• Journal of Information Processing Systems
• /
• 제13권5호
• /
• pp.1320-1330
• /
• 2017

Wireless sensor networks for forest monitoring are typically deployed in fields in which manual intervention cannot be easily accessed. An interesting approach to extending the lifetime of sensor nodes is the use of energy harvested from the environment. Design constraints are application-dependent and based on the monitored environment in which the energy harvesting takes place. To reduce energy consumption, we designed a power management scheme that combines dynamic duty cycle scheduling at the network layer to plan node duty time. The dynamic duty cycle scheduling is realized based on a tier structure in which the network is concentrically organized around the sink node. In addition, the multi-paths preserved in the tier structure can be used to deliver residual packets when a path failure occurs. Experimental results show that the proposed method has a better performance.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.180-186
• /
• 2017

본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 센서 노드들로부터 전송되는 데이터 트래픽에 따라 낮은 지연과 높은 데이터 효율을 지원하는 새로운 MAC 프로토콜을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 TADW-MAC은 기존의 멀티 홉 전송에서 해당 Sleep 구간에서 오직 하나의 패킷 전송만을 스케줄할 수 있는 DW-MAC의 문제점을 해결하며, 물체 트래킹(object tracking)이나 화재 감시 시스템 등의 응용에 적합한 duty cycling 메커니즘을 가진다. 이러한 응용에서는 평소에는 데이터 전송이 이루어지지 않지만, 물체의 나타남과 화재 발생 등 이벤트가 발생하는 경우에는 많은 데이터를 전송해야 하며, 낮은 지연을 요구한다[6-8]. 따라서 TADW-MAC에서는 이러한 이벤트가 발생하였을 경우에 duty cycle을 조절함으로 보다 높은 효율과 적은 에너지를 소모할 수 있다. 여러 시뮬레이션을 통해 TADW-MAC은 기존의 RMAC이나 DW-MAC에 비해 에너지 효율과 전송 지연 면에서 더 나은 성능을 보여준다.

• 한국통신학회논문지
• /
• 제34권6A호
• /
• pp.506-514
• /
• 2009

센서 네트워크를 위한 MAC 프로토콜들은 전력 소모를 최소화하기 위해 낮은 듀티 사이클(Duty Cycle)을 사용한다. 그 중에서 RMAC [4]의 경우 Pioneer(PION) 프레임을 이용하여 한 주기 내에 여러 홉을 전송한다. 본 논문에서는 HE-MAC(Hop-Extended MAC)이라는 홉 연장 프로토콜을 제안한다. HE-MAC의 데이터 전송은 기존 RMAC과는 달리 한 주기 내에 전달될 수 있는 최대 홉 수 정보가 포함된 Explorer(EXP)를 이용하여 이루어진다. EXP의 정보와 Ready-to-Receive(RTR) 상태를 이용하여 RMAC에 비해 2홉을 늘림으로써 평균 전송 지연 시간을 감소시킨다. 또한, 적응적 슬립을 통하여 불필요한 전력 소모를 최소화할 뿐만 아니라 RMAC에서 나타나는 잦은 트래픽(Traffic)으로 인한 패킷 역전 문제를 해결한다. HE-MAC의 패킷 전송 지연시간을 수학적으로 분석하였으며, ns-2를 이용한 모의실험을 통해 성능평가를 하였다. 300개의 노드가 배치된 랜덤 토폴로지에서 HE-MAC은 RMAC에 비해 전력 소모량과 평균 전승 지연 시간을 14%, 20%만큼 감소시킨다.

• 한국통신학회논문지
• /
• 제39B권12호
• /
• pp.873-875
• /
• 2014

본 논문은 네트워크 전체의 전력 소모를 줄이기 위해 제어 패킷의 소모를 줄이는 비동기 센서 MAC 프로토콜을 설계한다. 기존 비동기 방식의 X-MAC은 너무 많은 제어 패킷을 보낸다는 단점, PW-MAC은 다중 송신자와 단일 수신자 상황에서 데이터 패킷이 충돌한다는 단점이 있다. 본 논문에서는 두 프로토콜의 단점을 보완하여 수신자 기반(Receiver-Initiated)으로 동작하며, 송신자에 의해 제어 패킷을 생성하는 MAC 프로토콜을 제안한다. 본 문에서 NS2를 이용한 실험의 결과를 통해 전력 소모, 전달 지연, 평균 처리량이 기존 연구에 비해 향상됨을 확인했다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제6권12호
• /
• pp.3046-3060
• /
• 2012

Low power listening (LPL) MAC protocols based on duty-cycling mechanism have been studied extensively to achieve ultra low energy consumption in wireless sensor networks (WSNs). Especially, recent ACK-based LPL schemes such as X-MAC employ strobe preambles and an early ACK, and show fair performances in communications and energy efficiencies. However, the state-of-the-art ACK-based LPL scheme still suffers from collision problems due to the protocol incompleteness. These collision effects are not trivial and make WSNs unstable, aggravate energy consumptions. In this paper, we propose two novel schemes; (i) ${\tau}$-duration CCA to mitigate the collision problem in ACK-based LPL MAC protocols. (ii) Short Preamble Counter (SPC) to conserve more energy by reducing unnecessary overhearing. We demonstrate the performance improvement of our scheme via a mathematical analysis and real-time experiments. Both analysis and experimental results confirm that our proposed scheme saves energy by up to 36% compared to the naive ACK-based LPL MAC protocol thanks to ${\tau}$-duration CCA and SPC.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보통신학회 2015년도 춘계학술대회
• /
• pp.593-594
• /
• 2015

In wireless sensor networks (WSNs), due to the very low data rate, the sleeping schedule is usually used to save consumed energy and prolong the lifetime of nodes. However, duty-cycled approach can cause a high end-to-end (E2E) delay. In this paper, we study a node scheduling algorithm in WSNs such that E2E delay meets bounded delay with a given probability. We have applied the probability theory to spot the relationship between E2E delay and node interval. Simulation result illustrates that we can create the network to achieve given delay with prior probability and high energy use efficient as well.

• 전자공학회논문지
• /
• 제51권11호
• /
• pp.11-18
• /
• 2014

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.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제11권2호
• /
• pp.764-784
• /
• 2017

Energy efficiency is an essential requirement in designing a MAC protocol for wireless sensor networks (WSNs) using battery-operated sensor nodes. We proposed a new receiver-initiated MAC protocol, RIX-MAC, based on the X-MAX protocol with asynchronous duty cycles. In this paper, we analyzed the performance of RIX-MAC protocol in terms of throughput, delay, and energy consumption using the model. For modeling the protocol, we used the Markov chain model, derived the transmission and state probabilities, and obtained the equations to solve the performance of throughput, delay, and energy consumption. Our proposed model and analysis are validated by comparing numerical results obtained from the model, with simulation results using NS-2.

• 전자공학회논문지
• /
• 제50권12호
• /
• pp.98-106
• /
• 2013

에너지 수확 모바일 센서 망에서 센서 노드간의 듀티-사이클 동기화는 매우 중요한 의미를 갖는다. 제한된 에너지를 효율적으로 사용하여 협력해야 하기 때문에 각 노드의 듀티-사이클이 서로 유사하게 동작되어야 한다. 이때 망을 구성하는 노드분포는 노드간의 연결뿐만 아니라 동기화에 의한 노드의 활동 시간, 그리고 망의 수명에 영향을 준다. 본 논문에서는 자기-동기화 듀티-사이클 기법을 적용한 에너지 수확 모바일 센서 망에서 망의 토폴로지를 변화시킨다. 단순 랜덤 토폴로지 망보다는 망이 담당하는 영역과 노드 밀집도에 따라서 노드의 분포를 균일하게 유지하는 알고리즘을 제시한다. 제시된 토폴로지 변환 알고리즘을 위하여 유체 흐름과 군집 분산 모델을 적용하고 에이전트 기반 모델링을 이용하여 성능분석을 시행한다. 또한 제안된 알고리즘을 자기-동기화 듀티-사이클 기반 모바일 센서 망에 적용하여 노드 간 동기화 특성이 강화되고 에너지 소비 편차의 감소를 확인한다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.169-176
• /
• 2018

본 논문에서는 센서노드가 전력소모를 줄이기 위하여 주기적으로 휴면상태를 갖는 듀티사이클 기반 무선센서 네트워크를 고려한다. 이러한 네트워크에서는 듀티사이클 간격이 커진다면 전력소모는 감소하지만 종단간 지연시간은 늘어나게 된다. 무선센서네트워크의 많은 애플리케이션은 지연시간에 민감하며 패킷이 센서노드로부터 싱크노드에게 전달되는 데 있어서 지연시간제약 요구사항이 있다. 기존의 대부분의 연구는 종단간 지연시간을 줄이는 것에만 초점을 맞추고 지연시간제약에 대해 고려를 하지 않음으로써 종단간지연시간과 전력소모에 대한 균형을 맞추기 어려웠다. 지연시간제약을 고려하는 연구에서도 노드들간의 시각동기화를 요구하거나 노드들이 특정한 분포를 갖는다고 가정하였다. 기존 연구의 이러한 제약을 극복하기 위하여 본 논문에서는 지연시간제약조건을 충족시키면서 동시에 전력소모를 줄이기 위한 듀티사이클 스케쥴링 알고리즘을 제안한다. 먼저 종단간 지연시간의 확률분포를 추정하고 획득한 분포를 이용하여 지연시간제약조건을 만족하는 최대 듀티사이클 간격을 결정한다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안되는 알고리즘은 주어진 지연시간제약 요구사항을 만족하면서도 낮은 전력소모 성능을 보인다.