무선 센서 네트워크에서 동기화 메시지 감소를 위한 참조 보간 프로토콜

박총명(Chongmyung Park),임동선(Dongsun Lim),이좌형(Joahyoung Lee),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.6

무선 센서 네트워크에서 센서 노드들이 이벤트 발생에 따라 신속한 대응을 하기 위해서는 노드들 간에 유기적인 협력이 필요하다. 이러한 협동 기능을 오류 없이 수행하기 위해서는 센서 노드들이 이벤트를 동일한 시간에 인식하기 위한 시간 동기화 기능이 제공되어야한다. 무선 센서 네트워크에서는 시간 정보 메시지를 교환함으로써 센서 노드들 사이에 시간 동기화를 유지한다. 그러나 무선 센서 네트워크의 특성상 센서 노드들은 고립된 환경에서 제한된 전력으로 동작해야하므로 시간 동기화를 위한 과도한 메시지 전송은 센서 노드들의 수명을 단축시키는 결과를 가져온다. 본 논문에서는 시간 동기화를 위한 메시지 전송 개수를 감소시키기 위한 참조 보간 프로토콜을 제안한다. 제안된 방법은 센서 노드들의 시간 동기화를 위하여 참조 패킷의 시간과 베이스스테이션의 전역 시간을 보간 하는 과정을 수행한다. 기존의 참조 브로드캐스트 동기화 기법과 비교할 때 제안된 기법은 두 번의 메시지 패킷만을 시간동기화를 위하여 사용한다. 간단해진 동기화 절차로 인하여 제안된 참조 보간 프로토콜은 무선 센서 노드들의 시간 동기화를 위한 메시지 수를 크게 감소시켜 참조 브로드캐스트 동기화 기법에 비해 12.7배의 감소된 전력을 사용한다. 참조 보간 프로토콜로 인하여 감소된 메시지 패킷의 개수는 무선 센서들의 동기화 시간의 단축을 가져왔을 뿐만 아니라 절약된 배터리 에너지만큼 무선 센서 노드들의 수명을 연장시킨다. In wireless sensor network, to provide the proper responses quickly for diverse events, wireless sensor nodes have to cooperate with each other. For successful cooperation, the time synchronization among sensor nodes is an important requirement for application execution. In the wireless sensor network, the message packets including time information are used for the time synchronization. However, the transmission of many message packets will exhaust the battery of wireless sensor nodes. Since wireless sensor nodes works on the limited battery capacity, the excessive transmission of message packets has an negative impact upon their lifetime. In this paper, the Reference Interpolation Protocol (RIP) is proposed to reduce the number of message packets for the time synchronization. The proposed method performs the time interpolation between the reference packet's time and the global time of the base station. The proposed method completes the synchronization operation with only 2 message packets when compared to the previous Reference Broadcast Synchronization (RBS) technique. Due to the simple synchronization procedure, our method greatly reduces the number of synchronization messages and showed the 12.7 times less power consumption than the RBS method. From the decrease in the transmission of message packets, the convergence time among wireless sensor nodes is shortened and the lifetime of wireless sensor nodes is also prolonged as much as the amount of saved battery energy.

무선 센서 네트워크에서의 분산 컴퓨팅 모델

박총명(Chongmyung Park),이충산(Chungsan Lee),조영태(Youngtae Jo),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2014 정보과학회논문지 Vol.41 No.11

무선 센서 네트워크는 분산처리 환경을 제공해준다. 센서 노드들은 계산 능력, 네트워크 대역폭, 전력 등이 제한된 환경에서 배치되고 스스로 네트워크를 구성하여 수집된 데이터들을 싱크노드로 전송한다. 이런 전형적인 무선 센서 네트워크에서는 네트워크 패킷들 간의 충돌이 발생하며 이로 인해 네트워크 수명이 단축된다. 클러스터링과 네트워크 내부처리는 네트워크 내부의 패킷을 줄여 문제점을 해결한다. 제한된 에너지를 가진 센서 노드가 가능한 오랫동안 동작하게 하는 것이 큰 이슈이기 때문에 많은 연구들이 에너지 절약에 중점을 두고 진행되고 있다. 하지만 본 논문에서는 프로세싱 타임라인에 기반을 둔 협력 처리 모델을 제안한다. 이 모델은 처리의 검증, 총 실행시간의 예측, 무선 센서 네트워크에서 분산 처리에 필요한 최적의 노드 개수의 결정 등을 포함한다. 제안된 모델의 정확성을 실험을 통해 나타내고, 사례 연구로 이 모델이 분산처리 어플리케이션에 사용가능함을 보인다. Wireless sensor networks offer a distributed processing environment. Many sensor nodes are deployed in fields that have limited resources such as computing power, network bandwidth, and electric power. The sensor nodes construct their own networks automatically, and the collected data are sent to the sink node. In these traditional wireless sensor networks, network congestion due to packet flooding through the networks shortens the network life time. Clustering or in-network technologies help reduce packet flooding in the networks. Many studies have been focused on saving energy in the sensor nodes because the limited available power leads to an important problem of extending the operation of sensor networks as long as possible. However, we focus on the execution time because clustering and local distributed processing already contribute to saving energy by local decision-making. In this paper, we present a cooperative processing model based on the processing timeline. Our processing model includes validation of the processing, prediction of the total execution time, and determination of the optimal number of processing nodes for distributed processing in wireless sensor networks. The experiments demonstrate the accuracy of the proposed model, and a case study shows that our model can be used for the distributed application.

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.

교통 정보 시스템과 마이크로 시뮬레이터를 위한 시뮬레이션 프레임워크의 설계 및 구현

박총명(Chongmyung Park),조영태(Youngtae Joe),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2012 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.39 No.2D

무선 센서 네트워크에서 병렬 처리를 위한 태스크 스케쥴링

박총명 ( Chong-myung Park ),정인범 ( In-bum Jung ) 한국정보처리학회 2009 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.16 No.1

무선 통신, 제한된 자원 (전력, 프로세서, 메모리 등), 신뢰성, 동적인 토폴로지 등의 특성을 갖는 센서 네트워크는 기존의 실시간 시스템과는 많은 차이가 있다. 이러한 센서 네트워크에서 멀티미디어 데이터 처리와 같은 많은 계산을 필요로 하는 어플리케이션이나 실시간 어플리케이션을 개발하기 위해서는 센서 노드들의 데이터 병렬 처리가 필요하다. 비선점형 스케쥴러를 갖는 센서 노드에서 데이터 전송량이 많을 경우 통신을 위한 태스크 생성이 증가하므로 일반 태스크의 실행에도 지연이 발생하게 된다. 자원 제한적인 센서 네트워크에서 에너지 소모나 지연과 같은 성능은 각 센서 노드들에 태스크를 할당하는 방법에 영향을 받는다. 본 연구에서는 병렬 처리에 참여하는 센서 노드들의 에너지 소모량과 지연을 고려한 노드 스케쥴링 기법을 제안한다.

센서 네트워크를 이용한 교량 안전진단 시스템 구현

박총명 ( Chong-myung Park ),허난숙 ( Nan-sook Heo ),김동국 ( Dong-gook Kim ),서동만 ( Dong-mahn Seo ),이좌형 ( Joa-hyoung Lee ),김윤 ( Yoon Kim ),정인범 ( In-bum Jung ) 한국정보처리학회 2005 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.12 No.1

무선 센서 네트워크는 교량 안전진단(Structural Health Monitoring, SHM)을 위한 효율성, 신뢰성 등의 특징들을 제공한다. 그러나 현재 교량 안전진단은 아날로그 센서를 이용하여 데이터를 수집하고, 유선망을 사용하여 관리프로그램으로 전송하고 있다. 본 논문에서는 무선망에서 동작하는 센서 네트워크를 이용하여 교량 및 노면을 모니터링하기 위한 안전진단 시스템을 구현하였다.

무선 센서 네트워크의 협력 컴퓨팅 시스템 성능 분석

박총명(Chongmyung Park),조영태(Youngtae Jo),최형도(Hyoungdo Choi),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2013 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2013 No.11

유전자 알고리즘 기반의 센서 네트워크 토폴로지 제어

박총명(Chong-Myung Park),김동국(Dong-Gug Gim),이좌형(Joa-Hyoung Lee),김윤(Yoon Kim),정인범(In-Bum Jung) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.2D

많은 센서 노드가 환경정보를 수집하는 이벤트 기반의 센서 네트워크는 국부적인 이벤트 발생에 따라 혼잡이 발생할 수 있다.네트워크의 혼잡으로 인해 중요한 정보의 손실이 일어날 수 있으며, 과다한 RF 모듈의 사용으로 네트워크의 수명이 단축될 수 있다. 본 논문에서는 이벤트가 발생하여 네트워크 트래픽이 증가할 때, 트래픽이 집중된 노드에서 주변 노드들의 데이터 전송률을 고려하여 자식 노드들의 트래픽을 분산 시키는 유전자 알고리즘 기반의 트래픽 분산 기법을 제안한다.

클러스터 시스템에서 효과적인 미디어 트랜스코딩 부하 분산 정책

박총명(Chongmyun Park),이좌형(Joa Hyoun Lee),김병길(Byounggil Kim),최면욱(Myunuk Choi),정인범(Inbum Jung),김윤(Yoon Kim) 한국정보과학회 2004 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.31 No.2Ⅲ

최근 무선통신기술을 발전으로 PC뿐만 아니라 PDA 휴대폰 등 다양한 장치를 통하여 멀티미디어 서비스를 제공받을 수 있게 되었다. 무선망은 유선망에 비해 대역폭이 낮기 때문에 높은 비트율을 갖는 스트림을 낮은 비트율로 변환하기 위해 트랜스코딩을 이용한다. 따라서 이러한 트랜스코딩 시스템에서 효율적으로 우선 스트리밍을 전송하기 위해서는 부하분산에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서 제안한 클러스터 트랜스코딩 시스템은 스트리밍 서비스의 모바일 호스트 등급에 따른 CPU 사용량, 네트워크 대역폭, 메모리의 가중치를 계산하여 부하 배분에 시용할 수 있는 부하 분산 모델을 제시한다.

응용프로그램의 특성에 따른 무선센서 네트워크의 에너지 소모와 처리 지연 분석

박총명(Chong Myung Park),한영탁(Young Tak Han),전수빈(Soobin Jeon),정인범(Inbum Jung) 한국정보과학회 2015 정보과학회논문지 Vol.42 No.3

무선 센서네트워크는 다양한 응용 프로그램들을 위하여 주변 환경으로부터 데이터수집 또는 처리를 위하여 사용된다. 무선 센서네트워크는 저 수준 계산 능력, 제한적인 배터리 용량, 낮은 네트워크 대역폭을 기반으로 운영되므로, 무선센서 네트워크의 구조 모델은 응용 프로그램의 성능에 큰 영향을 미친다. 응용 프로그램이 높은 계산 복잡도를 요구하거나, 실시간 처리를 필요로 하는 경우, 무선센서 네트워크의 중앙집중형 구조는 데이터 처리에 있어서 지연을 발생하게 되므로, 응용 프로그램의 성능 요구사항을 만족시키지 못하는 결과를 가져온다. 반면에, 응용 프로그램이 단순한 데이터 수집을 장기간 수행하는 경우, 분산 형으로 무선센서 네트워크를 구성한다면, 무선 센서들에서 불필요한 에너지 소모를 피할 수 없게 된다. 이 논문에서는 중앙집중 형 구조와 분산 형 구조에서 에너지 소모와 데이터 처리 지연을 분석, 평가한다. 또한, 본 논문에서는 무선 센서 네트워크를 위한 새로운 융합 형 구조를 제안하고 평가한다 제안된 방식은 응용 프로그램의 특성에 따라서 무선센서 네트워크에서 최적의 무선센서 노드 개수를 찾을 수 있게 한다. Wireless sensor networks are used for data collection and processing from the surrounding environment for various applications. Since wireless sensor nodes operate on low computing power, restrictive battery capacity, and low network bandwidth, their architecture model has greatly affected the performance of applications. If applications have high computation complexity or require the real-time processing, the centralized architecture in wireless sensor networks have a delay in data processing. Otherwise, if applications only performed simple data collection for long period, the distributed architecture wasted battery energy in wireless sensors. In this paper, the energy consumption and processing delay were analyzed in centralized and distributed sensor networks. In addition, we proposed a new hybrid architecture for wireless sensor networks. According to the characteristic of applications, the proposed method had the optimal number of wireless sensors in wireless sensor networks.