지그비 센서 네트워크에서 Inter-PAN 기반 효율적인 라우팅 경로 선택 알고리즘

Abstract

IEEE 802.15.4 표준 기반의 ZigBee는 저전력, 저가격, 저속 통신을 목표로 한 개인 무선통신의 국제 표준 규격으로 모니터링, 제어, 감시를 다루는 다양한 응용 분야에 활용되고 있다. 그리고 최근 ZigBee센서 네트워크 (Sensor Network)의 선행 연구로 대규모성, 실시간성, 고신뢰성 등을 주제로 한 연구가 활발히 진행되고 있다. ZigBee 네트워크는 그 목적에 맞게 제한된 자원 (배터리, 저장 공간 등)으로 이루어져 있기 때문에 네트워크 수명 및 에너지 효율을 만족하는 대규모 네트워크 구축 및 라우팅 프로토콜 (Routing Protocol) 의 구현이 중요하다. 대규모 센서 네트워크를 구축하기 위해서는 이종의 여러 PAN (Personal Area Network) 간에 통신하는 방법이 필요하다. 그러나 IEEE 802.15.4 및 ZigBee 표준문서에서는 이종의 여러 PAN이 존재하는 경우 PAN 간에 데이터를 통신하는 방법은 상세하게 언급하고 있지 않다. 또한 기존 ZigBee 트리 라우팅 알고리즘 (TRA: Tree Routing Algorithm)은 계산이 간단하고 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있지만 오직 부모, 자식 관계만을 고려하여 데이터를 전송하기 때문에 비효율적인 경로를 거쳐 라우팅이 이루어지는 문제점이 존재 한다. 본 논문에서는 Inter-PAN간의 유연한 연동을 위한 네트워크 구축 및 주소 할당 방법과 Gateway 라우터의 사용으로 인한 서로 다른 PAN 간에 데이터 전송을 제안한다. 또한 비효율적인 경로로 데이터를 전송하는 문제를 해결하기 위한 방법으로 라우팅 경로 선택 알고리즘 (RPSA: Routing Path Selection Algorithm)을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 RPSA는 기존 TRA 방식과 비교하여 성능을 분석하였으며, C++과 Matlab을 이용하여 이를 검증하였다. |ZigBee is a well accepted international standard based on the IEEE 802.15.4 standard. Since aiming for the application of low data rate, low price and low power consumption, ZigBee network is composed of many sensor devices with limited resources such as CPU, battery power, storage space and communication bandwidth. It is utilized in various application fields for monitoring, controlling, and surveillance. In order to build large-scale sensor networks, it needs the method of communication between the different kinds of PANs. However, IEEE 802.15.4 and ZigBee standards do not mention in detail for communicate two or more PANs. In addition, existing ZigBee Tree Routing Algorithm (TRA) makes it easier to calculate and implement, but it routes through inefficient path because it considers the relationship between parent and children only. In this paper, we have proposed the methods of building networks and address assignments for flexible connection with Inter-PAN, and the methods of data transmission between different PANs using Gateway router. Moreover, we have proposed Routing Path Selection Algorithm (RPSA) in order to solve inefficient routing path problem. Simulation results show that the RPSA is more efficient than TRA, and we verified the results using C++ and Matlab.; ZigBee is a well accepted international standard based on the IEEE 802.15.4 standard. Since aiming for the application of low data rate, low price and low power consumption, ZigBee network is composed of many sensor devices with limited resources such as CPU, battery power, storage space and communication bandwidth. It is utilized in various application fields for monitoring, controlling, and surveillance. In order to build large-scale sensor networks, it needs the method of communication between the different kinds of PANs. However, IEEE 802.15.4 and ZigBee standards do not mention in detail for communicate two or more PANs. In addition, existing ZigBee Tree Routing Algorithm (TRA) makes it easier to calculate and implement, but it routes through inefficient path because it considers the relationship between parent and children only. In this paper, we have proposed the methods of building networks and address assignments for flexible connection with Inter-PAN, and the methods of data transmission between different PANs using Gateway router. Moreover, we have proposed Routing Path Selection Algorithm (RPSA) in order to solve inefficient routing path problem. Simulation results show that the RPSA is more efficient than TRA, and we verified the results using C++ and Matlab.