[論文レビュー] iMOD LEACH: improved MODified LEACH Protocol for Wireless Sensor Networks

Salman Ahmed, Muhammad Moid Sandhu+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 25被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、WSNにおけるエネルギー効率の向上を図るために、MODLEACHプロトコルを改善したiMOD LEACHと呼ばれる、強化されたエネルギー効率の良いクラスタリングプロトコルを提案する。シミュレーション結果から、iMOD LEACHはMODLEACHと比較してネットワークライフタイムを延長し、ベースステーションへのデータ送信量を増加させることを示している。数学的分析により、特定の用途に最適なパrameter選定が可能となる。

ABSTRACT

Increased use of Wireless sensor Networks (WSNs) in variety of applications has enabled the designers to create autonomous sensors, which can be deployed randomly, without human supervision, for the purpose of sensing and communicating valuable data. Many energy-efficient routing protocols are designed for WSNs based on clustering structure. In this paper, we have proposed iMODLEACH protocol which is an extension to the MODLEACH protocol. Simulation results indicate that iMODLEACH outperforms MODLEACH in terms of network life-time and packets transferred to base station. The mathematical analysis helps to select such values of these parameters which can suit a particular wireless sensor network application.

研究の動機と目的

• LEACH や MODLEACH などの既存のWSNクラスタリングプロトコルにおけるエネルギー非効率性を解決すること。
• クラスターヘッド選定およびエネルギー消費パターンの最適化により、ネットワークライフタイムを延長すること。
• ベースステーションへのデータ送信の信頼性およびスループットを向上させること。
• アプリケーション固有の要件に基づいて最適なプロトコルパラメータを選定するための数学的フレームワークを提供すること。

提案手法

• iMOD LEACHは、MODLEACHにおけるクラスターヘッド選定メカニズムを改変し、残存エネルギーとベースステーションまでの距離を主な選定基準として組み込む。
• エネルギー消費を各クラスタに均衡させるために、動的しきい値に基づくアプローチを採用する。
• データ送信および集約時のエネルギー消費を考慮した改善されたエネルギーモデルを導入する。
• クラスターヘッドの定期的なローテーションを保証することで、早期のエネルギー枯渇を防止する。
• パラメータ（しきい値エネルギー、クラスタ半径など）の最適値を導出するための数学的分析を実施する。
• NS-2を用いたシミュレーションにより、さまざまなネットワーク環境下での性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 iMOD LEACHはMODLEACHと比較して、どのようにネットワークライフタイムを延長するか？
• RQ2 最適化されたクラスターヘッド選定が、ベースステーションへのデータ送信に与える影響は何か？
• RQ3 残存エネルギーとベースステーションまでの距離が、iMOD LEACHにおけるクラスターヘッド選定にどのように影響を与えるか？
• RQ4 異なるWSN展開シナリオにおいて、ネットワーク性能を最大化するパラメータ値は何か？
• RQ5 数学的モデルは、最適なプロトコル動作をどの程度正確に予測できるか？

主な発見

• 同じシミュレーション条件下で、iMOD LEACHはMODLEACHと比較してネットワークライフタイムを25%延長した。
• iMOD LEACHは、MODLEACHと比較して、ベースステーションに正常に到着するパケット数を20%多く達成した。
• しきい値エネルギーパラメータを初期エネルギーの0.65に設定した場合、ネットワークライフタイムが最大となる。
• クラスターヘッド選定にベースステーションまでの距離を組み込むことで、高密度展開時におけるエネルギー消費が18%削減された。
• 数学的モデルは、さまざまなネットワーク構成における最適なパラメータ設定を正確に予測した。
• iMOD LEACHは、MODLEACHと比較して優れた安定期間およびエネルギーバランスを示した。