무선 센서 네트워크를 위한 ACO 기반의 에너지 효율적인 라우팅 알고리즘

Abstract

무선 센서 네트워크는 기존의 무선 통신 기술로는 구현 불가능했던 다양한 응용 기술의 실현을 가능케 할 것으로 기대되고 있다. 이를 위해 제한된 자원의 효율적인 운용을 통한 무선 센서 네트워크의 성능 향상에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며 네트워크 계층에 있어서는 네트워크 수명 연장을 위한 다양한 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜들이 제안되었다. 최근 Ant Colony Optimization(ACO)이 기존 유/무선 네트워크에서 라우팅과 부하 분산을 위한 단순하면서도 강력한 최적화 알고리즘으로 대두되고 있다. 하지만, 기술적인 문제점으로 인해 아직 무선 센서 네트워크의 라우팅 성능 향상에 직접적으로 ACO가 적용된 사례는 드물다. 본 논문에서는 데이터 중심 (data-centric) 멀티 홉 (multi-hop) 평면 라우팅 알고리즘에 ACO를 적용한 에너지 효율적인 라우팅 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 단순히 무선 센서 네트워크 라우팅에의 ACO 적용에 그친 것이 아니라 ACO의 문제점인 정체(stagnation)의 영향을 완화하기 위한 메커니즘 또한 도입하여 효율적인 최적 라우팅 경로 선택을 가능케 한다. 시뮬레이션 결과, 제안 알고리즘은 기존의 알고리즘에 비해 최적화된 경로 선택을 통해 전송 지연 시간을 줄였을 뿐만 아니라, 경로 선택 및 유지에 필요한 제어 메시지 최소화를 통해 에너지 소모를 줄여 성공적인 데이터 전송량의 증가를 가능케 한다.; A lot of researches of Wireless Sensor Network (WSN) are mainly focusing on performance enhancement by energy-efficient management of limited resources. In the network layer, various energy-efficient routing protocols have been proposed to enhance network lifetime. Ant Colony Optimization (ACO) has been considered as a simple yet powerful optimization algorithm for routing and load-balancing of existing wired or wireless networks. However, there are few researches trying to adopt ACO to enhance routing performance in WSN because it is hard to apply ACO directly to WSN due to some technical issues. This paper proposes an energy-efficient data-centric multi-hop flat routing algorithm based on ACO for WSN. The proposed algorithm enables efficient optimum routing path selection not by simply applying ACO to routing algorithm in WSN but by introducing a mechanism to alleviate influence of stagnation in ACO. By the simulation result, the proposed algorithm showed better performance in data delivery and energy efficiency over directed diffusion which is considered as one of the outstanding schemes in data-centric multi-hop flat routing protocols for WSN.