KIPS Transactions on Computer and Communication Systems (정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템)

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Energy-Efficient Multipath Routing Protocol for Supporting Mobile Events in Wireless Sensor Networks

무선 센서 네트워크에서 이동 이벤트를 지원하기 위한 에너지 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜

  • 김회원 (충북대학교 전파통신공학과) ;
  • 이의신 (충북대학교 정보통신공학부)
  • Received : 2016.07.20
  • Accepted : 2016.09.01
  • Published : 2016.12.31
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Abstract

Wireless sensor networks have been researched to gather data about events on sensor fields from sources at sinks. Multipath routing is one of attractive approaches to reliably send data against the problem of frequent breakages on paths from sources to sinks due to node and link failures. As mobile events such as humans, animals, and vehicles are considered, sources may be continuously generated according to the movement of the mobile event. Thus, mobile events provide new challenging issue in multipath routing. However, the research on multipath routing mainly focus on both efficient multipath construction from sources to static sinks and fast multipath reconstruction against path breakages. Accordingly, the previous multipath routing protocols request each source continuously generated by a mobile event to construct individual multipath from the source to sinks. This induces the increase of multipath construction cost in the previous protocols in proportion to the number of source. Therefore, we propose efficient multipath routing protocol for supporting continuous sources generated by mobile events. In the proposed protocol, new source efficiently reconstructs its multipath by exploiting the existing multipath of previous sources. To do this, the proposed protocol selects one among three reconstruction methods: a local reconstruction, a global partial one, and a global full one. For a selection decision, we provide an analytical energy consumption cost model that calculates the summation of both the multipath reconstruction cost and the data forwarding cost. Simulation results show that the proposed protocol has better performance than the previous protocol to provide multipath routing for mobile events.

무선 센서 네트워크는 센서 필드 상의 이벤트에 관한 데이터를 소스로부터 싱크로 수집하기 위해 연구되어왔다. 멀티패스 라우팅은 노드나 링크 단절에 의해 소스에서 싱크로의 패스가 종종 손실되는 문제에 대해 신뢰성 있는 데이터전송을 위한 매력적인 방안 중 하나이다. 사람이나 동물 혹은 차량 등과 같은 모바일 이벤트 상황에서, 소스는 이 모바일 이벤트의 이동에 따라 연속적으로 소스가 발생할 수 있다. 따라서 멀티패스 라우팅에서 모바일 이벤트의 상황은 새로운 도전 과제를 제시한다. 그러나 기존의 멀티패스 라우팅 연구는 주로 소스들에서 정적인 싱크로 효율적인 멀티패스 구성과 패스 단절에 대한 빠른 멀티패스 재구성에 초점을 두었다. 따라서 이전 멀티패스 라우팅 프로토콜은 모바일 이벤트에 의해 발생하게 되는 연속적인 각각의 소스들이 소스에서 싱크로 각각의 멀티패스를 필요로 한다. 이는 이전 방안이 소스의 수에 비례하여 멀티패스 구성비용이 증가게 한다. 따라서 우리는 모바일 이벤트에 의해 연속적으로 발생하게 되는 소스를 지원하는 효율적인 멀티패스 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안방안에서 이전 소스에서 만들어 놓은 기존의 멀티패스를 이용함으로써, 새로운 소스가 효율적으로 재구성을 할 수 있다. 이를 위해, 제안방안은 지역적 멀티패스 재구성, 광역적 부분 멀티패스 재구성, 광역적 전체 멀티 패스 재구성의 세 방안 중 하나를 선택한다. 이 선택을 위해 우리는 멀티패스 재구성 비용과 데이터 포워딩 비용의 합을 계산하는 분석적인 에너지 소비 비용 모델을 제시한다. 시뮬레이션 결과 모바일 이벤트의 상황에서 멀티패스 라우팅을 할 때 제안방안이 기존의 방안보다 우수한 성능을 보였다.

Keywords

References

  1. I. Akyildiz, W. Su, and E. Cayirci, "A Survey on Sensor Networks," IEEE Communications Magazine, pp.102-114, Aug., 2002.
  2. P. Rawat, K. Singh, H. Chaouchi, and J. Bonnin, "Wireless sensor networks: a survey on recent developments and potential synergies," The Journal of Supercomputing, Vol. 68, Iss.01, pp.1-48, Apr., 2014. https://doi.org/10.1007/s11227-013-1021-9
  3. K. Lorincz, D. Malan, T. Fulford-Jones, A. Nawoj, A. Clavel, V. Shnayder, G. Mainland, M. Welsh, and S. Moulton, "Sensor Networks for Emergency Response: Challenges and Opportunities", IEEE Pervasive Computing, Vol.3, No.4, pp. 16-23, Oct.-Dec., 2004.
  4. G. Zhow, Z. Zhu, P. Zhang, and W. Li, "Source-Aware Redundant Packet Forwarding Scheme for Emergency Information Delivery in -Chain-Typed Multihop Wireless Sensor Networks," International Journal of Distributed Sensor Networks, Vol.11, No.3, Article ID 405374, Mar., 2015.
  5. S. Chouikhi, I. Korbi, Y. Ghamri-Doudane, and L. Saidane, "A survey on fault tolerance in small and large scale wireless sensor networks," Computer Communications, Vol.69, pp. 22-37, Sep., 2015. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2015.05.007
  6. D. Ganesan and R. Govindan, et al. "Highly-Resilient, Energy-Efficient Multipath Routing in Wireless Sensor Networks," Mobile Computing and Communications Review, Vol.1, No.2, 2001.
  7. B. Yahya and J. Ben-Othman, "REER:Robust and Energy Efficient Multipath Routing Protocol for Wireless Sensor Networks," in Proc. IEEE Globecom, Nov., 2009.
  8. S. Kumar, S. Khimsara, K. Kambhatla, K. Girvanesh, J. Matyjas, and M. Medley, "Robust On-Demand Multipath Routing with Dynamic Path Upgrade for Delay-Sensitive Data over Ad Hoc Networks," Journal of Computer Networks and Communications, Vol.2013 Article ID 791097, 13 pages, 2013.
  9. B. Liu, M. Chen, and M. Tsai, "Message-Efficient Location Prediction for Mobile Objects in Wireless Sensor Networks Using a Maximum Likelihood Technique," IEEE Transactions on Computers, Vol.60. No.6, pp.865-878, Jun., 2011. https://doi.org/10.1109/TC.2010.217
  10. M. Bhuiyan, G. Wang, and A. Vasilakos, "Local Area Prediction-Based Mobile Target Tracking in Wireless Sensor Networks," IEEE Transaction on Computers, Vol. 64, No.7, pp.1968-1982, Jul., 2015. https://doi.org/10.1109/TC.2014.2346209
  11. Jinhyuk Yim, Hoewon Kim, and Euisin Lee, "A Multipath Routing Protocol for Enhancing Reliability and Real-time in Wireless Sensor Networks," in Proc. KICS Summer Conference, Aug., 2015.
  12. E. Lee, F. Yu, S. Park, S. Kim, Y. Noh, and E. Lee, "Design and analysis of novel quorum-based sink location service scheme in wireless sensor networks," Wireless Networks, Vol.20, Iss.03, pp.439-509, Apr., 2014.
  13. T. Wang, Y. Cao, Y. Zhou, and P. Li, "A Survey on Geographic Routing Protocols in Delay/Disruption Tolerant Networks," International Journal of Distributed Sensor Networks, Vol.12, No.2, Article ID 3174670, Feb., 2016.
  14. E. Lee, S. Park, F. Yu, and S. Kim, "Data gathering mechanism with local sink in geographic routing for wireless sensor networks," IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. 56, No.3, pp.1433-1441, Sep., 2010. https://doi.org/10.1109/TCE.2010.5606280
  15. D. Chen, J. Deng, and P. Varshney, "Selection of a forwarding area for contention-based geographic forwarding in wireless multi-hop networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.56, No.5, pp.3111-3122, 2007. https://doi.org/10.1109/TVT.2007.900371
  16. W. R. Heinzelman, A. P. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, "An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.1, No.4, pp.660-670, Oct., 2002. https://doi.org/10.1109/TWC.2002.804190
  17. Network simulator 3 [Internet], http://www.nsnam.org.
  18. J. Hill and D. Culler, "Mica: a wireless platform for deeply embedded networks," IEEE Micro, Vol.22, Iss.6, pp.12-24, Nov./Dec., 2002. https://doi.org/10.1109/MM.2002.1134340