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무선 센서 네트워크에서 지연과 버스티 트래픽에 적합한 MAC 프로토콜
A Delay Efficient and Bursty Traffics Friendly MAC Protocol in Wireless Sensor Networks 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.20 no.2, 2017년, pp.254 - 260  

김혜윤 (Dept. of Computer Science, SangMyung University) ,  김성철 (Dept. of Computer Science, SangMyung University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Data packets from sensor nodes scattered over measuring fields are generally forwarding to the sink node, which may be connected to the wired networks, in a wireless sensor network. So many data packets are gathered near the sink node, resulting in significant data packet collisions and severe trans...

주제어

#Delay   #Bursty Traffics   #Duty-cycle   #Energy Efficient MAC Protocol   #WSNs  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 물체 이동과 같은 응용에서 이벤트가 발생하였을 경우 센서 노드에서 많은 데이터를 생성하는 경우와 싱크 노드 주변의 노드들처럼 버스티한 데이터를 전송해야 할 때 전송 지연을 줄이는 새로운 프로토콜을 제안하였다. 새로운 프로토콜에서는 슬롯 예약 메커니즘과 Sleep 구간 확장 기능을 가지고 있어서 버스티한 데이터 전송을 효율적으로 처리할 수 있다.
  • 그러나 Funneling-MAC 프로토콜에서 각 센서 노드들은 소스 노드 및 홉 수 정보를 가지고 있어야 되므로 이를 해결하기 위한 복잡한 알고리즘을 필요로 하는 문제점을 가진다. 본 논문에서는 이러한 기존의 프로토콜에서의 문제점을 해결하며 많은 데이터가 한꺼번에 생성되는 환경에서 지연과 에너지 효율적인 DEBF-MAC(Delay Efficient and Bursty Traffic Friendly MAC) 프로토콜을 제안한다. DEBF-MAC 프로토콜에서는 Sleep 구간에서 전송된 데이터 패킷의 충돌 없는 전송을 지원하기 위해 슬롯 예약 메커니즘을 가진다.
  • 따라서 이와 같은 응용에 적합한 전송 메커니즘은 데이터 발생이 적을 때와 많은 때를 구분하여 이에 맞도록 적절히 전송하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 이와 같은 응용에 적합하면서, 특히 싱크 노드에서 데이터 집중 현상에 적합한 프로토콜을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 DEBF-MAC 프로토콜에서는 SR-MAC에서 사용되었던 SRF(slot-reserved frame)을 수정하여 사용한다.

가설 설정

  • 성능 비교의 용이성을 위해 하나의 프레임에 할당되는 슬롯의 개수 M은 10개로 하였고, sleep 확장은 최대 3으로 하였다. 또한 이벤트 발생 시 노드에서 생성되는 데이터 패킷의 수는 9개로부터 16개까지 임의로 발생하였다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 센서 네트워크란 무엇인가? 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks, WSNs)는 다량의 무선 센서 노드들을 응용의 목적에 따라 필요지역에 배포하여 온도, 습도, 산불 감지, 생태계 감시, 물체 이동 검출 등의 정보를 수집하여 최종 싱크 노드로 측정된 정보를 전달하는 효율적인 네트워크이다. 최근에는 무선 통신 기술, 임베디드 시스템, 센서 기술 등의 발달로 인하여 위에서 언급한 환경 모니터링 뿐 만 아니라 국방과 산업 전체에 걸쳐 그 활용이 증가하고 있다.
funneling 효과란 무엇인가? 일반적으로 WSN은 애드 혹(ad hoc) 구조를 가지며, 각 센서 노드에서 수집된 데이터들을 여러 싱크 노드 방향의 센서 노드들을 거쳐 최종적으로 싱크 노드로 전송한다[6-7]. 이와 같은 특성으로 인하여 싱크 노드에 인접한 센서 노드들에게 여러 노드들로부터 받은 데이터가 집중되기 때문에 싱크 노드 주변 노드들은 전송해야 할 많은 데이터를 가지게 된다. 이를 funneling 효과[5]라 부르는 데, 이러한 전송 데이터 트래픽의 증가로 인하여 싱크 노드 주변에서 데이터 패킷의 충돌, 혼잡 및 손실이 다른 곳에서보다 더 빈번히 발생할 수 있다.
WSN의 전송과정은 무엇인가? 따라서 지금까지 많은 WSN에 대한 연구들은 초기에 장착된 배터리를 효율적으로 사용하기 위한 방법에 대해 집중되어 왔다[1-4]. 일반적으로 WSN은 애드 혹(ad hoc) 구조를 가지며, 각 센서 노드에서 수집된 데이터들을 여러 싱크 노드 방향의 센서 노드들을 거쳐 최종적으로 싱크 노드로 전송한다[6-7]. 이와 같은 특성으로 인하여 싱크 노드에 인접한 센서 노드들에게 여러 노드들로부터 받은 데이터가 집중되기 때문에 싱크 노드 주변 노드들은 전송해야 할 많은 데이터를 가지게 된다.
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참고문헌 (10)

  1. U.A. Patil, V.M. Smita, and B.J. Suma, "A Survey: MAC Layer Protocol for Wireless Sensor Networks," International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Vol. 3, pp. 203-211, 2013. 

  2. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, "An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks," Proceedings of the 21st Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies, Vol. 3, pp. 1567-1576, 2002. 

  3. T.V. Dam and K. Langendoen, "An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks," Proceedings of the First International Conference on Embedded NetWorked Sensor Systems, pp. 171-180, 2003. 

  4. Y. Sun, O. Gurewitz, and D.B. Johnson, "RIMAC: A Receiver-Initiated Asynchronous Duty Cycle MAC Protocol for Dynamic Traffic Loads in Wireless Sensor Networks," Proceeding of the 6th ACM Conference on Embedded Network Sensor Systems, pp. 1- 14, 2008. 

  5. G. Ahn, E. Miluzzo, A.T. Campbell, S.G. Hong, and F. Cuomo, "Funneling-MAC: A Localized, Sink-Oriented MAC for Boosting Delity in Sensor Networks," Proceeding of ACM Conference Embedded Networked Sensor Systems, pp. 293-306, 2006. 

  6. H.Y. Kim, S.C. Kim, J.H. Jeon, and J.J. Kim, "Traffic Adaptive Wakeup Control Mechanism in Wireless Sensor Networks," Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 17, No. 6, pp. 681-686, 2014. 

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  7. V. Nguyen, M. Gautier, and O. Berder, "FTAMAC: Fast Traffic Adaptive Energy Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks," Proceeding of Enterprise Application Integration International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks, pp. 207- 219, 2016. 

  8. S. Du, A. Saha, and D. Johnson, "RMAC: A Routing-Enhanced Duty-Cycle MAC Protocol for Wireless Sensor Networks," Proceedings of the 26th Annual IEEE Conference on Computer Communications, pp. 1478-1486, 2007. 

  9. Y. Sun, S. Du, O. Gurewitz, and D. Johnson, "DW-MAC: A Low Latency, Energy Efficient Demand Wakeup MAC Protocol for Wireless Sensor Networks," Proceedings of the Ninth ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing, pp. 53-62, 2008. 

  10. H. Tang, J. Cao, X. Liu, and C. Sun, "SRMAC: A Low Latency MAC Protocol for Multi-Packet Transmission in Wireless Sensor Networks," Journal of Computer Science and Technology, Vol. 28, No. 2, pp. 329-342, 2013. 

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