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문제 정의
- 본 논문에서는 이러한 제약적인 특성을 갖는 수중환경에서도 채널 효율을 높이고, 충돌율을 최소화하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 하고, 또한 슬립 (sleep) 모드 [4]를 적용흐}여 노드들의 전력 수명을 죄대화할 수 있는 매체접속제어 프로토콜을 제안하였다.
- 따라서, 지역적인 중앙 집 중형의 네트워크가 된다. 본 논문에서는 이러한 클러스 터 내의 싱글홉 중앙 집중형 망에 적합한 수중 매체접속 제어 프로토콜을 연구하였다.
- 따라서, 지역적인 중앙 집 중형의 네트워크가 된다. 본 논문에서는 이러한 클러스 터 내의 싱글홉 중앙 집중형 망에 적합한 수중 매체접속 제어 프로토콜을 연구하였다.
제안 방법
- "제안된 MAC 프로토콜 방식에서는 초기화 구간에서 To 구간내의 랜덤 시간을 선택하여 ""ID response' 패킷을 전송하게 된다."
- 그림 2와 같이 클러스터의 멤버 노드들은 일정한 간격으로 균일하게 분포되어 있고, 클러스터헤드의 싱글 홉 전송범위 안에 위치한다. 각각의 노드들은 클러스터헤드로부터 전송거리가 비슷한 것끼리 그룹형태로 분류하였다. 이렇게 노드들을 그룹으로 분류하면 제안된 프로토콜에서 클러스터헤드가 각 멤버노드의 대기 시간을 계산할 때 그룹단위로 할 수 있어 각 노드당 대기 시간을 계산 할 때보다 계산량을 줄일 수 있다
- 그림 2와 같이 클러스터의 멤버 노드들은 일정한 간격으로 균일하게 분포되어 있고, 클러스터헤드의 싱글 홉 전송범위 안에 위치한다. 각각의 노드들은 클러스터헤드로부터 전송거리가 비슷한 것끼리 그룹형태로 분류하였다. 이렇게 노드들을 그룹으로 분류하면 제안된 프로토콜에서 클러스터헤드가 각 멤버노드의 대기 시간을 계산할 때 그룹단위로 할 수 있어 각 노드당 대기 시간을 계산 할 때보다 계산량을 줄일 수 있다
- 제안하는 매체접속제어 프로토콜은 클러스터망 내에서 노드들을 거리에 따라 그룹화 하여 제어에 필요한 계산량을 최소화하고, 클러스터 헤드로부터 주어진 전송순서와 최적화된 대기시간을 사용하여 각 멤버노드들이 충돌 없이 클러스터헤드로 데이터를 전송하게 한다. 기존 TDMA (Time-Division Multiple Access)의 단점인 비효율적인 채널 사용과 네트워크 전체의 동기 문제 등을 보완하였고, 랜덤 경쟁 기반의 단점인 충돌로 인한 채널소비와 에너지 낭비를 보완하였다. 각 센서 노드들은 전송이 끝나면 다음 전송 때 까지 슬립 모드 상태가 되어 전력 소비를 줄이는 방식이다.
- 제안하는 매체접속제어 프로토콜은 클러스터망 내에서 노드들을 거리에 따라 그룹화 하여 제어에 필요한 계산량을 최소화하고, 클러스터 헤드로부터 주어진 전송순서와 최적화된 대기시간을 사용하여 각 멤버노드들이 충돌 없이 클러스터헤드로 데이터를 전송하게 한다. 기존 TDMA (Time-Division Multiple Access)의 단점인 비효율적인 채널 사용과 네트워크 전체의 동기 문제 등을 보완하였고, 랜덤 경쟁 기반의 단점인 충돌로 인한 채널소비와 에너지 낭비를 보완하였다. 각 센서 노드들은 전송이 끝나면 다음 전송 때 까지 슬립 모드 상태가 되어 전력 소비를 줄이는 방식이다.
- 멤버 노드들이 서로 다른 거리에 위치해 있을 때, 각 멤버 노드들의 각기 다른 전파지연을 계산하여 충돌을 피할 수 있는 대기 시간을 계산하는 것은 복잡한 일이며 계산량이 많아 에너지 측면에서 비효율적이다. 따라서, 본 논문에서는 충돌율과 에너지 효율의 절충적인 방안으로 멤버노드들을 비슷한 전송거리에 따라 그룹으로 분류하여 1단계로 그룹 단위로 대기시간을 먼저 계산하였다. 그룹 간의 논리적 위치를 먼저 맞추고 나면, 2단계로 전송 순서에 따라 대기시간을 간단히 패킷길이 (T*)만큼씩 차이를 두어 충돌을 피하게 하였다.
- 멤버 노드들이 서로 다른 거리에 위치해 있을 때, 각 멤버 노드들의 각기 다른 전파지연을 계산하여 충돌을 피할 수 있는 대기 시간을 계산하는 것은 복잡한 일이며 계산량이 많아 에너지 측면에서 비효율적이다. 따라서, 본 논문에서는 충돌율과 에너지 효율의 절충적인 방안으로 멤버노드들을 비슷한 전송거리에 따라 그룹으로 분류하여 1단계로 그룹 단위로 대기시간을 먼저 계산하였다. 그룹 간의 논리적 위치를 먼저 맞추고 나면, 2단계로 전송 순서에 따라 대기시간을 간단히 패킷길이 (T*)만큼씩 차이를 두어 충돌을 피하게 하였다.
- 또한 슬립 모드를 이용하여 노드들의 전력 수명을 최대화할 수 있는 매체접속제어 프로토콜을 제안하였다.
- 본 논문에서는 이러한 제약적인 특성을 갖는 수중환경 에서도 채널 효율을 높이고, 충돌율을 최소화하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 하고, 또한 슬립 (sleep) 모드 [4]를 적용하여 노드들의 전력 수명을 죄대화할 수 있는 매체접속제어 프로토콜을 제안하였다. 논문의 구성은 다음과 같다.
- 본 논문에서 고려한 데이터 수집형 네트워크 구조는 그림 1과 같다. 전체 노드를 클러스터 단위로 나누었으며, 각 클러스터는 클러스터헤드와 이웃하는 클러스터헤드의 멤버 노드들로 구성되었다. 클러스터헤드들은 전송 범위내 자신의 멤버 노드들로부터 정보들을 수집하고, 수집된 정보들을 해수면에 떠 있는 부표에 전달한다.
- 본 논문에서 고려한 데이터 수집형 네트워크 구조는 그림 1과 같다. 전체 노드를 클러스터 단위로 나누었으며, 각 클러스터는 클러스터헤드와 이웃하는 클러스터헤드의 멤버 노드들로 구성되었다. 클러스터헤드들은 전송 범위내 자신의 멤버 노드들로부터 정보들을 수집하고, 수집된 정보들을 해수면에 떠 있는 부표에 전달한다.
- 제안된 알고리즘은 채널 고정형 TDMA 방식의 비효율적 채널사용과 랜덤 경쟁 방식의 충돌로 인한 채널과 에너지 낭비를 줄이는 보완 프로토콜이다.
- 제안하는 매체접속제어 프로토콜은 클러스터망 내에서 노드들을 거리에 따라 그룹화 하여 제어에 필요한 계산량을 최소화하고, 클러스터 헤드로부터 주어진 전송순서와 최적화된 대기시간을 사용하여 각 멤버노드들이 충돌 없이 클러스터헤드로 데이터를 전송하게 한다. 기존 TDMA (Time-Division Multiple Access)의 단점인 비효율적인 채널 사용과 네트워크 전체의 동기 문제 등을 보완하였고, 랜덤 경쟁 기반의 단점인 충돌로 인한 채널소비와 에너지 낭비를 보완하였다.
- 측정된 각 멤버노드들의 전파지연 시간을 바탕으로 클러스터헤드로부터 거리가 비슷한 노드들을 그룹화 하여 대기 시간 계산을 간단하게 한다.
- 측정된 각 멤버노드들의 전파지연 시간을 바탕으로 클러스터헤드로부터 거리가 비슷한 노드들을 그룹화 하여 대기 시간 계산을 간단하게 한다.
데이터처리
- 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확인하기 위하여 이론적 수식 (1)으로 얻은 결과와 비교하였으며 잘 일치하는 것을 확인하였다 이론적 수식은 어느 정도 비슷한 거리에 있는 노드들을 가정히여 계산한 값이므로 노드 수를 그림 2의 모델에서 클러스터 헤드에 가까운 30개의 노드 정도로 한정하여 시뮬레이션한 결과와 비교하였다.
이론/모형
- 본 논문에서의 제안된 프로토콜은 Matlab을 이용하여 성능을 분석하였다 네트워크 모델은 그림 2와 같으며 사용된 조건은 다음과 같다.
성능/효과
- To시간 최적화를 통해 전체 전송 시간 대 초기화 구간의 비율을 줄여 전송 효율을 높이고, 멤버노드들의 데이터전송 마다 가드타임을 고려하여 데이터 전송 과정에서의충돌율을 감소시켜 프로토콜의 성능 향상을 얻을 수 있다.
- 각 멤버노드들의 데이터 전송 시에 적절한 대기시간을 두어 충돌 확률을 줄였으며 그 결과 충돌로 낭비되는 에너지 효율성을 높일 수 있다.
- 본 논문에서는 경쟁 기반의 프로토콜과 TOMA 기반의 프로토콜의 단점들을 보완하여 수중환경에서도 네트워크 전체의 동기를 맞추지 않더라도 적절한 알고리즘을 통해 얻은 시간정보를 이용하여 데이터 패킷의 충돌을 최소화하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 하였다.
- 시뮬레이션 결과, 패킷 충돌율은 노드가 증가함에 따라 증가하였으며 100개의 노드에 대해 약 3%의 충돌율을나타내었다.
- 각각의 노드들은 클러스터헤드로부터 전송거리가 비슷한 것끼리 그룹형태로 분류하였다. 이렇게 노드들을 그룹으로 분류하면 제안된 프로토콜에서 클러스터헤드가 각 멤버노드의 대기 시간을 계산할 때 그룹단위로 할 수 있어 각 노드당 대기 시간을 계산 할 때보다 계산량을 줄일 수 있다
- 각각의 노드들은 클러스터헤드로부터 전송거리가 비슷한 것끼리 그룹형태로 분류하였다. 이렇게 노드들을 그룹으로 분류하면 제안된 프로토콜에서 클러스터헤드가 각 멤버노드의 대기 시간을 계산할 때 그룹단위로 할 수 있어 각 노드당 대기 시간을 계산 할 때보다 계산량을 줄일 수 있다
후속연구
- 본 논문에서는 100개의 클러스터 멤버노드에 대해 80% 이상의 참여노드율을 갖도록 To 값을 적용했으며 최적화 분석은 추후 진행 할 예정이다.
- 전송 효율 9盛에 가까운 성능을 보였으며, 앞으로 설계 조건 최적화를 통하여 성능 향상을 추진할 예정이다.
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