[논문 리뷰] On Sink Mobility Trajectory in Clustering Routing Protocols in WSNs

Nadeem Javaid, Qurat ul Ain외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 03.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 12인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 무선 센서 네트워크(WSNs)의 클러스터링 기반 라우팅 프로토콜에 싱크 이동성을 통합하여 네트워크 수명을 연장하고자 제안한다. MATLAB 시뮬레이션을 통해 정적 및 이동성 싱크 시나리오를 비교한 결과, 이동성 싱크 경로가 에너지 효율성을 크게 향상시키며, LEACH, TEEN, DEEC, CAMPTEEN 및 H-TEEN 프로토콜 전반에 걸쳐 생존 노드 수를 늘리고 스루풋을 향상시킴을 입증한다.

ABSTRACT

Energy efficient routing protocols are consistently cited as efficient solutions for Wireless Sensor Networks (WSNs) routing. The area of WSNs is one of the emerging and fast growing fields which brought low cost, low power and multi-functional sensor nodes. In this paper, we examine some protocols related to homogeneous and heterogeneous networks. To evaluate the efficiency of different clustering schemes, we compare five clustering routing protocols; Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH), Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (TEEN), Distributed Energy Efficient Clustering (DEEC) and two variants of TEEN which are Clustering and Multi-Hop Protocol in Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (CAMPTEEN) and Hierarchical Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (H-TEEN). The contribution of this paper is to introduce sink mobility to increase the network life time of hierarchal routing protocols. Two scenarios are discussed to compare the performances of routing protocols; in first scenario static sink is implanted and in later one mobile sink is used. We perform analytical simulations in MATLAB by using different performance metrics such as, number of alive nodes, number of dead nodes and throughput.

연구 동기 및 목표

• WSN의 계층적 클러스터링 라우팅 프로토콜에서 싱크 이동성의 에너지 효율성에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 네트워크 수명과 에너지 소비 측면에서 정적 및 이동성 싱크 시나리오를 비교하기 위해.
• 정적 및 이동성 싱크 조건 하에서 다섯 가지 클러스터링 프로토콜—LEACH, TEEN, DEEC, CAMPTEEN 및 H-TEEN—의 성능을 평가하기 위해.
• 싱크 이동성 경로가 생존 노드 수, 사망 노드 수 및 스루풋과 같은 핵심 지표에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 이동성 싱크 배치가 클러스터링 프로토콜을 사용한 WSN의 수명과 효율성을 향상시킨다는 분석적 증거를 제공하기 위해.

제안 방법

• MATLAB을 사용하여 동일한 네트워크 조건에서 다섯 가지 클러스터링 프로토콜—LEACH, TEEN, DEEC, CAMPTEEN 및 H-TEEN—를 시뮬레이션하기 위해.
• 클러스터로부터 데이터를 동적으로 수거하기 위해 사전 정의된 경로를 따라 이동하는 싱크를 구현하여 클러스터 헤드의 에너지 부담을 감소시키기 위해.
• 생존 노드 수, 사망 노드 수 및 시간에 따른 스루풋과 같은 지표를 사용하여 성능을 비교하기 위해.
• 정적 싱크(기존) 및 이동성 싱크(제안된) 구성에서 프로토콜 행동을 평가하기 위해 분석적 시뮬레이션을 사용하기 위해.
• 정적 싱크와 이동성 싱크가 각각 따라가는 제어된 경로를 따르는 두 가지 별도의 시나리오를 설계하기 위해.
• 에너지 효율성과 싱크 이동성에 의한 네트워크 수명 연장 정도를 평가하기 위해 성능 평가 기준을 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 싱크 이동성은 클러스터링 기반 WSN 프로토콜의 네트워크 수명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 정적 대비 이동성 싱크 구성에서 LEACH, TEEN, DEEC, CAMPTEEN 및 H-TEEN의 비교 성능는 어떠한가?
• RQ3 이동성 싱크는 정적 싱크에 비해 클러스터 헤드의 에너지 소비를 어느 정도 줄이는가?
• RQ4 싱크 이동성 경로는 시간이 지남에 따라 생존 노드 수와 사망 노드 수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 계층적 WSN 라우팅에서 이동성 싱크 도입을 통해 스루풋과 에너지 효율성은 어느 정도 향상되는가?

주요 결과

• 이동성 싱크 시나리오는 정적 싱크 구성에 비해 네트워크 수명을 크게 연장한다.
• 모든 테스트된 프로토콜에서 이동성 싱크를 사용할 경우 생존 노드 수가 더 오랫동안 높게 유지된다.
• 이동성 싱크 시나리오에서는 더 균형 잡힌 에너지 소비와 더 짧은 데이터 전송 거리로 인해 스루풋이 일관되게 향상된다.
• DEEC 프로토콜은 이동성 싱크 조건에서 성능 향상을 보이며, 이는 이동성에 더 잘 적응할 수 있음을 시사한다.
• CAMPTEEN 및 H-TEEN 변종은 싱크 이동성 덕분에 클러스터 헤드의 에너지 고갈을 줄일 수 있다.
• 모든 다섯 가지 프로토콜의 전체 에너지 효율성이 싱크 이동성으로 인해 향상되며, 특히 시간이 지남에 따라 생존 노드 수에서 가장 두드러진 개선이 관찰된다.