최근 무선 통신의 발달과 임베디드 시스템의 확산으로 주변 상황을 감지하고 통신할 수 있는 저전력 장치인 무선 센서 네트워크에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드들 간의 동기화, 순서화, 그리고 일관성 유지를 위하여 시간 동기화는 반드시 필요하다. 하지만 지난 20여 년간 연구되어진 분산 시스템에서의 시간 동기화 방법들은 풍부하지 않은 자원과 에너지 소모 등을 고려해야 하는 무선 센서 네트워크의 특성상 그대로 적용하기에는 어려운 점이 많다. 이에 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서의 누적 시간 정보를 이용한 시간 동기화 방법을 제안한다. 무선 브로드캐스트의 특성을 활용하여 시간 동기화의 제약 조건을 완화하여 높은 정확성을 제공하면서 한 번의 브로드캐스트 메시지만으로 시간을 동기화함으로써 에너지 손실을 최소화하였다. 이를 위해 송신자-수신자 방식의 구조에서 송신자는 시간 동기화를 위한 시간 정보를 브로드캐스트하고, 수신자는 누적된 시간 정보를 통해 편차와 편차율을 계산하여 송신자의 시간을 추정하고 동기화된 시간인 가상 시간을 계산하였다. 전체 센서노드들의 시간이 동기화할 수 있음을 분석하고 실험을 통해 효율성을 확인하였다.
무선 센서 네트워크 응용에서도 다른 유선 네트워크나 애드혹 네트워크의 응용과 마찬가지로 시간 관계를 유지하는 것이 중요하기 때문에 무선 센서네트워크의 특성을 고려한 다양한 시각 동기화 프로토콜이 개발되어 왔다. 특히, 무선센서네트워크 환경에서는 동기화 정확도뿐 아니라 전력 소모도 함께 고려되어야 한다. 본 논문에서는 지금까지 개발된 무선센서네트워크용 시각 동기화 프로토콜들을 새로운 기준(즉, 전력 소모)으로 분류하고 분석하였다. 따라서 이 방법은 무선센서네트워크용 시각 동기화 프로토콜들을 전력 소모 관점에서 평가하거나 비교할 때 유용할 것이다.
대용량의 네트워크 인프라가 확대되고, 네트워크를 통한 DV, HD 급의 고화질 비디오 전송이 보편화 되면서, 고화질의 비디오에 몰입감, 현실감을 증진시키기 위한 스테레오 HD 비디오 전송이 가능하게 되었다. 본 논문은 IP 네트워크를 통해서 스테레오 HD 비디오 전송을 가능하게 해주는 소프트웨어 기반의 HD 비디오 전송 시스템에서 효과적으로 몰입감과 입체감을 제공하기 위해 충족되어야 하는 좌우 영상의 동기화에 필요한 요소들을 다룬다. 제안된 동기화 기법은 수신 측에서 최종적으로 동기화된 좌우 영상을 통해 스테레오 HD 비디오를 얻기 위해서 좌우 카메라로부터 영상의 획득 시, 획득된 영상의 네트워크 전송 시, 또 수신된 영상의 재생 시 좌우 영상의 동기화한다. 결과적으로 동기화 된 좌우 영상을 통하여 몰입감과 현실감을 가지는 스트레오 HD 비디오를 실시간으로 감상할 수 있다.
시각 동기화는 무선 센서 네트워크에서 시각 정보가 활용되는 응용(예, 감시, 추적, 데이터 융합, 스케쥴링)에 있어서 중요하다. 무선 센서 네트워크에서의 시각 동기화는 기존의 유선 인터넷 망이나 다른 무선 통신망과도 다른 요구 사항을 만족해야 하는데, 이는 무선 센서 네트워크가 제한된 자원을 가지고 있기 때문이며, 그 중 특히 전력 소모가 가장 중요한 요소이다. 이 논문은 무선 센서 네트워크에서 동작하는 새로운 시각 동기화 방안에 관한 것으로 메시지 통신 부하를 줄여 결과적으로 전력 소모를 줄일 수 있다. 시뮬레이션 시험을 통해서 제안한 시각 동기화 방안이 기존의 방안보다 에너지 소모가 적으며 정확도가 향상되었음을 보인다.
효과적인 프리젠테이션을 위해서는 동기화가 지원되어야 하며, 특히, 분산 환경에서의 프리젠테이션은 네트워크 대역폭과 지연시간 등에 의해 영향을 받기 때문에, 그러한 요소들이 고려되어 동기화가 지원되어야 한다. 본 연구에서는 미디어들이 각 서버로부터 전송 될 때 네트워크의 상태와 자원을 검사하여 그에 따른 변화를 서버에 피드백시켜, 서버로부터 전송되는 데이터의 양을 조절함으로서 동기화를 지원하는 분산 멀티미디어 프리젠테이션 모델을 제안한다.
저전력 연산능력과 무선통신 기능을 포함한 경량의 센서노드들로 구성된 무선 센서네트워크는 자연 환경의 모니터링에서 군사적인 목적에 이르기까지 다양한 어플리케이션을 창출 할 수 있다. 그러나, 다수의 저가 무선 노드를 배치해야 하는 센서네트워크의 특성상 안정성이 높은 고가의 부품을 사용할 수 없어, 이에 대한 보완 방안에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 무선 노드들 간의 시간동기화는 가용 무선 대역폭이 적은 무선 센서 네트워크에서 TDMA 스케줄링등의 기술을 구현하기 위한 필수적인 기반기술로서 네트워크 특성을 고려한 새로운 동기화 기법을 요구하고 있다. 본 논문에서는, 무선센서노드의 특성을 파악하고 시간 동기화 수행 시 발생할 수 있는 오차요인을 분석하여, 넓은 지역에 산발적으로 분포되는 무선 센서네트워크의 특성을 보완할 수 있는 새로운 시간동기화 기법을 제안한다.
무선 센서 네트워크에서 중요한 이슈 중 하나는 배치되는 센서 노드들이 최대한 요래 지속되도록 전력 소비를 줄이는 것과, 네트워크를 시간 동기화 하는 것이다. 기존의 저 전력 시간 동기화 알고리즘은 취침모드에 대한 고려 없이 교환되는 패킷의 수를 줄이거나, 네트워크 토폴로지에 따라 다른 시간 동기화 방법을 사용하는 하이브라드 방법이 전부였다. 무선 센서 네트워크에서 효율적인 에너지 절약 방법은 노드의 취침을 통한 duty cycle의 감소이기 때문에, 본 논문에서는 노드의 취침을 통해 duty cycle을 줄일 수 있는 시간 동기화 알고리즘을 제안하였다. 알고리즘 제안 시, 실험을 통해 노드 구성요소의 특성을 파악하여 모델을 세운 후 접근하였다. 제안한 알고리즘의 성능 파악을 위해 네트워크에 요구되는 시간 동기화 정확도가 있을 때, 이를 만족시키기 위한 시간 동기화 주기 값을 구해보았으며, 노드 사이의 편차율을 구할 때 걸리는 시간을 확률적인 개념을 사용해 분석하여 보았다. 제안된 알고리즘을 $3{\times}3$ 격자(grid) 구조에서 구현해본 결과, duty cycle 5%, 시간동기 주기 10초일 때, 107.57 $\mu{s}$의 평균 시간동기 오차를, duty cycle 2.5%, 시간동기 주기 20초일때, 130 $\mu{s}$의 평균 시간동기 오차를 보여주었다.
본 논문에서는 분산 네트워크 환경에서 다수 노드들의 주파수를 동기화하기 위한 방식을 제안한다. 제안한 방식은 네트워크 상의 모든 노드들의 반송파 주파수를 동기화시킴으로써 새로운 노드 진입 시 노드 간 빠른 동기화가 가능토록 한다. 또한, 다수의 그룹이 네트워크 상에 존재하는 경우 인접 그룹 간의 동기화 방식을 제안한다. 제안한 주파수 동기 알고리즘은 노드의 진입이 유동적이고 그룹 간 병합과 분리가 빈번하게 발생할 수 있는 군작전 시나리오에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.
IoT-Cloud 융합 가상 기계 시스템은 저성능의 사물인터넷 장비에서 고성능 클라우드 서버의 연산력을 제공받는 오프로딩 기법을 사용한다. 오프로딩 기법을 사용하는 경우 실행 대상 프로그램은 사물인터넷 장비와 클라우드 서버 사이에 일관성이 유지되어야하기 때문에 문맥 동기화가 필요하다. 기존 IoT-Cloud 융합 가상 기계의 문맥 동기화 방식은 전체 문맥 동기화를 시도하기 때문에 네트워크 오버헤드가 증가하여 비효율적이다. 네트워크 오버헤드는 오프로딩 실행 성능을 기존보다 감소시킬 수 있기 때문에 효율적인 오프로딩을 위해서는 오프로딩 실행에 필요한 문맥 정보만을 동기화하여 네트워크 오버헤드를 줄여야 한다. 본 논문에서는 효율적인 오프로딩 실행을 위해 정적 프로파일링을 통해 추출된 문맥 정보를 기반으로 오프로딩 실행에 필요한 문맥 정보만을 동기화하는 문맥 동기화기를 설계 및 구현하였다. 오프로딩 실행에 필요한 문맥 정보만 동기화가 이뤄지면 문맥 동기화 시 발생하는 네트워크 오버헤드의 크기가 줄어들기 때문에 효율적인 오프로딩 실행이 가능하다.
최근 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)에 대한 관심이 증대되고 있으며, 센서노드의 제한된 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 센서 네트워크 미들웨어에 대한 연구가 활발히 수행되어 왔다. 그러나 기존 연구들은 데이터 집계 질의 수행 시 각 센서 노드의 동기화를 라우팅 프로토콜에 의존하고 있으며, 미들웨어에서의 자체적인 동기화 기법에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 센서 네트워크 미들웨어 자체적으로 데이터 집계 질의 동기화를 지원하는 레벨-기반 데이터 집계 질의 동기화 기법을 설계한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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