KR20100041003A - The vine tree formed dual path clustering tree wireless network and its constructing way - Google Patents
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Abstract
무선 디스조인트 노드 다중-경로 라우팅 프로토콜(wireless disjoint node multi-path routing protocol) 기술이 무선노드 오류에 따른 패킷 손실을 줄이기 위해 소스노드로부터 싱크노드까지 다중 경로를 찾는 것에 비해, 본 발명은 바인 트리(Vine Tree) 구조, 즉 나무 가지에 해당하는 부분에 무선 트렁크(Wireless Trunk)를 배치하는 방식으로 네트워크를 구축함으로써 무선 통신 신뢰성을 증가시킨다. Compared to the wireless disjoint node multi-path routing protocol, which seeks multiple paths from the source node to the sink node to reduce packet loss due to wireless node error, the present invention provides a Vine Tree ( The wireless communication reliability is increased by constructing a network by arranging a wireless trunk in a portion corresponding to a tree structure, that is, a tree branch.
또한 무선 트렁크는 주 백본 통신경로와 백업 백본 통신경로의 두 가지 백본 통신경로로 갖는다. 싱크노드는 트리의 루트에 해당되고 트리의 가지에 해당하는 부분이 클러스터 환경에서 무선 트렁크에 연결되며, 그 접속점은 주 백본 경로의 주 클러스터 헤드와 백업 백본 경로의 백업 클러스터 헤드를 둔다. In addition, the wireless trunk has two backbone communication paths, a primary backbone communication path and a backup backbone communication path. The sink node corresponds to the root of the tree and the branch of the tree is connected to the wireless trunk in the cluster environment, and its connection point has the primary cluster head of the primary backbone path and the backup cluster head of the backup backbone path.
특히, 본 발명은 클러스터링 기반의 무선 네트워크의 위상을 관리한다. 최소화된 소스노드 집합이 클러스터 헤드에 의해 묶여지고 조정되며, 클러스터 헤드와 소스노드는 마스터/슬레이브 모델을 기반으로 동작한다. 슬레이브 장치로 간주되는 소스노드는 마스터 장치인 클러스터 헤드로부터 명령을 받기 전까지 저 전력 소모 모드로 놓이게 되고, 마스터 장치인 클러스터 헤드는 소스노드에서 읽은 값을 받는다. 이 기술의 특징은, 무선통신 클러스터링 네트워크가 전반적으로 넓은 영역 통신이 가능하지 않음을 극복하는 넓은 범위를 커버하는 다수의 무선통신 클러스터링 네트워크 집합의 구성이 가능토록 하는 것이다. In particular, the present invention manages the topology of a clustering-based wireless network. The minimized set of source nodes is bound and coordinated by the cluster heads, and the cluster heads and source nodes operate based on the master / slave model. The source node, which is considered to be a slave device, is placed in a low power consumption mode until it receives a command from the cluster head, which is the master device, and the cluster head, which is the master device, receives the value read from the source node. A feature of this technology is that it enables the construction of a large number of wireless clustering network sets that cover a wide range of overcoming the overall lack of wide area communications.
또한 본 발명에서는 네트워크 시스템이 네트워크 오류, 특히 클러스터 헤드의 오류를 극복하기 위해 두 개의 클러스터 헤드를 갖는 네트워크 클러스터링을 사용 한다, 두개의 클러스터 헤드는 주 클러스터 헤드로 불리는 활성화된 클러스터 헤드와, 주 클러스터 헤드에 오류가 발생되면 활성화되는 백업 클러스터 헤드다. 한 클러스터 내의 소스노드들은 주 클러스터 헤드로 연결이 설정 되고 백업 클러스터 헤드로 연결되는 예비 연결이 설정 된다. 싱크노드를 루트로 갖는 주 백본 트리는 일련의 주 클러스터 헤드의 각 연결로 구성되며, 백업 백본 트리도 이와 같이 구성된다. Also, in the present invention, the network system uses network clustering having two cluster heads to overcome network errors, in particular, the cluster head error. The two cluster heads are an active cluster head called a main cluster head, and a main cluster head. The backup cluster head is activated when an error occurs. Source nodes within a cluster are connected to the primary cluster head and a spare connection to the backup cluster head is established. The primary backbone tree with the sink node as the root consists of each connection of a series of primary cluster heads, and so is the backup backbone tree.
본 발명은 기존 기술과 비교하여 클러스터 내에서 무선 노드를 관리하는 마스터/슬레이브 모델을 적용하기 때문에 히든 터미널(Hidden Terminal)과 익스포우즈드 터미널(Exposed Terminal) 문제에 의한 영향을 감소시키며 소스노드와 클러스터 헤드 양쪽의 전력 소모를 줄이는데 도움을 주며 특히 오류조치와 우선순의 통신경로 선정이 네트워크의 복잡도와 크기에 따라 기하급수로 증가되는 네트워크 혼잡도를 대폭 감소시키는 특징이 있다.Compared with the existing technology, the present invention applies a master / slave model for managing wireless nodes in a cluster, thereby reducing the influence of hidden terminal and exposed terminal problems, It helps to reduce the power consumption on both sides of the cluster head. Especially, error correction and priority path selection greatly reduces the network congestion that increases due to the complexity and size of the network.
Description
본 발명 기술은 무선 데이터 네트워크와 관련이 있으며, 특히 클러스터 기반 무선통신 네트워크의 통신 신뢰성을 향상시키기 위한 내결함성 관리를 포함한다.The present invention relates to wireless data networks, and particularly includes fault tolerance management to improve communication reliability of cluster-based wireless communication networks.
무선통신 네트워크는 농업 환경 모니터링과 일기예보 분야 등 많은 응용프로그램의 효율성에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 이러한 무선통신 시스템에서, 데이터는 영향범위 안에 배치된 여러 개의 무선노드들에 의해 모아지며, 무선노드 데이터는 처리장치로 보내지게 된다. 다수의 무선노드들을 사용할 때, 클러스터링은 무선노드의 구성과 네트워크의 관리를 용이하게 해주는 좋은 방법이다. 무선노드 클러스터링 구성이 의미하는 바는 클러스터 헤드에 의해 관리 되어지는 무선노드들의 집합을 최소화하는 것을 말한다. 클러스터 헤드는 무선노드의 활성화 상태를 컨트롤하고, 의도하는 바에 따라 주기적으로 값을 읽어드리는 책임을 갖는다. 클러스터 헤드는 무선노드들로부터 모여진 값들을 처리하기 위해 멀리 있는 싱크노드로 전송한다.Wireless communication networks are expected to have a significant impact on the efficiency of many applications, such as agricultural environment monitoring and weather forecasting. In such a wireless communication system, data is gathered by a number of wireless nodes placed within the sphere of influence, and the wireless node data is sent to a processing device. When using multiple wireless nodes, clustering is a good way to facilitate configuration of the wireless node and management of the network. Wireless node clustering configuration means minimizing the set of wireless nodes managed by the cluster head. The cluster head is responsible for controlling the activation state of the wireless node and reading the value periodically as intended. The cluster head transmits the values gathered from the wireless nodes to remote sink nodes for processing.
클러스터링 네트워크에서, 클러스터 헤드에 오류가 발생하면, 해당 클러스터 헤드 안의 모든 무선노드도 동작하지 않는 것으로 간주된다. 네트워크의 중간 부분에 위치한 클러스터 헤드에 오류가 발생한 경우라면 이는 더 큰 문제를 야기 시킨다. 이 경우, 싱크노드를 포함하지 않는 네트워크의 나머지 부분 모두 오류로 간주된다.In a clustering network, if a cluster head fails, all radio nodes in that cluster head are also considered inoperative. If the cluster head in the middle of the network fails, this causes a bigger problem. In this case, the rest of the network that does not contain the sync node is considered to be an error.
무선 클러스터 네트워크에서 무선노드 오류 문제를 해결할 몇 가지 방법이 있는데, 그 중 하나는 소스노드로부터 싱크노드로의 여분의 경로를 만드는 것이다. 그 후 소스노드의 데이터를 복사하거나 혹은 여러 조각으로 나누어 다중 경로를 통해 전송한다. 앞서 말한 모델이 적용된 일반적인 기술로 디스조인트 노드 다중-경로 라우팅 프로토콜(disjoint node multi-path routing protocol) 있다. 그러나 이 다중경로 라우팅 모델은 소스노드에서 데이터를 처리하는데 많은 전원을 필요로 하며 또한 프로토콜 구성이 보다 복잡하게 이루어진다. 다른 기술은 백업 경로를 만들고 주경로에 문제가 생기기 전까지 저장해 두는 것이다. 백업 경로는 주경로에 오류가 발생했을 때, 주경로의 역할을 대신한다. 이 기술은 특정 응용프로그램에서 요구하는 신뢰성 정도에 따라 적용된다. There are several ways to solve the wireless node failure problem in a wireless cluster network, one of which is to create an extra path from the source node to the sink node. Then copy the data from the source node or split it into pieces and send them through multiple paths. A common technique to which the aforementioned model is applied is the disjoint node multi-path routing protocol . However, this multipath routing model requires a lot of power to process data at the source node and also makes the protocol configuration more complicated. Another technique is to create a backup path and save it until the main path has a problem. The backup path takes over the role of the main path when the main path fails. This technique is applied according to the degree of reliability required by a particular application.
본 발명은 여러 무선 노드 클러스터들을 결합하는데 있어 "이중 트리" 구조를 기반으로 하는 바인 트리(Vine Tree) 형태의 이중경로 클러스터링 트리(DPCT: Dual Path Clustering Tree) 무선 네트워크에 관한 것이다. DPCT 네트워크는 하나 혹은 그 이상의 선택적인 보조 트리로 구성되며, 이 보조 트리는 응용프로그램 요청에 대한 신뢰성 및 내결함성을 보장하여 네트워크 노드의 오류로부터 주 트리를 보호한다. 본 발명은 보다 높은 통신신뢰성을 확보하기 위한 오류 복구 방법이 계획 되어져 있으며 무선 네트워크의 관리와 구성을 단순화시킴으로 인해 신뢰성을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a dual path clustering tree (DPCT) wireless network in the form of a Vine Tree based on a "double tree" structure in combining several wireless node clusters. The DPCT network consists of one or more optional auxiliary trees, which protect the main tree from network node failures by ensuring reliability and fault tolerance for application requests. In the present invention, an error recovery method is planned to secure higher communication reliability, and reliability can be increased by simplifying management and configuration of a wireless network.
네트워크에 장애가 발생하였을 경우 오류를 수정하기 위한 2가지 방법(단계 98,단계99)이 있다. 각각의 클러스터 헤드는 킵-얼라이브 메시지(Keep-Alive message)를 이용하여 클러스터 헤드가 동작하고 있는지를 검사한다. 클러스터 헤드가 제대로 동작하지 않을 경우, 트리 오류조치 매커니즘은 클러스터 헤드에 백본 경로를 맞추기 위해 동작 한다. 매커니즘의 동작에 관해서는 도 5a, 도 5b, 도 5c에서 설명하고 있다. 네트워크 오류 정보는 수정되어지거나 표면적으로 활성화된 트리의 데이터베이스에 있는 싱크 노드로 보내진다. There are two methods (steps 98 and 99) to correct errors in the event of a network failure. Each cluster head keep-alive message by using the (Keep-Alive message) to check whether there is a cluster head is operating. If the cluster head is not working properly, the tree failover mechanism works to match the backbone path to the cluster head. The operation of the mechanism is described with reference to Figs. 5A, 5B and 5C. Network error information is sent to sink nodes in the database of modified or superficially active trees.
본 발명을 응용프로그램에 적용한 실례는 다음과 같다.An example of applying the present invention to an application program is as follows.
a) "농수로 모니터링 시스템"에서, 수위측정 센서가 장착된 여러 개의 클러스터 헤드를 포함하는 무선 트렁크(Wireless Trunk)는 수위 정보를 모으고 홉-바이-홉(hop-by-hop) 방식을 통해 싱크노드, 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit)을 거쳐 최종적으로 처리 센터(Processing Center)로 수위를 전달하기 위해 긴 거리에 걸쳐 배치된다. the sink node through the hops (hop-by-hop) method - a) the "nongsuro Monitoring System", a radio trunk that contains multiple cluster head with a water level sensor mounted (Wireless Trunk) collects the water level information, hop-by It is then placed over a long distance to deliver the water level through the Remote Terminal Unit and finally to the Processing Center .
b) "무선 일기 예보 시스템"에서, 무선 트렁크는 할당된 환경 센서로부터 날씨정보를 수집하는 여러 개의 클러스터 헤드를 포함한다. 본 "무선 일기 예보 시스템"은 일기 예보 시스템의 유연성을 향상시키는 동시에 적은 설치비용과 유지비용으로 기존의 유선 일기 예보 시스템을 대체할 수 있다. b) In a "wireless weather forecast system", a wireless trunk includes several cluster heads that collect weather information from assigned environmental sensors. The "wireless weather forecast system" can replace the existing wired weather forecast system with low installation and maintenance costs while improving the flexibility of the weather forecast system.
c) "전력/산업 아이티(IT) 시스템"에서, 무선 트렁크는 여러 개의 무선 게이트웨이(클러스터 헤드로 생각해도 무방)를 포함한다. 각 게이트웨이는 전력 IT 시스템 혹은 산업 IT 시스템의 장비들을 관리할 것이다. 무선 기술의 지원을 통해, 본 시스템은 슬레이브 장치를 위한 보다 나은 이동성을 제공하고, 설치 및 유지비용을 감소시킨다.c) In a "power / industrial IT system", a wireless trunk includes several wireless gateways (think cluster heads). Each gateway will manage the equipment of a power IT system or an industrial IT system. With the support of wireless technology, the system provides better mobility for slave devices and reduces installation and maintenance costs.
도 1은 이중경로 클러스터링 트리(DPCT : Dual Path Clustering Tree) 네트워크의 시스템 구조를 나타낸다. 이 구조에서 각각의 센싱 디바이스(100)는 클러스터(40, 50, 60)로 그룹을 이루고 있으며 단거리 통신 능력만 가지고 있다. 그리고 온도, 습도, 압력, 기타 등의 환경 정보를 수집하게 된다. 모든 클러스터(40, 50, 60)는 클러스터 내의 소스노드를 관리하고 클러스터 내의 모든 소스노드를 위한 라우팅 테이블을 포함하는 주 클러스터 헤드(PCH : Primary Cluster Head 15, 25, 35)를 가지고 있다. 1 illustrates a system structure of a dual path clustering tree ( DPCT ) network. In this structure, each
싱크노드(75)로부터 두 개의 클러스터 헤드(35, 25)를 지나 클러스터(15)로 통하는 경로를 주 백본 경로라고 한다. 네트워크의 신뢰성을 높이기 위해서는 각각의 PCH(15, 25, 35)는 자신의 백업 클러스터 헤드(BCH: Backup Cluster Head 45, 55, 65)와 각각 짝이 되게 연결해야 한다. 소스노드(100)는 자신의 PCH(15)와 영구적인 연결을 하고 자신의 BCH(45)와는 프리-셋업(pre-setup) 연결을 한다. 도 1에서 싱크노드(75)로 향하는 백업 백본 경로는 PCH(45), PCH(55), PCH(65)에 의해 만들어진다. 상호간에 동작여부를 감지하기 위해 제작된 하드웨어는 자신들의 무선네트워크에서 주 클러스터 헤드와 백업 클러스터 헤드 모두 불규칙 수신 모드(promiscuous receive mode)로의 동작이 가능하다. The path from the
도 2를 참조해보면 PCH(15)는 액티브 모드나 프로세싱 유닛(19)을 중지시켜 파워다운 모드로 동작할 수 있다. 더구나, 휴지 모드(idle mode)인 디바이스는 전원을 끌 수 있다. 전송 전원은 요구되는 범위에 따라 프로그램 할 수 있고 클러스터헤드(15)의 무선 송신기(18)와 무선 수신기(17)에 따라 독립적으로 전원을 켜거나 끌 수 있다. 각 클러스터 헤드(15)에 내장된 클럭(21)은 싱크 노드(75)에 위치한 클럭과 동기를 맞춘다. 클럭 동기화는 싱크 노드(75)에 정확한 소스 클럭을 넣어주고 동기화 메시지 교환을 통해 가능하다. 테이블(20)은 두 개의 테이블로 구성된다. 포워딩 테이블은 클러스터 헤드(40)내의 센싱 디바이스(100)를 관리하는데 사용되고, 라우팅 테이블은 주 백본 경로로 통신에 사용된다.Referring to FIG. 2, the PCH 15 may operate in the power down mode by stopping the active mode or the
무선 통신 노드들을 클러스터링 하는 것은 무선 노드를 구성하고 네트워크를 관리하는데 있어 클러스터 헤드의 역할이 증가되는 것을 의미한다. 무선 노드를 구성한다는 것은 환경정보를 모니터링하고 보내진 신호를 처리해야 되는 무선 노드들의 최소 셋을 선택하는 것이다. 무선 노드 구성은 응용프로그램의 특성 및 한 주기상 보내지는 데이터에 따라 이루어진다. Clustering wireless communication nodes means increasing the role of the cluster head in configuring the wireless node and managing the network. Configuring a wireless node is to select the minimum set of wireless nodes that need to monitor environmental information and process the signal sent. Wireless node configuration is based on the characteristics of the application and the data sent in one cycle.
도 3은 클러스터 헤드의 센싱 디바이스를 관리하기위해 사용되는 포워딩 테이블의 구조 다이어그램이다. 센서 아이디 필드(Sensor ID field)와 센서 어드레스 필드(Sensor Address field)는 센싱 디바이스의 식별자(MAC address)와 센싱 디바이스가 클러스터에 처음 붙을 때 클러스터 헤드로부터 할당 받은 주소(16bit address) 목록이다. 데이터 길이 필드(Data Length field)는 센싱 디바이스의 길이를 말하며 온도는 8 비트(bit), 습도는 16 비트(bit) 길이를 가질 수 있다. 상태 필드(Status field)는 센싱 디바이스의 연결 상태를 보여준다. 만약 센싱 디바이스가 클러스터 헤드와 연결되었다면 True 값을 가지고, 연결이 되지 않았다면 False값을 갖는다.3 is a structural diagram of a forwarding table used to manage a sensing device of a cluster head. The Sensor ID field and the Sensor Address field are a list of 16-bit addresses allocated from the cluster head when the sensing device is attached to the cluster ( MAC address ) and the sensing device first attaches to the cluster. A data length field (Data Length field) is (bit) means the length of the sensing device has an 8-bit temperature, and humidity can have a length of 16 bits (bit). The Status field shows the connection status of the sensing device. If the sensing device is connected to the cluster head, it has a value of True. If not, it has a value of False.
도 4a는 클러스터 헤드(25)가 자신의 센싱 디바이스에서 싱크 노드(75)로 기록을 전송하는데 사용하는 라우팅 테이블의 구조적인 다이어그램이다. 소스 아이디 필드(Source ID field)와 소스 어드레스 필드(Source Address field)는 DPCT 네트워크 내의 싱크 노드(75)의 식별자와 주소를 가리킨다. 도 1을 보면 하나의 싱크 노드(75)만이 존재하지만, DPCT 네트워크는 하나 이상의 싱크 노드(75)를 허용한다. 넥스트 홉 아이디 필드(Next Hop ID field)와 넥스트 홉 어드레스 필드(Next Hop Address field)는 싱크 노드(75)로 가는 경로 중에서 넥스트 홉(next hop) 클러스터 헤드의 식별자와 주소를 가리킨다. 클러스터 헤드(25)는 싱크 노드(75)로 향하는 경로 중에서 두 개의 넥스트 홉 클러스터 헤드(35)와 (65)를 갖는다. 우선순위 필드(Priority field)는 0과 1의 두 가지 값을 갖는다. 만약 넥스트 홉 클러스터 헤드가 주 클러스터 헤드이면 0 값을 가지며 백업 클러스터헤드이면 1 값을 갖는다. 클러스터 헤드(35)는 주 클러스터 헤드이고 상응하는 우선순위 값은 0을 갖는다. 클러스터 헤드(65)는 백업 클러스터 헤드와 상응하는 우선순위 값은 1이 된다. 이 라우팅 테이블 구조는 주 클러스터헤드(15, 35)의 라우팅 테이블 구조와 유사하다.4A is a structural diagram of a routing table that the
도 4b는 백업 클러스터헤드(55)가 백업 백본 경로를 위해 사용하는 라우팅 테이블의 구조 다이어그램이다. 싱크 노드(75)는 여전히 클러스터 헤드(55)의 목적지 노드이고, 클러스터 헤드(55)는 두 개의 넥스트 홉 클러스터헤드, 즉 백업 클러스터 헤드(65)와 주 클러스터헤드(35)를 말한다. 백업 클러스터 헤드의 라우팅 테이블에서 만약 넥스트 홉 클러스터헤드가 백업 타입이면 우선순위 값은 0이고, 그 반대이면 1이다. 클러스터 헤드는 높은 우선순위를 넥스트 홉으로 선택하고 높은 우선순위의 넥스트 홉이 실패했을 때, 낮은 우선순위를 넥스트 홉으로 사용한다. 라우팅 테이블은 다른 백업 클러스터 헤드(45, 65)에 적용할 수 없다.4B is a structural diagram of a routing table that
도 5a는 싱글 모드(single mode)에서 노드가 동작하지 않는 경우를 구체적나타낸 것이다. 주 노드(25)가 문제가 발생하여 동작하지 않을 때, 노드(55)는 중추(heartbeat) 패킷의 손실을 근거로 자신의 주 노드(25)의 이상 유무를 감지한다. 또한 노드(55)는 통지(Notification) 메시지를 싱크 노드(75)에게 보낸다. 이 메시지를 수신한 싱크 노드(75)는 백업 클러스터 헤드(45, 55, 65)에 의해 형성된 백업 백본 경로를 사용한다. 백업 백본 경로는 주 백본 경로가 복구될 때까지 사용된다.5A illustrates a case in which a node does not operate in a single mode . When the
도 5b는 혼합 모드(mixed mode)에서 노드가 동작하지 않는 경우를 구체적으로 나타낸 것이다. 주 클러스터 헤드(25)가 동작하지 않을 때, 백업 클러스터(65) 역시 동작하지 않는 경우 백업 백본 경로는 주 백본 경로를 대신할 수 없다. 혼합 모드에서 백업 클러스터 헤드 (55)는 도 4(b)에 있는 라우팅 테이블의 낮은 우선순위의 경로(42)를 사용해서 주 클러스터 헤드 (35)와 연결된다. 이제 주 클러스터 헤드 (15), (25)의 백업 클러스터 헤드인 클러스터 헤드 (45), (55)의 경로가 사용되며 이는 혼합 경로(mixed path)이다. 클러스터 헤드 (15)와 (55) 사이의 링크를 왜 사용할 수 없는지 생각할 수 있는데, 이유는 두 개의 백업 클러스터인 (45)와 (55)사이의 링크가 주 클러스터 헤드인 (15)와 백업 클러스터 헤드 (55)사이의 링크보다 높은 우선순위를 가지고 있기 때문이다.FIG. 5B illustrates the case in which the node does not operate in the mixed mode . When the
도 5c는 백업 클러스터헤드 (65)와 주 클러스터 헤드 (25)가 동작하지 않을 때, 백업 클러스터 헤드 (45) 역시 동작하지 않을 경우를 나타낸 도이다. 이러한 경우 주 클러스터 헤드 (15)와 백업 클러스터 헤드 (35) 사이의 경로가 사용된다. 소스노드는 읽어 들인 정보를 자신의 클러스터 헤드에게 보내도록 지시하는 명령을 받는다. 클러스터 헤드는 자신에게 속한 전체 센싱 디바이스들의 모든 정보를 수집한 뒤, 번갈아 가며 홉-바이-홉(hop-by-hop)으로 싱크노드(75)에게 자신의 모든 데이터를 전송한다. 그런 다음 싱크노드는 모든 클러스터 헤드의 데이터를 처리하고 분 석하는 프로세싱 센터로 보내기도 한다.5C is a diagram showing a case where the
도 6을 보면, 소스노드(100)는 클러스터 헤드로부터 받은 명령에 따라 액티브 모드와 센싱 유닛(101)과 프로세싱 유닛(104)의 전원이 차단되는 전원다운 모드로 동작할 수 있다. 또한 각 소스노드(100)의 무선 송신기(103)와 무선 수신기(102)는 독립적으로 온/오프(on/off)가 가능하다. 내장된 클럭(106)은 클러스터 헤드의 내장된 클럭(21)과 동기를 맞추게 된다. Referring to FIG. 6, the
미디엄 액세스 컨트롤(MAC:Medium Access Control) 메커니즘은 필요하지 않을 때 무선(소스)노드가 선택적으로 노드 내의 수신기의 전원을 끄는 것을 가능하게 한다. 클러스터 헤드는 무선노드들의 무선 수신기와 송신기를 켜고 끄기 위해 시나리오를 수정한다. 게다가 송수신을 통제하는 회로는 네트워킹에 있는 전파 장애를 감소시키고 무선노드가 낮은 전송 에너지를 사용하여 신뢰성 있게 통신하는 것을 허용해 오차율을 감소시킨다.Medium Access Control (MAC) mechanisms allow wireless (source) nodes to selectively power down receivers in nodes when not needed. The cluster head modifies the scenario to turn the wireless nodes' wireless receivers and transmitters on and off. In addition, the circuitry that controls transmission and reception reduces error rates by reducing radio interference in networking and allowing wireless nodes to communicate reliably using low transmission energy.
도 7a는 새로운 소스(무선)노드의 클러스터로 결합하는 메시지 교환 모델을 나타낸 것이다. 소스노드는 우선 가용한 클러스터 헤드를 찾기 위해 탐지 신호(51)를 뿌린다. 가용한 클러스터 헤드로부터 탐지 응답(52)을 받으면, 새로운 소스노드는 클러스터에 결합하기 위해 클러스터 헤드로 결합 요청(53)을 보낼 것이다. 새로운 소스노드로부터 결합 요청을 받으면, 클러스터 헤드는 포워딩 테이블을 체크하여 이 소스노드가 이전에 클러스터에 결합되었던 오래된 엔트리가 있는지 찾는다. 새로운 노드라면, 클러스터 헤드는 새 소스노드를 위해 새로운 엔트리를 추가하고 무선노드로 결합응답 메시지(54)를 송신한다. Figure 7a shows a message exchange model that combines into a cluster of new source (wireless) nodes. The source node first sprays a
도 7b는 결합응답이 포함된 결합상태를 보여준다. 결합이 클러스터 헤드로부터 수락되면, 클러스터 헤드는 결합성공(Association Successful) 신호(56)로 응답한다. 결합이 클러스터 헤드의 용량제한으로 인해 거절되면, 클러스터 헤드 용량제한(CH at capacity) 응답(57)을 보낸다. 결합이 클러스터 헤드의 다른 조건에 의해 승인되지 못하면, 클러스터 헤드는 클러스터 헤드 액세스 거부(CH access denied) 신호(58)로 응답한다.7B shows a coupling state in which a coupling response is included. If the association is accepted from the cluster head, the cluster head responds with an Association Successful signal 56. If the join is rejected due to the capacity limitation of the cluster head, a cluster head capacity response ( CH at capacity) response 57 is sent. If the join is not accepted by other conditions of the cluster head, the cluster head responds with a cluster head access denied signal 58.
한 무선노드는 클러스터 헤드와 두 가지의 연결을 갖는다. 하나는 PCH와의 연결이고 다른 하나는 BCH와의 연결이다. BCH와의 연결은 프리셋업 연결(pre-setup connection)이라고 부르는데, 이는 BCH가 백업 상태에 있고 PCH가 정상 상태일 때는 동작하지 않기 때문이다. 그러나 무선 노드 노드의 관점에서 보면 클러스터 헤드는 하나가 있을 뿐인데, 이는 PCH와 BCH가 같은 아이디(ID)와 주소를 사용하기 때문이다.One wireless node has two connections with the cluster head. One is the connection with the PCH and the other is the connection with the BCH. The connection with the BCH is called a pre-setup connection because it does not work when the BCH is in backup and PCH is in a normal state. However, from the point of view of a wireless node node, there is only one cluster head, because PCH and BCH use the same ID and address.
도 8을 보면, 본 발명은 10단계의 과정으로 DPCT를 구축하고 관리됨을 알 수 있다. 네트워크를 구축하는 것은 싱크노드를 배치하는 것에서부터 시작한다.(단계 91) 트리의 모든 정보는 싱크노드에 저장되며 전체 트리의 데이터베이스는 하나의 새로운 클러스터가 설치되었을 때 추가될 것이다. 다음 단계로, 각 클러스터들의 위치를 결정하고(단계92) 그 후 오류조치 클러스터들을 각 클러스터에 배치시킨다. (단계93)Referring to FIG. 8, it can be seen that the present invention constructs and manages a DPCT in a ten step process. Building a network begins with deploying the sink node (step 91). All information in the tree is stored on the sink node and the entire tree database will be added when one new cluster is installed. The next step is to determine the location of each cluster (step 92) and then place the failover clusters in each cluster. (Step 93)
클러스터 헤드들의 배치가 완료되면, 일련된 클러스터들 각각의 클러스터 헤드들 간에 데이터경로를 설정한다. 데이터 경로는 일련된 두 주 클러스터 헤드 간, 혹은 일련된 백업 클러스터 헤드 간의 높은 우선순위 경로와 일련된 두 클러스터들의 하나의 주 클러스터 헤드와 하나의 백업 클러스터 헤드 간 낮은 우선순위를 포함한다. 각 클러스터에 무선 노드 노드들을 배치하는 것이 다음 단계이다. (단계 95) 각 클러스터의 소스노드들의 수는 최소한의 셋이다. 이것이 의미하는 바는 같은 기능을 가진 두 개의 소스노드를 가진 클러스터가 없도록 하기 위해 소스노드의 결합 처리를 조절해야 한다는 것이다. 소스노드들이 각 클러스터에 설치되고 난 후, 클러스터는 각 소스노드들과 통신하기 위해 타임 슬롯(time-slot)을 설정한다. 타임 슬롯을 설정함으로 클러스터와 무선 노드들 사이의 채널 경쟁(channel contention)을 최소화 하고 네트워크의 전파 장애를 최소화 할 것이다. 클러스터 헤드의 무선 노드 타임 슬롯으로부터 명령을 받은 후 무선 노드는 주변정보를 얻고 그 정보를 무선 노드의 클러스터 헤드에 전송 한다. Once the placement of the cluster heads is complete, a datapath is established between the cluster heads of each of the series of clusters. The data path includes a high priority path between a series of two primary cluster heads, or between a series of backup cluster heads and a low priority between one primary cluster head and one backup cluster head of two series of clusters. Deploying wireless node nodes in each cluster is the next step. (Step 95) The number of source nodes in each cluster is at least three. This means that we must adjust the concatenation of the source nodes so that there are no clusters with two source nodes with the same functionality. After the source nodes are installed in each cluster, the cluster establishes a time-slot to communicate with each source node. Setting time slots will minimize channel contention between clusters and wireless nodes and minimize network propagation disturbances. After receiving a command from the wireless node time slot of the cluster head, the wireless node obtains the peripheral information and transmits the information to the cluster head of the wireless node.
도 1은 본 발명의 특정부분을 나타내는 것으로 클러스터 그룹들을 포함한 분산 무선 노드 네트워크 구조이다. Figure 1 illustrates a specific portion of the invention and is a distributed wireless node network architecture including cluster groups.
도 2는 도 1의 무선 네트워크에 적합한 대표적인 클러스터 헤드의 블록다이어그램이다. 2 is a block diagram of an exemplary cluster head suitable for the wireless network of FIG.
도 3은 클러스터 헤드가 자신의 소스노드들을 관리하기 위해 사용되는 포워딩 테이블(Forwarding Table)의 구조 다이어그램이다. 3 is a structural diagram of a forwarding table used by a cluster head to manage its source nodes.
도 4a는 도 1의 시나리오를 위해 주 클러스터 헤드에 사용되는 주 백본 경로를 위한 라우팅 테이블의 구조 다이어그램이다. 4A is a structural diagram of a routing table for the primary backbone path used in the primary cluster head for the scenario of FIG. 1.
도 4b는 도 1의 시나리오를 위해 백업 클러스터 헤드에 사용되는 백업 백본 경로를 위한 라우팅 테이블의 구조 다이어그램이다. 4B is a structural diagram of a routing table for the backup backbone path used in the backup cluster head for the scenario of FIG. 1.
도 5a는 특정 클러스터가 주 백본 경로의 실패로 문제가 발생하여 백업 백본 경로가 사용되는 경우를 보여준다. FIG. 5A shows a case where a specific cluster suffers from failure of the primary backbone path and thus the backup backbone path is used.
도 5b는 특정 클러스터들의 문제발생으로 주 백본 경로 와 백업 백본 경로 모두 사용할 수 없는 경우를 보여준다. FIG. 5B shows a case in which both the primary backbone path and the backup backbone path cannot be used due to a problem of specific clusters.
도 5c는 다른 특정 클러스터의 문제발생을 자세히 설명하기 위한 본 발명의 오류조치 매커니즘을 보여준다. Fig. 5C shows the error correcting mechanism of the present invention for explaining the problem occurrence of another specific cluster in detail.
도 6은 도 1의 트리 네트워크에 적합한 전형적인 소스노드의 블록 다이어그램이다. 6 is a block diagram of an exemplary source node suitable for the tree network of FIG.
도 7a는 무선 통신노드의 클러스터에서 사용되는 처리 과정을 나타낸 것이 다. 7A illustrates a process used in a cluster of wireless communication nodes.
도 7b는 클러스터 헤드에 의해 만들어진 결합상태를 설명하는 것으로 응답을 하기 위해 요약하여 나타낸 것이다. FIG. 7B is a summary illustrating the coupling state created by the cluster head and is summarized for response.
도 8은 본 발명에 따라 이중경로 클러스터링 트리(DPCT : Dual Path Clustering Tree) 네트워크를 전개하기 위한 순서도이다.8 is a flowchart for developing a dual path clustering tree ( DPCT ) network according to the present invention.
Claims (6)
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| KR1020080099965A KR20100041003A (en) | 2008-10-13 | 2008-10-13 | The vine tree formed dual path clustering tree wireless network and its constructing way |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
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Cited By (2)
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20081013 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
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