클럭 표류율과 기준 신호를 이용한 두 센서 노드간 시간 동기 알고리즘
Time Synchronization Algorithm using the Clock Drift Rate and Reference Signals Between Two Sensor Nodes
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무선 센서 네트워크에서의 시간 동기 알고리즘은 위치 추적, 데이터 암호화, 중복 이벤트 감지 인식, 정밀한 TDMA 스케줄링 등의 다양한 응용을 위해서 필수적이다. 본 논문에서는 두 노드 사이에서 시간 보정을 위한 클럭 표류율과 기준 신호를 이용한 시간 동기 알고리즘인 CDRS을 제안한다. CDRS는 시간 동기를 위해 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계에서는 LTS를 이용하여 시간 보정 값인 노드간의 시간 차이와 클럭 표류율을 구한다. 이 단계가 끝나면 두 노드는 시간이 맞추어진 상태가 되고 클럭 표류율로 시간 차이를 보정할 수 있게 된다. 두 번째 단계에서는 동기 노드는 주기적으로 기준 신호를 전송한다. 비동기 노드는 수신된 신호를 사용하여 두 노드간 시간 차이를 측정하고, 시간 차이가 최대 허용 오차 범위를 초과하면 다시 첫 번째 단계를 수행한다. 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과, CDRS는 LTS 대비 시간 정확도가 향상된다. 또한 메시지 발생량이 LTS 대비 50% 감소하고, 기준 신호는 타임스탬프를 사용하지 않기 때문에 CDRS는 LTS에 비하여 시간 동기에 사용되는 에너지가 2.5배 정도 적게 사용된다.
Abstract
Time synchronization algorithm in wireless sensor networks is essential to various applications such as object tracking, data encryption, duplicate detection, and precise TDMA scheduling. This paper describes CDRS that is a time synchronization algorithm using the Clock Drift rate and Reference Signals between two sensor nodes. CDRS is composed of two steps. At first step, the time correction is calculated using offset and the clock drift rate between the two nodes based on the LTS method. Two nodes become a synchronized state and the time variance can be compensated by the clock drift rate. At second step, the synchronization node transmits reference signals periodically. This reference signals are used to calculate the time difference between nodes. When this value exceeds the maximum error tolerance, the first step is performed again for resynchronization. The simulation results on the performance analysis show that the time accuracy of the proposed algorithm is improved, and the energy consumption is reduced 2.5 times compared to the time synchronization algorithm with only LTS, because CDRS reduces the number of message about 50% compared to LTS and reference signals do not use the data space for timestamp.
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