Solar-CTP: 모바일 싱크 기반 태양 에너지 수집형 무선 센서 네트워크를 위한 향상된 CTP document_id A220623170199

무선 센서 네트워크(WSN)는 제한된 배터리 자원으로 인해 수명이 짧다는 근본적인 문제뿐 아니라, 고정된 위치의 싱크로 인한 싱크 주변 노드의 에너지 소비가 비정상적으로 증가하는 에너지 불균형 문제도 가지고 있다. 이를 해결하고자, 최근에는 태양 에너지 수집형 노드를 사용하여 에너지를 지속적으로 수집함으로써 배터리 자원 제약 문제를 해결하고, 또한 모바일 싱크를 활용하여 고정된 싱크 노드 근처의 에너지 불균형 문제를 해결하려는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 기존의 고정된 싱크 및 배터리 기반의 WSN을 위하여 제안된 유명한 데이터 수집 기법인 CTP(Collection Tree Protocol)도 이와 같은 에너지 제약 및 에너지 사용 불균형 문제는 고려하지 않고 설계되었는데, 따라서 정전 노드 발생 및 트리 구조의 루프화와 같은 네트워크의 안정성(Reliablilty)이 심각하게 저하되는 문제를 내포하고 있었다. 이를 해결하고자, 본 논문에서는 모바일 싱크와 태양 에너지 수집형 노드로 구성된 WSN을 위한 향상된 CTP 기법(Solar-CTP)을 제안한다. 제안된 Solar-CTP기법에서는 수집 에너지 및 사용 에너지양 예측을 통해 노드 동작 모드를 결정한다. 아울러 싱크의 주기적인 이동으로 싱크 주변 노드의 에너지 불균형 문제를 해결한다. 성능검증을 통해 기존 CTP에 비해 Solar-CTP의 정전 노드의 수가 줄어들고, 싱크의 데이터 수집량이 향상된 것을 확인하였다. 기존 CTP는 링크 품질인 ETX를 통해 효율적인 라우팅을 수행할 수 있으며, 데이터 전달률이 높다는 장점이 있다. 하지만, 정전 노드 발생으로 인해 루프 발생과 같은 문제가 있으며, 싱크 노드 주변의 노드 및 자식 노드와 많은 통신을 하는 노드와 일반 노드 간의 에너지 불균형 문제에도 굉장히 취약하다. 본 논문에서는 위의 문제점을 고려해 태양 에너지 수집형 무선 센서 노드와 모바일 싱크 노드로 구성된 WSN에 적합한 향상된 CTP를 제안하였다. 이 기법을 적용한 결과, CTP보다 90% 이상 정전 노드 발생 수가 적고, 싱크 노드로 수집되는 데이터양이 배터리 WSN 기반 CTP보다 최대 420%, 태양 에너지 수집형 WSN 기반 CTP보다 최대 35% 더 많아 제안 기법이 CTP에 비해 더 좋은 성능을 보여줌을 확인할 수 있었다. 향후 연구에서는 싱크 노드가 지속적으로 움직이는 환경에서의 CTP에 대해 연구를 진행할 예정이다.