An Energy-Efficient MAC Protocol for Cognitive Radio Sensor Networks

Abstract

무선 센서 네트워크(WSN)의 응용 분야가 증가함에 따라 에너지 소비 및 무선 주파수 관리 측면에서 새로운 해결책이 요구되고 있다. 인지 무선 센서 네트워크(CRSN)는 사용하지 않는 면허 주파수 대역을 비면허 주파수 대역과 함께 사용하도록 지원하는 효율적인 주파수 관리를 보장하는 핵심 기술이다. WSN에서 에너지 절약형 배터리로 구동되는 센서 노드는 라우팅 및 매체 접근 제어(MAC) 계층에서 에너지 효율적인 프로토콜을 필요로 한다. CRSN에서 에너지 효율은 인지 무선 기술의 추가로 인해 스펙트럼 감지 및 관리에 필요한 에너지 오버헤드 때문에 더욱 중요하게 된다. 본 논문에서는 충돌 및 간섭을 완화하고 적응적으로 감지 시간을 단축하며 패킷 재전송을 줄임으로써 에너지를 크게 절약할 수 있는CRSN을 위한 에너지 효율적인 MAC 프로토콜(EE-MAC)을 제안한다. EE-MAC에서 재전송 수는 신뢰할 수 있는 채널을 활용함으로써 감소하게 된다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 제안한 EE-MAC은 네트워크 수명, 패킷 전달률 및 에너지 효율성 면에서 기존 프로토콜보다 우수한 성능을 보인다.|The increase of application areas in wireless sensor networks (WSNs) demands novel solutions in terms of energy consumption and radio frequency management. Cognitive radio sensor networks (CRSNs) are the key technique for ensuring the efficient spectrum management, which facilitate to use the unused licensed frequency spectrum together with the unlicensed frequency spectrum. In WSNs, the sensor nodes powered by energy-constrained batteries necessarily require energy-efficient protocols at routing and medium access control (MAC) layers. In CRSNs, energy efficiency is more important because of the overhead of energy for spectrum sensing and management due to addition of cognitive radio technology. In this paper, an energy-efficient MAC (EE-MAC) protocol for CRSNs is proposed, in which energy is significantly saved by mitigating collision and interference, shortening adaptive sensing time, and reducing retransmissions. The number of retransmissions is reduced by utilizing reliable channels. According to our simulation results, the proposed EE-MAC outperforms the conventional protocols in terms of network lifetime, packet delivery ratio, and energy efficiency.