무선 멀티미디어 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 트래픽 제어 알고리즘

국문 초록 (Abstract)

무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)는 온도, 압력, 습도, 위치와 같은 정형화된 물리적인 현상을 모니터(monitor)하고, 센싱(sensing)하여, 싱크 노드(sink node)로 전달하는 센서 노드들로 구성된 네트워크이다. 최근 CMOS 카메라와 마이크로폰과 같은 값싼 하드웨어의 개발로 비디오와 오디오, 정지 영상, 정형화된 센서 데이터를 모두 센싱할 수 있는 무선 멀티미디어 센서 네트워크의 개발이 촉진되고 있다.
무선 멀티미디어 센서 네트워크는 종류와 특성이 다른 트래픽들을 사용한다. 이 트래픽들은 그 종류에 따라 손실이나 지연의 인내도가 다르다. 따라서 트래픽이 요구하는 특성에 맞도록 손실과 지연을 조절해야 네트워크 전체 성능을 효율적으로 관리할 수 있다.
현재 컴퓨터 기술과 무선 네트워크 기술의 발전으로 인해 다양한 분야에서 무선 센서 네트워크가 주목받고 있으며, 다양한 역할을 수행하도록 개발되고 있다. 이러한 무선 센서 네트워크에서 센서 노드들은 제한된 자원을 가지며, 에너지의 대부분을 통신에 소비한다. 대부분의 트래픽이 싱크 노드를 향해 전달되는 형태를 지니므로, 순간적인 네트워크 혼잡 발생 가능성이 높다. 네트워크 혼잡은 패킷의 폐기를 초래하고, 폐기된 패킷의 재전송으로 인하여 에너지가 낭비된다. 특히 싱크 노드로부터 멀리 떨어진 센서 노드에서 생성된 패킷의 손실은 추가적인 에너지 소비를 발생시킨다.
본 논문에서는 패킷의 우선순위와 혼잡 레벨 뿐만 아니라 홉 카운트(hop count)를 고려하여 패킷 전송여부를 결정하는 트래픽 제어 메커니즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 무선 센서 네트워크 뿐만 아니라 다양한 QoS 지원을 요구하는 무선 멀티미디어 센서 네트워크에도 적용 가능하다. 패킷의 처리는 재전송 거리와 QoS 요구 사항에 따라 차등적으로 결정되도록 하였다. 따라서 먼 거리의 패킷과 높은 우선순위를 갖는 패킷의 경우 높은 전송률을 나타내도록 하여 재전송으로 인한 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션 결과는 거리를 기반으로 하는 알고리즘의 경우 기존 알고리즘 보다 더 좋은 에너지 효율을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wireless sensor network(WSN) is composed of networks which include various types of sensors monitor static physical phenomena such as temperature, pressure, humidity, and location. The availability of low-cost hardware such as CMOS cameras and microphones has fostred the development of Wireless Multimedia Sensor Networks.
Wireless Multimedia Sensor Networks produce various traffic patterns, which require specific factors such as delay and reliability. These factors should be concerned in order to improve the performance of networks.
Sensor nodes in the wireless sensor network have the limited resources and consume most energy for communication. A burst traffic toward a sink node causes the network congestion, which drops packets and consumes more energy to retransmit them. In particular, the loss of packets are at the sensor node far from a sink node consumes additional energy in order to retransmit packets frequently. This thesis presents a traffic control mechanism that determines the packet transfer by considering priority of the packets and congestion level as well as hop count. Simulation results demonstrate that the proposed mechanism improves energy efficiency compared to the conventional methods in the literature.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 관련 연구 4
• 1. 무선 센서 네트워크 4
• 2. 무선 멀티미디어 센서 네트워크 6
• 3. 무선 센서 네트워크 프로토콜 분석 7
• 4. 기존 무선 센서 네트워크 큐 관리 메커니즘 분석 8
• III. 에너지 효율적인 트래픽 제어 알고리즘 제안 11
• 1. 중요도에 따른 패킷 처리 12
• 2. 재전송 거리에 따른 패킷 처리 14
• 3. 재전송 거리를 고려한 큐 관리 알고리즘 15
• IV. 성능 분석 및 결과 19
• 1. 실험 환경 19
• 2. 시뮬레이션 프로그램 구조 19
• 3. 시뮬레이션 결과 및 분석 24
• V. 결론 32
• 참고 문헌 33
• Abstract 36