[논문]SVM을 적용한 LEACH 프로토콜 기반 무선센서네트워크의 수명 개선 방법

표세준; 조용옥; 옥태성; 방종대; 투샤; 이성호; 류희은; 이연우; 배진수; 이성로

SVM을 적용한 LEACH 프로토콜 기반 무선센서네트워크의 수명 개선 방법
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표세준 (목포대학교 정보전자공학과과) , 조용옥 (목포대학교 정보전자공학과과) , 옥태성 (목포대학교 정보전자공학과과) , 방종대 (목포대학교 정보전자공학과과) , 투샤 (목포대학교 정보전자공학과과) , 이성호 (목포대학교 정보산업연구소) , 류희은 (목포대학교 해양텔레매틱스기술개발센터) , 이연우 (목포대학교 정보통신공학과) , 배진수 (세종대학교 정보통신공학과) , 이성로 (목포대학교 정보전자공학과과)

무선 센서 네트워크는 특정지역에 센서 노드를 설치하여 주변 정보 또는 특정 목적의 데이터를 수집하고, 그 정보를 수집하는 싱크(Sink)로 구성되어 있다. 무선 센서 네트워크의 수명은 망을 구성하는 센서 노드의 베터리 소비에 따라 수명이 결정 되고 하나의 노드가 죽기 시작하면서부터 급격하게 센서 노드의 베터리 소비가 커져 빠르게 죽는다. 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서노드는 라우팅, 센싱을 수행하기 때문에 베터리 소비에 많은 부담을 가지고 있다. 본 논문은 무선 센서 네트워크의 대표적 클러스터링 기반 라우팅 기법인 LEACH(Low - Energy Adaptive Clustering Hierarchy)프로토콜에 SVM(Support Vector Machine)을 적용하여 센서노드의 균형적인 베터리 소비로 망을 효율적으로 관리하고 망의 수명을 개선 할 수 있는 방법을 제안 한다. 이러한 센서 노드의 균형적인 베터리 소비로 무선센서 네트워크의 수명을 개선 한다. 실험결과 기존의 LEACH 프로토콜보다 우수한 성능을 보인다.

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문제 정의

본 논문에서는 클러스터링 기반 계층형 라우팅 알고리즘의 대표적인 LEACH알고리즘의 문제점으로 나타나고 있는 센서 노드의 잔여 에너지양을 고려하지 않고, 클러스터 헤드를 선출하는 방법을 SVM알고리즘을 적용시켜 각각의 센서 노드의 잔여 에너지양을 이진 분류하여, 클러스터 헤드 결정 기법을 제시하였다. 그 결과 센서 노드의 수명 시간이 기존의 LEACH를 사용했을 때보다 SVM알고리즘을 적용한 센서 노드의 생존시간이 더 길었다.

제안 방법

LEACH의 무작위 클러스터 헤드 결정기법을 사용하기 전에 SVM의 이진 분류를 이용하여 센서 노드의 에너지 보유량을 보유 에너지량이 많은 부분과 보유 에너지량이 적은부분으로 이진 분류 하였다.
이진 분류된 센서 노드에서 에너지 보유량이 많은 센서 노드에서 LEACH의 무작위 클러스터 헤드 결정기법을 사용하여, 잔여 에너지양이 많은 센서 노드를 활용하게 만들어 센서 노드의 생존 시간을 증가 시켰다. 단, SVM알고리즘의 특성상 센서 노드의 에너지 보유량에 차이가 있어야 하기 때문에 LEACH의 1라운드가 지난 후 각각의 센서 노드의 잔여 에너지양의 차이를 만든 후에 설정 (Set-up) 단계 시작지점에서 SVM알고리즘을 적용하였다.

이론/모형

이진 분류된 센서 노드에서 에너지 보유량이 많은 센서 노드에서 LEACH의 무작위 클러스터 헤드 결정기법을 사용하여, 잔여 에너지양이 많은 센서 노드를 활용하게 만들어 센서 노드의 생존 시간을 증가 시켰다. 단, SVM알고리즘의 특성상 센서 노드의 에너지 보유량에 차이가 있어야 하기 때문에 LEACH의 1라운드가 지난 후 각각의 센서 노드의 잔여 에너지양의 차이를 만든 후에 설정 (Set-up) 단계 시작지점에서 SVM알고리즘을 적용하였다.

성능/효과

SVM을 적용한 LEACH프로토콜은 기존방식의 LEACH 프로토콜보다 첫 노드의 수명이 증가하였고, 균등한 베터리 분산으로 첫 노드의 죽음 이후에도 급격한 노드의 죽음이 나타나지 않았다. SVM을 적용한 LEACH 프로토콜이 노드의 수명개선에 도움을 주었고, 그 결과 무선 센서 네트워크의 수명이 증가 하였다.
SVM을 적용한 LEACH프로토콜은 기존방식의 LEACH 프로토콜보다 첫 노드의 수명이 증가하였고, 균등한 베터리 분산으로 첫 노드의 죽음 이후에도 급격한 노드의 죽음이 나타나지 않았다. SVM을 적용한 LEACH 프로토콜이 노드의 수명개선에 도움을 주었고, 그 결과 무선 센서 네트워크의 수명이 증가 하였다.
본 논문에서는 클러스터링 기반 계층형 라우팅 알고리즘의 대표적인 LEACH알고리즘의 문제점으로 나타나고 있는 센서 노드의 잔여 에너지양을 고려하지 않고, 클러스터 헤드를 선출하는 방법을 SVM알고리즘을 적용시켜 각각의 센서 노드의 잔여 에너지양을 이진 분류하여, 클러스터 헤드 결정 기법을 제시하였다. 그 결과 센서 노드의 수명 시간이 기존의 LEACH를 사용했을 때보다 SVM알고리즘을 적용한 센서 노드의 생존시간이 더 길었다.

후속연구

SVM알고리즘의 단점으로 작용하는 이진 분류가 LEACH의 첫 라운드가 지난 후 에너지 잔량에 따른 분류가 시작부터 적용이 가능하도록 보완하는 방법을 연구 하고, 더 나아가 클러스터 헤드의 에너지 체크와 분류가 균등하게 일어날 수 있도록 연구해야 할 것이다.

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