2011. 10. 11

1. Dynamic Self-Reconfiguration Algorithmsfor Wireless Sensor Networks 2011. 10. 11 정근영

2. 출처 • - 2010 10th Annual International Symposium on Applications and the Internet • 저자 • - Sung wook Kim • ( Department of Computer Science, Sogang University) • e-mail: swkim01@sogang.ac.kr • - Ji Hwan Kim • ( Department of Computer Science, Sogang University) • e-mail: kimjihwan@sogang.ac.kr 1

3. 1. 소개 - 센서에 제한된 에너지 공급 때문에 에너지는 매우 부족한 리소스이고, 네트워크의 수명에 직접 영향을 끼칩니다. – 에너지 효율이 중요한 문제 - WSN의 클러스터링 전략은 효율적인 에너지 사용 기법으로 제안 된 아키텍처테크닉입니다. - 본 논문에서는 클러스터링 기술을바탕으로 WSNs 을 위한 새로운 에너지 효율적인 동적 라우팅스키마 ( new dynamic energy efficient routing scheme)를 소개합니다. 2

4. 1. 소개 - WSN의 클러스터링 전략은?? 3

5. 1. 소개 - WSN의 클러스터링 전략은? - 센서 노드는 클러스터의 집합으로분류 - 각 클러스터는 한 헤더 노드( H-Node ) 에의해 식별 - 클러스터에서 센서 노드는 환경 현상을 모니터링하고 H-Node쪽으로 감지 데이터를 전송할 수 있다. - H-Node는 그 클러스터의 원시 데이터의 중복 수집을 제거하고 이웃 클러스터로 종합 데이터 ( aggregated data ) 전송 - 데이터는 싱크노드로 전송 ( 싱크노드– 센서네트워크와 외부네트워크 사이 게이트웨이 역할을 함) 4

6. 2. Proposed management algorithms - 용어 정의 및 설명 H-Node : Header status node - 클러스터 식별 및 원시 데이터를 중복수집 제거하고 - 이웃 클러스터로 종합 데이터 전송 S-Node : Sensor status node - 주변 환경을 모니터링 - 감지된 데이터를 그 클러스터의 H-node로 전송 5

7. 2. Proposed management algorithms • Routing path 는 H-Node 사이에서 설정 • 효율적인 에너지 사용 통신을 하기 위해서 H-Node는 같은 거리의 격자 형태로 배포되는 것이 필요 • 노드 커버리지 영역(R) 은 전송 전력범위 에 의해 결정 6

8. 1. 소개 - WSN의 클러스터링 전략은??

9. 2. Proposed management algorithms • 1. 클러스터 초기화 시 싱크노드는cluster_setup message 를 초기전원수준(initial power level)에 의해브로드캐스트 한다. • ※ the coverage area of the Pt cluster = R cluster • 2. 커버리지 내의 모든 노드는setup 메시지를 듣고 • 싱크노드로부터 거리를 계산할 수 있다. • 3. 싱크노드는 거리정보를 수집하고 새로운 H-Node를 선택 • ( 거의 싱크노드에서R-cluster 정도 떨어진 거리를 가짐 ) • ※만약 같은 거리에 여러 개의 노드가 있을 경우 Break ties위해서 임의의 숫자가 생성된다. 7

11. 2. Proposed management algorithms • 4. 새로 선택된 H-Node는 cluster-setup message를 • 재귀적으로(recursively) 이웃 노드에게 다시 브로드캐스트한다. • 5. 일부 노드들은cluster-setup message를 싱크노드와 새로운 H-Node에게 중복으로 들을 수 있다. • 이러한 노드들 중에서 새로운 H-Node는 다음과 같이 선택된다. • - 첫번째H-Node와 두번째 H-Node의 최근접점에 있는 것. 8

12. 2. Proposed management algorithms • 6. N은 중복지역내의 센서 노드의 집합 • D_1node i는 첫번째 H-Node와 노드 i사이의 거리 • D-2node i는 두번째 H-Node와 노드 i사이의 거리 • 7. H-Node에서 R_cluster거리만큼 떨어진 i노드는 다음 H-Node가 된다. • 8. 이렇게 전체 네트워크 영역이 될 때까지 H-Node 선정작업은 계속되며, 작업이 끝나면 토폴로지는 균일하게 분산되며, H-Node사이의 전송 범위는 R-Cluster에 가깝다. 9

13. 2. Proposed management algorithms • Inter cluster spanning tree( inter-tree) - 제안 • - Inter tree 토폴로지의 root 는 싱크노드, H-Node 이다. • - 무선 통신에서 에너지 소비는 전파 거리의 제곱에 비례한다. • - 짧은 거리의 다중 홉 전송이 하나의 장거리 전송보다는 에너지 • 효율적인 라우팅에 적합하다. 10

14. 2. Proposed management algorithms - 적응형 멀티 홉 라우팅 패스를 구성하기 위해 함수 사용 - 는 노드 J의 남아있는 에너지 량 (= ) - 는 노드 I부터 노드J까지의 거리 ( = ) - 는 각 노드의 최대 커버리지 영역 - 는 각 노드의 초기 에너지 해석 – 노드J의 에너지소모은 노드 사이 길이에 비례하고 최대 커버리지 영역에 반비례한다.!! - e 는 노드의 남은 수명을 반영 / d는 무선통신의 비용반영 12

15. 2. Proposed management algorithms 를 하나의 목적 함수로 변환 - 각 노드의 링크 코스트 계산 공식 - - 는 i노드의이웃노드의 집합 - 위 모델은 가장 나쁜 값에서 얼마나 멀리 있는지 표준값을 제시 13

16. 2. Proposed management algorithms • 이미 구축된 클러스터에서 수행 11

17. 2. Proposed management algorithms 1. 싱크노드에서route_setup메시지를 브로트캐스트 한다. 2. 커버리지 내의 노드들은링크코스트(L_C)를 계산한다. 3. route_setup메시지는 재귀적으로 이웃 H-Node에 전달된다. 4. 만약 H_Node가 여러 route_setup messages를 이웃 노드들에게받는다면 H_Node는 싱크 노드에게 닿기 위해 그 중 하나를 선택한다. 릴레이노드 값 계산(뒤에 공식) -그 선택은 cost-parameter ( T_C ) 로 결정 T_C는 현재H_Node부터 sink_Node까지 모든 링크의 코스트 합 13

18. 2. Proposed management algorithms - 각 노드는 최소의 T_C를 가지기 위해서 relay node를 계산한다. T_C -> 싱크노드에서 현재 H_Node까지 계산된 가장 최소값의 링크 리스트의 합 L_C -> 링크 코스트 13

19. 2. Proposed management algorithms - Inter cluster spanning tree의 특징 1. 클러스터의 노드들 사이의 에너지 균형이 이루어짐 2. 새로운 H_Node를 선택하기 위해 노드사이의 거리를 최소화 해야하며, 새로운 H_Node의 남은 에너지가 평균 잔여 에너지 이상이어야함 13

20. 3. Performance Evaluation • 실험 조건 • 50 개의 노드가1000 * 1000 미터 광장 지역에 무작위로 배포됩니다 • 네트워크 토폴로지가 사용됩니다.-싱크노드 위치가 배포 지역의 범위 내에서 임의로 결정됩니다.-시뮬레이션의 모든 노드는 30 줄의 초기 에너지로 시작합니다. 13

21. 3. Performance Evaluation 13

22. 4. Summary and Conclusions • 무선 센서 네트워크에서 효율적인 에너지 사용을 제공하는 • 새로운 재구성 라우팅 체계를 개발할 수 있다. • 제안 알고리즘은 효과적으로 클러스터를 형성하고 라우팅 경로를 • 구성한다. • 센서 노드간의 에너지 소비의 균형을 맞추기 위해 H_Node를 • 교체합니다. • - 시뮬레이션 결과 네트워크 안정성 및 에너지 효율성 등의 기존의 스키마의 성능을 향상합니다. 13

23. 4. Think • 메타 데이터를 정의 해서 라우팅셋업 메시지 같은 부분을 • 브로드 캐스트 하지 않고,메타데이터로 사용을 한다면에너지를 • 더 효율적으로 사용할 수 있을 거 같습니다. • - 센서 노드의위치가 이동한다고 고려.. 13