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무선 센서 네트워크에서 이동 이벤트를 지원하기 위한 에너지 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜
Energy-Efficient Multipath Routing Protocol for Supporting Mobile Events in Wireless Sensor Networks 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.5 no.12, 2016년, pp.455 - 462  

김회원 (충북대학교 전파통신공학과) ,  이의신 (충북대학교 정보통신공학부)

초록
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무선 센서 네트워크는 센서 필드 상의 이벤트에 관한 데이터를 소스로부터 싱크로 수집하기 위해 연구되어왔다. 멀티패스 라우팅은 노드나 링크 단절에 의해 소스에서 싱크로의 패스가 종종 손실되는 문제에 대해 신뢰성 있는 데이터전송을 위한 매력적인 방안 중 하나이다. 사람이나 동물 혹은 차량 등과 같은 모바일 이벤트 상황에서, 소스는 이 모바일 이벤트의 이동에 따라 연속적으로 소스가 발생할 수 있다. 따라서 멀티패스 라우팅에서 모바일 이벤트의 상황은 새로운 도전 과제를 제시한다. 그러나 기존의 멀티패스 라우팅 연구는 주로 소스들에서 정적인 싱크로 효율적인 멀티패스 구성과 패스 단절에 대한 빠른 멀티패스 재구성에 초점을 두었다. 따라서 이전 멀티패스 라우팅 프로토콜은 모바일 이벤트에 의해 발생하게 되는 연속적인 각각의 소스들이 소스에서 싱크로 각각의 멀티패스를 필요로 한다. 이는 이전 방안이 소스의 수에 비례하여 멀티패스 구성비용이 증가게 한다. 따라서 우리는 모바일 이벤트에 의해 연속적으로 발생하게 되는 소스를 지원하는 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안방안에서 이전 소스에서 만들어 놓은 기존의 멀티패스를 이용함으로써, 새로운 소스가 효율적으로 재구성을 할 수 있다. 이를 위해, 제안방안은 지역적 멀티패스 재구성, 광역적 부분 멀티패스 재구성, 광역적 전체 멀티 패스 재구성의 세 방안 중 하나를 선택한다. 이 선택을 위해 우리는 멀티패스 재구성 비용과 데이터 포워딩 비용의 합을 계산하는 분석적인 에너지 소비 비용 모델을 제시한다. 시뮬레이션 결과 모바일 이벤트의 상황에서 멀티패스 라우팅을 할 때 제안방안이 기존의 방안보다 우수한 성능을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Wireless sensor networks have been researched to gather data about events on sensor fields from sources at sinks. Multipath routing is one of attractive approaches to reliably send data against the problem of frequent breakages on paths from sources to sinks due to node and link failures. As mobile ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서 무선 센서 네트워크에서 모바일 이벤트로 인해 연속적으로 발생한 소스를 지원하기 위한 에너지 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜을 제안한다. 지역적 멀티패스 재구성과 광역적 멀티패스 재구성 사이의 결정을 위해, 제안방안은 멀티패스 라우팅의 에너지 소비 비용을 고려한다.
  • 본 논문은 무선 센서 네트워크에서 모바일 이벤트에 의한 연속적인 소스의 생성을 지원하기 위한 에너지 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜을 제안했다. 제안방안은 연속적인 소스로 부터 이전 멀티패스를 이용한 효율적인 라우팅을 위해 지역적 재구성, 광역적 부분 재구성 그리고 광역적 전체 재구성의 세 가지 방안을 고려한다.
  • 그러므로 새로운 소스의 위치는 지역적 멀티패스 재구성 방법을 디자인하는데 매우 중요한 요소이다. 본 논문은 지역적 멀티패스 재구성 방법을 제시하기 위해 새로운 소스가 생성되는 위치는 두가지 경우로 나눈다. 첫 번째 경우는 최초 소스와 싱크를 기반으로 구성된 Virtual Line(VL)으로부터 멀어지는 위치에 소스가 생성되는 것이다.

가설 설정

  • 4 Zigbee를 이용하였다. 이벤트의 이동은 랜덤하게 이루어진다고 가정하였다. 또한 이벤트의 이동에 따라 소스 노드는 연속해서 발생한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
멀티패스 라우팅이 손실 무선 네트워크를 위한 효과적인 방안 중 하나로 고려된 이유는 무엇인가? 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해, 멀티패스 라우팅 방안은 주 경로와 대체경로를 사용하는 방안을 제안했었다[6-8]. 주경로가 단절될 때, 멀티패스 라우팅은 새로운 패스 구성 없이 즉시 데이터를 대체경로를 이용하여 소스에서 싱크로 전송할 수 있다. 따라서 멀티패스 라우팅은 손실 무선 네트워크를 위한 가장 효과적인 방안 중 하나로 고려되었다[5].
일반적으로 무선 센서 네트워크에서 소스는 무엇에 의해 생성되는가? 우리의 이전방안은 오직 정적인 소스와 정적인 싱크 사이의 멀티패스 데이터 전송을 고려한다. 일반적으로 무선 센서 네트워크에서 소스는 이벤트에 의해 생성된다. 그리고 이벤트는 무선 센서 네트워크의 많은 어플리케이션에서 동적이다.
소스에서 싱크로 신뢰성 있는 데이터 전송이 무선 센서 네트워크에서 도전과제인 이유는 무엇인가? 이 센서 노드를 이용한 무선 센서 네트워크는 environment monitoring, smart battlefield, home automation, traffic control 등 다양하고 폭넓은 어플리케이션을 위해 디자인되고, 개발되어 왔다[2]. 무선 센서 네트워크에서 많은 어플레이케이션 중에 영토 보안과 침입 탐지와 같은 긴급 어플리케이션들은 삶과 그들의 자산을 보호하기 위해 치명적인 데이터를 전송하는 것을 필요로 한다[3, 4]. 그러나 무선 센서 네트워크는 소스에서 싱크까지 자원 제약적인 센서노드로 구성된 패스를 이용하기 때문에 잦은 단절을 갖는다[5]. 따라서 소스에서 싱크로 신뢰성 있는 데이터 전송은 무선 센서 네트워크에서 도전과제이다.
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참고문헌 (18)

  1. I. Akyildiz, W. Su, and E. Cayirci, "A Survey on Sensor Networks," IEEE Communications Magazine, pp.102-114, Aug., 2002. 

  2. P. Rawat, K. Singh, H. Chaouchi, and J. Bonnin, "Wireless sensor networks: a survey on recent developments and potential synergies," The Journal of Supercomputing, Vol. 68, Iss.01, pp.1-48, Apr., 2014. 

  3. K. Lorincz, D. Malan, T. Fulford-Jones, A. Nawoj, A. Clavel, V. Shnayder, G. Mainland, M. Welsh, and S. Moulton, "Sensor Networks for Emergency Response: Challenges and Opportunities", IEEE Pervasive Computing, Vol.3, No.4, pp. 16-23, Oct.-Dec., 2004. 

  4. G. Zhow, Z. Zhu, P. Zhang, and W. Li, "Source-Aware Redundant Packet Forwarding Scheme for Emergency Information Delivery in -Chain-Typed Multihop Wireless Sensor Networks," International Journal of Distributed Sensor Networks, Vol.11, No.3, Article ID 405374, Mar., 2015. 

  5. S. Chouikhi, I. Korbi, Y. Ghamri-Doudane, and L. Saidane, "A survey on fault tolerance in small and large scale wireless sensor networks," Computer Communications, Vol.69, pp. 22-37, Sep., 2015. 

  6. D. Ganesan and R. Govindan, et al. "Highly-Resilient, Energy-Efficient Multipath Routing in Wireless Sensor Networks," Mobile Computing and Communications Review, Vol.1, No.2, 2001. 

  7. B. Yahya and J. Ben-Othman, "REER:Robust and Energy Efficient Multipath Routing Protocol for Wireless Sensor Networks," in Proc. IEEE Globecom, Nov., 2009. 

  8. S. Kumar, S. Khimsara, K. Kambhatla, K. Girvanesh, J. Matyjas, and M. Medley, "Robust On-Demand Multipath Routing with Dynamic Path Upgrade for Delay-Sensitive Data over Ad Hoc Networks," Journal of Computer Networks and Communications, Vol.2013 Article ID 791097, 13 pages, 2013. 

  9. B. Liu, M. Chen, and M. Tsai, "Message-Efficient Location Prediction for Mobile Objects in Wireless Sensor Networks Using a Maximum Likelihood Technique," IEEE Transactions on Computers, Vol.60. No.6, pp.865-878, Jun., 2011. 

  10. M. Bhuiyan, G. Wang, and A. Vasilakos, "Local Area Prediction-Based Mobile Target Tracking in Wireless Sensor Networks," IEEE Transaction on Computers, Vol. 64, No.7, pp.1968-1982, Jul., 2015. 

  11. Jinhyuk Yim, Hoewon Kim, and Euisin Lee, "A Multipath Routing Protocol for Enhancing Reliability and Real-time in Wireless Sensor Networks," in Proc. KICS Summer Conference, Aug., 2015. 

  12. E. Lee, F. Yu, S. Park, S. Kim, Y. Noh, and E. Lee, "Design and analysis of novel quorum-based sink location service scheme in wireless sensor networks," Wireless Networks, Vol.20, Iss.03, pp.439-509, Apr., 2014. 

  13. T. Wang, Y. Cao, Y. Zhou, and P. Li, "A Survey on Geographic Routing Protocols in Delay/Disruption Tolerant Networks," International Journal of Distributed Sensor Networks, Vol.12, No.2, Article ID 3174670, Feb., 2016. 

  14. E. Lee, S. Park, F. Yu, and S. Kim, "Data gathering mechanism with local sink in geographic routing for wireless sensor networks," IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. 56, No.3, pp.1433-1441, Sep., 2010. 

  15. D. Chen, J. Deng, and P. Varshney, "Selection of a forwarding area for contention-based geographic forwarding in wireless multi-hop networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.56, No.5, pp.3111-3122, 2007. 

  16. W. R. Heinzelman, A. P. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.1, No.4, pp.660-670, Oct., 2002. 

  17. Network simulator 3 [Internet], http://www.nsnam.org. 

  18. J. Hill and D. Culler, "Mica: a wireless platform for deeply embedded networks," IEEE Micro, Vol.22, Iss.6, pp.12-24, Nov./Dec., 2002. 

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