[論文レビュー] On Sink Mobility Trajectory in Clustering Routing Protocols in WSNs

Nadeem Javaid, Qurat ul Ain+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 12被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、無線センサーネットワーク（WSNs）におけるクラスタリングベースのルーティングプロトコルにシンク移動性を統合することで、ネットワークライフタイムの延長を提案する。MATLABを用いたシミュレーションにより、静的シンクと移動性シンクの状況を比較した結果、移動性シンクのトラジェクトリがエネルギー効率を著しく向上させ、LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN、H-TEENプロトコルにおいて、生存ノード数の増加とスループットの向上を実現した。

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.

研究の動機と目的

• WSNの階層的クラスタリングルーティングプロトコルにおけるシンク移動性がエネルギー効率に与える影響を調査すること。
• ネットワークライフタイムとエネルギー消費の観点から、静的シンクと移動性シンクの状況を比較すること。
• LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN、H-TEENの5つのクラスタリングプロトコルが、静的および移動性シンク環境下でどのように性能を発揮するかを評価すること。
• シンク移動性トラジェクトリが生存ノード数、故障ノード数、スループットといった主要指標に与える影響を分析すること。
• 移動性シンクの導入が、クラスタリングプロトコルを用いたWSNの耐久性と効率性を向上させることを分析的証明すること。

提案手法

• MATLABを用いて、同一のネットワーク条件下でLEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN、H-TEENの5つのクラスタリングプロトコルをシミュレートする。
• クラスターヘッドのエネルギー負荷を軽減するため、所定のトラジェクトリに従って移動するシンクを実装し、データを動的に収集する。
• 生存ノード数、故障ノード数、スループットの時間的推移を指標として、性能を比較する。
• 静的シンク（従来型）と移動性シンク（提案型）の構成下でのプロトコル挙動を、分析的シミュレーションで評価する。
• 静的シンクと移動性シンクが従う制御されたトラジェクトリを持つ2つの異なるシナリオを設計する。
• エネルギー効率とネットワークライフタイムの延長を評価するための性能評価基準を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シンク移動性は、クラスタリングベースのWSNプロトコルのネットワークライフタイムにどのように影響するか？
• RQ2 静的シンクと移動性シンクの構成下で、LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN、H-TEENの性能はどのように比較されるか？
• RQ3 移動性シンクは、静的シンクと比較して、クラスターヘッドのエネルギー消費をどの程度低減するか？
• RQ4 シンク移動性トラジェクトリは、時間経過に伴う生存ノード数および故障ノード数にどのように影響するか？
• RQ5 階層的WSNルーティングにおいて、移動性シンクの導入により、スループットとエネルギー効率はどの程度向上するか？

主な発見

• 移動性シンクの状況では、静的シンク構成と比較して、ネットワークライフタイムが顕著に延長される。
• 全テストプロトコルにおいて、移動性シンクを用いることで、生存ノード数がより長期間にわたり高い水準を維持する。
• より均等なエネルギー消費とデータ送信距離の短縮により、移動性シンク状況ではスループットが一貫して向上する。
• DEECプロトコルは、移動性シンク環境下で性能が向上し、移動性に適応しやすいことが示された。
• CAMPTEENおよびH-TEENの変種は、シンク移動性のおかげで、クラスターヘッドのエネルギー枯渇が軽減される。
• 全5プロトコルのエネルギー効率は、シンク移動性によって向上し、特に時間経過に伴う生存ノード数の増加が顕著に見られた。