예년과 마찬가지로 이동 애드 혹 및 센서 네트워크 시스템을 위한 다수의 논문들이 발표되어 많은 연구자들의 관심을 끌었고, 특히 센서 네트워크 시스템을 실생활에 적용하기 위한 다양한 응용 프로그램에 대한 연구 논문이 많이 발표되었다. 특정 분야보다는 각 세부 연구 분야별 균형이 맞도록 프로그램이 구성되었으며, Demo 세션을 추가적으로 구성함으로써 실제 시스템의 시제품이 발표되어 보다 현장감을 느낄 수 있었다.
글: 김기일 / 경상대학교
자료협약 및 제공: KOSEN(한민족과학기술자 네트워크) / www.kosen21.org
학회 개요 및 서문
IEEE MASS는 학회 이름에서 짐작할 수 있듯이, 인프라스트럭처가 존재하지 않는 상황에서 스스로 네트워크를 구성할 수 있는 기술로 정의되는 애드 혹 네트워크 및 센서 네트워크에 특화된 학술대회이다.
이 학술대회의 경우 대부분 애드 혹 네트워크 기술에 관련된 학술대회가 IEEE Communications Society 주관으로 개최되는 반면, 본 학술대회는 IEEE Computer Society 주관이라는 것이 특징이다. 따라서, 통신 프로토콜에 대한 기술보다는 컴퓨터 SW/HW 관점에서의 논문이 좀 더 많은 비중을 차지하게 된다.
본 학회에서 주로 발표되는 연구 분야는 이동 애드 혹 및 센서 노드를 위한 하드웨어 및 통신 노드들의 지능형 운영을 위한 소프트웨어, 이러한 노드들 간의 자가 네트워크를 구성하기 위한 시스템, 그리고 앞에서 언급된 시스템을 활용하기 위한 시스템에 관한 것이다. 연구 논문들의 범위는 일반적으로 현재 많은 연구자들의 관심을 받고 있는 분야뿐만 아니라 산업체에서 실제 개발되고 있는 시스템, 그리고 반드시 개발되어야 하는 분야를 포함한다.
본 학회는 올해 10번째의 역사를 가지고 있으며, 올해에도 연구자들의 관심을 끌 수 있는 핵심 세션으로 구성되었다. 186개의 논문이 제출되어 그중 55개의 논문이 regular paper로, 15개의 논문이 short paper로 출판이 허용되었으며, 3개의 기조 연설이 계획되었다.
해당 논문들은 크게 1) Algorithms and theory, 2) Systems and protocols and 3) Applications and testbed evaluation과 같이 3개의 세션으로 구성되었고, 연구 결과를 실제 제품화 또는 시제품으로 구성하여 발표한 Demo 세션도 운영되었다. 이를 통하여 애드 혹 및 센서 시스템의 최신 연구 동향을 파악할 수 있는 기회를 제공하였다.
MASS는 올해로 10번째 중국 항주에서 개최되었는데, 지역적 특성으로 인하여 아시아 국가의 연구가 보다 많이 발표되었다. 반면, 다수의 Travel Grant 등과 같은 주최 측의 노력에 올해에도 질 높은 논문을 듣기 위하여 전 세계적으로 많은 연구자들이 학회에 참석하였다. 이 글은 MASS 2013의 전반적인 내용을 다루는 동시에 연구 동향을 분석한다.
2장에서는 기조 연설의 내용을 간략히 정리하였고, 3장에서는 학술대회의 주요 세션에서 발표된 연구 주제들을 간략히 소개한다. 또 4장에서 MASS 학회의 총평과 함께 마무리 짓도록 한다. 부록에서는 학회 조직과 프로그램 목록을 추가하였다.
기조 연설 내용
앞에서 설명한 바와 같이 MASS 2013에서는 3개의 기조 연설이 발표되었다. 올해 기조 연설은 기술에 대한 이론뿐만 아니라 실제 적용을 위한 구체적인 예를 포함함으로써 연구자들의 많은 호응을 받았다. 기존 제목은 아래와 같으며 간략한 소개를 추가한다.
GreenOrbs and Mobile Crowdsourcing
by Yunhao Liu, Tsinghua University:
이번 기조 연설에서는 환경보호 및 관리를 위하여 숲에 필요한 감시 시스템을 센서 네트워크 기반으로 구축한 GreenOrbs라는 시스템을 소개하였다. 이 시스템을 구성하고 있는 하드웨어 및 소프트웨어에 대한 소개로 시작하여 센서 노드 관리 및 데이터 수집 과정을 설명하였다.
또한, 실제 센서 노드들의 배치를 위하여 주변 환경의 동적 변화에 따른 불확실성을 예측하는 메커니즘을 개발하고 이를 적용하였다. 실제 시제품 개발 및 여러 번의 실제 배치를 통하여 GreenOrbs가 기존의 메커니즘에 비하여 훨씬 더 좋은 성능을 보임을 설명하였다.
On Designing Low Complexity, High Throughput, and Low Delay Mechanisms for Wireless Networks:
A multi-channel perspective by Ness Shroff, Ohio State University
이 발표에서는 무선 네트워크에서 효율적인 자원 할당 문제를 설명하였다. 기존의 연구들이 성능 파라미터로 하나의 요소만을 고려하는 반면, 본 발표에서는 처리율, 지연, 그리고 복잡도를 함께 고려하는 방안을 설명하였다. 이를 위하여 효율적인 스케줄링 알고리즘에 대한 필요성 및 제안 메커니즘을 소개하였는데, 핵심 기술로는 적은 양의 정보 및 간단한 자료 구조, 그리고 적은 통신 오버헤드를 유발할 수 있는 처리율 기반의 최적화 스케줄링 방법이 있었다. 이러한 방법은 단일 홉 다중 채널 시스템에 적용되어 그 성능이 검증되었다. 사용된 시스템은 LTE 및 WiMax로 우수한 성능이 비교/분석되었다.
IoT/CPS: M2M communication, actuation and coordination challenges
by Ivan Stojmenovic, University of Ottawa
본 연설에서는 현존하는 machine-to-machine (M2M) 통신 기술을 정보의 수집, 의견 결정, 그리고 행동의 측면에서 설명하였다. 또한, M2M 개념 이후의 CPS (cyber-physical systems) 기술을 분산형 제어 및 네트워크 내의 프로세싱으로 정의하였다. M2M 통신 기술은 데이터의 전파, 데이터 군집, 그리고 모니터링을 위한 보고 메커니즘 및 협력 접근을 포함한다.
이와 관련된 이슈로는 모델링, 토폴로지 제어, 보안 및 기밀성에 관한 것이다. 본 연설은 사물 인터넷 및 CPS 구조를 위한 향후 응용 프로그램을 설명하고, 다양한 무선 세선 네트워크의 구조에 대하여 살펴보았다. 그리고 네트워크 계층의 연구 이슈, 센서와 로봇의 연동, 로봇과 로봇의 연동을 구체적인 문제로 정의하였다.
주요 논문 발표
MASS 학술대회 프로그램은 크게 3개의 영역(Algorithms and theory, Systems and protocols, Applications and testbed evaluation)으로 구분되며, 포스터와 데모를 포함한 16개 세션으로 이루어졌다. 그 중 중복된 세션을 고려하면 모두 다음과 같은 9개의 세션이 운영되었다.
1) Energy
2) Modeling and Analysis
3) RFID and Spectrum Sharing
4) Sensor Networks
5) MAC and Routing
6) Coverage and Mobility
7) Opportunistic Networks/DTN
8) Demo
9) Poster
올해 세션을 정리해보면, 전체적으로 애드 혹 및 센서 시스템에 대한 하드웨어/소프트웨어뿐만 아니라 데이터 전송을 위한 새로운 프로토콜 개발, 정보처리를 위한 시스템 개발에 초점이 맞추어져 있다.
전체적인 프로그램 구성은 매우 훌륭하였으며, 각 트랙별로 3~4편의 논문의 regular paper와 2~3편의 short paper가 같은 세션에서 발표되어 총 80여 편의 논문이 학회에서 발표되었다. 각 트랙별로 발표된 주요 논문을 소개하고자 한다.
에너지
Fan Li, Siyuan Chen, Shaojie Tang, Xiao He, Yu Wang, "Efficient Topology Design in Time-Evolving and Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks"
최근의 에너지 하베스팅 기술의 발전으로 인하여 센서 노드는 주변 환경으로부터 에너지 습득이 가능해졌다. 하지만, 이러한 방법의 경우 시간에 따른 에너지 수집 양의 변화가 심하기 때문에 시간 의존성 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서 시간에 따른 토폴로지 관리 방법과 동적 에너지 예측 방안을 제안한다. 제안된 방법의 경우 공간-시간 정보를 포함하는 그래프로 표현하고 네트워크 연결성을 보장하기 위하여 특정 노드를 유휴 상태로 만드는 방법을 사용한다.
Ping Yi, Ting Zhu, Guangyu Lin, Qingquan Zhang, "Routing Renewable Energy Using Electric Vehicles in Mobile Electrical Grid"
V2G(Vehicle-to-Grid)는 전기자동차의 배터리에 저장되어 있는 에너지를 스마트 그리드에 다시 보내주는 데 사용될 수 있다. 이러한 방법을 통하여 하나의 전기자동차에 저장되어 있는 에너지는 다른 자동차에서 사용할 수 있다.
이러한 특징에 기반하여 본 논문에서는 이동 스마트 그리드에서 사용될 수 있는 에너지 라우팅 문제를 언급하였다. 이는 현재의 트래픽 상황을 고려하여 각 자동차에서 충전소까지 가장 가까운 경로를 찾는 문제에 초점이 맞추어져 있으며, 이를 해결하기 위하여 2개의 새로운 알고리즘이 제안되었다. 마지막으로 맨해튼과 Pioneer Valley Transit Authority의 실제 상황에 적용해봄으로써 우수한 성능을 입증하였다.
모델링 및 분석
Zhaoyan Su, Xiapu Luo, Weigang Wu, Jiannong Cao, "ACC:
Anonymous Cooperative Caching in Wireless Ad Hoc Networks"
협력적 캐싱은 네트워크 노드들 간의 정보를 공유하기 위한 효율적 방법으로서, 애드 혹 네트워크에서 데이터 접근 비용을 줄일 수 있다. 하지만, 캐시된 데이터의 경우 보안성에 민감하므로 이에 대한 고려가 필요하다. 이 발표에서는 협력적 캐싱에서의 익명성을 달성하기 위한 방안을 설명한다. 제안된 익명성 캐싱 프로토콜은 익명 라우팅 프토토콜로부터 도출되었으며, 홉-대-홉 브로드캐스팅 기반으로 구성되었다. Pseudonyms을 사용하여 실제 identity를 보호하였으며, 보안 분석을 통하여 제안된 메커니즘의 정확성을 검증하였다.
Yang CHI and Dharma P. Agrawal, "HyCare:
Hybrid Coding-Aware Routing with ETOX Metric in Multi-hop Wireless Networks"
네트워크 코딩 방법은 "mix and broadcast" 형태의 통신의 장점을 취함으로써 멀티 홉 무선 네트워크의 성능을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 이 연구는 멀티 홉 무선 네트워크의 단-대-단 처리율을 향상시킬 수 있는 코딩-인지 라우팅 방법에 관한 것이다. HyCare라 불리는 라우팅 프레임워크는 기존의 접근 방법과 달리 링크 상태 라우팅과 역방향 포워딩 기능을 사용한다. HyCare는 독립적으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 하부의 네트워크 코딩 프로토콜과도 상호 연동이 가능하다. 마지막으로 성능 평가를 통하여 제안된 방법의 성능 향상을 증명하였다.
Andreas Loukas, Matthias Woehrle, Marco Zuniga, Koen Langendoen, "Fairness for All; Rate Allocation for Mobile Wireless Networks"
공평한 전송률은 채널을 효율적으로 공유하는 가장 기본적인 방안이다. 무선 네트워크에 이러한 문제를 최적화하기 위한 다양한 연구들이 제안되었으며, 이러한 방법은 정적 네트워크에는 잘 적용이 되지만 노드들이 이동하는 경우에는 최적화되지 않는 문제가 발생하게 된다.
또한, 이동 네트워크에서 노드들은 계속 변화되는 네트워크 환경에 적응하여야만 한다. 이러한 상황에서는 이웃하고 있는 노드의 정보를 정확하고 신속하게 수집하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 제한된 정보를 가지고 빠르게 수렴하는 방식이 요구된다. 이 논문에서는 부분적 이웃 정보를 이용하여 공평한 전송률을 할당하기 위한 분산형 알고리즘을 제안한다.
RFID 및 스펙트럼 분배
Kai Bu, Xuan Liu, Jiwei Li, Bin Xiao,
"Less is More: Efficient RFID-based 3D Localization"
RFID 기술은 차원 공간에서 물체의 위치 추적을 위한 좋은 방법으로 알려져 있다. 현재 RFID 기반의 3차원 위치 식별 방안에서 정확성은 가장 큰 걸림돌이다. 이 논문에서는 시스템의 생명주기를 늘릴 수 있도록 시간 및 에너지 효율적인 위치 식별 방안을 제안한다. 제안된 방법의 경우 에너지 소비를 줄이기 위하여 참조 태크의 수를 줄이는 동시에 정확성을 유지할 수 있다.
또한, 시뮬레이션에 기반 한 성능 평가를 통하여 제안된 방법이 기존의 방법에 비하여 에너지 및 정확성 측면에서 평균적으로 95% 이상 성능이 향상됨을 증명하였다.
Xiulong Liu, Heng Qi, Keqiu Li, Yanming Shen, Alex X. Liu and Wenyu Qu,
"Time- and Energy-efficient Detection of Unknown Tags in Large-scale RFID Systems"
RFID 시스템은 소매점, 도매점에서의 유통 관리에서 활용되고 있다. 하지만, 등록되어 있지 않은 RFID 태그가 유입될 경우 경제적 손실이 매우 크게 된다. 본 논문에서는 알려지지 않은 태그를 발견하기 위한 방법에 대하여 연구하였다.
연구의 목적은 에너지 및 시간 효율성을 고려한 방법을 개발하는 것으로, 이는 배터리 기반의 태그 기술에 매우 필요하다. 이를 위하여 두 가지 프로토콜인 Basic Unknown Tag Detection(B-UTD)과 Sampling based Unknown Tag Detection(SUTD)을 제안하였고, 분석 및 시뮬레이션을 통하여 성능을 검증하였다. 검증 결과 시간 및 에너지 측면에서 90% 이상의 성능 향상을 확인하였다.
센서 네트워크
Yu Luo, Lina PZheng Peng, Zhong Zhou, Jun-Hong Cui, Zhaoyang Zhang,
"Effective Relay Selection for Underwater Cooperative Acoustic Networks"
협력 통신은 지상 무선 네트워크의 성능을 향상시키는 매우 중요한 분야이다. 하지만 수중 음파 네트워크에서는 긴 전파 지연 및 복잡한 채널로 인하여 지상에서 사용하는 릴레이 노드 선택 알고리즘을 사용할 수 없다. 이 논문에서는 Cooperative Best Relay Assessment(COBRA)라고 불리는 새로운 릴레이 선택 방법을 소개한다.
이 방법의 단방향 패킷 전송 시간을 최소화하기 위하여 스펙트럼 효율성과 긴 전파 지연을 고려하고 에너지 제약 사항에 따른 네트워크의 처리율을 향상시킨다. 또한, 제안된 알고리즘은 현재의 채널 상태 정보보다는 채널의 통계적 정보를 이용함으로써 보다 안정적인 성능을 보여준다.
Miao Xu1, Wenyuan Xu, "TACO:
Temperature-Aware Compensation for Time Synchronization in Wireless Sensor Networks"
무선 센서 네트워크에서 시간 동기화는 매우 중요한데, 이는 데이터 fusion 및 duty cycling 방법이 이러한 동기화된 스케줄링에 기반하기 때문이다. 기존의 동기화 프로토콜들은 무선 채널이 모두 가능한 것을 가정하고 있다.
하지만 이러한 가정이 조간대(intertidal zones)에서는 맞지 않게 된다. 이 논문에서는 TACO라 불리는 동기화 방식을 제안하는데, 이는 온도에 따라 예측된 시간에 좇아 계속하여 현재 시간을 조정하는 방식이다.
Shi Bai and Tian He, "Throughput Optimization in Energy Sharing Wireless Sensor Networks"
에너지 하베스팅은 센서 네트워크를 유지하기 위한 중요한 기술 중의 하나이다. 하지만, 불확실하며 비균일한 에너지 수학과 균일하지 않은 다수의 작업으로 인하여 태양열을 통한 전력 공급 센서 네트워크에서 노드들의 고장을 유발하게 된다.
이러한 네트워크에서 에너지의 소비를 줄이는 동시에 성능을 향상시키기 위하여 이 논문에서는 에너지 공유 시스템 및 네트워크 처리율을 최적화하기 위한 방안을 소개하였다. 하나의 노드에서 에너지 관리에 초점이 맞추어져 있는 기존의 방법들과는 달리 제안된 방법은 에너지를 공유된 자원으로 정의하고 이를 효율적으로 사용하기 위한 방안을 소개하고 있다.
Patrick Baier, Frank D¨urr, Kurt Rothermel, "Efficient Distribution of Sensing Queries in Public Sensing Systems"
셀룰러폰의 대중화로 인하여 "대중 센싱(Public Sensing)"이라 정의된 센서 데이터의 수집을 위한 새로운 패러다임이 생기게 되었다. PS는 센서 데이터를 기회적으로 수집하기 위하여 이동 디바이스의 내장된 센서들을 사용한다. 예를 들어, 셀룰러폰에서 많이 장착되어 있는 마이크는 음성을 수집하는 데 사용되며, 이를 통하여 도시의 소음에 관한 지도를 구성할 수 있다.
PS에 관한 중요한 연구 중의 하나는 이동 디바이스의 에너지 소비를 줄임으로써 사용자들을 계속하여 PS에 참여하게 하는 것이다. 전력 소모의 가장 중요한 부분은 이동 디바이스와 인프라스트럭처 간 통신에 사용되지만, 현재까지 관련 연구에서 이 부분은 중요하게 다루어지지 않았다. 이 논문에서는 센싱 질의에 대한 통신 비용을 최소화하기 위한 문제를 언급한다.
현재 시스템의 센싱 질의를 모든 노드들에게 브로드캐스트하는 반면, 제안된 방법은 디바이스의 부분집합을 정의하고 이를 선택하는 정책을 사용한다. 센싱 정보의 품질에 대한 부정적 영향을 줄이기 위하여 이러한 부분집합은 확률적 센싱 모델에 기반하여 선택된다. 실험을 통하여 사용된 에너지의 양이 기존에 비하여 줄어들었음을 알 수 있었다.
Kunlun Zhao, Junzhao Du, Congqi Li, Chunlong Zhang, Hui Liu and Chi Xu, "Healthy: A Diary System Based on Activity Recognition Using Smartphone"
Healthy라고 명명된 활동 일기 시스템이 본 논문에서 소개되었다. Healthy는 사용자의 물리적 활동에 대한 일기를 참조하면서 일반적인 사람의 활동을 인지하게 된다. 이 시스템에서 보다 높은 정확성을 위하여 보다 적은 에너지 및 메모리를 사용하기 위한 방안을 제안으로 두 계층 구분자를 사용한다.
제안된 구분자는 활동을 주기적, 비주기적의 2개의 카테고리로 나눈다. 또한, 추가적인 하위 구분자가 각 카테고리에 사용된다. 추가적으로 보다 복잡한 활동을 인지하기 위한 상태 수신자를 설계하였다. 인식 정확성 향상을 위하여 각 특징을 추출하는 간격을 결정하기 위한 주기적인 활동 주기 길이에 기반 한 적응적 프레임 알고리즘을 제안하였다.
Qiang Li, Qi Han, Limin Sun, "Context-aware Handoff on Smartphones"
최신 스마트폰 사용자들은 보다 다중 네트워크의 특성을 이용하여 좋은 네트워크 성능, 스마트폰의 에너지 효율성, 보다 적은 비용의 접근을 위한 네트워크 간의 스위칭을 사용한다. 그러나 네트워크 스위칭은 네트워크 단절을 유발하여 사용자의 만족도를 떨어뜨린다.
그림 1. 시스템 구조도
그림 2. Healthy 구조도
이 논문에서는 네트워크 선택을 네트워크 성능, 에너지 소비, 그리고 비용의 세 가지 메트릭을 기반으로 선택하는 네트워크 선택 알고리즘을 포함한 응용 프로그램 콘텍스트 모델을 제안한다. Bayes 구분자는 네트워크 선택을 위한 확률을 제공하게 되며, 이를 위하여 스마트폰 사용자들의 프로파일 및 운영 환경을 조사한다. 또한, 안드로이드 플랫폼상의 콘텍스트 인지 핸드오프 프로토 타입을 구현하고 실제 환경 시나리오에서 실험을 수행하였다. 이 실험은 셀룰러 네트워크 및 무선 랜으로 구성되었으며, 제안된 방법의 경우 에너지 비용 측면에서는 비용이 25% 감소함을 증명하였다.
MAC 및 라우팅
Yanjun Yao, Qing Cao, Athanasios V. Vasilakos, "EDAL: an Energy-efficient, Delay-aware, and Lifetime-balancing Data Collection Protocol for Wireless Sensor Networks"
많은 센서 네트워크 응용에서 몇몇 노드들은 환경을 감시하고, 데이터를 발생시키며, 다중 홉을 통하여 싱크에게 데이터를 전송하기 위하여 선택된다. 많은 이전 연구 노력들은 지연, 에너지 비용 그리고 데이터 수집 작업을 위한 로드 분산에서의 균형을 유지할 수 있는 노드 선택 메커니즘을 제안하였다.
이 논문은 센서 네트워크와 비슷한 가정과 제한을 바탕으로 open vehicle routing 문제를 언급하였다. 또한, EDAL로 불리는 데이터 수집 프로토콜을 개발하고 에너지 효율적인 지연-인지 및 로드 분산 데이터 수집 방법을 제안하였다. 그리고 EDAL에서 제안된 알고리즘은 앞서 언급된 OVR 방법에 기반하여 계산 오버헤드를 줄이기 위한 중앙 집중적 알고리즘 및 확장성을 고려한 분산형 알고리즘을 제안하였다.
커버리지 및 모빌리티
Jiajia Liu, Hiroki Nishiyama and Nei Kato, "A Framework for Information Propagation in Mobile Sensor Networks"
이동 센서 네트워크에서의 라우팅의 복잡성은 릴레이 노드들의 포워딩 방법을 효율적으로 제어함으로써 에너지 소비 및 버퍼의 사용량을 줄이면서 정해진 전송 성능 요구 사항을 동시에 만족시켜야 한다. 이를 위한 방안으로는 각 메시지에 생명주기를 부여하거나 메시지 수신 후 전체 네트워크에 특별한 피드백 정보를 전송하는 방법이 있다.
전자의 경우, 릴레이 노드는 메시지 수신 상태에 대한 정보가 존재하기 않기 때문에 메시지가 목적지까지 도착하기 전까지 계속하여 메시지를 포워딩하게 된다. 반면, 후자의 경우 모든 릴레이 노드들은 추가적인 통신 자원이 요구된다. 기존의 방법과는 달리, 이 논문에서는 릴레이 노드를 위한 명시적 확률 중지 메커니즘을 제안한다.
제안된 방법에서 릴레이 노드는 정해진 확률을 가지고 메시지의 계속적인 전파를 중단한다. 이를 위하여 2차원 마코브 체인 프레임워크를 통하여 메시지 전파를 위한 평균 시간 등에 대한 분석을 수행하였다. 또한, 다양한 분석을 통하여 네트워크 파라미터들이 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
Songtao Guo, Xiaojian Wang and Yuanyuan Yang, "Topology Control for Maximizing Network Lifetime in Wireless Sensor Networks with Mobile Sink"
균일하지 않은 에너지 소비는 다중 홉 라우팅 그리고 다-대-일 트래픽 패턴을 가지는 무선 센서 네트워크의 근본적인 문제이다. 이러한 비균일한 에너지 소비는 네트워크 생명주기를 급격하게 줄이게 된다. 이 논문에서는 이동 싱크 노드가 주기적으로 정해진 경로를 따라 데이터를 수집하는 동시에 각각의 센서 노드들이 이동 싱크 노드에 다중 홉 통신을 통하여 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크에서 네트워크 생명주기를 늘리기 위한 문제를 다룬다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 토폴로지 제어 알고리즘을 제안하고 복잡성을 분석하였다. 또한, 분산 컴퓨팅 및 전송 시간의 적절성과 같은 실제적인 요구 사항을 만족시키기 위하여 알고리즘을 다시 구성하는 방안을 제안하였다. 이론적 분석과 실험 결과 제안된 알고리즘이 네트워크 생명주기를 늘리는 기존 알고리즘에 비하여 우수함을 보였다.
Dong Zhao, Huadong Ma, and Shaojie Tang, "COUPON:
Cooperatively Building Sensing Maps in Mobile Opportunistic Networks"
스마트폰의 대중화 및 기술 발전으로 인하여 이동 사용자들은 다양한 센서를 이용하여 도시의 상태를 확인하고 이를 저장소에 전달함으로써 상태 정보에 대한 지도를 구성할 수 있다. 이를 위하여 보다 적은 지연 및 에너지 소비를 줄일 수 있는 데이터 포워딩 프레임워크인 COUPON을 본 논문에서는 소개하였다.
협력적 센싱 방법을 통하여 센싱 정보의 중복 및 에너지 소비를 줄이고 두 가지 대표적 데이터 전송 알고리즘인 Epidemic과 Binary Spray-and-Wait 방법을 이용하여 데이터 전송을 수행하게 된다. 모든 패킷이 개별적으로 전파되는 기본 방법과는 달리 패킷이 포워딩 과정에서 시간/공간적 연관성을 고려해 전파되는 새로운 메시지 전송 방법을 개발하였다. 마지막으로 제안된 방법이 전송 지연 및 오버헤드 측면에서 보다 좋은 tradeoff를 달성하는 것으로 보였다.
또한, 실제 이동 경로를 통하여 제안된 프레임워크를 평가해본 결과, 협력 센싱 방법이 샘플링 수를 93%까지 줄일 수 있었으며 전송 오버헤드의 경우 Epidemic 라우팅에 비하여 78%로 줄어들었다.
Huan Zhou, Jie Wu, Hongyang Zhao, Shaojie Tang, Canfeng Chen, and Jiming Chen, "Incentive-Driven and Freshness-Aware Content Dissemination in Selfish Opportunistic Mobile Networks"
최근에 기회적 이동 네트워크에서 콘텐츠 기반의 publish/subscribe(pub/sub) 방식이 적응성 및 유연성 측면에서 관심을 받고 있다. OppNets에서의 노드들이 사람들에 의하여 제어되기 때문에 다른 성능 파라미터를 고려하지 않고 자신들의 이익을 최대화하기 위하여 이기적으로 동작시키게 된다.
따라서, OppNets에서 노드들에게 데이터의 수집, 저장, 공유를 효율적으로 수행하는 것은 매우 중요한 문제이다. 또한, 콘텐츠가 가장 최신의 정보를 유지하게 하는 작업도 매우 중요한 문제이다. 이 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 인센티브 기반의 pub/sub 콘텐츠 배포 방안을 제시하였으며, 이는 ConDis로 불린다. 제안된 방법에서 Tit-For-Tat(TFT) 방식이 OppNets에서의 노드들의 이기적 행위를 다루기 위하여 사용되는 동시에 노드들 사이에 최신의 정보 교환을 위하여 사용된다.
Ben Niu, Xiaoyan Zhu, Tanran Zhang, Haotian Chi, Hui Li, "P-match: Priority-aware Friend Discovery for Proximity-based Mobile Social Networks"
이동 디바이스와 온라인 소셜 네트워크의 급격한 발전으로 인하여 Proximity-based Mobile Social Networks(PMSNs)의 사용자들은 사생활 보호에 대한 비용을 감수하면서 다른 사람들과의 새로운 소셜 관계를 쉽게 발견하는 동시에 개발할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 제삼자의 관여가 필요 없는 P-match 방법을 개발하여 잠재적인 친구들과의 친밀성을 일치시킬 수 있는 방안을 제안하였다. 기존의 방법과 달리 P-match는 공통 관심의 수와 개인적인 우선순위를 동시에 고려하는 방식을 사용한다. 제안된 방식의 성능 오버헤드와 보안성은 다양한 시뮬레이션을 통하여 분석되었다.
그림 3. OppNet에서의 pub/sub 모델
네트워킹, 보안, 사생활
Zhitao He, Thiemo Voigt, "Droplet: A New Denial-of-Service Attack on Low Power Wireless Sensor Networks"
이 연구에서는 저전력 무선 센서 네트워크의 물리적 계층에 대한 새로운 형태의 서비스 거부 공격에 대하여 설명한다. 제한된 범위의 전파 방해 공격을 해결하기 위하여 이러한 공격은 목표 네트워크에 보다 높은 전력을 사용한다.
이러한 공격을 이 논문에서는 Droplet 공격으로 정의하고, 이를 해결하기 위한 방안을 제안하였다. 특히, 이러한 공격이 duty-cycle 수신자에게는 더욱 치명적임을 증명하고 이를 해결하기 위한 방안을 제안하였다.
기회적 네트워크/DTN
Shuhui Yang, Jie Wu, "Adaptive Backbone-based Routing in Delay Tolerant Networks"
이 논문에서는 DTN에서 라우팅 문제를 위한 지역적 알고리즘을 개발하였다. 이를 위하여 DTN으로부터 노드들의 접촉 기록을 고려한 가중치 그래프를 도출하는 모델링 방법을 설계한다.
이러한 모델링 방법은 다수의 네트워크 예측 방법을 기반으로 함으로써 적응성을 높이며, 도출된 그래프를 통하여 포워딩 알고리즘을 개발하였다. 백본의 노드가 데이터를 포워딩할 경우 DTN에서의 라우팅은 예측된 전송 지연을 최적화하도록 개발되었다. 이 개념은 이동 애드 혹 및 센서 네트워크에서의 가상 백본 기반 라우팅 개념과 비슷하며, 백본을 구성하기 위하여 노드들 간의 접촉 주기를 이용하였다.
Xiang Fa Guo, Mun Choon Chan, "Change Awareness in Opportunistic Networks"
정보의 지연 및 도착 가능성에 대한 메트릭은 기회주의 네트워크에서 정보 플로를 측정하는 데 보편적으로 사용된다. 이러한 메트릭과 더불어서 정보의 갱신과 변경을 위한 오버헤드에 대한 추가적인 측정이 요구된다. 이 논문에서는 정보의 최신성을 측정하기 위한 새로운 개념을 제안한다.
이를 통하여 최신 정보가 얼마나 많이 변경되었는지를 확인한다. 정보의 최신성에 기반하여 전파된 정보가 얼마나 많이 변화되었는지 계산한다. 변화 인지는 새로운 데이터 군집 알고리즘을 요구한다. 실제 환경에서의 성능 분석을 통하여 기존 방법과의 차이점을 분석하였다.
Pouya Ostovari, Abdallah Khreishah, and Jie Wu, "Multi-Layer Video Streaming with Helper Nodes using Network Coding"
비디오 스트리밍은 인터넷상의 가장 대표적인 트래픽이다. 따라서, 비디오 서버의 작업량이 늘어남에 따라 속도가 점진적으로 느려지고 있다. 이러한 속도 저하의 문제를 해결하고 요구되는 스트리밍을 확장성 있고 강건하게 지원하기 위하여 helper-assisted VOD 시스템의 본 연구가 제안되었다.
이러한 구조에서 helper 노드는 적은 양의 자원과 대역폭을 가진 서버로써 중앙 서버의 로드를 줄이기 위하여 해당 서버로부터 사용자에게 요구된 비디오를 저장하고 다운로드한다. 다중 계층 비디오는 확장성을 향상시키기 위하여 사용된다. 이 논문에서는 중앙 서버들의 부담을 줄이기 위하여 helper 노드들을 사용하기 위한 문제점을 정의한다. 이러한 문제를 linear programming(LP) 최적화로 정의하고, 다중 계층 네트워크 코딩으로 이를 해결하였다.
또한, 계층 간 네트워크 코딩이 사용되는 경우 최적화된 수치를 얻을 수 있음을 증명하였다.
그림 4. 시스템 구조
데모
Jonathan Lahav, Ariel Stulman, "Virtual Mobile Ad-hoc Networks"
이동 애드 혹 네트워크가 대중인 사용은 브로드캐스트 거리에 대한 기술적 차이로 인하여 영향을 받게 된다. 이 연구에서는 이동 애드 혹 네트워크에 포함되는 영역을 확장하기 위한 방안을 제시하는데, 이는 기존의 라우터 간의 메시 네트워크를 이용하는 방법이다.
이러한 방법은 매우 투명한 방식으로 수행되어 참여하는 노드들은 이러한 참여 형태에 민감하지 않게 된다. 이는 참여자 입장에서 애드 혹 네트워크를 큰 가상 네트워크를 구성하는 방식으로 인식된다. 실제 실험을 위하여 안드로이드상의 이동 에드 혹 네트워크 클라이언트 응용 프로그램이 스마트폰 사이의 음성 서비스를 제공하는 것을 보여준다.
Poster
Shigeo Shioda, Kazuki Shimamura, "Relative Localization of Sensors Based on Their Responses to Moving Objects
이 논문에서는 움직이는 물체에 대한 인식을 위하여 센서들의 상대적 위치정보를 이용하는 방안을 제아하였다. 제안하는 방법의 경우 특별한 랜드 마크의 사용없이 센서들 간의 상대적 위치정보만을 사용하게 되는데 이를 위하여 각 센서 노드들 간의 협업에 의한 자체 맵을 생성하는 방안을 제안하였다.
제안된 맵은 위치정보 뿐만 아니라 속도를 포함함으로써 보다 정확한 측정을 유도하였다.
본 논문은 포스트세션의 우수 논문으로 선정되었다.
그림 5. 시스템 구조도
결론
MASS 학회는 이동 애드 혹 및 센서 시스템 분야에 특화된 학회로, 우수한 다수의 논문이 발표되는 IEEE Computer Society 주관의 학회이다. 올해는 중국 항주에서 학회가 이루어져 중국 연구자들의 참여도가 매우 높아서 실제적으로는 중국의 관련 분야 기술 개발 현황을 파악할 수 있는 좋은 기회를 제공하였다.
또한, 2개의 수준 높은 기조 연설을 통하여 본 연구 분야의 향후 발전 방향을 제시하여 주었다. 현재 이동 애드 혹 네트워크 및 센서 네트워크 분야의 핵심 연구 주제는 이동성 지원, 에너지 효율적 기술 및 최적화 방안이 포함되어 있다. 이 같은 경향은 MASS 학회의 이와 관련된 세션에 많은 참가자들이 관심을 보이는 것을 통해서도 확인할 수 있었다.
내년에도 애드 혹 및 센서 시스템의 적용성을 위하여 반드시 요구되는 이동성에 대한 기술, 서비스 품질 보장 시스템, 센서의 성능 향상을 위한 하드웨어 개선 방안과 같이 연구자들이 많은 관심을 가지고 있는 분야와 관련된 논문이 많이 발표될 것으로 예상된다.
센서 시스템에 특화된 학회이지만, 아쉬움이 있다면 중국의 개최로 인하여 다른 국가의 연구자들의 수가 상대적으로 적었다는 점이다. 또한, 많은 연구들이 이론적 접근에 대한 부분을 다루고 있기 때문에 실제 개발된 시스템 등 개발 측면에서의 고려 사항에 대한 내용은 다른 학회에 비하여 부족하였다.
따라서, 내년 미국에서 개최 예정되어 있는 본 학회에 참석하고자 하는 국내외 연구자들은 이러한 점을 고려하는 것이 좋을 듯하다.
이 보고서는 ISSNIP의 대표적인 세션을 중심으로 학회 프로그램을 살펴보았으며, 대표적인 강의 발표와 각 주요 세션의 논문들을 살펴보았다. 마지막으로 향후 학회의 전망을 예상해보았다. 본 보고서가 해당 분야를 연구하는 연구자들에게 많은 도움이 되었으면 한다.
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신윤오 기자
(yoshin@techworld.co.kr)