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KR20120113064A - 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템 및 클러스터 네트워크 구축 방법 - Google Patents

클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템 및 클러스터 네트워크 구축 방법 Download PDF

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Publication number
KR20120113064A
KR20120113064A KR1020110030769A KR20110030769A KR20120113064A KR 20120113064 A KR20120113064 A KR 20120113064A KR 1020110030769 A KR1020110030769 A KR 1020110030769A KR 20110030769 A KR20110030769 A KR 20110030769A KR 20120113064 A KR20120113064 A KR 20120113064A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
network
cluster
low power
router
node
Prior art date
Application number
KR1020110030769A
Other languages
English (en)
Inventor
이상도
박상돈
Original Assignee
(주) 파이시스네트웍스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 파이시스네트웍스 filed Critical (주) 파이시스네트웍스
Priority to KR1020110030769A priority Critical patent/KR20120113064A/ko
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Abstract

본 발명은 클러스터 헤더를 중심으로 형성되는 클러스터 네트워크를 형성함으로써, 지그비 라우터의 부하를 줄이고 통신 품질을 개선할 수 있다. 또한, 센서 네트워크의 확장시 전원 효율이 떨어지는 지그비 라우터를 대체하여 저전력 라우터를 사용함으로써, 센서 네트워크 시스템 전체의 배터리 효용을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템은, 센서 네트워크 구성과 외부 네트워크간의 게이트웨이 역할을 수행하는 코디네이터; 센서노드의 데이터를 이웃 노드 또는 상기 코디네이터로 라우팅하는 고성능 라우터; 및 상기 고성능 라우터의 인접 노드는 클러스터 헤더로 동작하고, 비인접 노드는 상기 클러스터 헤더의 하위 노드로 동작하는 저전력 라우터를 포함하고, 상기 클러스터 헤더는 상기 코디네이터, 상기 고성능 라우터 및 상기 클러스터 헤더를 포함하는 상위 네트워크와 상기 클러스터 헤더 및 상기 클러스터 헤더의 하위 노드를 포함하는 클러스터 네트워크의 브릿지 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템 및 클러스터 네트워크 구축 방법{LOW POWER SENSOR NETWORK SYSTEM USING CLUSTER NETWORK AND METHOD FOR ESTABLISHING CLUSTER NETWORK IN SENSOR NETWORK}
본 발명은 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템 및 클러스터 네트워크의 구축 방법에 관한 것으로서, 코디네이터 중심의 상위 네트워크와 구분되는 클러스터 네트워크를 구축함으로써, 저전력으로도 네트워크 확장이 가능한 센서네트워크 시스템 및 구축 방안에 관한 것이다.
언제 어디서든 어떤 기기를 통해서도 컴퓨팅 할 수 있는 유비쿼터스 컴퓨팅을 실현하기 위한 일환으로, 사물과 환경의 변화를 실시간으로 감지 또는 추적하기 위하여 센서, 안테나, 집적회로 등을 하나의 칩으로 만든 장치를 사물에 집어넣고 이를 네트워크로 연결하여 구성한 것을 센서네트워크라 한다. 이와 같은 센서 네트워크의 동력원은 배터리이고, 배터리의 수명이 센서 네트워크 유지보수 비용에 큰 변수로 작용하게 된다. 이에 따라, 센서 네트워크에서는 배터리를 효율적으로 사용할 수 있는 네트워킹을 구성할 필요가 있고, 이에 따라, 저전력의 IEEE802.15.4 를 활용하면서 잠자기(sleep)와 깨어나기(wake up)를 반복적으로 구현하는 것이 현재 센서 네트워크의 발전 양상이다.
도 1은 종래 기술에 따른 ZigBee 기반의 센서 네트워크의 구성도이다.
코디네이터(Coordinator, 10)는 네트워크의 구성 단위에 오직 하나만 존재하고, 센서 네트워크 구성과 외부 네트워크간의 게이트웨이 역할을 수행한다. 코디네이터(10)는 다른 노드들보다 우수한 계산 능력과 대용량 메모리를 보유하는 특별한 디바이스로서, 센서 네트워크를 초기화하고 각 센서 노드의 동기를 설정하며 라우팅을 통해 다른 노드로 데이터 라우팅을 수행할 수 있다.
단말장치(End Device, 30)는 저전력에 최적화 되어 있는 것으로, 메모리를 적게 차지하는 단순한 데이터를 부모 노드로 전달하는 역할을 수행한다. 라우팅 기능이 없고 오직 부모 노드와 통신이 가능하기 때문에, 코디네이터(10)와 단말장치(30)로 센서 네트워크를 구성하기 위해서는 성형 토폴로지(star topology) 형태의 네트워크를 구성할 수 밖에 없다.
성형 토폴로지 형태의 네트워크를 메쉬 또는 트리 토폴로지 네트워크로 확장하기 위해 지그비 라우터(ZigBee Router, 20)를 이용할 수 있다. 지그비 라우터(20)는 단말장치(30)의 데이터를 이웃 노드 또는 코디네이터(10)로 라우팅하는 역할을 수행한다. 지그비 라우터(20)는 이웃 노드들에 대한 라우팅 테이블을 저장한다.
이때, 단말장치(30)가 잠자기(sleep)와 깨어나기(wake up)을 반복적으로 수행하기 위해서는, 센서노드로부터 정보를 수집하는 지그비 라우터(20)와 코디네이터(10)에는 상시 전력이 공급되어야 한다.
도 1과 같은 종래의 센서 네트워크에 있어서, 코디네이터(10), 지그비 라우터(20), 단말장치(30)간에는 AODV(Adhoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜이 적용되어, 모든 노드들이 동등하게 라우팅에 참여하는 멀티 홉 라우팅의 형식을 구성하게 된다. 그러나 이와 같은 AODV 라우팅 기법은 많은 노드들이 경로를 찾기 위한 경로 요청 메시지(PREQ)를 생성하기 때문에, 센서 네트워크의 배터리 효용을 감소시키는 문제점과, 지그비 라우터(20)의 부하로 인해 지연이 발생하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 각 지그비 라우터(20)의 저장 용량의 한계 때문에, 수많은 노드까지의 경로를 한정된 자원을 가진 센서 노드가 유지하는 것에 어려움이 발생할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 클러스터 헤더를 중심으로 형성되는 클러스터 네트워크를 형성함으로써, 지그비 라우터의 부하를 줄이고 통신 품질을 개선하는 것에 목적이 있다.
또한, 센서 네트워크의 확장시 전원 효율이 떨어지는 지그비 라우터를 대체하여 저전력 라우터를 사용함으로써, 센서 네트워크 시스템 전체의 배터리 효용을 개선하는 것에 다른 목적이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템은, 센서 네트워크 구성과 외부 네트워크간의 게이트웨이 역할을 수행하는 코디네이터; 센서노드의 데이터를 이웃 노드 또는 상기 코디네이터로 라우팅하는 고성능 라우터; 및 상기 고성능 라우터의 인접 노드는 클러스터 헤더로 동작하고, 비인접 노드는 상기 클러스터 헤더의 하위 노드로 동작하는 저전력 라우터를 포함하고, 상기 클러스터 헤더는 상기 코디네이터, 상기 고성능 라우터 및 상기 클러스터 헤더를 포함하는 상위 네트워크와 상기 클러스터 헤더 및 상기 클러스터 헤더의 하위 노드를 포함하는 클러스터 네트워크의 브릿지 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 상위 네트워크는 지원 프로토콜은 CSMA-CA이고, 상기 클러스터 네트워크의 지원 프로토콜은 잠자기(sleep)와 깨어나기(wakeup)을 반복하는 시분할 다중 접속(TDMA)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 클러스터 네트워크 별로 깨어나기(wakeup)의 주기를 상이하게 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따른 본 발명에 따르면, 본 발명은 코디네이터 중심의 상위 네트워크와 구별되는 클러스터 헤더 중심의 네트워크를 형성함으로써, 지그비 라우터의 통신 부하를 줄이고 통신 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센서 네트워크의 확장시 전원 효율이 떨어지는 지그비 라우터를 대체할 수 있는 저전력 라우터를 사용함으로써, 센서 네트워크 시스템 전체의 배터리 효용을 개선할 수 있는 이점이 있다.
뿐만 아니라, 클러스터 네트워크별로 깨어나기 주기를 달리 설정할 수 있어 센서 노드의 동작 상황에 부합하는 네트워크를 구성하여 배터리 효용을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 ZigBee 기반의 센서 네트워크의 구성도,
도 2는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템의 예시도, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 클러스터 헤더를 결정하기 위한 저전력 라우터 동작의 흐름도이다.
종래의 센서 네트워크에 있어서 단말장치들을 네트워크에 추가하게 되면, 지그비 라우터의 부하가 가중된다. 지그비 라우터의 과부하는 통신 지연을 초래하게 되고, 사건 발생을 추적하는데 지장을 초래하게 된다. 또한, 통상적으로 센서 네트워크의 한정적 전력으로 인해 각 노드들의 장거리 통신이 적합하지 않기 때문에 센서 네트워크를 확장하기 위해서는 상시 전원이 공급되어야 하는 지그비 라우터를 지속적으로 추가해야 하는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 저전력 라우터를 이용한 센서 네트워크 시스템 및 센서 네트워크의 구현 방법을 제안한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템의 예시도이다.
도 2를 참조하면, 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템은 코디테이터(Coordinator, 100), 고성능 라우터 (High Performance Router, 110), 저전력 라우터 (Low Power Router, 120) 및 단말장치(End Device, 130)를 포함한다.
코디테이터(100)와 고성능 라우터(110) 및 단말장치(130)는 각각 종래기술에 따른 도 1의 코디테이터(10)와 지그비 라우터(20) 및 단말장치(30)에 대응하는 구성이다. 단말장치(130)는 코디테이터(100), 고성능 라우터(110)에 연결되거나, 클러스터 헤더(125) 중심의 클러스터 네트워크에서 저전력 라우터(120)에 최종적으로 연결되어 데이터를 전송할 수 있다.
저전력 라우터(120)는 라우팅이 가능한 단말장치(End Device)에 해당하는 것으로, 종래의 단말장치(30)에 라우팅 기능을 추가한 것이라 할 수 있다. 종래의 단말장치(30)로 구성된 센서 노드에 라우팅이 가능한 저전력 라우터(120)를 추가함으로써, 싱크 노드로 가는 메시지 수를 줄여, 센서 노드의 전력 소모를 효율적으로 유지 감소시킬 수 있다.
여기서 코디테이터(100) 또는 고성능 라우터(110)는 싱크 노드에 해당하는 것이고, 센싱 데이터를 상위 시스템으로 전송하는 저전력 라우터(120) 또는 단말장치(130)가 센서 노드에 해당하는 것이라 할 것이다.
저전력 라우터(120)는 클러스터 헤더(cluster header, 125)를 중심으로 클러스터 네트워크를 형성하고, 상위 네트워크와 통신을 수행한다. 클러스터를 구성하기 위해, 저전력 라우터(120)는 먼저, 자신이 클러스터 헤더(cluster header, 125)인지를 판별하고, 자신이 클러스터 헤더(125)인 경우에는 다른 저전력 라우터(120) 및 단말 장치 등 클러스터 헤더(125)의 하위 노드에 고유한 노드 식별 번호를 부여하여, 계층적(hierarchical) 네트워크 구조를 형성한다. 클러스터 헤더(125)로 선정된 저전력 라우터(120)는 클러스터 네트워크를 구성하며, 하위 노드의 데이터를 수집하여 고성능 라우터(110)로 전송한다.
클러스터 헤더(125)인지 여부를 판별하기 위해, 저전력 라우터(120)는 동작을 시작하면, 브로드캐스팅을 수행하여 주변에 고성능 라우터(110)가 존재하는지 판단한다. 주변에 고성능 라우터(110)가 있는 경우 저전력 라우터(120)는 클러스터 헤더(125)로 동작하게 되고, 고성능 라우터(110)와 인접한 노드가 아닌 경우에는, 클러스터 헤더(125)의 하위 노드를 구성하게 된다.
즉, 기존과 같이 하나의 고성능 라우터(110)에 다수의 단말장치(130)를 연결하여 네트워크를 확장하는 것 대신, 전원이 상시 공급될 필요가 없는 저전력 라우터(120)를 사용함으로써, 코데네이터 중심의 상위 네트워크와 구분되는 별도의 네트워킹 그룹을 구성하는 것이다. 클러스터 헤더(125)를 중심으로 구성되는 클러스터 네트워크는 클러스터 헤더(125)가 데이터를 수집하여 고성능 라우터(110)로 라우팅하게 되므로, 고성능 라우터(110)는 클러스터 헤더(125)와만 통신을 수행하여, 부하 감소와 함께 통신 품질을 향상시킬 수 있다는 이점을 갖게 된다.
저전력 라우터(120)를 그룹 헤더로 설정하여 클러스터 네트워크를 형성함으로써, 전체 센서 네트워크는 코디테이터(100), 고성능 라우터(110) 및 클러스터 헤더(125)로 구성된 상위 네트워크와, 클러스터 헤더(125)와 하위 노드로 구성되는 하나 이상의 클러스터 네트워크로 구성될 수 있다. 이때, 상위 네트워크의 코디테이터(100)와 고성능 라우터(110)에는 상시 전력이 공급되어야 하는 반면, 클러스터 네트워크의 모든 노드들은 잠자기와 깨어나기를 반복적으로 수행하여, 전송할 데이터가 있는 경우에 한하여 배터리를 소모할 수 있다.
상위 네트워크와 클러스터 네트워크는 서로 별개의 네트워크를 구성하며, 클러스터 헤더(125)는 서로 다른 네트워크를 연결하는 브릿지 역할을 수행하게 된다. 클러스터 네트워크를 상위 네트워크로부터 독립함으로써, 기존 사용하던 센서 네트워크의 구성이나, 통신 프로토콜의 변경 없이도 본 발명을 적용할 수 있다.
주소 할당에 있어서도, 상위 네트워크는 IEEE 802.15.4의 주소할당 방식을 사용할 수 있고, 클러스터 네트워크는 IEEE 802.15.4 의 통신규격을 벗어난 주소할당 방식을 사용할 수 있다. 예컨대, 코디테이터(100), 고성능 라우터(110), 클러스터 헤더(125)로 구성되는 상위 네트워크의 주소 할당 방식은 stochastic address 알고리즘을 사용하고, 클러스터 헤더(125)와 저전력 라우터(120)로 구성되는 클러스터 네트워크의 주소 할당 방식은 Cskip 방식의 주소 할당 방식을 사용할 수 있다. Stochastic address 알고리즘은 코디테이터(100)가 고성능 라우터(110) 및 클러스터 헤더(125)에 랜덤한 어드레스를 부여하는 방법이고, Cskip 방식은 네트워크의 깊이(depth), 클러스터 헤더(125)에 종속된 라우터의 수, 라우터에 종속된 자식노드의 수를 기반으로 주소를 부여하는 것이다. Cskip 방식의 주소 할당 방식은 계층적 구조를 갖는 것으로, 클러스터 헤더(125)를 중심으로 하는 클러스터 네트워크는 성형 토폴로지나, 클러스터 트리(Cluster Tree) 토폴로지 형태인 것이 바람직하다.
Cskip 방식에 있어서, Cskip은 하기 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure pat00001
Figure pat00002

여기서 Cm은 클러스터 헤더(125) 하위 노드의 라우터에 종속된 자식들의 최대 숫자, Rm은 클러스터 헤더(125)에 종속된 자식 라우터의 최대 숫자, Lm은 해당 클러스터 네트워크의 최대 깊이, d는 주소를 부여할 노드의 네트워크 깊이를 의미한다.
클러스터 헤더(125)는 자신의 주소를 0으로 설정하고, 클러스터 헤더(125)의 하위 노드로 동작하는 n번째 저전력 라우터(120)의 경우, Aparent + (n-1) x Cskip(d)+1 에 의해 주소가 할당되고, 클러스터 헤더(125)의 하위 노드로 동작하는 n번째 단말 장치는 Aparent +Rm x Cskip(d) + n 에 의해 주소가 할당되는 방식이다. 여기서 Aparent 는 해당 노드의 부모 노드의 주소를 의미하는 것이어서, 클러스터 헤더(125)를 부모 노드로 하는 노드는 Aparent 값이 0으로 설정된다.
저전력 라우터(120)는 브로드캐스팅을 통해 주변에 존재하는 노드들을 검색하고, 이때, 네트워크 숫자가 가장 낮은 노드를 부모 노드(parent node)로 설정한다. 즉, 임의의 저전력 라우터(120)의 브로드캐스팅에 클러스터 헤더(125)와, 클러스터 헤더(125)의 하위 노드가 동시에 Ack 한 경우, 네트워크 깊이가 낮은 클러스터 헤더(125)의 자식 노드(child node)로 설정되는 것이다. 또한, 네트워크 깊이가 같은 복수개의 노드가 스캔된 경우에는 브로드캐스팅 신호에 가장 빠르게 응답한 노드를 부모 노드로 설정한다. 일반적으로 가장 빠르게 응답한 노드가 최적의 통신경로이기 때문이다.
이와 같이 상위 네트워크와 클러스터 네트워크의 어드레스 할당 방식이 분리되어 있으므로, 클러스터 헤더(125)는 상위 네트워크와 클러스터 네트워크 사이에서 주소를 변환하는 역할을 수행해야 한다. 즉, 상위 네트워크에서 클러스터 네트워크로 데이터를 전송하는 경우, 또는 클러스터 네트워크에서 상위 네트워크로 데이터를 전송하는 경우에는 패킷 헤더의 어드레스 필드에는 클러스터 헤더(125)의 주소를 기록하고, 유료하중(payload)에 최종 목적 주소를 기록한다.
클러스터 헤더(125)는 수신한 패킷의 유료하중(payload)에서 어드레스 주소를 독출하여, 전송하고자 하는 네트워크에 적합한 헤더 구조로 변환함으로써 데이터 송수신이 수행될 수 있도록 하는 브릿지 역할을 수행하게 된다.
따라서, 클러스터 헤더(125)는 상위 네트워크의 접속 인터페이스와 클러스터 네트워크의 접속 인터페이스 양자를 동시에 지원할 수 있어야 한다. 이때, 상위 네트워크와 클러스터 헤더(125)간데는 IEEE 802.15.4 MAC 표준인 CSMA-CA 방식의 접속 기준을 따르며, 클러스터 헤더(125)와 저전력 라우터(120) 간에는 주기적으로 잠자기와 깨어나기를 반복하는 TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용한다. 클러스터 네트워크를 구성하는 저전력 라우터(120)에는 RTC(Real Time Clock)이 내장되어 있어, 클러스터 헤더(125)와 하위 노드는 정확히 동기를 맞추어 잠자기와 깨어나기를 반복할 수 있다.
상위 네트워크의 하위 네트워크로 복수의 클러스터 네트워크가 존재하는 경우, 각각의 클러스터 네트워크는 클러스터 헤더(125)에 의해 운용되므로, 클러스터별로 잠자기와 깨어나기의 주기를 다르게 설정할 수 있다. 기존의 센서 네트워크는 코디테이터(100)가 잠자기와 깨어나기의 주기를 조절하여 전체 노드간 잠자기 깨어나기의 주기가 동일하여 배터리를 효율적으로 사용할 수 없었으나, 본 발명과 같이, 클러스터 헤더(125)를 중심으로 다수의 네트워크를 구성하는 경우에는 클러스터 헤더(125)가 해당 센서 노드의 성격에 맞추어 잠자기와 깨어나기의 주기를 조절할 수 있어, 배터리의 효용성을 증대시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 클러스터 헤더를 결정하기 위한 저전력 라우터 동작의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 먼저 저전력 라우터(120)가 동작을 시작하면, 인접한 고성능 라우터(110)를 검색하기 위한 스캔신호로 브로드캐스팅을 수행한다(S301). 고성능 라우터(110)로부터 Ack의 수신여부에 따라(S302), Ack를 수신한 경우에는, 저전력 라우터(120)는 클러스터 헤더(125)로 동작하게 된다(S303).
이때, 복수의 고성능 라우터(110)로부터 Ack를 수신한 경우에는, 먼저 Ack를 수신한 고성능 라우터(110)의 자식 노드로 설정되도록 한다. Ack 를 수신하지 못한 경우에는 미리 지정된 횟수(N) 이상 고성능 라우터(110)로 브로드캐스팅을 반복적으로 수행하였는지 판단하고(S304), N회 이상 브로드캐스팅 신호를 송출하여도 고성능 라우터(110)를 스캔하지 못한 경우에는, 인접한 저전력 라우터(120)를 스캔하기 위한 브로드캐스팅을 수행한다(S305). 인접한 저전력 라우터(120)로부터 Ack의 수신여부에 따라(S306), Ack를 수신한 경우에는 저전력 라우터(120)는 클러스터 헤더(125)의 하위 노드로 동작하게 된다(S307).
이때, 2개 이상의 저전력 라우터(120)로부터 Ack를 수신한 경우 네트워크의 깊이가 작은 저전력 라우터(120)르 부모 노드로 설정한다. 또한, 동일한 깊이의 저전력 라우터(120)로부터 Ack를 수신한 경우에는, 먼저 Ack를 수신한 저전력 라우터(120)의 자식 노드로 설정되도록 한다.
인접한 저전력 라우터(120) 스캔 신호의 브로드캐스팅에 대응한 Ack 신호에는 네트워크의 깊이(depth)와 잠자기 및 깨어나기의 주기가 포함될 수 있다. 저전력 라우터(120)는 부모 노드로 설정된 노드의 Ack 신호에 포함된 sleep&wakeup 주기를 토대로, 잠자기와 깨어나기를 반복적으로 수행한다. 이 경우, 잠자기와 깨어나기의 주기는 클러스터 네트워크를 구성하는 클러스터 헤더(125)에 의해 결정되며, 클러스터 헤더부터 ack 신호를 수신한 저전력 라우터(120)가 인접 노드로 이를 중계하는 방식으로 이루어질 수 있다.
Ack 를 수신하지 못한 경우에는 미리 지정된 횟수(N) 이상 고성능 라우터(110)로 브로드캐스팅을 반복적으로 수행하였는지 판단하고(S308), N회 이상 브로드캐스팅 신호를 송출하여도 저전력 라우터(120)를 스캔하지 못한 경우에는, 다시 처음 단계(S301)로 회귀하여 위 절차를 반복한다.
클러스터 헤더(125)의 하위 노드가 주기를 변경하려고 하는 경우에는 해당 클러스터 네트워크에서 떨어져서(leave) 다시 저전력 라우터(120)를 스캔하여 원하는 주기를 가진 클러스터 네트워크에 참여(join)할 수 있다. 이 경우, 복수의 클러스터 헤더(125)로 부터 스캔 신호에 대한 Ack를 수신한다고 하여도, 원하는 주기를 갖는 클러스터 헤더(125)의 클러스터 네트워크에 참여한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
100 : 클러스터 헤더
110 : 고성능 라우터
120 : 저전력 라우터
125 : 클러스터 헤더
130 : 단말장치

Claims (10)

  1. 센서 네트워크 구성과 외부 네트워크간의 게이트웨이 역할을 수행하는 코디네이터;
    센서노드의 데이터를 이웃 노드 또는 상기 코디네이터로 라우팅하는 고성능 라우터; 및
    상기 고성능 라우터의 인접 노드는 클러스터 헤더로 동작하고, 비인접 노드는 상기 클러스터 헤더의 하위 노드로 동작하는 저전력 라우터를 포함하고,
    상기 클러스터 헤더는 상기 코디네이터, 상기 고성능 라우터 및 상기 클러스터 헤더를 포함하는 상위 네트워크와 상기 클러스터 헤더 및 상기 클러스터 헤더의 하위 노드를 포함하는 클러스터 네트워크의 브릿지 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상위 네트워크는 지원 프로토콜은 CSMA-CA이고,
    상기 클러스터 네트워크의 지원 프로토콜은 잠자기(sleep)와 깨어나기(wakeup)을 반복하는 시분할 다중 접속(TDMA)인 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클러스터 네트워크 별로 깨어나기(wakeup)의 주기를 상이하게 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저전력 라우터는 턴 온(turn-on)시 인접 노드를 스캔하는 검색 신호를 브로드캐스팅 하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검색 신호에 대응하여 복수의 상기 고성능 또는 저전력 라우터로부터 응답 신호를 수신한 경우, 상기 저전력 라우터는 최초 수신한 상기 응답 신호의 상기 고성능 또는 저전력 라우터를 부모 노드로 설정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 검색 신호에 대응하여 복수의 저전력 라우터로부터 응답 신호를 수신한 경우, 상기 저전력 라우터는 클러스터 네트워크의 깊이가 가장 낮은 노드를 부모 노드로 설정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러스터 헤더의 하위 노드 운용 중 상기 하위 노드의 깨어나기(wakeup) 주기가 변경된 경우, 상기 하위노드는 해당 클러스터 네트워크에서 떨어져서, 변경된 주기에 부합하는 클러스터 네트워크에 합류하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축을 통한 저전력 센서네트워크 시스템.
  8. a) 저전력 라우터가 인접한 고성능 라우터를 검색하는 제 1 검색 신호를 브로드캐스팅 하는 단계
    b) 상기 고성능 라우터로부터 상기 검색 신호에 대응한 제 1 응답 신호의 수신 여부에 기초하여 클러스터 헤더로의 동작 여부를 결정하는 단계;
    c) 상기 고성능 라우터로부터 상기 제 1 응답 신호를 수신하지 못한 경우, 상기 저전력 라우터가 인접한 저전력 라우터를 검색하는 제 2 검색 신호를 브로드캐스팅 하는 단계; 및
    d) 상기 저전력 라우터가 인접한 저전력 라우터의 제 2 응답 신호에 기초하여 부모 노드를 설정함으로써, 상기 클러스터 헤더 중심의 클러스터 네트워크를 구축하는 단계
    를 포함하는 클러스터 네트워크 구축 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 응답 신호는 해당 노드의 네트워크 깊이와 해당 클러스터 네트워크의 깨어나기(wakeup) 주기 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 저전력 라우터가 복수의 상기 제 2 응답 신호를 수신한 경우, 네트워크 깊이가 가장 작은 것을 부모 노드로 설정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 네트워크 구축 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101603036B1 (ko) * 2015-01-30 2016-03-11 금오공과대학교 산학협력단 산업용 무선 센서 네트워크에서의 라우팅 장치 및 방법
CN110111552A (zh) * 2019-05-10 2019-08-09 上海勒君建设工程技术有限公司 一种基于ZigBee的桥梁多点多信道应变无线监测系统
KR102109771B1 (ko) 2018-12-05 2020-06-01 영남대학교 산학협력단 사물인터넷을 위한 보안 이동성 적응형 라우팅 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체

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