센서 네트워크와 무선 LAN 연동을 위한 Gateway 및 Protocol 설계

Abstract

센서 네트워크의 대부분의 노드들은 배터리를 사용한다. 수 백 미터, 수 킬로미터까지 데이터를 보내기 위해서는 Multi-Hop 라우팅 기술은 필수적이고, 이와 같은 라우팅 알고리즘을 수행하기 위해서는 상당한 파워를 소비하게 된다. 또한 Many-to-One 통신 환경에서 특정 노드에 데이터의 병목현상이 발생하는 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보안하기 위해서 WPAN과 WLAN을 혼용한 네트워크를 구축하여 센서 네트워크의 문제점을 해결하는 방법으로 WLAN과 연동을 위해 Gateway를 설계하였고, 그에 따른 프로토콜을 설계하였다. 수십 미터 송수신 목적의 단거리 네트워크는 1 Hop을 갖는 센서 네트워크로 구성하고, 센서 노드로부터 수집된 정보를 각 WPAN의 Sink 노드에 전송 하는데 각각의 싱크 노드에서 Gateway로 전송하는 Hop 수는 최대 2 Hop으로 제한하였다. 각각의 WPAN의 Sink 노드로부터 수집된 데이터는Gateway에 결합된 Sink 노드에서 수신하고, 수신된 정보를 Serial 통신을 이용하여 Gateway로 전달, 데이터를 LAN/WLAN 환경에 맞게 패킷화하여 LAN/WLAN을 통하여 전송하게 된다. 또한 WPAN과 WLAN이 같은 주파수 대역을 사용하는데 상호간의 간섭을 줄이기 위해 WLAN에서 사용하는 채널 정보를 Gateway에 연결된 Sink 노드에게 전달하여 각각의 WPAN에 그 정보를 공유하게 하였다. 이러한 일련의 과정을 수행 할 수 있도록 센서 노드와 Gateway의 H/W 및 통신 프로토콜을 설계하였다. Testbed를 구축하여 테스트 하였고, NS-2를 이용하여 시뮬레이션 한 결과 기존의 센서 네트워크 만으로 구성된 네트워크에서 보였던 데이터의 손실과 네트워크의 복잡성을 줄였음을 확인하였다.; In sensor network, most nodes need battery support. In order to transmit data to distance of hundreds of meters, the technology of Multi-Hop routing is essential. However, performing the routing algorithm requires a large amount of power consumption. In addition, there also exists a disadvantage of bottleneck phenomenon on a specific node in Many-to-one communication environment. In this paper, in order to solve the problems stated above in sensor network, we proposed a hybrid network composed of WPAN and WLAN, as well as a design of Gateway and protocol for the connection with the WLAN. For the aim of transmitting data in short distance of meters, the network can be constructed by a sensor network with one Hop. The information collected from the sensor node will be sent to the Sink node of each WPAN while the maximum number of Hops transmitting towards the Gateway at each Sink node is proposed to be 2.The data collected by the Sink node of each WPAN will be received at the Sink nodes which join together at the Gateway. Through serial communication, the received data will be delivered to the Gateway, and after transforming the data into packets matching the requirement of LAN/WLAN environment, the data packets will be forwarded through LAN/WLAN. Moreover, in order to reduce the mutual interference caused by sharing the same frequency band by WPAN and WLAN, the channel information used at WLAN will be sent to the Sink node connecting with the Gateway and shared by each WPAN. In order to perform this series of processes, we designed the H/W of sensor node and Gateway as well as the communication protocol. Testing with the built Testbed, at the network constructed only by the sensor network based on the simulation result by NS-2, the reduction of data loss and network complexity is shown.