KR101421160B1 - 무선 센서 네트워크에서의 평면 라우팅 방법. - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
무선 센서 네트워크에서의 평면 라우팅 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
다수의 노드에 우선순위를 부여하고, 상기 노드들이 동시에 동일한 역할을 수행할 수 없도록 함으로써, 에너지 효율이 높은 라우팅 방법을 제공함.
3. 발명의 해결방법의 요지
이웃 노드들의 정보를 서로 주기적으로 교환하여, 한 홉 거리 이웃노드 리스트를 작성하는 제1단계 작성된 한 홉 거리 이웃노드 리스트와 일치하는 이웃노드 리스트를 갖는 복수의 노드를 식별하는 제2단계 상기 복수의 노드를 각각 임의로 우선순위를 정하는 제3단계 상기 우선순위에 따라 높은 우선순위의 노드부터 낮은 우선순위의 노드 순으로 차례로 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드를 이용하여 라우팅하는 제4단계 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드가 상기 1개의 노드를 제외한 복수의 노드와 동시에 동작 상태가 되지 않도록 스케쥴링하는 제5단계를 포함하는 평면 라우팅 방법을 제공함.
4. 발명의 중요한 용도
무선 센서 네트워크에서 이용됨.
무선 센서 네트워크, 라우팅, 동일 역할

Description

무선 센서 네트워크에서의 평면 라우팅 방법. {Method for Flat Routing of Wireless Sensor Network}
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 평면 라우팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수의 노드들이 동시에 동일한 역할을 반복적으로 수행하지 않도록 하여 에너지 효율이 높은 평면 라우팅 방법에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)에서 센서 노드는 센싱된 초기데이터 또는 주변 센서 노드간의 커뮤니케이션에 의해 가공된 데이터를 싱크노드로 전송하며, 이때 가장 저전력을 소모하는 경로를 찾아 전송한다.
따라서, 무선 센서 네트워크에서는 제한된 배터리의 전력을 효율적으로 이용하여 데이터를 전송할 수 있는 라우팅 기술이 요구된다.
일반적으로, 무선 센서 네트워크에 사용되는 애드혹(ad-hoc) 라우팅 방법은 평면 라우팅(flat routing), 계층적 라우팅(hierarchical routing) 및 위치기반 라우팅(location based routing) 으로 나뉘어 진다.
계층적 라우팅은 클러스터링을 기반으로 네트워크를 다수의 영역으로 분할하여 각영역의 특정 노드를 헤드로 하여 라우팅을 수행하는 방식이다. 위치기반 라우팅은 라우팅 설정 및 패킷 전송이 노드의 지리적인 위치 정보에 따르는 방식이다.
한편, 평면 라우팅은 네트워크 전체를 하나의 영역으로 보고 모든 노드들이 동등하게 라우팅에 참여할 수 있고 멀티 홉 라우팅을 특징으로 한다.
대표적인 평면적 라우팅 기법에는 Directed Diffusion과 SPIN(Sensor Protocol for Information via Negotiation)이 있다.
도 1은 종래 Directed Diffusion 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도이 다.
도 1에 도시된 바와 같이, Directed Diffusion 라우팅 방법은 싱크 노드의 질의 방송에 기반을 둔 데이터 중심적 라우팅 기법으로서, 질의 유포 및 처리 응용에 적합하다.
먼저, 싱크 노드는 질의에 해당하는 interest 메시지를 전체 네트워크로 브로드캐스팅하고(a), 각 소스 노드는 질의와 매칭되는 이벤트를 감지하면 처음에 interest 메시지가 수신된 모든 경로를 통해서 싱크 노드까지 데이터를 전송한다(b).
다음, 복수의 경로를 통해서 데이터를 수신한 싱크 노드는 가장 지연이 적은 하나의 경로를 선택하고, 선택된 경로를 통해서 소스 노드로부터 싱크 노드로 데이터가 전송된다(c).
그러나, 상기 Directed Diffusion 라우팅 방법은 노드의 수가 증가할수록 브로드캐스팅에 따른 interest 메시지의 플러딩(flooding) 및 경로 선택으로 인한 오버헤드가 급격히 증가하므로, 많은 노드가 존재하는 경우 유용하지 않으며, 경로를 한번만 이용하는 질의에는 적합하지 않다.
도 2는 종래 SPIN 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, SPIN은 센서 노드가 데이터 수집 노드로 자신의 데 이터에 대해 광고하고, 그에 따른 요청을 기다리는 형태의 라우팅 기법이다.
먼저, 센서 노드(A)가 데이터 수집 노드(B)로 데이터를 전송하는 것이 아니라, 데이터에 대한 메타데이터(ADV)를 플러딩한다(a). 다음, 전송된 메타데이터에 관심있는 정보가 포함된 경우, 상기 데이터 수집 노드(B)는 센서 노드(A)로 데이터를 요청하는 REQ 메시지를 전송한다(b).
다음, 센서 노드(A)는 데이터 수집 노드(B)로 데이터(DATA)를 전송하고(c), 데이터를 전송받은 데이터 수집 노드(B)는 다시 주변 노드로 데이터에 대한 메타데이터(ADV)를 플러딩한다(d).
다음, 주변 노드로부터 REQ 메시지가 전송되면(e), 데이터 수집 노드(B)는 주변 노드로 데이터(DATA)를 전송한다(f).
그러나, 상기 SPIN 라우팅 방법은 센서 노드(A)와 동일한 거리에 존재하는 다수의 데이터 수집노드(B)가 있는 경우, 다수의 데이터수집 노드(B)는 전송되는 메타데이터(ADV)에 대해 동일한 판단을 하게 된다. 따라서, 다수의 데이터 수집 노드(B)끼리 서로 REQ 메시지를 교환하고, 데이터를 교환하는 반복적인 라우팅을 수행하게 되어 에너지 효율이 낮아진다. 즉, 동일한 역할을 수행하는 노드들이 같은 일을 반복하여 수행함으로써 네트워크의 생명 주기가 감소된다.
상기한 바와 같이, 종래 데이터 중심의 라우팅 방법들은, 노드의 개수가 많은 경우, 라우팅 설정을 위한 제어 메시지가 많아지고, 설정 시간 등의 오버헤드(Overhead)가 크다. 또한, 반복적인 라우팅이 수행되어 에너지 효율이 낮다. 즉, 한 홉 거리에 위치한 이웃노드 리스트가 동일한 노드들 즉, 동일한 역할을 수행하는 노드들이 같은 일을 반복하여 수행함으로써 네트워크의 생명 주기가 감소된다.
따라서, 동일한 역할을 수행하는 노드들이 같은 일을 반복하지 않도록 하며, 네트워크 전체의 소모 전력을감소시킬 수 있는 에너지 효율이 높은 라우팅 방법이 요구된다.
본 발명은 상기 요구에 부응하기 위해 제안된 것으로서, 다수의 노드에 우선순위를 부여하고, 상기 노드들이 동시에 동일한 역할을 수행할 수 없도록 함으로써, 에너지 효율이 높은라우팅 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선 센서 네트워크에서, 이웃 노드들의 정보를 서로 주기적으로 교환하여, 한 홉 거리 이웃노드 리스트를 작성하는 제1단계 작성된 한 홉 거리 이웃노드 리스트와 일치하는 이웃노드 리스트를 갖는 복수 의 노드를 식별하는 제2단계 상기 복수의 노드를 각각 임의로 우선순위를 정하는 제3단계 상기 우선순위에 따라 높은 우선순위의 노드부터 낮은 우선순위의 노드 순으로 차례로 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드를 이용하여 라우팅하는 제4단계 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드가 상기 1개의 노드를 제외한 복수의 노드와 동시에 동작 상태가 되지 않도록 스케쥴링하는 제5단계를 포함하는 평면 라우팅 방법을 제공한다.
본 발명은, 무선 센서 네트워크에서 효율적인 라우팅 방법을 제공함으로써, 노드들이 동일한 역할을 반복하지 않도록 하며, 네트워크 전체의 소모 전력을 감소시켜 네트워크의 생명 주기를 증가시킬 수있도록 할 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 평면 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도로서, 랜덤하게 정해진 우선순위에 따라 데이터를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 네트워크에서 동일한 이웃노드 리스트(Neighbor Node List)를 갖는 노드들이 하나의 그룹으로 만들어 진다. 예를 들어, 3개의 노드로부터 A 노드 및 E 노드까지의 거리가 각각 한 홉의 거리인 경우, 상기 3개의 노드는 동일한 이웃노드(A 노드 및 E 노드)를 갖으므로, 하나의 그룹으로 볼 수 있다.
여기서, 노드들은 자신과 한 홉 거리에 위치한 이웃 노드들의 정보를 서로 주기적으로 교환하여, 자신의 한 홉 거리 이웃노드 리스트와 일치하는 이웃노드 리스트를 갖는 노드들을 식별할 수 있어야 한다. 식별된 동일한 이웃노드 리스트를 갖고 있는 노드들이 임의의 그룹으로 만들어진다.
다음, 상기 그룹에 포함된 노드들은 랜덤하게 우선 순위가 정해진다. A 노드가 E 노드로 데이터를 전송하고자 하는 경우, 랜덤하게 상기 3개 노드의 우선순위를 정하여 1노드, 2노드, 3노드가 정해진다.
다음, 정해진 우선 순위에 따라, 제1순위의 노드를 통해 데이터를 전송하고, 데이터 전송이 완료되면, 제2순위의 노드를 통해 다시 데이터를 전송한다. 최하 순위의 노드를 통해 데이터를 전송한 후, 제1순위의 노드를 통해 데이터를 전송한다. 즉, 우선 순위가 가장 낮은 노드를 이용한 후, 다시 우선 순위가 가장 높은 노드를 이용한다.
예를 들어, A 노드가 1노드를 통해 E 노드로 데이터를 전송하면, 다음, A 노드는 2노드를 통해 E 노드로 데이터를 전송하고, 다음, A 노드는 3노드를 통해 E 노드로 데이터를 전송한다. 3노드를 통해 데이터가 전송된 후, A 노드는 다시 1노드를 통해 E 노드로 데이터를 전송한다.
상기한 바와 같이 한 노드씩 차례로 이용하는 라우팅 방법을 이용하므로써, 동일한 역할(예를 들어 A 노드로부터 E 노드로 데이터 전송하는 경우, 중간 노드의 역할)을 하는 노드가 같은 동작을 반복하지 않으며, 따라서, 네트워크 전체의 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 평면 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 구성도로서, 동일한 역할을 하는 노드의 주기적인 listen 및 sleep 스케쥴이 겹치지 않도록 하는방법으로서, MAC 프로토콜에서 제공되는 서비스를 이용하여 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 데이터를 전송하고자 하는 소스 노드로부터 한 홉 거리에 위치하며, 모두 동일한 역할을 하는A 노드, B 노드, C 노드가 있다.
A 노드의 listen 상태 동안, B 노드 및 C 노드는 모두 sleep 상태이다. A 노드의 listen 상태가 종료됨과 동시에 B 노드는 sleep 상태에서 깨어나 listen 상태가 된다. B 노드의 listen 상태가 종료됨과 동시에 C 노드가 sleep 상태에서 깨어 나 listen 상태가 되며, 상기 상태가 주기적으로 반복된다.
즉, 동시에 listen 상태가 되는 노드가 없도록 스케쥴링을 하면,idle listening 시간이 줄어들기 때문에 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 동일한 한 홉 거리의 이웃노드 리스트를 갖고 있는 노드가 n 개 있는 경우, n 개의 노드에 우선순위를 부여하고, 동시에 listen 상태가 되는노드가 없도록 스케쥴링함으로써, 종래 n개의 노드가 소비하는 에너지의 1/n 만큼의 에너지가 소모된다. 따라서, 종래 링크 시간보다 n 배의 시간을 유지할 수 있게되어, 네트워크의 생명 주기가 연장될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래 Directed Diffusion 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도.
도 2는 종래 SPIN 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 평면 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 평면 라우팅 방법을 나타내는 일실시예 구성도.

Claims (6)

  1. 무선 센서 네트워크에서,
    이웃 노드들의 정보를 서로 주기적으로 교환하여, 한 홉 거리 이웃노드 리스트를 작성하는 제1단계
    작성된 한 홉 거리 이웃노드 리스트와 일치하는 이웃노드 리스트를 갖는 복수의 노드를 식별하여, 그룹을 생성하는 제2단계
    그룹에 포함된 상기 복수의 노드에 대해, 각각 랜덤하게 우선순위를 정하는 제3단계
    상기 우선순위에 따라 높은 우선순위의 노드부터 낮은 우선순위의 노드 순으로 차례로 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드를 이용하여 라우팅하는 제4단계
    상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드가 상기 1개의 노드를 제외한 그룹에 포함된 복수의 노드와 동시에 동작 상태가 되지 않도록 스케쥴링하는 제5단계
    를 포함하는 평면 라우팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는
    라우팅에 이용되는 노드가 가장 낮은 우선순위의 노드인 경우, 다시 가장 높은 우선순위의 노드부터 낮은 우선순위의 노드 순으로 차례로 상기 복수의 노드에 포함된 1개의 노드를 이용하여 라우팅하는
    평면 라우팅 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제5단계는
    상기 1개의 노드를제외한 복수의 노드와 동시에 동작 상태가 되지 않도록 주기적으로 스케쥴링하는
    평면 라우팅 방법.
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