[論文レビュー] A New Sentinel Approach for Energy Efficient and Hole Aware Wireless Sensor Networks

Dame Diongue, Ousmane Thiaré|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、エネルギー効率的で長寿命な無線センサネットワークを実現するため、センチネルベースのスリープスケジューリングおよびトポロジー回復手法を提案する。確率的分散モデルを用いることで、適応的ノードのデューティサイクル制御とノード障害後の迅速な回復が可能となり、密度の高い展開においてネットワーク寿命を顕著に延長する。

ABSTRACT

Recent advances in micro-sensor and communication technology have enabled the emergence of a new technology, Wireless Sensor Networks (WSN). WSN have emerging recently as a key solution to monitor remote or hostile environments and concern a wide range of applications. These networks are faced with many challenges such as energy efficiency usage, topology maintenance, network lifetime maximization, etc. Experience shows that sensing and communications tasks consume energy, therefore judicious power management can effectively extend network lifetime. Moreover, the low cost of sensor devices will allows deployment of huge number nodes that can permit a high redundancy degree. In this paper, we focus on the problem of energy efficiency and topology maintenance in a densely deployed network context. Hence we propose an energy aware sleep scheduling and rapid topology healing scheme for long life wireless sensor networks. Our scheme is a strong node scheduling based mechanism for lifetime maximization in wireless sensor networks and has a fast maintenance method to cover nodes failure. Our sentinel scheme is based on a probabilistic model which provides a distributed sleep scheduling and topology control algorithm. Simulations and experimental results are presented to verify our approach and the performance of our mechanism.

研究の動機と目的

• 密度の高い展開における無線センサネットワークのエネルギー効率性とトポロジー維持の課題に対処すること。
• 知的なノードスケジューリングによりエネルギー消費を最小限に抑えることで、ネットワーク寿命を延長すること。
• ノード障害からの迅速な回復を可能にし、ネットワーク接続性とカバレッジを維持すること。
• 大規模かつ低コストなセンサ展開に適した分散的でスケーラブルなソリューションの開発

提案手法

• ノードがアクティブ状態にとどまるかスリープモードに入るかを決定するための確率的モデルを用いたセンチネルベースのメカニズムを提案する。
• 局所的な近隣情報に基づいてノードの活動を動的に調整する分散スリープスケジューリングアルゴリズムを実装する。
• ノード障害が発生した際に起動される、迅速なトポロジー回復プロトコルを導入する。
• エネルギー使用量を最小限に抑えながらネットワーク接続性を維持する分散トポロジー制御メカニズムを用いる。
• 中央集権的制御なしに、動的ネットワーク状態に適応可能な自己回復的かつ適応的設計を実現する。
• 密度の高いネットワークにおける高いノード冗長性を活用し、選択的アクティベーションによりカバレッジと信頼性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 接続性を損なわず、密度の高い無線センサネットワークにおけるエネルギー効率性を最大限に高めることは可能か？
• RQ2 ノード障害後の迅速かつ効果的なトポロジー回復を可能にする分散メカニズムは何か？
• RQ3 確率的モデルは、大規模なWSNにおけるスケーラブルで適応的なスリープスケジューリングをどのように支援するか？
• RQ4 従来の手法と比較して、提案されたセンチネル方式はどの程度ネットワーク寿命を延長するか？

主な発見

• 確率的スリープスケジューリングによるノード活動の知的管理により、センチネル方式はネットワーク寿命を顕著に延長する。
• アルゴリズムの分散的性質により、大規模で密度の高いセンサネットワークにおけるスケーラビリティとレジリエンスが確保される。
• 迅速なトポロジー回復により、ノード障害後のダウンタイムが短縮され、一貫したネットワークカバレッジと接続性が維持される。
• シミュレーションおよび実験結果により、エネルギー効率性と頑健なトポロジー維持の両面でメカニズムの有効性が検証された。