Design and Implementation of Improving Flat-based Routing Protocol in WSN

Abstract

현재 무선 센서 네트워크 관련 기술은 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술을 근간으로 한 유비쿼터스 컴퓨팅 실현에 있어서 중요한 기술로 평가 받고 있다. 특히, 인프라 구축이 어려운 상황에서의 상황 인식 기반 정보 획득, 물리적 공간에서의 환경정보 습득과 자동 제어 기술에의 응용은 보이지 않는 컴퓨팅을 실현하는 중요한 기술로 인지되고 있다. 그러나 무선 센서 네트워크는 제한된 전력, 무선 전송 칩셋의 전파 도달 한계 등의 제약을 안고 있으며, 특히 무선 전송의 한계를 극복하기 위해서 멀티 홉 통신이라는 ad-hoc 기반의 네트워크 기술이 중요하다. 이러한 멀티 홉 통신을 지원하기 위해서는 기존의 무선 네트워크와는 차별된 독특한 라우팅 기술의 개발이 선행되어야 하는데, 이는 센서 네트워크가 가진 데이터 중심적 속성과 부합한다. 본 논문은 무선 센서 네트워크에서의 Gossiping으로 대표되는 ad-hoc 평면 기반 라우팅에서의 효율적인 전송 경로 설정을 위한 라우팅 기술을 다루고 있다. 기존 평면 기반 라우팅의 경우 전송 시에 발생하는 병목현상과 중복 수신의 문제점을 안고 있다. Gossiping의 경우 지정된 전송 경로를 탐색하여 유니캐스트(unicast) 형태로 데이터를 전송함으로써, 오버헤드를 획기적으로 줄인 프로토콜이다. 그러나 이웃 노드 판별에 있어서 임의적인 선택으로 인하여 Data Delivery의 문제와 최악의 경우 전송이 이루어지지 않을 수 있는 Worst Case 문제가 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 Data Delivery의 문제점과 Worst Case 문제를 해결하고자 RSSI(Received Signal Strength Indicator)에 의한 이웃 노드의 후보 우선순위 판별과 이웃 노드와의 연결 개수를 고려한 노드 선택 방법에 의한 향상된 Gossiping 기반 평면 라우팅 프로토콜을 설계 및 구현하였다. 구현된 라우팅 프로토콜은 TinyOS 기반으로 실제 디바이스에 이식(porting)이 가능하며, 개발된 프로토콜의 성능분석 및 평가는 TinyOS에서 제공하는 TOSSIM에 의한 시뮬레이션 평가와 실제 디바이스에 이식하여 동작을 확인하였다. 본 논문에서 설계 및 구현한 기법을 기존 Gossiping과 비교하였을 때[3][4], Source 노드로부터 Sink 노드까지의 Data Delay Time과 Power Usage 부분에서 우수한 성능을 나타내었다.