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에너지 효율적 무선 센서 네트워크를 위한 트리 기반 클러스터링 프로토콜
Tree-Based Clustering Protocol for Energy Efficient Wireless Sensor Networks 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part C Part C, v.17C no.1, 2010년, pp.69 - 80  

김경태 (성균관대학교 정보통신공학부 컴퓨터공학과) ,  윤희용 (성균관대학교 정보통신공학부 교수 및 유비쿼터스 컴퓨팅기술연구소)

초록
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다수의 센서로 구성된 무선 센서 네트워크는 다양한 환경에서의 정보 수집을 목적으로 하며 현재 다양한 분야에 응용 및 활용이 되고 있다. 센서 네트워크를 구성하는 각 센서 노드들은 한정된 전력의 배터리로 동작하므로 에너지 효율성 및 장시간의 네트워크 수명을 제공하는 것이 센서 네트워크의 중요한 연구 목표 중 하나이다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 에너지 효율성을 향상 시키기 위한 새로운 트리 기반의 클러스터링 프로토콜(tree based clustering protocol)을 제안한다. 제안된 기법은 클러스터를 형성하고 클러스터에서의 노드들은 클러스터 헤드를 루트로 하는 트리를 구성한다. 트리의 높이는 멤버 노드들과 클러스터 헤드의 거리를 기반으로 결정된다. 시뮬레이션을 통해 기존에 제안되었던 LEACH, PEGASIS와 TREEPSI와 비교해 제안된 기법이 노드들 사이에서의 에너지 소비를 균등하게 하여 에너지 효율성을 향상시키고 네트워크 수명을 연장하였음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Wireless sensor networks (WSN) consisting of a large number of sensors aim to gather data in a variety of environments and are being used and applied to many different fields. The sensor nodes composing a sensor network operate on battery of limited power and as a result, high energy efficiency and ...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유비쿼터스 환경을 실현하는 대표적인 기술로 무엇이 대두되고 있는가? 최근 무선 통신기술과 칩 설계 기술, IT 기술의 급속한 발전은 사물의 지능화와 네트워크화를 골격으로 하는 유비 쿼터스(Ubiquitous) 환경을 실현 가능하게 하고 있다. 특히, 유비쿼터스 환경을 실현하는 대표적인 기술로써 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks)가 대두 되고 있다.
무선 센서 네트워크의 기능은 무엇이며, 어떻게 구성되어 있는가? 무선 센서 네트워크는 주변의 물리적 현상을 감지 할 수있는 센서 디바이스(device)에 기존의 네트워크 개념을 통합하여 사물의 존재 여부, 변화, 위치 및 환경 정보 등 센싱 (sensing)한 정보를 기존의 네트워크와 연동하여 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있으며 센서 모듈과 네트워크 모듈을 갖는 다수의 센서 노드들로 구성된다. 센서 네트워크는 많은 수의 센서 노드들이 목표 지역에 배치되어 유기적으로 동작하는 하나의 네트워크를 형성한다.
우리는 센서 네트워크를 우리 주변에서 어떻게 활용할 수 있는가? 센서 네트워크는 많은 수의 센서 노드들이 목표 지역에 배치되어 유기적으로 동작하는 하나의 네트워크를 형성한다. 즉, 우리 생활 공간의 필요로 하는 모든 사물에 센서 디바이스를 부착하고 이를 통해 기본적인 사물의 인식 정보는 물론, 주변의 환경 정보(온도, 습도, 오염 정보, 균열정보 등)까지 탐지하여 이를 실시간으로 네트워크에 연결하고 관리함으로써 미래의 유비쿼터스 환경을 구축하게 하는 핵심 기술이라 할 수 있다[1-2]. 이러한 무선 센서 네트워크는 반도체 기술, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), 나노 기술, 무선 통신 기술 및 검출 기능, 프로세싱 기능, 무선 통신 기능, 배터리 등을 탑재한 초소형 마이크로 센서 하드웨어 기술의 지속적인 발전에 힘입어 다양한 기능을 가진 센서를 통해 각 분야에 맞는 네트워크의 구축이 가능하게 되었으며, 원격 정보수집을 기본으로 환경 감시나 목표물 추적, 교통 정보 관리, 건물 관리, 군사용, 의료 분야, 홈 네트워크 등 다양한 분야에 걸쳐 응용 및 활용이 가능하다[3-5].
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참고문헌 (20)

  1. I. F. Akyildiz et al., "Wireless sensor networks: a survey", Computer Networks, Vol.38, No.4, March, 2002, pp.393-422. 

  2. David Culler, Deborah Estrin, and Mani Srivastava, "Overview of Sensor Network," IEEE Computer Society, August, 2004. 

  3. D. Li, K. D. Wong, H. Y. Hu, A. M. Sayeed, "Detection, Classification and Tracking of Targets", IEEE Signal Processing Magazine 2002, Vol.19, 2002, pp.17-29 

  4. Samuel Madden, Michael J. Franklin, Joseph M. Hellerstein, and Wei Hong, "TAG: a Tiny Aggregation Service for Ad-Hoc Sensor Networks", ACM SIGOPSI, Vol.36, 2002, pp.131-146. 

  5. A. Mainwaring, J. Polastre, R. Szewczyk, D. Culler, and J. Anderson, "Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring," in Proc. ACM. International Workshop on Wireless Sensor Networks and Applications (WSNA 2002), Atlanta USA, Sep., 2002, pp.88-97. 

  6. D. Estrin, R. Govindan, J. Heidemann, and S.Kumar, "Scalable Coordination in Sensor Networks,"Proc. Mobicom, pp.263-270. 

  7. Q. Jiang and D. Manivannan, "Routing Protocols for Sensor Networks," IEEE Consumer Communications and Networking Conference, Sep., 2004, pp.93-98. 

  8. J. N. Al-Karaki, and A. E. Kamal, "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks: A Survey," IEEE Commun. Mag., Vol.11, No.6, pp.6-28, Dec., 2004. 

  9. E. Hansen, M. Nolin, M. Bjorkman, "A Study of Maximum Lifetime Routing in Sparse Sensor Networks", in Proceedings of International Conference on Complex, Intelligent and Software Intensive Systems (CISIC), Spain, Mar, 2008, pp.449-454. 

  10. S. M. Guru, M. Steinbrecher, S. Halgamuge, and R. Kruse, "Multiple Cluster Merging and Multihop Transmission", LNCS 4459: Advances in Grid and Pervasive Computing, Springer, 2007, pp.89-99. 

  11. H. Yang, F. Ye, and B. Sikdar, "A Dynamic Query-tree energy Balancing Protocol for Sensor Networks," Proceedings of IEEE Conference on Wireless Communications and Networking (WCNC'04), Vol.3, March, 2004, pp.21-25. 

  12. M. Kochhal, L. Schwiebert, and S. Gupta, "Self-organizing of wireless sensor networks," in Handbook on Theoretical and Algorithmic Aspects of Sensor, Ad Hoc Wireless, and Peer-to- Peer Networks, J. Wu, Ed. Auerbach Publications, 2006, pp.369-392. 

  13. O. Younis and S. Fahmy, "Distributed Clustering in Ad-hoc Sensor Networks: A Hybrid, Energy-Efficient Approach," Proceedings of the Twenty-third Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies, Hong Kong, China, March, 2004. 

  14. W.R.Heinzelman, A.Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Micro-sensor Networks," In Proceedings of the Hawaii International Conference on System Science, Maui, Hawaii, 2000. 

  15. K. T. Kim and H. Y. Youn, "PEACH: Proxy-Enable Adaptive Clustering Hierarchy for Wireless Sensor network," Proceeding of the 2005 International Conference On Wireless Network, June, 2005, pp.52-57. 

  16. S. Lindsey, C. S. Raghavendra, "PEGASIS: Power-Efficient gathering in sensor information systems," in Proc. of the IEEE Aerospace Conf., Canada, March, 2002. pp.1-6. 

  17. S. S. Satapathy and N. Sarma, "TREEPSI: tree based energy efficient protocol for sensor information," Wireless and Optical Communications Networks 2006 IFIP International Conference, April, 2006. 

  18. W. B. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishanan, "An Application-Specific Protocol Architechture for Wireless Microsensor Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.1, No.4, Oct., 2002, pp.660-670. 

  19. "US Naval Observatory (USNO) GPS Operations," http://tycho.usno.navy.mil/gps.html, April, 2001. 

  20. K. Arisha, M. Youssef and M. Younis, "Energy-aware TDMA-based MAC for Sensor Networks", In Proc. of IEEE IMPACCT, 2002. 

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