For many years, IEEE 802.15.4 standard has been used for various multi-hop networks such as wireless sensor networks (WSNs) and internet of things (IoT). Recently, many applications in IEEE 802.15.4 multi-hop networks have required supporting low delivery latency, and then low latency transmission protocols have been also proposed. In these transmission protocols, nodes synchronize time slots to forward data packets sequentially over multiple hos, so the data packets can be transmitted with low delay. However, they have shown limited performance over unreliable wireless links. Since the nodes tightly synchronize the time slot for the sequential transmissions, drooped packets cannot be retransmitted immediately. It will lead to not only delayed retransmissions but also the additional delay caused by end-to-end retransmissions. Furthermore, this limitation has become serious over multi-hop transmission because packets are dropped more frequently. To maintain lower delivery latency with unreliable and multihop
transmissions, this dissertation proposes the enhanced low latency transmission protocols. In the proposed protocols, nodes adjust the synchronized time slots by considering unreliable wireless links and channels. Then, nodes can retransmit dropped data packets immediately, and thus they can avoid the delayed retransmissions. Moreover, it helps to improve the transmission reliability, so additional delay caused by end-to-end retransmissions can be also prevented. The enhancements are veri ed through theoretical and simulation-based analysis. The analysis shows that that the proposed protocols can maintain much lower delivery latency regardless of various channel/link conditions and other network environments.
수년 동안 IEEE 802.15.4 표준은 무선 센서 네트워크 (wireless sensor networks, WSNs)와 사물 인터넷 (internet of things, IoT)와 같은 다양한 종류의 멀티 홉 네트워크에서 이용됐다. 그리고 최근, IEEE 802.15.4 멀티 홉 네트워크상에서 짧은 전송 시간을 요구하는 많은 애플리케이션이 제안되며, 이를 위한 저지연 통신 기법들 역시 함께 제안되었다. 이러한 통신 기법은 노드들이 전송 시간을 동기화하여 데이터 패킷이 멀티 홉 상에서 연속적으로 전달될 수 있게 하였고, 그로 인해 데이터 패킷들은 짧은 지연 시간으로 전송될 수 있었다. 하지만 이 통신 기법들은 여전히 불안정한 링크 상에서는 제한된 성능을 보인다. 연속 전송을 위해 노드들이 전송 시간을 동기화하기 때문에, 중간에 손실된 패킷은 바로 재전송 될 수 없다. 이는 지연된 재전송뿐만 아니라, 종단간 재전송에 의한 추가 지연 시간의 원인이 될 수 있다. 게다가, 멀티 홉 전송에서는 패킷이 더욱 빈번히 손실될 수 있기 때문에, 그 문제는 더욱 심각해질 수 있다. 불안정한, 그리고 멀티 홉 전송상에서도 짧은 전송 시간을 유지하기 위해, 본 박사 학위 논문에서는 더욱 향상된 저지연 전송 기법들을 제안한다. 제안된 프로토콜을 통해 노드들은 채널이나 링크의 상태에 따라 동기화 시간을 조절한다. 그러면 노드들은 조절된 동기화 시간 내에 손실된 패킷을 바로 재전송 할 수 있기 때문에 지연 재전송을 피할 수 있다. 또한, 이 방법은 전송 성공률을 높일 수 있기 때문에, 종단간 재전송에 의한 추가적인 지연 역시 예방할 수 있다. 본 박사 학위 논문에서는 이러한 개선 사항들을 수학적, 그리고 실험 기반 분석을 통해 검증한다. 그리고 분석을 통해 제안하는 통신 기법이 다양한 채널/링크 상태 및 네트워크 환경과 관계없이 짧은 전송 시간을 유지할 수 있음을 증명한다.
