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무선 센서 네트워크에서 링크 비용 최적화를 고려한 감시·정찰 환경의 트리 기반 라우팅 알고리즘에 대한 연구
공준익(Joon-Ik Kong),이재호(Jae-ho Lee),강지헌(Jiheon Kang),엄두섭(Doo-seop Eom) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.8B
최근 많은 응용 분야에서 무선 센서 네트워크 기술의 요구가 급증하고 있다. 특히 사람이 접근하기 어려운 환경에 센서 노드들을 설치하면 스스로 네트워크를 형성하고 사용자가 원하는 정보를 쉽게 획득할 수 있다. 그러나 무선 센서 네트워크에서 각 센서 노드들은 소형의 배터리를 사용하기 때문에 에너지를 효율적으로 관리해야 한다. 침입 탐지와 같은 응용에서는 침입자가 언제 나타날지 모르기 때문에, 에너지 효율이 높은 알고리즘으로 네트워크 수명을 연장시키는 노력이 요구된다. 본 논문에서는 침입 탐지 응용에서 데이터 전송의 신뢰성을 위해 트리 기반의 라우팅 알고리즘을 제안한다. 본 제안 방식은 데이터 집중으로 소모되는 에너지를 막기 위하여 부모와 자식 노드의 링크 설정 시 Load-balancing을 고려한 최적의 링크 비용을 계산하고, 효율적인 라우팅 테이블 관리로 센서 노드의 한정된 메모리 자원의 효율을 높였다. 또한 감시·정찰 환경에서는 침입자의 움직임을 예측할 수 없기 때문에 현실적인 군 운영 환경을 고려하여 다음의 시나리오를 설계하였고, 이에 대한 지연시간, 에너지 소모량 등의 성능을 시뮬레이션 결과를 통하여 입증하였다. 각 시나리오는 첫 번째로 침입자가 노드 설치 경로를 따라 이동하는 경우, 두 번째는 침입자가 노드 설치 경로를 가로지르는 경우, 마지막으로 침입자가 노드 설치 경로를 따라 이동하는 중에 이탈하는 경우로 구분하여 시험하였다. Recently, Wireless Sensor Networks (WSNs) are used in many applications. When sensor nodes are deployed on special areas, where humans have any difficulties to get in, the nodes form network topology themselves. By using the sensor nodes, users are able to obtain environmental information. Due to the lack of the battery capability, sensor nodes should be efficiently managed with energy consumption in WSNs. In specific applications (e.g. in intrusion detections), intruders tend to occur unexpectedly. For the energy efficiency in the applications, an appropriate algorithm is strongly required. In this paper, we propose tree-based routing algorithm for the specific applications, which based on the intrusion detection. In addition, In order to decrease traffic density, the proposed algorithm provides enhanced method considering link cost and load balance, and it establishes efficient links amongst the sensor nodes. Simultaneously, by using the proposed scheme, parent and child nodes are (re-)defined. Furthermore, efficient routing table management facilitates to improve energy efficiency especially in the limited power source. In order to apply a realistic military environment, in this paper, we design three scenarios according to an intruder’s moving direction; (1) the intruder is passing along apath where sensor nodes have been already deployed. (2) the intruders are crossing the path. (3) the intruders, who are moving as (1)’s scenario, are certainly deviating from the middle of the path. In conclusion, through the simulation results, we obtain the performance results in terms of latency and energy consumption, and analyze them. Finally, we validate our algorithm is highly able to adapt on such the application environments.
무선 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 감시·정찰 응용의 클러스터링 알고리즘 연구
공준익(Joon-Ik Kong),이재호(Jae-Ho Lee),강지헌(Jiheon Kang),엄두섭(Doo-Seop Eom) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.11(융합기술)
다양한 응용에서 사용되고 있는 무선 센서 네트워크(WSN)는 저가의 센서 노드를 구성하기 위해 배터리, 메모리 크기, MCU, RF transceiver 등과 같은 하드웨어에서 제약을 갖고 있다. 특히, 센서 노드의 제한된 에너지는 네트워크 수명과 직접적인 관련이 있기 때문에 네트워크 수명을 연장하기 위한 효율적인 알고리즘이 요구된다. 군환경에서 침입자를 탐지하기 위한 감시·정찰 응용은 이벤트 구동형(event-driven) 전송 모델로써, 이벤트 발생 빈도가 드물고(rare), 폭발적(bursty), 지역적(local)으로 발생하는 특징이 있다. 이와 같은 응용에서는 Data Aggregation의 장점이 있는 클러스터링 알고리즘을 이용하는 것이 각 노드가 개별적으로 데이터를 전송하는 것 보다 데이터 전송량을 줄여 에너지 효율을 높일 수 있다. 하지만 기존의 클러스터링 알고리즘은 감시·정찰 응용의 이벤트 발생에 대한 특징을 고려하고 있지 않기 때문에 여러 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 개선한 감시·정찰 응용에서의 에너지 효율적인 클러스터링 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 타깃을 탐지한 노드들이 각각 Cluster Head Election Window (CHEW)를 생성하여 지역적 경쟁 방식으로 클러스터를 구성하고, 타깃의 이동성을 고려하였다. 시뮬레이션 결과에서는 타깃의 이동에 따라 클러스터가 형성되는 자취를 분석하고, 에너지 효율이 증가되는 것을 증명하였다. Wireless Sensor Networks(WSNs) are used in diverse applications. In general, sensor nodes that are easily deployed on specific areas have many resource constrains such as battery power, memory sizes, MCUs, RFs and so on. Hence, first of all, the efficient energy consumption is strongly required in WSNs. In terms of event states, event-driven deliverly model (i.e. surveillance and reconnaissance applications) has several characteristics. On the basis of such a model, clustering algorithms can be mostly used to manage sensor nodes’ energy efficiently owing to the advantages of data aggregations. Since a specific node collects packets from its child nodes in a network topology and aggregates them into one packet to relay them once, amount of transmitted packets to a sink node can be reduced. However, most clustering algorithms have been designed without considering can be reduced. However, most clustering algorithms have been designed without considering characteristics of event-driven deliverly model, which results in some problems. In this paper, we propose enhanced clustering algorithms regarding with both targets’ movement and energy efficiency in order for applications of surveillance and reconnaissance. These algorithms form some clusters to contend locally between nodes, which have already detected certain targets, by using a method which called CHEW (Cluster Head Election Window). Therefore, our proposed algorithms enable to reduce not only the cost of cluster maintenance, but also energy consumption. In conclusion, we analyze traces of the clusters’ movements according to targets’ locations, evaluate the traces’ results and we compare our algorithms with others through simulations. Finally, we verify our algorithms use power energy efficiently.
무선 센서 네트워크를 위한 클러스터 기반의 멀티 채널 MAC 프로토콜
공준익(Joon-Ik Kong),허경(Kyeong Hur),엄두섭(Doo-Seop Eom) 한국멀티미디어학회 2009 한국멀티미디어학회 학술발표논문집 Vol.2009 No.2
최근 관심이 급증한 센서 네트워크에서 가장 중요한 이슈는 에너지 소비에 관한 것이다. 이를 위해 데이터 통합(Aggregation)으로 에너지 소비를 줄이는 클러스터링 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 그러나 대다수의 클러스터링 알고리즘은 하나의 같은 주파수 채널에서 작동하기 때문에, 이웃 클러스터 간의 간섭(Interference)이 발생하여 에너지 효율을 저하시키는 단점이 있다. 본 논문에서는 각 클러스터 단위로 서로 다른 주파수 채널을 할당하여 이웃 클러스터 간의 간섭(Interference)을 극복하고 처리율(Throughput) 및 에너지 보존(Energy Saving) 효율을 향상시키는 방안을 제안한다.