[論文レビュー] MEEP: Multihop Energy Efficient Protocol For Heterogeneous Wireless Sensor Network

Surender Kumar, Manish Prateek+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2014

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、クラスタリングとマルチホップ通信を組み合わせることでネットワークライフタイムを延長する、異種無線センサネットワーク向けのマルチホップエネルギー効率プロトコルMEEPを提案する。高エネルギー節点をリレーノードとして使用し、残存エネルギーに基づくクラスターヘッド選択とスリープ状態を採用することで、MEEPはエネルギー効率を向上させ、シミュレーションでSEPを上回るネットワーク耐久性とエネルギー節約を実現した。

ABSTRACT

Energy conservation of sensor nodes for increasing the network life is the most crucial design goal while developing efficient routing protocol for wireless sensor networks. Recent technological advances help in the development of wide variety of sensor nodes. Heterogeneity takes the advantage of different types of sensor nodes and improves the energy efficiency and network life. Generally sensors are deployed randomly and densely in a sensing region so short distance multihop communication reduces the long distance transmission in the sensor network. In this research paper MEEP (multihop energy efficient protocol for heterogeneous sensor network) is proposed. The proposed protocol combines the idea of clustering and multihop communication. Heterogeneity is created in the network by using some nodes of high energy. Low energy nodes use a residual energy based scheme to become a cluster head. High energy nodes act as the relay nodes for low energy cluster head when they are not performing the duty of a cluster head to save their energy further. Protocol also suggests a sleep state for nodes in the cluster formation process for saving energy and increasing the life of sensor network. Simulation result shows that the proposed scheme is better than other two level heterogeneous sensor network protocol like SEP in energy efficiency and network life.

研究の動機と目的

• 節点の不均一なエネルギー消費による無線センサネットワーク（WSNs）におけるエネルギー非効率性の是正。
• 高エネルギーおよび低エネルギー節点を活用することで、節点の異質性を活かしたネットワークライフタイムの延長。
• 密集したランダム配置のセンサフィールドにおいて、長距離送信を低減するためのマルチホップ通信の導入。
• クラスタ形成時にスリープ状態機構を用いることで、エネルギー消費を最小限に抑える。
• 従来の二段階異種プロトコルと比較して、エネルギー負荷をバランスさせ、ネットワーク運用を延長するプロトコルの開発。

提案手法

• 残存エネルギーに基づくスキームを用いて、低エネルギー節点をクラスターヘッドとして選出することで、エネルギーに配慮したクラスタ形成を実現。
• 高エネルギー節点は、クラスターヘッドとして機能していない間は、低エネルギークラスターヘッドのリレーノードとして機能し、エネルギー消費を低減する。
• 長距離送信はエネルギー消費が大きいので、マルチホップ通信を採用して短距離ホップに置き換え、エネルギー消費を最小限に抑える。
• クラスタ形成時にノードがスリープ状態に入ることで、エネルギーを節約し、無駄なリスニングを低減する。
• クラスタリングとマルチホップルーティングを統合することで、エネルギー負荷をバランスさせ、スケーラビリティを向上させる。
• 節点の残存エネルギーと能力に基づいて役割を割り当てることで、エネルギーの非均一性を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最適化されたルーティングとクラスタリングを通じて、異種無線センサネットワークにおけるエネルギー効率をどのように向上させられるか？
• RQ2 マルチホップ通信は、シングルホップ送信と比較して、どれほどエネルギー消費を低減できるか？
• RQ3 残存エネルギーに基づくクラスターヘッド選択は、ネットワークライフタイムとエネルギーのバランスにどのように影響するか？
• RQ4 クラスタ形成時にスリープ状態を導入することで、エネルギー節約にどのような影響を与えるか？
• RQ5 SEPのような既存の二段階異種プロトコルと比較して、MEEPの性能はどの程度優れているか？

主な発見

• MEEPは、異種WSNにおいてSEPプロトコルと比較して、顕著にエネルギー効率が向上した。
• MEEPでは、エネルギー消費のバランスと高エネルギー節点の効果的活用のおかげで、ネットワークライフタイムがSEPを上回った。
• マルチホップ通信により長距離送信が低減され、データ送信あたりのエネルギー消費が低下した。
• クラスタ形成時のスリープ状態統合により、無駄なリスニングが低減され、エネルギーが節約された。
• 高エネルギー節点が効果的にリレーノードとして機能し、低エネルギークラスターヘッドのエネルギー負担が軽減された。
• シミュレーション結果から、MEEPがエネルギー効率およびネットワーク耐久性の両面でSEPを上回ることが確認された。