에너지 생산이 가능한 무선 센서 네트워크에서 잔여 에너지 인지 듀티-사이클 스케줄링 기법

국문 초록 (Abstract)

네트워크 수명을 연장시키기 위해 무선 센서 네트워크에서는 idle listening에 소비되는 에너지를 줄일 수 있는 듀티-사이클 MAC 프로토콜들이 제안되었다. 일반적인 듀티-사이클 MAC 프로토콜에서 각 센서 노드는 잔여 에너지양을 기반으로 듀티-사이클 주기를 계산한다. 그러나 에너지 수집이 가능한 센서 네트워크에서 기존 듀티-사이클 주기는 에너지 수집률이 높은 센서 노드에 불필요한 sleep 지연을 발생시킨다. 따라서 우리는 이전 연구에서 잔여 에너지양과 에너지 수집률을 함께 고려하여 듀티 사이클-주기를 조절하는 듀티-사이클 스케줄링 기법을 제안하였다. 그러나 이러한 듀티-사이클 MAC 프로토콜들은 듀티 사이클-주기 변화에 따른 성능 차이를 고려하지 않고 듀티-사이클 주기를 항상 선형적으로 조절하므로, 응용의 요구사항에 맞는 최적의 듀티 사이클 주기를 얻지 못한다. 본 논문에서는 듀티-사이클 주기를 계산하는 세 가지 기법들을 제안하고 그 결과에 대해 분석한다. 실험을 통해 제안된 기법들이 기존 듀티-사이클 스케줄링 기법에 비해 네트워크 수명, 단대단 패킷 전송 시간과 패킷 전송률을 각각 최대 23%, 44%, 31% 증가시킴을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to increase network lifetime, duty-cycle MAC protocols which can reduce energy consumption caused by idle listening is proposed for WSNs. In common duty-cycle MAC protocols, each sensor node calculates its duty-cycle interval based on the current amount of residual energy. However, in WSNs with the capability of energy harvesting, existing duty-cycle intervals based on the residual energy may cause the sensor nodes which have high energy harvesting rate to suffer unnecessary sleep latency. Therefore, a duty-cycle scheduling scheme which adjust the duty-cycle interval based on both of the residual energy and the energy harvesting rate was proposed in our previous work. However, since this duty-cycle MAC protocol overlooked the performance variation according to the change of duty-cycle interval and adjusted the duty-cycle interval only linearly, the optimal duty-cycle interval could not be obtained to meet application requirements. In this paper, we propose three methods which calculate the duty-cycle interval and analyse their results. Through simulation study, we verify that network lifetime, end-to-end delay and packet delivery ratio can be improved up to 23%, 44% and 31% as compared to the existing linear duty-cycle scheduling method, respectively.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• ABSTRACT
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 관련연구
• Ⅲ. 본론
• Ⅳ. 실험결과
• Ⅴ. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

• 1 박우길, "회귀적 추정 방식을 이용한 무선 센서 네트워크용 저전력 MAC 프로토콜" 한국통신학회 39 (39): 239-246, 2014
• 2 차재룡, "무선 센서 네트워크에서 지연에 민감한 정보의 다중 홉 전송 기법" 한국통신학회 37 (37): 876-884, 2012
• 3 이규창, "도심의 차량 네트워크에서 긴급 메시지 전파를 위한 효율적인 브로드캐스트 기법" 한국통신학회 38 (38): 605-611, 2013
• 4 M. Buettne, "X-MAC : A short preamble MAC protocol for duty-cycled wireless sensor networks" 307-320, 2006
• 5 I. F. Akyildiz, "Wireless sensor networks : A survey" 38 (38): 393-422, 2002
• 6 J. Polastre, "Versatile low power media access for wireless sensor networks" 95-107, 2004
• 7 Y. Sun, "RI-MAC : A receiver initiated asynchronous duty cycle MAC protocol for dynamic traffic load" 1-14, 2008
• 8 X. Jiang, "Perpetual environmentally powered sensor networks" 463-468, 2005
• 9 W. Ye, "Medium access control with coordinated adaptive sleeping for wireless sensor networks" 12 (12): 493-506, 2004
• 10 S. Ramakrishnan, "Impact of sleep in a wireless sensor MAC protocol" 4621-4624, 2004
• 11 H. Yoo, "Dynamic duty-cycle scheduling schemes for energyharvesting wireless sensor networks" 202-204, 2012
• 12 V. Raghunathan, "Design considerations for solar energy harvesting wireless embedded systems" 457-462, 2005
• 13 Y. Gu, "Data forwarding in extremely low duty-cycle sensor networks with unreliable communication links" 321-334, 2007
• 14 L. Wang, "An energy-efficient CKN algorithm for duty-cycled wireless sensor networks" 2012 : 1-15, 2012
• 15 T. van Dam, "An adaptive energy efficient MAC protocol for wireless sensor networks" 171-180, 2003