Advances in recent technologies such as MEMS, low power and low cost wireless communications, micro sensors and embedded systems, realize the feasibility of WSN research increasingly. In the era of ubiquitous computing, the need for WSN is significantly rising. WSN has attractive potentials due to strong usability and feasibility to the various fields.
A WSN is typically made up numerous sensors which do collaborative works over the network. Thus each node in such network needs common norms to explain and express the own information. As a norm, time information is one of the most necessary infrastructures to any collaborative system.
To couple the network with real physical world tightly, we provide a network-wide time synchronization introducing the abstractions of cluster and hierarchy. In this paper, we propose the $\It{cluster-based hierarchical time synchronization}$(CHTS) protocol for WSNs.
Generally the error of time synchronization has the tendency of being accumulated while the hop count along the synchronization path increases in multi-hop wireless sensor network. Thus we cluster the randomly deployed nodes to decrease the hop count from the reference clock node to each node. Then we apply different optimal synchronization mechanisms to the cluster heads and cluster members for the sakes of the power efficiency with using the broadcast manner explicitly. We proved the performance enhancements with simulation comparisons.
MEMS기술의 발전과 저전력, 저가격의 무선통신, 마이크로 센서와 임베디드 시스템의 발전은 무선 센서네트워크(WSN) 기술에 많은 가능성과 잠재력을 주었으며, 근래에는 센서 네트워크가 다양한 분야에 적용되고 있는 추세이다. 실제로 여러 분야에서 무선 센서네트워크 기술을 필요로 하고 있으며, 최근 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 요구에 부합하여 더욱 많은 연구와 적용이 이루어져 가고 있다.
이러한 무선 센서네트워크는 많은 수의 센서노드들로 구성되어 있으며, 시스템의 미션을 달성하기 위해서 협력 작업을 하게 된다. 이러한 시스템을 구성하고 효과적으로 동작시키기 위해서는 센서들 간의 메시지교환을 통해 여러 정보들을 약속된 기준에 의해서 표현, 전달하여 의사소통 하는 것이 필요하다. 그러한 기준들 중에서 정확한 시각 정보의 동기화는 필수적인 기준이다.
본 논문에서는 배터리 때문에 상대적으로 에너지 제약적일 수 밖에 없는 센서네트워크에 효율적으로 시각 동기화를 제공하는 것을 목표로 한다. Ad-hoc 무선 센서네트워크에서 거리와 홉수의 증가에 따라 동기화 에러가 증가하는 경향을 네트워크의 클러스터화로 동기화 홉수를 감소시켜 동기화 에러를 줄이도록 한다.
기존의 연구들에서는 많은 수의 노드들이 센서네트워크를 구성하게 되는 경우 패킷 충돌등으로 동기화 성능의 저하를 가져오며 오버헤드도 크게되는 현상을 많은 수의 노드와 멀티홉을 고려해, 먼저 네트워크의 평균동기화 경로를 줄이는 방법으로 HPN과 LPN을 사용하여 클러스터를 구성한다. 그 후 서로 다른 방식의 시각동기화를 적용하여, 기준 시각 노드와 클러스터 헤더와의 일차적인 시각동기화, 클러스터 헤더와 클러스터 멤버와의 이차적인 시각동기화로 계층적 동기화를 꾀함으로 패킷 송수신량과 패킷 충돌량을 크게 감소시켜 효과적으로 센서네트워크 시각동기화를 하였다.
또한 유사한 '송신자-수신자'동기화 모델을 따르는 TPSN과의 ns-2 시뮬레이션을 공평하게 수행하여, 노드 수, 동기화 주기, HPN의 수, 홉수에 따른 동기화 에러의 분포와 패킷 충돌과 노드의 에너지 잔량등을 관찰함으로써, 더 효율적임을 확인하였다.
