KR20110079398A - Method for determining route path in multirate wireless ad hoc networks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 센서 네트워크에서 패킷의 송신 경로를 결정하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다중 송신율로 데이터를 송신하는 애드-훅 라우팅 기반의 무선 센서 네트워크에서 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 후보 패킷 송신 경로들 중 후보 패킷 송신 경로의 총 홉수와 후보 패킷 송신 경로 상의 센서 노드들 사이의 데이터 송신 효율에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a transmission path of a packet in a wireless sensor network, and more particularly, a candidate between a source sensor node and a destination sensor node in an ad-hook routing based wireless sensor network transmitting data at multiple transmission rates. A method for determining a packet transmission path based on the total number of hops of the candidate packet transmission path among the packet transmission paths and the data transmission efficiency between the sensor nodes on the candidate packet transmission path.
애드-훅(ad-hoc) 무선 센서 네트워크는 기존의 설치되어 있는 기반망(infrastructured network)과 연결된 기지국 또는 액세스 포인트에 의한 중앙 집중화된 관리 노드없이 센서 노드들이 자율적으로 구성되는 센서 노드들로 구성된 센서 네트워크이다. 애드-훅 무선 센서 네트워크는 별도의 액세스 포인트없이 자율적으로 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드까지의 라우팅 경로를 설정하기 때문에, 재해, 재난 지역이나 기반망을 설치하기 곤란한 지역뿐만 아니라 다양한 상업적 목적으로 널리 이용될 수 있다. An ad-hoc wireless sensor network consists of sensor nodes that are self-organizing sensor nodes without a centralized management node by a base station or access point connected to an existing infrastructure network. Network. The ad-hook wireless sensor network autonomously establishes a routing path from the source sensor node to the destination sensor node without a separate access point, so it is widely used for various commercial purposes as well as in areas where disaster, disaster area, or infrastructure are difficult to install. Can be.
애드-훅 무선 센서 네트워크의 센서 노드들은 제한된 에너지원과 한정된 연산 능력으로 인하여 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드로 패킷을 송신하고자 하는 경우 다중 홉으로 송신되어야 한다. 또한 센서 노드의 잦은 이동으로 인하여 토폴로지 구조가 유선망과 같이 정적이지 않고 동적으로 변화하기 때문에 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드까지의 패킷 송신 경로를 탐색하고 유지하기 위한 적절한 프로토콜이 필요하다.Sensor nodes in an ad-hook wireless sensor network must be transmitted in multiple hops if they want to transmit packets from the source sensor node to the destination sensor node due to limited energy sources and limited computing power. In addition, due to the frequent movement of sensor nodes, the topology structure is not static and dynamically changes like wired network. Therefore, an appropriate protocol for searching and maintaining a packet transmission path from a source sensor node to a destination sensor node is required.
지금까지 애드-훅 무선 센서 네트워크를 위해 제안된 라우팅 프로토콜은 경로 정보를 획득하는 방식에 따라 경로 정보를 주기적으로 획득하여 라우팅 테이블에 저장하고 저장된 라우팅 테이블의 정보에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 프로액티브 방식(procative)과 패킷 송신이 필요한 경우에만 라우트 문의 메시지(Route request, RREQ)와 라우트 응답 메시지(route reply, RREP)를 이용하여 패킷 송신 경로를 결정하는 리액티브 방식(reactive/On-demand)으로 구분할 수 있다.So far, the proposed routing protocol for the ad-hook wireless sensor network is based on the method of acquiring the route information and storing it in the routing table according to the way of obtaining the route information. Reactive / On-demand to determine packet transmission path using route request (RREQ) and route reply (RREP) only when proactive and packet transmission is required It can be divided into
리액티브 방식에서 널리 사용하는 라우팅 프로토콜 중 하나인 ADOV(Ad hoc On-demand Distance Vector)은 애드혹 무선 센서 네트워크에 참여하는 무선 센서 노드가 패킷을 전달하기 위해서 라우팅 경로를 요구하는 경우 라우팅 경로를 탐색하기 위해서 사용된다. 따라서 기존에 소스 센서 노드에서 목적지 센서 노드로 패킷을 송신한 이력이 있는 경우에는 저장되어 있는 라우팅 정보를 이용하며, 그렇지 않은 경우에는 라우팅 경로를 찾기 위해서 소스 센서 노드가 라우트 문의 메시지 무선 센서 네트워크에 브로드캐스팅 방식으로 송신한다. 라우트 문의 메시지를 수신한 센서 노드들은 주변 노드들에게 다시 라우트 문의 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 송신하여 목적지 센서 노드에서 라우트 문의 메시지를 수신하는 경우, 라우트 문의 메시지에 포함되어 있는 라우팅 정보를 이용하여 최적의 패킷 송신 경로를 결정하고 결정한 패킷 송신 경로로 라우트 응답 메시지를 송신한다. 소스 센서 노드는 수신한 라우트 응답 메시지에 기초하여 패킷 송신 경로를 설정하고, 설정한 패킷 송신 경로를 통해 목적지 센서 노드로 패킷을 송신한다.Ad hoc On-demand Distance Vector (ADOV), one of the widely used routing protocols in the reactive method, searches for routing paths when a wireless sensor node participating in an ad hoc wireless sensor network requires a routing path to forward packets. Used for Therefore, when there is a history of sending a packet from the source sensor node to the destination sensor node, the stored routing information is used. Otherwise, the source sensor node broadcasts the route query message to the wireless sensor network to find the routing path. Send by casting. When receiving the route inquiry message, the sensor nodes send the route inquiry message back to neighboring nodes by broadcasting, and when receiving the route inquiry message from the destination sensor node, it uses the routing information included in the route inquiry message. The packet transmission path is determined, and a route response message is sent to the determined packet transmission path. The source sensor node establishes a packet transmission path based on the received route response message, and transmits a packet to the destination sensor node through the configured packet transmission path.
도 1은 목적지 센서 노드에서 라우트 문의 메시지에 포함된 라우팅 정보에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 다양한 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating various examples of determining a packet transmission path based on routing information included in a route query message in a destination sensor node.
무선 센서 네트워크의 일 예를 도시하고 있는 도 1(a)를 참고로 살펴보면, 소스 센서 노드(A)에서 목적지 센서 노드(F)로 패킷을 송신하고자 하는 경우, 소스 센서 노드(A)는 라우트 문의 메시지를 주변 센서 노드로 브로드캐스팅 방식으로 송신하며, 라우트 문의 메시지를 수신한 주변 센서 노드들은 다시 주변 센서 노드들로 라우트 문의 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 송신한다. 브로드캐스팅된 다수의 라우트 문의 메시지는 다수의 후보 패킷 송신 경로(A->B->C->F, A->D->C->F, A->C->F, A->B->F, A->E->F,.....)를 통해 소스 센서 노드(A)로부터 목적지 센서 노드(B)로 송신된다. 라우트 문의 메시지를 수신한 목적지 센서 노드(F)는 수신한 라우트 문의 메시지들에 포함된 라우팅 정보를 이용하여 다수의 후보 패킷 송신 경로들 중 최적의 패킷 송신 경로를 결정한다. Referring to FIG. 1A, which illustrates an example of a wireless sensor network, when a source sensor node A wants to transmit a packet to a destination sensor node F, the source sensor node A may request a route query. The message is transmitted to the surrounding sensor nodes in a broadcast manner, and the neighbor sensor nodes that receive the route query message again transmit the route query message to the neighbor sensor nodes. The multiple route query messages that are broadcast include multiple candidate packet transmission paths (A-> B-> C-> F, A-> D-> C-> F, A-> C-> F, A-> B -> F, A-> E-> F, ..... are transmitted from the source sensor node A to the destination sensor node B. The destination sensor node F receiving the route query message determines an optimal packet transmission path among a plurality of candidate packet transmission paths by using routing information included in the received route query messages.
도 1(b)는 다수의 라우트 문의 메시지를 수신한 목적지 센서 노드에서 라우트 문의 메시지에 포함되어 있는, 소스 센서 노드(A)와 목적지 센서 노드(F) 사이의 전체 홉 수 정보에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 방법의 일 예를 도시한 것으로, 소스 센서 노드(A)에서 목적지 센서 노드(F)까지 가장 적은 홉수, 즉 총 2개의 홉수로 라우트 문의 메시지를 송신한 경로(A-B->F, A->D->F, A->C->F, A->E->F)를 패킷 송신 경로로 결정한다.Figure 1 (b) is a packet transmission based on the total hop count information between the source sensor node (A) and the destination sensor node (F), which is included in the route query message at the destination sensor node receiving a plurality of route query messages As an example of a method of determining a path, a path (AB-> F, where a route query message is transmitted with the smallest number of hops from the source sensor node A to the destination sensor node F, that is, two hops in total) is illustrated. A-> D-> F, A-> C-> F, A-> E-> F) are determined as packet transmission paths.
도 1(c)는 다수의 라우트 문의 메시지를 수신한 목적지 센서 노드에서 라우트 문의 메시지에 포함되어 있는, 소스 센서 노드(A)와 목적지 센서 노드(F) 사이의 데이터 송신율에 기초하여 패킷 송신 경로르 결정하는 방법의 일 예를 도시한 것으로, 소스 센서 노드(A)에서 목적지 센서 노드(F)까지 가장 빠른 데이터 송신율로 라우트 문의 메시지를 송신한 경로(A->B->D->C->E->F)를 패킷 송신 경로로 결정한다. Figure 1 (c) is a packet transmission path based on the data transmission rate between the source sensor node (A) and the destination sensor node (F), which is included in the route query message at the destination sensor node that has received a plurality of route query messages. As an example of a method of determining a data rate, a path (A-> B-> D-> C where a route query message is transmitted from the source sensor node A to the destination sensor node F at the fastest data transmission rate) is shown. -> E-> F) is determined as a packet transmission path.
그러나 도 1을 참고로 설명한 패킷 송신 경로의 결정 방법 중 전체 홉수에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 방법은 소스 센서 노드에서 목적지 센서 노드로 패킷을 송신하는데 필요한 홉 수가 적다. 따라서 한정된 에너지원을 가지는 무선 센서 네트워크에서 센서 노드가 패킷을 송신하는데 사용하는 에너지 소비를 줄일 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 도 2에 도시되어 있는 송신 거리와 신호 세기와의 관계로부터 알수 있는 바과 같이 작은 홉수로 패킷을 송신하기 위해서는 센서 노드 사이의 거리가 커지며, 멀리 떨어져 있는 센서 노드는 낮은 송신율로 패킷을 수신하기 때문에 패킷의 송신 시간이 길어진다는 문제점을 가진다.However, the method of determining a packet transmission path based on the total number of hops among the method for determining a packet transmission path described with reference to FIG. 1 has a small number of hops required for transmitting a packet from a source sensor node to a destination sensor node. Therefore, in a wireless sensor network having a limited energy source, an energy consumption that a sensor node uses to transmit a packet can be reduced. However, as can be seen from the relationship between the transmission distance shown in FIG. 2 and the signal strength, the distance between the sensor nodes increases in order to transmit a packet with a small hop number, and the distant sensor nodes receive the packet at a low transmission rate. Therefore, there is a problem that the transmission time of the packet is long.
한편, 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 데이터 송신율에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 방법은 빠른 송신 시간으로 패킷을 송신한다는 장점을 가진다. 그러나 도 2에 도시되어 있는 송신 거리와 신호 세기와의 관계로부터 알수 있는 바와 같이 높은 송신율로 패킷을 수신하기 위해서는 센서 노드들이 서로 가까이 위치하여야 하기 때문에 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드까지 홉 수가 증가하며, 이로 인하여 한정된 에너지원을 가지는 센서 네트워크에서 센서 노드의 작은 패킷 송신으로 에너지 소비가 증가한다는 문제점을 가진다.On the other hand, the method of determining the packet transmission path based on the data transmission rate between the source sensor node and the destination sensor node has the advantage of transmitting the packet with a fast transmission time. However, as can be seen from the relationship between the transmission distance and the signal strength shown in FIG. 2, in order to receive a packet at a high transmission rate, the number of hops increases from the source sensor node to the destination sensor node because the sensor nodes must be located close to each other. As a result, energy consumption increases due to small packet transmission of the sensor node in a sensor network having a limited energy source.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 다중 송신율로 데이터를 송신하는 애드-훅 라우팅 기반의 무선 센서 네트워크에서 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드의 후보 패킷 송신 경로들 중 후보 패킷 송신 경로의 총 홉수와 후보 패킷 송신 경로 상의 센서 노드들 사이의 데이터 송신 시간을 모두 고려한 패킷 송신 경로의 결정 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a total hop count and candidate packet of candidate packet transmission paths among candidate packet transmission paths of a source sensor node and a destination sensor node in an ad-hook routing based wireless sensor network transmitting data at multiple transmission rates. The present invention provides a method for determining a packet transmission path considering all data transmission times between sensor nodes on a transmission path.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 라우트 문의 메시지의 브로드캐스팅으로 인하여 발생하는 센서 노드의 오버헤드를 줄일 수 있는 패킷 송신 경로의 결정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for determining a packet transmission path that can reduce overhead of a sensor node caused by broadcasting a route query message.
본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법은 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드까지 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 다수의 라우트 문의 메시지 각각에 대한 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계와, 계산한 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값을 계산하는 단계와, 다수의 라우트 문의 메시지 각각에 대해 계산한 차이값 중 가장 적은 차이값을 가지는 라우팅 문의 메시지의 수신 경로를 패킷 송신 경로로 결정하는 단계를 포함한다.A method of determining a packet transmission path according to an embodiment of the present invention includes calculating an average reception gain of a destination sensor node for each of a plurality of route query messages transmitted in a broadcasting manner from a source sensor node to a destination sensor node; Calculating a difference value between the calculated average reception gain and the optimal reception gain of the destination sensor node, and packet receiving the routing path of the routing query message having the smallest difference among the calculated difference values for each of the plurality of route query messages. Determining the transmission path.
여기서 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득은 목적지 센서 노드의 주변 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계와, 주변 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 신호 세기를 측정하고 측정한 라우트 문의 메시지의 신호 세기로부터 주변 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산하는 단계와, 계산한 최적 송신율로부터 목적지 센서 노드의 수신 이득을 계산하는 단계와, 계산한 목적지 센서 노드의 수신 이득과 주변 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계를 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.In this case, the average reception gain of the destination sensor node may include receiving a route query message transmitted by a broadcasting method from a neighbor sensor node of the destination sensor node, and measuring and measuring the signal strength of the route query message received from the neighbor sensor node. Calculating the optimal transmission rate between the neighboring sensor node and the destination sensor node from the signal strength of the inquiry message, calculating the reception gain of the destination sensor node from the calculated optimal transmission rate, and the received gain of the destination sensor node calculated And calculating the average reception gain of the destination sensor node from the average reception gain of the neighboring sensor nodes.
한편, 주변 센서 노드의 평균 수신 이득은 주변 센서 노드의 주변에 위치하는 송신 센서 노드로부터 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계와, 송신 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기를 측정하고 송신 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기로부터 송신 센서 노드와 주변 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산하는 단계와, 계산한 송신 센서 노드와 주변 센서 노드 사이의 최적 송신율에 기초하여 주변 센서 노드의 수신 이득을 계산하는 단계 및 계산한 주변 센서 노드의 수신 이득과 송신 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 주변 센서 노드에서의 평균 수신 이득을 계산하는 단계를 통해 계산된다.On the other hand, the average reception gain of the peripheral sensor node is a step of receiving a route query message from a transmitting sensor node located in the vicinity of the peripheral sensor node, and measuring the received signal strength of the route query message received from the transmitting sensor node, Calculating an optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the peripheral sensor node from the received signal strength of the route query message received from the system; and calculating the optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the peripheral sensor node based on the calculated optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the peripheral sensor node. Calculating a reception gain and calculating an average reception gain at the peripheral sensor node from the calculated reception gain of the peripheral sensor node and the average reception gain of the transmitting sensor node.
바람직하게, 브로드캐스팅 방식으로 라우트 문의 메시지를 수신하는 송신 센서 노드 또는 주변 센서 노드는 라우트 문의 메시지 중 가장 먼저 수신한 제1 라우트 문의 메시지로부터 계산한 송신 센서 노드 또는 주변 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값보다 더 큰 차이값을 가지는, 제1 라우트 문의 메시지 이후에 수신되는 라우트 문의 메시지를 폐기하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the transmitting sensor node or the neighboring sensor node that receives the route query message in a broadcasting manner may have an average reception gain and an optimal reception gain of the transmitting sensor node or peripheral sensor node calculated from the first route query message received first of the route query messages. And discarding the route query message received after the first route query message, the difference being greater than the difference between the reception gains.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법은 수신 센서 노드에서 상기 수신 센서 노드 주변에 위치하는 송신 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는, 상기 송신 센서 노드의 평균 수신 이득과 홉 정보를 구비하는 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계와, 라우트 문의 메시지 중 가장 먼저 수신한 제1 라우트 문의 메시지에 포함된 평균 수신 이득에 기초하여 제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계와, 제1 라우트 문의 메시지 이후 수신한 제2 라우트 문의 메시지에 포함된 평균 수신 이득에 기초하여 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계와, 제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득에 기초하여, 제2 라우트 문의 메시지의 송신 여부를 판단하는 단계를 포함한다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for determining a packet transmission path includes a method of determining an average reception gain and hop information of a transmission sensor node, which is transmitted in a broadcasting manner from a transmission sensor node located around the reception sensor node in a reception sensor node. Calculating an average reception gain of a receiving sensor node for the first route query message based on the received route query message and the average reception gain included in the first route query message first received among the route query messages; Calculating an average received gain of the receiving sensor node for the second route query message based on the average received gain included in the second route query message received after the first route query message; and a first route query message. For the average received gain of the receiving sensor node and the second route query message And determining whether to transmit the second route query message based on the average reception gain of the receiving sensor node.
바람직하게, 제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 제1 차이값 및 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 제2 차이값을 비교하여, 제1 차이값이 제2 차이값보다 큰 경우에만 제2 라우트 문의 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 송신하는 것을 특징으로 한다.Preferably, a first difference between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the first route query message and a second between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the second route query message. Comparing the difference value, the second route query message is transmitted in a broadcasting manner only when the first difference value is larger than the second difference value.
본 발명에 따른, 다중 송신율로 패킷을 송신하는 애드 훅 라우팅 기반의 무선 센서 네트워크에서 패킷 송신 경로를 결정하는 방법은 종래 패킷 송신 경로의 결정 방법과 비교하여 다음과 같은 효과를 가진다.According to the present invention, a method for determining a packet transmission path in an ad hoc routing-based wireless sensor network that transmits a packet at multiple transmission rates has the following effects as compared to a method for determining a packet transmission path.
첫째, 본 발명에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법은 다중 송신율로 데이터를 송신하는 애드-훅 라우팅 기반의 무선 센서 네트워크에서 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드의 후보 패킷 송신 경로들 중 후보 패킷 송신 경로의 총 홉수와 후보 패킷 송신 경로 상의 센서 노드들 사이의 데이터 송신 시간을 모두 고려하여 패킷 송신 경로를 결정함으로써, 홉수와 데이터 송신율을 모두 고려한 최적의 패킷 송신 경로를 결정할 수 있다.First, a method for determining a packet transmission path according to the present invention is a method for determining a packet transmission path among candidate packet transmission paths of a source sensor node and a destination sensor node in an ad-hook routing based wireless sensor network that transmits data at multiple transmission rates. By determining the packet transmission path in consideration of both the total number of hops and the data transmission time between the sensor nodes on the candidate packet transmission path, an optimal packet transmission path considering both the number of hops and the data transmission rate can be determined.
둘째, 본 발명에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법은 가장 먼저 도착한 제1 라우팅 문의 메시지 이후 도착하는 제2 라우트 문의 메시지의 라우팅 정보에 기초하여 제1 라우팅 문의 메시지의 라우팅 정보보다 비효율적인 라우팅 문의 메시지를 폐기함으로써, 라우트 문의 메시지의 브로드캐스팅으로 인하여 발생하는 센서 노드의 오버헤드를 줄일 수 있다. Second, the method for determining a packet transmission path according to the present invention is based on the routing information of the second route query message arriving after the first routing query message that arrives first. By discarding, it is possible to reduce the overhead of the sensor node incurred due to the broadcasting of route query messages.
도 1은 목적지 센서 노드에서 라우트 문의 메시지에 포함된 라우팅 정보에 기초하여 패킷 송신 경로를 결정하는 다양한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 송신 거리와 신호 세기와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 후보 패킷 송신 경로 상에 존재하는 각 센서 노드에서 라우트 문의 메시지를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 IEEE 802.11g 표준에 따른 수신 신호 세기에 따라 최적의 송신율을 도시하고 있다.
도 5는 수신 센서 노드에서 라우트 문의 메시지를 생성하는 단계를 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 다양한 데이터 송신율에 따른 송신 이득의 일 예를 도시하고 있다.
도 7은 목적지 센서 노드에서 패킷 송신 경로를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법에 따라 패킷의 송신 경로를 결정하는 방법의 일 예르 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating various examples of determining a packet transmission path based on routing information included in a route query message in a destination sensor node.
2 is a diagram for explaining a relationship between a transmission distance and signal strength.
FIG. 3 is a diagram for describing a method of generating a route query message at each sensor node existing on a candidate packet transmission path between a source sensor node and a destination sensor node.
4 shows an optimal transmission rate according to the received signal strength according to the IEEE 802.11g standard.
5 is a flowchart for describing in more detail a step of generating a route query message in a receiving sensor node.
6 shows an example of a transmission gain according to various data transmission rates.
7 is a diagram for describing a method of determining a packet transmission path in a destination sensor node.
8 is a diagram for explaining an example of a method for determining a packet transmission path according to a method for determining a packet transmission path according to the present invention.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른, 다중 송신율로 패킷을 송신하는 애드 훅 라우팅 기반의 무선 센서 네트워크에서 패킷 송신 경로를 결정하는 방법에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, a method of determining a packet transmission path in an ad hoc routing based wireless sensor network transmitting a packet at multiple transmission rates will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 소스 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 후보 패킷 송신 경로 상에 존재하는 각 센서 노드에서 라우트 문의 메시지를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for describing a method of generating a route query message at each sensor node existing on a candidate packet transmission path between a source sensor node and a destination sensor node.
도 3을 참고로 살펴보면, i-1번째 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 라우트 문의 메시지를 수신한다(S1). 여기서 라우트 문의 메시지를 송신하는 i-1번째 센서 노드를 송신 센서 노드라 언급하며, 라우트 문의 메시지를 수신하는 i번째 센서 노드를 수신 센서 노드라 언급한다.Referring to FIG. 3, a route query message transmitted in a broadcasting manner is received from an i-1 th sensor node (S1). Herein, the i-1 th sensor node that transmits the route query message is referred to as a transmitting sensor node, and the i th sensor node that receives the route query message is referred to as a receiving sensor node.
수신 센서 노드는 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 세기를 측정하고(S2), 측정한 라우트 문의 메시지의 수신 세기에 기초하여 송신 센서 노드와 수신 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산한다. 라우트 문의 메시지의 수신 세기가 클수록 빠른 데이터 송신율로 패킷을 송신할 수 있는데, 여기서 최적 송신율이란 라우트 문의 메시지의 수신 세기에 따라 패킷을 송신할 수 있는 가장 빠른 송신율을 의미한다. IEEE 802.11g 표준에서는 수신 신호 세기에 따라 최적의 송신율을 도 4와 같이 규정하고 있다. 예를 들어, 수신 센서 노드에서 측정한 라우트 문의 메시지의 수신 세기가 -72dBm인 경우, -72dBm은 24Mbps의 송신율과 36Mbps의 송신율 사이의 수신 세기이므로 수신 센서 노드와 송신 센서 노드 사이의 최적 송신율은 24Mbps로 계산된다. 본 발명에 따라 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기에 따라 다른 최적 송신율을 규정할 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.The receiving sensor node measures the received strength of the received route query message (S2), and calculates an optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the receiving sensor node based on the received strength of the measured route query message. As the reception strength of the route query message increases, the packet can be transmitted at a faster data transmission rate. The optimal transmission rate means the fastest transmission rate that can transmit a packet according to the reception strength of the route query message. The IEEE 802.11g standard defines the optimum transmission rate according to the received signal strength as shown in FIG. For example, if the receive strength of the route query message measured by the receiving sensor node is -72 dBm, -72 dBm is the receiving strength between the transmission rate of 24 Mbps and the transmission rate of 36 Mbps. The rate is calculated at 24 Mbps. According to the present invention, another optimal transmission rate may be defined according to the received signal strength of the route query message, which is within the scope of the present invention.
계산한 송신 센서 노드와 수신 센서 노드 사이의 최적 송신율에 기초하여, 수신 센서 노드에서의 수신 이득을 계산한다(S4). 여기서 수신 이득(ST(ri))이란 가장 낮은 데이터 송신율로 패킷을 송신하는데 요구되는 시간과 최적 송신율로 패킷을 송신하는데 요구되는 시간의 비(ratio)로 아래의 수학식(1)과 같이 계산된다.Based on the calculated optimal transmission rate between the transmission sensor node and the reception sensor node, the reception gain at the reception sensor node is calculated (S4). Here, the reception gain S T (r i ) is a ratio of the time required to transmit the packet at the lowest data transmission rate and the time required to transmit the packet at the optimal transmission rate. Is calculated as
[수학식 1][Equation 1]
여기서 t(ri)는 ri의 데이터 송신율로 패킷을 송신하는데 소요되는 시간이며, t(r0)는 r0의 데이터 송신율로 패킷을 소요하는데 소요되는 시간으로, r0는 물리 계층의 최저 송신율을 의미한다. 예를 들어, IEEE 802.11g 표준에서 물리 계층의 최저 송신율로 6Mbps을 규정하고 있다.Where t (r i) is the time it takes to transmit the packet to the data transmission rate of r i, t (r 0) is the time required to take a packet to the data transmission rate of r 0, r 0 is the physical layer Means the lowest transmission rate. For example, the IEEE 802.11g standard specifies 6Mbps as the lowest transmission rate of the physical layer.
수신 센서 노드에서 계산한 라우트 문의 메시지의 수신 이득에 기초하여 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산한다(S5). 여기서 수신 센서 노드의 평균 이득이란 후보 패킷 송신 경로를 따라 수신 센서 노드까지 라우트 문의 메시지를 송신한 센서 노드들의 수신 이득의 평균값이다. 송신 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지에는 목적지 센서 노드의 주소, 송신 센서 노드의 평균 수신 이득과 홉수에 대한 정보가 저장되어 있으며, 수신 센서 노드는 계산한 수신 센서 노드의 수신 이득과 라우트 문의 메시지에 포함되어 있는 송신 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산한다.An average reception gain of the reception sensor node is calculated based on the reception gain of the route query message calculated by the reception sensor node (S5). Here, the average gain of the receiving sensor node is an average value of the receiving gains of the sensor nodes that have transmitted the route query message along the candidate packet transmission path to the receiving sensor node. The route query message received from the transmitting sensor node stores information about the address of the destination sensor node, the average receiving gain and hop number of the transmitting sensor node, and the receiving sensor node is included in the calculated receiving gain and route query message of the receiving sensor node. The average reception gain of the reception sensor node is calculated from the included average reception gain of the transmission sensor node.
수신 센서 노드는 라우트 문의 메시지에 포함되어 있는 목적지 센서 노드의 주소에 기초하여 수신 센서 노드가 목적지 센서 노드인지 판단한다(S6). 수신 센서 노드가 목적지 센서 노드가 아닌 경우, 수신 센서 노드는 수신 센서 노드에서 계산한 평균 수신 이득을 라우트 문의 메시지의 새로운 평균 수신 이득으로 갱신하고, 홉 수를 1증가시켜 라우트 문의 메시지를 생성한다(S7). 수신 센서 노드는 생성한 라우트 문의 메시지를 주변 센서 노드로 브로드캐스팅 방식으로 송신한다(S8).The receiving sensor node determines whether the receiving sensor node is the destination sensor node based on the address of the destination sensor node included in the route query message (S6). If the receiving sensor node is not the destination sensor node, the receiving sensor node updates the average received gain calculated by the receiving sensor node with the new average received gain of the route query message, and increases the hop count by 1 to generate the route query message ( S7). The receiving sensor node transmits the generated route query message to a neighboring sensor node by broadcasting (S8).
도 5는 수신 센서 노드에서 라우트 문의 메시지를 생성하는 단계를 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart for describing in more detail a step of generating a route query message in a receiving sensor node.
도 5를 참고로 살펴보면, 수신 센서 노드의 주변에 위치하는 송신 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 다수의 라우트 문의 메시지 중 가장 먼저 수신 센서 노드로 수신된 제1 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득의 차이값(M1)을 아래의 수학식(2)와 같이 계산하고 계산한 차이값(M1)을 수신 센서 노드에 저장한다(S11). Referring to FIG. 5, an average reception gain and an optimal value of a first route query message received first by a receiving sensor node among a plurality of route query messages transmitted by a broadcasting method from a transmitting sensor node located around the receiving sensor node. The difference value M 1 of the reception gain is calculated as in
[수학식 2][Equation 2]
여기서 ST-BEST는 최적 수신 이득을 의미하며, ST-AVE는 라우트 문의 메시지를 수신 센서 노드까지 송신하는 경로 상에 위치하는 센서 노드의 수신 이득의 평균값으로 아래의 수학식(3)과 같이 계산할 수 있다.Here, S T-BEST means the optimal reception gain, and S T-AVE is the average value of the reception gain of the sensor node located on the path for transmitting the route query message to the receiving sensor node as shown in Equation (3) below. Can be calculated
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서 l은 수신 센서 노드까지 라우트 문의 메시지를 송신할 때까지 후보 패킷 송신 경로 상의 센서 노드의 수를 의미한다.Here, l denotes the number of sensor nodes on the candidate packet transmission path until the route query message is transmitted to the receiving sensor node.
한편, 최적 수신 이득이란 다양한 데이터 송신율(ri)에 따른 홉 이득과 수신 이득의 곱으로부터 생성되는 송신 이득(G(ri)) 중 가장 낮은 값의 송신 이득을 생성하는 수신 이득으로, 각 데이터 송신율에 따른 송신 이득은 아래의 수학식(4)와 같이 계산된다.Meanwhile, the optimal reception gain is a reception gain that generates a transmission gain having the lowest value among transmission gains G (r i ) generated from a product of a hop gain and a reception gain according to various data transmission rates r i . The transmission gain according to the data transmission rate is calculated as in Equation (4) below.
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서 R(ro)는 데이터 송신율(ro)에서 송신할 수 있는 데이터의 최대 송신 거리를 의미하며, R(ri)는 데이터 송신율(ri)로 송신할 수 있는 데이터의 최대 송신 거리를 의미한다. 따라서 
본 발명의 다른 실시예에서 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득의 차이값(M)은 아래의 수학식(5)와 같이 계산될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the difference value M between the average reception gain and the optimal reception gain of the route query message may be calculated as shown in
[수학식 5][Equation 5]
제1 라우트 문의 메시지 이후, 수신 센서 노드의 주변 센서 노드로부터 수신되는 제2 라우트 문의 메시지를 수신하는 경우(S12), 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하고(S13), 계산한 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M2)를 계산한다(S14). After receiving the second route query message received from the surrounding sensor node of the receiving sensor node after the first route query message (S12), the average reception gain of the receiving sensor node for the second route query message is calculated (S13). In operation S14, a difference value M 2 between the average reception gain and the optimal reception gain of the reception sensor node for the calculated second route query message is calculated.
제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M1)이 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M2)보다 큰지 판단하여(S15), 제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M1)이 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M2)이 큰 경우에만 수신 센서 노드는 제1 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득을 제2 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득으로 갱신하여 라우트 문의 메시지를 생성한다(S16). 생성한 라우트 문의 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 송신한다(S17). The difference value M 1 between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the first route query message is the difference between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the second route query message ( M 2 ) is greater than (S15), so that the difference value M 1 between the average received gain and the optimal received gain of the received sensor node for the first route query message is the average of the received sensor node for the second route query message. Only when the difference value M 2 between the reception gain and the optimal reception gain is large, the reception sensor node updates the average reception gain of the first route query message to the average reception gain of the second route query message to generate a route query message. (S16). The generated route query message is transmitted in a broadcasting method (S17).
한편, 제1 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M1)이 제2 라우트 문의 메시지에 대한 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값(M2)보다 작은 경우, 수신한 제2 라우트 문의 메시지를 폐기하여 제2 라우트 문의 메시지의 브로드캐스팅으로 인한 센서 노드의 오버헤드를 줄여준다(S18).On the other hand, the difference value M 1 between the average reception gain and the optimal reception gain of the reception sensor node for the first route query message is the difference between the average reception gain and the optimal reception gain of the reception sensor node for the second route query message. If smaller than the value M 2 , the received second route query message is discarded to reduce the overhead of the sensor node due to the broadcasting of the second route query message (S18).
도 7은 목적지 센서 노드에서 패킷 송신 경로를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing a method of determining a packet transmission path in a destination sensor node.
목적지 센서 노드는 목적지 센서 노드의 주변에 위치하는 최종 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 다수의 라우트 문의 메시지를 수신한다(S21). 목적지 센서 노드는 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 이득과 수신한 라우트 문의 메시지에 포함된 최종 센서 노드까지의 평균 수신 이득에 기초하여, 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산한다(S23). 목적지 센서 노드는 수신한 라우트 문의 메시지의 신호 세기에 기초하여 목적지 센서 노드와 최종 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산하고, 계산한 최적 송신율에 기초하여 목적지 센서 노드의 수신 이득을 계산한다. 목적지 센서 노드는 계산한 수신 이득과 최종 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지에 포함된 평균 수신 이득으로 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산한다.The destination sensor node receives a plurality of route query messages transmitted in a broadcasting manner from a final sensor node located around the destination sensor node (S21). The destination sensor node calculates an average reception gain of the destination sensor node based on the received gain of the received route query message and the average received gain to the last sensor node included in the received route query message (S23). The destination sensor node calculates an optimal transmission rate between the destination sensor node and the final sensor node based on the signal strength of the received route query message, and calculates a reception gain of the destination sensor node based on the calculated optimal transmission rate. The destination sensor node calculates the average reception gain of the destination sensor node using the calculated reception gain and the average reception gain included in the route query message received from the last sensor node.
목적지 센서 노드는 계산한 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값을 계산하고(S5), 수신한 다수의 라우트 문의 메시지에 대한 차이값들 중 가장 작은 값을 가지는 라우트 문의 메시지의 라우팅 정보에 기초하여 소스 센서 노드로부터 목적지 센서 노드까지의 패킷 송신 경로를 결정한다(S27).The destination sensor node calculates a difference value between the calculated average reception gain and the optimum reception gain of the destination sensor node (S5), and determines the route query message having the smallest value among the difference values for the received route query messages. The packet transmission path from the source sensor node to the destination sensor node is determined based on the routing information (S27).
도 8은 본 발명에 따른 패킷 송신 경로의 결정 방법에 따라 패킷의 송신 경로를 결정하는 방법의 일 예르 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining an example of a method for determining a packet transmission path according to a method for determining a packet transmission path according to the present invention.
도 8을 참고로 살펴보면, 소스 센서 노드(A)는 패킷을 목적지 센서 노드(F)로 송신하기 위하여 먼저 패킷의 송신 경로를 결정하여야 한다. 패킷의 송신 경로를 결정하기 위하여, 소스 센서 노드(A)는 제1 라우트 문의 메시지를 소스 센서 노드(A)의 주변에 위치하는 센서 노드(B, C)로 송신한다. 제1 라우트 문의 메시지에는 평균 수신 이득, 홉 수에 대한 정보가 포함되어 있는데, 소스 센서 노드(A)로부터 송신되는 제1 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득과 홉수는 각각 0으로 설정된다. 소스 센서 노드로부터 제1 라우트 문의 메시지를 수신한 센서 노드(B, C)는 각각 제1 라우트 문의 메시지의 수신 세기를 측정하여 소스 센서 노드(A)와 센서 노드(B) 사이의 최적 송신율, 소스 센서 노드(A)와 센서 노드(C) 사이의 최적 송신율을 계산한다. Referring to FIG. 8, in order to transmit a packet to the destination sensor node F, the source sensor node A must first determine a transmission path of the packet. In order to determine the transmission path of the packet, the source sensor node A transmits a first route query message to sensor nodes B and C located in the vicinity of the source sensor node A. FIG. The first route query message includes information on the average reception gain and the number of hops. The average reception gain and the hop number of the first route query message transmitted from the source sensor node A are set to 0, respectively. Receiving the first route query message from the source sensor node, the sensor nodes (B and C) respectively measure the reception strength of the first route query message to determine an optimal transmission rate between the source sensor node (A) and the sensor node (B), The optimal transmission rate between the source sensor node A and the sensor node C is calculated.
센서 노드(B)는 계산한 최적 송신율에 따라 센서 노드(B)의 수신 이득을 0.25로 계산하고, 센서 노드(C)는 계산한 최적 송신율에 따라 센서 노드(B)의 수신 이득을 0.38로 계산한다. 센서 노드(B)는 센서 노드(B)의 수신 이득과 수신한 제1 라우트 문의 메시지에 저장되어 있는 평균 수신 이득으로부터 센서 노드(B)의 평균 수신 이득(0.25)을 계산한다. 또한 센서 노드(C)는 센서 노드(C)의 수신 이득과 수신한 제1 라우트 문의 메시지에 저장되어 있는 평균 수신 이득으로부터 센서 노드(C)의 평균 수신 이득(0.38)을 계산한다. 센서 노드(B, C)는 센서 노드(B, C)의 평균 수신 이득으로 제1 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득을 갱신하고, 홉수를 1 증가시켜 제2 라우트 문의 메시지를 생성하고 생성한 제2 라우트 문의 메시지를 주변 센서 노드로 송신한다.The sensor node B calculates the reception gain of the sensor node B as 0.25 according to the calculated optimal transmission rate, and the sensor node C calculates the reception gain of the sensor node B 0.38 according to the calculated optimal transmission rate. Calculate The sensor node B calculates the average reception gain 0.25 of the sensor node B from the reception gain of the sensor node B and the average reception gain stored in the received first route query message. In addition, the sensor node C calculates an average reception gain 0.38 of the sensor node C from the reception gain of the sensor node C and the average reception gain stored in the received first route query message. The sensor nodes B and C update the average reception gain of the first route query message with the average reception gain of the sensor nodes B and C, and increase the number of hops by one to generate and generate a second route query message. Send a route query message to the surrounding sensor nodes.
센서 노드(B)로부터 제2 라우트 문의 메시지를 수신한 센서 노드(C)는 제2 라우트 문의 메시지의 수신 세기를 측정하여 센서 노드(C)와 센서 노드(B) 사이의 최적 송신율을 계산한다. 센서 노드(C)는 계산한 최적 송신율에 따라 센서 노드(C)의 수신 이득을 0.25로 계산한다. 센서 노드(C)는 센서 노드(C)의 수신 이득과 수신한 제2 라우트 문의 메시지에 저장되어 있는 평균 수신 이득으로부터 센서 노드(B)의 평균 수신 이득(0.25)을 계산한다. 센서 노드(C)는 가장 먼저 도착한 제1 라우트 문의 메시지 이후에 제2 라우트 문의 메시지를 수신하는 경우, 제1 라우트 문의 메시지에 대한 센서 노드(C)의 평균 수신 이득(0.38)과 최적 수신 이득의 제1 차이값과 제2 라우트 문의 메시지에 대한 센서 노드(C)의 평균 수신 이득(0.25)과 최적 수신 이득의 제2 차이값을 비교하여 제2 차이값이 제1 차이값보다 큰 경우 제2 라우트 문의 메시지를 폐기한다. 그러나 제2 차이값이 제1 차이값보다 작은 경우 제2 라우트 문의 메시지에 저장되어 있던 평균 수신 이득을 제2 라우트 문의 메시지에 대한 센서 노드(C)의 평균 수신 이득으로 갱신하고 홉수를 1 증가시켜 주변 센서 노드(B, D, E)로 브로드캐스팅 방식으로 송신한다.Upon receiving the second route query message from the sensor node B, the sensor node C calculates an optimal transmission rate between the sensor node C and the sensor node B by measuring the reception strength of the second route query message. . The sensor node C calculates the reception gain of the sensor node C as 0.25 according to the calculated optimal transmission rate. The sensor node C calculates an average reception gain 0.25 of the sensor node B from the reception gain of the sensor node C and the average reception gain stored in the received second route query message. When the sensor node C receives the second route query message after the first route query message that arrives first, the sensor node C receives an average reception gain (0.38) and an optimal reception gain of the sensor node C for the first route query message. A second difference value is greater than the first difference value by comparing the average difference of the sensor node C with the first difference value and the second difference value of the optimum reception gain for the second route query message; Discard the route query message. However, when the second difference value is smaller than the first difference value, the average reception gain stored in the second route query message is updated to the average reception gain of the sensor node C for the second route query message, and the hop count is increased by one. The broadcast signal is transmitted to the peripheral sensor nodes B, D, and E.
즉, 라우트 문의 메시지를 수신한 센서 노드는 가장 먼저 도착한 라우트 문의 메시지에 기반하여 평균 수신 이득을 갱신하고 홉수를 1 증가시켜 새로운 라우트 문의 메시지를 생성하여 다시 주변 센서 노드로 브로드캐스팅 방식으로 송신한다. 그러나 최초 라우트 문의 메시지를 수신한 이후, 주변 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 경우에는 최초 수신한 라우트 문의 메시지의 데이터 송신 효율과 이후에 수신한 라우트 문의 메시지의 데이터 송신 효율을 비교하여 이후에 수신한 라우트 문의 메시지의 데이터 송신 효율이 더 좋은 경우에만 이후 수신한 라우트 문의 메시지를 갱신하여 주변 센서 노드로 브로드캐스팅한다. That is, the sensor node that receives the route query message updates the average reception gain based on the route query message that arrives first, increases the number of hops by 1, generates a new route query message, and transmits it to the neighboring sensor nodes by broadcasting. However, after receiving the first route query message, in case of the route query message received from the neighboring sensor node, the data transmission efficiency of the first route query message received is compared with the data transmission efficiency of the route query message received later. Only when the route query message has a better data transmission efficiency, the route query message received thereafter is updated and broadcast to the neighbor sensor nodes.
이와 같은 방식으로 최종 센서 노드(D, E)로부터 라우팅 문의 메시지를 수신한 목적지 센서 노드(F)는 여러 후보 패킷 송신 경로를 통해 목적지 센서 노드(F)로 송신되는 다수의 라우트 문의 메시지 중, 각 라우트 문의 메시지의 평균 수신 이득을 계산하고, 계산한 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값을 계산한다. 각 라우트 문의 메시지의 차이값들 중 가장 작은 차이값을 가지는 라우트 문의 메시지가 송신된 라우팅 경로를 패킷 송신 경로(A->B->D->F, A->C->E->F)로 결정한다.In this manner, the destination sensor node F, which has received the routing query message from the last sensor node D or E, is sent out of a plurality of route query messages transmitted to the destination sensor node F through various candidate packet transmission paths. The average reception gain of the route query message is calculated, and the difference between the calculated average reception gain and the optimal reception gain is calculated. The routing path in which the route query message with the smallest difference value among the route query messages is transmitted is selected as the packet transmission path (A-> B-> D-> F, A-> C-> E-> F). Decide on
목적지 센서 노드는 패킷 송신 경로로 결정된 라우트 문의 메시지의 데이터 송신율로 라우트 응답 메시지를 결정한 패킷 송신 경로의 센서 노드로 송신하며, 패킷 송신 경로 상의 각 센서 노드는 라우트 응답 메시지를 결정한 최적 송신율로 각각 송신하여 소스 센서 노드(A)로 송신한다.
The destination sensor node transmits the route response message to the sensor node of the packet transmission path determined by the data transmission rate of the route query message determined by the packet transmission path, and each sensor node on the packet transmission path has the optimal transmission rate that determines the route response message. Transmit to the source sensor node (A).
한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 전기 또는 자기식 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다.
The computer-readable recording medium may be an electronic or magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and carrier wave (eg Storage media, such as through the Internet).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (11)
(a) 목적지 센서 노드로 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 라우트 문의 메시지에 대한 상기 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계;
(b) 상기 계산한 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값을 계산하는 단계; 및
(c) 상기 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 라우트 문의 메시지 각각에 대해 계산한 상기 차이값 중 가장 적은 차이값을 가지는 라우팅 문의 메시지의 수신 경로를 상기 패킷 송신 경로로 결정하는 단계를 포함하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.A method for determining a packet transmission path in an ad hoc routing based wireless sensor network transmitting a packet at multiple data transmission rates,
(a) calculating an average received gain of the destination sensor node for a route query message sent to the destination sensor node in a broadcast manner;
(b) calculating a difference value between the calculated average reception gain and the optimal reception gain of the destination sensor node; And
(c) determining, as the packet transmission path, a reception path of a routing query message having the smallest difference among the difference values calculated for each route query message transmitted by the broadcasting method. How to decide.
상기 목적지 센서 노드의 주변 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계;
상기 주변 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 신호 세기를 측정하고, 상기 측정한 라우트 문의 메시지의 신호 세기로부터 상기 주변 센서 노드와 목적지 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산하는 단계;
계산한 상기 최적 송신율로부터 상기 목적지 센서 노드의 수신 이득을 계산하는 단계; 및
계산한 상기 목적지 센서 노드의 수신 이득과 상기 주변 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 상기 목적지 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.The method of claim 1, wherein step (a)
Receiving a route query message transmitted in a broadcasting manner from a neighbor sensor node of the destination sensor node;
Measuring signal strength of a route query message received from the peripheral sensor node and calculating an optimal transmission rate between the neighbor sensor node and a destination sensor node from the measured signal strength of the route query message;
Calculating a reception gain of the destination sensor node from the calculated optimal transmission rate; And
And calculating the average reception gain of the destination sensor node from the calculated reception gain of the destination sensor node and the average reception gain of the neighboring sensor nodes.
상기 주변 센서 노드의 주변에 위치하는 송신 센서 노드로부터 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계;
상기 송신 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기를 측정하고, 상기 송신 센서 노드로부터 수신한 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기로부터 상기 송신 센서 노드와 상기 주변 센서 노드 사이의 최적 송신율을 계산하는 단계;
계산한 상기 송신 센서 노드와 상기 주변 센서 노드 사이의 최적 송신율에 기초하여 상기 주변 센서 노드의 수신 이득을 계산하는 단계; 및
계산한 상기 주변 센서 노드의 수신 이득과 상기 송신 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 상기 주변 센서 노드에서의 평균 수신 이득을 계산하는 단계를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법. The method of claim 2, wherein the average reception gain of the peripheral sensor node is
Receiving a route query message from a transmitting sensor node located around the peripheral sensor node;
Measuring the received signal strength of the route query message received from the transmitting sensor node and calculating an optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the neighboring sensor node from the received signal strength of the route query message received from the transmitting sensor node; step;
Calculating a reception gain of the peripheral sensor node based on the calculated optimal transmission rate between the transmitting sensor node and the peripheral sensor node; And
And calculating the average reception gain at the peripheral sensor node from the calculated reception gain of the peripheral sensor node and average reception gain of the transmitting sensor node.
[수학식 1]
여기서 t(ri)는 ri의 데이터 송신율로 패킷을 송신하는데 소요되는 시간이며, t(r0)는 r0의 데이터 송신율로 패킷을 소요하는데 소요되는 시간으로, r0는 물리 계층에서 정의한 최저 송신율을 의미하는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the reception gain S T is calculated by the following equation (1),
[Equation 1]
Where t (r i) is the time it takes to transmit the packet to the data transmission rate ri, t (r 0) is the time required to take a packet to the data transmission rate of r 0, r 0 is the physical layer A method for determining a packet transmission path, characterized by a defined minimum transmission rate.
평균 수신 이득, 총 홉수에 대한 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법. 3. The route inquiry message according to claim 1 or 2, wherein
A method for determining a packet transmission path comprising information on average reception gain and total hops.
라우트 문의 메시지 중 가장 먼저 수신한 제1 라우트 문의 메시지로부터 계산한 송신 센서 노드 또는 주변 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 차이값보다 더 큰 차이값을 가지는, 제1 라우트 문의 메시지 이후에 수신되는 라우트 문의 메시지는 폐기하는 것을 특징으로 하는 패킷 수신 경로의 결정 방법.The method of claim 4, wherein the transmitting sensor node or the peripheral sensor node that receives the route query message in a broadcast manner
After the first route query message having a difference greater than the difference between the average received gain and the optimal received gain of the transmitting sensor node or neighboring sensor node calculated from the first route query message received first of the route query messages. And discarding the received route query message.
수신 센서 노드에서 상기 수신 센서 노드 주변에 위치하는 송신 센서 노드로부터 브로드캐스팅 방식으로 송신되는, 상기 송신 센서 노드의 평균 수신 이득과 홉 정보를 구비하는 라우트 문의 메시지를 수신하는 단계;
상기 라우트 문의 메시지 중 가장 먼저 수신한 제1 라우트 문의 메시지에 포함된 평균 수신 이득에 기초하여 상기 제1 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계;
상기 제1 라우트 문의 메시지 이후 수신한 제2 라우트 문의 메시지에 포함된 평균 수신 이득에 기초하여 상기 제2 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계; 및
상기 제1 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 상기 제2 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득에 기초하여, 상기 제2 라우트 문의 메시지의 송신 여부를 판단하는 단계를 포함하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.A method for determining a packet transmission path in an ad hoc routing based wireless sensor network transmitting a packet at multiple transmission rates,
Receiving, at a receiving sensor node, a route query message having an average reception gain and hop information of the transmitting sensor node, which is transmitted in a broadcasting manner from a transmitting sensor node located around the receiving sensor node;
Calculating an average reception gain of the receiving sensor node with respect to the first route query message based on an average reception gain included in the first route query message first received among the route query messages;
Calculating an average reception gain of the receiving sensor node for the second route query message based on an average reception gain included in a second route query message received after the first route query message; And
Determining whether to transmit the second route query message based on an average reception gain of the receiving sensor node for the first route query message and an average reception gain of the receiving sensor node for the second route query message. Method of determining a packet transmission path comprising a.
상기 제1 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 제1 차이값 및 상기 제2 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득과 최적 수신 이득 사이의 제2 차이값을 비교하여, 상기 제1 차이값이 제2 차이값보다 큰 경우에만 상기 제2 라우트 문의 메시지를 브로드캐스팅 방식으로 송신하는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.The method of claim 7, wherein
A first difference between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the first route query message and a difference between the average received gain and the optimal received gain of the receiving sensor node for the second route query message. And comparing the two difference values, and transmitting the second route query message in a broadcasting manner only when the first difference value is greater than the second difference value.
수신한 상기 제1 라우트 문의 메시지 또는 제2 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기를 측정하고, 상기 제1 라우트 문의 메시지 또는 제2 라우트 문의 메시지의 수신 신호 세기로부터 최적 송신율을 계산하는 단계;
계산한 상기 최적 송신율에 기초하여 상기 수신 센서 노드의 수신 이득을 계산하는 단계; 및
계산한 상기 수신 센서 노드의 수신 이득과 상기 송신 센서 노드의 평균 수신 이득으로부터 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 계산하는 단계를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.9. The method of claim 8, wherein the average received gain of the first route query message or the second route query message is
Measuring the received signal strength of the received first route query message or the second route query message and calculating an optimal transmission rate from the received signal strength of the first route query message or the second route query message;
Calculating a reception gain of the reception sensor node based on the calculated optimal transmission rate; And
And calculating the average reception gain of the reception sensor node from the calculated reception gain of the reception sensor node and the average reception gain of the transmission sensor node.
상기 수신 이득(ST)은 아래의 수학식(2)에 의해 계산되며,
[수학식 2]
여기서 t(ri)는 ri의 송신율로 패킷을 송신하는데 소요되는 시간이며, t(r0)는 r0의 송신율로 패킷을 소요하는데 소요되는 시간으로, r0는 물리 계층에서 정의한 최저 송신율을 의미하는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.The method of claim 9,
The reception gain S T is calculated by Equation 2 below.
[Equation 2]
Where t (r i) is the time it takes to transmit a packet to a transmission rate of r i, t (r 0) is the time required to take a packet to a transmission rate of r 0, r 0 is defined by the physical layer A method for determining a packet transmission path, characterized by a minimum transmission rate.
상기 제1 차이값이 제2 차이값보다 큰 경우 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 상기 제2 라우트 문의 메시지에 대한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득으로 갱신하는 단계; 및
상기 갱신한 상기 수신 센서 노드의 평균 수신 이득을 포함하는 제2 라우트 문의 메시지를 생성하고, 상기 생성한 제2 라우트 문의 메시지를 상기 수신 센서 노드의 주변 센서 노드로 브로드캐스팅 방식으로 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 경로의 결정 방법.9. The method of claim 8, wherein the method of determining a packet transmission path is
Updating the average reception gain of the reception sensor node to the average reception gain of the reception sensor node for the second route query message when the first difference is greater than a second difference value; And
Generating a second route query message including the updated average received gain of the received sensor node, and transmitting the generated second route query message to a neighboring sensor node of the received sensor node in a broadcast manner; Method for determining a packet transmission path comprising a.
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