KR101032703B1 - Data delivery method in multi-hop based network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서버에서 처리해야 할 기능을 센서노드와 중계노드에 분할부여하여 데이터를 전송하는 과정에서 데이터의 유의성(필요성)을 검사한 후, 필요성이 없을 경우 중간 단계에서 데이터 전송을 마치고 이에 대한 이벤트 메시지를 보냄으로써, 노드의 전원 소모를 줄일 수 있는 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법은 센서노드, 중계노드, 목적지노드가 계층적 트리구조를 이루는 멀티홉 기반의 네트워크를 통해 센서노드에서 계측한 데이터를 서버에 전달하는 방법에 있어서, 센서노드나 중계노드에서 계측한 데이터나 수신한 데이터를 가공하여 유의성을 검사하고, 유의성 검사시 의미가 있는 데이터라고 판단한 경우에만 상위 노드에 데이터를 전달하며, 상기 데이터가 무의미한 데이터라고 판단한 경우에 데이터를 폐기하고 이에 대한 이벤트 메시지를 상위 노드에 전송하고 데이터는 더 이상 상위 노드에 전달하지 않는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a data delivery method in a multi-hop-based network, and more particularly, to examine the significance (necessity) of data in the process of transmitting data by assigning a function to be processed by a server to a sensor node and a relay node. After that, if there is no need, the present invention relates to a data transfer method in a multi-hop-based network that can reduce power consumption of a node by completing data transmission in an intermediate step and sending an event message. In the multi-hop-based network data transmission method according to the present invention is a method for transmitting the data measured by the sensor node to the server through a multi-hop-based network in which the sensor node, relay node, destination node has a hierarchical tree structure In this case, the data measured by the sensor node or the relay node or the received data is processed and checked for significance, and the data is transferred to the upper node only when it is determined that the data is meaningful at the time of the significance test, and when the data is considered to be meaningless data. Discard the data and transmit the event message to the upper node and the data is no longer delivered to the upper node.
Description
본 발명은 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서버에서 처리해야 할 기능을 센서노드와 중계노드에 분할부여하여 데이터를 전송하는 과정에서 데이터의 유의성(필요성)을 검사한 후, 필요성이 없을 경우 중간 단계에서 데이터 전송을 마치고 데이터 보다 적은 양의 간단한 이벤트 메시지만 전달 함으로서 노드의 전원 소모를 줄일 수 있는 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법에 관한 것이다.The present invention relates to a data delivery method in a multi-hop-based network, and more particularly, to examine the significance (necessity) of data in the process of transmitting data by assigning a function to be processed by a server to a sensor node and a relay node. After that, if there is no need, the present invention relates to a data delivery method in a multi-hop-based network that can reduce power consumption of a node by completing data transmission in an intermediate step and delivering only a small amount of simple event messages.
무선 센서네트워크는 수많은 노드가 설치된 광범위한 지역에 감시임무를 위해 설치되고 센서노드를 통해 감지된 데이터는 무선 센서네트워크를 통해 상위 노드로 전달되어 최종 목적지노드와 연결된 서버에서 가공된다. 그리고, 저가, 저전력의 싱글홉(single-hop) 혹은 멀티홉(multi-hop) 무선 센서네트워크를 통해 데이터가 전송된다.The wireless sensor network is installed for monitoring missions in a wide area where many nodes are installed, and the data sensed through the sensor node is transferred to the upper node through the wireless sensor network and processed in the server connected to the final destination node. Data is then transmitted over low-cost, low-power single-hop or multi-hop wireless sensor networks.
멀티홉 기반의 센서네트워크가 다양한 응용 분야에 실제 적용되기 위해서는 해결해야 할 문제들이 있다. 즉, 무선 센서네트워크의 노드는 배터리로 동작하는 저전력, 낮은 프로세스를 사용하여 가용 자원이 제한적이고, 이로 인해 노드들은 에너지 사용에 대단히 제약을 받으며 배터리가 소모되어 노드의 동작이 멈추면 이를 다시 재충전하거나 교체하지 않게 된다.There are problems to be solved in order for the multi-hop based sensor network to be practically applied to various applications. In other words, nodes in a wireless sensor network use low-power, low-powered processes that are battery-powered, thus limiting available resources, which causes nodes to be very constrained in energy use and to recharge them when the node stops operating due to battery depletion. It will not be replaced.
일반적인 무선 센서네트워크에서 수집된 데이터는 중계노드를 통해 서버에 전달되며 서버에서는 일련의 단계를 거쳐 사용자, 또는 해당 어플리케이션의 목적에 맞게 가공되며, 유의한 데이터인지, 아닌지 판별하게 되며 사용자가 이를 사용한다. 그리고, 멀티홉 기반의 무선 센서네트워크에서는 평면, 트리, 계층적 구조를 가진 형태의 토폴러지(topology)를 구성하게 되며, 최종 목적지노드(destination node)와 센서노드(sensor node) 간에는 장거리 통신을 위해 필연적으로 중계노드(relay node)가 필요하다.Data collected from the general wireless sensor network is delivered to the server through the relay node, and the server goes through a series of steps and is processed according to the purpose of the user or the corresponding application, and it is determined whether it is meaningful data or not and used by the user. . In the multi-hop based wireless sensor network, a topology, which has a planar, tree, and hierarchical structure, is formed, and for long-distance communication between the final destination node and the sensor node. Inevitably a relay node is needed.
도 1은 무선 센서네트워크의 토폴러지의 개념도로서 사물 및 환경 데이터를 수집하고 이를 센서노드간 애드혹 네트워크를 통해 전송하는 센서노드(S0,…,Sn)와, 장거리 통신에 필요한 다단의 중계노드(…,(R3-1,…,R3-n),(R2-1,…,R2-4),(R1-1,R1-2))와, 그룹별 센싱 테이터를 취합해 외부(서버)로 전송하는 목적지노드로 구성된다.1 is a conceptual diagram of a topology of a wireless sensor network, and a sensor node (S0, ..., Sn) for collecting things and environmental data and transmitting them through an ad hoc network between sensor nodes, and a multi-stage relay node (...). , (R3-1, ..., R3-n), (R2-1, ..., R2-4), (R1-1, R1-2), and group-specific sensing data are sent to the outside (server) It consists of a destination node.
이와 같이 구성된 무선 센서네트워크에서 종래의 데이터 전달 방식은 센서노드에서 수집한 모든 데이터를 단순히 중계노드를 통해 서버와 연결된 목적지노드로 전송한다. 그리고, 서버는 전송된 대용량 데이터를 수집/분석 가공하여 정보를 제공하며, 일련의 사용 유무를 판단하게 된다. In the wireless sensor network configured as described above, the conventional data transfer method simply transmits all data collected from the sensor node to the destination node connected to the server through the relay node. In addition, the server collects / analyzes the transmitted large data, provides information, and determines whether a series is used.
이와 같은 종래의 데이터 전달방법은 센서노드에서의 센싱 데이터가 중계노드를 통해 무조건 서버와 연결된 최종 목적지노드로 보내지고, 서버에서 전송된 데이터의 가공, 또는 일련의 사용 유무를 판단하기 때문에 불필요한 데이터도 무선 센서네트워크를 통해 전달되므로, 각 노드의 전원 소모율과 데이터 전송 처리량이 증가하고, 네트워크내에서 전송 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다.In the conventional data transfer method, since the sensing data from the sensor node is unconditionally sent to the final destination node connected to the server through the relay node, unnecessary data is also determined because it determines whether the data transmitted from the server is processed or a series of uses. Since it is transmitted through the wireless sensor network, the power consumption rate and data transmission throughput of each node increases, and transmission reliability in the network is inferior.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 센서/중계노드에 단계별 필요 기능을 부여하여 데이터를 가공 처리 및 판별하게 함으로써 무조건 적인 데이터 전송을 방지하고, 데이터 전달을 중단하여 데이터 전송 회수가 줄어들므로 노드의 전원 소모율, 데이터 전송처리량, 및 네트워크에서의 전송 신뢰도를 높일 수 있는 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, by providing a sensor / relay node with necessary functions step by step to process and discriminate data, thereby preventing unconditional data transmission, and stopping data transmission to increase the number of data transmissions. The purpose of the present invention is to provide a data transfer method in a multi-hop based network, which can reduce power consumption, data transmission throughput, and transmission reliability of a network since it is reduced.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티홉 기반의 네트워크에서 데이터 전달방법은 센서노드, 중계노드, 목적지노드가 계층적 트리구조를 이루는 멀티홉 기반의 네트워크를 통해 센서노드에서 계측한 데이터를 서버에 전달하는 방법에 있어서,In the multi-hop based network according to the present invention for achieving the above object, the data transfer method of the sensor node, the relay node, the destination node through the multi-hop-based network in a hierarchical tree structure In the method of delivery to the server,
상기 센서노드나 중계노드에서 계측한 데이터나 수신한 데이터를 가공하여 유의성을 검사하고, 유의성 검사시 의미가 있는 데이터라고 판단한 경우에만 상위 노드에 데이터를 전달하는 것을 특징으로 한다.The data measured by the sensor node or the relay node or the received data is processed and checked for significance, and the data is transferred to the upper node only when it is determined that the data is meaningful at the time of the significance test.
상술한 과제 해결 수단에 의하면, 서버에서의 처리 기능을 분할하여 센서/중 계노드에 구현, 분석하게 함으로써 최종 목적지노드로 데이터를 무조건 전송 또는 전달하지 않아 센서 네트워크 내의 전체적인 데이터 전송량, 데이터 전송 빈도 등을 줄일 수 있어, 센서/중계노드 및 네트워크의 생존성(사용 수명)을 향상시킬 수 있다.According to the above-mentioned problem solving means, by dividing the processing function in the server to implement and analyze in the sensor / relay node, the data transfer rate, data transmission frequency, etc. in the sensor network are not necessarily transmitted or transmitted to the final destination node. It is possible to improve the survivability (use life) of the sensor / relay node and the network.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 멀티홉 기반의 무선 센서네트워크에서 데이터 유의성(Significance) 검사를 통한 데이터 전달을 최소화하는 방법을 제안한다.The present invention proposes a method of minimizing data transmission through data significance checking in a multi-hop based wireless sensor network.
도 2는 본 발명에 따른 각 노드별 데이터 가공의 예시도로서, 이를 참조하면, 센서노드(S0)에서 계측된 데이터는 중계노드(R+En-1,R+En-2,…,R+En)로 통하여 목적지노드로 전송되는데, 이때 각 중계노드(R+En-1,R+En-2,…,R+En)는 서버에서 처리할 수 있는 기능들이 중계노드에 분할되어, 중계노드의 가용 자원 내에서 처리하게 되며, 중간 단계에서 데이터가 필요성이 없는 것으로 판단되면 결과 데이터를 목적지노드까지 전송하지 않거나 이벤트 발생에 대한 메시지만을 전달하게 된다.2 is an exemplary diagram of data processing for each node according to the present invention. Referring to this, the data measured by the sensor node S0 is a relay node R + En-1, R + En-2, ..., R +. En) is transmitted to the destination node, where each relay node (R + En-1, R + En-2,…, R + En) is divided into relay nodes that can be processed by the server. If it is determined that there is no need for data in the intermediate stage, the result data is not transmitted to the destination node or only a message about an event occurrence is delivered.
예를 들어 센싱노드(S0)에서 센싱된 ECG(심전도) 데이터를 서버에 기록하거 나 또는 정상 유무를 판단하기 위해 최종 목적지노드까지 전송하는 경우, 먼저 경로가 설정이 되며 중계노드(R+En-1,R+En-2,…,R+En)가 선택된다. 이때 중계노드(R+En-1,R+En-2,…,R+En)에는 ECG 유의성 판별을 위한 기능들이 순차적으로 프로그램되어 있으며, 데이터가 중계노드로 전달될 때마다 각각의 센서노드에 서버의 기능들이 분할된 함수들이 실행된다. 만약 경로에서 전달 도중 ECG 데이터가 비정상적인 상태라고 판단되면 데이터는 전달되며, 정상적인 ECG라고 판단되면 데이터는 폐기되어 전달되지 않거나 또는 축약(이벤트 메시지 형태)되어 최종 목적지노드까지 전달된다. 상기 이벤트 메시지 형태는 ECG 신호중 R파와 R파 사이의 간격 또는 그 외 ECG 내부 파라미터 형태이다.For example, when ECG data sensed by the sensing node S0 is recorded on the server or transmitted to the final destination node to determine whether it is normal, the path is set first and the relay node R + En- 1, R + En-2, ..., R + En) is selected. At this time, the relay node (R + En-1, R + En-2,…, R + En) is programmed with ECG significance discrimination in sequence. Each time the data is transferred to the relay node, Functions in which the functions of the server are divided are executed. If the ECG data is determined to be abnormal during the route, the data is delivered. If the ECG data is determined to be normal, the data is discarded and is not delivered or shortened (in the form of an event message) to the final destination node. The event message type is an interval between R wave and R wave of ECG signal or other ECG internal parameter type.
또한, 다수 센서노드에서 계측된 데이터가 경로 상의 상위 노드로 전달될수록 집중화가 되어 최종 목적지노드와 가까울수록 많은 데이터를 처리 가공하게 되어 있으므로, 데이터의 처리 가공량을 줄이기 위해 다수 센서노드로부터 전송된 데이터를 가공하여 유의성 검사를 통해 전달할 수도 있다.In addition, since the data measured by the multiple sensor nodes is transferred to the upper node on the path, the data is concentrated, and as the data is processed closer to the final destination node, the data transmitted from the multiple sensor nodes is reduced to reduce the processing amount of data. Can also be processed and delivered through a significance test.
예를 들어 지진 진동 또는 지반 검사를 위해 설치된 다수의 센서노드는 특정 시간 또는 이벤트 발생시 데이터를 전송하게 된다. 이때 중계노드들은 최종 목적지로의 전달과정에서 다수의 센서노드로부터 나온 정보에 대한 함수들을 실행하고, 전달 과정에서 유의성 검사가 끝나고 아무 이상징후가 없다면 해당 데이터를 축약 전달하거나 해당 데이터의 전달을 중단한다.For example, many sensor nodes installed for seismic vibration or ground inspection transmit data at a specific time or event. In this case, relay nodes execute functions on information from multiple sensor nodes in the process of delivering to the final destination, and if the significance test is finished and there is no abnormal symptom in the process of delivery, the relay nodes abbreviately transfer or stop the transmission of the data. .
또한, 센서노드에 데이터를 계측한 후 그 계측 데이터의 유의성을 판별하여 처음부터 데이터를 폐기하여 전송하지 않거나 축약하여 상위 노드로 전송할 수도 있다.In addition, after measuring the data in the sensor node, the significance of the measured data can be determined and discarded from the beginning, the data is not transmitted or abbreviated and transmitted to the higher node.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 전달방법의 순서도로서, 무선 센서네트워크에서 경로가 설정되면 경로 상의 노드인 센서/중계노드에 서버의 데이터 처리에 필요한 기능을 분산하여 부여한다(S302). 상기 경로 상의 노드는 최종 목적지노드에 가까울수록 상위 노드가 되며 계층적 트리구조가 형성된다.3 is a flow chart of a data delivery method according to the present invention. When a path is established in a wireless sensor network, a function necessary for processing data of a server is distributed to a sensor / relay node that is a node on the path (S302). Nodes on the path become higher nodes closer to the final destination node and a hierarchical tree structure is formed.
가장 하위 말단 노드인 센서노드에서 데이터를 계측하거나, 중계노드에서 데이터를 수신한 경우(S304), 각 노드는 자신이 알고 있는 경로 상의 상위 노드로 향해 데이터를 전달하게 되며 이때 전달 과정에 있는 노드들은 고유의 데이터 처리 기능을 가진다. 즉, 해당 노드는 마이크로프로세서의 처리량, 메모리 점유율, 전송 임계값 등을 이용, 자신의 가용 자원(무선 센서네트워크의 각 노드는 아주 제한적 자원을 사용함) 유무를 판단하여(S306), 가용 자원이 없는 경우 데이터를 상위 노드로 전달한다(S320).When measuring data at the lowest node or sensor node or receiving data at the relay node (S304), each node transmits data to an upper node on a path known to the node, and the nodes in the transfer process It has its own data processing function. That is, the node determines whether or not its available resources (each node of the wireless sensor network uses very limited resources) by using the throughput, memory occupancy, and transmission threshold of the microprocessor (S306). If the data is delivered to the upper node (S320).
해당 노드는 자신의 가용 자원이 있는 경우 유의성 검사를 위한 이전 프로세싱 단계를 확인하고(S308), 유의성 검사를 위한 프로세싱 단계를 체크하여(S310), 프로세싱 단계가 없으면 데이터를 상위 노드로 전달한다(S320).If there is an available resource, the node checks a previous processing step for significance checking (S308), checks a processing step for significance checking (S310), and if there is no processing step, delivers data to a higher node (S320). ).
만약 프로세싱 단계가 있으면 그 프로세싱 단계를 실행한(S312) 후, 해당 노드의 프로세싱 단계가 완료인지 체크하여(S314) 프로세싱 단계 완료면, 다시 전체 프로세싱 완료인지 확인 후(S315), 데이터의 유의성을 검사한다(S316).If there is a processing step, after executing the processing step (S312), and checks whether the processing step of the node is complete (S314), and if the processing step is completed, after confirming whether the entire processing is completed (S315), the significance of the data is checked. (S316).
상기 유의성 검사 후 필요한(유의한) 데이터라고 판단하면 아래의 순서를 거치지 않고 바로 상위노드를 통해 목적지 노드로 전송되며(S318), 폐기하고 이벤트 메시지만을 아래의 순서를 거치지 않고 바로 상위 노드로 전달한다(S322).If it is determined that the data is necessary (significant) after the significance test, it is sent directly to the destination node through the upper node without going through the following procedure (S318), and discards and delivers only the event message to the upper node without going through the following procedure. (S322).
상기 프로세싱 단계 완료가 아닌 경우 상기 가용 자원 유무를 판단하는 S306단계를 수행한다.If the processing step is not completed, step S306 is performed to determine whether there is available resource.
이와 같이 본 발명에서는 해당 노드에서 아주 제한적 가용 자원(적은 메모리, 작은 처리량의 마이크로프로세스, 소용량 배터리 등)에 따라 데이터를 처리하고 다음 상위 노드로 데이터를 전송하게 되고, 이때 각 노드에서 데이터의 유의성 검사가 가능할 정도의 가공(프로세싱)이 끝난 경우, 유의성 검사를 거쳐 전송 유무를 파악하게 된다.As such, the present invention processes data according to very limited available resources (less memory, small throughput microprocess, small capacity battery, etc.) at the node and transmits data to the next higher node, where each node is checked for significance. When the processing (processing) to the extent possible is completed, the significance test to determine whether there is transmission.
상기 유의성 검사에서 무의미한(불필요한) 데이터로 판단된 경우 데이터는 전송하지 않거나, 또는 작은 데이터 크기를 가지는 이벤트 메시지 형태로만 전송된다.If the significance test determines that the data are meaningless (unnecessary), the data is not transmitted or is transmitted only in the form of an event message having a small data size.
이상에서와 같이 본 발명은 서버에서 사용되는 처리 기능을 분할하여 센서/중계노드에 구현, 분석하게 함으로써 최종 목적지로 데이터 전송을 무조건 하지 않아 센서네트워크 내의 전체적인 데이터 전송량, 데이터 전송 빈도 수 등을 줄일 수 있어, 센서/중계노드 및 네트워크의 생존성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention divides the processing functions used in the server and implements and analyzes them in the sensor / relay node so that the data transmission to the final destination is not unconditionally reduced, thereby reducing the overall data transmission amount and data transmission frequency in the sensor network. Thus, the survivability of the sensor / relay node and the network can be improved.
이상의 설명은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 참고로 한 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이고, 그러한 변경은 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 사항과 동일 내지 균등 범위 내에 있는 것이다.The above description is based on one preferred embodiment of the present invention, but it is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Such changes are within the same or equivalent ranges as those described in the claims of the present invention.
도 1은 무선 센서네트워크의 토폴러지의 개념도,1 is a conceptual diagram of a topology of a wireless sensor network;
도 2는 본 발명에 따른 각 노드별 데이터 가공의 예시도,2 is an exemplary diagram of data processing for each node according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 데이터 전달방법의 순서도.3 is a flow chart of a data delivery method according to the present invention.
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