[go: up one dir, main page]

WO2017209497A1 - Sensing data processing device and data processing method - Google Patents

Sensing data processing device and data processing method Download PDF

Info

Publication number
WO2017209497A1
WO2017209497A1 PCT/KR2017/005653 KR2017005653W WO2017209497A1 WO 2017209497 A1 WO2017209497 A1 WO 2017209497A1 KR 2017005653 W KR2017005653 W KR 2017005653W WO 2017209497 A1 WO2017209497 A1 WO 2017209497A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensing
information
nodes
node
base station
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2017/005653
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이흥노
자파이크발
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gwangju Institute of Science and Technology
Original Assignee
Gwangju Institute of Science and Technology
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
Priority claimed from KR1020160066625A external-priority patent/KR102412058B1/en
Priority claimed from KR1020160066621A external-priority patent/KR20170135156A/en
Application filed by Gwangju Institute of Science and Technology filed Critical Gwangju Institute of Science and Technology
Publication of WO2017209497A1 publication Critical patent/WO2017209497A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention also relates to a data processing apparatus and a data processing method of a wireless sensor network. More specifically, the present invention relates to a data processing apparatus and a data processing method of a wireless sensor network, which can be applied in a poor communication environment, an indoor environment, for example, a factory, which is less reliable in a communication channel. However, it is not limited to such a technical field.
  • Underwater acoustic communication has a variety of applications. For example, it can be used for monitoring the underwater environment, military / marine observation, underwater navigation, radioactive spill monitoring, and underwater resource exploration.
  • a wireless sensor network is generally used for the underwater acoustic communication. Its action is generally that the information sensed by these sensors is collected and transmitted to the base station of the water phase, for example buoy, via the underwater acoustic communication.
  • the underwater acoustics communication is time dependent. This is due to changes in spatial location due to temperature, channel geometry, surface roughness, and currents in the water. Due to these constraints, acoustic waves, mainly with low damping characteristics, are used as carriers for underwater communication.
  • Non-Patent Document 1 has been proposed as one way to overcome these problems.
  • Orthogonal Coded Frequency Division Multiplexing (COFDM) has been applied to this document, which employs a low density parity check code (LDPC).
  • LDPC low density parity check code
  • this method has a problem in that performance is degraded by random fading.
  • the point-to-point system employed in this approach is further degraded due to the long-term deep faing, Doppler diffusion, and the presence of shadow zones.
  • the output power is increased or repeatedly transmitted to make up for the problem, thereby increasing the power consumption and reducing the service life of the system.
  • a sensing data processing method comprising: sensing a node by environmental information; Which node encodes the sensed information in a first manner and broadcasts the information as transmission information; And another node receiving the transmission information encodes the information selected from the accumulated information accumulating two or more pieces of the transmission information in a second manner and relays the information to the base station as relay information. According to this, the power consumption is reduced.
  • any node is any node included in the node network. This can maximize the power savings.
  • the transmission information and the relay information are the same size. According to this, the utilization of radio resources can be improved.
  • the first scheme is a low density parity check code orthogonal coding frequency division multiplexing (LPDC COFDM), and the second scheme is a code matrix of a low density generator matrix (LDGM). According to this, coding efficiency can be obtained to the maximum.
  • LDC COFDM low density parity check code orthogonal coding frequency division multiplexing
  • LDGM low density generator matrix
  • a data processing apparatus of a wireless sensor network including: a cooperative group including at least two sensing nodes configured to transmit and receive sensing information of sensing an environment where a user is placed; And a base station that receives the sensing information from the at least two sensing nodes included in the cooperative group, and reads the sensing information, wherein each of the at least two sensing nodes includes at least temporary sensing information of another sensing node.
  • the base station receives the sensed information of another sensing node from one sensing node, and includes at least two cooperative groups.
  • the at least two sensing nodes included in the cooperative group may be geographically adjacent to each other. According to this, it is possible to build a system with lower power.
  • At least one of the at least two sensing nodes may at least temporarily store all the sensing information of the other sensing nodes of the output group in which they are included. Since all sensors can transmit the sensing information of all other sensors, the reliability of information transmission and the effect of low power have the advantage of being maximized.
  • At least one of the at least two sensing nodes may transmit all the sensing information of the other sensing nodes of the output group including the same to the base station. According to this, there is an advantage that the reliability of information transmission and the effect of low power are maximized.
  • a data processing method of a wireless sensor network includes a grouping step of grouping a plurality of sensing nodes into at least two cooperative groups; An intra-group sensing information exchange step in which the at least two sensing nodes exchange sensing information sensed by at least two sensing nodes included in at least one cooperative group among the at least two cooperative groups; Transmitting sensing information of the at least two sensing nodes to a base station; And a sensing information reading step of reading the sensing information at the base station. According to this, reliability of data transmission can be improved and power consumption can be reduced even in a poor communication environment.
  • each of the at least two sensing nodes exchanges sensing information with all other sensing nodes included in the cooperative group in which they are included, and the sensing information of each of the other sensing nodes exchanged.
  • the sensing information may be transmitted to the base station. The reliability of information transmission is maximized.
  • the sensing information includes at least normal and abnormal, and is provided as a value for discontinuously distinguishing the degree of physical quantity. According to this, it is possible to improve the accuracy of the recovery of the information transmission.
  • the received sensing information includes at least two pieces of information about the same sensing node, and the sensing information is read by a majority vote method. This has the advantage that the error probability of the information is significantly reduced.
  • the base station can receive an accurate detection result with a low error rate.
  • an effect of reducing energy consumption can be expected even in a poor wireless communication environment.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for processing underwater sensing data.
  • 3 is a graph showing information transmission with time and each node as its respective axis.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a data processing apparatus of a wireless sensor network according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration diagram of a sensing node.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration diagram of a base station.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a data processing method of a wireless sensor network.
  • FIG. 12 illustrates a data packet according to an embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a cooperative packet according to an embodiment.
  • Fig. 14 is a data read table according to the majority vote.
  • 15 is a graph showing the results of performing an example simulation.
  • an underwater sensing data processing apparatus includes at least two nodes 1 having at least a sensing mechanism, and a buoy 2 provided near a water surface to receive information from the node 1. do.
  • the node and buoy communicate data wirelessly with each other.
  • the sensing device may measure various physical / chemical amounts, such as water temperature, flow rate, and composition.
  • the at least two nodes may be a node network as a whole.
  • the buoy can be used to specify the underwater environment, and may be called a base station in other cases.
  • At least one of the nodes 1 transfers transmission information including the measured at least sensing value to another node (eg, all nodes except the first node, and buoy). Encode and transmit in the first manner.
  • the transmission may be provided by broadcast.
  • the transmission information can be transmitted to all components included in the data processing apparatus. Therefore, all nodes 1 and buoy 2 except the transmitting node (for example, the first node) can receive the transmission information.
  • the other node 1 (e.g., all nodes except the first node) receiving the transmission information encodes the buoy () by directly encoding in the second manner without decoding the transmission information coded in the first manner. 2) can be sent.
  • the transmission may be referred to as a relay. In other words, this is because the transmission information is relayed from the node (for example, the first node) that transmits the transmission information to the buoy (2).
  • the buoy 2 receiving the transmission information may recover the transmission information through iterative decoding.
  • Every node included in the at least two nodes 1 may be the first node to broadcast transmission information including a sensing value to another node in the transmission process.
  • a sensor network including U nodes and a buoy is taken as an example.
  • U nodes and a buoy are taken as an example.
  • only two nodes are presented, but of course, an appropriate number of nodes may be included.
  • the sensing S1, the first encoding S2, and the first transmission S3 may be performed by all nodes. Therefore, even if transmission information transmitted from one node is not transmitted to another node, it may be transmitted to another node. Broadcasting between the nodes may be performed in time division multiple access (TDMA). Therefore, when one node is broadcasting, other nodes can be made to wait.
  • TDMA time division multiple access
  • the transmission information transmitted in the first transmission S3 is not decoded by the other node. In other words, it is stored as binary information as it is received inside the other node.
  • the second transmission may be performed in a time division multiple access scheme (TDMA). Therefore, when one node is relaying, other nodes can be made to wait.
  • TDMA time division multiple access scheme
  • the relay information may randomly include the transmission information from any node among the accumulation information. Therefore, even if lost in any of the first transmission (S3) step may be decoded by a plurality of the relay information.
  • the information transmitted after the second encoding S4 may have a size of Nbit. Then, it may be provided in the same amount as the first transmission (S3). It can be easily understood that this is because all of the accumulated information is not encoded but part thereof is selected. As a result, the time required for the first transmission and the time required for the second transmission may be provided in the same manner as Ts. That is, the transmission information and the relay information may be provided in the same amount. Of course, depending on the embodiment, the size of the relay information may be adjusted, which is a matter of selection.
  • the information transmitted in the second scheme may be referred to as a network code.
  • the information transmitted in the first scheme may configure a system symbol for the network code.
  • the information transmitted in the second scheme may be a parity symbol.
  • a code rate of the received information received by the buoy may be given as a product of the code rate of the first scheme and the code rate of the second scheme. Therefore, the relay information may include more information.
  • the first transmission S3 and the second transmission S5 will be described in more detail.
  • 3 is a graph with time and each node as its respective axis.
  • the first transmission is a broadcast phase, in which node 1 broadcasts the transmission information for Ts time, and then node 2 broadcasts the transmission information of Nbit size for Ts time, respectively.
  • the broadcasting step continues while all nodes (U) broadcast the transmission information. If all nodes transmit the transmission information, it will take time of UTs.
  • the relay information which is arbitrarily selected from the accumulated information and has a size of Nbit, relays to a buoy at any node (starting at node 1 in the figure) during the Ts time.
  • the number of relaying nodes and the size of relaying information are the same as the first transmission.
  • the relaying step continues while all nodes (U) relay the relay information. If all nodes transmit the relay information, it will take time of UTs.
  • the first coding S2 and the second coding S4 will be described in more detail.
  • FIG. 4 is a diagram showing that information sensed by a node is coded. It should be noted that a broadcasting step and a relay step are expressed together.
  • a circle means a bit node and a rectangle means a check node.
  • the bit node indicates the transmission information received from the buoy in the broadcasting step S3 and the relay information received by the buoy in the relay step S5.
  • the transmission information and the relay information may not receive all information due to a communication environment such as attenuation.
  • the transmission information including at least the sensed information is encoded in a first manner into N bit nodes at node 1 (for example, node 1).
  • the other node that receives the transmission information selects among the NU (sum of U nodes and N bit nodes) bit nodes in a random manner and selects a second node. Encoding can be performed with The selection of the random bit node indicates that the connection of the bit node and the check node in the relay step is randomly provided in the broadcasting step.
  • the simulation condition is that in an environment of depth of 50 meters, 12 and 18 nodes are distributed in an area of 100 meters by 100 meters at 7 meters on the bottom, buoys are located at 5 meters, and the transmission range of each node is 1000 meters.
  • the water surface wind was 15 m / sec
  • the distance between the center of the area between buoys and nodes was 1000 m
  • the packet size was 32 bytes
  • the data transfer rate was 2.5 kbps.
  • the inter-sensor channel (ISC) is perfect and the performance degradation of 10 dB (for simulating the actual environment) is used as a factor for comparison, respectively.
  • 5 is a graph showing the performance of each case.
  • Non-Patent Document 1 Comparing the case where the LDPC-COFDM, which is a prior art (Non-Patent Document 1), and 18 nodes are randomly placed, a coding gain of approximately 13 dB was obtained in the case of the embodiment at 10-4 BER.
  • the hatching gain is the same even if there is some degradation in the channel between nodes. Therefore, it can be seen that it works more robustly to external environmental changes.
  • the coding gain is greater in the case of 18 than in the case of 12 nodes. Therefore, it can be seen that as the number of nodes increases, the coding gain increases. However, in terms of power consumption, increasing the number of nodes increases the useless power consumption, which is not preferable.
  • Non-Patent Document 1 the power consumption required for the overall operation of the data processing apparatus should be compared.
  • Equation 2 Since the embodiment goes through the broadcasting step and the relay step in the TDMA manner, energy for all nodes to transmit transmission information is expressed by Equation 2.
  • Equation 1 and Equation 2 Et is approximately 2W of energy consumed by the node to transmit transmission information and relay information, and Er is consumption of node and buoy to receive transmission information and relay information. About 0.8W as energy, Ei is about 0.2W as the energy for idle listening that the node does not send or receive, and Ednc is about as energy for decoding at the node and buoy in the prior art. 4 mW and Edc consumes approximately 10 mW for decoding at buoy in the case of an embodiment.
  • the abbreviation coop means cooperating performed in the embodiment.
  • Equations 1 and 2 the number of nodes and the power consumption are represented in a graph as shown in FIG. Referring to FIG. 6, it is 1.58 dB for 12 nodes, 1.9 dB for 18 nodes, and converges to approximately 3 dB.
  • the embodiment takes twice the time, so the throughput can be expected to be reduced by half compared with the prior art.
  • the battery is used in an environment where the external power is not supplied to a deep water depth, and thus a high encoding gain can be obtained, thereby ensuring a battery life 6.5 times higher than that of the prior art.
  • the embodiment it is possible to implement a sensing data processing apparatus and method that can be used underwater in a stable and high reliability in an environment where it is difficult to supply external power in a deep water.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a data processing apparatus of a wireless sensor network according to an embodiment.
  • All sensing nodes 1 included in the cooperative group 2 may transmit and receive information with the base station 3.
  • the cooperative group 2 may be defined as, for example, a set of sensing nodes placed in the same room of the same floor of a building, or a set of sensing nodes adjacent to each other in a part partitioned inside the same room. have. Of course, other cases can also be fully illustrated.
  • the sensing node 1 included in any one of the cooperative groups 2 is not limited and determined.
  • the sensing node 1 included in the cooperative group 2 may be changed in number or range. .
  • FIG. 8 illustrates a configuration diagram of the sensing node
  • FIG. 3 illustrates a configuration diagram of the base station.
  • the sensing node 1 may include at least a sensing unit 12 for sensing an environment, and other external components, for example, another sensing node 1 and a base station 3.
  • a communication unit 13 for performing communication may be included.
  • the controller 11 may further include a controller 11 that reads the detection result of the detector 12 and processes the information into information required for communication, or controls the operation of the detector 12.
  • the memory 14 may further include various information necessary for the operation of the sensing node 1, information input from the outside, and at least temporarily storing the detection result of the sensing unit 12.
  • the base station 3 may include a communication unit 13 for communicating with the sensing node 1.
  • the control unit 11 for controlling the overall operation of the base station 3, and a memory 14 that stores information input from the outside, and various information necessary for the operation of the base station 3 may be further included.
  • a user interface, an input / output device, and the like may also be provided as various additional components depending on the use state.
  • the base station 3 may transmit information to the sensing node 1 to instruct at least two sensing nodes 2 to form one cooperative group 2.
  • the eight cooperative groups 2 presented in FIG. 1 can be considered as an example.
  • the process of forming the cooperative group 2 may be newly performed whenever the sensing node 1 performs sensing, but may also be performed when the layout of the factory is changed or an emergency state occurs.
  • Information on which sensing node 1 is included in which cooperation group 2 may be stored in the memory 14 and 33.
  • the sensing node 1 included in any one of the cooperative groups 2 may sense an environment in which it is placed.
  • the detector 12 may be attached to a machine of a factory to measure the temperature of the machine. If the detected temperature is within the normal range, the controller 11 may classify the detected information into caution, warning, and danger according to the degree of normality and deviation from the normal range.
  • the sensed information may be treated as data.
  • the temperature value may be treated as data, and depending on the embodiment, the amount such as pressure, flow rate, etc. may be treated as data.
  • the majority vote method described later is not limited to four cases (normal / caution / warning / danger). Each of the above cases can be thought of as any value that is not contiguous with each other.
  • a process in which one sensing node 1 transmits the sensing information to the other sensing node 1 may be performed at a short distance. This is because the cooperative group 2 may group the sensing nodes 1 which are geographically close together. Then, when the sensing nodes 1 included in the same cooperative group 2 transmit and receive the sensed information, accurate information can be transmitted and received without being greatly influenced by the communication environment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a data processing method of a wireless sensor network according to an embodiment.
  • the grouping step is such that a plurality of sensing nodes 1 are included in any one cooperative group.
  • the grouping step may be referred to as an organizing step of the network, since the sensing node 1 is grouped to be configured as an organization.
  • the grouping step first begins with the base station 3 sending a grouping message to all sensing nodes 1 (S1).
  • the grouping message may be referred to as a schedule packet, and is transmitted as information for scheduling to all sensing nodes of all cooperative groups under management of the base station.
  • 11 is a diagram illustrating the grouping message.
  • a 10-bit source address a 10-bit destination address, a 2-bit timeout, 5-bit width information, and 32-bit bitmap information may be included.
  • the timeout can increase the number one by one when no information is transmitted from the transmission destination (the place of the source address) to the destination (the place of the destination address) for a predetermined time.
  • the timeout is 2 bits and four transmission / reception operations can be performed.
  • the bitmap of the corresponding destination is set to 1, and the destination address can be changed.
  • the width information indicates the number of sensing nodes included in any one cooperative group. 5 bits indicate that 32 sensing nodes can be included in any one cooperative group.
  • the width information may mean the number of sensing information (ie, the number of sensors included in any one cooperative group) that one sensing node can send together when the sensing node transmits the sensing information to a base station.
  • the bitmap information indicates whether a sensing node which should be included in the cooperative group is included in the cooperative group according to an instruction provided from the base station. If the bitmap information is 0, the grouping may not be yet grouped. have. When the base station transmits the grouping message to the sensing node, all information of the bitmap information may be set to zero.
  • the node receiving the grouping message stops the current operation (S2). Thereafter, the list of neighboring sensing nodes is updated (S3).
  • the information of the neighboring sensing nodes may be performed by performing communication, receiving information from a base station, or being selected according to a plurality of modes preset in the sensing node by geographical relationship. It may be.
  • bitmap is updated (S4).
  • updating of the bitmap may mean changing bitmap information of a place corresponding to its address to 1 from among the bitmap information included in the grouping message.
  • the updated grouping message is transmitted to another sensing node included in the group (S5).
  • the updating of the bitmap (S4) and the transmitting of the updated bitmap (S5) may be continuously performed until the bitmap of all sensing nodes included in a cooperative group becomes 1. Meanwhile, which sensing node performs the update of the bitmap first may be selected by the base station, or may be randomly selected. Of course, it may be performed randomly or in a predetermined manner within any one cooperative group.
  • the completed grouping message is transmitted to the base station (S7).
  • it may be performed by changing the destination address to the value of the source address in the grouping message shown in FIG. 5.
  • the grouping step may end.
  • the grouping step may be performed when necessary, such as an initial step.
  • the base station may transmit the operation message to all sensing nodes, and the cooperative group receiving the operation message may perform the intra-group sensing information exchange step.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a data packet according to an embodiment.
  • the sensing information can be identified and separated.
  • the detection information there may have been normal, caution, warning, and danger.
  • an intra-group sensing information exchange step may be performed until it is determined that one sensing node stores sensing information of all sensing nodes included in a cooperative group that includes the sensing node. .
  • the intra-group sensing information exchange step is an exchange of information between sensing nodes of a close geographic location within a narrow spatial range, so that high reliability can be obtained and wireless communication can be performed with low power. Thus, even with a small output, all the information can be exchanged with each other sufficiently, and it is easy to establish a cooperative relationship between the sensing nodes.
  • the sensing node If it is determined that one sensing node stores the sensing information of all the sensing nodes included in the cooperative group in which the sensing node is included (S11), the sensing node transmits the out-of-group sensing information at the corresponding sensing node. Sense information is transmitted to the base station in the form of a cooperative packet (S12).
  • a cooperative packet For example, a failure of the sensor node, even if not all together, even if the cooperative packet can be transmitted, gathering all is preferable in terms of preventing the waste of resources.
  • LCS information, TOA information, and sensing information are included, which will be provided as a number multiplied by the number N of sensing nodes included in the cooperative group.
  • the 10-bit delay time Td may mean a time spent in the intermediate node.
  • transmission of the cooperative packet from the sensing node to the base station may be performed by TDMA (time division multiple access) until the cooperative packet is transmitted from all the sensing nodes to the base station.
  • TDMA time division multiple access
  • the sensing information transmission step may be performed until all of the sensing nodes transmit their cooperative packets to the base station, and then the sensing information determination step may be performed at the base station.
  • a majority rule may be applied to extract sensed information of a specific sensing node. This will be described in more detail with reference to the data read table shown in FIG.
  • the vertical axis i represents a sensing unit of each sensing node
  • the horizontal axis j represents a sensing node transmitting a cooperative packet.
  • the sensing information determination step even when the reliability of the wireless communication network between the sensing node and the base station is low, it is possible to accurately determine which one of the various sensing information. In other words, even in a poor environment of a wireless communication network, accurate sensing information can be found by recovering data intermittently input. This method can obtain accurate sensing information by majority vote even though wireless communication is performed between the sensing node and the base station with low output. Thus, data of the wireless sensing network can be processed even with low power.
  • 15 is a graph showing a result of performing a simulation by applying the embodiment.
  • COOP is an acronym of Coorporate Organize and Operate Protocol, which means that the embodiment is applied.
  • the cooperative group is provided by any of an error of detection information (alarm error), an error of floor (floor no. Error), an error of a sensing node (sensor ID error), and an error of a time stamp (TOA error).
  • alarm error an error of detection information
  • floor no. Error an error of floor
  • sensor ID error an error of a sensing node
  • TOA error an error of a time stamp
  • the present invention it is possible to obtain a high coding gain, and to reliably acquire information of a poor environment such as underwater, for a long time with low power consumption.
  • it is expected that the applicability of the industry is highly expected because a simple program modification can improve the existing system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

The data processing device for a wireless sensor network, according to the present invention, comprises: a cooperation group comprising at least two sensing nodes which transmit/receive to/from each other sensing information obtained by sensing the environments in which the sensing nodes are positioned; and a base station which receives the sensing information from said at least two sensing nodes comprised in the cooperation group and reads the sensing information, wherein each of said at least two sensing nodes at least temporarily stores and transmits also the sensing information of the other sensing node, the base station receives from any one sensing node also the sensing information of the other sensing node, and the cooperation group is comprised in a quantity of at least two. The present invention can obtain high reliability of sensing results.

Description

센싱 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법Sensing data processing device and data processing method

본 발명은 센싱 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법에 관한 것이다. 특히, 통신 환경이 급변하는 수중에서, 센싱 데이터를 부이(buoy)로 전달하는데 바람직하게 적용할 수 있는 장치 및 방법이다. 그러나, 본 발명은 수중환경에 제한적이지 않고 수중과 유사한 환경분야에도 적용될 수 있다. The present invention relates to a sensing data processing apparatus and a data processing method. In particular, the present invention is an apparatus and method which can be preferably applied to transfer sensing data to buoy in a rapidly changing communication environment. However, the present invention is not limited to the aquatic environment and can be applied to environmental fields similar to underwater.

또한, 본 발명은 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 통신채널의 신뢰성이 떨어지는 열악한 통신환경, 실내환경, 예를 들어, 공장을 일 예로 하여 적용될 수 있는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법에 관한 것이다. 그러나, 그와 같은 기술분야에 제한되지는 않는다. The present invention also relates to a data processing apparatus and a data processing method of a wireless sensor network. More specifically, the present invention relates to a data processing apparatus and a data processing method of a wireless sensor network, which can be applied in a poor communication environment, an indoor environment, for example, a factory, which is less reliable in a communication channel. However, it is not limited to such a technical field.

수중음향통신(UAC: underwater acoustic communication)은 다양한 응용분야를 가진다. 예를 들어, 수중환경의 모니터링, 군사/해양관찰, 수중네비게이션, 방사능유출의 감시, 및 수중자원탐사에 사용될 수 있다.  Underwater acoustic communication (UAC) has a variety of applications. For example, it can be used for monitoring the underwater environment, military / marine observation, underwater navigation, radioactive spill monitoring, and underwater resource exploration.

상기 수중음향통신에는 무선 센서 네트워크가 이용되는 것이 일반적이다. 그 작용은, 이들 센서에서 센싱된 정보가 수집되고, 상기 수중음향통신을 통하여 수상의 기지국, 예를 들어 부이로 전달되는 형태를 가지는 것이 일반적이다. A wireless sensor network is generally used for the underwater acoustic communication. Its action is generally that the information sensed by these sensors is collected and transmitted to the base station of the water phase, for example buoy, via the underwater acoustic communication.

상기 수중음향통신은 시간에 의존적이다. 이는 수중에서 온도, 채널의 기하학적 구조, 수면의 거칠기, 및 해류에 의한 공간상 위치가 변하기 때문이다. 이들 제약조건에 의해서, 주로 낮은 저감 특성을 가지는 음파(acoustic wave)가 수중통신에 캐리어로 사용된다. The underwater acoustics communication is time dependent. This is due to changes in spatial location due to temperature, channel geometry, surface roughness, and currents in the water. Due to these constraints, acoustic waves, mainly with low damping characteristics, are used as carriers for underwater communication.

그러나, 수중음향통신은, 제약된 대역폭 및 시간에 의존적인 응답 때문에, 송신기와 수신기에서 정확한 채널상태정보(CSI: channel state information)를 얻을 수 없다. 또한, 수면과 바닥에서의 반사에 기인하는 다중경로지연은, 심볼간 간섭현상(inter symbol interference)과 주파수 선택적 페이딩(frequency-selective fading)을 확산시킨다. 이로써 수중음향통신의 성능이 열화한다. However, hydroacoustic communication cannot obtain accurate channel state information (CSI) at the transmitter and receiver because of the limited bandwidth and time dependent response. In addition, multipath delays due to reflections in the water surface and the ground spread inter-symbol interference and frequency-selective fading. This degrades the performance of underwater acoustic communication.

이들 문제점을 극복하는 일 방안으로 비특허문헌 1이 제안된 바가 있다. 본 문헌에는 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식(COFDM)이 적용된 바가 있고, 이 방식은 저밀도 패리티 체크 코드(LDPC)를 상용한다. Non-Patent Document 1 has been proposed as one way to overcome these problems. Orthogonal Coded Frequency Division Multiplexing (COFDM) has been applied to this document, which employs a low density parity check code (LDPC).

그러나, 이 방식은 랜덤한 페이딩에 의해서 성능이 열화하는 문제가 있다. 또한, 이 방식에 채택하는 점대점 시스템은 장기 깊은 페이딩(long-term deep faing), 도플러 확산, 및 암영대(shadow zone)의 존재로 인하여 더욱 성능이 열화한다. 이로써, 통신이 수행되지 않으면 이를 만회하기 위하여, 출력을 높이거나 반복적으로 전송하기 때문에, 소모전력이 늘어나고 시스템의 사용연한을 줄이는 문제점을 발생시킨다. However, this method has a problem in that performance is degraded by random fading. In addition, the point-to-point system employed in this approach is further degraded due to the long-term deep faing, Doppler diffusion, and the presence of shadow zones. As a result, if the communication is not performed, the output power is increased or repeatedly transmitted to make up for the problem, thereby increasing the power consumption and reducing the service life of the system.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 제안되는 것으로서, 랜덤 페이딩에 의한 성능 열화를 방지하는 센싱 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법을 제안한다. The present invention is proposed to solve the above problems, and proposes a sensing data processing apparatus and a data processing method for preventing performance degradation due to random fading.

본 발명은 점대점 시스템(point to point system)에 의해서 발생하는 다양한 문제점을 개선하는 센싱 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법을 제안한다. The present invention proposes a sensing data processing apparatus and a data processing method for improving various problems caused by a point to point system.

본 발명은 반복적인 전송때문에, 소모전력이 증대하여 시스템의 수명을 축소시키는 문제를 개선하는 센싱 데이터 처리장치 및 데이터 처리방법을 제안한다. The present invention proposes a sensing data processing apparatus and a data processing method for improving the problem of reducing the life of a system by increasing power consumption due to repetitive transmission.

그러나, 종래의 방법에 의해서도, 통신망의 신뢰성이 부족하여 기지국에서 제대로 센서 감지 결과를 수신하지 못하는 문제는 여전히 존재한다. However, even with the conventional method, there is still a problem that the base station does not receive the sensor detection result properly due to lack of reliability of the communication network.

또한, 이들 문제로 인하여 재전송 및 출력증가을 위한 에너지 소비량의 증가는 여전히 발생한다.In addition, due to these problems, an increase in energy consumption for retransmission and output increase still occurs.

본 발명에 따른 센싱 데이터 처리 장치에는, 센싱값을 획득하는 적어도 두 개의 노드가 포함되는 노드 네트워크; 및 상기 적어도 두 개의 노드로부터 상기 센싱값을 수신하는 기지국이 포함되고, 상기 노드 네트워크에 포함되는 어느 노드는, 상기 노드 네트워크에 포함되는 다른 노드 및 상기 기지국으로, 상기 센싱값을 제 1 방식으로 엔코딩하여 전송정보로서 방송하고, 상기 다른 노드는 상기 전송정보를 제 2 방식으로 엔코딩하여 상기 기지국으로 릴레이한다. 이에 따르면, 소비전력을 줄일 수 있다. In accordance with another aspect of the present invention, a sensing data processing apparatus includes: a node network including at least two nodes for obtaining a sensing value; And a base station receiving the sensing value from the at least two nodes, wherein any node included in the node network encodes the sensing value in a first manner to another node and the base station included in the node network. Broadcast as transmission information, and the other node encodes the transmission information in a second manner to relay to the base station. According to this, power consumption can be reduced.

상기 장치에서, 상기 어느 노드는, 상기 노드 네트워크에 포함되는 모든 노드이고, 상기 제 1 방식과 상기 제 2 방식은 다른 방식이다. 이에 따르면 소비전력의 절감이 최대화된다. In the apparatus, any node is all nodes included in the node network, and the first scheme and the second scheme are different. This maximizes power savings.

본 발명에 따른 센싱 데이터 처리 방법에는, 어느 노드가 환경정보를 센싱하는 것; 상기 어느 노드가 상기 센싱된 정보를 제 1 방식으로 엔코딩하여 전송정보로서 방송하는 것; 및 상기 전송정보를 수신한 다른 노드가, 상기 전송정보를 두 개 이상 축적한 축정정보 중에서 선택되는 정보를 제 2 방식으로 엔코딩하여 릴레이정보로서 기지국으로 릴레이하는 것이 포함된다. 이에 따르면, 소비전력이 줄어든다. According to the present invention, there is provided a sensing data processing method comprising: sensing a node by environmental information; Which node encodes the sensed information in a first manner and broadcasts the information as transmission information; And another node receiving the transmission information encodes the information selected from the accumulated information accumulating two or more pieces of the transmission information in a second manner and relays the information to the base station as relay information. According to this, the power consumption is reduced.

상기 방법에서, 상기 어느 노드는 노드 네트워크에 포함되는 모든 노드이다. 이로써 소비전력의 절감효과가 최대화될 수 있다.In this method, any node is any node included in the node network. This can maximize the power savings.

상기 방법에서, 상기 전송정보와 상기 릴레이정보는 크기가 같다. 이에 따르면 무선자원의 활용도를 높일 수 있다. In the method, the transmission information and the relay information are the same size. According to this, the utilization of radio resources can be improved.

상기 방법에서, 상기 다른 노드는, 상기 전송정보를 제 1 방식으로 엔코딩된 상태 그대로 제 2 방식으로 엔코딩한다. 이에 따르면 코딩의 효율을 높임과 동시에 소비전력을 절감할 수 있다.In the method, the other node encodes the transmission information in a second manner as it is encoded in the first manner. This increases coding efficiency and reduces power consumption.

상기 방법에서, 상기 제 1 방식은 저밀도 패리티 체크 코드 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식(LPDC COFDM)이고, 상기 제 2 방식은 저밀도 생성 행렬(LDGM:low density generator matrix)의 코드 행렬이 사용된다. 이에 따르면 최대한으로 코딩효율을 얻을 수 있다.In the method, the first scheme is a low density parity check code orthogonal coding frequency division multiplexing (LPDC COFDM), and the second scheme is a code matrix of a low density generator matrix (LDGM). According to this, coding efficiency can be obtained to the maximum.

본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치에는, 자기가 놓인 곳의 환경을 감지한 감지정보를 서로 송수신하는 적어도 두 개의 센싱노드가 포함되는 협력그룹; 및 상기 협력그룹에 포함되는 상기 적어도 두 개의 센싱노드로부터 상기 감지정보를 수신하여 상기 감지정보를 판독하는 기지국이 포함되고, 상기 적어도 두 개의 센싱노드 각각은, 다른 센싱노드의 상기 감지정보도 적어도 일시적으로 저장하여 전송하고, 상기 기지국은, 어느 하나의 센싱노드로부터, 다른 센싱노드의 상기 감지정보도 수신하고, 상기 협력그룹은 적어도 두 개가 포함된다. 상기되는 바와 같은 센서노드 간의 협력에 의해서 정보전달의 신뢰성이 높아지고, 소비전력이 저감되는 장점이 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a data processing apparatus of a wireless sensor network, including: a cooperative group including at least two sensing nodes configured to transmit and receive sensing information of sensing an environment where a user is placed; And a base station that receives the sensing information from the at least two sensing nodes included in the cooperative group, and reads the sensing information, wherein each of the at least two sensing nodes includes at least temporary sensing information of another sensing node. The base station receives the sensed information of another sensing node from one sensing node, and includes at least two cooperative groups. By the cooperation between the sensor nodes as described above, there is an advantage that the reliability of information transmission is increased and power consumption is reduced.

상기 장치에 있어서, 상기 협력그룹에 포함되는 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 서로 지리적으로 인접할 수 있다. 이에 따르면, 더욱 저전력으로 시스템을 구축할 수 있다. In the apparatus, the at least two sensing nodes included in the cooperative group may be geographically adjacent to each other. According to this, it is possible to build a system with lower power.

상기 장치에 있어서, 상기 적어도 두 개의 센싱노드 중의 적어도 하나는, 자신이 포함되는 상기 헙력그룹의 다른 센싱노드의 감지정보를 모두 적어도 일시적으로 저장할 수 있다. 모든 센서가 모든 다른 센서의 감지정보를 전송할 수 있기 때문에, 정보전달의 신뢰성 및 저전력의 효과는 최대화되는 이점이 있다. In the apparatus, at least one of the at least two sensing nodes may at least temporarily store all the sensing information of the other sensing nodes of the output group in which they are included. Since all sensors can transmit the sensing information of all other sensors, the reliability of information transmission and the effect of low power have the advantage of being maximized.

상기 장치에 있어서, 상기 적어도 두 개의 센싱노드 중의 적어도 하나는, 자신이 포함되는 상기 헙력그룹의 다른 센싱노드의 감지정보를 모두 상기 기지국으로 송신할 수 있다. 이에 따르면, 정보전달의 신뢰성 및 저전력의 효과가 최대화되는 이점이 있다. In the apparatus, at least one of the at least two sensing nodes may transmit all the sensing information of the other sensing nodes of the output group including the same to the base station. According to this, there is an advantage that the reliability of information transmission and the effect of low power are maximized.

본 발명에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 방법에는, 다수의 센싱노드를 적어도 두 개의 협력그룹으로 그룹화하는 그룹화 단계; 상기 적어도 두 개의 협력그룹 중에 적어도 하나의 협력그룹에 포함되는 적어도 두 개의 센싱노드가 감지한 감지정보를, 상기 적어도 두 개의 센싱노드가 서로 교환하는 그룹 내 감지정보교환단계; 상기 적어도 두 개의 센싱노드가 가지는 감지정보가 기지국으로 송신되는 단계; 및 상기 기지국에서 상기 감지정보를 판독하는 감지정보판독단계가 포함된다. 이에 따르면, 좋지 않은 통신환경에서도 데이터 전달의 신뢰성이 향상되고, 소비전력을 절감시킬 수 있다.A data processing method of a wireless sensor network according to the present invention includes a grouping step of grouping a plurality of sensing nodes into at least two cooperative groups; An intra-group sensing information exchange step in which the at least two sensing nodes exchange sensing information sensed by at least two sensing nodes included in at least one cooperative group among the at least two cooperative groups; Transmitting sensing information of the at least two sensing nodes to a base station; And a sensing information reading step of reading the sensing information at the base station. According to this, reliability of data transmission can be improved and power consumption can be reduced even in a poor communication environment.

상기 방법에서, 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 각각, 자신의 감지정보와 다른 센싱노드의 감지정보를 상기 기지국으로 함께 송신한다. 이에 따르면, 통신 신뢰성이 높아질 수 있다. In the method, each of the at least two sensing nodes transmits their own sensing information and the sensing information of another sensing node together to the base station. According to this, communication reliability can be increased.

상기 방법에서, 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 각각, - 자신이 포함되는 상기 협력그룹에 포함되는 모든 다른 센싱노드와 감지정보를 교환하고, - 자신의 감지정보와, 교환된 상기 모든 다른 센싱노드의 감지정보를 상기 기지국으로 송신할 수 있다. 정보전달의 신뢰성이 최대로 된다.In the method, each of the at least two sensing nodes exchanges sensing information with all other sensing nodes included in the cooperative group in which they are included, and the sensing information of each of the other sensing nodes exchanged. The sensing information may be transmitted to the base station. The reliability of information transmission is maximized.

상기 방법에 있어서, 상기 감지정보는, 적어도 정상 및 비정상을 포함하고, 물리량의 정도를 불연속적으로 구분하는 값으로 제공된다. 이에 따르면, 정보전달의 복구에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다. In the method, the sensing information includes at least normal and abnormal, and is provided as a value for discontinuously distinguishing the degree of physical quantity. According to this, it is possible to improve the accuracy of the recovery of the information transmission.

상기 방법에 있어서, 상기 감지정보판독단계에서, 수신된 상기 감지정보로는 같은 센싱노드에 대한 적어도 두 개의 정보가 포함되고, 상기 감지정보는 다수결 방식에 의해서 판독한다. 이에 따르면 정보의 에러가능성이 현저하게 줄어드는 이점이 있다. In the method, in the sensing information reading step, the received sensing information includes at least two pieces of information about the same sensing node, and the sensing information is read by a majority vote method. This has the advantage that the error probability of the information is significantly reduced.

본 발명에 따르면, 높은 부호화이득을 얻어서, 수중과 같은 열악한 환경의 정보를 신뢰성 있게, 저소비전력으로 오랜 시간 동안 데이터를 획득할 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a high coding gain, and to reliably acquire information of a poor environment such as underwater, for a long time with low power consumption.

본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크를 이용하여 관심영역의 환경을 정확하게 모니터링할 수 있다. According to the present invention, it is possible to accurately monitor the environment of the region of interest using a wireless sensor network.

본 발명에 따르면, 기지국에서는 에러율이 낮고 정확한 감지 결과를 수신할 수 있다. According to the present invention, the base station can receive an accurate detection result with a low error rate.

본 발명에 따르면, 열악한 무선 통신 환경에서도 에너지 소비가 줄어드는 효과를 기대할 수 있다. According to the present invention, an effect of reducing energy consumption can be expected even in a poor wireless communication environment.

본 발명에 따르면, 감지 환경의 정확한 상태를 판단할 수 있다. According to the present invention, it is possible to determine the exact state of the sensing environment.

도 1은 수중 센싱 데이터 처리장치의 구성을 설명하는 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure explaining the structure of the underwater sensing data processing apparatus.

도 2는 수중 센싱 데이터 처리방법의 흐름도. 2 is a flowchart of a method for processing underwater sensing data.

도 3은 시간과 각 노드를 각각의 축으로 하여 정보전송을 보이는 그래프.3 is a graph showing information transmission with time and each node as its respective axis.

도 4는 노드에서 센싱된 정보가 코딩되는 것을 보여주는 도면.4 shows that information sensed at a node is coded.

도 5는 실시예의 성능을 비교하여 나타내는 그래프. 5 is a graph showing a comparison of the performance of the examples.

도 6은 종래기술과 실시예를 비교하여 노드의 개수와 소비전력을 비교하는 그래프.Figure 6 is a graph comparing the number of nodes and power consumption by comparing the prior art and the embodiment.

도 7은 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 장치를 개괄적으로 나타내는 도면. 7 is a diagram schematically illustrating a data processing apparatus of a wireless sensor network according to an embodiment.

도 8은 센싱노드의 구성도를 예시하는 도면.8 is a diagram illustrating a configuration diagram of a sensing node.

도 9는 기지국의 구성도를 예시하는 도면.9 is a diagram illustrating a configuration diagram of a base station.

도 10은 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 방법을 설명하는 흐름도. 10 is a flowchart for explaining a data processing method of a wireless sensor network.

도 11은 그룹화 메시지를 예시하는 도면. 11 illustrates a grouping message.

도 12는 실시예에 따른 데이터 패킷을 예시하는 도면. 12 illustrates a data packet according to an embodiment.

도 13은 실시예에 따른 협력 패킷을 예시하는 도면. 13 illustrates a cooperative packet according to an embodiment.

도 14에 다수결에 따른 데이터 판독 데이블.Fig. 14 is a data read table according to the majority vote.

도 15는 실시예를 시뮬레이션을 수행한 결과를 보이는 그래프. 15 is a graph showing the results of performing an example simulation.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention. However, the spirit of the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily add, change, delete, or add other components that fall within the scope of the same idea. It may be suggested that the present invention be included within the scope of the present invention.

도 1은 실시예에 따른 수중 센싱 데이터 처리장치의 구성을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of an underwater sensing data processing apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 수중 센싱 데이터 처리장치에는, 적어도 센싱기구를 가지는 적어도 두 개의 노드(1)와, 상기 노드(1)로부터 정보를 전달받을 수 있도록 수면 근처에 제공되는 부이(2)가 포함된다. 상기 노드 및 부이는 서로 무선으로 데이터를 전달한다. 상기 센싱기구는, 물의 온도, 유속, 및 성분 등의 다양한 물리/화학적인 양을 측정할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 노드는 그 전체를 노드 네트워크로 할 수 있다. 상기 부이는 수중환경을 특정하는 경우에 사용할 수 있고, 그 외의 경우를 통칭하여 기지국이라고 이름할 수도 있다. Referring to FIG. 1, an underwater sensing data processing apparatus includes at least two nodes 1 having at least a sensing mechanism, and a buoy 2 provided near a water surface to receive information from the node 1. do. The node and buoy communicate data wirelessly with each other. The sensing device may measure various physical / chemical amounts, such as water temperature, flow rate, and composition. The at least two nodes may be a node network as a whole. The buoy can be used to specify the underwater environment, and may be called a base station in other cases.

상기 노드(1) 중의 적어도 어느 하나(예를 들어, 제 1 노드)는 측정된 적어도 센싱값이 포함되는 전송정보를 다른 노드(예를 들어, 제 1 노드를 제외하는 모든 노드, 및 부이)로 제 1 방식으로 엔코딩하여 전송한다. 바람직하게 상기 전송은 방송으로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 데이터 처리장치에 포함되는 모든 구성요소로 상기 전송정보를 송신할 수 있다. 따라서, 송신하는 노드(예를 들어, 제 1 노드)를 제외하는 모든 노드(1) 및 부이(2)가 상기 전송정보를 받을 수 있다. At least one of the nodes 1 (eg, the first node) transfers transmission information including the measured at least sensing value to another node (eg, all nodes except the first node, and buoy). Encode and transmit in the first manner. Preferably the transmission may be provided by broadcast. In other words, the transmission information can be transmitted to all components included in the data processing apparatus. Therefore, all nodes 1 and buoy 2 except the transmitting node (for example, the first node) can receive the transmission information.

상기 전송정보를 수신하는 다른 노드(1)(예를 들어, 상기 제 1 노드를 제외하는 모든 노드)는 제 1 방식으로 코딩된 상기 전송정보를 디코딩하지 않고 바로 제 2 방식으로 엔코딩하여 상기 부이(2)로 전송할 수 있다. 바람직하게 상기 전송은 릴레이라고 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 전송정보를 송신하는 노드(예를 들어, 제 1 노드)로부터 상기 전송정보를 릴레이하여 상기 부이(2)로 전송하기 때문입니다. 상기 전송정보를 수신한 부이(2)는 반복 디코딩(iterative decoding)을 거쳐서 상기 전송정보를 복구할 수 있다. The other node 1 (e.g., all nodes except the first node) receiving the transmission information encodes the buoy () by directly encoding in the second manner without decoding the transmission information coded in the first manner. 2) can be sent. Preferably the transmission may be referred to as a relay. In other words, this is because the transmission information is relayed from the node (for example, the first node) that transmits the transmission information to the buoy (2). The buoy 2 receiving the transmission information may recover the transmission information through iterative decoding.

상기 적어도 두 개의 노드(1)에 포함되는 모든 노드는, 상기 전송과정에서 센싱값이 포함되는 전송정보를 다른 노드로 방송하는 최초의 노드가 될 수 있다. Every node included in the at least two nodes 1 may be the first node to broadcast transmission information including a sensing value to another node in the transmission process.

상기되는 장치에 따르면 상기 방송에서 소실된 상기 전송정보도 부이(2)로 전송될 수 있다. 이는 노드의 개수가 많으면 많을수록 더 바람직하게 동작할 수 있다. 이러한 협력 네트워킹을 통하여 상기 전송에 의한 정보전달의 신뢰성이 높아지기 때문에, 전송실패시에 중복 전송을 위한 전력장비를 방지하여 에너지의 낭비를 줄일 수 있다. According to the apparatus described above, the transmission information lost in the broadcast can also be transmitted to buoy (2). This may work more preferably with a larger number of nodes. Through this cooperative networking, the reliability of information transmission by the transmission is increased, and thus, waste of energy can be reduced by preventing power equipment for redundant transmission in case of transmission failure.

상기 수중 센싱 데이터 처리장치의 동작 및 작용은 이하에 제시되는 수중 센싱 데이터 처리방법에 의해서 더 구체적으로 이해될 수 있다. The operation and operation of the underwater sensing data processing device can be understood in more detail by the underwater sensing data processing method presented below.

도 2는 실시예에 따른 수중 센싱 데이터 처리방법의 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of processing underwater sensing data according to an embodiment.

도 2에는, U개의 노드가 포함되고, 부이가 포함되는 센서 네트워크를 예로 든다. 설명의 간략화를 위하여 노드는 두 개만을 제시하였으나, 적정한 수의 노드가 포함될 수 있는 것도 물론이다. In FIG. 2, a sensor network including U nodes and a buoy is taken as an example. For simplicity of explanation, only two nodes are presented, but of course, an appropriate number of nodes may be included.

도 2를 참조하면, 노드(예를 들어, 제 1 노드)는 먼저 센싱 동작을 수행한다(S1). 센싱된 정보는 제 1 방식으로 제 1 엔코딩된다(S2). 상기 제 1 방식의 엔코딩은 LPDC COFDM(저밀도 패리티 체크 코드 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식)이 적용될 수 있고, Nbit 분량의 전송정보로 제공될 수 있다. Referring to FIG. 2, a node (eg, a first node) first performs a sensing operation (S1). The sensed information is first encoded in a first manner (S2). In the encoding of the first scheme, LPDC COFDM (Low Density Parity Check Code Orthogonal Coded Frequency Division Multiplexing) may be applied, and may be provided as Nbit amount of transmission information.

엔코딩된 상기 전송정보는 다른 노드(예를 들어, 제 1 노드를 제외하는 모든 노드) 및 부이로 제 1 전송된다(S3). 따라서, 상기 제 1 전송은 방송이라고 할 수 있고, 상기 다른 노드 및 부이는 상기 전송정보를 수신할 수 있다. 이때 전송실패의 경우에도 재전송의 과정은 없을 수 있기 때문에, 상기 다른 노드 및 부이는 상기 전송정보의 일 부분 또는 전부를 전송받지 못할 수도 있다. 그러나, 전송이 되지 못하는 분량은 전송출력을 조정하는 등의 방식을 통하여 사전에 조정할 수 있을 것이다.The encoded transmission information is first transmitted to another node (for example, all nodes except the first node) and buoy (S3). Accordingly, the first transmission may be referred to as broadcast, and the other node and buoy may receive the transmission information. In this case, even in the case of transmission failure, there may be no retransmission process, so the other node and the buoy may not receive some or all of the transmission information. However, the amount that cannot be transmitted may be adjusted in advance by adjusting the transmission output.

상기 센싱(S1), 제 1 엔코딩(S2), 및 제 1 전송(S3)은 모든 노드가 수행할 수 있다. 따라서, 어느 일 노드로부터 전송된 전송정보가 다른 일 노드에 전송되지 못하더라도, 또 다른 일 노드에는 전송되어 있을 수 있다. 상기 노드들 간의 방송은 시분할 다중 접속 방식(TDMA)으로 수행될 수 있다. 따라서 어느 하나의 노드가 방송 중일 때에는 다른 노드들은 대기하도록 할 수 있다.The sensing S1, the first encoding S2, and the first transmission S3 may be performed by all nodes. Therefore, even if transmission information transmitted from one node is not transmitted to another node, it may be transmitted to another node. Broadcasting between the nodes may be performed in time division multiple access (TDMA). Therefore, when one node is broadcasting, other nodes can be made to wait.

상기 제 1 전송(S3)에서 전송된 상기 전송정보는 상기 다른 노드에서 디코딩되지 않는다. 다시 말하면, 상기 다른 노드의 내부에서 수신된 상태 그대로인 이진정보로서 저장된다. The transmission information transmitted in the first transmission S3 is not decoded by the other node. In other words, it is stored as binary information as it is received inside the other node.

모든 노드에서 방송이 종료되면, 노드에서 상기 전송정보는 축적되어 있을 것이다. 상기 축적된 전송정보는 설명의 편의를 위하여 축적정보라고 한다. 상기 축적정보에는 축적정보가 수록되는 노드 자신의 정보도 포함될 수 있다. 이후에, 상기 노드에서 상기 축적정보는 제 2 방식으로 제 2 엔코딩된다(S4). 상기 제 2 방식은 저밀도 생성 행렬(LDGM:low density generator matrix)의 코드 행렬이 사용될 수 있다. 상기 제 2 방식의 엔코딩(S4)은 축적정보가 모두 엔코딩되지 않고, 상기 축적정보 중의 일부가 선택적으로 제 2 방식으로 엔코딩된다. 제 2 방식으로 엔코딩된 정보는 상기 부이로 제 2 전송된다(S5). 이 단계는 릴레이라고 할 수 있고, 상기 부이로 전송되는 정보는 릴레이정보라고 할 수 있다. When broadcast is terminated at all nodes, the transmission information will be accumulated at the node. The accumulated transmission information is called accumulation information for convenience of description. The accumulation information may also include information of the node itself in which the accumulation information is recorded. Thereafter, the accumulation information at the node is second encoded in a second manner (S4). In the second scheme, a code matrix of a low density generator matrix (LDGM) may be used. In the second encoding S4, all of the accumulated information is not encoded, and a part of the accumulated information is selectively encoded in the second manner. Information encoded in the second manner is second transmitted to the buoy (S5). This step may be referred to as a relay, and the information transmitted to the buoy may be referred to as relay information.

상기 제 2 전송은 시분할 다중 접속 방식(TDMA)으로 수행될 수 있다. 따라서 어느 하나의 노드가 릴레이 중일 때에는 다른 노드들은 대기하도록 할 수 있다.The second transmission may be performed in a time division multiple access scheme (TDMA). Therefore, when one node is relaying, other nodes can be made to wait.

상기 릴레이정보에는, 상기 축적정보 중에서, 임의의 노드로부터의 상기 전송정보가 랜덤하게 포함될 수 있다. 따라서, 임의의 어느 상기 제 1 전송(S3)단계에서 소실되더라도 다수의 상기 릴레이정보에 의해서 디코딩될 수 있을 것이다. The relay information may randomly include the transmission information from any node among the accumulation information. Therefore, even if lost in any of the first transmission (S3) step may be decoded by a plurality of the relay information.

상기 제 2 엔코딩(S4) 후에 전송되는 정보는 Nbit의 크기를 가질 수 있다. 그러면, 상기 제 1 전송(S3)과 동일한 분량으로 제공될 수 있다. 이는 축적정보가 모두 엔코딩되지 않고 그 일부가 선택되는 것이기 때문임은 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 결국, 상기 제 1 전송에서 소요되는 시간과, 상기 제 2 전송에서 소요되는 시간은 Ts로 같게 제공될 수 있다. 즉, 상기 전송정보와 상기 릴레이 정보는 같은 분량으로 제공될 수 있다. 물론, 실시예에 따라서는 릴레이 정보의 크기를 조정할 수도 있고, 이는 선택의 문제라고 할 수 있다.The information transmitted after the second encoding S4 may have a size of Nbit. Then, it may be provided in the same amount as the first transmission (S3). It can be easily understood that this is because all of the accumulated information is not encoded but part thereof is selected. As a result, the time required for the first transmission and the time required for the second transmission may be provided in the same manner as Ts. That is, the transmission information and the relay information may be provided in the same amount. Of course, depending on the embodiment, the size of the relay information may be adjusted, which is a matter of selection.

상기 제 1 방식과 상기 제 2 방식에 대하여 더 설명하면, 상기 제 2 방식에서 전송된 정보는 네트워크 코드라고 할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 방식에서 전송된 정보는 상기 네트워크 코드를 위한 시스템 심벌(systematic symbol)을 구성할 수 있다. 마찬가지로 상기 제 2 방식에서 전송된 정보는 패리티 심벌일 수 있다. If the first scheme and the second scheme are further described, the information transmitted in the second scheme may be referred to as a network code. The information transmitted in the first scheme may configure a system symbol for the network code. Similarly, the information transmitted in the second scheme may be a parity symbol.

상기 방송과 상기 릴레이를 거친 후, 상기 부이에 수신된 수신정보의 부호율(code rate)는 제 1 방식의 부호율과 제 2 방식의 부호율의 곱으로 주어질 수 있다. 따라서, 상기 릴레이 정보에는 더 많은 정보가 포함될 수 있다. After passing through the broadcast and the relay, a code rate of the received information received by the buoy may be given as a product of the code rate of the first scheme and the code rate of the second scheme. Therefore, the relay information may include more information.

상기 부이는, 상기 릴레이정보와 상기 전송정보를 이용하여, 디코딩을 수행할 수 있다. 상기 디코딩에는 내부 LDGM 디코더와 외부 LDPC 디코더를 이용하여 반복 디코딩(iterative decoding)의 과정을 수행될 수 있다. The buoy may perform decoding using the relay information and the transmission information. The decoding may be performed by iterative decoding using an internal LDGM decoder and an external LDPC decoder.

상기 제 1 전송(S3), 및 상기 제 2 전송(S5)에 대하여 더 상세하게 설명한다. The first transmission S3 and the second transmission S5 will be described in more detail.

도 3은 시간과 각 노드를 각각의 축으로 하는 그래프이다.3 is a graph with time and each node as its respective axis.

도 3을 참조하면, 시분할 다중 접속 방식으로, 방송(broadcast) 및 릴레이(relay)가 수행된다. Referring to FIG. 3, in a time division multiple access scheme, broadcast and relay are performed.

상세하게 설명하면, 제 1 전송은 방송단계(braodcast phase)로서, 노드 1이 Ts시간 동안 상기 전송정보를 방송한 다음에, 노드 2가 Ts시간 동안 각각 Nbit 크기의 상기 전송정보를 방송한다. 상기 방송단계는 모든 노드(U개)가 상기 전송정보를 방송하는 동안 계속된다. 모든 노드가 상기 전송정보를 전송하면 UTs의 시간이 소요될 것이다. In detail, the first transmission is a broadcast phase, in which node 1 broadcasts the transmission information for Ts time, and then node 2 broadcasts the transmission information of Nbit size for Ts time, respectively. The broadcasting step continues while all nodes (U) broadcast the transmission information. If all nodes transmit the transmission information, it will take time of UTs.

이후에는, 제 2 전송으로 릴레이단계(relay phase)가 수행된다. 구체적으로는, 상기 축적정보 중에서 임의로 선택되어 Nbit의 크기를 가지는 상기 릴레이정보가, Ts시간 동안 임의의 노드(도면에서는 노드 1에서 시작하는 것으로)에서 부이로 릴레이한다. 상기 릴레이단계는 릴레이하는 노드의 개수 및 릴레이하는 정보의 크기가 상기 제 1 전송과 동일하다. 따라서 상기 릴레이단계는, 모든 노드(U개)가 상기 릴레이정보를 릴레이하는 동안 계속된다. 모든 노드가 상기 릴레이정보를 전송하면 UTs의 시간이 소요될 것이다.Thereafter, a relay phase is performed with the second transmission. Specifically, the relay information, which is arbitrarily selected from the accumulated information and has a size of Nbit, relays to a buoy at any node (starting at node 1 in the figure) during the Ts time. In the relaying step, the number of relaying nodes and the size of relaying information are the same as the first transmission. Thus, the relaying step continues while all nodes (U) relay the relay information. If all nodes transmit the relay information, it will take time of UTs.

상기 방송단계 및 상기 릴레이단계에 전체로서 소요되는 시간은 2UTs로 계산될 수 있다. The time spent as a whole in the broadcasting step and the relay step may be calculated as 2UTs.

상기 제 1 코딩(S2), 및 상기 제 2 코딩(S4)에 대하여 더 상세하게 설명한다. The first coding S2 and the second coding S4 will be described in more detail.

도 4는 노드에서 센싱된 정보가 코딩되는 것을 보여주는 도면으로서, 방송단계와 릴레이단계가 함께 표현되어 있는 것에 유의하여야 한다. 4 is a diagram showing that information sensed by a node is coded. It should be noted that a broadcasting step and a relay step are expressed together.

도 4를 참조하면, 원은 비트노드를 의미하고, 사각형은 체크노드를 의미한다. 상기 비트노드는, 상기 방송단계(S3)에서는 부이에서 받은 상기 전송정보를 나타내고, 상기 릴레이단계(S5)에서는 부이가 받은 상기 릴레이정보를 나타낸다. 상기 전송정보 및 상기 릴레이정보는 감쇄 등의 통신환경에 의해서 모든 정보가 수신되지는 못할 수 있다. Referring to FIG. 4, a circle means a bit node and a rectangle means a check node. The bit node indicates the transmission information received from the buoy in the broadcasting step S3 and the relay information received by the buoy in the relay step S5. The transmission information and the relay information may not receive all information due to a communication environment such as attenuation.

상세하게 설명하면, 적어도 센싱된 정보가 포함되는 상기 전송정보는, 노드(1)(예를 들어 노드 1)에서 N개의 비트노드로 제 1 방식으로 엔코딩된다. 상기 전송정보를 수신한 다른 노드(예를 들어 노드 1을 제외하는 다른 노드)는, 랜덤한 방식으로 상기 NU개(U개의 노드와 N개의 비트노드의 총합)의 비트노드 중에서 선택하여 제 2 방식으로 엔코딩을 수행할 수 있다. 상기 방송단계에서 비트노드와 상기 릴레이단계에서 체크노드의 결선이 랜덤하게 제공되는 것을 랜덤한 비트노드의 선택을 나타내고 있다. In detail, the transmission information including at least the sensed information is encoded in a first manner into N bit nodes at node 1 (for example, node 1). The other node that receives the transmission information (for example, another node except for Node 1) selects among the NU (sum of U nodes and N bit nodes) bit nodes in a random manner and selects a second node. Encoding can be performed with The selection of the random bit node indicates that the connection of the bit node and the check node in the relay step is randomly provided in the broadcasting step.

상기되는 수중 센싱 데이터 처리방법에 따르면, 통신환경의 신뢰성 저하, 및 암영대 존재라는 문제하에서, 어느 한 노드로부터 부이로 직접 상기 전송정보를 전송하는데 문제가 있더라도, 협력 네트워크를 통하여 안정적으로 상기 전송정보를 전달할 수 있다. According to the above-mentioned underwater sensing data processing method, even if there is a problem in transmitting the transmission information directly from one node to buoy under the problems of reliability of communication environment and existence of shadow zone, the transmission information is stably transmitted through a cooperating network. Can be passed.

상기 특징으로 인하여 저소비전력으로 데이터를 처리할 수 있는데, 이하에서는 시뮬레이션 결과를 통하여 이를 설명한다. Due to the above characteristics, data can be processed with low power consumption, which will be described below through simulation results.

시뮬레이션 조건은, 수심 50미터의 환경에서 12 및 18개의 노드가 밑바닥 상의 7미터에 100미터ㅧ100미터의 면적에 분산되고, 부이는 수면 5미터에 놓이고, 각 노드의 전송범위는 1000미터이고, 수표면의 바람은 15미터/초이고, 부이와 노드가 놓이는 상기 면적의 중심간 거리를 1000미터로 하고, 패킷의 크기는 32바이트이고, 데이터 전송속도는 2.5kbps으로 하였다. The simulation condition is that in an environment of depth of 50 meters, 12 and 18 nodes are distributed in an area of 100 meters by 100 meters at 7 meters on the bottom, buoys are located at 5 meters, and the transmission range of each node is 1000 meters. The water surface wind was 15 m / sec, the distance between the center of the area between buoys and nodes was 1000 m, the packet size was 32 bytes, and the data transfer rate was 2.5 kbps.

또한, 상기 방송단계에서 노드간 채널(ISC: inter-sensor channel)이 완벽한 경우와, 10dB의 성능저하가 발생하는 경우(실제 환경을 모사하기 위한 것이다)를 각각 비교를 위한 인자로 하였다. In the broadcasting step, the inter-sensor channel (ISC) is perfect and the performance degradation of 10 dB (for simulating the actual environment) is used as a factor for comparison, respectively.

도 5는 각 경우의 성능을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the performance of each case.

도 5를 참조하면, 코딩하지 않는 직교 주파수 분할 다중 방식의 경우(uncoded OFDM), LPDC COFDM(저밀도 패리티 체크 코드 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식)의 경우(LDPC-COFDM), 12노드가 랜덤하게 10dB의 성능저하가 있는 경우(12 Nodes Random ISC+10dB), 12노드가 랜덤하게 완벽한 채널 환경에 놓이는 경우(12 Nodes Random perfect ISC), 18노드가 랜덤하게 10dB의 성능저하가 있는 경우(18 Nodes Random ISC+10dB), 및 18노드가 랜덤하게 완벽한 채널 환경에 놓이는 경우(18 Nodes Random perfect ISC)를 보이고 있다. Referring to FIG. 5, in the case of uncoded orthogonal frequency division multiplexing (uncoded OFDM) and in case of LPDC COFDM (low density parity check code orthogonal encoding frequency division multiplexing) (LDPC-COFDM), 12 nodes are randomly 10 dB. If there is performance degradation (12 Nodes Random ISC + 10dB), if 12 nodes are placed in a perfect channel environment (12 Nodes Random perfect ISC), if 18 nodes randomly suffers 10dB performance degradation (18 Nodes Random ISC) + 10dB), and 18 nodes are placed in a randomly perfect channel environment (18 Nodes Random perfect ISC).

종래 기술(비특허문헌 1)인 LDPC-COFDM과 18노드가 랜덤하게 놓여 있는 경우를 비교하면, 10-4BER에서 실시예의 경우에 대략 13dB의 부호화 이득(coding gain)을 얻을 수 있었다. 상기 부화화 이득은 노드 간 채널에 어느 정도의 성능저하가 있더라도 마찬가지이다. 그러므로 외부환경변화에 더 견고하게 동작하는 것을 볼 수 있다. 상기 부호화이득은 노드개수가 12개인 경우에 비하여 18개인 경우에 더 큰 것을 알 수 있다. 따라서 노드의 개수 늘어날수록 부호화이득이 더 커지는 것을 알 수 있다. 그러나, 소비전력의 측면에서 노드의 개수가 늘어나면 무용한 소비전력이 늘어나기 때문에, 바람직하지 않다. Comparing the case where the LDPC-COFDM, which is a prior art (Non-Patent Document 1), and 18 nodes are randomly placed, a coding gain of approximately 13 dB was obtained in the case of the embodiment at 10-4 BER. The hatching gain is the same even if there is some degradation in the channel between nodes. Therefore, it can be seen that it works more robustly to external environmental changes. It can be seen that the coding gain is greater in the case of 18 than in the case of 12 nodes. Therefore, it can be seen that as the number of nodes increases, the coding gain increases. However, in terms of power consumption, increasing the number of nodes increases the useless power consumption, which is not preferable.

위의 결과는 실시예의 경우에 수중 센싱 데이터 처리를 위한 소비전력이 훨씬 줄어드는 것을 나타낸다. 그러나, 종래 기술(비특허문헌 1)인 LDPC-COFDM과 실시예를 비교함에 있어서는 데이터 처리 장치의 전체적인 동작에 소요되는 소비전력을 비교하여야 한다. The above results indicate that the power consumption for underwater sensing data processing is much reduced in the case of the embodiment. However, in comparing the embodiment with LDPC-COFDM, which is a prior art (Non-Patent Document 1), the power consumption required for the overall operation of the data processing apparatus should be compared.

먼저, 종래기술의 경우에는, 각 노드는 TDMA방식으로 전송정보를 부이로 전송하므로 모든 노드가 전송정보를 보내기 위한 에너지는 수학식 1과 같다. First, in the prior art, since each node transmits the transmission information to the buoy by the TDMA method, the energy for all nodes to transmit the transmission information is expressed by Equation 1 below.

Figure PCTKR2017005653-appb-M000001
Figure PCTKR2017005653-appb-M000001

실시예는 TDMA방식으로 상기 방송단계 및 상기 릴레이단계를 각각 거치므로 모든 노드가 전송정보를 보내기 위한 에너지는 수학식 2와 같다. Since the embodiment goes through the broadcasting step and the relay step in the TDMA manner, energy for all nodes to transmit transmission information is expressed by Equation 2.

Figure PCTKR2017005653-appb-M000002
Figure PCTKR2017005653-appb-M000002

상기 수학식 1 및 수학식 2에서, Et는 노드가 전송정보 및 릴레이정보를 보내기(transmit) 위한 소비에너지로서 대략 2W이고, Er은 노드 및 부이가 전송정보 및 릴레이정보를 받기(receive) 위한 소비에너지로서 대략 0.8W이고, Ei는 노드가 보내거나 받지 않는 쉬며(idle) 듣는 동작을 하기 위한 소비에너지로서 대략 0.2W이고, Ednc는 종래기술의 경우에 노드 및 부이에서 디코딩을 위한 소비에너지로서 대략 4mW이고, Edc는 실시예의 경우에 부이에서 디코딩을 위한 소비에너지는 대략 10mW이다. 약자 coop는 실시예에서 수행하는 협력(cooperate)을 의미한다. In Equation 1 and Equation 2, Et is approximately 2W of energy consumed by the node to transmit transmission information and relay information, and Er is consumption of node and buoy to receive transmission information and relay information. About 0.8W as energy, Ei is about 0.2W as the energy for idle listening that the node does not send or receive, and Ednc is about as energy for decoding at the node and buoy in the prior art. 4 mW and Edc consumes approximately 10 mW for decoding at buoy in the case of an embodiment. The abbreviation coop means cooperating performed in the embodiment.

상기 수학식 1과 수학식 2의 경우에 노드의 개수와 소비전력을 그래프로 표현하면 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 노드가 12개인 경우에 1.58dB이고, 노드가 18개인 경우에 1.9dB이고, 대략 3dB로 수렴한다. In the case of Equations 1 and 2, the number of nodes and the power consumption are represented in a graph as shown in FIG. Referring to FIG. 6, it is 1.58 dB for 12 nodes, 1.9 dB for 18 nodes, and converges to approximately 3 dB.

도 5를 참조하면, 노드가 18개인 경우에 10-4BER에서 실시예와 종래기술을 비교하면, 대략 13dB의 부호화 이득을 얻을 수 있었고, 실시예의 경우에 1.9dB의 에너지 소비가 많다고 하더라도 대략 11dB의 에너지절감을 할 수 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the case of 18 nodes, if the embodiment is compared with the prior art in 10-4BER, an encoding gain of approximately 13 dB can be obtained, and in the embodiment, the energy consumption of 1.9 dB is approximately 11 dB. You can see that you can save energy.

다만, 스루풋을 비교하면 실시예의 경우에는 두 배의 시간이 들게 되므로 종래기술과 비교하면 스루풋이 절반으로 감소할 것을 예상할 수 있다. 그러나, 수심 깊은 곳에 놓여서 외부전력이 공급되지 않는 환경에서는 배터리를 사용하는데, 높은 부호화이득을 얻을 수 있기 때문에, 종래기술에 비하여 6.5배 높은 배터리 수명을 확보할 수 있다. However, when the throughput is compared, the embodiment takes twice the time, so the throughput can be expected to be reduced by half compared with the prior art. However, the battery is used in an environment where the external power is not supplied to a deep water depth, and thus a high encoding gain can be obtained, thereby ensuring a battery life 6.5 times higher than that of the prior art.

실시예에 따르면, 깊은 수심에 놓여서 외부전력이 공급되기 어려운 환경에서, 안정적이고 높은 신뢰성을 가지는 수중에서 활용이 가능한 센싱 데이터 처리 장치 및 방법을 구현할 수 있다. According to the embodiment, it is possible to implement a sensing data processing apparatus and method that can be used underwater in a stable and high reliability in an environment where it is difficult to supply external power in a deep water.

도 7은 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 장치를 개괄적으로 나타내는 도면이다. 7 is a diagram schematically illustrating a data processing apparatus of a wireless sensor network according to an embodiment.

도 7을 참조하면, 실시예에 적용되는 무선 센서 네트워크는, 센싱노드가 산재되어 있는 네트워크 환경에서, 센싱노드(1)는 적어도 두 개가 협력그룹(2)으로 서로 그룹핑이 된다. 상기 협력그룹에는 적어도 두 개의 센서가 서로 감지결과를 송수신할 수 있다. 도면에서 협력그룹(2)은 여덟개가 도시되어 있다. Referring to FIG. 7, in the wireless sensor network applied to the embodiment, in a network environment in which sensing nodes are scattered, at least two sensing nodes 1 are grouped together in a cooperative group 2. At least two sensors in the cooperative group may transmit and receive the detection result. Eight cooperative groups 2 are shown in the figure.

상기 협력그룹(2)에 포함되는 모든 센싱노드(1)는 기지국(3)과 정보를 송수신할 수 있다. 상기 협력그룹(2)은 예를 들어, 빌딩의 같은 층의 같은 방에 놓이는 센싱노드의 집합으로 정의할 수도 있고, 같은 방의 내부에서 구획되는 일 부분에서 서로 인접하는 센싱노드의 집합으로 정의할 수도 있다. 물론, 그 외의 다른 경우도 충분히 예시될 수 있다. All sensing nodes 1 included in the cooperative group 2 may transmit and receive information with the base station 3. The cooperative group 2 may be defined as, for example, a set of sensing nodes placed in the same room of the same floor of a building, or a set of sensing nodes adjacent to each other in a part partitioned inside the same room. have. Of course, other cases can also be fully illustrated.

상기 협력그룹(2) 중의 어느 하나에 포함되는 센싱노드(1)는 결정되어 변하지 않는 것으로 제한되지 아니하고, 협력그룹(2)에 포함되는 센싱노드(1)는 수 또는 그 범위가 변경될 수 있다. The sensing node 1 included in any one of the cooperative groups 2 is not limited and determined. The sensing node 1 included in the cooperative group 2 may be changed in number or range. .

도 8은 상기 센싱노드의 구성도를 예시하고, 도 3은 상기 기지국의 구성도를 예시하는 도면이다. 8 illustrates a configuration diagram of the sensing node, and FIG. 3 illustrates a configuration diagram of the base station.

도 8, 및 도 9를 참조하면, 상기 센싱노드(1)는 적어도 환경을 감지하는 감지부(12)와, 외부의 다른 구성요소, 예를 들어 다른 센싱노드(1) 및 기지국(3)과 통신을 수행하는 통신부(13)가 포함될 수 있다. 상기 감지부(12)의 감지결과를 읽어 통신에 필요한 정보로 가공하거나, 감지부(12)의 작동을 제어하는 제어부(11)가 더 포함될 수 있다. 상기 센싱노드(1)의 동작에 필요한 다양한 정보, 외부로부터 입력되는 정보, 및 상기 감지부(12)의 감지결과가 적어도 일시적으로 저장되는 메모리(14)가 더 포함될 수 있다. 8 and 9, the sensing node 1 may include at least a sensing unit 12 for sensing an environment, and other external components, for example, another sensing node 1 and a base station 3. A communication unit 13 for performing communication may be included. The controller 11 may further include a controller 11 that reads the detection result of the detector 12 and processes the information into information required for communication, or controls the operation of the detector 12. The memory 14 may further include various information necessary for the operation of the sensing node 1, information input from the outside, and at least temporarily storing the detection result of the sensing unit 12.

상기 기지국(3)에는, 센싱노드(1)와 통신을 수행하는 통신부(13)가 포함될 수 있다. 또한, 기지국(3)의 전체적인 작동을 제어하는 제어부(11), 및 외부로부터 입력되는 정보, 및 기지국(3)의 동작에 필요한 다양한 정보가 저장되는 메모리(14)가 더 포함될 수 있다. 이외에 사용자 인터페이스, 입출력장치 등도 사용상태에 따라서 다양한 추가적인 구성요소로서 제공될 수 있다. The base station 3 may include a communication unit 13 for communicating with the sensing node 1. In addition, the control unit 11 for controlling the overall operation of the base station 3, and a memory 14 that stores information input from the outside, and various information necessary for the operation of the base station 3 may be further included. In addition, a user interface, an input / output device, and the like may also be provided as various additional components depending on the use state.

도 7 내지 도 9를 참조하여, 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치의 작용을 설명한다. 상기 기지국(3)은 상기 센싱노드(1)로 정보를 전송하여 적어도 두 개의 센싱노드(2)가 어느 하나의 협력그룹(2)을 이루도록 지시할 수 있다. 도 1에 제시되는 여덟개의 협력그룹(2)은 그 일 예로 생각할 수 있다. 상기 협력그룹(2)을 이루는 과정은, 센싱노드(1)가 센싱을 수행할 때마다 새로이 수행될 수도 있지만, 공장의 배치가 변경되거나, 비상의 상태가 발생하였을 때 수행될 수도 있다. 어느 센싱노드(1)가 어느 협력그룹(2)에 포함되어 있는가의 정보는 상기 메모리(14)(33)에 저장될 수 있다. 7 to 9, the operation of the data processing apparatus of the wireless sensor network will be described. The base station 3 may transmit information to the sensing node 1 to instruct at least two sensing nodes 2 to form one cooperative group 2. The eight cooperative groups 2 presented in FIG. 1 can be considered as an example. The process of forming the cooperative group 2 may be newly performed whenever the sensing node 1 performs sensing, but may also be performed when the layout of the factory is changed or an emergency state occurs. Information on which sensing node 1 is included in which cooperation group 2 may be stored in the memory 14 and 33.

어느 하나의 상기 협력그룹(2)에 포함되는 센싱노드(1)는, 자신이 놓이는 환경을 감지할 수 있다. 예를 들어, 공장의 기계에 부착되어 상기 감지부(12)가 기계의 온도를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(11)는 감지된 온도가 정상범위 이내이면 정상, 정상범위를 벗어나는 정도에 따라서, 주의(caution), 경고(warning), 및 위험(danger)로 감지정보를 구분할 수 있다. 상기 감지정보는 데이터로 취급될 수 있다. 물론, 이는 예시에 지나지 않고, 온도 수치를 데이터로 취급할 수도 있고, 실시예에 따라서는 압력, 유속 등과 같은 양을 데이터로 취급할 수도 있다. 그러나, 물리량의 정도를 구분하는 값으로 제시됨으로서, 추후에 설명되는 다수결 방식에 더 적합하게 적용할 수 있다. 물론, 이 경우에 네 가지의 경우(정상/주의/경고/위험)로 제한되지는 아니한다. 상기 각 경우는 서로 연속적이지 않은 어떠한 값으로 생각할 수 있다.The sensing node 1 included in any one of the cooperative groups 2 may sense an environment in which it is placed. For example, the detector 12 may be attached to a machine of a factory to measure the temperature of the machine. If the detected temperature is within the normal range, the controller 11 may classify the detected information into caution, warning, and danger according to the degree of normality and deviation from the normal range. The sensed information may be treated as data. Of course, this is only an example, and the temperature value may be treated as data, and depending on the embodiment, the amount such as pressure, flow rate, etc. may be treated as data. However, by presenting a value for dividing the degree of physical quantity, it can be more suitably applied to the majority vote method described later. Of course, this is not limited to four cases (normal / caution / warning / danger). Each of the above cases can be thought of as any value that is not contiguous with each other.

어느 하나의 상기 협력그룹(2)에 포함되는 센싱노드(1)는, 상기 통신부(13)를 통하여 상기 감지정보를 서로 송수신할 수 있다. 모든 센싱노드(1)의 감지정보에 대하여 송수신이 완료되면, 모든 센싱노드(1)는 제어부(11)에서 상기 감지정보를 가공하여 기지국(3)으로 송신한다. 그 결과, 모든 센싱노드(1)는 그 자신이 포함되는 상기 협력그룹 내 모든 센싱노드(1)의 감지정보를 기지국(3)으로 송신하는 것이 된다. 따라서, 상기 기지국(3)은 상기 협력그룹(2)에 포함되는 센싱노드(1)의 개수만큼 중복하여 상기 감지정보를 입수할 수 있다. The sensing node 1 included in any one of the cooperative groups 2 may transmit and receive the sensed information to each other through the communication unit 13. When transmission and reception of the sensing information of all the sensing nodes 1 is completed, all the sensing nodes 1 process the sensed information in the control unit 11 and transmit it to the base station 3. As a result, all the sensing nodes 1 transmit the sensing information of all the sensing nodes 1 in the cooperative group in which they are included to the base station 3. Accordingly, the base station 3 may obtain the detection information by overlapping the number of sensing nodes 1 included in the cooperative group 2.

어느 하나의 센싱노드(1)가, 다른 하나의 센싱노드(1)로 자신이 감지정보를 송신하는 과정은, 짧은 거리에서 수행될 수 있다. 이는 협력그룹(2)은 지리적으로 가까이 있는 센싱노드(1)를 그룹으로 할 수 있기 때문이다. 그러면, 같은 협력그룹(2)에 포함되는 센싱노드(1)들끼리 상기 감지정보를 송수신할 때에는, 통신환경에 의한 영향을 크게 받지 않고, 정확한 정보를 송수신할 수 있다. A process in which one sensing node 1 transmits the sensing information to the other sensing node 1 may be performed at a short distance. This is because the cooperative group 2 may group the sensing nodes 1 which are geographically close together. Then, when the sensing nodes 1 included in the same cooperative group 2 transmit and receive the sensed information, accurate information can be transmitted and received without being greatly influenced by the communication environment.

어느 하나의 센싱노드(1)가, 상기 협력그룹(2)에 포함되는 모든 센싱노드(1)의 감지정보를 상기 기지국(3)으로 송신할 때에는, 비교적 먼 거리를 송신하여야 한다. 따라서, 신뢰성이 떨어지는 통신이 수행될 수 있다. 그러나, 이때에도, 협력그룹에 포함되는 모든 센싱노드(1)가, 모든 센싱노드(1)의 정보를 송신하였기 때문에, 디코딩에 의해서 복구되는 감지정보를 다수결에 따라서 비교적 신뢰성 있게 알아낼 수 있다. When one sensing node 1 transmits the sensing information of all the sensing nodes 1 included in the cooperative group 2 to the base station 3, a relatively long distance must be transmitted. Thus, inferior communication can be performed. However, even at this time, since all the sensing nodes 1 included in the cooperative group have transmitted the information of all the sensing nodes 1, the sensed information recovered by decoding can be found relatively reliably according to the majority vote.

예를 들어, 어느 하나의 협력그룹에 7개의 센싱노드(1)가 놓여 있고, 그 중 어느 하나의 센싱노드의 감지정보를 디코딩하였을 때, 정상이 4개, 위험이 2개, 경고가 1개인 경우에는 정상으로 판단할 수 있다. 다시 말하면, 정상을 제외하는 세 개의 디코딩 정보는 무선 통신의 문제로 인하여 잘못된 정보가 수신된 것으로 판단하고, 가장 많은 정상은 무선 통신의 문제가 없이 바른 정보가 수신된 것으로 판단할 수 있다. For example, when 7 sensing nodes 1 are placed in a cooperative group, and the sensing information of any one of them is decoded, there are 4 normals, 2 risks, and 1 warning. In this case, it can be judged as normal. In other words, three pieces of decoding information excluding normal may be determined that wrong information is received due to a problem of wireless communication, and the most normal may be determined to be correct information received without a problem of wireless communication.

도 10은 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 방법을 설명하는 흐름도이다. 10 is a flowchart illustrating a data processing method of a wireless sensor network according to an embodiment.

도 10을 참조하면, 실시예에 따른 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 방법에는, 그릅화 단계와, 그룹 내 감지정보교환단계, 그룹 외 감지정보전송단계, 및 감지정보판단단계가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 10, a data processing method of a wireless sensor network according to an embodiment may include a grouping step, an exchange of sensing information within a group, a transmission of sensing information outside a group, and a sensing information determination step.

먼저, 상기 그룹화 단계는 다수의 센싱노드(1)가 어느 하나의 협력그룹에 포함되도록 하는 단계이다. 상기 그룹화 단계는 네트워크의 조직화단계라고 할 수도 있는데, 이는 센싱노드(1)가 그룹핑이 되어 조직으로 구성되도록 하는 단계이기 때문이다. 상기 그룹화 단계는 먼저, 기지국(3)이 모든 센싱노드(1)로 그룹화 메시지를 보내는 것으로 시작한다(S1). 상기 그룹화 메시지는 스케줄 패킷(schedule packet)이라고 할 수 있고, 기지국의 관리 하에 놓이는 모든 협력그룹의 모든 센싱노드로 스케줄링을 위한 정보로서 송신된다. First, the grouping step is such that a plurality of sensing nodes 1 are included in any one cooperative group. The grouping step may be referred to as an organizing step of the network, since the sensing node 1 is grouped to be configured as an organization. The grouping step first begins with the base station 3 sending a grouping message to all sensing nodes 1 (S1). The grouping message may be referred to as a schedule packet, and is transmitted as information for scheduling to all sensing nodes of all cooperative groups under management of the base station.

도 11은 상기 그룹화 메시지를 예시하는 도면이다. 11 is a diagram illustrating the grouping message.

도 11을를 참조하면, 10bit의 소스 어드레스, 10bit의 목적 어드레스, 2bit의 타임아웃, 5bit의 폭정보, 및 32bit의 비트맵 정보가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 11, a 10-bit source address, a 10-bit destination address, a 2-bit timeout, 5-bit width information, and 32-bit bitmap information may be included.

상기 소스 어드레스는, 정보를 송신하는 센싱노드 및 기지국의 주소 정보가 포함될 수 있다. 예시로, 주소 정보로는 빌딩의 층 정보에 대하여 3bit가 할당되고 같은 층의 센싱노드의 위치에 대하여 7bit를 할당할 수 있다. 그러면, 총 8층 빌딩에 각 층에는 128개의 센싱노드의 주소를 할당할 수 있다. 상기 주소와 관련되는 정보는 LCS(local coordinate system)정보라고 할 수 있다. The source address may include address information of a sensing node and a base station transmitting the information. For example, 3 bits may be allocated to the floor information of a building and 7 bits may be allocated to the positions of the sensing nodes of the same floor as the address information. Then, each floor can be assigned an address of 128 sensing nodes. Information related to the address may be referred to as local coordinate system (LCS) information.

상기 목적 어드레스는, 정보를 수신하는 센싱노드 및 기지국의 주소 정보로서, 마찬가지로 LCS 정보로 제공될 수 있다. The destination address may be similarly provided as LCS information as address information of a sensing node and a base station receiving the information.

상기 타임아웃은, 일정 시간동안 송신처(소스 어드레스의 장소)로부터 수신처(목적 어드레스의 장소)로 정보가 전송되지 않을 때, 그 숫자를 하나씩 올려나갈 수 있다. 상기 타임아웃은 2bit로서 네 번 동안의 송수신 작용이 수행될 수 있다. 네 번의 송수신 수행 동안 정상적으로 수신처에서 수신이 되지 않을 때, 대응되는 수신처의 비트맵을 1로 하고, 목적 어드레스를 바꿀 수 있다.The timeout can increase the number one by one when no information is transmitted from the transmission destination (the place of the source address) to the destination (the place of the destination address) for a predetermined time. The timeout is 2 bits and four transmission / reception operations can be performed. When the reception at the destination is not normally performed during four transmission / reception operations, the bitmap of the corresponding destination is set to 1, and the destination address can be changed.

상기 폭정보는, 어느 하나의 협력그룹에 포함되는 센싱노드의 개수를 나타낸다. 5bit는 어느 하나의 협력그룹에 32개의 센싱노드가 포함될 수 있는 것을 나타낸다. 상기 폭정보는 어는 하나의 센싱노드가 기지국으로 상기 감지정보를 송신할 때, 함께 보낼 수 있는 감지정보의 개수(즉, 어느 하나의 협력그룹에 포함되는 센서의 개수)를 의미할 수도 있다. The width information indicates the number of sensing nodes included in any one cooperative group. 5 bits indicate that 32 sensing nodes can be included in any one cooperative group. The width information may mean the number of sensing information (ie, the number of sensors included in any one cooperative group) that one sensing node can send together when the sensing node transmits the sensing information to a base station.

상기 비트맵 정보는, 기지국으로부터 제공되는 지시에 따라서 상기 협력그룹에 포함되어야 하는 센싱노드가 협력그룹에 포함되었는지를 나타내는 것으로서, 0이면 아직 그룹핑이 되지 않은 것이고, 1이면 그룹핑이 된 것으로 판단할 수 있다. 기지국이 센싱노드로 상기 그룹화 메시지를 송신할 때에는 상기 비트맵 정보의 모든 정보는 0으로 설정되어 있을 수 있다. The bitmap information indicates whether a sensing node which should be included in the cooperative group is included in the cooperative group according to an instruction provided from the base station. If the bitmap information is 0, the grouping may not be yet grouped. have. When the base station transmits the grouping message to the sensing node, all information of the bitmap information may be set to zero.

상기 그룹화 메시지에 제시되는 구체적인 숫자는 일 예시에 지나지 아니한다. The specific number provided in the grouping message is only an example.

다시 도 10을 참조하면, 상기 그룹화 메시지를 받은 노드는 현재 수행 중인 동작을 정지한다(S2). 이후에 이웃하는 센싱노드의 리스트를 업데이트한다(S3). 여기서 이웃하는 센싱노드의 정보는 통신을 수행하여 보는 것에 의해서 수행될 수도 있고, 기지국으로부터 전송받을 수도 있고, 지리적인 관계에 의해서 센싱노드에 미리 설정되어 있는 다수의 모드에 따라서 선택되는 것으로써 수행될 수도 있다. Referring back to FIG. 10, the node receiving the grouping message stops the current operation (S2). Thereafter, the list of neighboring sensing nodes is updated (S3). In this case, the information of the neighboring sensing nodes may be performed by performing communication, receiving information from a base station, or being selected according to a plurality of modes preset in the sensing node by geographical relationship. It may be.

이후에는 비트맵을 업데이트한다(S4). 여기서 비트맵의 업데이트는 상기 그룹화 메시지에 포함되는 비트맵 정보 중에서 자신의 주소에 해당하는 곳의 비트맵 정보를 1로 바꾸는 것을 의미할 수 있다. Thereafter, the bitmap is updated (S4). Here, updating of the bitmap may mean changing bitmap information of a place corresponding to its address to 1 from among the bitmap information included in the grouping message.

상기 비트맵의 업데이트 단계 후에는 업데이트 된 그룹화 메시지를 그룹에 포함되는 다른 센싱노드로 송신한다(S5). After updating the bitmap, the updated grouping message is transmitted to another sensing node included in the group (S5).

상기 비트맵의 업데이트 단계(S4), 및 업데이트 된 비트맵의 송신단계(S5)는 어느 협력그룹에 포함되는 모든 센싱노드의 비트맵이 1이 될 때까지 계속하여 수행될 수 있다. 한편, 어느 센싱노드가 비트맵의 업데이트를 가장 먼저 수행할지는 기지국에 의해서 선택될 수 있고, 나아가서 랜덤하게 선택될 수도 있다. 물론, 어느 하나의 협력그룹 내부에서 랜덤하게 또는 미리 정해진 방식으로 수행될 수도 있다.The updating of the bitmap (S4) and the transmitting of the updated bitmap (S5) may be continuously performed until the bitmap of all sensing nodes included in a cooperative group becomes 1. Meanwhile, which sensing node performs the update of the bitmap first may be selected by the base station, or may be randomly selected. Of course, it may be performed randomly or in a predetermined manner within any one cooperative group.

어느 협력그룹에 포함되는 모든 센싱노드의 비트맵이 업데이트 된 다음에는(S6), 완료된 그룹화 메시지를 기지국으로 송신한다(S7). 이때에는 도 5에 제시되는 그룹화 메시지에서 목적 어드레스를 소스 어드레스의 값으로 바꾸는 것에 의해서 수행될 수 있다. After the bitmaps of all the sensing nodes included in a cooperative group are updated (S6), the completed grouping message is transmitted to the base station (S7). In this case, it may be performed by changing the destination address to the value of the source address in the grouping message shown in FIG. 5.

상기 기지국이 모든 협력그룹으로부터 완료된 그룹화 메시지를 수신하면, 그룹화 단계는 종료될 수 있다. 상기 그룹화 단계는 초기단계 등과 같이 필요한 때에 수행될 수 있을 것이다. When the base station receives the completed grouping message from all cooperative groups, the grouping step may end. The grouping step may be performed when necessary, such as an initial step.

상기 기지국은 그룹화 단계의 이후에는 동작 메시지가 모든 센싱노드로 송신할 수 있고, 동작 메시지를 수신한 협력그룹은 그룹 내 감지정보교환단계를 수행할 수 있다. After the grouping step, the base station may transmit the operation message to all sensing nodes, and the cooperative group receiving the operation message may perform the intra-group sensing information exchange step.

상기 그룹 내 감지정보교환단계는, 상기 동작 메시지를 수신한 센싱노드(1)가 환경을 감지하여 상기 감지정보를 생성하는 것에서 시작한다(S9). 이후에는 감지정보를 인코딩하여 데이터 패킷으로 협력그룹 내의 다른 센싱노드로 교환한다(S10). 상기 교환은 다른 말로 같은 협력그룹에 포함되는 어느 하나의 센싱노드(센싱노드 A)가, 다른 센싱노드(센싱노드 B)로 자신의 정보를 전달하는 것으로 이해할 수 있다. 그러면, 다른 센싱노드(센싱노드 B)에는 어느 하나의 센싱노드(센싱노드 A)의 정보도 저장되는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 모든 노드들은 서로 모두 위의 작용을 상호 수행할 수 있다. The sensing information exchange step in the group begins with the sensing node 1 receiving the operation message generating the sensing information by sensing the environment (S9). Thereafter, the sensing information is encoded and exchanged with other sensing nodes in the cooperative group as data packets (S10). In other words, it can be understood that one sensing node (sensing node A) included in the same cooperative group transfers its information to another sensing node (sensing node B). Then, it will be understood that information of one sensing node (sensing node A) is also stored in another sensing node (sensing node B). All nodes can mutually perform the above operation.

도 12는 실시예에 따른 데이터 패킷을 예시하는 도면이다. 12 is a diagram illustrating a data packet according to an embodiment.

도 12를 참조하면, 데이터 패킷에는, 데이터 패킷을 송신하는 소스 어드레스를 위한 10bit의 LCS정보와, 감지정보의 종류를 위한 2bit의 감지정보와, 데이터 패킷의 생성 또는 데이터 패킷 수신 시간 정보로서 10bit의 시간 스탬프(TOA 정보:time of arrival)가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 12, a data packet includes 10 bits of LCS information for a source address for transmitting a data packet, 2 bits of sensing information for a type of sensing information, and 10 bits of data packet generation or data packet reception time information. Time of arrival (TOA information) may be included.

이에 따르면, 감지정보가 다른 센싱노드를 경유해서 가더라도 감지정보를 식별하고 구분해 낼 수 있다. 상기 감지정보로는 정상, 주의, 경고, 및 위험이 있을 수 있는 것은 이미 살펴본 바가 있다. According to this, even if the sensing information passes through another sensing node, the sensing information can be identified and separated. As the detection information, there may have been normal, caution, warning, and danger.

다시 도 10을 참조하면, 어느 하나의 센싱노드가, 그 자신이 포함되는 협력그룹에 포함되는 모든 센싱노드의 감지정보를 저장하는 것으로 판단될 때까지, 그룹 내 감지정보교환단계가 수행될 수 있다.Referring back to FIG. 10, an intra-group sensing information exchange step may be performed until it is determined that one sensing node stores sensing information of all sensing nodes included in a cooperative group that includes the sensing node. .

상기 그룹 내 감지정보교환단계는 좁은 공간범위 내에 포함되는 가까운 지리적 위치의 센싱노드 간에 이루어지는 정보교환이므로 높은 신뢰성을 얻을 수 있고, 저출력으로 무선 통신의 수행이 가능하다. 따라서, 적은 출력으로도 충분히 모든 정보가 서로 교환되도록 할 수 있고, 센싱노드 간의 협력관계를 쉽게 구축할 수 있게 된다. The intra-group sensing information exchange step is an exchange of information between sensing nodes of a close geographic location within a narrow spatial range, so that high reliability can be obtained and wireless communication can be performed with low power. Thus, even with a small output, all the information can be exchanged with each other sufficiently, and it is easy to establish a cooperative relationship between the sensing nodes.

어느 하나의 센싱노드가, 그 자신이 포함되는 협력그룹에 포함되는 모든 센싱노드의 감지정보를 저장하는 것으로 판단되면(S11), 해당하는 센싱노드에서는 상기 그룹 외 감지정보전송단계가 수행되어, 모든 감지정보를 협력 패킷의 형태로 기지국으로 송신한다(S12). 물론 경우에 따라서, 예를 들어, 센서노드의 고장 등과 같이, 다 모이지 않은 경우에도 협력 패킷을 송신할 수도 있으나, 모두 모이는 것이 자원의 낭비를 막는 측면에 있어서 바람직한 것은 당연하다. If it is determined that one sensing node stores the sensing information of all the sensing nodes included in the cooperative group in which the sensing node is included (S11), the sensing node transmits the out-of-group sensing information at the corresponding sensing node. Sense information is transmitted to the base station in the form of a cooperative packet (S12). Of course, in some cases, for example, a failure of the sensor node, even if not all together, even if the cooperative packet can be transmitted, gathering all is preferable in terms of preventing the waste of resources.

도 13은 실시예에 따른 협력 패킷을 예시하는 도면이다. 13 is a diagram illustrating a cooperative packet according to an embodiment.

도 13을 참조하면, LCS정보와 TOA정보와 감지정보가 포함되는데, 이는 협력그룹에 포함되는 센싱노드의 개수(N)만큼 곱하여지는 수로 제공될 것이다. 10bit의 지연시간(Td)는 중간 노드에서 소비된 시간을 의미할 수 있다. Referring to FIG. 13, LCS information, TOA information, and sensing information are included, which will be provided as a number multiplied by the number N of sensing nodes included in the cooperative group. The 10-bit delay time Td may mean a time spent in the intermediate node.

다시 도 10을 참조하면, 센싱노드로부터 기지국으로 상기 협력 패킷의 송신은 TDMA(시간분할다중접속방식)으로, 협력패킷이 모든 센싱노드로부터 기지국으로 송신될 때까지 수행될 수 있다. Referring back to FIG. 10, transmission of the cooperative packet from the sensing node to the base station may be performed by TDMA (time division multiple access) until the cooperative packet is transmitted from all the sensing nodes to the base station.

이와 같은 모든 센싱노드가 기지국으로 자신의 협력 패킷을 송신할 때까지 그룹 외 감지정보전송단계가 수행되고, 이후에는 기지국에서 감지정보판단단계가 수행될 수 있다. The sensing information transmission step may be performed until all of the sensing nodes transmit their cooperative packets to the base station, and then the sensing information determination step may be performed at the base station.

상기 기지국에서는 수신된 협력 패킷을 디코딩한다(S13). The base station decodes the received cooperation packet (S13).

디코딩 된 정보는 다수결 방식(majority rule)이 적용되어 특정 센싱노드의 감지정보를 추출할 수 있다. 도 8에 제시되는 데이터 판독 데이블을 참조하여 더 상세하게 설명한다. As the decoded information, a majority rule may be applied to extract sensed information of a specific sensing node. This will be described in more detail with reference to the data read table shown in FIG.

도 14를 참조하면, 세로축(i)은 각 센싱노드의 감지부를 나타내고, 가로축(j)은 협력 패킷을 송신한 센싱노드를 나타낸다. 결과(result)를 참조하면, O를 정상, C를 중의, W를 경고, D를 위험이라고 할 때, 어느 하나의 센싱노드의 감지부에 대한 디코딩 결과의 구분이 가장 많은 것의 경우로 판단결과를 제시할 수 있다. 예를 들어, 첫번째 센싱노드는 정상이 가장 많아 세 개이므로 정상으로 판단하고 있는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 14, the vertical axis i represents a sensing unit of each sensing node, and the horizontal axis j represents a sensing node transmitting a cooperative packet. Referring to the result, when O is normal, C is warned, W is danger, and D is the risk, it is determined that the classification of the decoding result for the sensing unit of any one sensing node is the largest. Can present For example, you can see that the first sensing node is determined to be normal because there are three most normal nodes.

상기 감지정보판단단계에 따르면, 센싱노드와 기지국 간의 무선통신망의 신리성이 낮은 경우에도 다양한 감지정보 중의 어느 하나에 해당하는 지를 정확하게 알아낼 수 있다. 다시 말하면, 무선 통신망의 열악한 환경에서도 단속적으로 입력되는 데이터의 복구를 통하여 정확한 감지정보를 알아낼 수 있게 된다. 이는 센싱노드와 기지국 간에 낮은 출력으로 무선통신을 수행하더라도 다수결 방식으로 정확한 감지정보를 알아낼 수 있으므로 저출력으로도 무선 센싱 네트워크의 데이터를 처리할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. According to the sensing information determination step, even when the reliability of the wireless communication network between the sensing node and the base station is low, it is possible to accurately determine which one of the various sensing information. In other words, even in a poor environment of a wireless communication network, accurate sensing information can be found by recovering data intermittently input. This method can obtain accurate sensing information by majority vote even though wireless communication is performed between the sensing node and the base station with low output. Thus, data of the wireless sensing network can be processed even with low power.

도 15는 실시예를 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 보이는 그래프이다. 15 is a graph showing a result of performing a simulation by applying the embodiment.

시뮬레이션은, 100ㅧ100㎡의 실내공간에서, 기계들이 흩어져 있고, 온도를 측정하여, 정상/주의/경고/위험 네 가지의 감지정보를 구분하고, 12개의 노드를 가지는 협력그룹을, 20,000번의 센싱을 협력그룹에 대하여 수행한 결과이다. The simulation, in a room of 100 ㅧ 100㎡, scatters the machines, measures the temperature, classifies four types of sensing information such as normal / caution / warning / danger, and senses 20,000 cooperative groups with 12 nodes. This is the result of doing this for the cooperative group.

에러의 가능성(probality of error)은 전반적으로 협력그룹을 제공한 경우에 에러가 적은 것을 볼 수 있었다. 도 9에서 COOP는 Coorporate Organize and Operate Protocol의 두문자를 취한 것으로서, 실시예가 적용되는 것을 의미한다. The probability of error was found to be low in the case of providing a cooperative group as a whole. In FIG. 9, COOP is an acronym of Coorporate Organize and Operate Protocol, which means that the embodiment is applied.

또한, 감지정보의 에러(alarm error), 층의 에러(floor no. error), 센싱노드의 에러(sensor ID error), 및 시간 스탬프의 에러(TOA error)의 어느 것에 의해서도 협력그룹을 제공하는 경우에 더 우수한 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 협력그룹이 제공되지 않는 경우에 비하여, 감지정보의 에러는, 10-3dB 에러 가능성이 20dB만큼 낮은 SNR에서 얻어지는 것을 볼 수 있었다. In addition, when the cooperative group is provided by any of an error of detection information (alarm error), an error of floor (floor no. Error), an error of a sensing node (sensor ID error), and an error of a time stamp (TOA error). You can see more excellent at For example, compared to the case where no cooperative group is provided, it can be seen that the error of the sensed information is obtained at an SNR where the probability of 10-3 dB error is as low as 20 dB.

본 발명에 따르면, 높은 부호화이득을 얻어서, 수중과 같은 열악한 환경의 정보를 신뢰성 있게, 저소비전력으로 오랜 시간 동안 데이터를 획득할 수 있다. 또한 간단한 프로그램의 수정만으로도 기존의 시스템을 개선할 수 있기 때문에, 산업상의 적용가능성이 높이 기대된다고 할 수 있다. According to the present invention, it is possible to obtain a high coding gain, and to reliably acquire information of a poor environment such as underwater, for a long time with low power consumption. In addition, it is expected that the applicability of the industry is highly expected because a simple program modification can improve the existing system.

본 발명에 따르면, 현재 설치되어 있는 무선 센서 네트워크를 그대로 적용하여 간단한 프로그램의 변경만으로 우수한 감지특성을 얻을 수 있다. 따라서, 신속한 산업상의 이용이 크게 기대된다고 할 수 있다. According to the present invention, by applying the currently installed wireless sensor network as it is, it is possible to obtain excellent sensing characteristics only by changing a simple program. Therefore, it can be said that rapid industrial use is greatly expected.

Claims (9)

자기가 놓인 곳의 환경을 감지한 감지정보를 서로 송수신하는 적어도 두 개의 센싱노드가 포함되는 협력그룹; 및A cooperative group including at least two sensing nodes configured to transmit and receive sensing information that senses an environment where a user is placed; And 상기 협력그룹에 포함되는 상기 적어도 두 개의 센싱노드로부터 상기 감지정보를 수신하여 상기 감지정보를 판독하는 기지국이 포함되고, A base station receiving the sensing information from the at least two sensing nodes included in the cooperative group and reading the sensing information; 상기 적어도 두 개의 센싱노드 각각은, 다른 센싱노드의 상기 감지정보도 적어도 일시적으로 저장하여 전송하고, Each of the at least two sensing nodes, at least temporarily stores the sensing information of the other sensing node, and transmits, 상기 기지국은, 어느 하나의 센싱노드로부터, 다른 센싱노드의 상기 감지정보도 수신하고, The base station also receives the sensing information of the other sensing node from one sensing node, 상기 협력그룹은 적어도 두 개가 포함되는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치.And at least two cooperative groups. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 협력그룹에 포함되는 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 서로 지리적으로 인접하는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치. And at least two sensing nodes included in the cooperative group are geographically adjacent to each other. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 적어도 두 개의 센싱노드 중의 적어도 하나는, 자신이 포함되는 상기 헙력그룹의 다른 센싱노드의 감지정보를 모두 적어도 일시적으로 저장하는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리장치. At least one of the at least two sensing nodes, at least temporarily storing all the sensing information of the other sensing node of the output group that includes the at least one sensing node. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 적어도 두 개의 센싱노드 중의 적어도 하나는, 자신이 포함되는 상기 헙력그룹의 다른 센싱노드의 감지정보를 모두 상기 기지국으로 송신하는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 장치. And at least one of the at least two sensing nodes transmits all of the sensing information of the other sensing nodes of the output group to which the output group is included. 다수의 센싱노드를 적어도 두 개의 협력그룹으로 그룹화하는 그룹화 단계;Grouping a plurality of sensing nodes into at least two cooperative groups; 상기 적어도 두 개의 협력그룹 중에 적어도 하나의 협력그룹에 포함되는 적어도 두 개의 센싱노드가 감지한 감지정보를, 상기 적어도 두 개의 센싱노드가 서로 교환하는 그룹 내 감지정보교환단계;An intra-group sensing information exchange step in which the at least two sensing nodes exchange sensing information sensed by at least two sensing nodes included in at least one cooperative group among the at least two cooperative groups; 상기 적어도 두 개의 센싱노드가 가지는 감지정보가 기지국으로 송신되는 단계; 및Transmitting sensing information of the at least two sensing nodes to a base station; And 상기 기지국에서 상기 감지정보를 판독하는 감지정보판독단계가 포함되는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리 방법. And a sensing information reading step of reading the sensing information at the base station. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 각각, 자신의 감지정보와 다른 센싱노드의 감지정보를 상기 기지국으로 함께 송신하는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리방법. And each of the at least two sensing nodes transmits their own sensing information and the sensing information of another sensing node to the base station. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 적어도 두 개의 센싱노드는 각각, The at least two sensing nodes, respectively - 자신이 포함되는 상기 협력그룹에 포함되는 모든 다른 센싱노드와 감지정보를 교환하고, Exchange sensing information with all other sensing nodes included in the cooperative group in which they are included, - 자신의 감지정보와, 교환된 상기 모든 다른 센싱노드의 감지정보를 상기 기지국으로 송신하는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리방법. A data processing method of a wireless sensor network which transmits its own sensing information and sensing information of all the other sensing nodes exchanged to the base station. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 감지정보는, 적어도 정상 및 비정상을 포함하고, 물리량의 정도를 불연속적으로 구분하는 값인 무선 센서 네트워크의 데이터 처리방법. The sensing information includes at least normal and abnormal, and is a value for discontinuously distinguishing the degree of physical quantity. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 감지정보판독단계에서, 수신된 상기 감지정보로는 같은 센싱노드에 대한 적어도 두 개의 정보가 포함되고, In the sensing information reading step, the received sensing information includes at least two information about the same sensing node, 상기 감지정보는 다수결 방식에 의해서 판독되는 무선 센서 네트워크의 데이터 처리방법. And said sensing information is read by a majority vote method.
PCT/KR2017/005653 2016-05-30 2017-05-30 Sensing data processing device and data processing method Ceased WO2017209497A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0066621 2016-05-30
KR10-2016-0066625 2016-05-30
KR1020160066625A KR102412058B1 (en) 2016-05-30 2016-05-30 Data processing apparatus and method for wireless sensor network
KR1020160066621A KR20170135156A (en) 2016-05-30 2016-05-30 Sensed data processing appratus and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017209497A1 true WO2017209497A1 (en) 2017-12-07

Family

ID=60478810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/005653 Ceased WO2017209497A1 (en) 2016-05-30 2017-05-30 Sensing data processing device and data processing method

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017209497A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108809523A (en) * 2018-08-10 2018-11-13 深圳市智慧海洋科技有限公司 A kind of reliable data transmission method and system for underwater sound network
CN110798885A (en) * 2019-11-03 2020-02-14 桂林电子科技大学 An underwater positioning method based on ranging and neural network algorithm

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080238720A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Jin-Shyan Lee System And Method For Intelligent Traffic Control Using Wireless Sensor And Actuator Networks
US20100137014A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-03 Motorola, Inc. Method to improve diversity gain in a cooperative spectrum sensing network
US20140286178A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Unisys Corporation Communication protocol for wireless sensor networks using communication and energy costs
WO2015118847A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 日本電気株式会社 Wireless communication network system and method for determining representative sensor device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080238720A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Jin-Shyan Lee System And Method For Intelligent Traffic Control Using Wireless Sensor And Actuator Networks
US20100137014A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-03 Motorola, Inc. Method to improve diversity gain in a cooperative spectrum sensing network
US20140286178A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Unisys Corporation Communication protocol for wireless sensor networks using communication and energy costs
WO2015118847A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 日本電気株式会社 Wireless communication network system and method for determining representative sensor device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IQBAL, ZAFAR ET AL.: "Deployment Strategy Analysis for Underwater Cooperative Wireless Sensor Networks", 2015 INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY CONVERGENCE (ICTC, 28 October 2015 (2015-10-28), pages 699 - 703, XP032829942 *
IQBAL, ZAFAR ET AL.: "Under Water Acoustic Channel Model and Variations due to Changes in Node and Buoy Positions", 5TH PACIFIC RIM UNDERWATER ACOUSTICS CONFERENCE , PROCEEDINGS OF MEETINGS ON ACOUSTICS, vol. 24, no. 1, 2 November 2015 (2015-11-02), pages 1 - 11 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108809523A (en) * 2018-08-10 2018-11-13 深圳市智慧海洋科技有限公司 A kind of reliable data transmission method and system for underwater sound network
CN108809523B (en) * 2018-08-10 2022-05-06 深圳市智慧海洋科技有限公司 Reliable data transmission method and system for underwater acoustic network
CN110798885A (en) * 2019-11-03 2020-02-14 桂林电子科技大学 An underwater positioning method based on ranging and neural network algorithm

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1640031B (en) Protocol for reliable, self-organizing, low-power wireless network for security and building automation system
Sakhardande et al. Design of disaster management system using IoT based interconnected network with smart city monitoring
WO2020153748A1 (en) Method and apparatus for radio link monitoring and radio link failure in sidelink communication
CA1204834A (en) Protocol for determining physical order of active stations on a token ring
WO2016153253A1 (en) Method for reporting measurement result for determining position in wireless communication system, and device therefor
WO2011132968A2 (en) Method and apparatus of transmitting and receiving signal in a distributed antenna system
WO2021029557A1 (en) Method and apparatus for transmitting and receiving harq responses in wireless communication system supporting sidelink communication
WO2015093910A1 (en) Method and device for reporting channel state information
WO2012141478A2 (en) Method and apparatus for receiving data in user equipment of supporting multimedia broadcast multicast service
EP4179842A1 (en) Method and apparatus for sidelink drx operations in a wireless communication system
EP2832133A1 (en) Method and apparatus for transmitting beam information in wireless communication system
CN103563477A (en) Reducing interference caused by an atmospheric duct in a wireless communication system
US20130121176A1 (en) Communication protocol for energy-harvesting devices
WO2016153240A1 (en) Method for reporting measurement result for determining position in wireless communication system, and device therefor
WO2012053767A2 (en) Method and base station for transmitting location measurement reference signal, and method and user equipment for receiving location measurement reference signal
WO2013183824A1 (en) Method and apparatus for transmitting and receiving control information in wireless communication system
WO2019164221A1 (en) Method and apparatus for transmitting control channel in wireless communication system
WO2011031064A2 (en) Method and apparatus for transceiving a signal in a communication system
WO2016200093A1 (en) Method for receiving or transmitting sounding reference signal for positioning in wireless communication system and apparatus therefor
JP5163337B2 (en) Relay device, data processing method thereof, monitoring method, wireless communication system, and management device
EP2941914A1 (en) Method and apparatus for wireless link recovery between bss in a wireless communication system
WO2019139191A1 (en) Method and device for performing positioning using drone
WO2017115998A1 (en) Underwater communication system
WO2020091264A1 (en) Method and device for transmitting or receiving synchronization signal in wireless communication system
WO2020166963A1 (en) Handling radio link failure in cellular mesh networks

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17806990

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 06/03/2019)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17806990

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1