[논문]센서 네트워크에서 에너지 효율적인 동적 S-MAC 프로토콜

유대석; 최승식

센서 네트워크에서 에너지 효율적인 동적 S-MAC 프로토콜
Energy Efficient Dynamic S-MAC Protocol for Sensor Networks 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.33 no.7B, 2008년, pp.502 - 509

유대석 (인천대학교 컴퓨터공학과 Wireless Information Nework 연구실) , 최승식 (인천대학교 컴퓨터공학과 Wireless Information Nework 연구실)

초록
AI-Helper

무선 센서 네트워크에서는 기본적으로 교환이나 충전이 어려운 베터리로 동작하는 센서 노드들로 구성된다. 따라서 센서 노드들의 에너지 소모를 줄이는 것이 무선 센서 네트워크에서는 중요한 과제이다. 이러한 에너지 효율적인 MAC 프로토콜을 구현하기 위해 기존의 IEEE 802.11 Protocol을 기반으로 휴면 기간의 에너지를 효율적으로 관리하는 Sensor MAC(이하 S-MAC) Protocol이 제안되었다. 본 논문에서는 에너지 효율적 스케줄링 기반의 기존 S-MAC을 기반으로 네트워크 트래픽에 동적으로 동작하기 위한 동적 S-MAC을 제안하였다. 동적 S-MAC 프로토콜은 네트워크 트래픽 상황에 따라 프레임 주기를 변경함으로써 S-MAC의 에너지 효율을 개선하였다. NS2 시뮬레이션을 통해 동적 S-MAC과 기존 S-MAC의 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Wireless sensor networks consist of sensor nodes which are expected to be battery-powered and hard to replace or recharge. Thus, reducing the energy consumption of sensor nodes is an important design consideration in wireless sensor networks. For the implementation of energy-efficient MAC protocol, Sensor-MAC based on IEEE 802.11 protocol. In this paper, which has energy efficient scheduling, was proposed. In this paper, we propose Dynamic S-MAC that is dynamically operated by network-traffic states. Dynamic S-MAC protocol improves energy consumption of S-MAC due to change the frame length according to network-traffic states. Using NS-2 Simulation, we compare the performance of Dynamic S-MAC with S-MAC protocol.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

. Sleep delay : 각각의 노드들은 periodic sleep- ing에 의해 대기시간이 증가하게 된다. 이러한 periodic sleeping algorithm 에 의해 발생하는 대기 시간을 ts 라고 정의한다.
시간이 차이가 나게 된다. 그러므로 분석과정에서는 Manchester encoding 방식에 의한 코딩 스키마를 사용하며, 패킷의 길이가 고정되어 있다고 가정한다. 그리고 실제 패킷 전송 시, 소요되는 시간을 拍로 정의한다.

제안 방법

S-MACe 고정된 duty-cycle을 이용하여 idle listening으로 인한 에너지 낭비를 해결하였다. 하지만 고정된 duty-cyclee 네트워크 상태에 따라 변화하는 트래픽에 효율적으로 대처할 수 없는 문제를 가지고 있었다.
그렇지만 수율 (throughput)과 지연(delay)에 대한 trade-off 발생으로 인해 좀 더 유동적이고 적응적인 프레임 크기를 제어할 문제가 제기되었다. T-MACe 활성 구간(active interval) 에 적응성을 두어 활성 구간을 유동성 있게 제어하는 방법을 제시하였다R
동적 S-MAC 또한 T-MAC에서 네트워크 트래픽의 변동에 유연하게 적응하는 방식에 착안하여 개발한 방식으로 T-MAC의 활성 구간에 유연성을 두는 것에 비해 동적 c S-MACe 프레임 전체에 유연성을 두는 것에 초점을 맞추었다.
하지만 고정된 duty-cyclee 네트워크 상태에 따라 변화하는 트래픽에 효율적으로 대처할 수 없는 문제를 가지고 있었다. 동적 S-MACe 이러한 S-MAC의 고정된 duty-cycle에 좀 더 유연함을 제공하여 네트워크 트래픽의 변화에 좀 더 능동적으로 대처할 수 있는 방법을 제시하였다. 실험 결과에서 확인하였듯이 동적 S-MAC 은 기존의 S-MAC 에 비해 유동적인 프레임 크기를 구현하여 네트워크 트래픽에 따른 에너지 효율의 증대 및 지연시간 향상을 보여주었다’
성능을 비교분석하도록 한다. 두 개의 노드를 사용하여 패킷을 전송하는 single-hop의 토폴로지를 구성하여 비교하며, 이때 채널 용량의 제한으로 인해 propagation delay와 processing delay는 무시하도록 한다.
또한 메시지의 발생 및 송수신을 감지하도록 수면 상태가 된 활성 구간(sleeping active inter-val)에서는 Flag 값을 1로 하여 다음 활성 구간에서 메시지를 감지 할 수 있도록 하였다. 즉, 메시지의 발생 및 송수신이 없는 경우 활성 구간이토 글(toggle) 되어 수면화되는 방식이다.
본 논문에서는 II장에서 여러 MAC 프로토콜을 비교 분석하여 에너지 효율적인 MAC 프로토콜이 가져야 할 요소들에 대해 분석하고 이장에서는 T-MAC과 같이 네트워크 트래픽과 상황에 좀 더 효율적이고 적응성있는 동적 S-MAC을 제안하고 마지막으로 IV장에서는 S-MAC과의 비교 분석을 통해 성능을 확인하고자 한다.
본 장에서는 네트워크 트래픽 상황에 따라 프레임의 길이가 동적으로 변화하는 동적c S-MAC 에 대한 기본 설계와 S-MAC 과의 수학적 비교를 통해 성능을 평가한다.
위의 정의된 항목을 사용하여 S-MAC과 동적 S-MAC의 성능을 비교분석하도록 한다. 두 개의 노드를 사용하여 패킷을 전송하는 single-hop의 토폴로지를 구성하여 비교하며, 이때 채널 용량의 제한으로 인해 propagation delay와 processing delay는 무시하도록 한다.
지연 시간 성능 실험 시, 동적 S-MAC의 Flag 값이 0일 경우의 프레임 크기와 S-MAC과의 프레임 크기를 동일하게 했을 경우와 2배로 늘려서 동작했을 경우의 두 가지를 사용하여 지연시간 성능을 실험하였다.
이러한 단점을 보완하여 소모되는 전력을 줄이기 위해 Hill과 Culler[6], El-HoiydP 는 각각 독자적으로 낮은 레 벨 반송파(carrier) 의 프리엠 블 감지 (preamble sensing)을 통해 주기적으로 무선 통신을 위한 부분의 전원을 켜고 끄는 방법을 제안했다. 특히 El-Hoiydi는 ALOHA 방식에 이 방법을 적용하여 Preamble Samplingm 을 제안하였으며, 이것을 더 발전시켜 송신자가 수신자의 샘플링 스케줄을 알고 있을 때, 긴 프리앰블이 필요 없음을 이용하여 수신 노드가 채널 샘플링을 시작할 때부터 긴 프리앰블이 아닌 짧은 기본 길이의 프리앰블이 포함된 데이터를 보내는 WiseMAC을제안하였다叫 WiseMACe 그림 1과 같이 프리앰블 길이를 네트워크의 트래픽에 따라 유동적으로 변화 시켜 프리엠블 길이의 최적화를 통해 불필요한 에너지 소모를 줄이게 된다.

이론/모형

LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory) 의 NS2(Network Simulator)叫 2.29 버전을 사용하였다. NS2 시뮬레이터는 매우 신뢰성 있는 시뮬레이터로 무선 센서 네트워크에서 효율성을 검증하기에 적합한 시뮬레이터이다.

성능/효과

1) S-MAC 의 대기 시간 : S-MAC에서 다른 노드의 패킷을 전송할 시에는 Carrier sensing에 의한 절차와 활성 구간이 되기 전 까지의 대기시간이 소요된다. 즉, S-MAC에서 패킷 전송에 필요한 대기 시간 D 는 아래와 같다.
위의 분석에서, S-MAC의 Sleep delay k의 길이가 동적 S-MAC의 G의 길이보다 크다는 것을 쉽게 증명할 수 있다. 즉, 평균 대기 시간이 기존의 S.
증명할 수 있다. 즉, 평균 대기 시간이 기존의 S.MAC에 비해 동적 S-MAC이 감소하는 것을 볼 수 있다.

후속연구

물론 지연시간 실험의 경우, 두 가지 타입의 동적 S-MAC에 따라 성능향상에 변수를 가지고 있었지만 Hag 값의 좀 더 효율적인 제어 방법을 찾아낸다면 에너지와 데이터 전송 효율 모두에서 뛰어난 성능을 보일 수 있을 것으로 예상된다.
앞으로의 연구계획은 실제의 환경에서 동적 S-MAC을 적용시키기 위해 micaz와 같은 모트에직접 탑재하여 그 성능과 여러가지 변수 사항을 실험하고 판별하는 과정을 거처 더 효율적인 MAC 프로토콜을 연구할 예정이다.

참고문헌 (9)

IEEE Standard 802.11, "Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications," 1999
W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, "An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks," In 21st Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (INFOCOM), Vol.3, pp.1567-1576, June 2002
T.van Dam And K.Langendoen, "An adaptive energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks," in Proc.ACM Sensys 2003, Nov. 2003, pp.171-180
P. Havinga and G. Smit. "Energy-efficient TDMA medium access control protocol scheduling," In Asian International Mobile Computing Conference (AMOC 2000), pp.1-9, November 2000
S. Singh and C. Raghavendra, "PAMAS: Power aware multi-access protocol with signalling for ad hoc networks," ACM SIGCOMM Computer
J. Hill and D.Culler.Mica, "A wireless platform for deeply embedded networks," IEEE Micro, Vol. 22, Nov. 2002, pp.12-24
A.El-Hoiydi, "Aloha with preamble sampling for sporadic traffic in ad hoc wireless sensor networks," in Proc. IEEE ICC 2002, Vol.5,Apr.2002, pp.3418-3423
A.El-Hoiydi, J.-D. Decotignie, C.Enz and E.Le Roux, "Poster abstract : WiseMAC, an Ultra Low Power MAC Protocol for the WiseNET Wireless Sensor Network," in Proc.ACM Sensys 003, Nov.2003
The CMU Monarch Project, "The CMU Monarch Project's Wireless and Mobility Extensions to NS"

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

센서 네트워크에서 에너지 효율적인 동적 S-MAC 프로토콜
Energy Efficient Dynamic S-MAC Protocol for Sensor Networks 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

센서 네트워크에서 에너지 효율적인 동적 S-MAC 프로토콜 Energy Efficient Dynamic S-MAC Protocol for Sensor Networks 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유대석 (2) 최승식 (8)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

센서 네트워크에서 에너지 효율적인 동적 S-MAC 프로토콜
Energy Efficient Dynamic S-MAC Protocol for Sensor Networks 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper