A location system for mobile nodes requires the localization scheme and the scheduling MAC protocol. In our localization scheme, a mobile node sends RF message with ultrasonic pulse to beacons, and then beacons respond to the mobile node with distance information. If there are multiple mobile nodes, the nodes should be scheduled to localize without any contention. Because two different channels are used in the localization scheme, the existing MAC protocol of simple carrier sensing style can not be used. In the previous work, a central controller managed the group of mobile nodes around the area, and polled each node every time. However, this centralized management is an unreliable method that could result in privacy and security problems.
In this paper, we propose MAC protocols for a location system which make localization work well in a distributed manner. Three different MAC protocols are suggested under the consideration of latency and energy consumption of mobile nodes. Starting from the MAC-40(fixed), we devise MAC-40(sleep) and MAC-adaptive varying the number of requests, the period of carrier sense, and the acceptance of sleep mode. We also discuss the optimal situation of nodes' localization and formulate the latency using queueing theory. With this analysis as a lower bound, we evaluate the suggested MAC protocols.
We evaluated the performance of each MAC protocol through simulations. The results show that suggested MAC procotols give better performance than Cricket system. Also, we found out the trade-off between the latency and energy consumption. Considering both energy consumption and the latency, we can say that MAC-10 can be a reasonable candidate MAC protocol for a location system.
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.
