[논문 리뷰] Survey on Variants of Distributed Energy efficient Clustering Protocols in heterogeneous Wireless Sensor Network

Manpreet Kaur, Abhilasha|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 09.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 20인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이질적인 무선 센서 네트워크에서 분산형 에너지 효율 클러스터링 프로토콜을 조사하며, 분산 에너지 효율 클러스터링(DECOM) 프로토콜의 변종에 초점을 맞춘다. 이러한 프로토콜이 잔류 에너지와 노드의 이질성에 기반한 동적 클러스터 헤드 선택을 통해 네트워크 수명을 최적화하고, 다양한 배치 환경에서 에너지 균형을 향상시키며 네트워크 수명을 연장하는 방식을 분석한다.

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

연구 동기 및 목표

• 이질적인 무선 센서 네트워크에서 분산형 에너지 효율 클러스터링 프로토콜의 설계 및 성능을 분석하기 위해.
• 프로토콜 변종이 잔류 에너지와 노드의 이질성에 기반한 클러스터 헤드 선택 최적화를 통해 네트워크 수명을 어떻게 향상시키는지 평가하기 위해.
• 기존 프로토콜에서 발생하는 주요 과제를 특정하고, 에너지 홀 형성과 균일하지 않은 에너지 소모 문제를 개선한 향상된 변종이 이를 어떻게 해결하는지 평가하기 위해.
• 에너지 인식 클러스터링을 통해 네트워크 수명을 연장하는 라우팅 프로토콜 간의 종합적 비교를 제공하기 위해.
• 에너지 제약 환경에서 이질성이 신뢰성 향상과 네트워크 운영 시간 연장에 기여하는 역할을 부각하기 위해.

제안 방법

• DECOM 프레임워크에서 파생된 분산형 에너지 효율 클러스터링 프로토콜을 조사하고 분류하기 위해.
• 잔류 에너지, 전송 범위, 노드의 이질성에 기반한 클러스터 헤드 선택 메커니즘을 분석하기 위해.
• 네트워크 수명, 에너지 균형, 데이터 집합 효율성 등의 지표를 통해 프로토콜 성능을 평가하기 위해.
• 시뮬레이션 기반 결과와 에너지 소비 패턴의 이론적 분석을 통해 프로토콜 변종을 비교하기 위해.
• 이종 센서 네트워크에서 확장성과 장애 내성 향상을 위한 설계 원칙을 규명하기 위해.
• 중앙 집중식 제어를 피하면서도 에너지 효율성을 유지하는 분산 알고리즘에 초점을 맞추기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DECOM 기반 프로토콜은 이질적인 무선 센서 네트워크에서 네트워크 수명을 어떻게 연장하는가?
• RQ2 향상된 클러스터링 프로토콜은 노드 간 에너지 소모를 균형 있게 유지하기 위해 어떤 메커니즘을 사용하는가?
• RQ3 노드의 이질성은 에너지 제약이 있는 WSN에서 네트워크 수명 연장에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 기존 DECOM의 핵심 한계는 무엇이며, 프로토콜 변종은 이를 어떻게 해결하는가?
• RQ5 확장성과 에너지 효율성 측면에서 분산형 프로토콜은 중앙 집중식 접근 방식에 비해 어떤 방식으로 뛰어나게 되는가?

주요 결과

• DECOM 기반 프로토콜 변종은 고에너지 노드를 클러스터 헤드로 우선시함으로써 네트워크 수명을 크게 연장한다.
• 잔류 에너지와 전송 범위를 고려한 동적 클러스터 헤드 선택을 통해 에너지 균형이 향상된다.
• 이종 노드 배치는 에너지 홀 형성을 감소시키고 전체 네트워크의 신뢰성을 향상시킨다.
• 신호 전송 오버헤드가 감소한 분산 프로토콜은 중앙 집중식 대안과 비교해 유사하거나 더 뛰어난 성능을 달성한다.
• 클러스터 헤드 선택에 잔류 에너지를 핵심 지표로 사용함으로써 네트워크 전반의 에너지 고갈이 균일하게 분포된다.
• 연구의 시뮬레이션 결과에 따르면, 향상된 프로토콜은 이질적 환경에서 기본 DECOM 대비 최대 30% 더 긴 네트워크 수명을 달성한다.