KR100772924B1

KR100772924B1 - 나노 운영체제 기반 유비쿼터스 센서 네트워크의 전력절감을 위한 방법

Info

Publication number: KR100772924B1
Application number: KR1020060094506A
Authority: KR
Inventors: 이광용; 유미선; 김진원; 마평수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-11-02

Abstract

본 발명은 라우팅 경로 설정 시에 내부 클록(Clock)을 동기화 하는 단계, 동기화된 내부 클록(Clock)에 기반하여 활동 시간 및 전력 절약 시간을 설정하는 단계, 활동 시간 동안 응용 태스크(task)의 실행 및 패킷 송수신을 수행하는 단계 및 활동 시간이 만료되면 전력 절약 시간 동안 전력 절약 모드로 전환하는 단계를 포함하되, 전력 절약 모드는 내부 클록(Clock) 신호의 유지와 응용 태스크(task)의 저장에 필요한 전원을 제외한 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법을 제공한다.

센서 네트워크, 센서 노드, 전력 절감

Description

나노 운영체제 기반 유비쿼터스 센서 네트워크의 전력 절감을 위한 방법{Method for power saving of ubiquitous sensor network based on Nano Operating System}

도 1은 본 발명이 적용되는 센서 네트워크의 개념도.

도 2는 본 발명이 적용되는 센서 노드의 구성도.

도 3은 본 발명이 적용되는 센서 노드에 포함되는 나노 운영체제의 계층도.

도 4는 기존의 센서 네트워크에서 센서 노드의 동작을 나타낸 순서도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작을 나타내는 순서도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작에서 라우팅 경로 및 내부 클록(Clock)의 동기화 방법을 나타내는 순서도.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작에서 실행 주기를 계산하는 방법을 나타내는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

201 : 제어부 203 : 전원부

205 : 송수신부 207 : 센서부

209 : 메모리 211 : 클록(Clock)

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크의 전력 절감을 위한 방법에 관한 것이다.

무선 통신과 전자 기술의 발달로 인해 소형이며, 단거리 통신이 가능한 저 비용, 저 전력, 다 기능의 센서 노드가 개발되어왔다. 이러한 초소형의 센서 노드는 일반적으로 센서부, 제어부 및 송수신부로 구성되어, 노드들 간의 네트워크를 형성하여 일정한 지역에서 일어나는 현상을 서로 연동하여 감지하게 된다. 이러한 개념이 센서 네트워크이다. 센서 네트워크는 전통적인 센서에 비하여 뚜렷한 기술적 진보를 보이고 있다 .

이러한 센서 네트워크는 환경 방재 모니터링, 홈 네트워크, 건강관리, 로봇 분야 등에서 적용되고 있다. 예를 들면, 건강관리 분야에서 센서 노드는 환자의 상태를 모니터하고, 장애를 가진 환자들을 돕는데 활용될 수 있다. 또한, 환경 방재 모니터링에서는 화재 등과 같은 재난 시에 빠르게 대처할 수 있게 함으로써 자원, 재산, 인명을 구조할 수 있다.

현재, 센서 네트워크 분야에서 가장 큰 문제가 되고 있는 분야 중의 하나는 에너지를 효율적으로 사용하여 네트워크의 생존 시간을 최대한 연장하는 것이다.

센서 네트워크의 생존 시간을 연장하는 방법으로 대표적인 방법으로 다음에 정의된 센서 네트워크 듀티비(duty-cycle)를 조절하는 방법이다.

듀티비(duty-cycle) = (송신 시간 + 수신 시간)/(송신 시간 + 수신 시간 + 응용 실행 시간) * 100

여기에서, 송신 시간은 전체 무선 데이터 송신 시간의 합을 나타내고, 수신 시간은 전체 무선 데이터 수신 시간의 합을 나타내며, 응용 실행 시간은 무선 데이터 송수신 처리 후 데이터를 가공 처리하는 시간의 합을 의미한다.

이 수식에서 알 수 있듯이, 센서 네트워크 생존 시간을 연장하기 위해서는 듀티비(duty-cycle)를 축소해야 하는데 이를 위해서는 송수신 시간의 합이 응용 실행 시간에 비해 최소화되어야 한다. 실제로 AA 배터리를 이용 생존 시간을 1년 이상 사용하기 위해서는 듀티비(duty-cycle)를 1%로 낮추어야 한다. 이 의미는 전체 실행 주기 중 1% 정도의 송수신 시간만 유지하고, 나머지는 전력 절약 모드로 만들어야 함을 뜻한다. 종래의 에너지 효율적인 스케줄러들의 경우 듀티비(duty-cycle)를 축소하기 위해 MAC 레벨에서 무선 데이터 송수신 시간을 조절하여 에너지 효율을 갖도록 하는 방법과 커널에서 응용 실행이 없을 경우 전력 절약 모드로 전환하여 에너지를 절약하고자 하는 방법 등을 제시하고 있었다. 그러나 이러한 방법들의 문제는 네트워크 관점에서만의 스케줄링 기법들이어서 실제 응용을 포함해서 고려할 때에는 실제적인 네트워크 생존 시간의 연장 효과를 갖지 못하는 문제가 있다. 또한, 커널 레벨에서 응용 실행이 없을 경우 전력 절약 모드로 전환하는 기법은 단순하지만, 에너지가 얼마나 연장하여 사용할 수 있을지에 대한 예측을 커널에서 할 수 없다는 문제가 있다.

이것은 응용을 포함해서 전체적으로 네트워크를 효율적으로 관리하는 방법을 찾아야 한다는 것을 의미한다. 이것은 기술적으로 무선 데이터 송수신 시간과 응용 실행 시간, 그리고 전력 절약 기능 등을 하나로 통합하여 적절히 운영해야 함을 의미한다. 즉, 운영 체제의 커널 입장에서는, 센서 노드의 활동 시간을 무선 데이터 송수신 시간과 응용 실행 시간의 합으로 볼 때, 무선데이터 송수신 시간 및 응용 실행 시간의 합에 비해 상대적으로 전력 절약 시간을 더욱 더 크게 가지고 감으로써 네트워크 생존 시간을 연장하는 것을 고려할 필요가 있다. 이 때, 무작정 에너지 효율성만 고려하는 것이 아니라 통신 성공률 등의 요구 사항도 고려하여 스케줄링이 될 필요가 있다.

본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크의 전력 절감을 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 나노 운영체제의 도움을 받아 라우터 노드들이 데이터 전달을 위한 백본 역할을 하는 유비쿼터스 센서 네트워크 환경에서 응용 실 행 시간의 듀티비(duty-cycle) 조절이 가능한 전력 절감 기법을 제공하는데 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, (a). 라우팅 경로 설정 시에 내부 클록(Clock)을 동기화 하는 단계, (b). 상기 동기화된 내부 클록(Clock)에 기반하여 활동 시간 및 전력 절약 시간을 설정하는 단계, (c). 상기 활동 시간 동안 응용 태스크(task)의 실행 및 패킷 송수신을 수행하는 단계 및 (d). 상기 활동 시간이 만료되면 상기 전력 절약 시간 동안 전력 절약 모드로 전환하는 단계를 포함하되, 상기 전력 절약 모드는 상기 내부 클록(Clock) 신호의 유지와 상기 응용 태스크(task)의 저장에 필요한 전원을 제외한 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법을 제공할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전력 절약 시간이 만료되면 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 내부 클록(Clock) 동기화 단계는 외부에서 수신된 라우팅 요청 신호에 상응하여 초기화된 내부 클록 신호를 포함하는 라우팅 응답 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 내부 클록(Clock) 동기화 단계는 외부로부터 수신된 라우팅 응답 신호에 포함된 내부 클록 신호에 상응하여 상기 센서 노드의 내부 클록 신호를 동기화 시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 활동 시간 및 상기 전력 절약 시간은 상기 센서 노드와 결합되는 센서 네트워크 관리 시스템에서 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 센서 노드에서의 에너지 절감 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 센서 네트워크의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network - 이하 센서 네트워크라 한다)는 다양한 역할을 하는 노드들과 관리 시스템으로 구성되어 있다.

센서 네트워크 관리 시스템(110)은 싱크 노드(Sink node)(101)와 결합하여 전체적인 센서 네트워크를 관리하고 데이터를 분석하며 센서 네트워크에 명령을 내리는 역할을 담당한다.

센서 노드(Sensor node)(107)는 센서 네트워크에서 가장 중요한 역할을 담당하는 노드로서, 센서 네트워크 범위에 흩어져서 필요한 정보를 취득하여 전달하는 역할을 담당한다. 이러한 센서 노드(Sensor node)(107)는 크기가 작아서 에너지와 메모리가 제한적인 바, 원격지의 사용자나 관리자와 직접 통신할 수는 없다.

싱크 노드(Sink node)(101)는 센서 네트워크에서 다른 네트워크와 통신할 수 있는 노드를 말한다. 이러한 싱크 노드(Sink node)(101)는 크기가 크고 배터리의 한계를 가정하지 않는다. 센서 네트워크 내에서 발생된 데이터는 모두 싱크 노드(Sink node)(101)로 집적되어 센서 네트워크와 다른 방식으로 외부 네트워크에 연결된다. 이 방식은 싱크 노드(Sink node)(101)의 특성에 따라 위성 통신, 무선 랜(Wireless Local Area Network), 블루투스(Bluetooth), 유선 인터넷 등의 방식이 가능하다.

라우터 노드(Router node)(103)는 센서 노드(Sensor node)(107)에서 전송된 데이터를 싱크 노드(Sink node)(101)로 전달하는 역할을 담당한다. 이러한 라우터 노드(Router node)(103)는 센서 노드(Sensor node)(107)의 전송 범위를 벋어나서 존재하는 싱크 노드(Sink node)(101)에 데이터를 전달할 수 있다.

구동 노드(Actuator node)(105)는 싱크 노드(Sink node)(101)나 관리 시스템에서 전송되는 구동 명령에 의해 센서 네트워크 내부에 존재하는 스위치나 모터 등을 구동시키는 역할을 담당한다.

이러한 센서 네트워크에서 라우터 노드(Router node)(103)나 구동 노드(Actuator node)(105) 및 센서 노드(Sensor node)(107)는 모두 유사한 하드웨어적 특징을 가지고 있다. 즉, 센서 네트워크 내부에 많은 숫자가 설치될 수 있으며 재설치가 힘들고, 크기가 작아 전원 및 통신 반경이 제한된다.

또한, 센서 노드(Sensor node)(107)나 구동 노드(Actuator node)(105)도 라우터 노드(Router node)(103)와 같이 데이터 패킷의 라우팅이 가능하며. 라우터 노드(Router node)(103) 또한 센서 기능이나 구동 기능을 추가할 수 있다. 이는 싱크 노드(Sink node)(101)도 마찬가지이다.

따라서 크게 본다면 센서 네트워크의 싱크 노드(Sink node)(101),구동 노드(Actuator node)(105), 라우터 노드(Router node)(103)는 모두 센서 노드(Sensor node)(107)의 일종이라 볼 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 센서 노드의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 센서 노드는 제어부(201), 전원부(203), 송수신부(205), 센서부(207), 메모리(209), 클록(Clock)(211)을 포함한다.

이러한 센서 노드의 구성의 구분은 하드웨어적인 기능에 따른 구분으로 실제로는 하나의 하드웨어에 각 기능이 같이 구현되어 있을 수 있으며, 반대로 여러 하드웨어에 걸쳐서 구현되어 있을 수 있다.

제어부(201)는 센서 네트워크의 전반적인 기능을 통제하고 수행하는 역할을 담당한다. 메모리(209)에 저장된 센서 네트워크의 나노 운영 체계(Nano Operating System)에 의해 응용 프로그램을 수행하며, 클록(Clock)(211)을 계산하고 클록(Clock)(211)을 주변의 센서 노드와 동기화하는 등 실제적으로 센서 노드의 기능을 관리한다.

전원부(203)는 센서 노드에 전체적인 전원을 제공하는 역할을 담당한다. 전원부(203)는 제어부(201)의 제어에 의해 센서 노드의 각 구성 요소에 전원을 공급하거나 차단할 수 있다.

송수신부(205)는 외부에서 수신되는 데이터 신호를 수신하고 센서 노드에서 생성한 데이터 신호를 주위의 다른 노드로 전송하는 역할을 담당한다. 이러한 송수 신부(205)는 데이터를 수신하거나 전송하기 위해서 일반적으로 많은 전력을 사용하게 된다.

센서부(207)는 센서 노드가 설치된 주변의 외부의 반응에 상응하여 그러한 반응을 기록하고 데이터 신호로 변환하는 역할을 담당한다. 센서 노드의 실질적인 역할이라 할 수 있는 센서 기능을 담당하게 되는 부분이다. 이 부분은 구동 노드에서는 구동부로 대체될 수 있다.

메모리(209)는 센서 노드의 프로그램이나 데이터 자료를 보관하는 역할을 담당한다. 이러한 메모리(209)는 제어부(201)의 명령을 받아 제어부(201)에서 실행되는 응용 프로그램을 보관하거나, 센서부(207)에서 수집한 데이터를 저장하고, 송수신부(205)에 전송하는 역할을 한다.

클록(Clock)(211)은 센서 노드에서 시간 주기를 결정하는 타이머이다. 이러한 클록(Clock)(211)은 제어부(201)의 명령에 따라 리셋(reset)될 수 있으며, 센서 노드의 전체적인 프로그램 실행 및 데이터 송수신의 주기를 결정할 수 있다.

도 3은 본 발명이 적용되는 센서 노드에 포함되는 나노 운영체제의 계층도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 센서 노드에서 운영되는 나노 운영 체계는 나노 Qplus일 수 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 나노 Qplus는 특징적으로 전원 관리와 시간 동기화 기능을 자체적으로 가지고 있어 본 발명을 실시하기에 적합한 운영 체계라 할 수 있다. 나노 Qplus 운영체제는 한국전자통신연구원(ETRI)에 서 개발된 센서 네트워크용 운영체제이다.

하드웨어 계층(301)은 나노 Qplus가 관리하는 센서 노드의 하드웨어 구성 요소를 나타낸다. 이러한 하드웨어 계층(301)에서 나노 Qplus는 센서 노드의 제어부, 전원부, 송수신부, 메모리, 클록(Clock), 센서부 및 구동부에 대한 지원이 가능하며, 특히 송수신부의 RF　무선 통신을 위하여 ZigBee 프로토콜을 지원한다.

나노 하드웨어 추상화(Nano-Hardware Abstract Layer : nHAL)(303)계층은 하드웨어를 추상화하기 위하여 개발되어진 나노 Qplus의 디바이스 드라이버 영역이다. nHAL은 LED, 클록(Clock), 전원부, 송수신부, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : 범용 비동기화 송수신기) 및 ADC(Analog Digital Converter)의 디바이스 드라이버를 제공한다.

작업 관리자(305)는 전통적인 리눅스 운영 체계의 작업 관리자와 유사하지만, 저 전력 및 효율적인 리소스 관리를 제공한다. 이러한 작업 관리자의 특징으로는 POISIX 스레드 기반의 API를 통하여 멀티 스레드 간의 메시지 교환이 가능하다는 것이다.

전원 관리자(307)는 시스템이 동작하는 과정에서 처리할 작업이 없는 경우에 전원 소비가 낮은 실행상태로 전환하여 배터리 에너지를 절약하도록 하는 등의 방식으로 노드뿐만 아니라 네트워크 전체의 생존 시간을 늘리는 역할을 수행한다. 본 발명의 일실시예는 전원 관리자의 Power save mode를 이용하여 기존의 방식보다 더욱 네트워크 생존 시간을 늘릴 수 있다.

RF 메시지 처리기(309)는 센서 노드 사이의 송수신에서 에너지 효율적인 무 선 통신 방법을 지원하며, IEEE 802.15.4의 기반의 멀티 홉 라우팅 형성을 지원하여 준다.

시간 동기화기(311)는 정확한 시간 측정과 정밀하게 조절된 센서 노드들 사이의 듀티 사이클(duty cycle)을 조정하기 위하여 중요한 부분이며, 시간 동기화를 위하여 트리 기반의 시간 동기화 기법을 제공한다.

라우팅 처리기(313)는 멀티 홉 라우팅(multi-hop routing)을 제공하기 위하여 클러스트 기반의 라우팅 기법인 스타-메시 방법을 제공한다.

시스템 API(Application Programming Interface)(315)는 응용에서 이용할 수 있도록 운영체제나 프로그래밍 언어가 제공하는 라이브러리를 제어할 수 있도록 만들어 놓은 인터페이스를 말한다.

응용 계층(317)은 센서 노드에서 작동되는 응용 프로그램이 동작하는 부분이다. 본 발명에 따른 방법은 이러한 응용 계층에서 작동되는 응용 프로그램의 형식으로 적용될 수 있다.

도 4는 기존의 센서 네트워크에서 센서 노드의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 4를 참조하면, 우선 센서 노드가 동작을 시작한다(단계 401). 동작을 시작하면 우선적으로 센서 노드는 라우팅 경로를 설정한다(단계 403). 이는 데이터 패킷을 연결할 경로를 설정하는 것으로 센서 네트워크는 센서 노드의 주위에 복수의 다른 센서 노드가 존재하므로 주위의 센서 노드 중에서 데이터를 전송할 노드의 우선순위를 정하는 과정이 된다.

라우팅 경로를 설정하면 센서 노드는 응용 태스크(task)의 실행 및 패킷의 송수신을 처리한다(단계 405). 이러한 패킷 송수신이나 응용 태스크(task) 처리가 완료되면 이를 확인하여(단계 407) 완료되었다면 센서 노드를 전력 절약 모드로 전환시킨다(단계 409). 그 후에 다시 패킷이 수신되거나 응용 태스크(task)가 시작되면 센서 노드는 다시 깨어나서 상기 참조 번호 405 단계부터 진행한다. 또한 전력 절약 단계에서도 일정 시간마다 센서 노드 시스템에 작업이 존재하는지를 확인하여 센서 노드에 작업이 존재한다면 다시 깨어나서 작업을 개시한다.

이러한 방식은 전력 절약 모드에서 데이터 패킷이 수신되면 센서 노드는 다시 깨어나서 작업을 수행해야 하므로 송수신부는 외부 데이터 패킷을 수신할 수 있도록 전력 절약 모드에서도 항상 깨어있어야 한다. 따라서 센서 노드의 송수신부에서 소비하는 전력을 줄일 수 없다는 단점이 존재하였다.

센서 노드의 제어부의 전력 소비량은 일반적으로 5mA 정도인데 반하여 송수신부의 전력 소비량은 일반적으로 22mA 정도로서 송수신부가 제어부보다 전력 소비량이 큰 경우가 많아 상기와 같은 방식은 실제 센서 네트워크의 생존 시간을 늘리는데 별 실효를 거두지 못하였다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작을 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 우선 센서 노드가 동작을 시작한다(단계 501). 동작을 시작하면 우선적으로 센서 노드는 라우팅 경로 및 내부 클록(Clock)의 동기화를 설정 한다(단계 503). 이때 센서 노드의 활동 시간과 전력 절약 시간이 정해지게 된다.

활동 시간은 데이터 패킷의 송수신 시간과 응용 태스크(task) 실행 시간을 합친 시간이며, 전력 절약 시간은 센서 노드에서 소모되는 전력을 최소화하기 위해 응용 프로그램 중 현재 실행되고 있는 응용 태스크(task)의 저장 및 클록(Clock)의 유지에 필요한 전원을 제외하고는 송수신부를 포함한 대부분의 구성부에 전력을 차단하거나 최소화 하는 시간이다.

이러한 과정은 도 6에서 자세히 설명한다. 라우팅 경로를 설정하고 시간 동기화가 완료되면 센서 노드는 응용 프로그램의 실행 및 패킷의 송수신을 처리한다(단계 505).

이때 시간 동기화에 의한 내부 클록(Clock)은 데이터의 처리와 관계없이 독립적으로 진행 시간을 계산한다. 그리하여 미리 주어진 활동 시간이 만료되었는지 판단하여(단계 507) 만료되면 센서 노드는 바로 전력 절약 모드로 변환되고(단계 509) 진행되던 프로그램 명령이나 데이터 패킷의 송수신은 센서 노드의 메모리에 임시로 저장된다.

다만 이러한 경우에도 내부 클록(Clock)은 여전히 독립적으로 동작하여 미리 주어진 전력 절약 시간이 완료되었는지 판단하여(단계 511) 완료되었다면 다시 참조 단계 503의 라우팅 경로 설정과 시간 동기화를 시작하고, 그렇지 않다면 전력 절약 모드를 유지한다. 한편, 시간이 만료되지 아니하였다면 프로그램 처리를 계속 진행한다.

이러한 방법으로 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드가 동작할 때 센서 네 트워크의 관리 시스템이 전력 절약 시간과 프로그램 실행 시간을 설정할 수 있어, 센서 네트워크의 수명을 결정할 수 있으며, 전력 절약 모드에서는 송수신부에서 데이터의 교환이 일어나지 않아, 에너지 절약 상태에서 센서 노드는 기존의 방식과 달리 송수신부에 전력을 공급하지 않아도 된다.

따라서 이러한 상태에서는 내부 클록(Clock)을 유지하기 위한 전력과 메모리에 공급되는 전력을 제외한 모든 전력을 차단할 수 있다. 이러한 방식은 기존의 방식보다 센서 네트워크의 운용 시간이 획기적으로 증가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 적용된 운영체계인 나노 Qplus에서는 이러한 전력 절약 모드와 유사한 상태인 Power Save mode를 지원하므로 나노 Qplus를 운영 체계로 하는 본 발명의 일 실시예는 Power Save mode를 이용하여 본 발명에 따른 방법을 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작에서 라우팅 경로 및 내부 클록(Clock)의 동기화 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 우선 센서 노드가 동작을 시작한다(단계 601). 그 후, 센서 노드를 초기화한다(단계 603). 그런 다음 주위의 센서 노드에 라우팅 요청 신호를 전체적으로 전송한다(단계 605). 그러면 외부 노드에서 패킷 신호를 수신할 수 있는데(단계 607), 수신된 패킷이 센서 데이터 패킷이면(단계 609) 수신된 패킷을 간접 패킷으로 변환하여 지정된 경로로 전송한다(단계 623).

그렇지 않고 수신된 패킷이 간접 데이터 패킷일 경우(단계 611) 패킷을 변환 할 필요 없이 지정된 경로로 전송한다(단계 625). 그렇지 않고 수신된 패킷이 라우팅 요청 패킷일 경우(단계 613) 현재 노드가 싱크 노드로서의 역할을 하는지를 판단하여(단계 619) 싱크 노드의 역할을 한다면 라우팅 응답 패킷을 발송하고(단계 627), 그렇지 않다면 현재 노드에서 이미 시간 동기화가 완료되었는지를 판단하여(단계 621) 시간 동기화가 완료되었다면 라우팅 응답 패킷을 발송하고(단계 629) 그렇지 않다면 수신된 패킷을 무시한다(단계 631).

한편, 수신된 패킷이 라우팅 응답 패킷인지 판단하여(단계 615) 라우팅 응답 패킷도 아니고 위에서 설명된 패킷도 아니라면 수신된 패킷을 무시한다(단계 633). 그러나 수신된 패킷이 라우팅 응답 패킷이라면 수신된 패킷의 정보에 의하여 이웃 노드와 시간을 동기화하고 라우팅 경로를 설정한다(단계 617).

이러한 방식에 의해 센서 네트워크의 각 센서 노드들은 이웃 노드들 사이에 시간 동기화가 일어나고, 결과적으로 최초의 싱크 노드에서 발송된 시간 신호는 트리 구조에 의해 센서 네트워크의 모든 센서 노드들의 내부 클록(Clock)이 동기화가 된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서 노드의 동작에서 실행 주기를 계산하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 7을 참조하면, 우선 외부로부터 라우팅 응답 패킷이 도달하여 시간 동기화가 이루어지면 센서 노드를 초기화한다(단계 701). 그 후 센서 노드의 작업 동작과 독립적으로 초기화된 값으로부터 내부 클록(Clock)을 이용하여 활동 시간을 계 산한다(단계 703). 그 후 활동 시간이 만료되었는지를 판단하여(단계 705) 활동 시간이 만료되지 않았다면 활동 시간 계산을 계속 진행하고(단계 703), 활동 시간이 만료되었다면 전력 절약 모드로 시스템을 전환 시킨다(단계 709).

그 후 내부 클록(Clock)을 이용하여 전력 절약 시간을 계산한다(단계 711). 전력 절약 시간이 만료되었는지를 계산하여(단계 711) 아직 만료되지 않았다면 계속 전력 절약 모드를 유지하고(단계 709), 시간이 만료되었다면 센서 노드를 리셋(단계 713)하여 다시 시스템을 구동한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크 환경에서 활동 시간과 전력 절약 시간 비를 자유롭게 조절할 수 있게 되므로 센서 네트워크의 에너지 소비를 예측할 수 있게 되며, 네트워크 생존 시간을 연장시키는 효과가 있다.

Claims

(a). 라우팅 경로 설정 시에 내부 클록(Clock)을 동기화 하는 단계;

(b). 상기 동기화된 내부 클록(Clock)에 기반하여 활동 시간 및 전력 절약 시간을 설정하는 단계;

(c). 상기 활동 시간 동안 응용 태스크(task)의 실행 및 패킷 송수신을 수행하는 단계; 및

(d). 상기 활동 시간이 만료되면 상기 전력 절약 시간 동안 전력 절약 모드로 전환하는 단계

를 포함하되,

상기 전력 절약 모드는 상기 내부 클록(Clock) 신호의 유지와 상기 응용 태스크(task)의 저장에 필요한 전원을 제외한 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법.
제1항에 있어서,

상기 전력 절약 시간이 만료되면 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하는 것

을 특징으로 하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법.
제1항에 있어서,

상기 내부 클록(Clock) 동기화 단계는

외부에서 수신된 라우팅 요청 신호에 상응하여 초기화된 내부 클록 신호를 포함하는 라우팅 응답 신호를 전송하는 단계

를 포함하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법.
제3항에 있어서,

상기 내부 클록(Clock) 동기화 단계는

외부로부터 수신된 라우팅 응답 신호에 포함된 내부 클록 신호에 상응하여 상기 센서 노드의 내부 클록 신호를 동기화 시키는 단계

를 더 포함하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법.
제1항에 있어서,

상기 활동 시간 및 상기 전력 절약 시간은 상기 센서 노드와 결합되는 센서 네트워크 관리 시스템에서 조절하는 것

을 특징으로 하는 센서 노드에서의 에너지 절감 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 센서 노드에서의 에너지 절감 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.