Cluster-based routing protocols for energy efficiency and scalability of wireless sensor networks
저자
발행사항
Seoul : Sungkyunkwan University, 2013
학위논문사항
Thesis(Ph.D.)-- Sungkyunkwan University : Department of Computer Enginnering 2013. 2
발행연도
2013
작성언어
영어
주제어
DDC
621.39 판사항(22)
발행국(도시)
서울
형태사항
vii, 183 p. : ill. chart ; 30 cm
일반주기명
Adviser: Hee Young Youn
Includes bibliographical references(p. 158-172)
DOI식별코드
소장기관
Continued advances in micro-electro mechanical system and wireless communication technologies have enabled the deployment of large-scale wireless sensor network for various fields. The potential applications of wireless sensor network are diverse such as environmental monitoring, target tracking, and military applications. Sensor nodes in such a network are equipped with sensing, data processing and radio transmission units while the power is quite limited. Therefore, wireless sensor network needs to be scalable and energy-efficient in managing the data generated by the sensors. This dissertation focuses on the study of the relationship between the enhancement of the performance and conservation of the resources of wireless sensor network.
This dissertation investigates various aspects of the performance of wireless sensor network. For enhancing the network performance, this dissertation proposes several new protocols focusing on energy efficiency and scalability of wireless sensor network. The first one is EEACH (Energy Efficient and Adaptive Clustering Hierarchy Protocol), which combines the ideas of energy-efficient cluster-based routing and media access together with the application-specific data aggregation. It allows substantial improvements in network lifetime and latency. EEACH dynamically decides an optimal number of clusters according to the location of base station and selects the cluster-heads using the remaining energy of the nodes and the number of live neighbor nodes. This approach significantly improves the lifetime and scalability of the sensor network compared to the existing protocols when the node energy is limited.
Secondly, a dynamic level-based clustering protocol is proposed and it is evaluated by computer simulation. In this protocol each cluster has a cluster-head chosen stochastically, and the nodes within a cluster construct a path of data transmission where the cluster-head is the root. This approach distributes the energy load across the member nodes so that energy consumption of the sensor nodes can be balanced. The simulation results show that it achieves a significant improvement on network lifetime compared to the existing protocols.
Finally, this thesis presents a new energy efficient MAC protocol, called dynamic threshold MAC (DT-MAC), which consistently performs well regardless of network traffic condition. DT-MAC stores the packets in the buffer and transmits them when the number of packets in the buffer exceeds a threshold value so that the energy efficiency can be maximized. An analytical model of the energy saving achieved by the proposed protocol is developed. Computer simulation reveals that the DT-MAC protocol significantly improves the energy efficiency compared to the existing MAC protocols, and thus extends the lifetime of wireless sensor network.
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