WO2017200131A1 - 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그 방법 - Google Patents

접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그 방법 Download PDF

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sensor
network system
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권대길
조진웅
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    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless sensor network, and is a technology for controlling the amount of traffic of each node when sensor nodes transmit data to a sink node, so as to provide reliability and timeliness of data transfer. And to a method.
  • the wireless sensor network consists of several sensor nodes and one sink node.
  • the first reason for congested traffic is that a congested environment is created in which all nodes are converged as they are transmitted to the sink node.
  • the second is to create a crowded environment as there are congested areas or nodes.
  • problems such as buffer overflow, packet collision, packet loss, etc. reduce the reliability of the application. Therefore, researches on a data merging method, a congestion area detection method, and the like have been conducted to solve congestion.
  • the solution of the first case mentioned above is a data merging technique, which is a method of merging data from nodes that are spatially close when collecting data in the form of a tree in a wireless sensor network.
  • This technique is designed in consideration of the fact that nodes that are close in distance are likely to collect similar data.
  • This method has the advantage of reducing traffic by merging data, but has a problem of low reliability.
  • congestion detection and processing techniques reduce the amount of traffic by blocking the traffic to the congested area by increasing the sensing period or discarding packets to solve the traffic in the congested area after detecting the congested area.
  • this method has a problem in that the accuracy and reliability of the sensing information are deteriorated because the sensing period is extended or the packet is discarded.
  • the present invention provides a coordinator for configuring and operating each cluster to separate nodes included in a crowded cluster, and join nodes separated from the crowded cluster to other clusters.
  • the purpose is to improve the throughput of data transmission by redistributing the data and controlling the congestion of the wireless sensor network.
  • a wireless sensor network system capable of redistributing access nodes, wherein the wireless sensor network system includes a plurality of clusters each including one coordinator node and one or more sensor nodes. Further comprising a sink node for transmitting the separation or joining command of the sensor node to a specific coordinator node of the coordinator node based on the analysis result of the traffic volume in each cluster, the coordinator node receiving the command is the separation of the sink node Or separating or joining the sensor nodes according to a joining command.
  • a wireless sensor network system capable of redistributing access nodes includes a plurality of clusters each including one coordinator node and one or more sensor nodes. Further comprising a sink node transmitting a separation command of a sensor node to a specific coordinator node based on the analysis result, wherein the coordinator node receiving the command separates the sensor node according to the separation command of the sink node. Characterized in that.
  • a method for redistributing a connection of a wireless sensor network system includes a plurality of clusters each including one coordinator node and one or more sensor nodes, and a sink node for collecting cluster information from the plurality of clusters.
  • the sink node (1) receiving cluster information from the plurality of coordinator nodes and storing it in a database, (2) the superframe of each cluster from the received cluster information Generating a schedule so as not to overlap with each other, (3) analyzing the stored cluster traffic information, (4) generating a separation or joining command of a sensor to the coordinator, and (5) a first cluster to a first coordinator Instructing the sensor node to detach from the server, and (6) instructing two coordinators to join the sensor node to a second cluster.
  • congestion can be controlled by adjusting the transmission amount of all nodes, thereby minimizing the overall packet loss rate, thereby enabling reliable and timely communication in a wireless sensor network environment.
  • 1 is a structural diagram of a wireless sensor network.
  • FIG. 2 is a superframe structure diagram of a wireless sensor network.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating superframe scheduling of a cluster for congestion control by a sink node according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram for explaining a redistribution process of an allocation channel according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless sensor network system capable of redistribution of access nodes according to the present invention.
  • FIG. 6 is a flow chart of a method for redistributing a connection of a wireless sensor network system according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for redistributing nodes by analyzing traffic according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a structural diagram of a wireless sensor network.
  • Wireless sensor networks can be built using communication standards such as Wi-Fi (IEEE 802.11 and backwards compatible), Bluetooth (IEEE 802.15.4), and Zigbee, which recently complied with IEEE 802.15.4.
  • WirelessHART and MiWi are designed and developed for wireless sensor networks (WSNs).
  • ZigBee, Wireless Heart, and MyWay intend to define a higher protocol stack that is not covered by the IEEE 802.15.4-2006 standard to provide a complete network solution.
  • the sink node 110 serves as a unit for identifying a wireless network system as a whole at a point connected to an external network.
  • the coordinator 120 is responsible for the operation of the cluster forming a part of the wireless network system, the node where the coordinator 120 is located is called the coordinator node. There is one coordinator 120 in each cluster 140. The coordinator 120 uses the beacon signal to synchronize sensor nodes in the cluster.
  • the coordinator 120 may separate the sensor nodes included in the cluster, and join the sensor node that has requested to join the cluster to the cluster.
  • the coordinator 120 may receive a data transmission request from the sensor nodes 130 and allocate a data transmission section of each sensor node 130 to a guaranteed time slot (GTS) included in the allocation section of FIG. 2.
  • GTS guaranteed time slot
  • the sensor node 130 may be configured as a full-functioned device (FFD) or a reduced-functioned device on the standard document. However, the coordinator 120 which is a full-function device (FFD) may not be the sensor node 130.
  • FFD full-functioned device
  • the coordinator 120 which is a full-function device (FFD) may not be the sensor node 130.
  • the router may function as a full-featured device (FFD), and the conventional sensor node 130 corresponds to a limited function device (RFD), but may also serve as a full-function device (FFD).
  • FFD full-featured device
  • RFD limited function device
  • FFD full-function device
  • the structure of the wireless sensor network of FIG. 1 may be any one of a star topology, a tree topology, a mesh topology, and a peer-to-peer topology. Since the present invention is intended to enable reliable and timely communication by adjusting the transmission schedule of sensor nodes belonging to each cluster, it will be described on the assumption of a wireless sensor network structure having a star structure or a tree structure. However, this is to redistribute traffic for scheduling between superframes, and the actual data transmission and cluster configuration may be made on the assumption of a mesh structure.
  • Cluster 140 includes one coordinator node 120 and one or more sensor nodes 130.
  • FIG. 2 shows a superframe structure diagram of a wireless sensor network.
  • Beacon-enabled network Superframes use beacons to synchronize their time.
  • the sink node 110 receives the beacon signal of the coordinator 120 and generates a schedule so that the activation periods of the superframes of each coordinator do not overlap in consideration of the size of the superframe.
  • the sensing period may be set to one time or less per second, and an activation period including a beacon may be 50 ms or more and 100 ms or less, respectively.
  • the time slot may be within 1 ms.
  • the active portion is divided into a contention access period and a contention-free period, and a time slot allocated to the allocation period is called a guaranteed time slot (GTS).
  • GTS guaranteed time slot
  • the number of timeslots is limited to 16 including the beacons in the present invention.
  • the terms used and the purpose of each component may refer to the contents of the IEEE 802.15.4 and ZigBee standard document, but the scope of the present invention is not limited.
  • the competition section is divided into a first competition section and a second competition section.
  • a competition section following the beacon is referred to as a first competition section and a competition section following the first competition section is called a second competition section.
  • each sensor node 130 utilizes a first competition section as a section for requesting connection and data transmission to the coordinator including the coordinator, and the coordinator connection of the sensor node 130 redistributed by being included in an excessive cluster of traffic.
  • the second competition section is used for the allocation request for data transmission.
  • the sensor nodes 130 included in a specific cluster request a join to the coordinator 120, and when the coordinator receives a confirmation from the coordinator, the networking is completed and transmits data using an allocation section.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating superframe scheduling of a cluster for congestion control by a sink node according to an embodiment of the present invention.
  • Each sensor node is determined locally and the cluster is requested to join the coordinator operating the cluster to receive confirmation, and the sensor node is synchronized with the cluster to transmit sensor information to the destination node.
  • Sink node 110 schedules the transmission order for one or more clusters. Receiving the superframe information of the cluster from the coordinator 120 in consideration of the beacon synchronization information of each cluster generates a schedule so that the activation interval of the superframe for each cluster does not overlap. In FIG. 3, it can be seen that data transmission is scheduled in order of cluster 1, cluster 2, and cluster 3.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram for describing a redistribution process of an allocation channel according to the present invention.
  • traffic may be concentrated in a specific cluster. In this case, it is necessary to redistribute the nodes of the cluster to distribute the traffic.
  • cluster 1 includes allocation intervals for five sensor nodes A, B, C, D and E, and cluster 2 includes allocation intervals for one sensor node F.
  • the sink node may redistribute the entire traffic by moving some of the sensor nodes included in cluster 1 to cluster 2. For example, in FIG. 4, two nodes D and E of cluster 1 may be moved to cluster 2.
  • the redistributed sensor nodes request data transmission according to the timing of the second competition section of the cluster superframes to be joined, and the data transmission is performed in the next superframe of the cluster.
  • a cluster to separate sensor nodes such as a congested cluster 1
  • the cluster to join the separated nodes is called a second cluster.
  • the coordinator of the first cluster is called the first coordinator
  • the coordinator of the second cluster is called the second coordinator. This is a definition for convenience of description, and the first coordinator and the second coordinator are not fixed.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless sensor network system capable of redistribution of access nodes according to the present invention.
  • a wireless sensor network system capable of redistributing access nodes includes a sink node 110 and one or more clusters 140, and the cluster 140 includes one coordinator 120 and one or more sensor nodes 130. do.
  • the sink node 110 constructs a database by storing cluster information such as cluster traffic, node information generated from an initial sensor, and superframe information of each cluster.
  • the sink node 110 receives a data packet in a relationship with the WSN module 540 and the WSN module 540 that interface with the coordinator 120, and transmits a command packet. It consists of a database to be stored.
  • the CPU 500 generates a storage unit 510 for storing cluster information in the database, an analysis unit 520 for analyzing traffic information of the cluster stored in the database, and generates a command for generating a command to be given to the coordinator according to the analyzed result.
  • the unit 530 is included.
  • the WSN module 540 transmits a data packet containing cluster information to the CPU 500, receives a command packet containing command information to be given to the coordinator 120 from the CPU 500, and receives a cluster from the coordinator 120. Receives the information and gives the coordinator 120 a command.
  • the WSN module 540 may issue a join command and a join command to the coordinator 120.
  • the detach command may be a command for separating the sensor node 130 included in the first cluster managed by the first coordinator from the first cluster.
  • the join command is a command for joining a specific sensor node to the second cluster 140.
  • I / F communication is performed between the CPU 500 and the WSN module 540.
  • the CPU transmits a command packet to the WSN module unit by the I / F communication, and the WSN module transmits a data packet to the CPU.
  • the command generator 530 of the CPU 500 transmits a command packet to the WSN module 540, and the storage 510 of the CPU 500 receives a data packet from the WSN module 540 to receive data. Save it to the base.
  • the data packet is a process of processing cluster information received from each coordinator in the form of a packet, and using the command packet, the WSN module 540 commands a specific coordinator 120 to separate and join the sensor node 130. .
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of redistributing a connection of a wireless sensor network system according to the present invention.
  • the sink node 110 receives (1) cluster information from a plurality of coordinators 120 (S610) and (2) each cluster from the received cluster information. Generating a schedule so that superframes do not overlap in time (3) Storing the received cluster information (S620), Analyzing the stored cluster information (S630), Generating a command to the coordinator (S640) ), Instructing the separation of the specific sensor node to the first coordinator (S650), and instructing the joining of the separated node to the second coordinator (S670).
  • the cluster information includes cluster traffic information, node information in the cluster, and superframe information of the cluster.
  • the sink node 110 Since the sink node 110 receives cluster information from all coordinators, the sink node 110 also receives cluster information from the first coordinator and the second coordinator of FIG. 6 (S610).
  • the sink node 110 stores the received cluster information in a database.
  • the sink node 110 generates a schedule from the superframe information of the stored cluster so that the superframes of each cluster do not overlap in time.
  • the sink node 110 informs the coordinator of the generated schedule so that the beacon is generated according to the generated schedule.
  • the sink node 110 analyzes cluster traffic information using the stored database to determine whether a particular cluster is a congested cluster. Whether the cluster is congested is determined by whether the traffic of the cluster exceeds the threshold transmission amount. As a result, the congested cluster is referred to as the first cluster.
  • the sensor nodes to be separated are selected from the sensor nodes included in the first cluster, and a second cluster to join the sensor nodes to be separated is selected.
  • the command frame to separate the selected sensor node from the first cluster includes command type information (leave), time synchronization information, frame length information, destination node address information, source node address information, payload information (coordinator information and sensor node information). ), Error check (CRC), and the like.
  • command type information leave
  • time synchronization information frame length information
  • destination node address information destination node address information
  • source node address information source node address information
  • payload information coordinator information and sensor node information
  • CRC Error check
  • the command frame to join the selected sensor nodes in the second cluster includes command type information (join), time synchronization information, frame length information, destination node address information, source node address information, payload information (coordinator information and sensor node information). ), Error check (CRC), and the like.
  • command type information join
  • time synchronization information frame length information
  • destination node address information destination node address information
  • source node address information source node address information
  • payload information coordinator information and sensor node information
  • CRC Error check
  • the sink node 110 transmits a separation command S650 to the first coordinator in accordance with the timing of the second competition section of the superframe of the first coordinator, and the first coordinator separates the corresponding sensor node, and the sink node 110.
  • the sink node 110 sends a command frame to select the second coordinator to join the separated sensor node 130.
  • the request for the node connection and data transmission of the sensor node 130 joined to the second coordinator uses a second contention interval of the superframe of the second coordinator. Data transmission of the newly joined sensor node 130 is sent in the next superframe.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for redistributing nodes by analyzing traffic according to the present invention.
  • the traffic of the cluster is calculated by summing traffic per unit time for each sensor included in each cluster, and the cluster to be redistributed is determined if the calculated cluster traffic exceeds a threshold transmission amount. . This is called a first cluster.
  • the program code for calculating the traffic per unit time for each sensor node included in each cluster is as follows.
  • traffic_buffer [i] [j] wsn_buffer [i] [j] / T;
  • L denotes the number of clusters
  • M [i] denotes the number of sensor nodes included in the i-th cluster
  • wsn_buffer denotes the buffer size (traffic) of each sensor node
  • traffic_buffer denotes traffic per unit time for each sensor node.
  • T represents unit time.
  • the program code for summing the calculated traffic per unit time for each sensor node for each cluster is as follows.
  • cluster_buffer [i] + traffic_buffer [i] [j];
  • L denotes the number of clusters
  • M [i] denotes the number of sensor nodes included in the i-th cluster
  • T denotes the unit time.
  • the calculated traffic per unit time traffic (traffic_buffer [i] [j]) is added to cluster-specific traffic (cluster_buffer [i]).
  • the program number code for checking whether the traffic for each cluster exceeds a threshold transmission amount is as follows.
  • the threshold transmission amount ⁇ denotes a critical transmission amount.
  • the threshold transmission amount ⁇ is experimentally calculated in consideration of the traffic processing limit of the sink node of the wireless sensor network, the traffic of the entire cluster, the structure of the cluster, and the like.
  • the cluster When the traffic cluster_buffer [i] of a specific cluster exceeds the threshold transmission amount ⁇ , the cluster is referred to as a first cluster as described above.
  • the sensor node to be separated from the first cluster is selected. For example, a sensor node having the largest amount of transmission is selected as a sensor node to be separated and separated from the first cluster so that the traffic of the first cluster is less than or equal to the threshold transmission amount.
  • two or more sensor nodes may be separated.
  • the threshold transmission amount should be set larger than the cluster average traffic.
  • the threshold transmission amount may be set to 140% of the cluster average traffic.
  • Cluster average traffic refers to the sum of traffic per unit time of all sensor nodes included in the wireless sensor network connected to the sink node divided by the number of clusters. If the threshold transmission amount is set smaller than the cluster average traffic, there is a problem in that the traffic of each cluster cannot be lower than the threshold transmission amount by redistributing sensor nodes.
  • the present invention is to redistribute the nodes included in the cluster so that the traffic of all the clusters are less than the threshold transmission amount to increase the transmission efficiency, to ensure timeliness, and if the transmission amount is excessively large, there is little benefit to apply the present invention.
  • a method of redistributing nodes may be used so that traffic of each cluster is even.
  • the node having the least traffic per unit time among the nodes that allow the traffic of the cluster to be less than or equal to the threshold transmission amount is separated into the cluster.
  • it would be desirable to improve the system by changing the overall structure of the wireless sensor network to increase the traffic that the system can accommodate.
  • the redistribution of nodes in the cluster may improve the throughput of data transmission.
  • the sensor node may request to join the coordinator node that transmits the beacon signal of the superframe received thereto.
  • the synchro node 110 only requests the first coordinator 120 to separate the specific sensor node, and the sink node 110 does not request the second coordinator 120 to join the specific sensor node.
  • the sensor node 130 separated from the first coordinator may make a request for joining the second coordinator 120.
  • the separated sensor node 130 makes a join request by using the second competition section of the superframe of the coordinator node that transmits the beacon signal received thereto.

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Abstract

본 발명의 일면에 따른 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템은 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서, 상기 각 클러스터 내 트래픽량을 분석하여 분석 결과를 토대로 상기 코디네이터 노드 중 특정 코디네이터 노드에 센서 노드의 분리 또는 합류 명령을 전송하는 싱크 노드를 더 포함하되, 상기 명령을 전송받은 코디네이터 노드는 상기 싱크 노드의 분리 또는 합류 명령에 따라 상기 센서 노드를 분리하거나 합류시키는 것을 특징으로 한다.

Description

접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템 및 그 방법
본 발명은 무선 센서 네트워크에 관한 것으로, 센서 노드들이 싱크 노드까지 데이터를 전달할 때에 각 노드의 트래픽 양을 조절하는 기술로서 데이터 전달의 신뢰성과 시의성을 제공하기 위하여 멀티 홉 환경의 무선 센서 네트워크의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 여러 개의 센서 노드들과 하나의 싱크 노드로 구성되어 있다. 혼잡한 트래픽이 발생되는 이유는 첫 번째는 모든 노드들이 싱크 노드로 전송됨에 따라 수렴하는 형태의 혼잡한 환경이 만들어지는 경우가 있다. 두 번째는 혼잡한 지역 내지 노드가 존재함에 따라 혼잡한 환경을 만들 수 있다. 이러한 혼잡이 발생하면 버퍼 오버플로우, 패킷 충돌, 패킷 손실 등의 문제점이 발생되기 때문에 어플리케이션의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 혼잡을 해결하기 위해 데이터 병합 방법, 혼잡 지역 감지 및 처리 방법 등의 연구가 진행되어 왔다.
앞에서 언급한 첫 번째 경우의 해결 기술은 데이터 병합 기법으로 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. 이런 방법은 데이터를 병합하여 트래픽을 감소시킬 수 있다는 장점이 있지만 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.
다음으로, 두 번째 경우의 해결 기술로서 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 사용하는 것이다. 하지만, 이 방법은 센싱 주기를 늘이거나 패킷을 버리기 때문에 센싱 정보의 정확성과 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 각 클러스터를 구성하고 운영하는 코디네이터에 명령을 내려 혼잡한 클러스터에 포함된 노드들을 분리하고, 혼잡한 클러스터로부터 분리된 노드들을 다른 클러스터에 합류시켜 클러스터의 노드들을 재분배하여 무선 센서 네트워크의 혼잡도를 제어하여 데어터 전달의 처리율(throughput)을 향상 시키는데 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템은 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서, 상기 각 클러스터 내 트래픽량을 분석하여 분석 결과를 토대로 상기 코디네이터 노드 중 특정 코디네이터 노드에 센서 노드의 분리 또는 합류 명령을 전송하는 싱크 노드를 더 포함하되, 상기 명령을 전송받은 코디네이터 노드는 상기 싱크 노드의 분리 또는 합류 명령에 따라 상기 센서 노드를 분리하거나 합류시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템은 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서, 상기 각 클러스터 내 트래픽량을 분석하여 분석 결과를 토대로 상기 코디네이터 노드 중 특정 코디네이터 노드에 센서 노드의 분리 명령을 전송하는 싱크 노드를 더 포함하되, 상기 명령을 전송받은 코디네이터 노드는 상기 싱크 노드의 분리 명령에 따라 해당 센서 노드를 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법은 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터와, 상기 복수의 클러스터로부터 클러스터 정보를 수집하는 싱크 노드로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법에 있어서, 상기 싱크 노드가 (1) 상기 복수의 코디네이터 노드로부터 클러스터 정보를 수신하여 데이터 베이스에 저장하는 단계, (2) 상기 수신한 클러스터 정보로부터 각 클러스터의 수퍼프레임이 시간적으로 중첩되지 않도록 스케줄을 생성하는 단계, (3) 상기 저장된 클러스터 트래픽 정보를 분석하는 단계, (4) 상기 코디네이터에 센서의 분리 또는 합류 명령을 생성하는 단계, (5) 제1 코디네이터에게 제1 클러스터에서 센서 노드를 분리할 것을 명령하는 단계 및 (6) 2 코디네이터에게 제2 클러스터에 상기 센서 노드를 합류시킬 것을 명령하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 모든 노드들의 전송량을 조절하여 혼잡을 제어할 수 있음에 따라 전체적인 패킷 손실률을 최소화시켜 무선 센서 네트워크 환경에서의 신뢰성과 시의성 있는 통신을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 무선 센서 네트워크의 구조도.
도 2는 무선 센서 네트워크의 수퍼프레임 구조도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 싱크 노드가 혼잡 제어를 위하여 클러스터의 수퍼프레임 스케줄링을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 할당 채널의 재분배 처리를 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법의 절차 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 트래픽 분석에 의한 노드 재분배 방법의 순서도.
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. 한편, 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 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 무선 센서 네트워크의 구조도를 나타낸다.
무선 센서 네트워크(Wireless sensor network, WSN)는 와이파이(IEEE 802.11 및 그 하위호환), 블루투스(IEEE 802.15.4) 등의 통신표준을 이용하여 구축할 수 있는데, 최근 IEEE 802.15.4를 따르는 지그비(Zigbee), 와이어리스하트(WirelessHART), 마이와이(MiWi)는 무선 센서 네트워크(Wireles sensor network, WSN)를 그 대상으로 하여 설계되고 발전되고 있다. 지그비, 와이어리스하트, 마이와이는 IEEE 802.15.4-2006 표준이 포함하지 않는 상위 프로토콜 스택을 정의하여 완전한 통신망 솔루션을 제공하고자 한다.
싱크 노드(110)는 외부망과 연결되는 지점으로 무선 네트워크 시스템을 전체로서 식별하는 단위가 된다. 일반적으로 다른 객체(object)나 기능(function)들로부터 발생한 이벤트들을 취합하는 것으로 설계된 클래스(class) 또는 기능(function)을 의미하나, 무선 센서 네트워크 분야에서는 멀티홉 환경에서 데이터를 전송하는 베이스 스테이션(base station)을 의미하는 용어로 사용한다.
코디네이터(120)는 무선 네트워크 시스템의 부분을 이루는 클러스터의 운영을 담당하고, 코디네이터(120)가 위치하는 노드를 코디네이터 노드라 한다. 각 클러스터(140)에 하나의 코디네이터(120)가 존재한다. 코디네이터(120)은 비콘 신호를 이용하여 클러스터 내의 센서 노드를 동기화한다.
코디네이터(120)는 클러스터에 포함된 센서 노드를 분리할 수 있고, 클러스터에 합류를 요청한 센서 노드를 클러스터에 합류시킬 수 있다.
또한 코디네이터(120)는 센서 노드(130)들의 데이터 전송 요청을 받아 도 2의 할당구간에 포함된 GTS(Guaranteed time slot)에 각 센서 노드(130)의 데이터 전송구간을 할당할 수 있고, 이를 이용하여 클러스터 내의 모든 노드에 대하여 데이터 전송 스케줄을 담고 있는 클러스터 별 수퍼프레임을 생성한다. 즉, 코디네이터는 자신이 운영하는 클러스터에 센서 노드(130)를 포함할 것인지를 결정하고, 클러스터에 포함된 모든 센서 노드(130)의 데이터 전송 스케줄을 작성한다.
센서 노드(130)는 상기 표준문서상의 전기능장치(Full-functioned device, FFD) 또는 제한기능장치(Reduced-functioned device)로 구성될 수 있다. 다만, 전기능장치(FFD)인 코디네이터(120)는 센서 노드(130)일 수는 없다.
라우터(Router)는 전기능장치(FFD)로서 기능할 수 있고, 통상의 센서 노드(130)는 제한기능장치(RFD)에 해당하나, 전기능장치(FFD)의 역할을 하는 경우도 있다.
도 1의 무선 센서 네트워크의 구조는 스타 구조(star topology), 트리 구조(Tree topology), 메시 구조(Mesh Topology), 피어투피어 구조(Peer-to-peer topology) 중 어느 하나일 수 있으나, 본 발명은 각 클러스터에 속한 센서 노드들의 전송 스케줄을 조정하여 신뢰성과 시의성 있는 통신을 가능하게 하고자 하는 것이므로, 스타 구조 내지 트리 구조를 갖는 무선 센서 네트워크 구조를 전제로 설명한다. 다만, 이는 수퍼프레임간의 스케줄 조정을 위하여 트래픽을 재분배하기 위한 것이고, 실제 데이터 전송 및 클러스터 구성은 메시 구조를 전제로 이루어져도 무관하다.
클러스터(140)는 하나의 코디네이터 노드(120)와 하나 이상의 센서 노드(130)를 포함한다.
도 2는 무선 센서 네트워크의 수퍼프레임 구조도를 나타낸다.
비콘을 사용하는(Beacon-enabled network) 수퍼프레임은 비콘(Beacon)을 이용하여 시간동기를 맞춘다. 싱크 노드(110)는 코디네이터(120)의 비콘 신호를 받고, 수퍼프레임을 크기를 고려하여 각 코디네이터의 수퍼프레임의 활성화구간이 겹치지 않도록 스케줄을 생성한다.
무선 센서 네트워크의 저전력 특성상 비활성화 구간(inactive portion)을 두어 전력소모를 최소화하며, 예컨대, 센싱 주기는 초당 1회 이하로 설정할 수 있고, 이 중 비콘을 포함한 활성화 구간은 50ms 이상 100ms 이하일 수 있고, 각 타임 슬롯은 1ms 이내일 수 있다.
활성화구간(active portion)은 경쟁구간(Contention access period)과 할당구간(Contention-free period)으로 나뉘며, 할당구간에 할당되는 타임슬롯을 GTS(Guaranteed time slot)이라 부른다. IEEE 802.15.4의 경우 타임슬롯이 비콘을 포함하여 16개로 제한되나 본 발명에서는 타임슬롯의 개수 제한은 고려할 필요가 없다. 다만, 사용되는 용어와 각 구성요소의 용도는 IEEE 802.15.4 및 ZigBee 표준문서의 내용을 참고할 수 있으나, 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다. 예컨대 본 발명에서는 경쟁구간을 제1경쟁구간과 제2경쟁구간으로 나눈다. 도 3에서 비콘 다음에 오는 경쟁구간을 제1경쟁구간, 제1경쟁구간 다음에 오는 경쟁구간을 제2경쟁구간이라 한다.
본 발명에서는 각 센서 노드(130)가 자신이 포함된 코디네이터에 접속 및 데이터 전송을 요청하는 구간으로서 제1경쟁구간을 활용하고, 트래픽이 과도한 클러스터에 포함되어 재분배된 센서 노드(130)의 코디네이터 접속 및 데이터 전송을 위한 할당 요청을 위하여는 제2경쟁구간을 활용하도록 한다.
특정 클러스터에 포함된 센서 노드(130)들은 해당 코디네이터(120)에게 합류(join)를 요청한 후, 코디네이터에게 확인(confirm)을 받으면 네트워킹이 완성되고 할당구간을 활용하여 데이터를 전송한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 싱크 노드가 혼잡 제어를 위하여 클러스터의 수퍼프레임 스케줄링을 설명하기 위한 예시도이다.
각 센서 노드들은 위치적으로 해당 클러스터가 결정되고 클러스터를 운영하는 코디네이터에게 합류를 요청하여 확인(confirm)을 받으면, 해당 클러스터에 동기화하여 센서 정보를 목적노드로 전송하게 된다.
싱크 노드(110)는 하나 이상의 클러스터에 대하여 전송순서를 스케줄링한다. 코디네이터(120)로부터 클러스터의 수퍼프레임 정보를 전송받아 각 클러스터의 비콘 동기화 정보를 고려하여 각 클러스터 별 수퍼프레임의 활성화구간이 중첩되지 않도록 스케줄을 생성한다. 도 3에서는 클러스터1, 클러스터2, 클러스터3 순서대로 데이터전송이 이루어지도록 스케줄링된 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 할당 채널의 재분배 처리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3에서와 같이 클러스터별로 스케줄링이 이루어졌다 하더라도 특정 클러스터에 트래픽이 집중되는 문제가 발생할 수 있고, 이 경우 클러스터의 노드를 재분배하여 트래픽을 분산할 필요가 있다.
도 4에 따르면 클러스터1에 5개의 센서 노드(A,B,C,D,E)에 대한 할당구간이 포함되고, 클러스터2에 1개의 센서 노드(F)에 대한 할당구간이 포함되어 있는데, 만약 현상황이 클러스터1에 트래픽이 집중된 것이라면, 싱크노드는 클러스터1에 포함된 센서 노드 중 일부를 클러스터2로 옮겨 전체 트래픽을 재분배 할 수 있다. 예컨대, 도 4의 경우 클러스터1의 2개의 노드(D,E)를 클러스터2로 옮길 수 있다.
도 4에서와 같이 센서 노드가 재분배 될 경우에는 재분배된 센서 노드는 합류할 클러스터 수퍼프레임의 제2경쟁구간 타이밍에 맞추어 데이터 전송을 요청하고, 해당 클러스터의 다음 수퍼프레임에서 상기 데이터 전송이 이루어진다.
도 4에서 혼잡한 클러스터1과 같이 센서 노드를 분리할 클러스터를 본 발명에서 제1 클러스터라 지칭한다. 상기 분리된 노드를 합류시킬 클러스터를 제2 클러스터라 지칭한다. 제1 클러스터의 코디네이터를 제1 코디네이터라 하고, 제2 클러스터의 코디네이터를 제2 코디네이터라 한다. 이는 설명의 편의를 위한 정의이고, 제1 코디네이터와 제2 코디네이터가 고정된 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템의 구성도를 나타낸다.
본 발명에 접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템은 싱크 노드(110)와 하나 이상의 클러스터(140)를 포함하며 클러스터(140)는 하나의 코디네이터(120)와 하나 이상의 센서 노드(130)를 포함한다.
싱크 노드(110)에서는 클러스터의 트래픽, 초기 센서로부터 발생한 노드 정보 및 각 클러스터의 수퍼프레임 정보 등의 클러스터 정보를 저장하여 데이터베이스를 구축한다.
싱크 노드(110)는 코디네이터(120)와 인터페이스를 역할을 하는 WSN 모듈(540) 및 WSN 모듈(540)과의 관계에서 데이터 패킷을 수신하고, 명령 패킷을 전송하는 CPU(500), 클러스터 정보가 저장되는 데이터 베이스로 구성된다. CPU(500)는 클러스터 정보를 데이터 베이스에 저장하는 저장부(510), 데이터 베이스에 저장된 클러스터의 트래픽 정보를 분석하는 분석부(520), 분석된 결과에 따라 코디네이터에 내릴 명령을 생성하는 명령 생성부(530)를 포함한다.
WSN 모듈(540)은 CPU(500)에게 클러스터 정보가 담겨 있는 데이터 패킷을 전송하고, CPU(500)로부터 코디네이터(120)에게 내릴 명령 정보가 담겨 있는 명령 패킷을 수신하며, 코디네이터(120)로부터 클러스터 정보를 수신하고, 코디네이터(120)에 명령을 내린다.
WSN 모듈(540)는 코디네이터(120)에 분리 명령과 합류 명령을 내릴 수 있고, 분리 명령은 제1 코디네이터가 관리하는 제1 클러스터에 포함된 센서 노드(130)를 제1 클러스터로부터 분리하는 명령이고, 합류 명령은 특정 센서 노드를 제2 클러스터(140)에 합류시키는 명령이다.
CPU(500)와 WSN 모듈(540) 사이에는 I/F 통신이 이루어지며, 상기 I/F 통신에 의하여 CPU가 WSN 모듈부로 명령 패킷을 전송하고, WSN 모듈은 CPU로 데이터 패킷을 전송한다. 보다 구체적으로 CPU(500)의 명령 생성부(530)가 명령 패킷을 WSN 모듈(540)에 전송하고, CPU(500)의 저장부(510)가 WSN 모듈(540)로부터 데이터 패킷을 수신하여 데이터 베이스에 저장한다.
상기 데이터 패킷은 각 코디네이터로부터 수신한 클러스터의 정보를 패킷 형태로 가공한 것이고, 상기 명령 패킷을 이용하여 WSN 모듈(540)는 특정 코디네이터(120)에게 센서 노드(130)의 분리 및 합류 명령을 한다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법의 절차 흐름도를 나타낸다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법은 싱크 노드(110)가 (1) 복수의 코디네이터(120)로부터 클러스터 정보를 전송받는 단계(S610), (2) 상기 수신한 클러스터 정보로부터 각 클러스터의 수퍼프레임이 시간적으로 중첩되지 않도록 스케줄을 생성하는 단계 (3) 전송받은 클러스터 정보를 저장하는 단계(S620), 저장된 클러스터 정보를 분석하는 단계(S630), 코디네이터에 내릴 명령을 생성하는 단계(S640), 제1 코디네이터에 특정 센서 노드의 분리를 명령하는 단계(S650), 제2 코디네이터에 상기 분리한 노드의 합류를 명령하는 단계(S670)를 포함한다.
상기 클러스터 정보는 클러스터 트래픽 정보, 클러스터 내의 노드 정보 및 클러스터의 수퍼프레임 정보를 포함한다.
싱크 노드(110)는 모든 코디네이터로부터 클러스터 정보를 수신하므로, 도 6에 기재된 제1 코디네이터와 제2 코디네이터로부터도 클러스터 정보를 수신한다(S610).
싱크 노드(110)는 수신한 클러스터 정보를 데이터 베이스에 저장한다.
싱크 노드(110)는 저장된 클러스터의 수퍼프레임 정보로부터 각 클러스터의 수퍼프레임이 시간적으로 중첩되지 않도록 스케줄을 생성한다. 싱크 노드(110)는 생성된 스케줄에 맞추어 비콘이 생성되도록 코디네이터에게 생성된 스케줄을 알려준다.
싱크 노드(110)는 저장된 데이터 베이스를 이용하여 클러스터 트래픽 정보를 분석하여 특정 클러스터가 혼잡한 클러스터인지 판단한다. 클러스터의 혼잡 여부는 클러스터의 트래픽이 임계 전송량을 초과하는지 여부에 의해 판단한다. 판단 결과, 혼잡한 클러스터는 제1 클러스터로 지칭한다. 제1 클러스터에 포함된 센서 노드 중 분리할 센서 노드를 선별하고, 분리할 센서 노드를 합류시킬 제2 클러스터를 선택한다.
선별된 센서 노드를 제1 클러스터에서 분리시킬 명령 프레임에는 명령 타입 정보(leave), 시간동기 정보, 프레임의 길이 정보, 목적 노드 주소 정보, 소스 노드 주소 정보, 페이로드 정보(코디네이터 정보 및 센서 노드 정보), 에러체크(CRC) 등을 포함한다.
선별된 센서 노드를 제2 클러스터에서 합류시킬 명령 프레임에는 명령 타입 정보(join), 시간동기 정보, 프레임의 길이 정보, 목적 노드 주소 정보, 소스 노드 주소 정보, 페이로드 정보(코디네이터 정보 및 센서 노드 정보), 에러체크(CRC) 등을 포함한다.
싱크 노드(110)는 제1 코디네이터의 수퍼프레임의 제2경쟁구간의 타이밍에 맞추어 제1코디네이터에게 분리명령(S650)을 전송하고, 제1 코디네이터는 해당 센서 노드를 분리하고, 싱크 노드(110)에 확인 명령 프레임을 전송한다. 싱크 노드(110)는 제2 코디네이터를 선택하여 분리된 센서 노드(130)를 합류시키라는 명령 프레임을 보낸다. 이 때, 제2 코디네이터에 합류되는 센서 노드(130)의 노드 접속 및 데이터 전송을 요청은 제2코디네이터의 수퍼프레임의 제2 경쟁구간을 이용한다. 새롭게 합류한 센서 노드(130)의 데이터 전송은 다음 수퍼프레임에서 보내게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 트래픽 분석에 의한 노드 재분배 방법의 순서도를 나타낸다.
도 6의 클러스터 정보 분석 단계(S630)는 각 클러스터에 포함된 각 센서 별로 단위시간당 트래픽을 합산하여 클러스터의 트래픽을 산출하고, 산출된 클러스터의 트래픽이 임계 전송량을 초과하는 경우 재분배해야할 클러스터로 결정한다. 이를 제1 클러스터라 지칭한다.
상기 각 클러스터에 포함된 각 센서 노드 별로 단위시간당 트래픽을 산출하는 프로그램 코드는 다음과 같다.
for ( i=0 ; i < L : i ++)
for ( j=0 ; j < M[i] : j ++)
traffic_buffer[i][j] = wsn_buffer[i][j]/T ;
상기 L는 클러스터의 개수, 상기 M[i]는 i번째 클러스터에 포함된 센서 노드의 개수, 상기 wsn_buffer는 각 센서 노드의 버퍼 사이즈(트래픽), 상기 traffic_buffer는 각 센서 노드 별 단위시간당 트래픽을 의미한다. T는 단위시간을 나타낸다.
산출된 각 센서 노드 별 단위시간당 트래픽을 각 클러스터별로 합산하는 프로그램 코드는 다음과 같다.
for ( i=0 ; i < L : i ++)
for ( j=0 ; j < M[i] : j ++)
cluster_buffer[i] += traffic_buffer[i][j] ;
상기 L는 클러스터의 개수, 상기 M[i]는 i번째 클러스터에 포함된 센서 노드의 개수, T는 단위시간을 나타낸다. 상기 산출한 센서 별 단위시간당 트래픽(traffic_buffer[i][j])을 클러스터 별 트래픽(cluster_buffer[i])으로 합산한다.
상기 클러스터 별 트래픽이 임계 전송량을 초과하는지 여부를 확인하는 프로그램 수도코드은 다음과 같다.
for ( i=0 ; i < L : i ++)
if (γ < cluster_buffer[i] )
임계 전송량 초과 클러스터 존재
상기 γ는 임계 전송량을 뜻한다. 임계 전송량(γ)은 무선 센서 네트워크의 싱크 노드의 트래픽 처리한도, 전체 클러스터의 트래픽, 클러스터의 구조 등을 고려하여 실험적으로 산출한다.
특정 클러스터의 트래픽(cluster_buffer[i])이 임계전송량(γ)을 초과할 경우, 전술한대로 해당 클러스터를 제1 클러스터로 지칭한다. 제1 클러스터에서 분리할 센서 노드를 선별한다. 예컨대, 전송량이 가장 많은 센서 노드를 분리할 센서 노드로 선별하여 제1 클러스터로부터 분리하여 제1 클러스터의 트래픽이 임계 전송량 이하가 되도록 한다. 제1 클러스터의 트래픽이 임계 전송량을 크게 초과할 경우에는, 2 이상의 센서 노드를 분리할 수 있다.
상기 임계 전송량은 클러스터 평균 트래픽보다 크게 설정되어야 한다. 예컨대 클러스터 평균 트래픽의 140% 수준으로 임계전송량을 설정할 수 있다. 클러스터 평균 트래픽이란 싱크 노드와 연결된 무선 센서 네트워크에 포함된 모든 센서 노드의 단위시간당 트래픽의 총합을 클러스터 수로 나눈 것을 말한다. 만약 임계 전송량이 클러스터 평균 트래픽보다 작게 설정된 경우, 센서 노드를 재분배하는 방법으로 각 클러스터의 트래픽이 모두 임계 전송량 이하가 되도록 할 수 없는 문제가 생긴다. 본 발명은 모든 클러스터의 트래픽이 임계 전송량 이하가 되도록 클러스터에 포함된 노드를 재분배하여 전송 효율성을 올리고, 시의성을 확보하기 위한 것이고, 전송량이 전체적으로 과도한 경우에는 본 발명을 적용할 실익이 적다 할 것이다.
다만, 전송량이 전체적으로 과도한 경우에는 각 클러스터의 트래픽이 균등하도록 노드를 재분배하는 방법을 사용할 수는 있다. 이 때에는 클러스터의 트래픽이 임계 전송량 이하가 되도록 하는 노드 중 단위시간 당 트래픽이 가장 작은 노드를 클러스터에 분리하도록 한다. 그러나, 이 경우에는 무선 센서 네트워크의 전체 구조를 변경하여 시스템이 수용할 수 있는 트래픽을 증가시키는 시스템 개선 작업이 바람직하다 할 것이다.
예컨대, 전체 수용가능용량 대비 70% 수준으로 임계 전송량을 설정한다면, 클러스터의 노드를 재분배함으로써 데어터 전달의 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있을 것이다.
한편, 센서 노드는 자신에게 수신되는 수퍼프레임의 비콘 신호를 전송하는 코디네이터 노드에 합류 요청을 할 수 있다. 구체적으로 싱코 노드(110)는 제1 코디네이터(120)에 특정 센서 노드를 분리하는 요청만 하고, 싱크 노드(110)가 제2 코디네이터(120)에 상기 특정 센서 노드를 합류하는 요청을 하지 않고, 제1 코디네이터로부터 분리된 센서 노드(130)가 제2 코디네이터(120)에게 합류 요청을 할 수 있다. 분리 된 센서 노드(130)는 자신에게 수신된 비콘 신호를 전송하는 코디네이터 노드의 수퍼프레임 2번째 경쟁구간을 이용하여 합류 요청을 하게 된다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 각 클러스터 내 트래픽량을 분석하여 분석 결과를 토대로 상기 코디네이터 노드 중 특정 코디네이터 노드에 센서 노드의 분리 또는 합류 명령을 전송하는 싱크 노드를 더 포함하되,
    상기 명령을 전송받은 코디네이터 노드는 상기 싱크 노드의 분리 또는 합류 명령에 따라 상기 센서 노드를 분리하거나 합류시키는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서
    상기 싱크 노드는
    각 클러스터 내 트래픽량을 분석하기 위하여,
    각 센서 노드 별 단위 시간 당 트래픽을 각 클러스터 별로 합산하여 클러스터의 트래픽을 산출하고, 상기 클러스터의 트래픽이 임계 전송량을 초과한 경우, 해당 클러스터에 포함된 특정 센서 노드를 분리하는 명령을 생성하고, 다른 클러스터에 상기 분리한 센서 노드를 합류시키는 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  3. 제1항에 있어서
    상기 싱크 노드는
    상기 복수의 코디네이터 노드로부터 수신된 클러스터 수퍼프레임 정보를 이용하여, 상기 복수의 수퍼프레임이 중첩되지 않도록 데이터전송 스케줄을 작성하는 것을 더 포함하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  4. 제3항에 있어서
    상기 수퍼프레임은
    비콘, 제1경쟁구간, 제2경쟁구간, 할당구간으로 구성되는 활성화구간 및 비활성화 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  5. 제4항에 있어서
    특정 클러스터에서 분리되어 다른 클러스터에 합류할 센서 노드는 상기 다른 클러스터의 수퍼프레임의 제2경쟁구간을 이용하여 데이터를 전송을 위한 GTS 할당 요청하는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  6. 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 각 클러스터 내 트래픽량을 분석하여 분석 결과를 토대로 상기 코디네이터 노드 중 특정 코디네이터 노드에 센서 노드의 분리 명령을 전송하는 싱크 노드를 더 포함하되,
    상기 명령을 전송받은 코디네이터 노드는 상기 싱크 노드의 분리 명령에 따라 해당 센서 노드를 분리하는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분리된 센서 노드는 접속 가능한 근방의 코디네이터 노드에 합류 요청을 하고,
    상기 근방의 코디네이터가 상기 센서 노드의 합류 요청에 응답하여, 상기 센서 노드를 클러스터에 합류시킨 후, 자신의 수퍼프레임의 GTS를 할당하는 것을 특징으로 하는
    접속 노드의 재분배가 가능한 무선 센서 네트워크 시스템.
  8. 하나의 코디네이터 노드와 하나 이상의 센서 노드를 각각 포함하는 복수의 클러스터와, 상기 복수의 클러스터로부터 클러스터 정보를 수집하는 싱크 노드로 구성된 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법에 있어서,
    상기 싱크 노드가
    (1) 상기 복수의 코디네이터 노드로부터 클러스터 정보를 수신하여 데이터 베이스에 저장하는 단계;
    (2) 상기 수신한 클러스터 정보로부터 각 클러스터의 수퍼프레임이 시간적으로 중첩되지 않도록 스케줄을 생성하는 단계;
    (3) 상기 저장된 클러스터 트래픽 정보를 분석하는 단계;
    (4) 상기 코디네이터에 센서의 분리 또는 합류 명령을 생성하는 단계;
    (5) 제1 코디네이터에게 제1 클러스터에서 센서 노드를 분리할 것을 명령하는 단계; 및
    (6) 제2 코디네이터에게 제2 클러스터에 상기 센서 노드를 합류시킬 것을 명령하는 단계
    를 포함하는 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법.
  9. 제8항에 있어서
    상기 클러스터 트래픽 정보를 분석하는 단계에서는 각 노드의 단위 시간당 트래픽을 클러스터 별로 합산하여 클러스터의 트래픽을 산출하고, 상기 산출된 클러스터의 트래픽이 임계 전송량을 초과하는지 판단하는 것을 특징으로 하는
    무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법.
  10. 제8항에 있어서
    상기 명령을 생성하는 단계에서 상기 분리 명령은 제1 클러스터에서 분리할 센서 노드로 클러스터 내에서 전송량이 가장 큰 센서 노드를 선별하는 것을 특징으로 하고, 상기 합류 명령은 상기 제2 클러스터로 트래픽이 가장 작은 클러스터를 선택하는 것을 특징으로 하는
    무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법.
  11. 제8항에 있어서
    상기 수퍼프레임은
    비콘, 제1경쟁구간, 제2경쟁구간, 할당구간으로 구성되는 활성화구간 및 비활성화 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법.
  12. 제11항에 있어서
    상기 제1경쟁구간은 센서 노드가 접속 및 데이터 전송을 요청하는데 이용하고, 상기 제2경쟁구간은 상기 분리된 센서 노드가 클러스터 접속 및 데이터 전송을 요청하는데 이용하고, 상기 할당구간은 실제 데이터가 전송되는데 이용하는 것을 특징으로 하는
    무선 센서 네트워크 시스템의 접속 재분배 방법.
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