무선 수동형 센서 망을 위한 MAC 방식 : 설계, 분석 및 최적화 :MAC schemes for wireless passive sensor networks : design, analysis and optimization

서희원

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서희원 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

지도교수: 최천원

발행연도: 2019

저작권: 단국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

이 논문의 연구 히스토리 (17)

2020

무선 수동형 센서 망에서 가용 에너지에 따라 패킽 전송 전력을 조절하는 ALOHA 형 MAC 방식

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2020.08 학술대회자료

2019

무선 수동형 센서 망에서 간섭 전력의 근사 분포에 관한 연구

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2019.11 학술대회자료

무선 수동형 센서 망에서 센서 노드의 지리적 분포가 Polling 기반 MAC 방식의 Throughput 성능에 미치는 영향

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2019.06 학술대회자료

무선 수동형 센서 망을 위한 MAC 방식 : 설계, 분석 및 최적화

서희원 컴퓨터학과 2019.01 학위논문

2018

무선 수동형 센서 망에서 폴링 기반 MAC 방식을 위한 기하 분포를 따르는 Back-off 시간

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2018.11 학술대회자료

무선 수동형 센서 망에서 센서 노드에게 동일한 성공 기회를 제공하는 MAC 방식

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2018.06 학술대회자료

2017

무선 수동형 센서 망에서 노드 간 Throughput 동량성을 제고하기 위한 경합형 MAC 방식

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2017.11 학술대회자료

UAV가 지배하는 희박한 센서 망을 위한 에너지 절약 MAC 방식

서희원 , 문나래 , 하준 외 2명 대한전자공학회 학술대회 2017.06 학술대회자료

이동 센서 노드와 비행 싱크 노드의 무선 센서 망을 위한 CSMA 기반 에너지 절약 MAC 방식

서희원 , 문나래 , 하준 외 2명 대한전자공학회 학술대회 2017.06 학술대회자료

2016

비행 싱크 노드를 갖춘 희박한 무선 센서 망을 위한 ALOHA 기반 MAC 방식

서희원 , 하준 , 박진경 외 2명 대한전자공학회 학술대회 2016.11 학술대회자료

고밀도의 떠있는 센서 노드로 구성된 입체적 무선 센서 망을 위한 ALOHA 기반 MAC 방식의 Throughput 성능

서희원 , 하준 , 박진경 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2016.06 학술대회자료

2015

무선 수동형 센서 망에서 충전 및 활동 시간의 근사 계산 방법

서희원 , 박진경 , 하준 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2015.11 학술대회자료

무선 수동형 센서 망을 위한 ALOHA 기반 MAC 방식이 얻을 수 있는 throughput의 몇 가지 상계

서희원 , 박진경 , 김준모 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2015.06 학술대회자료

2014

임의로 배치된 센서 노드로 구성된 무선 수동형 센서 망을 위한 폴링 MAC 방식의 성능 분석

서희원 , 박진경 , 김준모 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2014.11 학술대회자료

이동 센서 노드로 구성된 에너지 수확 무선 센서 망에서 단순한 MAC 방식의 Throughput 성능

서희원 , 박진경 , 김준모 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2014.06 학술대회자료

2012

에너지 수확 무선 센서 망에서 멀티홉 전달 방식

서희원 , 김준모 , 최천원 대한전자공학회 학술대회 2012.06 학술대회자료

2011

무선 수동형 센서 망을 위한 ALOHA 기반 MAC 방식 : 설계 및 최적화

서희원 , 박진경 , 하준 외 2명 대한전자공학회 학술대회 2011.11 학술대회자료

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무선 수동형 센서 망은 싱크 노드와 센서 노드 그리고 RF 소스로 구성된다. 무선 수동형 센서 망에서 RF 소스는 센서 노드에게 에너지를 공급하고 센서 노드는 RF 소스로부터 받은 에너지를 소모하여 싱크 노드에게 정보를 전달한다. 이론적으로 RF 소스는 충분한 에너지를 센서 노드에게 지속해서 공급할 수 있다. 그러나 실제 무선 수동형 센서 망에서 센서 노드가 받는 에너지는 경로 손실과 낮은 에너지 변환 효율로 인해 매우 희소하다. 또한, 센서 노드는 에너지의 수신과 정보 전송을 동시에 수행하기 어려우며 센서 노드가 에너지를 수신해야 하는 시간은 정보를 전송하는 시간에 비해 훨씬 길다. 이러한 현실적 어려움으로 인해 무선 수동형 센서 망에서 센서 노드가 하나의 싱크 노드에게 패킷을 전달하도록 지원하는 MAC 방식은 단순해야 하고 또한 경합형 방식이어야 한다. 무선 수동형 센서 망은 여러 상황에 도입될 수 있다. 본 논문에서는 무선 수동형 센서 망이 도입될 수 있는 네 가지 상황을 고려한다. 그리고 무선 수동형 센서 망의 현실적 어려움을 고려하여 각 상황에 적합한 경합형 MAC 방식을 설계한다. 첫째, 패킷을 정시에 전달해야 하는 상황을 고려하여 정시 전달을 위한 MAC 방식을 설계한다. 정시 전달을 위한 MAC 방식에서 capture 현상을 고려하여 MAC 방식이 얻을 수 있는 망 전체 throughput을 계량적으로 분석한다. 특히 사례 연구에서 망 전체 throughput의 정확한 식을 closed form으로 도출한다. 이어서 망 전체 throughput을 최대화하는 최적의 파라미터를 closed form으로 제시한다. 둘째, 모든 센서 노드로부터 균일하게 정보를 수집해야 하는 상황을 고려하여 정보의 공정한 전달을 위한 MAC 방식을 설계한다. 사례 연구에서 제안하는 MAC 방식이 존재함을 증명하고 망 전체 throughput의 정확한 식을 closed form으로 도출한다. 이어서 망 전체 throughput을 최대화하는 최적의 파라미터를 closed form으로 제시한다. 셋째, 더 넓은 coverage가 필요한 상황을 고려하여 coverage 확장을 위한 MAC 방식을 설계한다. Coverage 확장을 위한 MAC 방식에서 얻을 수 있는 망 전체 throughput의 추정값을 모의 실험 방법으로 구한다. 마지막으로 센서 노드가 패킷을 손실 없이 전달해야 하는 상황을 고려하여 무손실 전달을 위한 MAC 방식을 설계한다. 무손실 전달을 위한 MAC 방식에서 얻을 수 있는 망 전체 throughput의 근사식을 도출한다. 이어서 망 전체 포화 throughput을 최대화하는 최적의 파라미터를 closed form으로 제시한다.

A wireless passive sensor network consists of sink nodes, sensor nodes, and RF sources. In a wireless passive sensor network, RF sources supply energy to sensor nodes by radiating RF waves and sensor nodes transmit data to sink nodes by consuming the energy transfered by RF sources. Theoretically, an RF source is able to continuously transfer abundant energy to sensor nodes. In practically, however, a sensor node suffers from a scarcity of energy due to a high loss occurring in the propagation of an RF wave and a low efficiency in converting a RF wave to DC. Also, it is difficult for a sensor node to receive energy from an RF source and transmit data simultaneously. In addition, the time required for a sensor node to receive energy is much longer than the time needed to transmit the data. Due to such practical difficulties, a MAC scheme for supporting sensor nodes to transmit data to a sink node in a wireless passive sensor network should be simple enough. Wireless passive sensor networks can be deployed in many situations. In this paper, we consider four situations in which a wireless passive sensor network can be typically deployed. Perceiving practical difficulties in a wireless passive sensor network, we then design a contending-type MAC scheme which is suitable for each situation. First, we consider a situation in which a sensor node has to deliver packets to a sink node in a timely manner. Then, we design a timely delivery MAC scheme for such a situation. In a case study, we also derive an exact expression for the network-wide throughput, which can be achieved by an timely delivery MAC scheme in a closed form when the wireless passive sensor network is laid in a capture affected environment. Further more, we explicitly present an optimal time structure which maximizes the network-wide throughput. Secondly, we consider a situation in which a sink node has to gather information from all sensor nodes uniformly. Then, we propose a MAC scheme which never discriminates against distant sensor nodes by providing every sensor node with equal opportunity for succeeding in packet delivery. In a case study, we prove that the fair delivery MAC scheme exists and derive an exact expression for the network-wide throughput, which can be attained by the fair delivery MAC scheme, in a closed form. Also, we yield an optimal value of a key parameter, which maximizes the network-wide throughput, in a closed form. Thirdly, we consider a situation in which a sink node needs to collect information over a wider region. Then, we propose a MAC scheme in which an RF source cyclically radiates an RF wave, whose beam width is controlled by beam forming technology, in many directions and a group of sensor node sporadically charge their capacitors and contend to deliver their packets in an ALOHA fashion. Using a simulation, we investigate the network-wide throughput which can be achieved by the coverage extension MAC scheme. Fourthly, we consider a situation in which a sensor node has to deliver packets to a sink node in a lossless fashion. Then, we design a MAC scheme in which a sink node sends an acknowledgement upon correct reception of a packet and a sensor node transmits a packet, which remains in a buffer, if the sensor node is not acknowledged about the packet. Also, we present an approximate expression for the network-wide throughput which can be attained by the lossless delivery MAC scheme. Further more, we yield an approximately optimal value of a key parameter which maximizes the saturated network-wide throughput.

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감사의 글
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1. 서론
2. 무선 수동형 센서 망
3. 정시 전달 MAC 방식
3.1 정시 전달 MAC 방식의 설계
3.2 정시 전달 MAC 방식의 성능 분석
3.3 정시 전달 MAC 방식의 최적화
4. 공정 전달 MAC 방식
4.1 공정 전달 MAC 방식의 설계
4.2 공정 전달 MAC 방식의 성능 분석
4.3 공정 전달 MAC 방식의 최적화
5. Coverage 확장 MAC 방식
5.1 Coverage 확장 MAC 방식의 설계
5.2 Coverage 확장 MAC 방식의 성능 분석
6. 무손실 전달 MAC 방식
6.1 무손실 전달 MAC 방식의 설계
6.2 무손실 전달 MAC 방식의 성능 분석
6.3 무손실 전달 MAC 방식의 최적화
7. 결론
참고문헌
영문초록
Vita

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