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무선 센서 네트워크에서 에너지 효율적 클러스터 헤드 선정 기법
Energy-Efficient Cluster Head Selection Method in Wireless Sensor Networks 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.10 no.2, 2010년, pp.25 - 30  

남춘성 (성균관대학교 전자전기컴퓨터학과) ,  장경수 (경인여자대학 정보미디어학부) ,  신호진 (한신대학교 정보통신학과) ,  신동렬 (성균관대학교 전자전기컴퓨터학과)

초록
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무선 센서 네트워크는 제한된 자원을 가지고 특정한 지역에 임의로 뿌려진 센서 노드가 자가 구성적으로 형성하는 네트워크를 말한다. 센서 네트워크의 확장성(scalability), 로드 밸런싱(load balancing) 그리고 네트워크 라이프타임(network lifetime)을 보장하기 위해서 네트워크를 지역적으로 관리하는 클러스터링 알고리즘이 필요하다. 이전의 클러스터링 알고리즘에서 클러스터 헤드를 선정할 때 노드의 위치 및 에너지를 알아내기 위해 추가적인 통신비용이 발생하고, 클러스터 간 불균형이 클러스터 헤드에게 과부하를 유발한다. 따라서 본 논문은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 추가적인 통신비용과 클러스터 불균형을 고려하는 새로운 클러스터 헤드 선정 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 실험결과를 통해 기존의 방법보다 에너지 측면에서 효율적임을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Wireless sensor networks is composed of many similar sensor nodes with limited resources. They are randomly scattered over a specific area and self-organize the network. For guarantee of network life time, load balancing and scalability in sensor networks, sensor networks needs the clustering algori...

주제어

#Sensor networks   #Clustering   #Threshold   #Cluster head selection  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 즉, 클러스터의 에너지 불균형은 클러스터 헤드의 과도한 에너지 소비를 유발하고, 네트워크 라이프 타임을 줄이는 결과를 초래한다[6]. 따라서 본 논문은 클러스터 불균형 문제를 고려하여 노드의 에너지 소비율을 기반으로 에너지 효율적인 클러스터 헤드 선정 알고리즘을 제안한다.
  • 이 논문은 클러스터 헤드 선정을 위해 노드의 에너지 소모량에 비례한 임계값을 설정함으로써 보다 에너지 효율적인 알고리즘을 제안하였다. 기존의 방식에서 볼 수 있었던 클러스터 불균형 문제와 추가적인 통신비용 문제를 해결하기 위해서 수정된 자가 구성적인 클러스터 헤드 선정하고 클러스터 불균형 문제를 고려함으로써 이러한 문제점을 해결 할 수 있었다.

가설 설정

  • 싱크 노드의 위치는 네트워크의 (0,0) 좌표에 위치한다. 노드는 k(bit) 메시지의 길이를 d(meter) 거리만큼 전송한다고 가정한다. 센서 노드의 송신기 에너지 Eelec J/bit는 50nJ/bit로 설정하고, 신호 대 잡음비에 도달하는 송신기 증폭기(transmitter amplifier)의 에너지 Eamp J/bit는 10pJ/bit/m2로 설정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 센서 네트워크란 무엇인가? 무선 센서 네트워크는 제한된 자원을 가지고 특정한 지역에 임의로 뿌려진 센서 노드가 자가 구성적으로 형성하는 네트워크를 말한다. 센서 네트워크의 확장성(scalability), 로드 밸런싱(load balancing) 그리고 네트워크 라이프타임(network lifetime)을 보장하기 위해서 네트워크를 지역적으로 관리하는 클러스터링 알고리즘이 필요하다.
네트워크를 지역적으로 관리하는 클러스터링 알고리즘이 필요한 이유는 무엇인가? 무선 센서 네트워크는 제한된 자원을 가지고 특정한 지역에 임의로 뿌려진 센서 노드가 자가 구성적으로 형성하는 네트워크를 말한다. 센서 네트워크의 확장성(scalability), 로드 밸런싱(load balancing) 그리고 네트워크 라이프타임(network lifetime)을 보장하기 위해서 네트워크를 지역적으로 관리하는 클러스터링 알고리즘이 필요하다. 이전의 클러스터링 알고리즘에서 클러스터 헤드를 선정할 때 노드의 위치 및 에너지를 알아내기 위해 추가적인 통신비용이 발생하고, 클러스터 간 불균형이 클러스터 헤드에게 과부하를 유발한다.
센서 노드들은 기본적으로 자가 구성적인 네트워크를 형성하기 위해 어떤 통신을 기반으로 하는가? 이러한 센서 노드들은 임의로 특정한 지역에 뿌려지기 때문에, 자가 구성적인 네트워크를 형성해야만 한다. 때문에 센서 노드의 통신은 기본적으로 애드혹(ad-hoc) 통신을 기반으로 한다[2]. 애드혹 네트워크가 노드의 이동성에 따른 네트워크 형성에 초점이 맞추어 있는 반면, 센서 네트워크는 노드의 이동성 보다는 네트워크 라이프 타임(network lifetime)의 증가와 네트워크 확장성(scalability) 그리고 로드 밸런싱(load balancing)에 초점이 맞추어져 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Ian F. Akyildiz, Weilian Su, Yogesh SanKarasubramaniam, and Erdal Cayirci, "A survey on Sensor Networks, "IEEE Communications Magazine, vol.40, No.8, pp.102-114, August, 2002. 

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  2. Sohrabi K., Gao J.m Ailawadhi V. and Pottie G.J., "Protocols for self-organization of a wirless sensor network," Personal Communications IEEE, Vol. 7 Issue 5 pp. 16-27, October 2000. 

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

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  4. Abbasi, A.A and Younis, M, "A Survey on Clustering Algorithms for Wireless Sensor Networks", Comput. Netw. 2007, 20, 2826-2841. 

  5. Wendy Rabiner Heinzelman, Anantha Chandrakasan, and Hari Balakrishnan, "Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks", Proceedings of the Hawaii International Conference on System Sciences, January 2000. 

  6. Choon-Sung Nam, Yong-Ki Ku, Jong-Wan Yoon and Dong-Ryeol Shin,"Cluster Head Selection for Equal Cluster Size in Wireless Sensor Networks", International Conference on New Trends of Information and Service Science, July, 2009. 

  7. W. R. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "An Application specific protocol architecture for wireless microsensor networks", IEEE Transactions on Wireless Communications, 2002, 1(4), pp. 660-670. 

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  8. M. J. Handy, M. Hasse, and D. Timmermann, "Low energy adaptive clustering hierarchy with deterministic cluster-head selection", Proceeding of the 4th International Workshop on Mobile and Wireless Communications Network, September 2002, pp. 9-11. 

  9. O. Younis and S. Fahmy, "HEED: A hybrid, energy-efficient, distributed clustering approach for ad-hoc sensor networks:, IEEE Transactions on Mobile Computing, 2004, 3(4). Pp. 366-379. 

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  10. Gupta I. , Riordan D., and Sampalli S. "Clustering-head election using fuzzy logic for wireless sensor networks", Proceeding of the 3rd Annual Communication Networks and Srvices Research Conference, Halifaz, May 2005, pp. 255-260. 

  11. Ibriq, J. and Mahgoud, I., "Clustier-Based Routing in Wireless Sensor Networks : Issues and Challenges", In Proceedings of SPECTS'04, San Jose, CA, USA, July, 2004, pp. 759-766. 

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