무선 센서 네트워크는 실세계에서 발생하는 현상에 대한 다양한 응용 요구의 정보를 수집하기 위해 조밀하게 배치된 센서 노드들로 구성된다. 각 센서 노드들은 감지한 정보를 그들 간의 연산, 통신 등 협업 작업을 통하여 최종 사용자에게 전달한다. 일반적으로, 센서 노드들은 배터리 전력에 의존하기 때문에 정보를 수집하고 최종 사용자에게 전달하기 위한 전력 소비는 무선 센서 네트워크의 전체수명 기간을 좌우한다. 그러므로 각 센서의 에너지 수준을 고려한 최적의 라우팅 알고리즘은 전체시스템의 수명을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 기존에 제안된 방향성 확산, SPIN 등과는 다르게 각 센서 노드의 에너지 수준과 최단 흡 경로 정보를 이용하여 무선 센서 네트워크의 전체 수명 시간을 효율적으로 최대한 보장할 수 있는 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 제안하였다. 이 기법은 질의 유포 과정에서 흡과 에너지 정보를 이용하여 데이터 전송 경로를 확립하고, 이벤트 발생 지역의 이웃 노드들로부터 수집된 정보는 동일한 데이터를 병합하여 최단의 전송 경로를 통하여 사용자에게 전송한다.
무선 센서 네트워크는 실세계에서 발생하는 현상에 대한 다양한 응용 요구의 정보를 수집하기 위해 조밀하게 배치된 센서 노드들로 구성된다. 각 센서 노드들은 감지한 정보를 그들 간의 연산, 통신 등 협업 작업을 통하여 최종 사용자에게 전달한다. 일반적으로, 센서 노드들은 배터리 전력에 의존하기 때문에 정보를 수집하고 최종 사용자에게 전달하기 위한 전력 소비는 무선 센서 네트워크의 전체수명 기간을 좌우한다. 그러므로 각 센서의 에너지 수준을 고려한 최적의 라우팅 알고리즘은 전체시스템의 수명을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 기존에 제안된 방향성 확산, SPIN 등과는 다르게 각 센서 노드의 에너지 수준과 최단 흡 경로 정보를 이용하여 무선 센서 네트워크의 전체 수명 시간을 효율적으로 최대한 보장할 수 있는 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 제안하였다. 이 기법은 질의 유포 과정에서 흡과 에너지 정보를 이용하여 데이터 전송 경로를 확립하고, 이벤트 발생 지역의 이웃 노드들로부터 수집된 정보는 동일한 데이터를 병합하여 최단의 전송 경로를 통하여 사용자에게 전송한다.
Wireless sensor network consists of sensor nodes which are disseminated closely to each other to collect informations for the various requests of a sensor application applied for sensing phenomenons in real world. Each sensor node delivers sensing informations to an end user by conducting cooperativ...
Wireless sensor network consists of sensor nodes which are disseminated closely to each other to collect informations for the various requests of a sensor application applied for sensing phenomenons in real world. Each sensor node delivers sensing informations to an end user by conducting cooperative works such as processing and communicating between sensor nodes. In general, the power supply of a sensor node is depends on a battery so that the power consumption of a sensor node decides the entire life time of a sensor network. To resolve the problem, optimal routing algorithm can be used for prolong the entire life time of a sensor network based on the information on the energy level of each sensor node. In this paper, different from the existing Directed Diffusion and SPTN method, we presents a data dissemination protocol based on lower-power consumption that effectively maximizes the whole life time of a sensor network using the informations on the energy level of a sensor node and shortest-path hops. With the proposed method, a data transfer path is established using the informations on the energy levels and hops, and the collected sensing information from neighboring nodes in the event-occurring area is merged with others and delivered to users through the shortest path.
Wireless sensor network consists of sensor nodes which are disseminated closely to each other to collect informations for the various requests of a sensor application applied for sensing phenomenons in real world. Each sensor node delivers sensing informations to an end user by conducting cooperative works such as processing and communicating between sensor nodes. In general, the power supply of a sensor node is depends on a battery so that the power consumption of a sensor node decides the entire life time of a sensor network. To resolve the problem, optimal routing algorithm can be used for prolong the entire life time of a sensor network based on the information on the energy level of each sensor node. In this paper, different from the existing Directed Diffusion and SPTN method, we presents a data dissemination protocol based on lower-power consumption that effectively maximizes the whole life time of a sensor network using the informations on the energy level of a sensor node and shortest-path hops. With the proposed method, a data transfer path is established using the informations on the energy levels and hops, and the collected sensing information from neighboring nodes in the event-occurring area is merged with others and delivered to users through the shortest path.
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문제 정의
본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 질의유포와 데이터 전송 과정에서 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 설계하였다. 이 프로토콜은 질의 유포 과정에서 홉과 에너지 정보를 이용하여 데이터 전송경로를 확립하고, 이벤트 발생 지역의 이웃 노드들 간의 협상을 통하여 전송 노드를 결정하고 병합하여 최단의 전송 경로로 단일의 병합 데이터를 최종 사용자에게 전달하도록 하였다.
본 논문은 각 센서의 홉 정보와 에너지 정보를 이용한 최단의 경로 선정 기법을 통하여 안정적인 센싱 데이터의 전달을 보장하고, 이벤트를 감지한 센서들의 중복 및 중첩 (implosion & overlap)의 가능성을 제거하기 위해 그들 간의 메시지 협상을 통한 단일 메시지 전송으로 불필요한 에너지 낭비를 제거할 수 있는 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 설계하였다. 설계된 프로토콜에서는 질의 유포 단계와 감지 데이터 전송 단계 모두에서 에너지의 효율성을 최대화하는데 역점을 두었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 이벤트 발생 지역을 중심으로 각 센서노드가 감지한 데이터를 그들 간의 메시지 협상을 통한 데이터 전송이 이루어지도록 지원하는 저전력 데이터 확산 프로토콜을 제안하였다. 제안된 기법에서는 네트워크 내부의 데이터 증가 및 감지한 데이터의 중복 전송 그리고 과다한 메시지 전송 문제를 이벤트 발생 지역에서의 협상을 통하여 동시에 처리하며, 각 센서 노드의 사용 가능한 배터리 전력을 고려한 데이터 전송 노드를 선택함으로써 전체 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있도록 하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 데이터 확산 프로토콜로 잘 알려진 방향성 확산과 SPIN과 같은 프로토콜의 장단점을 분석하여 에너지 소비를 최소화하면서 정확한 데이터를 지속적으로 요구하는 응용에 적합한 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 설계하였다.
제안 방법
각 센서 노드는 자신의 캐시에 저장된 홉 정보와 공지 메시지의 홉 정보를 비교한다. 이벤트 발생 영역의 각 센서 노드들은 홉 정보의 비교를 통해 최단의 홉을 가진 노드를 결정한다.
확산 프로토콜을 설계하였다. 설계된 프로토콜에서는 질의 유포 단계와 감지 데이터 전송 단계 모두에서 에너지의 효율성을 최대화하는데 역점을 두었다.
어떤 질의가 싱크 노드 S로부터 각 센서 노드에 플러딩 될 때 D 노드의 방향 정보로 흡 정보만을 사용하지만 그림 l-(b)의 방향 정보 테이블에 흡 정보와 에너지 정보를 추가함으로써 강화경로를 설정할 때 우선순위가 S, E, F의 순서로 네트워크 상태에 따라 데이터가 다중 전송 경로로 전달될 수 있도록 하였다. 각 센서 노드는 이러한 방향 정보 테이블을 유지하고 관리함으로써 최단의 홉을 통한 전송 지연시간 절감효과와 에너지 소비의 균등화를 통한 네트워크 수명시간연장 효과를 동시에 얻을 수 있다.
설계하였다. 이 프로토콜은 질의 유포 과정에서 홉과 에너지 정보를 이용하여 데이터 전송경로를 확립하고, 이벤트 발생 지역의 이웃 노드들 간의 협상을 통하여 전송 노드를 결정하고 병합하여 최단의 전송 경로로 단일의 병합 데이터를 최종 사용자에게 전달하도록 하였다. 이러한 방식의 데이터 확산 기법을 사용하면 획득된 데이터의.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 데이터 병합 및 데이터 전송 단계는 이벤트 발생지역에 근접한 노드들이 획득한 데이터를 싱크노드로 전송하기 전에 이벤트 발생 지역을 중심으로 메시지 협상을 통하여 중복 및 중첩된 데이터를 병합하도록 하였다. 이렇게 병합된 데이터는 질의 유포 단계에서 설정한 라우팅 정보에 따라 병합 메시지 형식으로 전송하여 네트워크의 전체수명 시간을 증가시 킬 수 있도록 하였다.
병합하도록 하였다. 이렇게 병합된 데이터는 질의 유포 단계에서 설정한 라우팅 정보에 따라 병합 메시지 형식으로 전송하여 네트워크의 전체수명 시간을 증가시 킬 수 있도록 하였다.
결정한다. 이벤트를 획득한 각 센서 노드들은 공지 메시지의 흡 및 에너지 정보와 자신의 정보와 비교하여 전송 여부를 판단한다. 전송 노드 선정은 다음 조건에 의해 수행된다.
제안된 기법에서는 네트워크 내부의 데이터 증가 및 감지한 데이터의 중복 전송 그리고 과다한 메시지 전송 문제를 이벤트 발생 지역에서의 협상을 통하여 동시에 처리하며, 각 센서 노드의 사용 가능한 배터리 전력을 고려한 데이터 전송 노드를 선택함으로써 전체 센서 네트워크의 수명을 연장시킬 수 있도록 하였다.
최종 선정된 전송 노드는 이웃노드들에게 데이터를 요청하여 특정 이벤트에 대한 데이터를 병합하고 싱크 노드로 전송한다. 전송 노드의 병합작업은 무선 센서 네트워크용 특정 응용에 의존적으로 수행된다.
성능/효과
SPIN의 협상기법은 메타 데이터를 이용하여 네트워크 내부에서 발생하는 데이터 증가 현상과 감지 데이터의 중복 전송 문제를 개선하였고 노드가 보유한 에너지 자원을 기반으로 네트워크를 관리하여 자원이 효율적으로 활용될 수 있도록 하였다. SPIN 프로토콜을 사용하면 협상 과정의 복잡성, 에너지 소비, 연산 및 통신 등의 평가측면에서 볼 때 전체적인 비용은 줄어들면서 성능은 높아진다고 보고된 바 있다.
첫째, 홉 정보는 데이터를 전송경로의 단축으로 네트워크 전체에 전력 소비량을 줄이고 응용의 응답시간을 줄인다. 둘째, 에너지 정보는 네트워크 전체의 에너지 소비를 균등하게 분배하고 특정 노드의 고장으로 네트워크의 성능이 저하되는 것을 방지하며, 결과적으로 전체 네트워크의수명시간이 증가되는 효과를 얻는다.
둘째, 둘 이상의 각 센서에서 감지한 데이터의 일부분이 중첩된 데이터를 전송하는 중첩전송문제 (Overlap)가 발생하지 않도록 하여야 한다. 셋째, 브로드캐스트와 같은 전송 방식 때문에 발생하는 메시지의 불필요한 전송을 최소화면서 획득된 데이터가 사용자에게 정확히 전달될 수 있는 다중전송 경로를 구성해야 한다. 이러한 조건들을 충족시키는 라우팅 알고리즘에 의해 각 센서노드는목적 노드를 파악하여 불필요한 메시지 전송을 줄이고 목적 노드까지의 경로를 지속적으로 유지하면서 최소의 전력으로 사용자에게 데이터를 전달해야 한다.
전송 경로의 다중성을 높이기 위해 흡과 에너지 속성과 같은 다차원적인 결정요인을 사용하는 것은 다음과 같은 장점을 제공한다. 첫째, 홉 정보는 데이터를 전송경로의 단축으로 네트워크 전체에 전력 소비량을 줄이고 응용의 응답시간을 줄인다. 둘째, 에너지 정보는 네트워크 전체의 에너지 소비를 균등하게 분배하고 특정 노드의 고장으로 네트워크의 성능이 저하되는 것을 방지하며, 결과적으로 전체 네트워크의수명시간이 증가되는 효과를 얻는다.
후속연구
제안된 기법을 실제 무선 센서 네트워크 응용에 사용하기 위해서는 본 논문에서 제안한 이벤트 발생 지역에서 수행하는 이웃 노드들 간의 협상과 연결성에 따른 데이터 병합 처리와 같은 기법이 여러 종류의 센서 네트워크 응용에 적합한 형태로 사용될 수 있도록 하는 활용 방법에 대한 추가 연구가 필요하며, 향후 연구를 통해 제안된 저전력 데이터 확산 프로토콜을 다양한 환경에서 실험 및 구현하여 그 성능을 검증할 것이다.
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