The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

A Branch and Bound Algorithm to Find a Routing Tree Having Minimum Wiener Index in Sensor Networks with High Mobile Base Node

베이스 노드의 이동성이 큰 센서 네트워크 환경에서 최소 Wiener 수를 갖는 라우팅 트리를 위한 분기한정 알고리즘

  • 강승호 (목포대학교 중점연구소) ;
  • 김기영 (목포대학교 정보전자공학과) ;
  • 이우영 (목포대학교 정보통신공학과) ;
  • 송익호 (한국과학기술원 전기및전자공학과) ;
  • 정민아 (목포대학교 컴퓨터공학과) ;
  • 이성로 (목포대학교 정보전자공학과)
  • Received : 2010.04.21
  • Published : 2010.05.31
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Abstract

Several protocols which are based on tree topology to guarantee the important metrics such as energy efficiency in sensor networks have been proposed. However, studies on the effect of topologies in sensor networks, where base node has a high mobility, are very few. In this paper, we propose a minimum Wiener index tree as a suitable topology to the wireless sensor networks with high mobile base node. The minimum Wiener index spanning tree problem which aims to find a tree with minimum Wiener index from a given weighted graph was proved to be NP-hard. We designed a branch and bound algorithm for this problem. To evaluate the performance of proposed tree, the comparisons with minimum spanning tree in terms of transmission distance, energy consumption during one round, and network lifetime was performed by simulations. Our proposed tree outperformed in transmission distance and energy efficiency but underperformed in lifetime.

에너지 효율성과 같은 센서 네트워크에 중요한 요소들을 보장하기 위한 트리기반 프로토콜들이 여럿 제시되었다. 하지만 선박이나 해양 분야와 같이 베이스 노드의 이동성이 큰 네트워크 환경을 전제로 한 토폴로지에 대한 연구는 부족하였다. 본 논문에서는 베이스 노드의 이동성이 큰 센서 네트워크 환경에 적합한 토폴로지로 최소 Wiener 수 신장트리를 제안한다. 가중치 있는 그래프로부터 최소 Wiener 수를 가진 신장트리를 구하는 문제는 NP-hard로 알려져 있다. 문제 해결을 위해 분기 한정 알고리즘을 설계하고 대표적인 신장트리 중 하나인 최소신장트리를 대상으로 1라운드 패킷 전송에 필요한 전송 거리 및 에너지 소모량, 네트워크 수명을 모의실험을 통해 비교하였다. 전송 거리와 에너지 소모량은 제시한 트리가 최소신장트리에 비해 우수하였지만 네트워크 수명은 오히려 열등함을 알 수 있었다.

Keywords

References

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