In this thesis, we focus on an energy efficient position-based three dimensional (3-D) routing algorithm with high delivery rate by using projection method which can simplify 3-D location information. In wireless sensor networks (WSN), energy efficiency and delivery rate are the primary objectives of research for improvement of low power consumption technology and high reliability of network. In addition, recent interest in WSN is extended to the need to understand how to design networks in a 3-D space. Generally, most wireless sensor networks are based on two dimensional (2-D) designs. However, in real applications, such networks operate in a 3-D space. Since 2-D designs are simpler and easier to implement than 3-D designs for routing algorithms in wireless sensor networks, the 2-D assumption is somewhat justified and usually does not lead to major inaccuracies. However, in some applications such as an airborne to terrestrial sensor networks or sensor networks, which are deployed in mountains, taking 3-D designs into consideration is reasonable.
In this thesis, we proposed energy efficient 3-D routing algorithm with high delivery rate for wireless sensor networks. Especially, for a routing algorithm which is suitable for the environment of WSN considering the energy efficiency as important, we propose three energy efficient strategies which are using 3-D enclosure graph, energy efficient projection plane and projective compass with face (PCF) routing algorithm.
In addition, we evaluate and compare the performance of the proposed routing algorithm with previous projective face routing algorithm [1] through simulation.
Eventually our simulation results show that proposed strategies and PCF routing have the nice performance in not only delivery rate but also energy efficiency in the comparison with the other algorithms in a 3-D space.
무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성과 센서 노드들 간의 전송률의 향상기술은 저전력, 고 신뢰성의 무선 센서 네트워크를 위한 매우 중요한 핵심 기술들 이며, 이를 위한 기존의 연구들은 대부분 2차원 평면 기반으로 진행 되어왔다. 그러나, 실제환경의 센서 노드들은 군사적 목적 또는 재난방지와 같은 무선 센서 네트워크의 응용에 따라 산의 경사면 또는 교량의 교각과 같은 3차원 공간에 위치할 수 있으며, 이 경우 기존의 2차원에서의 위치 기반 라우팅(Routing) 알고리즘은 각 노드들이 갖는 높이 정보를 간과함으로써 라우팅을 위한 센서 노드들 간의 거리 정보 해석에 한계를 갖는다. 또한, 기존에 제안된 3차원 라우팅 알고리즘은 애드 혹 환경에서 노드들 간의 전송률만을 고려함으로써 에너지 효율성이 고려되어야 하는 무선 센서 네트워크에 적용하기 어려운 단점을 지니고 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 3차원 공간에서 각 노드들이 갖는 위치정보를 기반으로 기존의3차원 공간에서 노드들 간의 전송률 향상을 위한 평면 투사 기법에 세가지 에너지 효율성 향상을 위한 전략을 적용, 무선 센서 네트워크 환경에 적합한 3차원 라우팅의 성능 향상을 모색하였으며 그 내용은 다음과 같다.
첫째, 기존 2차원에서의 에너지 최적 그래프인 엔클로저 그래프를 3차원에 적합한 전송 전력 소비 모델을 이용 3차원으로 확장, 적용 하였으며, 둘째, 소스 노드 주변의 거리 정보를 이용 투사 라우팅 알고리즘 적용을 위한 최초 투사 평면 결정시 최소 에너지를 소모하는 노드를 포함하는 평면을 적용하였고, 마지막으로 3차원 공간의 노드들의 위치가 투사된 평면 위의 그래프에서 기존 Face 라우팅의 Right hand rule의 단점을 Compass 라우팅 개념을 적용하여 보완한 PCF(Projective Compass with Face) 라우팅 알고리즘을 앞에서 제시한 두가지 전략과 동시 적용 함으로써 전체 라우팅 구간에서 홉 수를 감소 시켜 라우팅 에서의 에너지 효율성을 도모 함과 동시에 전송률 향상을 모색 하였다.
결과적으로, 3차원 시뮬레이션 결과를 통해 위에서 제시된 세가지 에너지효율성을 위한 전략을 적용한 라우팅 알고리즘이 전송률에서뿐만 아니라 에너지 효율성에서도 그 성능이 우수함을 입증하였다.