KR102404984B1 - Method to communication in Cluster-based Information-Centric Wireless Networks - Google Patents
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Abstract
본 발명은 클러스터 구조의 WSN에서 정보 중심 네트워킹의 메커니즘이 동작하여 이름 기반 통신을 가능하게 하는 클러스터 기반의 정보 중심 네트워킹 통신 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 클러스터 기반의 정보 중심 네트워킹 통신 방법은 클러스터 마다 CH(Cluster Head)와 복수의 CN(Child Node)을 갖는 클러스터 구조의 WSN(Wireless Sensor Network)에서, 서로 다른 종류의 통신 노드인 CH와 CN 사이의 데이터 교환을 지원하는 명명 체계를 이용하여 콘텐츠를 요청하거나 전달 또는 응답하여 콘텐츠를 배포하고, 새로운 노드의 CH 연결을 지원하여 정보 중심 네트워킹이 이루어지도록 함으로써, 정보 중심의 클러스터 기반 WSN 통신을 지원할 수 있도록 제공된다. The present invention relates to a cluster-based information-centric networking communication method that enables name-based communication by operating an information-centric networking mechanism in a cluster-structured WSN.
In the cluster-based information-centric networking communication method according to the present invention, in a WSN (Wireless Sensor Network) having a cluster structure having a cluster head (CH) and a plurality of CN (Child Nodes) for each cluster, different types of communication nodes are Information-centric cluster-based WSN communication is achieved by distributing content by requesting, forwarding, or responding to content using a naming system that supports data exchange between CNs, and supporting CH connection of new nodes to achieve information-centric networking. provided to support.
Description
본 발명은 정보 중심 네트워킹 통신 방법에 관한 것으로, 특히, 클러스터 구조의 WSN에서 정보 중심 네트워킹의 메커니즘이 동작하여 이름 기반 통신을 가능하게 하는 클러스터 기반의 정보 중심 네트워킹 통신 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an information-centric networking communication method, and more particularly, to a cluster-based information-centric networking communication method in which an information-centric networking mechanism operates in a cluster-structured WSN to enable name-based communication.
모바일 디바이스와 고성능 네트워크의 발전으로 네트워크에는 멀티미디어와 같은 콘텐츠(Contents)로 구별될 수 있는 트래픽들이 많아졌다. 이러한 인터넷 트래픽 패턴의 변화로 인하여 현재의 TCP/IP 네트워크의 한계와 문제점이 생겨나면서 새로운 미래 인터넷 구조들이 연구되고 있다. 그 중에서 가장 유망한 미래 인터넷 구조가 정보 중심 네트워크(Information Centric Network; 이하 "ICN"으로 약칭한다)이며, 이 ICN의 구현 기술 중의 하나가 명명데이터 네트워크(Named Data NEtworking; 이하 "NDN"으로 약칭한다)이다.With the development of mobile devices and high-performance networks, traffic that can be classified as content such as multimedia has increased in the network. Due to these changes in Internet traffic patterns, limitations and problems of the current TCP/IP network arise, and new future Internet structures are being studied. Among them, the most promising future Internet structure is the Information Centric Network (hereinafter abbreviated as "ICN"), and one of the implementation technologies of this ICN is the Named Data NETworking (hereinafter abbreviated as "NDN"). to be.
NDN에서는 콘텐츠를 요청할 때, IP를 사용하지 않고 Content Name을 이용한다. 즉, 콘텐츠가 어디에 있느냐가 아니라 원하는 콘텐츠가 무엇인지에 초점을 두고 있다. NDN에서는 Content Name으로 콘텐츠를 요청하여 어떤 노드든지 콘텐츠를 가지고 있으면 해당 콘텐츠를 전송한다. When requesting content in NDN, content name is used instead of IP. In other words, the focus is not on where the content is, but on what the content is. In NDN, content is requested by Content Name, and if any node has content, the content is transmitted.
NDN은 2가지 노드 타입이 2가지 패킷 타입을 이용하여 콘텐츠를 요청하고 전송하는데, 노드 타입은 Consumer(소비자)와 Provider(공급자)가 있고, 패킷 타입은 Interest Packet과 Data Packet이 있다. 노드 타입에서 Consumer는 Content를 요청하는 노드이고, Provider는 Content를 보유하고 있는 노드이다. 그리고 패킷 타입에서 Interest Packet은 Consumer가 콘텐츠를 요청할 때 사용하는 패킷이고, Data Packet은 Provider가 Interest Packet을 수신했을 때, 콘텐츠를 보내기 위해 사용하는 패킷이다. 도 1은 일반적인 Interest Packet의 포맷으로, Interest Packet은 요청하는 콘텐츠 이름이 등록된 Content Name과, Content Name에 기술되지 않은 네임 항목이 기술된 Selector와, routing loop 문제를 방지하기 위한 랜덤 임시 변수가 등록되는 Nonce 항목을 포함한다. 도 2는 Data Packet의 포맷으로, Data Packet은 Interest Packet의 Content Name 항목을 그대로 사용하는 Content Name과, 데이터 자체의 인증과 보안을 위해 사용되는 Signature 및 Signed Info와, 전달 콘텐츠인 Data 항목을 포함한다. In NDN, two node types request and transmit content using two packet types. The node types are Consumer and Provider, and the packet types are Interest Packet and Data Packet. In the node type, Consumer is a node that requests content, and Provider is a node that holds content. And, in the packet type, Interest Packet is a packet used by the Consumer when requesting content, and Data Packet is a packet used by the Provider to send the content when the Interest Packet is received. 1 shows the format of a general interest packet. The interest packet includes a content name in which the requested content name is registered, a selector in which a name item not described in the content name is described, and a random temporary variable to prevent routing loop problems. Contains a Nonce item. 2 is a format of a Data Packet, and the Data Packet includes a Content Name that uses the Content Name item of the Interest Packet as it is, Signature and Signed Info used for authentication and security of data itself, and a Data item that is delivered content. .
한편, NDN에서의 모든 노드는 3가지 Data Structure를 가지고 있는데, Content Store(CS), Pending Interest Table(PIT), Forwarding Information Base(FIB)가 그것이다. CS에는 콘텐츠를 저장하고, PIT에는 수신한 Interest Packet에 대한 정보를 기록하며, FIB에는 인근의 Provider와 Content에 대한 정보를 기록한다.Meanwhile, all nodes in NDN have three data structures: Content Store (CS), Pending Interest Table (PIT), and Forwarding Information Base (FIB). Contents are stored in CS, information about the received Interest Packet is recorded in PIT, and information on nearby providers and contents is recorded in FIB.
도 3은 NDN에서 노드가 Interest Packet을 수신했을 때의 동작 과정을 나타낸 것이다. 3 shows an operation process when a node receives an interest packet in the NDN.
먼저, 노드가 Interest Packet을 수신하게 되면(S10), 먼저 콘텐츠 저장소인 CS에 요청에 상응하는 콘텐츠를 가지고 있는지 확인하여(SS20), 해당 콘텐츠가 있다면 자신이 Provider가 되어 Data Packet으로 응답한다(S21). 만약, 콘텐츠가 CS에 없다면 PIT를 확인하여 이전에 같은 콘텐츠를 요청하는 Interest Packet을 수신한 경우가 있었는지 확인하여(S30), PIT에 해당 내역이 있다면 Nonce를 확인하여(S40), 이미 Forwarding 한 경우 수신한 Interest Packet은 폐기하고(S41), 그렇지 않으면 수신한 Interest Packet을 PIT에 저장하게 된다(S42). 한편, PIT에 같은 콘텐츠를 요청하는 Interest Packet을 수신한 내역이 없다면, FIB를 확인하게 되는데(S50), 만약 FIB에 요청하는 콘텐츠에 대한 내역이 있다면 인근에 해당 콘텐츠를 가진 Provider가 존재하는 것이므로 Interest Packet을 Forward 하여 Provider에 전달하고 PIT를 갱신하게 된다(S51). 만약, FIB에 내역이 없다면 수신한 Interest Packet은 폐기하게 된다(S52). 상기 과정을 통하여 Interest Packet을 Forward 하여 Provider에게 전달한다.First, when the node receives the Interest Packet (S10), it first checks whether the CS, which is the content storage, has the content corresponding to the request (SS20), and if there is the content, it becomes the provider and responds with the Data Packet (S21) ). If the content is not in the CS, check the PIT to see if there has been a case where an interest packet requesting the same content has been received before (S30). In this case, the received Interest Packet is discarded (S41), otherwise the received Interest Packet is stored in the PIT (S42). On the other hand, if there is no record of receiving the Interest Packet requesting the same content from the PIT, the FIB is checked (S50). The packet is forwarded to the provider, and the PIT is updated (S51). If there are no details in the FIB, the received Interest Packet is discarded (S52). Through the above process, the Interest Packet is forwarded to the Provider.
도 4는 NDN에서 노드가 Data Packet을 수신했을 때의 동작 과정을 나타낸 것이다.4 shows an operation process when a node receives a data packet in the NDN.
NDN에서 노드가 Data Packet을 수신하게 되면(S60), 먼저 CS에 수신한 Data Packet과 동일한 콘텐츠가 있는지 확인한 후(S70), 동일한 콘텐츠가 존재하면 수신한 Data Packet은 폐기하게 된다(S71). 만약, 같은 콘텐츠가 없다면 PIT를 확인하여 이전에 수신한 콘텐츠를 요청받은 내역이 있는지 확인한 후(S80), PIT에 요청받은 기록이 있다면 요청했던 콘텐츠이므로 수신한 Data Packet을 Forward 하고 자신의 CS에 저장한다(S81). 만약 PIT에 요청받은 기록이 없다면 수신한 Data Packet은 폐기한다(S82). When a node receives a data packet in the NDN (S60), it is first checked whether the CS has the same content as the received data packet (S70), and if the same content exists, the received data packet is discarded (S71). If there is no same content, check the PIT and check if there is a request for the previously received content (S80). If there is a requested record in the PIT, it is the requested content, so forward the received data packet and save it in own CS do (S81). If there is no record requested in the PIT, the received data packet is discarded (S82).
한편, 근래에 연구되고 있는 정보 중심 무선 센서 네트워킹(Wireless Sensor Network; 이하 "WSN"으로 약칭한다) 방식은 주로 Interest 및 Data 패킷 전달을 다루며, 스코프 제어, 패킷 억제(Suppression) 및 Broadcast Storm을 피하기 위한 지연 타이머와 같은 다양한 솔루션을 제공한다. 하지만, 이러한 기존의 방식들은 정보 중심 네트워킹을 기반으로 클러스터링 기반의 네트워킹을 위한 메커니즘을 지원하지 않는다. On the other hand, the information-oriented wireless sensor networking (hereinafter abbreviated as "WSN") method that has been recently studied mainly deals with interest and data packet transmission, and is used to avoid scope control, packet suppression, and broadcast storm. Various solutions such as delay timers are provided. However, these existing methods do not support a mechanism for clustering-based networking based on information-centric networking.
클러스터 기반 정보 중심 WSN은 다음과 같은 기능을 필요로 한다. A cluster-based information-centric WSN requires the following functions.
(i) 콘텐츠 배포를 위해 다양한 종류의 통신 노드들 간의 호환성을 입증해야 하는 새로운 명명 체계, (ii) 싱크 노드로 감지된 센싱 데이터를 보내기 이전에 클러스터 멤버 노드들로부터 감지된 정보들을 집계할 수 있는 클러스터 헤드(CH) 노드를 지명하기 위한 맞춤화된 명명 및 통합 컴퓨팅 기능, (iii) 네트워크의 새로운 노드의 클러스터로의 Association(연관)을 위한 효율적인 메커니즘, (iv) 다양한 클러스터 간의 하위 노드 이동 지원, (v) 클러스터 내 및 클러스터 간 통신을 위해 특별히 설계된 전달 프로세스. (i) a new naming scheme that must prove compatibility between various types of communication nodes for content distribution, (ii) a method that can aggregate information detected from cluster member nodes before sending the sensed data to a sink node Customized naming and unified computing capabilities to nominate cluster head (CH) nodes; (iii) efficient mechanisms for association of new nodes in the network to clusters; (iv) support for moving subnodes between various clusters; v) A delivery process specifically designed for intra- and inter-cluster communication.
따라서, 이러한 정보 중심 클러스터 기반 WSN의 요구사항을 충족하기 위해 WSN 노드 간에 효율적인 통신을 제공하기 위해 새로운 NDN 아키텍처가 요구되고 있는 실정이다. Therefore, in order to meet the information-centric cluster-based WSN requirements, a new NDN architecture is required to provide efficient communication between WSN nodes.
본 발명은 WSN 노드 간에 효율적인 통신을 제공하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 분에야 활용되고 있는 클러스터 구조의 WSN에서 정보 중심 네트워킹의 메커니즘이 동작하도록 하기 위한 클러스터 기반의 정보 중심 네트워킹 통신 방법을 제공하는데 있다. The present invention has been proposed to provide efficient communication between WSN nodes, and an object of the present invention is a cluster-based information-centric networking communication method to enable an information-centric networking mechanism to operate in a WSN of a cluster structure that is utilized in various fields. is to provide
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 클러스터 기반의 정보 중심 네트워킹 통신 방법은 클러스터 마다 CH(Cluster Head)와 복수의 CN(Child Node)을 갖는 클러스터 구조의 WSN(Wireless Sensor Network)에서, 서로 다른 종류의 통신 노드인 CH와 CN 사이의 데이터 교환을 지원하는 명명 체계를 이용하여 콘텐츠를 요청하거나 전달 또는 응답하여 콘텐츠를 배포하고, 새로운 노드의 CH 연결을 지원하여 정보 중심 네트워킹이 이루어지도록 한다. A cluster-based information-oriented networking communication method according to the present invention for achieving the above object is a cluster-structured Wireless Sensor Network (WSN) having a cluster head (CH) and a plurality of CN (Child Node) for each cluster, different types Distributes content by requesting, forwarding, or responding to content using a naming system that supports data exchange between CH and CN, communication nodes of
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CN의 이름 구조(Naming Structure)는 "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" 형태의 명명 체계(여기서, "Node-ID"는 CN의 ID, "cluster-head unique name"은 CH의 이름, "location"은 CN의 물리적 위치, "type"은 노드에 의해 감지(생산)된 데이터 유형, "time"은 CN의 센서로부터 감지된 정보 데이터의 시간을 의미한다)로 이루어지고, 상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CH의 이름 구조(Naming Structure)는 "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" 형태의 명명 체계(여기서, "cluster-head unique name"은 다중 홉 통신 시나리오에서 CH를 찾는 데 사용되는 CH 이름 접두사, "sink distance"는 CH에서 싱크 노드까지의 거리, "cluster type"은 네트워크 형성 초기 시에 선택되어진 클러스터의 유형, "child node or lite query"는 CN에서 데이터를 가져올 CN의 이름 또는 라이트 쿼리를 의미한다)로 이루어진다. The naming structure of the CN to support the information-oriented networking is a naming system in the form of "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" (here, "Node-ID" is the ID of the CN) , "cluster-head unique name" is the name of the CH, "location" is the physical location of the CN, "type" is the data type detected (produced) by the node, and "time" is the information data detected from the sensor of the CN. means time), and the CH naming structure for supporting the information-oriented networking is named in the form of "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" scheme (where "cluster-head unique name" is the CH name prefix used to find the CH in a multi-hop communication scenario, "sink distance" is the distance from the CH to the sink node, and "cluster type" is the initial time of network formation. The selected cluster type, "child node or lite query", means the name of the CN to get data from or a light query).
여기서, 상기 CH의 이름 구조에 포함된 "lite query"는 CN 보다 리소스가 많은 CH에서 처리하는 작업으로, 상기 라이트 쿼리(lite query)의 구성 요소는 "_" 구분되는 "task.field_comparison operator_values"의 명명 체계(여기서, task는 작업명, field는 필드이름, comparison operator는 비교연산자, value는 값을 의미한다)로 이루어져, WSN 노드들의 제한된 리소스 속성을 고려하여 짧은 작업 구성 요소들을 활용할 수 있도록 한다. Here, "lite query" included in the name structure of the CH is a task processed by a CH with more resources than the CN, and the components of the lite query are "task.field_comparison operator_values" separated by "_". It consists of a naming system (here, task is a task name, field is a field name, comparison operator is a comparison operator, and value is a value), so that short task components can be utilized in consideration of the limited resource properties of WSN nodes.
한편, 새로운 노드가 네트워크의 일부로 가입하고가 되고자 할 때, 새로운 노드가 CH에 가입을 요청하는 Interest 패킷을 브로드캐스트 하는 단계(a)와; 상기 Interest 패킷을 수신한 CH에서 새 노드를 하위 노드로 수락할지 여부를 결정하여, 하위 노드로 수락하는 경우 자신의 CH 정보가 포함된 데이터 패킷을 통해 응답하는 단계(b)와; 새 노드가 하나 이상의 CH로부터 데이터 패킷을 수신하면, Association(연관) 하고자 하는 CH를 결정하여 "CH Association Interest" 패킷을 전송하는 단계(c)와; 상기 "CH Association Interest" 패킷을 수신한 CH는 새 노드인 CN의 정보를 구성원 데이터 수집 구조(member collection data structure)에 저장한 후, CN에 "CH Association Data" 패킷을 송신하여 가입 요청을 수락했음을 알리는 단계(d)와; 상기 "CH Association Data" 패킷을 수신한 CN은 가입을 승인한 CH 고유 이름(CH Unique Name)이 포함된 CN 자체 이름을 완성하는 단계(e);를 포함한다. On the other hand, when a new node wants to join as a part of the network, the new node broadcasts an Interest packet requesting to join the CH (a); (b) determining whether or not to accept a new node as a lower node in the CH that has received the Interest packet, and responding through a data packet including its own CH information when accepting as a lower node; (c) when a new node receives a data packet from one or more CHs, determining a CH to be associated with and transmitting a "CH Association Interest" packet; Upon receiving the "CH Association Interest" packet, the CH stores the information of the CN, which is a new node, in a member collection data structure, and sends a "CH Association Data" packet to the CN to indicate that it has accepted the subscription request. Informing step (d) and; The CN receiving the "CH Association Data" packet completes the CN's own name including the CH Unique Name that has approved the subscription (e); includes.
상기 단계(a)에서 전송되는 Interest 패킷은, "CH info/node id/location/type/time"으로 명명(여기서, "CH info"는 Interest 패킷이 CH 선택 요청임을 나타내는 데 사용되는 접두사, "node id"는 새 노드의 ID, "location"은 새 노드의 물리적 좌표, "type"은 새 노드가 감지하는 데이터에 기반한 새 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)된다. The Interest packet transmitted in step (a) is named "CH info/node id/location/type/time" (here, "CH info" is a prefix used to indicate that the Interest packet is a CH selection request, "node" id" is the ID of the new node, "location" is the physical coordinates of the new node, "type" is the type of new node based on the data the new node detects, and "time" is the number of times the new node's data will be accessed for a specific time interval. indicates that it is possible).
또한, 상기 단계(c)에서 전송되는 "CH Association Interest" 패킷은, "CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time"라는 이름으로 명명(여기서, "CH_Association"은 새 노드의 Association 요청임을 나타내고, "CH Unique Name"은 이 필드에 이름이 언급된 CH를 대상으로 지정되었음을 나타내며, "node id"는 새 노드의 ID, "location"은 새 노드가 감지하는 데이터에 기반한 새 노드의 유형, "type"은 새로운 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)된다.In addition, the "CH Association Interest" packet transmitted in step (c) is named "CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time" (here, "CH_Association" is a request for association of a new node "CH Unique Name" indicates that this field is targeting the CH mentioned by name, "node id" is the ID of the new node, and "location" is the type of new node based on the data the new node detects. , "type" indicates the type of the new node, and "time" indicates that the new node's data can be accessed during a specific time interval).
상기 단계(b)에서 응답하는 CH 정보가 포함된 데이터 패킷에는, 싱크 노드로부터의 CH 거리, CH와 이미 Association 된 CN 수, CH의 트래픽 부하, CH 이름 검색을 위한 CH 자체의 고유 이름 정보가 포함된다. The data packet including the CH information responding in step (b) includes the CH distance from the sink node, the number of CNs already associated with the CH, the traffic load of the CH, and the unique name information of the CH itself for CH name search. do.
또한, 상기 단계(d)에서 CN은 "CH Association Data" 패킷을 통해 CN에 가입 요청 수락을 알린 후, 네트워크에서 동기화 프로세스를 통하여 새로운 CN의 이름 지정 체계인 "node sync message/node id/CH Unique Name/location/type/time"을 포함하는 CN 정보(여기서, "node sync message"는 동기화 패킷임을 나타내고, "node id"는 새 노드의 ID, "CH Unique Name"은 CH 고유 이름, "location"은 새 노드의 물리적 좌표, "type"은 새로운 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)를 다른 CN 및 CH에 전달하여 공유하는 것이 바람직하다.In addition, in step (d), the CN notifies the CN of accepting the subscription request through the "CH Association Data" packet, and then, through the synchronization process in the network, the new CN naming system "node sync message/node id/CH Unique" CN information including "Name/location/type/time" (where "node sync message" indicates a synchronization packet, "node id" is the ID of the new node, "CH Unique Name" is the CH unique name, and "location" is the physical coordinates of the new node, "type" is the type of the new node, and "time" indicates that the new node's data can be accessed during a specific time interval) to other CNs and CHs to share it.
한편, 상기 CN이 가입된 CH에서 다른 CH로 이동하는 경우, 새로운 CH에 가입을 요청하는 Association 프로세스를 진행하며, 새로운 CH와의 Association 프로세스 중에 CN의 이전 CH는 새로운 CH의 정보를 포함하는 Interest 패킷을 수신하여, 이전 CH가 CN이 더 이상 자신이 속한 클러스터의 일부가 아니라고 판단하여 구성원 수집 데이터 구조(members-collection data structure)에서 이 CN의 이름을 제거하게 된다. On the other hand, when the CN moves from the joined CH to another CH, an association process for requesting to join a new CH is performed, and during the association process with the new CH, the previous CH of the CN sends an Interest packet including information of the new CH Upon receipt, the previous CH determines that the CN is no longer part of the cluster to which it belongs, and removes the name of this CN from the members-collection data structure.
이러한 클러스터 구조 WSN에서의 통신은 클러스터 내 또는 클러스터 간에 이름(Naming) 기반 포워딩 시나리오(Forwarding Scenario)에 따라 진행되되, 상기 클러스터 내 포워딩은 CH에서 CN으로 풀 기반 통신(pull-based communication), CN에서 CH로 풀 기반 통신, CN에서 CN으로 푸쉬 기반 통신(push-based communication)이 진행되고, 상기 클러스터 간 포워딩은 CN에서 CN으로 멀티 홉 통신, CN에서 CH로 멀티홉 통신, CH에서 CH로 멀티홉 통신이 진행된다. Communication in such a cluster structure WSN proceeds according to a naming-based forwarding scenario within a cluster or between clusters, and the forwarding within the cluster is pull-based communication from CH to CN, CN Pool-based communication to CH, push-based communication from CN to CN is in progress, and the forwarding between clusters is multi-hop communication from CN to CN, multi-hop communication from CN to CH, and multi-hop from CH to CH communication is in progress.
본 발명에서는 클러스터 구조의 WSN에서 정보 중심 네트워킹의 메커니즘이 동작하도록 하기 위한 네트워크 구조와, IP 주소 대신에 사용될 Naming(명명) 구조, 그리고 이러한 정보 중심 기반의 패킷들의 전송 방식들을 제안함으로써, 정보 중심의 클러스터 기반 WSN 통신을 지원할 수 있는 효과가 있다. In the present invention, by proposing a network structure for the information-oriented networking mechanism to operate in a cluster-structured WSN, a naming structure to be used instead of an IP address, and transmission methods of such information-oriented packets, There is an effect that can support cluster-based WSN communication.
도 1은 종래 일반적인 Interest Packet의 포맷 일례,
도 2는 종래 일반적인 Data Packet의 포맷 일례,
도 3은 NDN에서 노드가 Interest Packet을 수신했을 때의 동작 과정을 나타낸 흐름도,
도 4는 NDN에서 노드가 Data Packet을 수신했을 때의 동작 과정을 나타낸 흐름도,
도 5는 클러스터링 기반의 무선 센서네트워크를 사용한 전장 감시 시스템의 일례,
도 6은 본 발명에 따른 CH가 패킷을 수신하였을 때 수행하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 CN이 패킷을 수신했을 때 수행하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 CH 및 CN의 아키텍쳐 개요도,
도 9는 본 발명에 따른 구성원 데이터 수집 구조(member collection data structure)에 CN 정보를 추가하는 일례,
도 10은 본 발명에 따른 클러스터 내 및 클러스터 간 통신의 전달 시나리오를 나타낸 일례이다.1 is an example of the format of a conventional general interest packet,
2 is an example of a format of a conventional general Data Packet;
3 is a flowchart showing an operation process when a node receives an interest packet in NDN;
4 is a flowchart illustrating an operation process when a node receives a data packet in NDN;
5 is an example of a battlefield monitoring system using a clustering-based wireless sensor network;
6 is a flowchart illustrating a process performed when a CH according to the present invention receives a packet;
7 is a flowchart illustrating a process performed when a CN receives a packet according to the present invention;
8 is an architectural schematic diagram of CH and CN according to the present invention;
9 is an example of adding CN information to a member collection data structure according to the present invention;
10 is an example illustrating a forwarding scenario of intra-cluster and inter-cluster communication according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 클러스터링 기반의 무선 센서네트워크를 사용한 전장 감시 시스템의 예를 나타낸 것으로, 도 5의 전장 감시 시스템 사용 사례를 통하여 본 발명의 필요성을 먼저 설명하기로 한다. FIG. 5 shows an example of a battlefield monitoring system using a clustering-based wireless sensor network, and the necessity of the present invention will be first described through the use case of the battlefield monitoring system of FIG. 5 .
도 5에서와 같은 전장 감시 시스템은 협력적 대상 추적, 민감한 영역 모니터링, 데이터 분석 및 통신과 같은 기능을 수행하기 위한 다양한 노드를 필요로 한다. 이러한 노드들은 전장 및 인근 의심스러운 지역에 클러스터 형태로 배포할 수 있다. 전장 감시 시스템은 정찰 로봇, 탱크, 적군의 이동 패턴 등 다양한 물체를 감시하는 데 활용할 수 있다. 또한, 이 전장 감시 시스템은 경보를 생성하고 획득된 정보를 인근 우호 병력과 더불어 기지국에 전달하여 예방 조치와 즉각적인 대응을 취한다. 이러한 전장 감시 시스템은 (i) 감지 및 모니터링, (ii) 데이터 병합(aggregation) 및 분석, (iii) 데이터 융합(Fusion)을 위한 세 개의 레이어로 구성될 수 있다. 이러한 계층의 노드들은 효율적인 모니터링, 대상 추적, 분석 및 경고 생성을 위해 서로 느슨하거나 강하게 결합될 수 있다. The battlefield monitoring system as in FIG. 5 requires various nodes to perform functions such as cooperative target tracking, sensitive area monitoring, data analysis, and communication. These nodes can be deployed in clusters on the battlefield and in nearby suspicious areas. The battlefield monitoring system can be used to monitor various objects, such as reconnaissance robots, tanks, and enemy movement patterns. The battlefield surveillance system also generates alerts and forwards the acquired information along with nearby friendly forces to the base station for preventive action and immediate response. This battlefield surveillance system may consist of three layers for (i) detection and monitoring, (ii) data aggregation and analysis, and (iii) data fusion. Nodes in this layer can be loosely or tightly coupled to each other for efficient monitoring, target tracking, analysis and alert generation.
위에서 언급한 사용 사례에서 WSN은 IP 주소와 같은 주소 기반의 전통적인 통신 방식을 사용하고 있기 때문에 네트워킹의 효율성과 확장성에 문제가 발생할 수 있는 단점을 가지고 있다. 예를 들어 전장 감시 시스템의 단일 센서에서 진동 데이터를 추출하려면 각 센서의 주소와 각 센서가 생성하는 데이터 유형(내용/데이터 매핑에 주소 지정)에 대한 사전적 정보를 필요로 한다. 이런 경우 센서나 노드의 수가 상당이 많은 대규모 환경(예: 기업)에서 모든 노드들의 주소와 위치를 관리하는 작업은 상당히 복잡하고 시간이 많이 소요되는 작업이 된다.In the above-mentioned use case, because WSN uses a traditional address-based communication method such as an IP address, it has a disadvantage that may cause problems in the efficiency and scalability of networking. For example, extracting vibration data from a single sensor in a battlefield surveillance system requires proactive information about the address of each sensor and the type of data each sensor generates (addressed in content/data mapping). In this case, managing the addresses and locations of all nodes in a large-scale environment (eg, an enterprise) with a large number of sensors or nodes becomes quite complex and time-consuming.
이러한 WSN에서의 IP 주소 기반 통신 방식에 따른 문제점을 해소하기 위해, 본 발명에서는 ICN(Information Centric Network)의 구현 방식 중 하나인 NDN(Named Data Networking) 통신 모델을 활용하되, 기존의 NDN 아키텍처를 확장함으로써 클러스터 기반 WSN의 노드에 명명된 서비스를 제공한다. 즉, 본 발명에서는 클러스터 기반 WSN에서 이름 기반 통신을 가능하게 하는 정보 중심 접근 방식을 제시한다. In order to solve the problems caused by the IP address-based communication method in the WSN, the present invention utilizes the NDN (Named Data Networking) communication model, which is one of the implementation methods of the ICN (Information Centric Network), but extends the existing NDN architecture This provides a named service to the nodes of the cluster-based WSN. That is, the present invention proposes an information-centric approach that enables name-based communication in a cluster-based WSN.
이를 위해, 본 발명은 먼저 자원(Resource)이 풍부한 클러스터 헤드 노드(Cluster Head node; 이하 "CH"로 약칭한다)와 자원이 제한적인 하위 노드(Child Node; 이하 "CN"으로 약칭한다) 간의 교환 데이터를 지원하고, 네트워크의 새로운 노드 Association(연관)을 위해 일련의 새로운 명명 체계를 제안한다. 그리고 자원이 풍부한 CH에서 데이터 병합(Aggregation) 및 연산(Computation)을 달성하기 위해 맞춤형 이름 통합 라이트 쿼리(Lite Query) 구조를 제안한다. 새로운 라이트 쿼리 구조는 CH 관리하에서 생성된 데이터의 크기를 더 줄이기 위해 다양한 사용자 정의 및 IoT 관련 제약 조건들을 제공한다. 또한, 불필요한 패킷 전송을 최소화하는 것을 목표로 에너지 효율적인 클러스터 내부 및 인터클러스터(다중 무선 ops) 통신을 위한 일련의 명명된 기반 전달 메커니즘을 제안한다.To this end, the present invention first provides an exchange between a resource-rich cluster head node (hereinafter abbreviated as “CH”) and a resource-limited sub-node (Child Node; hereinafter abbreviated as “CN”). It supports data and proposes a set of new naming schemes for new node associations in the network. And to achieve data aggregation and computation in resource-rich CH, we propose a custom name integration Lite Query structure. The new light query structure provides various user-defined and IoT-related constraints to further reduce the size of data generated under CH management. In addition, we propose a set of named-based forwarding mechanisms for energy-efficient intra-cluster and intercluster (multi-radio ops) communication with the goal of minimizing unnecessary packet transmission.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 CH가 패킷을 수신하였을 때 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 CN이 패킷을 수신했을 때의 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 8은 이러한 기능을 처리하는 CH 및 CN의 아키텍쳐 개요도를 나타낸 것이다. 6 is a flowchart illustrating a process performed when a CH receives a packet according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a flowchart illustrating a process when a CN receives a packet, and FIG. A schematic diagram of the architecture of CH and CN is shown.
본 발명에서는 WSN에서 클러스터 기반 통신을 가능하게 하기 위해 기존 NDN의 Interest/Data 패킷과 함께 새로운 패킷 유형들이 제안되는데, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. In the present invention, in order to enable cluster-based communication in the WSN, new packet types are proposed together with the interest/data packet of the existing NDN, which will be described in detail later.
도 6에서와 같이, CH는 패킷을 수신할 때 먼저 패킷 유형을 확인한다(S110). CH의 수신 패킷은 (i) 콘텐츠/쿼리 패킷(Contents/Query Packet)과 (ii) 관리 패킷(Management Packet)의 두 가지 종류로 나누어지는데, 전자의 경우 CH는 기존 Interest/Data 패킷인지 아니면 쿼리 기반 Interest/Data 패킷인지를 판단하여(S120), 해당 패킷 처리 파이프라인(즉, 기존의 Interest/Data 패킷 처리 파이프라인 또는 쿼리 처리 파이프라인)에 따라 패킷을 처리한다(S121)(S122). As shown in FIG. 6, when receiving a packet, the CH first checks the packet type (S110). The received packet of CH is divided into two types: (i) Contents/Query Packet and (ii) Management Packet. In the former case, CH is an existing Interest/Data packet, or is It is determined whether the packet is an interest/data packet (S120), and the packet is processed according to a corresponding packet processing pipeline (ie, an existing interest/data packet processing pipeline or a query processing pipeline) (S121) (S122).
마찬가지로, 후자의 경우 CH는 패킷의 유형을 확인하는데(S130), CH의 수신 관리 패킷은 (i) 정보 패킷, (ii) 연관(Association) 패킷, (iii) 동기화 패킷의 세 가지 타입으로 나누어진다. 일단 패킷의 타입이 결정되면, CH는 패킷을 해당하는 패킷 처리 파이프라인, 즉 정보 패킷 처리를 위한 정보 모음/데이터 패킷 처리 파이프라인(S131), 수신된 연관 패킷에 대한 적절한 결정을 내리기 위한 연관 패킷 처리 파이프라인(S132), 동기화 패킷 처리 파이프라인(S133)으로 패킷을 전달하여 처리한다. Similarly, in the latter case, the CH checks the packet type (S130), and the CH reception management packet is divided into three types: (i) information packet, (ii) association packet, and (iii) synchronization packet. . Once the type of the packet is determined, the CH assigns the packet to the corresponding packet processing pipeline, that is, the information collection/data packet processing pipeline for information packet processing (S131), the associated packet to make an appropriate decision on the received associated packet. The packet is transferred to the processing pipeline ( S132 ) and the synchronization packet processing pipeline ( S133 ) for processing.
도 7에서와 같이, CN도 CH와 마찬가지로 먼저 패킷 유형을 확인한다(S210). CN의 수신 패킷은 (i) 기존 Interest/데이터 패킷(Content Packet)과 (ii) 관리 패킷(Management Packet)의 두 가지 주요 유형으로 분류될 수 있다. 기존의 Interest/데이터 패킷은 기존의 Interest/데이터 패킷 처리 파이프라인에 따라 처리되고(S220), 관리 패킷의 경우 CN은 하위 유형을 추가로 확인한다(S230). 하위 유형이 파악되면 CN은 해당 패킷 처리 파이프라인, 즉 정보 패킷 처리를 위한 정보 Interest/데이터 패킷 처리 파이프라인(S231), 수신된 연관 패킷에 대한 적절한 결정을 위한 연관 패킷 처리 파이프라인(S232), 동기화 패킷 처리 파이프라인으로 패킷을 전달하여 처리한다(S232). As in FIG. 7 , the CN first checks the packet type like the CH (S210). CN's received packet can be classified into two main types: (i) existing Interest/Data Packet (Content Packet) and (ii) Management Packet. The existing interest/data packet is processed according to the existing interest/data packet processing pipeline (S220), and in the case of the management packet, the CN further confirms the subtype (S230). When the subtype is identified, the CN performs a corresponding packet processing pipeline, that is, an information interest/data packet processing pipeline (S231) for processing information packets, an associated packet processing pipeline (S232) for appropriate decisions on the received related packet, The packet is transferred to the synchronization packet processing pipeline and processed (S232).
이하에서는 이러한 패킷 처리에 사용되는 명명 체계에 대해 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the naming scheme used for processing such packets will be described in detail.
본 발명에서는 서로 다른 종류의 통신 노드인 CH와 CN 사이의 데이터 교환을 지원하는 명명 체계를 이용하여 콘텐츠를 요청/전달/응답하여 콘텐츠를 배포하게 되는데, 이때 CH와 CN 노드의 명명 체계는 다음과 같다. In the present invention, content is distributed by requesting/delivering/responding content using a naming system that supports data exchange between CH and CN, which are different types of communication nodes. At this time, the naming system of CH and CN nodes is as follows same.
< CH와 < CH with CNCN 노드들로부터 콘텐츠를 요청하기 위한 명명(Naming) > Naming for requesting content from nodes >
(1) (One) CNCN 이름 구조( name structure ( CNCN Naming Structure) Naming Structure)
본 발명에서 제안하는 CN의 네임스페이스의 형태는 "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time"과 같다. The form of the namespace of the CN proposed in the present invention is the same as "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time".
첫 번째 부분 "Node-ID"는 CN의 ID로써, 새로운 노드 Association(연관) 프로세스 중에 사용되고 하나의 CH 관리 하에 서로 다른 CN에서 생성된 데이터를 구별하기 위해 사용한다. The first part "Node-ID" is the ID of the CN, which is used during the new node association process and is used to distinguish data generated by different CNs under one CH management.
두 번째 부분 "cluster-head unique name"은 CH의 이름으로써, 클러스터 내 정보 전달 중에 사용되고 중복 패킷 전송 수를 제한하기 위해 사용된다. The second part "cluster-head unique name" is the name of the CH, which is used during information transfer within the cluster and is used to limit the number of duplicate packet transmissions.
세 번째 구성 요소 "location"는 노드에 설치된 GPS(Global Positioning System) 모듈을 통해 얻을 수 있는 CN의 물리적 위치를 의미한다. The third component "location" means the physical location of the CN that can be obtained through the GPS (Global Positioning System) module installed in the node.
네 번째 부분 "type"은 노드에 의해 감지(생산)된 데이터 유형(예: 온도, 압력, 오디오, 비디오 등)을 의미한다. The fourth part "type" refers to the type of data detected (produced) by the node (eg temperature, pressure, audio, video, etc.).
마지막 부분 "time"은 CN의 센서로부터 감지된 정보 데이터의 시간을 의미한다.The last part "time" means the time of information data sensed from the sensor of CN.
(2) CH 이름 구조(Naming Structure)(2) CH Naming Structure
본 발명에서 제안하는 CH의 네임스페이스 형식은 "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" 이다.The namespace format of CH proposed in the present invention is "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)".
첫 번째 부분 "cluster-head unique name"은 다중 홉 통신 시나리오에서 CH를 찾는 데 사용되는 CH 이름 접두사를 의미한다. The first part "cluster-head unique name" refers to the CH name prefix used to find the CH in a multi-hop communication scenario.
두 번째 부분 "sink distance"은 CH에서 싱크 노드까지의 거리를 의미한다.The second part "sink distance" means the distance from the CH to the sink node.
세 번째 부분 "cluster type"은 네트워크 형성 초기 시에 선택되어진 클러스터의 유형으로, 그 클러스터가 다루는 데이터의 유형을 결정한다. 만약, 다양한 유형의 CN의 Association 요청을 받아들이기 위해서는 CH는 클러스터 유형으로 "이종(Heterogeneous)"를 선택할 수 있다. 또는 CH가 특정 클러스터 유형(예: 온도, 스칼라, 오디오, 비디오 등)을 선택하여 지정된 유형의 데이터를 생성하는 CN들만 이 CH와 Association 하도록 할 수 있다. The third part "cluster type" is the type of cluster selected at the initial stage of network formation, and determines the type of data handled by the cluster. If, in order to accept association requests of various types of CNs, the CH may select "Heterogeneous" as the cluster type. Alternatively, the CH can select a specific cluster type (eg, temperature, scalar, audio, video, etc.) so that only CNs that generate the specified type of data are associated with the CH.
마지막 구성 요소 "child node or lite query"에는 두 가지 유형의 값이 있을 수 있는데, 라이트 쿼리(자세한 설명은 아래에 제시됨)를 포함하거나 CN에서 데이터를 가져올 CN의 이름을 지정할 수 있다.The last component "child node or lite query" can have two types of values, either containing a light query (more on that below) or specifying the name of a CN to get data from.
< < WSN을WSN 위한 맞춤형 customized for LiteLite -Query 구조 >-Query structure >
Lite-query 구성 요소는 앞서 설명한 CH 이름 구조의 마지막 부분인 "child node or lite query"에 해당하는 부분으로, CH 노드만 처리할 수 있다. 라이트 쿼리를 처리하는 작업은 CH에서만 이루어지는데, 이는 CH가 다른 CN에 비하여 일반적으로 충분한 컴퓨팅, 저장 및 배터리 등의 리소스를 보유하고 있기 때문에 쿼리가 산출할 수 있는 결과를 처리하고 저장할 수 있기 때문이다. Lite-query component corresponds to "child node or lite query", which is the last part of the CH name structure described above, and can only process CH nodes. The task of processing light queries is only done in CH, because CH generally has sufficient resources such as computing, storage, and battery compared to other CNs, so it can process and store the results that the query can produce. .
라이트 쿼리는 "task.field_comparison operator_values"의 명명 체계로 이루어지는데, 여기서 task는 작업명, field는 필드이름, comparison operator는 비교연산자, value는 값을 나타낸다. A light query consists of a naming scheme of "task.field_comparison operator_values", where task represents the task name, field represents the field name, comparison operator represents a comparison operator, and value represents a value.
이러한 라이트 쿼리의 사용 예는 "tem.val_gt_25" 가 될 수 있다. An example of such a light query could be "tem.val_gt_25".
라이트 쿼리의 각 구성 요소는 "_"로 구분되며, 요청하는 콘텐츠(또는 감지된 데이터) 필터링에 중요한 역할을 한다. Each component of a light query is separated by a "_" and plays an important role in filtering the requested content (or detected data).
라이트 쿼리의 첫 번째 구성 요소(예; tem.val)는 두 개의 동적 키워드의 조합으로, 여기서 문자 "."는 두 개의 키워드를 구분하는 데 사용된다. 여기서, 첫 번째 키워드는 진동, 온도, 압력과 같은 작업(Task) 이름을 나타낸다. Lite 쿼리의 크기를 압축하고 콘텐츠 이름에 5-10바이트를 저장하기 위해 작업 이름의 크기를 3자로 제한한다. 예를 들어, 작업 "온도"는 "tem"을 통해 정의될 수 있는 반면, 작업 "진동"은 "vib"를 통해 정의될 수 있다. 따라서 영문 52자(대문자 및 소문자)의 3자를 사용함으로써, 그 구조는 약 523개의 고유 작업까지 확장할 수 있다. 두 번째 키워드는 날짜, 시간, NID(Node ID) 또는 val(값)과 같은 필드 이름을 정의한다. 필드 이름을 참조하는 두 번째 키워드는 최대 4바이트가 될 수 있다. 이 두 키워드가 결합되어 콘텐츠를 필터링하는데 사용되는 고유한 동적 키워드를 형성한다. 예를 들어, "tem.time"은 요청한 온도 데이터를 이 라이트 쿼리의 시간 값에 따라 필터링해야 함을 나타낸다. The first component of a light query (eg tem.val) is a combination of two dynamic keywords, where the character "." is used to separate the two keywords. Here, the first keyword indicates task names such as vibration, temperature, and pressure. Limit the size of the job name to 3 characters to compress the size of the Lite query and store 5-10 bytes in the content name. For example, task “temperature” may be defined via “tem”, while task “vibration” may be defined via “vib”. Therefore, by using 3 letters of 52 English characters (uppercase and lowercase), the structure can be extended to about 523 unique tasks. The second keyword defines field names such as date, time, NID (Node ID) or val (value). The second keyword referencing the field name can be up to 4 bytes long. These two keywords combine to form a unique dynamic keyword used to filter content. For example, "tem.time" indicates that the requested temperature data should be filtered according to the time value of this light query.
라이트 쿼리 구조의 두 번째 구성요소(예; gt)는 비교 연산자이다. 예를 들어, 비교 연산자 "lte"(Less than or equal, 과제보다 작거나 같음)를 사용하여 <Task>.<Field> 값을 비교할 수 있다. 위의 예에서 tem.val_gt_25 는 작업명은 온도(temperature)이고, val_gt_25는 온도 값이 25도 보다 gt(greater than), 즉 큰 데이터에 대한 요청을 의미한다.The second component of the light query structure (eg gt) is the comparison operator. For example, you can use the comparison operator "lte" (Less than or equal) to compare <Task>.<Field> values. In the above example, tem.val_gt_25 is the job name, and val_gt_25 means a request for data whose temperature value is greater than 25 degrees gt (greater than), that is, larger.
< CH Join Process >< CH Join Process >
네트워크에 가입할 때 Association 되지 않은 새로운 노드는 네트워크의 일부가 될 CH를 선택할 수 있다. 본 발명에서 CH는 새로운 노드의 클러스터 선택 및 CH Association 요청에 응답하게 된다. 이러한 CH join 프로세스는 크게 i) CH 선택 단계와 ii) CH Association 단계로 진행되며, 다음과 같이 정의된다.When joining the network, a new unassociated node can choose a CH to become part of the network. In the present invention, the CH responds to the new node's cluster selection and CH Association request. This CH join process largely consists of i) CH selection step and ii) CH Association step, and is defined as follows.
(1) CH 선택 단계 (1) CH selection step
CH 선택 단계에서, 새로운 노드는 "CH info/node id/location/type/time"으로 명명된 Interest 패킷을 브로드캐스트 하는데, 이 이름에 대한 설명은 다음과 같다. In the CH selection phase, the new node broadcasts an Interest packet named "CH info/node id/location/type/time", and the description of this name is as follows.
첫 번째 구성 요소 "CH info"는 이 Interest 패킷이 CH 선택 요청임을 나타내는 데 사용되는 접두사로, 이 요소는 네트워크에서 여러 CH를 찾기 위한 라우팅 접두사로 사용된다. The first component "CH info" is a prefix used to indicate that this Interest packet is a CH selection request, and this element is used as a routing prefix to find multiple CHs in the network.
두 번째 구성 요소 "node id"는 새 노드의 ID 인데, CH 관점에서 이 이름 구성요소는 가변적이며 다양한 값을 취할 수 있다. CH는 이 ID를 사용하여 현재 노드를 다른 CN과 구별하고, 생성된 데이터도 구분하게 된다. The second component "node id" is the ID of the new node, from a CH point of view this name component is variable and can take a variety of values. The CH uses this ID to distinguish the current node from other CNs, and also the generated data.
세 번째 구성 요소 "location"은 위치 구성요소로 새 노드의 물리적 좌표이며, CH는 현재 노드를 하위 노드로 받아들일지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있다. The third component "location" is the location component, the physical coordinates of the new node, and CH can be used to decide whether or not to accept the current node as a child node.
네 번째 구성 요소 "type"은 새 노드에 의해 생성되는 데이터(예: 온도, 압력, 비디오, 오디오 등)를 기반으로 하는 새로운 노드의 유형이다. 위치 구성 요소와 마찬가지로 CH는 이 구성 요소를 사용하여 현재 노드를 하위 노드로 수락할지 여부를 결정한다. The fourth component "type" is the type of the new node based on the data (eg temperature, pressure, video, audio, etc.) generated by the new node. Like the location component, the CH uses this component to decide whether or not to accept the current node as a child node.
마지막 구성 요소 "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다. The last component "time" indicates that the new node's data can be accessed during a certain time interval.
이와 같이, 계층 이름 형식은 다섯 가지 요소로 이루지는데, 이들 중 첫 번째 구성 요소만 정적으로 네트워크에서 CH를 찾는데 사용되며, 나머지 4개 구성요소는 가변적이며 이들의 값은 Association 되지 않은 노드에 따라 달라진다. CH는 이러한 이름을 가진 Interest 패킷을 수신하면 현재 작업량에 따라 응답하거나 응답하지 않을 수 있다. CH에 과도한 work load가 없는 경우 CH는 싱크 노드로부터의 CH 거리, CH와 이미 Association 된 CN 수, CH의 트래픽 부하, CH 이름 검색을 위한 CH 자체의 고유 이름과 같은 CH 관련 정보를 전달하는 데이터 패킷으로 응답한다.As such, the hierarchical name format consists of five elements, of which only the first element is used to statically find a CH in the network, the remaining four elements are variable and their values depend on unassociated nodes. . When a CH receives an Interest packet with this name, it may or may not respond depending on its current workload. When there is no excessive work load on the CH, the CH transmits CH-related information such as the CH distance from the sink node, the number of CNs already associated with the CH, the traffic load of the CH, and the unique name of the CH itself for CH name retrieval. respond with
(2) CH 연결(association) 단계 (2) CH association (association) step
새 노드가 하나 이상의 CH로부터 선택 응답을 수신하면 Association 할 CH를 결정한다. CH 선택 결정은 다양한 매개변수에 기초할 수 있다.When a new node receives a selection response from one or more CHs, it decides which CH to associate with. The CH selection decision may be based on various parameters.
① CN은 선택할 CH를 결정한 후 "CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time"라는 이름을 갖는 “CH Association Interest” 패킷을 전달한다. 이 이름에는 다음과 같은 구성 요소가 있다. ① After the CN determines the CH to select, it delivers the “CH Association Interest” packet with the name “CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time”. This name has the following components:
- CH_Association: 현재 모음 패킷이 Association 되지 않은 노드의 Association 요청임을 나타낸다. - CH_Association: Indicates that the current aggregation packet is an association request from a node that is not associated.
- CH Unique Name: 현재 모음 패킷은 이 필드에 이름이 언급된 CH만 대상으로 지정되었음을 나타낸다. - CH Unique Name: The current collection packet indicates that only the CH whose name is mentioned in this field is designated.
- 이름의 나머지 구성요소는 이전에 제시된 것과 동일하다. - The remaining components of the name are the same as previously presented.
② CH는 “CH Association Interest” 패킷을 수신하면, 이 Interest 패킷의 이름 구성 요소를 그대로 사용하여, 나중에 이 CN에서 데이터를 가져올 Interest 패킷을 만든다. ② When the CH receives the “CH Association Interest” packet, it uses the name component of this Interest packet as it is, and creates an Interest packet to retrieve data from this CN later.
③ 또한, CH는 CN의 정보를 구성원 데이터 수집 구조(member collection data structure)에 추가로 저장하게 되는데, 도 9는 구성원 데이터 수집 구조(member collection data structure)에 CN 정보를 추가하는 일례를 나타낸 것이다. 이 정보를 저장한 후, CH는 다음과 같이 두 가지 작업을 수행한다. ③ In addition, the CH additionally stores CN information in a member collection data structure, and FIG. 9 shows an example of adding CN information to a member collection data structure. After storing this information, the CH does two things:
- CN에 대한 Data 패킷으로 응답하고, - Respond with Data packet to CN,
- 네트워크에서 동기화 프로세스를 시작한다(다음에서 자세히 설명한다).- Initiate the synchronization process on the network (detailed below).
④ CH는 “CH Association Data” 패킷을 송신하여 CH가 Association 요청을 수락했음을 CN에게 알린다. ④ The CH notifies the CN that the CH has accepted the Association request by sending the “CH Association Data” packet.
⑤ CN이 이 Data 패킷을 수신하면, CN은 CH 고유 이름(CH Unique Name)을 두 번째 구성 요소로 추가하여 자체 이름을 완성한다. ⑤ When CN receives this data packet, CN completes its own name by adding CH Unique Name as the second component.
< New < New CNCN Synchronization Process > Synchronization Process >
새 CN이 CH와의 Association 프로세스를 마치면, CH는 새 노드 정보(예: 이름 지정 체계)를 CN 및 기타 CH와 공유한다. When the new CN completes the association process with the CH, the CH shares the new node information (eg naming scheme) with the CN and other CHs.
다른 CH는 이 정보를 자신의 CN과 추가로 공유할 수 있다. 이 정보를 공유하는 이유는 다른 CH 노드와 CN이 새로운 노드의 이름을 인식하도록 하여 향후 콘텐츠를 가져오기 위해 이 이름을 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 동기화 프로세스는 프로세스에 참여하는 노드 수에 따라 비용(즉, 발생 패킷의 수나 오버헤드, 시간 지연 등)이 증가할 수 있다. 따라서 동기화 프로세스의 범위는 WSN 애플리케이션 시나리오에 따라 달라지며, 애플리케이션 요구사항에 따라 차별적으로 사용해야 한다. Another CH may further share this information with its CN. The reason for sharing this information is to allow other CH nodes and CNs to recognize the name of the new node so that it can be used to fetch content in the future. Such a synchronization process may increase in cost (ie, the number of generated packets, overhead, time delay, etc.) depending on the number of nodes participating in the process. Therefore, the scope of the synchronization process depends on the WSN application scenario, and it should be used differently according to the application requirements.
새로운 CN 동기화 프로세스에 사용되는 이름 지정 체계는 "node sync message/node id/CH Unique Name/location/type/time"로 정의할 수 있다. 이름 구성 요소 중 "노드 동기화 메시지(node sync message)"는 동기화 패킷임을 나타낸다. 나머지 이름 구성 요소는 이전에서 정의된 것과 동일하며 새 노드의 정보를 나타낸다. The naming scheme used for the new CN synchronization process can be defined as "node sync message/node id/CH Unique Name/location/type/time". A "node sync message" among the name components indicates that it is a sync packet. The rest of the name components are the same as previously defined and represent the information of the new node.
< < CNCN Mobility > Mobility >
본 발명에서 제안된 CN은 원활한 이동이 가능한데, CN이 한 CH에서 다른 CH로 이동할 때, join Process를 다시 시작한다. The CN proposed in the present invention can move smoothly. When the CN moves from one CH to another, the join process is restarted.
새 CH와의 Association 프로세스 중에 이 CN의 이전 CH는 새 CH의 정보를 포함하는 Interest 패킷을 받을 수 있다. 따라서 이전 CH는 이 CN이 더 이상 클러스터의 일부가 아니라고 추측한다. 또한, 구성원 수집 데이터 구조(members-collection data structure)에서 이 CN의 이름을 제거한다. During the association process with the new CH, the old CH of this CN may receive an Interest packet including the information of the new CH. Thus, the former CH assumes that this CN is no longer part of the cluster. Also, remove the name of this CN from the members-collection data structure.
만약 CN이 이전 CH의 통신 범위를 벗어난 경우 새 CH와의 정보 또는 Association 패킷은 이전 CH에 의해 수신되지 않을 수 있는데, 이 경우 Association 프로세스가 완료되면 새 CH가 동기화 프로세스를 통해 이전 CH와 정보를 공유하고 이를 통해서 이전 CH는 CN이 이전 클러스터의 통신 범위를 벗어나 이제 새 클러스터의 일부로 데이터를 생성한다고 추정할 수 있다.If the CN is out of the communication range of the old CH, the information or association packet with the new CH may not be received by the old CH. In this case, when the association process is completed, the new CH shares information with the old CH through the synchronization process This allows the old CH to assume that the CN is out of the communication range of the old cluster and is now generating data as part of the new cluster.
< Forwarding Scenarios >< Forwarding Scenarios >
클러스터 기반 WSN에서 통신은 클러스터 내 또는 클러스터 간의 통신일 수 있다. In a cluster-based WSN, communication may be intra-cluster or inter-cluster communication.
클러스터 내 통신은 세 가지 하위 범주, 즉 (i) CH 개시, 풀 기반 통신, (ii) CN 개시, 풀 기반 통신 및 (iii) CN 개시, 푸시 기반 통신으로 나눌 수 있다. Intra-cluster communication can be divided into three subcategories: (i) CH-initiated, pull-based communication, (ii) CN-initiated, pull-based communication, and (iii) CN-initiated, push-based communication.
마찬가지로, 클러스터 간 통신은 세 가지 하위 범주, 즉 (i) 다른 클러스터 CN 포워딩, (ii) 다른 클러스터 CH 포워딩, (iii) CH 포워딩으로 나눌 수 있다. Similarly, inter-cluster communication can be divided into three subcategories: (i) other cluster CN forwarding, (ii) other cluster CH forwarding, and (iii) CH forwarding.
도 10은 이러한 클러스터 내 및 클러스터 간 통신의 전달 시나리오를 나타내며, 자세한 설명은 다음과 같다.10 shows a forwarding scenario of such intra-cluster and inter-cluster communication, and a detailed description is as follows.
(1) 클러스터 내 포워딩 - CH에서 CN으로: 이 경우 CH는 소비자 역할을 하며, 한 홉 떨어진 CN에서 검색할 콘텐츠의 이름을 전달하는 이자율 패킷을 발행할 수 있다. 모든 CN은 해당하는 CH에서 한 홉 떨어져 있으므로 데이터를 생성한 CN만 응답하는 반면 클러스터의 다른 노드는 Interest 패킷을 무시한다.(1) In-cluster forwarding - CH to CN: In this case, the CH acts as a consumer and can issue interest rate packets carrying the name of the content to be retrieved from the CN one hop away. All CNs are one hop away from the corresponding CH, so only the CN that generated the data responds, while other nodes in the cluster ignore the Interest packet.
(2) 클러스터 내 포워딩 - CN에서 CH로: 이 경우 CN은 소비자(Consumer) 역할을 하고 CH는 생산자(Producer) 역할을 한다. CH가 Interest 패킷을 받으면 CH의 통신 범위 내에 있는 다른 모든 노드는 침묵으로 유지되는 동안 CH는 Data 패킷으로 응답한다.(2) Intra-cluster forwarding - CN to CH: In this case, CN acts as a consumer and CH acts as a producer. When the CH receives the Interest packet, the CH responds with a Data packet while all other nodes within the communication range of the CH remain silent.
(3) 클러스터 내 포워딩(푸시(Push) 시나리오) - CN에서 CH로: 이 메커니즘은 하위 노드가 CH로 직접 Data 패킷을 전송할 수 있는 푸시 기반 통신 시나리오를 위해 설계되었는데, 비상시와 같은 시나리오(예: 전염병, 자동차 사고)에서는 데이터를 Interest 패킷에 첨부할 수 있다. 이 Interest 패킷은 하위 노드에서 CH로 브로드캐스트된다. CH는 이 Interest 패킷의 수신을 승인하기 위해 Data 패킷으로 응답하고, 이 Interest 패킷을 받는 다른 하위 노드는 이 Interest 패킷을 무시한다.(3) In-Cluster Forwarding (Push Scenario) - CN to CH: This mechanism is designed for push-based communication scenarios where subnodes can send data packets directly to the CH, such as in an emergency (e.g.: In the case of epidemics, car accidents), data can be attached to the interest packet. This Interest packet is broadcast from the lower node to the CH. CH responds with a Data packet to acknowledge the receipt of this Interest packet, and other sub-nodes that receive this Interest packet ignore this Interest packet.
(4) 클러스터 간 포워딩 - 멀티홉 통신(CN-CN): 이 메커니즘은 클러스터 간 통신 시나리오에 사용되며, CN은 다른 클러스터의 구성원인 다른 CN의 콘텐츠를 가져올 수 있다. 이러한 경우, 소비자와 생산자 하위 노드의 CH만 통신에 참여하고 포워더 역할을 한다.(4) Inter-cluster forwarding - multi-hop communication (CN-CN): This mechanism is used for inter-cluster communication scenarios, where a CN can get the contents of other CNs that are members of other clusters. In this case, only CHs of consumer and producer subnodes participate in communication and act as forwarders.
(5) 클러스터 간 포워딩 - 멀티홉 통신(CN-CH): 이 메커니즘은 클러스터의 하위 노드에서 다른 클러스터의 CH에서 일부 내용을 검색하기 위해 사용된다.(5) Inter-cluster forwarding - multi-hop communication (CN-CH): This mechanism is used to retrieve some content from the CH of another cluster in the lower node of the cluster.
(6) 클러스터 간 포워딩 - 멀티홉 통신(CH-CH): 이 시나리오에서 CH는 다른 CH와 통신하여 일부 콘텐츠를 검색하거나 Lite 쿼리를 기반으로 데이터를 요청한다. 예를 들어, CH에 데이터 병합(aggregation) 작업이 필요할 수 있다. 이러한 경우 CH는 Interest 패킷을 다른 CH로 전송하여 병합(aggregation)된 데이터를 수신한다.(6) Inter-Cluster Forwarding - Multi-Hop Communication (CH-CH): In this scenario, a CH communicates with another CH to retrieve some content or request data based on a Lite query. For example, a data aggregation operation may be required in the CH. In this case, the CH transmits an interest packet to another CH to receive aggregated data.
이와 같이, 본 발명에서는 정보 중심의 클러스터 기반 WSN 통신을 지원하기 위해 다음과 같은 사항을 제안하고 있다.As described above, the present invention proposes the following to support information-oriented cluster-based WSN communication.
(i) 콘텐츠 보급을 위해 리소스가 제한되고 리소스가 풍부한 노드와 양호한 호환성을 입증해야 하는 새로운 명명 체계 (i) a new naming scheme that must demonstrate good compatibility with resource-limited and resource-rich nodes for content dissemination;
(ii) 클러스터 헤드 노드를 위해 특별히 맞춤화된 통합 컴퓨팅 기능 (ii) integrated computing capabilities specifically tailored for the cluster head node;
(iii) Data 전송 전에 수집된 정보를 싱크 노드로 병합(aggregation)기능(iii) Aggregation function of information collected before data transmission to the sink node
(iv) 네트워크의 새 노드 Association을 제공하는 효율적인 메커니즘 (iv) an efficient mechanism to provide associations of new nodes in the network;
(v) 다양한 클러스터 간의 하위 노드 이동 지원 (v) support for moving child nodes between various clusters;
(vi) 내부 및 클러스터 간 통신을 위해 특별히 설계된 전달 프로세스 (vi) a delivery process specifically designed for intra- and inter-cluster communication;
이러한 본 발명은 다양한 분야에서 활용될 수 있는데, 예를 들면 전장 감시 시스템, 산불 감지, 스마트 빌딩 통신, 건강 관리 모니터링 등의 분야에서 활용될 수 있다.The present invention can be utilized in various fields, for example, can be utilized in fields such as battlefield monitoring system, forest fire detection, smart building communication, health management monitoring, and the like.
이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations can be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains within the scope of equivalents of the technical spirit of the present invention and the claims to be described below. Of course, this can be done.
Claims (10)
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CN의 이름 구조(Naming Structure)는 "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" 형태의 명명 체계(여기서, "Node-ID"는 CN의 ID, "cluster-head unique name"은 CH의 이름, "location"은 CN의 물리적 위치, "type"은 노드에 의해 감지(생산)된 데이터 유형, "time"은 CN의 센서로부터 감지된 정보 데이터의 시간을 의미한다)로 이루어지고,
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CH의 이름 구조(Naming Structure)는 "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" 형태의 명명 체계(여기서, "cluster-head unique name"은 다중 홉 통신 시나리오에서 CH를 찾는 데 사용되는 CH 이름 접두사, "sink distance"는 CH에서 싱크 노드까지의 거리, "cluster type"은 네트워크 형성 초기 시에 선택되어진 클러스터의 유형, "child node or lite query"는 CN에서 데이터를 가져올 CN의 이름 또는 라이트 쿼리를 의미한다)로 이루어지되,
상기 CH의 이름 구조에 포함된 "lite query"는 CN 보다 리소스가 많은 CH에서 처리하는 작업으로, 상기 라이트 쿼리(lite query)의 구성 요소는 "_" 구분되는 "task.field_comparison operator_values"의 명명 체계(여기서, task는 작업명, field는 필드이름, comparison operator는 비교연산자, value는 값을 의미한다)로 이루어져, WSN 노드들의 제한된 리소스 속성을 고려하여 짧은 작업 구성 요소들을 활용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
In a cluster structure WSN (Wireless Sensor Network) with CH (Cluster Head) and multiple CN (Child Node) for each cluster, using a naming system that supports data exchange between CH and CN, which are different types of communication nodes, A cluster-based information-centric networking communication method that distributes content by requesting, delivering, or responding to content from a CN or CH, and accepting a CH connection request from a new node in the CH to achieve information-centric networking, comprising:
The naming structure of the CN to support the information-oriented networking is a naming system in the form of "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" (here, "Node-ID" is the ID of the CN) , "cluster-head unique name" is the name of the CH, "location" is the physical location of the CN, "type" is the data type detected (produced) by the node, and "time" is the information data detected from the sensor of the CN. means time), and
The naming structure of CH for supporting the information-centric networking is a naming system in the form of "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" (herein, "cluster-head unique "name" is the CH name prefix used to find the CH in a multi-hop communication scenario, "sink distance" is the distance from the CH to the sink node, "cluster type" is the type of cluster selected at the beginning of network formation, "child node" or lite query" means the name of the CN to get data from or a light query), but
The "lite query" included in the name structure of the CH is a task processed by the CH with more resources than the CN, and the components of the lite query are "task.field_comparison operator_values" separated by "_" (here, task is a task name, field is a field name, comparison operator is a comparison operator, and value is a value) A cluster-based information-centric networking communication method.
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CN의 이름 구조(Naming Structure)는 "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" 형태의 명명 체계(여기서, "Node-ID"는 CN의 ID, "cluster-head unique name"은 CH의 이름, "location"은 CN의 물리적 위치, "type"은 노드에 의해 감지(생산)된 데이터 유형, "time"은 CN의 센서로부터 감지된 정보 데이터의 시간을 의미한다)로 이루어지고,
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CH의 이름 구조(Naming Structure)는 "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" 형태의 명명 체계(여기서, "cluster-head unique name"은 다중 홉 통신 시나리오에서 CH를 찾는 데 사용되는 CH 이름 접두사, "sink distance"는 CH에서 싱크 노드까지의 거리, "cluster type"은 네트워크 형성 초기 시에 선택되어진 클러스터의 유형, "child node or lite query"는 CN에서 데이터를 가져올 CN의 이름 또는 라이트 쿼리를 의미한다)로 이루어져,
새로운 노드가 네트워크의 일부로 가입하고가 되고자 할 때,
(a) 새로운 노드가 CH에 가입을 요청하는 Interest 패킷을 브로드캐스트 하는 단계와;
(b) 상기 Interest 패킷을 수신한 CH에서 새 노드를 하위 노드로 수락할지 여부를 결정하여, 하위 노드로 수락하는 경우 자신의 CH 정보가 포함된 데이터 패킷을 통해 응답하는 단계와;
(c) 새 노드가 하나 이상의 CH로부터 데이터 패킷을 수신하면, Association(연관) 하고자 하는 CH를 결정하여 "CH Association Interest" 패킷을 전송하는 단계와;
(d) 상기 "CH Association Interest" 패킷을 수신한 CH는 새 노드인 CN의 정보를 구성원 데이터 수집 구조(member collection data structure)에 저장한 후, CN에 "CH Association Data" 패킷을 송신하여 가입 요청을 수락했음을 알리는 단계와;
(e) 상기 "CH Association Data" 패킷을 수신한 CN은 가입을 승인한 CH 고유 이름(CH Unique Name)이 포함된 CN 자체 이름을 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
In a cluster structure WSN (Wireless Sensor Network) with CH (Cluster Head) and multiple CN (Child Node) for each cluster, using a naming system that supports data exchange between CH and CN, which are different types of communication nodes, A cluster-based information-centric networking communication method that distributes content by requesting, delivering, or responding to content from a CN or CH, and accepting a CH connection request from a new node in the CH to achieve information-centric networking, comprising:
The naming structure of the CN to support the information-oriented networking is a naming system in the form of "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" (here, "Node-ID" is the ID of the CN) , "cluster-head unique name" is the name of the CH, "location" is the physical location of the CN, "type" is the data type detected (produced) by the node, and "time" is the information data detected from the sensor of the CN. means time), and
The naming structure of CH for supporting the information-centric networking is a naming system in the form of "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" (herein, "cluster-head unique "name" is the CH name prefix used to find the CH in a multi-hop communication scenario, "sink distance" is the distance from the CH to the sink node, "cluster type" is the type of cluster selected at the beginning of network formation, "child node" or lite query" means the name of the CN to get data from or a light query),
When a new node joins as part of the network and wants to become
(a) broadcasting, by a new node, an Interest packet requesting to join a CH;
(b) determining whether or not to accept a new node as a lower node in the CH that has received the Interest packet, and if accepted as a lower node, responding through a data packet including its own CH information;
(c) when the new node receives data packets from one or more CHs, determining a CH to be associated with and transmitting a "CH Association Interest"packet;
(d) After receiving the "CH Association Interest" packet, the CH stores the information of the CN, which is a new node, in a member collection data structure, and then sends a "CH Association Data" packet to the CN to request membership informing you that you have accepted it;
(e) the CN receiving the "CH Association Data" packet completes the CN's own name including the CH unique name that has approved the subscription; cluster-based information-centric networking comprising: communication method.
상기 단계 (a)에서 전송되는 Interest 패킷은,
"CH info/node id/location/type/time"으로 명명(여기서, "CH info"는 Interest 패킷이 CH 선택 요청임을 나타내는 데 사용되는 접두사, "node id"는 새 노드의 ID, "location"은 새 노드의 물리적 좌표, "type"은 새 노드가 감지하는 데이터에 기반한 새 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)된 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
5. The method of claim 4,
The Interest packet transmitted in step (a) is,
Named as "CH info/node id/location/type/time" (where "CH info" is the prefix used to indicate that the Interest packet is a CH selection request, "node id" is the ID of the new node, and "location" is The new node's physical coordinates, "type" is the type of the new node based on the data it detects, and "time" indicates that the new node's data can be accessed during a specific time interval). Information-centric networking communication method.
상기 단계(c)에서 전송되는 "CH Association Interest" 패킷은,
"CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time"라는 이름으로 명명(여기서, "CH_Association"은 새 노드의 Association 요청임을 나타내고, "CH Unique Name"은 이 필드에 이름이 언급된 CH를 대상으로 지정되었음을 나타내며, "node id"는 새 노드의 ID, "location"은 새 노드의 물리적 좌표, "type"은 새 노드가 감지하는 데이터에 기반한 새 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)된 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
5. The method of claim 4,
The "CH Association Interest" packet transmitted in step (c) is,
Named "CH_Association/CH Unique Name/node id/location/type/time" (where "CH_Association" indicates that this is an Association request from a new node, and "CH Unique Name" refers to the CH whose name is mentioned in this field. Indicates targeted, where "node id" is the ID of the new node, "location" is the physical coordinates of the new node, "type" is the type of the new node based on the data the new node is detecting, and "time" is the specific time interval. indicates that the new node's data can be accessed while
상기 단계 (b)에서 응답하는 CH 정보가 포함된 데이터 패킷에는,
싱크 노드로부터의 CH 거리, CH와 이미 Association 된 CN 수, CH의 트래픽 부하, CH 이름 검색을 위한 CH 자체의 고유 이름 정보가 포함된 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
5. The method of claim 4,
In the data packet containing the CH information responding in step (b),
A cluster-based information-centric networking communication method, characterized in that the CH distance from the sink node, the number of CNs already associated with the CH, the traffic load of the CH, and the unique name information of the CH itself for CH name search are included.
상기 단계 (d)에서
CN은 "CH Association Data" 패킷을 통해 CN에 가입 요청 수락을 알린 후,
네트워크에서 동기화 프로세스를 통하여 새로운 CN의 이름 지정 체계인 "node sync message/node id/CH Unique Name/location/type/time"을 포함하는 CN 정보(여기서, "node sync message"는 동기화 패킷임을 나타내고, "node id"는 새 노드의 ID, "CH Unique Name"은 CH 고유 이름, "location"은 새 노드의 물리적 좌표, "type"은 새로운 노드의 유형, "time"은 특정 시간 간격 동안 새 노드의 데이터에 액세스할 수 있음을 나타낸다)를 다른 CN 및 CH에 전달하여 공유하는 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
5. The method of claim 4,
In step (d) above
After the CN notifies the CN of acceptance of the subscription request through the "CH Association Data" packet,
CN information including "node sync message/node id/CH Unique Name/location/type/time", which is a naming scheme of a new CN through a synchronization process in the network (here, "node sync message" indicates a synchronization packet, "node id" is the ID of the new node, "CH Unique Name" is the CH unique name, "location" is the physical coordinates of the new node, "type" is the type of the new node, and "time" is the name of the new node for a specific time interval. A cluster-based information-centric networking communication method, characterized in that by passing and sharing data to other CNs and CHs).
상기 CN이 가입된 CH에서 다른 CH로 이동하는 경우,
새로운 CH에 가입을 요청하는 Association 프로세스를 진행하며,
새로운 CH와의 Association 프로세스 중에 CN의 이전 CH는 새로운 CH의 정보를 포함하는 Interest 패킷을 수신하여, 이전 CH가 CN이 더 이상 자신이 속한 클러스터의 일부가 아니라고 판단하여 구성원 수집 데이터 구조(members-collection data structure)에서 이 CN의 이름을 제거하는 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법.
5. The method of claim 4,
When the CN moves from the joined CH to another CH,
Go through the association process to request membership in a new CH,
During the association process with the new CH, the old CH of the CN receives an Interest packet containing the information of the new CH, and the old CH determines that the CN is no longer a part of the cluster to which it belongs, so the member-collection data structure (members-collection data structure) structure), a cluster-based information-centric networking communication method, characterized in that the name of this CN is removed.
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CN의 이름 구조(Naming Structure)는 "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" 형태의 명명 체계(여기서, "Node-ID"는 CN의 ID, "cluster-head unique name"은 CH의 이름, "location"은 CN의 물리적 위치, "type"은 노드에 의해 감지(생산)된 데이터 유형, "time"은 CN의 센서로부터 감지된 정보 데이터의 시간을 의미한다)로 이루어지고,
상기 정보 중심 네트워킹을 지원하기 위한 CH의 이름 구조(Naming Structure)는 "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" 형태의 명명 체계(여기서, "cluster-head unique name"은 다중 홉 통신 시나리오에서 CH를 찾는 데 사용되는 CH 이름 접두사, "sink distance"는 CH에서 싱크 노드까지의 거리, "cluster type"은 네트워크 형성 초기 시에 선택되어진 클러스터의 유형, "child node or lite query"는 CN에서 데이터를 가져올 CN의 이름 또는 라이트 쿼리를 의미한다)로 이루어져,
클러스터 구조 WSN에서의 통신은 클러스터 내 또는 클러스터 간에 이름(Naming) 기반 포워딩 시나리오(Forwarding Scenario)에 따라 진행되되,
상기 클러스터 내 포워딩은 CH에서 CN으로 풀 기반 통신(pull-based communication), CN에서 CH로 풀 기반 통신, CN에서 CN으로 푸쉬 기반 통신(push-based communication)이 진행되고,
상기 클러스터 간 포워딩은 CN에서 CN으로 멀티 홉 통신, CN에서 CH로 멀티홉 통신, CH에서 CH로 멀티홉 통신이 진행되는 것을 특징으로 하는 클러스터 기반 정보 중심 네트워킹 통신 방법. In a cluster structure WSN (Wireless Sensor Network) with CH (Cluster Head) and multiple CN (Child Node) for each cluster, using a naming system that supports data exchange between CH and CN, which are different types of communication nodes, A cluster-based information-centric networking communication method that distributes content by requesting, delivering, or responding to content from a CN or CH, and accepting a CH connection request from a new node in the CH to achieve information-centric networking, comprising:
The naming structure of the CN to support the information-oriented networking is a naming system in the form of "Node-ID/cluster-head unique name/location/type/time" (here, "Node-ID" is the ID of the CN) , "cluster-head unique name" is the name of the CH, "location" is the physical location of the CN, "type" is the data type detected (produced) by the node, and "time" is the information data detected from the sensor of the CN. means time), and
The naming structure of CH for supporting the information-centric networking is a naming system in the form of "cluster-head unique name/sink distance/cluster type/(child node or lite query)" (herein, "cluster-head unique "name" is the CH name prefix used to find the CH in a multi-hop communication scenario, "sink distance" is the distance from the CH to the sink node, "cluster type" is the type of cluster selected at the beginning of network formation, "child node" or lite query" means the name of the CN to get data from or a light query),
Cluster Structure Communication in WSN proceeds according to the forwarding scenario based on naming within or between clusters,
In the cluster forwarding, pull-based communication from CH to CN, pull-based communication from CN to CH, and push-based communication from CN to CN are in progress,
The forwarding between the clusters is a cluster-based information-oriented networking communication method, characterized in that multi-hop communication from CN to CN, multi-hop communication from CN to CH, and multi-hop communication from CH to CH is performed.
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