[논문 리뷰] MEEP: Multihop Energy Efficient Protocol For Heterogeneous Wireless Sensor Network

Surender Kumar, Manish Prateek외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 02.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 이질적인 무선 센서 네트워크를 위한 다중호프 에너지 효율 프로토콜인 MEEP을 제안한다. MEEP는 클러스터링과 다중호프 통신을 융합하여 네트워크 수명을 연장한다. 고에너지 노드를 릴레이 노드로 사용하고 잔여 에너지 기반 클러스터 헤드 선택 및 수면 상태를 도입함으로써 에너지 효율성을 향상시켜, 시뮬레이션 결과 SEP보다 네트워크 수명과 에너지 절약 측면에서 뛰어난 성능을 보였다.

ABSTRACT

Energy conservation of sensor nodes for increasing the network life is the most crucial design goal while developing efficient routing protocol for wireless sensor networks. Recent technological advances help in the development of wide variety of sensor nodes. Heterogeneity takes the advantage of different types of sensor nodes and improves the energy efficiency and network life. Generally sensors are deployed randomly and densely in a sensing region so short distance multihop communication reduces the long distance transmission in the sensor network. In this research paper MEEP (multihop energy efficient protocol for heterogeneous sensor network) is proposed. The proposed protocol combines the idea of clustering and multihop communication. Heterogeneity is created in the network by using some nodes of high energy. Low energy nodes use a residual energy based scheme to become a cluster head. High energy nodes act as the relay nodes for low energy cluster head when they are not performing the duty of a cluster head to save their energy further. Protocol also suggests a sleep state for nodes in the cluster formation process for saving energy and increasing the life of sensor network. Simulation result shows that the proposed scheme is better than other two level heterogeneous sensor network protocol like SEP in energy efficiency and network life.

연구 동기 및 목표

• 에너지 소모가 불균형하게 발생하는 무선 센서 네트워크(WSNs)의 에너지 비효율성 문제를 해결하기 위해.
• 고에너지 및 저에너지 노드를 활용한 노드 이질성 특성을 통해 네트워크 수명을 연장하기 위해.
• 밀도가 높고 무작위로 배치된 센서 영역에서 다중호프 통신을 통해 장거리 전송을 줄이기 위해.
• 클러스터 형성 기간 동안 수면 상태 메커니즘을 도입하여 에너지 소비를 최소화하기 위해.
• 기존의 이중 수준 이질적 프로토콜과 비교해 에너지 부하를 균형 있게 분산시키고 네트워크 운영 시간을 연장하는 프로토콜을 개발하기 위해.

제안 방법

• 잔여 에너지 기반 기법을 사용해 저에너지 노드를 클러스터 헤드로 선출함으로써 에너지 인지 클러스터 형성 보장.
• 고에너지 노드는 클러스터 헤드로 기능하지 않을 경우 저에너지 클러스터 헤드의 릴레이 노드로 기능하여 에너지 소비를 감소.
• 장거리 전송은 다중호프 통신을 통해 최소화함으로써 단거리 호프보다 에너지 소비가 더 높은 전송을 줄임.
• 클러스터 형성 기간 동안 노드가 수면 상태에 들어가 에너지를 절약하고 무작위 수신을 줄임.
• 클러스터링과 다중호프 라우팅을 통합하여 에너지 부하를 균형 있게 분산시키고 확장성을 향상.
• 잔여 에너지와 노드 능력을 기반으로 역할을 할당함으로써 에너지 이질성을 활용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최적화된 라우팅과 클러스터링을 통해 이질적 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 단일호프 전송에 비해 다중호프 통신이 에너지 소비를 얼마나 줄이는가?
• RQ3 잔여 에너지 기반 클러스터 헤드 선택이 네트워크 수명과 에너지 균형에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 클러스터 형성 기간 동안 수면 상태를 도입함으로써 에너지 절약에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 기존의 이중 수준 이질적 프로토콜인 SEP와 비교해 MEEP의 성능은 어떻게 되는가?

주요 결과

• MEEP는 이질적 WSNs에서 SEP 프로토콜에 비해 에너지 효율성이 크게 향상된다.
• 균형 잡힌 에너지 소비와 고에너지 노드의 효과적 활용 덕분에 MEEP의 네트워크 수명은 SEP를 초월한다.
• 다중호프 통신은 장거리 전송을 줄여 데이터 전송당 에너지 소비를 낮춘다.
• 클러스터 형성 기간 동안 수면 상태 통합으로 인해 무작위 수신이 감소하고 에너지 절약이 이루어진다.
• 고에너지 노드는 효과적으로 릴레이로 기능하여 저에너지 클러스터 헤드의 에너지 부담을 줄인다.
• 시뮬레이션 결과 MEEP가 에너지 효율성과 네트워크 수명 측면에서 모두 SEP를 능가함을 확인했다.