위치 측정 시스템을 위한 에너지 효율적인 MAC 프로토콜

Abstract

다수 이동체의 위치를 측정하기 위해서는 위치 측정 방법과 다수 이동체의 위치 측정 신호 간 충돌을 최소화 할 수 있는 스케쥴링 MAC 프로토콜이 필요하다. 본 논문의 위치 측정 방법은 모바일 노드가 RF 메시지와 초음파 신호를 비콘 노드들에게 보내고, 세 개 이상의 비콘 노드가 TDOA 방식으로 계산한 거리 값을 모바일 노드에게 보내주는 방법이다. 만약 위치를 측정하고자 하는 노드가 여러 개 있다면, 이러한 위치 측정 신호 간에 충돌을 최소화 할 수 있는 대책이 필요하다. RF와 초음파를 이용한 TDOA 방식의 위치 측정 과정에서는 속성이 다른 두 개의 다른 채널을 사용하기 때문에 기존의 캐리어 센싱 스타일의 단순한 MAC 프로토콜로는 해결할 수 없다. 이전 연구에서는 중앙의 컨트롤러가 모바일 노드들의 그룹 정보를 관리하며 매 시점마다 하나의 모바일 노드를 호출하는 형식으로 이 문제를 해결하였다. 그러나 이러한 중앙 집중 방식의 방식은 신뢰도가 떨어지며, 보안성에 대한 위험도도 높다. 따라서 본 논문에서는 다수 이동체가 있어도 위치 측정 신호 간의 충돌을 최소화 할 수 있는 위치 측정 시스템을 위한 MAC 프로토콜을 제안한다. 위치 측정에 걸리는 총 시간 및 각 모바일 노드들의 에너지 소비를 고려하여 세 개의 다른 MAC 프로토콜을 제안하였다. MAC-40(fixed), MAC-40(sleep), MAC-adaptive는 각기 위치 요청 횟수 및 캐리어 센싱의 기간, 그리고 수면 모드 허용 여부에서 차이가 있다. 본 논문에서는 또한 노드들의 위치 측정에 대한 최적의 상황을 논의하고, 큐잉 이론을 통해 최적의 상황에서의 총 위치 측정 소요 시간을 정형화하였다. 이 분석을 하한값으로 하여 제안한 MAC 프로토콜들을 평가하였다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 MAC 프로토콜의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 MAC 프로토콜들이 Cricket 시스템에 비해 더 나은 성능을 보임을 알 수 있었다. 또한, 총 위치 측정 소요 시간과 에너지 소비에 trade-off 관계가 있다는 것을 알게 되었다. 에너지 소비와 총 위치 측정 소요 시간을 둘 다 고려하였을 때, MAC-10이 위치 측정 시스템을 위한 MAC 프로토콜로 적절한 대안이 될 수 있음을 알게 되었다.