에너지 효율적인 무선 센서 망 구성을 위한 Hybrid Cluster-Mesh 구성 기법

Abstract

최근 유비쿼터스(Ubiquitous) 센서 네트워크에 대한 기술적 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 환경에서는 배터리의 충전과 교환이 불가능한 센서 노드의 특징으로 인해 센서 노드의 수명을 증가시키기 위한 기술의 적용이 필수적이다. 이러한 목적을 위해 제안된 기존의 망 구성기법으로 Cluster 구조와 Mesh 구조가 있다. Cluster 구조의 경우 Cluster Head는 주기적인 Beacon 메시지를 통해 Cluster member와의 시간 동기를 유지하며 Cluster member로부터 수신한 메시지에 대해 Data aggregation을 수행한다. 또한, Cluster member의 Active/Sleep time을 조절한다. Mesh 구조는 각 노드가 Active/Sleep 과정을 반복하며 노드 간 시간 동기는 유지되지 않는다. 이러한 Mesh 구조는 Cluster head 가 존재하지 않음으로 추가적 에너지 소모는 존재하지 않으나 Cluster member 노드에 비해서는 Active 구간의 증가로 인해 에너지 소모가 증가하는 문제점이 있다. Clustering을 통한 계층적인 센서 네트워크 구성 기법은 센서 노드들의 에너지 소모를 줄일 수 있는 효율적인 구성 기법이다. 그러나 Clustering 기법은 Cluster head의 에너지 소모가 심해지는 단점이 있고, 특히 센서의 분포 밀도가 낮은 경우에는 Mesh 형태의 구성 기법이 Cluster 구성 기법에 비해 에너지 소모를 줄일 수 있다. 본 논문에서는 Clustering 구조와 Mesh 구조 각각의 에너지 소모율을 계산하여, 노드 분포에 따라 최적화된 토폴로지 선택이 가능하도록 두 가지 형태의 센서 네트워크 형상을 동시에 구성할 수 있는 혼합 토폴로지 형성 기법(HCM: Hybrid Cluster-Mesh)을 제안하고 그에 따른 에너지 소모와 데이터 전송 지연을 기존의 Cluster 및 Mesh 구조와 비교하여 분석한다.