무선 인체 센서 네트워크용 시각 동기화 프로토콜

배시규 ( Shi Kyu Bae ) 한국정보처리학회 2016 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.5 No.6

무선인체센서네트워크(WBSN: Wireless Body Sensor Network)은 일반적으로 무선인체네트워크(WBAN: Wireless Body Area Networks) 라고도 불리는데, 일종의 무선센서네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)의 응용 중에 하나로, 인간의 신체에 이식되거나 착용하는 형태의 감지노드들로 인체 가까이에 설치된다. WBSN에 설치된 각 노드로부터 측정된 데이터는 싱크 노드에서 인체 상태를 분석하기 위하여 사용되는데, 다른 무선센서네트워크 응용과 마찬가지로 노드와 싱크 노드는 서로 동기화되어야 한다. 무선센터네트워크에서 동작하는 여러시각 동기화 프로토콜이 제안되어왔으나 WBSN에 적용하기에는 부적합하다. 이 논문에서는 WBSN의 특성을 고려하여 새로운 시각 동기화 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 간단할뿐만 아니라 전력 소모가 작아 네트워크의 수명을 오랫동안 유지할 수 있게 한다. 제안 방안의 성능을 시뮬레이션을 통해 평가하였으며, WBSN에서 구현하기에 적합함을 보였다. WBSN (Wireless Body Sensor Network), also called WBAN (Wireless Body Area Networks) generally, is a kind of WSN (Wireless Sensor Network) applications, which is composed of the various sensor nodes residing in human body embodied or in wearable way. The measured data at each sensor node in WBSN requires being synchronized at sink node for exact analysis for status of human body, which is like WSN. Although many time synchronization protocols for WSN has been already developed, they are not appropriate to WBSN. In this paper, a new time synchronization protocol for WBSN considering the characteristics of WBSN is proposed. The proposed scheme is not only simple, but also consumes less power, leading to increasing network life time. We will show that the proposed scheme is appropriate to WBSN by evaluating its performance by simulation.

무선 센서 네트워크 시각 동기화 프로토콜의 성능 평가 방안

배시규(Shi-Kyu Bae) 한국정보과학회 2014 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.41 No.1

무선 센서 네트워크에서 시각 동기화는 유선 네트워크나 애드혹 네트워크에서와 마찬가지로 중요하다. 특히, 무선 센서 네트워크는 제한된 자원과 환경에서 동작하므로, 이를 고려한 다양한 시각 동기화 프로토콜들이 제안되어 왔다. 하지만 각 프로토콜들은 서로 다른 디자인 목표를 가지고 상이한 환경에서 구현되어있어 이들의 성능을 평가하고 비교하기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 동작하도록 개발된 시각 동기화 프로토콜의 성능을 평가하기 위한 접근 방법을 제안하였다. 그리고 이 방법을 사용하여 대표적인 무선 센서 네트워크 시각 동기화 프로토콜을 분석하고 성능을 평가하였으며, 시뮬레이션을 통하여 이를 비교하고 확인하였다. Time synchronization in Wireless Sensor Network (WSN) is as much important as in wired networks or ad-hoc networks, as well. So, various Time Synchronization Protocols for a WSN have been proposed because WSNs have the critical resource constraints and characteristics, other than the other networks. It is not easy, however, to evaluate the performance of these Time Synchronization Protocols because they are designed for different goals and implemented in different ways. In this paper, we propose a performance evaluation approach for WSN time synchronization protocols. And we also evaluate and analyses several representative time synchronization protocols developed in WSN. It is shown that the proposed performance evaluation approach for WSN time synchronization protocols is useful through simulation.

무선 센서 네트워크에서의 머신러닝을 활용한 에너지 효율적인 클러스터 라우팅 방안 연구

강미영 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.1

In this paper, we intend to improve the network lifetime by improving the energy efficiency of sensor nodes in a wireless sensor network by utilizing machine learning using K-means clustering algorithm. A wireless sensor network is a wireless network composed of physical devices including batteries as physical sensors. Due to the characteristics of sensor nodes, all resources must be efficiently used to minimize energy consumption to maximize network lifetime. A cluster based approach is used to manage groups of relatively large numbers of nodes. In the proposed protocol, by improving the existing LEACH algorithm, we propose a clustering algorithm that selects a cluster head using a cluster based approach and a location based approach. The performance results to be improved were measured using Matlab simulation. Through the experimental results, K-means clustering was applied to the energy efficiency part. By utilizing K-means, it is confirmed that energy efficiency is improved and the lifetime of the entire network is extended. 본 논문에서는 K-평균 군집화 알고리즘을 사용하는 머신러닝을 활용하여 무선 센서 네트워크에서 센서 노드의 에너지 효율성을 향상시켜 네트워크의 수명을 향상시키고자 한다. 무선 센서 네트워크는 물리적인 센서로 배터리를 포함한 물리적 장치를 무선 네트워크로 구성한 것으로 센서 노드의 특성 상 에너지 소비를 최소화하여 네트워크 수명을 최대화하기 위해 모든 자원을 효율적으로 사용해야 한다. 클러스터기반 접근 방식은 상대적으로 많은 수의 노들로 구성된 그룹을 관리하는데 사용된다. 제안된 프로토콜에서는 기존의 LEACH 알고리즘을 개선하여 클러스터기반 접근방식과 위치기반 접근 방식을 사용하여 클러스터 헤드를 선정하는 클러스터링 알고리즘을 제안한다. 개선하고자 했던 성능 결과를 Matlab 시뮬레이션을 이용하여 측정하였다. 실험 결과를 통해 에너지 효율성 부분에 대해 K-means 클러스터링을 적용함으로써 에너지 효율이 개선되어 젠체 네트워크의 수명이 연장됨을 확인한다.

WSN 기반 국경 감시 및 제어 시스템 설계

황보람 ( Bo Ram Hwang ),안순신 ( Sun Shin An ) 한국정보처리학회 2015 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.4 No.1

저전력 기술에 기반한 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks, WSN) 기술은 유비쿼터스 사회에서 핵심 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 WSN환경에서의 국경 감시 및 제어 시스템을 제안한다. 시스템은 고정 센서노드, 모바일 센서노드, 고정 게이트웨이, 모바일 게이트웨이, 서버, 모바일 애플리케이션으로 구성된다. 이 시스템의 유용성은 모바일 애플리케이션은 사용자모드와 관리자모드로 나뉘어, 일반 사람들도시간과 공간의 제약 없이 스마트폰을 통해 국경 침범을 감시하고 국경 망 환경에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 관리자모드에서는 노드들의 유동적 작동을 위해 관리자가 원격으로 소프트웨어 업데이트를 할 수 있고, 모바일 노드의 위치를 조정할 수 있다. 또한 저전력 센서노드의 확장성을 위해 시스템에 적합한 멀티 홉 라우팅 프로토콜을 적용하여 구현하였으며 제안한 시스템이 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하는 WSN환경에서도 신속하고 정확하게 동작함을 확인하였다. WSN (Wireless Sensor Network) based on low-power is one of the core technologies in the ubiquitous society. In this paper, we present a border surveillance and control system in WSN environment. The system consists of static sensor node, mobile sensor node, static gateway, mobile gateway, server and mobile application. Mobile applications are divided into user mode and manager mode. So users monitor border surveillance through mobile phone and get information of border network environment without time and space constraints. In manager mode, for the flexible operation of nodes, manager can update to the software remotely and adjust the position of the mobile node. And also we implement a suitable multi-hop routing protocol for scalable low-power sensor nodes and confirm that the system operates well in WSN environment.

유비쿼터스 센서 망에서의 에너지 절약형 매체접근 제어 프로토콜

양현호(Hyun-Ho Yang) 한국콘텐츠학회 2008 한국콘텐츠학회논문지 Vol.8 No.1

응용분야를 계속 확장해가고 있는 무선 센서네트워크에서 매체접근제어 (MAC)에 관한 연구는 주로 에너지 효율을 높이는데 집중되어왔으며 전송지연(Latency)에 관한 연구는 상대적으로 적다. 그러나 센서네트워크의 특성상 다중 홉(multi-hop) 전송이 빈번하게 일어나는 환경에서 종단 간 전송지연은 특히 시간 종속적인 응용분야에서는 중요한 성능상 제약이 될 수 있다. 본 논문에서는 분산적인 전송전력제어방식을 이용하여 다중 링크를 동시에 개설할 수 있도록 함으로써 센서네트워크의 전송 전력을 줄임과 동시에 네트워크의 공간 활용도를 향상시키고 전송지연시간을 개선 할 수 있는 매체접근제어(MAC) 방식을 제안하였다. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 결과 제안하는 방식인 TPCS-MAC은 센서노드의 전력소모를 줄임과 동시에 특히 다중 홉(multi-hop) 센서네트워크에서 발생하는 종단 간 지연 (end-to-end latency) 문제를 개선하는 것으로 판명되었다. Research on media access control (MAC) scheme for Wireless Sensor Network (WSN) has been mainly focused on energy efficiency improvement, while interest on latency is relatively weak. However, end-to-end latency could be a critical limitation specifically in the multi-hop network such as wireless multimedia sensor networks. In this paper we propose a media access control scheme with distributed transmission power control to improve end-to-end transmission latency as well as reduce power consumption in multi-hop wireless sensor networks. According to the simulation results, the proposed scheme is turned out to be an energy efficient scheme with improved end-to-end transmission latency.

트리 기반 간접 방송에 의한 무선 센서 네트워크의 시각 동기화

배시규(Shi-Kyu Bae) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.39 No.6

많은 무선 센서 네트워크 응용에서 시간 관계는 중요한 역할을 하므로 센서 네트워크에서 시각(時刻) 동기화는 반드시 필요하다. 이를 위한 시각 동기화 프로토콜이 많이 개발되고 있다. 본 논문에서는 적은 횟수의 전송 메시지를 사용함으로써 전력 소모를 줄이고 정확도와 확장성이 우수한 새로운 시각 동기화 방안을 제안한다. 제안한 방안은 IBS(Indirect Broadcast Synchronization)라고 부르며, 멀티홉으로 구성된 네트워크에서 기준 노드의 글로벌 클럭을 기준으로 전체 노드를 트리 구조에 따라 단계적으로 동기화한다. 시뮬레이션 결과, 제안 방안이 기존 방안보다 에너지 효율적이고 성능 면에서도 우수함을 확인하였다. Time synchronization in Wireless Sensor Networks (WSN) is necessary because time plays a crucial role for many WSN applications. So, a lot of time synchronization schemes for WSN have been proposed. In this paper, a new time synchronization scheme for WSN is developed, which is energy efficient by reducing communication overhead and has good performance in synchronization accuracy and scalability. The proposed synchronization protocol called Indirect-Broadcast Synchronization (IBS) synchronizes a multi-hop network on a cluster basis with the global time from the referenced node. The simulation test result shows that proposed scheme has better energy efficiency and accuracy than existing protocols.

WSN 노드 이동 환경에서 stochastic 모델 설계

윤대열,윤창표,황치곤 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회논문지 Vol.25 No.8

In MANET(mobile ad hoc network), Mobility models vary according to the application-specific goals. The most widely used Random WayPoint Mobility Model(RWPMM) is advantageous because it is simple and easy to implement, but the random characteristic of nodes’ movement is not enough to express the mobile characteristics of the entire sensor nodes’ movements. The random mobility model is insufficient to express the inherent movement characteristics of the entire sensor nodes‘ movements. In the proposed Stochastic mobility model, To express the overall nodes movement characteristics of the network, the moving nodes are treated as random variables having a specific probability distribution characteristic. The proposed Stochastic mobility model is more stable and energy-efficient than the existing random mobility model applies to the routing protocol to ensure improved performances in terms of energy efficiency. 노드 이동 모델은 활용 서비스 및 목적에 따라 제안되어야 한다. 현재 가장 널리 활용되는 무작위 이동 모델은 간편하고 구현하기가 쉽다는 장점이 있다. 이 모델에서 노드 이동 특성은 이동 속도와 이동 방향을 무작위 속성으로 처리하며, 매번 노드들의 이동이 서로 독립적으로 발생한다. 본 논문에서는 모바일 애드혹 네트워크 이동 환경에서 적용 가능한 확률론적인 이동 모델을 제안한다. 제안 확률 이동 모델에서는 네트워크의 전체 노드 이동 특성을 표현하기 위하여 이동하는 노드 수와 노드 이동 거리가 특정 확률 분포 특성을 가지도록 랜덤 변수로 처리한다. 또한, 제안 이동 모델을 대표적인 무작위 이동 모델과 비교하여 노드들의 이동 변화에 안정적인 특성을 나타냄을 보이고, 기존 라우팅 프로토콜에 제안 모델을 적용하여 에너지 소비 효율 측면에서 향상된 특성을 보임을 확인한다.

공중 중계 노드와 인지무선 부사용자 간 긴급 임무 정보 전달 제어 방법

이철웅,최근경,노병희,윤종택,김용이,주태환,박주만 한국차세대컴퓨팅학회 2021 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.17 No.6

공중 중계 노드(Aerial Relay Node, ARN)는 가시선 확보가 되지 않는 환경에서 통신 범위 확장을 제공하여, 이 를 활용한 응용들이 지속적으로 증대되어 가고 있다. 본 논문에서는 ARN이 공중에서 게이트웨이 역할을 수행하여 지상의 인지무선(Cognitive Radio, CR) 방식으로 운용되는 무선센서망과 정보를 상호교환하는 환경을 고려한다. 그리고 기존의 CR 접근제어 방식에서 부사용자(Secondary User, SU)들이 미션 중심 정보의 차별화된 신속 전달 을 지원하는데 한계를 갖는 문제를 해결하기 위한 정보 전달 제어 방법을 제안한다. 제안 방법은 ARN의 주도로 이 루어지며, CR 운용에는 영향을 주지 않는다. 성능 평가를 통하여 제안하는 방법이 공중-지상 간 네트워킹 환경에서 긴급 정보를 효과적으로 전달할 수 있음을 보인다. Aerial Relay Nodes(ARNs) provide communication range extensions in environments where line-of-sight is not secured, and applications with ARNs are continuously increasing. In this paper, we consider an environment where ARNs act as gateways in the air to exchange information with ground- based wireless sensor networks operated in cognitive radio. Then, we propose a priority control method to solve the problem that secondary users(SU, Secondary Users) have limitations in supporting the differentiated and rapid delivery of mission- oriented information in the existing access control methods for cognitive radio. The proposed method is driven by ARN, and SUs’ operations in CR are not affected. Performance evaluation shows that the proposed method can effectively deliver emergency information in the aerial-ground networking environment.

포터블 환경 모니터링 시스템 구축을 위한 건축물에서의 무선 계측 최적화 방안에 관한 실험적 연구

이정재,조수 대한건축학회지회연합회 2009 대한건축학회연합논문집 Vol.11 No.2

Researches and developments on BEMS, which are the cutting edge technology for energy saving in buildings, are performed world-widely through sustainable management in various conditions. However, there are many obstacles to adapt the system in existing buildings because it needs not only the extra administrator who manages the energy, but also needs highly expensive equipments, which are designed for newly built buildings, to install. Therefore, there are numerous limits exist when applying the BEMS in established buildings. The purpose of this study is to evaluate the possibility of energy saving according to user's participation through related case study and to propose PEMS(Portable Environment Monitoring System) that could overcome the weakness of previous system. In addition, this study will assess the optimization of WSN(Wireless Sensor Networks), which is the essential technology to develop PEMS. Lastly, this study has performed field measurements as well as basic tests to evaluate the adaptability of PEMS in buildings. The result of this study is as follows ; 1) Energy saving of 10~20% in buildings can be achieved through energy feedback. 2) As the RF output power decreases from 0dbm to -25dbm, maximum reception distance of sensor node was reduced as well. 3) Maximum reception distance can be different depending on the RF output power differences and different types of materials. 4) As RF output power increases, the number of relay node reduced, therefore, the WSN showed more stability.

포터블 환경모니터링 시스템 구축을 위한 무선센서의 신뢰성 검토

최석용(Choi Seok-Yong),이정재(Yee Jurng-Jae),조수(Cho Soo) 한국건축친환경설비학회 2009 한국건축친환경설비학회 논문집 Vol.3 No.2

Researches and developments on BEMS, which are the cutting edge technology for energy saving in buildings, are performed world-widely through sustainable management in various conditions. However, there are many obstacles to adapt the system in existing buildings because it needs not only the extra administrator who manages the energy, but also needs highly expensive equipments, which are designed for newly built buildings, to install. Therefore, there are numerous limits exist when applying the BEMS in established buildings. PEMS(Portable Energy Management System) could overcome the weakness of previous system. The purpose of this study the reliability of wireless sensor, which is the essential technology to develop PEMS. This study has performed basic measurement compared with other sensors, which have the reliability. The result of this study is as follows ; 1) wireless temperature sensor has reliability when temperature is fixed at 26℃, 2) wireless temperature sensor has not reliability when being rapid temperature change at 2~32℃. 3) wireless humidity sensor has reliability when humidity is fixed at 35%. 4) wireless humidity temperature sensor has not reliability when being rapid humidity change at 40~80%. 5) The average error rate of wireless illuminance sensor is 10%.