無線センサネットワークにおける実測に基づいた電力消費モデルの確立大阪大学基礎工学部情報科学科計算機科学コース宮原研究室上田健介 2004/2/26 特別研究報告 1 無線センサネットワーク    センサを備えた無線端末を多数配置し、センサが取得したデータの収集を行うシステム端末は小型かつ省電力端末同士は自律的にネットワークを構成   端末を分散配置するだけでよい広範囲にわたる情報収集が容易  2004/2/26 環境のモニタリング、災害地調査などへの応用特別研究報告 2 消費電力の問題  各無線端末は小容量のバッテリにより駆動  消費電力を抑えることが必要   さまざまなレイヤにおける研究従来の研究で用いられていたモデル「消費電力は通信距離のn乗の定数倍 (n  [2,4]) 」  実際の消費電力はこのようなモデルに一致しない  送信電力が一定でも期待される以上の距離にまで通信が届く場合がある 2004/2/26 特別研究報告 3 研究の目的  センサネットワークにおける電力消費モデルの確立    2004/2/26 さまざまな環境での通信距離の測定送受信の際に消費する電力を測定実測値から電力消費モデルを作成特別研究報告 4 無線センサ端末 MOTE   U. C. Berkeley校で開発された無線センサネットワーク評価キット Crossbow Technology 社により製品化 CPU speed プログラムメモリデータメモリ無線周波数 2004/2/26 7.4 MHz 128 KB 512 KB 315 MHz 特別研究報告 5 通信距離の定義 packet loss rate (%) 端末間距離とパケット損失率 100 -20dBm -17dBm -14dBm -11dBm -8dBm 100 屋外 80 60 屋内 80 60 5%以下 40 40 20 20 0 0 0 5 10 15 20 25 30 distance between nodes (m) 0 5 10 15 20 25 30 distance between nodes (m) 通信距離＝パケット損失率5%以下である距離 2004/2/26 特別研究報告 6 通信距離の測定場所 A B C D E F 屋上屋内 G 屋外 2004/2/26 特別研究報告 7 transmission range (m) 通信距離の測定結果 A （屋上） B （屋上） C （屋内） D （屋内） E （屋外） F （屋外） G （屋外） 20 15 10 5 通信距離 0 -20 RF Power (dBm) -17 壁に近い方が通信距離大 -14 -11 -8 逆方向の通信を行った場合にも通信距離に違い非対称なリンクが生じる可能性 2004/2/26 特別研究報告 8 MOTEにおける消費電力の測定送信時受信時 20mV/div 50ms/div MOTEでは送信により消費する電圧の高い時間は電力は通信距離に比例パケットサイズに比例 RF power = 0 10 -20 dBm, dBm, dBm, packet packet packet size size size === 120 240 120 120 byte byte byte 2004/2/26 特別研究報告 9 電力消費モデルの作成  1ホップの通信によりネットワーク全体で消費する電力 Ehop ( W  sec)を定式化   通信を行うときの消費電力と、アイドル時の消費電力との差を考える使用するパラメータ     : ネットワーク中の端末の密度 (端末数 / ㎡) r : 実測における最短の通信距離 (m) size : パケットのサイズ (byte)  2004/2/26 電波を送信する端末1 台、受信する端末： r 台 2 特別研究報告 10 MOTEにおける電力消費モデル Ehop  （送信時とアイドル時との消費電力の差）＋（受信時とアイドル時との消費電力の差）  r 2 実測した値から Ehop   (1.26 size  8.77)  r 2  (0.27  size  8.77)  r  3.94 size  128.37 2004/2/26 特別研究報告 11 電力消費モデルを用いての考察  経路選択による消費電力の違い  一定の間隔 l をおいて端末を配置したトポロジ  密度 2 3 3l 2  k ホップ離れた端末と通信する場合   送信端末通信距離を大きくしての直接通信中継端末による転送を利用しての通信宛先端末 2004/2/26 特別研究報告 12 energy consumption (mW * sec) 電力消費モデルを用いての考察 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 k=2のときの直接通信 k=2のときの転送を利用した通信 k=10のときの直接通信 k=10のときの転送を利用した通信 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 distance between nodes pair (m) MOTEにおいては1ホップあたりの距離を短くした方が消費電力は小さくなる 2004/2/26 特別研究報告 13 まとめと今後の課題  まとめ    環境が通信距離に与える影響の検証 MOTEにおける電力消費モデルの確立今後の課題  電力消費モデルの拡張   2004/2/26 通信距離の環境による違い端末のスリープ特別研究報告 14