[논문]지능형 채널 할당 기법의 유비쿼터스 네트워크 및 무선 임베디드 시스템

박형근

doi:10.5762/kais.2011.12.3.1336

지능형 채널 할당 기법의 유비쿼터스 네트워크 및 무선 임베디드 시스템
Ubiquitous Network and Wireless Embedded System with Intelligent Channel Scheduling Method 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.3, 2011년, pp.1336 - 1340

초록
AI-Helper

서로 다른 응용을 위한 중복된 유비쿼터스 네트워크는 결국 어느 지점에서는 중복된 채널이 만들어 지며, 채널 혼선으로 인하여 전체 네트워크의 불안정뿐만 아니라, 보안 문제 그리고 기기 오작동 등의 심각한 문제를 야기 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 같은 지역내 다른 목적의 중복된 유비쿼터스용 ZigBee 네트워크간의 혼선 문제를 근본적으로 회피하기 위한 지능형 채널 할당 기법을 제안하고, 이러한 제안기법을 응용하여 무선 임베디드 시스템을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the efficient prevention of cross talk technique for basically avoiding the confusion problem between the overlapped ubiquitous network of the other object is developed within the same area. The intelligent unified wireless network remote meter reading system of the ubiquitous ZigBee base is developed based on this technology. Therefore, in this paper, each meter reading equipments managed the information of its own adjacent ZigBee channel. The intelligent network system steadily transmitting data a relay was developed based upon this information in each region through the flexible channel conversion technique.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

점점 더 그 적용분야가 확장되고 있는 이 시점에서 위와 같은 문제를 해결하기 위한 효율적인 기술의 개발이 시급하다. 따라서 본 논문에서는 위와 같은 동 지역내에 다른 목적의 중복된 유비쿼터스용 ZigBee 네트워크간의 혼선 문제를 근본적으로 회피하기 위한 효율적인 혼선 방지 기법을 제안하고, 이러한 제안기법을 응용하여 무선 통합 검침 시스템을 개발한다.
본 논문에서는 Zigbee 네트워크에서 특히, WPAN 구성시 중요한 비컨 충돌 문제를 해결하기 위한 다차원 채널 스케줄링 기법을 제안 하였다. 제안하는 방식에서는 초기에 후보 채널을 검색하고, 실시간으로 코디네이터에서 각 비활성 영역에서 다음에 사용될 깨끗한 채널을 검색하여, 만약 충돌이 발생하여 디바이스에 해당 비컨을 수신하지 못할 경우 소수의 메시지 교환만으로 해당 노드를 위한 새로운 채널에서의 통신을 가능케 한다.

제안 방법

또한[4]와 같은 reactive한 기법들은 한 비컨이 총돌 또는 간섭을 받고 이후에 회복하는데에 걸리는 시간이 상당히 길어지는 단점이 있다. 본 제안하는 방식은 기존의 proactive한 방식과 reactive방식을 결합한 하이브리드한 방식을 제안한다. 기본적으로 채널 이용률을 극대화 시키기 위해서 비활성 기간 동안 스캐닝을 수행함으로써 유동적으로 이용가능한 모든 채널을 사용한다.
제안된 기법의 성능을 평가하기 위해서 먼저 각 가정의 혼재된 검침기들을 통합하는 통합 대표 검침 시스템을 개발하였다. 두 개의 PAN 코디네이터와 두 개의 디바이스가 사용되었으며, 표 1은 성능 평가에 사용된 파라미터들의 값을 정의하고 있다.
본 논문에서는 Zigbee 네트워크에서 특히, WPAN 구성시 중요한 비컨 충돌 문제를 해결하기 위한 다차원 채널 스케줄링 기법을 제안 하였다. 제안하는 방식에서는 초기에 후보 채널을 검색하고, 실시간으로 코디네이터에서 각 비활성 영역에서 다음에 사용될 깨끗한 채널을 검색하여, 만약 충돌이 발생하여 디바이스에 해당 비컨을 수신하지 못할 경우 소수의 메시지 교환만으로 해당 노드를 위한 새로운 채널에서의 통신을 가능케 한다. 본 개념을 도입하면 복잡하게 존재하는 다수의 PAN 네트워크에서도 충돌에 대한 효율적인 회피가 가능하며, 성능평가에서는 비컨의 성공률, 회복 시간, 그리고 소비된 에너지의 측면에서 시뮬레이션을 통해 제안하는 방식의 우수성을 입증하였다.
제안하는 채널관리기법에서는 이러한 idle 기간에 코디네이터가 함께 idle상태로 가지 않고, 이 기간에 다른 후보 채널을 검색을 한다. 검색이 끝나면 다시 본래의 채널로 돌아와 비컨을 전송하고 정상적인 동작을 수행한다.

성능/효과

제안하는 방식에서는 초기에 후보 채널을 검색하고, 실시간으로 코디네이터에서 각 비활성 영역에서 다음에 사용될 깨끗한 채널을 검색하여, 만약 충돌이 발생하여 디바이스에 해당 비컨을 수신하지 못할 경우 소수의 메시지 교환만으로 해당 노드를 위한 새로운 채널에서의 통신을 가능케 한다. 본 개념을 도입하면 복잡하게 존재하는 다수의 PAN 네트워크에서도 충돌에 대한 효율적인 회피가 가능하며, 성능평가에서는 비컨의 성공률, 회복 시간, 그리고 소비된 에너지의 측면에서 시뮬레이션을 통해 제안하는 방식의 우수성을 입증하였다.
패킷 에러율은 전체 받은 패킷에 대해 간섭 때문에 드랍된 패킷의 비율을 나타낸다. 본 관찰결과에서 전송 성공률은 에러율이 0일때 98.2%의 높은 성공률을 보인다. 또한 전송 에러율이 20%대에서도 77.
하지만, 충돌이 발생한 이후에 다소의 급격한 소모 이후에 다시 원상태로 돌아온다. 이에 비해 제안하는 방식을 따르는 Zigbee 네트워크는 충돌 또는 간섭에 대해 효율적으로 대처하면서도 거의 일관적인 에너지 소비가 가능하다.
14%의 성공률을 보장할 수 있다. 전송 에러에 대한 비컨 손실을 고려할 때 제안하는 방식을 채택한 디바이스는 비컨 프레임의 3.86%만이 손실이 되는 것을 알 수 있다.
그림 6은 코디네이터에서의 증가되는 시간에 대한 전체 소비된 전력을 관찰한 결과를 보인다. 제안하는 방식을 따르는 코디네이터의 소비전력은 일반적인 Zigbee 네트워크에서보다 다소 많은 파워를 소비한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Zigbee 네트워크에서 WPAN 구성 시 중요한 비컨 충돌 문제를 해결하기 위한 다차원 채널 스케줄링 기법을 제안한 결과는?	본 논문에서는 Zigbee 네트워크에서 특히, WPAN 구성시 중요한 비컨 충돌 문제를 해결하기 위한 다차원 채널 스케줄링 기법을 제안 하였다. 제안하는 방식에서는 초기에 후보 채널을 검색하고, 실시간으로 코디네이터에서 각 비활성 영역에서 다음에 사용될 깨끗한 채널을 검색하여, 만약 충돌이 발생하여 디바이스에 해당 비컨을 수신하지 못할 경우 소수의 메시지 교환만으로 해당 노드를 위한 새로운 채널에서의 통신을 가능케 한다. 본 개념을 도입하면 복잡하게 존재하는 다수의 PAN 네트워크에서도 충돌에 대한 효율적인 회피가 가능하며, 성능평가에서는 비컨의 성공률, 회복 시간, 그리고 소비된 에너지의 측면에서 시뮬레이션을 통해 제안하는 방식의 우수성을 입증하였다.
	ZigBee 네트워크는 어떤 기능을 수행하는가?	4의 제정과 더불어 이를 기반으로 한 ZigBee 네트워크는 각 가정에서의 무선 홈네트워크를 구성하기 위한 가장 효율적인 무선 기술로 자리매김을 하고 있다[1]. 단일 채널로 모든 데이터 통신을 수행하는 ZigBee 네트워크에서 특히 각 네트워크 간에 같은 채널 사용에 의한 혼선은 단순한 네트워크 불안정 뿐만 아니라, 보안 문제 또는 기기 오작동 등의 심각한 문제를 야기시킬 수 있다. 그리하여, 현재 ZigBee 표준에서는 각 가정의 PAN 코디네이터(coordinator)를 중심으로 초기에 사용 가능 채널을 검색하고, 적절한 채널을 선택하여 자신의 네트워크를 형성하고, 해당 채널을 통해 모든 데이터들을 주고받는 방식을 사용하고 있다.
	ZigBee 네트워크는 무엇으로 자리매김 하고 있는가?	15.4의 제정과 더불어 이를 기반으로 한 ZigBee 네트워크는 각 가정에서의 무선 홈네트워크를 구성하기 위한 가장 효율적인 무선 기술로 자리매김을 하고 있다[1]. 단일 채널로 모든 데이터 통신을 수행하는 ZigBee 네트워크에서 특히 각 네트워크 간에 같은 채널 사용에 의한 혼선은 단순한 네트워크 불안정 뿐만 아니라, 보안 문제 또는 기기 오작동 등의 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.

참고문헌 (4)

IEEE Std 802.15.4, "Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)," IEEE Standard for Information Technology, 2006.
Steibeis-Transfer Centre, "Compatibility of IEEE802.15.4 (Zigbee) with IEEE802.11 (WLAN), Bluetooth, and Microwave Ovens in 2.4 GHz ISM-Band," http://www.ba-loerrach.de
C. Won, J.-H. Youn, H. Ali, H. Sharif, and J. Deogun. "Adaptive radio channel allocation for supporting coexistence of 802.15.4 and 802.11b," In Proceedings of the 62nd IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2005-Fall), September 2005.
Sofie Pollin, Mustafa Ergen, Antoine Dejeonghe, "Distributed Cognitive Coexistence of 802.15.4 With 802.11", white paper in University of California, 2006.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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