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.
무선 센서 네트워크의 설계에 있어서 전력 소모는 중요 요소이다. 본 논문은 AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜을 센서 네트워크에 적용하여 망 전체의 전력 소모를 최소화하고 수명 시간을 연장하려 한다. 이를 위해 전송 경로 탐색시 필요한 경로 요구 메시지(RREQ:Route Request)에 불응답 필드(No Reply Field)와 데이터 필드(Data Field)를 추가, 확장하여 전송 경로 탐색과 데이터 전송이 동시에 수행되어져 각종 제어 메시지(경로 응답, 경로 에러, 헬로 메시지)를 감소시키는 것을 제안한다. 이는 싱크 노드에 최종 데이터가 전송되는 시간이 기존 대비 20% 연장되고 노드 이동성에 따른 망의 토폴로지의 변화에도 강한 경향을 나타낸다.
무선 센서 네트워크는 실세계에서 발생하는 현상에 대한 다양한 응용 요구의 정보를 수집하기 위해 조밀하게 배치된 센서 노드들로 구성된다. 각 센서 노드들은 감지한 정보를 그들 간의 연산, 통신 등 협업 작업을 통하여 최종 사용자에게 전달한다. 일반적으로, 센서 노드들은 배터리 전력에 의존하기 때문에 정보를 수집하고 최종 사용자에게 전달하기 위한 전력 소비는 무선 센서 네트워크의 전체수명 기간을 좌우한다. 그러므로 각 센서의 에너지 수준을 고려한 최적의 라우팅 알고리즘은 전체시스템의 수명을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 기존에 제안된 방향성 확산, SPIN 등과는 다르게 각 센서 노드의 에너지 수준과 최단 흡 경로 정보를 이용하여 무선 센서 네트워크의 전체 수명 시간을 효율적으로 최대한 보장할 수 있는 저전력형 데이터 확산 프로토콜을 제안하였다. 이 기법은 질의 유포 과정에서 흡과 에너지 정보를 이용하여 데이터 전송 경로를 확립하고, 이벤트 발생 지역의 이웃 노드들로부터 수집된 정보는 동일한 데이터를 병합하여 최단의 전송 경로를 통하여 사용자에게 전송한다.
센서 네트워크의 주요 애플리케이션은 저 전력 센서 장치로 이루처진 무선 네트워크를 이용하여 악의적인 환경을 감시하고 이에 대한 정보를 유선 네트워크와 연결된 기지국으로 전송한다. 이 과정에서 개별 센서노드의 전력을 보존하기 위해서는 중간 네트워크 노드가 개별 센서로부터 전송되는 결과를 수집해야 한다. 그러나 이런 방법은 위태롭게 된 단일 센서 노드가 전체 센서 네트워크를 무용지물로 만들거나 더 심하게는 운영자로 하여금 잘못된 판독을 신뢰하게 만들 위험을 야기한다. 이 논문에서는 무선 네트워크 환경에서 중간 노드가 안전하게 데이터를 수집하면서 악의적인 센서를 해당 네트워크로부터 안전하게 제거하기 위한 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 안전한 세션이 센서 노드와 게이트웨이 사이에서만 성립하는 다중 네트워크 구조에 유용하며 시뮬레이션을 통해 기존 LHA-SP 기법과 비교 분석한 결과 제안 기법이 LHA-SP 기법보다 키 관리로 인해 발생된 에너지 소비 부하가 3.5% 낮았으며, 키 전달 시간 및 처리 시간은 LHA-SP 기법보다 각각 0.3%와 0.6% 개선된 결과를 얻을 수 있었다.
노약자나 만성질환자를 위하여 가정에서 분산된 무선센서네트워크 노드를 사용하는 무선센서네트워크 기반의 생체신호 모니터링 시스템을 구현하였다. 본 논문에서의 생체신호 모니터링 시스템은 가장 중요한 생체 신호인 ECG와 체온을 계측하도록 구성하였으며, 무선센서 노드를 사용하여 원격지의 병원서버 또는 의사의 PC, PDA에 연결된 베이스스테이션으로 Ad-hoc 네트워크를 통해 환자 또는 노인의 건강정보를 전송하는 시스템 구현에 목적을 두고 있다. 본 시스템을 통해 환자의 의료장비 비용을 절약 할 수 있을 뿐만 아니라 센서 노드는 무선센서네트워크의 강점인 Ad-hoc 통신이 가능하면서 저전력으로 동작하여 배터리의 수명을 연장할 수 있는 특징을 가진다. 또한, 병원의 한층 전체의 환자나 여러 환자가 거주하는 가정 또는 시설에서 하나의 PC(또는 서버컴퓨터)로 시스템 구성이 가능하도록 시스템을 구현함으로서 베이스스테이션에서 멀리 떨어져 있는 환자의 생체 신호도 Ad-hoc 네트워크를 통해 베이스스테이션까지 전송이 가능하였으며, 이동성 제공 및 홈 환경에서 사용자에게 편리함을 가져올 수 있으리라 예상된다.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)는 유비쿼터스 컴퓨팅 구현을 위한 기반 네트워크로 초경량, 저전력의 센서들로 구성된 무선 네트워크이다. 센서노드에서 센싱된 데이터는 싱크노드에 의하여 수집되어 사용자에게 제공된다. 이런 환경에서 서비스마다 다른 정보교환 방법을 사용하는 것은 사용자들에게 불편함을 주므로 사용자와 서비스 간의 원활한 정보공유 및 교환방법을 위한 표준화된 식별 체계가 필요하다.
최근 무선 센서 네트워크(WSN : Wireless Sensor Network)에서 센서노드의 에너지 소모 균등성과 효율성을 향상시켜 전제 네트워크의 수명을 최대화하기 위한 다양한 멀티 홉 라우팅 프로토콜들이 제안되고 있다. 특히, 멀티홉기법이 향상된 에너지 효율성과 실제 적용 가능한 모델로 큰 각광받고 있다. 기존 멀티-홉 기법에서는 센서노드사이 거리에 따라 발송 에너지 능동조절 가능하다는 가정을 전제로 한다. 그러나 무선센서의 물리적 특성을 고려해보면 멀티-홉 기법의 이 가정은 현재 무선통신시스템기술로 실현하기 어렵다. 이 논문에서는 모든 센서노드는 일정한 전파범위를 유지한다는 물리특성을 기초로 에너지 효율성을 향상시킨 저 전력 클러스터링 기법을 제안한다. 제안기법은 기존기법보다 실제 무선센서네트워크 적용하기 용이하다.
센서 네트워크에서 각 센서 노드의 에너지 소모를 최소화하여 에너지 소모를 줄임으로써 망의 지속시간을 늘이는 것이 중요하다. 기존의 MAC(Medium Access Control) 프로토콜은 채널 폴링 기법을 이용하여 효율적인 에너지 관리에 대한 해결책을 제시 하였으나, 그러한 방식에 따른 각 노드의 Duty Cycle이 길어짐으로써 발생하는 에너지 소모에 대한 해결책은 제시하지 못하였다. 본 논문에서는 기존의 채널 폴링과 함께 스케쥴링 알고리즘을 적용하여 Duty Cycle의 주기를 줄임으로써 에너지 소모를 줄인다. 특히 이 방식을 이용하여 멀티홉과 과다한 트래픽에 대한 성능의 평가를 위해 실험을 통해 제안하는 프로토콜의 우수한 성능을 보인다.
최근 새로운 형태의 네트워크 환경인 유비쿼터스 컴퓨팅에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 유비쿼터스 컴퓨팅에서 중요한 요소중의 하나는 센서 네트워크로써, 저전력 Ad-hoc 네트워크에 기반한 센서와 센서노드들로 구성되며, 실제의 환경과 유비쿼터스 컴퓨팅과의 매개 역할을 한다. 따라서 본 논문에서는 홈네트워크에 센서 네트워크가 구성되어 사용자가 센서 네트워크 기반의 지불 서비스를 제공받고자 할 경우 안전한 무선 지불 방식을 제안한다. 제안방식은 센서 네트워크의 특성인 자동 서비스 등록 과정을 거쳐 사용자의 프라이버시 정보에 대한 안전성을 유지하면서도 다양한 서비스의 등록이 가능한 확장성을 제공한다.
본 논문에서는 웨어러블 컴퓨터 시스템을 위한 WUSB over WBAN 프로토콜에서 요구되는 저전력 소모 위치인식기술로서, 거리 정보를 필요로 하지 않는 위치인식알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 위치 인식알고리즘은 웨어러블 컴퓨터의 주변 장치를 구성하는 WUSB over WBAN 프로토콜 기반 센서노드에서 독립적으로 실행되어, range-free 한 방법을 사용하여, 각 센서노드의 위치를 신속하게 추정함으로써 전력소모를 최소화한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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