無線センサネットワークのためのハイブリッド型ルーティングプロトコルとその動的再構成手法

摘要

無線センサネットワーク(WSN)では消費電力の効率化によるネットワーク寿命の延長が重要な課題であり，効率的に遠距離通信を可能とするクラスタリング型プロトコルがよく用いられるが，全てのデータはシンクに向けて伝送されるため，シンク近辺では負荷が集中するという問題がある.また，最近では，少数の髙性能ノードを導入することで，低コストで効率的にネットワークの寿命を延長する方式が注目されている.そこで本稿では，ノード性能の不均質なWSNにおいて，クラスタリングによるデータ集約と，シンク周辺での非クラスタリング型マルチホップ通信による負荷分散とを併用したハイブリッド型ルーティング方式を提案する.ここで，ノードの性能，ネットワークの範囲，シンクの位置を考慮し，クラスタリング型と非クラスタリング型の最適な境界を数学解析モデルによって近似的に導出し，さらにそれを動的に再最適化する方法を提案する.最後に，計算機シミュレーションによって提案方式の有効性を評価する.%In Wireless Sensor Networks (WSNs), most efficient routing methods are based on clustering or non-clustering approaches. Though, in clustering methods, cluster heads around the sink tend to have heavy traffic. Non-clustering communication methods are preferable for traffic distribution in dense areas. Though it is not suitable for wide area networks due to lack of extensibility. By the way, in recently focused heterogeneous WSN models, by introducing a few special nodes with high-end communication capability and extra battery energy. In this paper, we propose a hybrid routing method for heterogeneous WSN which adaptively combines clustering and non-clustering communication methods where nodes placed near to sink perform a multi-hop network and nodes far away from sink perform clustering. Furthermore, we approximately analyze optimal spatial boundary between both methods and propose a method to dynamically re-define the spatial boundary by considering the variance of the residual energy of a boundary node and its adjacent nodes. Simulation results show that our method significantly increases network lifetime in comparison with pure clustering and multi-hop communication methods.