USN 환경에서 다중 이벤트 처리를 위한 에너지 효율적 MAC 프로토콜 구현 = An Implementation of Energy Efficient MAC Protocol for Multiple Event Handling in Ubiquitous Sensor Network Environment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we propose an energy-efficient MAC(Medium Access Control) protocol for multiple event handling in ubiquitous sensor network environment. We make scenarios when events occur and when they do not for proposed CASMAC (Context Aware Sensor MAC). Also the mechanism of CASMAC is dynamically changes data transmission timing rates by scenarios. In addition, CASMAC is based on SMAC(Sensor MAC) and it use ECAM(Event Control Action Model) which is existing system model by event-driven. Through ECAM and scenarios, CASMAC make modules; event, control, action and model. These modules available to shift other contents by the situation. With the information provided beforehand, CASMAC reduces energy being wasted from sending redundant data by employing transmission rate control mechanisms on sample data when the events occur. And we implement a event handler for multiple event environment. By integration data packet and timer, it process event data from various sensors optimally. In a result, CASMAC inovate existing MAC protocol for energy-efficiency in dynamic environments by using context information, ECAM and multiple event handler. Through the simulation using MATLAB, we proved the performance of CASMAC; CASMAC gains about 23% energy reduction compared to SMAC.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 유비쿼터스 센서네트워크 환경에서 다중 이벤트 처리를 위한 에너지 효율적 MAC(Medium Access Control) 프로토콜을 제안한다. 제안한 CASMAC(Context Aware Sensor MAC)은 이벤트 발생시와 미발생시에 대한 시나리오를 작성한다. 다음으로 작성된 시나리오를 분석하여 패턴을 유추하며, 상황정보를 설정하고, 상황에 따라 가변적으로 데이터 전송 타이밍을 조절한다. 또한 CASMAC은 대표적 MAC 프로토콜인 SMAC(Sensor MAC)을 기반으로 하고 있으며, 이벤트에 기반한 기존 시스템 모델인 ECAM(Event Control Action Model)을 사용한다. ECAM과 작성된 시나리오를 토대로 이벤트를 감지하는 이벤트부와 동작을 지시하는 컨트롤부, 실제 동작을 수행하는 액션부 그리고 상황정보를 가지고 모든 과정을 지원하는 모델부를 모듈화한다. 이러한 모듈을 컴포넌트로 하여 설계한 CASMAC은 상황의 변화에 따른 특정 모듈의 교체가 가능하며, 다양성과 체계성을 동시에 충족한다. 사전에 설정된 상황정보에 의해 이벤트 발생시 샘플 데이터의 전송 조절 매커니즘을 통하여 불필요한 데이터의 전송시 낭비될 수 있는 에너지량을 줄인다. 그리고 다중 이벤트 처리기를 구현하여 실제 상황에서 다양한 센서들에 의해 수집되는 이벤트 값을 에너지 효율적으로 처리한다. 구현한 다중 이벤트 처리기는 통합 패킷과 타이머를 이용하며, 이벤트 발생시에 최소한의 패킷을 사용하여 데이터 트래픽을 최적화하므로 에너지 효율적이다. 결과적으로 제안한 CASMAC 프로토콜은 이러한 일련의 과정을 통하여 상황 적응적인 특성을 확보하고, 기존의 MAC 프로토콜이 동적인 환경에 취약했던 점을 개선한다. 또한 해당 상황에 따른 적합한 동작의 수행과 불필요한 데이터 송수신을 차단함으로써 에너지 효율성을 가져온다. MATLAB을 이용한 모의실험에서 SMAC 대비 약 23%의 에너지 소모 감소를 통해 입증했다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 1
• 제2절 연구내용 4
• 제3절 논문구성 6
• 제2장 관련연구 7
• 제1절 MAC 프로토콜 연구동향 7
• 제2절 MAC 프로토콜 8
• 제3장 CASMAC 프로토콜 설계 및 구현 12
• 제1절 구현 환경 12
• 제2절 CASMAC 프로토콜 알고리즘 14
• 제3절 CASMAC 프로토콜 구현 30
• 제4장 성능 평가 37
• 제1절 에너지 소모 모델 37
• 제2절 모의 실험 39
• 제3절 성능 분석 42
• 제5장 결론 및 향후 연구 44
• 참고문헌 46
• 국문초록 51