무선센서네트워크에서 에너지 효율성을 위한 거리 인지 클러스터기반의 하이라키컬 라우팅 프로토콜

Abstract

무선 센서 네트워크(WSN)은 에너지나 대역폭, 그리고 연산기능과 같은 자원에 제약을 같는다. 또한 노드들은 접근하기 어려운 지형에 설치된다. 그 결과, 설치되기 전에 위에 언급된 제약사항이 고려되어야 한다. 언급된 제약 조건등 중에, 에너지는 WSN 응용프로그램과 프로토콜 설계에서 가장 중요하고 가장 많이 제기되는 제약 조건들 중 하나이다. 라우팅 프로토콜의 다양한 클래스들이 WSN에서 더욱 큰 에너지 절약을 위해 제시되어 지고 있다. 라우팅 프로토콜에 기반을 둔 계층적 클러스트링은 다른 flat counterparts와 비교했을 시, 더 큰 에너지 절약을 위한 프로토콜 계층 중의 하나이다. 이 논문에서, 나는 무선센서 네트워크 환경에서의 , 다이나믹 클러스트링과 거리 인식 라우팅 프로토콜(DDAR), 그리고 에너지 효율적인 라우팅을 위한 트랙 섹터 클러스트링(TSC), 위 두가지 새로운 라우팅 프로토콜을 제안합니다 제안된 프로토콜은 더 먼 전송거리, 여분의 데이터 전송 그리고 클러스트 헤드(CH)노드들을 모드는 데이터 메시지 때문에 더 큰 에너지를 WSN에서 소모하는 환경에서 공헌을 할 것입니다. 그 결과로, 나는 non-CH nodes 와 CH nodes들간, 그리고 CH nodes과 base station (BS)간의 전송거리를 최소화 하는 식의 방법으로 프로토콜을 설계 하였습니다. 제안된 DDAR에서 CH들로서 잔여 에너지를 갖는 노드들이 네트워크에서 평균에너지를 가지고 있는 노드들 보다 커야 하고, BS로 부터의 거리또한 평균 거리를 같는 노드들 보다 길어야 합니다. 또한, BS로부터 가까운 거리에 있거나 더큰 에네지를 갖는 노드는 비교적 짧은 전송 거리 이상으로 전송되는 슈퍼 CH(SCH)로서 선택이 됩니다. 나는 많은 수들의 CH들이 고정적이지 않기 때문에, CH 선택을 위한 동적 방법을 적용하였다. 그러나 네트워크에서 갈아 있는 노드의 개수에 따라 다소 변경이 되어 진다. 유사하게, 제시된 TSC에서, 나는 네트워크를 동심 원형 트랙과 삼각 섹터로 나누었다. 트랙과 섹터의 교차점이 네트워크에서 클러스트 번호를 만들어 낸다. 각각의 클러스터에서, 나는 모든 non-CH 노드들로부터의 데이터를 수집하기 위한 책임을 갖는 CH노드를 선택하였고, 단일 데이터 메시지로 양식화하기 위해 모아진 데이터를 융합 시키고, 융합 데이터를 압축하는 작업을 수행한다. 트랙과 섹터의 분할로 최소화된 여분의 데이터 전송과, head 노드들과 BS간의 최단거리 제공으로 에너지 소비를 줄이는데 도움을 준다. 제안된 프로토콜은 low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), LEACH-centralized (LEACH-C), power efficient gathering in sensor information system (PEGASIS) 에서의 그리고 concentric clustering scheme (CCS). 같은 라우팅 프로토콜 기반의 종래의 클러스터와 비교 했을 때 더 큰 에너지를 보존한다.|Wireless sensor network (WSN) is constrained with resources such as energy, bandwidth, and computational capabilities. Also, the nodes are deployed in an unattainable terrain. Therefore, the constraints mentioned above have to be considered before deployment. Among the stated constraints, energy is one of the most important and discussed constraints in the WSN application and protocol designs. Various classes of routing protocols have been proposed in order to achieve greater energy conservation in WSN. Hierarchical clustering based routing protocol is one of the classes of protocols which achieve greater energy conservation as compared to flat counterparts. In this thesis, two new routing protocols are proposed, dynamic clustering and distance aware routing (DDAR) protocol for WSNs (DDAR) and track-sector clustering for energy efficient routing in WSNs (TSC). The proposed protocols exploit the facts that a greater energy is consumed in WSN because of greater transmission distance, redundant data transmission, and larger data message gathering at the cluster head (CH) nodes. Therefore, the protocols are designed in such a way that the transmission distances between non-CH nodes and CH nodes and between CH nodes and the base station (BS) are minimized. In proposed DDAR, the nodes as CHs whose residual energies are greater than the average energy of the nodes in the network, and whose distances from the BS are greater than the average distance of the nodes from the BS. Also, a node which is at near distance from the BS and having greater energy is selected a super CH (SCH) node such that the data are transmitted relatively over a shorter transmission distance. Dynamic method for CH selection is applied, so that the number of CHs is not fixed, but rather changes according to the number of alive nodes in the network. Similarly, in the proposed TSC, the network is divided into concentric circular tracks and triangular sectors. The intersection of tracks and sectors forms a number of clusters in the network. In each cluster, a CH node is selected, which is responsible for gathering the data from all the non-CH nodes, fuse the gathered data to form a single data message, and perform compression operation on the fused data. This division of tracks and sectors helps to reduce the energy consumption by minimizing redundant data transmission and providing shortest distance between head nodes and the BS. The proposed protocols conserve greater energy as compared to the conventional cluster based routing protocols such as low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), LEACH- centralized (LEACH-C), power efficient gathering in sensor information system (PEGASIS), and concentric clustering scheme (CCS).