Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

A Clustering Technique to Minimize Energy Consumption of Sensor networks by using Enhanced Genetic Algorithm

진보된 유전자 알고리즘 이용하여 센서 네트워크의 에너지 소모를 최소화하는 클러스터링 기법

  • Seo, Hyun-Sik (Department of Electronic Eng., Ajou University) ;
  • Oh, Se-Jin (Department of Electronic Eng., Ajou University) ;
  • Lee, Chae-Woo (Department of Electronic Eng., Ajou University)
  • 서현식 (아주대학교 전자공학과) ;
  • 오세진 (아주대학교 전자공학과) ;
  • 이채우 (아주대학교 전자공학과)
  • Published : 2009.02.25
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Abstract

Sensor nodes forming a sensor network have limited energy capacity such as small batteries and when these nodes are placed in a specific field, it is important to research minimizing sensor nodes' energy consumption because of difficulty in supplying additional energy for the sensor nodes. Clustering has been in the limelight as one of efficient techniques to reduce sensor nodes' energy consumption in sensor networks. However, energy saving results can vary greatly depending on election of cluster heads, the number and size of clusters and the distance among the sensor nodes. /This research has an aim to find the optimal set of clusters which can reduce sensor nodes' energy consumption. We use a Genetic Algorithm(GA), a stochastic search technique used in computing, to find optimal solutions. GA performs searching through evolution processes to find optimal clusters in terms of energy efficiency. Our results show that GA is more efficient than LEACH which is a clustering algorithm without evolution processes. The two-dimensional GA (2D-GA) proposed in this research can perform more efficient gene evolution than one-dimensional GA(1D-GA)by giving unique location information to each node existing in chromosomes. As a result, the 2D-GA can find rapidly and effectively optimal clusters to maximize lifetime of the sensor networks.

센서 네트워크를 구성하는 센서 노드들은 제한된 배터리 용량을 가지고 있으며 한번 배치되면 추가적인 에너지 공급이 어렵기 때문에 노드의 소비 전력을 최소화하기 위한 연구가 중요하다. 많은 연구 중 클러스터링 기법은 센서 네트워크에서 에너지 소비를 줄이기 위한 효과적인 기법중의 하나로 각광 받아왔다. 하지만, 클러스터링 기법은 클러스터의 수와 크기, 데이터전송에 참여하는 노드간의 거리등에 따라 에너지 절감 효과가 달라진다. 따라서 이러한 요인들을 최적화해야 클러스터링에 의한 에너지 절감 효과를 최대화할 수 있다. 본 연구에서는 확률적 최적해 탐색 기법인 유전자 알고리즘을 사용하여 센서 노드의 에너지 소비를 줄일 수 있는 최적의 클러스터를 찾는 것을 목적으로 한다. 유전자 알고리즘은 클러스터를 구성할 수 있는 수많은 경우의 수중에서 최적의 클러스터를 찾기 위해 진화의 과정을 거쳐 탐색을 수행한다. 따라서 진화 과정이 없는 LEACH와 같은 클러스터링 알고리즘보다 효과적일 수 있다. 본 연구에서 제안하는 2차원 염색체 유전자 알고리즘은 염색체내에 존재하는 각 노드에게 고유한 위치정보를 부여함으로써 기존 유전자 알고리즘보다 효율적인 유전자 진화를 수행할 수 있다. 그 결과, 센서 네트워크의 수명을 최대화 할 수 있는 최적의 클러스터를 빠르고 효과적으로 찾을 수 있다.

Keywords

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