KR101057660B1 - How to Operate Sensor Nodes in a Wireless Sensor Network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법에 관한 것으로, 자신의 위치 정보 및 에너지 정보를 포함하는 메시지를 동일 클러스터에 존재하는 다른 센서 노드들에게 방송하는 단계; 상기 다른 센서 노드들이 방송한 메시지가 수신하고, 상기 수신된 메시지에 포함된 위치 정보 및 에너지 정보를 상기 자신의 위치 정보 및 에너지 정보와 비교 분석하는 단계; 및 상기 비교 분석 결과, 자신이 상기 다른 센서 노드들에 비해 클러스트 중심과의 거리가 가까우며 에너지 잔량이 많으면 자신을 헤드 노드로 설정하는 단계를 포함하여 구성되며, 이에 의하여 에너지 소비 효율을 향상되어 무선 센서 네트워크의 생존 시간이 증대된다. The present invention relates to a method of operating a sensor node constituting a wireless sensor network, the method comprising: broadcasting a message including its location information and energy information to other sensor nodes in the same cluster; Receiving the message broadcasted by the other sensor nodes and comparing and analyzing location information and energy information included in the received message with the own location information and energy information; And setting itself as a head node if the distance between the cluster center and the amount of energy remaining is higher than the other sensor nodes as a result of the comparative analysis, thereby improving energy consumption efficiency and thus improving the wireless sensor. The survival time of the network is increased.
무선 센서 네트워크, 라우팅, 헤드 노드 선출, 클러스터 형성, 에너지 소비 효율 Wireless Sensor Networks, Routing, Head Node Election, Cluster Formation, Energy Consumption Efficiency
Description
본 발명은 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법에 관한 것으로, 특히 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들의 위치와 에너지 정보를 이용하여 에너지 소비 효율을 향상시키기 위한 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a sensor node constituting a wireless sensor network, and more particularly, to a sensor node constituting a wireless sensor network for improving energy consumption efficiency using location and energy information of sensor nodes constituting the wireless sensor network. It relates to a method of operation.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-009-01, 과제명: 패킷-광 통합 스위치 기술 개발]. The present invention is derived from the research conducted as part of the IT growth engine technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2008-S-009-01, Task name: Packet-optical integrated switch technology development] ].
무선 센서 네트워크는 작은 배터리로 동작하는 센서 노드들로 구성되어 있고, 각 센서 노드는 배터리의 수명이 다하면 센서 노드로써의 기능을 상실하게 된다.Wireless sensor networks consist of small battery-operated sensor nodes, and each sensor node loses its function as a sensor node at the end of its battery life.
이에 무선 센서 네트워크에서 각 센서 노드의 에너지를 효율적으로 사용하는 것이 중요한 문제이고, 이 에너지 소비를 네트워크 전체에 분산시켜 전체 무선 센 서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있는 효과적인 라우팅 방법이 매우 중요하다.Therefore, the efficient use of energy of each sensor node in the wireless sensor network is an important issue, and an effective routing method that can extend the life of the entire wireless sensor network by distributing the energy consumption throughout the network is very important.
도1은 일반적인 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a general wireless sensor network.
도1을 참조하면, 일반적인 무선 센서 네트워크는 복수의 센서 노드(n)로 구성되는 센서 필드(100), 복수의 센서 노드(n)로부터 전송되는 데이터 패킷을 수집하여 사용자(400)에게 제공하는 데이터 수집부(200), 데이터 수집부(200)와 사용자(400)간을 연결시켜 주는 인터넷망(300)을 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a typical wireless sensor network collects data packets transmitted from a plurality of sensor nodes n and
센서 노드(n)는 관심 대상의 정보를 얻고자 하는 지역에 임의로 배포되어, 사용자(400)가 지정한 관심 정보를 센서 필드(100) 구역에서 지속적으로 센싱(sensing)하고 수집한다. The sensor node n is randomly distributed in an area to obtain information of interest, and continuously senses and collects interest information designated by the
센서 노드(n)에서 수집한 정보는 무선 통신을 통하여 데이터 수집부(200)로 전달되고, 데이터 수집부(200)는 이를 인터넷망(300)을 통하여 사용자(400)에게 제공해준다. The information collected by the sensor node n is transmitted to the
이와 같이 구성 및 동작되는 무선 센서 네트워크는 원거리에 있는 센서 노드들간도 서로 통신할 수 있도록 멀티 홉(Multi-hop) 통신 방식을 기본 전제로하여 라우팅하게 되는데, 이때의 센서 노드들은 제한된 용량의 배터리를 사용하기 때문에 에너지 상태를 고려한 통신이 필요하다. The wireless sensor network constructed and operated in this way is routed based on a multi-hop communication scheme so that even remote sensor nodes can communicate with each other. Because of this, communication considering energy status is necessary.
특히, 무선 센서 네트워크에서는 에너지 소비가 가장 큰 문제인 만큼 라우팅 방법도 무선 센서 네트워크의 전체적인 에너지 소비 효율에 초점을 맞추어 설계되어야 한다. In particular, as the energy consumption is the biggest problem in the wireless sensor network, the routing method should be designed to focus on the overall energy consumption efficiency of the wireless sensor network.
기존의 무선 센서 네트워크에서 라우팅 방법으로, 데이터 중심적 라우팅 방 법, 위치 기반 라우팅 방법, 및 클러스터 기반 라우팅 방법 등이 있으나, 이들 라우팅 방법은 에너지 소비 효율까지는 고려하지 못하는 문제가 있다. As a routing method in the existing wireless sensor network, there are a data-centric routing method, a location-based routing method, and a cluster-based routing method, but these routing methods do not consider energy consumption efficiency.
이에 본 발명에서는 센서 필드를 복수의 클러스터로 구분하고 센서 노드들의 위치 정보와 에너지 정보를 이용하여 각 클러스터의 헤드 노드를 선출한 후 헤드 노드를 통해 데이터 패킷을 포워딩시켜 줌으로써, 에너지 소비 효율이 향상되도록 하는 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, in the present invention, the sensor field is divided into a plurality of clusters, and the head node of each cluster is selected by using the position information and the energy information of the sensor nodes, and then the data packet is forwarded through the head node to improve energy consumption efficiency. It is intended to provide a method of operating a sensor node constituting a wireless sensor network.
본 발명의 일 면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 복수의 센서 노드를 포함하는 무선 센서 네트워크에 속한 센서 노드의 동작 방법은 자신의 위치 정보 및 에너지 정보를 포함하는 메시지를 동일 클러스터에 존재하는 다른 센서 노드들에게 방송하는 단계; 상기 다른 센서 노드들이 방송한 메시지가 수신하고, 상기 수신된 메시지에 포함된 위치 정보 및 에너지 정보를 상기 자신의 위치 정보 및 에너지 정보와 비교 분석하는 단계; 및 상기 비교 분석 결과, 자신이 상기 다른 센서 노드들에 비해 클러스트 중심과의 거리가 가까우며 에너지 잔량이 많으면 자신을 헤드 노드로 설정하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, as a means for solving the above problems, a method of operating a sensor node belonging to a wireless sensor network including a plurality of sensor nodes includes a message including its location information and energy information in the same cluster. Broadcasting to other sensor nodes present in the network; Receiving the message broadcasted by the other sensor nodes and comparing and analyzing location information and energy information included in the received message with the own location information and energy information; And setting itself as a head node when the comparison analysis results that the distance between the center of the cluster is closer to that of the other sensor nodes and the amount of energy remains.
상기 방법은 자신을 헤드 노드로 설정하였으면, 노드 정보의 제공을 요청하는 메시지를 무선 센서 네트워크에 방송하는 단계; 상기 노드 정보의 제공을 요청하는 메시지에 응답하여 노드 정보를 포함하는 메시지가 수신되면, 상기 노드 정보를 포함하는 메시지로부터 상기 노드 정보를 추출 및 수집하여 노드 테이블을 생성 하는 단계; 및 자신을 헤드 노드로 설정하지 않았으면, 상기 노드 정보 제공을 요청하는 메시지에 응답하여 상기 노드 정보를 포함하는 메시지를 생성하여 방송하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method comprises the steps of: broadcasting a message requesting the provision of node information to the wireless sensor network if it has set itself as a head node; Generating a node table by extracting and collecting the node information from the message including the node information when a message including the node information is received in response to the request for providing the node information; And generating a message including the node information in response to the request for providing the node information, and broadcasting the message if the node node is not set as the head node.
또한 상기 방법은 상기 자신의 위치 정보 및 에너지 정보를 포함하는 메시지를 동일 클러스터에 존재하는 다른 센서 노드들에게 방송하는 단계는 주기적으로 반복 수행되고, 자신이 이전 주기에서 헤드 노드로 설정되었으면, 현재 주기에서는 상기 노드 정보를 포함하는 메시지를 생성하여 방송하는 단계만을 수행하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method may be repeated periodically to broadcast a message including its own location information and energy information to other sensor nodes in the same cluster, and if it is set as a head node in a previous period, the current period In this case, only the step of generating and broadcasting a message including the node information is performed.
그리고 필요한 경우, 상기 방법은 자신이 헤드 노드로 설정된 상태에서 상기 다른 센서 노드들로부터 전송되는 데이터 패킷을 수신하면, 상기 노드 테이블을 검색하여 상기 데이터 패킷의 목적지를 파악하는 단계; 상기 데이터 패킷의 목적지가 동일 클러스터내에 존재하면, 상기 데이터 패킷을 목적지로 직접 전달하는 단계; 상기 데이터 패킷의 목적지가 다른 클러스터내에 존재하면, 상기 데이터 패킷을 다른 클러스터내에 위치하는 센서 노드로 전달하는 단계; 및 상기 데이터 패킷의 목적지가 데이터 수집 장치이면, 상기 데이터 패킷을 상기 데이터 수집 장치로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. And if necessary, when the data packet transmitted from the other sensor nodes is received in the state of being set as the head node, searching for the node table to determine a destination of the data packet; If the destination of the data packet is in the same cluster, forwarding the data packet directly to the destination; If the destination of the data packet is in another cluster, forwarding the data packet to a sensor node located in the other cluster; And if the destination of the data packet is a data collection device, forwarding the data packet to the data collection device.
상기 데이터 패킷을 다른 클러스터내에 위치하는 센서 노드로 전달하는 단계는 상기 데이터 패킷을 다른 클러스터에 인접 위치한 센서 노드로 전달하여, 상기 다른 클러스터에 인접 위치한 센서 노드가 상기 데이터 패킷을 상기 데이터 패킷의 목적지로 전달하거나, 상기 데이터 패킷을 다른 클러스터의 헤드 노드로 전달하여, 상기 다른 클러스터의 헤드 노드가 상기 데이터 패킷을 상기 데이터 패킷의 목적지로 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다. The forwarding of the data packet to a sensor node located in another cluster may include forwarding the data packet to a sensor node located adjacent to another cluster, so that the sensor node located adjacent to the other cluster sends the data packet to a destination of the data packet. Or forward the data packet to a head node of another cluster, so that the head node of the other cluster forwards the data packet to a destination of the data packet.
상기 위치 정보는 클러스터 중심과의 이격 거리에 대한 정보를 포함하고, 상기 에너지 정보는 에너지 잔량에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.The location information includes information on a distance from the center of the cluster, the energy information is characterized in that it includes information on the remaining energy.
이와 같이 본 발명의 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법은 전체 센서 필드를 분할하여 복수의 클러스터들을 형성함으로써, 센서 필드 전체에 라우팅 정보가 전파되는 것을 방지되도록 한다. 이에 라우팅 정보를 센서 필드 전체에 방송하는데 들어가던 불필요한 오버헤드를 감소시킬 수 있어 각 센서 노드의 에너지 소모를 감소시켜준다. As described above, the method for operating a sensor node constituting the wireless sensor network of the present invention divides the entire sensor field to form a plurality of clusters, thereby preventing the routing information from being propagated throughout the sensor field. This reduces unnecessary overhead in broadcasting the routing information throughout the sensor field, reducing the energy consumption of each sensor node.
그리고 클러스터의 중심에 가까이 있는 센서 노드를 헤드 노드로 선출함으로써, 헤드 노드와 나머지 센서 노드간의 거리가 최소가 되도록 하여 통신 성공 가능성을 향상시키고, 이와 동시에 패킷 포워딩시 소모되는 에너지도 최소화되도록 한다. By selecting the sensor node near the center of the cluster as the head node, the distance between the head node and the remaining sensor nodes is minimized, thereby improving the possibility of communication success and simultaneously minimizing the energy consumed during packet forwarding.
또한, 에너지 잔량을 고려하여 헤드 노드를 선출함으로써 클러스터내 모든 센서 노드들의 에너지가 골고루 사용되도록 한다. In addition, by electing the head node in consideration of the remaining energy, the energy of all sensor nodes in the cluster is evenly used.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도2은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도2을 참조하면, 본 발명의 무선 센서 네트워크는 복수의 일반 센서 노드(n)와 하나의 헤드 노드(hn)로 구성되는 복수의 클러스터(510~530), 클러스터(510~530)내 헤드 노드(hn)으로부터 전송되는 데이터 패킷을 수집하여 사용자(400)에게 제공하는 데이터 수집 장치(또는 데이터 수집부)(200), 데이터 수집부(200)와 사용자(400)간을 연결시켜 주는 인터넷망(300)을 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 2, the wireless sensor network of the present invention includes a plurality of general sensor nodes n and one head node hn, and a plurality of
본 발명에서는, 센서 노드의 지리적 위치 정보를 기반으로 전체 센서 필드를 일정 크기로 분할하여 복수의 클러스터(510~530)을 형성한 후, 클러스터(510~530) 별로 클러스트의 중심에 가장 인접되며 에너지 잔량이 가장 많은 센서 노드를 헤드 노드(hn)로 선출한다. In the present invention, after forming the plurality of clusters (510 to 530) by dividing the entire sensor field into a predetermined size based on the geographic location information of the sensor node, the clusters (510 to 530) closest to the center of the cluster and energy The sensor node with the highest remaining amount is selected as the head node hn.
그리고 헤드 노드(hn)를 통해 동일한 클러스터내에 발생되거나 외부에서 해당 클러스터로 입력되는 데이터 패킷을 포워딩해준다. In addition, data packets generated in the same cluster or input from the outside to the corresponding cluster are forwarded through the head node hn.
즉, 본 발명에서는 전체 센서 필드를 복수의 클러스터로 분할한 후, 각 센서 노드의 지리적 위치와 에너지 잔량을 고려하여 각 클러스터의 헤드 노드를 선출해준다. 이에 본 발명은 센서 필드 전체에 라우팅 정보가 전파되는 것을 방지하고, 헤드 노드와 나머지 센서 노드간의 거리가 최소가 되도록 하고, 클러스터내 모든 센서 노드들의 에너지가 골고루 사용되도록 함으로써, 에너지 소비 효율을 극대화시켜준다. That is, in the present invention, after dividing the entire sensor field into a plurality of clusters, the head node of each cluster is selected in consideration of the geographical position and the energy remaining amount of each sensor node. Accordingly, the present invention prevents routing information from propagating through the sensor field, minimizes the distance between the head node and the remaining sensor nodes, and maximizes energy consumption efficiency by allowing energy of all sensor nodes in the cluster to be evenly used. give.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram schematically illustrating a method of operating a sensor node constituting a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
먼저, 전체 센서 필드를 일정 크기로 분할하여 복수의 클러스터를 형성되면, 즉 인접위치된 센서 노드들을 그룹으로 묶어 복수의 클러스터가 형성되면(S100), 센서 노드들은 자신의 위치 정보와 에너지 정보를 포함하는 메시지를 클러스터 단위로 교환하고 분석하여, 클러스트의 중심 영역에 가장 인접되며 에너지 잔량이 가장 많은 센서 노드를 각 클러스터의 헤드 노드로 선출한다(S200).First, when a plurality of clusters are formed by dividing the entire sensor field into a predetermined size, that is, when a plurality of clusters are formed by grouping adjacently located sensor nodes (S100), the sensor nodes include their own location information and energy information. By exchanging and analyzing the message in cluster units, the sensor node that is closest to the center region of the cluster and has the most energy remaining is elected as the head node of each cluster (S200).
이때, 위치 정보는 센서 노드와 클러스터 중심과의 이격 거리에 대한 정보를 포함하며, 에너지 정보는 센서 노드의 에너지 잔량에 대한 정보을 포함한다. In this case, the location information includes information on the separation distance between the sensor node and the center of the cluster, and the energy information includes information on the energy remaining amount of the sensor node.
단계S200을 통해 헤드 노드가 성공적으로 선출되었으면, 헤드 노드를 통해 모든 데이터 패킷을 포워딩한다(S300). If the head node is successfully selected in step S200, all data packets are forwarded through the head node (S300).
그리고 나서 일정 시간이 경과하여 헤드 노드 재선출 주기가 되면 단계S200로 재진입하여, 각 센서 노드의 위치 정보를 최신 정보로 업데이트하고 새로운 헤드 노드를 선출한다(S400). 그 결과, 무선 센서 네트워크는 항상 최적의 라우팅 상태를 유지할 수 있게 된다. Then, when a predetermined time has elapsed and the head node re-election cycle is reached, the process returns to step S200 to update the position information of each sensor node with the latest information and to select a new head node (S400). As a result, the wireless sensor network can always maintain optimal routing.
이하에서는 도4 내지 도6를 참조하여, 도3의 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법에서의 각 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to Figures 4 to 6, each process in the operation method of the sensor node constituting the wireless sensor network of Figure 3 will be described in more detail.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the concept of a cluster according to an embodiment of the present invention.
도4의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 센서 노드가 분산 배치되고, 클러스터 형성을 위한 클러스터 중심 영역 및 클러스터 크기가 설정되면, 도4의 (b)에 도시된 바와 클러스터 중심 영역을 기준으로 클러스터 크기에 해당되는 영역내에 위치한 센서 노드들을 동일 클러스터로 묶어준다. As shown in FIG. 4A, when a plurality of sensor nodes are distributedly arranged, and the cluster center area and cluster size for cluster formation are set, the cluster center area as shown in FIG. 4B is referred to. Therefore, sensor nodes located in the area corresponding to the cluster size are bundled into the same cluster.
이에 복수의 센서 노드가 분산 배치된 센서 필드는 일정 크기를 가지는 복수의 클러스터 영역으로 분할된다. Accordingly, the sensor field in which the plurality of sensor nodes are distributed is divided into a plurality of cluster regions having a predetermined size.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터 헤드 노드 선출 과정을 설명하기 위한 도면으로, 도5의 과정은 센서 노드 단위로 수행된다. 5 is a view for explaining a cluster head node selection process according to an embodiment of the present invention, the process of Figure 5 is performed in units of sensor nodes.
먼저, 각 센서 노드는 헤드 노드 선출을 위해 초기화된다. 이때, 모든 센서 노드의 클러스터 헤드 플래그(Cluster_head_flag)는"1"으로 설정되고, 헤드 선출 시간은 "0"으로 초기화된다(S201).First, each sensor node is initialized for head node election. At this time, the cluster head flags (Cluster_head_flag) of all the sensor nodes are set to "1", and the head selection time is initialized to "0" (S201).
여기서, 클러스터 헤드 플래그(Cluster_head_flag)는 헤드 노드 선출 여부를 통보하기 위한 정보를 가지는 플래그로써, ‘1’은 헤드 노드로 선출되었음을, ‘0’은 일반 센서 노드로 설정되었음을 통보해준다. Here, the cluster head flag (Cluster_head_flag) is a flag having information for notifying whether a head node is selected. '1' is selected as a head node and '0' is set as a general sensor node.
각 센서 노드는 자신의 위치 정보와 에너지 정보를 생성한 후, 생성된 위치 정보와 에너지 정보를 포함하는 헬로우(HELLO) 메시지를 자신이 위치한 클러스터에 방송함과 동시에 다른 센서 노드들이 방송한 헬로우 메시지를 수신한다(S202). Each sensor node generates its own location information and energy information, and then broadcasts a hello message including the generated location information and energy information to the cluster where it is located and simultaneously sends a hello message broadcast by other sensor nodes. It receives (S202).
그리고 각 센서 노드는 S202를 통해 수신된 헬로우 메시지에서 다른 센서 노드들의 위치 정보와 에너지 정보를 추출하고, 자신의 위치 정보와 다른 센서 노드들의 위치 정보를 비교 한다(S203). Each sensor node extracts location information and energy information of other sensor nodes from the hello message received through S202 and compares its location information with location information of other sensor nodes (S203).
단계 S203의 비교 결과, 자신 보다 클러스터의 중심 영역에 더 가까이 위치하는 센서 노드가 있으면(Ncurrent > Nneighbor), 클러스터 헤드 플래그(Cluster_head_flag)를"0"으로 설정하고, 수신한 헬로우 메시지를 재 송신한다(S204). As a result of the comparison in step S203, if there is a sensor node located closer to the center region of the cluster than itself (Ncurrent> Nneighbor), the cluster head flag (Cluster_head_flag) is set to "0" and the received hello message is resent ( S204).
반면, 자신과 동일한 거리에 위치하는 센서 노드가 있으면(Ncurrent == Nneighbor), 자신의 에너지 정보와 다른 센서 노드들의 에너지 정보를 더 비교하여(S205), 자신의 에너지 잔량이 다른 센서 노드보다 작으면(Ncurrent < Nneighbor) 단계 S204을 수행하고, 그렇지 않으면(Ncurrent >= Nneighbor) 수신한 헬로우 메시지들을 모두 폐기한다(S206). On the other hand, if there is a sensor node located at the same distance as itself (Ncurrent == Nneighbor), by comparing the energy information of their own energy information with other sensor nodes (S205), if the remaining energy of their own is smaller than other sensor nodes (Ncurrent <Nneighbor) Step S204 is performed, otherwise (Ncurrent> = Nneighbor), all received hello messages are discarded (S206).
헤드 선출 시간이 경과된 후(S207), 클러스터 헤드 플래그(Cluster_head_flag)가"1"로 설정된 센서 노드는 자신이 헤드 노드로 선출되었음을 확인한 후, 노드 정보 제공을 요청하는 NIRP(Node Information Request Packet) 메시지를 무선 센서 네트워크 전체에 방송한다(S209).After the head selection time has elapsed (S207), the sensor node whose cluster head flag (Cluster_head_flag) is set to "1" confirms that it has been selected as a head node, and then sends a node information request packet (NIRP) message requesting to provide node information. Broadcasts the entire wireless sensor network (S209).
동일 클러스터에 위치하는 나머지 센서 노드들(즉, 클러스터 헤드 플래그(Cluster_head_flag)이"0"로 설정된 센서 노드들)은 상기 NIRP 메시지를 수신하고, 이에 응답하여 자신의 노드 정보를 포함하는 NIEP(Node Information Reply Packet) 메시지를 헤드 노드로 선출된 센서 노드로 전송한다(S212). The remaining sensor nodes located in the same cluster (that is, the sensor nodes whose cluster head flag Cluster_head_flag is set to "0") receive the NIRP message and in response thereto, the Node Information (NIEP) including the node information thereof. Reply Packet) transmits the message to the sensor node selected as the head node (S212).
또한, 동일 클러스터에 위치하는 나머지 센서 노드들 뿐만 다른 클러스터에 위치하는 센서 노드와 데이터 수집부(220)도 NIRP메시지에 응답하여 NIEP 메시지를 생성하여 송신해주도록 한다. In addition, the remaining sensor nodes in the same cluster as well as the sensor node and the data collector 220 located in the other cluster to generate and transmit the NIEP message in response to the NIRP message.
그러면 헤드 노드로 선출된 센서 노드는NIEP 메시지를 수신 및 분석하여, 무선 센서 네트워크 전체에 대한 노드 정보들을 수집하고 노드 테이블을 생성한다(S210, S211). Then, the sensor node selected as the head node receives and analyzes the NIEP message, collects node information of the entire wireless sensor network, and generates a node table (S210 and S211).
도5의 본 발명의 클러스터 헤드 노드 선출 과정은 클러스터 단위로도 전체 무선 센서 네트워크 단위로도 수행될 수도 있다. 즉, 필요에 따라 헤드 노드 선출 단위가 변경될 수 있다.The cluster head node selection process of the present invention of FIG. 5 may be performed in units of clusters or in units of entire wireless sensor networks. That is, the head node selection unit may be changed as necessary.
또한, 클러스터내 센서 노드의 에너지 소비가 공평하게 분배될 수 있도록 이전 주기에서 헤드 노드로 선출되었던 센서 노드는 헤드 노드 후보에서 제외시켜 줄 수도 있다. 즉, 이전 주기에서 헤드 노드로 선출되었던 센서 노드는 도5의 S212단계만을 수행하도록 하여, 특정 센서 노드가 과도하게 에너지를 소비하게 되는 것을 사전에 방지해줄 수 있다. In addition, the sensor node that was elected as the head node in the previous period may be excluded from the head node candidate so that the energy consumption of the sensor nodes in the cluster can be evenly distributed. That is, the sensor node that was selected as the head node in the previous period may perform only step S212 of FIG. 5, thereby preventing the specific sensor node from excessively consuming energy.
도6는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 포워딩 과정을 설명하기 위한 도면이다.6 illustrates a packet forwarding process according to an embodiment of the present invention.
도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 패킷 포워딩 과정은 크게 동일 클러스터 내에서의 패킷 포워딩 과정, 다른 클러스터로의 패킷 포워딩 과정, 및 데이터 수집부로의 패킷 포워딩 과정으로 구분될 수 있다. As shown in FIG. 6, the packet forwarding process of the present invention can be roughly divided into a packet forwarding process in the same cluster, a packet forwarding process to another cluster, and a packet forwarding process to the data collection unit.
첫째, 동일 클러스터 내에서의 패킷 포워딩 과정은 다음과 같이 수행된다. First, the packet forwarding process in the same cluster is performed as follows.
먼저, 소스 노드(n1)는 자신이 수집한 정보와 목적지 노드에 대한 정보를 포함하는 데이터 패킷을 생성하여 헤드 노드(hn1)로 송신한다(S301). 그러면 헤드 노드(hn1)는 노드 테이블을 검색하여 상기 데이터 패킷의 목적지 노드의 노드 정보를 획득한 후, 노드 정보를 참조하여 해당 데이터 패킷을 목적지 노드로 포워딩해준다(S302).First, the source node n1 generates a data packet including information collected by the source node n1 and information on the destination node and transmits the data packet to the head node hn1 (S301). Then, the head node hn1 searches the node table to obtain node information of the destination node of the data packet, and then forwards the corresponding data packet to the destination node with reference to the node information (S302).
둘째, 다른 클러스터로의 패킷 포워딩 과정은 다음과 같이 수행된다. Second, the packet forwarding process to another cluster is performed as follows.
소스 노드(n3)는 데이터 패킷을 생성하여 헤드 노드(hn2)로 송신한다(S303). 헤드 노드(hn2)는 데이터 패킷의 목적지 노드(n6)의 정보가 노드 테이블 내에 없으면, 해당 목적지 노드(n6)가 다른 클러스터에 위치함을 확인하고, 해당 데이터 패킷을 다른 클러스터에 인접 위치한 센서 노드(n4)로 전달한다(S304). 이에 데이터 패킷은 다른 클러스터에 인접 위치한 센서 노드(n4) 및 다른 클러스터내에 위치한 센서 노드(n5)를 거쳐 다른 클러스터의 헤드 노드(hn3)로 전달되고(S305, S036), 다른 클러스터의 헤드 노드(hn3)는 이를 목적지 노드(n6)로 포워딩해준다(S307).The source node n3 generates a data packet and transmits it to the head node hn2 (S303). If the head node hn2 does not have information of the destination node n6 of the data packet in the node table, the head node hn2 determines that the destination node n6 is located in another cluster, and detects the data packet adjacent to the other cluster. n4) (S304). Accordingly, the data packet is transmitted to the head node hn3 of the other cluster via the sensor node n4 located adjacent to the other cluster and the sensor node n5 located in the other cluster (S305, S036), and the head node hn3 of the other cluster. ) Forwards it to the destination node n6 (S307).
상기에서는 데이터 패킷이 클러스터 헤드 노드 이외의 다른 센서 노드들(n4, n5)도 거쳐 포워딩되도록 하였지만, 필요에 따라 헤드 노드(hn2)가 다른 클러스터의 헤드 노드(hn3)로 직접 포워딩해 줄 수도 있다. 즉, 헤드 노드들(hn2, hn3)만을 이용하여 데이터 패킷을 포워딩해줄 수도 있다.Although the data packet is forwarded through other sensor nodes n4 and n5 other than the cluster head node, the head node hn2 may be directly forwarded to the head node hn3 of another cluster as needed. That is, the data packet may be forwarded using only the head nodes hn2 and hn3.
셋째, 데이터 수집부로의 패킷 포워딩 과정은 다음과 같이 수행된다. Third, the packet forwarding process to the data collection unit is performed as follows.
소스 노드(n7)는 데이터 패킷을 생성하여 헤드 노드(hn1)로 송신하고(S308), 헤드 노드(hn1)는 데이터 패킷의 목적지가 데이터 수집부(200)임을 확인하고 데이터 수집부(200)로 직접 전달해준다(S309). The source node n7 generates a data packet and transmits the data packet to the head node hn1 (S308). The head node hn1 confirms that the destination of the data packet is the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
도1은 일반적인 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a general wireless sensor network.
도2은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 동작 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram schematically illustrating a method of operating a sensor node constituting a wireless sensor network according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining a cluster formation process according to an embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 클러스터 헤드 노드 선출 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram illustrating a cluster head node selection process according to an embodiment of the present invention.
도6는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 포워딩 과정을 설명하기 위한 도면이다.6 illustrates a packet forwarding process according to an embodiment of the present invention.
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