무선 센서 네트워크에서 트래픽을 고려한 동기식 D-RMAC 프로토콜 = Synchronized D-RMAC protocol considering traffic in wireless sensor networks

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wireless Sensor Networks (WSNs) consist of many sensor nodes with limitation of battery, memory and processing ability. Because of these features, there are many constraints to build WSNs. Therefore, effective MAC (Medium Access Control) protocols are required to maximize battery life of sensor nodes and to reduce transmission delay, and to minimize communication errors, etc. Routing enhanced MAC (RMAC) uses the path information on network layer and the information on MAC layer so that multi-hop transmission within a cycle is possible. RMAC can reduce transmission delay and power consumption compared to Sensor-MAC (S-MAC). However RMAC does not respond adaptively to variation of network traffic, because RMAC uses a fixed duty cycle. In this paper, we propose Dynamic-RMAC (D-RMAC) to improve the performance of RMAC. D-RMAC dynamically changes it's frame structure as packet generation intervals in a sensor. In addition, D-RMAC can increase the number of transmission hops in a cycle by one. The simulation results show that D-RMAC represents a good performance compared with S-MAC and RMAC. D-RMAC has improved performance of WSNs in terms of throughput, delay and power consumption.

국문 초록 (Abstract)

무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks)를 구성하는 센서노드는 제한된 배터리, 메모리, 처리능력을 가지기 때문에 무선 센서 네트워크를 기존의 네트워크처럼 구축하기에 많은 제약을 가지고 있다. 따라서 센서노드의 배터리 수명을 최대화 하고, 전송 지연 및 통신오류를 최소화하는 효율적인 MAC (Medium Access Control) 프로토콜이 요구된다. 기존에 연구된 동기식 MAC 프로토콜인 RMAC (Routing enhanced MAC)은 MAC 계층의 정보뿐만 아니라 네트워크 계층의 경로정보를 이용하여 한 주기 내에 다중 홉 전송이 가능한 방식이다. RMAC은 기존 동기식 MAC 프로토콜의 대표적 방식인 S-MAC (Sensor-MAC)과 비교하여 전송 지연 및 전력 소비를 감소시켰으나 고정된 듀티 사이클(duty cycle)로 동작하기 때문에 네트워크 트래픽 변화에 능동적으로 대처하지 못하는 단점이 있다. 본 논문에서는 RMAC의 성능을 개선한 D-RMAC (Dynamic-RMAC)을 제안한다. D-RMAC은 트래픽 적응 방법을 사용하여 노드가 측정한 패킷 생성 간격에 따라 트래픽의 양을 예측하고 프레임 구조를 변경한다. 또한, 다중 홉 전송거리 연장 방법을 사용하여 한 주기 내에 데이터 전송 홉 수를 1홉 연장 할 수 있다. D-RMAC은 시뮬레이션을 통한 성능평가에서 S-MAC 및 RMAC과 비교하여 패킷 처리량이 많고, 전송 지연과 전력 소비 면에서 우수함을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제2장 관련연구 4
• 2.1 S-MAC (Sensor-MAC) 프로토콜 4
• 2.2 T-MAC (Timeout-MAC) 프로토콜 9
• 2.3 RMAC (Routing enhanced MAC) 프로토콜 14
• 제3장 D-RMAC (Dynamic-RMAC) 프로토콜 17
• 3.1 RMAC의 문제점 분석 17
• 3.2 트래픽 적응 방법 20
• 3.3 다중 홉 전송거리 연장 방법 24
• 제4장 성능평가 27
• 제5장 결론 54
• 참고문헌 55
• ABSTRACT 58