[論文レビュー] Reliable and Real-Time End-to-End Delivery Protocol in Wireless Sensor Networks

Hossein Pourakbar, Ali Ghaffari|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2018

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 12被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、デッドラインに基づく優先キューイングと隣接ノード選択のためのパケット受信率（PRR）を統合することで、信頼性とリアルタイム性を確保するQoS指向ルーティングプロトコルを提案する。時間的制約が厳しいパケットがデッドラインを満たせない場合に動的に破棄することで、エネルギー消費を最小限に抑えつつ、低遅延と高い信頼性を維持する。シミュレーション結果により、QoS指標の向上が裏付けられている。

ABSTRACT

Many routing protocols have been proposed to handle reliability and real-time routing energy efficiency for wireless sensor networks. In this paper we propose a new routing protocol with QoS based capabilities for WSNs. We used priority queues for improve real-time and non-real-time packets forwarding according to deadline of them. The protocol finds a best-cost, time-sensitive packet forwarding mechanism for real-time data with minimum consumption of the energy. In order to avoid of congestion in network our protocol drops those packets who can't reach their destination in specified time. For service quality assurance in reliability domain we used packet reception rate as an important parameter (PRR) in selecting of neighbor nodes. Simulation results show that our new approach how can provide quality of service parameters.

研究の動機と目的

• エネルギー制限のある無線センサネットワーク（WSNs）における信頼性とリアルタイム性を確保する課題に対処すること。
• リアルタイムデータ伝送における厳密な時間制約を維持しつつ、エネルギー消費を低減すること。
• デリバリーのデッドラインを満たせないパケットを事前に破棄することで、ネットワークの混雑を防ぐこと。
• パケット受信率（PRR）をキー指標として用いることで、信頼性の高いマルチホップ転送を向上させること。

提案手法

• パケットのデッドラインに基づいてリアルタイムと非リアルタイムのパケットの転送動作を区別する優先キューの採用。
• リアルタイムデータのエネルギー消費を最小限に抑える最適コストで時間に敏感な転送メカニズムの実装。
• デリバリーのデッドライン内に到達できないと予測されるパケットを破棄するパケット破棄ポリシーの導入。
• 信頼性の高いマルチホップ転送を実現するため、隣接ノード選択の基準としてPRRを用いる。
• エネルギー効率性、信頼性、タイムelinessのバランスを取るルーティング意思決定フレームワークの設計。
• さまざまなトラフィックおよびネットワーク状態下でのQoS性能を評価するため、WSN環境でのプロトコルシミュレーションを実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WSNにおけるルーティングプロトコルは、エネルギー消費を最小限に抑えながら、リアルタイムデータの低遅延と高信頼性を同時に確保できるか。
• RQ2 時間切れのパケットをリソースを浪費する前に事前に破棄することで、ネットワークの混雑を効果的に防止できるメカニズムは何か。
• RQ3 マルチホップWSNにおいて、PRRに基づく隣接ノード選択は、エンドツーエンドのパケット到達信頼性をどの程度向上できるか。
• RQ4 従来のキューイング戦略と比較して、デッドラインに配慮したキューイングは、リアルタイムデータ伝送のタイムelinessをどのように改善するか。
• RQ5 WSNにおけるエンドツーエンドのデータ伝送において、エネルギー効率性、信頼性、遅延の間にはどのようなトレードオフが存在するか。

主な発見

• 提案されたプロトコルは、デッドラインに基づくキューイングによりリアルタイムパケットのエンドツーエンド遅延を顕著に短縮する。
• デッドラインを満たせないパケットの転送を回避することで、エネルギー消費が削減される。
• 隣接ノード選択にPRRを用いることで、マルチホップ経路全体でのパケット到達信頼性が明確に向上する。
• デリバリーのデッドラインを満たせないパケットを事前に破棄することで、混雑が効果的に緩和される。
• シミュレーション結果により、従来のルーティングプロトコルと比較して、本プロトコルは信頼性、遅延、エネルギー効率性という点で優れたQoSパフォーマンスを達成することが確認された。
• 本プロトコルは、高負荷状態下でも高いパフォーマンスを維持でき、動的かつ変化しやすいWSN環境における耐障害性を示している。