초록
무선 센서 네트워크에서 다중 흐름들 (multiple flows) 이 동시에 발생하여 sink 노드로 전달되는 과정에서 기존의 duty cycling 기반의 단일 채널 센서 네트워크 MAC 프로토콜들은 경쟁 (contention) 과 충돌 (collision) 로 인한 심각한 성능 저하를 보인다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 다중 채널을 활용하는 Multi-Channel Pipelining (MCP) 기법을 제안한다. 본 논문은 종단 간 지연시간 (end-to-end latency) 을 최소화하기 위해서 다중 홉 상에 노드들의 wake-up 스케줄에 시차를 두는 SDPS (Staggered Dynamic Phase Shift) 알고리즘과 에너지 효율성을 최적화하기 위한 PLI (Phase-Locking Identification) 알고리즘을 제안한다. 이러한 방법을 바탕으로 다중 흐름들은 다중 채널에서 동적으로 파이프라인 (pipeline) 되어 처리됨으로써 성능이 향상된다. Qualnet 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안하는 MCP 기법이 기존의 센서 네트워크 MAC 프로토콜들 보다 듀티 사이클 (duty cycle), 종단 간 지연시간, 패킷 전달율 (packet delivery ratio), 통합 처리량(aggregate throughput) 관점에서 성능을 향상시킴을 보였다. 또한, MCP 의 듀티 사이클과 종단 간 지연시간을 위한 분석 모델을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
Most of the energy efficient MAC protocols for wireless sensor networks (WSNs) are based on duty cycling in a single channel and show competitive performances in a small number of traffic flows; however, under concurrent multiple flows, they result in significant performance degradation due to contention and collision. We propose a multi-channel pipelining (MCP) method for convergecast WSN in order to address these problems. In MCP, a staggered dynamic phase shift (SDPS) algorithms devised to minimize end-to-end latency by dynamically staggering wake-up schedule of nodes on a multi-hop path. Also, a phase-locking identification (PLI) algorithm is proposed to optimize energy efficiency. Based on these algorithms, multiple flows can be dynamically pipelined in one of multiple channels and successively handled by sink switched to each channel. We present an analytical model to compute the duty cycle and the latency of MCP and validate the model by simulation. Simulation evaluation shows that our proposal is superior to existing protocols: X-MAC and DPS-MAC in terms of duty cycle, end-to-end latency, delivery ratio, and aggregate throughput.
