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센서 네트워크 환경에서 ANTCLUST 기반의 에너지 효율적인 클러스터링 기법
An Energy Efficient Clustering Method Based on ANTCLUST in Sensor Network 원문보기

디지털정책연구 = The Journal of digital policy & management, v.10 no.1, 2012년, pp.371 - 378  

신봉희 (인천대학교 컴퓨터공학부) ,  전혜경 (인하대학교 컴퓨터정보학과) ,  정경용 (상지대학교 컴퓨터정보공학부)

초록
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센서 네트워크에서는 센서 노드를 통해 개체에 대한 행위, 조건, 위치에 관한 정보를 원격으로 얻을 수가 있다. 일반적으로 센서 노드는 배터리를 이용한 전원 공급이 이루어지므로 매우 제한적이다. 따라서 센서 데이터를 수집하기 위한 효율적인 에너지 관리는 전체 네트워크의 생존기간을 연장하기 위해 필요하다. 본 논문에서는 분산된 센서 노드를 클러스터단위로 자가구성하여 에너지 효율성을 높이는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 ANTCLUST를 기반으로 두 개체간의 유사도를 측정한 후 해당 클러스터를 알아내어 자신의 클러스터를 결정하는 방법이다. 제안된 방법은 개미의 colonial closure 모델을 적용한다. 실험결과 기존의 클러스터링 방법보다 27%의 생존 노드 수의 증가를 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Through sensor nodes it can obtain behavior, condition, location of objects. Generally speaking, sensor nodes are very limited because they have a battery power supply. Therefore, for collecting sensor data, efficient energy management is necessary in order to prolong the entire network survival. In...

주제어

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

문제 정의

  • 센서 네트워크에서 각 노드는 적은 비용과 작은 크기로 제작되기 때문에 저용량 배터리, 초소형 메모리, 저속 CPU, 짧은 전송거리, 높은 링크 손실률을 가지며, 폭우, 강풍, 화재 등의 외부 환경변화와 배터리 방전 또는 노드고장으로 인해 노드의 에러 발생 확률이 높고, 토폴로지 변화가 빈번하게 발생하는 특징이 있다. 본 논문에서는 일정한 주기 또는 요구가 있을 시 모든 센서 노드로부터 베이스 스테이션까지 센서 데이터를 수집하는 어플리케이션을 고려한다. 설치비용을 줄이기 위해 센서 노드들을 비제어적이고 비구성적인 방법으로 모니터링하기 위해 지역적으로 분산 배치한다.
  • 본 논문에서는, ANTCLUST를 기반으로 해서, 센서 네트워크에서 데이터를 수집하기 위한 에너지 효율적인 새로운 클러스터링 알고리즘 제안했다. 제안된 방법은 더 많은 잔여 에너지를 갖는 센서 노드들은 클러스터 헤드가 되도록 하고 센서 노드 간 지역적인 상호작용을 통해 클러스터 구성을 개선시켰다.
  • 본 논문에서는, ANTCLUST을 기반으로 센서 노드들 사이에서 지역적인 상호작용을 통해 효율적인 에너지 클러스터를 구성하기 위한 새로운 클러스터링 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 잔여 에너지를 가지고 있는 센서 노드들은 독립적으로 클러스터 헤드들이 된다.
  • 본 논문의 목적은 위에서 언급된 필요사항을 만족하기 위해 새로운 클러스터링 방법을 제안하는 것이다. 새로운 클러스터링 방법이란 이웃하고 있는 센서 노드들 사이에서 지역적인 통신을 통해 적절한 클러스터들을 자체적으로 형성하는 것이다.
  • 아직 입후보하지 못한 센서 노드는 다른 센서 노드로부터 광고 메시지를 받을 때 자신의 입후보를 포기하고 클러스터의 멤버가 된다. 뿐만 아니라, 이미 클러스터에 속한 센서 노드가 다른 광고 메시지를 수신할 때, 그 노드는 클러스터 형성 단계 프로시저를 거치게 되며 어떤 클러스터에 참여할지를 결정해야 할지에 대한 제안을 받는다.

가설 설정

  • (1) 개체 i와 j가 클러스터의 멤버가 아닐 경우, 개체와 클러스터는 서로 클러스터 관계를 맺게 된다. 새로운 클러스터는 Labeli ←LabelN, Labelj ←LabelN로 생성된다.
  • (3) 두 개체가 같은 클러스터에 속할 때, 서로 클러스터 관계를 맺게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개미집단이 가지고 있는 특징은? 클러스터를 형성하는 방법은 개미처럼 사회적 군집 관계를 생활을 영위하는 곤충을 통해서 아이디어를 얻었다. 개미집단은 군집, 서열, 공생, 분업 등의 특징을 가지고 있다[2]. 이러한 특징은 일반적으로 자가구성을 통해 만들어지게 되는데, 클러스터 또한 이러한 특징을 적용 시킬 수 있다.
클러스터링을 설계를 위한 필요사항은? 클러스터링을 설계하기 위해서는 몇 가지 필요사항이 요구된다. 첫째, 클러스터링은 수백, 수천 개의 센서 노드의 중앙 제어가 어렵기 때문에 완벽하게 분산되어 있어야 한다. 둘째, 클러스터 노드들은 센서 노드 사이에서 균형 잡힌 에너지 소비를 위해서 지리적으로 분산이 잘 되어 있어야만 한다. 셋째로, 센서 노드들은 동적으로, 배치, 이동, 중단되기 때문에, 클러스터링은 반드시 센서 네트워크의 변화에 적응할 수 있어야 한다. 마지막으로 본 논문의 목적과 같이, 클러스터를 이용한 방법은 효율적으로 에너지를 사용할 수 있어야 한다.
멀리 떨어져 있는 베이스 스테이션에 직접적으로 센서의 데이터를 직접 전송하는 것은 에너지 면에서 보면 상당히 비효율적인 이유는? 라디오 전송을 위해서 소비되는 많은 양의 에너지는 라디오 신호 전파 범위의 k승에 비례한다[5][6]. 센서 노드에서 다른 센서 노드까지의 거리는 센서 노드에서 베이스 스테이션까지 보다는 더 짧기 때문에, 멀리 떨어져 있는 베이스 스테이션에 직접적으로 센서의 데이터를 직접 전송하는 것은 에너지 면에서 보면 상당히 비효율적이다. 하지만, 클러스터 기반의 데이터 수집 방법은 에너지를 효율적으로 절약할 수 있다[3][5][6][9][12].
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