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KR100718094B1 - 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법 - Google Patents

무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법 Download PDF

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KR100718094B1
KR100718094B1 KR1020050087704A KR20050087704A KR100718094B1 KR 100718094 B1 KR100718094 B1 KR 100718094B1 KR 1020050087704 A KR1020050087704 A KR 1020050087704A KR 20050087704 A KR20050087704 A KR 20050087704A KR 100718094 B1 KR100718094 B1 KR 100718094B1
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Abstract

본 발명은 각각의 센서 노드들로부터 최신 센싱 정보를 수집하여 저장하고, 이후 임의의 센서 노드로부터 새로운 센싱 데이터를 수신하면 기 저장되어 있는 각 노드들의 최신 센싱 정보와 비교하여 일정 오차 이상인 경우에 이상 데이터로 판단하고, 그 이상 데이터에 주변 센서 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드로 전송하도록 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법에 관한 것으로서,
본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크에서 주변 센서 노드들의 이상 여부를 확인하여 관리할 수 있으며, 각 센서 노드에서 발생된 이상 데이터를 중간 노드에서 처리하여, 센서의 오동작이나 긴급 데이터를 분리함으로써, 각 센서 노드의 오동작에 대한 판단을 용이하게 할 수 있으며, 각 센서 노드의 센싱 데이터에 대한 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.
무선 센서 네트워크, 센서 노드, 릴레이 노드, 싱크 노드, 액세스 노드, 긴급 데이터, Dynamic, Hybrid, 이상 데이터

Description

무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법{Emergent data manipulating method in wireless sensor network}
도 1은 종래 계층적 라우팅 방식의 무선 센서 네트워크의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이상 데이터 처리 방법이 적용된 무선 센서 네트워크의 구성을 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이상 데이터 처리 방법이 적용된 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 것이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 이상 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
102 ~ 108 : 릴레이 노드 110 : 싱크 노드
112 ~ 124 : 센서 노드
본 발명은 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각각의 센서 노드들로부터 최신 정보를 수집하여 보관하고, 이후에 새로운 센싱 데이터를 수신하면 각 노드들의 최신 정보와 비교하여 일정 오차 이상인 경우에 이상 데이터로 판단하고, 그 이상 데이터에 주변 이웃 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드로 전송하도록 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 무선 센서 네트워크(WSN:Wireless Sensor Network)는 평면구조 라우팅 방식 보다는 클러스터에 기반한 계층적 라우팅 방식이 많은 장점을 가진다. 클러스터에 기반한 계층적 라우팅 방식은 무선 센서 네트워크를 클러스터 단위의 다수의 영역으로 분할하여 클러스터 내에 노드들을 각자의 역할에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 클러스터 헤드(Cluster Head; 102 ~ 108), 싱크 노드(Sink Node;110) 및 센서 노드(Sensor Node;112 ~ 124)로 나누는 방식이다. 이와 같은, 계층적 라우팅 방식은 다수의 센서 노드들을 제외한 릴레이 노드와 싱크 노드만으로 라우팅을 수행하게 되므로, 전력 소비 측면에서 효율적인 무선 센서 네트워크를 구성할 수 있다.
여기서, 액세스 노드(Access Node)라고도 하는 싱크 노드(110)는 무선 센서 네트워크에서 데이터 수신부로서, 특정 데이터가 전송되어야 하는 목적지 노드이 고, 소스 노드(Source Node)로서의 센서 노드(112 ~ 124)는 데이터 송신부로서, 싱크 노드(110)로 전송시킬 특정 데이터의 근원지 노드이다. 또한, 릴레이 노드(Relay Node)라고도 하는 클러스터 헤드(102 ~ 108)는 센서 노드(112 ~ 124)로부터 싱크 노드(110)까지의 데이터 전송 경로를 구성하는 노드를 의미한다.
한편, 싱크 노드(110)로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있는 센서 노드는 전송할 데이터를 직접 싱크 노드(110)로 전달한다. 하지만 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드(112 ~ 124)는 수집된 데이터를 싱크 노드(110)로 직접 전달하는 대신 싱크 노드(110)에 인접한 릴레이 노드(102 ~ 108)들을 경유해 전송하게 된다. 이는 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화하기 위해서이다. 즉, 싱크 노드(110)와 센서 노드(112 ~ 124) 간의 거리와 센서 노드(112 ~ 124)가 싱크 노드(110)로 데이터를 전송하는데 소모되는 전력은 일반적으로 비례 관계에 있다.
따라서, 싱크 노드(110)로부터 일정 거리 이내에 위치하고 있지 않은 센서 노드(112 ~ 124)는 복수 개의 릴레이 노드들(102 ~ 108)을 이용하여 데이터를 전송함으로써, 데이터 전송에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 싱크 노드는 고정되어 있는 것이 아니라 어느 정도 이동성이 보장된다.
그런데, 각 릴레이 노드(102 ~ 108)에서 싱크 노드(110)로 데이터들을 전송할 때 각 센서 노드(112 ~ 124)로부터 수신한 데이터들을 축약(Aggregation)하여 전송하게 된다. 이에 따라, 각 센서 노드(112 ~ 124)로부터 수집하여 싱크 노드(110)로 전송할 데이터에, 센서 노드의 오동작으로 발생된 이상 데이터나, 평소와는 다른 수치를 갖는 이상 데이터, 또는 미리 설정된 기준값을 초과하는 이상 데이 터가 포함되어 있는 경우에, 싱크 노드(110)에서는 수신한 데이터가 이상 데이터를 포함한 축약 데이터이므로, 수신한 데이터 중 이상 데이터를 별도로 분리하여 다른 데이터와 비교 분석하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 각 센서 노드(112 ~ 124)는 임계(Threshold)값을 가지고 있어서, 센싱 데이터가 생성될 때마다 임계값과 비교하여 이상 데이터를 판단하여 릴레이 노드(102 ~ 108)로 전송 처리하지만, 센서의 오동작으로 인하여 발생된 이상 데이터일 수도 있기 때문에 센싱 데이터에 대한 신뢰성을 보장할 수 없다는 문제점이 있다. 그리고, 일반 센싱 데이터의 축약이 릴레이 노드(102 ~ 108)에서 이루어지게 되므로, 각 센서 노드의 오동작에 대한 판단이 어렵다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 각각의 센서 노드들로부터 최신 정보를 수집하여 보관하고, 이후에 새로운 센싱 데이터를 수신하면 각 노드들의 최신 정보와 비교하여 일정 오차 이상인 경우에 이상 데이터로 판단하고, 그 이상 데이터에 주변 이웃 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드로 전송하도록 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법은, a) 각각의 센서 노드들로부터 최신 데이터를 수집하여 저장하 는 단계; b) 임의의 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계; c) 상기 센싱 데이터를 상기 최신 데이터와 비교하는 단계; 및 d) 비교 결과, 일정 오차 이상인 경우 이상 데이터로 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 c) 단계는, 주변 센서 노드들의 이상 여부를 체크하는 경우에 수행하고, 상기 d) 단계는, 상기 이상 데이터를 가장 우선 순위로 하여 긴급 데이터로 싱크 노드로 전송해 주는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 d) 단계는, 상기 이상 데이터를 제외하고 상기 센서 노드들로부터 수신한 센싱 데이터를 축약하여 싱크 노드로 전송해 주며, 상기 이상 데이터는 긴급 데이터 또는 오류 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 목적에 따른 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법은, a) 임계값 이상의 이상 데이터가 발생된 센서 노드로부터 제1 센싱 데이터를 수신하는 단계; b) 다수의 센서 노드들로부터 각각의 제2 센싱 데이터를 수신하는 단계; c) 상기 제1 센싱 데이터와 상기 각각의 제2 센싱 데이터를 비교하는 단계; 및 d) 비교 결과, 상기 제1 센싱 데이터가 일정 오차 이상인 경우, 상기 이상 데이터로 인식하고, 상기 이상 데이터에 다른 센서 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 d) 단계는, 침입 감지 및 화재 감지를 포함하는 긴급한 상황을 처리하는 경우에 수행할 뿐만 아니라, 상기 제1 센싱 데이터에 대해 상기 다른 센서 노드들의 상태 데이터와 비교가 필요한 경우에도 수행하며, 상기 이상 데이터는 긴급 데이터 또는 오류 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이상 데이터 처리 방법이 적용된 무선 센서 네트워크의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 센서 네트워크는, 동적(Dynamic) 이상 데이터 처리 방법이 적용된 것으로, 릴레이 노드(R0)가 주변 센서 노드들(S1 ~ S7)로부터 각각의 센싱 데이터를 수신하여 저장한다. 그리고, 릴레이 노드(R0)는 임의의 센서 노드, 예컨대 제6 센서 노드(S6)로부터 이상 징후가 있는 센싱 데이터를 수신한 경우, 이웃하는 다른 센서 노드들의 최신 데이터와 비교하여 일정 오차 이상이면, 이상 데이터로 판단하여 다른 데이터들보다 가장 우선적으로 긴급 데이터로 싱크 노드(110)로 전송하거나, 주변 센서 노드들로부터 수신한 데이터들을 축약할 때 제6 센서 노드의 센싱 데이터를 제외시키고 축약하여 싱크 노드(110)로 전송하게 된다.
예컨대, 도 2에서, 다른 센서 노드들의 값은 대부분 14 이거나 15 이지만, 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터의 값은 35로서, 미리 설정한 오차 허용 범위 "1" 보다 더 큰 값을 가지게 되면, 제6 센서 노드(S6)의 센싱 데이터를 이상 데이터로 판단하게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 동적 이상 데이터 처리 방법은 주변 센서 노드들의 이상 여부를 체크하여 관리하기 위해 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이상 데이터 처리 방법이 적용된 무선 센서 네트워크의 구성을 도시한 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 센서 네트워크는, 하이브리드(Hybrid) 이상 데이터 처리 방법이 적용된 것이다. 즉, 제1 센서 노드(S1) 내지 제7 센서 노드(S7)가 릴레이 노드(R0)로 각각의 센싱 데이터를 전송할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 제6 센서 노드(S6)에서 임계값을 초과하는 센싱 데이터가 생성되어 긴급 데이터로 릴레이 노드(R0)로 전송한다. 이에 대해, 릴레이 노드(R0)에서는 제1 센서 노드(S1) 내지 제7 센서 노드(S7)로부터 센싱 데이터를 수신하여 각각의 센싱 데이터를 비교한다. 이렇게 비교한 후, 릴레이 노드(R0)는 도 3에 도시된 바와 같이 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터가 다른 센서 노드들의 센싱 데이터와 다른 값을 갖는 이상 데이터(Emergent Data)인 경우, 수신한 이상 데이터에 다른 센서 노드들의 센싱 데이터 평균(Average Data) 값, 예컨대, 14를 부가하여 액세스 노드인 싱크 노드(110)로 전송해 주게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 이상 데이터 처리 방법은, 긴급 데이터의 발생이 있는 센서 노드에서 전송해 준 센싱 데이터를 통해 1 차적으로 이상 데이터의 여부를 확인하고, 또한 각 센서 노드에서 수신한 센싱 데이터를 비교하여 일정 이상의 오차가 나는 경우 2 차적으로 이상 데이터의 여부를 확인할 수 있게 됨으로써, 이중적으로 이상 데이터를 확인할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 이상 데이터 처리 방법은, 침입 감지나 화재 감지 등 긴급한 상황을 처리해야 하는 경우와, 또한 보안 감시(Security Monitoring) 등 이웃 노드들의 상태 값과 비교가 필요한 경우에 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 이상 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 릴레이 노드(102)는 다수의 센서 노드(112 ~ 116)로부터 최신 정보, 즉 센싱 데이터를 수집하여 저장한다(S402). 예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 릴레이 노드(102)는 제1 센서 노드(S1)에서 센싱 데이터의 값으로 14, 제2 센 서 노드(S2)에서 센싱 데이터의 값으로 14, 제3 센서 노드(S3)에서 센싱 데이터의 값으로 13, 제4 센서 노드(S4)에서 센싱 데이터의 값으로 15 등을 수신하여 저장하게 된다.
이후, 임의의 센서 노드, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 제6 센서 노드(S6)로부터 값이 35인 센싱 데이터를 수신하게 되면(S404), 릴레이 노드(102)는 기 저장되어 있는 이웃 노드들의 최신 정보, 즉 센싱 데이터의 값들과 비교하게 된다(S406).
이때, 릴레이 노드(102)는 다른 이웃 센서 노드들로부터 수신하여 저장하고 있는 센싱 데이터의 값들을 평균한 값, 예컨대, 14를 계산하여 저장하고 있다. 따라서, 이웃 센서 노드들이 가지는 센싱 데이터의 값들은 그 오차가 있는 경우에 대부분 1 이다.
그런데, 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터의 값을 다른 이웃 노드들의 값과 비교하여 미리 설정한 오차 허용 범위, 즉 1 이상인 경우에, 릴레이 노드(102)는 해당 센싱 데이터를 이상 데이터로 판단하게 된다(S408).
따라서, 릴레이 노드(102)는 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터가 이상 데이터인 것으로 판단한 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터, 즉 이상 데이터가 포함된 센싱 데이터에 다른 이웃 노드들의 평균값 데이터 14를 부가하게 된다(S410). 여기서, 이상 데이터는 긴급 (Emergency) 데이터 뿐만 아니라 오류(Error) 데이터를 포함한다.
그리고, 릴레이 노드(102)는 이상 데이터와 부가 데이터가 포함된 전송 데이터를 예컨대, 인터넷과 같은 통신망에 연결된 액세스 노드인 싱크 노드(110)로 전송해 주게 된다(S412). 이러한 방식이 하이브리드 이상 데이터 처리 방식의 한 예이다.
따라서, 전송 데이터는 싱크 노드(110)를 통해 예컨대, 인터넷과 같은 통신망으로 전달되고, 사용자는 통신망에 연결된 단말기를 통해 이상 데이터, 즉 침입 감지나 화재 감지 또는 보안 감시 등에 대한 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
여기서, 동적 이상 데이터 처리 방식의 경우, 릴레이 노드(102)는 다른 주변 센서 노드들로부터 수신한 센싱 데이터들보다 가장 우선 순위로 하여 제6 센서 노드(S6)로부터 수신한 센싱 데이터를 긴급 데이터로 싱크 노드(110)로 전송하거나, 다수의 센서 노드들로부터 수신한 센싱 데이터를 축약할 때 제6 센서 노드(S6)의 센싱 데이터를 제외시키고 나머지 다른 센서 노드들의 센싱 데이터들을 축약하여 싱크 노드(110)로 전송할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각각의 센서 노드들로부터 최신 정보를 수집하여 보관하고, 이후에 새로운 센싱 데이터를 수신하면 각 노드들의 최신 정보와 비교하여 일정 오차 이상인 경우에 이상 데이터로 판단하고, 그 이상 데이터에 주변 이웃 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드로 전송하도록 하는 무선 센 서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법을 실현할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무선 센서 네트워크에서 주변 센서 노드들의 이상 여부를 확인하여 관리할 수 있으며, 각 센서 노드에서 발생된 이상 데이터를 중간 노드에서 처리하여, 센서의 오동작이나 긴급 데이터를 분리함으로써, 각 센서 노드의 오동작에 대한 판단을 용이하게 할 수 있으며, 각 센서 노드의 센싱 데이터에 대한 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. a) 각각의 센서 노드들로부터 최신 데이터를 수집하여 저장하는 단계;
    b) 상기 센서 노드들 중, 임의의 센서 노드로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계;
    c) 상기 센싱 데이터를 상기 최신 데이터와 비교하는 단계; 및
    d) 비교 결과, 일정 오차 이상인 경우 이상 데이터로 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계는, 주변 센서 노드들의 이상 여부를 체크하는 경우에 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계는, 상기 이상 데이터를 가장 우선 순위로 하여 긴급 데이터로 싱크 노드로 전송해 주는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계는, 상기 이상 데이터를 제외하고 상기 센서 노드들로부터 수신한 센싱 데이터를 축약(Aggregation)하여 싱크 노드로 전송해 주는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상 데이터는 긴급(Emergency) 데이터 또는 오류(Error) 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  6. a) 임계값 이상의 이상 데이터가 발생된 센서 노드로부터 제1 센싱 데이터를 수신하는 단계;
    b) 상기 센서 노드와 이웃하는 다수의 센서 노드들로부터 각각의 제2 센싱 데이터를 수신하는 단계;
    c) 상기 제1 센싱 데이터와 상기 각각의 제2 센싱 데이터를 비교하는 단계; 및
    d) 비교 결과, 상기 제1 센싱 데이터가 일정 오차 이상인 경우, 상기 이상 데이터로 인식하고, 상기 이상 데이터에 다른 센서 노드들의 평균 데이터를 부가하여 싱크 노드(Sink Node)로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 d) 단계는, 침입 감지 및 화재 감지를 포함하는 긴급한 상황을 처리하는 경우에 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 d) 단계는, 상기 제1 센싱 데이터에 대해 상기 다른 센서 노드들의 상태 데이터와 비교가 필요한 경우에도 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 이상 데이터는 긴급(Emergency) 데이터 또는 오류(Error) 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크에서의 이상 데이터 처리 방법.
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