무선 인체 영역 네트워크 표준인 IEEE 802.15.6은 의료 데이터뿐만 아니라 신체활동, 스트리밍, 멀티미디어 게임과 같은 생활정보 및 엔터테인먼트 등의 비-의료 데이터를 함께 전송하는 것을 목표로 한다. 이러한 데이터의 전송을 수행하는 서비스들은 매우 다양한 데이터 전송률을 가지며 공유 전송 매체에 접근하는 간격 및 연속적으로 접근하는 횟수의 분포가 다양하게 나타난다. 서로 다른 전송률을 가진 다수의 노드가 공유 전송 매체에 접근할 때 효율적인 충돌 방지 및 전송 매체 할당을 수행해야 한다. IEEE 802.15.6 표준의 CSMA/CA매체 접근 제어 방법은 공유 매체에 접근을 분산시키고 충돌을 회피하기 위해 부가적인 제어 패킷을 전송하며, 전송대기 상태의 센서 노드도 채널의 상태를 계속 확인한다. 이는 추가적인 오버헤드 발생으로 인한 에너지 비효율적인 측면을 보인다. 이러한 단점은 무선 인체 영역 네트워크의 저전력, 저 계산비용 요구사항과 상충하며, 효율적인 무선 인체 영역 네트워크 운용을 위해서는 이러한 오버헤드를 최소화하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 각 센서 노드가 생성하는 데이터양에 따라 공유 전송 매체에 접근하는 시간 간격을 조절하여 전송을 시도하는 매체 접근 스케줄링 기법과 데이터 우선순위로 인한 전송 양보가 발생한 센서 노드의 우선순위를 다음 전송 성공 시까지 일시적으로 조절하여 공정성을 보장하는 우선순위 조절 알고리즘을 제안한다.
무선 인체 영역 네트워크 표준인 IEEE 802.15.6은 의료 데이터뿐만 아니라 신체활동, 스트리밍, 멀티미디어 게임과 같은 생활정보 및 엔터테인먼트 등의 비-의료 데이터를 함께 전송하는 것을 목표로 한다. 이러한 데이터의 전송을 수행하는 서비스들은 매우 다양한 데이터 전송률을 가지며 공유 전송 매체에 접근하는 간격 및 연속적으로 접근하는 횟수의 분포가 다양하게 나타난다. 서로 다른 전송률을 가진 다수의 노드가 공유 전송 매체에 접근할 때 효율적인 충돌 방지 및 전송 매체 할당을 수행해야 한다. IEEE 802.15.6 표준의 CSMA/CA 매체 접근 제어 방법은 공유 매체에 접근을 분산시키고 충돌을 회피하기 위해 부가적인 제어 패킷을 전송하며, 전송대기 상태의 센서 노드도 채널의 상태를 계속 확인한다. 이는 추가적인 오버헤드 발생으로 인한 에너지 비효율적인 측면을 보인다. 이러한 단점은 무선 인체 영역 네트워크의 저전력, 저 계산비용 요구사항과 상충하며, 효율적인 무선 인체 영역 네트워크 운용을 위해서는 이러한 오버헤드를 최소화하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 각 센서 노드가 생성하는 데이터양에 따라 공유 전송 매체에 접근하는 시간 간격을 조절하여 전송을 시도하는 매체 접근 스케줄링 기법과 데이터 우선순위로 인한 전송 양보가 발생한 센서 노드의 우선순위를 다음 전송 성공 시까지 일시적으로 조절하여 공정성을 보장하는 우선순위 조절 알고리즘을 제안한다.
IEEE 802.15.6 standard, a Wireless Body Area Network, aims to transfer not only medical data but also non-medical data, such as physical activity, streaming, multimedia game, living information, and entertainment. Services which transfer those data have very various data rates, intervals and frequen...
IEEE 802.15.6 standard, a Wireless Body Area Network, aims to transfer not only medical data but also non-medical data, such as physical activity, streaming, multimedia game, living information, and entertainment. Services which transfer those data have very various data rates, intervals and frequencies of continuous access to a medium. Therefore, an efficient anti-collision operations and medium assigning operation have to be carried out when multiple nodes with different data rates are accessing shared medium. IEEE 802.15.6 standard for CSMA/CA medium access control method distributes access to the shared medium, transmits a control packet to avoid collision and checks status of the channel. This method is energy inefficient and causes overhead. These disadvantages conflict with the low power, low cost calculation requirement of wireless body area network, shall minimize such overhead for efficient wireless body area network operations. Therefore, in this paper, we propose a medium access scheduling scheme, which adjusts the time interval for accessing to the shared transmission medium according to the amount of data for generating respective sensor node, and a priority control algorithm, which temporarily adjusts the priority of the sensor node that causes transmission concession due to the data priority until next successful transmission to ensure fairness.
IEEE 802.15.6 standard, a Wireless Body Area Network, aims to transfer not only medical data but also non-medical data, such as physical activity, streaming, multimedia game, living information, and entertainment. Services which transfer those data have very various data rates, intervals and frequencies of continuous access to a medium. Therefore, an efficient anti-collision operations and medium assigning operation have to be carried out when multiple nodes with different data rates are accessing shared medium. IEEE 802.15.6 standard for CSMA/CA medium access control method distributes access to the shared medium, transmits a control packet to avoid collision and checks status of the channel. This method is energy inefficient and causes overhead. These disadvantages conflict with the low power, low cost calculation requirement of wireless body area network, shall minimize such overhead for efficient wireless body area network operations. Therefore, in this paper, we propose a medium access scheduling scheme, which adjusts the time interval for accessing to the shared transmission medium according to the amount of data for generating respective sensor node, and a priority control algorithm, which temporarily adjusts the priority of the sensor node that causes transmission concession due to the data priority until next successful transmission to ensure fairness.
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문제 정의
6 표준 방식의 경쟁 윈도우를 적용할 경우에 전송 지연시간이 너무 길어져 데이터의 전송을 보장하지 못할 수 있다. 따라서 매체 접근 스케줄링 기법의 에너지 효율을 보장하면서 효과적으로 경쟁 기반의 랜덤 액세스 충돌을 줄이기 위해서, 기존의 CSMA/CA 슬롯을 수정하여 캐리어 센싱을 통한 CCA 구간을 에너지 검출 구간으로 대체하여 사용하는 충돌 회피 방법을 제안 한다. 에너지 검출 방식은 캐리어 센싱 방식에 비해 무선 샘플을 수신하여 디코딩하지 않고 단순히 그 순간의 신호 강도만을 측정하기 때문에 에너지 검출 방식이 간단하며 빠르게 채널의 유휴 상태를 파악하기에도 적절 하다.
효율적인 무선 인체 영역 네트워크 운용을 위해서는 전송을 위한 매체 접근에 소모되는 오버헤드를 최소화 하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 각 센서 노드가 생성하는 데이터의 양에 따라 공유 전송 매체에 접근하는 시간 간격을 조절하여 전송을 시도함으로써 전송 대기 상태의 센서 노드의 연속적인 채널 상태 확인을 줄이는 매체 접근 스케줄링 기법을 제안한다.
본 논문에서는 기존 CSMA/CA 방법의 에너지 비효율을 개선하는 방법을 제안하였다. CSMA/CA는 공유 전송 매체에 접근을 분산시키고 충돌을 회피하기 위하여 전송 대기 상태의 센서 노드가 채널의 상태를 계속 확인한다.
본 논문에서는 전송 충돌을 방지하면서 전송 대기 상태 센서 노드의 연속된 채널 유휴 상태 감지로 인한 오버헤드를 최소화하여 네트워크의 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 혼합 트래픽 환경을 위한 트래픽 적응형 전송 스케줄링 기법을 제안한다.
가설 설정
본 논문에서 제안한 알고리즘들은 단일 홉 구조의 무선 인체 영역 네트워크 환경을 가정하였다. 향후 무선 네트워크 서비스의 발전에 맞추어 복잡한 네트워크 토폴로지를 갖는 서비스들이 증가한다면 이러한 서비스들을 위한 다중 홉 환경에 적합한 알고리즘으로 확장하여 적용할 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이다
제안 방법
백오프 카운터 값을 결정한 뒤에는 전송 채널을 사용할 수 있는지 여부를 가리기 위해 SIFS 시간만큼 CCA를 수행한다. CCA 시간 동안에 백오프 카운터의 값은 변경하지 않으며 CCA 수행 후 전송 가능한 경우에는 이후 CSMA/CA 슬롯마다 채널의 상태를 검사한다. 만약 전송 채널이 유휴 상태이면, 노드는 백오프 카운터의 값을 하나 감소시키며, 혼잡 상태일 경우에는 백오프 카운터는 감소되지 않는다.
9. The comparison of the average goodput with respect to data transmission rate for the performance evaluation of the traffic adaptive transmission scheduling.
또한, 슈퍼프레임의 시작 시점에서 비컨을 수신하였을 때, 임의 접근 구간에서의 매체 접근 횟수를 결정하기 때문에 이후에 생성된 데이터는 다음 번 슈퍼프레임의 임의 접근 구간 시작 시점에서 매체 접근을 동시에 시도하여 충돌 확률이 높아진다. 따라서 본 논문에서 제안하는 전송 데이터양에 따른 매체 접근 스케줄링 기법은 각 센서 노드의 채널 상태 확인 시점을 분배하여 네트워크 내의 센서 노드들의 전송 충돌을 방지하기 위해서 각 센서 노드들이 자신의 매체 접근 간격 내에서 난수 값을 가지는 임의의 슬롯을 선택하여 전송 시작 슬롯을 결정하는 방법을 사용한다. 그림 3은 매체 접근 간격 계산 알고리즘의 의사 코드를 나타낸다.
6 표준의 랜덤 액세스 방식에는 Slotted ALOHA 방식과 CSMA/CA 방식이 사용되며 센서 노드가 전송하는 트래픽이 낮은 전송 지연 시간을 필요로 하는 경우에는 전송 메커니즘이 간결한 Slotted ALOHA 방식을, 전송 매체에 접근하는 간격 및 연속적으로 접근하는 횟수의 분포가 다양하게 나타나는 경우 CSMA/ CA 방식을 주로 사용한다. 또한 랜덤 액세스 방식을 이용하여 채널 점유 및 데이터 전송 시 우선순위 보장을 위하여 미리 정의된 사용자 우선순위에 따라서 랜덤 액세스에 사용되는 매개변수를 조절한다. CSMA/CA 방식의 경우 표 2와 같이 CWmax와 CWmin 사이의 경쟁 윈도우(CW) 값으로 채널 접근 우선순위를 보장한다.
본 논문에서 제안하는 매체 접근 스케줄링 기법은 에너지 효율 향상을 위해 자신이 전송해야 하는 데이터의 양에 따라 매체 접근 간격을 조절한다.
본 논문에서 제안하는 전송 슬롯은 전송 매체의 상태를 파악하기 위한 에너지 검출 구간, 노드가 데이터를 송신하는 데이터 전송 구간, 응답 확인 전송을 위한 ACK 구간, 노드의 데이터 전송 후 허브로부터 응답까지 소요되는 최소 응답 시간인 SIFS 구간으로 구성된다. 에너지 검출 구간은 데이터의 사용자 우선순위에 따라 구간의 길이가 결정되며 우선순위가 높은 데이터는 짧은 에너지 검출 구간을 가지며 우선순위가 낮은 데이터는 긴 에너지 검출 구간을 갖는다.
본 논문에서는 [CWmin,CWmax] 범위에서 임의로 선택된 백오프 카운터 값으로 연속된 유휴 슬롯을 대기하는 IEEE 802.15.6 표준의 CSMA/CA 방식을 변형하여 하나의 CSMA/CA 슬롯 내의 CCA 구간을 여러 개의 미니 슬롯으로 나눈 후 에너지 검출 대기 윈도우를 이용 하여 전송 시도 시점을 결정하는 방법을 사용한다. 전송 시도 시점이란, 데이터 전송을 수행하려는 노드가 에너지 검출을 수행한 후 전송을 시도하게 되는 시점을 의미하며 전송 슬롯의 시작 지점에서 에너지 검출 윈도우 범위에서 선택된 임의의 백오프 카운터 개수만큼의 ED slot이 지난 후를 의미한다.
전송할 데이터를 가진 각각의 센서 노드는 매체 접근 시도 전에 백오프 카운터를 이용한 유휴 슬롯수를 계산하여 충돌회피를 수행하고 데이터 전송 후 응답 메시지의 수신을 통해 데이터 전송 성공 여부에 따라 경쟁 윈도우의 크기를 조절하여 다음 전송 시도 시 전송 우선순위를 변경하는 방법을 사용한다. 본 논문에서는 기존의 캐리어 센싱 방법 대신 에너지 검출 방식을 사용하므로 본 논문에서 제안하는 CSMA/CA 슬롯 구조 내의 에너지 검출 대기 윈도우의 크기를 조절하는 방식을 사용한 다. 그림 6은 본 논문에서 제안하는 전송 데이터양에 따른 매체 접근 스케줄링을 위한 충돌 회피 기법을 사용하였을 때 전송 우선순위를 보장을 위해 에너지 검출 대기 윈도우를 조절하는 흐름을 나타낸다.
최대로 전송 가능한 슬롯 수 Nmax와 최소 매체 접근 간격인 Tmin는 네트워크를 구성할 때 센서 노드의 공평성 및 QoS를 제어하기 위해 사용할 수 있다. 본 논문에서는 최대 전송 가능한 슬롯 수 Nmax를 임의 접근 구간의 길이인 NRAP로 설정 하였고 최소 매체 접근 간격인 Tmin을 한 슬롯으로 설정하여 전송 공평성 보다는 최대 채널 효율을 고려하였다.
본 절에서는 제안한 알고리즘의 전송 지연시간을 비교하기 위하여 시뮬레이션 환경 하에서 데이터 전송률을 42 kbps 에서 420 kbps까지 변화 시키면서 종단 어플리케이션 간 발생하는 지연시간을 IEEE 802.15.4, IEEE 802.15.6, 제안 알고리즘에 각각 적용하여 비교하였다. 우선 전체 패킷 지연의 분포를 그림 10에 전체 패킷 지연시간을 히스토그램으로 나타내었다.
전송 시도 시점이란, 데이터 전송을 수행하려는 노드가 에너지 검출을 수행한 후 전송을 시도하게 되는 시점을 의미하며 전송 슬롯의 시작 지점에서 에너지 검출 윈도우 범위에서 선택된 임의의 백오프 카운터 개수만큼의 ED slot이 지난 후를 의미한다. 사용자 우선순위에 따라 에너지 검출구간에서 전송 시도 시점의 범위 [EDmin, EDmax]를 다르게 설정하였다. 에너지 검출 방식은 프레임을 수신하여 매체 점유 시간을 계산하는 캐리어 센싱 방법에 비해 매체 점유 시간을 계산하지는 못하지만 현재 캐리어 센싱 방법에 비해 1/8의 시간으로 경쟁 접근 채널의 상태를 빠르게 파악할 수 있기 때문에 단위 CSMA/CA 슬롯 내의 부분 구간에 적용하기에 적합한 특성을 보인다.
이는 전송과 관계가 없는 에너지 소모가 발생한다. 이를 개선하기 위하여 센서 노드의 공유 전송 매체에 접근하는 시간 간격을 센서 노드에서 생성하는 데이터 양에 따라 조절할 수 있도록 하여 전송 대기 상태의 센서 노드가 연속된 채널 상태 확인을 줄일 수 있도록 하였다.
각 센서 노드는 자신이 전송하려는 데이터가 있을 때 SIFS 시간만큼 캐리어 센싱을 이용하여 CCA를 수행한 후 사용자 우선순위에 따라 정해진 경쟁 윈도우 범위에서 선택한 임의의 수만큼의 CS slot이 유휴 상태로 확인되면 데이터 전송을 시작한다. 이에 반해 본 논문에서 제안하는 매체 접근 스케줄링 기법은 각 센서 노드가 자신이 결정한 매체 접근 간격마다 전송 매체에 접근하므로 임의 접근 구간을 일정한 길이 tslot를 가지는 전송 슬롯으로 나누어 사용한다.
하지만 4번째 CSMA/CA 슬롯이 시작될 때, 남아있는 임의 접근 구간의 길이가 현재 노드가 전송하려고 하는 데이터 프레임을 전송하는데 소요되는 시간보다 작으므로 백오프 카운터는 현재의 값인 2로 고정되며 이후 CSMA/CA 슬롯에서는 채널을 감시하지 않는다. 이후 다음 번 임의 접근 구간에서 데이터 전송을 시도하기 위해 CCA를 수행 후 두 번의 유휴 상태인 CSMA/CA 슬롯기간만큼 지난 후 데이터 전송을 시도한다. 이후의 전송은 위와 같은 방식을 반복하여 수행한다.
전송 채널의 효율성을 비교하기 위해 종단 어플리케이션간의 전송률인 goodput을 먼저 비교하였다. goodput은 네트워크 성능 측정에 많이 사용되는 일종의 throughput으로 단순하게 네트워크로 전송한 총량을 계산하는 것이 아니라 프로토콜 오버헤드 및 재전송으로 인한 영향을 제거하여 실제 어플리케이션의 의미 있는 전송량을 나타내는 지표가 된다.
6 표준의 CSMA/ CA는 경쟁 윈도우를 통한 충돌 회피를 수행한다. 전송할 데이터를 가진 각각의 센서 노드는 매체 접근 시도 전에 백오프 카운터를 이용한 유휴 슬롯수를 계산하여 충돌회피를 수행하고 데이터 전송 후 응답 메시지의 수신을 통해 데이터 전송 성공 여부에 따라 경쟁 윈도우의 크기를 조절하여 다음 전송 시도 시 전송 우선순위를 변경하는 방법을 사용한다. 본 논문에서는 기존의 캐리어 센싱 방법 대신 에너지 검출 방식을 사용하므로 본 논문에서 제안하는 CSMA/CA 슬롯 구조 내의 에너지 검출 대기 윈도우의 크기를 조절하는 방식을 사용한 다.
제안하는 매체 접근 스케줄링 기법은 임의 접근 구간의 시작 시점에서 다수의 노드가 동시에 전송 매체에 접근하는 것을 방지하기 위해 임의의 전송 시작 슬롯을 결정하는 매체 접근 간격 계산 및 전송 시작 슬롯 결정 알고리즘과 에너지 효율을 보장하면서 효과적으로 경쟁 기반의 랜덤 액세스 충돌을 줄이기 위한 충돌 회피 알고리즘으로 구성된다.
여기서 CSMA/CA 전송 슬롯의 길이는 네트워크 구성 설정에 따라 달라질 수 있으며, 하나의 CSMA/CA 전송 슬롯에서 전송 가능한 데이터는 현재 채널의 전송률 R과 하나의 CSMA/CA 슬롯의 길이 tslot의 곱으로 계산된 다. 하나의 CSMA/CA 전송 슬롯에서 전송 가능한 데이터의 양을 계산한 이후에 센서 노드는 현재 버퍼에 존재하는 데이터양과 하나의 CSMA/CA 슬롯에서 전송 가능한 데이터양을 이용하여 자신이 가지고 있는 데이터를 모두 전송하기 위해 필요한 CSMA/CA 슬롯 수를 결정한다.
데이터처리
본 논문에서 제안하는 매체 접근 스케줄링 기법의 성능 평가를 위해서 OMNeT++ 기반의 Castalia 시뮬레이터를 이용하였으며, 기존의 센서 네트워크에서 많이 사용하는 IEEE 802.15.4 MAC 및 IEEE 802.15.6 표준 MAC과 비교하여 노드 수 및 데이터 전송량에 따른 전송 채널 효율과 종단 간 전송 지연시간을 비교하였다[17].
성능/효과
본 논문에서 제안한 알고리즘을 적용하였을 때 600 ms 이상의 지연은 100 회 미만으로 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 400 ms 이상의 전송 지연 현상이 거의 발생하지 않는다. 420 kbps의 데이터 전송률 하에서 400 ms 이상의 전송 지연을 갖는 패킷의 전송은 제안한 알고리즘에 비해 IEEE 802.15.4 방식과 IEEE 802.15.6 방식이 각각 872, 634 배 많이 발생하였다. 제안한 알고리즘을 사용하였을 경우 우선순위가 같은 데이터들이라 할지라도 전송 양보 또는 전송 충돌로 인한 우선순위 보상으로 인한 전송 보장이 가능하기 때문에 전체 노드의 전송 지연 현상을 줄일 수 있다.
IEEE 802.15.4 방식의 경우 데이터 전송량이 42 kbps 로 적을 경우에는 0 ∼ 140 ms까지의 전송 지연을 갖지만 210, 315, 420 kbps의 경우 분포가 고르게 나타나는 것을 확인할 수 있으며 특히 600 ms 이상의 전송 지연을 갖는 패킷의 전송이 600 ms 이하의 전송 지연을 갖는 패킷의 전송보다 100 ∼ 1000배 정도로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
각 상황마다 120초의 시뮬레이션 시간 동안의 실험을 10번 반복 실험하여 평균 결과를 얻었으며 표 4에 성능 평가에 사용된 환경을 요약해서 나타내었다.
그림 9는 네트워크 내의 노드의 수 및 각 센서 노드의 전송량 증가에 따른 goodput을 보여준다. 네트워크 내의 노드의 수를 5, 10, 15, 20개로 증가시켰을 때 네트워크 내의 총 전송량이 294 kbps인 경우 제안한 알고리즘의 goodput이 IEEE 802.15.4와 비교하면 각각 28%, 30.3%, 31.3%, 38.8% 증가하였고, IEEE 802.15.6과 비교 하면 각각 15.1%, 15.6%, 15.5%, 15.7% 증가하였다. 또한 네트워크 내의 총 전송량이 420 kbps 인 경우 제안한 알고리즘의 goodput이 IEEE 802.
2% 증가하였다. 데이터 전송률이 200 kbps 이하에서는 IEEE 802.15.4 표준 MAC이 제안한 알고리즘과 IEEE 802.15.6 표준 방식에 비해 goodput이 더 좋게 나타나는 현상을 확인할 수 있었다. 이는 IEEE 802.
매체 접근 양보 시에는 이미 한 번의 전송 기회를 놓쳤기 때문에 매체 접근 간격만큼 전송 지연이 발생한 상태이다. 따라서 데이터 전송을 양보한 노드는 에너지 검출 대기 윈도우의 범위를 줄여 전송 확률을 높이는 방법을 사용하며, 우선순위에 따라 에너지 검출 대기 윈도우의 최댓값을 조정하거나 에너지 검출 대기 시간을 단위 시간 만큼씩 줄여 전송 공정성을 보장할 수 있도록 하였다.
에너지 검출 구간은 데이터의 사용자 우선순위에 따라 구간의 길이가 결정되며 우선순위가 높은 데이터는 짧은 에너지 검출 구간을 가지며 우선순위가 낮은 데이터는 긴 에너지 검출 구간을 갖는다. 따라서 우선순위가 낮은 데이터를 전송 하려는 노드는 우선순위가 높은 데이터를 전송하는 노드에 비해 늦게 에너지 검출을 시도하게 되고 만약 우선순위가 높은 데이터와 우선순위가 낮은 데이터가 동시에 하나의 비어있는 CSMA/CA 슬롯에서 전송을 시도하려고 하였을 때, 우선순위가 높은 데이터가 채널의 상태를 다른 우선순위 데이터를 전송하는 노드보다 먼저 확인하여 에너지 검출 및 전송을 시도하게 되며 우선순위가 낮은 데이터를 전송하려는 노드는 에너지 검출로 인해 채널의 선점을 인지하게 되어 전송을 포기한다.
7% 증가하였다. 또한 네트워크 내의 총 전송량이 420 kbps 인 경우 제안한 알고리즘의 goodput이 IEEE 802.15.4에 비해 58.6%, 62.6%, 63.5%, 66.2% 증가하였고, IEEE 802.15.6 대비 18.1%, 20.7%, 22.7%, 26.2% 증가하였다. 데이터 전송률이 200 kbps 이하에서는 IEEE 802.
4 방식보다 더 효율적으로 채널을 사용한다. 또한 제안한 알고리즘의 경우 CCA를 사용하지 않아 임의시간만큼 대기하지 않으며 한 전송 슬롯 안의 작은 에너지 검출 시간만 대기하면 되므로 전송 충돌 횟수가 IEEE 802.15.6 보다 적어 더 좋은 goodput 을 보이는 것을 확인할 수 있으며 우선순위에 따라 전송을 양보하고 다음 전송까지 대기하는 시간이 적기 때문에 더 많은 접근 시도가 가능하여 더 높은 전송률에서 전송 포화점을 갖는다.
4 방식의 특성 때문에 나타나는 현상이다. 물론 성능 비교를 위하여 하나의 전송 슬롯의 길이와 슈퍼프레임에서 경쟁 접근 구간의 길이를 세 방식 모두 동일하게 맞추었지만 IEEE 802.15.6과 제안된 방식은 전송 매체에 접근하는 것을 우선순위에 따라 동적으로 조절하기 때문에 IEEE 802.15.4 방식보다 더 효율적으로 채널을 사용한다. 또한 제안한 알고리즘의 경우 CCA를 사용하지 않아 임의시간만큼 대기하지 않으며 한 전송 슬롯 안의 작은 에너지 검출 시간만 대기하면 되므로 전송 충돌 횟수가 IEEE 802.
4 방식 보다는 600 ms 이상의 전송 지연이 줄었지만 데이터 전송률이 높아짐에 따라 다수의 센서 노드에서 600 ms 이상의 전송 지연 현상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 본 논문에서 제안한 알고리즘을 적용하였을 때 600 ms 이상의 지연은 100 회 미만으로 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 400 ms 이상의 전송 지연 현상이 거의 발생하지 않는다. 420 kbps의 데이터 전송률 하에서 400 ms 이상의 전송 지연을 갖는 패킷의 전송은 제안한 알고리즘에 비해 IEEE 802.
제안하는 방법을 적용한 네트워크 내의 센서 노드는 자신이 전송하는 데이터 전송률에 맞게 경쟁 매체에 접근하기 때문에 채널 확인 시 부가적인 비용이 발생하는 기존 방법보다 전송 성공률을 26.2% 증가시켰으며 600ms 이상의 긴 전송 지연을 갖는 패킷의 전송을 100 배 감소시킨 것을 확인할 수 있었다.
6 방식이 각각 872, 634 배 많이 발생하였다. 제안한 알고리즘을 사용하였을 경우 우선순위가 같은 데이터들이라 할지라도 전송 양보 또는 전송 충돌로 인한 우선순위 보상으로 인한 전송 보장이 가능하기 때문에 전체 노드의 전송 지연 현상을 줄일 수 있다.
후속연구
본 논문에서 제안한 알고리즘들은 단일 홉 구조의 무선 인체 영역 네트워크 환경을 가정하였다. 향후 무선 네트워크 서비스의 발전에 맞추어 복잡한 네트워크 토폴로지를 갖는 서비스들이 증가한다면 이러한 서비스들을 위한 다중 홉 환경에 적합한 알고리즘으로 확장하여 적용할 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무선 인체 영역 네트워크란 무엇인가?
6 wireless body area networks)에 대한 표준을 제정하였다. 무선 인체 영역 네트워크는 개인이 착용하는 옷이나 인체 내부 및 주변의 다양한 장치들이 서로 통신할 수 있는 무선 네트워크로 인체를 중심으로 한 센서 장치 간의 통신을 지원하는 네트워크이다. 무선 인체 영역 네트워크는 인체 주변의 센서를 이용하여 웨어러블 컴퓨팅, 헬스 케어, 환자 모니터링 등 다양한 분야에 활용할 수 있다[1～8].
임의 접근 구간의 조절이 용이한 이유는 무엇인가?
슈퍼프레임 안의 모든 구간은 비컨을 이용하여 조절 가능한 가변 길이를 갖는다. 그러나 배타 접근 구간 및 관리 접근 구간은 센서 노드들의 매체 접근이 제한적이며, 경쟁 접근 구간은 추가적인 데이터 전송이 필요할 때 부가적인 정보를 가진 제어 패킷인 비컨 2의 전송에 의해서만 생성할 수 있다. 따라서 다른 접근 구간의 조절보다는 임의 접근 구간을 조절 하는 것이 확장성이 좋고 복잡도가 적기 때문에 성능 향상에 용이하다.
무선 인체 영역 네트워크의 활용 분야는 무엇인가?
무선 인체 영역 네트워크는 개인이 착용하는 옷이나 인체 내부 및 주변의 다양한 장치들이 서로 통신할 수 있는 무선 네트워크로 인체를 중심으로 한 센서 장치 간의 통신을 지원하는 네트워크이다. 무선 인체 영역 네트워크는 인체 주변의 센서를 이용하여 웨어러블 컴퓨팅, 헬스 케어, 환자 모니터링 등 다양한 분야에 활용할 수 있다[1～8].
참고문헌 (17)
C. A. Chin, G. V. Crosby, T. Ghosh, and R. Murimi, "Advances and Challenges of Wireless Body Area Networks for Healthcare Applications," in Proc. of International Conf. on Computing, Networking and Communications, pp. 99-103, January 2012.
K. S. Kwak, S. Ullah, and N. Ullah, "An Overview of IEEE 802.15.6 Standard, " in Proc. of International Symposium on Applied Sciences in Biomedical and Communication Technologies, pp. 1-6, November 2010.
D. Campolo, "Wireless Body Area Network (WBAN) for Medical Applications," New Developments in Biomedical Engineering, In Tech, 2010.
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