission section based on a temporal flow.
  • the sensor nodes 102 and 102 ′ may collect data at the current point within a predetermined radius of the sink node 101 in the data collection period. In addition, the sensor nodes 102 and 102 ′ may move the current location geographically in the case of location movement and data transmission interval. The sensor nodes 102 and 102 ′ may transmit data collected at the current location to the sink node 101. Here, the sensor nodes 102 and 102 ′ may transmit data to the sink node based on whether they are located within a transmission limit range. Task execution according to the temporal flow of the sensor nodes 102 and 102 'will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • Sink node 101 may receive data from sensor node 102 based on a transmission limit range.
  • the transmission limit range may mean a transmission range in which the sink node 101 may receive data from the sensor node 102.
  • the transmission limit range is determined by the time at which the sensor nodes 102 and 102 'collect data within a certain radius of the sink node 101 and the distance between the sink node 101 and the sensor nodes 102 and 102'. In consideration of the power may be a limited range.
  • the transmission limit range may take into account the time for the sensor nodes 102 and 102 'to collect all L data within a certain radius of the sink node 101.
  • the transmission limit range is a distance between the sink node 101 and the sensor nodes 102 and 102 'that can minimize battery consumption when the sensor nodes 102 and 102' transmit data. Can be taken into account.
  • the transmission limit range may be set in consideration of time and power.
  • the sink node 101 may set the transmission limit range to receive data from the sensor nodes 102 and 102 'more efficiently. That is, the sink node 101 may receive data of the sensor nodes 102 and 102 'existing within the transmission limit range, thereby minimizing the amount of battery and power of the sensor nodes 102 and 102'.
  • sink node 101 may collect data from sensor node 102 located within a transmission limit range. In addition, the sink node 101 may not collect data from the sensor node 102 'located outside the transmission limit range. However, if the sensor node 102 'is located within the transmission limit range as it moves, the sink node 101 may collect data from the sensor node 102'.
  • the sink node 101 may decode the data collected from the sensor node 102 and transmit it to the gateway 103. At this time, the sink node 101 may recover the collected data to the original data approximately by using the principle of the compression sensing technique.
  • the sink node 101 decrypts the data collected from the sensor node 102 located within the transmission limit range by using the principle of the compression sensing technique, so that the original data can be recovered by only the collected data.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a sensor node and a sink node according to an embodiment.
  • the sensor network may include a sensor node 201 and a sink node 204.
  • the sensor node 201 may include a data collector 202 and a data transmitter 203.
  • the sensor node 201 is highly mobile and may collect data while moving a position within a predetermined radius of the sink node for a predetermined time.
  • the sensor node 201 may collect data within a certain radius of the node until collecting L data.
  • the sensor node 201 may be a sensor that transmits the collected data to the sink node 204 based on the number of n transmissions.
  • the data collector 202 may collect data at a current point within a radius of the sink node.
  • the data collected by the sensor node 201 may include natural information existing within a predetermined radius of the sink node 204 at the current point.
  • data including natural information may have a sparity characteristic through domain transformation.
  • data collected for a predetermined time at the N-th sensor node may be represented by a data set, and the data set may be represented by Equation 1 below.
  • the data set may be composed of L pieces of data. And, May mean i-th data collected by the N-th sensor node.
  • the data collected by the N th sensor node may include sparse characteristics through domain transformation.
  • the dataset is random
  • the data is k-sparse in the domain and can be assumed to be information promised with a decoder. Based on these assumptions, the dataset is Can be expressed as May be represented as in Equation 2.
  • the data transmitter 203 may collect all L data from the data collector 202 and then transmit the collected data to the sink node 201 based on a unit time.
  • the unit time may mean one session in which a plurality of sensor nodes can transmit data to the sink node 204.
  • the data transmitter 203 may determine whether a current point moved while moving a predetermined radius of the sink node 204 is located within a transmission limit range based on the unit time. The data transmitter 203 may transmit the collected data to the sink node 204 when the moved current point is located within a transmission limit range. The data transmitter 203 may transmit n times of data to the sink node based on the unit time. Here, since the data transmitter 203 transmits data to the sink node according to whether the data transmitter 203 is located within the transmission limit range, the data transmitter 203 may not transmit data to the sink node every time for a unit time. In addition, the data generator 203 may measure the number of transmissions according to the unit time even if the data is not transmitted to the sink node.
  • the sink node 204 may receive the data from the sensor node 201, decode the data, and transmit the received data to the gateway.
  • the sink node 204 may include a data receiver 205 and a data decoder 206.
  • the data receiver 205 may receive data from the sensor node 201 located within the transmission limit range.
  • the data receiver 205 may receive data collected while moving within a predetermined radius of the sink node 204.
  • the data receiving unit 205 is a unit time in which the sensor node 201 can collect and transmit all L pieces of data, and can receive data from the sensor node 201 based on a condition located within a transmission limit range. have.
  • the transmission limit range may be a range that is set in consideration of the time when the sensor node collects data and the distance between the sink node and the sensor node within a predetermined radius of the sink node. This transmission limit range may be set when the condition as shown in Equation 3 is satisfied.
  • p means the ratio of the area of the transmission limit range
  • d may mean the cell size of the sink node 204.
  • the transmission limit range may satisfy a condition as shown in Equation 4 as a condition that there is a gain in terms of power related to the sensor node 201.
  • the limit transmission range may be represented by Equation 5.
  • the limit transmission range may be inversely proportional to the square root of the unit time spent by the sensor node 201 transmitting the m data to the sink node 204. Therefore, the limit transmission range may be set in consideration of the delay sensitivity of the system or application of the sensor network.
  • the power gain of the limited transmission range can be expressed as Equation 6.
  • the power gain of the marginal transmission range is Proportional to, Can be inversely proportional to
  • the power gain of the limited transmission range may be set in consideration of Table 1 below.
  • the data decoder 206 may decode the data received from the sensor node 201 and transmit it to the gateway.
  • the data decoder 206 may generate a result value by calculating data received from the sensor node 201 located within a transmission limit range.
  • the result value may be a value generated to approximate the original data based on the received data. A method of decoding data will be described in detail with reference to FIG. 6.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation sequence of a sensor node according to a flow of time, according to an exemplary embodiment.
  • Sensor nodes can perform tasks based on time flow.
  • the sensor node may be configured of a data collection section, a position movement, and a data transmission section based on a temporal flow.
  • the data collection section may be a section for sensing data.
  • the data collection section may be a section in which the sensor node operates for the purpose of acquiring data.
  • the data collection section may be a section in which the sensor node operates to acquire L pieces of data for L time on the basis of the point in time at which the sensor node starts to operate.
  • the sensor node may be allowed to move depending on the application for a narrow range of sensing.
  • the sensor node may not transmit the collected data while collecting data by the data collection section. That is, the sensor node may collect data while moving in a narrow range during the data collection period.
  • the location movement and data transmission section may be a section in which the sensor node operates for the purpose of geographical movement and data transmission of the sensor node.
  • the sensor node may transmit the collected data to the sink node while moving the location for a unit time in which n data transmission occurs.
  • the sensor node may transmit data to the sink node if it is located within the transmission limit range.
  • the sensor node may not perform a sensing process when the sensor node is moved in the position movement and data transmission period. In the case of the position movement and the data transmission section, the sensor node may perform only an operation of transmitting data by determining whether the sensor node is located within a range of position movement and transmission limitation.
  • the sensor node When n data transmission occurs during the position movement and data transmission interval, the sensor node is switched to the data collection interval again, and this process may be repeatedly performed.
  • the work performed by the sensor node may be represented as shown in FIG. 4. That is, the sensor node may transmit data to the sink node when it is located within the transmission limit while repeatedly performing data collection and data transmission.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a work performed by a sensor node according to an exemplary embodiment.
  • the sensor node may be divided into a data collection section, a position movement, and a data transmission section.
  • the sensor node may operate the operation from step 501 to step 504 as a data collection interval.
  • the sensor node may operate the movement of the position and the data transmission interval from operation 505 to operation 511.
  • the sensor node may designate a collection unit time t for collecting data as a time point for collecting data.
  • t denotes a collection unit time
  • the initial value of t may be '0'.
  • the sensor node may initialize the value of t to '1' based on a time point for collecting data.
  • the sensor node may collect data present within a radius of the sink node.
  • the sensor node may collect data at a 1: 1 ratio in response to the collection unit time.
  • the sensor node may increase the collection unit time by '1'.
  • t may have a value of '1' increased to a value initialized to the existing value of t.
  • t may have a value of '2', in which an increment value '1' is added to an existing value '1' through step 503.
  • the sensor node may collect data until the collection unit time has the same value based on a condition that the value of the collection unit time is greater than the number L of data per session. That is, the sensor node may collect L data by collecting data during the collection unit time t.
  • the sensor node may set '1' of the variable i for measuring the number of times of transmitting data to the sink node.
  • the sensor node may move its current position within a radius of the sink node.
  • the sensor node is a highly mobile sensor, and may move a current position per session.
  • the sensor node determines the geographic distance between the current location and the sink node. ) Can be measured.
  • the sensor node may determine whether the geographical distance between the current location and the sink node is within a transmission limit range. That is, the sensor node may consider the geographical distance in order to minimize the power and battery consumption generated when transmitting data. In addition, the sensor node may determine whether the current location is within a transmission limit range.
  • the sensor node may transmit the collected data to the sink node in step 509.
  • the sensor node may consider power consumption generated by continuously transmitting data to the sink node without any limitation in a certain radius of the sink node.
  • the sensor node may transmit data based on a transmission limit range instead of continuously transmitting data to the sink node without any limitation. Accordingly, the sensor node can minimize unnecessary power consumption and battery consumption.
  • the sensor node may increase the value of the variable i to measure the number of transmissions by '1'.
  • the sensor node may transmit data to the sink node and increase the value of the variable i to measure the number of times of transmission by '1'.
  • the sensor node may compare the number of transmissions per session with the value of the variable i and transmit data while moving by the number of transmissions per session provided that the number of transmissions per session is less than or equal to the number of transmissions per session.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a data decoding method according to an embodiment.
  • the sink node may decode data collected from a sensor node located within a transmission limit range and transmit the decoded data to the gateway.
  • the sink node decodes the collected data and returns a result thereof. Can be sent to the gateway.
  • the result value may be expressed as in Equation 7.
  • Sensing Matrix ( ) May indicate whether each sensor node is included in the transmission limit range.
  • the sensing matrix may indicate whether each sensor node is located within a transmission limit range based on one session.
  • the sensing matrix can be expressed as Equation 8.
  • the sensing matrix may be displayed as '1' if the sensor node is located within the transmission limit range based on one session, and may be displayed as '0' if it is not located.
  • the sensing matrix ( ) May indicate whether the sensor node j is included in the transmission limit range at a unit time i as a row i column j element of the sensing matrix.
  • Sensing Matrix ( ) May be independently determined as 0 or 1 according to a Bernoulli process in consideration of the characteristic of a highly mobile sensor that is independently randomly positioned.
  • the sensing matrix may satisfy a Restricted Isometry Property (RIP).
  • the sink node may transmit the result value and the sensing matrix to the gateway.
  • the gateway may recover the original data by receiving the result value and the sensing matrix from the sink node.
  • the gateway may approximately restore the original data through a process as shown in Equation (9).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a data transmission method according to an embodiment.
  • the sensor node 102 may collect data at the current point within a certain radius of the sink node. In this case, the sensor node 102 may collect data at a point where the location is geographically moved.
  • the sensor node 102 may transmit the collected data to the sink node 101 based on the unit time. In this case, the sensor node 102 may determine whether the current point exists within a transmission limit range. The sensor node 102 may determine the set transmission limit range in consideration of the power according to the time when the sensor node collects data and the distance between the sink node and the sensor node within a predetermined radius of the sink node. In addition, when the sensor node 102 exists within the transmission limit range, the sensor node 102 may transmit the collected data to the sink node 101.
  • the sink node 101 may collect data from the sensor node 102 located within the transmission limit range based on one session. In other words, the sink node 101 may collect data for sensor nodes located within a transmission limit range per session. That is, the sink node 101 cannot collect data from sensor nodes located outside the transmission limit range.
  • the sink node 101 may decode the collected data and transmit the decoded data to the gateway.
  • the sink node 101 may transmit a data set collected from each sensor node, that is, a result value, to the gateway 103.
  • the sink node 101 may transmit a sensing matrix indicating whether each sensor node is located within a transmission limit range based on one session to the gateway 103.
  • the gateway 103 may recover the original data by receiving the result value and the sensing matrix from the sink node 101.
  • the present invention proposes a system for reducing data transmission power consumption in a wireless sensor network environment composed of highly mobile sensors.
  • the transmission limit range smaller than the original transmission range was set to minimize the data transmission power, and the data recovery was possible by using the principle of the compression sensing technique even when the data was not transmitted outside the limit transmission range. .
  • Methods according to an embodiment of the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

데이터 전송 방법 및 상기 방법을 수행하는 센서 네트워크에 관한 것으로, 구체적으로는, 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드로부터 데이터를 수집하여 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이에 전송하는 싱크 노드 및 지리적으로 이동한 위치에서 데이터를 수집하고, 전송 한계 범위를 고려하여 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송하는 센서 노드를 포함할 수 있다.

Description

센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법
아래의 설명은 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 센서 네트워크 내에 전송 범위를 이용하여 센서 노드와 싱크 노드 간에 데이터를 전송하는 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크는 이동성이 높은 센서 노드들 및 싱크 노드 간에 데이터를 전송한다. 구체적으로, 센서 노드는 지리적으로 이동하면서 이동한 위치에서 데이터를 수집한다. 그리고, 싱크 노드는 기 설정된 전송 범위에 따른 지역적으로 넓은 반경에 위치한 이동성 높은 센서들로부터 데이터를 수신한다.
이때, 센서들은 별도의 제한 없이 지속적으로 싱크 노드로 데이터를 전송함에 따라 많은 전력이 요구된다. 또한, 전력은 싱크 노드로부터 거리에 비례하여 제곱 배로 증가한다. 때문에 배터리를 이용하는 일반적인 센서노드는 지속적인 데이터 전송으로 인한 배터리 소모가 발생한다.
따라서, 센서 노드의 통신에 의한 전력량 감소 및 배터리 소모를 최소화하면서 싱크 노드로 데이터를 전송할 수 있는 방법이 필요하다.
센서로부터 데이터를 습득하기 위한 전송 한계 범위를 한정함으로써, 이동성이 높은 센서가 싱크 노드로부터 멀어짐에 따라 무선 전송을 위해 소모되는 전력을 최소화할 수 있는 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법을 제공할 수 있다.
압축 센싱 기법의 원리를 이용하여 센서로부터 수집한 모든 데이터에 대한 근사적 복구가 가능함으로써, 한정된 전송 한계 범위에 기초하여 수집된 데이터에 대하여 보다 효율적으로 정보를 습득하고, 전달할 수 있는 센서 노드 및 센서 노드의 데이터 전송 방법, 싱크 노드 및 싱크 노드의 데이터 전송 방법을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 싱크 노드가 수행하는 데이터 전송 방법은 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 전송하는 단계는 단위 시간을 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 복수의 센서 노드로부터 수신한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 전송하는 단계는 상기 단위 시간에 전송 한계 범위 밖에 위치한 복수의 센서 노드의 임시 데이터를 포함하여 상기 수신한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 전송하는 단계는 데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용하여 상기 수집한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하고, 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 전송 한계 범위는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드가 수행하는 데이터 전송 방법은 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하는 단계; 전송 한계 범위를 고려하여 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 수집하는 단계는 센서 노드가 동작한 시점을 기준으로 일정 시간 동안 싱크 노드의 일정 반경 내에 위치한 지점에서 데이터를 수집할 수 있다.
일실시예에 따른 전송하는 단계는 데이터의 전송이 가능한 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송하고, 상기 전송 한계 범위는, 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
일실시예에 따른 싱크 노드는 상기 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하고, 데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용해 상기 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 싱크 노드는 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 상기 수신한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 데이터 복호화부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터 복호화부는 단위 시간을 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 복수의 센서 노드로부터 수신한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터 복호화부는 상기 단위 시간에 전송 한계 범위 밖에 위치한 복수의 센서 노드의 임시 데이터를 포함하여 상기 수신한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터 복호화부는 데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법을 이용하여 상기 수집한 데이터를 복호화할 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하고, 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 전송 한계 범위는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전송 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
일실시예에 따른 센서 노드는 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 전송 한계 범위를 고려하여 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터 수집부는 센서 노드가 동작한 시점을 기준으로 일정 시간 동안 싱크 노드의 일정 반경 내에 위치한 지점에서 데이터를 수집할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터 전송부는 데이터의 전송이 가능한 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송하고, 상기 전송 한계 범위는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전송 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
일실시예에 따른 싱크 노드는 상기 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하고, 데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용해 상기 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송할 수 있다.
센서 노드로부터 데이터를 습득하기 위한 전송 한계 범위를 한정함으로써, 이동성이 높은 센서 노드가 싱크 노드로부터 멀어짐에 따라 무선 전송을 위해 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
압축 센싱 기법의 원리를 이용하여 센서로부터 수집한 모든 데이터에 대한 근사적 복구가 가능함으로써, 전송 한계 범위에 기초하여 수집된 데이터에 대하여 보다 효율적으로 정보를 습득하고, 전달할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 센서 네트워크의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 센서 노드와 싱크 노드의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 시간의 흐름에 따른 센서 노드의 작업 수행 순서를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 센서 노드의 작업 수행 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 센서 노드의 작업 수행 순서도이다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 복호화 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 센서 네트워크의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면 센서 네트워크는 이동성이 높은 센서 노드(102), (102'), 싱크 노드(101), 게이트웨이(103)로 구성될 수 있다. 그리고, 센서 노드(102), (102')는 전송 한계 범위를 이용하여 보다 효율적으로 데이터를 싱크 노드(101)로 전달할 수 있는 구조를 제안할 수 있다.
구체적으로, 센서 노드(102), (102')는 싱크 노드(101)의 일정 반경 내에서 데이터를 수집할 수 있다. 그리고, 센서 노드(102), (102')는 시간적 흐름에 기초하여 작업을 수행할 수 있다. 다시 말해, 센서 노드(102), (102')는 시간적 흐름에 기초하여 데이터 수집 구간(time plot)과 위치 이동 및 데이터 전송 구간으로 나뉘어 작업을 수행할 수 있다.
센서 노드(102), (102')는 데이터 수집 구간인 경우, 싱크 노드(101)의 일정 반경 내에 현재 지점에서 데이터를 수집할 수 있다. 그리고, 센서 노드(102), (102')는 위치 이동 및 데이터 전송 구간인 경우, 지리적으로 현재 위치를 이동할 수 있다. 그리고, 센서 노드(102), (102')는 현재 위치에서 수집한 데이터를 싱크 노드(101)로 전송할 수 있다. 여기서, 센서 노드(102), (102')는 전송 한계 범위 내에 위치하는지 여부에 기초하여 데이터를 싱크 노드로 전송할 수 있다. 센서 노드(102), (102')의 시간적 흐름에 따른 작업 수행은 도 3을 통해 자세히 설명하도록 한다.
싱크 노드(101)는 전송 한계 범위에 기초하여 센서 노드(102)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 전송 한계 범위는 싱크 노드(101)가 센서 노드(102)로부터 데이터를 수신할 수 있는 전송 범위를 의미할 수 있다. 전송 한계 범위는 싱크 노드(101)의 일정 반경 내에서 센서 노드(102), (102')가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드(101)와 센서 노드(102), (102') 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 한정된 범위 일 수 있다.
일례로, 전송 한계 범위는 센서 노드(102), (102')가 싱크 노드(101)의 일정 반경 내에서 L 개의 데이터를 모두 수집하는 시간을 고려할 수 있다. 그리고, 전송 한계 범위는 센서 노드(102), (102')가 데이터를 전송함에 있어, 배터리의 소모를 최소화할 수 있는 싱크 노드(101)와 센서 노드(102), (102') 간의 거리에 따른 전력을 고려할 수 있다. 그리고, 전송 한계 범위는 시간과 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
센서 노드(102), (102')는 싱크 노드로부터 멀어짐에 따라 무선 전송을 위해 소모되는 전력이 증가할 수 있다. 여기서, 센서 노드(102), (102')의 전력량은 전송 거리의 제곱 배로 증가할 수 있다. 따라서, 싱크 노드(101)는 전송 한계 범위를 설정하여 센서 노드(102), (102')로부터 보다 효율적으로 데이터를 수신할 수 있다. 즉, 싱크 노드(101)는 전송 한계 범위 내에 존재하는 센서 노드(102), (102')의 데이터를 수신하여, 센서 노드(102), (102')의 배터리 및 전력량을 최소화할 수 있다.
일례로, 싱크 노드(101)는 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드(102)로부터 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 싱크 노드(101)는 전송 한계 범위 밖에 위치한 센서 노드(102')로부터는 데이터를 수집하지 않을 수 있다. 그러나, 센서 노드(102')가 이동함에 따라 전송 한계 범위 내에 위치하는 경우, 싱크 노드(101)는 센서 노드(102')로부터 데이터를 수집할 수 있다.
싱크 노드(101)는 센서 노드(102)로부터 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이(103)로 전송할 수 있다. 이 때, 싱크 노드(101)는 압축센싱기법의 원리를 이용하여 수집한 데이터를 근사적으로 원본 데이터로 복구할 수 있다.
결국, 싱크 노드(101)는 압축센싱기법의 원리를 이용하여 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드(102)로부터 수집한 데이터를 복호화함으로써, 수집한 데이터 만으로도 원본 데이터를 근사적으로 복구할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 센서 노드와 싱크 노드의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 센서 네트워크는 센서 노드(201) 및 싱크 노드(204)를 포함할 수 있다. 센서 노드(201)는 데이터 수집부(202) 및 데이터 전송부(203)를 포함할 수 있다. 또한, 센서 노드(201)는 이동성이 많으며, 일정 시간 동안에 싱크 노드의 일정 반경 내에서 위치를 이동하면서 데이터를 수집할 수 있다. 센서 노드(201)는 L 개의 데이터를 수집할 때까지 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집할 수 있다. 그리고, 센서 노드(201)는 n번의 전송 횟수에 기초하여 수집한 데이터를 싱크 노드(204)로 전송하는 센서일 수 있다.
데이터 수집부(202)는 싱크 노드의 일정 반경 내에 현재 지점에서 데이터를 수집할 수 있다. 여기서, 센서 노드(201)가 수집하는 데이터는 현재 지점에서 싱크 노드(204)의 일정 반경 내에 존재하는 자연의 정보를 포함할 수 있다. 그리고, 자연의 정보를 포함하는 데이터는 도메인 변환을 통해 성김(sparsity) 특성을 가질 수 있다.
일례로, N번째 센서 노드에서 일정 시간 동안 수집된 데이터들은 데이터 집합으로 표현할 수 있으며, 데이터 집합은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000001
여기서, 데이터 집합은 L개의 데이터로 구성될 수 있다. 그리고,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000002
는 N번째 센서 노드가 수집한 i번째 데이터를 의미할 수 있다. 그리고, N번째 센서 노드가 수집한 데이터는 도메인 변환을 통해 성김 특성을 포함할 수 있다.
또한, 데이터 집합은 임의의
Figure PCTKR2015002434-appb-I000003
도메인에서 k-sparse한 데이터이며, 복호부(decoder)와 약속된 정보라고 가정할 수 있다. 이러한 가정에 기초하여 데이터 집합은
Figure PCTKR2015002434-appb-I000004
와 같이 표현될 수 있으며, 임의의 원소
Figure PCTKR2015002434-appb-I000005
는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000006
Figure PCTKR2015002434-appb-I000007
는 orthonormal transform unitary matrix 일 수 있다. 그리고,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000008
는 k개의 '0' 이 아닌 원소를 갖는
Figure PCTKR2015002434-appb-I000009
도메인 계수일 수 있다. (단, k≪L)
데이터 전송부(203)는 데이터 수집부(202)에서 L개의 데이터를 모두 수집한 이후, 단위 시간에 기초하여 수집한 데이터를 싱크 노드(201)로 전송할 수 있다. 여기서, 단위 시간은 복수의 센서 노드가 싱크 노드(204)로 데이터를 전송할 수 있는 한번의 세션을 의미할 수 있다.
그리고, 데이터 전송부(203)는 단위 시간에 기초하여 싱크 노드(204)의 일정 반경을 이동하면서 이동한 현재 지점이 전송 한계 범위 내에 위치하였는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 데이터 전송부(203)는 이동한 현재 지점이 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 싱크 노드(204)로 수집한 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 데이터 전송부(203)는 단위 시간에 기초하여 싱크 노드로 n번의 데이터 전송할 수 있다. 여기서, 데이터 전송부(203)는 전송 한계 범위 내에 위치하는지에 따라 싱크 노드로 데이터를 전송하기 때문에 단위 시간 동안 매번 싱크 노드로 데이터를 전송하지 않을 수 있다. 그리고, 데이터 전성부(203)는 싱크 노드로 데이터를 전송하지 않더라도, 단위 시간에 따른 전송 횟수를 측정할 수 있다.
싱크 노드(204)는 센서 노드(201)로부터 수신하고, 수시한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송할 수 있다. 싱크 노드(204)는 데이터 수신부(205) 및 데이터 복호화부(206)를 포함할 수 있다.
데이터 수신부(205)는 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드(201)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 구체적으로, 데이터 수신부(205)는 싱크 노드(204)의 일정 반경 내에 이동하면서 수집한 데이터를 수신할 수 있다. 이 때, 데이터 수신부(205)는 센서 노드(201)가 L개의 데이터를 모두 수집하여 전송이 가능한 단위 시간이며, 전송 한계 범위 내에 위치하는 조건에 기초하여 센서 노드(201)로부터 데이터를 수신할 수 있다.
전송 한계 범위는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정되는 범위일 수 있다. 이러한 전송 한계 범위는 수학식 3과 같은 조건을 만족하는 경우, 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000010
여기서,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000011
이다.
여기서, p는 전송 한계 범위의 면적의 비율을 의미하며, d는 싱크 노드(204)의 cell 크기를 의미할 수 있다.
그리고,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000012
는 센서 노드(201)와 싱크 노드(204) 간의 거리가
Figure PCTKR2015002434-appb-I000013
만큼 떨어져 있을 때,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000014
만큼 전력을 받기 위해 필요한 tx 전력(power)을 의미할 수 있다.
또한, 전송 한계 범위는 센서 노드(201)의 전력과 관련된 측면에서 이득이 있을 조건으로 수학식 4과 같은 조건을 만족할 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000015
여기서,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000016
은 센서 노드(204)가 1회 전송하는 단위 시간이라 하면, 센서 노드(204)가 m번 전송하는데 걸리는 단위 시간은
Figure PCTKR2015002434-appb-I000017
일 수 있다. 이를 기초하여 한계 전송 범위는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000018
즉, 한계 전송 범위는 센서 노드(201)가 싱크 노드(204)로 m번 데이터를 전송하는데 소모되는 단위 시간의 4제곱근에 반비례할 수 있다. 따라서, 한계 전송 범위는 센서 네트워크의 시스템 또는 어플리케이션의 지연 감도(delay sensitivity)를 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 한계 전송 범위의 전력 이득은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000019
결국, 한계 전송 범위의 전력 이득은
Figure PCTKR2015002434-appb-I000020
에 비례하고,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000021
에 반비례 할 수 있다. 한계 전송 범위의 전력 이득은 다음과 같은 표 1을 고려하여 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000022
데이터 복호화부(206)는 센서 노드(201)로부터 수신한 데이터를 복호화하여 게이트웨이에 전송할 수 있다. 데이터 복호화부(206)는 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드(201)로부터 수신한 데이터를 연산하여 결과값을 생성할 수 있다. 결과값은 수신한 데이터에 기초하여 원본 데이터에 근사하도록 생성한 값일 수 있다. 데이터의 복호화 방법은 도 6을 통해 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 일실시예에 따른 시간의 흐름에 따른 센서 노드의 작업 수행 순서를 도시한 도면이다.
센서 노드는 시간적 흐름에 기초하여 작업을 수행할 수 있다. 구체적으로, 센서 노드는 시간적 흐름에 기초하여 데이터 수집 구간과 위치 이동 및 데이터 전송 구간으로 구성될 수 있다.
데이터 수집 구간은 데이터를 센싱하기 위한 구간일 수 있다. 다시 말해, 데이터 수집 구간은 데이터를 취득하기 위한 목적으로 센서 노드가 동작하는 구간일 수 있다. 또한, 데이터 수집 구간은 센서 노드가 동작하기 시작한 시점을 기준으로 L 시간 동안 L개의 데이터를 취득하기 위해 센서 노드가 동작하는 구간일 수 있다.
또한, 센서 노드는 좁은 범위의 센싱을 위해 어플리케이션에 따라 움직임 여부 등이 허용될 수 있다. 그리고, 센서 노드는 데이터 수집 구간에 의해 데이터를 수집하는 동안 수집한 데이터의 전송이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 센서 노드는 데이터 수집 구간 동안 좁은 범위를 이동하면서 데이터를 수집할 수 있다.
위치 이동 및 데이터 전송 구간은 센서 노드의 지리적 이동 및 데이터 전송을 위한 목적으로 센서 노드가 동작하는 구간일 수 있다. 구체적으로, 센서 노드는 위치 이동 및 데이터 전송 구간인 경우, n번의 데이터 전송이 발생하는 단위 시간 동안 위치를 이동하면서 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송할 수 있다. 이 때, 센서 노드는 전송 한계 범위 내에 위치하면 싱크 노드에 데이터를 전송할 수 있다.
또한, 센서 노드는 위치 이동 및 데이터 전송 구간인 경우, 센서 노드의 위치 이동 시 센싱 과정을 수행하지 않을 수 있다. 그리고, 센서 노드는 위치 이동 및 데이터 전송 구간인 경우 위치 이동과 전송 한계 범위 내에 위치하였는지 여부를 판단하여 데이터를 전송하는 동작만을 수행할 수 있다.
센서 노드는 위치 이동 및 데이터 전송 구간 동안 n번의 데이터 전송이 발생하면, 다시 데이터 수집 구간으로 상태가 전환되며, 이러한 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
센서 노드의 작업 수행은 도 4에 도시된 것과 같이 표현될 수 있다. 즉, 센서 노드는 데이터 수집과 데이터 전송을 반복적으로 수행하면서 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 데이터를 싱크 노드에 전송할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 센서 노드의 작업 수행 순서도를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하여 센서 노드의 작업 수행 순서도를 살펴보면 센서 노드는 데이터 수집 구간과 위치 이동 및 데이터 전송 구간으로 나뉘어 동작할 수 있다. 센서 노드는 단계(501)부터 단계(504)까지의 동작을 데이터 수집 구간으로 동작할 수 있다. 그리고, 센서 노드는 단계(505)부터 단계(511)까지의 동작을 위치 이동 및 데이터 전송 구간 동작할 수 있다.
단계(501)에서 센서 노드는 데이터를 수집하기 위한 시점으로 데이터를 수집하는 수집 단위 시간(t)을 지정할 수 있다. 여기서, t는 수집 단위 시간을 의미하며, t의 초기값을 '0' 일 수 있다. 그리고, 센서 노드는 데이터를 수집하기 위한 시점에 기초하여 t의 값을 '1' 로 초기화할 수 있다.
단계(502)에서 센서 노드는 싱크 노드의 일정 반경 내에 존재하는 데이터를 수집할 수 있다. 이 때, 센서 노드는 수집 단위 시간에 대응하여 1:1 비율로 데이터를 수집할 수 있다.
단계(503)에서 센서 노드는 수집 단위 시간을 '1'씩 증가할 수 있다. 이 때, t는 기존의 t의 값으로 초기화 된 값에 '1'이 증가된 값을 가질 수 있다. 일례로 t는 단계(503)를 통해 기존의 t의 값 '1'에 증가 값 '1'이 더해진 '2'의 값을 가질 수 있다.
단계(504)에서 센서 노드는 수집 단위 시간이 한 세션 당 데이터의 개수(L) 보다 큰 값을 가지는 조건을 기준으로 동일한 값을 가질 때까지 데이터를 수집할 수 있다. 즉, 센서 노드는 수집 단위 시간(t) 동안 데이터를 수집하여 L 개의 데이터를 수집할 수 있다.
L 개의 데이터를 수집한 경우, 단계(505)에서 센서 노드는 싱크 노드로 데이터를 전송하는 횟수를 측정하기 위한 변수 i 의 '1'로 설정할 수 있다.
단계(506)에서 센서 노드는 싱크 노드의 일정 반경 내에 현재 위치를 이동할 수 있다. 센서 노드는 이동성이 많은 센서로써, 한 세션 당 현재 위치의 이동이 가능할 수 있다.
단계(507)에서 센서 노드는 현재 위치와 싱크 노드 사이의 지리적 거리(
Figure PCTKR2015002434-appb-I000023
)를 측정할 수 있다.
단계(508)에서 센서 노드는 현재 위치와 싱크 노드 사이의 지리적 거리가 전송 한계 범위 내에 위치하는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 센서 노드는 데이터를 전송 시 발생하는 전력 및 배터리 소모량을 최소화하기 위해 지리적 거리를 고려할 수 있다. 그리고, 센서 노드는 현재 위치가 전송 한계 범위 내에 위치하는지 여부를 판단할 수 있다.
전송 한계 범위 내에 위치하는 경우(단계 508: Yes), 단계(509)에서 센서 노드는 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송할 수 있다. 결국, 센서 노드는 데이터를 수집한 이후, 싱크 노드의 일정 반경에서 별도의 제한없이 지속적으로 데이터를 싱크 노드에 전송함에 따라 발생하는 전력 소모를 고려할 수 있다. 그리고, 센서 노드는 별도의 제한없이 지속적으로 데이터를 싱크 노드에 전송하는 것이 아니라, 전송 한계 범위에 기초하여 데이터를 전송할 수 있다. 이에 따라, 센서 노드는 불필요한 전력 소모 및 배터리 소모를 최소화할 수 있다.
전송 한계 범위 내에 위치하지 않는 경우(단계 508: No), 단계(510)에서 센서 노드는 전송하는 횟수를 측정하기 위한 변수 i 의 값을 '1' 증가시킬 수 있다. 또한, 센서 노드는 싱크 노드로 데이터를 전송하고, 전송하는 횟수를 측정하기 위한 변수 i 의 값을 '1' 증가시킬 수 있다.
단계(511)에서 센서 노드는 한 세션당 전송 횟수와 변수 i의 값을 비교하여 한 세션당 전송 횟수보다 작거나 같은 경우를 조건으로 한 세션당 전송 횟수만큼 이동하면서 데이터를 전송할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 복호화 방법을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 싱크 노드는 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드로부터 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이에 전송할 수 있다.
구체적으로, 싱크 노드는 수집한 데이터를 복호화를 수행하여 이에 대한 결과값
Figure PCTKR2015002434-appb-I000024
을 게이트웨이로 전송할 수 있다. 여기서 결과값은 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000025
여기서,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000026
는 각 센서 노드로부터 수집한 데이터의 집합일 수 있다. 그리고, 센서 노드가 전송 한계 범위 밖에 위치하여 전송 받지 못한 데이터는 임의의 값으로 지정될 수 있다.
센싱 매트릭스(
Figure PCTKR2015002434-appb-I000027
)는 각 센서 노드가 전송 한계 범위에 포함되어있는지 여부를 표시할 수 있다. 다시 말해, 센싱 매트릭스는 한 세션을 기준으로 각 센서 노드가 전송 한계 범위 내에 위치하였는지 여부를 표시할 수 있다. 센싱 매트릭스는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000028
센싱 매트릭스는 한 세션을 기준으로 센서 노드가 전송 한계 범위 내에 위치하였으면 '1'로 표시하고, 위치하지 않았으면, '0'으로 표시할 수 있다.
구체적으로, 센싱 매트릭스(
Figure PCTKR2015002434-appb-I000029
)는 센싱 매트릭스의 i행 j열 원소로 단위 시간 i에 센서 노드 j가 전송 한계 범위에 포함되었는지를 표시할 수 있다. 여기서,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000030
는 센서 노드와 싱크 노드 간의 지리적 위치를 의미하며,
Figure PCTKR2015002434-appb-I000031
는 전송 한계 범위를 의미할 수 있다.
센싱 매트릭스(
Figure PCTKR2015002434-appb-I000032
) 는 독립적으로 무작위로 위치가 결정되는 이동성 높은 센서의 특징을 고려하여 베르누이 프로세서(Bernoulli process)에 따라 독립적으로 0 또는 1 로 결정될 수 있다. 그리고, 센싱 매트릭스는 Restricted Isometry Property (RIP)를 만족할 수 있다.
싱크 노드는 결과값 및 센싱 매트릭스를 게이트웨이에 전송할 수 있다.
게이트웨이는 싱크 노드로부터 결과값 및 센싱 매트릭스를 수신하여 원본 데이터를 근사적으로 복원할 수 있다. 게이트웨이는 수학식 9와 같은 과정을 통해 원본 데이터를 근사적으로 복원할 수 있다.
Figure PCTKR2015002434-appb-I000033
도 7은 일실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.
단계(701)에서 센서 노드(102)는 싱크 노드의 일정 반경 내에 현재 지점에서 데이터를 수집할 수 있다. 이 때, 센서 노드(102)는 지리적으로 위치가 이동된 지점에서 데이터를 수집할 수 있다.
단계(702)에서 센서 노드(102)는 일정 시간 동안 L개의 데이터를 수집하면, 단위 시간에 기초하여 싱크 노드(101)로 수집한 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 센서 노드(102)는 현재 지점이 전송 한계 범위 내에 존재하는지 여부를 파악할 수 있다. 센서 노드(102)는 상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정된 전송 한계 범위를 파악할 수 있다. 그리고, 센서 노드(102)는 전송 한계 범위 내에 존재하는 경우, 싱크 노드(101)로 수집한 데이터를 전송할 수 있다.
단계(703)에서 싱크 노드(101)는 한 세션을 기준으로 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드(102)로부터 데이터를 수집할 수 있다. 다시 말해, 싱크 노드(101)는 한 세션 당 전송 한계 범위 내에 위치한 센서 노드에 대하여 데이터를 수집할 수 있다. 즉, 싱크 노드(101)는 전송 한계 범위 밖에 위치한 센서 노드로부터는 데이터를 수집할 수 없다.
단계(704)에서 싱크 노드(101)는 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송할 수 있다. 이 때, 싱크 노드(101)는 각 센서 노드로부터 수집한 데이터 집합, 즉 결과값을 게이트웨이(103)로 전송할 수 있다. 그리고, 싱크 노드(101)는 한 세션을 기준으로 각 센서 노드가 전송 한계 범위 내에 위치하였는지 여부를 표시한 센싱 매트릭스를 게이트웨이(103)로 전송할 수 있다.
게이트웨이(103)는 싱크 노드(101)로부터 결과값 및 센싱 매트릭스를 수신하여 원본 데이터를 근사적으로 복원할 수 있다.
본 발명에서는 이동성이 높은 센서들로 구성된 무선 센서네트워크 환경에서 데이터 전송 소비전력을 감소시키는 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템에서는 데이터 전송 전력을 최소화 하기 위하여 본래의 전송가능 거리보다 작은 전송한계 범위를 설정하였고, 한계전송범위 밖의 데이터를 전송하지 않는 경우에도 압축센싱기법의 원리를 이용하여 데이터 복구가 가능하게 하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 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.
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 (20)

  1. 싱크 노드가 수행하는 데이터 전송 방법에 있어서,
    전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    단위 시간을 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 복수의 센서 노드로부터 수신한 데이터를 복호화하는 데이터 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 단위 시간에 전송 한계 범위 밖에 위치한 복수의 센서 노드의 임시 데이터를 포함하여 상기 수신한 데이터를 복호화하는 데이터 전송 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용하여 상기 수신한 데이터를 복호화하는 데이터 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하고,
    단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수신한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 데이터 전송 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전송 한계 범위는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정되는 데이터 전송 방법.
  7. 센서 노드가 수행하는 데이터 전송 방법에 있어서,
    싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하는 단계;
    전송 한계 범위를 고려하여 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 전송 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는,
    센서 노드가 동작한 시점을 기준으로 일정 시간 동안 싱크 노드의 일정 반경 내에 위치한 지점에서 데이터를 수집하는 데이터 전송 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    데이터의 전송이 가능한 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송하고,
    상기 전송 한계 범위는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전력을 고려하여 설정되는 데이터 전송 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 싱크 노드는,
    상기 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하고,
    데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용해 상기 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 데이터 전송 방법.
  11. 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하는 데이터 수신부;
    상기 수신한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 데이터 복호화부
    를 포함하는 싱크 노드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 데이터 복호화부는,
    단위 시간을 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 복수의 센서 노드로부터 수신한 데이터를 복호화하는 싱크 노드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 복호화부는,
    상기 단위 시간에 전송 한계 범위 밖에 위치한 복수의 센서 노드의 임시 데이터를 포함하여 상기 수신한 데이터를 복호화하는 싱크 노드.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 복호화부는,
    데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법을 이용하여 상기 수신한 데이터를 복호화하는 싱크 노드.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하고,
    단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수신한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 싱크 노드.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전송 한계 범위는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전송 전력을 고려하여 설정되는 싱크 노드.
  17. 싱크 노드의 일정 반경 내에서 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    전송 한계 범위를 고려하여 상기 수집한 데이터를 싱크 노드로 전송하는 데이터 전송부
    를 포함하는 센서 노드.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 데이터 수집부는,
    센서 노드가 동작한 시점을 기준으로 일정 시간 동안 싱크 노드의 일정 반경 내에 위치한 지점에서 데이터를 수집하는 센서 노드.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 데이터 전송부는,
    데이터의 전송이 가능한 단위 시간에 기초하여 상기 전송 한계 범위 내에 위치한 경우, 상기 수집한 데이터를 싱크 노드에 전송하고,
    상기 전송 한계 범위는,
    상기 싱크 노드의 일정 반경 내에서 센서 노드가 데이터를 수집하는 시간 및 싱크 노드와 센서 노드 간의 거리에 따른 전송 전력을 고려하여 설정되는 센서 노드.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 싱크 노드는,
    상기 전송 한계 범위 내에 위치하는 센서 노드들로부터 데이터를 수신하고,
    데이터의 근사적 복원이 가능한 압축 센싱 기법(Compressive sensing)을 이용해 상기 수집한 데이터를 복호화하여 게이트웨이로 전송하는 센서 노드.
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