WO2015152511A1 - 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어하여 데이터 전달의 신뢰성과 시의성을 제공하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 각 센서 노드들이 주기적으로 싱크 노드로 데이터를 전달하고, 싱크 노드와 1홉 거리 이상의 노드들은 멀티홉으로 데이터를 전달하면 상위 이웃 노드들의 트래픽과 링크 품질을 매주기마다 측정하는 트래픽 측정부 및 링크 품질 측정부;타이머 인터럽트가 발생하면 타임 카운트값을 비교하여 센싱 메시지를 전송하거나 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 타이머 인터럽트 처리부;RF 인터럽트가 발생하면 수신한 패킷을 파싱하여 트래픽과 링크품질을 이용하여 메트릭 연산을 하여 라우팅 경로를 변경하거나 포워딩 메시지를 전송하는 RF 인터럽트 처리부;를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 센서 무선 네트워크에 관한 것으로, 구체적으로 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어하여 데이터 전달의 신뢰성과 시의성을 제공하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 여러 개의 센서 노드들과 하나의 싱크 노드로 구성되어 있다.
센서 노드들은 데이터를 수집하여 싱크 노드에게 전달하게 되는데, 수집한 여러 데이터들을 하나의 싱크 노드로 전달하기 때문에 수렴하는 형태의 트래픽 특성을 가져 혼잡이 자주 발생하게 된다.
혼잡이 발생하면 버퍼 오버플로우, 패킷 충돌, 패킷 손실 등의 문제점이 발생하게 되어 어플리케이션의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 혼잡을 해결하기 위해 데이터 병합 방법, 혼잡 지역 감지 및 처리 방법 등의 연구가 진행되어 왔다.
데이터 병합 기법은 무선 센서 네트워크에서 트리 형태의 데이터 수집을 할 때 공간적으로 가까운 노드에서 데이터를 병합하여 수집하는 방법이다.
이 기법은 공간적으로 거리가 가까운 노드는 유사한 데이터를 수집할 확률이 높다는 점을 감안하여 고안되었다. 데이터를 병합하여 트래픽을 감소시킬 수 있다는 장점이 있지만 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있다.
그리고 혼잡 지역 감지 및 처리 기법은 혼잡 지역 감지 후 혼잡 지역의 트래픽을 해결하기 위해 센싱 주기를 늘이거나 패킷을 버림으로서 트래픽 양을 줄이거나 혼잡 지역으로의 라우팅을 차단하여 트래픽을 우회, 분산시키는 방법을 사용하였다.
하지만, 이 방법은 센싱 주기를 늘이거나 패킷을 버리기 때문에 센싱 정보의 정확성과 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있다.
이와 같이 종래 기술에서는 유사한 패킷을 병합하거나 센싱 속도를 늘이거나 패킷을 버리는 등의 방법으로 트래픽 양을 줄이는 방법을 선택하고 있다.
하지만 이러한 점은 무선 센서 네트워크의 신뢰성과 시의성을 떨어뜨릴 수 있어 센싱 정보의 신뢰성과 시의성을 만족시키는 기술 개발이 필요하다.
특히, 무선 센서 네트워크에서는 혼잡을 제어하기 위해 트래픽을 조절하는 많은 기술들이 존재하지만, 실제 환경에서 링크 품질을 고려하여 트래픽을 조절하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 센서 무선 네트워크에서의 혼잡 제어의 문제를 해결하기 위한 것으로, 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어하여 데이터 전달의 신뢰성과 시의성을 제공하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 산업 무선 센서 네트워크 환경에서 신뢰성 및 시의성을 요구하는 산업 공정 모니터링 어플리케이션이나 머신 상태 어플리케이션 등 수집한 데이터를 분석하여 시스템을 관리하는 모든 분야에 적용될 수 있도록 한 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 일정 시간 동안 노드가 송신한 패킷의 양으로 트래픽을 정의하고 각 노드들은 이웃 노드가 송신하는 패킷을 오버히어하여 이웃 노드의 트래픽을 측정하고, 일정 시간 동안 노드가 오버히어한 센싱 메시지의 수로 링크 품질을 정의하여 혼잡 제어를 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치는 각 센서 노드들이 주기적으로 싱크 노드로 데이터를 전달하고, 싱크 노드와 1홉 거리 이상의 노드들은 멀티홉으로 데이터를 전달하면 상위 이웃 노드들의 트래픽과 링크 품질을 매주기마다 측정하는 트래픽 측정부 및 링크 품질 측정부;타이머 인터럽트가 발생하면 타임 카운트값을 비교하여 센싱 메시지를 전송하거나 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 타이머 인터럽트 처리부;RF 인터럽트가 발생하면 수신한 패킷을 파싱하여 트래픽과 링크품질을 이용하여 메트릭 연산을 하여 라우팅 경로를 변경하거나, 포워딩 메시지를 전송하는 RF 인터럽트 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 타이머 인터럽트 처리부는, 타이머 인터럽트가 발생하면 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여 타임 카운트값을 증가시켜 타임 카운트값을 비교하는 타임 카운트값 비교부와,타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에 센싱 메시지를 전송하는 센싱 메시지 전송부와,타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 테이블 초기화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RF 인터럽트 처리부는, RF 인터럽트가 발생하면 RF 인터럽트 루틴을 실행하여 수신한 패킷을 파싱하는 패킷 파싱부와,경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행하는 메트릭 연산부와,메트릭 연산 결과에 따라 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경하고, 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경하는 라운팅 경로 변경부와,포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송하는 포워딩 메시지 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법은 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어를 위하여, 타이머 인터럽트가 발생하는 것과 RF 인터럽트가 발생하는 것을 구분하는 단계;타이머 인터럽트가 발생하면, 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여 타임 카운트값을 증가시키는 단계;타임 카운트값을 비교하여, 타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에는 센싱 메시지를 전송하고, 타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에는 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 단계;RF 인터럽트가 발생하면, RF 인터럽트 루틴을 실행하여 수신한 패킷을 파싱하는 단계;경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에는 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행하는 단계;메트릭 연산 결과에 따라 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경하고, 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경하는 단계;포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여, 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 트래픽 측정을, 트래픽을 일정 시간 동안 노드가 송신한 패킷의 양으로 정의하고, 각 노드들은 이웃 노드가 송신하는 패킷을 오버히어하여 이웃 노드의 트래픽을 측정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 링크 품질 측정은 일정 시간 동안 노드가 오버히어한 센싱 메시지의 수로 정의하고, 일정 시간 동안 주위 노드가 보내는 센싱 메시지 수는 일정한 값을 갖는 것을 이용하여 그 값과 동일하게 받았다면 링크 품질이 좋은 것으로 판단하고, 그 값보다 적게 받았다면 링크 품질이 좋지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 메트릭 연산은, 
으로 값의 범위가 넓어지도록 보정치를 적용하여 연산하고, Metric
j,i
는 노드 i가 측정한 j의 메트릭이고, LinkQuality
j,i 는 노드 j의 링크 품질로 노드 i가 오버히어한 노드 j의 센싱 메시지 수이고, Traffic
j,i 은 노드 j의 트래픽으로 노드 i가 오버히어한 노드 j의 송신 패킷 수인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어할 수 있다.
둘째, 혼잡과 열악한 링크 품질로 인한 패킷 손실을 줄여 싱크 노드에 도달하는 데이터의 수집률과 지연시간을 감소시켜 신뢰성과 시의성을 높일 수 있다.
셋째, 산업 무선 센서 네트워크 환경에서 신뢰성 및 시의성을 요구하는 산업 공정 모니터링 어플리케이션이나 머신 상태 어플리케이션 등 수집한 데이터를 분석하여 시스템을 관리하는 모든 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법을 적용하는 트리 구조의 토폴로지 구성도
도 2는 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치의 구성도
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법을 적용하는 트리 구조의 토폴로지 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치의 구성도이다.
본 발명은 멀티홉 산업 무선 센서 네트워크 환경에서 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어하는 시스템이다.
이를 위하여, 본 발명은 일정 시간 동안 주위 노드가 보내는 센싱 메시지 수는 일정한 값을 갖는데 그 값과 동일하게 받았다면 링크 품질이 좋은 것으로 판단하고, 그 값보다 적게 받았다면 링크 품질이 좋지 않은 것으로 판단하는 것이다.
또한, 센서 노드가 다음 홉의 노드를 선정할 때 트래픽 값이 낮고 링크 품질 값이 높을수록 메트릭이 높아지도록 설계하고, 정밀한 메트릭 측정을 위해 값의 범위가 넓어지도록 보정치 를 적용하여 트래픽을 분산하는 것이다.
본 발명에서 사용하는 메시지는 크게 3가지 종류가 있다.
첫 번째는 센싱 데이터 수집 응용에서 필요한 센싱 메시지이다. 각 센서 노드들이 주기적으로 센싱 메시지를 생성한다.
두 번째는 멀티홉 통신을 위해 필요한 포워딩 메시지이다. 각 센서 노드들이 하위의 이웃 노드들에게서 받은 센싱 메시지를 싱크 노드까지 전달하기 위해 사용한다.
세 번째는 트래픽이 일정 수준 이상 많아지거나 혼잡 위험이 있을 때 하위 노드에게 경로 변경을 요청하는 경로 변경 요청 메시지이다.
본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치는 도 2에서와 같이, 각 센서 노드들이 주기적으로 싱크 노드로 데이터를 전달하고, 싱크 노드와 1홉 거리 이상의 노드들은 멀티홉으로 데이터를 전달하면 상위 이웃 노드들의 트래픽과 링크 품질을 매주기마다 측정하는 트래픽 측정부(20) 및 링크 품질 측정부(30)와, 타이머 인터럽트가 발생하면 타임 카운트값을 비교하여 센싱 메시지를 전송하거나 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 타이머 인터럽트 처리부(41)와, RF 인터럽트가 발생하면 수신한 패킷을 파싱하여 트래픽과 링크품질을 이용하여 메트릭 연산을 하여 라우팅 경로를 변경하거나 포워딩 메시지를 전송하는 RF 인터럽트 처리부(50)를 포함한다.
여기서, 타이머 인터럽트 처리부(40)는, 타이머 인터럽트가 발생하면 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여 타임 카운트값을 증가시켜 타임 카운트값을 비교하는 타임 카운트값 비교부(41)와, 타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에 센싱 메시지를 전송하는 센싱 메시지 전송부(42)와, 타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 테이블 초기화부(43)를 포함한다.
그리고 RF 인터럽트 처리부(50)는, RF 인터럽트가 발생하면 RF 인터럽트 루틴을 실행하여 수신한 패킷을 파싱하는 패킷 파싱부(51)와, 경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행하는 메트릭 연산부(52)와, 메트릭 연산 결과에 따라 Method 필드를 확인하여 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경하고, 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경하는 라운팅 경로 변경부(53)와, 포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송하는 포워딩 메시지 전송부(54)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치는 도 1과 같은 트리 구조의 토폴로지에서 동작하며, 각 센서 노드들은 주기적으로 싱크 노드로 데이터를 전달한다.
싱크 노드와 1홉 거리 이상의 노드들은 멀티홉으로 데이터를 전달한다. 상위 이웃 노드들의 트래픽과 링크 품질을 매주기마다 측정한다.
측정한 트래픽이 특정 임계값을 넘으면 경로 변경 요청 메시지를 하위 이웃 노드들에게 보낸다.
경로 변경 요청 메시지를 수신한 노드만 메트릭을 연산하여 가장 메트릭이 높은 노드로 경로를 변경한다.
경로 변경 요청 메시지는 두 가지 종류가 있다.
혼잡 위험이 높아 보낸 경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에는 무조건 다음 홉의 노드를 연산한 메트릭이 가장 높은 노드로 바꾸어 경로를 변경하며, 트래픽이 특정 수준이상 높아 보낸 경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에는 확률적으로 다음 홉의 노드를 연산한 메트릭이 가장 높은 노드로 변경한다.
확률적으로 경로를 변경하는 이유는 모든 노드가 동시에 메트릭이 가장 높은 노드로 변경하게 되면, 해당 노드로 트래픽이 집중되어 혼잡을 일으킬 확률이 높아지기 때문이다.
본 발명은 센서 노드가 다음 홉의 노드를 선정할 때 트래픽 및 링크 품질을 메트릭으로 사용한다.
다음 홉의 노드가 트래픽이 많은 노드가 선정되면 트래픽이 집중되어 패킷이 손실될 확률이 높다.
또한 링크 품질이 좋지 않은 노드가 선정되면 재전송과 패킷 손실이 발생할 확률이 높다. 따라서 다음 홉의 노드로 선정할 때에는 링크 품질이 좋고 트래픽이 적은 노드를 선정해야한다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어를 위하여, 타이머 인터럽트가 발생하는 것과 RF 인터럽트가 발생하는 것을 구분하여, 타이머 인터럽트가 발생하면(S301), 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여(S302) 타임 카운트값을 증가시킨다.(S303)
이어, 타임 카운트값을 비교하고(S304), 타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에는 센싱 메시지를 전송한다.(S305)
그리고 타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에는 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화한다.(S306)
만약, RF 인터럽트가 발생하면(S311), RF 인터럽트 루틴을 실행하여(S312) 수신한 패킷을 파싱한다.(S313)
이어, 경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에는 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행한다.(S314)
그리고 메트릭 연산 결과에 따라 Method 필드를 확인하여(S315) 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경한다.(S316)
그리고 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경한다.(S317)
그리고 포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여, 센싱 메시지를 수신한 경우에는 링크 품질 테이블의 해당 노드 필드를 1 증가하고(S318), 트래픽 테이블의 해당 노드 필드를 1 증가시킨다.(S319)
만약, 포워딩 메시지를 수신한 경우이면 트래픽 테이블의 해당 노드 필드를 1 증가시킨다.(S319)
이어, 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송한다.(S220)
이와 같은 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법에서 트래픽과 링크품질을 다음과 같이 측정한다.
먼저, 트래픽은 일정 시간 동안 노드가 송신한 패킷의 양으로 정의한다.
각 노드들은 이웃 노드가 송신하는 패킷을 오버히어하여 이웃 노드의 트래픽을 측정할 수 있다.
링크 품질은 일정 시간 동안 노드가 오버히어한 센싱 메시지의 수로 정의한다. 일정 시간 동안 주위 노드가 보내는 센싱 메시지 수는 일정한 값을 가진다.
그 값과 동일하게 받았다면 링크 품질이 좋은 것이고, 그 값보다 적게 받았다면 링크 품질이 좋지 않음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법은 센서 노드가 다음 홉의 노드를 선정할 때 트래픽 값이 낮고 링크 품질 값이 높을수록 메트릭이 높아지도록 설계한 것이다.
그리고 정밀한 메트릭 측정을 위해 값의 범위가 넓어지도록 보정치를 적용한다.
수학식 1 
표 1 
본 발명을 적용하기 위해서는 타이머 기능이 있는 MCU와 RF트랜시버를 가진 노드가 필요하다.
일반적으로 센서 노드에 사용하는 MCU는 타이머 기능이나 RF 트랜시버가 내장되어 있어 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법을 쉽게 적용할 수 있다.
멀티홉 통신을 위해 노드마다 고유의 ID를 가지고 있어야 하며 노드의 ID를 식별할 수 있어야 한다.
따라서 본 발명에 따른 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치는 주기적인 데이터 수집 및 전송 기능, 하위 노드의 데이터 전달 기능, 주기적인 트래픽 및 링크 품질 측정을 위한 구성을 포함한다.
주기적인 데이터 수집 및 전송 기능은 타이머와 RF트랜시버를 이용하여 구현할 수 있다. 타이머를 이용하여 데이터를 주기적으로 수집하고 RF트랜시버를 이용하여 데이터를 전송한다.
하위 노드의 데이터 전달 기능은 RF트랜시버를 이용하여 구현하고, 하위 노드의 데이터를 RF트랜시버를 통해 수신하였을 때 RF 인터럽트 루틴에서 수신한 데이터를 복사하고 송신 ID의 주소를 자신의 ID 주소로 바꾸어 RF트랜시버를 이용하여 데이터를 전송한다.
주기적인 트래픽 및 링크 품질 측정 기능은 타이머와 RF트랜시버를 이용하여 구현할 수 있다.
먼저 노드 ID별로 오버히어한 메시지의 수와 오버히어한 센싱 메시지의 수를 변수로 저장하고 모두 초기화한다.
그리고 해당 메시지를 수신할 때마다 각 변수를 1씩 증가시킨다. 매 타이머 인터럽트 루틴에서 오버히어한 메시지의 수를 트래픽, 오버히어한 센싱 메시지의 수를 링크 품질로 정한다.
센싱 주기나 트래픽 및 링크 품질의 연산 주기는 적용하는 어플리케이션의 특성에 따라 유동적으로 적용하여 구현할 수 있다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 트래픽과 링크 품질에 따라 경로를 변경하여 트래픽을 분산시켜 혼잡을 제어하여 데이터 전달의 신뢰성과 시의성을 제공하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
Claims (7)
- 각 센서 노드들이 주기적으로 싱크 노드로 데이터를 전달하고, 싱크 노드와 1홉 거리 이상의 노드들은 멀티홉으로 데이터를 전달하면 상위 이웃 노드들의 트래픽과 링크 품질을 매주기마다 측정하는 트래픽 측정부 및 링크 품질 측정부;타이머 인터럽트가 발생하면 타임 카운트값을 비교하여 센싱 메시지를 전송하거나 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 타이머 인터럽트 처리부;RF 인터럽트가 발생하면 수신한 패킷을 파싱하여 트래픽과 링크품질을 이용하여 메트릭 연산을 하여 라우팅 경로를 변경하거나, 포워딩 메시지를 전송하는 RF 인터럽트 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 타이머 인터럽트 처리부는,타이머 인터럽트가 발생하면 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여 타임 카운트값을 증가시켜 타임 카운트값을 비교하는 타임 카운트값 비교부와,타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에 센싱 메시지를 전송하는 센싱 메시지 전송부와,타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 테이블 초기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 RF 인터럽트 처리부는,RF 인터럽트가 발생하면 RF 인터럽트 루틴을 실행하여 수신한 패킷을 파싱하는 패킷 파싱부와,경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행하는 메트릭 연산부와,메트릭 연산 결과에 따라 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경하고, 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경하는 라운팅 경로 변경부와,포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송하는 포워딩 메시지 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 장치.
- 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어를 위하여,타이머 인터럽트가 발생하는 것과 RF 인터럽트가 발생하는 것을 구분하는 단계;타이머 인터럽트가 발생하면, 타이머 인터럽트 루틴을 실행하여 타임 카운트값을 증가시키는 단계;타임 카운트값을 비교하여, 타임 카운트값이 센싱 주기와 같은 경우에는 센싱 메시지를 전송하고, 타임 카운트값이 트래픽 및 링크 품질 측정주기와 같은 경우에는 트래픽과 링크품질 테이블을 초기화하는 단계;RF 인터럽트가 발생하면, RF 인터럽트 루틴을 실행하여 수신한 패킷을 파싱하는 단계;경로 변경 요청 메시지를 수신한 경우에는 트래픽과 링크 품질을 이용하여 메트릭 연산을 수행하는 단계;메트릭 연산 결과에 따라 트래픽 증가가 기준 레벨 범위이면 확률 기반으로 라우팅 경로를 변경하고, 기준 레벨 범위를 넘어 혼잡 발생 확률이 높은 것으로 판단되면 바로 라운팅 경로를 변경하는 단계;포워딩 메시지 또는 센싱 메시지를 수신한 경우를 구분하여, 소스 ID와 타겟 ID를 변경하여 포워딩 메시지를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서, 트래픽 측정을,트래픽을 일정 시간 동안 노드가 송신한 패킷의 양으로 정의하고, 각 노드들은 이웃 노드가 송신하는 패킷을 오버히어하여 이웃 노드의 트래픽을 측정하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서, 링크 품질 측정은 일정 시간 동안 노드가 오버히어한 센싱 메시지의 수로 정의하고, 일정 시간 동안 주위 노드가 보내는 센싱 메시지 수는 일정한 값을 갖는 것을 이용하여 그 값과 동일하게 받았다면 링크 품질이 좋은 것으로 판단하고, 그 값보다 적게 받았다면 링크 품질이 좋지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서, 메트릭 연산은,으로 값의 범위가 넓어지도록 보정치를 적용하여 연산하고,
Metric j,i 는 노드 i가 측정한 j의 메트릭이고, LinkQuality j,i 는 노드 j의 링크 품질로 노드 i가 오버히어한 노드 j의 센싱 메시지 수이고, Traffic j,i 은 노드 j의 트래픽으로 노드 i가 오버히어한 노드 j의 송신 패킷 수인 것을 특징으로 하는 멀티홉 환경의 산업 무선 센서 네트워크의 혼잡 제어 방법.
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