An Energy-Efficient Clustering Using Division of Cluster in Wireless Sensor Network

무선 센서 네트워크에서 클러스터의 분할을 이용한 에너지 효율적 클러스터링

Various studies are being conducted to achieve efficient routing and reduce energy consumption in wireless sensor networks where energy replacement is difficult. Among routing mechanisms, the clustering technique has been known to be most efficient. The clustering technique consists of the elements of cluster construction and data transmission. The elements that construct a cluster are repeated in regular intervals in order to equalize energy consumption among sensor nodes in the cluster. The algorithms for selecting a cluster head node and arranging cluster member nodes optimized for the cluster head node are complex and requires high energy consumption. Furthermore, energy consumption for the data transmission elements is proportional to $d^2$ and $d^4$ around the crossover region. This paper proposes a means of reducing energy consumption by increasing the efficiency of the cluster construction elements that are regularly repeated in the cluster technique. The proposed approach maintains the number of sensor nodes in a cluster at a constant level by equally partitioning the region where nodes with density considerations will be allocated in cluster construction, and reduces energy consumption by selecting head nodes near the center of the cluster. It was confirmed through simulation experiments that the proposed approach consumes less energy than the LEACH algorithm.

에너지 교체가 어려운 무선 센서네트워크(Wireless Sensor Network)에서 에너지 소모량을 줄이기 위하여 효율적 라우팅에 관한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 그 중 라우팅 분야는 현재 클러스터링 방식이 가장 효율적인 방식으로 연구되고 있다. 클러스터링 방식은 클러스터를 구성하는 부분과 데이터를 전송하는 부분으로 구성된다. 클러스터를 구성하는 부분은 클러스터 내에 센서 노드들 간에 에너지 소모를 동등하게 하기 위하여 주기적으로 반복된다. 클러스터 구성 부분은 클러스터 헤드 노드를 선정하고 클러스터 헤드 노드에 최적화된 클러스터 멤버 노드를 구성하는 부분으로 알고리즘이 복잡하고 에너지 소모가 크다. 또한 데이터를 전송하는 부분은 크로스오버 영역을 중심으로 에너지 소모량이 $d^2$ 과 $d^4$ 으로 비례된다. 본 논문은 클러스터 방식에서 주기적으로 일어나는 클러스터 구성 부분을 효율화하여 에너지 소모량을 줄이는 방법을 제안하였다. 이 방식은 클러스터의 구성에 있어서 밀도를 고려한 노드가 배치될 영역을 균등 분할하여 클러스터 내의 센서 노드수를 거의 일정하게 하고, 클러스터의 중앙 근처에 헤드 노드의 선정함으로 에너지 소모를 줄이는 방식이다. 이 제안의 타당성을 모의실험을 통하여 보면, LEACH 방식에서의 에너지 소모량보다 적은 것이 확인하였다.