모바일 애드혹 무선 센서 네트워크에서 동적 전송범위를 사용한 에너지 엔트로피 기반 다중경로 라우팅 프로토콜 Energy Entropy based Multipath Routing Protocol using Dynamic Forwarding Range in Mobile Ad-hoc Wireless Sensor Networks원문보기
본 논문에서는 RF 에너지 하베스팅을 하는 센서로 구성된 모바일 애드혹 무선 센서 네트워크에서 적응적인 방향성 범위 안내가 가능한 에너지 엔트로피 기반의 다중경로 라우팅프로토콜을 제안한다. 제안된 라우팅 프로토콜의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 센서노드의 에너지 정보를 기반으로 경로의 엔트로피로 계산하여 안정적인 경로 설정한다. 둘째, 경로의 안정성을 기반으로 전송범위를 동적으로 조절하고, 경로 설정에 참여하는 센서의 수를 조절하여, 경로 설정에 소모되는 에너지, 컨트롤 오버헤드, 시간지연을 줄여서 궁극적으로 테이터 전송 효율을 향상시킨다. OPNET을 사용한 성능 평과 결과 제안된 라우팅 프로토콜은 효과적으로 PDR을 지원 할 수 있음을 보여준다.
본 논문에서는 RF 에너지 하베스팅을 하는 센서로 구성된 모바일 애드혹 무선 센서 네트워크에서 적응적인 방향성 범위 안내가 가능한 에너지 엔트로피 기반의 다중경로 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안된 라우팅 프로토콜의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 센서노드의 에너지 정보를 기반으로 경로의 엔트로피로 계산하여 안정적인 경로 설정한다. 둘째, 경로의 안정성을 기반으로 전송범위를 동적으로 조절하고, 경로 설정에 참여하는 센서의 수를 조절하여, 경로 설정에 소모되는 에너지, 컨트롤 오버헤드, 시간지연을 줄여서 궁극적으로 테이터 전송 효율을 향상시킨다. OPNET을 사용한 성능 평과 결과 제안된 라우팅 프로토콜은 효과적으로 PDR을 지원 할 수 있음을 보여준다.
In this paper, we propose an energy entropy based multipath routing protocol using dynamic forwarding range in mobile ad-hoc wireless sensor networks. The main features and contributions of the proposed routing protocol are as follows. First, can select stable routing routes by using the calculated ...
In this paper, we propose an energy entropy based multipath routing protocol using dynamic forwarding range in mobile ad-hoc wireless sensor networks. The main features and contributions of the proposed routing protocol are as follows. First, can select stable routing routes by using the calculated route entropy based on energy information of sensor nodes. Second, using dynamic forwarding range based on the route stability of route entropy can reduce energy, control overhead, delay for route establishment, finally improve data transmission efficiency. The performance evaluation using OPNET shows that the proposed routing protocol can efficiently support PDR.
In this paper, we propose an energy entropy based multipath routing protocol using dynamic forwarding range in mobile ad-hoc wireless sensor networks. The main features and contributions of the proposed routing protocol are as follows. First, can select stable routing routes by using the calculated route entropy based on energy information of sensor nodes. Second, using dynamic forwarding range based on the route stability of route entropy can reduce energy, control overhead, delay for route establishment, finally improve data transmission efficiency. The performance evaluation using OPNET shows that the proposed routing protocol can efficiently support PDR.
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문제 정의
하지만 실제 노드와 같이 에너지 하베스팅을 하는 노드모델을 이용한 무선 센서 네트워크에서 경로 선정할 때 에너지 변화량을 엔트로피로 변환하여 경로선 정과 전송범위를 모두 변화시키는 라우팅 프로토콜은 없었다. 따라서 본 논문에서는 이러한 실제 노드모델과 유사한 환경에서 에너지 엔트로피 기반의 경로선정과 전송범위가 동적으로 변화되는 라우팅 프로토콜에 대해서 연구하고 구현 하였다. 본 논문의 기여도와 특징을 정리하면 다음과 같다.
본 논문은 RF 에너지 하베스팅을 하는 모바일 센서 노드가 존재하는 모바일 애드-혹 무선 센서 네트워크 환경에서 노드의 에너지 엔트로피를 활용하여 경로선정과 전송범위를 설정하는 라우팅 프로토콜(EEMR)을 제안하였다. 보다 구체적으로 경로의 엔트로피가 안정적인 경우 다음 세션셋업 할 때 전송범위를 선형적으로 감소시키고, 불안정할 경우, 선형적으로 전송범위를 증가시켜서 데이터 전송 시 안정한 경우 보다 적은 수의 노드가 전송에 참여하고 불완전한 경우 많은 수의 노드가 전송에 참여 성능을 향상 시킬 수 있는 라우팅 프로토콜을 제안하고 이를 OPNET을 이용하여 구현하였다.
가설 설정
그리고 노드는 에너지 용량은 45W로 노드는 RF 에너지 하베스팅 방법을 이용하여 무선주파수를 이용하여 데이터 전송과 충전을 할 수 있다. 데이터 송/ 수신시에는 1.2W를 소비하고, RF 에너지 하베스팅의 경우, 통신 거리에 반비례 충전 하므로 최대 1.35W에서 0W만큼 충전한다고 가정한다.
무선 센서 네트워크를 구성하는 모바일 노드들은 RF 에너지 하베스팅을 이용하여 노드의 배터리를 자가 충전하는 것이 가능하다고 가정한다. 따라서 노드는 t 시간동안 데이터 전송하는데 그 중 α시간동안은 무선 주파수를 이용하여 노드를 충전한다.
EEMR에서 전송범위를 결정하는 방법은 그림 2와 같다. 설명에 앞서 본 논문에서는 각각의 노드들은 GPS를 활용하여 자신의 위치정보를 인지하고 있으며, 소스 노드는 목적지 노드의 위치정보를 사전에 알고 있다고 가정한다.
제안 방법
본 논문은 RF 에너지 하베스팅을 하는 모바일 센서 노드가 존재하는 모바일 애드-혹 무선 센서 네트워크 환경에서 노드의 에너지 엔트로피를 활용하여 경로선정과 전송범위를 설정하는 라우팅 프로토콜(EEMR)을 제안하였다. 보다 구체적으로 경로의 엔트로피가 안정적인 경우 다음 세션셋업 할 때 전송범위를 선형적으로 감소시키고, 불안정할 경우, 선형적으로 전송범위를 증가시켜서 데이터 전송 시 안정한 경우 보다 적은 수의 노드가 전송에 참여하고 불완전한 경우 많은 수의 노드가 전송에 참여 성능을 향상 시킬 수 있는 라우팅 프로토콜을 제안하고 이를 OPNET을 이용하여 구현하였다.
이를 이용하여 논문[7] 에서는 노드의 속도를 엔트로피로 변환하여 라우팅 프로토콜에 적용될 수 있음을 확인하였다. 본 논문에서는 이러한 엔트로피 개념을 에너지 변화량에 적용하여 경로의 상대적 에너지 상태가 안정적인 경로를 이용하는데 적용하였다. 논문[8] 에서는 AODVM에 엔트로피 개념을 추가한 라우팅 프로토콜을 제안하고 구현하였다.
성능평가를 위해서 본 논문에서는 데이터 전송측면과 에너지 측면에서 EEMR과 기존의 라우팅 프로토콜을 비교 분석하였다. 데이터 전송측면을 비교분석하기 위해서 PDR, Control overhead, Delay를 비교 하였고, 에너지측면에서 비교분석하기 위해서 경로의 평균 잔여 에너지량과 경로의 최소 에너지 노드의 에너지량을 비교 분석하였다.
대상 데이터
시뮬레이션상의 네트워크 사이즈는 1km × 1km이며, 싱크노드 겸 소스의 역할을 하는 노드의 수는 1개이며 위치는 (0, 0)으로 한다. 소스는 싱크노드로서 외부로 데이터를 전달하는 노드이기 때문에 위치가 고정되어 있으며 에너지량은 무한대이다.
데이터처리
성능평가를 위해서 본 논문에서는 데이터 전송측면과 에너지 측면에서 EEMR과 기존의 라우팅 프로토콜을 비교 분석하였다. 데이터 전송측면을 비교분석하기 위해서 PDR, Control overhead, Delay를 비교 하였고, 에너지측면에서 비교분석하기 위해서 경로의 평균 잔여 에너지량과 경로의 최소 에너지 노드의 에너지량을 비교 분석하였다.
본 장에서는 제안된 EEMR 라우팅 프로토콜의 성능 평가를 위해서 OPNET(Optimized Network Engineering Tool)을 이용하여 EEMR 라우팅 프로토콜과 기존의 라우팅 프로토콜과의 성능을 비교분석한다.
성능/효과
논문[8] 에서는 AODVM에 엔트로피 개념을 추가한 라우팅 프로토콜을 제안하고 구현하였다. 그 결과 기존의 AODVM 보다 나은 성능을 보였다. 이를 통하여 안정도를 나타내는 척도인 엔트로피를 라우팅에 활용하는 것이 나은 성능을 나타냄을 알 수 있다.
가 증가함에 따라 EEMR과 기존의 라우팅 프로토콜의 PDR을 비교하였다. 본 논문에서 제안하는 EEMR이 기존의 라우팅 프로토콜보다 높은 PDR 을 나타내는데 PDR이 높다는 것은 그만큼 그 라우팅 프로토콜에서의 데이터 전송의 신뢰성이 높다는 사실을 나타내고 있다. 그 이유로 EHER이 전송 범위가 π/3 일 때와 2π 를 비교하였을 때 π/3인 경우 향상된 PDR 을 보여주었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
엔트로피란?
엔트로피란, 특정 상황에서의 상대적인 안정도를 나타내는 척도로써, 안정도가 1에 가까울수록 안정한 상태를 나타낸다. 이를 이용하여 논문[7] 에서는 노드의 속도를 엔트로피로 변환하여 라우팅 프로토콜에 적용될 수 있음을 확인하였다.
노드들의 생존성을 높여 네트워크를 장시간 유지하는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되는 이유는?
하지만 반달곰의 움직임을 그 이후에도 지속적으로 확인가능 하여야 한다. 이처럼 센서 네트워크는 한번 노드를 전개시키면 다시 그것을 유지 보수하는 것이 매우 힘들다. 따라서 이러한 노드들의 생존성을 높여 네트워크를 장시간 유지하는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.
데이터 전송에 참여하는 노드의 수와 네트워크에서 사용되는 에너지의 상관관계는 어떻게 되는가?
데이터 전송에 참여하는 노드의 수가 많을수록 전체 네트워크에서 사용되는 에너지가 증가한다. 이를 방지 하고 보다 효율적인 데이터 전송을 위하여 전송범위를 효율적으로 제한하여 네트워크의 수명을 늘리는 연구가 진행 중이다.
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