TEA-Clustering Protocol: 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 적응형 클러스터링을 위한 하향식 접근방법
TEA-Clustering Protocol: Top-down Approach for Energy Efficient Adaptive Clustering in Sensor Networks
- 발행기관 강릉대학교 대학원
- 지도교수 김창화
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 컴퓨터 공학과
- 원문페이지 vi, 91 p.
- 본문언어 한국어
초록/요약
센서 네트워크에서 에너지는 센서 네트워크 전체의 생존기간을 결정하므로성능적인 측면에서 가장 중요한 고려 요소가 되어 왔다. 센서 네트워크에서 에너지는 통신 작업에서 가장 많이 소모되며 통신 작업에서의 에너지 효율을 향상시키기 위한 연구가 센서 네트워크의 여러 계층에서 활발하게 진행되고 있다. 현재, 네트워크 계층에서 센서 네트워크의 에너지 효율을 향상시키기 위해 클러스터 기반 네트워크 프로토콜에 대한 연구가 빈번히 이루어지고 있다.클러스터 기반 네트워크 프로토콜들은 물리적, 논리적으로 유사한 위치에 있는 노드들을 겹치지 않는 클러스터들로 묶어 센서 네트워크를 계층적으로 관리하는 방법을 사용함으로써 센서 네트워크의 에너지 효율을 향상시킨다. 하지만 현재까지 제안된 클러스터 기반 네트워크 프로토콜들에서는 클러스터헤드나 클러스터 범위의 선정 방안, 클러스터 간 통신 방안들이 명확하게 제시되지않았으며 실제 환경에 적용하기에는 부적합한 가정을 포함하는 경우가 대부분이다. 본 논문에서는 현재까지 제안된 클러스터 기반 네트워크 프로토콜들의 문제점을 분석하고 이를 해결하여 실제 환경에 적용 가능한 TEA-Clustering(Top-downapproach for Energy efficient Adaptive Clustering) 프로토콜을 제안한다.TEA-Clustering은 싱크 노드로부터 시작하여 하향식으로 클러스터들을 형성하고센서 노드의 추가·이동·고장에 따라 클러스터 구조를 적응적으로 조정하는 접근방법의 프로토콜이다. 본 논문은 TEA-Clustering 프로토콜에 대한 이 접근방법과아울러 설계와 구현을 제안한다. 한편, 본 논문에서 구현된 TEA-Clustering 프로토콜 실행을 통해 얻은 실제 성능실험 비교는 TEA-Clustering 프로토콜이 에너지효율적임을 보인다.
more초록/요약
In sensor networks, the energy has been one of the most important consideration factors of their performance, since it determines their whole life time. Communications in a sensor network use the largest amount of energy consumption. Therefore, there have been active researches focusing on improving energy efficiency over several sensor network communication layers. Currently, one of the frequently carried out researches is that about cluster-based network protocol for improving energy efficiency in network layer. These protocols group sensor nodes existing in near locations to non-overlapped clusters and manage hierarchically the sensor network formed by the clusters, so to improve its energy efficiency. However, the currently proposed cluster-based network protocols haven't clearly shown methods for selecting cluster range and communicating each other between clusters and most of them have assumptions unfit for appling to real environments. This paper makes an analysis of problems on the currently proposed cluster-based network protocols and proposes TEA-Clustering (Top-down approach for Energy efficient Adaptive Clustering) to resolve these problems. TEA-Clustering is a protocol to use an approach in which it configures top-down clusters from sink node and adjusts adaptively configuration of the clusters depending on addition, movement, and failure of sensor nodes. This paper proposes not only this approach to TEA-Clustering protocol but also its design and implementation. In this paper the real performance experiment comparison results obtained through executing the implemented TEA-Clustering protocol shows the energy efficiency of TEA-Clustering.
more목차
1장 서론 = 1
2장 관련연구 = 3
2.1 평면 네트워크 프로토콜 = 3
2.1.1 Directed Diffusion = 3
2.1.2 SPIN(Sensor Protocols for Information via Negotiation) = 4
2.2 클러스터 기반 네트워크 프로토콜 = 5
2.2.1 LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) = 6
2.2.2 LEACH-C(LEACH-Centralized) = 8
2.2.3 HEED(Hybrid, Energy-Efficient, Distributed clustering) = 9
3장 문제제기 = 12
4장 TEA-Clustering 프로토콜 = 15
4.1 TEA-Clustering 프로토콜 개요 = 15
4.2 클러스터 헤드 선정 메커니즘 = 17
4.2.1 클러스터 헤드 후보 선정 = 17
4.2.2 클러스터 헤드 선정 = 21
4.2.3 클러스터 헤드 선정 관리 = 30
4.2.4 클러스터 헤드 추가 선정 = 32
4.3 클러스터 참여 메커니즘 = 39
4.3.1 클러스터 헤드 검색 = 39
4.3.2 클러스터 참여 = 41
4.4 클러스터 탈퇴 메커니즘 = 44
4.5 클러스터 복구 메커니즘 = 45
4.6 VRT(Virtual Route Transmission) 메커니즘 = 47
4.7 ELM(Energy efficient Link Management) 메커니즘 = 52
4.7.1 협상 메커니즘 = 54
4.7.2 복구 메커니즘 = 57
5장 TEA-Clustering 프로토콜 설계와 구현 = 59
5.1 시스템 설계 = 59
5.2 ClusteringEngineC 컴포넌트 = 61
5.2.1 ClusterHeadC 컴포넌트 = 62
5.2.2 ClusterMemberC 컴포넌트 = 67
5.3 NegotiationC 컴포넌트 = 68
5.4 ClusterRouterC 컴포넌트 = 69
5.5 응용 프로그램 = 71
6장 성능평가 = 73
6.1 트래픽 측정 = 74
6.1.1 클러스터 형성에서의 트래픽 = 74
6.1.2 최적화된 전송 전력 수준 연산에서의 트래픽 = 77
6.2 에너지 효율 측정 = 79
6.3 클러스터링 라운드별 에너지 측정 = 83
7장 결론 및 향후연구 = 87
참고문헌 = 88
Abstract = 90
