Analysis of Viterbi Algorithm for Low-power Wireless Sensor Network

저전력 무선 센서네트워크를 위한 비터비 알고리즘의 적용 및 분석

  • Park, Woo-Jun (Department of Electronics Engineering, Dongguk University) ;
  • Kim, Keon-Wook (Department of Electronics Engineering, Dongguk University)
  • Published : 2007.06.25

Abstract

In wireless sensor network which uses limited battery, power consumption is very important factor for the survivality of the system. By using low-power communication to reduce power consumption, error rate is increased in typical conditions. This paper analyzes power consumption of specific error control coding (ECC) implementations. With identical link quality, ECC provides coding gain which save the power for transmission at the cost of computing power. In sensor node, transmit power is higher than computing power of Micro Controller Unit (MCU). In this paper, Viterbi algerian is applied to the low-transmit-power sensor networks in terms of network power consumption. Practically, Viterbi algorithm presents 20% of reduction of re-transmission in compared with Auto Repeat Request (ARQ) system. Furthermore, it is observed that network power consumption is decreased by almost 18%.

한정된 배터리 전원을 사용하는 무선 센서 네트워크에서 노드의 수명유지를 위해 전력 소모량은 매우 중요한 문제이다. 전력소모를 줄이기 위해 저전력 RF 통신을 사용함으로써 무선 센서 네트워크의 에러 발생률이 증가하게 된다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 오류 정정 부호 사용과 그에 따른 전력 소모량을 분석하였다. 오류 정정 부호는 변 복조 과정에서 소모되는 저려 소모가 있지만, 부호화 이득을 통해 전송 에너지를 절약할 수 있다. 센서 노드의 특성상 전송 에너지는 프로세서의 계사에 소모되는 에너지보다 큰 비중을 차지하고 있다. 본 논문에서는 낮은 전송 전력으로 전송한 데이터를 짧은 구속장의 Viterbi 알고리즘을 적용하여 오류 정정을 할 경우 단순한 ARQ(Auto Repeat Request) 방식을 사용할 경우보다 최대 20%의 재전송 횟수의 감소와 18%의 전력 소모의 감소를 분석하였다.

Keywords

References

  1. Peter Sweeney, 'Error Control Coding from Theory to Practice', John Wiley & Sons, Ltd., pp. 35-54
  2. S. Lin and D. J. Costello, Jr., 'Error control coding : fundamentals and applications,' Pentice-Hall, 1983
  3. Hui-Ling Lou, 'Implementing the Viterbi Algorithm', IEEE Signal processing magazine, 1995
  4. P. Lettieri, C. Fragouli and M. Srivastava, 'Low power error control for wireless links' in Proceedings of 3rd annual ACM/IEEE Intl. conference on Mobile computing and networking(MOBICOM), 1997
  5. S. Mukhopadhyuay, D. Panigrahi, and S.Dey, 'Data aware, low cost error correction for wireless sensor network' in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2004
  6. S. Mukhopadhyuay, D. Panigrahi, and S.Dey, 'Model Based Error Correction for Wireless Sensor Networks' in Proc. Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2004
  7. F. Stann, J. Heidemann, 'RMST : Reliable Data Transport in Sensor Networks' in Proc. 1st IEEE International Workshop on Sensor Net Protocols and Applications (SNPA), 2003
  8. C. Intanagonwiwat, et al., 'Directed Diffusion: A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Network', in Proc. 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MOBICOM), 1997
  9. SmartRFCC2420 Datasheet (rev 1.3) http://www.chipcon.com
  10. Holger Karl, Andreas Willing, 'Protocols and architecture for wireless sensor networks', 1st ed., :John Wilely & Sons, Ltd., 2005, pp.150-167
  11. http://www.moteiv.com Tmote Sky : Datasheet