[논문]EH-WSN 라우팅에서 데이터의 긴급성을 고려한 중계노드 선택기법

Kang, Min-Seung; Park, Hyung-Kun

doi:10.6109/jkiice.2020.24.8.1113

EH-WSN 라우팅에서 데이터의 긴급성을 고려한 중계노드 선택기법
Relay Node Selection Scheme for EH-WSN Routing considering Data Urgency 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.8, 2020년, pp.1113 - 1116

Kang, Min-Seung (Department of Electrical Electronic & Communication Engineering. KOREATECH) , Park, Hyung-Kun (Department of Electrical Electronic & Communication Engineering. KOREATECH)

Abstract ▼ AI-Helper

In the EH-WSN(Energy Harvesting Wireless Sensor Network), the routing protocol must consider the power condition of nodes such as residual power and energy harvesting rate. Many EH-WSN studies have emphasized the power aspect and make the urgency of sensed data less important. However, in applications such as environmental monitoring, stability and latency become more important issues than power efficiency for urgent data. In this paper, we designed a routing protocol that can set path according to data urgency. To this end, relay nodes are determined considering the urgency of date. Nodes with poor power do not participate in routing when normal data is generated, so that urgent data can be transmitted reliably with low latency. The performance of the proposed routing protocol is analyzed by computer simulation.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 RREQ packet for proposed routing protocol.
표 Table. 1 Energy levels of nodes
그림 Fig. 2 Example of energy level of relay node.
그림 Fig. 3 The probability of power depletion according to average harvesting rate
그림 Fig. 4 Average number of hops per routing path.
그림 Fig. 5 The probability of power depletion at a node according to the incidence of urgent data

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜을 기반으로 하여 긴급 데이터전송을 지원하는 라우팅 프로토콜을 설계한다. 기존의 라우팅과는 달리 데이터의 긴급성에 따라 노드들의 중계 노드로서의 참여여부가 결정되므로 라우팅 경로 설정을 위한 RREQ패킷 전송 시 전송할 패킷 데이터의 긴급성을 표시해 주어야한다.
따라서 하베스팅 노드의 에너지 수집률과 잔여전력 그리고 데이터의 긴급성을 바탕으로 하여 전송경로를 설정할 수 있는 라우팅 프로토콜이 필요로 된다[8]. 본 논문에서는 각각의 노드들이 데이터의 긴급성과 자신의 전력상황을 판단하여 중계 노드로 참여할지를 결정하는 경로설정방식을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 데이터의 긴급성을 고려하여 멀티 홉 전송에 참여할 중계노드를 결정하는 라우팅 프로토콜을 제안하였다. 긴급 데이터를 전송할 수 있도록 사전에 전력 상황에 맞게 노드들 스스로 전송 참여여부를 결정함으로써 긴급데이터의 발생 시 전송지연을 최소화하고 안정적인 데이터 전송이 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 데이터의 긴급성을 판단하여 라우팅 경로를 설정할 수 있는 라우팅 프로토콜을 설계하고자 한다. 이를 위해 먼저 데이터의 긴급성에 따라 라우팅 경로 설정을 위한 중계노드로 참여할 수 있는 노드를 선별하는 것이 필요하다.

가설 설정

주요파라미터는 [9]을 참조하였으며 전체 네트워크는 100개의 노드로 구성하였고 격자구조로 노드를 배치하였다. 노드들의 평균 에너지 수집율은 1mW~5mW를 평균값으로 하고 가우시안 확률분포를 따른 다고 가정하였다. 최소에너지 _min은 0.
에너지 수집율을고려한 전력상태는 다음 식(1)과 같이 전송주기 후의에너지 잔량 __으로 표현할 수 있다. 단, 현재 데이터를 전송한다는 가정하에 충전시간 _후에 충전을 통해 노드에 남는 예상 잔여에너지를 계산한다.

제안 방법

긴급 데이터를 전송할 수 있도록 사전에 전력 상황에 맞게 노드들 스스로 전송 참여여부를 결정함으로써 긴급데이터의 발생 시 전송지연을 최소화하고 안정적인 데이터 전송이 가능하도록 하였다. 시뮬레이션 결과에서 긴급성에 따른 노드선택기법을 적용하지 않은 라우팅에 비해 긴급데이터의 전송을 위한 평균홉수가 감소하고 전력 고갈된 노드가 감소하여 전송지연이 줄어들고 안정성이 향상됨을 알 수 있다.
본 논문에서는 MATLAB을 이용하여 데이터의 긴급성을 고려한 중계노드의 선택과 라우팅 프로토콜을 시뮬레이션하였다. 주요파라미터는 [9]을 참조하였으며 전체 네트워크는 100개의 노드로 구성하였고 격자구조로 노드를 배치하였다.

대상 데이터

주요파라미터는 [9]을 참조하였으며 전체 네트워크는 100개의 노드로 구성하였고 격자구조로 노드를 배치하였다. 노드들의 평균 에너지 수집율은 1mW~5mW를 평균값으로 하고 가우시안 확률분포를 따른 다고 가정하였다.

데이터처리

7mJ로 설정하였다. 또한 일반데이터와 긴급데이터의 발생비율은 50:1 로 하였으며 성능 분석을 위해 기존의 AODV라우팅 방식과 성능을 비교하였다.

성능/효과

긴급 데이터를 전송할 수 있도록 사전에 전력 상황에 맞게 노드들 스스로 전송 참여여부를 결정함으로써 긴급데이터의 발생 시 전송지연을 최소화하고 안정적인 데이터 전송이 가능하도록 하였다. 시뮬레이션 결과에서 긴급성에 따른 노드선택기법을 적용하지 않은 라우팅에 비해 긴급데이터의 전송을 위한 평균홉수가 감소하고 전력 고갈된 노드가 감소하여 전송지연이 줄어들고 안정성이 향상됨을 알 수 있다.
그러나 긴급데이터의 발생율이 증가하게 되면 중계 노드들이 라우팅에 참여할 확률이 증가하여 노드들의 전력이 고갈될 확률이 증가하게 되고 이는 긴급데이터에 대한 라우팅실패 가능성의 증가로 이어지게 된다. 전체적인 전력 고갈확률은 기존의 AODV라우팅보다는 낮게 나타나며 이 차이는 긴급데이터의 발생률이 작을수록 커짐을 알 수 있다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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