해수운동의 특성을 활용한 수중 무선 네트워크 시각 동기화

Abstract

많은 기존 연구들에서 수중 환경에 적합한 시각 동기화를 제안하고 있으나 동기화의 정확도에 영향을 미치는 높은 채널접근지연이나 노드 간의 상대적 위치에 대한 고려가 없었다. 또한 양방향 메시지 교환 방식을 사용하는 기존 연구에서는 많은 수의 송수신 및 불필요한 오버히어링이 발생하여 네트워크 수명과 처리량이 감소하는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 수중환경의 특성을 반영한 향상된 시각 동기화 방법을 제안한다. 특히 제안 방법에서는 해수운동과 센서노드가 배치되는 환경의 특성을 활용한 메시지 전송 시점 조절 기법을 소개한다. 또한 채널접근지연이 제거된 타임스탬프를 사용하여 동기화의 정확도를 높인다. 더불어 전원공급 및 교체가 어려운 수중환경에 더욱 적합한 시각 동기화를 위해 제안 방법은 기존 방법보다 적은 수의 송수신으로 시각 동기화를 수행한다. 마지막으로 실험결과를 통해 제안 방법이 비교대상인 TSHL(Time Synchronization for High Latency)과 MU-Sync에 비해 각각 2.5ms, 0.56ms의 시각 동기화 오차를 줄이는 동시에 68.4%의 소비 에너지를 절감하였음을 보인다. Time synchronization in underwater environment is challenging due to high propagation delay and mobility of sensor nodes. Previous researches do not consider practical issues affecting on the accuracy of time synchronization such as high-channel access delay and relative position between sensor nodes. Also, those protocols using bidirectional message exchange shorten the network lifetime and decrease the network throughput because numerous transmission, reception and unnecessary overhearing can be occurred. Therefore, in our research, we suggest enhanced time synchronization based on features of underwater environment. It controls the instant of transmission by exploiting the feature of an oceanic movement and node deployment. Moreover, the protocol uses more accurate time information by removing channel access delay from the timestamp. The proposed scheme is also practical on the underwater sensor network requiring low-power consumption because the scheme conducts time-synchronization with smaller transmission and reception compared with previous works. Finally, simulation results show that the proposed protocol deceases time error by 2.5ms and 0.56ms compared with TSHL and MU-Sync respectively, reducing energy consumption by 68.4%.