무선 센서 네트워크의 센서 노드는 브로드캐스트 방식을 사용하여 수집한 데이터를 이웃한 다른 센서노드로 전달하기 때문에 데이터 중복성 문제가 발생한다. 데이터 중복성은 네트워크 로드를 가중시키며 데이터 손실의 원인이 되며, 이러한 문제점은 데이터 전송의 신뢰성과 네트워크 혼잡 회피간의 상충조건에 의해 발생한다. 따라서 무선 센서 네트워크에서 효율적으로 혼잡제어를 수행하기 위해서는 신뢰성 있는 전송(reliable transmission), 무선 손실(wireless loss), 혼잡 손실(congestion loss) 등과 같은 여러 요소를 고려한 신뢰성 있는 혼잡제어 기법이 필요하다. 본 논문에서는 Hop-by-Hop 순서 번호, DSbACK(Delayed and Selective ACK, Buffer Condition)을 사용하여 신뢰성 있는 전송을 보장하고 불필요한 전송을 최소화한 에너지 절약형 혼잡 제어 기법으로 HRCCP(Hop-by-Hop Reliable Congestion Control Protocol)를 제안하여 무선 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 전송과 흔잡 제어가 동시에 이루어 질수 있도록 하였다.
무선 센서 네트워크의 센서 노드는 브로드캐스트 방식을 사용하여 수집한 데이터를 이웃한 다른 센서노드로 전달하기 때문에 데이터 중복성 문제가 발생한다. 데이터 중복성은 네트워크 로드를 가중시키며 데이터 손실의 원인이 되며, 이러한 문제점은 데이터 전송의 신뢰성과 네트워크 혼잡 회피간의 상충조건에 의해 발생한다. 따라서 무선 센서 네트워크에서 효율적으로 혼잡제어를 수행하기 위해서는 신뢰성 있는 전송(reliable transmission), 무선 손실(wireless loss), 혼잡 손실(congestion loss) 등과 같은 여러 요소를 고려한 신뢰성 있는 혼잡제어 기법이 필요하다. 본 논문에서는 Hop-by-Hop 순서 번호, DSbACK(Delayed and Selective ACK, Buffer Condition)을 사용하여 신뢰성 있는 전송을 보장하고 불필요한 전송을 최소화한 에너지 절약형 혼잡 제어 기법으로 HRCCP(Hop-by-Hop Reliable Congestion Control Protocol)를 제안하여 무선 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 전송과 흔잡 제어가 동시에 이루어 질수 있도록 하였다.
In Wireless Sensor Networks(WSNs), a sensor node broadcasts the acquisited sensing data to neighboring other nodes and it makes serious data duplication problem that increases network traffic loads and data loss. This problem is concerned with the conflict condition for supporting both the reliabili...
In Wireless Sensor Networks(WSNs), a sensor node broadcasts the acquisited sensing data to neighboring other nodes and it makes serious data duplication problem that increases network traffic loads and data loss. This problem is concerned with the conflict condition for supporting both the reliability of data transfer and avoidance of network congestion. To solve the problem, a reliable congestion control protocol is necessary that considers critical factors affecting on data transfer reliability such as reliable data transmission, wireless loss, and congestion loss for supporting effective congestion control in WSNs. In his paper, we proposes a reliable congestion protocol, called HRCCP, based on hop-hop sequence number, and DSbACK by minimizing useless data transfers as an energy-saved congestion control method.
In Wireless Sensor Networks(WSNs), a sensor node broadcasts the acquisited sensing data to neighboring other nodes and it makes serious data duplication problem that increases network traffic loads and data loss. This problem is concerned with the conflict condition for supporting both the reliability of data transfer and avoidance of network congestion. To solve the problem, a reliable congestion control protocol is necessary that considers critical factors affecting on data transfer reliability such as reliable data transmission, wireless loss, and congestion loss for supporting effective congestion control in WSNs. In his paper, we proposes a reliable congestion protocol, called HRCCP, based on hop-hop sequence number, and DSbACK by minimizing useless data transfers as an energy-saved congestion control method.
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문제 정의
본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 전송과 혼잡 제어를 모두 고려한 홉 기반의 신뢰성 있는 혼잡 제어 프로토콜(Hop-by-hop Reliable Congestion Control Protocol)을 제안하였다. 이 프로토콜은 Hop-by-Hop 순서 번호와 DSbACK(Delayed and Selective ACK, Buffer Condition) 파라미터를 통하여 홉 간의 패 킷 손실, 패킷 지연 및 네트워크 상태를 측정하고 이러한 정보를 통하여 혼잡을 제어하도록 하였다.
본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 신뢰성 있는 전송과 혼잡제어를 모두 제공하면서 에너지 소비 효율을 개선한 HRCCP을 제안하였다. 제안된 프로토콜은 E-to-E 순서 번호와 H-by-H 순서 번호를 함께 사용한 홉 단위 혼잡 제어 기법으로서 종단간 혼잡제어로 인한전송 지연시간이 가중되는 현상을 줄이도록 하였다.
여기에서는 HRCCP의 기본 개념을 설명하고 세부적인 프로토콜 동작과정 및 의사코드를 기술하고 특히, E-to-E(end-to-end) 순서 번호에 H-by-H(hop-by-hop) 순서번호를 추가하고 DSbACK 기반 피드백 신호를 통하여 전송 및 혼잡을 제어 하는 방법에 대해 자세히 설명한다.
이와 같이 기존에 제안된 기 법들의 문제점을 보완하기 위해 본 논문에서는 혼잡 제어로 인한 전송지연 시간의 증가를 억제하고 계산의 복잡성을 축소할 수 있는 홉 기반의 신뢰성 있는 혼잡 제어 기법을 설계하였다. 특히, 무선 센서 네트워크 안에 한정되어 있는 전력 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 홉 간의 순서 번호, 지연 및 버퍼 상태 정보(DSbACK)를 포함한 피드백 신호를 통하여 신뢰성 있는 전송이 이루어질 수 있도록 하였다.
제안 방법
그 외에도 종단간 혼잡제어 기법 에서 E-to-E 순서 번호만을 사용하여 모든 중간 노드에서 수신된 패킷들을 정렬하여 전송해야 하는 문제점을 해결하기 위해 H-by-H 순서를 통해 중간 노드에서는 정렬 없이 즉각적인 전송이 이루어지도록 하고 순서화되지 않은 패킷들을 싱크 노드에서 최종적으로 정렬하는 방식으로 전송지연을 줄이도록 하였으며, 홉 단위의 순서 번호를 기반으로 전송 오류를 처리하여 혼잡 제어에 필요한 전체적인 통신 횟수를 줄여서 무선 센서 네트워크의 전체 에너지 소비량이 절감되도록 하였다.
제안된 프로토콜은 E-to-E 순서 번호와 H-by-H 순서 번호를 함께 사용한 홉 단위 혼잡 제어 기법으로서 종단간 혼잡제어로 인한전송 지연시간이 가중되는 현상을 줄이도록 하였다. 또한, DSbACK을 사용하여 손실 패킷에 대한 신뢰성 있는 데이터 전송이 이루어지도록 하고 전송과정에서 소스 노드의 전송률을 조절하여 버퍼 오버 플로우의 발생 가능성을 낮추도록 하였다.
본 논문에서 제안한 HRCCP(Hop-by-hop Reliable Congestion Control Protocol) 프로토콜은 신뢰성 있는 전송 제어를 통해 무선 선서 네트워크의 전송 속도를 향상시 키기 위해 기존의 E-to-E 순서 번호에 H-by-H 순서 번호를 함께 사용하여 홉 단위에서 패킷 손실에 대한 복구처리 가 수행 되 도록 한다. H-by-H 순서 번호는 홉 간의 데이터 전송 순서를 나타내기 위해 사용되며, 패킷 오류가 발생한 경우에는 손실된 패킷의 재전송을 요구하는 목적으로 사용된다.
Protocol)을 제안하였다. 이 프로토콜은 Hop-by-Hop 순서 번호와 DSbACK(Delayed and Selective ACK, Buffer Condition) 파라미터를 통하여 홉 간의 패 킷 손실, 패킷 지연 및 네트워크 상태를 측정하고 이러한 정보를 통하여 혼잡을 제어하도록 하였다.
이 두 형식은 패킷에 대한 정보뿐만 아니라 버퍼의 상태 정보를 소스 노드에 피드백 함으로써 소스 노드가 전송 속도(rate)를 조정하여 사전에 혼잡을 제거할 수 있도록 한다. 제안된 프로토콜에서는 DSbACK 메시지를 통해 혼잡상태를 감지하면 전송률을 지수적 으로 감소시키고 추후 혼잡이 감소하면 전송률 선형적으로 증가시키는 전송률 제어 방식을 적용하였다.
HRCCP을 제안하였다. 제안된 프로토콜은 E-to-E 순서 번호와 H-by-H 순서 번호를 함께 사용한 홉 단위 혼잡 제어 기법으로서 종단간 혼잡제어로 인한전송 지연시간이 가중되는 현상을 줄이도록 하였다. 또한, DSbACK을 사용하여 손실 패킷에 대한 신뢰성 있는 데이터 전송이 이루어지도록 하고 전송과정에서 소스 노드의 전송률을 조절하여 버퍼 오버 플로우의 발생 가능성을 낮추도록 하였다.
특히, 무선 센서 네트워크 안에 한정되어 있는 전력 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 홉 간의 순서 번호, 지연 및 버퍼 상태 정보(DSbACK)를 포함한 피드백 신호를 통하여 신뢰성 있는 전송이 이루어질 수 있도록 하였다.
성능/효과
따라서 오류 발생률이 높은 무선 센서 네트워크 환경 에서 E-to-E 전송 제어 기법을 사용하는 것은 적절하지 못하다. 따라서 이것은 PSFQ 프로토콜과 같이 무선 링크 환경에서 효율적인 전송 제어를 위해서는 H-by-H 단위의 전송 제어 기법을 사용하는것이 적합하다는 것을 의미한다.
후속연구
또한, 향후 연구를 위해 소스 노드에서의 구체적인 전송률 조절 방법과 수학적 모델을 통한 최적화 방법에 대한 추가 연구가 요구된다.
제안된 프로토콜은 아직 설계 단계에 있으며, 실제적인 구현을 통해 다양한 실험과 성능 분석이 요구된다. 또한, 향후 연구를 위해 소스 노드에서의 구체적인 전송률 조절 방법과 수학적 모델을 통한 최적화 방법에 대한 추가 연구가 요구된다.
참고문헌 (5)
I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, 'Wireless Sensor Networks: A Survey', Computer Network, Vol. 38, 2002
A. B. Forouzan, S. C. Fegan, 'TCP/IP Protocol Suite', 2nd Edition, ISBN 0-07-246060-1, 2003
C.-Y. Wan, A. Campell, L. Krishnamurthy, 'PSFQ: A Reliable Transport Protocol for Wireless Sensor Networks', In Proceedings of the Int'l Workshop on Sensor Networks and Arch(WSNA), September 2002
C.-Y. Wan, S. B. Eisenman, A. T. Campbell, 'CODA: Congestion Detection and Avoidance in Sensor Networks', In Proceedings of ACM Sensys'03, Los Angeles, USA, November 2003
C. Wang, K. Sohraby, B. Li, 'SenTCP: A Hop-by-hop Congestion Control Protocol for Wireless Sensor Networks', In Proceedings of IEEE lNFOCOM 2005 (poster Paper), Miami, Florida, USA, March 2005
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