센서네트워크가 다양하고 동적인 영역으로 발전해감에 따라 임무 갱신과 같은 기능을 위해 신뢰성 있는 멀티캐스팅 기술이 새롭게 요구되고 있다. 기존의 연구들은 NAK 기반 방식을 사용하고 있지만, 마지막 패킷 문제 등을 안고 있다. 본 논문은 묵시적 ACK와 간접 복구를 이용하는 ACK 기반 오류 제어 기법인 RM2I를 제안한다. 묵시적 ACK는, 송신 노드로부터 패킷을 받은 수신 노드가 다음 노드로 포워딩할 때 송신 노드도 이를 간접적으로 받게 되는데, 이 수신 내용을 ACK로 해석하는 것을 말한다. 간접 복구는 어떤 노드가 상위 노드가 아닌 이웃노드로부터 패킷을 간접적으로 받았을 때 이를 상위 노드로부터 받은 것으로 해석하여 오류 복구에 활용하는 것을 말한다. NS-2 시뮬레이터를 이용하여 다양한 환경 및 인자에서 RM2I의 에너지 성능을 분석 및 검증하였다. 실험 결과, 묵시적 ACK는 ACK의 수를 줄여 제어 부하를 감소시키고, 간접 복구는 재전송 횟수를 줄여 데이타 전송 부하를 감소시켰다. 또한, NAK 기반 오류 복구 기법의 이론적 에너지 성능 상한선을 계산하여 이와 비교하였다. 비교 결과, 에지 노드에서의 부하를 제외하면 어떤 NAK 기반 기법과도 견줄 수 있는 에너지 효율성을 제공한다는 것을 알 수 있었다.
센서네트워크가 다양하고 동적인 영역으로 발전해감에 따라 임무 갱신과 같은 기능을 위해 신뢰성 있는 멀티캐스팅 기술이 새롭게 요구되고 있다. 기존의 연구들은 NAK 기반 방식을 사용하고 있지만, 마지막 패킷 문제 등을 안고 있다. 본 논문은 묵시적 ACK와 간접 복구를 이용하는 ACK 기반 오류 제어 기법인 RM2I를 제안한다. 묵시적 ACK는, 송신 노드로부터 패킷을 받은 수신 노드가 다음 노드로 포워딩할 때 송신 노드도 이를 간접적으로 받게 되는데, 이 수신 내용을 ACK로 해석하는 것을 말한다. 간접 복구는 어떤 노드가 상위 노드가 아닌 이웃노드로부터 패킷을 간접적으로 받았을 때 이를 상위 노드로부터 받은 것으로 해석하여 오류 복구에 활용하는 것을 말한다. NS-2 시뮬레이터를 이용하여 다양한 환경 및 인자에서 RM2I의 에너지 성능을 분석 및 검증하였다. 실험 결과, 묵시적 ACK는 ACK의 수를 줄여 제어 부하를 감소시키고, 간접 복구는 재전송 횟수를 줄여 데이타 전송 부하를 감소시켰다. 또한, NAK 기반 오류 복구 기법의 이론적 에너지 성능 상한선을 계산하여 이와 비교하였다. 비교 결과, 에지 노드에서의 부하를 제외하면 어떤 NAK 기반 기법과도 견줄 수 있는 에너지 효율성을 제공한다는 것을 알 수 있었다.
As sensor networks are used in various and dynamic applications, the function of sink-to-sensors reliable multicasting such as for task reprogramming is newly required. NAK-based error recovery schemes have been proposed for energy efficient reliable multicasting. However, these schemes have incompl...
As sensor networks are used in various and dynamic applications, the function of sink-to-sensors reliable multicasting such as for task reprogramming is newly required. NAK-based error recovery schemes have been proposed for energy efficient reliable multicasting. However, these schemes have incompleteness problems such as the last packet loss. This paper introduces an ACK-based error recovery scheme, RM2I(Reliable Multicast with Implicit ACK and Indirect Recovery). It utilizes wireless multicast advantage in which a packet may be delivered to all of its omni-directional neighbor nodes. When a sender overhears a packet which its receiver forwards to the next nodes, it may interpret it as an ACK from the receiver. We call it an Implicit ACK. In Indirect Recovery, when a node receives a packet from neighbor nodes which are not its direct upstream node, it saves and utilizes it for error recovery. Using NS-2 simulator, we have analyzed their effects. We have also compared RM2I with the NAK-based error recovery scheme. In results, RM2I shows comparable performances to the ideal NAK-based scheme, except where Implicit ACK and Indirect Recovery do not occur at the edges of the networks.
As sensor networks are used in various and dynamic applications, the function of sink-to-sensors reliable multicasting such as for task reprogramming is newly required. NAK-based error recovery schemes have been proposed for energy efficient reliable multicasting. However, these schemes have incompleteness problems such as the last packet loss. This paper introduces an ACK-based error recovery scheme, RM2I(Reliable Multicast with Implicit ACK and Indirect Recovery). It utilizes wireless multicast advantage in which a packet may be delivered to all of its omni-directional neighbor nodes. When a sender overhears a packet which its receiver forwards to the next nodes, it may interpret it as an ACK from the receiver. We call it an Implicit ACK. In Indirect Recovery, when a node receives a packet from neighbor nodes which are not its direct upstream node, it saves and utilizes it for error recovery. Using NS-2 simulator, we have analyzed their effects. We have also compared RM2I with the NAK-based error recovery scheme. In results, RM2I shows comparable performances to the ideal NAK-based scheme, except where Implicit ACK and Indirect Recovery do not occur at the edges of the networks.
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문제 정의
일반 토폴로지는 Sink to-Sensors 통신 상황을 대변하는 토폴로지로 선택하였다. 거대 밀집 토폴로지는 밀집도가 높아 이웃 노드가 많은 토폴로지로서 제안 기법의 확장성을 확인하기 위해 선택하였다. 선형 토폴로지는 이웃 노드 수가 한정되는 반면, 에지노드 수가 적은 특징을 갖는다.
본 논문에서는 두 가지 현상에 착안하여 새로운 오류제어 기법을 제안한다. 첫째, 무선 네트워크에서는 전송전파가 사방으로 퍼져서 1-흅 내에 있는 노드들은 모두 이를 수신하게 된다.
그러나 이 기법은 마지막 패킷에 대한 신뢰성보장이 어렵다는 등의 문제가 남아있다. 본 논문에서는 모든 패킷에 대해 완벽히 신뢰성을 보장하고도 에너지 효율성을 증대시킬 수 있는 ACK 기반의 오류 복구 기법을 제안하였다.
따라서 에너지 소모를 최소화하여야 하는 센서노드 입장에서는 전력 효율적인 오류제어 기법이 절대적으로 필요하다. 본 논문은 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 멀티캐스트를 제공하면서 에너지 효율성을 높이는 기법을 개발하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 연구가 개발하는 오류 제어는, 인터넷의 SRM[1] 프로토콜과 같이, 멀티캐스트 라우팅 위에서 독립적으로 동작하면서 다수의 수신자에게 신뢰성 있는 전송을 제공하는 기능을 담당한다.
본 실험 목적은 트랜스포트 수준의 ACK를 링크 수준에서 어떻게 보내는 것이 총량적으로 에너지 효율적인가를 확인하는 것이다. 무선 MAC 계충에서의 동작 및 에너지 효과를 관측하여야 하므로, 통신 환경은 가장 간단하게 설정하였다.
이에 기초하여 본 연구는 묵시적 ACKdmplicit ACK) 와 간접 복구(Indirect Recovery)# 적용하는 ACK 기반의 신뢰성 있는 멀티캐스트 기법으로 RM2I(Reliable Multicast with Implicit ACK and Indirect Recovery) 를 제안한다. 묵시적 ACK란, 멀티캐스팅 과정에서 어떤 노드가 수신한 패킷을 다음 노드로 포워딩할 때 이 패킷을 송신한 노드도 이를 수신하게 되는데, 이를 수신 노드가 패킷을 잘 받았다는 ACK로 인식하는 것을 말한다.
가설 설정
본 논문에서 제안하는 오류 제어 알고리즘은 멀티캐스트 라우팅 계층 위에서 동작하는 것을 가정한다. 오류복구는 멀티캐스팅 흡단위로 이루어진다.
제안 방법
ACK 기반의 RM2I가 NAK 기반의 다른 오류 제어 -기법과 어떤 에너지 경쟁력을 갖는지 확인하기 위해 간단한 성능 비교를 하였다. 특정 NAK 기반 기법을 NS-2에 구현하여 실험하는 대신에, NAK 기반 기법이 이론적으로 얻을 수 있는 최상의 에너지 성능 한계를 계산하고 이를 RM2I와 비교하였다.
에너지 절약 효과를 검증한다. NS-2 시뮬레이터를 이용하여 토폴로지, 응용 트래픽의 유형, 윈도우 크기 및 재전송 타임아웃 등을 변화시키면서 실험하였다. 또한 NAK 기반 오류 제어 기법의 부하 하한선과도 비교하여 에너지 절약 효과를 검증하였다.
않다. PSFQ(Pump Slowly Fetch Quickly) 는 하나의 송신 노드에서 여러 개의 소스 노드로 데이타를 신뢰성 있게 전송하기 위해 설계 되었다[6]. PSFQ는 크게 세 가지의 연산으로 구성된다.
사용하였다. RM2I가 응용의 트래픽 특성에 독립적으로 동작하는지를 확인하기 위해 패킷 생성 주기를 갖지 않는 Telnet 을 사용하여 실험하였다. 일반 토폴로지에서 실험한 결과는 표 5와 같다.
RM2I는 멀티캐스트 라우팅에 독립적인 동작을 추구하기 때문에 멀티캐스트 리우팅의 라우팅 정보에 의존하지 않도록 설계하였다. 이를 위해 RM2I는 그림 4와 같은 이웃 노드 테이블을 구축한다.
특정 NAK 기반 기법을 NS-2에 구현하여 실험하는 대신에, NAK 기반 기법이 이론적으로 얻을 수 있는 최상의 에너지 성능 한계를 계산하고 이를 RM2I와 비교하였다. 구체적으로, 오류가 발생한 패킷에 대해서 한 번의 NAK와 한 번의 재전송만으로 오류가 복구된다는 가정 하에 식 (1)과 같이 데이타 패킷 수와 NAK 수를 계산하고, 이를 RM2I 시뮬레이션 결과와 비교하였다. NAK 기반에 대한 예상치는 실제로는 이루어질 수 없는 이상적인 수치이다.
그러나 본 논문에서는 WMA를 이용한 묵시적 ACK를 통해 ACK 부하 문제를 극복하였다. 또한 주요 목적이 신뢰성 있는 다운스트림이므로 무선의 멀티 홉 브로드캐스트 특성을 통한 간접 복구를 이용하여 오류 복구를 위한 재전송을 줄임으로써 에너지 효율성을 극대화 시켰다.
또한 주요 목적이 신뢰성 있는 다운스트림이므로 무선의 멀티 홉 브로드캐스트 특성을 통한 간접 복구를 이용하여 오류 복구를 위한 재전송을 줄임으로써 에너지 효율성을 극대화 시켰다. 그리고 흡단위 오류복구로 복구 부하를 분산시켰다.
다음으로 간접 복구를 제안하였다. 무선 통신에서 간접 복구는 어떤 노드가 자신의 상위 노드가 아닌 이웃 노드들로부터 패킷을 간접적으로 받았을 때 이를 무시하지 않고 챙겨 두어서 오류 복구에 활용하는 것을 말한다.
다음으로 선형 토폴로지에서 묵시적 ACK 알고리즘의 효과를 확인하였다. 선형 토폴로지에서는 overhearing 문제도 거의 발생하지 않아서 이웃 노드가 많은 일반 토폴로지보다 전체적인 평균 소모 에너지가 적다.
다음은 재전송 타임아웃 시간이 각 기법들에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 실험하였다. 일반 토폴로지에서 재전송 타임아웃을 RTT의 2배, 4배, 8배, 12배, 16배, 20배로 중가시켜가면서 실험을 진행하였다.
NS-2 시뮬레이터를 이용하여 토폴로지, 응용 트래픽의 유형, 윈도우 크기 및 재전송 타임아웃 등을 변화시키면서 실험하였다. 또한 NAK 기반 오류 제어 기법의 부하 하한선과도 비교하여 에너지 절약 효과를 검증하였다.
그러나 본 논문에서는 WMA를 이용한 묵시적 ACK를 통해 ACK 부하 문제를 극복하였다. 또한 주요 목적이 신뢰성 있는 다운스트림이므로 무선의 멀티 홉 브로드캐스트 특성을 통한 간접 복구를 이용하여 오류 복구를 위한 재전송을 줄임으로써 에너지 효율성을 극대화 시켰다. 그리고 흡단위 오류복구로 복구 부하를 분산시켰다.
먼저 묵시적 ACK를 제안하였다. 무선 통신에서 묵시적 ACK는 송신 노드로부터 전송된 패킷을 받은 수신 노드가 그 패킷을 포워딩 흑은 릴레이 할 때, 송신 노드도 이 패킷을 간접적으로 수신하게 되는데, 이때 수신한 패킷을 수신 노드가 패킷을 잘 받았다는 것으로 간주하여 ACK로 인식하는 것을 말한다.
먼저 일반 토폴로지에서 윈도우 크기에 따라 각기 법들이 어떠한 효과를 내는지 실험하였다. 나머지 인자들은 앞의 실험과 동일하고 윈도우 크기를 2에서 16 까지 변화시키면서 실험하였다.
먼저, 일반 토폴로지에서 묵시적 ACK의 동작을 확인하였다. 표 4에서 보는 바와 같이 일반적인 토폴로지에서 selective repeat의 경우 10%의 오류가 발생하였을 때, 오류가 발생하지 않았을 때 보다 약 42%의 전송 에너지를 더 소모하였다.
묵시적 ACK 및 간접 복구 기법을 selective repeat 과 비교 실험하였다. 실험에 사용되는 패킷 생성 주기는 2.
묵시적 ACK와 간접 복구를 적용한 RM2I의 성능을 여러 실험 인자에 대해 실험하여 에너지 성능을 검증하였다. 먼저 일반 토폴로지에서 윈도우 크기에 따라 각기 법들이 어떠한 효과를 내는지 실험하였다.
본 논문은 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 멀티캐스트를 제공하면서 에너지 효율성을 높이는 기법을 개발하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 연구가 개발하는 오류 제어는, 인터넷의 SRM[1] 프로토콜과 같이, 멀티캐스트 라우팅 위에서 독립적으로 동작하면서 다수의 수신자에게 신뢰성 있는 전송을 제공하는 기능을 담당한다.
본 연구에서는 수신 노드가 패킷올 받게 되면 송신 노드로 ACK를 전송하는 것은 뒤로 미루고 다음 노드로 패킷 포워딩을 먼저 실시하는 “Forward before ACK” 방식을 제안한다. 그림 1은 묵시적 ACK의 동작을 나타내고 있다.
본 연구에서는 오류 복구를 위해 홉 단위의 ACK를 필요로 한다. 이때 ACK를 링크 수준에서 어떻게 보내는지에 따라 Multicast-ACK와 Unicast-ACK의 두 가지 접근 방법이 있다.
실험은 송신은 물론 수신에 소모되는 에너지를 포함시켜 에너지 절약 효과를 검증한다. NS-2 시뮬레이터를 이용하여 토폴로지, 응용 트래픽의 유형, 윈도우 크기 및 재전송 타임아웃 등을 변화시키면서 실험하였다.
이는 패킷 오류 시 재전송 타임아웃을 길게 하여 묵시적 ACK 의 효과가 나타나기에 충분한 시간을 제공하기 위함이다. 윈도우 크기는 8, 실험시간은 500초, 오류율은 0%, 10%로 설정하였다
오류 복구 정책으로는 오류가 발생한 패킷만을 재전송해서 에너지 소모를 줄여야 하므로 selective repeat ARQ를 사용하도록 한다. 이 같은 고전적인 오류 제어 프로토콜에 묵시적 ACK와 간접복구 기능을 추가시켜서 불필요한 제어 메시지와 데이타 전송을 제거하여 에너지를 절약하도록 한다.
이를 보다 명확히 분석하기 위해 선형 토폴로지에서 비교해 보았다. 표 7에서 보는 바와 같이 여전히 RM2I 기법에서 전체 노드들이 발생시킨 ACK의 수가 NAK 기반에서 발생시킨 NAK의 수보다 많기는 하지만 일반토폴로지 실험에서 보다 차이가 많이 줄어들었다.
이어서 간접 복구 기법만을 적용하여 한 RM2I의 에너지 효과를 분석하였다. 일반 토폴로지에서 간접 복구를 적용하였을 때는 10%의 오류 복구를 위해 약 11% 의 전송 에너지를 더 소모하며, 이는 selective repeat의 42%, 묵시적 ACK의 25%보다 에너지 절약의 효과가 더 뛰어나다는 것을 나타낸다.
미치는지에 대해 실험하였다. 일반 토폴로지에서 재전송 타임아웃을 RTT의 2배, 4배, 8배, 12배, 16배, 20배로 중가시켜가면서 실험을 진행하였다. 윈도우 크기는 8로 설정하였다.
CBRe 어플리케이션에서 일정한 주기로 패킷을 발생시키기 때문에 실험결과를 분석하기에 용이하다. 제안 알고리즘이 어플리케이션 및 패킷 발생 분포에 독립적이라는 것을 보이기 위한 T이net 응용에 대한 실험도 실시하였으며, 뒤에서 설명한다.
대상 데이터
RM2I의 확장성을 검증하기 위해 노드 수가 50개인 거대 밀집 토폴로지에서 실험을 하였다. 표 6에서 보는 바와 같이 노드의 개수가 많은 상황에서도 RM2I의 에너지 효율성은 유사하게 나타났다.
다양한 토폴로지에서의 동작을 관찰하기 위해 그림 7 과 같은 일반 토폴로지, 거대 밀집 토폴로지, 선형 토폴로지에서 실험하였다. 일반 토폴로지는 Sink to-Sensors 통신 상황을 대변하는 토폴로지로 선택하였다.
실험을 하였다. 멀티캐스트 라우팅 계층으로는 MAODVU이를 채택하여 Carleton 대학의 MAODV 구현물[11]을 사용하였다. 기타 Application, 802.
데이터처리
성능 비교를 하였다. 특정 NAK 기반 기법을 NS-2에 구현하여 실험하는 대신에, NAK 기반 기법이 이론적으로 얻을 수 있는 최상의 에너지 성능 한계를 계산하고 이를 RM2I와 비교하였다. 구체적으로, 오류가 발생한 패킷에 대해서 한 번의 NAK와 한 번의 재전송만으로 오류가 복구된다는 가정 하에 식 (1)과 같이 데이타 패킷 수와 NAK 수를 계산하고, 이를 RM2I 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
이론/모형
평균 소모 에너지(J)를 사용하였다. 평균 소모에너지는 NS-2에 구현되어 있는 에너지 모델을 이용하여 측정하였다. 그러나 이렇게 측정된 에너지는 멀티캐스트 라우팅이나 무선 MAC과 같은 다른 계층에 의해발생된 에너지 소모도 포함하고 있다.
성능/효과
밀집 토폴로지에서는 이웃 노드들이 많기 때문에 간접 복구의 효과가 비교적 뛰어나게 나타났다. 10%의 오류 환경에서 묵시적 ACK 와 간접 복구를 같이 사용하였을 때 오류가 발생하지 않은 selective repeat보다 약 53% 정도의 에너지를 절약하였다.
없다. selective repeate 오류가 발생하지 않온 경우 거의 일정하게 에너지를 소모하였으며, 10%의 오류에서는 재전송 타임아웃 시간이 RTT의 2배를 넘어서면서부터 에너지 소모를 조금씩 줄이는 면모를 보였다.
묵시적 ACK는 네트워크 경계에 있는 에지 노드를 제외한 노드에서 ACK 전송에 소모되는 제어 부하를 줄여서 성능 개선을 이루었다. 간접 복구는 이웃 노드가 많고 재전송 타임아웃 시간이 비교적 간 환경에서 데이타의 재전송에 소모되는 부하를 줄이는 효과를 발휘한다는 것을 확인하였다. 묵시적 ACK와 간접 복구를 혼합하였을 때에는 성능개선이 극대화 되어 10%의 오류 복구를 신뢰성 있게 달성하고도 오류가 발생하지 않았을 때의 selective repeat보다 오히려 에너지 소모가 줄어드는 등의 결과를 보여주었다.
결론적으로, NAK 기반 부하에 대한 예상치가 실제로 얻기는 어려운 안전한 하한선이라는 점을 고려할 때, RM2I는 어떠한 NAK 기반 오류 제어 기법과 견줄 수 있는 에너지 성능을 보인다고 할 수 있다. 또한, ACK 전송 부하 대부분이 에지 노드에 의해 발생하므로, 향후 연구로 에지 노드에 NAK를 적용하는 것으로 RM2 I를 확장하면 에너지 효율성을 더욱 높일 수 있을 것으로 예상된다.
네트워크 시뮬레이터 NS-2를 통하여 제안 알고리즘의 성능 개선 효과를 확인하였다. 묵시적 ACK는 네트워크 경계에 있는 에지 노드를 제외한 노드에서 ACK 전송에 소모되는 제어 부하를 줄여서 성능 개선을 이루었다.
일반 토폴로지에서 실험한 결과는 표 5와 같다. 두 기법 모두 selective repeat보다 좋은 에너지 성능을 보였지만, 간접 복구 기법은 CBR경우에 비해 효과가 줄어들었다. 이는 T이net의 패킷 생성 간격이 불규칙해지면서 시간에 민감한 간접 복구가 영향을 받은 것으로 해석된다.
이 현상을 부정적으로 보면 원하지 않는 누드들도 불필요한 수산에 에너지를 소모하는 overhearing 문제로 볼 수 있지만, 복수의 노드들이 동시에 정보를 교환할 수 있는 , lWireless Multicast Advantage (WMA)”로 이용될 수 있다. 둘째, 대부분의 센서 네트워크 응용에서 처리량은 크게 중요하지 않다는 점이다. 따라서 시간을 희생하더라도 에너지를 절약할 수 있다면 효과적인 방법이 될 수 있다.
간접 복구는 이웃 노드가 많고 재전송 타임아웃 시간이 비교적 간 환경에서 데이타의 재전송에 소모되는 부하를 줄이는 효과를 발휘한다는 것을 확인하였다. 묵시적 ACK와 간접 복구를 혼합하였을 때에는 성능개선이 극대화 되어 10%의 오류 복구를 신뢰성 있게 달성하고도 오류가 발생하지 않았을 때의 selective repeat보다 오히려 에너지 소모가 줄어드는 등의 결과를 보여주었다.
사이사이에 인터페이스를 휴면(idle)시키는 기법이 있다면, 본 연구에도 원칙적으로 적용이 가능할 것이다. 본 연구의 기법에서는 각 노드가 전송하는 데이타 및 제어 패킷의 횟수를 줄이므로 주변 노드의 인터페이스가 수신하는 양도 줄어드는 효과가 있다.
활용을 위한 처리에 소모되는 에너지는 전송을 줄여서 얻는 에너지 절약에 비하면 미미하므로 문제가 되지 않는다. 본연구의 기법은 각 노드가 전송하는 데이타 및 제어 패킷의 횟수를 줄이므로 주변 노드의 인터페이스가 수신하는 양도 줄어드는 효과가 있다. 실험의 에너지 소모 양은 송신은 물론 수신에 소모되는 에너지도 고려한 것이므로, 본 연구의 에너지 절약 효과는 유효하다고 할 수 있다.
무선 통신에서 간접 복구는 어떤 노드가 자신의 상위 노드가 아닌 이웃 노드들로부터 패킷을 간접적으로 받았을 때 이를 무시하지 않고 챙겨 두어서 오류 복구에 활용하는 것을 말한다. 송신 노드의 재전송에 대한 부하를 줄임으로써 에너지 효율성을 높일 수 있었다. 이 두 기법은 무선 통신에서 기존의 연구들이 회피하려고 했던 overhearing 문제를 멀티캐스팅이라는 사용 목적에 맞추어 적극적으로 활용하려는 시각에서 나온 정책이라고 할 수 있다.
실험 결과, Multicast-ACK가 Unicast-ACK®] 비해 오류율에 관계없이 보다 효율적이라는 것을 보여 주었으며, 따라서 본 연구에서는 M나Iticast-ACK를 사용하였다.
결과는 그림 8과 같다. 실험 결과, 모든 오류율에서 50% 이하의 값을 보이고 있으며, 이는 Multicast-ACK 를 사용하는 것이 각각 44/38/38 바이트 길이인 RTS/ CTS/ACK를 사용하지 않기 때문에 에너지 절약 효과가 있다는 것을 보여주고 있다.
확장시킬 것이다. 실험 결과, 제안 기법에서의 ACK 부하 중 대부분이 에지 노드에 의해 발생되는 것을 알았다. 따라서 이 에지노드에 NAK 기반 오류 복구기법을 도입하면 ACK에 소모되는 제어 부하를 줄여서 에너지 효율성을 더욱 개선시킬 수 있을 것이다.
본연구의 기법은 각 노드가 전송하는 데이타 및 제어 패킷의 횟수를 줄이므로 주변 노드의 인터페이스가 수신하는 양도 줄어드는 효과가 있다. 실험의 에너지 소모 양은 송신은 물론 수신에 소모되는 에너지도 고려한 것이므로, 본 연구의 에너지 절약 효과는 유효하다고 할 수 있다.
이상의 실험결과를 보면, RM2I는 충분한 윈도우 크기와 비교적 긴 타임아웃에서 에너지 절약 효과를 보인다고 할 수 있다. 윈도우 크기가 커지면 노드에 버퍼가 많이 필요하고 버퍼 내에 있는 패킷 등을 검색하거나 정렬하는 등의 연산 측면에서도 추가적인 오버헤드가 들어간다.
효과를 분석하였다. 일반 토폴로지에서 간접 복구를 적용하였을 때는 10%의 오류 복구를 위해 약 11% 의 전송 에너지를 더 소모하며, 이는 selective repeat의 42%, 묵시적 ACK의 25%보다 에너지 절약의 효과가 더 뛰어나다는 것을 나타낸다.
재전송 타임아웃 시간이 늘어남에 따라 절약하는 에너지도 많아졌고 RTT의 12배를 넘어서면서부터는 오류가 발생하지 않은 selective repeat보다도더 많이 에너지를 절약하는 면모를 보였다.
종합해 보면, 본 연구의 묵시적 ACK 기법은 ACK를 사용하지 않는 것이 아니라 기존 ARQ의 ACK를 사용하되 포워딩 시점, ACK 전송 시점, 재전송 타임아웃 시점 등을 조정하여 ACK의 부하를 최대한 줄이는 방식이다. 묵시적 ACK의 효과가 극대화되는 환경은 오류율이 낮은 경우이다.
기법을 제안한다. 첫째, 무선 네트워크에서는 전송전파가 사방으로 퍼져서 1-흅 내에 있는 노드들은 모두 이를 수신하게 된다. 이 현상을 부정적으로 보면 원하지 않는 누드들도 불필요한 수산에 에너지를 소모하는 overhearing 문제로 볼 수 있지만, 복수의 노드들이 동시에 정보를 교환할 수 있는 , lWireless Multicast Advantage (WMA)”로 이용될 수 있다.
또한 시작과 끝 노드를 제외한 모든 노드가 중간 노드로 동작하므로 묵시적 ACK 효과가 거의 모든 노드에서 발생한다. 표 4에서 보는 바와 같이 전통적인 selective repeat의 경우 10%의 오류가 발생하였을 때, 오류가 발생하지 않았을 때 보다 약 37%의 전송 에너지를 더 소모하는 반면, 묵시적 ACK는 오류가 발생하지 않은 selective repeat에 비해 오히려 약 13%의 전송 에너지를 더 절약하였다. 이는 오류가 발생하여 재전송에 소모되는 에너지보다 ACK를 줄여 절약하는 에너지가 더 많음을 나타낸다.
후속연구
실험 결과, 제안 기법에서의 ACK 부하 중 대부분이 에지 노드에 의해 발생되는 것을 알았다. 따라서 이 에지노드에 NAK 기반 오류 복구기법을 도입하면 ACK에 소모되는 제어 부하를 줄여서 에너지 효율성을 더욱 개선시킬 수 있을 것이다.
에너지 성능을 보인다고 할 수 있다. 또한, ACK 전송 부하 대부분이 에지 노드에 의해 발생하므로, 향후 연구로 에지 노드에 NAK를 적용하는 것으로 RM2 I를 확장하면 에너지 효율성을 더욱 높일 수 있을 것으로 예상된다.
신뢰성 있는 전송을 위해서는 어떠한 오류 제어 기법도 신뢰성 있는 패킷 전송이 완료되는 기간에는 무선 인터페이스를 활동(active)시켜야 하며, 이 기간 동안 도착하는 모든 프레임을 일단 수신하게 된다. 사이사이에 인터페이스를 휴면(idle)시키는 기법이 있다면, 본 연구에도 원칙적으로 적용이 가능할 것이다. 본 연구의 기법에서는 각 노드가 전송하는 데이타 및 제어 패킷의 횟수를 줄이므로 주변 노드의 인터페이스가 수신하는 양도 줄어드는 효과가 있다.
결국, 오류 제어 기법에 따라 활동 기간 동안 각 노드의 무선 인터페이스가 수신하는 양에 차이가 있을 뿐이지 본 연구의 기법이 특별히 수신을 많이 하는 것은 아니다. 인터페이스 활동 기간을 줄이는 오류 제어 기법이 개발된다면, 본 연구에도 이를 적용될 수 있을 것이다. 요약을 한다면, 어차피 수신할 것이라면 이를 수신해서 흘용하자는 것이다.
향후 연구로 에지 노드에서 NAK 기법을 적용하도록 RM2I를 확장시킬 것이다. 실험 결과, 제안 기법에서의 ACK 부하 중 대부분이 에지 노드에 의해 발생되는 것을 알았다.
참고문헌 (12)
Sally Floyd, Van Jacobson, Ching-Gung Liu, Steven McCanne, and Lixia Zhang, "A Reliable Multicast Framework for Light-weight Sessions and Application Level Framing," IEEE/ACM Transactions on Networking. November. 1996
김용진 외, "멀티캐스트 전송을 위한 오류제어기법의 분류", 전자통신동향분석 제14권 제3호, 1996년, 6월
T. Stathopoulos, J. Heidemann, D. Estrin, "A Remote Code Update Mechanism for Wireless Sensor Networks," CENS Technical Report #30, UCLA, Department of Computer Science, USC, Information Sciences Institute, 2003
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