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Saving method of energy consumption based on cooperative communication in energy-constrained ad hoc networks = 에너지가 한정된 애드혹 네트워크 환경에서 협력 통신 기반 에너지 소모 절감 방안
서명 / 저자 Saving method of energy consumption based on cooperative communication in energy-constrained ad hoc networks = 에너지가 한정된 애드혹 네트워크 환경에서 협력 통신 기반 에너지 소모 절감 방안 / Sung-Jin Park
저자명 Park, Sung-Jin ; 박성진
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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초록정보

As an approach to enhance the network throughput, cooperative communication has been a revolutionary technology in a field of communication networks. By using this technology, each mobile node can collaborate with each other to transmit their own data. Accordingly, cooperative communication has been lately exploited by combining it with other communication technologies or by applying it in various environments. A lot of papers have been shown that cooperative communication can provide improved energy efficiency which is one of the most important metric given that nodes usually have limited energy in energy-constrained ad hoc networks. In this thesis, we have applied cooperative communication into energy-constrained ad hoc networks where each node operates selfishly without centralized entity such as base station. The most of nodes do not tend to help spontaneously data transmission for others in a distributed network. Many existing papers have solved the problem by using a number of fairness metrics, e.g., the contributions level for others transmission and an amount of remaining energy. As a different way from the existing scheme, in this thesis, we propose the fair cluster based cooperative communication scheme which encourages nodes to participate in cooperative communication by giving some reward. In other words, nodes participate in the same cluster and help each other to cooperatively transmit data if the following two conditions are satisfied: 1) nodes have a plan to transmit data to nearby area, and 2) nodes are able to decode cluster participating message coming from a cluster header node. From the concept of fair cluster, we analyze the energy consumption issue by deriving the optimization problem and by establishing the fair cluster based cooperative scheme in case of single cluster and multiple clusters, respectively. Moreover, in case of multiple clusters, we consider an additional environment where the density and the distribution of cluster header nodes are varied over time. In the environment, we propose a new frame structure and an adaptive cluster based cooperative scheme that each cluster header can control adaptively the size of their cluster. Moreover, the detailed procedures of the proposed scheme are characterized in both cases, i.e., the process of cluster formulation and the method of fair cooperative communication. By simulation results, the optimal transmission and reception cluster size are obtained in case of single cluster and multiple clusters, respectively. Also, it is shown that the proposed adaptive fair cluster based cooperative scheme is more energy efficient than the existing scheme and has a similar performance with the optimal cluster scheme.

그룹 협력 전송은 네트워크 용량을 향상시키는 방법으로써 많은 각광을 받아왔다. 네트워크에 있는 여러 노드들은 그룹 협력 전송 방식을 사용하여 서로의 데이터를 협력하여 전송할 수 있으며, 그룹 협력으로 전송된 데이터는 직접 통신으로 전송된 데이터에 비해 다이버시티 이득과 멀티플렉싱 이득을 얻을 수 있다. 그룹 협력 전송 기술은 다른 통신 기술과 접목되어 발전되어 왔으며, 또한 여러 다른 환경에서 기술의 우수함을 보여 왔다. 이와 같이 여러 가지 환경 중에서, 에너지가 유한한 애드혹 네트워크에서 그룹 협력 전송 방식을 사용하면 직접 전송 방식에 비해 같은 데이터양을 보냈을 때 에너지 소모가 현저히 감소함을 보였다. 여기서 에너지가 유한한 애드혹 네트워크에서 노드들은 제한된 에너지량으로 통신을 하는 환경이며, 스마트폰 기기들이 펨토셀을 사용하여 사진이나 벨소리를 전송하는 환경이 예가 될 수 있다. 에너지가 유한한 애드혹 환경은 앞선 예시에서도 설명하였듯이 서로 배타적으로 행동하는 경향을 가진 노드들이 존재하는 환경을 주로 고려한다. 본 논문에서는 이런 환경에서 공평한 그룹 협력 전송을 위한 클러스터링 방안을 제안한다. 다시 말하면, 이기적으로 행동하는 환경에서 서로 비슷한 위치로 데이터를 전송하는 노드들끼리 클러스터를 형성하여 서로의 데이터 전송에 각각 협력 전송하는 방식(공평한 협력전송)을 제안 하였다. 그리고 근원 및 수신 클러스터가 하나일 경우와 다수일 경우에 대해서 네트워크 전체 에너지를 최소화하는 최적의 근원, 수신 클러스터 반경을 최적화 문제를 사용하여 유도하였다. 그리고 근원 및 수신 클러스터가 다수일 경우, 그들의 위치와 분포에 따라 각기 클러스터 반경을 적응적으로 조절할 수 있는 알고리즘도 제안하였다. 근원 및 수신 클러스터가 하나일 경우와 다수일 경우에 대해서 최적의 클러스터 반경을 각각의 시뮬레이션을 통해 구하였다. 또한 제안한 적응적 클러스터 조절 방안이 기존 비적응적 클러스터 방안 보다 에너지 효율 측면에서 성능이 우수함을 보였으며, 최적의 클러스터 조절 방안과 비교하여 근접한 성능을 보였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MEE 12044
형태사항 v, 46p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 박성진
지도교수의 영문표기 : Dong-Ho Cho
지도교수의 한글표기 : 조동호
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 References : p. 42-44
주제 Cluster
Cooperative Communication
Energy Constrained Ad hoc Networks
Energy Saving
클러스터
협력통신
센서네트워크
에너지 절감
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