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진영 공
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Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 허경 * Design of Time Synchronization Mechanism of Wireless USB over IEEE 802.15.

1 Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 허경 * Design of Time Synchronization Mechanism of Wireless USB over IEEE Kyeong Hur * Department of Computer Education, Gyeongin National University of Education, San 6-8, Seoksu-Dong, Manan-Gu, Anyang-si, Gyeonggi-Do, Korea 요약웨어러블컴퓨터시스템은 WiMedia PHY/MAC 기술과결합된 USB 기술로 WUSB (wireless universal serial bus) 기술을사용하여구성할수있다. 본논문은 U-Health 기능을지원하는무선웨어러블컴퓨터시스템을구성하기위해 WUSB기술과 IEEE WBAN (wireless body area networks) 기술을결합한통신시스템구조에초점을맞추었다. 그리고 IEEE 기반 WUSB 통신구조에서시각동기통신기술을제안하였다. 제안하는시각동기구조는 WBAN Polling Access 구조를활용하고 Time Stamp를사용한시각동기미들웨어를결합한다. 성능평가에서는 WBAN Polling Access를적용한시각동기성능및시각동기미들웨어를추가한성능을비교분석하여, WUSB over IEEE 통신구조에서제안한시각동기방식의효율성을평가하였다. ABSTRACT Wearable computer systems can use the wireless universal serial bus (WUSB) that refers to USB technology that is merged with WiMedia PHY/MAC technical specifications. In this paper, we focus on an integrated system of the wireless USB over the IEEE wireless body area networks (WBAN) for wireless wearable computer systems supporting U-health services. And a communication structure that performs the time-synchronization is proposed for WUSB over IEEE hierarchical protocol. Proposed time-synchronization mechanisms adopt the WBAN Polling Access and combine it with a time-synchronization middleware using time stamps. In our performance evaluations, time-synchronization performances with only WBAN Polling Access scheme are analyzed first. After that, performances combined with the time-synchronization middleware are analyzed to evaluate the effectiveness of proposed time-synchronization structure in WUSB over IEEE 키워드 : 무선인체통신, 무선홈네트워크, 무선 USB, 웨어러블컴퓨터, 유 - 헬스 Key word : U-health, WBAN (Wireless Body Area Networks), Wireless Home Networks, WUSB (Wireless Univeral Serial Bus), Wearable Computers 접수일자 : 심사완료일자 : 게재확정일자 : * Corresponding Author Kyeong Hur( khur@ginue.ac.kr, Tel: ) Department of Computer Education, Gyeongin National University of Education, San 6-8, Seoksu-Dong, Manan-Gu, Anyang-si, Gyeonggi-Do, Korea Open Access print ISSN: online ISSN: This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License( by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright C The Korea Institute of Information and Communication Engineering.

2 Ⅰ. 서론일반적으로센서네트워크를구성하는노드들은자체적으로타이머 ( 클럭 ) 를보유하고있으며 MAC(Medium Access Control) 계층, 네트워크 (Network) 계층, 응용 (Application) 계층에서의요구로인해일부또는전체노드의타이머가동기화되는것이필요하다. 예를들어, TDMA를사용하는 MAC 알고리즘에서는타임슬롯을나누고할당하는데에있어정확한시각동기가요구된다. 그리고네트워크계층에서라우팅을하는데에있어, 시각동기화가되어있다면좀더빠르고효율적으로라우팅을처리할수있게된다. 또한센서노드들에의해감지된이벤트정보가싱크노드 (sink node) 또는서버로보고될때, 이이벤트를감지한시각정보가해당메시지에포함되어함께전달된다면싱크노드또는서버의어플리케이션에서는좀더고차원적인처리가가능해진다. 전달되는이벤트가다수의센서노드에의해감지된것이라면시각정보를통해동일이벤트인지또는다른시점에발생한이벤트인지를판단할수있으며, 또한침입감지이벤트가발생했을경우라면감지된시각정보들을바탕으로침입된물체의추적이가능하게된다 [1, 2]. USB (Universal Serial Bus) 기술은 PC와주변장치를쉽게연결해주는대표적인 Host to Devices 통신버스기술로현재까지 20억개이상의디바이스들이사용되고있다 [3]. USB는사용자에게 PC와디지털캠, 하드드라이브, 스캐너, 프린트, 카메라, 마우스등다양한주변장치를드라이버설치와재부팅등의번거로움없이연결시켜주는편리한버스프로토콜이다. 하지만기존의유선 USB는각장치와 Host를연결하는데유선케이블이필요하기때문에, USB 호스트와연결된디바이스와의거리에대한제약, 복잡하게연결된케이블의외관, 그리고 USB 허브에부착된슬롯개수에따른설치의복잡성과같은단점들을가지고있다. 이러한문제점들을해결하고자 Intel 등의기업들을중심으로형성된 WiMedia Alliance는 WiMedia MAC 의무선기술을이용한 Wireless USB (WUSB) 규격을개발하였다 [4]. WiMedia MAC은 WiMedia Alliance에서개발한 UWB 기반의분산화된 D-MAC (Distributed MAC) 프로토콜이며, WUSB는유선 USB와동일한기능을제공하도록설계되었으며호스트와디바이스간 3m이내거리에서최대 480bps의전송대역폭를제공하며최대거리 10m이내까지동작되도록설계되었다 [5-7]. WBAN (Wireless Body Area Networks) 표준은근거리, 저전력, 고신뢰성무선통신을목표로하고있으며, 용도에따라전송속도가 10Kbps~10Mbps 범위로의료용또는비의료용서비스에활용된다. 의료용의경우인체내부에이식되는이식형과인체외부에부착되는부착형장치로나누어지며, 비의료용은실시간오디오 / 비디오스트림, 데이터파일전달, 엔터테인먼트등의분야에활용된다. 미래사회에는다양한무선장치들이인체에구성되어네트워크를형성할것이다. 이때전파가인체에미치는영향, 통신에사용되는소모전력, 응용서비스에요구되는다양한특성등을만족하는 WBAN 기술이필요하다. WBAN의공통적인목표는처리량향상, 지연시간최소화, 소모전력최소화를지원하는것이다 [8]. 웨어러블컴퓨터 (Wearable Computer) 는인간중심의기술경향과유비쿼터스컴퓨팅환경을근간으로하는차세대컴퓨팅분야에서그중심에위치한다고말할수있다. 이것은사용자중심의인터페이스와유비쿼터스인프라에서무선통신기술과시스템을소형화ㆍ의류화ㆍ내장화ㆍ자유변형화하여사람ㆍ기기ㆍ미디어간의경계를허무는하드웨어플랫폼기술을지향하기때문이다 [9, 10]. 웨어러블컴퓨터시스템은 WiMedia PHY/MAC 기술과결합된 USB 기술로 WUSB 기술을사용하여구성할수있다. 본논문은 U-Health 기능을지원하는무선웨어러블컴퓨터시스템을구성하기위해 WUSB기술과 WBAN 기술을결합한통신시스템구조에초점을맞추었다 [11]. 그리고 IEEE 기반 WUSB 통신구조에서시각동기통신기술을제안하였다. 제안하는시각동기구조는 WBAN Polling Access 구조를활용하고 Time Stamp를사용한시각동기미들웨어를결합한다. 성능평가에서는 WBAN Polling Access 를적용한시각동기성능및시각동기미들웨어를추가한성능을비교분석하여, WUSB over IEEE 통신구조에서제안한시각동기방식의효율성을평가하였다. 1620

3 Ⅱ. 웨어러블컴퓨터시스템을위한 WUSB over WBAN 프로토콜 WUSB는기존의 USB와마찬가지로 PC를 WUSB Host로하고무선 USB 규격을적용한주변 WUSB Device가중앙집중방식으로접속하는형태이다 [3, 4]. WUSB 채널은특정 MAC 수퍼프레임에서 Private 구간들의집합으로형성된다. Private 구간은특정어플리케이션그룹멤버디바이스들만예약전송가능한구간으로, 다른어플리케이션의디바이스들의이 Private 구간에대한정보를얻을수없다. 이러한 Private 구간들의설정은 MMC(Micro-scheduled Management Commands) 제어패킷이담당하게된다. MMC는 WUSB 호스트가자신의클러스터에속한디바이스들에게방송하는제어패킷으로다음 MMC 패킷이전송될시간정보, I/O control 시간정보, 호스트와디바이스들간통신스케줄정보등을포함하고있다. 하나의 MMC는다음 MMC 전까지이루어질 USB 트랜잭션에대한스케줄링정보를포함하며모든 WUSB 호스트와 WUSB 디바이스간통신은 MMC에서스케줄된순서와시간에맞추어통신하게된다 [3, 4]. IEEE 은하나의허브와여러개의노드가스타토폴로지를구성하여하나의독립적인네트워크를형성한다. IEEE MAC 프로토콜은수퍼프레임구간내 Beacon Period를설정하여허브디바이스가비컨을전송하는 Beacon mode로동작한다. Beacon mode 의 Active Beacon Period는그림 1과같이 Exclusive Access Phase 1 (EAP1), Random Access Phase 1 (RAP1), Type-I/II Access Phase, EAP2, RAP2, Type-I/ II Access Phase, Contention Access Phase (CAP) 로나누어진다. EAP1과 EAP2는높은우선순위를갖는데이터를보내기위해할당된구간이고 RAP1, RAP2, CAP는나머지데이터를전송하기위해할당된구간으로경쟁기반의접속방식이다. 여기서각구간의접속 을위해, CSMA/ CA 또는 Slotted Aloha 방식을이용한다. Type-I/II Access Phase은비경쟁기반의접근방식으로허브와노드는미리할당된구간을이용한다. 본논문에서는그림 1과같이 WUSB 호스트와디바이스들간통신을위해 Type-I/II Access Phase 구간을할당하여 MMC 스케쥴링기능을지원한다. Ⅲ. WUSB over IEEE 통합프로토콜의시각동기 MAC 기능설계 3.1. WBAN 과 WUSB 공유프로토콜 WBAN 환경에맞는새로운 MAC 프로토콜을제안하기위해본절에서는호스트와디바이스간에시각동기화가이루어졌다고가정한다. 시각동기화방법에대한내용은 3.2절에서자세히소개한다. IEEE MAC에서는세가지모드로동작한다. 세가지모드는슈퍼프레임구조를갖는비컨모드, 슈퍼프레임구조를갖는비컨이없는모드, 슈퍼프레임구조를갖지않는비컨이없는모드로나누어진다. 그림 1. WUSB over IEEE MAC 구성 Fig. 1 Configuration of WUSB over IEEE MAC 1621

4 그림 2. 비컨이없는모드에서 IEEE 슈퍼프레임구조 Fig. 2 Structure of superframe in IEEE non-beacon mode 그림 3. Improvised Access 를위한 MAC Capability 포맷 Fig. 3 Format of MAC Capability for Improvised Access 그림 4. Polled Allocation 예제 Fig. 4 Example of Polled Allocations 그림 5. 시각동기 MAC 의슈퍼프레임구조 Fig. 5 Structure of superframe in time-synchronization MAC 1622

5 슈퍼프레임구조를갖는비컨모드는비컨을통해시각동기화가이루어지며호스트에의해슬롯이스케줄되는방식이다. 이방식은네트워크내에주기적으로발생하는트래픽이많은경우장점을얻을수있다. 슈퍼프레임구조를갖는비컨이없는모드는그림 2와같이슈퍼프레임이구성된다. 이모드는시각동기화가이루어졌다고가정을하고시각동기화알고리즘에의해호스트와디바이스는동일한슈퍼프레임구간을공유한다. 따라서시각동기화알고리즘의성능에따라 MAC의성능이결정된다. 마지막으로슈퍼프레임구조를갖지않는비컨이없는모드는호스트와디바이스사이에시각동기화가이루어지지않고서로독립적으로동작하는환경을말한다. 즉, 무선센서네트워크의비동기 MAC에서동작하는환경과유사한형태를띤다고할수있다. 본절에서는호스트와디바이스가시각동기화가이루어졌다는가정에서출발한다. 따라서슈퍼프레임구조를갖는비컨이없는모드에서 WBAN과 WUSB 공유를위한 MAC 프로토콜을제안한다. 비컨송수신없이액세스구간을할당받기위해 Improvised access를사용한다. Improvised access는독립적인액세스방법으로 Poll을이용하여, Connection Request와 Connection Assignment 프레임을통해미리예약없이즉시채널에액세스가능한방법이다. 여기서 Poll은프레임페이로드를포함하지않으며디바이스가액세스가능하도록허브에의해전송되는패킷이다. Poll을이용하여슬롯을할당하기위해호스트와디바이스가마지막으로교환한 MAC Capability 필드의 Type-I or Type-II Polling Access 비트를그림 3 및그림 4와같이 1로설정해야한다. 호스트가디바이스에게 Polled Allocation을할당하기위해호스트는디바이스에게미리정해진시간에 Poll을전달한다. Poll을수신한디바이스는 psifs 이후그리고계속 Polled Allocation을할당할지말지는 IEEE 의정해진규칙에따른다. 그림 4에서 M은전송할데이터가더있는경우 1로설정하고없는경우 0으로설정한다. 그리고 L이 1인경우새로운프레임트랜잭션이시작되고 0 이면시작되지않는다. P는 Polled Allocation의끝나는길이를나타낸다. 마지막으로 N은 Polled Allocation이현재의슈퍼프레임에서끝날지다음슈퍼프레임에서끝날지를알려준다. 제안하는시각동기기반의 MAC 프로토콜은슈퍼프레임구조를갖는비컨이없는모드에기반을둔다. 그림 5와같이 WUSB 디바이스에의해 WBAN의슈퍼프레임의일부구간이점유된경우호스트는슈퍼프레임내에어느구간이 WUSB에의해점유되었는지알수있다. 따라서호스트는미리정해진 Polling 구간중 WUSB에의해점유된구간을제외한곳에서 Poll을전송한다. 미리정해진구간에서디바이스는깨어나서 Poll을수신하고송신할 WBAN 트래픽이있는경우 Polled Allocation을이용해트래픽을전송한다. 시각동기 MAC 프로토콜에서는주기적인비컨송수신이발생하지않기때문에비컨송수신으로인한전력낭비를줄일수있다. 하지만부수적으로이루어지는시각동기절차에의한오버헤드가발생하기때문에시각동기알고리즘에의해성능이결정된다. 그리고 Poll 방식을사용하여데이터전달이필요할때즉시데이터전달이가능하기때문에기존의방식에비해지연시간도줄일수있다 WBAN 과 WUSB 디바이스간시각동기미들웨어각무선디바이스의타이머는동일한주파수의크리스털오실레이터에의해동작하지만, 에이징 (Aging) 또는온도차이에의해같은주파수의오실레이터라할지라도서로간에표류 (Drift) 하는현상이발생하게된다. 시각동기를유지하기위해 2단계의시각소인 (Time Stamp) 메시지교환을사용하는경우, 타이머오프셋만을보정하여시각동기를유지하므로, 오실레이터간주파수차이가있게되면, 클럭스큐로인해동기의정확도가떨어지게되고동기화수행을빈번하게해주어야한다. 디바이스와디바이스 1:1 간에동기화를바탕으로하기때문에다수의디바이스로구성된멀티홉네트워크환경에서는많은메시지송수신이이뤄져야한다. 무선웨어러블네트워크의특성상, 각디바이스는한정된자원으로동작하므로잦은동기화수행과잦은메시지송수신은전체네트워크의수명을짧아지게한다. 본논문에서는 3단계 (three way) 의시각소인메시지교환작업을통해디바이스들간동기정확도를높이고, 또한 1:N 동기화환경에서메시지송수신횟수를줄일수있는시각동기화방법을제안한다. 1:1 상황에서의 3 단계시각소인메시지교환을통한시각동기방법은다음과같다. 디바이스 B가디바이스 A의타이머에동기 1623

6 화를맞추는과정으로그림 6과같이, 먼저디바이스 A 는 InitSync 메시지를 B에게송신한다. 이 InitSync 메시지에는 A가송신한시점의시각소인정보인 T 1 이포함되어있으며, B가이메시지를수신하게되면수신한시점의시각소인정보 T 2 를저장한다. B는 SyncPulse 메시지를 A에게송신하며, 이메시지에는 B가송신한시점의시각소인정보 T 3 가포함되어있다. A가이메시지를수신하게되면수신시점의시각소인정보 T 4 를저장하고, SyncAck 메시지에 T 4 정보를포함하여 B에다시전송한다. 이 SyncAck 메시지에는 T 4 정보뿐만아니라송신시점의시각소인정보 T 5 가포함되어있다. SyncAck 메시지를받은 B는수신한시점의시각소인정보인 T 6 를저장하게되고, 이시점에서 B는총 6개 (T 1 ~T 6 ) 의시각소인정보를보유하게된다. 디바이스 A 와 B의타이머가식 (1) 와같은함수에의해동작한다고하면 T 1 과 T 2 의관계, T 3 와 T 4 의관계, T 5 와 T 6 의관계는식 (2) 와같이표현될수있다. 이머값에서 Δ만큼빼주어서보정을취하고, 주파수차이에의해발생하는스큐를 b/a 값에의해주기적으로갱신을시켜주게되면 A의타이머와동기를맞출수있게된다. 그림 6. 3 단계시각소인 (Time Stamp) 메시지교환과정 Fig. 6 Exchange of three-step Time Stamp messages 노드 A의타이머 : 노드 B의타이머 : (1) (a, b : A, B의클럭주파수, c : 두디바이스간의초기타이머오프셋값 ) b b T 2 = T 1 + d + Δ a a a a T 4 = T 3 + d Δ b b b b T 6 = T 5 + d + Δ a a (d : 전파지연시간, Δ : 타이머오프셋값 ) b T 6 T 2 = a T 5 T 1 1 b Δ = T 2 + T 3 2 a ( T + ) 1 T 4 (2) (3) 식 (2) 에서의변수는 b/a, d, Δ의 3개라할수있으며 3 원 1차연립방정식을통해각변수값을구하면식 (3) 과같다. 식 (3) 의결과를통해 B는자신의클럭주파수와 A 의클럭주파수와의비율값 (b/a), 그리고 A와의타이머오프셋값 (Δ) 을알수있게된다. 따라서 B는자신의타 그림 7. 1:N 상황에서의 3 단계시각소인메시지교환 Fig. 7 Exchange of three-step Time Stamp messages at 1 to N devices 그림 7은 1:N 상황에서의 3단계시각소인메시지교환을통해디바이스 B, C, D, E가디바이스 A의클럭에동기화를맞추는과정을나타낸다. 처음에 A는 InitSync를메시지를브로드캐스트하며, 이메시지에는송신시각소인정보 T 1 과 SyncPulse 메시지의전송순서 ( 여기에서는 B, C, D, E 순 ) 가포함되어있다. 디바이스 B, C, D, E가이메시지를받게되면각디바이스는수신시각소인정보 T 2 를저장하고곧이어 SyncPulse 메시지를전송순서에맞게송신하게된다. SyncPulse 메시지를받은디바이스 A는수신시각소인정보 T 4B, T 4C, T 4D, T 4E 를저장하고, 이값들을 SyncAck 메시지에포함하여 T 5 에브로드캐스트한다. 디바이스 B, C, D, E 가 SyncAck 메시지를받게되면각디바이스는총 6개의시각소인정보를보유하게되며식 (1), (2), (3) 에의해 A의타이머와동기화를이룰수있게된다. 1624

7 Ⅳ. 시뮬레이션결과분석앞에서제시한 3단계의시각소인 (Time Stamp) 메시지교환을통해 1:N의네트워크상황에서기존의방법에비해시각동기수행에따른메시지전송횟수를줄여통신오버헤드와에너지소모를감소시킬수있다. 2단계시각소인메시지교환을사용하는경우일대일간동기화를바탕으로하고있기때문에 1:N 상황에서의시각소인정보메시지교환횟수는 2N회가된다. 그러나제시한방식의경우, 브로드캐스트메시지와상위노드에서데이터취합을통해 1:N 상황에서총 (N+2) 회의시각소인메시지교환을통해동기화수행이가능하다. 따라서 N이 3이상인경우, 즉이웃디바이스의개수가 3개이상인토폴로지에서는제시한시각동기방법을통해통신오버헤드를줄일수있으며네트워크전체의수명을증대시키는효과가있다. 시각동기정확도를확인하기위해 OMNeT++ 시뮬레이터을이용하여시뮬레이션을수행하였으며 2단계시각소인메시지교환방식과 3단계시각소인메시지교환방식을구현하여서로의동기정확도를비교하였다. 홉수 ( 레벨수 ) 에따른동기정확도를여러디바이스에걸쳐평균내어산출하고자총 63개의디바이스를사용하여 10m * 10m 크기의필드에그림 8과같은트리형태의네트워크토폴로지를구성하였다. 본논문에서는표준 WBAN 변수값들을적용하였다 [8]. 디바이스의클럭주파수는 4MHz, 클럭의주파수정확도는 ±20ppm으로가정하여, 각디바이스의클럭은식 (4) 와같이모델링하였다. 루트디바이스클럭 : 기타디바이스클럭 : (4) 그림 8. 동기정확도를검증하기위한시뮬레이션토폴로지 Fig. 8 Simulation topology to check accuracy of synchronization 그림 9. 루트디바이스로부터의홉수에따른시각동기오차 Fig. 9 Synchronization error at each level of nodes 여기에서 t는 10μs단위의이상적인시각값, y는 1 count(tick) 당 0.25μs의로컬클럭값을의미한다. 또한 α 는주파수차이에따른스큐를반영한값으로서디바이스마다 [ , ] 사이의값으로랜덤하게적용하였으며, β는초기시작시각의차이를나타내기위한오프셋으로서 0~2초사이의값으로랜덤하게적용하였다. 그림 9는루트디바이스로부터의홉수에따른 2단계방식과 3단계시각소인메시지교환방식의동기정확도를나타낸것이며, 이를통해루트디바이스로부터의홉수 ( 레벨수 ) 가증가함에따라동기오차는점점증가함을확인할수있으며, 또한 3단계시각소인메시지교환방식의동기오차가 2단계방식의동기오차의약 30% 수준임을확인할수있다. 네트워크내에는 1개의 WUSB/WBAN 호스트와 4 개의 WBAN 디바이스가존재하고, 10초마다 WUSB 디바이스가네트워크내로들어와트래픽을전송하는상황을실험하였다. 이때각 WUSB 디바이스는슈퍼프레임의 5% 에해당하는구간을점유한다고가정한다. 시뮬레이션을통해제안하는시각동기 MAC 프로토콜의에너지소모량과지연시간을측정했다. 1625

8 그림 단계시각소인방식에서 WUSB/WBAN 디바이스의평균에너지소모량 Fig. 10 Energy consumption per WUSB/WBAN device at two way time stamp exchange scheme 그림 단계시각소인방식에서 WUSB/WBAN 디바이스의평균지연시간 Fig. 13 Average delay per WUSB/WBAN device at three way time stamp exchange scheme 그림 단계시각소인방식에서 WUSB/WBAN 디바이스의평균에너지소모량 Fig. 11 Energy consumption per WUSB/WBAN device at three way time stamp exchange scheme 그림 단계시각소인방식에서 WUSB/WBAN 디바이스의평균지연시간 Fig. 12 Average delay per WUSB/WBAN device at two way time stamp exchange scheme 그림 10과그림 11은 2단계방식과 3단계시각소인메시지교환방식에서 WUSB/WBAN 디바이스의평균에너지소모량변화를측정한결과이다. 두결과그래프에서 n은한슈퍼프레임내에정해진 Polling을위한구간의수를나타낸다. n의개수가늘어날수록평균에너지소모량은조금증가하는데이것은 Poll을수신하기위해디바이스가깨어나는구간이늘어나기때문이다. 하지만 Poll을수신하기위해깨어나는시간이짧기때문에오버헤드는크지않다. 10초마다 5% 의슈퍼프레임구간을차지하는 WUSB 디바이스가네트워크내로들어와슈퍼프레임을점유하기때문에기존에있던 WBAN 디바이스가사용가능한슈퍼프레임구간은시간이지날수록점점감소한다. 따라서시간이지날수록디바이스가 Poll을위해 Idle listening하는시간이늘어나기때문에에너지소모량은시간이지남에따라증가한다. 그리고두결과그래프에서공통적으로 100초이후, 즉 WUSB에의해점유된슈퍼프레임이 50% 이상인경우에너지소모량의증가는거의포화상태가되어거의증가하지않게된다. 이러한결과는 Polling을위해정해진구간들의대부분이 WUSB에의해점유되었기때문에나타나는결과이다. 3단계시각소인메시지교환방식을적용한결과, 전체적인에너지소모는 2단계시각소인메시지교환방식에비해약 18% 감소함을확인할수있다. 그림 12와그림 13은 WUSB/WBAN 디바이스의평균지연시간변화를측정한결과이다. n 이늘어날수록에너지소모량과다르게지연시간은감소하게된다. 이는 Polling을위한인터벌이짧아져서 1626

디바이스가 Poll을기다리는시간이짧아졌기때문에나타나는결과다. 시간이지남에따라 WUSB에의한채널점유율이높아지기때문에지연시간또한증가하게된다. WBAN 디바이스가전송할데이터가있는경우정해진 Poll을수신하는구간에서 Poll을수신하지못하게되면다음 Poll을수신하는구간까지기다렸다가데이터를전송해야한다.

9 디바이스가 Poll을기다리는시간이짧아졌기때문에나타나는결과다. 시간이지남에따라 WUSB에의한채널점유율이높아지기때문에지연시간또한증가하게된다. WBAN 디바이스가전송할데이터가있는경우정해진 Poll을수신하는구간에서 Poll을수신하지못하게되면다음 Poll을수신하는구간까지기다렸다가데이터를전송해야한다. 따라서 WUSB에의한채널점유율이높아질수록지연시간은기하급수적으로증가하게된다. 에너지소모량의결과와마찬가지로, 3 단계시각소인메시지교환방식을적용한결과, 평균지연시간은 2단계시각소인메시지교환방식에비해약 15% 정도감소함을확인할수있다. Ⅴ. 결론본논문에서는 IEEE 기반 WUSB 통신구조에서시각동기통신기술을제안하였다. 제안하는시각동기구조는 WBAN Polling Access 구조를활용하고 Time Stamp를사용한시각동기미들웨어를결합하였다. 제안하는기술은 WUSB over WBAN 프로토콜기반센서노드에서, 계층적인구조를구성하고 Time Stamp 패킷을송수신하는방식으로빠르게실행되어전력소모를감소시키며, 동기화메시지의발생량을줄이면서도정확도에서도떨어지지않는기술이다. 그러나, WUSB 에의해점유된슈퍼프레임비율이 50% 이상일경우, 에너지소모량및지연시간이최고값에이르게되어, 향후우선순위에따라 WUSB와 WBAN의채널점유율을조절하는방법에대한연구가필요하다고사료된다. REFERENCES [ 1 ] B. Sundararaman, U. Buy, and A. D. Kshemkalyani, Clock Synchronization for Wireless Sensor Networks: a Survey, Ad-Hoc Networks, Vol. 3, No. 3, pp , [2] K. Noh, Q. M. Chaudhari, E. Serpedin, and B. W. Suter, Novel Clock Phase Offset and Skew Estimation Using Two-Way Timing Message Exchanges for Wireless Sensor Networks, IEEE Transactions on Communications, Vol. 55, No. 4, pp , [ 3 ] USB 2.0, USB-IF, [ 4 ] Certified Wireless USB 1.1, /wusb, Sep [ 5 ] WiMedia MAC Release Spec. 1.5, Distributed Medium Access Control (MAC) for Wireless Networks, [ 6 ] J. Del Prado Pavon, N. Sai Shankar, V. Gaddam, K. Challapali and Chun-Ting Chou, "The MBOA-WiMedia specification for ultra wideband distributed networks," IEEE Communications Magazine, Vol. 44, No. 6, pp , June [ 7 ] Jin-Woo Kim, Kyeong Hur and Seong-Ro Lee, Wireless USB Cluster Tree based on Distributed Reservation Protocol for Mobility Support, Wireless Personal Communications, Vol.71, No.1, , [ 8 ] IEEE WPAN Task Group 6 Body Area Networks (BAN), pub/tg6.html [ 9 ] Woohun Lee and Minjung Sohn, One-key Keyboard: A Very Small QWERTY Keyboard Supporting Text Entry for Wearable Computing, Proceedings of Korea Design Society Conference, pp , [10] Robert Rosenberg and Mel Slater, The Chording Glove: A Glove-Based Text Input Device, IEEE Transaction on Systems, Man, and Cybernetics-Part C: Applications and Review, Vol. 29, No. 2, pp , [11] Kyeong Hur, Won-Sung Sohn, Jae-Kyung Kim and YangSun Lee, A Real-Time Localization Platform Design in WUSB over WBAN Protocol for Wearable Computer Systems LNCS 7709, pp 허경 (Kyeong Hur) 1998 년고려대전자공학과학사 2000 년고려대전자공학과석사 2004 년 8 월고려대전자공학과통신공학박사 2004 년 8 월 ~ 2005 년 8 월삼성종합기술원 (SAIT) 전문연구원 2005 년 9 월 ~ 현재경인교대컴퓨터교육과부교수 관심분야 : 통신시스템설계, 상황인지기술, 컴퓨터교육 1627

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<30302DB8F1C2F7BFDC2E687770> Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 한국정보통신학회논문지 (J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng.) Vol. 18, No. 7 : 1610~1618 July. 2014 WUSB over IEEE 802.15.6 통합 MAC 프로토콜의 Hibernation