[論文レビュー] Maximizing the Lifetime of Multi-chain PEGASIS using Sink Mobility

Mohsin Raza Jafri, Nadeem Javaid+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 12被引用数 75

ひとこと要約

本稿では、所定の経路に従って移動し、指定された場所で固定された滞在時間を設けることで、無線センサネットワーク（WSN）のライフタイムを最大化するため、モバイルシンクを統合したマルチチェーン PEGASISプロトコル（MIEEPB）を提案する。この手法は、複数のチェーンにわたるデータ集約と制御されたモバイルシンクの移動を統合することで、静的シンクの IEEPB プロトコルを上回るエネルギー効率とネットワークライフタイムを実現する。

ABSTRACT

In this paper, we propose the mobility of a sink in improved energy efficient PEGASIS-based protocol (IEEPB) to advance the network lifetime of Wireless Sensor Networks (WSNs). The multi-head chain, multi-chain concept and the sink mobility affects largely in enhancing the network lifetime of wireless sensors. Thus, we recommend Mobile sink improved energy-efficient PEGASIS-based routing protocol (MIEEPB); a multi-chain model having a sink mobility, to achieve proficient energy utilization of wireless sensors. As the motorized movement of mobile sink is steered by petrol or current, there is a need to confine this movement within boundaries and the trajectory of mobile sink should be fixed. In our technique, the mobile sink moves along its trajectory and stays for a sojourn time at sojourn location to guarantee complete data collection. We develop an algorithm for trajectory of mobile sink. We ultimately perform wide-ranging experiments to assess the performance of the proposed method. The results reveal that the proposed way out is nearly optimal and also better than IEEPB in terms of network lifetime.

研究の動機と目的

• 無線センサネットワーク（WSN）におけるセンサノードの限られたエネルギー容量に起因する問題を解決し、ネットワークライフタイムを延長すること。
• マルチチェーン PEGASISフレームワークにシンクの移動性を導入することで、データ収集におけるエネルギー消費を低減すること。
• 完全なデータ収集を保証すると同時にエネルギーコストを最小限に抑えるために、モバイルシンクの固定経路と滞在時間戦略を設計すること。
• マルチチェーンデータ集約とモバイルシンクの協調動作を通じて、静的シンクの IEEPB プロトコルを上回るエネルギー効率を向上させること。
• ネットワークライフタイムとエネルギー効率の観点から、提案された MIEEPB プロトコルの性能を評価すること。

提案手法

• 提案された MIEEPB プロトコルは、マルチチェーンモデルを用い、センサノードがチェーンを形成することで、マルチホップ伝送に要するエネルギーを最小限に抑える。
• モバイルシンクは事前に定義された経路に従って移動し、センサチェーンからデータを収集することで、長距離伝送に要するエネルギーを削減する。
• 特定の場所で固定された滞在時間を設けることで、すべてのチェーンからの完全なデータ収集を保証する。
• モバイルシンクの経路を最適化し、移動中のエネルギー消費を最小限に抑えるための経路計画アルゴリズムを開発する。
• PEGASISに基づくチェーン形成とモバイルシンクによるデータ収集を活用することで、エネルギーに配慮したルーティングを統合する。
• 制御された条件下でシミュレーションを実施し、IEEPB プロトコルと性能を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチチェーン PEGASISに基づく WSN において、シンクの移動性はネットワークライフタイムにどのように影響するか？
• RQ2 どの経路と滞在時間設定がエネルギー効率とデータ収集の完全性を最大限に高めるか？
• RQ3 提案された MIEEPB プロトコルは、静的シンクの IEEPB と比較して、ネットワークライフタイムの延長においてどのように差をつけるか？
• RQ4 移動コストと伝送範囲の短縮によるエネルギー削減の間で、最適なバランスは何か？
• RQ5 マルチチェーン集約とモバイルシンクの移動を組み合わせることで、WSN におけるエネルギー効率を著しく向上させられるか？

主な発見

• 提案された MIEEPB プロトコルは、ほぼ最適なネットワークライフタイムを達成し、IEEPB プロトコルを著しく上回る。
• モバイルシンクの移動とマルチチェーン PEGASIS の統合により、データ収集における全体的なエネルギー消費が削減される。
• 指定された場所での固定滞在時間により、追加のエネルギーオーバーヘッドを伴わずに完全なデータ収集が保証される。
• 経路計画アルゴリズムは、移動コストとエネルギー削減のバランスを効果的にとらえ、ネットワークの耐久性を向上させる。
• シミュレーション結果から、MIEEPB は効率的なエネルギー利用のおかげで、IEEPB よりもより効果的にネットワークライフタイムを延長することが確認された。
• 制御された実験条件下でも、本手法は高い性能を示し、エネルギー効率性とスケーラビリティの両面で妥当性が裏付けられた。