[논문]센서 네트워크에서 전력소모와 지연시간 개선을 위한 MAC 계층 프로토콜 연구

신재관; 박동찬; 김석찬

doi:10.7840/kics.2015.40.2.366

센서 네트워크에서 전력소모와 지연시간 개선을 위한 MAC 계층 프로토콜 연구
MAC Layer Protocol for Improvement in Power Consumption and Time Delay in a Sensor Network 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.2, 2015년, pp.366 - 368

신재관 (Pusan National University, Department of Electrical and Computer Engineering) , 박동찬 (Pusan National University, Department of Electrical and Computer Engineering) , 김석찬 (Pusan National University, Department of Electrical and Computer Engineering)

초록
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이 논문은 재난감지 시스템과 같이 비주기적 패킷이 발생하는 센서 네트워크를 위한 MAC 프로토콜을 제안한다. 기존 무선 센서 네트워크에 사용되던 B-MAC은 짧은 지연시간을 가지지만 과도한 프리엠블과 오버히어링으로 인한 전력손실이 발생하며, S-MAC은 동기화로 인한 전력소모가 많은 단점을 가진다. 따라서 이 논문에서는 S-MAC의 전력 소모를 개선하고 B-MAC의 오버헤드와 오버히어링을 개선한 H-MAC을 제안하고 성능을 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a MAC protocol for sensor networks such as disaster detection system which generate the non-periodic packet. B-MAC has been used to solve delay problem for sensor networks, however, the power loss occurs due to excessive preamble and over-hearing. In contrast, S-MAC has a number of drawbacks in power consumption due to synchronization. In this paper, we propose H-MAC and analyze its performance which has improved power consumption compared to S-MAC and overhead and over-hearing compared to B-MAC.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 기존 S-MAC, B-MAC의 프로토콜 구성과 장단점을 알아보고, 이를 개선하는 새로운 MAC 프로토콜을 제안한다.
이 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 S-MAC의 전력 소모를 개선하고 B-MAC의 오버헤드와 오버히어링을 개선한 H-MAC을 제안하고 성능을 분석하였다.

제안 방법

S-MAC의 단점인 지연시간을 해결하기 위해 Power-On 상태 중간에 LPL 모드로 진입하여 채널 상태를 확인한다. 이때 LPL 모드는 B-MAC의 LPL모드와 같아 짧은 체크 인터벌로 매우 짧은 지속 시간 동안 진입하여 채널 상태를 체크한다.
본 논문에서 제안하는 H-MAC은 그림 1과 같이 매우 긴 체크 인터벌을 가지는 S-MAC 프로토콜을 기반으로 인터벌 중간에 보다 짧은 간격의 LPL 모드를 이용한다.
이 장에서는 앞서 언급한 2가지 MAC 프로토콜의 단점인 긴 지연시간과 송신 노드의 과도한 소모 전력을 개선한 H-MAC (Hybrid Sensor MAC)을 제안한다.

데이터처리

제안한 H-MAC 프로토콜의 성능을 분석하기 위하여 기존의 S-MAC, B-MAC과 같은 체크 인터벌시의 송신기와 수신기 각각의 소모전력, 전체 시스템의 소모전력 평균값 등을 비교, 분석한다.

이론/모형

이를 개선하기 위해 제안된 알고리즘이 S-MAC 프로토콜이다. S-MAC은 무선 센서 네트워크의 대표적인 동기식 프로토콜로서 각 노드가 Power-On 상태로 전환되는 시점이 일치하도록 동기화한다.

후속연구

이 논문에서 제안한 H-MAC은 패킷 구조를 변경하고, Power-On 상태 내부의 고정된 구조를 변경한다면 더욱 효율을 높일 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	센서 네트워크는 주로 어떻게 불리는가?	센서 네트워크란 센서를 노드로 만들어 네트워크로 구성한 것이다. 주로 무선으로 구성되어 WSN (Wireless Sensor Network)라고도 불린다. 대부분의 센서 네트워크 시스템은 주기적으로 수집된 데이터를 전송한다.
	센서 네트워크가 가져야하는 특성은?	대부분의 센서 네트워크 시스템은 주기적으로 수집된 데이터를 전송한다. 센서 네트워크의 가장 큰 특징은 배터리로 동작하므로 전력 소모가 낮아야 한다는 것이다. 따라서 전력소모량을 줄이는 여러 MAC(Media Access Protocol) 프로토콜들이 소개되었는데, S-MAC(SensorMAC)과 B-MAC(Berkely-MAC)이 대표적이다[1-6].
	B-MAC 프로토콜과 S-MAC을 비교한 결과는?	따라서 B-MAC 프로토콜의 경우 S-MAC에 비해 같은 체크 인터벌에서 시스템 전체 소모 전력을 줄일수 있다는 장점이 있지만, 긴 Preamble 신호로 인해 송신기의 소모 전력이 매우 과도한 단점이 있다. 이 문제점은 각 노드들의 전력소모 불균형을 일으킬 수 있다.

참고문헌 (6)

J. Polastre, J. Hill, and D. Culler, "Versatile low power media access for wireless sensor networks," in Proc. ACM SenSys '04, pp. 95- 107, 2004.
P. Baronti, P. Pillai, V. W. Chook, S. Chessa, A. Gotta, and Y. F. Hu, "Wireless sensor networks: A survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBee standards," J. Comput. Commun., vol. 30, no. 7, pp. 1655-1695, May 2007.

상세보기
H. Karl and A. Willig, Protocols and architectures for wireless sensor networks, NY: John Wiley & Sons, 2007.
Q. Ren and W. Guo, "A novel medium access control (MAC) protocol for ad hoc network," in Proc. AINA '03, pp. 521-524, Mar. 2003.
H. Oh and H. Song, "Design of energy efficient MAC protocol for delay sensitive application over wireless sensor network," J. KICS, vol. 34, no. 11, pp. 1169-1177, Nov. 2009.
K.-H. Byun, C.-H. Yoon, and S.-H. Kim, "Performance of asynchronous MAC with an efficient preamble sampling scheme for wireless sensor networks," J. IEEK, vol. 45, no. 1, pp. 70-77, Jan. 2008.

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