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관심 대상모니터링 네트워크에서의 중복된 감지-보고 패킷들의 발생 억제에 관한 연구
On Suppressing the Occurrence of Redundant Sensing-Reporting Packets in Assets Monitoring Networks 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.13 no.9, 2009년, pp.1955 - 1963  

차영환 (상지대학교 컴퓨터정보공학부)

초록
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무선 센서 네트워크를 이용하여 관심 대상의 출현을 모니터링 하는 응용에서는 동일 사실에 대해 여러 노드로부터 중복된 보고가 이루어져 네트워크 대역폭의 낭비와 관련 노드들의 전력 소모를 야기 할 수 있다. 이 논문에서는 대상을 감지한 각각의 노드로 하여금 일정 기간 동안 대기하면서 보고 제한을 알리는 DRP(Don't Report Packet) 패킷을 수신하지 않는 경우에만 싱크(기지국)로 감지 사실을 보고하는 기법을 제시한다. 제한 깊이가 2인 경우 DRP 전파 비용은 물론, 감지 사실을 알리는 보고 비용 역시 최소가 되어 가장 경제적인 통신이 가능하였다. DRP 전파 깊이를 1로 제한하면 최소 2개의 서로 다른 경로를 경유하는 감지 보고가 가능하여 전달의 신뢰성을 높일 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the application of wireless sensor networks to monitor valuable assets under concern, the appearance of a certain asset can be identified and reported simultaneously by several adjacent nodes, and this may dissipate the power of related nodes and network bandwidth as well. In the proposed method,...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 감축하는 제어 방법을 제안하였다. 대상을 감지한 노드로 하여금 일정 기간동안대기하면서 보고 제한을 알리는 패킷 DRP를 수신하지 않는 경우에 한하여 DRP를 생성하여 이웃 노드들로 전송하고 싱크(기지국) 로 감지 사실을 알리는 패킷 ARP를 보고하도록 하였다. 시뮬레이션을 통해 DRP의 전달 깊이가 2인 경우 관리비용(중복억제 비용-)이 최소가 되었고 보고 비용(데이터 비용)은 깊이가2부터 이후 최소가 됨을 확인하였다、 따라서 DRP의 전달 깊이가2인 경우 전체적으로는 가장 경제적인 통신이 가능하여 네트워크 대역폭의 낭비와 관련 노드들의 전력 소모를 줄일 수 있을 것으로 기 대된다.
  • 가정 한다). 이 논문에서는 라우팅 프로토콜과 관계없이 관리 대상의 출현을 감지한 노드들 간의 일정한 조정 절차를 통해 중복된 감지-보고 패킷이 적게 발생하도록 한다. 이 상적 으로는 대 상마다 오직 하나의 감지 -보고 패킷이 발생되면 된다.
  • 이 논문에서는 무선 센서 네트워크에 있어서 관리 대상의 출현에 따라 여러 개의 노드들로부터 중복된 감지-보고를 감축하는 제어 방법을 제안하였다. 대상을 감지한 노드로 하여금 일정 기간동안대기하면서 보고 제한을 알리는 패킷 DRP를 수신하지 않는 경우에 한하여 DRP를 생성하여 이웃 노드들로 전송하고 싱크(기지국) 로 감지 사실을 알리는 패킷 ARP를 보고하도록 하였다.
  • 이 논문은 이와 같이 무선 센서 네트워크에서의 중복된 감지-통보 패킷들의 발생을 줄이기 위한 방법에 관한 것이다. 편의상, 어떤 이벤트를 감지한 노드를“근원 지 (source) 노드”라 칭 하고, 감지 된 내용을 싱 크로 전달하는 근원지 노드를 “보고(reporting) 노드'로 구분한다.

가설 설정

  • 3) 감지 대상의 위치나 좌표 등을 담아서 보낸다면 오직 하나의 감지-보고 패 킷만을 전달하는 것만으로도 충분할 것이다(여기서, 일단 생성된 감지-보고 패킷은 오류 없이 안전하게 라우팅 프로토콜에 의해 목적지 3로 전달됨을 가정 한다). 이 논문에서는 라우팅 프로토콜과 관계없이 관리 대상의 출현을 감지한 노드들 간의 일정한 조정 절차를 통해 중복된 감지-보고 패킷이 적게 발생하도록 한다.
  • [그림 1]과 같이 관리 대상이 “곰”인 경우, 이의 출현을 보고하는 센서 네트워 크를 가정 하자. 곰을 a로 표기하고 이 의 출현에 따라(즉, 굴로부터 나왔다던가 아니면다른 곳으로부터 이동해 온 경우) a로부터 감지 거리 r 이 내에 존재하는 센서 노드 S0, Sl, S2, S3로부터 “a의 출현이 감지되었다''는 감지-보고 패킷 4개가 생성되어 기지국(싱 크 노드) Z, 로 전달된다.
  • 고려하였다. 관리 대상 역시 무작위로 생성하였고 관리 대상으로부터 가장 근접한 노드가 제일 먼저 출현 사실을 감지 함을 가정 하였다. 기 지 국(싱 크 노드)와 관리대상을 발견한 근원지 사이의 평균 길이는 기본적으로 60홉을 가정하였다.
  • 관리 대상 역시 무작위로 생성하였고 관리 대상으로부터 가장 근접한 노드가 제일 먼저 출현 사실을 감지 함을 가정 하였다. 기 지 국(싱 크 노드)와 관리대상을 발견한 근원지 사이의 평균 길이는 기본적으로 60홉을 가정하였다. 측정 결과는 모두 1,000번의 시뮬레이션 측정치에 대한 평균을 취하였다.
  • 모든 패킷에는 발행 순서 번호가 있어 중복수신 여부를 가름할 수 있어 동일 패킷은 한번만 수신함을 가정한다. 기호a는 감시 대상을, 기호/?는 기지국즉, 싱크노드를 나타내며, 대상 a의 출현을 발견한 노드는 기호 °로나타낸다.
  • 본 연구의 시뮬레이션에서는 1\曲 값이 21 보다 크게 적절하게 설정되어 있음을 가정하였다. 실제로 이 값은 어떻게 정하느냐에 따라가DRP 패킷은 물론 ARP 패킷의 수가 달라질 수 있다.
  • 시뮬레 이션 동안의 트래픽으로 인한 큐잉 문제나 손실 등은 전혀 없음을 가정하였다. 사용된 주요 파라미 터들과그 값은 [표 2] 와 같다.
  • 이 논문에서는 센서 네트워크가 보호 동물의 출현을모니터 링하거나 전장에서의 적의 출현을 감지하는 응용과 같이 어떤 관심 대상들의 돌발적 출현을 감지하는목적 의“관심 대상 모니 터 링 네트워 크”인 경우를 가정 한다. 제안된 방안은 MAC(Medium Access Control) 계 층의프로토콜을 확장하거나 네트워크 계층의 라우팅 프로토콜을 확장하는 기존의 접근 방식들과는 달리 어떠한 MAC 계층이나 라우팅 프로토콜에서도 수용할 수 있는독립적 인 프로토콜로 설계하였다.
  • 각 노드 V는 자신으로 부터 홉 거리 이내의 이웃 노드들의 집합을 M(v)로 나타낼 때, “WM(v)인 모든 "의 좌표 값을 알고있다고 가정한다(이는 neighbor discovery protocol[17] 등과 같은 프로토콜을 이용하여 이웃 노드들과의 자신의 이 웃 노드들의 리 스트를 서로 교환함으로써 가능하다). 즉, 각각의 노드 V는 자신으로부터 물리 적으로 거리가 2r 이내인 모든 노드들의 좌표 값을 알 고 있다고가정 한다. N(v)의 기호를 사용하되 村1인 경우에는 편의상 첨자 1을 생략하여 M(v)대신 N(v)을 사용한다.
  • 프로토콜의 핵심을 간결하게 나타내기 위해 모든 노드 V는 자신의 좌표 Lp=(xv, 处)를 알고 있다고 가정 한다. 임의 두 노드 V와 "에 대해 전송 거리「을 고려할 때 圈-시Mr이 면 V와 u는 이웃하다고 한다.
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참고문헌 (17)

  1. J. Yick, B. Mukherjee, and D. Ghosal, 'Wireless sensor network survey,' Computer Networks, Vol. 52, No.12, pp.2292-2330, 2008 

  2. P. Kamat, Y. Zhang, W. Trappe, and C.l Ozturk, "Enhancing source-location privacy in sensor network routing," Proc. of the 25th IEEE International Conference on Distributed Computing Systems, pp.599-608, 2005 

  3. M.C. Vuran, O.B. Akan, and I.F. Akyildiz, "Spatio-temporal correlation: theory and applications for wireless sensor networks," Computer Networks, Vol.45, No.3, pp.245-259, 2004 

  4. M.C. Vuran and I.F. Akyildiz, "Spatial correlation- based collaborative medium access control in wireless sensor networks," IEEE/ACM Transactions on Networking, Vo.14, No.2, pp.316-329, 2006 

  5. F. Bouabdallah, N. Bouabdallah, and R. Boutaba, "Toward reliable and efficient reporting in wireless sensor networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol.7, No.8, pp.978-994, 2008 

  6. L. Zhong, R. Shah, C. Guo, and J. Rabaey, "An ultra-low power and distributed access protocol for broadband wireless sensor networks," IEEE Broadband Wireless Summit, 2001 

  7. L. Chitnis, A. Dobra, and S. Ranka "Aggregation methods for large-scale sensor networks," ACM Transactions on Sensor Networks, Vol. 4, No. 2, 9:1-9:32, 2008 

  8. K.-W. Fan, S. Liu, P. Sinha, "Scalable data aggregation for dynamic events in sensor networks," Proc. of the 4th ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys'06), pp.181-194, 2006 

  9. C. Intanagonwinwat, R. Govindan, and D. Estrin, "Directed diffusion: a scalable and robust communication paradigm for sensor networks," Proc. of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, pp.56-67, 2000 

  10. The Working Group for WLAN Standards (http://www.ieee802.org/11/) 

  11. IEEE 802.15 Working Group for WPAN (http://www.ieee802.org/15) 

  12. C. Intanagonwinwat, D. Estrin, R. Govindan, and J. Heidemann, "Impact of network density on data aggregation in wireless sensor networks," Proc. of the 22nd International Conference on Distributed Computing Systems, pp.457, 2002 

  13. M. Garey, D. Johnson, Computers and intractability: a guide to the theory of NP-completeness , Freeman, San Francisco, CA, 1979 

  14. A.-F. Harris III, Robin Kravets, Indranil Gupta, "Building trees based on aggregation efficiency in sensor networks," Ad Hoc Networks, Vol.5, No.8, pp.1317-1328, 2007 

  15. IETF RFC 3344(Mobile IPv4) and RFC 3775(Mobile IPv6) (http://www.ietf.org/rfc.html) 

  16. B. Karp and H.-T. Kung, "Greedy perimeter stateless routing for wireless networks," Proc. of the 6th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking, pp. 243-254, 2000 

  17. S.-A. Borbash, A. Ephremides, and M.-J. McGlynn, "An asynchronous neighbor discovery algorithm for wireless sensor networks," Ad Hoc Networks, Vol.5, pp.998-1016, 2007 

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