Duty Cycle 기반의 WSN MAC을 위한 트래픽 환경에 따른 가변 Wakeup Period 기법 제안

이재호,엄두섭,Lee, Jae-Ho,Eom, Doo-Seop 대한전자공학회 2012 전자공학회논문지 Vol.50 No.8

센서 네트워크는 센서가 설치된 지역에서 감지된 데이터를 무선으로 전달하는 기술로서, 기존 방식과 달리 에너지 효율이 매우 중요한 성능요소이다. 이러한 특성에 따라 많은 WSN MAC 프로토콜에서는 Wakeup과 Sleep을 반복하여 수행하는 Duty Cycle 기법을 활용하고 있지만, 고정적인 Wakeup 구간의 설정에 따라 획일화된 에너지 성능과 수신 성공률로 인하여 성능이 제한적이다. 본 논문에서는 이러한 Duty Cycle 기반의 MAC 프로토콜을 개선하기 위하여, 채널 환경에 따라 동적으로 Wakeup 구간을 가변화시키는 기법을 제안한다. 제안하는 방식은 트래픽이 높은 환경에서 Wakeup 구간을 증가시켜 수신 성공률을 높이고, 트래픽이 낮은 환경에서 Wakeup 구간을 줄여 에너지 성능을 향상시켰다. 또한 본 논문에서는 제안하는 방식의 성능에 대한 효율적인 평가를 위하여 기존 동기식 및 비동기식 MAC의 결과와 제안방식을 적용한 MAC의 결과를 비교하고 이를 분석하였다. The energy efficiency is extremely significant in Wireless Sensor Networks (WSN) which deliver the data sensed in the sensor field, using wireless communications. Under the characteristics of WSN, many MAC protocols employ the Duty Cycle mechanism which continuously operates Wakeup and Sleep periods, for the energy efficiency. However, constant Wakeup period in general Duty Cycle incurs the limited performance of the energy efficiency and the receiving ratio. For addressing this, we design and propose a new scheme called Variable Wakeup Period, considering local traffic conditions. Our scheme enhances receiving ratio by increasing Wakeup period under the high traffic condition, and makes high energy efficiency by decreasing Wakeup period under the otherwise condition. In addition, we evaluate the performance of our scheme by performing the simulation, which experiments the previous synchronous and asynchronous MAC protocols, and which also experiments the same protocols with the proposed scheme, for comparative evaluations.

Localization Algorithm without Range Information in Wireless Sensor Networks

이병화,엄두섭,Lee, Byoung-Hwa,Lee, Woo-Yong,Eom, Doo-Seop 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4

A sensor network is composed of a large number of sensor nodes that are densely deployed in a field. Each sensor performs a sensing task for detection specific events. After detecting this event, location information of the sensor node is very important. Range-based scheme of the proposed approaches typically achieve high accuracy on either node-to-node distances or angles, but this scheme have a drawback because all sensor nodes have the special hardware. On the other hand, range-free scheme provides economic advantage because of no needed hardware even if that leads to coarse positioning accuracy. In this paper, we propose a range-free localization algorithm without range information in wireless sensor networks. This is a range-free approach and uses a small number of anchor nodes and known sensor nodes. This paper develops a localization mechanism using the geometry conjecture (perpendicular bisector of a chord). The conjecture states that a perpendicular bisector of a chord passes through the center of the circle.

모바일 네트워크에서 TCP 성능 향상을 위한 패킷 포워딩 제어 방안

허경,엄두섭,이승현,차균현,Hur, Kyeong,Eom, Doo-Seop,Lee, Seung-Hyun,Tchah, Kyun-Hyon 한국통신학회 2002 韓國通信學會論文誌 Vol.27 No.4C

모바일 IP 프로토콜에서 핸드오프 동안에 발생하는 패킷 손실 때문에 초래되는 TCP의 성능저하를 방지하기 위해서는 모바일 If 경로 최적화 확장의 스무스 핸드오프 방식에서 이전 기지국이 랜드오프 동안 손실된 패킷들을 버퍼에 저장하고 저장된 패킷들이 이동한 단말에게 전달되어야 한다. 그러나 이동단말이 혼잡한 라우터와 연결된 새로운 서브 네트워크로 이동한 경우에는, 이전 기지국이 포워딩하는 패킷들은 손실되고 이 패킷들로 인해 심화된 혼잡으로 인해 기존 고정 TCP 플로들의 링크이용률 성능이 저하되게 된다. 본 논문에서는 패킷 버퍼링 방식이 결합된 스무스 랜드오프 방식으로 이동단말이 혼잡이 존재하는 라우터와 연결된 새로운 서브네트워크로 이동한 경우, 새로운 서브 네트워크와 연결된 라우터가 사용하는 RED 버퍼 관리 방식의 혼잡 상태에 따라 이전 기지국이 저장한 패킷들을 포워딩하거나 폐기하는 패킷 포워딩 제어 방안을 제안하였다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 패킷 포워딩 제어방안을 적용하여 링크이용률 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다. To prevent the performance degradation of TCP due to packet loss in the smooth handoff by the route optimization extension of Mobile If protocol, a buffering of packets at a base station is needed. A buffering of packets at a base station recovers the packets dropped during the handoff by forwarding the buffered packets at the old base station to the mobile user. But, when the mobile user moves to a new foreign network which is connected to a congested router, the buffered packets forwarded by the old base station are dropped and the link utilization performance degraded due to increased congestion by the forwarded packets. In this paper, when the mobile user moves to a new foreign network which is connected to a congested router, Ive propose a packet forwarding control scheme required far the old base station to improve TCP performance in mobile networks. The old base station forwards or discards the buffered packets during handoff by proposed packet forwarding control scheme based on congestion states of RED(Random Early Detection) at the congested router. Simulation results slow that link utilization performance can be improved by applying proposed packet forwarding control scheme.

Proactive Data Dissemination Protocol on Distributed Dynamic Sink Mobility Management in Sensor Networks

황광일,엄두섭,허경,Hwang Kwang-Il,Eom Doo-Seop,Hur Kyeong The Korean Institute of Communications and Informa 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.9B

In this paper, we propose an energy-efficient proactive data dissemination protocol with relatively low delay to cope well with highly mobile sink environments in sensor networks. In order for a dissemination tree to continuously pursue a dynamic sink, we exploit two novel algorithms: forward sink advertisement and distributed fast recovery. In our protocol, the tree is shared with the other slave sinks so that we call it Dynamic Shared Tree (DST) protocol. DST can conserve considerable amount of energy despite maintaining robust connection from all sources to sinks, since tree maintenance of DST is accomplished by just distributed local exchanges. In addition, since the DST is a kindof sink-oriented tree, each source on the DST disseminates data with lower delay along the tree and it also facilitates in-network processing. Through simulations, it is shown that the presented DST is considerably energy-efficient, robust protocol with low delay compared to Directed Diffusion, TTDD, and SEAD, in highly mobile sink environment.

A Ubiquitous Service Framework for Efficient Organizational Information Management

황광일,엄두섭,허경,Hwang Kwang-Il,Eom Doo-Seop,Hur Kyeong The Korean Institute of Communications and Informa 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.9B

본 논문에서 우리는 특정 지역에 익숙하지 않은 사용자들에게 그 지역에 대한 지능적이고 유용한 서비스를 제공해 줄 수 있는 구체적이고 실질적인 유비쿼터스 기관 정보(UOI : Ubiquitous Organizational Information) 서비스 구조를 제안한다. 제안하는 UOI 구조는 분산 센서 네트워크에 기반한 계층적 네트워크로 구성된다. 무엇보다 보다 양질의 서비스를 제공하기 위하여, UOI 서비스 소프트웨어와 기반 소프트웨어를 모듈화하여 개발하였다. 이 UOI 서비스 와 기반 소프트웨어는 자체 개발한 하드웨어 위에서 구현되었다. 우리는 세 종류의 대표적인 UOI 서비스를 정의하고, 제안된 UOI 네트워크에서 동작하는 각 서비스의 흐름을 묘사한다. 덧붙여, 개발된 UOI 테스트 베드를 통한 구현의 세부사항을 묘사하고 결과를 요약한다. In this paper, we introduce a concrete, practical Ubiquitous Organizational Information (UOI) service framework, providing novice users intelligent and useful services respecting the environment. The UOI framework consists of hierarchical network architecture and is based on distributed sensor networks. To provide a rich array of services, the modular software framework and foundation software is designed. The UOI framework and foundation software is implemented on our hardware prototype. We define three representative UOI services and illustrate each service flow operating in our UOI network. In addition, we describe some details in the implementation of a distributed UOI network on the UOI test-bed.

셀룰러 시스템에서 이동멀티미디어 서비스지원을 위한 CDMA R-ALOHA의 성능분석

허경,김수원,엄두섭,차균현,Hur, Kyeong,Kim, Soo-Won,Eom, Doo-Seop,Tchah, Kyun-Hyon 한국통신학회 2000 韓國通信學會論文誌 Vol.25 No.11

본 논문은 셀룰러 시스템 상향 링크에서 음성데이터 및 실시간 영상데이터로 구성된 화상전화서비스, 고속 및 저속 데이터베이스의 다중 전송률 멀티미디어 서비스를 통합 지원할수 있는 CDMA R-ALOHA 프로토콜을 제안하였다. 제안된 프로토콜은 액세스슬롯과 전송슬롯으로 구분된 프레임의 구조를 이용한 코드할당 방식으로 전송슬롯에서의 간섭을 줄였다. 그리고, 각 서비스의 트래픽 특성에 따른 전송코드 예약과 화상전화서비스 사용자의 핸드오프호를 고려하여 분석된 각 서비스 부시스템의 Markov-chain 모델을 이용한 각 서비스의 채널 경쟁 사용자수 추정을 기반으로 서비스별 액세스 허용확률을 제안하여, 액세스슬롯에서의 패킷 충돌을 감소시키고 핸드오프호의 우선권을 보장할 수있다. 또한 화상전화서비스의 영상데이터 전송정보를 이용한 코드 예약방식을 제안하여, 음성 트래픽을 패킷의 손실이 없이 지원하였고 고속 및 저속 데이터베이스를 통해 채널 이용효율을 극대화하였다.

모바일 IP 패킷 버퍼링 방식에서 TCP 성능향상을 위한 패킷 포워딩 우선권 보장 방안

허경,노영섭,엄두섭,차균현,Hur, Kyeong,Roh, Young-Sup,Eom, Doo-Seop,Tchah, Kyun-Hyon 한국통신학회 2003 韓國通信學會論文誌 Vol.28 No.8B

To prevent performance degradation of TCP due to packet losses in the smooth handoff by the route optimization extension of Mobile IP protocol, a buffering of packets at a base station is needed. A buffering of packets at a base station recovers those packets dropped during handoff by forwarding buffered packets at the old base station to the mobile user. But, when the mobile user moves to a congested base station in a new foreign subnetwork, those buffered packets forwarded by the old base station are dropped and TCP transmission performance of a mobile user in the congested base station degrades due to increased congestion by those forwarded burst packets. In this paper, considering the general case that a mobile user moves to a congested base station, we propose a Priority Packet Forwarding to improve TCP performance in mobile networks. In the proposed scheme, without modification to Mobile IP protocol, the old base station marks a buffered packet as a priority packet during handoff. And priority queue at the new congested base station schedules the priority packet firstly. Simulation results show that proposed Priority Packet Forwarding can improve TCP transmission performance more than Implicit Priority Packet Forwarding and RED (Random Early Detection) schemes. 모바일 IP 프로토콜에서 핸드오프 동안에 발생하는 패킷 손실 때문에 초래되는 TCP 성능 저하를 방지하기 위해서는 모바일 IP 경로최적화확장의 스무스 핸드오프 방식에서 이전 기지국이 핸드오프 동안 손실되는 패킷들을 버퍼에 저장하고 저장된 패킷들이 이동한 단말에게 전달되어야 한다. 그러나 무선링크가 병목인 일반적인 경우에서 이동단말이 새로운 서브 네트워크의 혼잡한 기지국으로 이동한 경우에는, 이전 기지국이 포워딩하는 패킷들은 손실되고 또한 이전 기지국이 포워딩하는 패킷들의 버스트한 도착 특성으로 인해 심화된 혼잡으로 기지국 내 이동단말 플로들의 TCP 전송 성능이 저하되게 된다. 본 논문에서는 기지국 패킷버퍼링방식이 결합된 스무스 핸드오프 방식으로 이동단말이 새로운 서브네트워크의 혼잡한 기지국으로 이동한 경우, 이동단말 플로들의 TCP 성능을 향상시키기 위해 이전 기지국에서 버퍼링된 패킷들에 대한 포워딩 트래픽 관리 방안으로서 패킷포워딩 우선권보장 방안을 제안하였다. 제안하는 패킷포워딩 우선권보장 방안에서는 모바일 IP 프로토콜의 수정 없이 이전 기지국이 핸드오프 동안 저장한 패킷들을 Priority 패킷으로 표기하고, 혼잡한 새로운 기지국에서는 Priority 패킷들을 Priority 큐로서 우선적으로 스케쥴링한다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 패킷 포워딩 우선권 보장 방안이 RED 방식 및 암시적인 패킷 포워딩 우선권 보장 방안보다 이동단말들의 TCP 전송성능을 향상시킬 수 있음을 보인다.

무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성을 고려한 시간 동기 알고리즘

김수중,홍성화,엄두섭,Kim, Soo-Joong,Hong, Sung-Hwa,Eom, Doo-Seop 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4

Recent advances in wireless networks and low-cost, low-power design have led to active research in large-scale networks of small, wireless, low power sensors and actuators, In large-scale networks, lots of timing-synchronization protocols already exist (such as NTP, GPS), In ad-hoc networks, especially wireless sensor networks, it is hard to synchronize all nodes in networks because it has no infrastructure. In addition, sensor nodes have low-power CPU (it cannot perform the complex computation), low batteries, and even they have to have active and inactive section by periods. Therefore, new approach to time synchronization is needed for wireless sensor networks, In this paper, I propose Energy-Efficient Time Synchronization (EETS) protocol providing network-wide time synchronization in wireless sensor networks, The algorithm is organized two phase, In first phase, I make a hierarchical tree with sensor nodes by broadcasting "Level Discovery" packet. In second phase, I synchronize them by exchanging time stamp packets, And I also consider send time, access time and propagation time. I have shown the performance of EETS comparing Timing-sync Protocol for Sensor Networks (TPSN) and Reference Broadcast Synchronization (RBS) about energy efficiency and time synchronization accuracy using NESLsim.

DiffServ 방식의 Assured Service 에서 플로별 관리 없이 Fairness향상을 위한 Aggregate Fairness Marker

박지훈,허경,엄두섭,Park, Ji-Hoon,Hur, Kyeong,Eom, Doo-Seop 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.7B

본 논문은 DiffServ 방식에서 Assured Service를 이용하는 각 사용자 플로간에 수율의 공평성을 향상시키기 위하여 도메인 입구 라우터에서 Aggregate Fairness Marker (AFM)를 제안한다. 각 사용자별 플로의 패킷 표기 방법은 본 논문에서 제안하는 방법인 user flow Three Color Marker (uf-TCM)에 따라서 각각 green 패킷과 yellow 패킷, 그리고 red 패킷으로 구분되어 나온다. yellow 패킷은 uf-TCM에서 손실된 토큰을 소비하는 패킷 및 AFM에서 집합 트래픽에 대한 계약률을 준수하지 못하여 demotion 된 green 패킷에 대한 표기 방법이다. 제안하는 AFM은 플로별 관리 없이 공평한 방법으로 yellow 패킷을 green 패킷으로 promotion 하거나 green 패킷을 yellow 패킷으로 demotion 하여 사용자별 수율의 공평성 및 링크 이용률을 향상시킨다. DiffServ 내부 라우터에서는 yellow 패킷과 red패킷의 패킷 폐기 우선순위를 동일하게 하여 RIO 버퍼 관리 방식을 사용할 수 있게 한다. 성능 평가는 제안하는 AFM과 플로별 관리 없이 수율 공평성 향상을 위해 제안되었던 REDP Marker를 비교하였으며, 시뮬레이션 결과는 본 논문에서 제안하는 방식이 잉여 대역폭이 있는 경우와 최소대역폭이 있는 경우, 그리고 대역폭이 부족한 상황에서 각 사용자 플로간의 수율 공평성 및 링크 이용률 향상에 효과가 있음을 단일 도메인뿐만 아니라 다중 도메인 환경에서도 보인다. In this paper, we propose an Aggregate Fairness Maker (ARM) required for an Edge router to improve fairness of throughput among the flows of Assured Service in DiffServ with different round trip time (RTT) and we propose a user flow Three Color Marker (uf-TCM) as a flow marker that marks packets from the flow as green, yellow, or red. A yellow packet is the packet that consumes loss token in uf-TCM as well as that is demoted green packet in AM due to disobey the aggregate traffic profile. The proposed AFH promotes yellow packet to green packet or demotes green packet to yellow packet through the fair method without per-flow management, and it improves the feirness of throughput among the flows as well as link utilization. A yellow packet and a red packet have the same drop precedence at Core Router in our scheme. So we can use the RIO buffer management scheme. We evaluated the performance of our proposed AFM and the REDP Marker that was proposed to improve fairness without per-flow management. Simulation results show that, compared with the REDP marker, proposed AFM can improve performance of throughput fairness among the flows with different RTT and link utilization under the over-provisioning, exact-provisioning, and under-provisioning network environments at Multiple DiffServ domains as well as at Single DiffServ domain.

DiffServ 방식의 Assured Service에서 QoS 보장을 위한 효율적인 자원 할당 방안

허경,조성대,엄두섭,차균현,Hur, Kyeong,Cho, Seong-Dae,Eom, Doo-Seop,Tchah, Kyun-Hyon 한국통신학회 2002 韓國通信學會論文誌 Vol.27 No.8C

본 논문은 Diffserv 방식의 Assured Service에 대한 QoS를 보장하고 서비스 수용 용량을 최대화 시킬 수 있는 자원 할당 방안을 제안하고, RIO 및 Adaptive RIO 버퍼 관리 방식을 적용하여 성능을 분석한다. Adaptive RIO 방식은 네트워크 토폴로지와 Assured Service 서브 클래스별로 할당되는 대역폭의 비율에 따라 결정되는 버퍼 크기를 기준으로 일정 시간 구간마다 도착 가능한 In-profile 패킷과 전체 패킷의 최대량을 고려하여 RIO 방식의 변수 값들을 재설정함으로써 접속제어가 수행된 상황 하에서 허용된 In-profile 패킷에 대한 Early Random Drop을 방지할 수 있다. 시뮬레이션 결과는 제안하는 자원 할당 방안 및 Adaptive RIO 방식을 적용하여 Assured Service 에 대한 QoS를 보장할 수 있고 서비스 수용 용량을 최대화 시킬 수 있음을 보인다. In this paper, we propose a novel resource allocation scheme which can maximize capacity for QoS guarantee of Assured Service in Differentiated Services. Performance of the proposed resource allocation scheme is analyzed with each buffer management scheme such as RIO and Adaptive RIO. To prevent an early random drop of the admitted In-profile packet, Adaptive RIO scheme updates parameters of RIO scheme every time interval according to the estimated numbers of maximum packet arrivals of In-profile traffic and Out-of-profile traffic during the next time interval. The numbers of maximum packet arrivals during the next time interval are estimated based on the buffer size determined by the network topology and the ratio of bandwidth allocated to each subclass. We can find from simulation results that proposed resource allocation scheme with Adaptive RIO can guarantee QoS and can maximize capacity for Assured Service.