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회귀적 추정 방식을 이용한 무선 센서 네트워크용 저전력 MAC 프로토콜

Low Power MAC Protocol Design for Wireless Sensor Networks using Recursive Estimation Methods

  • 박우길 (계명대학교 보안 및 무선네트워크 연구실)
  • 투고 : 2013.11.15
  • 심사 : 2014.03.07
  • 발행 : 2014.03.31

초록

무선 센서 네트워크에서 가장 중요한 이슈는 에너지 소모이다. 초저전력 통신을 위해서, 동기 주기에 따른 클럭 편차 에러에 대한 실험 결과를 이용하여, 지연 조건이 크지 않으며 모니터링 간격이 큰 분야에 적합한 새로운 MAC (Medium Access Control) 프로토콜을 디자인하였다. 제안 방식은 전송 패킷이 발생할 때 동기를 수행하는 방식이며, 동기 주기에 따라 그에 맞는 동기 에러에 대한 크기를 예측할 수 있다. 따라서 제안 방식은 기존 프로토콜들이 낮은 충격 계수 환경만을 지원하는 것과 달리, 초저 충격 계수 환경까지 지원할 수 있기 때문에 트래픽이 매우 낮은 초저전력, 높은 수명을 요구하는 분야에 사용될 수 있다. 제안 프로토콜의 성능을 평가하기 위해서 테스트베드를 구현하였으며, 관련 프로토콜들과 성능을 비교 하였고, 이를 통해 SCP-MAC 대비 80% 정도 에너지 소모량을 줄일 수 있음을 보였다. 제안 프로토콜은 매우 긴 네트워크 수명을 필요로 하며 지연 조건이 강하지 않은 무선 모니터링 분야 등에 큰 기여를 할 것으로 기대한다.

In the context of wireless sensor networks, one of major issues is energy conservation. For low power communication, by utilizing our experimental results for the relation between clock drift and synchronization interval, we designed a new protocol which can support a wide range of duty cycles for applications with very low traffic rate and insensitive delay. The transmission (TX) node in the protocol synchronizes with the reception (RX) node very before transmitting a packet, and it can adaptively estimate the synchronization error size according to the synchronization interval from minutes to hours. We conducted simulations and a testbed implementation to show the efficacy of the proposed protocol. We found that our protocol substantially outperforms other state-of-the-art protocols, resulting in order-of-magnitude increase in network lifetime over a variety of duty cycles.

키워드

참고문헌

  1. H. S. W. So, G. Nguyen, and J. Walrand, "Practical synchronization techniques for multi-channel MAC," in Proc. ACM Int. Conf. Mobile Comput. Netw., pp. 134-145, 2006.
  2. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, "Medium access control with coordinated adaptive sleeping for wireless sensor networks," IEEE/ACM Trans. Netw., vol. 12, no. 3, pp. 493-506, Jun. 2004. https://doi.org/10.1109/TNET.2004.828953
  3. S. Liu, K.-W. Fan, and P. Sinha, "CMAC: An energy efficient MAC layer protocol using convergent packet forwarding for wireless sensor networks," ACM Trans. Sensor Netw., vol. 5, no. 4, pp. 1-34, Nov. 2009.
  4. M. Buettner, G. V. Yee, E. Anderson, and R. Han, "X-MAC: A short preamble MAC protocol for duty-cycled wireless sensor networks," in Proc. ACM Conf. Embedded Netw. Sensor Syst.(Sensys), pp. 307-320, Nov. 2006.
  5. Y. Sun, O. Gurewitz, and D. B. Johnson, "RI-MAC: A receiver-initiated asynchronous duty cycle MAC protocol for dynamic traffic loads in wireless sensor networks," in Proc. ACM Conf. Embedded Netw. Sensor Syst. (Sensys), pp. 1-14, Nov. 2008.
  6. W. Silva, F. Ye, and J. Heidemann, "Ultra-low duty cycle MAC with scheduled channel polling," in Proc. ACM Conf. Embedded Netw. Sensor Syst. (Sensys), pp. 323-331, Nov. 2006.
  7. A. El-Hoiydi and J. D. Decotignie, "WiseMAC: An ultra low power MAC protocol for multi-hop wireless sensor networks," in Proc. ACM Conf. Embedded Netw. Sensor Syst. (Sensys), pp. 675-690, Nov. 2003.
  8. "C-MAC MicroTechnology.HC49/4H SMX cr ystals datasheet," Sept. 2004 from http://www.cmac.com/mt/databook/crystals/smd/hc494hsmx.eps
  9. K. Romer, P. Blum, and L. Meier, "Time synchronization and calibration in wireless sensor networks," in Handbook of Sensor Networks: Algorithms and Architectures, I. Stojmenovic, Ed. John Wiley & Sons, pp. 199-237, Sept. 2005.
  10. W. Pak and S. Bahk from "Guidelines for energy efficient protocol design based on Clock Drift Measurement in Wireless Sensor Networks, http://netlab.snu.ac.kr/-wgpak/doc/technote.pdf," 2010.
  11. TelosB, from http://www.xbow.com/Products/Productpdffiles/Wirelesspdf/TelosBDatasheet.eps
  12. TinyOS Forum, from http://www.tinyos.net. Aug. 10, 2010 DRAFT
  13. K.-W. Choi, W. Pak, and Y.-J. Choi, "Geolocation channel-setup protocol for cognitive radio in tactical trunk systems," J. KICS, vol. 35, no. 10. pp. 1504-1511, 2010.