An Energy-Balancing Technique using Spatial Autocorrelation for Wireless Sensor Networks

With recent advances in sensor technology, CMOS-based semiconductor devices and networking protocol, the areas for application of wireless sensor networks greatly expanded and diversified. Such diversification of uses for wireless sensor networks creates a multitude of beneficial possibilities for several industries. In the application of wireless sensor networks for monitoring systems' data transmission process from the sensor node to the sink node, transmission through multi-hop paths have been used. Also mobile sink techniques have been applied. However, high energy costs, unbalanced energy consumption of nodes and time gaps between the measured data values and the actual value have created a need for advancement. Therefore, this thesis proposes a new model which alleviates these problems. To reduce the communication costs due to frequent data exchange, a State Prediction Model has been developed to predict the situation of the peripheral node using a geographic autocorrelation of sensor nodes constituting the wireless sensor networks. Also, a Risk Analysis Model has developed to quickly alert the monitoring system of any fatal abnormalities when they occur. Simulation results have shown, in the case of applying the State Prediction Model, errors were smaller than otherwise. When the Risk Analysis Model is applied, the data transfer latency was reduced. The results of this study are expected to be utilized in any efficient communication method for wireless sensor network monitoring systems where all nodes are able to identify their geographic location.

공간적 자기상관성을 이용한 무선 센서 네트워크 에너지 균등화 기법

센서 기술, CMOS 기반의 반도체 장치, 네트워크 프로토콜 및 통신기술의 주요한 기술적 진보와 함께 무선 센서 네트워크의 활용 범위는 확대 및 다양화 되었으며, 여러 산업에 적용되어 유익하게 사용되고 있다. 특히 주변 환경의 현상을 모니터링하는 무선 센서 네트워크에서는 센서가 측정한 정보를 싱크로 전달하기 위해, 멀티 홉을 통한 전송 경로를 구성하거나 모바일 싱크기술을 사용하여 노드들과 통신하였다. 하지만 데이터 교환에 따른 높은 에너지 비용 및 노드들의 에너지 불균형, 데이터 전송지연으로 인한 측정데이터 값과 실제 값 간의 시간차이 등은 추가적인 연구가 필요한 부분이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 무선 센서 네트워크 모델을 제시한다. 빈번한 메시지 교환에 따른 통신비용을 줄이기 위해 무선 센서 네트워크를 구성하는 노드들의 지리적 상관성을 사용하여 주변 노들의 상황을 예측하는 상황 예측 모델을 개발했다. 또한 시스템에 치명적일 수 있는 이상징후가 발생하면 이를 신속하게 모니터링 시스템에 경고하기 위해 이상징후 파악 모델을 개발했다. 모의실험결과에 따르면, 상황 예측 모델 적용한 경우가 그렇지 않은 경우보다 오차가 작았고, 이상징후 파악 모델을 사용하여 데이터 전송 지연 속도를 줄일 수 있었다. 본 연구는 지리적 위치를 식별할 수 있는 무선 센서 네트워크 모니터링시스템의 효율적인 통신기법으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.