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가설 설정
- 각 센서노드들은 이동성이 없다.
제안 방법
- SPDR 프로토콜을 TTDD 라우팅 프로토콜과 CBPER 프로토콜과 비교하여 통신비용을 분석한다. 전체 통신비용은 각 라우팅 프로토콜의 데이터공고, 데이터요구, 그리고 데이터통신에 대한 비용이다.
- 기존의 TTDD와 CBPER 기법에서는 데이터공고, 데이터요구, 전송경로가 가로와 세로만의 방향을 갖는다. 그러나 본 연구에서 제안한 기법은 기존의 가로와 세로만의 경로 대신, 적용 가능한 구간에 대해 대각선의 방향을 적용함으로 전체적인 데이터 서비스 경로를 짧게 한다. ■
- 데이터요구 메시지는 싱크의 위치, 클러스터셀 아이디, 질의한 시간으로 구성된다. 데이터공고 메시지를 저장 하고 있는 중앙 헤더가 데이터요구 메시지를 받으면 데이터공고 메시지의 데이터 센싱 시간을 확인하여 데이터가 유효한지 확인하다. 데이터가 유효하다면 중앙 헤더는 데이터공고 메시지의 셀 아이디를 이용하여 소스노드에게 데이터공고 메시지가 전달되었던 경로의 역방향으로 데이터요구 메시지를 전송한다.
- 데이터공고, 데이터요구 그리고 데이터전송 경로를 짧게 하기 위하여 데이터패스 템플릿을 제안한다. 이 템플릿의 구조는 센서필드 내에 구성된 클러스터 셀들 중에서 선택되는 중앙클러스터에 적용되며 이 템플릿이 제시하는 방향으로 데이터공고, 데이터요구 메시지가 전송된다.
- 데이터요구 메시지를 받은 소스노드는 싱크노드의 위치정보를 확인하여 데이터요구 메시지가 전송되어온 경로의 역방향으로 센싱한 데이터를 전송한다. (그림 2)는 소스노드가센싱한 데이터를 싱크노드에게 전송하는 경로를 보여준다.
- 두 번째 분석으로는 싱크 노드의 수를 변화 시키면서 성능을 비교 분석 하였다. 소스 노드는 2개로 고정을 하고 싱크 노드의 수를 1, 2, 4, 8로 변화 시킨다.
- 본 논문에서는 그리드 개념과 유동성 싱크가 존재하는 센서 네트워크에 유용하며 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜인 기존의 TTDD 라우팅 프로토콜과 CBPER 프로토콜을 본 논문이 제안하는 SPDR 프로토콜과 비교, 평가하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 SPDR는 기존의 TTDD보다 평균 4배, CBPER보다 평균 1.
- 본 장에서는 모바일 싱크노드를 가진 센서네트워크 환경에서 동작하는 라우팅 프로토콜인 두 계층 데이터 전송 방식인 TTDD 라우팅 프로토콜과 클러스터 기반의 에너지 효율적인 라우팅 .프로토콜인 CBPER 에 대해 설명하고 두 라우팅 프로토콜은 다음과 같은 가정과 요구사항을 갖는다.
- 본 장에서는 제안한 라우팅 프로토콜의 성능평가를 위해 C 언어를 이용하여 기존의 TTDD 프로토콜과 CBPER 프로토콜과 비교하였다.
- DATATRANSMIT 함수는 싱크노드의 Sink(x, y) 에서 소스 노드의 SourceNode(x, y)를 뺀 Distance(x, y)의 거리값을 (0, 0)을 만들어 가면서 싱크노드가 있는 클러스터 헤더까지 찾아 간다. 소스노드가 있는 클러스터헤더가 데이터요구 메시지를 가로축과 세로축의 클러스터헤더에게 받았으면 대각선으로, 대각선의 클러스터헤더에게 받았으면 세로축이 나가로 축으로 싱크노드까지 데이터전송을 한다. SIGN 함수는 Distance(x, y)에서b x, y 값의 부호를 이용하여 단거리전송경로의 방향을 결정한다.
- 에너지량을 비교하였다. 싱크노드는 4개로 고정을 하고 소스노드의 개수를 1, 2, 4, 8로 증가시켰다. 싱크노드는 5초의 pause 시간을 가지면서 10 nm/s로 이동한다.
- 본 연구에서 제안한 SPDR 프로토콜은 부분적으로 대각선의 경로를 택하므로 전체 경로의 길이를 줄인다. 제안된 데이터 패스 템플릿은 데이터공고와 데이터요구 과정을 단축시켰으며, 단거리계산법은 데이터전송 경로를 단축시킨다. 데이터 경로의 단축은 소스노드와 싱크노드간의 거리를 단축시켜서통신에 사용되는 에너지 소비를 줄여 전체 센서 네트워크의 수명을 연장 시킨다.
- 첫 번째 분석으로 소스노드 개수를 증가시키면서 소비된 통신 에너지량을 비교하였다. 싱크노드는 4개로 고정을 하고 소스노드의 개수를 1, 2, 4, 8로 증가시켰다.
- CBPER프로토콜에서는 데이터공고 메시지가 세로축으로, 데이터요구 메시지는 가로축으로 보내며, 두 메시지를 가진 헤더 노드를 통하여 소스노드에서 싱크노드로 데이터를 전송한다. 하지만 TTDD와 마찬가지로 데이터공고, 데이터요구(data request), 데이터전송을 그리드의 가로, 세로축으로만 전송하는 문제점이 있다[61 본 논문에서는 제한된 에너지를 효율적으로 사용하기 위해서 데이터패스 템플릿 (data-path template) 과 단거리계산법 (short distance calculation)을 이용하여 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜을 제안한다.
대상 데이터
- 시뮬레이션을 위한 센서 네트워크의 크기는 2000 X 2000m이며, 센서노드의 개수는 200개이다. 센서노드가 패킷을 수신할 때 소요되는 에너지의 양은 0.
- 실험은 각각 6개의 네트워크 토폴로지에서 수행하여 평균을 냈으며 각 실험은 200초 동안 수행되었다. 실험에서 사용된 컨트롤 패킷과 데이터 패킷의 크기는 각각 36byte와 64byte 이다.
데이터처리
- 셀의 사이즈는 600x600m으로 설정되었다. 실험은 각각 6개의 네트워크 토폴로지에서 수행하여 평균을 냈으며 각 실험은 200초 동안 수행되었다. 실험에서 사용된 컨트롤 패킷과 데이터 패킷의 크기는 각각 36byte와 64byte 이다.
이론/모형
- 싱크노드에게 전송한다. 전송 경로는 소스노드와싱크노드 사이의 단거리계산법을 이용한다. (그림 7)은 소스 노드가 있는 클러스터헤더에서 싱크노드가 있는 클러스터 헤더까지의 단거리 경로를 계산하는 슈도코드이다.
성능/효과
- 3배의 에너지 감소율을 보였다. 그리고 실험 결과로 부터 소스노드와 싱크노드가 많을수록 좀 더 효율적임을 보였다.
- 이는 소스 노드와 싱크노드의 증가에 따라 제안된 데이터패스 템플릿과 최단 거리 계산 이용을 빈번하게 사용하기 때문이다. 데이터 패스와 최단거리 계산을 자주 사용함에 따라 기존에 연구된 프로토콜보다 좋은 에너지 효율성을 보임을 알 수 있다.
- 경로가 수평과 수직의 방향을 갖는다. 본 연구에서 제안한 SPDR 프로토콜은 부분적으로 대각선의 경로를 택하므로 전체 경로의 길이를 줄인다. 제안된 데이터 패스 템플릿은 데이터공고와 데이터요구 과정을 단축시켰으며, 단거리계산법은 데이터전송 경로를 단축시킨다.
- 보여준다. 소스노드 개수가 8개일 때 제안된 SPDR 프로토콜이 TTDD보다 약 5.5배, CBPER보다 약 L3배의 에너지 감소를 보여준다. 이는 제안된 SPDR 프로토콜이 고정된 그리드를 사용하며 데이터패스 템플릿을 통해 데이터 요구, 공고 패킷을 줄였기 때문이다.
- 시뮬레이션 결과 제안된 SPDR는 기존의 TTDD보다 평균 4배, CBPER보다 평균 1.3배의 에너지 감소율을 보였다. 그리고 실험 결과로 부터 소스노드와 싱크노드가 많을수록 좀 더 효율적임을 보였다.
- 보여준다. 싱크노드의 수가 4개 일 때 제안된 프로토콜이 TTDD 프로토콜에 비해서 약 4배의 에너지 절감 효과를 가져왔으며, CBPER 프로토콜보다는 다소 적은 에너지 절감을 보였다. 하지만 싱크노드의 수가 많아질수록 CBPER 프로토콜과 제안된 프로토콜 사이의 에너지 소비량 차이는 점점 차이가 나는 것을 볼 수 있다.
- 위 실험으로 소스노드 개수의 증가와 싱크노드 개수가 증가할수록 에너지의 절감이 커짐을 보여준다. 이는 소스 노드와 싱크노드의 증가에 따라 제안된 데이터패스 템플릿과 최단 거리 계산 이용을 빈번하게 사용하기 때문이다.
- 즉, SPDR는 TTDD보다 데이터공고에서 N을 V 方으로 줄이고 데이터요구와 데이터전송에서 姪<7에서 d로 줄었다. CBPER보다는 데이터공고에서 을 亠笋로 줄었고 데이터 요구와 데이터전송에서 V分d에서 d로 줄었다.
- 센서네트워크가 기존의 네트워크와 구분되는 점은 기본 목적이 상호간의 정보 전달보다는 자동화된 원격 정보의 수집에 있다는 것이다. 즉, 각 센서노드가특정 목적을 위해 필요한 주변정보를 센싱하고, 센싱된 정보를 센서노드 간의 무선통신을 이용하여 특정 지점으로 자동화된 방식으로 전달함으로써, 사용자가 센서필드 주변의 정보를 원격으로 수집하여 활용할 수 있다는 것이다.[1] 이러한 센서네트워크의 전통적인 개념은 무선의 센서필드 개념을 중심으로 불특정 공간에 배포된 센서로부터 수집된 정보를 일괄적으로 활용하는 무선 센서네트워크(wireless sen sor network : WSN) 를 의미한다.
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