[論文レビュー] Sensing and Link Model for Wireless Sensor Network: Coverage and Connectivity Analysis

Ashraf Hossain, Rashmita Mishra|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2014

Energy Efficient Wireless Sensor Networks被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、遮蔽フェーディング効果を組み込んだ確率的リンク接続性を考慮して、被覆性と接続性を分析するためのワイヤレスセンサーネットワーク用の統合的センシングおよびリンクモデルを提案する。遮蔽フェーディングはネットワーク被覆性を低下させるが、フェーディング環境における送信信頼性の向上によりマルチホップ接続性が向上することを明らかにした。

ABSTRACT

Coverage and connectivity both are important in wireless sensor network (WSN). Coverage means how well an area of interest is being monitored by the deployed network. It depends on sensing model that has been used to design the network model. Connectivity ensures the establishment of a wireless link between two nodes. A link model studies the connectivity between two nodes. The probability of establishing a wireless link between two nodes is a probabilistic phenomenon. The connectivity between two nodes plays an important role in the determination of network connectivity. In this paper, we investigate the impact of sensing model of nodes on the network coverage. Also, we investigate the dependency of the connectivity and coverage on the shadow fading parameters. It has been observed that shadowing effect reduces the network coverage while it enhances connectivity in a multi-hop wireless network.

研究の動機と目的

• ワイヤレスセンサーネットワークにおけるセンシングモデルの影響がネットワーク被覆性に与える影響を調査すること。
• 遮蔽フェーディングのパラメータがWSNにおける被覆性と接続性に与える影響を分析すること。
• 無線リンク確立の確率的性質を捉える確率的リンクモデルを構築すること。
• 現実的なフェーディング条件下での被覆性と接続性のトレードオフを評価すること。
• センシングおよびリンク層モデルに基づくネットワーク性能を統合的に評価するフレームワークを提供すること。

提案手法

• 著者らは、信号減衰と検出閾値に基づく確率的センシング範囲を用いてノードのセンシングをモデル化する。
• 経路損失と遮蔽フェーディングに依存する、2ノード間の送信成功確率を表す確率的リンクモデルを構築する。
• 少なくとも1つのセンサーノードのセンシング範囲内にある面積の割合を評価することで、ネットワークレベルの被覆性を評価する。
• リンク成功確率が信号対インターフェアレンス＋ノイズ比（SINR）および遮蔽効果に依存するマルチホップ接続性モデルを用いて接続性を評価する。
• 実世界の電波伝搬を模擬するために、対数距離経路損失モデルと対数正規分布による遮蔽を分析に組み込む。
• 変動する遮蔽およびセンシングパラメータ下での解析モデルの妥当性を検証するために、モンテカルロシミュレーションを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 センシングモデルの選択がワイヤレスセンサーネットワークにおける全体的なネットワーク被覆性にどのように影響するか。
• RQ2 遮蔽フェーディングがセンサーノード間のリンク確立成功確率に与える影響は何か。
• RQ3 遮蔽フェーディングがネットワーク被覆性とエンドツーエンド接続性のトレードオフにどのように影響するか。
• RQ4 マルチホップWSNにおいて、遮蔽が被覆性をどの程度低下させながら接続性を向上させるか。
• RQ5 統合的解析モデルは、現実的な伝搬条件下でのセンシングおよび接続性能を効果的に捉えることができるか。

主な発見

• 遮蔽フェーディングは、信号が検出閾値を下回る可能性があるため、信号減衰を引き起こし、盲点を生じさせるため、ネットワーク被覆性を低下させる。
• 被覆性を低下させる一方で、フェーディングに起因する信号変動のおかげで、長距離での送信成功確率が向上するため、マルチホップ接続性が向上する。
• 被覆性を最大化する最適なセンシング範囲は遮蔽分散に敏感であり、分散が大きいほど有効被覆領域が小さくなる。
• 遮蔽標準偏差が増加するに従い、接続確率は一定の点まで上昇するが、その後、高いアウトージ確率のため飽和する。
• 解析モデルは、遮蔽条件の変動に応じたネットワーク性能のトレンドを正確に予測でき、シミュレーションによる検証がなされた。
• 被覆性と接続性のトレードオフは非単調的であり、遮蔽パラメータσに強く依存する。