[논문 리뷰] Maximizing the Lifetime of Multi-chain PEGASIS using Sink Mobility

Mohsin Raza Jafri, Nadeem Javaid외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 18.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 12인용 수 75

한 줄 요약

이 논문은 사전 정의된 궤적을 따라 고정된 체류 시간을 가지며 이동하는 모바일 싱크를 최적화하여 무선 센서 네트워크(WSN)의 수명을 극대화하기 위해 다중 체인 PEGASIS 프로토콜(MIEEPB)을 제안한다. 이 방법은 다중 체인 데이터 집계와 제어된 모바일 싱크 이동을 통해 정적 싱크 IEEPB 프로토콜을 초월하여 에너지 효율성을 향상시키고 네트워크 수명을 연장한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무선 센서 네트워크(WSNs)에서 센서 노드의 제한된 에너지 용량을 해결하기 위해 네트워크 수명을 연장하는 것.
• 다중 체인 PEGASIS 아키텍처에서 싱크 이동성을 도입하여 데이터 수집의 에너지 소비를 줄이는 것.
• 완전한 데이터 수집을 보장하면서 에너지 비용을 최소화하기 위해 모바일 싱크의 고정된 궤적과 체류 시간 전략을 설계하는 것.
• 다중 체인 데이터 집계와 모바일 싱크 조율을 통해 정적 싱크 IEEPB 프로토콜에 비해 에너지 효율성을 향상시키는 것.
• 네트워크 수명과 에너지 효율성 측면에서 제안된 MIEEPB 프로토콜의 성능을 평가하는 것.

제안 방법

• 제안된 MIEEPB 프로토콜은 다중 체인 모델을 사용하여 센서 노드가 체인을 형성함으로써 다중 홉 전송 에너지를 최소화한다.
• 모바일 싱크는 사전 정의된 궤적을 따라 센서 체인으로부터 데이터를 수거하여 장거리 전송 에너지를 줄인다.
• 모든 체인으로부터 완전한 데이터 수거를 보장하기 위해 특정 위치에서 고정된 체류 시간을 할당한다.
• 모바일 싱크의 경로를 최적화하고 이동 중 소비되는 에너지를 최소화하기 위해 궤적 계획 알고리즘을 개발한다.
• PEGASIS 기반의 체인 형성과 모바일 싱크 데이터 수거를 활용하여 에너지 인식 라우팅을 통합한다.
• 제어된 조건 하에서 시뮬레이션을 수행하여 IEEPB 프로토콜과의 성능을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 체인 PEGASIS 기반 WSN에서 싱크 이동성은 네트워크 수명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 어떤 궤적과 체류 시간 설정이 에너지 효율성과 데이터 수거 완전성을 극대화하는가?
• RQ3 제안된 MIEEPB 프로토콜은 정적 싱크 IEEPB에 비해 네트워크 수명 연장 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이동 비용과 전송 범위 감소로 인한 에너지 절감 사이의 최적 균형은 무엇인가?
• RQ5 다중 체인 집계와 모바일 싱크 이동을 조합하면 WSN에서 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 MIEEPB 프로토콜은 거의 최적의 네트워크 수명을 달성하여 IEEPB 프로토콜을 크게 능가한다.
• 모바일 싱크 이동과 다중 체인 PEGASIS의 통합은 데이터 수집 중 총 에너지 소비를 감소시킨다.
• 지정된 위치에서 고정된 체류 시간은 추가 에너지 오버헤드 없이도 완전한 데이터 수거를 보장한다.
• 궤적 계획 알고리즘이 이동 비용과 에너지 절감 사이를 효과적으로 균형 잡아 네트워크 수명 연장에 기여한다.
• 시뮬레이션 결과 MIEEPB는 효율적인 에너지 활용 덕분에 IEEPB보다 네트워크 수명을 더 효과적으로 연장하는 것으로 확인되었다.
• 제안된 방법은 제어된 실험 조건 하에서도 뛰어난 성능을 보이며, 에너지 효율성과 확장성의 타당성을 입증한다.