유비쿼터스 센서 네트워크 환경 하에서 효율적인 에너지 절약형 프로토콜에 관한 연구

오기욱(Gi Oug OH),박미옥(Mi Ok Park) 한국컴퓨터정보학회 2013 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.18 No.10

기존의 센서 네트워크 연구들은 센서 자체가 가지는 에너지 측면만 강조하였다. 그러나 실제 센서 네트워크를 구성하였을 경우 특정 센서의 많은 활용으로 인해 센서 네트워크의 부분 단절을 초래한다. 이는 결국 센서네트워크가 오랜 시간 효율적으로 운영되지 못하는 단점이 되어 오히려 특정 센서 에너지 효율성이 센서 네트워크의 효율성을 저하시키는 결과를 초래하였다. 센서 네트워크들이 클러스터로 구성되었거나 하나의 큰 네트워크로 구성되어 있는 경우에도 센서의 에너지 효율성을 강조하기 때문에 결국 센서 네트워크의 단절을 회피할 수 없다. 따라서 센서 네트워크를 구성하는 모든 센서들을 고루 사용함으로써 센서 네트워크의 센서들이 단절을 회피하도록 하여 센서 네트워크의 수명을 연장할 수 있도록 한다. 본 논문은 유비쿼터스 환경에서 센서네트워크를 구성하는 프로토콜로 구성된 센서 네트워크의 에너지를 효율적으로 관리하여 센서 네트워크의 단절을 방지함으로써 구성된 센서 네트워크가 오랜 시간 유지되는 프로토콜을 제안한다. Existing sensor network studies have only emphasized energy aspects that sensors themselves had. But when an actual sensor network is established, biased use of a specific sensor may cause a partial disconnection of the sensor network. It becomes an disadvantage to fail efficient operation of the sensor network for a long time and energy efficiency of specific sensor energy causes to drop the efficiency of the sensor network. When a sensor network is composed of many clusters or made up of a large network, sensor network's disconnection cannot be avoided because they emphasize sensor's energy efficiency. Therefore, it was tried to lengthen the lifespan of the sensor network by making sensors in the sensor network avoid disconnection through even use of all the sensors composing of the sensor network. This article proposes a protocol to maintain a sensor network for a long time by preventing a sensor networks' disconnection through efficient management of sensor network energy composed of the protocols composing of the sensor network in ubiquitous environments.

A Web-based Sensor Network Query and Data Management

황광일(Kwang-il Hwang),엄두섭(Doo-seop Eom) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.33 No.11·12

최근 무수한 센서 노드들로 구성된 무선 센서 네크워크는 물리적인 환경을 감독하고 분석하는데 많은 기여를 할 것으로 기대된다. 그러나, 센서 네트워크는 매우 많은 노드들이 통신에 참여하고 전력이 제한된다는 점에서 기존의 네트워크와 매우 차별된다. 이러한 독특한 특징 때문에 센서네트워크의 데이타 질의를 포함한 센서 네트워크 데이타 관리는 주목할 만한 연구분야가 되고 있다. 또한 인터넷의 활발한 보급과 사용의 편리함 때문에 독립적인 한 네트워크에 대한 감독과 관리에 있어 인터넷을 통한 원격의 웹기반 네트워크 관리기술을 사용하는 것이 일반적으로 고려되고 있다. 그리하여 본 논문에서는 센서 네트워크 데이타 질의 및 관리를 보다 효율적으로 하기 위한 웹기반의 센서 데이타 질의 서버와 이를 기반으로 한 게이트웨이의 구조를 제안하고, 제안된 웹기반의 센서 게이트웨이의 구현관련 세부사항과 그 결과를 기술한다. 제안된 웹기반 게이트웨이는 크게 두 부분으로 구성된다. (인터넷 관련 처리부분과 센서 데이타 처리부분) 센서 데이타 처리부분은 인터넷으로 전달된 사용자의 질의와 해당하는 데이타를 다양한 센서네트워크 (평면적 또는 계층적)에 적용 가능한 센서 데이타 질의 및 데이타 관리를 대행하는 역할을 하며, 인터넷 관련 처리부분에서는 센서 네트워크와 인터넷 사이의 순조로운 데이타 교환을 위한 모듈화된 게이트웨이 기능을 공급한다. Wireless sensor networks consisting of hundreds to thousands of nodes are expected to be increasingly deployed in coming years, as they enable reliable monitoring and analysis of physical worlds. These networks have unique features that are very different from traditional networks, e.g., the numerous numbers of nodes, limitation in power, processing, and memory. Due to these unique features of wireless sensor networks, sensor data management including querying becomes a challenging problem. Furthermore, due to wide popularization of the Internet and its facility in use, it is generally accepted that an unattended network can be efficiently managed and monitored over the Internet. In particular, in order to more efficiently query and manage data in a sensor network, in this paper, the architecture of a sensor gateway including web-based query server is presented and its implementation detail is illustrated. The presented web-based gateway is largely divided into two important parts: Internet part and sensor network part. The sensor network part plays an important role of handling a variety of sensor networks, including flat or hierarchical network architecture, by using internally layered architecture for efficiently querying and managing data in a sensor network. In addition, the Internet part provides a modular gateway function for favorable exchange between the sensor network and Internet.

센서 네트워크와 그리드 네트워크와의 연동을 위한 u-Healthcare 센서그리드 게이트웨이 설계 및 구현

오세진(Se-Jin Oh),이채우(Chae-Woo Lee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.45 No.4

현재 많은 연구자들이 저비용, 저 전력을 필요로 하는 센서 네트워크를 활용하여 사람의 건강 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 u-Healthcare(ubiquitous Healthcare) 시스템을 구축하는데 심혈을 기울이고 있다. u-Healthcare 시스템은 센서 네트워크로부터 수집된 대량의 생체신호를 신속히 처리ㆍ분석하여 의료진에게 전달함으로써 시간과 장소에 관계없이 환자에게 적절한 의료 서비스를 제공할 수 있다. 기존의 u-Healthcare 시스템을 통해 환자의 건강상태 모니터링이 가능하지만 수집된 생체 신호를 신속히 분석하여 의학적으로 의미 있는 결과를 도출하는 것은 아직 어려운 상황이다. 본 논문에서는 대량의 생체신호를 고속으로 연산할 수 있는 그리드 컴퓨팅 기술을 센서 네트워크와 결합하여 환자의 생체신호를 측정하여 의학적으로 의미 있는 결과를 도출하고자 한다. 서로 다른 프로토콜을 사용하는 두 네트워크의 연동을 위해 게이트웨이가 필요하며, 게이트웨이에는 효과적인 u-Healthcare서비스 제공을 위해 센서 네트워크의 효율적 관리 및 제어, 생체신호 실시간 모니터링, 그리드 네트워크와 연계된 통신 서비스 등의 기능이 포함되어야 한다. 본 논문에서는 진보된 u-Healthcare 시스템을 구축하기 위하여 센서 네트워크와 그리드 네트워크를 유연하게 연동할 수 있는 센서그리드 게이트웨이를 설계하고 구현된 결과를 제시한다. Researchers nowadays are trying to implement u-Healthcare (ubiquitous Healthcare) systems for real-time monitoring and analysis of patients' status through a low-cost and low-power wireless sensor network. u-Healthcare system has an aim to provide reliable and fast medical services for patients regardless of time and space by transmitting to doctors a large quantity of vital signs collected from sensor networks. Existing u-Healthcare systems can merely monitor patients' health status. However, it is not easy to derive physiologically meaningful results by analyzing rapidly vital signs through the existing u-Healthcare systems. We introduce a Grid computing technology for deriving the results by analyzing rapidly the vital signs collected from the sensor network. Since both sensor network and Grid computing use different protocols, a gateway is needed. In addition, we also need to construct a gateway which includes the functions such as an efficient management and control of the sensor network, real-time monitoring of the vital signs and communication services related to the Grid network for providing u-Healthcare services effectively. In this paper, to build an advanced u-Healthcare system by using these two technologies most efficiently, we design and present the results to implement a SensorGrid gateway which connects transparently the sensor network and the grid network.

TeloSIM: Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준 센서네트워크 시뮬레이터

조현우(Hyunwoo Joe),김형신(Hyungshin Kim) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.11

센서 네트워크의 특성상 설치 후, 사람이 직접 초소형의 센서 노드들을 일일이 관리할 수 없기 때문에, 센서 노드를 직접 설치하기 이전에 시뮬레이션을 통해 각 센서노드들의 네트워크 환경을 미리 확인하고 점검하는 작업은 매우 중요하다. 센서네트워크 통신 프로토콜이나 어플리케이션은 데이터의 송수신 타이밍이 매우 중요하다. 하드웨어의 동작타이밍을 정확히 모델링 하여 시간에 데이터를 처리 송수신하는 사이클이 정확한 시뮬레이션이 요구된다. 이를 위해 잘 알려진 방법은 명령어 수준의 시뮬레이션 방법이다. 본 연구에서는 Telos 형 센서노드를 위한 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터인 TeloSIM을 구현했다. Telos 는 중앙처리장치인 MSP430과 라디오모듈인 CC2420를 사용하며 최근 가장 많이 쓰이고 있는 센서노드이다. MSP430은 센서노드에서 사용되고 있는 중앙처리장치 가운데 가장 적은 에너지를 소모하며, CC2420은 Zigbee를 지원하기 때문이다. 하지만 현재까지 개발된 명령어 수준의 센서네트워크 시뮬레이터는 대부분 Atmega128을 지원하는 시뮬레이터이거나 CC2420을 지원하지 못하는 시뮬레이터들이다. 따라서 본 논문에서는 소개하는 TeloSIM은 Telos를 이용하여 센서네트워크를 연구하는 개발자에게 도움을 줄 수 있다. TeloSIM은 명령어 수준의 시뮬레이터로 사이클이 정확한 장점을 갖고 있고 하드웨어를 정확히 모델링 하여 운영체제나 특정 기능 구현에 상관없이 하드웨어를 직접 이용하는 것과 동일하게 사용할 수 있으며, 다수의 센서노드를 동시에 시뮬레이션 할 수 있다. 그리고 GUI 도구를 제공하여 사용자가 시뮬레이션 결과를 쉽게 볼 수 있도록 하였다. In the sensor network, many tiny nodes construct Ad-Hoc network using wireless interface. As this type of system consists of thousands of nodes, managing each sensor node in real world after deploying them is very difficult. In order to install the sensor network successfully, it is necessary to verify its software using a simulator beforehand. In fact Sensor network simulators require high fidelity and timing accuracy to be used as a design, implementation, and evaluation tool of wireless sensor networks. Cycle-accurate, instruction-level simulation is the known solution for those purposes. In this paper, we developed an instruction-level sensor network simulator for Telos sensor node as named TeloSIM. It consists of MSP430 and CC2420. Recently, Telos is the most popular mote because MSP430 can consume the minimum energy in recent motes and CC2420 can support Zigbee. So that TeloSIM can provide the easy way for the developers to verify software. It is cycle-accurate in instruction-level simulator that is indispensable for OS and the specific functions and can simulate scalable sensor network at the same time. In addition, TeloSIM provides the GUI Tool to show result easily.

무선 센서네트워크에서 다종 센서(Different Types of Sensors)가 미치는 영향에 대한 분석

최동민(Dong-Min Choi),정일용(Il-Yong Chung),김성열(Seong-Yeol Kim) 한국컴퓨터정보학회 2014 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.19 No.9

본 논문에서 우리는 다양한 센서를 사용하는 센서네트워크 환경을 구축하고 이를 단일 센서만을 고려하여 설계된 기존의 클러스터링 알고리즘에 적용하여 성능평가를 진행하였다. 실험에는 서로 다른 타입의 네트워크를 고려하였다. 첫 번째 네트워크는 모든 노드가 동일한 타입의 센서를 장착하는 환경이며, 두 번째는 3가지의 다종 센서를 사용한 네트워크 환경이다. 우리는 몇몇 클러스터링 기법을 데이터 정확성, 자원 고갈 노드 발생 시점, 네트워크 가용 에너지량, 고립 노드 비율, 그리고 네트워크 수명에 따라 성능 변화를 측정하였다. 성능 평가 결과에 의하여 기존 알고리즘은 다종 센서를 사용한 네트워크 유지에 비효율적이라는 사실을 입증하였다. 이에 따라 우리는 다종 센서를 고려한 클러스터링 알고리즘에 대한 연구가 요구됨을 제시하였다. In this paper, we constructed a sensor network environment where various sensors are used. Then, we evaluated the performance when this environment adopted existing clustering algorithms that are designed for only single type sensors network. In our experiments, we considered two different types of the networks. In the first, all nodes are equipped with identical sensors. In the second, all nodes are equipped with three different types of sensors. We measured performance variations of several clustering schemes in accordance with sensor data accuracy, sensor node resource depletion timing, amount of available energy, node isolation ratio, and network lifetime. According to our performance analysis, we proved that existing clustering algorithms are partially inefficient to maintain the various-sensor network. Consequently we suggest that a new algorithm is required to take aim at the various sensor network.

Performance Analysis of Routing Protocol for Improvement Quality of Service (QoS) in Wireless Sensor Network

Rakesh Kumar Saini,Ritika 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Future Generation Communi Vol.9 No.12

Wireless Sensor Network has many sensor nodes that are used to monitor the physical and environmental condition such as Vibration, Temperature Sound and so on. In Wireless sensor network all sensor cooperately pass their data to the base station from where data are transmitted via satellite or internet to the base station. Wireless sensor network has some constraints like power or energy is limited, computational capability is limited, storage capability is limited. Energy efficiency of sensor nodes is very big issue in wireless sensor network because sensor nodes have low energy. To improve energy-efficiency of sensor nodes various routing protocols have been proposed in wireless sensor network like Cluster based routing protocols-LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), LEACH-C (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized), EEPSC (Energy-Efficient Protocol with Static Clustering), Cross-layered modification technique and other routing protocols like AODV, DSR, Bellman Ford, DSDV and DYMO Routing protocols. So in this work we try to analyze the performance of AODV, DYMO and DSR routing protocol for improvement Quality of Service (QoS) in Wireless Sensor Network. The parameters used for the performance analysis include average jitter, throughput, average end to end delay.

u-EMS : 바이오 센서 네트워크 기반의 응급 구조 시스템

김홍규(Kim Hong Kyu),문승진(Moon Seung Jin) 한국정보과학회 2007 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.13 No.7

바이오센서는 생명공학 또는 의학 분야에서 사용되는 인간의 생체 신호를 감지할 수 있는 센서들로 의료기기에 주로 사용되는데, 최근 MEMS 기술의 발달로 작은 크기의 하드웨어에 센서 인터페이스, 프로세서, 무선통신, 배터리 등을 포함한 모듈을 센서노드(모트 : Mote)들로 구성된 센서기반 네트워크에서 바이오센서 네트워크로 응용분야를 확장하고 있다. 이에 본 논문에서는 바이오센서 기술과 센서네트워크 기술을 융합한 기술인 바이오 센서네트워크를 활용한 응급 구조 시스템의 설계 및 구현을 제안한다. 제안된 시스템에 사용된 바이오센서는 근전도(EKG), 혈압(Blood Pressure), 맥박(Heart Rate), 산소포화도(Pulse Oximeter), 혈당(Glucose)센서들로, 바이오센서에서 측정된 생체 신호를 센서네트워크 모트를 통해 데이타를 수집하고, 수집된 데이타를 이용하여 건강관리 측정 데이타로 활용하였으며 측정된 데이타는 무선단말기(PDA, 휴대폰), 전자액자 디스플레이장치 등에서 확인 가능하도록 구성하였다. 아울러, 제안한 u- 응급 구조 시스템의 유효성을 실험하기 위해서 사용자의 바이탈사인 정보와 주변 환경정보를 고려한 실험을 수행하였다. The bio-Sensors, which are sensing the vital signs of human bodies, are largely used by the medical equipment. Recently, the sensor network technology, which composes of the sensor interface for small-seize hardware, processor, the wireless communication module and battery in small sized hardware, has been extended to the area of bio-senor network systems due to the advances of the MEMS technology. In this paper we have suggested a design and implementation of a health care information system(called u-EMS) using a bio-sensor network technology that is a combination of the bio-sensor and the sensor network technology. In proposed system, we have used the following vital body sensors such as EKG sensor, the blood pressure sensor, the heart rate sensor, the pulse oximeter sensor and the glucose sensor. We have collected various vital sign data through the sensor network module and processed the data to implement a health care measurement system. Such measured data can be displayed by the wireless terminal(PDA, Cell phone) and the digital-frame display device. Finally, we have conducted a series of tests which considered both patient's vital sign and context-awared information in order to improve the effectiveness of the u-EMS.

A Sensor Network using Content-Aware Messaging Network Architecture

Junya Terazono,Hideyuki Fukuhara,Takuto Yamada,Toshiaki Nihei,Kazunori Suzuki,Isamu Koseda,Ryutaro Fujita,Toshiaki Miyazaki,Senroh Saito,Atsushi Kara,Takafumi Hayashi 제어로봇시스템학회 2009 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2009 No.8

The present paper describes an approach to the construction of a sensor network using a messaging network. A messaging network is an over lay network with a set of content-aware message handling ca-pabilities. The use of a messaging network can reduce the complexity and maintenance burden of integrated sensor information systems. Message mediation(afunction of the messaging network) enables interoperation of various applications and integration of diverse sensor data. Subscription(an other concept in the messaging network) enables proper information delivery of the sensor data to each user. The proposed approach is helpful in implementing an SOA-based sensor network and enables flexible sensor network configuration and utilization.

무선 센서 네트워크에서 유전자 알고리즘 기반의 혼잡 제어

박총명(Chongmyung Park),이좌형(Joahyoung Lee),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.36 No.5

센서 네트워크는 많은 센서 노드들이 환경 정보를 수집하는 이벤트 기반의 네트워크 시스템이다. 에너지를 효율적으로 사용하기 위해, 센싱 주기를 길게 하며 특정한 이벤트가 발생한 경우에는 짧은 주기로 센싱하여 전송한다. 이러한 센서 네트워크 환경에서 지역적인 이벤트 발생은 네트워크의 혼잡을 야기하여 중요한 정보의 손실이 일어날 수 있으며, 과다한 전송 모듈의 사용으로 네트워크의 수명이 단축될 수 있다. 본 논문에서는 지역적인 이벤트가 발생하여 네트워크 트래픽이 증가할 때, 트래픽이 집중된 노드의 트래픽을 분산하기 위한 유전자 알고리즘 기반의 혼잡 제어 기법(CCGA)을 제안한다. CCGA는 트래픽이 집중된 노드의 자식 노드들로부터 주변 노드들의 정보를 수집하고 유전자 알고리즘을 수행하여 포워딩노드를 선택하고 트래픽을 분산시킨다. CCGA의 유전자 알고리즘은 주변 노드들의 데이터 전송률을 염색체로 표현하였다. 이벤트 발생 지역 주변노드들의 데이터 전송률이 고르게 분포될 수 있도록 이벤트 발생지역 노드들의 전송률 평균과 표준편차를 이용한 적합도 함수를 설계하였다. 실험을 통하여 CCGA 알고리즘이 센서 노드들의 데이터 전송률을 균등하게 유지시키며 이러한 결과가 특정 노드의 전력 소모 집중을 방지함을 보인다. 이러한 결과는 센서 네트워크의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하며 센서 네트워크의 수명 연장에 기여한다. Wireless sensor network is based on an event driven system. Sensor nodes collect the events in surrounding environment and the sensing data are relayed into a sink node. In particular, when events are detected, the data sensing periods are likely to be shorter to get the more correct information. However, this operation causes the traffic congestion on the sensor nodes located in a routing path. Since the traffic congestion generates the data queue overflows in sensor nodes, the important information about events could be missed. In addition, since the battery energy of sensor nodes exhausts quickly for treating the traffic congestion, the entire lifetime of wireless sensor networks would be abbreviated. In this paper, a new congestion control method is proposed on the basis of genetic algorithm. To apply genetic algorithm, the data traffic rate of each sensor node is utilized as a chromosome structure. The fitness function of genetic algorithm is designed from both the average and the standard deviation of the traffic rates of sensor nodes. Based on dominant gene sets, the proposed method selects the optimal data forwarding sensor nodes for relieving the traffic congestion. In experiments, when compared with other methods to handle the traffic congestion, the proposed method shows the efficient data transmissions due to much less queue overflows and supports the fair data transmission between all sensor nodes as possible. This result not only enhances the reliability of data transmission but also distributes the energy consumptions across the network. It contributes directly to the extension of total lifetime of wireless sensor networks.

이중 라디오 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 클러스터링

문수훈(Soo-Hoon Moon),한승재(Seung-Jae Han) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.39 No.1

이중 라디오 무선 센서 네트워크는 2가지의 서로 다른 전송 거리, 전송 속도, 에너지 소모 특성을 갖는 라디오 인터페이스를 동시에 내장한 센서 노드들로 구성된다. 이중 라디오 센서 네트워크는 한가지 종류의 라디오 인터페이스로만 구성된 전통적인 무선 센서 네트워크에 비하여 네트워크의 공간적 확장성, 사건 감지 반응시간, 에너지 소모를 포함한 여러 측면에서 이점을 갖는다. 본 논문은 이중 라디오무선 센서 네트워크의 수명을 최대화하기 위해 에너지 효율적인 클러스터의 크기를 결정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위한 전제로써 기존의 센서용 라디오 인터페이스를 클러스터 내부의 통신에 이용하고, 고속이며 긴 전송 범위를 갖는 라디오 인터페이스를 클러스터간 통신에 이용하는 이중 라디오 센서 노드로 구성된 2계층 클러스터 구조를 가정한다. 우리는 각 센서 노드에서 주기적으로 데이터가 발생하고 발생한 모든 데이터가 싱크 노드로 모이는 일반적인 센서 네트워크의 트래픽 상황에서 이중 라디오 센서 네트워크의 에너지 소모 양상을 분석한다. 이를 바탕으로 클러스터 구조의 네트워크에서 에너지 효율적으로 동작하는 네트워크 구성 매개변수를 이끌어 냄으로써 네트워크 수명 최대화의 목적을 달성하고자 한다. 우리는 얻은 결과를 실제에 적용하기 위해 2계층 클러스터링 알고리즘인 DHS(diffusive head selection)를 제안한다. 시뮬레이션을 통해, 에너지 효율적인 매개변수와 제안한 알고리즘으로 구성한 2계층 클러스터 구조의 센서 네트워크가 기존의 알고리즘보다 뛰어남을 보인다. Dual-radio wireless sensor network consists of the sensor nodes that have two radio interfaces which have different transmission distance, transmission speed and energy consumption. Dual-radio wireless sensor network provides several advantages compared with the conventional wireless sensor networks which consist of only single type of radio interface including spatial scalability, event detection latency, and energy consumption. In this paper, we aim to determine the energy efficient cluster size to maximize the network lifetime of dual-radio wireless sensor network. We assume the two-tier clustered WSN: conventional sensor radio interface is used for in-cluster communication and high-speed radio interface is utilized for inter-cluster communication. We analyze the energy consumption of dual-radio wireless sensor network in typical sensor network traffic, which the data is generated periodically and is concentrated to the sink node. Using this analysis, we achieve the maximization of network lifetime by deriving the network parameters which form energy efficient cluster architecture. To apply this result to the real network, we propose a two-tiered clustering algorithm, called 'DHS (diffusive head selection)'. In simulation, we show that the performance of the two-tier clustered dual-radio wireless sensor network by DHS exceeds those of previous algorithm.