무선 센서 네트워크에서 웨이크 업 시간 예측방법을 이용한 비동기 MAC 알고리즘 = Asynchronous MAC algorithm with a wake-up time estimation in wireless sensor network

국문 초록 (Abstract)

제한된 용량의 전원을 사용하는 센서노드의 수명을 늘리기 위하여 센서 네트워크 MAC에서는 데이터 송수신 간 RF 송수신기를 효율적으로 사용하여 에너지 소비를 줄이는 저 전력 통신방식에 대한 연구가 진행되었다. 그 중 비동기화 MAC 프로토콜인 B-MAC의 LPL(Low Power Listening) 방식에서는 주기적으로 채널을 확인하는 방법을 이용하여 에너지 소모를 줄일 수 있었다. 그러나 LPL의 송신 노드에서 데이터 전송 전에 브로드 캐스팅하는 프리엠블 신호는 수신 범위 내 모든 센서 노드들에게 overhearing문제를 발생시킨다. LPL에서 수신 노드는 데이터가 전송되는 시점을 알지 못하기 때문에 송신 노드가 전송하는 프리엠블 신호를 수신한 시점부터 데이터 수신이 시작될 때까지 지속적으로 프리엠블을 수신해야 한다. 또한, LPL에서 하나 이상의 송신 노드가 하나의 수신 노드에게 데이터 전송을 위하여 경쟁할 경우에 채널을 점유하지 못한 송신 노드들은 수신 노드의 다음 채널 검사 주기까지 데이터 전송이 지연된다. 본 논문에서는 이와 같은 LPL 방식의 문제들을 보완하기 위하여 목적지 주소 및 예상 데이터 전송 시점을 이용하는 ELPL(Enhanced LPL) 방식을 제안한다. 제안한 ELPL과 LPL의 성능평가를 위하여 Chipcon의 CC2420 RF 송수신기 기반의 센서 노드들로 구성된 테스트베드를 구축하였다. 성능평가 결과 제안된 ELPL이 LPL 방식보다 에너지 효율 및 수율 측면에서 우수함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to extend lifetime of sensor nodes, various low-power sensor Medium Access Control (MAC) protocols have been proposed. Among them, Berkeley-MAC (B-MAC) known as the most famous asynchronous sensor MAC protocol introduces Low Power Listening (LPL) scheme to reduce power consumption. However, because of preamble frame overhearing and unknown timing of data frame transmission, LPL causes unnecessary energy consumption. In addition, sensor nodes can experience data transmission delay because they always broadcast preambles before their data transmissions. To compensate these problems, we propose Enhanced LPL (ELPL) scheme. By utilizing destination address in the preamble frame and expecting data frame transmission timing, ELPL can enhance energy efficiency. For performance evaluation, we construct a testbed which consists of sensor nodes with CC2420 RF transceivers. From experiment results, ELPL reduces energy consumption of both transmitting and receiving sensor nodes than that of LPL.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 관련연구 3
• 2.1 S-MAC 3
• 2.2 B-MAC 8
• 2.3 가상 프리엠블 패킷과 크로스 첵킹방식을 이용한 LPL기법 11
• 제 3 장 제안방식 17
• 3.1 LPL의 문제점 분석 17
• 3.2 ELPL 21
• 제 4 장 성능평가 및 분석 25
• 제 5 장 결론 49
• 참고문헌 50
• Abstract 52