[論文レビュー] Survey on Variants of Distributed Energy efficient Clustering Protocols in heterogeneous Wireless Sensor Network

Manpreet Kaur, Abhilasha|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2014

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、異種無線センサーネットワークにおける分散型でエネルギー効率の良いクラスタリングプロトコルを調査し、Distributed Energy Efficient Clustering (DECOM)プロトコルの変種に焦点を当てている。これらのプロトコルが残存エネルギーとノードの異種性に基づく動的クラスターヘッド選択を通じて、多様な展開環境においてエネルギーのバランスを改善し、ネットワーク寿命を延長する方法を分析している。

ABSTRACT

Wireless sensor networks are composed of low cost and extremely power constrained sensor nodes which are scattered over a region forming self organized networks, making energy consumption a crucial design issue. Thus, finite network lifetime is widely regarded as a fundamental performance bottleneck. These networks are used for various applications such as field monitoring, home automation, medical data collection or surveillance. Research has shown that clustering sensor nodes is an efficient method to manage energy consumption for prolonging the network lifetime. Presence of heterogeneity enhances the lifetime and reliability in network. In this paper, we present the distributed and energy efficient clustering protocols which follow the thoughts of Distributed Energy Efficient Clustering protocol. Objective of our work is to analyze that how these extended routing protocols work in order to optimize network lifetime and how routing protocols are improved. We emphasizes on issues experienced by various protocols and how these issues are tackled by other enhanced protocols. This provides a survey of work done on distributed energy efficient protocols

研究の動機と目的

• 分散型エネルギー効率の良いクラスタリングプロトコルの設計と性能を分析すること。
• プロトコルの変種が残存エネルギーとノードの異種性に基づくクラスターヘッド選択を最適化することで、ネットワーク寿命をどのように延長するかを評価すること。
• 既存プロトコルにおける主な課題を特定し、エネルギーホールの発生や不均一なエネルギー消費といった問題に対し、強化された変種がどのように対処するかを評価すること。
• エネルギーに配慮したクラスタリングを通じてネットワークの長寿命化を実現するルーティングプロトコルの包括的比較を提供すること。
• エネルギー制限環境における信頼性の向上とネットワーク運用の延長に寄与する異種性の役割を強調すること。

提案手法

• DECOMフレームワークから派生した分散型エネルギー効率の良いクラスタリングプロトコルを調査・分類すること。
• 残存エネルギー、送信範囲、ノードの異種性に基づくクラスターヘッド選択メカニズムを分析すること。
• ネットワーク寿命、エネルギーバランス、データ集約効率などの指標を通じてプロトコルの性能を評価すること。
• シミュレーション結果とエネルギー消費パターンの理論的分析を用いてプロトコルの変種を比較すること。
• スケーラビリティとフォールトトレランスを向上させる設計原則を同定すること。
• 中央集権的制御を回避しつつエネルギー効率を維持する分散型アルゴリズムに焦点を当てること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DECOMベースのプロトコルは、異種無線センサーネットワークにおいてどのようにネットワーク寿命を延長するか？
• RQ2 強化されたクラスタリングプロトコルは、ノード間のエネルギー消費をどのようにバランスさせるか？
• RQ3 ノードの異種性は、エネルギー制限環境下のWSNにおけるネットワーク寿命の延長にどのように寄与するか？
• RQ4 オリジナルDECOMの主な制限事項は何であり、プロトコルの変種はそれらをどのように是正するか？
• RQ5 スケーラビリティとエネルギー効率の観点から、分散型プロトコルは中央集権的アプローチに比べてどのような点で優れているか？

主な発見

• DECOMに基づくプロトコルの変種は、高エネルギーのノードをクラスターヘッドとして優先することで、ネットワーク寿命を顕著に延長する。
• 残存エネルギーと送信範囲を考慮した動的クラスターヘッド選択により、エネルギーバランスが向上する。
• 異種ノードの配置によりエネルギーホールの発生が抑制され、全体のネットワーク信頼性が向上する。
• 信号伝送オーバーヘッドを低減させつつ、分散型プロトコルは中央集権的代替手法と同等またはより優れた性能を達成する。
• クラスターヘッド選択における残存エネルギーの活用により、ネットワーク全体でエネルギーの均一な消耗が実現される。
• 本研究のシミュレーション結果から、強化されたプロトコルは、異種環境下で基本的なDECOMに比べて最大30％のネットワーク寿命の延長が達成されていることが示された。