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KR101185731B1 - Wireless sensor network system for monitoring environment - Google Patents

Wireless sensor network system for monitoring environment Download PDF

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KR101185731B1
KR101185731B1 KR1020100050547A KR20100050547A KR101185731B1 KR 101185731 B1 KR101185731 B1 KR 101185731B1 KR 1020100050547 A KR1020100050547 A KR 1020100050547A KR 20100050547 A KR20100050547 A KR 20100050547A KR 101185731 B1 KR101185731 B1 KR 101185731B1
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KR
South Korea
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node
sensor
information
network system
environment information
Prior art date
Application number
KR1020100050547A
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Korean (ko)
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KR20110130963A (en
Inventor
최영완
김광진
서정태
손병희
신수현
Original Assignee
주식회사 이포씨
중앙대학교 산학협력단
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.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 이포씨, 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 이포씨
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Publication of KR20110130963A publication Critical patent/KR20110130963A/en
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Abstract

환경을 모니터링 하는 무선 센서 네트워크 시스템이 제공된다. 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 환경 센서를 통하여 주변의 대기 환경 정보를 수집하고, 브로드캐스팅 방식으로 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달하는 센서 노드, 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달받아 증폭하여 브로드 캐스팅 방식으로 송신하는 릴레이 노드 및 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 상기 대기 환경 정보를 수신하고, 상기 수신한 대기 환경 정보를 무선 이동통신 신호로 변환하여 중앙서버로 송신하는 코디네이터 노드를 포함하고, 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정되고, 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드가 설치되는 간격은 주변 채널 환경의 채널환경 변수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 한다.A wireless sensor network system for monitoring the environment is provided. The environmental monitoring wireless sensor network system collects ambient air environment information through an environment sensor, a sensor node that delivers the collected air environment information by a broadcasting method, and amplifies and receives the collected air environment information. And a coordinator node configured to receive the standby environment information from the relay node and the sensor node and the relay node, convert the received standby environment information into a wireless mobile communication signal, and transmit the received wireless environment communication signal to a central server. And the installation position of the relay node is determined in consideration of a free space which is not affected by an ambient signal and a two ray ground space which is affected by reflection and refraction signals. The interval at which the relay node is installed is the channel of the surrounding channel environment. Characterized in that the determination in consideration of the environment variables.

Description

환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템{WIRELESS SENSOR NETWORK SYSTEM FOR MONITORING ENVIRONMENT}Environmental monitoring wireless sensor network system {WIRELESS SENSOR NETWORK SYSTEM FOR MONITORING ENVIRONMENT}

본 발명은 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환경을 모니터링 하는 무선 센서 네트워크 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless sensor network system, and more particularly to a wireless sensor network system for monitoring the environment.

무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)는 많은 센서(Sensor)들이 무선(Wireless) 방식을 통해 네트워크(Network)를 형성하는 것을 의미한다. 즉, 무선 센서 네트워크 기술은 컴퓨팅 능력과 무선통신 능력을 갖춘 센서 노드를 자연환경이나 전장 등에 뿌려 자율적인 네트워크를 형성하고, 서로 간에 무선 네트워크로 획득한 센싱 정보를 송수신하고, 네트워크를 통해 원격지에서 감시/제어 용도로 활용할 수 있는 기술을 말한다. A wireless sensor network means that many sensors form a network through a wireless method. In other words, wireless sensor network technology spreads sensor nodes with computing power and wireless communication ability in the natural environment or the battlefield to form an autonomous network, transmits and receives sensing information acquired from wireless networks to each other, and monitors the remote locations through the network. / A technology that can be used for control purposes.

10m 내외의 단거리에서 사용하는 개인 무선 네트워킹 솔루션인 무선 PAN(Personal Area Network) 기술 중 지그비 기술은 저전력 지그비 송수신기를 빛, 압력, 기온, 습도 등의 검출용 센서와 결합하여 대규모 센서 네트워크를 형성할 수 있게 한다. 최근 지그비 기술은 센서 네트워크와 같은 버티컬 어플리케이션 영역에서 경쟁력 있는 근거리 무선통신 기술로 부각되고 있다. 특히, 최근 부각되고 있는 환경 분야에도 근거리 무선통신 기술을 이용하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 종래 환경 분야에서 근거리 무선통신 기술을 이용하는 경우 대기오염도를 실시간으로 공개하고 있으나 일부 지역에만 국한되어 있어 여가를 즐기고자 하는 지점의 환경 정보를 정확히 알 수 없다.Among wireless wireless area area (PAN) technologies, a personal wireless networking solution for short distances of up to 10 meters, ZigBee technology can combine low-power ZigBee transceivers with sensors for detecting light, pressure, temperature, and humidity to form large sensor networks. To be. Recently, Zigbee technology has emerged as a competitive short-range wireless communication technology in the field of vertical applications such as sensor networks. In particular, attempts are being made to use short-range wireless communication technology in the environmental field, which is emerging recently. In case of using the near field communication technology in the conventional environment, the air pollution degree is disclosed in real time, but it is limited to only some regions, so it is impossible to accurately know the environmental information of the point to enjoy leisure.

따라서, 실시간으로 다양한 지역 및 사용자의 요구에 대응하는 위치의 환경 정보를 획득할 수 있는 무선 통신 네트워크 및 센서 노드에 대한 기술들이 계속적으로 연구되어야 한다.Therefore, technologies for wireless communication networks and sensor nodes capable of obtaining environmental information of locations corresponding to various regions and user needs in real time should be continuously studied.

본 발명은 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 센서 노드의 설치 위치를 결정함에 따라 센서 노드간의 통신거리를 확장시키는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.According to the present invention, an installation position of a sensor node is determined by considering a free space that is not affected by an ambient signal and a two ray ground space that is affected by reflection and refraction signals. An environmental monitoring wireless sensor network system is provided to extend a communication distance.

또한, 본 발명은 채널 환경의 변화에 적응적으로 대처하여 센서 노드의 설치 위치를 결정함에 따라 무선 네트워크의 노드 간의 전송효율을 유지하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides an environmental monitoring wireless sensor network system that maintains the transmission efficiency between nodes of a wireless network according to the adaptation to the change in the channel environment to determine the installation position of the sensor node.

또한, 본 발명은 실시간으로 대기 환경 정보를 단말 노드에 제공함에 따라 사용자가 현재 있는 위치 및 알고자 하는 위치의 대기 환경 정보를 파악할 수 있는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides an environment monitoring wireless sensor network system that can grasp the air environment information of the current location and the location you want to know by providing the air environment information to the terminal node in real time.

본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 환경 센서를 통하여 주변의 대기 환경 정보를 수집하고, 브로드캐스팅 방식으로 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달하는 센서 노드, 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달받아 증폭하여 브로드 캐스팅 방식으로 송신하는 릴레이 노드 및 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 상기 대기 환경 정보를 수신하고, 상기 수신한 대기 환경 정보를 무선 이동통신 신호로 변환하여 중앙서버로 송신하는 코디네이터 노드를 포함하고, 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정되고, 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드가 설치되는 간격은 주변 채널 환경의 채널환경 변수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 한다.Environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention collects the ambient air environment information through the environment sensor, the sensor node for delivering the collected air environment information in a broadcast manner, the collected air environment information Coordinator for receiving and amplifying and transmitting the received air environment information from the relay node and the sensor node and the relay node, and converts the received air environment information into a wireless mobile communication signal to transmit to the central server. A node, wherein the installation position of the sensor node and the relay node considers a free space free from interference of peripheral signals and a two ray ground space affected by reflection and refraction signals And the sensor node and the relay node are installed It is characterized in that which is determined by considering the channel environment variables around the channel environment.

상기 센서 노드는 상기 환경 센서를 통하여 주변의 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동 중 적어도 하나의 정보를 수집하는 정보 수집부및 상기 수집된 정보를 근거리 무선 통신을 통하여 전송하는 무선 송수신부를 포함할 수 있다.The sensor node may include an information collecting unit collecting at least one information of ambient temperature, humidity, illuminance, air pollution, and vibration through the environmental sensor, and a wireless transmitting / receiving unit transmitting the collected information through short range wireless communication. Can be.

상기 릴레이 노드는 상기 수집된 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 증가시켜 데이터가 호핑된 순서를 나타낼 수 있다.The relay node may decode a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number in the collected atmospheric environment information packet, and increase the count number to indicate an order in which data is hopped.

상기 코디네이터 노드의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 위치보다 상기 자유 영역(free space)에 더 가까울 수 있다.The installation position of the coordinator node is the sensor node and the relay node determined in consideration of a free space which is not affected by an ambient signal and a two ray ground space which is affected by reflection and refraction signals. It may be closer to the free space than the position of.

상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드가 설치되는 간격은 채널 환경 변수를 고려하여 채널 환경 변수 값이 커지면 상기 간격은 좁아지고, 채널 환경 변수 값이 작아지면 상기 간격은 넓어질 수 있다.The interval between the sensor node and the relay node may be set in consideration of a channel environment variable, and the interval may be narrowed when the channel environment variable value is increased, and the interval may be widened when the channel environment variable value is decreased.

상기 코디네이터 코드는 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 수신한 상기 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 기 설정된 카운트 넘버와 비교하여 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 비활성화 여부를 판단할 수 있다.The coordinator code decodes a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number in the standby environment information packet received from the sensor node and the relay node, and compares the count number with a preset count number. It may be determined whether the sensor node and the relay node are deactivated.

상기 센서 노드는 상기 센서 노드 보다 낮은 위치에서 주변 환경 정보를 수집하고, 주기적으로 상기 센서 노드에 정보를 전송하는 간이 정보 수집부를 포함할 수 있다.The sensor node may include a simple information collecting unit which collects surrounding environment information at a lower position than the sensor node and periodically transmits information to the sensor node.

상기 중앙서버는 상기 수신한 대기 환경 정보를 기 설정된 대기 환경 데이터 베이스에 기초하여 분석하고, 상기 분석 결과인 대기 환경의 상태 정보를 단말 노드에 전송할 수 있다.The central server may analyze the received air environment information based on a preset air environment database, and transmit state information of the air environment, which is a result of the analysis, to the terminal node.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 주변 채널 환경의 채널환경 변수 및 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 위치에 상기 센서 노드, 상기 릴레이 노드 및 상기 코디네이터 노드 중 하나가 탑재된 가로등을 더 포함할 수 있다.In addition, the environmental monitoring wireless sensor network system according to another embodiment of the present invention is a two-way affected by the free space and the reflection and refraction signals are not affected by the channel environment variables and the ambient signal of the surrounding channel environment The apparatus may further include a street light in which one of the sensor node, the relay node, and the coordinator node is mounted at a position determined in consideration of a two ray ground space.

상기 센서 노드는 제1설정 시간구간에서 온도 및 습도를 측정하여 전송하고, 제2설정 시간구간에서 슬립모드로 전환하고, 제3설정 시간구간에서 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동을 측정하여 전송할 수 있다.The sensor node measures and transmits temperature and humidity at a first set time interval, switches to sleep mode at a second set time interval, and measures temperature, humidity, illuminance, air pollution, and vibration at a third set time interval. Can transmit

본 발명은 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 센서 노드의 설치 위치를 결정함에 따라 센서 노드간의 통신거리를 확장시키는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, an installation position of a sensor node is determined by considering a free space that is not affected by an ambient signal and a two ray ground space that is affected by reflection and refraction signals. An environmental monitoring wireless sensor network system can be provided that extends a communication distance.

또한, 본 발명은 채널 환경의 변화에 적응적으로 대처하여 센서 노드의 설치 위치를 결정함에 따라 무선 네트워크의 노드 간의 전송효율을 유지하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an environmental monitoring wireless sensor network system that maintains the transmission efficiency between nodes of a wireless network as the installation position of the sensor node is determined in response to the change in the channel environment.

또한, 본 발명은 실시간으로 대기 환경 정보를 단말 노드에 제공함에 따라 사용자가 현재 있는 위치 및 알고자 하는 위치의 대기 환경 정보를 파악할 수 있는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an environmental monitoring wireless sensor network system that can grasp the air environment information of the current location and the location you want to know by providing the air environment information to the terminal node in real time.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 구성하는 노드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 노드의 설치 위치를 결정하기 위해 투 레이 그라운드 영역 모델(two ray ground space model)을 적용한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 각 노드간의 간격을 추정하기 위해 로그 디스턴스 모델(log-distance model)을 적용한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 사용되는 데이터 패킷을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 비활성화된 노드를 찾는 방법을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a node constituting an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph in which a two ray ground space model is applied to determine an installation position of a node in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a graph to which a log distance model is applied to estimate an interval between nodes in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a data packet used in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a method for finding an inactive node in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122), 코디네이터 노드(130), 중앙서버(140) 및 단말노드(150,152)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention includes sensor nodes 110, 112, 114, relay nodes 120, 122, coordinator node 130, a central server 140, and a terminal node 150, 152. It includes.

센서 노드(110,112,114)는 환경 센서를 통하여 주변의 대기 환경 정보를 수집하고, 브로드캐스팅(Broadcasting) 방식으로 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달한다. 여기서, 환경 센서는 온도센서, 습도센서, 조도센서, 대기오염도 센서, 진동 센서, 가스 센서 등을 포함할 수 있다. 센서 노드(110,112,114)는 브로드캐스팅 방식으로 정보를 전송함으로써 주변에 있는 릴레이 노드, 코디네이터 노드, 단말 노드에 상기 수집한 주변의 대기 환경 정보를 전달할 수 있다.The sensor nodes 110, 112, and 114 collect surrounding air environment information through an environment sensor, and transmit the collected air environment information in a broadcasting manner. Here, the environmental sensor may include a temperature sensor, a humidity sensor, an illuminance sensor, an air pollution sensor, a vibration sensor, a gas sensor, and the like. The sensor nodes 110, 112, and 114 may transmit the collected ambient air environment information to a relay node, a coordinator node, and a terminal node in the vicinity by transmitting information in a broadcasting manner.

또한, 센서 노드(110,112,114)는 상기 환경 센서를 통하여 주변의 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동 중 적어도 하나의 정보를 수집하는 정보 수집부 및 상기 수집된 정보를 근거리 무선 통신을 통하여 전송하는 무선 송수신부를 포함할 수 있다. 여기서 정보 수집부는 가스 센서를 통하여 오존, 이산화탄소, 이산화질소 중 적어도 하나의 정보를 수집할 수 있다. 무선 송수신부는 근거리 무선 통신을 통하여 상기 수집된 대기 환경 정보를 주변에 있는 단말 노드에 전달할 수 있다. 여기서 근거리 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 적외선 통신(IrDA), UWB(Ultra Wide Band), Wi-Fi 및 WLAN을 포함할 수 있다.In addition, the sensor node (110, 112, 114) through the environmental sensor to collect information of at least one of the ambient temperature, humidity, illumination, air pollution and vibration of the ambient and wireless to transmit the collected information through a short-range wireless communication It may include a transceiver. Here, the information collecting unit may collect at least one information of ozone, carbon dioxide, and nitrogen dioxide through the gas sensor. The wireless transceiver may transmit the collected atmospheric environment information to nearby terminal nodes through short range wireless communication. The short range wireless communication may include Bluetooth, Zigbee, infrared communication (IrDA), Ultra Wide Band (UWB), Wi-Fi, and WLAN.

또한, 센서 노드(110,112,114)는 각 계절의 평균 온도, 습도를 고려한 불쾌지수를 데이터베이스에 저장하고, 수집된 정보와 비교하여 현재의 상태 정보를 단말 노드에 제공할 수 있다. 또한, 센서 노드(110,112,114)는 표 1의 각 대기 물질에 대하여 측정하여 대기오염도를 판단할 수 있고, 정상 농도 및 추천 농도와 비교하여 현재의 상태 정보를 단말 노드에 제공할 수 있다. 여기서 현재의 상태 정보는 오존 주의보, 오존 경보 등을 포함할 수 있다. 종래는 일반 뉴스를 통해 넓은 지역 단위로 대기 환경 정보를 파악할 수 있었지만, 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 통하여 사용자가 위치하고 있는 좁은 지역에 대한 환경 정보를 실시간으로 전송 받을 수 있다.In addition, the sensor nodes 110, 112, and 114 may store an unpleasant index in consideration of the average temperature and humidity of each season in a database, and provide current state information to the terminal node in comparison with the collected information. In addition, the sensor nodes 110, 112, and 114 may determine the air pollution degree by measuring each air substance in Table 1, and provide current state information to the terminal node in comparison with the normal concentration and the recommended concentration. Here, the current state information may include an ozone alert, an ozone alert, and the like. Conventionally, it was possible to grasp the atmospheric environment information in a wide area unit through general news, but through the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention can receive real-time environmental information about the narrow area where the user is located. have.

대기 물질Atmospheric substance 정상농도Normal concentration 추천 농도Recommended concentration O3O3 0.07 0.07 ppmppm 0.1 0.1 ppmppm (시간당 평균치) (Average hourly) COCO -- 25 25 ppmppm (시간당 평균치) (Average hourly) NO2NO2 0.5 0.5 ppmppm ± 0.1 ± 0.1 0.15 0.15 ppmppm (시간당 평균치) (Average hourly)

또한, 센서 노드(110,112,114)는 상기 센서 노드 보다 낮은 위치에서 주변 환경 정보를 수집하고, 주기적으로 상기 센서 노드에 정보를 전송하는 간이 정보 수집부를 포함할 수 있다. 센서 노드(110,112,114)가 가로등에 설치되는 경우, 사용자가 접근 할 수 있는 위치에 설치되어 사용자가 위급상황에 처한 경우 사용자의 상태 정보를 송신할 수 있다. 또한, 센서 노드(110,112,114)는 위치를 달리한 여러 개의 간이 정보 수집부를 통해 주변 환경 정보를 수집하여 대기 환경 정보의 정확도를 높일 수 있다.In addition, the sensor nodes 110, 112, and 114 may include a simple information collecting unit that collects surrounding environment information at a lower position than the sensor node and periodically transmits information to the sensor node. When the sensor nodes 110, 112, and 114 are installed in the street light, the sensor nodes 110, 112, and 114 may be installed at positions accessible to the user, and may transmit the user's status information when the user is in an emergency situation. In addition, the sensor nodes 110, 112, and 114 may collect the surrounding environment information through a plurality of simple information collectors having different positions to increase the accuracy of the atmospheric environment information.

또한, 센서 노드(110,112,114)는 제1설정 시간구간에서 온도 및 습도를 측정하여 전송하고, 제2설정 시간구간에서 슬립모드로 전환하고, (사람들 전혀 없는 시간에는 전환해서 전력소비 고려) 제3설정 시간구간에서 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동을 측정하여 전송할 수 있다. 여기서 제1설정 시간구간은 사용자가 비교적 많지 않은 저녁 시간이 될 수 있다. 제2설정 시간구간은 사용자가 거의 없는 새벽 시간이 될 수 있다. 제3설정 시간구간은 사용자가 가장 많은 오전, 오후 시간이 될 수 있다. 즉, 센서 노드(110,112,114)는 전력 소비를 고려하여 사용자의 정보가 요구되는 시간에 대응하여 수집하는 대기 환경 정보의 종류를 조절할 수 있다. In addition, the sensor nodes 110, 112, and 114 measure and transmit temperature and humidity in a first set time period, switch to a sleep mode in a second set time period, and (consider power consumption during a time when no people are present). Temperature, humidity, light intensity, air pollution and vibration can be measured and transmitted over time intervals. The first set time period may be an evening time when there are not many users. The second set time period may be a dawn time with few users. The third set time period may be the morning and afternoon time with the most users. That is, the sensor nodes 110, 112, and 114 may adjust the type of atmospheric environment information collected in response to the time required for user information in consideration of power consumption.

또한, 센서 노드(110,112,114)는 LED나 LCD 등의 디스플레이 수단을 포함할 수 있다. 즉, 센서 노드(110,112,114)는 수집한 대기 환경 정보를 디스플레이 수단을 통하여 표시할 수 있다. 예를 들면, 센서 노드(110,112,114)는 현재의 공기, 이산화탄소, 이산화질소의 농도 및 기 설정된 기준 농도와 비교하여 정상 농도, 위험 농도여부를 표시할 수 있다.In addition, the sensor nodes 110, 112, 114 may include display means such as LEDs or LCDs. That is, the sensor nodes 110, 112, and 114 may display the collected atmospheric environment information through the display means. For example, the sensor nodes 110, 112, and 114 may display whether the concentration is normal or dangerous, compared to the current concentration of air, carbon dioxide, and nitrogen dioxide, and the preset reference concentration.

릴레이 노드(120,122)는 수집된 대기 환경 정보를 전달받아 증폭하여 브로드 캐스팅 방식으로 송신한다. 릴레이 노드(120,122)는 센서 노드(110,112,114)로부터 수신한 대기 환경 정보를 증폭하여 다른 릴레이 노드, 코디네이터 노드, 단말 노드에 송신한다. 즉, 릴레이 노드(120,122)는 센서 노드(110,112,114)가 수집한 정보를 안정적으로 코디네이터 노드 및 단말 노드에 전달하는 역할을 한다.The relay nodes 120 and 122 receive the collected atmospheric environment information and amplify and transmit the amplified broadcast information. The relay nodes 120 and 122 amplify the atmospheric environment information received from the sensor nodes 110, 112, and 114 and transmit the amplified environment information to other relay nodes, coordinator nodes, and terminal nodes. That is, the relay nodes 120 and 122 serve to reliably transmit the information collected by the sensor nodes 110, 112, and 114 to the coordinator node and the terminal node.

또한, 릴레이 노드(120,122)는 상기 수집된 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블(preamble)을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 증가시켜 데이터가 호핑된 순서를 나타낼 수 있다. 센서 노드(110,112,114)가 수집한 정보는 데이터 패킷의 형태로 전송되는데, 패킷의 헤드는 정보를 처음 전송하는 노드의 정보를 가리키는 소스, 소스로부터 정보를 전달 받을 노드의 정보를 가리키는 데스티네이션, 정보를 송수신하는 노드의 고유 시리얼 넘버, 데이터를 호핑 방식으로 전송하는 경우 호핑된 순서를 나타내는 카운트 넘버를 포함할 수 있다. 즉, 릴레이 노드(120,122)는 대기 환경 정보 패킷을 전달받아 카운트 넘버를 증가시킴으로써 데이터 호핑의 순서를 나타낼 수 있다.In addition, the relay nodes 120 and 122 decode a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number from the collected atmospheric environment information packet, and increase the count number to indicate an order in which data is hopped. Can be. The information collected by the sensor nodes 110, 112, and 114 is transmitted in the form of a data packet. The head of the packet indicates a source indicating the information of the node that initially transmits the information, a destination indicating the information of the node to receive the information from the source, and the information. It may include a unique serial number of the node to transmit and receive, the count number indicating the hopping order when data is transmitted in a hopping manner. That is, the relay nodes 120 and 122 may receive the standby environment information packet to increase the count number to indicate the order of data hopping.

코디네이터 노드(130)는 센서 노드(110,112,114) 및 릴레이 노드(120,122)로부터 대기 환경 정보를 수신하고, 상기 수신한 대기 환경 정보를 무선 이동통신 신호로 변환하여 중앙서버로 송신한다. 코디네이터 노드(130)는 대기 환경 정보를 취합하여 중앙서버에 전송함으로써 각 지역별 대기 상황 정보가 기 설정된 전체 지역단위로 분석될 수 있도록 한다.The coordinator node 130 receives air environment information from the sensor nodes 110, 112, 114, and relay nodes 120, 122, converts the received air environment information into a wireless mobile communication signal, and transmits the received air environment information to the central server. The coordinator node 130 collects the air environment information and transmits the air environment information to the central server so that the air condition information for each region can be analyzed in a predetermined total regional unit.

여기서 무선 이동통신 신호는 WCDMA, GSM, TDMA, LTE 및 LTE-A 등 무선 데이터를 중계하는 모든 이동통신 신호를 포함할 수 있다.The wireless mobile communication signal may include all mobile communication signals for relaying wireless data such as WCDMA, GSM, TDMA, LTE, and LTE-A.

센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122) 및 코디네이터 노드(130)의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된다. 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 구성하는 센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122) 및 코디네이터 노드(130)는 임의의 위치에 설치되는 것이 아니고, 투 레이 그라운드 영역 모델(two ray ground space model)을 이용하여 결정된다. 도 3에서 설치 위치를 결정하는 방법에 대해 좀 더 상세히 설명한다.The installation positions of the sensor nodes 110, 112, 114, the relay nodes 120, 122, and the coordinator node 130 are free spaces that are not affected by surrounding signals and two-ray ground areas that are affected by reflection and refraction signals. ground space). The sensor nodes 110, 112, 114, the relay nodes 120, 122, and the coordinator node 130 constituting the environmental monitoring wireless sensor network system according to an exemplary embodiment of the present invention are not installed at arbitrary positions, but the two-ray ground area model ( This is determined using a two ray ground space model. The method of determining the installation position in Figure 3 will be described in more detail.

또한, 센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122) 및 코디네이터 노드(130)가 설치되는 간격은 주변 채널 환경의 채널환경 변수를 고려하여 결정된다. 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 구성하는 센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122) 및 코디네이터 노드(130)는 통신 채널 환경에 대한 로그 디스턴스 모델(log-distance model)을 이용하여 최대로 통신 가능한 거리를 결정할 수 있다. 도 4에서 노드간 거리를 결정하는 방법에 대해 좀 더 상세히 설명한다.In addition, the interval at which the sensor nodes 110, 112, 114, the relay nodes 120, 122, and the coordinator node 130 are installed is determined in consideration of channel environment variables of the surrounding channel environment. The sensor nodes 110, 112, 114, relay nodes 120, 122, and coordinator node 130 constituting the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention are configured with a log-distance model for a communication channel environment. Can be used to determine the maximum communicable distance. A method of determining the distance between nodes in FIG. 4 will be described in more detail.

또한, 코디네이터 노드(130)의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 센서 노드(110,112,114) 및 릴레이 노드(120,122)의 위치보다 상기 자유 영역(free space)에 더 가까울 수 있다. 코디네이터 노드(130)를 자유 영역(free space)에 가깝게 설치함으로써 주변 신호의 간섭을 받지 않고, 센서 노드(110,112,114) 및 릴레이 노드(120,122)에서 전송하는 대기 환경 정보를 정확하고, 안정적으로 수신할 수 있다.In addition, the installation position of the coordinator node 130 is a sensor node determined in consideration of a free space that is not affected by the ambient signal and a two ray ground space that is affected by the reflection and refraction signals ( It may be closer to the free space than the locations of 110, 112, 114 and relay nodes 120, 122. By installing the coordinator node 130 close to a free space, it is possible to accurately and stably receive atmospheric environment information transmitted from the sensor nodes 110, 112, 114 and the relay nodes 120, 122 without being affected by surrounding signals. have.

중앙서버(140)는 수신한 대기 환경 정보를 기 설정된 대기 환경 데이터 베이스에 기초하여 분석하고, 상기 분석 결과인 대기 환경의 상태 정보를 단말 노드(150,152)에 전송한다. 여기서 대기 환경 데이터베이스는 각 계절별, 분기별, 월별, 시간별 기온, 습도, 조도, 오존량, 이산화탄소량, 이산화질소량 및 지진에 따른 진동수를 포함할 수 있다. 중앙서버(140)는 코디네이터 노드(130)로부터 전송 받은 각 지역의 대기 환경 정보를 더 큰 단위의 지역별로 분석하여 광역 대기 환경 정보를 생성할 수 있고, 광역 대기 환경 정보를 단말 노드에 전송할 수 있다. The central server 140 analyzes the received air environment information based on a preset air environment database, and transmits the state information of the air environment, which is a result of the analysis, to the terminal nodes 150 and 152. In this case, the atmospheric environment database may include seasonal, quarterly, monthly, hourly temperature, humidity, illumination, ozone amount, carbon dioxide amount, nitrogen dioxide amount, and frequency according to an earthquake. The central server 140 may generate wide-area atmospheric environment information by analyzing the atmospheric environment information of each region received from the coordinator node 130 for each region in a larger unit, and transmit the wide-area atmospheric environment information to the terminal node. .

단말노드(150,152)는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 대기 환경 정보를 요청하고, 요청에 대응한 대기 환경 정보를 수신할 수 있는 단말이다. 예를 들면, 단말노드(150,152)는 핸드폰, 스마트폰, PDA, 노트북, PMP 및 MP3일 수 있다.The terminal nodes 150 and 152 are terminals capable of requesting air environment information and receiving air environment information corresponding to the request in the environment monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention. For example, the terminal nodes 150 and 152 may be mobile phones, smart phones, PDAs, notebook computers, PMPs, and MP3s.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 주변 채널 환경의 채널환경 변수 및 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 위치에 센서 노드(110,112,114), 릴레이 노드(120,122) 및 코디네이터 노드(130)중 하나가 탑재된 가로등을 더 포함할 수 있다. 가로등은 센서 노드(110,112,114)를 탑재함으로써 대기 환경 정보를 수집하여 사용자에게 현재의 대기 환경 정보를 실시간으로 전송할 수 있다.In addition, the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention is a free space that is not affected by channel environment variables and ambient signals of the surrounding channel environment and two-ray ground affected by reflection and refraction signals The lighting apparatus may further include a street light in which one of the sensor nodes 110, 112, 114, the relay nodes 120, 122, and the coordinator node 130 is mounted at a location determined in consideration of a two ray ground space. The street light may collect the air environment information by mounting the sensor nodes 110, 112, and 114 to transmit the current air environment information to the user in real time.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템을 구성하는 노드를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a node constituting an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템은 센서 노드, 릴레이 노드, 코디네이터 노드 및 단말 노드를 포함한다. 센서 노드는 센서 노드 주변의 대기 환경 정보를 수집하는 정보 수집부 및 상기 수집한 대기 환경 정보를 릴레이 노드 및 단말 노드에 브로드캐스팅 방식으로 전달하는 무선 송수신부를 포함할 수 있다. 릴레이 노드는 센서 노드로부터 대기 환경 정보를 전달 받고, 정보의 오류 여부를 검토하고, 신호의 세기를 증폭하여 코디네이터 노드 및 단말 노드에 대기 환경 정보를 전달할 수 있다. 코디네이터 노드는 센서 노드 및 릴레이 노드로부터 대기 환경 정보를 전달 받아 취합하여 중앙 서버에 전송한다. 즉, 코디네이터 노드는 중앙 제어 서버와 연결되어 전체 노드를 관리하는 역할을 할 수 있다. 단말 노드는 센서 노드 및 릴레이 노드에 대기 환경 정보를 요청하고, 요청에 대응하는 대기 환경 정보를 브로드 캐스팅 방식으로 수신할 수 있다.Environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention includes a sensor node, a relay node, a coordinator node and a terminal node. The sensor node may include an information collecting unit collecting air environment information around the sensor node and a wireless transmitting / receiving unit transmitting the collected air environment information to the relay node and the terminal node in a broadcasting manner. The relay node receives the atmospheric environment information from the sensor node, examines whether the information is in error, amplifies the signal strength, and delivers the atmospheric environment information to the coordinator node and the terminal node. The coordinator node collects the atmospheric environment information from the sensor node and the relay node and transmits it to the central server. That is, the coordinator node may be connected to the central control server to manage the entire node. The terminal node may request the standby environment information from the sensor node and the relay node, and receive the standby environment information corresponding to the request in a broadcast manner.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 노드의 설치 위치를 결정하기 위해 투 레이 그라운드 영역 모델(two ray ground space model)을 적용한 그래프이다.FIG. 3 is a graph in which a two ray ground space model is applied to determine an installation position of a node in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 노드의 설치 위치는 신호가 반사 및 굴절되는 영역을 고려한 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)과 가시경로(Line of Sight, LOS) 환경의 자유 영역(free space)을 고려하여 결정된다. 수학식 1 은 투 레이 그라운드 영역 모델(two ray ground space model)을 적용한 것이다. 여기서

Figure 112010034557650-pat00001
는 송신 노드와 수신 노드 사이의 거리,
Figure 112010034557650-pat00002
는 송신 노드의 높이,
Figure 112010034557650-pat00003
는 수신 노드의 높이,
Figure 112010034557650-pat00004
는 전송 신호의 파장을 의미한다. 도 3에서는 주파수 2.4㎓를 사용하였고, 송신 노드와 수신 노드 사이의 거리를 200m, 송신 노드와 수신 노드의 높이를 같게 하여 계산하였다. 도 3을 참조하면 자유 영역(free space)에서 신호를 송수신하기 위해서는 3.5m 이상의 높이에 노드가 위치하면 된다. 따라서, 노드를 가로등에 탑재하는 경우에는 3.5m 에서 4m 높이에 설치하는 것을 고려할 수 있다.In the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention, the installation position of the node is a two ray ground space and a line of sight (LOS) environment considering an area where signals are reflected and refracted. It is determined taking into account the free space of. Equation 1 applies a two ray ground space model. here
Figure 112010034557650-pat00001
Is the distance between the sending node and the receiving node,
Figure 112010034557650-pat00002
Is the height of the sending node,
Figure 112010034557650-pat00003
Is the height of the receiving node,
Figure 112010034557650-pat00004
Is the wavelength of the transmission signal. In FIG. 3, a frequency of 2.4 GHz was used, and the distance between the transmitting node and the receiving node was calculated by 200 m and the heights of the transmitting node and the receiving node were the same. Referring to FIG. 3, a node may be located at a height of 3.5m or more in order to transmit and receive a signal in a free space. Therefore, when the node is mounted on the street light, it may be considered to install at a height of 3.5m to 4m.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112010034557650-pat00005
Figure 112010034557650-pat00005

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 각 노드 간의 간격을 추정하기 위해 로그 디스턴스 모델(log-distance model)을 적용한 그래프이다.4 is a graph to which a log distance model is applied to estimate an interval between nodes in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

로그 디스턴스 모델(log-distance model)은 채널 환경을 고려하여 거리에 따른 수신 신호의 세기를 모델링 한 것이다. 표 2를 참조하면, 다양한 환경에서 채널 환경의 변수(Path Loss Exponent)가 나타나 있다. 채널 환경의 변수 값은 수학식 2에서 n 값으로 사용된다.The log-distance model is a model of the strength of a received signal according to a distance in consideration of a channel environment. Referring to Table 2, variables of a channel environment (Path Loss Exponent) are shown in various environments. The variable value of the channel environment is used as the n value in Equation 2.

환경Environment 채널 환경 변수Channel environment variables 환경Environment 채널 환경 변수Channel environment variables 자유 영역Free zone 22 빌딩 내부 가시경로 영역Visible Path Area Inside Building 1.6 to 1.81.6 to 1.8 도심 전파 영역Inner City Propagation Zone 2.7 to 3.52.7 to 3.5 빌딩 내부 혼잡경로 영역Congestion path area inside the building 4 to 64 to 6 준도심 전파 영역Semi-center propagation area 3 to 53 to 5 공장 내부 혼잡경로 영역Congestion Path Area inside the Factory 2 to 32 to 3

본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 각 노드 간의 간격은 정보를 주고 받는 노드의 주변 채널환경에 따라 달라질 수 있다. 주변 채널 환경이 노드 간의 거리에 미치는 영향은 로그 디스턴스 모델(log-distance model)을 이용한 수학식 2에 반영되어 있다. 여기서

Figure 112010034557650-pat00006
는 기준거리이고,
Figure 112010034557650-pat00007
는 노드 간의 거리이며, n 은 표 2의 채널 환경 변수(Path Loss Exponent) 값이다. 도 4에서는 각 노드간에 사용되는 주파수는 2.4㎓, 송신 전력은 7dBm, 송신 안테나의 이득은 3dBi, 수신 안테나의 이득은 6dBi, 대역폭은 2㎒, 시스템에 요구되는 SNRmin은 2dBm, 기준거리는 1m 에서 수학식 2를 계산하였다. 도 4는 거리에 따른 수신 전력을 나타낸 도면인데, n 값에 따라 그 기울기가 다르다. 채널 환경 변수 n 값은 표 2에서 센서 노드가 가장 많이 활용될 수 있는 준도심 전파영역(Shadow urban cellular radio)을 적용하여 3에서 5의 범위로 설정하였다. n 값이 3에서 5인 범위에서 민감도(Sensitivity) 가 -91dBm인 경우에 노드 간의 거리는 40m 에서 400m까지 정보의 송수신이 가능하다. 따라서, 채널 환경이 준도심 전파영역(Shadow urban cellular radio)인 경우에 200m를 기준으로 노드 간의 거리를 설정하고, 투 레이 그라운드 영역 모델(two ray ground space model)을 이용하여 노드의 높이를 결정할 수 있다.In the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention, the interval between each node may vary depending on the surrounding channel environment of the node that sends and receives information. The influence of the surrounding channel environment on the distance between nodes is reflected in Equation 2 using a log-distance model. here
Figure 112010034557650-pat00006
Is the reference distance,
Figure 112010034557650-pat00007
Is a distance between nodes, and n is a value of a channel environment variable (Path Loss Exponent) of Table 2. In Figure 4, the frequency used between each node is 2.4 GHz, the transmission power is 7dBm, the gain of the transmitting antenna is 3dBi, the gain of the receiving antenna is 6dBi, the bandwidth is 2MHz, the SNR min required by the system is 2dBm, the reference distance is 1m Equation 2 was calculated. 4 is a diagram illustrating received power according to a distance, and its slope varies according to n values. The channel environment variable n is set in the range of 3 to 5 by applying a shadow urban cellular radio in which the sensor node is most utilized in Table 2. If the sensitivity is -91dBm in the range of n to 3 to 5, the distance between nodes can transmit and receive information from 40m to 400m. Therefore, when the channel environment is a shadow urban cellular radio, the distance between nodes may be set based on 200 m, and the height of the nodes may be determined using a two ray ground space model. have.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112010034557650-pat00008
Figure 112010034557650-pat00008

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 센서 노드 및 릴레이 노드가 설치되는 간격은 채널 환경 변수를 고려하여 채널 환경 변수 값이 커지면 노드 간의 간격은 좁아지고, 채널 환경 변수 값이 작아지면 노드 간의 간격은 넓어질 수 있다. 즉, 채널 환경 변수 값이 커지는 것은 전송 효율이 나빠지는 것을 의미하므로 전송 효율을 유지하기 위해서는 노드 간의 거리가 가까워져야 되고, 채널 환경 변수 값이 작아지는 것은 신호의 전송 효율이 좋아지는 것을 의미하므로 전송 효율이 유지되는 범위에서 노드 간의 거리가 멀어질 수 있다. In addition, in the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention, the interval between the installation of the sensor node and the relay node becomes smaller when the channel environment variable value is increased in consideration of the channel environment variable. As the width becomes smaller, the spacing between nodes can be widened. In other words, increasing the value of the channel environment variable means that the transmission efficiency becomes worse. Therefore, in order to maintain the transmission efficiency, the distance between nodes must be closer, and a smaller value of the channel environment variable means that the signal transmission efficiency becomes better. The distance between the nodes can be far from this maintained range.

또한, 센서 노드 및 릴레이 노드는 채널 환경 변수 값을 고려하여 송신 전력을 조절할 수 있다. 노드 간에 데이터 전송이 이루어지는 경우, 송신 노드는 수신 노드에 기존 전력으로 데이터를 전송하고, RSSI(Received Signal Strength Indicator), LQI(Link Quality Indicator) 값을 이용하여 송신 전력을 조절하여 데이터를 전송할 수 있다.In addition, the sensor node and the relay node may adjust the transmission power in consideration of the channel environment variable value. When data is transmitted between the nodes, the transmitting node may transmit data to the receiving node at the existing power, and transmit data by adjusting the transmission power by using Received Signal Strength Indicator (RSSI) and Link Quality Indicator (LQI) values. .

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 사용되는 데이터 패킷을 나타낸 도면이다. 5 is a diagram illustrating a data packet used in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)은 정보를 처음 전송하는 노드의 정보를 가리키는 소스, 소스로부터 정보를 전달 받을 노드의 정보를 가리키는 데스티네이션, 정보를 송수신하는 각 노드의 고유 시리얼 넘버, 데이터를 호핑 방식으로 전송하는 경우 호핑된 순서를 나타내는 카운트 넘버로 정의될 수 있다. 여기서 카운트 넘버는 데이터가 호핑 방식으로 전송되는 경우 최소 전송거리로 설정된 노드 간에 수신 노드가 패킷의 프리앰블을 디코딩하여 카운트 넘버를 증가시킴으로써 데이터 호핑의 순서를 표시할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention, a preamble of a data packet indicates a source indicating information of a node that initially transmits information, and information of a node to receive information from the source. It may be defined as a destination indicating a, a unique serial number of each node that transmits and receives information, and a count number indicating a hopping order when data is transmitted in a hopping manner. Here, the count number may indicate the order of data hopping by increasing the number of counts by receiving nodes decode the preamble of the packet between nodes set to the minimum transmission distance when data is transmitted in a hopping manner.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에서 비활성화된 노드를 찾는 방법을 나타낸 도면이다6 is a diagram illustrating a method for finding an inactive node in an environmental monitoring wireless sensor network system according to an embodiment of the present invention.

코디네이터 코드는 센서 노드 및 릴레이 노드로부터 수신한 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 기 설정된 카운트 넘버와 비교하여 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 비활성화 여부를 판단할 수 있다. 정보를 수신한 노드는 데이터 패킷의 프리앰블을 디코딩하여 카운트 넘버를 검출하고, 각 노드에 기 설정되어 있는 소스와 데스티네이션을 기준으로 한 카운트 넘버와 검출된 카운트 넘버를 비교하여 전송 과정 중에 발생한 노드의 비활성화 여부를 판단할 수 있다. 이때 정보를 송수신한 노드의 시리얼넘버를 데이터 패킷에 저장하는 형식 또는 헬로메시지를 통해 정보를 전달받아야 하는 노드로부터 헬로메시지를 수신한 경우에 헬로메시지 수신여부를 패킷에 표시하는 방식으로 정보를 전송하는 노드의 비활성화 여부를 판단할 수 있다. The coordinator code decodes a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number in a standby environment information packet received from a sensor node and a relay node, and compares the count number with a preset count number. It may be determined whether the relay node is deactivated. The node receiving the information decodes the preamble of the data packet to detect the count number, and compares the count number based on the source and destination set in each node with the detected count number of the node generated during the transmission process. It can be determined whether to deactivate. In this case, the information is transmitted by storing the serial number of the node that has transmitted or received the information in a data packet or by displaying whether or not to receive the hello message in the packet when receiving the hello message from the node that should receive the information through the hello message. It may be determined whether the node is deactivated.

도 6을 참조하면, A노드에서 H노드로 정보를 전송하는 경우에 소스는 A, 데스티네이션은 H가 될 수 있고, 중간의 B에서 G까지 릴레이 노드가 될 수 있다. A노드에서 H노드까지 최단 전송 경로가 A→C→D→E→F→H로 기 설정되어 있다면, A노드에서 데이터 패킷의 카운트 넘버는 0이고, 각 노드를 통과할 때마다 하나씩 증가하여 H노드에서는 카운트 넘버가 5가 되어야 한다. 그런데 H노드에서 카운트 넘버가 5가 아닌 다른 경우에는 릴레이 노드가 비활성화 되거나 최단 전송 경로가 아닌 추가 릴레이 노드를 경유하여 정보가 전송되었다는 것을 의미한다. 카운트 넘버가 5가 되는 경우에도 최단 전송 경로가 아닌 다른 노드를 경유할 수 있으나, 각 노드는 자신 노드와 최단 전송 경로에 있는 노드의 시리얼 넘버를 저장해 놓음으로써 최단 전송 경로의 노드로부터 정보를 수신하고, 최단 전송 경로의 노드로 정보를 송신함으로써 최단 전송 경로를 벗어나지 않도록 할 수 있다.Referring to FIG. 6, in case of transmitting information from node A to node H, the source may be A, the destination may be H, and the relay node may be B to G in the middle. If the shortest transmission path from node A to node H is preconfigured as A → C → D → E → F → H, the count number of the data packet at node A is 0 and increases by one each time it passes through node H. At the node, the count number must be five. However, if the count number is not 5 in the H node, it means that the relay node is deactivated or information is transmitted through an additional relay node that is not the shortest transmission path. Even if the count number is 5, it can pass through a node other than the shortest transmission path, but each node receives information from the node of the shortest transmission path by storing serial numbers of its own node and the node in the shortest transmission path. In other words, by transmitting information to the node of the shortest transmission path, it is possible to avoid leaving the shortest transmission path.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (10)

환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템에 있어서,
환경 센서를 통하여 주변의 대기 환경 정보를 수집하고, 브로드캐스팅 방식으로 상기 수집된 대기 환경 정보를 전달하는 센서 노드;
상기 수집된 대기 환경 정보를 전달받아 증폭하여 브로드 캐스팅 방식으로 송신하는 릴레이 노드; 및
상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 상기 대기 환경 정보를 수신하고, 상기 수신한 대기 환경 정보를 무선 이동통신 신호로 변환하여 중앙서버로 송신하는 코디네이터 노드를 포함하고,
상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드 간의 거리는 주변 채널 환경의 채널환경 변수를 고려한 수학식 1에 기초하여 결정되고, 여기서,
Figure 112012005934705-pat00015
는 센서 노드와 릴레이 노드 간의 거리, n은 채널환경 변수,
Figure 112012005934705-pat00016
는 기준거리,
Figure 112012005934705-pat00017
Figure 112012005934705-pat00018
에서의 경로 손실 값,
Figure 112012005934705-pat00019
Figure 112012005934705-pat00020
에서의 경로 손실 값인
[수학식 1]
Figure 112012005934705-pat00021

상기 센서 노드의 높이 및 상기 릴레이 노드의 높이는 수학식 2에 기초하여 결정되고, 여기서,
Figure 112012005934705-pat00022
는 센서 노드와 릴레이 노드 간의 거리,
Figure 112012005934705-pat00023
는 센서 노드의 높이,
Figure 112012005934705-pat00024
는 릴레이 노드의 높이,
Figure 112012005934705-pat00025
는 전송 신호의 파장인
[수학식 2]
Figure 112012005934705-pat00026

환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
In the environmental monitoring wireless sensor network system,
A sensor node that collects ambient air environment information through an environmental sensor and delivers the collected air environment information in a broadcasting manner;
A relay node receiving the collected atmospheric environment information and amplifying and transmitting the amplified broadcast information; And
And a coordinator node configured to receive the air environment information from the sensor node and the relay node, convert the received air environment information into a wireless mobile communication signal, and transmit the received air environment information to a central server.
The distance between the sensor node and the relay node is determined based on Equation 1 considering the channel environment variable of the surrounding channel environment, wherein,
Figure 112012005934705-pat00015
Is distance between sensor node and relay node, n is channel environment variable,
Figure 112012005934705-pat00016
Is the reference distance,
Figure 112012005934705-pat00017
The
Figure 112012005934705-pat00018
Path loss at,
Figure 112012005934705-pat00019
The
Figure 112012005934705-pat00020
The path loss at
[Equation 1]
Figure 112012005934705-pat00021

The height of the sensor node and the height of the relay node is determined based on Equation 2, wherein,
Figure 112012005934705-pat00022
Is the distance between the sensor node and the relay node,
Figure 112012005934705-pat00023
Is the height of the sensor node,
Figure 112012005934705-pat00024
Is the height of the relay node,
Figure 112012005934705-pat00025
Is the wavelength of the transmitted signal
&Quot; (2) "
Figure 112012005934705-pat00026

Environmental monitoring wireless sensor network system.
제1항에 있어서,
상기 센서 노드는
상기 환경 센서를 통하여 주변의 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동중 적어도 하나의 정보를 수집하는 정보 수집부; 및
상기 수집된 정보를 근거리 무선 통신을 통하여 전송하는 무선 송수신부
를 포함하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The sensor node is
An information collector configured to collect at least one of ambient temperature, humidity, illuminance, air pollution, and vibration through the environmental sensor; And
A wireless transceiver for transmitting the collected information through short range wireless communication
Environmental monitoring wireless sensor network system comprising a.
제1항에 있어서,
상기 릴레이 노드는 상기 수집된 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 증가시켜 데이터가 호핑된 순서를 나타내는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
And the relay node decodes a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number in the collected atmospheric environment information packet, and increases the count number to indicate an order in which data is hopped.
제1항에 있어서,
상기 코디네이터 노드의 설치 위치는 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 위치보다 상기 자유 영역(free space)에 더 가까운 것을 특징으로 하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The installation position of the coordinator node is the sensor node and the relay node determined in consideration of a free space which is not affected by an ambient signal and a two ray ground space which is affected by reflection and refraction signals. And an environmental monitoring wireless sensor network system closer to the free space than to the location of.
제1항에 있어서,
상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드가 설치되는 간격은 채널 환경 변수를 고려하여 채널 환경 변수 값이 커지면 상기 간격은 좁아지고, 채널 환경 변수 값이 작아지면 상기 간격은 넓어지는 것을 특징으로 하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The interval between the sensor node and the relay node is set in consideration of the channel environment variable, the interval is narrowed when the channel environment variable value is increased, the interval is widened when the channel environment variable value is smaller. Network system.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 has been abandoned due to the setting registration fee. 제1항에 있어서,
상기 코디네이터 코드는 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 수신한 상기 대기 환경 정보 패킷에서 소스, 데스티네이션, 시리얼 넘버, 카운트 넘버를 포함하는 프리앰블을 디코딩하고, 상기 카운트 넘버를 기 설정된 카운트 넘버와 비교하여 상기 센서 노드 및 상기 릴레이 노드의 비활성화 여부를 판단하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The coordinator code decodes a preamble including a source, a destination, a serial number, and a count number in the standby environment information packet received from the sensor node and the relay node, and compares the count number with a preset count number. An environmental monitoring wireless sensor network system for determining whether a sensor node and the relay node are deactivated.
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 센서 노드는
상기 센서 노드 보다 낮은 위치에서 주변 환경 정보를 수집하고, 주기적으로 상기 센서 노드에 정보를 전송하는 간이 정보 수집부를 포함하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The sensor node is
Environmental monitoring wireless sensor network system comprising a simple information collecting unit for collecting the surrounding environment information at a lower position than the sensor node, and periodically transmits information to the sensor node.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 제1항에 있어서,
상기 중앙서버는 상기 수신한 대기 환경 정보를 기 설정된 대기 환경 데이터 베이스에 기초하여 분석하고, 상기 분석 결과인 대기 환경의 상태 정보를 단말 노드에 전송하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The central server analyzes the received air environment information based on a preset air environment database, and transmits state information of the air environment as a result of the analysis to a terminal node.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 has been abandoned due to the setting registration fee. 제1항에 있어서,
주변 채널 환경의 채널환경 변수 및 주변 신호의 간섭을 받지 않는 자유 영역(free space)과 반사 및 굴절 신호의 영향을 받는 투 레이 그라운드 영역(two ray ground space)을 고려하여 결정된 위치에 상기 센서 노드, 상기 릴레이 노드 및 상기 코디네이터 노드 중 하나가 탑재된 가로등
을 더 포함하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The sensor node at a position determined in consideration of a channel environment variable of a surrounding channel environment and a free space free from interference of the surrounding signal and a two ray ground space affected by reflection and refraction signals, Street light mounted with one of the relay node and the coordinator node
Environmental monitoring wireless sensor network system further comprising.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 10 has been abandoned due to the setting registration fee. 제1항에 있어서,
상기 센서 노드는
제1설정 시간구간에서 온도 및 습도를 측정하여 전송하고,
제2설정 시간구간에서 슬립모드로 전환하고,
제3설정 시간구간에서 온도, 습도, 조도, 대기오염도 및 진동을 측정하여 전송하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터링 무선 센서 네트워크 시스템.
The method of claim 1,
The sensor node is
Measure and transmit the temperature and humidity in the first set time period,
Enters the sleep mode in the second set time period,
Environmental monitoring wireless sensor network system, characterized in that for measuring the temperature, humidity, illumination, air pollution and vibration in the third set time period.
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