The KIPS Transactions:PartC (정보처리학회논문지C)

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An improvement of Medium Access Control Protocol in Ubiquitous Sensor Networks

유비쿼터스 센서 네트워크의 매체 접근 제어 기법에 대한 개선 방안

  • 장호 (구미1대학 컴퓨터) ;
  • 이명섭 (영남이공대학 컴퓨터정보계열) ;
  • 전우상 (중소기업기술정보진흥원)
  • Published : 2009.06.30
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Abstract

we present more efficient method of a medium access for real-time ubiquitous sensor networks. Proposed MAC protocol is like the randomized CSMA/CA protocol, but unlike previous legacy protocols, it does not use a time-varying contention window from which a node randomly picks a transmission slot. To reduce the latency for the delivery of event reports from sensor nodes, we carefully decide to select a fixed-size contention window with non-uniform probability distribution of transmitting in each slot. We show that the proposed method can offer up to several times latency reduction compared to legacy of IEEE 802.11 as the size of the sensor network scales up to 256 nodes using a widely-used network simulation package, NS-2. We finally show that proposed MAC scheme comes close to meet bounds on the best latency being achieved by a decentralized CSMA-based MAC protocol for real-time ubiquitous sensor networks which is sensitive to latency.

본 논문에서는 실시간 유비쿼터스 센서 네트워크에 적합한 MAC(medium access control) 프로토콜을 제안한다. 기존의 DCF 프로토콜은 데이터 전송을 위한 슬롯(slot)을 선택할 때 패킷 충돌로 인한 재전송이 반복될 때 마다 크기가 변하는 경쟁 윈도우(contention window) 내에서 균등 확률 분포(uniform probability distribution)를 이용한 랜덤(random) 선택 기법을 사용하지만 제안한 프로토콜에서는 센서 데이터의 전송 지연을 최대한 감소시키기 위하여 경쟁 윈도우의 크기를 고정시키고, 전송 슬롯을 보다 효율적으로 선택하도록 비 균등(non-uniform) 확률 분포를 사용하여 전송 슬롯을 랜덤하게 선정한다. 제안한 방법의 성능을 입증하기 위하여 256개의 센서가 배치된 센서 네트워크 모델을 기반으로 ns-2를 이용하여 시뮬레이션을 시행하고, 전체 센서에 발생하는 전송 평균 지연 시간이 기존의 802.11 MAC 표준에 비하여 유비쿼터스 센서 네트워크의 최적 지연 한계점(best latency bound)에 가깝게 나타남을 확인한다.

Keywords

References

  1. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, 'A Survey on Sensor Networks,' IEEE Communications Magazine, vol.40, no.8, pp.102-116, Aug. 2002 https://doi.org/10.1109/MCOM.2002.1024422
  2. I. Demirkol, C. Ersoy, and F. Alagoz, 'MAC Protocols for Wireless Sensor Networks: a Survey,' IEEE Communications Magazine, 2005 https://doi.org/10.1109/MCOM.2006.1632658
  3. V. Rajaravivarma, Y. Yi, and Y. Teng, 'An overview of wireless sensor network and applications,' in Proceedings of the 35th Southeastern Symposium on System Theory, pp.432-436, Morgantown, WVa, USA, Mar. 2003
  4. A. Abu-El Humos, 'Low Latency and Energy Efficient MAC Protocols for Wireless Sensor Networks,' Ph.D. Dissertation, Florida Atlantic University, Boca Raton, Florida, Aug. 2005
  5. IEEE Std. 802.11-1999, Part 11, 'Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications', Reference number ISO/IEC 8802-11:1999(E), IEEE Std. 802.11, 1999 edition, 1999
  6. M. Gast, '802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide', 2nd ED., O'Reilly, Apr. 2005
  7. J. Polastre, J. Hill, and D. Culler, 'Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks,' In Proceedings of the Second ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys), Baltimore, MD, pp.95-107, Nov. 2004 https://doi.org/10.1145/1031495.1031508
  8. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, 'Medium Access Control With Coordinated Adaptive sleeping for Wireless Sensor Networks,' IEEE/ACM Transactions on Networking, vol.12, no.3, pp.493-506, June 2004 https://doi.org/10.1109/TNET.2004.828953
  9. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin, 'An Energy Efficient MAC protocol for Wireless Sensor Networks,' In Proceedings of IEEE INFOCOM 2002, Vol.21, No.1, pp.1567-1576, 2002
  10. V. Bharghavan et al., 'MACAW: A Media Access Protocol for Wireless LANs,' In Proceedings of ACM SIGCOMM'94, Vol.24, No.4, pp.212-225, 1994 https://doi.org/10.1145/190314.190334
  11. USC ISI, 'ns-2 Notes and Documentation', 2007
  12. A. Woo, and D. Culler, 'A Transmission Control Scheme for Media Access in Sensor Networks,' In Proceedings of ACM MobiCom '01, Rome, Italy, pp.221-235, Jul. 2001 https://doi.org/10.1145/381677.381699
  13. G. Bianchi, 'Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function,' IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol.18, No.3, pp.535-547, Mar. 2000 https://doi.org/10.1109/49.840210
  14. 공형윤, 최정호, 정휘재, '전력 및 대역폭 효율성 있는 무선 센서 네트워크 협력 전송에 관한 연구,' 한국정보처리학회논문지C, 제13권, 2호, pp.185-194, 2006 https://doi.org/10.3745/KIPSTC.2006.13C.2.185
  15. 김지은, 김세한, 정운철, 김내수, 'USN 센서노드 기술 동향,' 전자통신동향분석, 제22권, 3호, pp.90-103, Jun. 2007