Due to its advantageous functional characteristic of monitoring phenomena of the physical environment with relatively low cost for a broad area, Wireless Sensor Networks (WSN) have been focused as a key infra technology to realize the context-aware systems. However, the limited resources of a sensor node, including memory, battery, and computing capability, have restricted the possible architectural choices to the centralized decision scheme where sensor nodes play just a simple role of low-level sensing information sources to the central decision point. By our research on the characteristics of the context compositions, we found that in many cases a context consists of combination of several sub-conditions (events) among which they have timing and logical relations, and in that case the centralized decision approach shows several drawbacks which are critical in WSN.
We propose a novel context detection mechanism called PROCON in Wireless Sensor Networks in case that the context consists of combination of several sub-conditions. In PROCON, context decisions are made in a distributed way, by cooperation of sensor nodes connected through a context overlay on the network. By performing incremental context decisions along the context overlay, failure contexts are detected in the early stages and successful contexts are fused and then generate new conceptual high-level information.
As a result, the sensor network can deliver context level information, not low level sensing data, directly to proper actuators. Moreover, PROCON achieves highly efficient energy consumption compared to the existing centralized context detection mechanism. The analysis and simulation results show that the proposed mechanism outperforms the existing centralized mechanism in average energy consumption, capability of mitigating congestion to a base station, context service lifetime, and reliability.
넓은 지역에 대해 비교적 적은 비용으로 다양한 환경정보를 제공하는 센서 네트워크는 RFID 기술의 발전과 더불어 상황인지를 위한 핵심기반 기술로서 주목 받아 왔다. 하지만 센서 노드가 저수준의 센싱 정보를 제공하는 기능에 국한 된 기존의 중앙집중 상황 결정 방식은 하나의 상황이 서로 다른 발생빈도, 목표 지역, 그리고 시간 제약을 가지는 여러 '이벤트'들로 구성되는 '조합 상황'일 경우에 많은 단점을 나타낸다.
첫째, 중앙집중식결정은 상황 발생 조건을 만족시키지 못하는 센싱 정보를 베이스 스테이션으로 전송하는데 많은 에너지를 낭비한다. 이벤트 간의 발생 빈도와 시간 제약 조건의 차이로 인해 발생하는 이 전송 에너지 낭비는 센서 노드의 수명을 단축시키고, 결과적으로 상황인지 서비스의 수명도 단축시킨다.
중앙집중결정의 또 다른 단점은 베이스 스테이션 주위 노드들의 수명이 다른 노드들에 비해 짧다는 것이다. 센서 네트워크의 전형적인 통신 모델인 다대일 (Many-to-One) 통신 특성에 의해 발생하는 이 문제는 결과적으로 베이스 스테이션을 네트워크로부터 고립시킴으로써 더 이상의 서비스를 불가능하게 한다. 더욱이, 건강이나 재난탐지와 관련된 응용이 서비스 되고 있는 경우, 문제가 더욱 심각해 진다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문은 능동적이고 분산적인 방법으로 상황을 탐지하는 기법인 PROCON을 제안한다. PROCON은 노드의 네트워크 계층 위에서 상황을 관리하는 일종의 오버레이 네트워크로써 $\It{상황 오버레이}$로 연결된 노드들 간의 협업을 통해 분산적으로 상황을 탐지한다. 이벤트간 시간 제약 조건이 검증되면, 노드는 상황 오버레이를 따라 다음 이벤트 노드에게 이벤트 알림 메시지를 전송한다. $\It{상황 퓨전}$이라고도 부르는 이 분산적 결정 방식은 여러 이벤트 발생 정보를 융합하여 하나의 부분 상황을 만들어낸다. 결과적으로, PROCON은 불필요한 이벤트 알림 메시지를 줄여 전체적으로 센서 노드의 전력 소모를 최소화 한다. 또한, PROCON의 이벤트 노드간 통신 모델은 베이스 스테이션으로의 집중적 데이터 전송을 피하므로 베이스 스테이션 주변 노드의 수명이 짧아지는 문제를 해결한다. 이는 상황 서비스 수명과 신뢰도를 높이는 결과를 가져온다.
