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다중-홉 무선 네트워크 환경에서 수명 최대화를 위한 라우팅 알고리즘
이건택(Keontaek Lee),한승재(Seungjae Han),박선주(Sunju Park) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.35 No.4
In multi-hop wireless networks like Wireless Mesh Networks (WMN) and Wireless Sensor Networks (WSN), nodes often rely on batteries as their power source. In such cases, energy efficient routing is critical. Many schemes have been proposed to find the most energy efficient path, but most of them do not achieve optimality on network lifetime. Once found, the energy efficient path is constantly used such that the energy of the nodes on the path is depleted quickly. As an alternative, the approaches that dynamically change the path at run time have also been proposed. These approaches, however, involve high overhead of establishing multiple paths. In this paper, we first find an optimal multi-path routing using LP. Then we apply an approximation algorithm to derive a near-optimal solution for single-path routing. We compare the performance of the proposed scheme with several other existing algorithms through simulation. 무선 메쉬 네트워크나 무선 센서 네트워크와 같은 다중-홉(Multi-hop) 무선 네트워크에서는 노드들이 배터리를 이용하여 작동하는 경우가 많기 때문에 에너지 효율적인 라우팅이 중요한 문제이다. 지금까지 가장 에너지 효율적인 경로를 찾는 여러 기법들이 제안되었지만 이런 방식은 찾아낸 경로만을 사용함으로써 그 경로 상의 노드들의 에너지가 집중적으로 소모되어 네트워크의 전체적인 수명(lifetime)을 최대화하지 못한다는 단점을 가진다. 또한 이런 단점에 착안하여 네트워크의 수명을 최대화하기 위해 여러개의 경로들을 변경해가며 사용하는 기법들 역시 제안되었지만 경로 설정 및 변경 시에 발생하는 오버헤드가 크다는 한계를 가지고 있다. 본 논문은 선형 프로그래밍(Linear Programming)을 이용하여 네트워크의 수명을 최대화시키는 다중 최적 라우팅을 구하고 그 결과에 단일 최적 라우팅을 구하는 근사 알고리즘(approximation algorithm)을 적용하는 방식을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안한 방식의 성능을 기존의 다른 기법들의 성능과 비교한다.
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무선 센서 네트워크의 목표 수명을 만족시키기 위한 에너지 효율적 라우팅
이건택(Keontaek Lee),박선주(Sunju Park),김학진(Hak-Jin Kim),한승재(Seungjae Han) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.36 No.6
대부분의 무선 센서 네트워크를 활용한 어플리케이션에서는 네트워크를 설치한 후 언제까지 작동해야 하는 지를 나타내는 목표 수명(target lifetime)을 가진다. 하지만 무선 센서 네트워크는 많은 경우에 각 센서 노드들이 배터리를 이용하여 작동하기 때문에 목표 수명을 만족시키는 것은 쉬운 문제가 아니며 이를 달성하기 위해서는 에너지 효율적인 라우팅 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 목표 수명을 만족시키기 위한 라우팅 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 선형 프로그래밍(Linear Programming)을 이용하여 에너지 효율적인 경로를 찾는 동시에 감지 비율(sensing rate)을 조절함으로써 무선 센서 네트워크의 목표 수명을 만족시킨다. 시뮬레이션을 통해 제안한 기법의 성능을 다른 기법들의 성능과 비교한다. In some wireless sensor networks, each wireless sensor network has its own target lifetime (desired lifetime after deployment). However, satisfying the target lifetime is not a trivial problem since the nodes in wireless sensor networks often rely on batteries as their power source. In this paper, we propose an energy efficient routing algorithm that satisfies the target-lifetime requirement of a wireless sensor network. The proposed routing algorithm not only finds energy efficient paths but also optimizes the sensing rate of each sensor node. Through simulation, we compare the performance of the proposed scheme with several other existing algorithms.
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무선 센서 네트워크의 수명 증대를 위한 모바일 싱크 노드의 이동 전략
이건택(Keontaek Lee),김영훈(Younghun Kim),심세민(Semin Sim),한승재(Seungjae Han) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.6
네트워크 수명의 최대화는 무선 센서 네트워크, 특히 대규모의 무선 센서 네트워크에서 특히 중요한 문제이다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크의 수명 최대화를 위한 모바일 싱크의 효율적 이동 전략을 제안한다. 일반적으로 싱크 노드 주변의 센서 노드들은 싱크로 향하는 많은 데이터를 전달해야하기 때문에 에너지 소모가 더 심해진다. 하지만 싱크 노드가 이동함으로써 이러한 에너지 소모의 편중 현상을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 먼저 선형 프로그래밍을 통해 얻어진 최적의 싱크 노드 이동패턴을 분석하고 그 특성을 활용하여 실용적인 휴리스틱 알고리즘을 제안한다. 제안하는 휴리스틱 알고리즘은 싱크 노드 주변의 센서 노드들의 남아있는 에너지량의 표준 편차만을 활용한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 휴리스틱 알고리즘이 최적에 가까운 성능을 나타냄을 보인다. Network lifetime maximization is an important problem particularly for large-scale wireless sensor networks. To this end, we take an approach that exploits the ‘sink mobility’ and propose an efficient sink mobility strategy for network lifetime maximization. Typically, the sensor nodes near the sink node tend to suffer high energy consumption due to heavy traffic relay operations. As the sink node moves around, such energy bottleneck can be alleviated. We analyze the optimal sink mobility pattern obtained by solving a linear programming model and use the insights from the analysis to design a simple practical heuristic. Our heuristic utilizes only the standard deviation of residual energy of neighboring sensor nodes. The simulation results show that our scheme achieves near-optimal performance.
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무선센서네트워크의 수명 최대화를 위한 모바일싱크 배치전략
김영훈 ( Younghun Kim ),이건택 ( Keontaek Lee ),한승재 ( Seungjae Han ) 한국정보처리학회 2010 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.17 No.2
유비쿼터스 시대가 도래하면서 인프라 중 하나인 센서네트워크에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 배터리를 사용하는 센서들의 특성상 네트워크 수명을 최대화하는 것이 주요 이슈 중 하나인데, 모바일 싱크를 이용하여 패킷 전송에 소비되는 에너지 로드 밸런싱을 통해 효율적인 결과를 얻을 수 있었다. 전체 센서들의 잔여 에너지와 그 평균과의 편차를 싱크를 움직이는 기준으로 하는 휴리스틱 알고리즘을 제안하였고 최적에 가까운 결과를 얻었다.
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