불균일 분포 무선 센서 네트워크를 위한 부하 균형 클러스터링

Abstract

무선 센서 네트워크(WSNs)는 일반적으로 값싼 소형 센서들로 이루어져 있으며, 이 센서들이 환경 모니터링 등을 위해 많은 어플리케이션에서 사용된다. 본 연구는 무선 센서 네트워크에서 무작위로 배치된 노드들이 영역에 따라 밀도가 다르다는 것에 초점을 맞춘다. 즉 네트워크 내부에 불균일하게 분포된 센서 노드들이 가져오는 문제를 다룬다. 이러한 불균일 분포 토폴로지는 클러스터링 프로토콜의 효율성을 저하시킨다. 이 문제를 해결하기 위해, 우리는 불균일 분포 무선 센서 네트워크를 위한 부하 균형 클러스터링 기법을 제안한다. 제안한 기법에서 각 노드는 자신 주변의 노드 밀도를 고려하여 자신이 클러스터 헤드가 될 확률을 조절한다. 그 결과로 각 클러스터의 커버리지 영역이 거의 동일한 면적으로 분포하게 되어 네트워크 안의 클러스터 영역 크기 사이의 편차가 현저하게 감소된다. 또한 클러스터 헤드는 노드가 밀집한 영역에서 과다하게 분포된 센서 노드들을 선별해 잠재움으로써, 불필요한 감지 및 중복적인 감지 결과의 전송도 최소화한다. 이는 네트워크 전체 영역에 거의 동등한 에너지 소비를 가져오며, 높은 노드 밀도를 가지고 있는 영역의 노드 수명을 연장시킨다. 성능 평가의 결과에 따르면, 제안된 기법은 불균일 분포된 네트워크 내부에서 기존의 프로토콜보다 클러스터 영역을 고르게 분포시켰을 뿐만 아니라, 네트워크의 수명을 증가시켰다.