[논문]무선 센서 네트워크에서 클러스터 기반 구조의 신뢰도 향상 기법

최호영; 최창열; 김성수

무선 센서 네트워크에서 클러스터 기반 구조의 신뢰도 향상 기법
Reliability Improvement Scheme of Cluster-based Architecture on Wireless Sensor Networks 원문보기

최호영 (아주대학교 정보통신전운대학원 정보통신공학과) , 최창열 (아주대학교 정보통신전운대학원 정보통신공학) , 김성수 (아주대학교 정보통신전운대학원 정보통신공학과)

무선 센서 네트워크에서 클러스터 헤드 결함으로 인해 발생되는 클러스터 재구성은 시간과 에너지를 낭비하고 시스템 전체 신뢰도를 저하시키는 결과를 초래한다. 본 논문에서는 클러스터링 구조에서 발생할 수 있는 결함을 모델링하고. 시스템 신뢰도와 에너지 관리 효율을 높이는 백업 기법을 제안한다. 또한 성능 평가를 통해 백업 기법을 사용하지 않는 일반 클러스터링 기법과 성능을 비교하였으며, 그 결과로 일반 기법 보다 더 높은 신뢰도를 얻을 수 있었다.

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문제 정의

그러므로 결함으로 인해 그 기능 이 상실되지 않도록 주의해야 한다[2]. 본 연구는 클러스터 헤드에서 발생하는 결함을 허용할 수 있는 백업기법을 제안함으로써 재 구성(Re-config니ration)으로 인한 에너지 소 모르 줄임과 동시에 센서 네트워크 구조의 신뢰도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

제안 방법

본 장에서는 시뮬레이션을 똥해 제안한 백 업 클러스터링 기법과 일반 클러스터링 기법 의 시스템 신뢰도와 에너지 소모를 비교한 다. 먼저 비교할 전체 센서들의 노드 개수는 100개, 한 개 노드 에너지는 100J(줄)로 정 의하였고 그러므로 전체 총 에너지는 10000 J이다.
본 장에서는 클러스터 헤드노드에서 발생 할 수 있는 결함울 모델링한다(그림 1 참조 ).
센서 네트워크에서 헤드노드 기능을 가진 백업 집합을 이용함으로 클러스터 헤드의 결 함허용 클러스터링 기법을 제안하였다. 그 결과 헤드노드 정보를 보호하며 결함 발생시 재구조화로 인해 발생되는 에너지 소모를 줄 이고 클러스터링 구조의 신뢰도를 높일 수 얐었다.
이로써 다중 게이트웨이(M버ti-Gateway) 구조誓 가지는 클러스터가 형성된다. 클러스 터롤 구성한 각각 헤드노드듈은 TDMA(Time Division Multiple Access) 프로토콜을 이용 하여 각 센서듈의 정보養 파악하고, 기지국 으로 데이터 전송을 위한 스케줄링(Sched니- ling) 작업呈 진행한다. 呈한, 브로드캐스팅 (由。adssting)을 총해 센서들과 인접 클러 스터 헤드에게 이 정보是 같이 전송해 준다.

데이터처리

총 라운드(Round)는 100으로 하였으 며, 고장으로 인해 전체 에너지에서 소모되 는 에너지는 10J로 정의했다. 지수분포星 따 라 결함이 발생하며 결함발생율은 평균 0.15로 하여 성능 평가하였다.

성능/효과

결함이 발생한 헤드노드 복구과정에서 백 업기법을 사용하여 결함허용 클러스터링 구 조를 이룬다면 결함으로 손상된 클러스터는 신속히 회복되어질 수 있으며 그 결과 시스 템 신뢰도 역시 향상된다. 헤드노드가 클러 스터를 구성하는 과정에서 신호 반경에는 속 하나 클러스터에 포함되지 못하는 센서들이 발생할 수 있다.
센서 네트워크에서 헤드노드 기능을 가진 백업 집합을 이용함으로 클러스터 헤드의 결 함허용 클러스터링 기법을 제안하였다. 그 결과 헤드노드 정보를 보호하며 결함 발생시 재구조화로 인해 발생되는 에너지 소모를 줄 이고 클러스터링 구조의 신뢰도를 높일 수 얐었다. 성능 평가 부분에서 결함으로 인한 에너지 손실 양율 임의로 정한 것이기 해문 에 다소 부족한 부분도 있었지만, 예상한 결 과를 정확히 확인할 수 있었다.
그림 2는 라운드에 따른 전체 에너지 손 실을 보여준다. 동일한 결함발생율에 대해 일반 클러스터링 기법보다 제안한 백업 클러 스터링 기법의 전체 에너지가 보다 적게 소 모됨을 알 수 있다. 이것은 백업을 이용하여 결함과 재구조화로 의한 에너지 손실을 최소 화했기 때문이다.
그 결과 헤드노드 정보를 보호하며 결함 발생시 재구조화로 인해 발생되는 에너지 소모를 줄 이고 클러스터링 구조의 신뢰도를 높일 수 얐었다. 성능 평가 부분에서 결함으로 인한 에너지 손실 양율 임의로 정한 것이기 해문 에 다소 부족한 부분도 있었지만, 예상한 결 과를 정확히 확인할 수 있었다. 향후 제안한 기법에 중복 비용(Cost) 부분도 함께 접목시 켜 연구할 것이며 리클러스터링 통하여 헤드 노드 결함문제를 해결하는 대표적 알고리즘 인 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)"]를 개선할 예정이다.

후속연구

성능 평가 부분에서 결함으로 인한 에너지 손실 양율 임의로 정한 것이기 해문 에 다소 부족한 부분도 있었지만, 예상한 결 과를 정확히 확인할 수 있었다. 향후 제안한 기법에 중복 비용(Cost) 부분도 함께 접목시 켜 연구할 것이며 리클러스터링 통하여 헤드 노드 결함문제를 해결하는 대표적 알고리즘 인 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)"]를 개선할 예정이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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