WPAN에서 예약 슬롯을 이용한 동적 채널 할당 알고리즘에 대한 연구

Title
WPAN에서 예약 슬롯을 이용한 동적 채널 할당 알고리즘에 대한 연구
Authors
유병철
Keywords
wpan에서예약슬롯을이용한동적채널할당알고리즘에대한연구
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
WPAN(Wireless Personal Area Network)을 지원하는 프로토콜의 하나인 IEEE 802.15.4 표준은 저속, 저비용, 그리고 저전력의 특징을 갖는다. 그 중, 모니터링을 목적으로 구성된 센서 네트워크에서는 싱크 노드로 데이터가 집중되기 때문에, 참여 노드가 많을수록 싱크 노드 주변의 트래픽이 혼잡하게 된다. 이런 환경에서는 경쟁 충돌과 히든 노드 충돌이 빈번하게 발생한다. 경쟁 충돌의 경우는 CSMA-CA(Carrier sensing multiple access-collision avoidance)로 해결할 수 있지만, 히든 노드 충돌은 CSMA-CA로 해결하기 어렵다. 따라서 이런 이유로 충돌 회피에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그 중, 기존에 제안한 DCA(Dynamic channel allocation) scheme에서는 동적으로 채널을 할당하고 관리함으로써 충돌을 줄여 전송성공률을 높이고 있지만, Reservation Period(RP)의 추가로 인한 전송 지연 오버헤드가 발생하는 담점이 있다. 본 논문에서는 트래픽의 변동이 많은 지역에서 충돌을 회피하고 전력 소모를 줄이기 위한 MRS-DCA scheme을 제안한다. MRS-DCA scheme에서는 기존의 제안한 DCA scheme의 단점인 RP로 인한 오버헤드를 줄이기 위하여 MRS-Superframe(Modified reservation slot-superframe) 구조를 제안한다. MRS-Superframe에서는 RP로 인한 오버헤드를 줄이기 위하여 CAP구간의 일부를 RP로 할당하였다. 그리고 할당된 PR에 수정된 RTS 프레임을 이용하여 채널 할당을 요청한다. 코디네이터는 RTS 프레임 수신 결과를 바탕으로 노드에 GTS를 할당하고, 발생할 트래픽을 예측하여 동적으로 RP와 CAP에 채널을 할당한다. 성능 평가를 위하여 ATmega128과 CC2420으로 구성된 모트를 이용하여, 각 구간별 길이와 전송률 및 성공률, 소비전력에 대한 비교 평가를 수행했다. MRS-DCA는 IEEE 802.15.4 표준보다 평균 36% 짧은 Active 구간을 유지하며, goodput이 평균 86%로 표준보다 11.5% 높은 전송성공률을 보였다. 또한 1바이트를 전송하기 위해 소모되는 전력은 표준보다 평균 35% 더 적었다.
Description
<제목 차례> 요 약 Abstract 목 차 표 목 차 약 어 표 그 림 목 차 제 1 장 서론 제 2 장 IEEE 802.15.4 표준 MAC 및 관련 연구 2.1 IEEE 802.15.4 표준의 특징 2.2 IEEE 802.15.4 표준 Superframe 구조 2.3 CSMA-CA 메커니즘 2.4 CAP와 GTS 2.5 패킷 구조 2.6 IEEE 802.15.4에서의 충돌 및 전송 지연 제 3 장 예약 슬롯을 이용한 동적 채널 할당 알고리즘 3.1 MRS-Superframe의 구조 3.2 패킷 프레임 구조 3.3 MRS-DCA scheme의 동작 3.3.1 동적 GTS 할당 및 관리 3.3.2 CAP 할당 알고리즘 3.3.3 RP 할당 알고리즘 제 4 장 제안된 알고리즘의 해석적 모델 4.1 Discrete time을 이용한 모델링 4.2 데이터 도착 확률 모델링 4.3 CFP 모델링 4.4 CAP 모델링 제 5 장 실험 및 성능평가 5.1 실험 환경 5.1.1 하드웨어 특징 5.1.2 네트워크 파라미터 5.2 성능평가 5.2.1 각 구간의 길이 비교 5.2.2 전송성공률 비교 5.2.3 소비 전력 비교 제 6 장 결 론 <표 차례> 표 2.1 듀티 사이클 표 5.1 CC2420의 전기적 특성 표 5.2 환경 변수 표 5.3 실험에 사용한 패킷 길이 및 슬롯 길이 <그림 차례> 그림 2.1 IEEE 802.15.4의 Superframe 구조 그림 2.2 Frame 길이에 따른 IFS 그림 2.3 Slotted CSMA-CA의 플로차트 그림 2.4 IEEE 802.15.4의 GTS 관리 그림 2.5 IEEE 802.15.4의 PHY 계층 프레임 구조 그림 2.6 IEEE 802.15.4의 MAC 계층 프레임 구조 그림 2.7 히든터미널 충돌 상황 그림 2.8 충돌의 예 그림 3.1 제안하는 슈퍼프레임 구조, MRS-Superframe 그림 3.2 SYNC 패킷 구조 그림 3.3 RTS 패킷 구조 그림 3.4 MRS-DCA scheme의 GTS 재할당 예 그림 3.5 RTS 프레임 전송의 예 그림 3.6 MRS-DCA의 동작 그림 3.7 코디네이터 플로차트 그림 3.8 자식노드의 플로차트 그림 3.9 동적 CAP 할당 알고리즘 그림 3.10 동적 RP 할당 알고리즘 그림 4.1 제안된 알고리즘 확률 모델 그림 4.2 제안된 알고리즘의 Markov chain 그림 4.3 CSMA-CA 알고리즘의 Markov chain 그림 5.1 실험에 사용한 네트워크 환경 예 그림 5.2 CFP의 길이 그림 5.3 CAP의 길이 그림 5.4 Active 구간의 길이 그림 5.5 데이터 전송 throughput 그림 5.6 데이터 전송 goodput 그림 5.7 데이터 발생률에 따른 전력 소비 그림 5.8 데이터 발생률에 따른 1바이트 전송 전력 소비 그림 5.9 전송 성공한 데이터양에 따른 전력 소비 그림 5.10 전송 성공한 데이터양에 따른 1바이트 전송 소비 전력 그림 5.11 전송 성공한 데이터양에 따른 전력 소비 그림 5.12 전송 성공한 데이터양에 따른 1바이트 전송 소비 전력
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23495
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College of Engineering(공과대학) > Electronic Engineering (전자공학) > Theses(전자공학 석박사 학위논문)
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