[論文レビュー] Cluster Based Hierarchical Routing Protocol for Wireless Sensor Network

Md. Golam Rashed, M. Hasnat Kabir+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2012

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 5被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、1つのアクティブなクラスターヘッドと複数の関連クラスターヘッドを備えた「ヘッドセット」概念を導入することで、エネルギー効率とネットワーク寿命を向上させる、ワイヤレスセンサーネットワーク向けのクラスターベースの階層的ルーティングプロトコル（CBHRP）を提案する。クラスターヘッド選択とデータ集約の最適化により、エネルギー消費を低減し、LEACHプロトコルを上回るネットワークの長期運用を実現する。

ABSTRACT

The efficient use of energy source in a sensor node is most desirable criteria for prolong the life time of wireless sensor network. In this paper, we propose a two layer hierarchical routing protocol called Cluster Based Hierarchical Routing Protocol (CBHRP). We introduce a new concept called head-set, consists of one active cluster head and some other associate cluster heads within a cluster. The head-set members are responsible for control and management of the network. Results show that this protocol reduces energy consumption quite significantly and prolongs the life time of sensor network as compared to LEACH.

研究の動機と目的

• ワイヤレスセンサーネットワーク（WSNs）におけるエネルギー枯渇という深刻な課題に取り組み、ネットワーク寿命を制限する要因を解消すること。
• クラスタ形成とデータ送信の最適化により、センサーノードのエネルギー消費を低減すること。
• 複数の関連クラスターヘッドを備えた階層的クラスタリングを通じて、ネットワークのスケーラビリティと耐久性を向上させること。
• ネットワーク制御と管理効率を向上させる、画期的なヘッドセットメカニズムを提案すること。
• LEACHなどの既存プロトコルに比べ、エネルギー効率とネットワーク寿命の面で優れるようにすること。

提案手法

• プロトコルは、二層構造を持つ階層的構造を用いて、センサーノードをクラスタに編成する。
• 「ヘッドセット」が導入され、各クラスタ内に1つのアクティブなクラスターヘッドと複数の関連クラスターヘッドが含まれる。
• 残存エネルギーとベースステーションへの距離に基づいてクラスターヘッドが選択され、エネルギー負荷をバランスさせる。
• データ集約がクラスターヘッドで実行され、重複したデータ送信を削減し、エネルギーを節約する。
• エネルギー消費をノード全体に均等に分散させるために、クラスターヘッド選択のローテーションメカニズムが使用される。
• 局所的なデータ統合と効率的なイントラクラスタルーティングを通じて、通信が最適化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インtelリジェントなクラスタリングとルーティングにより、ワイヤレスセンサーネットワークにおけるエネルギー消費をどのように最小化できるか？
• RQ2 複数のクラスターヘッドを備えたヘッドセットの導入が、ネットワーク寿命とエネルギー効率に与える影響は何か？
• RQ3 CBHRPは、エネルギー消費とネットワーク耐久性の面でLEACHに比べてどのように異なるか？
• RQ4 動的クラスターヘッド選択を伴う階層的クラスタリングは、WSNsにおけるスケーラビリティと負荷分散をどのように改善できるか？
• RQ5 クラスターヘッドでのデータ集約は、重複送信を削減し、エネルギーを節約するために果たす役割は何か？

主な発見

• CBHRPは、LEACHプロトコルと比較して、エネルギー消費を顕著に低減し、ネットワーク寿命を延長する。
• 複数の関連クラスターヘッドを備えたヘッドセットの使用により、ネットワーク制御と管理効率が向上する。
• 残存エネルギーに基づく動的クラスターヘッドローテーションにより、エネルギー負荷バランスが強化される。
• 局所的なデータ集約のおかげで、スケーラビリティが向上し、データの重複が低減される。
• シミュレーション結果は、類似したネットワーク条件下でCBHRPがLEACHを上回り、ネットワーク寿命を延長できることを確認している。
• 最適化されたクラスタ形成を伴う階層的構造のおかげで、全体的なネットワーク性能と安定性が向上している。