무선 센서 망에서 다중싱크 이동성에 관련된 연구는 단순히 독립된 단일싱크 이동성 확장에 기인한다. 하지만, 다중 싱크의 경우 싱크 상호간의 이동 결집도에 따라 두 가지 그룹으로 분류될 수 있다: 싱크간의 산재된 싱크그룹(loosely coupled sink group)과 밀집된 싱크그룹(tightly coupled sink group)이다. 전자는 기존 다중싱크 연구에서 가정하고 있는 일반적인 모델이다. 반면, 후자의 예로는 전쟁터에서 동일한 작전을 수행하는 작은 분대 단위의 군인들의 이동성 등이 있다. 본 논문은 밀집된 싱크그룹 이동성을 갖는 다중 싱크를 위한 데이터전달 프로토콜을 제안한다.
무선 센서 망에서 이동성 지원을 위한 많은 데이타 전달 프로토콜들이 군인들이나 구조원과 같은 싱크의 이동 궤적이 랜덤하다는 가정 아래서 디자인되어왔다. 하지만, 많은 응용에서, 예를 들면 전쟁 지역에서 작전 상황 중의 군인의 이동 궤적과 같은, 싱크의 이동성은 미리 결정될 수 있다. 본 논문에서, 우리는 싱크들의 예측 가능한 이동성을 고려하여 소스 노드로부터 이동하는 싱크까지 데이타를 우회 없이 직행으로 전달할 수 있는 싱크의 예측 가능한 이동성 기반 데이타 전달 프로토콜을 제안한다. 또한, 우리는 기존의 랜덤한 이동성 기반의 데이타 전달 프로토콜들과의 성능 비교를 통해 예측 가능한 이동성 기반 데이타 전달 프로토콜의 향상성을 증명한다.
전형적인 무선 센서망은 센서들과 싱크로 구성된다. 그리고 사용자는 싱크로부터 원하는 정보를 요구 혹은 획득한다. 그 개체들은 무선 센서 망에서 이동성 환경을 각각 독립적으로 제공할 수 있다. 그에 비해, 기존 연구들은 센서 노드, 싱크, 그리고 이벤트 이동성만을 고려한다. 그러나, 또 하나의 이동성을 제공하는 가능한 개체로서 정보 요구자(사용자)가 있다. 정보 요구자 노드는 센서 망 내부에서 이동하면서 싱크에게 원하는 정보를 요구할 수 있다. 본 논문은 기존에 제안된 이동성 모델들을 분석하고, 새로운 이동성 모델인 정보 요구자 이동성 모델을 제안한다.
무선 센서 망에서 기존에 제안된 이동성 모델에 대한 연구는 크게 4가지로 구분된다: 싱크 이동성, 사용자 이동성, 센서 이동성, 그리고 이벤트 이동성. 기존의 연구들 중에 일부는 싱크 역할에 사용자를 포함된다. 하지만 최초 정보요구 및 최종 정보획득의 주체로 사용자는 싱크의 역할에서 독립된 개체로 존재할 수 있다. 이를 통해, 싱크는 기존 연구된 정적 측은 동적 기반 정보 군집 프로토콜을 모두 수용할 수 있으며, 이동 중인 사용자에게 수집된 정보를 전달하면 된다. 본 논문은 이러한 사용자 이동성 보장 프로토콜을 제안하고 컴퓨터 모의실험을 통해 그의 성능을 평가한다.
싱크의 이동성은 센서 네트워크에서 보다 많은 라우팅 변화를 발생시킨다. 능동적인 싱크의 이동으로 필요한 정보에 대한 적극적인 수집이 가능할 것이며, 이는 네트워크의 효용성을 더욱 높일 것이다. 하지만 고정된 싱크와 달리 싱크가 이동성을 가지게 되면 센서 노드와의 통신 연결이 지속적으로 변경될 수 있다. 라우팅 변동에 의한 경로 재설정이 불가피하게 되는 것이다. 이동 싱크로의 경로 설정에는 싱크에서 노드로의 경로 설정과 노드에서 이동 싱크로의 경로 설정 두 가지가 있다. 센서 네트워크에서 노드는 많은 제약을 가지고 있다. 노드에서 싱크로의 연결 설정을 발생할 경우 경로 배정에 대한 부담을 줄이는 방안이 제시되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 노드에서 이동 싱크로의 경로 설정을 위한 에이전트 방식을 제안한다. 에이전트 방식은 중계 노드를 통하여 경로 설정이 필요한 노드와 이동 싱크와의 신속한 연결 방안을 제공한다.
센서노드는 무선 센서네트워크를 통해서 감지한 정보를 싱크에게 전송한다. 최근 휴대 무선장비의 이용률 증가로 센서네트워크에서 데이터를 수집하는 싱크를 휴대 무선장비로 대체하여 이동성을 보장하는 연구가 활발히 진행된다. 즉, 싱크가 이동성을 가짐으로써 센서노드가 감지한 정보를 전달하는 방법이 중요한 문제로 부각되고 있다. 따라서 모바일 싱크의 위치를 효율적으로 알리고, 다중 소스노드에서 다중 싱크로 정보를 전달하는 것이 필요하다. 특히, 고정된 싱크에서 사용하던 데이터 전송경로는 모바일 싱크 환경에서 더 이상 효율적이지 못하다. 본 논문에서는 소스노드의 위치정보를 제공하기 위한 서버로서 8방향 앵커시스템(Eight-Direction Anchor system: EDA)을 제안한다. EDA는 센서네트워크의 가장자리에 위치한 센서노드의 편중된 에너지 소모를 막고, 전체 센서노드를 균형적으로 사용함으로써 균등한 에너지 소모를 보장한다. 또한, 모바일 싱크가 소스노드로부터 데이터를 연속적으로 받기위해서 위치기반 최단거리 전송(Location-based Shortest Relay: LSR) 프로토콜을 제안한다. LSR은 소스노드에서 싱크로의 우회하는 경로를 막고, 최소 지연경로를 통하여 연속적인 데이터 전송을 보장한다. 실험결과를 통해서 제안 프로토콜은 효율적인 위치서비스의 제공뿐만 아니라, 다중 소스와 다중 모바일 싱크 환경에서 평균 데이터 전송 비용절감 효과를 얻을 수 있음을 보인다.
무선 센서 망에서 소스가 그리드 구조(grid structure)를 생성하는 접근 방법은 이벤트의 이동에 의해 소스가 연속적으로 변하거나 소스가 많아질 경우 심각한 에너지 손실이 일어난다. 반면, 싱크 기반(sink-initiated)의 질의메시지를 사용하는 접근 방법에서는 망의 모든 센서 노드들에게 질의메시지가 플러딩되기 때문에 이벤트를 인식하지 않은 센서 노드들에게도 질의메시지가 플러딩되는 문제가 있다. 또한, 그들 접근 방법들은 싱크를 대신하는 중간자로서 고정 대리자(agent)를 사용하여 싱크에게 정보를 전달하는 방법을 사용하기 때문에 모든 소스에서 발생한 데이타가 항상 해당 대리자를 거치게 되고, 따라서 고정 대리자와 이동 싱크 간의 루트(route)에 혼잡도가 급격히 증가하게 된다. 본 논문에서는 이 문제들을 해결하기 위하여 싱크와 소스의 질의메시지를 관리하여 이벤트가 발생한 소스에서 이동 싱크까지의 루트를 형성하여, 직접 데이타를 전달하는 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 소스와 싱크간의 연결을 위하여 위치정보 기반 라우팅(geographic routing)과 위치정보 관리자를 사용한다. 마지막으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안 프로토콜의 에너지 효율성을 입증한다.
무선 센서 네트워크에서 위치 서비스는 싱크의 이동성을 지원하기 위한 효율적인 솔루션으로 주목 받았으며 이에 대한 연구가 진행되어왔다. 연구된 방안은 싱크의 속도, 궤도와 같은 이동성 정책을 이용하여 위치 서비스의 성능을 향상시켰다. 그러나 기존의 방안은 싱크가 이동할 것으로 예상된 지점에서 데이터 전달을 위해 플러딩을 사용한다. 이러한 플러딩의 결과로 기존 방안은 센서 노드들의 많은 에너지 소비를 야기하며 센서 네트워크에서 노드들의 에너지 소모량은 중요한 이슈가 된다. 그러므로, 본 논문은 기존 방안과는 달리 싱크의 지속적인 업데이트를 통해 유니캐스트를 사용하여 센서 노드들의 에너지 소비를 줄이면서 소스로부터 이동 싱크로 데이터를 전달하는 방안을 제시한다.
전형적인 센서 네트워크는 사용자, 싱크 그리고 센서들로 구성되며, 사용자와 싱크간은 기반 망으로 연결되어 있음을 가정한다. 그러나, 재난지역이나 전투지역에서의 실제 사용자들은 기반 망이 없는 밀집 된 센서 영역 내부를 이동하면서 다양한 정보를 받아 임무 수행할 수 있기를 원한다. 따라서, 사용자와 싱크 간 센서 노드만이 통신 채널로 유일하게 존재하는 상황에서 사용자의 이동성 지원이 필요 된다. 다중의 정적 싱크 기반 센서 망 구조에서 사용자의 이동성이 고려된 네트워크에서 사용자가 원하는 다양한 정보를 얻고자 하여 싱크에게 쿼리를 보냈을 때 각 싱크는 정보를 찾고자 한다. 기존 제안된 알고리즘들은 하나의 패킷에 수많은 쿼리를 담아 주기적인 메시지 전송을 요구하기 때문에 에너지 효율성이 떨어진다. 이에, 본 논문에서는 싱크가 정보를 찾고자 할 때 시간 동기화 기법을 사용하여 에너지 소모를 다소 줄이고자 한다. 각각의 싱크에 수많은 쿼리를 할당하여 원하는 정보를 찾도록 하는 임무로 플러딩할 때 패킷에 실어야 하는 값을 최소화 하여 에너지 효율성과 속도를 빠르게 하여 네트워크 수명을 연장하는 장점을 갖는다. 마지막으로 시뮬레이션시에 검증할 매트릭스와 향후 연구방향을 제시한다.
무선 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 네트워크 구성을 위해 데이터를 수집하는 싱크 노드에 이동성을 적용시킨 모바일 싱크를 이용한 데이터 수집 기법이 활발하게 연구되고 있다. 하지만 최근 모바일 싱크를 적용한 데이터 수집 기법에서는 무선 센서 노드들의 에너지 소모를 분산시켜 네트워크의 수명은 증가시켰지만 고정적인 경로를 기반으로 하여 이벤트 데이터의 신속한 수집이 불가능하거나 이동성을 갖는 모바일 싱크로의 동적 라우팅 패스의 빈번한 설정으로 인해 최적화된 에너지 효율을 제공하지 못한다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 모바일 싱크 기반의 무선 센서 네트워크 환경에서 에너지 효율성을 고려하여 이벤트 데이터를 우선 수집하는 데이터 수집 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 특정 이벤트가 발생할 경우, 모바일 싱크의 이동성을 이용하여 특정 이벤트 데이터를 빠르게 수집하며 일반적인 모니터링 데이터의 압축과 전송 주기를 변경함으로써 전반적인 QoS를 향상시킨다. 성능평가 결과, 제안하는 기법은 기존 기법에 비해 이벤트 데이터에 대한 응답시간이 평균 57% 감소하였고, 네트워크의 수명이 평균 19% 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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