Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Lifetime-based Clustering Communication Protocol for Wireless Sensor Networks

무선 센서 네트워크를 위한 잔여 수명 기반 클러스터링 통신 프로토콜

  • Jang, Beakcheol (Department of Media Software, College of Software, Sangmyung University)
  • 장백철 (상명대학교, 소프트웨어대학, 미디어소프트웨어학과)
  • Received : 2013.11.15
  • Accepted : 2014.04.10
  • Published : 2014.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Wireless sensor networks (WSNs) have a big potential for distributed sensing for large geographical area. The improvement of the lifetime of WSNs is the important research topic because it is considered to be difficult to change batteries of sensor nodes. Clustering communication protocols are energy-efficient because each sensor node can send its packet to the cluster head near from itself rather than the sink far from itself. In this paper, we present an energy-efficient clustering communication protocol, which chooses cluster heads based on the expected residual lifetime of each sensor node. Simulation results show that our proposed scheme increases average lifetimes of sensor nodes as much as 20% to 30% in terms of the traffic quantity and as much as 30% to 40% in terms of the scalability compared to the existing clustering communication protocol, LEACH.

무선 센서 네트워크는 넓은 지역을 위한 분산 센싱 시스템을 구현하는 데에 큰 잠재성을 가지고 있다. 각 센서의 배터리 교환이 대체로 어렵다고 생각되기 때문에, 무선 센서 네트워크의 수명 향상은 매우 중요한 연구 주제이다. 클러스터링 방식은 각 각의 센서 노드가 패킷을 원거리의 싱크 노드에게 보낼 필요 없이, 가까운 거리의 클러스터 헤드에게 보내면 되므로 에너지 효율적이다. 이 논문에서 우리는 잔여수명을 기반으로 클러스터 헤드를 선정하는 무선 센서네트워크를 위한 클러스터링 통신 프로토콜을 제안한다. 우리가 제안한 알고리즘을 평가하기 위해, 대표적인 무선 센서네트워크 클러스터링 알고리즘 중의 하나인 LEACH와 그 성능을 비교한다. 실험 결과는 우리의 알고리즘이 LEACH보다 트래픽 양 측면에서 20% ~ 30%, 그리고 확장성 특면에서 30% ~ 40% 만큼 노드들의 평균 수명을 향상 시킨다는 것을 보여 준다.

Keywords

References

  1. B. Jang, J. Lim, and M. L. Sichitiu, "An Asynchronous scheduled MAC protocol for wireless sensor networks," Elsevier Computer networks, vol. 57, pp.85-98, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.comnet.2012.09.002
  2. D. W. Heizelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks", in Proceeding of the Hawaii Conference on System Sciences, vol. 2, pp. 10, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/HICSS.2000.926982
  3. D. W. Heizelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "An application-specific protocol architecture for wireless micro sensor networks," IEEE transactions on Wireless Communications, vol. 1, pp. 660-670, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TWC.2002.804190
  4. M.C.M. Thein and T Thein, "An Energy Efficient Cluster-Head Selection for Wireless Sensor Networks," in Proceeding of ISMS, pp 287-291, 2010.
  5. F. Bajaber and I. Awan, "Adaptive decentralized re-clustering protocol for wireless sensor networks," Elsevier Computer and System Sciences, vol 77, issue 2, pp 282-292, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcss.2010.01.007
  6. S. Soro and W. B. Heinzelman, "Cluster head election techniques for coverage preservation in wireless sensor networks," Elsevier Ad hoc networks, vol. 7, pp. 955-972, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.adhoc.2008.08.006
  7. O. Younis, M. Krunz, and S. Ramasubramanian, "Node Clustering in Wireless Sensor Networks: Recent Developments and Deployment Challenges," IEEE Network, vol. 20, pp. 20-25, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MNET.2006.1637928
  8. A. Chaman and S. Pierre, "A distributed energy-efficient clustering protocol for wireless sensor networks," Elsevier Computers and Electrical Engineering, vol. 36, pp 303-312, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.compeleceng.2009.03.008
  9. M.C. Chan M. Doddavenkatappa and A.L. Ananda, "Indriya: A low-cost, 3d wireless sensor network testbed," TRIDENTCOM, 2011.