• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제8권9호
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• pp.3056-3074
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• 2014

Convergecast is probably the most common communication style in wireless sensor networks (WSNs). And linear network coding (LNC) is a promising concept to improve throughput or reliability of convergecast. Most of the existing works have mainly focused on exploiting these benefits without considering its potential adverse effect. In this paper, we argue that LNC may not always benefit convergecast. This viewpoint is discussed within four basic scenarios: LNC-aided and none-LNC convergecast schemes with and without automatic repeat request (ARQ) mechanisms. The most concerned performance metrics, including packet collection rate, energy consumption, energy consumption balance and end-to-end delay, are investigated. Theoretical analyses and simulation results show that the way LNC operates, i.e., conscious overhearing and the prerequisite of successfully decoding, could naturally diminish its advantages in convergecast. And LNC-aided convergecast schemes may even be inferior to none-LNC ones when the wireless link delivery ratio is high enough. The conclusion drawn in this paper casts a new light on how to effectively apply LNC to practical WSNs.

• 정보처리학회논문지C
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• 제15C권4호
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• pp.273-280
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• 2008

무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network : WSN)에서 한정된 에너지를 가진 센서 노드의 동작 기간을 연장하기 위해서 LEACH와 PEGASIS, PEDAP 등의 대표적인 라우팅 방식이 제안되었다. 이들은 데이터가 완전 퓨전(perfect fusion)되는 환경에서 주기적으로 데이터를 수집하여 한 노드로 전송하는 convergecast 라우팅 방식을 사용한다. 그러나 convergecast와 에너지 분배를 동시에 다루는 과정에서 토폴로지에 관한 특성과 한계에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이 논문은 한 번의 convergecast에 소비되는 총에너지의 관점에서 토폴로지를 다음과 같이 연구하였다. 우리는 주요 라우팅 토폴로지로 최소 스패닝 체인(Minimum Spanning Chain : MSC)과 최소 스패닝 트리(Minimum Spanning Tree : MST), PEGASIS 체인, 제안하는 LECSEN체인을 소개하거나 정의하였다. 우리는 MSC를 선형 프로그래밍(LP) 방식으로 풀었으며, MSC나 MST에 준하는 토폴로지를 만들기 위해서 LECSEN 체인을 제안하였다. Monte Carlo 방식의 시뮬레이션을 통해 토폴로지의 전체 길이와 각 링크 길이의 분포를 분석한 결과, 대부분의 WSN 환경에서 LECSEN은 MST에 필적할 만큼 에너지를 적게 소모하고, 각 센서 노드의 에너지 소비가 매우 균등하였다. 그러므로 우리는 LECSEN 체인이 WSN 라우팅에서 매우 유용하다는 사실을 확인하였다.

• Journal of Information Processing Systems
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• 제20권2호
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• pp.252-262
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• 2024

The multi-hop wireless sensor network (WSN) suffers from energy limitation and eavesdropping attacks. We propose a simple and energy-efficient convergecast mechanism using inter-flow random linear network coding that can provide confidentiality to the multi-hop WSN. Our scheme consists of two steps, constructing a logical tree of sensor nodes rooted at the sink node, with using the Bloom filter, and transmitting sensory data encoded by sensor nodes along the logical tree upward to the sink where the encoded data are decoded according to our proposed multi-hop network coding (MHNC) mechanism. We conducted simulations using OMNET++ CASTALIA-3.3 framework and validated that MHNC outperforms the conventional mechanism in terms of packet delivery ratio, data delivery time and energy efficiency.

• 정보처리학회논문지C
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• 제16C권1호
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• pp.83-90
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• 2009

무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network : WSN)는 자율적으로 라우팅 경로를 구성하여 물리적으로 떨어진 지역의 데이터를 수집하는 무선망이다. 본 논문은 주기적으로 수집한 모든 데이터를 하나의 기지 노드로 전달하는 convergecast 환경에서 퓨전(fusion)을 반영한 라우팅 방법을 제안한다. 지금까지 대부분의 연구는 무퓨전(no-fusion)과 전퓨전(full-fusion)의 두 경우만을 다루었다. 제안하는 Fusion rate based Spanning Tree(FST)는 임의의 퓨전율 f ($0{\leq}f{\leq}1$)에서 총 전송 에너지 비용을 줄이는 라우팅 경로를 제공 한다. FST는 무퓨전(f = 0)과 전퓨전(f = 1)의 convergecast에서 각각 최적의 토폴로지인 최소 경로 트리(Shortest Path spanning Tree : SPT)와 최소 스패닝 트리(Minimum Spanning Tree : MST)를 제공하며, 임의의 f (0 < f < 1)에 대해서도 SPT나 MST보다 우수한 토폴로지를 제공한다. 시뮬레이션은 100-노드 WSN에서 모든 f ($0{\leq}f{\leq}1$)에 대해 FST의 총 길이가 평균적으로 MST보다 약 31%, SPT보다 약 8% 절약 됨을 보여준다. 따라서 우리는 FST가 WSN에서 매우 유용한 토폴로지임을 확인하였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제13권1호
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• pp.17-25
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• 2011

A convergecast is a popular routing scheme in wireless sensor networks (WSNs) in which every sensor node periodically forwards measured data along configured routing paths to a base station (BS). Prolonging lifetimes in energy-limited WSNs is an important issue because the lifetime of a WSN influences on its quality and price. Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) was the first attempt at solving this lifetime problem in convergecast WSNs, and it was followed by other solutions including power efficient gathering in sensor information systems (PEGASIS) and power efficient data gathering and aggregation protocol (PEDAP). Our solution-chain routing with even energy consumption (CREEC)-solves this problem by achieving longer average lifetimes using two strategies: i) Maximizing the fairness of energy distribution at every sensor node and ii) running a feedback mechanism that utilizes a preliminary simulation of energy consumption to save energy for depleted Sensor nodes. Simulation results confirm that CREEC outperforms all previous solutions such as LEACH, PEGASIS, PEDAP, and PEDAP-power aware (PA) with respect to the first node death and the average lifetime. CREEC performs very well at all WSN sizes, BS distances and battery capacities with an increased convergecast delay.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2017년도 춘계학술발표대회
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• pp.677-679
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• 2017

Data convergecast is an indispensable task for any WSN applications. Typically, scheduling in the WSN consists of two phases: tree construction and scheduling. The optimal tree structure and scheduling for the network is proven NP-hard. This paper focuses on the delay optimality while constructing the data convergecast tree. The algorithm can take any tree as the input, and by performing the switches (i.e. a node changes its parent), the expected aggregation delay is potentially reduced. Note that while constructing the tree, only the in-tree collisions between the child nodes sending data to their common parent is considered.

• 전자공학회논문지
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• 제51권11호
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• pp.11-18
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• 2014

무선 센서 네트워크에서 다중 흐름들 (multiple flows) 이 동시에 발생하여 sink 노드로 전달되는 과정에서 기존의 duty cycling 기반의 단일 채널 센서 네트워크 MAC 프로토콜들은 경쟁 (contention) 과 충돌 (collision) 로 인한 심각한 성능 저하를 보인다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 다중 채널을 활용하는 Multi-Channel Pipelining (MCP) 기법을 제안한다. 본 논문은 종단 간 지연시간 (end-to-end latency) 을 최소화하기 위해서 다중 홉 상에 노드들의 wake-up 스케줄에 시차를 두는 SDPS (Staggered Dynamic Phase Shift) 알고리즘과 에너지 효율성을 최적화하기 위한 PLI (Phase-Locking Identification) 알고리즘을 제안한다. 이러한 방법을 바탕으로 다중 흐름들은 다중 채널에서 동적으로 파이프라인 (pipeline) 되어 처리됨으로써 성능이 향상된다. Qualnet 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안하는 MCP 기법이 기존의 센서 네트워크 MAC 프로토콜들 보다 듀티 사이클 (duty cycle), 종단 간 지연시간, 패킷 전달율 (packet delivery ratio), 통합 처리량(aggregate throughput) 관점에서 성능을 향상시킴을 보였다. 또한, MCP 의 듀티 사이클과 종단 간 지연시간을 위한 분석 모델을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.