무선 센서 네트워크에서의 신뢰성 향상을 위한 라디오 인지 라우팅 프로토콜

Abstract

무선 센서 네트워크는 배터리 방전, 사물에 의한 간섭이나 센서 노드의 고장 등으로 인하여 통신이 불가능한 상황이 빈번하게 발생된다. 이러한 무선 센서 네트워크의 특징은 데이터 손실과 경로 손실을 발생시키는 주요 원인이며, 무선 센서 네트워크의 데이터 수집 신뢰성을 떨어뜨리는 심각한 문제를 일으킨다. 기존의 무선 센서 네트워크 라우팅 프로토콜 연구는 에너지 효율적인 통신 기법을 중심으로 다양한 기법들을 제안했지만 데이터 손실을 막기 위한 신뢰성에 관한 연구는 많지 않았다. 특히, Directed Diffusion은 데이터 중심 라우팅 알고리즘으로써 무선 센서 네트워크의 특징을 잘 반영한 라우팅 프로토콜이다. 그러나 Directed Diffusion 역시 예기치 못한 통신 에러로 인한 데이터 손실을 극복하기 위한 대처는 미흡하다. 본 논문에서는 Directed Diffusion 기반의 신뢰성 향상을 위한 무선 인지 센서 네트워크 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 네트워크 계층에서 데이터 손실을 극복하기 위한 방안을 제시하였다. 제안 프로토콜은 교차계층 기법을 이용하여 무선 네트워크의 상황을 인지하고 에러 상황을 판단하여 링크 품질과 노드 통신 가능여부 정보를 경로 설정 알고리즘에 적용함으로써 에러 발생이 빈번한 네트워크에서 신뢰성 있는 데이터 전송 기법을 제시하였다. 또한, 제안 알고리즘은 다양한 에러율과 노드수를 갖는 시뮬레이션을 통해 전송률과 데이터 비율 측면에서 매우 우수한 성능을 보임을 증명하였다.; In WSNs(Wireless Sensor Networks), transmission errors occur frequently due to node failure, battery discharge, contention or interference by objects. Although Directed Diffusion has been considered as a prominent data-centric routing protocol, it has some weaknesses due to the unexpected network errors. In order to address these problems, we proposed a radio-aware routing protocol to improve the reliability of Directed Diffusion in lossy WSNs. The proposed algorithm is aware of the network status based on the radio information from MAC and PHY layers using a cross-layer design. The cross-layer design can be used to get detailed information about the current status of the wireless network such as link quality or transmission errors of the communication links. The radio information indicating variant network conditions and link quality was used to determine an alternative route that provides reliable data transmission under lossy WSNs. According to the simulation result, the radio-aware reliable routing protocol showed better performance in both grid and random topologies with various error rates. The proposed solution suggested the possibility of providing a reliable transmission method for QoS requests in lossy WSNs based on the radio-awareness. The energy and mobility issues will be addressed in the future work.