[論文レビュー] A Heuristic for Maximizing the Lifetime of Data Aggregation in Wireless Sensor Networks

Bing-Hong Liu, Van‐Trung Pham+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2019

Energy Efficient Wireless Sensor Networks被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、時間経過に伴うデータ集約木の戦略的スケジューリングにより、無線センサネットワークのライフタイムを最大化するヒューリスティックアルゴリズムを提案する。ノード間のエネルギー消費をバランスさせることで、早期の枯渇を防ぐ。シミュレーション結果は、制限付きのデータ集約制限下でも、提案手法がベースライン手法に比べて著しくネットワークライフタイムを延長することを示している。

ABSTRACT

Recently, many researchers have studied efficiently gathering data in wireless sensor networks to minimize the total energy consumption when a fixed number of data are allowed to be aggregated into one packet. However, minimizing the total energy consumption does not imply the network lifetime is maximized. In this paper, we study the problem of scheduling data aggregation trees working for different time periods to maximize the network lifetime when a fixed number of data are allowed to be aggregated into one packet. In addition, we propose a heuristic to balance the lifetime of nodes in data aggregation trees such that the network lifetime is maximized. Simulation results show that the proposed heuristic provides a good performance.

研究の動機と目的

• 総合エネルギー消費を最小化するが、ネットワークライフタイムを最大化しない既存のデータ集約手法の限界を解決すること。
• 全ネットワークの運用期間を延長するためのデータ集約木のスケジューリング戦略を開発すること。
• 集約木内のノード間でエネルギー消費をバランスさせ、早期のノード故障を防ぐこと。
• 固定されたデータ集約制約下でも、持続的なネットワーク運用を確保すること。

提案手法

• ヒューリスティックは、エネルギー負荷をノード全体に分散させるために、異なる時間期間にわたりデータ集約木を動的にスケジューリングする。
• ネットワークを、特定の時間間隔にのみアクティブになる複数の集約木の集合としてモデル化する。
• エネルギー残量が低いノードに高い優先度を割り当てることで、エネルギー消費をバランスさせる。
• 最大ノードエネルギー使用量を最小化するように、貪欲な選択プロセスを用いて木を構築する。
• スケジューリングポリシーにより、特定のノードが過剰に使用されることを回避し、全体のネットワーク運用を延長する。
• エネルギーのホットスポットを避けるために、集約木の時分割多重を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間経過に伴うデータ集約木のスケジューリングは、どのようにしてネットワークライフタイムを最大化できるか？
• RQ2 集約木内のノード間でエネルギー消費をバランスさせるためのヒューリスティック戦略は何か？
• RQ3 動的木スケジューリングは、総エネルギー最小化にとどまらない手法よりも、ネットワークライフタイムを延長できるか？
• RQ4 提案手法は、静的またはランダムスケジューリングと比較して、どれほどライフタイムを延長できるか？

主な発見

• 提案されたヒューリスティックは、従来のエネルギー最小化アプローチに比べて、著しくネットワークライフタイムを延長する。
• シミュレーション結果は、ヒューリスティックが早期のノード枯渇を防ぐことで、より長い運用期間を達成できることを示している。
• この手法は、ノード間でのエネルギー使用を効果的にバランスさせ、早期のネットワーク障害の可能性を低減する。
• 集約木の動的スケジューリングにより、より均一なエネルギー消費パターンが実現される。