유비쿼터스 센서 네트워크 환경에서의 클러스터 기반 에너지 효율적인 라우팅 기법에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

오늘날 현대사회는 인터넷의 보급으로 지식정보화사회로 급속도로 변화하고 있
다. 일상생활에 산재한 사물과 물리적 대상이 점차 정보의 대상으로 확대됨에 따
라 인간과 컴퓨터, 사물이 유기적으로 연계되어 다양하고 편리한 새로운 서비스를
제공해 주는 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing)에 대한 관심이 고조되고
있다. 유비쿼터스 컴퓨팅 환경은 모든 사물에 컴퓨팅, 센싱, 그리고 통신 기능을
내장하는 것으로부터 출발하며, 특히 인간 외부 환경의 감지와 제어 기능을 수행
하는 센서 네트워크 기술이 핵심 기술로서 각광받고 있다. 하지만, 센서 노드가
설치되는 장소는 물리적인 접근이 불편하거나 용이하지 않은 곳이 많기 때문에
배터리를 사람이 손으로 교체한 다든지 충전하는 방법은 현실적이지 않으므로 최
대한 전력소모가 적게 설계하여 센서 노드의 수명을 최대화하여야 한다.
따라서, 무선 센서 네트워크에 사용되는 센서들은 제한된 배터리에 의해서 가동
되며 배터리의 수명이 다하면 센서 네트워크가 정상적으로 동작할 수 없으므로
각 센서들의 에너지를 효과적으로 사용하는 라우팅 기법이 사용되어야 한다. 이러
한 라우팅 기법 중에 가장 널리 알려진 기법이 LEACH와 PEGASIS 기법이나
LEACH(혹은 LEACH-C) 기법은 헤드 노드의 전력 소모가 심하여 다른 노드보다
먼저 수명을 다하는 단점이 있으며 PEGASIS 기법은 LEACH 기법보다 성능이 우
수한 것으로 알려져 있으나 소스 노드에서 싱크노드로 데이터를 전송하기 위해
매우 긴 홉을 통과하여 데이터가 전달되기 때문에 전송시간이 길고 싱크 노드에
가까운 노드들의 에너지 소모가 급격하게 진행된다는 단점이 있다. 본 논문에서는
LEACH의 클러스터링 기법과 PEGASIS 기법 체인연결 기법을 혼합하여 사용함으
로써 센서네트워크를 보다 오래 사용할 수 있는 하이브리드 기법을 제시하였으며
LEACH-C 기법보다는 33% PEGASIS 기법보다는 18%의 성능의 향상을 가져올
수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 감사의 글 1
• 요 약 문 3
• 목 차 4
• 그림목차 7
• 표 목 차 9
• 제1장 서론 10
• 1.1 연구의 배경 및 목적 11
• 1.2 연구의 내용 및 동기 13
• 1.3 논문의 구성 15
• 제2장 관련연구 16
• 2.1 USN의 개요 16
• 2.1.1 Mobile Ad-hoc Network (MANET) 18
• 2.1.2 Wireless Sensor Network (WSN) 19
• 2.1.3 Wireless Mesh Network (WMN) 21
• 2.2 USN기반의 Ad-hoc 라우팅 기법 23
• 2.2.1 Proactive방식의 라우팅 기법 24
• 2.2.2 Reactive 방식의 라우팅 기법 27
• 2.2.3 Hybrid방식의 라우팅 기법 29
• 2.3 클러스터 기반 라우팅 기법 30
• 2.3.1 LEACH 31
• 2.3.2 LEACH-C 33
• 2.3.3 DAUCH 34
• 2.3.4 PEGASIS 37
• 2.3.5 BCDCP 39
• 제3장 클러스터 기반 에너지 효율적인 라우팅 기법 41
• 3.1 효율적인 HLP 라우팅 기법 41
• 3.1.1 HLP 라우팅 프로토콜의 개요 42
• 3.1.2 기존 라우팅 기법과 HLP 라우팅 기법 비교 44
• 3.1.3 클러스터 체인 기반 라우팅 비교 46
• 3.2 클러스터의 헤드 선출 및 관리 알고리즘 48
• 3.2.1 클러스터의 헤드 선출 48
• 3.2.2 클러스터 헤드의 후보 노드 50
• 3.2.3 클러스터 헤드의 교체 50
• 3.3 HLP 라우팅 프로토콜 52
• 3.3.1 HLP 라우팅 포로토콜의 경로 선정 52
• 3.3.2 HLP 라우팅 포로토콜의 동작 52
• 3.3.3 HLP 라우팅 프로토콜의 경로 복구 59
• 3.4 노드의 이동성 고려한 HLP 라우팅 프로토콜 61
• 3.4.1 센서 노드의 이동 61
• 3.4.2 블러스터 맴버 노드의 이동 62
• 3.4.3 클러스터 헤드 노드의 이동 63
• 3.4.4 클러스터 경로 복구 시간과 에너지 소비 65
• 제4장 성능 평가 및 비교 분석 70
• 4.1 시뮬레이션 환경 설정 70
• 4.2 시뮬레이션 평가 및 결과 분석 71
• 4.2.1 공간 밀도에 따른 기법별 성능 분석 71
• 4.2.2 노드의 개수에 따른 성능 분석 72
• 4.2.3 네트워크 수명에 따른 성능 분석 73
• 4.2.4 노드의 이동성을 고려한 성능 분석 75
• 4.2.5 BS과의 거리에 따른 에너지 소모율 비교 78
• 4.2.6 노드의 라운드별 에너지 감소량 80
• 제5장 결론 및 향후과제 83
• 5.1 HLP 라우팅 기법의 우수성 83
• 5.2 향후과제 84
• 참고문헌 86
• 부 록 100