Performance Analysis of 1-2-1 Cooperative Protocol in Wireless Sensor Networks

무선 센서 네트워크에서 1-2-1 협력 프로토콜에 관한 연구

Conventional 1-1-1 cooperative protocol offers path-loss gain as advantage of multi-hop and spatial diversity which is equivalent to MIMO system. This protocol is enable to get higher reliability and reduction of power consumption than those of the single-hop or multi-hop. But the 1-1-1 cooperative protocol get only the diversity order 2 and limited path-loss reduction gain because this protocol has a single cooperative relay. We propose 1-2-1 cooperative protocol using two cooperative relays R1, R2. The 1-2-1 cooperative protocol can improve path-loss reduction and increase diversity order 3. Moreover, the cooperative relay R2 attains diversity order 2. The signaling method in transmission uses DF (Decode and Forward) or DR (Decode and Reencode) and 1-2-1 DF/DR cooperative protocol are applied to clustering based wireless sensor networks (WSNs). Simulations are performed to evaluate the performance of the protocols under Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

기존의 1-1-1 협력 프로토콜은 멀티 홉이 가지고 있는 경로손실감소 이득과 함께 MIMO와 동일한 공간 다이버시티를 제공한다. 이를 통해 싱글 홈, 멀티 홉보다 뛰어난 정보의 신뢰도 및 에너지 소비 감소를 얻을 수 있다. 하지만 기존의 1-1-1 협력 프로토콜은 단일의 협력 중계기를 사용하므로 경로손실감소 이득과 다이버시티 이득 계수가 2로 제한되어 있다. 따라서 본 논문에서는 두개의 협력 중계기 R1, R2를 사용한 1-2-1 협력 프로토콜을 제안한다. 1-2-1 협력 프로토콜은 경로손실감소 이득을 높이고 계수가 3인 다이버시티 이득을 얻는다. 또한, 협력 중계가 R2에서도 계수가 2인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 협력 중계기는 DF (Decode and Forward)와 DR (Decode and Reencode) 방식을 사용하여 1-2-1 DF 또는 DR 협력 프로토콜을 형성하고, 클러스터링 기반의 무선 센서 네트워크 (WSNs)에 적용한다. 제안한 프로토콜의 성능평가를 위해 레일리 페이딩과 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 채널이 합해진 채널에서 모의실험을 한다.