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ZigBee를 이용한 무선 네트워크 환경에서의 정밀 시각 동기 기법 설계 및 구현
Design and Implementation of Precision Time Synchronization in Wireless Networks Using ZigBee 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.33 no.5A, 2008년, pp.561 - 570  

조현태 (부산대학교 컴퓨터공학과) ,  손상현 (부산대학교 컴퓨터공학과) ,  백윤주 (부산대학교 컴퓨터공학과)

초록
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시각 동기 기술은 초고속 통신, 병렬/분산 처리 시스템 등의 근간이 되는 기술이다. 최근 유비쿼터스 컴퓨팅에 대한 관심도가 증가하고, 요구하는 응용이 다양해짐에 따라 무선 환경에서 높은 정밀도를 유지하는 시각 동기 기술을 요구되어지고 있다. 본 논문에서는 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서 ZigBee를 이용한 무선 네트워크에서의 정밀 시각 동기 기법을 설계하고 구현한다. 시각 동기 과정 중 프로토콜 계층에서 발생되는 지연을 최소화하고, 메시지 송수신 과정에서 발생하는 에러 요인을 분석 및 제거함으로서 정밀 시각 동기를 유지한다. 또한, 본 논문에서는 시각 동기 시스템을 검증하고, 성능평가를 수행하였다. 성능평가 결과, 네트워크 내의 노드는 참조 시각원으로부터 50나노초 이하의 시각 동기를 이루었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Time synchronization is essential for a number of network applications such as high speed communication and parallel/distribution processing systems. As the era of ubiquitous computing is ushered in, the high precise time synchronization in wireless networks have been required in. This paper present...

주제어

#Time Synchronization   #Clock Synchronization   #High Precision   #ZigBee   #IEEE1588  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이들간의 동기화 기법은 기본적으로 메시지 교환을 통하여 이루어지며, 동기 메시지는 마스터 노드가 주기적으로 전송한다. 메시지 교환시 타임 스탬프를 수행하는데 있어 많은 에러 요인들이 발생하는데 이를 줄이기 위해 본 논문에서는 MII 수준에서 하드웨어적으로 스탬프 하기 위해 하드웨어를 설계하고 정밀한 시각 동기를 하는데 걸림돌이 되는 많은 에러 요인들을 최소화 하여 마이크로초 이하의 정밀한 시각 동기 기법을 개발하였다. 제안한 기법은 IEEE 1588과 유사하지만, ZigBee의 특성 및 시각 동기화에서 발생할 수 있는 에러 요인들을 면밀히 분석하였다 성능평가 결과, 이동평균의 경우 평균 -5.
  • 본 논문에서는 LR-WPAN 환경에서 마이크로초 이하의 정밀한 시각 동기를 이루기 위해 ZigBee 네트워크를 활용한 정밀 시각 동기 기법을 설계 및 구현한다. ZigBee/IEEE 802.
  • 본 논문에서는 ZigBee를 이용한 무선 네트워크 환경에서 마이크로초 이하의 정밀한 시각을 동기화하는 기법을 설계 및 구현하였다. 제안한 기법은 기본적으로 참조 시각을 제공하는 마스터 노드와 참조 시각에 시각을 동기화하는 슬레이브 노드로 구성된다.
  • 불확도를 제거해야 한다. 본 논문에서는 이러한 타임 스탬 스탬프의 불확도를 제거하기 위해 MAC과 PHY(물리계층)사이의 MII(media indepaidait interface) 수준에서 타임 스탬프하도록 한다1이 MH는 프로세서와 RF 트랜시버와는 독립적인 부분이므로 이 수준에서 타임 스탬프하기 위해서는 별도의 중] 드웨어가필요하다. 본 논문에서는 이러한 추가의 하드웨어를 개발하고, 개발된 하드웨어 플랫폼 상에서 정밀 시각 동기 프로토콜 알고리즘을 탑재한다
  • 따라서 이러한 Sync 메시지의 수는 늘리고 Delay_Req 메시지는 줄이면, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험에서는 Sync 메시지 주기와 전송지연 요청(Delay_Req) 주기를 달리 하였을 경우, 시각 동기 기법에 미치는 영향을 평가하였다. Sync 및 Follow_up 메시지 주기는 초당 50회이며, Delay_Req 및 Delay_Resp 메시지 주기는 Sync/Follow_up 메시지 20회당 1회로 설정하였다.
  • 대한 보정은 필요하다. 슬레이브 노드의 오실 레이 터가 마스터 노드의 오실레이터와 정확한 주파수로 동작하지 않는 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 주기적으로 Sync 메시지를 전달하여 편차를 보정토록 한다. L5PPM의 오실레이터를 사용하는 환경에서 초당 1회의 Sync 메시지를 주기적으로 전송하면 최대 L5마이크로초의 오차가 발생할 수 있다.
  • 타임 스탬핑 수행시 발생하는 오차와 트랜시버의 디코딩 오차를 줄이기 위하여 본 논문에서는 필터링 기법을 적용하였다. 적용한 필터링 기법은 이동평균, 중앙치 필터(9・tap median filter), 가중치 부여의 3가지를 수행하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Soyoung Hwang, Yunju Baek, 'Fault Tolerant Time Synchronization for Wireless Sensor Networks,' Lecture Notes in Computer Science, vol. 3894, pp. 480-493, Mar. 2006 

  2. Mills, D.L, 'Network Time Protocol (Version 3) Specification, Implementation and Analysis,' RFC1305, 1992 

  3. A.Gunther, C. Hoene, 'Measuring Round Trip Times to Determine the. Distance Between WLAN Nodes,' Networking 2005, pp. 768-779, 2005 

  4. Ryota Yamasaki, Atsushi Ogino, Tsuyoshi Tamaki, Takaki Uta, Naoto Matsuzawa, Takeshi Kato, 'TDOA Location System for IEEE 802.11b WLAN,' in Proceedings of. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Vol. 4, pp. 2338-2343, Mar. 2005 

  5. IEEE $1588^{TM}$ -2002, 'IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems,' IEEE Instrumentation and Measurement Society, November 2002 

  6. Weibel, Hans, 'High Precision Clock Synchronization according to IEEE 1588 - Implementation and Performance Issues,' Embedded World, pp. 22-24, 2005 

  7. Juha Kannisto, Timo Vanhatupa, Marko Hannikainen, and Timo D. Hamalainen, 'Precision Time Protocol Prototype on Wireless LAN,' Lecture Notes in Computer Science, vol. 3124, pp. 1236-1245, 2004 

    상세보기 crossref

  8. Kannisto, J.,Vanhatupa, T. Hannikainen, M. Hamalainen, T.D. 'Software and hardware prototypes of the IEEE 1588 precision time protocol on wireless LAN,' 14th IEEE Workshop on Local and Metropolitan Area Networks 2005, Sept. 2005 

  9. H. G. Berns, T. H. Burnett, R. Gran, and R. J. Wilkes, 'GPS time synchronization in school-network cosmic ray detectors,' IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 51, June 2004 

  10. Hans Weibel, Dominic Bechaz, 'IEEE 1588 Implementation and Performance of Time Stamping Techniques,' 2004 Conference on IEEE 1588, September 28, 2004 

  11. Freescale, 'MCF5235 datasheet,' http://www.freescale.com, 2004 

  12. Texas Instrument, 'CC2420 datasheet,' http:// www.ti.com, 2004 

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