사물인터넷 환경에서의 무선 간섭 상황을 고려한 채널 할당 기법 연구 = Interference-aware Wireless Channel Allocation Scheme in the IoT Environment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The wireless devices operated in the Internet of Things(IoT) environment use diverse wireless technologies to support intelligent IoT services. Particularly, due to the different PHY/ MAC specifications among those wireless technologies, they can negatively affect their entire network performances. To mitigate severe interferences, an efficient coexistence scheme between the heterogeneous networks are becoming key issues. In this paper, we propose a novel distributed channel selection scheme of a ZigBee network to reduce the impact of the severe interference from a Wi-Fi network. Various different characteristics of heterogeneous networks result in asymmetric interference patterns. Since a Wi-Fi device transmits data packets with a higher transmission power than a ZigBee device, it aggravates the overall ZigBee performances. In addition, the Wi-Fi network generates various interference patterns in the time, frequency, and spatial domains, thereby affecting transmission delay and energy consumption of ZigBee devices. In order to minimize the impact of a Wi-Fi interference, the proposed scheme adopts an accurate channel monitoring scheme from the viewpoint of ZigBee devices and performs transmission and reception operations based on the constructed channel list. We show the superiority of the proposed scan-based channel allocation scheme via an event-driven simulation.

국문 초록 (Abstract)

사물인터넷 환경에서 동작하는 기기들은 제공하는 서비스의 목적에 맞도록 다양한 무선 통신 기술을 사용한다. 특히, 다양한 무선 기술들이 서로 통신 가능한 거리에 존재할 때 서로 다른 PHY/MAC 계층의 특성으로 인해 다른 무선 기술의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 이종 무선 기술들 간의 상호 공존을 위한 기술들이 주요 이슈로 부각되고 있으며 이들 간의 심각한 간섭을 완화시키기 위한 새로운 적응형 계층의 필요성이 부각되고 있다. 본 논문에서는 Wi-Fi 네트워크와 ZigBee 네트워크가 함께 동작할 때 발생하는 문제점을 확인하고 이를 해결하기 위한 분산적인 채널 선택 기법을 제안한다.
이종 무선 네트워크가 공존하는 경우 서로 다른 전송 특성으로 인해 비대칭적인 간섭 현상이 발생하게 된다. Wi-Fi의 경우 ZigBee 기기들보다 더욱 강한 세기로 데이터를 전송하기 때문에 ZigBee 노드들의 전송 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다. 또한, Wi-Fi 네트워크는 시간, 주파수, 공간영역에서다양한 간섭 패턴을 발생시켜 ZigBee 기기들의 데이터 전달 지연 시간 및 에너지 소모량에 영향을 주게 된다. 제안한 기법은 이러한 Wi-Fi 간섭의 영향을 최소화하기 위해서 ZigBee 기기들 관점에서 채널 상태를 모니터링하고 Wi-Fi 간섭이 최소가 되는 채널 리스트를 구성하여 송신 및 수신 동작을 수행하여 네트워크 성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 이벤트 기반의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제안한 채널 할당 기법의 우수성을 증명하였다.

참고문헌 (Reference)

1 임상순, "사물인터넷 환경에서의 저전력 무선 신호 간섭 탐지 시스템" 한국엔터프라이즈아키텍처학회 15 (15): 229-236, 2018

2 Chieh-Jan Mike Liang, "Surviving wi-fi interference in low power ZigBee networks" 309-322, 2010

3 T. Winter, "RPL:IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks,RFC 6550, IETF ROLL WG"

4 S. Lim, "NBP : light-weight Narrow Band Protection for ZigBee and Wi-Fi coexistence" 2013

5 Fang Yao, "Mitigating interference caused by IEEE 802.11b in the IEEE 802.15.4 WSN within the environment of smart house" 2010

6 "IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks, in IEEE Std 802.15.4-2015 (Revision of IEEE Std 802.15.4-2011)"

7 "IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications, in IEEE Std 802.11-2016 (Revision of IEEE Std 802.11-2012)"

8 "IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area networks-- Specific requirements--Part 15.1a: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications for Wireless Personal Area Networks (WPAN), in IEEE Std 802.15.1-2005 (Revision of IEEE Std 802.15.1-2002)"

9 N. Metropolis, "Equation of state calculations by fast computing machines" 21 (21): 1087-1092, 1953

10 Min Li Huang, "A WLAN and ZigBee coexistence mechanism for wearable health monitoring system" 2009