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Network Scheduling for Event-triggered SysteMaster in Wireless Sensor-Actuator Networks

Network Scheduling for Event-triggered SysteMaster in Wireless Sensor-Actuator Networks
Si-Hoon Moon
DGIST Authors
Moon, Si-Hoon; Kim, Kyoung-DaePark, Kyung-Joon
Kyoung-Dae Kim
Issue Date
Available Date
Degree Date
Cyber-Physical SysteMaster
최근 WSAN은 산업 프로세스 자동화 분야에서 낮은 설치 및 유지 비용을 위한 통신 인프라 구조로서 관심을 받고 있다. WSAN은 데이터 손실, 전송 딜레이가 존재하는 물리시스템의 안정성 향상을 위한 제어 기법, 네트워크 라우팅, 전송 스케줄링을 연구하는 것이 중요한 이슈이다. 본 논문에서는 물리시스템에 갑작스런 왜란이 발생하였을 경우, 해당 시스템의 안정성 향상을 위한 전송 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 또한 네트워크 자원이 제한적인 상황에서 불안정한 시스템의 신속한 안정화를 위해선 다른 시스템의 네트워크 자원을 사용해야 한다. 우리가 제안한 E-EDF 스케줄링 알고리즘은 물리시스템의 상태, 네트워크의 상태, 네트워크의 자원의 유한성에 대한 문제들을 통합적으로 고려한다. 제안한 알고리즘은 특정 구간 동안 각 시스템 측정 값의 이벤트 발생에 의한 전송 된 플로우 수를 기반으로 시스템 상태를 추정하고 데이터 전송 주기를 조절한다. 이벤트 발생은 시스템의 현재 상태에 종속적이기 때문에 안정한 시스템을 추정할 수 있다. 따라서 추정한 안정한 시스템의 네트워크 자원을 불안정한 시스템에 할당함으로서 해당시스템의 안정성을 향상시키고 합리적인 네트워크 자원 분배가 가능하다. 제안한 알고리즘의 성능 확인을 위하여 물리시스템 제어 프로그램과 무선 센서 네트워크 시뮬레이터를 통합한 Wireless Cyber-Physical Simulator (WCPS) 를 사용한다. 시뮬레이션 결과는 우리가 제안한 스케줄링 기법이 물리적 왜란과 무선 통신 간섭이 존재하는 상황에서 불안정한 시스템의 안정성 향상과 네트워크 자원의 효율성 향상을 보여준다. |Recently, WSAN is gaining attention as a communication infrastructure for low installation and maintenance costs in industrial process automation. One of the key research areas of the WSAN is to develop an efficient data link layer transmission scheduling algorithm to improve the stability of the plant, where physical disturbances occur. In traditional wireless control systeMaster, network communication schedule did not consider physical system status, thus cannot handle dynamic plant state variations caused by disturbances or wireless interferences. In addition, because wireless networks have limited resources such as time and bandwidth, the network resource limitation also should be considered when the transmission schedule is generated. We propose an Event-based transmission scheduling scheme, Event-based Earliest Deadline First (E-EDF) algorithm, to respond to these probleMaster. This approach determines the current stable system based on the number of events and generates a transmission schedule by allocating more network resources from stable systeMaster to less stable systeMaster due to physical disturbances or wireless interferences to increase the system stability. Simulation results show that the proposed algorithm enhances the stability of the less stable system and increase the efficiency of network resources against both wireless interferences and physical disturbances.
Table Of Contents
Ⅰ. INTRODUCTION 1 Ⅱ. BACKGROUND 4 2.1 WirelessHART Protocol 4 2.2 SysteMaster Structure 6 Ⅲ. RELATED WORK 9 3.1 Improve stability for less stable physical systeMaster 9 3.2 Improve reliability for harsh channel condition 11 Ⅳ. PROPOSED METHOD 12 4.1 System Model 12 4.2 E-EDF Scheduling 15 Ⅴ. SIMULATION RESULTS 23 5.1 Wireless Cyber-Physical Simulator (WCPS) 23 5.2 Stability for disturbance occurred system 24 5.3 Stability for Unstable channel states 28 Ⅵ. CONCLUSION 31 REFERENCES 32 SUMMARY (Korean) 34
Information and Communication Engineering
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