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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정광수
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 광운대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
초록· 키워드
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무선 센서네트워크(Wireless Sensor Network)는 산림감시, 재해관리, 공장자동화, 시설보안, 국경감시, 전장감시 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 센서노드는 온도, 습도, 진동, 음향과 같은 환경정보를 수집하고, 중계노드는 센서노드가 수집한 정보를 베이스스테이션이나 다른 노드로 전달한다. 무선 센서네트워크를 구성하는 센서노드와 중계노드는 제한된 탐지거리와 전송거리 뿐만 아니라 제한된 배터리 용량을 가지고 있다. 이러한 제한조건으로 인해 커버리지, 네트워크 연결성, 네트워크 지속시간, 스케줄링, 데이터 수집 등과 관련된 기술적 이슈가 발생한다.
노드 배치는 매우 어려운 문제로 다양한 방법이 연구되어 왔다. 하지만 대부분의 연구가 센서네트워크 구성을 위한 노드 배치에 영향을 주는 다양한 환경요소를 고려하고 있지 않기 때문에 실환경에 적용되는데 한계가 있다. 무선 센서네트워크는 보통 대규모 네트워크를 대상으로 하고, 작은 전송에너지를 사용하여 멀티홉으로 탐지된 데이터를 전달하는 것이 보통이다. 하지만 침입자를 탐지하는 감시정찰 센서네트워크는 네트워크 규모가 작으며, 규모에 비해 시스템이 커버할 영역은 크다. 또한 시스템 설치 지역은 접근이 용이하지 않아서 한번 설치가 되면 장시간 운용 되어야 한다. 따라서 무선 센서네트워크에서 개발한 저전력 기술을 감시정찰 센서네트워크 시스템에 그대로 적용하는 것은 시스템 성능을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 기존에 제안된 노드 배치 방법은 실제 네트워크가 3차원 공간에서 동작함에도 불구하고 대부분 2차원 공간에서의 설계를 기본으로 한다. 심지어 이미지, 비디오 센서 배치와 같은 응용의 경우도 2차원 공간에서의 커버리지와 데이터 획득을 다루고 있다.
본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크에서 지형, 식생, 기상 등 환경요소와 제한된 노드 수량을 고려하여 노드를 배치하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 시스템 설치 절차를 노드배치 영향요소 분석, 센서 탐지범위 기반 센서노드 배치, 모니터링 장소 선정, RF 통신범위 기반 중계노드 배치와 같이 4단계로 구분한다. 또한 제한된 노드수량, 노드간 넓은 배치 간격, 장시간 운용 요구 등의 특성을 갖는 감시정찰 센서네트워크에 적합한 노드 배치 방법을 제안한다. 제안한 방법은 데이터 전송속도 조절과 직접전송으로 센서노드의 전송거리를 늘림으로써 제한된 센서노드 수량으로 탐지할 수 있는 영역을 넓혔으며, 노드간 직접 전송을 통해 에너지 소모량을 줄임으로써 장시간 운용이 가능하도록 한다. 본 논문에서는 센서 고유특성을 살려서 커버리지를 최대화하고, 센서노드의 설치높이를 고려한 토폴로지 구성을 통해 네트워크 연결성을 최대화할 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 진동센서와 같은 비지향성 센서는 지표면에 배치하고, 지향성 센서는 나무나 폴대 등을 이용하여 지상에 설치하여 센서 커버리지를 최대화 한다. 그리고 설치높이가 낮은 센서노드는 설치높이가 높은 센서노드에 우선 연결하고, 설치높이가 높은 센서노드는 설치높이가 높은 센서노드와 연결하는 토폴로지를 구성하여 네트워크 연결성을 최대화한다.
제안하는 기법의 성능을 평가하기 위해, 시뮬레이션과 실험을 통해 성능 검증을 수행하였다. 센서노드와 중계노드 위치조정을 통해 센서 커버리지와 네트워크 연결성이 각각 20.9%, 21% 향상됨을 확인하였다. 또한 제안 기법이 전송속도를 줄이고, 센서노드 설치높이를 고려함으로써 커버리지와 네트워크 연결성이 향상됨을 확인하였다.
노드 배치는 매우 어려운 문제로 다양한 방법이 연구되어 왔다. 하지만 대부분의 연구가 센서네트워크 구성을 위한 노드 배치에 영향을 주는 다양한 환경요소를 고려하고 있지 않기 때문에 실환경에 적용되는데 한계가 있다. 무선 센서네트워크는 보통 대규모 네트워크를 대상으로 하고, 작은 전송에너지를 사용하여 멀티홉으로 탐지된 데이터를 전달하는 것이 보통이다. 하지만 침입자를 탐지하는 감시정찰 센서네트워크는 네트워크 규모가 작으며, 규모에 비해 시스템이 커버할 영역은 크다. 또한 시스템 설치 지역은 접근이 용이하지 않아서 한번 설치가 되면 장시간 운용 되어야 한다. 따라서 무선 센서네트워크에서 개발한 저전력 기술을 감시정찰 센서네트워크 시스템에 그대로 적용하는 것은 시스템 성능을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 기존에 제안된 노드 배치 방법은 실제 네트워크가 3차원 공간에서 동작함에도 불구하고 대부분 2차원 공간에서의 설계를 기본으로 한다. 심지어 이미지, 비디오 센서 배치와 같은 응용의 경우도 2차원 공간에서의 커버리지와 데이터 획득을 다루고 있다.
본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크에서 지형, 식생, 기상 등 환경요소와 제한된 노드 수량을 고려하여 노드를 배치하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 시스템 설치 절차를 노드배치 영향요소 분석, 센서 탐지범위 기반 센서노드 배치, 모니터링 장소 선정, RF 통신범위 기반 중계노드 배치와 같이 4단계로 구분한다. 또한 제한된 노드수량, 노드간 넓은 배치 간격, 장시간 운용 요구 등의 특성을 갖는 감시정찰 센서네트워크에 적합한 노드 배치 방법을 제안한다. 제안한 방법은 데이터 전송속도 조절과 직접전송으로 센서노드의 전송거리를 늘림으로써 제한된 센서노드 수량으로 탐지할 수 있는 영역을 넓혔으며, 노드간 직접 전송을 통해 에너지 소모량을 줄임으로써 장시간 운용이 가능하도록 한다. 본 논문에서는 센서 고유특성을 살려서 커버리지를 최대화하고, 센서노드의 설치높이를 고려한 토폴로지 구성을 통해 네트워크 연결성을 최대화할 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 진동센서와 같은 비지향성 센서는 지표면에 배치하고, 지향성 센서는 나무나 폴대 등을 이용하여 지상에 설치하여 센서 커버리지를 최대화 한다. 그리고 설치높이가 낮은 센서노드는 설치높이가 높은 센서노드에 우선 연결하고, 설치높이가 높은 센서노드는 설치높이가 높은 센서노드와 연결하는 토폴로지를 구성하여 네트워크 연결성을 최대화한다.
제안하는 기법의 성능을 평가하기 위해, 시뮬레이션과 실험을 통해 성능 검증을 수행하였다. 센서노드와 중계노드 위치조정을 통해 센서 커버리지와 네트워크 연결성이 각각 20.9%, 21% 향상됨을 확인하였다. 또한 제안 기법이 전송속도를 줄이고, 센서노드 설치높이를 고려함으로써 커버리지와 네트워크 연결성이 향상됨을 확인하였다.
목차
- 제 1 장 서 론제 2 장 관련 연구2.1 노드 배치에 대한 기술적 이슈2.2 노드 배치의 주요 목적2.3 노드 역할에 따른 노드 배치 기법2.4 감시정찰 센서네트워크 시스템제 3 장 기존 노드 배치 기법의 문제점3.1 다양한 영향요소 미고려의 문제점3.2 감시정찰 센서네트워크 응용의 문제점3.3 3차원 노드배치 문제점제 4 장 제안하는 노드 배치 기법4.1 노드 배치 영향요소 분석4.2 센서 탐지거리 기반 센서노드 배치4.3 모니터링 장소 선정4.4 RF 전송거리 기반 중계노드 배치방법4.5 노드 설치높이를 고려한 노드 배치 방법제 5 장 성능 평가 및 고찰5.1 시뮬레이션 및 실험 환경5.2 센서노드 위치조정에 의한 커버리지의 성능 평가5.3 전송속도변화에 따른 최대 전송거리 측정결과5.4 전송거리에 따른 전류 소모량5.5 중계노드 위치조정에 의한 연결성의 성능 평가5.6 설치높이별 커버리지의 성능 평가5.7 센서노드의 설치높이에 따른 전송거리 실험결과제 6 장 결 론참 고 문 헌
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