융합신호처리학회논문지 (Journal of the Institute of Convergence Signal Processing)

한국융합신호처리학회 (The Korea Institute of Convergence Signal Processing)
권호 표지

저 전력 6LoWPAN 프로토콜 설계

Low-power 6LoWPAN Protocol Design

  • 투고 : 2011.07.25
  • 심사 : 2011.11.01
  • 발행 : 2011.10.30
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초록

최근 연구가 활발히 전행되고 있는 IP기반 무선 센서네트워크 기술은 현대인들 삶의 질적 향상이나 요구사항을 만족시키기 위해 반드시 필요한 기술 중의 하나이다. IP기반 무선 센서네트워크의 대표 기술로는 6LoWPAN 프로토콜이 있다. 기존 6LoWPAN 프로토콜 상에서 제공되는 기능 중 단편화 기법은 여러 개의 IEEE 802.15.4 프레임이 나뉘어져 도착하는 것을 말하는데, 센서네트워크의 프로토콜 데이터 단위가 102바이트인데 반해 IPv6의 최대 전송 단위가 1280바이트로 큰 차이를 보이기 때문에 이를 극복하기 위한 기술로 단편 패킷 전송의 특성상 많은 에너지 소모가 일어난다. 본 논문에서 제안한 ID 기반 단편 패킷 전송 기법을 적용한 결과 주소 방식(16, 64bit)에 따라 약 7-22% 정도 전송횟수가 감소되었다. 뿐만 아니라, 기존 LOAD 라우팅 프로토콜을 사용하여 경로 설정을 할 경우 센서노드가 통신을 할 수 없는 경우가 아니면 한번 설정된 경로는 변하지 않는다. 이는 특정 노드의 에너지 고갈을 야기 시키고 네트워크 전체에 영향을 주기 때문에 적절한 에너지 분배가 이루어져야 한다. 에너지 분배를 고려할 수 있도록 제안한 LOAD 라우팅 프로토콜은 통신이 이루어질수록 전체 네트워크 내에 모든 노드들의 에너지는 균등하게 유지됨을 보였다. 또한 한 번의 라우팅 수행 시 이웃 노드들의 정보를 획득할 수 있어 원 홉 데어터 전송에 소모되는 에너지를 절약할 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안된 6LoWPAN 프로토콜은 에너지 제약 조건이 심한 무선 센서네트워크 환경에 매우 적합하다 할 수 있다.

Due to their rapid growth and new paradigm applications, wireless sensor networks(WSNs) are morphing into low power personal area networks(LoWPANs), which are envisioned to grow radically. The fragmentation and reassembly of IP data packet is one of the most important function in the 6LoWPAN based communication between Internet and wireless sensor network. However, since the 6LoWPAN data unit size is 102 byte for IPv6 MTU size is 1200 byte, it increases the number of fragmentation and reassembly. In order to reduce the number of fragmentation and reassembly, this paper presents a new scheme that can be applicable to 6LoWPAN. When a fragmented packet header is constructed, we can have more space for data. This is because we use 8-bits routing table ill instead of 16-bits or 54-bits MAC address to decide the destination node. Analysis shows that our design has roughly 7% or 22% less transmission number of fragmented packets, depending on MAC address size(16-bits or 54-bits), compared with the previously proposed scheme in RFC4944. The reduced fragmented packet transmission means a low power consumption since the packet transmission is the very high power function in wireless sensor networks. Therefore the presented fragmented transmission scheme is well suited for low-power wireless sensor networks.

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참고문헌

  1. Jennifer Yick, Biswanath Mukherjee, Dipak Ghosal, "Computer Networks," The International Journal of Computer and Telecommunications Networking, Vol. 52, Issue 12, pp. 2292-2330, Aug. 2008.
  2. G. Montenegro and N. Kushalnagar, "Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks," RFC4944, IETF, September 2007.
  3. Geoff Mulligan, "The 6LoWPAN architecture," ACM, Proceedings of the 4th workshop on Embedded networked sensors, pp. 78-82, 2007.
  4. Chirwa Weston, Pham Tuan Tu, Bakhatnur Baiteli, Sin Yi Ma, "Energy-aware and QoS Routing in 6LoWPAN Mesh Networks", ZRDC Conference, 2007.
  5. Mbonisi Masilela, Ju Wang and Ramana Pidaparti, "Supporting Data-Intensive Wireless Sensor Applications using Smart Data Fragmentation and Buffer Management," Innovations m Information Technology Innovations 4th International Conference, pp. 367-371, 2007.
  6. HyunGon Kim, "Protection against packet fragmentation attacks at 610wpan adaptation layer," Convergence and Hybrid Information Technology ICHIT International Conference, pp. 796-801, 2008.
  7. Xin Ma, Wei Luo, "The analysis of 6LoWPAN technology," Computational Intelligence and Industrial Application PACllA Pacific-Asia Workshop, Vol.1 pp.963-966, 2008.
  8. Nidhi S Kulkarni, Balasubramanian Raman, Indra Gupta, "On Demand Routing Protocols for Mobile Ad Hoc Networks: A Review," Advance Computing Conference IACC IEEE International, pp. 586-591, 2009.
  9. Ali Hammad Akbar, Ki-Hyung Kim, Won-Do Jung, Ali Kashif Bashir, Seung-Wha Yoo, "GARPAN: Gateway-Assisted Inter-PAN Routing for 6LoWPAN," Computational Science and Its Applications ICCSA, Vol. 3981, pp. 186-194, 2006.
  10. C. Perkins, "Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing," RFC3561, IETF, July 2003.
  11. Zhang Zhaoxiao, Pei Tingrui, Zeng Wenli, "Modified Energy-aware AODV Routing for Ad Hoc Networks", Intelligent Systems GCIS '09 WRI Global Congress, pp. 338-342, 2009.
  12. T.V.P.SUNDARARAJAN, K. RAJESH KUMAR, R.K. KARTHIKEYAN, "A novel survey towards various energy models with Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing Protocol (AODV)", Communication and Energy Conservation INCACEC International Conference, pp. 1-5, 2009.
  13. 유대훈, 최웅철, 이승형, 정광수, "무선 모바일 애드 혹 네트워크에서 AODV 기반 에너지 효율 라우팅 프로토콜", 한국정보과학회 가을 학술발표논문집 Vol.33 No.2(D), pp. 561-565.
  14. 유비쿼터스신기술연구센터, http://www.utrc.re.kr/
  15. 박재복, "센서네트워크 노드의 전력모델 개발," 한국컴퓨터종합학술대회 논문집, Vol. 33, No. 1(A), 2006.