IEEE 802.15.4e은 산업용 네트워크 제어 시스템의 무선 네트워크 적용을 위해 개발된 통신 표준으로서, 기존경쟁 기반의 MAC 프로토콜이 갖는 전송 지연의 문제를 해결하기 위해 비경쟁 기반의 MAC 프로토콜을 제시하고 있다. 이에 본 논문은 IEEE 802.15.4e 기반 무선 네트워크 제어 시스템에 적용 가능한 네트워크 모델과 제어 모델을 제시하고, 성능 평가를 목적으로 한다. 이를 위해 각 모델에 대한 수학적 분석을 토대로 모의실험 환경을 구성하였으며, 무선 네트워크 환경의 주요 환경 요소인 거리, 전송 전력을 변화시켜 패킷 손실에 대한 영향을 분석하였다. 특히 제안하는 모델의 명확성을 입증하기 위해 중복 전송을 고려한 네트워크 모델을 대표적인 비선형 실시간 모델인 역진자 시스템에 도입하여 성능 분석을 수행하였다. 그 결과 본 논문에서 제안하는 네트워크 및 제어기 모델이 사용 가능함을 확인하였고, 각 환경 변화에 따른 성능 추이를 살펴볼 수 있었다.
IEEE 802.15.4e is a prospective standard for low latency control application in industries. This paper proposes a framework to evaluate the closed loop IEEE 802.15.4e based WNCS performance. The framework consists of two models: closed loop control system model and network model. The network model focuses on the PHY parameters of wireless link and takes the channel parameters into consideration. The PHY model combining with MAC model gives the control system model the probability of packet loss in a super-frame. In addition, redundancy mechanism is considered in IEEE 802.15.4e to reduce to data frame loss probability. The simulation is implemented in Matlab, PHY model takes the channel parameters from empirical results. Hence our evaluation gives insight into behavior of WNCS in different environments and it provides us a tool to design wireless network to achieve a good performance for control system.
