情報収集型無線センサネットヮークにおける耐故障性を考慮した迂回マルチパス型情報収集プロトコルの提案

摘要

ノードがバッテリ駆動される無線センサネットワーク(WSNs)では，一部のノードのバッテリ消耗がシステム寿命に大きな影響を与える.これに加え，災害時での利用を想定した場合には，外的要因によるノード故障や消失に対する耐故障性も課題となる.本研究の目的は，情報収集型WSNsにおいてシステム寿命への影響を抑えつつ，耐故障性を向上し，情報収集率を高めることである.本稿では，センシングデータの冗長パケットを迂回パスで送信することで耐故障性の向上を図る情報収集プロトコルST方式と，さらにネットワークコーディング(NC)によりシステム寿命への影響を低減するSTNC方式を提案する.情報収集型WSNでは，シンクからのホップ数が大きいノードは，パケット中継負荷が小さい傾向がある.そこで，ST方式では，ノードはシンクから同ホップの隣接ノードを順に利用して冗長パスを構築し，冗長パケットを地理的に遠方に迂回（Side Trip)させることで，外部要因による地理的相関性の高いノード故障への耐性を高める.さらにSTNC方式では，冗長バケツト同士をNCを利用して演算し，送信パケツト数を削減することでシステム寿命への影響を低減する.自作シミュレータによるST方式STNC方式，および，既存マルチパス方式であるSMRP方式比較·評価結果から，STNC方式，ST方式がシステム寿命への影響を抑えつつ，SMRP方式に比べて高い耐故障性をもつことが確認できた.%In battery-powered wireless sensor networks (WSNs), system lifetime is strongly affected by drain of nodes' batteries. In severe environments such as disaster scenarios, WSNs also need to be tolerant to failure or loss of nodes due to external factors. The aim of this paper is to increase data collection ratio by enhancing tolerance to nodes' failure or loss while keeping system lifetime as long as possible in data-gathering WSNs. In this paper, we propose not only a detour multipath data gathering protocol called “Side Trip (ST)” scheme to enhance regional node-failure tolerance but also an improved version of ST called “Side Trip Network Coding (STNC)” scheme which utilizes network coding to reduce redundant packets without affecting the system lifetime significantly. In data-gathering WSNs, nodes further away from sink node tend to have less relayed packets. In ST scheme, then, a node establishes another detour path which partially traces on nodes same hop away from the sink in order to increase the tolerance to geographically-correlated node-failure. In STNC, redundant packets from different source nodes are network-coded into an encoded packet in order to reduce redundant packets. By comparison of ST, STNC, and SMRP which is an existing multipath protocol by means of a self-developed simulator, it is shown that STNC and ST enhance tolerance for node failure compared with SMRP without significant influence to system lifetime.