A wireless sensor network typically consists of a very large number of small, inexpensive, disposable, robust, and low-power sensor nodes working cooperatively. The primary design goal for sensor networks has always been enhancing network lifetime and energy efficiency. However, with the rapid development of video and imaging sensors, fulfilling QoS criteria such as latency or data reliability now became another major issue. In addition to that, sensor nodes with different QoS requirements may coexist in a single network, magnifying the difficulties further more.
In this paper, we propose a routing protocol for wireless sensor networks, which focuses on satisfying QoS constraints while maximizing the lifetime of the networks. Our proposed protocol enhances the network lifetime by distributing the low QoS traffic flow over multiple paths, while satisfying the different QoS requirements in a simple, dynamic and decentralized manner. Simulation shows that the network lifetime and throughput indeed increase without compromising QoS requirements.
무선 애드혹 네트워크는 중앙의 제어를 받지 않고 노드들끼리 통신하는 무선 네트워크의 한 분야로써, 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 센서 네트워크는 이러한 애드혹 네트워크의 한 종류로 군사적인 감시목적, 자연환경 모니터링, 병원에서의 환자의 상태 관리 등 다양한 분야에서 유용하게 쓰일 것으로 예상된다. 센서 네트워크는 1. 네트워크에 놓여진 센서의 개수가 매우 많은 반면 각각 노드의 연산 능력과 배터리 용량은 여타 애드혹 네트워크의 노드들에 비해 현저히 떨어지며 2. 네트워크 전체가 하나의 목적을 가지며 모든 데이터를 베이스 스테이션으로 전송한다는 특징을 가지고 있다.
기존의 많은 센서 네트워크에 관한 연구는 네트워크의 수명 연장에 주력해왔다. 하지만 최근 이미지 및 비디오 센서가 빠르게 발전하면서 실시간 동영상 전송 등을 위한 지연시간이나 전송량 등의 QoS에 대한 요구조건이 새로운 고려 사항으로 부각되었다. 또한 하나의 네트워크 안에 서로 다른 QoS 요구조건을 가지는 이타적 센서 네트워크의 경우 데이터의 우선순위에 따라 전송 순서나 경로를 달리 해야 하는 까다로움이 존재한다.
본 논문에서는 위와 같은 센서 네트워크를 위한 경량의 라우팅 프로토콜을 소개한다. 본 프로토콜은 데이터를 미리 정해진 가장 좋은 경로를 통해 전송하는 selective preferential forwarding (SPF)과 무작위로 여러 개의 경로를 통해 전송하여 정보를 분산시키는 selective random forwarding(SRF)을 기반으로 한다. 본 프로토콜은 QoS 요구조건이 높은, 즉 최대한 빠르고 안전하게 전송되어야 하는 데이터는 가장 좋은 경로를 통해 전송하는 동시에 QoS 요구조건이 낮은, 즉 우선순위가 떨어지는 데이터는 여러 경로를 통해 분산시켜 전송한다. 또한 존재하는 다수의 경로의 우선순위 및 주변 센서들의 전력 상태를 동적으로 고려하며 전송하기 때문에 무작위로 경로를 선정하여 전송하는 SRF보다 월등히 우수한 성능을 보인다.
본 논문에서 제시한 프로토콜과 SPF과 SRF을 실험을 통해 비교해 본 바 네트워크의 수명과 전송량은 SPF보다 최대 50%, SRF보다 최대 400% 증가하였다. 또한 지연시간의 경우 QoS 요구조건이 높은 데이터의 경우 SPF로 전송하였을 때와 거의 차이를 보이지 않았다.
위와 같이 본 논문에서는 여러 종류의 센서가 공존하는 이타적 센서 네트워크에서 각각의 QoS 조건을 만족시키는 동시에 전체 네트워크의 수명을 연장시키는 분산적인 알고리즘을 제시하고, 기존의 알려진 알고리즘과 성능을 비교하여 보았다.
