Abstract
Reducing power consumption to extend network lifetime is one of the most important challenges in designing wireless sensor networks. One promising approach to conserving system energy is to keep only a minimal number of sensors active and put others into low-powered sleep mode, while the active sensors can maintain a connected covet set for the target area. The problem of computing such minimum working sensor set is NP-hard. In this paper, a centralized Voronoi tessellation (CVT) based approximate algorithm is proposed to construct the near optimal cover set. When sensor's communication radius is at least twice of its sensing radius, the covet set is connected at the same time; In case of sensor's communication radius is smaller than twice of its sensing radius, a connection scheme is proposed to calculate the assistant nodes needed for constructing the connectivity of the cover set. Finally, the performance of the proposed algorithm is evaluated through theoretical analysis and extensive numerical experiments. Experimental results show that the proposed algorithm outperforms the greedy algorithm in terms of the runtime and the size of the constructed connected cover set.
무선 센서 네트워크에서 에너지 소비의 효율성은 전체 네트워크 수명 시간을 결정하기 때문에 에너지 소비를 최소화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 센서 네트워크에서 에너지 보전을 위해서는 운영에 필요한 최소한 센서 노드만을 활성화된 상태로 유지하고 나머지 노드들은 휴면 상태로 유지하여 불필요한 에너지 소비가 일어나지 않도록 하여야 한다. 그러나 얼마만큼의 센서 노드들을 최적의 운영 노드 집합에 포함시킬 것인지를 계산하는 것은 NP-hard 문제로 알려져 있다. 본 논문에서는 최적에 근접한 커버 집합(cover set)을 생성하기 위하여 CVT 기반의 근사화 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘에서는 센서의 통신 범위가 센싱 범위의 두 배 이상이면 커버 집합에 속한 센서 노드 간의 연결이 즉시 이루어지도록 하고 반면에 통신 범위가 센싱 범위의 두 배 이하이면 커버 집합의 접속성 보장을 위하여 보조 노드를 결정하는 연결 기법을 제시하였다. 마지막으로 제안된 알고리즘의 성능 평가를 위하여 이론적 분석과 실험을 수행하였으며, 실험결과를 통해 제안된 알고리즘이 Greedy 알고리즘보다 CCS(Connected Cover Set)의 크기와 실행 시간 측면에서 우수함을 보였다.
