무선 센서 엑츄에이터 네트워크에서의 시간지연을 고려한 노드 스케줄링 제어 기법

변희정 ( Heejung Byun ) 한국인터넷정보학회 2016 인터넷정보학회논문지 Vol.17 No.5

무선 센서 엑츄에이터 네트워크(WSAN) 시스템은 기존의 무선 센서 네트워크(WSN)에서 엑츄에이터 기능을 추가한 센서 노드들을 연결하여 망을 구성하는 시스템이다. 엑츄에이터는 센서 노드와 함께 작동하며, 재난구호, 군용 감시체계, 건강 모니터링 및 기반시설 보안 등의 여러 응용분야에 적용된다. 이러한 응용분야는 적시에 정확하게 작동하여 데이터를 신뢰성 있게 전달하는 능력이 요구 된다. 생물학적으로 영감을 받은 모델링 기법은 개별적인 단순함을 유지하면서 동시에 강인성과 확장성, 적응성을 달성할 수 있는 기법으로 최근 상당한 관심을 받아오고 있다. 본 논문에서는 생물학적 메커니즘 중 전염병 전파 모델을 기반으로 이산 동적 모델을 제안하고 WSAN 시스템에 적용하고자 한다. 이를 위해 에너지 소모를 최소화하면서 동시에 시간지연 구속조건을 갖는 데이터 전파를 위한 노드 스케줄링 기법을 제안한다. 제안된 기법의 평형 상태 분석과 제어이론을 바탕으로 시스템의 안정성을 분석한 후 시뮬레이션 결과를 통해 요구 지연 시간을 만족하는 동시에 에너지 소모를 줄이는 성능을 검증한다. Wireless sensor-actuator networks (WSANs) enhance the existing wireless sensor networks (WSNs) by equipping sensor nodes with an actuator. The actuators work with the sensor nodes and perform application-specific operations. The WSAN systems have several applications such as disaster relief, intelligent building, military surveillance, health monitoring, and infrastructure security. These applications require capability of reliable data transfer to act responsively and accurately. Biologically inspired modeling techniques have received considerable attention for achieving robustness, scalability, and adaptability, while retaining individual simplicity. In this paper, an epidemic-inspired algorithm for data dissemination with delay constraints while minimizing energy consumption in WSAN is proposed. The steady states and system stability are analyzed using control theory. Also, simulation results indicate that the proposed scheme provides desirable dissemination delay and energy saving.

생체 내 셀 간 신호 전달 체계를 모사한 지역적 협력 및 시스템 요구 성능 보장을 위한 무선 센서망의 노드 스케쥴링 제어

변희정(Heejung Byun),손수국(Sugook Son) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.3(네트워크)

본 논문에서는 컴퓨팅 및 문제 해결 기술로 상당한 주목을 받고 있는 생체 모방 기술을 이용하여 무선 센서망에서 에너지 효율적이고, 요구 지연 시간이 보장된 노드 스케쥴링 제어 방식을 제안한다. 특히 생체의 셀 간 신호시스템과 무선 센서망 시스템 사이의 유사성을 도출하고, 무선 센서망의 특징을 고려하는 새로운 수학적 모델을 수립한다. 이러한 모델을 바탕으로 각 애플리케이션에 의해서 요구되는 QoS, 지역 환경 조건, 인접 노드들의 상태에 따라 센서 노드의 상태를 결정한다. 제어 이론을 바탕으로 분석을 수행하여 제안된 생체 모방 방식이 각 노드가 자율적으로 매개 변수들을 제어함으로써 시스템 안정성을 보장한다는 것을 보인다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 방식이 기존 프로토콜과 비교하여 상당한 에너지 절감뿐만 아니라 요구되는 지연 시간을 만족함을 확인한다. In this paper, we propose an energy efficient and delay guaranteed node scheduling scheme inspired by biological systems, which have gained considerable attention as a computing and problem solving technique. With the identification of analogies between cellular signaling systems and WSN systems, we formulate a new mathematical model that considers the networking challenges of WSNs. The proposed bio-inspired algorithm determines the state of the sensor node, as required by each application and as determined by the local environmental conditions and the states of the adjacent nodes. A control analysis shows that the proposed bio-inspired scheme guarantees the system stability by controlling the parameters of each node. Simulation results also indicate that the proposed scheme provides significant energy savings, as well as reliable delay guarantees by controlling the states of the sensor nodes.

Queue Management-Based Duty Cycle Control in Wireless Sensor Networks

변희정(Heejung Byun),손수국(Sugook Shon) 제어로봇시스템학회 2011 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.17 No.12

This paper proposes a control-based approach for duty cycle adaptation in wireless sensor networks. The proposed method, QCon, controls duty cycle through queue management in order to achieve high performance under variable traffic rates. To minimize energy consumption while meeting delay requirement, we design a feedback controller, which adapts the sleeping time according to dynamically changing traffic by constraining the queue length at a predetermined value. Based on control theory, we analyze the adaptive behavior of QCon and derive conditions for system stability. Results from asymptotic analysis and simulations indicate that QCon outperforms existing scheduling protocol by achieving more energy savings while satisfying delay requirement.

관리 제어를 이용한 무선 TCP 성능 향상에 관한 방법

변희정(Heejung Byun) 제어로봇시스템학회 2010 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.16 No.10

This paper proposes a systematic approach to the rate-based feedback control based on the supervisory control framework for discrete event systems. We design the supervisor to achieve the desired behavior for TCP wireless networks. From the analysis and simulation results, it is shown that the controlled networks guarantee the fair sharing of the available bandwidth and avoid the packet loss caused by the buffer overflow of TCP wireless networks.

셀룰러 망에서 관리 제어를 이용한 분산적 부하 균등 방법

변희정(Heejung Byun),양윤기(Yoongi Yang) 제어로봇시스템학회 2011 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.17 No.7

This paper proposes a scheme for distributed load balancing in mobile communication networks based on supervisory control framework. Using load information exchanged with neighboring cells, the “supervisors” that reside in the base stations distribute load among cells by controlling handover parameters in a distributed manner. The supervisors are designed so that the load difference among neighboring cells are kept under a pre-defined value. Results from systematic analysis and simulation indicate that our scheme effectively balances traffic load among cells and reduces call blocking rate of the overloaded cells.

무선 센서 네트워크를 위한 셀룰러 오토마타 기반의 노드 스케줄링 제어

변희정(Heejung Byun),손수국(Sugook Shon) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.10(네트워크)

무선 센서 네트워크는 일반적으로 에너지를 위해 배터리에 의존하는 밀집되게 배치된 센서 노드들로 구성된다. 이와 같이 여러 개로 밀집되게 배치된 센서 노드들은 에너지 낭비 및 센서 데이터의 높은 중복 전송을 야기한다. 상기 전원 관련 제약 및 높은 중복성과 같은 양자 문제는 센서 노드들 간의 적절한 노드 활동 스케줄링에 의해 해결될 수 있다. 본 논문에서는 우수한 커버리지 성능 보장 및 노드들 간 에너지 절약과 네트워크 수명의 연장을 위한 셀룰러 오토마타 (CA) 기반의 노드 스케줄링 알고리즘이 제안된다. 또한 CA 프레임워크에 기반하여 노드 스케줄링 알고리즘의 새로운 수학적 모델을 제안한다. 제안한 알고리즘은 스케줄링 결정을 위해 노드 내 지역환경 조건의 변경 및 인접 노드들의 상태 정보를 이용한다. 본 논문은 제안한 방식을 적용한 시스템의 동작을 분석하고 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 알고리즘이 센싱 커버리지 품질을 유지하면서 유의한 에너지 절약을 갖춘 에너지 균형을 보장함을 확인하였다. Wireless sensor networks (WSNs) generally consist of densely deployed sensor nodes that depend on batteries for energy. Having a large number of densely deployed sensor nodes causes energy waste and high redundancy in sensor data transmissions. The problems of power limitation and high redundancy in sensing coverage can be solved by appropriate scheduling of node activity among sensor nodes. In this paper, we propose a cellular automata based node scheduling algorithm for prolonging network lifetime with a balance of energy savings among nodes while achieving high coverage quality. Based on a cellular automata framework, we propose a new mathematical model for the node scheduling algorithm. The proposed algorithm uses local interaction based on environmental state signaling for making scheduling decisions. We analyze the system behavior and derive steady states of the proposed system. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms existing protocols by providing energy balance with significant energy savings while maintaining sensing coverage quality.

무선 망에서의 연속적 ECN을 이용한 TCP 성능 개선 방법

변희정(Heejung Byun) 제어로봇시스템학회 2010 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.16 No.8

무선 센서 망에서 생체 유전자 조절 네트워크를 모방한 분산적 노드 스케줄링 기법 설계

변희정(Heejung Byun) 한국통신학회 2015 韓國通信學會論文誌 Vol.40 No.10

다중 프로그램화된 이질 클러스터에서 자원 경쟁을 고려한 통신 기반 동시 스케쥴링 기법

유정록(Junglok Yu),변희정(Heejung Byun) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.1

통신 기반 동시 스케쥴링 기법은 다중 프로그램화된 클러스터에서 자원의 활용률을 개선하는 효과적인 방법론으로 알려져 있다. 그러나 기존에 제한되었던 기법들은 동시 스케쥴링 시 자주 발생하는 우선순위 높임 충돌(priority boost conflict)에 대한 고려가 되어 있지 않아, 전체 시스템의 큰 성능 감소를 가져온다. 본 논문에서는 우선순위 높임 충돌이 발생했을 때, 원격 노드들 간의 런타임 자원 경쟁(runtime resource contention)을 활용하는 효율적인 동시 스케쥴링 기법(CC; Contention-aware Coscheduling)을 제안한다. 아울러, 본 논문에서 제안한 기법의 상세 구현 및 다양한 동시 스케쥴링 정책을 실제 클러스터 환경에 쉽게 적용할 수 있는 범용 동시 스케쥴링 프레임워크에 대해 기술한다. 또한 이러한 동시 스케쥴링 프레임워크 상에서 기존에 제안되었던 여러 동시 스케쥴링 기법들 및 제안된 기법과의 성능을 비교, 분석한다. 실제 노드들로 구성된 다중 프로그램화된 이질 클러스터에서 시스템 부하(system load), 작업의 특성(application characteristics), 다중 프로그래밍 정도(multi-programming level)등의 다양한 시스템 변수를 적용하여 얻어진 실험 결과의 분석을 통해 제안한 기법의 우수성을 확인한다. Communication-driven coscheduling (CDC) has been demonstrated to be an effective technique in enhancing the performance of parallel applications in multi-programmed clusters. However, one major problem found in existing CDC schemes is that they do not incorporate any steps to attempt to properly handle priority boost conflicts, leading to significantly degraded performance. To address this problem, we propose a novel CDC scheme (called CC: Contention-aware Coscheduling) that regulates the scheduling sequence of conflicting processes based on the rescheduling latency of their correspondents in remote nodes. We also present an unified coscheduling framework which can be used to implement any coscheduling schemes with minimal effort, and implementation details of the proposed scheme. Using this framework, we exhaustively explore the impact of various system parameters and/or job characteristics on the performance of all considered CDC schemes on a heterogeneous cluster. The results show that the proposed approach outperforms existing schemes (by up to 36.6% in average job response time), reducing both boost conflict ratio and message delay.

Observer : 딥러닝 기반 객체 인식 기반의 멀티 재난 드론 시스템 설계 및 구현에 대한 연구

김진혁(Jin-Hyeok Kim),이태희(Tae-Hui Lee),변희정(Heejung Byun) 한국통신학회 2020 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11